JP2784122B2 - Semiconductor device manufacturing method - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製法に関す
る。さらに詳しくは、半導体チップのボンディングパッ
ド上に簡単にバンプを形成できる半導体装置の製法に関
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device. More particularly, the present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device capable of easily forming a bump on a bonding pad of a semiconductor chip.
【0002】[0002]
【従来の技術】最近、電子機器の小型化に伴ない、集積
回路(IC)などを組み込んだ半導体装置も、樹脂でモ
ールドしてリード線を導出したものではなく、半導体チ
ップのボンディングパッドにバンプが形成された半導体
装置(いわゆるベアチップ)の状態で、直接プリント基
板などの配線リードに接続して使用するものが増えつつ
ある。このような半導体装置は、図2に半導体装置のバ
ンプ部の断面図が示されるように、半導体基板21に形成
された半導体回路の外部接続用電極端子はアルミニウム
配線などで半導体チップの周縁部に導出されてボンディ
ングパッド23が形成され、前記ボンディングパッド23以
外の半導体基板21の表面には保護膜としてパッシベーシ
ョン膜24が形成され、前記ボンディングパッド23上にバ
リアメタル26を介して金属バンプ25が電解メッキ法など
により形成されている。そののち、バンプ25以外のとこ
ろのバリアメタルがエッチングされる。バリアメタル26
はたとえば、ボンディングパッドを構成する材料との密
着性がよく、バンプ金属がボンディングパッド23に、ま
たその反対にボンディングパッド金属がバンプ25に熱拡
散するのを防止する役目をもち、かつ表面が変質しにく
くバンプ金属とのなじみがよい金属が選ばれ、通常複数
層で形成されている。2. Description of the Related Art In recent years, with the miniaturization of electronic devices, semiconductor devices incorporating integrated circuits (ICs) and the like have not led to lead wires by molding with resin, but have bumps on bonding pads of semiconductor chips. In the state of a semiconductor device (so-called bare chip) on which is formed, there is an increasing number of devices directly connected to wiring leads such as a printed circuit board. In such a semiconductor device, as shown in a cross-sectional view of a bump portion of the semiconductor device in FIG. 2, an external connection electrode terminal of a semiconductor circuit formed on a semiconductor substrate 21 is formed around the periphery of a semiconductor chip by aluminum wiring or the like. The bonding pad 23 is led out, a passivation film 24 is formed as a protective film on the surface of the semiconductor substrate 21 other than the bonding pad 23, and a metal bump 25 is formed on the bonding pad 23 with a barrier metal 26 interposed therebetween. It is formed by a plating method or the like. After that, the barrier metal other than the bump 25 is etched. Barrier metal 26
For example, has good adhesion to the material constituting the bonding pad, has the function of preventing the diffusion of the bump metal to the bonding pad 23 and, on the contrary, the bonding pad metal to the bump 25, and has a deteriorated surface. A metal that is difficult to be used and has good compatibility with the bump metal is selected, and is usually formed of a plurality of layers.
【0003】このボンディングパッド23上にバンプ25を
形成する方法として、図2に示されるように、全面に
蒸着法またはスパッタ法によりバリアメタル26を形成し
たのち、バンプを形成しない部分にレジスト膜27を設
け、電解メッキ法によりバンプ25を形成したり、バリ
アメタルをフォトリソグラフィ工程でパターンニングし
てボンディングパッド上にのみ残し、メタルマスクでマ
スキングしたのち、表面全体に蒸着法またはスパッタ法
によりバンプ25を積層し、メタルマスクとともに不要な
金属材料を除去したり、また前述のパターンニングさ
れたバリアメタル26上にスクリーン印刷法などにより、
バンプ用のペースト状の金属を付着してバンプ25を形成
したりする方法がとられている。As shown in FIG. 2, as a method of forming a bump 25 on the bonding pad 23, a barrier metal 26 is formed on the entire surface by vapor deposition or sputtering, and a resist film 27 is formed on a portion where no bump is to be formed. Is provided, and a bump 25 is formed by an electrolytic plating method, or a barrier metal is patterned by a photolithography process and is left only on a bonding pad, and is masked with a metal mask. By laminating unnecessary metal materials together with a metal mask, or by screen printing on the above-mentioned patterned barrier metal 26, etc.
