(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
端子部が形成された所定の対象物に、上記端子部に導通するバンプを形成する方法であって、
上記対象物における端子部形成面側に絶縁層を形成するとともに、この絶縁層に貫通孔を形成してこの貫通孔から上記端子部を臨ませる工程と、
上記端子部における上記貫通孔から臨む面および上記貫通孔の内周面に、上記絶縁層の上面に及ばないようにして無電解メッキにより金属の導電層を形成する工程と、
上記貫通孔に対応させて所定の大きさの金属の導体粒を載置する工程と、
上記導体粒を溶融させて上記貫通孔内を導体成分で充填する工程と、
を含み、上記溶融させた金属導体成分を表面張力によって変形させ、かつ上記貫通孔内に引き込ませた状態で固化させることにより、上記貫通孔の平面的な大きさと同等の平面的な大きさをもち、上下厚みが上記絶縁層の厚みと略同等のバンプを形成することを特徴とする、バンプ形成方法。
【請求項２】
上記対象物は、半導体チップ、半導体チップを構成すべき複数の回路素子が一体的に造り込まれたウエハ、半導体チップが実装されて半導体装置を構成する絶縁性基板、あるいは電子部品が実装される回路基板である、請求項１に記載のバンプ形成方法。
【請求項３】
貫通孔が形成され、かつこの貫通孔から臨むようにして一面側に端子部が形成された絶縁性基板に、上記端子部に導通するバンプを上記絶縁性基板の他面側に形成する方法であって、
上記端子部における上記貫通孔から臨んでいる領域および上記貫通孔の内周面に、上記絶縁性基板の他面に及ばないようにして無電解メッキにより金属の導電層を形成する工程と、
上記貫通孔に対応させて所定の大きさの金属の導体粒を載置する工程と、
上記導体粒を溶融させて上記貫通孔内を導体成分で充填する工程と、
を含み、上記溶融させた金属導体成分を表面張力によって変形させ、かつ上記貫通孔内に引き込ませた状態で固化させることにより、上記貫通孔の平面的な大きさと同等の平面的な大きさをもち、上下厚みが上記絶縁性基板の厚みと略同等のバンプを形成することを特徴とする、バンプ形成方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載のバンプ形成方法において、上記バンプと上記導電層とを同種の金属によって形成することを特徴とする、バンプ形成方法。
【請求項５】
上記バンプは、金またはハンダによって形成される、請求項４に記載のバンプ形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、端子部が形成された所定の対象物に、上記端子部に導通するバンプを形成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、たとえば半導体チップに形成された端子パッド上にバンプを形成する方法としては、端子パッドに対応させて導体粒を載置し、これを溶融・固化させる方法がある。この方法では、まず、図６（ａ）に示したように上記端子パッド１０が臨むようにして半導体チップ１上にレジスト層２が形成される。上記レジスト層２は、たとえば上記半導体チップ１上に感光性樹脂層を形成した後に所定のマスクを用いて露光し、端子パッド１０上に形成されたレジスト層２を現像除去することによって形成される。次いで、同図（ｂ）に示したように、レジスト層２が現像除去されて貫通孔２０とされた領域に導体粒３を載置する。この導体粒３としては、ボール状とされた金やハンダなどが用いられる。さらに、同図（ｃ）に示したように、導体粒３を溶融・固化させた後にレジスト層２を除去することによって端子パッド１０上にバンプ３０が形成される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記した方法では、導体粒３を溶融させることによって上記貫通孔２０内に液状とされた導体３が充填されて液状導体３が上記端子パッド１０と接触させられ、液状導体３を固化させることによってバンプ３０とされる。しかしながら、レジスト層２が樹脂によって形成されて、上記貫通孔２０の内面が樹脂によって構成されていることから、金属によって構成された液状導体３では上記貫通孔２０の内面が濡れにくい。このため、溶融した液状導体３を上記貫通孔２０内のすみずみにまで行き渡らせるのは困難であり、この状態において液状導体３を固化させたとしても機械的および電気的に良好な接続状態を得るのは困難である。また、上記端子パッド１０は、アルミニウムなどによって形成されており、導体粒３はハンダや金などによって構成されている。すなわち、端子パッド１０が酸化しやすいアルミニウムによって構成されており、また端子パッド１０とバンプ３０とが異種の金属の接続とされているため、このような理由からも良好な接続状態を得るのは困難である。
