(57)【要約】【課題】半田バンプ内のボイド発生を防止し得る印刷法による半田バンプの製造を含む半導体装置の製造方法および製造装置の提供。【解決手段】基板上に所望のパターンに沿って印刷法によって半田ペーストを印刷し、該半田ペースト印刷後の基板を溶融半田が得られる温度に加熱し、その後放冷して半田バンプを得る半導体装置の製造方法において、基板２６上に印刷された半田ペーストからなる印刷ペースト２４の中心部に到達または近接する切欠部２５を設けることを特徴とする半導体装置の製造方法。【選択図】　図２
2004040035.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に所望のパターンに沿って印刷法によって半田ペーストを印刷し、該半田ペースト印刷後の基板を溶融半田が得られる温度に加熱し、その後放冷して半田バンプを得る半導体装置の製造方法において、基板上に印刷された半田ペーストからなる印刷ペーストの中心部に到達または近接する切欠部を設けることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
半田ペースト印刷用マスクの半田ペースト流通用開口に、該半田ペーストを縦割りにする加工部を備えた印刷マスクを用いて切欠部を有する印刷ペーストを形成する工程を含む請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
基板上の印刷ペーストに機械加工を施して切欠部を有する印刷ペーストを形成する工程を含む請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
基板上に設けられた突部に接するように印刷ペーストを形成し、該突起と印刷ペースト間に切欠部を形成する請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の機能を有する製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、配線基板（インタポーザ）を使用しないウェハレベルＣＳＰ（Ｃｈｉｐ　Ｓｉｚｅ／Ｓｃａｌｅ　Ｐａｃｋａｇｅ）等の半導体パッケージなどに用いられる半田バンプを有する半導体装置の製造方法に関し、特に半田バンプを印刷法で形成し、印刷後のペーストをリフローする際に該ペーストからの脱ガスを促進させて半田バンプ内のボイドを軽減する半導体装置の製造方法および製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近時、半導体装置の小型化が促進されており、これに伴ってそのパッケージの小型化が注目されている。例えば、日経マイクロデバイス１９９８年８月号及び１９９９年２月号等に種々の半導体パッケージが提案されている。その中でも、特にＣＳＰとよばれる半導体パッケージによるウェハレベルＣＳＰは、パッケージの小型化及びコストの低減に高い効果を示す。このＣＳＰは、ウェハごと樹脂封止されたパッケージである。図１は従来のＣＳＰの構成を示す断面図である。なお、図１はプリント基板へ搭載される状態を示しており、以下の説明では図１とは上下関係が逆になっている。
従来のＣＳＰにおいては、ウェハ１の前面に複数の電極、例えばＡｌパッド２が形成されている。また、ウェハ１の全面にＡｌパッド２を覆うパッシベーション膜、例えばＳｉＮ層３及びポリイミド層４が形成されている。ＳｉＮ層３及びポリイミド層４には、その表面からＡｌパッド２まで達するビアホールが穿設されている。そして、ビアホール内に導体層５が埋め込まれている。更に、ポリイミド層４上には、導体層５に接続された再配線層６が形成されている。再配線層６は、例えばＣｕからなる。そして、ポリイミド層４の全面に再配線層６を覆う封止樹脂層７が設けられている。封止樹脂層７の内部には、その表面から再配線層６まで達するメタルポストとしてＣｕポスト８が形成されている。このＣｕポスト８上には、バリアメタル層９が形成されており、該バリアメタル層９上に半田バンプ１０が形成されている。
