JP2005044979A

JP2005044979A - ウェハ保管方法及びバンプ形成方法

Info

Publication number: JP2005044979A
Application number: JP2003202633A
Authority: JP
Inventors: Yukihiro Yamamoto; 幸弘山本; Tomoyuki Uchiyama; 朋幸内山; Shunpei Miyajima; 俊平宮嶋
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2003-07-28
Filing date: 2003-07-28
Publication date: 2005-02-17

Abstract

【課題】アンダーバンプメタル付きウェハを入荷又は保管する際に、アンダーバンプメタル表面酸化膜の成長を防止し、さらに表面酸化物の生成を防止したウェハ保管方法を提供する。
【解決手段】アンダーバンプメタルの形成された電極を有するウェハを保管する際に、アンダーバンプメタル形成後２４時間以内に、相対湿度を４０％以下、酸素濃度が３００ｐｐｍ以下に保たれた非酸化性雰囲気に前記ウェハを保管する事を特徴とするウェハ保管方法である。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アンダーバンプメタルの形成された電極を有するウェハの保管方法及び保管後のバンプ形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造技術に関する内で、ウェハプロセスの開発が進められている。その工程は、ウェハ上に回路を形成した後、アルミ合金や銅合金の電極上にアンダーバンプメタルを形成したり、パッケージングしたりするプロセスである。最近のウェハプロセスに関しては、例えば、非特許文献１や非特許文献２等に記載がある。
【０００３】
【非特許文献１】
「日経マイクロデバイス」１９９８年８月号、ｐ．４４〜７１
【非特許文献２】
「日経マイクロデバイス」１９９８年４月号、ｐ．１６４〜１６７
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
その際に、その一貫したプロセスの行われる場所や時間が、必ずしも近いとは限らず、プロセスの途中まで行われた後、後のプロセスが数週間後等の時間を経て、別の場所で行われる場合も多い。その際に、回路付きウェハ上のアンダーバンプメタルの電極表面が汚れたり、最上層が銅合金の場合、アンダーバンプメタルを付けた電極表面に酸化膜が成長したり、最上層が金の場合、アンダーバンプメタル表面にその下地金属の酸化物が出たりすることが多く見受けられる。また、酸化膜の成長についても、ウェハホルダの位置によっても、ウェハやチップの場所の違いが出ることもある。この方面の対策研究もかなり行われてきている。防止方法としては、例えば、乾燥剤を使用したり、酸素吸収剤を使用したり、等の方法が採られている。
【０００５】
本発明は、アンダーバンプメタル付きウェハを入荷又は保管する際に、アンダーバンプメタル表面酸化膜の成長を防止し、さらに表面酸化物の生成を防止したウェハ保管方法、及び、プリント基板上に実装した際の信頼性を高めることのできるバンプ形成方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
斯かる目的を達成するために、第１の発明は、アンダーバンプメタルの形成された電極を有するウェハを保管する際に、アンダーバンプメタル形成後２４時間以内に、相対湿度を４０％以下、酸素濃度が３００ｐｐｍ以下に保たれた非酸化性雰囲気に前記ウェハを保管することを特徴とする。
