(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属部と、前記金属部を定義する誘電体層が形成された基板上にガイド層を形成するステップ；
前記ガイド層の間に半田粉末と樹脂とが混合された半田形成用物質を一次塗布するステップ；
前記ガイド層を除去するステップ；
前記半田形成用物質を前記半田粉末の融点より低い特定の温度にまで加熱して、前記半田粉末を前記金属部との表面張力によって前記金属部上に凝集させるステップ；
前記一次塗布された樹脂と前記金属部上に凝集されていない半田粉末を除去するステップ；
前記半田粉末が凝集された基板上に前記樹脂を二次塗布した後、加熱するステップ；及び
前記二次塗布された樹脂を除去するステップ；
を含む半田バンプ形成方法。
【請求項２】
前記半田形成用物質の一次塗布後に、ブレードを用いて前記半田形成用物質の上部分を掻き出すステップをさらに含む請求項１に記載の半田バンプ形成方法。
【請求項３】
前記半田粉末は、錫（Ｓｎ）及びインジウム（Ｉｎ）のうちの少なくとも１つの物質を含む請求項１又は２に記載の半田バンプ形成方法。
【請求項４】
前記半田粉末の平均直径は、前記金属部直径の１／５以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半田バンプ形成方法。
【請求項５】
前記樹脂は、エポキシ樹脂またはシリコン樹脂であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の半田バンプ形成方法。
【請求項６】
前記樹脂は、還元剤を含む請求項１〜５のいずれか１項に記載の半田バンプ形成方法。
【請求項７】
前記還元剤は、カルボキシル基（ＣＯＯＨ−）を含む酸物質であることを特徴とする請求項６に記載の半田バンプ形成方法。
【請求項８】
前記樹脂は、ハロゲンを含まない請求項１〜７のいずれか１項に記載の半田バンプ形成方法。
【請求項９】
前記金属部は、ＵＢＭ（Under Bump Metallization）又はＴＳＶ（Through Silicon Via）であり、
前記基板は、シリコンまたはガラス基板であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の半田バンプ形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体パッケージの半田バンプ形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１ａ乃至図１ｆは、従来技術による半田バンプ形成およびフリップチップボンディングの過程を示す図である。
【０００３】
先ず、半田バンプの形成過程を簡略すると、図１ａのように基板１０１上にスクリーンマスク１０３を載置し、図１ｂのように半田ペースト１０５を塗布した後、スクイーズを用いて半田ペースト１０５がスクリーンマスク１０３の溝を満たすようにする。次に、図１ｃのようにスクリーンマスク１０３を除去し、リフロー工程を行い、図１ｄのように半田１０７が形成された半田バンプを完成する。
【０００４】
次に、図１ｅのようにＡｕスタッド１１１が形成されたシリコンチップ１０９を裏返して半田１０７とＡｕスタッド１１１とを接合させ、圧力と熱を加えてボンディングを行う。このようにフリップチップボンディング工程が終わると、図１ｆのようにアンダーフィル１１３を塗布した後、モールディング工程を行い、パッケージングを完了する。
【０００５】
図２は、従来技術の問題点を説明するための図であって、フリップチップボンディング済みの半田バンプの接合部分を示す断面図である。
【０００６】
図２に示されたように、従来の技術では、フリップチップボンディング後に、半田１０７がＡｕスタッド１１１を完全に覆ってＡｕスタッド１１１付きＡｌパッドにまで半田１０７が浸透することがあり、この場合、Ａｕスタッド１１１が脱落するような不良が生じることがあり得る。
【０００７】
