JP2000232118A - ベアicチップおよび半導体装置製造方法 - Google Patents

ベアicチップおよび半導体装置製造方法

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JP2000232118A JP11031435A JP3143599A JP2000232118A JP 2000232118 A JP2000232118 A JP 2000232118A JP 11031435 A JP11031435 A JP 11031435A JP 3143599 A JP3143599 A JP 3143599A JP 2000232118 A JP2000232118 A JP 2000232118A
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bare
substrate
anisotropic conductive
bonding material
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Satoshi Asagiri
智 朝桐
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明の課題は、異方性導電接合材料を介し
てベアICチップを基板にフリップチップ実装した際
に、ベアICチップと基板との電気的導通の信頼性を向
上させることの可能な、ベアICチップおよび半導体装
置製造方法を提供することにある。 【解決手段】 本発明のベアICチップ1は、能動面1
Aaにおける各電極1B,1B…に設けられた金バンプ
1C,1C…の表面に、金バンプ1Cよりも硬いニッケ
ル層(導電金属層)1Dを形成している。一方、本発明の
半導体装置製造方法は、基板2の所定箇所に異方性導電
接合材料3を供給する供給工程と、ベアICチップ1の
金バンプ1Cに形成されたニッケル層(導電金属層)1D
の表面硬度を測定する検査工程と、供給工程および検査
工程ののち、ベアICチップ1を異方性導電接合材料3
が塗布された基板にマウントし、該異方性導電接合材料
3を介してベアICチップ1を基板2に熱圧着する接続
工程とを含んでいる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、能動面の電極に金
バンプが形成されたベアICチップ、および該ベアIC
チップを異方性導電接合材料を介して基板にフリップチ
ップ実装して成る半導体装置の製造方法に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】近年における半導体装置の小型化、薄型
化の要求に応えるものとして、ベアICチップを基板に
直接に実装するフリップチップ実装方法(フリップチッ
プボンディング法)が提供されている。
【0003】図5に示す如く、フリップチップ実装され
るベアICチップAは、チップ本体Aaの能動面(底面)
に複数個の電極Ab,Ab…が設けられ、各電極Ab,
Ab…の表面には、それぞれ金バンプAc,Ac…が形
成されている。
【0004】また、図6および図7に示す如く、上述し
た構成のベアICチップAを、基板Bに異方性導電接合
材料Cを介してフリップチップ実装することで、半導体
装置Dが製造される。
【0005】ここで、基板Bは、実装面(上面)にベアI
CチップAの電極Ab,Ab…と対応する基板側電極B
a,Ba…を有し、また異方性導電接合材料Cは、絶縁
性樹脂Caに多数の導電粒子Cb,Cb…を混在させて
構成されている。
【0006】上述した半導体装置Dを製造する場合に
は、先ず、図7の供給工程(step1)において、図6
(a)に示す如く基板Bの所定位置に異方性導電接合材料
Cを供給する。
【0007】次いで、図7の接合工程(step2)におい
て、図6(b),(c)に示す如く、ベアICチップAを異
方性導電接合材料Cが塗布された基板Bにマウントし、
ボンディングツールTによって、ベアICチップAを基
板Bに熱圧着する。
【0008】かくして、ベアICチップAの各金バンプ
Ac,Ac…と、基板Bの各基板側電極Ba,Ba…と
