JP4709336B2 - 回路上のソルダ・バンプを清浄するためのプラズマ活性化ｎｆ３の使用 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、集積回路（ＩＣ）上のフラックスレスのソルダ・バンプを清浄する技術に関する。より詳細には、本発明は、フリップチップ設計におけるフラックスレスのソルダ・バンプを清浄するプラズマを生成するために用いるソース・ガスとして、三フッ化窒素（ＮＦ3）を使用する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
集積回路（ＩＣ）技術においては、半導体チップ（すなわち、ＩＣ）に対する接続は、通常、ＩＣの外縁又は周辺に配置されていると共に、相互にできる限り近接配置されている周辺接点（すなわち、ボンド・パッド）によって形成されている。すなわち、ボンド・パッドは通常、約７５μｍ〜約１００μｍの間隔で離間されている。しかし、２つのボンド・パッド間の距離は、部分的には、ボンド・パッドを最も近接して配置するボンド・パッド装置の性能によって、制限されている。例えば、多くの論理回路が実装される高性能ＩＣでは、必要な接続を実現可能にするためにＩＣ上に要求されるボンド・パッド接続の数は、そのＩＣ上で利用可能なボンド・パッド数をはるかに超える。この結果、ＩＣ上に幾分複雑な回路設計を実装する際には、ボンド・パッドの必要量に関してＩＣ上の周辺スペースにしばしば不足が生じる。ＩＣ上の周辺空間のこの制限は当業者にとって周知事項であり、また、「パッド制限設計（pad limited design）」と一般的に呼ばれている。
【０００３】
図１は、一般的に「フリップチップ」設計に実装されると共に、周辺ボンド・パッド接続によっては達成され得ない、高いＩＣ接点密度を提供するソルダ・バンプ・アレイの例を図示する。したがって、このソルダ・バンプ・アレイは、ＩＣ上における利用可能な周辺スペースの不足という上述の問題に対する実行可能な解決策を提供する。図示するように、ＩＣソルダ・バンプ設計１００は、通常、ダイ１０２の表面のほとんどの部分に及ぶソルダ・バンプ１０４を有するダイ１０２を備える。ソルダ・バンプ１０２の直径は、一般的に、約５０μｍ〜約１００μｍの範囲にあり、典型的には、約７５μｍである。ソルダ・バンプは、通常、約５％の錫及び約９５％の鉛を基本組成として有する鉛・錫合金を含む。
【０００４】
ソルダ・バンプの生成に用いられる１つの方法は、ソルダ・バンプの位置を指定する孔（holes）、すなわち開口部（openings）を有する薄モリブデン・マスクの生成を伴う。そして、マスクがＩＣのすぐ近くまで搬送される。マスクで覆われているＩＣは、鉛や錫等の金属を含む金属気化物質（metallic vapors）中にさらされる。金属気化物質は、マスクの孔を通り抜け、そして、ＩＣ上に堆積物、すなわち、ソルダ・バンプを形成する。他の解決方法では、従来のフォトリソグラフィで用いられているフォトレジスト・マスクを使用する。ＩＣ上に供給されたフォトレジストは、ソルダ・バンプの位置を特定するパターンを有するレチクルを透過する光によって照射される。フォトレジストの露光及び現像の後、ＩＣ表面上のマスキングされていない領域に、電解メッキが施され、錫−鉛合金ソルダ・バンプがＩＣ表面上に形成される。
【０００５】
上記処理の１つによってＩＣ上にソルダ・バンプが形成され、例えば、大気中にさらされると、ソルダ・バンプの錫及び／又は鉛組成は、望ましくないことに酸化され始める。一定時間が経過すると、酸化物と金属の山である「ドロス」（垢、dross）でソルダ・バンプの表面を完全に覆うために十分な酸化物が形成される。当業者に周知であるように、ドロスは、金属そのものよりもかなり高い融点を有しており、更に、電気的に非導電性であり、比較的堅い。したがって、ＩＣパッケージに対する接続を実行するためにＩＣが加熱されると、ソルダは、容易には流動せず、すなわち、近傍の表面を濡らさない。この結果、ＩＣパッケージの接続は、しばしば不完全となり、低い歩留まりをもたらす。
【０００６】
この障害を克服するために、ソルダの形成に当たり、一般的な酸性フラックス、あるいは、酸性の低いロジン・フラックスが導入されている。フラックス中の酸は、有効にドロスを溶解する。フラックスはまた、その下方に横たわるソルダ金属を浸食し得ると共に、上方に横たわる酸化物を消散することが知られており、これによりドロスを除去する揮発性、あるいは、ガス状副生成物を生成する。
【０００７】
都合の悪いことに、ソルダ組成に対するフラックスの適用は、時に約５０μｍ以上離間せず相互に近接して配置されているソルダ・バンプ上への比較的粘着性のある反応性有機物質の適用を伴うので、困難な課題であり得る。さらに、長期間ＩＣ上に残存するフラックスはいずれも、好ましくないことに金属を含む他のＩＣ構成要素を腐食、あるいは、浸食し得る。この問題は、ＩＣ物質のすぐ近くに水分をもたらす多くのフラックスが備える吸湿性によってその度合いが増す。
【０００８】
したがって、ソルダリング作業が完了した後、速やかに残存フラックスを除去することが不可避となる。不都合なことに、ソルダ・バンプからのフラックスの除去は、面倒であると共に困難な作業である。一般的に、フラックスを除去するためには、ソルダ・バンプは、加熱されると共に洗浄液にさらされる。都合の悪いことに、ソルダ・バンプ間の狭い間隔（例えば、５０μｍ）は、洗浄液による浸透に侵されない曲がりくねったパス（通路）を生成する。さらに、クロロフルオロカーボン（ＣＦＣ）といった洗浄液は環境破壊をもたらす。したがって、ソルダ組成中にフラックスを用いることに関連する問題を排除する実施可能な解決策として、ソルダ・バンプにフラックスのない（フラックスレスの）ソルダを用いる方法が浮上してきた。
【０００９】
そのようなフラックスレス技術の１つとして、「プラズマ活性化ドライ・ソルダリング」が知られている。この処理は、硫黄フリーラジカル及びイオン、フッ素フリーラジカル及びイオンを含むプラズマを生成するために、ＳＦ6のようなソース・ガスが用いられるプラズマ反応炉内で実行される。フッ素フリーラジカルは、ソルダ組成中の錫及び／又は鉛と反応し、フッ化錫及び／又は鉛を生成する。この結果、ソルダ・バンプ表面上のフッ化物は、既に形成されているあらゆる酸化物にとって代わると共に、更なる酸化物の如何なる形成をも阻止する。
【００１０】
