JP2962351B2 - 半導体チップへの接合構造及びそれを用いた半導体装置 - Google Patents

半導体チップへの接合構造及びそれを用いた半導体装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は，半導体チップを導
電パッド等によって絶縁基板に接続し，樹脂封止又は気
密封止した構成を有するワイヤレス方式の半導体装置
（以下，ワイヤレス半導体装置と呼ぶ）に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に，半導体装置は，通常，半導体チ
ップと，これを封止したパッケージとを備えている。ま
た，半導体装置は多種多用な分野における機器に使用さ
れる傾向にあり，その応用分野は更に広がるものと考え
られる。特に，マルチメディア等のように，大量の情報
を瞬時に処理する必要のある分野においては，より高密
度化及びより超微細化された半導体装置が要求されてい
おり，この要求は，今後更に強まるものと思われる。こ
のような要求に応えるために，半導体チップにおける微
細化技術の進歩は目覚ましいものがある。
【０００３】このように，高密度化及び超微細化された
半導体チップは，外部との電気的接続のために，多数の
電極を備えており，これら電極はアルミニウムによって
形成されている場合が多い。一方，半導体チップを実装
するパッケージは，半導体チップを取り付けるための実
装基板及び半導体チップのアルミニウム電極と電気的に
接続されるリードフレームとを有している。
【０００４】ここで，半導体チップをパッケージに実装
することによって構成された半導体装置には，半導体チ
ップを実装基板上に取り付けると共に，半導体チップの
電極をリードフレームに対して，導体線によって電気的
に接合する形式のものがある。このような半導体装置で
は，半導体チップを樹脂によって，導体線及びリードフ
レームの一部と共に樹脂封止するパッケージ方式（以
下，樹脂封止方式と呼ぶ）が，その量産性のために広く
採用されている。とりわけ，この中で，ワイヤレスパッ
ケージ方式と呼ばれるものがある。図７は，従来のワイ
ヤレスパッケージ方式の半導体装置（以下，ワイヤレス
半導体装置と呼ぶ）の一例を示す図である。図７を参照
すると，半導体チップ１の下面に形成されたＡｌ電極パ
ッド５２に接合された導電バンプ５５をフェイスダウン
して，合金半田４等を用いて基板３と接合して，樹脂５
６により封じるものである。このような樹脂封止方式の
ワイヤレス半導体装置の場合，半導体チップ１上のＡｌ
電極パッド５２と接合される導電バンプ５５として，金
バンプが使用されるのが普通である。これは，金が大き
い展延性を有しているため，樹脂の充填時及び充填後の
応力に対して断線しにくいこと，金属の中で最も不活性
であり，樹脂中の不純物及び水分により腐食しないこ
と，更に，大気中でも酸化されないこと等のためであ
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記した半導体チップ
を樹脂によって封止する樹脂封止方式により製造された
ワイヤレス半導体装置は，その内部において発生する熱
によって高温になった場合，或いは，高温雰囲気に放置
された場合，半導体チップのアルミ電極パッドと，この
アルミニウム電極パッドとを電気的に接続する金バンプ
との接合部に，合金層が生じ，結果として，短期間に接
合強度が弱くなるという欠点がある。更に，高温試験を
長時間にわたって行った場合，上記したアルミニウム電
極にカーケンドールボイドと呼ばれる亀裂が発生するこ
とも指摘されている。したがって，この樹脂封止方式の
半導体装置は，接続信頼性が著しく劣るという欠点があ
る。
【０００６】マルチメディア等の大量の情報を瞬時に処
理する必要のある分野に用いられる半導体装置は技術の
進歩による高密度化，高速化によって，１チップあたり
の発熱量は，従来の半導体装置より大きなものとなって
きている。
【０００７】従来の樹脂封止型半導体装置は半導体チッ
プのジャンクション温度は１００℃以下，車載用等特殊
な用途を考えても１２５℃以下での動作を考えれば十分
であった。従来はそれ以外の大電力を消費する特殊な用
途のＬＳＩではセラミックパッケージ等の気密封止パッ
ケージが用いられていた。また，大電力を消費する用途
に樹脂封止型半導体装置が用いられる場合には必ずヒー
トシンク等を用いることによって，半導体チップのジャ
