JP2007103817A - 半田ボール配列マスクおよびそれを用いた半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 制御性よく電極パッド上に半田ボールを配列することが可能な半田ボール配列マスクおよびそれを用いた半導体装置の製造方法を提供することである。
【解決手段】 半田ボール配列マスク２２は、半田ボール２６を配列保持するための凹部２２ａを有し、凹部２２ａの表面に硬質カーボン膜などからなる撥水性と疎水性を具備する疎水性被膜２４を設けることを特徴とし、製造方法は半導体基板１２の電極パッド１４にバリアメタル１８を形成する工程と、バリアメタル１８上に半田ボール保持層２０を形成し、加熱処理を行ない半田ボール保持層２０中の溶媒の一部を除去する工程と、半田ボール配列マスク２２の凹部２２ａに半田ボール２６を配列した半田ボール配列マスク２２の半田ボール２６と半導体基板１２の電極パッド１４とを対向するように配置する工程とを有する。
【選択図】 図４

Description

本発明は半導体装置の入出力端子である電極パッドに設ける半田からなる突起電極を形成するための半田ボール配列マスクの構成と、この半田ボール配列マスクを用いた半導体装置の製造方法に関する。

従来技術における半導体装置の電極パッド上に半田からなる突起電極をめっき法により形成する方法を、図８〜図１１の断面図を用いて説明する。
はじめに、図８に示すように、半導体基板１２の入出力電極である電極パッド１４が露出するように絶縁膜１６に開口部を形成する。電極パッド１４はアルミニウム合金からなる。

つぎに図９に示すように、半導体基板１２の全面にバリアメタル１８を設ける。このバリアメタル１８は、バリアメタル１８下層の電極パッド１４との密着性が良く、さらにバリアメタル１８上層に形成する銅層（図９には図示せず）との密着性も良く、しかも電気伝導率が高い材料を選択する。
その後、全面にフォトレジストを形成し、所定のフォトマスクを用いて露光処理と現像処理とのフォトリソグラフィー処理を行ない電極パッド１４領域が開口するめっきレジスト３０をパターン形成する。

つぎに図１０に示すように、バリアメタル１８をめっき電極として使用する電解めっき法により、めっきレジスト３０開口部内のバリアメタル１８上に銅層３２と半田めっき層３４とを順次形成する。ここで銅層３２と半田めっき層３４をめっきレジスト３０の膜厚以上に形成すると、めっき膜は等方的に成長するため、銅層３２と半田めっき層３４の断面形状はマッシュルーム形状となる。

つぎに、銅層３２と半田めっき層３４形成のためのめっき阻止膜として使用しためっきレジスト３０を除去する。その後、銅層３２から露出するバリアメタル１８をエッチング除去する。
その後、加熱処理を行なって半田めっき層３４を溶融させると、図１１に示すように半田の表面張力により半田めっき層３４は球状となり、半田からなる突起電極３６を電極パッド１４上に形成することができる。

図８〜図１１を用いて説明した突起電極の形成方法では、めっき阻止膜として使用するめっきレジスト３０を形成している。このめっきレジスト３０の形成は、半導体基板１２全面にフォトレジストを形成し、その後フォトリソグラフィー技術を用いてパターンニングするため、高価な露光装置が必要である。さらに、図８〜図１１を用いて説明したように突起電極の形成工程が長いという課題もある。
そこで、露光装置を使用することなく、突起電極の形成工程が短い製造方法として、半田ボールを電極パッド上にマスクを用いて転写して突起電極を形成する、たとえば特許文献１に記載されているような製造方法が提案されている。

特許文献１に記載の突起電極の製造方法は、半導体装置の電極パッド位置に対応する貫通穴を形成したマスクを用いて転写法により行なっている。
はじめに、半導体基板に低粘着状態の仮固定膜を形成する。その後、低粘着状態の仮固定膜を形成した電極パッド位置とマスクの貫通穴位置とを位置合わせして半導体基板上にマスクを載置し、マスク上面側から貫通穴に半田ボールを供給する。
その後、マスク上面から露出した半田ボールを加熱処理して、半田ボールを介して仮固定膜を加熱し、仮固定膜を高粘着性に変性させ、半田ボールを電極パッドに仮固定膜を介して仮固定する。さらにその後、マスクを半導体基板表面から離脱させて、電極パッド上に半田ボールを転写するように形成し、その後加熱処理を行ない半田ボールを溶融させ突起電極を形成する。
特開２００５−１２１２５号公報（段落００２２〜００３９および図１〜図５）

