JP2009164524A - Method for forming electrode - Google Patents

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豊 牧野
Atsushi Fukuda
淳 福田
Hiroyuki Yoda
博行 依田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for forming an electrode capable of improving the freedom of the kind and the selection of the composition of the electrode for external connection at the time of forming an electrode for external connection such as a solder bump and the like, easily controlling the composition of the electrode for external connection and further reducing the number of steps of a cleansing process. <P>SOLUTION: The method for forming the electrode includes a step of preparing a substrate to be treated 31 with a conductor layer 36 exposed to the surface, a step of forming a first mask 37A having a first aperture 37Aa for exposing the conductor layer 36 to the surface of the substrate to be treated 31, a step of forming a first metal layer 39 made of a first metal in the first aperture 37Aa by plating, a step of forming a second metal layer 40 made of a second metal on the first metal layer 39 by a process different from the plating, and a step of processing the first metal layer 39 and the second metal layer 40 into an alloy by a heat treatment. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、電極の形成方法に関し、特に電子部品と当該電子部品が搭載される基板上の電極などとの接続に用いられる電極の形成方法に関する。   The present invention relates to an electrode forming method, and more particularly to an electrode forming method used to connect an electronic component and an electrode on a substrate on which the electronic component is mounted.

近年、半導体集積回路素子などの半導体素子を、配線基板などの支持基板に高密度実装を可能とするために、当該半導体素子に配設されたところのバンプと称される凸状(突起状)を有する外部接続用電極を用いた、所謂フリップチップ接続構造が採用されている。   In recent years, in order to enable high-density mounting of a semiconductor element such as a semiconductor integrated circuit element on a support substrate such as a wiring board, a convex shape (protruding shape) called a bump disposed on the semiconductor element. A so-called flip-chip connection structure using an external connection electrode having the above is employed.

即ち、支持基板として、例えばガラスエポキシ樹脂等の絶縁性樹脂を基材とし、少なくともその一方の主面に銅(Cu)等からなる導電層が選択的に配設された配線基板が用いられ、当該配線基板上に、半導体素子が、その主面に配設された半田を主体とするバンプが前記導電層に接続されることにより搭載される。   That is, as a support substrate, for example, a wiring substrate in which an insulating resin such as a glass epoxy resin is used as a base material and a conductive layer made of copper (Cu) or the like is selectively disposed on at least one main surface thereof is used. A semiconductor element is mounted on the wiring board by connecting bumps mainly composed of solder disposed on the main surface thereof to the conductive layer.

この様なフリップチップ接続構造を有する半導体装置を形成するに際し、半導体素子に於けるバンプの形成方法としては、所謂めっき法が採られている。   When forming a semiconductor device having such a flip-chip connection structure, a so-called plating method is employed as a method for forming bumps in a semiconductor element.

かかるめっき法を用いての、従来のバンプ形成工程の第1例を、図1乃至図3に示す。   A first example of a conventional bump forming process using such a plating method is shown in FIGS.

尚、ここでは、半導体基板1に形成されているトランジスタなどの能動素子、抵抗素子・容量素子などの受動素子、並びにこれらの機能素子間を絶縁分離する絶縁(アイソレーション)領域、素子間相互接続用配線層、層間絶縁層等については、図示することを省略している。   Here, active elements such as transistors formed on the semiconductor substrate 1, passive elements such as resistance elements / capacitance elements, an isolation region for insulating and isolating these functional elements, and interconnections between the elements The wiring layer, the interlayer insulating layer, etc. are not shown.

かかる従来のめっき法によるバンプ形成工程にあっては、まずシリコン(Si)からなる半導体基板1の上面(回路素子形成面)に、酸化シリコン等の絶縁膜(層)2を介してアルミニウム(Al)等からなる配線層並びに電極パッド(電極層)3を配設し、当該配線層、電極パッド3上などを含む半導体基板上を窒化シリコン(SiN)等からなる表面保護膜(パッシベーション膜)4により被覆する。(図1(a)参照)
当該表面保護膜4には、前記電極パッド2上における半田バンプの形成予定位置に対応して開口5が形成され、電極パッド2が選択的に表出されている。
In the bump formation process by the conventional plating method, first, aluminum (Al) is formed on the upper surface (circuit element formation surface) of the semiconductor substrate 1 made of silicon (Si) through an insulating film (layer) 2 such as silicon oxide. ) And the like and an electrode pad (electrode layer) 3 are disposed, and a surface protective film (passivation film) 4 made of silicon nitride (SiN) or the like is formed on the semiconductor substrate including the wiring layer and the electrode pad 3. Cover with. (See Fig. 1 (a))
Openings 5 are formed in the surface protective film 4 corresponding to the positions where solder bumps are to be formed on the electrode pads 2, and the electrode pads 2 are selectively exposed.

次いで、前記電極パッド3上及び表面保護膜4上を覆って、チタン(Ti)層及び銅(Cu)層の2層からなる給電層6を、スパッタリング法により形成する。(図1(b)参照)
次いで、前記給電層6上に、スピンコート法などにより、フォトレジスト層7を塗布形成する。(図1(c)参照)
次いで、当該フォトレジスト層7に対して、選択的露光処理/現像処理/硬化処理を行い、当該フォトレジスト層7に、前記電極パッド3上に於ける半田バンプ形成予定位置に対応して開口7aを形成する。(図1(d)参照)
しかる後、電気めっき処理(電解めっき処理)を行い、前記フォトレジスト層7の開口7a内に於いて、前記給電層6上にニッケル(Ni)からなるバリア金属層8を形成する。当該バリア金属層8は、後述する半田層の配線層への拡散を防止する。(図2(e)参照)
当該バリア金属層8の形成のための電気めっき処理が終了すると、水洗等による洗浄処理が行われる。
Next, a power feeding layer 6 composed of a titanium (Ti) layer and a copper (Cu) layer is formed by a sputtering method so as to cover the electrode pad 3 and the surface protective film 4. (See Fig. 1 (b))
Next, a photoresist layer 7 is formed on the power feeding layer 6 by spin coating or the like. (See Fig. 1 (c))
Next, selective exposure processing / development processing / curing processing is performed on the photoresist layer 7, and openings 7 a are formed in the photoresist layer 7 corresponding to the positions where solder bumps are to be formed on the electrode pads 3. Form. (See Fig. 1 (d))
Thereafter, an electroplating process (electrolytic plating process) is performed to form a barrier metal layer 8 made of nickel (Ni) on the power feeding layer 6 in the opening 7a of the photoresist layer 7. The barrier metal layer 8 prevents diffusion of a solder layer, which will be described later, into the wiring layer. (See Fig. 2 (e))
When the electroplating process for forming the barrier metal layer 8 is completed, a cleaning process such as washing with water is performed.

次いで、前記フォトレジスト層7をマスクとして用いつつ、電気めっき処理を行い、前記バリア金属層8上に、錫(Sn)−銀(Ag)半田層9を形成する。(図2(f)参照)
当該電気めっき処理の終了後、水洗等により洗浄処理が行われる。
Next, electroplating is performed using the photoresist layer 7 as a mask to form a tin (Sn) -silver (Ag) solder layer 9 on the barrier metal layer 8. (See Fig. 2 (f))
After the electroplating process is completed, a cleaning process is performed by washing with water or the like.

しかる後、剥離液を用いて前記フォトレジスト層7を剥離除去し(図2(g)参照)、更に、前記半田層9をエッチングマスクとして用いて、所謂ウエットエッチング法により前記給電層6の不要部分を除去する。(図2(h)参照)
次いで、アニール処理により、半田層9内に含まれているガスを除去し(図3(i)照)、更に、リフロー加熱にて当該半田層9を溶融し、略球状に整形処理する。(図3(j)参照)
この様にして、半導体基板1の前記電極パッド2上に、外部接続用突起電極となる球状半田バンプ(半田ボール)9Aが形成される。
Thereafter, the photoresist layer 7 is stripped and removed using a stripping solution (see FIG. 2G), and the power supply layer 6 is unnecessary by a so-called wet etching method using the solder layer 9 as an etching mask. Remove the part. (See Fig. 2 (h))
Next, the gas contained in the solder layer 9 is removed by annealing treatment (see FIG. 3 (i)), and the solder layer 9 is melted by reflow heating and shaped into a substantially spherical shape. (See Fig. 3 (j))
In this manner, spherical solder bumps (solder balls) 9A, which serve as external connection protruding electrodes, are formed on the electrode pads 2 of the semiconductor substrate 1.