ンクション温度が一定以上上がらないようにしていた。
【０００８】しかし，セラミックパッケージに組み込ん
だ半導体装置は製造工程が複雑で高価なものとなるた
め，量産性，経済性の面で，樹脂封止型半導体装置に置
き換えることはできない。また，樹脂封止型半導体装置
にヒートシンクを設け，大電力を消費してもジャンクシ
ョン温度が上がらないようにすることも，ヒートシンク
を設けることにより，製造工程が複雑になるため，量産
性，経済性の面で問題がある。
【０００９】そのような事情から，マルチメディア等の
分野で用いられる発熱量の大きな高速，高密度ＬＳＩを
経済的に量産するためには１２５℃以上のジャンクショ
ン温度を保証する樹脂封止型半導体装置が必要とさせる
ようになってきた。
【００１０】そこで，本発明者らは，樹脂封止型半導体
装置で１２５℃以上のジャンクション温度を保証すべ
く，実験検討を行った。
【００１１】その結果，１５０℃のジャンクション温度
を保証しようとした場合，金バンプのアルミ電極パッド
との接合部の接合強度の劣化が問題となることが判明し
た。１５０℃以上のジャンクション温度を長時間保った
場合，アルミ電極パッドと金バンプの接合部にパープル
プレーグなどの合金層が成長し，これがアルミ電極と金
ワイヤ間の接合強度の劣化をもたらし，アルミ電極パッ
ドから金バンプが剥離するという故障が発生するからで
ある。
【００１２】さらに，アルミ電極パッドと金バンプの接
合部の接合強度劣化によるアルミ電極からの金バンプの
剥離が発生する確率は封止樹脂のガラス転移点に依存す
ることがわかった。すなわち，ガラス転移点が１５０℃
以下の低い樹脂も用いた場合には，アルミ電極パッドと
金バンプとの剥離が生じる確率は高い一方，ガラス転移
点２００℃程度と高い樹脂を用いて封止すれば，アルミ
電極パッドと金バンプ間の剥離となる確率は低かった。
【００１３】しかし，ガラス転移点の高い樹脂は，ヤン
グ率が低く堅い反面，しなやかさがないため，実装性に
問題がある。すなわち，樹脂が水分を吸湿した状態で，
半田付けの加熱を行うと樹脂内部の水分が急激に蒸発し
樹脂クラックが発生しやすいからである。
【００１４】また，実使用状態で１２５℃以上のジャン
クション温度での動作を保証するためには，１５０℃以
上望ましくは１７５〜２００℃で加速度寿命試験等の信
頼性試験を行う必要がある。効率的に信頼度の高い加速
度寿命試験を行うには保証するジャンクション温度より
約５０℃高い温度で加速度寿命試験を行うことが望まし
いからである。
【００１５】一方，特開平２−９１９４４号公報では，
半導体チップに設けられた金バンプの加工性を容易にす
るために，Ｐｄを０．５〜１５％含有し，さらに，Ｌ
ａ，Ｃｅ，Ｃｓの内の少なくとも一種を０．０００１〜
０．２重量％含有する金合金を用いた金バンプを使用す
ることが開示されている。また，特開平８−２２９１７
号公報には，絶縁基板に形成されたアルミニウム配線パ
ターンに金バンプを介して半導体素子を接続するため
に，貴金属バンプ，特に，金パンプをアルミニウム配線
に接続し，Ａｕ4 Ａｌなる金属間化合物を形成した金属
接合構造が開示されている。
【００１６】しかしながら，これらの公報においては，
単に，金バンプのみ，又は，金バンプと絶縁基板に形成
されたアルミニウム配線のみが考慮されており，金バン
プと半導体チップとの接合構造及びこれらの接合構造を
有した半導体チップを樹脂封止することによって，ワイ
ヤレス半導体装置を構成した場合の問題点については開
示されていない。したがって，金バンプを樹脂封止した
場合において，樹脂による応力と金パンプとの破断強度
等の関係を上記した公報から類推することはできない。
【００１７】そこで，本発明の一技術的課題は，連続動
作させた場合の耐熱性を保証できる半導体チップへの接
合構造とそれを用いた半導体装置と半導体装置の製造方
法とを提供することにある。
【００１８】また，本発明のもう一つの技術的課題は，
半導体装置をプリント基板に実装する際の樹脂のクラッ
ク発生を防止した半導体装置とその製造方法とを提供す
ることにある。
【００１９】また，本発明の更にもう一つの技術的課題
は，累積故障率を低下させることができる半導体装置と
その製造方法とを提供することにある。
【００２０】また，本発明の他の技術課題は，上記半導
体装置の利点を備えた樹脂封止型半導体装置とその製造
方法を提供することにある。
