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ウエハーバンプ用硫酸銅めっきプロセス

総合研究所 第2CSセンター
佐藤 琢朗  Takuro SATO

 

第1開発室
尾山 祐斗 Yuto OYAMA

はじめに

硫酸銅めっきによる銅バンプめっきは、以前から貫通電極の形成等に用いられていたが、近年W-CSPなどのウエハー分野において特に需要が大きくなってきている。銅バンプの形状は主に垂直にポストを立てるストレート形状と、レジスト上に盛り上げてかさを作るマッシュルーム形状に分類される。この内ストレート形状のバンプでは、バンプポスト上へのはんだボール搭載や接合面での信頼性などの点から、上面により平坦な形状が求められる傾向にある。
従来の硫酸銅めっきプロセスでは、ストレートバンプを形成した際バンプ上面は丸みを帯びた形状になる傾向が見られた。また、無光沢硫酸銅めっきプロセスでは表面形状が粗くなり、微小なポスト形成には向かない場合が懸念される。
本稿で紹介する硫酸銅バンプめっきプロセス「CU-BRITEBU II」は、ストレートバンプにおけるバンプポスト上面の平坦化を目的とした光沢硫酸銅めっきである。また、同プロセスは高電流密度でのめっきにも対応しており、従来プロセスと比較して高速でのバンプポスト形成が可能となっている。

プロセスの特長

CU-BRITE BU IIは、硫酸銅めっきでのストレートバンプポスト形成において表面の平坦化と、高電流密度対応を可能にしたプロセスである。当社従来光沢硫酸銅めっきプロセスおよび無光沢硫酸銅めっきプロセスとのバンプ表面状態の比較を写真1に示す。この写真のバンプサイズは径100μm-高さ30μmであり、めっき加工時の電流密度はCU-BRITE BU IIでは8A/dm2、その他では2A/dm2である。また、丸み率、および皮膜のビッカース硬度の比較を表1に示す(丸み率の評価方法については図1参照)。
この結果では、CU-BRITE BU IIの平坦性は従来品と比較して格段に優れている。さらに、陰極電流密度は、従来の硫酸銅プロセスと比較して約4倍の条件でめっきができる。これによりCU-BRITE BU IIでは、従来プロセスと比較してめっき時間を大幅に短縮できる。この電流密度でめっきをしても、皮膜のビッカース硬度は従来のものとほぼ同等である。
また、CU-BRITE BU IIはバンプだけではなく、W-CSPの再配線でのパターンめっきにも使用が可能である。

写真1 バンプ外観比較

図1 バンプ丸み率評価方法

CU-BRITE BU IIは、硫酸銅めっきでのストレートバンプポスト形成において表面の平坦化と、高電流密度対応を可能にしたプロセスである。当社従来光沢硫酸銅めっきプロセスおよび無光沢硫酸銅めっきプロセスとのバンプ表面状態の比較を写真1に示す。この写真のバンプサイズは径100μm-高さ30μmであり、めっき加工時の電流密度はCU-BRITE BU IIでは8A/dm2、その他では2A/dm2である。また、丸み率、および皮膜のビッカース硬度の比較を表1に示す(丸み率の評価方法については図1参照)。
この結果では、CU-BRITE BU IIの平坦性は従来品と比較して格段に優れている。さらに、陰極電流密度は、従来の硫酸銅プロセスと比較して約4倍の条件でめっきができる。これによりCU-BRITE BU IIでは、従来プロセスと比較してめっき時間を大幅に短縮できる。この電流密度でめっきをしても、皮膜のビッカース硬度は従来のものとほぼ同等である。
また、CU-BRITE BU IIはバンプだけではなく、W-CSPの再配線でのパターンめっきにも使用が可能である。

写真1 バンプ外観比較

図1 バンプ丸み率評価方法

平坦化のメカニズム

従来の硫酸銅めっきプロセスでは、バンプポストの中央部が盛り上がる傾向が見られた。これは、高電部となるバンプ中央部にめっきの析出が集中してしまう結果と推測できる。CU-BRITE BU IIは、添加剤のうち、めっきの析出を抑制する成分(サプレッサー成分)が高電部に優先的に吸着する事によって低電部と高電部のめっき膜厚を均一に析出させているものと推測している(図2参照)。

図2 CU-BRITE BU IIの平坦化メカニズム

また、攪拌の強弱も重要なファクターのひとつである。CUBRITE BU IIは、めっき液中の攪拌が強い方がバンプ形状の平坦性が向上する傾向が確認されている。これは、攪拌が強くなった事により低電部となるレジストコーナー部への銅イオンの供給が多くなった結果と推測している。

従来の硫酸銅めっきプロセスでは、バンプポストの中央部が盛り上がる傾向が見られた。これは、高電部となるバンプ中央部にめっきの析出が集中してしまう結果と推測できる。CU-BRITE BU IIは、添加剤のうち、めっきの析出を抑制する成分(サプレッサー成分)が高電部に優先的に吸着する事によって低電部と高電部のめっき膜厚を均一に析出させているものと推測している(図2参照)。

図2 CU-BRITE BU IIの平坦化メカニズム

また、攪拌の強弱も重要なファクターのひとつである。CUBRITE BU IIは、めっき液中の攪拌が強い方がバンプ形状の平坦性が向上する傾向が確認されている。これは、攪拌が強くなった事により低電部となるレジストコーナー部への銅イオンの供給が多くなった結果と推測している。

おわりに

CU-BRITE BU IIは、これまでのプロセスと比較して、ストレートバンプ形状の平坦化およびめっき時間の短縮にアドバンテージを持つプロセスである。この分野におけるお客様のニーズを踏まえた上で、さらなるデータ収集を推進していきたい。

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JCUテクニカルレポート 85号 2009年1月