JP2015213103A - 半導体装置およびその実装構造 - Google Patents
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Abstract
【課題】応力を緩和させることを維持しながら、高密度に実装することが可能な半導体装置と、その実装構造とを提供する。【解決手段】半導体装置のバンプ100は、アンダーバンプメタル6の直上に形成されている。バンプ100は、第1のはんだ7、銅柱8、第2のはんだ9および保護膜10から形成されている。第1のはんだ7の上に銅柱8が積層され、その銅柱8の上に第2のはんだ9が積層されている。銅柱8の側面が、保護膜10によって覆われている。【選択図】図1
Description
本発明は半導体装置およびその実装構造に関し、特に、バンプを備えた半導体装置と、そのような半導体装置の実装構造とに関するものである。
半導体装置の高機能化および小型化に伴って、半導体装置の内部を高密度化することが必要とされている。また、近年では、半導体装置の発熱量が増加する傾向にあり、半導体装置から実装基板への放熱も重要な課題となっている。
高密度化を図る手法の1つとして、ワイヤボンディングではなく、バンプを用いて半導体装置を実装基板に接続するフリップチップ実装が多用されている。フリップチップ実装におけるバンプ構造としては、熱伝導性と融点の高さに優れた銅(Cu)が注目されており、銅柱の先端にはんだを用いたバンプをボンディングパッド上に設けたバンプ構造が増えている。このバンプ構造では、バンプをはんだのみで構成する場合と比較してスタンドオフ高さを高くすることが容易であるため、アンダーフィル剤やモールド樹脂を充填しやすいという利点もある。
しかしながら、半導体基板と実装基板との線膨脹係数の違いから、両者を接続するバンプには熱応力が集中し、バンプやその周囲にクラックが発生しやすいため、熱応力を緩和する構造が求められる。熱応力を緩和する構造の例として、たとえば、特許文献1では、銅の周囲をはんだで切れ目なく覆い、そのはんだとボンディングパッドとを接続する構造が提案されている。銅がボンディングパッドに直接接続されないため、バンプやその周囲への熱応力を緩和でき、クラックを防止できるとされる。
また、特許文献2では、半導体基板上に絶縁性材料を介在させて形成されたはんだと、そのはんだの上に積層された銅柱と、その銅柱の上に形成した球状のはんだとによって構成されたバンプが提案されている。このバンプでは、銅柱の間に応力緩衝樹脂が形成されていてもよいとされている。特許文献1の場合と同様に、銅が半導体基板に直接接続されないため、バンプやその周囲への熱応力を緩和でき、クラックを防止できるとされる。
さらに、特許文献3では、複数の銅柱と、その複数の銅柱にわたり積層された銅と、その銅の上に積層されたはんだとによって構成されたバンプが提案されている。複数の銅柱部分が変形することによって、熱応力を吸収し、バンプやその周囲のクラックを防止できるとされる。
しかしながら、従来の半導体装置では、バンプを高密度に配置して実装するには、まだ十分ではないという問題があった。
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、一つの目的は、応力を緩和させることを維持しながら、バンプを高密度に配置して実装することが可能な半導体装置を提供することであり、他の目的は、そのような半導体装置を実装基板に実装させた半導体装置の実装構造を提供することである。
本発明に係る半導体装置は、半導体基板とボンディングパッドとバンプとを有している。ボンディングパッドは、半導体基板の表面に形成されている。バンプは、ボンディングパッドに形成されている。バンプでは、第1のはんだ、銅柱および第2のはんだが順次積層されて、少なくとも銅柱の側面が保護膜によって覆われ、ボンディングパッドと銅柱との間に前記第1のはんだが介在している。
本発明に係る半導体装置の実装構造は、半導体装置を実装基板に実装した半導体装置の実装構造である。半導体装置は、半導体基板と、半導体基板の表面に形成されたボンディングパッドと、ボンディングパッドに形成されたバンプとを有している。バンプでは、第1のはんだ、銅柱および第2のはんだが順次積層されて、少なくとも銅柱の側面が保護膜によって覆われ、ボンディングパッドと銅柱との間に第1のはんだが介在している。実装基板は、基材と、基材の表面に形成された実装パッドとを有している。第2のはんだが実装パッドに接合されている。
