(57)【要約】【課題】本発明は、銅を含む接合部上に、ボイドの少ないはんだバンプを形成するはんだバンプの形成方法及びこれを用いた半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】銅を含む接合部４０上に、鉛を含まず錫を含むはんだ６０、６５で所望の高さのバンプを形成するはんだバンプ５０の形成方法であって、  前記接合部４０上に、前記はんだ６０、６５を前記所望の高さよりも低い高さで供給する中間はんだ供給工程と、  前記はんだ６０、６５を加熱して溶融し、前記所望の高さよりも低い中間はんだバンプ５１を形成する中間リフロー工程と、  前記中間はんだバンプ５１上に、前記はんだ６０、６５を前記所望の高さまで供給する最終はんだ供給工程と、  前記中間はんだバンプ５１上の前記はんだ６０、６５を加熱して溶融し、前記所望の高さのはんだバンプ５０を形成する最終リフロー工程と、を含むことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅を含む接合部上に、鉛を含まず錫を含むはんだで所望の高さのバンプを形成するはんだバンプの形成方法であって、
前記接合部上に、前記はんだを前記所望の高さよりも低い高さで供給する中間はんだ供給工程と、
前記はんだを加熱して溶融し、前記所望の高さよりも低い中間はんだバンプを形成する中間リフロー工程と、
前記中間はんだバンプ上に、前記はんだを前記所望の高さまで供給する最終はんだ供給工程と、
前記中間はんだバンプ上の前記はんだを加熱して溶融し、前記所望の高さのはんだバンプを形成する最終リフロー工程と、を含むことを特徴とするはんだバンプの形成方法。
【請求項２】
前記中間はんだ供給工程及び前記中間リフロー工程は、複数回行われることを特徴とする請求項２に記載のはんだバンプの形成方法。
【請求項３】
前記接合部は、柱状であることを特徴とする請求項１又は２に記載のはんだバンプの形成方法。
【請求項４】
前記中間リフロー工程及び前記最終リフロー工程は、大気圧よりも低い圧力の減圧下で行われることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のはんだバンプの形成方法。
【請求項５】
前記中間はんだ供給工程及び前記最終はんだ供給工程は、大気圧よりも低い圧力の減圧下で行われることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のはんだバンプの形成方法。
【請求項６】
前記はんだは、はんだペーストであり、
前記中間はんだ供給工程及び前記最終はんだ供給工程は、はんだ印刷により行われることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のはんだバンプの形成方法。
【請求項７】
前記はんだは、はんだボールであり、
前記中間はんだ供給工程及び前記最終はんだ供給工程は、ボールプレイス法により行われることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のはんだバンプの形成方法。
【請求項８】
銅を含む電極が表面に形成された半導体基板を用意する工程と、
請求項１乃至７のいずれか一項に記載のはんだバンプの形成方法を用いて、前記電極上にはんだバンプを形成する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体バンプの形成方法及びこれを用いた半導体装置の製造方法に関し、特に、銅を含む接合部上に、鉛を含まず錫を含むはんだで所望の高さのバンプを形成するはんだバンプの形成方法及びこれを用いた半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、窒化アルミニウムパッケージのようなセラミック基板や、エポキシ樹脂を基材とし、表面に回路パターンが形成された樹脂基板からなる回路基板、又は電子部品を実装したモジュール基板の接続パッドにはんだバンプを形成する方法として、接続パッドに鉛を含むクリームはんだを印刷し、リフローしてから上部を平坦化する工程を行った後、上部が平坦化されたはんだ上に更にクリームはんだを印刷し、クリームはんだをリフローする技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
