(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フリップチップ用のはんだバンプをチップ又はウェハ上に形成する方法であって、
チップ又はウェハであって、該チップ又はウェハに電気接続するための複数の金属ボンドパッドが形成されたチップ又はウェハを準備するステップと、
２ｗｔ％以下が銅である錫−銅合金、又は５ｗｔ％以下が銀であり、２ｗｔ％以下が銅であり、残りが錫である錫−銀−銅合金を含むはんだバンプを、電気メッキ法によって形成するステップと、
前記はんだバンプの融点以上の温度に加熱して、前記はんだバンプをリフローさせるステップとを備えた方法。
【請求項２】
前記はんだバンプが、銅含有率が約０．７ｗｔ％である錫−銅合金から成ることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記錫−銅合金は、単一のメッキ溶液から同時に合金として析出されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記錫−銀−銅合金が、約３．５ｗｔ％の銀を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記錫−銀−銅合金が、約０．７ｗｔ％の銅を含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記錫−銅又は錫−銀−銅合金は、純金属を順次析出させ、加熱して必要な合金を得ることを特徴とする請求項１、２、４又は５に記載の方法。
【請求項７】
前記錫−銀−銅合金は、錫−銅合金を単一のメッキ浴から同時に析出させ、次に純銀を析出させ、加熱して３成分の合金を得ることを特徴とする請求項１、４又は５に記載の方法。
【請求項８】
前記錫−銀−銅合金は、純銀を析出させ、次に錫−銅合金を単一のメッキ浴から同時に析出させ、加熱して３成分の合金を得ることを特徴とする請求項１、４又は５に記載の方法。
【請求項９】
前記チップ又はウェハには、感光性材料が、２５〜２００μｍ厚に形成され、はんだバンプの位置を決定するようにパターニングされていることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記電気メッキは、直流電流を用いて行われることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１１】
前記電気メッキは、パルス交互電流を用いて行われることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１２】
各パルスは、約＋５Ｖで約１ミリ秒、ゼロＶで約１ミリ秒、約−５Ｖで約１ミリ秒、ゼロボルトで約１ミリ秒という波形を有することを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
フリップチップ用のはんだバンプをチップ又はウェハ上に形成する方法であって、
（ａ）保護膜と、該保護膜から露出した複数の金属ボンドパッドとを備えたチップ又はウェハを準備するステップと、
（ｂ）前記金属ボンドパッドに、はんだ濡れ性のある金属層を少なくとも１層形成するステップと、
（ｃ）前記チップ又はウェハに、前記金属ボンドパッドの位置に開口を有する感光性材料層を形成するステップと、
（ｄ）２ｗｔ％以下が銅であって、残りが錫である錫−銅合金、又は５ｗｔ％以下が銀であり、２ｗｔ％以下が銅であり、残りが錫である錫−銀−銅合金を含むはんだを、電気メッキ法によって形成するステップと、
（ｅ）前記感光性材料層を除去するステップと、
（ｆ）前記はんだを溶かして、リフローするステップとを備えた方法。
