JP2877168B2 - 集積回路装置用バンプ電極の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はいわゆるフリップチップ
の形で使用される半導体装置にチップを外部と接続する
ためはんだ，金，銅等の金属の突出電極であるバンプ電
極を作り込むための製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】バンプ電極を備えるフリップチップは種
々の配線基板の上に直接に実装できるので、チップをパ
ッケージに一旦収納してから実装するよりも実装に要す
る手間とスペースを省ける特長があり、電子装置類に組
み込む電子回路が大規模化するに伴い益々広く採用され
るに至っている。バンプ電極は上述のはんだ，金，銅等
の金属からなる外部接続用の小形の突出電極であるが、
チップの表面からふつう数十〜百μｍの高さに突設する
必要があるので、その作り込みには電解めっき法を利用
してこれらの金属をチップ内の所定の個所にのみ選択的
に成長させるのが通例である。また、小形のチップに個
別に電解めっきを施すのは非能率なので、集積回路装置
がまだウエハの状態にある内にバンプ電極を作り込んで
置いた上で各フリップチップに単離するのが通例であ
る。

【０００３】また、このバンプ電極はもちろんチップ内
の集積回路と接続して作り込む必要があるから、集積回
路の内部配線用のアルミの配線膜をチップ面を覆う絶縁
膜の所定個所に開口した各窓内に露出させてその上にバ
ンプ電極用金属を成長させるが、実際にはこの金属と配
線膜との間に金属の下地膜を介在させ、これをめっき電
極として電解めっきを施すことによりウエハ面内にふつ
う数千〜数万個の多数のバンプ電極用金属を一斉に成長
させる。さらに、この下地膜は配線膜のアルミと導電接
触する下側下地膜とそれをバンプ電極用金属と接続する
上側下地膜とを含む少なくとも２層構成の複合膜とさ
れ、ふつうは下側下地膜の方がめっき電極として利用さ
れる。以下、この要領を図３を参照して簡単に説明す
る。

【０００４】図３はバンプ電極10用の金属７を電解めっ
きした直後の状態を示す。ウエハの本体である半導体領
域１の表面を覆う絶縁膜２の上にアルミの配線膜３が所
定のパターンで配設され、それを覆う絶縁膜４に開口さ
れた窓4a内に配線膜３が露出され、それに導電接触する
よう下側下地膜５がウエハの全面に被着される。その上
の上側下地膜６はバンプ電極10とほぼ同形状にパターン
ニングされ、ウエハを覆うフォトレジスト膜22をマスク
とし下側下地膜４をめっき電極として、フォトレジスト
膜22の窓内に露出する上側下地膜５上にバンプ電極10用
の金属７が電解めっきによりウエハ面内に一斉に成長さ
れる。

【０００５】図３以降は、まずフォトレジスト膜22を除
去した上で上側下地膜５をマスクとするエッチングで下
側下地膜５を除去することにより、図４に示すようにバ
ンプ電極10を下側下地膜５による相互間接続を切り離し
て互いに独立させる。なお、下側下地膜４にはチタンや
クローム等，上側下地膜５には銅やパラジュウム等の金
属がそれぞれ用いられ、下側下地膜４はめっき電極とし
ての役目のほか配線膜のアルミと上側下地膜５の金属と
の相互拡散を防止するバリア膜としての役目を兼ね、上
側下地膜５はこれを低抵抗でバンプ電極10用の金属７と
接続する役目を果たし、いずれも 0.5μｍ程度以下の薄
膜とされる。また、バンプ電極用金属７がはんだの場
合、上述の下側下地膜の除去によりバンプ電極10を独立
させた後にはんだの溶融点以上に短時間加熱するいわゆ
るリフロー処理を施して図４に示すようにバンプ電極10
を先端に丸みを持たせた形状とする。