の間に、異方性導電接合材料Cが挟み込まれることで、
ベアICチップAと基板Bとが電気的に接続され、また
異方性導電接合材料Cの絶縁性樹脂Caが熱硬化するこ
とで、ベアICチップAが基板Bに対して機械的に接合
される。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したベ
アICチップAにおける各金バンプAc,Ac…は、メ
ッキ法によって形成されているため、各電極Ab,Ab
…毎の金バンプAc,Ac…の表面硬度に「ばらつき」
を生じることがあった。
【0010】このように、各金バンプAc,Ac…の表
面硬度に「ばらつき」が生じている状態で、異方性導電
接合材料Cを介してベアICチップAを基板Bに熱圧着
した場合、電極Abによっては金バンプAcと基板側電
極Baとの電気的導通の信頼性が低下してしまう不都合
があった。
【0011】本発明は上記実状に鑑みて、異方性導電接
合材料を介してベアICチップを基板にフリップチップ
実装した際に、ベアICチップと基板との電気的導通の
信頼性を向上させることの可能な、ベアICチップおよ
び半導体装置製造方法の提供を目的とするものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するべ
く、請求項1の発明に関わるベアICチップは、能動面
の電極に設けられた金バンプの表面に、該金バンプより
も硬い導電金属層を形成している。
【0013】また、請求項2の発明に関わるベアICチ
ップは、能動面の電極に設けられた金バンプの表面に、
基板に対向する接合面に金バンプよりも硬い導電金属が
臨み、前記接合面から離れるに従って金バンプの成分と
混ざり合った状態となる傾斜機能材を形成している。
【0014】一方、請求項3の発明に関わる半導体装置
製造方法は、能動面の電極に形成された金バンプの表面
に、該金バンプよりも硬い導電金属層を形成したベアI
Cチップを、異方性導電接合材料を介して基板にフリッ
プチップ実装して成る半導体装置を製造する半導体装置
製造方法であって、基板の所定箇所に異方性導電接合材
料を供給する供給工程と、ベアICチップの金バンプに
形成された導電金属層の表面硬度を測定する検査工程
と、供給工程および検査工程ののち、ベアICチップを
異方性導電接合材料が塗布された基板にマウントし、異
方性導電接合材料を介してベアICチップを基板に熱圧
着する接続工程とを含んでいる。
【0015】また、請求項4の発明に関わる半導体装置
製造方法は、能動面の電極に形成された金バンプの表面
に、該金バンプよりも硬い導電金属が接合面に臨む傾斜
機能材を形成したベアICチップを、異方性導電接合材
料を介して基板にフリップチップ実装して成る半導体装
置製造方法であって、基板の所定箇所に異方性導電接合
材料を供給する供給工程と、ベアICチップの金バンプ
に形成された傾斜機能材の表面硬度を測定する検査工程
と、供給工程および検査工程の後、ベアICチップを異
方性導電接合材料が塗布された基板にマウントし、異方
性導電接合材料を介してベアICチップを基板に熱圧着
する接続工程とを含んでいる。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、実施例を示す図面に基づい
て、本発明を詳細に説明する。図1から明らかな如く、
本発明に関わるベアICチップ1は、チップ本体1Aの
能動面1Aaに複数個の電極1B,1B…が設けられ、
各電極1B,1B…の表面には、それぞれ金バンプ1
C,1C…が形成されている。
【0017】さらに、各電極1B,1B…における金バ
ンプ1C,1C…の表面には、それぞれ金バンプ1Cよ
りも硬い導電金属であるNi(ニッケル)から成る導電金
属層1Dが、例えば蒸着法等によって形成(製膜)されて
いる。
【0018】ここで、図1(b)からも明らかなように、
Ni(ニッケル)から成る導電金属層1Dは、Au(金)の
層1e、Ni(ニッケル)の層1f、さらにAu(金)の層
1gを介して、金バンプ1Cの表面に形成されている。
【0019】なお、上述したNi(ニッケル)に換えて、
同じく金バンプ1Cよりも硬い導電金属であるW(タン