かかる特許文献１に記載のはんだバンプの形成方法によれば、回路基板の接続用パッド上に、所要の高さを有するはんだバンプを形成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−８３７９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の特許文献に記載の構成では、上部を平坦化する工程を含むため、従来よりもはんだバンプ形成工程が複雑になるという問題があった。
【０００６】
また、上述の回路基板の接続パッドには、一般的にアルミニウムが使用されており、はんだは鉛を含んでいるので、低融点でリフローを行うことができるとともに、ボイド等が発生し難い環境ではんだバンプの形成を行うことができた。しかし、近年、環境保護の観点から、鉛を含まない鉛フリーのはんだの使用が要請されており、代わりに錫・銀（Ｓｎ−Ａｇ）はんだ、錫・銅（Ｓｎ−Ｃｕ）はんだ、錫・銀・銅（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ）はんだ等の鉛を含まず錫を含むはんだが使用されるようになってきている。また、上述のような回路基板ではなく、例えば、半導体基板においては、電気抵抗が低く、高速化に適した特性から、接合部に銅を含む金属を用いる場合が多くなってきている。更に、銅と錫を含むはんだは相性が良好であることも手伝い、銅は、はんだバンプを形成する接合部として多く採用されている。
【０００７】
しかしながら、銅を含む接合部上に、錫を含むはんだではんだバンプを形成すると、銅と錫で合金を形成してしまい、はんだバンプ内にボイドが多く発生するという問題があった。これは、形成される合金はＣｕ５Ｓｎ６、ＣｕＳｎ３等の合金であり、銅に対して錫が多く消費されるため、はんだ内で錫が多く消費されて欠落部にボイドが発生してしまうためと考えられる。
【０００８】
そこで、本発明は、銅を含む接合部上に、ボイドの少ないはんだバンプを形成するはんだバンプの形成方法及びこれを用いた半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、第１の発明に係るはんだバンプ（５０）の形成方法は、銅を含む接合部（４０）上に、鉛を含まず錫を含むはんだ（６０、６５）で所望の高さのバンプを形成するはんだバンプ（５０）の形成方法であって、
前記接合部（４０）上に、前記はんだ（６０、６５）を前記所望の高さよりも低い高さで供給する中間はんだ供給工程と、
前記はんだ（６０、６５）を加熱して溶融し、前記所望の高さよりも低い中間はんだバンプ（５１）を形成する中間リフロー工程と、
前記中間はんだバンプ（５１）上に、前記はんだ（６０、６５）を前記所望の高さまで供給する最終はんだ供給工程と、
前記中間はんだバンプ（５１）上の前記はんだ（６０、６５）を加熱して溶融し、前記所望の高さのはんだバンプ（５０）を形成する最終リフロー工程と、を含むことを特徴とする。
【００１０】
これにより、薄い厚さのはんだを複数回供給するので、はんだに含まれるボイドを抜け易くすることができ、リフロー工程で確実にボイドの発生を低減させることができる。
【００１１】
第２の発明は、第１の発明に係るはんだバンプ（５０）の形成方法において、
前記中間はんだ供給工程及び前記中間リフロー工程は、複数回行われることを特徴とする。
【００１２】
これにより、更に１回のはんだ供給における供給量を低減し、薄い厚さのはんだバンプを形成することができるので、ボイド発生低減の効果を高めることができる。
【００１３】
第３の発明は、第１又は第２の発明に係るはんだバンプ（５０）の形成方法において、
前記接合部（４０）は、柱状であることを特徴とする。
【００１４】
第４の発明は、第１〜３のいずれかの発明に係るはんだバンプ（５０）の形成方法において、
前記中間リフロー工程及び前記最終リフロー工程は、大気圧よりも低い圧力の減圧下で行われることを特徴とする。
