(57)【要約】【課題】半田ペーストの流れを有効に防止して、個々の半田バンプを良好に形成することができ、しかも生産性の向上にも供することが可能なフリップチップ型ＩＣの製造方法を提供する。【解決手段】本発明に係るフリップチップ型ＩＣの製造方法は、回路パターン２が形成されている半導体基板１の該回路パターン２上に形成されるバリアメタル層３上にフラックスペーストを塗布する工程と、フラックスペーストを乾燥させてフラックス層８を形成する工程と、パターン孔を有する孔版の該パターン孔を介して、フラックス層８上に半田ペースト５´を塗布する工程と、フラックス層８及び半田ペースト５´を熱処理して半田バンプ５を形成する工程と、を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路パターンが形成されている半導体基板の該回路パターン上に形成されるバリアメタル層上にフラックスペーストを塗布する工程と、
前記フラックスペーストを乾燥させてフラックス層を形成する工程と、
パターン孔を有する孔版の該パターン孔を介して、前記フラックス層上に半田ペーストを塗布する工程と、
前記フラックス層及び前記半田ペーストを熱処理して半田バンプを形成する工程と、を含むことを特徴とする、フリップチップ型ＩＣの製造方法。
【請求項２】
前記バリアメタル層全体を被覆するように前記フラックスペーストを塗布する、請求項１に記載のフリップチップ型ＩＣの製造方法。
【請求項３】
前記バリアメタル層は、亜鉛からなる亜鉛層と、該亜鉛層上に積層形成され且つニッケルからなるニッケル層とによって構成される、請求項１または２に記載のフリップチップ型ＩＣの製造方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一つに記載の製造方法により製造されるフリップチップ型ＩＣを、前記半田バンプに接合される回路パターンを有する回路基板上に載置する工程と、
前記半田バンプを加熱して溶融させることにより、前記フリップチップ型ＩＣを前記回路基板に半田接合する工程と、を含むことを特徴とする、フリップチップ型ＩＣ実装回路基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路基板へのフェースダウンボンディングに用いられるフリップチップ型ＩＣの製造方法、および、フリップチップ型ＩＣ実装回路基板の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、回路パターンを有した回路基板の上面に、ＩＣをフェースダウンボンディングすること、即ち、ＩＣの集積回路が形成された面を回路基板と対向させた状態でＩＣを回路基板上に実装することが行なわれている。
【０００３】
かかるフェースダウンボンディングに用いられるＩＣはフリップチップ型ＩＣと呼ばれ、その端子を回路基板上の回路パターンに対し半田を介して接続させるようにしたものが一般的であった。
【０００４】
このような従来のフリップチップ型ＩＣとしては、例えば図３に示す如く、集積回路が設けられている半導体基板２１の一主面に、ニッケル等から成る複数個のバリアメタル層２２を、またバリアメタル層２２の存在しない領域に窒化珪素等から成るパッシベーション層２３をそれぞれ被着させるとともに、該バリアメタル層２２上に半田バンプ２４を選択的に形成した構造のものが知られており、かかるフリップチップ型ＩＣを回路基板上に実装する場合は、フリップチップ型ＩＣの半田バンプ２４が回路基板上の対応する回路パターンと対向するようにしてフリップチップ型ＩＣを回路基板上に載置させ、しかる後、半田バンプ２４を高温で加熱・溶融させることによってフリップチップ型ＩＣのバリアメタル層２２が回路基板上の回路パターンに半田接合される。
【０００５】
また前記半田バンプ２４をバリアメタル層２２上に形成する場合は、まず多数の半田粒子（粒径：２μｍ〜１２μｍ）に有機溶剤やフラックス等を添加・混合して得た所定の半田ペーストを従来周知のスクリーン印刷等によってバリアメタル層２３の上面に直接、印刷・塗布し、これを乾燥及びリフローの工程を経て半田粒子同士を相互に結合させるとともにバリアメタル層２２に接合させることにより各々が略球状をなすように形成されていた。
【０００６】
