JP2003100792A - 突起電極の形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スクリーン印刷により半導体基板や回路基板
の電極間隔が狭小化された突起電極を形成する際に、ス
クリーンマスクのズレやそのマスクにろう付け材料が付
着することがあり、突起電極の高さバラツキを生じてし
まう。 【解決手段】 膜厚がほぼ均一となるようにパッド電極
が覆われた厚膜感光性樹脂をその基板表面に塗布した
後、フォトリソグラフィー法により、パッド電極表面ま
での露出孔が同一容積となり、さらに該露出孔内で露出
しているパッド電極の面積を同一とした厚膜感光性樹脂
パターンを形成し、さらに、スクリーン印刷法によりペ
ースト状のろう付け材料を該露出孔の淵まで摺り切りで
充填する。続けてそのろう付け材料を溶融して少なくと
もその頂部における縁部が丸みを帯びた形状となるよう
に突起電極を形成し、前記厚膜感光性樹脂パターンを除
去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板または
回路基板上に電極間隔を狭くして配置された複数のパッ
ド電極上へ、同じ高さの突起電極を容易に形成する方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子機器の小型化の要求に伴い、
半導体集積回路などを組み込んだ半導体装置が多用され
ている。この半導体装置を金属製の突起電極を介して回
路基板に接続させて実装体を形成するために、その接続
部の一方側のパッド電極に対して、前記突起電極を電気
メッキ法で形成していた。

【０００３】しかし、この方法は多数の工程が必須とな
りコストが掛かるばかりか、使用後のメッキ液の廃棄等
の公害上の問題があった。そこで、より大量の突起電極
を形成でき、且つ製造工程で副産物を形成しないとされ
ている、スクリーン印刷により該突起電極を形成する方
法が考案された。その具体的な方法は、特開平０５−９
０２７１で開示されている。

【０００４】以下に、スクリーン印刷法を用いて、半導
体基板上に配置されたパッド電極上に突起電極を形成す
る方法の一例を、図２（ａ）から図２（ｄ）を参酌しな
がら説明する。

【０００５】まず、図２（ａ）に示すように、半導体基
板１の能動素子面にアルミニウムを主成分とする、０．
１μｍ厚のパッド電極２を配置し、そのパッド電極２の
上面が開口するようにポリイミドからなる３μｍ厚の配
線保護膜３を形成する。更にその上層には金属の相互拡
散を防止するためのＮｉからなる２μｍ厚のバリアメタ
ル層４と、該バリアメタル層４の上層にろう付け材料の
濡れを良好にするためのＡｕから成る厚み０．２μｍの
表面処理膜５を形成する。続けて、このバリアメタル層
４と表面処理層５を、前記パッド電極２を完全に覆って
おり、パッド電極２よりも大きな径でパターニングして
図２（ａ）の構造体を得る。ここで説明した、パッド電
極２よりも大きな径とは、後で行うスクリーン印刷の印
刷マスク６の合わせ精度を考慮したマージン（配線保護
膜３の開口部から外縁部の段差部までの距離に相当す
る。）を予め表面処理層５に持たせるためのものであ
る。そのマージンは、熟練した技術者が位置合わせをす
る限界を考慮して、数百ミクロン以上が必要である。

【０００６】次に、図２（ｂ）に示すように、表面処理
層５と印刷マスク６の開口部の位置をできるだけ正確に
合わせて、印刷マスク６を半導体基板１に当接させる。
その後、該印刷マスク６上にハンダ材等のペースト状の
ろう付け材料７を供給し、スキージ８を用いてその開口
部にろう付け材料７を印刷マスク６の淵まで摺り切りで
充填する。

