JP3813077B2 - 転写用はんだバンプシートおよびその製造方法、ならびに半導体装置およびプリント基板の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、転写用はんだバンプシートおよびその製造方法、ならびに半導体装置およびプリント基板の製造方法に関する。本発明は、特に、半導体チップをパッケージの基板に接続するために好適に用いられるはんだバンプシートの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
はんだバンプは、半導体装置と回路基板との接続や、半導体チップと回路基板との接続に用いられている。はんだバンプは、電気的な接続とともに機械的な接続を提供する。
【０００３】
ここでは、「半導体装置」は半導体チップがパッケージされたものを指し、単一の半導体チップをパッケージしたものだけでなく、複数の半導体チップを有する、例えばマルチチップモジュール（ＭＣＭ）を含むものとする。また、「回路基板」は、半導体装置が実装されるプリント基板だけでなく、フリップ・チップ接続などによってベアチップが実装されるパッケージの配線基板を含む。なお、本発明は、特に、狭ピッチのはんだバンプの形成に好適に用いられるので、以下では、フリップ・チップ接続用のはんだバンプについて説明する。
【０００４】
はんだバンプの形成方法として、ペースト印刷法やボールマウント法が用いられている。しかしながら、ペースト印刷法では、微細なバンプを形成することが困難であり、また、高さ（厚さ）を高い寸法精度で制御することが難しい。ボールマウント法は、比較的微細なバンプを形成することができるが、真球状に形状調整されたはんだボール（例えば、直径０．７６ｍｍ±０．０２ｍｍ）を高価なマウンタ−を用いて所定の位置に圧接するので、製造コストが非常に高い。さらに微細なはんだボールを確実に扱うことは難しく、生産効率はさらに低下する。
【０００５】
そこで本発明者は、微細なはんだバンプを形成する方法として、転写用はんだバンプシートを用いる方法を特開平１１−３１２７５８号公報に開示している。例えば、めっき法で形成した膜をフォトリソグラフィプロセスを用いてパターニングすることによって、高さ（厚さ）のばらつきが小さい、微細なバンプを効率良く安価に製造することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本発明者がさらに検討した結果、特開平１１−３１２７５８号公報に開示されている転写用はんだバンプシートでは、はんだバンプの転写性にばらつきがあり、多くのバンプ、例えば１０００個を超えるバンプを確実に転写することが困難であり、歩留まりの低下の要因となることが分かった。この問題は、半導体装置の集積度が高くなるに連れて深刻となる。
【０００７】
また、大容量のＤＲＡＭを備える半導体チップ（例えばＡＳＩＣ）を接続するためのはんだバンプには、α線によるＤＲＡＭの誤動作を防止するために、α線源の少ないはんだを用いる必要がある。半導体チップの価格もさることながら、低α線源のはんだ材料の価格も高い（例えば、金の３倍）ので、歩留まりの向上が強く望まれる。
【０００８】
本発明は、上記諸点に鑑みてなされたものであり、高密度で配置された微細な多数のはんだバンプを確実に転写できるはんだバンプシートおよびその製造方法ならびに、このはんだバンプシートを用いる半導体装置およびプリント基板の製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の転写用はんだバンプシートの製造方法は、最外表面に実質的に鉄酸化物を含まないクロム酸化物層を有するシートを用意する工程と、前記クロム酸化物層上に、所定のパターンに配置された複数のはんだバンプを形成する工程とを包含し、そのことによって上記目的が達成される。
【００１０】
前記シートは、導電性表面を有し、前記導電性表面上に前記クロム酸化物層を有するシートであって、前記複数のはんだバンプは電気めっき法で形成されることが好ましい。
【００１１】
前記シートはステンレスシートであって、前記クロム酸化物層は、前記ステンレスシートの導電性表面を熱酸化する工程を含むプロセスによって形成されていることが好ましい。
【００１２】
前記クロム酸化物層は、前記ステンレスシートの表面に形成された鉄酸化物を含む下地酸化物層上に形成されており、前記クロム酸化物層と前記下地酸化物層とを合わせた酸化物層の厚さが８ｎｍ以上であることが好ましい。
【００１３】
前記複数のはんだバンプを形成する工程は、前記クロム酸化物層上に、所定のパターン配置された複数の開口部を有するレジスト層を形成する工程と、前記レジスト層の前記複数の開口部内に露出された前記クロム酸化物層上に、電気めっき法によってはんだを堆積する工程とを包含することが好ましい。
【００１４】
前記電気めっき工程の前に、前記ステンレスシートの最外表面を酸性水溶液で洗浄する工程をさらに包含することが好ましい。
【００１５】
前記酸洗浄工程は、前記クロム酸化物層と前記下地酸化物層とを合わせた酸化物層の厚さが酸洗浄によって５％以上増加するように実行されることが好ましい。
【００１６】
前記電気めっき工程は、ラックめっき法を用いて０．５Ａ／ｄｍ2〜４Ａ／ｄｍ2の電流密度で実行されることが好ましい。
【００１７】
本発明の転写用はんだバンプシートは、上記のいずれかの製造方法によって製造された転写用はんだバンプシートと実質的に同じ構造を有しており、そのことによって上記目的が達成される。
【００１８】
本発明の半導体装置の製造方法は、配線基板上に接続された半導体チップを有する半導体装置の製造方法であって、所定のパターンに配列された複数のパッドを有する半導体チップを用意する工程と、上記のいずれかの製造方法によって製造された転写用はんだバンプシートと実質的に同じ構造を有する転写用はんだバンプシートであって、前記複数のはんだバンプが前記複数のパッドの配列パターンに対応して配列された、転写用はんだバンプシートを用意する工程と、前記転写用はんだバンプシートの前記複数のはんだバンプを前記半導体チップの前記複数のパッドに転写する工程と、前記半導体チップを所定の配線基板に前記複数のはんだバンプを介して接続する工程とを包含し、そのことによって上記目的が達成される。
【００１９】
本発明のプリント基板の製造方法は、基板上に配線および複数のはんだバンプを有するプリント基板の製造方法であって、配線と、所定のパターンに配列された複数のパッドとを有する基板を用意する工程と、上記のいずれかの製造方法によって製造された転写用はんだバンプシートと実質的に同じ構造を有する転写用はんだバンプシートであって、前記複数のはんだバンプが前記複数のパッドの配列パターンに対応して配列された、転写用はんだバンプシートを用意する工程と、前記転写用はんだバンプシートの前記複数のはんだバンプを前記基板の前記複数のパッドに転写する工程とを包含することを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明による実施形態の転写用はんだバンプシートの構造およびその製造方法を図１（ａ）および（ｂ）を参照しながら説明する。図１（ａ）および（ｂ）は、本発明の転写用はんだバンプシートの製造方法の各工程における転写用はんだバンプシートの模式的な断面図である。
【００２１】
図１（ａ）に示したように、はんだ受容面１０ａを有するシート１０を用意する。シート１０は、導電性表面１２ａと、導電性表面１２ａ上の最外表面に実質的に鉄酸化物を含まないクロム酸化物層１６とを有している。すなわち、シート１０のはんだ受容面１０ａは、クロム酸化物層１６の表面である。好適に用いられるステンレスシート１２を用いた場合は、導電性表面１２ａ上に鉄酸化物を含む下地酸化物層１４が形成されている。なお、下地酸化物層１４とクロム酸化物層１６とを含む層を酸化物層１８とする。
【００２２】
次に、図１（ｂ）に示すように、クロム酸化物層１６上に、所定のパターンに配置された複数のはんだバンプ２０を電気めっき法によって形成することによって、転写用はんだバンプシート１００が得られる。
