JP2782914B2 - バンプ電極結合の形成方法 - Google Patents

バンプ電極結合の形成方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はバンプ電極結合方法に関し、特に一対の半導
体チップ相互間を電気的に接続するバンプ電極の対の結
合方法に関する。
〔従来の技術〕
一般に、赤外線イメージセンサとしては、半導体基板
上に赤外線検出素子が配置されている光電変換用半導体
チップと、検出信号を処理する回路が形成されたシリコ
ンIC半導体チップとをバンプ結合したハイブリッド型赤
外線イメージセンサが知られている。この赤外線イメー
ジセンサに用いられるバンプ電極の結合方法は、例え
ば、特開昭59−155162号公報に示されているように、両
チップの各々対応する位置にインジウム等の軟質金属か
らなる円柱状のバンプ電極を形成し、その対をなすバン
プ電極同士を目合わせして熱圧着していた。
〔発明が解決しようとする課題〕
上述した従来のバンプ電極の結合方法では、対応する
バンプ電極同士が必ずしも充分には機械的、電気的に結
合されていなかった。即ち、インジウム等の軟質金属は
酸化され易いため、その表面に酸化被膜が形成されてお
り、円柱状バンプ電極の先端部の接合面同士を熱圧着す
る際、その接合面同士は酸化被膜を介して熱圧着される
こととなり、その酸化被膜が破れにくく、充分な結合が
得られない。
こうした不充分な結合は両チップ間の剥離、電気的導
通不良という故障や、接触抵抗の増加からくるノイズの
増大という特性の劣化を招く欠陥がある。
特に、一般的には一つのハイブリッド型赤外線イメー
ジセンサチップではバンプ電極の接続点数は数千点以上
あり、結合率即ち、充分に結合された接続点の割合を高
めることができないという欠点があった。
そこで本発明の目的は、バンプ電極同士の結合が充分
に行え、バンプ結合率を向上させることが可能なバンプ
電極結合の形成方法を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
前記目的を達成するため、本発明に係るバンプ電極結
合の形成方法においては、２個の半導体チップの対向面
に向き合わせに設けられた第１及び第２のバンプ電極の
対は、軟質金属を柱状体に成型したものであり、柱状体
同士を熱圧接して一体化させるバンプ電極結合の形成方
法であって、 第１のバンプ電極は、柱状体の端面に凹部を有し、 第２のバンプ電極は、柱状体の外径寸法が第１のバン
プ電極の外径より小径であり、かつ、柱状体内に錐状の
硬質金属製補助電極を芯材として内包しており、柱状体
の先端形状が錐状をなすものであり、 第２のバンプ電極を、前記第１のバンプ電極の凹部内
に食い込ませ、両柱状体間に作用する圧力で柱状体表面
の酸化被膜を削ぎ取り、柱状体表面の酸化被膜が除去さ
れて表面にあらわれた両バンプ電極の軟質金属同士を結
合させてなるものである。
〔作用〕
本発明のバンプ電極結合の形成方法は、対をなす一方
の第１のバンプ電極はインジウム金属等の軟質金属を柱
状体に成型したもので、柱状体の結合面の表面が凹状に
なっており、他方の第２のバンプ電極はインジウム金属
等の軟質金属を柱状体に成型し、かつ軟質金属内に錐状
の硬質金属体を芯材として内包し、柱状体の先端形状を
円錐状に成型し、その柱状体の外径寸法を第１のバンプ
電極より小径としたものであり、両バンプ電極を熱圧着
すると、第２のバンプ電極は第１のバンプ電極の凹面面
にスパイク状に食い込み、その際に第１のバンプ電極の
凹面部に付着した酸化被膜が第２のバンプ電極の尖った
先端部で確実に剥離され、かつ第２のバンプ電極の食い
込みによる楔作用で両バンプ電極の表面が互いに擦り合
うため、互いの表面の酸化被膜を削ぎとられることとな
り、両バンプ電極の接合部は酸化されていない純粋な金
属同士が結合することとなり、充分なバンプ結合が得ら
れる。また、第１のバンプ電極に凹部を設けたことで、
接合時のバンプの膨らみが軽減でき、接合時の圧着力は
第２のバンプ電極の先端を円錐状にしたことにより、各
バンプの一点に集中するため、低い圧力で効率的に結合
でき、かつ各半導体素子にかかるダメージを抑えること
ができる。尚、第２のバンプ電極は、その先端形状が円
錐状に限られるものではなく、角錐状であってもよい。
〔実施例〕
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。
第１図（ａ）〜（ｃ）は本発明の一実施例を説明する
ためのプロセス順に示したバンプ電極の部分断面図、第
２図，第３図はそれぞれ本発明の一実施例を説明するた
めのバンプ電極の部分斜視図及び断面図である。
