JP2013004929A - Forming method of solder bump and paste for forming base - Google Patents

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石川　　雅之
Yasushi Tatsumi
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    • H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/11—Manufacturing methods

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To form a sound bump by reducing voids of a solder bump used in flip-chip mounting.SOLUTION: On a metallic bump base pad formed on a wafer, a paste for base formation produced by mixing a base solder powder and a flux for solder at a predetermined ratio is applied, and then reflowed to form a base layer. A paste for bump formation produced by mixing a solder powder of the same type as the base solder powder and the flux for solder, and having a flux ratio of solder lower than that of the paste for base formation is supplied by a predetermined amount and reflowed to form a substantially spherical solder bump.

Description

本発明は、基板とウエハとの電気的な導通に用いるはんだバンプ製造方法およびこのバンプを形成するための下地形成用ペーストに関する。   The present invention relates to a solder bump manufacturing method used for electrical conduction between a substrate and a wafer, and a base forming paste for forming the bump.

近年、電子機器の小型軽量化を目的として、高密度実装の開発が進められている。中でも、フリップチップ実装（以下「ＦＣ実装」）は、回路基板上に複数のシリコンチップを配置できるため、理想的な高密度実装が可能となる。ＦＣ実装においては、バンプと称される突起電極を介して、ウエハとインターポーザーと呼ばれるプリント基板、さらにはインターポーザーとマザーボード基板とが接合される。   In recent years, high-density packaging has been developed for the purpose of reducing the size and weight of electronic devices. In particular, flip chip mounting (hereinafter referred to as “FC mounting”) enables an ideal high-density mounting because a plurality of silicon chips can be arranged on a circuit board. In FC mounting, a wafer and a printed circuit board called an interposer, and further, an interposer and a mother board are bonded via protruding electrodes called bumps.

このＦＣ実装におけるはんだバンプは、メッキ法、ステンシルマスク法・ドライフィルム法などの印刷法、ボールマウント法、蒸着法などによって形成される。印刷法は、量産性やコスト面に優れており、ウエハ上に形成されたバンプ形成用パッド（Ｕｎｄｅｒ Ｂｕｍｐ Ｍｅｔａｌ，以下「ＵＢＭ」）に対してはんだペーストを印刷供給し、リフローすることによりはんだバンプを形成する。   The solder bump in this FC mounting is formed by a plating method, a printing method such as a stencil mask method / dry film method, a ball mounting method, a vapor deposition method, or the like. The printing method is excellent in mass productivity and cost. Solder bumps are printed by supplying solder paste to a bump forming pad (Under Bump Metal, hereinafter referred to as “UBM”) formed on the wafer and reflowing. Form.

一般的に、はんだバンプを形成する前には、下地であるＵＢＭに付着したレジスト残渣や表面酸化膜を除去する工程が導入される。この工程は、プラズマ処理などによるＵＢＭ表面のクリーニング工程であり、はんだペーストなどがリフロー時にがＵＢＭに濡れやすくするための処理である。   In general, before the solder bump is formed, a step of removing a resist residue and a surface oxide film adhering to the base UBM is introduced. This process is a process for cleaning the UBM surface by plasma treatment or the like, and is a process for making the solder paste or the like easily wet with the UBM during reflow.

従来、はんだペーストに含まれている多量の溶剤がリフロー時にガス化するため、ボイドが発生しやすい。これに対して、特許文献１には、フラックス起因のガスの発生が抑制され、バンプ内にボイドの発生が少ないハンダペーストが記載されている。   Conventionally, since a large amount of solvent contained in the solder paste is gasified during reflow, voids are easily generated. On the other hand, Patent Document 1 describes a solder paste in which the generation of gas due to flux is suppressed and the generation of voids in the bumps is small.

特開２００６−１６５３３６号公報JP 2006-165336 A

ＵＢＭの表面のクリーニングが不十分であると、ＵＢＭに対するはんだペーストの濡れが不十分となり、その後の洗浄工程でバンプがなくなるミッシングバンプなどの原因になる。また、はんだペースト印刷前にＵＢＭの表面をクリーニングしても、リフロー時に溶融したはんだバンプ内のＵＢＭ表面近傍にガスが残留して、リフロー後のバンプ中にボイド（空隙）として残った場合、バンプ高さのばらつき要因、接合強度の低下など、接合信頼性を低下させるおそれがある。   If the surface of the UBM is not sufficiently cleaned, the solder paste is not sufficiently wetted with respect to the UBM, resulting in a missing bump that causes the bump to disappear in the subsequent cleaning process. Also, even if the UBM surface is cleaned before solder paste printing, if gas remains in the vicinity of the UBM surface in the solder bump melted at the time of reflow, it remains as a void (void) in the bump after reflow. There is a risk that joint reliability may be lowered, such as a factor of variation in height and a decrease in joint strength.

また、レジストフィルムを用いた印刷工法においても、益々、ＵＢＭの微小化、ＵＢＭ状に形成されるバンプも微細化、微小化が進んでおり、ボイドがたとえばバンプサイズの３０％以上であると、基板に実装した後の信頼性試験において、熱ひずみや衝撃によりボイドが起点となってクラックが進行するなど、長期信頼性が得られないなど、益々、その影響度が深刻となる。   Also, in the printing method using a resist film, UBM is miniaturized, and bumps formed in UBM are also miniaturized and miniaturized, and the void is, for example, 30% or more of the bump size. In reliability tests after mounting on a substrate, the degree of influence becomes increasingly serious, such as long-term reliability cannot be obtained, such as cracks starting from voids due to thermal strain and impact.

さらに、このようなはんだバンプを用いたＦＣ実装においては、接合したウエハとインターポーザーとの間にアンダーフィルと呼ばれる樹脂を流し込むことにより、熱膨張差等による応力集中を緩和し、破損の防止が図られる場合がある。アンダーフィルを充填するためには、はんだバンプの高さを所定以上に形成する必要があり、たとえば直径が７０μｍ程度であるＵＢＭに対して７０μｍ〜８０μｍの高さのはんだバンプをウエハ側に形成することが求められる。このようにアスペクト比の高い微細なはんだバンプを形成する場合に、フラックスから生じたガスやフラックスとはんだ粉末及びフラックスとＵＢＭ表面の反応で生じた還元水などのガスが溶融バンプ中から脱しにくく、ボイドが発生しやすいおそれがある。   Furthermore, in FC mounting using such solder bumps, a resin called underfill is poured between the bonded wafer and the interposer to alleviate stress concentration due to thermal expansion differences and prevent damage. May be illustrated. In order to fill the underfill, it is necessary to form the solder bumps at a predetermined height or more. For example, solder bumps having a diameter of about 70 μm to 80 μm are formed on the wafer side with respect to a UBM having a diameter of about 70 μm. Is required. In this way, when forming a fine solder bump with a high aspect ratio, the gas generated from the flux, the gas such as the flux and the solder powder, and the reduced water generated by the reaction between the flux and the UBM surface are not easily removed from the molten bump. Voids are likely to occur.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、フリップチップ実装において用いられるはんだバンプのボイドを低減し、健全なバンプを形成することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to reduce the voids of solder bumps used in flip chip mounting and form sound bumps.

本発明は、ウエハ上に形成された金属製のバンプ下地パッド上に、下地はんだ粉末およびはんだ用フラックスを所定のフラックス比率で混合してなる下地形成用ペーストを所定厚さで塗布し、リフローしてはんだ下地層を形成し、前記はんだ下地層上に、前記下地はんだ粉末と同種のはんだ粉末および前記はんだ用フラックスを混合してなり、前記下地形成用ペーストの前記フラックス比率よりも前記はんだ用フラックスの割合が少ないバンプ形成用ペーストを所定量供給し、リフローして略球状のはんだバンプを形成するはんだバンプ製造方法である。   The present invention applies a base forming paste formed by mixing a base solder powder and solder flux at a predetermined flux ratio onto a metal bump base pad formed on a wafer at a predetermined thickness, and then reflows. Forming a solder underlayer, and mixing the same kind of solder powder with the solder powder and the solder flux on the solder underlayer, and the solder flux more than the flux ratio of the undercoat paste. Is a solder bump manufacturing method in which a predetermined amount of a paste for forming a bump with a small ratio is supplied and reflowed to form a substantially spherical solder bump.

