特許 6156136 はんだバンプの焼結芯を形成するための芯用ペースト

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6156136

(24)【登録日】2017年6月16日

(45)【発行日】2017年7月5日

(54)【発明の名称】はんだバンプの焼結芯を形成するための芯用ペースト

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/60 20060101AFI20170626BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/92 603B

   H01L21/92 604E

   H01L21/92 602B

【請求項の数】3

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2013-270853(P2013-270853)

(22)【出願日】2013年12月27日

(65)【公開番号】特開2015-126159(P2015-126159A)

(43)【公開日】2015年7月6日

【審査請求日】2016年9月29日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006264

【氏名又は名称】三菱マテリアル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100139240

【弁理士】

【氏名又は名称】影山 秀一

(74)【代理人】

【識別番号】100119921

【弁理士】

【氏名又は名称】三宅 正之

(74)【代理人】

【識別番号】100113826

【弁理士】

【氏名又は名称】倉地 保幸

(74)【代理人】

【識別番号】100076679

【弁理士】

【氏名又は名称】富田 和夫

(72)【発明者】

【氏名】中川 将

(72)【発明者】

【氏名】石川 雅之

(72)【発明者】

【氏名】八十嶋 司

【審査官】 鈴木 和樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開平９−２６６２３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平７−３０２４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−６２２５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平３−４８４２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２５０２３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２９４４８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平７−３１２４００（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／６０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

はんだバンプの焼結芯を形成するための芯用ペーストであって、該芯用ペーストは、６０〜９５質量％の混合粉末と５〜４０質量％のフラックスとからなり、前記混合粉末は、第一群粉末と第二群粉末との混合粉末とからなり、前記第一群粉末は、芯用ペーストの焼結温度より高い液相温度を有する金属粉末及び合金粉末の少なくとも一種以上からなり、前記第二群粉末は、芯用ペーストの焼結温度より液相温度が低く、焼結温度で液相が出現する金属粉末及び合金粉末の少なくとも一種以上からなり、前記第一群粉末の含有量は、前記第一群粉末と前記第二群粉末の合計量の１０〜９０質量％であることを特徴とするはんだバンプの焼結芯を形成するための芯用ペースト。

【請求項2】

前記第一群粉末は、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏの内から選ばれた一種又は二種以上の金属粉末を第一Ａ群粉末、また、液相温度が４５０℃以上のろう合金粉末及び液相温度が２８０℃以上の高温はんだ合金粉末の内から選ばれた一種又は二種以上の合金粉末を第一Ｂ群粉末とした場合、第一Ａ群粉末と第一Ｂ群粉末の少なくとも一種以上からなることを特徴とする請求項１に記載のはんだバンプの焼結芯を形成するための芯用ペースト。

【請求項3】

前記第二群粉末は、Ｓｎ，Ｉｎ，Ｂｉ，Ｇａの内から選ばれた一種又は二種以上の金属粉末を第二Ａ群粉末、また、液相温度が２４０℃以下のはんだ合金の合金粉末を第二Ｂ群粉末とした場合、第二Ａ群粉末と第二Ｂ群粉末の少なくとも一種以上からなることを特徴とする請求項１に記載のはんだバンプの焼結芯を形成するための芯用ペースト。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、はんだバンプの焼結芯を形成するための芯用ペーストに係り、特に、半導体装置用はんだバンプのファインピッチ化を図ったはんだバンプの焼結芯を形成するための芯用ペーストに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、半導体の高密度実装のために、はんだバンプを用いた接合が一般に用いられているが、より一層の高密度化を図るためには、はんだバンプ形成のファインピッチ化が求められる。
そして、この要請に応えるべく、ファインピッチ化を実現するためのはんだバンプについて、従来からいくつかの提案がなされている。

【0003】

例えば、特許文献１、２には、半導体基板表面の導体パッド上に、ピラー金属、ピラー金属上面を覆うアンダーバンプ金属層及び導体パッドとほぼ等径のはんだ金属層を順次形成してはんだ金属のリフロー処理を行うことによってはんだバンプを形成することが提案されており、また、特許文献２には、特許文献１記載のものと同様に導体パッドとほぼ等径のはんだ金属層を順次形成した後、ピラー金属層の直径を減少させ、次いで、はんだ金属のリフロー処理を行い、図１に示すようなはんだバンプを形成することによって、ファインピッチ化を図ることが提案されている。

