JP2004128354A - はんだバンプの形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ピッチが狭く、開口サイズが小さく均一で、かつ所望の高さのバンプを低コストで形成するはんだバンプの形成方法を提供する。
【解決手段】被覆物で覆われた配線回路基板１の電極２の周辺に開口部５を設け、該開口部５に減圧下ではんだの供給を行い、スキージ６によってはんだを埋め込むように構成する。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置のはんだバンプ形成方法に関し、さらに詳しくはフラックスを使用せずに溶融はんだにより均一、かつ安価に可能なバンプ形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の端子上へのはんだ形成方法には、めっき法の他に印刷法、ボール搭載法などがあり、はんだ粒子やペースト、ボール等を金属パターン上に形成して溶融して接合している。
このような方法でのはんだバンプ形成は安価に製造することが可能であり、印刷法、ボール搭載法では鉛フリーはんだへの対応も容易である。しかしながら、半導体装置の電極の狭ピッチ化およびバンプ高さを高めることへの対応は困難である。
【０００３】
この問題を解決することが可能な方法として、溶融はんだによるバンプの形成方法が種々提案されている。
そのうちの一つが、ディップによるバンプの形成方法である。
第一の基板上にボンディングパッドを形成する工程と、第一の基板上に所望のはんだバンプの高さの膜厚に保護膜を形成する工程と、ボンディングパッド上にバリアメタルを形成する工程と、第二の基板を融解したはんだにディップする工程と、第二の基板をはんだ槽から引き上げるとき、ボンディングパッド上の開口以外に付着した余分なはんだを除去する工程と、保護膜を全面エッチングし、保護膜のエッチング量によって所望のはんだバンプの高さを得るようにした半導体装置のはんだバンプの形成方法が開示されている。また、はんだ槽雰囲気を真空中で行うことも記載されている。
【０００４】
しかし、この方法では保護膜が薄い場合ははんだバンプの形成は可能であるが、保護膜が厚くなるとたとえ真空中であっても、ディップ槽から半導体装置を引き上げる際にバラツキが生じやすく、均一なバンプの形成は困難であり、また、狭ピッチおよび開口サイズが小さくなるとさらにバンプの形成は困難になるという問題がある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
また、低融点金属材料を溶融した状態で収めるとともにディップ槽中に半導体素子を浸漬して半導体素子の電極上に低融点金属材料からなる金属突起電極を形成した後、低融点金属中から引き上げる際に不揮発性成分からなる有機材料中を通過させて金属突起電極上に不揮発性成分からなる有機材料を形成する金属突起電極形成装置および金属突起電極形成方法が開示されている。
【０００６】
しかし、この方法では半導体素子をディップして引き上げるだけであり、安定した突起電極サイズは得られるが、電極サイズおよび溶融金属材料の表面張力によって突起電極サイズは決まってしまうため、所望の高さを得るのは困難であるという問題がある。（例えば、特許文献２参照。）。
また、能動領域が形成されているシリコン基板の能動領域に接触体を形成する工程と、接触体に障壁金属層を形成する工程と、接触体の上方に開口部を有するように障壁金属層上にレジストのマスクを形成する工程と、マスクを利用してめっき法により開口部を埋めるＣｕ層を形成する工程と、レジストを除去して露出した障壁金属層を除去する工程と、Ｃｕ層の上面には薄く、その他の表面にはＣｕ層の厚さの半分程度の厚さに耐熱性樹脂を被覆する工程と、ドライエッチングによりＣｕ層の上面及び上半分の側面を露出させる工程と、はんだディップ法によりはんだ電極を形成する工程とを含んで構成される半導体装置の製造方法が開示されている。
【０００７】
しかし、障壁金属層上に金属の厚膜層をめっき法により形成する工程が必要なために、コスト的に高価なものとなってしまうという問題がある。（例えば、特許文献３参照。）。
