(57)【要約】      （修正有）【課題】  ソルダのリフロー時に銅がソルダに拡散されることによって、１元界または２元界のすずめっきだけでも２元界または３元界の無鉛ソルダバンプを容易に製造することができ、工程コストが低くて、めっきの管理が容易な無鉛ソルダバンプの製造方法。【解決手段】  無鉛ソルダバンプの製造方法において、電極パッド12が開放された保護層14を有するウェーハ10を提供する段階と；前記ウェーハ上に金属基底層20を形成する段階と；前記電極パッドに対応する部分を除いた前記金属基底層上にフォトレジスト30をリソグラフィーする段階と；前記電極パッドに対応する金属基底層上に銅層を形成する段階と；前記銅層上にソルダをめっきする段階と；前記フォトレジストを除去する段階と；前記ソルダをマスクと利用して、前記金属基底層をエッチングする一方、前記ソルダをリフローしてソルダバンプを製造する段階と；を含むことを特徴とする無鉛ソルダバンプの製造方法。【選択図】  図１Ｃ
2004207685.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無鉛ソルダバンプの製造方法において、
電極パッドが開放された保護層を有するウェーハを提供する段階と、
前記ウェーハ上に金属基底層を形成する段階と、
前記電極パッドに対応する部分を除いた前記金属基底層上にフォトレジストをリソグラフィーする段階と、
前記電極パッドに対応する金属基底層上に銅層を形成する段階と、
前記銅層上にソルダをめっきする段階と、
前記フォトレジストを除去する段階と、
前記ソルダをマスクと利用して、前記金属基底層をエッチングする一方、前記ソルダをリフローしてソルダバンプを製造する段階と、を含むことを特徴とする、無鉛ソルダバンプの製造方法。
【請求項２】
前記ソルダは、すずであることを特徴とする、請求項１に記載の無鉛ソルダバンプの製造方法。
【請求項３】
前記ソルダは、銀をさらに含むことを特徴とする、請求項２に記載の無鉛ソルダバンプの製造方法。
【請求項４】
前記リフロー段階は、２３０℃乃至２７０℃で１分間乃至２０分間行うことを特徴とする、請求項１に記載の無鉛ソルダバンプの製造方法。
【請求項５】
前記銅層は、５μm乃至２０μmの厚さで形成されることを特徴とする、請求項１に記載の無鉛ソルダバンプの製造方法。
【請求項６】
前記金属基底層は、前記ウェーハに最初に接触される層がチタニウム（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）またはタングステン化チタニウム（ＴｉＷ）の中で一つであり、前記ウェーハの最初の接触層の上部の層が銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、ニッケル−バナジウム（Ｎｉ−Ｖ）または銅−ニッケル（Ｃｕ−Ｎｉ）合金の中のいずれか一つであることを特徴とする、請求項１に記載の無鉛ソルダバンプの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フリップチップ（Ｆｌｉｐ Ｃｈｉｐ）方式の半導体素子の接触端子であるバンプを形成する方法に係り、さらに詳しくは、無鉛ソルダバンプの形成が容易であり、工程コストが低くてめっきの管理の容易な無鉛ソルダバンプの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
既存のワイヤボンディング方式は、金ワイヤが、半導体ウェーハの電極パッドと鉛フレームの内部鉛を電気的に連結させる方式である。また、フリップチップ方式は、半導体ウェーハ上に形成されたバンプが、半導体ウェーハと半導体ウェーハが実装される印刷回路基板の接触端子を連結させる方式である。
【０００３】
バンプを半導体ウェーハの電極パッド上に形成するために、従来では、鉛（Ｐｂ）とすず（Ｓｎ）を主成分とするソルダ（Ｓｏｌｄｅｒ）が利用された。
【０００４】
しかし、日々に増大される環境問題により、電子製品において鉛の使用を制限する法律の施行が、ヨロッパと日本を始めとして全世界に具体化されており、ヨロッパの自動車廃車のリサイクル法案は、２００４年から鉛含有ソルダを規制対象としており、日本も廃車法と家電製品のリサイクル法を制定して廃家電製品に対する鉛の回収を義務化している。これにより、既存の鉛を含む家電製品の工程を無鉛ソルダに転換し、半導体ウェーハのソルダバンプも無鉛ソルダを使用して形成しなければならない必要性が増加している。
【０００５】
したがって、従来に一般に使用された鉛−すずのソルダ材料を代替するために、すず―銀―銅、すず−銀またはすず−銅の造成を有する２元界または３元界合金のソルダ材料が使用されている。
【０００６】
