JP2006245186A - Semiconductor device and its manufacturing process - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof.
配線パターンと半導体チップの電極とを、はんだを利用して電気的に接続することが知られている。この場合、配線パターンと電極とを電気的に接続する導電部が形成されることが一般的である。はんだは、ビスマスを含有することで融点が下がることが知られているが、ビスマスを含有するはんだを利用すると導電部内にビスマスの偏析部が発生することがあった。信頼性の高い半導体装置を製造するためには、特に、導電部の中央部にビスマスの偏析部を形成しないことが重要である。 It is known that a wiring pattern and an electrode of a semiconductor chip are electrically connected using solder. In this case, a conductive portion that electrically connects the wiring pattern and the electrode is generally formed. It is known that the melting point of solder is lowered by containing bismuth, but when a solder containing bismuth is used, a segregation part of bismuth may be generated in the conductive part. In order to manufacture a highly reliable semiconductor device, it is particularly important not to form a bismuth segregated portion in the central portion of the conductive portion.
本発明の目的は、信頼性の高い半導体装置、及び、これを効率よく製造する方法を提供することにある。
(1)本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体チップの電極と配線パターンとを、ビスマスを含有するはんだを介して対向させること、及び、
前記はんだを、融点以上300度未満の温度で加熱して溶融させ、その後硬化させて、前記電極と前記配線パターンとを電気的に接続する導電部を形成することを含み、
前記はんだのビスマス含有量は、3%よりも多く57%未満であり、
前記導電部を形成する工程で、前記融点以上の温度で前記はんだを加熱する時間は10秒未満である。本発明によると、融点の低いはんだを利用して半導体装置を製造することができる。そのため、半導体装置の製造効率を高めることができる。また、本発明によると、中央部を避けて側方部にビスマスの偏析部が配置された導電部を形成することができる。そのため、信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
(2)この半導体装置の製造方法において、
前記はんだは前記配線パターンにめっきされていてもよい。
(3)この半導体装置において、
前記導電部を形成する工程で、前記はんだの溶融時間が10秒未満になるように、前記はんだを加熱してもよい。
(4)本発明に係る半導体装置は、上記方法で製造されてなる。
(5)本発明に係る半導体装置は、配線パターンが形成された配線基板と、
複数の電極を有し、前記電極が前記配線パターンと対向するように前記配線基板に搭載された半導体チップと、
それぞれの前記電極と前記配線パターンとの間に配置されて両者を電気的に接続する導電部と、
を含み、
前記導電部は、前記配線パターンの上端面から前記電極の上端面に至るように形成された中央部と、前記中央部を囲む側方部とを含み、
前記導電部は、ビスマスの含有量が90%を超えるビスマスの偏析部を有し、
前記偏析部は、前記導電部の前記中央部を避けて前記側方部に配置されてなる。本発明によると、応力に対する信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
(6)この半導体装置において、
前記偏析部は、前記配線パターンとオーバーラップしないように配置されていてもよい。
(7)この半導体装置において、
前記電極は、パッドと、前記パッドに形成されたバンプとを含み、
前記偏析部は、前記バンプの先端面とオーバーラップしないように配置されていてもよい。
(8)この半導体装置において、
前記偏析部は、前記導電部の表面に露出するように配置されていてもよい。
(9)この半導体装置において、
前記偏析部は、前記導電部の表面から露出しないように配置されていてもよい。
(1) In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the electrode of the semiconductor chip and the wiring pattern are opposed to each other through solder containing bismuth, and
The solder is melted by heating at a temperature not lower than 300 ° C. and less than 300 ° C. and then cured to form a conductive portion that electrically connects the electrode and the wiring pattern;
The solder has a bismuth content greater than 3% and less than 57%;
In the step of forming the conductive portion, the time for heating the solder at a temperature equal to or higher than the melting point is less than 10 seconds. According to the present invention, a semiconductor device can be manufactured using a solder having a low melting point. Therefore, the manufacturing efficiency of the semiconductor device can be increased. In addition, according to the present invention, it is possible to form a conductive portion in which a bismuth segregation portion is disposed on a side portion while avoiding the central portion. Therefore, a highly reliable semiconductor device can be manufactured.
(2) In this method of manufacturing a semiconductor device,
The solder may be plated on the wiring pattern.
(3) In this semiconductor device,
In the step of forming the conductive portion, the solder may be heated so that the melting time of the solder is less than 10 seconds.
(4) The semiconductor device according to the present invention is manufactured by the above method.
