(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウムパッド上に金属皮膜をアルカリ性の第１の溶液を使用したジンケート処理によって形成し、その後、前記金属皮膜上に下地層を形成する第１工程と、
前記下地層の少なくとも一部を露出させる貫通穴が形成されたレジスト層を、前記第１の溶液に溶解される物質で形成する第２工程と、
前記第１の溶液と比較して前記レジスト層を溶解しにくい特性を有する第２の溶液を使用した無電解メッキにより、前記貫通穴内に金属層を形成する第３工程と、
を少なくとも有し、
前記アルミニウムパッドは、パッシベーション膜によって外周端部が覆われてなり、
前記パッシベーション膜は、前記アルミニウムパッドの中央部上に開口部が形成されてなり、
前記下地層を、前記パッシベーション膜の厚みを超えない厚みで形成するバンプの形成方法。
【請求項２】
請求項１に記載のバンプの形成方法において、
前記金属層を、複数の層により形成するバンプの形成方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２のいずれかに記載のバンプの形成方法において、
前記貫通穴は、前記パッドの外周を超えない形状で形成されてなるバンプの形成方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載のバンプの形成方法において、
前記貫通穴を、前記パッドの周縁よりも内側であって、前記パッシベーション膜の前記開口部よりも外側に形成するバンプの形成方法。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載のバンプの形成方法において、
前記レジスト層を除去する第４工程をさらに含むバンプの形成方法。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の方法で、前記金属層を含むバンプを形成する工程を含む半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バンプの形成方法、半導体装置及びその製造方法、回路基板並びに電子機器に関する。
【０００２】
【発明の背景】
従来、半導体チップのＡｌパッドにバンプを形成するときには、電解メッキを用いてＡｕなどの金属を形成していた。しかし、電解メッキは下地電極の形成工程やエッチング工程を必要とし、その結果プロセスが煩雑になり、更にコストも高くなる問題があった。そこで、下地電極が必要ない無電解メッキが注目されている。
【０００３】
しかしながら、無電解メッキでは、金属が高さ方向のみならず幅方向にも成長する（等方成長する）ため、バンプの幅が、Ａｌパッドの幅を超えてしまい、狭ピッチのＡｌパッドに対応してバンプを形成することができなかった。
【０００４】
本発明は、この問題点を解決するためのものであり、その目的は、所望な幅でバンプを形成することができるバンプの形成方法、半導体装置及びその製造方法、回路基板並びに電子機器を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
（１）本発明に係るバンプの形成方法は、第１の溶液によりパッド上に金属皮膜を形成する第１工程と、
前記金属皮膜の少なくとも一部を露出させる貫通穴が形成されたレジスト層を形成する第２工程と、
第２の溶液により、前記貫通穴内に金属層を形成する第３工程と、
を少なくとも有する。
【０００６】
本発明によれば、パッド上に金属皮膜を形成し、貫通穴内に金属層を形成することで、バンプを形成することができる。金属層は、レジスト層の貫通穴内に形成するので、貫通穴の大きさに応じた形状で、すなわち所望の幅で形成することができる。
【０００７】
（２）このバンプの形成方法において、
前記第１の溶液は、前記レジスト層を溶解する特性を有し、
前記第２の溶液は、前記第１の溶液と比較して前記レジスト層を溶解しにくい特性を有するバンプの形成方法。
【０００８】