このはんだバンプ製造方法によれば、まず、はんだ含有量が少なくフラックスが多い下地形成用ペーストをＵＢＭ上に供給し、リフローする。このとき、ＵＢＭ表面の清浄度がフラックスにより向上し、溶融したはんだがＵＢＭによく濡れ拡がる。もともとはんだは少なく、かつ、よく濡れ拡がるため、ＵＢＭ上にはんだ下地層が薄く形成される。また、薄いはんだ層であるため、大きなボイドの発生もない。次いで、このはんだ下地層の上に、同種のはんだ粉末を含むバンプ形成用ペーストを供給し、リフローすることによりはんだバンプを形成する。したがって、大きなボイドのないバンプを形成でき、バンプ高さの均一性も向上し、ミッシングバンプの発生も大幅に低減できる。   According to this solder bump manufacturing method, first, a base forming paste with a low solder content and a high flux is supplied onto the UBM and reflowed. At this time, the cleanliness of the UBM surface is improved by the flux, and the molten solder spreads well on the UBM. Originally, there is little solder, and since it spreads well, a solder underlayer is formed thinly on the UBM. In addition, since it is a thin solder layer, no large voids are generated. Next, a bump forming paste containing the same kind of solder powder is supplied on the solder underlayer and reflowed to form solder bumps. Therefore, bumps without large voids can be formed, the uniformity of bump height is improved, and the occurrence of missing bumps can be greatly reduced.

このはんだバンプ製造方法において、前記ウエハ上にマスクを形成し、このマスクに、前記バンプ下地パッドを内部に有しこのバンプ下地パッドとの間に隙間を有する開口部を形成することにより、この開口部の内周面、前記ウエハの表面および前記バンプ下地パッドに囲まれた充填空間を形成し、この充填空間に前記下地形成用ペーストを充填することにより所定量の前記下地形成用ペーストを供給し、この下地形成用ペーストをリフローして前記はんだ下地層を形成した後に、前記充填空間に前記バンプ形成用ペーストを充填することにより所定量の前記バンプ形成用ペーストを供給することが好ましい。   In this solder bump manufacturing method, a mask is formed on the wafer, and the opening is formed in the mask by forming an opening having a gap between the bump base pad and the bump base pad. Forming a filling space surrounded by the inner peripheral surface of the part, the surface of the wafer and the bump base pad, and supplying the base forming paste in a predetermined amount by filling the filling space with the base forming paste. It is preferable to supply a predetermined amount of the bump forming paste by reflowing the base forming paste to form the solder base layer and then filling the filling space with the bump forming paste.

このはんだバンプ製造方法によれば、所定の体積を有する充填空間にペーストを充填することによりはんだを供給するので、ペーストにおけるはんだの含有割合を調整しておくことによりリフロー後に残るはんだ量を設定でき、所望の大きさのはんだバンプを形成することができる。   According to this solder bump manufacturing method, the solder is supplied by filling the paste into a filling space having a predetermined volume. Therefore, the amount of solder remaining after reflow can be set by adjusting the solder content ratio in the paste. A solder bump having a desired size can be formed.

充填空間にバンプ形成用ペーストを充填してリフローすると、溶融状態のはんだはバンプ下地パッド（ＵＢＭ）上で表面張力により球状に凝集しようとする。充填空間における開口部に対して、全面に下地パッドを設けると、つまり、下地パッドとマスク開口部の内周面との間に隙間がない場合は、溶融状態のはんだが充填スペースよりも大きな球状に凝集しようとし、マスク側壁に接触し、下地パッドのＵＢＭから離れてしまい、ミッシングバンプが発生してしまう。つまり、アスペクト比の高い充填スペースを設けても、はんだがＵＢＭから離れてしまうため、アスペクト比の高いはんだバンプを形成するのは難しい。一方、下地パッドであるＵＢＭとマスク開口部の内周面との間に隙間を有するようにマスクの開口部を形成して充填スペースを設けることにより、広い充填スペースの中ではんだが球状に凝集できるので、ＵＢＭ上にアスペクト比の高い略球状のはんだバンプを形成することができる。   When the filling space is filled with the bump forming paste and reflowed, the molten solder tends to agglomerate spherically on the bump base pad (UBM) due to surface tension. If a base pad is provided on the entire surface of the opening in the filling space, that is, if there is no gap between the base pad and the inner peripheral surface of the mask opening, the molten solder has a spherical shape larger than the filling space. Attempts to agglomerate, contact the mask side wall, and away from the UBM of the base pad, resulting in missing bumps. In other words, even if a filling space with a high aspect ratio is provided, the solder is separated from the UBM, so that it is difficult to form a solder bump with a high aspect ratio. On the other hand, by forming a mask opening so as to have a gap between the base pad UBM and the inner peripheral surface of the mask opening, a filling space is provided so that the solder is agglomerated in a wide filling space. Therefore, a substantially spherical solder bump having a high aspect ratio can be formed on the UBM.

また、このはんだバンプ製造方法において、前記下地形成用ペーストのフラックス比率が８０ｖｏｌ％以上９０ｖｏｌ％以下であり、前記バンプ形成用ペーストのフラックス比率が４５ｖｏｌ％以上５５ｖｏｌ％以下であることが好ましい。なお、一般的なはんだバンプ形成用ペーストは、平均粒径０．１〜６０μｍのはんだ粉末と、ロジン、活性剤、チキソ剤および溶媒よりなるフラックスとを混合、混練して形成され、ペーストにおけるはんだ粉末の含有割合が８５〜９５ｍａｓｓ％、粘度が６０Ｐａ・ｓ以上２５０Ｐａ・ｓ未満であることが好ましく、上記のように設定することにより、大きさや形状が適切なバンプを形成することができる。   Moreover, in this solder bump manufacturing method, it is preferable that the flux ratio of the base forming paste is 80 vol% or more and 90 vol% or less, and the flux ratio of the bump forming paste is 45 vol% or more and 55 vol% or less. A general solder bump forming paste is formed by mixing and kneading a solder powder having an average particle size of 0.1 to 60 μm and a flux composed of rosin, an activator, a thixotropic agent, and a solvent. It is preferable that the content ratio of the powder is 85 to 95 mass% and the viscosity is 60 Pa · s or more and less than 250 Pa · s. By setting as described above, a bump having an appropriate size and shape can be formed.

これに対して本発明では、下地形成用ペーストにおいて、フラックス比率の下限を８０ｖｏｌ％とすることが好ましい。すなわち、下地形成用ペーストに含まれるはんだ量を少なくしてＵＢＭに形成するはんだ下地層を薄くすることにより、ボイドの発生を抑えることができる。一方、はんだ粉末が少なすぎるとＵＢＭの上面全体にわたってはんだ下地層を形成するのが困難となるので、フラックス比率の上限を９０ｖｏｌ％とすることが好ましい。また、バンプ形成用ペーストにおいては、フラックス比率を従来のバンプ形成用ペーストと同様の４５ｖｏｌ％以上５５ｖｏｌ％以下と設定することにより、大きさや形状が適切なバンプのを形成することができる。   On the other hand, in the present invention, it is preferable that the lower limit of the flux ratio is 80 vol% in the base forming paste. That is, the generation of voids can be suppressed by reducing the amount of solder contained in the base forming paste and making the solder base layer formed on the UBM thin. On the other hand, if the amount of solder powder is too small, it becomes difficult to form a solder underlayer over the entire top surface of the UBM, so the upper limit of the flux ratio is preferably 90 vol%. Further, in the bump forming paste, a bump having an appropriate size and shape can be formed by setting the flux ratio to 45 vol% or more and 55 vol% or less similar to the conventional bump forming paste.

なお、このはんだバンプ製造方法において、前記下地はんだ粉末および前記はんだ粉末がＰｂ−Ｓｎ合金からなる場合は、前記下地形成用ペーストのフラックス比率が３２ｍａｓｓ％以上５３ｍａｓｓ％以下であり、前記バンプ形成用ペーストのフラックス比率が９ｍａｓｓ％以上１２．５ｍａｓｓ％以下であることが好ましい。   In this solder bump manufacturing method, when the base solder powder and the solder powder are made of a Pb—Sn alloy, the flux ratio of the base forming paste is 32 mass% to 53 mass%, and the bump forming paste The flux ratio is preferably 9 mass% or more and 12.5 mass% or less.

下地形成用ペーストのフラックス比率が３２ｍａｓｓ％以上であることが好ましいのは、下地形成用ペーストに含まれるはんだ量を体積比率で２０ｖｏｌ％以下と少なくして、ＵＢＭに形成するはんだ下地層を薄くすることにより、ボイドの発生を抑えることができるためである。一方、はんだ量が体積比率で１０ｖｏｌ％以下となるとはんだ量が少なすぎ、ＵＢＭの上面全体にわたってはんだ下地層を形成するのが困難となるので、下地形成用ペーストのフラックス比率の上限を５３ｍａｓｓ％とするのが好ましい。   It is preferable that the flux ratio of the base forming paste is 32 mass% or more. The amount of solder contained in the base forming paste is reduced to 20 vol% or less by volume, and the solder base layer formed on the UBM is thinned. This is because the generation of voids can be suppressed. On the other hand, if the solder amount is 10 vol% or less by volume ratio, the solder amount is too small and it becomes difficult to form a solder underlayer over the entire upper surface of the UBM. It is preferable to do this.

