JP4666608B2

JP4666608B2 - 電極構造の製造方法

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Publication number: JP4666608B2
Application number: JP2005190754A
Authority: JP
Inventors: 晃本多; 利之菅原; 泰広田中
Original assignee: 日本インター株式会社
Priority date: 2005-06-29
Filing date: 2005-06-29
Publication date: 2011-04-06
Anticipated expiration: 2025-06-29
Also published as: JP2007012826A

Description

本発明は、銅層上にニッケル層が積層されたアンダーバンプメタルと、アンダーバンプメタルのニッケル層の上面に配置された錫の含有量が多い半田バンプとを具備する電極構造の製造方法に関し、特には、アンダーバンプメタルのニッケル層の上面で溶融せしめられた半田バンプがニッケル層の表面を流れてアンダーバンプメタルの銅層とニッケル層との表面に露出した境界部分まで到達してしまうのを抑制することができる電極構造の製造方法に関する。

詳細には、本発明は、アンダーバンプメタルのニッケル層の上面で溶融せしめられた半田バンプがニッケル層の表面を流れてアンダーバンプメタルの銅層とニッケル層との表面に露出した境界部分まで到達するのに伴って、脆い三元金属間化合物（Ｃｕ［Ｎｉ］_６Ｓｎ_５）が形成されてしまい、それにより、電極構造の一部が剥がれやすくなってしまうのを抑制することができる電極構造の製造方法に関する。

従来から、銅層上にニッケル層が積層されたアンダーバンプメタルと、アンダーバンプメタルのニッケル層の上面に配置された錫の含有量が多い半田バンプとを具備する電極構造が知られている。この種の電極構造の例としては、例えば非特許文献１（Ｋ．Ｃ．Ｃｈａｎ（ＭｉｃｒｏＦａｂＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｓ）ＰｔｅＬｔｄ，Ｓｉｎｇａｐｏｒｅ）他，「Ｓｔｕｄｙｏｆｕｎｄｅｒｂｕｍｐｍｅｔａｌｌｉｓａｔｉｏｎｂａｒｒｉｅｒｌａｙｅｒｆｏｒｌｅａｄ−ｆｒｅｅｓｏｌｄｅｒ（鉛フリー半田のためのアンダーバンプ金属被膜障壁層の研究）」，Ｓｏｌｄｅｒｉｎｇ＆ＳｕｒｆａｃｅＭｏｕｎｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ１５／２，２００３年，ｐ．４６−５２）に記載されたものがある。

図６は非特許文献１の表２（ＴａｂｌｅＩＩ）に記載されたアンダーバンプメタル（ＵＢＭ）１を有する電極構造を概念的に示した図である。図６に示す電極構造では、シードメタルがＣｒ層および図６中の下側のＣｕ層によって構成され、アンダーバンプメタルが図６中の上側のＣｕ層およびＮｉ層によって構成され、錫の含有量が多い鉛フリー半田バンプがＳｎ−３．５Ａｇによって構成されている。更に、図６に示す電極構造では、アンダーバンプメタルを構成する図６中の上側のＣｕ層の厚さが６μｍに設定され、Ｎｉ層の厚さが１μｍに設定されている。

図７は非特許文献１の表２（ＴａｂｌｅＩＩ）に記載されたアンダーバンプメタル（ＵＢＭ）２を有する電極構造を概念的に示した図である。図７に示す電極構造では、シードメタルがＣｒ層および図７中の下側のＣｕ層によって構成され、アンダーバンプメタルが図７中の上側のＣｕ層によって構成され、錫の含有量が多い鉛フリー半田バンプがＳｎ−３．５Ａｇによって構成されている。更に、図７に示す電極構造では、アンダーバンプメタルを構成する図７中の上側のＣｕ層の厚さが６μｍに設定されている。

図８は非特許文献１の表２（ＴａｂｌｅＩＩ）に記載されたアンダーバンプメタル（ＵＢＭ）３を有する電極構造を概念的に示した図である。図８に示す電極構造では、シードメタルがＣｒ層および図８中の下側のＣｕ層によって構成され、アンダーバンプメタルが図８中の上側のＣｕ層およびＮｉ層によって構成され、錫の含有量が多い鉛フリー半田バンプがＳｎ−３．５Ａｇによって構成されている。更に、図８に示す電極構造では、アンダーバンプメタルを構成する図８中の上側のＣｕ層の厚さが２μｍに設定され、Ｎｉ層の厚さが４μｍに設定されている。

非特許文献１には、図６に示したアンダーバンプメタル（ＵＢＭ）１を有する電極構造、図７に示したアンダーバンプメタル（ＵＢＭ）２を有する電極構造、および、図８に示したアンダーバンプメタル（ＵＢＭ）３を有する電極構造のそれぞれに対して「熱的エイジング（Ｔｈｅｒｍａｌａｇｉｎｇ）」、「温度サイクル（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｙｃｌｉｎｇ）」、「リフローテスト（Ｍｕｌｔｉｐｌｅｒｅｆｌｏｗｔｅｓｔ）」を実施し、高い温度の蓄積試験を行った旨が記載されている。

