JP3419183B2 - バンプの製造方法と接合方法 - Google Patents

バンプの製造方法と接合方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はバンプの製造方法と
接合方法に係わり、高集積され高精度化された素子や回
路基板をフラックス無しで接合できるバンプの製造方法
と接合方法に関する。
【0002】
【従来の技術】図3は従来のフリップチップ接合法の模
式的な説明図である。図3(A)において、半導体素子
が設けられたチップ同士のフリップチップ接合、例え
ば、信号処理回路などが形成された半導体素子30と化合
物半導体からなる赤外線検出素子31をフリップチップ接
合する赤外線検出装置のような場合には、半導体素子30
の第一の下地金属層32の上に設けられた第一のバンプ33
と、赤外線検出素子31の第二の下地金属層34の上に設け
られた第二のバンプ35とを加圧溶融して接合する。
【0003】また、図3(B)において、例えば、セラ
ミックプリント板などの基板36の上に半導体素子30がフ
リップチップ接合される場合には、基板36の上に下地電
極37が設けられている。そして、半導体素子30の第一の
下地金属層32の上に設けられた第一のバンプ33を、下地
電極37に加圧溶融して接合する。
【0004】つまり、一般に、フリップチップ接合を行
うに際して、素子同士を接合する場合には、両者にバン
プが設けられており、基板に素子を接合する場合には、
素子の方にバンプが設けられる。
【0005】このようなフリップチップ接合では、バン
プ同士、あるいはバンプと下地電極との接合の信頼性を
維持するために、比較的高融点の金属をバンプとして用
いる場合には、例えば、AgバンプにPdを被覆するよ
うに、バンプの上にバンプ金属と合金や共晶を形成する
金属を被覆したり、AuバンプにInを含む金属を介在
させたりする提案がなされている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、素子の温度が
余り上げられないために、例えば、低融点金属のInを
バンプ金属として用いる場合には、バンプ頭部の接合面
にInの酸化膜が生成してフリップチップ接合における
密着性が低下してしまう。こうした酸化膜の除去には通
常フラックスが用いられる。ところが、バンプのピッチ
が細かくなるとフラックス処理が困難となり、バンプ間
の短絡の原因となったりする。
【0007】そこで本発明は、低融点金属のバンプを用
いたフリップチップ接合に際して、フラックスを用いず
に安定した接合が可能なバンプの製造方法と接合方法を
提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】上で述べた課題は、請求
1において、金属下地層の上にInからなるバンプを
設け、前記バンプの上にPdからなる金属層を被せ、前
記バンプを溶融温度を制御しながら加熱し、前記金属層
を前記バンプの表面に粒状に散在させるバンプの製造方
法によって解決される。
【0009】また、請求項において、請求項1記載の
方法で製造したバンプを、対向するバンプまたはパッド
に押圧して前記金属層によってバンプ表面の酸化膜を突
き破り、加熱する接合方法によって解決される。
【0010】つまり、Inのような低融点金属からなる
バンプは表面に酸化膜が形成し易いので、通常はフラッ
クスを用いて除去しているが、本発明においては、少な
くとも一方のバンプの表面にPdのような高融点金属か
らなる金属層を被せるようにしている。そして、加熱温
度を制御して金属層を薄片皿状を経て粒状に散在させる
ようにしている。
【0011】バンプの表面に粒状に散在した金属層は低
融点金属のバンプよりも硬い。そこで、接合に際して、
少なくとも一方の、粒状に散在した金属層を有する低融
点バンプと対向バンプ、あるいはバンプと基板のパッド
をそれぞれ衝合して押圧すると、粒状の金属層が、自ら
のバンプや対向バンプの表面に形成されている酸化膜を
突き破って接合される。そのあと加熱するとIn−Pd
の合金が形成され、安定したフリップチップ接合が達成
できる。
【0012】こうして本発明になるバンプによれば、フ
ラックスを用いずに、酸化膜によって覆われたバンプ
よるフリップチップ接合を行うことができる。
【0013】
【発明の実施の形態】図1は本発明になるバンプの製造
方法の模式的工程図、図2は本発明になるフリップチッ
プ接合方法の模式的説明図である。図において、1は素
子、2は下地金属層、3aは第1のレジスト膜、3bは第2
のレジスト膜、4はバンプ、4aはIn膜、5は金属膜、
5aはPd膜、6はフラックス、7は対向素子、8は対向
バンプ、9は基板、10はパッドである。
【0014】図1(A)において、例えば、半導体IC
などが設けられた素子1の上には、Al−Si配線の上
にTi/Pdの多層膜からなる下地金属層2が設けられ
ている。この素子1の全面に例えば膜厚10〜15μmのレ
ジストを塗布して第1のレジスト膜3aを形成し、下地金
属層2が露出するようにパターニングする。第1のレジ
スト膜3aには、リフトオフ用としてポジティブレジスト
を用いるとよい。
【0015】次いで、図2(B)において、素子1の全
面にIn膜4aを例えば10〜15μmの膜厚になるように蒸
着する。次いで、素子1を有機溶剤に浸漬し、リフトオ
フ法によって第1のレジスト膜3aと共に該第1のレジス
ト膜3a上に被着したIn膜4aを剥離すると、図1(C)
に示したように、下地金属層2上に残ったIn膜4aがバ
ンプ4となる。
【0016】次いで、図1(D)において、バンプ4が
形成された素子1の全面にレジストを塗布して第2のレ
