JP2624703B2 - バンプの形成方法及びその装置 - Google Patents

バンプの形成方法及びその装置

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Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、バンプの形成方法及びその装置に関するも
のである。
（従来の技術） 現在、電子機器の小形化に伴い、IC、LSI等の半導体
チップは高密度、高集積化が進められている。また、半
導体素子の実装の面からみても電極ピッチ間の縮小化、
I/O数の増大といった傾向にある。更に、電卓やICカー
ドにみられるカード化に対応する薄型化が要求されてい
る。
ところで、半導体素子のAl電極から外部端子へ電極リ
ードを取出す方法としてはワイヤボンディング方式が知
られている。ワイヤボンディング方式は、25〜30μｍφ
のAu（又はAl、Cuの極細線を１本づつ熱圧着又は超音波
により順次接続する方法である。現在、自動ワイヤボン
ダの普及により省力化、信頼性、量産性が達成されてい
るものの、半導体素子の高集積化に伴う多ピン化、狭ピ
ッチ化、更に薄型実装化に対応できない問題があった。
これに対し、TAB方式やフリップチップ方式なのワイ
ヤレスボンディング方式は一括接合、位置合せ精度から
くる信頼性、実装の薄型化、自動化の面からも今後の半
導体素子の実装技術の主流となることが予想される。ワ
イヤレスボンディング方式では、一般に半導体素子のア
ルミニウム電極上にバンプと呼ばれる金属突起物が形成
される。かかるバンプは、従来、以下に説明する工程に
より形成されている。
まず、半導体ウェハに複数の半導体素子を形成し、更
に各半導体素子上に多数のAl電極を形成する。つづい
て、全面にSiO2やSi3N4などのパッシベーション膜を形
成し、該パッチベーション膜を選択的にエッチング除去
して前記Al電極の大部分を露出させる。
次いで、パッシベーション膜を含むウェハ全面に蒸着
又はスパッタリングにより下地金属膜を形成する。つづ
いて、写真蝕刻法により前記Al電極の露出部に対応する
周辺の下地金属膜を露出させるための開口部を有するレ
ジスト膜を形成した後、下地金属膜をカソードとして電
気めっきを施し、レジスト膜の開口部内の下地金属膜上
にレジスト膜と略同厚さのバンプを選択的に形成する。
この後、レジスト膜を除去し、更にバンプをマスクとし
て露出する下地金属膜を除去する。
しかしながら、上述した従来のバンプの形成方法にあ
っては次のような問題があった。即ち、電気めっき工程
においてめっき液中に取込まれた気泡がレジスト膜の開
口部に付着すると、めっき液の攪拌等では該気泡が除去
されないため、該気泡が開口部に付着された状態で電気
めっきがなされる。その結果、バンプが全く形成されな
かったり、厚さが不十分なバンプが形成される等の問題
があった。特に、半導体素子の微細化によるバンプ寸法
の微細化（レジスト膜の開口寸法の縮小化）に伴って小
さい気泡でも電気めっき時にめっきマスクとして作用し
てバンプの形成を阻害するばかりか、レジスト膜の開口
部を該気泡で塞ぎ全くバンプが形成されない個所が生じ
る問題があった。
このようなことから、めっき液中に界面活性剤を添加
して電気めっき工程中にレジスト膜の開口部に気泡が付
着しないようにすることが試みられている。しかしなが
ら、かかる界面活性剤の添加はめっき特性を劣化させる
新たな問題が生じる。
従って、電気めっきのよるバンプ形成ではレジスト膜
の開口部内への気泡の付着はバンプの形状やバンプ形成
の有無、ひいては半導体素子の歩留りに致命的な欠陥を
生じる。
（発明が解決しようとする問題点） 本発明は、上記従来の問題点を解決するためになされ
たもので、めっき液組成を変えることなく電気めっき工
程での気泡の付着によるめっき不良を防止して目的とす
る箇所に所望形状のバンプを安定的に形成し得る方法、
並びにかかるバンプを形成し得る装置を提供しようとす
るものである。