特許文献１における半田ボールを用いた突起電極の形成方法では、露光装置のような高価な装置を使用することなく、さらに突起電極形成工程も短いという優れた点を備えている。

特許文献１における突起電極の形成方法は、低粘着状態の仮固定膜を電極パッド上に形成し、マスクを半導体基板上に載置し、このマスクの貫通穴内に半田ボールを配列し、その後半田ボールを介して仮固定膜を加熱して、仮固定膜を高粘着状態に変性させている。
すなわち、半田ボールを配列させるためのマスクを電極パッドが形成された半導体基板上に載置したとき、仮固定膜は低粘着状態である。このため仮固定膜がマスク下面に付着したり、貫通穴内に侵入する現象が発生する。特許文献１では、半田ボールを介して仮固定膜を加熱しているため、半田ボールも加熱され、マスクと半田ボール間に侵入した仮固定膜も変性し高粘着状態となり半田ボールがマスクに接着されたようになり、マスクを半導体基板から離脱させるとき、マスクの貫通穴内に半田ボールが残存してしまい半田ボールが電極パッドに形成できないという問題が発生する。

さらに、マスクを半導体基板から離脱させるとき、マスクの貫通穴側壁は半田ボール外周部に接触しながら離脱することになり、半導体基板表面に対して垂直方向にマスクを持ち上げないと、電極パッドに仮固定した半田ボールが横方向の力を受け、半田ボールが電極パッドから取れてしまうという問題点が生じる。
特許文献１ではマスクから露出する半田ボール側から加熱処理するため、マスク厚は半田ボール直径寸法より薄い。このためマスクは撓みやすく、マスクの撓みが原因で半導体基板表面に対してマスクを垂直方向に角度のずれなく離脱させることは難しい。この結果、半田ボールはマスクから横方向の力を受けて、半田ボールが仮固定した電極パッド上から取れてしまい、電極パッドに突起電極が形成できないという問題点が発生する。

本発明の目的は、上記問題点を解決して、制御性よく電極パッド上に半田ボールを配列することが可能な半田ボール配列マスクおよびそれを用いた半導体装置の製造方法を提供することである。

上記目的を達成するため本発明においては下記記載の手段を採用する。
本発明の半田ボール配列マスクは、半導体基板の電極パッド上に半田ボールを転写する半田ボール配列マスクにおいて、前記半田ボール配列マスクは、前記半田ボールを配列保持するための凹部を有し、前記凹部表面に疎水性被膜を設けることを特徴とする。
また、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板の電極パッドにバリアメタルを形成する工程と、前記バリアメタル上に半田ボール保持層を形成し、加熱処理を行ない該半田ボール保持層中の溶媒の一部を除去する工程と、前記半田ボール配列マスクの凹部に配列した半田ボールと前記電極パッドとを対向するように配置する工程と、加熱処理を行ない前記半田ボールを溶融させ前記バリアメタル上に前記半田ボールからなる突起電極を形成する工程とを有することを特徴とする。

本発明の半田ボール配列マスクは、半田ボールを配列保持するための凹部の表面に水と結合しにくく撥水作用をもつ疎水性被膜を形成する。この疎水性被膜の働きにより、半田ボールを保持する半田ボール保持層は、半田ボール配列マスクの表面や凹部に濡れ広がらず、半田ボール配列マスクを半導体基板表面から離脱させるとき、半田ボールは半田ボール配列マスクの凹部に残存せず、電極パッド上に制御性よく半田ボールを転写できる。
さらに本発明では、半導体基板のバリアメタル上に形成した半田ボール保持層は加熱処理して高粘着状態とした後、半田ボール配列マスクを半導体基板上に載置しており、半田ボール保持層が半田ボール配列マスクに付着しにくい。このため半田ボール配列マスクを半導体基板から離脱させるとき、半田ボールが凹部に残存せず、制御性良く半田ボールを電極パッドに転写することができる。

さらに本発明における半田ボールを保持する凹部は半田ボール配列マスクを貫通していない。このため半田ボール配列マスクの厚さは、特許文献１のマスクより厚くでき、半導体基板表面から半田ボール配列マスクを離脱させるとき、半田ボール配列マスクは撓みにくい。
このため本発明では半田ボール配列マスクを半導体基板表面から離脱させるとき、半導体基板表面に対して垂直方向に角度ずれの発生することなく半田ボール配列マスクを離脱させることができる。このため本発明では、電極パッドに仮固定した半田ボールは横方向の力を受けず、電極パッドから半田ボールが取れるという問題点は生ぜず、制御性よく突起電極を電極パッド上に形成することができる。

