JP3655902B2 - バンプを備えたウエハーの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウエハーの製造方法に関する。さらに詳しくはウエハー上にバンプを形成した、バンプを備えたウエハーの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウエハーは、バンプを電気的接合点として各種の回路基板上に担持されている。該バンプは、通常、スパッタリング法、蒸着法、無電解めっき法等の物理化学的な方法によって形成されたり、導電性のピンを使用することによって形成されたりしている。
【０００３】
しかしながら、これらの方法によっては未だ十分な性能を発揮するバンプを経済的に有利な方法で製造することができない状況にある。すなわち、前記の物理化学的な方法においては、ある程度の高さをもったバンプを単一の操作で形成することは困難であり、これを達成するためには複数回の操作を必要とするため各操作の精密性が要求されるばかりか経済的にも不利であった。一方、ピンを使用する方法においては、ウエハー上に設置できるピンの本数には限度があり、電気的接合の自由度が極めて制限されるものであった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような現状に鑑みなされたものであってその目的とするところは、ウエハー上にバンプを極めて簡単かつ経済的に、しかもその高さを自由に調節して製造することができるバンプを備えたウエハーの製造方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかるバンプを備えたウエハーの製造方法は、ウエハーの少なくともいずれか一の面に導電性保護層を形成する工程と、該導電性保護層上のバンプを形成しようとする部分以外の部分に第１レジスト層を形成する工程と、該導電性保護層上のバンプを形成しようとする部分にＺｎ層を形成する工程と、該Ｚｎ層上にＮｉ層を形成する工程と、該第１レジスト層と該Ｎｉ層の両者の上にスパッタリング層を形成する工程と、該スパッタリング層上であってかつ該第１レジスト層の上部に相当する部分に第２レジスト層を形成する工程と、該スパッタリング層上であってかつ該Ｎｉ層の上部に相当する部分に導電金属層を形成する工程と、該第２レジスト層を除去する工程と、該導電金属層が形成されていない部分の該スパッタリング層を除去する工程と、を有することを特徴としている。
【０００６】
本発明にかかるバンプを備えたウエハーの別の製造方法は、ウエハーの少なくともいずれか一の面に導電性保護層を形成する工程と、該導電性保護層上のバンプを形成しようとする部分以外の部分に第１レジスト層を形成する工程と、該導電性保護層と該第１レジスト層の両者の上にスパッタリング層を形成する工程と、該スパッタリング層上であってかつ該第１レジスト層の上部に相当する部分に第２レジスト層を形成する工程と、該スパッタリング層上であってかつ該導電性保護層上のバンプを形成しようとする部分の上部に相当する部分にＮｉ層を形成する工程と、該Ｎｉ層上に導電金属層を形成する工程と、該第２レジスト層を除去する工程と、該導電金属層が形成されていない部分の該スパッタリング層を除去する工程と、を有することを特徴としている。
【０００７】
また、本発明の上記各製造方法においては、特に導電金属層が電気めっきで形成されることを特徴とすることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下本発明についてさらに詳細に説明する。なお、説明の便宜上図１に示されている製造工程にかかる製造方法を第１方法、図２に示されている製造工程にかかる製造方法を第２方法と呼ぶこととする。
【０００９】
＜ウエハー＞
本発明が対象とするウエハー１０１、２０１は、構造的あるいは組成的に何ら限定されるものではなく、あらゆるウエハーを対象とするものである。例えば、シリコンウエハーをはじめ化合物半導体ウエハー等を例示することができる（図１（ａ）、図２（ａ））。
【００１０】
＜導電性保護層＞