(5) A semiconductor device according to the present invention includes a wiring board on which a wiring pattern is formed,
A semiconductor chip having a plurality of electrodes, and mounted on the wiring board so that the electrodes face the wiring pattern;
A conductive portion disposed between each of the electrodes and the wiring pattern to electrically connect both;
Including
The conductive portion includes a central portion formed so as to reach the upper end surface of the electrode from the upper end surface of the wiring pattern, and a side portion surrounding the central portion,
The conductive part has a bismuth segregation part in which the bismuth content exceeds 90%,
The segregation part is arranged on the side part so as to avoid the central part of the conductive part. According to the present invention, a highly reliable semiconductor device against stress can be provided.
(6) In this semiconductor device,
The segregation part may be arranged so as not to overlap the wiring pattern.
(7) In this semiconductor device,
The electrode includes a pad and a bump formed on the pad,
The segregation part may be disposed so as not to overlap the tip surface of the bump.
(8) In this semiconductor device,
The segregation part may be arranged so as to be exposed on the surface of the conductive part.
(9) In this semiconductor device,
The segregation part may be arranged so as not to be exposed from the surface of the conductive part.
以下、本発明を適用した実施の形態について図面を参照して説明する。ただし、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。 Embodiments to which the present invention is applied will be described below with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments.
図1〜図3は、本発明を適用した実施の形態に係る半導体装置の製造方法について説明するための図である。 1 to 3 are diagrams for explaining a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment to which the present invention is applied.
本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、半導体チップ10を用意することを含んでいてもよい(図1及び図2、図4及び図5参照)。半導体チップ10は、例えばシリコン基板であってもよい。半導体チップ10は、集積回路11を有していてもよい。集積回路11の構成は特に限定されないが、例えば、トランジスタ等の能動素子や、抵抗、コイル、コンデンサ等の受動素子を含んでいてもよい。また、半導体チップ10は複数の電極12を有する。電極12は、半導体チップ10の内部と電気的に接続されていてもよい。電極12は、集積回路11と電気的に接続されていてもよい。あるいは、集積回路11に電気的に接続されていない電極を含めて、電極12と称してもよい。電極12は、パッド16とパッド16上に形成されたバンプ18とによって構成されていてもよい(図3参照)。パッド16は、例えば、アルミニウム又は銅等の金属で薄く平らに形成されていてもよい。また、バンプ18は、例えば金バンプであってもよい。電極12が配置される領域や配列も特に限定されない。電極12は、例えば、集積回路11とオーバーラップする領域内に配置されていてもよい。半導体チップ10は、パッシベーション膜を有してもよい(図示せず)。パッシベーション膜は、例えば、SiO2、SiN、ポリイミド樹脂等で形成されていてもよい。
The method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment may include preparing a semiconductor chip 10 (see FIGS. 1, 2, 4, and 5). The
本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、配線基板20を用意することを含んでいてもよい(図1及び図2参照)。配線基板20の材料や構造は特に限定されず、既に公知となっているいずれかの基板を利用してもよい。配線基板20は、フレキシブル基板であってもよく、リジッド基板であってもよい。あるいは、配線基板20は、テープ基板であってもよい。配線基板20は、積層型の基板であってもよく、あるいは、単層の基板であってもよい。また、配線基板20の外形も特に限定されるものではない。配線基板20には配線パターン22が形成されてなる。配線パターン22は、配線基板20の表面に設けられていてもよい。配線基板20が多層基板である場合、配線パターン22は、配線基板20の層間に形成されていてもよい(図示せず)。配線パターン22の構造や材料は、特に限定されず、既に公知となっているいずれかの配線を利用してもよい。例えば、配線パターン22は、銅(Cu)、クローム(Cr)、チタン(Ti)、ニッケル(Ni)、チタンタングステン(Ti−W)、金(Au)、アルミニウム(Al)、ニッケルバナジウム(NiV)、タングステン(W)のうちのいずれかを積層して、あるいはいずれかの一層で形成されていてもよい。配線基板20は、図示しない保護膜をさらに有してもよい。保護膜は、配線パターン22の一部を覆うように形成されていてもよい。
The manufacturing method of the semiconductor device according to the present embodiment may include preparing the wiring board 20 (see FIGS. 1 and 2). The material and structure of the
本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、図1に示すように、半導体チップ10の電極12と配線パターン22とを、ビスマスを含有するはんだ30を介して対向させることを含む。はんだ30は、例えば、配線パターン22にめっきされていてもよい(図1参照)。あるいは、はんだ30は、ペースト状で配線パターン22上に設けられていてもよい。あるいは、はんだ30は、電極12に設けられていてもよい。はんだにビスマスを添加すると、はんだの融点が下がることが知られている。そのため、ビスマスを含有するはんだ30を利用することで、後述する導電部40を形成する工程を低温で行うことができる。これにより、効率よく半導体装置を製造することが可能になる。また、半導体チップ10や配線基板20に損傷を与えることなく、半導体装置を製造することが可能になる。なお、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法では、はんだ30のビスマス含有量は、3%よりも多く57%未満である。これにより、ビスマスを含有しない場合と比較してはんだ30の融点を顕著に下げることができる。