【００２１】さらに，本発明の別の技術的課題は，上記
半導体装置の利点を備えた半導体チップ（例えば，Ｉ
Ｃ）が混成した混成型半導体装置及びその混成型半導体
装置を樹脂封止した樹脂封止型混成型半導体装置と，そ
れらの製造方法とを提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】本発明によれば，半導体
チップ上に形成されたＡｌ含有電極を介してＡｕを含有
する球状又は線状の導体バンプを接続した半導体チップ
への接合構造において，前記半導体チップと前記導体バ
ンプとの間にＡｌ含有電極を含む接合部を備え，前記接
合部は，Ｐｄ及びＣｕを含有することを特徴とする半導
体チップへの接合構造が得られる。ここで，本発明にお
いて，接合部は，Ａｌ含有電極と，このＡｌ含有電極と
導体バンプとの間に形成された合金層を含む。
【００２３】また，本発明によれば，前記半導体チップ
への接合構造において，前記Ａｌ含有電極及び及び前記
導体バンプの内の一方は，Ｐｄを表面及び内部の内の少
なくとも一方に含むことを特徴とする半導体チップへの
接合構造が得られる。
【００２４】また，本発明によれば，前記いずれかの半
導体チップへの接合構造において，前記Ａｌ含有電極
は，０．１〜１％のＣｕと残部が実質的にＡｌとを含む
金属からなり，前記導体バンプは，０．５〜５％のＰｄ
と残部がＡｕを含む金属からなり，前記接合部は合金層
を有していることを特徴とする金属接合構造が得られ
る。
【００２５】また，本発明によれば，半導体チップと，
前記半導体チップのＡｌ含有電極上に設けられたＡｕ含
有導電バンプとを有する半導体装置において，前記半導
体チップと前記導体バンプとの間に前記Ａｌ含有電極を
含む接合部を備え，前記接合部は，Ａｌ含有電極Ｐｄ及
びＣｕを含有することを特徴とする半導体装置が得られ
る。
【００２６】また，本発明によれば，前記半導体装置に
おいて，前記Ａｌ含有電極及び及び前記導体バンプの内
の一方は，Ｐｄを表面及び内部の内の少なくとも一方に
含むことを特徴とする半導体装置が得られる。
【００２７】また，本発明によれば，前記いずれかの半
導体装置において，前記Ａｌ含有電極は，０．１〜１％
のＣｕと残部が実質的にＡｌとを含む金属からなり，前
記導体バンプは，０．５〜５％のＰｄと残部がＡｕを含
む金属からなり，前記接合部は合金層を有していること
を特徴とする半導体装置が得られる。
【００２８】また，本発明によれば，前記いずれかの半
導体装置において，前記Ｃｕの添加量及び前記Ｐｄの添
加量を制御することによって，動作時の前記半導体チッ
プの接合温度が１００〜２００℃の範囲における前記半
導体チップの高温動作寿命を延命したことを特徴する半
導体装置が得られる。
【００２９】また，本発明によれば，前記いずれかの半
導体装置を用いて，前記半導体チップを複数としたこと
を特徴とする混成半導体装置。
【００３０】また，本発明によれば，半導体チップに形
成されたＡｌ含有電極を介して導電バンプを電気接続す
る半導体装置の製造方法において，前記半導体チップと
前記導体バンプとの間に前記Ａｌ含有電極を含むととも
に，Ｐｄ及びＣｕを含有する接合部を形成することを特
徴とする半導体装置の製造方法が得られる。
【００３１】また，本発明によれば，前記半導体装置の
製造方法において，前記導体バンプとして，Ｐｄを含有
するＡｕバンプを用いることを特徴とする半導体装置の
製造方法が得られる。
【００３２】また，本発明によれば，前記いずれかの半
導体装置の製造方法において，前記Ａｌ含有電極は，
０．１〜１％のＣｕと残部が実質的にＡｌとを含む金属
からなり，前記導体バンプは，０．５〜５％のＰｄと残
部がＡｕを含む金属からなり，前記接合部に合金層を形
成して接合することを特徴とする半導体装置の製造方法
が得られる。
【００３３】また，本発明によれば，前記半導体装置の
製造方法において，前記接合部を形成する前に，予め前
記Ａｌ含有電極の表面にＰｄ膜を形成することを特徴と
する半導体装置の製造方法が得られる。ここで，本発明
において，Ｐｄ膜は，電気めっき，無電解めっき，蒸
着，スパッタ等によることが好ましい。
【００３４】また，本発明によれば，前記いずれかの半
導体装置の製造方法において，前記Ｃｕの添加量及び前
記Ｐｄの添加量を制御することによって，動作時の前記
チップの接合温度が１００〜２００℃の範囲における前
記チップの高温動作寿命を延命することを特徴する半導
