JP6087061B2

JP6087061B2 - バンプ及びバンプ形成方法

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Publication number: JP6087061B2
Application number: JP2012091434A
Authority: JP
Inventors: 今藤　桂; 桂今藤
Original assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd
Current assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd
Priority date: 2012-04-12
Filing date: 2012-04-12
Publication date: 2017-03-01
Anticipated expiration: 2032-04-12
Also published as: JP2013222729A

Description

本発明はバンプ及びバンプ形成方法に関する。

表面実装部品のはんだ付け用はんだ膜を配線パターンのランド部に形成するために、導電膜を基板の板面にスパッタリングまたは真空蒸着で積層する。その導電膜上にレジストフィルムを貼り付けて露光、現象による所定パターンの抜き穴を形成する。この抜き穴の内部にはんだ膜等の金属メッキ膜を積層形成し、その後にレジストフィルムを剥離する。はんだ膜等の金属メッキ膜をメタルマスクとして余剰な下地膜並びに導電膜を基板の板面からエッチング除去し、メタルマスクとした金属メッキ膜をはんだ膜としてランド部に残して他を配線パターンから除去する技術が知られている（特許文献１参照）。

特開平０６−１１２６２８号公報

しかしながら、上述した従来技術では、レジストフィルムを剥離する際に、金属メッキ膜も溶解してしまうという問題があった。そのため、十分な厚さまたは高さを持つ金属メッキ膜を形成することができず、半導体素子との接続信頼性を得られないという問題があった。

本発明の目的は、はんだめっき層（錫を含む金属層）の溶解を防止しうるバンプ及びバンプ形成方法を提供することにある。

実施形態の一観点によれば、層間絶縁層と、前記層間絶縁層の上に形成された配線層と、前記層間絶縁層及び前記配線層の上に形成され、前記配線層の一部を露出する開口を有する最表層絶縁樹脂層とを備えた配線基板に形成されたバンプであって、前記最表層絶縁樹脂層の開口内に露出した前記配線層の上面及び前記最表層絶縁樹脂層の開口内の側面のみに形成されたシード層と、前記最表層絶縁樹脂層の開口内の前記シード層上に形成され、前記最表層絶縁樹脂層の上面よりも突出した錫を含む金属層と、前記錫を含む金属層の上に形成され、錫と銅の合金又は錫とニッケルの合金からなる合金層とを有し、前記最表層絶縁樹脂層の開口内の前記錫を含む金属層の側面のすべては、前記シード層に覆われており、前記最表層絶縁樹脂層の上面より突出した前記錫を含む金属層の側面のすべては、前記錫を含む金属層が露出しており、前記錫を含む金属層の上面は、前記錫と銅の合金又は錫とニッケルの合金からなる合金層が露出していることを特徴とするバンプが提供される。

実施形態の一観点によれば、層間絶縁層と、前記層間絶縁層の上に形成された配線層と、前記層間絶縁層及び前記配線層の上に形成され、前記配線層の一部を露出する開口を有する最表層絶縁樹脂層とを備えた配線基板にバンプを形成するバンプ形成方法であって、前記最表層絶縁樹脂層の上面及び前記開口の側面と露出した前記配線層の一部の上に、シード層を形成する工程と、前記シード層の上に、前記最表層絶縁樹脂層の前記開口に対応する開口を有するレジスト層を形成する工程と、前記レジストの開口内の前記シード層の上に、錫を含む金属層を形成する工程と、前記錫を含む金属層の上に、銅又はニッケルからなる保護膜を形成し、前記銅又はニッケルからなる保護膜と前記錫を含む金属層の界面に、錫と銅の合金又は錫とニッケルの合金からなる合金層を形成する工程と、前記レジスト層を除去する工程と、前記最表層絶縁樹脂層の上面に形成された前記シード層を除去すると共に前記銅又はニッケルからなる保護膜を除去し、前記錫を含む金属層の上面に、前記錫と銅の合金又は錫とニッケルの合金からなる合金層を露出させる工程とを有することを特徴とするバンプ形成方法が提供される。