詳細には、非特許文献１の図５（Ｆｉｇｕｒｅ．５）には、２０サイクルのリフローの後に、図６に示した電極構造を構成するアンダーバンプメタル（ＵＢＭ）１、図７に示した電極構造を構成するアンダーバンプメタル（ＵＢＭ）２、および、図８に示した電極構造を構成するアンダーバンプメタル（ＵＢＭ）３の中で、図７に示した電極構造を構成するアンダーバンプメタル（ＵＢＭ）２に最も厚い金属間化合物（ＩＭＣ）が生成している旨が記載されている。また、非特許文献１の図６（Ｆｉｇｕｒｅ．６）には、図７に示した電極構造を構成するアンダーバンプメタル（ＵＢＭ）２に生成している金属間化合物（ＩＭＣ）がＣｕ_６Ｓｎ_５である旨が記載されている。更に、非特許文献１の図１２（Ｆｉｇｕｒｅ．１２）には、１５００温度サイクルを経た後に、図６に示した電極構造を構成するアンダーバンプメタル（ＵＢＭ）１および図８に示した電極構造を構成するアンダーバンプメタル（ＵＢＭ）３にはクラックが発生しなかったのに対し、図７に示した電極構造を構成するアンダーバンプメタル（ＵＢＭ）２にはクラックが発生してしまった旨が記載されている。

また、非特許文献１には、１５００温度サイクルを経た後に、図６に示した電極構造を構成するアンダーバンプメタル（ＵＢＭ）１を含む回路および図８に示した電極構造を構成するアンダーバンプメタル（ＵＢＭ）３を含む回路は閉じた状態に維持されていたのに対し、図７に示した電極構造を構成するアンダーバンプメタル（ＵＢＭ）２を含む回路は開いてしまった（切断されてしまった）旨が記載されている。

つまり、非特許文献１に記載された内容によれば、図７に示した電極構造を構成するアンダーバンプメタル（ＵＢＭ）２よりも、図６に示した電極構造を構成するアンダーバンプメタル（ＵＢＭ）１および図８に示した電極構造を構成するアンダーバンプメタル（ＵＢＭ）３が優れていると考えられる。

更に詳細には、非特許文献１の図６（Ｆｉｇｕｒｅ．６）には、複数回のリフローを経た後に、図６に示した電極構造を構成するアンダーバンプメタル（ＵＢＭ）１には、三元金属間化合物（Ｃｕ［Ｎｉ］_６Ｓｎ_５）が生成しているのに対し、図８に示した電極構造を構成するアンダーバンプメタル（ＵＢＭ）３には、三元金属間化合物（Ｃｕ［Ｎｉ］_６Ｓｎ_５）が生成していない旨が記載されている。また、非特許文献１には、三元金属間化合物（Ｃｕ［Ｎｉ］_６Ｓｎ_５）が存在すると、アンダーバンプメタルが脆くなり、剥がれの原因になり得ると考えられる旨が記載されている。

つまり、非特許文献１では、図６に示した電極構造を構成する６μｍの厚さのＣｕ層上に１μｍの厚さのＮｉ層が積層されたアンダーバンプメタル（ＵＢＭ）１よりも、図８に示した電極構造を構成する２μｍの厚さのＣｕ層上に４μｍの厚さのＮｉ層が積層されたアンダーバンプメタル（ＵＢＭ）３の方が、優れていると考えられている。

すなわち、非特許文献１に記載されたアンダーバンプメタル（ＵＢＭ）３のように、アンダーバンプメタルを構成するＣｕ層の厚さに対するＮｉ層の厚さの割合を大きくすることにより、アンダーバンプメタルの剥がれを抑制することができると考えられる。詳細には、非特許文献１に記載されたアンダーバンプメタル（ＵＢＭ）３のように、アンダーバンプメタルを構成するＮｉ層の厚さをＣｕ層の厚さの２倍以上にすることにより、三元金属間化合物（Ｃｕ［Ｎｉ］_６Ｓｎ_５）の生成を抑制し、アンダーバンプメタルの剥がれを抑制することができると考えられる。

Ｋ．Ｃ．Ｃｈａｎ（ＭｉｃｒｏＦａｂＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｓ）ＰｔｅＬｔｄ，Ｓｉｎｇａｐｏｒｅ）他，「Ｓｔｕｄｙｏｆｕｎｄｅｒｂｕｍｐｍｅｔａｌｌｉｓａｔｉｏｎｂａｒｒｉｅｒｌａｙｅｒｆｏｒｌｅａｄ−ｆｒｅｅｓｏｌｄｅｒ（鉛フリー半田のためのアンダーバンプ金属被膜障壁層の研究）」，Ｓｏｌｄｅｒｉｎｇ＆ＳｕｒｆａｃｅＭｏｕｎｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ１５／２，２００３年，ｐ．４６−５２

