JPH07283225A - バンプ電極を有する回路基板 - Google Patents

バンプ電極を有する回路基板

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JPH07283225A
JPH07283225A JP6069188A JP6918894A JPH07283225A JP H07283225 A JPH07283225 A JP H07283225A JP 6069188 A JP6069188 A JP 6069188A JP 6918894 A JP6918894 A JP 6918894A JP H07283225 A JPH07283225 A JP H07283225A
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Motoaki Hyodo
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Motoki Ito
基樹 伊藤
Masahiro Tomita
正弘 富田
Kazuo Tanaka
和夫 田中
Kichiji Abe
吉次 阿部
Keiji Mayama
恵次 真山
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    • H01L2224/10Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/11Manufacturing methods

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  • Electroplating Methods And Accessories (AREA)
  • Wire Bonding (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 バリヤメタルとしてチタン膜を用いその上に
銅メッキ層を形成したバンプ電極構造において、その接
合強度および耐久強度を共に良好にする。 【構成】 回路基板1上に被接続電極をなすアルミ電極
3を形成し、その上に開口部を有する絶縁膜4を形成す
る。その上にバリヤメタルとしてのチタン膜5を形成す
るとともに、第1、第2の銅メッキ層7、8、半田9を
順次形成する。第1の銅メッキ層7をポリエチレングリ
コール系の光沢剤を含んで形成することによりチタン膜
5との間での接合強度を良好にし、第2の銅メッキ層8
をそのような光沢剤を実質的に含まないものを用いて形
成することにより半田9との耐久強度を良好にする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、バンプ電極を有する回
路基板に関し、フリップチップIC等に適用されるもの
である。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の装置として、回路基板上
に形成された被接続電極上にバリヤメタルおよび銅メッ
キ層を形成し、その上に半田を形成してバンプ電極を構
成するようにしたものが種々提案されている。ここで、
上記バリヤメタルとしては、Cr膜又は下層Cr上層C
uの2層膜が用いられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなバンプ電極構造では、バンプ電極に各種の外力や内
部応力が加わるために、バンプ電極の接合強度を十分に
確保する必要があり、この点上記Cr等のバリヤメタル
では不十分である。そこで、本件出願人は、バリヤメタ
ルとしてチタン膜を用い、接合強度を高めるようにした
ものを提案した(特願平5─88822号)。
【0004】しかしながら、通常、上記銅メッキ層は、
均一な皮膜を形成するために、銅メッキ液に光沢剤が添
加されており、この光沢剤の量が少ないと銅メッキ後の
熱処理(アニール)でバリヤメタルのチタンが水素化物
を形成してしまい、接合強度が低下してしまうという問
題がある。一方、その光沢剤の量が多いと、水素化物の
形成を防止できるものの半田と銅で形成されるCu−S
n合金の強度が低下するため、耐久強度が低下してしま
うという問題がある。
【0005】本発明は上記問題に鑑みてなされたもの
で、バリヤメタルとしてチタン膜を用いるとともにその
上に銅メッキを施して形成されたバンプ電極構造におい
て、その接合強度および耐久強度を共に良好にすること
を目的とする。
【0006】
【課題を達成するための手段】本発明は、上記課題を達
成するため、請求項1に記載の発明においては、回路基
板上に形成された被接続電極と、前記被接続電極上に形
成されたチタン膜からなるバリヤメタルと、このバリヤ
メタル上に形成されるバンプ電極とを備え、前記バンプ
電極は、前記バリヤメタル上に形成される銅メッキ層
と、該銅メッキ層の上に形成される半田とを有するもの
であって、さらに前記銅メッキ層を、前記バリヤメタル
の上に形成され光沢剤を含む第1の銅メッキ層と、前記
半田に接して形成され前記光沢剤を実質的に含まない第
2の銅メッキ層とから構成したことを特徴としている。
【0007】請求項2に記載の発明においては、回路基
板上に形成された被接続電極と、前記被接続電極の上面
中央部を露出する開口を有し前記被接続電極の開口部以