【0004】

また、例えば、特許文献３には、半導体チップ上のパット電極を下向きにして溶融はんだの噴流面に接触させることにより当該パッド電極上に一次はんだバンプを形成し、この一次はんだバンプが形成されたパッド電極を上向きにし、これにスクリーン印刷の手法によってはんだペーストを載置し、このはんだペーストを下向きにし、この下向きにされ重力が加えられた状態で前記はんだペーストをリフローして二次はんだバンプを形成することによって、パット電極のファインピッチ化を可能としたはんだバンプの製造も提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１３−１８７２５８号公報

【特許文献2】特開２００６−３３２６９４号公報

【特許文献3】特許第３９６１８７６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上記従来技術に示されるように、半導体の高密度実装に向けて、はんだバンプのファインピッチ化が図られているところであるが、はんだバンプの密着性、導電性を確保した上でのファインピッチ化技術は、未だ確立されていない。
例えば、特許文献１、２記載の技術においては、ウエハや有機基板の電極上に、電気メッキ法を用いて、小径のピラーを形成し、その上にメッキ法を用いてはんだ金属を形成し、リフロー処理を施すことではんだバンプを形成し、バンプの高さをある程度にまで高く形成している。ただし、メッキ法にてピラー形成、はんだ金属形成しているために、プロセススループットが悪く、また、溶融時のはんだ金属の自重および表面張力によって、バンプが扁平になりバンプ高さが制限されるため、はんだバンプ径に比して、それほど高いアスペクト比のものを得ることはできず、仮に、はんだ金属の載置量を増やしたとしても、隣接する他のはんだバンプに接触してショートを引き起こすおそれが生じるという問題がある。
また、特許文献３記載の技術においても、一次はんだバンプ表面のはんだペーストに対して、下向きにしてリフローすることによって、比較的、アスペクト比の高いバンプは形成されるが、アッセンブリ時など、再溶融時に、はんだ金属の自重および表面張力によって自ずとアスペクト比は制約を受け、隣接する溶融はんだ金属バンプと接触することで、電気的導通不良の原因となる恐れがある。
したがって、半導体の高密度実装を実現するためには、ファインピッチ化が可能となる高アスペクト比のはんだバンプが望まれる。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明者らは、はんだバンプのファインピッチ化を可能とすべく、はんだバンプの構造について鋭意検討した結果、以下の知見を得た。

【0008】

即ち、本発明者らは、はんだバンプの作製にあたり、予め、所定の材料からなる芯用ペーストを半導体基板の所定位置（例えば、半導体パッケージ用有機基板上に形成されたパッド電極表面あるいは半導体パッケージ用ウエハ上に形成されたＵＢＭ(アンダーバンプメタル)）に塗布し、リフロー処理することで、この芯用ペーストを焼結して所定の高さの焼結芯を形成し、次いで、該焼結芯の周囲に印刷法ではんだペーストを付着させた後、このはんだペーストをリフロー処理することによって、内部に焼結芯が形成された高アスペクト比のはんだバンプが形成されることを見出した。

【0009】

そして、本発明者らは、前記焼結芯を形成するための芯用ペースト材料についてさらに検討を進め、芯用ペースト材料としては、はんだ金属との濡れ性が良い焼結芯を形成し、はんだ金属と焼結芯の密着性向上を図り得る芯用ペーストであることが好ましく、また、はんだ金属をリフローする際にも、焼結芯は、はんだリフロー温度で、軟化・溶融せず、焼結芯としてのそのままの形状を維持し、焼結芯の周囲にはんだ金属を付着させる必要がある。ここで、焼結芯を形成する際の芯用ペーストの焼結温度は、取扱性及び基板やウエハの耐熱性を考慮して、通常のはんだ金属ペーストをリフローする温度近傍またはそれ以下で焼結する必要がある。ただし、焼結後は、次工程であるはんだ金属ペーストのリフロー時は芯として軟化・溶融しないように芯用ペースト材料を検討した。
その結果、はんだ金属ペーストをリフローする温度で焼結芯を軟化・溶融させないという観点から、第一群粉末としては、芯用ペーストの焼結温度より高い液相温度を有する金属粉末、合金粉末または金属−合金混合粉末を用い、また、第二群粉末としては、芯用ペーストの焼結温度より低い液相温度を有し、焼結温度で液相が出現する金属粉末、合金粉末または金属−合金混合粉末を用い、第一群粉末と第二群粉末との混合粉末を含有するペーストが、芯用ペーストとして好適であることを見出した。
具体的に言えば、金属粉末からなる第一群粉末としては、例えば、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏの内から選ばれる一種又は二種以上（以下、「第一Ａ群」という場合もある）をあげることができ、また、金属粉末からなる第二群粉末としては、例えば、Ｓｎ，Ｉｎ、Ｂｉ、Ｇａの内から選ばれる一種又は二種以上（以下、「第二Ａ群」という場合もある）をあげることができる。
さらに、合金粉末からなる第一群粉末としては、例えば、液相温度が４５０℃以上のろう合金、液相温度が２８０℃以上の高温はんだ合金（以下、「第一Ｂ群」という場合もある）をあげることができ、また、合金粉末からなる第二群粉末としては、例えば、液相温度が２４０℃以下のはんだ合金（以下、「第二Ｂ群」という場合もある）等をあげることができる。

