(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上にめっき用の厚いポジレジストと保護用の薄いポジレジストの二層レジストを塗布し、次に前記の厚いポジレジストと前記の薄いポジレジストの両方を貫通した孔を形成し、次に前記の孔の中に金属のコアをめっきで形成し、次に前記の薄いポジレジストを除去し、次に前記の金属コアを含む一回り大きい孔を前記の厚いポジレジストに形成し、次に前記の孔の中に金属表皮をめっきで形成する工程を少なくとも含むことを特徴とする二層バンプの形成方法。
【請求項２】
請求項１記載の二層バンプの形成方法において、前記の厚いポジレジストの厚さが２０μｍ以上、前記の薄いポジレジストの厚さが２μｍ以下であることを特徴とする二層バンプの形成方法。
【請求項３】
半導体基板上にめっき用の厚いポジレジストを塗布し、次に前記の厚いポジレジストに孔を形成し、次に前記の孔の中に金属のコアをめっきで形成し、次に前記の厚いポジレジストの表面を除去し、次に前記の金属コアを含む一回り大きい孔を前記の厚いポジレジストに形成し、次に前記の孔の中に金属表皮をめっきで形成する工程を少なくとも含むことを特徴とする二層バンプの形成方法。
【請求項４】
請求項３記載の二層バンプの形成方法において、前記の厚いポジレジストの厚さが２０μｍ以上であることを特徴とする二層バンプの形成方法。
【請求項５】
請求項３記載の二層バンプの形成方法において、前記の厚いポジレジストの表面を除去する厚さが２μｍ以下であることを特徴とする二層バンプの形成方法
【請求項６】
請求項３記載の二層バンプの形成方法において、前記の厚いポジレジストの表面を除去する方法が酸素プラズマによるエッチングであることを特徴とする二層バンプの形成方法。
【請求項７】
請求項１または請求項３記載の二層バンプの形成方法において、前記のコアの金属が銅であり、前記の表皮の金属が金であることを特徴とする二層バンプの形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は二層バンプの形成方法に関し、特にめっきによる半導体の電極用二層バンプの形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウェハの電極部分にめっきでバンプを形成する技術は昔からあった。しかし昔のバンプは金または半田の単層バンプであった。金バンプは作りやすく抵抗が低く接続の信頼性が高いが、材料費が非常に高い。一方半田バンプは材料費が安いが、作りにくく抵抗が高く接続の信頼性が低い。このため金バンプも半田バンプも一長一短であった。
【０００３】
これを改良するため二層のバンプが発明された。二層バンプでよく使われる材料は銅と金である。銅は材料費が安く抵抗が低いが、表面が酸化しやすい。表面が酸化すると接続の信頼性がなくなる。そこでバンプのコアを銅でつくり、バンプ表面を金で覆うようにした。銅の表面を金で覆えば銅が酸化することがない。
【０００４】
当初は特開平２−２５３６２８号公報、第３図のように単純に銅めっきの上に金めっきを積んでいた。これでも接続に必要な面は金めっきできるからである。ところがこの二層バンプは銅バンプの側面が露出しているため、そこが腐食することが分かった。すなわちこの構造は信頼性に欠ける。
【０００５】
そこで次に特開平２−２５３６２８号公報、第４図のように、銅バンプを形成したところでいったんレジストを除去し、再度銅バンプより一回り大きいレジストパターンを作り、それを用いて金めっきする方法が考えられた。こうすれば銅バンプの側面も金めっきで覆われるので、銅バンプが腐食することがない。こうして二層バンプの信頼性が確保できるようになった。
【０００６】