本発明者等は、非特許文献１に記載されたアンダーバンプメタル（ＵＢＭ）３の程度まで、アンダーバンプメタルを構成するＣｕ層の厚さに対するＮｉ層の厚さの割合を大きくする必要なく、三元金属間化合物（Ｃｕ［Ｎｉ］_６Ｓｎ_５）の生成を抑制することができ、アンダーバンプメタルの剥がれを抑制することができる手法について鋭意研究を行った。

詳細には、本発明者等は、非特許文献１に記載されたアンダーバンプメタル（ＵＢＭ）１の場合においては、アンダーバンプメタル（ＵＢＭ）１のＮｉ層の上面で溶融せしめられたＳｎの含有量が多い半田バンプがＮｉ層の表面（詳細には、上面および側面）を流れてアンダーバンプメタル（ＵＢＭ）１のＣｕ層とＮｉ層との表面に露出した境界部分まで到達してしまい、それにより、三元金属間化合物（Ｃｕ［Ｎｉ］_６Ｓｎ_５）が形成されてしまい、アンダーバンプメタル（ＵＢＭ）１が剥がれやすくなってしまったという見解に達した。

更に、本発明者等は、鋭意研究において、アンダーバンプメタルのＮｉ層の上面で溶融せしめられた半田バンプの流れを堰き止めるための半田流れ止め手段を、アンダーバンプメタルを構成するＣｕ層とＮｉ層との表面に露出した境界部分と、半田バンプとの間に配置することにより、アンダーバンプメタルのＮｉ層の上面で溶融せしめられた半田バンプがＮｉ層の表面（詳細には、上面および側面）を流れてアンダーバンプメタルのＣｕ層とＮｉ層との表面に露出した境界部分まで到達してしまうのを抑制することができることを見出した。

つまり、本発明は、アンダーバンプメタルのニッケル層の上面で溶融せしめられた半田バンプがニッケル層の表面（詳細には、上面および側面）を流れてアンダーバンプメタルの銅層とニッケル層との表面に露出した境界部分まで到達してしまうのを抑制することができる電極構造の製造方法を提供することを目的とする。

詳細には、本発明は、アンダーバンプメタルのニッケル層の上面で溶融せしめられた半田バンプがニッケル層の表面（詳細には、上面および側面）を流れてアンダーバンプメタルの銅層とニッケル層との表面に露出した境界部分まで到達するのに伴って、脆い三元金属間化合物（Ｃｕ［Ｎｉ］_６Ｓｎ_５）が銅層とニッケル層との表面に露出した境界部分およびそれに隣接する内側の境界部分に形成されてしまい、それにより、電極構造の一部が剥がれやすくなってしまうのを抑制することができる電極構造の製造方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明によれば、銅層上にニッケル層が積層されたアンダーバンプメタルと、前記アンダーバンプメタルの前記ニッケル層の上面に配置された錫の含有量が８０重量％以上の半田バンプとを具備する電極構造の製造方法において、
ウエファ上にシードメタルを配置し、
前記シードメタル上に前記アンダーバンプメタルの前記銅層と前記ニッケル層とを形成し、
前記銅層と前記ニッケル層との境界部分を、前記ニッケル層の上面に露出させることなく、前記銅層および前記ニッケル層の側面に露出させ、
前記アンダーバンプメタルの前記ニッケル層の上面に前記半田バンプを配置し、
前記ニッケル層の上面に配置された前記半田バンプの外周部分を除去し、
溶融せしめられた半田バンプの流れを堰き止めるための半田流れ止め手段を、残された前記半田バンプの外縁よりも外側の前記ニッケル層の上面のみに配置し、前記ニッケル層の側面に配置しないことにより、前記半田流れ止め手段が前記銅層と前記ニッケル層との前記境界部分と前記半田バンプとの間に位置することを特徴とする電極構造の製造方法が提供される。

請求項２に記載の発明によれば、アルミニウム、チタン、ポリイミド、ポリシリコン、燐シリケイトガラス、ノンドープドシリケイトガラス、モリブデン、または窒化膜により前記半田流れ止め手段を形成することを特徴とする請求項１に記載の電極構造の製造方法が提供される。

請求項３に記載の発明によれば、前記ニッケル層の厚さが前記銅層の厚さの６分の１以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電極構造の製造方法が提供される。