ウエハーの少なくともいずれか一の面上に形成される導電性保護層１０２、２０２は、主としてバンプを形成する際の諸操作によりウエハーが損傷を受けるのを防止する作用を奏するものである。最終的にバンプはこの層上に形成されることとなるため、該層は導電性を有していることが必要とされる。このような導電性保護層は、通常Ａｌ、Ｃｕ等の金属を蒸着、スパッタリング、めっき等することにより０．５〜１．０μｍの厚さで形成することができる（図１（ｂ）、図２（ｂ））。
【００１１】
＜第１レジスト層＞
第１レジスト層１０３、２０３は、上記の導電性保護層上のバンプを形成しようとする部分１０４、２０４以外の部分に形成するものであって、バンプを形成する部分以外の部分をマスクする作用を有するものである。該第１レジスト層を構成する成分としては、従来公知のレジスト材料を何等限定なく使用することができ、またその形成方法も特に限定されることはなく従来公知の形成方法をいずれも採用することができる。このような第１レジスト層の厚さは、後述のＮｉ層等の厚さと関係するため、通常１〜１０μｍの厚さで形成することが好ましい（図１（ｃ）、図２（ｃ））。
【００１２】
＜Ｚｎ層＞
Ｚｎ層１０５は、第１方法で形成されるものであって、上記の導電性保護層１０２上のバンプを形成しようとする部分１０４に形成されるものである（図１（ｄ））。該Ｚｎ層は、金属亜鉛（Ｚｎ）を主成分とするものでありバンプの一部となるものであって、後述のＮｉ層との密着性を向上させる作用を有するものである。すなわち、上記の導電性保護層を構成するＡｌ等は容易に酸化され、その酸化物に対してＮｉ等を密着性良く付着させることは無電解めっきあるいは電気めっきの別を問わず困難となるところ、このＺｎ層を介在させることにより密着性良好なＮｉ等の皮膜を無電解または電気めっきにより形成させることが可能となる。該Ｚｎ層は、通常金属亜鉛（Ｚｎ）を置換めっき法により０．１〜１μｍの厚さで形成することができる。
【００１３】
＜Ｎｉ層＞
Ｎｉ層１０６、２０６は、第１方法では上記Ｚｎ層１０５上に形成され（図１（ｅ））、第２方法では後述のスパッタリング層２０７上であってかつ該導電性保護層２０２上のバンプを形成しようとする部分２０４の上部に相当する部分に形成されるものである（図２（ｆ））。該Ｎｉ層は、金属ニッケル（Ｎｉ）を主成分とするものでありバンプの一部となるものであって、Ｚｎ層やスパッタリング層との密着性に優れるとともに後述の導電金属層との密着性にも優れるため、いわばこれらのジョイントとしての作用を有するものである。該Ｎｉ層は、金属ニッケル（Ｎｉ）を通常、第１方法では主として無電解めっきにより０．５〜３μｍの厚さで、また第２方法では主として電気めっきにより０．５〜３０μｍの厚さでそれぞれ形成することができる。
【００１４】
＜スパッタリング層＞
スパッタリング層１０７、２０７は、第１方法では該第１レジスト層１０３と該Ｎｉ層１０６の両者の上に形成され（図１（ｆ））、第２方法では該導電性保護層２０２と該第１レジスト層２０３の両者の上に形成されるものである（図２（ｄ））。該スパッタリング層は、後述の第２レジスト層１０８、２０８によりバンプを形成しようとする部分以外の部分がマスクされることにより後述の導電金属層１０９、２０９が形成される際の電極としての作用を有するものである。このようなスパッタリング層は、通常Ｎｉ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｃｕ等をスパッタリングすることにより０．０５〜１．０μｍの厚さで形成することができる。
【００１５】
＜第２レジスト層＞
第２レジスト層１０８、２０８は、上記スパッタリング層１０７、２０７上であってかつ前記第１レジスト層１０３、２０３の上部に相当する部分に形成される（図１（ｇ）、図２（ｅ））。このような第２レジスト層は、前記第１レジスト層と同様にバンプを形成する部分以外の部分をマスクする作用を有するとともに、さらに後述の導電金属層の高さを調節する作用を兼ね備えるものである。すなわち、該第２レジスト層を分厚く形成すればそれだけ導電金属層を分厚く形成させることができ、結果的にバンプ１１０、２１０を高く形成できることとなる。したがって、該第２レジスト層の厚さは、該導電金属層（バンプ）の高さをどの程度のものとするかを考慮して、通常５〜８０μｍの厚さで形成することが好ましい。なお、該第２レジスト層を構成する成分としては、前記第１レジスト層と同様従来公知のレジスト材料を何等限定なく使用することができ、またその形成方法も特に限定されることはなく従来公知の形成方法をいずれも採用することができる。
