(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、電解メッキによりバンプを形成する金属バンプの形成方法において、該基板上に、陰電極に接続される第１の金属膜部と、該第１の金属膜部から離間部により電気的に絶縁された第２の金属膜部を形成し、電解メッキは、先ず前記第１の金属膜部の前記離間部に隣接する所定部分に行い、該メッキの進行に伴って前記離間部に成長するメッキ層により、前記第１の金属膜部と前記第２の金属膜部とを電気的に短絡させ、その後は前記第１の金属膜部の所定部分と共に前記第２の金属膜部の所定部分に電解メッキを行うようにしたことを特徴とする金属バンプの形成方法。
【請求項２】
請求項１記載の金属バンプ形成方法において、メッキされるべき前記第１の金属膜部の所定部分と前記第２の金属膜部の所定部分とをフォトレジスト膜の同一開口部で設定することにより、同一バンプ内に段差を有する金属バンプを形成することを特徴とする金属バンプの形成方法。
【請求項３】
基板上に、電解メッキによりバンプを形成する金属バンプの形成方法において、該基板上に、陰電極に接続される第１の金属膜部と、該第１の金属膜部から離間部により電気的に絶縁され、かつ前記陰電極と電気的に接続されていない第２の金属膜部とを形成し、該第２の金属膜部には、メッキされるべき所定部分として、前記離間部に接する第１の所定部分を設けるとともに前記離間部に接しない箇所に前記第１の所定部分と電気的に接続された第２の所定部分を設け、前記第１の金属膜部の所定部分と前記第２の金属膜部の前記第１の所定部分とをフォトレジスト膜の同一開口部で設定し、前記第２の金属膜部の前記第２の所定部分をフォトレジスト膜の別の開口部で設定することにより、電解メッキは、先ず前記第１の金属膜部の前記離間部に隣接する所定部分に行い、該メッキの進行に伴って前記離間部に成長するメッキ層により、前記第１の金属膜部と前記第２の金属膜部の前記第１の所定部分とを電気的に短絡させ、その後は前記第１の金属膜部の所定部分と共に、前記第２の金属膜部の前記第１の所定部分および前記第２の所定部分に電解メッキを行い、前記第２の所定部分に前記第１の金属膜部の所定部分に形成する金属バンプより背丈の低い金属バンプを形成することを特徴とする金属バンプの形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ等の基板上に形成する金属パンプ（金属の突起）の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、基板上に金属バンプを形成する方法として、電解メッキ法が広く用いられている。電解メッキを行うには、バンプパターンの開口部をもつフォトレジスト膜を形成し、その開口部にメッキを行う方法が一般的であり、形成されるバンプの形状は次のようなものである。
【０００３】
フォトレジスト膜開口部内のみのメッキによりバンプをほぼ直立に形成したストレート型バンプやフォトレジスト膜の膜厚よりメッキ厚を高く付けることによりバンプ上部を下部より大きく形成したマッシュルーム型バンプ等である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来のバンプ形成方法では、メッキ厚はバンプ内、チップ内やウエハ内でほぼ均一に形成され、局所的にメッキ厚を変えることはできない。そのため、バンプ内に段差をもつバンプや、同一チップやウエハ内に高さの異なるバンプを形成しようとしても、一メッキ工程でそのようなバンプを形成することはできなかった。
【０００５】
上記のような高さの異なるバンプは、例えば以下に述べるようなフリップチップ方式ボンディング用のチップの電極に必要となる。
【０００６】
従来、整列した多ピンの半導体チップをフリップチップ方式で実装する場合、接着の良否をチェックするため、例えば半導体チップにボンディングチェック用のバンプ電極を設け、一方配線基板上にチェック用のパッドを設けておいて行う検査方法がある。
【０００７】
図５は、上記検査方法の説明図であり、同図（ａ）はボンディングされる半導体チップ１５の上面図である。チップ面にはバンプ電極１６が２列に整列して設けられ、検査用に利用される各列両端のバンプ電極１６間はそれぞれ金属膜の配線１７で接続されている。
【０００８】
同図（ｂ）は、半導体チップ１５が実装される配線基板１８の平面図である。各バンプ電極１６に対応する位置には、中央部にパッド１９、両端部には導通チェック端子を兼ねるパッド２０ａ及び２０ｂ（又はパッド１９と、それに接続された導通チェック用端子）が設けられる。同図（ｃ）は、半導体チップ１５が配線基板１８上にフリップチップ方式でボンディングされた状態を示したものである。