開示のバンプ及びバンプ形成方法によれば、はんだめっき層（錫を含む金属層）の溶解を防止することができる。

図１は、第１実施形態によるバンプ形成方法を示す工程断面図（その１）である。図２は、第１実施形態によるバンプ形成方法を示す工程断面図（その２）である。図３は、第１実施形態によるバンプ形成方法を示す工程断面図（その３）である。図４は、図３（ｃ）における配線基板を示す断面図である。図５は、第２実施形態によるバンプ形成方法を示す工程断面図（その１）である。図６は、第２実施形態によるバンプ形成方法を示す工程断面図（その２）である。図７は、第２実施形態によるバンプ形成方法を示す工程断面図（その３）である。図８は、図７（ｄ）における配線基板を示す断面図である。

［第１実施形態］
第１実施形態によるバンプ形成方法について図１乃至図４を用いて説明する。図１乃至図４は第１実施形態によるバンプ形成方法を示す断面図である。

図１（ａ）は、本実施形態に用いた配線基板１の断面図である。本実施形態に用いた配線基板１は、例えば、絶縁性樹脂材料よりなるコア基板１０に、厚み方向に貫通するスルーホールＴＨが設けられている。コア基板１０のスルーホールＴＨの内面にスルーホールめっき層１６が設けられ、その内部に樹脂１８が充填されている。スルーホールめっき層１６を介して、コア基板１０の両面１０Ａ、１０Ｂに形成された第１配線層１４が相互に接続されている。

なお、図示しないが、コア基板１０のスルーホールＴＨ内に、銅などのめっきで充填された貫通電極を形成し、コア基板１０の両面１０Ａ、１０Ｂに形成された第１配線層１４を、貫通電極を介して相互に接続されていてもよい。

このコア基板１０の両面１０Ａ、１０Ｂに、周知の技術を用いて、層間絶縁層２０、ビア２２ＶＨを含む第２配線層２２を形成する。

最外の第２配線層２２の表面は、ソルダーレジスト層２４（最表層絶縁樹脂層２４）により被覆されている。ソルダーレジスト層２４の厚さは、例えば、約２０μｍ厚である。

ソルダーレジスト層２４には、所定の位置に開口２４ａが形成されている。第２配線層２２は、配線基板１の一方の面側においては、半導体素子等の電子部品の電極パッド等と電気的に接続される電極パッド２２Ｐとして開口２４ａから露出し、配線基板１の他方の面側においては、外部接続端子用の電極パッド２２Ｐとして開口２４ａから露出している。

次に、図１（ａ）に示す配線基板１の電極パッド２２Ｐに、はんだめっき層（錫を含む金属層）を形成する方法について、図２乃至図４を用いて説明する。説明の便宜上、図２及び図３は、図１（ｂ）中のＡ部を拡大して示している。

まず、配線基板１のソルダーレジスト層２４の上面２４Ｘ及び側面２４Ｙを覆うように、無電解めっき法、スパッタ法、又は蒸着法などにより、シード層３０を形成する（図１（ｂ）、図２（ａ））。シード層３０の材料は、例えば、銅（Ｃｕ）を用いる。シード層３０の厚さは、例えば、約１μｍである。

次に、シード層３０上にレジスト層３２を形成する。レジスト層３２は、ソルダーレジスト層２４の開口２４ａを露出するようにパターニングされた開口３２ａを有する（図２（ｂ））。

レジスト層３２の開口３２ａは、後述するはんだめっき層３４を形成するための開口である。所定の開口が形成されたマスクを用い、マスクを介して露光、現像することにより、所定の開口３２ａを有するレジスト層３２を形成する。

レジスト層３２の開口３２ａの径は、例えば、ソルダージススト層２４の開口２４ａと同じ、もしくは、開口２４ａよりも大きい径とする等、適宜変更することができる。

次に、電解めっき法により、レジスト層３２の開口３２ａ内のシード層３０に、例えば、約３０μｍ厚のはんだめっき層３４を形成する（図２（ｃ））。

はんだめっき層３４の組成としては、例えば、Ｓｎ、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ｂｉ、Ｓｎ−Ｉｎ、Ｓｎ−Ｚｎ等がある。

