JP3213923B2 - バンプ形成用アンダバリアメタルリボン及びバンプ形成方法 - Google Patents

バンプ形成用アンダバリアメタルリボン及びバンプ形成方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体チップなどの
電子部品の電極にバンブを形成する際に、電極とバンプ
との間にアンダバリアメタル層を簡便に形成できるバン
プ形成用アンダバリアメタルリボン及びバンプ形成方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体チップを回路基板に接合するため
のボンディング法としては、ワイヤーボンディングが一
般的であるが、近年では、より高密度に実装でき、ま
た、装置の小型化が可能となり、更に、電気信号の高速
処理が可能となるフリップチップボンディングやテープ
オートメイテッドボンディング（ＴＡＢ）が注目されて
いる。
【０００３】図５に、フリップチップボンディングでき
るような構造を有する従来の半導体チップの電極付近の
概略断面図を示す。同図に示すように、フリップチップ
ボンディング用の半導体チップは、シリコン基板５１上
にアルミニウム電極５２が形成され、その周囲が酸化ケ
イ素層５３で取り囲まれ、更にアルミニウム電極５２上
にメッキ法等により金バンプ５４が形成されている。
【０００４】しかし、金バンプの形成は製造コストの増
大を招くので、金バンプに代えてハンダバンプを半導体
チップの電極上に形成することが提案されている。
【０００５】ところが、アルミニウム電極５２上には、
ハンダバンプを密着性よく形成することができないとい
う欠点がある。従って、従来では、図６に示すようにア
ルミニウム電極５２上にアンダバリアメタル層５５を形
成し、その上にメッキ法によりハンダバンプ５６を形成
している。ここで、アンダバリアメタル層５５は、ハン
ダが拡散しないチタンやニッケル等のバリアメタル金属
薄膜であり、この薄膜はフォトリソグラフィプロセス、
スパッタ法や真空蒸着法などの薄膜形成プロセス、エッ
チングプロセスなどを繰り返すことにより形成されてい
る。更に、必要に応じてバリアメタル金属薄膜上にハン
ダと密着のよい銅や錫の薄膜が積層されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のハンダバンプが形成されたフリップチップボ
ンディング用の半導体チップは、個々のチップ毎にアン
ダバリアメタル層とハンダバンプとを形成するのではな
く、ウエハの状態でアンダバリアメタル層とハンダバン
プを形成するので、集積回路が形成されたウエハ全体
を、ウエハに損傷を与える可能性のあるフォトリソグラ
フィプロセス、薄膜形成プロセス、エッチングプロセス
などに投入しなければならない。そのためアンダバリア
メタル層は、ウエハに損傷を与えないような条件で形成
しなければならないという制限があった。このため、ア
ンダバリアメタル層の構成や層厚などに関して選択でき
る範囲が非常に狭くなるという欠点があった。
【０００７】更に、ウエハの中に不良の半導体チップが
存在する場合でも、その不良のチップに対してもアンダ
バリアメタル層とハンダバンプとを形成せざるを得ず、
製造コストを押し上げてしまうという欠点があった。
【０００８】また、従来の半導体ウエハ全体にアンダバ
リアメタル層を形成する方法では、既にチップとなった
個々の半導体チップに対して簡便且つ低コストでアンダ
バリアメタル層とハンダバンプとを形成できないという
欠点があった。
【０００９】この発明は、このような従来の技術的課題
を解決しようとするものであり、半導体チップなどの個
々の電子部品に対してもアンダバリアメタル層とバンプ
とを簡便且つ低コストで形成できるようにすることを目
的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この発明者は、電子部品
の電極上にバンプ形成する際に必要となるアンダバリア
メタル層を電極上に形成する場合、電子部品とは別の部
材としてアンダバリアメタルのリボンを製造し、そのア
ンダバリアメタルリボンを必要に応じて電子部品の電極
上に積層し、そのうえ、バンプを形成することにより上