本発明のもとになる従来技術はこの二層バンプである。ただし特開平２−２５３６２８号公報、第４図の説明は簡単すぎて理解しにくい。また第４図の二回目のレジスト（６Ａ）の高さが銅バンプ（７）より低いのは不適当である。そのためここで従来の二層バンプを詳しく説明する。なお第４図の二回目のレジスト（６Ａ）の高さが銅バンプ（７）より低いのは不適当であるとは、もしそうであると、金めっき（８）が第４図のように一様な厚さにならず、レジストのないところは厚くついてキノコ形になるからである。バンプのピッチが以前のように広い場合はキノコ形でも差し支えないが、現在のようにピッチを極力狭くしなければならないときにキノコ形は都合が悪い。
【０００７】
図６（ａ）〜図１０（ｊ）は従来の二層バンプの形成方法を工程順に図解した斜視図である。図６（ａ）はバンプを形成する直前の半導体基板であり、シリコン基板３１の上面にアルミニウム配線３２を設けている。
【０００８】
次に図６（ｂ）のようにシリコン基板３１およびアルミニウム配線３２の上面を絶縁膜３３で覆う。ただしアルミニウム配線上３２の、後にバンプを形成する部分３２Ａは絶縁膜３３を除去しておく。
【０００９】
次に図６（ｃ）のように絶縁膜３３およびアルミニウム配線３２の上面に全面的にめっき用電極３４を形成する。めっき用電極３４はチタンなどをスパッタリングして形成し、後にバンプを電気めっきするのに使う。めっき用電極３４の厚さは１μｍ以下である。
【００１０】
次に図７（ｄ）のようにめっき用電極３４の上面に厚いレジスト３５を塗布する。このときバンプを形成する部分だけはフォトリソグラフィーによりレジスト３５に孔３６をあけておく。レジスト３５の厚さは２０μｍ程度必要である。レジスト３５として現在はポジレジストが普通であるがネガレジストでもよい。
【００１１】
次に図７（ｅ）のように銅バンプ３７を銅の電気めっきで形成する。レジスト３５の上に電気めっきはつかないから、レジスト３５の孔３６の中だけに電気めっきが成長する。レジスト３５の孔３６が四角柱であるので、出来上がった銅バンプ３７も四角柱になる。
【００１２】
次に図８（ｆ）のようにレジスト３５を除去して銅バンプ３７を露出させる。
【００１３】
次に図８（ｇ）のように一回目より厚いレジスト３８を全面に塗布する。しかし銅バンプ３７の所だけは、銅バンプ３７より一回り大きい孔３９をフォトリソグラフィーによりあけておく。二回目のレジスト３８の種類は一回目と同じでよい。
【００１４】
次に図９（ｈ）のように銅バンプ３７の側面と上面を覆うように金４０の電気めっきをおこない、コアが銅バンプ３７で表皮が金４０の二層バンプ４１を形成する。側面の金４０めっきはレジスト３８によって周囲を規制されているので一様な厚さになり、キノコ形にならない。前述のように、このとき二回目のレジスト３８が銅バンプ３７より低いと、レジスト３８より上の部分は金４０めっきが厚くついてキノコ形になり具合が悪い。
【００１５】
次に図９（ｉ）のように二回目のレジスト３８を除去して銅コア／金表皮の二層バンプ４１を露出させる。この段階ではめっき用電極３４により各二層バンプ４１（図示しないが二層バンプ４１は多数ある）がショートしている。
【００１６】
最後に図１０（ｊ）のようにめっき用電極３４をエッチングして取り除き、各二層バンプ４１を電気的に独立させ、半導体の電極として使えるようにする。
【００１７】
【特許文献１】
特開平２−２５３６２８号公報
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
前述の従来の方法により完成した二層バンプ４１の特性・信頼性には問題ない。しかしコストには問題がある。その理由は、レジスト塗布を二度するため（図７（ｄ）、図８（ｇ））、工程が長く、またレジスト３５、３８の費用が高くつくからである。めっき用のレジスト３５、３８は他の工程のレジストに比べて１０倍〜２０倍も厚いため材料費がかさむ。
【００１９】