本発明に係る半導体装置によれば、バンプでは、第1のはんだ、銅柱および第2のはんだが順次積層されて、少なくとも銅柱の側面が保護膜によって覆われ、ボンディングパッドと銅柱との間に前記第1のはんだが介在していることで、応力緩和を図りながら、半導体装置を高密度に実装することができる。
本発明に係る半導体装置の実装構造によれば、上述した半導体装置を実装基板に実装することで、応力緩和を図りながら、半導体装置を高密度に実装することができる。
実施の形態1
ここでは、バンプを備えた半導体装置とその実装構造等の第1例について説明する。
ここでは、バンプを備えた半導体装置とその実装構造等の第1例について説明する。
(半導体装置の要部)
はじめに、半導体装置の要部について説明する。図1および図2に示すように、半導体装置200は、半導体基板1、絶縁膜2、ボンディングパッド3、パッシベーション膜4、シード層5、アンダーバンプメタル6、バンプ100を備えている。半導体基板1を形成する材料は、たとえば、ヒ化ガリウム(GaAs)であり、その寸法は、たとえば、0.6mm×0.6mm×厚さ0.1mmである。絶縁膜2の材料は、たとえば、窒化シリコン(SiN)であり、厚さは、たとえば、1μmである。
はじめに、半導体装置の要部について説明する。図1および図2に示すように、半導体装置200は、半導体基板1、絶縁膜2、ボンディングパッド3、パッシベーション膜4、シード層5、アンダーバンプメタル6、バンプ100を備えている。半導体基板1を形成する材料は、たとえば、ヒ化ガリウム(GaAs)であり、その寸法は、たとえば、0.6mm×0.6mm×厚さ0.1mmである。絶縁膜2の材料は、たとえば、窒化シリコン(SiN)であり、厚さは、たとえば、1μmである。
絶縁膜2は、半導体基板1とボンディングパッド3とを電気的に絶縁している。ボンディングパッド3は、バンプを形成する位置に配置されている。ボンディングパッド3の材料は、たとえば金(Au)であり、その寸法は、たとえば、φ55μm×厚さ2μmである。
パッシベーション膜4の材料は、たとえば、窒化シリコン(SiN)であり、ボンディングパッド3の直上に、たとえば、φ48μmの開口が設けられている。シード層5は、パッシベーション膜4の開口の直上に形成されている。シード層5の材料は、たとえば、チタンタングステン(TiW)であり、その寸法は、たとえば、φ50μm×厚さ0.2μmである。
アンダーバンプメタル6は、シード層5の直上に形成されている。アンダーバンプメタル6の材料は、たとえば、ニッケル(Ni)であり、その厚さは、たとえば、2μmである。ここで、アンダーバンプメタル6としては、複数の層によって形成されていてもよく、たとえば、ニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)の順に形成された複数の層であってもよい。
バンプ100は、アンダーバンプメタル6の直上に形成されている。バンプ100は、第1のはんだ7、銅柱8、第2のはんだ9および保護膜10から形成されている。第1のはんだ7の上に銅柱8が積層され、その銅柱8の上に第2のはんだ9が積層されている。銅柱8の側面が、保護膜10によって覆われている。
第1のはんだ7および第2のはんだ9のそれぞれの材料は、たとえば、スズ(Sn)と銀(Ag)の合金である。バンプ100の、半導体基板1の面方向の寸法は、シード層5の寸法とほぼ同じ寸法である。第1のはんだ7の高さ(厚さ)は、たとえば、10μmである。銅柱8の高さ(厚さ)は、たとえば、50μmである。第2のはんだ9の高さ(厚さ)は、たとえば、20μmである。
保護膜10の材料としては、第1のはんだ7および第2のはんだ9が溶融する温度においても、銅柱8へのはんだの濡れを防ぐ材料が望ましい。ここでは、保護膜10の材料は銅プリフラックスであり、その厚さは1μmである。
バンプ100は、たとえば、120μmのピッチをもって、半導体基板1の外周に沿って配置(ペリフェラルで配置)されている。また、ボンディングパッド3、パッシベーション膜4の開口、シード層5、アンダーバンプメタル6、バンプ100のそれぞれの、半導体基板1の平面から見た(平面視)形状は、ほぼ円形である。なお、これらの形状や配置は一例であって、これに限定されるものではない。