グステン)を採用することも可能であり、さらに金バン
プ1Cよりも硬い導電金属であれば、Ni(ニッケル)お
よびW(タングステン)以外の適宜な導電材料をも採用し
得ることは言うまでもない。
【0020】一方、図2および図3に示す如く、上述し
たベアICチップ1を構成要素とする半導体装置100
は、ベアICチップ1を基板2に異方性導電接合材料3
を介してフリップチップ実装することにより製造され
る。
【0021】ここで、図2に示す如く基板2の実装面
(上面)には、ベアICチップ1の各電極1B(金バンプ
1C、導電金属層1D)と対応する基板側電極2A,2
A…が設けられている。なお、この実施例では、基板2
をガラスエポキシ基板から構成しているが、セラミック
基板によって基板2を構成することも可能である。
【0022】一方、図2に示す如く異方性導電接合材料
3は、ペースト状の絶縁性樹脂3Aに、多数の導電粒子
3B,3B…を混在させることによって構成されてい
る。なお、異方性導電接合材料3としては、導電粒子を
混在させた絶縁性樹脂をフィルム状とした、いわゆる異
方性導電フィルムを採用することも可能である。
【0023】半導体装置100を製造するには、先ず図
3の供給工程(stepA)において、図2(a)に示す如く
基板2の所定位置、すなわちベアICチップ1との接合
部を覆う範囲に、上述したペースト状の異方性導電接合
材料3を供給する。
【0024】一方、図3の検査工程(stepB)におい
て、ベアICチップ1における各電極1Bの金バンプ1
Cに形成された導電金属層1Dの表面硬度を検査し、そ
の表面硬度が所期の値から外れたベアICチップ1は不
良品として排除する。
【0025】上述した供給工程(stepA)および検査工
程(stepB)を実施したのち、図3の接合工程(step
C)において、図2(b)および図2(c)に示す如く、ベ
アICチップ1を異方性導電接合材料3にマウントし、
ボンディングツールTによってベアICチップ1を基板
2に熱圧着する。
【0026】かくして、ベアICチップ1の各金バンプ
1C,1C…と、基板2の各基板側電極2A,2A…と
の間に、異方性導電接合材料3が挟み込まれることで、
ベアICチップ1と基板2とが電気的に接続され、また
異方性導電接合材料3の絶縁性樹脂3Aが熱硬化するこ
とで、ベアICチップ1が基板2に対して機械的に接合
される。
【0027】ここで、上述した如く、ベアICチップ1
の各電極1Bにおける金バンプ1Cの表面に、それぞれ
金バンプ1Cよりも硬い導電金属層1Dを形成したこと
で、各金バンプ1C,1C…における表面硬度の「ばら
つき」に関わらず、各金バンプ1C,1C…における硬
さ特性を均一なものとすることができる。
【0028】かくして、異方性導電接合材料3を介して
ベアICチップ1を基板2に熱圧着する際、ベアICチ
ップ1の各電極1B(導電金属層1D)と、基板2の各基
板側電極2A,2A…との間に、異方性導電接合材料3
が十分かつ確実に挟まることとなり、もってベアICチ
ップ1と基板2との電気的導通の信頼性を向上させるこ
とが可能となる。
【0029】また、ベアICチップ1を構成要素とした
半導体装置100を製造する場合、上述した如く、ベア
ICチップ1における各導電金属層1Dの硬度を測定す
る検査工程を実施することにより、ベアICチップ1を
基板2にフリップチップ実装して製造される、製品とし
ての半導体装置の品質を向上させることができる。
【0030】図4に示した本発明に関わるベアICチッ
プ10は、チップ本体10Aの能動面10Aaに複数個
の電極10B,10B…が設けられ、各電極10B,1
0B…の表面には、それぞれ金バンプ10C,10C…
が形成されている。
【0031】さらに、各電極10B,10B…における
金バンプ10C,10C…の表面には、それぞれ傾斜機
能材10Dが、例えば溶射法等によって形成されてい
る。
【0032】この傾斜機能材10Dは、金バンプ1Cを
構成しているAu(金)と、このAu(金)より硬い導電金
属であるNi(ニッケル)とを主材とし、接合面すなわち
基板と対向する表面(図4(a)中における手前側、図4
(b)中における下方面)に、Ni(ニッケル)成分が臨
