JP3835352B2 - バンプの形成方法及びバンプを有する基板と他の基板との接合方法 - Google Patents

バンプの形成方法及びバンプを有する基板と他の基板との接合方法 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板の複数の電極部へのバンプの形成方法、及びバンプを有する基板と他の基板との接合方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体基板に形成された複数の電極部の上に、半田等のバンプを形成する方法として、従来から、電気めっきを用いた方法が知られている。
【０００３】
図６に示す断面模式図を用いて、従来の電気めっきを用いたバンプ形成方法を以下に説明する。半導体基板であるシリコン（Ｓｉ）ウェハ１１の表面には、電極部２１が設けられており、バンプの形成部位を開口したレジストマスク７０をＳｉウェハ１１の表面に形成して、全体をめっき液の中に浸漬する。次に、Ｓｉウェハ１１の表面の電極部２１をカソードとし、めっき液中に設けられたアノード電極８との間に電圧を印加して、レジストマスク７０の開口部に露出した電極部２１上に、めっき液に溶解している金属イオンを析出させる。この析出した金属イオンにより、バンプ６０が形成されていく。尚、図示を省略したが、電気めっきを安定化させるため、通常、レジストマスク７０の形成前にＳｉウェハ１１の表面全体に銅（Ｃｕ）の薄膜を形成し、バンプ６０の形成後に、不要なＣｕ薄膜をエッチングにより除去する。
【０００４】
図７（ａ）〜（ｃ）に、バンプ６０が形成されたＳｉウェハ１１が、半導体チップ１２にチップ化され、半導体チップ１２がプリント配線基板１３へ搭載される様子を、工程別に示す。
【０００５】
図７（ａ）の斜視図は、バンプが形成された後のＳｉウェハ１１である。一枚のＳｉウェハ１１上には、通常、同じ回路のパターンが数百から千個程度形成されており、これを切り分けて、半導体チップ１２にチップ化して利用される。図７（ｂ）の斜視図は、Ｓｉウェハ１１から切り出された、一個の半導体チップ１２である。通常、一個の半導体チップ１２には数十〜千個以上の電極部２１があり、この電極部２１上にバンプ６０が形成される。図７（ｃ）の断面模式図に、バンプ６０が形成された半導体チップ１２の単層のプリント配線基板１３への搭載状態を示す。この半導体チップ１２のプリント配線基板１３への搭載は、以下のようにして行なう。プリント配線基板１３上の電極部２２と、半導体チップ１２上のバンプ３を対向配置して位置合わせし、半導体チップ１２をプリント配線基板１３上に積層する。次に、半田からなるバンプ６０を溶融・再凝固させて接合部６４を形成し、半導体チップ１２をプリント配線基板１３に接合する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
半導体チップ１２に形成される回路パターンの高密度化に伴い、電極部２１及びその上に形成されるバンプ６０も、小型化・狭ピッチ化が進んでいる。さらに、近年では、半導体チップ１２とプリント配線基板１３との熱膨張率の差を緩和するために、高さの高いバンプ６０が要求されている。
【０００７】
図６に示すバンプ形成方法では、バンプ６０の形状は、レジストマスク７０の開口部の径やそのピッチ或いはレジストマスク７０の厚みを変えることによって、変更することができる。しかしながら、従来の電気めっきによるバンプ６０の形成では次のような問題がある。まず、バンプ６０の形成時に、めっき処理によって発生する水素ガスが取り込まれてバンプ６０の欠けが発生したり、水素ガスの影響によってバンプ６０の成長不良が起き易い。従って、電気めっきでは、バンプ６０の安定した形成は困難である。さらに、電気めっきでは、複数のバンプを形成する際に、バンプ６０の高さのばらつきが発生し易い。そのバンプ６０の高さのばらつきは、バンプ６０の高さが高くなるほど顕著となる。このようにバンプ６０の高さにばらつきがあると、半導体チップ１２のプリント配線基板１３への搭載も不安定になる。
【０００８】
そこで本発明の目的は、高さばらつきが少なく、不具合なく安定的に形成することのできるバンプの形成方法を提供することにある。また、それらバンプを有する基板と他の基板との接合方法を提供することを他の目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載のバンプの形成方法は、基板の複数の電極部の位置に対応して、熱可塑性樹脂からなるフィルムを含むシートに有底孔を形成する有底孔形成工程と、前記有底孔に金属ペーストを充填する充填工程と、前記基板の複数の電極部と金属ペーストが充填された有底孔の開口部とが対向するように位置合わせしつつ、前記基板と前記シートとを積層する積層工程と、積層された前記基板とシートとを加熱及び加圧することにより、前記金属ペーストを焼結してバンプ化するとともに、前記電極部に接合する加熱・加圧工程と、前記シートを前記基板から剥離する剥離工程とを有することを特徴としている。
【００１０】
本発明においては、めっきのように金属を析出成長させるのではなく、バンプの形状（径、高さ）に対応する形状（径、高さ）を有する有底孔を熱可塑性樹脂からなるシートに形成し、その有底孔内に金属ペーストを充填し、充填された金属ペーストを焼結して基板に転写することによってバンプを形成する。従って、バンプ高さはシートに形成された有底孔の深さによって一義的に決まるので、有底孔の深さを揃え、金属ペーストを確実に充填することで、バンプの高さばらつきを安定的に抑制することができる。さらに、本発明によるバンプの形成は、金属ペーストをシートに入れた状態で加熱・加圧して金属ペーストを焼結させるため、欠損のない、安定したバンプの形成が可能である。