しかし、前記のような無鉛ソルダめっき液は、すずと銅等の合金造成の変化により溶解点が急激に変わるので、２７０℃のリフロー工程温度で使用できるソルダの造成領域が約３乃至７％範囲に狭くなるという短所がある。また、微量に添加される銅と銀の場合、１乃至２％の追加含量が、合金の溶解点を１０℃以上に増加させて接触不良の恐れがあるため、これら合金の造成比は極めて正確に合わせなければならない。また、従来の２元界または３元界の合金無鉛ソルダは、すずより還元電位値の高い銀と銅が優先的にめっきされる現状があるので、これを抑制するためには錯化剤（Ｃｏｍｐｌｅｘｉｎｇ Ａｇｅｎｔ）が使用されたが、このような錯化剤は、そのコストが高くて工程コストが高まるという問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、無鉛ソルダの構成元素の中で一つである銅をソルダバンプの下端部に位置する金属基底層上に積層することにより、ソルダをリフローする時、銅がソルダに拡散されるようにして、１元界すずめっきだけで２元界無鉛ソルダバンプを、或いは２元界すず−銀めっきだけですず−銀−銅の３元界の無鉛ソルダバンプを容易に製造することができる無鉛ソルダバンプの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、無鉛ソルダバンプの製造方法において、電極パッドが開放された保護層を有するウェーハを提供する段階と；前記ウェーハ上に金属基底層を形成する段階と；前記電極パッドに対応する部分を除いた前記金属基底層上にフォトレジストをリソグラフィーする段階と；前記電極パッドに対応する金属基底層上に銅層を形成する段階と；前記銅層上にソルダをめっきする段階と；前記フォトレジストを除去する段階と；前記ソルダをマスクと利用して、前記金属基底層をエッチングする一方、前記ソルダをリフローしてソルダバンプを製造する段階と；を含むことを特徴とする。
【０００９】
ここで、前記ソルダは、すずであり、ここに銀をさらに含むことができる。
【００１０】
一方、前記リフロー段階は、２３０℃乃至２７０℃で１分間乃至２０分間行うことが好ましい。
【００１１】
また、前記銅層は、５μm乃至２０μmの厚さで形成されることが効果的である。
【００１２】
前記金属基底層は、前記ウェーハに最初に接触される層がチタニウム（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）またはタングステン化チタニウム（ＴｉＷ）の中で一つであり、前記ウェーハの最初の接触層の上部の層が銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、ニッケル−バナジウム（Ｎｉ−Ｖ）または銅−ニッケル（Ｃｕ−Ｎｉ）合金の中でいずれか一つであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
前述したように、本発明によると、金属基底層上に銅を積層することにより、ソルダのリフロー時に銅がソルダに拡散されることにして、１元界または２元界のすずめっきだけでも２元界または３元界の無鉛ソルダバンプをように製造することができる。これにより、工程コストが低くて、めっきの管理が容易な無鉛ソルダバンプを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付の図面を参照して本発明を詳細に説明する。
【００１５】
図１Ａは、電極パッド１２が開放された保護層１４を有する半導体ウェーハ１０の断面図であり、図１Ｂはその上部に金属基底層（ＵＢＭ：Ｕｎｄｅｒ Ｂｕｍｐ Ｍｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ）２０が形成されている断面図である。金属基底層は、ソルダーをアルミニウム（Ａｌ）のような金属性の電極パッド１２上に電気めっきした後リフロー（ｒｅｆｌｏｗ）過程を経る時、この過程で電極パッド１２とソルダとの間に発生される拡散を防止し、電解めっき工程時にウェーハの全面積を連結する電気的な通路を提供し、フリップチップの接合時に電極パッド１２とソルダバンプ３４（図２Ａ、図２Ｂ参照）との間の界面接合力を増大させるために介されることである。金属基底層２０で、ウェーハに最初に接触される層である第１層１６は、チタニウム（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）またはタングステン化チタニウム（ＴｉＷ）の中のいずれか一つであり、前記ウェーハの最初接触層の上部の層である第２層１８は、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、ニッケル−バナジウム（Ｎｉ−Ｖ）または銅−ニッケル（Ｃｕ−Ｎｉ）合金中いずれか一つに構成することができる。このような金属基底層２０は、スパッターを利用して順次的に形成させれ、半導体ウェーハ１０との接着力及び続いた工程遂行でも損傷されない等を考慮しなければならない。
【００１６】
