(57)【要約】傾斜した面（２２０）上にはんだ層（２８０）またははんだバンプを堆積させるための方法。本方法は、平坦な半導体基板（２００）上に傾斜した面をエッチングすること、この傾斜した面上にはんだ濡れ性層（２３０）を堆積させること、はんだの堆積位置を制御するために、濡れ性層をコーティング層（２４０）でマスクすること、有機膜（２５０）を用いて、濡れ性層またはコーティング層上にない領域にはんだが堆積するのを防ぐことを含む。また、はんだ層またははんだバンプが傾斜した面上のみに形成される半導体デバイス構造も提供される。
2006520543.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
はんだを堆積させる方法であって、
実質的に平坦な面（２１０）と、該実質的に平坦な面に隣接する傾斜した面（２２０）とを含む基板（２００）を設けるステップと、
前記傾斜した面の一部分上に濡れ性層（２３０）を形成するステップと、
前記濡れ性層の一部分上にはんだ層（２８０）を形成するステップとを含む、はんだを堆積させる方法。
【請求項２】
前記はんだ層を形成するステップの前に、有機膜（２５０）を、前記基板の前記実質的に平坦な面に付着させるステップをさらに含み、該付着のステップは、前記有機膜が前記基板の前記傾斜した面に付着するのを実質的に防ぐ、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記はんだ層を形成するステップの前に、前記濡れ性層に隣接する前記有機膜の一部分を除去し、前記有機膜と前記基板の傾斜した面上に設けられた前記濡れ性層との間に間隙を形成するステップをさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記はんだ層を形成するステップが、
前記有機膜から除去された前記有機膜の一部分の体積をはんだペーストで実質的に満たすステップと、
前記はんだペーストを約１８０℃以下の温度まで加熱するステップとを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記はんだ層を形成する前に、前記濡れ性層の上に濡れ性でないコーティング層（２４０）を形成するステップをさらに含み、
前記コーティング層により、前記濡れ性層の、当該コーティング層によって占められる面上には前記はんだ層が形成されることが防止される、請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記基板が半導体である、請求項１から５までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
半導体デバイスであって、
実質的に平坦な面（２１０）と内側に傾斜した面（２２０）とを有する基板（２００）と、
前記内側に傾斜した面の一部分に付着された濡れ性層（２３０）と、
前記濡れ性層の第１の部分に付着されたはんだ層（２８０）とを備えている、半導体デバイス。
【請求項８】
前記濡れ性層の一部分に付着された濡れ性でないコーティング層（２４０）をさらに備えており、前記濡れ性層が金属を含む、請求項８に記載の半導体デバイス。
【請求項９】
前記基板の前記実質的に平坦な面の一部分に付着され、かつ前記傾斜した面の一部分に隣接する剛性の有機膜（２５０）をさらに備えている、請求項７または８に記載の半導体デバイス。
【請求項１０】
前記はんだ層が、スズ−ビスマス化合物または共晶スズ−鉛化合物を含み、前記コーティング層が誘電体材料を含む、請求項８または９に記載の半導体デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
はんだは、典型的にはスズおよび鉛を含み、電子回路基板の製造中に一般的に用いられる材料である。はんだは一般的には、線または層として回路基板内に含まれる金属よりも低い融解温度を有する。それゆえ、回路基板内に２つ以上の金属線または層を形成した時、はんだを使用して、これらの層および／または線間に電気的な接触を形成することができる。
【背景技術】
【０００２】
図１Ａ〜図１Ｅは、従来技術による、平坦な半導体基板面上にはんだを堆積させるための工程の種々のステップが実行された後の半導体デバイス構造の断面を示す。図１Ａは、シリコンまたはガリウムヒ素のような半導体基板１００と、半導体基板１００上に成膜された有機膜１１０、例えばフォトレジストフィルムとの断面図である。従来技術によれば、有機膜１１０は、典型的には基板１００上にスピンコーティングされ、典型的には半導体基板１００の面全体と接触している。