【００２３】
本発明は、はんだバンプの転写性を改善するために、はんだ受容面１０ａの組成と、はんだバンプ２０の転写性との関係を詳細に検討した結果得られたものである。
【００２４】
はんだバンプの形成方法としては、電気めっき法を採用することが好ましい。電気めっき法は、微細なはんだバンプ２０の形成が容易で、且つ、はんだバンプ２０の高さ（厚さ）を高い寸法精度（例えば±５μｍ）で制御できる利点がある。また、めっき条件のばらつきを抑制するために、ラックめっき法を採用することが好ましい。
【００２５】
電気めっき法を採用する場合、導電性表面１２ａを有するシート１２を転写用はんだバンプシートのベースシート１２とする。このベースシート１２としては、例えば、不動態化処理されたステンレスシート（例えばＳＵＳ４３０）を好適に用いることができる。ステンレスシートは、導電性表面を有することはもちろん、入手が容易で安価である利点がある。さらに、ステンレスの表面は、はんだに対する濡れ性が低いので、優れた転写性を付与しやすいという利点がある。なお、一般にステンレスシートの表面には自然酸化膜が形成されているが、ここでは説明の簡潔さのために、ステンレスシート１２は自然酸化膜を含まないものとする。
【００２６】
例えば、特開平１１−３１２７５８号公報には、はんだバンプの良好な転写性を得るために自然酸化膜を利用する方法として、ベースシートとして、Ｆｅ−Ｃｒ合金（ＳＵＳ４３０）を用いる方法が記載されている。上記公報には、Ｆｅ−Ｃｒ合金の表面に形成されるＣｒ2Ｏ3皮膜の表面の濡れ性が低いため、はんだバンプが剥がれやすく、転写を良好に行うことができる、と記載されている。しかしながら、本発明者がＳＵＳ４３０のシートを用いて、高密度で配置された微細な多数のはんだバンプ（例えば、バンプ径が０．２ｍｍ以下、バンプ間ピッチはバンプ径の１．５倍〜１．７倍程度、バンプ数２０００以上）の転写性を詳細に検討したところ、後に実験結果を示して説明するように、十分な転写性を得ることができなかった。
【００２７】
そこで、ＳＵＳ４３０のはんだ受容面の表面粗さや組成と、はんだバンプの転写性との関係に注目し種々検討した結果、少なくとも表面粗さ（Ｒｚ）が１μｍ以下の場合には、表面粗さよりも、むしろ表面組成が転写性に大きく影響することが分かった。
【００２８】
具体的には、ＥＳＣＡを用いてＳＵＳ４３０シートの表面組成を分析した結果、ＳＵＳ４３０のシートに形成される自然酸化膜の最外表面（すなわち、はんだ受容面）には、Ｃｒ2Ｏ3だけでなく、ＣｒＯｘ（ｘは酸化数が不特定であることを示す。）やＦｅ2Ｏ3が含まれていることが分かった。一方、ＳＵＳ４３０のシートの表面を熱酸化すると、鉄酸化物を実質的に含まない、クロム酸化物（Ｃｒ2Ｏ3およびＣｒＯｘを含む）からなる層が最外表面に形成され、良好な転写性が得られることが分かった。
【００２９】
上述のことから、Ｆｅ2Ｏ3がはんだ受容面に存在するとはんだバンプの転写性が損なわれ、実質的に鉄酸化物を含まないクロム酸化物層をはんだ受容面とすることによって転写性が改善されることが明らかになった。これらの知見に基づいて、本発明の転写用はんだバンプシートの製造方法においては、シートの最外表面に実質的に鉄酸化物を含まないクロム酸化物層１６を形成することによって、はんだバンプの転写性を改善している。
【００３０】
はんだバンプを電気めっき法で形成する場合、シート１２として、ステンレスシートを好適に用いられるが、はんだバンプ２０の優れた転写性を得るためには、クロム酸化物層１６の表面にはんだが堆積されていればよい。すなわち、なんらかの方法で最外層として上述のクロム酸化物層１６を形成し、その上にはんだバンプ２０が形成されていれば本発明の効果が得られる。例えば、ガラス表面にＦｅ−Ｃｒ合金層を形成し、これを熱酸化することによって、クロム酸化物層１６（および下地酸化物層１４）を形成することができる。
【００３１】
なお、本明細書においては、「実質的に鉄酸化物を含まない」とは、ＥＳＣＡによる表面組成分析によって鉄酸化物を検出できないことを意味することにする。また、シート１０の最外表面に形成されるクロム酸化物層１６の下には、鉄酸化物を含む下地酸化物層１４が形成されており、クロム酸化物層１６は非常に薄い層である。熱酸化は、種々の条件で実行され得る。例えば、水素ガス７５％、窒素ガス２５％の雰囲気で、２５０℃〜８５０℃の温度まで加熱すればよい。シートが上記の温度に到達すればよく、加熱時間は特に制限されない。優れた転写性を得るためには、下地酸化物層１４とクロム酸化物層１６とを含む酸化物層１８の厚さが８ｎｍ以上となるように熱酸化することが好ましい。
【００３２】
また、転写用はんだバンプシートの製造方法においては、電気めっき法によるはんだの堆積の前に、はんだ受容面を酸性水溶液で洗浄することが好ましい。はんだが堆積されるべきクロム酸化物層の表面が汚れていると、はんだが均一に堆積されなかったり、十分な密着強度が得られないことがある。はんだ受容面１０ａは、溶融されたはんだに対しては適度な離型性を有する必要があるが、転写用はんだバンプ２０が溶融されるまでは、すなわち固体状態のはんだバンプ２０に対しては、適度な接着性を有する必要がある。適度な接着性を得るためには、はんだ受容面の表面状態および後述する電気めっき時の電流密度が影響する。
【００３３】
なお、この酸洗浄工程において、はんだ受容面に形成された酸化物層（下地酸化物層とクロム酸化物層とを含む）の厚さは時間とともに増加する傾向が見られる。酸洗浄による効果を十分に得るためには、酸化物層の厚さが酸洗浄によって、酸洗浄前の酸化物層の厚さの５％以上増加するように酸洗浄を行うことが好ましい。但し、酸洗浄を余り長時間行うと、最外表面のクロム酸化物層が脱落するおそれがあるので、酸化物層の厚さが約２６％以上増加しないように、酸洗浄の条件および時間を制御することが好ましい。また、酸洗浄後の酸化物層の厚さは８ｎｍ以上あることが好ましい。
【００３４】
この酸洗浄の具体的な条件は、後述するように、例えば、１７．５重量％の塩酸水溶液に浸漬することによって酸洗浄を行う場合、浸漬時間は、１５分以下であることが好ましい。酸洗浄に用いる水溶液や洗浄方法および洗浄時間は適宜変更され得る。但し、例示した酸洗浄方法を採用すると、３分〜１５分の範囲で良好な転写性を実現でき、酸洗浄工程のプロセスマージンが十分に広いので好ましい。はんだ受容面を浄化する方法として、この他にイオンスパッタリング法を用いてもよい。
【００３５】
微細なはんだバンプ２０を形成するためには、生産性の観点から、フォトリソグラフィ法を用いることが好ましく、特に、はんだ受容面１０ａであるクロム酸化物層１６上に、所定のパターン配置された複数の開口部を有するレジスト層を形成し、開口部内に露出されたクロム酸化物層上に、電気めっき法によってはんだを堆積する方法を採用することが好ましい。この方法を採用すると、開口部内にのみはんだが堆積されるので、全面に堆積したはんだをパターニングするよりも、材料の歩留まりを向上することができる。従って、低α線はんだ（例えば、錫基無鉛はんだ）のように高価な材料を用いる場合に特に効果的である。
【００３６】
また、電気めっき工程は、特に、ラックめっき法を用いて、シート１０を固定した状態で、０．５Ａ／ｄｍ2〜４Ａ／ｄｍ2の電流密度で実行されることが好ましい。４Ａ／ｄｍ2を超えると十分な転写性を得られないことがあり、０．５Ａ／ｄｍ2より低いと接着性が低すぎることがある。また、電流密度が低いとめっき速度が低下し、所定の厚さのはんだを堆積するために長時間を要するので、作業性、歩留まりについての量産性を考慮すると、電流密度は０．５Ａ／ｄｍ2以上であることが好ましく、１Ａ／ｄｍ2以上であることがさらに好ましい。
【００３７】
また、はんだバンプは、溶射や蒸着に形成してもよい。さらに、はんだ箔をシートの表面に押圧接着する方法（例えば、特開平１１−３１２７５８号公報参照）を用いても良い。電気めっき法以外の方法でバンプを形成する場合には、シート１０のはんだ受容面１０ａに導電性は必要なく、最外層にクロム酸化物層１６を有していれば、優れた転写性を得ることができる。