【請求項１４】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法によって形成されたはんだバンプを有するチップ又はウェハ。
【請求項１５】
請求項１３記載の方法によって形成されたはんだバンプを有するチップ又はウェハ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フリップチップボンディングアプリケーションのための半導体ウェハにおける鉛フリーはんだバンプ接続の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フリップチップ接続技術に関して、始めに、バンプと呼ばれる一段高くされた導電性コンタクトが、集積回路（ＩＣ）の入力／出力接続パッド上に形成され、続いて、従来のワイヤーボンドまたはリードを使用することなしに、集積回路（ＩＣ）がフェースダウン（またはフリップチップ接続）で組み立てられる。金、鉛−錫はんだ、ニッケル、銅、および導電性高分子を含有する様々なバンプ接続媒体が提案されている。鉛−錫バンプは、より強く、大量生産可能な接着工程を可能にするはんだの自己整合性および自己平坦性（リフローに関して）のために、特に魅力的である。電気的な接続を提供するに加えて、はんだバンプは、チップと基板との間の機械的および熱的な接続も提供する。フリップチップアプリケーションの鉛−錫はんだバンプの使用は、バンプ製造のために蒸発方法を使用するＣ４（制御―コラプス―チップ−接続）技術において、１９６０年代にＩＢＭによって初めて導入された。
【０００３】
他の接続技術と比較したフリップチップ技術の主な利点には、下記（１）〜（５）がある。
（１）小さなバンプ接触が、チップ表面上の、特定のアプリケーション（ワイヤボンディングおよびテープ自動ボンディング（ＴＡＢ）のような「外辺部のみの」ボンディング技術とは違って）に便利な位置の事実上どこにでも配置可能であるために、チップに形成可能な接続全数を極めて増大させることができるという能力、
（２）ダイサイズを小さくし、かつ、周辺パッドに接続する長い金属配線を不要にして、ＩＣの製造効率および信頼性の両方に好都合な影響を与えるという潜在能力、
（３）比較的速い接続速度および低い消費電力を与える、比較的低い電気的抵抗およびインダクタンス値
（４）はんだバンプを介して伝導が行われ、かつ、フリップチップボンディング後にＩＣ背面が露出されることからくる、良好な熱放散性、
（５）ピン当たりのパッケージングコストを全面的に低下させると共に、より小さく、より軽く、かつコンパクトなパッケージの提供。
【０００４】
はんだバンプ材料の正確な組成の選択は、従来から様々な要因、特に融点によって影響を及ぼされている。特に、たいてい低コストの比較的低いＴｇ（ガラス転移温度）を有する有機材料から形成される基板にチップが接続されている場合には、はんだの融点に注意を払わなければならない。ＩＣがフリップチップ接続されている場合、ＩＣは通常、典型的にはんだの融点よりも２０〜３０℃高い温度に加熱される。はんだバンプの融点が高すぎると、基板にダメージを与えてしまうことがある。
【０００５】
現在、フリップチップ接続アプリケーションに使用されている、２つのもっとも一般的なバンプ材料は、純金と、鉛−錫ベースの合金である。前者は主に、液晶表示装置（ＬＣＤ）またはＴＡＢパッケージ中のシリコンＩＣのフリップチップに使用される。鉛−錫はんだバンプは、主に、フリップチップ搭載（フリップチップオンボード）または、パッケージ中のフリップチップ（フリップチップインパッケージ）アプリケーションに使用される。はんだバンプは一般的に、低コスト、および、より大量生産可能で、より強いフリップチップボンディングプロセスを提供する自己平坦性リフロー特性および自己整合性リフロー特性のために、金バンプよりも好ましい。