これによれば、第１工程で、レジスト層を溶解する第１の溶液を使用するが、レジスト層は、第１工程が終わってから形成するので、問題が生じない。第３工程では、レジスト層を溶解しにくい第２の溶液を使用するので、貫通穴内に金属層を形成することができる。
【０００９】
（３）このバンプの形成方法において、
前記金属皮膜上に下地層を形成した後、前記金属層を形成してもよい。
【００１０】
（４）このバンプの形成方法において、
前記金属層を、複数の層により形成してもよい。
【００１１】
（５）このバンプの形成方法において、
前記金属層を、ニッケル、金、ニッケル及び金の混合物のいずれかにより形成してもよい。
【００１２】
（６）このバンプの形成方法において、
前記金属層を、無電解メッキにより形成してもよい。
【００１３】
（７）このバンプの形成方法において、
前記貫通穴は、前記パッドの外周を超えない形状で形成されていてもよい。
【００１４】
こうすることで、パッドの外周を超えないように金属層を形成することができる。したがって、狭ピッチで設けられた複数のパッドのそれぞれに、バンプを形成することができる。
【００１５】
（８）このバンプの形成方法において、
前記パッドは、パッシベーション膜によって外周端部が覆われてなり、
前記パッシベーション膜は、前記パッドの中央部上に開口部が形成されてなり、
前記貫通穴を、前記パッドの周縁よりも内側であって、前記パッシベーション膜の前記開口部よりも外側に形成してもよい。
【００１６】
（９）このバンプの形成方法において、
前記レジスト層を除去する第４工程をさらに含んでもよい。
【００１７】
（１０）このバンプの形成方法において、
前記第１の溶液は、前記第２の溶液よりもアルカリ性が高く、
前記レジスト層を、アルカリ性の溶液に溶解される物質で形成してもよい。
【００１８】
（１１）このバンプの形成方法において、
前記パッドの表面は、アルミニウムからなり、
前記第１の無電解メッキでは、前記第１の溶液を使用して、前記アルミニウムに対するジンケート処理を行ってもよい。
【００１９】
（１２）本発明に係る半導体装置の製造方法は、上記方法で、前記金属層を含むバンプを形成する工程を含む。
【００２０】
（１３）本発明に係る半導体装置は、上記方法で製造されたものである。
【００２１】
（１４）本発明に係る回路基板には、上記半導体装置が搭載されている。
【００２２】
（１５）本発明に係る電子機器は、上記半導体装置を有する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２４】
図１〜図３（Ｃ）は、本発明を適用した実施の形態に係るバンプの形成方法を示す図である。本実施の形態では、半導体チップにバンプを形成する例を説明するが、本発明に係るバンプの形成方法は、これに限定されるものではなく、配線パターンにバンプを形成するときに適用してもよい。その場合、配線パターンのランドがパッドに相当する。
【００２５】
本実施の形態では、図１に示すように、半導体チップ１０を用意する。半導体チップ１０は、複数のパッド１２を有する。パッド１２は、半導体チップ１０の内部に形成された集積回路の電極となる。パッド１２は、半導体チップ１０の端部に並んでいても、半導体チップ１０の中央部に並んでいても良い。また、パッド１２は、半導体チップの１０が矩形をなすときに平行な２辺の端部に沿って並んでいても、４辺の端部に並んでいても良い。各パッド１２は、半導体チップ１０に薄く平らに形成されていることが多いが、側面又は縦断面の形状は限定されず、半導体チップ１０の面と面一になっていてもよい。パッド１２は例えばアルミニウムなどで形成される。また、パッド１２の平面形状も特に限定されず、円形であっても矩形であってもよい。パッド１２の一部を避けて半導体チップ１０には、パッシベーション膜１４が形成されていることが多い。詳しくは、パッシベーション膜１４は、パッド１２の外周端部を覆って形成され、パッド１２の中央部に開口部が形成されてなる。パッシベーション膜１４は、例えば、ＳｉＯ2、ＳｉＮ、ポリイミド樹脂などで形成することができる。
【００２６】
