JPH09321048A - バンプ構造体、バンプ構造体の製造方法、ベアチップおよびベアチップの実装方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】フリップチップ実装を行っても実装時のヒート
サイクルによる熱ストレスの発生を軽減でき、電極パッ
ド、バンプへのクラックの発生を防止できるバンプ構造
体およびバンプの形成方法を提供することにある。 【解決手段】ウエハ１１上の電極パッド１２にバリアメ
タル層１４を介してバンプを形成したバンプ構造におい
て、前記バリアメタル層１４の上面に該バリアメタル層
１４より面積の大きい金属膜１５を設け、この金属膜１
５の上面に横断面積が前記金属膜１５より小さく、厚肉
のバンプ１６を形成したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、バンプ構造体、
バンプ構造体の製造方法、ベアチップおよびベアチップ
の実装方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ベアチップ等の半導体チップの電極パッ
ドに形成されたバンプ構造は、図５に示すように構成さ
れている。すなわち、１はウエハであり、このウエハ１
の上面の一部にはアルミニウムあるいはアルミニウム合
金材料からなる電極パッド２が形成され、この金属パッ
ド２の周辺部に位置する前記ウエハ１の上面はパッシベ
ーション膜３によって被覆されている。

【０００３】さらに、電極パッド２の上面にはパッシベ
ーション膜３の開口より大きいサイズのバリアメタル層
４が形成され、このバリアメタル層４の上面には金等の
バンプ５が形成されている。そして、前述のようにバン
プ５を有したベアチップ６は、図６に示すように、プリ
ント基板７の電極８に前記バンプ５を介してフリップチ
ップ実装されるようになっている。

【０００４】ところで、前記バンプ５は、図７に示す方
法によって形成されている。すなわち、半導体装置など
の電子部品本体をなすウエハ１の上面の一部に電極パッ
ド２を形成した後、この電極パッド２の上面を含むパッ
シベーション膜３の全面にスパッタリング法等によって
バリアメタル層４を形成する。次に、バリアメタル層４
を含むウエハ１の上面に３０μｍ以上の厚膜レジスト９
を塗布する。

【０００５】次に、バリアメタル層４に対向する厚膜レ
ジスト９を露光した後に現像し、バリアメタル層４の上
部の厚膜レジスト９に開口部１０を形成する。次に、ウ
エハ１を電気めっき槽に浸漬して電気めっき法によって
バリアメタル層４に金膜を成長させ、厚膜レジスト９に
囲まれた開口部１０の内部にバンプ５を形成する。バン
プ５を形成した後、前記厚膜レジスト９を除去し、さら
に前記パッシベーション膜３の上面のバリアメタル層４
をエッチングによって除去する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
たバンプ形成方法によって得られた肉厚ｄが２０μｍの
バンプ５を持ったベアチップ６をバンプ５を介してプリ
ント基板７にフリップチップ実装を行うと、実装時のヒ
ートサイクルによる熱ストレスが発生する。

【０００７】すなわち、プリント基板７のウエハ１との
熱膨張係数の差により、電極パッド２とバンプ５とにス
トレスがかかり、電極パッド２およびバンプ５にクラッ
クが発生し、結合部が破壊されることがある。

【０００８】本発明者の実験によれば、バンプ５を２０
μｍよりも厚肉にし、横断面積をパッシベーション膜３
の開口部よりも小さくすると、バンプ５が全体として細
くなり変形しやすくなる結果、応力を吸収するため電極
パッド２にクラックが発生しにくくなる。特に、バンプ
５の肉厚を３０μｍ以上にすると、クラックが発生しな
いことが実験的に確認されている。

【０００９】ところが、肉厚が３０μｍ以上の金バンプ
５を形成するために用いるレジストは、膜厚がバンプ５
の肉厚以上必要である。つまり、３０μｍ以上の厚膜レ
ジスト９が必要であるが、厚膜レジスト９に露光によっ
て小さい開口部１０を設けると、開口部１０が深い穴と
なり、アルミニウムの腐食性を持つレジスト現像液が深
い穴に残り、これがバリアメタル層４をしみ通り、アル
ミニウムやアルミニウム系の合金で形成されている電極
パッド２を腐食し、パッド５と電極パッド２との断線が
発生する恐れがある。

