JPH08167612A - 突起電極の形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体基板に形成する半田によるバンプ電極
等の突起電極の形成方法において、ウェット方式のメッ
キによらず、ドライな環境で半田による突起電極が簡易
に形成できるようにする。 【構成】 基板１の電極３部に設けられた下地ペデスタ
ル６上に形成する半田による突起電極１４の形成方法で
あって、ベースシート１０に貼着され、半田材を樹脂材
とフラックスを混合したバインダーに混入させてシート
状にした半田シート１１を用い、この半田シート１１
を、ベースシート１０側からの加熱を伴ったローラー１
２，１３の押圧により、下地ペデスタル６およびその周
囲の保護膜４上に貼着した後、加熱により半田材および
バインダーを溶融させて下地ペデスタル６上に集合させ
てから冷却固化することによって、半田による突起電極
１４を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体基板に形成する
半田によるバンプ電極等の突起電極の形成方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、半導体基板（以下、単に基板と
呼ぶ）に突起電極（バンプ電極）を形成する場合、基板
の突起電極形成面にメッキレジスト層を形成し、このメ
ッキレジスト層をエッチングして開口を形成することに
より、この開口からパッド部を露出させ、その露出した
パッド部にメッキ装置を用いて半田等のメッキを施し、
その施したメッキによって突起電極を形成している。図
３（ａ）〜（ｃ）および図４（ｄ）〜（ｆ）はこのよう
な基板に突起電極を形成する従来の突起電極の形成方法
を示したものである。

【０００３】先ず、図３（ａ）に示すように、基板３１
に酸化膜３２を介してアルミ電極３３が形成されてお
り、アルミ電極３３の周囲は絶縁膜である保護膜３４に
より覆われている。そして、図３（ｂ）に示すように、
アルミ電極３３および保護膜３４の上に、後述するメッ
キ処理時におけるメッキ電流の通電のための下地金属層
３５をスパッター法や真空蒸着法等の薄膜形成方法によ
り形成する。この下地金属層３５は、図示しないが詳細
には、２層または３層構造である。

【０００４】この２層または３層構造による下地金属層
３５において、第１層目（アルミ電極３３側から）は一
般的に接着層と言われており、その接着層は、アルミ電
極３３および保護膜３４との接着の役目をしており、そ
の材料としては、Ａｌ，Ｃｒ，Ｔｉ，ＴｉとＷとの合金
等の金属材料が用いられる。また、第２層目は一般的に
バリア層と呼ばれ、そのバリア層は、突起電極に用いら
れる金属材料とアルミ電極３３のアルミとの相互拡散を
防止または遅延させるために用いられるもので、その金
属材料としては、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｃｕ，Ｎｉ等の材料が用
いられる。そして、膜厚は数千Åから数μｍである。さ
らに、第３層目は、第２層目のバリア層の表面酸化防止
の目的で用いられ、膜厚は５００〜２０００Å程度と比
較的薄く、その材料としては、非常に安定性のある（酸
化されない）Ａｕを用いるのが一般的である。なお、２
層構造の下地金属層３５では、３層構造での１層目と２
層目の役目をするような金属材料を用いて、表面層の酸
化を防止するためにＡｕを用いた２層構造となる。ま
た、この場合の酸化防止層の下の第１層目の金属材料と
しては、ＴｉとＷとの合金等の材料を用い、膜厚は２０
００〜５０００Å程度である。

【０００５】次に、以上の下地金属層３５の表面に、メ
ッキレジストをスピンコート法等の方法を用いて塗布
し、既知のように、図示しないガラスマスクを用いて露
光、現像を実施してパターンニングを行い、図３（ｃ）
に示すように、メッキレジスト層３６および所定のレジ
スト開口部３７を形成する。即ち、この状態において、
アルミ電極３３の上部がレジスト開口部３７となって、
突起電極を形成する場所は全て開口された状態になり、
メッキされて欲しくない場所は全てメッキレジスト層３
６でコートされている状態となっている。