【００１６】
＜導電金属層＞
導電金属層１０９、２０９は、第１方法ではスパッタリング層１０７上であってかつ該Ｎｉ層１０６の上部に相当する部分に形成され（図１（ｈ））、第２方法では該Ｎｉ層２０６上に直接形成される（図２（ｇ））。該導電金属層は、バンプを構成するものであり、従って導電性を有していることが必要とされる。通常、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ｓｎ、Ｐｄ、半田等により５〜８０μｍの高さ（厚さ）で構成される。本発明においては、特にこの導電金属層を電気めっきで形成することを特徴とすることができ、これにより通常は単一の工程操作で所望の高さのバンプ１１０、２１０を形成することができる。このため、この方法によれば工程操作自体に精密性が要求されることもなく、その操作性が簡単でかつ経済的にも非常に優れたものとなる。また一方、該導電金属層は２種以上の異なった金属を積層させることにより形成することもできる。たとえば、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ等を下層とし、Ａｕ、Ｓｎ、Ｐｄ、Ａｇ、半田等を上層とすることができ、これらの上下両層を合わせて高さ（厚さ）５〜８０μｍとすることができる。この場合、上下少なくともいずれかの層、好ましくは特に上下両層を電気めっきで形成することが好ましい。これにより、上述したのと同様のメリットが電気めっきすることにより得られる。
【００１７】
＜バンプ＞
バンプ１１０、２１０は、最終的に第２レジスト層１０８、２０８を剥離させるとともに（図１（ｉ）、図２（ｈ））、バンプが形成されていない部分のスパッタリング層１０７、２０７をソフトエッチングすることにより除去させることによって形成される（図１（ｊ）、図２（ｉ））。該第２レジスト層は、溶剤を使用したり、加熱させたり、あるいは光照射させたりして剥離することができる。また、スパッタリング層は、硝酸等の酸性液に浸漬させたり、専用の剥離液に浸漬させたりしてソフトエッチングすることができる。なお、該スパッタリング層はこのようなソフトエッチングにより除去しなければ、バンプの一部を構成するスパッタリング層まで損傷を受けることとなるため好ましくない。
【００１８】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００１９】
＜実施例１＞
図１を参照しつつ説明する。
【００２０】
まず、シリコンで構成されているウエハー１０１の少なくともいずれか一の面にアルミニウム（Ａｌ）を０．７μｍの厚さで真空蒸着することにより導電性保護層１０２を形成した（図１（ｂ））。
【００２１】
次に、該導電性保護層１０２上の全面にネガタイプのレジスト（商品名：ＮＩＴ０７０７、ニチゴーモートン社製）を塗布し、バンプを形成しようとする部分１０４のみをマスクした後露光、現像処理することによりバンプを形成しようとする部分１０４以外の部分に、厚さ７μｍの第１レジスト層１０３を形成した（図１（ｃ））。
【００２２】
続いて、上記で形成した導電性保護層１０２上のバンプを形成しようとする部分１０４に置換亜鉛めっき液（商品名：ＴＡＤジンケート４０Ｓ、奥野製薬工業（株）社製）を用いて室温、ｐＨ１０．５の条件下で置換めっき処理を施すことによって亜鉛（Ｚｎ）からなる厚さ０．３μｍのＺｎ層１０５を形成した（図１（ｄ））。
【００２３】
次に、該Ｚｎ層１０５上に無電解ニッケルめっき液（商品名：トップニコロンＢＬ、奥野製薬工業（株）社製）を用いて８５℃、ｐＨ４．５の条件下で無電解めっき処理を施すことによってニッケル（Ｎｉ）からなる厚さ２．５μｍのＮｉ層１０６を形成した（図１（ｅ））。
