JPH11297735A - バンプの製造方法及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、バンプの製造歩留りを向上したバ
ンプの製造方法および半導体装置を実現することを目的
とする。 【解決手段】 ダミーウエハ上にバンプを形成する形成
工程、該ダミーウエハをダイシングしてダミーチップを
形成するダイシング工程、該ダミーウエハに形成された
バンプを検査する検査工程、該ダミーチップのうち、前
記検査工程で合格したダミーチップのバンプを、回路が
形成された実チップに転写する転写工程からなるように
構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、バンプの製造方法
及び半導体装置に関する。詳しくは、転写技術を利用し
て半導体装置の歩留りを向上したバンプの製造方法及び
半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在の半導体装置は、信号伝搬の遅延防
止と集積密度の向上のために、シリコン等の半導体基板
の回路面をプリント基板の回路面に直接接触させて実装
するようになってきている。そのため、半導体基板上の
電極には、バンプと呼ばれる突起状の電極が形成され、
そのバンプを介してプリント基板へ実装することで、半
導体基板上の各電極の高さの違いやプリント基板の各電
極の高さの違いをバンプが吸収するようにしている。

【０００３】このようなバンプはワイヤボンディング法
と呼ばれる方法で形成されていたが、１チップ当たりの
端子数の増加に伴い、１つずつバンプを形成するワイヤ
ボンディング法では時間と製造コストが著しく増加して
しまう。一般的にバンプの形成許容コストはチップの１
％〜０．０１％に抑える必要が有り、この許容コストを
上回る場合には製品化することができなかった。そこ
で、比較的大きなチップに関しては、周辺部分のみに形
成していた電極をチップ全体に形成して電極の密度を下
げ、各電極の間隔を拡げることで、半導体基板に回路を
形成しダイシングする前のウエハの状態で全ての電極に
一括してバンプを形成することのできる、蒸着法、メッ
キ法、印刷法によりバンプを形成することで、低コスト
化を図っていた。

【０００４】しかしながら、近年の半導体装置の高性能
高密度化に伴い、端子数が多くかつ、電極の間隔が短い
（電極密度が高い）チップにもバンプを形成する必要が
出て来た。そこで、特開平１−１８９９４２号、特開平
３−１９０１３８号等により転写技術を利用したバンプ
の形成方法（以下転写法と称する）が提案されている。
蒸着法、メッキ法、印刷法では半導体基板に影響の無い
はんだ材料や製造プロセスが必要となり、あたらしいは
んだ材料の使用や新しい製造プロセスが使用できないと
いう著しい制限があった。

【０００５】例えば、蒸着の場合、蒸着可能な材料のみ
に制限され、また半導体基板の表面を破壊するフッ素系
のガスが使用できない。またメッキの場合も、メッキ可
能材料のみに制限され、また半導体基板を破壊するメッ
キ液が使用できない。また印刷の場合も、印刷可能な材
料のみに制限され、また半導体基板を破壊する加圧力ま
たはフラックスが使用できないといった問題がある。し
かし転写法によればこれらの制限がなくなり、低コスト
の材料や製造プロセスの導入や高い歩留りを実現できる
材料や製造プロセスの選択が可能となる。その結果、転
写法を用いて高密度でバンプを形成しても、蒸着法等の
従来の方法によりバンプを形成可能な低電極密度の半導
体基板と同等の歩留りを維持することが可能となってい
た。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の転写法
を用いてもバンプの製造歩留りは９９．９９９％程度し
か得られず、現在製品化されている最高スペックの１チ
ップ当たり１０００バンプのチップにしかコスト的に使
用することができず、１チップ当たり２０００〜８００
０バンプといったチップの製品化ができなかった。ま
た、研究や実験開発で用いられているような１チップ当
たり１万バンプを超えるチップに、転写法を用いるとチ
ップ当たりの歩留りが９０％しか得られない。特に、研
究や実験開発で用いられているチップの殆どは量産技術
が適用できないことから製造コストが高いと共に製造歩
留りが悪く、研究の開始当初などは１％しか良品が製造
できない場合も有る。このような場合に、９０％の歩留
りでバンプを形成するのは研究コストや時間から鑑みて
も使用することができない。

