JP3267181B2 - 金属突起電極形成装置及び金属突起電極形成方法 - Google Patents

金属突起電極形成装置及び金属突起電極形成方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体の素子上に
金属突起電極を形成する装置及び方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】今日、半導体素子を金属突起を介して電
気的に接続する半導体実装技術は多種多様の方法で工業
製品に使用されている。中でも特に低融点金属を用いた
金属突起の形成は、形成方法や実装が容易であることか
ら、非常に重要な技術の一つとなっている。
【0003】そこで以下では従来の金属突起電極の形成
方法について図4を参照しながら説明する。なお図4
は、従来の金属突起電極の形成工程を示す断面図であ
る。
【0004】まず図4(a)に示すように、不純物の拡
散工程等を終了した半導体素子の形成されたシリコンウ
エハ40の表面にはAl電極41が形成されており、こ
のAl電極上には自然酸化膜が形成されているわけであ
るが、この工程において上記の自然酸化膜を除去する。
なお、この時自然酸化膜除去に用いるエッチング液とし
ては、例えば水酸化ナトリウムやリン酸等を用いる。次
に、ウエハ40上全面にバリアメタル42を蒸着する。
ここで、バリアメタルとしてはTi/PdやCr/A
u、TiW/Au等を用い、各々の厚さは例えば約0.
2〜0.5μm程度である。そして上記のバリアメタル
42の不要部分をエッチングするため、Al電極41上
にのみエッチング用レジストマスク43をフォトリソグ
ラフィー技術により形成し、エッチングを行う。具体的
には、エッチング液としてPdやAuの場合は王水系、
Tiの場合はエチレンジアミン四酢酸系、TiWの場合
は過酸化水素水系を使用するのが一般的である。なおフ
ォトレジスト43はポジ型またはネガ型のどちらでもよ
く、厚さは例えば1.0〜3.0μm程度である。そし
て上記のエッチングが終了した後はレジストマスク43
を除去する。
【0005】次に図4(b)に示すように、バリアメタ
ル42上に低融点金属バンプを形成するために、バリア
メタル42上に開口部を有するレジストマスク44をフ
ォトリソグラフィー技術を用いて形成した後、蒸着によ
り低融点金属45をバリアメタル42上に形成する。
【0006】さらに図4(c)に示すように、低融点金
属蒸着後はレジストマスク44を除去してウエハ上に低
融点金属バンプ45を得る。
【0007】最後に図4(d)に示すように、低融点金
属バンプ45のリフローを行い、より形状の良い金属突
起46を形成する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の金属突起形成方法においては、下記のような問
題点が存在する。すなわち、図4に示す金属突起の形成
方法では、低融点金属バンプを形成するために、フォト
リソグラフィー工程、エッチング工程、蒸着工程などの
複雑な工程を繰り返す必要性があり、また高額の設備も
必要とするため、結果として、必然的に金属突起形のコ
ストが高くなる。
【0009】上記の課題を解決する方式の一つとして、
ディップ方式を用いた金属突起の形成を挙げることがで
きるが、このディップ方式においても下記に示すような
問題点が存在する。
【0010】まず第1に、ディップ槽の溶融金属表面に
酸化膜が形成されていたり、試料をディップ槽から引き
上げる際に金属が急冷されることに起因して、金属突起
の高さバラツキ、形状バラツキが発生してしまう。第2
に、通常、溶融された金属から試料をディップ槽から引
き上げた後、形成された金属突起表面に酸化膜が形成さ
れてしまうが、この酸化膜は、他金属との接合時に十分
な接合の妨げとなってしまう。
【0011】そこで本発明は上記の問題点に鑑み、コス
トの上昇を招くことなく、形状が安定し(バラツキがな
い)、かつ電気的な接続を行うにあたっての問題点が発
生しない金属突起の製造方法を提供することを主な目的
とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明の金属突起電極形成装置は、金属突起電極の
材料である低融点金属材料を溶融した状態で収めるとと
