JP2016115846A - ピラー形成用ペースト、ピラーの製造方法、バンプ構造体の製造方法、ピラー、及びバンプ構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ピラーの高さばらつきを抑制した上で、ピラーの生産性を向上させることの可能なピラー形成用ペースト、ピラーの製造方法、バンプ構造体の製造方法、ピラー、及びバンプ構造体を提供することを課題とする。【解決手段】第１の平均粒径とされた第１の高融点金属粉末と、第１の平均粒径よりも小さい第２の平均粒径とされた第２の高融点金属粉末と、第１及び第２の高融点金属粉末よりも融点の低い低融点金属粉末と、が混合された混合粉末と、混合粉末と混合されるバインダーと、を含むピラー形成用ペースト。【選択図】なし

Description

本発明は、半導体チップのパッド電極と電気的に接続されるピラーを形成する際に使用するピラー形成用ペースト、ピラーの製造方法、バンプ構造体の製造方法、ピラー、及びバンプ構造体に関する。

半導体チップは、外部接続用のパッドとして機能する複数の電極パッドを有する。複数の電極パッド上には、外部接続端子として機能するはんだ層が配置されている。電極パッド上に配置されたはんだ層は、半導体チップを他の半導体チップ或いは配線基板に実装する際に溶融されて、はんだバンプとなる。

近年の半導体チップの高集積化に伴い、半導体チップを構成する半導体デバイス層の配線等の微細化が進展している。これにより、電極パッドの配設ピッチが狭くなってきている。このため、電極パッド上に、直接、はんだバンプが配置されると、隣り合う他のはんだバンプと接触して、ショートしてしまうという問題があった。

このような問題を解決可能な技術として、金属よりなるピラー上に半球形状とされたはんだ層を形成することで、隣接するはんだ層同士が接触することを防止する技術がある（例えば、特許文献１参照。）。
特許文献１には、電気めっき法（電解めっき法）を用いて、上記ピラーを形成することが開示されている。

特開２００６−３３２６９４号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたピラーの形成方法では、電解めっき法を用いているため、めっき速度が遅く、ピラーの形成に多くの時間を要するという問題があった。
なお、電解めっき法を用いて、速いめっき速度でピラーを形成した場合には、ピラーの高さばらつきが大きくなってしまうという問題があった。
したがって、特許文献１に開示されたピラーの形成方法（具体的には、電解めっき法）では、ピラーの生産性を向上させることが困難であった。

そこで、本発明は、ピラーの高さばらつきを抑制した上で、ピラーの生産性を向上させることの可能なピラー形成用ペースト、ピラーの製造方法、バンプ構造体の製造方法、ピラー、及びバンプ構造体を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一観点によれば、第１の平均粒径とされた第１の高融点金属粉末と、前記第１の平均粒径よりも小さい第２の平均粒径とされた第２の高融点金属粉末と、前記第１及び第２の高融点金属粉末よりも融点の低い低融点金属粉末と、が混合された混合粉末と、前記混合粉末と混合されるバインダーと、を含むことを特徴とするピラー形成用ペーストが提供される。

本発明によれば、ピラー形成用ペーストが、第１の平均粒径とされた第１の高融点金属粉末、第１の平均粒径よりも小さい第２の平均粒径とされた第２の高融点金属粉末、及び第１及び第２の高融点金属粉末よりも融点の低い低融点金属粉末を含むことで、低融点金属粉末が溶融し、かつ第１及び第２の高融点金属粉末が溶融しない温度で、ピラー形成用ペーストを加熱して液相焼結させることが可能となり、第１及び第２の高融点金属粉末で形状を維持して、ピラーの高さばらつきを抑制することができる。
また、ピラーを形成する際に、電解めっき法を用いる必要がなくなるため、ピラーの生産性を向上させることができる。

上記ピラー形成用ペーストにおいて、前記第１及び第２の高融点金属粉末の比率は、６０〜９５質量％であり、前記低融点金属粉末の比率は、５〜４０質量％であってもよい。

低融点金属の比率（第１及び第２の高融点金属粉末、並びに低融点金属粉末の総量を１００質量％としたときの低融点金属粉末の比率）が５質量％よりも少ないと、第１及び第２の高融点金属粉末が溶融しない温度（例えば、３００℃以下の加熱温度）での液相焼結が不十分となる恐れがある。
一方、低融点金属粉末の比率が４０質量％を超えると、第１及び第２の高融点金属粉末の比率が少なくなりすぎるため、ピラーの形状を維持することが困難となり、ピラーの高さばらつきが発生する恐れがある。

したがって、第１及び第２の高融点金属粉末の比率を６０〜９５質量％で、かつ低融点金属粉末の比率を５〜４０質量％とすることで、十分な液相焼結を実施することができると共に、ピラーの高さばらつきを抑制できる。

上記ピラー形成用ペーストにおいて、前記混合粉末は、３０〜９０体積％であり、前記バインダーは、１０〜７０体積％であってもよい。

バインダーの比率が１０体積％よりも少ないと、バインダーの比率が少なくなりすぎるため、ピラー形成用ペーストをペースト状態にすることが困難となる恐れがある。
一方、バインダーの比率が７０体積％よりも多いと、第１及び第２の高融点金属粉末の比率が少なくなりすぎるため、ピラーの高さを所望の高さにすることが困難となる恐れがある。
したがって、混合粉末及びバインダーが上記数値範囲内とされたピラー形成用ペーストは、ペースト状態を維持できると共に、ピラーの高さを所望の高さ（十分な高さ）にすることができる