【０００７】そして、本発明者らは転写法による歩留り
が向上しない原因を追求した結果、転写前のバンプの形
成時に歩留りを悪くする要因があることを発見した。本
発明は、上記従来の問題点に鑑み、１チップ当たり１０
００バンプを超えるようなチップに使用してもコスト的
には問題なく、しかも、半導体装置の製造歩留りを従来
の通り維持可能なバンプの製造方法および半導体装置を
実現することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１は、ダ
ミーウエハ上にバンプを形成する形成工程、該ダミーウ
エハをダイシングしてダミーチップを形成するダイシン
グ工程、該ダミーウエハに形成されたバンプを検査する
検査工程、該ダミーチップのうち、前記検査工程で合格
したダミーチップのバンプを、回路が形成された実チッ
プに転写する転写工程からなることを特徴とする。

【０００９】この構成を採ることにより、ダミーチップ
にバンプが形成された状態でバンプの良否を検査し、良
品のみを実際に使用するチップに転写することができる
ため、製造歩留りは向上する。

【００１０】また、請求項２は、請求項１において前記
ダミーウエハへのバンプの形成工程は、蒸着法、電解メ
ッキ法、無電解メッキ法、印刷法またはボール供給法に
より形成することを特徴とする。この構成を採ることに
より、種々の方法でバンプを形成することができる。

【００１１】また、請求項３は、請求項１において前記
バンプははんだバンプであり、前記転写工程は該はんだ
バンプを加熱溶融して転写する工程であると共に、前記
ダミーウエハは、前記はんだバンプを転写する転写温度
と常温とでのダミーウエハと実チップとの熱膨脹の差が
バンプの配列される長さ当たりバンプピッチ以下となる
熱膨脹率の材料で形成され、かつ、前記ダミーウエハの
材料は、前記はんだバンプの溶融する温度ではんだが濡
れたり反応しない材料であることを特徴とする。この構
成を採ることにより、ダミーチップから実際に使用する
チップにバンプを転写するとき熱膨張による位置ずれを
防止し、且つバンプがダミーチップに付着しないため転
写をスムーズに行うことができる。

【００１２】また、請求項４は、請求項２において、前
記バンプははんだバンプであり、前記形成工程は該はん
だバンプを加熱形成する工程であると共に、前記蒸着法
または印刷法に使用するマスクの材料は、前記はんだバ
ンプを加熱形成する温度と常温とでのマスクとダミーウ
エハとの熱膨張の差がバンプの配列される長さ当たりバ
ンプピッチ以下となる熱膨脹率の材料で形成され、か
つ、前記マスクの材料は、前記はんだバンプを加熱形成
する温度ではんだが濡れたり反応しない材料であること
を特徴とする。この構成を採ることにより、ダミーウエ
ハへのバンプを蒸着又は印刷するときに位置ずれが防止
され、また、マスクにはんだが付着するのを防止するこ
とができる。

【００１３】また、請求項５は、請求項４において、マ
スクの穴形状は、テーパー状をなし、ウエハに対向する
側の穴径が反対面の穴径より大きいことを特徴とする。
また、請求項６は、請求項５において、マスクの穴形状
は、ダミーウエハ側に面取りが施されていることを特徴
とする。この構成を採ることにより、蒸着又は印刷後の
ダミーウエハからマスクを除去するとき、バンプがマス
クと共に剥離されるのを防止することができる。

【００１４】また、請求項７は、請求項１の転写工程に
おいてフラックスを使用する場合、該フラックスに使用
される溶媒は、その沸点が、はんだの溶融点より低いこ
とを特徴とする。この構成を採ることにより、はんだが
溶融する前にフラックスの溶媒を蒸発させることがで
き、はんだバンプ内に溶媒によるボイドが発生するのを
防止することができる。

【００１５】また、請求項８は、請求項１の転写工程に
おいてフラックスを使用する場合、該フラックスに使用
されるロジンは、その凝固温度又は炭化温度がはんだの
溶融点より高いものであることを特徴とする。この構成
を採ることにより、転写後の洗浄によるロジンの除去が
容易となる。

【００１６】また、請求項９の半導体装置は、請求項１
乃至８のバンプの製造方法により半導体チップにバンプ
を形成したことを特徴とする。この構成を採ることによ
り、はんだバンプを有する半導体装置の製造歩留りを向
上することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１及び図２は本発明の実施の形
態のバンプの製造方法を説明するための図である。本発
明の実施の形態のバンプの製造方法は、先ず図１（ａ）
に示すように、仮に用いるダミーのウエハ１の上にマス
ク２を位置合わせして載置し、蒸着装置内ではんだを蒸
着する。ダミーウエハ１には、実際に使用するチップの
熱膨張率に近い熱膨張率を持ち、且つ、はんだが溶融す
る温度ではんだが濡れたり、反応しない材料が用いられ
る。