【００２４】
続いて、上記で形成した第１レジスト層１０３とＮｉ層１０６の両者の上に金属ニッケル（Ｎｉ）を、１０００ガウスのマグネットを使用し、Ｎｉターゲットを取付け、真空度２×１０^-4Ｔｏｒｒ、出力２．２ＫＷという条件下でスパッタリングすることによりＮｉからなる厚さ０．５μｍのスパッタリング層１０７を形成した（図１（ｆ））。
【００２５】
次に、上記で形成したスパッタリング層１０７上の全面にネガタイプのレジスト（商品名：ＮＩＴ２４０、ニチゴーモートン社製）を塗布し、バンプを形成しようとする部分１０４のみをマスクした後露光、現像処理することによりスパッタリング層１０７上であってかつ前記第１レジスト層１０３の上部に相当する部分に、厚さ４０μｍの第２レジスト層１０８を形成した（図１（ｇ））。
【００２６】
続いて、上記スパッタリング層１０７上であってかつ該Ｎｉ層１０６の上部に相当する部分（すなわち、上記の第２レジスト層１０８でマスクされていない部分）に、電気ニッケルめっき液（硫酸ニッケル２４０ｇ/ｌ、塩化ニッケル４０ｇ/ｌおよび硼酸４０ｇ／ｌからなるもの）を用いて５０℃、ｐＨ３．８、電流密度０．６Ａ／ｄｍ²、空気攪拌の条件下で電気めっき処理を施すことによってニッケル（Ｎｉ）からなる厚さ２０μｍの層を形成し、引続きノーシアン系金めっき液（金１２ｇ／ｌ、その他添加剤からなるもの）を用いて温度６０℃、ｐＨ７．８、電流密度０．６Ａ／ｄｍ²、空気攪拌の条件下で電気めっき処理を施すことによって厚さ１５μｍの金（Ａｕ）からなる層を形成し、これら両層を合わせて厚さ３５μｍの導電金属層１０９を形成した（図１（ｈ））。
【００２７】
その後、上記で形成した第２レジスト層１０８をアミン系溶剤（商品名：ＫＳ１０００、ニチゴーモートン社製）を用いることにより除去するとともに（図１（ｉ））、上記導電金属層１０９が形成されていない部分の該スパッタリング層１０７を硝酸に浸漬させてソフトエッチングすることにより除去することによってバンプ１１０を形成し、バンプを備えてなるウエハーを製造した（図１（ｊ））。
【００２８】
上記で得られたウエハーは、十分な高さを有するバンプを備えているため、所望の回路基板上に用いることができた。
【００２９】
＜実施例２＞
図２を参照しつつ説明する。
【００３０】
まず、シリコンで構成されているウエハー２０１の少なくともいずれか一の面にアルミニウム（Ａｌ）を０．８μｍ厚さで真空蒸着することにより導電性保護層２０２を形成した（図２（ｂ））。
【００３１】
次に、該導電性保護層２０２上の全面にネガタイプのレジスト（商品名：ＮＩＴ０７０７、ニチゴーモートン社製）を塗布し、バンプを形成しようとする部分２０４のみをマスクした後露光、現像処理することによりバンプを形成しようとする部分２０４以外の部分に、厚さ７μｍの第１レジスト層２０３を形成した（図２（ｃ））。
【００３２】
続いて、上記で形成した導電性保護層２０２と第１レジスト層２０３の両者の上にニッケル（Ｎｉ）を、１０００ガウスのマグネットを使用し、Ｎｉターゲットを取付け、真空度２×１０^-4Ｔｏｒｒ、出力２．２ＫＷという条件下でスパッタリングすることによりＮｉからなる厚さ０．５μｍのスパッタリング層２０７を形成した（図２（ｄ））。
【００３３】
続いて、上記で形成したスパッタリング層２０７上の全面にネガタイプのレジスト（商品名：ＮＩＴ２４０、ニチゴーモートン社製）を塗布し、バンプを形成しようとする部分２０４のみをマスクした後露光、現像処理することによりスパッタリング層２０７上であってかつ前記第１レジスト層２０３の上部に相当する部分に、厚さ４０μｍの第２レジスト層２０８を形成した（図２（ｅ））。
【００３４】
次に、上記スパッタリング層２０７上であってかつ前記導電性保護層２０２上のバンプを形成しようとする部分２０４の上部に相当する部分（すなわち、上記の第２レジスト層２０８でマスクされていない部分）に電気ニッケルめっき液（硫酸ニッケル２４０ｇ/ｌ、塩化ニッケル４０ｇ/ｌおよび硼酸４０ｇ／ｌからなるもの）を用いて５０℃、ｐＨ３．８、電流密度０．６Ａ／ｄｍ²、空気攪拌の条件下で電気めっき処理を施すことによってニッケル（Ｎｉ）からなる厚さ２０μｍのＮｉ層２０６を形成した（図２（ｆ））。