最後には酸素がソルダ・バンプの表面と反応すると共にフッ化物にとって代わることは明らかであるが、ソルダ・バンプの表面は、通常の雰囲気下で収納されている少なくとも２−３日の間は酸化物が形成されないままである。ソルダ・バンプ表面上にいくらかの酸化物が形成されたとしても、フッ化化合物は、連続ソルダリングの間、低酸性フラックスとして作用し得る。特に、例えば、パッケージに取り付けるためにフッ化錫、又は、フッ化鉛を含むソルダ・バンプが加熱されると、フッ化物、すなわち、フッ化錫、又は、フッ化鉛は、低酸性物として作用する。この酸性物は、ソルダ・バンプ及びソルダ・バンプが接続されるパッケージの双方を有効に濡らす。得られるソルダ済装置は、外部フラックスが適用されなかったので洗浄の必要がない。残存フッ化金属はどれも、ソルダ金属中にいくらか可溶である。したがって、残存フッ化金属はソルダ表面上に固まって残ることはない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、不都合なことに、プラズマ活性化ドライ・ソルダリングは、いくつかの短所を有している。第１に、プラズマ分解時のソース・ガスとしてのＳＦ6あるいはＣＦ4の使用は、プラズマ反応炉内部の側壁上に固体硫黄残滓の堆積をもたらす。硫黄又は炭素残滓の蓄積は、ソルダ・バンプの洗浄過程に低スループットをもたらす定期的な清掃を必要とする。
【００１２】
第２に、ＩＣ技術がより小さな構成要素サイズへと移行するに従い、ソルダ・バンプの直径は小さくなる（例えば、５０μｍ以下の値に近づく）。大規模設計では問題とならない微粒子が、小さなソルダ・バンプを有するＩＣにおいては問題となる。したがって、ＳＦ6又はＣＦ4の分解反応の結果としてＩＣ表面上に必然的に形成される硫黄、又は、炭素残滓は、ソルダリング処理を阻害する微粒子を含み得る。
【００１３】
本発明は、上記した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、プラズマ反応炉内、あるいは、ＩＣ表面上に堆積する残滓又は微粒子を発生させることなく、ソルダ・バンプを有効に洗浄すると共に、ソルダ・バンプに有効にフッ素を添加するための方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は基板（例えば、フリップチップ設計）上のソルダ・バンプを洗浄するための方法を提供する。この方法は、ソルダ・バンプを備える基板をプラズマ反応炉内に配置するステップと、三フッ化窒素ガス（ＮＦ3）を含むソース・ガスをプラズマ反応炉内に導入するステップと、プラズマ反応炉内でソース・ガスからプラズマを生成するステップと、ソルダ・バンプの表面上にフッ化化合物を形成するステップとを備える。
【００１５】
プラズマ生成ステップは、約５ミリトルから約１トルの間の圧力下でプラズマを生成するステップを備えても良い。電力は、一般的に、約５０ワットから約１０００ワットの間であることが好ましく、更には、約３００ワットから約５００ワットの間であることが好ましい。
【００１６】
ソース・ガス導入ステップは、約０．０１標準リットル毎分から約１標準リットル毎分の間の流速で三フッ化窒素ガスを導入するステップを備えても良い。ソース・ガスは、三フッ化窒素ガス、ヘリウムガス、あるいは他の希ガスを含んでも良い。例として、ソース・ガスは、０体積％から約９５体積％のヘリウムガス、及び約５体積％までのフッ化窒素ガスを含み得る。
【００１７】
本発明はまた、接続領域を有する、例えば、ＩＣパッケージの表面に対してソルダ・バンプを実装するための方法を提供する。この実装方法は、上記過程に従ってソルダ・バンプを洗浄するステップ、ソルダ・バンプを表面の接続領域に近接させる搬送ステップ、表面との接触を確立するために、ソルダ・バンプが溶融し、接続領域に流れ込むようにソルダ・バンプを加熱するステップとを備える。本発明の実施形態の１つでは、この実装方法は、洗浄に用いられたプラズマ反応炉と同一のプラズマ反応炉内で実行され得る。
【００１８】
他の局面では、本発明は、フッ化物被膜を備える複数のソルダ・バンプを有する基板を提供する。フッ化物被膜は、ソルダ・バンプを備える基板をプラズマ反応炉内に配置するステップと、三フッ化窒素ガスを含むソース・ガスをプラズマ反応炉内に導入するステップと、プラズマ反応炉内でソース・ガスからプラズマを生成するステップ、ソルダ・バンプの表面上にフッ化化合物を形成するステップとにより形成される。
【００１９】
さらに他の局面では、本発明は、炭素粒子フリー、または、硫黄粒子フリーであるフッ化物被膜を有する複数のソルダ・バンプをその表面上に備える集積回路（ＩＣ）基板を提供する。ソルダ・バンプは、錫ソルダを含んでも良く、フッ化物被膜は、少なくとも錫フッ化物及び鉛フッ化物の内の１つを含むことが好ましい。集積回路基板及びソルダは共にフリップチップを形成し得る。既述のＩＣは、特に小さな構成要素サイズを採用する設計において重要である。したがって、実施形態の１つでは、ＩＣは、約１００μｍ以下（好ましくは約５０μｍ以下）の間隔で離間されている約１００μｍ以下（好ましくは約５０μｍ以下）の直径を有するソルダ・バンプを有することが好ましい。
【００２０】
本発明は、従来技術に対して著しい改善を示す。本発明による洗浄過程は、従来技術が適用されるプラズマ反応炉内で通常見られる固体炭素、又は固体硫黄の残滓を生成しない。この結果、従来技術のプラズマ反応炉における反応炉でも、従来技術が適応される反応炉と異なり、頻繁に洗浄される必要がない。また、反応炉内に極微量の残滓しか有さず、すなわち、残滓がほとんど存在しないので、例えば、５０μｍ以下の小さなサイズのソルダ・バンプを有するデバイスが、デバイス故障を被る可能性を低減することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明は、例えば、プラズマを生成しフリップチップ設計で一般的に用いられるソルダ・バンプを洗浄するソース・ガスとして、三フッ化窒素（ＮＦ3）を使用する。以下の説明では、本発明の好適実施例を十分に説明するために多くの特定の詳細事項が用いられる。しかし、本発明は、この明細書中に記載されているあらゆる特定の詳細事項には限定されずに実現され得ることは明らかである。
【００２２】
図２は、本発明の１つの側面に従ってＩＣ上のソルダ・バンプを洗浄するのに用いられ得る一般的なプラズマ反応炉システムを表している。この図面を参照すると、プラズマ反応装置１０は、反応炉１２を備えている。反応炉１２の内壁は、シリーズ３００及び４００ステンレス鋼、厚い陽極処理された被膜を備えたアルミニウム、あるいは、当業者に周知である他の物質から成ることが好ましい。一般的に、炉内部は、フッ素又はフッ素イオンによる浸食に対して高い抵抗を示す物質を含有するべきである。反応炉１２には、一般的に整合ネットワーク（説明の簡略化のため図示しない）を介して、例えば、１３．５６ＭＨｚ、又は、他の好適な周波数におけるＲＦ発生器２４により、付勢されるシャワーヘッド１４が備えられている。シャワーヘッド１４は、ソース・ガスであるＮＦ3を、それ自身とダイ１６との間のＲＦ−誘導プラズマ領域中に放出するための複数の孔を有することが好ましい。あるいは、電力源としてマイクロ波が用いられてもよく、また、ＮＦ3は、反応炉１２自体の壁に組み込まれるポートから放出されても良い。