また、図１Ｃに示すように、電極パッド１２に対応する部分を除いた前記金属基底層２０上にフォトレジスト３０をリソグラフィーし、図１Ｄに示すように、電極パッド１２の対応する金属基底層２０上に銅層２２を形成する。これにより、ソルダ３２を銅層２２上にめっきすると（図１Ｃ参照）、ソルダ３２が銅層２２と直に接触することができる。ここで、ソルダ３２は、すずを主元素とする。この時、銅層２２は、５μm乃至２０μmの厚さが好ましい。
【００１７】
その後、図１Ｆに示すように、フォトレジストリ３０を除去し、最後にソルダ３２をマスクと利用して金属基底層２０をエッチング（図示せず）する。次に、最終的に、ソルダ３２をリフローする。図２Ａはリフロー過程で銅層２２の銅がソルダ３２に拡散されることを示し、図２Ｂは銅がソルダ３２に拡散されてすず−銅の２元界のソルダバンプ３４が形成されることを示す。
【００１８】
リフローは、２３０℃乃至２７０℃の温度を有する有機溶媒の内で行われることが好ましい。ソルダ３２がすずだけで行われる場合、ソルダをリフローする時の温度が２３２℃以上、即ちすずの溶融点より以上になると、金属基底層２０上に積層された銅層２２の銅がすず側に拡散されるとともにソルダ３２のすずも銅側に拡散される。これら拡散された二種の原子の中の一部は、界のエネルギーを低めるために界面で銅−すず間の金属化合物層を形成されるが、一部の銅原子はリフロー後にもソルダバンプ３４内に一定量が存在する。
【００１９】
一方、ソルダ３２は、すずを主元素としてここに銀をさらに含むことができる。これは、酒席−銀の２元界無鉛合金として、すず−銀−銅の３元界無鉛合金に比べて相対的に比率調整が容易である。本発明では、リフローの温度及び時間を調整することにより、ソルダ３２に銅が拡散される量を調節するので、工程コストが高く、品質管理が難しい３元界のバンプ形成工程を２元界のバンプ形成工程に短縮することができる。
【００２０】
次の表１は、層の構造が異なる金属基底層にすず／３．５銀（Ｓｎ／３．５Ａｇ）合金を電解めっきした後、温度及び時間を異なりにして、リフローを経た後、ソルダバンプの上端部の銅の含量をＥＤＸ（Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ−ｒａｙ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）で分析した結果である。表１によると、リフロー工程後、ソルダバンプの銅含量が熱処理条件により約１．５％乃至３％に至ることが分かる。この結果は、約１５０μm以下の小さい大きさを有する無鉛ソルダバンプを形成する時に、約１％の微量の銅を添加するために銅をめっき工程で別途に投入する必要がないことは明白である。
【００２１】
【表１】
2004207685.tif 000003
【００２２】
一方、大気中の酸素の含量を除いた窒素の雰囲気の一般的なリフローにオーブンでフラックスを塗布し、ソルダバンプを溶融させることもできる。このようなソルダバンプのリフローは、金属基底層のエッチング後、またその以前に行うことができる。
【００２３】
上記に具体的に説明したように、本発明によると、２元界または３元界ソルダ合金めっき液を製造せずにも、金属基底層上の銅をソルダに拡散させることにより、ソルダバンプに含有されている銅の比率を容易に合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１Ａ】本発明による無鉛ソルダバンプの製造工程を示す断面図である。
【図１Ｂ】本発明による無鉛ソルダバンプの製造工程を示す断面図である。
【図１Ｃ】本発明による無鉛ソルダバンプの製造工程を示す断面図である。
【図１Ｄ】本発明による無鉛ソルダバンプの製造工程を示す断面図である。
【図１Ｅ】本発明による無鉛ソルダバンプの製造工程を示す断面図である。
【図１Ｆ】本発明による無鉛ソルダバンプの製造工程を示す断面図である。
【図２Ａ】本発明によるソルダのリフロー時に、銅がソルダに拡散されることを示す断面図である。
【図２Ｂ】本発明によるソルダのリフロー時に、銅がソルダに拡散されることを示す断面図である。
【符号の説明】
【００２５】
１０  半導体ウェーハ
１２  電極パッド
１４  保護層
１６  第１層
１８  第２層
２０  金属基底層
２２  銅層
３０  フォトレジスト
３２  ソルダ
３４  ソルダバンプ
【図１Ａ】
2004207685.tif 000004
【図１Ｂ】
2004207685.tif 000005
【図１Ｃ】
2004207685.tif 000006
【図１Ｄ】
2004207685.tif 000007
【図１Ｅ】
2004207685.tif 000008
【図１Ｆ】
2004207685.tif 000009
【図２Ａ】
2004207685.tif 000010
【図２Ｂ】
2004207685.tif 000011