(57)【要約】【課題】  フリップチップ金バンプ構造およびその製造方法を提供する。【解決手段】  フリップチップ金バンプ構造は、チップ上に形成された金バンプの上にニッケル層と、ニッケル層の上に銅層とを含み、Ｎｉ／Ｃｕ障壁層を構成する。Ｎｉ／Ｃｕ障壁層は、金バンプとハンダとの相互作用を妨げる。【選択図】      図２
2004289135.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエハ上に形成されるフリップチップ金バンプ構造であって、
少なくとも１つの金バンプと、
前記金バンプ上のニッケル層と、
前記ニッケル層上の銅層とを備えることを特徴とする金バンプ構造。
【請求項２】
請求項１に記載のフリップチップ金バンプ構造であって、
前記ニッケル層の厚さが０．１μｍ乃至２０μｍ程度であることを特徴とする金バンプ構造。
【請求項３】
請求項１に記載のフリップチップ金バンプ構造であって、
前記銅層の厚さが０．１μｍ乃至１０μｍ程度であることを特徴とする金バンプ構造。
【請求項４】
請求項１に記載のフリップチップ金バンプ構造であって、
前記金バンプの高さが３μｍ乃至１５０μｍ程度であることを特徴とする金バンプ構造。
【請求項５】
チップとチップ基板とを接続するためのフリップチップパッケージ構造であって、
前記チップ上の少なくとも１つの金バンプと、
前記金バンプ上のニッケル層と、
前記ニッケル層上の、前記チップと前記チップ基板とを連結するための銅含有ハンダとを備えることを特徴とするフリップチップパッケージ構造。
【請求項６】
請求項５に記載のフリップチップパッケージ構造であって、
前記銅含有ハンダがハンダ合金を含むことを特徴とするフリップチップパッケージ構造。
【請求項７】
請求項６に記載のフリップチップパッケージ構造であって、
前記ハンダ合金の中の銅は０．７重量パーセント乃至３．０重量パーセント程度であることを特徴とするフリップチップパッケージ構造。
【請求項８】
請求項５に記載のフリップチップパッケージ構造であって、
前記ニッケル層の厚さが０．１μｍ乃至２０μｍ程度であることを特徴とするフリップチップパッケージ構造。
【請求項９】
請求項５に記載のフリップチップパッケージ構造であって、
前記金バンプの高さが３μ乃至１５０μｍ程度であることを特徴とするフリップチップパッケージ構造。
【請求項１０】
ウエハ上に形成されるフリップチップ金バンプ構造の製造方法であって、
前記ウエハ上に少なくとも１つの金バンプを形成する段階と、
前記金バンプ上にニッケル層を形成する段階と、
前記ニッケル層上に銅層を形成する段階とを備えることを特徴とするフリップチップ金バンプ構造の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載のフリップチップ金バンプ構造の製造方法であって、
前記金バンプを形成する前記段階が電気めっきを含むことを特徴とするフリップチップ金バンプ構造の製造方法。
【請求項１２】
請求項１０に記載のフリップチップ金バンプ構造の製造方法であって、
前記金バンプを形成する前記段階が無電解めっきを含むことを特徴とするフリップチップ金バンプ構造の製造方法。
【請求項１３】
請求項１０に記載のフリップチップ金バンプ構造の製造方法であって、
前記金バンプ上に前記ニッケル層を形成する前記段階が電気めっきを含むことを特徴とするフリップチップ金バンプ構造の製造方法。
【請求項１４】
請求項１０に記載のフリップチップ金バンプ構造の製造方法であって、
前記金バンプ上に前記ニッケル層を形成する前記段階が無電解めっきを含むことを特徴とするフリップチップ金バンプ構造の製造方法。
【請求項１５】
請求項１０に記載のフリップチップ金バンプ構造の製造方法であって、
前記ニッケル層上に前記銅層を形成する前記段階が電気めっきを含むことを特徴とするフリップチップ金バンプ構造の製造方法。
【請求項１６】
請求項１０に記載のフリップチップ金バンプ構造の製造方法であって、
前記ニッケル層上に前記銅層を形成する前記段階が無電解めっきを含むことを特徴とするフリップチップ金バンプ構造の製造方法。
【請求項１７】
チップとチップ基板とを結合するためのフリップチップパッケージ製造方法であって、
ウエハ上に少なくとも１つの金バンプを形成する段階と、
前記金バンプ上にニッケル層を形成する段階と、
前記ウエハを切断する段階と、
前記チップ基板上に銅含有ハンダを形成する段階と、
前記金バンプを前記銅含有ハンダにあわせて並べる段階とを備えることを特徴とするフリップチップパッケージ製造方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載のフリップチップパッケージ製造方法であって、
前記ウエハ上に前記金バンプを形成する前記段階が電気めっきを含むことを特徴とするフリップチップパッケージ製造方法。
【請求項１９】
請求項１７に記載のフリップチップパッケージ製造方法であって、
前記ウエハ上に前記金バンプを形成する前記段階が無電解めっきを含むことを特徴とするフリップチップパッケージ製造方法。
【請求項２０】
請求項１７に記載のフリップチップ金バンプ構造の製造方法であって、