【０００７】更に、図２（ｃ）に示すように、前記ろう
付け材料７の印刷パターンを崩さないように印刷マスク
６を取り外す。

【０００８】最後に、図２（ｄ）に示すように、前記ろ
う材付け材料７を加熱溶融して、丸みを帯びた突起電極
９とし、従来の半導体装置が完成する。

【０００９】以上、半導体基板１上のパッド電極２に突
起電極９を形成する方法について説明したが、樹脂基
板、セラミック基板、ガラスエポキシ基板、表面に絶縁
性被膜を被覆した金属基板等の回路基板上のパッド電極
へ突起電極を形成する場合も同様に形成することができ
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】前記半導体装置の製造
方法は、電極間隔が十分広く、直径の大きい突起電極を
形成する場合は問題とならなかったが、半導体装置の小
型化に対応して、数百μｍ程度の電極間隔で半導体装置
を構成とした場合、以下の問題が生ずる。

【００１１】前記半導体装置のバリアメタル層４と表面
処理層５が、それぞれの層の機能を果たすためには総厚
２〜３μｍが必要となるので、図２（ａ）に示す表面処
理層５の縁部でそれだけの段差が形成されることとな
る。

【００１２】また、電極間隔を狭くすると、従来のよう
にパッド電極２上のマージン幅も同様に狭くせざるを得
ない。具体的には１００μｍのパッド径で電極間隔を２
００μｍとした場合、そのマージンを数十μｍとしなく
てはならないのである。このマージンでは、熟練した技
術者であっても、正確に印刷マスクを当接させることは
不可能である。このように、印刷マスク６が当接すべき
位置からズレてしまうと、印刷マスク６の開口部の隅に
前記段差部（２〜３μｍ）があるために、隙間ができて
しまう。特に、半導体基板１と印刷マスク６がθ方向で
ズレた場合、基板中央と外周でその隙間の大きさが異な
ってしまうので、そこからろう付け材料７がはみ出して
しまい、異なる量のろう付け材料７が各パッド電極２に
供給されることとなる。

【００１３】さらに、図２（ｃ）の印刷マスク６を取り
外す工程で、ろう付け材料７が印刷マスク６から抜けき
らずに印刷マスク６に付着する現象が避けられないた
め、これもパッド電極２上に異なる量のろう付け材料７
が供給される要因となる。

【００１４】以下に、電極間隔を狭小化した際に起こる
特有の問題について説明する。つまり、上述した理由に
よる、異なった量のろう付け材料７がパッド電極上に供
給されると、最終的に形成されるそれぞれの突起電極９
の大きさが異なることとなり、高さバラツキだけでな
く、横方向へ広がってしまった突起電極が形成されてし
まう。このように、突起電極９に高さバラツキが生ずる
と、実装体形成で密着力の強い箇所と弱い箇所、または
接続されない箇所等が生じ、実装体の信頼性の点で問題
となる。また、突起電極が横方向に必要以上に広がって
しまうと、ハンダブリッジを形成し易くなるのである。
このように、半導体装置上の高さバラツキと横方向に広
がった突起電極と、回路基板上の電極とを接合して実装
体を形成することは、不良を生む原因となることは明白
である。

【００１５】本発明の目的は、上記課題を解決したもの
であり、突起電極の間隔の狭小化に対応でき、しかも量
産性に優れた突起電極の形成方法を提供することであ
る。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明においては下記記載の突起電極の製造工程を
採用する。

【００１７】すなはち、本発明において上記課題を解決
するための第１の手段は、半導体基板または回路基板の
いずれかの基板に形成されたパッド電極上への突起電極
を形成する方法であって、該基板に複数のパッド電極を
形成する第１の工程と、膜厚がほぼ均一となるように少
なくとも該パッド電極が覆われた厚膜感光性樹脂をその
基板表面に塗布した後、パッド電極表面から厚膜感光性
樹脂表面までの露出孔を、それぞれのパッド電極の露出
面積が同一であり、かつそれぞれの露出孔の容積が同一
となるようにフォトリソグラフィー法により形成して厚
膜感光性樹脂パターンとする第２の工程と、スクリーン
印刷法によりペースト状のろう付け材料を該露出孔の淵
まで摺り切りで充填する第３の工程と、該ろう付け材料
を溶融して少なくともその頂部における縁部が丸みを帯
びた形状となるように突起電極を形成する第４の工程
と、該厚膜感光性樹脂パターンを除去する第５の工程を
具備することを特徴とする。