A method of attaching a paste-like metal for bumps to form the bumps 25 is employed.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】従来のバンプの形成法
としては、主として前述ののメッキ法が用いられてい
るが、メッキ法ではバンプ金属をハンダで形成するばあ
いにハンダを溶かさずにバリアメタルのみエッチングす
ることが困難であるため、前述の、の方法が検討さ
れている。しかし、これらの方法では、前述のようにバ
リアメタルをフォトリソグラフィ工程によりバンプ形成
場所にのみ残存するように、パターニングをしなければ
ならない。そのため、バリアメタルの蒸着、レジスト塗
布、露光、レジスト現像、レジストベーキング、バリア
メタルエッチング、レジスト除去という工程を経なけれ
ばならない。そのため、製造に時間がかり、コストが高
くなる。As a conventional bump forming method, the above-mentioned plating method is mainly used. However, in the plating method, when the bump metal is formed by solder, the barrier is formed without melting the solder. Since it is difficult to etch only the metal, the above-described method has been studied. However, in these methods, as described above, the barrier metal must be patterned by the photolithography process so that it remains only at the bump formation location. Therefore, steps of vapor deposition of a barrier metal, resist coating, exposure, resist development, resist baking, barrier metal etching, and resist removal must be performed. Therefore, the production takes time and the cost increases.
【0005】さらに、バリアメタル26に使用される金な
どの材料が半導体基板21内部に侵入すると半導体基板の
シリコンにとって不純物となるため、従来の工程の装置
で蒸着するのが難かしく、別途蒸着装置などの設備が必
要になるという問題がある。Further, if a material such as gold used for the barrier metal 26 enters the inside of the semiconductor substrate 21, it becomes an impurity for the silicon of the semiconductor substrate, so that it is difficult to deposit by a conventional process apparatus. There is a problem that such equipment is required.
【0006】本発明では、かかる問題を解消し、少ない
工程でバリアメタルを形成でき、簡単にバンプを形成で
きる半導体装置の製法を提供すること目的とする。It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a semiconductor device which can solve such a problem, can form a barrier metal in a small number of steps, and can easily form a bump.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
法は、半導体基板に半導体回路が形成され、該半導体回
路から外部導出用の電極膜が半導体チップの周縁部に導
出されてボンディングパッドが形成され、該ボンディン
グパッド上に外部リードとの接続用のバンプが設けられ
てなる半導体装置の製法であって、前記ボンディングパ
ッドを1μm以上の厚さのアルミニウムを主成分とする
金属膜から形成し、該ボンディングパッド表面をエッチ
ングしてアルミニウムを活性化させ、前記ボンディング
パッド上に該ボンディングパッドの材料と相互に拡散す
る量が小さく、かつ、密着性のよい金属からなる第1
層、該第1層と相互に拡散する量が小さい金属からなる
第2層、および酸化しにくい金属からなる第3層を順次
無電解メッキ法により成膜してバリアメタルを設け、該
バリアメタルの表面上にスクリーン印刷によりバンプを
形成することを特徴とするものである。According to a method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, a semiconductor circuit is formed on a semiconductor substrate, and an electrode film for leading out from the semiconductor circuit is led to a peripheral portion of a semiconductor chip to form a bonding pad. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming, on a bonding pad, a bump for connection to an external lead;
The main component is aluminum with a thickness of 1 μm or more
Formed from metal film, etch the bonding pad surface
To activate the aluminum and to interdiffuse with the material of the bonding pad on the bonding pad.
The first material is made of a metal having a small amount and good adhesion.
Layer, made of metal with a small amount of mutual diffusion with the first layer
A second layer and a third layer made of a metal which is hardly oxidized are sequentially formed by an electroless plating method to provide a barrier metal, and a bump is formed on the surface of the barrier metal by screen printing. It is a feature.
