JPH02187032A - 半導体装置用バンプ電極の電解めっき方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は集積回路装置等の半導体装置のチップにバンプ
電極を電解めっきする方法、より正確には半導体装置が
作り込まれたウェハ上に全面被着された電極膜を電解め
っき用電極とし、１ｔ８ｉ膜に導電接触する所定パター
ンに形成された接続金属膜上にマスク膜を用いる選択的
電解めっきによりバンプ電極を成長させる方法に関する
。

〔従来の技術〕

上記のバンプ電極を設けた半導体装置チップはフリシブ
チップの名前でよく知られており、その周縁部に金、銅
、はんだ等の数十から数百側の小さな突出電極であるバ
ンプ電極を並べて設けたものである。このフリップチッ
プは、実装に当たってバンプ電極を配線基板上の導体と
接合ないしはんだ付けすることにより、取り付けと同時
に接続を果たすことがで貴るので、実装のための手間を
省き実装に要するスペースを節約するために広く用いら
れるに至っている。

このバンプ電極は、そのチップ表面からの突出高さが低
いものでも２０−１高いもので１００ｎ程度必要なので
、それを成長させるに当たっては、フリップチップが作
り込まれているウェハに対して選択性の電解めっき法が
採用される。よく知られていることであるが、以下第３
図を参照しながらこのバンプ電極の構造と電解めっき方
法を簡単に説明する。

第３図にその一部の断面が拡大して示された集積回路装
置用のウェハ１０は、例えばｎ形のエピタキシャル層１
にｐ形の接合分離層２やいわゆるコンタクト層であるｎ
形層３が拡散されたもので、その表面が酸化膜４で覆わ
れ、その上にｎ形層３等に導電接触するアルミ等の接続
膜５が多数個配設され、さらにその上を窒化シリコン等
の保護膜６が覆っている。バンプ電極５０はこの保護１
１１［６の配線膜５上の部分に明けた窓部に設けられ、
その電解めっき時の電極とするために、チタン等の電極
膜２０が保護膜６の全面を覆い窓部で接続！Ｉ１５と導
電接触するように被着される。

この電極１１１２０は接続ＷｊＩ５のアルミ等がバンプ
電極５０の方に拡散して来るのを防止する役目を兼ねて
いるが、その上に直接にバンプ電極を成長させるには不
向きなため、さらにその上に銅、バラジュウム等の接続
金属膜３０がバンプ電極用の下地膜として設けられる０
選択性電解めっき用のマスクＭ２０としてはフォトレジ
スト膜等が利用され、これを全面塗着した上で、フォト
エツチングによりバンプ電極５０を設けるべき個所に接
続金属膜３０を露出させるように窓が抜かれる。

以上でめっきの準備が完了するので、ついで電［ｗＡ２
０をウェハ面内のふつうは複数個所でめっき電源の負側
端子からのリードと接続した上で、ウェハ１０をめっき
液中に浸漬した状態で電極膜２０を陰極として陽極と対
峙させ、マスク膜４０の窓部内の接続金属膜３０上にバ
ンプ電極５０用の金属を電解めっきによって図示のよう
に成長させる。バンプ電極５０の高さになる電解めっき
の厚みは、めっき電流とめっき時間をそれぞれ所定値に
保つことによって管理する。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし上述の従来の電解めっき方法では、電解めっきの
厚みが必ずしも一定せず、従ってウェハごとのバンプ電
極の高さにばらつきが出やすい問題がある。

すなわち、めっきの厚みは前述のめっき電流とめっき時
間をそれぞれ一定に保つことによって一応は管理できる
のであるが、−旦めっき電流を所定値に合わせて置いて
も、時間の経過とともにめっき電源からのリードと各ウ
ェハ１０の電極膜２０との接続抵抗が変わって来て、め
っき電流が一定に保たれないことがある。めっき電源に
定電流制御機能を備えるものを使用することもできるが
、多数のウェハを並列にめっき電源に接続することが多
いので、特定のウェハに対するめっき電流が一定に保た
れている保証はない、最も完全な管理手段としては、積
算電流値によってめっき厚みを管理することであるが、
めっき電源に多数のウェハが接続される場合はかなり厄
介なことになり、そのための設備費も嵩むことになる。