請求項１に記載の電極構造の製造方法では、溶融せしめられた半田バンプの流れを堰き止めるための半田流れ止め手段が、アンダーバンプメタルを構成する銅層とニッケル層との表面に露出した境界部分と、アンダーバンプメタルのニッケル層の上面に配置された半田バンプとの間に配置される。そのため、アンダーバンプメタルのニッケル層の上面に配置された錫の含有量が８０重量％以上の半田バンプが溶融せしめられた場合においても、アンダーバンプメタルの銅層とニッケル層との表面に露出した境界部分と、アンダーバンプメタルのニッケル層の上面に配置された半田バンプとの間に配置された半田流れ止め手段により、アンダーバンプメタルのニッケル層の上面で溶融せしめられた半田バンプがニッケル層の表面（詳細には、上面および側面）を流れてアンダーバンプメタルの銅層とニッケル層との表面に露出した境界部分まで到達してしまうのが抑制される。

その結果、請求項１に記載の電極構造の製造方法によれば、錫の含有量が８０重量％以上の半田バンプがニッケル層の表面（詳細には、上面および側面）を流れて銅層とニッケル層との表面に露出した境界部分まで到達するのに伴って、脆い三元金属間化合物（Ｃｕ［Ｎｉ］_６Ｓｎ_５）が銅層とニッケル層との表面に露出した境界部分およびそれに隣接する内側の境界部分に形成されてしまうおそれを低減することができる。それゆえ、請求項１に記載の電極構造の製造方法によれば、脆い三元金属間化合物（Ｃｕ［Ｎｉ］_６Ｓｎ_５）が形成されるのに伴って、電極構造の一部が剥がれやすくなってしまうのを抑制することができる。

請求項１に記載の電極構造の製造方法では、半田バンプの外縁よりも外側のニッケル層の上面に半田流れ止め手段が配置される。そのため、例えば半田流れ止め手段がアンダーバンプメタルのニッケル層の上面ではなくニッケル層の側面に配置される場合よりも、半田流れ止め手段を設ける工程を簡略化することができる。

請求項１に記載の電極構造の製造方法では、ニッケル層の上面に配置された半田バンプの一部を除去し、次いで、残された半田バンプの外縁よりも外側のニッケル層の上面に半田流れ止め手段を構成する材料を配置することにより、半田流れ止め手段が配置される。つまり、半田バンプがニッケル層の上面に配置された後に、半田バンプの一部が除去され、次いで、半田流れ止め手段が、アンダーバンプメタルの銅層とニッケル層との表面に露出した境界部分と、残された半田バンプの外縁との間に配置される。そのため、アンダーバンプメタルのニッケル層の上面で溶融せしめられた半田バンプがニッケル層の表面（詳細には、上面および側面）を流れてアンダーバンプメタルの銅層とニッケル層との表面に露出した境界部分まで到達してしまうのを回避することができ、それにより、脆い三元金属間化合物（Ｃｕ［Ｎｉ］_６Ｓｎ_５）が形成されてしまうおそれを低減することができる。

請求項２に記載の電極構造の製造方法では、アルミニウム、チタン、ポリイミド、ポリシリコン、燐シリケイトガラス、ノンドープドシリケイトガラス、モリブデン、または窒化膜により半田流れ止め手段が形成される。そのため、それらの材料以外の材料によって半田流れ止め手段が形成される場合よりも、溶融せしめられた半田バンプが半田流れ止め手段を乗り越えてアンダーバンプメタルの銅層とニッケル層との表面に露出した境界部分まで到達してしまうおそれを低減することができる。

非特許文献１に記載されたアンダーバンプメタル（ＵＢＭ）１のようにアンダーバンプメタルを構成するニッケル層の厚さが銅層の厚さの６分の１である場合には、アンダーバンプメタルのニッケル層の上面で溶融せしめられた錫の含有量が多い半田バンプがアンダーバンプメタルの銅層とニッケル層との表面に露出した境界部分まで到達してしまうと、脆い三元金属間化合物（Ｃｕ［Ｎｉ］_６Ｓｎ_５）が形成されてしまうことが知られている。

この点に鑑み、アンダーバンプメタルを構成するニッケル層の厚さが銅層の厚さの６分の１以下である請求項３に記載の電極構造の製造方法では、溶融せしめられた半田バンプの流れを堰き止めるための半田流れ止め手段が、アンダーバンプメタルの銅層とニッケル層との表面に露出した境界部分と、アンダーバンプメタルのニッケル層の上面に配置された半田バンプとの間に配置される。そのため、アンダーバンプメタルのニッケル層の上面で溶融せしめられた半田バンプがニッケル層の表面（詳細には、上面および側面）を流れてアンダーバンプメタルの銅層とニッケル層との表面に露出した境界部分まで到達してしまうのを抑制し、それにより、アンダーバンプメタルを構成する銅層の厚さに対するニッケル層の厚さの割合を大きくする必要なく、脆い三元金属間化合物（Ｃｕ［Ｎｉ］_６Ｓｎ_５）が形成されてしまうおそれを低減することができる。

