JP3014020B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JP3014020B2 JP5343495A JP34349593A JP3014020B2 JP 3014020 B2 JP3014020 B2 JP 3014020B2 JP 5343495 A JP5343495 A JP 5343495A JP 34349593 A JP34349593 A JP 34349593A JP 3014020 B2 JP3014020 B2 JP 3014020B2
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    • H01L2224/15Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
    • H01L2224/16Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方法
に関し、特にバンプを有する半導体装置の製造方法に関
する。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体装置の製造におけるフリッ
プチップ接続方法は、半田バンプをフラックスの粘着に
より仮接続し、その後溶融接続する方法と、導電性樹脂
を使用した接続方法が一般に実施されている。前者の方
法は、図5に示すように、フラックス(5)の粘着によ
り、半導体チップ(1)の半田バンプ(2)と回路基板
(4)のパッドメタル(3)を仮接続した後、溶融接続
を実施している。その後、電気的検査を実施し、不良半
導体チップに対して、半田バンプを加熱溶融して、不良
半導体チップを取り外し、リペアを実施している。
【0003】又、後者の接続方法については、例えば、
特開昭63−308925号に提案されており、図6に
示すように基板(1)の配線パターン(2)上に導電性
低融点樹脂フィルム(3)を置き、レーザ(5)等によ
り、バンプを形成する部分を加熱し、フィルムを溶融さ
せ転写又は機械的圧力によりバンプを形成している。そ
して、バンプ形成部分に接着剤(6)を塗布し、バンプ
と半導体チップ(7)の接続端子とを位置合わせして、
120〜150℃加熱、5kg/cm2 で加圧して、樹脂を
溶融させ、導電粒子のみを接続部に残し、その後紫外線
を15秒間照射して硬化させている。そして接続した半
導体チップの不良半導体チップに対して、400℃で加
熱し、取り外した後、良品チップを供給している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このような従来のフリ
ップチップ接続方法において、フラックスの粘着で仮接
続した半田バンプの接続では、粘着だけによる仮接続な
ので、半田バンプの高さばらつき、フラックスの塗布膜
の厚さばらつきが要因で、半田バンプと基板パットメタ
ルが接触しない箇所が発生する。そのため、溶融接続後
に接続オープン不良を起こしやすい。又、仮接続強度が
小さいため位置ずれが発生してしまう。更に、複数のチ
ップを1つの回路基板に搭載した場合、不良半導体チッ
プのリペアをする際に、半田バンプ材料を溶融して不良
半導体チップを取り外すことになるので、良品チップに
余計な熱ストレスが加わり、接続信頼性を劣化させると
いう問題があった。又導電性樹脂を使用した接続の場合
においても、リペア温度が400℃と高いため、熱スト
レスが加わり、接続信頼性を劣化させるという問題点が
あった。更にリペア時に接着剤を除去しなければならな
いため、リペアプロセスが複雑であった。又、導電性樹
脂を使用した接続は、金属間接続に比べ、接続抵抗が不
安定で高いため、高速化を目的とした半導体チップには
不向きであるという欠点があった。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するためのもので、半田バンプを有する半導体チップ
をパッドメタルを有する回路基板上に実装接続する半導
体装置の製造方法において、半田バンプを半田バンプの
溶融温度より低い温度に保ちながらパッドメタルに加圧
して、半田バンプとパッドメタルとを仮接続した状態で
電気的検査を行い、しかる後、半田バンプを溶融し半田
バンプとパッドメタルとの本接続を行うことを特徴とす
る半導体装置の製造方法である。また、本発明は上記半
導体装置の製造方法で、電気的検査の結果、不良半導体