さらに厄介なのは、めっき液の金属イオン濃度等の性状
や液温等の因子によってめっき効率が微妙に変化するの
で、めっき電流値とめつき付着率とが必ずしも比例しな
いことである。

このため、従来は電解めっきされた金属がほぼ所望の厚
みに成長した段階でウェハを一旦めっき液から取り出し
、バンプ電極の高さを測定して見て、必要に応じて追加
めっきの時間を決めて再度電解めっきを行なっているの
が実情である。

かかる問題を解決する手段として、特開昭６１−１７７
７４７号公報が知られている。これは、ウェハ面にめっ
き厚と等しい厚みの絶縁膜を付けてその上に金属膜を被
せて置き、めっきされた金属がこの金属膜の所まで成長
して接触するのを電気的に検出するものであるが、厚み
精度のよい絶縁膜をウェハに付けるのは必ずしも容易で
なく、またそれだけ手間も掛かる問題がある。

本発明の目的は、簡単な手段で電解めっきの厚みを管理
して、バンプ電極の高さを精度よく一定に揃えることに
ある。

〔課題を解決するための手段〕

この目的は本発明によれば、冒頭記載のように半導体装
置が作り込まれたウェハ上に全面被着された電極膜を電
解めっき用電極とし、電極膜に導電接触する所定パター
ンに形成された接続金属膜上にマスク膜を用いる選択的
電解めっきによりバンプ電極を成長させるに当たり、接
続金属膜により１対の測定電極を形成してその上を覆う
マスク膜にそれぞれ測定用ハンプ電極の電解めっき用の
窓を所定の相互間隔を隔てて明けて置き、半導体装置用
のバンプ電極の電解めっきと同時にマスク膜の窓部内の
各測定電極上に測定用バンプ電極をそれぞれ成長させ、
両測定用バンプ電極の成長に伴いそれらが側方にも成長
して相互に接触し合うのを両測定電極を介して電気的に
検出し、この相互接触状態の検出に基づいて電解めっき
を停止させることによって達成される。

なお、測′定用バンプ電極相互間の電極膜に細いスリッ
トを切るようにすれば、それらの相互接触の検出を容品
かつ確実にすることができる。

〔作用〕

前述のように電解めっきの厚みの管理は、単にめっき電
流とめっき時間を制御し、またはめワき電流の積算値を
管理するだけでは不充分なので、本発明方法では電解め
っきによって実際にウェハ上に成長される金属が所定厚
みに達したか否かを検出する手段を取る。さらに本発明
では、電解めっきされた金属が高さ方向に成長すると同
時に側方にも成長することに着目して、この側方成長量
を金属の成長厚みの検出に利用する。

このため本発明方法では、上記構成にいうようにまず電
極膜上に接続金ｒ！Ａｌｌ１により１対の測定電極を形
成し、この各測定電極上にそれぞれ測定用バンプ電極を
実際のバンプ電極の電解めっきと同時に成長させ、これ
らの測定用バンプ電極の相互間隔を当初に所定１１へに
して置く、金属の側方成長量は金属やめっき液の種類に
より若干異なるが、ふつうは高さ方向、の成長量の６０
〜７０％であって、金属とめっき液の種類が同じであれ
ばこの率は常に一定している。

従って、測定用バンプ電極の相互間隔はバンプ電極用金
属の高さ方向の所望成長量の１２０〜１４０％に設定し
て置けばよいことになる。この相互間隔の指定は、上記
構成にいうように両測定電極を覆うマスク膜にそれぞれ
電解めっき用の窓を明けることによって行なうが、これ
ら１対の窓の間隔は窓明けのためのフォトエツチングに
用いるマスクパターンによって非常に正確に管理でき、
従って本発明では金属が所望高さまで成長したか否かを
正確に検出することができる。