【0010】

そして、前記芯用ペーストを焼結して形成した焼結芯を、予めはんだバンプ内部に形成しておいた場合には、焼結芯の存在によって、はんだバンプの自重による扁平化が生じにくくなるため、バンプ高さの高い高アスペクト比のはんだバンプが得られること、また、はんだ金属と焼結芯の密着性がすぐれることから、バンプと半導体基板との密着性も向上すること、さらに、この高アスペクト比のはんだバンプは、従来バンプに比し遜色のない導電性を備えることを見出したのである。

【0011】

本発明は、前記知見に基づいてなされたものであって、
（１）はんだバンプの焼結芯を形成するための芯用ペーストであって、該芯用ペーストは、６０〜９５質量％の混合粉末と５〜４０質量％のフラックスとからなり、前記混合粉末は、第一群粉末と第二群粉末との混合粉末とからなり、前記第一群粉末は、芯用ペーストの焼結温度より高い液相温度を有する金属粉末及び合金粉末の少なくとも一種以上からなり、前記第二群粉末は、芯用ペーストの焼結温度より液相温度が低く、焼結温度で液相が出現する金属粉末及び合金粉末の少なくとも一種以上からなり、前記第一群粉末の含有量は、前記第一群粉末と前記第二群粉末の合計量の１０〜９０質量％であることを特徴とするはんだバンプの焼結芯を形成するための芯用ペースト、
（２）前記第一群粉末は、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏの内から選ばれた一種又は二種以上の金属粉末を第一Ａ群粉末、また、液相温度が４５０℃以上のろう合金粉末及び液相温度が２８０℃以上の高温はんだ合金粉末の内から選ばれた一種又は二種以上の合金粉末を第一Ｂ群粉末とした場合、第一Ａ群粉末と第一Ｂ群粉末の少なくとも一種以上からなることを特徴とする前記（１）に記載のはんだバンプの焼結芯を形成するための芯用ペースト、
（３）前記第二群粉末は、Ｓｎ，Ｉｎ，Ｂｉ，Ｇａの内から選ばれた一種又は二種以上の金属粉末を第二Ａ群粉末、また、液相温度が２４０℃以下のはんだ合金の合金粉末を第二Ｂ群粉末とした場合、第二Ａ群粉末と第二Ｂ群粉末の少なくとも一種以上からなることを特徴とする前記（１）に記載のはんだバンプの焼結芯を形成するための芯用ペースト、
に特徴を有するものである。

【0012】

以下、図面とともに本発明を詳細に説明する。
図２に、本発明のはんだバンプの製造工程の概略説明図を示し、図３に、本発明の製造法により得られたはんだバンプの断面概略模式図を示す。

【0013】

図２に示すように、本発明のはんだバンプは、（ａ）〜（ｄ）の工程（第一工程という）及び（ｅ）〜（ｈ）の工程（第二工程という）により作製することができる。
第一工程は、以下のとおりである。
まず、パッド電極が形成されている半導体基板の表面（半導体パッケージ用ウエハ上にＵＢＭが設けられている場合も当然に含むが、以下、ＵＢＭについての説明は省略する。）に、パッド電極のほぼ中央部の表面が露出する程度の開口を有するメタルマスクを取付け（図２（ａ）参照）、メタルマスクの開口からパッド電極のほぼ中央部の表面にスキージを用いて本発明の芯用ペーストを印刷する（図２（ｂ）参照）。
次いで、メタルマスクを取り外し（図２（ｃ）参照）、芯用ペーストの種類に応じた温度で焼結し、パッド電極のほぼ中央部に、半導体基板に垂直な方向に延び、かつ、最終的に形成されるはんだバンプの高さよりも低い高さの焼結芯を形成する。
なお、図２では、パッド電極表面に形成されるＵＭＢの図示を省略しているが、パッド電極上にＵＢＭが設けられている場合も、本発明の範囲に含まれることは勿論である。