【００１８】例えば、実際に使用するチップがＳｉであ
れば、Ｓｉが最も好ましく、或いは、Ｓｉに近い熱膨張
率を持つガラス、ＡｌＮやＳｉＣ等のセラミック、Ｍ
ｏ、４２アロイ（ＦｅＮｉ合金）等の金属などを用いる
ことができる。またＳｉに近い熱膨張率を持ち、はんだ
が溶融する温度で溶けたりしないが、はんだが付いたり
反応してもはんだが溶融する温度で溶けたり反応しない
ＳｉＯ₂ やＳｉ３Ｎ４等で表面処理した金属を用いるこ
ともできる。

【００１９】また、マスク２は、厚さ５０〜１００μｍ
のマスク材料に、実際に使用するチップの複数個に対応
し、そのチップのバンプ配置位置に対応して穴あけされ
ている。また、マスク材料としては、実際に使用するチ
ップの熱膨張率に近い熱膨張率を持ち、且つ、はんだが
溶融する温度ではんだが濡れたり、反応しない材料が用
いられる。

【００２０】例えば、実際に使用するチップがＳｉであ
れば、Ｓｉが最も好ましく、或いは、Ｓｉに近い熱膨張
率を持つガラス、ＡｌＮやＳｉＣ等のセラミック、Ｍ
ｏ、４２アロイ（ＦｅＮｉ合金）等の金属などを用いる
ことができる。またＳｉに近い熱膨張率を持ち、はんだ
が溶融する温度ではんだが溶けたりしないが、濡れた
り、反応しても、はんだが溶融する温度で溶けず、濡れ
たり、反応しないＳｉＯ₂等の無機膜や、ポリイミド等
の有機膜で表面処理した金属で形成したものでも良い。

【００２１】さらに、上記マスク材料の中で磁性体特性
を持つものや、磁性体特性を持つ材料で表面処理して形
成したものも好ましい。このような磁性体特性を持つ材
料で形成したマスクは、ダミーウエハの上に載置した
時、ダミーウエハの下に磁石を置くことによりダミーウ
エハ表面にマスクを密着させることができる。

【００２２】このようなマスクを用いてはんだが蒸着さ
れたダミーウエハ１は図１（ｂ）の如くはんだバンプ
（以後固着はんだという）３が円錐台形状に形成され
る。次に、固着はんだ３が形成されたウエハ１をダイシ
ングして図１（ｃ）の如きダミーチップ４を形成する。
次いでこのダイシングされた各ダミーチップ４につい
て、その固着はんだ３の良否を検査する。そして、固着
はんだ３の高さにバラツキのあるもの、ゴミの付着して
いるもの、ブリッジのあるもの等の不良品は排除する。
なお、検査はダイシングの前に行っても良く、検査の結
果はダイシングの後に適用される。また、本発明はこれ
らの工程の順序を規定するものではなく、これらの工程
を有するものである。

【００２３】次いで選別された良品のダミーチップ４を
図２（ａ）の如く、実際のチップ５の上に固着はんだ３
を下にして重ね合わせ、固着はんだ３がバンプ形成位置
に対向するように位置合わせした後、加熱して固着はん
だ３を溶融させる。これにより固着はんだ３は、はんだ
の濡れ難い特性を有するダミーチップ４から離れ、実チ
ップ５に移行する。即ち固着はんだ３はダミーチップ４
から実チップ５に転写されたことになる。その後冷却し
て、ダミーチップ４を取り除けば図２（ｃ）の如く固着
ハンダ３は実チップ５に転写された状態となる。次い
で、実チップ５を再度加熱して固着はんだ３を溶解させ
れば、固着はんだ３は表面張力により球状となり、バン
プ６が形成される。

【００２４】このように構成された本実施の形態のバン
プの製造方法は，はんだバンブ６を直接実チップ５に形
成せず、バンプとなる固着はんだ３をダミーウエハ１に
形成し、該ダミーウエハ１をダミーチップ４に分割し
て、固着はんだ３の不良なダミーチップ４は排除し、良
品のダミーチップ４から固着はんだ３を実チップ５に転
写したことにより、実チップ５のバンプ不良がなくな
り、はんだバンプ付き半導体装置の製造歩留りを向上す
ることができる。