チップに対して、本接続前にリペアを実施するものであ
り、また電気的検査工程前に、加圧により半田バンプに
変形をおこして仮接続するものであり、さらに、本接続
は加熱のみで行うことを特徴とするものである。
【0006】
【作用】本発明においては、フリップチップ接続方法と
して金属バンプ付き半導体チップと回路基板のパッドメ
タルとを、仮接続する際に、加熱・加圧力・加圧時間を
調節することにより、バンプ材料を変形させ、すべての
バンプと回路基板のパッドメタルを接触させ金属間拡散
接続を実施するもので、次のような作用をするものであ
る。 1.金属間拡散仮接続を実施しているので、仮接続実施
後、位置ずれすることなく容易に電気的検査が可能とな
る。 2.仮接続時に、バンプの高さがレベリングされ、加圧
時間を調節することにより確実に、すべてのバンプとパ
ッドメタルが接触、接続できるため、溶融接続後に接続
オープン不良が発生しない。 3.不良半導体チップのリペアが金属バンプの融点より
低い仮接続温度で容易に実施できるので、複数のチップ
を搭載した場合においても良品チップに対して、低熱ス
トレスで、接続信頼性が向上する。
【0007】
【実施例】本発明の実施例を添付図面を参照しながら説
明する。図1は、本発明のフリップチップ接続フローチ
ャート及び接続断面図である。半田バンプ(2)付き半
導体チップ(1)と、パッドメタル(3)を形成した回
路基板(4)を搭載機(5)を使用して、位置合わせを
実施後(半田バンプ(2)の融点より低い温度で)加熱
・加圧力・加圧時間を調節して、半田バンプ(2)とパ
ッドメタル(3)とを金属間拡散による仮接続を実施す
る。半田は、加熱すると、小さな加圧力で容易に変形す
るので、すべての半田バンプ(2)がレベリングされ、
回路基板のパッドメタル(3)と確実に接触する。
【0008】更に加圧時間を調節し、半田バンプ(2)
とパッドメタル(3)を互いに、金属相互拡散させ、仮
接続を実施する。その結果、金属間拡散接続により、接
続抵抗が小さいため、電気的検査が可能となる。検査
後、不良半導体チップに対しては半田バンプ(2)の溶
融温度より低い温度の仮接続温度で、取り外し、リペア
を実施する。そしてその後半田バンプを溶融して、強固
な接続を得る。図1中のフラックス(6)は、半田バン
プ(2)の酸化物を除去するためのものである。
【0009】次に一例として、Pb−Sn合金(鉛−錫
合金)のPb/Sn=95/5wt%(融点約314℃)
のバンプを形成した半導体チップと回路基板のパッドメ
タルを下層側からNi(ニッケル)、Au(金)の構造
とした場合のフリップチップ接続を実施した結果につい
て説明する。Pb−Sn合金のPb/Sn=95/5wt
%のバンプと回路基板の上層のパッドメタルAuとは、
約150℃以上で加熱、加圧すると、容易に相互拡散
し、Sn−Au,Pb−Auの合金層を形成する。一般
にSn−Au,Pb−Auは、もろい合金層であるが、
初期的な電気的検査時には問題ない。又、仮接続条件と
しては、温度150℃〜280℃、加圧力1.0×10
-4gf/μm2 〜5.0×10-3gf/μm2 、加圧時間1
5秒以上が好ましい。この条件によれば、仮接続後及び
溶融接続後に、接続オープンやショートは発生しない。
【0010】図2,及び図3は、Pb−Sn合金のPb
/Sn=95/5wt%のバンプを使用した場合の仮接続
温度と、仮接続後の接続オープン、ショート発生率の関
係を示したもの、及び、Pb/Sn=95/5wt%のバ
ンプを使用した場合の仮接続温度と、溶融接続後の接続
オープン、ショート発生率の関係を示したものである。
図2,及び図3は、それぞれPb/Sn=95/5wt%
のバンプ200個を形成した半導体チップと回路基板の
パッドメタル構造を下層側からNi,Auとしたものと
のフリップチップ仮接続温度と仮接続後(図2)及び溶
融接続後(図3)の接続オープン、ショート発生率を示
したものである。仮接続温度を、150℃〜280℃で
実施したものでは、仮接続後、溶融接続後とも、接続オ
ープン、ショートは発生していない。又、逆に、従来技
術のように、常温〜100℃で、電気的に接続されてい
ない仮接続では、溶融接続後に、接続オープン不良を発
生し易い結果が得られている。
【0011】図4には、Pb−Sn合金のPb/Sn=
95/5wt%のバンプの熱圧縮変形特性の実験データを
示したものである。図中の(1)(2)(3)は、それ
ぞれ(1)Pb/Sn=95/5wt%のバンプに約1.