【０００６】このようにしてバンプ電極10が作り込まれ
たウエハは通常のようにスクライブによって各集積回路
装置のフリップチップに単離される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述の従来技術によっ
て製造されるフリップチップでは、それ用のウエハ内に
作り込まれる数千〜数万のバンプ電極10中には図４に示
すように高さが不足した不良バンプ電極11がごく少数で
はあるが発生することがある。かかる不良バンプ電極11
を含むフリップチップは実装時に接続不良を発生しやす
いので、もちろん検査によって完全に排除する必要があ
るが、従来からこの検査にかなりの手間が掛かるだけで
なく見落としを完全には防止できない問題がある。

【０００８】各フリップチップ内のバンプ電極の高さの
ばらつきは例えば±10％以内に管理する必要があり、こ
のばらつきが出る原因はバンプ電極用金属の電解めっき
量がばらつくことにあるが、上側下地膜の表面等にごく
僅かな欠陥や汚染があっても電解めっき量が影響されや
すいので、量産時にこの管理範囲内から外れるバンプ電
極が発生し得ないように管理するのは非常に困難であ
る。

【０００９】また、上の管理範囲から大きく外れたバン
プ電極の検出は容易なものの、やや外れた程度のバンプ
電極をウエハ状態で的確に検出できる手段がなく、現状
ではチップに単離した後に実体顕微鏡等を用いて人間の
目でいわゆる外観検査をするのが最も正確である。しか
し、この外観検査には相当熟練した作業員でもチップ当
たり最低数秒程度の時間を要するほか、バンプ電極の高
さの微妙な差を視覚的に見分けるにはかなり神経を使う
ので作業員の負担が大きく、誤判定による不良バンプ電
極の見落としを完全には防止できない。

【００１０】本発明はかかる問題点を解決して、不良バ
ンプ電極を外観検査等の人手に頼ることなく自動的に検
出できるようにするための集積回路装置用バンプ電極の
製造方法を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この目的は本発明によれ
ば、集積回路装置用のウエハを覆う絶縁膜に開口された
窓内に露出する配線膜に導電接触するように下側下地膜
と上側下字膜とを順次に全面被着する工程と、バンプ電
極を設けるべき箇所を残して前記上側下地膜をエッチン
グする第１の工程と、前記下側下地膜をめっき電極とし
て前記上側下地膜上にバンプ電極用金属を予備電解めっ
きする第１のめっき工程と、前記バンプ電極用金属を部
分的にウェットエッチングする第２のエッチング工程
と、前記下側下地膜をめっき電極として前記バンプ電極
用金属の上にさらにバンプ電極用金属を電極めっきによ
り成長させてバンプ電極を形成する第２のめっき工程
と、前記バンプ電極の下側部分以外に前記下側下地膜を
エッチングにより除去する第３のエッチング工程とを経
てバンプ電極を作り込むことにより達成される。

【００１２】なお、上記構成中の第１のめっき工程はい
わば予備めっき工程であり、バンプ電極に必要な高さの
一部分に相当する厚みにバンプ電極用金属を成長させる
ことでよく、この厚みは場合により異なるが例えばバン
プ電極の高さの数〜10％程度の厚みに電解めっきし、こ
れに続く第２のエッチング工程ではかかる厚みの半分程
度をエッチングするのがよい。

【００１３】さらに、バンプ電極を予備めっき用の薄い
第１の金属とその上に重ねた第２の金属とで構成して、
第１のめっき工程では第１の金属を，第２のめっき工程
では第２の金属をそれぞれ電解めっきするようにしても
よい。

【００１４】

【作用】前述のように不良バンプ電極の発生原因は上側
下地膜の表面等の欠陥や汚染によりその上に電解めっき
されるバンプ電極用金属のめっき量が影響されることに
あるが、本発明はかかる影響が電解めっきの初期段階で
既にないし顕著に出る点に着目したもので、前項の構成
にいう第１のめっき工程において上側下地膜の上にバン
プ電極用金属を電解めっきした後、第２のエッチング工
程においてこれを部分的にエッチングすることにより、
めっきの下地に欠陥や汚染があってバンプ電極用金属の
電解めっき量が不充分な個所でこの第２のエッチングに
よりめっき下地としての上側下地膜等を除去してしま
い、第２のめっき工程ではバンプ電極用金属がその個所
では全く成長しないか僅かしか成長しないようにする。