上記ピラー形成用ペーストにおいて、前記第１の平均粒径は、５〜２５μｍの範囲内であり、前記第２の平均粒径は、１〜４μｍの範囲内であり、前記低融点金属粉末の平均粒径は、１〜１０μｍの範囲内であってもよい。

第１の平均粒径が５μｍよりも小さいと、焼結時に粉末が流動しやすくピラーの形状を保持できない恐れがある。一方、第１の平均粒径が２５μｍよりも大きいと、マスクを用いた印刷を行う際に、該マスクの開口部に十分な量のピラー形成用ペーストを充填できない恐れがある。
第２の平均粒径が１μｍよりも小さいと、印刷時にかきとり不良が発生し、電極同士の短絡が生じる恐れがある。一方、第２の平均粒径が４μｍよりも大きいと、第１の粉末間に存在する空間に第２の粉末が充填できず、ピラーに空孔が多くなるため、溶融したはんだがピラー内に流入し、ピラー上に十分な量のはんだが残らない恐れがある。
低融点金属粉末の平均粒径が１μｍよりも小さいと、印刷時にかきとり不良が発生し、電極同士の短絡が生じる恐れがある。一方、低融点金属粉末の平均粒径が１０μｍよりも大きいと、ピラー形成用ペーストを液相焼結させた時にピラーに隙間（空孔）が形成されやすくなるため、ピラーが形状を維持することが困難となる恐れがある。
したがって、第１及び第２の平均粒径、並びに低融点金属粉末の平均粒径の数値を上記数値範囲内とすることで、ピラーの高さばらつきを抑制できると共に、第１及び第２の高融点金属間に形成される隙間（空孔）を小さくすることができる。

上記ピラー形成用ペーストにおいて、前記低融点金属粉末は、Ｓｎ，Ｉｎ，Ｂｉ，Ｇａのうち、少なくとも１種以上の金属、或いは、液相温度が２４０℃以下とされたはんだ合金を用いてもよい。

このように、低融点金属粉末として、上記金属、或いは、上記はんだ合金を用いることで、第１及び第２の高融点金属粉末を溶融させることなく、低融点金属粉末のみを溶融させることが可能となるので、ピラーの高さばらつきを抑制できる。

上記ピラー形成用ペーストにおいて、前記第１及び第２の高融点金属粉末は、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｔｉ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ａｌより選ばれた少なくとも１種以上の金属よりなる金属粉末、或いは、液相温度が４５０℃以上とされたろう合金粉末及び液相温度が２８０℃以上とされた高温はんだ合金粉末のうち少なくとも１種以上の合金粉末であってもよい。

このような粉末を第１及び第２の高融点金属粉末として用いることで、低融点金属粉末が溶融する温度で、第１及び第２の高融点金属粉末が溶融することを抑制可能となるので、ピラーの高さばらつきを抑制できる。

本発明の他の観点によれば、印刷法により、金属膜上に配置されたマスクのうち、該金属膜の上面の一部を露出する複数の開口部を充填するように請求項１ないし６のうち、いずれか１項記載のピラー形成用ペーストを配置させる工程と、前記低融点金属粉末が溶融し、かつ前記第１及び第２の高融点金属粉末が溶融しない温度で、前記ピラー形成用ペーストを加熱して液相焼結させる工程と、
を有することを特徴とするピラーの製造方法が提供される。

本発明によれば、前述のピラー形成用ペーストを用いて、該ピラー形成用ペーストを上述の温度で液相焼結させることで、ピラーの高さばらつきを抑制できる。

また、印刷法を用いることで、複数の開口部を充填するピラー形成用ペーストを短時間で形成することが可能となる。これにより、電解めっき法を用いる場合と比較して、短時間でピラーを形成することができる。

本発明のその他の観点によれば、印刷法により、金属膜上に配置されたマスクのうち、該金属膜の上面の一部を露出する複数の開口部を充填するように請求項１ないし６のうち、いずれか１項記載のピラー形成用ペーストを配置させる工程と、前記低融点金属粉末が溶融し、かつ前記第１及び第２の高融点金属粉末が溶融しない温度で、前記ピラー形成用ペーストを加熱して液相焼結させることで、ピラーを形成する工程と、前記ピラーを形成後、前記ピラー上に位置する前記開口部内にはんだ層を形成する工程と、前記第１及び第２の高融点金属粉末が溶融しない温度で、前記はんだ層を溶融させる工程と、を有することを特徴とするバンプ構造体の製造方法が提供される。

本発明によれば、マスクを除去後、第１及び第２の高融点金属粉末が溶融しない温度で、はんだ層を溶融させることで、第１及び第２の高融点金属粉末が溶融されることがなくなるため、ピラーの高さが変化すること（具体的には、ピラーの高さが低くなること）を抑制可能となる。これにより、高さばらつきの少ないピラー上にはんだバンプを形成したバンプ構造体を得ることができる。