【０００３】
図１Ｂは、有機膜１１０が選択的にエッチングされて、基板１００上に一連の穴（またはチャネル、トラフ、溝もしくは開口部）が形成された後の、上述の層１００、１１０の断面図である。有機膜１１０内の穴１２０はフォトリソグラフィによって、または半導体デバイス製造分野において知られている任意の他の工程によって形成することができる。
【０００４】
図１Ｃは、有機膜１１０内の穴１２０に少なくとも部分的にはんだペースト１３０が充填された後の、上述の基板１００および有機膜１１０の断面図である。一般的に、はんだペーストは典型的には、フラックスとはんだ粒子との混合物を含む。図１Ｃに示すはんだペースト１３０は、この技術分野において知られている任意の工程によって穴１２０内に堆積させることができる。例えば、面実装組立て工程において用いられるステンシル印刷工程に類似する工程を用いることができる。具体的には、スキージを用いて、有機膜１１０上を横切るようにしてはんだペースト１３０の小球を「転がして」、穴１２０の中にはんだペースト１３０を堆積させる。
【０００５】
図１Ｄは、はんだペースト１３０が熱処理されて、基板１００上にはんだバンプ１４０が形成された後の基板１００の断面図である。はんだバンプ１４０を形成するためには、有機膜１１０の穴１２０の中に堆積しているはんだペースト１３０の温度を高くする。温度が高くなると、ペースト１３０内のフラックス部分が液化し、金属面を活性化して、ペースト内のはんだ粒子が融解する。融解した相では、はんだは基板面上のはんだ付け可能なパッドを濡らし、一方、液体となったはんだの表面張力によって、融解したはんだが、はんだバンプの形状を形成する。融解したはんだ粒子を冷却すると、固体のはんだバンプ１４０が形成される。典型的には、はんだペースト１３０の温度は、オーブンまたはホットプレートを用いて上昇させる。
【０００６】
図１Ｅは、有機膜１１０が除去された後の基板１００およびはんだバンプ１４０の断面図である。有機膜１１０は本技術分野において知られている任意の工程によって除去することができる。有機膜１１０が除去されると、基板１００には、その上に金属層および金属線のようなさらに別の構造を堆積させ、２つ以上の金属層または線を電気的に接続するためにはんだバンプ１４０を使用することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
はんだを堆積させる方法であって、実質的に平坦な面と、この実質的に平坦な面に隣接する傾斜した面とを含む基板を設けるステップと、傾斜した面の一部分上に濡れ性層を形成するステップと、濡れ性層の第１の部分の上にはんだ層を形成するステップとを含む方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
半導体デバイスが、実質的に平坦な面と内側に傾斜した面とを有する基板と、この内側に傾斜した面の一部分に付着させた濡れ性層と、この濡れ性層の第１の部分に付着させたはんだ層とを備える。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
次に、図面を参照して本発明の態様を詳説する。同じ符号は類似の構成要素を指す。
【００１０】
以下の詳細な説明は、当業者がはんだを含むデバイスを製造し、使用可能であるように行う。説明する目的で、そのようなデバイスの製造および使用についての十分な理解を得るためには特定の用語を用いる。しかし、このデバイスの製造および使用のために、この用語の具体的な説明が必要でないことが当業者には明らかであろう。また、具体的な応用の形態についての説明は、代表的な例としてなされているにすぎない。種々の変更が可能であることは当業者には明らかであり、本明細書に記載の方法およびデバイスの思想および範囲から逸脱することなく、本明細書において定義する原理の概要を、他の実施形態および応用形態にも適用することができる。本発明の方法およびデバイスは、記載の実施形態に限定されることを意図されたものではなく、本明細書に開示する原理および特徴と矛盾しない可能な最も広い範囲内にあるべきである。
【００１１】