【０００６】次に、レジスト開口部３７に突起電極を形
成するために、噴流式メッキ方法またはディップ方法に
より、図４（ｄ）に示すように、レジスト開口部３７に
マッシュルーム状の突起電極金属材料である半田メッキ
３８を析出させる。なお、この突起電極金属材料（半田
メッキ３８）として共晶半田を用いた場合、Ｓｎの拡散
を遅らす意味で、半田を析出する前にＣｕを数μｍ析出
させてから半田を析出させることもある。次に、メッキ
レジスト層３６を剥離して下地金属層３５の表面を露出
させた後、ウェットエッチング方法により下地金属層３
５を、メッキ析出物（半田メッキ３８）をマスク代わり
にして表面層より順次その材料の専用エッチング液でエ
ッチングしていき、電極同士がショートしないようにし
て、図４（ｅ）に示したように、下地ペデスタル３９を
形成する。

【０００７】次に、スピンコート法等の方法により半田
用のフラックスを半田メッキ３８の表面に塗布し、Ｎ₂
による不活性雰囲気をもった図示しないリフロー炉に入
れ、マッシュルーム状のメッキ析出物（半田メッキ３
８）を溶融させた後、冷却して、図４（ｆ）に示したよ
うに、球状の突起電極４０を形成する。このように、従
来の突起電極４０の形成方法は、ウェット方式のメッキ
による半田メッキ３８の形成を必要とするものであっ
た。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来は突
起電極４０を形成するためにウェット方式のメッキによ
る半田メッキ３８の形成を必要としていたため、メッキ
設備およびメッキ工程が必要であり、そのメッキ液管理
など熟練を要することに加え、半田メッキの処理時間が
長く、生産性が悪いという問題があった。

【０００９】本発明の課題は、以上のような突起電極の
形成方法において、ウェット方式のメッキによらず、ド
ライな環境で半田による突起電極が簡易に形成できるよ
うにすることである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決すべく
請求項１記載の発明は、基板の電極部に設けられた下地
金属層の上に形成する半田による突起電極の形成方法で
あって、半田材をバインダーに混入させてシート状にし
た半田シートを用い、この半田シートを前記電極部に設
けられた前記下地金属層およびその周囲の保護膜上に貼
着した後、加熱により前記半田材および前記バインダー
を溶融させて前記電極部に設けられた前記下地金属層上
に集合させてから冷却固化して前記半田による前記突起
電極を形成するようにしたことを特徴としている。

【００１１】そして、請求項２記載の発明は、請求項１
記載の発明において、前記半田シートはベースシートに
貼着されていて、そのベースシート側からの加熱を伴っ
た押圧により前記バインダーが軟化して前記基板上に貼
着されるものであることを特徴としている。

【００１２】また、請求項３記載の発明は、請求項１ま
たは２記載の発明において、前記バインダーは樹脂材と
フラックスを混合したものであることを特徴としてい
る。

【００１３】

【作用】請求項１記載の発明によれば、半田材をバイン
ダーに混入させてシート状にした半田シートを、基板の
電極部に設けられた下地金属層およびその周囲の保護膜
上に貼着して、加熱により半田材およびバインダーを溶
融させて電極部に設けられた下地金属層上に集合させて
から冷却固化することによって、半田による突起電極を
形成するものであり、特に、半田シートを用いて基板上
に貼着するので、従来のようなウェット方式のメッキを
用いずに、ドライな環境下において、半田による突起電
極の形成が行える。なお、電極部の周囲の保護膜はガラ
ス質であり、半田に対しては濡れ性が悪いため、溶融し
た液状の半田は電極部に引き寄せられて集合し、保護膜
とは密着せず、付着しても容易に除去できる。

【００１４】そして、請求項２記載の発明によれば、ベ
ースシートに貼着された半田シートを、ベースシート側
からの加熱を伴った押圧によりバインダーを軟化させて
その接着力により基板上に貼着するので、接着剤を用い
ることなく、基板上への半田シートの貼着が行える。