次に、電解めっき法により、はんだめっき層３４上に、例えば、約１μｍ厚のＣｕ（銅）の保護膜３６を形成する（図３（ａ））。

次に、水酸化ナトリウム、アミン系剥離液等のアルカリ性剥離液によりレジスト層３２を剥離する（図３（ｂ））。

はんだめっき層３４の上面が露出していると、レジスト層３２を剥離するためのアルカリ性剥離液により、Ｓｎ系はんだからなるはんだめっき層３４も同時に溶解してしまう。しかしながら、本実施形態のように、はんだめっき層３４上に保護膜３６を形成することにより、アルカリ性剥離液によりＳｎ系はんだからなるはんだめっき層３４が溶解することはない。

なお、はんだめっき層３４の側面は保護膜３６により覆われていないため、露出している。そのため、露出した側面は、アルカリ性剥離液により溶解される懸念がある。しかし、はんだめっき層３４の露出した側面がアルカリ性剥離液にさらされるのは、レジスト層３２が剥離された後の短い時間に限られるため、保護膜３６によるはんだめっき層３４の溶解防止の効果は十分に得ることができる。

次に、Ｓｎ系はんだからなるはんだめっき層３４に対して不活性な剥離液、例えば、アンモニア系アルカリエッチング液、硫酸過酸化水素系エッチング液、硫酸水素カリウム塩系エッチング液、過硫酸塩系エッチング液、等により、Ｃｕ（銅）のシード層３０を剥離する。本実施形態では、保護膜３６がＣｕ（銅）により形成されているので、シード層３０を除去する際に保護膜３６も同時に除去される（図３（ｃ）、図４）。

なお、Ｓｎ系はんだからなるはんだめっき層３４上に、Ｃｕ（銅）からなる保護膜３６を形成すると、はんだめっき層３４表面にＳｎ−Ｃｕ合金が形成される。このＳｎ−Ｃｕ合金は、Ｃｕ（銅）に対する剥離液により除去されないので、シード層３０の剥離処理後には、はんだめっき層３４表面に、例えば、約１００ｎｍ厚のＳｎ−Ｃｕ合金層３８が残存する（図３（ｃ）、図４）。

その後、例えば、窒素雰囲気中で約２６０℃でリフローすることによりはんだバンプを形成する（図示せず）。

上記実施形態では、保護膜３６の材料を、シード層３０と同じＣｕ（銅）により形成したが、シード層３０とは異なる材料により形成してもよい。例えば、Ｎｉ（ニッケル）、Ａｕ（金）、Ｃｏ（コバルト）、Ｐｄ（パラジウム）等により形成してもよい。

また、上記実施形態では、シード層３０をＣｕ（銅）により形成したが、他の材料、例えば、Ｎｉ（ニッケル）、Ａｕ（金）、Ｃｏ（コバルト）、Ｐｄ（パラジウム）、Ｆｅ（鉄）等により形成してもよい。

保護膜３６の材料とシード層３０の材料と同じ場合、例えば、保護膜３６の材料とシード層３０の材料がＣｕ（銅）や、Ｎｉ（ニッケル）等の場合には、上述したように、シード層３０を除去する際に保護膜３６も同時に除去される。そのため、製造工程を簡略化することができる。

保護膜３６の材料がシード層３０の材料と異なる場合には、別々のエッチング工程よりこれら保護膜３６とシード層３０を除去する。例えば、Ｃｕ（銅）のシード層３０に対して、保護膜３６を、例えば、Ｎｉ（ニッケル）により形成する場合について説明する。

まず、Ｓｎ系はんだからなるはんだめっき層３４に対して不活性なＣｕのエッチング液、例えば、アンモニア系アルカリエッチング液、硫酸過酸化水素系エッチング液、硫酸水素カリウム塩系エッチング液、過硫酸塩系エッチング液、等により、Ｃｕ（銅）のシード層３０を除去する。

次に、Ｓｎ系はんだからなるはんだめっき層３４に対して不活性なＮｉのエッチング液、例えば、硝酸塩系エッチング液、等により、Ｎｉ（ニッケル）の保護膜３６を除去する。

以上の通り、本実施形態によれば、レジスト層３２を剥離する際、はんだめっき層３４（錫を含む金属層）の溶解を防止することができる。そのため、はんだめっき層３４の厚さを十分に確保することができ、配線基板１に搭載される半導体素子等の電子部品との電気的な接続を信頼性を得ることができる。また、はんだめっき層３４をめっき法により形成することができるため、電極パッド２２Ｐのパターンが微細（ファインピッチ）でも容易にはんだバンプ（はんだめっき層３４）を形成することができる。

