JP3349656B2 - バンプおよびその製造方法 - Google Patents

バンプおよびその製造方法

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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/10Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/11Manufacturing methods

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  • Electroplating Methods And Accessories (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気めっき法によ
り作製されるめっきバンプおよびその製造方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】半導体その他の電子素子の引き出し電極
と外部端子とを電気的に接続するために、金あるいはア
ルミニウム等の細線により半導体電極と外部端子とを橋
渡し金属接合することにより接続するワイヤーボンディ
ング法が広く使用されてきた。しかし、「表面技術」Vo
l. 44, 1028 ページ(1993年)に記載されているよ
うに、半導体からの電極引き出しは、高密度化につれ、
ワイヤーボンディングからバンプ接合へと変化してい
る。バンプ接合は半導体電極と位置的に整列した外部端
子を直接接合する方法である。このバンプは電気めっき
法により形成されているが、マッシュルーム(茸)型と
ストレートウォール型の2種類がある。そして配線密度
向上のためにはストレートウォール型が好ましいことが
記載されている。
【0003】現在、広く使用されているマッシュルーム
バンプは図3に示すように基体10上に導電体膜20を
形成した後、フォトレジスト30でパターニングを行
う。この状態で電気めっきを行うことでめっき膜40が
形成される。ここでめっき膜40がマッシュルーム形状
になるのは、図4に示すように、電気めっき膜の成長が
等方的であるためである。すなわち図4においては下地
導電体膜20が点である場合を示しているが、この点か
ら水平方向、垂直方向に同じ成膜速度で膜成長がおこる
ために水平方向のめっき厚L1と、垂直方向のめっき厚
L2が同じになる。このため、この場合には半円状のめ
っき膜40が形成される。すなわちめっきの幅W2はめ
っきの膜厚Hの2倍となる。下地導電体層にW1の幅が
ある通常のバンプめっきでは、図3に示すようにW2=
W1+2×L1となる。例えば特開平2−90622号
には金バンプの形成方法が開示されているが、ここで使
用されているバンプは明らかにマッシュルーム型であ
る。また平成9年度電気学会全国大会要旨集3−280
にはめっきによる金属膜成長を用いた立体交差配線とし
てマッシュルーム型バンプと同様の構造が開示されてい
る。しかし、ここでは水平方向へのめっき成長が促進さ
れている点が通常のバンプとは異なる。
【0004】これに対して図2に示すストレートウォー
ル型では、所望のめっき膜厚Hと同じ厚さTのフォトレ
ジスト30をパターニングし、その内部にめっき膜40
を成長させる。このため下地導電体層の幅W1はめっき
膜の幅W2と等しく、さらにフォトレジストの厚さTは
めっき膜厚Hと等しくなる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】前述のように配線密度
向上のためにはマッシュルーム型バンプよりもストレー
トウォール型バンプが好ましい。しかしストレートウォ
ール型バンプ形成のためには、フォトレジストでパター
ニングする際に厚膜で、かつ高アスペクト比(厚さ/幅
比)が要求される。このようなフォトレジストは高価で
あり、かつプロセスにも時間がかかる。本発明は、薄い
フォトレジストを利用するにも拘らず幅方向の成長が抑
制され厚さ方向に優先的に成長を生じるめっき法により
ストレートウォールバンプを形成することを目的とす
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、パ
ターニングされた下地導電体上に電気めっき法により、
ストレートバンクウオール型のようにめっき形成される
バンプの側面をフォトレジストにより制限しないで作製
された微細バンプにおいて、下地導電体から水平方向の
めっき厚をL1、垂直方向のめっき厚をL2とした時に
L2/L1>2であることを特徴とする電気めっき法に
より作製されたすず、鉛、ニッケル、金、銅のいずれか
を主成分とするバンプを提供する。本発明はまた、パタ
ーニングされた下地導電体上に、下地導電体から水平方
向のめっき厚をL1、垂直方向のめっき厚をL2とした
時にL2/L1>2であるバンプをすず、鉛、ニッケ
ル、金、銅のいずれかのイオンを含む水溶液から製造す
る際に、バンプの側面を制限しないで、成膜時の撹拌速
