DE102013108986B4 - Anschlussstruktur sowie Halbleiterelement und Modulsubstrat mit einer solchen Anschlussstruktur - Google Patents

Anschlussstruktur sowie Halbleiterelement und Modulsubstrat mit einer solchen Anschlussstruktur Download PDF

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Abstract

Anschlussstruktur, die Folgendes umfasst:ein Basismaterial (10);eine Elektrode (20), die auf dem Basismaterial (10) ausgebildet ist;eine isolierende Deckschicht (30), die auf dem Basismaterial (10) und auf der Elektrode (20) ausgebildet ist und eine Öffnung (35) aufweist, die einen Teil der Elektrode (20) freilegt;eine Ni-haltige lötfähige Metallisierung (UBM) (70), die in einer Region in der Öffnung (35) auf der Elektrode (20) so ausgebildet ist, dass sich eine Oberseite der Metallschicht (70) an einer Position unterhalb einer Oberseite der isolierenden Deckschicht (30) in einem Umfangsrandabschnitt der Öffnung (35) befindet, wobei der Durchmesser der lötfähigen Metallisierung (UBM) (70) der gleiche ist wie der Durchmesser der Öffnung (35) in der isolierenden Deckschicht (30); undeinen kuppelförmigen Sn- und Ti-haltigen Bondhügel (85), der in einer Region in der Öffnung (35) auf der lötfähigen Metallisierung (UBM) (70) ausgebildet ist, wobei der Bondhügel (85) an seinem mit der lötfähigen Metallisierung (UBM) (70) in Kontakt stehenden Ende einen maximalen Durchmesser aufweist und sich der Durchmesser des Bondhügels in einer Höhenrichtung des Bondhügels (85) weg von der lötfähigen Metallisierung (UBM) (70) über die gesamte Höhe des Bondhügels (85) kontinuierlich verringert, wobeiein Endabschnitt einer Grenze zwischen der lötfähigen Metallisierung (UBM) (70) und dem Bondhügel (85) mit einer Innenwand des Öffnungsabschnitts in der isolierenden Deckschicht (30) über eine gesamte Umfangsrichtung der Innenwand in Kontakt steht,wobei der maximale Durchmesser des Bondhügels (85) gleich dem Durchmesser der Öffnung (35) ist.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anschlussstruktur sowie ein Halbleiterelement und ein Modulsubstrat mit einer solchen Anschlussstruktur.
  • VERWANDTER STAND DER TECHNIK
  • Auf dem Gebiet der hochentwickelten Halbleiter, wie zum Beispiel CPUs (Zentrale Verarbeitungseinheiten), die mit hoher Dichte integriert werden, vollzieht sich derzeit ein Übergang von einem Verkapselungsverfahren unter Verwendung von Bonddrähten als einer Allzwecktechnik zu einem Flipchip-Verkapselungsverfahren, wobei Bondhügel, die Lot oder dergleichen umfassen, auf Chip-Elektroden mit einem geringen Abstand ausgebildet und direkt an ein Substrat gebondet werden. Zum Beispiel sind Verfahren zum Ausbilden von Bondhügeln auf Elektroden auf einem Basismaterial in JP 2001 - 85 456 A und JP 2002-203868 A offenbart.
  • EP 2 629 323 A1 zeigt ein elektrisches Bauelement, das einen kuppelförmigen Bondhügel aufweist, der auf einer Under Bump Metallisierung angeordnet ist. Ferner zeigt jedes der Dokumente JP 2002 299 366 A , US 2011/0189848 A1 , US 6 538 323 B1 und US 2010/0 200 271 A1 eine Anschlussstruktur für ein elektrisches Bauelement.
  • Ein allgemeines Verfahren zum Ausbilden von Bondhügeln auf Elektroden ist in 1 gezeigt. In diesem Verfahren wird zuerst, wie in 1 (a) gezeigt, ein Substrat, in dem externe Elektroden 20, eine Passivierungsschicht (isolierende Deckschicht) 30 und eine Keimschicht 40 auf einem Basismaterial 10 ausgebildet werden, hergestellt. Als nächstes wird ein Trockenfilm 100 dergestalt ausgebildet, dass er einen Teil der Keimschicht bedeckt, und eine elektrolytische Plattierung wird in der Reihenfolge elektrolytische Vernickelung und elektrolytische Lotplattierung ausgeführt, um lötfähige Metallisierungen (UBM) 50 und Lotplattierungsschichten 60 auszubilden ( 1(b)). Dann wird der Trockenfilm abgelöst, und die überflüssige Keimschicht wird weggeätzt (1(c)). Dann werden Bondhügel 65 ausgebildet, indem das gesamte Substrat in einen Rückschmelzofen eingebracht und erwärmt wird ( 1(d)).
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Wenn jedoch Bondhügel auf diese Weise durch das herkömmliche Verfahren ausgebildet werden, so besteht die Tendenz, dass die Bondhügelabschnitte mit geringerer Wahrscheinlichkeit ausreichend fest sind. Zum Beispiel lösen sich die Bondhügel leicht von den Elektroden und dergleichen.
  • Dementsprechend basiert die vorliegende Erfindung auf solchen Umständen, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anschlussstruktur mit ausgezeichneter Festigkeit eines Bondhügelabschnitts sowie ein Halbleiterelement und ein Modulsubstrat mit dieser Anschlussstruktur bereitzustellen.
  • Um die oben genannte Aufgabe zu erfüllen, umfasst die Anschlussstruktur der vorliegenden Erfindung Folgendes: ein Basismaterial; eine Elektrode, die auf dem Basismaterial ausgebildet ist; eine isolierende Deckschicht, die auf dem Basismaterial und auf der Elektrode ausgebildet ist und eine Öffnung aufweist, die mindestens einen Teil der Elektrode frei legt; eine Ni-haltige lötfähige Metallisierung (UBM), die in einer Region in der Öffnung auf der Elektrode so ausgebildet ist, dass sich eine Oberseite der Metallschicht an einer Position unterhalb einer Oberseite der isolierenden Deckschicht in einem Umfangsrandabschnitt der Öffnung befindet; und einen kuppelförmigen Sn- und Ti-haltigen Bondhügel, der in einer Region in der Öffnung auf der lötfähigen Metallisierung (UBM) ausgebildet ist, wobei ein Endabschnitt einer Grenze zwischen der lötfähigen Metallisierung (UBM) und dem Bondhügel mit einer Innenwand des Öffnungsabschnitts in der isolierenden Deckschicht in Kontakt steht.
  • Ein Bondhügel, der durch ein herkömmliches Verfahren ausgebildet wird, befindet sich zum Beispiel in einem Zustand, in dem der gesamte Bondhügel nach oben hervorragt, wie in 1(d) gezeigt, und im Zuge der durch die Autoren der vorliegenden Erfindung durchgeführten Untersuchungen hat sich herausgestellt, dass, wenn der Endabschnitt der Grenzfläche zwischen dem Bondhügel und einer weiteren Struktur (der lötfähigen Metallisierung (UBM) 50 in 1) nach außerhalb des Öffnungsabschnitts in der isolierenden Deckschicht freiliegt, ein Ablösen des Bondhügels und dergleichen wahrscheinlich wird, wobei der Abschnitt zu dem Punkt wird, von dem der Bruch ausgeht.
  • Andererseits wird in der Anschlussstruktur der vorliegenden Erfindung der Bondhügel in der Region in der Öffnung in der isolierenden Deckschicht ausgebildet, und die Innenwand dieser Öffnung steht mit dem Endabschnitt der Grenze zwischen dem Bondhügel und der lötfähigen Metallisierung (UBM) in mindestens einem Teil in Kontakt. Somit wird ein Zustand bereitgestellt, in dem der Endabschnitt der Grenzfläche zwischen dem Bondhügel und der lötfähigen Metallisierung (UBM) durch die Innenwand blockiert wird und in mindestens einem Teil nicht nach außen freiliegt. Somit ist es weniger wahrscheinlich, dass der Endabschnitt der Grenzfläche zwischen dem Bondhügel und der lötfähigen Metallisierung (UBM) zu einem Ausgangspunkt für ein Brechen wird, wie es im Stand der Technik der Fall ist, und infolgedessen wird eine ausgezeichnete Festigkeit des Bondhügelabschnitts erhalten.
  • Des Weiteren befindet sich in der Anschlussstruktur der vorliegenden Erfindung die oberste Fläche der lötfähigen Metallisierung (UBM) in einer Position unterhalb der Oberfläche der isolierenden Deckschicht, und der Bondhügel ist auf dieser lötfähigen Metallisierung (UBM) angeordnet. Somit kann gemäß der Anschlussstruktur der vorliegenden Erfindung die Höhe des Bondhügels niedriger ausgelegt werden als eine herkömmliche Anschlussstruktur, bei der eine lötfähige Metallisierung (UBM) höher ausgebildet ist als eine isolierende Deckschicht (siehe 1(d)), und darum wird es außerdem möglich, das Profil einer solchen Anschlussstruktur und eines Halbleiterelements, das diese Anschlussstruktur umfasst, zu verkleinern.