また、ファインピッチ部品のランド以外にレジストを塗布して硬化後、超音波ホーンが設置されたはんだ槽に浸漬することによりランドにはんだを付着させ、その後ファインピッチ部品からレジストを除去し、さらに必要に応じてはんだコートを再融解させる、ファインピッチ部品のはんだコート方法が開示されている。
【０００８】
しかし、この方法ではレジストの開口が深くなるほど安定したバンプの形成が困難になるという問題があり、さらに半導体回路装置を用いる場合には、超音波によるダメージが懸念される。（例えば、特許文献４参照。）。
また、機能素子の接続点以外をホトレジスト工程によりホトレジストを付着し、はんだディップ等の方法によりはんだ電極を形成する手法が開示されている。
【０００９】
しかし、この方法でのはんだ電極の形成の内容は定義されておらず、また、ディップのみではレジスト開口部へのはんだの流入は困難であり、さらに所望の高さのはんだバンプを得ることは困難であるという問題がある。（例えば、参考文献５参照。）。
また、表面の少なくとも一部に凹部が形成されたはんだ転写用基板と表面が平坦な押し当て用基板の表面とを別々にはんだ槽に浸漬し、はんだ転写用基板の表面と押し当て押し当て用基板の表面とをはんだ槽内で密着させ、凹部に溶融はんだを密封し、次いで密着させた状態ではんだ槽から引き上げて冷却し、凹部中のはんだを凝固し、次いではんだ転写用基板と押し当て基板を剥がすバンプ形成方法、および表面の少なくとも一部に凹部が形成され、凹部中にはんだからなるバンプを有するはんだ転写用基板を準備し、凹部中のはんだを半導体素子の接続電極に転写する半導体装置の製造方法が開示されている。
【００１０】
しかし、この方法でははんだ槽から引上げ後に半導体チップに転写してバンプを形成するものであり、コスト的に高価な処理であるという問題がある。（例えば、特許文献６参照。）。
さらに、上記の問題を解決することが可能な方法として、溶融はんだのスキージングによるはんだバンプの形成方法が提案されている。
【００１１】
すなわち、スキージングによるはんだバンプの形成方法である。
例えば、加熱機構を設けたマスクを電極に対応するように位置決めし、はんだ融点以上に加熱し、溶融温度に加熱したシリンジ内のはんだをニードル先端からマスクの開口と位置決めされた電極上に供給し、スキージング法によりはんだバンプの高さのばらつきを抑える方法が開示されている。
【００１２】
しかし、この方法では安定したはんだバンプの高さを得られるという特徴はあるが、狭ピッチ化に伴いマスク開口部へのはんだの供給が困難となり、所望のバンプ高さを得るのが困難であり、また電極が多数存在する半導体装置ではコスト的に高価になるという問題がある。（例えば、特許文献７参照。）。
また、基板に、ＩＣチップの端子と導通するためのスルーホールを多数形成するとともに、基板上にクリームはんだ若しくは溶融はんだを盛り付け、クリームはんだまたは溶融はんだをスキージ等により刷り込んでスルーホール内に充てんし、かつ基板の表面上にはんだバンプを形成する半導体装置のバンプ形成方法が開示されている。
【００１３】
しかし、この方法では高さが十分なバンプの形成は困難であり、雰囲気を制御していないのではんだの酸化および表面張力によりスルーホールへの充てんさえも困難であるという問題がある。（例えば、特許文献８参照。）。
さらに、上記の問題を解決することが可能な方法として、噴霧によるバンプの形成方法が提案されている
すなわち、噴霧によるはんだバンプの形成方法である。
【００１４】
特許文献９では、半導体チップ上のパッドと同間隔でプリント配線板上にパッドを形成した後、プリント配線板の上面をパッド形成領域を除いてレジストで覆い、次いでプリント配線板のレジストで覆った面を下に向け、その下方から溶融はんだを噴霧する。これにより、溶融はんだはプリント配線板上のパッドの形成面のみに付着し、重力の作用を受けて理想的な半球状のバンプが形成される。バンプが形成されたプリント配線板は、半導体チップのパッドと位置合わせされた後、高温の炉に通される。これにより、バンプが溶けて、半導体チップはバンプを介してプリント配線板と接合される、というバンプの形成方法が開示されている。