【０００９】
上記のようにチップ１５端部のバンプ電極１６同士が配線１７で接続されているために、ボンディング後、テスト用パッド２０ａ間及び２０ｂ間の導通をテストすることにより、少なくとも両端部のバンプ電極部の接着の良否を確認することができる。通常このように両端部の接続を代表的に確認することで済ませるが、当然ながらこの検査方法では中間部に接着不良箇所があってもそれを検出できない。
【００１０】
上記難点に対する改善策の一つは、チップ１５のバンプ電極の中、両端部のものの背を中間部のものに比べ低くすることで両端部の接着条件を中間部より厳しくし、両端部のチェックのみで確度よく全体のチェックを代行できるようようにすることである。
【００１１】
そのためには、同一チップ内に高さの異なるバンプを設ける必要が生じるが、従来の方法では、一メッキ工程でそれを実現することはできなかった。
【００１２】
本発明は、上記問題点を解消し、局所的にメッキ厚さのコントロールが可能となり、段付きバンプや、同一チップやウエハ内に高さの異なるバンプの形成が可能な金属バンプの形成方法を提供しようとするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、基板上に、電解メッキによりバンプを形成する金属バンプの形成方法において、該基板上に、陰電極に接続される第１の金属膜部と、該第１の金属膜部から離間部により電気的に絶縁された第２の金属膜部を形成し、電解メッキは、先ず前記第１の金属膜部の前記離間部に隣接する所定部分に行い、該メッキの進行に伴って前記離間部に成長するメッキ層により、前記第１の金属膜部と前記第２の金属膜部とを電気的に短絡させ、その後は前記第１の金属膜部の所定部分と共に前記第２の金属膜部の所定部分に電解メッキを行うようにした。
【００１４】
また、上記金属バンプ形成方法において、メッキされるべき前記第１の金属膜部の所定部分と前記第２の金属膜部の所定部分とをフォトレジスト膜の同一開口部で設定することにより、同一バンプ内に段差を有する金属バンプを形成するようにした。
【００１５】
また、基板上に、電解メッキによりバンプを形成する金属バンプの形成方法において、該基板上に、陰電極に接続される第１の金属膜部と、該第１の金属膜部から離間部により電気的に絶縁され、かつ前記陰電極と電気的に接続されていない第２の金属膜部とを形成し、該第２の金属膜部には、メッキされるべき所定部分として、前記離間部に接する第１の所定部分を設けるとともに前記離間部に接しない箇所に前記第１の所定部分と電気的に接続された第２の所定部分を設け、前記第１の金属膜部の所定部分と前記第２の金属膜部の前記第１の所定部分とをフォトレジスト膜の同一開口部で設定し、前記第２の金属膜部の前記第２の所定部分をフォトレジスト膜の別の開口部で設定することにより、電解メッキは、先ず前記第１の金属膜部の前記離間部に隣接する所定部分に行い、該メッキの進行に伴って前記離間部に成長するメッキ層により、前記第１の金属膜部と前記第２の金属膜部の前記第１の所定部分とを電気的に短絡させ、その後は前記第１の金属膜部の所定部分と共に、前記第２の金属膜部の前記第１の所定部分および前記第２の所定部分に電解メッキを行い、前記第２の所定部分に前記第１の金属膜部の所定部分に形成する金属バンプより背丈の低い金属バンプを形成するようにした。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の金属バンプ形成方法の基本的な原理を説明するための説明図である。
【００１７】
同図（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ電解メッキを始める前の処理を完了した状態を示す、簡略化した上面図及び断面図である。上面図は、フォトレジスト膜を剥がした状態で示している。
【００１８】
図中、１は半導体ウエハ、２はバンプを形成される電極、３は絶縁膜を示す。４はメッキ電源の陰電極に接続される金属膜で、バンプを形成する電極２に架かるように設けられる。５は絶縁膜３上に離間部６を挟んで設けられ金属膜４から電気的に絶縁された金属膜、７はフォトレジスト膜、８はその開口部（バンプ形成予定部）を示す。開口部８は図のように離間部６を跨ぎ両金属膜４及び５に架かるように設けられる。
【００１９】
電解メッキは、通常通り、メッキ金属材料を陽極とし、被メッキ部を陰極として行うが、本発明では金属膜のうち金属膜４にのみ陰電極を接続して行う。そのために、メッキの初期段階では、メッキ層の形成はフォトレジスト膜７の開口部８の金属膜４の部分にのみ進行する。（ｃ）は、この段階のメッキ層の状態を示したものであり、メッキ層９は金属膜４の上面とともに離間部６の絶縁膜に沿っても成長する。