【0014】

前記第一工程で形成される焼結芯は、本発明の芯用ペーストを焼結することによって形成されるものであって、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏの内から選ばれた一種又は二種以上の金属粉末（第一Ａ群粉末）からなる第一群粉末と、Ｓｎ，Ｉｎ、Ｂｉ、Ｇａの内から選ばれた一種又は二種以上の金属粉末（第二Ａ群粉末）からなる第二群粉末とを含有する粉末焼結体として構成することができる。
第一Ａ群粉末としては、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕから選ばれた一種又は二種以上であることが望ましく、また、第二Ａ群粉末としては、Ｓｎ，Ｉｎ，Ｂｉから選ばれた一種又は二種以上であることが望ましい。
また、前記焼結芯は、液相温度（以下、「融点」ともいう）が４５０℃程度のろう合金、融点が２８０℃以上の高温はんだ合金からなる合金粉末（第一Ｂ群粉末）を第一群粉末とし、融点が２４０℃以下のはんだ合金等からなる合金粉末（第二Ｂ群粉末）を第二群粉末とし、第一群粉末と第二群粉末の混合粉末を含有する芯用ペーストを焼結することによって形成しても良い。
さらに、前記焼結芯は、第一群粉末として前記金属粉末（第一Ａ群粉末）を使用し、第二群粉末として前記合金粉末（第二Ｂ群粉末）を使用した芯用ペーストから形成することもでき、またその逆に、第一群粉末として前記合金粉末（第一Ｂ群粉末）を使用し、第二群粉末として前記金属粉末（第二Ａ群粉末）を使用した芯用ペーストから形成しても良い。
前記融点が４５０℃程度のろう合金からなる第一群粉末の合金粉末（第一Ｂ群粉末）としては、例えば、具体的には、以下のものをあげることができる。Ａｇろう、Ｃｕろう、黄銅ろう、Ａｌろう、Ｎｉろう、Ｐｄろう、Ａｕろうなどがある。たとえば、Ａｇ−２８質量％Ｃｕ（液相線温度７８０℃）、Ａｇ−２２質量％Ｃｕ−１７質量％Ｚｎ−５質量％Ｓｎ（液相線温度６５０℃）、Ａｌ−１１．７質量％Ｓｉ（液相線温度５７７℃）、Ａｕ−１８質量％Ｎｉ（液相線温度９５０℃）などがある。
また、前記融点が２８０℃以上の高温はんだ合金からなる第一群粉末の合金粉末（第一Ｂ群粉末）としては、例えば、具体的には、以下のものをあげることができる。Ａｕ−２０質量％Ｓｎ（液相線温度２８０℃）、Ａｕ−１２質量％Ｇｅ（液相線温度３５６℃）、Ａｕ−６質量％Ｓｉ（液相線温度３７０℃）、Ｐｂ−５質量％Ｓｎ（液相線温度３１４℃）、Ｐｂ−１０質量％Ｓｎ（液相線温度３０２℃）などがある。
また、前記融点が２４０℃以下のはんだ合金からなる第二群粉末の合金粉末（第二Ｂ群粉末）をとしては、例えば、具体的には、以下のものをあげることができる。Ｓｎ−３質量％Ａｇ−
０．５質量％Ｃｕ（液相線温度２１７℃）、Ｓｎ−９質量％Ｚｎ（液相線温度１９９℃）、Ｓｎ−５８質量％Ｂｉ（液相線温度１３８℃）、Ｐｂ−６３質量％Ｓｎ（液相線温度１８３℃）、Ｓｎ−３６質量％Ｐｂ−２質量％Ａｇ（液相線温度１７９℃）などがある。
通常のはんだペーストをリフローする温度近傍またはそれ以下で焼結された焼結芯は焼結後、はんだ金属のリフロー温度より高い融点を持つ必要がある。これははんだ金属リフロー処理時にも、焼結芯が、軟化・溶融せず、焼結芯としてのそのままの形状を維持し、焼結芯の周囲にはんだ金属を付着させる必要があるからであって、これによって、高アスペクト比のはんだバンプが形成され、また、焼結芯が、はんだ金属と広い接触面積を有することによって、はんだバンプが自重によって扁平化することを防止すると同時に、はんだ金属と焼結芯の密着性を高め、ひいては、バンプとパッド電極、半導体基板との密着性を高めるという作用を発揮させるために必要であるという理由による。
また、はんだ金属の種類と焼結芯を形成する芯用ペーストの組合せによっては、はんだ金属と焼結芯の界面で拡散反応が生じ、はんだ金属と焼結芯との密着性が向上し、より一層、密着性にすぐれた高アスペクト比のはんだバンプが形成される。
なお、焼結芯を形成するための焼結に際し、第一群粉末と第二群粉末との組み合わせによっては、第一群粉末と第二群粉末との反応で、はんだ金属のリフロー温度より融点が低い低融点の合金・金属間化合物が形成されることもあり得るが、はんだ金属リフロー処理時にも、焼結芯が、軟化・溶融せず、焼結芯としてのそのままの形状を維持するという機能を全うするためには、形成される低融点の合金・金属間化合物の生成量をコントロールし、焼結芯として形状をそのまま維持できるようにしなければならない。