  • In der oben beschriebenen Anschlussstruktur der vorliegenden Erfindung kann der Endabschnitt der Grenze zwischen der lötfähigen Metallisierung (UBM) und dem Bondhügel mit der Innenwand über eine gesamte Umfangsrichtung der Innenwand in Kontakt stehen. In diesem Fall liegt der Endabschnitt der Grenzfläche zwischen dem Bondhügel und der lötfähigen Metallisierung (UBM) überhaupt nicht nach außerhalb frei, und darum kann auf einfache Weise eine höhere Festigkeit des Bondhügelabschnitts erreicht werden.
  • Des Weiteren stellt die vorliegende Erfindung ein Halbleiterelement und ein Modulsubstrat bereit, das die oben beschriebene Anschlussstruktur der vorliegenden Erfindung umfasst. Ein solches Halbleiterelement und Modulsubstrat umfassen die oben beschriebene Anschlussstruktur und brechen darum seltener in dem Bondhügelabschnitt und haben eine ausgezeichnete Festigkeit.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird es möglich, eine Anschlussstruktur, die eine ausgezeichnete Festigkeit im Bondhügelabschnitt aufweist und deren Profil verkleinert werden kann, sowie ein Halbleiterelement und ein Modulsubstrat mit dieser Anschlussstruktur bereitzustellen.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine Ansicht, die ein allgemeines Verfahren zum Ausbilden von Bondhügeln auf Elektroden zeigt;
    • 2 ist eine Ansicht, die schematisch die Querschnittskonfiguration einer Anschlussstruktur gemäß einer bevorzugten Ausführungsform zeigt;
    • 3 ist eine Ansicht, die die Querschnittskonfiguration eines Abschnitts vergrößert und schematisch zeigt, in dem eine Innenwand W mit dem Endabschnitt der Grenze zwischen einer lötfähigen Metallisierung (UBM) 70 und einem Bondhügel 85 in Kontakt steht; und
    • 4 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch einen bevorzugten Schritt zum Bilden einer Anschlussstruktur gemäß dieser Ausführungsform zeigt.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in einigen Fällen unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen sind gleiche oder äquivalente Elemente mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet, und auf eine wiederholte Beschreibung wird verzichtet. Des Weiteren basieren alle Beschreibungen von oben, unten, links, rechts und dergleichen auf den Zeichnungen.
  • [Anschlussstruktur]
  • Zuerst wird eine Anschlussstruktur gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben. 2 ist eine Ansicht, die schematisch die Querschnittskonfiguration der Anschlussstruktur gemäß der bevorzugten Ausführungsform zeigt.
  • Wie in 2 gezeigt, umfasst eine Anschlussstruktur 1 ein Basismaterial 10, externe Elektroden 20, die auf dem Basismaterial 10 ausgebildet sind, eine isolierende Deckschicht 30, die auf dem Basismaterial 10 und den externen Elektroden 20 ausgebildet ist, lötfähige Metallisierungen (UBM) (im Weiteren als „UBM-Schichten“ bezeichnet) 70, die auf den externen Elektroden 20 ausgebildet sind, und kuppelförmige Bondhügel 85, die auf den UBM-Schichten 70 ausgebildet sind.
  • Das Basismaterial 10 ist ein isolierendes Basismaterial. Zu Beispielen eines solchen isolierenden Basismaterials gehören Siliziumsubstrate und organische Substrate. Die externe Elektrode 20 ist zum Beispiel ein Abschnitt, der ein Anschluss zum Herstellen einer Verbindung zu einem weiteren Element in einer vorgegebenen Schaltkreisstruktur, die auf dem Basismaterial 10 angeordnet ist, ist. Diese externe Elektrode 20 besteht aus einem bekannten Material, das eine Schaltkreisstruktur und einen Abschnitt, der ein Anschluss ist, darstellen kann. Die externe Elektrode 20 umfasst zum Beispiel Cu, eine Cu-Legierung, Al oder eine Al-Legierung.
  • Für die Dicke der externen Elektrode 20 und den Abstand der externen Elektroden 20 (Beabstandung der Anordnung; die Entfernung zwischen den Mitten benachbarter externer Elektroden 20 (Pe in 4(a))) gelten keine besonderen Einschränkungen und können zum Beispiel auf 1 bis 30 µm bzw. 10 bis 500 µm eingestellt werden. Durch Einstellen einer solchen Dicke und eines solchen Abstands wird das Ausbilden der externen Elektroden 20 einfach, und außerdem wird es möglich, die Bondhügel näher beieinander anzuordnen, das heißt, den Abstand der Bondhügel zu verringern. Wenn das Verringern des Abstands der Bondhügel in der Anschlussstruktur 1 möglich wird, so wird die Miniaturisierung eines Halbleiterbauelements und eines elektronischen Bauelements, das unter Verwendung dieser Anschlussstruktur 1 hergestellt wird, möglich.
  • Die isolierende Deckschicht 30 ist so angeordnet, dass sie das gesamte Basismaterial 10 und die nähere Umgebung der Umfangsrandabschnitte der externen Elektroden 20 bedeckt, und hat Öffnungen 35, so dass Teile der externen Elektroden 20 freiliegen. Die isolierende Deckschicht 30 wird somit im Grunde so bereitgestellt, dass das gesamte Basismaterial 10 und die externen Elektroden 20 in anderen Abschnitten als den Öffnungen 35 bedeckt werden. Oder anders ausgedrückt: Da die isolierende Deckschicht 30 andere Regionen als die Abschnitte bedeckt, die die Anschlüsse der Schaltkreisstruktur sein sollen, die auf dem Basismaterial 10 (den externen Elektroden 20) angeordnet ist, kann die Isolierung der Schaltkreisstruktur an anderen Stellen als diesen Abschnitten, die die Anschlüsse von außerhalb sein sollen, verbessert werden.
  • Für die isolierende Deckschicht 30 bestehen keine besonderen Einschränkungen, solange sie aus einem isolierenden Material besteht, das das Basismaterial 10 und die externen Elektroden 20 vor Korrosion aufgrund von Feuchtigkeit und dergleichen schützen kann. Zu Beispielen der isolierenden Deckschicht 30 gehören solche, die Polyimid, SiN und dergleichen umfasst.
  • Für die planare Form (die Form in der Draufsicht) der Öffnung 35 in der isolierenden Deckschicht 30 bestehen keine besonderen Einschränkungen, und zu Beispielen gehören verschiedene Formen wie zum Beispiel Kreise und Polygone. Des Weiteren werden die UBM-Schicht 70 und der Bondhügel 85 in der Öffnung 35 ausgebildet und können darum eine planare Form ähnlich derjenigen der Öffnung 35 haben. In dieser Ausführungsform werden die Öffnung 35, die UBM-Schicht 70 und der Bondhügel 85 als mit einer kreisförmigen planaren Form beschrieben, obgleich es nicht gezeigt ist. Es ist zu beachten, dass, wenn die planare Form der Öffnung 35 ein Polygon ist, der Durchmesser der Öffnung 35 und dergleichen beispielsweise eine maximale Länge einer Schnittlinie zwischen einer Ebene des Polygons und einer Ebene senkrecht zu der Ebene des Polygons betragen kann, die eine Linie enthält, die im Wesentlichen durch die Mitte des Polygons verläuft.
  • Für die Dicke der isolierenden Deckschicht 30, den Durchmesser der Öffnung 35 (Lo in 4(a)) und die Entfernung zwischen benachbarten Öffnungen 35 (Po in 4(a)) gelten keine besonderen Einschränkungen und kann auf 0,1 bis 50 µm, 3 bis 150 µm bzw. 5 bis 350 µm eingestellt werden. Die Dicke der isolierenden Deckschicht 30 bezieht sich auf die Entfernung von der Oberfläche der Schicht (das Basismaterial 10 oder die externe Elektrode 20 in 2), auf der die isolierende Deckschicht 30 ausgebildet ist, zur Oberseite der isolierenden Deckschicht 30. Wenn es Variationen in dieser Dicke gibt, so ist es bevorzugt, dass der kleinste Wert den oben genannten Bereich erfüllt.
  • Die UBM-Schicht 70 wird so angeordnet, dass sie die Öffnung 35 in der isolierenden Deckschicht 30 ausfüllt. Des Weiteren wird diese UBM-Schicht 70 so ausgebildet, dass sich ihre Oberseite in einer Position unterhalb der Oberseite der isolierenden Deckschicht 30 in dem Umfangsrandabschnitt der Öffnung 35 (das heißt, auf der Seite des Basismaterials 10) befindet. Oder anders ausgedrückt: Die Oberseite der UBM-Schicht 70 befindet sich in einer Position unterhalb einer virtuellen Ebene, die durch Verbinden der Oberseitenabschnitte der isolierenden Deckschicht 30 in dem Umfangsrandabschnitt der Öffnung 35 miteinander gebildet wird. Somit befindet sich die Innenwand W der Öffnung 35 in der isolierenden Deckschicht 30 in einem Zustand, in dem die Region auf der Oberseite nicht mit der UBM-Schicht 70 bedeckt ist.