【０００７】
また、第２の発明は、第１の発明において、前記酸素濃度を３００ｐｐｍ以下に保たれた非酸化性雰囲気が、アルゴン、窒素、二酸化炭素から選ばれる少なくとも１種のガスで置換された雰囲気であることを特徴とする。
【０００８】
また、第３の発明は、第１の発明において、前記非酸化性雰囲気中に、酸素吸収剤を配置することを特徴とする。
【０００９】
また、第４の発明は、第１の発明において、前記非酸化性雰囲気中に、水分蒸気吸収剤を配置することを特徴とする。
【００１０】
また、第５の発明は、第１の発明において、前記非酸化性雰囲気が、アルゴン、窒素、二酸化炭素から選ばれる少なくとも１種のガスで置換された雰囲気であり、該雰囲気中に水分蒸気吸収剤を配置することを特徴とする。
【００１１】
また、第６の発明は、第１の発明において、前記非酸化性雰囲気が、アルゴン、窒素、二酸化炭素から選ばれる少なくとも１種のガスで置換された雰囲気であり、該雰囲気中に酸素吸収剤を配置することを特徴とする。
【００１２】
また、第７の発明は、第１の発明において、前記非酸化性雰囲気中に、水分蒸気吸収剤及び酸素吸収剤を配置することを特徴とする。
【００１３】
また、第８の発明は、第１の発明において、前記非酸化性雰囲気が、アルゴン、窒素、二酸化炭素から選ばれる少なくとも１種のガスで置換された雰囲気であり、該雰囲気中に水分蒸気吸収剤及び酸素吸収剤を配置することを特徴とする。
【００１４】
また、第９の発明は、アンダーバンプメタルの形成された電極を有するウェハを保管する際に、ウェハ全面に、フラックスを塗布し、酸素濃度１００ｐｐｍ以下の雰囲気下で１５０〜３００℃で１０秒〜５分間加熱処理した後、洗浄すること無く保管することを特徴とする。
【００１５】
また、第１０の発明は、第１又は第９の発明において、アンダーバンプメタルの最上層が銅又は銅合金であることを特徴とする。
【００１６】
また、第１１の発明は、第１又は第９の発明において、アンダーバンプメタルの最上層が金であることを特徴とする。
【００１７】
また、第１２の発明は、第１又は第９の発明において、アンダーバンプメタルの最上層がパラジウムであることを特徴とする。
【００１８】
さらに、第１３の発明は、第１〜第９の何れか一の発明によって保管したアンダーバンプメタルの形成された電極を有するウェハを用いてバンプを形成するバンプ形成方法であって、保管後の該ウェハ表面を洗浄後、直ちにアンダーバンプメタル上にフラックスを塗布した後、アンダーバンプメタル上にボール搭載し、リフローをして、バンプを形成することを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を説明する。
最表面が、銅、銅合金、金、パラジウムのアンダーバンプメタル付き電極上に、半田ボール搭載後、リフローした際に、アンダーバンプメタル上でのボール抜け率が、表面の状態によって変動する。アンダーバンプメタル表面は、以下のように、表面酸化反応が起こる。（ｉ）最表面がＣｕ膜２のアンダーバンプメタルの場合は、ＣｕＯ１が成長し、ボールの接合を妨げる。（ｉｉ）最表面がフラッシュ金やパラジウムの場合は、下地のＮｉＶ膜が酸化して、薄いフラッシュ金やパラジウムの表面に出てくる（図２の６：ＮｉＯとＡｕの混合層）。これがボールの接合を妨げる。このアンダーバンプメタル表面特性は、経時変化がかなりある。ボール抜けを低減するには、ＮｉＯが生成しないようにする必要がある。これを模式的に示したのが、図１及び図２である。