【0015】

前記のような焼結芯を形成するために使用される本発明の芯用ペーストは、以下の手順で調製することができる。
なお、ここでは、第一群粉末、第二群粉末ともに、金属粉末を使用した場合（即ち、第一Ａ群粉末及び第二Ａ群粉末を使用した場合）について説明する。
本発明の芯用ペーストの原料粉末としては、まず、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏの内から選ばれた一種又は二種以上の金属粉末（第一Ａ群粉末）からなる第一群粉末と、Ｓｎ，Ｉｎ、Ｂｉ、Ｇａの内から選ばれた一種又は二種以上の金属粉末（第二Ａ群粉末）からなる第二群粉末を用意する。
上記第一群粉末と第二群粉末との混合粉末は、その総質量を１００質量％とした場合に、第一群粉末の含有量が１０〜９０質量％となるように配合して、芯用ペースト用の混合粉末を作製する。
そして、この混合粉末を、Ｖ型混合機等の通常用いられる粉末混合機中で混合する。
次に、芯用ペーストの総質量を１００質量％とした時に、フラックス含有量が５〜４０質量％であり、残りは前記混合粉末となるように配合して芯用ペーストを調製し、この芯用ペーストを、機械混練機等の通常用いられる混練機中で混合することにより、前記焼結芯を形成するために使用される本発明の芯用ペーストを作製する。
なお、第一群粉末、第二群粉末ともに、金属粉末のみを使用して本発明の芯用ペーストを作製する場合（即ち、第一Ａ群粉末及び第二Ａ群粉末を使用する場合）には、以下の金属粉末が望ましい。
即ち、芯用ペーストの焼結温度は、はんだ金属のリフロー処理温度近傍またはそれ以下であるが、焼結後の焼結芯の融点は通常のリフロー温度より高いという観点、及び、はんだ金属との濡れ性、密着性に優れるという観点から、第一群粉末の金属粉末（第一Ａ群粉末）として、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕの内から選ばれた一種又は二種以上の金属粉末を用いることが望ましく、また、第二群粉末の金属粉末（第二Ａ群粉末）としては、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｂｉの内から選ばれた一種又は二種以上の金属粉末を用いることが望ましい。

【0016】

ここで、前記混合粉末中における第一群粉末の含有量が１０質量％未満であると、リフロー時に溶融する第二群粉末の金属含有量が多すぎて、芯が崩れてしまい、芯柱状の焼結芯にならない。また、２回目のリフロー時に、芯柱状の焼結芯を構成する第一群粉末の金属と第二群粉末の金属において、第二群粉末の金属に起因する再溶融が発生してしまう。
一方、第一群粉末の含有量が９０質量％を超えると、リフロー時に溶融する第二群粉末の金属が少なすぎて焼結が進まず、第二工程であるはんだ金属ペースト印刷時に形状が崩れてしまうため、本発明では、混合粉末中における第一群粉末の含有量を１０〜９０質量％と定めたが、３０〜８０質量％であることがより望ましい。

【0017】

また、本発明の芯用ペースト中におけるフラックスとしては、通常用いられる一般的なフラックスを用いることが可能であり、特に制限するものではないが、ペーストの濡れ性の観点等から、ＲＡやＲＭＡフラックスを用いることが好ましい。また、このフラックス中には、通常用いられるロジン、活性剤、溶剤およびチキソ剤等が含まれていても構わない。
本発明の芯用ペーストにおいて、ペースト中のフラックス含有量が５質量％未満であると、ペースト状にならない。一方、フラックス含有量が４０質量％を超えると芯用ペーストの粘度が低すぎて、印刷の際にダレが生じたり、リフロー時に芯が崩れてしまい芯柱状の焼結芯としての十分な高さが確保できないことより、本発明では、芯用ペースト中のフラックス含有量を５〜４０質量％と定めたが、フラックス含有量は、６ 〜１５ 質量％であることが望ましい。