【００１５】
これにより、ボイドが抜け易い環境でリフロー工程を行うことができ、ボイドの発生を更に低減させることができる。
【００１６】
第５の発明は、第１〜４のいずれかの発明に係るはんだバンプ（５０）の形成方法において、
前記中間はんだ供給工程及び前記最終はんだ供給工程は、大気圧よりも低い圧力の減圧下で行われることを特徴とする。
【００１７】
これにより、はんだ供給工程においてもボイドが抜け易い環境とすることができ、はんだ供給時においてもボイドの発生を抑制することができる。
【００１８】
第６の発明は、第１〜５のいずれかの発明に係るはんだバンプ（５０）の形成方法において、
前記はんだは、はんだペースト（６０）であり、
前記中間はんだ供給工程及び前記最終はんだ供給工程は、はんだ印刷により行われることを特徴とする。
【００１９】
これにより、はんだペーストやクリームはんだを用いてはんだ印刷を行う場合においても、ボイドの発生を低減することができる。
【００２０】
第７の発明は、第１〜４のいずれかの発明に係るはんだバンプ（５０）の形成方法において、
前記はんだは、はんだボール（６５）であり、
前記中間はんだ供給工程及び前記最終はんだ供給工程は、ボールプレイス法により行われることを特徴とする。
【００２１】
これにより、ボールプレイス法の場合においても、ボイドの発生を低減させることができる。
【００２２】
第８の発明に係る半導体装置（１３０）の製造方法は、銅を含む電極（４０）が表面に形成された半導体基板（１０）を用意する工程と、
第１〜７のいずれかの発明に係るはんだバンプ（５０）の形成方法を用いて、前記電極（４０）上にはんだバンプ（５０）を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
【００２３】
これにより、半導体装置の実装時に、高さ変動を無くし、高い信頼性の半導体装置とすることができる。
【００２４】
なお、上記括弧内の参照符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例に過ぎず、図示の態様に限定されるものではない。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、銅を含む接合部上に、ボイドを発生させることなくはんだバンプを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施例１に係るはんだバンプの形成方法により形成されたはんだバンプ５０の一例を示した図である。
【図２Ａ】半導体基板用意工程の一例を示した図である。
【図２Ｂ】バリアメタル層形成工程の一例を示した図である。
【図２Ｃ】シード層形成工程の一例を示した図である。
【図２Ｄ】接合部形成工程の一例を示した図である。
【図３Ａ】実施例１に係るはんだバンプ形成方法の中間はんだ供給工程を示した図である。
【図３Ｂ】実施例１に係るはんだバンプの形成方法の中間リフロー工程を示した図である。
【図３Ｃ】実施例１に係るはんだバンプの形成方法の最終はんだ供給工程を示した図である。
【図３Ｄ】実施例１に係るはんだバンプの形成方法の最終リフロー工程を示した図である。
【図４Ａ】従来のはんだバンプ形成方法のはんだ供給工程を示した図である。
【図４Ｂ】従来のはんだバンプ形成方法のリフロー工程を示した図である。
【図４Ｃ】従来のはんだバンプ形成方法により形成されたはんだバンプを示した図である。
【図５】銅の接合部４０と錫を含むはんだバンプ１５０との反応によるボイド１７５発生のメカニズムを説明するための図である。
【図６】実施例２に係るはんだバンプの形成方法の一例を説明するための図である。
【図７】実施例３に係るはんだバンプの形成方法の一例を説明するための図である。
【図８】本実施例に係る半導体装置の製造方法の説明図である。図８（Ａ）は、本実施例に係る半導体装置の製造方法による半導体装置１３０を示した図である。図８（Ｂ）は、比較参考例として、従来のはんだ半導体装置の製造方法による半導体装置２３０を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の説明を行う。