【００１１】
請求項２に記載のバンプの形成方法は、前記シートが、熱可塑性樹脂からなるフィルムと金属箔からなる金属フィルムが貼り合わされたシートであり、前記有底孔が、前記貼り合わされたシートの前記熱可塑性樹脂からなるフィルム側の表面から、前記熱可塑性樹脂からなるフィルムと金属フィルムの貼り合わせ面に達する深さに形成された孔であることを特徴としている。
【００１２】
これによれば、前記シートが熱可塑性樹脂と金属箔の異なる材質のフィルムが貼り合わされてできているため、貼り合わせ面の金属箔フィルムを底にして、熱可塑性樹脂からなるフィルムの厚さに一致した深さのそろった有底孔を、容易かつ安定して形成することができる。従って、有底孔に充填された金属ペースから形成されるバンプについても、形成する数や高さによらず、高さのばらつきを抑制することができる。
【００１３】
請求項３に記載のバンプの形成方法は、前記シートが、熱可塑性樹脂からなるフィルムと、金属箔からなる金属フィルムと、前記基板と難接着性を有する剥離用フィルムとが、前記熱可塑性樹脂からなるフィルムを中央にして貼り合わされたシートからなり、前記有底孔が、前記貼り合わされたシートの剥離用フィルム側の表面から、熱可塑性樹脂からなるフィルムと金属フィルムの貼り合わせ面に達する深さに形成された孔であることを特徴としている。
【００１４】
これによれば、前記シートが熱可塑性樹脂と金属箔の異なる材質のフィルムおよび前記基板と難接着性を有する剥離用フィルムが貼り合わされてできているため、前記した深さのそろった有底孔の安定形成の効果に加えて、加熱・加圧によるバンプ形成後のシートの剥離を容易に行なうことができる。
【００１５】
請求項４に記載したように、前記熱可塑性樹脂からなるフィルムの材料は、液晶ポリマー、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂及びポリエーテルエーテルケトン樹脂とポリエーテルイミド樹脂との混合物のいずれかであることが好ましい。これらの材料は、前記加熱・加圧工程において適度な柔軟性と耐熱性を有しているため、これらのシートを用いて加熱・加圧による金属ペーストのバンプ化を容易に行なうことができる。
【００１６】
請求項５に記載したように、前記熱可塑性樹脂からなるフィルムには、前記基板との線膨張係数差を減少するためのフィラーが混入されることが好ましい。これにより、加熱・加圧時に、熱可塑性樹脂からなるフィルムと基板との線膨張係数差に起因する基板割れやバンプの剪断を防止することができる。
【００１７】
請求項６に記載したように、前記金属フィルムの材料は、銅またはアルミニウムであることが好ましい。これによれば、前記熱可塑性樹脂からなるフィルムとの貼り合わせ面に達する深さの有底孔を、レーザ加工等を用いて容易に形成することができる。
【００１８】
請求項７に記載したように、前記剥離用フィルムの材料は、ポリイミド樹脂であることが好ましい。ポリイミド樹脂は、プリント配線基板の絶縁材料に使用される熱可塑性樹脂に対して難着性を有しており、熱可塑性樹脂からなるプリント配線基板にバンプを形成する場合に、加熱・加圧によるバンプ形成後のシートの剥離を、容易に行なうことができる。
【００１９】
請求項８に記載したように、前記有底孔は、レーザ加工により形成されることが好ましい。これによれば、有底孔を任意の形状に形成することができる。
【００２０】
請求項９に記載したように、前記有底孔は、シート表面と平行な断面積がシート表面から有底孔の底面に向かって減少するテーパ形状に形成されることが好ましい。これにより、加熱・加圧によるバンプ形成後のシートの剥離を、容易に行なうことができる。
【００２１】
請求項１０に記載したように、充填工程において、有底孔の底面の金属フィルム面には、金属ペーストが充填される前に、加熱・加圧工程における金属ペーストと金属フィルムの接合を防止する接合防止剤が塗布されることが好ましい。これにより、加熱・加圧によるバンプ形成後のシートの剥離を、容易に行なうことができる。
【００２２】
請求項１１に記載したように、充填工程において、金属ペーストは、有底孔の開口部よりも外側に盛り上がるように有底孔に充填されることが好ましい。これにより、加熱・加圧工程において、金属ペーストと電極部の接合が容易かつ確実になる。
【００２３】
請求項１２に記載したように、前記基板が半導体ウェハであり、前記剥離工程後に、前記半導体ウェハを各半導体チップに切断する切断工程を有することが好ましい。これによれば、前記の工程によりバンプが形成された一枚の半導体ウェハから、半導体チップを大量に製造することができる。
【００２４】
請求項１３に記載したように、前記基板は、単層もしくは多層のプリント配線基板であっても良い。このように、本発明のバンプ形成方法によれば、当該単層もしくは多層のプリント配線基板表面に、容易に高さの揃ったバンプを形成することができる。
【００２５】
請求項１４に記載したように、前記基板は、熱可塑性樹脂を絶縁材料とする単層もしくは多層のプリント配線基板であることが特に好ましい。熱可塑性樹脂を絶縁材料とする単層もしくは多層のプリント配線基板に適用する場合、プリント配線基板を構成する絶縁材料の熱可塑性樹脂とバンプを形成する際に用いるシートの熱可塑性樹脂を同一材料とすることで、線膨張係数差を低減することができる。