度vが0.01〜0.1m/s、電流密度iが5〜10
A/dm、金属イオン濃度Mが0.01〜0.4モル/リ
ットルであることを特徴とする電気めっき法により作製
されたたすず、鉛、ニッケル、金、銅のいずれかを主成
分とするバンプの製造方法を提供する。ここに攪拌速度
とはバンプを形成する箇所で測っためっき液の速度であ
る。攪拌速度はウエハーめっきで通常用いられているパ
ドル攪拌装置による攪拌、ウエハーを上下左右にストロ
ーク運動させるカソードロッカーによる攪拌の場合に
は、それぞれパドル速度、ウエハー移動速度を攪拌速度
とする。これに対してめっき液をポンプ等で流動させな
がら攪拌を行う場合には、めっき液中に比重がめっき液
にほぼ等しい微小固体を分散し、その固体のウエハー近
傍での移動速度から攪拌速度を求めることが可能であ
る。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的構成につい
て詳細に説明する。図1に本発明の電気めっき法により
作製されたバンプの断面図を示す。半導体ウエーハ等の
基体10上に導電体膜20を形成した後、フォトレジス
ト30でパターニングを行いフォトレジスト30に幅W
1(パターニング幅)の開口部を形成する。導電体膜2
0は電気めっき通電のために不可欠であり、銅等の金属
をスパッタ等の真空成膜法で成膜することが好ましい。
通電を確保するのが目的のため膜厚は500〜2000
Å程度の薄膜で十分である。パターニングはフォトレジ
ストを塗布し、マスクを通じて露光、現像することで行
う。本発明においてはフォトレジストの厚さTは薄くて
構わないため、0.1〜5μm 程度で十分である。この
ため汎用の安価なフォトレジストを使用し、露光、現像
等のプロセス時間も短い。ここで下地導電体層のパター
ニング幅W1が100μm 以下であることが好ましい。
前記範囲を越えると、めっき膜の幅W2はW1によりほ
ぼ決定されてしまうためである。最小線幅は特に限定さ
れるものでは無いが実用上の工程を考えると1μm 程度
が好ましい。次に電気めっきを行うことでめっき膜40
が形成される。本発明においては下地導電体膜から横方
向のめっき厚をL1、縦方向のめっき厚をL2とした時
にL2/L1>2であるバンプを形成する。前記範囲で
は安価な従来のフォトリソプロセスにより高密度配線が
可能となる。前記範囲をはずれると電極同士がショート
する危険性が有る。電気めっきする金属としてはすず、
鉛、ニッケル、金、銅のいずれかを主成分とする。これ
は導電性、半田付け性を確保するためである。
【0008】本発明のバンプは、めっき成膜時の撹拌速
度vが0.01〜0.1m/s、電流密度iが5〜10
A/dm2、金属イオン濃度Mが0.01〜0.4モル/リ
ットルであることが好ましい。上記の条件は、本来は水
平方向も垂直方向も同じ速度で成膜されるめっき膜を、
垂直方向に異方性成長させるために必要となる。撹拌速
度vが前記範囲以下では金属イオンの析出面への拡散が
不十分でヤケを起こし、前記範囲以上では水平方水平方
向への成長が早くなってしまう。また逆に電流密度iが
前記範囲以下では水平方向への成長が早くなってしま
い、前記範囲以上ではヤケ現象が起こる。金属イオン濃
度Mが前記範囲以下では金属イオンの析出面への拡散が
不十分でヤケを起こし、前記範囲以上では水平方向への
成長が早くなってしまう。すなわち、この3つの条件は
異方性成長のために同じように寄与する。この3つの条
件が全て前記範囲になければならない。特に注意すべき
は、必要上ある条件が上限、または下限に近い場合に
は、他の条件が、それを補うようにやはり上限または下
限に近い条件に設定する必要があることである。
【0009】もちろんパターニングされたフォトレジス
ト30はめっき成膜後に剥離しても構わない。またフォ
トレジストでパターニングした下地導電体膜の代わり
に、図5のように最初にパターニングした導電膜を用い
ても構わない。ただし、孤立したパターンでは導通が確
保されないのでこの方法は適用できない。
【0010】
【0011】
【実施例】以下、本発明の実施例、比較例について詳細
に説明する。 実施例1 図1に示した構造のバンプを製作した。すなわち、基体
を構成するシリコンウエハー10上にアルミニウム、ク
ロム、金の順に下地導電体膜20として全面に成膜した
後、フォトレジストをスピンコートし、膜厚1μm のフ
ォトレジスト30を設けた。直径W1=40μm の円形
バンプパターンが中心距離100μmの間隔で多数配置
されているマスクを用いてパターニングを行った。この
ウエハーを表1に示す条件にてパドル攪拌を行いながら
めっきを行い、めっき厚L2=50μm の金バンプを作
製した。めっき時間は膜厚が一定になるように、各々の
ウエハーで変化させている。使用しためっき液は日本
エレクトロプレーティングエンジニアーズ社製テンペレ
ックス707を基本とし、金イオン濃度を増減させた。
成膜後に顕微鏡にてめっき幅(直径)W2を測定し、そ
れから水平方向のめっき厚L1=(W2−W1)/2を
