JP2992067B2 - バンプの形成方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、集積回路を形成したウエハー上にプリント
基板へのボンディング用接続部（バンプ）を形成するに
際し、鍍金後に除去すべき中間金属層（Al,Cr,Cu）が可
動状態のリング形状として、各々のバンプを囲むように
して残ることを防止するバンプ形成方法に関する。

〔従来の技術〕

集積回路の製造工程には、ウエハーの表面上に形成し
たICのリード部にボンディング用のバンプを形成するバ
ンプ形成工程が含まれている。

このバンプ形成工程には主として蒸着による方法と鍍
金を用いる方法とが用いられているが、本発明は後者を
対象としている。

以下従来の鍍金法によるバンプ形成法について図面を
参照して説明する。第３図は従来工程におけるバンプ形
成工程を示す断面図であり、第４図はそのフローチャー
ト図で、（ａ）〜（ｅ）は各工程を示すものである。ま
た、第５図〜第９図はバンプ領域に用いる各工程の装置
を示しており、第５図（イ）は鍍金装置の正面断面図、
同図（ロ）は同じく側面断面図である。第６図はレジス
ト剥離装置の概略図で、第７図は中間金属層の１つであ
るCuのエッチング装置の概略図であり、第８図は中間金
属層のCr,Alエッチング装置の概略図である。第９図は
リフロー装置の概略図である。また第10図（イ）は銅リ
ング前駆状態部外における蒸着銅のオージェ分析の結果
であり、同図（ロ）は銅リング前駆状態部の深さ方向に
対するオージェ分析の結果である。

まず第３図および第４図にもとずいて各工程を説明す
る。工程（ａ）において、表面にパシベーション膜102
とAl電極が既に形成されたウェハーＷ上に電極部に開口
を有するポリイミド層108を形成し、その上にレジスト
を形成して（図示せず）、露光、エッチングによりICの
電極部100のみを除去、次いで蒸着によりウエハー一面
に鍍金時の導通電極を兼ねた中間金属層としてAl,Cr,Cu
をポリイミド層108側から蒸着アルミ層107、蒸着クロム
層106,蒸着銅層105の順に形成する。次いで工程（ｂ）
は中間金属層の形成されたウエハーＷの表面および裏面
にレジスト101（メッキ付着防止膜）を形成し、各ICの
電極部100を露光、現像することにより、当該部のみレ
ジストを除去する。工程（ａ）と（ｂ）が終了した状態
を第３図（イ）に図示する。