【０００６】
はんだバンプとして一般に使用される鉛−錫合金には、特に、９５重量％Ｐｂ／５重量％Ｓｎ、９７重量％Ｐｂ／３重量％Ｓｎ、および共晶の３７重量％Ｐｂ／６３重量％Ｓｎがある。Ｉｎ、Ａｇ、およびＢｉ添加剤入りの鉛ベースのはんだも提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、環境に対する意識が深まる中、鉛を含有するはんだを電気製品に使用することを、世界的に禁止することが考慮されている。これは、上記電気製品の鉛が、最終的には飲み水のシステムに混入されてしまうからである。
【０００８】
電気製品における鉛使用の法規制は欧州共同体で実行され、これと同様の鉛使用を禁止する立法措置が、米国および日本で審議されている。従って、電気製品の好適な鉛フリー加工を実現するために、主として、プリント回路基板、リードフレームパッケージおよびはんだペーストの選択が注目を浴びている。しかしながら、フリップチップアプリケーションのバンプ接続の製造には、ほとんど注目が向けられていない。
【０００９】
鉛フリーはんだとしては、インジウムおよびインジウム合金ベースに、ビスマス、錫、アンチモン、亜鉛および銀を添加することが提案されている。
【００１０】
要求されているものは、従来フリップチップアプリケーションのために使用されている鉛−錫合金に直接替わる、鉛フリーはんだのバンプ組成および、このような鉛フリーのはんだバンプ組成物を使用する製造方法である。
【００１１】
モトローラに譲渡されている米国特許番号５４１０１８４号は、主成分としての錫と、２〜８重量％以上好ましくは３〜５重量％の銅、および１．５重量％以下の銀を含む、鉛フリーのはんだ合金を使用することを提案している。このはんだは、ある程度の金属間結合の確実性を保持するために、好ましくは３〜５重量％の銅を含むことを必要とする。しかし、このような組成によると、錫−銅の金属間化合物が過剰に形成されるために、接続がもろくなるという問題が生じてしまう。
【００１２】
本発明は、上述したような課題を克服する、はんだバンプを形成するプロセスの提供を目的とする。
【００１３】
【課題の解決手段】
上記課題を解決するために、本件第１の発明は、フリップチップ用のはんだバンプをチップ又はウェハ上に形成する方法であって、
チップ又はウェハであって、該チップ又はウェハに電気接続するための複数の金属ボンドパッドが形成されたチップ又はウェハを準備するステップと、
２ｗｔ％以下が銅である錫−銅合金、又は５ｗｔ％以下が銀であり、２ｗｔ％以下が銅であり、残りが錫である錫−銀−銅合金を含むはんだバンプを、電気メッキ法によって形成するステップと、
前記はんだバンプの融点以上の温度に加熱して、前記はんだバンプをリフローさせるステップとを備えたことを特徴とする。
【００１４】
前記はんだバンプは、約０．７％が銅であることが好ましく、錫−銀−銅合金の場合であれば、約３．５ｗｔ％が銀であり、残りが錫であるから成ることが望ましい。
【００１５】
これらの錫−銅系合金を用いて、従来の鉛錫合金を直接置き換えることができ、しかも、電気メッキ法により、形状が制御された均一なはんだバンプを形成することができることがわかった。上述の錫ベースはんだは、従来のリフロープロセスやその材料、表面実装法やその装置と、相性が良い。
【００１６】
錫−銅の２成分系の場合、これらは単一のメッキ溶液から同時に合金として析出させることができる。
【００１７】
また、これに代えて、独立したメッキ溶液から成分を順次析出させ、リフロープロセス中に加熱して必要な合金を得ても良い。この順次析出の手法は、３成分系の錫−銀−銅合金にも適用することができる。３成分系の場合、錫−銅合金を単一のメッキ浴から同時に析出させ、次に純銀を析出させ、加熱して３成分の合金を得ることができる。また、純銀を析出させ、次に錫−銅合金を単一のメッキ浴から同時に析出させ、加熱して３成分の合金を得ても良い。さらに、３種類の元素を、順次析出させても良い。