体装置の製造方法が得られる。
【００３５】また，本発明によれば，前記いずれかの半
導体装置の製造方法を用いるワイヤレス混成半導体装置
の製造方法であって，前記半導体チップを複数用いるこ
とを特徴とする混成半導体装置の製造方法が得られる。
【００３６】また，本発明によれば，前記いずれかの半
導体装置において，封止用樹脂で封止したことを特徴と
する樹脂封止型半導体装置が得られる。
【００３７】また，本発明によれば，前記樹脂封止型半
導体装置において，前記半導体チップは複数であること
を特徴とする樹脂封止型混成半導体装置が得られる。
【００３８】また，本発明によれば，前記いずれかの半
導体装置の製造方法において，封止用樹脂で封止する工
程を備えていることを特徴とする樹脂封止型半導体装置
の製造方法が得られる。
【００３９】また，本発明によれば，前記樹脂封止型半
導体装置の製造方法において，更に，封止樹脂のガラス
転移温度を制御することによって，基板実装時の熱変化
による樹脂の破断や耐湿性の悪化を防止したことを特徴
とする樹脂封止型半導体装置の製造方法が得られる。
【００４０】また，本発明によれば，前記いずれかの樹
脂封止型半導体装置の製造方法を用いた混成半導体装置
の製造方法であって，前記半導体チップを複数用いるこ
とを特徴とする樹脂封止混成半導体装置の製造方法が得
られる。
【００４１】
【発明の実施の形態】以下，本発明の実施の形態につい
て，図面を参照して説明する。
【００４２】図１は本発明の実施の形態によるワイヤレ
ス半導体装置の概略構成を説明するための部分断面図で
ある。図１を参照すると，本発明の一実施の形態に係る
ワイヤレス半導体装置は，下面に複数のアルミニウムを
含む材料からなる電極パッド２，２を備えた半導体チッ
プ１と，絶縁材料からなり表面にパターンを備えた基板
３と，電極パッド２，２と半導体基板間を接続する導電
バンプ５とを備え，導電バンプ５は半田４によって基板
３に固定されている。
【００４３】半導体チップ１及び基板３間は，絶縁性の
樹脂６の充填によって封止されている。
【００４４】電極パッド２は，純アルミニウム，シリコ
ンをドープしたアルミニウム，シリコンと銅をドープし
たアルミニウム，及び，銅をドープしたアルミニウム等
のアルミニウム含有した導電材料を使用できる。
【００４５】また，導電バンプ５は，この種の高密度の
半導体チップ１では，純金バンプが上述した理由で使用
されているが，金と銅の合金バンプ，１％のＰｄを含有
する金バンプも使用することができる。この金パンプ５
は，半導体チップ１下面のアルミニウム含有する電極パ
ッド２に接合されると共に，基板３にもボンディングさ
れている。この基板３は，プリント基板であったり，或
いは図示しないリードフレームが設けられ，表面との電
気的コンタクトを為しているものでも良い。
【００４６】このようなワイヤレス半導体装置は，樹脂
封止の際に，半導体チップ１及び導電バンプ５を溶融さ
れた樹脂によって封止することによって製作されてい
る。また，半導体装置は，半田等をリフローすることに
よって，基板３である絶縁基板，或いはプリント基板上
に実装される。
【００４７】したがって，この種のワイヤレス半導体装
置は，耐半田リフロー性を備えると共に，導電バンプ５
とアルミニウム含有電極パッド２との間の接合部の高温
における接続信頼性において優れていることが望まし
い。上記した接続信頼性を改善するために，従来，樹脂
及び金バンプの改良が企図されているが，半導体チップ
１を樹脂封止した状態で高温で通電，動作させ，この動
作状態で導電パンプ５とアルミニウム含有電極パッド２
との間の接続信頼性を保証することについて，未だ定量
的に規格化されていないのが実情である。
【００４８】ここで，本発明者等は，樹脂封止型ワイヤ
レス半導体装置における動作温度保証を定量的にあらわ
す因子として，導電バンプ５と半導体チップ１との間の
ジャンクション温度（Ｔｊ）に着目し，このジャンクシ
ョン温度（Ｔｊ）により，樹脂封止型ワイヤレス半導体
装置の接続信頼性を保証できることを見出だしたもので
ある。
【００４９】今，ワイヤレス半導体装置の置かれる雰囲
気の温度をＴａ（℃），ワイヤレス半導体装置全体の熱
抵抗をＲｔｈ（℃／Ｗ），ワイヤレス半導体装置に与え
られる電力をＰ０（Ｗ）とした場合，ジャンクション温
度（Ｔｊ）は，Ｔｊ＝Ｔａ＋ＲｔｈＰ０であらわすこと
ができ，且つ，ワイヤレス半導体装置全体の熱抵抗Ｒｔ