本発明のその他の観点によれば、第第１の平均粒径とされた第１の高融点金属と、前記第１の平均粒径よりも小さい第２の平均粒径とされ、前記第１の高融点金属間に配置された第２の高融点金属と、前記第１及び第２の高融点金属間に形成される隙間に配置され、かつ前記第１及び第２の高融点金属よりも融点の低い低融点金属と、を含む焼結体であることを特徴とするピラーが提供される。

本発明によれば、上述したピラーの製造方法で作製されたピラーであり、高さばらつきを小さくすることができる。

また、第１及び第２の高融点金属粉末間に形成される隙間が小さくなることで、第１の高融点金属粉末のみを用いた場合と比較して、ピラーの上面を平滑化させることが可能となる。
これにより、例えば、電解めっき法により、ピラーの上面にめっき層を形成する場合に良好なはんだ層を形成することができる。また、ピラーの上面にはんだ層を形成した場合に、はんだ層の上面に凹凸が転写されることを抑制できる。
さらに、はんだ層を溶融させた際、溶融したはんだがピラー内に流入することを抑制できる。

本発明の他の観点によれば、請求項９記載のピラーと、前記ピラーの上面に配置されたはんだ層と、を有することを特徴とするバンプ構造体が提供される。

本発明によれば、本件製法で作ったバンプ構造体であり、高さばらつきの少ないピラー上に、凹凸なく、ピラーへの流入もない良好なはんだバンプを備えたバンプ構造体を提供できる。

本発明によれば、ピラーの高さばらつきを抑制した上で、ピラーの生産性を向上させることができる。

本発明の実施の形態のバンプ構造体が半導体チップの電極パッドの上方に設けられたバンプ構造体付き半導体チップを模式的に示す断面図である。 図１に示すピラーを部分的に拡大した模式的な断面図である。 本実施の形態のバンプ構造体の製造工程を説明するための断面図（その１）である。 本実施の形態のバンプ構造体の製造工程を説明するための断面図（その２）である。 本実施の形態のバンプ構造体の製造工程を説明するための断面図（その３）である。 本実施の形態のバンプ構造体の製造工程を説明するための断面図（その４）である。 本実施の形態のバンプ構造体の製造工程を説明するための断面図（その５）である。 焼結後のピラーの外観、めっき層形成後のピラー（バンプ構造体）の外観、及びめっき層をリフローさせた後のピラー（バンプ構造体）の外観のＳＥＭ写真である。

以下、図面を参照して本発明を適用した実施の形態について詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、本発明の実施形態の構成を説明するためのものであり、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際のバンプ構造体付き半導体チップ、ピラー、及びバンプ構造体の寸法関係とは異なる場合がある。

図１は、本発明の実施の形態のバンプ構造体が半導体チップの電極パッドの上方に設けられたバンプ構造体付き半導体チップを模式的に示す断面図である。
図１に示すバンプ構造体付き半導体チップ１０を説明していく中で、本実施の形態のピラー２１及びバンプ構造体１３について説明する。また、図１は、本実施の形態のピラー２１及びバンプ構造体１３の適用例の一例であって、ピラー２１及びバンプ構造体１３の適用例は、これに限定されない。

図１を参照するに、バンプ構造体付き半導体チップ１０は、半導体チップ１１と、シード層１２と、バンプ構造体１３と、を有する。

半導体チップ１１は、半導体基板１５と、回路素子層１６と、電極パッド１８と、を有する。半導体基板１５としては、例えば、単結晶シリコン基板を用いることができる。回路素子層１６は、半導体基板１５の上面に設けられている。回路素子層１６は、回路素子（図示せず）を有する。回路素子層１６としては、例えば、層間絶縁膜及び配線が多層に積層された構造体を用いることができる。

電極パッド１８は、回路素子層１６の最上層に複数配置されている。電極パッド１８は、回路素子層１６に設けられた配線やビアを介して、回路素子（図示せず）と電気的に接続されている。電極パッド１８は、半導体チップ１１の外部接続用のパッドとして機能する。電極パッドは、金属膜（例えば、Ａｌ膜）で構成されている。

シード層１２は、電極パッド１８の上面を覆うように配置されている。シード層１２は、分離される前の段階（後述する図５に示すシード層１２）において、電解めっき法により、めっき層２２を形成する際の給電層として機能する。
なお、電解めっき法を使用しないで、はんだ層２２を形成する場合には、シード層１２は設けなくてもよい。この場合、ピラー２１は、電極パッド１８上に直接配置される。
シード層１２としては、例えば、Ｃｕ層を用いることができる。

バンプ構造体１３は、ピラー２１と、はんだ層２２と、を有する。ピラー２１は、シード層１８の上面に配置されている。ピラー２１は、柱状とされた突出部である。

図２は、図１に示すピラーを部分的に拡大した模式的な断面図である。図２において、図１に示す符号と同一構成部分には、同一符号を付す。

図２を参照するに、ピラー２１は、第１の平均粒径とされた第１の高融点金属２５と、第１の平均粒径よりも小さい第２の平均粒径とされ、第１の高融点金属２５間に配置された第２の高融点金属２６と、第１及び第２の高融点金属２５，２６間に形成される隙間に配置され、かつ第１及び第２の高融点金属２５，２６よりも融点の低い低融点金属２７と、を含む焼結体として構成されている。

