(57)【要約】【課題】環境親和的なプラズマ気体を用い、工程上の危険を最小化し、リフローのための追加の熱源を不要とするソルダバンプフリップチップの製造及び実装方法を提供する。【解決手段】ソルダバンプフリップチップの製造及び実装には、アルゴン−水素プラズマ工程によりソルダバンプをリフローする段階とを含む。フリップチップの製造に用いられるアルゴン−水素プラズマ工程は、チャンバーの圧力を２５０〜２７０ｍｔｏｒｒの範囲に維持し、このチャンバーにアルゴンと１０〜２０％水素の混合気体を１００〜２００Ｗの出力で提供してプラズマを発生させ、フリップチップを３０〜１２０秒間前記プラズマに露出させる。フリップの実装に用いられるアルゴン−水素プラズマ工程は、チャンバーの圧力を１００〜４００ｍｔｏｒｒの範囲に維持し、チャンバー内にアルゴンと０〜２０％水素の混合気体を１０〜５０Ｗの出力で提供してプラズマを発生させ、フリップチップを１０〜１２０秒間前記プラズマに露出させる。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソルダバンプを有するフリップチップの製造方法において、前記フリップチップに形成された下部金属層にソルダバンプを接合する段階と、
アルゴン・水素プラズマ工程により前記ソルダバンプをリフローする段階とを含んでなることを特徴とするフリップチップの製造方法。
【請求項２】
前記アルゴン・水素プラズマ工程は、アルゴンと１０〜２０％水素との混合気体を用いて前記ソルダバンプをリフローする段階を含むことを特徴とする請求項１に記載のフリップチップの製造方法。
【請求項３】
前記アルゴン・水素プラズマ工程は、２５０〜１７０ｍｔｏｒｒの範囲の圧力でソルダバンプをリフローする段階を含むことを特徴とする請求項１に記載のフリップチップの製造方法。
【請求項４】
前記アルゴン・水素プラズマ工程は、１００〜２００Ｗの範囲のプラズマ出力を用いて前記ソルダバンプをリフローする段階を含むことを特徴とする請求項１に記載のフリップチップの製造方法。
【請求項５】
前記アルゴン・水素プラズマ工程は、前記フリップチップをアルゴン・水素プラズマに３０〜１２０秒間露出させて前記ソルダバンプをリフローする段階を含むことを特徴とする請求項１に記載のフリップチップの製造方法。
【請求項６】
フリップチップの製造方法において、
前記フリップチップに鍍金種子層を蒸着する段階と、
前記鍍金種子層に形成されたフォトレジストをパターニングする段階と、
前記パターニングされた構造上に下部金属層を蒸着する段階と、
前記フリップチップからフォトレジスト及び鍍金種子層を除去する段階と、
前記下部金属層にソルダバンプを接合する段階と、
アルゴン・水素プラズマ工程により前記ソルダバンプをリフローする段階とを含んでなることを特徴とするフリップチップの製造方法。
【請求項７】
前記アルゴン・水素プラズマ工程は、
圧力を２５０〜２７０ｍｔｏｒｒの範囲に維持する段階と、
アルゴンと１０〜２０％水素との混合気体を１００〜２００Ｗの出力で提供してプラズマを発生させる段階と、
前記フリップチップを３０〜１２０秒間前記プラズマに露出させる段階とを含むことを特徴とする請求項６に記載のフリップチップの製造方法。
【請求項８】
前記下部金属層はＣｕ層及びＮｉ層を含むことを特徴とする請求項６に記載のフリップチップの製造方法。
【請求項９】
前記ソルダバンプのリフロー段階は、前記ソルダバンプを前記下部金属層の中央に位置させるため、前記アルゴン・水素プラズマ工程により前記ソルダバンプを溶融させ球形に再成形する段階を含むことを特徴とする請求項６に記載のフリップチップの製造方法。
【請求項１０】
ソルダバンプを有するフリップチップのリフロー方法において、
アルゴン・水素プラズマ工程を用いて前ソルダバンプを前記フリップチップの下部金属層にリフローする段階を含んでなることを特徴とするフリップチップのリフロー方法。
【請求項１１】
前記ソルダバンプのリフロー段階は、前記アルゴン・水素プラズマ工程を用いて前記ソルダバンプの表面酸化膜を除去する段階を含み、
前記アルゴン・水素プラズマ工程は、
圧力を２５０〜２７０ｍｔｏｒｒの範囲に維持する段階と、
アルゴンと１０〜２０％水素との混合気体を１００〜２００Ｗの出力で提供してプラズマを発生させる段階と、