なお、１５０μｍ以下の微細パターンに、従来の技術を適用する場合は、スクリーンマスク１０３から半田ペースト１０５が抜けなくなるという問題が発生することがあり得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記の問題点を解決するために創案されたものであって、本発明の目的は、基板の上にスクリーンマスクを設けることなしに、微細サイズの半田バンプを形成する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記のような目的を達成するための本発明の一実施形態による半田バンプ形成方法は、金属部と、前記金属部を定義する誘電体層が形成された基板上にガイド層を形成するステップ、前記ガイド層の間に半田粉末と樹脂とが混合された半田形成用物質を一次塗布するステップ、前記ガイド層を除去するステップ、前記半田形成用物質を加熱して前記半田粉末を前記金属部上に凝集させるステップ、前記一次塗布された樹脂と前記金属部上に凝集されていない半田粉末を除去するステップ、前記半田粉末が凝集された基板上に前記樹脂を二次塗布した後、加熱するステップ、及び前記二次塗布された樹脂を除去するステップを含む。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、スクリーンマスクを設けることなしにガイド層を利用して半田粉末と樹脂とが混合された半田形成用物質を基板上に塗布し、これを加熱して半田粉末が基板に形成された金属部に凝集されるようにすることで、低い高さの半田バンプを形成することができる。
【００１１】
また、ピッチ１５０μｍ以下の微細パターンにおいてもバンプを形成することができ、半田バンプの高さが低いため、チップボンディング時に、半田が上チップのバンプ上に乗り、不良が生じるという問題を解決することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１ａ】従来技術による半田バンプ形成及びフリップチップボンディング過程を示す図である。
【図１ｂ】従来技術による半田バンプ形成及びフリップチップボンディング過程を示す図である。
【図１ｃ】従来技術による半田バンプ形成及びフリップチップボンディング過程を示す図である。
【図１ｄ】従来技術による半田バンプ形成及びフリップチップボンディング過程を示す図である。
【図１ｅ】従来技術による半田バンプ形成及びフリップチップボンディング過程を示す図である。
【図１ｆ】従来技術による半田バンプ形成及びフリップチップボンディング過程を示す図である。
【図２】従来技術によるフリップチップボンディング済みの半田バンプにおける接合部分を示す断面図である。
【図３ａ】本発明の一実施形態による半田バンプ形成方法を示す図である。
【図３ｂ】本発明の一実施形態による半田バンプ形成方法を示す図である。
【図３ｃ】本発明の一実施形態による半田バンプ形成方法を示す図である。
【図３ｄ】本発明の一実施形態による半田バンプ形成方法を示す図である。
【図３ｅ】本発明の一実施形態による半田バンプ形成方法を示す図である。
【図３ｆ】本発明の一実施形態による半田バンプ形成方法を示す図である。
【図３ｇ】本発明の一実施形態による半田バンプ形成方法を示す図である。
【図３ｈ】本発明の一実施形態による半田バンプ形成方法を示す図である。
【図４】図３ｄの凝集された半田粉末を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて撮影した写真である。
【図５】図３ｈの完成した半田を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて撮影した写真である。
【図６】シリコンチップを本発明によって形成された半田バンプにフリップチップボンディングを行った断面を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて撮影した写真である。
【図７】ＴＳＶを含むシリコンチップのボンディングに本発明を適用した例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
上述の目的、特徴及び長所については、添付の図面を参照して詳細に後述し、これらによって本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者が、本発明の技術的思想を容易に実施することができる。本発明の説明において、本発明に関連した公知の技術に関する具体的な説明は、本発明の要旨を不必要にぼかす可能性があると判断される場合は、その詳細な説明を省略する。以下、添付の図面に基づいて本発明に係る好適な実施形態を詳細に説明する。
【００１４】
図３ａ乃至図３ｈは、本発明の一実施形態による半田バンプ形成方法を示す図である。