前記下地はんだ粉末および前記はんだ粉末が鉛フリーのＳｎ基はんだからなる場合は、前記下地形成用ペーストのフラックス比率が３５ｍａｓｓ％以上５５ｍａｓｓ％以下であることが好ましい。これは、上述のＰｂ−Ｓｎ合金のはんだ粉末を用いる場合と同様の理由によるが、はんだ粉末の比重の違いにより、好ましいフラックス比率の範囲が異なっている。   When the base solder powder and the solder powder are composed of lead-free Sn-based solder, the flux ratio of the base forming paste is preferably 35 mass% or more and 55 mass% or less. This is due to the same reason as that in the case of using the above-described Pb—Sn alloy solder powder, but the range of the preferable flux ratio differs depending on the specific gravity of the solder powder.

また、このはんだバンプ製造方法において、前記はんだ下地層の厚さは、形成される前記はんだバンプの最終高さの５０％以下であることが好ましい。この場合、５０％を超えると、それだけＵＢＭ上に厚いはんだ層ができ、それだけ大きなボイドが形成できることになる為である。   In this solder bump manufacturing method, the thickness of the solder underlayer is preferably 50% or less of the final height of the solder bump to be formed. In this case, if it exceeds 50%, a thicker solder layer is formed on the UBM, and a larger void can be formed.

また、このはんだバンプ製造方法において、前記下地形成用ペーストの粘度が６０Ｐａ・ｓ以上１５０Ｐａ・ｓ以下であることが好ましい。下地形成用ペーストの粘度が６０Ｐａ・ｓよりも低すぎると、保管中にペースト中のフラックスとはんだ粉末とが分離し、ＵＢＭに供給されるはんだ量が不均一になるおそれがある。一方、下地形成用ペーストの粘度が１５０Ｐａ・ｓを超えると、ペースト印刷時の充填スペースへの充填性が悪くなり、ＵＢＭに供給されるはんだ量が不均一になるおそれがあるためである。   Moreover, in this solder bump manufacturing method, it is preferable that the base forming paste has a viscosity of 60 Pa · s to 150 Pa · s. If the viscosity of the base forming paste is lower than 60 Pa · s, the flux in the paste and the solder powder may be separated during storage, and the amount of solder supplied to the UBM may become non-uniform. On the other hand, when the viscosity of the base forming paste exceeds 150 Pa · s, the filling property to the filling space at the time of paste printing is deteriorated, and the amount of solder supplied to the UBM may be uneven.

また、このはんだバンプ製造方法において、前記下地形成用ペーストの前記下地はんだ粉末は、ＰｂおよびＳｎを含むＰｂ−Ｓｎ合金からなり、Ｓｎの含有割合が５５ｍａｓｓ％以上６５ｍａｓｓ％以下であり、残部がＰｂであることが好ましい。この場合、Ｓｎの含有量が５５ｍａｓｓ％より少なかったり、６５ｍａｓｓ％より多いと、共晶組成から大きくずれてしまい、はんだの液相線が高くなることで、固液共存領域が大きくなり、リフロー時のはんだ溶融性や流動性が悪くなり、バンプ形成時のボイドが多くなったり、濡れが悪いことでミッシングバンプが多く発生してしまう。   In this solder bump manufacturing method, the base solder powder of the base forming paste is made of a Pb—Sn alloy containing Pb and Sn, the Sn content is 55 mass% or more and 65 mass% or less, and the balance is Pb. It is preferable that In this case, if the Sn content is less than 55 mass% or more than 65 mass%, it will deviate greatly from the eutectic composition and the liquidus line of the solder will become higher, so that the solid-liquid coexistence area will become larger and during reflow As a result, the solder melting property and fluidity of the solder become poor, and there are many voids at the time of bump formation, and many missing bumps are generated due to poor wetting.

また、このはんだバンプ製造方法において、前記下地形成用ペーストの前記下地はんだ粉末は、Ｓｎを主成分として含むＰｂフリーのＳｎ基はんだであり、Ｓｎの含有割合が９５ｍａｓｓ％以上１００ｍａｓｓ％以下、残部がＡｇ，Ｃｕ，Ｂｉ，Ｓｂ，ＩｎおよびＺｎからなる群より選ばれた１種または２種以上の金属であることが好ましい。この場合、Ｓｎの含有量が９５ｍａｓｓ％より少なかったり、１００ｍａｓｓ％より多いと、Ｓｎ−ＡｇはんだやＳｎ−Ｃｕはんだなどの共晶組成から大きくずれてしまい、はんだの液相線が高くなることで固液共存領域が大きくなり、リフロー時のはんだ溶融性や流動性が悪くなり、バンプ形成時のボイドが多くなったり、濡れが悪いことでミッシングバンプが多く発生してしまう。また、表面張力を下げたり、濡れを向上させたりすることを目的とした添加元素の効果が得られなくなり、濡れの向上などの効果が得られなくなる。   Further, in this solder bump manufacturing method, the base solder powder of the base forming paste is a Pb-free Sn-based solder containing Sn as a main component, and the Sn content is 95 mass% or more and 100 mass% or less, and the remainder is One or more metals selected from the group consisting of Ag, Cu, Bi, Sb, In and Zn are preferred. In this case, if the Sn content is less than 95 mass% or more than 100 mass%, it will deviate greatly from the eutectic composition such as Sn-Ag solder or Sn-Cu solder, and the liquidus line of the solder will increase. The solid-liquid coexistence area becomes large, the solder melting property and fluidity at the time of reflowing deteriorate, the number of voids at the time of bump formation increases, and the number of missing bumps is generated due to poor wetting. Moreover, the effect of the additive element aiming at lowering the surface tension or improving the wettability cannot be obtained, and the effect of improving the wettability cannot be obtained.

また、このはんだバンプ製造方法において、前記下地形成用ペーストの前記下地はんだ粉末は、平均粒径が０．１μｍ以上３０μｍ以下であることが好ましい。この場合、平均粒径が０．１μｍより小さいと粉末の表面積が大きく、粉末の酸化程度が高くなることにより、リフロー時の粉末凝集性が著しく低下し、ＵＢＭ上への濡れが悪く、均一にはんだ層が形成されない。３０μｍより大きい粉末はペースト化後に粉末沈降によるフラックスとの分離が顕著になるおそれがある。   In this solder bump manufacturing method, it is preferable that the base solder powder of the base forming paste has an average particle size of 0.1 μm or more and 30 μm or less. In this case, if the average particle size is smaller than 0.1 μm, the surface area of the powder is large and the degree of oxidation of the powder is high, so that the powder cohesiveness at the time of reflow is remarkably lowered, the wetting on the UBM is poor and uniform Solder layer is not formed. When the powder is larger than 30 μm, separation from the flux due to powder sedimentation may be significant after forming into a paste.

また、このはんだバンプ製造方法において、前記下地形成用ペーストの前記はんだ用フラックスは、溶剤である液体成分に対して、ロジン、活性剤、チキソ剤などの固形成分の重量比が１．５〜２．５であることが好ましい。この場合、下地形成用ペーストのフラックス構成成分におけるロジンやチキソ剤が多いので、リフロー後にフラックスが残留して固形成分がマスク側壁に付着する。この残留フラックスにより、バンプ形成用ペーストをリフローした際の溶融はんだがマスク側壁に付着しにくくなり、これによって開口部のアスペクト比が高くなり、形成されるはんだバンプのアスペクト比を高くすることができる。なお、一般的なはんだバンプ形成用ペーストは、固形成分の重量比が０．６５〜１．５である。   Further, in this solder bump manufacturing method, the solder flux of the base forming paste has a weight ratio of solid components such as rosin, activator, thixotropic agent, etc. to a liquid component as a solvent of 1.5-2. .5 is preferable. In this case, since there are many rosins and thixotropic agents in the flux constituents of the base forming paste, the flux remains after reflow and solid components adhere to the mask sidewall. This residual flux makes it difficult for the molten solder when the paste for bump formation is reflowed to adhere to the mask side wall, thereby increasing the aspect ratio of the opening and increasing the aspect ratio of the formed solder bump. . In addition, the general solder bump forming paste has a solid component weight ratio of 0.65 to 1.5.

本発明のはんだバンプ製造方法によれば、フリップチップ実装に用いられるはんだバンプにおけるボイドやミッシングバンプの発生を抑えて、アスペクト比が高く健全なバンプを形成できる。   According to the solder bump manufacturing method of the present invention, it is possible to suppress the generation of voids and missing bumps in solder bumps used for flip chip mounting, and to form healthy bumps having a high aspect ratio.

本発明に係るはんだバンプ製造方法において、所望量の下地形成用ペーストおよびバンプ形成用ペーストを所望位置に供給するためのマスク形成工程を示す図である。It is a figure which shows the mask formation process for supplying the desired quantity of base formation paste and bump formation paste to a desired position in the solder bump manufacturing method which concerns on this invention. 本発明に係るはんだバンプ製造方法において、ＵＢＭ上に下地層を形成する工程を示す図である。It is a figure which shows the process of forming a base layer on UBM in the solder bump manufacturing method which concerns on this invention. 本発明に係るはんだバンプ製造方法において、下地層上にバンプを形成する工程を示す図である。It is a figure which shows the process of forming a bump on a foundation layer in the solder bump manufacturing method concerning the present invention.