(半導体装置の製造方法)
次に、上述した半導体装置の製造方法の一例について説明する。図3に示すように、まず、半導体基板1上の全面に、たとえば、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法によって絶縁膜2を形成する。次に、フォトリソグラフィによって、第1のめっきレジスト11を形成する。第1のめっきレジスト11では、ボンディングパッドが形成される領域に位置する絶縁膜2を露出する開口が形成されている。
次に、上述した半導体装置の製造方法の一例について説明する。図3に示すように、まず、半導体基板1上の全面に、たとえば、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法によって絶縁膜2を形成する。次に、フォトリソグラフィによって、第1のめっきレジスト11を形成する。第1のめっきレジスト11では、ボンディングパッドが形成される領域に位置する絶縁膜2を露出する開口が形成されている。
次に、真空蒸着法によって、露出した絶縁膜2および第1のめっきレジスト11を覆うようにボンディングパッドの材料を成膜する。次に、第1のめっきレジスト11をリフトオフすることで、ボンディングパッド3が形成される。第1のめっきレジスト11の材料は、たとえば、エポキシ系樹脂であり、その厚さは、たとえば、5μmである。次に、図4に示すように、たとえば、プラズマCVD法によってパッシベーション膜4の材料を成膜する。
次に、フォトリソグラフィおよびエッチングによって、ボンディングパッド3上に位置するパッシベーション膜4の部分を除去することにより、ボンディングパッド3を露出する開口部を形成する。このとき、開口部は、ボンディングパッド3のサイズよりも少し小さくなるように形成される。次に、図5に示すように、スパッタ法によってシード層5の材料を成膜する。次に、フォトリソグラフィによって、ボンディングパッド3が形成されている領域に位置するシード層5を露出する開口を有する第2のめっきレジスト12を形成する。
このとき、開口は、パッシベーション膜4に形成された開口部よりも少し大きくなるように形成される。また、第2のめっきレジスト12は、後の工程において形成される銅柱の上面よりも高くなる厚さをもって形成される。さらに、第2のめっきレジスト12としては、後の工程においてリフロー方式によって加熱されるため、耐熱性を有していることが望ましく、たとえば、エポキシ系樹脂のように、第1のはんだ7の融点および第2のはんだ9の融点よりも高い融点を有することが望ましい。
次に、図6に示すように、それぞれ電解めっき法を用いて、アンダーバンプメタル6、第1のはんだ7、銅柱8および第2のはんだ9を積層する。なお、第2のはんだ9は、第2のめっきレジスト12の上面まではみ出して積層されてもよいが、その積層量は、隣接したバンプの第2のはんだ9と接しない程度にする必要がある。ここで、電解めっき法により積層された金属には、一般的に内部応力が蓄積されている。そこで、次に、リフロー方式にて加熱することで、蓄積された内部応力を除去する。
次に、図7に示すように、第2のめっきレジスト12を剥離する。次に、保護膜となる所定の液体をスプレー方式により塗布することによって保護膜10(図1参照)を形成する。このとき、銅柱8の銅(Cu)と反応することによって、銅柱8の表面に銅プリフラックスが保護膜10として形成される。その後、半導体基板1を所定のサイズにダイシングすることで、図2に示す半導体装置200が得られる。
(半導体装置の実装方法)
次に、上述した半導体装置を実装基板に実装する実装方法について説明する。図8に示すように、まず、実装基板201を用意する。実装基板201の基材13の表面には、バンプが接合される実装パッド14が形成されている。その実装パッド14に、スクリーン印刷によりフラックス(図示せず)を供給する。次に、フリップチップボンダなどによって、半導体装置200のバンプ100と実装パッド14との位置合わせし、図9に示すように、半導体装置200を実装基板201に搭載する。
次に、上述した半導体装置を実装基板に実装する実装方法について説明する。図8に示すように、まず、実装基板201を用意する。実装基板201の基材13の表面には、バンプが接合される実装パッド14が形成されている。その実装パッド14に、スクリーン印刷によりフラックス(図示せず)を供給する。次に、フリップチップボンダなどによって、半導体装置200のバンプ100と実装パッド14との位置合わせし、図9に示すように、半導体装置200を実装基板201に搭載する。