次に第４図における工程（ｃ）は鍍金工程であり、IC
の電極部100にCu及びハンダの鍍金を行う。第３図
（ロ）の鍍金の形成は第５図の新しく開発した円筒型鍍
金装置によっている。本円筒型鍍金装置110の該略を第
５図を参照に説明する。第５図（イ）、（ロ）におい
て、筒状体113は筐体112に納められており、この筒状体
113の一端113a近傍に距離ｄを離してウエハー取付板114
（ウエハー取付手段）を備え、ウエハー取付板114に固
定されたウエハーＷと共に負電極118となる。筒状体113
のもう一端にはハンダによって構成された正電極115を
備えている。正電極115には新しい鍍金液が筒状体113内
に出入り可能なように液孔117を設けている。筒状体113
の径及び一端113a近傍に形成された開口面はウエハーの
平面形状とほば合致する形状に形成してあり、均一な鍍
金を得るのに効果をもたらしている。第５図（イ）、
（ロ）において、119はウエハーＷの表面周辺の撹拌を
目的とする液を噴出するノズルを有する鍍金液噴出パイ
プで、ウエハーＷの小領域内での均一な鍍金を得るのに
効果をもたらしている。正電極115と負電極118には各々
電極の（＋）極116aと（−）極116bが接続されている。
本装置による鍍金処理によりICの電極部100に第３図
（ロ）に示すごとく銅鍍金層103を形成し、さらに銅鍍
金層103の上に銅鍍金装置と同様の構造を持つハンダ鍍
金装置（図示せず）によりハンダ鍍金層104を形成す
る。ハンダ鍍金層104の成分はSnが60％でPbが40％のも
のを用いている。但し、Snの組成はウエハー内で若干の
バラツキがあり、その程度は50〜70％位である。第４図
の工程（ｄ）において、第３図（ハ）に示すようにレジ
スト101の剥離を行なう。第６図を参照してレジスト剥
離装置の概略図を説明すると、120は自動搬送装置の一
部分であり、121はバスケット掴みであり、124は剥離槽
で、124aは自動開閉蓋であり、125は自動調節の加熱器
であり、126は撹拌器であって槽内は常に撹拌され温度
が均一化されている。同図に示していないがウエハーが
剥離槽124内へ入り、蓋が閉じると自動的に揺動が始ま
り、レジストの剥離が進行する仕組みとなっている。レ
ジスト剥離液の成分はフェノール、ジクロルベンゼン、
テトラクロルエチレン、界面活性剤となっている。レジ
スト剥離液の温度は摂氏100Cである。レジスト剥離にお
いて生じる現象について第３図（ロ）を参照として説明
すると、ハンダ鍍金層104は端部も中央部も全てほぼ一
定厚で形成されている。鍍金後に形成されたバンプの形
状は頂上が平らで、ハンダ鍍金層104の底辺面104aは厚
み５ミクロンのレジスト101を介して中間金属層の蒸着
銅層105と向いあっている。レジスト101が剥離されるに
従い、剥離液が代わりに狭い空間域に浸入し、ハンダ鍍
金層104中のSnを少しずつ溶解するが狭い空間域は撹拌
されにくいためSnの濃度がしだいに高くなる。或はハン
ダ鍍金層104の底辺面104aと蒸着銅層105間の距離が非常
に近いため、剥離液を介して高温状態のSnは容易に蒸着
銅層105へ浸入、拡散し、合金化し、第３図（ハ）の黒
塗り部で示すようなリングの前駆状態であるCu−Sn合金
層105aを形成する。以上の機構を第10図のデータによっ
て説明すると、第10図（イ）のオージェ分析にも見られ
るようにハンダ鍍金層104の底辺面104a直下以外のCu面
部105bにはSnは検出されないが、同図（ロ）のようにハ
ンダ鍍金層104の底辺面104a直下のCu面部105aにはSnが
検出され、また同図（ロ）においてSnが表面から深さ方
向に向かって次第に減少していることから、表面から内
部に向かって拡散したことが明らかである。図示してな
いが同様の結果がＸセンマイクロアナライザーによって
も得られている。さてこの状態で第４図工程（ｅ）の中
間金属層のエッチングに入るのであるが、上述のCu−Sn
合金層105aは第３図（ハ）に示す中間金属層105〜107の
エッチングによって銅リング105cとなる。中間金属層の
蒸着銅層105のエッチング装置の概略図を第７図によっ
て説明すると、123はウエハー用のバスケットであり、1
28は商品名エンストリップＣの銅アンモニア系の銅エッ
チング槽であり、129は空気撹拌のための空気孔129bを
有する空気導入管である。次に中間金属層106〜107のC
r,Alのエッチング装置の概略図を第８図によって説明す
ると、131は自動調節の温熱器であり、130はフェリシア
ン化カリュウムとNaOHの混合液を入れたCr,Alエッチン
グ槽であり、132は水洗槽である。上述のCr,Alエッチン
グ槽130によってまずウエハーＷをCr,Alエッチング槽13
0に浸漬し、所定時間矢印130a方向に揺動することによ
り中間金属層106〜107を均一に除去した後、水洗槽132
で矢印132aに従って水洗する。その結果、Cu−Sn合金層
はCr,Alエッチング槽130のエッチャントによりエッチン
グされないため第３図（ニ）に図示のごとくCuとSnの合
金部分であるCu−Sn合金層105a以外は全て消滅、銅リン
グ105cを生じる。生じた銅リング105cは支持体がないた
めフラフラと動く。この動き安さは第４図工程（ｆ）の
高温リフロー後の状態を示す第３図（ホ）の形状になる
と一層大きくなり、短絡の原因となる。第９図を用いて
高温リフローの概略図を説明すると、Ｗはウエハーであ
り、133はフラックスの吐出口であり、134はスピンナー
であり、135は搬送ベルトであり、136は加熱部であり、
137は窒素導入口であり、138は排気口であり、139はフ
ラックス貯蔵器である。フラックスによる表面酸化物の
除去と加熱による溶融のためバンプは第３図（ホ）のご
とく光沢ある完全に滑らかな形状に形成される。本リフ
ローにより上述の銅リング105cは明瞭に黙視可能とな
り、且つ近辺においてフラつくようになる。最後に工程
（ｇ）によりフラックス洗浄を行ってバンプを完成させ
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述したバンプの形成法においては、鍍金後にレジス
ト除去（第３図（ハ））、中間金属層の除去（同図
（ニ））、ハンダ層リフロー（同図（ホ））の順に行な
うので、特にSn約60％の共晶ハンダにおいて各バンプの
周りに中間金属層が可動な銅リング105cとなって残る。
一旦形成されたリングは簡単に壊れるものではなく、自
由に動きまわり、且つ導電性のため隣接バンプやICチッ
プ外への接触によりショートの危険性をはらんでいる。
特にハンダの組成がSn約60％の共晶に近い場合、Snの含
量が多いため剥離液への溶解も多く、蒸着銅層105へ移
動、浸入、合金化することによる銅リング105cの発生確
率は高く、また大きい。銅リング105cの除去方法は容易
ではなく、スプレー洗浄、超音波洗浄等の方法も効果な
い。比較的に効果的な方法としてブラシによる物理的除
去方法も考えられるが、ウエハー上の膨大な数のバンプ
の周りに形成された銅リングを完全に除去するのは容易
でない。例えば乾いたブラシで除去しようとすれば強い
力を必要とし、結果としてバンプ104b表面やポリイミド
層108を傷つけたり、ウエハーの割れによって歩留まり
の低下につながる。これを避けるため水中でブラシをか
けると、銅リング105cは厚み１ミクロン程度の薄片で且
つ柔らかいためウエハー表面に付着、除去が困難とな
る。また入手により除去することは自動化を阻害するば
かりでなくコストも高くなりコストダウンの要望に答え
ることができない。尚、銅リングは前述に説明のように
ハンダ鍍金層のSnが多くなればなる程顕著に現れるが、
Snが20％程度以上になってくると銅リングが発生する危
険が大きくなってくる。

