JPH11260847A - 半田バンプの形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半田バンプを形成する際のフラックスの残渣
や、半田バンプの形状不良等を抑制しうる半田バンプの
形成方法を提供する。 【解決手段】 基板１０の電極上に、半田バンプを形成
する半田バンプ形成工程と、基板１０の周囲を治具１８
により囲い、基板１０上及び治具１８上にフラックス２
１を塗布するフラックス塗布工程と、フラックス２１が
塗布された基板１０及び治具１８を加熱することにより
基板１０上の半田バンプ１６ａを溶解し、半田バンプを
ほぼ球形状に成形する加熱工程とを有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半田バンプの形成
方法に係り、特に、半田バンプを形成する際のフラック
スの残渣や、半田バンプの形状不良等を抑制しうる半田
バンプの形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体装置の高速動作の観点か
ら、信号の伝播経路を短縮する技術が求められている。
そこで注目されているのが、フリップチップ接合（Flip
Chip Bonding）技術、即ち、半導体チップ上に形成さ
れた半田バンプ（又は、金バンプや導電性樹脂）を、電
極が形成された基板上に載置し、熱を加えることにより
半田バンプを溶融して接続する技術である。フリップチ
ップ接続では、従来のようなリード線等を用いて接続す
る必要がないため、信号の伝播経路を短縮することがで
きる。

【０００３】フリップチップ接続を行う場合には、予め
半導体チップ側か基板側の少なくとも一方の電極上に、
半田バンプを形成しておく必要がある。半田バンプを形
成する方法としては、半田ペーストを用いた印刷法、半
田ボール法、蒸着法、転写法、メッキ法などがあり、多
数の微細な半田バンプを形成する場合には、蒸着法、転
写法、メッキ法などの方法が有効である。例えば、メッ
キ法により半田バンプを形成する場合には、以下のよう
にして半導体チップ側に半田バンプを形成することがで
きる。

【０００４】即ち、まず、所定の半導体素子や電極が形
成されたシリコンウェハ上に、電極に達する開口部を有
するレジストマスクを形成し、このレジストマスクをマ
スクとして半田メッキを行う。次に、シリコンウェハ上
に、酸化防止や酸化膜除去のためのフラックスを塗布
し、加熱することにより半田を溶解し、ほぼ球形状の半
田バンプを形成する。次に、シリコンウェハを所定の形
状に切り出せば、所望のシリコンチップを得ることがで
きる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来で
は、シリコンウェハ上にフラックスを塗布して、加熱、
溶解した後に、フラックスを洗浄すると、シリコンウェ
ハの外周部にフラックスの残渣が残りやすいという傾向
があった。また、シリコンウェハの外周部の半田バンプ
には、凹みなどの形状不良が生じやすい傾向があった。

【０００６】本発明の目的は、半田バンプを形成する際
のフラックスの残渣や、半田バンプの形状不良等を抑制
しうる半田バンプの形成方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的は、基板の電極
上に、半田バンプを形成する半田バンプ形成工程と、前
記基板の周囲を治具により囲い、前記基板上及び前記治
具上にフラックスを塗布するフラックス塗布工程と、前
記フラックスが塗布された前記基板及び前記治具を加熱
することにより前記基板上の前記半田バンプを溶解し、
前記半田バンプをほぼ球形状に成形する加熱工程とを有
することを特徴とする半田バンプの形成方法により達成
される。これにより、フラックスを塗布した際の周縁領
域が治具の周縁部に位置することとなるので、フラック
スの残渣は治具にのみ生じることとなり、基板の周縁部
にフラックスの残渣が生じるのを抑制することができ
る。また、同様に、基板の周縁部に生じやすい半田バン
プの形状不良も防止することができる。

【０００８】また、上記の半田バンプの形成方法におい
て、前記半田バンプ形成工程後、前記フラックス塗布工
程前に、前記基板を複数のチップに切断する切断工程を
有し、前記フラックス塗布工程では、前記チップの周囲
を前記治具により囲い、前記チップ上及び前記治具上に
フラックスを塗布することが望ましい。また、上記の半
田バンプの形成方法において、前記基板は半導体ウェハ
であることが望ましい。

