JP2011054890A

JP2011054890A - バンプ形成方法及び接合方法

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Publication number: JP2011054890A
Application number: JP2009204761A
Authority: JP
Inventors: Fumio Kuriyama; 文夫栗山; Nobutoshi Saito; 信利齋藤
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2009-09-04
Filing date: 2009-09-04
Publication date: 2011-03-17

Abstract

【課題】半導体ウェーハの表面に、半導体ウェーハをダイシングして得られる半導体チップと回路基板との位置合せを高い精度で容易に行いながら、溶融接合時にはんだバンプ内にボイドを発生させない接合を実現できるバンプを形成できるようにする。
【解決手段】集積回路を有する半導体ウェーハ５０の表面にレジストパターン６０を形成し、レジストパターン６０のレジスト開口部５６内に銅めっきによって銅めっき膜を成長させて粗い表面６８ａを有する銅バンプ６８を形成し、銅バンプ６８の表面にすずまたはすず合金めっきによってはんだバンプ７０を形成し、しかる後、レジストパターン６０を半導体ウェーハ表面から剥離除去する。
【選択図】図７

Description

本発明は、バンプ形成方法及び接合方法に係り、特に集積回路が形成された半導体ウェーハの表面に、外部のパッケージ基板等の回路基板の内部回路と電気的に接続するバンプ（突起状電極）を形成するバンプ形成方法及び該バンプを使用した接合方法に関する。

例えば、ＬＳＩ等の集積回路を有する半導体ウェーハの表面に形成されたバンプは、集積回路の配線の一部であり、外部のパッケージ基板（回路基板）の回路への接続のための端子となる。このバンプの形成方式の一つにめっきの手法を用いた方法がある。

バンプは、一般に半導体ウェーハをダイシングすることによって得られる半導体チップ（ダイ）の周辺に沿って配置され、金線（ワイヤーボンディング方式）やリード（ＴＡＢ方式）によって外部回路に接続される。近年、半導体デバイス回路の集積化・高密度化が進むにつれて、外部回路との接続のためのバンプの数が多くなり、半導体チップの表面全域にバンプを形成する必要性が生じてきている。また、半導体デバイス機能の高速化に伴って、配線距離を短縮させる必要性から、表面に多数のバンプを形成した半導体チップを裏返して回路基板上に直接接続する方法（フリップチップ方式）が高速演算処理・データ処理プロセッサに用いられ、このフリップチップ方式が、デジタルカメラや携帯電話に代表される携帯情報端末機器の高機能かつ小形軽量化に伴って広く採用されるようになってきている。

バンプの材料としては、主に金、銀、銅、ニッケル、はんだ（半田）及びそれらの組合せが用いられる。これらのバンプ材料の内、はんだは導電性を持つとともに金属としては比較的低い融点をもち、電気配線材料や半導体材料にダメージを与えない温度で溶融して素子の接合を行うことができる。このため、はんだは半導体チップの各電極とパッケージ基板の各電極との接続等に多く用いられてきている。

集積回路を有する半導体ウェーハの表面にバンプを形成するプロセス（処理工程）は、ウェーハ処理の最終段階で最も重要なプロセスの一つである。つまり、数多くの工程を経て半導体ウェーハに集積回路が形成されるため、それまでの全ての工程を合格してきたウェーハを処理するバンプ形成プロセスには極めて高い信頼性が要求される。半導体回路の集積化が進み、回路密度が高くなるとともに半導体チップの小型化に伴って、外部回路との接続に使用されるバンプの数が増え、バンプの寸法自体も微細化される。このため、半導体チップとパッケージ基板等の回路基板との接合のための位置合せ精度を高める必要が生じると共に、はんだが溶融して凝固する接合過程において欠陥が生じないようにすることが強く要求される。

図１は、一般的な電気めっきによって、集積回路を有する半導体ウェーハの表面に銅バンプを形成する一連のバンプ形成工程を工程順に示す。先ず、図１（ａ）に示すように、ＬＳＩ等の集積回路を有する半導体ウェーハ１０を用意する。半導体ウェーハ１０は、図示しないトランジスタ及び微細な配線回路等が形成された絶縁層１２を有しており、この配線回路の末端に電極パッド１４が接続されている。電極パッド１４は、絶縁層１２に覆われることなく外部に露出しており、半導体ウェーハ１０の電極パッド１４を含む表面は、電導性のある金属膜からなる給電シード（銅シード）１６で覆われている。給電シード１６は、電気めっきのための給電膜としての役割の他に、バンプ金属である銅の拡散を防止するための金属膜としての役割を果たす。そして。この半導体ウェーハ１０の表面に、レジストパターン１８を、該レジストパターン１８のレジスト開口部２０内に電極パッド１４が位置するように形成する。これによって、半導体ウェーハ１０の表面のレジスト開口部２０に対応する位置以外の領域をレジスト２２で覆う。