【００２３】
一般的に、複数のソルダ・バンプ１８を有するダイ１６は、第２の電極として作用し得るチャンク２０上で支持されると共に、（一般的に整合ネットワークを介して）同一の無線周波数発生器２４によってバイアスされ得る。ソルダ・バンプ１８は、通常、約５０μｍ〜約１００μｍの間の直径を備えると共に、約５０μｍ〜約１００μｍの間隔で配置されている。しかし、デバイス技術がより小さな構成要素サイズへ移行するにつれて、ソルダ・バンプの直径が５０μｍ未満の値、例えば、約２０μｍに縮小されることが予測される。このサイズ縮小は、ソルダ・バンプ密度のそれに伴う増加と、ソルダ・バンプの間隔を約５０μｍ未満まで縮小することとによって達成され得る。
【００２４】
ダイ１６をチャンク２０に適切に固定するために、機械式又は静電気式クランプ（図示しない）が、いくつかの反応炉内部に実装され得る。接地通路を提供するために、反応炉１２の壁は、典型的には、図２に図示するように接地されている。反応炉１２には、典型的には、真空ポンプ、例えば、ターボ分子ポンプ（turbomolecular pump）に接続された排出口２２が備えられ、反応炉１２内部の気体状物質を吸い出し、所望の反応炉圧力を維持する。
【００２５】
消耗誘電体（consumable dielectrics）を含まない内部側壁を有する反応炉を用いることが好ましいが、その理由は、ＮＦ3やフッ化物を含むそれ以外の化合物は、極端に反応性が高く消耗誘導体を急速に浸食し損傷を与えることが知られているからである。酸化物エッチングを実行するために設計されている反応炉に類似するプラズマ反応炉を採用することが好ましい。これら反応炉は、反応炉の内壁に形成されるフッ素耐性酸素−炭素ベースのパッシベーション層を有しても良い。このパッシベーション層は、一般的にＮＦ3に起因する高反応性原子の分解によりもたらされる反応炉側壁の劣化を阻止する保護被膜を与える。しかし、留意すべきであるが、本発明は、この特定の構成には限定されない。例えば、米国カリフォルニア州フリーモント市所在のラム・リサーチ・コーポレーション（Lam Research Corporation）及びカリフォルニア州サンタクララ市所在のアプライド・マテリアルズ（Applied Materials）から入手可能な種々の反応炉がうまく動作する。
【００２６】
ある実施例では、本発明による洗浄過程は、ソルダ・バンプ１８を有するダイ１６が反応炉１２内のチャンク２０上に、例えば、機械式又は静電気式クランプによって固定されることにより開始される。ＮＦ3などのソース・ガスが、シャワーヘッド１４を介して反応炉１２内に導入される。ソース・ガスは、選択的に、ＮＦ3や９５％までの例えばヘリウムのような希ガスを含み得る。次に、ＲＦ発生器２４がオンされ、電極として作用するシャワーヘッド１４を付勢する。シャワーヘッド１４は、ソース・ガスを含む反応炉１２に対してＲＦエネルギを送り、これによりプラズマを生成する。
【００２７】
理論によって裏付けされていないが、プラズマ状態のＮＦ3ガスは、分解されて、少なくとも、原子状態の窒素、フッ素フリーラジカル及びフッ化物イオンを形成すると考えられている。そして、フッ素及びフッ化物の化学種（species）が、ソルダ・バンプの表面において、錫、鉛−錫、又は錫−鉛ベースの合金と反応し、錫フッ化物及び／又は鉛フッ化物を生成する。ソルダ・バンプは、十分な時間周期の間、反応炉１２内のプラズマに露出され、全体ではないにしても、その表面のほとんどが、錫フッ化物及び／又は鉛フッ化物で覆われる。この変換には、反応条件によるが、約１／２分〜約３分が必要である。上述のように、錫及び／又は鉛フッ化物は、約１週間までの期間、ソルダ・バンプ表面の酸化を阻止する酸化阻止物質として作用する。したがって、大気への１週間までの露出の間、例えば、電子パッケージに接続するとき、本発明に従い洗浄されたＩＣ上のソルダ・バンプは、リフロー問題を示さない。これは、非常に短い貯蔵寿命を有する非フッ化物添加ソルダ・バンプと比較して、著しい改善である。前述のように、本発明に従い生成された錫及び鉛フッ化物は、少なくとも部分的には、錫又は鉛-錫ベースのソルダ合金中に可溶である。したがって、ソルダ過程の後、残ったフッ化物は全て、（少なくとも部分的に）溶けてソルダ・バンプになる。
【００２８】
本発明のフッ化物添加ソルダ・バンプは、従来のフリップチップのボンディング手順によって、適当な基板に接合され得る。第１に、ソルダ・バンプ及び基板の接続領域が近づけられる。そして、基板との接続を確立するために、ソルダ・バンプはそれ自体が接続領域に流れ込む温度まで加熱される。接続領域の例には、ＩＣパッケージの導電性接点領域、あるいは、試験ソケット、あるいは、回路ボードが含まれる。したがって、ボンディング過程は、フラックスが用いられない点を除いて、従来のＩＣソルダリング操作で用いられる過程に非常に類似している。
【００２９】
本発明のソース・ガスは、活性反応物としてＮＦ3を含むので、（硫黄、及び炭素残滓を生成する）ＳＦ6及びＣＦ4といったソース・ガスとは異なり、固体分解生成物を生成しない。むしろ、全ての分解生成物は、フッ素並びに窒素といった気体である。これらの副生成物は、典型的には、真空ポンプによって排出口２２を介して、反応炉１２の外へ完全に排出される。したがって、本発明の反応物洗浄ガスは、ＩＣ上及び反応炉内のどこにも好ましくない残滓を堆積させない。本発明の過程では、例えば、ＮＦ2Ｃｌ及びＮＦ2Ｈといった他の残滓フリーのガスを採用し得ることに留意すべきである。
【００３０】
反応炉の内部に極めて少量しか堆積プラズマ残滓を生成しない、又はほとんど全く堆積プラズマ残滓を生成しない本発明の方法に用いられるプラズマ反応炉は、ＳＦ6、ＣＦ4又は他の固体生成ガスを使用するプラズマ反応炉で要求されるほど頻繁な洗浄を必要としない。したがって、本発明に従うソルダ・バンプ洗浄過程は、そのような固体生成ガスを使用する方法と比較して高いスループットをもたらす。
【００３１】
さらに、反応炉内における実質的に残滓フリーな環境は、特に小さなソルダ・バンプサイズを有する回路について非常に高い回路歩留まりをもたらす。前述のように、ＳＦ6及びＣＦ4といった洗浄ガスは、分解に際して炭素及び硫黄残滓を生成する。したがって、いくらかの固体微粒子がＩＣ表面上に堆積する。これらの微粒子がソルダ・バンプの寸法と比較して十分に大きい場合には、これら微粒子は、例えば、基板上の接続領域に対するいくつかのソルダ・バンプの接触の阻害、あるいは、微粒子下又は微粒子周囲に加熱ソルダを流し込ませることによりソルダリング過程を阻害し得る。したがって、洗浄ガスの固体分解生成物は、少なくとも、ソルダリングをより困難なものとし、また、回路に欠陥をもたらし得る。この問題は、ソルダ・バンプサイズが約５０μｍ以下に（また、ソルダ・バンプ間の間隔が約５０μｍ以下に）縮小されるにつれ、より顕著になると思われる。しかし、本発明の方法では、ＮＦ3の使用が実質的に残滓フリーな環境を保証するので、これら問題の危険性は、大幅に削減される。
