JPH0629300A - バンプ電極の電解めっき方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ウエハ内に作り込まれた集積回路装置にバンプ
電極を電解めっきにより成長させる際、ウエハ面を覆う
めっき電極膜をめっき用電源に接続するためそれにニー
ドルを低い接続抵抗で確実に接触させて、バンプ電極の
高さのウエハ面内のばらつきを減少させる。 【構成】バンプ電極６を電解めっきする際にニードル33
を接触させるめっき電極膜としての下地膜5aの例えば下
側のアルミの配線膜３にあらかじめパターンニングして
置き、ニードル33が接触する下地膜5aの部分を凸面13ａ
と凹面13ｂを二次元配列した市松模様等の凹凸面13に形
成し、ニードル33をめっきマスクM6のフォトレジストを
破って凹凸面13に接触させたときその先端がフォトレジ
ストを押し除けて凸面13ａの角部に確実に接触するよう
にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は集積回路装置用のバンプ
電極の電解めっき方法，すなわちウエハ内にフリップチ
ップに単離すべき集積回路装置を多数作り込んだ状態で
各チップ用の外部接続端子として金，銅，はんだ等の金
属の突起電極であるバンプ電極を電解めっき法によって
成長させる方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】高集積化技術の進展とともに集積回路装
置の小形化が可能になったが、チップサイズに比べてパ
ッケージの体格やその実装スペースが著しく大きくなる
問題があるため、汎用は別として量産電子装置用の集積
回路装置にはパッケージなしでチップ実装できる利点か
ら上述のバンプ電極を備えるフリップチップが益々広く
採用される傾向にある。このフリップチップの製造の際
には、周知のようにまだウエハの状態にある内にそれに
作り込まれた各集積回路装置と接続された金属の下地膜
をめっき電極膜に利用してウエハ面内の要所上にバンプ
電極用金属を電解めっき法により一斉に成長させるのが
通例である。以下、この従来技術を図４を参照して簡単
に説明する。

【０００３】図４(a) に電解めっきの要領を，同図(b)
にチップに単離する要領をそれぞれウエハの要部の拡大
断面で示し、図の左側がウエハ10の周縁部であって、右
側が各フリップチップ用のバンプ電極６を設ける個所で
ある。ウエハ10の例えばエピタキシャル層である半導体
基体１の表面は酸化シリコンや燐ガラスの絶縁膜２で覆
われ、その上に半導体基体１に作り込まれた図示しない
集積回路と接続されたアルミの配線膜３が配設され、さ
らに配線膜３が通例のように窒化シリコン等の保護膜４
で覆われており、この保護膜４の要所に明けた窓の中で
配線膜３と接続するようバンプ電極６が設けられる。

【０００４】バンプ電極６の金属を電解めっきで成長さ
せるため保護膜４の上にその窓内で配線膜３と接続する
薄い金属の下地膜５を設ける。下地膜５はウエハ10の全
面を覆うチタン等の下側下地膜5aとバンプ電極６を設け
るべき個所のみに形成されるパラジュウム等の上側下地
膜5bからなる複合膜とするのが通例であり、その上をフ
ォトレジストのめっきマスクM6で覆いかつ上側下地膜5b
のみを露出させる窓を明けた上で、下側下地膜5aをめっ
き電極膜としてめっき用電源の負側端子に接続した状態
で上側下地膜5bの上にバンプ電極６用金属として例えば
金を電解めっきにより図のようにふつう数十μｍの高さ
に成長させる。

【０００５】この際、上述のめっき用電源に下側下地膜
5aを接続するため図では拡大された先端部のみで示す金
属のニードル33を軟らかいマスクM6を破りないしは排除
して下側下地膜5aに対してふつうはウエハ10の周縁部の
３〜数個所で強く押し付けて接触させる。ニードル33は
その先端面を除いて絶縁33ａで覆われており、これとマ
スクM6により下側下地膜5aとの接触個所にめっき液が侵
入して接続抵抗が変化するのを防止する。バンプ電極６
の電解めっき後はマスクM6をまず除去した後、上側下地
膜5bをマスクとする化学エッチングによって下側下地膜
5aを図４(b) に示すようにバンプ電極６の下側を除く全
表面から除去する。さらに、ウエハ10を図４(a) のスク
ライブラインSLの所で切断することにより図４(b) に示
すようにそれから単離されたフリップチップ11とする。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上のようにバンプ電
極６を電解めっきするに当たり、めっき電極膜としての
下側下地膜5aに上述のようにニードル33の先端を押し付
けてめっき用電源に接続するのが多数のウエハを処理す
る量産現場における作業性の点で有利であるが、ニード
ル33の下側下地膜5aとの接触点の接続抵抗に不揃いがあ
ると、ウエハ10の面内に一斉に成長させる数万個以上の
バンプ電極６の高さにばらつきが発生してフリップチッ
プの製造歩留まりが低下しやすい問題がある。