前記フリップチップを３０〜１２０秒間前記プラズマに露出させる段階とを含むことを特徴とする請求項１０に記載のフリップチップのリフロー方法。
【請求項１２】
ソルダバンプを有するフリップチップの自己整列方法において、
前記ソルダバンプを前記下部金属層の中央に位置させるため、前記アルゴン・水素プラズマ工程により前記ソルダバンプを溶融させ球形に再成形する段階を含んでなることを特徴とするフリップチップの自己整列方法。
【請求項１３】
前記アルゴン・水素プラズマ工程は、
圧力を２５０〜２７０ｍｔｏｒｒの範囲に維持する段階と、
アルゴンと１０〜２０％水素との混合気体を１００〜２００Ｗの出力で提供してプラズマを発生させる段階と、
前記フリップチップを３０〜１２０秒間前記プラズマに露出させる段階とを含むことを特徴とする請求項１２に記載のフリップチップの自己整列方法。
【請求項１４】
ソルダバンプを有するフリップチップを回路基板上に実装する方法において、
アルゴン・水素プラズマ工程を用いて前記フリップチップのソルダバンプを食刻する段階と、
前記フリップチップを前記回路基板上に実装する段階とを含んでなることを特徴とするフリップチップの実装方法。
【請求項１５】
前記アルゴン・水素プラズマ工程は、
圧力を１００〜４００ｍｔｏｒｒの範囲に維持する段階と、
アルゴンと０〜２０％水素との混合気体を１０〜５０Ｗの出力で提供してプラズマを発生させる段階と、
前記フリップチップを１０〜１２０秒間前記プラズマに露出させる段階とを含むことを特徴とする請求項１４に記載のフリップチップの実装方法。
【請求項１６】
前記フリップチップの実装段階は、前記アルゴン・水素プラズマ工程が完了した後、２時間内に前記実装段階を行うことを特徴とする請求項１４に記載のフリップチップの実装方法。
【請求項１７】
前記ソルダバンプを前記下部金属層に接合する段階は、前記ソルダバンプのソルダボールをレーザービームにより前記下部金属層に接合する段階を含むことを特徴とする請求項１に記載のフリップチップの製造方法。
【請求項１８】
前記レーザービームは、波長がおよそ１０６４ｎｍ、電流がおよそ６５Ａ、パルス幅がおよそ３ｍｓであるＮｄ：ＹＡＧレーザービームであることを特徴とする請求項１７に記載のフリップチップの製造方法。
【請求項１９】
前記ソルダバンプのリフロー段階は、
前記アルゴン・水素プラズマ工程のアルゴンイオンを用いて前記ソルダバンプの酸化膜を除去する段階と、
前記ソルダバンプの再酸化を防止し、前記アルゴン・水素プラズマ工程の水素イオンを用いて前記下部金属層を湿潤させるため、還元性雰囲気を提供する段階と、
前記アルゴン・水素プラズマ工程を用いて、前記ソルダバンプを球形に再成形し、前記再成形されたソルダバンプを前記下部金属層の中央に位置させる段階とを含むことを特徴とする請求項１に記載のフリップチップの製造方法。
【請求項２０】
前記ソルダバンプのリフロー段階は、前記ソルダバンプと前記下部金属層との間に金属間化合物を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のフリップチップの製造方法。
【請求項２１】
前記ソルダバンプのリフロー段階は、前記下部金属層を湿潤させるためのフラックスを含まないことを特徴とする請求項１に記載のフリップチップの製造方法。
【請求項２２】
前記ソルダバンプの食刻段階は、
前記下部金属層上に再リフローされた前記ソルダバンプの再溶融なしに前記アルゴン・水素プラズマ工程のアルゴンイオンを用いて前記ソルダバンプの酸化膜を除去する段階と、
前記アルゴン・水素プラズマ工程の水素イオンを用いる前記ソルダバンプの再酸化を防止するため、還元性雰囲気を提供する段階とを含むことを特徴とする請求項１４に記載のフリップチップの実装方法。
【請求項２３】
前記フリップチップを前記回路基板に実装する段階は、
前記ソルダバンプが前記回路基板の対応層と接触するように、前記フリップチップを前記回路基板に対して位置させる段階と、
前記フリップチップ及び前記回路基板を加熱して前記フリップチップを前記回路基板に接合する段階とを含むことを特徴とする請求項１４に記載のフリップチップの実装方法。
【請求項２４】