【００３２】
理論的には、反応ガスの分解によりもたらされる固体残滓はＩＣ表面から洗浄除去され得るが、洗浄過程はＩＣ製造コストを増加させる。したがって、本発明に従い製造されるＩＣは、安価である。
【００３３】
好適な発明の実施の形態では、本発明は、その表面上にフッ化物被膜を備えると共に、実質的に固体微粒子、特に、例えば、ＳＦ6、ＣＦ4またはＣＦ2Ｃｌ2の分解によりもたらされ得る硫黄又は炭素残滓を有しないソルダ・バンプを有する回路を提供する。これら回路は、フッ化物被膜の効力により比較的長い貯蔵寿命を備える。これら回路はまた、実装過程を阻害する大きな粒子を有しないので、基板に対して確実に実装される。
【００３４】
表１は、本発明の発明の実施の形態の１つに従う、ソルダ・バンプを洗浄するための市販プラズマ反応炉にて通常用いられるおおよそのパラメータを示す。表１に示されるソルダ・バンプ洗浄過程のパラメータは、圧力、電力、及びソース・ガスの流速を含んでいる。パラメータのおおよその基準化は、当業者にとって周知であるように、基準から著しく外れる反応炉容積を調整するために実行され得る。
【００３５】
【表１】
【００３６】
圧力は、洗浄過程の間反応炉１２内で計測される圧力を意味する。ソース・ガスの圧力は、一般的に、約５ミリトル〜約１トルの間である。電力は、ＲＦ電源２４の出力を意味する。電力は一般的に約５０ワット〜約１０００ワットの間であり、好ましくは約３００ワット〜約５００ワットの間である。流速は、ＮＦ3を含むソース・ガスの反応炉１２内への流速を意味する。流速は、一般的に約０．０１標準リットル毎分〜約１標準リットル毎分の間にある。
【００３７】
本発明に従い洗浄されるソルダ・バンプを使用するために、ソルダ・バンプを例えば、ＩＣパッケージの表面と接合するためにフラックスレスソルダのリフロー過程が実行される。本発明の発明の実施の形態の１つでは、ソルダ・バンプが表面の接続領域に近づけられる。ソルダ・バンプは、自身と表面との間に接続を確立するため、接続領域に流れ込むように加熱される。
【００３８】
あるいは、リフロー過程は、洗浄過程の直後に上記プラズマ反応炉内で実行される。この実施形態に従うと、ソルダ・バンプは、洗浄に用いられた同一の反応炉内で連続モードにて、例えば、ＩＣパッケージの表面の接続領域にリフローし、これにより、ソルダ・バンプと表面との間に接続が確立される。この方法の１つの長所は、大気が存在しないプラズマ反応炉内で実行される所にある。これは、ソルダ・バンプ表面の再酸化を排除する。しかし、この方法は、ＩＣが実装される基板が適当な時期に反応炉内に導入されることを必要とする。好適な発明の実施の形態では、基板はソルダ・バンプと共に洗浄され、これによりソルダリング過程が実行されるとき双方の表面が確実に洗浄されている。
【００３９】
以上、本発明の理解を明瞭にするためにいくつかの発明の実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明の趣旨から逸脱しない範囲で種々の変更改良が可能である。例えば、フリップチップの洗浄過程を用いて本発明を説明したが、本発明は、例えば、ボールグリッドアレイのソルダ、または、パッケージ基板の銅といった他の表面を洗浄する過程にも用いられ得る。したがって、上記各発明の実施の形態は、あくまで例示として考えられるべきであり、限定事項として考えられるべきでない。また、本発明はここに記載した詳細事項に限定されるべきでなく、特許請求の範囲の範囲内にて変更され得る。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によればプラズマ反応炉内、あるいは、ＩＣ表面上に堆積する残滓又は微粒子を発生させることなく、ソルダ・バンプを有効に洗浄すると共に、ソルダ・バンプに有効にフッ素を添加することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 フリップチップパッケージ設計に用いられるダイの表面上に形成され得る一般的なソルダ・バンプアレイの平面図である。
【図２】 ソルダ・バンプを有効に洗浄するために用いられる代表的なプラズマ反応炉の側断面図である。
【符号の説明】
１０…プラズマ反応装置、１２…プラズマ反応炉、１４…シャワーヘッド、１６…ダイ、１８…ソルダ・バンプ、２０…チャンク、２２…排出口、２４…ＲＦ無線周波数発生器、１００…ＩＣソルダ・バンプ設計、１０２…ダイ、１０４…ソルダ・バンプ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、集積回路（ＩＣ）上のフラックスレスのソルダ・バンプを清浄する技術に関する。より詳細には、本発明は、フリップチップ設計におけるフラックスレスのソルダ・バンプを清浄するプラズマを生成するために用いるソース・ガスとして、三フッ化窒素（ＮＦ3）を使用する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
集積回路（ＩＣ）技術においては、半導体チップ（すなわち、ＩＣ）に対する接続は、通常、ＩＣの外縁又は周辺に配置されていると共に、相互にできる限り近接配置されている周辺接点（すなわち、ボンド・パッド）によって形成されている。すなわち、ボンド・パッドは通常、約７５μｍ〜約１００μｍの間隔で離間されている。しかし、２つのボンド・パッド間の距離は、部分的には、ボンド・パッドを最も近接して配置するボンド・パッド装置の性能によって、制限されている。例えば、多くの論理回路が実装される高性能ＩＣでは、必要な接続を実現可能にするためにＩＣ上に要求されるボンド・パッド接続の数は、そのＩＣ上で利用可能なボンド・パッド数をはるかに超える。この結果、ＩＣ上に幾分複雑な回路設計を実装する際には、ボンド・パッドの必要量に関してＩＣ上の周辺スペースにしばしば不足が生じる。ＩＣ上の周辺空間のこの制限は当業者にとって周知事項であり、また、「パッド制限設計（pad limited design）」と一般的に呼ばれている。
【０００３】