  • In der UBM-Schicht 70 und der isolierenden Deckschicht 30 verlaufen deren Oberseiten möglicherweise nicht immer parallel zur Oberfläche des Basismaterials 10, weil sich die Dicke allmählich ändert, und dergleichen. In diesem Fall, wenn die Höhe des höchsten Abschnitts der Oberseite der UBM-Schicht 70 kleiner ist als die Höhe des untersten Abschnitts der isolierenden Deckschicht 30 in dem Umfangsrandabschnitt der Öffnung 35 relativ zu der Oberfläche der externen Elektrode 20, kann man sagen, dass dieser Fall die oben beschriebene Bedingung erfüllt.
  • Die Höhe der Oberseite der UBM-Schicht 70 beträgt bevorzugt maximal 90 % der Höhe der isolierenden Deckschicht 30 in dem Umfangsrandabschnitt der Öffnung 35 relativ zur Oberfläche der externen Elektrode 20. Wenn es Variationen in der Höhe der Oberseite der UBM-Schicht 70 und der Höhe der isolierenden Deckschicht 30 in dem Umfangsrandabschnitt der Öffnung 35 gibt, das heißt, wenn die Oberseite der UBM-Schicht 70 und die Oberseite der isolierenden Deckschicht 30 in dem Umfangsrandabschnitt der Öffnung 35 nicht parallel zur Oberfläche des Basismaterials 10 verlaufen, so ist es bevorzugt, dass der größte Wert der Höhe der Oberseite der UBM-Schicht 70 die oben genannte Bedingung relativ zu dem kleinsten Wert der Höhe der isolierenden Deckschicht 30 in dem Umfangsrandabschnitt der Öffnung 35 erfüllt. Somit liegt der Endabschnitt der Grenzfläche (Grenze) zwischen dem Bondhügel 85 und der UBM-Schicht 70 zuverlässig in der Öffnung in der isolierenden Deckschicht 30, und darum kann der Effekt erzielt werden, dass das Brechen des Bondhügelabschnitts noch weniger wahrscheinlich wird.
  • Die UBM-Schicht 70 ist in der Region in der Öffnung 35 in der isolierenden Deckschicht 30 auf der externen Elektrode 20 angeordnet. Somit ist der Durchmesser der UBM-Schicht 70 der gleiche wie der Durchmesser Lo der Öffnung 35 in der isolierenden Deckschicht 30. Des Weiteren ist auch die Entfernung zwischen benachbarten UBM-Schichten 70 die gleiche wie die Entfernung Po zwischen benachbarten Öffnungen 35.
  • Die UBM-Schicht 70 ist eine Ni-haltige Schicht und kann eine Ni- und P-haltige Schicht sein, um zu verhindern, dass das Metall, das den Bondhügel bildet, in die externe Elektrode diffundiert. Wenn die UBM-Schicht 70 5 bis 15 Massen-% P zusätzlich zu Ni enthält, so wird sie auf einfache Weise zu einer Schicht, in der die Flexibilität hoch ist und die Spannungen gering sind. Die UBM-Schicht 70, die P in einem solchen Anteil enthält, kann zum Beispiel durch chemische Vernickelung, wie unten beschrieben, ausgebildet werden. Die UBM-Schicht 70 kann des Weiteren S und dergleichen zusätzlich zu Ni und P enthalten.
  • Der Bondhügel 85 hat eine Form, bei der die Oberseite des Bondhügels 85 eine gekrümmte Fläche ist, die in Richtung der Oberseite gekrümmt ist, das heißt, eine Kuppelform. Der Bondhügel 85 kann eine Form haben, bei der sich der Durchmesser in der Richtung senkrecht zur Höhenrichtung des Bondhügels 85 allmählich in Richtung der Oberseite verringert. Somit ist es weniger wahrscheinlich, dass benachbarte Bondhügel 85 miteinander in Kontakt kommen, selbst wenn sie nahe beieinander liegen, wodurch eine Verkleinerung des Abstands der Bondhügel einfach wird.
  • Des Weiteren wird der Bondhügel 85 in der Region in der Öffnung 35 in der isolierenden Deckschicht 30 auf der UBM-Schicht 70 ausgebildet. Dass der Bondhügel 85 in der Region in der Öffnung 35 ausgebildet wird, meint hier einen Zustand, in dem der Bondhügel 85 an keiner Höhenposition des Bondhügels 85 nach außerhalb der Region der Öffnung 35 heraussteht. Wenn der Bondhügel 85 in dieser Weise in der Region in der Öffnung 35 ausgebildet wird, so wird außerdem das Verringern des Abstands der Bondhügel 85 einfach.
  • Die Höhe des Bondhügels 85 kann auf 5 bis 50 µm relativ zur Oberfläche der externen Elektrode 20 eingestellt werden, um den Bondhügel 85 in einen ausreichenden und zweckmäßigen Kontakt mit einem Verbindungsanschluss in dem Gehäuse zu bringen. Des Weiteren kann die Beabstandung zwischen benachbarten Bondhügeln 85 auf die gleiche Entfernung eingestellt werden wie die Entfernung Po zwischen benachbarten Öffnungen 35, weil der Bondhügel 85 in der Region in der Öffnung 35 ausgebildet wird. Des Weiteren ist der maximale Durchmesser des Bondhügels 85 mindestens gleich dem Durchmesser Lo der Öffnung 35, weil der Bondhügel in der Region in der Öffnung 35 ausgebildet wird.
  • Der Bondhügel 85 hat eine Zusammensetzung, die Sn und Ti enthält. Wenn der Bondhügel 85 also Ti zusätzlich zu Sn enthält, so wird es möglich zu verhindern, dass die einzelnen Metalle des Bondhügels 85 in die UBM-Schicht 70 diffundieren. Des Weiteren kann der Bondhügel 85 außerdem P, S und dergleichen außer Sn und Ti enthalten. Ein Beispiel einer bevorzugten Zusammensetzung des Bondhügels 85 ist eine Zusammensetzung, die insgesamt 1 bis 100 ppm Ti und 1 bis 10 ppm anderer Elemente enthält; der Rest ist Sn. Der Bondhügel 85 hat bevorzugt eine Zusammensetzung, die im Wesentlichen kein Au, Ag oder Cu enthält. Der Bondhügel 85, der diese Metalle enthält, kann spröder sein als einer, der diese Metalle nicht enthält, und indem eine Zusammensetzung bereitgestellt wird, die im Wesentlichen kein Au, Ag oder Cu enthält, kann somit im Allgemeinen ein Bondhügel 85 mit höherer Festigkeit auf einfache Weise erhalten werden. Eine „Zusammensetzung, die im Wesentlichen kein Au, Ag oder Cu enthält“, ist eine Zusammensetzung, die ohne absichtliche Beigabe dieser Elemente zum Zeitpunkt des Ausbildens des Bondhügels 85 erhalten wird. Wenn also geringe Mengen dieser Elemente zwangsläufig während der Herstellung mit eingemischt werden, so kann die Zusammensetzung als eine „Zusammensetzung, die im Wesentlichen kein Au, Ag oder Cu enthält“, angesehen werden.
  • Die Anschlussstruktur 1 hat in dieser Ausführungsform einen Abschnitt, in dem die Innenwand W der Öffnung 35 in der isolierenden Deckschicht 30 (das heißt, die Endfläche, die auf der Seite der Öffnung 35 der isolierenden Deckschicht 30 freiliegt) in Kontakt mit dem Endabschnitt A der Grenze zwischen der UBM-Schicht 70 und dem Bondhügel 85 steht. 3 ist eine Ansicht, die die Querschnittskonfiguration eines Abschnitts schematisch vergrößert und zeigt, in dem die Innenwand W in Kontakt mit dem Endabschnitt der Grenze zwischen der UBM-Schicht 70 und dem Bondhügel 85 steht. Die in dieser 3 gezeigte Region entspricht der Region, die in 2 mit T bezeichnet ist.
  • In der Anschlussstruktur 1 sollte ein solcher Abschnitt, in dem die Innenwand W mit dem Endabschnitt A der Grenze zwischen der UBM-Schicht 70 und dem Bondhügel 85 in Kontakt steht, in mindestens einem Teil ausgebildet werden, und ein Abschnitt, in dem diese nicht in Kontakt miteinander stehen, kann aufgenommen werden. Jedoch ist es vom Standpunkt des effektiven Reduzierens des Ablösens des Bondhügels 85 und dergleichen bevorzugt, dass ein Abschnitt, in dem die Innenwand W in Kontakt mit dem Endabschnitt A der Grenze zwischen der UBM-Schicht 70 und dem Bondhügel 85 steht, über der gesamten Umfangsrichtung der Innenwand W der Öffnung 35 ausgebildet wird.