【実施例１】
【００２８】
図１は、本発明の実施例１に係るはんだバンプの形成方法により形成されたはんだバンプ５０の一例を示した図である。図１において、はんだバンプ５０が形成された半導体基板１０の表面上には、バリアメタル層２０と、シード層３０と、接合部４０が下から順に積層されており、はんだバンプ５０は、接合部４０の上に形成される。
【００２９】
半導体基板１０は、回路素子が形成される基板であり、例えば、半導体ウエハで構成されてよい。実施例１における半導体基板１０は、例えば、既に回路素子が形成された基板であってよい。
【００３０】
接合部４０は、銅で形成されている。接合部４０は、図１においては、総て銅で構成されているが、銅を含む合金等の金属であってもよい。例えば、接合部４０は、銅めっき等の成膜方法により半導体基板１０上に形成されてよい。また、接合部４０は、柱状構造のポスト部として構成されている。図１においては、接合部４０は、柱状構造で構成されているが、種々の形状であってよい。例えば、半導体基板１０の表面上に、薄膜状の金属パッドとして構成されてもよい。
【００３１】
バリアメタル層２０は、銅を含む金属で構成されている接合部４０が、半導体基板１０に形成されている回路素子に拡散して悪影響を与えることを防ぐ薄膜層である。銅は、拡散係数が大であり、拡散する性質を有するので、バリアメタル層２０は、接合部４０と半導体基板１０との間に設けられ、半導体基板１０に接合部４０の銅が拡散するのを防ぐ役割を果たす。バリアメタル層２０は、銅の拡散を防ぐことができる種々の金属材料で構成されてよいが、例えば、ＴｉＷで構成されてもよい。また、バリアメタル層２０は、例えば、スパッタリング法により薄膜状に半導体基板１０の表面に形成されてもよい。
【００３２】
シード層３０は、銅めっき等がバリアメタル層２０の上に行い易くなるように設けられる層である。シード層３０は、銅又は銅を含む合金で構成されてよい。接合部４０が銅で形成されており、異材質のＴｉＷで構成されるバリアメタル層２０上に直接は付着し難いので、膜の密着性を高めるために、銅又は銅を含む合金で設けられる。シード層３０は、例えば、スパッタリング法により形成されてもよい。
【００３３】
はんだバンプ５０は、はんだ１層目５１とはんだ２層目５２とを含む。はんだバンプ５０の形成後は、実際には、はんだ１層目５１とはんだ２層目の境界は無く、どこまでがはんだ１層目５１でどこからがはんだ２層目であるかは区別できないが、図１においては、便宜上、はんだ１層目５１とはんだ２層目５２とを、模式的に区別して示している。はんだバンプ５０は、鉛を含まず錫を含む合金で構成される。はんだバンプ５０は、例えば、錫・銀・銅（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ）、錫・銀（Ｓｎ−Ａｇ）、錫・銅（Ｓｎ−Ｃｕ）等の合金で構成されてもよい。なお、はんだ１層目５１は、１回目のはんだバンプ形成工程で形成されたはんだバンプであり、はんだ２層目５２は、２回目のはんだバンプ工程で構成されたはんだバンプである。また、はんだバンプ５０は、全体の高さは、所望の高さに構成されている。
【００３４】
次に、図２Ａ乃至図２Ｄ、図３Ａ乃至図３Ｄを用いて、実施例１に係るはんだバンプの形成方法の一例について説明する。なお、参照符号は、図１と同様の構成要素には、図１と同様の参照符号を付してその説明を省略する。
【００３５】
図２Ａは、半導体基板用意工程の一例を示した図である。半導体基板用意工程においては、回路素子等の形成が完成した、いわゆる半導体チップの状態の半導体基板１０が用意されてよい。
【００３６】
図２Ｂは、バリアメタル層形成工程の一例を示した図である。バリアメタル層形成工程においては、半導体基板１０の表面上に、バリアメタル層２０が形成される。バリアメタル層形成工程は、例えば、ＴｉＷスパッタにより、ＴｉＷのバリアメタル層２０を半導体基板１０上に形成してよい。
【００３７】
図２Ｃは、シード層形成工程の一例を示した図である。シード層形成工程においては、バリアメタル層２０上に、銅を含む金属によりシード層３０が形成される。シード層形成工程は、例えば、Ｃｕスパッタにより、Ｃｕのシード層３０をバリアメタル層２０上に形成することにより行われてもよい。