【０００７】接続抵抗に不揃いが生じる一因は、ニード
ル33の先端でマスクM6を破って下側下地膜5aと接触させ
る際に接触面からフォトレジストの樹脂が完全には排除
されないでその一部に介在する点にあり、極端な場合は
可撓性のニードル33の先端がマスクM6の表面で滑って下
側下地膜5aと接触しないことがあり、この状態で電解め
っきを施すとウエハ10の面内のその近傍ではバンプ電極
６が必要な高さに成長しなくなる。他の原因はニードル
33の先端が下側下地膜5aと一応は接触しても、その表面
にあるごく薄い自然酸化膜が破れない限り接続抵抗が充
分に低下しない点にある。さらに、バンプ電極６の高さ
がばらつきやすいのは、下側下地膜5aがごく薄くてその
面抵抗が比較的高い点にも原因がある。

【０００８】上述の接触面への樹脂の介在やマスク面で
の滑りを防止するにはニードル33の先端を非常に鋭くす
ればよいが、完全な点接触に近くなるので接続抵抗をむ
しろ増加させることになり、かつ先端が摩耗しやすくな
るのであまり実用的でない。また、自然酸化膜を破るに
はニードル33の押し付け圧力を増すしかないが、下側下
地膜5aがごく薄いのである限度以上に圧力を掛けるとそ
の変形や破損が起きて接続抵抗がかえって増加する。さ
らに、めっき電極膜の面抵抗を減少させるため下側下地
膜5aの全面に上側下地膜5bがまだ重なった状態の複合膜
を用いる場合もあるが、電解めっき後に保護膜４上から
それをエッチングで除去する際にバンプ電極６の下側ま
でがオーバエッチングされて付け根の強度が低下しやす
くなる。かかる事情から、本発明の目的はめっき電極膜
へのニードルの接続を確実にしてバンプ電極の高さのウ
エハ面内のばらつきを減少させることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のバンプ電極の電
解めっき方法では、電解めっき用めっき電極膜として用
いる下地膜のニードルを接触させる個所を二次元の細か
な繰り返しパターンをもつ凹凸面に形成することによ
り、あるいはウエハの全面を覆うめっき電極膜用下側下
地膜の周縁部にそれに接する上側下地膜や配線膜を環状
パターンで重ねて残し, 電解めっき時にニードルをこの
重ね合わせ部分に接触させることによって上述の目的を
達成する。

【００１０】なお、下地膜のニードルを接触させる個所
を凹凸面に形成する場合には、その個所に配線膜を二次
元繰り返しパターンに形成してそれを下側下地膜で覆う
のが有利であり、あるいは下側下地膜の上に上側下地膜
を二次元繰り返しパターンに形成することでもよい。こ
の二次元繰り返しパターンは凹面と凸面とが交代するい
わゆる市松模様や凸面が浮き出した水玉模様とするのが
最も簡単でかつ有利である。その各凹面や凸面のサイズ
はニードルの先端の曲率半径よりも小さくするのがよ
く、例えばニードルの曲率半径が 300〜数百μｍの場合
は20〜200 μｍの範囲内に, 望ましくは50μｍ程度に設
定するのがよい。