【0018】

また、前記第一工程で、上記で調製した本発明芯用ペーストを焼結することによって焼結芯を形成するが、焼結芯を形成するための焼結温度は、通常のはんだ金属ペーストのリフロー温度近傍またはそれ以下で行う。
したがって、使用するはんだ金属の種類に応じて、芯用ペーストに含有される第一群粉末と第二群粉末の種類、配合割合を定めなければならない。
例えば、はんだ金属として、Ｐｂ−Ｓｎ系合金（リフロー処理温度は、約２１０℃）を用いる場合は、このリフロー温度で焼結する芯用ペーストを用いる必要があり、芯柱状の焼結芯を形成させた後、Ｐｂ−Ｓｎ系合金ペーストを印刷し、このリフロー温度でバンプ形成することになる。一方、Ｓｎ、ＳｎＡｇ系合金、ＳｎＣｕ合金、ＳｎＡｇＣｕ系合金（リフロー処理温度は、約 ２４０℃）を用いる場合は、このリフロー温度で焼結する芯用ペーストを用いる必要があり、焼結芯柱を形成させた後、Ｓｎ、ＳｎＡｇ系合金、ＳｎＣｕ合金、ＳｎＡｇＣｕ系合金ペーストを印刷し、このリフロー温度でバンプ形成することになる。
よって、ここで用いられる芯用ペーストは、これらのリフロー処理温度で焼結が進むように第一群粉末と第二群粉末の種類、配合割合を決定する必要がある。通常、焼結は第二群粉末が溶融することで、第一群粉末と反応することで進む。
また、ここで用いるはんだ金属粉及び芯用ペーストに用いる第一群の金属粉及び第二群の金属粉としては、粒径０．１〜３５μｍで平均粒径が０．３〜２０μｍの粉末を用いる。
なお、焼結によって得られた焼結芯は、第一群の金属粉末と第二群の金属粉末とからなる粉末焼結体、あるいは、第一群の金属粉末、合金粉末と第二群の金属粉末、合金粉末の相互が拡散等による合金化反応を起こした合金焼結体、あるいは、粉末焼結体と合金焼結体の混じった混合焼結体のいずれであっても構わない。

【0019】

前記第一工程（図２（ａ）〜（ｄ））で、パッド電極のほぼ中央部に、半導体基板に垂直な方向に延び、かつ、最終的に形成されるはんだバンプの高さよりも低い高さの焼結芯を形成した後、第二工程で、はんだペーストを印刷塗布し、高アスペクト比のはんだバンプを作製する。
即ち、焼結芯がほぼ中央部に形成されたパッド電極の径より大きな開口を有し、焼結芯の高さ以上の厚みを有するメタルマスクを取付け（図２（ｅ）参照）、メタルマスクの開口からパッド電極の露出部分及び焼結芯全体を覆うようにスキージを用いてはんだペーストを印刷塗布する（図２（ｆ）参照）。
次いで、メタルマスクを取り外し（図２（ｇ）参照）、はんだペーストの種類に応じたリフロー処理温度でリフロー処理し、パッド電極の表面に、しかも、焼結芯をその内部に閉じ込めるようにしてはんだバンプを形成する（図２（ｈ）参照）。
前記第一工程（図２（ａ）〜（ｄ））及び第二工程（図２（ｅ）〜（ｈ））により、ファインピッチ化に好適なはんだバンプが形成される。