前記金バンプ上に前記ニッケル層を形成する前記段階が電気めっきを含むことを特徴とするフリップチップ金バンプ構造の製造方法。
【請求項２１】
請求項１７に記載のフリップチップ金バンプ構造の製造方法であって、
前記金バンプ上に前記ニッケル層を形成する前記段階が無電解めっきを含むことを特徴とするフリップチップ金バンプ構造の製造方法。
【請求項２２】
請求項１７に記載のフリップチップ金バンプ構造の製造方法であって、
前記金バンプを前記銅含有ハンダにあわせて並べた後、さらにリフロー処理を行うことを特徴とするフリップチップ金バンプ構造の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はバンプ構造およびその製造方法に関する。より詳細には、金バンプ構造およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体技術の進歩に伴い、電子デバイスも変化している。電子デバイスの形成過程は通常、半導体基板を形成する段階と、半導体素子を形成しパッケージ処理する段階とからなる。パッケージ処理に関しては、従来の方法に代わって、次第にフリップチップ方式のパッケージ処理が行われるようになってきた。
【０００３】
フリップチップ方式のパッケージ処理は、チップと基板との間の信号伝達距離を短縮することから、高周波デバイスなど高速デバイスのパッケージに幅広く用いられている。さらに、フリップチップ方式のパッケージ処理によれば、パッケージの大きさを縮小することも可能である。したがって、この処理方法は近い将来で最も人気のあるパッケージ技術である。
【０００４】
フリップチップ方式のパッケージは、例えば高速コンピュータ、ＰＣＭＣＩＡカード、軍装備品、個人用通信装置、液晶ディスプレイ等に用いられている。
パッケージ処理のバンプは、チップと基板との間で信号接続の役割を果たす。金バンプ、共晶ハンダバンプ、高性能鉛ハンダバンプなどの金属バンプは、小さなデバイスのパッケージに用いられる。中でも、金バンプは抵抗が低いことから最も広く用いられている。しかし、金バンプとハンダとの急速な相互作用の結果、過多なＡｕ−Ｓｎ（金−錫）組成物が形成されてしまう。図１は従来技術によるフリップチップ金バンプ構造を示す概略的な断面図である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図１に示すように、金バンプ１０２はチップ１００の上に形成される。金バンプ１０２とハンダ１０４とが接触すると、接合部分にＡｕ−Ｓｎのコールドジョイント１０６が形成される。このコールドジョイント１０６は壊れやすく、パッケージの信頼性にかかわる。したがって、金バンプとハンダとの急速な相互作用をいかにして防止するかが金バンプ適用にあたっての大きな課題である。
【０００６】
こうした課題を解決するため、本発明は、フリップチップ金バンプ構造およびその製造方法を提供することによって、金とハンダとの急速な相互作用による壊れやすいＡｕ−Ｓｎ組成物の形成を回避することを目的とする。
【０００７】
本発明の別の目的は、フリップチップ金バンプ構造およびその製造方法を提供することによって、製造コストの削減と処理の簡素化を行うことである。
また、本発明のさらに別の目的は、フリップチップ金バンプ構造およびその製造方法を提供することによって、金バンプとハンダとの接合部に壊れやすいハンダ部分が生じるのを回避することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上の目的にしたがって、本発明は、ウエハ上に形成されるフリップチップ金バンプ構造を開示する。このフリップチップ金バンプ構造は、複数の金バンプと、ニッケル層と、銅層とを備える。金バンプの上にニッケル層を形成し、ニッケル層の上には銅層を形成して、Ｎｉ／Ｃｕ（ニッケル／銅）障壁層を構成する。
また、本発明は、ウエハ上に形成されるフリップチップ金バンプ構造の製造方法も開示する。この製造方法は、ウエハ上に少なくとも１つの金バンプを形成する段階と、金バンプの上にニッケル層を形成する段階と、ニッケル層の上に銅層を形成する段階とを備える。
【０００９】
本発明はさらに、チップとチップ基板とを接続するためのフリップチップ構造を開示する。このフリップチップ構造は、複数の金バンプと、ニッケル層と、銅含有ハンダとを備える。金バンプの上にニッケル層を形成し、ニッケル層の上に銅含有ハンダを形成して、チップとチップ基板とを連結する。
【００１０】
本発明はさらに、チップとチップ基板とを接続するためのフリップチップパッケージ構造の製造方法を開示する。この製造方法は、ウエハ上に少なくとも１つの金バンプを形成する段階と、金バンプの上にニッケル層を形成する段階と、ウエハを切断する段階と、チップ基板上に銅含有ハンダを形成する段階と、銅含有ハンダにあわせて金バンプを並べる段階と、リフロー処理を行う段階とを備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、金バンプの上のＮｉ／Ｃｕ層を用いて、金バンプ構造とハンダとの接合部に、従来のＡｕＳｎ４組成物に代わってＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎ組成物を形成する。したがって、本発明は金バンプ構造とハンダとの急速な相互作用に起因する問題を解決することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の前記および他の目的、特徴および利点を明らかにするために、添付の図面を参照して、以下に本発明の好適な実施例を説明する。