【００３８】
図２Ｄは、接合部形成工程の一例を示した図である。接合部形成工程においては、シード層３０上に、銅の接合部４０を形成する。接合部４０は、薄膜状のパッド形状を含む種々の形状に形成してよいが、図２Ｄに示すように、柱状構造のポスト部として形成してもよい。柱状に接合部４０を形成することにより、接合部４０の耐久力や衝撃吸収力を高めることができる。また、接合部４０は、本実施例で説明しているように、半導体基板１０上に形成される場合には、電極として機能する。しかしながら、本実施例に係るはんだバンプの形成方法は、機械的な接合にはんだバンプを用いる場合にも適用できるので、そのような場合には、接合部４０は、機械的な接合の役割を果たす金属部として構成されてよい。
【００３９】
接合部形成工程における接合部の形成は、例えば、接合部４０を形成しない領域をレジストで覆い、シード層３０上にＣｕめっきを行って成膜することにより行われてもよい。また、なお、接合部４０が柱状構造で半導体基板１０上に形成される場合には、例えば、１５〜３０μｍ程度の高さに形成されてもよい。
【００４０】
なお、図２Ａ乃至図２Ｄに示した工程は、はんだバンプ５０が形成される接合部４０を半導体基板１０上に形成する一連の工程であるので、本実施例に係るはんだバンプの形成方法には、含まれていなくても良い工程である。理解の容易のため、はんだバンプ形成の対象となる接合部４０の形成工程についても、説明している。
【００４１】
図３Ａは、実施例１に係るはんだバンプ形成方法の中間はんだ供給工程の一例を示した図である。中間はんだ供給工程においては、接合部４０の上に、はんだペースト６０が供給される。このとき、はんだペースト６０の供給は、最終的に形成するはんだバンプ５０の高さに見合う高さのはんだペースト６０ではなく、それよりも低い高さではんだペースト６０を供給する。これにより、最終目標よりも低い中間的な高さのはんだバンプを形成することが可能となる。
【００４２】
はんだペースト６０の供給は、例えば、レジスト１１０及び／又は印刷マスクで、接合部４０の周囲を接合部４０より高い高さで囲み、レジスト１１０で形成された溝に、はんだペーストをスキージで転がして埋め込んでゆくはんだ印刷方法により行われてもよい。このとき、レジスト１１０の高さは、最終的なはんだバンプの目標高さよりも、低い高さに設定される。
【００４３】
はんだペースト６０は、１０〜５０μｍ程度のはんだの粒子に、松ヤニ等のフラックスを混入することにより生成されてよい。はんだは、上述のように、錫を含み鉛を含まない金属で構成される。例えば、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ等の合金が用いられてよい。錫と銅は、バンプ形成の材料として相性が良いので、接合部４０が銅の場合には、錫を含むはんだを用いる。
【００４４】
なお、はんだペースト６０は、図３Ａに示すように、空気７０を含んでいる場合が多い。この空気７０が除去されないと、ボイド（気泡）を含むはんだバンプが形成されてしまうことになる。
【００４５】
図３Ｂは、実施例１に係るはんだバンプの形成方法の中間リフロー工程の一例を示した図である。中間リフロー工程においては、リフロー処理によりはんだペースト６０が加熱されて溶融し、液体となる。これにより、はんだペースト６０中の空気７０が上昇し、はんだから抜け、中間はんだバンプ５１が形成される。はんだペースト６０の厚さが薄いため、はんだペースト６０内から空気７０が抜けやすく、空気を殆ど含まない中間はんだバンプ５１が形成される。
【００４６】
なお、リフローの温度は、はんだペースト６０内の金属の融点に応じて、融点を超える温度に設定されてよい。例えば、はんだペーストがＳｎ−Ａｇ−Ｃｕの場合には、２２０℃程度に設定されてもよい。
【００４７】