この検出に当たっては、上記構成にいうように両測定用
バンプ電極の成長に伴いそれが側方にも成長して相互に
接触し合うのを両測定電極を介して電気的に９例えば再
測定電解間の抵抗値あるいはその間に掛かる電圧値の変
化により検出する。

実験結果によれば、両測定電極は相互に接触した後も側
方成長は続き、両者は一体化ないし融合してしまう、従
って、上述の抵抗値ないし電圧値の変化は非常に明確で
、正確に両測定電極か接触しているか否かを検出できる
。

〔実施例〕

以下、図を参照しながら本発明の実施例を具体的に説明
する。第１図は本発明による電解めっき方法の実施例を
示す要部の拡大図である。

第１図（ａ）および（ｂ）は、電解めっき前のウェハ１
０の１対の測定電極３１．３２の付近を拡大したそれぞ
れ平面図および断面図である。これらの測定電極を設け
るべき場所はウェハ１０の面内のもちろん製品チップ以
外の場所であり、例えばウェハ内にほとんど常に含まれ
ているいわゆるモニタチップ上のスペースを利用するの
が有利である。同図（ｂ）のウェハ１０の断面に示すよ
うに、その例えばエピタキシャル層１が酸化膜４および
保護１１Ａ６で覆われており、この保護膜６の全面上に
チタン等の０．５−程度の厚みの電極膜２０が被着され
ている。その上に設けられる１対の測定電極３１および
３２は、第３図のバンプ電極５０の下地膜と同じ銅、パ
ラジュウム等の０．５〜１４の厚みの接続金属膜３０か
らなり、下地膜をパターンニングするためのフォトエツ
チングの際に同時に形成される。

この測定電極３１．３２は、同図（ａ）に示すように測
定用バンプ電極が成長される電極部３１ａ、３２ａと、
後述の測定子６０が接触される接触部３１ｂ、３２ｂと
からそれぞれなるパターンに形成され、それらの上を覆
うフォトレジスト膜等からなるマスク膜４０の電極部３
１ａ、３２ａの先端部上に、測定用バンプ電極を成長さ
せるための窓４１および４２が前述のように所定の相互
間隔を隔ててそれぞれ抜かれる。この相互間隔は、第３
図のバンプ電極５０用に例えばはんだを５０−の高さに
成長させるべきとき、例えば６０１！ｍに設定するのが
適当である。

なおこの実施例では、両測定電極の電極部３１ａおよび
３２ａの先端の相互間の電極膜２０にスリット２１が切
られている。このスリット２１は、例えば幅が１０−９
長さが０．５〜１■の大きさとされ、もちろんマスク膜
４０の塗着前にフォトエツチングによって抜く必要があ
り、工程数が一つ増えることになるが、本発明の実施に
際して測定ないし検出を容易にし、かつそのための装置
を簡単なもので済ませる上で有用である。

第１図（Ｃ）は電解めっき工程中の状態を示す、この工
程では第３図のバンプ電極５０の電解めっきと同時にか
つ同条件で、前述の窓４１および４２内の測定電極の電
極部３１ａおよび３２ａ上に、測定用バンプ電極５１お
よび５２がそれぞれ成長されるが、これに先立ち１対の
測定子６０が測定電極の接続部３１ｂおよび３２ｂにそ
れぞれ取り付けられる。この測定子６０はそれぞれ０．
５〜１Ｉ５１１径の細いチタン等の絶縁金属線６１の先
端６１ａを針状に形成して白金めっき等を施し、先端部
の絶縁被覆６１ｂに密着させて柔らかなシリコーンゴム
６２を成形したもので、両測定子６０を連結する簡単な
治具６３を介してばねやクリップ等の手段でウェハｌＯ
に挟み付けて取り付けると、各金属線６１の針状の先端
６１ａがマスク膜４０を貫いて測定ｉ極の接続部３１ｂ
と３２ｂにそれぞれ接続されるようになっている。

電解めっきにより測定用バンプ電８ｉ５１と５２が成長
し、その側方への成長により図示のように相互に接触す
るに至ると、それが１対の測定子６０を介して電気的に
検出される。