【００１８】
チップ又はウェハには、電気メッキ前に、金属層を１層又は複数層、スパッタによって形成しても良い。この金属層は、拡散に対するバリア、酸化に対するバリア、接着、メッキのコンタクト層（電気バス）の役割を持つ。２５〜２００μｍ厚の感光性ポリマー材料、例えばフォトレジスト（ネガ又はポジ）やドライフィルムは、メッキするはんだバンプの体積や位置を決めるのに用いることができる。フォトレジストやドライフィルムを厚く形成しておくことは、メッキするはんだバンプが、隣接するバンプとの短絡を起こすことなく十分な高さと体積を持つようにすると共に、チップと基板の間に必要な距離を保つために重要である。チップと基板の間に距離を保つのは、チップと基板の間の熱膨張係数の違いを補償し、フリップチップボンディングの後にアンダーフィル材料が基板とチップの間に流入するのに十分なギャップを持たせるためである。
【００１９】
はんだバンプの電気メッキには、直流電流（ＤＣ）又はパルス交互電流のいずれを用いても良い。電流と電圧の値は、ウェハの大きさとメッキするように露出された面積の合計とに依存する。ＤＣメッキの好ましい条件は、電圧３〜５Ｖ、電流０．０５〜０．１Ａである。パルスメッキサイクルの好ましい電圧は、＋５Ｖで１ミリ秒、ゼロＶで１ミリ秒かそれ以下、約−５〜−１０Ｖで約１ミリ秒、ゼロボルトで約１ミリ秒である。
【００２０】
ラック型（rack）又はファウンテン型（fountain）メッキ装置のいずれも、ウェハ上にはんだをメッキするのに用いることができる。
【００２１】
本件の第２の発明は、フリップチップ用のはんだバンプをチップ又はウェハ上に形成する方法であって、（ａ）保護膜と、該保護膜から露出した複数の金属ボンドパッドとを備えたチップ又はウェハを準備するステップと、（ｂ）前記金属ボンドパッドに、はんだ濡れ性のある金属層を少なくとも１層形成するステップと、（ｃ）前記チップ又はウェハに、前記金属パッドの位置に開口を有する感光性材料層を形成するステップと、（ｄ）２ｗｔ％以下が銅であって、残りが錫である錫−銅合金、又は５ｗｔ％以下が銀であり、２ｗｔ％以下が銅であり、残りが錫である錫−銀−銅合金を含むはんだを、電気メッキ法によって形成するステップと、（ｅ）前記感光性材料層を除去するステップと、（ｆ）前記はんだを溶かして、リフローするステップとを備えたことを特徴とする。
【００２２】
本件発明には、本件発明に係る方法によって製造されたはんだバンプを有するチップ又はウェハも含まれる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して説明する。図１は、当該技術で「バンプ」と呼ばれるはんだの含金属接触６によって、基板４に「フリップチップ」接続された集積回路２を示す。基板４はプリント回路基板であり得るか、または、はんだボール７またはリードを介してプリント回路基板９に接続されたボールグリッドアレー（ＢＧＡ）またはチップスケールパッケージ（ＣＳＰ）のような中間パッケージであり得る。パッケージは、有機、セラミック、または金属材料から形成される。
【００２４】
本発明は、実質的に鉛フリー（一般的に、１０ｐ.ｐ.ｍ.が許容される、不純物レベルで鉛が存在することを除く）の金属はんだを使用する。特に効果的な組成には、（ａ）純錫、又は（ｂ）銅、銀、ビスマス、又は銀および銅の両方のような合金成分を少量含む錫、がある。このような合金成分の混合は、純錫の融点を低下させ、メッキ析出物（as-plated deposit）におけるひげ結晶の形成を抑制し、錫（２３２℃で５５０ダイン／ｃｍ）の表面張力を低下させるのに効果的であり、これにより、錫の（延性などの）機械的性質を向上させて、１３℃未満で生じる純錫のβからの相転移を防ぐことができる。この相転移は体積変化を伴い、この体積変化は、結合の完全性および強度を低下させるだけでなく、機械的強度の低下を導く。はんだバンプの材料は、さらに詳細に後述する。