以下図面を用いて本発明の実施の形態における半田ボール配列マスクの構造、およびこの半田ボール配列マスクを用いた突起電極の製造方法を説明する。

［半田ボール配列マスクの説明］
はじめに本発明の半田ボール配列マスクの構造を、図４の断面図を用いて説明する。図４は上側に半導体基板１２を図示し、下側に半田ボールを配列する半田ボール配列マスク２２を図示している。
半田ボール配列マスク２２は板状部材からなり、電極パッド１４位置に対応して半田ボール２６を配列し保持するための凹部２２ａを設ける。板状の半田ボール配列マスク２２材料は、鉄系材料やニッケル材料などの金属材料やシリコンなどの半導体材料や樹脂材料やセラミックスから構成する。半田ボール配列マスク２２は、好ましくは半導体基板１２材料であるシリコンの熱膨張係数に近い材料を用いると、電極パッド１４位置と凹部２２ａ位置とは、温度変化に起因する位置ずれが発生しない。

半田ボール配列マスク２２に形成する凹部２２ａの断面形状は、底部より開口端側が大きな逆台形状とすることが好ましい。また、凹部２２ａ斜面の角度は、半田ボール配列マスク２２表面に対して４５度程度とする。

図４に示すように、凹部２２ａの断面形状を逆台形状とすると、半田ボール配列マスク２２に半田ボール２６を配列させるとき、半田ボール２６が凹部２２ａの斜面によって案内されて凹部２２ａ内に落ち込みやすくなり、すべての凹部２２ａにもれなく半田ボール２６を配列することができる。
さらに半導体基板１２から半田ボール配列マスク２２を離脱させるとき凹部２２ａの断面形状が逆台形状であると、半田ボール配列マスク２２または半導体基板１２を厚さ方向にわずかな距離移動させるだけで、凹部２２ａ斜面と半田ボール２６外周部との隙間が大きくなる。このように隙間が充分にとれることから、凹部２２ａ斜面と半田ボール２６と
は接触することはなく半田ボール２６に横方向の力が加わらず、仮固定した半田ボール２６が電極パッド１４上から取れることは発生しない。

さらに凹部２２ａ深さは、この凹部２２ａに配列する半田ボール２６直径の半分程度とする。すなわち直径１００μｍの半田ボール２６を電極パッド１４上に形成するのであれば、半田ボール配列マスク２２に形成する凹部２２ａ深さは５０μｍとする。
凹部２２ａ深さが深すぎると、半導体基板１２に形成したフラックスからなる半田ボール保持層２０が半田ボール配列マスク２２に付着しやすくなって、半田ボール保持層２０が凹部２２ａ内にも形成される。このため、半田ボール保持層２０を介して半田ボール２６と半田ボール配列マスク２２とが接着されたようになり、半田ボール２６が半田ボール配列マスク２２に残存する現象が発生し、電極パッド１４上に半田ボール２６が転写されず、突起電極が形成されないことから好ましくない。
さらに凹部２２ａ深さが浅すぎると、半田ボール配列マスク２２のハンドリング中に凹部２２ａ内から半田ボール２６が飛び出しやくなり、電極パッド１４上に半田ボール２６が転写されず、突起電極が形成されないことから好ましくない。

半田ボール配列マスク２２の凹部２２ａは、エッチング処理により形成する。エッチング処理のときのエッチングマスクとなる感光性樹脂を板状部材の全面に形成し、電極パッド１４位置に対応した位置にパターン形成したフォトマスクを使用して露光装置で露光処理する。露光処理した感光性樹脂を現像処理して、凹部２２ａ形成位置が開口した感光性樹脂をパターン形成する。

その後、パターン形成した感光性樹脂をエッチングマスクに用いて、湿式エッチングにて板状部材をエッチングして断面形状が逆台形状の凹部２２ａを形成する。逆台形状の凹部２２ａを形成するには、板状部材の厚さ方向のエッチング速度と板厚と直角方向のエッチング速度をほぼ同じ速度になるように、エッチングを制御すれば、板状部材表面に対して斜め４５度の角度を有する斜面をもつ逆台形状の凹部２２ａを形成することができる。
またエッチング処理にて凹部２２ａを形成すれば、被エッチング面の表面あらさが小さくなり、凹部２２ａ表面が滑らかになり、疎水性被膜２４の働きをよりいっそう発揮させることができる。