【０００３】
この半田バンプ１０の形成方法としては、メッキ法、印刷法、メタルジェット法、及びボールマウント法等が挙げられる。印刷法を用いた半田バンプ形成方法の中でも、メタルマスクを用いた印刷法による半田バンプ形成技術は、ボールマウント法、メッキ法などと比べ、必要な設備や材料費が安価であり、また工程時間が短く生産性に優れている。
一方、印刷法はメタルマスクへのペーストの充填率と転写率によりバンプの大きさ（半田量）が決まるので、各バンプの外径形状を均一にするために一定の充填率と転写率を維持する必要がある。さらに半田合金粉末とフラックスを練り込んだペーストを用いるため、ペースト材料にも印刷性の向上が図られている。
印刷法に用いるペーストには、半田合金粉末、ロジン、活性剤、チキソ剤、溶剤などが含まれ、これらには、低温（５０〜２００℃）あるいは、半田合金の溶融温度（１８０〜３００℃）で気化する成分が含まれている。さらに活性剤の還元反応によってもガスが発生する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、ウェハ上に半田バンプを印刷法で形成する場合、狭ピッチ、高密度のバンプ形成が求められる。目標寸法のバンプを形成するために必要な半田ペーストの量を確保するためには、メタルマスクの厚さを厚くする必要がある。しかし、マスク厚を厚くすることで印刷後のペースト厚さが厚くなり、印刷したペーストを所定温度で所定時間加熱して溶融せしめ、その後放冷して半田ボールを形成する工程（以下、リフロー工程と記す）において、加熱時に発生するガス成分がペースト内から抜けにくく、溶融した半田内にガスが気泡として残留し、放冷後に得られた半田内にボイドが内包されることになる。半田バンプ内にボイドがあると、その半田バンプの接合強度が劣化し、結果としてウェハの信頼性を低下させることになる。
また、ペーストに残留するガスを抜き出すために、リフロー時間が長く必要であり、その時間を長くしても完全に脱ガスすることは困難であった。
さらに半田バンプにボイドがあると、同じ半田量であってもバンプ高さにばらつきを生じてしまう。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、半田バンプ内のボイド発生を防止し得る印刷法による半田バンプの製造を含む半導体装置の製造方法および製造装置の提供を目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、基板上に所望のパターンに沿って印刷法によって半田ペーストを印刷し、該半田ペースト印刷後の基板を溶融半田が得られる温度に加熱し、その後放冷して半田バンプを得る半導体装置の製造方法において、基板上に印刷された半田ペーストからなる印刷ペーストの中心部に到達または近接する切欠部を設けることを特徴とする半導体装置の製造方法を提供する。
【０００７】
本発明の半導体装置の製造方法において、半田ペースト印刷用マスクの半田ペースト流通用開口に、該半田ペーストを縦割りにする加工部を備えた印刷マスクを用いて切欠部を有する印刷ペーストを形成する工程を含めてよい。
また基板上の印刷ペーストに機械加工を施して切欠部を有する印刷ペーストを形成する工程を含めてよい。
さらに基板上に設けられた突部に接するように印刷ペーストを形成し、該突起と印刷ペースト間に切欠部を形成してもよい。
また本発明は上記半導体装置の製造方法の機能を有する製造装置を提供する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明において、半田バンプを有する半導体装置は、ウェハ等の基板上に所望のパターンに沿って印刷法によって半田ペーストを印刷する印刷工程と、該半田ペースト印刷後の基板を溶融半田が得られる温度に加熱し、その後放冷するリフロー工程とを含む方法によって製造され、該方法はさらに、基板上に印刷された半田ペーストからなる印刷ペーストの中心部に到達または近接する切欠部を設ける工程を含む。また本発明の製造装置は、基板上に所望のパターンに沿って印刷法によって半田ペーストを印刷する印刷装置と、半田ペースト印刷後の基板を溶融半田が得られる温度に加熱し、その後放冷する加熱装置と、該印刷後の半田ペーストに切欠部を形成する手段とを有する。この切欠部形成手段としては、後述する第１〜３の実施形態に記載された各手段を用い得る。