【００２６】
次に、請求項１５に記載の第１基板と第２基板の接合方法は、第1基板の複数の電極部の上にバンプを形成する第１基板準備工程と、前記第１基板に形成するバンプの位置に対応して、第２基板に有底孔を形成する第２基板準備工程と、 前記有底孔に金属ペーストを充填する充填工程と、前記バンプと金属ペーストが充填された有底孔の開口部とが対向するように位置合わせしつつ、前記第１基板と前記第２基板とを積層する積層工程と、積層された前記第１基板と第２基板とを加熱及び加圧することにより、前記金属ペーストを焼結してバンプに接合する加熱・加圧工程とを有することを特徴としている。
【００２７】
本発明の第１基板と第２基板の接合方法においては、第１基板にバンプを形成するだけでなく、バンプの位置に対応して第２基板に有底孔を形成しているため、第１基板と第２基板の積層時の位置合わせを、容易かつ確実に行なうことができる。また、加熱・加圧による接合に際しては、バンプだけでなく金属ペーストも接合に寄与するため、第１基板と第２基板の接合強度を高めることができる。
【００２８】
請求項１６に記載の第１基板と第２基板の接合方法は、前記積層工程において、バンプの先端部を、金属ペーストを充填した対応する有底孔の開口部に挿入して、前記第１基板と前記第２基板とを積層することを特徴としている。
【００２９】
これにより、バンプの先端部が有底孔の開口部に挿入されるため、第１基板と第２基板の積層時の位置合わせを、さらに、容易かつ確実に行なうことができる。また、加熱・加圧による接合に際しては、接合面積が増大しているため、接合強度をさらに高めることができる。
【００３０】
請求項１７に記載したように、前記バンプは、第１基板表面と平行な断面積が第１基板表面から離れるに従って減少するテーパ形状に形成されることが好ましい。これによって、第１基板と第２基板の積層工程における位置合わせを、容易かつ確実に行なうことができる。
【００３１】
請求項１８に記載したように、前記有底孔は、第２基板表面と平行な断面積が第２基板表面から有底孔の底面に向かって減少するテーパ形状に形成されることが好ましい。これによっても、第１基板と第２基板の積層工程における位置合わせを、容易かつ確実に行なうことができる。また、高さのそろったバンプの先端部を対応する有底孔に挿入し、有底孔の深さ方向に関する断面積の違いを利用することで、第１基板の第２基板に対する搭載時の高さを容易に設定することができる。
【００３２】
請求項１９に記載したように、前記第１基板と第２基板は、半導体基板、単層のプリント配線基板、多層のプリント配線基板のいずれかであることが好ましい。これによって、半導体基板をプリント配線基板に実装するだけでなく、半導体基板同士を接合して立体回路を構成したり、プリント配線基板同士を接合して多層化を進めることができる。
【００３３】
請求項２０に記載したように、前記バンプの材料と、前記金属ペーストに含まれる金属材料は、同じ材料であることが好ましい。これにより、加熱・加圧時の互いの材料同士の焼結が容易になり、第１基板と第２基板の接合を強固なものにすることができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるバンプの形成方法及びそれにより形成されたバンプを有する基板並びにその基板と他の基板との接合方法について、図に基づいて説明する。
【００３５】
（第１の実施形態）
図１（ａ）〜（ｄ）は、第１の実施形態におけるバンプの形成方法を示す工程別断面図である。
【００３６】
最初に、表面に電極部２１が形成された半導体基板１１の電極部２１の形成位置に対応して、所定の形状の有底孔４４が形成されたシート４５を準備する。半導体基板１１はシリコン（Ｓｉ）ウェハであり、図１（ｃ）に示すように、表面には電極部２１が設けられている。シート４５は、図１（ａ）に示すように、以下の方法を用いて形成する。
【００３７】
図１（ａ）において、符号４０は、熱可塑性樹脂である液晶ポリマーからなる厚さ１２５μｍのフィルム４１と厚さ１８μｍの銅（Ｃｕ）箔からなる金属フィルム４２を貼り合わせた、貼り合わせフィルムである。フィルム４１は、熱可塑性樹脂材料からなることが好ましく、液晶ポリマー以外に、ポリエーテルエーテルケトン樹脂やポリエーテルイミド樹脂、あるいはそれらを混合した樹脂材料によって形成しても良い。フィルム４１の樹脂材料は、後述するように基板上に積層されて加熱されるため、線膨張係数が基板材料と近い樹脂材料が好ましい。従って、フィルム４１と基板１１との線膨張係数差が大きい場合には、フィルム４１を形成する熱可塑性樹脂にフィラーを混入して、線膨張係数差を低減することが好ましい。これにより、加熱・加圧時に、フィルム４１と基板１１との線膨張係数差に起因する基板割れやバンプの剪断を防止することができる。
【００３８】
金属フィルム４２は金属箔が好ましく、銅箔以外にも、例えばアルミニウム（Ａｌ）箔であってもよい。
【００３９】
