JPH0354829A - 集積回路装置用バンプ電極の電解めっき方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は集積回路装置のいわゆるフリップチップに外部
との接続用にバンプ電極を設けるため、集積回路装置用
のウェハの表面にバンプ電極をその下地膜をめっき電極
膜に利用して電解めっきによって戒長させる方法に関す
る． 〔従来の技術〕 近年の著しい高集積化技術の進展に伴い、小形の半導体
チップ内に非常に？ｊ！雑な集積回路を作り込めるよう
になったが、これに並行して実装構造を合理化する必要
があり、この有力な手段として外部との接続のためにバ
ンプ電極ないしは突起電極を備えたフリップチップ構造
の重要性が増している．周知のように、フリップチソプ
はパッケージに収納することなくそのままセラミック配
線基板等に実装できるので、実装に要するスペースを極
小にし手間を大幅に省くことができる．さらに最近のマ
イクロバンブ電極は、そのサイズを１０μ程度にまで縮
小して数閃角の小形チンプの周縁部に数百個もの外部接
続点を配列できる．かかるバンプ電極は金等の貴金属で
形成されることが多く、そのチップ面からの突出高さは
少なくとも１０μ．ふつうは数十ｎ程度が必要なので、
主に経済的な理由で選択的な電解めっき法で或長させる
のが通例で、この電解めっきはチップに単離する前のウ
ェハ状態で行なわれる． 実装時にバンプ電極による確実な接続を保証するにはバ
ンブ電極の高さを精度よく揃えて置く必要があり、ウェ
ハ内の数千個ないしそれ以上のバンブ電極を電解めっき
により均一に或長させるため種々の工夫がなされて来た
．第２図にこの従来の代表的な電解めっきの要領を示す
． 第２図（ａ）はウェハ１０の周縁部の拡大図である．ウ
ェハ１０は例えば半導体基板１の上にエビタキシャル層
２を戒長させて集積回路用に図示しない半導体層を作り
込んだもので、図のようにこのウェハ１０の表面１０ａ
を下側に，ｌ１面ｌＯｂを上側にした状態で電解めっき
が行なわれる．ウェハ１０の全面を覆う酸化膜３上に配
列された電１１１ｉ１１１４を保護膜５で覆い、これに
明けた窓部内でバンブ電極を金属の下地［６と８を介し
て電極膜４と接続するように電解めっきするが、この際
のめっき電極とするため下地膜６で表面１０ａを覆い、
バンブ電極を設けるべき個所に下地膜８をパターンニン
グし、この下地ＩＩｌ８を露出させるようにフォトレジ
ストＷＸ９で表面１０ａを覆う． 第２図（ｂ）はめっき治具２０を用いてこのウェハ１０
を電解めっきする要領を示す。治具２０は漏斗状内面を
もつ本体２１と１２５を備え、本体２１の内部には綱状
または多孔板状の陽極２２が納められ、そのフランジ状
部２ｌａには鋭い先端をもつめっきビン２４が数本立て
込まれていて、その上にウェハ１０を前述のようにその
表面１０ａを下側にして置いた後に蓋２５をそのガイド
２５ａに沿って本体２ｌに嵌め合わせると、ウェハ１０
がその裏面ｆｏｂ側から板ばね２７により押されて、同
図（ａ）のようにめっきピン２４の先端がウェハｌＯの
周縁部でフメトレジストＩＩｉ９を突き抜けて下地膜６
と接続される． 電解めっきは、治具本体２１の下部開口２ｌｂをめっき
槽４０のめっき液導入管４１に嵌め込んでめっき液ＰＬ
の噴流をウェハ１０の表面１０ａに接触させ、めっきｔ
ｉｆ１３０の正側端子を陽８ｉ２２のリード２２ｇに，
負側端子をめっきピン２４にそれぞれ接続した状態で行
なわれ、フォトレジスト膜９の窓部内に露出された下地
膜８をめっき＃ｉ極としてその上にバンプ電極用金属が
成長される． 以上説明した方法によれば、ウェハ１０を治具２０に単
にセットするだけで、めっき電極膜としての下地膜６を
めっきピン２４を介してめっき電源３０と簡単に接続す
ることができ、この状態でフォトレジスト膜９をマスク
として下地膜８上にバンブ電極用の貴金属類を選択的に
，従ってむだなく電解めっき法で或長させることができ
る．また、ウェハ１０に接触するめっき液ＰＬが絶えず
入れ換わるので、バンブ電極用金属のめっき厚みのウェ
ハ面内分布を均一にすることができる． 〔発明が解決しようとする課題〕 ところが、上述の従来方法では、ウェハの下地膜とめっ
きピンとの間の接続を両者間のごく小面積の接触に頼っ