【０００９】
本発明によって半田バンプを形成する基板としては特に制限されないが、例えば配線基板（インタボーザ）を使用しないウェハレベルＣＳＰ等の半導体パッケージ、各種半導体装置、各種電子装置等に用いられる基板が挙げられる。また、シリコンウェハ等の半導体ウェハやＣＳＰ等の半導体パッケージのウェハ基板に半田バンプを形成する場合、ウェハ上には、例えば金属パッド、ＳｉＮなどのパッシベーション層、ポリイミド層、導通用のビアホール、Ｃｕ等の金属からなる半田バンプ形成用のポストなどの所望の層や部材を形成しておくことができる。
【００１０】
また、本発明に用いられる半田ペーストは、従来より半田バンプ形成用、あるいは回路内または回路間の半田接続等に用いられる半田ペーストを用いることができる。例えば、従来より印刷法による半田バンプ形成用に用いられている半田ペーストは、半田合金粉末、ロジン、活性剤、チキソ剤、溶剤などが含まれ、印刷法に適用した粘度を有する各種市販品の中から選択して使用することができ、あるいは適当な粘度と半田含有量が有するペーストを適宜調製して使用することができる。半田合金としては、各種の無鉛半田合金を用いることもできる。
【００１１】
印刷法において用いられる印刷用半田ペーストには、低温（５０〜２００℃）あるいは半田合金の溶融温度（１８０〜３００℃）で気化する成分が含まれ、本発明においては、リフロー工程でこれらの気化する成分が、半田ペーストの表面から放出されるとともに、印刷した半田ペーストに設けた切欠部を通してガスが抜け出してくる。この切欠部は、リフロー工程での加熱時に発生してくるガスが特に抜け出しにくい、基板上に印刷された半田ペーストからなる印刷ペーストの中心部に到達するかまたは近接するように設けてあるので、印刷ペーストからの脱ガスが著しく促進される。印刷ペーストに形成する切欠部は、例えば後述する第１〜第３の実施形態に記した如く形成できる。この切欠部は、リフロー工程において、通常は半田を溶融させることによって、溶融半田がその表面張力により球状化する際に消失し、リフロー工程後、放冷された基板上の半田バンプには残らない。
【００１２】
本発明によれば、印刷法によって基板上に半田バンプを製造する際に、印刷ペーストの中心部に到達または近接する切欠部を設けることによって、印刷後の基板を加熱するリフロー工程において印刷ペーストから気化するガスが切欠部からスムーズに抜け出すので、溶融半田に取り込まれるガスを大幅に減じることができ、実質的にボイドの無い半田バンプを有する半導体装置を製造することができる。
また、印刷ペーストに切欠部を設けることによって、リフロー工程でガス抜きのための時間が短縮でき、バンプの製造時間を短縮できる。
さらに、実質的にボイドの無い半田バンプが製造でき、個々のバンプの高さが揃った高品質の半導体装置を得ることができる。
【００１３】
（第１の実施形態）
図２は本発明に係る半導体装置の製造方法の第１の実施形態を示す図である。本実施形態では、半田ペーストを縦割りにする加工部２１を備えた開口２２を有する半田ペースト印刷用のメタルマスク２０（図２（ａ），（ｂ）参照）を用いて、基板２６上に切欠部２５を有する印刷ペースト２４（図２（ｃ）参照）を形成する工程を含むことを特徴としている。
【００１４】
このメタルマスク２０は、ステンレス鋼、アルミ合金、銅合金などの適当な金属板からなり、図２（ａ），（ｂ）に示すように、基板２６上に形成するべき印刷ペースト２４のパターンと一致する位置に、それぞれ開口２２が穿設されている。なお、本例示において開口２２は円形としたが、開口２２の形状は円形に限らず、楕円形、長円形、三角形、四角形およびそれ以上の多角形などの形状とすることができる。この開口２２の直径は、形成する印刷ペースト２４に応じて設定される。