一方、前記図2(e)に示す工程後に、図4及び図5に示す工程が行われる態様(従来のバンプ形成工程の第2例)も知られている。   On the other hand, an aspect (second example of a conventional bump forming process) in which the process shown in FIGS. 4 and 5 is performed after the process shown in FIG. 2 (e) is also known.

なお、図4及び図5においても、前記図1乃至図3で示した部位に対応する部位には同じ符号を付している。同様に、半導体基板1に形成されている機能素子、並びに当該機能素子間を絶縁分離する絶縁(アイソレーション)領域、素子間相互接続用配線層、層間絶縁層等については、図示することを省略している。   4 and 5, the same reference numerals are given to the portions corresponding to the portions shown in FIGS. Similarly, illustration of functional elements formed on the semiconductor substrate 1, an insulation (isolation) region that isolates and isolates the functional elements, an inter-element interconnection wiring layer, an interlayer insulating layer, and the like is omitted. is doing.

前記図2(e)に示す工程の後、電気めっき処理を行い、前記フォトレジスト層7の開口7a内に於いて、バリア金属層8上に、半田バンプを構成する第1の金属である銅(Cu)層10を形成する。(図4(f’)参照)
当該めっき処理が終了すると、水洗等による洗浄処理が行われる。
After the step shown in FIG. 2 (e), electroplating is performed, and copper, which is the first metal constituting solder bumps, is formed on the barrier metal layer 8 in the opening 7a of the photoresist layer 7. The (Cu) layer 10 is formed. (See FIG. 4 (f '))
When the plating process is completed, a cleaning process such as washing with water is performed.

次いで、前記フォトレジスト層7をマスクとして用いて電気めっき処理を行い、前記銅(Cu)層10層上に、錫(Sn)−銀(Ag)層11を形成する。(図4(g’)参照)
当該電気めっき処理が終了すると、水洗等により洗浄処理が行われる。
Next, electroplating is performed using the photoresist layer 7 as a mask to form a tin (Sn) -silver (Ag) layer 11 on the copper (Cu) layer 10 layer. (See Fig. 4 (g '))
When the electroplating process is completed, the cleaning process is performed by washing with water or the like.

なお、当該図4に示す形成方法にあっては、銅(Cu)層10上に錫(Sn)−銀(Ag)層11が形成されるが、前記バリア金属層8上に電気めっき処理により錫(Sn)−銀(Ag)層を形成した後、電気めっき処理により銅(Cu)層を形成してもよい。   In the formation method shown in FIG. 4, a tin (Sn) -silver (Ag) layer 11 is formed on the copper (Cu) layer 10, and the barrier metal layer 8 is electroplated. After forming the tin (Sn) -silver (Ag) layer, a copper (Cu) layer may be formed by electroplating.

この場合も、錫(Sn)−銀(Ag)層11を形成した後、ならびに銅(Cu)層10を形成した後に、それぞれ洗浄処理が必要とされる。   Also in this case, after the tin (Sn) -silver (Ag) layer 11 is formed and after the copper (Cu) layer 10 is formed, a cleaning process is required.

次いで、剥離液を用いてフォトレジスト層7を除去し(図4(h’)参照)、更に、前記錫(Sn)−銀(Ag)11をエッチングマスクとして用いて、ウエットエッチング法により給電層6の不要部分を除去する。(図4(i’)参照)
次いで、合金化アニール処理を行い、銅(Cu)と錫(Sn)−銀(Ag)とからなる半田層12を形成する。(図5(j’)参照)
しかる後、リフロー加熱にて半田層12を溶融し、当該半田層12を略球状に整形処理する。(図5(k’)参照)この様にして、半導体基板1の電極パッド2上に、外部接続用突起電極となる球状半田バンプ(半田ボール)12Aが形成される。
Next, the photoresist layer 7 is removed using a stripping solution (see FIG. 4 (h ′)), and the power supply layer is formed by wet etching using the tin (Sn) -silver (Ag) 11 as an etching mask. 6 unnecessary parts are removed. (See FIG. 4 (i ′))
Next, an alloying annealing process is performed to form a solder layer 12 made of copper (Cu) and tin (Sn) -silver (Ag). (See FIG. 5 (j ′))
Thereafter, the solder layer 12 is melted by reflow heating, and the solder layer 12 is shaped into a substantially spherical shape. In this way, spherical solder bumps (solder balls) 12A serving as external connection protruding electrodes are formed on the electrode pads 2 of the semiconductor substrate 1.

前記半導体素子の配線基板への実装信頼性の観点からは、半田バンプの組成として、様々な種類・選択肢があることが望ましい。   From the viewpoint of mounting reliability of the semiconductor element on the wiring board, it is desirable that there are various types and options as the composition of the solder bump.

例えば、半導体素子がフリップチップ実装される配線基板に、電極パッドが無電解めっきで形成される場合、当該パッドにおける酸化膜の形成を防止するために、ニッケル(Ni)等がめっき形成される。   For example, when an electrode pad is formed by electroless plating on a wiring substrate on which a semiconductor element is flip-chip mounted, nickel (Ni) or the like is plated to prevent formation of an oxide film on the pad.

この場合、半導体素子の電極パッド上に形成された半田バンプの組成が錫(Sn)−銀(Ag)である場合、無電解めっきにより形成されたニッケル(Ni)の皮膜と錫(Sn)−銀(Ag)からなる半田バンプとの接合界面に、カーケンダルボイドが形成され易い。カーケンダルボイドが成長するとクラックに発展し、半田接合が破壊される恐れある。   In this case, when the composition of the solder bump formed on the electrode pad of the semiconductor element is tin (Sn) -silver (Ag), the nickel (Ni) film formed by electroless plating and the tin (Sn)- Kirkendall voids are easily formed at the joint interface with the solder bumps made of silver (Ag). When the Kirkendall void grows, it develops into a crack, which may destroy the solder joint.

そのため、この場合、半田バンプとして、ニッケル(Ni)と相性が良い3元素金属である錫(Sn)−銀(Ag)−銅(Cu)が用いることにより、前記カーケンダルボイドの発生を抑制して、バンプ接続の優れた信頼性を得ることができる。   Therefore, in this case, tin (Sn) -silver (Ag) -copper (Cu), which is a three element metal having good compatibility with nickel (Ni), is used as the solder bump, thereby suppressing the generation of the Kirkendall void. Thus, excellent reliability of the bump connection can be obtained.

このように、半田バンプの組成の種類・選択の自由度が高いことが望ましい。   Thus, it is desirable that the solder bump composition has a high degree of freedom in the type and selection of the composition.

しかしながら、従来のめっき法によるバンプの形成にあっては、めっき可能な金属種又はめっき可能な金属の組成に制約があった。   However, in the bump formation by the conventional plating method, there is a restriction on the metal species that can be plated or the composition of the metal that can be plated.

例えば、前記従来のバンプ形成工程の第1例にあっては、バリア金属層8上に錫(Sn)−銀(Ag)半田層9を一括形成している。   For example, in the first example of the conventional bump forming process, a tin (Sn) -silver (Ag) solder layer 9 is formed on the barrier metal layer 8 at once.

しかしながら、3元素以上の金属を一括して(1液で)形成することができるめっき液は殆ど存在しない。なお、錫(Sn)−銀(Ag)−銅(Cu)合金めっき自体は存在するが、めっき液の安定性、析出皮膜中の組成制御の観点から実用化は難しい。   However, there is almost no plating solution that can form a metal of three or more elements at once (in one solution). Although tin (Sn) -silver (Ag) -copper (Cu) alloy plating itself exists, it is difficult to put it to practical use from the viewpoint of the stability of the plating solution and the composition control in the deposited film.

更に、かかる従来のバンプ形成工程の第1例にあっては、半導体基板1の外周側と中央側とでは電流密度が相違するため、半導体基板1内に於けるめっきの組成制御が難しく、更に複数の半導体基板1のめっき組成の制御が難しいため、半田バンプの形成される状態の制御が難しい。   Furthermore, in the first example of the conventional bump forming process, since the current density is different between the outer peripheral side and the central side of the semiconductor substrate 1, it is difficult to control the composition of the plating in the semiconductor substrate 1. Since it is difficult to control the plating composition of the plurality of semiconductor substrates 1, it is difficult to control the state in which the solder bumps are formed.

一方、前記従来のバンプ形成工程の第2例にあっては、半田層12を構成する銅(Cu)10層をめっき処理により形成し、次いで、銅(Cu)10層上に半田層12を構成する錫(Sn)−銀(Ag)層11を、めっき処理により積層形成している。   On the other hand, in the second example of the conventional bump forming process, a copper (Cu) 10 layer constituting the solder layer 12 is formed by plating, and then the solder layer 12 is formed on the copper (Cu) 10 layer. The constituent tin (Sn) -silver (Ag) layer 11 is formed by plating.