ており、しかもこの接触点がめつき液ＰＬで濡れている
ので接触状態が電解めっき中に変化することがあり、こ
のために接触不良になるとめっき淳みのウェハ面内分布
が著しく不均一になって、バンブ′Ｗ１８ｉの高さに大
きなばらつきが出る問題がある．第３図はこの接触不良
の発生状態を示すものである。

図のように、めっきピン２４にもちろん絶縁２４ａが施
されているのであるが、下地ｌ１６と接触するめっきピ
ン２４の先端露出部がめつき液ＰＬで濡れてしまい、あ
るいはめっきピン２４とフォトレジスト膜９の間の僅か
な隙間からめっき液ＰＬが先端露出部に侵入するので、
めっき電流の一部が漏れて図のような金属析出Ｄが生じ
やすい．Ｒいことに、この析出が進むにつれて金属析出
Ｄの表面積が増えるのでめっき電流に対する漏洩電流の
割合が漸次増加し、最後にはめっきビン２４と下地膜６
の接触抵抗が加速度的に増大するに至る．もちろん、め
っきピン２４は数個所で下地［６と接触してはいるが、
かかる接触不良が生じた個所の付近のバンブ電極１１が
図のようにいわば極端な発育不全の状態になるので、そ
のウェハを不良として廃棄するはかなくなってしまう． 本発明の目的は、電解めっき中のかかる漏れ電流による
金属析出や接触不良の発生を防止して、ウェハ全面に亘
って均一な厚みでバンブ電極用金属を成長させることに
ある． 〔課題を解決するための手段〕 本発明によればこの目的は、前述のようにウェハの表面
にバンブ電極をその下地膜をめっき電極膜に利用して電
解めっきにより或長させるため、ウェハの裏面にこの表
面の下地膜と接続された接続金漠膜を設け、ウェハの表
面を下に向けてそれのみをめっき液に接触させ、かつウ
ェハ真面の接続金属膜をめっき電源に接続した状態で電
解めっきを行なうことによって達威される． なお、上記構或中のウェハ裏面に設ける接続金属膜に下
地膜と異なる材料を用いることができるが、むしろ同じ
材料を用いるのがウェハプロセスを簡単にする上で最も
望ましい．この接続金属膜をウェハ表面側の下地膜と確
実に接続するには、下地膜と接続金属膜を蒸着やスパッ
タで被着する際のいわゆる回り込みを利用して、両膜が
ウェハの周縁において互いに重なり合うようにするのが
最も簡単である．この際、ウェハの周縁の面取りを従来
より若干大きくして置くことにより、この重なり合いを
確実にすることができる．本発明方法においても、従来
と同様な本体の内面が漏斗状に形威されためっき治具を
用いて前述の噴流式めっき法の利点をそのまま活かすこ
とができる．この際、治具蓋に小流量のガスを導入して
ウェハの周縁から洩れ勝手にすることにより、ウェハの
裏面側へのめっき液の侵入を完全に防止して、ウェハの
表面だけにめっき液を接触させる本発明の条件を確実に
することができる．なお、従来のウェハ抑え用の仮ばね
は、接続金属膜に対する接触子として本発明方法に利用
できる．〔作用〕 従来はめっき電極膜としての下地膜へのめっきビンの接
触点がめつき液で濡れる点に問題の原因があるので、本
発明方法はこの下地膜と接続された接続金属膜をウェハ
の裏面に設け、電解めっき時にめっき液をウェハの表面
のみに接触させ、めっき液で濡れないウェハの裏面側で
接続金属膜をめっきｔＩｌに接続することにより、めっ
き電流の洩れをなくしてウェハ全面にバンブ電極用金属
を均一に或長させるものである． 〔実施例〕 以下、第１図を参照しながら本発明の実施例を説明する
．図中の前に説明した第２図に対応する部分には同じ符
号が付されている． 第１図（ａ）は複数個の集積回路装置用のウェハ１０の
第２図（ａ）に対応する周縁部の拡大断面であり、本発
明の場合その周縁の表ｆｉｌｌｏａ側の面取り１０ｄと
冨面１０ｂ側の面取りｆｅｅは、第２図（２）の場合の
面取り１０ｃよりも図示のように大きいめにするのがよ
く、かつ表面側の面取り１０ｄの傾斜は若干緩やかにす
るのが望ましい．従来と同じく、このウェハ１０をまず
酸化膜３で覆い、その上のバンブ電極を設けるべき個所
に集積回路と接続された電極Ｗ１４を配設し、これを窒
化シリコン等の保護膜５で覆った後に電極ＷＡ４上に窓
を明け、この窓部内で電極膜４に導電接触するようにチ
タン等の下地膜６をウェハ１０の表面１０ａ側に蒸着法