前記フリップチップを前記回路基板に実装する段階は、前記フリップチップ及び前記回路基板を加熱しながら窒素雰囲気を提供する段階をさらに含むことを特徴とする請求項２３に記載のフリップチップの実装方法。
【請求項２５】
基板と、
前記基板上に形成された集積回路と、
前記基板の表面に形成された下部金属層と、
アルゴン・水素プラズマに露出されたリフローされたソルダ構造を有し、前記下部金属層に形成されたソルダバンプとを含んでなることを特徴とするフリップチップ。
【請求項２６】
前記ソルダバンプは、アルゴンと１０〜２０％水素との混合気体からなるアルゴン・水素プラズマに２５０〜２７０ｍｔｏｒｒの圧力、１００〜２００Ｗの出力で３０〜１２０秒間露出されたソルダボールであることを特徴とする請求項２５に記載のフリップチップ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はフリップチップの製造及び実装方法に係り、より詳しくはフラックスを使わないでフリップチップを製造及び実装する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ソルダバンプフリップチップパッケージング法は、素子が形成された素子チップの前面に直径２００μｍ以下の微細ソルダバンプを形成した後、ソルダバンプを回路基板上に接合させることで、チップを実装する方法である。フリップチップパッケージング法は現在まで開発されたパッケージング法のなかで、実装面積は最小でありながら実装密度は最高である方法である。
【０００３】
フリップチップパッケージングにおいて、素子の入出力パッドとしては、一般にアルミニウムを使用する。しかし、アルミニウムはソルダバンプとの湿潤性が悪いため、湿潤性を確保するため、アルミニウムパッド上にバンプ下部金属層（ＵＢＭ；Ｕｎｄｅｒ　Ｂｕｍｐ　Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ）という金属層を蒸着する。
【０００４】
ＵＢＭ層上に一定量のソルダを塗布する方法としては、ソルダを熱蒸着する方法、電解鍍金で電着する方法、ステンシルプリンティングで塗布する方法、スタッドワイヤーバンピング方法、レーザーボール接合を用いる方法などがある。このうち、どんな塗布方法を用いても、ソルダの塗布後にソルダを溶融させて球形にする工程を経なければならないが、これをリフロー工程という。リフロー工程を経なければならない理由は、ソルダバンプの組成及び高さを均一にするとともにソルダバンプと対応ＵＢＭ層との接合強度を高めるためである。
【０００５】
従来の一般的なリフロー法は、フラックスと呼ばれる溶剤をソルダに塗布し、加熱してソルダを溶融させることである。フラックスは、リフロー工程の際、ソルダの表面を覆っている酸化膜を除去するとともに、ソルダの再酸化を防止して、溶融したソルダが表面張力により球形になるのに役立つ重要な役割をする。しかし、フラックスを適用した後、ソルダバンプの周辺に残留物が残るが、この残留フラックスは腐食性が強くないので、十分に洗浄しないと、ソルダバンプを有するチップパッケージに付着された回路基板を腐食させて誤作動を引き起こすだけでなく、パッケージの長期的な信頼性に悪影響を及ぼすため、必ず洗浄しなければならない。
【０００６】
従来の残留フラックスの洗浄には一般に溶媒が使用される。この洗浄剤に含有されている揮発性有機化合物はオゾン層を破壊し、地球温暖化を誘発するなど、大気汚染の原因となる。したがって、国際的にフラックス洗浄溶媒に対する使用規制が加速化している（例えば、１９９２年モントリオール協約）。また、技術発展につれて、フリップチップ用ソルダバンプの大きさが微細になり、バンプの間隔が小さくなるほど残留フラックスの十分な洗浄がますます難しくなる。したがって、フラックスを使わないでソルダバンプをリフローする無フラックスバンピング技術が提案された。
【０００７】
従来の無フラックスソルダバンプの製造技術は、カルボン酸蒸気を用いる方法と、プラズマを用いる方法とに区別できる。カルボン酸を用いる方法においては、リフローの際、蟻酸又は酢酸の如きカルボン酸含有気体を流してソルダ表面の酸化膜を還元させる。しかし、この方法は工程中に発生する多量のカルボン酸含有廃ガスを処理しなければならない問題がある。
【０００８】