ｈは，半導体チップ１と樹脂６との間の熱抵抗Ｒｔｈ
（ｊ−ｃ）と，樹脂６と外部雰囲気との間の熱抵抗Ｒｔ
ｈ（ｃ−ａ）との和であらわすことができる。
【００５０】本発明者等の実験，研究によれば，１２５
〜１５０℃のジャンクション温度（Ｔｊ）で，導電バン
プ５とアルミニウム含有の電極パッド２との間の接続信
頼性が保証できれば，従来のワイヤレス半導体装置に比
較して極めて接続信頼性の高いワイヤレス半導体装置が
得られることが判明した。特に，高速動作を行う半導体
装置では，消費電力が大きくなるため，ジャンクション
温度（Ｔｊ）を１２５〜１５０℃の範囲内にすること
は，極めて大きな意味を持っている。
【００５１】ここで，１２５〜１５０℃のジャンクショ
ン温度（Ｔｊ）を達成するためには，雰囲気温度（Ｔ
ａ）及び電力Ｐ０をそれぞれ１００℃及び１Ｗとする
と，上式からも明らかな通り，パッケージ全体の熱抵抗
Ｒｔｈを２０℃／Ｗ）程度にする必要がある。また，前
述したジャンクション温度（Ｔｊ）で，１０００時間以
上保たれた時における接続信頼性が保証できれば，ワイ
ヤレス半導体装置の実際の動作中における接合部の接続
信頼性が予測でき完全に時間保証できることが判った。
【００５２】この観点に基づいた研究の結果，本発明者
等は，樹脂のガラス転移点温度（Ｔｇ）を従来提案され
ている樹脂に比較して，高くすると共に，使用される金
バンプの組成を選択することにより，１２５〜１５０℃
のジャンクション温度を達成できることを見出だした。
【００５３】また，本発明においては，半導体チップ１
を封止する樹脂６のガラス転移点Ｔｇを１４０〜１６０
℃となるように，樹脂６に含有される成分中のシリカの
量を調整した。この場合，ガラス転移点（Ｔｇ）が１４
０℃より低い樹脂では，１２０℃以上のジャンクション
温度（Ｔｊ）で，１０００時間以上保証できず，且つ，
ガラス転移点（Ｔｇ）が１６０℃を越えると，ワイヤレ
ス半導体装置の実装時に樹脂６にクラックが発生した。
【００５４】更に，１４０〜１６０℃のガラス転移点を
有する樹脂６を使用した場合，樹脂封止した時に導電バ
ンプ５に加わる応力との関係を考慮しておく必要がある
ことも判明した。
【００５５】実験によれば，不純物を含まない通常の金
バンプでは，１５０℃における高温保存試験の際，カー
ケンドールボイドの発生により，故障率が高くなり，ま
た，１０００時間の保証ができないことが判った。
【００５６】このため，上記した樹脂６と関連して，導
電バンプ５の組成を検討した結果，導電バンプとして，
重量で１％の銅又はパラジウムを添加した金を使用すれ
ば，１５０℃における高温保存試験によって，１０００
時間以上の寿命を保証でき，且つ，実装時における故障
率をも著しく低下できることが確認された。
【００５７】このように，１％の銅を添加した金バンプ
を使用した場合，アルミニウム含有電極パッド２との間
に，金バンプ中の銅が介在することになるため，結果と
して，金とアルミニウムとが合金を形成する時間が遅く
なるためと考えられる。更に，金バンプ中の銅の割合が
増加すると，銅自体が酸化されやすいため，銅の酸化膜
が金バンプの先端に形成され，ボンディングが難しくな
るため，金バンプ中の銅の量は，重量で，０．５〜５．
０％の範囲が望ましい。同様に，金バンプ中のパラジウ
ムの量は，重量で，０．５〜５．０％の範囲が望まし
い。
【００５８】また具体的に本発明者らは，導電バンプ５
とアルミニウム（Ａｌ）含有の電極パッド２との材質に
よる寿命の違いについても詳細に検討した。その結果を
表１及び表２に示す。
【００５９】
【表１】
【００６０】
【表２】 上記表１に示すように，金バンプとＡｌ含有電極パッド
として用いたＡｌ・Ｓｉ合金との組み合わせの寿命を１
とした場合に，金バンプとＡｌ・Ｓｉ・Ｃｕ電極では，
その寿命は２倍となり，Ａｕ・ＣｕバンプとＡｌ・Ｓｉ
電極パッドでは，その寿命は２．２倍となり，１％Ｐｄ
含有金線とＡｌ・Ｓｉ・Ｃｕ電極では，その寿命は２
５．７倍となっている。
【００６１】また，上記表２に示すように，導電バンプ
５として用いた金バンプとＡｌ含有の電極パッド２とし
て用いたＡｌ・Ｓｉ・Ｃｕ合金との組み合わせの寿命を
１とした場合に，１％Ｐｄ含有金バンプとＡｌ・Ｓｉ・
Ｃｕ電極パッドでは，その寿命は１０．３倍となってい
る。
【００６２】ここで，ワイヤレス半導体装置の故障のメ
カニズム，即ち，半導体チップに設けられたＡｌ含有の
電極パッド２からの導電バンプ５の接合構造からの剥離