【0008】[0008]
【0009】[0009]
【作用】本発明によれば、バリアメタルを無電解メッキ
法によって形成しているため、ボンディングパッド表面
のみに選択的に付着させることができ、エッチングのた
めのフォトレジスト工程を必要としない。しかも、ボン
ディングパッド上のみに付着するため、材料のムダもな
く、また無電解メッキ液に浸漬するだけで済むため、一
度に大量のバッチ処理ができる。さらにそののちのバン
プ形成もスクリーン印刷法などにより形成することによ
り、短時間でバンプを形成できる。According to the present invention, since the barrier metal is formed by the electroless plating method, the barrier metal can be selectively adhered only to the surface of the bonding pad, and a photoresist step for etching is not required. In addition, since it adheres only to the bonding pad, there is no waste of the material, and since it is only necessary to immerse the material in the electroless plating solution, a large amount of batch processing can be performed at one time. Furthermore, the bumps can be formed in a short time by forming the subsequent bumps by a screen printing method or the like.
【0010】[0010]
【実施例】つぎに図面を参照しながら本発明について説
明する。図1は本発明の半導体装置の製法の一実施例を
説明するためのバンプ部分の断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. FIG. 1 is a sectional view of a bump portion for explaining one embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.
【0011】半導体基板1に半導体回路2が形成されて
おり、該半導体回路の外部リードとの接続用の電極端子
がアルミニウムなどの金属薄膜により半導体チップの周
縁部に導出され、ボンディングパッド3が形成されてい
る。前記ボンディングパッド3以外の半導体基板1表面
には保護膜としてパッシベーション膜4が形成されてい
る。前記ボンディングパッド3上には、バリアメタル5
が形成され、その上にバンプ9が形成されている。バリ
アメタル5の形成においては、まず第1層6として、ボ
ンディングパッドの材料であるアルミニウムなどと相互
に拡散する量が小さく、密着性のよい材料、たとえば、
亜鉛、チタン、クロム、パラジウムなどの金属が付着さ
れる。また、バリアメタルの最外層8としては、表面の
酸化などの変質防止の点から金、白金などが好ましい。
このばあい、たとえばバンプ金属が第1層6またはボン
ディングパッド3に拡散するのを防止するため、バンプ
9や第1層6と相互に拡散する量が小さい、ニッケルま
たは銅などの金属からなる第2層7を第1層6と最外層
8とのあいだに介在させた三層構造で形成することが好
ましい。しかし、一層でこれらの機能を果す材料を使用
できれば一層でもよい。A semiconductor circuit 2 is formed on a semiconductor substrate 1, and electrode terminals for connection to external leads of the semiconductor circuit are led to the periphery of the semiconductor chip by a thin metal film such as aluminum to form a bonding pad 3. Have been. On the surface of the semiconductor substrate 1 other than the bonding pads 3, a passivation film 4 is formed as a protective film. A barrier metal 5 is provided on the bonding pad 3.
Is formed, and the bump 9 is formed thereon. In forming the barrier metal 5, first, as the first layer 6, a material having a small amount of mutual diffusion with aluminum or the like as a material of the bonding pad and having good adhesion, for example,
Metals such as zinc, titanium, chromium and palladium are deposited. The outermost layer 8 of the barrier metal is preferably made of gold, platinum or the like from the viewpoint of preventing deterioration such as oxidation of the surface.
In this case, for example, in order to prevent the bump metal from diffusing into the first layer 6 or the bonding pad 3, the second metal 6 made of a metal such as nickel or copper having a small amount of mutual diffusion with the bump 9 or the first layer 6 is used. It is preferable that the two layers 7 are formed in a three-layer structure in which the two layers 7 are interposed between the first layer 6 and the outermost layer 8. However, a single layer may be used as long as a material that fulfills these functions can be used.
【0012】この半導体装置を製造するには、まず半導
体回路、ボンディングパッド3およびたとえば約1μm
のチッ化シリコン膜からなるパッシベーション膜4など
を半導体ウエハの状態で通常の半導体装置の製造プロセ
スにより形成する。ここでは、ボンディングパッド3上
にバリアメタル5とバンプ9を形成する方法について説
明する。なお後述する理由によりボンディングパッド3
はアルミニウムを主成分とする金属(若干のシリコンや
銅を含んでいてもよい)を使用し、厚さが1μm以上に
形成されることが好ましい。In order to manufacture this semiconductor device, first, a semiconductor circuit, a bonding pad 3 and, for example, about 1 μm
A passivation film 4 made of a silicon nitride film is formed by a normal semiconductor device manufacturing process in the state of a semiconductor wafer. Here, a method of forming the barrier metal 5 and the bump 9 on the bonding pad 3 will be described. Note that the bonding pad 3
Is preferably formed using a metal containing aluminum as a main component (which may contain some silicon or copper) and having a thickness of 1 μm or more.