2×10-5gf/μm2 で加圧したもの、(2)約1.2
×10-4gf/μm2 で加圧したもの、(3)約6.0×
10-4gf/μm2 で加圧した時のPb/Sn=95/5
wt%バンプの熱圧縮変形率を示している。ここで、熱圧
縮変形率とは、加圧で変形後のバンプ高さをもとのバン
プ高さで割ったものを%で表示したものである。150
℃以上で加圧力差の影響が現れることから、Pb/Sn
=95/5wt%半田は、軟化していることがわかる。お
およそ1.2×10-4gf/μm2 の加圧力で250℃で
は、全体の約5%圧縮変形される。図4の実験データか
ら仮接続温度が150℃〜280℃で:加圧力が1.0
×10-4gf/μm2 〜5.0×10-3gf/μm2 では、
Pb/Sn=95/5wt%半田バンプは容易に変形し
て、バンプ高さがレベリングされることがわかる。
【0012】Pb/Sn=95/5wt%バンプと回路基
板のパッドメタルとの間のPb−Au,Sn−Auの合
金層の溶融温度は、仮接続温度と同等になるので、低温
(150℃〜280℃)で取り外しが可能となる。リペ
ア回数は、それぞれ仮接続温度を150℃にした場合、
10回、200℃にした場合6回、280℃にした場合
3回程度である。上記実施例は、主にPb−Sn合金の
Pb/Sn=95/5wt%の半田について説明したが、
本発明のフリップチップ接続方法は本発明の主旨にかな
うものであれば金属材料であればよく、金属バンプとし
ては例えば半田バンプが用いられ、具体的には、Pb−
Sn合金の組成がPb/Sn=37/63wt%、Au−
Sn合金では、その組成がAu/Sn=80/20wt%
等の金属材料にも同様に実施できる。また、バンプの形
成方法、形状等が異なるものにでも同様に実施できる。
【0013】
【発明の効果】上述のように本発明によれば、フリップ
チップ接続方法が、仮接続を、加熱・加圧力・加圧時間
を調節することによって、バンプを変形させ、すべての
バンプと回路基板のパッドメタルと接触させ、バンプ材
料の融点より低い温度で、金属間拡散接続を実施するよ
うにしたので、 1.仮接続後、位置ずれすることなく容易に電気的検査
が可能となる。 2.バンプ高さがレベリングされるので、溶融接続後に
接続オープン不良が発生しない。 3.不良半導体チップのリペアが、仮接続後に実施可能
となり、金属バンプの融点より低い仮接続温度で、容易
に実施できる。これにより、複数のチップを搭載した場
合においても、良品チップに対して、低熱ストレスでリ
ペアが実施できる。 等これらの利点により、フリップチップ接続信頼性が向
上するという効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例であるフリップチップ接続フロ
ーチャート及び接続断面図。
【図2】Pb−Sn合金のバンプを使用した場合の仮接
続温度と、仮接続後の接続オープン、ショート発生率の
関係を示した図。
【図3】Pb−Sn合金のバンプを使用した場合の仮接
続温度と、溶融接続後の接続オープン、ショート発生率
の関係を示した図。
【図4】Pb−Sn合金のバンプの熱圧縮変形率を示し
た図。
【図5】従来のフリップチップ接続フローチャート及び
接続断面図。
【図6】従来のフリップチップ接続フローチャート及び
接続断面図。
【符号の説明】
1 半導体チップ 2 半田バンプ 3 パッドメタル 4 回路基板 5 搭載機 6 フラックス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 仙波 直治 東京都港区芝五丁目7番1号 日本電気 株式会社内 (72)発明者 日下 輝雄 東京都港区芝五丁目7番1号 日本電気 株式会社内 (56)参考文献 特開 平3−218645(JP,A) 特開 平3−19251(JP,A) 特開 平4−99039(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/60 311 S H01L 21/60 321 Z

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半田バンプを有する半導体チップをパッド
    メタルを有する回路基板上に実装接続する半導体装置の
    製造方法において、前記半田バンプを当該半田バンプの
    溶融温度より低い温度に保ちながら前記パッドメタルに
    加圧して、前記半田バンプと前記パッドメタルとを仮接
    続した状態で電気的検査を行い、しかる後、半田バンプ
    を溶融し前記半田バンプと前記パッドメタルとの本接続
    を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】前記電気的検査の結果、不良半導体チップ
    に対して、本接続前にリペアを実施することを特徴とす
    る請求項1の半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】前記電気的検査工程前に、前記加圧により
    前記半田バンプに変形をおこして仮接続することを特徴
    とする請求項1の半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】前記本接続は加熱のみで行うことを特徴と
    する請求項1の半導体装置の製造方法。
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