図１は、一般的に「フリップチップ」設計に実装されると共に、周辺ボンド・パッド接続によっては達成され得ない、高いＩＣ接点密度を提供するソルダ・バンプ・アレイの例を図示する。したがって、このソルダ・バンプ・アレイは、ＩＣ上における利用可能な周辺スペースの不足という上述の問題に対する実行可能な解決策を提供する。図示するように、ＩＣソルダ・バンプ設計１００は、通常、ダイ１０２の表面のほとんどの部分に及ぶソルダ・バンプ１０４を有するダイ１０２を備える。ソルダ・バンプ１０２の直径は、一般的に、約５０μｍ〜約１００μｍの範囲にあり、典型的には、約７５μｍである。ソルダ・バンプは、通常、約５％の錫及び約９５％の鉛を基本組成として有する鉛・錫合金を含む。
【０００４】
ソルダ・バンプの生成に用いられる１つの方法は、ソルダ・バンプの位置を指定する孔（holes）、すなわち開口部（openings）を有する薄モリブデン・マスクの生成を伴う。そして、マスクがＩＣのすぐ近くまで搬送される。マスクで覆われているＩＣは、鉛や錫等の金属を含む金属気化物質（metallic vapors）中にさらされる。金属気化物質は、マスクの孔を通り抜け、そして、ＩＣ上に堆積物、すなわち、ソルダ・バンプを形成する。他の解決方法では、従来のフォトリソグラフィで用いられているフォトレジスト・マスクを使用する。ＩＣ上に供給されたフォトレジストは、ソルダ・バンプの位置を特定するパターンを有するレチクルを透過する光によって照射される。フォトレジストの露光及び現像の後、ＩＣ表面上のマスキングされていない領域に、電解メッキが施され、錫−鉛合金ソルダ・バンプがＩＣ表面上に形成される。
【０００５】
上記処理の１つによってＩＣ上にソルダ・バンプが形成され、例えば、大気中にさらされると、ソルダ・バンプの錫及び／又は鉛組成は、望ましくないことに酸化され始める。一定時間が経過すると、酸化物と金属の山である「ドロス」（垢、dross）でソルダ・バンプの表面を完全に覆うために十分な酸化物が形成される。当業者に周知であるように、ドロスは、金属そのものよりもかなり高い融点を有しており、更に、電気的に非導電性であり、比較的堅い。したがって、ＩＣパッケージに対する接続を実行するためにＩＣが加熱されると、ソルダは、容易には流動せず、すなわち、近傍の表面を濡らさない。この結果、ＩＣパッケージの接続は、しばしば不完全となり、低い歩留まりをもたらす。
【０００６】
この障害を克服するために、ソルダの形成に当たり、一般的な酸性フラックス、あるいは、酸性の低いロジン・フラックスが導入されている。フラックス中の酸は、有効にドロスを溶解する。フラックスはまた、その下方に横たわるソルダ金属を浸食し得ると共に、上方に横たわる酸化物を消散することが知られており、これによりドロスを除去する揮発性、あるいは、ガス状副生成物を生成する。
【０００７】
都合の悪いことに、ソルダ組成に対するフラックスの適用は、時に約５０μｍ以上離間せず相互に近接して配置されているソルダ・バンプ上への比較的粘着性のある反応性有機物質の適用を伴うので、困難な課題であり得る。さらに、長期間ＩＣ上に残存するフラックスはいずれも、好ましくないことに金属を含む他のＩＣ構成要素を腐食、あるいは、浸食し得る。この問題は、ＩＣ物質のすぐ近くに水分をもたらす多くのフラックスが備える吸湿性によってその度合いが増す。
【０００８】
したがって、ソルダリング作業が完了した後、速やかに残存フラックスを除去することが不可避となる。不都合なことに、ソルダ・バンプからのフラックスの除去は、面倒であると共に困難な作業である。一般的に、フラックスを除去するためには、ソルダ・バンプは、加熱されると共に洗浄液にさらされる。都合の悪いことに、ソルダ・バンプ間の狭い間隔（例えば、５０μｍ）は、洗浄液による浸透に侵されない曲がりくねったパス（通路）を生成する。さらに、クロロフルオロカーボン（ＣＦＣ）といった洗浄液は環境破壊をもたらす。したがって、ソルダ組成中にフラックスを用いることに関連する問題を排除する実施可能な解決策として、ソルダ・バンプにフラックスのない（フラックスレスの）ソルダを用いる方法が浮上してきた。
【０００９】
そのようなフラックスレス技術の１つとして、「プラズマ活性化ドライ・ソルダリング」が知られている。この処理は、硫黄フリーラジカル及びイオン、フッ素フリーラジカル及びイオンを含むプラズマを生成するために、ＳＦ6のようなソース・ガスが用いられるプラズマ反応炉内で実行される。フッ素フリーラジカルは、ソルダ組成中の錫及び／又は鉛と反応し、フッ化錫及び／又は鉛を生成する。この結果、ソルダ・バンプ表面上のフッ化物は、既に形成されているあらゆる酸化物にとって代わると共に、更なる酸化物の如何なる形成をも阻止する。
【００１０】
最後には酸素がソルダ・バンプの表面と反応すると共にフッ化物にとって代わることは明らかであるが、ソルダ・バンプの表面は、通常の雰囲気下で収納されている少なくとも２−３日の間は酸化物が形成されないままである。ソルダ・バンプ表面上にいくらかの酸化物が形成されたとしても、フッ化化合物は、連続ソルダリングの間、低酸性フラックスとして作用し得る。特に、例えば、パッケージに取り付けるためにフッ化錫、又は、フッ化鉛を含むソルダ・バンプが加熱されると、フッ化物、すなわち、フッ化錫、又は、フッ化鉛は、低酸性物として作用する。この酸性物は、ソルダ・バンプ及びソルダ・バンプが接続されるパッケージの双方を有効に濡らす。得られるソルダ済装置は、外部フラックスが適用されなかったので洗浄の必要がない。残存フッ化金属はどれも、ソルダ金属中にいくらか可溶である。したがって、残存フッ化金属はソルダ表面上に固まって残ることはない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、不都合なことに、プラズマ活性化ドライ・ソルダリングは、いくつかの短所を有している。第１に、プラズマ分解時のソース・ガスとしてのＳＦ6あるいはＣＦ4の使用は、プラズマ反応炉内部の側壁上に固体硫黄残滓の堆積をもたらす。硫黄又は炭素残滓の蓄積は、ソルダ・バンプの洗浄過程に低スループットをもたらす定期的な清掃を必要とする。
【００１２】
第２に、ＩＣ技術がより小さな構成要素サイズへと移行するに従い、ソルダ・バンプの直径は小さくなる（例えば、５０μｍ以下の値に近づく）。大規模設計では問題とならない微粒子が、小さなソルダ・バンプを有するＩＣにおいては問題となる。したがって、ＳＦ6又はＣＦ4の分解反応の結果としてＩＣ表面上に必然的に形成される硫黄、又は、炭素残滓は、ソルダリング処理を阻害する微粒子を含み得る。
【００１３】
本発明は、上記した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、プラズマ反応炉内、あるいは、ＩＣ表面上に堆積する残滓又は微粒子を発生させることなく、ソルダ・バンプを有効に洗浄すると共に、ソルダ・バンプに有効にフッ素を添加するための方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は基板（例えば、フリップチップ設計）上のソルダ・バンプを洗浄するための方法を提供する。この方法は、ソルダ・バンプを備える基板をプラズマ反応炉内に配置するステップと、三フッ化窒素ガス（ＮＦ3）を含むソース・ガスをプラズマ反応炉内に導入するステップと、プラズマ反応炉内でソース・ガスからプラズマを生成するステップと、ソルダ・バンプの表面上にフッ化化合物を形成するステップとを備える。