図３Ｃは、実施例１に係るはんだバンプの形成方法の最終はんだ供給工程の一例を示した図である。最終はんだ供給工程においては、最終高さ目標となるはんだバンプ５０に対応したはんだペースト６０が中間はんだバンプ５１上に形成される。はんだ供給は、中間はんだ供給工程と同様に、はんだペースト６０が、レジスト１１０及び／又は印刷マスクを用いて、中間はんだバンプ５１上に供給されてよい。なお、図３Ｃにおいては、レジスト１１０は省略されている。
【００４８】
なお、中間はんだ供給工程と、最終はんだ供給工程は、はんだ供給設備の便宜上、同一の供給方法により行われることが好ましい。
【００４９】
図３Ｄは、実施例１に係るはんだバンプの形成方法の最終リフロー工程の一例を示した図である。最終リフロー工程においても、中間はんだバンプ５１上に供給されたはんだペースト６０が加熱されて溶融し、液体となる。このとき、はんだペースト６０の厚さが薄いので、容易に空気７０が抜け、気泡７５を含まない所望の高さのはんだバンプ５０が完成する。はんだバンプ５０は、気泡７５を殆ど含まないため、接合部４０との密着性が向上する。
【００５０】
このように、実施例１に係るはんだバンプの形成方法によれば、薄くはんだペースト６０を供給することにより、リフローの際に空気７０が抜けやすく、気泡７５を殆ど含まないはんだバンプ５０を形成することができる。これにより、接合部４０とはんだバンプ５０との密着性を向上させることができる。
【００５１】
なお、図３Ａ乃至図３Ｄにおいては、中間はんだ供給工程及び中間リフロー工程を１回ずつとする例を挙げて説明したが、これらの工程を複数回繰り返してから、最終はんだ供給工程及び最終リフロー工程を実行するようにしてもよい。分割回数を多くすることにより、１回の中間はんだ供給工程で供給するはんだペースト６０及び中間リフロー工程で形成するはんだバンプ５１の厚さ（高さ）と、最終はんだ供給工程で供給するはんだペースト６０及び最終リフロー工程で形成するはんだバンプ５２の厚さ（高さ）をより小さくすることができるので、更にボイド７５の発生を低減させることができる。
【００５２】
次に、図４Ａ乃至図４Ｃ、図５を用いて、比較参考例として、従来のはんだバンプの形成方法について説明する。図４Ａ乃至図４Ｃは、従来のはんだバンプの形成方法の一連の工程を示した図である。
【００５３】
図４Ａは、従来のはんだバンプ形成方法のはんだ供給工程を示した図である。図４Ａに示すように、半導体基板１０と、バリアメタル層２０と、シード層３０と、接合部４０については、今までの説明と同様であるので、同一の参照符号を付してその説明を省略する。
【００５４】
従来のはんだ供給工程においては、はんだペースト１６０が、最終目標の高さに見合う量で、１回で供給されている。よって、はんだペースト１６０の厚さが厚くなっている。また、含まれる空気１７０の量も多くなる。なお、はんだペースト１６０は、はんだ印刷により供給されてもよい点は、今までの説明と同様である。
【００５５】
図４Ｂは、従来のはんだバンプ形成方法のリフロー工程を示した図である。リフロー時にはんだペースト１６０が液体となり、はんだペースト１６０中の空気１７０が上昇するが、はんだバンプ１５０の厚さが厚いため、はんだバンプ１５０の内部から抜けきれない。
【００５６】
図４Ｃは、従来のはんだバンプ形成方法により形成されたはんだバンプ１５０を示した図である。図４Ｃに示すように、抜けきれなかった空気１７０が気泡１７５となり、はんだバンプ１５０内や、柱状構造の接合部４０とはんだバンプ１５０の界面に残り、接合部４０とはんだバンプ１５０との密着性が悪化する。
【００５７】
図５は、銅の接合部４０と錫を含むはんだバンプ１５０との反応によるボイド１７５発生のメカニズムを説明するための図である。図５において、銅の接合部４０上に、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕの合金のはんだバンプ１５０が形成された状態が示されている。ここで、接合部４０とはんだバンプ１５０との界面における反応が模式的に示されているが、銅は上方のはんだバンプ１５０側に移動し、錫は下方の接合部４０側に移動する様子が示されている。この金属原子の移動により、はんだバンプ１５０と接合部４０との界面には、Ｃｕ５Ｓｎ６、ＣｕＳｎ３という化合物が発生する。ここで、錫と銅により発生する化合物は、銅５原子に対して錫６原子、銅１原子に対して錫３原子というように、錫の方が反応原子数の大きい化学反応により発生する。よって、化合物の生成により、錫が銅に比して多く現象し、空気１７０の発生する余地が大きくなってしまう。