ジスト膜3bを形成し、バンプ4が露出するようにパター
ニングする。第2のレジスト膜3bも第1のレジスト膜3a
と同様、リフトオフ用としてポジティブレジストを用い
るとよい。そして、バンプ4を形成するInに比べて融
点が高い金属、例えばPdを 0.5μm以下の膜厚になる
ように電子ビーム蒸着とかスパッタリングによって被着
しPd膜5aを形成する。そして、素子1を有機溶剤に浸
漬し、リフトオフ法によって第2のレジスト膜3bと共に
該第2のレジスト膜3b上に被着したPd膜5aを剥離する
と、図1(E)に示したように、バンプ4の上に残った
Pd膜5aが金属膜5となる。Pd膜5aの被着は、図1
(B)に示したIn膜4aを被着したあと引き続いて行う
こともできる。
【0017】次いで、図1(F)において、素子1の全
面にフラックス6を例えば回転塗布法によって30μmの
膜厚に塗布する。こゝで用いるフラックス6には、素子
1の上にはバンプ4が突出しているので、例えば15Pの
高粘度のフラックスを用いるとよい。そして、バンプ4
を構成するInの融点近傍まで加熱する。
【0018】先ず、Inの融点 156.6°C近傍の例えば
160°Cに加熱すると、Inが溶融してバンプ4が伏せ
た半円球状になると共に、図1(G)に示したように金
属膜5が薄片皿状になり、さらに、 180°Cまで温度を
上げると図1(H)に示したように金属膜5が粒状に散
在した状態となる。こうして、表面に粒状の高融点金属
が散在する本発明になるバンプ4が形成できる。
【0019】こうして形成したバンプ4によってフリッ
プチップ接合を行うに際して、図2(A)はバンプ同士
のフリップチップ接合を示している。つまり、一方の素
子1のバンプ4は、粒状の金属膜5を有しており、他方
の対向素子7には対向バンプ8が形成されている。この
場合には、まず、両バンプ4、8同士を衝合して素子
1、7を押圧すると、粒状の金属膜5が自身のバンプ4
と衝合する対向バンプ8とに食い込み、バンプ4、8の
表面に自然酸化によって形成された図示してないIn2
3 のような酸化膜が突き破られる。そのあと、不活性
ガス雰囲気中で、Inのバンプ4、8が十分に融解する
温度、例えば 200°Cで10分間加熱すると、In−Pd
の合金が形成され、フラックスを用いずに安定したフリ
ップチップ接合ができる。
【0020】図2(B)に示したように、一方が、例え
ば、半導体ICが形成された素子1で、バンプ4には粒
状の金属膜5を有し、他方が、例えば、セラミックプリ
ント板のような基板9であり、このようなバンプ−基板
間のフリップチップ接合の場合には、基板9に、例え
ば、Cu/Ni/Auのようなパッド10が設ける。そし
て、このパッド10にバンプ4を衝合して押圧すると、粒
状の金属膜5が自身のバンプ4の表面に自然酸化によっ
て形成されている図示してない酸化膜を破壊する。その
あと、不活性ガス雰囲気中で、Inのバンプ4が十分に
融解する温度、例えば 200°Cで10分間加熱すると、バ
ンプ4とパッド10の間でIn−Pd−Auの合金化が起
こり、フラックスを用いなくても安定した確実なフリッ
プチップ接合ができる。
【0021】こゝでは、バンプに低融点金属のInを例
示したが、これは素子が化合物半導体からなる赤外線セ
ンサの場合に、フリップチップ接合に際して、高い温度
に加熱することを嫌ったからである。また、金属層を形
成する高融点金属にPdを例示したが、TiやMoなど
も用いることができる。
【0022】
【発明の効果】本発明によれば、Inのような低融点で
酸化し易いバンプによるフリップチップ接合に対して、
バンプのピッチが細かくなってフラックス処理が厄介な
場合でも、フラックスを用いずに安定した接合を得るこ
とができる。
【0023】その結果、例えば、化合物半導体から形成
された赤外線センサを制御回路が設けられた半導体チッ
プと直にフリップチップ接合する工程のように、バンプ
が低融点金属で形成され、バンプのピッチが細かくてフ
ラックス処理が難しく、高温度の加熱処理も避けたい素
子のフリップチップ接合の実現に対して、本発明は寄与
するところが大である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明になるバンプの製造方法の模式的工程
図である。
【図2】 本発明になるフリップチップ接合方法の模式
的説明図である。
【図3】 従来のフリップチップ接合法の模式的な説明
図である。
【符号の説明】
1 素子 2 下地金属層 3a 第1のレジスト膜 3b 第2のレジス
ト膜 4 バンプ 4a In膜 5 金属膜 5a Pd膜 6 フラックス 7 対向素子 8 対向バンプ 9 基板 10 パッド
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 H01L 21/60 311

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属下地層の上にInからなるバンプを
    設け、 前記バンプの上にPdからなる金属層を被せ、 前記バンプを溶融温度を制御しながら加熱し、前記金属
    層を前記バンプの表面に粒状に散在させることを特徴と
    するバンプの製造方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の方法で製造したバンプ
    を、対向するバンプまたはパッドに押圧して前記金属層
    によってバンプ表面の酸化膜を突き破り、加熱すること
    を特徴とする接合方法。
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