  • Von der UBM-Schicht 70 und dem Bondhügel 85 sollte mindestens einer in Kontakt mit der Innenwand W stehen, und mindestens einer der UBM-Schicht 70 und des Bondhügels 85 kann mit einem bestimmten Dickegrad mit der Innenwand W in Kontakt stehen. Speziell dann, wenn die UBM-Schicht 70 mit einem bestimmten Dickegrad in Kontakt mit der Innenwand W steht, lässt sich die Diffusion der einzelnen Metalle des Bondhügels 85 in die externe Elektrode 20 auf einfache Weise unterdrücken.
  • [Verfahren zur Herstellung der Anschlussstruktur]
  • Als nächstes wird eine bevorzugte Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung einer Anschlussstruktur mit der oben beschriebenen Konfiguration beschrieben.
  • 4 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch einen bevorzugten Schritt zum Bilden einer Anschlussstruktur gemäß dieser Ausführungsform zeigt. Zuerst werden, wie in 4(a) gezeigt, externe Elektroden 20 und die isolierende Deckschicht 30 auf einem Basismaterial 10 mittels eines bekannten Verfahrens ausgebildet. Zu diesem Zeitpunkt werden die Dicke und der Abstand Pe der externen Elektroden 20, die Dicke der isolierenden Deckschicht 30, der Durchmesser Lo der Öffnung 35 und die Beabstandung Po zwischen den Öffnungen 35 jeweils auf die oben beschriebenen Bereiche justiert.
  • Dann werden, wie in 4(b) gezeigt, die Ni-haltigen UBM-Schichten 70 in der Region in den Öffnungen 35 in der isolierenden Deckschicht 30 auf den Oberflächen der externen Elektroden 20 ausgebildet, nachdem je nach Bedarf bekannte Vorbehandlungen auf den Oberflächen der externen Elektroden 20, die in den Öffnungen 35 in der isolierenden Deckschicht 30 freiliegen, ausgeführt wurden. Zu Beispielen der oben beschriebenen Vorbehandlungen gehören Entfetten, Beizen und Aktivieren in Fällen, wo die externen Elektroden 20 Cu oder eine Cu-Legierung umfassen. Des Weiteren gehören zu Beispielen der oben beschriebenen Vorbehandlungen Entfetten, Beizen und Zinkatieren in Fällen, wo die externen Elektroden Al oder eine Al-Legierung umfassen. Reihenfolge und Anzahl der Schritte dieser Vorbehandlungen können an den jeweiligen Bedarf angepasst werden.
  • Zu Beispielen des Verfahrens zum Ausbilden der UBM-Schichten 70 gehört ein Verfahren der chemischen Vernickelung. Die chemische Vernickelung kann zum Beispiel unter Verwendung einer Plattierungslösung ausgeführt werden, die ein Nickelsalz, einen Komplexbildner, ein Reduktionsmittel und dergleichen enthält. Vom Standpunkt des Verbesserns der Verarbeitungsfähigkeit (Badstabilität und Abscheidungsrate) der chemischen Vernickelung ist es bevorzugt, eine Plattierungslösung zu verwenden, die Hypophosphorsäure als ein Reduktionsmittel enthält.
  • Als nächstes werden, wie in 4(c) gezeigt, Verzinnungsschichten 80 auf den UBM-Schichten 70 ausgebildet. Somit wird ein Vorläufersubstrat 12 zum Erhalten der gewünschten Anschlussstruktur 1 erhalten. Die Verzinnungsschichten 80 können zum Beispiel durch reduktive chemische Verzinnung ausgebildet werden. Die Einzelheiten eines bevorzugten Aspekts der reduktiven chemischen Verzinnung werden nun beschrieben.
  • Die Verzinnungsschichten 80 können so ausgebildet werden, dass sie nicht nur die UBM-Schichten 70 bedecken, sondern auch die Umfangsränder der Öffnungen 35 in der isolierenden Deckschicht 30, wie in 4(c) gezeigt. Jedoch ist es notwendig, dass die Verzinnungsschichten 80 so ausgebildet werden, dass Bondhügel 85, die durch die Verzinnungsschichten 80 gebildet werden, die oben beschriebene Bedingung erfüllen können, das heißt die Bedingung, dass die Bondhügel 85 in den Regionen der Öffnungen 35 ausgebildet werden und mindestens Teile der Außenumfangsränder der Bondhügel 85 in Kontakt mit den Innenwänden W der Öffnungen 35 stehen. Zu diesem Zweck ist es bevorzugt, dass die Verzinnungsschichten 80 so angeordnet werden, dass ihre Außenumfangsränder mit den Öffnungen 35 in der isolierenden Deckschicht 30 übereinstimmen, oder so angeordnet werden, dass Bereiche von maximal 10 µm außerhalb der Öffnungen 35 in der isolierenden Deckschicht 30 bedeckt werden. Des Weiteren wird die Höhe der Verzinnungsschicht 80 relativ zur Oberfläche der externen Elektrode 20 (Hb0 in 4(c)) bevorzugt auf 5 bis 40 µm eingestellt.
  • Im Zuge der durch die Autoren der vorliegenden Erfindung durchgeführten Untersuchungen hat sich herausgestellt, dass die Anschlussstruktur 1 in dieser Ausführungsform besonders einfach zu implementieren ist, indem solche Verzinnungsschichten 80 durch reduktive chemische Verzinnung gebildet werden. Oder anders ausgedrückt: Wenn das Vorläufersubstrat 12 zum Erhalten der Anschlussstruktur 1 in dieser Ausführungsform hergestellt wird, so können die Verzinnungsschichten 80 durch reduktive chemische Verzinnung ausgebildet werden, und darum ist es nicht notwendig, zuvor eine Keimschicht zu bilden, was notwendig ist, wenn eine herkömmliche elektrolytische Lotplattierung ausgeführt wird. Somit können zum Zeitpunkt des Ausbildens der UBM-Schichten 70, wie in 4(b) gezeigt, die UBM-Schichten 70 in freiliegenden Abschnitten auf den externen Elektroden 20 ausgebildet werden, das heißt nur in den Regionen in den Öffnungen 35 in der isolierenden Deckschicht 30, ohne dass eine Keimschicht dazwischen liegt, und die Außenseiten der Öffnungen 35 werden nicht mit den UBM-Schichten 70 bedeckt. Dann verformen sich die Verzinnungsschichten 80, die auf den UBM-Schichten 70 durch reduktive chemische Verzinnung ausgebildet werden, so, dass sie auf den UBM-Schichten 70, die nur in den Regionen der Öffnungen 35 ausgebildet werden, aufgrund der Oberflächenspannung der Verzinnungsschichten 80 und ihrer Affinität für Metalle agglomerieren, wenn die Verzinnungsschichten 80 durch Hochtemperaturbehandlung, wie unten beschrieben, geschmolzen werden; und die Verzinnungsschichten 80 können durch anschließendes Abschrecken und Verfestigen zu den Bondhügeln 85 werden, wobei die Form der Verzinnungsschichten 80 beibehalten bleibt. Somit werden die Grenzen zwischen den Bondhügeln 85 und den UBM-Schichten 70 nur in den Regionen der Öffnungen 35, wie den UBM-Schichten 70, ausgebildet, und infolgedessen stehen die Endabschnitte der Grenzen zwischen den Bondhügeln 85 und den UBM-Schichten 70 in Kontakt mit den Innenwänden W der Öffnungen 35.
  • Andererseits ist es, wie in 1 gezeigt, in einem Vorläufersubstrat, das mit einer herkömmlichen Technik ausgebildet wird, notwendig, vorher die Keimschicht 40 auszubilden, um eine elektrolytische Lotplattierung auszuführen, und darum werden die UBM-Schichten 50 auf der Keimschicht 40 ausgebildet (1(b)). In diesem Fall werden die UBM-Schichten 50 auf den gesamten Oberflächen der freiliegenden Abschnitte der Keimschicht 40 ausgebildet, und werden darum so ausgebildet, dass sie nicht nur das Innere der Öffnungen in der isolierenden Deckschicht 30 auf den externen Elektroden 20 bedecken, sondern auch die Umfangsränder dieser Öffnungen. Wenn dann die Verzinnungsschichten 60 durch die Hochtemperaturbehandlung einen schmelzflüssigen Zustand erreichen, so agglomerieren die Lotplattierungsschichten 60 auf den UBM-Schichten 50 und bedecken darum Regionen außerhalb der Öffnungen in der isolierenden Deckschicht 30. Infolgedessen liegen die Endabschnitte der Grenzen zwischen den Bondhügeln 65 und den UBM-Schichten 50 in den Regionen außerhalb der Öffnungen frei. Auf diese Weise wird in dem herkömmlichen Verfahren keine Anschlussstruktur wie in dieser Ausführungsform erhalten.