［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本願第１の発明は、多数の電極を有する半導体素子に
各電極の大部分を露出させるための開口部を有するマス
クを形成し、このマスクを固定した状態で電気めっきを
施して所望厚さのバンプを形成する方法において、 前記半導体素子の前記マスクを含む被めっき部にめっ
き液を接触させて電気めっきを行なう途中でめっき操作
を中断し、被めっき部とめっき液とを物理的に離すこと
を特徴とするバンプの形成方法である。
上記半導体素子は、例えばその表面に各電極の大部分
を露出するよう絶縁膜が被覆され、かつ該絶縁膜を含む
全面に導電膜が被覆され、更に該導電膜上に前記電極の
露出部に対応する周辺の導電膜を露出させるための開口
部を有するマスクが被覆された構造をなすものである。
こうした構造の半導体素子の使用においては、上記電気
めっきにより前記マスクの開口部内に所定厚さのめっき
膜を析出させることによりバンプを形成する。
上記電気めっき途中において、めっき操作を中断し、
被めっき部とめっき液とを物理的に離す工程は１回でも
よいが、気泡の付着によるめっき不良を回避する観点か
ら複数回行なうことが望ましい。こうしためっき操作を
中断し、被めっき部とめっき液とを物理的に離す工程を
複数回行なう場合、その回数はめっき液の性状（気泡の
混入度合等）、形成すべきバンプ厚さ、生産性を考慮し
て選定することが望ましい。
上記電気めっきとしては、例えば金（Au）めっき、銀
（Ag）めっき等を採用できる。場合によっては電気めっ
きの代わりに無電解めっきを採用することも可能であ
る。
また、本願第２の発明は上部にカソードが配置され、
かつ半導体素子が前記カソードに接続して設置されるめ
っき容器と、 前記容器内に収容されためっき液と、 前記容器内に配置されたアノード電極と、 前記容器内へのめっき液の供給によりめっき液の液面
を上昇させ、前記容器の上部に設置された前記半導体素
子の被めっき部とめっき液とを接触させて、かつ電気め
っき途中で前記容器内のめっき液を排出し、前記めっき
液の液面を下降させて前記半導体素子の被めっき部とめ
っき液との接触を断つためのめっき液供給手段と を具備することを特徴とするバンプ形成装置である。
（作用） 本願第１の発明によれば、多数の電極を有する半導体
素子に各電極の大部分を露出させるための開口部を有す
るマスクを形成し、このマスクを固定した状態で電気め
っきを施して所望厚さのバンプを形成するに際し、前記
半導体素子の前記マスクを含む被めっき部にめっき液を
接触させて電気めっきを行なう途中でめっき操作を中断
し、被めっき液とを物理的に離すことによって、半導体
素子の被めっき部（露出した電極）に付着した気泡を取
り除くことができる。このため、電気めっきの再開後に
おいてある気泡が取り除かれた被めっき部への電気めっ
きがなされるため、被めっき部への気泡の付着によるめ
っき不良を回避できる。
特に、電気めっき途中におけるめっき操作の中断、被
めっき部とめっき液とを物理的に離す工程を複数回行な
えば、電気めっきの再開前後において同一被めっき部に
気泡が付着する確率を著しく低減できるため、気泡の付
着によるめっき不良を確実に防止できる。しかも、電気
めっきの再開後においてある被めっき部に気泡が付着し
ても、めっきの析出量が少なく、次のめっき操作の中
断、めっき液からの隔離により前記のように気泡が取除
かれ、その前に気泡が付着された被めっき部への再度の
気泡付着確率が極めて低いため、全ての被めっき部に略
同厚さのめっきの析出が可能となる。
従って、半導体素子の目的とする箇所（電極上）に所
望形状のバンプを安定的にかつ精度よく形成できる。こ
れによって、多ピンで狭ピッチの半導体素子に対するワ
イヤレスボンディングを高精度で行なうことができる。
また、通常のワイヤレスボンディングも前記バンプ形状
の正確さ、安定性により信頼性の高い接合が可能とな
り、歩留りも大幅に向上できる。
また、本願第２の発明のバンプ形成装置によれば既述
した形状安定性等が優れたバンプを形成できる。
（発明の実施例） 以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明す