【００３８】
なお、はんだの材料としては、９５Ｐｂ−５Ｓｎはんだを好適に用いることができるが、一般に用いられる種々のはんだ材料のクロム酸化物に対する接着性（固体状態）および離型性（溶融状態）はほぼ同じなので、他のはんだ材料を用いることもできる。本明細書でいう「はんだ」は広義のはんだを意味し、Ｐｂ−Ｓｎ以外にＳｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ｚｎ、Ｓｎ−ＩｎおよびＳｎ−Ｂｉなどの錫基無鉛はんだを含むものを指す。
【００３９】
上述のようにして製造された転写用はんだバンプ２０は、優れた転写性を有しているので、高密度で配置された微細な多数のはんだバンプを確実に転写できる。従って、例えば、上述の転写用はんだバンプシート１００を用いることによって、例えば、図２に示す端子数の多い高性能な半導体装置２００を効率良く製造することができる。
【００４０】
図２に示した半導体装置２００の半導体チップ４０は、パッケージの配線基板５０上にフリップ・チップ接続されている。すなわち、半導体チップ４０のパッド電極４２と配線基板５０のパッド電極５２とがはんだバンプ２０を介して接続されている。
【００４１】
この半導体装置２００は、転写用はんだバンプシート１００を用いて以下の様にして製造される。
【００４２】
まず、転写用はんだバンプシート１００のはんだバンプ２０は、公知のリフロープロセスで、半導体チップ４０のパッド電極４２に転写される。勿論、転写用はんだバンプシート１００のはんだバンプ２０は、半導体チップ４０のパッド電極４２の配列パターンに対応するように設けられている。
【００４３】
半導体チップ４０に転写されたはんだバンプ２０を配線基板５０のパッド５２に対応するように、位置合わせを行い、再びリフロープロセスによって、はんだバンプ２０をパッド５２に接続する。
【００４４】
この様にして得られた半導体装置２００は、配線基板５０の出入力端子５４を介して、回路基板（例えばプリント基板（不図示））に実装される。このとき、半導体装置２００は、例えば、金属バンプ６０を用いてプリント基板に接続される。本発明による転写用はんだバンプシート１００は、微細で高密度に配置されたはんだバンプの形成に好適に用いられるが、必要に応じて、半導体装置２００をプリント基板に実装するための金属バンプ６０を形成するために用いることもできる。
【００４５】
以下に、本発明による実施形態の転写用はんだバンプシートおよびその製造方法を実施例および比較例を示して説明する。ここでは、直径０．１６ｍｍ、ピッチ０．２４ｍｍ、高さ０．１ｍｍのバンプを２９１６（５４×５４）個（１つの半導体チップに対応）を形成した。
【００４６】
実施例の転写用はんだバンプシートの製造方法を図３（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。
【００４７】
まず、図３（ａ）に示したように、最外表面にクロム酸化物層１１６を有するシート１１０を用意する。このシート１１０は、ステンレスのベースシート１１２の表面に、鉄酸化物を含む下地酸化物層１１４とその上に形成されたクロム酸化物層１１６とを有し、圧延上がりステンレスシート（ＳＵＳ４３０）の表面を熱酸化することによって形成されたものである。具体的には、厚さ０．１ｍｍの圧延上がりＳＵＳ４３０シートを水素ガス７５％、窒素ガス２５％の雰囲気で８００℃の温度まで加熱することによって実施例のシート１１０を得た。このシート１１０は、種々の鋼材メーカから入手することも可能である。
【００４８】
また、比較例１として、圧延上がりＳＵＳ４３０シート（上記の熱酸化処理無し）と、比較例２として、実施例で用いた圧延上がりＳＵＳ４３０を熱酸化処理したシートの表面をバフ研磨（＃１５００のバフを使用）したものを用意した。
【００４９】
得られたシート１１０は、必要に応じて、所定の形状に加工される。ここでは、エッチング法を用いて、一辺が１８ｍｍの正方形に加工した。
【００５０】
実施例と比較例１および２のシートの表面をＥＳＣＡ（島津製作所製ＥＳＣＡ−８５０、エッチング速度２．５ｎｍ／分）を用いて表面組成分析を行った結果を表１に示した。なお、表１には、後に説明する酸洗浄工程の表面分析結果およびはんだバンプの成形性および転写性の評価結果を合わせて示している。
【００５１】
表１（素材の段）に示したように、実施例のシート１１０は、最表面にクロム酸化物層（Ｃｒ2Ｏ3、ＣｒＯｘを含む）１１６を有し、クロム酸化物層１１６と下地酸化物層１１４とを合わせた酸化物層１１８の厚さは、９．５ｎｍであった。それに対し、比較例１および比較例２の最外表面には、鉄酸化物（Ｆｅ2Ｏ3を含む）とクロム酸化物を含む層が形成されていた。それぞれの酸化物層の厚さは、６．５ｎｍおよび５．６ｎｍと比較的薄かった。
【００５２】
以下の工程は、実施例について説明するが、比較例１および比較例２もシートの表面の構造および組成が異なるだけで、同様の工程で転写用はんだバンプシートを製造した。
【００５３】
次に、図３（ｂ）に示したように、シート１１０のクロム酸化物層１１６上に所定のパターンで配置された開口部１３０ｂを有するレジスト層１３０を形成する。なお、レジスト層１３０のうち、レジストが実際に存在する部分をレジスト膜１３０ａとする。
【００５４】
ここでは、開口部１３０ｂは、形成するはんだバンプの直径０．１６ｍｍで、残存するレジスト膜１３０ａはピッチ０．２４ｍｍで形成される。また、レジスト層１３０の厚さは、形成するはんだバンプの高さと同等以上とした。レジスト層１３０の厚さ（開口部１３０ｂの深さ）と同等またはレジスト層１３０の厚さより低いはんだバンプを形成すると、はんだバンプの形状を一定に制御できる。
【００５５】
上述したレジスト層１３０は、公知のフォトリソグラフィプロセスを用いて形成することができる。すなわち、所定のパターンを有するフォトマスクを介してレジスト膜を露光し、現像することによって形成される。特に、ドライフィルムレジストを用いると、レジスト層１３０の厚さを簡便に正確に制御できる利点がある。また、比較的厚いレジスト層１３０を短時間で形成できる利点もある。
【００５６】
次の電気めっき工程に移る前に、レジスト層１３０の開口部１３０ｂ内に露出されたクロム酸化物層１１６の表面を、水でシャワー洗浄した後、酸性の水溶液で洗浄した。はんだが堆積されるべきクロム酸化物層１１６の表面が汚れていると、はんだが均一に堆積されなかったり、十分な密着強度が得られないことがある。はんだが十分に堆積されなかった場合を表１中では、バンプ欠け発生率として、示している。すなわち、実施例、比較例１及び比較例２において、２９１６個のバンプのうち、欠けが発生したバンプの数を１００分率で示している。
【００５７】
酸洗浄の液としては、ここでは、１７．５重量％の塩酸水溶液を用いた。また、酸洗浄の時間、すなわち、上記塩酸水溶液に浸漬する時間を０〜２０分の範囲内で異ならせ、その後の工程を同じ条件で実行して転写用はんだバンプシートを製造し、酸洗浄時間の影響を検討した。
【００５８】
なお、それぞれのシートは、酸洗浄後に、はんだめっき液の酸成分（はんだを含まない液）に浸漬し洗浄した後、はんだめっき工程に供した。表１中の酸洗時間０分のデータは、それぞれのシートを上記はんだめっき液の酸成分（はんだを含まない）で洗浄した後のＥＳＣＡによる表面分析結果を示している。
【００５９】
表１に示したように、実施例１のシートについては、酸洗浄の時間とともに、酸化物層１１８の厚さが徐々に上昇していることが認められる。但し、酸洗浄時間が２０分のものの酸化物層１１８の厚さは低下しており、最表面にクロム酸化物層１１６が検出されなかったことから、酸化物層１１８の一部が欠落したものと思われる。実施例のシートでは、２分以上酸洗することによって、バンプ欠けはほとんど発生せず、３分以上酸洗したものでは、バンプ欠けは全く発生しなかった。
【００６０】