As shown in FIG. 1, the method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment includes causing the
本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、図2及び図3に示すように、電極12と配線パターン22とを電気的に接続する導電部40を形成することを含む。なお、図3は図2の一部拡大図であり、電極12と配線パターン22との接合状態を説明するための図である。本工程では、はんだ30を、融点以上300度未満の温度で加熱して溶融させ、その後硬化させて導電部40を形成する。また、本工程では、融点以上の温度ではんだ30を加熱する時間は10秒未満である。本工程では、例えばボンディングツールによって、はんだ30を融点以上の温度で加熱してもよい。すなわち、ヒーターを内蔵するボンディングツールで半導体チップ10を保持して、半導体チップ10をはんだ30の融点以上の温度に加熱し、電極12と配線パターン22(はんだ30)とを接触させて、はんだ30を加熱してもよい。このとき、電極12がはんだ30と接触してから、ボンディングツールが半導体チップ10から離れるまでの時間を、10秒未満としてもよい。ただし、はんだ30を加熱する方法はこれに限られるものではない。例えば、誘導電流を利用して、はんだ30を加熱してもよい。なお、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法では、はんだ30の溶融時間が10秒未満になるように、はんだ30を加熱してもよい。
As shown in FIGS. 2 and 3, the method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment includes forming a
導電部40は、図3に示すように、中央部42と側方部44とを含む。中央部42は、配線パターン22の上端面から電極12の上端面に至るように形成されてなる。そして、側方部44は、中央部42を囲むように形成されてなる。また、導電部40は、ビスマスの含有量が90%を超えるビスマスの偏析部45を有する。偏析部45は、中央部42を避けて側方部44に配置されてなる。先に説明した条件ではんだ30を加熱することで、上記の構造をなす導電部40を形成することができる。なお、偏析部45は、配線パターン22とオーバーラップしないように配置されていてもよい。また、電極12がバンプ18を有する場合、偏析部45は、バンプ18の先端面とオーバーラップしないように配置されていてもよい。また、偏析部45は、導電部40の表面に露出するように配置されていてもよい。あるいは、偏析部45は、導電部40の表面から露出しないように配置されていてもよい。はんだ30に含まれるビスマスの量や、加熱温度、ボンディング時の加圧力等を調整して、偏析部45の位置や大きさを制御してもよい。
As shown in FIG. 3, the
先に説明したように、はんだ30はビスマスを含有する。通常、ビスマスを含有するはんだを利用して導電部を形成すると、導電部内にビスマスの偏析部が発生することがあった。ところで、半導体チップ10実装後の温度の低下や、半導体装置が置かれる環境の変化によって、導電部には力が加えられることがある。このときに、導電部の内部に偏析部が形成されていると、偏析部を起点にして導電部の破壊が生じる恐れがあった。特に、偏析部が導電部の中央部に配置されると、導電部の破壊が生じやすくなる。すなわち、中央部から導電部の破壊が発生し、これが側方部に至り、導電部が完全に破断することがあった。このことから、導電部の破壊を防止するためには、中央部内に破壊の起点となりうる部分を配置しないことが重要である。
As explained above, the
ところで、導電部40では、図3に示すように、ビスマスの偏析部45は、中央部42を避けて側方部44に形成される。言い換えると、中央部42内には偏析部45が配置されない。すなわち、先に説明した方法によれば、中央部42内に破壊の起点となりうる部分が配置されないように、導電部40を形成することができる。そのため、破壊されにくい構造をなす導電部40を形成することができる。すなわち、応力に対する信頼性の高い半導体装置を製造することができる。また、中央部42は、配線パターン22の上端面から電極12の上端面に至るように形成されていることから、中央部42によって配線パターンと電極12との電気的な導通を確保することができる。このことから、電気的な信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
Incidentally, in the
そして、配線基板20を切断する工程や、検査工程などを経て、図4に示す半導体装置1を製造してもよい。半導体装置1は、配線パターン22が形成された配線基板20を有する。半導体装置1は、複数の電極12を有する半導体チップ10を有する。半導体チップ10は、電極12が配線パターン22と対向するように配線基板20に搭載されてなる。半導体装置1は、それぞれの電極12と配線パターン22との間に配置されて両者を電気的に接続する導電部40を有する。導電部40は、配線パターン22の上端面から電極12の上端面に至るように形成された中央部42と、中央部42を囲む側方部44とを含む。導電部40は、ビスマスの含有量が90%を超えるビスマスの偏析部45を有する。偏析部45は、導電部40の中央部42を避けて側方部44に配置されてなる。先に説明したように、導電部40は破壊しにくい構造をなすため、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
And you may manufacture the
そして、図5には、半導体装置1を有する電子モジュール1000を示す。電子モジュール1000は、表示デバイスであってもよい。表示デバイスは、例えば液晶表示デバイスやEL(Electrical Luminescence)表示デバイスであってもよい。さらに、半導体装置1を有する電子機器として、図6にノート型パーソナルコンピュータ2000を、図7に携帯電話3000を、それぞれ示す。
FIG. 5 shows an
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成(例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。 In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, A various deformation | transformation is possible. For example, the present invention includes configurations that are substantially the same as the configurations described in the embodiments (for example, configurations that have the same functions, methods, and results, or configurations that have the same objects and effects). In addition, the invention includes a configuration in which a non-essential part of the configuration described in the embodiment is replaced. In addition, the present invention includes a configuration that achieves the same effect as the configuration described in the embodiment or a configuration that can achieve the same object. Further, the invention includes a configuration in which a known technique is added to the configuration described in the embodiment.
