JP3173109B2 - 半導体素子及びその製造方法 - Google Patents
半導体素子及びその製造方法Info
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
- H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L24/10—Bump connectors ; Manufacturing methods related thereto
- H01L24/11—Manufacturing methods
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/11—Manufacturing methods
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Wire Bonding (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はファインピッチな電極を
有する半導体素子と、回路基板の電極を簡単にかつ高信
頼性に接合できる半導体素子及びその製造方法に関する
ものである。
有する半導体素子と、回路基板の電極を簡単にかつ高信
頼性に接合できる半導体素子及びその製造方法に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、電子回路のデジタル化に伴い、狭
ピッチで多ピンの半導体が多く回路基板に搭載されるよ
うになってきた。このため、半導体実装技術が機器の小
型化に重要な影響をもつようになってきている。従来の
半導体実装方法としては、ワイヤーボンディング，ＴＡ
Ｂ，フリップチップ等があるが実装密度の最も高いフリ
ップチップ実装法が注目されている。一般によく知られ
ているフリップチップ実装法には、半田バンプ法とスタ
ッドバンプ法があるが、いずれの場合にも半導体素子の
電極の大きさが８０μｍ以上必要であるのが現状であ
る。
ピッチで多ピンの半導体が多く回路基板に搭載されるよ
うになってきた。このため、半導体実装技術が機器の小
型化に重要な影響をもつようになってきている。従来の
半導体実装方法としては、ワイヤーボンディング，ＴＡ
Ｂ，フリップチップ等があるが実装密度の最も高いフリ
ップチップ実装法が注目されている。一般によく知られ
ているフリップチップ実装法には、半田バンプ法とスタ
ッドバンプ法があるが、いずれの場合にも半導体素子の
電極の大きさが８０μｍ以上必要であるのが現状であ
る。
【０００３】半田バンプ法とは図４に示す如く半導体素
子５の電極１上にＣｒやＴｉ等のバリヤーメタル層２が
形成され、さらにその上に半田ボール３が配置されてい
るもので、回路基板との接続はこの半田ボール３を溶融
して接続される。次にスタッドバンプ法とは、図５に示
す如く半導体素子５の電極１の上に従来のワイヤーボン
ディングと同じ方式でＡｕのボールバンプ４を形成し突
起電極とする方法である。この場合回路基板との接続
は、回路基板の電極上にスクリーン印刷もしくはメタル
マスク印刷で熱硬化性のＡｇペーストもしくは半田クリ
ーム層を形成し、上記Ａｕバンプ４のついた半導体素子
をマウントし、加熱することにより接続する。
子５の電極１上にＣｒやＴｉ等のバリヤーメタル層２が
形成され、さらにその上に半田ボール３が配置されてい
るもので、回路基板との接続はこの半田ボール３を溶融
して接続される。次にスタッドバンプ法とは、図５に示
す如く半導体素子５の電極１の上に従来のワイヤーボン
ディングと同じ方式でＡｕのボールバンプ４を形成し突
起電極とする方法である。この場合回路基板との接続
は、回路基板の電極上にスクリーン印刷もしくはメタル
マスク印刷で熱硬化性のＡｇペーストもしくは半田クリ
ーム層を形成し、上記Ａｕバンプ４のついた半導体素子
をマウントし、加熱することにより接続する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の構