貼り合わせフィルム４０に対し、図１（ａ）に示すように、炭酸ガス（ＣＯ２）レーザ加工機を用いて、貼り合わせフィルム４０の熱可塑性樹脂からなるフィルム４１側表面からレーザ光を照射して、有底孔４４を形成する。有底孔４４は、フィルム４１内に形成され、金属フィルム４２を底面とする孔で、フィルム４１と金属フィルム４２との貼り合わせ面に達する深さに形成される。熱可塑性樹脂からなるフィルム４１と金属箔からなる金属フィルム４２は材料が全く異なるため、レーザ光照射による加工条件も大きく異なり、熱可塑性樹脂からなるフィルム４１の加工エネルギーのほうが金属フィルム４２の加工エネルギーより格段に低い。このため、ＣＯ２レーザの出力を適宜調整することで、金属箔からなる金属フィルム４２に穴を開けないようにして、多数の有底孔４４を、熱可塑性樹脂からなるフィルム４１内に容易かつ安定して形成することができる。このようにして形成された有底孔４４の深さは全て等しく、フィルム４１の厚さと一致する。
【００４０】
また、ＣＯ２レーザの出力と照射時間を適宜調整して、有底孔４４の形状を、フィルム４１の表面と平行な断面積がフィルム４１の表面から有底孔４４の底面に向かって減少する、図１（ａ）に示したテーパ形状にすることができる。これにより、後述する加熱・加圧によるバンプ形成後のシート４５の剥離を、容易に行なうことができる。例えば、厚さ１２５μｍのフィルム４１において、表面側の直径が１２０〜１４０μｍで、底面側の直径が１００μｍのテーパ形状からなる有底孔４４を形成する。
【００４１】
以上のようにして、貼り合わせフィルム４０に有底孔４４を形成して、シート４５の準備が完了する。
【００４２】
尚、上記したシート４５は貼り合わせフィルム４０ではなく、熱可塑性樹脂の単一材料からなるフィルムであってもよい。この時には、ＣＯ２レーザの出力を弱くして、フィルムを貫通しないようにして有底孔を形成する。また、有底孔４４の形成はレーザ加工によらず、エッチング等の別の加工方法を用いてもよい。
【００４３】
次に、図１（ｂ）に示すように、ペースト充填装置により、有底孔４４内に金属ペースト３１を充填する。金属ペースト３１は、銀（Ａｇ）およびスズ（Ｓｎ）の金属粒子にバインダ樹脂や有機溶剤を加え、これを混練してペースト化したものである。金属ペースト３１は、金（Ａｕ）とスズ（Ｓｎ）、または銅（Ｃｕ）とスズ（Ｓｎ）の金属粒子を含んだペーストであってもよい。金属ペースト３１の有底孔４４内への充填は、図１（ｂ）に示すように、充填装置のスキージ９を揺動させながら移動し、供給された金属ペースト３１を有底孔４４へ押し込むことにより行なう。
【００４４】
尚、有底孔４４への金属ペースト４の充填に際して、図１（ａ）と図１（ｂ）で図示を省略したが、最初に熱可塑性樹脂からなるフィルム４１上に、例えばポリエチレンテレフタレートからなる保護フィルムを設けても良い。この場合の有底孔４４の形成については、保護フィルムとフィルム４１とに対してレーザ光を照射し、フィルム４１に有底孔４４を形成するとともに、保護フィルムにも孔を開ける。この保護フィルムは、金属ペースト３１の充填完了後に、フィルム４１から引き剥がされる。このように金属ペースト３１の充填持に保護フィルムを用いると、金属ペースト充填後のフィルム４１の表面を、清浄に保つことができる。また、保護フィルムが引き剥がされたシート４５においては、金属ペースト３１が保護フィルムの厚さだけフィルム４１の表面より盛り上がるように充填されるので、後述する図１（ｃ）の加熱・加圧工程において、金属ペースト３１と電極部２１の接合が容易かつ確実になる。以下、この点について詳細に説明する。
【００４５】
金属ペースト３１は、樹脂や有機溶剤を含んでいるため、加熱・加圧時にそれらの成分がガス化し、全体の体積が減少する。従って、金属ペースト３１により形成されるバンプ６１を基板１１の電極部２１に強固に接合するためには、金属ペースト３１が電極部２１に対して押し付けられた状態で、両者の金属成分の相互拡散層が形成される必要がある。このため、金属ペースト３１を盛り上がるように充填することにより、体積の減少にかかわらず、金属ペースト３１と電極部２１との界面に十分な圧力を作用させることができるので、バンプ６１の接合を確実に行うことができるのである。尚、本実施形態では、熱可塑性樹脂からなるフィルム４１に有底孔４４を形成しているので、加熱・加圧時にフィルム４１が圧縮方向に変形し、これによっても、金属ペースト３１と電極部２１との界面に作用する圧力を高める一助となっている。
【００４６】
次に、図１（ｃ）に示すように、金属ペースト３１が充填されたシート４５を反転し、半導体基板１１とシート４５を積層する。尚、積層時には、電極部２１と金属ペースト３１が充填された有底孔４４の開口部とが対向するように位置合わせしつつ、半導体基板１１とシート４５を積層する。
【００４７】
以上のようにして積層配置された半導体基板１１とシート４５を加熱・加圧して、金属ペースト３１を焼結し、金属ペースト３１を電極部２１に接合してバンプ化する。
【００４８】
加熱・加圧の様子を、図２を用いてより詳細に説明する。図２は、積層配置した半導体基板１１とシート４５の加熱・加圧状態を示す断面図である。積層配置した半導体基板１１とシート４５は、付着防止フィルム５１、緩衝材５２、金属板５３を介して、ヒータ５５が埋設された一対の熱プレス板５４の間に挿入され、加熱・加圧される。
【００４９】
付着防止フィルム５１は、加熱・加圧時の半導体基板１１とシート４５が周りの部材へ付着したり、傷がついたりするのを防止するもので、例えばポリイミドフィルム等が用いられる。緩衝材５２は、半導体基板１１とシート４５を均等に加圧するためのもので、例えばステンレス等の金属を繊維状に裁断し、その繊維状金属を板状に成型したものが用いられる。図２では、厚さ約１ｍｍに成形された緩衝材５２が、４枚積層されている。金属板５３は、熱プレス板５４に傷が入るのを防止するためのもので、例えばステンレス（ＳＵＳ）やチタン（Ｔｉ）の厚さ約２ｍｍの板が用いられる。