等について，図２を用いて説明する。
【００６３】図２（ａ）において，導体バンプ５である
ＡｕバンプとＡｌ含有の電極パッド２との間に合金層２
１が形成され，この合金層２１とＡｕバンプとの間にカ
ーケンドールボイド２２と呼ばれる空孔が発生し，Ａｕ
バンプ剥離の原因となっている。
【００６４】これに対して，図２（ｂ）において，１％
Ｐｄ含有Ａｕバンプでは，合金層２３が生成するが，こ
の合金層２３との間にカーケンドールボイドが発生せ
ず，合金層２３の基板からの直接剥離がバンプ剥離の原
因と成っているので，１％Ｐｄ含有Ａｕバンプでは，寿
命が極めて長いものと推測されうる。
【００６５】図３はガラス転移点（Ｔｇ）と，累積故障
率（ｐｐｍ）との関係を示す図である。図３を参照する
と，銅を含有しない金バンプを１５０℃のガラス転移点
を有する樹脂Ａによって樹脂封止した場合，累積故障率
は１００ｐｐｍであったが，銅を１％含有する金バンプ
を使用して，同じ樹脂により樹脂封止した場合，累積故
障率を１０ｐｐｍより小さくできることができた。ま
た，２００℃のガラス転移点を有する樹脂Ｂを使用した
場合，累積故障率を低下させることができたが，実装性
が悪く，実用的ではないことが判明した。
【００６６】上に述べた実施の形態では，導電バンプと
して，金に銅を添加する場合のみについて説明したが，
金に重量で１．０％のパラジウムを添加した金バンプを
使用しても同様な結果が得られる。実際に，樹脂Ａを使
用すると共に，１％のパラジウムを含有する金バンプを
使用した場合，図３に示すように，１５０℃，１０００
時間の試験を行った場合の累積故障率は０．８ｐｐｍで
あり，１％の銅を含有する金バンプを使用した場合より
も，累積故障率を低下させることができた。
【００６７】図３に示した結果から，ガラス転移点（Ｔ
ｇ）が１４０℃〜１６０℃程度に高い樹脂を使用する
と，接合部における高温寿命を長くすることができると
共に，実装も良好に行えることが判る。これは，ガラス
転移点（Ｔｇ）が１４０℃〜１６０℃程度の樹脂を使用
した場合，ガラス転移点（Ｔｇ）かそれ以上の温度雰囲
気において，樹脂中の不純物が漏出又は揮発し，この成
分が合金反応を促進させること，及び，ガラス転移点
（Ｔｇ）が高い樹脂はガラス転移点（Ｔｇ）近傍から上
側の温度の変化と共に応力が加わる温度域の全ストレス
を受けないことが考えられる。本発明者等の実験した樹
脂の場合には，ガラス転移点（Ｔｇ）以上における応力
の影響を受けないために，接合部における高温寿命を改
善できるものと予測される。
【００６８】また，樹脂６と，導電バンプ５と，Ａｌ含
有電極パッド２との材質の違いによるワイヤレス半導体
装置の寿命についても調査した。その結果を，下記表３
に示す。
【００６９】
【表３】 上記表３に示すように，導電バンプとしてＡｕバンプを
Ａｕ−Ｐｄバンプに，また，Ａｌ含有の電極パッドをＡ
ｌ−Ｓｉ電極パッドとＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ電極パッドに変
更することによって，夫々寿命が１２倍，２倍となるこ
とが判明した。
【００７０】また，信頼性評価のために，１％Ｐｄ−Ａ
ｕバンプを用いて，温度サイクル−６５〜１５０℃で試
験を行った。その結果を下記表４に示す。
【００７１】
【表４】 表４に示すように，Ａｕ−Ｐｄバンプは，従来のＡｕバ
ンプと同等に寿命以外の信頼性を有していることが判明
した。
【００７２】図４乃至図６は，本発明の実施の形態によ
るワイヤレス半導体装置における高温保管によるパープ
ルプレーグ評価について示す図である。図４はＡｌ含有
の電極パッドとしてＡｌ・Ｓｉを用いた場合，図５はＡ
ｌ含有電極パッドとしてＡｌ・Ｓｉ・Ｃｕを用いた場
合，図６はＡｌ含有電極パッドとしてＡｌ・Ｓｉ・Ｃｕ
を用いた場合を夫々示している。
【００７３】図４乃至図６に示すように，導電バンプ５
であるＡｕバンプをＡｕ・Ｐｄバンプに変更した場合，
寿命は１２倍となり，ＡｕバンプをＡｕ・Ｃｕバンプに
変更した場合，寿命は２倍となり，Ａｌ含有の電極パッ
ドとしてＡｌ・ＳｉからＡｌ・Ｓｉ・Ｃｕに変更した場
合，寿命は２倍となることが判明した。
【００７４】
【発明の効果】以上述べたように，本発明によれば，１
４０〜１６０℃のガラス転移点を有する樹脂，及び，導
電バンプとして銅またはパラジウムを含有する金バンプ
を使用することによって，１２５℃以上のジャンクショ