る。
第１図は、本実施例のバンプ形成に使用するための装
置の概略図である。図中の１は例えば金めっき液２が収
容された環状のめっき液貯溜槽である。この貯溜槽１の
中空部には、上部を解放しためっき容器３が配設されて
いる。このめっき容器３の底部には、メッシュ状のアノ
ード電極４が配置され、かつ該電極４にはリード線５が
取付けられている。前記めっき容器３の側壁上部には、
めっきすべき半導体ウェハを保持するためのカギ形保持
部材６が複数設けられ、かつこれら保持部材６の１つ
は、カソード側のリード線７に接続されている。前記ア
ノード電極４のリード線５及びカソード側のリード線７
は、図示しない直流電源に接続されている。また、前記
めっき液貯溜槽１の側壁下部と前記めっき容器３底部と
は配管８を介して連結されている。この配管８には、前
記貯溜槽１側から該貯溜槽１内のめっき液２を所定のタ
イミングで間歇的に前記容器３内の供給するためのポン
プ９とフィルタ10が夫々介装されている。なお、前記直
流電源は、図示しないタイマーにより所定の時間間隔で
オン・オフされ、かつ該直流電源のオン・オフ動作に同
期して前記ポンプ９が作動・停止するようになってい
る。
次に、前述した第１図のバンプ形成装置を用いてバン
プ形成方法を説明する。
まず、シリコンウェハ11に常法に従って各種のトラン
ジスタ、配線等からなる複数の半導体素子を形成し、更
に各半導体素子上に多数のAl電極12を形成した。つづい
て、全面にSi3N4からなるパッシベーション膜13を形成
し、該パッシベーション膜13を選択的にエッチング除去
して前記Al電極12の大部分を露出させた（第２図（Ａ）
図示）。
次いで、パッシベーション膜13を含むウェハ11全面に
スパッタリングによりCr膜14、Cu膜15及びAu膜16を順次
堆積して厚さ3500Åの三層構造の導電膜を形成した。つ
づいて、全面に厚さ20μｍの感光性ドライフィルム17を
被覆した後、該フィルム17を写真蝕刻して前記Al電極12
の露出部に対応する周辺の導電膜を露出させるための80
μｍ角の開口部18を形成した（同図（Ｂ）図示）。
次いで、シリコンウェハ11を前述した第１図図示のめ
っき容器３の保持部材６上に該ウェハ11の感光性ドライ
フィルム17側の面が容器３の内側に位置するように設置
した。この時、保持部材６はシリコンウェハ11上のドラ
イフィルム17から露出した導電膜に接続されるようにす
る。つづいて、カソード側の保持部材６（シリコンウェ
ハ11）及びアノード電極４に直流電圧の印加する図示し
ない直流電源のオン・オフ及びポンプ９の作動・停止を
第３図に示すタイミングで行なって電気めっきした。即
ち、直流電源のオン及びポンプ９の作動により電気めっ
きを行なうと共に、電気めっきの途中において５分間の
電気めっき毎に直流電源のオフ及びポンプ９の停止（め
っき操作の中断及びめっき液のウェハ11からの離間）を
30秒間、合計７回行なった後、更に直流電源のオン及び
ポンプ９の作動により電気めっき５分間行なった。この
時、ポンプ９の作動によりめっき貯溜槽１内の金めっき
液（温度60℃）が配管８を通してめっき容器３内に供給
されて容器３内のめっき液２のレベルが上昇し、約２秒
間程度で該容器３上部の保持部材に６に設置されたウェ
ハ11のドライフィルム17の開口部18から露出した導電膜
に接触し、カソード側の保持部材６（シリコンウェハ1
1）及びアノード電極４への直流電圧の印加によりドラ
イフィルム17の開口部18から露出した三層構造の導電膜
への金めっきがなされる。なお、めっき容器３へのめっ
き液２の供給により攪拌がなされ、かつ容器３の上部レ
ベル以上供給されためっき液は貯溜槽１にオーバーフロ
ーされる。一方、直流電源のオフにより電気めっきが中
断されると共に、ポンプ９の停止によりめっき容器３内
の金めっき液２が配管８を通して貯溜槽１側に戻され、
容器３内の金めっき液２がレベル（Ｌ）まで下がり、該
めっき液２は該容器３上部の保持部材に６に設置された
ウェハ11のドライフィルム17の開口部18から露出した導