み、接合面から離れるに従ってAu(金)の成分が増大す
るように構成されている。
【0033】なお、上述したNi(ニッケル)に換えて、
同じく金バンプ1Cよりも硬い導電金属であるW(タン
グステン)を主材とする傾斜機能材を採用することも可
能であり、さらに金バンプ1Cよりも硬い導電金属であ
れば、Ni(ニッケル)およびW(タングステン)以外の適
宜な導電材料を主材とする傾斜機能材をも採用し得るこ
とは言うまでもない。
【0034】一方、上記ベアICチップ10を構成要素
とする半導体装置(図示せず)は、上述した半導体装置1
00と同じく、異方性導電接合材料(図示せず)を介し
て、ベアICチップ10を基板(図示せず)にフリップチ
ップ実装することによって製造される。
【0035】ここで、ベアICチップ10を構成要素と
する半導体装置の基板および異方性導電接合材料は、上
述した半導体装置100を構成している基板2および異
方性導電接合材料3と基本的に変わるところはない。
【0036】また、ベアICチップ10を構成要素とす
る半導体装置の製造工程も、図2および図3に示した半
導体装置100の製造工程と基本的に同一である。
【0037】すなわち、供給工程(図3、stepA参照)
において、基板の所定位置に異方性導電接合材料を供給
し、検査工程(図3、stepB参照)において、ベアIC
チップ10における各電極10Bの金バンプ10Cに形
成された傾斜機能材10Dの表面硬度を検査する。
【0038】上述した供給工程および検査工程を実施し
たのち、接合工程(図3、stepC参照)において、ベア
ICチップ10を異方性導電接合材料が塗布された基板
にマウントし、ボンディングツールによってベアICチ
ップ10を基板に熱圧着することで、半導体装置が製造
されることとなる。
【0039】ここで、上述した如く、ベアICチップ1
0の各電極10Bにおける金バンプ10Cの表面に、該
金バンプ10Cよりも硬い導電金属が接合面に臨む傾斜
機能材10Dを形成したことにより、各金バンプ10
C,10C…における表面硬度の「ばらつき」に関わら
ず、各金バンプ10C,10C…における硬さ特性を均
一なものとすることができる。
【0040】かくして、異方性導電接合材料を介してベ
アICチップ10を基板に熱圧着する際、ベアICチッ
プ10の各電極10B(傾斜機能材10D)と、基板の各
基板側電極との間に、異方性導電接合材料が十分かつ確
実に挟まることとなり、もってベアICチップ10と基
板との電気的導通の信頼性を向上させることが可能とな
る。
【0041】また、ベアICチップ10を構成要素とし
た半導体装置を製造する場合、上述した如く、ベアIC
チップ10における各傾斜機能材10Dの硬度を測定す
る検査工程を実施することにより、ベアICチップ10
を基板にフリップチップ実装して製造される、製品とし
ての半導体装置の品質を向上させることができる。
【0042】さらに、基板にベアICチップをフリップ
チップチップ実装したのち、同一の基板に他の電子部品
をリフローハンダ付けによって実装する場合、金バンプ
の表面に導電金属層を形成したベアICチップでは、リ
フロー炉内において高温に加熱された際に、導電金属層
が界面剥離を起こす虞れがあるのに対して、各金バンプ
10Cの表面に傾斜機能材10Dを形成したベアICチ
ップ10においては、リフロー炉内において高温に加熱
された場合でも、当然に界面剥離を起こすことはなく、
もって製品としての半導体装置の品質を向上させること
が可能となる。
【0043】
【発明の効果】以上、詳述した如く、請求項1の発明に
関わるベアICチップは、能動面の電極に設けられた金
バンプの表面に、該金バンプよりも硬い導電金属層を形
成している。上記構成によれば、各々の金バンプにおけ
る表面硬度の「ばらつき」に関わらず、各々の金バンプ
における硬さ特性が均一なものとなるため、異方性導電
接合材料を介してベアICチップを基板に熱圧着する
際、ベアICチップにおける各電極と、基板における各
基板側電極との間に、導電粒子が十分かつ確実に挟まる
こととなり、ベアICチップと基板との電気的導通の信
頼性を向上させることが可能となる。
【0044】また、請求項2の発明に関わるベアICチ