図２（ａ）〜（ｄ）および３（ａ）／（ａ１）〜（ｄ）は、電気メッキ法を用いる、上述した組成を有する金属はんだバンプ接続を形成するための製造工程を示す。
【００２５】
図２（ａ）は、半導体ウエハ８を示している。半導体ウェハ８上の適当な位置にボンドパッド１０が形成され、さらに、ウェハを覆いながら、ボンドパッド１０を露出するように一部除去されたガラス保護膜１２が形成されている。ボンドパッド１０は、従来、Ａｌ：Ｓｉ（１〜２重量％Ｓｉ）またはＡｌ：Ｓｉ：Ｃｕ（１〜２重量％Ｓｉおよび、１〜５重量％Ｃｕ）または、最近では純銅から成る。ボンドパッド１０により、チップの活性領域（電極）に電気的に接続される。
【００２６】
第１ステップは、ボンドパッド上に自然に形成された酸化膜を除去するための真空下における逆スパッタ処理によるウエハ８のクリーニングを含む。そのクリーニングステップに続いて一層又は多層の、金属層１４をスパッタリングにより堆積させる。金属層１４は、図２（ｂ）に示すように通常は二層である。第１金属層は典型的な例ではクロムで形成され、５００Å〜１０００Åの厚さを有し、清浄にされたボンドパッドやガラスパッシベーションに対する接着力を向上させること、金属パッドの再酸化を防止すること及びハンダに対する拡散バリア層を形成すること等を含む種々の機能を発揮する。第１金属層として、Ｔｉ／Ｗ、ＮｉＶ又はＴｉもまた使用することができる。第２金属層は、下側バンプ金属用の種層（たね層）を形成するため、及びコンタクトメッキ層（電気的バス）を提供するために、２５００Å〜１００００Åの厚さの銅により形成される。ニッケルもまた銅の代わりに使用することができる。
【００２７】
次のステップには、図２（ｃ）に示すように、紫外線感光性フォト有機フィルム１６の厚い層（好ましくは、５０〜２００μｍの間）を用いたウエハのパターンニングが含まれる。この紫外線感光性フォト有機フィルム１６は、例えば、ウエハの表面上に液体フォトレジストをスピンコートにより塗布した後に、ベークして硬化するか、又は、ドライフィルムを積層して形成することができる。液体レジストを用いてそのような厚さにするためには、２回の塗布とベークが必要とされる。感光性層は、金属コートされたガラスフォトマスクを介して露光されることによりパターンニングされる。フォトマスクは、金属層が選択的にエッチングされてなる開口を有している。これにより、バンプが形成される領域が定義される。これらの開口を通じて、紫外線が通過し、感光性層が露光する。感光性層の厚さと開口部の寸法により、ハンダバンプの形状と最終的な体積が決定される。感光性層の厚さは、バンプがリフローされフリップチップが接合された後に、基板とチップの間の十分な距離を確保するための、バンプの十分な高さを確保するために重要である。このプロセスにはポジティブ又はネガティブのどちらのタイプの感光性ポリマーも使用することができる。メッキがされるべきでない領域を保護する感光性層を現像した後、電気的接触ポイントとなる開口部が、ウエハの端において、下に位置しているスパッタ形成された銅層に達するように形成される。それから、図２（ｄ）に示すようにウエハは下側バンプメタル（ＵＢＭ）１８を形成するために銅（又はニッケル）でメッキされる。この層は、通常３〜７μｍの間の厚さを有し、ハンダバンプに対するぬれ性を有する土台として機能する。
【００２８】