成では、半田バンプの場合バリヤーメタル層２を形成す
るためにスパッタリング，フォトリソ，エッチング工程
を繰り返さなければならず、コストが高くつき、かつ歩
留まりも悪いという欠点も有していた。また、半田バン
プは半田ボール３を溶融して形成するが、均一な大きさ
の半田ボールの製造は不可能でバンプ高さのばらつきが
大きいという欠点を有している。スタッドバンプ方式に
ついては、低コストで簡単な方法であるが、ワイヤーボ
ンドのボールボンディングの大きさは７０〜８０μｍφ
が最少で、今後半導体素子の電極の大きさが４０μｍ〜
６０μｍ角になってくるといわれており、スタッドバン
プでは対応がとれなくなってしまう。また、回路基板と
接続するため回路基板側にメタルマスクを用いてＡｇペ
ーストや半田を印刷しなければならないが、現状では電
極間ピッチ１６０μｍが限界である。また、半田印刷の
場合半田ボールが電極と電極の間に付着しやすく、信頼
性を損ねてしまうという問題点も有していた。現在ビデ
オカメラ等に使用されているＩＣのピンピッチは５００
μｍのものが最少であるが、それでも半田付けの歩留ま
りが悪いことを考えると、１６０μｍピッチの困難さは
容易に推察できる。
成では、半田バンプの場合バリヤーメタル層２を形成す
るためにスパッタリング，フォトリソ，エッチング工程
を繰り返さなければならず、コストが高くつき、かつ歩
留まりも悪いという欠点も有していた。また、半田バン
プは半田ボール３を溶融して形成するが、均一な大きさ
の半田ボールの製造は不可能でバンプ高さのばらつきが
大きいという欠点を有している。スタッドバンプ方式に
ついては、低コストで簡単な方法であるが、ワイヤーボ
ンドのボールボンディングの大きさは７０〜８０μｍφ
が最少で、今後半導体素子の電極の大きさが４０μｍ〜
６０μｍ角になってくるといわれており、スタッドバン
プでは対応がとれなくなってしまう。また、回路基板と
接続するため回路基板側にメタルマスクを用いてＡｇペ
ーストや半田を印刷しなければならないが、現状では電
極間ピッチ１６０μｍが限界である。また、半田印刷の
場合半田ボールが電極と電極の間に付着しやすく、信頼
性を損ねてしまうという問題点も有していた。現在ビデ
オカメラ等に使用されているＩＣのピンピッチは５００
μｍのものが最少であるが、それでも半田付けの歩留ま
りが悪いことを考えると、１６０μｍピッチの困難さは
容易に推察できる。
【０００５】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、ファインピッチな電極を有する半導体素子の電極と
回路基板の電極を、簡単にかつ高信頼性に接合できる半
導体素子及びその製造方法を提供することを目的とす
る。
で、ファインピッチな電極を有する半導体素子の電極と
回路基板の電極を、簡単にかつ高信頼性に接合できる半
導体素子及びその製造方法を提供することを目的とす
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の半導体素子は、半導体素子の電極上に、互い
に外形形状の等しい、突起電極とさらにその上部に接合
用合金層とを順に重ねてメッキにより形成してなり、前
記接合用合金層は、その融点が前記突起電極及び前記半
導体素子と接続される回路基板の電極より低い材料から
なるとともに、その頂部を略平坦に形成していることを
特徴とするものである。
に本発明の半導体素子は、半導体素子の電極上に、互い
に外形形状の等しい、突起電極とさらにその上部に接合
用合金層とを順に重ねてメッキにより形成してなり、前
記接合用合金層は、その融点が前記突起電極及び前記半
導体素子と接続される回路基板の電極より低い材料から
なるとともに、その頂部を略平坦に形成していることを
特徴とするものである。
【０００７】
【作用】この構成によって、半導体素子の電極部にメッ
キされた突起電極を有しているため、ファインピッチな
電極にも十分対応でき、また、回路基板と半導体素子と