尚、前記半田ペースト中に含まれているフラックスは、半田付けの際に金属表面を清浄するとともに金属表面を酸化膜の存在しない良好な状態に維持するためのものであり、かかるフラックスとしては例えばロジン系のものが用いられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した従来のフリップチップ型ＩＣにおいては、半田バンプ２５を形成する際、バリアメタル層２２やパッシベーション層２３の表面状態が極めて平滑であることから、半田ペーストを印刷したときの版抜け性が悪く、半田ペーストの一部が周囲に流れ広がってしまう。この場合、隣り合う半田バンプ間に半田ブリッジが形成される欠点が誘発される。
【０００８】
また上述した従来の形成方法によりフリップチップ型ＩＣの半田バンプを形成する場合、半田ペーストの印刷に用いるメタルマスク等の孔版がバリアメタル層２２等に対して直接、接触することから、該接触によりバリアメタル層２２等に破損を生じることがあり、このことがフリップチップ型ＩＣの生産性を低下させる原因の一つになっていた。
【０００９】
本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的は、半田ペーストの流れを有効に防止して、個々の半田バンプを良好に形成することができ、しかも生産性の向上に供することが可能なフリップチップ型ＩＣの製造方法、および、フリップチップ型ＩＣ実装回路基板の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の側面に係るフリップチップ型ＩＣの製造方法は、回路パターンが形成されている半導体基板の該回路パターン上に形成されるバリアメタル層上にフラックスペーストを塗布する工程と、前記フラックスペーストを乾燥させてフラックス層を形成する工程と、パターン孔を有する孔版の該パターン孔を介して、前記フラックス層上に半田ペーストを塗布する工程と、前記フラックス層及び前記半田ペーストを熱処理して半田バンプを形成する工程と、を含むことを特徴としている。
【００１１】
本製造方法では、前記バリアメタル層全体を被覆するように前記フラックスペーストを塗布するのが好ましい。
【００１２】
本製造方法において前記バリアメタル層は、亜鉛からなる亜鉛層と、該亜鉛層上に積層形成され且つニッケルからなるニッケル層とによって構成されるのが好ましい。
【００１３】
本発明の第２の側面に係るフリップチップ型ＩＣ実装回路基板の製造方法は、本発明の第１の側面に係るフリップチップ型ＩＣの製造方法により製造されるフリップチップ型ＩＣを、前記半田バンプに接合される回路パターンを有する回路基板上に載置する工程と、前記半田バンプを加熱して溶融させることにより、前記フリップチップ型ＩＣを前記回路基板に半田接合する工程と、を含むことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のフリップチップ型ＩＣの製造方法によれば、半田バンプを形成する際、半田ペーストはフラックス層上に塗布され、半田ペースト中の有機溶剤等はその一部がフラックス層の内部に浸透するようになっているため、半田ペーストを印刷する際の版抜け性は極めて良好で、半田ペーストの広がりを有効に防止することができる。従って、個々の半田バンプを良好に形成することができる。
【００１５】
また本発明のフリップチップ型ＩＣの製造方法によれば、半田バンプの形成に際して半田ペーストを孔版印刷にて塗布するとき、メタルマスク等の孔版はフラックス層の表面と接触し、バリアメタル層等に直接、接触することはない。従って、半田ペーストの塗布作業に伴いバリアメタル層等が損傷を受けることは殆どなく、フリップチップ型ＩＣの生産性を向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。
【００１７】
図１は本発明の製造方法によって製作したフリップチップ型ＩＣの断面図であり、図中の１は半導体基板、２は回路パターン、３はバリアメタル層、４はパッシベーション層、５は半田バンプである。
【００１８】
前記半導体基板１は単結晶シリコン等から成り、その一主面にはアルミニウム等から成る回路パターン２や半導体素子（図示せず）が高密度に形成され、更に前記回路パターン２上には複数個のバリアメタル層３が、またバリアメタル層３の存在しない領域にはパッシベーション層４がそれぞれ被着されている。