【００２０】
上記メッキが更に進行すると、遂にはメッキ層の先端が金属膜５に達して金属膜５が金属膜４と電気的に短絡され、その後は金属膜５の上にもメッキ層が成長する。金属膜５上のメッキ層は、時間的に遅れてその形成が始まるので、同膜上には（ｄ）に示すように、金属膜４上に比べメッキ厚の薄いメッキ層１０が形成される。
【００２１】
なお、上記電気的短絡によるメッキ面積の変化により、電流密度が変化するので、その変化を監視し、設定電流密度が維持されるよう、供給電流をコントロールする。
【００２２】
上記のように、本発明の方法では、離間部６の方向に成長するメッキ層を、金属膜５のメッキ開始を遅らせる時限スイッチとして利用することになり、一工程の電解メッキで、同一ウエハ上にメッキ厚の異なる部分を形成することが可能となる。
【００２３】
金属膜５のメッキ開始の遅れは、メッキ速度と離間部６の距離で決まるので、これらを設定することにより、メッキ厚の差を所要な値にすることができる。
【００２４】
図２は、本発明の方法により段付きバンプを形成する実施例の説明図である。（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ上面図及び断面図を示す。
【００２５】
電極２が形成され、その周縁部を覆うように表面保護用の絶縁膜３が形成された半導体ウエハ１の上に金属バンプを形成する場合である。
【００２６】
先ず、ウエハ全面を覆って下記のような金属膜を蒸着やスパッタ等により形成する。例えば金バンプを形成する場合、電極２が金電極の場合は、直接金膜を、アルミニウム電極の場合は、先ずバリヤメタルとしてＴｉＷ等の膜を形成し、その上に金膜を形成する。
【００２７】
上記金属膜から図示のように、バンプ形成予定部８内を通るようように左右対称に設定したリング状部分をエッチングにより除去して離間部６を形成する。これにより金属膜は互いに絶縁された金属膜４と島状の二つの金属膜５とに分離される。
【００２８】
フォトリソグラフィにより、開口部（バンプ形成予定部）８をもつフォトレジスト膜７を形成し、金属膜４をメッキ電源の陰電極に接続してメッキを行うと、上述の原理により、各金属膜５には金属膜４より肉薄のメッキ層が形成され、その結果段付きの金属バンプ１１が形成される。
【００２９】
メッキ終了後、フォトレジスト膜７及び金属膜４、５の不要部分を除去処理してバンプ形成工程を終わる。
【００３０】
図３に、本発明の別の実施例を示す。同一ウエハ内に高さの異なるバンプを形成する場合の実施例であり、（ａ）および（ｂ）はそれぞれ上面図及び断面図を示す。
【００３１】
ウエハ１内の同一チップ内に設けられた電極２ａ及び２ｂにそれぞれ背の高いバンプ及び低いバンプを形成しようとする場合である。
【００３２】
絶縁膜３及び金属膜は図２の実施例の場合と同様にして形成するが、離間部６は、高いバンプ形成予定部（開口部８ａ）を横切り、かつ低いバンプ形成予定部（開口部８ｂ）を囲むように設けて金属膜４及び金属膜５を形成する。
【００３３】
開口部８ａ及び８ｂをもつフォトレジスト膜７を形成し、金属膜４を陰電極にに接続して電解メッキを行うと、開口部８ａでは、上述のように、初期段階では金属膜４上のみメッキされ、成長するメッキ層により両金属膜が短絡した後は金属膜５上にも成長して、一部に段差部分をもつバンプ１２（高いバンプ）が形成される。
【００３４】
一方、開口部８ｂは全体が金属膜５上にあるので、同開口部には上記段差部分と同じ高さのメッキ層が成長し、結果として開口部８ａに形成されるバンプ１２に比べ背の低いバンプ１３が形成される。メッキ終了後、フォトレジスト膜７及び金属膜４、５の不要部分は除去する。
【００３５】
いうまでもなく、金属膜４上に別の開口部を設ければ、同時に背の高い（段付きでない）バンプが形成できる。
【００３６】
なお、図３では金属膜５を単純な矩形パターンとしチップ内側に設けた場合を示したが、内側への設置を避けたい場合は、金属膜５をウエハ内のチップ隣接部に張り出すようように帯状に形成し、メッキ後上記隣接部をスクライブにより切除する対処方法もある。
【００３７】
また、更に本発明の方法の特徴である時限スイッチ部分（段差付きのバンプが形成される部分）をチップ隣接部に形成してメッキを行い、メッキ後上記隣接部を切除する形成方法も可能であり、この場合は、低い方のバンプと同様、高い方のバンプも段差のないものが得られる。
【００３８】
図４により、本発明のパンプ形成方法により形成できる金属バンプの応用例について説明する。
【００３９】