その後、ウエハはハンダで電気メッキされる（図３（ａ））。メッキ層の中に、適当なタイプのメッキ液とアノードを選択することにより、単一のメッキ液から、望ましい化学量論の各成分が同時に析出された、純粋な錫又は、錫−銅若しくは錫−銀を含む合金、又は錫−ビスマスからなる鉛フリー被覆物バンプ２０が形成される。例えば、シップレイロナル（Shipley  Ronal）のもの等、種々の供給者からのメッキ液を使用することができる。錫−ビスマス用として彼らのソルダロンＢＩ（Solderon  ＢＩ）という製品も適しているが、純粋な錫の電気メッキ用として、シップレイロナル（Shipley  Ronal）のチングロクロモ（Tinglo  Culmo）という製品が特に好ましい。負の電圧は通常、ウエハに印加され、実効的にカソードを構成する。これらの望ましい合金のそれぞれに対して、溶解性のアノード技術では、純粋な錫アノード又は錫−銅アノードのどちらも使用され、錫−ビスマス堆積に対しては、白金チタンアノードが好ましい。錫−銅、錫−ビスマス及び錫−銀のメッキ堆積層は、それぞれの成分が必要な化学量論の割合で同時に堆積する単一メッキ溶液からでも、純粋な成分（必要な量の）の連続したメッキした後に堆積させた層を必要な組成の合金とするためにリフローする方法のどちらの方法を用いても形成することができる。３〜５Ａ．Ｓ．Ｄ（amps  per  square  decimetre）の電流密度が適していることが分った。ラック又は噴流メッキ装置に関連して直流でもパルスメッキ技術でも用いることができる。０．０５Ａ〜０．１Ａの間の電流で３〜５Ｖの電圧が好ましい。パルス交互電流として、＋５Ｖで約１ミリ秒、次にゼロＶで約１ミリ秒、その次に約−５Ｖで約１ミリ秒、その後さらにゼロＶで約１ミリ秒を含むパルスが、バンプの均一性及び堆積組成の点で有益であることが見出された。
【００２９】
それぞれの成分を単一のメッキ溶液から同時に析出させることに代えて、各成分の相対的な量を制御するためにメッキ時間を制御し、独立したメッキ溶液から単一の成分を順次メッキにより堆積させてもよいことが見出された。この結果得られたものは単一成分の層構造になるけれども、メッキされた堆積物がリフローされた時、その結果、バンプは必要な化学量論組成の合金となる。この一連のメッキによる方法は、先に述べた２成分系の合金のいずれについても適用することができる。どの成分を最初にするか２番目にするかについては通常は重要でないことが分った。
【００３０】
単一のメッキ溶液から３成分系の合金のメッキをすることは、結果として得られる合金成分の正確なコントロールが困難であることから難しいので、錫―銀―銅の場合において、この一連メッキ技術が特に有用であるとが分った。この場合、最初に単一の２成分系のメッキ溶液から錫−銅同時に堆積させ、続いて純粋な銀をメッキすることにより、錫−銅堆積物を銀と分離して形成することが好ましい。そのようなメッキされた堆積物はリフローされることにより、必要な３成分系の合金が形成される。この方法は、比較的大きなバンプにも適用することができるが、銅の含有量が少ない（２％以下、好ましくは０．７％以下）という事実及び銅の堆積量の正確な制御がより難しくなることから、小さいバンプの場合に比較して難しくなる。
【００３１】
もし、メッキプロセスが、ハンダがパターンニングされた感光性層の上面に到達する前に中止されたら、バンプは柱形状に形成されるであろう（図３（ａ１））。もしメッキプロセスがフォトレジストの高さより上まで続けられたら、“マッシュルーム”形状に形成されるであろう（図３（ａ））。マッシュルーム形状にすることは、例えば、感光性層を所望の高さに形成することが不可能である場合等において、ハンダの体積を増大させる必要がある場合に適用することができる。
【００３２】