次に、図１（ｂ）に示すように、半導体ウェーハ１０の表面に銅めっきを施し、レジストパターン１８のレジスト開口部２０内に位置する給電シード１６の表面に銅めっき膜を成長させて、該レジスト開口部２０内に銅バンプ２４を形成する。つまり、電気めっきを行うと、給電シード１６のレジスト開口部２０に対応する領域のみがめっき液に触れているため、レジストパターン１８に倣った銅バンプ２４が形成される。この時、半導体ウェーハ１０の端部から給電シード１６に給電することで電気めっきが行われる。

銅めっきによって表面に銅バンプ２４を形成した半導体ウェーハ１０を次のプロセスに移し、図１（ｃ）に示すように、レジストパターン１８を半導体ウェーハ１０の表面から剥離除去する。しかる後、図１（ｄ）に示すように、銅バンプ２４の下方に位置する給電シード１６以外の不要な給電シード１６をエッチング除去する。

図２は、一般的な電気めっきによって、集積回路を有する半導体ウェーハの表面に高融点はんだバンプを形成する一連のバンプ形成工程を工程順に示す。先ず、前述と同様にして、図１（ａ）に示すように、半導体ウェーバ１０の表面にレジストパターン１８を形成した後、図２（ａ）に示すように、半導体ウェーハ１０の表面に高融点はんだめっきを施し、レジストパターン１８のレジスト開口部２０内に位置する給電シード１６の表面に高融点はんだめっき膜を成長させて、該レジスト開口部２０内に高融点はんだバンプ２６を形成する。

次に、図２（ｂ）に示すように、レジストパターン１８を半導体ウェーハ１０の表面から剥離除去し、図２（ｃ）に示すように、高融点はんだバンプ２６の下方に位置する給電シード１６以外の不要な給電シード１６をエッチング除去する。しかる後、図２（ｄ）に示すように、高融点はんだバンプ２６をリフロー炉で高融点はんだバンプ２６の融点以上に加熱（リフロー）し、これによって、高融点はんだバンプ２６を一旦溶融させて球状高融点はんだバンプ２８を形成し、同時に高融点はんだバンプ２６内のガス出しを行う。

前述のように、半導体ウェーハ１０の表面に、外部回路との接続のための銅バンプ２４や球状高融点はんだバンプ２８からなるバンプが形成されると、半導体ウェーハ１０は、ＬＳＩチップ等の半導体チップ（ダイ）ごとにダイシングされ、この半導体チップの配線回路がパッケージ基板等の回路基板の配線回路にバンプを通して接続される。

図３は、図２に示す球状高融点はんだバンプ２８を形成した半導体ウェーハ１０をダイシングして得られた半導体チップ（ＬＳＩチップ）３０と、共晶はんだバンプ３２を形成したパッケージ基板等の回路基板３４とを接合する時の工程を示す。回路基板３４には配線回路が形成され、この配線回路の端部に電極パッド３６が外部に露出して接続されて、この電極パッド３６に共晶はんだバンプ３２が設けられている。

図３（ａ）に示すように、半導体チップ３０の球状高融点はんだバンプ２８と回路基板３４の共晶はんだバンプ３２とを互いに対向させつつ、半導体チップ３０と回路基板３４の正確な位置合せを行う。そして、半導体チップ３０と回路基板３４をリフロー炉内に搬入し、図３（ｂ）に示すように、球状高融点はんだバンプ２８と共晶はんだバンプ３２を互いに当接させつつ、リフロー炉内を共晶はんだバンプ３２の融点より高い温度に昇温させて、球状高融点はんだバンプ２８と共晶はんだバンプ３２との溶融接続を行う。この接合時に、必要に応じて、接合部に濡れ性改善のためのペーストを用い、または接合部に不活性ガスまたは水素と不活性ガスとの混合ガスを流す。バンプ接合に不良があると、導通不良や使用途中での断線を生じさせることになるため、バンプ接合は一様で強固な接続となることが求められる。

図４は、図１に示す銅バンプ２４を形成した半導体ウェーハ１０をダイシングして得られた半導体チップ（ＬＳＩチップ）３８と、前述と同様な共晶はんだバンプ３２を形成したパッケージ基板等の回路基板３４とを接合する時の工程を示す。