【００２５】また、ダミーウエハ１に、はんだが溶融す
る温度ではんだが濡れたり、反応しない材料で且つ実際
に使用するチップ５の熱膨張率に近い熱膨張率を持つ、
例えば、ガラス、セラミック、金属等を用いたことによ
り固着はんだ３を実チップ５に転写するとき、はんだの
溶融温度に加熱しても、ダミーチップ４と実チップ５と
の位置ずれを生ずることはない。

【００２６】また、ダミーウエハ１には直接バンプを形
成しないため、材料及びプロセスが、前記の制限以内で
自由に選択でき、低コスト材料や、実チップには採用で
きない特殊はんだバンプ形成プロセスに耐える材料が選
択でき、αフリー、特殊合金等のはんだ材料を、低コス
トで実チップの制限なしに使用できる。

【００２７】また、転写時にダミーウエハ１がはんだに
濡れると、実チップ５に完全に転写できないが、無機膜
又は有機膜のはんだに濡れない材料で表面処理すること
によりはんだに濡れる材料も使用可能となる。

【００２８】またマスク２に、はんだが溶融する温度で
はんだが濡れたり、反応しない材料で且つ実際に使用す
るチップ５の熱膨張率に近い熱膨張率を持つ材料を使用
することにより固着はんだ３との付着がなく、またダミ
ーウエハ１との熱膨張差による固着はんだ３の位置ずれ
を防止することができる。

【００２９】なお、マスク２の穴７の形状を図３（ａ）
の如く円錐台形状にすることにより、固着はんだ形成後
のウエハ１からマスク２を取り外すときに固着はんだ３
に損傷を与えず容易に取り外すことができる。またさら
に、図３（ｂ）の如く円錐台形状の穴７のダミーウエハ
１に接する面側に面取り８を施すことにより取り外しが
容易となる。なお円錐台形状の穴７の側壁の角度はダミ
ーウエハに接する面に対して８９〜７０°程度が好まし
い。

【００３０】次に、本発明の他の実施の形態のバンプの
製造方法を説明する。本実施の形態は、ほぼ前実施の形
態と同様であり、異なるところは、ダミーウエハ１上に
形成する固着はんだ３を印刷法により形成することであ
る。従って使用するダミーウエハ１及びマスク２は前実
施の形態で用いたと同様な材料を用いる。そしてダミー
ウエハ１の上にマスク２を載置し、その上からスクリー
ン印刷法ではんだペーストを印刷し、マスク２を除去し
た後加熱して固着はんだ３を形成する。

【００３１】その後ダミーウエハ１をダイシングしてダ
ミーチップ４となし、該ダミーチップ４の固着はんだ３
の良否を検査して不良品は排除し、良品のみを実チップ
５に転写し、再加熱してバンプ６を形成することは前実
施の形態と同様である。このようにバンプを形成する本
実施の形態は、はんだバンプ付きチップの製造歩留りを
向上することができる。なおマスク２の穴７を円錐台形
状にすること及び穴の下部に面取り８を施すことも前実
施の形態と同様であり、印刷したはんだを傷つけること
なくマスクを取り外すことができる。

【００３２】次に、本発明のさらに他の実施の形態のバ
ンプの製造方法を説明する。本実施の形態は、ほぼ前実
施の形態と同様であり、異なるところは固着はんだ３の
形成方法を公知の電解めっき法又は無電解めっき法、あ
るいはボール供給法を用いたことである。従って本実施
の形態は、前実施の形態と同様に、はんだバンプ付きチ
ップの製造歩留りを向上することができる。

【００３３】また、以上の各実施の形態において、ダミ
ーチップ４から実チップ５に固着はんだ３を転写する
時、フラックスを使用する場合、フラックスに使用され
ている溶媒の沸点がはんだの融点より低いものを使用す
ること、及びフラックスに使用されているロジンの凝固
温度または炭化温度がはんだの融点より高いものが好ま
しい。その理由は、溶媒の沸点がはんだの融点より高
く、はんだが溶融しても溶媒が残っていると、はんだが
溶ける前に溶媒分がガス化して飛び、転写後のはんだバ
ンプ内のボイド発生の原因となり、ロジンの凝固温度又
は炭化温度がはんだの融点より低いと固着はんだ転写後
の洗浄等で取れなくなるためである。