バンプ作製プロセスを完了させる続くステップは、図３（ｂ）に示す保護用の感光性層を除去することと、図３（ｃ）に示すように化学的な方法を用いてスパッタリングされた銅とクロムの層をバックエッチングすることを含む。
【００３３】
それから、形成されたバンプにフラックスが塗布され、球形のハンダ形状を形成するために２０分間、オーブンでリフローされる。これに代えて、水素と窒素を減少させた環境を用いる場合は、フラックス無しのバンプリフローを適用できる。
【００３４】
特別に選択されたハンダバンプ材料は次のようなものである。これらの中で、錫−銅合金及び錫−銅−銀合金が本件発明に係るものである。
【００３５】
ａ）純粋な錫
これは、最も簡単で、最も安く、最も容易に作製できることから、鉛−錫バンプに代わる鉛フリーハンダとして選択され、鉛−錫ハンダと物理的、電気的及び熱的特性がまったく同様である。また、毒性が低く、ハンダ付け性が優れている。
【００３６】
時間の経過によりウイスカー（デバイスの欠陥及び短絡の原因となる）が形成されるというよく文献に記載された性質によりマイクロエレクトロニクスパッケージにおいて純粋な錫を使用することに対して強い先入観があるにもかかわらず、フリップチップアプリケーション用のハンダバンプとしての使用では、ウイスカーの形成という問題に悩まされることはない。ウイスカーの形成は、ストレスと時間とに依存するものであることが信じられており、リフロープロセスがこのストレスを緩和する。
【００３７】
ｂ）錫−銅
銅の含有量は２ｗｔパーセント以下でなければならず、共晶点である約０．７ｗｔ％であることが好ましく、この組成ではメルティングポイントは２２７℃である。銅の濃度が２ｗｔ％より大きくなると、メルティングポイントが高くなり（これは製造上の問題を増加させる）、かつ銅が、錫をもろくする、それゆえ機械的に不安定にする金属間化合物を形成するので好ましくない。９９．３ｗｔ％Ｓｎ／０．７ｗｔ％Ｃｕの組成からなり、２２７℃のメルティングポイントを有する錫−銅合金系は、メルティングポイントが３００℃を超える鉛の多い合金（９５ｗｔ％Ｐｂ／５ｗｔ％Ｓｎ又は９７ｗｔ％Ｐｂ／３ｗｔ％Ｓｎ）の置き換えとして考えられる。錫−銅合金系は、基板が２６０℃のリフロー温度に耐えるなら、共晶鉛−錫バンプの置き換えとして考えられる。
【００３８】
ｃ）錫−銀
ほとんどのアプリケーションに対して、銀のパーセンテージは、５ｗｔ％以下にしなければならず、好ましくは合金系の共晶点である３．５ｗｔ％に設定する。銀の少量の添加は、純粋な錫の延性を十分増加させることができるので、バンプが多くの熱サイクル及びストレスにさらされる場合には望ましい。銀の濃度を３．５ｗｔ％より高くすることは、銀の価格が高いので望ましくない。さらに、Ｓｎ−Ａｇ系のメルティングポイントは、銀の含有量の増加とともに急激に増加する。例えば、銀３．５ｗｔ％の共晶点における、メルティングポイントは２２１℃である。銀３．５ｗｔ％の共晶点における、メルティングポイントは、３００℃であり、その温度は、ほとんどの有機樹脂基板又はパッケージ材料にとって高すぎる。しかしながら、セラミック基板上にボンディングされるフリップチップ用のように高いメルティングポイント（３００℃以上）の鉛フリーハンダバンプが必要とされる場合には、銀濃度は２０ｗｔ％以下が好ましく、より好ましくは銀濃度を約１０ｗｔ％とする。銀濃度が１０ｗｔ％であるときのメルティングポイントは、約３００℃であり、この温度は、９５ｗｔ％Ｐｂ／５ｗｔ％Ｓｎ及び９７ｗｔ％Ｐｂ／３ｗｔ％Ｓｎ合金に匹敵するけれども、銀濃度が２０ｗｔ％であるときのメルティングポイントは、約３７５℃であり、特定の高温用途に使用できる可能性がある。このように、共晶（９６．５ｗｔ％Ｓｎ／３．５ｗｔ％Ａｇ）及び高濃度銀合金（９０ｗｔ％Ｓｎ／１０ｗｔ％Ａｇ）は、（３７ｗｔ％Ｐｂ／６３ｗｔ％Ｓｎ）共晶及び（９５ｗｔ％Ｐｂ／５ｗｔ％Ｓｎ又は９７ｗｔ％Ｐｂ／３ｗｔ％Ｓｎ）合金の鉛フリー品としての置き換えが考えられる。