図４（ａ）に示すように、半導体チップ３８の銅バンプ２４と回路基板３４の共晶はんだバンプ３２とを互いに対向させつつ、半導体チップ３８と回路基板３４の正確な位置合せを行う。そして、半導体チップ３８と回路基板３４をリフロー炉内に搬入し、図４（ｂ）に示すように、銅バンプ２４と共晶はんだバンプ３２を互いに当接させつつ、リフロー炉内を共晶はんだバンプ３２の融点より高い温度に昇温させて、銅バンプ２４と共晶はんだバンプ３２との溶融接続を行う。

図５は、図１に示す銅バンプ２４を、例えば無光沢銅めっき液を使用した無光沢銅めっきで形成した半導体ウェーハ１０をダイシングして得られた半導体チップ（ＬＳＩチップ）３８と、前述と同様な共晶はんだバンプ３２を形成したパッケージ基板等の回路基板３４とを接合する時の工程を示す。このように、銅バンプ２４を、例えば無光沢銅めっき液を使用した無光沢銅めっきで形成すると、銅バンプ２４の表面は、無光沢表面、つまり光沢表面ではない粗い表面２４ａとなる。

そして、図５（ａ）に示すように、半導体チップ３８の粗い表面２４ａを有する銅バンプ２４と回路基板３４の共晶はんだバンプ３２とを互いに対向させつつ、半導体チップ３８と回路基板３４の正確な位置合せを行う。そして、半導体チップ４０と回路基板３４をリフロー炉内に搬入し、図５（ｂ）に示すように、銅バンプ２４と共晶はんだバンプ３２とを互いに当接させつつ、リフロー炉内を共晶はんだバンプ３２の融点より高い温度に昇温させて、銅バンプ２４と共晶はんだバンプ３２との溶融接続を行う。

このように、銅バンプ２４が粗い表面２４ａを有する場合、銅バンプ２４と共晶はんだバンプ３２との間に入り込んだ空気が抜け難くなって、図５（ｂ）に示すように、溶融した共晶はんだバンプ３２の内部にボイド（気泡）４０が生じ易くなる。このように、溶融した共晶はんだバンプ３２の内部にボイド（気泡）４０が生じると、はんだの見かけの体積が大きくなって回路の短絡を引き起こしたり、基板の合せ平行度を悪くしたりする。また、バンプ接合箇所の機械的強度が弱くなって、接続寿命が短くなる。

近年、バンプ自体と該バンプの配列ピッチの微細化が進み、この傾向は今後更に進むと考えられる。こうため、半導体チップとパッケージ基板等の回路基板との位置合せ精度が更に強く要求されることになり、また、僅かなボイド欠陥でも製品の信頼性を落としてしまうことになる。

しかしながら、例えば図４に示すように、図１に示す銅バンプ２４を形成した半導体ウェーハ１０をダイシングして得られた半導体チップ３８と、共晶はんだバンプ３２を形成した回路基板３４とを互いに接合する場合、これら銅バンプ２４及び共晶はんだバンプ３２は、半導体ウェーハ１０及び回路基板３４毎に別々の工程で形成されているため、銅バンプ２４と共晶はんだバンプ３２との位置合せかなり困難となる。このことは、図３に示すように、図２に示す球状高融点はんだバンプ２８を形成した半導体ウェーハ１０をダイシングして得られた半導体チップ３０と共晶はんだバンプ３２を形成した回路基板３４とを接合する場合も同様である。

また、図５に示すように、粗い表面２４ａを有する銅バンプ２４と共晶はんだバンプ３２とを互いに溶融接合させることによって、強固な接合部を作ることができるが、はんだバンプの内部にボイドが生じ易くなり、このため、一様で安定した信頼性の高いバンプ接合を実現することが困難となる。

このため、半導体ウェーハをダイシングして得られる半導体チップとパッケージ基板等の回路基板との位置合せを高い精度で容易に行いながら、溶融接合時にはんだバンプ内にボイドを発生させない接合を実現することが強く望まれている。

本発明は上記に鑑みて為されたもので、半導体ウェーハをダイシングして得られる半導体チップと回路基板との位置合せを高い精度で容易に行いながら、溶融接合時にはんだバンプ内にボイドを発生させない接合を実現できるバンプ形成方法、及び該バンプを使用した接合方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、集積回路を有する半導体ウェーハの表面にレジストパターンを形成し、前記レジストパターンのレジスト開口部内に銅めっきによって銅めっき膜を成長させて粗い表面を有する銅バンプを形成し、前記銅バンプの表面にすずまたはすず合金めっきによってはんだバンプを形成し、しかる後、前記レジストパターンを半導体ウェーハ表面から剥離除去することを特徴とするバンプ形成方法である。