【００１１】

【作用】上述のように本発明方法は、めっき電極膜のニ
ードルを接触させるべき部分を凹凸面に形成して、両者
の相互間にめっきマスク用フォトレジストの樹脂が若干
介在してもニードルを凸面の角に確実に接触させ, かつ
この凹凸面を覆うめっきマスクをニードルの先端で突き
破る際に容易に滑らないようにすることにより、あるい
はめっき電極膜用の下側下地膜の周縁部に上側下地膜や
配線膜を重ねて、ニードルを強力に押し付けてもこの重
ね合わせ部が変形や破損することなくその先端が表面の
自然酸化膜を破って内部に確実に食い込むようにするこ
とにより、いずれの場合にもめっき電極膜へのニードル
の接続を従来より確実にしてバンプ電極の高さのウエハ
面内のばらつきを減少させるものである。なお、後者の
場合には電気抵抗がごく低い重ね合わ部分をウエハの周
縁に沿う環状パターンに形成することにより薄い下側下
地膜の比較的高い面抵抗を補ってウエハ面内のめっき電
流分布を均一化させ、上述の効果を一層高めることがで
きる。

【００１２】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の具体実施例を
説明する。図１にめっき電極膜のニードルが接触する部
分を凹凸面に形成する実施例を示し、図２と図３にめっ
き電極膜の周縁部を重ね合わせ構造とするそれぞれ異な
る実施例を示す。これらの前に説明した図４と対応する
部分に同じ符号が付けられているので、重複部分に対す
る説明は適宜省略することとする。

【００１３】図１(a) に便宜上その半分が示されたウエ
ハ10の中央部にはフリップチップに単離される集積回路
装置11が多数作り込まれており、この図１の実施例では
その周縁部12の少なくとも一部が凹凸面13に形成され
る。図１(b) はこの凹凸面13のパターン例を拡大図で示
し、図の例では正方形の凸面13ａと凹面13ｂを二次元に
繰り返したいわゆる市松模様に形成される。各正方形の
一辺ｄは図１(d) に示すニードル33の先端の例えば 300
μｍの曲率半径Ｒよりかなり小さいめに, 図示の例では
50μｍ程度に設定される。

【００１４】図１(d) にこの凹凸面13の断面が示されて
おり、図示の例では半導体領域１の表面を覆う絶縁膜２
の上に例えば１μｍの膜厚に被着される前述の配線膜３
用のアルミを図１(b) に示す市松模様にパターンニング
することにより凹凸を作り、その上にチタンの 0.2〜0.
5 μｍの膜厚の薄い下側下地膜5aで覆って凹凸面13とし
ている。なお、この例では凹凸面13の個所からは前述の
保護膜４が除去されているが、配線膜３のかわりにふつ
うは１〜２μｍの膜厚をもつ窒化シリコン等の保護膜４
をパターンニングして凹凸を作ってもよい。また、凹凸
面13のパターンとしては図１(b) の市松模様に限らず例
えば凸面13ａが連続した生地の凹面13ｂから浮き出した
水玉模様に形成してもよい。

【００１５】参考のために図１(c) に電解めっきの要領
を示す。図示の電解めっき装置20は一般的なものであ
り、めっき槽21に満たされためっき液22内に電解めっき
すべき金, 銅, はんだ等の金属の対向電極23と治具30内
に保持されたウエハ10とが浸漬されてそれぞれめっき用
電源24の正側と負側の端子に接続されている。治具30は
例えば塩化ビニールの治具板31と絶縁コーティングされ
た金属の抑圧板32の間にウエハ１を保持するもので、抑
圧板32の例えば３個所に設けられたニードル33を図では
ねじで簡略に示された抑圧手段31ａによりウエハ１の周
縁部に押し付け、絶縁電線等のリード32ａを介してめっ
き用電源24に接続するものである。

【００１６】例えばチタンからなり先端部に白金めっき
が施されたニードル33は図１(d) のようにふつう 300〜
数百μｍの曲率半径をもつその先端面を除いてテフロン
等の絶縁膜33ａで覆われ、ウエハ10を覆うめっきマスク
M6を破りないしは押し除けて周縁部の凹凸面13に押し付
けられる。この際、ニードル33の先端面は図のように凹
凸面13の凸面を形成するこの例では配線膜３の角に強く
押し付けられ、めっき電極膜としての下側下地膜5aにニ
ードル33が低い接続抵抗で接続される。なお、ニードル
33と凹凸面13の相互間にマスクM6の樹脂が若干残っても
凹面13ｂに逃げ込めるので、接触面に介在せず接続が確
実に果たされる。この状態でウエハ10の面内に多数のバ
ンプ電極６が一斉に電解めっきされる。