以下、本発明に係るはんだバンプ製造方法について説明する。本発明のはんだバンプ製造方法は、ウエハ１０上に形成された金属製のバンプ下地パッド（ＵＢＭ）１２上（図１（ａ）参照）に、下地はんだ粉末およびはんだ用フラックスを所定のフラックス比率で混合してなる下地形成用ペーストＰ１を所定厚さで塗布し、リフローしてはんだ下地層２０を形成し（図２参照）、次いでこのはんだ下地層２０上に、下地はんだ粉末と同種のはんだ粉末およびはんだ用フラックスを混合してなり、下地形成用ペーストＰ１のフラックス比率よりもはんだ用フラックスの割合が少ないバンプ形成用ペーストＰ２を所定量供給し、リフローして略球状のはんだバンプ２１を形成する（図３参照）。   Hereinafter, the solder bump manufacturing method according to the present invention will be described. In the solder bump manufacturing method of the present invention, the base solder powder and the solder flux are applied to the metal bump base pad (UBM) 12 (see FIG. 1A) formed on the wafer 10 at a predetermined flux ratio. The mixed base forming paste P1 is applied to a predetermined thickness and reflowed to form a solder base layer 20 (see FIG. 2). Next, the same kind of solder powder as the base solder powder is formed on the solder base layer 20 And a predetermined amount of the bump forming paste P2 having a solder flux ratio smaller than the flux ratio of the base forming paste P1, and reflowing to form a substantially spherical solder bump 21. (See FIG. 3).

ウエハ１０は、図１に示すように、表面に施された配線パターン１１上のはんだバンプ位置にＵＢＭ１２が形成されている。このウエハ１０表面において、ＵＢＭ１２が形成されていない部分は、パッシベーション膜１３で被覆されている。   As shown in FIG. 1, the wafer 10 has UBMs 12 formed at solder bump positions on a wiring pattern 11 formed on the surface. A portion of the surface of the wafer 10 where the UBM 12 is not formed is covered with a passivation film 13.

まず、ウエハ１０の所望の部分に下地形成用ペーストＰ１やバンプ形成用ペーストＰ２を供給するために、ウエハ１０上に、レジスト層を有するドライフィルム１４Ａを設ける（図１（ａ））。このドライフィルム１４Ａに、はんだペーストが印刷充填される微小な開口部１４ａを形成して、マスク１４を形成する。開口部１４ａは、ＵＢＭ１２との間に隙間を有し、この開口部１４ａの内周面、ウエハ１０の表面およびＵＢＭ１２に囲まれた充填空間Ｓが形成される。   First, in order to supply the base forming paste P1 and the bump forming paste P2 to a desired portion of the wafer 10, a dry film 14A having a resist layer is provided on the wafer 10 (FIG. 1A). In this dry film 14A, a fine opening 14a filled with a solder paste is formed, and a mask 14 is formed. The opening 14 a has a gap with the UBM 12, and a filling space S surrounded by the inner peripheral surface of the opening 14 a, the surface of the wafer 10, and the UBM 12 is formed.

具体的には、たとえば、まずウエハ１０表面にポジ型感光性のドライフィルム１４Ａを配置し（図１（ｂ））、このドライフィルム１４Ａ上に所望のパターンのみに光が通過するように形成されたフォトマスク（図示せず）を載せ、ドライフィルム１４Ａを露光する。次いで、フォトマスクを外し、ドライフィルム１４Ａの露光部をエッチング液等で除去することにより、所望のパターン位置に開口部１４ａが形成され（図１（ｃ））、マスク１４が形成される。この開口部１４ａは、ＵＢＭ１２が露出する位置に形成される。   Specifically, for example, first, a positive photosensitive dry film 14A is arranged on the surface of the wafer 10 (FIG. 1B), and light is passed through only a desired pattern on the dry film 14A. A photomask (not shown) is placed and the dry film 14A is exposed. Next, the photomask is removed, and the exposed portion of the dry film 14A is removed with an etching solution or the like, whereby an opening 14a is formed at a desired pattern position (FIG. 1C), and the mask 14 is formed. The opening 14a is formed at a position where the UBM 12 is exposed.

この開口部１４ａを有するマスク１４が表面に形成されたウエハ１０において、ＵＢＭ１２上にはんだ下地層２０を形成する。具体的には、下地はんだ粉末およびはんだ用フラックスを所定のフラックス比率で混合してなる下地形成用ペーストＰ１を開口部１４ａ内（充填空間Ｓ）に充填し（図２（ａ））、そのままリフローすることによりはんだを溶融させるとともにフラックスを除去し、はんだ下地層２０を形成する（図２（ｂ））。このはんだ下地層２０の厚さは、形成されるはんだバンプ２１の最終高さの５０％以下である。   A solder underlayer 20 is formed on the UBM 12 in the wafer 10 on which the mask 14 having the opening 14a is formed. Specifically, the base forming paste P1 formed by mixing the base solder powder and the soldering flux at a predetermined flux ratio is filled in the opening 14a (filling space S) (FIG. 2A) and reflowed as it is. As a result, the solder is melted and the flux is removed to form the solder underlayer 20 (FIG. 2B). The thickness of the solder underlayer 20 is 50% or less of the final height of the solder bump 21 to be formed.

下地形成用ペーストＰ１は、フラックス比率が８０ｖｏｌ％以上９０ｖｏｌ％以下である。つまり、通常のバンプ形成用ペーストよりもはんだ粉末の含有量が少ないことにより、リフロー後に残る体積が小さく、ＵＢＭ１２上に薄いはんだ下地層２０を形成することができる。また、下地形成用ペーストＰ１は、粘度が６０Ｐａ・ｓ以上１５０Ｐａ・ｓ以下であり、形成されるはんだ下地層２０の厚さは形成されるはんだバンプ２１の最終高さの５０％以下である。はんだ下地層２０を薄く形成することにより、下地形成用ペーストＰ１のリフロー時に発生したガスを脱出させやすく、大きなボイドが発生し得ないので、はんだ下地層２０をＵＢＭ１２に対して強固に付着形成することができる。   The base forming paste P1 has a flux ratio of 80 vol% or more and 90 vol% or less. That is, since the solder powder content is smaller than that of a normal bump forming paste, the volume remaining after reflow is small, and the thin solder underlayer 20 can be formed on the UBM 12. The base forming paste P1 has a viscosity of 60 Pa · s or more and 150 Pa · s or less, and the thickness of the solder base layer 20 to be formed is 50% or less of the final height of the solder bump 21 to be formed. By forming the solder underlayer 20 to be thin, it is easy to escape the gas generated during reflow of the underlayer forming paste P1, and a large void cannot be generated. Therefore, the solder underlayer 20 is firmly attached to the UBM 12 and formed. be able to.

下地はんだ粉末が溶融および凝集する際に、それまで混在していたフラックス成分が速やかにはんだと置換されないと、内部に閉じ込められたフラックスが加熱されて気化し、膨大な体積に膨張してボイドとなる。これに対して、この下地形成用ペーストＰ１は、フラックス比率が比較的高く、粘度が低いため、下地はんだ粉末とはんだ用フラックスとが速やかに置換されるので、はんだ下地層２０の形成時におけるボイドの発生を抑えることができる。   When the base solder powder melts and agglomerates, if the flux component that has been mixed up to then is not quickly replaced with solder, the flux trapped inside is heated and vaporized, expanding to a vast volume and forming voids. Become. On the other hand, since the base forming paste P1 has a relatively high flux ratio and low viscosity, the base solder powder and the solder flux are quickly replaced. Can be suppressed.

また、この下地形成用ペーストＰ１は、はんだフラックスにおける液体成分に対する固体成分の比率が１．５以上２．５以下である。固体成分とは、ロジン、活性剤、チキソ剤などであって、はんだ下地層２０を形成するリフロー後にマスク１４の開口部１４ａの内面に付着して残留し（図示略）、溶融状態のはんだが開口部１４ａの内面に付着することを防止する。   Further, in the base forming paste P1, the ratio of the solid component to the liquid component in the solder flux is 1.5 or more and 2.5 or less. Solid components are rosin, activator, thixotropic agent, etc., which remain attached to the inner surface of the opening 14a of the mask 14 after reflow to form the solder underlayer 20 (not shown), and the molten solder is The adhesion to the inner surface of the opening 14a is prevented.

また、この下地形成用ペーストＰ１に含まれる下地はんだ粉末は、ＰｂおよびＳｎを含むＰｂ−Ｓｎ合金からなり、Ｓｎの含有割合が５５ｍａｓｓ％以上６５ｍａｓｓ％以下であり、残部がＰｂであり、平均粒径が０．１μｍ以上３０μｍ以下である。下地はんだ粉末がこのような組成およびサイズであることにより、ペースト保管中も粉末とフラックスとの分離がなく、ＵＢＭへの濡れ拡がりも良好となる。   The base solder powder contained in the base forming paste P1 is made of a Pb-Sn alloy containing Pb and Sn, the Sn content is 55 mass% or more and 65 mass% or less, the balance is Pb, and the average grain size The diameter is not less than 0.1 μm and not more than 30 μm. When the base solder powder has such a composition and size, there is no separation between the powder and the flux even during paste storage, and wetting and spreading to the UBM is good.