【００１８】第２の手段は、前記厚膜感光性樹脂が、不
飽和基を有するポリマーまたはプレポリマーと光重合開
始剤と重合抑制剤と溶剤から成る組成物により構成され
た光重合物質を含むことを特徴とする。第３の手段は、
前記ポリマーまたはプレポリマーが、ポリイミドに不飽
和結合を導入した感光性ポリイミドであることを特徴と
する。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下図面を参照しながら本発明の
突起電極の製造方法おける第１の実施の形態について説
明する。図１は、本発明の第１の実施の形態における半
導体装置の製造方法を示す工程断面図である。

【００２０】半導体基板１に複数のパッド電極２を形成
する第１の工程と、少なくとも該パッド電極上を覆うよ
うに厚膜感光性樹脂をその基板表面に塗布した後、フォ
トリソグラフィー法により、パッド電極２の露出面積が
同一であり、かつ容積が同一となるように、それぞれの
パッド電極上に露出孔を有する厚膜感光性樹脂パターン
１０を形成する第２の工程と、スクリーン印刷法により
ペースト状のろう付け材料７を該露出孔の淵まで摺り切
りで充填する第３の工程と、該ろう付け材料７を溶融し
てその端面の縁部が曲面となるように突起電極９を形成
する第４の工程と、前記厚膜感光性樹脂パターン１０を
除去する第５の工程を具備することを特徴とする。

【００２１】まず、第１の工程は、従来技術と同様に、
半導体基板１の能動素子面にパッド電極２を形成し、そ
のパッド電極２が開口するように配線保護膜３を配す
る。そして必要に応じて、その上層にバリアメタル層４
及び表面処理層５を配する。

【００２２】更に、第２の工程で、少なくともその半導
体基板１に形成された全てのパッド電極２を覆うよう
に、できるだけ基板内での厚みが均一となる条件で、液
状の厚膜感光性樹脂を周知のスピンコート法で塗布す
る。このほか、フィルム状の厚膜感光性樹脂を周知のラ
ミネート手段で張り付けても良い。この厚膜感光性樹脂
の一般的な光重合物質は、不飽和基を有するポリマーま
たはプレポリマーと光重合開始剤と重合抑制剤と溶剤か
ら成る組成物を用いることができるが、同じ機能を示す
ものであれば、他の構成であっても構わない。また、前
記ポリマーまたはプレポリマーとして、アクリル樹脂、
アジド化合物、感光性ポリイミド等を用いることができ
る。この中でポリイミドに不飽和結合を導入した感光性
ポリイミドが最も好ましい。それは、塗膜の耐熱性と基
材への密着に優れるからであるからである。

【００２３】また、厚膜感光性樹脂の厚みは、３０μｍ
以上であることが好ましい。これは、通常、良好な実装
体を形成するために、必要な突起電極の高さから規定し
た数値である。半導体装置の構成と、実装方法により突
起電極の構成が異なるため、一概に突起電極の高さを特
定することはできないが、電極間隔を狭小化したフリッ
プ・チップ実装構を想定した場合、少なくとも３０μｍ
の高さを有することが好ましからである。

【００２４】更に、フォトリソグラフィー法によりその
厚膜感光性樹脂をパターニングする。その際に、パッド
電極２（図２（ｂ）の場合は表面処理層５）の露出面積
が同一であり、さらにその容積が同一となるように露出
孔が形成された厚膜感光性樹脂パターン１０とすること
が重要である。本発明によれば、印刷マスクを用いない
で、フォトリソグラフィー法により、厚膜感光性樹脂パ
ターン１０を形成するので、その露出孔を形成する位置
を正確に合わせることができる。

【００２５】このように、厚膜感光性樹脂の高さを基板
内でできるだけ均一とし、更にフォトリソグラフィー法
により露出孔を同一容積となるように厚膜感光性樹脂パ
ターン１０を形成することで、後の工程で同量のペース
ト状のろう付け材料７をその露出孔に充填することがで
きるのである。また、その露出孔の径や厚膜感光性樹脂
の高さを調節することで、最終的に形成される突起電極
の幅と高さを制御することができる。