【実施例１】
【００１３】
図２は、本発明による金バンプ構造の第１例を示す概略的な断面図である。
図２に示すように、本発明のフリップチップ金バンプ構造はウエハ２００の上に形成される。このフリップチップ金バンプ構造は、金バンプ２０２と、ニッケル層２０４と、銅層２０６とを備える。金バンプの高さは３μｍ乃至１５０μｍ程度である。金バンプ２０２の上にはニッケル層２０４が形成され、その厚さは０．１μｍ乃至２０μｍ程度である。ニッケル層２０４の上には銅層２０６が形成され、その厚さは０．１μｍ乃至１０μｍ程度である。
【００１４】
図３は、図２のフリップチップ金バンプ構造の製造方法を示す概略的な処理フロー図である。図３において、ウエハ上に金バンプを形成する段階３００は、電気めっきまたは無電解めっきを含む。金バンプの上にニッケル層を形成する段階３０２は、電気めっきまたは無電解めっきを含む。また、ニッケル層の上に銅層を形成する段階３０４は、電気めっきまたは無電解めっきを含む。
【００１５】
本発明によるフリップチップ金バンプ構造をフリップチップパッケージに適用する場合、金バンプの上にＮｉ／Ｃｕ障壁層を構成することによって、ＡｕとＳｎとの急速な相互反応によるＡｕＳｎ４組成物の発生が大幅に削減される。また、増加率の低いＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎ組成物が優先的に発生する。したがって、本発明は、フリップチップ金バンプ構造とハンダとの急速な相互反応に起因する問題を解決することができる。
【実施例２】
【００１６】
図４は、本発明のフリップチップパッケージの第２例を示す概略的な断面図である。
本発明のフリップチップパッケージは、チップ４００とチップ基板４１０との間に形成される。このフリップチップパッケージは、金バンプ４０２と、ニッケル層４０４と、銅含有ハンダ４０６とを含む。金バンプの高さは３μｍ乃至１５０μｍ程度である。銅含有ハンダはハンダ合金であってもよく、０．７重量パーセント乃至３．０重量パーセント程度の銅を含む。ニッケル層４０４は金バンプ４０２の上に形成され、その厚さは０．１μｍ乃至２０μｍ程度である。また、銅含有ハンダ４０６はチップ基板４１０の上に形成され、チップ４００とチップ基板４１０とを接続する。
【００１７】
図５は、図４のフリップチップパッケージの製造方法を示す概略的な処理フロー図である。図５に示すように、ウエハ上に金バンプを形成する段階５００は、電気めっきまたは無電解めっきを含む。金バンプの上にニッケル層を形成する段階５０２は、電気めっきまたは無電解めっきを含む。段階５０４において、ウエハは切断され、いくつかのダイとなる。段階５０６において、銅含有ハンダはチップ基板の上に形成される。このハンダはハンダ合金であってもよく、０．７重量パーセント乃至３．０重量パーセント程度の銅を含む。段階５０８において、金バンプと銅含有ハンダとはあわせて並べられ、接続される。段階５１０において、リフロー処理が行われる。
【００１８】
本発明をフリップチップパッケージに適用すると、リフロー処理の際に、従来のＡｕＳｎ４組成物に代わって、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｎ組成物が金バンプとハンダとの結合部分に形成される。したがって、本発明は、金バンプ構造とハンダとの急速な相互反応に起因する問題を解決することができる。
【００１９】
以上、実施例を参照して本発明を説明したが、本発明はこれに限定されない。また、特許請求の範囲は、当業者が本発明の範囲を離れることなく行うことができるような、本発明の変形および別の実施例も広く含むように構成されなければならない。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】従来技術によるフリップチップ金バンプ構造を示す概略的な断面図。
【図２】本発明による金バンプ構造の第１例を示す概略的な断面図。
【図３】図２のフリップチップ金バンプ構造の製造方法を示す概略的なフロー図。
【図４】本発明によるフリップチップパッケージの第２例を示す概略的な断面図。
【図５】図４のフリップチップパッケージの製造方法を示す概略的なフロー図。
【符号の説明】
【００２１】
２００    ウエハ
２０２    金バンプ
２０４    ニッケル層
２０６    銅層
４００    チップ
４０２    金バンプ
４０４    ニッケル層
４０６    銅含有ハンダ
４１０    チップ基板
【図１】
2004289135.tif 000003
【図２】
2004289135.tif 000004
【図３】
2004289135.tif 000005
【図４】
2004289135.tif 000006
【図５】
2004289135.tif 000007