なお、この下地形成用ペーストＰ１に含まれる下地はんだ粉末は、Ｓｎを主成分として含むＰｂフリーのＳｎ基はんだであり、Ｓｎの含有割合が９５ｍａｓｓ％以上１００ｍａｓｓ％以下、残部がＡｇ，Ｃｕ，Ｂｉ，Ｓｂ，ＩｎおよびＺｎからなる群より選ばれた１種または２種以上の金属であってもよい。この場合、ＵＢＭへの濡れ拡がりも良好となる。   The base solder powder contained in the base forming paste P1 is a Pb-free Sn-based solder containing Sn as a main component, and the Sn content is 95 mass% to 100 mass%, and the balance is Ag, Cu, Bi. One or two or more metals selected from the group consisting of Sb, In and Zn may be used. In this case, wetting and spreading to the UBM is also good.

このはんだ下地層２０を形成した際、ＵＢＭ１２の外側のパッシベーション膜１３上に、微細な粒状にはんだが残留する場合がある。このようにはんだが残留しているようであれば、十分な量のはんだが供給され、はんだ下地層２０がＵＢＭ１２の全面に形成されていると判断できる。なお、はんだはパッシベーション膜１３に対して固着しておらず、バンプ形成用ペーストＰ２を供給した後のリフロー時に集められて、はんだバンプ２１に取り込まれる。   When the solder underlayer 20 is formed, the solder may remain in a fine granular form on the passivation film 13 outside the UBM 12. If the solder remains in this way, it can be determined that a sufficient amount of solder is supplied and the solder underlayer 20 is formed on the entire surface of the UBM 12. The solder is not fixed to the passivation film 13 and is collected at the time of reflow after supplying the bump forming paste P2 and taken into the solder bumps 21.

次いで、下地はんだ粉末と同種のはんだ粉末およびはんだ用フラックスを混合してなり下地形成用ペーストＰ１のフラックス比率よりもはんだ用フラックスの割合が少ないバンプ形成用ペーストＰ２を、はんだ下地層２０およびＵＢＭ１２に対してさらに供給し、リフローしてはんだバンプ２１を形成する。具体的には、充填空間Ｓ内にバンプ形成用ペーストＰ２を充填し（図３（ａ））、そのままリフローすることにより、バンプ形成用ペーストＰ２のはんだ粉末とともにはんだ下地層２０を溶融させ、はんだ用フラックスを除去する（図３（ｂ））。その後、ウエハ１０表面からマスク１４を除去し（図３（ｃ））、ウエハ１０のＵＢＭ１２上にはんだバンプ２１を形成する。   Next, the bump forming paste P2 in which the solder flux of the same kind as the base solder powder and the solder flux are mixed and the solder flux ratio is lower than the flux ratio of the base forming paste P1 is applied to the solder base layer 20 and the UBM 12. Further, the solder bumps 21 are formed by further supplying and reflowing. Specifically, the filling space S is filled with the bump forming paste P2 (FIG. 3A) and reflowed as it is to melt the solder base layer 20 together with the solder powder of the bump forming paste P2, and the solder The working flux is removed (FIG. 3B). Thereafter, the mask 14 is removed from the surface of the wafer 10 (FIG. 3C), and solder bumps 21 are formed on the UBM 12 of the wafer 10.

バンプ形成用ペーストＰ２を充填空間Ｓ内に充填後にリフローするとき、ＵＢＭ１２上には既にはんだ下地層２０が形成されており、またこのはんだ下地層２０にはボイドがほとんど形成されていない。このため、リフローによりバンプ形成用ペーストＰ２が溶融されると、溶融したはんだ下地層２０とともにＵＢＭ１２上にはんだが凝集する。これにより、ボイドがないはんだバンプ２１がウエハ１０のＵＢＭ１２上に形成される。   When reflowing after filling the bump forming paste P2 in the filling space S, the solder underlayer 20 has already been formed on the UBM 12, and the solder underlayer 20 has almost no voids. For this reason, when the bump forming paste P2 is melted by reflow, the solder is agglomerated on the UBM 12 together with the melted solder underlayer 20. As a result, solder bumps 21 having no voids are formed on the UBM 12 of the wafer 10.

また、はんだ下地層２０が形成された後の開口部１４ａは、その内面に下地形成用ペーストＰ１の固体成分が付着している。このため、バンプ形成用ペーストＰ２を塗布した後のリフロー時に、溶融状態のはんだが開口部１４ａの内面に付着しにくく、溶融状態のはんだが開口部１４ａの壁面に付着して横長に広がることが防止される。つまり、下地形成用ペーストＰ１の固体成分を多くすることにより、形成されるバンプ２１のアスペクト比を高くすることができる。   The opening 14a after the solder base layer 20 is formed has the solid component of the base forming paste P1 attached to the inner surface thereof. For this reason, at the time of reflow after applying the paste P2 for bump formation, the molten solder hardly adheres to the inner surface of the opening 14a, and the molten solder adheres to the wall surface of the opening 14a and spreads horizontally. Is prevented. That is, the aspect ratio of the bumps 21 to be formed can be increased by increasing the solid component of the base forming paste P1.

以上説明したように、本発明のはんだバンプ製造方法によれば、ボイドのない薄いはんだ下地層２０をＵＢＭ１２上に形成し、その上にバンプ形成用ペーストＰ２を供給してリフローするので、内部に残留する大きなボイドがなく、フリップチップ実装の接合信頼性の高いバンプ２１を得ることができる。   As described above, according to the solder bump manufacturing method of the present invention, the thin solder underlayer 20 without voids is formed on the UBM 12, and the bump forming paste P2 is supplied on the UBM 12 for reflow. Bumps 21 with no residual large voids and high bonding reliability for flip chip mounting can be obtained.

表１に示すように、含有するはんだ粉末の平均粒径や成分、はんだ用フラックスの成分比、フラックス比率、ペースト粘度などを変えて作製した下地形成用ペーストおよびバンプ形成用ペーストを用いてサンプル１〜７のはんだバンプを形成し、発生したボイドや形成されたバンプの高さなどを比較した（表２）。   As shown in Table 1, sample 1 was prepared using the base forming paste and the bump forming paste prepared by changing the average particle size and composition of the solder powder contained, the component ratio of the solder flux, the flux ratio, the paste viscosity, and the like. ~ 7 solder bumps were formed, and the generated voids and the height of the formed bumps were compared (Table 2).

（サンプル１）
粒径が１０〜３２μｍ（平均粒径２３μｍ）のＰｂ−６３ｍａｓｓ％Ｓｎからなるはんだ粉末と、液体成分（溶剤）に対する固体成分（ロジン、活性剤、有機酸および増粘剤）が２．３であるはんだ用フラックスとを、フラックス比率４５ｍａｓｓ％で混合し混練することにより、粘度が６２Ｐａ・ｓの下地形成用ペーストを作製した。 (Sample 1)
Solder powder composed of Pb-63 mass% Sn having a particle size of 10 to 32 μm (average particle size 23 μm) and a solid component (rosin, activator, organic acid and thickener) with respect to the liquid component (solvent) are 2.3 By mixing and kneading a certain soldering flux at a flux ratio of 45 mass%, a base forming paste having a viscosity of 62 Pa · s was produced.

粒径が１０〜３２μｍ（平均粒径２３μｍ）のＰｂ−６３ｍａｓｓ％Ｓｎからなるはんだ粉末と、液体成分（溶剤）に対する固体成分（ロジン、活性剤、有機酸および増粘剤）が１．２であるはんだ用フラックスとを、フラックス比率１０ｍａｓｓ％で混合し混練することにより、粘度は９０Ｐａ・ｓのバンプ形成用ペーストを作製した。   Solder powder composed of Pb-63 mass% Sn having a particle size of 10 to 32 μm (average particle size of 23 μm) and a solid component (rosin, activator, organic acid and thickener) to liquid component (solvent) are 1.2 A soldering flux was mixed and kneaded at a flux ratio of 10 mass% to prepare a bump forming paste having a viscosity of 90 Pa · s.

（サンプル２）
粒径が５〜１５μｍ（平均粒径１１μｍ）のＳｎ−３ｍａｓｓ％Ａｇ−０．５ｍａｓｓ％Ｃｕからなるはんだ粉末と、液体成分（溶剤）に対する固体成分（ロジン、活性剤、有機酸および増粘剤）が１．８であるはんだ用フラックスとを、フラックス比率４０ｍａｓｓ％で混合し混練することにより、粘度が６５Ｐａ・ｓの下地形成用ペーストを作製した。 (Sample 2)
Solder powder made of Sn-3mass% Ag-0.5mass% Cu having a particle diameter of 5 to 15 μm (average particle diameter of 11 μm), and a solid component (rosin, activator, organic acid and thickener for liquid component (solvent)) The soldering flux having a viscosity of 65 Pa · s was prepared by mixing and kneading the soldering flux with a flux ratio of 40 mass%.