このように、銅バンプの粗い表面にはんだバンプを形成することで、銅バンプにはんだバンプを強固に接合することができる。また、同じレジストパターンを使用しためっきで銅バンプとはんだバンプを形成することで、両者の接続位置を正確に一致させつつ、均一な高さを保った銅バンプとはんだバンプからなるバンプを形成し、しかも、銅バンプとはんだバンプとの接合界面に気泡や異物が混入することを防止して、接合部に欠陥が生じることを防止することができる。

請求項２に記載の発明は、前記銅バンプの粗い表面の算術平均粗さは、０．２μｍ以上であることを特徴とする請求項１記載のバンプ形成方法である。
これにより、粗い表面を有する銅バンプの該表面にはんだバンプを強固に接合することができる。

請求項３に記載の発明は、前記銅バンプの高さは、１０μｍ以上であることを特徴とする請求項１または２記載のバンプ形成方法である。
これにより、銅バンプと該銅バンプの表面に接合したはんだバンプからなるバンプの均一な高さを確保することができる。

請求項４に記載の発明は、前記銅バンプと該銅バンプの表面に形成されるはんだバンプの合計の高さは、前記レジストパターンの高さよりも低いことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のバンプ形成方法である。

請求項５に記載の発明は、前記銅バンプと該銅バンプの表面に形成されるはんだバンプの合計の高さは、前記レジストパターンの高さよりも高いことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のバンプ形成方法である。
これにより、はんだバンプの体積を大きくすることができる。

請求項６に記載の発明は、前記粗い表面を有する銅バンプを、光沢銅めっき液を使用した光沢銅めっきで銅めっき膜を成長させた後、銅めっき膜にめっき時とは逆の電圧を印加して形成することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のバンプ形成方法である。

請求項７に記載の発明は、前記粗い表面を有する銅バンプを、光沢銅めっき液を使用した光沢銅めっきで銅めっき膜を成長させながら、少なくともめっき終盤に正電と逆電の印加を繰返すＰＲ法を採用することによって形成することを特徴とするバンプ請求項１乃至５のいずれかに記載のバンプ形成方法である。

請求項８に記載の発明は、前記粗い表面を有する銅バンプを、光沢銅めっき液を使用した光沢銅めっきで銅めっき膜を成長させた後、銅めっき膜表面を化学薬品でエッチングして形成することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のバンプ形成方法である。

請求項９に記載の発明は、請求項１乃至８のいずれかに記載のバンプ形成方法によってバンプを形成した半導体ウェーハをダイシングして得られた半導体チップと平坦な電極パッドを有する回路基板とを互いに対向させ、前記半導体チップに設けられたバンプと前記回路基板の電極パッドとを当接させ該バンプをリフローさせて前記バンプと前記電極パッドを溶融接合させることを特徴とする接合方法である。

回路基板に形成された平坦な電極パッドは、一般に比較的広い面積を有しており、しかもバンプどうしの尖端位置を合せる場合と異なり、バンプの先端と平坦な電極パッドとの位置合せを行うため、半導体チップと回路基板との位置合せが容易となる。

本発明によれば、半導体ウェーハの表面に、半導体ウェーハをダイシングして得られる半導体チップと回路基板との位置合せを高い精度で容易に行いながら、溶融接合時にはんだバンプ内にボイドを発生させない接合を実現できるバンプを形成することができる。