本発明はこのような事情にかんがみてなされたもの
で、中間金属層の残りである銅リング105cの発生を根本
的に防止し、ICチップの歩留まりを向上することのでき
るバンプ形成方法の提供を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明のバンプ形成法
は、中間金属層を形成後、レジストに形成された開口部
にCuおよびハンダ鍍金を形成し、リフローによりハンダ
を丸めてバンプを形成するに際して、レジスト剥離前に
一回目のリフローを低温度で予備リフローし、次いでレ
ジスト剥離後電極部以外の不要な中間金属層を除去し、
その後高温度で本リフローを行うことを特徴としてい
る。

好ましい態様としてレジスト除去前のリフローはハン
ダのウエハー面上での流れ防止のため低温の210℃付近
でリフローを行なう。また好ましい態様としてボンディ
ングにふさわしい光沢ある金属表面が得られるのは共晶
ハンダに近い場合、260℃以上なのでレジスト、中間金
属層の除去後に260−280℃の高温リフローを実施するこ
とにより銅リングの発生しない完全なバンプの形成を可
能にできる。

〔作用〕

本発明は上述した構成としたので、レジスト除去前に
低温リフローを行なうことにより、ハンダバンプの形状
を頂上が平らな状態から一応球状に形成することによ
り、ウエハー上の蒸着銅層105とハンダ鍍金層の底辺面1
04aとの対応面を無くすことができ、よってレジストを
除去する際に従来のような頂上が平らなハンダ鍍金層10
4の底辺面104aと蒸着銅層105の狭く長い隙間５ミクロン
の間に満たされたレジスト剥離液中に微量のSnが溶解、
中間金属層に直ちに浸入、拡散、合金化し銅リングの前
駆状態を形成することを防止する。

従って、従来のように鍍金後のレジスト剥離におい
て、頂上が平らなハンダ鍍金槽104の底辺面104aと中間
金属層105が狭い隙間５ミクロンを介して広い領域にわ
たり面と面が向かい合う状態を避けることができ、よっ
て剥離液に溶解したハンダ中のSnが濃度一定のまま蒸着
銅層105へ移動、浸入、拡散することによってCu−Sn合
金層105aの合金を作ることを防止し、従って銅リングの
前駆状態となることを防ぐ。次いで、中間金属層105〜1
07を除去する際にはCu−Sn合金層105aは存在しないため
最終的には銅リング105cの発生は一切生じない。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明
する。