つまり、請求項３に記載の電極構造の製造方法によれば、アンダーバンプメタルを構成する銅層の厚さに対するニッケル層の厚さの割合を大きくする必要がないため、例えばメッキによってニッケル層を形成する必要がなく、例えばスパッタリングによってニッケル層を形成することができる。更に、その場合においても、脆い三元金属間化合物（Ｃｕ［Ｎｉ］_６Ｓｎ_５）が形成されてしまうおそれを低減することができる。

以下、本発明に関連する発明の電極構造について説明する。図１は本発明に関連する発明の電極構造を概略的に示した断面図である。図１に示すように、本発明に関連する発明の電極構造では、Ｃｕ層上にＮｉ層が積層されたアンダーバンプメタルが設けられている。また、例えばＳｎの含有量が８０重量％以上のＳｎ−３．５Ａｇ半田バンプが、アンダーバンプメタルのＮｉ層の上面に配置されている。更に、溶融せしめられたＳｎ−３．５Ａｇ半田バンプの流れを堰き止めるために例えばＡｌによって形成された半田流れ止め手段が、アンダーバンプメタルのＣｕ層とＮｉ層との表面に露出した境界部分と、Ｓｎ−３．５Ａｇ半田バンプとの間に配置されている。詳細には、半田流れ止め手段が、Ｓｎ−３．５Ａｇ半田バンプの外縁よりも外側のＮｉ層の上面に配置されている。

図２および図３は図１に示した本発明に関連する発明の電極構造の製造工程を説明するための図である。本発明に関連する発明の電極構造の製造工程では、まず最初に、図２（Ａ）に示すように、洗浄されたウエファ（例えばＳｉ、ＳｉＯ_２、Ａｌ）上にシードメタル（例えばＣｒ、Ｃｕ）がスパッタリングされる。次いで、図２（Ｂ）に示すように、例えば２μｍの厚さのＣｕ層および例えば１μｍの厚さのＮｉ層が、例えばスパッタリングまたはメッキによって順次形成され、それにより、アンダーバンプメタルが形成される。

次いで、図３（Ａ）に示すように、半田流れ止め手段を構成するＡｌ層が、アンダーバンプメタルのＮｉ層の上面のほぼ全面に例えばスパッタリングによって形成される。次いで、図３（Ｂ）に示すように、例えばスパッタリングによって形成されたＡｌ層のうち、Ｓｎ−３．５Ａｇ半田バンプを配置すべき位置に配置されたＡｌ層が、例えばホトリソグラフィー技術によって除去される。つまり、スパッタリングによって形成されたＡｌ層が選択エッチングされる。

次いで、図３（Ｂ）に示すように残されたＡｌ層が、レジスト（図示せず）によって被われ、錫の含有量が８０重量％以上のＳｎ−３．５Ａｇ半田バンプがメッキされる。次いで、レジストが除去された後、熱処理によってＳｎ−３．５Ａｇ半田バンプが溶融せしめられてボール状にされ、その結果、図１に示したような電極構造が得られる。

半田流れ止め手段を構成するＡｌは、融点が約６６０℃であり、悪い半田ヌレ性（換言すれば、半田をはじく性質）を有する。そのため、図１に示した本発明に関連する発明の電極構造では、半田ボール形成時あるいは基板実装中の熱処理によってＳｎ−３．５Ａｇ半田バンプが溶融せしめられた時に、半田流れ止め手段を構成するＡｌが固体状態を維持している。つまり、図１に示した本発明に関連する発明の電極構造では、例えば半田ボール形成時あるいは基板実装中の熱処理時のようなＳｎ−３．５Ａｇ半田バンプが溶融せしめられた時においても、Ａｌによって構成された半田流れ止め手段により、溶融せしめられたＳｎ−３．５Ａｇ半田バンプがＮｉ層の上面および側面を流れてアンダーバンプメタルのＣｕ層とＮｉ層との表面に露出した境界部分まで到達してしまうのを回避することができる。

上述したように、本発明に関連する発明の電極構造では、図１に示すように、溶融せしめられたＳｎ−３．５Ａｇ半田バンプの流れを堰き止めるための半田流れ止め手段が、アンダーバンプメタルを構成するＣｕ層とＮｉ層との表面に露出した境界部分と、アンダーバンプメタルのＮｉ層の上面に配置されたＳｎ−３．５Ａｇ半田バンプとの間に配置されている。そのため、アンダーバンプメタルのＮｉ層の上面に配置されたＳｎの含有量が８０重量％以上のＳｎ−３．５Ａｇ半田バンプが溶融せしめられた場合においても、アンダーバンプメタルのＣｕ層とＮｉ層との表面に露出した境界部分と、アンダーバンプメタルのＮｉ層の上面に配置されたＳｎ−３．５Ａｇ半田バンプとの間に配置された半田流れ止め手段により、アンダーバンプメタルのＮｉ層の上面で溶融せしめられたＳｎ−３．５Ａｇ半田バンプがＮｉ層の表面（詳細には、上面および側面）を流れてアンダーバンプメタルのＣｕ層とＮｉ層との表面に露出した境界部分まで到達してしまうのを回避することができる。