半導体ウェーハの表面に銅バンプを電気めっきによって形成する一連のバンプ形成工程を工程順に示す図である。半導体ウェーハの表面に高融点はんだバンプを電気めっきによって形成する一連のバンプ形成工程を工程順に示す図である。球状高融点はんだバンプを形成した半導体ウェーハをダイシングして得られた半導体チップと共晶はんだバンプを形成した回路基板とを接合する時の工程を工程順に示す図である。銅バンプを形成した半導体ウェーハをダイシングして得られた半導体チップと共晶はんだバンプを形成した回路基板とを接合する時の工程を工程順に示す図である。粗い表面を有する銅バンプを形成した半導体ウェーハをダイシングして得られた半導体チップと共晶はんだバンプを形成した回路基板とを接合する時の工程を工程順に示す図である。（ａ）はＬＳＩ等の集積回路を有する半導体ウェーハを示す平面図で、（ｂ）は半導体チップを示す平面図で、（ｃ）はバンプを形成するための１つのバンプパターン基本形を示す平面図で、（ｄ）はバンプを形成するための１つのバンプパターン基本形を示す断面図である。本発明の第１の実施形態のバンプ形成方法におけるバンプを形成するまでの工程を工程順に示す図である。本発明の第１の実施形態のバンプ形成方法におけるレジストパターン剥離除去後の工程を工程順に示す図である。本発明の第２の実施形態のバンプ形成方法におけるバンプを形成するまでの工程を工程順に示す図である。本発明の第２の実施形態のバンプ形成方法におけるレジストパターン剥離除去後の工程を工程順に示す図である。電気めっき装置の一例を示す概要図である。銅バンプとはんだバンプからなるバンプを形成した半導体ウェーハをダイシングして得られた半導体チップと回路基板とを接合する時の工程を工程順に示す図である。無光沢銅めっき液を用いた無光沢銅めっきで銅バンプを形成したときのバンプ表面の光学写真である。光沢銅めっき液を用いた光沢銅めっきで銅バンプを形成し、その後、めっき電流を反対とした逆めっきを行ったときのバンプ表面の光学写真である。光沢銅めっき液を用い、めっき電流にＰＲ−パルス方式を用いた光沢銅めっきで銅バンプを形成したときのバンプ表面の光学写真である。光沢銅めっき液を用いた光沢銅めっきで銅バンプを形成し、その後、エッチング液を用いて銅バンプ表面にエッチングを行ったときのバンプ表面の光学写真である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図６は、ＬＳＩ等の集積回路を有する半導体ウェーハ５０、ＬＳＩチップ等の半導体チップ５２及びバンプを形成するための１つのバンプパターン基本形を示す。つまり、図６（ａ）に示すように、半導体ウェーハ５０には多数の半導体チップ（ダイ）５２が一体に形成され、半導体ウェーバ５０をダイシングラインに沿ってダイシングすることによって、図６（ｂ）に示すように、半導体チップ５２毎に分離される。半導体ウェーハ５０が半導体チップ５２毎に分離される前に、半導体ウェーハ５０の表面のバンプ形成領域５４にバンプが形成される。つまり、図６（ｃ）及び図６（ｄ）に示すように、各バンプ形成領域５４にレジスト開口部５６が位置し、該レジスト開口部５６以外をレジスト５８で覆うように、半導体ウェーハ５０の表面にレジストパターン６０が形成され、レジスト開口部５６内にめっきによってバンプが形成される。以下、図６（ｄ）で示すダンプパターン断面図を用いて本発明のバンプ形成方法を説明する。

図７及び図８は、本発明の第１の実施形態のバンプ形成方法を工程順に示す。図７（ａ）に示すように、半導体ウェーハ５０は、図示しないトランジスタ及び微細な配線回路等が形成された絶縁層６２を有しており、この配線回路の末端に電極パッド６４が接続されている。電極パッド６４は、絶縁層６２に覆われることなく外部に露出しており、半導体ウェーハ５０の電極パッド６４を含む表面は、電導性のある金属膜からなる給電シード（銅シード）６６で覆われている。そして、この半導体ウェーハ５０の表面に、レジストパターン６０を、該レジストパターン６０のレジスト開口部５６内に電極パッド６４が位置するように形成する。これによって、半導体ウェーハ５０の表面のレジスト開口部５６に対応する位置以外の領域をレジスト５８で覆う。

次に、図７（ｂ）に示すように、半導体ウェーハ５０の表面に、光沢剤等の添加剤を含まない無光沢銅めっき液を使用した無光沢銅めっきを施し、レジストパターン６０のレジスト開口部５６内に位置する給電シード６６の表面に無光沢銅めっき膜を成長させて、該レジスト開口部２０内に、粗い表面６８ａを有する銅バンプ６８を形成する。つまり、このように電気めっきを行うと、給電シード６６のレジスト開口部５６に対応する領域のみがめっき液に触れているため、レジストパターン６０に倣った銅バンプ６８が形成される。この時、半導体ウェーハ１０の端部から給電シード６６に給電することで電気めっきが行われる。

この銅バンプ６８の粗い表面６８ａの算術平均粗さＲａは、０．２μｍ以上（Ｒａ≧０．２μｍ）であることが好ましい。このように、銅バンプ６８の粗い表面６８ａの算術平均粗さＲａを０．２μｍ以上とすることで、この粗い表面６８ａに下記のはんだバンプ７０を強固に接合することができる。また、銅バンプ６８ａの高さＨ_１は、１０μｍ以上（Ｈ_１≧１０）であることが好ましい。このように、銅バンプ６８ａの高さＨ_１を１０μｍ以上とすることによって、銅バンプ６８と該銅バンプ６８ａの表面にめっき（接合）したはんだバンプ７０からなるバンプ７２の均一な高さを確保することができる。