第２図にこの検出時の等価回路を示す０図ではウェハの
電極１１ｊ！２０が簡略に縦線で示されており、めっき
電１ｌ１８０の負側端子とスイッチ８１を介してこの例
では３個所でそれぞれ接触抵抗ＲＣを介して接続されて
いる。めっき電源８０の正側端子と接続される陽極７０
も図では簡略に縦線で示されており、めっき電流はこの
陽極７０からめっき液Ｅ中を通って、電極膜２０上のそ
の内部抵抗Ｒ２をそれぞれ介する個所にある各バンプ電
極５０および測定用バンプ電極５１．５２の成長点に流
れる。

再測定用バンプ電極５１と５２の相互間には、第１図（
ａ）かられかるように電極膜２０の等価抵抗Ｒｉが入っ
ており、その値は電極１ｌｌＩ２０が前述の高抵抗性の
チタンの０．５−程度の薄膜のとき０．５〜ｌΩ程度で
あり、前述のスリット２１があるときは１０Ω程度以上
になる。第２図では、測定用バンプ電極５１と５２の側
方の成長による相互接触がスイッチＳで示されており、
両測定用バンプ電極間の接触抵抗。

すなわちこのスイッチＳのオン抵抗はふつう０．０１Ω
ないしはそれ以下になる。

検出回路９１は、測定用バンプ電極５１と５２間の抵抗
の上述の中間抵抗Ｒ１からスイッチＳのオン抵抗への変
化を検出するためウェハごとに設けられ、再測定用バン
プ電極と図示のようにそれぞれ測定電極３１．３２の抵
抗ｒ３と測定子６０の接触抵抗ｒｃとを介して接続され
る。この検出回路９１は、例えば小さな定電流を両測定
用バンプ電極５１と５２間に流して置き、その電圧降下
の変化から再測定用バンプ電極の相互接触を検出するも
ので、これを検出したときその旨を制御装置９０に伝え
る。

なお、この検出のために両測定子６０に流す電流はごく
小さくてよいので、ふつうその接触抵抗ｒｃを中間抵抗
Ｒ１に比較して充分小さくできるが、必要に応じて前述
のスリット２１を設けて中間抵抗値を充分大きくして置
くことにより、測定用バンプ電極の相互接触の検出をよ
り確実にすることができる。なお、第１図（Ｃ）の測定
子６０のシリコーンゴム６２はその先端面が測定電極３
１および３２に接触して、金属線６１の先端６１ａをめ
っき液から保護して接触抵抗ｒｃを安定化させる役目を
果たす。

制御装置９０は例えばマイクロコンビエータで構成され
、上と同様な複数個の検出回路９１の検出信号の状態を
例えば３０秒程度の短時間サイクルで常時監視しており
、あるウェハ用の検出回路９１から測定用バンプ電極の
相互接触を検出した旨の信号を受けたとき、そのウェハ
に対応するスイッチ８１をオフしてめっき電源８０から
の給電を断ち電解めっきを自動停止させることにより、
各ウェハのバンプ電極５０を電解めっきによって成長さ
せるべき高さをそれぞれ所望値に管理する。

このようにして成長されたバンプ電極は、その高さのウ
ェハごとのばらつきを２〜３−以内に管理できる。従っ
て、５〇−以下の高さのマイクロバンプ電極の場合でも
、最大でも１０％以内のばらつきで揃えることができる
。

なお、以上説明した実施例に限らず、本発明方法は種々
の態様で実施をすることができる。実施例における各部
の材料や寸法はあくまで例示であって、実際には用途や
場合に応じて本発明の要旨内で適宜変形された形で実施
され得る。