ップは、能動面の電極に設けられた金バンプの表面に、
基板に対向する接合面に金バンプよりも硬い導電金属が
臨み、前記接合面から離れるに従って金バンプの成分と
混ざり合った状態となる傾斜機能材を形成している。上
記構成によれば、各々の金バンプにおける表面硬度の
「ばらつき」に関わらず、各々の金バンプにおける硬さ
特性が均一なものとなるため、異方性導電接合材料を介
してベアICチップを基板に熱圧着する際、ベアICチ
ップにおける各電極と、基板における各基板側電極との
間に、異方性導電接合材料が十分かつ確実に挟まること
となり、ベアICチップと基板との電気的導通の信頼性
を向上させることが可能となる。さらに、上記構成によ
れば、ベアICチップを基板にフリップチップ実装した
のち、同一の基板に他の電子部品をリフローハンダ付け
する場合でも、傾斜機能材は高温に加熱されても当然に
界面剥離を起こさないため、製品としての半導体装置の
品質を向上させることが可能となる。
【0045】また、請求項3の発明に関わる半導体装置
製造方法は、能動面の電極に形成された金バンプの表面
に、該金バンプよりも硬い導電金属層を形成したベアI
Cチップを、異方性導電接合材料を介して基板にフリッ
プチップ実装して成る半導体装置を製造する半導体装置
製造方法であって、基板の所定箇所に異方性導電接合材
料を供給する供給工程と、ベアICチップの金バンプに
形成された導電金属層の表面硬度を測定する検査工程
と、供給工程および検査工程ののち、ベアICチップを
異方性導電接合材料が塗布された基板にマウントし、異
方性導電接合材料を介してベアICチップを基板に熱圧
着する接続工程とを含んでいる。上記構成によれば、各
々の金バンプにおける表面硬度の「ばらつき」に関わら
ず、ベアICチップの各々の金バンプにおける硬さ特性
が均一なものとなるために、異方性導電接合材料を介し
てベアICチップを基板に熱圧着する際、ベアICチッ
プにおける各電極と基板における各基板側電極との間
に、異方性導電接合材料が十分かつ確実に挟まることと
なり、ベアICチップと基板との電気的導通の信頼性を
向上させることが可能となる。さらに、上記構成によれ
ば、半導体装置を製造する際に、導電金属層の表面硬度
を測定する検査工程を実施することによって、ベアIC
チップを基板にフリップチップ実装して製造される半導
体装置の品質を向上させることができる。
【0046】請求項4の発明に関わる半導体装置製造方
法は、能動面の電極に形成された金バンプの表面に、該
金バンプよりも硬い導電金属が接合面に臨む傾斜機能材
を形成したベアICチップを、異方性導電接合材料を介
して基板にフリップチップ実装して成る半導体装置製造
方法であって、基板の所定箇所に異方性導電接合材料を
供給する供給工程と、ベアICチップの金バンプに形成
された傾斜機能材の表面硬度を測定する検査工程と、供
給工程および検査工程の後、ベアICチップを異方性導
電接合材料が塗布された基板にマウントし、異方性導電
接合材料を介してベアICチップを基板に熱圧着する接
続工程とを含んでいる。上記構成によれば、各々の金バ
ンプにおける表面硬度の「ばらつき」に関わらず、ベア
ICチップの各々の金バンプにおける硬さ特性が均一な
ものとなるために、異方性導電接合材料を介してベアI
Cチップを基板に熱圧着する際、ベアICチップにおけ
る各電極と基板における各基板側電極との間に、異方性
導電接合材料が十分かつ確実に挟まることとなり、ベア
ICチップと基板との電気的導通の信頼性を向上させる
ことが可能となる。また、上記構成によれば、半導体装
置を製造する際に、傾斜機能材の表面硬度を測定する検
査工程を実施することにより、ベアICチップを基板に
フリップチップ実装して製造される半導体装置の品質を
向上させることが可能となる。さらに、上記構成によれ
ば、ベアICチップを基板にフリップチップチップ実装
したのち、同一の基板に他の電子部品をリフローハンダ
付けする場合でも、ベアICチップにおける傾斜機能材
は高温に加熱されても当然に界面剥離を起こさないた
め、製品としての半導体装置の品質を向上させることが