【０００４】
本願発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、半導体チップなどの所定の対象物の端子部に、良好な接続状態が確保されたバンプを形成できるようにするをその課題としている。
【０００５】
【発明の開示】
上記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
【０００６】
すなわち、本願発明の第１の側面により提供されるバンプ形成方法は、端子部が形成された所定の対象物に、上記端子部に導通するバンプを形成する方法であって、上記対象物における端子部形成面側に絶縁層を形成するとともに、この絶縁層に貫通孔を形成してこの貫通孔から上記端子部を臨ませる工程と、上記端子部における上記貫通孔から臨む面および上記貫通孔の内周面に、上記絶縁層の上面に及ばないようにして無電解メッキにより金属の導電層を形成する工程と、上記貫通孔に対応させて所定の大きさの金属の導体粒を載置する工程と、上記導体粒を溶融させて上記貫通孔内を導体成分で充填する工程と、を含み、上記溶融させた金属導体成分を表面張力によって変形させ、かつ上記貫通孔内に引き込ませた状態で固化させることにより、上記貫通孔の平面的な大きさと同等の平面的な大きさをもち、上下厚みが上記絶縁層の厚みと略同等のバンプを形成することを特徴としている。
【０００７】
なお、バンプが形成される対象物としては、半導体チップ、半導体チップを構成すべき複数の回路素子が一体的に造り込まれたウエハ、半導体チップが実装されて半導体装置を構成する絶縁性基板、あるいは電子部品が実装される回路基板などが挙げられる。
【０００８】
上記したバンプ形成方法では、まず端子部形成面側に絶縁層が形成され、この絶縁層に端子部が臨むようにして貫通孔が形成される。すなわち、絶縁層がレジスト層とされる。そして、上記端子部の上面および貫通孔の内周面に無電解メッキにより導電層を形成した後に導体粒を溶融させることによって上記貫通孔内が導電成分で充填される。本願発明では、溶融した導電成分が充填される空間は、導電層によって囲まれている。この導電層は、無電解メッキによって形成されることから、上記端子部の上面ばかりでなく、上記貫通孔の内周面にも良好に形成される。
【０００９】
従来においては、導電成分が充填される空間は、樹脂により構成されたレジスト層によって囲まれているために、空間を形成している内面（貫通孔の内面）が金属により構成された導体では濡れにくかった。このため、上記空間内のすみずみにまで溶融した導電成分を行き渡らせるのは困難であった。これに対して本願発明では、導電成分が充填される空間が無電解メッキにより形成された導電成分、すなわち金属によって囲まれている。このため、導体粒（たとえば金属粒）を溶融させた場合には、樹脂によって空間内が囲まれている場合と比較すれば空間の内面が溶融した導電成分によって濡れやすい。すなわち、上記空間内に溶融した導電成分が行き渡りやすく、溶融した導電成分が固化した場合には、上記端子部に対して強固に接続され、良好な電気的な接続状態が維持されている。
【００１０】
なお、従来のバンプ形成方法におけるレジスト層に相当する絶縁層は、バンプが形成された後に除去してもよく、また除去せずにそのまま残しておいてもよい。上記絶縁層は、端子部のみを露出させるようにして形成されており、しかも絶縁性を有することから、レジスト層としての絶縁層を残しておけば、これをバンプが形成される対象物の保護膜とすることができる。とくに、半導体チップやウエハにおいては、バンプを形成すべき面側に回路素子が造り込まれていることから保護膜を形成する必要性が高く、この保護膜として絶縁層（レジスト層）を利用すれば、保護膜の形成およびレジスト層の除去といった作業工程を減らすことができる。これにより、製造コストの低減を図ることができる。ただし、絶縁層を残しておいて保護膜として利用する場合には、溶融した導電成分が充填される空間の容積に対して、導電成分の量を多くしておく必要がある。このようにすれば、導電成分が固化した場合には、上記空間から導体成分の一部がはみ出した恰好とされることから、絶縁層を除去せずに残しておいても上記空間からはみ出した部分をバンプとして利用することができる。