ン温度での動作を保証することができる半導体装置，及
び樹脂封止型半導体装置とそれらの製造方法とを提供す
ることができる。
【００７５】また，本発明によれば，連続動作させた場
合の耐熱性を保証できる半導体チップへの接合構造とそ
れを用いた半導体装置と半導体装置の製造方法とを提供
することができる。
【００７６】また，本発明によれば，半導体装置をプリ
ント基板に実装する際の樹脂のクラック発生を防止した
半導体装置とその製造方法とを提供することができる。
【００７７】したがって，本発明によれば，累積故障率
を低下させることができる半導体装置とその製造方法と
を提供することができる。
【００７８】また，本発明によれば，上記半導体装置の
利点を備えた樹脂封止型半導体装置とその製造方法を提
供することができる。
【００７９】また，本発明によれば，ジャンクション温
度を１５０〜２００℃に設定して樹脂封止型半導体装置
の信頼性試験を行うことにより，ジャンクション温度１
２５℃以上での実使用条件での動作保証を行うことがで
きる樹脂封止型半導体装置とその製造方法とを提供する
ことができる。
【００８０】さらに，本発明によれば，上記半導体装置
の利点を備えた半導体チップ（例えば，ＩＣ）が混成し
た混成型半導体装置及びその混成型半導体装置を樹脂封
止した樹脂封止型混成型半導体装置と，それらの製造方
法とを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の態様に係る半導体装置の要部の
概略構成を説明するための部分断面図である。
【図２】半導体装置の金属接合部の故障のメカニズムの
説明に供せられる図である。
【図３】ガラス転移点（Ｔｇ）と，累積故障率（ｐｐ
ｍ）との関係を示す図である。
【図４】導電バンプのパープルプレーグ評価を示す図で
ある。
【図５】導電バンプのパープルプレーグ評価を示す図で
ある。
【図６】導電バンプのパープルプレーグ評価を示す図で
ある。
【図７】従来技術による半導体装置の概略構成を示す部
分断面図である。
【符号の説明】
１ 半導体チップ ２ アルミニウム（Ａｌ）含有の電極パッド ３ 基板 ４ 半田 ５ 導電バンプ ６ 樹脂 ２１，２３ 合金層 ２２ カーケンドールボイド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−8647（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−121669（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/60

Claims (19)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体チップ上に形成されたＡｌ含有電
    極を介してＡｕを含有する球状又は線状の導体バンプを
    接続した半導体チップへの接合構造において，前記半導
    体チップと前記導体バンプとの間にＡｌ含有電極を含む
    接合部を備え，前記接合部は，Ｐｄ及びＣｕを含有する
    ことを特徴とする半導体チップへの接合構造。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の半導体チップへの接合構
    造において，前記Ａｌ含有電極及び及び前記導体バンプ
    の内の一方は，Ｐｄを表面及び内部の内の少なくとも一
    方に含むことを特徴とする半導体チップへの接合構造。
  3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の半導体チップへの
    接合構造において，前記Ａｌ含有電極は，０．１〜１％
    のＣｕと残部が実質的にＡｌとを含む金属からなり，前
    記導体バンプは，０．５〜５％のＰｄと残部がＡｕを含
    む金属からなり，前記接合部は合金層を有していること
    を特徴とする金属接合構造。
  4. 【請求項４】 半導体チップと，前記半導体チップのＡ
    ｌ含有電極上に設けられたＡｕ含有導電バンプとを有す
    る半導体装置において，前記半導体チップと前記導体バ
    ンプとの間に前記Ａｌ含有電極を含む接合部を備え，前
    記接合部は，Ａｌ含有電極Ｐｄ及びＣｕを含有すること
    を特徴とする半導体装置。
  5. 【請求項５】 請求項４記載の半導体装置において，前