【００１５】また、請求項３記載の発明によれば、半田
シートの半田材に混入するバインダーとして樹脂材とフ
ラックスを混合したものを用いるので、後でフラックス
を塗布する必要がなく、また、後の半田材の溶融の際に
電極部表面および半田材表面を活性化させられる。

【００１６】

【実施例】以下に、本発明に係る突起電極の形成方法の
実施例を図１および図２に基づいて説明する。図１
（ａ）〜（ｃ）および図２（ｄ）〜（ｆ）は本発明によ
る突起電極の形成方法を示したもので、１は基板、２は
酸化膜、３はアルミ電極、４は保護膜、５は下地金属
層、６は下地ペデスタル、７は板、８は送りリール、９
は巻き取りリール、１０はベースシート、１１は半田シ
ート、１２，１３はローラー、１４は突起電極である。

【００１７】先ず、図１（ａ）に示すように、シリコン
ウェハである基板１に酸化シリコン（ＳｉＯ₂）による
酸化膜２を介してアルミ電極３が形成されており、この
アルミ電極３の周囲は、酸化シリコンまたは窒化シリコ
ン（ＳｉＮ）等の絶縁膜による保護膜４により覆われて
いる。この保護膜４はパッシベーション膜とも言う。そ
して、図２（ｂ）に示すように、以上のアルミ電極３お
よび保護膜４の上に、スパッター法や真空蒸着法等の薄
膜形成方法により下地金属層５を形成する。この下地金
属層５は、実施例では図示のように、２層構造であり、
アルミ電極３側から接着層５ａ、バリア層５ｂで構成さ
れている。

【００１８】アルミ電極３側から１層目の接着層５ａに
用いられる金属材料としては、Ａｌ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｔｉ
とＷとの合金等であり、膜厚は２０００〜５０００Å程
度である。また、２層目のバリア層５ｂに用いられる金
属材料としては、Ｓｎの相互拡散を防止でき、かつ、突
起電極材料の半田との濡れ性を備えた材料であるＣｕを
用い、その膜厚は２〜３μｍである。ここで、バリア層
５ｂの表面の酸化を防止するためのＡｕは入らない。こ
れは、後述する半田シート１１にフラックスが混入して
いるためであり、バリア層５ｂとしてのＣｕが露出した
状態であっても問題はない。即ち、フラックスによって
Ｃｕ表面の酸化膜が還元されるからである。

【００１９】次に、図示しないが、スピンコート法によ
りレジスト（図示せず）を塗布し、ガラスマスクを用い
て露光、現像を行い、アルミ電極３上にレジストが残っ
た状態に加工した後、下地金属層５を表面層から順次専
用液によりエッチングしていき、図１（ｃ）に示すよう
に、下地ペデスタル６を形成する。これにより、突起電
極を形成する全てのアルミ電極３の部分には、この下地
ペデスタル６が設けられた状態となり、基板１の表面の
残りの部分は、全て保護膜４でコートされた状態とな
る。

【００２０】次に、以上の基板１の表面に、図２（ｄ）
に示すようにして、半田シート１１をラミネートにより
貼着する。即ち、半田シート１１は、半田材を樹脂材と
フラックスを混合したバインダーに混入させてシート状
にしたもので、基板１のサイズと予め同じサイズでベー
スシート１０上に貼着されていて、一端側から送りリー
ル８に巻かれた状態となっている。また、ベースシート
１０の他端側は巻き取りリール９に巻かれる状態となっ
ている。前述のように下地ペデスタル６が形成された基
板１は板７の上に置かれ、送りリール８からベースシー
ト１０および半田シート１１が、基板１上に供給され
て、巻き取りリール９にベースシート１１が巻き取られ
る。