酸化物層１１８の厚さに注目すると、酸洗浄による効果を十分に得るためには、酸化物層の厚さが酸洗浄によって、酸洗浄前の酸化物層の厚さの約５％以上、好ましくは約１４％以上増加するように酸洗浄を行うことが好ましいと言える。但し、酸洗浄を余り長時間行うと、最外表面のクロム酸化物層が脱落するおそれがあるので、酸化物層の厚さが約２６％以上増加しないように、酸洗浄の条件および時間を制御することが好ましい。
【００６１】
比較例１および比較例２のシートについては、２分以上酸洗したものにバンプ欠けは全く発生しなかった。また、これらのシートは何れも２０分酸洗すると、レジスト層１３０の浮き上がり（剥離）が発生し、バンプ欠け率や転写不良率を評価することができなかった。なお、比較例２において、酸化物層の厚さが酸洗時間とともに変動するのは、酸洗によってステンレスが不動態化することによる酸化物層の厚さの増加と、酸化物層の溶出による膜厚の減少が繰り返されるためと考えられる。実施例１および比較例１のシート１１０の表面粗さ（Ｒｚ）は、それぞれ、０．５μｍおよび０．８μｍであった。
【００６２】
この後、図３（ｃ）に示したように、電気めっき法によって、はんだ１２０をレジスト層１３０の開口部１３０ｂ内に堆積した。ここでは、はんだめっき液として、アルカノールスルフォン酸、９５Ｐｂ−５Ｓｎ溶液を用い、電流密度は１ｍＡ／ｄｍ2とした。めっき液の温度は約２０℃とした。上記の条件で、約１５０分で、はんだ１２０ａを０．１ｍｍの厚さまで堆積することができた。
【００６３】
この後、図３（ｄ）に示したように、レジスト層１３０を剥離する。ここでは、アルカリ系剥離液を用いて、レジスト層１３０を剥離した。その後、水洗し、乾燥することによって、転写用はんだバンプシート３００が得られた。
【００６４】
このようにして得られた実施例の転写用はんだバンプシート３００および比較例の転写用はんだバンプシートのバンプ転写性は、公知のリフロープロセスを用いた転写工程による転写性として評価した。リフロープロセスは、例えば、３５０℃程度の窒素雰囲気で実行した。
【００６５】
表１から明らかなように、シート１１０の最外表面にクロム酸化層１１６を有するＳＵＳ４３０シートを用いて製造した、実施例の転写用はんだバンプシート３００は、酸洗浄時間が３分〜１５分の範囲において、転写率が１００％であり、バンプ欠けも発生せず、非常に優れた転写性を有していることが分かる。
【００６６】
一方、圧延上がりＳＵＳ４３０を用いた比較例１では、酸洗浄時間が２分で、酸化物層の厚さが８．０ｎｍのものだけ、１００％の転写率が得られた。このことから、クロム酸化物層を形成しなくとも、酸洗浄条件を制御し、酸化物層の厚さを制御することによって、優れた転写性を実現できる可能性が示唆されるが、酸洗浄時間のプロセスマージンが狭いので、量産には用いることが難しい。
【００６７】
なお、上述の結果から、優れた転写性を実現できる条件として、酸化物層の厚さが８ｎｍ以上あることが好ましいことが示唆される。上述したように、転写性を向上するためには、まず第１に最外表面にクロム酸化物層を形成することが重要であるが、酸化物層の厚さがあまり薄いと、下地表面が部分的に露出されたり、あるいは、酸化物層の緻密性が低下するなどして、転写性が低下するものと推察される。
【００６８】
上述したように、本実施例の転写用はんだバンプシートの製造方法によって得られた転写用はんだバンプシートを用いることによって、約３０００個のバンプを１００％の転写率で、一括に転写することができた。
【００６９】
【表１】
【００７０】
上述したように、本発明による転写用はんだバンプシートは、多ピンの半導体チップのはんだバンプの形成に好適に用いられるが、これに限られない。
【００７１】
例えば、図４に示すように、半導体チップおよび／または半導体装置が実装されるプリント基板４００にはんだバンプ８０を形成するためにも好適に用いられる。プリント基板４００は、セラミック基板７０上に形成されたランドマーク（パッド電極）７２を有し、このランドマーク７２上にはんだバンプ８０が本発明による転写シートを用いて形成される。なお、セラミック基板７０のランドマーク７２以外の領域は、保護層８２によって覆われている。このプリント基板４００も、例えば、図２を参照しながら説明したのと同様の方法で製造することができる。なお、プリント基板４００のセラミック基板７０に換えて、ポリイミド基板等を用いてもよい。本発明による転写用はんだバンプシートは転写性に優れているので、フレキシブルプリント基板の製造に好適に用いられる。
【００７２】
【発明の効果】
本発明によると、高密度で配置された微細な多数のはんだバンプを確実に転写できるはんだバンプシートの製造方法が提供される。この転写用はんだバンプシートを用いると、例えば、２０００ピンを超える半導体チップのはんだバンプを効率よく確実に形成することができる。
【００７３】
本発明の製造方法によって得られた転写用はんだバンプシートは、さらに直径が小さく（例えば０．１ｍｍ以下）高密度に配列された半導体チップのバンプの形成に好適に用いられ、小型化、高性能化および高速化が進む半導体装置の実現のために重要な技術を提供する。
【００７４】
また、本発明による転写用はんだバンプシートを用いると、高密度で配置された微細な多数のはんだバンプを有するプリント基板を効率よく製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）および（ｂ）は、本発明の転写用はんだバンプシートの製造方法の各工程における転写用はんだバンプシートの模式的な断面図である。
【図２】本発明の実施形態の製造方法によって得られる半導体装置２００を模式的に示す図である。
【図３】（ａ）から（ｄ）は、本発明の実施例の転写用はんだバンプシートの製造方法の各工程における転写用はんだバンプシートの模式的な断面図である。
【図４】本発明の実施形態の製造方法によって得られるプリント基板４００を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１０、１１０ シート
１０ａ、１１０ａ はんだ受容面（最外表面）
１２、１１２ ベースシート（ＳＵＳ４３０）
１２ａ 導電性表面
１４、１１４ 下地酸化物層
１６、１１６ クロム酸化物層
１８、１１８ 酸化物層
４０ 半導体チップ
４２、５２ パッド電極
５０ パッケージの配線基板
５４ 出入力端子
１００、３００ 転写用はんだバンプシート
２００ 半導体装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、転写用はんだバンプシートおよびその製造方法、ならびに半導体装置およびプリント基板の製造方法に関する。本発明は、特に、半導体チップをパッケージの基板に接続するために好適に用いられるはんだバンプシートの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
はんだバンプは、半導体装置と回路基板との接続や、半導体チップと回路基板との接続に用いられている。はんだバンプは、電気的な接続とともに機械的な接続を提供する。
【０００３】
ここでは、「半導体装置」は半導体チップがパッケージされたものを指し、単一の半導体チップをパッケージしたものだけでなく、複数の半導体チップを有する、例えばマルチチップモジュール（ＭＣＭ）を含むものとする。また、「回路基板」は、半導体装置が実装されるプリント基板だけでなく、フリップ・チップ接続などによってベアチップが実装されるパッケージの配線基板を含む。なお、本発明は、特に、狭ピッチのはんだバンプの形成に好適に用いられるので、以下では、フリップ・チップ接続用のはんだバンプについて説明する。
【０００４】
はんだバンプの形成方法として、ペースト印刷法やボールマウント法が用いられている。しかしながら、ペースト印刷法では、微細なバンプを形成することが困難であり、また、高さ（厚さ）を高い寸法精度で制御することが難しい。ボールマウント法は、比較的微細なバンプを形成することができるが、真球状に形状調整されたはんだボール（例えば、直径０．７６ｍｍ±０．０２ｍｍ）を高価なマウンタ−を用いて所定の位置に圧接するので、製造コストが非常に高い。さらに微細なはんだボールを確実に扱うことは難しく、生産効率はさらに低下する。