即ち、半田層12を形成するために、2度のめっき処理が施されている。そして、それぞれのめっき処理後には、洗浄処理が施されている。   That is, in order to form the solder layer 12, the plating process is performed twice. A cleaning process is performed after each plating process.

この様な従来のバンプ形成工程の第2例によれば、前記従来のバンプ形成工程の第1例に於ける形成工程に比べ、めっき処理回数ならびにこれに対応する洗浄処理数が増加し、バンプ形成工程数が増加してしまう。   According to the second example of the conventional bump forming process, the number of plating processes and the number of cleaning processes corresponding to the number of plating processes are increased as compared with the forming process in the first example of the conventional bump forming process. The number of forming steps will increase.

更に、当該従来のバンプ形成工程の第2例に於けるバンプ形成工程にあっては、複数回に亘るめっき処理により積層されるめっき層の膜厚分布のバラツキが大きく、半田バンプの組成の制御が難しい。   Further, in the bump forming process in the second example of the conventional bump forming process, the distribution of the thickness of the plating layer laminated by the plating process is large, and the control of the composition of the solder bumps is large. Is difficult.

本発明は、この様な従来技術に於ける問題点に鑑みてなされたものであり、半田バンプ等の外部接続用電極の形成に於いて、当該外部接続用電極の組成の種類・選択の自由度を高めることができると共に、当該外部接続用電極の組成を容易に制御することができ、更に洗浄処理工程数を減少させることができる電極の形成方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems in the prior art, and in the formation of external connection electrodes such as solder bumps, the type and selection of the composition of the external connection electrodes are free. It is an object of the present invention to provide a method for forming an electrode that can increase the degree, can easily control the composition of the external connection electrode, and can further reduce the number of cleaning treatment steps.

本発明の一観点によれば、表面に導体層が露出する被処理基板を用意する工程と、前記被処理基板の表面に、前記導体層が露出する第1の開口を有する第1のマスクを形成する工程と、前記第1の開口内に、第1の金属から成る第1の金属層をめっき処理により形成する工程と、前記第1の金属層上に、第2の金属から成る第2の金属層を前記めっき処理とは異なる方法により形成する工程と、前記第1の金属層及び前記第2の金属層を熱処理により合金化する工程と、を含むことを特徴とする電極の形成方法が提供される。   According to one aspect of the present invention, a step of preparing a substrate to be processed in which a conductor layer is exposed on the surface, and a first mask having a first opening in which the conductor layer is exposed on the surface of the substrate to be processed. Forming a first metal layer made of a first metal in the first opening by plating, and forming a second metal made of a second metal on the first metal layer. Forming a metal layer by a method different from the plating process, and alloying the first metal layer and the second metal layer by heat treatment. Is provided.

前記第2の金属層を形成する工程は、前記第1のマスク及び前記第1の金属層上に前記第2の金属層を形成する工程と、前記第2の金属層上に第2のマスクを形成する工程と、前記第2のマスクを用いて、前記第2の金属層をエッチングすることにより、前記第1の金属層上にのみ前記第2の金属層を残留させる工程と、を有してもよい。   The step of forming the second metal layer includes the step of forming the second metal layer on the first mask and the first metal layer, and the second mask on the second metal layer. And a step of etching the second metal layer using the second mask to leave the second metal layer only on the first metal layer. May be.

また、前記第2の金属層は、前記第1のマスク及び前記第1の金属層上に形成され、前記第1、2の金属層を溶融する工程は、前記第1のマスク上に前記第2の金属層が残留したまま行なわれることとしてもよい。   The second metal layer is formed on the first mask and the first metal layer, and the step of melting the first and second metal layers is performed on the first mask. It may be performed while the two metal layers remain.

更に、前記第2の金属層を形成する工程は、前記第1のマスクを除去する工程と、前記第1のマスクの除去後に、前記被処理基板及び前記第1の金属層上に前記第2の金属層を形成する工程と、を有することとしてもよい。   Furthermore, the step of forming the second metal layer includes the step of removing the first mask and the second metal layer on the substrate to be processed and the first metal layer after the removal of the first mask. And a step of forming the metal layer.

前記第1の金属は、錫(Sn)及び銀(Ag)を含み、前記第2の金属は、銅(Cu)を含んでもよい。   The first metal may include tin (Sn) and silver (Ag), and the second metal may include copper (Cu).

本発明によれば、半田バンプ等の外部接続用電極の形成方法であって、当該外部接続用電極の組成の種類・選択の自由度を向上させることができ、当該外部接続用電極の組成を容易にコントロールすることができ、更に、洗浄処理工程の数を抑制することができる電極の形成方法を提供することができる。   According to the present invention, it is a method for forming an external connection electrode such as a solder bump, and the degree of freedom of the type and selection of the composition of the external connection electrode can be improved. It is possible to provide a method of forming an electrode that can be easily controlled and that can suppress the number of cleaning treatment steps.

以下、本発明の実施の形態について説明する。   Embodiments of the present invention will be described below.

1.第1の実施の形態
本発明の第1の実施の形態に係る外部接続用電極の形成方法について、図6乃至図9をもって説明する。
1. First Embodiment A method for forming an external connection electrode according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

尚、本実施の形態にあっては、半導体基板31に形成されているトランジスタ等の能動素子、抵抗素子・容量素子などの受動素子、並びにこれらの素子間を絶縁分離する絶縁(アイソレーション)領域、素子間相互接続用配線層、層間絶縁層等については、図示することを省略している。   In the present embodiment, an active element such as a transistor, a passive element such as a resistance element / capacitance element formed on the semiconductor substrate 31, and an insulation (isolation) region that isolates and isolates these elements. The inter-element interconnection wiring layer, the interlayer insulating layer, and the like are not shown.

本実施の形態に係る外部接続用電極の形成方法にあっては、まず、シリコン(Si)からなる半導体基板31の上面(回路素子形成面)に、酸化シリコン等の絶縁膜(層)32を介してアルミニウム(Al)等からなる配線層並びに約2.0μmの厚さを有する電極パッド(電極層)33を配設し、当該配線層、電極パッド33上などを含む半導体基板31上を、窒化シリコン(SiN)等からなる表面保護膜(パッシベーション膜)34により被覆する。(図6(a)参照)
そして、当該表面保護膜34には、前記電極パッド33のそれぞれに於ける半田バンプからなる外部接続用電極の形成予定位置に対応して開口35が形成される。
In the external connection electrode forming method according to the present embodiment, first, an insulating film (layer) 32 such as silicon oxide is formed on the upper surface (circuit element forming surface) of a semiconductor substrate 31 made of silicon (Si). A wiring layer made of aluminum (Al) or the like and an electrode pad (electrode layer) 33 having a thickness of about 2.0 μm are disposed, and the semiconductor substrate 31 including the wiring layer, the electrode pad 33 and the like is disposed. A surface protective film (passivation film) 34 made of silicon nitride (SiN) or the like is covered. (See Fig. 6 (a))
In the surface protective film 34, openings 35 are formed corresponding to the positions where external connection electrodes made of solder bumps in the respective electrode pads 33 are to be formed.

次いで、前記半導体基板31の上の電極パッド32及び表面保護膜34上を覆って、下層よりチタン(Ti)及び銅(Cu)の2層からなる給電層36を、スパッタリング法により形成する。(図6(b)参照)
当該給電層36は、後述するめっき工程に於いてめっき電流を供給するものであり、約100nmの膜厚を有するチタン(Ti)層上に、約200nmの膜厚を有する銅(Cu)層が配設されて形成される。
Next, a power feeding layer 36 composed of two layers of titanium (Ti) and copper (Cu) is formed by a sputtering method so as to cover the electrode pad 32 and the surface protective film 34 on the semiconductor substrate 31. (See FIG. 6 (b))
The power supply layer 36 supplies a plating current in a plating process described later, and a copper (Cu) layer having a thickness of about 200 nm is formed on a titanium (Ti) layer having a thickness of about 100 nm. Arranged and formed.

次いで、前記給電層36上に、回転塗布(スピンコート)法などにより、フォトレジスト層(第1レジスト層)37Aを形成する。(図6(c)参照)
当該フォトレジスト層37Aの膜厚は、例えば10μmに設定される。
Next, a photoresist layer (first resist layer) 37A is formed on the power feeding layer 36 by spin coating (spin coating) or the like. (See FIG. 6 (c))
The film thickness of the photoresist layer 37A is set to 10 μm, for example.

