(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上の電極表面にバンプを形成する方法であって、
（ａ）基板及び基板上の電極表面を覆う導電性樹脂層を形成する工程と、
（ｂ）基板上の電極表面上の導電性樹脂層を残して、基板上の導電性樹脂層をレーザで除去し、導電性樹脂のバンプを形成する工程と、
を含むことを特徴とするバンプ形成方法。
【請求項２】
（ａ）工程がスクリーン印刷により導電性樹脂層を形成するものである、請求項１記載のバンプ形成方法。
【請求項３】
（ｂ）工程の基板上の導電性樹脂層をレーザで除去する工程が、導電性樹脂層の上に、開口部分を有するレーザ遮蔽マスクを介してレーザを照射するものである、請求項１又は２記載のバンプ形成方法。
【請求項４】
レーザ遮蔽マスクが導電性樹脂層の上に載置される、請求項３記載のバンプ形成方法。
【請求項５】
（ｂ）工程の基板上の導電性樹脂層をレーザで除去する工程が、レーザビームを走査するものである、請求項１又は２記載のバンプ形成方法。
【請求項６】
（ｂ）工程の基板上の導電性樹脂層をレーザで除去する工程が、レーザビームを走査偏向して描画するものである、請求項１又は２記載のバンプ形成方法。
【請求項７】
導電性樹脂層が、導電性フィラーを含む熱可塑性樹脂で形成された層である、請求項１から６のいずれか１項記載のバンプ形成方法。
【請求項８】
導電性樹脂層が、導電性フィラーを含む熱硬化性樹脂で形成された層である、請求項１から６のいずれか１項記載のバンプ形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極を有する半導体チップ等の電子部品を基板などに実装する際に必要なバンプの形成方法に関する。具体的には、導電性樹脂を用いた微細なバンプの形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の小型高密度化と高性能化に伴い、半導体チップを直接配線基板表面に接続するフリップチップ実装技術が大きく進展する中で、半導体チップの微細化が要求されている。また、表面には、半導体チップばかりでなく、フィルターなどもフリップチップ実装されるようになってきている。
【０００３】
フリップチップ実装には電極上に電気接続用の突起（バンプ）が必要である。従来から、いくつかのバンプ材料及びバンプ形成方法が提案されている。バンプ材料に関しては、半田、金、ニッケル、導電性樹脂などがある。半田の場合は、その形成方法は半導体チップのアルミパッドの上にバリアメタルを形成し、最終的に半田が可能な金属の電極とした後に、フォトリソグラフィーと蒸着による方法（一般にＣ４プロセスと呼ばれている）と、スクリーン印刷により半田ペーストを電極上に塗布し、加熱溶融してバンプを形成する方法とがある。また、溶融半田をインクジェットのように飛ばして、バンプを形成する方法も知られている。一方、金やニッケルの場合は、メッキが一般的であり、ニッケルバンプの上に金メッキを重ねる方法や金バンプもある。しかしながら、導電性樹脂をバンプ材料とするものは提案されているが、導電性樹脂を使ったパターニングは一般的にスクリーン印刷により行われるため、必要とする微細でかつ所定の高さを有するバンプを形成することが困難なことから、半導体チップなどのバンプには実用化されていない。
【０００４】
ここで、最もよく知られている導電性樹脂をバンプ材料とするものは、硬化した熱硬化型導電性樹脂のコーン形状のバンプにより層間接続を行う配線基板（B2it:Burried Bump Interconnection Technology）である。その他、フォトレジストに設けた穴に導電性樹脂を刷り込み硬化した後、フォトレジストを取り除いて作製した導電性樹脂のバンプも報告されている（非特許文献１参照）。さらに、スクリーン印刷による導電性樹脂のバンプもある（非特許文献２参照）。