【００１５】
しかし、この方法でははんだの表面張力により、レジスト厚を変化させても特定サイズのバンプ以外の形成は困難であり、電極サイズによっては所望の高さのバンプは得られない。さらに、レジスト厚が厚くなるほど、またレジスト開口部が小さくなるほど、電極へのはんだ付着さえも困難になるという問題がある。（例えば、特許文献９参照。）。
【００１６】
【特許文献１】
特開平４−２８３９３３号公報　（第２〜３頁、第１図）
【００１７】
【特許文献２】
特開平１０−２１４８３７号公報　（第３〜４頁、第１図）
【００１８】
【特許文献３】
特開平３−２２４３７号公報　（第２〜３頁、第１図）
【００１９】
【特許文献４】
特開平９−２１４１１５号公報　（第３〜４頁、第１図）
【００２０】
【特許文献５】
特開昭５４−１１８５７２号公報　（第１〜２頁、第２図）
【００２１】
【特許文献６】
特開平１０−９２８２９号公報　（第３〜４頁、第１図）
【００２２】
【特許文献７】
特開平１０−４０９９号公報　（第３〜５頁、第１図）
【００２３】
【特許文献８】
特開平１１−３４０３６１号公報　（第２〜４頁、第１図）
【００２４】
【特許文献９】
国際公開第９８／２０５４１号パンフレット
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、これらの課題を解決するために、ピッチが狭く、開口サイズが小さく均一で、かつ所望の高さのバンプを低コストで形成するはんだバンプの形成方法を提供することを目的とする。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
上に述べた課題は、本発明の請求項１によれば、被覆物で覆われた配線回路基板の電極の周辺に開口部を設け、該開口部に減圧下ではんだの供給を行い、スキージによってはんだを埋め込むはんだバンプの形成方法とすることで達成される。
【００２７】
すなわち、被覆物で覆われた配線回路基板の電極の周辺に開口部を設け、開口部に減圧下で供給したはんだを、スキージを用いて埋め込むようにしている。この構成とすることで、はんだの酸化を防止したうえでピッチが狭く、開口サイズが小さく均一で、かつ所望の高さのバンプを低コストで形成することができる。また、上に述べた課題は、本発明の請求項２によれば、電極の周辺に所定の開口部を有する、被着物で覆われた配線回路基板をはんだ槽にディップし、次いで該開口部に平坦な押圧治具を押しつけてはんだを埋め込む、はんだバンプの形成方法とすることで達成される。
【００２８】
すなわち、電極の周辺にある所定の開口部にはんだを埋め込むのに、被覆物で覆われた配線回路基板をはんだ槽にディップして溶融しているはんだを開口部に入れ込み、次いで開口部に平坦な押圧治具を押しつけて開口部にはんだを充満させるように構成している。この構成とすることで、ピッチが狭く、開口サイズが小さく均一で、かつ所望の高さのバンプを低コストで形成することができる。
【００２９】
また、上に述べた課題は、本発明の請求項４によれば、前記スキージをはんだの溶融点以上の温度に加熱する請求項１記載のはんだバンプの形成方法とすることで達成される。
すなわち、スキージをはんだの溶融点以上の温度に加熱することでスキージと接触するはんだを溶融状態とし、スキージングの後ははんだが凝固するので、開口部にはんだを充填することができ、はんだの酸化を防止したうえで、ピッチが狭く、開口サイズが小さく均一で、かつ所望の高さのバンプを低コストで形成することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
〔実施例１〕
図１は、本発明によるはんだバンプの形成方法における工程を説明する図である。ここで、符号１は配線回路基板、１０は絶縁膜、２はホトレジスト、３はステージ、４は電極、５は開口部、６はスキージ、７１は微小な噴霧はんだ、７２は堆積したはんだ、７３は固化したはんだ、７４は溶融はんだをそれぞれ示している。なお、ここでは代表して一つのステージ３だけを表示している。