あるいは、一般的なパッシベーション膜１４とは異なる絶縁層を、半導体チップ１０におけるパッド１２を有する面に設けてもよい。その絶縁層は、半導体チップ１０を保護し、実装時のハンダを溶融するときの耐熱性も有することが好ましい。絶縁層は、半導体装置が回路基板に実装されたときに、半導体チップと、実装される回路基板との熱膨張係数の差によって生じる応力を緩和できる程度にヤング率が低いことが好ましい。そのためには、絶縁層を、例えばポリイミド樹脂で形成してもよい。また、絶縁層の厚さは必要に応じて自由に決めることができる。
【００２７】
（第１工程）
図２（Ａ）に示すように、パッド１２上に、図示しない第１の溶液を使用して、金属皮膜１６を形成する。例えば、パッド１２がアルミニウムで形成されている場合には、第１の溶液を使用して、パッド１２上にジンケート処理を施してアルミニウム上の表面を亜鉛に置換析出させる。こうして、亜鉛からなる金属皮膜１６を形成する。ここで使用される第１の溶液は、アルカリ性（ｐＨ７以上）であり、アルカリ性が高く（強アルカリ）てもよい。アルカリ性の溶液は、後述するレジスト層２０を溶解する。しかし、本実施の形態では、第１の溶液を使用するときにはレジスト層２０が形成されていないので、その溶解の問題が生じない。
【００２８】
必要であれば、図２（Ｂ）に示すように、金属皮膜１６上に下地層１８を形成する。下地層１８は、薄く形成する。例えば、パッシベーション膜１４の一部がパッド１２の上に載っている場合、パッシベーション膜１４の厚みを超えない厚みで下地層１８を形成する。その工程では、後述する第２の溶液を使用した無電解メッキを適用してもよい。また、下地層１８を、バンプを構成する金属層と同じ金属で形成してもよい。例えば、パッド１２（金属薄膜１６）を無電解ニッケルメッキ液（第２の溶液）中に浸し、亜鉛からなる金属薄膜１６とニッケルの置換反応を経てニッケルを堆積して下地層１８を形成してもよい。
【００２９】
（第２工程）
図２（Ｃ）に示すように、レジスト層２０を形成する。本実施の形態では、半導体チップ１０のパッド１２が形成された面にレジスト層２０を形成する。レジスト層２０は、アルカリ性の溶液に溶解される物質で形成してもよい。レジスト層２０には、金属皮膜１６もしくは下地層１８の少なくとも一部を露出させる貫通穴２２が形成されている。貫通穴２２は、パッド１２の外周を超えない平面形状で形成することが好ましい。貫通穴２２は、半導体チップ１０の面に対して垂直に立ち上がる壁面にて形成されることが好ましい。こうすることで、垂直に立ち上がるバンプを形成することができる。
【００３０】
貫通穴２２は、パッド１２を覆ってレジスト層２０を形成し、フォトリソグラフィ技術を適用して形成してもよい。すなわち、マスクを介して感光性のレジスト層２０にエネルギーを照射、現像して貫通穴２２を形成してもよい。このときに、レジスト層２０はポジ型及びネガ型レジストであることを問わない。または、非感光性のレジスト層２０をエッチングして貫通穴２２を形成してもよい。
【００３１】
（第３工程）
図３（Ａ）に示すように、貫通穴２２内に金属層２４を形成する。貫通穴２２は、パッド１２の外周を超えない平面形状をなすので、金属層２４はパッド１２の上方に形成される。詳しくは、パッド１２上に形成された金属皮膜１６上、あるいはさらにその上に形成された下地層１８上に、金属層２４が形成される。
【００３２】
金属層２４は、第２の溶液を使用した無電解メッキによって形成する。第２の溶液として無電解ニッケルメッキ液を使用し、金属薄膜１６上、あるいは下地層１８上にニッケルを堆積して金属層２４を形成する。ここで、第２の溶液として、上述した第１の溶液と比較してレジスト層２０を溶解しにくいものを使用する。例えば、レジスト層２０がアルカリ性の溶液に溶解される物質で形成されるときには、第２の溶液として、第１の溶液よりもアルカリ性が低いものを使用する。具体的には、第２の溶液は、弱アルカリであってもよいが、中性又は酸性の溶液が好ましい。酸性の溶液としてｐＨ４程度のものを使用することができる。
【００３３】