【００１０】さらに、バンプ５の横断面積が小さくなる
と、バンプ５と電極パッド２との密着力が小さくなると
共に、それに伴って電極パッド２上に被着しているパッ
シベーション膜３の開口サイズがさらに小さくなり、電
気抵抗が高くなるという問題も発生する。

【００１１】この発明は、前記事情に着目してなされた
もので、その目的とするところは、厚肉で横断面積が小
さいバンプを形成することができ、フリップチップ実装
を行っても実装時のヒートサイクルによる熱ストレスの
発生を軽減でき、電極パッド、バンプへのクラックの発
生を防止でき、また、厚肉で横断面積の小さいバンプで
あっても、例えばアルミニウムやアルミニウム合金で形
成されている電極パッドの腐食を防止でき、電極パッド
の断線を防止できるバンプ構造体、バンプ構造体の製造
方法、ベアチップおよびベアチップの実装方法を提供す
ることにある。バンプの形成方法を提供することにあ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明は前記目的を達
成するために、請求項１は、半導体ウエハと、この半導
体ウエハ上に設けられた電極パッドと、前記電極パッド
上に形成されたバンプと、前記電極パッドと前記バンプ
との間に介挿され前記電極パッドの金属の前記バンプ側
への拡散防止のためのバリアメタル層とを具備し、前記
バリアメタル層と前記バンプとの間には金属膜が介挿さ
れ、且つ、前記金属膜の前記バリアメタル層に対する接
触面は前記バリアメタル層の表面領域よりも大きく形成
されているとともに、前記バンプの前記金属膜に対する
接触面は前記金属膜の表面領域よりも小さく且つ前記バ
ンプの厚さは前記金属膜よりも厚肉に形成されているこ
とを特徴とするバンブ構造体にある。

【００１３】請求項２は、請求項１のバンプの肉厚は、
３０〜１００μｍであることを特徴とする。請求項３
は、請求項１の金属膜とバンプとは同一の材質で形成さ
れていることを特徴とする。

【００１４】請求項４は、半導体ウエハと、この半導体
ウエハ上に設けられた電極パッドと、前記電極パッド上
に形成されたバンプと、前記電極パッドと前記バンプと
の間に介挿され前記電極パッドの金属の前記バンプ側へ
の拡散防止のためのバリアメタル層とを具備するバンブ
構造体の製造方法において、前記バリアメタル層上にめ
っきによって前記バリアメタル層を被覆する金属膜を形
成する第１の工程と、前記金属膜が形成された前記半導
体ウエハ上に少くとも前記バンプの厚さと等しい厚さの
レジストを塗布する第２の工程と、前記レジストのうち
少なくとも前記金属膜の上部を被覆している領域のレジ
ストを除去する第３の工程と、前記レジストが除去され
た前記金属膜上にこの金属膜の表面領域よりも接触面が
小さく且つ前記金属膜よりも厚肉のバンプを形成する第
４の工程とを具備することを特徴とするバンプ構造体の
製造方法にある。

【００１５】請求項５は、基板と、この基板上に設けら
れた電極パッドと、前記電極パッド上に形成されたバン
プと、前記電極パッドと前記バンプとの間に介挿され前
記電極パッド側から前記バンプ側への金属の拡散防止の
ためのバリアメタル層とを具備し、前記バリアメタル層
と前記バンプとの間には金属膜が介挿され、且つ、前記
金属膜の前記バリアメタル層に対する接触面は前記バリ
アメタル層の表面領域よりも大きく形成されているとと
もに、前記バンプの前記金属膜に対する接触面は前記金
属膜の表面領域よりも小さく且つ前記バンプの厚さは前
記金属膜よりも厚肉に形成されていることを特徴とする
ベアチップにある。