〔発明の効果〕

以上述べたとおり本発明方法では、接続金属膜により１
対の測定電極を形成してその上を覆うマスク膜にそれぞ
れ測定用バンプ電極の電解めっき用の窓を所定の相互間
隔を隔てて明けて置き、半導体装置用のバンプ電極の電
解めっきと同時にマスク膜の窓部内の各測定電極上に測
定用バンプ電極をそれぞれ成長させ、両測定用バンプ電
極の成長に伴いそれが側方にも成長して相互に接触し合
うのを両測定電極を介して電気的に検出し、この相互接
触状態の検出に基づいて電解めっきを停止させるように
したので、ウェハの電極膜とめっき電源との接続部の接
触抵抗の変化、めっき電流値の変動、めっき液の組成や
温度の変化等の種々の変動要因に無関係に、実際にウェ
ハ上に成長されつつあるバンプ電極用金属の電解めっき
の厚みが所望値に達したか否かをごく簡単な手段で正確
に検出しながら、バンプ電極の成長高さをウェハごとに
管理して小さなばらつき内に均一に揃えることができる
。

また、実施例からもわかるように本発明方法の実施に際
して、ウェハプロセスを従来と同じがあまり変わらない
工程数で進めることができる。電解めワき作業に際して
は、従来のようにウェハごとにバンプ電極の高さを一々
チエツクする必要を本発明によりなくし、作業を自動化
して半導体装置の製作コストを減少させることができる
。さらに本発明方法はマイクロバンプ電極を成長させる
に適し、狭いピッチで配列されるマイクロバンプを相互
間の短絡を発生させることなく、めっき付着量をできる
だけ増加させて精密に成長させるのに有利である。

このように、本発明方法はフリップチップ等の半導体装
置のバンプ電極の高さ精度を向上し、その製作を合理化
し、かつ多数のマイクロバンプを備えた高集積度の集積
回路装置の提供を可能にする効果を奏し得るものである
。

【図面の簡単な説明】

図はすべて本発明に関し、第１図は本発明による電解め
っき方法を実施した半導体装置用ウェハを例示するその
要部拡大平面図および断面図、第２図はその電解めっき
時の等価回路および制御回路図、第３図は半導体装置の
バンプ電極が設けられる部分の拡大断面図である０図に
おいて、１：エピタキシャル層、２：接合分離層、３：
ｎ形層、４：酸化膜、５：接続膜、６：保ｉ１膜、ｌＯ
：ウェハ、２０；電機膜、２１ニスリツト、３０：接続
金属膜ないしはバンプ電極用下地膜、３１．３２　Ｆ測
定電極、３１ａ、３２ａ：電極部、３１ｂ、３２ｂ　：
接続部、４０：マスク膜、４１．４２：ｆ１４定用バン
プ電極の成長用窓、５０：バンプ電極、５１．５２　：
測定用バンプ電極、ＳＯｔ測定子、６１：金属線、６１
ａ；金属線の先端、６１ｂｊ絶縁被覆、６２：シリコー
ンゴム、６３：治具、７０：電解めっき用陽極、８０：
めっき電源、６１：スイッチ、９０：電解めワき用制御
装置、９１：検出回路、Ｅ：めっき液、ＲＣｉｉｉ極膜
への接続抵抗、Ｒ１：測定用バンプ電極間の中間抵抗、
Ｒ２ｉ電極膜の抵抗、ｒｃ：４定子の接続抵抗、ｒ３；
測定電極の抵抗、Ｓ：測定用バンプ電極の相互接触の等
ウェハ　　　＠”ｆｌＭ− ＩＯ２゜ ω 第２１！］

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半導体装置が作り込まれたウェハ上に全面被着された電
   極膜を電解めっき用電極とし、電極膜に導電接触する所
   定パターンに形成された接続金属膜上にマスク膜を用い
   る選択的電解めっきによりバンプ電極を成長させる方法
   であって、接続金属膜により１対の測定電極を形成して
   その上を覆うマスク膜にそれぞれ測定用バンプ電極の電
   解めっき用の窓を所定の相互間隔を隔てて明けて置き、
   半導体装置用のバンプ電極の電解めっきと同時にマスク
   膜の窓部内の各測定電極上に測定用バンプ電極をそれぞ
   れ成長させ、両測定用バンプ電極の成長に伴いそれらが
   側方にも成長して相互に接触し合うのを両測定電極を介
   して電気的に検出し、この相互接触状態の検出に基づい
   て電解めっきを停止させるようにしたことを特徴とする
   半導体装置用バンプ電極の電解めっき方法。