【0013】まず、ボンディングパッド上に無電解メッ
キ法によりバリアメタル5を堆積する。具体例として
は、Al−Siで100 μm×100 μmの大きさに1μm
以上の厚さでボンディングパッドが形成された半導体チ
ップを、水酸化ナトリウムを5重量%含むアルカリ性の
脱脂剤に25℃で約5分間浸漬して、脱脂を行った。つい
で25℃で10重量%のリン酸に約5分間浸漬し、ボンディ
ングパッドの表面をエッチング処理し、活性化させた。
この際、ボンディングパッドのアルミニウム表面が 0.5
μm程度エッチングされた。このエッチングによる損失
を考慮してボンディングパッドの厚さは前述のように1
μm以上の厚さで形成しておくことが好ましい。つぎに
25℃でジンケート処理することによりボンディングパッ
ド表面に亜鉛膜を 0.1μm程度形成した。さらに、80〜
90℃のNi−P系メッキ液で無電解ニッケルメッキを行
い、第2層7としてニッケル層を1〜1.2 μm程度形成
し、引き続き80〜90℃で無電解メッキにより0.05μm程
度の金膜を最外層として形成した。そののち、室温で約
10分間純水洗浄を行ってバリアメタル5の形成を行っ
た。First, a barrier metal 5 is deposited on a bonding pad by an electroless plating method. As a specific example, Al-Si is 100 μm × 100 μm and has a size of 1 μm.
The semiconductor chip on which the bonding pad was formed with the above thickness was immersed in an alkaline degreasing agent containing 5% by weight of sodium hydroxide at 25 ° C. for about 5 minutes to perform degreasing. Then, it was immersed in 10% by weight of phosphoric acid at 25 ° C. for about 5 minutes, and the surface of the bonding pad was etched and activated.
At this time, the bonding pad aluminum surface is 0.5
Etching was performed by about μm. In consideration of the loss due to the etching, the thickness of the bonding pad is set to 1 as described above.
It is preferable to form it with a thickness of at least μm. Next
A zinc film was formed on the surface of the bonding pad to a thickness of about 0.1 μm by zincate treatment at 25 ° C. In addition, 80-
Electroless nickel plating is performed with a Ni-P plating solution at 90 ° C., a nickel layer is formed as a second layer 7 to a thickness of about 1 to 1.2 μm, and then a gold film of about 0.05 μm is formed at 80 to 90 ° C. It was formed as the outermost layer. After that, at room temperature
The barrier metal 5 was formed by washing with pure water for 10 minutes.
【0014】つぎに、バリアメタル5上にバンプを形成
する。具体例としては、半導体ウエハにバリアメタルの
部分のみが露出するような、厚さ0.05mm程度の金属マス
クを被せ、ハンダペーストを印刷法によって開口部に埋
め込むように塗布した。そののち、200 〜 240℃で約5
分間ハンダペーストを溶融させることにより、厚さが50
〜70μm程度のバンプを形成した。Next, bumps are formed on the barrier metal 5. As a specific example, a metal mask having a thickness of about 0.05 mm is placed on the semiconductor wafer so that only the barrier metal is exposed, and a solder paste is applied by a printing method so as to be embedded in the opening. Then, at 200-240 ° C, about 5
By melting the solder paste for a minute, the thickness becomes 50
A bump of about 70 μm was formed.
【0015】叙上の製法によれば、無電解メッキによっ
てバリアメタルの各層をボンディングパッド上にのみ密
着性がよく、しかも均一に成膜できるため、信頼性の高
いバリアメタル5を簡単にうることができる。このえら
れた半導体装置に対し、 175℃、 100時間の加熱試験を
実施したが機械特性、電気特性ともに問題なく、バリア
メタルの効果が確認された。According to the above-described manufacturing method, each layer of the barrier metal can be formed with good adhesion and uniform film only on the bonding pad by electroless plating, so that a highly reliable barrier metal 5 can be easily obtained. Can be. The obtained semiconductor device was subjected to a heating test at 175 ° C. for 100 hours. However, there was no problem in both mechanical and electrical characteristics, and the effect of the barrier metal was confirmed.