  • Es wird nun eine reduktive chemische Verzinnung beschrieben, die für das Ausbilden der Verzinnungsschichten 80 bevorzugt ist.
  • Die reduktive chemische Verzinnung kann zum Beispiel unter Verwendung einer reduktiven chemischen Verzinnungslösung ausgeführt werden, die eine Zinnverbindung, einen organischen Komplexbildner, eine organische Schwefelverbindung, ein Antioxidationsmittel und eine Titanverbindung als ein Reduktionsmittel enthält. Durch bevorzugtes Auswählen der Art und Konzentration dieser Bestandteile der reduktiven chemischen Verzinnungslösung ist es möglich, die Verzinnungsschichten 80 stabil auf den UBM-Schichten 70 abzuscheiden. Die Einzelheiten werden unten gezeigt, aber die Art, die Konzentration und der Mechanismus sind nicht auf das unten Dargelegte beschränkt.
  • Für die Zinnverbindung, die in der Plattierungslösung für eine reduktive chemische Verzinnung enthalten ist, bestehen keine besonderen Einschränkungen, solange sie eine Zinnquelle ist, wobei eines oder zwei oder mehr aus folgender Gruppe bevorzugt sind: anorganische Säuresalze, Carboxylate, Alkansulfonate, Alkanolsulfonate und Hydroxide von Zinn und Metazinnsäure. Eine dieser wasserlöslichen Zinnverbindungen kann verwendet werden, oder zwei oder mehr dieser wasserlöslichen Zinnverbindungen können vermischt und verwendet werden.
  • Die Wertigkeit (Oxidationszahl) von Zinn in der Zinnverbindung kann entweder zweiwertig oder vierwertig sein. Jedoch kann vom Standpunkt einer guten Abscheidungsrate die Wertigkeit von Zinn zweiwertig sein. Oder anders ausgedrückt: Zinn(II)-Verbindungen sind bevorzugt.
  • Für den Gehalt der Zinnverbindung in der reduktiven chemischen Verzinnungslösung bestehen keine besonderen Einschränkungen; er beträgt bevorzugt 0,5 g/l bis 100 g/l, besonders bevorzugt 5 g/l bis 30 g/l und ganz besonders bevorzugt 7 g/l bis 15 g/l als metallisches Zinn auf der Basis der gesamten Plattierungslösung. Wenn der Gehalt des metallischen Zinns in der reduktiven chemischen Verzinnungslösung 0,5 g/l oder mehr beträgt, so ist es möglich, die Abscheidungsrate von Zinnbeschichtungen auf ein praktikables Niveau zu erhöhen. Wenn des Weiteren der Gehalt des metallischen Zinns in der reduktiven chemischen Verzinnungslösung maximal 100 g/l beträgt, so lässt sich die Zinnverbindung als eine Zinnquelle problemlos auflösen.
  • Für den organischen Komplexbildner bestehen keine besonderen Einschränkungen, und es können Phosphonsäureverbindungen verwendet werden, die Phosphor enthalten, dessen Oxidationszahl dreiwertig ist, wie zum Beispiel organische Phosphonsäureverbindungen. Zu Beispielen eines solchen organischen Komplexbildners gehören Aminogruppen-haltige Methylen-Phosphonsäuren wie zum Beispiel Nitril-Trimethylen-Phosphonsäure, Ethylen-Diamin-Tetramethylen-Phosphonsäure, Diethylen-Triaminpentamethylen-Phosphonsäure, HexamethylenDiamin-Tetramethylen-Phosphonsäure und Hexamethylen-Triaminpentamethylen-Phosphonsäure; Hydroxylgruppen-haltige Phosphonsäuren wie zum Beispiel 1-Hydroxyethyliden-1,1-Diphosphonsäure; Benzen-Phosphonsäuren wie zum Beispiel 3-Methoxybenzen-Phosphonsäure; Benzyl-Phosphonsäuren wie zum Beispiel 3-Methylbenzyl-Phosphonsäure und 4-Cyanobenzyl-Phosphonsäure; Alkalimetallsalze davon; Erdalkali-Metallsalze davon; und Ammoniumsalze davon. Unter diesen sind Hydroxylgruppen-haltige Phosphonsäuren besonders bevorzugt. Für den organischen Komplexbildner kann eines davon verwendet werden, oder zwei oder mehr davon können gemischt und verwendet werden.
  • Für den Gehalt des organischen Komplexbildners in der reduktiven chemischen Verzinnungslösung bestehen keine besonderen Einschränkungen; er beträgt bevorzugt 1 g/l bis 500 g/l, besonders bevorzugt 10 g/l bis 200 g/l und ganz besonders bevorzugt 50 g/l bis 150 g/l auf der Basis der gesamten reduktiven chemischen Verzinnungslösung. Wenn der Gehalt des organischen Komplexbildners in der reduktiven chemischen Verzinnungslösung 1 g/l oder mehr beträgt, so besitzt der organische Komplexbildner genügend Komplexbildungsvermögen, und darum kann die Plattierungslösung stabilisiert werden, und die Wirkung als ein Komplexbildner kann sich hinreichend entfalten. Wenn des Weiteren der Gehalt maximal 500 g/l beträgt, so lässt sich der organische Komplexbildner einfach in Wasser lösen. Selbst wenn der Gehalt des organischen Komplexbildners auf 500 g/l oder mehr eingestellt wird, ist keine weitere Zunahme der Wirkung als ein Komplexbildner mehr erkennbar; lediglich die Kosten werden unwirtschaftlich.
  • Zu Beispielen der organischen Schwefelverbindung gehören organische Schwefelverbindungen, die aus der Gruppe der Mercaptane und Sulfide ausgewählt sind. „Mercaptane“ sind Verbindungen mit einer Mercapto-Gruppe (-SH) im Molekül. „Sulfide“ sind Verbindungen mit einer Sulfid-Gruppe (-S-) im Molekül. Beispiele einer Gruppe, die an S in den Sulfiden gebunden werden, sind Alkyl-Gruppen, Aryl-Gruppen und Alkanoyl-Gruppen, wie zum Beispiel eine Acetyl-Gruppe (Ethanoyl-Gruppe). Des Weiteren gehören Polysulfide, in denen mehrere „-S-“ direkt gebunden sind, wie zum Beispiel Disulfide und Trisulfide, ebenfalls zu den Sulfiden. Sowohl in den Mercaptanen als auch in den Sulfiden sind die einsamen Paare des S-Atoms aktiv, und darum können sie als ein Katalysator für die Zinnabscheidung auf den UBM-Schichten 70 (auf den Ni-haltigen Beschichtungen) wirken. Infolgedessen wird es möglich, Zinn stabil auf den UBM-Schichten 70 abzuscheiden.
  • Für den Gehalt der organischen Schwefelverbindung in der reduktiven chemischen Verzinnungslösung bestehen keine besonderen Einschränkungen; er beträgt bevorzugt 0,1 ppm bis 100000 ppm, besonders bevorzugt 1 ppm bis 10000 ppm und ganz besonders bevorzugt 5 ppm bis 1000 ppm auf der Basis der gesamten reduktiven chemischen Verzinnungslösung. Wenn der Gehalt der organischen Schwefelverbindung in der reduktiven chemischen Verzinnungslösung 0,1 ppm oder mehr beträgt, so kann eine hinreichende Abscheidungsrate gewährleistet werden. Wenn hingegen der Gehalt maximal 100000 ppm beträgt, so lässt sich die organische Schwefelverbindung einfach in Wasser lösen, so dass eine stabile Plattierungslösung erhalten werden kann.
  • Für das Antioxidationsmittel bestehen keine besonderen Einschränkungen, solange es verhindern kann, dass Zinn, dessen Wertigkeit (Oxidationszahl) zweiwertig ist, zu vierwertigem Zinn oxidiert. Zu Beispielen des Antioxidationsmittels gehören Phosphorsäure-haltige Verbindungen (Hypophosphorsäureverbindungen und Phosphorsäureverbindungen), Hydrazinderivate, Catechol, Hydrochinon, Pyrogallol oder Salze davon. Unter diesen sind Phosphorsäure-haltige Verbindungen bevorzugt, und Phosphorsäureverbindungen sind besonders bevorzugt.
  • Es kann eines dieser Antioxidationsmittel verwendet werden, oder zwei oder mehr dieser Antioxidationsmittel können vermischt und verwendet werden. Durch Beigabe des Antioxidationsmittels kann nicht nur die oben beschriebene Oxidation von Zinn verhindert werden, sondern es kann außerdem einer übermäßigen Oxidation von dreiwertigem Titan, wie unten beschrieben, entgegengewirkt werden. Somit kann eine stabile Plattierungslösung erhalten werden, und es wird möglich, Zinn stabil auf den UBM-Schichten 70 (auf den Ni-haltigen Beschichtungen) abzuscheiden.