【０００９】また、上記の半田バンプの形成方法におい
て、前記基板はプリント基板であることが望ましい。ま
た、上記の半田バンプの形成方法において、前記治具
は、前記基板の熱膨張係数とほぼ等しい熱膨張係数を有
する材料より成ることが望ましい。また、上記の半田バ
ンプの形成方法において、前記治具は、前記基板の形状
又は前記チップの形状とほぼ同一形状の開口部を有し、
前記フラックス塗布工程では、前記基板又は前記チップ
を前記開口部にはめ込むことにより、前記基板又は前記
チップの周囲を前記治具により囲うことが望ましい。

【００１０】また、上記の半田バンプの形成方法におい
て、前記治具は、複数の部材より成り、前記フラックス
塗布工程では、前記基板又は前記チップの周囲に前記複
数の部材を配置することにより、前記基板又は前記チッ
プの周囲を前記治具により囲うことが望ましい。また、
上記の半田バンプの形成方法において、前記半田バンプ
形成工程では、メッキ法、印刷法、半田ボール法、蒸着
法、又は転写法により前記半田バンプを形成することが
望ましい。

【００１１】

【発明の実施の形態】［第１実施形態］本発明の第１実
施形態による半田バンプの形成方法を図１乃至図３を用
いて説明する。図１及び図２は、本実施形態による半田
バンプの形成方法を示す工程断面図である。図３は、本
実施形態による半田バンプの形成方法を示す斜視図であ
る。

【００１２】まず、所定の半導体素子や電極等が形成さ
れた６インチのシリコンウェハ１０を用意する。この
後、電極上に、電解メッキ法により、膜厚２μｍのニッ
ケル膜（図示せず）を形成する。このニッケル膜は、後
工程で電極上に形成する半田バンプ１６（図１（ｃ）参
照）が電極内に拡散するのを防止するためのバリアメタ
ルとして機能するものである。

【００１３】次に、シリコンウェハ１０上に、レジスト
を塗布することにより、レジスト膜１２を形成する（図
１（ａ）参照）。次に、レジスト膜１２をパターニング
することにより、電極に達する開口部１５を有するレジ
ストマスク１４を形成する（図１（ｂ）参照）。次に、
レジストマスク１４をマスクとして、電解メッキ法によ
り、電極上に膜厚４０μｍの半田バンプ１６を形成す
る。半田バンプ１６の材料としては、Ｐｂ−５ｗｔ％Ｓ
ｎを用いることができる（図１（ｃ）参照）。

【００１４】次に、レジストマスク１４を除去する。こ
の段階では、電極上には、側壁が直線状、即ちストレー
トウォール形状の半田バンプ１６ａが形成されている
（図１（ｄ）参照）。次に、図３（ａ）に示すようなド
ーナツ形の治具１８に、半田バンプ１６ａが形成された
シリコンウェハ１０（図３（ｂ）参照）をはめ込む（図
３（ｃ）参照）。治具１８を用いるのは、下記のような
理由によるものである。即ち、従来から、フラックスの
残渣はフラックスを塗布した際の外周領域に生じやすい
傾向があった。そこで、本実施形態では、シリコンウェ
ハ１０の外周部を治具１８により囲うようにした。これ
により、フラックスの残渣は治具１８にのみ生じること
となり、シリコンウェハ１０の外周部にフラックスの残
渣が生じるのを抑制することができる。また、同様に、
シリコンウェハ１０の外周部に生じやすい半田バンプの
形状不良も防止することができる。

【００１５】なお、このドーナツ形の治具１８は、８イ
ンチのシリコンウェハを用意し、ＹＡＧレーザ等によ
り、この８インチのシリコンウェハに直径６インチの開
口部２０を形成することにより作製することができる。
この開口部２０は、半田バンプ１６ａが形成されたシリ
コンウェハ１０と嵌合するように適宜形成することが望
ましい。なお、治具１８の材料としてシリコンウェハを
用いたのは、半田バンプ１６ａが形成されたシリコンウ
ェハ１０と熱膨張係数が等しい同質の材料を用いること
により、後工程での加熱における熱膨張の不一致による
不具合を防止するためである。