こうすることで、レジスト層２０を溶解させずに、あるいは溶解の進行を遅らせて、金属層２４を形成することができる。貫通穴２２の内側に金属層２４を形成することができるので、貫通穴２２の形状に応じて金属層２４を形成することができる。そして、金属が等方成長する無電解メッキを適用しても、横（幅）方向への拡がりを抑えて高さ方向に金属層２４を形成することができる。したがって、狭ピッチで複数のパッド１２が形成されていても、隣同士のパッド１２のショートを防止できるバンプを、それぞれのパッド１２に形成することができる。
【００３４】
なお、金属層２４は、ニッケル、金、ニッケル及び金の混合物のいずれかにより形成してもよい。また、金属層２４は、単一層であっても複数層からなるものであってもよい。例えば、ニッケルからなる第１層の上に、金からなる第２層を設けてもよい。ニッケル層にさらに金層を形成するには、ニッケル層を無電解金メッキ液に浸せきして、ニッケル層の表面にさらに金層を形成する。金層を形成することで配線パターン等との電気的接続をさらに確実にすることができる。一般的に、ニッケルは金よりも短時間で析出させることができるので、金属層２４の全てを金で形成するよりも、第１層（下層）をニッケルで形成し、第２層（上層又は表面層）を金で形成することが好ましい。
【００３５】
第１又は第２の溶液中に半導体チップ１０を浸す場合に、半導体チップの裏面や側面を予め保護膜で覆ってもよい。また、第１又は第２溶液中に半導体チップ１０を浸す間は光を遮断することが好ましい。これによって、溶液に半導体チップ１０を浸したことによって起こる溶液中での電極間の電位変化を防止することができる。なお、本実施の形態で無電解メッキで使用した金属は、一例であって、これに限定されるものではなく、例えば銅を使用してもよい。
【００３６】
（第４工程）
必要であれば、図３（Ｂ）に示すように、レジスト層２０を除去する工程を含んでもよい。
【００３７】
以上の工程によって、図３（Ｃ）に示すように、半導体チップ１０のそれぞれのパッド１２に、金属層２４からなるバンプを形成することができる。この半導体チップ１０は、フリップチップとして、基板にフェースダウンボンディングすることができる。その場合、基板に形成された配線パターン（ランド）と、金属層２４からなるバンプと、を電気的に接続する。電気的接続には、異方性導電膜（ＡＣＦ）や異方性導電ペースト（ＡＣＰ）等の異方性導電材料を使用して、導電粒子をバンプと配線パターンとの間に介在させてもよい。あるいは、Ａｕ−Ａｕ、Ａｕ−Ｓｎ、ハンダなどによる金属接合や、絶縁樹脂の収縮力によって、バンプと配線パターン（特にランド）とを電気的に接続してもよい。
【００３８】
なお、本発明は、半導体ウエーハに形成されたパッドにバンプを形成するときに適用してもよい。すなわち、上述した実施の形態を半導体ウエーハ上において適用してもよい。
【００３９】
（半導体装置・回路基板・電子機器）
図４は、本発明を適用した実施の形態に係る半導体装置を示す図である。図４に示す半導体装置１は、上述した金属層２４からなるバンプがパッド１２上に形成された半導体チップ１０と、配線パターン３２が形成された基板３０と、複数の外部端子４０と、を含む。
【００４０】
この例では、半導体チップ１０は、基板３０に対してフェースダウンボンディングされている。半導体チップ１０と基板３０とは、異方性導電材料３４によって接着されている。そして、金属層（バンプ）２４と配線パターン３２とは、導電粒子によって電気的に接続されている。基板３０には、複数の外部端子４０が設けられている。外部端子４０は、図示しないスルーホールなどを介して配線パターン３２に電気的に接続されている。各外部端子４０は、ハンダボールであってもよい。ハンダなどを印刷してリフロー工程を経て外部端子４０を形成してもよい。外部端子４０はハンダのほかに銅などによって形成してもよい。また、積極的に外部端子４０を形成せずにマザーボード実装時にマザーボード側に塗布されるハンダクリームを利用し、その溶融時の表面張力で結果的に外部端子を形成してもよい。この半導体装置は、いわゆるランドグリッドアレイ型の半導体装置である。
【００４１】
（変形例）