半田ボール配列マスク２２材料としてシリコンを用いたときは、凹部２２ａのエッチング処理はプラズマエッチングなどの乾式エッチングを用いて行なうと良い。シリコン材料から半田ボール配列マスク２２を構成すると、半導体基板１２と同じ材料であり、温度変化に起因する凹部２２ａ位置と電極パッド１４位置との位置ずれを、零とすることができる。
また半田ボール配列マスク２２材料として樹脂材料を使用したときは、凹部２２ａを含め射出成型法を用いて形成する。セラミックス材料のときは、グリーンシートの状態で凹部２２ａと外形形状をプレス加工で形成し、その後、焼成処理を行ない半田ボール配列マスク２２を形成する。

なお、凹部２２ａの平面形状は円形、または多角形状とする。凹部２２ａの平面配置位置は電極パッド１４の形成位置と合致させる。すなわち、半導体チップの周縁部の４辺に電極パッド１４があれば半導体チップ周縁部の４辺に合致するように凹部２２ａを形成し、半導体チップの素子形成面を含む全面に電極パッドがあれば半導体チップ全面の電極パッドに合致するように凹部２２ａを形成する。
凹部２２ａの開口端の大きさは図４に図示されているように、凹部２２ａの底部と斜面にて半田ボール２６を支持する大きさとすると、半田ボール２６を電極パッド１４に転写するとき、半田ボール２６が凹部２２ａ内で移動せず、電極パッド１４に対する半田ボール２６の位置誤差を小さくできる。

凹部２２ａを含む半田ボール配列マスク２２の半導体基板１２に対向する面側には、疎水性被膜２４を形成する。この疎水性被膜２４は硬質カーボン膜で形成する。この硬質カーボン膜は撥水性と疎水性とを有する。さらに硬質カーボン膜の被膜表面は平滑面であり、さらに化学的に不活性であり、高い熱伝導率や耐腐食性を備えているとともに低い摩擦係数を有する。

凹部２２ａを含む半田ボール配列マスク２２に疎水性被膜２４を設けることにより、たとえ半田ボール配列マスク２２に半田ボール保持層２０が付着したとしても、疎水性被膜２４が半田ボール保持層２０をはじいて、疎水性被膜２４に半田ボール保持層２０が濡れ広がることはない。
このように半田ボール保持層２０は、半田ボール配列マスク２２との接着力はきわめて弱い。これに対して半田ボール２６は親水性を有していることから、半田ボール保持層２０と半田ボール２６との接着力は強い。
したがって半田ボール保持層２０が半田ボール配列マスク２２に付着したとしても、半導体基板１２から半田ボール配列マスク２２を離脱させるとき、半田ボール２６が半田ボール配列マスク２２に残存することはなく、制御性よく電極パッド１４上にのみ半田ボール２６を転写することができる。

硬質カーボン膜からなる疎水性被膜２４は、プラズマ化学気相成長装置を使用して、メタンガスなどの炭素を含むガスを用いて、膜厚１μｍ程度形成する。さらに、好ましくは半田ボール配列マスク２２基材と、硬質カーボン膜からなる疎水性被膜２４との密着性を向上させるために、中間層を半田ボール配列マスク２２基材と硬質カーボン膜間に設けると良い。
中間層としては、タングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）やチタニウム（Ｔｉ）やハフニュム（Ｈｆ）やクロム（Ｃｒ）やシリコン（Ｓｉ）やゲルマニウム（Ｇｅ）など単層構造、あるいは基材側から周期律表第ＩＶａ族、第Ｖａ族、またはＶＩａ族に属する金属の炭化物や窒化物の第１の中間層と、第１の中間層上のシリコンまたはゲルマニウムからなる第２の中間層との２層構造とする。中間層を２層構造とすると、単層構造の中間層より、より強固に硬質カーボン膜を半田ボール配列マスク２２に被膜形成することができる。なお、中間層はスパッタリング法にて被膜形成する。
前述のように、凹部２２ａの断面形状が逆台形状であることから、硬質カーボン膜からなる疎水性被膜２４や中間層を、平面部と斜面部とで膜厚ばらつきなく被膜形成することができる。

半田ボール配列マスク２２は、複数の半導体チップを形成した直径が８インチの半導体基板１２に合致させた大きさ、あるいは半導体基板１２からダイシングにて分割した半導体チップの大きさのいずれでも良い。好ましくは半導体基板１２の大きさに合致した大きさの半田ボール配列マスク２２とすると、電極パッド１４上への半田ボール２６の転写を半導体基板１２状態で複数の半導体チップに一括処理でき、効率的である。