    記Ａｌ含有電極及び及び前記導体バンプの内の一方は，
    Ｐｄを表面及び内部の内の少なくとも一方に含むことを
    特徴とする半導体装置。
  6. 【請求項６】 請求項４又は５記載の半導体装置におい
    て，前記Ａｌ含有電極は，０．１〜１％のＣｕと残部が
    実質的にＡｌとを含む金属からなり，前記導体バンプ
    は，０．５〜５％のＰｄと残部がＡｕを含む金属からな
    り，前記接合部は合金層を有していることを特徴とする
    半導体装置。
  7. 【請求項７】 請求項４乃至６の内のいずれかに記載の
    半導体装置において，前記Ｃｕの添加量及び前記Ｐｄの
    添加量を制御することによって，動作時の前記半導体チ
    ップの接合温度が１００〜２００℃の範囲における前記
    半導体チップの高温動作寿命を延命したことを特徴する
    半導体装置。
  8. 【請求項８】 請求項５乃至７の内のいずれかに記載の
    半導体装置を用いて，前記半導体チップを複数としたこ
    とを特徴とする混成半導体装置。
  9. 【請求項９】 半導体チップに形成されたＡｌ含有電極
    を介して導電バンプを電気接続する半導体装置の製造方
    法において，前記半導体チップと前記導体バンプとの間
    に前記Ａｌ含有電極を含むとともに，Ｐｄ及びＣｕを含
    有する接合部を形成することを特徴とする半導体装置の
    製造方法。
  10. 【請求項１０】 請求項９記載の半導体装置の製造方法
    において，前記導体バンプとして，Ｐｄを含有するＡｕ
    バンプを用いることを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
  11. 【請求項１１】 請求項９又は１０記載の半導体装置の
    製造方法において，前記Ａｌ含有電極は，０．１〜１％
    のＣｕと残部が実質的にＡｌとを含む金属からなり，前
    記導体バンプは，０．５〜５％のＰｄと残部がＡｕを含
    む金属からなり，前記接合部に合金層を形成して接合す
    ることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  12. 【請求項１２】 請求項９記載の半導体装置の製造方法
    において，前記接合部を形成する前に，予め前記Ａｌ含
    有電極の表面にＰｄ膜を形成することを特徴とする半導
    体装置の製造方法。
  13. 【請求項１３】 請求項９乃至１２の内のいずれかに記
    載の半導体装置の製造方法において，前記Ｃｕの添加量
    及び前記Ｐｄの添加量を制御することによって，動作時
    の前記チップの接合温度が１００〜２００℃の範囲にお
    ける前記チップの高温動作寿命を延命することを特徴す
    る半導体装置の製造方法。
  14. 【請求項１４】 請求項９乃至１３の内のいずれかに記
    載の半導体装置の製造方法を用いるワイヤレス混成半導
    体装置の製造方法であって，前記半導体チップを複数用
    いることを特徴とする混成半導体装置の製造方法。
  15. 【請求項１５】 請求項４乃至７記載の半導体装置にお
    いて，封止用樹脂で封止したことを特徴とする樹脂封止
    型半導体装置。
  16. 【請求項１６】 請求項１５記載の樹脂封止型半導体装
    置において，前記半導体チップは複数であることを特徴
    とする樹脂封止型混成半導体装置。
  17. 【請求項１７】 請求項９乃至１３記載の半導体装置の
    製造方法において，封止用樹脂で封止する工程を備えて
    いることを特徴とする樹脂封止型半導体装置の製造方
    法。
  18. 【請求項１８】 請求項１７記載の樹脂封止型半導体装
    置の製造方法において，更に，封止樹脂のガラス転移温
    度を制御することによって，基板実装時の熱変化による
    樹脂の破断や耐湿性の悪化を防止したことを特徴とする
    樹脂封止型半導体装置の製造方法。
  19. 【請求項１９】 請求項１７又は１８記載の樹脂封止型
    半導体装置の製造方法を用いた混成半導体装置の製造方
    法であって，前記半導体チップを複数用いることを特徴
    とする樹脂封止混成半導体装置の製造方法。
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