【００１６】請求項６は、基板と、この基板上に設けら
れた電極パッドと、前記電極パッド上に形成されたバン
プと、前記電極パッドと前記バンプとの間に介挿され前
記電極パッド側から前記バンプ側への金属の拡散防止の
ためのバリアメタル層とを具備し、前記バリアメタル層
と前記バンプとの間には金属膜が介挿されているとも
に、前記金属膜の前記バリアメタル層に対する接触面積
は前記バリアメタル層の表面領域よりも大きく形成さ
れ、且つ、前記バンプの前記金属膜に対する接触面積は
前記金属膜の表面領域よりも小さく且つ前記バンプの厚
さは前記金属膜よりも厚肉に形成されているベアチップ
を実装基板に実装する実装方法において、前記実装基板
の配線電極上に前記バンプを介して前記ベアチップを位
置決めする位置決め工程と、前記位置決め工程後に前記
バンプを溶融させ前記ベアチップを前記実装基板に実装
するリフローはんだ付け工程とを有することを特徴とす
るベアチップ実装方法にある。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に基づいて説明する。図１は第１の実施形態のバンプ
構造体を示し、すなわち、１１はＬＳＩなどのベアチッ
プ部品の本体をなすウエハである。このウエハ１１はシ
リコン製の円板であって、さらに、この円板には前工程
で半導体装置として必要な各種パターンが形成されてい
る。後工程で半導体チップに分割されるようになってい
る。このウエハ１１の上面の一部にはアルミニウム材料
からなる電極パッド１２が形成され、この電極パッド１
２の周辺部に位置する前記ウエハ１１の上面は例えば窒
化シリコンなどのパッシベーション膜１３によって被覆
され、かつ電極パッド１２の表面の所定の領域が見える
ように開口部１８が形成されている。

【００１８】さらに、電極パッド１２の上面にはパッシ
ベーション膜１３の開口より大きいサイズの少なくとも
２層構造のバリアメタル層１４が形成され、このバリア
メタル層１４の上面には金属膜１５を介して金、銅ある
いはニッケル等のバンプ１６が形成されている。前記２
層構造のバリアメタル層１４は肉厚が０．２〜１．０μ
ｍの薄膜によって形成され、前記金属膜１５はバリアメ
タル層１４の面積より大きく、肉厚は２．０〜３．０μ
ｍの薄膜である。

【００１９】前記バリアメタル層１４はバンプ１６を成
長させるのに好適なようにＴｉ（チタン）またはＣｒ
（クロム）等の下側膜と、Ｃｕ（銅）、Ｐｄ（パラジウ
ム）、Ｎｉ（ニッケル）、Ａｕ（金）、Ｗ（タングステ
ン）等の上側膜とからなっている。また、バンプ１６は
金属膜１５より横断面積（図１の切断線Ａ−Ａ´で切断
したときの面積）が小さく、肉厚Ｄが３０〜４０μｍで
ある。

【００２０】このように構成されたバンプ構造体によれ
ば、プリント基板等にフリップチップ実装し、実装時の
ヒートサイクルによる熱影響を受けても、全体として細
まったバンプ１６は変形しやすくなっており、その結果
として応力を軽減でき、電極パッド１２、バンプ１６へ
のクラックの発生を防止できる。

【００２１】次に、前述したバンプ構造体の形成方法に
ついて説明する。図２に示すように、ウエハ１１の上面
の一部に電極パッド１２をリソグラフィ技術を用いて形
成した後、この電極パッド１２を含むウエハ１１の全面
にパッシベーション膜１３が形成される。そして、この
パッシベーション膜１３にフォトレジスト法により開口
部が形成される。さらに、この開口部から露出している
電極パッド１２の上面を含むウエハ１１の全面にスパッ
タリング法等によってバリアメタル層１４を形成する。
フォトレジスト法により電極パッド１２以外のバリアメ
タル層１４を除去する。次に、電極パッド１２上のバリ
アメタル層１４を含むウエハ１１の上面に少なくとも２
層で０．５〜１．０μｍの薄膜レジスト１７をスピンコ
ートにより塗布する。ここで、使用するレジストとして
は、例えば東京応化工業製のOFPR-800,OFPR-5000などの
ポジ型レジストやOMR-83などのネガ型レジストが好適で
ある。