【００１５】このように、本発明方法では不良バンプ電
極の高さをゼロか，ごく低く抑えることができるのでそ
の検出が非常に容易になり、わざわざ外観検査をするま
でもなくごく簡単な手段でバンプ電極が正常か不良かを
判別することができ、例えばウエハの状態でそれに作り
込まれた各集積回路を試験する際に試験機のプローブが
不良バンプ電極と接触しなくなるので、不良バンプ電極
の発生をこの試験工程内で確実に検出できるようにな
る。

【００１６】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図１は本発明によるバンプ電極の製造方法の実施
例を主な工程ごとの状態により示す集積回路装置用ウエ
ハの一部拡大断面図，図２はこれに対応する不良バンプ
電極の状態を示す断面図であって、これらの図の図３以
降と同じ部分には同じ符号が付されている。以下の実施
例ではバンプ電極金属としてはんだが用いられるものと
する。

【００１７】図１(a) はバンプ電極を設けるべき個所の
断面を示す。前述のようにウエハの本体である半導体領
域１の表面を覆う酸化シリコンや燐シリケートガラス膜
からなる絶縁膜２の上に、アルミや１％程度のシリコン
を含むアルミの例えば１μｍの厚みの配線膜３が各チッ
プの集積回路と接続して配設されている。これを覆う絶
縁膜４は例えば窒化シリコンからなる１μｍ程度の膜厚
の保護膜であり、それに数十μｍ径ないし角のサイズで
開口された窓4a内で露出された配線膜３の上に本発明方
法によりバンプ電極が作り込まれる。

【００１８】図１(b) は下地膜の被着工程を示す。この
実施例では下側下地膜５にチタン,上側下地膜６に銅を
それぞれ用い、スパッタ法等によって前者を例えば 0.2
μｍの膜厚で窓4a内で配線膜３と導電接触するように全
面被着した上で後者を例えば0.5μｍの膜厚で全面被着
して図示の状態とする。続く図１(c) は第１のエッチン
グ工程を示す。フォトプロセスにより形成されたフォト
レジスト膜21をマスクとして上側下地膜６を例えば化学
エッチングすることによって、上側下地膜６をバンプ電
極とほぼ同じ数十μｍ径ないし角のサイズにパターンニ
ングし、ついでフォトレジスト膜21を除去して次工程以
降においてその上にバンプ電極用金属を電解めっきによ
り成長させ得るようにする。

【００１９】図１(d) は第１のめっき工程を示す。ウエ
ハ全面にフォトレジスト膜22を塗着した上でフォトプロ
セスにより上側下地膜６のみを露出させる窓を開口し、
これをマスクとし下側下地膜５を負側のめっき電極とし
てバンプ電極用金属７を上側下地膜６上に電解めっきす
る。この実施例ではこのバンプ電極用金属７の本体はは
んだであるが、上側下地膜６の銅に接する部分にはんだ
付け接続を良好にするニッケルからなる第１の金属7aを
例えば２〜数μｍの厚みに電解めっきした上で第２の金
属７としてはんだを例えば10μｍ程度の厚みに電解めっ
きする。前述のようにこの第１のめっき工程はいわば予
備めっき工程であって、そのめっき厚みはこのように薄
いめのバンプ電極の高さの通常は10％程度ないしそれ以
下とするのが好適である。

【００２０】図２(a) にこの第１のめっき工程における
不良個所の状態を示す。図のように上側下地膜６に汚染
や欠陥Ｄがある場合, あるいはその下の配線膜３にいわ
ゆるヒロックＨが発生して下側下地膜５や上側下地膜６
に異常がある場合は、バンプ電極金属７は電解めっき時
のとくに初期において正常に成長できずに図のような状
態になる。本発明ではこれを利用して次の第２のエッチ
ング工程に入れる。