【００２１】この時、１００℃程度の温度に加熱された
上部ローラー１２が、矢印で示したように、半田シート
１１を基板１の方向に加圧するように配設されており、
また、この上部ローラー１２は、所定の動力を得て図中
反時計廻り方向に回転するようになっている。そして、
板７の下面に接触する下部ローラー１３が、上部ローラ
ー１２と同期して回転するように配設されており、この
下部ローラー１３の回転方向は、図中時計廻り方向であ
る。この上部ローラー１２と下部ローラー１３の間を基
板１が板７とともに通過することで、ベースシート１０
面から半田シート１３に圧力と熱が加わり、半田シート
１３のバインダーが軟化し、接着力を得ることで、図２
（ｅ）に示すように、基板１の表面に端から連続して半
田シート１１が貼着される。

【００２２】次に、以上の基板１を、不活性雰囲気をも
ったリフロー炉に入れて加熱する。その加熱温度は、半
田シート１１の中に混入されている半田材が溶融する２
００℃〜２５０℃程度である。このような温度で基板１
を加熱すると、半田シート１１のバインダー内の低温樹
脂が軟化し、粘度が数ｃｐ程度になり、ほとんど溶液状
態になる。また、バインダー内のフラックスも溶け始
め、下地ペデスタル６表面のＣｕ表面の酸化物中の酸素
を取り去り、そのＣｕ表面を活性化（還元）するととも
に、半田材の表面の酸化物中の酸素も同時に取り去り、
表面を活性化させる。

【００２３】そして、半田の融点になると、下地ペデス
タル６上部に存在する半田材は溶け、下地ペデスタル６
表面に濡れ、薄くコーティングされた状態になる。ま
た、下地ペデスタル６周辺の半田材は溶けて集合しあ
い、液状の半田ボールを形成する。この下地ペデスタル
６周辺は、全てガラス質の保護膜４で覆われていて、半
田に対しては濡れ性が悪いため、液状の半田ボールは不
安定な状態にある。また、樹脂は液状態にあって移動し
やすい状態であり、ある程度の大きさになった液状の半
田ボールは、そのボール同士の表面張力により溶融しあ
い、さらに大きな液状半田ボールを形成する。

【００２４】以上により、下地ペデスタル６の極近傍の
液状半田ボールが、下地ペデスタル６にコートされた薄
目の半田をきっかけとして下地ペデスタル６に引き寄せ
られ、下地ペデスタル６に盛られる。これが連鎖して次
々と起こり、下地ペデスタル６周辺の半田が下地ペデス
タル６に引き寄せられ、下地ペデスタル６上に半田ボー
ルが自然と形成されることになる。また、下地ペデスタ
ル６より離れて保護膜４上に存在する半田材は、そこで
半田ボール状に集合するだけで、下地ペデスタル６には
引き寄せられない。その後、基板１を冷やせば、この状
態で先ず半田が固まり、次に樹脂、フラックスが固まっ
て、図２（ｆ）に示すように、球状の突起電極１４が形
成される。このような基板１の表面を溶剤で洗浄するこ
とで、その表面に残った残渣、余分な半田を取り去る。
この余分な半田は、下地ペデスタル６より離れて基板１
上に存在する半田材であり、保護膜４上でボール状とな
り、保護膜４とは密着しないので、容易に除去できる。

【００２５】以上の通り、本発明の突起電極の形成方法
によれば、特に、突起電極材料を半田シート１１で供給
し、基板１上にラミネートして貼着するので、ドライな
環境下で、しかも、非常に単純な方法によって半田バン
プによる突起電極１４を形成することができ、突起電極
の形成処理時間が短くなる。また、熟練のいるメッキ工
程が全く要らないため、設備が少なくて済む。そして、
半田シート１１にフラックスが混入されているため、ウ
ェットバック工程でフラックス塗布が要らなくて済む。
さらに、半田シート１１を使用するため、材料コストが
安く、かつ、生産性が飛躍的に高いものとなる。従っ
て、コストを大幅に下げることができる。