レジスト３５、３８はめっきが終われば捨ててしまう。本願発明者は厚いレジスト３５、３８を二度も塗布することに大きな無駄を感じ、レジスト塗布を一度に減らせないか鋭意検討した結果本願発明をするに至った。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明の、めっきによる半導体の電極用二層バンプの形成方法においては、同じレジストに、一回目は小さい孔をあけて銅バンプのめっきに使い、二回目は孔を広げて金表皮をめっきするのに使うようにした。このように同一のレジストを孔のサイズを変えて二回使うようにしたのが本発明の特徴である。従来は孔のサイズを変えるたびにレジストを塗布し直していたから、本発明によりレジストの消費量が従来の約半分で済むことになる。めっき用のレジストは通常の工程のレジストの１０倍〜２０倍も厚いから材料費がかさむ。したがってレジストの消費量が半分になることはコストダウンに大きく寄与する。またレジスト塗布工程が一回減るから、それもコストダウンに寄与する。従来の方法によっても本発明の方法によっても、完成した二層バンプ自体に差はない。
【００２１】
請求項１記載の発明は、半導体基板上にめっき用の厚いポジレジストと保護用の薄いポジレジストの二層レジストを塗布し、次に前記の厚いポジレジストと前記の薄いポジレジストの両方を貫通した孔を形成し、次に前記の孔の中に金属のコアをめっきで形成し、次に前記の薄いポジレジストを除去し、次に前記の金属コアを含む一回り大きい孔を前記の厚いポジレジストに形成し、次に前記の孔の中に金属表皮をめっきで形成する工程を少なくとも含むことを特徴とする二層バンプの形成方法である。
【００２２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の二層バンプの形成方法において、前記の厚いポジレジストの厚さが２０μｍ以上、前記の薄いポジレジストの厚さが２μｍ以下であることを特徴とする二層バンプの形成方法である。
【００２３】
請求項３記載の発明は、半導体基板上にめっき用の厚いポジレジストを塗布し、次に前記の厚いポジレジストに孔を形成し、次に前記の孔の中に金属のコアをめっきで形成し、次に前記の厚いポジレジストの表面を除去し、次に前記の金属コアを含む一回り大きい孔を前記の厚いポジレジストに形成し、次に前記の孔の中に金属表皮をめっきで形成する工程を少なくとも含むことを特徴とする二層バンプの形成方法である。
【００２４】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の二層バンプの形成方法において、前記の厚いポジレジストの厚さが２０μｍ以上であることを特徴とする二層バンプの形成方法である。
【００２５】
請求項５記載の発明は、請求項３記載の二層バンプの形成方法において、前記の厚いポジレジストの表面を除去する厚さが２μｍ以下であることを特徴とする二層バンプの形成方法である。
【００２６】
請求項６記載の発明は、請求項３記載の二層バンプの形成方法において、前記の厚いポジレジストの表面を除去する方法が酸素プラズマによるエッチングであることを特徴とする二層バンプの形成方法である。
【００２７】
請求項７記載の発明は、請求項１または請求項３記載の二層バンプの形成方法において、前記のコアの金属が銅であり、前記の表皮の金属が金であることを特徴とする二層バンプの形成方法である。
【００２８】
【発明の実施の形態】
図１（ａ）〜図５（ｊ）は本発明の二層バンプの形成方法を工程順に図解した斜視図である。図１（ａ）はバンプを形成する直前の半導体基板であり、シリコン基板１１の上面にアルミニウム配線１２を設けている。
【００２９】
次に図１（ｂ）のようにシリコン基板１１およびアルミニウム配線１２の上面を絶縁膜１３（ＳｉＯ２またはＳｉＮｘ）で覆う。ただしアルミニウム配線１２上の、後にバンプを形成する部分１２Ａは絶縁膜１３を除去しておく。
【００３０】
次に図１（ｃ）のように絶縁膜１３およびアルミニウム配線１２の上面に全面的にめっき用電極１４を形成する。めっき用電極１４はチタンなどをスパッタリングして形成し、後にバンプを電気めっきするときの電極に使う。めっき用電極１４の厚さは１μｍ以下である。