次に、当該フォトレジスト層37Aに対し、選択的露光処理/現像処理/硬化処理を行い、前記電極パッド32に於ける、半田バンプからなる外部接続用突起電極の形成予定位置に対応する開口37Aaを形成する。(図6(d)参照)
しかる後、前記給電層36を用いて電気めっき処理を行い、前記フォトレジスト層37Aの開口37Aa内に、ニッケル(Ni)からなるバリア金属層38を形成する。(図7(e)参照)
当該バリア金属層38は、後述する半田層を構成する半田の前記配線層などへの拡散を防止し、接続信頼性の低下を阻止する。当該バリア金属層38の厚さは、例えば2.0μmに設定される。
Next, selective exposure processing / development processing / curing processing is performed on the photoresist layer 37A, and an opening 37Aa corresponding to a position where the external connection protruding electrode made of a solder bump is to be formed on the electrode pad 32 is formed. Form. (See Fig. 6 (d))
Thereafter, an electroplating process is performed using the power feeding layer 36 to form a barrier metal layer 38 made of nickel (Ni) in the opening 37Aa of the photoresist layer 37A. (See Fig. 7 (e))
The barrier metal layer 38 prevents diffusion of solder constituting a solder layer, which will be described later, into the wiring layer and the like, and prevents a decrease in connection reliability. The thickness of the barrier metal layer 38 is set to 2.0 μm, for example.

バリア金属層38の形成のための電気めっき処理が終了すると、水洗等による洗浄処理が行われる。   When the electroplating process for forming the barrier metal layer 38 is completed, a cleaning process such as washing with water is performed.

次いで、前記フォトレジスト層37Aをマスクとして用いて電気めっき処理を行い、前記バリア金属層38上に、錫(Sn)−銀(Ag)からなる第1金属層39を形成する(第1金属層形成工程)。(図7(f)参照)
当該第1金属層39の組成は、例えば錫(Sn)97wt%、銀(Ag)3wt%とされる。また、錫(Sn)−銀(Ag)層39の厚さは、例えば40μmとされる。
Next, electroplating is performed using the photoresist layer 37A as a mask to form a first metal layer 39 made of tin (Sn) -silver (Ag) on the barrier metal layer 38 (first metal layer). Forming step). (See Fig. 7 (f))
The composition of the first metal layer 39 is, for example, 97 wt% tin (Sn) and 3 wt% silver (Ag). The thickness of the tin (Sn) -silver (Ag) layer 39 is, for example, 40 μm.

当該電解めっき処理が終了すると、水洗等により洗浄処理が行われる。   When the electrolytic plating process is completed, the cleaning process is performed by washing with water or the like.

本実施の態様にあっては、しかる後、錫(Sn)−銀(Ag)層39ならびにフォトレジスト層37Aの上に、銅(Cu)からなる第2金属層40を、スパッタリング法により被着形成する(第2金属層形成工程)。(図7(g)参照)
この時、当該銅(Cu)層40の膜厚は、200nmに設定される。
In this embodiment, after that, the second metal layer 40 made of copper (Cu) is deposited on the tin (Sn) -silver (Ag) layer 39 and the photoresist layer 37A by sputtering. Form (second metal layer forming step). (See Fig. 7 (g))
At this time, the film thickness of the copper (Cu) layer 40 is set to 200 nm.

即ち、本実施の形態にあっては、銅(Cu)からなる第2金属層層40の被着・形成方法として、スパッタリング法が選択され、適用される。   That is, in the present embodiment, a sputtering method is selected and applied as a method for depositing and forming the second metal layer layer 40 made of copper (Cu).

従って、錫(Sn)−銀(Ag)層39に対して添加したい金属である銅(Cu)を、その被着量を制御しつつ、均一な厚さをもって被着することができる。   Therefore, copper (Cu), which is a metal to be added to the tin (Sn) -silver (Ag) layer 39, can be deposited with a uniform thickness while controlling the deposition amount.

また、めっき処理法では必要であった洗浄処理が不要となる。   Further, the cleaning process that is necessary in the plating process is not required.

尚、当該銅(Cu)層40の被着方法としては、スパッタリング法に代えて、真空蒸着法などの蒸着法を適用することもできる。   In addition, as a deposition method of the copper (Cu) layer 40, a vapor deposition method such as a vacuum vapor deposition method can be applied instead of the sputtering method.

蒸着法であっても、錫(Sn)−銀(Ag)層39に対して添加したい金属である銅(Cu)の被着量を制御しつつ、均一な厚さに被着することができる。この場合にも、めっき処理では必要であった洗浄処理は不要となる。   Even with the vapor deposition method, it is possible to deposit a uniform thickness while controlling the deposition amount of copper (Cu) which is a metal to be added to the tin (Sn) -silver (Ag) layer 39. . Also in this case, the cleaning process that is necessary in the plating process is not necessary.

次に、前記銅(Cu)層40上に、第2のフォトレジスト層37Bを、回転塗布法などにより塗布形成する。(図7(h)参照)
次いで、当該フォトレジスト層37Bに対し、選択的露光処理/現像処理/硬化処理を行い、前記錫(Sn)−銀(Ag)層39の直上に位置して、フォトレジスト層37Bを選択的に残す。(図8(i)参照)
次いで、当該フォトレジスト層37Bをマスクとして、前記銅(Cu)層40を選択的にエッチングし、除去する。(図8(j)参照)
この結果、当該銅(Cu)層40ならびに錫(Sn)−銀(Ag)層39の側面の一部が表出する。
Next, a second photoresist layer 37B is formed on the copper (Cu) layer 40 by spin coating or the like. (See Fig. 7 (h))
Next, selective exposure processing / development processing / curing processing is performed on the photoresist layer 37 </ b> B, and the photoresist layer 37 </ b> B is selectively positioned immediately above the tin (Sn) -silver (Ag) layer 39. leave. (See Fig. 8 (i))
Next, the copper (Cu) layer 40 is selectively etched and removed using the photoresist layer 37B as a mask. (See FIG. 8 (j))
As a result, part of the side surfaces of the copper (Cu) layer 40 and the tin (Sn) -silver (Ag) layer 39 are exposed.

しかる後、フォトレジスト層37Bならびにフォトレジスト層37Aを、剥離除去する。(図8(k)参照)
次いで、前記銅(Cu)層40ならびに錫(Sn)−銀(Ag)層39をエッチングマスクとして用い、所謂ウエットエッチング法によって、前記給電層36の不要部分を除去する。(図8(l)参照)
この時、当該給電層36を構成する銅(Cu)層は、例えば過酸化水素水を主成分としたエッチング液を用いてエッチング除去され、またチタン(Ti)層は、例えばフッ酸を主成分としたエッチング液を用いてエッチング除去される。
Thereafter, the photoresist layer 37B and the photoresist layer 37A are peeled and removed. (Refer to FIG. 8 (k))
Next, unnecessary portions of the power feeding layer 36 are removed by a so-called wet etching method using the copper (Cu) layer 40 and the tin (Sn) -silver (Ag) layer 39 as an etching mask. (See Fig. 8 (l))
At this time, the copper (Cu) layer constituting the power feeding layer 36 is removed by etching using, for example, an etching solution mainly containing hydrogen peroxide, and the titanium (Ti) layer is mainly containing hydrofluoric acid, for example. Etching is removed using the etching solution.

次いで、熱処理を施し、銅(Cu)40と、錫(Sn)−銀(Ag)層39との合金化を図り、当該銅(Cu)を含む錫(Sn)−銀(Ag)からなる半田塊41を形成する。(図9(m)参照)
当該熱処理は、真空中に於いて、200℃程に加熱することにより行われる。
Next, heat treatment is performed to alloy the copper (Cu) 40 and the tin (Sn) -silver (Ag) layer 39, and the solder composed of tin (Sn) -silver (Ag) containing the copper (Cu). A lump 41 is formed. (See Fig. 9 (m))
The heat treatment is performed by heating to about 200 ° C. in a vacuum.

かかる加熱処理により、半田塊41内に含まれていたガス成分が除去される。尚、本処理を行わなくとも、最終的に所望の半田バンプの形状が得られる場合には、本処理は不要となる。   The gas component contained in the solder lump 41 is removed by this heat treatment. Even if this processing is not performed, this processing is not necessary when a desired solder bump shape is finally obtained.