述の目的が達成できることを見出し、この発明を完成さ
せるに至った。
【００１１】即ち、この発明は、電子部品の電極と、そ
の上に形成するバンプとの間にアンダバリアメタル層を
形成するためのバンプ形成用アンダバリアメタルリボン
であって、バンプ形成用アンダバリアメタルリボンが第
１の金属層、第２の金属層及び第３の金属層が順次積層
された構造を有し、ここで第１の金属層が半導体チップ
の電極と密着性のある金属から構成され、第２の金属層
が第１の金属層及び第３の金属層の両者と密着性がある
金属であって且つバンプを構成する金属が拡散しない金
属から構成され、そして第３の金属層がバンプと密着性
のある金属から構成されていることを特徴とするバンプ
形成用アンダバリアメタルリボンを提供する。ここで、
電子部品の電極がアルミニウムから構成され、バンプが
ハンダから構成されている場合には、第１の金属層をア
ルミニウムから構成し、第２の金属層をプラチナ、チタ
ン、クロム又はタングステンから構成し、そして第３の
金属層を銅、錫又はニッケルから構成することが好まし
い。
【００１２】また、この発明は前述のバンプ形成用アン
ダバリアメタルリボンの第１の金属層を電子部品の電極
と対向させ、その状態でバンプ形成用アンダバリアメタ
ルリボンをリボンボンダにより電子部品の電極に接合し
てアンダバリアメタル層を形成し、更に、アンダバリア
メタル層上に、スタッドバンプボンダによりバンプを形
成することを特徴とするバンプ形成方法を提供する。
【００１３】なお、この発明において使用するリボンボ
ンダとしては、通常のダブルポイントアクションのリボ
ンボンダを使用することができるが、この場合は、常法
によりソフト的にシングルポイントアクションにして使
用する。また、スタッドバンプボンダとしても通常のス
タッドバンプボンダを使用することができる。
【００１４】
【作用】この発明のバンプ形成用アンダバリアメタルリ
ボンは、バンプを形成すべき電子部品の電極とは別部材
となっている。従って、このリボンを用いるバンプ形成
方法によれば、個々の電子部材にアンダバリアメタル層
を容易に形成することが可能となる。
【００１５】また、電子部品をアンダバリアメタル層を
形成するためにフォトリソグラフィプロセス、薄膜形成
プロセス、エッチングプロセスに投入する必要がないの
で、このようなプロセスにより電子部品が損傷を受ける
ことがない。従って、電子部品の歩留まりの低下を防止
でき、製造コストの上昇を抑制することが可能となる。
しかも、アンダバリアメタル層の構成や厚みの選択の幅
を広げることが可能となる。
【００１６】また、バンプ形成用アンダバリアメタルリ
ボンを第１の金属層、第２の金属層及び第３の金属層が
順次積層された３層構造とし、第１の金属層を電子部品
の電極と密着性のある金属から構成するので、アンダバ
リアメタルリボンをアンダバリアメタル層として電子部
品の電極に安定的に固定することが可能となる。また、
第２の金属層を第１及び第３の金属層と密着性があり、
しかもバンプを構成する金属が拡散しない金属から構成
するので、バンプと電子部品の電極材料とが相互に拡散
することを防止することが可能となる。そして第３の金
属層をバンプと密着性のある金属から構成するので、バ
ンプをアンダバリアメタル層に安定的に固定することが
できる。よって、この発明のバンプ形成用アンダバリア
メタルリボンによれば、電子部品の電極上に密着性のよ
いバンプを安定して形成することが可能となる。
【００１７】
【実施例】以下、この発明の実施例を図面に従ってより
具体的に説明する。なお、図において同一符号は同一も
しくは同等の構成要素を表している。
【００１８】図１は、この発明のアンダバリアメタルリ
ボンの断面図である。同図にあるように、アンダバリア
メタルリボンは、第１の金属層１、第２の金属層２及び
第３の金属層３が順次積層された構造を有する。ここ
で、第１の金属層１は、バンプを形成すべき半導体チッ
プなどの電子部品の電極との密着性がある金属から構成
する。第２の金属層２は、第１の金属層１及び第３の金
属層３の両者と密着性があり、しかもバンプを構成する
金属が拡散しない金属から構成する。また、第３の金属
層３は、バンプと密着性のある金属から構成する。
【００１９】なお、このような第１の金属層１、第２の