次に、リフロー方式にて、第2のはんだ9を溶融し、固着させることで、図10に示すように、バンプ100を実装パッド14へ接合する。なお、この後、バンプ100とバンプ100との間に、アンダーフィル剤やモールド樹脂を充填してもよい。こうして、半導体装置200を実装基板201に実装した半導体装置の実装構造が得られる。
上述した半導体装置では、バンプ100が、第1のはんだ7、銅柱8および第2のはんだ9の積層構造とされている。バンプとして、熱伝導性の高い銅柱8を用いることで熱伝導性を確保することができる。また、その銅柱8とボンディングパッド3との間に第1のはんだ7が介在している。これにより、放熱効率を維持しながら、バンプ100やその周囲への熱応力を緩和させることができる。
さらに、上述したバンプ100では、銅柱8の側面を覆うように保護膜10が形成されている。これにより、溶融した第1のはんだ7および第2のはんだ9が、銅柱8の側面を濡らすことがなくなって、バンプ100の品質を安定化させることができる。また、複数のバンプ100を狭いピッチ(狭ピッチ)をもって配置しても、互いに隣接したバンプ100において、一方のバンプ100の溶融した第1のはんだ7または第2のはんだ9と、他方のバンプの溶融した第1のはんだ7または第2のはんだ9とが互いにつながってしまうのを阻止することができ、高密度な実装が可能になる。
実施の形態2
ここでは、バンプを備えた半導体装置とその実装構造等の第2例について説明する。
ここでは、バンプを備えた半導体装置とその実装構造等の第2例について説明する。
(半導体装置の要部)
半導体装置の要部について説明する。図11に示すように、半導体装置200のバンプ100では、第1のはんだ7と銅柱8との間に第1のバリアメタル15が形成されている。また、銅柱8と第2のはんだ9との間に第2のバリアメタル16が形成されている。第1のバリアメタル15および第2のバリアメタル16のそれぞれの材料は、たとえば、ニッケル(Ni)である。なお、これ以外の構成については、図1に示す半導体装置と同様なので、同一部材には同一符号を付し、必要である場合を除きその説明を繰り返さないこととする。
半導体装置の要部について説明する。図11に示すように、半導体装置200のバンプ100では、第1のはんだ7と銅柱8との間に第1のバリアメタル15が形成されている。また、銅柱8と第2のはんだ9との間に第2のバリアメタル16が形成されている。第1のバリアメタル15および第2のバリアメタル16のそれぞれの材料は、たとえば、ニッケル(Ni)である。なお、これ以外の構成については、図1に示す半導体装置と同様なので、同一部材には同一符号を付し、必要である場合を除きその説明を繰り返さないこととする。
(半導体装置の製造方法)
次に、上述した半導体装置の製造方法の一例について説明する。まず、図3〜図5に示す工程と同様の工程を経て、図12に示すように、ボンディングパッド3が形成されている領域に位置するシード層5を露出する開口を有する第2のめっきレジスト12が形成される。
次に、上述した半導体装置の製造方法の一例について説明する。まず、図3〜図5に示す工程と同様の工程を経て、図12に示すように、ボンディングパッド3が形成されている領域に位置するシード層5を露出する開口を有する第2のめっきレジスト12が形成される。
次に、図13に示すように、それぞれ電解めっき法を用いて、アンダーバンプメタル6、第1のはんだ7、第1のバリアメタル15、銅柱8、第2のバリアメタル16および第2のはんだ9を積層する。次に、リフロー方式にて加熱することで、積層された金属に蓄積された内部応力を除去する。その後、図7に示す工程と同様の工程等を経た後、図11に示す半導体装置200が得られる。
(半導体装置の実装方法)
次に、上述した半導体装置を実装基板に実装する実装方法について説明する。まず、図8に示す工程と同様に、実装パッドが形成された実装基板を用意する。次に、図9に示す工程と同様に、半導体装置のバンプと実装パッドとの位置合わせし、半導体装置を実装基板に搭載する。その後、リフロー方式にて、第2のはんだを溶融し、固着させることで、図14に示すように、バンプ100を実装パッド14へ接合する。こうして、半導体装置200を実装基板201に実装した半導体装置の実装構造が得られる。