次に、図７（ｃ）に示すように、半導体ウェーハ５０の表面にすずまたはすず合金めっきを施し、レジストパターン６０のレジスト開口部５６内に位置する銅バンプ６８の粗い表面６８ａ上にすずまたはすず合金めっき膜を成長させてはんだバンプ７０を形成する。これによって、レジストパターン６０のレジスト開口部５６内に銅バンプ６８とはんだバンプ７０からなるバンプ７２を形成する。このように、共通のレジストパターン６０を使用することで、銅バンプ６８とはんだバンプ７０の接続位置を正確に一致させることができる。ここで、はんだバンプ７０は、すず又はすず合金の鉛フリーはんだである。

この例では、バンプ７２の高さＨ_２がレジストパターン６０の高さＨ_３よりも低く（Ｈ_２＜Ｈ_３）なり、バンプ７２がその全長に亘ってレジストパターン６０のレジスト開口部５６内に位置し、これによって、バンプ７２が円筒状となるようにしている。

前述のようにして、半導体ウェーハ５０の所定位置にバンプ７２を形成した後、図８（ａ）に示すように、レジストパターン６０を半導体ウェーハ５０の表面から剥離除去する。次に、図８（ｂ）に示すように、銅バンプ６８の下方に位置する給電シード６６以外の不要な給電シード６６をエッチング除去する。しかる後、図８（ｃ）に示すように、はんだバンプ７０をリフロー炉ではんだバンプ７０の融点以上に加熱（リフロー）し、はんだバンプ７０を一旦溶融させる。これによって、均一な高さを有する銅バンプ６８とはんだバンプ７０からなる球状バンプ７４を形成し、同時にはんだバンプ７０内のガス出しを行う。

このように、銅バンプ６８の粗い表面６８ａにはんだバンプ７０を形成することで、銅バンプ６８とはんだバンプ７０の接合強度を高めることができる。しかも、銅バンプ６８の粗い表面６８ａにめっきではんだバンプ７０を形成することで、銅バンプ６８とはんだバンプ７０の界面にボイド等の欠陥が生じたり、異物が混入したりすることを防止し、これによって、はんだバンプ７０のリフローによって、欠陥が生じてしまうことを防止することができる。

なお、上記の例では、半導体ウェーハ５０の表面に、光沢剤等の添加剤を含まない無光沢銅めっき液を使用した無光沢銅めっきを施して、算術平均粗さＲａが、例えば０．２μｍ以上の粗い表面６８ａを有する銅バンプ６８を形成するようにした例を示しているが、光沢剤等の添加剤を含む光沢銅めっき液を使用した光沢銅めっきで銅めっき膜を成長させた後、銅めっき膜にめっき時とは逆の電圧を印加してすることで、粗い表面を有する銅バンプを形成するようにしてもよい。また、光沢銅めっき液を使用した光沢銅めっきで銅めっき膜を成長させながら、少なくともめっき終盤に正電と逆電の印加を繰返すＰＲ（Periodic Reverse Electroplating）法を採用するによって、粗い表面を有する銅バンプを形成したり、光沢銅めっき液を使用した光沢銅めっきで銅めっき膜を成長させた後、銅めっき膜表面を化学薬品でエッチングして粗い表面を有する銅バンプを形成したりしてもよい。この化学薬品としては、例えば硫酸等の酸性液や、硫酸等の酸性液に過酸化水素水を混合した酸性溶液が挙げられる。

図９及び図１０は、本発明の第２の実施形態のバンプ形成方法を工程順に示す。前述の実施形態と同様にして、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、レジストパターン６０のレジスト開口部５６内に位置する給電シード６６の表面に無光沢銅めっき膜を成長させて、該レジスト開口部２０内に、粗い表面６８ａを有する銅バンプ６８を形成する。

次に、図９（ｃ）に示すように、半導体ウェーハ５０の表面にすずまたはすず合金めっきを施し、レジストパターン６０のレジスト開口部５６内に位置する銅バンプ６８の粗い表面６８ａ上にすずまたはすず合金めっき膜を成長させてはんだバンプ７６を形成し、これによって、レジストパターン６０のレジスト開口部５６内に銅バンプ６８とはんだバンプ７６からなるバンプ７８を形成する。

この例では、バンプ７８の高さＨ_４がレジストパターン６０の高さＨ_３よりも高く（Ｈ_４＜Ｈ_３）なり、はんだバンプ７６の上部が半球状にレジストパターン６０のレジスト開口部５６から膨出して、はんだバンプ７６の体積が大きくなるようにしている。