【００２０】
そのための保管を含めたアンダーバンプメタル表面の酸化防止方法として、酸素分圧の低減、湿度の低減、ボール接合前の表面酸化層の除去、あるいは、表面酸化層を除去しての保管方法が有効であることを見出し、本発明を完成させた。
【００２１】
第１の発明は、アンダーバンプメタルの形成された電極を有するウェハを保管する際に、アンダーバンプメタル形成後２４時間以内に、相対湿度を４０％以下、酸素濃度が３００ｐｐｍ以下に保たれた非酸化性雰囲気に、前記ウェハを保管することを特徴としている。２４時間を超えると、上述の酸化現象の影響が顕著になる。好ましくは、２時間以内が最も良い。相対湿度は、４０％以下、できれば２０％以下が相応しい。酸素濃度についても、３００ｐｐｍ以下、特に、１００ｐｐｍ以下にできれば、表面酸化の問題は殆ど無い。収納容器としては、デシケーターが良い。ウェハホルダに入れ、外から密封しておいても良い。
【００２２】
第２の発明は、第１の発明において、酸素濃度を３００ｐｐｍ以下に保たれた非酸化性雰囲気が、アルゴン、窒素、二酸化炭素から選ばれる少なくとも１種のガスで置換された雰囲気であることを特徴としている。低酸素濃度のアルゴン、窒素、二酸化炭素は市販品であり、酸素濃度３００ｐｐｍ以下のものが容易に入手できるため、好適である。
【００２３】
第３の発明は、第１の発明において、酸素吸収剤を配置することを特徴としている。酸素吸収剤は、鉄系の材料を使用したものが安価で酸素吸収効率が良いため、好適である。
【００２４】
第４の発明は、第１の発明において、非酸化性雰囲気中に水分蒸気吸収剤を配置することを特徴としている。水分蒸気吸収剤は、シリカゲル等を含め多種類ある。いずれの水分蒸気吸収剤でも良い。
【００２５】
第５の発明は、第１の発明において、アルゴン、窒素、二酸化炭素から選ばれる少なくとも１種のガスで置換された雰囲気であり、該雰囲気中に水分蒸気吸収剤を配置することを特徴としている。これは、第２の発明と第４の発明を組み合わしたものであり、特に相対湿度の低減に有効である。
【００２６】
第６の発明は、第１の発明において、非酸化性雰囲気が、アルゴン、窒素、二酸化炭素から選ばれる少なくとも１種のガスで置換された雰囲気であり、該雰囲気中に酸素吸収剤を配置することを特徴とする。これは、第２の発明と第３の発明を組み合わしたものであり、特に雰囲気酸素濃度の低減に有効である。
【００２７】
第７の発明は、第１の発明において、水分蒸気吸収剤及び酸素吸収剤を配置することを特徴としている。これは、第３の発明と第４の発明を組み合わしたものであり、特に相対湿度と酸素濃度の低減に有効である。
【００２８】
第８の発明は、第１の発明において、非酸化性雰囲気が、アルゴン、窒素、二酸化炭素から選ばれる少なくとも１種のガスで置換された雰囲気であり、該雰囲気中に水分蒸気吸収剤及び酸素吸収剤を配置することを特徴としている。これは、第２〜第４の発明を組み合わしたものであり、特に相対湿度と雰囲気酸素濃度を安定して低減することに有効である。
【００２９】
第９の発明は、アンダーバンプメタルの形成されたウェハを保管する際に、ウェハ全面に、フラックスを塗布し、酸素濃度１００ｐｐｍ以下の雰囲気下で１５０〜３００℃で１０秒〜５分間加熱処理した後、洗浄すること無く、保管することを特徴としている。フラックスは、半田付け用の市販品で、還元性のあるものなら何でもよい。フラックス塗布は、印刷機、スピンコーター、刷毛塗り等があり、いずれの方法でも良い。加熱処理時の酸素雰囲気は１００ｐｐｍ以下であれば、フラックスの還元作用に悪影響を与えることは無い。加熱処理については、フラックスの種類にも依るが、１５０〜３００℃、好ましくは、２００〜２８０℃が相応しい。熱処理後のフラックスは、保護膜としてアンダーバンプメタルの酸化を防止するので、保管中は付着しているフラックスを剥離してはならない。洗浄は、保管器から取り出し、ウェハを使用する直前に行えばよい。