求めた。垂直方向のめっき厚L2は50μm とし、めっ
き膜成長の異方性のパラメータとしてL1/L2を計算
した。なお、W2が100μm 以上のバンプは横のバン
プとショートしていた。
【0012】
【表1】 V i M m/s A/dm2 モル/リットル ---------------------------------------------------------- A(実施例) 0.03 7.5 0.1 B(実施例) 0.02 6.0 0.05 C(実施例) 0.05 8.0 0.10 D(比較例) 0.03 2.0 0.1 E(比較例) 0.20 7.5 0.1 F(比較例) 0.03 7.5 0.6 -----------------------------------------------------------
【0013】
【表2】 W2 L1 L2/L1 μm μm ------------------------------------------------------------ A(実施例) 50 5.0 8.0 B(実施例) 53 6.5 7.7 C(実施例) 65 12.5 3.2 D(比較例) 120 40.0 1.3 E(比較例) 140 50.0 1.0 F(比較例) 105 32.5 1.5 ----------------------------------------------------------
【0014】上の表から、成膜時の撹拌速度vが0.0
1〜0.1m/s、電流密度iが5〜10A/dm2 金属イ
オン濃度Mが0.01〜0.4モル/リットルである時
に、L2/L1>2である著しい異方性が得られ、高密
度のバンプを形成することが可能なことが分かる。
【0015】
【発明の効果】本発明により、安価な従来のマッシュル
ームバンプ作製と同様のフォトリソプロセスにより、高
密度配線が可能なストレートウォール型バンプと同等の
めっきバンプが形成される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の薄型磁気素子の1例を示す断面図であ
る。
【図2】従来のストレートウォール型バンプを示す断面
図である。
【図3】従来のマッシュルーム型バンプを示す断面図で
ある。
【図4】マッシュルーム型バンプができる理由を示す断
面図である。
【図5】本発明の他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
10 基体 20 下地導電体膜 30 パターニングされたフォトレジスト 40 めっき膜 H めっき膜厚 T レジスト膜厚 W1 下地導電体層の幅 W2 めっき幅 L1 水平方向めっき厚 L2 垂直方向めっき厚
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−275811(JP,A) 特開 平10−261642(JP,A) 特開 平10−135215(JP,A) 特開 平10−50708(JP,A) 特開 平9−330949(JP,A) 特開 平8−274102(JP,A) 特開 平8−236530(JP,A) 特開 平8−222573(JP,A) 特開 平7−58114(JP,A) 特開 平6−302606(JP,A) 特開 平6−177138(JP,A) 特開 平1−122141(JP,A) 特開 平1−4091(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C25D 7/12 H01L 21/60

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 パターニングされた下地導電体上に電気
    めっき法により、バンプの側面を制限しないで作製され
    た微細バンプにおいて、下地導電体から水平方向のめっ
    き膜厚をL1、垂直方向のめっき膜厚をL2とした時
    に、L2/L1>2であることを特徴とする電気めっき
    法により作製されたすず、鉛、ニッケル、金、銅のいず
    れかを主成分とするバンプ。
  2. 【請求項2】 下地導電体のパターニング幅が100μ
    m 以下であることを特徴とする請求項1に記載の電気め
    っき法により作製されたバンプ。
  3. 【請求項3】 パターニングされた下地導電体上に、下
    地導電体から水平方向のめっき膜厚をL1、垂直方向の
    めっき膜厚をL2とした時にL2/L1>2であるバン
    プを製造するにあたり、すず、鉛、ニッケル、金、銅の
    いずれかのイオンを含む水溶液から、バンプの側面を制
    限しないで、成膜時の撹拌速度vが0.01〜0.1m
    /s、電流密度iが5〜10A/dm、金属イオン濃度M
    が0.01〜0.4モル/リットルであることを特徴と
    する電気めっき法によるすず、鉛、ニッケル、金、銅の
    いずれかを主成分とするバンプの製造方法。
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