【００１５】
プラズマ生成ステップは、約５ミリトルから約１トルの間の圧力下でプラズマを生成するステップを備えても良い。電力は、一般的に、約５０ワットから約１０００ワットの間であることが好ましく、更には、約３００ワットから約５００ワットの間であることが好ましい。
【００１６】
ソース・ガス導入ステップは、約０．０１標準リットル毎分から約１標準リットル毎分の間の流速で三フッ化窒素ガスを導入するステップを備えても良い。ソース・ガスは、三フッ化窒素ガス、ヘリウムガス、あるいは他の希ガスを含んでも良い。例として、ソース・ガスは、０体積％から約９５体積％のヘリウムガス、及び約５体積％までのフッ化窒素ガスを含み得る。
【００１７】
本発明はまた、接続領域を有する、例えば、ＩＣパッケージの表面に対してソルダ・バンプを実装するための方法を提供する。この実装方法は、上記過程に従ってソルダ・バンプを洗浄するステップ、ソルダ・バンプを表面の接続領域に近接させる搬送ステップ、表面との接触を確立するために、ソルダ・バンプが溶融し、接続領域に流れ込むようにソルダ・バンプを加熱するステップとを備える。本発明の実施形態の１つでは、この実装方法は、洗浄に用いられたプラズマ反応炉と同一のプラズマ反応炉内で実行され得る。
【００１８】
他の局面では、本発明は、フッ化物被膜を備える複数のソルダ・バンプを有する基板を提供する。フッ化物被膜は、ソルダ・バンプを備える基板をプラズマ反応炉内に配置するステップと、三フッ化窒素ガスを含むソース・ガスをプラズマ反応炉内に導入するステップと、プラズマ反応炉内でソース・ガスからプラズマを生成するステップ、ソルダ・バンプの表面上にフッ化化合物を形成するステップとにより形成される。
【００１９】
さらに他の局面では、本発明は、炭素粒子フリー、または、硫黄粒子フリーであるフッ化物被膜を有する複数のソルダ・バンプをその表面上に備える集積回路（ＩＣ）基板を提供する。ソルダ・バンプは、錫ソルダを含んでも良く、フッ化物被膜は、少なくとも錫フッ化物及び鉛フッ化物の内の１つを含むことが好ましい。集積回路基板及びソルダは共にフリップチップを形成し得る。既述のＩＣは、特に小さな構成要素サイズを採用する設計において重要である。したがって、実施形態の１つでは、ＩＣは、約１００μｍ以下（好ましくは約５０μｍ以下）の間隔で離間されている約１００μｍ以下（好ましくは約５０μｍ以下）の直径を有するソルダ・バンプを有することが好ましい。
【００２０】
本発明は、従来技術に対して著しい改善を示す。本発明による洗浄過程は、従来技術が適用されるプラズマ反応炉内で通常見られる固体炭素、又は固体硫黄の残滓を生成しない。この結果、従来技術のプラズマ反応炉における反応炉でも、従来技術が適応される反応炉と異なり、頻繁に洗浄される必要がない。また、反応炉内に極微量の残滓しか有さず、すなわち、残滓がほとんど存在しないので、例えば、５０μｍ以下の小さなサイズのソルダ・バンプを有するデバイスが、デバイス故障を被る可能性を低減することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明は、例えば、プラズマを生成しフリップチップ設計で一般的に用いられるソルダ・バンプを洗浄するソース・ガスとして、三フッ化窒素（ＮＦ3）を使用する。以下の説明では、本発明の好適実施例を十分に説明するために多くの特定の詳細事項が用いられる。しかし、本発明は、この明細書中に記載されているあらゆる特定の詳細事項には限定されずに実現され得ることは明らかである。
【００２２】
図２は、本発明の１つの側面に従ってＩＣ上のソルダ・バンプを洗浄するのに用いられ得る一般的なプラズマ反応炉システムを表している。この図面を参照すると、プラズマ反応装置１０は、反応炉１２を備えている。反応炉１２の内壁は、シリーズ３００及び４００ステンレス鋼、厚い陽極処理された被膜を備えたアルミニウム、あるいは、当業者に周知である他の物質から成ることが好ましい。一般的に、炉内部は、フッ素又はフッ素イオンによる浸食に対して高い抵抗を示す物質を含有するべきである。反応炉１２には、一般的に整合ネットワーク（説明の簡略化のため図示しない）を介して、例えば、１３．５６ＭＨｚ、又は、他の好適な周波数におけるＲＦ発生器２４により、付勢されるシャワーヘッド１４が備えられている。シャワーヘッド１４は、ソース・ガスであるＮＦ3を、それ自身とダイ１６との間のＲＦ−誘導プラズマ領域中に放出するための複数の孔を有することが好ましい。あるいは、電力源としてマイクロ波が用いられてもよく、また、ＮＦ3は、反応炉１２自体の壁に組み込まれるポートから放出されても良い。
【００２３】
一般的に、複数のソルダ・バンプ１８を有するダイ１６は、第２の電極として作用し得るチャンク２０上で支持されると共に、（一般的に整合ネットワークを介して）同一の無線周波数発生器２４によってバイアスされ得る。ソルダ・バンプ１８は、通常、約５０μｍ〜約１００μｍの間の直径を備えると共に、約５０μｍ〜約１００μｍの間隔で配置されている。しかし、デバイス技術がより小さな構成要素サイズへ移行するにつれて、ソルダ・バンプの直径が５０μｍ未満の値、例えば、約２０μｍに縮小されることが予測される。このサイズ縮小は、ソルダ・バンプ密度のそれに伴う増加と、ソルダ・バンプの間隔を約５０μｍ未満まで縮小することとによって達成され得る。
【００２４】
ダイ１６をチャンク２０に適切に固定するために、機械式又は静電気式クランプ（図示しない）が、いくつかの反応炉内部に実装され得る。接地通路を提供するために、反応炉１２の壁は、典型的には、図２に図示するように接地されている。反応炉１２には、典型的には、真空ポンプ、例えば、ターボ分子ポンプ（turbomolecular pump）に接続された排出口２２が備えられ、反応炉１２内部の気体状物質を吸い出し、所望の反応炉圧力を維持する。
【００２５】
消耗誘電体（consumable dielectrics）を含まない内部側壁を有する反応炉を用いることが好ましいが、その理由は、ＮＦ3やフッ化物を含むそれ以外の化合物は、極端に反応性が高く消耗誘導体を急速に浸食し損傷を与えることが知られているからである。酸化物エッチングを実行するために設計されている反応炉に類似するプラズマ反応炉を採用することが好ましい。これら反応炉は、反応炉の内壁に形成されるフッ素耐性酸素−炭素ベースのパッシベーション層を有しても良い。このパッシベーション層は、一般的にＮＦ3に起因する高反応性原子の分解によりもたらされる反応炉側壁の劣化を阻止する保護被膜を与える。しかし、留意すべきであるが、本発明は、この特定の構成には限定されない。例えば、米国カリフォルニア州フリーモント市所在のラム・リサーチ・コーポレーション（Lam Research Corporation）及びカリフォルニア州サンタクララ市所在のアプライド・マテリアルズ（Applied Materials）から入手可能な種々の反応炉がうまく動作する。