また、上記ピラー２１において、第１及び第２の高融点金属２５，２６、並びに低融点金属２７の総量を１００質量％とした際、例えば、第１及び第２の高融点金属２５，２６の比率を６０〜９５質量％とし、低融点金属の比率を５〜４０質量％としてもよい。

はんだ層２２は、ピラー２１の上面に設けられている。はんだ層２２は、一度溶融されることで、表面張力により、半球形状とされている。はんだ層２２は、例えば、バンプ構造体付き半導体チップ１０を他の半導体チップ（或いは、配線基板）のバンプ電極に対してフリップチップ接続させる際に、再度溶融されて、該バンプ電極とピラー２１とを電気的に接続する。
はんだ層２２の材料としては、例えば、Ｓｎ−Ａｇはんだを用いることができる。

また、上記バンプ構造体１３において、第１及び第２の高融点金属２５，２６の融点は、はんだ層２２の融点よりも高くする。

＜ピラー形成用ペースト＞
次に、図１及び図２を参照して、ピラー２１の母材となるピラー形成用ペーストについて説明する。
ピラー形成用ペーストは、第１の平均粒径とされた第１の高融点金属粉末（図２に示す第１の高融点金属２５の母材）と、第１の平均粒径よりも小さい第２の平均粒径とされた第２の高融点金属粉末（図２に示す第２の高融点金属２６の母材）と、第１及び第２の高融点金属粉末よりも融点の低い低融点金属粉末（図２に示す低融点金属２７の母材）と、が混合された混合粉末と、該混合粉末と混合されるバインダーと、を含んだ構成とされている。
上記バインダーとしては、例えば、はんだペーストに一般的に使用されるフラックス、または樹脂やワックス、溶剤等よりなるバインダーを用いることができる。

上記ピラー形成用ペーストにおいて、ピラー形成用ペーストに含まれる金属粉末の総量を１００質量％とした際、第１及び第２の高融点金属粉末の比率は、例えば、６０〜９５質量％とすることが好ましく、この場合、低融点金属粉末の比率は、例えば、５〜４０質量％とすることが好ましい。

低融点金属粉末の比率（第１及び第２の高融点金属粉末、並びに低融点金属粉末の総量を１００質量％としたときの低融点金属粉末の比率）が５質量％よりも少ないと、３００℃以下の加熱温度での液相焼結が不十分となる恐れがある。
一方、低融点金属粉末の比率が４０質量％を超えると、第１及び第２の高融点金属粉末の比率が少なくなりすぎるため、ピラー２１の形状を維持することが困難となり、ピラー２１の高さばらつきが大きくなる恐れがある。
したがって、第１及び第２の高融点金属粉末２５，２６の比率を６０〜９５質量％で、かつ低融点金属粉粉末の比率を５〜４０質量％とすることで、十分な液相焼結を実施することができると共に、ピラー２１の高さばらつきを抑制することができる。

上記ピラー形成用ペーストにおいて、混合粉末は、例えば、３０〜９０体積％が好ましく、この場合、バインダーは、例えば、１０〜７０体積％とすることが好ましい。

バインダーの比率が１０体積％よりも少ないと、バインダーの比率が少なくなりすぎるため、ピラー形成用ペーストをペースト状態にすることが困難となる恐れがある。
一方、バインダーの比率が７０体積％よりも多いと、第１及び第２の高融点金属粉末の比率が少なくなりすぎるため、ピラー２１の高さを所望の高さにすることが困難となる恐れがある。
したがって、混合粉末及びバインダーが上記数値範囲内とされたピラー形成用ペーストは、ペースト状態を維持できると共に、ピラー２１の高さを所望の高さ（十分な高さ）にすることができる。

第１及び第２の高融点金属粉末としては、例えば、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｔｉ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ａｌより選ばれた少なくとも１種以上の金属よりなる金属粉末、或いは、液相温度が４５０℃以上とされたろう合金粉末及び液相温度が２８０℃以上とされた高温はんだ合金粉末のうち少なくとも１種以上の合金粉末を用いるとよい。
低融点金属粉末としては、例えば、Ｓｎ，Ｉｎ，Ｂｉ，Ｇａのうち、少なくとも１種以上の金属、或いは、液相温度が２４０℃以下とされたはんだ合金を用いるとよい。

このような粉末を第１の高融点金属粉末、第２の高融点金属粉末、及び低融点金属粉末として用いることで、低融点金属粉末が溶融する温度で、第１及び第２の高融点金属粉末が溶融することを抑制可能となるので、ピラーの高さばらつきを抑制できる。

上記ピラー形成用ペーストにおいて、例えば、第１の平均粒径を５〜２５μｍの範囲内、第２の平均粒径を１〜４μｍの範囲内、低融点金属粉末の平均粒径を１〜１０μｍの範囲内にしてもよい。
第１の平均粒径が５μｍよりも小さいと、焼結時に粉末が流動しやすくピラーの形状を保持できない恐れがある。一方、第１の平均粒径が２５μｍよりも大きいと、マスクを用いた印刷を行う際に、該マスクの開口部に十分な量のピラー形成用ペーストを充填できない恐れがある。
第２の平均粒径が１μｍよりも小さいと、印刷時にかきとり不良が発生し、電極同士の短絡が生じる恐れがある。一方、第２の平均粒径が４μｍよりも大きいと、マスクの開口部に十分な量のピラー形成用ペーストを充填できない恐れがある。
低融点金属粉末の平均粒径が１μｍよりも小さいと、印刷時にかきとり不良が発生し、電極同士の短絡が生じる恐れがある。一方、低融点金属粉末の平均粒径が１０μｍよりも大きいと、ピラー形成用ペーストを液相焼結させた時にピラーに隙間（空孔）が形成されやすくなるため、ピラー２１が形状を維持することが困難となる恐れがある。
したがって、第１及び第２の平均粒径、並びに低融点金属粉末の平均粒径の数値を上記数値範囲内とすることで、ピラー２１の高さばらつきを抑制できると共に、第１及び第２の高融点金属２５，２６間に形成される隙間（空孔）を小さくすることができる。