半田ボール配列マスク２２は１枚の板状基板からフォトリソグラフィー処理とエッチング処理などから凹部２２ａを形成するだけでなく、複数枚の基板から半田ボール配列マスク２２を構成しても良い。そのときは第１の基板には凹部２２ａに相当する貫通穴を形成し、第２の基板は基板両面が平坦なものを使用し、第１の基板と第２の基板とを接合して凹部２２ａを有する半田ボール配列マスク２２を得る。２枚の基板の接合は溶接手段や接着手段により行なえばよい。
このように半田ボール配列マスク２２を複数枚の基板から構成すれば、凹部２２ａの深さばらつきを凹部２２ａを形成する基板の板厚ばらつきと同程度とすることが可能となり、凹部２２ａ深さばらつきを小さくすることができる。この結果、半田ボール２６を均一
に加圧または加熱することができ、バリアメタル１８への半田ボール２６の仮固定を制御性良く行なうことができ、半田ボール２６が電極パッド１４に転写されないということは発生しない。

［半導体装置の製造方法の説明］
つぎに、以上説明した半田ボール配列マスクを用いた突起電極の製造方法を、図１〜図７の断面図を使用して説明する。

図１に示すように、半導体装置の入出力電極である電極パッド１４を形成した半導体基板１２上に無機膜または有機膜からなる絶縁膜１６を形成し、電極パッド１４が露出するように絶縁膜１６をパターン形成する。電極パッド１４はアルミニウムにシリコンを添加したアルミニウム合金から形成する。
絶縁膜１６の開口大きさは電極パッド１４の外形寸法より小さくし、絶縁膜１６の開口端が電極パッド１４上に形成されるようにする。このように絶縁膜１６をパターン形成すると、電極パッド１４外周部で半導体基板１２が絶縁膜１６から露出せず、突起電極と半導体基板１２との短絡を防止することができる。

つぎに図２に示すように、電極パッド１４上にバリアメタル１８を以下に記載する工程によって形成する。バリアメタル１８は、半田からなる突起電極と電極パッド１４との接着作用を有するとともに、半田が電極パッド１４に拡散することを防止する作用を有する。
はじめに脱脂処理を行なう。脱脂処理は水酸化ナトリウムを５重量％含むアルカリ性の脱脂液に半導体基板１２を浸漬して行なう。その後、温度２５℃の１０重量％のリン酸に半導体基板１２を浸漬し、電極パッド１４表面をわずかにエッチング処理して自然酸化膜を除去して、電極パッド１４表面を活性化させる。その後、ジンケート処理を行ない、電極パッド１４のアルミニウムと亜鉛とを置換して、亜鉛核を電極パッド１４表面に形成する。この亜鉛核は、つぎの工程である無電解ニッケルめっきにおけるニッケルめっき成長の核となる。
さらにその後、ニッケル−リン系めっき液で無電解めっきを行ない、電極パッド１４上にニッケルからなるバリアメタル１８を膜厚５μｍ程度の形成する。

つぎに図３に示すように、半導体基板１２のバリアメタル１８上に半田ボール保持層２０を形成する。半田ボール支持層２０はフラックスからなり、回転塗布法により半導体基板１２の素子形成面側の全面に形成する。半田ボール保持層２０の形成に回転塗布法を適用するのは、半田ボール保持層２０の膜厚ばらつきを小さくするためである。
半田ボール保持層２０の膜厚が厚すぎると、半田ボール保持層２０が半田ボール配列マスク２２に付着する付着量が多くなって、半田ボール保持層２０が凹部２２ａ内にも形成され、半田ボール２６を制御性よくバリアメタル１８上に転写できないという不都合が発生する。これとは逆に半田ボール保持層２０膜厚が薄すぎると、半田ボール２６を溶融させたときフラックス量が不足して、フラックスのもつ酸化防止作用や接合面を清浄化する作用を充分に発揮できない。このためバリアメタル１８に半田が濡れ広がらず、突起電極が形成されなかったり、半田とバリアメタル１８の接着力が確保できず信頼性の低い突起電極となるという不都合が発生する。
半田ボール保持層２０は膜厚１５μｍ形成する。

その後、半導体基板１２を加熱オーブン中で加熱処理を行ない半田ボール保持層２０のフラックス中の溶媒を一部蒸発させ、粘度を高くする。フラックスの加熱条件は、フラックスとしての機能を維持するとともにフラックスが半田ボールのみに付着するような粘度となるように、加熱温度と時間を選択する。
フラックスからなる半田ボール保持層２０は、加熱処理を行なうことによって高粘度状
態となる。このため、フラックスが半田ボール配列マスク２２に付着することはなくなる。したがって、半田ボール２６を電極パッド１４上に固定し、半田ボール配列マスク２２を半導体基板１２から離脱させるとき、半田ボール２６が半田ボール配列マスク２２の凹部２２ａに残存することなく、半田ボール２６を電極パッド１４上に制御性よく形成できる。