電膜から瞬時に離れて、ドライフィルム17の開口部18等
に付着した気泡が取除かれる。こうした５分間の電気め
っき毎にめっき操作の中断、めっき液のウェハ11の導電
膜からの離間を30秒間、合計７回行なうことによって、
同図（Ｃ）に示すようにドライフィルム17の各開口部18
から露出した導電膜上に該フィルム17と略同厚さ（20μ
ｍ）の金バンプ19を選択的に形成した。この後、ドライ
フィルム17を除去し、更に金バンプ19をマスクとして露
出するCr膜14、Cu膜15及びAu膜16からなる三層構造の導
電膜をエッチング除去した（同図（Ｄ）図示）。
しかして、本実施例により金バンプ19が形成されたウ
ェハ11について、バンプ19の形状及びドライフィルム17
の各開口部18へのバンプ19の形成の有無を調べた。その
結果、ドライフィルム17の開口部18の全てに均一な厚さ
のバンプが形成されていることが確認された。これに対
し、第１図図示のバンプ形成装置を用いてポンプの作動
により容器上部に設置したシリコンウェハの面に金めっ
き液を接触させた後、第４図に示すように直流電源のオ
ン、ポンプの作動を40分間行なってドライフィルムの開
口部から露出された導電膜上に金バンプを形成し、バン
プの形状及びドライフィルムの各開口部へのバンプの形
成の有無を調べた。その結果、ドライフィルムの約100
〜200個の開口部にはバンプが全く形成されず、かつ形
状（厚さ）が20μｍに全く満たないバンプも認められ
た。
また、本実施例のシリコンウェハ11を割断して半導体
素子を製造し、この半導体素子を金バンプ19を介して外
部配線に実装したところ、バンプ19の高さ、形状が均一
なことから信頼性の高い良好な接合を達成することがで
きた。
更に、第１図図示のバンプ形成装置によれば図示しな
い直流電源のオン・オフ及びポンプ９の作動・停止を同
期して行なうことによって、既述した電気めっき途中で
のめっき操作の中断、めっき液のウェハ11の導電膜から
の離間等を簡単に実行でき、信頼性の高いバンプ形成が
可能となる。
なお、上記実施例では導電膜としてCr膜、Cu膜及びAu
膜からなる三層構造体のものを用いたが、Ti/Pt/Au等の
三層構造の導電膜を用いてもよい。
上記実施例では、バンプ形成時のめっきマスクとして
感光性ドライフィルムを用いたが、通常のレジスト膜を
用いても同様な効果がある。
上記実施例では、カソード側の保持部材（シリコンウ
ェハ）及びアノード電極に直流電圧の印加する電源のオ
ン・オフ及びポンプの作動・停止を第３図に示すタイミ
ングで行なったが、これに限定されず、例えば第５図又
は第６図に示すタイミングで行なってもよい。
本発明に係わるバンプ形成装置は、第１図に示す構造
に限定されず、例えば第７図に示す構造のもの用いるこ
とができる。即ち、第７図中の21は金めっき液等のめっ
き液22が収容されためっき容器である。この容器21内に
は、アノード電極23が配置され、かつ該アノード電極23
はリード線24を通して図示しない直流電源に接続されて
いる。前記容器21には、めっき治具25が配置されてい
る。このめっき治具25は、ウェハ等を保持する保持板26
と、この保持板26を上下動させて該保持板26に固定され
たウェハ等をめっき液22に浸漬したり、めっき液から離
間させるための支持棒27と、前記保持板26に設けられ、
該保持板26に固定されたウェハ等をカソード側に接続す
るためのコンタクトピン28とから構成されている。な
お、コンタクトピン28はリード線29を通して図示しない
直流電源に接続されている。また、前記容器21底部には
配管30の両端が連結されている。この配管30には、前記
容器21内のめっき液22を攪拌するための循環用ポンプ32
及びめっき液22を清浄化するためのフィルタ32が夫々介
装されている。このような構成のバンプ形成装置によれ
ば、めっき治具の保持板26に前述した第２図（Ｂ）の工
程でドライフィルムを被覆し、開口部を形成したシリコ
ンウェハ11を固定し、支持棒27による保持板26の上下動
作並びに支持板26の上方への移動時に直流電源をオフ、