その結果、本発明に関連する発明の電極構造によれば、Ｓｎの含有量が８０重量％以上のＳｎ−３．５Ａｇ半田バンプがＮｉ層の表面（詳細には、上面および側面）を流れてＣｕ層とＮｉ層との表面に露出した境界部分まで到達するのに伴って、脆い三元金属間化合物（Ｃｕ［Ｎｉ］_６Ｓｎ_５）がＣｕ層とＮｉ層との表面に露出した境界部分およびそれに隣接する内側の境界部分に形成されてしまうおそれを低減することができる。それゆえ、本発明に関連する発明の電極構造によれば、脆い三元金属間化合物（Ｃｕ［Ｎｉ］_６Ｓｎ_５）が形成されるのに伴って、電極構造の一部が剥がれやすくなってしまうのを抑制することができる。

更に、本発明に関連する発明の電極構造では、図１に示すように、Ｓｎ−３．５Ａｇ半田バンプの外縁よりも外側のＮｉ層の上面に半田流れ止め手段が配置されている。詳細には、本発明に関連する発明の電極構造では、上述したように、例えばスパッタリングおよびホトリソグラフィー技術によって、半田流れ止め手段がアンダーバンプメタルのＮｉ層の上面に配置される。そのため、例えば半田流れ止め手段がアンダーバンプメタルのＮｉ層の上面ではなくＮｉ層の側面に配置される場合よりも、半田流れ止め手段を設ける工程を簡略化することができる。

また、本発明に関連する発明の電極構造では、Ｓｎ−３．５Ａｇ半田バンプがＮｉ層の上面に配置される前に、図３（Ａ）に示すように、半田流れ止め手段を構成するＡｌがＮｉ層の上面のほぼ全面に配置され、次いで、図３（Ｂ）に示すように、Ｎｉ層の上面のほぼ全面に配置された半田流れ止め手段を構成するＡｌのうち、Ｓｎ−３．５Ａｇ半田バンプを配置すべき位置に配置されたＡｌを除去することにより、半田流れ止め手段が配置される。つまり、Ｓｎ−３．５Ａｇ半田バンプがＮｉ層の上面に配置される前に、図３（Ｂ）に示すように、半田流れ止め手段が、アンダーバンプメタルのＣｕ層とＮｉ層との表面に露出した境界部分と、Ｓｎ−３．５Ａｇ半田バンプを配置すべき位置との間に配置される。そのため、Ｎｉ層の上面に配置されたＳｎ−３．５Ａｇ半田バンプが溶融せしめられてＮｉ層の表面（詳細には、上面および側面）を流れてアンダーバンプメタルのＣｕ層とＮｉ層との表面に露出した境界部分まで到達してしまうのを回避することができる。

本発明に関連する発明の電極構造では、上述したように、半田流れ止め手段がＡｌによって構成されているが、本発明に関連する発明の電極構造の変形例では、Ａｌの代わりに、例えばチタン、ポリイミド、ポリシリコン、燐シリケイトガラス、ノンドープドシリケイトガラス、モリブデン、または窒化膜のような半田をはじく性質を有する材料によって半田流れ止め手段を構成することも可能である。

以下、本発明の電極構造の第１の実施形態について説明する。図４は第１の実施形態の電極構造を概略的に示した断面図である。図４に示すように、第１の実施形態の電極構造では、図１に示した本発明に関連する発明の電極構造とほぼ同様に、Ｃｕ層上にＮｉ層が積層されたアンダーバンプメタルが設けられている。また、例えばＳｎの含有量が８０重量％以上のＳｎ−３．５Ａｇ半田バンプが、アンダーバンプメタルのＮｉ層の上面に配置されている。更に、Ｓｎ−３．５Ａｇ半田バンプが溶融せしめられた時にそのＳｎ−３．５Ａｇ半田バンプの流れを堰き止めるために、例えばＴｉによって形成された半田流れ止め手段が、アンダーバンプメタルのＣｕ層とＮｉ層との表面に露出した境界部分と、Ｓｎ−３．５Ａｇ半田バンプとの間に配置されている。詳細には、半田流れ止め手段が、Ｓｎ−３．５Ａｇ半田バンプの外縁よりも外側のＮｉ層の上面に配置されている。

図５は図４に示した第１の実施形態の電極構造の製造工程を説明するための図である。第１の実施形態の電極構造の製造工程では、まず最初に、本発明に関連する発明の電極構造の製造工程と同様に、図２（Ａ）に示すように、洗浄されたウエファ（例えばＳｉ、ＳｉＯ_２、Ａｌ）上にシードメタル（例えばＣｒ、Ｃｕ）がスパッタリングされる。次いで、本発明に関連する発明の電極構造の製造工程と同様に、図２（Ｂ）に示すように、例えば２μｍの厚さのＣｕ層および例えば１μｍの厚さのＮｉ層が、例えばスパッタリングまたはメッキによって順次形成され、それにより、アンダーバンプメタルが形成される。