特許文献１においては、半田ボールを介して半田ボール保持層２０を加熱して粘度を高粘度としている。これに対して本発明では半田ボール保持層２０に半田ボール２６を搭載する前に加熱オーブンを使用して、半田ボール保持層２０の高粘度化している。このため本発明では、特許文献１に比較して加熱温度の制御性が高く加熱温度を精密に管理できとともに、複数の半導体基板１２を一括して処理できることから作業効率が良好となる。

フラックスの粘度が高いものは、回転塗布法により膜厚を制御性良く形成することはできないが、粘度の低いフラックスは回転塗布法により膜厚ばらつきが小さく形成できる。したがって、半田ボール保持層２０の膜厚ばらつきを小さくするためには、粘度の低いフラックスを回転塗布法で形成し、その後加熱処理を行ない溶媒の一部を除去してフラックスの粘度を高くすることが、最適な手段である。

つぎに図４に示すように、半田ボール配列マスク２２の凹部２２ａに半田ボール２６を配列させる。半田ボール２６の凹部２２ａへの配列は、半田ボール配列マスク２２上に半田ボール２６を供給し、半田ボール配列マスク２２表面と平行方向の振動を印加して半田ボール配列工程を行なう。半田ボール配列マスク２２に振動を印加すると、半田ボール２６は半田ボール配列マスク２２上を転がるように移動させることができるとともに、凝集した半田ボール２６を離散させることができ、すべての各凹部２２ａに１つずつ半田ボール２６を配列できる。
振動印加する方法以外に、スキージを用いて、半田ボール２６を凹部２２ａ内に配列させてもよい。

半田ボール配列マスク２２に形成した疎水性被膜２４である硬質カーボン膜表面は、表面あらさが小さく平坦性に優れており、さらに摩擦係数が小さいため、振動印加やスキージ移動により、ハンダボール２６は半田ボール配列マスク２２表面をすべるように転がって凹部２２ａに落ち込み、凹部２２ａ内に半田ボール２６を配列させることができる。
この振動印加やスキージ移動のとき凹部２２ａの断面形状が逆台形状になっていることから、凹部２２ａの斜面で半田ボール２６を案内することができ、効率良く半田ボール配列マスク２２の凹部２２ａに半田ボール２６を配列することができる。

凹部２２ａの全部に半田ボール２６が配列したら、半田ボール配列マスク２２を若干傾けて凹部２２ａ以外の半田ボール２６を排除する。
なお、静電気の作用により半田ボール２６が凝集したときは、半田ボール配列マスク２２に超音波振動を与える方法や、半田ボール２６の静電気をあらかじめ除去しておく方法や、純水やエタノールを細かい霧状に噴霧した高湿度雰囲気中で半田ボール配列マスク２２への半田ボール２６の配列作業を行なう方法を採用すればよい。

その後、画像認識技術を利用して半田ボール２６が半田ボール配列マスク２２のすべての凹部２２ａに配列されているか否かの検査を行なう。すべての凹部２２ａに半田ボール２６が配列されていないときは、再度、半田ボール配列マスク２２上に半田ボール２６を供給し、振動印加やスキージ移動を行なう半田ボール配列工程を行なう。
半田ボール２６が半田ボール配列マスク２２のすべての凹部２２ａに配列されているか否かの検査は、画像認識技術以外にレーザー光を照射して、半田ボール２６表面の反射光と凹部２２ａとの反射光との違いを検出することにより行なってもよい。

その後、凹部２２ａに半田ボール２６を配列した半田ボール配列マスク２２上に、半田ボール保持層２０を下向きにした半導体基板１２を載置する。このとき、電極パッド１４位置と半田ボール２６位置との位置合わせを行なう。両者の位置合わせは、半田ボール配列マスク２２に開口部を設けるとともに半導体基板１２に位置合わせマークを形成し、開口部と位置合わせマークとの位置合わせを行ない半田ボール２６と電極パッド１４との位置を合わせる。