の接続においても、前記電極部に予めメッキで接合剤が
形成されているため、突起電極の断面積と接合材の断面
積を等しくできるので、非常に高精度な接続が可能とな
り、信頼性も著しく向上するものである。
キされた突起電極を有しているため、ファインピッチな
電極にも十分対応でき、また、回路基板と半導体素子と
の接続においても、前記電極部に予めメッキで接合剤が
形成されているため、突起電極の断面積と接合材の断面
積を等しくできるので、非常に高精度な接続が可能とな
り、信頼性も著しく向上するものである。
【０００８】
【実施例】（実施例１）以下本発明の一実施例について
図面を参照しながら説明する。
図面を参照しながら説明する。
【０００９】先ず図２（ａ）に示す如く、ガラス基板８
上に導電体、たとえば透明電極ＩＴＯ層９を蒸着した基
板に、乾燥後の厚みが３０〜５０μｍとなるようにフォ
トレジスト１０を塗布し、完成された半導体素子の電極
部の位置に相当する部分に約５０μｍφの穴１１をあけ
る。次に、基板８ごとメッキ液に浸し、透明電極ＩＴＯ
層９に電気を流し、図２（ｂ）に示すように、前記穴１
１内に接合用合金層７そして突起電極６を形成する。今
回実験した接合用合金層７の金属合金組成を（表１）に
示す。
上に導電体、たとえば透明電極ＩＴＯ層９を蒸着した基
板に、乾燥後の厚みが３０〜５０μｍとなるようにフォ
トレジスト１０を塗布し、完成された半導体素子の電極
部の位置に相当する部分に約５０μｍφの穴１１をあけ
る。次に、基板８ごとメッキ液に浸し、透明電極ＩＴＯ
層９に電気を流し、図２（ｂ）に示すように、前記穴１
１内に接合用合金層７そして突起電極６を形成する。今
回実験した接合用合金層７の金属合金組成を（表１）に
示す。
【００１０】
【表１】
【００１１】この接合用合金層７の融点は、前記突起電
極６の融点及び接合すべき回路基板の電極の融点より低
く、望ましくは現在のリフロー用炉が使用できる温度
（２６０℃）以下に設定されている。次に突起電極６に
ついては、ＡｕもしくはＡｇを主成分とした電気メッキ
で形成した。この時の各突起電極のメッキ厚みは±３μ
ｍ以内に制御できることがわかった。次にフォトレジス
ト１０をエッチング液で除去した後、図３に示す如く、
ガラス基板８上にメッキで形成された突起電極６に対向
して半導体素子５を配置し、半導体素子の電極１と突起
電極６を熱圧着させる。この時、ＩＴＯ層９と接合用合
金層７との接合強度に比べ、電極１と突起電極６との接
合強度を強くしておく。一般に、ＩＴＯは金属との密着
性が悪い為に、このことは容易に達成できる。しかる後
にガラス基板８から半導体素子５を引き離すと、図１に
示す如く突起電極６と接合用合金層７は半導体素子５の
方に転写される。この半導体素子を接合用合金層７を介
して、接続すべき回路基板と接触させ窒素中で２３０℃
ピークのリフローに通すと、接合用合金層７が溶融して
突起電極間でのショートもなく１００μｍの高精度なピ
ッチで回路基板に接合することができた。
極６の融点及び接合すべき回路基板の電極の融点より低
く、望ましくは現在のリフロー用炉が使用できる温度
（２６０℃）以下に設定されている。次に突起電極６に
ついては、ＡｕもしくはＡｇを主成分とした電気メッキ
で形成した。この時の各突起電極のメッキ厚みは±３μ
ｍ以内に制御できることがわかった。次にフォトレジス
ト１０をエッチング液で除去した後、図３に示す如く、
ガラス基板８上にメッキで形成された突起電極６に対向
して半導体素子５を配置し、半導体素子の電極１と突起
電極６を熱圧着させる。この時、ＩＴＯ層９と接合用合
金層７との接合強度に比べ、電極１と突起電極６との接
合強度を強くしておく。一般に、ＩＴＯは金属との密着
性が悪い為に、このことは容易に達成できる。しかる後
にガラス基板８から半導体素子５を引き離すと、図１に
示す如く突起電極６と接合用合金層７は半導体素子５の
方に転写される。この半導体素子を接合用合金層７を介
して、接続すべき回路基板と接触させ窒素中で２３０℃