次に、上述した半導体装置を実装基板に実装する実装方法について説明する。まず、図8に示す工程と同様に、実装パッドが形成された実装基板を用意する。次に、図9に示す工程と同様に、半導体装置のバンプと実装パッドとの位置合わせし、半導体装置を実装基板に搭載する。その後、リフロー方式にて、第2のはんだを溶融し、固着させることで、図14に示すように、バンプ100を実装パッド14へ接合する。こうして、半導体装置200を実装基板201に実装した半導体装置の実装構造が得られる。
上述した半導体装置では、まず、第1のはんだ7と銅柱8との間に第1のバリアメタル15が形成され、また、銅柱8と第2のはんだ9との間に第2のバリアメタル16が形成されている。これにより、第1のはんだ7と銅柱8との間と、銅柱8と第2のはんだ9との間のそれぞれに、銅(Cu)と錫(Sn)の合金層が形成されるのを防止することができ、バンプ100の接続信頼性を向上させることができる。
また、バンプ100では、熱伝導性の高い銅柱8を用い、その銅柱8とボンディングパッド3との間に第1のはんだ7を介在させていることで、実施の形態1において説明したのと同様に、放熱効率を維持しながら、バンプ100やその周囲への熱応力を緩和させることができる。
なお、上述した半導体装置の製造方法では、第1のバリアメタル15と第2のバリアメタル16とを電解めっき法によって形成する場合について説明したが、無電解めっき法によって形成してもよい。
実施の形態3
ここでは、バンプを備えた半導体装置とのその実装構造等の第3例について説明する。
ここでは、バンプを備えた半導体装置とのその実装構造等の第3例について説明する。
(半導体装置の要部)
半導体装置の要部について説明する。図15に示すように、半導体装置200のバンプ100では、第1のはんだ7、銅柱8および第2のはんだ9の表面(側面)を覆うように保護膜10が形成されている。保護膜10の材料は、たとえば、酸化物である。なお、これ以外の構成については、図1に示す半導体装置と同様なので、同一部材には同一符号を付し、必要である場合を除きその説明を繰り返さないこととする。
半導体装置の要部について説明する。図15に示すように、半導体装置200のバンプ100では、第1のはんだ7、銅柱8および第2のはんだ9の表面(側面)を覆うように保護膜10が形成されている。保護膜10の材料は、たとえば、酸化物である。なお、これ以外の構成については、図1に示す半導体装置と同様なので、同一部材には同一符号を付し、必要である場合を除きその説明を繰り返さないこととする。
(半導体装置の製造方法)
次に、上述した半導体装置の製造方法の一例について説明する。まず、図3〜図6に示す工程と同様の工程を経て、図16に示すように、アンダーバンプメタル6、第1のはんだ7、銅柱8および第2のはんだ9が積層される。次に、リフロー方式にて加熱することで、積層された金属に蓄積された内部応力を除去する。
次に、上述した半導体装置の製造方法の一例について説明する。まず、図3〜図6に示す工程と同様の工程を経て、図16に示すように、アンダーバンプメタル6、第1のはんだ7、銅柱8および第2のはんだ9が積層される。次に、リフロー方式にて加熱することで、積層された金属に蓄積された内部応力を除去する。
次に、図17に示すように、第2のめっきレジスト12を剥離することによって、第1のはんだ7、銅柱8および第2のはんだ9の表面(側面)を露出させる。次に、乾燥炉にて150℃のもとで24時間加熱し、第1のはんだ7、銅柱8および第2のはんだ9等の表面を酸化することにより、酸化物による保護膜10(図15参照)を形成する。こうして、図15に示す半導体装置200が得られる。
(半導体装置の実装方法)
次に、上述した半導体装置を実装基板に実装する実装方法について説明する。まず、図8に示す工程と同様に、実装パッドが形成された実装基板を用意する。次に、図9に示す工程と同様に、半導体装置のバンプと実装パッドとの位置合わせし、半導体装置を実装基板に搭載する。次に、リフロー方式にて、半導体装置200および実装基板201を加熱する。
次に、上述した半導体装置を実装基板に実装する実装方法について説明する。まず、図8に示す工程と同様に、実装パッドが形成された実装基板を用意する。次に、図9に示す工程と同様に、半導体装置のバンプと実装パッドとの位置合わせし、半導体装置を実装基板に搭載する。次に、リフロー方式にて、半導体装置200および実装基板201を加熱する。