【００３０】
第１０の発明は、アンダーバンプメタルの最上層が銅又は銅合金である場合の第１又は第９の発明である。最上層は、メッキ法やスパッタ法のいずれの方法で作られていても良い。また、最上層の厚みは０．００５〜２μｍ程度であれば問題ない。
【００３１】
第１１の発明は、アンダーバンプメタルの最上層が金である場合の第１又は第９の発明である。最上層は、メッキ法やスパッタ法のいずれの方法で作られていても良い。また、最上層の厚みは０．００５〜２μｍ程度であれば問題は無い。
【００３２】
第１２の発明は、アンダーバンプメタルの最上層がパラジウムである場合の第１又は第９の発明である。最上層は、メッキ法やスパッタ法のいずれの方法で作られていても良い。また、最上層の厚みは０．００５〜２μｍ程度であれば問題は無い。
【００３３】
第１３の発明は、第１〜第９の発明の何れかの保管方法で保管したアンダーバンプメタルの形成された電極を有するウェハを用いてバンプを形成する方法であって、保管後の該ウェハ表面を洗浄後、直ちにアンダーバンプメタル上にフラックスを塗布した後、アンダーバンプメタル上にボール搭載し、リフローをして、バンプを形成することを特徴とする。ここで、洗浄には、市販のフラックス洗浄液を使用する。その後、使用するボールに相応しいフラックスをアンダーバンプメタル上に塗布する。そこへ、ボールを搭載し、ボールの材質に合った温度パターンでリフローする。後は、フラックス残渣を洗浄して、バンプ形成プロセスを終える。ここで、ボールとしては、特に限定するものではないが、半田ボールが取り扱い易く好適である。
【００３４】
＜実施例＞
次に、実施例を説明する。
（実施例１）
パッドピッチ２００μｍ、厚み３００ｎｍのアルミニウム電極を総数３８５，０００個形成した８インチ（２００ｍｍ）シリコンウェハの各電極上に、Ｎｉ−Ｖ膜を４００ｎｍ形成した後、Ｃｕ膜を８００ｎｍ形成して、アンダーバンプメタルを形成した。
【００３５】
その後、次の条件を設定した。アンダーバンプメタル形成直後（水準１）、アンダーバンプメタル形成後大気中に２時間放置してから、大気（相対湿度５０％）又はアルゴン（酸素濃度１００ｐｐｍ、相対湿度２０％）中で、１６８時間保管した後（水準２）、アンダーバンプメタル形成後大気中に２４時間放置してから、大気（相対湿度５０％）又はアルゴン（酸素濃度１００ｐｐｍ、相対湿度２０％）中で、２４時間保管した後（水準３）、アンダーバンプメタル形成直後にフラックス処理（酸素濃度１００ｐｐｍ雰囲気中、２００℃、１分）した後、大気中（相対湿度５０％）中で、１６８時間保管後（水準４）、アンダーバンプメタル形成後大気中に２時間放置してから、大気（相対湿度５０％）又はアルゴン（酸素濃度１００ｐｐｍ、相対湿度２０％）中で、１６８時間保管した後（水準５）、アンダーバンプメタル形成後大気中に２４時間放置してから、大気（相対湿度５０％）又はアルゴン（酸素濃度１００ｐｐｍ、相対湿度２０％）中で、２４時間保管後（水準６）、それぞれ酢酸洗浄して、直ちにフラックス塗布、半田ボール一括搭載後リフローし、余剰フラックスを洗浄した。ボール脱落箇所の測定及び保管後の表面酸化膜厚の測定結果を表１に示す。なお、表面酸化膜厚の測定は、干渉膜厚計により行った。
【００３６】
【表１】