ピークのリフローに通すと、接合用合金層７が溶融して
突起電極間でのショートもなく１００μｍの高精度なピ
ッチで回路基板に接合することができた。
【００１２】（実施例２）次に本発明の第２の実施例に
ついて説明する。本実施例が上記実施例１と相違すると
ころは、図２（ａ）に示すようにガラス基板８上に形成
したフォトレジスト１０に穴１１をあけた後に、まず図
５に示す如く、基板８ごとメッキ液に浸し、透明電極Ｉ
ＴＯ層９に電気を流し、前記穴１１内にＡｕメッキ層１
２、接合用合金層７そして突起電極６を形成することで
ある。今回実験した接合用合金層７の金属合金組成は上
記（表１）に示すものと同様であり、突起電極６につい
てもＡｕもしくはＡｇを主成分とした電気メッキで形成
した。この時の各突起電極のメッキ厚みは±３μｍ以内
に制御できることがわかった。
ついて説明する。本実施例が上記実施例１と相違すると
ころは、図２（ａ）に示すようにガラス基板８上に形成
したフォトレジスト１０に穴１１をあけた後に、まず図
５に示す如く、基板８ごとメッキ液に浸し、透明電極Ｉ
ＴＯ層９に電気を流し、前記穴１１内にＡｕメッキ層１
２、接合用合金層７そして突起電極６を形成することで
ある。今回実験した接合用合金層７の金属合金組成は上
記（表１）に示すものと同様であり、突起電極６につい
てもＡｕもしくはＡｇを主成分とした電気メッキで形成
した。この時の各突起電極のメッキ厚みは±３μｍ以内
に制御できることがわかった。
【００１３】次にフォトレジスト１０をエッチング液で
除去した後、図６に示す如く、ガラス基板８上にメッキ
で形成された突起電極６に対向して半導体素子５を配置
し、半導体素子の電極１と突起電極６を熱圧着させる。
この時、ＩＴＯ層９とＡｕメッキ層１２との接合強度に
比べ、電極１と突起電極６との接合強度を強くしてお
く。一般に、ＩＴＯは金属との密着性が悪い為に、この
ことは容易に達成できる。しかる後にガラス基板８から
半導体素子５を引き離すと、図４に示す如く突起電極
６、接合用合金層７、Ａｕメッキ層１２は半導体素子５
の方に転写される。
除去した後、図６に示す如く、ガラス基板８上にメッキ
で形成された突起電極６に対向して半導体素子５を配置
し、半導体素子の電極１と突起電極６を熱圧着させる。
この時、ＩＴＯ層９とＡｕメッキ層１２との接合強度に
比べ、電極１と突起電極６との接合強度を強くしてお
く。一般に、ＩＴＯは金属との密着性が悪い為に、この
ことは容易に達成できる。しかる後にガラス基板８から
半導体素子５を引き離すと、図４に示す如く突起電極
６、接合用合金層７、Ａｕメッキ層１２は半導体素子５
の方に転写される。
【００１４】この半導体素子５をＡｕメッキ層１２を介
して、接続すべき回路基板と接触させ窒素中で２３０℃
ピークのリフローに通すと、接合用合金層７が溶融して
Ａｕメッキ層１２は接続用合金層７に拡散するので、突
起電極６間でのショートもなく１００μｍの高精度なピ
ッチで回路基板に接合することができた。
して、接続すべき回路基板と接触させ窒素中で２３０℃
ピークのリフローに通すと、接合用合金層７が溶融して
Ａｕメッキ層１２は接続用合金層７に拡散するので、突
起電極６間でのショートもなく１００μｍの高精度なピ
ッチで回路基板に接合することができた。
【００１５】本実施例においては、穴１１内にＡｕメッ
キ層１２を形成した後に接合用合金層７を形成するの
で、上記実施例１のＡｕメッキ層１２を形成しないもの
に比べて、接合用合金層７のメッキが均一に成長する。
このため回路基板と接続するときの歩留まりは、上記実
施例１のときと比べて著しく向上した。
キ層１２を形成した後に接合用合金層７を形成するの
で、上記実施例１のＡｕメッキ層１２を形成しないもの
に比べて、接合用合金層７のメッキが均一に成長する。
このため回路基板と接続するときの歩留まりは、上記実
施例１のときと比べて著しく向上した。
【００１６】
【発明の効果】以上のように本発明は、半導体素子の電
極部にメッキで形成されたＡｕもしくはＡｇを主成分と