【００１５】
先ず、図３ａに示されるように、金属部３０３と誘電体層３０５が形成された基板３０１上にガイド層３０７を形成して半田形成用物質の塗布領域を定義する。誘電体層３０５は、半田レジスト（solder resist）、ＢＣＢなどから形成されることができる。金属部３０３は、ＵＢＭ（Under Bump Metallization）または金属パッドであることができ、半田バンプ形成のために基板３０１に積層される金属層を意味する。ガイド層３０７は、金属またはポリマーから形成されることができ、金属部３０３を個別に分離するマスクとは異なる点に注意されたい。基板３０１は、ＵＢＭまたはＴＳＶ（Through Silicon Via）が形成されたシリコン基板、ガラス基板、またはＰＣＢ（Printed Circuit Board）のような有機基板であることができる。
【００１６】
次いで、図３ｂに示されるようにガイド層３０７の間に半田粉末３０９と樹脂３１１とが含まれた半田形成用物質を一次塗布する。樹脂３１１の基本物質は、硬化性樹脂で、当業界で公知慣用のエポキシ樹脂を使用することができる。例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ＤＧＥＢＡ）、４官能性エポキシ樹脂（ＴＧＤＤＭ）、ＴｒｉＤＤＭ、イソシアネート（isocyanate）、ビスマレイミド（bismaleimide）などを使用することができる。または、シリコン基盤の樹脂が使用されることもできる。但し、近年の環境に優しい技術の開発傾向に合わせてハロゲンを含まない物質を使用することが好ましい。
【００１７】
樹脂３１１は、還元剤を含んでおり、この還元剤は、半田粉末３０９と金属部３０３の酸化膜を除去し、半田粉末３０９と金属部３０３とが反応して金属間化合物を形成するようにする。このような還元剤としては、カルボキシル基（ＣＯＯＨ−）を含む酸であって、例えば、グルタル酸（glutaric acid）、リンゴ酸（malic acid）、アゼライン酸（azelaic acid）、アビエチン酸（abietic acid）、アジピン酸（adipic acid）、アスコルビン酸（ascorbic acid）、アクリル酸（acrylic acid）、クエン酸（citric acid）などを使用することができる。還元剤は、硬化性樹脂に対する重量比で０．０５〜２０ｐｈｒであることが好ましく、このような含量範囲を満たす場合は、金属間化合物の形成中における気泡の発生を最小化することができる。
【００１８】
半田粉末３０９は、錫（Ｓｎ）及びインジウム（Ｉｎ）のうちの少なくとも１つを含み、Ｓｎ、Ｉｎ、ＳｎＢｉ、ＳｎＡｇＣｕ、ＳｎＡｇ、Ｓｎ、Ｉｎ、ＡｕＳｎ及びＩｎＳｎからなる群から選択される１種以上の物質から形成されることができる。半田粉末３０９は、ＴＳＶ充填用組成物の総体積を基準に、１乃至５０体積％含まれることができる。半田粉末３０９の形状は、板状、球形、突起付き球形などであることができ、粒度は、ＩＰＣ標準、Ｊ−ＳＴＤ−００５「Requirements for Soldering Paste」によって定義される。半田粉末３０９の平均直径は、還元剤の還元力と含量に影響を及ぼすことができるため、両物質の相関関係を考慮して適切に選択することが好ましい。一般に、ＵＢＭまたは金属パッド径の１／５以下であることができる。
【００１９】
半田形成用物質の塗布後、図３ｃのようにブレード３１３を用いて半田形成用物質の上部分を掻き出して金属部３０３上に一定の高さに維持させ、ガイド層３０７を除去する。
【００２０】
次に、図３ｄのように半田形成用物質を加熱して半田粉末３０９が金属部３０３上に凝集されるようにする。このとき、温度を半田粉末３０９の溶融点付近に昇温することが好ましい。例えば、半田粉末３０９の組成がＳｎ３Ａｇ０．５Ｃｕである場合、最大温度を２１５℃に昇温する。温度を上げると、樹脂３１１の粘度が低下し、樹脂３１１に含まれている還元剤の影響によって半田粉末３０９と金属部３０３の酸化膜が除去され、これら間の表面張力によって半田粉末３０９が金属部３０３に凝集されるようになる。
【００２１】
次に、図３ｅのように洗浄工程を通じて金属部３０３に凝集されていない半田粉末３０９と樹脂３１１を除去する。
【００２２】
次に、図３ｆのように半田粉末３０９が凝集された基板上に上記と同様な樹脂またはフラックス（flux）３１１を二次塗布し、加熱することで、即ち、リフロー工程を通じて図３ｇに示されるように金属部３０３上に低い高さで半田３１５を形成する。