【００１９】
前記半導体基板１は、半導体素子や回路パターン２，バリアメタル層３，パッシベーション層４等を支持するための支持母材として機能するものであり、単結晶シリコンから成る場合、従来周知のチョコラルスキー法（引き上げ法）等によって単結晶シリコンのインゴット（塊）を形成し、しかる後、これを所定厚みにスライスして外形加工することにより製作される。
【００２０】
また前記半導体基板１上のバリアメタル層３は、例えば、半導体基板１側から亜鉛（Ｚｎ）及びニッケル（Ｎｉ）を順次積層させた２層構造を有し、バリアメタル層全体の厚みは例えば１μｍ〜４μｍに設定される。
【００２１】
前記バリアメタル層３は、フリップチップ型ＩＣを回路基板上に実装する際、バリアメタル層３上に設けられる半田バンプ５の溶融に伴って回路パターン２を形成するアルミニウム等に半田食われが生じるのを防止する作用を為す。
【００２２】
このようなバリアメタル層３は、後述するパッシベーション層４の形成後に、パッシベーション層４の開口部、即ち、パッシベーション層４の存在しない領域内に露出される回路パターン２上に、従来周知の無電解めっき等を採用し、Ｚｎ及びＮｉを順次被着させることによって全体が略円柱状をなすように形成される。
【００２３】
尚、バリアメタル層３を構成する２つの層のうち、下層となるＺｎ層は、Ｎｉ層を従来周知の無電解メッキ法により形成する際、その一部を置換反応させることによってＮｉ層を効率的に成長させるためのものであり、その厚みは０．０１μｍ〜０．１μｍに設定される。
【００２４】
一方、前記パッシベーション層４は、先に述べた半導体素子や回路パターン２を大気と良好に遮断することで、これらが大気中に含まれている水分等の接触により腐食されるのを有効に防止するためのものであり、例えば、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）等の封止性に優れた電気絶縁材料により形成され、その厚みは例えば０．５μｍ〜１．５μｍの厚みに設定される。
【００２５】
前記パッシベーション層４は、従来周知の薄膜形成技術、例えば、真空蒸着法やスパッタリング法等を採用して、上述の電気絶縁材料を回路パターン２等が設けられている半導体基板１上に堆積させ、しかる後、これを従来周知のフォトリソグラフィー及びエッチング技術等によって所定パターンに加工すること、即ち、バリアメタル層３の形成箇所に貫通穴を穿設することにより形成される。
【００２６】
そして、先に述べたバリアメタル層３の各上面には略球状の半田バンプ５が個々に形成される。
【００２７】
前記半田バンプ５は、ＳｎとＡｇとＣｕとを９６．５：３．０：０．５の比率で溶融・固化させた金属接合用の合金であり、フリップチップ型ＩＣを回路基板上に実装する際、炉の中で加熱されることによって溶融し、フリップチップ型ＩＣの回路パターン２と回路基板上の回路パターンとを半田接合させる作用を為す。
【００２８】
尚、上述した半田バンプ５やパッシベーション層４の表面には、ロジン系のフラックスから成るフラックス８ａが薄く被着され、このフラックス８ａによって、回路基板に対する半田付けの際、金属表面が清浄されるとともに金属表面が酸化膜の存在しない良好な状態に維持される。
【００２９】
かくして上述したフリップチップ型ＩＣは、その一主面に設けられている多数の半田バンプ５が回路基板上の対応する回路パターンと対向するようにして回路基板上に載置させ、しかる後、半田バンプ５を高温で加熱・溶融させるとともに、該溶融した半田を回路基板上の回路パターン等に半田接合させることによって回路基板上に実装される。
【００３０】
次に上述したフリップチップ型ＩＣの半田バンプ５を形成する方法について図２を用いて説明する。
【００３１】
（１）まずフラックスペースト８´を準備し、これをバリアメタル層３及びパッシベーション層４が形成された半導体基板１の上面全体に塗布することによってフラックス層８を形成する。
【００３２】