【００１５】
本例示において、メタルマスク２０のそれぞれの開口２２に設けられた加工部２１は、一文字状に開口２２に設けられた加工部材２３を有している。この加工部材２３は、開口２２のペースト入口側からメタルマスク２０の厚さ方向の途中まで設けられている。このような加工部材２３を形成するには、例えばメタルマスク２０に開口２２を穿設する際に、この加工部材２３が残るようなハーフエッチングを行うことによって形成できる。あるいは所定値より直径を少し大きめに開口２２を穿設し、加工部材２３を有する円筒状をなす合成樹脂製のチップを作製し、これを開口２１に嵌着することによって形成できる。さらにまた、円形にエッチングした開口２２に加工部材２３挿入用の溝を形成し、該溝に板状の加工部材２３を嵌着する方法でも同様の構造を実現できる。なお、本例示では円形の開口２２に一文字状に加工部材２３を設けているが、加工部材２３の形状はこれに限定されることなく、十文字状、放射状などとしてもよい。
【００１６】
この加工部２１を有するメタルマスク２０は、例えばスクリーン印刷機などの印刷装置にセットし、基板２６上の所定位置に半田ペーストを印刷するために用いられる。印刷時、開口２２には半田ペーストが供給され、この半田ペーストは加工部材２３のある開口２２を通って基板２６の所定位置に所定厚さで付着し、基板２６の所定位置にドット状の印刷ペースト２４が印刷される。
円形の開口を有するメタルマスク２０で半田ペーストを印刷する場合、基板２６上に形成される印刷ペーストは円錐台状となる。
本実施形態では、図２（ｂ）に示すように、円形の開口２２を分割する加工部材２３を設けた加工部２１を有するメタルマスク２０を用い、基板２６上に印刷ペースト２４を印刷形成することで、図２（ｃ）に示すように、印刷ペースト２４の上方側を縦割りにするような切欠部２５が形成される。
【００１７】
この切欠部２５が設けられた印刷ペースト２４は、リフロー工程において、例えば半田合金の融点以上の温度下で加熱されると、配合された揮発成分や含まれる成分の分解によって生じるガスが発生し、このガスは印刷ペースト２４の表面から抜け出してくる。この印刷ペースト２４は、上部を縦割りにした切欠部２５が設けられているので、ガス抜けが悪い印刷ペーストの中心部付近のガス抜けが促進され、短時間でペースト中のガス抜きが完了する。従って、溶融した半田中に残留する気泡が実質的になくなり、放冷後、実質的にボイドのない半田バンプを製造できる。
【００１８】
（第２の実施形態）
図３は本発明に係る半導体装置の製造方法の第２の実施形態を示す図である。本実施形態では、先の実施例での加工部２１を有するメタルマスク２０に代えて、加工部２１のない通常のメタルマスクを用い、基板３１上に印刷ペースト３０を形成し（図３（ａ）参照）、その後印刷ペースト３０に機械加工を施し（図３（ｂ）参照）、切欠部３３を形成する（図３（ｃ）参照）ことを特徴としている。
【００１９】
切欠部を形成するための機械加工は、印刷ペースト３０の中心部に到達するまたは近接する穴や溝などの切欠を形成できればよく、特に限定されず、例えば図３（ｂ）に例示するような穴開け部材３２を用いる加工、刃物による切断加工などが使用できる。また、これらの機械加工は、基板３１を傷付けない程度に印刷ペースト３０の上部のみを加工すればよく、基板３１に到達する切欠部を設ける必要はない。
【００２０】
図３（ａ）〜（ｃ）の例示において機械加工は、図３（ｂ）に示す丸棒状の穴開け部材３２を印刷ペースト３０の中央に押し込んで、図３（ｃ）に示すように印刷ペースト３０に丸穴状の切欠部３３を形成するように行われる。
得られた印刷ペースト３０は、先の実施形態の印刷ペースト２４と同じく、リフロー工程において、ガス抜けが悪い印刷ペーストの中心部付近のガス抜けが促進され、短時間でペースト中のガス抜きが完了する。従って、溶融した半田内に残留する気泡が実質的になくなり、放冷後、実質的にボイドのない半田バンプを製造できる。
【００２１】
（第３の実施形態）