次いで、図５（Ａ）に示すように、錫の含有量が８０重量％以上のＳｎ−３．５Ａｇ半田バンプが、アンダーバンプメタルのＮｉ層の上面にメッキされる。次いで、図５（Ｂ）に示すように、メッキされたＳｎ−３．５Ａｇ半田バンプの外周部分が例えばホトリソグラフィー技術によって除去される。つまり、メッキされたＳｎ−３．５Ａｇ半田バンプが選択エッチングされる。

次いで、残されたＳｎ−３．５Ａｇ半田バンプの外縁よりも外側のＮｉ層の上面に、半田流れ止め手段を構成するＴｉが配置される。詳細には、半田流れ止め手段を構成するＴｉが例えば約１００℃で低温スパッタリングされる。この低温スパッタリング時に、融点が約２２０℃であるＳｎ−３．５Ａｇ半田バンプは溶融せしめられない。その結果、図４に示したような電極構造が得られる。次いで、熱処理によってＳｎ−３．５Ａｇ半田バンプが溶融せしめられてボール状にされ、その結果、図１に示した電極構造とほぼ同様の電極構造が得られる。

半田流れ止め手段を構成するＴｉは、融点が約１６７５℃であり、悪い半田ヌレ性（換言すれば、半田をはじく性質）を有する。そのため、図４に示した第１の実施形態の電極構造では、半田ボール形成時あるいは基板実装中の熱処理によってＳｎ−３．５Ａｇ半田バンプが溶融せしめられた時に、半田流れ止め手段を構成するＴｉが固体状態を維持している。つまり、図４に示した第１の実施形態の電極構造では、例えば半田ボール形成時あるいは基板実装中の熱処理時のようなＳｎ−３．５Ａｇ半田バンプが溶融せしめられた時においても、Ｔｉによって構成された半田流れ止め手段により、溶融せしめられたＳｎ−３．５Ａｇ半田バンプがＮｉ層の上面および側面を流れてアンダーバンプメタルのＣｕ層とＮｉ層との表面に露出した境界部分まで到達してしまうのを抑制することができる。

上述したように、第１の実施形態の電極構造では、図４に示すように、溶融せしめられたＳｎ−３．５Ａｇ半田バンプの流れを堰き止めるための半田流れ止め手段が、アンダーバンプメタルを構成するＣｕ層とＮｉ層との表面に露出した境界部分と、アンダーバンプメタルのＮｉ層の上面に配置されたＳｎ−３．５Ａｇ半田バンプとの間に配置されている。そのため、アンダーバンプメタルのＮｉ層の上面に配置されたＳｎの含有量が８０重量％以上のＳｎ−３．５Ａｇ半田バンプが溶融せしめられた場合においても、アンダーバンプメタルのＣｕ層とＮｉ層との表面に露出した境界部分と、アンダーバンプメタルのＮｉ層の上面に配置されたＳｎ−３．５Ａｇ半田バンプとの間に配置された半田流れ止め手段により、アンダーバンプメタルのＮｉ層の上面で溶融せしめられたＳｎ−３．５Ａｇ半田バンプがＮｉ層の表面（詳細には、上面および側面）を流れてアンダーバンプメタルのＣｕ層とＮｉ層との表面に露出した境界部分まで到達してしまうのを抑制することができる。

その結果、第１の実施形態の電極構造によれば、Ｓｎの含有量が８０重量％以上のＳｎ−３．５Ａｇ半田バンプがＮｉ層の表面（詳細には、上面および側面）を流れてＣｕ層とＮｉ層との表面に露出した境界部分まで到達するのに伴って、脆い三元金属間化合物（Ｃｕ［Ｎｉ］_６Ｓｎ_５）が形成されてしまうおそれを低減することができる。それゆえ、第１の実施形態の電極構造によれば、脆い三元金属間化合物（Ｃｕ［Ｎｉ］_６Ｓｎ_５）が形成されるのに伴って、電極構造の一部が剥がれやすくなってしまうのを抑制することができる。

更に、第１の実施形態の電極構造では、図４に示すように、Ｓｎ−３．５Ａｇ半田バンプの外縁よりも外側のＮｉ層の上面に半田流れ止め手段が配置されている。詳細には、第１の実施形態の電極構造では、上述したように、例えばスパッタリングによって、半田流れ止め手段がアンダーバンプメタルのＮｉ層の上面に配置される。そのため、例えば半田流れ止め手段がアンダーバンプメタルのＮｉ層の上面ではなくＮｉ層の側面に配置される場合よりも、半田流れ止め手段を設ける工程を簡略化することができる。