【非特許文献１】Oh, K W; Alm, C H“REGULAR PAPERS - Interconnects - A New Flip-Chip Bonding Technique Using Micromachined Conductive Polymer Bumps” IEEE Transactions on Advanced Packaging．P224-229, 1998
【非特許文献２】Richard H.Estes, “Flip-Chip Packaging With Polymer Bumps”, Semiconductor International, P103-108, February 1997
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、半導体チップの小型化のために高密度化が要求され、これに伴いバンプピッチも縮小することが要求されている。具体的には、100μm、更には50μmのバンプピッチが要求されている。将来的には、10μmのバンプピッチも予測される。しかしながら、半田の場合、せいぜい100μmピッチが限度であり、メッキによる方法の場合、微細なバンプは可能であるものの、高さのあるバンプを形成することは困難である。また、印刷による場合、導電性樹脂層のバンプは、100μmピッチが限界である。その他、フォトリソグラフィー技術を利用する方法の場合、メッキ、あるいは導電性樹脂層のいずれを用いるにしても費用がかかりすぎ、さらには、多くの薬品と水とを使うために環境にも悪影響を与える。したがって、従来のバンプ形成方法では、要求されるバンプピッチの狭小化に対応できない。
【０００６】
本発明は、上述の課題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、半導体チップの小型化のために高密度化が要求されるバンプピッチに適合するバンプの形成を可能にするバンプ形成方法を提供することである。さらに、フォトリソグラフィー技術やメッキ技術による場合と比較して、安価で、多くの薬品と水を使うことがなく環境面においても影響が少ないバンプの形成方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明に係るバンプ形成方法は、半導体などの部品上や基板上の電極表面にバンプを形成する方法であって、（ａ）基板及び基板上の電極表面を覆う導電性樹脂層を形成する工程と、（ｂ）基板上の電極表面上の導電性樹脂層を残して、基板上の導電性樹脂層をレーザで除去し、導電性樹脂のバンプを形成する工程と、を含む。
【０００８】
本発明に係るバンプ形成方法として、（ａ）工程がスクリーン印刷により導電性樹脂層を形成するものであることが好ましい。また、（ｂ）工程の基板上の導電性樹脂層をレーザで除去する工程が、導電性樹脂層の上に、開口部分を有するレーザ遮蔽マスクを介してレーザを照射するものであることが好ましく、特に、レーザ遮蔽マスクが導電性樹脂層の上に載置されることがより好ましい。
また、本発明に係るバンプ形成方法として、（ｂ）工程の基板上の導電性樹脂層をレーザで除去する工程が、レーザビームを走査するもの、または、レーザビームを走査偏向して描画するものであることが好ましい。
さらに、導電性樹脂層が、導電性フィラーを含む熱可塑性樹脂で形成される層または熱硬化性樹脂で形成される層であることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、基板及び基板上の電極表面を覆う導電性樹脂層を形成する工程を有することから、電極表面それぞれに対応するバンプを加工等により形成可能となる。さらに、基板上の電極表面上の導電性樹脂層を残して、基板上の導電性樹脂層をレーザで除去し、導電性樹脂のバンプを形成する工程を有することから、レーザ加工により微細かつ高精度な加工が可能となるため、半導体チップの小型化のために要求される、100μm、50μm、さらには将来的に要求される10μmのバンプピッチのバンプを形成することができる。
【００１０】