【００１６】次に、全面にフラックス２１を塗布する
（図２（ａ）参照）。次に、３６０℃で加熱し、ストレ
ートウォール形状の半田バンプ１６ａを溶解する。これ
により、半田の表面張力により、半田バンプ１６ｂがほ
ぼ球形状に成形されることとなる（図２（ｂ）参照）。
次に、キシレンを用いてシリコンウェハ１０と治具１８
とを洗浄し、フラックス２１を除去する（図２（ｃ）参
照）。

【００１７】次に、シリコンウェハ１０を治具１８から
はずす（図２（ｄ）参照）。このようにして、シリコン
ウェハ１０の電極上にほぼ球形状の半田バンプ１６ｂを
形成することができる。 （評価結果）本実施形態による半田バンプの形成方法の
効果を評価するため、上記の形成方法により電極上にほ
ぼ球形状の半田バンプ１６ｂが形成されたシリコンウェ
ハ１０の表面と、形成工程で用いられた治具１８の表面
とを観測したところ、下記のような評価結果が得られ
た。

【００１８】まず、電極上にほぼ球形状の半田バンプ１
６ｂが形成されたシリコンウェハ１０の表面には、フラ
ックス２１の残渣は確認されなかった。また、シリコン
ウェハ１０の電極上に形成されたほぼ球形状の半田バン
プ１６ｂには、凹みなどの形状不良は確認されなかっ
た。一方、治具１８の外周の表面には、フラックス２１
の残渣が確認された。

【００１９】このように、本実施形態によれば、シリコ
ンウェハと同一形状の開口部を形成した治具にシリコン
ウェハをはめ込むことにより、フラックスを塗布した際
の外周領域が治具の外周部に位置することとなる。これ
により、フラックスの残渣は治具にのみ生じることとな
り、基板の外周部にフラックスの残渣が生じるのを抑制
することができる。また、同様に、基板の外周部に生じ
やすい半田バンプの形状不良も防止することができる。

【００２０】［第２実施形態］本発明の第２実施形態に
よる半田バンプの形成方法を図４乃至図６を用いて説明
する。図４及び図５は、本実施形態による半田バンプの
形成方法を示す工程断面図である。図６は、本実施形態
による半田バンプの形成方法を示す斜視図である。図１
乃至図３に示す第１実施形態による半田バンプの形成方
法と同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省
略または簡潔にする。

【００２１】本実施形態による半田バンプの形成方法
は、チップサイズに切り出されたシリコンチップ上の電
極上に、ほぼ球形状の半田バンプを形成することを主な
特徴とするものである。まず、図４（ａ）乃至図４
（ｄ）に示す本実施形態による半田バンプの形成方法
は、図１（ａ）乃至図１（ｄ）に示す第１実施形態によ
る半田バンプの形成方法と同様であるので、説明を省略
する。

【００２２】次に、シリコンウェハ１０を１０ｍｍ角の
チップサイズに切断することにより、１０ｍｍ角のシリ
コンチップ１０ａを形成する（図４（ｅ）参照）。次
に、図６（ａ）に示すような額縁状の治具１８ａに、半
田バンプ１６ａが形成されたシリコンチップ１０ａ（図
６（ｂ）参照）をはめ込む（図６（ｃ）参照）。この額
縁状の治具１８ａは、２０ｍｍ角に切り出したシリコン
基板を用意し、超音波加工機により、この２０ｍｍ角の
シリコン基板に１０ｍｍ角の開口部２０ａを形成するこ
とにより作製することができる。この開口部２０ａは、
半田バンプ１６ａが形成された１０ｍｍ角のシリコンチ
ップ１０ａと嵌合するように適宜形成することが望まし
い。なお、治具１８ａの材料としてシリコン基板を用い
たのは、半田バンプ１６ａが形成されたシリコンチップ
１０ａと熱膨張係数が等しい同質の材料を用いることに
より、後工程での加熱における熱膨張の不一致による不
具合を防止するためである。