【００２１】図１(e) にこの第２のエッチング工程を示
す。この工程用のエッチング液には例えば硝酸１容，塩
酸３容の王水を用い、ウエハをこのエッチング液に数分
程度以下の短時間内浸漬してバンプ電極７の一部を, こ
の例ではバンプ電極用の第１の金属7aとしてのニッケル
を残す程度にエッチングする。この第２のエッチングに
より正常な個所では図のようにまだ第２の金属７用のは
んだが残っているが、図２(b) に示す不良個所では図の
ように上側下地膜６のほぼ全部が, さらに下側下地膜５
と配線膜３の一部までがエッチングされて空洞Ｃが発生
し、次の第２のめっき工程でこの空洞Ｃが発生した不良
個所にはバンプ電極用金属が全くまたはほとんど成長し
なくなる。

【００２２】図１(f) は第２のめっき工程を示す。この
要領は前の同図(d) と同様であり、第１のめっき工程か
ら残っているフォトレジスト膜22をマスクとし下側下地
膜５をめっき電極として、バンプ電極用金属７としては
んだを数十〜百μｍの正規の高さまで電解めっきにより
図のように成長させた後にフォトレジスト膜22を除去す
る。図１(g) にこれに続く第３のエッチング工程を示
す。この工程では例えばふっ酸１容，純水50容のエッチ
ング液を用いるウエットエッチングないしドライエッチ
ングによって、上側下地膜６の銅をマスクとして下側下
地膜５のチタンを除去することにより前述のように各バ
ンプ電極10を独立させる。ふつうはこれでバンプ電極の
製造方法の全工程を終えるが、この実施例ではバンプ電
極用金属７がはんだなので、ウエハをはんだの融点以上
に短時間加熱して溶融させることによりバンプ電極10を
図４のように先端が丸い形状に形成し、同時に第２の金
属7aのニッケルを介して上側下地膜６の銅にはんだ付け
する。

【００２３】以上説明した本発明方法によりバンプ電極
10が作り込まれたウエハは、通例のようにウエハ状態の
ままでその中の各集積回路装置のチップ部分に対する試
験が行なわれる。この試験に際して各チップ部分との接
続のためにその多数のバンプ電極に対し試験プローブの
ニードルがそれぞれ接触されるが、不良バンプ電極の個
所では前述のように第２のめっき工程でバンプ電極用金
属７が全くまたはほとんど成長しないので、バンプ電極
が欠落しているか高さが非常に低くてニードルが接触し
ないので不良バンプ電極を直ちに検出できる。この試験
時に不良バンプ電極が検出されたチップ部分にマーキン
グを付けて置くようにすれば、ウエハをスクライブして
フリップチップに単離した後に不良チップを容易に排除
できる。本発明の場合、不良バンプ電極はもちろんかか
る試験時に限らず他の適宜な手段によっても簡単かつ自
動的に検出することができる。

【００２４】本発明は上述の実施例に限らず種々の態様
で実施をすることができる。実施例中のバンプ電極や下
地膜用の材料ないし各工程におけるプロセス条件はあく
まで例示であり、本発明方法をかかる材料の種類やプロ
セス条件に限定されず種々の態様で実施が可能である。
また、実施例のようにバンプ電極金属が第１の金属とし
てのニッケルと第２の金属としてのはんだからなる場合
についても、ニッケルの電解めっきの厚みを実施例より
若干増すようにすれば、第１のめっき工程では第１の金
属のみを, 第２のめっき工程では第２の金属のみをそれ
ぞれ電解めっきすることにより、量産工程の一層の合理
化を図ることも可能である。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したとおり本発明では、第１の
めっき工程において上側下地膜の上にまずバンプ電極用
金属を予備電解めっきした後、第２のエッチング工程に
おいてこのバンプ電極用金属に対して部分的なエッチン
グを施した上で、第２のめっき工程においてこのエッチ
ングされたバンプ電極用金属の上にさらにバンプ電極用
金属をバンプ電極に必要な高さが得られるよう電解めっ
きにより厚く成長させることによって、次の効果を得る
ことができる。

