JP2000294587A - 半導体装置のバンプレベリング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体装置に形成されたバンプ電極高さを微
小量の精度で容易に一定に揃えるバンプレベリング方法
を提供する。 【解決手段】 半導体装置（チップ２）の電極４上に形
成した複数の金属バンプ５の高さを均一にするためのバ
ンプレベリング方法において、前記半導体装置（チップ
２）の電極形成面（回路面３）を研磨プレート７の研磨
面８に平行に保持した状態で該研磨プレート７により複
数の金属バンプ５の先端を微小研磨する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の製造方
法に関する。より詳しくは、半導体装置の電極上に形成
した金属バンプのレベリング方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】デジタルビデオカメラやデジタル携帯電
話、さらにはノートパソコンの例で代表される携帯用電
子機器の小型、薄型化や計量化に対する要求は強く、部
品の表面実装密度をいかに向上させるかが重要となって
いる。このため、従来のプラスチックパッケージ実装に
代わる、より小型のＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｉｚｅ Ｐａ
ｃｋａｇｅ）やベアチップ実装技術の採用が進んでい
る。

【０００３】ベアチップ実装の方式もいくつか提案され
ているが、今後、半導体チップの高集積化に伴い電極数
（端子数）が飛躍的に増加することと、一括リフロー
（加熱処理）が可能という理由から、チップ全面に半田
バンプ電極を配置したエリアアレイタイプが重要な方式
となっている。また、ＩＣ（集積回路）の動作周波数の
高速化の観点からも電極のエリアアレイ化は必須の条件
となっている。

【０００４】さらに、電極間のピッチは現在０．８ｍｍ
が多数を占めているが、今後０．５ｍｍ、０．３ｍｍ、
０．２ｍｍと縮小され、バンプ自体も直径３００μｍか
ら１８０μｍ、１２０μｍと極小化していくと考えられ
る。

【０００５】この極小バンプの形成方法として次のよう
な方法が提案されている。 溶融させた金属（半田等）をノズルより噴射させ、
半導体チップの電極部にバンプを形成する「メタルジェ
ットプリンティング法」 印刷マスクを用いてウェーハ又は半導体チップの電
極部に金属（半田等）ペーストを印刷しリフローするこ
とでバンプを形成する「印刷法」 極小金属ボール（半田、Ａｕ、Ｃｕ等）をメカニカ
ルに吸着し、半導体チップの電極部に載置する「ボール
転写法」等である。上記の印刷法は生産性を考慮して
ウェーハ状態でのバンプ形成が主流である。また、上記
のボール転写法はウェーハ状態でのボール転写も可能
である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、極小バ
ンプを持つ電子デバイスの実装を確実に行うためには、
半導体チップ電極（またはＣＳＰ電極）の平面度（コプ
ラナリティ）のコントロールが重要である。この金属バ
ンプのコプラナリティを測定するためには高価な測定機
を用いなければならず、製造コストの面からも問題とな
っている。従って金属バンプ製造段階からコプラナリテ
ィを一定に保つのが望ましいが、従来提案されている上
記〜の３つの方法では、電極バンプサイズが直径３
００μｍ以下の極小バンプの場合、チップ内の全ての電
極のバンプ高さを一定に保つバンプレベリングは非常に
困難である。

【０００７】上記のメタルジェットプリンティング法
との印刷法においては、噴射または印刷する半田量を
一定にすることが困難であり、のボール転写法におい
ては、ボール径はある程度一定値にコントロールできて
も、溶融させる相手側の電極面の径のばらつきなどの影
響もあり、ミクロンオーダーでのコントロールは困難で
ある。

【０００８】また、実装基板（マザーボード）側に予備
はんだを設け、半導体装置と基板を接触させ、バンプの
高低差をなくす方法もあるが、このような予備半田は従
来のようにバンプ電極自体の直径が大きく、例えば５０
０μｍ程度ならば可能であり、半田ブリッジも防げた
が、バンプ自体が極小化することにより、バンプのピッ
チが小さくなって予備半田を設けることは困難になる。

【０００９】バンプ高さが一定でないと、マザーボード
へ実装する時にバンプ高さの低い電極部の接続が上手く
いかず、特に直径３００μｍ以下の極小バンプを持つ電
子デバイス（ＣＳＰ、ベアチップ）でこの問題は顕著で
ある。