  • Für den Gehalt des Antioxidationsmittels in der reduktiven chemischen Verzinnungslösung bestehen keine besonderen Einschränkungen; er beträgt bevorzugt 0,1 g/l bis 100 g/l und besonders bevorzugt 1 g/l bis 80 g/l auf der Basis der gesamten reduktiven chemischen Verzinnungslösung. Wenn der Gehalt des Antioxidationsmittels in der reduktiven chemischen Verzinnungslösung 0,1 g/l oder mehr beträgt, so kann die Wirkung des Antioxidationsmittels hinreichend gewährleistet werden, und wenn der Gehalt maximal 100 g/l beträgt, so kann verhindert werden, dass sich Zinn abnormal in der reduktiven chemischen Verzinnungslösung abscheidet, und darum ist es möglich, eine stabile Verzinnung auszuführen, bei der die Badstabilität gut ist.
  • Für die Titanverbindung bestehen keine besonderen Einschränkungen, solange sie wasserlöslich ist und als ein Reduktionsmittel fungiert. Als die Titanverbindung besitzen zum Beispiel Titanhalide, wie zum Beispiel Titantrichlorid, Titantriiodid und Titantribromid, und Titansulfat eine hohe Plattierungsleistung und sind im Allgemeinen problemlos verfügbar. Die Wertigkeit (Oxidationszahl) von Titan ist bevorzugt dreiwertig. Der Grund dafür ist, dass zweiwertige Titanverbindungen instabil sind und rasch oxidieren und zu vierwertigen Titanverbindungen werden können, und vierwertige Titanverbindungen selbst oxidieren nicht, so dass möglicherweise keine Elektronen zur Verfügung stehen. Es kann eine dieser wasserlöslichen Titanverbindungen verwendet werden, oder zwei oder mehr dieser wasserlöslichen Titanverbindungen können vermischt und verwendet werden. Unter diesen besitzt Titantrichlorid eine hohe Plattierungsleistung und ist im Allgemeinen problemlos verfügbar.
  • Für den Gehalt der Titanverbindung in der reduktiven chemischen Verzinnungslösung bestehen keine besonderen Einschränkungen; er beträgt bevorzugt 0,01 g/l bis 100 g/l, besonders bevorzugt 0,1 g/l bis 20 g/l und ganz besonders bevorzugt 1 g/l bis 10 g/l als metallisches Titan auf der Basis der gesamten reduktiven chemischen Verzinnungslösung. Wenn der Gehalt der Titanverbindung in der reduktiven chemischen Verzinnungslösung 0,01 g/l oder mehr beträgt, so ist es möglich, die Abscheidungsrate von Zinnbeschichtungen auf eine praktikable Geschwindigkeit einzustellen. Wenn des Weiteren der Gehalt der Titanverbindung in der reduktiven chemischen Verzinnungslösung maximal 100 g/l beträgt, so kann verhindert werden, dass sich Zinn abnormal abscheidet, und darum ist es möglich, eine stabile Verzinnung auszuführen, bei der die Badstabilität gut ist.
  • Außer diesen Komponenten können ein Puffer zum Konstanthalten des pH-Wertes der Plattierungslösung, ein oberflächenaktives Mittel zur Beseitigung von Nadellöchern in Verzinnungsbeschichtungen oder zum Steigern des Entschäumungsvermögens der Plattierungslösung, ein Aufheller zum Glätten von Verzinnungsbeschichtungen und dergleichen zweckmäßig in der reduktiven chemischen Verzinnungslösung je nach Erfordernis enthalten sein.
  • Für die Plattierungsbedingungen in der reduktiven chemischen Verzinnung gelten keine besonderen Einschränkungen, und die Temperaturbedingung kann auf 40°C bis 90°C, bevorzugt 50°C bis 80°C eingestellt werden. Des Weiteren kann die Plattierungsdauer auf 30 Sekunden bis 5 Stunden, bevorzugt 1 Minute bis 2 Stunden eingestellt werden.
  • Nachdem die Verzinnungsschichten 80 wie oben beschrieben ausgebildet wurden, wird das Vorläufersubstrat 12 zum Beispiel einer Hochtemperaturbehandlung (Rückschmelze) in einer Stickstoffatmosphäre ausgesetzt, um die Verzinnungsschichten 80 zu schmelzen, und des Weiteren werden die Verzinnungsschichten 80 abgeschreckt und verfestigt, um kuppelförmige Bondhügel 85 auszubilden (4(d)). Auf diese Weise kann die Anschlussstruktur 1 mit der in 2 gezeigten Struktur erhalten werden. Es gibt keine bestimmten Beschränkungen für die Rückschmelzbedingungen und - atmosphäre, aber eine Sauerstoffkonzentration von maximal 1000 ppm, eine Temperatur von 235 bis 300°C und eine Verweilzeit von 5 bis 120 Sekunden sind bevorzugt. Aufgrund der Hochtemperaturbehandlung können die Abschnitte in den Bondhügeln 85 nahe den Grenzen zu den UBM-Schichten 70 aus einer intermetallischen Verbindung bestehen, die Zinn als eine Hauptkomponente (50 Massen-% oder mehr) enthält. In diesem Fall wird diese intermetallische Verbindung, die Zinn als eine Hauptkomponente enthält, auch als Teile angesehen, welche die Bondhügel 85 bilden.
  • [Halbleiterelement]
  • Die Anschlussstruktur 1 mit der oben beschriebenen Konfiguration kann bevorzugt auf ein Halbleiterelement oder dergleichen angewendet werden. Zum Beispiel kann im Fall eines Halbleiterelements als das Basismaterial 10 eines verwendet werden, in dem auf einer Oberfläche oder im Inneren eines Siliziumsubstrats oder dergleichen ein Halbleiterschaltkreis ausgebildet wird. Des Weiteren kann als die externe Elektrode 20 eine verwendet werden, die elektrisch mit einem Halbleiterschaltkreis verbunden ist. Es können Gräben oder Stufen auf der Oberfläche des Siliziumsubstrats oder dergleichen angeordnet werden. In diesem Fall können die externen Elektroden 20 an Stellen ausgebildet werden, die die oben beschriebenen Gräben oder Stufen aufweisen. Oder anders ausgedrückt: Die externen Elektroden 20 können zum Beispiel an den Unterseiten der Gräben (vertiefte Abschnitte), den Oberseiten der Stufen (erhabene Abschnitte) oder den Unterseiten der Stufen (vertiefte Abschnitte) ausgebildet werden. Alternativ können die externen Elektroden 20 auf Oberflächen ausgebildet werden, die allgemein senkrecht zu der Hauptfläche des Siliziumsubstrats oder dergleichen verlaufen. Oder anders ausgedrückt: Die externen Elektroden 20 können zum Beispiel an den Seitenflächen des Siliziumsubstrats oder dergleichen oder den Seitenflächen der Gräben oder der Stufen ausgebildet werden. In einem solchen Halbleiterelement kann die Beabstandung benachbarter Bondhügel verringert werden, und darum ist es möglich, dem Erfordernis der Miniaturisierung von Halbleiterbauelementen hinreichend gerecht zu werden.
  • [Modulsubstrat]
  • Des Weiteren kann die Anschlussstruktur 1 mit der oben beschriebenen Konfiguration außerdem bevorzugt auf ein Modulsubstrat oder dergleichen angewendet werden, in dem ein Halbleiterelement oder dergleichen montiert ist. Zum Beispiel kann im Fall eines Modulsubstrats als das Basismaterial 10 eines verwendet werden, in dem ein Verdrahtungsschaltkreis auf einer Oberfläche oder im Inneren eines organischen Substrats oder dergleichen ausgebildet wird. Des Weiteren kann als die externe Elektrode 20 eine verwendet werden, die elektrisch mit einem Verdrahtungsschaltkreis verbunden ist. In einem solchen Modulsubstrat kann die Beabstandung benachbarter Bondhügel verringert werden, und darum ist es möglich, dem Erfordernis der Miniaturisierung von elektronischen Bauelementen hinreichend gerecht zu werden.
  • [BEISPIELE]
  • Der Inhalt der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden ausführlicher anhand von Beispielen und Vergleichsbeispielen beschrieben, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf die folgenden Beispiele beschränkt.