しかる後、前記半田塊41に対しリフロー加熱処理を施し、当該半田塊41を略球状(ボール状)を有する半田バンプ41Aに整形処理する。(図9(n)参照)
当該リフロー処理温度は、半田塊41の融点以上の温度が設定される。半田塊41が、錫(Sn)−3.0銀(Ag)−0.5銅(Cu)からなる場合、約270℃でリフロー加熱処理が行われる。
Thereafter, the solder lump 41 is subjected to a reflow heating process, and the solder lump 41 is shaped into a solder bump 41A having a substantially spherical shape (ball shape). (See Fig. 9 (n))
The reflow processing temperature is set to a temperature equal to or higher than the melting point of the solder lump 41. When the solder lump 41 is made of tin (Sn) -3.0 silver (Ag) -0.5 copper (Cu), the reflow heat treatment is performed at about 270 ° C.

本リフロー工程は、蟻酸(HCOOH)ガスなどの還元性雰囲気中に於いて行われてもよい。   This reflow process may be performed in a reducing atmosphere such as formic acid (HCOOH) gas.

この結果、半導体基板31上に配設された電極パッド32上には、錫(Sn)−銀(Ag)−銅(Cu)から構成された球状半田バンプ41A(半田ボール、本例では、錫(Sn)−3.0銀(Ag)−0.5銅(Cu))が形成される。   As a result, on the electrode pad 32 disposed on the semiconductor substrate 31, a spherical solder bump 41A composed of tin (Sn) -silver (Ag) -copper (Cu) (solder ball, in this example, tin). (Sn) -3.0 silver (Ag) -0.5 copper (Cu)) is formed.

この様に、本実施の形態にあっては、めっき処理により錫(Sn)−銀(Ag)層39を形成した後、当該錫(Sn)−銀(Ag)層39に対して、添加する金属である銅(Cu)40を、リフロー加熱処理後に所望の組成となる厚さをもって、スパッタリング法あるいは蒸着法によって被着形成している。   As described above, in this embodiment, after the tin (Sn) -silver (Ag) layer 39 is formed by plating, the tin (Sn) -silver (Ag) layer 39 is added. Copper (Cu) 40, which is a metal, is deposited by sputtering or vapor deposition with a desired composition thickness after reflow heat treatment.

従って、前記従来のめっき法によるバンプ形成工程の第1の例によるバンプ形成工程に比べ、錫(Sn)−銀(Ag)層39に対し添加したい金属である銅(Cu)40の被着量を容易に制御しつつ、錫(Sn)−銀(Ag)層38上に、当該銅(Cu)層40を均一な厚さをもって被着形成することができる。   Therefore, compared with the bump forming step according to the first example of the bump forming step by the conventional plating method, the deposition amount of copper (Cu) 40 which is a metal to be added to the tin (Sn) -silver (Ag) layer 39. The copper (Cu) layer 40 can be deposited with a uniform thickness on the tin (Sn) -silver (Ag) layer 38 while easily controlling the above.

また、前記従来のめっき法によるバンプ形成工程の第2の例の如き、めっき処理を複数回施してバンプを形成する方法に於ける、めっき処理後の洗浄処理が不要である。   Further, as in the second example of the bump forming process by the conventional plating method, the cleaning process after the plating process is unnecessary in the method of forming the bump by performing the plating process a plurality of times.

更に、本実施の形態にあっては、3種類の元素からなる球状半田バンプ(半田ボール)を形成しているが、複数回のスパッタリング処理或いは蒸着処理を適用することにより、4種以上の元素から構成された球状半田バンプ41A(半田ボール)からなる外部接続用突起電極を形成することもできる。   Furthermore, in this embodiment, spherical solder bumps (solder balls) made of three kinds of elements are formed. By applying a plurality of sputtering treatments or vapor deposition treatments, four or more kinds of elements are used. It is also possible to form a protruding electrode for external connection made of spherical solder bumps 41A (solder balls) composed of

即ち、本実施の形態によれば、スパッタリング法或いは蒸着法により膜形成が可能な元素であれば、必要とされる種類ならびに被着量に応じて、様々の組成の合金からなるバンプを形成することができる。   That is, according to the present embodiment, bumps made of alloys of various compositions are formed according to the required type and deposition amount, as long as the element can be formed by sputtering or vapor deposition. be able to.

例えば、錫(Sn)−銀(Ag)層39上に所定の厚さを有するアルミニウム(Al)層を被着・形成し、これらの金属をリフロー処理することにより、錫(Sn)−2.0銀(Ag)−0.1アルミニウム(Al)からなる半田ボールを形成することができる。   For example, by depositing and forming an aluminum (Al) layer having a predetermined thickness on the tin (Sn) -silver (Ag) layer 39 and reflowing these metals, tin (Sn) -2. Solder balls made of 0 silver (Ag) -0.1 aluminum (Al) can be formed.

この様にして形成された球状半田バンプ41Aからなる外部接続用突起電極を備えた半導体素子を、回路基板上に搭載した状態を図10に示す。ここで、図10(a)に於いて、点線で囲んだ部分を、図10(b)に拡大して示している。   FIG. 10 shows a state in which the semiconductor element having the external connection protruding electrode formed of the spherical solder bump 41A formed in this manner is mounted on the circuit board. Here, in FIG. 10A, a portion surrounded by a dotted line is shown in an enlarged manner in FIG.

半導体基板31に錫(Sn)−銀(Ag)−銅(Cu)からなる半田バンプ41Aが形成された半導体素子70は、図10(a)に示される様に、フリップチップ接続法により、支持基板となる回路基板80上に実装される。   The semiconductor element 70 in which the solder bump 41A made of tin (Sn) -silver (Ag) -copper (Cu) is formed on the semiconductor substrate 31 is supported by a flip-chip connection method as shown in FIG. It is mounted on a circuit board 80 to be a board.

当該回路基板80は、ガラスエポキシ樹脂などの絶縁性樹脂を基材とし、その表面に銅(Cu)などからなる配線層が選択的に配設された基板が複数積層されて形成されている。当該回路基板80は、インターポーザ、配線基板とも称される。   The circuit board 80 is formed by laminating a plurality of boards each having an insulating resin such as a glass epoxy resin as a base material and a wiring layer made of copper (Cu) or the like selectively disposed on the surface thereof. The circuit board 80 is also referred to as an interposer or a wiring board.

当該回路基板80の一方の主面(上面)上には、銅(Cu)層から構成されてなる導電層81が選択的に配設されている。導電層81は、半導体素子70に形成された半田バンプ41Aが接続される領域を除いて、ソルダーレジスト層82により選択的に被覆されている。即ち、ソルダーレジスト層82は、導電層81に於ける、半導体素子70との接続領域を画定している。   On one main surface (upper surface) of the circuit board 80, a conductive layer 81 made of a copper (Cu) layer is selectively disposed. The conductive layer 81 is selectively covered with a solder resist layer 82 except for a region to which the solder bump 41 </ b> A formed on the semiconductor element 70 is connected. That is, the solder resist layer 82 defines a connection region with the semiconductor element 70 in the conductive layer 81.

なお、回路基板80の他方の主面(下面)にも、導電層が選択的に配設され、当該導電層はソルダーレジスト層により選択的に被覆されており、ソルダーレジスト層により被覆されていない箇所には、半田を主体とする凸状の外部接続端子が配設されている。(図示せず)
このような構造を有する回路基板80の上面に、錫(Sn)−銀(Ag)−銅(Cu)から構成された球状半田バンプ41Aが形成された半導体素子70を、その主面(電子回路形成面)を対向させて(フェイスダウン)、搭載・固着する。
A conductive layer is also selectively disposed on the other main surface (lower surface) of the circuit board 80, and the conductive layer is selectively covered with a solder resist layer and not covered with a solder resist layer. Convex-shaped external connection terminals mainly composed of solder are disposed at the locations. (Not shown)
A semiconductor element 70 in which spherical solder bumps 41A composed of tin (Sn) -silver (Ag) -copper (Cu) are formed on the upper surface of the circuit board 80 having such a structure is provided on its main surface (electronic circuit). Place (fixed surface) (face-down), and mount / fix.

この様にして、回路基板80上に、錫(Sn)−銀(Ag)−銅(Cu)から構成された球状半田バンプ41Aが形成された半導体素子70が、フリップチップ接続されてなる半導体装置100が形成される。   In this way, a semiconductor device in which the semiconductor element 70 in which the spherical solder bump 41A composed of tin (Sn) -silver (Ag) -copper (Cu) is formed on the circuit board 80 is flip-chip connected. 100 is formed.