【００１７】図２と図３に示す本発明方法の実施例で
は、ウエハ10の周縁部のニードル33が接触するめっき電
極膜が重ね合わせ構造とされ、図２ではこの構造とする
ための主な工程がウエハ10の前に説明した図４に対応す
る部分について示されている。図２(a) は複層構成の下
地膜５をウエハ10の全面に被着した状態を示す。めっき
電極膜となるチタンやクロームの下側下地膜5aは保護膜
４の窓の中で配線膜３と接続するようふつう 0.2〜0.5
μｍの薄い膜厚で被着され、パラジュウム, 銅,ニッケ
ル等の膜, ないしそれらとごく薄い金膜との複合膜であ
る上側下地膜5bはふつう 0.5〜２μｍの膜厚で被着され
る。

【００１８】次の図２(b) は上側下地膜5bのパターンニ
ング工程であり、フォトレジストをマスクM5とする化学
エッチングにより図の右側では上側下地膜5bをバンプ電
極用パターンに形成すると同時に、図の左側では下側下
地膜5aの上に上側下地膜5bを図１(a) のウエハ10の周縁
部12に沿う環状パターンに形成する。図２(c) が電解め
っき工程であり、下側下地膜5aをめっき電極膜としそれ
に重ね合わされた上側下地膜5bにニードル33を押し付け
た状態で例えば金のバンプ電極６を電解めっきにより数
十μｍの高さに成長させる。この際、ニードル33を接触
させる個所ではごく薄い下側下地膜5aが上側下地膜5bに
より補強されているので、ニードル33の先端を従来より
かなり強く押し付けても複合膜が変形や破損するおそれ
がなく、自然酸化膜を破って接続抵抗を減少させること
ができる。

【００１９】図３にアルミの配線膜３にめっき電極膜を
重ねる実施例を図２(c) に対応する電解めっき工程の状
態で示す。この実施例ではあらかじめ配線膜３を図２の
上側下地膜5bと同じ環状パターンに形成しておき、かつ
その上側の保護膜４にそれに対応する窓を開口して下側
下地膜5aをこの窓内で配線膜３に重ね合わせた上で、配
線膜３により今度は下側から補強されためっき電極膜用
の下側下地膜5aに対しニードル33の先端を図２の実施例
と同様に強く押し付けた状態でバンプ電極６を電解めっ
きにより成長させる。この実施例でもニードル33をごく
低い接続抵抗でめっき電極膜に接続できるのは前実施例
と同じである。

【００２０】これら図２と図３の実施例では、めっき電
極膜用の下側下地膜5aと重ねられるパラジュウム等の上
側下地膜5bやアルミの配線膜３の導電性が良好でかつ膜
厚もそれより厚く、しかもバンプ電極６を成長させる範
囲を取り囲む環状パターンに形成されるので、めっき電
極膜を流れるめっき電流のウエハ面内の周方向分布をほ
ぼ完全に均一化できる利点がある。また、以上説明した
本発明の図１〜図３のいずれの実施例においても、各ニ
ードル33をめっき電極膜に対し低い接続抵抗で確実に接
続できるので、バンプ電極６を成長させる高さのウエハ
面内分布を従来より均一化してそのばらつきを±10％以
内に抑えることができる。なお、図１の実施例と図２な
いし図３の実施例とを互いに組み合わせて実施すること
により、バンプ電極の高さを均一化する効果を一層高め
ることができる。