また、第１の実施形態の電極構造では、図５（Ｂ）に示すように、Ｎｉ層の上面に配置されたＳｎ−３．５Ａｇ半田バンプの一部が除去され、次いで、図４に示すように、残されたＳｎ−３．５Ａｇ半田バンプの外縁よりも外側のＮｉ層の上面に、半田流れ止め手段を構成するＴｉが配置される。つまり、図５（Ａ）に示すように、例えばメッキなどによってＳｎ−３．５Ａｇ半田バンプがＮｉ層の上面に選択的に配置された後に、図５（Ｂ）に示すように、Ｓｎ−３．５Ａｇ半田バンプの一部が除去され、次いで、図４に示すように、半田流れ止め手段が、アンダーバンプメタルのＣｕ層とＮｉ層との表面に露出した境界部分と、残されたＳｎ−３．５Ａｇ半田バンプの外縁との間に配置される。そのため、アンダーバンプメタルのＮｉ層の上面で溶融せしめられたＳｎ−３．５Ａｇ半田バンプがＮｉ層の表面（詳細には、上面および側面）を流れてアンダーバンプメタルのＣｕ層とＮｉ層との表面に露出した境界部分まで到達してしまうのを回避することができ、それにより、脆い三元金属間化合物（Ｃｕ［Ｎｉ］_６Ｓｎ_５）が形成されてしまうおそれを抑制することができる

第１の実施形態の電極構造では、上述したように、半田流れ止め手段がＴｉによって構成されているが、第１の実施形態の電極構造の変形例では、Ｔｉの代わりに、例えばアルミニウム、ポリイミド、ポリシリコン、燐シリケイトガラス、ノンドープドシリケイトガラス、モリブデン、または窒化膜によって半田流れ止め手段を構成することも可能である。
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上述したように、第１の実施形態の電極構造およびその変形例では、アンダーバンプメタルのＮｉ層の厚さがＣｕ層の厚さの２分の１に設定されているが、第２の実施形態の電極構造では、アンダーバンプメタルのＮｉ層の厚さをＣｕ層の厚さの６分の１以下に設定することも可能である。第２の実施形態の電極構造によれば、例えばメッキによってＮｉ層を形成する必要がなく、例えばスパッタリングによってＮｉ層を形成することができる。更に、その場合においても、脆い三元金属間化合物（Ｃｕ［Ｎｉ］_６Ｓｎ_５）が形成されてしまうおそれを低減することができる。

本発明に関連する発明の電極構造を概略的に示した断面図である。図１に示した本発明に関連する発明の電極構造の製造工程を説明するための図である。図１に示した本発明に関連する発明の電極構造の製造工程を説明するための図である。第１の実施形態の電極構造を概略的に示した断面図である。図４に示した第１の実施形態の電極構造の製造工程を説明するための図である。非特許文献１の表２（ＴａｂｌｅＩＩ）に記載されたアンダーバンプメタル（ＵＢＭ）１を有する電極構造を概念的に示した図である。非特許文献１の表２（ＴａｂｌｅＩＩ）に記載されたアンダーバンプメタル（ＵＢＭ）２を有する電極構造を概念的に示した図である。非特許文献１の表２（ＴａｂｌｅＩＩ）に記載されたアンダーバンプメタル（ＵＢＭ）３を有する電極構造を概念的に示した図である。

Claims

銅層上にニッケル層が積層されたアンダーバンプメタルと、前記アンダーバンプメタルの前記ニッケル層の上面に配置された錫の含有量が８０重量％以上の半田バンプとを具備する電極構造の製造方法において、
ウエファ上にシードメタルを配置し、
前記シードメタル上に前記アンダーバンプメタルの前記銅層と前記ニッケル層とを形成し、
前記銅層と前記ニッケル層との境界部分を、前記ニッケル層の上面に露出させることなく、前記銅層および前記ニッケル層の側面に露出させ、
前記アンダーバンプメタルの前記ニッケル層の上面に前記半田バンプを配置し、
前記ニッケル層の上面に配置された前記半田バンプの外周部分を除去し、
溶融せしめられた半田バンプの流れを堰き止めるための半田流れ止め手段を、残された前記半田バンプの外縁よりも外側の前記ニッケル層の上面のみに配置し、前記ニッケル層の側面に配置しないことにより、前記半田流れ止め手段が前記銅層と前記ニッケル層との前記境界部分と前記半田バンプとの間に位置することを特徴とする電極構造の製造方法。
アルミニウム、チタン、ポリイミド、ポリシリコン、燐シリケイトガラス、ノンドープドシリケイトガラス、モリブデン、または窒化膜により前記半田流れ止め手段を形成することを特徴とする請求項１に記載の電極構造の製造方法。
前記ニッケル層の厚さが前記銅層の厚さの６分の１以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電極構造の製造方法。