［第２実施形態］
第２実施形態によるはんだめっき層（錫を含む金属層）を形成するバンプ形成方法について図５乃至図８を用いて説明する。図５乃至図８は第２実施形態によるバンプ形成方法を示す断面図である。第１実施形態の配線基板１と同一構成部分には同一符号を付す。

図５は、第２配線層２２及び層間絶縁層２０上にシード層３０を形成した配線基板２の断面図である。説明の便宜上、図６及び図７は、図５中のＢ部を拡大して示している。

まず、第２配線層２２及び層間絶縁層２０上にシード層３０を形成する（図５、図６（ａ））。

次に、シード層３０上にレジスト層３２を形成する。レジスト層３２は、シード層３０の一部を露出するようにパターニングされた開口３２ａを有する（図６（ｂ））。

レジスト層３２の開口３２ａは、後述するはんだめっき層３４を形成するための開口である。レジスト層３２は、第１実施形態と同様の方法により形成することができる。具体的には、所定の開口が形成されたマスクを用い、マスクを介して露光、現像することにより、所定の開口３２ａを有するレジスト層３２を形成する。

レジスト層３２の開口３２ａの径は、はんだめっき層３４を形成するために、適宜変更することができる。

次に、電解めっき法により、レジスト層３２の開口３２ａ内のシード層３０に、例えば、約３０μｍ厚のはんだめっき層３４を形成する（図６（ｃ））。

次に、電解めっき法により、はんだめっき層３４上に、例えば、約１μｍ厚のＣｕ（銅）の保護膜３６を形成する（図７（ａ））。

次に、水酸化ナトリウム、アミン系剥離液、等のアルカリ性剥離液によりレジスト層３２を剥離する（図７（ｂ））。

次に、Ｓｎ系はんだからなるはんだめっき層３４に対して不活性な剥離液、例えば、アンモニア系アルカリエッチング液、硫酸過酸化水素系エッチング液、硫酸水素カリウム塩系エッチング液、過硫酸塩系エッチング液、等により、Ｃｕ（銅）のシード層３０を剥離する。本実施形態では、保護膜３６がＣｕ（銅）により形成されているので、シード層３０を除去する際に保護膜３６も同時に除去される（図７（ｃ））。

なお、Ｓｎ系はんだからなるはんだめっき層３４上に、Ｃｕ（銅）からなる保護膜３６を形成すると、はんだめっき層３４表面にＳｎ−Ｃｕ合金が形成される。このＳｎ−Ｃｕ合金は、Ｃｕ（銅）に対する剥離液により除去されないので、図３に示すように、シード層３０の剥離処理後には、はんだめっき層３４表面に、例えば、約１００ｎｍ厚のＳｎ−Ｃｕ合金層３８が残存する（図７（ｃ））。

次に、第２配線層２２上に、シード層３０、Ｓｎ−Ｃｕ合金層３８を含むはんだめっき層３４を覆うように、ソルダーレジスト層２４を形成する（図７（ｃ））。

次に、ソルダーレジスト層２４の表面を研磨することにより、はんだめっき層３４の表面を露出させる（図７（ｄ）、図８）。このとき、Ｓｎ−Ｃｕ合金層３８は研磨により除去される。はんだめっき層３４の表面とソルダーレジスト層２４の表面は、面一とすることができる。

その後、例えば、窒素雰囲気中で約２６０℃でリフローすることにより、はんだバンプを形成する（図示せず）。

以上の通り、本実施形態によれば、第１実施形態と同様な効果を得ることができる。具体的には、レジスト層３２を剥離する際、はんだめっき層３４（錫を含む金属層）の溶解を防止することができる。そのため、はんだめっき層３４の厚さを十分に確保することができ、配線基板２に搭載される半導体素子等の電子部品との電気的な接続を信頼性を得ることができる。また、はんだめっき層３４をめっき法により形成することができるため、電極パッド２２Ｐのパターンが微細（ファインピッチ）でも容易にはんだバンプ（はんだめっき層３４）を形成することができる。