【００２２】次に、電極パッド１２に対向する薄膜レジ
スト１７のみに紫外線（ＵＶ）光を露光した後、現像
し、バリアメタル層１４の上部の薄膜レジスト１７に開
口部１８を形成する。次に、ウエハ１１を電気めっき槽
に浸漬して電気めっき法によって前記開口部１８から前
記薄膜レジスト１７の肉厚以下の金めっきを行い、バリ
アメタル層１４に金属膜１５を形成する。

【００２３】金属膜１５を形成した後、金属膜１５の周
囲の薄膜レジスト１７を現像処理により除去し、金属膜
１５を含むバリアメタル層１４の上面に３０〜１００μ
ｍの厚膜レジスト２０を例えばスピンコート法により形
成する。ここで、使用する厚膜レジスト２０としては、
例えばヘキストインダストリー製のAZ LP-10,AZ 4903,P
MER AR900 が好適である。

【００２４】次に、金属膜１５に対向する厚膜レジスト
２０に紫外線（ＵＶ）光を露光した後に現像し、金属膜
１５の上部の厚膜レジスト２０に開口部２１を形成す
る。次に、ウエハ１１を再び電気めっき槽に浸漬して電
気めっき法によって前記開口部２１から前記金属膜１５
に肉厚が３０〜４０μｍの金めっきを行い、金属膜１５
に厚膜レジスト２０によって囲まれたバンプ１６を形成
する。

【００２５】バンプ１６を形成した後、前記厚膜レジス
ト２０を現像処理により除去し、最後に前記バリアメタ
ル層１４をエッチングによって除去することにより完成
する。

【００２６】前述のように、半導体装置の製造で使用す
るフォトレジスト（例えばOFPR-800,OFPR-5000などのポ
ジ型レジストやOMR-83などのネガ型レジスト）を用いる
ことができ、現像液のアルミニウム腐食性がないもの、
あるいは腐食性の弱いものを使用できる。さらに、レジ
ストが薄膜（０．５〜１．０μｍ）であるため、洗浄効
果が高く、現像液の排除性がよい。よって、アルミニウ
ムやアルミニウム系の合金でできている電極パッド１２
が腐食されることがなく、断線を防止できる。ここで、
使用するレジスト、現像液についてまとめると、表１の
通りである。

【００２７】

【表１】

【００２８】図３は、バンプ構造体の形成方法の第２の
実施形態を示し、第１の実施形態と同一部分には同一番
号を付して説明を省略する。本実施形態は、ウエハ１１
を電気めっき槽に浸漬して電気めっき法によって開口部
１８から前記薄膜レジスト１７の肉厚以下の金めっきを
行い、バリアメタル層１４に金属膜１５を形成するまで
は同じである。

【００２９】金属膜１５を形成した後、金属膜１５を含
むバリアメタル層１４の上面に３０〜１００μｍの厚膜
レジスト２０を形成する。次に、金属膜１５に対向する
厚膜レジスト２０に露光した後、現像し、金属膜１５の
真上位置にある厚膜レジスト２０に開口部２１を形成す
る。

【００３０】次に、ウエハ１１を再び電気めっき槽に浸
漬して電気めっき法によって前記開口部２１から前記金
属膜１５に肉厚が３０〜４０μｍの金めっきを行い、金
属膜１５に厚膜レジスト２０によって囲まれたバンプ１
６を形成する。バンプ１６を形成した後、前記厚膜レジ
スト２０を除去し、最後に前記バリアメタル層１４をエ
ッチングによって除去する。

【００３１】本実施形態においても、第１の実施形態と
同様の効果が得られる。図４（ａ）は第３の実施形態の
ベアチップを示し、すなわち、ベアチップ２１は半導体
ウエハに半導体装置として必要な各種パターンを形成し
た後に半導体チップに分割した基板２２を有している。
この基板２２の上面の一部にはアルミニウム材料からな
る電極パッド２３が形成され、この電極パッド２３の周
辺部に位置する前記基板２２の上面は例えば窒化シリコ
ンなどのパッシベーション膜２４によって被覆され、か
つ電極パッド２３の表面の所定の領域が見えるように開
口部２５が形成されている。

