(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にパターニングしたマスクを形成し、
その上から、Ｓｎ１−ｘＭｘ（Ｍ：Ａｕ，Ｉｎのうち少なくとも一つ以上を含みかつ０＜ｘ≦０．５）の組成になるように設定した膜厚のＳｎおよびＭを交互に２回以上繰り替えして蒸着してＳｎおよびＭの多層膜を形成し、
その後マスクを除去して前記多層膜からなるはんだバンプ前駆体を形成し、
つぎにアニールを行ってバンプ前駆体の組成の均一化を行い、
さらに、前駆体と同一の組成のＳｎとＭとの合金の共晶温度においてリフローさせることを特徴とする鉛フリーはんだバンプの形成法。
【請求項２】
基板上にパターニングしたマスクを形成し、
その上から、Ｓｎ１−ｘＭｘ（Ｍ：Ａｕ，Ｉｎのうち少なくとも一つ以上を含みかつ０＜ｘ≦０．５）の組成になるように設定した膜厚のＳｎおよびＭを交互に６回繰り替えして蒸着してＳｎおよびＭの多層膜を形成し、
その後マスクを除去して前記多層膜からなるはんだバンプ前駆体を形成し、
つぎにアニールを行ってバンプ前駆体の組成の均一化を行い、
さらに、前駆体と同一の組成のＳｎとＭとの合金の共晶温度においてリフローさせることを特徴とする鉛フリーはんだバンプの形成法。
【請求項３】
前記はんだバンプ前駆体のアニールを該前駆体と同一の組成のＳｎとＭとの合金の共晶温度より低い温度で行うことを特徴とする請求項１または２に記載の鉛フリーはんだバンプの形成法。
【請求項４】
パターニングするマスクとして有機レジスト材を用い、
リフトオフ法によりマスクを除去することを特徴とする請求項１または２に記載の鉛フリーはんだバンプの形成法。
【請求項５】
パターニングするマスクとして金属マスクを用いることを特徴とする請求項１または２に記載の鉛フリーはんだバンプの形成法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイス等に使用される鉛フリーはんだバンプ及びその形成法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境汚染物質の削減やその代替物質への転換が呼ばれている中、電子機器の基板配線に大きな寄与をしてきたはんだの主成分である鉛の毒性がクローズアップされてきた。この発端は地下水を飲料水としているアメリカにおいて許容値を越える鉛が検出され、この原因が廃家電等のプリント基板が酸性雨にさらされることによって溶出したものと判断されたことによる。
【０００３】
本来鉛の使用が最も多いのが自動車用のバッテリであり７０％と圧倒的で、はんだは他の鉛台金と合わせても３％前後の割合でしかない。しかし、バッテリは回収可能であるが、家電製品のプリント基板に使用されているはんだは回収が不可能に近く、廃家電はゴミという形で廃棄され、前述のように一度溶出してしまえば環境に与える影響は大きい。このような背景から鉛を含まないはんだ（鉛フリーはんだ）採用にむけての検討が各国で精力的に行われている。
【０００４】
従来使われている鉛−スズ共晶はんだは融点、濡れ性、強度、価格等いずれにおいても優れた特性を有するが、これを凌駕する鉛フリーはんだを開発することは以下のような問題点があり非常に困難である。
【０００５】
鉛フリーはんだはリフロー温度を反映する融点の観点からベースとなる材料にはスズが用いられ、第二元素としてビスマス、銀、銅、亜鉛、インジウム等が添加されるのが一般的である。しかしインジウムを除いていずれの組み合わせにおいても共晶温度は鉛−スズはんだのそれよりも高く、さらに濡れ性、強度、酸化等の点でも問題が多い。
【０００６】
一方においてマルチメディア社会を支える、高速で広帯域な光通信用モジュールを構成する光デバイスや超高周波用電子デバイスの特性劣化を引き起こすことなく実装するためにはんだバンプとその形成技術は益々重要となってきている。特に携帶電話等の小型移動体通信手段の発展とともにデバイスの集積小型化が進みこのモジュール化に対応できる微小バンプとその形成法が必要とされている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