また、第１及び第２の高融点金属２５，２６間に形成される隙間が小さくなることで、第１の高融点金属粉末のみを用いた場合と比較して、ピラー２１の上面を平滑化させることが可能となる。これにより、例えば、電解めっき法により、ピラー２１の上面にはんだ層２２を形成する場合において、良好なはんだ層２２を形成することができる。
また、ピラー２１の上面にはんだ層２２を形成した場合に、はんだ層２２の上面に凹凸が転写されることを抑制できる。さらに、はんだ層２２を溶融させた際、ピラー２１内に溶融したはんだが流入することを抑制できる。

＜ピラー形成用ペーストの製造方法＞
次に、ピラー形成用ペーストの製造方法を簡単に説明する。
始めに、上述した平均粒径及び比率とされた第１の高融点金属粉末２５、第２の高融点金属粉末２６、及び低融点金属粉末（図２に示す低融点金属２７の母材）を準備する。次いで、粉末混合機内において、これらの金属粉末を混合させることで、混合粉末を生成する。
次いで、混合粉末に、上述した比率でバインダーを配合させる。その後、混練機中において、混合粉末、及び混合粉末に配合されたバインダーを十分に混合させる。これにより、ピラー形成用ペーストが製造される。

＜バンプ構造体の製造方法＞
図３〜図７は、本実施の形態のバンプ構造体の製造工程を説明するための断面図である。図３〜図７において、図１に示すバンプ構造体付き半導体チップ１０と同一構成部分には、同一符号を付す。
なお、図３〜図７において、半導体装置３１は、実際には連結された複数の半導体チップ１１で構成されているが、紙面の都合上、１つの半導体チップ１１のみ図示する。

次に、主に、図１、及び図３〜図７を参照して、図１に示すバンプ構造体１３の製造方法について説明する。なお、バンプ構造体１３の製造方法を説明する中で、本実施の形態のピラーの製造方法について説明する。

始めに、図３に示す工程では、複数の半導体チップ１１が連結された構成とされた半導体装置３１（言い換えれば、ウェハ状の半導体基板に複数の半導体チップ１１が形成された構造体）を準備する。
次いで、周知の手法により、半導体装置３１を構成する回路素子層１６及び電極パッド１８の上面を覆うシード層１２（金属膜（例えば、Ｃｕ層））を形成する。この段階では、シード層１２は、図１に示す複数のシード層１２のように分離されていない。このため、複数の電極パッド１８は、シード層１２を介して、電気的に接続されている。

次いで、周知の手法により、シード層１２上に、複数の開口部３３Ａを有したマスク３３を形成する。開口部３３Ａは、電極パッド１８の上方に位置するシード層１２の上面を露出するように形成する。
また、マスク３３の厚さは、焼結体であるピラー２１（図１参照）の高さや、ピラー２１上に形成するはんだ層２２の厚さ等を考慮して設定する。例えば、ピラー２１の高さが５０μｍで、かつ図６に示すはんだ層２２の厚さが３０μｍの場合、マスク３３の厚さは、例えば、８０μｍとすることができる。

具体的には、例えば、下記手法により、マスク３３を形成する。
始めに、シード層１２上に、所望の厚さとされ、マスク３３の母材となるドライフィルムレジストを貼り付ける。次いで、露光用マスクを介して、ドライフィルムレジストを部分的に露光し、その後、現像処理することで、複数の開口部３３Ａを形成する。これにより、複数の開口部３３Ａ有するマスク３３が形成される。

次いで、図１に示すピラー２１の母材となるピラー形成用ペーストを準備する。なお、ピラー形成用ペーストの準備は、図４に示す工程の前であれば、いつ行ってもよい。

次いで、図４に示す工程では、印刷法により、マスク３３の複数の開口部３３Ａを充填するように、ピラー形成用ペースト３４（ピラー２１の母材）を配置させる。印刷法を用いることで、複数の開口部３３Ａ内に配置されたピラー形成用ペースト３４の上面３４ａをマスク３３の上面３３ａに対して面一にすることができる。
印刷法としては、例えば、スキージ印刷法やカートリッジ法等を用いることができる。

次いで、図５に示す工程では、低融点金属粉末が溶融し、かつ第１及び第２の高融点金属粉末２５，２６（図２参照）が溶融しない温度で、図４に示す構造体を加熱して、ピラー形成用ペースト３４を液相焼結させる。その後、バインダーを洗い流すことで、複数の開口部３３Ａ内に焼結体であるピラー２１を形成する。
なお、本発明では、液相焼結後の第１の高融点金属粉末２５、液相焼結後の第２の高融点金属粉末２６を、それぞれ第１の高融点金属、第２の高融点金属という。