（ａ）は、２個しか図示していないが、複数の段付きバンプを設けて利用する場合である。超音波ボンディング法で多数のバンプを同時に接着する場合、被接着部との接触が不十分な箇所があるとその部分がボンディング不良となるが、段付きバンプを用いると、先端部の面積が小さいので、同じ加圧でも全体的に接触がよくなり、多ピンの場合でも、接着むらのない良好なボンディングが可能となる。
【００４０】
また、段差の上の部分（小面積の部分）のみの溶融によりボンディングが行えるのでバンプの下部がくずれることがない。そのため、バンプ間のピッチを狭くすることができ、スペースファクタの改善にもつながる。
【００４１】
（ｂ）は、整列したバンプの中、両端には中央部の定常バンプ１４より低いバンプ１３、その内側に高さは定常の段付きバンプ１１を設けた場合であり、上述の解決すべき課題の項で述べた望ましいバンプ配列に当たるものである。
【００４２】
このように両端部のバンプの高さを低くした配列とすることにより、フリップチップ方式接着の場合、中央部に比べ両端部の接着条件が厳しくなるので、接着確認を両端部のみの導通テストで行うテスト方法の弱点が解消される。
（ｃ）は、バンプ電極１６と共に配線の一部にメッキ層２１を形成する場合である。例えば、電力用ＦＥＴ等の半導体チップで電流の大きい配線部分にメッキを付けたい場合、バンプ電極は金属膜４上に、メッキすべき配線部分は金属膜５上となるように離間部６を設けてメッキを行うことにより、容易に両部分を同時に形成することができる。
【００４３】
上記実施例の説明では、半導体ウエハの基板上に金属バンプを形成する場合について述べたが、本発明の方法は、絶縁膜や金属膜が形成できる基板上であれば実施できるのて、半導体ウエハに限らず、アルミナ、ＳｉＣ、ＡｌＮ等の基板、ガラス基板、絶縁材料でコーティングされた金属基板等各種の基板上に実施することができる。
【００４４】
また、実施例では、金属膜４と５の絶縁に表面保護用の絶縁膜３を利用した場合を示したが、いうまでもなく基板が絶縁基板の場合は、基板自体の絶縁を活用できるので、絶縁膜を特に形成する必要はない。
【００４５】
また、実施例では、離間部６の間隔は全て一定間隔の場合を示したが、メッキ厚のコントロールに関わる間隔寸法はフォトレジスト開口部８内の部分のみであり、その他の部分は関与しないので単に絶縁が保たれればよく、一定間隔とする必要はない。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の金属パンプ形成方法によれば、互いに離間され絶縁された第１の金属膜と第２の金属膜を設け、電解メッキは、先ず前記第１の金属膜部の前記離間部に隣接する所定部分に行い、該メッキの進行に伴って前記離間部に成長するメッキ層により、前記第１の金属膜部と前記第２の金属膜部とを電気的に短絡させ、その後は前記第１の金属膜部の所定部分と共に前記第２の金属膜部の所定部分に電解メッキを行うようにしたので、従来の方法ではできなかった局所的なメッキ厚のコントロールが可能となり、その結果、一メッキ工程で段付きバンプの形成や同一チップ内に背丈の異なるバンプを形成することが可能となった。
【００４７】
上記のような形状のバンプを利用することが可能となるため、上述のような、フリップチップ方式ボンデイングの接着テストの弱点が解消される。
【００４８】
また、超音波ボンディング法による接着を行う場合、段付きバンプを利用すると、接触性がよくなるため、多ピンの場合でも、接着むらのない良好なボンディングが得られ、また、バンプ間のピッチを狭くできる利点もあるので、スペースファクタの改善にもつながる。
【００４９】
また、金属パンプとともにそれに連なる電流容量の大きい配線部分を設けたい場合、本発明のバンプ形成方法を用いれば、容易に両部分を同時に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の金属バンプ形成方法の説明図である。
【図２】本発明の一実施例の説明図である。
【図３】本発明の別の実施例の説明図である。
【図４】本発明の方法により形成したバンプ形状の例図である。
【図５】フリップチップ方式接着の検査方法の説明図である。
【符号の説明】
１：半導体ウエハ、２：電極、３：絶縁膜、４：陰電極に接続される金属膜、５：絶縁される金属膜、６：離間部、７：フォトレジスト膜、８：開口部、９：初期段階のメッキ層、１０：第２段階のメッキ層、１１：段付きバンプ、１２：背の高いバンプ、１３：背の低いバンプ、１４：定常のバンプ、１５：半導体チップ、１６：バンプ電極、１７：接続配線、１８：配線基板、１９：電極接続用パッド、２０：接着テスト用パッド、２１：配線上のメッキ層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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