【００３５】
続いて、上記で得られたＮｉ層２０６上にノーシアン系金めっき液（金１２ｇ／ｌ、その他添加剤からなるもの）を用いて温度６０℃、ｐＨ７．８、電流密度０．６Ａ／ｄｍ²、空気攪拌の条件下で電気めっき処理を施すことによって金からなる導電金属層２０９（厚さ１５μｍ）を形成した（図２（ｇ））。
【００３６】
その後、上記で形成した第２レジスト層２０８をアミン系溶剤（商品名：ＫＳ１０００、ニチゴーモートン社製）を用いることにより除去するとともに（図２（ｈ））、上記導電金属層２０９が形成されていない部分の該スパッタリング層２０７を硝酸に浸漬させてソフトエッチングすることにより除去することによってバンプ２１０を形成し、バンプを備えてなるウエハーを製造した（図２（ｉ））。
【００３７】
上記で得られたウエハーは、十分な高さを有するバンプを備えているため、所望の回路基板上に用いることができた。
【００３８】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００３９】
【発明の効果】
本発明の製造方法によれば、ウエハー上にバンプを極めて簡単かつ経済的に、しかもその高さを自由に調節して製造することができる。特に、導電金属層を電気めっきにより形成することにより、単一の操作で所望の高さのバンプを形成することができる。したがって、本発明は、産業上極めて有用なバンプを備えたウエハーの製造方法を提供している。
【図面の簡単な説明】
【図１】 バンプを備えたウエハーの製造工程を示す概略断面図である。
【図２】 バンプを備えたウエハーの別の製造工程を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１０１，２０１ ウエハー、１０２，２０２ 導電性保護層、１０３，２０３第１レジスト層、１０４，２０４ バンプを形成しようとする部分、１０５ Ｚｎ層、１０６，２０６ Ｎｉ層、１０７，２０７ スパッタリング層、１０８，２０８ 第２レジスト層、１０９，２０９ 導電金属層、１１０，２１０ バンプ。

Claims (3)

1. ウエハーの少なくともいずれか一の面に導電性保護層を形成する工程と、
   該導電性保護層上のバンプを形成しようとする部分以外の部分に第１レジスト層を形成する工程と、
   該導電性保護層上のバンプを形成しようとする部分にＺｎ層を形成する工程と、
   該Ｚｎ層上にＮｉ層を形成する工程と、
   該第１レジスト層と該Ｎｉ層の両者の上にスパッタリング層を形成する工程と、
   該スパッタリング層上であってかつ該第１レジスト層の上部に相当する部分に第２レジスト層を形成する工程と、
   該スパッタリング層上であってかつ該Ｎｉ層の上部に相当する部分に導電金属層を形成する工程と、
   該第２レジスト層を除去する工程と、
   該導電金属層が形成されていない部分の該スパッタリング層を除去する工程と、
   を有することを特徴とするバンプを備えたウエハーの製造方法。
2. ウエハーの少なくともいずれか一の面に導電性保護層を形成する工程と、
   該導電性保護層上のバンプを形成しようとする部分以外の部分に第１レジスト層を形成する工程と、
   該導電性保護層と該第１レジスト層の両者の上にスパッタリング層を形成する工程と、
   該スパッタリング層上であってかつ該第１レジスト層の上部に相当する部分に第２レジスト層を形成する工程と、
   該スパッタリング層上であってかつ該導電性保護層上のバンプを形成しようとする部分の上部に相当する部分にＮｉ層を形成する工程と、
   該Ｎｉ層上に導電金属層を形成する工程と、
   該第２レジスト層を除去する工程と、
   該導電金属層が形成されていない部分の該スパッタリング層を除去する工程と、
   を有することを特徴とするバンプを備えたウエハーの製造方法。
3. 導電金属層が電気めっきで形成されることを特徴とする請求項１または２記載のバンプを備えたウエハーの製造方法。

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