2.第2の実施の形態
前記第1の実施の形態にあっては、錫(Sn)−銀(Ag)層39上ならびにフォトレジスト層37aの上に、銅(Cu)層40をスパッタリングにより被着・形成した後、当該銅(Cu)層40上にフォトレジスト層37bを選択的に配置し、次いで当該フォトレジスト層37bをマスクとして銅(Cu)層40を選択エッチングし、当該フォトレジスト層37bを除去した後に給電層36の不要部分を除去し、しかる後、加熱処理ならびにリフロー加熱処理を行っている。
2. Second Embodiment In the first embodiment, a copper (Cu) layer 40 is deposited on the tin (Sn) -silver (Ag) layer 39 and the photoresist layer 37a by sputtering. After the formation, the photoresist layer 37b is selectively placed on the copper (Cu) layer 40, and then the copper (Cu) layer 40 is selectively etched using the photoresist layer 37b as a mask, thereby the photoresist layer 37b. Then, unnecessary portions of the power feeding layer 36 are removed, and then heat treatment and reflow heat treatment are performed.

しかしながら、本発明はかかる態様に限定されず、前記図7(g)に示した工程の後に、以下の様な工程を採ることもできる。   However, the present invention is not limited to such an embodiment, and the following steps can be taken after the step shown in FIG.

これを、第2の実施の形態として、図11に示す。なお、図11に於いては、前記図6乃至図9に示された部位に対応する部位には同じ符号を付し、その説明を省略する。   This is shown in FIG. 11 as a second embodiment. In FIG. 11, parts corresponding to those shown in FIGS. 6 to 9 are given the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

この第2の実施の形態においても、先ず前記図6(a)乃至図7(g)に示す工程と同じ工程が行われる。   Also in the second embodiment, the same steps as those shown in FIGS. 6A to 7G are first performed.

但し、図6(c)に示す工程において、給電層36の全面に形成されるフォトレジスト層37aにあっては、後述するアニール処理における処理温度に耐えられるものが選択され、例えばドライフィルムレジストが適用される。   However, in the step shown in FIG. 6 (c), as the photoresist layer 37a formed on the entire surface of the power supply layer 36, one that can withstand the processing temperature in the annealing process described later is selected. For example, a dry film resist is used. Applied.

前記図7(g)に示す工程の後、先ずアニール処理を施す。   After the step shown in FIG. 7 (g), annealing is first performed.

この結果、錫(Sn)−銀(Ag)層39上に被着されている銅(Cu)層40、ならびに当該錫(Sn)−銀(Ag)層39の周囲近傍であってフォトレジスト層37A上に被着されている銅(Cu)層40が、当該錫(Sn)−銀(Ag)層38中に拡散し、半田塊41が形成される。(図11(h’)参照)
この結果、フォトレジスト層37A上には、錫(Sn)−銀(Ag)層39とは一体化されない銅(Cu)層40が残る。
しかる後、フォトレジスト層37A上に残存している銅(Cu)層40をエッチングにより除去する。(図11(i’)参照)
次いで、剥離液を用いてフォトレジスト層37Aを除去した後、半田塊41をマスクとして用い、所謂ウエットエッチング法により、給電層36の不要部分を除去する。(図11(j’)参照)
前述の如く、当該給電層36を構成する銅(Cu)層は、例えば過酸化水素水を主成分とするエッチング液を用いてエッチング除去され、またチタン(Ti)層は、例えばフッ酸を主成分とするエッチング液を用いてエッチング除去される。
As a result, the copper (Cu) layer 40 deposited on the tin (Sn) -silver (Ag) layer 39, and the vicinity of the tin (Sn) -silver (Ag) layer 39 and the photoresist layer. The copper (Cu) layer 40 deposited on 37A diffuses into the tin (Sn) -silver (Ag) layer 38, and a solder lump 41 is formed. (See FIG. 11 (h ′))
As a result, a copper (Cu) layer 40 that is not integrated with the tin (Sn) -silver (Ag) layer 39 remains on the photoresist layer 37A.
Thereafter, the copper (Cu) layer 40 remaining on the photoresist layer 37A is removed by etching. (See FIG. 11 (i '))
Next, after removing the photoresist layer 37A using a stripping solution, unnecessary portions of the power feeding layer 36 are removed by a so-called wet etching method using the solder lump 41 as a mask. (See FIG. 11 (j ′))
As described above, the copper (Cu) layer constituting the power feeding layer 36 is removed by etching using, for example, an etching solution mainly containing hydrogen peroxide, and the titanium (Ti) layer is mainly made of hydrofluoric acid, for example. Etching is removed using an etchant as a component.

しかる後、リフロー加熱にて前記半田層41を溶融し、半田層41を略球状に整形処理する。(図11(k’)参照)
前述の如く、半田塊41の融点以上の温度が設定される。半田塊41が、錫(Sn)−3.0銀(Ag)−0.5銅(Cu)からなる場合、約270℃でリフロー加熱処理が行われる。本リフロー工程は、蟻酸(HCOOH)ガスなどの還元性雰囲気中に於いて行われてもよい。
Thereafter, the solder layer 41 is melted by reflow heating, and the solder layer 41 is shaped into a substantially spherical shape. (See FIG. 11 (k ′))
As described above, a temperature equal to or higher than the melting point of the solder lump 41 is set. When the solder lump 41 is made of tin (Sn) -3.0 silver (Ag) -0.5 copper (Cu), the reflow heat treatment is performed at about 270 ° C. This reflow process may be performed in a reducing atmosphere such as formic acid (HCOOH) gas.

この結果、半導体基板31上に配設された電極パッド32上には、錫(Sn)−銀(Ag)−銅(Cu)から構成された球状半田バンプ41A(半田ボール、本例では、錫(Sn)−3.0銀(Ag)−0.5銅(Cu))が形成される。   As a result, on the electrode pad 32 disposed on the semiconductor substrate 31, a spherical solder bump 41A composed of tin (Sn) -silver (Ag) -copper (Cu) (solder ball, in this example, tin). (Sn) -3.0 silver (Ag) -0.5 copper (Cu)) is formed.

この様に、本実施の形態に於いても、めっき処理により錫(Sn)−銀(Ag)層39を形成した後、当該錫(Sn)−銀(Ag)層39に対して、添加する金属である銅(Cu)40を、リフロー加熱処理後に所望の組成となる厚さをもって、スパッタリング法によって被着形成している。   As described above, also in the present embodiment, after the tin (Sn) -silver (Ag) layer 39 is formed by plating, the tin (Sn) -silver (Ag) layer 39 is added. Copper (Cu) 40, which is a metal, is deposited by a sputtering method so as to have a desired composition after the reflow heat treatment.

従って、前記第1の実施の形態と同様の効果を奏することができる。   Therefore, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.

更に、本実施の形態にあっても、3種類の元素からなる球状半田バンプ(半田ボール)を形成しているが、複数回のスパッタリング処理を適用することにより、4種以上の元素から構成された球状半田バンプ41A(半田ボール)からなる外部接続用突起電極を形成することもできる。   Further, even in this embodiment, spherical solder bumps (solder balls) made of three kinds of elements are formed. By applying a plurality of sputtering treatments, it is made up of four or more kinds of elements. It is also possible to form external connection protruding electrodes made of spherical solder bumps 41A (solder balls).

即ち、本実施の形態によれば、スパッタリング法により膜形成が可能な元素であれば、必要とされる種類ならびに被着量に応じて、様々の組成の合金からなるバンプを形成することができる。   That is, according to the present embodiment, as long as the element can form a film by a sputtering method, bumps made of alloys of various compositions can be formed according to the required type and deposition amount. .

この様にして形成された球状半田バンプ41Aからなる外部接続用突起電極を備えた半導体素子は、前記図10に示される構成と同様に、フリップチップ接続法によって回路基板80上に実装される。   The semiconductor element having the external connection protruding electrode formed of the spherical solder bump 41A formed in this manner is mounted on the circuit board 80 by the flip chip connection method, similarly to the configuration shown in FIG.

尚、本実施の形態にあっても、銅(Cu)40の被着方法として、前記スパッタリング法に代えて、蒸着法を適用することができることは勿論である。   Even in the present embodiment, as a method for depositing copper (Cu) 40, it is needless to say that a vapor deposition method can be applied instead of the sputtering method.