  • [Beispiel 1]
  • (Herstellung des Basismaterials)
  • Zuerst wurde ein Basismaterial 10 (5 × 5 mm, Dicke 0,6 mm) hergestellt, auf dem externe Elektroden 20 und eine isolierende Deckschicht 30 ausgebildet wurden, wie in 4(a) gezeigt. Das Material des Basismaterials 10, das Material und der Abstand Pe der externen Elektroden 20, das Material und die Höhe (die Höhe von der Oberfläche der externen Elektrode 20) der isolierenden Deckschicht 30 und der Durchmesser Lo einer Öffnung 35 und die Entfernung Po zwischen den Öffnungen 35 in der isolierenden Deckschicht 30 wurden so eingestellt, wie in Tabelle 1 gezeigt. 10 × 10 (Anzahl) der Öffnungen wurden mit gleicher Beabstandung zueinander angeordnet. Des Weiteren wurden der Durchmesser, die Höhe, die Entfernung und dergleichen jeder Komponente allesamt unter Verwendung eines Rasterelektronenmikroskops (REM) oder dergleichen gemessen. In Tabelle 1 gibt das „Cu“ für das Material der externen Elektrode 20 eine an, die durch Ätzen von Kupferfolie ausgebildet wurde, die zuvor auf dem Basismaterial 10 angeordnet wurde, und das „Al“ gibt eine an, die durch direktes Sputtern von Al-0,5 Masse-% Cu auf das Basismaterial 10 ausgebildet wurde.
  • (Chemische Vernickelung)
  • Als nächstes wurde, wie in 4(b) gezeigt, eine chemische Vernickelung auf den Oberflächen der externen Elektroden 20, die in den Öffnungen 35 in der isolierenden Deckschicht 30 freiliegen, ausgeführt, nachdem vorgegebene Vorbehandlungen (Entfetten, Beizen und Aktivierung oder Zinkatierung) ausgeführt wurden, um die Öffnungen 35 in der isolierenden Deckschicht 30 auszufüllen und UBM-Schichten 70 zu bilden, deren Oberseiten unterhalb der Oberseite der isolierenden Deckschicht 30 in den Umfangsrandabschnitten der Öffnungen 35 lagen. Die Höhe der auf diese Weise ausgebildeten UBM-Schicht 70 (die Höhe von der Oberfläche der externen Elektrode 20) hatte den in Tabelle 1 gezeigten Wert.
  • Die chemische Vernickelung wurde unter Verwendung einer bekannten chemischen Nickel-Phosphor-Plattierungslösung (Phosphorkonzentration in UBM: 10 Massen-%) ausgeführt. Des Weiteren wurde für die Plattierungsbedingungen die Temperaturbedingung auf 85°C eingestellt, und die Plattierungsdauer wurde so justiert, dass die vorgegebene Vernickelungsschichtdicke erhalten wurde.
  • (Reduktive chemische Verzinnung)
  • Als nächstes wurde, wie in 4(c) gezeigt, eine reduktive chemische Verzinnung ausgeführt, um Verzinnungsschichten 80 zu bilden, so dass die UBM-Schichten 70 und ein Teil der isolierenden Deckschicht 30 bedeckt wurden, um ein Vorläufersubstrat 12 zu erhalten. Die Höhe Hb0 der auf diese Weise ausgebildeten Verzinnungsschicht 80 (die Höhe von der Oberfläche der externen Elektrode 20) entsprach den Angaben in Tabelle 1.
  • Die Zusammensetzung der reduktiven chemischen Verzinnungslösung war wie unten gezeigt. Des Weiteren wurde für die Plattierungsbedingungen die Temperaturbedingung auf 60°C eingestellt, und die Plattierungsdauer wurde so justiert, dass die vorgegebene Verzinnungsschichthöhe erhalten wurde.
    Zinnverbindung (Zinnchlorid): 10 g/l (als Zinn)
    Phosphor-haltiger organischer Komplexbildner (Hydroxylgruppen-haltige Phosphonsäure): 100 g/l
    Organische Schwefelverbindung (Sulfidgruppen-haltige organische Schwefelverbindung): 100 ppm
    Antioxidationsmittel (Phosphorsäureverbindung): 40 g/l
    Reduktionsmittel (Titantrichlorid): 5 g/l (als Titan)
  • (Rückschmelzen)
  • Das in der oben beschriebenen Weise erhaltene Vorläufersubstrat 12 wurde in einer Stickstoffatmosphäre (Sauerstoffkonzentration 500 ppm) bei 250°C 30 Sekunden lang gehalten, um die Verzinnungsschichten 80 zu schmelzen, und des Weiteren wurden die Verzinnungsschichten 80 abgeschreckt und verfestigt, um ein TEG-Substrat zu erhalten, das eine Anschlussstruktur 1 mit kuppelförmigen Bondhügeln 85 umfasst, wie in 4(d) gezeigt (die Anschlussstruktur von Beispiel 1). Die Höhe des durch das Rückschmelzen erhaltenen Bondhügels 85 (die Höhe von der Oberfläche der externen Elektrode 20), der Durchmesser des Bondhügels 85 in der Draufsicht und der Ti-Gehalt in dem Bondhügel 85 entsprachen den in Tabelle 1 gezeigten Werten. Der Ti-Gehalt in dem Bondhügel 85 wurde gemessen, indem der Bondhügel in der erhaltenen Anschlussstruktur in einer Säure aufgelöst wurde, eine Extraktion ausgeführt wurde, eine induktiv gekoppelte Plasmaatomemissionsspektroskopie der Extraktionsflüssigkeit ausgeführt wurde und die Menge an Ti relativ zur Menge von Sn berechnet wurde.
  • [Beispiele 2 bis 8]
  • TEG-Substrate, die die Anschlussstrukturen der Beispiele 2 bis 8 umfassten, wurden wie in Beispiel 1 hergestellt - außer dass die Elemente der Anschlussstruktur zu denen geändert wurden, die in Tabelle 1 gezeigt sind.
  • [Vergleichsbeispiel 1]
  • (Herstellung des Basismaterials)
  • Zuerst wurde ein Basismaterial, auf dem externe Elektroden und eine isolierende Deckschicht ausgebildet wurden, wie in Beispiel 1 hergestellt. Das Material des Basismaterials, das Material und der Abstand Pe der externen Elektroden, das Material und die Höhe (Höhe von der äußeren Elektrodenoberfläche) der isolierenden Deckschicht und der Durchmesser einer Öffnung und die Entfernung zwischen den Öffnungen in der isolierenden Deckschicht wurden so eingestellt, wie in Tabelle 1 gezeigt.
  • (Elektrolytische Vernickelung)
  • Als nächstes wurde eine 0,1 µm dicke Kupferschicht als eine Keimschicht auf den Oberflächen der externen Elektroden, die in den Öffnungen in der isolierenden Deckschicht freiliegen, und der Oberfläche der isolierenden Deckschicht durch Sputtern ausgebildet (siehe 1(a)).
  • Dann wurde ein Trockenfilm so ausgebildet, dass er die gesamte Oberfläche bedeckte, und dann wurde die Strukturierung des Trockenfilms mit einem Photoresist ausgeführt, und der Trockenfilm um die Öffnungen in der isolierenden Deckschicht wurde entfernt, und dann wurde eine elektrolytische Vernickelung auf den Oberflächen der externen Elektroden, die in den Öffnungen in der isolierenden Deckschicht freiliegen, und der gesamten Innenwand der Öffnungen in der isolierenden Deckschicht und einem Teil der Oberfläche der isolierenden Deckschicht ausgeführt, um UBM-Schichten zu bilden. Die Höhe der auf diese Weise ausgebildeten UBM-Schicht (die Höhe von der Oberfläche der externen Elektrode) entsprach den Angaben in Tabelle 1. Hier war die Höhe der UBM-Schicht die Höhe von der Oberfläche der externen Elektrode in dem mittigen Abschnitt der Öffnung in der isolierenden Deckschicht.
  • Die elektrolytische Vernickelung wurde unter Verwendung eines bekannten Sulfamidsäurebades ausgeführt. Des Weiteren wurde für die Plattierungsbedingungen die Temperaturbedingung auf 50°C eingestellt, und die Plattierungsdauer und der Plattierungsstromwert wurden so justiert, dass die vorgegebene Vernickelungsschichtdicke erhalten wurde.
  • (Elektrolytische Lotplattierung)
  • Als nächstes wurde eine elektrolytische Lotplattierung auf den Oberflächen der UBM-Schichten ausgeführt, um Lotplattierungsschichten zu bilden (siehe 1(b)). Hierbei wurden die Lotplattierungsschichten nur auf den Oberseiten der UBM-Schichten ausgebildet. Die Höhe (die Höhe von der Oberfläche der externen Elektrode) der auf diese Weise ausgebildeten Lotplattierungsschicht entsprach den Angaben in Tabelle 1 (in der Spalte „Verzinnungsschicht“ angegeben).
  • Die elektrolytische Lotplattierung wurde unter Verwendung eines bekannten Alkanolsulfonsäurebades (Cu-Gehalt: 0,5 Massen-%) ausgeführt. Des Weiteren wurde für die Plattierungsbedingungen die Temperaturbedingung auf 50°C eingestellt, und die Plattierungsdauer und der Plattierungsstromwert wurden so justiert, dass die vorgegebene Lotplattierungsschichtdicke erhalten wurde.