外を被覆する絶縁膜と、前記開口の全周辺における前記
絶縁膜上及び前記開口上に形成されるチタン膜からなる
バリヤメタルと、前記バリヤメタル上に形成されるバン
プ電極とを備え、前記バンプ電極は、前記バリヤメタル
上に形成される銅メッキ層と、該銅メッキ層の上に形成
される半田とを有するものであって、さらに前記銅メッ
キ層を、前記バリヤメタルの上に形成され光沢剤を含む
第1の銅メッキ層と、前記半田に接して形成され前記光
沢剤を実質的に含まない第2の銅メッキ層とから構成し
たことを特徴としている。
【0008】請求項3に記載の発明においては、請求項
1又は2に記載の発明において、前記第1の銅メッキ層
が、前記光沢剤を70ml/l以上含み、かつその膜厚が7
μm以上であることを特徴としている。
【0009】
【発明の作用効果】請求項1及び2に記載の発明によれ
ば、バリヤメタルの上に光沢剤を含む第1の銅メッキ層
を形成しているから、銅メッキ後の熱処理でバリヤメタ
ルのチタンが水素化物を形成するのを防ぎことができ、
従って接合強度を良好にすることができ、またその第1
の銅メッキ層と半田との間に、光沢剤を実質的に含まな
い第2の銅メッキ層を設けているから、銅とスズによる
合金の劣化を防ぎ、耐久強度を良好にすることができる
という優れた効果がある。
【0010】さらに、請求項2に記載の発明によれば、
チタン膜が絶縁膜の開口を覆って形成されるため、その
両者の接触面積を大きくして密着性を高め、接合強度を
向上させることができるという効果を奏する。さらに、
請求項3に記載の発明によれば、第1の銅メッキ層を、
光沢剤を70ml/l以上含み、かつその膜厚が7μm以上
のものとしているから、熱処理時のチタンの水素脆弱化
を防ぐ適正な量にて接合強度の維持を図ることができる
という効果を奏する。
【0011】
【実施例】以下、本発明を図に示す実施例について説明
する。図1は、その一実施例を示すバンプ電極部分の断
面図である。1はシリコン基板よりなる回路基板であ
り、2はシリコン基板1の上に形成されるSiO2 ,B
PSG等の酸化膜(絶縁膜)である。3は被接続電極と
してのアルミ電極であり、膜厚は約1μmであり、1〜
2%のSiを含有している。4は保護絶縁膜であり、厚
さは約1.6μmのSiN膜である。この絶縁膜4は、
アルミ電極3の上面中央部を露出する開口を有してお
り、アルミ電極3の開口部以外を被覆している。
【0012】5はバリヤメタルを構成するチタン膜で、
厚さ約3000Åのものであり、絶縁膜4の開口上およ
びその全周辺における絶縁膜4上に形成されている。な
お、チタン膜5は、純チタン、チタンナイトライド、チ
タンを主成分とするチタン合金等のチタン系の材料を用
いた膜を意味する。6はチタン膜5上に蒸着法により形
成された銅膜である。この銅膜6は、チタン膜5と後述
する銅メッキ層との密着性を良好にするために設けられ
ている。
【0013】7、8はそれぞれ銅メッキ層であり、第1
の銅メッキ層7はポリエチレングリコール系の光沢剤を
100ml/l以上含むものであり、第2の銅メッキ層8は
そのような光沢剤を含まないものである。第2の銅メッ
キ層8の上には半田9が形成されおり、半田9および第
1、第2の銅メッキ層7、8にてバンプ電極を構成して
いる。
【0014】なお、第1の銅メッキ層7の最大厚さ部分
の厚さは7μm程度、第2の銅メッキ層8の最大部分の
厚さは28μm程度であり、第1、第2の銅メッキ層
7、8及び半田9の合計の高さは約130μmである。
また、第1の銅メッキ層7の根元部の直径Aは140μ
m、最大径Bは180μmである。また、チタン膜5と
SiN膜4との密着性がよいため、その両者の接触面積
を大きくすべくチタン膜5の直径をSiN膜4の開口部
の直径よりも大きくしてある。
【0015】次に、上記バンプ電極構造の製造方法につ
いて説明する。まず、SiN膜4をシリコン基板1上に
形成するとともに、開口部を形成し、その上にチタン膜
5及び銅膜6を全面に真空蒸着する(図2(a))。な
お、図中においては、チタン膜5及び銅膜6を一つの膜
として示してある。その後、ホト工程としてレジストを
塗布し、パターンニングして開口部を形成する(図2
(b))。
【0016】この後、従来のものにおいては、その開口
部に一回の工程にて銅メッキを施ようにしていたのであ
るが、本発明に係る本実施例においては、図2(c),
(d)に示すように、銅メッキを2段階で行うようにし
ている。銅メッキの方法としては、手動処理装置を用い
たものと、自動処理装置を用いたものとがあるが、図2
(c)の工程においては、手動処理装置を用い、ポリエ
チレングリコール系の光沢剤を100ml/l以上含ませた
銅メッキ液で、2分半程メッキ処理を行う。図2(d)
の工程においては、自動処理装置を用い、光沢剤を含ま
ない銅メッキ液で、5分程メッキ処理を行う。
【0017】この後は従来の工程と同様であり、まずメ
ッキ用レジストを溶剤で剥離し、銅、チタン膜をエッチ
ングにより除去する。銅メッキ部分の硬度を安定化させ
るため、450°Cの温度でアニールする。このとき、
IC回路の特性の回復を図るため、窒素24 l/min、水
素3 l/minの混合ガス中にてアニールする(図2
(e))。
【0018】最後に、銅メッキの上に半田を印刷し、2
70°Cのリフロー処理を行い、図1に示す構造のもの
を得る。次に、銅メッキ液に含ませる光沢剤の量とその