【００２６】
ある実施例では、本発明による洗浄過程は、ソルダ・バンプ１８を有するダイ１６が反応炉１２内のチャンク２０上に、例えば、機械式又は静電気式クランプによって固定されることにより開始される。ＮＦ3などのソース・ガスが、シャワーヘッド１４を介して反応炉１２内に導入される。ソース・ガスは、選択的に、ＮＦ3や９５％までの例えばヘリウムのような希ガスを含み得る。次に、ＲＦ発生器２４がオンされ、電極として作用するシャワーヘッド１４を付勢する。シャワーヘッド１４は、ソース・ガスを含む反応炉１２に対してＲＦエネルギを送り、これによりプラズマを生成する。
【００２７】
理論によって裏付けされていないが、プラズマ状態のＮＦ3ガスは、分解されて、少なくとも、原子状態の窒素、フッ素フリーラジカル及びフッ化物イオンを形成すると考えられている。そして、フッ素及びフッ化物の化学種（species）が、ソルダ・バンプの表面において、錫、鉛−錫、又は錫−鉛ベースの合金と反応し、錫フッ化物及び／又は鉛フッ化物を生成する。ソルダ・バンプは、十分な時間周期の間、反応炉１２内のプラズマに露出され、全体ではないにしても、その表面のほとんどが、錫フッ化物及び／又は鉛フッ化物で覆われる。この変換には、反応条件によるが、約１／２分〜約３分が必要である。上述のように、錫及び／又は鉛フッ化物は、約１週間までの期間、ソルダ・バンプ表面の酸化を阻止する酸化阻止物質として作用する。したがって、大気への１週間までの露出の間、例えば、電子パッケージに接続するとき、本発明に従い洗浄されたＩＣ上のソルダ・バンプは、リフロー問題を示さない。これは、非常に短い貯蔵寿命を有する非フッ化物添加ソルダ・バンプと比較して、著しい改善である。前述のように、本発明に従い生成された錫及び鉛フッ化物は、少なくとも部分的には、錫又は鉛-錫ベースのソルダ合金中に可溶である。したがって、ソルダ過程の後、残ったフッ化物は全て、（少なくとも部分的に）溶けてソルダ・バンプになる。
【００２８】
本発明のフッ化物添加ソルダ・バンプは、従来のフリップチップのボンディング手順によって、適当な基板に接合され得る。第１に、ソルダ・バンプ及び基板の接続領域が近づけられる。そして、基板との接続を確立するために、ソルダ・バンプはそれ自体が接続領域に流れ込む温度まで加熱される。接続領域の例には、ＩＣパッケージの導電性接点領域、あるいは、試験ソケット、あるいは、回路ボードが含まれる。したがって、ボンディング過程は、フラックスが用いられない点を除いて、従来のＩＣソルダリング操作で用いられる過程に非常に類似している。
【００２９】
本発明のソース・ガスは、活性反応物としてＮＦ3を含むので、（硫黄、及び炭素残滓を生成する）ＳＦ6及びＣＦ4といったソース・ガスとは異なり、固体分解生成物を生成しない。むしろ、全ての分解生成物は、フッ素並びに窒素といった気体である。これらの副生成物は、典型的には、真空ポンプによって排出口２２を介して、反応炉１２の外へ完全に排出される。したがって、本発明の反応物洗浄ガスは、ＩＣ上及び反応炉内のどこにも好ましくない残滓を堆積させない。本発明の過程では、例えば、ＮＦ2Ｃｌ及びＮＦ2Ｈといった他の残滓フリーのガスを採用し得ることに留意すべきである。
【００３０】
反応炉の内部に極めて少量しか堆積プラズマ残滓を生成しない、又はほとんど全く堆積プラズマ残滓を生成しない本発明の方法に用いられるプラズマ反応炉は、ＳＦ6、ＣＦ4又は他の固体生成ガスを使用するプラズマ反応炉で要求されるほど頻繁な洗浄を必要としない。したがって、本発明に従うソルダ・バンプ洗浄過程は、そのような固体生成ガスを使用する方法と比較して高いスループットをもたらす。
【００３１】
さらに、反応炉内における実質的に残滓フリーな環境は、特に小さなソルダ・バンプサイズを有する回路について非常に高い回路歩留まりをもたらす。前述のように、ＳＦ6及びＣＦ4といった洗浄ガスは、分解に際して炭素及び硫黄残滓を生成する。したがって、いくらかの固体微粒子がＩＣ表面上に堆積する。これらの微粒子がソルダ・バンプの寸法と比較して十分に大きい場合には、これら微粒子は、例えば、基板上の接続領域に対するいくつかのソルダ・バンプの接触の阻害、あるいは、微粒子下又は微粒子周囲に加熱ソルダを流し込ませることによりソルダリング過程を阻害し得る。したがって、洗浄ガスの固体分解生成物は、少なくとも、ソルダリングをより困難なものとし、また、回路に欠陥をもたらし得る。この問題は、ソルダ・バンプサイズが約５０μｍ以下に（また、ソルダ・バンプ間の間隔が約５０μｍ以下に）縮小されるにつれ、より顕著になると思われる。しかし、本発明の方法では、ＮＦ3の使用が実質的に残滓フリーな環境を保証するので、これら問題の危険性は、大幅に削減される。
【００３２】
理論的には、反応ガスの分解によりもたらされる固体残滓はＩＣ表面から洗浄除去され得るが、洗浄過程はＩＣ製造コストを増加させる。したがって、本発明に従い製造されるＩＣは、安価である。
【００３３】
好適な発明の実施の形態では、本発明は、その表面上にフッ化物被膜を備えると共に、実質的に固体微粒子、特に、例えば、ＳＦ6、ＣＦ4またはＣＦ2Ｃｌ2の分解によりもたらされ得る硫黄又は炭素残滓を有しないソルダ・バンプを有する回路を提供する。これら回路は、フッ化物被膜の効力により比較的長い貯蔵寿命を備える。これら回路はまた、実装過程を阻害する大きな粒子を有しないので、基板に対して確実に実装される。
【００３４】
表１は、本発明の発明の実施の形態の１つに従う、ソルダ・バンプを洗浄するための市販プラズマ反応炉にて通常用いられるおおよそのパラメータを示す。表１に示されるソルダ・バンプ洗浄過程のパラメータは、圧力、電力、及びソース・ガスの流速を含んでいる。パラメータのおおよその基準化は、当業者にとって周知であるように、基準から著しく外れる反応炉容積を調整するために実行され得る。
【００３５】
【表１】
圧力は、洗浄過程の間反応炉１２内で計測される圧力を意味する。ソース・ガスの圧力は、一般的に、約５ミリトル〜約１トルの間である。電力は、ＲＦ電源２４の出力を意味する。電力は一般的に約５０ワット〜約１０００ワットの間であり、好ましくは約３００ワット〜約５００ワットの間である。流速は、ＮＦ3を含むソース・ガスの反応炉１２内への流速を意味する。流速は、一般的に約０．０１標準リットル毎分〜約１標準リットル毎分の間にある。