【００２３】この後の図５（ａ）乃至図５（ｄ）に示す
本実施形態による半田バンプの形成方法は、図２（ａ）
乃至図２（ｄ）に示す第１実施形態による半田バンプの
形成方法と同様であるので、説明を省略する。次に、第
１実施形態と同様にして、全面にフラックス２１を塗布
し（図５（ａ）参照）、この後、３６０℃で加熱して半
田バンプ１６ｂをほぼ球形状に成形し（図５（ｂ）参
照）、冷却した後、シリコンチップ１０ａと治具１８ａ
とを洗浄し（図５（ｃ）参照）、シリコンチップ１０ａ
を治具１８ａからはずす（図５（ｄ）参照）。

【００２４】このようにして、シリコンチップ１０ａの
電極上にほぼ球形状の半田バンプ１６ｂを形成すること
ができる。 （評価結果）本実施形態による半田バンプの形成方法の
効果を評価するため、上記の形成方法により電極上にほ
ぼ球形状の半田バンプ１６ｂが形成されたシリコンチッ
プ１０ａの表面と、形成工程で用いられた治具１８ａの
表面とを観測したところ、下記のような評価結果が得ら
れた。

【００２５】まず、電極上にほぼ球形状の半田バンプ１
６ｂが形成されたシリコンチップ１０ａの表面には、フ
ラックス２１の残渣は確認されなかった。また、シリコ
ンチップ１０ａの電極上に形成されたほぼ球形状の半田
バンプ１６ｂには、凹みなどの形状不良は確認されなか
った。一方、治具１８ａの周縁部の表面には、フラック
ス２１の残渣が確認された。

【００２６】このように、本実施形態によれば、シリコ
ンチップと同一形状の開口部を形成した治具にシリコン
チップをはめ込むことにより、フラックスを塗布した際
の周縁領域は治具の周縁部に位置することとなる。これ
により、フラックスの残渣は治具にのみ生じることとな
り、基板の周縁部にフラックスの残渣が生じるのを抑制
することができる。また、同様に、基板の周縁部に生じ
やすい半田バンプの形状不良も防止することができる。

【００２７】［第３実施形態］本発明の第３実施形態に
よる半田バンプの形成方法を図７乃至図９を用いて説明
する。図７及び図８は、本実施形態による半田バンプの
形成方法を示す工程断面図である。図９は、本実施形態
による半田バンプの形成方法を示す平面図である。図１
乃至図６に示す第１又は第２実施形態による半田バンプ
の形成方法と同一の構成要素には、同一の符号を付して
説明を省略または簡潔にする。

【００２８】本実施形態による半田バンプの形成方法
は、ＡｌＮ基板より成るプリント基板にほぼ球形状の半
田バンプを形成することを主な特徴とするものである。
まず、所定の配線パターンや電極等が形成された６ｃｍ
角のＡｌＮ基板２２を用意する。この後、電極上に、電
解メッキ法により、膜厚２μｍのニッケル膜（図示せ
ず）を形成する。

【００２９】次に、ＡｌＮ基板２２上に、レジストを塗
布することにより、レジスト膜１２ａを形成する（図７
（ａ）参照）。次に、レジスト膜１２ａをパターニング
することにより、電極に達する開口部１５ａを有するレ
ジストマスク１４ａを形成する（図７（ｂ）参照）。次
に、レジストマスク１４ａをマスクとして、電解メッキ
法により、電極上に膜厚４０μｍの半田バンプ１７を形
成する。半田バンプ１７の材料としては、Ｐｂ−５ｗｔ
％Ｓｎを用いることができる（図７（ｃ）参照）。