【００２３】
図３ｈは、二次塗布された樹脂３１１を除去後の、最終形成された半田バンプを示す図である。
【００２４】
図４は、図３ｄの凝集された半田粉末を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて撮影した写真である。高温による半田粉末３０９の部分的な溶食が示されている。
【００２５】
図５は、図３ｈの完成した半田を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて撮影した写真である。図４には、半田粉末３０９粒子が完全に溶けて半田バンプを形成していることが示されている。基板に形成された金属部３０９の組成は、Ｔｉ／Ｃｕ／Ａｕである。リフロー工程で金属部３０３上のＡｕが溶けてＳｎ３Ａｕ０．５Ｃｕ半田のＳｎと、侵入型の金属間化合物が形成されていることが確認された。なお、半田３１５の厚さは、１０μｍ以内である。金属部３０３は、Ｔｉ／Ｃｕ／Ａｕの以外にＴｉ／Ｎｉ／Ａｕ、Ｔｉ（Ｗ）／Ｎｉ／Ｃｕ／Ａｕ、Ｔｉ（Ｗ）／Ｎｉ／Ｃｕなど、種々の構造を有することができる。
【００２６】
図６は、図１ｅのようにシリコンチップ１０９にＡｕスタッド１１１を形成後、本発明によって形成された半田バンプにフリップチップボンディングが施された断面を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて撮影した写真である。
【００２７】
図６と図２とを比較すると、半田３１５の厚さが、約６μｍと非常に低いことが確認される。また、半田３１５は、Ａｕスタッド１１１の下界面にのみ存在し、Ａｕスタッド１１１に沿って濡れ広がらない。これは、半田３１５の量が少なく、また、半田バンプ内に存在する金属間化合物が半田３１５の流動的な流れを妨害した結果であると解釈される。
【００２８】
図７は、ＴＳＶを含むシリコンチップのボンディングに本発明を適用した例を示す図である。
【００２９】
図７に示されたように、ＴＳＶ７０３が形成されたシリコンチップ（または、ウェハ）７０１の積層時に、本発明によって形成された半田バンプを使用することができる。ＴＳＶ７０３は、一般に、Ｃｕを電解めっきして充填するが、積層のためのバンプ形成に、Ｃｕの一部をシリコンチップの外部へ突出させる方法が広く用いられている。このような突出部をＣｕピラー（pillar）７０５と呼ぶ。
【００３０】
従来は、Ｃｕピラー７０５の上にＣｕＳｎ半田を電解めっきしてバンプを形成していたが、本発明によれば、シリコンチップのＴＳＶ７０３上に図３ａ乃至図３ｈで説明した方法で半田７０７を形成して積層することができる。これにより、１０μｍ未満の低い高さで半田バンプを形成することができる。
【００３１】
なお、本発明の技術思想は、上述の好適な実施形態によって具体的に記述してきたが、上述の実施形態は、本発明を説明するためのもので、本発明を制限するためのものではない点に注意されたい。また、本発明の技術分野において通常の専門家であれば、本発明の技術思想の範囲内で種々に変更して実施することができる。
【図１ａ】
0005577378.tif 000002
【図１ｂ】
0005577378.tif 000003
【図１ｃ】
0005577378.tif 000004
【図１ｄ】
0005577378.tif 000005
【図１ｅ】
0005577378.tif 000006
【図１ｆ】
0005577378.tif 000007
【図３ａ】
0005577378.tif 000008
【図３ｂ】
0005577378.tif 000009
【図３ｃ】
0005577378.tif 000010
【図３ｄ】
0005577378.tif 000011
【図３ｅ】
0005577378.tif 000012
【図３ｆ】
0005577378.tif 000013
【図３ｇ】
0005577378.tif 000014
【図３ｈ】
0005577378.tif 000015
【図７】
0005577378.tif 000016
【図２】
0005577378.tif 000017
【図４】
0005577378.tif 000018
【図５】
0005577378.tif 000019
【図６】
0005577378.tif 000020