【０００５】
そこで本発明者は、微細なはんだバンプを形成する方法として、転写用はんだバンプシートを用いる方法を特開平１１−３１２７５８号公報に開示している。例えば、めっき法で形成した膜をフォトリソグラフィプロセスを用いてパターニングすることによって、高さ（厚さ）のばらつきが小さい、微細なバンプを効率良く安価に製造することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本発明者がさらに検討した結果、特開平１１−３１２７５８号公報に開示されている転写用はんだバンプシートでは、はんだバンプの転写性にばらつきがあり、多くのバンプ、例えば１０００個を超えるバンプを確実に転写することが困難であり、歩留まりの低下の要因となることが分かった。この問題は、半導体装置の集積度が高くなるに連れて深刻となる。
【０００７】
また、大容量のＤＲＡＭを備える半導体チップ（例えばＡＳＩＣ）を接続するためのはんだバンプには、α線によるＤＲＡＭの誤動作を防止するために、α線源の少ないはんだを用いる必要がある。半導体チップの価格もさることながら、低α線源のはんだ材料の価格も高い（例えば、金の３倍）ので、歩留まりの向上が強く望まれる。
【０００８】
本発明は、上記諸点に鑑みてなされたものであり、高密度で配置された微細な多数のはんだバンプを確実に転写できるはんだバンプシートおよびその製造方法ならびに、このはんだバンプシートを用いる半導体装置およびプリント基板の製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の転写用はんだバンプシートの製造方法は、最外表面に実質的に鉄酸化物を含まないクロム酸化物層を有するシートを用意する工程と、前記クロム酸化物層上に、所定のパターンに配置された複数のはんだバンプを形成する工程とを包含し、そのことによって上記目的が達成される。
【００１０】
前記シートは、導電性表面を有し、前記導電性表面上に前記クロム酸化物層を有するシートであって、前記複数のはんだバンプは電気めっき法で形成されることが好ましい。
【００１１】
前記シートはステンレスシートであって、前記クロム酸化物層は、前記ステンレスシートの導電性表面を熱酸化する工程を含むプロセスによって形成されていることが好ましい。
【００１２】
前記クロム酸化物層は、前記ステンレスシートの表面に形成された鉄酸化物を含む下地酸化物層上に形成されており、前記クロム酸化物層と前記下地酸化物層とを合わせた酸化物層の厚さが８ｎｍ以上であることが好ましい。
【００１３】
前記複数のはんだバンプを形成する工程は、前記クロム酸化物層上に、所定のパターン配置された複数の開口部を有するレジスト層を形成する工程と、前記レジスト層の前記複数の開口部内に露出された前記クロム酸化物層上に、電気めっき法によってはんだを堆積する工程とを包含することが好ましい。
【００１４】
前記電気めっき工程の前に、前記ステンレスシートの最外表面を酸性水溶液で洗浄する工程をさらに包含することが好ましい。
【００１５】
前記酸洗浄工程は、前記クロム酸化物層と前記下地酸化物層とを合わせた酸化物層の厚さが酸洗浄によって５％以上増加するように実行されることが好ましい。
【００１６】
前記電気めっき工程は、ラックめっき法を用いて０．５Ａ／ｄｍ2〜４Ａ／ｄｍ2の電流密度で実行されることが好ましい。
【００１７】
本発明の転写用はんだバンプシートは、上記のいずれかの製造方法によって製造された転写用はんだバンプシートと実質的に同じ構造を有しており、そのことによって上記目的が達成される。
【００１８】
本発明の半導体装置の製造方法は、配線基板上に接続された半導体チップを有する半導体装置の製造方法であって、所定のパターンに配列された複数のパッドを有する半導体チップを用意する工程と、上記のいずれかの製造方法によって製造された転写用はんだバンプシートと実質的に同じ構造を有する転写用はんだバンプシートであって、前記複数のはんだバンプが前記複数のパッドの配列パターンに対応して配列された、転写用はんだバンプシートを用意する工程と、前記転写用はんだバンプシートの前記複数のはんだバンプを前記半導体チップの前記複数のパッドに転写する工程と、前記半導体チップを所定の配線基板に前記複数のはんだバンプを介して接続する工程とを包含し、そのことによって上記目的が達成される。
【００１９】
本発明のプリント基板の製造方法は、基板上に配線および複数のはんだバンプを有するプリント基板の製造方法であって、配線と、所定のパターンに配列された複数のパッドとを有する基板を用意する工程と、上記のいずれかの製造方法によって製造された転写用はんだバンプシートと実質的に同じ構造を有する転写用はんだバンプシートであって、前記複数のはんだバンプが前記複数のパッドの配列パターンに対応して配列された、転写用はんだバンプシートを用意する工程と、前記転写用はんだバンプシートの前記複数のはんだバンプを前記基板の前記複数のパッドに転写する工程とを包含することを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明による実施形態の転写用はんだバンプシートの構造およびその製造方法を図１（ａ）および（ｂ）を参照しながら説明する。図１（ａ）および（ｂ）は、本発明の転写用はんだバンプシートの製造方法の各工程における転写用はんだバンプシートの模式的な断面図である。
【００２１】
図１（ａ）に示したように、はんだ受容面１０ａを有するシート１０を用意する。シート１０は、導電性表面１２ａと、導電性表面１２ａ上の最外表面に実質的に鉄酸化物を含まないクロム酸化物層１６とを有している。すなわち、シート１０のはんだ受容面１０ａは、クロム酸化物層１６の表面である。好適に用いられるステンレスシート１２を用いた場合は、導電性表面１２ａ上に鉄酸化物を含む下地酸化物層１４が形成されている。なお、下地酸化物層１４とクロム酸化物層１６とを含む層を酸化物層１８とする。
【００２２】
次に、図１（ｂ）に示すように、クロム酸化物層１６上に、所定のパターンに配置された複数のはんだバンプ２０を電気めっき法によって形成することによって、転写用はんだバンプシート１００が得られる。
【００２３】
本発明は、はんだバンプの転写性を改善するために、はんだ受容面１０ａの組成と、はんだバンプ２０の転写性との関係を詳細に検討した結果得られたものである。
【００２４】
はんだバンプの形成方法としては、電気めっき法を採用することが好ましい。電気めっき法は、微細なはんだバンプ２０の形成が容易で、且つ、はんだバンプ２０の高さ（厚さ）を高い寸法精度（例えば±５μｍ）で制御できる利点がある。また、めっき条件のばらつきを抑制するために、ラックめっき法を採用することが好ましい。
【００２５】
電気めっき法を採用する場合、導電性表面１２ａを有するシート１２を転写用はんだバンプシートのベースシート１２とする。このベースシート１２としては、例えば、不動態化処理されたステンレスシート（例えばＳＵＳ４３０）を好適に用いることができる。ステンレスシートは、導電性表面を有することはもちろん、入手が容易で安価である利点がある。さらに、ステンレスの表面は、はんだに対する濡れ性が低いので、優れた転写性を付与しやすいという利点がある。なお、一般にステンレスシートの表面には自然酸化膜が形成されているが、ここでは説明の簡潔さのために、ステンレスシート１２は自然酸化膜を含まないものとする。
【００２６】
例えば、特開平１１−３１２７５８号公報には、はんだバンプの良好な転写性を得るために自然酸化膜を利用する方法として、ベースシートとして、Ｆｅ−Ｃｒ合金（ＳＵＳ４３０）を用いる方法が記載されている。上記公報には、Ｆｅ−Ｃｒ合金の表面に形成されるＣｒ2Ｏ3皮膜の表面の濡れ性が低いため、はんだバンプが剥がれやすく、転写を良好に行うことができる、と記載されている。しかしながら、本発明者がＳＵＳ４３０のシートを用いて、高密度で配置された微細な多数のはんだバンプ（例えば、バンプ径が０．２ｍｍ以下、バンプ間ピッチはバンプ径の１．５倍〜１．７倍程度、バンプ数２０００以上）の転写性を詳細に検討したところ、後に実験結果を示して説明するように、十分な転写性を得ることができなかった。