微小バンプを形成するためにははんだ材料を蒸着する手法が一般的である。しかし二元以上の金属からなるはんだ合金を蒸着しても通常は単体金属の蒸気圧が大きく異なるため、もとのはんだ合金と同じ組成の金属薄膜を得ることは非常に困難である。このため従来、鉛−スズ系微小はんだバンプを作製する場合には、所望の組成（例えばＳｎ７４％−Ｐｂ２６％）の薄膜を成膜するために２つの電子ビームを用いてスズと鉛の蒸気圧制御を独立に行なわねばならず、装置大型化と高度な作成技術が要求されるといった問題があった。
【０００８】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、スズと鉛以外の金属との組み合わせによる鉛フリーはんだバンプを提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、スズと鉛以外の金属との組み合わせにおいて、通常の蒸着法によりスズの層膜と鉛以外の金属の層膜とによる多層膜の形成により目的の組成とし、低温アニールとリフローを行なって鉛フリーはんだバンプを形成する鉛フリーはんだバンプ形成法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明は、スズに対して鉛以外の相互拡散係数の大きい金属を選定しこの組み合わせの多層膜形成による蒸着法を採用することを特徴とする。
つまり、請求項１の発明は、基板上にパターニングしたマスクを形成し、その上から、Ｓｎ１−ｘＭｘ（Ｍ：Ａｕ，Ｉｎのうち少なくとも一つ以上を含みかつ０＜ｘ≦０．５）の組成になるように設定した膜厚のＳｎおよびＭを交互に２回以上繰り替えして蒸着してＳｎおよびＭの多層膜を形成し、その後マスクを除去して前記多層膜からなるはんだバンプ前駆体を形成し、つぎにアニールを行ってバンプ前駆体の組成の均一化を行い、さらに、前駆体と同一の組成のＳｎとＭとの合金の共晶温度においてリフローさせることを特徴とする鉛フリーはんだバンプの形成法である。
請求項２の発明は、基板上にパターニングしたマスクを形成し、その上から、Ｓｎ１−ｘＭｘ（Ｍ：Ａｕ，Ｉｎのうち少なくとも一つ以上を含みかつ０＜ｘ≦０．５）の組成になるように設定した膜厚のＳｎおよびＭを交互に６回繰り替えして蒸着してＳｎおよびＭの多層膜を形成し、その後マスクを除去して前記多層膜からなるはんだバンプ前駆体を形成し、つぎにアニールを行ってバンプ前駆体の組成の均一化を行い、さらに、前駆体と同一の組成のＳｎとＭとの合金の共晶温度においてリフローさせることを特徴とする鉛フリーはんだバンプの形成法である。
請求項３の発明は、請求項１または２に記載の鉛フリーはんだバンプの形成法において、前記はんだバンプ前駆体のアニールを該前駆体と同一の組成のＳｎとＭとの合金の共晶温度より低い温度で行うことを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項１または２に記載の鉛フリーはんだバンプの形成法において、パターニングするマスクとして有機レジスト材を用い、リフトオフ法によりマスクを除去することを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項１または２に記載の鉛フリーはんだバンプの形成法において、パターニングするマスクとして金属マスクを用いることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
上記の課題を解決するために本発明の鉛フリーはんだバンプは、Ｓｎ１−ｘＭｘ（Ｍ：Ａｕ，Ｉｎのうち少なくとも一つ以上を含みかつ０＜ｘ≦０．５）なる組成を有する合金であることに特徴を有している。
【００１１】