本発明では、半導体基板１２を上側にし半田ボール２６を配列した半田ボール配列マスク２２を下側にして、半導体基板１２と半田ボール２６との位置合わせを行なっている。このため凹部２２ａ内に配列した半田ボール２６が凹部２２ａ内から飛び出すことはない。また半田ボール保持層２０は下向きになるが、半田ボール保持層２０は加熱処理によって粘度が高くなっており、半導体基板１２のハンドリング中に半田ボール保持層２０の膜厚が不均一になることや、半田ボール保持層２０が滴下することは発生しない。

つぎに図５に示すように、好ましくは半導体基板１２の裏面から圧力を印加し、半田ボール保持層２０を介して電極パッド１４に半田ボール２６を固定する。圧力印加は加圧治具を使用して行なうと良い。圧力印加によって半田ボール２６は、半田ボール保持層２０を突き抜けバリアメタル１８と接触し、半田ボール保持層２０であるフラックスの粘着力によって半導体基板１２に半田ボール２６を固定する。

フラックスが流動性を備えていることと半田ボール２６が親水性を有することから、図５に示すように、半田ボール保持層２０は半田ボール２６表面に濡れ広がる。半田ボール保持層２０の濡れ広がりによって、半田ボール２６と半田ボール保持層２０との接触面積が増加し、フラックスの粘着力との相乗効果によって半田ボール２６は、バリアメタル１８上にしっかりと保持される。
なお、半導体基板１２裏面側からの圧力印加を行なわなくても、親水性の半田ボール２６表面に半田ボール保持層２０が濡れ広がることから、半田ボール２６は半田ボール保持層２０の保持力によってバリアメタル１８上に保持させることができる。

半導体基板１２裏面に圧力を印加して半田ボール２６をバリアメタル１８に仮固定する工程では、圧力印加と同時に加熱を行なっても良い。加熱温度は半田ボール２６の溶融温度よりはるかに低い温度で、しかも半田ボール保持層２０中の溶媒の一部を除去する加熱温度と同程度か低い温度が好ましい。圧力印加と同時に加熱を行なうと、半田ボール２６はバリアメタル１８表面に接触したとき、半田ボール２６とバリアメタル１８との界面で半田がニッケルに接合する。半田ボール２６とバリアメタル１８との接合は強固ではないが、半田ボール配列マスク２２を半導体基板１２から離脱させるとき、半田ボール２６が凹部２２ａに残存しにくくなり、よりいっそう制御性よく半田ボール２６をバリアメタル１８上に形成することができる。
圧力印加と加熱とを同時に行なうためには、加圧冶具にヒーターを埋め込み、加圧治具を加熱するとよい。加熱温度調整はヒーターに加える電力量を調整することによって行なう。

つぎに図６に示すように、半導体基板１２裏面を真空チャックで保持して上方に持ち上げ、半導体基板１２を半田ボール配列マスク２２から離脱させる。半田ボール配列マスク２２には疎水性被膜２４が形成されているため、フラックスが半田ボール配列マスク２２にたとえ付着していても、半田ボール２６が凹部２２ａに残存することはなく、制御性良くバリアメタル１８上に半田ボール２６を転写することができる。
さらに凹部２２ａの断面形状が逆台形状であることから、半導体基板１２を半田ボール配列マスク２２からわずかに持ち上げれば、半田ボール２６外周部と凹部２２ａ斜面との
隙間が大きくなり、半田ボール２６に半田ボール配列マスク２２からの横方向の力が加わらず、半田ボール２６が電極パッド１４上から取れることは発生しない。

また、さきの図５を用いて説明したバリアメタル１８と半田ボール２６との仮固定工程で、圧力印加と同時に加熱を行なえば、バリアメタル１８と半田ボール２６とが接合していることから、半導体基板１２からの半田ボール配列マスク２２の離脱工程で、半田ボール２６とバリアメタル１８とが接合していることとと、疎水性被膜２４のフラックスの撥水作用や疎水作用と相俟って、なおいっそう凹部２２ａへの半田ボール２６の残存現象は発生せず、制御性よく半田ボール２６をバリアメタル１８上に転写させることができる。

つぎに図７に示すように、半田ボール２６の融点以上の温度で加熱処理して半田を溶融させ、電極パッド１４上にバリアメタル１８を介して半田からなる突起電極２８を形成する。フラックスのもつ半田ボール２６と電極パッド１４の酸化防止作用と接合面を清浄化する働きによって、半田はバリアメタル１８全面に濡れ広がり、突起電極２８はバリアメタル１８に強固に接合させることができる。
その後、洗浄処理を行ないフラックスを除去して、半田ボールからなる突起電極２８を有する半導体基板１２を形成することができる。