【0016】また、本発明によれば金膜8の形成も他の
金属膜と同様の手順でできるため、専用の蒸着装置を必
要としない。Further, according to the present invention, the formation of the gold film 8 can be performed in the same procedure as the other metal films, so that a dedicated vapor deposition device is not required.
【0017】なお、前記実施例では、ボンディングパッ
ド3の材料としてAl−Siを用いたが、本発明はこれ
に限定されるものではなく、アルミニウムなど電極膜と
して好ましい金属材料であれば、自由に選択することが
できる。In the above embodiment, Al-Si is used as the material of the bonding pad 3. However, the present invention is not limited to this, and any metal material such as aluminum which is preferable for an electrode film may be used. You can choose.
【0018】[0018]
【発明の効果】本発明によれば、無電解メッキによって
バリアメタルを形成するため、各ボンディングパッドに
のみバリアメタルを形成でき、フォトレジスト工程の必
要がなく、簡単にバリアメタルを形成することができ
る。さらに、大量の半導体装置を半導体ウエハのままで
一括して無電解メッキを行うことができ、しかも、短時
間でバリアメタルを形成することができる。また、バン
プはスクリーン印刷などで形成できるため、短時間で行
え、大幅な製造コストの低減を達成することができる。According to the present invention, since the barrier metal is formed by electroless plating, the barrier metal can be formed only on each bonding pad, and the barrier metal can be easily formed without the need for a photoresist step. it can. Furthermore, a large number of semiconductor devices can be collectively subjected to electroless plating while keeping a semiconductor wafer, and a barrier metal can be formed in a short time. In addition, since the bump can be formed by screen printing or the like, the bump can be formed in a short time, and a significant reduction in manufacturing cost can be achieved.
【図1】本発明の半導体装置の製法の一実施例を説明す
るためのバンプ部分の断面説明図である。FIG. 1 is an explanatory sectional view of a bump portion for explaining one embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.
【図2】従来の半導体装置のバンプ部の断面説明図であ
る。FIG. 2 is an explanatory cross-sectional view of a bump portion of a conventional semiconductor device.
1 半導体基板 3 ボンディングパッド 4 パッシベーション膜 5 バリアメタル 6 第1層 7 第2層 8 最外層 9 バンプ Reference Signs List 1 semiconductor substrate 3 bonding pad 4 passivation film 5 barrier metal 6 first layer 7 second layer 8 outermost layer 9 bump
Claims (1)
半導体回路から外部導出用の電極膜が半導体チップの周
縁部に導出されてボンディングパッドが形成され、該ボ
ンディングパッド上に外部リードとの接続用のバンプが
設けられてなる半導体装置の製法であって、前記ボンディングパッドを1μm以上の厚さのアルミニ
ウムを主成分とする金属膜から形成し、 該ボンディングパッド表面をエッチングしてアルミニウ
ムを活性化させ、 前記ボンディングパッド上に該ボンディングパッドの材
料と相互に拡散する量が小さく、かつ、密着性のよい金
属からなる第1層、該第1層と相互に拡散する量が小さ
い金属からなる第2層、および酸化しにくい金属からな
る第3層を順次無電解メッキ法により成膜してバリアメ
タルを設け、 該バリアメタルの表面上にスクリーン印刷によりバンプ
を形成することを特徴とする半導体装置の製法。1. A semiconductor circuit is formed on a semiconductor substrate, an external electrode film is led out from the semiconductor circuit to a peripheral portion of a semiconductor chip to form a bonding pad, and a connection with an external lead is formed on the bonding pad. A method of manufacturing a semiconductor device provided with bumps for bonding , wherein said bonding pad is made of aluminum having a thickness of 1 μm or more.
Formed from a metal film containing aluminum as a main component, and etching the surface of the bonding pad to remove aluminum.
And activates the material of the bonding pad on the bonding pad.
A small amount of metal that diffuses into the material
A first layer made of a metal, and the amount of mutual diffusion with the first layer is small.
The second layer made of a hard metal and the hard metal
Forming a third layer in order by electroless plating to form a barrier metal, and forming a bump on the surface of the barrier metal by screen printing .
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