【００２６】続けて、第３工程で、周知のスクリーン印
刷法により、ペースト状のろう付け材料７を前記露出孔
の淵まで摺切りで充填する。ペースト状のろう付け材料
７としては電気接続に一般的に用いられるハンダ粉末を
液状フラックスに分散したペーストを用いることが出来
る。印刷条件は、ろう付け材料の種類によって決めた条
件であり、特別な条件は必要ない。ただし、印刷マスク
として厚膜感光性樹脂を使用しているので、その厚膜感
光性樹脂表面をなるべく削らない材質のスキージとして
ゴム製の物を用いることが好ましい。

【００２７】次に、第４工程で、ろう付け材料７が溶融
する温度で加熱・溶融し、その頂部における縁部が丸み
を帯びた形状となるようにした。通常、パッド電極２上
に形成されたペースト材は、ろう材の表面張力により、
その直径が大きくなる方向に広がり、高さが低くなって
略球面形状の突起電極９が形成される。しかし、本発明
によれば、前記厚膜感光性樹脂パターン１０が横方向へ
のろう付け材料７の広がりを抑えるため、ろう材の頂部
の縁部のみが丸みを帯びた形状となり、結果的に高さ方
向だけが伸びた突起電極９とすることができるのであ
る。

【００２８】最後に、第５の工程で、市販の剥離液を用
いたウェット処理、不活性ガス等を用いたドライアッシ
ング等の手段により、前記厚膜感光性樹脂パターン１０
を除去して、目的の半導体装置が完成する。

【００２９】上記の説明のごとく本発明によれば、印刷
マスクを用いないで、パッド電極２上の正確な位置に高
さ方向だけを伸ばした突起電極９を形成することができ
るので、電極が狭小化された半導体装置の突起電極９の
形成に十分対応できる。

【００３０】さらに、本発明の突起電極の形成方法は、
従来技術の様に、半導体装置側のパッド電極上のみなら
ず、回路基板側の電極上にも形成することができること
は言うまでもない。

【００３１】（実施例）本発明の、第１の実施の形態に
おける、第１から第５の工程について以下に詳細に説明
する。図１（ａ）から（ｄ）は、本発明の第１の実施の
形態の製造工程を説明するための工程断面図である。

【００３２】図１（ａ）に第１の工程を示す。はじめ
に、半導体基板１の能動素子面にアルミニウムを主成分
とする、０．１μｍ厚のパッド電極２を配置し、そのパ
ッド電極２の上面が開口するようにポリイミドからなる
３μｍ厚の配線保護膜３を形成する。更にその上層には
金属の相互拡散を防止するためのＮｉからなる２μｍ厚
のバリアメタル層４と、該バリアメタル層４の上層にろ
う付け材料の濡れを良好にするためのＡｕから成る厚み
０．２μｍ表面処理膜５を形成した。

【００３３】図１（ｂ）に第２の工程を示す。前記半導
体基板１に液状の感光性ポリイミドをポリイミドの粘度
とスピンコーターの回転数を選択して乾燥後膜厚がほぼ
３０μｍとなるようにスピンコーターを用いて塗布し、
続けて前記液状感光性ポリイミドの溶剤を約８０℃で２
０分程度乾燥して硬化させた。そののち、フォトマスク
と紫外線露光器を用いて露光し、感光性ポリイミドに市
販の現像液を用いて現像しパッド電極上に露出孔が形成
された厚膜感光性樹脂パターン１０とした。

【００３４】図１（ｃ）は、前記厚膜感光性樹脂パター
ン１０の露出孔に、ペースト状のろう付け材料７を充填
する第３の工程を示す工程断面図である。前述のように
厚膜感光性樹脂パターン１０を設けた後、ろう付け材料
７としてハンダペーストを前記厚膜感光性樹脂パターン
１０上に供給し、ゴム製スキージ８によって擦り切りで
露出孔の淵まで充填した。この時のスキージ８印可圧力
は０．０７５ＭＰａ、スキージ移動速度を１５ｍｍ／ｓ
ｅｃとして実施したところ、前記露出孔に等量のハンダ
ペーストが充填させることができた。