以上の説明では、疎水性被膜２４として硬質カーボン膜を用いる実施形態で説明したが、テフロン（登録商標）系やフッ素系シリコーン被膜を用いても、硬質カーボン膜と同じ働きをさせることができる。
またバリアメタル１８としてニッケルを用いた例で説明したが、ニッケル以外にも銅も適用でき、形成方法も無電解めっき法だけでなく、めっきレジストを使用した電解めっき法や、真空蒸着法やスパッタリング法や化学的気相成長法などの被膜形成法によって半導体基板１２の全面に形成し、フォトリソグラフィーとエッチング技術を用いてパターン形成して電極パッド１４上にバリアメタル１８を形成しても良い。
さらに凹部２２ａの断面形状は逆台形状で説明したが、矩形状の断面形状としても良い。
またさらに電極パッド１４位置と半田ボール２６位置とを位置合わせした後、加圧または加熱を行なう工程では、半導体基板１２を上側、半田ボール配列マスク２２を下側にして半導体基板１２側から加圧または加熱を行なっている例で説明したが、これとは逆に半導体基板１２を下側、半田ボール配列マスク２２を上側に配置して、半田ボール配列マスク２２側から加圧または加熱工程を行なっても良い。このときは半田ボール２６と電極パッド１４とを位置合わせした後、その位置合わせ状態を維持したまま上下を反転させた後、加圧または加熱を行なえば良い。半田ボール配列マスク２２を金属材料で構成し、半田ボール配列マスク２２側から加熱すれば、熱伝導が良好であることから短時間で加熱処理を行なうことができ、半田ボール２６やバリアメタル１８などの酸化を防止することができ、さらに半田ボール保持層２０の流出も抑制することが可能となる。
さらに半田ボール保持層２０の形成は、回転塗布法を適用して行なう実施形態で説明したが、スクリーン印刷法を用いてバリアメタル１８上面にのみ半田ボール保持層２０を形成しても良い。

本発明によれば、従来のめっき法による突起電極に比べて半田ボール２６から突起電極２８を形成していることから、半田組成ばらつき、および高さばらつきが小さな突起電極２８が得られる。さらに、環境汚染問題から鉛を含まない半田が要望されている現在、めっき法では組成制御が困難な鉛を含まない半田組成を自由に得られる本発明の効果は大きい。

本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法を示す断面図である。 本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法を示す断面図である。 本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法を示す断面図である。 本発明の実施の形態における半田ボール配列マスクと半導体装置の製造方法を示す断面図である。 本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法を示す断面図である。 本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法を示す断面図である。 本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法を示す断面図である。 従来技術における半導体装置の製造方法を示す断面図である。 従来技術における半導体装置の製造方法を示す断面図である。 従来技術における半導体装置の製造方法を示す断面図である。 従来技術における半導体装置の製造方法を示す断面図である。

符号の説明

１２ 半導体基板
１４ 電極パッド
１８ バリアメタル
２０ 半田ボール保持層
２２ 半田ボール配列マスク
２４ 疎水性被膜
２６ 半田ボール
２８ 突起電極

Claims (5)

1. 半導体基板の電極パッド上に半田ボールを転写する半田ボール配列マスクにおいて、
   前記半田ボール配列マスクは、前記半田ボールを配列保持するための凹部を有し、
   前記凹部表面に疎水性被膜を設ける
   ことを特徴とする半田ボール配列マスク。
2. 請求項１記載の半田ボール配列マスクを用いた半導体装置の製造方法において、
   半導体基板の電極パッドにバリアメタルを形成する工程と、
   前記バリアメタル上に半田ボール保持層を形成し、加熱処理を行ない該半田ボール保持層中の溶媒の一部を除去する工程と、
   前記半田ボール配列マスクの凹部に配列した前記半田ボールと前記電極パッドとを対向するように配置する工程と、
   加熱処理を行ない前記半田ボールを溶融させ前記バリアメタル上に前記半田ボールからなる突起電極を形成する工程とを有する
   ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
3. 前記半田ボールと前記電極パッドとを対向するように配置する工程と前記半田ボールを溶融させる工程との間に、
   加圧処理を行ない前記バリアメタルに前記半田ボールを押圧する工程を有する
   ことを特徴とする請求項２記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記半田ボールと前記電極パッドとを対向するように配置する工程と前記半田ボールを溶融させる工程との間に、
   加圧処理と加熱処理を行ない前記半田ボールを前記バリアメタルに押圧するとともに加熱する工程を有する
   ことを特徴とする請求項２記載の半導体装置の製造方法。
5. 前記半田ボールは前記半田ボール配列マスクの表面から突出している
   ことを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。

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