図５は、上述した実施の形態の変形例に係るバンプの形成方法を説明する図である。図５に示す例では、図２（Ａ）に示す工程を行った後に、下地層１８を形成せずに、レジスト層２０を形成する。
【００４２】
詳しくは、図２（Ａ）に示す工程と同様に、電極１２の表面のうち、パッシベーション膜１４の開口部を介して露出した部分をジンケート液に浸漬して、亜鉛の金属皮膜１６を置換形成する。そして、図５に示すように、レジスト層２０を形成する。ここで、レジスト層２０に形成される貫通穴２２を、パッド１２の周縁よりも内側であって、パッシベーション膜１４の開口部よりも外側に形成することが好ましい。すなわち、パッド１２の径（大きさ）Ａと、パッシベーション膜１４の開口部の径（大きさ）Ｂと、貫通穴２２の径（大きさ）Ｃとが、
Ｂ＜Ｃ＜Ａ
の関係を有することが好ましい。こうすることで、パッド１２上に形成された金属皮膜１６の表面全体を、貫通穴２２を介して露出させることができる。
【００４３】
その後、金属皮膜１６が形成されたパッド１２を、ニッケルメッキ液に浸漬し、亜鉛とニッケルの置換反応を経て、ニッケルのバンプを形成する。その工程は、下地層１６がないことを除いて、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示す工程と同じである。また、必要があれば、ニッケルからなるバンプの上に金メッキを施してもよい。
【００４４】
この例を適用しても、上述した実施の形態と同様の効果を達成することができる。また、この例によれば、上述したＢ＜Ｃ＜Ａの関係を有するので、置換形成した金属皮膜（亜鉛）１６の一部がレジスト層２０に覆われず、金属皮膜１６の表面の全体上にバンプを形成することができる。したがって、バンプを形成した後に、アルカリ性の溶液でレジスト層２０を剥離しても、金属皮膜（亜鉛）１６はバンプ下にあって露出していないため溶解することがなく、薄い金属皮膜（亜鉛）１６からアルカリ性の溶液が染み込んでパッド１２を溶解することもない。
【００４５】
図６には、本実施の形態に係る半導体装置１を実装した回路基板１０００が示されている。回路基板１０００には例えばガラスエポキシ基板等の有機系基板を用いることが一般的である。回路基板１０００には例えば銅などからなる配線パターンが所望の回路となるように形成されていて、それらの配線パターンと半導体装置１の外部端子４０とを機械的に接続することでそれらの電気的導通を図る。
【００４６】
そして、本発明を適用した半導体装置１を有する電子機器として、図７にはノート型パーソナルコンピュータ２０００、図８には携帯電話３０００が示されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明を適用した実施の形態に係るバンプの形成方法を示す図である。
【図２】図２（Ａ）〜図２（Ｃ）は、本発明を適用した実施の形態に係るバンプの形成方法を示す図である。
【図３】図３（Ａ）〜図３（Ｃ）は、本発明を適用した実施の形態に係るバンプの形成方法を示す図である。
【図４】図４は、本発明を適用した実施の形態における半導体装置を示す図である。
【図５】図５は、本発明を適用した実施の形態の変形例に係るバンプの形成方法を示す図である。
【図６】図６は、本実施の形態に係る半導体装置が実装された回路基板を示す図である。
【図７】図７は、本実施の形態に係る半導体装置を有する電子機器を示す図である。
【図８】図８は、本実施の形態に係る半導体装置を有する電子機器を示す図である。
【符号の説明】
１０  半導体チップ
１２  バンプ
１６  金属皮膜
１８  下地層
２０  レジスト層
２２  貫通穴
２４  金属層
【図１】
0003800298.tif 000002
【図２】
0003800298.tif 000003
【図３】
0003800298.tif 000004
【図４】
0003800298.tif 000005
【図５】
0003800298.tif 000006
【図６】
0003800298.tif 000007
【図７】
0003800298.tif 000008
【図８】
0003800298.tif 000009