そして、図１０（ａ）に示すように、レジストパターン６０を半導体ウェーハ５０の表面から剥離除去し、図１０（ｂ）に示すように、銅バンプ６８の下方に位置する給電シード６６以外の不要な給電シード６６をエッチング除去する。しかる後、図１０（ｃ）に示すように、はんだバンプ７６をリフロー炉ではんだバンプ７６の融点以上に加熱（リフロー）し、はんだバンプ７６を一旦溶融させ、これによって、均一な高さを有する銅バンプ６８とはんだバンプ７６からなる球状バンプ７９を形成し、同時にはんだバンプ７６内のガス出しを行う。

レジストパターン６０が形成された半導体ウェーハ５０の表面に電気めっきを行う電気めっき装置の一例を図１１に示す。図１１に示すように、電気めっき装置は、内部にめっき液を保持するめっき槽８０と、レジストパターン６０が形成された半導体ウェーハ５０を着脱自在に保持するウェーハホルダ８２と、アノードホルダ８４で保持されめっき槽８０内のめっき液に浸漬させて所定の位置に配置されるアノード８６と、攪拌機構８８の駆動に伴って往復銅してアノード８６と半導体ウェーハ５０との間のめっき液を攪拌する攪拌翼９０を有している。これによって、ウェーハホルダ８２で保持した半導体ウェーハ５０をめっき槽８０のめっき液中に浸漬させてアノード８６と対向する位置に配置し、導線９４を介してめっき電源９２の陰極を半導体ンウェーハ５０に、導線９６を介してめっき電源９２の陽極をアノード８６にそれぞれ接続し、必要に応じて、攪拌機構５０の攪拌翼５１を往復運動させて、めっき液を攪拌することで、半導体ウェーハ５０の表面にめっきが行われる。めっき液として、銅めっきを行う時には銅めっき液が、はんだめっきを行う時にははんだめっき液が用いられる。

次に、図８及図９に示す方法で球状バンプ７４を形成した半導体ウェーハ５０をダイシングして得られた半導体チップ５２を、前述と同様なパッケージ基板等の回路基板３２の内部配線（図示せず）に接続して露出させた電極パッド３６に接続する例を図１２を参照して説明する。なお、図１０及図１１に示す方法で球状バンプ７９を形成した半導体ウェーハ５０をダイシングして得られた半導体チップ５２にあっても同様である。

この場合、図１２（ａ）に示すように、回路基板３２の電極パッド３６に共晶はんだバンプを形成することなく、半導体チップ５２に形成された球状バンプ７４と、回路基板３２の、例えば図３に示す共晶はんだバンプ３２よりもやや大きな面積を有する平坦な電極パッド３６とを互いに対向させつつ、半導体チップ５２と回路基板３２の正確な位置合せを行う。この状態で、半導体チップ５２と回路基板３４をリフロー炉内に搬入し、図１２（ｂ）に示すように、球状バンプ７４と平坦な電極パッド３６とを互いに当接させつつ、リフロー炉内を球状バンプ７４のはんだバンプ７０の融点より高い温度に昇温させて、球状バンプ７４のはんだバンプ７０と回路基板３２の電極パッド３６との溶融接続を行う。この接合時に、必要に応じて、接合部に濡れ性改善のためのペーストを用い、または接合部に不活性ガスまたは水素と不活性ガスとの混合ガスを流す。

このように、半導体チップ５２の球状バンプ７４のはんだバンプ７０と回路基板３２の電極パッド３６とを溶融接続するようにすると、例えば図３の従来例に示すように、半導体チップ３０の球状高融点はんだバンプ２８と回路基板３４の共晶はんだバンプ３２とを溶融接合する場合と比較して、球状バンプ７４と面積の広い平面の電極パッド３６との接続は、バンプどうしの尖端位置を合せる必要がなく、このため半導体ウェーハ５０と回路基板３４との位置合せが楽になる。また、銅バンプ６８とはんだバンプ７０とは、均一な高さをもって既に良好に接続されているため、再度のリフロー時に欠陥を生じさせることなく、球状バンプ７４のはんだバンプ７０と回路基板３２の電極パッド３６との溶融接続を行うことができる。

前述のように、粗い表面６８ａを有する銅バンプ６８の該表面６８ａにはんだバンプ７０（または７６）を接合することで、強固な接合が得られる。一方、図５に示す従来例のように、荒れていたり複雑な形状の粗い表面２４ａを持つ銅バンプ２４の該表面２４ａと共晶はんだバンプ３２とを空気中で乾式で接合すると、共晶はんだバンプ３２内にボイド等の欠陥が生じやすい。本発明のように、粗い表面６８ａを持つ銅バンプ６８の該表面６８ａに、同じレジストパターンを使用しためっきではんだバンプ７０（または７６）を接合することで、銅バンプ６８とはんだバンプ７０（または７６）の接続位置が正確に一致し、しかも銅バンプ６８とはんだバンプ７０（または７６）との接合界面に気泡や異物が混入することを防止して、接合部に欠陥が生じることを防止することができる。