【００３０】次に、レジストマスク１４ａを除去する。
この段階では、電極上には、側壁が直線状、即ちストレ
ートウォール形状の半田バンプ１７ａが形成されている
（図７（ｄ）参照）。次に、図９に示すような８ｃｍ×
１ｃｍのＡｌＮ基板より成る治具２４ａと、６ｃｍ×１
ｃｍのＡｌＮ基板より成る治具２４ｂとをそれぞれ２枚
ずつ用い、半田バンプ１７ａが形成されたＡｌＮ基板２
２の周縁部を囲むように配置する。

【００３１】次に、全面にフラックス２１ａを塗布する
（図８（ａ）参照）。次に、３６０℃で加熱し、ストレ
ートウォール形状の半田バンプ１７ａを溶解する。これ
により、半田の表面張力により、半田バンプ１７ｂがほ
ぼ球形状に成形されることとなる（図８（ｂ）参照）。
次に、キシレンを用いてＡｌＮ基板２２、及び治具２４
ａ、２４ｂを洗浄し、フラックス２１ａを除去する（図
８（ｃ）参照）。

【００３２】次に、ＡｌＮ基板２２から治具２４ａ、２
４ｂをはずす（図８（ｄ）参照）。このようにして、Ａ
ｌＮ基板２２の電極上にほぼ球形状の半田バンプ１７ｂ
を形成することができる。 （評価結果）本実施形態による半田バンプの形成方法の
効果を評価するため、上記の形成方法により電極上にほ
ぼ球形状の半田バンプが形成されたＡｌＮ基板２２の表
面と、形成工程で用いられた治具２４ａ、２４ｂの表面
とを観測したところ、下記のような結果が得られた。

【００３３】まず、電極上にほぼ球形状の半田バンプ１
７ｂが形成されたＡｌＮ基板２２の表面には、フラック
ス２１の残渣は確認されなかった。また、ＡｌＮ基板２
２の電極上に形成されたほぼ球形状の半田バンプ１７ｂ
には、凹みなどの形状不良は確認されなかった。一方、
治具２４ａ、２４ｂの周縁部の表面には、フラックス２
１の残渣が確認された。

【００３４】このように、本実施形態によれば、半田バ
ンプが形成されたＡｌＮ基板の周囲にＡｌＮ基板より成
る治具を配置することにより、フラックスを塗布した際
の周縁領域が治具の周縁部に位置することとなる。これ
により、フラックスの残渣は治具にのみ生じることとな
り、ＡｌＮ基板の周縁部にフラックスの残渣が生じるの
を抑制することができる。また、同様に、ＡｌＮ基板の
周縁部に生じやすい半田バンプの形状不良も防止するこ
とができる。

【００３５】［変形実施形態］本発明は上記実施形態に
限らず種々の変形が可能である。例えば、第１乃至第３
実施形態では、シリコンウェハ、シリコンチップ、又は
プリント基板に半田バンプを形成する場合を例に説明し
たが、あらゆる対象に半田バンプを形成する場合に適用
することができる。

【００３６】また、第１乃至第３実施形態では、Ｐｂ−
５ｗｔ％Ｓｎを材料とした半田を用いたが、半田の材料
とはＰｂ−５ｗｔ％Ｓｎに限定されるものではなく、例
えば、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｉｎ、又はＢｉ等を材料とした半田
を用いてもよい。また、第３実施形態では、ＡｌＮ基板
を用いたが、ＡｌＮ基板に限定されるものではなく、Ａ
ｌ₂Ｏ₃基板等他の基板を用いてもよい。

【００３７】また、第３実施形態において、複数個のプ
リント基板が得られる、複数個分の配線パターン及び電
極が形成されたＡｌＮ基板を用い、このＡｌＮ基板の電
極上に半田バンプを形成し、この後、ＡｌＮ基板を切断
し、図７（ｄ）乃至図９に示す第３実施形態による半田
バンプの形成方法により、ほぼ球形状の半田バンプを形
成してもよい。

【００３８】また、第１乃至第３実施形態では、メッキ
法により半田バンプを電極上に形成したが、メッキ法の
み成らず、半田ペーストを用いた印刷法、半田ボール
法、蒸着法、転写法等により電極上に半田バンプを形成
してもよい。