従来は、図１Ａ〜図１Ｅに示すように、また前述のように、基板１００の面のような実質的に平坦な面上のみにはんだバンプを堆積させていた。しかし、一般に、傾斜した面上にははんだバンプを堆積させていなかった。半導体デバイスは典型的には実質的に平坦な面および傾斜した面の両方を含むので、傾斜した（つまり平坦でない）面上にはんだを堆積させる方法が必要とされている。図２Ａ〜図２Ｉに、傾斜した面上にはんだおよびはんだバンプを堆積させる方法の種々の実施形態を示す。
【００１２】
ここで図２Ａを参照すると、２つの実質的に平坦な面２１０および２つの傾斜した面２２０を含む基板２００の断面図が示されている。２つの傾斜した面２２０が、当該技術分野においてよく知られているような、いくつかの実施形態では、基板２００内に形成された同じ正方形の穴または長方形のチャネルの互いに向き合う側面である。図示のように、傾斜した面２２０のそれぞれは、基板２００の実質的に平坦な面２１０に隣接して配置することができる。傾斜した面２２０の平坦な面２１０に対する傾斜は、平坦な面２１０から水平に延在する線に対して測って、０°よりも大きく９０°よりも小さい任意の角度にすることができる。しかし、特定の実施形態では、５°、１０°、２０°、３０°、４５°、６０°、７０°および８０°±２．５°の角度であることが好ましい。
【００１３】
傾斜した面２２０は、基板２００のエッチングにより形成することができる。傾斜した面２２０を形成するエッチングステップは、異方性エッチングして基板２００を貫通させ、穴を形成することを含む。別の方法では、そのエッチングステップにより、基板２００内にチャネルが形成され、かつ／または基板２００を完全には貫通しないようにエッチングが行われうる。
【００１４】
図２Ｂは、図２Ａに示した基板２００、および基板２００の傾斜した面２２０のうちの１つの一部上に形成された濡れ性層２３０の断面図である。この濡れ性層２３０ははんだに対して濡れ性の金属（つまり、はんだがその上で小球になるのではなく、均等に広がることができる金属）を含むことができる。濡れ性層２３０は、蒸着、スパッタリングおよびプラズマ堆積を含む当該技術分野において知られている任意の工程によって形成することができるが、これらの工程に限定されることはない。濡れ性層２３０に含むことができる金属は、金、銀および銅を含むが、これらに限定されることはない。はんだ濡れ性の化合物も使用することができる。
【００１５】
図２Ｂに示すように、濡れ性層２３０は、部分的に基板２００の傾斜した面２２０上に、部分的に平坦な面２１０上に形成することができる。この場合、基板２００の平坦な面２１０上に形成される濡れ性層２３０の部分は実質的に平坦にすることができる。別の方法では、濡れ性層２３０を、傾斜した面２２０上のみに堆積させる。平坦な面２１０上に濡れ性層２３０の一部を形成する利点、および濡れ性層２３０を傾斜した面２２０上のみに形成する利点は、後述の説明で明らかとなるであろう。
【００１６】
図２Ｃに、濡れ性層２３０の一部分および基板２００の一部分上にコーティング層２４０を形成した後の、前述の基板２００および濡れ性層２３０の断面図を示す。コーティング層２４０は、はんだ濡れ性でない１つ以上の誘電体材料を含む。そのような材料は、酸化物、ポリイミドおよびはんだマスクを含むが、これらに限定されることはない。コーティング層２４０を、当該技術分野において知られている任意の方法によって形成することができ、後述のように、はんだ堆積時の濡れ性層２３０のためのマスクと考えることができる。
【００１７】
図２Ｄは、基板２００の実質的に平坦な面２１０の一部分に有機膜２５０または有機層を付着させた後の、図２Ｃに示した構造の断面図である。有機膜２５０または層は、濡れ性層２３０またはコーティング層２４０に付着していても、していなくてもよいし、濡れ性層２３０およびコーティング層２４０の両方に接触していてもよい。ここに説明するはんだ堆積のための方法の特定の実施形態によれば、有機膜２５０は基板２００の傾斜した面２２０には接触していない。むしろ、有機膜２５０は傾斜した面２２０上、および基板２００内にエッチングによりもしくは別の方法で形成された任意の穴または空洞上に架かる橋を形成する。
【００１８】
有機膜２５０が、基板２００の傾斜した面２２０に付着または接触するのを実質的に防ぐための有用な方法は、有機膜２５０として、剛性または半剛性でかつ実質的に平坦な材料のシートを用いることを含む。そのシートは、濡れ性層２３０およびコーティング層２４０の形成後、基板２００の実質的に平坦な面２１０に付着させることができる。したがって、実質的に平坦なシートがもともと剛性であるために、有機膜２５０は基板２００のエッチングされた部分に沈み込むことはなく、それゆえ、図２Ｄに示すように、傾斜した面２２０とは接触しない。