メッキ厚との関係について説明する。ポリエチレングリ
コール系である光沢剤の量が減ると、熱処理時にチタン
膜5の水素脆弱化が起こる。この水素脆弱化については
X線解析をした時のTiHのピークによって表される。
表1はメッキ膜と光沢剤の量との関係を示したもので、
TiHのピークがなければ○、TiHがあれば×を示し
ている。
【0019】
【表1】
【0020】この表から、光沢剤70ml/l以上、メッキ
厚7μm以上とするのがよいことが分かる。なお、図1
に示す実施例においては、余裕をみて第1の銅メッキ層
7に100ml/l以上の光沢剤を含むものを用いている。
上述した図1に示す構造とすることにより、単一の銅メ
ッキの時に問題となっていたアニールでのバリヤメタル
の水素吸蔵は、光沢剤を100ml/l以上含む第1の銅メ
ッキ層7により防ぐことができ、従って初期強度を維持
することができる。さらに、光沢剤を含む銅メッキ層と
半田が接触した時に問題となっていた銅とスズによる合
金の劣化を、光沢剤を含まない第2の銅メッキ層8を用
いることにより防ぐことができ、このことにより耐久強
度を良好に保つことができる。
【0021】このような効果についてその裏付けとなる
実験結果を基に説明する。図3に初期強度の比較をした
ものを示す。比較例1は光沢剤を含まない銅メッキを一
回施したもの、比較例2は光沢剤を100ml/l以上含む
銅メッキを一回施したものであり、それぞれ20個づつ
試験した。光沢剤を含まない銅メッキを一回施した比較
例1においては、熱処理時にチタン膜が水素吸蔵をする
ため、初期強度が低下している。
【0022】図4に耐久強度の比較をしたものを示す。
比較例1、2とも図3に示すものと同様のものである。
光沢剤を含む比較例2においては、銅と半田に含まれて
いるスズによりCu−Sn合金が生成するため、耐久強
度が低下している。従って、図3、図4に示す実験結果
から明らかなように、本実施例のように光沢剤を含む第
1の銅メッキ層7と光沢剤を含まない第2の銅メッキ層
8の2層構造にすることにより、バンプ電極の初期強度
と耐久強度の両者を向上させることができる。
【0023】なお、上記実施例においては、第2の銅メ
ッキ層8に光沢剤を含まないものについて示したが、半
田との関係で耐久強度が満足できるものであれば、何ら
かの理由で多少光沢剤を含んでいてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示すバンプ電極構造の断面
図である。
【図2】図1に示すバンプ構造の製造方法を示す工程図
である。
【図3】図1に示す実施例の初期強度を比較例と比較し
た図である。
【図4】図1に示す実施例の耐久強度を比較例と比較し
た図である。
【符号の説明】
1 回路基板 3 アルミ配線 4 絶縁膜 5 チタン膜 6 銅膜 7 第1の銅メッキ層 8 第2の銅メッキ層 9 半田
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 和夫 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 阿部 吉次 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 真山 恵次 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本電 装株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 回路基板上に形成された被接続電極と、 前記被接続電極上に形成されたチタン膜からなるバリヤ
    メタルと、 このバリヤメタル上に形成されるバンプ電極とを備え、 前記バンプ電極は、前記バリヤメタル上に形成される銅
    メッキ層と、該銅メッキ層の上に形成される半田とを有
    するものであって、 さらに前記銅メッキ層を、前記バリヤメタルの上に形成
    され光沢剤を含む第1の銅メッキ層と、前記半田に接し
    て形成され前記光沢剤を実質的に含まない第2の銅メッ
    キ層とから構成したことを特徴とするバンプ電極を有す
    る回路基板。
  2. 【請求項2】 回路基板上に形成された被接続電極と、 前記被接続電極の上面中央部を露出する開口を有し前記
    被接続電極の開口部以外を被覆する絶縁膜と、 前記開口の全周辺における前記絶縁膜上及び前記開口上
    に形成されるチタン膜からなるバリヤメタルと、 前記バリヤメタル上に形成されるバンプ電極とを備え、 前記バンプ電極は、前記バリヤメタル上に形成される銅
    メッキ層と、該銅メッキ層の上に形成される半田とを有
    するものであって、 さらに前記銅メッキ層を、前記バリヤメタルの上に形成
    され光沢剤を含む第1の銅メッキ層と、前記半田に接し
    て形成され前記光沢剤を実質的に含まない第2の銅メッ
    キ層とから構成したことを特徴とするバンプ電極を有す
    る回路基板。
  3. 【請求項3】 前記第1の銅メッキ層は、前記光沢剤を
    70ml/l以上含み、かつその膜厚が7μm以上であるこ
    とを特徴とする請求項1又は2に記載のバンプ電極を有
    する回路基板。
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