【００２７】
そこで、ＳＵＳ４３０のはんだ受容面の表面粗さや組成と、はんだバンプの転写性との関係に注目し種々検討した結果、少なくとも表面粗さ（Ｒｚ）が１μｍ以下の場合には、表面粗さよりも、むしろ表面組成が転写性に大きく影響することが分かった。
【００２８】
具体的には、ＥＳＣＡを用いてＳＵＳ４３０シートの表面組成を分析した結果、ＳＵＳ４３０のシートに形成される自然酸化膜の最外表面（すなわち、はんだ受容面）には、Ｃｒ2Ｏ3だけでなく、ＣｒＯｘ（ｘは酸化数が不特定であることを示す。）やＦｅ2Ｏ3が含まれていることが分かった。一方、ＳＵＳ４３０のシートの表面を熱酸化すると、鉄酸化物を実質的に含まない、クロム酸化物（Ｃｒ2Ｏ3およびＣｒＯｘを含む）からなる層が最外表面に形成され、良好な転写性が得られることが分かった。
【００２９】
上述のことから、Ｆｅ2Ｏ3がはんだ受容面に存在するとはんだバンプの転写性が損なわれ、実質的に鉄酸化物を含まないクロム酸化物層をはんだ受容面とすることによって転写性が改善されることが明らかになった。これらの知見に基づいて、本発明の転写用はんだバンプシートの製造方法においては、シートの最外表面に実質的に鉄酸化物を含まないクロム酸化物層１６を形成することによって、はんだバンプの転写性を改善している。
【００３０】
はんだバンプを電気めっき法で形成する場合、シート１２として、ステンレスシートを好適に用いられるが、はんだバンプ２０の優れた転写性を得るためには、クロム酸化物層１６の表面にはんだが堆積されていればよい。すなわち、なんらかの方法で最外層として上述のクロム酸化物層１６を形成し、その上にはんだバンプ２０が形成されていれば本発明の効果が得られる。例えば、ガラス表面にＦｅ−Ｃｒ合金層を形成し、これを熱酸化することによって、クロム酸化物層１６（および下地酸化物層１４）を形成することができる。
【００３１】
なお、本明細書においては、「実質的に鉄酸化物を含まない」とは、ＥＳＣＡによる表面組成分析によって鉄酸化物を検出できないことを意味することにする。また、シート１０の最外表面に形成されるクロム酸化物層１６の下には、鉄酸化物を含む下地酸化物層１４が形成されており、クロム酸化物層１６は非常に薄い層である。熱酸化は、種々の条件で実行され得る。例えば、水素ガス７５％、窒素ガス２５％の雰囲気で、２５０℃〜８５０℃の温度まで加熱すればよい。シートが上記の温度に到達すればよく、加熱時間は特に制限されない。優れた転写性を得るためには、下地酸化物層１４とクロム酸化物層１６とを含む酸化物層１８の厚さが８ｎｍ以上となるように熱酸化することが好ましい。
【００３２】
また、転写用はんだバンプシートの製造方法においては、電気めっき法によるはんだの堆積の前に、はんだ受容面を酸性水溶液で洗浄することが好ましい。はんだが堆積されるべきクロム酸化物層の表面が汚れていると、はんだが均一に堆積されなかったり、十分な密着強度が得られないことがある。はんだ受容面１０ａは、溶融されたはんだに対しては適度な離型性を有する必要があるが、転写用はんだバンプ２０が溶融されるまでは、すなわち固体状態のはんだバンプ２０に対しては、適度な接着性を有する必要がある。適度な接着性を得るためには、はんだ受容面の表面状態および後述する電気めっき時の電流密度が影響する。
【００３３】
なお、この酸洗浄工程において、はんだ受容面に形成された酸化物層（下地酸化物層とクロム酸化物層とを含む）の厚さは時間とともに増加する傾向が見られる。酸洗浄による効果を十分に得るためには、酸化物層の厚さが酸洗浄によって、酸洗浄前の酸化物層の厚さの５％以上増加するように酸洗浄を行うことが好ましい。但し、酸洗浄を余り長時間行うと、最外表面のクロム酸化物層が脱落するおそれがあるので、酸化物層の厚さが約２６％以上増加しないように、酸洗浄の条件および時間を制御することが好ましい。また、酸洗浄後の酸化物層の厚さは８ｎｍ以上あることが好ましい。
【００３４】
この酸洗浄の具体的な条件は、後述するように、例えば、１７．５重量％の塩酸水溶液に浸漬することによって酸洗浄を行う場合、浸漬時間は、１５分以下であることが好ましい。酸洗浄に用いる水溶液や洗浄方法および洗浄時間は適宜変更され得る。但し、例示した酸洗浄方法を採用すると、３分〜１５分の範囲で良好な転写性を実現でき、酸洗浄工程のプロセスマージンが十分に広いので好ましい。はんだ受容面を浄化する方法として、この他にイオンスパッタリング法を用いてもよい。
【００３５】
微細なはんだバンプ２０を形成するためには、生産性の観点から、フォトリソグラフィ法を用いることが好ましく、特に、はんだ受容面１０ａであるクロム酸化物層１６上に、所定のパターン配置された複数の開口部を有するレジスト層を形成し、開口部内に露出されたクロム酸化物層上に、電気めっき法によってはんだを堆積する方法を採用することが好ましい。この方法を採用すると、開口部内にのみはんだが堆積されるので、全面に堆積したはんだをパターニングするよりも、材料の歩留まりを向上することができる。従って、低α線はんだ（例えば、錫基無鉛はんだ）のように高価な材料を用いる場合に特に効果的である。
【００３６】
また、電気めっき工程は、特に、ラックめっき法を用いて、シート１０を固定した状態で、０．５Ａ／ｄｍ2〜４Ａ／ｄｍ2の電流密度で実行されることが好ましい。４Ａ／ｄｍ2を超えると十分な転写性を得られないことがあり、０．５Ａ／ｄｍ2より低いと接着性が低すぎることがある。また、電流密度が低いとめっき速度が低下し、所定の厚さのはんだを堆積するために長時間を要するので、作業性、歩留まりについての量産性を考慮すると、電流密度は０．５Ａ／ｄｍ2以上であることが好ましく、１Ａ／ｄｍ2以上であることがさらに好ましい。
【００３７】
また、はんだバンプは、溶射や蒸着に形成してもよい。さらに、はんだ箔をシートの表面に押圧接着する方法（例えば、特開平１１−３１２７５８号公報参照）を用いても良い。電気めっき法以外の方法でバンプを形成する場合には、シート１０のはんだ受容面１０ａに導電性は必要なく、最外層にクロム酸化物層１６を有していれば、優れた転写性を得ることができる。
【００３８】
なお、はんだの材料としては、９５Ｐｂ−５Ｓｎはんだを好適に用いることができるが、一般に用いられる種々のはんだ材料のクロム酸化物に対する接着性（固体状態）および離型性（溶融状態）はほぼ同じなので、他のはんだ材料を用いることもできる。本明細書でいう「はんだ」は広義のはんだを意味し、Ｐｂ−Ｓｎ以外にＳｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ｚｎ、Ｓｎ−ＩｎおよびＳｎ−Ｂｉなどの錫基無鉛はんだを含むものを指す。
【００３９】
上述のようにして製造された転写用はんだバンプ２０は、優れた転写性を有しているので、高密度で配置された微細な多数のはんだバンプを確実に転写できる。従って、例えば、上述の転写用はんだバンプシート１００を用いることによって、例えば、図２に示す端子数の多い高性能な半導体装置２００を効率良く製造することができる。
【００４０】
図２に示した半導体装置２００の半導体チップ４０は、パッケージの配線基板５０上にフリップ・チップ接続されている。すなわち、半導体チップ４０のパッド電極４２と配線基板５０のパッド電極５２とがはんだバンプ２０を介して接続されている。
【００４１】
この半導体装置２００は、転写用はんだバンプシート１００を用いて以下の様にして製造される。
【００４２】
まず、転写用はんだバンプシート１００のはんだバンプ２０は、公知のリフロープロセスで、半導体チップ４０のパッド電極４２に転写される。勿論、転写用はんだバンプシート１００のはんだバンプ２０は、半導体チップ４０のパッド電極４２の配列パターンに対応するように設けられている。