【００３２】さらに、電極パッド２３の上面にはパッシ
ベーション膜２４の開口より大きいサイズの少なくとも
２層構造のバリアメタル層２６が形成され、このバリア
メタル層２６の上面には金属膜２７を介して金、銅ある
いはニッケル等のバンプ２８が形成されている。前記２
層構造のバリアメタル層２６は肉厚が０．２〜１．０μ
ｍの膜によって形成され、前記金属膜２７はバリアメタ
ル層２６の面積より大きく、肉厚は２．０〜３．０μｍ
の膜である。

【００３３】前記バリアメタル層２６はバンプ２８を成
長させるのに好適なようにＴｉ（チタン）またはＣｒ
（クロム）等の下側膜と、Ｃｕ（銅）、Ｐｄ（パラジウ
ム）、Ｎｉ（ニッケル）、Ａｕ（金）、Ｗ（タングステ
ン）等の上側膜とからなっている。また、バンプ２８は
金属膜２７より横断面積（図４の切断線Ｂ−Ｂ´で切断
したときの面積）が小さく、肉厚Ｄが３０〜４０μｍで
ある。

【００３４】このように構成されたベアチップ２１によ
れば、実装基板２９に実装し、実装時のヒートサイクル
による熱影響を受けても、全体として細まったバンプ２
８は変形しやすくなっており、その結果として応力を軽
減でき、電極パッド２３、バンプ２８へのクラックの発
生を防止できる。

【００３５】また、ベアチップ２１を実装基板２９に実
装する方法は、図４（ｂ）に示すように、前記実装基板
２９の配線電極上に前記バンプ２８を介して前記ベアチ
ップ２１を位置決めした後、公知のリフローはんだ付け
工程によって前記バンプ２８を溶融させ、前記ベアチッ
プ２１を前記実装基板２９に実装する。

【００３６】

【発明の効果】この発明の請求項１〜３によれば、金属
膜がバンプの横断面積より大きいために、バリアメタル
層を大きくでき、同じサイズのバンプを形成する場合、
バンプの電極パッドに対する密着力が増加する。また、
バンプより大きな金属膜が電極パッド上にあることから
小さなサイズのバンプにしてもパッシベーション膜の開
口部を小さくする必要がなくなり、電気抵抗が高くなる
ことを防止できる。この結果、厚肉で横断面積が小さい
バンプを形成することができ、フリップチップ実装を行
っても実装時のヒートサイクルによる熱ストレスの発生
を軽減でき、電極パッド、バンプへのクラックの発生を
防止できる。

【００３７】請求項４によれば、厚肉で横断面積の小さ
いバンプであっても、３μｍ以下の金属膜のめっき成膜
工程を経てバンプ形成を行うようにしているので、金属
膜の成膜工程にて金属パッドに対する現像液による腐食
性がないフォトレジストの使用可能となり、例えばアル
ミニウムやアルミニウム系の合金で形成されている電極
パッドの腐食を防止でき、電極パッドの断線を防止でき
る。

【００３８】請求項５，６によれば、ベアチップにおい
ても、請求項１〜３の効果と同様に厚肉で横断面積が小
さいバンプを形成することができ、実装基板に実装を行
っても実装時のヒートサイクルによる熱ストレスの発生
を軽減でき、電極パッド、バンプへのクラックの発生を
防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施形態のバンプ構造の縦断
側面図。