上記焼結を行うことで、ピラー形成用ペースト３４に含まれるバインダーがピラー２１の上方に移動するため、ピラー２１の高さは、図４に示すピラー形成用ペースト３４の高さよりも低くなる。このため、ピラー２１の上方には、凹部（言い換えれば、ピラー２１上に位置する開口部３３Ａ）が形成される。
例えば、マスク３３の厚さが８０μｍ、ピラー２１の高さが５０μｍの場合、ピラー２１上に位置する開口部３３Ａの深さは、３０μｍとすることができる。

上記焼結は、例えば、窒素雰囲気またはギ酸雰囲気で行うとよい。このように、窒素雰囲気またはギ酸雰囲気で焼結を行うことで、３００℃以下の温度で焼結性の高いピラー２１を得ることができる。
また、焼結温度は、例えば、３００℃以下の温度で行うとよい。このように、焼結温度を３００℃以下の温度とすることで、半導体チップ１１を構成する回路素子（図示せず）が破損することを抑制できる。

次いで、図６に示す工程では、複数のピラー２１上に位置する開口部３３Ａ（開口部３３Ａの上部）内にはんだ層２２を形成する。はんだ層２２は、例えば、シード層１２を給電層とする電解めっき法により形成してもよいし、印刷法（例えば、スキージ印刷法）を用いてはんだペーストで形成してもよい。

次いで、図７に示す工程では、図６に示すマスク３３を除去する。例えば、マスク３３がドライフィルムレジストの場合には、該ドライフィルムレジストを半導体装置３１から剥離させる。
次いで、図６に示すシード層１２のうち、マスク３３で覆われていた部分をエッチングにより除去する。これにより、電極パッド１８上にのみシード層１２が残存するため、電極パッド１８間を電気的に絶縁することができる。

次いで、はんだ層２２が溶融可能な温度で、かつ第１及び第２の高融点金属粉末２５，２６が溶融しない温度で、シード層１２のエッチング処理が完了した構造体を加熱し、はんだ層２２を半球形状にすることで、焼結体であるピラー２１、及びはんだ層２２よりなるバンプ構造体１３が製造される。
これにより、図１に示すバンプ構造体付き半導体チップ１０が連結された構造体（図７に示す構造体）が形成される。
なお、その後、ダイサーにより、図７に示す構造体を構成し、かつ連結された複数のバンプ構造体付き半導体チップ１０を個片化することで、複数のバンプ構造体付き半導体チップ１０が製造される。

以上のような構成とされた本実施の形態のピラー形成用ペーストによれば、ピラー形成用ペーストが、第１の平均粒径とされた第１の高融点金属粉末、第１の平均粒径よりも小さい第２の平均粒径とされた第２の高融点金属粉末、及び第１及び第２の高融点金属粉末よりも融点の低い低融点金属粉末を含むことで、低融点金属粉末が溶融し、かつ第１及び第２の高融点金属粉末が溶融しない温度で、ピラー形成用ペーストを加熱して液相焼結させることが可能となり、第１及び第２の高融点金属粉末で形状を維持して、ピラー２１の高さばらつきを抑制することができる。
また、ピラー２１を形成する際に、電解めっき法を用いる必要がなくなるため、ピラー２１の生産性を向上させることができる。

本実施の形態のピラーの製造方法によれば、前述のピラー形成用ペーストを用いて、該ピラー形成用ペーストを液晶焼結させることで、ピラー２１の高さばらつきを抑制できる。

また、本実施の形態のバンプ構造体の製造方法によれば、マスク３３を除去後、第１及び第２の高融点金属粉末２５，２６が溶融しない温度で、はんだ層２２を溶融させることで、第１及び第２の高融点金属粉末２５，２６が溶融されることがなくなるため、ピラー２１の高さが変化すること（具体的には、ピラー２１の高さが低くなること）を抑制可能となる。これにより、高さばらつきの少ないピラー２１上にはんだバンプを形成したバンプ構造体を得ることができる。

本実施の形態のピラーによれば、上述したピラーの製造方法で作製されたピラー２１であり、高さばらつきを小さくすることができる。

上記ピラー２１と、ピラー２１の上面に配置されたはんだ層２２と、を有するバンプ構造体１３は、上記ピラー２１と同様な効果を得ることができる。

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内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・変更が可能である。

以下、試験例、実施例について説明するが、本発明は、下記実施例に限定されない。

（試験例）
＜ピラーの作製、及びピラーの平均高さの算出＞
表１及び表２に示す第１の高融点金属膜粉末、第２の高融点金属粉末、低融点金属粉末、金属粉末の配合比率、及びバインダーの含有割合の条件を用い、下記方法により、実施例１〜１８のピラーＰ１〜Ｐ１８を作製した。

始めに、Ｖ型粉末混合機を用いて、第１の高融点金属膜粉末、第２の高融点金属粉末、及び低融点金属粉末を混合させて、混合粉末を生成した。
次いで、機械式混練機を用いて、上記混合粉末と、バインダーであるＲＡタイプのはんだペースト用フラックスと、を混合させることで、ピラー形成用ペーストを作製した。