【0020】

図３に、本発明の芯ペーストを用いて形成した焼結芯を内部に有するはんだバンプの縦断面拡大模式図を示す。
図３に示されるように、本発明のはんだバンプは、本発明芯用ペーストの焼結によって形成された焼結芯がバンプ内部に内包され、該焼結芯の周囲にはんだ金属が被着することによって、謂わば、卵型形状であって、しかも、有芯構造のはんだバンプが構成される。
従来のはんだバンプでは、芯用ペーストを用いて形成された焼結芯がバンプ内部に形成されていないため、はんだバンプ自体の自重により、バンプが扁平化し、バンプ高さを高くすることができなかったが、本発明によれば、有芯構造を構成するはんだバンプ内部の焼結芯にはんだ金属が密着することにより、導電性の低下を招くこともなく、はんだバンプと焼結芯、ひいては、はんだバンプとパッド電極、半導体基板との密着力が向上する。
さらに、焼結芯が、半導体基板に垂直な方向に延び、この周囲にはんだ金属が付着してはんだバンプを構成していることから、はんだバンプの高さを高くとることができる。
その結果、従来技術におけるはんだバンプの高さをｈ、また、はんだバンプ径をｄとした場合の従来のはんだバンプのアスペクト比ｈ／ｄに比して、本発明の有芯構造のはんだバンプの高さＨとはんだバンプの径Ｄの比Ｈ／Ｄの値（即ち、本発明のはんだバンプのアスペクト比）は大きな値（即ち、Ｈ／Ｄ＞ｈ／ｄ）となり、高アスペクト比のはんだバンプが形成されるから、はんだバンプのファインピッチ化を実現することができる。
なお、図３でも、パッド電極表面に形成されるアンダーバンプ金属の図示を省略しているが、パッド電極上にアンダーバンプ金属が設けられている場合も、本発明の範囲に含まれることは勿論である。

【発明の効果】

【0021】

本発明のはんだバンプの焼結芯を形成するための芯用ペーストによれば、芯用ペーストを焼結することによって形成された焼結芯がバンプ内部に内包されているため、バンプの自重による扁平化が生じにくく、高アスペクト比のはんだバンプを形成することができるとともに、焼結芯とはんだ金属とが密着性にすぐれ、その結果、はんだバンプはパッド電極、半導体基板に対して強固に密着し、また、導電性を低下させることもないから、半導体の高密度実装を実現するためのファインピッチ化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】従来技術（特許文献２に記載のもの）におけるはんだバンプの概略説明図である。

【図2】本発明の有芯構造はんだバンプの製造工程の概略説明図を示す。

【図3】本発明の製造法により得られた有芯構造はんだバンプの断面概略模式図を示す。

【図4】本発明芯用ペーストＥを用いて、焼結温度２４０℃で形成された焼結芯のＳＥＭ画像を示す。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、本発明に係るはんだバンプの焼結芯を形成するための芯用ペーストについて、実施例を用いて説明する。

【0024】

［実施例１］
表１に、本実施例１ではんだバンプを形成するために使用したはんだ金属として、５種類の合金粉末の成分組成を示す。
なお、このはんだ金属用合金粉末の粒径は、２〜１２μｍであり、平均粒径は、７μｍである。
また、表２に、本実施例１で焼結芯を形成するために使用した本発明の芯用ペーストＡ〜Ｍを構成する金属粉末の種類、組合せ、配合割合、さらに、フラックスの種類とその含有割合を示す。
なお、芯用ペーストに含有される金属粉末については、その粒径は１〜５μｍであり、平均粒径は、２．５μｍである。

【0025】

まず、第一工程として、図２（ａ）〜（ｄ）に示すように、パッド電極（直径：８５μｍ）が形成されている半導体基板の表面に、パッド電極径より小径の開口（開口直径：４３μｍ、開口ピッチ：１５０μｍ）が設けられた厚さ２０μｍのメタルマスクを載置し、表２に示す本発明の芯用ペーストＡ〜Ｍをスキージによりパッド電極表面に印刷塗布し、メタルマスクを取り外した後、印刷塗布した芯用ペーストを、窒素雰囲気のベルト炉で、表４に示す温度で焼結して、パッド電極の中央部にほぼメタルマスクの厚さに相当する高さを有する焼結芯を形成する。

【0026】

次に、第二工程として、図２（ｅ）〜（ｈ）に示すように、焼結芯がほぼ中央部に形成されたパッド電極の径より大きな開口を有し、焼結芯の高さ以上の厚みを有するメタルマスク（開口直径：１１０μｍ、開口ピッチ：１５０μｍ、厚さ：３０μｍ）を載置し、メタルマスクの開口からパッド電極の露出部分及び焼結芯全体を覆うようにスキージを用いて、表１に示すはんだ金属用粉末を含有するはんだペーストを印刷塗布し、メタルマスクを取り外した後、窒素雰囲気のベルト炉で、はんだペーストの種類に応じて表４に示す温度でリフロー処理する。
前記の第一工程及び第二工程により、パッド電極の表面に、焼結芯をその内部に閉じ込めた表４に示す有芯構造はんだバンプ１〜１７（以下、「本発明バンプ１〜１７」という）を作製した。