10…半導体チップ、 12…電極、 16…パッド、 18…バンプ、 20…配線基板、 22…配線パターン、 30…はんだ、 40…導電部、 42…中央部、 44…側方部、 45…偏析部
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記はんだを、融点以上300度未満の温度で加熱して溶融させ、その後硬化させて、前記電極と前記配線パターンとを電気的に接続する導電部を形成することを含み、
前記はんだのビスマス含有量は、3%よりも多く57%未満であり、
前記導電部を形成する工程で、前記融点以上の温度で前記はんだを加熱する時間は10秒未満である半導体装置の製造方法。 Opposing the semiconductor chip electrode and the wiring pattern through solder containing bismuth, and
The solder is melted by heating at a temperature not lower than 300 ° C. and less than 300 ° C. and then cured to form a conductive portion that electrically connects the electrode and the wiring pattern;
The solder has a bismuth content greater than 3% and less than 57%;
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein in the step of forming the conductive portion, the time for heating the solder at a temperature equal to or higher than the melting point is less than 10 seconds.
前記はんだは前記配線パターンにめっきされてなる半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the solder is plated on the wiring pattern.
前記導電部を形成する工程で、前記はんだの溶融時間が10秒未満になるように、前記はんだを加熱する半導体装置の製造方法。 The semiconductor device according to claim 1 or 2,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the solder is heated so that the melting time of the solder is less than 10 seconds in the step of forming the conductive portion.
複数の電極を有し、前記電極が前記配線パターンと対向するように前記配線基板に搭載された半導体チップと、
それぞれの前記電極と前記配線パターンとの間に配置されて両者を電気的に接続する導電部と、
を含み、
前記導電部は、前記配線パターンの上端面から前記電極の上端面に至るように形成された中央部と、前記中央部を囲む側方部とを含み、
前記導電部は、ビスマスの含有量が90%を超えるビスマスの偏析部を有し、
前記偏析部は、前記導電部の前記中央部を避けて前記側方部に配置されてなる半導体装置。 A wiring board on which a wiring pattern is formed;
A semiconductor chip having a plurality of electrodes, and mounted on the wiring board so that the electrodes face the wiring pattern;
A conductive portion disposed between each of the electrodes and the wiring pattern to electrically connect both;
Including
The conductive portion includes a central portion formed so as to reach the upper end surface of the electrode from the upper end surface of the wiring pattern, and a side portion surrounding the central portion,
The conductive part has a bismuth segregation part in which the bismuth content exceeds 90%,
The segregation part is a semiconductor device arranged at the side part so as to avoid the central part of the conductive part.
前記偏析部は、前記配線パターンとオーバーラップしないように配置されてなる半導体装置。 The semiconductor device according to claim 5.
The segregation part is a semiconductor device arranged so as not to overlap the wiring pattern.
前記電極は、パッドと、前記パッドに形成されたバンプとを含み、
前記偏析部は、前記バンプの先端面とオーバーラップしないように配置されてなる半導体装置。 The semiconductor device according to claim 5 or 6,
The electrode includes a pad and a bump formed on the pad,
The segregation part is a semiconductor device that is arranged so as not to overlap the tip surface of the bump.
前記偏析部は、前記導電部の表面に露出するように配置されてなる半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 5 to 7,
The segregation part is a semiconductor device arranged to be exposed on the surface of the conductive part.
前記偏析部は、前記導電部の表面から露出しないように配置されてなる半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 5 to 7,
The segregation part is a semiconductor device arranged so as not to be exposed from the surface of the conductive part.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Cited By (1)
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US20110074020A1 (en) * | 2009-09-30 | 2011-03-31 | Fujitsu Limited | Semiconductor device and method for mounting semiconductor device |
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2005
- 2005-03-02 JP JP2005057202A patent/JP2006245186A/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
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US20110074020A1 (en) * | 2009-09-30 | 2011-03-31 | Fujitsu Limited | Semiconductor device and method for mounting semiconductor device |
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A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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