【００３１】
次に図２（ｄ）のようにめっき用電極１４の上面にレジスト１５を二層塗布する。一層目（下側）のレジスト１５Ａの役割は、めっきの形状を規制することである。そのため一層目のレジスト１５Ａは厚く、その厚さは従来の方法の二回目のレジストと同じ厚さ、つまり最終的な（銅コア＋金表皮）の高さを超える２０μｍ以上の厚さが必要である。二層目（上側）のレジスト１５Ｂは、銅めっきの最中に一層目のレジスト１５Ａがめっき液により荒れたり変質したりするのを防ぐための保護カバーである。そのため二層目のレジスト１５Ｂは薄くてよい（２μｍ以下、１μｍ程度）。
【００３２】
一層目のレジスト１５Ａの種類は従来の方法のレジストと同じでよいが、但しポジレジストでなければならない（ネガレジストは使えない）。二層目のレジスト１５Ｂは銅めっき後に一層目のレジスト１５Ａから容易に剥離させられるものが適当である。従来の方法ではこのような種類のレジストは使わない。また二層目のレジスト１５Ｂもポジレジストでなければならない。
【００３３】
そしてバンプを形成する部分だけはフォトリソグラフィーにより一層目のレジスト１５Ａと二層目のレジスト１５Ｂを貫通した孔１６をあけておく。この孔１６のサイズが後に銅バンプのサイズになる。
【００３４】
次に図２（ｅ）のように銅バンプ１７を銅の電気めっきで形成する。レジスト１５の上に電気めっきはつかないから、レジスト１５の孔１６の中だけに電気めっきが成長する。レジスト１５の孔１６が四角柱であるので、出来上がった銅バンプ１７も四角柱になる。二層目のレジスト１５Ｂはめっき中にめっき液により荒れたり変質したりするが、一層目のレジスト１５Ａは二層目のレジスト１５Ｂで保護されているので、荒れたり変質したりしない。
【００３５】
次に図３（ｆ）のように荒れた二層目のレジスト１５Ｂを酸素プラズマにより剥離除去すると、荒れていない新鮮な一層目のレジスト１５Ａが現われる。
【００３６】
次に図３（ｇ）のようにフォトリソグラフィーにより一回目（図２（ｄ））の孔１６より一回り大きい孔１８を一層目のレジスト１５Ａに形成する。すなわち二回目の孔１８は銅バンプ１７より一回り大きいようにする。二回目の孔１８は次工程で金めっきに使う。本発明では同じ（一層目の）レジスト１５Ａに、一回目は小さい孔１６をあけて銅バンプ１７のめっきに使い、二回目は孔１８を広げて金表皮をめっきするのに使う。このように同一のレジスト１５Ａを孔１６、１８のサイズを変えて二回使うのが本発明の特徴である。従来は孔のサイズを変えるたびに新しくレジストを塗布していたから、本発明によりレジストの消費量が従来の約半分で済むことになる。めっき用のレジストは通常の工程のレジストの１０倍〜２０倍も厚いから材料費がかさむ。したがってレジストの消費量が半分になることはコストダウンに大きく寄与する。またレジスト塗布工程が一回減るから、それもコストダウンに寄与する。
【００３７】
本発明のように同一のレジスト１５Ａを孔１６、１８のサイズを変えて二回使うためには次の条件を満たさないといけない。
（１）レジスト１５がポジ形であること。ポジレジストは光の当った部分が溶解するようになるため、一回目は狭い範囲を露光して狭い範囲を溶解し、二回目には一回目を含む広い範囲を露光して広い範囲を溶解することができる。一方ネガレジストは光の当った部分が溶解しなくなるため、このようなことができない。
（２）二回目の露光の前にめっき工程があるが、めっき工程でレジストの表面が荒れたり変質したりすると、二回目の露光範囲通りにレジストが溶解できなくなる。したがってめっき工程ではレジストの保護をする必要がある。確実なのは図２（ｄ）のように薄い二層目のレジスト１５Ｂを保護カバーとして塗布することである（請求項１〜請求項２の方法）。しかし簡易な方法として、二層目のレジストを使わず、レジストを一層目１５Ａだけとし、二回目の露光の前にレジスト１５Ａの表面を酸素プラズマなどで１μｍ〜２μｍ削り新鮮な表面を出す方法もある（請求項３〜請求項６の方法、この方法は図示しない）。もちろんこの方がコストが安い。どちらを選ぶかはバンプのサイズ、数、密度、必要な信頼度などにより決める。