第１図（イ）〜（ハ）は本発明のバンプ形成法に関わ
る実施例の主要工程におけるバンプの各断面図を示す。
第２図は本発明のバンプ形成法に係わる実施例の主要工
程のフローチャートである。第１図および第２図におい
て、本実施例のバンプ形成工程について工程（ａ）〜
（ｉ）にもとずいて説明する。まず工程（ａ）〜工程
（ｃ）までは従来の技術と同一であり、第１図（イ）は
（ｃ）の鍍金工程終了時の状態を示す。すなわち、ウエ
ハーの表面および裏面にレジスト101（ハンダ付着防止
膜）を形成し、各ICの電極部100を露光することにより
当該部分のみレジスト101を除去した後、第５図に示す
円筒型鍍金装置110を用いて鍍金処理を施して各ICの電
極部100に銅鍍金層103を形成、さらにCu鍍金の上にハン
ダ鍍金層104を積層する。次いで工程（ｈ）に移り、レ
ジスト未除去の状態で低温約200−230℃にて低温リフロ
ーを行なうことにより第１図（ロ）に状態のように丸ハ
ンダバンプ104bとなる。低温リフローでは酸化膜等の表
面被覆物109を完全に除去できず光沢が得られない。但
しレジストが強く、高温に耐え、ひび割れによるハンダ
流れを生じない場合は上述の温度を上げることは可能で
ある。次にフラックス洗浄工程（ｉ）であるが、ハンダ
のリフロー丸めにおいてフラックスを用いる必要がある
が、使用するフラックスはレジストと界面で融合するた
めフラックス洗浄槽に溶解させる際に一部レジスト101
も剥離する。このためフラックス洗浄槽の一部汚染につ
ながる問題が生じるが、フィルターろ過により容易に取
り除くことも可能である。次いで工程（ｄ）に移り、残
りのレジスト部分を第６図のレジスト剥離装置にてレジ
スト剥離液を用いて剥離する（第１図（ハ））。この
時、蒸着銅層105とレジスト厚５ミクロンの薄い層を介
して面が向かい合うハンダ底辺面104aはすでにリフロー
丸めによる消滅により存在しないため、剥離液中にSnが
溶解してもすぐに蒸着銅層105へ届かない。また狭い空
間域にSnが閉じこめられることもなく、絶えず撹拌され
ているので中間金属層銅の蒸着銅層105のすぐ近くのSn
の濃度は高くならない。よって中間金属層の蒸着銅層10
5の中へSnが浸入、拡散することにより銅リングの前駆
状態であるCu−Sn合金層105aを形成することはない。従
って次の工程（ｅ）において、中間金属層Cu、Cr、Alを
エッチングした後に銅リング105cを生じることはない
（第１図（ニ））。（ｆ）は高温リフロー工程で、好ま
しい態様として、低温リフローにおけるハンダ表面の光
沢不足、表面酸化膜、不純物の除去不足を補うため最終
工程として２回めのリフローを高温で行なう。高温リフ
ローは270C−280Cが好ましい。最終的に（ｇ）によりフ
ラックス洗浄を行い、第１図（ニ）に示すようなバンプ
形状を完成させる。

本発明の特徴としては、工程（ｄ）のレジスト剥離前
に工程（ｈ）の低温リフロー工程と工程（ｉ）のフラッ
クス洗浄の工程が追加され、リフローは工程（ｈ）は低
温リフローと工程（ｆ）の高温リフローの２回リフロー
方式となっている。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明のバンプ形成法によれば
中間金属層のエッチング後におけるCuリングの形成を完
全に防止でき、よって共晶ハンダを含む全ての組成にお
けるハンダでのバンプの形成が可能となる。また本発明
の工程によれば簡単な構成で、低コストな設備で、困難
と考えられていた銅リング105cの形成防止を行うことが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（イ）〜（ニ）は本発明のバンプ形成法に係わる
実施例の主要工程にを示す断面図で、第２図は同じく本
発明の主要工程のフローチャートである。第３図（イ）
〜（ホ）は従来技術におけるバンプ形成工程を示す断面
図で、第４図は従来の主要工程のフローチャートであ
る。第５図（イ）はウエハー鍍金装置の断面正面図、同
じく（ロ）は断面側面図を示す。第６図はレジスト剥離
装置の一部切欠斜視図、第７図は中間金属層Cuのエッチ
ング装置の斜視図、第８図は中間金属層Cr,Alエッチン
グ装置の斜視図、第９図はリフロー装置の断面正面図で
ある。第10図（イ）は中間金属層銅面上で、銅リング前
駆状態以外の部分のオージェ分析データを示す図で、第
10図（ロ）の前駆状態部のオージェ分析データの結果を
示す図である。 100……ICの電極部、101……レジスト、 103……銅鍍金層、104……ハンダ鍍金層、 105……蒸着銅層、 105a……Cu−Sn合金層、 105c……銅リング、107……蒸着アルミ層、 113……筒状体、114……ウエハー取付板、 115……正電極、118……負電極、 119……鍍金噴出パイプ、 121……バスケット掴み、 123……バスケット、124……剥離槽、 128……銅エッチング槽、129b……空気孔、 130……クロム、アルミエッチング槽、 131……温熱器、133……フラックス吐出口、 134……スピンナー、135……搬送ベルト、 136……加熱部、 201……オージェ分析データ、 202……オージェ分析データ。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ICおよび外部接続用の電極が形成されてい
   るウェハー上にバンプの中間金属層を形成する工程、該
   中間金属層上にメッキレジストを塗布する工程、前記電
   極の部分にレジストの開口部を形成する工程、該開口部
   にCuおよびハンダを鍍金する工程、そしてレジストを剥
   離後リフローによるボンディング用のハンダバンプを丸
   め形成する工程を有するバンプの形成方法に於いて、前
   記Cuおよびハンダを鍍金する工程とレジスト剥離をする
   工程の間に前記ハンダバンプを丸め形成するよりも低温
   度で予備リフローする工程を入れ、次いで前記レジスト
   剥離後電極部以外の不要な前記中間金属層を除去する工
   程、及び本リフローする工程を備えたことを特徴とする
   バンプの形成方法。