3.第3の実施の形態
前記第1の実施の形態にあっては、フォトレジスト層37aをマスクとして用いて電気めっき処理を行い、バリア金属層38上に錫(Sn)−銀(Ag)層39を形成した後、当該錫(Sn)−銀(Ag)層39及びフォトレジスト層37aの上面に、銅(Cu)層40をスパッタリング法により被着形成している。
3. Third Embodiment In the first embodiment, electroplating is performed using the photoresist layer 37 a as a mask, and a tin (Sn) -silver (Ag) layer 39 is formed on the barrier metal layer 38. Then, a copper (Cu) layer 40 is deposited on the top surfaces of the tin (Sn) -silver (Ag) layer 39 and the photoresist layer 37a by sputtering.

しかしながら、本発明はかかる態様に限定されず、前記図7(f)に示した工程の後に、以下の様な工程を採ることもできる。   However, the present invention is not limited to such an embodiment, and the following steps can be taken after the step shown in FIG.

これを、第3の実施の形態として、図12及び図13に示す工程をもって示す。なお、図12及び図13に於いては、前記図6乃至図9に示された部位に対応する部位には同じ符号を付し、その説明を省略する。   This is shown as a third embodiment with the steps shown in FIGS. In FIGS. 12 and 13, parts corresponding to those shown in FIGS. 6 to 9 are given the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

この第3の実施の形態においても、先ず図6(a)乃至図7(f)に示す工程と同じ工程が行われる。   Also in the third embodiment, the same steps as those shown in FIGS. 6A to 7F are first performed.

前記図7(f)に示す工程の後、給電層36上に形成されているフォトレジスト層37aを、剥離液を用いて剥離除去する。(図12(g”)参照)
次いで、錫(Sn)−銀(Ag)層39をエッチングマスクとして用い、ウエットエッチング法により、給電層36の不要部分を除去する。(図12(h”)参照)
前述の如く、当該給電層36を構成する銅(Cu)層は、例えば過酸化水素水を主成分とするエッチング液を用いてエッチング除去され、またチタン(Ti)層は、例えばフッ酸を主成分とするエッチング液を用いてエッチング除去される。
After the step shown in FIG. 7F, the photoresist layer 37a formed on the power feeding layer 36 is peeled off using a stripping solution. (See FIG. 12 (g ″))
Next, unnecessary portions of the power feeding layer 36 are removed by wet etching using the tin (Sn) -silver (Ag) layer 39 as an etching mask. (Refer to FIG. 12 (h ″))
As described above, the copper (Cu) layer constituting the power feeding layer 36 is removed by etching using, for example, an etching solution mainly containing hydrogen peroxide, and the titanium (Ti) layer is mainly made of hydrofluoric acid, for example. Etching is removed using an etchant as a component.

しかる後、錫(Sn)−銀(Ag)層39の上面全面及び表面保護膜35の上面に、銅(Cu)層40を、スパッタリング法により被着形成する。(図12(i”)参照)
当該銅(Cu)層40の膜厚は、例えば200nmとして設定される。
Thereafter, a copper (Cu) layer 40 is deposited on the entire upper surface of the tin (Sn) -silver (Ag) layer 39 and the upper surface of the surface protective film 35 by sputtering. (Refer to Fig. 12 (i "))
The film thickness of the copper (Cu) layer 40 is set to 200 nm, for example.

即ち、本実施の形態にあっても、銅(Cu)からなる第2金属層層40の被着・形成方法として、スパッタリング法が適用される。   That is, also in the present embodiment, the sputtering method is applied as a method for depositing and forming the second metal layer layer 40 made of copper (Cu).

従って、錫(Sn)−銀(Ag)層39に対して添加したい金属である銅(Cu)を、その被含有量を制御しつつ、均一な厚さをもって被着することができる。   Therefore, copper (Cu), which is a metal to be added to the tin (Sn) -silver (Ag) layer 39, can be deposited with a uniform thickness while controlling its content.

また、めっき処理では必要であった洗浄処理が不要となる。   Further, the cleaning process that is necessary in the plating process is not required.

なお、当該銅(Cu)層40の被着方法としては、スパッタリング法に代えて、真空蒸着法などの蒸着法を適用することもできる。   In addition, as a deposition method of the copper (Cu) layer 40, a deposition method such as a vacuum deposition method can be applied instead of the sputtering method.

当該蒸着法であっても、錫(Sn)−銀(Ag)層39に対して添加したい金属である銅(Cu)の被着量を制御しつつ、均一な厚さに被着することができる。この場合にも、めっき処理では必要であった洗浄処理は不要となる。   Even with this deposition method, it is possible to deposit a uniform thickness while controlling the deposition amount of copper (Cu), which is a metal to be added to the tin (Sn) -silver (Ag) layer 39. it can. Also in this case, the cleaning process that is necessary in the plating process is not necessary.

次いで、熱処理を施し、銅(Cu)39と、錫(Sn)−銀(Ag)層39との合金化を図り、当該銅(Cu)を含む錫(Sn)−銀(Ag)からなる半田塊41を形成する。(図12(j”)参照)
次いで、前記表面保護膜35の上面に残存している銅(Cu)層40を、エッチングにより除去する。(図13(k”)参照)
しかる後、前記半田塊41に対しリフロー加熱処理を施し、当該半田塊41を略球状(ボール状)を有する半田バンプ41Aに整形処理する。(図13(l”)参照)
当該リフロー処理温度は、半田塊41の融点以上の温度が設定される。半田塊41が、錫(Sn)−3.0銀(Ag)−0.5銅(Cu)からなる場合、約270℃でリフロー加熱処理が行われる。
Next, heat treatment is performed to alloy the copper (Cu) 39 and the tin (Sn) -silver (Ag) layer 39, and the solder composed of tin (Sn) -silver (Ag) containing the copper (Cu). A lump 41 is formed. (See FIG. 12 (j ″))
Next, the copper (Cu) layer 40 remaining on the upper surface of the surface protective film 35 is removed by etching. (See FIG. 13 (k ″))
Thereafter, the solder lump 41 is subjected to a reflow heating process, and the solder lump 41 is shaped into a solder bump 41A having a substantially spherical shape (ball shape). (See Fig. 13 (l "))
The reflow processing temperature is set to a temperature equal to or higher than the melting point of the solder lump 41. When the solder lump 41 is made of tin (Sn) -3.0 silver (Ag) -0.5 copper (Cu), the reflow heat treatment is performed at about 270 ° C.

本リフロー工程は、蟻酸(HCOOH)ガスなどの還元性雰囲気中に於いて行われてもよい。   This reflow process may be performed in a reducing atmosphere such as formic acid (HCOOH) gas.

この結果、半導体基板31上に配設された電極パッド32上には、錫(Sn)−銀(Ag)−銅(Cu)から構成された球状半田バンプ41A(半田ボール、本例では、錫(Sn)−3.0銀(Ag)−0.5銅(Cu))が形成される。   As a result, on the electrode pad 32 disposed on the semiconductor substrate 31, a spherical solder bump 41A composed of tin (Sn) -silver (Ag) -copper (Cu) (solder ball, in this example, tin). (Sn) -3.0 silver (Ag) -0.5 copper (Cu)) is formed.

この様に、本実施の形態にあっても、めっき処理により錫(Sn)−銀(Ag)層39を形成した後、当該錫(Sn)−銀(Ag)層39に対して、添加する金属である銅(Cu)を、リフロー加熱処理後に所望の組成となる厚さをもって、スパッタリング法あるいは蒸着法によって被着形成している。   As described above, even in the present embodiment, after the tin (Sn) -silver (Ag) layer 39 is formed by plating, the tin (Sn) -silver (Ag) layer 39 is added. Copper (Cu), which is a metal, is deposited by sputtering or vapor deposition with a desired composition thickness after the reflow heat treatment.

これにより、前記第1の実施の形態と同様の効果を奏することができる。   Thereby, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.

また、前記従来のめっき法によるバンプ形成工程の第1の例によるバンプ形成工程に比べ、錫(Sn)−銀(Ag)層39に対し添加したい金属である銅(Cu)の被着量を容易に制御しつつ、錫(Sn)−銀(Ag)層39上に、銅(Cu)層40を均一な厚さをもって被着形成することができる。   Further, compared with the bump forming step according to the first example of the bump forming step by the conventional plating method, the deposition amount of copper (Cu) which is a metal to be added to the tin (Sn) -silver (Ag) layer 39 is increased. The copper (Cu) layer 40 can be deposited with a uniform thickness on the tin (Sn) -silver (Ag) layer 39 while being easily controlled.

更に、前記従来のめっき法によるバンプ形成工程の第2の例の如き、めっき処理を複数回施してバンプを形成する方法に於ける、めっき処理後の洗浄処理が不要である。   Further, as in the second example of the bump forming process by the conventional plating method, the cleaning process after the plating process is unnecessary in the method of forming the bump by performing the plating process a plurality of times.