【００３８】
次に図４（ｈ）のように銅バンプ１７の側面、上面を覆うように金１９の電気めっきをおこない、コアが銅バンプ１７で表皮が金１９の二層バンプ２０を形成する。側面の金１９めっきはレジストによって周囲を規制されているので一様な厚さになり、キノコ形にならない。
【００３９】
次に図４（ｉ）のようにレジスト１５Ａを除去して銅コア／金表皮の二層バンプ２０を露出させる。この段階ではめっき用電極１４により各二層バンプ２０（図示しないが二層バンプ２０は多数ある）がショートしている。
【００４０】
最後に図５（ｊ）のようにめっき用電極１４をエッチングして取り除き、各二層バンプ２０を電気的に独立させ、半導体の電極として使えるようにする。
【００４１】
従来の方法によっても本発明の方法によっても、完成した二層バンプ２０自体に差はないが、コストは大きく異なる。その理由は、従来は高価な厚いレジストを二度も塗布しているが、本発明では一度の塗布で済むからである。
【００４２】
上の説明ではコアが銅、表皮が金であった。これに対しコアに鉛系半田などを、表皮にニッケル系合金などを使うことも考えられるが、あまりメリットが無いようである。したがって今のところ銅コア／金表皮が最適な組み合わせと思われる。
【００４３】
【発明の効果】
本発明の二層バンプ２０の形成方法においては、同じレジスト１５Ａに、一回目は小さい孔１６をあけて銅バンプ１７のめっきに使い、二回目は孔１８を広げて金表皮１９をめっきするのに使うようにした。このように同一のレジスト１５Ａを孔１６、１８のサイズを変えて二回使うようにしたのでレジストの消費量が従来の約半分で済むことになる。またレジスト塗布工程を一回減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の二層バンプの形成方法を工程順に図解した斜視図
【図２】  本発明の二層バンプの形成方法を工程順に図解した斜視図
【図３】  本発明の二層バンプの形成方法を工程順に図解した斜視図
【図４】  本発明の二層バンプの形成方法を工程順に図解した斜視図
【図５】  本発明の二層バンプの形成方法を工程順に図解した斜視図
【図６】  従来の二層バンプの形成方法を工程順に図解した斜視図
【図７】  従来の二層バンプの形成方法を工程順に図解した斜視図
【図８】  従来の二層バンプの形成方法を工程順に図解した斜視図
【図９】  従来の二層バンプの形成方法を工程順に図解した斜視図
【図１０】  従来の二層バンプの形成方法を工程順に図解した斜視図
【符号の説明】
１１  シリコン基板
１２  アルミニウム配線
１２Ａ  アルミニウム配線の露出部分
１３  絶縁膜
１４  めっき用電極
１５  レジスト
１５Ａ  一層目のレジスト
１５Ｂ  二層目のレジスト
１６  小さい孔
１７  銅バンプ
１８  大きい孔
１９  金
２０  二層バンプ
３１  シリコン基板
３２  アルミニウム配線
３２Ａ  アルミニウム配線の露出部分
３３  絶縁膜
３４  めっき用電極
３５  一回目のレジスト
３６  小さい孔
３７  銅バンプ
３８  二回目のレジスト
３９  大きい孔
４０  金
４１  二層バンプ
【図１】
0003703455.tif 000002
【図２】
0003703455.tif 000003
【図３】
0003703455.tif 000004
【図４】
0003703455.tif 000005
【図５】
0003703455.tif 000006
【図６】
0003703455.tif 000007
【図７】
0003703455.tif 000008
【図８】
0003703455.tif 000009
【図９】
0003703455.tif 000010
【図１０】
0003703455.tif 000011