プラズマを用いる方法としては、特許文献１に開示されているフッ素含有プラズマを用いる方法がある。この方法においては、フッ素含有プラズマによるソルダ表面の弗化処理により、ソルダのリフロー時に溶融ソルダの濡れを防止する酸化膜を弗化酸化膜に変換させる。しかし、工程に使用される六弗化水素は環境的に有害な気体であり、フッ素プラズマは珪素及びパッシベーション膜を腐食させ、反応生成物である四弗化珪素はソルダバンプを損傷させる。また、フッ素の残留はその程度によってパッケージの信頼性に大きな影響を及ぼす。
【０００９】
特許文献２には、１００％水素プラズマを使ってインジウムバンプをリフローする方法が開示されている。しかし、水素は爆発の危険が大きい物質であるので、１００％水素プラズマを使用することにより発生し得る事故の危険を甘受しなければならない。
【００１０】
一方、特許文献３には、水素を３〜８％含有した混合気体でプラズマを発生させソルダ用面の酸化膜を食刻した後、ハロゲンランプを用いてソルダを加熱してリフローする方法が開示されている。この方法は、酸化膜の除去とソルダの加熱とを分離する方法であって、リフローのためにハロゲンランプという追加の熱源を必要とする問題がある。
【００１１】
【特許文献１】
特開平５−５０００２６号公報
【特許文献２】
大韓民国特許公開公報第２０００−００００７７８号
【特許文献３】
大韓民国特許公開公報第２００１−００３２１６２号
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明は、従来のプラズマを用いるソルダの酸化膜処理方法が持っている欠点を補完するためのもので、環境親和的なプラズマ気体を用い、工程上の危険を最小化し、リフローのための追加の熱源を不要とするソルダバンプフリップチップの製造及び実装方法を提供することをその目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するため、本発明は、ソルダバンプを有するフリップチップの製造方法において、前記フリップチップに形成された下部金属層にソルダバンプを接合する段階と、アルゴン・水素プラズマ工程により前記ソルダバンプをリフローする段階とを含んでなるフリップチップの製造方法を提供する。前記アルゴン・水素プラズマ工程は、圧力を２５０〜２７０ｍｔｏｒｒの範囲に維持する段階と、アルゴンと１０〜２０％水素との混合気体を１００〜２００Ｗの出力で提供してプラズマを発生させる段階と、前記フリップチップを３０〜１２０秒間前記プラズマに露出させる段階とを含むことができる。
【００１４】
また、本発明は、ソルダバンプを有するフリップチップを回路基板上に実装する方法において、アルゴン・水素プラズマ工程を用いて前記フリップチップのソルダバンプを食刻する段階と、前記フリップチップを前記回路基板上に実装する段階とを含んでなるフリップチップの実装方法を提供する。前記アルゴン・水素プラズマ工程は、圧力を１００〜４００ｍｔｏｒｒの範囲に維持する段階と、アルゴンと０〜２０％水素との混合気体を１０〜５０Ｗの出力で提供してプラズマを発生させる段階と、前記フリップチップを１０〜１２０秒間前記プラズマに露出させる段階とを含むことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるフリップチップの製造及び実装方法の好ましい実施例を図１ないし図９に基づいて詳細に説明する。
【００１６】
図１（ａ）〜図１（ｈ）は本発明によるフリップチップのソルダバンプをプラズマリフローにより製造する方法を示し、図２は図１（ａ）〜図１（ｈ）に示すソルダバンプの製造工程により得た実際の製造結果を示すものである。図２において、ピッチ間隔は２５０μｍ、直径は１００μｍである。図１（ａ）〜図１（ｈ）に示すように、シリコンチップ１０２上に電解鍍金のための種子層（ｓｅｅｄ　ｌａｙｅｒ）１０４であるＣｒ／Ｃｕ薄膜を蒸着する。種子層１０４上に、例えば厚さ９μｍの陽性厚膜フォトレジスト１０６を塗布した後、写真食刻工程により直径１００μｍの円形ＵＢＭパターン１０８を形成する。形成されたＵＢＭパターン１０８をモールドとしてＵＢＭ１１０を形成するため、銅（Ｃｕ）１１０ｂとニッケル（Ｎｉ）１１０ａとを１０ｍＡ／ｃｍ２の電流密度条件でそれぞれ４μｍの厚さに連続して鍍金する。