図４は本発明に係る半導体装置の製造方法の第３の実施形態を示す図である。本実施形態では、基板４０に突部４２を設け、該突部４２に接するように印刷ペースト４３を形成し、該突起４２と印刷ペースト４３間に切欠部４４を形成することを特徴としている。この突部４２は、基板上に金属層を成膜後、エッチングプロセスを行い突部４２を残す構造としてもよいし、図４（ａ）に示すように、Ｃｕなどの金属からなるパッド４１の突部４２を利用し、この突部４２付きのパッド４１を基板４０の所望位置に固定して用いることができる。この突部４２の直径は、印刷ペースト４３の直径よりも十分に小さくなっている。
【００２２】
この突部４２付きのパッド４１の突部周辺に印刷ペースト４３を印刷形成するには、例えば、加工部２１を設けていない通常の開口が穿設されたメタルマスクを用い、この突部４２を該開口の中心に挿入しつつ、該開口の周壁と突部４２の隙間を通してペーストを供給することにより行われる。
このように印刷を行うことで、図４（ｂ）に示すように、パッド４１の突部４２の周囲に半田ペーストからなる印刷ペースト４３が形成される。
【００２３】
得られた印刷ペースト４３は、リフロー工程において、例えば半田合金の融点以上の温度下で加熱されると、まず、配合された揮発成分や含まれる成分の分解によって生じるガスがペースト表面から抜け出して体積収縮し、突部４２と印刷ペースト４３とに隙間が生じ、これが切欠部４４として作用し、先の各実施形態と同じく、ガス抜けが悪い印刷ペーストの中心部付近のガス抜けが促進され、短時間でペースト中のガス抜きが完了する。従って、溶融した半田中に残留する気泡が実質的になくなり、放冷後、実質的にボイドのない半田バンプを製造できる。
【００２４】
なお、本発明は上記各実施形態に限らず、ボールマウント法のフラックス印刷やファインピッチＳＭＴなどの分野に適用することも可能である。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、印刷法によって基板上に半田バンプを製造する際に、印刷ペーストの中心部に到達または近接する切欠部を設けることによって、印刷後の基板を加熱するリフロー工程において印刷ペーストから気化するガスが切欠部からスムーズに抜け出すので、溶融半田に取り込まれるガスを大幅に減じることができ、実質的にボイドの無い半田バンプを有する半導体装置を製造することができる。
また、印刷ペーストに切欠部を設けることによって、リフロー工程でガス抜きのための時間が短縮でき、バンプの製造時間を短縮できる。
さらに、実質的にボイドの無い半田バンプが製造でき、個々のバンプの高さが揃った高品質の基板を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】半田バンプを有するＣＳＰを例示する断面図である。
【図２】本発明に係る半導体装置の製造方法の第１の実施形態を説明する図であり、（ａ）はメタルマスクの斜視図、（ｂ）はその開口に設けた加工部の拡大斜視図、（ｃ）は基板上に形成した印刷ペーストの斜視図である。
【図３】本発明に係る半導体装置の製造方法の第２の実施形態を説明する図であり、（ａ）基板上に印刷ペーストを設けた状態を示す斜視図、（ｂ）は穴開け部材による機械加工直前の印刷ペーストの斜視図、（ｃ）は機械加工後の印刷ペーストの斜視図である。
【図４】本発明に係る半導体装置の製造方法の第３の実施形態を説明する図であり、（ａ）は基板上のパッドの斜視図、（ｂ）はパッド外方に設けた印刷ペーストの斜視図である。
【符号の説明】
１…ウェハ、１０…半田バンプ、２０…メタルマスク、２１…加工部、２２…開口、２３…加工部材、２４，３０，４３…印刷ペースト、２５，３３，４４…切欠部、２６，３１，４０…基板、３２…穴開け部材、４１…パッド、４２…突部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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