また、本発明の鉛フリーはんだバンプの形成法は、基板上にパターニングしたマスクを形成し、その上から、Ｓｎ１−ｘＭｘ（Ｍ：Ａｕ，Ｉｎのうち少なくとも一つ以上を含みかつ０＜ｘ≦０．５）の組成になるように設定したＳｎおよびＭの膜厚を交互に蒸着して多層膜を形成し、その後マスクを除去して前記多層膜からなるはんだバンプ前駆体を形成し、つぎにアニールを行ってバンプ前駆体の組成の均一化を行い、さらに、前駆体の共晶温度においてリフローさせることに特徴を有している。
【００１２】
さらに、本発明の鉛フリーはんだバンプの形成法は、はんだバンプ前駆体のアニールを該前駆体の共晶温度より低い温度で行うことに特徴を有している。
【００１３】
また、本発明の鉛フリーはんだバンプの形成法は、パターニングするマスクとして有機レジスト材を用い、リフトオフ法によりマスクを除去することに特徴を有している。
【００１４】
さらに、本発明の鉛フリーはんだバンプの形成法は、パターニングするマスクとして金属マスクを用いることに特徴を有している。
【００１５】
【実施例】
以下に本発明の作用を本発明をなすに際して得た知見とともに説明する。
一般には合金膜の目的組成に合うように多層に膜を積層しても相互拡散係数が小さいために組成の均一化は生じない。しかし、もし相互拡散係数が大きな金属の組み合わせが見つかれば、蒸着法により多層膜を形成して目的の組成とし、適切な低温アニールを行なえば組成の均一化が起り所望の組成を有するはんだが形成できると考えた。
【００１６】
そこでスズをベースとして第二金属としてビスマス、銀、銅、亜鉛、インジウム、金のうち一つを選び合金とした場合の相互拡散について検討した。この中で金、インジウムの場合については相互拡散が大きく２００℃で合金化が起ることが報告されている[L.Buene,Thin Solid Films vol.47(1877)285,J.Bjontegaard et al.,Thin Solid Films voL.101(1983)253]。
【００１７】
図２はＡｕ−Ｓｎ系の相図（状態図）であり、縦軸は融点温度，横軸はＳｎ−Ａｕの割合を示している。図に示すように、Ｓｎ−Ａｕ系の共晶温度はＳｎ９５％−Ａｕ５％で２１７℃となっており、この組成になるように膜厚を選択し、比較的低温の約２００℃でアニールすれば所望の均一な合金が得られ、さらに温度を共晶温度まで上げればリフローすることが予想される。
【００１８】
このような検討結果のもとに本発明者らは、微小バンプはんだ形成に必要な合金膜の蒸着膜を得るために、幾多の実験を重ねる過程においてＳｎ−Ａｕ系もしくはＳｎ−Ｉｎ系においては所望の合金膜が形成できリフトオフ法によりはんだバンプ前駆体を形成し、約２２０℃以下でリフローして微小はんだバンプが形成することを見い出し本発明をなすに至った。
【００１９】
次に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、実施の形態は一つの例示であって、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で、種々の変更あるいは改良を行い得ることはいうまでもない。
【００２０】
（実施例１）
図１は、本発明の一実施例における鉛フリーはんだバンプの形成法を説明する工程図である。
(a) 基板１上に適当な有機レジスト材を塗布してマスク２とし、
(b) マスク２を露光、現像等によりパターンマスク３に形成し、
(c) パターンマスク３上にＳｎ９５％−Ａｕ５％の組成になるように、ＳｎとＡｕの薄膜を電子ビーム蒸着法により作成した。Ｓｎ：９００ｎｍ→Ａｕ：２８ｎｍを６回繰り替えし約５．５μ膜厚の多層膜４にした。
(d)その後、有機溶剤を用いたリフトオフ法によってパターンマスク３を除去し、多層膜４からなる８０μｍφの微小なはんだバンプ前駆体５を形成した。
(e) つぎに、フラックス液（ソルボンドＲ５００３）を塗布し、さらに約２００℃、１０ｍｉｎのアニールにより組成の均一化を行った。さらに、２１８℃に温度を上げてリフローを行い微小な鉛フリーはんだバンプ６を形成した。
【００２１】
（実施例２）