やスバッタ法でふつう　０．２〜０．５μ程度の厚みに
被着する．この下地膜６の周ａ６ａは裏面側面取り１０
ｅの方にふつう１０ｎ程度回り込んで被着される．本発
明方法における接続金属膜７は、この下地ＷＡ６との被
着に引き続きかつそれと同材料，同方法で、ただし若干
厚めの例えば０．５ｎ前後の厚みに被着するのがよく、
蒸着ないしスパッタ時にその周縁７ａが前と同様にウェ
ハの表面側面取り１０ｄの方に回り込んで被着され、こ
れによってごく低い接触抵抗で下地膜６と接続される．
次に従来と同様に、ウェハの表面１０ａにバンブ電極側
の下地膜８として例えば銅を０．５〜１ｎの厚みに全面
被着してフォトエッチングによりバンプ電極を設けるべ
き個所のみを残して除去し、さらにフォトプロセスによ
り表面１０ａ側にフォトレジスト膜９を下地膜８を露出
させるように設ける． この第ｌ図（ａ）がウェハ１ｏの電解めっき準備の完了
状態であって、裏面ｌＯｂ側の接続金属Ｍ７は表面１０
ａ側のめっき電極膜としての下地膜６と上述の周縁の重
なり合いにより確実に接続され、ウェハ１０のめっき液
と接触する表面１０ａとその面取り部１０ｄはバンブ電
極側下地！Ｉ！８を除いてフォトレジスト膜９によって
覆われる． 第１図山》に電解めっきの状態を示す．めっき治具２０
が漏斗状内面をもつ本体２１と蓋２５とを備え、これに
ウェハ１０を表面１０ａを下側に向けて装入するのは従
来と同じであるが、本体２１の上部のフランジ状部２１
ａにウェハ１０用の支承ピン２３を周方向の複数個所例
えば３個所に備え、１２５に小径のガス導入管２５ｂと
接触子２６とを備える点が異なる．本体２１側の支承ピ
ン２３は絶縁物や絶縁被覆された金属線で、その先端で
ウェハ１０の周縁部を複数個所で支承する役目を果たす
．陽８ｉ２２は従来と同じであるが、金めつき用には白
金めっきされたチタン網等が，はんだめっき用にははん
だの多孔板等がそれぞれ用いられる．蓋２５側の接触子
２６は従来と同じ板ばねであってよいが、ウェハ富面１
０ｂの接続金属膜７と導電接触させるので白金等のめっ
きを施して置くのが望ましい．ガス導入管２５ｂからは
小流量の窒素ガスＮ等を蓋２５とウェハ１０との間に導
入し、ウェハ１０の周縁から多少洩れ勝手にして置くこ
とにより、ウェハ裏面１０ｂのめっき液による濡れを完
全に防止できる． 電解めっきに際しては、めっきｐｌ４０のめっき液導入
管４１に下部開口２ｌｂが嵌め込まれた治具本体２１の
支承ピン２３上にウェハ１０をその表面１０ａを下向け
にして載置し、蓋２５を被せることにより接触子２６を
ウェハ裏面１０ｂ上の接続金ｉ膜７と接続しかつウェハ
１０を支承ビン２３に押し付けて正確に位置決めする．
次に、めっき液ＰＬの噴流をウェハ表面１０ａに接触さ
せ、望ましくはガス導入管２５ｂから窒素ガスＮ等を導
入した状態で、めっき＄Ｂ３０の正負端子に陽極２２用
のりード２２ａと接触子２６を接続して電解めっきを行
なう． 第１図（Ｃ）はウェハ１０の完戒状態を示し、上述の電
解めっきにより下地膜８上に金やはんだ等のバンプ電極
１１を或長させた後、同図（ａ）のフォトレジストＭ９
を除去し、次に下地Ｍ８とバンブｔ極１１をマスクとし
てウェハ表ＴｌｉｆｌＯａの下地膜６と稟面１０ｂの接
続金属Ｍ７を化学エッチングして図示の状態とする．接
続金属ｌ！ｌ７が下地膜６と同じチタン膜の場合、薄い
ぶつ酸液による同時エッチングで両膜を簡単に除去でき
る． 以上の本発明方法においては、電解めっきの対象である
ウェハｌＯの表面１０ａにのみめっき液ＰＬが接触し、
裏面１０ｂ側の接続金ＩＩ！Ｗｌ４７と接触子２６との
接続点がめつき液ＰＬで濡れることがないので、従来の
ようなめっき電流の洩れのおそれがなく、電解めっき中
この接続状態を常に安定に保ってウェハの全面に亘リバ
ンプ電極用金属を均一に或長させることができる．本発
明の実施により、同一ウェハ内のすべてのＳ積回路用チ
ップについてバンプ電極の高さのばらつきを±１０％以
下に抑え、この高さの不揃いによる不良率を従来の数分
のｌからｌＯ分の１に減少させることができる．以上説
明した実施例に限らず本発明方法は種々の態様で実施を
することができる．例えば、接続金属膜や下地膜用材料
はもちろん電解めっきの種類等に応じて種々の選択が可