【００３１】
また、ステージ３およびスキージ６は温度調節が可能な構造とする。
電極４の周辺に所定の開口部５をもつホトレジスト２で覆われた絶縁膜１０を有する配線回路基板１に溶融はんだ７４を充てんし、固化したはんだ７３を形成する方法である。
まず、配線回路基板１をステージ３に搭載する。なお、配線回路基板１を搭載する時点ではステージ３は常温付近であることが望ましい。
【００３２】
次に図示しない処理室を減圧して酸素濃度を低下させ、次いでホトレジスト２で覆われた配線回路基板１が搭載されたステージ３を加熱する。減圧はできれば４０Ｐａ以下とすることが好ましい。このとき、ステージ３の温度ははんだの溶融点以下、望ましくははんだの溶融点よりも１０℃以下程度とするのが好ましい。また、酸化を防ぐためには、減圧せずに不活性雰囲気とすることも有効である。
【００３３】
次いで、溶融はんだ７４を配線回路基板１の上方部から供給する。このとき、滴下しても良いが、微小な噴霧はんだ７１とする方が配線回路基板１の開口部５へのはんだの充てん性は良い。
ステージ３上の配線回路基板１に載った微小な噴霧はんだは、ステージ３の温度がはんだの溶融点以下であるため、配線回路基板１の上で固化する。
【００３４】
ここで、絶縁膜１０は、はんだに濡れない材料たとえばＳｉＮ（窒化珪素）などで形成しておく。
次いで、はんだの溶融点以上の温度に加熱したスキージ６を用いて配線回路基板１の表面をスキージングし、開口部５に存在する溶融はんだ７４または固化したはんだ７３に負荷をかけることで、開口部５への溶融はんだの充填を十分に行う。このとき、スキージ６の温度ははんだの溶融点以上であり、好ましくははんだの溶融温度よりも１０℃以上高いことが望ましい。
【００３５】
スキージ６とステージ３の温度をそれぞれ溶融点の上と下にしておくことによって、スキージ６と接触するはんだのみを部分的に溶融状態とし、スキージング後ははんだが凝固することにより、開口部５を固化したはんだ７３で充填することができ、このことで隣接する電極４とのはんだショート等の不具合を防止できると共に、充填量のばらつきを抑制することが可能である。
【００３６】
なお、スキージ６はたとえば石英ガラス、ステンレススチール、アルミナセラミックス等のはんだに濡れない材料で形成するのが好ましい。
減圧状態でスキージングを行った場合には、続いて処理室を大気圧とすることではんだの充てんを完了する。もちろん、大気圧にするのは、はんだの酸化を防止するために、不活性ガス雰囲気として常温まで冷却した後の方が良い。減圧せずに不活性雰囲気で行った場合には雰囲気を変える必要はない。
【００３７】
続いて開口部５への固化したはんだ７３の充填を終了した後に配線回路基板１を覆っているホトレジスト２を剥がし、次いで開口部５に形成された円柱状に固化したはんだ７３を半球状化するために、フラックス等を用いてはんだを溶かすことで、所望のはんだバンプが電極４の上に形成される。
なお、本実施例では、はんだバンプを形成するのに溶融はんだまたは微小な霧状のはんだを用いたが、シート状のはんだを用いることも可能である。また、被覆物としてホトレジストを用いたが、これに限定されるものではない。
【００３８】
〔実施例２〕
図２は本発明によるはんだ槽にディップするはんだバンプの形成方法を示す図であり、符号８は試料押え治具、９は加圧治具、１００ははんだ槽を示す。なお、実施例１と共通するものは同じ符号で示している。
まず、溶融はんだ７４が収められたはんだ槽１００に、電極４の周辺に所定の開口部５をもつホトレジスト２で覆われた絶縁膜１０を有する配線回路基板１を試料押え治具８に搭載してはんだ槽１００に垂直に浸漬する。このとき、溶融はんだ７４の酸化の防止および開口部５への溶融はんだ７４の充填性を考慮し、はんだ槽１００の周辺は不活性ガス雰囲気または酸素濃度が１００ｐｐｍ以下の減圧状態とすることが望ましい。
【００３９】