【００１９】
有機膜２５０に含まれる材料には制約はない。しかし、基板２００のエッチングされた部分に架かるのに十分に剛性の薄いシートを形成することができるポリマーが好ましい。有機膜２５０は、静電力、化学的な付着力および／または機械的な力によって、基板２００に対する所定の場所に固定または保持することが可能となっている。例えば、有機膜２５０は基板２００上で広げることができるか、または皿にかけるプラスチック製の食品ラップのように基板２００を包み込むことができる。
【００２０】
図２Ｅに、有機膜２５０の一部が除去され、濡れ性層２３０およびコーティング層２４０の一部の上に体積２５５が残された後の、図２Ｄに示した構造の断面図を示す。有機膜２５０の除去部分は、説明を容易にするために２つの部分に分ける。除去部分の第１の部分を、参照符号２５６で示す。この第１の部分は、基板２００の平坦な面２１０の一方の上に位置し、除去前には濡れ性層２３０の平坦な部分と接触している。図２Ｄに示すように、第１の部分２５６は、基板２００、濡れ性層２３０およびコーティング層２４０によって下から支持されている。参照符号２５７で示す除去部分の第２の部分は、除去前には基板２００のエッチングされた部分の上に配置され、基板２００によって支持されていない。その代わり、除去部分の第２の部分２５７は、基板２００のエッチングされた部分に架かっている。
【００２１】
図２Ｅに示すように、第２の部分２５７の除去後も、残りの有機膜２５０はその実質的に平坦な形状を維持し、基板２００のエッチングされた部分上にわたって架けられたままである。言い換えると、有機膜２５０は基板２００のエッチングされた部分に沈み込むまたは垂れ下がることはなく、傾斜した面２２０とは接触しない。それゆえ、有機膜２５０と濡れ性層２３０との間に間隙２６０または非充填空間が形成される。図２Ｅに示すように、間隙２６０は、基板２００の傾斜した面２００の一方に隣接して形成されている。
【００２２】
図２Ｆは、図２Ｅに示す構造の平面図である。この実施形態では、空の体積部分２５５によって表される有機膜２５０の除去部分は、長方形の形状を有し、濡れ性層２３０およびコーティング層２４０の幅よりもわずかに広い幅を有する。したがって、基板２００は濡れ性層２３０およびコーティング層２４０の両側において露出している。
【００２３】
図２Ｇは、図２Ｅおよび図２Ｆに示した構造において、容積２５５をはんだペースト２７０で実質的に充填した後の断面図である。はんだペースト２７０は、半導体デバイス製造分野において公知の任意の手段によって容積２５５内に配置することができるが、容積２５５全体を厳密に満たす必要はない。任意に、有機膜２５０上に堆積させたはんだペーストを、容積２５５が実質的に充填された後に除去することもできる。典型的には、はんだペースト２７０は十分に粘性がありかつ間隙２６０は充分に小さく、加熱されるまでは、はんだペースト２７０がほとんどまたは全く間隙２６０に流れ込まないほど十分に小さい。
【００２４】
図２Ｈは、図２Ｇに示した構造において、はんだペースト２７０を加熱し、処理して、濡れ性層２３０の少なくとも一部分上にはんだ層２８０が形成された後の断面図である。はんだ層２８０は、コーティング層２４０によって覆われていない濡れ性層２３０の一部または全ての部分の上に形成することができる。はんだ層２８０は、ペースト２７０中のフラックスが液化し、金属面を活性化し、ペースト内のはんだ粒子が融着して高密度のはんだ層２８０が形成されるように、はんだペースト２７０を加熱処理することにより形成される。はんだを堆積させる方法の特定の実施形態によれば、約１８０℃以下、±約５℃まではんだペースト２７０を加熱することによって、はんだ層２８０を形成することができる。図２Ｇにはんだ層２８０を示したが、当該技術分野において知られているように、さらに多くのはんだペースト２７０を使用する場合には、はんだバンプも形成されうる。
【００２５】
図２Ｉは、図２Ｈの左側に示した構造の、有機膜２５０の除去後の断面図である。有機膜２５０は、化学的な溶解、加熱または機械的な力を加えて層間剥離を引き起こすなどの、当該技術分野において知られている任意の方法によって除去することができるが、方法はこれらに限定されることはない。