能であり、電解めっき用治具の構威も望ましい実例では
あるがあくまで例示であって、電解めっき作業上の条件
や必要に応じて種々変形された構或ないし構造のものを
用いて本発明を実施できる． 〔発明の効果〕 以上の説明からすでに明らかなように、本発明方法では
集積回路装置用ウェハの表面にバンプ電極をその下地膜
をめっき電極膜として電解めっきにより戒長させるに際
し、ウェハの裏面に表面の下地膜と接続された接続金属
膜を設け、ウェハの表面を下に向けてそれのみにめっき
液を接触させかつウェハの裏面の接続金属膜をめっき電
源に接続した状態で電解めっきを行なうことにより、め
っき電８ｉ膜としての下地膜をそれと接続された接続金
属膜を介してめっき液で濡れることがないウェハの裏面
でめっき電源と接続することができ、これにより従来の
ような電解めっき中漏れ電流による金属析出や接触不良
の発生を完全に防止し、ウェハ全面に亘って均一な厚み
でバンブ電極用金属を或長させることができる． 本発明方法は、小形のバンプ電極を多数個設ける集積回
路装置の製造にとくに適し、バンブ電極の高さを均一に
揃えて実装時の接続の信頼性を高める効果を上げること
ができる． 本発明の実施にはウェハの裏面に接続金属膜を被着する
工程を追加する必要があるが、望ましくはこれと下地膜
を同材料および同手段で引き続いて被着することにより
、実質上従来と変わらない工程で接続金属膜を設けるこ
とができ、かつバンプ電極の電解めっき後の両膜の除去
を１工程で済ませることができる．また実施例のように
、本発明は従来の例えば噴流めっき用治具の構造を僅か
変えるだけ実施でき、ウェハの装入と取り出しが容易で
めっき条件の管理が容易なその利点をそのまま活かしな
がら、その欠点を克服してめっき厚みの均一性を改善で
きる． このように本発明方法は、従来と実質上同等な工程と設
備で電解めっき作業を進めながら、ウェハ全面に亘って
バンブ電極を均一な高さに成長させて、高さの不揃いに
よる不良率を前述のように格段に減少させる効果を上げ
、とくに高集積度でバンブ電極数の多い小形のフリツブ
チップに適用して、その実装時の接続信頼性を高める著
効を奏することができる．

【図面の簡単な説明】

第１図が本発明に関し、本発明方法によるバンプ電極用
金属の電解めっき前および完戒時のウェハの周縁部の拡
大断面図、ならびに電解めっきの要領を示すめっき治具
の断面図である．第２図以降は従来技術に関し、第２図
は従来方法によるバンブ電極用金属の電解めっき前のウ
ェハの周録部の拡大断面図および電解めっきの要領を示
すめっき治具の断面図、第３図はその問題点を示すウェ
ハの周縁部の拡大断面図である．図において、１：集積
回路装置用半導体基板、２：エビタキシャル層、３；酸
化膜、４：バンプｔ８ｉを設けるべき電極膜、５：保護
膜、６：めっき電極膜としての下地膜、６ａ：下地膜の
［縁部、７：接続金属膜、７ａ：接続金属膜の周縁部、
８：バンプ電極側下地膜、９：フォトレジストａ、１０
：集積回路装置用ウェハ、１０ａ　：ウェハの表面、ｌ
Ｏｂ；ウェハの裏面、１０ｃ〜１０ｅ：ウェハ周縁の面
取り、ｌｌｊバンブ電極、２０：めっき治具、２１：治
具の本体、２１ａ：フランジ状部、２１ｂ二下部開口、
２２：電解めっき用陽極、２２ａ：陽極のリード、２３
ニウエノ）支承ビン、２４：従来のめつきピン、２４ａ
：めっきピンの絶縁被覆、２５：治具の蓋、２５ａ＋ガ
イド、２５ｂ＝ガス導入管、２６：接続金ＷＡＶＡへの
接続用接触子、２７：板ばね、３０：めっき電源、４０
：めっき槽、４１：めっき液導入管、Ｄ：金属析出、Ｎ
：窒７冷廼譲潰 Ｉ０ｂ［励 ３ １０ウＩハ 第１図 〃ハ”；７瞥陽

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　集積回路装置用ウェハの表面にバンプ電極をその下地
   膜をめっき電極膜として電解めっきにより成長させる方
   法であって、ウェハの裏面に表面の下地膜と接続された
   接続金属膜を設け、ウェハの表面を下に向けてこの表面
   のみにめっき液を接触させ、かつウェハの裏面の接続金
   属膜をめっき電源に接続した状態で電解めっきを行なう
   ことを特徴とする集積回路装置用バンプ電極の電解めっ
   き方法。