可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)および(b)は、請求項1の発明に関わるベ
アICチップを示す概念的な底面図および側面図。
【図2】(a),(b),(c)は、図1に示したベアICチ
ップを構成要素とする半導体装置の製造工程を示す概念
図。
【図3】本発明に関わる半導体装置の製造方法における
製造工程を示すフロー図。
【図4】(a)および(b)は、請求項2の発明に関わるベ
アICチップを示す概念的な底面図および側面図。
【図5】(a)および(b)は、従来のベアICチップを示
す概念的な底面図および側面図。
【図6】(a),(b),(c)は、従来のベアICチップを
構成要素とする従来の半導体装置の製造方法における製
造工程を示す概念図。
【図7】従来の半導体装置の製造方法における製造工程
を示すフロー図。
【符号の説明】
1,10…ベアICチップ、 1A,10A…チップ本体、 1Aa,10Aa…能動面、 1B,10B…電極、 1C,10C…金バンプ、 1D…導電金属層、 10D…傾斜機能材、 2…基板、 2A…基板側電極、 3…異方性導電接合材料、 3A…絶縁性樹脂、 3B…導電粒子、 100…半導体装置。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 能動面の電極に金バンプが形成され、
    異方性導電接合材料を介して基板にフリップチップ実装
    されるベアICチップであって、 上記金バンプの表面に、該金バンプよりも硬い導電金属
    層を形成して成ることを特徴するベアICチップ。
  2. 【請求項2】 能動面の電極に金バンプが形成され、
    異方性導電接合材料を介して基板にフリップチップ実装
    されるベアICチップであって、 上記金バンプの表面に、前記基板に対向する接合面に上
    記金バンプよりも硬い導電金属が臨み、前記接合面から
    離れるに従って金バンプの成分と混ざった状態となる傾
    斜機能材を形成して成ることを特徴するベアICチッ
    プ。
  3. 【請求項3】 能動面の電極に形成された金バンプの
    表面に、該金バンプよりも硬い導電金属層を形成したベ
    アICチップを、異方性導電接合材料を介して基板にフ
    リップチップ実装して成る半導体装置を製造する半導体
    装置製造方法であって、 基板の所定箇所に異方性導電接合材料を供給する供給工
    程と、 ベアICチップの金バンプに形成された導電金属層の表
    面硬度を測定する検査工程と、 供給工程および検査工程ののち、ベアICチップを異方
    性導電接合材料が塗布された基板にマウントし、異方性
    導電接合材料を介してベアICチップを基板に熱圧着す
    る接続工程とを含むことを特徴とする半導体装置製造方
    法。
  4. 【請求項4】 能動面の電極に形成された金バンプの
    表面に、該金バンプよりも硬い導電金属が接合面に臨む
    傾斜機能材を形成したベアICチップを、異方性導電接
    合材料を介して基板にフリップチップ実装して成る半導
    体装置製造方法であって、 基板の所定箇所に異方性導電接合材料を供給する供給工
    程と、 ベアICチップの金バンプに形成された傾斜機能材の表
    面硬度を測定する検査工程と、 供給工程および検査工程ののち、ベアICチップを異方
    性導電接合材料が塗布された基板にマウントし、異方性
    導電接合材料を介してベアICチップを基板に熱圧着す
    る接続工程とを含むことを特徴とする半導体装置製造方
    法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005086127A (ja) * 2003-09-11 2005-03-31 Tanaka Kikinzoku Kogyo Kk 半導体素子又は配線基板へのバンプ形成方法
CN112466765A (zh) * 2020-11-26 2021-03-09 安徽光智科技有限公司 焦平面阵列倒装互连工艺方法及焦平面阵列探测器

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