支持板26の下法への移動時に直流電源をオンする動作
を、例えば前述した第３図に示すタイミングで行なうこ
とによって、電気めっき途中でのめっき操作の中断、め
っき液22のウェハ11の導電膜からの離間等を簡単に実行
でき、信頼性の高いバンプ形成が可能となる。
［発明の効果］ 以上詳述した如く、本発明のバンプの形成方法によれ
ばめっき液組成を変えることなく電気めっき工程での気
泡の付着によるめっき不良を防止して目的とする箇所に
所望形状のバンプを安定的に形成でき、ひいては外部配
線との接続信頼性、歩留りの大幅な向上等を達成でき
る。また、本発明のバンプ形成装置によれば既述した信
頼性の高いバンプを簡単な操作で形成できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明のバンプ形成装置の一実施例を示す概略
図、第２図（Ａ）〜（Ｄ）は本発明の実施例におけるバ
ンプの形成工程を示す断面図、第３図はバンプ形成時に
おける直流電源のオン・オフ及びポンプの作動・停止の
タイミングを示す線図、第４図は比較例における直流電
源及びポンプの動作タイミングを示す線図、第５図及び
第６図は夫々他のバンプ形成時における直流電源のオン
・オフ及びポプの作動・停止のタイミングを示す線図、
第７図は本発明の他の実施例を示すバンプ形成装置の概
略図である。 １……めっき貯溜槽、２、22……めっき液、３、21……
めっき容器、４、23……アノード電極、６……保持部
材、９、31……ポンプ、11……シリコンウェハ、12……
Al電極、13……パッシベーション膜、17……感光性ドラ
イフィルム、18……開口部、19……金バンプ、25……め
っき治具、26……保持板、27……支持棒。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】多数の電極を有する半導体素子に各電極の
    大部分を露出させるための開口部を有するマスクを形成
    し、このマスクを固定した状態で電気めっきを施して所
    望厚さのバンプを形成する方法において、 前記半導体素子の前記マスクを含む被めっき部にめっき
    液を接触させて電気めっきを行なう途中でめっき操作を
    中断し、被めっき部とめっき液とを物理的に離すことを
    特徴とするバンプの形成方法。
  2. 【請求項２】電気めっき途中において、めっき操作を中
    断し、被めっき部とめっき液とを物理的に離す工程を複
    数回行なうことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
    のバンプの形成方法。
  3. 【請求項３】多数の電極を有する半導体素子は、その表
    面に各電極の大部分を露出するよう絶縁膜が被覆され、
    かつ該絶縁膜を含む全面に導電膜が被覆され、更に該導
    電膜上に前記電極の露出部に対応する周辺の導電膜を露
    出させるための開口部を有するマスクが被覆された構造
    をなし、電気めっきにより前記半導体素子のマスクを固
    定した状態でその開口部内に所定厚さのめっき膜を析出
    せしめることを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第
    ２項記載のバンプの形成方法。
  4. 【請求項４】上部にカソードが配置され、かつ半導体素
    子が前記カソードに接続して設置されるめっき容器と、 前記容器内に収容されためっき液と、 前記容器内に配置されたアノード電極と、 前記容器内へのめっき液の供給によりめっき液の液面を
    上昇させ、前記容器の上部に設置された前記半導体素子
    の被めっき部とめっき液とを接触させて、かつ電気めっ
    き途中で前記容器内のめっき液を排出し、前記めっき液
    の液面を下降させて前記半導体素子の被めっき部とめっ
    き液との接触を断つためのめっき液供給手段と を具備することを特徴とするバンプ形成装置。
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