【００５０】
半導体基板１１、シート４５および上記の各プレス部材を図２のように配置した後、最初にヒータ５５を発熱し、圧力を印加しない状態で、全体を２００℃で５分間加熱する。次に、図示しないプレス機により熱プレス板５５を介して、半導体基板１１とシート４５に１〜１０Ｍｐａの圧力、好ましくは６Ｍｐａの圧力を印加する。次に、全体の温度を２００〜２７０℃、より好ましくは２２５℃に設定し、１０〜３０分、より好ましくは１５分間、加熱・加圧する。尚、加熱・加圧は大気中で行なってもよいが、金属ペースト３１や電極部２１の酸化を抑制するため、好ましくは真空中で行なうのがよい。
【００５１】
以上の加熱・加圧により、金属ペースト３１が拡散・焼結し、電極部２１に接合して、バンプ化する。これにより、バンプ６１が形成される。
【００５２】
次に、図１（ｄ）に示すように、シート４５を半導体基板１１及びバンプ６１から剥離する。本実施形態では、熱可塑性樹脂からなるフィルム４１と非常に薄い金属箔からなる金属フィルム４２からシート４５を構成しているので、シート４５は、熱履歴にかかわらず、可撓性を備える。従って、半導体基板１１及びバンプ６１からシート４５を容易に剥離することができる。
【００５３】
また、加熱・加圧により、金属ペースト３１は、半導体基板１１の電極部２１には接合するが、金属箔からなるシート４５の金属フィルム４２には、界面にレーザ加工時に発生したカーボンが残っており、これが接合防止剤として作用するため、接合しない。従って、バンプ６１から、容易にシート４５を剥離することができる。尚、レーザ加工によらないで有底孔４４を形成する場合には、金属ペースト３１の充填前に有底孔４４の内面に接合防止剤を塗布しておくことで、シート４５の剥離を容易にすることができる。
【００５４】
以上のようにして、最終的に、図１（ｄ）に示すように、電極部２１上にバンプ６１が形成された半導体基板１０１を得ることができる。
【００５５】
形成されたバンプ６１の高さは、元になる有底孔４４の深さと等しいので、全てにわたってほぼ等しくできる。バンプ６１の形状は、シート４５の表面から有底孔４４の底面に向かって断面積が減少するテーパ形状の有底孔４４が反転されてできるため、半導体基板１１の表面と平行な断面積が基板表面から離れるに従って減少するテーパ形状になる。従って、円錐台や角錐台の形状を持つバンプ６１を得ることができる。また円錐台や角錐台に限らず、レーザ加工により任意の形状に有底孔４４を形成すれば、それを反転した形状のバンプ６１を形成することができる。
【００５６】
本発明によるバンプの形成は、めっきのように金属を析出成長させるのではなく、形成するバンプに対応した有底孔４４が形成されたシート４５に金属ペースト３１を充填し、充填された金属ペースト３１を焼結して半導体基板１１に転写するものである。従って、金属の析出成長ではないため製造時間は形成するバンプ６１の高さによらずほぼ一定であり、バンプ６１の高さが高い場合においても、製造コストが増大することがない。また、バンプ６１の高さはシート４５に形成された有底孔４４の深さによって一義的に決まるので、有底孔４４の深さを揃え、金属ペースト３１を確実に充填することで、バンプ６１の高さばらつきを安定的に抑制することができる。さらに、本発明によるバンプ６１の形成は、金属ペースト３１をシート４５に入れた状態で加熱・加圧し、金属ペースト３１を拡散・焼結させるため、バンプ６１の形状のくずれがなく、安定したバンプ６１の形成が可能である。
【００５７】
尚、バンプ６１が形成されたウェハ状態の半導体基板１０１は、図１（ｄ）に示す剥離工程後に適宜切断され、図７（ｂ）に示す半導体チップ１２にチップ化される。本発明によるバンプの形成方法によれば、高さのほぼ等しいバンプ６１を有した半導体基板１０１が得られ、それから切断して得られる図７（ｂ）に示す半導体チップ１２は、図７（ｃ）に示したプリント配線基板１３等の第２の基板への実装が容易になる。
【００５８】
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、本発明によるバンプの形成方法を半導体基板に適用する場合の実施形態を示した。第２の実施形態は、本発明によるバンプの形成方法を、プリント配線基板に適用する場合の実施形態に関する。以下、本実施形態について、図に基づいて説明する。
【００５９】
図３（ａ）〜（ｄ）は、第２の実施形態におけるバンプの形成方法を示す工程別断面図である。尚、図１（ａ）〜（ｄ）に示した第１の実施形態と同様の部分については同一の符号を付け、その説明を省略する。
【００６０】
本実施形態においては、バンプ６１を形成しようとする基板は、半導体基板ではなく、表面に電極部２３が形成された熱可塑性樹脂からなる三層のプリント配線基板１４である。電極部２３の形成位置に対応して、所定の形状の有底孔４４が形成されたシート４７を準備する点は第１実施形態と同様であるが、シート４７の構造が、第１実施形態の場合と異なる。
【００６１】
図３（ａ）に示すように、本実施形態においては、シート４７が、第１実施形態における熱可塑性樹脂からなるフィルム４１と金属フィルム４２だけでなく、剥離用フィルム４３が貼り合わされた、貼り合わせフィルム４６から形成されている点で、第１実施形態の図１（ａ）と異なる。剥離用フィルム４３は、ポリイミド樹脂からなる厚さ５０μｍのフィルムで、熱可塑性樹脂からなるフィルム４１を中央にして、金属フィルム４２と反対の側に貼り合わされる。剥離用フィルム４３は、プリント配線基板１４の絶縁材料である熱可塑性樹脂に対して難着性であり、後述する加熱・加圧後のシート４７の剥離を容易にするために付加されている。剥離用フィルム４３は、熱可塑性樹脂からなるフィルム４１に対しても難着性であるため、表面を荒らした後、熱プレスしてフィルム４１に貼り付けられる。