もにディップ槽と、ディップ槽に低融点金属材料を収め
た際に低融点金属材料の表面を2つの領域に分離する分
離手段と、分離手段によって分離された低融点金属材料
表面の一方を不揮発性材料からなる有機材料で覆った構
成となっている。
【0013】また本発明の金属突起電極形成方法は、溶
融した低融点金属材料中に半導体素子を浸漬し半導体素
子の電極上に低融点金属材料からなる金属突起電極を形
成する工程と、半導体素子を溶融した低融点金属中から
引き上げる際に不揮発性材料からなる有機材料中を通過
させて半導体素子の電極上に形成された金属突起電極上
に有機材料を形成する工程とを有する構成となってい
る。
【0014】上記の構成により、形成された金属突起電
極の表面に酸化膜が形成されるのを防止することができ
る。
【0015】そして本発明の金属突起電極の形成方法と
して好ましくは、半導体素子を加熱保温した状態で半導
体素子を溶融した低融点金属材料中に浸漬する構成とな
っており、これにより、形成された低融点金属突起の急
冷に基づく高さバラツキの発生などを防止することがで
きる。
【0016】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態における
金属突起電極形成装置及び金属突起電極形成方法につい
て図面を参照しながら説明する。
【0017】図1は、本実施の形態における金属突起電
極形成装置の概略図を示したものである。
【0018】図1に示すように、加熱保温手段を有する
ディップ槽11には、半導体素子の電極(例えばAl電
極)に形成される金属突起の材料として、Sn−Pbや
Inのような低融点金属13が溶融されている。そし
て、上記のディップ槽11は、低融点溶融金属13の表
面に酸化膜が形成されるのを防止するために、不活性ガ
ス(N2またはAr雰囲気)に制御された反応容器17
に収められており、また低融点金属表面層上に酸化膜が
もし形成された場合に、この酸化膜を除去するためのに
スキージ16が設けられている。なお、場合によっては
高圧不活性ガスにてよって上記の酸化膜を除去すること
も可能である。
【0019】また、上記のほかに低融点溶融金属13表
面の一部を不揮発性成分からなる有機材料(例えばシリ
コン系オイル)14で覆うための分離板12が設けられ
ており、この分離板12(低融点金属材料の表面を2つ
の領域に分離する分離手段)は、ディップ槽11を2分
割しているが、槽の下層領域は分離されていないため、
この分離されていない領域を前記半導体素子が通過する
ことができる。
【0020】上記のような金属突起電極形成装置を用い
た半導体素子電極上への金属突起の形成は、次のように
行われる。
【0021】まず、ディップ槽11に溶融された金属表
面13に酸化膜が形成されている場合にはスキージ16
により酸化膜の除去を行う。次に図2における金属突起
22を形成するため、Al電極21が形成された半導体
素子20を溶融された低融点金属材料13の槽のA槽側
から浸漬する。そして、半導体素子20を分離板12の
下面を通過させ、B槽側に移動させる。この段階で半導
体素子20の電極上に低融点金属材料からなる突起が形
成されることになる。
【0022】最後に、浸積させた半導体素子20を分離
板12により分離された不揮発性オイル(シリコン系オ
イル)23側から引き出す。この時、半導体素子20の
電極21に形成された金属突起22の表面に、この有機
材料である不揮発性オイル23が被膜状に形成され、半
導体素子20が液面から引き上げられた時に見られる金
属表面酸化膜形成を防止することが可能となる。この
後、半導体素子20は保持冶具5の温度制御装置24に
より徐冷し、保持冶具25よりはずす。
【0023】このように本実施の形態によれば、半導体
素子のAl電極上に低融点金属を形成する際に、溶融し
ている低融点金属の表面の自然酸化膜を除去するという
操作を行っており、また、溶融している低融点金属材料
中から半導体素子を引き上げる際には最終的に不揮発性
の有機材料中を通過させることにより、Al電極上の低
融点金属突起電極上にオイル被膜23を形成して外部か
ら保護できるため、形成された金属突起電極上に酸化膜
が形成されにくくすることができる。従って、金属突起
の高さバラツキを少なくし、またその後の金属突起電極