する突起電極を有し、さらに前記突起電極の半導体素子
と反対側に、低融点の接合用合金層が配置されているた
め、ファインピッチな半導体素子の電極と回路基板の電
極を簡単にかつ高い信頼性で接合できる、優れた実装方
法を実現できるものである。
極部にメッキで形成されたＡｕもしくはＡｇを主成分と
する突起電極を有し、さらに前記突起電極の半導体素子
と反対側に、低融点の接合用合金層が配置されているた
め、ファインピッチな半導体素子の電極と回路基板の電
極を簡単にかつ高い信頼性で接合できる、優れた実装方
法を実現できるものである。
【００１７】また半導体素子の電極部上にメッキで形成
したＡｕもしくはＡｇを主成分とする突起電極を有し、
さらにその上部に低融点の接合用合金層及びＡｕメッキ
層を配置しているため、ファインピッチな半導体素子の
電極と回路基板の電極とを、簡単にかつさらに高い信頼
性で接合できる、優れた実装方法を実現できるものであ
る。また、本発明では、フォトレジストに形成した開口
面積が一定の穴の中に、接合用合金層を形成し、続いて
突起電極をメッキで形成するようにしているので、接合
用合金層の外形形状を、突起電極のそれと等しくするこ
とができ、ファインピッチな突起電極を形成することが
できる。さらにメッキによる工程だけで、接合用合金層
の頂部を平坦に形成することもでき、高さの均一な高品
質な突起電極を形成することができる。 加えて、本発明
では、メッキ工程をガラス基板等の基板上で行ってお
り、この基板上に突起電極や接合用合金層を成長させた
ものを、半導体素子上に転写しているので、半導体素子
上に、保護膜やバリヤメタル、レジスト膜などを形成
し、半導体素子の表面に直接、メッキにより突起電極や
接合用合金層を成長させる方法に比べて、メッキ工程で
半導体素子にダメージを与える危険性がなくなるので、
半導体素子の信頼性を高く、そして歩留まりのよい製造
方法を実現することができる。
したＡｕもしくはＡｇを主成分とする突起電極を有し、
さらにその上部に低融点の接合用合金層及びＡｕメッキ
層を配置しているため、ファインピッチな半導体素子の
電極と回路基板の電極とを、簡単にかつさらに高い信頼
性で接合できる、優れた実装方法を実現できるものであ
る。また、本発明では、フォトレジストに形成した開口
面積が一定の穴の中に、接合用合金層を形成し、続いて
突起電極をメッキで形成するようにしているので、接合
用合金層の外形形状を、突起電極のそれと等しくするこ
とができ、ファインピッチな突起電極を形成することが
できる。さらにメッキによる工程だけで、接合用合金層
の頂部を平坦に形成することもでき、高さの均一な高品
質な突起電極を形成することができる。 加えて、本発明
では、メッキ工程をガラス基板等の基板上で行ってお
り、この基板上に突起電極や接合用合金層を成長させた
ものを、半導体素子上に転写しているので、半導体素子
上に、保護膜やバリヤメタル、レジスト膜などを形成
し、半導体素子の表面に直接、メッキにより突起電極や
接合用合金層を成長させる方法に比べて、メッキ工程で
半導体素子にダメージを与える危険性がなくなるので、
半導体素子の信頼性を高く、そして歩留まりのよい製造
方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に於ける半導体素子の断
面図
面図
【図２】（ａ），（ｂ）はそれぞれ本発明の半導体素子
の製造方法の第１の実施例における異なる製造方法を示
す断面図
の製造方法の第１の実施例における異なる製造方法を示
す断面図
【図３】同実施例のさらに異なる工程を示す断面図
【図４】本発明の第２の実施例に於ける半導体素子の断
面図
面図
【図５】本発明の半導体素子の製造方法の第２の実施例
における製造方法を示す断面図
における製造方法を示す断面図
【図６】同実施例のさらに異なる工程を示す断面図
【図７】半導体素子に突起電極が形成された従来の一例
を示す断面図
を示す断面図
【図８】半導体素子に突起電極が形成された従来の一例
を示す断面図
を示す断面図