【００２６】なお、以上の実施例においては、半導体基
板への突起電極の形成としたが、本発明はこれに限定さ
れるものではなく、ガラス基板等への突起電極の形成で
あってもよい。また、その他、具体的な細部構造等につ
いても適宜に変更可能であることは勿論である。

【００２７】

【発明の効果】以上のように、請求項１記載の発明に係
る突起電極の形成方法によれば、半田材をバインダーに
混入させてなる半田シートを、基板の電極部に設けられ
た下地金属層およびその周囲の保護膜上に貼着して、加
熱により半田材およびバインダーを溶融させて電極部に
設けられた下地金属層上に集合させてから冷却固化する
ものであり、特に、半田シートを用いて基板上に貼着す
るため、従来のようなウェット方式のメッキを用いず
に、ドライな環境下において、半田による突起電極の形
成を簡易に行うことができる。従って、半田による突起
電極の形成処理時間を短縮して、生産性を高めることが
できる。

【００２８】そして、請求項２記載の発明に係る突起電
極の形成方法によれば、ベースシートに貼着された半田
シートを、ベースシート側からの加熱を伴った押圧によ
りバインダーを軟化させてその接着力により基板上に貼
着するため、接着剤を用いずに、基板上へ半田シートを
容易に貼着することができる。

【００２９】また、請求項３記載の発明に係る突起電極
の形成方法によれば、半田シートの半田材に混入するバ
インダーとして樹脂材とフラックスを混合したものを用
いるため、後でフラックスを塗布する必要が一切なく、
しかも、後の半田材の溶融の際に電極部表面および半田
材表面を活性化させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による突起電極の形成方法を示したもの
で、（ａ）はアルミ電極および保護膜の形成工程を示す
断面図、（ｂ）は下地金属層の形成工程を示す断面図、
（ｃ）は接合ペデスタルの形成工程を示す断面図であ
る。

【図２】図１の工程に続く本発明による突起電極の形成
方法を示すもので、（ｄ）は突起電極材料のラミネート
工程を示す断面図、（ｅ）は突起電極材料の貼着状態を
示す断面図、（ｆ）はウェットバックによる突起電極の
形成工程を示す断面図である。

【図３】従来の突起電極の形成方法を示したもので、
（ａ）はアルミ電極および保護膜の形成工程を示す断面
図、（ｂ）は下地金属層の形成工程を示す断面図、
（ｃ）はメッキレジストのパターンニング工程を示す断
面図である。

【図４】図３の工程に続く従来の突起電極の形成方法を
示すもので、（ｄ）はバンプメッキ工程を示す断面図、
（ｅ）はエッチングによる下地金属層の剥離工程を示す
断面図、（ｆ）はウェットバックによる突起電極の形成
工程を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 基板 ２ 酸化膜 ３ アルミ電極 ４ 保護膜 ５ 下地金属層 ６ 下地ペデスタル ７ 板 ８ 送りリール ９ 巻き取りリール １０ ベースシート １１ 半田シート １２，１３ ローラー １４ 突起電極

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板の電極部に設けられた下地金属層の
   上に形成する半田による突起電極の形成方法であって、 半田材をバインダーに混入させてシート状にした半田シ
   ートを用い、 この半田シートを前記電極部に設けられた前記下地金属
   層およびその周囲の保護膜上に貼着した後、 加熱により前記半田材および前記バインダーを溶融させ
   て前記電極部に設けられた前記下地金属層上に集合させ
   てから冷却固化して前記半田による前記突起電極を形成
   することを特徴とする突起電極の形成方法。
2. 【請求項２】 前記半田シートはベースシートに貼着さ
   れていて、そのベースシート側からの加熱を伴った押圧
   により前記バインダーが軟化して前記基板上に貼着され
   ることを特徴とする請求項１記載の突起電極の形成方
   法。
3. 【請求項３】 前記バインダーは樹脂材とフラックスを
   混合したものであることを特徴とする請求項１または２
   記載の突起電極の形成方法。