次いで、上述した図３に示す構造体を準備した。マスク３３としては、厚さ８０μｍのドライフィルムレジストを用いた。開口部３３Ａの開口径は、１１０μｍとした。また、開口部３３Ａのピッチは、２００μｍとした。
次いで、図４に示すように、スキージ印刷法により、複数の開口部３３Ａ内を充填するように、ピラー形成用ペースト３４を配置させた。

次いで、図５に示すように、最高到達温度が２４０℃の条件で、ギ酸雰囲気において５分の加熱処理を行うことで、ピラー形成用ペースト３４を液相焼結させて、複数の開口部３３Ａ内にピラー２１を形成した。次いで、上記フラックスを洗浄した。

次いで、３次元測定器を用いた光学画像解析により、ピラーの中心からドライフィルムレジストの上面までの高さの測定を、２００個のピラーに対して行うことで得られる高さの値を平均化した高さ（以下、「ピラー高さ平均値Ａ」という）を求めた。この結果を、表１に示す。

次いで、ドライフィルムレジストの厚さ（８０μｍ）からピラー高さ平均値Ａを引くことで、ピラーの平均高さ及び高さばらつきを求めた。これらの結果を表１及び表２に示す。
なお、ピラーの高さばらつきは、上記測定した２００個のピラーの高さの標準偏差σを３倍することで求めた。

＜評価結果＞
表１及び表２を参照して、評価結果について説明する。
実施例１〜８に示す平均粒径とされた金属粉末、金属粉末の配合比率、バインダーの割合とすることで、高さばらつきが小さく（この場合、１．７〜２．４μｍ）、良好な高さ（この場合、４２〜６２μｍ）とされたピラーＰ１〜Ｐ８を得ることができた。
実施例４の結果から、バインダー（フラックス）の割合が少ない（この場合、１０体積％）と、ピラーＰ１〜Ｐ３，Ｐ５〜Ｐ８と比較してピラーＰ４の平均高さが高めになることが確認できた。
このことから、はんだ層の厚さを厚くしたい場合には、バインダー（フラックス）の割合を１０体積％よりも多くすることが好ましいことが確認できた。

実施例９の結果から、低融点金属粉末の配合比率が高く（この場合、４２質量％）、かつバインダーの含有割合が高い（この場合、５７体積％）と、ピラーＰ９の平均高さが低め（この場合、２６μｍ）となり、かつピラーＰ９の高さばらつきが大きめ（この場合、８．１μｍ）になることが確認できた。
実施例１０の結果から、バインダーの含有割合が低い（この場合、９体積％）と、ピラーＰ１０の高さがピラーＰ１〜Ｐ８よりも高くなることが判った。
実施例１１の結果から、バインダーの含有割合が高い（この場合、７１体積％）と、ピラーＰ１１の平均高さが低め（この場合、２１μｍ）になることが確認できた。
実施例１２の結果から、低融点金属粉末の配合比率が低い（この場合、４質量％）と、ピラーＰ１２の平均高さがピラーＰ１１の平均高さよりも低くなる（この場合、９μｍ）ことが確認できた。

実施例１３の結果から、第１の高融点金属粉末の平均粒径が小さい（この場合、４．８μｍ）と、ピラーＰ１３の高さがやや低くなる（この場合、３５μｍ）とともに、高さばらつきが大きくなる（この場合、８．２μｍ）ことが確認できた。
実施例１４の結果から、第１の高融点金属粉末の平均粒径が大きい（この場合、２５．５μｍ）と、ピラーＰ１４の高さは、ピラーＰ１３の高さよりも高くなる（この場合、４８μｍ）が、高さばらつきがピラーＰ１３よりも大きくなる（この場合、９．６μｍ）ことが確認できた。

実施例１５の結果から、第２の高融点金属粉末の平均粒径が大きい（この場合、４．３μｍ）と、ピラーＰ１５の高さばらつきが大きくなる（この場合、８．４μｍ）ことが確認できた。
実施例１６の結果から、第２の高融点金属粉末の平均粒径が小さい（この場合、０．８μｍ）と、ピラーＰ１６の高さばらつきが大きくなる（この場合、８．２μｍ）ことが確認できた。

実施例１７の結果から、低融点金属粉末の平均粒径が大きい（この場合、１０．３μｍ）と、ピラーＰ１７の高さがやや低くなる（この場合、２９μｍ）とともに、高さばらつきが大きくなる（この場合、９．１μｍ）ことが確認できた。
実施例１８の結果から、低融点金属粉末の平均粒径が小さい（この場合、０．９μｍ）と、ピラーＰ１８の高さがピラーＰ１７の高さよりも高く（この場合、５６μｍ）なり（、高さばらつきがピラーＰ１７と同程度となる（この場合、９．３μｍ）ことが確認できた。

上記実施例１〜１８の結果から、第１の高融点金属粉末の平均粒径は、５〜２５μｍの範囲内が好ましく、第２の高融点金属粉末の平均粒径は、１〜４μｍの範囲内が好ましく、低融点金属粉末の平均粒径は、１〜１０μｍの範囲内内が好ましいことが確認できた。
また、低融点金属粉末の比率は、５〜４０質量％範囲内が好ましいことが確認できた。さらに、バインダーは、１０〜７０体積％の範囲内が好ましいことが確認できた。