【図２】同実施形態のバンプの形成方法を示す説明図。

【図３】この発明の第２の実施形態のバンプ形成方法を
示す説明図。

【図４】この発明の第３の実施形態のベアチップおよび
実装構造の縦断側面図。

【図５】従来のバンプ構造を示す縦断側面図。

【図６】従来のフリップチップ実装構造を示す側面図。

【図７】従来のバンプの形成方法を示す説明図。

【符号の説明】

１１…ウエハ １２…電極パッド １４…薄膜レジスト １５…金属膜 １６…バンプ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体ウエハと、この半導体ウエハ上に
   設けられた電極パッドと、前記電極パッド上に形成され
   たバンプと、前記電極パッドと前記バンプとの間に介挿
   され前記電極パッドの金属の前記バンプ側への拡散防止
   のためのバリアメタル層とを具備し、前記バリアメタル
   層と前記バンプとの間には金属膜が介挿され、且つ、前
   記金属膜の前記バリアメタル層に対する接触面は前記バ
   リアメタル層の表面領域よりも大きく形成されていると
   ともに、前記バンプの前記金属膜に対する接触面は前記
   金属膜の表面領域よりも小さく且つ前記バンプの厚さは
   前記金属膜よりも厚肉に形成されていることを特徴とす
   るバンブ構造体。
2. 【請求項２】 バンプの肉厚は、３０〜１００μｍであ
   ることを特徴とする請求項１記載のバンプ構造体。
3. 【請求項３】 金属膜とバンプとは同一の材質で形成さ
   れていることを特徴とする請求項１記載のバンプ構造
   体。
4. 【請求項４】 半導体ウエハと、この半導体ウエハ上に
   設けられた電極パッドと、前記電極パッド上に形成され
   たバンプと、前記電極パッドと前記バンプとの間に介挿
   され前記電極パッドの金属の前記バンプ側への拡散防止
   のためのバリアメタル層とを具備するバンブ構造体の製
   造方法において、前記バリアメタル層上にめっきによっ
   て前記バリアメタル層を被覆する金属膜を形成する第１
   の工程と、前記金属膜が形成された前記半導体ウエハ上
   に少くとも前記バンプの厚さと等しい厚さのレジストを
   塗布する第２の工程と、前記レジストのうち少なくとも
   前記金属膜の上部を被覆している領域のレジストを除去
   する第３の工程と、前記レジストが除去された前記金属
   膜上にこの金属膜の表面領域よりも接触面が小さく且つ
   前記金属膜よりも厚肉のバンプを形成する第４の工程と
   を具備することを特徴とするバンプ構造体の製造方法。
5. 【請求項５】 基板と、この基板上に設けられた電極パ
   ッドと、前記電極パッド上に形成されたバンプと、前記
   電極パッドと前記バンプとの間に介挿され前記電極パッ
   ド側から前記バンプ側への金属の拡散防止のためのバリ
   アメタル層とを具備し、前記バリアメタル層と前記バン
   プとの間には金属膜が介挿され、且つ、前記金属膜の前
   記バリアメタル層に対する接触面は前記バリアメタル層
   の表面領域よりも大きく形成されているとともに、前記
   バンプの前記金属膜に対する接触面は前記金属膜の表面
   領域よりも小さく且つ前記バンプの厚さは前記金属膜よ
   りも厚肉に形成されていることを特徴とするベアチッ
   プ。
6. 【請求項６】 基板と、この基板上に設けられた電極パ
   ッドと、前記電極パッド上に形成されたバンプと、前記
   電極パッドと前記バンプとの間に介挿され前記電極パッ
   ド側から前記バンプ側への金属の拡散防止のためのバリ
   アメタル層とを具備し、前記バリアメタル層と前記バン
   プとの間には金属膜が介挿されているともに、前記金属
   膜の前記バリアメタル層に対する接触面積は前記バリア
   メタル層の表面領域よりも大きく形成され、且つ、前記
   バンプの前記金属膜に対する接触面は前記金属膜の表面
   領域よりも小さく且つ前記バンプの厚さは前記金属膜よ
   りも厚肉に形成されているベアチップを実装基板に実装
   する実装方法において、前記実装基板の配線電極上に前
   記バンプを介して前記ベアチップを位置決めする位置決
   め工程と、前記位置決め工程後に前記バンプを溶融させ
   前記ベアチップを前記実装基板に実装するリフローはん
   だ付け工程とを有することを特徴とするベアチップ実装
   方法。