【００３７】
本発明に従い洗浄されるソルダ・バンプを使用するために、ソルダ・バンプを例えば、ＩＣパッケージの表面と接合するためにフラックスレスソルダのリフロー過程が実行される。本発明の発明の実施の形態の１つでは、ソルダ・バンプが表面の接続領域に近づけられる。ソルダ・バンプは、自身と表面との間に接続を確立するため、接続領域に流れ込むように加熱される。
【００３８】
あるいは、リフロー過程は、洗浄過程の直後に上記プラズマ反応炉内で実行される。この実施形態に従うと、ソルダ・バンプは、洗浄に用いられた同一の反応炉内で連続モードにて、例えば、ＩＣパッケージの表面の接続領域にリフローし、これにより、ソルダ・バンプと表面との間に接続が確立される。この方法の１つの長所は、大気が存在しないプラズマ反応炉内で実行される所にある。これは、ソルダ・バンプ表面の再酸化を排除する。しかし、この方法は、ＩＣが実装される基板が適当な時期に反応炉内に導入されることを必要とする。好適な発明の実施の形態では、基板はソルダ・バンプと共に洗浄され、これによりソルダリング過程が実行されるとき双方の表面が確実に洗浄されている。
【００３９】
以上、本発明の理解を明瞭にするためにいくつかの発明の実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明の趣旨から逸脱しない範囲で種々の変更改良が可能である。例えば、フリップチップの洗浄過程を用いて本発明を説明したが、本発明は、例えば、ボールグリッドアレイのソルダ、または、パッケージ基板の銅といった他の表面を洗浄する過程にも用いられ得る。したがって、上記各発明の実施の形態は、あくまで例示として考えられるべきであり、限定事項として考えられるべきでない。また、本発明はここに記載した詳細事項に限定されるべきでなく、特許請求の範囲の範囲内にて変更され得る。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によればプラズマ反応炉内、あるいは、ＩＣ表面上に堆積する残滓又は微粒子を発生させることなく、ソルダ・バンプを有効に洗浄すると共に、ソルダ・バンプに有効にフッ素を添加することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 フリップチップパッケージ設計に用いられるダイの表面上に形成され得る一般的なソルダ・バンプアレイの平面図である。
【図２】 ソルダ・バンプを有効に洗浄するために用いられる代表的なプラズマ反応炉の側断面図である。
【符号の説明】
１０…プラズマ反応装置、１２…プラズマ反応炉、１４…シャワーヘッド、１６…ダイ、１８…ソルダ・バンプ、２０…チャンク、２２…排出口、２４…ＲＦ無線周波数発生器、１００…ＩＣソルダ・バンプ設計、１０２…ダイ、１０４…ソルダ・バンプ。
Claims (16)
- 基板上のソルダ・バンプを清浄する方法であって、
前記ソルダ・バンプを有する前記基板をプラズマ反応炉内に配置するステップと、
三フッ化窒素（ＮＦ３）ガスを含むソース・ガスを前記プラズマ反応炉内に導入するステップと、
前記プラズマ反応炉内において前記ソース・ガスからプラズマを生成するステップと、
前記ソルダ・バンプの表面上にフッ化化合物を形成するステップと、
を含むことにより、前記プラズマ反応炉内及び前記基板上に堆積する残滓及び微粒子を発生させることなく前記ソルダ・バンプを清浄すると共に前記ソルダ・バンプに有効にフッ素を添加できることを特徴とする方法。 - 請求項１に記載の方法において、前記プラズマ生成ステップは、約５ミリトルから約１トルの間の圧力下で前記プラズマを生成するステップを含むことを特徴とする方法。
- 請求項１に記載の方法において、前記プラズマ生成ステップは、約５０ワットから約１０００ワットの間の電力で前記プラズマを生成するステップを含むことを特徴とする方法。
- 請求項３に記載の方法において、前記電力は約３００ワットから約５００ワットの間であることを特徴とする方法。
- 請求項１に記載の方法において、前記ソース・ガス導入ステップは、約１０ｓｃｃｍ（標準ｃｍ３／分）から約１ｓｌｍ（標準リットル／分）の間の流速で三フッ化窒素ガスを導入するステップを含むことを特徴とする方法。
- 請求項１に記載の方法において、前記ソース・ガス導入ステップは、三フッ化窒素ガス及びヘリウムガスを導入するステップを含むことを特徴とする方法。
- 接続領域を有する表面に対してソルダ・バンプを実装する方法であって、
請求項１に記載の方法に従って前記ソルダ・バンプを清浄するステップと、
前記ソルダ・バンプを前記表面の前記接続領域に近接させる搬送ステップと、
前記ソルダ・バンプを加熱し、前記ソルダ・バンプが溶融し前記接続領域に流れ込むことによって前記表面との接触を確立するステップと、
を含むことを特徴とする方法。 - 請求項７に記載の方法において、前記清浄ステップと前記搬送ステップとは、前記プラズマ反応炉内で実行されることを特徴とする方法。
- フッ化物被膜を伴う複数のソルダ・バンプを含む表面を有する基板であって、前記フッ化物被膜は、
前記ソルダ・バンプを有する前記基板をプラズマ反応炉内に配置するステップと、
三フッ化窒素（ＮＦ３）ガスを含むソース・ガスを前記プラズマ反応炉内に導入するステップと、
前記プラズマ反応炉内において前記ソース・ガスからプラズマを生成するステップと、
前記ソルダ・バンプの表面上にフッ化物を形成するステップと、
によって形成されることにより、前記プラズマ反応炉内及び前記基板上に堆積する残滓及び微粒子を発生させることなく前記ソルダ・バンプを清浄すると共に前記ソルダ・バンプに有効にフッ素を添加できることを特徴とする基板。 - 請求項９に記載の基板において、前記ソルダ・バンプは、錫ソルダを備えていることを特徴とする基板。
- 請求項９に記載の基板において、前記フッ化物被膜は、錫フッ化物及び鉛フッ化物の少なくとも一方を含むことを特徴とする基板。
- 請求項９に記載の基板において、前記基板とソルダとは両者でフリップチップを形成することを特徴とする基板。
- 請求項１２に記載の基板において、前記ソルダ・バンプの少なくともいくつかは、約１００μｍ以下の間隔で離間されていることを特徴とする基板。
- 請求項１２に記載の基板において、前記ソルダ・バンプの少なくともいくつかは、約５０μｍ以下の間隔で離間されていることを特徴とする基板。
- 請求項１２に記載の基板において、前記ソルダ・バンプの少なくともいくつかは、約５０μｍから約１００μｍの間の直径を有することを特徴とする基板。
- 請求項１２に記載の基板において、前記ソルダ・バンプの少なくともいくつかは、約５０μｍ未満の直径を有することを特徴とする基板。
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