鍍金後、厚膜フォトレジスト１０６と種子層１０４とを順次除去して直径１００μｍのＣｕ／ＮｉＵＢＭ１１０を形成する。こうして製造されたＣｕ／ＮｉＵＢＭ１１０上にレーザーソルダボールバンピング方法を用いて直径１００μｍのＳｎ・３．５ｗｔ％Ａｇソルダボール１１２を接合する。レーザーソルダボールバンピング方法によると、直径１２５μｍの孔があるキャピラリでソルダボール１１２を固定した後、波長１０６４ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザーを６５Ａの電流と３ｍｓのレーザーパルス幅との条件で瞬間的にソルダボール１１２に照射してＣｕ／ＮｉＵＢＭ１１０に接合する。陥没部１１２ａを有するソルダボール１１２が本発明のリフロー工程により球形に再成形されて、対応ＵＢＭ１１０の中央に実装されると、ソルダバンプが対応Ｃｕ／ＮｉＵＢＭに実装されるものである。
【００１７】
図３は本発明によるソルダバンプの製造に用いられるプラズマ装置の実施例を示す。同図に示すように、例えばＲＦ信号発生器３０８で生成された１３．５６ＭＨｚのＲＦ信号は整合部３０６を介してチャンバー３１２内の陽極３０４ａ及び陰極３０４ｂに印加される。チャンバー３１２の内部にはアルゴン・水素ガス（Ａｒ＋Ｈ２）が注入される。このアルゴン・水素ガスにＲＦ電気信号が印加され、チャンバー３１２内でプラズマ３１０が形成される。チャンバー３１２内の陽極３０４ａと陰極３０４ｂとの間にはフリップチップ３０２が位置し、このフリップチップ３０２にプラズマが作用して食刻及びリフローがなされる。
【００１８】
本実施例において、工程初期にチャンバー３１２の真空状態を５ｍｔｏｒｒ以下と設定し、プラズマ気体としてはアルゴンと１０〜２０％の水素とが含有された混合気体を用いる。工程が進むにつれて、チャンバー３１２の圧力を２００〜３００ｍｔｏｒｒに上昇させて維持し、１００〜２００Ｗ範囲の出力で３０〜１２０秒間フリップチップ３０２をプラズマ気体３１０に露出させる。このような工程において、プラズマ気体のアルゴンイオンがソルダボール１１２の表面に衝突してソルダボール１１２の表面酸化膜を壊す。また、プラズマの水素イオンはソルダボール１１２の表面酸化膜を還元するか又は還元性雰囲気を造成してソルダボール１１２の表面の再酸化を防止する。同時に、イオンの衝突による運動エネルギー伝達によりソルダボール１１２が融点以上に加熱されて溶融した後、Ｃｕ／ＮｉＵＢＭ１１０に濡れ、ソルダボール１１２がＣｕ／ＮｉＵＢＭ１１０に強い接合を形成して液相の表面張力により各ソルダボール１１２が球形に再成形される。
【００１９】
図４Ａ〜図４Ｄは図３に示すプラズマ装置による本発明のフリップチップのソルダバンプの製造過程を示すもので、特にアルゴン・水素プラズマを用いるソルダバンプのリフロー過程を示すものである。
【００２０】
図４Ａはシリコンチップ１０２に形成されたＣｕ／ＮｉＵＢＭ１１０上にソルダボール１１２がレーザーボールバンピングされた状態である。この際、Ｃｕ／ＮｉＵＢＭ１１０とソルダボール１１２とが局部的に接合された状態で、ソルダボール１１２の上部に陥没部１１２ａが形成された状態であり、ソルダボール１１２及びＣＵ／ＮｉＵＢＭ１１０は全て酸化膜４０２で取り囲まれている。この状態のソルダボール１１２及びＣｕ／ＮｉＵＢＭ１１０がプラズマによりリフローされると、Ａｒ＋イオンの衝突により、図４Ｂに示すように、ソルダボール１１２及びＣｕ／ＮｉＵＢＭ１１０の表面の酸化膜４０２が壊されて除去される。
【００２１】
また、図４Ｃに示すように、イオンの衝突エネルギーが熱エネルギーに転換され、ソルダボール１１２が加熱されて溶融し、水素プラズマの還元性雰囲気がソルダボール１１２の再酸化を防止して、溶融ソルダボール１１２によりＣｕ／ＮｉＵＢＭ１１０が濡れる。
【００２２】
このような一連の過程により、図４Ｄに示す金属間化合物４０４が形成され、溶融したソルダが表面張力により球形になるソルダボール１１２の再成形と、ソルダボール１１２がＵＢＭ１１０の中心に位置する自己整列と、などがなされる。
【００２３】