【００４３】
半導体チップ４０に転写されたはんだバンプ２０を配線基板５０のパッド５２に対応するように、位置合わせを行い、再びリフロープロセスによって、はんだバンプ２０をパッド５２に接続する。
【００４４】
この様にして得られた半導体装置２００は、配線基板５０の出入力端子５４を介して、回路基板（例えばプリント基板（不図示））に実装される。このとき、半導体装置２００は、例えば、金属バンプ６０を用いてプリント基板に接続される。本発明による転写用はんだバンプシート１００は、微細で高密度に配置されたはんだバンプの形成に好適に用いられるが、必要に応じて、半導体装置２００をプリント基板に実装するための金属バンプ６０を形成するために用いることもできる。
【００４５】
以下に、本発明による実施形態の転写用はんだバンプシートおよびその製造方法を実施例および比較例を示して説明する。ここでは、直径０．１６ｍｍ、ピッチ０．２４ｍｍ、高さ０．１ｍｍのバンプを２９１６（５４×５４）個（１つの半導体チップに対応）を形成した。
【００４６】
実施例の転写用はんだバンプシートの製造方法を図３（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。
【００４７】
まず、図３（ａ）に示したように、最外表面にクロム酸化物層１１６を有するシート１１０を用意する。このシート１１０は、ステンレスのベースシート１１２の表面に、鉄酸化物を含む下地酸化物層１１４とその上に形成されたクロム酸化物層１１６とを有し、圧延上がりステンレスシート（ＳＵＳ４３０）の表面を熱酸化することによって形成されたものである。具体的には、厚さ０．１ｍｍの圧延上がりＳＵＳ４３０シートを水素ガス７５％、窒素ガス２５％の雰囲気で８００℃の温度まで加熱することによって実施例のシート１１０を得た。このシート１１０は、種々の鋼材メーカから入手することも可能である。
【００４８】
また、比較例１として、圧延上がりＳＵＳ４３０シート（上記の熱酸化処理無し）と、比較例２として、実施例で用いた圧延上がりＳＵＳ４３０を熱酸化処理したシートの表面をバフ研磨（＃１５００のバフを使用）したものを用意した。
【００４９】
得られたシート１１０は、必要に応じて、所定の形状に加工される。ここでは、エッチング法を用いて、一辺が１８ｍｍの正方形に加工した。
【００５０】
実施例と比較例１および２のシートの表面をＥＳＣＡ（島津製作所製ＥＳＣＡ−８５０、エッチング速度２．５ｎｍ／分）を用いて表面組成分析を行った結果を表１に示した。なお、表１には、後に説明する酸洗浄工程の表面分析結果およびはんだバンプの成形性および転写性の評価結果を合わせて示している。
【００５１】
表１（素材の段）に示したように、実施例のシート１１０は、最表面にクロム酸化物層（Ｃｒ2Ｏ3、ＣｒＯｘを含む）１１６を有し、クロム酸化物層１１６と下地酸化物層１１４とを合わせた酸化物層１１８の厚さは、９．５ｎｍであった。それに対し、比較例１および比較例２の最外表面には、鉄酸化物（Ｆｅ2Ｏ3を含む）とクロム酸化物を含む層が形成されていた。それぞれの酸化物層の厚さは、６．５ｎｍおよび５．６ｎｍと比較的薄かった。
【００５２】
以下の工程は、実施例について説明するが、比較例１および比較例２もシートの表面の構造および組成が異なるだけで、同様の工程で転写用はんだバンプシートを製造した。
【００５３】
次に、図３（ｂ）に示したように、シート１１０のクロム酸化物層１１６上に所定のパターンで配置された開口部１３０ｂを有するレジスト層１３０を形成する。なお、レジスト層１３０のうち、レジストが実際に存在する部分をレジスト膜１３０ａとする。
【００５４】
ここでは、開口部１３０ｂは、形成するはんだバンプの直径０．１６ｍｍで、残存するレジスト膜１３０ａはピッチ０．２４ｍｍで形成される。また、レジスト層１３０の厚さは、形成するはんだバンプの高さと同等以上とした。レジスト層１３０の厚さ（開口部１３０ｂの深さ）と同等またはレジスト層１３０の厚さより低いはんだバンプを形成すると、はんだバンプの形状を一定に制御できる。
【００５５】
上述したレジスト層１３０は、公知のフォトリソグラフィプロセスを用いて形成することができる。すなわち、所定のパターンを有するフォトマスクを介してレジスト膜を露光し、現像することによって形成される。特に、ドライフィルムレジストを用いると、レジスト層１３０の厚さを簡便に正確に制御できる利点がある。また、比較的厚いレジスト層１３０を短時間で形成できる利点もある。
【００５６】
次の電気めっき工程に移る前に、レジスト層１３０の開口部１３０ｂ内に露出されたクロム酸化物層１１６の表面を、水でシャワー洗浄した後、酸性の水溶液で洗浄した。はんだが堆積されるべきクロム酸化物層１１６の表面が汚れていると、はんだが均一に堆積されなかったり、十分な密着強度が得られないことがある。はんだが十分に堆積されなかった場合を表１中では、バンプ欠け発生率として、示している。すなわち、実施例、比較例１及び比較例２において、２９１６個のバンプのうち、欠けが発生したバンプの数を１００分率で示している。
【００５７】
酸洗浄の液としては、ここでは、１７．５重量％の塩酸水溶液を用いた。また、酸洗浄の時間、すなわち、上記塩酸水溶液に浸漬する時間を０〜２０分の範囲内で異ならせ、その後の工程を同じ条件で実行して転写用はんだバンプシートを製造し、酸洗浄時間の影響を検討した。
【００５８】
なお、それぞれのシートは、酸洗浄後に、はんだめっき液の酸成分（はんだを含まない液）に浸漬し洗浄した後、はんだめっき工程に供した。表１中の酸洗時間０分のデータは、それぞれのシートを上記はんだめっき液の酸成分（はんだを含まない）で洗浄した後のＥＳＣＡによる表面分析結果を示している。
【００５９】
表１に示したように、実施例１のシートについては、酸洗浄の時間とともに、酸化物層１１８の厚さが徐々に上昇していることが認められる。但し、酸洗浄時間が２０分のものの酸化物層１１８の厚さは低下しており、最表面にクロム酸化物層１１６が検出されなかったことから、酸化物層１１８の一部が欠落したものと思われる。実施例のシートでは、２分以上酸洗することによって、バンプ欠けはほとんど発生せず、３分以上酸洗したものでは、バンプ欠けは全く発生しなかった。
【００６０】
酸化物層１１８の厚さに注目すると、酸洗浄による効果を十分に得るためには、酸化物層の厚さが酸洗浄によって、酸洗浄前の酸化物層の厚さの約５％以上、好ましくは約１４％以上増加するように酸洗浄を行うことが好ましいと言える。但し、酸洗浄を余り長時間行うと、最外表面のクロム酸化物層が脱落するおそれがあるので、酸化物層の厚さが約２６％以上増加しないように、酸洗浄の条件および時間を制御することが好ましい。
【００６１】
比較例１および比較例２のシートについては、２分以上酸洗したものにバンプ欠けは全く発生しなかった。また、これらのシートは何れも２０分酸洗すると、レジスト層１３０の浮き上がり（剥離）が発生し、バンプ欠け率や転写不良率を評価することができなかった。なお、比較例２において、酸化物層の厚さが酸洗時間とともに変動するのは、酸洗によってステンレスが不動態化することによる酸化物層の厚さの増加と、酸化物層の溶出による膜厚の減少が繰り返されるためと考えられる。実施例１および比較例１のシート１１０の表面粗さ（Ｒｚ）は、それぞれ、０．５μｍおよび０．８μｍであった。
【００６２】
この後、図３（ｃ）に示したように、電気めっき法によって、はんだ１２０をレジスト層１３０の開口部１３０ｂ内に堆積した。ここでは、はんだめっき液として、アルカノールスルフォン酸、９５Ｐｂ−５Ｓｎ溶液を用い、電流密度は１ｍＡ／ｄｍ2とした。めっき液の温度は約２０℃とした。上記の条件で、約１５０分で、はんだ１２０ａを０．１ｍｍの厚さまで堆積することができた。
【００６３】
この後、図３（ｄ）に示したように、レジスト層１３０を剥離する。ここでは、アルカリ系剥離液を用いて、レジスト層１３０を剥離した。その後、水洗し、乾燥することによって、転写用はんだバンプシート３００が得られた。
【００６４】