【0027】

図４には、本発明の焼結芯の一例として、本発明の芯用ペーストＥを用いて、焼結温度２４０℃で形成された９個の焼結芯のＳＥＭ画像を示す。表４に示す本発明バンプ５の内部には、この焼結芯が閉じ込められて有芯構造のバンプが構成される。

【0028】

上記で作製した本発明バンプ１〜１７について、バンプ高さを評価するため、バンプの高さ測定を行った。
測定は、ＮＥＸＩＶ ＶＭＲ−３０３０（Ｎｉｋｏｎ社製）を使用し、光学式画像解析により、バンプの頂点部から基板までの高さを測定することにより行い、２００バンプについての測定値を平均して、バンプ高さとした。なお、本実施例では、パッド電極の直径及びメタルマスクの開口直径が一定であるため、バンプ高さが高いほどアスペスト比は高くなる。
表４に、本発明バンプ１〜１７について求めたバンプ高さを示す。

【0029】

［比較例］
比較のために、実施例１における本発明の芯用ペーストＡ〜Ｍと異なる種類の表３に示す比較例のペーストａ〜ｆを使用して、前記本発明バンプ１〜１７を作製する時と同様な第一工程、第二工程を経て、表５に示す比較例のはんだバンプ１〜６（以下、「比較例バンプ１〜６」という）を作製した。

【0030】

［参考例］
参考のために、パッド電極（直径：８５μｍ）が形成されている半導体基板の表面に、実施例１の第二工程で使用したと同じサイズのメタルマスク（開口直径：１１０μｍ、開口ピッチ：１５０μｍ、厚さ：３０μｍ）を載置し、メタルマスクの開口からスキージを用いて、表１に示すはんだ金属用粉末を含有するはんだペーストを印刷塗布し、メタルマスクを取り外した後、窒素雰囲気のベルト炉で、はんだペーストの種類に応じて表５に示す温度でリフロー処理し、パッド電極の表面に、表５に示す参考例のはんだバンプ１〜５（以下、「参考例バンプ１〜５」という）を作製した。
即ち、参考例バンプ１〜５は、焼結芯の形成を行っていない点で、本発明バンプ１〜２２とは、はんだバンプの構造及び製造法が大きく異なっている。

【0031】

比較例バンプ１〜６及び参考例バンプ１〜５について、本発明バンプ１〜２２と同様にして、バンプ高さを求めた。なお、本比較例では、パッド電極の直径及びメタルマスクの開口直径が一定であるため、バンプ高さが高いほどアスペスト比は高くなる。
表５に、比較例バンプ１〜６及び参考例バンプ１〜５について求めたバンプ高さを示す。

【0032】

【表1】

【0033】

【表2】

【0034】

【表3】

【0035】

【表4】

【0036】

【表5】

【0037】

［実施例２］
実施例２として、第一群粉末あるいは第二群粉末の少なくとも一方を合金粉末とした表６に示す本発明芯用ペーストＮ〜Ｒを用いて、実施例１と同様にして、表７に示す有芯構造はんだバンプ１８〜２２（以下、「本発明バンプ１８〜２２」という）を作製した。
なお、このはんだ金属用合金粉末の粒径は、２〜１２μｍであり、平均粒径は、７μｍであり、芯用ペーストに含有される金属粉末、合金粉末については、その粒径は１〜５μｍであり、平均粒径は、２．５μｍである。
表７に、本発明バンプ１８〜２２について求めたバンプ高さを示す。

【0038】

【表6】

【0039】

【表7】

【0040】

表３、表５に示す結果から、比較例バンプ１〜６のバンプ高さはせいぜい３０μｍ前後であって、ファインピッチ化を図るためには十分な高さとはいえず、また、参考例バンプ１〜５は、自重によりバンプが扁平化し、バンプ高さが低いばかりか、他のバンプとの接触による短絡を引き起こしやすいものであった。
これに対して、表４、表７に示されるように本発明の芯用ペーストを使用して形成した焼結芯が内部に形成された本発明バンプ１〜１７、１８〜２２は、バンプ高さが４０μｍを超えるものであって、比較例バンプ１〜６、参考例バンプ１〜５に比べてバンプ高さが高く高アスペクト比を有し、また、バンプ内部に焼結芯が形成されていることによって、焼結芯とはんだ金属との密着性、はんだバンプとパッド電極との密着性がすぐれ、また、導電性を低下させる恐れもないことから、半導体の高密度実装を実現するためのファインピッチ化に好適であることが分かる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】