図５Ａは本発明によるフリップチップのソルダバンプの接合強度特性を示すグラフで、本発明のプラズマ及び従来の熱板を用いるリフロー工程に必要なリフロー時間によるＳｎ・３．５ｗｔ％ＡｇソルダバンプのＣｕ／ＮｉＵＢＭに対する接合強度剪断テスト結果を示すものである。このテストにおいて、剪断道具の高さはＣｕ／ＮｉＵＢＭよりも５μｍ高い位置にし、２００μｍ／ｓの速度でソルダバンプを押し、剪断道具にかかる最大荷重を測定した。図５Ａの３特性曲線はソルダバンプ剪断強度の変化を示すもので、特性曲線５０２は１００Ｗの出力を有するアルゴン・水素プラズマを使用した場合の試験結果であり、特性曲線５０４は２００Ｗの出力を有するアルゴン・水素プラズマを使用した場合の試験結果であり、特性曲線５０６は２５０℃でフラックスを用いて従来のリフロー工程を実施した場合の試験結果である。
【００２４】
特性曲線５０２において、２０秒では強度が初期強度よりも増加しないが、３０秒から急に増加して１００秒で最大８５ｇ−ｆｏｒｃｅの強度を有し、その以後には減少することが分かる。特性曲線５０４においては、１０秒から強度が増加して２０秒で最大となり、その以後には減少する。プラズマによりリフローした本発明によるソルダバンプの強度（５０２及び５０４）は、従来のフラックスを用いてリフローした場合（５０６）よりもバンプの剪断強度に優れていることが図５Ａから分かる。
【００２５】
図５Ｂ及び図５Ｃはそれぞれ本発明のプラズマ処理前及び後のソルダバンプの表面に対するオージェ電子分光法（ＡＥＳ）の結果を示すグラフである。オージェ電子分光法は、試料の表面に電子を入射させると放出されるオージェ電子をエネルギーによって検出し、微小部位に対する組成分析と化学的状態を分析するための方法であり、特に薄膜の深さ方向元素分布分析に用いる。
【００２６】
図５Ｂ及び図５Ｃにおいて、特性曲線５５２ｂ及び５５２ｃはソルダバンプの埃、有機物などの含有分布を示し、特性曲線５５４ｂ及び５５４ｃは酸素の含有分布を示し、特性曲線５５６ｂ及び５５６ｃはすず酸化物の含有分布を示し、特性曲線５５８ｂ及び５５８ｃはすずの含有分布を示す。図５Ｂ及び図５Ｃにおいて、時間軸に沿って実線で示した直線状のものは酸素が検出されなくなるまでにかかったスパッタリング時間を示す。図５Ｂに示すように、プラズマ処理前にはスパッタリング時間が３．１分であるが、図５Ｃに示すように、プラズマ処理後にはスパッタリング時間が１分に減少することが分かる。食刻された酸化膜の厚さはスパッタリング時間に比例するので、プラズマ処理後、表面酸化膜の厚さがおよそ１／３に減少することが分かる。
【００２７】
図６は、本発明によるフリップチップ製造方法におけるソルダバンプの自己整列過程を示すもので、１００ＷのＡｒ＋１０％Ｈ２プラズマを用いるリフロー過程において、Ｓｎ・３．５ｗｔ％ソルダバンプの自己整列過程を示すものである。図６（ａ）は６５Ａ、３ｍｓの条件でレーザーボール接合されたソルダボールを示し、図６（ｂ）、図６（ｃ）、図６（ｄ）は１００Ｗ出力のＡｒ＋１０％Ｈ２プラズマを用いてリフローをそれぞれ４０秒、６０秒、１２０秒間進ませたＳｎ・Ａｇソルダボールを上から見た形状を示す。
【００２８】
図６に示すように、ＵＢＭの中央からおよそ３０μｍ離れていたソルダボールが本発明によるプラズマリフローにより再成形及び自己整列がなされることが分かる。したがって、ソルダボールの塗布の際、ＵＢＭにどのくらいずれて塗布されても、図６（ｆ）に示すように、ソルダバンプがＵＢＭ上に正確に形成されることが分かる。
【００２９】
図７は本発明によるフリップチップのソルダバンプと他のいろいろの条件でリフローされたソルダバンプとの形状を比較した図で、いろいろの条件でリフローされたＳｎ・３．５ｗｔ％Ａｇソルダバンプの各形状を図７（ａ）〜図７（ｄ）に示し、図７（ｅ）〜図７（ｈ）は図７（ａ）〜図７（ｄ）に相当する側面図である。
【００３０】
図７（ａ）は６５Ａ、３ｍｓの条件でレーザーボール接合したバンプを示すもので、レーザーの急激な局部的照射によりソルダボールがＵＢＭ上を局部的に濡らすため強度が弱くなっている。また、急冷却によりソルダボールの上部に陥没部が発生した。このような陥没部をそのまま放置すると、ソルダバンプを有するフリップチップを回路基板に接合するとき、気体が介在して気孔の生成原因となる。このような陥没部はレーザーの電流を増やすか又はパルス幅を大きくするとなくなる。しかし、電流を７５Ａ以上増やす場合、ソルダボールがキャピラリに溶着するため、孔が詰まるか又はキャピラリの寿命が減少する問題点がある。したがって、低電流で初期接合を行った後、リフローにより陥没部を除去し、ソルダボールとＵＢＭとの間の接合強度を増加させる必要がある。