粒径が５〜１５μｍ（平均粒径１１μｍ）のＳｎ−３ｍａｓｓ％Ａｇ−０．５ｍａｓｓ％Ｃｕからなるはんだ粉末と、液体成分（溶剤）に対する固体成分（ロジン、活性剤、有機酸および増粘剤）が１．２であるはんだ用フラックスとを、フラックス比率１１ｍａｓｓ％で混合し混練することにより、粘度が１００Ｐａ・ｓのバンプ形成用ペーストを作製した。   Solder powder made of Sn-3mass% Ag-0.5mass% Cu having a particle diameter of 5 to 15 μm (average particle diameter of 11 μm), and a solid component (rosin, activator, organic acid and thickener for liquid component (solvent)) ) Is a solder flux having a flux ratio of 11 mass% and kneaded to prepare a bump forming paste having a viscosity of 100 Pa · s.

（サンプル３）
粒径が１０〜３２μｍ（平均粒径２３μｍ）のＰｂ−６３ｍａｓｓ％Ｓｎからなるはんだ粉末と、液体成分（溶剤）に対する固体成分（ロジン、活性剤、有機酸および増粘剤）が１．２であるはんだ用フラックスとを、フラックス比率１０ｍａｓｓ％で混合し混練することにより、粘度が９０Ｐａ・ｓのバンプ形成用ペーストを作製した。このサンプル３では、下地形成用ペーストは使用せず、下地層を形成せずにはんだバンプを形成した。 (Sample 3)
Solder powder composed of Pb-63 mass% Sn having a particle size of 10 to 32 μm (average particle size of 23 μm) and a solid component (rosin, activator, organic acid and thickener) to liquid component (solvent) are 1.2 A soldering flux was mixed and kneaded at a flux ratio of 10 mass% to prepare a bump forming paste having a viscosity of 90 Pa · s. In Sample 3, a solder bump was formed without using a base forming paste and without forming a base layer.

（サンプル４）
粒径が１０〜３２μｍ（平均粒径２３μｍ）のＰｂ−６３ｍａｓｓ％Ｓｎからなるはんだ粉末と、液体成分（溶剤）に対する固体成分（ロジン、活性剤、有機酸および増粘剤）が２．３であるはんだ用フラックスとを、フラックス比率２０ｍａｓｓ％で混合し混練することにより、粘度が１２０Ｐａ・ｓの下地形成用ペーストを作製した。 (Sample 4)
Solder powder composed of Pb-63 mass% Sn having a particle size of 10 to 32 μm (average particle size 23 μm) and a solid component (rosin, activator, organic acid and thickener) with respect to the liquid component (solvent) are 2.3 By mixing and kneading a certain soldering flux at a flux ratio of 20 mass%, a base forming paste having a viscosity of 120 Pa · s was produced.

粒径が１０〜３２μｍ（平均粒径２３μｍ）のＰｂ−６３ｍａｓｓ％Ｓｎからなるはんだ粉末と、液体成分（溶剤）に対する固体成分（ロジン、活性剤、有機酸および増粘剤）が１．２であるはんだ用フラックスとを、フラックス比率１０ｍａｓｓ％で混合し混練することにより、粘度が９０Ｐａ・ｓのバンプ形成用ペーストを作製した。   Solder powder composed of Pb-63 mass% Sn having a particle size of 10 to 32 μm (average particle size of 23 μm) and a solid component (rosin, activator, organic acid and thickener) to liquid component (solvent) are 1.2 A soldering flux was mixed and kneaded at a flux ratio of 10 mass% to prepare a bump forming paste having a viscosity of 90 Pa · s.

（サンプル５）
粒径が１０〜３２μｍ（平均粒径２３μｍ）のＰｂ−６３ｍａｓｓ％Ｓｎからなるはんだ粉末と、液体成分（溶剤）に対する固体成分（ロジン、活性剤、有機酸および増粘剤）が１．２であるはんだ用フラックスとを、フラックス比率４５ｍａｓｓ％で混合し混練することにより、粘度が４０Ｐａ・ｓの下地形成用ペーストを作製した。 (Sample 5)
Solder powder composed of Pb-63 mass% Sn having a particle size of 10 to 32 μm (average particle size of 23 μm) and a solid component (rosin, activator, organic acid and thickener) to liquid component (solvent) are 1.2 By mixing and kneading a certain soldering flux at a flux ratio of 45 mass%, a base forming paste having a viscosity of 40 Pa · s was produced.

粒径が１０〜３２μｍ（平均粒径２３μｍ）のＰｂ−６３ｍａｓｓ％Ｓｎからなるはんだ粉末と、液体成分（溶剤）に対する固体成分（ロジン、活性剤、有機酸および増粘剤）が１．２であるはんだ用フラックスとを、フラックス比率１０ｍａｓｓ％で混合し混練することにより、粘度が９０Ｐａ・ｓのバンプ形成用ペーストを作製した。   Solder powder composed of Pb-63 mass% Sn having a particle size of 10 to 32 μm (average particle size of 23 μm) and a solid component (rosin, activator, organic acid and thickener) to liquid component (solvent) are 1.2 A soldering flux was mixed and kneaded at a flux ratio of 10 mass% to prepare a bump forming paste having a viscosity of 90 Pa · s.

（サンプル６）
粒径が１０〜３２μｍ（平均粒径２３μｍ）のＰｂ−６３ｍａｓｓ％Ｓｎからなるはんだ粉末と、液体成分（溶剤）に対する固体成分（ロジン、活性剤、有機酸および増粘剤）が１．２であるはんだ用フラックスとを、フラックス比率７０ｍａｓｓ％で混合し混練することにより、粘度が３０Ｐａ・ｓの下地形成用ペーストを作製した。 (Sample 6)
Solder powder composed of Pb-63 mass% Sn having a particle size of 10 to 32 μm (average particle size of 23 μm) and a solid component (rosin, activator, organic acid and thickener) to liquid component (solvent) are 1.2 By mixing and kneading a certain soldering flux at a flux ratio of 70 mass%, a base forming paste having a viscosity of 30 Pa · s was produced.

粒径が１０〜３２μｍ（平均粒径２３μｍ）のＰｂ−６３ｍａｓｓ％Ｓｎからなるはんだ粉末と、液体成分（溶剤）に対する固体成分（ロジン、活性剤、有機酸および増粘剤）が１．２であるはんだ用フラックスとを、フラックス比率１０ｍａｓｓ％で混合し混練することにより、粘度が９０Ｐａ・ｓのバンプ形成用ペーストを作製した。   Solder powder composed of Pb-63 mass% Sn having a particle size of 10 to 32 μm (average particle size of 23 μm) and a solid component (rosin, activator, organic acid and thickener) to liquid component (solvent) are 1.2 A soldering flux was mixed and kneaded at a flux ratio of 10 mass% to prepare a bump forming paste having a viscosity of 90 Pa · s.

（サンプル７）
粒径が５〜１５μｍ（平均粒径１１μｍ）のＳｎ−３ｍａｓｓ％Ａｇ−０．５ｍａｓｓ％Ｃｕからなるはんだ粉末と、液体成分（溶剤）に対する固体成分（ロジン、活性剤、有機酸および増粘剤）が１．２であるはんだ用フラックスとを、フラックス比率１１ｍａｓｓ％で混合し混練することにより、粘度が１００Ｐａ・ｓのバンプ形成用ペーストを作製した。このサンプル７では、下地形成用ペーストは使用せず、ＵＢＭ上にはんだ下地層を形成せずにはんだバンプを形成した。 (Sample 7)
Solder powder made of Sn-3mass% Ag-0.5mass% Cu having a particle diameter of 5 to 15 μm (average particle diameter of 11 μm), and a solid component (rosin, activator, organic acid and thickener for liquid component (solvent)) ) Is a solder flux having a flux ratio of 11 mass% and kneaded to prepare a bump forming paste having a viscosity of 100 Pa · s. In Sample 7, a base forming paste was not used, and solder bumps were formed on the UBM without forming a solder base layer.

Figure 2013004929
Figure 2013004929

（比較試験）
前述のサンプル１〜７について、冷蔵３カ月経過時の下地形成用ペーストにおけるはんだ用フラックスとはんだ粉末との分離の有無、総バンプ５００個において発生したボイドの大きさ（バンプ直径に対するボイド径の比率）別の個数、形成されたバンプの最終高さを確認した。結果を表２に示す。 (Comparative test)
Regarding the samples 1 to 7 described above, the presence or absence of separation of the soldering flux and the solder powder in the base forming paste after 3 months of refrigeration, the size of voids generated in the total 500 bumps (ratio of void diameter to bump diameter) ) Another number, the final height of the formed bump was confirmed. The results are shown in Table 2.