【００１０】一方、このような金属バンプのレベリング
方法が（１）特開平１０−４１２７号公報、（２）特開
平１０−５６２５６号公報、（３）特開平１０−１６３
２１号公報などに記載されている。上記（１）の公報に
は、バンプ先端を研磨することが記載されているが、こ
の内容では、半導体装置のバンプ先端を研磨するとバン
プの変形が起きるため、研磨する対象物が半導体チップ
側のバンプではなく、チップを搭載する実装基板やＣＳ
Ｐ用の基板（インターポーザー）側のバンプの研磨につ
いてのことであり、半導体チップ側のバンプに関しては
何も考慮していない。

【００１１】また、上記（２）の公報には、バンプ先端
を圧接することが記載されているが、この内容では、溶
融前の半田ペーストを上から予め押えた状態にして、リ
フローすることで半田バンプを形成するときにバンプが
押え板以上の高さにならないようにすることであり、こ
の内容も基板上のバンプに関することであって、ウェー
ハや半導体チップ上のバンプのレベリングの改善とはな
らない。

【００１２】また、上記（３）の公報には半導体チップ
側のバンプ先端を圧接することが記載されているが、こ
の内容では、半導体チップの周辺にのみ電極用のバンプ
がある場合、即ちバンプ径が比較的大きい場合に限られ
ており、今後、端子数の増大が見込まれ、かつ電気信号
を高速処理する半導体デバイスが増加し、電極数が増大
してチップ周辺のみではバンプを適性に配設することが
出来ず、電極としてのバンプがチップ全面に配置される
エリアアレイタイプとなると、この公報記載の技術では
対応できない。

【００１３】本発明は、上記従来技術を考慮したもので
あって、半導体装置に形成されたバンプ電極高さを容易
に微小量の精度で一定に揃えるバンプレベリング方法の
提供を目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明では、半導体装置の電極上に形成した複数の
金属バンプの高さを均一にするためのバンプレベリング
方法において、前記半導体装置の電極形成面を研磨プレ
ートの研磨面に平行に保持した状態で該研磨プレートに
より複数の金属バンプの先端を微小研磨することを特徴
とする半導体装置のバンプレベリング方法を提供する。

【００１５】この構成によれば、複数のバンプが形成さ
れた電極形成面に対し、これと平行な研磨プレートの研
磨面で複数のバンプを同時に微小研磨する事ができるた
め、バンプを変形させることなく、個々のバンプの高さ
計測等を行わずに、容易にベアチップやＣＳＰなどの半
導体装置に形成された電極バンプの先端を微小研磨して
その高さを一定にすることができる。

【００１６】好ましい構成例においては、前記微小研磨
は、金属バンプが塑性変形しない程度の軽荷重を付加し
ながら行うことを特徴としている。

【００１７】この構成によれば、金属バンプが塑性変形
しない程度の軽荷重でバンプ先端が微小研磨されるた
め、金属バンプ径が微小化した場合であっても、隣接バ
ンプ同士が接触したり、バンプが崩れたり脱落すること
なく、微小量の先端研磨によりバンプ高さを均一化する
事ができる。

【００１８】好ましい構成例においては、半導体装置の
回路形成面の周縁部に形成された電極上に金属バンプが
形成されるとともに、該周縁部電極の内側にも金属バン
プが形成された半導体装置の金属バンプの高さを均一に
するためのバンプレベリング方法において、前記半導体
装置の電極形成面を押圧プレートの押圧面に平行に保持
した状態で該押圧プレートにより複数の金属バンプの先
端を微小量圧接することを特徴とする半導体装置のバン
プレベリング製造方法を提供する。

【００１９】この構成によれば、複数のバンプが形成さ
れた電極形成面に対し、これと平行な押圧プレートの押
圧面で複数のバンプを同時に微小圧接する事ができるた
め、隣接バンプが接触するほど大きくバンプを塑性変形
させることなく、個々のバンプの高さ計測等を行わず
に、容易にベアチップやＣＳＰなどの半導体装置に形成
された電極バンプの先端を微小圧接してその高さを一定
にすることができる。

【００２０】好ましい構成例においては、前記微少量の
圧接は、前記押圧プレートの押圧過程で最も高い金属バ
ンプの頂部が押圧面に接触した後、最も低い金属バンプ
の頂部が該押圧面に接触する程度の移動量で行うことを
特徴としている。