このとき、第2のはんだ9の表面に形成された保護膜10が、実装パッド14に塗布されたフラックスによって除去されて、第2のはんだ9が溶融する。その溶融した第2のはんだ9が固着することで、バンプ100が実装パッド14に接合する。こうして、図18に示すように、半導体装置200を実装基板201に実装した実装構造が得られる。
上述した半導体装置では、第1のはんだ7の表面(側面)に保護膜10が形成されている。このため、半導体装置200を実装基板201に実装する際に、リフロー方式による加熱によって、第1のはんだ7が変形しにくくなる。これにより、銅柱8の位置が定まりやすくなり、バンプ100の品質を安定化させることができる。
また、バンプ100では、熱伝導性の高い銅柱8を用い、その銅柱8とボンディングパッド3との間に第1のはんだ7を介在させていることで、実施の形態1において説明したのと同様に、放熱効率を維持しながら、バンプ100やその周囲への熱応力を緩和させることができる。
なお、上述した半導体装置の製造方法では、保護膜10を乾燥炉内にて酸化することによって形成する場合について説明したが、高温多湿のもとで、二酸化炭素と反応させることによって保護膜10を形成するようにしてもよい。
実施の形態4
ここでは、バンプを備えた半導体装置とその実装構造等の第4例について説明する。
ここでは、バンプを備えた半導体装置とその実装構造等の第4例について説明する。
(半導体装置の要部)
半導体装置の要部について説明する。図19に示すように、半導体装置200のバンプ100では、第1のはんだ7と銅柱8との間に第1のバリアメタル15が形成されている。また、銅柱8と第2のはんだ9との間に第2のバリアメタル16が形成されている。第1のはんだ7、第1のバリアメタル15、銅柱8、第2のバリアメタル16および第2のはんだ9の表面(側面)を覆うように保護膜10が形成されている。なお、これ以外の構成については、図1に示す半導体装置と同様なので、同一部材には同一符号を付し、必要である場合を除きその説明を繰り返さないこととする。
半導体装置の要部について説明する。図19に示すように、半導体装置200のバンプ100では、第1のはんだ7と銅柱8との間に第1のバリアメタル15が形成されている。また、銅柱8と第2のはんだ9との間に第2のバリアメタル16が形成されている。第1のはんだ7、第1のバリアメタル15、銅柱8、第2のバリアメタル16および第2のはんだ9の表面(側面)を覆うように保護膜10が形成されている。なお、これ以外の構成については、図1に示す半導体装置と同様なので、同一部材には同一符号を付し、必要である場合を除きその説明を繰り返さないこととする。
(半導体装置の製造方法)
次に、上述した半導体装置の製造方法の一例について説明する。まず、図3〜図5および図13に示す工程と同様の工程を経て、図20に示すように、アンダーバンプメタル6、第1のはんだ7、第1のバリアメタル15、銅柱8、第2のバリアメタル16および第2のはんだ9を積層する。次に、リフロー方式にて加熱することで、積層された金属に蓄積された内部応力を除去する。その後、図7に示す工程と同様の工程等を経た後、図19に示す半導体装置200が得られる。
次に、上述した半導体装置の製造方法の一例について説明する。まず、図3〜図5および図13に示す工程と同様の工程を経て、図20に示すように、アンダーバンプメタル6、第1のはんだ7、第1のバリアメタル15、銅柱8、第2のバリアメタル16および第2のはんだ9を積層する。次に、リフロー方式にて加熱することで、積層された金属に蓄積された内部応力を除去する。その後、図7に示す工程と同様の工程等を経た後、図19に示す半導体装置200が得られる。
(半導体装置の実装方法)
次に、上述した半導体装置を実装基板に実装する実装方法について説明する。まず、図8に示す工程と同様に、実装パッドが形成された実装基板を用意する。次に、図9に示す工程と同様に、半導体装置のバンプと実装パッドとの位置合わせし、半導体装置を実装基板に搭載する。その後、リフロー方式にて、第2のはんだを溶融し、固着させることで、図21に示すように、バンプ100を実装パッド14へ接合する。こうして、半導体装置200を実装基板201に実装した実装構造が得られる。