【００３７】
（実施例２）
実施例１と同様のシリコンウェハを用いて、金、パラジウムのアンダーバンプメタルを形成し、実施例１と同様の保管試験を行った。なお、金アンダーバンプメタルは、Ａｌ電極上に、Ｎｉ−Ｖ膜を４００ｎｍ形成した後、Ａｕ膜を１００ｎｍ形成した。パラジウムアンダーバンプメタルは、Ａｌ電極上に、Ｎｉ−Ｖ膜を４００ｎｍ形成した後、Ｐｄ膜を１００ｎｍ形成した。評価結果を表２、３に示す。なお、アンダーバンプメタル表面の酸化状態は、オージェ分光分析により、ＮｉＯのＡｕ、Ｐｄに対するオージェシグナルの大小により評価した。
【００３８】
【表２】

【００３９】
【表３】

【００４０】
以上により、アンダーバンプメタルの表面状態に酸素や大気中の湿度の影響があることが判る。また、フラックス処理後、未洗浄で容器に保管することが酸化膜の成長を抑えることも判る。
【００４１】
【発明の効果】
本発明により、アンダーバンプメタルの表面酸化膜を成長させずに保管することができ、アンダーバンプメタル形成とバンプ形成との間にタイムラグが生じても、煩雑な前処理を施す必要がないため、製品歩留りの向上と半導体装置の製造におけるスループットの向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】最表面がＣｕの場合の断面構造を示した図である。
【図２】最表面がＡｕの場合の断面構造を示した図である。
【符号の説明】
１ＣｕＯ：酸化膜
２Ｃｕ膜
３ＮｉＶ膜
４Ａｌ又はＴｉ膜
５Ｓｉ基板
６ＮｉＯとＡｕの混合層

Claims

アンダーバンプメタルの形成された電極を有するウェハを保管する際に、アンダーバンプメタル形成後２４時間以内に、相対湿度を４０％以下、酸素濃度が３００ｐｐｍ以下に保たれた非酸化性雰囲気に前記ウェハを保管することを特徴とするウェハ保管方法。
前記酸素濃度を３００ｐｐｍ以下に保たれた非酸化性雰囲気が、アルゴン、窒素、二酸化炭素から選ばれる少なくとも１種のガスで置換された雰囲気であることを特徴とする請求項１に記載のウェハ保管方法。
前記非酸化性雰囲気中に、酸素吸収剤を配置することを特徴とする請求項１に記載のウェハ保管方法。
前記非酸化性雰囲気中に、水分蒸気吸収剤を配置することを特徴とする請求項１に記載のウェハ保管方法。
前記非酸化性雰囲気が、アルゴン、窒素、二酸化炭素から選ばれる少なくとも１種のガスで置換された雰囲気であり、該雰囲気中に水分蒸気吸収剤を配置することを特徴とする請求項１に記載のウェハ保管方法。
前記非酸化性雰囲気が、アルゴン、窒素、二酸化炭素から選ばれる少なくとも１種のガスで置換された雰囲気であり、該雰囲気中に酸素吸収剤を配置することを特徴とする請求項１に記載のウェハ保管方法。
前記非酸化性雰囲気中に、水分蒸気吸収剤及び酸素吸収剤を配置することを特徴とする請求項１に記載のウェハ保管方法。
前記非酸化性雰囲気が、アルゴン、窒素、二酸化炭素から選ばれる少なくとも１種のガスで置換された雰囲気であり、該雰囲気中に水分蒸気吸収剤及び酸素吸収剤を配置することを特徴とする請求項１に記載のウェハ保管方法。
アンダーバンプメタルの形成された電極を有するウェハを保管する際に、ウェハ全面に、フラックスを塗布し、酸素濃度１００ｐｐｍ以下の雰囲気下で１５０〜３００℃で１０秒〜５分間加熱処理した後、洗浄すること無く保管することを特徴とするウェハ保管方法。
アンダーバンプメタルの最上層が銅又は銅合金であることを特徴とする請求項１又は９に記載のウェハ保管方法。
アンダーバンプメタルの最上層が金であることを特徴とする請求項１又は９に記載のウェハ保管方法。
アンダーバンプメタルの最上層がパラジウムであることを特徴とする請求項１又は９に記載のウェハ保管方法。
請求項１〜９の何れか１項に記載のウェハ保管方法で保管したアンダーバンプメタルの形成された電極を有するウェハを用いてバンプを形成するバンプ形成方法であって、保管後の該ウェハ表面を洗浄後、直ちにアンダーバンプメタル上にフラックスを塗布した後、アンダーバンプメタル上にボール搭載し、リフローをして、バンプを形成することを特徴とするバンプ形成方法。