このようにして得られた実施例の転写用はんだバンプシート３００および比較例の転写用はんだバンプシートのバンプ転写性は、公知のリフロープロセスを用いた転写工程による転写性として評価した。リフロープロセスは、例えば、３５０℃程度の窒素雰囲気で実行した。
【００６５】
表１から明らかなように、シート１１０の最外表面にクロム酸化層１１６を有するＳＵＳ４３０シートを用いて製造した、実施例の転写用はんだバンプシート３００は、酸洗浄時間が３分〜１５分の範囲において、転写率が１００％であり、バンプ欠けも発生せず、非常に優れた転写性を有していることが分かる。
【００６６】
一方、圧延上がりＳＵＳ４３０を用いた比較例１では、酸洗浄時間が２分で、酸化物層の厚さが８．０ｎｍのものだけ、１００％の転写率が得られた。このことから、クロム酸化物層を形成しなくとも、酸洗浄条件を制御し、酸化物層の厚さを制御することによって、優れた転写性を実現できる可能性が示唆されるが、酸洗浄時間のプロセスマージンが狭いので、量産には用いることが難しい。
【００６７】
なお、上述の結果から、優れた転写性を実現できる条件として、酸化物層の厚さが８ｎｍ以上あることが好ましいことが示唆される。上述したように、転写性を向上するためには、まず第１に最外表面にクロム酸化物層を形成することが重要であるが、酸化物層の厚さがあまり薄いと、下地表面が部分的に露出されたり、あるいは、酸化物層の緻密性が低下するなどして、転写性が低下するものと推察される。
【００６８】
上述したように、本実施例の転写用はんだバンプシートの製造方法によって得られた転写用はんだバンプシートを用いることによって、約３０００個のバンプを１００％の転写率で、一括に転写することができた。
【００６９】
【表１】
上述したように、本発明による転写用はんだバンプシートは、多ピンの半導体チップのはんだバンプの形成に好適に用いられるが、これに限られない。
【００７１】
例えば、図４に示すように、半導体チップおよび／または半導体装置が実装されるプリント基板４００にはんだバンプ８０を形成するためにも好適に用いられる。プリント基板４００は、セラミック基板７０上に形成されたランドマーク（パッド電極）７２を有し、このランドマーク７２上にはんだバンプ８０が本発明による転写シートを用いて形成される。なお、セラミック基板７０のランドマーク７２以外の領域は、保護層８２によって覆われている。このプリント基板４００も、例えば、図２を参照しながら説明したのと同様の方法で製造することができる。なお、プリント基板４００のセラミック基板７０に換えて、ポリイミド基板等を用いてもよい。本発明による転写用はんだバンプシートは転写性に優れているので、フレキシブルプリント基板の製造に好適に用いられる。
【００７２】
【発明の効果】
本発明によると、高密度で配置された微細な多数のはんだバンプを確実に転写できるはんだバンプシートの製造方法が提供される。この転写用はんだバンプシートを用いると、例えば、２０００ピンを超える半導体チップのはんだバンプを効率よく確実に形成することができる。
【００７３】
本発明の製造方法によって得られた転写用はんだバンプシートは、さらに直径が小さく（例えば０．１ｍｍ以下）高密度に配列された半導体チップのバンプの形成に好適に用いられ、小型化、高性能化および高速化が進む半導体装置の実現のために重要な技術を提供する。
【００７４】
また、本発明による転写用はんだバンプシートを用いると、高密度で配置された微細な多数のはんだバンプを有するプリント基板を効率よく製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）および（ｂ）は、本発明の転写用はんだバンプシートの製造方法の各工程における転写用はんだバンプシートの模式的な断面図である。
【図２】本発明の実施形態の製造方法によって得られる半導体装置２００を模式的に示す図である。
【図３】（ａ）から（ｄ）は、本発明の実施例の転写用はんだバンプシートの製造方法の各工程における転写用はんだバンプシートの模式的な断面図である。
【図４】本発明の実施形態の製造方法によって得られるプリント基板４００を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１０、１１０ シート
１０ａ、１１０ａ はんだ受容面（最外表面）
１２、１１２ ベースシート（ＳＵＳ４３０）
１２ａ 導電性表面
１４、１１４ 下地酸化物層
１６、１１６ クロム酸化物層
１８、１１８ 酸化物層
４０ 半導体チップ
４２、５２ パッド電極
５０ パッケージの配線基板
５４ 出入力端子
１００、３００ 転写用はんだバンプシート
２００ 半導体装置
Claims (11)
- 最外表面に実質的に鉄酸化物を含まないクロム酸化物層を有するシートを用意する工程と、
前記クロム酸化物層上に、所定のパターンに配置された複数のはんだバンプを形成する工程と、
を包含する、転写用はんだバンプシートの製造方法。 - 前記シートは、導電性表面を有し、前記導電性表面上に前記クロム酸化物層を有するシートであって、前記複数のはんだバンプは電気めっき法で形成される、請求項１に記載の転写用はんだバンプシートの製造方法。
- 前記シートはステンレスシートであって、前記クロム酸化物層は、前記ステンレスシートの導電性表面を熱酸化する工程を含むプロセスによって形成されている、請求項２に記載の転写用はんだバンプシートの製造方法。
- 前記クロム酸化物層は、前記ステンレスシートの表面に形成された鉄酸化物を含む下地酸化物層上に形成されており、前記クロム酸化物層と前記下地酸化物層とを合わせた酸化物層の厚さが８ｎｍ以上である、請求項３に記載の転写用はんだバンプシートの製造方法。
- 前記複数のはんだバンプを形成する工程は、
前記クロム酸化物層上に、所定のパターン配置された複数の開口部を有するレジスト層を形成する工程と、
前記レジスト層の前記複数の開口部内に露出された前記クロム酸化物層上に、電気めっき法によってはんだを堆積する工程と、
を包含する請求項３または４に記載の転写用はんだバンプシートの製造方法。 - 前記電気めっき工程の前に、前記ステンレスシートの最外表面を酸性水溶液で洗浄する工程をさらに包含する、請求項５に記載の転写用はんだバンプシートの製造方法。
- 前記酸洗浄工程は、前記クロム酸化物層と前記下地酸化物層とを合わせた酸化物層の厚さが酸洗浄によって５％以上増加するように実行される、請求項６に記載の転写用はんだバンプシートの製造方法。
- 前記電気めっき工程は、ラックめっき法を用いて０．５Ａ／ｄｍ2〜４Ａ／ｄｍ2の電流密度で実行される、請求項５から７のいずれかに記載の転写用はんだバンプシートの製造方法。
- 請求項１から８のいずれかに記載の製造方法によって製造された、転写用はんだバンプシート。
- 配線基板上に接続された半導体チップを有する半導体装置の製造方法であって、
所定のパターンに配列された複数のパッドを有する半導体チップを用意する工程と、
請求項９に記載の転写用はんだバンプシートであって、前記複数のはんだバンプが前記複数のパッドの配列パターンに対応して配列された、転写用はんだバンプシートを用意する工程と、
前記転写用はんだバンプシートの前記複数のはんだバンプを前記半導体チップの前記複数のパッドに転写する工程と、
前記半導体チップを所定の配線基板に前記複数のはんだバンプを介して接続する工程と、
を包含する半導体装置の製造方法。 - 基板上に配線および複数のはんだバンプを有するプリント基板の製造方法であって、
配線と、所定のパターンに配列された複数のパッドとを有する基板を用意する工程と、
請求項９に記載の転写用はんだバンプシートであって、前記複数のはんだバンプが前記複数のパッドの配列パターンに対応して配列された、転写用はんだバンプシートを用意する工程と、
前記転写用はんだバンプシートの前記複数のはんだバンプを前記基板の前記複数のパッドに転写する工程と、
を包含するプリント基板の製造方法。
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