【００３１】
図７（ｂ）はフラックスなしで大気中でソルダボールを２５０℃の熱板に６０秒間維持した場合を示すものである。同図に示すように、たとえ溶融によるソルダの体積膨張によりソルダボールの上部の陥没部はなくなったが、ソルダボールの表面の酸化膜が溶融ソルダを囲っているので、ＵＢＭとの濡れが発生しない。したがって、バンプの接合強度は増加しない。
【００３２】
図７（ｃ）はフラックスをソルダボールに塗布し、２５０℃の熱板上で６０秒間リフローしたソルダボールの形状を示すもので、ソルダボールの酸化膜がフラックスにより除去され、ソルダボールがソルダバンプとして再成形され、陥没部もなくなったことが分かる。また、酸化膜が除去され、ＵＢＭとの濡れも適切になされて、ソルダバンプの接合強度が増加するであろうと推定できる。しかし、図７（ｃ）の場合、バンプの周囲に残留フラックスが存在し、この残留フラックスは適切に洗浄しないと、ソルダバンプを有するパッケージの信頼性を悪化させるおそれがある。また、光電子素子において、残留フラックスは光を偏向させることもあって、誤動作の原因となる。したがって、バンプのピッチは小さくなるほど、無フラックスリフロー工程に対する要求は段々増加する。
【００３３】
図７（ｄ）は本発明により１００ＷのＡｒ＋１０％Ｈ２プラズマで６０秒間リフローしたバンピングした直径１００μｍのＳｎ・３．５ｗｔ％Ａｇソルダバンプを示すものである。同図に示すように、ソルダボールが再成形されて陥没部がなくなり、ソルダボールとＵＢＭとの濡れも理想的になされることから、図７（ｄ）のソルダバンプは図７（ａ）、図７（ｂ）、図７（ｃ）に示すものと比較すると、その形状及び濡れ程度が非常に優れていることが分かる。
【００３４】
図８は本発明によるフリップチップを実装するための基板実装装置であるフリップチップボンダを示すものである。同図に示すように、ヒーター８０２に連結されたチップツール６０６により、フリップチップ８０８のソルダバンプの形成された面が回路の形成される基板８１０の表面に実装される。フリップ８０８がチップツール８０６により加熱され、基板８１０が熱板８１２により加熱されると、ソルダバンプ８０８ａが溶融し、フリップチップ８０８と基板８１０とが互いに接合される。冷却ガスノズル８０４は、フリップチップ８０８と基板８１０とが接合された後、冷却ガスを噴射して冷却させるためのものである。
【００３５】
フリップチップ８０８を基板８１０に実装する前、ソルダバンプ８０８ａの表面の酸化膜を除去するため、本発明のプラズマ食刻工程を実施する。ただし、ソルダバンプ８０８ａの表面の酸化膜のみを除去し、ソルダは溶融しないように、チャンバー内の工程条件を調整する。すなわち、本発明によるフリップチップ８０８の実装のため、アルゴンと０〜２０％の水素とが含有された混合気体を使用し、チャンバー３１２の圧力を１００〜４００ｍｔｏｒｒに調節し、１０〜５０Ｗの出力範囲で１０〜１２０秒間ソルダバンプ８０８ａを露出させる。このように、本発明のプラズマリフロー工程より低い出力で短時間にプラズマ食刻工程を実施することにより、ソルダバンプ８０８ａが融点以上に加熱されないながらもソルダバンプ８０８ａの表面の酸化膜は十分に除去されるようにする。すなわち、ソルダバンプ８０８ａの変形なしに酸化膜のみを除去する。
【００３６】
ソルダバンプ８０８ａの表面に新たな自然酸化膜が成長することを防止するため、例えばプラズマ食刻後に２時間内にフリップチップ８０８ａを基板８１０に接合することが好ましい。図８に示すように、基板の上部金属層にフリップチップ８０８を位置させ、大気あるいは窒素雰囲気で基板８１０とフリップチップ８０８とをソルダバンプ８０８ａの融点よりも１０℃以上高い温度に２０秒以上加熱してフリップチップ８０８と基板８１０とが接合されるようにする。
【００３７】