また、本発明によれば、メッキによる方法の場合には困難であった高さのあるバンプも形成することができる。さらに、フォトリソグラフィー技術を利用する方法と比較して、多くの薬品と水とを使うことがないため、環境面において有利であり、かつ安価にバンプを形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明に係るバンプ形成方法は、基板上の電極表面にバンプを形成する方法であって、（ａ）基板及び基板上の電極表面を覆う導電性樹脂層を形成する工程と、（ｂ）基板上の電極表面上の導電性樹脂層を残して、基板上の導電性樹脂層をレーザで除去し、導電性樹脂のバンプを形成する工程と、を含む方法である。
【００１２】
本発明で使用する基板は、半導体基板あるいは電子回路基板である。半導体基板の場合は、シリコン基板、ガリウム砒素基板等が、また、電子回路基板の場合は、ＦＲ４として一般的に知られているガラスエポキシ回路基板やセラミック回路基板等がある。
【００１３】
本発明で使用する基板上の電極は、半導体の場合、Ａｌ等、またはＵＢＭ（Under Bump Metal）層を形成したものである。電極を基板上に形成する方法は、蒸着やスパッタリングにより一般的に行われ、特に、Ｃｕの場合はメッキを使用し厚く形成することもある。そして、フォトリソグラフィー技術を利用してパターニングを行う。ＵＢＭ層は、オーミック接触することができるように、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｕ、Ａｕ等を用途にあわせて選択し、積層して形成する。本発明では、ＵＢＭ層から形成される電極の最外層が導電性樹脂と接触するため、Ａｕを最外層とするＵＢＭ層からなる電極が好ましい。なお、低い接触抵抗が要求されない場合、最外層をＡｌやＣｕとすることも可能である。
【００１４】
本発明で使用する基板及び基板上の電極表面を覆う導電性樹脂は、ポリアセチレン、ポリアセン、ポリピロールなどの有機物であって導電性を有する導電性樹脂の他、導電性のフィラーを樹脂中に混入したものも含む。例えば、有機金属を溶剤中に溶融したもの、金、銀等の金属フィラーを混入したもの、低温で導電率が高い導電層を形成できるナノ粒子を混入したもの等、膜状に形成できる導電性の材料であれば、どのような材料でも使用できる。特に、高さを有するバンプを形成するためには厚い膜を電極上に形成する必要があることから、金や銀のフィラーをエポキシ樹脂中に混入した導電性樹脂が好ましい。なお、導電性のフィラーを樹脂中に混入した導電性樹脂には、一般的に、導電性のフィラー以外に硬化剤や溶剤も含まれる。
【００１５】
さらに、本発明で使用する導電性樹脂は、導電性フィラーを含む熱硬化性樹脂、又は熱可塑性樹脂である。導電性樹脂が弾力性を有する場合、形成されるバンプも弾力性を有する。バンプが弾力性を有することにより、例えばフリップチップ実装の際、バンプが相手側の電極に弱い力で接触することが可能となる。また、熱履歴により歪がバンプに集中する場合であっても、バンプが弾力性に富むため、接続の信頼性が向上する。
【００１６】
導電性樹脂が熱可塑性樹脂の場合、高温で柔らかくなり、バンプは弾力性を有するため、実装時にバンプと相手電極との接触が容易となり、接続の信頼性を向上させることができる。また、導電性樹脂が熱硬化性樹脂の場合、共晶半田が溶融するような温度183℃であっても弾力性を有する熱硬化性樹脂は多く存在する。したがって、熱硬化性樹脂が弾力性を有する温度範囲内で、このような樹脂を使用することにより、弾力性を有するバンプを形成することができる。
【００１７】
本発明における導電性樹脂層は、導電性樹脂を、ローラ塗布、ワイアバー塗布、スプレイ塗布、グラビア印刷、スクリーン印刷等の方法で塗布した後、乾燥あるいは硬化させることにより形成することができる。電極上に形成された導電性樹脂層の厚さは、一般的に数μmから数百μmである。
【００１８】
本発明で使用するレーザとしては、ＣＯ２レーザ、ＹＡＧレーザ、エキシマレーザ等が挙げられる。波長が短いレーザである程、微細な加工が可能となるが、要求される加工精度に対して、加工精度の１／１０以下の波長が一般的に要求される。例えば、ＣＯ２レーザの場合は10.6μm、ＹＡＧレーザの場合は1.06μm、エキシマレーザの場合はＡｒＦガスを利用するものが0.157μmの波長を有する。したがって、より微細な加工精度である10μmの加工をするためには、ＹＡＧレーザや、その高調波（1.06μmの１／２、１／３、１／４の波長）や、エキシマレーザが好ましい。