１ 半導体素子の電極 ２ バリヤーメタル層 ３ 半田ボール ４ Ａｕのボールバンプ ５ 半導体素子 ６ 突起電極 ７ 接合用合金層 ８ ガラス基板 ９ ＩＴＯ １０ フォトレジスト １２ Ａｕメッキ層
Claims (4)
- 【請求項１】半導体素子の電極上に、互いにその外形形
状が等しい、突起電極と、その上部に前記半導体素子と
回路基板とを接続するための接合用合金層とが順に重ね
てメッキにより形成されてなり、前記接合用合金層は、
その融点が前記突起電極及び前記回路基板の電極より低
い材料からなるとともに、その頂部が略平坦に形成され
ていることを特徴とする半導体素子。 - 【請求項２】平坦な基板上にフォトレジストを塗布し、
半導体素子の電極に対応する前記フォトレジストの所定
の位置に、開口面積が一定の穴を設け、その穴内に先ず
接合用合金層を、次いで突起電極を、前記フォトレジス
トの膜厚を超えないようメッキで形成し、前記フォトレ
ジストを除去した後に、前記半導体素子の電極と前記突
起電極とを重ね合わせて接合し、その接合後に前記基板
と前記接合用合金層の接合を分離することにより、回路
基板と接続されるべき半導体素子上に、前記基板上の突
起電極と接合用合金層とが転写されるようにしたことを
特徴とする半導体素子の製造方法。 - 【請求項３】半導体素子の電極上に、互いにその外形形
状が等しい、突起電極と、その上部に半導体素子と回路
基板とを接続するための接合用合金層と、さらにその上
部にＡｕメッキ層とが順に重ねてメッキにより形成され
てなり、前記接合用合金層は、その融点が前記回路基板
の電極より低い材料からなり、前記Ａｕメッキ層の頂部
は略平坦に形成されていることを特徴とする半導体素
子。 - 【請求項４】平坦な基板上にフォトレジストを塗布し、
半導体素子の電極に対応する前記フォトレジストの所定
の位置に、開口面積が一定の穴を設け、その穴内に先ず
Ａｕメッキ層を、次いで接合用合金層を、そして突起電
極を、前記フォトレジストの膜厚を超えないようメッキ
で形成し、その後、前記フォトレジストを除去してか
ら、前記半導体素子の電極と前記突起電極とを重ね合わ
せて接合し、その接合後に前記基板と前記接合用合金層
の接合を分離することにより、回路基板と接続されるべ
き半導体素子上に、前記基板上の突起電極と接合用合金
層及びＡｕメッキ層が転写されるようにしたことを特徴
とする半導体素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08062592A JP3173109B2 (ja) | 1991-09-19 | 1992-04-02 | 半導体素子及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3-239219 | 1991-09-19 | ||
| JP23921991 | 1991-09-19 | ||
| JP08062592A JP3173109B2 (ja) | 1991-09-19 | 1992-04-02 | 半導体素子及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05136143A JPH05136143A (ja) | 1993-06-01 |
| JP3173109B2 true JP3173109B2 (ja) | 2001-06-04 |
Family
ID=26421621
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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1992
- 1992-04-02 JP JP08062592A patent/JP3173109B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
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