【００３５】図１（ｄ）は、ろう付け材料７を溶融させ
てパッド電極２上に突起電極９を形成する第３の工程を
示す工程断面図である。前述の工程で、厚膜感光性樹脂
パターン１０の露出孔にハンダペーストが等量供給され
た半導体基板１を、２５０℃に設定したホットプレート
上に約１０秒間置き、前記ハンダペーストを加熱溶融さ
せてその頂部の縁部が少なくとも丸みを帯びた形状（図
１ｄの場合は略球面形状）を有する突起電極９を得た。

【００３６】図１（ｅ）は、前記厚膜感光性樹脂パター
ン１０を除去する第４の工程を示す工程断面図である。
本実施例では突起電極９を形成した後、感光性ポリイミ
ドに市販の剥離液を用いて前記厚膜感光性樹脂パターン
１０を除去し、目的の突起電極を形成した。

【００３７】上記説明のごとく、本発明によれば、半導
体基板１上の電極間隔を狭小化したパッド電極２上に突
起電極９を容易に形成できることを確認した。

【００３８】また、本実施例において、半導体基板１上
のパッド電極２上に突起電極９を形成する場合について
説明したが、全く同じ方法で樹脂基材、セラミック基
材、ガラスエポキシ基材等で構成された回路基板上上に
突起電極を形成することができる。

【００３９】

【発明の効果】本発明の実施形態の半導体装置の製造方
法によれば、電極間隔が狭小化された半導体装置上のパ
ッド電極上に横方向の成長を抑制し、高さ方向だけを伸
ばした高さバラツキのない突起電極を容易に形成するこ
とができる。

【００４０】また、全く同じ方法で、樹脂基材、セラミ
ック基材、ガラスエポキシ基材等で構成された回路基板
上の電極への突起電極の形成にも適用できる。

【００４１】なお、本発明は、多数の狭小化されたパッ
ド電極上に高さバラツキのない突起電極を一度に形成で
き、量産性に優れた製造方法であることは言うまでもな
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態における半導体基板上の
突起電極の製造方法を示す工程断面図である。

【図２】 従来技術における半導体装置の突起電極の製
造方法を示す工程断面図である。

【符号の説明】

１ 半導体基板 ２ パッド電極 ３ 配線保護膜 ４ バリアメタル層 ５ 表面処理膜 ７ ろう付け材料 ８ スキージ ９ 突起電極 １０ 厚膜感光性樹脂パターン

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板または回路基板のいずれかの
   基板に形成されたパッド電極上への突起電極を形成する
   方法であって、該基板に複数のパッド電極を形成する第
   １の工程と、膜厚がほぼ均一となるように少なくとも該
   パッド電極が覆われた厚膜感光性樹脂をその基板表面に
   塗布した後、パッド電極表面から厚膜感光性樹脂表面ま
   での露出孔を、それぞれのパッド電極の露出面積が同一
   であり、かつそれぞれの露出孔の容積が同一となるよう
   にフォトリソグラフィー法により形成した厚膜感光性樹
   脂パターンとする第２の工程と、スクリーン印刷法によ
   りペースト状のろう付け材料を該露出孔の淵まで摺り切
   りで充填する第３の工程と、該ろう付け材料を溶融して
   少なくともその頂部における縁部が丸みを帯びた形状と
   なるように突起電極を形成する第４の工程と、該厚膜感
   光性樹脂パターンを除去する第５の工程を具備すること
   を特徴とする突起電極の形成方法。
2. 【請求項２】 前記厚膜感光性樹脂が、不飽和基を有す
   るポリマーまたはプレポリマーと光重合開始剤と重合抑
   制剤を含む組成物により構成された光重合物質を含むこ
   とを特徴とする請求項１に記載の突起電極の形成方法。
3. 【請求項３】 前記ポリマーまたはプレポリマーが、ポ
   リイミドに不飽和結合を導入した感光性ポリイミドであ
   ることを特徴とする請求項２に記載の突起電極の形成方
   法。