【００１９】
本発明で使用するレーザにより導電性樹脂層を除去する方法は、溶融、蒸発、ガス膨張による加工対象である樹脂の除去などが挙げられる。特に、エキシマレーザなどの短波長のレーザ光による分子結合の直接解放では熱の関与は少なく、微細かつ精度の良い加工ができる。
【００２０】
形成されるバンプの形状は、利用するレーザや導電性樹脂の特性により変えることができる。例えば、ＣＯ２レーザやＹＡＧレーザでは富士山型になり、ＣＯ２レーザの方がより扁平な富士山型の形状に形成される。したがって、レーザにより導電性樹脂層を除去することにより、電極表面と同じ接触面積のバンプを形成するだけでなく、電極表面より狭い接触面積のバンプを形成することもできる。
【００２１】
図１ｂ）、図２ｂ）、図３は、エキシマレーザにより導電性樹脂層を除去し、電極表面より狭い接触面積のバンプを形成した例を示す。このように、レーザを使用したバンプの形成は、導電性樹脂の印刷によるバンプの形成と比較して精度の良い加工が可能であり、容易に電極表面より狭い接触面積のバンプを形成することができる（図１ｂ）、図２ｂ）、図３）。
【００２２】
なお、図示した電極表面より狭い接触面積のバンプを形成した場合、バンプが電極の内側にあると隣接電極間において電界が発生せず、マイグレーションが起き難い。これは、電極材料が金属であるため抵抗が小さく、電極内部は同電位であること、かつ、電極表面より狭い接触面積のバンプでは隣接電極間において電界がほとんど発生せずイオンが移動することがないことから、マイグレーションは起こり難い。逆に、電極表面より狭い接触面積のバンプではない場合、近接電極との間で発生した電界によりイオンが移動するためマイグレーションが起こり易い。なお、電極材料として、銀の場合、マイグレーションは起き易く、金や銅の場合、マイグレーションは起き難い。
【００２３】
また、本発明における導電性樹脂層は、レーザビームを走査（ラスタースキャン）して除去することも可能である。さらに、レーザを導電性樹脂層に照射する光学系として、集光レンズにより集光するだけでなく、レーザを偏向させるために、揺動可能なミラーの傾斜角を変化可能なガルバノミラーを用いることも好ましい。ガルバノミラーを用いることにより、レーザビームを反射させ、除去すべき導電性樹脂層部分に、レーザビームを走査偏向して描画することにより、導電性樹脂層を除去することもできる。
【００２４】
本発明に係るバンプ形成方法のバンプ形成手順を、図１ａ）及びｂ）を用いて説明する。図１ａ）は、基板及び基板上の電極表面に導電性樹脂層を形成した状態を示す図である。図１ｂ）は、導電性樹脂層が形成された後に、電極表面上の導電性樹脂層以外の部分をレーザで除去することによりバンプを形成した状態を示す図である。
【００２５】
はじめに、図１ａ）で示す通り、基板１０１上の電極１０２を含む基板全体に、導電性樹脂層１０３を形成する。次に、図１ｂ）で示す通り、導電性樹脂層１０３に光学系１０４で集光されたレーザ１０５を照射し、電極１０２上の導電性樹脂層１０３を残して、それ以外の部分をレーザ１０５で除去することによりバンプ１０６を形成する。
【００２６】
レーザ１０５により微細かつ高精度な加工が可能となるため、半導体チップの小型化のために要求される、100μm、50μm、さらには将来的に要求される10μmのバンプピッチのバンプを形成することができる。なお、バンプを形成するために残す電極表面上の導電性樹脂層については、レーザによる除去は行わないため、導電性樹脂層の厚さを調整することにより、所定の高さを有するバンプを形成することができる。
【００２７】