図１３は、無光沢銅めっき液を用いた無光沢銅めっきで銅バンプを形成したときのバンプ表面の光学写真である。銅バンプ表面の算術平均粗さＲａは、０．７４μｍ（Ｒａ＝０．７４μｍ）である。これによって、十分な表面粗さを有する銅バンプを形成できることが判る。

図１４は、光沢銅めっき液を用いた光沢銅めっきで銅バンプを形成し、その後、めっき電流を反対とした逆めっきを行ったときのバンプ表面の光学写真である。銅バンプ表面の算術平均粗さＲａは、０．２５μｍ（Ｒａ＝０．２５μｍ）である。これによっても、十分な表面粗さを有する銅バンプを形成できることが判る。

図１５は、光沢銅めっき液を用い、めっき電流にＰＲ−パルス方式を用いた光沢銅めっきで銅バンプを形成したときのバンプ表面の光学写真である。ＰＲ−パルス方式は、周期的に短時間の逆方向の電流を流しながらめっきを行う方式で、その電流波形がパルス形である電気めっき方式である。周期的な逆方向の電流の大きさや時間の掛け方により膜の表面粗さを調整することができるが、図１５に示す銅バンプ表面の算術平均粗さＲａは、０．４７μｍ（Ｒａ＝０．４７μｍ）である。これによっても、十分な表面粗さを有する銅バンプを形成できることが判る。

図１６は、光沢銅めっき液を用いた光沢銅めっきで銅バンプを形成し、その後、エッチング液を用いて銅バンプ表面にエッチングを行ったときのバンプ表面の光学写真である。銅バンプ表面の算術平均粗さＲａは０．２１μｍ（Ｒａ＝０．２１μｍ）である。これによっても、十分な表面粗さを有する銅バンプを形成できることが判る。

３４回路基板
３６電極パッド
５０半導体ウェーハ
５２半導体チップ
５４バンプ形成領域
５６レジスト開口部
５８レジスト
６０レジストパターン
６２絶縁層
６４電極パッド
６６給電シード
６８銅バンプ
６８ａ粗い表面
７０，７６はんだバンプ
７２，７８バンプ
７４，７９球状バンプ

Claims

集積回路を有する半導体ウェーハの表面にレジストパターンを形成し、
前記レジストパターンのレジスト開口部内に銅めっきによって銅めっき膜を成長させて粗い表面を有する銅バンプを形成し、
前記銅バンプの表面にすずまたはすず合金めっきによってはんだバンプを形成し、しかる後、
前記レジストパターンを半導体ウェーハ表面から剥離除去することを特徴とするバンプ形成方法。
前記銅バンプの粗い表面の算術平均粗さは、０．２μｍ以上であることを特徴とする請求項１記載のバンプ形成方法。
前記銅バンプの高さは、１０μｍ以上であることを特徴とする請求項１または２記載のバンプ形成方法。
前記銅バンプと該銅バンプの表面に形成されるはんだバンプの合計の高さは、前記レジストパターンの高さよりも低いことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のバンプ形成方法。
前記銅バンプと該銅バンプの表面に形成されるはんだバンプの合計の高さは、前記レジストパターンの高さよりも高いことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のバンプ形成方法。
前記粗い表面を有する銅バンプを、光沢銅めっき液を使用した光沢銅めっきで銅めっき膜を成長させた後、銅めっき膜にめっき時とは逆の電圧を印加して形成することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のバンプ形成方法。
前記粗い表面を有する銅バンプを、光沢銅めっき液を使用した光沢銅めっきで銅めっき膜を成長させながら、少なくともめっき終盤に正電と逆電の印加を繰返すＰＲ法を採用することによって形成することを特徴とするバンプ請求項１乃至５のいずれかに記載のバンプ形成方法。
前記粗い表面を有する銅バンプを、光沢銅めっき液を使用した光沢銅めっきで銅めっき膜を成長させた後、銅めっき膜表面を化学薬品でエッチングして形成することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のバンプ形成方法。
請求項１乃至８のいずれかに記載のバンプ形成方法によってバンプを形成した半導体ウェーハをダイシングして得られた半導体チップと平坦な電極パッドを有する回路基板とを互いに対向させ、前記半導体チップに設けられたバンプと前記回路基板の電極パッドとを当接させ該バンプをリフローさせて前記バンプと前記電極パッドを溶融接合させることを特徴とする接合方法。