Figure 2013004929
Figure 2013004929

バンプは、開口径１２０μｍ、厚み７５μｍでパターン形成されたレジストを備えるウエハ上に、シリコン／Ａｌ／ＮｉＶ／Ｃｕにより形成されたＵＢＭに対して形成した。ＵＢＭ径は１００μｍである。そして、形成したバンプ内について、内部に発生したボイドを透過型Ｘ線により観察し、最終バンプ高さを３次元測定器により測定した。大きなボイドが数多く発生したバンプは不良であるので、Ｍａｘボイド径が３０％以上である場合、換言すると、バンプ径に対して３０％以上のボイドが１個でも発生していればＮＧと判断した。なお、Ｍａｘボイド径は２５％以下であることがより好ましい。   The bumps were formed on a UBM formed of silicon / Al / NiV / Cu on a wafer provided with a resist patterned with an opening diameter of 120 μm and a thickness of 75 μm. The UBM diameter is 100 μm. And inside the formed bump, the void which generate | occur | produced inside was observed with the transmission X-ray | X_line, and the final bump height was measured with the three-dimensional measuring device. Bumps with many large voids are defective. Therefore, if the Max void diameter is 30% or more, in other words, if even one void of 30% or more with respect to the bump diameter occurs, it is judged as NG. . Note that the Max void diameter is more preferably 25% or less.

この比較試験の結果、以下のことを確認できた。
（１）はんだ下地層の有無による影響
サンプル１およびサンプル３では、同じバンプ形成用ペーストを用いてバンプを形成した。しかしながら、はんだ下地層を形成したサンプル１では３０％を超える大きさのボイドが生じなかったのに対し、はんだ下地層を形成しなかったサンプル３では３０％を超える大きさのボイドが生じたため、ＮＧとなった。 As a result of this comparative test, the following could be confirmed.
(1) Influence of presence or absence of solder underlayer In sample 1 and sample 3, bumps were formed using the same paste for bump formation. However, in sample 1 in which the solder underlayer was formed, voids having a size exceeding 30% were not generated, whereas in sample 3 in which the solder underlayer was not formed, voids having a size exceeding 30% were generated. NG.

また、同じバンプ形成用ペーストを用いてバンプを形成したサンプル２とサンプル７とを比較したところ、はんだ下地層を形成したサンプル２では３０％を超える大きさのボイドが生じなかったのに対し、はんだ下地層を形成しなかったサンプル７では、３０％を超える大きさのボイドが生じたため、ＮＧとなった。これらの比較から、はんだ下地層を形成することによって、大きなボイドの発生を抑えることができることが確認できた。   In addition, when the sample 2 and the sample 7 in which the bump was formed using the same bump forming paste were compared, the sample 2 in which the solder underlayer was formed did not have a void of more than 30%. In sample 7 in which the solder underlayer was not formed, a void having a size exceeding 30% was generated, and thus it was judged as NG. From these comparisons, it was confirmed that generation of large voids can be suppressed by forming the solder underlayer.

（２）下地形成用ペーストの粘度によるボイド発生に対する影響
サンプル１およびサンプル４では、同じバンプ形成用ペーストを用いたが、下地形成用ペーストにおける粘度が異なる。サンプル１，４のうち、ペースト粘度が高い下地形成用ペーストを用いたサンプル４では、３０％を超える大きさのボイドは生じず、一定のボイド抑制効果は得られているが、２５％を超えるボイドが生じていた。これに対し、ペースト粘度が低い下地形成用ペーストを用いたサンプル１では、２５％を超えるボイドは発生せず、一層高いボイド抑制効果を確認できた。このことから、下地形成用ペーストの粘度の上限を定めることが好ましいと確認できた。 (2) Influence of Viscosity of Base Forming Paste on Void Generation In Sample 1 and Sample 4, the same bump forming paste was used, but the base forming paste had different viscosities. Among samples 1 and 4, sample 4 using a base paste having a high paste viscosity does not produce a void with a size exceeding 30%, and a certain void suppressing effect is obtained, but exceeds 25%. There was a void. On the other hand, in sample 1 using the base forming paste having a low paste viscosity, voids exceeding 25% were not generated, and a higher void suppression effect could be confirmed. From this, it has confirmed that it was preferable to set the upper limit of the viscosity of the paste for base formation.

（３）下地形成用ペーストの粘度によるはんだ粉末分離に対する影響
サンプル５では、サンプル１，４と同じバンプ形成用ペーストと、サンプル１よりも粘度の低い下地形成用ペーストとを用いてバンプを形成したところ、大きなボイドの発生は抑えられた。しかしながら、冷蔵３カ月経過時に下地形成用ペーストに分離が発生していた。つまり、粘度が低い下地形成用ペーストを用いる場合は、長期保存しない、あるいは使用前に十分攪拌するなどの対策を施し、下地形成用ペーストに分離が生じていない状態とする必要はあるものの、大きなボイドのない良好なバンプを形成できることが確認できた。 (3) Influence on the Solder Powder Separation Due to the Viscosity of the Base Forming Paste In Sample 5, bumps were formed using the same bump forming paste as Samples 1 and 4 and a base forming paste having a lower viscosity than Sample 1. However, the generation of large voids was suppressed. However, separation occurred in the base forming paste after 3 months of refrigeration. In other words, when using a base forming paste with a low viscosity, it is necessary not to store for a long period of time or to take sufficient measures such as stirring sufficiently before use, so that the base forming paste is not separated, but it is large. It was confirmed that good bumps without voids could be formed.

（４）下地形成用ペーストのフラックス比率によるボイド発生に対する影響
サンプル５よりもフラックス比率が高い下地形成用ペーストを用いたサンプル６では、冷蔵３カ月経過時に分離が発生した。また、サンプル６では、３０％を超える大きさのボイドは生じず、一定のボイド抑制効果は得られてはいるが、２５％を超えるボイドが生じていた。つまり、下地形成用ペーストのフラックス比率が高すぎると、はんだ粉末が分離するおそれがあるとともに、ボイド抑制効果が低下する。これは、粘度が低すぎたためにＵＢＭ上に適切なはんだ下地層が形成されなかったためと考えられる。このことから、下地形成用ペーストの粘度の下限を定めることが好ましいと確認できた。 (4) Influence on generation of voids due to flux ratio of base forming paste In sample 6 using the base forming paste having a higher flux ratio than sample 5, separation occurred when three months of refrigeration passed. Further, in sample 6, a void having a size exceeding 30% was not generated, and a certain void suppressing effect was obtained, but a void exceeding 25% was generated. That is, when the flux ratio of the base forming paste is too high, the solder powder may be separated and the void suppressing effect is lowered. This is probably because an appropriate solder underlayer was not formed on the UBM because the viscosity was too low. From this, it has confirmed that it was preferable to set the minimum of the viscosity of the paste for base formation.

（５）フラックス中の固体成分比による最終バンプ高さに対する影響
下地形成用ペーストのフラックスにおける液体成分に対する固体成分の比率が高いサンプル１，２，４では、最終バンプ高さが８０μｍ以上となった。これに対して、下地形成用ペーストのフラックスにおける液体成分に対する固体成分の比率が低いサンプル５，６では、最終バンプ高さが７４〜７６μｍとなった。このことから、下地形成用ペーストのフラックス中の固体成分を多くすることにより、アスペクト比の高いバンプが形成されことを確認できた。 (5) Influence of the solid component ratio in the flux on the final bump height In samples 1, 2, and 4 where the ratio of the solid component to the liquid component in the flux of the base forming paste is high, the final bump height is 80 μm or more. . On the other hand, in the samples 5 and 6 in which the ratio of the solid component to the liquid component in the flux of the base forming paste was low, the final bump height was 74 to 76 μm. From this, it was confirmed that a bump with a high aspect ratio was formed by increasing the solid component in the flux of the base forming paste.