次いで、配線回路基板１の開口部５へ圧力を印加する加圧治具９をはんだ槽１００内に配線回路基板１と平行に浸漬し、続いて配線回路基板１の開口部５に溶融はんだ７４が入り込むように加圧治具９を配線回路基板１を搭載した試料押え治具８に押しつけて加圧する。
このとき、はんだ槽１００内に浸漬された配線回路基板１と加圧治具９をはんだ槽１００に対して垂直のままでなく、傾斜をつけた方がはんだの充填性は良くなる。
【００４０】
そして、加圧治具９で加圧後に配線回路基板１の表面に加圧治具９を密着させたままはんだ槽１００から垂直に引上げ、開口部５に充填された溶融はんだ７４が溶融点以下の温度となり、固化したはんだ７３になったら配線回路基板１と加圧治具９とをひき離す。
続いて配線回路基板１を覆っているホトレジスト２を剥がし、次いで開口部５に形成された円柱状に固化したはんだ７３を球状化するために、フラックス等を用いてはんだを溶かすことで、所望のはんだバンプが電極４の上に形成される。
【００４１】
なお、本実施例では配線回路基板の開口部に圧力を印加するのに、平面を有する加圧治具を用いたが、配線回路基板の開口部が同一平面にない場合には、相応の形状の加圧治具とするなど、種々の変形が可能である。
（付記１）　被覆物で覆われた配線回路基板の電極の周辺に開口部を設け、該開口部に減圧下ではんだの供給を行い、スキージによってはんだを埋め込むことを特徴とするはんだバンプの形成方法。
【００４２】
（付記２）　被覆物で覆われた配線回路基板の電極の周辺に開口部を設け、該開口部に不活性ガス雰囲気下ではんだの供給を行い、スキージによってはんだを埋め込むことを特徴とするはんだバンプの形成方法。
（付記３）　電極の周辺に所定の開口部を有する、被覆物で覆われた配線回路基板をはんだ槽にディップし、次いで該開口部に平坦な押圧治具を押しつけてはんだを埋め込むことを特徴とするはんだバンプの形成方法。
【００４３】
（付記４）　付記１または２記載の被覆物が、ホトレジストであることを特徴とするはんだバンプの形成方法。
（付記５）　前記スキージをはんだの溶融点以上の温度に加熱することを特徴とする付記１記載のはんだバンプの形成方法。
（付記６）　はんだの供給は、溶融はんだの滴下または噴霧によることを特徴とする付記１記載のはんだバンプの形成方法。
【００４４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、ピッチが狭く、開口サイズが小さい、均一でかつ所望の高さのバンプを低コストで形成することができるという効果を生じ、半導体装置の小型化、高密度化に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるはんだバンプの形成方法における工程を説明する図。
【図２】本発明によるはんだ槽にディップするはんだバンプの形成方法を示す図。
【符号の説明】
１　配線回路基板
２　ホトレジスト
３　ステージ
４　電極
５　開口部
６　スキージ
７１　微小な噴霧はんだ
７２　堆積したはんだ
７３　固化したはんだ
７４　溶融はんだ
８　試料押え治具
９　加圧治具
１０　絶縁膜
１００　はんだ槽

Claims (5)

1. 被覆物で覆われた配線回路基板の電極の周辺に開口部を設け、
   該開口部に減圧下ではんだの供給を行い、
   スキージによってはんだを埋め込む
   ことを特徴とするはんだバンプの形成方法。
2. 電極の周辺に開口部を有する被覆物で覆われた配線回路基板をはんだ槽にディップし、
   該開口部に平坦な押圧治具を押しつけてはんだを埋め込む
   ことを特徴とするはんだバンプの形成方法。
3. 請求項１または２記載のはんだバンプの形成方法において、前記被覆物が、ホトレジストである
   ことを特徴とするはんだバンプの形成方法。
4. 前記スキージをはんだの溶融点以上の温度に加熱する
   ことを特徴とする請求項１記載のはんだバンプの形成方法。
5. はんだの供給は、溶融はんだの滴下または噴霧による
   ことを特徴とする請求項１記載のはんだバンプの形成方法。

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