【００６２】
有底孔４４は、第１実施形態と同様にレーザ加工機を用い、貼り合わせフィルム４６の剥離用フィルム４３側の表面からレーザ光を照射し、フィルム４１と金属フィルム４２の貼り合わせ面に到達する深さに形成する。
【００６３】
図３（ｂ）に示す金属ペースト３１の充填工程は、第１実施形態と同様であり、説明を省略する。
【００６４】
次に、図３（ｃ）に示すように、金属ペースト３１が充填されたシート４７を反転し、電極部２３が配設されたプリント配線基板１４とシート４７の剥離用フィルム４３側を対向させて、積層する。尚、図３（ｃ）において、符号３４は、電極部２３を層間接続している層間接続導体である。
【００６５】
積層配置されたプリント配線基板１４とシート４７は、第１実施形態と同様に、図２の熱プレス板５４を用いて加熱・加圧され、金属ペースト３１が拡散・焼結して、バンプ化する。この加熱・加圧の際には、熱可塑性樹脂からなるプリント配線基板１４の絶縁材料は、軟化する。従って、シート４７に熱可塑性樹脂と難着性の剥離用フィルム４３が付加されてないと、シート４７がプリント配線基板１４に付着して、次の図３（ｄ）に示す工程で剥がれなくなってしまう。
【００６６】
本実施形態においては、剥離用フィルム４３が付加されているため、容易に剥離することができ、最終的に、図３（ｄ）に示す電極部２３上にバンプ６１が形成されたプリント配線基板１０２を得ることができる。
【００６７】
本実施形態で得られるバンプ３１を有したプリント配線基板１０２は、バンプ６１を介して、第２のプリント配線基板へ実装することにより、多層化をさらに進めることができる。
【００６８】
（第３の実施形態）
第１の実施形態と第２の実施形態では、本発明によるバンプの形成方法およびそれにより形成されたバンプを有する基板に関するものであった。第３の実施形態は、本発明によるバンプが形成された基板と他の基板との接合方法に関するものである。以下、本実施形態について、図に基づいて説明する。
【００６９】
図４（ａ）〜（ｄ）は、第１実施形態で得られたバンプを有する半導体基板１０１と、別に準備したプリント配線基板１５との接合方法を示す工程別断面図である。尚、図１（ａ）〜（ｄ）に示した第１実施形態の半導体基板１０１、および図３（ａ）〜（ｄ）に示した第２実施形態のプリント配線基板１０２と同様の部分については同一の符号を付け、その説明を省略する。
【００７０】
最初に、表面にバンプ６１が形成された半導体基板１０１を準備する。本実施形態に示す半導体基板１０１は、第１実施形態によりバンプ６１を形成した半導体ウェハより切り出した半導体チップである。また、半導体基板１０１に形成されたバンプ６１に対応して、表面に所定の有底孔１６が形成された熱可塑性樹脂からなるプリント配線基板１５を準備する。
【００７１】
有底孔１６が形成されたプリント配線基板１５は、図４（ａ）に示すように、片側の表面には電極部２３が形成されていない二層のプリント配線基板１５を用い、内層配線パターン２４を底面とする有底孔１６を形成して行なう。有底孔１６は、第１実施形態および第２実施形態と同様に、レーザ加工機を用いて形成することができる。
【００７２】
次に、図４（ｂ）に示すように、有底孔１６に金属ペースト３２を充填する。金属ペースト３２の材料は、バンプ６１の材料と同じ材料であることが好ましい。金属ペースト３２の充填も、第１実施形態および第２実施形態と同様にして、充填装置を用いて行なうことができる。
【００７３】
次に、図４（ｃ）に示すように、バンプ６１が形成された半導体基板１０１を反転し、有底孔１６に金属ペースト３２を充填したプリント配線基板１５に、位置合わせして積層する。次に、このようにして積層したプリント配線基板１５と半導体基板１０１を、図２の熱プレス板５４を用いて加熱・加圧する。
【００７４】
これにより、最終的に、図４（ｄ）に示すように、バンプ３１と金属ペースト３２が互いに焼結して接合部６２が形成され、半導体基板１０１とプリント配線基板１５が接合する。
【００７５】
本発明の半導体基板１０１とプリント配線基板１５の接合方法においては、半導体基板１０１にバンプ６１が形成されており、それに対応して、プリント配線基板１５に有底孔１６が形成されている。また、バンプ６１は、半導体基板１０１の表面と平行な断面積が基板表面から離れるに従って減少するテーパ形状に形成されている。従って、図４（ｃ）に示すように、半導体基板１０１とプリント配線基板１５の積層時にバンプ６１の先端を対応する有底孔１６に挿入することにより、容易かつ確実に位置決めすることができる。
【００７６】
さらに、プリント配線基板１５の有底孔１６も、プリント配線基板１５の表面と平行な断面積が基板表面から有底孔１６の底面に向かって減少するテーパ形状に形成されている。従って、バンプ６１の先端の断面積に対して、有底孔１６の底面の断面積を小さく設定すれば、テーパによる断面積の違いを利用して、半導体基板１０１のプリント配線基板１５に対する搭載時の高さを容易に設定することができる。
【００７７】
また、半導体基板１０１に形成されたバンプ６１は、金属ペースト３２が充填された有底孔１６に挿入された状態で焼結するため、接合面積が増大し、高い接合強度を得ることができる。