【００５８】
錫を含むはんだと、銅の接合部とによるはんだバンプの形成の相性が非常に良好であるが、図５において説明したように、気泡１７５が発生し易くなるという問題が生じる。図４Ａ乃至図４Ｃにおいて説明した従来のはんだバンプ１５０の形成方法では、そのような気泡１７５の発生の問題を解消することができないが、実施例１に係るはんだバンプ５０の形成方法によれば、空気７０の抜けがよいので、気泡７５を殆ど含まないはんだバンプ５０を形成することができる。
【実施例２】
【００５９】
図６は、本発明の実施例２に係るはんだバンプの形成方法の一例を説明するための図である。実施例２に係るはんだバンプの形成方法においては、大気圧よりも低い圧力の減圧下においてはんだバンプの形成を行う。
【００６０】
図６において、はんだ形成装置として、はんだ印刷を行うスキージ８０と、チャンバ９０と、減圧手段１００が示されている。減圧手段１００は、配管１０１と、吸引ポンプ１０２を含む。また、チャンバ９０内においては、はんだ供給工程の一例として、はんだ印刷法を行うため、半導体基板１０上にレジスト１１０及び印刷マスク１２０が設けられ、スキージ８０ではんだペースト６０を転がすように移動させている状態が示されている。
【００６１】
図６に示すように、チャンバ９０を実質的に密閉し、チャンバ９０に連通する配管１０１から吸引ポンプ１０２でチャンバ９０内を大気圧よりも低い圧力の減圧環境とすることができる。そして、このような減圧下のチャンバ９０内ではんだ供給工程を実行することにより、はんだペースト６０内の空気７０を蒸発させ易くし、空気抜けを促進することができる。つまり、減圧下ではんだペースト６０を供給することにより、はんだペースト６０内の圧力を相対的に雰囲気よりも高め、融点を低下させて空気７０の蒸発を促進することができる。
【００６２】
このように、減圧下ではんだ供給工程を行うことにより、更にはんだバンプ５０内のボイド７５の発生を低減させ、接合部４０との密着性を高めることができる。なお、減圧下でのはんだ供給工程は、中間はんだ供給工程及び最終はんだ供給工程の双方に適用することができる。
【００６３】
また、このような減圧下での処理は、はんだ供給工程だけでなく、リフロー工程についても行ってよい。更に、はんだ供給工程では大気圧下で処理を行い、リフロー工程のみ大気圧よりも低い圧力の減圧下で処理を行うようにしてもよい。これらのいずれの場合においても、中間リフロー工程及び最終リフロー工程の双方において、同様の形態の減圧下での処理を行うようにしてよい。いずれの形態においても、上述の説明と同様の原理で、はんだバンプ５０、５１、５２からの空気７０の抜けを促進することができる。
【００６４】
なお、個々の工程については、図３Ａ乃至図３Ｄと同様の工程ではんだバンプ５０の形成を行うことができるので、その説明を省略する。
【００６５】
実施例２に係るはんだバンプの形成方法によれば、減圧下ではんだ供給工程及び／又はリフロー工程を行うことにより、更にはんだバンプ５０内の気泡７５の発生を低減させることができ、はんだバンプ５０と接合部４０との密着性を高めることができる。
【実施例３】
【００６６】
図７は、本発明の実施例３に係るはんだバンプの形成方法の一例を説明するための図である。実施例３においては、はんだ供給工程において、はんだペースト６０ではなく、はんだボール６５を供給する。はんだボール６５は、はんだがボール状の固体として構成されているものである。この場合には、はんだボール６５には、松ヤニ等のフラックスは含まれておらず、純粋なはんだで構成される。
【００６７】
はんだボール６５によりはんだ供給工程を行う場合には、図７に示すように、レジスト１１０を用いて接合部４０上に溝１１１を形成し、溝１１１にはんだボール６５を入れるようにするボールプレイス法により供給する。このとき、供給するはんだボール６５を、最終目標とするはんだバンプ５０に相当する径の大きさよりも小さい径のはんだボール６５とすれば、中間はんだ供給工程を行うことができる。また、最終はんだ供給工程においては、はんだボール６５の供給により、最終目標高さとなるような径のはんだボール６５を供給するようにする。