第２図に示すように、結合すべき一対の半導体チップ
1,2の各々に対応する電極接合部には、第１のバンプ電
極4a及び第２のバンプ電極4bが設置されている。
この場合、第３図に示すように、一方の半導体チップ
１に形成した第１のバンプ電極4aは、結合面に凹部3aを
もち、インジウムを円柱状体に成型してなるインジウム
電極３であり、他方の半導体チップ２に形成した第２の
バンプ電極4bは、銅金属でその先端に鋭利にした円錐状
補助電極５に、インジウムからなるインジウム被覆６を
被覆して錐状に柱状体に成型し、かつ、その径を第１の
バンプ電極３より小さくしたものである。
次に、両半導体チップ1,2を対向させ各々のバンプ電
極4a,4bが所定の対応する位置となるように目合わせす
る。次に、第１図（ａ）に示すように、各々の対応して
いるバンプ電極4a,4bが接触している状態から加熱と同
時に、第１図（ｃ）に示すように、第２のバンプ電極4b
が第１のバンプ電極4aに食い込んだ状態になるまで加圧
することにより、熱圧着即ちバンプ電極結合の形成が完
了する。このとき、本発明では上記の加圧中に、第１図
（ｂ）に示すように、錐状補助電極５はインジウム電極
３に凹部3aを通してインジウム被覆６と一体に食い込
み、これにより、インジウム電極３の凹部3aに付着した
酸化被膜７が強制的に剥離され、かつインジウム電極３
とインジウム被覆６とが擦り合うことにより、インジウ
ム被覆６に付着した酸化被膜７が削ぎ取られ、両バンプ
電極4a,4bの接合部８に酸化されていない純粋な金属表
面が現れ、その金属表面同士が結合されるため、この接
合部８で充分な熱圧着結合が行われる。
尚、以上説明した実施例ではバンプ電極の接続点数が
少ないが、これが接続点数千点以上の数であっても同様
な効果を得ることができることを確認している。
更に、バンプ電極をなす軟質金属としてインジウムの
他に、アンチモン、ビスマス、鉛、亜鉛等を同様に用い
ることができ、また補助電極をなす軟質金属として、
銅、ニッケル、金等も用いることができる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明は、軟質金属からなるバ
ンプ電極の表面が凹状になった第１のバンプ電極と、硬
質金属に軟質金属を被覆させ、かつバンプ電極の先端が
錐状で第１のバンプ電極より小さい径になっている第２
のバンプ電極とを結合させるとき、第１のバンプ電極の
凹部に第２のバンプ電極が食い込むように結合させるこ
とにより、第２のバンプ電極の尖った先端部が酸化膜を
破ると同時に互いの表面の酸化膜も削ぎとられ、両バン
プ電極の接合部は酸化されていない金属同士の結合とな
り、充分なバンプ圧着が行われ機械的、電気的に充分結
合された結合率が高く接触抵抗の低いバンプ電極結合を
形成することが可能となる効果がある。また、第１のバ
ンプ電極に凹部を設けたことで、接合時のバンプの膨ら
みが軽減でき、接合時の圧着圧力は、第２のバンプ電極
の先端を錐状にしたことにより、各バンプの一点に集中
するため、従来よりも低い圧力で効率的に結合でき、か
つ各半導体素子にかかるダメージを抑えることができる
効果もある。
【図面の簡単な説明】
第１図（ａ）〜（ｃ）は本発明の一実施例を説明するた
めのプロセス順に示したバンプ電極の部分断面図、第２
図は本発明の一実施例を説明するためのバンプ電極の部
分斜視図、第３図は同断面図である。 1,2……半導体チップ、３……インジウム電極 3a……凹部 4a……第１のバンプ電極 4b……第２のバンプ電極 ５……補助電極、６……インジウム被覆 ７……酸化被膜、８……接合部

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】２個の半導体チップの対向面に向き合わせ
    に設けられた第１及び第２のバンプ電極の対は、軟質金
    属を柱状体に成型したものであり、柱状体同士を熱圧接
    して一体化させるバンプ電極結合の形成方法であって、 第１のバンプ電極は、柱状体の端面に凹部を有し、 第２のバンプ電極は、柱状体の外径寸法が第１のバンプ
    電極の外径より小径であり、かつ、柱状体内に錐状の硬
    質金属製補助電極を芯材として内包しており、柱状体の
    先端形状が錐状をなすものであり、 第２のバンプ電極を、前記第１のバンプ電極の凹部内に
    食い込ませ、両柱状体間に作用する圧力で柱状体表面の
    酸化被膜を削ぎ取り、柱状体表面の酸化被膜が除去され
    て表面にあらわれた両バンプ電極の軟質金属同士を結合
    させることを特徴とするバンプ電極結合の形成方法。
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