【００３９】
ｄ）錫−ビスマス
ビスマスのパーセンテージは、１０−２５ｗｔ％の範囲から選択される。この錫−ビスマス系のメルティングポイントは、Ｂｉが１０％のとき２２５℃であり、Ｂｉが６０％（これは共晶点）のとき１３８．５℃であり、広い組成の範囲に亙って受け入れ可能なメルティングポイントを示す。
Ｂｉ濃度が２０ｗｔ％のとき、Ｓｎ−Ｂｉ合金のメルティングポイントは、１８５℃であり、この温度は共晶鉛−錫のメルティングポイントである１８３℃とほぼ同じであるので、それゆえ、この特定のＳｎ−Ｂｉ合金は、容易に共晶鉛−錫ハンダと置き換えることができる。
【００４０】
ｅ）錫−銀−銅合金は、５ｗｔ％以下の銀、好ましくは３．５ｗｔ％の銀と、２ｗｔ％以下の銅、好ましくは０．７ｗｔ％の銅と、錫とからなる組成を有する。この合金は、共晶鉛−錫ハンダの置き換えに適する２１６℃と２１７℃の間のメルティングポイントを有する。
【００４１】
上述の電気メッキによって形成された錫又は錫合金は、鉛フリーながらも、従来の鉛錫はんだバンプに匹敵する特性を有していた。
【００４２】
図４（ａ）は、共晶点にある錫−銅バンプのメッキした状態における電子顕微鏡写真を示し、図４（ｂ）は、そのリフロー後の写真を示す。図に示すように、均一で形状の制御されたバンプが形成されている。
【００４３】
図５（ａ）及び（ｂ）に、錫−ビスマスはんだバンプ（錫９０ｗｔ％、ビスマス１０％ｗｔ）の電子顕微鏡写真を示すが、これらも均一で形状の制御されたはんだバンプとなっており、基板にボンディングするのに適した高さとなっている。
【００４４】
図６（ａ）及び（ｂ）は、純錫はんだバンプの電気メッキ後と、リフロー後の電子顕微鏡写真である。
【００４５】
図７（ａ）及び（ｂ）は、錫−銀はんだバンプ（錫９６．５ｗｔ％、銀３・５ｗｔ％）のメッキ後及びリフロー後の電子顕微鏡写真であるが、これらもまた均一で形状の制御されたはんだバンプとなっている。
【００４６】
図８（ａ）及び（ｂ）は、錫−銀−銅はんだバンプ（錫９５．７ｗｔ％、銀３・５ｗｔ％、銅０．８ｗｔ％）のメッキ後及びリフロー後の電子顕微鏡写真である。このはんだバンプは、錫−銀をメッキした後に、錫−銅をメッキする方法によって作製されたものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、パッケージ内のフリップチップ構造を示す断面図である。
【図２】  図２（ａ）から（ｄ）は、はんだバンプ形成の最初の４ステップを示す模式図である。
【図３】  図３（ａ）から（ｄ）は、図２（ａ）から（ｄ）に続くはんだバンプ形成ステップを示す模式図である。
【図４】  図４（ａ）及び（ｂ）は、本発明の方法によって形成された錫−銅バンプを示す電子顕微鏡写真である。
【図５】  図５（ａ）及び（ｂ）は、錫−ビスマスバンプを示す電子顕微鏡写真である。
【図６】  図６（ａ）及び（ｂ）は、純錫バンプを示す電子顕微鏡写真である。
【図７】  図７（ａ）及び（ｂ）は、本発明の方法によって形成された錫−銀バンプを示す電子顕微鏡写真である。
【図８】  図８（ａ）及び（ｂ）は、本発明の方法によって形成された錫−銀−銅バンプを示す電子顕微鏡写真である。
【符号の説明】
２  半導体チップ、４  基板、  ６  バンプ、８  半導体ウェハ、１０  ボンドパッド、１２  ガラス保護膜、１４  金属層、１６  感光性材料層、１８  下側バンプメタル、２０  はんだバンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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