次に、上述した半導体装置を実装基板に実装する実装方法について説明する。まず、図8に示す工程と同様に、実装パッドが形成された実装基板を用意する。次に、図9に示す工程と同様に、半導体装置のバンプと実装パッドとの位置合わせし、半導体装置を実装基板に搭載する。その後、リフロー方式にて、第2のはんだを溶融し、固着させることで、図21に示すように、バンプ100を実装パッド14へ接合する。こうして、半導体装置200を実装基板201に実装した実装構造が得られる。
上述した半導体装置では、まず、第1のはんだ7と銅柱8との間に第1のバリアメタル15が形成され、また、銅柱8と第2のはんだ9との間に第2のバリアメタル16が形成されている。これにより、第1のはんだ7と銅柱8との間と、銅柱8と第2のはんだ9との間のそれぞれに、銅(Cu)と錫(Sn)の合金層が形成されるのを防止することができ、バンプ100の接続信頼性を向上させることができる。
また、第1のはんだ7の表面(側面)に保護膜10が形成されている。このため、半導体装置200を実装基板201に実装する際に、リフロー方式による加熱によって、第1のはんだ7が変形しにくくなる。これにより、銅柱8の位置が定まりやすくなり、バンプ100の品質を安定化させることができる。
そして、バンプ100では、熱伝導性の高い銅柱8を用い、その銅柱8とボンディングパッド3との間に第1のはんだ7を介在させていることで、実施の形態1において説明したのと同様に、放熱効率を維持しながら、バンプ100やその周囲への熱応力を緩和させることができる。
本発明は、バンプを備えた半導体装置に有効に利用される。
1 半導体基板、2 絶縁膜、3 ボンディングパッド、4 パッシベーション膜、5 シード層、6 アンダーバンプメタル、7 第1のはんだ、8 銅柱、9 第2のはんだ、10 保護膜、11 第1のめっきレジスト、12 第2のめっきレジスト、13 基材、14 実装パッド、15 第1のバリアメタル、16 第2のバリアメタル、100 バンプ、200 半導体装置、201 実装基板。
Claims (9)
- 半導体基板と、
前記半導体基板の表面に形成されたボンディングパッドと、
前記ボンディングパッドに形成されたバンプと
を有し、
前記バンプでは、第1のはんだ、銅柱および第2のはんだが順次積層されて、少なくとも前記銅柱の側面が保護膜によって覆われ、前記ボンディングパッドと前記銅柱との間に前記第1のはんだが介在している、半導体装置。 - 前記バンプでは、
前記第1のはんだと前記銅柱との間に第1のバリアメタルが形成され、
前記銅柱と前記第2のはんだとの間に第2のバリアメタルが形成された、請求項1記載の半導体装置。 - 前記第1のバリアメタルおよび前記第2のバリアメタルは、ニッケル(Ni)を含む、請求項2記載の半導体装置。
- 前記保護膜は、前記バンプの表面の全体に形成された、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記保護膜は、銅プリフラックスおよび酸化物のいずれかである、請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 半導体装置を実装基板に実装した半導体装置の実装構造であって、
前記半導体装置は、
半導体基板と、
前記半導体基板の表面に形成されたボンディングパッドと、
前記ボンディングパッドに形成されたバンプと
を有し、
前記バンプでは、第1のはんだ、銅柱および第2のはんだが順次積層されて、少なくとも前記銅柱の側面が保護膜によって覆われ、前記ボンディングパッドと前記銅柱との間に前記第1のはんだが介在し、
前記実装基板は、
基材と、
前記基材の表面に形成された実装パッドと
を有し、
前記第2のはんだが前記実装パッドに接合された、半導体装置の実装構造。 - 前記第1のはんだと前記銅柱との間に第1のバリアメタルが形成され、
前記銅柱と前記第2のはんだとの間に第2のバリアメタルが形成された、請求項6記載の半導体装置の実装構造。 - 前記第1のバリアメタルおよび前記第2のバリアメタルは、ニッケル(Ni)を含む、請求項7記載の半導体装置の実装構造。
- 前記保護膜は、銅プリフラックスおよび酸化物のいずれかである、請求項6〜請求項8のいずれか1項に記載の半導体装置の実装構造。
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