【００６８】
中間リフロー工程及び最終リフロー工程は、実施例１における説明と同様の方法で行うことができるので、その説明を省略する。なお、中間はんだ供給工程及び中間リフロー工程を複数回としてもよい点も、実施例１における説明と同様である。
【００６９】
また、中間リフロー工程及び最終リフロー工程において、実施例２において説明した大気圧より低い圧力の減圧下におけるリフロー処理を行うようにしてもよい。大気圧下におけるリフロー工程よりも、空気７０の抜けを促進し、ボイド７５の少ないはんだバンプ５０を形成することができる。
【００７０】
図８は、本発明の実施例１乃至実施例３に係るはんだバンプの形成方法を用いた半導体装置の製造方法と、その効果を説明するための図である。
【００７１】
図８（Ａ）は、本実施例に係る半導体装置の製造方法により製造された半導体装置１３０の一例を示した図である。図８（Ａ）に示すように、半導体基板１０は、種々の回路素子が形成された半導体チップとして構成される。そして、半導体基板１０が用意され、半導体基板１０の表面に形成された電極上に、はんだバンプ５０が形成され、半導体装置１３０が製造される。はんだバンプ５０は、半導体基板１０上に複数個形成される。
【００７２】
半導体装置１３０は、完成後、他の基板１４０の電極１４１に接続され、パッケージングされるが、その際、本実施例に係るはんだバンプの形成方法により形成されたはんだバンプ５０は、高さが一定で、実装の際の加熱時も、高さ変動が少ない。これは、はんだバンプ５０内にボイド７５が少ないため、実装時に再度加熱されても、新たな気泡抜けが発生しないからである。
【００７３】
図８（Ｂ）は、比較参考例として、従来の半導体装置の製造方法により製造された半導体装置２３０の一例を示した図である。図８（Ｂ）に示すように、ボイド１７５を含むはんだバンプ１５０は、はんだバンプ１５０自体の高さに不均衡が生じるとともに、基板１４０の電極１４１への実装時の加熱により、更に気泡抜けが生じてはんだバンプ１５０の高さが不均一となる。これは、半導体装置２３０の信頼性を低下させてしまう。
【００７４】
一方、本実施例に係る半導体装置１３０の製造方法により製造された半導体装置１３０は、はんだバンプ５０の高さが均一であり、実装時の高さ変動も少ないマージンの高い半導体装置１３０とすることができる。
【００７５】
また、本発明の実施例に係るはんだバンプの形成方法及び半導体装置の製造方法においては、ボイド７５の発生を低減させ、銅の接合部４０との密着性を向上させることができるため、完成後のはんだの引っ張り強度試験においても、強度を向上させ、良好な試験結果を得ることができる。
【００７６】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明は、銅を含む接合部と錫を含むはんだによりはんだバンプを形成する工程及び装置全般に利用することができ、例えば、半導体装置、機械装置、その他の接合を必要とする電子部品及び機械部品全般に利用することができる。
【符号の説明】
【００７８】
１０    半導体基板
２０    バリアメタル層
３０    シード層
４０    接合部
５０、５１、５２、１５０    はんだバンプ
６０    はんだペースト
６５    はんだボール
７０、１７０    空気
７５、１７５    気泡
８０    スキージ
９０    チャンバ
１００    減圧手段
１０１    配管
１０２    吸引ポンプ
１１０    レジスト
１１１    隙間
１２０    印刷マスク
１３０、２３０    半導体装置
１４０    基板
１４１    電極
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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