【００７８】
本実施形態により、プリント配線基板１５を再配線層とするＣＳＰ（チップサイズパッケージ）素子を、容易に形成することができる。
【００７９】
（第４の実施形態）
第３の実施形態では、本発明によるバンプが形成された半導体基板とプリント配線基板との接合方法に関する実施形態を示した。第４の実施形態は、本発明によるバンプを用いた半導体基板同士の接合方法に関する。以下、本実施形態について、図に基づいて説明する。
【００８０】
図５（ａ）〜（ｄ）は、第１実施形態で得られたバンプ６１を有する半導体基板１０１ともう一枚の別の半導体基板１７との接合方法を示す工程別断面図である。尚、図１（ａ）〜（ｄ）に示した第１実施形態の半導体基板１０１と同様の部分については同一の符号を付け、その説明を省略する。
【００８１】
最初に、第１実施形態により、表面にバンプ６１が形成された半導体基板１０１を準備する。本実施形態に示す半導体基板１０１は、ウェハ状態のものである。また、半導体基板１０１に形成されたバンプ６１に対応して、表面に所定の有底孔１８が形成されたもう一枚別の半導体基板１７を準備する。半導体基板１７も、ウェハ状態のものである。
【００８２】
有底孔１８が形成されたもう一枚別の半導体基板１７は、図５（ａ）に示すように、表面に電極部２５とバンプ６３が形成された半導体基板１７を用い、電極部２５を底面とする有底孔１８を形成して行なう。有底孔１８の形成は、電極部２５と反対の裏面を所定の開口部を形成したレジストマスク７１で被覆し、ドライエッチングまたはウェットエッチングにより形成することができる。ウェットエッチングにより有底孔１８を形成する場合には、開口部以外の半導体基板１７の全面を、レジストマスク７１で被覆する。またエッチング液を適宜選択して、図５（ａ）に示すように、有底孔１８をテーパ形状にすることができる。
【００８３】
次の図５（ｂ）に示す、有底孔１８に金属ペースト３３を充填する工程、図５（ｃ）に示す、バンプ６１が形成された半導体基板１０１を半導体基板１７に積層して加熱・加圧する工程は、第３実施例と同様である。
【００８４】
これにより、最終的に、図５（ｄ）に示すように、バンプ６１と金属ペースト３３が互いに焼結して接合部６３を形成し、半導体基板１０１と半導体基板１７を接合することができる。
【００８５】
尚、図５（ａ）において、半導体基板１７の電極部２５にもバンプが形成されているが、これは他の基板に搭載するためのもので、本実施形態においては無くてもよい。あるいは図５（ｄ）に示す接続工程が終わった後で、第１実施形態の方法により形成してもよい。
【００８６】
以上のように、本発明による接合方法を用いて、図５（ｄ）に示す２枚の半導体基板１７，１０１を接合した２段の半導体基板１０３を得ることができる。 尚、２段の半導体基板１０３はウェハ状態であり、図５（ｄ）に示す接続工程が終わった後に適宜切断され、図７（ｂ）に示す半導体チップ１２にチップ化される。このようにして得られる半導体チップ１２は、立体的な回路構成を持つことができる。
【００８７】
本実施形態においては２枚の半導体基板１７，１０１同士の接合を示したが、２枚のプリント配線基板同士の接合も同様に行なうことができる。また、同様に３枚以上の基板を接合することもでき、多層化をさらにすすめることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 （ａ）〜（ｄ）は、本発明の第１の実施形態におけるバンプの形成方法を示す工程別断面図である。
【図２】 本発明の途中工程における、加熱・加圧状態の詳細を示す断面図である。
【図３】 （ａ）〜（ｄ）は、本発明の第２の実施形態におけるバンプの形成方法を示す工程別断面図である。
【図４】 （ａ）〜（ｄ）は、本発明の第３の実施形態におけるバンプを有する基板と他の基板との接合方法を示す工程別断面図である。
【図５】 （ａ）〜（ｄ）は、本発明の第４の実施形態におけるバンプを有する基板と他の基板との接合方法を示す工程別断面図である。
【図６】 従来のバンプの形成方法を示す断面模式図である。
【図７】 （ａ）〜（ｃ）は、バンプが形成された半導体基板のプリント配線基板への搭載の様子を、工程別に示した図である。
【符号の説明】
１１，１０１，１７ 半導体基板
１２ 半導体チップ
１３，１４，１０２，１５ プリント配線基板
２１，２２，２３，２５ 電極部
２４ 内層配線パターン
３１，３２，３３ 金属ペースト
４０，４６ 貼り合わせフィルム
４１ （熱可塑性樹脂からなる）フィルム
４２ （金属箔からなる）金属フィルム
４３ （基板と難接着性の）剥離用フィルム
４５，４７ シート
４４，１６，１８ 有底孔
５５ 熱プレス板
６０，６１，６２，６３ バンプ
６２，６３，６４ 接合部
７０，７１ レジストマスク
８ アノード電極
９ スキージ

Claims (20)

  1. 基板の複数の電極部の位置に対応して、熱可塑性樹脂からなるフィルムを含むシートに有底孔を形成する有底孔形成工程と、
    前記有底孔に金属ペーストを充填する充填工程と、
    前記基板の複数の電極部と金属ペーストが充填された有底孔の開口部とが対向するように位置合わせしつつ、前記基板と前記シートとを積層する積層工程と、
    積層された前記基板とシートとを加熱及び加圧することにより、前記金属ペーストを焼結してバンプ化するとともに、前記電極部に接合する加熱・加圧工程と、
    前記シートを前記基板から剥離する剥離工程とを有することを特徴とするバンプの形成方法。