前記フラックスペースト８´としては、例えばロジン系フラックスをイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）等の有機溶剤で溶解・調整したものが好適に用いられ、かかるフラックスペースト８´を従来周知のスピンコート法等によってバリアメタル層３等を有した半導体基板１の上面に例えば１μｍ〜３μｍの略均一な厚みに塗布し、これを乾燥させることによってフラックス層８が全てのバリアメタル層３とパッシベーション層４とを完全に被覆するように形成される。
【００３３】
（２）次に半田ペースト５´と半田ペースト印刷用の孔版とを準備し、かかる半田ペースト５´をバリアメタル層３上の領域に位置するフラックス層８の上面に塗布する。
【００３４】
前記半田ペースト５´としては、多数の半田粒子にＩＰＡ等の有機溶剤等を添加・混合して所定の粘度に調整したものが用いられ、また前記孔版としては、例えばステンレス鋼等で形成されたメタルマスク等が用いられる。かかる孔版には、バリアメタル層３のパターンに対応した複数個のパターン孔が形成されており、これらのパターン孔は従来周知のフォトエッチングやレーザー加工等を採用することによって高精度に穿設される。
【００３５】
そして上述の半田ペースト５´をフラックス層８上に塗布する際は、まず（１）の工程で得たフラックス層付の半導体基板１を孔版印刷機のステージに載置・固定し、次に上述の孔版を、個々のパターン孔が対応するバリアメタル層３上に位置するようにして半導体基板１上に配設させ、しかる後、孔版上に配置されたスキージを半田ペースト５´と共に移動させることにより半田ペースト５´が孔版のパターン孔を介してフラックス層８上に印刷・塗布される。
【００３６】
このとき、半田ペースト５´中の有機溶剤等はその一部がフラックス層８の内部に浸透するようになっていることから、塗布後の半田ペースト５´の広がりが有効に防止され、版抜け性が極めて良好となる。
【００３７】
またこの場合、孔版の下面は、スキージからの押圧力が印加されたとき、フラックス層８の表面と接触するようになっており、バリアメタル層３等に直接、接触することはない。従って、半田ペースト５´の塗布作業に伴いバリアメタル層３等が損傷を受けることは殆どなく、フリップチップ型ＩＣの生産性を向上させることが可能となる。
【００３８】
（３）そして次に、フラックス層８上に塗布した半田ペースト５´を乾燥させ、最後にこれを高温で加熱することによって半田バンプ５を形成する。
【００３９】
上記半田ペースト５´及びフラックス層８に対する熱処理は例えば２３０℃〜２６０℃の温度で行われ、この加熱によってフラックス層８が溶融状態となって半田ペースト５´中の半田粒子が自重によりバリアメタル層３の近傍まで移動する。そして、これらの半田粒子も加熱・溶融されて相互に結合するとともにバリアメタル層３の上面に接合され、これをそのまま冷却することによってバリアメタル層３上に略球状の半田バンプ５が個々に形成されることとなる。
【００４０】
尚、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。
【００４１】
例えば、上述の実施形態においては、孔版６としてメタルマスクを用いるようにしたが、これに代えて、ポリエステル樹脂等で形成された他のスクリーン版を用いても構わない。
【００４２】
また上述の実施形態において、フラックス層８上に塗布される半田ペースト５´中にロジン系フラックス等を別途、添加・混合するようにしても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の製造方法によって製作したフリップチップ型ＩＣの断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は半田バンプ５の形成方法を説明するための工程毎の断面図である。
【図３】従来のフリップチップ型ＩＣの断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１    半導体基板
２    回路パターン
３    バリアメタル層
４    パッシベーション層
５    半田バンプ
５´    半田ペースト
８    フラックス層
８´    フラックスペースト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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