【００２６】
図２Ｉに示した構造は、実質的に平坦な面２１０および内側の傾斜した面２２０を有する基板２００を含む。また、濡れ性層２３０も含まれており、この濡れ性層２３０は、金属を含み、内側に傾斜した面の一部に付着している。別の構造では、所望であれば、濡れ性層２３０全体が、傾斜した面２２０に付着しているようにすることもできる。
【００２７】
濡れ性層２３０の一部には、はんだ層２８０が付着されている。図２Ｉでは、はんだ層２８０は、傾斜した面２２０の一部および平坦な面２１０の一部の両方の上に配置されている。しかし、別の構造では、はんだ層２８０を、傾斜した面２２０の全体または一部の上のみに形成しかつ／または配置することができる。濡れ性層２３０が平坦な面２１０の一部上に形成されていると、この濡れ性層２３０を、平坦な面２１０上に形成される線または層との電気的な接触を提供するために使用することができる。
【００２８】
図２Ｉに示すように、コーティング層２４０は濡れ性層２３０の一部に付着している。コーティング層２４０は、濡れ性層２３０を効果的にマスクすることにより、図２Ｉに示した構造の製造中にはんだ層２８０が望ましくない場所へ堆積することを防ぐのに役立つ。はんだ層２８０が形成されると、任意にコーティング層２４０をその構造から除去することができ、これにより、隣接する平坦な面２１０上の線および／または層への電気的な接続の形成が容易となる。
【００２９】
コーティング層２４０は、はんだに対して濡れ性でない（つまり、その上ではんだが容易に広がらない）任意の材料を含むことができる。例えば、コーティング層２４０は誘電体材料、さらに具体的には酸化物を含む。はんだ層２８０は、他の材料の中でも、スズ−ビスマス化合物または共晶スズ−鉛化合物を含む。しかし、図２Ｉに示した構造を形成するために使用できる材料に特に制約はない。
【００３０】
上記の、傾斜した面上にはんだを形成するための方法を、例示的な実施形態に関連して説明したが、これらの教示に鑑みて数多くの変更を行うことができること、またその任意の変更形態が本特許出願の対象となることが意図されていることは、当業者により理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１Ａ】従来技術による、平坦な面上にはんだを堆積させるための工程の一ステップを示す図である。
【図１Ｂ】従来技術による、平坦な面上にはんだを堆積させるための工程の一ステップを示す図である。
【図１Ｃ】従来技術による、平坦な面上にはんだを堆積させるための工程の一ステップを示す図である。
【図１Ｄ】従来技術による、平坦な面上にはんだを堆積させるための工程の一ステップを示す図である。
【図１Ｅ】従来技術による、平坦な面上にはんだを堆積させるための工程の一ステップを示す図である。
【図２Ａ】傾斜した面上にはんだを堆積させるための工程の一ステップを示す図である。
【図２Ｂ】傾斜した面上にはんだを堆積させるための工程の一ステップを示す図である。
【図２Ｃ】傾斜した面上にはんだを堆積させるための工程の一ステップを示す図である。
【図２Ｄ】傾斜した面上にはんだを堆積させるための工程の一ステップを示す図である。
【図２Ｅ】傾斜した面上にはんだを堆積させるための工程の一ステップを示す図である。
【図２Ｆ】傾斜した面上にはんだを堆積させるための工程の一ステップを示す図である。
【図２Ｇ】傾斜した面上にはんだを堆積させるための工程の一ステップを示す図である。
【図２Ｈ】傾斜した面上にはんだを堆積させるための工程の一ステップを示す図である。
【図２Ｉ】傾斜した面上にはんだを堆積させるための工程の一ステップを示す図である。
【図１Ａ】
2006520543.tif 000003
【図１Ｂ】
2006520543.tif 000004
【図１Ｃ】
2006520543.tif 000005
【図１Ｄ】
2006520543.tif 000006
【図１Ｅ】
2006520543.tif 000007
2006520543.tif 000008
2006520543.tif 000009
2006520543.tif 000010
2006520543.tif 000011
2006520543.tif 000012
【国際調査報告】
2006520543.tif 000013
2006520543.tif 000014
2006520543.tif 000015