【００２１】この構成によれば、エリアアレイ状に配設
された極小バンプに対し、バンプのほぼ高低差の範囲の
微小量のみ押圧プレートを移動してバンプ先端を微小接
圧するため、バンプ変形により隣接バンプ同士が接触し
たり、バンプが崩れたり脱落することなく、微小量の圧
接によりバンプ高さを均一化する事ができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。図１（Ａ）から（Ｅ）まで
は、本発明の実施の形態に係るバンプレベリング方法の
手順を順番に示す説明図である。本実施形態は、ウェー
ハレベルでバンプのレベリング処理をする場合のプロセ
スである。ただし本方法のプロセスは個々に分割した半
導体デバイス（ＩＣチップやＣＳＰ）でも可能である。
まず、（Ａ）に示すように通常の半導体プロセスにより
ウェーハ１を製造する。この時ウェーハ１に形成された
チップ２（図は３個分のチップ２を示す）の各チップ２
には回路面３が形成され、図示しない回路パターンが形
成される。この回路パターンの周辺部にはアルミやニッ
ケルからなる電極４が配置される。次にこの回路面３や
電極４を覆うように絶縁膜を形成し、この絶縁膜上に電
極４をチップ２全面にエリアアレイ状に配置する再配置
処理を行う。

【００２３】次に（Ｂ）に示すようにその電極にメタル
ジェットプリンティング法、印刷法又はボール転写法な
どにより金属バンプ５を形成する。この金属バンプ５は
例えば直径１００μｍの極小バンプで約２００μｍピッ
チでエリアアレイ状に配置される。

【００２４】このウェーハ１の裏面（図の上面）を、
（Ｃ）に示すように吸着プレート６の吸引部９で真空吸
引して保持し、研磨プレート７の研磨面８にウェーハ１
を下降させ、接触させる。この時の金属バンプ５にかか
る荷重は金属バンプ５が塑性変形しない程度の軽荷重で
あり、具体的には６インチウェーハで１００〜２００ｇ
重程度である。

【００２５】この軽荷重のまま研磨プレート７を（Ｄ）
に示すようにウェーハ１と平行に保たれるように左右方
向に移動（又は回転）させ、かつ垂直方向に５〜１０μ
ｍ程ウェーハ１を下降させる。この５〜１０μｍの下降
量は径が１００〜３００μｍの金属バンプの通常の高低
バラツキと同程度の量である。これにより金属バンプ５
の先端は研磨面８により全体的に同時に揃って微小研磨
され、（Ｅ）に示すようにバンプレベル１０の高さが均
一に揃えられる。

【００２６】図２は、本発明に係る研磨方法を施した金
属バンプ５の状態を示す平面図であり、図３は、その側
面図である。図示したようにバンプ高さの高い金属バン
プ５の研削跡１１は大きな円形となり、バンプ高さの低
い金属バンプ５の研削跡１１は小さな円形となる。もし
全てのバンプ高さが同じであれば、全ての金属バンプ５
が同じ径の研削跡となる。このような研削跡は目視で観
察確認可能であり、これにより全ての金属バンプ５に研
削跡があればバンプの平面度はウェーハ１と研磨プレー
ト７の平行度レベルで保証されることになり、改めてバ
ンプレベル検査（コプラナリティ検査）を行う必要がな
くなる。

【００２７】なお、本発明が適用されるのは金属バンプ
５をチップ２の全面に形成した場合に限らず、図のよう
にチップ２の周縁とその内側の一部に形成した場合でも
よく、また、電極４の再配置による形成方法を用いずに
チップ２に直接電極を形成する方法でもよい。また、チ
ップ２の周辺のみに金属バンプ５が形成された場合（即
ち図１（Ａ）の状態のままバンプ５を形成した場合）に
も適用可能である。

【００２８】図４は、本発明に係る研磨方法が適用され
るウェーハ１の部分斜視図である。図示したように、ウ
ェーハ１上には金属バンプ５を有する複数のチップ２が
形成される。このようなウェーハ１状態で各チップ２が
同時に前述のように微小研磨される。

【００２９】図５は、本発明の別の実施の形態に係るバ
ンプレベリング方法の手順説明図である。本実施形態の
場合においても、前述の図１の例と同様に、まず（Ａ）
に示すように通常の半導体プロセスによりウェーハ１を
製造する。この時ウェーハ１に形成されたチップ２（図
は３個分のチップ２を示す）の各チップ２には回路面３
が形成され、図示しない回路パターンが形成される。こ
の回路パターンの周辺部にはアルミやニッケルからなる
電極４が配置される。次に、この回路面３や電極４を覆
うように絶縁膜を形成し、この絶縁膜上に電極をチップ
全面にエリアアレイ状に配置する再配置処理を行う。