を介した電気的な接続を確実に行う上で非常に有用なも
のとなる。
【0024】なお、図2に示すように、半導体素子20
を保持する保持冶具25には、セラミックヒーターのよ
うな加熱保温手段24を備えておくとよい。
【0025】上記のように加熱保温手段を備えておく
と、半導体素子20を予め溶融金属13と同等の温度に
まで昇温して保持することができる。そうすると、半導
体素子20が溶融金属13に浸積される際、またはその
後の引き上げ時の際に起こる急激な温度変化を防ぐこと
ができ、結果として電極上に形成された金属突起22が
急冷硬化によって発生する変形を防止することができ
る。従って、金属突起電極の高さバラツキなどをなくす
ことができる。
【0026】また図3に示すように、半導体素子表面の
Al電極上には、Ni・Auを形成した電極を用いるこ
ともできる。
【0027】
【発明の効果】低融点金属材料から、半導体素子を引き
上げる際に不揮発性成分からなる有機材料中を通過させ
るため、半導体素子の電極上に形成された金属突起の形
状の安定化および、金属突起表面の酸化を防止すること
ができる。
【0028】また、加熱できる保持治具を用いることに
より、低融点金属材料に浸積する際、あるいは引き上げ
る際の急激な温度変化による素子へのダメージ、形成さ
れた金属突起の形状の不安定さを防止することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態における半導体金属突起形
成装置の概略図
【図2】本発明の実施の形態における半導体金属突起形
成を行う半導体素子の断面図
【図3】本発明の実施の形態における半導体金属突起形
成を行う半導体素子の断面図
【図4】従来の低融点金属突起電極の形成工程断面図
【符号の説明】
10 温度制御機器 11 ディップ槽 12 分離板 13 低融点材料 14 不揮発性成分の有機材料 15 ディップ試料 16 スキジー 17 反応容器 18 配管(N2) 20 半導体素子 21 Al電極 22 低融点金属突起(バンプ) 23 Au電極 24 オイル被膜 25 温度制御装置 26 マスク 30 シリコンウエハ 31 Al電極 32 ニッケル(Ni) 33 金(Au) 40 シリコンウエハ 41 Alパッド 42 バリアメタル 43 レジストマスク(エッチング用) 44 レジストマスク(蒸着用) 45 はんだ 46 金属突起
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/60

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体素子の電極上に金属突起電極を形成
    する装置であって、前記金属突起電極の材料である低融
    点金属材料を溶融した状態で収めるとともにディップ槽
    と、前記ディップ槽に前記低融点金属材料を収めた際に
    前記低融点金属材料の表面を2つの領域に分離する分離
    手段と、前記分離手段によって分離された前記低融点金
    属材料表面の一方を不揮発性材料からなる有機材料で覆
    ったことを特徴とする金属突起電極形成装置。
  2. 【請求項2】不揮発性材料からなる有機材料がシリコン
    系オイルであることを特徴とする請求項1に記載の金属
    突起電極形成装置。
  3. 【請求項3】溶融した低融点金属材料中に半導体素子を
    浸漬し前記半導体素子の電極上に前記低融点金属材料か
    らなる金属突起電極を形成する工程と、前記半導体素子
    を溶融した前記低融点金属中から引き上げる際に不揮発
    性材料からなる有機材料中を通過させて前記半導体素子
    の電極上に形成された前記金属突起電極上に前記有機材
    料を形成する工程とを有する金属突起電極形成方法。
  4. 【請求項4】半導体素子を加熱保温した状態で前記半導
    体素子を溶融した低融点金属材料中に浸漬することを特
    徴とする請求項3に記載の金属突起電極形成方法。
  5. 【請求項5】低融点金属材料が、はんだ、またはインジ
    ウムから選ばれる少なくとも1つであることを特徴とす
    る請求項3または4に記載の金属突起電極形成方法。
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