(b) 基板１上に８０μｍφの穴をパターニングした金属のパターンマスク３を用いた。
(c) パターンマスク３上にＳｎ９５％−Ａｕ５％の組成になるように、ＳｎとＡｕの薄膜を電子ビーム蒸着法により作成した。Ｓｎ：９００ｎｍ→Ａｕ：２８ｎｍを６回繰り替えし約５．５μ膜厚の多層膜４にした。
(d)その後、有機溶剤を用いたリフトオフ法によってパターンマスク３を除去し、多層膜４からなる８０μｍφの微小なはんだバンプ前駆体５を形成した。
(e) つぎに、フラックス液（ソルボンドＲ５００３）を塗布し、さらに約２００℃、１０ｍｉｎのアニールにより組成の均一化を行った。さらに、２１８℃に温度を上げてリフローを行い微小な鉛フリーはんだバンプ６を形成した。
【００２２】
（実施例３）
(a) 基板１上に適当な有機レジスト材を塗布してマスク２とし、
(b) マスク２を露光、現像等によりパターンマスク３に形成し、
(c) パターンマスク３上にＳｎ９５％−Ｉｎ５％の組成になるように、ＳｎとＩｎの薄膜を電子ビーム蒸着法により作成した。Ｓｎ：９００ｎｍ→Ｉｎ：２９ｎｍを６回繰り替えし約５．５μ膜厚の多層膜４にした。
(d)その後、有機溶剤を用いたリフトオフ法によってパターンマスク３を除去し、多層膜４からなる８０μｍφの微小なはんだバンプ前駆体５を形成した。
(e) つぎに、フラックス液（ソルボンドＲ５００３）を塗布し、さらに約１９０℃、１０ｍｉｎのアニールにより組成の均一化を行った。さらに、２１０℃に温度を上げてリフローを行い微小な鉛フリーはんだバンプ６を形成した。
【００２３】
（実施例４）
(a) 基板１上に適当な有機レジスト材を塗布してマスク２とし、
(b) マスク２を露光、現像等によりパターンマスク３に形成し、
(c) パターンマスク３上にＳｎ９５％−Ａｕ３％−Ｉｎ２％の組成になるように、Ｓｎ，Ａｕ，Ｉｎの薄膜を電子ビーム蒸着法により作成した。Ｓｎ：９００ｎｍ→Ａｕ：１６ｎｍ→Ｉｎ：１３ｎｍを６回繰り替えし約５．５μ膜厚の多層膜４にした。
(d)その後、有機溶剤を用いたリフトオフ法によってパターンマスク３を除去し、多層膜４からなる８０μｍφの微小なはんだバンプ前駆体５を形成した。
(e) つぎに、フラックス液（ソルボンドＲ５００３）を塗布し、さらに約２００℃、１０ｍｉｎのアニールにより組成の均一化を行った。さらに、２１０℃に温度を上げてリフローを行い微小な鉛フリーはんだバンプ６を形成した。
なお、本実施例１〜４ではＳｎ９５％−Ａｕ５％，Ｓｎ９５％−Ｉｎ５％，Ｓｎ９５％−Ａｕ３％−Ｉｎ２％の組成の合金についてのみその実施例を示したが、Ｓｎ，Ａｕ，Ｉｎの膜厚をＳｎ１−ｘＭｘ（Ｍ：Ａｕ，Ｉｎのうち少なくとも一つ以上を含みかつ０＜ｘ≦０．５）なる組成を有する合金となるよう設定して積層膜を形成し、実施例１〜４の何れかの方法で鉛フリーはんだバンプ６を形成しても良い。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明では、Ｓｎ−Ａｕ系もしくはＳｎ−Ｉｎ系においては蒸着により多層膜形成により所望の合金膜が形成でき、リフトオフ法により微小はんだバンプ前駆体を形成し、約２２０℃以下でリフローし微小鉛フリーはんだバンプが形成することができる。２２０℃以下という比較的低温でリフローできることは、特に化合物系半導体デバイスのパッケージ化において特に大きな貢献をなすものである。また、適切な低温アニールを行なえば組成の均一化が起り所望の組成を有するはんだが形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｅ）は、本発明の一実施例における鉛フリーはんだバンプの形成法を説明する工程図である。
【図２】本発明の基本思想を説明するためのＡｕ−Ｓｎ系の相図である。
【符号の説明】
１  基板
２  マスク
３  パターンマスク
４  多層膜
５  バンプ前駆体
６  鉛フリーはんだバンプ
【図１】
0003640017.tif 000002
【図２】
0003640017.tif 000003