また、図２ａ）に示すように、基板及び基板上の電極表面の全面に導電性樹脂層を形成することなく、基板上の電極表面を覆う部分に限定して、導電性樹脂層を形成することも有効である。図２ｂ）に示すように、導電性樹脂層が形成された後に、除去すべき電極表面上の導電性樹脂層以外の部分をレーザで除去することによりバンプを形成する。このとき、形成された導電性樹脂層２０１に光学系１０４で集光されたレーザ１０５を照射することにより、電極表面上の導電性樹脂層を残して、基板上の導電性樹脂層をレーザで除去し、バンプ１０６を形成する。
【００２８】
この方法では、基板１０１及び基板上の電極１０２表面の全面に導電性樹脂層を形成することなく、電極１０２表面上を覆う部分に限定して導電性樹脂層２０１を形成しているので、除去すべき導電性樹脂層２０１を減少することができ、無駄な導電性樹脂の使用量を削減することができる。
なお、導電性樹脂層２０１は、スクリーン印刷やグラビア印刷あるいはディスペンサーで形成することができる。また、インクジェットも利用可能である。
【００２９】
また、基板及び基板上の電極表面に導電性樹脂層を形成した後、導電性樹脂層の上に、開口部分を有するレーザ遮蔽マスクを介して、開口部分を通過したレーザを除去すべき導電性樹脂層の部分に照射し、導電性樹脂層を除去することによりバンプを形成することが有効である。例えば、レーザ光源が固定され、レーザが一定方向に照射されている場合、被加工物（基板）をＸ−Ｙテーブルで移動させると、導電性樹脂層の除去に時間を要するため、本バンプ形成方法が好ましい。特に、エキシマレーザのように波長の短いレーザの場合は、集光されたレーザをレーザ遮蔽マスクを介して導電性樹脂層に照射することで、より微細かつ高精度なレーザ加工が可能となり、半導体チップの小型化のために要求されるバンプピッチのバンプを形成することができる。
【００３０】
さらに、レーザ遮蔽マスクを導電性樹脂層の上に載置することが有効である。波長の長いレーザ、例えばＣＯ２レーザの場合、レーザ遮断マスクを介してＣＯ２レーザを導電性樹脂に照射して、生産性良く、数十μmにまで集光することは困難である。しかし、レーザ遮蔽マスクが導電性樹脂層の上に載置されることにより、除去すべき導電性樹脂層部分を除去できるため、要求されるバンプピッチのバンプを形成することができる。
【００３１】
基板及び基板上の電極表面に導電性樹脂層を形成した後、導電性樹脂層の上に、開口部分を有するレーザ遮蔽マスクを介してレーザを照射し、導電性樹脂層を除去することによりバンプを形成する方法を、レーザ遮蔽マスクが、形成された導電性樹脂層の上に載置された状態を示す図３により説明する。基板１０１及び基板上の電極１０２表面に導電性樹脂層を形成した後、図３に示すように、レーザにより除去する導電性樹脂層部分にレーザ遮蔽マスク３０１の開口部分が対応するように、レーザ遮蔽マスク３０１を導電性樹脂層の上に載置する。そして、開口部分を有するレーザ遮蔽マスク３０１の上方からレーザ３０２を照射し、レーザ遮蔽マスクの開口部分を通過したレーザにより、除去すべき導電性樹脂層部分を除去することにより、電極１０２表面上にバンプ１０６を形成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明によって、半導体チップの小型化のため、高密度化に対応するバンプピッチを有するバンプを形成できるので、本発明は半導体産業の発展に貢献しうる発明であり、さらに環境汚染防止にも貢献しうる発明である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明のバンプ形成方法を説明するためのバンプ形成手順を示す図である。
【図２】本発明の他のバンプ形成方法を説明するためのバンプ形成手順を示す図である。
【図３】本発明の他のバンプ形成方法を説明するためのバンプ形成手順を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０１  基板
１０２  電極
１０３  導電性樹脂層
１０４  光学系
１０５  レーザ
１０６  バンプ
３０１  マスク
３０２  レーザ
【図１】
0004684843.tif 000002
【図２】
0004684843.tif 000003
【図３】
0004684843.tif 000004