更に、本実施の形態にあっては、3種類の元素からなる球状半田バンプ(半田ボール)を形成しているが、複数回のスパッタリング処理或いは蒸着処理を適用することにより、4種以上の元素から構成された球状半田バンプ41A(半田ボール)からなる外部接続用突起電極を形成することもできる。   Furthermore, in this embodiment, spherical solder bumps (solder balls) made of three kinds of elements are formed. By applying a plurality of sputtering treatments or vapor deposition treatments, four or more kinds of elements are used. It is also possible to form a protruding electrode for external connection made of spherical solder bumps 41A (solder balls) composed of

即ち、本実施の形態の方法にあっても、スパッタリング法により膜形成が可能な元素であれば、必要とされる種類ならびに被着量に応じて、様々の組成の合金からなるバンプを形成することができる。   That is, even in the method of this embodiment, as long as it is an element that can form a film by sputtering, bumps made of alloys of various compositions are formed according to the required type and the amount of deposition. be able to.

この様にして形成された球状半田バンプ41Aからなる外部接続用突起電極を備えた半導体素子も、前記図10に示される構成と同様に、フリップチップ接続法によって回路基板80上に実装される。   The semiconductor element provided with the protruding electrodes for external connection made of the spherical solder bumps 41A formed in this way is also mounted on the circuit board 80 by the flip chip connection method, similarly to the configuration shown in FIG.

以上、本発明の実施の形態について述べたが、本発明は特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。   The embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the specific embodiment, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. Is possible.

即ち、前記本発明の実施の形態にあっては、半導体基板上に半田バンプを形成する処理方法を掲げたが、本発明はこれに限定されるものではなく、任意の基板に於ける端子あるいはパッド上に、半田バンプからなる外部接続用突起を形成する処理に対しても適用することができる。   That is, in the embodiment of the present invention, a processing method for forming solder bumps on a semiconductor substrate has been described. However, the present invention is not limited to this, and the terminals or terminals on an arbitrary substrate can be used. The present invention can also be applied to a process for forming external connection protrusions made of solder bumps on a pad.

例えば、ガラスエポキシ等の絶縁性樹脂あるいはセラミック等を主体とし、少なくともその表面に配線・電極が配設された配線基板(回路基板、インターポーザとも称される)等に於いて、その電極部に半田からなる外部接続用突起電極を形成する処理に対しても適用することができる。   For example, in a wiring board (also referred to as a circuit board or interposer) mainly composed of an insulating resin such as glass epoxy or ceramic, and at least a surface of which wiring / electrodes are disposed, solder is applied to the electrodes. The present invention can also be applied to the process of forming the external connection protruding electrode.

めっき法によるバンプ形成工程の第1の例を示す図(その1)である。It is FIG. (1) which shows the 1st example of the bump formation process by the plating method. めっき法によるバンプ形成工程の第1の例を示す図(その2)である。It is FIG. (2) which shows the 1st example of the bump formation process by the plating method. めっき法によるバンプ形成工程の第1の例を示す図(その3)である。It is FIG. (The 3) which shows the 1st example of the bump formation process by the plating method. めっき法によるバンプ形成工程の第2の例を示す図(その1)である。It is FIG. (1) which shows the 2nd example of the bump formation process by the plating method. めっき法によるバンプ形成工程の第2の例を示す図(その2)である。It is FIG. (2) which shows the 2nd example of the bump formation process by the plating method. 本発明の第1の実施の形態に係る外部接続用電極の形成方法を示す図(その1)である。It is FIG. (1) which shows the formation method of the electrode for external connection which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態に係る外部接続用電極の形成方法を示す図(その2)である。FIG. 6 is a diagram (No. 2) illustrating the method for forming the external connection electrode according to the first embodiment of the invention. 本発明の第1の実施の形態に係る外部接続用電極の形成方法を示す図(その3)である。It is FIG. (3) which shows the formation method of the electrode for external connection which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態に係る外部接続用電極の形成方法を示す図(その4)である。It is FIG. (4) which shows the formation method of the electrode for external connection which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態をもって形成された外部接続用電極を備えた半導体素子を、回路基板に接続した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which connected the semiconductor element provided with the electrode for external connection formed with the 1st Embodiment of this invention to the circuit board. 本発明の第2の実施の形態に係る外部接続用電極の形成方法を示す図である。It is a figure which shows the formation method of the electrode for external connection which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態に係る外部接続用電極の形成方法を示す図(その1)である。It is FIG. (1) which shows the formation method of the electrode for external connection which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態に係る外部接続用電極の形成方法を示す図(その2)である。It is FIG. (2) which shows the formation method of the electrode for external connection which concerns on the 3rd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1、31 半導体基板
2、32 無機絶縁膜
3、33 電極パッド
4、34 表面保護膜
6、36 給電層
7、37A、37B フォトレジスト層
8、38 バリア金属層
9、11、39 錫(Sn)−銀(Ag)層
10、40 銅(Cu)層
9A、12A、41A 球状半田バンプ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 31 Semiconductor substrate 2, 32 Inorganic insulating film 3, 33 Electrode pad 4, 34 Surface protective film 6, 36 Feed layer 7, 37A, 37B Photoresist layer 8, 38 Barrier metal layer 9, 11, 39 Tin (Sn) -Silver (Ag) layer
10, 40 Copper (Cu) layer 9A, 12A, 41A Spherical solder bump

Claims (5)

表面に導体層が露出する被処理基板を用意する工程と、
前記被処理基板の表面に、前記導体層が露出する第1の開口を有する第1のマスクを形成する工程と、
前記第1の開口内に、第1の金属から成る第1の金属層をめっき処理により形成する工程と、
前記第1の金属層上に、第2の金属から成る第2の金属層を前記めっき処理とは異なる方法により形成する工程と、
前記第1の金属層及び前記第2の金属層を熱処理により合金化する工程と、
を含むことを特徴とする電極の形成方法。
Preparing a substrate to be processed with the conductor layer exposed on the surface;
Forming a first mask having a first opening exposing the conductor layer on a surface of the substrate to be processed;
Forming a first metal layer made of a first metal in the first opening by a plating process;
Forming a second metal layer made of a second metal on the first metal layer by a method different from the plating process;
Alloying the first metal layer and the second metal layer by heat treatment;
A method of forming an electrode comprising:
前記第2の金属層を形成する工程は、
前記第1のマスク及び前記第1の金属層上に前記第2の金属層を形成する工程と、
前記第2の金属層上に第2のマスクを形成する工程と、
前記第2のマスクを用いて、前記第2の金属層をエッチングすることにより、前記第1の金属層上にのみ前記第2の金属層を残留させる工程と、
を有することを特徴とする請求項1記載の電極の形成方法。
The step of forming the second metal layer includes
Forming the second metal layer on the first mask and the first metal layer;
Forming a second mask on the second metal layer;
Etching the second metal layer using the second mask to leave the second metal layer only on the first metal layer;
The method of forming an electrode according to claim 1, comprising:
前記第2の金属層は、前記第1のマスク及び前記第1の金属層上に形成され、
前記第1、2の金属層を溶融する工程は、前記第1のマスク上に前記第2の金属層が残留したまま行なわれることを特徴とする請求項1記載の電極の形成方法。
The second metal layer is formed on the first mask and the first metal layer,
2. The method for forming an electrode according to claim 1, wherein the step of melting the first and second metal layers is performed while the second metal layer remains on the first mask.
前記第2の金属層を形成する工程は、
前記第1のマスクを除去する工程と、
前記第1のマスクの除去後に、前記被処理基板及び前記第1の金属層上に前記第2の金属層を形成する工程と、
を有することを特徴とする請求項1記載の電極の形成方法。
The step of forming the second metal layer includes
Removing the first mask;
Forming the second metal layer on the substrate to be processed and the first metal layer after removing the first mask;
2. The method for forming an electrode according to claim 1, comprising:
前記第1の金属は、錫(Sn)及び銀(Ag)を含み、
前記第2の金属は、銅(Cu)を含むことを特徴とする請求項1乃至4いずれか一項記載の電極の形成方法。
The first metal includes tin (Sn) and silver (Ag),
The method for forming an electrode according to claim 1, wherein the second metal includes copper (Cu).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2013222729A (en) * 2012-04-12 2013-10-28 Shinko Electric Ind Co Ltd Method for forming bump
JP2016127235A (en) * 2015-01-08 2016-07-11 株式会社アルバック Production method for microbump

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