図９は本発明によるフリップチップの実装後の接合強度を比較したグラフで、基板にＳｎ・３．５ｗｔ％Ａｇソルダバンプフリップチップを接合するため、従来のフラックスを用いた場合（９０２）と、本発明によるＡｒ＋１０％Ｈ２プラズマを用いて５０Ｗで６０秒間ソルダバンプの酸化膜を除去してから接合した場合（９０４）と、何の処理もしないで大気中で接合した場合（９０６）との接合強度を示すものである。プラズマを用いた場合（９０４）の接合強度はフラックスを用いた場合（９０２）よりも少し小さいが誤差範囲内でほぼ同一である水準であり、何の処理もしないで接合した場合（９０６）よりも強度が２０ｇ−ｆｏｒｃｅ以上高いことが分かる。
【００３８】
本発明のプラズマ処理されたソルダバンプ表面の酸化膜は、ソルダが溶融するとき、体積膨張により壊れやすいほどに薄いため、本発明のプラズマ処理した試片は処理しなかった試片よりも多量の液相ソルダが酸化膜を壊して出て回路基板の上部金属層に濡れるため、一層大きい接合強度を有する。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のアルゴン・水素プラズマリフロー工程は、アルゴン・水素プラズマリフローを用いて環境的に無害な気体を使用することができ、多量の水素を使用しないため、工程上の危険負担を最小化することができ、リフローのために別途の熱源なしに単にプラズマを用いてソルダバンプをリフローすることができる。アルゴン・水素プラズマリフローにより形成されたソルダバンプの接合強度は、フラックスを使用する場合よりも優れており、中心からずれて接合されたバンプをアルゴン・水素プラズマリフローにより、定義されたＵＢＭ上の正確な位置に自己整列できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるフリップチップのソルダバンプをプラズマリフローにより製造する方法を示す工程図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）はいずれも図１に示す本発明によるソルダバンプ製造工程で得た実際製造結果を示す斜視図である。
【図３】本発明によるソルダバンプの製造に用いられるプラズマ装置の実施例を示すブロック図である。
【図４Ａ】図３に示すプラズマ装置を用いる本発明によるフリップチップのソルダバンプの製造過程を示す概略断面図である。
【図４Ｂ】図３に示すプラズマ装置を用いる本発明によるフリップチップのソルダバンプの製造過程を示す概略断面図である。
【図４Ｃ】図３に示すプラズマ装置を用いる本発明によるフリップチップのソルダバンプの製造過程を示す概略断面図である。
【図４Ｄ】図３に示すプラズマ装置を用いる本発明によるフリップチップのソルダバンプの製造過程を示す概略断面図である。
【図５Ａ】本発明によるフリップチップのソルダバンプの接合強度特性を示すグラフである。
【図５Ｂ】本発明のプラズマ処理前のソルダバンプ表面に対するＡＥＳ分析結果を示すグラフである。
【図５Ｃ】本発明のプラズマ処理後のソルダバンプ表面に対するＡＥＳ分析結果を示すグラフである。
【図６】（ａ）〜（ｆ）はいずれも本発明によるフリップチップの製造方法において、ソルダバンプの自己整列過程を示す平面図である。
【図７】（ａ）〜（ｄ）は本発明によるフリップチップのソルダバンプと他のいろいろの条件でリフローされたソルダバンプとの形状を比較した斜視図であり、（ｅ）〜（ｈ）はそれぞれ図７（ａ）〜（ｄ）の側面図である。
【図８】本発明によるフリップチップを実装するための基板実装装置を示す概略図である。
【図９】本発明によるフリップチップ実装後の接合強度を示すヒストグラムである。
【符号の説明】
１０２　　　シリコンチップ
１０４　　　種子層
１０６　　　陽性厚膜フォトレジスト
１０８　　　ＵＢＭパターン
１１０　　　ＵＢＭ
１１２　　　ソルダボール
３０４ａ　　　陽極
３０４ｂ　　　陰極
３０６　　　整合部
３０８　　　ＲＦ信号発生器
３１０　　　プラズマ
３１２　　　チャンバー
４０２　　　酸化膜
４０４　　　金属間化合物
６０６　　　チップツール
８０２　　　ヒーター
８０８　　　フリップチップ
８０８ａ　　　ソルダバンプ
８１０　　　基板
８１２　　　熱板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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