【００１１】
本願発明の第２の側面により提供されるバンプ形成方法は、貫通孔が形成され、かつこの貫通孔から臨むようにして一面側に端子部が形成された絶縁性基板に、上記端子部に導通するバンプを上記絶縁性基板の他面側に形成する方法であって、上記端子部における上記貫通孔から臨んでいる領域および上記貫通孔の内周面に、上記絶縁性基板の他面に及ばないようにして無電解メッキにより金属の導電層を形成する工程と、上記貫通孔に対応させて所定の大きさの金属の導体粒を載置する工程と、上記導体粒を溶融させて上記貫通孔内を導体成分で充填する工程と、を含み、上記溶融させた金属導体成分を表面張力によって変形させ、かつ上記貫通孔内に引き込ませた状態で固化させることにより、上記貫通孔の平面的な大きさと同等の平面的な大きさをもち、上下厚みが上記絶縁層の厚みと略同等のバンプを形成することを特徴としている。
【００１２】
ところで、絶縁性基板に半導体チップが実装された構成の半導体装置においては、ＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）と称される半導体装置のように上記絶縁性基板の裏面側に突出するようにしてボール状の外部端子部を形成する場合がある。この外部端子部を形成する場合にも、上述した本願発明の第１の側面に記載したバンプ形成方法と同様な技術思想を採用することができる。
【００１３】
すなわち、上記絶縁性基板には、上下に貫通する複数の貫通孔が形成されており、この貫通孔を介して絶縁性基板の端子部が外部端子部と導通している。この構成では、上記貫通孔の一方の開口が端子部によって閉塞されており、貫通孔の内面および端子部によって空間が形成されている。この空間は、第１の側面のバンプ形成方法において、上記対象物の端子パッドを露出させるようにしてレジスト層を形成した場合の空間（貫通孔）に対応している。言い換えれば、絶縁性基板自体がレジスト層の役割を果している。このため、絶縁性基板の貫通孔の内面および端子部に電解メッキによって導電層を形成し、この導電層によって囲まれる空間内に導体を溶融して充填すれば、第１の側面のバンプ形成方法の場合と同様に強固に接続されたバンプが形成される。
【００１４】
なお、このような絶縁性基板に対するバンプの形成は、半導体チップが実装された後に行ってもよく、また半導体チップが実装される前に行ってもよい。
【００１５】
本願発明の第３の側面により提供されるバンプ形成方法は、上述した本願発明の第１の側面または第２の側面に記載したいずれかのバンプ形成方法において、上記バンプと上記導電層とを同種の金属によって形成することを特徴としている。なお、上記バンプは、たとえば金またはハンダによって形成される。
【００１６】
従来においては、アルミニウムなどによって形成された端子パッド上に、ハンダや金などのバンプが形成されていたため、端子パッドが酸化し、また異種金属の接続であるため良好な接続状態を得るのが困難であった。本願発明では、無電解メッキによって端子部（端子パッド）上に金メッキまたはハンダメッキが施されているため、たとえ端子部（端子パッド）が酸化しやすいアルミニウムなどによって形成されていたとしても、メッキ形成された導電層によって端子部（端子パッド）の酸化が回避されている。これにより、バンプと導電層、すなわちバンプと端子部（端子パッド）との間の接続状態を良好なものとすることができる。また、バンプを導電層と同種の金属によって形成すれば、バンプと導電層との接続が同種の金属どうしの接続となるため、これによってもバンプと導電層、すなわちバンプと端子部（端子パッド）との間の接続状態を良好なものとすることができる。
【００１７】
本願発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の好ましい実施の形態を図面を参照して具体的に説明する。図１は、本願発明のバンプ形成方法によってバンプが形成された半導体チップ一例を説明するための断面図、図２は、上記半導体チップのバンプ周りを拡大した図、図３は、本願発明のバンプ形成方法を説明するための図である。なお、これらの図において、従来例を説明するために参照した図面に表されていた要素や部分などと同等なものには同一の符号を付してある。
【００１９】