【００２６】(a) 不良バンプ電極が発生する個所では第
１のめっき工程中の電解めっき量が不足して第２のエッ
チング工程でめっき下地用の上側下地膜等までが除去さ
れ、第２のめっき工程でバンプ電極用金属が全くないし
僅かしか成長せず、不良個所のバンプ電極が欠落するか
高さが極端に低くなるので、不良バンプ電極を容易にか
つ確実に検出することができる。

【００２７】(b) フリップチップ内の集積回路をウエハ
状態で試験する際に試験用プローブのニードルが接触す
るか否かにより各バンプ電極が正常か異常かを自動判定
して不良バンプ電極を含むチップを確実に排除できるの
で、従来の外観検査を省いて作業員の見落としによるト
ラブル発生をなくし、フリップチップの検査コストを低
減しながら品質管理レベルを向上できる。

【００２８】なお、本発明方法の実施に際してはバンプ
電極用金属の従来の電解めっき工程を第１と第２のめっ
き工程に分けごく短時間の第２のエッチング工程を挿入
するだけでよいので、元々かなり長時間を要する電解め
っき工程を全体として見れば必要な時間や手間は従来と
実質上同じで済む。このように本発明方法はフリップチ
ップの検査コストを低減しながら作業員の見落としによ
るトラブルをなくして品質管理を向上できる顕著な効果
を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるバンプ電極の製造方法の実施例を
同図(a) 〜(g) の主な工程ごとの状態により示す集積回
路装置用ウエハの一部拡大断面図である。

【図２】図１の実施例に対応する不良バンプ電極の状態
を同図(a) と(b) とにより示す集積回路装置用ウエハの
一部拡大断面図である。

【図３】従来のバンプ電極の製造方法を示すバンプ電極
用金属の電解めっき時の状態により示す集積回路装置用
ウエハの一部拡大断面図である。

【図４】従来のバンプ電極の製造方法の問題点を示す集
積回路装置用ウエハの断面図である。

【符号の説明】

３ 配線膜 ４ 絶縁膜 4a 絶縁膜に開口した窓 ５ 下側下地膜 ６ 上側下地膜 ７ バンプ電極用金属ないしそれ用の第２の金属 7a バンプ電極用第１の金属 10 バンプ電極

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】集積回路装置用のウエハを覆う絶縁膜に開
   口された窓内に露出する配線膜に導電接触するように下
   側下地膜と上側下字膜とを順次に全面被着する工程と、
   バンプ電極を設けるべき箇所を残して前記上側下地膜を
   エッチングする第１の工程と、前記下側下地膜をめっき
   電極として前記上側下地膜上にバンプ電極用金属を予備
   電解めっきする第１のめっき工程と、前記バンプ電極用
   金属を部分的にウェットエッチングする第２のエッチン
   グ工程と、前記下側下地膜をめっき電極として前記バン
   プ電極用金属の上にさらにバンプ電極用金属を電解めっ
   きにより成長させてバンプ電極を形成する第２のめっき
   工程と、前記バンプ電極の下側部分以外に前記下側下地
   膜をエッチングにより除去する第３のエッチング工程と
   を含むことを特徴とする集積回路装置用バンプ電極の製
   造方法。
2. 【請求項２】請求項１に記載の集積回路装置用バンプ電
   極の製造方法において、前記第１のめっき工程中でバン
   プ電極用金属がバンプ電極の高さの１０％以下の厚みに
   予備電解めっきされ、前記第２のエッチング工程でこの
   厚みの半分程度がエッチングされることを特徴とする集
   積回路装置用バンプ電極の製造方法。
3. 【請求項３】請求項１に記載の集積回路装置用バンプ電
   極の製造方法において、前記バンプ電極用金属が薄い第
   １の金属とその上に重ねられる第２の金属からなり、第
   １と第２のめっき工程でそれぞれ第１と第２の金属がめ
   っきされることを特徴とする集積回路装置用バンプ電極
   の製造方法。