【００３０】次に（Ｂ）に示すようにその電極にメタル
ジェットプリンティング法、印刷法又はボール転写法な
どにより金属バンプ５を形成する。この金属バンプ５は
例えば直径１００μｍの極小バンプで約２００μｍピッ
チでエリアアレイ状に配置される。

【００３１】このウェーハ１を、（Ｃ）に示すように、
プレス装置（図示しない）等の押圧プレート１２上にセ
ットする。この時、ウェーハ１の電極形成面（図の下
面）は押圧プレート１２の押圧面（図の上面）１３と平
行になるようにセットされる。この状態で（Ｄ）に示す
ように、押圧プレート１２上の押圧面１３にウェーハ１
を下降させ、接触させる。この押圧プレート１２とウェ
ーハ１とを平行に保った状態でウェーハ１を下降させ
る。ここでチップ２上の最も高く突出したバンプ５が最
初に押圧面１３に接する。この時点を検出して、ここか
ら５〜１０μｍの微小量だけさらにウェーハ１を加工さ
せて金属バンプ５を押圧プレート１２に圧接させる。

【００３２】これにより最も低く突出するバンプ５まで
のすべてがその先端を微小量だけ圧接されて、（Ｅ）に
示すようにバンプレベル１０の高さが均一に揃えられ
る。ここで目視によりチップ２全面のバンプ５を観察
し、圧接していないバンプ５があれば再びウェーハ１を
セットしてすべてのバンプ５が圧接するように再び微小
量下降して最も低いバンプ５までを圧接する。

【００３３】本実施形態においても、前述の図２および
図３に示すような金属バンプ５の平面視状態および側面
視状態が得られる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、半導体装置の電極を構成する金属バンプの先端部を
微小研磨または微小圧接することにより、金属バンプの
高さを均一化できるため、基板（マザーボード）への安
定した実装が可能となり、電極接続の信頼性が向上す
る。また、金属バンプの極小化、ピッチ間の極小化にも
対応して行うことが可能であり、多端子の微小バンプを
持つ電子デバイスでも利用可能である。また、バンプ高
さを検証するコプラナリティ検査用の専用の装置を用い
ることなく目視による検査が可能になり、生産コストを
抑えることができる。特に多端子の微小バンプの場合、
ブリッジ防止の点で予備半田が用いられないので、１０
μｍ以下の微小量の高さのバラツキが実装の信頼性に大
きく影響する。このため微小研磨又は微小圧接による本
発明のレベリング方法は特に多端子の極小バンプに対し
大きな効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態に係るバンプレベリング
方法の手順説明図。

【図２】 本発明に係る研磨方法を施した金属バンプの
状態を示す平面図。

【図３】 本発明に係る研磨方法を施した金属バンプの
状態を示す側面図。

【図４】 本発明に係る研磨方法が適用されるウェーハ
の部分斜視図。

【図５】 本発明の別の実施の形態に係るバンプレベリ
ング方法の手順説明図。

【符号の説明】

１：ウェーハ、２：チップ、３：回路面、４：電極、
５：電極バンプ、６：吸着プレート、７：研磨プレー
ト、８：研磨面、９：吸引部、１０：バンプレベル、１
１：研削跡、１２：押圧プレート、１３：押圧面。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体装置の電極上に形成した複数の金属
   バンプの高さを均一にするためのバンプレベリング方法
   において、 前記半導体装置の電極形成面を研磨プレートの研磨面に
   平行に保持した状態で該研磨プレートにより複数の金属
   バンプの先端を微小研磨することを特徴とする半導体装
   置のバンプレベリング方法。
2. 【請求項２】前記微小研磨は、金属バンプが塑性変形し
   ない程度の軽荷重を付加しながら行うことを特徴とする
   請求項１に記載の半導体装置のバンプレベリング方法。
3. 【請求項３】半導体装置の回路形成面の周縁部に形成さ
   れた電極上に金属バンプが形成されるとともに、 該周縁部電極の内側にも金属バンプが形成された半導体
   装置の金属バンプの高さを均一にするためのバンプレベ
   リング方法において、 前記半導体装置の電極形成面を押圧プレートの押圧面に
   平行に保持した状態で該押圧プレートにより複数の金属
   バンプの先端を微小量圧接することを特徴とする半導体
   装置のバンプレベリング方法。
4. 【請求項４】前記微少量の圧接は、前記押圧プレートの
   押圧過程で最も高い金属バンプの頂部が押圧面に接触し
   た後、最も低い金属バンプの頂部が該押圧面に接触する
   程度の移動量で行うことを特徴とする請求項３に記載の
   半導体装置のバンプレベリング方法。