【００３４】また、本発明の半導体装置は半導体チップ
に前述のバンプの製造方法の各実施の形態のいずれかに
よりバンプを形成したものであり、その製造工程途中で
バンプとなる固着はんだを検査して不良品は排除するた
め、バンプの製造歩留りを９９．９９９９９９９％にす
ることができ、当初の目標であった、１チップ当たり１
１７００バンプ形成する半導体装置のチップ当たりの製
造歩留り９５％を実現するバンプの製造歩留り９９．９
９９９９を実現することができた。

【００３５】

【発明の効果】本発明のバンプの製造方法及び半導体装
置に依れば、蒸着法、めっき法、印刷法等で固着はんだ
が形成されたダミーチップの段階で、固着はんだの良否
を検査し、良品のダミーチップから実チップへ固着はん
だを溶融転写することにより、バンプの不良を低下さ
せ、半導体装置の歩留りを大幅に向上することができ
る。また、実チップへ直接バンプを形成しないため、新
しいはんだ材料の使用や新しい製造プロセスの使用が可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態のバンプの製造方法を説明
するための図である。

【図２】本発明の実施の形態のバンプの製造方法を説明
するための図である。

【図３】本発明の実施の形態のバンプの製造方法に用い
るマスクを示す図である。

【符号の説明】

１…ダミーウエハ ２…マスク ３…固着はんだ ４…ダミーチップ ５…実チップ ６…はんだバンプ ７…穴 ８…面取り

フロントページの続き (72)発明者 臼井 康博 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内 (72)発明者 佐藤 和昭 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ダミーウエハ上にバンプを形成する形成
   工程、 該ダミーウエハをダイシングしてダミーチップを形成す
   るダイシング工程、 該ダミーウエハに形成されたバンプを検査する検査工
   程、 該ダミーチップのうち、前記検査工程で合格したダミー
   チップのバンプを、回路が形成された実チップに転写す
   る転写工程からなることを特徴とするバンプの製造方
   法。
2. 【請求項２】 前記ダミーウエハへのバンプの形成工程
   は、蒸着法、電解メッキ法、無電解メッキ法、印刷法ま
   たはボール供給法により形成することを特徴とする請求
   項１記載のバンプの製造方法。
3. 【請求項３】 前記バンプははんだバンプであり、前記
   転写工程は該はんだバンプを加熱溶融して転写する工程
   であると共に、 前記ダミーウエハは、前記はんだバンプを転写する転写
   温度と常温とでのダミーウエハと実チップとの熱膨脹の
   差がバンプの配列される長さ当たりバンプピッチ以下と
   なる熱膨脹率の材料で形成され、かつ、 前記ダミーウエハの材料は、前記はんだバンプの溶融す
   る温度ではんだが濡れたり反応しない材料であることを
   特徴とする請求項１記載のバンプの製造方法。
4. 【請求項４】 前記バンプははんだバンプであり、前記
   形成工程は該はんだバンプを加熱形成する工程であると
   共に、 前記蒸着法または印刷法に使用するマスクの材料は、前
   記はんだバンプを加熱形成する温度と常温とでのマスク
   とダミーウエハとの熱膨脹の差がバンプの配列される長
   さ当たりバンプピッチ以下となる熱膨張率の材料で形成
   され、かつ、 前記マスクの材料は、前記はんだバンプを加熱形成する
   温度ではんだが濡れたり反応しない材料であることを特
   徴とする請求項２記載のバンプの製造方法。
5. 【請求項５】 前記マスクの穴形状は、テーパー状をな
   し、ダミーウエハに対向する側の穴径が反対面の穴径よ
   り大きいことを特徴とする請求項４記載のバンプの製造
   方法。
6. 【請求項６】 前記マスクの穴形状は、ダミーウエハ側
   に面取りが施されていることを特徴とする請求項５記載
   のバンプの製造方法。
7. 【請求項７】 前記転写工程においてフラックスを使用
   する場合、該フラックスに使用される溶媒は、その沸点
   がはんだの溶融点よりも低いことを特徴とする請求項１
   記載のバンプの製造方法。
8. 【請求項８】 前記転写工程においてフラックスを使用
   する場合、該フラックスに使用されるロジンは、その凝
   固温度又は炭化温度がはんだの溶融点より高いことを特
   徴とする請求項１記載のバンプの製造方法。
9. 【請求項９】 前記請求項１乃至８に記載のバンプの製
   造方法により半導体チップにバンプを形成したことを特
   徴とする半導体装置。