［変形実施形態］
上記実施形態は一例であって、必要に応じて種々の変形が可能である。

例えば、上記実施形態では、コア基板１０の両面１０Ａ、１０Ｂにそれぞれ１層の層間絶縁層を備えたコア付き配線基板を例として説明した。しかし、上記実施形態のはんだバンプ（はんだめっき層）の形成方法は、コア基板１０の両面１０Ａ、１０Ｂに配置された複数の層間絶縁層に複数のビア及び配線層が配置されたコア付き配線基板にも適用することができる。

また、上記実施形態では、配線基板１、２としてコア付きの配線基板を例として説明した。しかし、上記実施形態のはんだバンプ（はんだめっき層）の形成方法は、コア基板１０を備えていないコアレス基板にも適用することができる。また、半導体素子などが埋め込まれた配線基板にも適用することができる。

また、上記実施形態では、最表層絶縁樹脂層２４としてソルダーレジスト層を例に挙げて説明した。しかし、層間絶縁層２０と同じ材料を用いて最表層絶縁樹脂層２４を形成してもよい。

以上、好適な実施形態について詳述したが、これら特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された要旨の範囲内において、種々の変形や変更が可能である。

１、２…配線基板
１０…コア基板
１４…第１配線層
１６…スルーホールめっき層
１８…樹脂
２０…層間絶縁層
２２…第２配線層
２２Ｐ…電極パッド
２２ＶＨ…ビア
２４…ソルダーレジスト層
２４ａ…開口
３０…シード層
３２…レジスト層
３２ａ…開口
３４…はんだめっき層
３６…保護膜
３８…Ｓｎ−Ｃｕ合金層

Claims

層間絶縁層と、前記層間絶縁層の上に形成された配線層と、前記層間絶縁層及び前記配線層の上に形成され、前記配線層の一部を露出する開口を有する最表層絶縁樹脂層とを備えた配線基板に形成されたバンプであって、
前記最表層絶縁樹脂層の開口内に露出した前記配線層の上面及び前記最表層絶縁樹脂層の開口内の側面のみに形成されたシード層と、
前記最表層絶縁樹脂層の開口内の前記シード層上に形成され、前記最表層絶縁樹脂層の上面よりも突出した錫を含む金属層と、
前記錫を含む金属層の上に形成され、錫と銅の合金又は錫とニッケルの合金からなる合金層とを有し、
前記最表層絶縁樹脂層の開口内の前記錫を含む金属層の側面のすべては、前記シード層に覆われており、前記最表層絶縁樹脂層の上面より突出した前記錫を含む金属層の側面のすべては、前記錫を含む金属層が露出しており、前記錫を含む金属層の上面は、前記錫と銅の合金又は錫とニッケルの合金からなる合金層が露出している
ことを特徴とするバンプ。
層間絶縁層と、前記層間絶縁層の上に形成された配線層と、前記層間絶縁層及び前記配線層の上に形成され、前記配線層の一部を露出する開口を有する最表層絶縁樹脂層とを備えた配線基板にバンプを形成するバンプ形成方法であって、
前記最表層絶縁樹脂層の上面及び前記開口の側面と露出した前記配線層の一部の上に、シード層を形成する工程と、
前記シード層の上に、前記最表層絶縁樹脂層の前記開口に対応する開口を有するレジスト層を形成する工程と、
前記レジストの開口内の前記シード層の上に、錫を含む金属層を形成する工程と、
前記錫を含む金属層の上に、銅又はニッケルからなる保護膜を形成し、前記銅又はニッケルからなる保護膜と前記錫を含む金属層の界面に、錫と銅の合金又は錫とニッケルの合金からなる合金層を形成する工程と、
前記レジスト層を除去する工程と、
前記最表層絶縁樹脂層の上面に形成された前記シード層を除去すると共に前記銅又はニッケルからなる保護膜を除去し、前記錫を含む金属層の上面に、前記錫と銅の合金又は錫とニッケルの合金からなる合金層を露出させる工程と
を有することを特徴とするバンプ形成方法。
請求項２記載のバンプ形成方法において、
前記シード層と前記保護膜は、同じ金属を含む材料により形成されている
ことを特徴とするバンプ形成方法。