【００３９】

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、基板の周
囲を治具で囲うことにより、フラックスを塗布した際の
周縁領域が治具の周縁部に位置することとなる。これに
より、フラックスの残渣は治具にのみ生じることとな
り、基板の周縁部にフラックスの残渣が生じるのを抑制
することができる。また、同様に、基板の周縁部に生じ
やすい半田バンプの形状不良も防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態による半田バンプの形成
方法を示す工程断面図（その１）である。

【図２】本発明の第１実施形態による半田バンプの形成
方法を示す工程断面図（その２）である。

【図３】本発明の第１実施形態による半田バンプの形成
方法を示す斜視図である。

【図４】本発明の第２実施形態による半田バンプの形成
方法を示す工程断面図（その１）である。

【図５】本発明の第２実施形態による半田バンプの形成
方法を示す工程断面図（その２）である。

【図６】本発明の第２実施形態による半田バンプの形成
方法を示す斜視図である。

【図７】本発明の第３実施形態による半田バンプの形成
方法を示す工程断面図（その１）である。

【図８】本発明の第３実施形態による半田バンプの形成
方法を示す工程断面図（その２）である。

【図９】本発明の第３実施形態による半田バンプの形成
方法を示す平面図である。

【符号の説明】

１０…シリコンウェハ １０ａ…シリコンチップ １２、１２ａ…レジスト膜 １４、１４ａ…レジストマスク １５、１５ａ…開口部 １６、１６ａ、１６ｂ…半田バンプ １７、１７ａ、１７ｂ…半田バンプ １８、１８ａ…治具 ２０、２０ａ…開口部 ２１、２１ａ…フラックス ２２…ＡｌＮ基板 ２４ａ、２４ｂ…治具

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板の電極上に、半田バンプを形成する
   半田バンプ形成工程と、 前記基板の周囲を治具により囲い、前記基板上及び前記
   治具上にフラックスを塗布するフラックス塗布工程と、 前記フラックスが塗布された前記基板及び前記治具を加
   熱することにより前記基板上の前記半田バンプを溶解
   し、前記半田バンプをほぼ球形状に成形する加熱工程と
   を有することを特徴とする半田バンプの形成方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の半田バンプの形成方法に
   おいて、 前記半田バンプ形成工程後、前記フラックス塗布工程前
   に、前記基板を複数のチップに切断する切断工程を有
   し、 前記フラックス塗布工程では、前記チップの周囲を前記
   治具により囲い、前記チップ上及び前記治具上にフラッ
   クスを塗布することを特徴とする半田バンプの形成方
   法。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の半田バンプの形成
   方法において、 前記基板は半導体ウェハであることを特徴とする半田バ
   ンプの形成方法。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の
   半田バンプの形成方法において、 前記基板はプリント基板であることを特徴とする半田バ
   ンプの形成方法。
5. 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の
   半田バンプの形成方法において、 前記治具は、前記基板の熱膨張係数とほぼ等しい熱膨張
   係数を有する材料より成ることを特徴とする半田バンプ
   の形成方法。
6. 【請求項６】 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の
   半田バンプの形成方法において、 前記治具は、前記基板の形状又は前記チップの形状とほ
   ぼ同一形状の開口部を有し、 前記フラックス塗布工程では、前記基板又は前記チップ
   を前記開口部にはめ込むことにより、前記基板又は前記
   チップの周囲を前記治具により囲うことを特徴とする半
   田バンプの形成方法。
7. 【請求項７】 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の
   半田バンプの形成方法において、 前記治具は、複数の部材より成り、 前記フラックス塗布工程では、前記基板又は前記チップ
   の周囲に前記複数の部材を配置することにより、前記基
   板又は前記チップの周囲を前記治具により囲うことを特
   徴とする半田バンプの形成方法。
8. 【請求項８】 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の
   半田バンプの形成方法において、 前記半田バンプ形成工程では、メッキ法、印刷法、半田
   ボール法、蒸着法、又は転写法により前記半田バンプを
   形成することを特徴とする半田バンプの形成方法。