  • Dann wurden das Abziehen des Trockenfilms und das Entfernen der überflüssigen Keimschicht ausgeführt, um ein Vorläufersubstrat zu erhalten (siehe 1(c)).
  • (Rückschmelzen)
  • Das in der oben beschriebenen Weise erhaltene Vorläufersubstrat wurde in einer Stickstoffatmosphäre (Sauerstoffkonzentration 500 ppm) bei 250°C 30 Sekunden lang gehalten, um die Lotplattierungsschichten zu schmelzen, und des Weiteren wurden die Lotplattierungsschichten abgeschreckt und verfestigt, um ein TEG-Substrat zu erhalten, das eine Anschlussstruktur mit kuppelförmigen Bondhügeln umfasst (siehe 1(d)). Die Höhe des durch das Rückschmelzen erhaltenen Bondhügels (die Höhe von der Oberfläche der externen Elektrode 20), der Durchmesser Lbm in der Draufsicht auf den Bondhügel und der Ti-Gehalt in dem Bondhügel sind in Tabelle 1 gezeigt.
  • [Vergleichsbeispiele 2 bis 5]
  • TEG-Substrate, welche die Anschlussstrukturen der Vergleichsbeispiele 3 bis 5 enthielten, wurden wie in Vergleichsbeispiel 1 hergestellt - außer dass die Elemente der Anschlussstruktur zu den in Tabelle 1 gezeigten Elementen geändert wurden.
  • [Evaluierung der Eigenschaften]
  • (Evaluierung der Bondhügel-Ausbildungseigenschaften)
  • Für die Anschlussstrukturen, die in den Beispielen und den Vergleichsbeispielen erhalten wurden, wurde die Evaluierung der Bondhügel-Ausbildungseigenschaften visuell folgendermaßen ausgeführt. Genauer gesagt, wurde eines, bei dem benachbarte Bondhügel unabhängig ausgebildet und nicht kurzgeschlossen waren, für in Ordnung befunden, und eines, bei dem auch nur ein einziges Paar benachbarter Bondhügel kurzgeschlossen war, wurde für nicht in Ordnung befunden, und die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt. Für die Vergleichsbeispiele 3 und 5 wurde ein Kurzschluss bestätigt, und darum wurde die Messung der Höhe des Bondhügels, des Durchmessers des Bondhügels und des Ti-Gehalts in dem Bondhügel, wie oben beschrieben, nicht ausgeführt.
  • (Evaluierung der Bondhügel-Festigkeit)
  • Für die Anschlussstrukturen, die in den Beispielen und den Vergleichsbeispielen erhalten wurden, wurde die Evaluierung der Bondhügel-Festigkeit folgendermaßen ausgeführt. Genauer gesagt, wurden zuerst jeweilige Bondhügel (10 × 10 Bondhügel) eines Paares aus zwei TEG-Substraten Vorderseite an Vorderseite durch eine Flipchip-Verkapselungsmaschine aneinander gebondet, um ein Bondhügelfestigkeitstestmuster herzustellen. Dann wurde der Bruchmodus (die Reißposition) in den Anschlussstrukturen evaluiert, als die Rückseite eines TEG-Substrats in diesem Bondhügelfestigkeitstestmuster fixiert und eine Last angelegt wurde, so dass das andere TEG-Substrat in der seitlichen Richtung geschert wurde. Eines, bei dem nur der Bruchmodus in den Bondhügeln beobachtet wurde, wurde als A evaluiert, d. h. mit ausgezeichneter Bondhügel-Festigkeit; und eines, bei dem der Bruchmodus an den Grenzflächen zwischen den UBM-Schichten und anderen Komponenten, was als schlechter Modus angesehen wird, bestätigt wurde, wurde als B evaluiert, d. h. mit schlechterer Bondhügel-Festigkeit. Für die Vergleichsbeispiele 3 und 5, bei denen benachbarte Bondhügel kurzgeschlossen waren, wurde die Evaluierung der Bondhügel-Festigkeit nicht ausgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
    Figure DE102013108986B4_0001
    Figure DE102013108986B4_0002
    Figure DE102013108986B4_0003
  • Wie in Tabelle 1 gezeigt, war in den Anschlussstrukturen der Beispiele 1 bis 8 der Durchmesser des Bondhügels 85 gleich dem Durchmesser der Öffnung 35 in der isolierenden Deckschicht 30. Bei solchen Anschlussstrukturen werden die Bondhügel 85 in den Regionen in den Öffnungen 35 ausgebildet, und Abschnitte, in denen die Innenwände W der Öffnungen 35, die Endabschnitte der Bondhügel 85 und die UBM-Schichten 70 miteinander in Kontakt stehen, werden über die gesamten Umfangsrichtungen der Öffnungen 35 ausgebildet (das heißt, die Endabschnitte der Grenzen zwischen den UBM-Schichten 70 und den Bondhügeln 85 stehen in Kontakt mit den Innenwänden W der Öffnungen 35). Es wurde bestätigt, dass gemäß den Anschlussstrukturen der Beispiele 1 bis 8, die eine solche Struktur enthielten, gute Ergebnisse sowohl für die Bondhügel-Ausbildungseigenschaften als auch für die Bondhügel-Festigkeit erhalten wurden.
  • Andererseits war in den Anschlussstrukturen der Vergleichsbeispiele 1 bis 5 der Durchmesser des Bondhügels größer als der Durchmesser der Öffnung in der isolierenden Deckschicht, und die Bondhügel wurden nicht in den Regionen der Öffnungen ausgebildet, und außerdem enthielten die Bondhügel kein Ti. In solchen Anschlussstrukturen der Vergleichsbeispiele 1 bis 5 zeigten die Ergebnisse, dass entweder die Bondhügel-Ausbildungseigenschaften oder die Bondhügel-Festigkeit unzureichend waren. Bei der genaueren Untersuchung der Reißpositionen für die Vergleichsbeispiele 1, 2 und 4, bei denen die Evaluierung der Bondhügel-Festigkeit ausgeführt wurde, wurde bestätigt, dass die Grenzflächen zwischen den UBM-Schichten und den Keimschichten, die außerhalb der Öffnungsabschnitte freilagen, immer Punkte wurden, an denen ein Bruch seinen Ausgang nahm.
  • Bezugszeichenliste
  • 10 ... Basismaterial; 12 ... Vorläufersubstrat; 20 ... externe Elektrode; 30 ... isolierende Deckschicht; 35 ... Öffnung; 40 ... Keimschicht; 50, 70 ... UBM-Schicht; 60 ... Lotplattierungsschicht; 80 ... Verzinnungsschicht; 65, 85 ... Bondhügel; 100 ... Trockenfilm.

Claims (3)

  1. Anschlussstruktur, die Folgendes umfasst: ein Basismaterial (10); eine Elektrode (20), die auf dem Basismaterial (10) ausgebildet ist; eine isolierende Deckschicht (30), die auf dem Basismaterial (10) und auf der Elektrode (20) ausgebildet ist und eine Öffnung (35) aufweist, die einen Teil der Elektrode (20) freilegt; eine Ni-haltige lötfähige Metallisierung (UBM) (70), die in einer Region in der Öffnung (35) auf der Elektrode (20) so ausgebildet ist, dass sich eine Oberseite der Metallschicht (70) an einer Position unterhalb einer Oberseite der isolierenden Deckschicht (30) in einem Umfangsrandabschnitt der Öffnung (35) befindet, wobei der Durchmesser der lötfähigen Metallisierung (UBM) (70) der gleiche ist wie der Durchmesser der Öffnung (35) in der isolierenden Deckschicht (30); und einen kuppelförmigen Sn- und Ti-haltigen Bondhügel (85), der in einer Region in der Öffnung (35) auf der lötfähigen Metallisierung (UBM) (70) ausgebildet ist, wobei der Bondhügel (85) an seinem mit der lötfähigen Metallisierung (UBM) (70) in Kontakt stehenden Ende einen maximalen Durchmesser aufweist und sich der Durchmesser des Bondhügels in einer Höhenrichtung des Bondhügels (85) weg von der lötfähigen Metallisierung (UBM) (70) über die gesamte Höhe des Bondhügels (85) kontinuierlich verringert, wobei ein Endabschnitt einer Grenze zwischen der lötfähigen Metallisierung (UBM) (70) und dem Bondhügel (85) mit einer Innenwand des Öffnungsabschnitts in der isolierenden Deckschicht (30) über eine gesamte Umfangsrichtung der Innenwand in Kontakt steht, wobei der maximale Durchmesser des Bondhügels (85) gleich dem Durchmesser der Öffnung (35) ist.
  2. Halbleiterelement, das die Anschlussstruktur nach Anspruch 1 umfasst.
  3. Modulsubstrat, das die Anschlussstruktur nach Anspruch 1 umfasst.
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