【００２１】

【発明の効果】以上のとおり本発明のバンプ電極の電解
めっき方法では、めっき電極膜として用いる下地膜のニ
ードルを接触させる個所を二次元の細かな繰り返しパタ
ーンをもつ凹凸面に形成することにより、(a) ニードル
とめっき電極膜の凹凸面の間にめっきマスクの樹脂が若
干介在してもニードルを凸面の角部で確実に接触させ、
(b) 凹凸面を覆うめっきマスクをニードルの先端で突き
破る際に容易に滑らないようにすることができ、あるい
はウエハ面を覆うめっき電極膜の周縁部にそれに接する
上側下地膜や配線膜を環状パターンで重ねてニードルを
そこに接触させることにより、(c) ニードルを強く押し
付けたときの重ね合わせ部の変形や破損を防止してその
先端をめっき電極膜の表面の自然酸化膜を破ってその内
部に確実に食い込ませ、(d) めっき電極膜を流れるめっ
き電流のウエハ面内の周方向分布をほぼ完全に均一化で
きるので、いずれの場合にもニードルをめっき電極膜に
ごく低い接続抵抗で確実に接続して電解めっきにより成
長させるバンプ電極の高さのウエハ面内のばらつきを従
来より減少させて±10％以内に抑えることができる。な
お、本発明方法は工程をなんら追加する必要なく集積回
路装置の従来のウエハプロセス内で実施して歩留まりを
向上できるので、従来より低いコストで品質がよく揃っ
た集積回路装置のフリップチップを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ニードルが接触するめっき電極膜の部分を凹凸
面とする本発明方法の実施例を示し、同図(a) はウエハ
の半分の上面図、同図(b) はその周縁に設ける凹凸面の
拡大上面図、同図(c) は電解めっきの要領を示す電解め
っき装置とめっき治具の断面図、同図(d) はニードルが
接触するウエハの周縁部の拡大断面図である。

【図２】めっき電極膜の周縁部に上側下地膜を重ね合わ
せる本発明方法の実施例を主な工程ごとの状態で示し、
同図(a) は下地膜の被着工程，同図(b) は上側下地膜の
パターンニング工程，同図(c) は電解めっき工程の状態
をそれぞれ示すウエハの要部拡大断面図である。

【図３】めっき電極膜の周縁部に配線膜を重ね合わせる
本発明方法の実施例を図２(c)に対応する電解めっき工
程の状態で示すウエハの要部拡大断面図である。

【図４】従来の電解めっき方法を示し、同図(a) は電解
めっき工程，同図(b) はチップへの単離工程の状態をそ
れぞれ示すウエハの要部拡大断面図である。

【符号の説明】

１ ウエハの半導体基体 ２ 絶縁膜 ３ 配線膜 ４ 保護膜 ５ 下地膜 5a 下側下地膜 5b 上側下地膜 ６ バンプ電極 10 ウエハ 11 バンプ電極を設けるべき集積回路装置 12 ウエハの周縁部 13 凹凸面 13ａ 凸面 13ｂ 凹面 20 電解めっき装置 24 めっき用電源 30 めっき治具 33 ニードル ｄ 凹凸面の繰り返しパターンの幅 M6 電解めっき用フォトレジストマスク Ｒ ニードルの先端の曲率半径

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ウエハの中に作り込まれた集積回路装置と
   その配線膜を介して接続された金属の下地膜の要所上に
   各集積回路装置用のバンプ電極を電解めっきにより成長
   させる方法であって、ウエハの周縁部上の下地膜の少な
   くとも一部を細かな二次元繰り返しパターンの凹凸面に
   形成し、電解めっき時にこの凹凸面に金属ニードルを接
   触させてめっき用電源と接続して下地膜をめっき電極膜
   としてその要所上にバンプ電極を成長させるようにした
   ことを特徴とするバンプ電極の電解めっき方法。
2. 【請求項２】請求項１に記載の方法において、ニードル
   を接触させる個所に配線膜を二次元繰り返しパターンに
   形成してその上側を下地膜で覆うようにしたことを特徴
   とするバンプ電極の電解めっき方法。
3. 【請求項３】ウエハの中に作り込まれた集積回路装置と
   その配線膜を介して接続された金属の下地膜の要所上に
   各集積回路装置用のバンプ電極を電解めっきにより成長
   させる方法であって、下地膜を配線膜側の下側下地膜と
   バンプ電極側の上側下地膜とを備える複層構成とし、下
   側下地膜によりウエハの全面を覆って上側下地膜をバン
   プ電極を成長させるべき要所に配設するとともに上側下
   地膜と配線膜の少なくとも一方をウエハの周縁部に環状
   に配設し、電解めっき時にこの環状部に金属ニードルを
   接触させてめっき用電源と接続し、下側下地膜をめっき
   電極膜として要所の上側下地膜の上にバンプ電極を成長
   させるようにしたことを特徴とするバンプ電極の電解め
   っき方法。