図１に示すように、上記半導体チップ１は、その主面１ａ側に所定の回路素子（図示略）が一体的に造り込まれているとともに、上記回路素子と導通する複数の端子パッド１０，…が形成されている。そして、上記半導体チップ３の主面１ａ全体を覆うようにして、かつ上記各端子パッド１０，…を露出させるようにしてポリイミド樹脂などの絶縁層２が形成されている。
【００２０】
この絶縁層２は、後述するようにバンプ３０を形成する際に形成したレジスト層を除去せずに残しておいたものであり、主面１ａに形成された回路素子を保護する役割を果している。また、上記絶縁層２には、図２に良く表れているように複数の貫通孔２０が形成されており、それぞれの貫通孔２０から上記半導体チップ１の各端子パッド１０が臨んだ恰好とされている。そして、各貫通孔２０の内面および各端子パッド１０の上面には、無電解メッキによって導電層４が形成されている。すなわち、貫通孔２０および端子パッド１０により形成される空間２０ａが導電層４によって囲まれた恰好とされている。上記空間２０ａ内には、金またはハンダが充填され、さらに上記絶縁層２から突出するようにしてバンプ３０が形成されている。
【００２１】
上記のように構成された半導体チップ１においては、絶縁層２およびバンプ３０が以下のようにして形成される。すなわち、図３（ａ）に示したように、まず半導体チップ１の主面１ａ全体を覆うようにしてレジスト層２を形成する。このレジスト層２は、感光性ポリイミドなど感光性樹脂を塗布するなどして形成される。次いで、図３（ｂ）に示したように、各端子パッド１０の上部領域のレジスト層２を部分的に除去してレジスト層２の上下に貫通する貫通孔２０を複数形成する。レジスト層２の部分的な除去は、たとえば所定のマスクを用いてレジスト層２を露光し、端子パッド１０上に形成されたレジスト層２を現像除去することによって行われる。このようにして各端子パッド１０が露出させられた場合には、実質的には残されたレジスト層２が図１および図２を参照して説明した半導体チップ１の絶縁層２とされる。
【００２２】
そして、図３（ｃ）に示したように、無電解メッキによって各貫通孔２０の内面および各端子パッド１０の上面に導電層４を形成する。ここで、電解メッキを行わずに、無電解メッキにより導電層４を形成するのは、電解メッキであれば端子パッド１０の上部にメッキ層が成長していくため、貫通孔２０の内面に選択的に導電層４を形成するのが困難だからである。なお、導電層４は、たとえば金またはハンダによって形成される。
【００２３】
さらに、図３（ｄ）に示したように、各貫通孔２０に対応させて導体粒３を載置する。この導体粒３としては、導電層４と同種の金属、たとえば金またはハンダにより形成されたものが好適に使用され、また導電層４によって囲まれる空間２０ａの体積よりも大の体積を有するものが使用される。
【００２４】
最後に、図３（ｅ）に示したように、導電粒３が載置された状態で半導体チップ１を加熱炉に搬入して導電粒を溶融させる。このとき、溶融された導電粒３によって上記空間２０ａ内が充填される。また、導電粒３の体積が上記空間２０ａの体積よりも大きくなされていることから、溶融した導電粒３の一部は上記空間２０ａの上部に突出し、この突出部分は表面張力によって球状に保たれる。
【００２５】
従来においては、導電成分３が充填される空間２０ａは、樹脂により構成されたレジスト層２によって囲まれているために、空間２０ａを形成している内面（貫通孔の内面）は、金属により構成された導体３では濡れにくかった。このため、上記空間２０ａ内のすみずみにまで溶融した導電成分を行き渡らせるのは困難であったのは上述の通りである。これに対して本実施形態では、導電成分３が充填される空間２０ａが無電解メッキにより形成された導電層４、すなわち金属によって囲まれている。このため、導電粒３を溶融させた場合には、樹脂によって空間２０ａ内が囲まれている場合と比較すれば空間２０ａの内面が溶融した導電成分３によって濡れやすい。すなわち、上記空間２０ａ内に溶融した導電成分３が行き渡りやすく、溶融した導電成分３が固化した場合には、上記端子パッド１０に対して強固に接続され、良好な電気的な接続状態が維持されている。
【００２６】