１０ ウエハ
１１ 配線パターン
１２ バンプ下地パッド（ＵＢＭ）
１３ パッシベーション膜
１４ マスク
１４Ａ ドライフィルム
１４ａ 開口部
２０ はんだ下地層
２１ はんだバンプ
Ｐ１ 下地形成用ペースト
Ｐ２ バンプ形成用ペースト
Ｓ 充填空間 10 Wafer 11 Wiring pattern 12 Bump base pad (UBM)
13 Passivation film 14 Mask 14A Dry film 14a Opening 20 Solder base layer 21 Solder bump P1 Base formation paste P2 Bump formation paste S Filling space

Claims (19)

ウエハ上に形成された金属製のバンプ下地パッド上に、下地はんだ粉末およびはんだ用フラックスを所定のフラックス比率で混合してなる下地形成用ペーストを所定厚さで塗布し、リフローしてはんだ下地層を形成し、
前記はんだ下地層上に、前記下地はんだ粉末と同種のはんだ粉末および前記はんだ用フラックスを混合してなり、前記下地形成用ペーストの前記フラックス比率よりも前記はんだ用フラックスの割合が少ないバンプ形成用ペーストを所定量供給し、リフローして略球状のはんだバンプを形成することを特徴とするはんだバンプ製造方法。 On the metal bump base pad formed on the wafer, a base forming paste obtained by mixing the base solder powder and solder flux at a predetermined flux ratio is applied at a predetermined thickness, and reflowed to form a solder base layer. Form the
A bump forming paste, which is obtained by mixing the same kind of solder powder as the base solder powder and the solder flux on the solder base layer, wherein the solder flux ratio is smaller than the flux ratio of the base forming paste. A method for producing a solder bump, comprising supplying a predetermined amount and reflowing to form a substantially spherical solder bump. 前記ウエハ上にマスクを形成し、
このマスクに、前記バンプ下地パッドを内部に有しこのバンプ下地パッドとの間に隙間を有する開口部を形成することにより、この開口部の内周面、前記ウエハの表面および前記バンプ下地パッドに囲まれた充填空間を形成し、
この充填空間に前記下地形成用ペーストを充填することにより所定量の前記下地形成用ペーストを供給し、
この下地形成用ペーストをリフローして前記はんだ下地層を形成した後に、
前記充填空間に前記バンプ形成用ペーストを充填することにより、所定量の前記バンプ形成用ペーストを供給することを特徴とする請求項１に記載のはんだバンプ製造方法。 Forming a mask on the wafer;
By forming an opening in the mask having the bump base pad inside and a gap between the bump base pad, the inner peripheral surface of the opening, the surface of the wafer, and the bump base pad are formed. Forming an enclosed filling space,
Supplying a predetermined amount of the base forming paste by filling the filling space with the base forming paste,
After reflowing this base forming paste to form the solder base layer,
The solder bump manufacturing method according to claim 1, wherein a predetermined amount of the bump forming paste is supplied by filling the filling space with the bump forming paste. 前記下地形成用ペーストのフラックス比率が８０ｖｏｌ％以上９０ｖｏｌ％以下であり、
前記バンプ形成用ペーストのフラックス比率が４５ｖｏｌ％以上５５ｖｏｌ％以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のはんだバンプ製造方法。 The flux ratio of the base forming paste is 80 vol% or more and 90 vol% or less,
The solder bump manufacturing method according to claim 1, wherein a flux ratio of the bump forming paste is 45 vol% or more and 55 vol% or less. 前記はんだ下地層の厚さは、形成される前記はんだバンプの最終高さの５０％以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のはんだバンプ製造方法。   The solder bump manufacturing method according to claim 1, wherein a thickness of the solder underlayer is 50% or less of a final height of the solder bump to be formed. 前記下地形成用ペーストの粘度が６０Ｐａ・ｓ以上１５０Ｐａ・ｓ以下であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のはんだバンプ製造方法。   The solder bump manufacturing method according to claim 1, wherein a viscosity of the base forming paste is 60 Pa · s or more and 150 Pa · s or less. 前記下地形成用ペーストの前記下地はんだ粉末は、ＰｂおよびＳｎを含むＰｂ−Ｓｎ合金からなり、Ｓｎの含有割合が５５ｍａｓｓ％以上６５ｍａｓｓ％以下であり、残部がＰｂであることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のはんだバンプ製造方法。   The base solder powder of the base forming paste is made of a Pb-Sn alloy containing Pb and Sn, the Sn content is 55 mass% to 65 mass%, and the balance is Pb. The solder bump manufacturing method according to any one of 1 to 5. 前記下地形成用ペーストのフラックス比率が３２ｍａｓｓ％以上５３ｍａｓｓ％以下であり、前記バンプ形成用ペーストのフラックス比率が９ｍａｓｓ％以上１２．５ｍａｓｓ％以下であることを特徴とする請求項６に記載のはんだバンプ製造方法。   The solder bump according to claim 6, wherein a flux ratio of the base forming paste is 32 mass% or more and 53 mass% or less, and a flux ratio of the bump forming paste is 9 mass% or more and 12.5 mass% or less. Production method. 前記下地形成用ペーストの前記下地はんだ粉末は、Ｓｎを主成分として含むＰｂフリーのＳｎ基はんだであり、Ｓｎの含有割合が９５ｍａｓｓ％以上１００ｍａｓｓ％以下、残部がＡｇ，Ｃｕ，Ｂｉ，Ｓｂ，ＩｎおよびＺｎからなる群より選ばれた１種または２種以上の金属であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のはんだバンプ製造方法。   The base solder powder of the base forming paste is a Pb-free Sn-based solder containing Sn as a main component. The Sn content is 95 mass% to 100 mass%, and the balance is Ag, Cu, Bi, Sb, In. 6. The method for producing a solder bump according to claim 1, wherein the solder bump is one or more metals selected from the group consisting of Zn and Zn. 前記下地形成用ペーストのフラックス比率が３５ｍａｓｓ％以上５５ｍａｓｓ％以下であることを特徴とする請求項８に記載のはんだバンプ製造方法。   The solder bump manufacturing method according to claim 8, wherein a flux ratio of the base forming paste is not less than 35 mass% and not more than 55 mass%. 前記下地形成用ペーストの前記下地はんだ粉末は、平均粒径が０．１μｍ以上３０μｍ以下であることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載のはんだバンプ製造方法。   The solder bump manufacturing method according to claim 1, wherein the base solder powder of the base forming paste has an average particle size of 0.1 μm or more and 30 μm or less. 前記下地形成用ペーストの前記はんだ用フラックスは、溶剤である液体成分に対して、ロジン、活性剤、チキソ剤などの固形成分の重量比が１．５〜２．５であることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載のはんだバンプ製造方法。   The solder flux of the base forming paste is characterized in that the weight ratio of solid components such as rosin, activator and thixotropic agent is 1.5 to 2.5 with respect to the liquid component which is a solvent. The solder bump manufacturing method according to claim 1. ウエハ上にはんだバンプを形成するための下地形成用ペーストであって、
下地はんだ粉末およびはんだ用フラックスを、フラックス比率が８０ｖｏｌ％以上９０ｖｏｌ％以下となるように混合してなることを特徴とする下地形成用ペースト。 A base forming paste for forming solder bumps on a wafer,
A paste for forming a base, comprising a base solder powder and a solder flux mixed so that a flux ratio is 80 vol% or more and 90 vol% or less. 粘度が６０Ｐａ・ｓ以上１５０Ｐａ・ｓ以下であることを特徴とする請求項１２に記載の下地形成用ペースト。   The paste for base formation according to claim 12, wherein the viscosity is 60 Pa · s or more and 150 Pa · s or less. 前記下地はんだ粉末は、ＰｂおよびＳｎを含むＰｂ−Ｓｎ合金からなり、Ｓｎの含有割合が５５ｍａｓｓ％以上６５ｍａｓｓ％以下であり、残部がＰｂであることを特徴とする請求項１２または１３に記載の下地形成用ペースト。   The said base solder powder consists of Pb-Sn alloy containing Pb and Sn, the content rate of Sn is 55 mass% or more and 65 mass% or less, and the remainder is Pb. Paste forming paste. フラックス比率が３２ｍａｓｓ％以上５３ｍａｓｓ％以下であることを特徴とする請求項１４に記載の下地形成用ペースト。   The paste for base formation according to claim 14, wherein a flux ratio is 32 mass% or more and 53 mass% or less. 前記下地はんだ粉末は、Ｓｎを主成分として含むＰｂフリーのＳｎ基はんだであり、Ｓｎの含有割合が９５ｍａｓｓ％以上１００ｍａｓｓ％以下、残部がＡｇ，Ｃｕ，Ｂｉ，Ｓｂ，ＩｎおよびＺｎからなる群より選ばれた１種または２種以上の金属であることを特徴とする請求項１２または１３に記載の下地形成用ペースト。   The base solder powder is a Pb-free Sn-based solder containing Sn as a main component. The Sn content is 95 mass% or more and 100 mass% or less, and the balance is made of Ag, Cu, Bi, Sb, In and Zn. The base forming paste according to claim 12 or 13, wherein the paste is one or more selected metals. フラックス比率が３５ｍａｓｓ％以上５５ｍａｓｓ％以下であることを特徴とする請求項１６に記載の下地形成用ペースト。   The undercoat paste according to claim 16, wherein the flux ratio is 35 mass% or more and 55 mass% or less. 前記下地はんだ粉末は、平均粒径が０．１μｍ以上３０μｍ以下であることを特徴とする請求項１２から１７のいずれかに記載の下地形成用ペースト。   18. The base forming paste according to claim 12, wherein the base solder powder has an average particle size of 0.1 μm to 30 μm. 前記はんだ用フラックスは、溶剤である液体成分に対して、ロジン、活性剤、チキソ剤などの固形成分の重量比が１．５〜２．５であることを特徴とする請求項１２から１８のいずれかに記載の下地形成用ペースト。   19. The solder flux according to claim 12, wherein a weight ratio of solid components such as rosin, activator, thixotropic agent, etc. is 1.5 to 2.5 with respect to a liquid component as a solvent. The base forming paste according to any one of the above.
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