  2. 前記シートが、熱可塑性樹脂からなるフィルムと金属箔からなる金属フィルムが貼り合わされたシートであり、
    前記有底孔が、前記貼り合わされたシートの前記熱可塑性樹脂からなるフィルム側の表面から、前記熱可塑性樹脂からなるフィルムと金属フィルムの貼り合わせ面に達する深さに形成された孔であることを特徴とする請求項１に記載のバンプの形成方法。
  3. 前記シートが、熱可塑性樹脂からなるフィルムと、金属箔からなる金属フィルムと、前記基板と難接着性を有する剥離用フィルムとが、前記熱可塑性樹脂からなるフィルムを中央にして貼り合わされたシートからなり、
    前記有底孔が、前記貼り合わされたシートの剥離用フィルム側の表面から、熱可塑性樹脂からなるフィルムと金属フィルムの貼り合わせ面に達する深さに形成された孔であることを特徴とする請求項１に記載のバンプの形成方法。
  4. 前記熱可塑性樹脂からなるフィルムの材料が、液晶ポリマー、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂及びポリエーテルエーテルケトン樹脂とポリエーテルイミド樹脂との混合物のいずれかであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のバンプの形成方法。
  5. 前記熱可塑性樹脂からなるフィルムには、前記基板との線膨張係数差を減少するためのフィラーが混入されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のバンプの形成方法。
  6. 前記金属フィルムの材料が、銅またはアルミニウムであることを特徴とする請求項２または３に記載のバンプの形成方法。
  7. 前記剥離用フィルムの材料が、ポリイミド樹脂であることを特徴とする請求項３に記載のバンプの形成方法。
  8. 前記有底孔が、レーザ加工により形成されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のバンプの形成方法。
  9. 前記有底孔は、シート表面と平行な断面積がシート表面から有底孔の底面に向かって減少するテーパ形状に形成されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のバンプの形成方法。
  10. 前記充填工程において、前記有底孔の底面の金属フィルム面には、前記金属ペーストが充填される前に、前記加熱・加圧工程における金属ペーストと前記金属フィルムの接合を防止する接合防止剤が塗布されることを特徴とする請求項２，３，６のいずれか１項に記載のバンプの形成方法。
  11. 前記充填工程において、前記金属ペーストは、前記有底孔の開口部よりも外側に盛り上がるように有底孔に充填されることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のバンプの形成方法。
  12. 前記基板が半導体ウェハであり、前記剥離工程後に、前記半導体ウェハを各半導体チップに切断する切断工程を有することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のバンプの形成方法。
  13. 前記基板が、単層もしくは多層のプリント配線基板であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のバンプの形成方法。
  14. 前記基板が、熱可塑性樹脂を絶縁材料とする単層もしくは多層のプリント配線基板であることを特徴とする請求項１３に記載のバンプの形成方法。
  15. 第1基板の複数の電極部の上にバンプを形成する第１基板準備工程と、
    前記第１基板に形成するバンプの位置に対応して、第２基板に有底孔を形成する第２基板準備工程と、
    前記有底孔に金属ペーストを充填する充填工程と、
    前記バンプと金属ペーストが充填された有底孔の開口部とが対向するように位置合わせしつつ、前記第１基板と前記第２基板とを積層する積層工程と、
    積層された前記第１基板と第２基板とを加熱及び加圧することにより、前記金属ペーストを焼結してバンプに接合する加熱・加圧工程とを有することを特徴とする第１基板と第２基板の接合方法。
  16. 前記積層工程において、バンプの先端部を金属ペーストを充填した対応する有底孔の開口部に挿入して、前記第１基板と前記第２基板とを積層することを特徴とする請求項１５に記載の第１基板と第２基板の接合方法。
  17. 前記バンプは、第1基板表面と平行な断面積が第１基板表面から離れるに従って減少するテーパ形状に形成されることを特徴とする請求項１５または１６に記載の第１基板と第２基板の接合方法。
  18. 前記有底孔は、第２基板表面と平行な断面積が第２基板表面から有底孔の底面に向かって減少するテーパ形状に形成されることを特徴とする請求項１５乃至１７のいずれか１項に記載の第１基板と第２基板の接合方法。
  19. 前記第１基板と第２基板が、半導体基板、単層のプリント配線基板、多層のプリント配線基板のいずれかであることを特徴とする請求項１５乃至１８のいずれか１項に記載の第１基板と第２基板の接合方法。
  20. 前記バンプの材料と、前記金属ペーストに含まれる金属材料が、同じ材料であることを特徴とする請求項１５乃至１９のいずれか１項に記載の第１基板と第２基板の接合方法。
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