また、本実施形態では、無電解メッキによって端子パッド１０上に金メッキまたはハンダメッキが施されているため、たとえ端子パッド１０が酸化しやすいアルミニウムなどによって形成されていたとしても、メッキ形成された導電層４によって端子パッド１０の酸化が回避される。これにより、バンプ３０と導電層４、すなわちバンプ３０と端子パッド１０との間の接続状態を良好なものとすることができる。また、バンプ３０を導電層４と同種の金属によって形成すれば、バンプ３０と導電層４との接続が同種の金属どうしの接続となるため、これによってもバンプ３０と導電層４、すなわちバンプ３０と端子パッド１０との間の接続状態を良好なものとすることができる。
【００２７】
なお、本実施形態では、半導体チップ１に形成された端子パッド１０上にバンプ３０を形成する場合について説明したが、本願発明の技術思想は、半導体チップ１とされる前の段階、すなわち半導体チップ１となるべき複数の回路素子が一体的に造り込まれたウエハ（図示略）の状態において端子パッド上にバンプを形成する場合にも適用することができる。また、各種の電子部品が実装される回路基板の端子パッド（端子部）にバンプを形成する場合にも適用することができ、半導体装置を構成する絶縁性基板上にバンプを形成する場合にも適用できる。
【００２８】
後者の場合のもう少し具体的に説明するなら、半導体装置においては、複数の端子部が形成された絶縁性基板上に、上記各端子部と半導体チップの端子部とを対向させて絶縁性基板上に半導体チップを実装して半導体装置を構成する場合がある。この種の半導体装置においては、絶縁性基板の端子部と半導体チップの端子部とを電気的に接続する場合に、絶縁性基板の端子部をバンプ状に形成する必要が生じることがある。このような場合に、絶縁性基板の端子部をバンプ状に形成するのに上記実施形態において説明したバンプ形成方法を適用することもできる。
【００２９】
ところで、絶縁性基板に半導体チップが実装された構成の半導体装置においては、図４に示したＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）と称される半導体装置５のように上記絶縁性基板６０の裏面側に突出するようにしてボール状の外部端子部３０を形成する場合がある。この外部端子部３０を形成する場合にも、上述したバンプ形成方法と同様な技術思想を採用することができる。
【００３０】
上記絶縁性基板６には、上下に貫通する複数の貫通孔６１が形成されており、この貫通孔６１を介して絶縁性基板６の端子部６０が外部端子部３０と導通している。すなわち、絶縁性基板２に着目すれば、図５に示したように上記貫通孔６１の一方の開口が端子部６０によって閉塞されており、貫通孔６１の内面および端子部６０によって空間６１ａが形成されている。この空間６１ａは、上記した半導体チップのバンプ形成方法において、半導体チップ１の端子パッド１０を露出させるようにしてレジスト層２を形成した場合の空間２０ａに対応している（図３（ｂ）参照）。言い換えれば、絶縁性基板６自体がレジスト層２の役割を果している。このため、絶縁性基板６の貫通孔６の内面および端子部６０に電解メッキによって導電層を形成し、この導電層によって囲まれる空間６０ａ内に導体を溶融して充填すれば、半導体チップのバンプ形成方法の場合と同様に強固に接続されたバンプが形成される。
【００３１】
なお、このような絶縁性基板６に対するバンプの形成は、半導体チップ１が実装された後に行ってもよく、また半導体チップ１が実装される前に行ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明のバンプ形成方法によってバンプが形成された半導体チップ一例を説明するための断面図である。
【図２】上記半導体チップのバンプ周りを拡大した図である。
【図３】本願発明のバンプ形成方法を説明するための図である。
【図４】本願発明のバンプ形成方法によってバンプが形成された半導体装置の一例を表す断面図である。
【図５】上記半導体装置の絶縁性基板の要部拡大図である。
【図６】従来のバンプ形成方法を説明するための図である。
【符号の説明】
１  半導体チップ（対象物としての）
２  絶縁層（レジスト層）
３  導体粒
４  導電層
５  半導体装置
６  絶縁性基板
１０  端子パッド（半導体チップの）
２０  貫通孔（絶縁層の）
２０ａ  空間（導電層によって囲まれる）
３０  バンプ
６０  端子部（絶縁性基板の）
６１  貫通孔（絶縁性基板の）
【図１】
0003847973.tif 000002
【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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