＜走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）によるめっき層形成後のピラー（バンプ構造体）、及びめっき層をリフローさせた後のピラー（バンプ構造体）の外観観察＞

実施例１のピラーＰ１が形成された構造体に電解めっき法により、Ｓｎ−Ａｇはんだよりなるはんだ層（厚さ２７μｍ）を形成した。
その後、ドライフィルムレジストを剥離させた後、上述した手法により、めっき層形成後のピラー（バンプ構造体）の外観を観察した。このとき撮影したＳＥＭ写真を図８に示す。

次に、上述しためっき層形成後のピラー（バンプ構造体）を形成し、ドライフィルムレジストを剥離させた後、はんだ層をリフロー処理させて、はんだ層を半球形状とした。この時のリフロー処理は、最高到達温度が２４０℃の条件で、５分間行った。
その後、上述した手法により、めっき層をリフローさせた後のピラー（バンプ構造体）の外観を観察した。このとき撮影したＳＥＭ写真を図８に示す。

図８から、平滑なピラーが形成された後、均一なめっきができたことが判る。その後リフローにおいて、上部はんだ層がピラー中に吸われることなく、バンプ構造体が形成された。

１０…バンプ構造体付き半導体チップ、１１…半導体チップ、１２…シード層、１３…バンプ構造体、１５…半導体基板、１６…回路素子層、１８…電極パッド、２１…ピラー、２２…はんだ層、２２ａ，３３ａ，３４ａ…上面、２５…第１の高融点金属、２６…第２の高融点金属、２７…低融点金属、３１…半導体装置、３３…マスク、３３Ａ…開口部、３４…ピラー形成用ペースト

Claims (10)

1. 第１の平均粒径とされた第１の高融点金属粉末と、前記第１の平均粒径よりも小さい第２の平均粒径とされた第２の高融点金属粉末と、前記第１及び第２の高融点金属粉末よりも融点の低い低融点金属粉末と、が混合された混合粉末と、
   前記混合粉末と混合されるバインダーと、
   を含むことを特徴とするピラー形成用ペースト。
2. 前記第１及び第２の高融点金属粉末の比率は、６０〜９５質量％であり、
   前記低融点金属粉末の比率は、５〜４０質量％であることを特徴とする請求項１記載のピラー形成用ペースト。
3. 前記混合粉末は、３０〜９０体積％であり、
   前記バインダーは、１０〜７０体積％であることを特徴とする請求項１または２記載のピラー形成用ペースト。
4. 前記第１の平均粒径は、５〜２５μｍの範囲内であり、
   前記第２の平均粒径は、１〜４μｍの範囲内であり、
   前記低融点金属粉末の平均粒径は、１〜１０μｍの範囲内であることを特徴とする請求項１ないし３のうち、いずれか１項記載のピラー形成用ペースト。
5. 前記低融点金属粉末は、Ｓｎ，Ｉｎ，Ｂｉ，Ｇａのうち、少なくとも１種以上の金属、或いは、液相温度が２４０℃以下とされたはんだ合金を用いることを特徴とする請求項１ないし４のうち、いずれか１項記載のピラー形成用ペースト。
6. 前記第１及び第２の高融点金属粉末は、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｔｉ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ａｌより選ばれた少なくとも１種以上の金属よりなる金属粉末、或いは、液相温度が４５０℃以上とされたろう合金粉末及び液相温度が２８０℃以上とされた高温はんだ合金粉末のうち少なくとも１種以上の合金粉末であることを特徴とする請求項１ないし５のうち、いずれか１項記載のピラー形成用ペースト。
7. 印刷法により、金属膜上に配置されたマスクのうち、該金属膜の上面の一部を露出する複数の開口部を充填するように請求項１ないし６のうち、いずれか１項記載のピラー形成用ペーストを配置させる工程と、
   前記低融点金属粉末が溶融し、かつ前記第１及び第２の高融点金属粉末が溶融しない温度で、前記ピラー形成用ペーストを加熱して液相焼結させる工程と、
   を有することを特徴とするピラーの製造方法。
8. 印刷法により、金属膜上に配置されたマスクのうち、該金属膜の上面の一部を露出する複数の開口部を充填するように請求項１ないし６のうち、いずれか１項記載のピラー形成用ペーストを配置させる工程と、
   前記低融点金属粉末が溶融し、かつ前記第１及び第２の高融点金属粉末が溶融しない温度で、前記ピラー形成用ペーストを加熱して液相焼結させることで、ピラーを形成する工程と、
   前記ピラーを形成後、前記ピラー上に位置する前記開口部内にはんだ層を形成する工程と、
   前記第１及び第２の高融点金属粉末が溶融しない温度で、前記はんだ層を溶融させる工程と、
   を有することを特徴とするバンプ構造体の製造方法。
9. 第１の平均粒径とされた第１の高融点金属と、
   前記第１の平均粒径よりも小さい第２の平均粒径とされ、前記第１の高融点金属間に配置された第２の高融点金属と、
   前記第１及び第２の高融点金属間に形成される隙間に配置され、かつ前記第１及び第２の高融点金属よりも融点の低い低融点金属と、
   を含む焼結体であることを特徴とするピラー。
10. 請求項９記載のピラーと、
    前記ピラーの上面に配置されたはんだ層と、
    を有することを特徴とするバンプ構造体。