金属層２及び第３の金属層３を形成する金属の種類は、
バンプを形成すべき電子部品の電極とバンプとのそれぞ
れの構成材料の種類に応じて適宜選択することができ
る。例えば、電子部品として、アルミニウムパッドが電
極として形成されている半導体チップを選択し、この半
導体チップをフリップチップボンディングできるように
するためにアルミニウムパッド上にハンダバンプを形成
する場合、バンプ形成用アンダバリアメタルリボンの構
成としては、第１の金属層をアルミニウムから構成し、
第２の金属層をプラチナ、チタン、クロム又はタングス
テン、中でもチタンから構成し、そして第３の金属層を
銅、錫、又はニッケル、中でも銅から構成することが好
ましい。この場合、ハンダバンプとアンダバリアメタル
層との密着性を考慮し、第３の金属層上に更にハンダ層
を形成することが好ましい。
【００２０】この発明のバンプ形成用アンダバリアメタ
ルリボンは、第１の金属層１となるベースリボンに、第
２の金属層２及び第３の金属層３をスパッタ法やメッキ
法、真空蒸着法などで積層することにより製造できる。
例えば、図２に示すように、ベースリボンとしてアルミ
ニウムリボン２０を、チタン積層ステージ２１、銅積層
ステージ２２、ハンダ積層ステージ２３に順次投入する
ことにより製造できる。この場合、各層の密着性を向上
させ、金属結晶構造の安定化を図るためにアニールステ
ージ２４に投入してもよい。
【００２１】次にこの発明のバンプ形成用アンダバリア
メタルを使用して、電子部品の電極にバンプを形成する
方法を、図３に示すように半導体チップにフリップチッ
プボンディング用のバンプを形成する場合を例にとり説
明する。
【００２２】まず、シリコン基板３１上にアルミニウム
電極３２と酸化ケイ素層３３が形成されている半導体チ
ップＡのアルミニウム電極３２上に、図４に示すような
アルミニウム層４１、チタン層４２、銅層４３、ハンダ
層４４が順次積層されているバンプ形成用アンダバリア
メタルリボン３４を位置させる（図３（ａ））。この場
合、半導体チップＡのアルミニウム電極３２とバンプ形
成用アンダバリアメタルリボン３４のアルミニウム層４
１とを対向させる。
【００２３】次に、バンプ形成用アンダバリアメタルリ
ボン３４の上方からリボンボンダのボンディングツール
３５を押し当てて接合し（図３（ｂ））、それと同時に
切断し、電極３２上にアンダバリアメタル層３６を積層
する（図３（ｃ））。
【００２４】次に、アンダバリアメタル層３６上に、ハ
ンダワイヤを用いてスタッドバンプボンダによりハンダ
バンプ３７を形成する（図３（ｄ））。
【００２５】このようにこの発明により得られるハンダ
バンプ３７が形成された半導体チップＡを回路基板３８
にフリップチップボンディングし（図３（ｅ））、リフ
リー炉に投入してハンダバンプ３７をリフローさせ、リ
フローハンダ３９により半導体チップＡを回路基板３８
に完全に接合させる（図３（ｆ））。
【００２６】なお、上述の例では、個々の半導体チップ
に対してアンダバリアメタル層とハンダバンプを形成し
たが、ウエハに対して行ってもよい。また、半導体チッ
プに限らず、この発明はアンダバリアメタル層を形成
し、その上にバンプを形成する電子部品に対して適用可
能である。
【００２７】
【発明の効果】この発明によれば、半導体チップなどの
個々の電子部品に対してもアンダバリアメタル層とバン
プとを簡便且つ低コストで形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のバンプ形成用アンダバリアメタルリ
ボンの断面図である。
【図２】この発明のバンプ形成用アンダバリアメタルリ
ボンの製造方法の一例である。
【図３】この発明のバンプ形成方法の工程説明図であ
る。
【図４】この発明の好ましい態様のバンプ形成用アンダ
バリアメタルリボンの断面図である。
【図５】金バンプが形成された従来の半導体チップの断
面図である。
【図６】ハンダバンプが形成された従来の半導体チップ
の断面図である。
【符号の説明】
１ 第１の金属層 ２ 第２の金属層 ３ 第３の金属層 ２０ アルミニウムリボン ２１ チタン積層ステージ ２２ 銅積層ステージ ２３ ハンダ積層ステージ ２４ アニールステージ ３１、５１ シリコン基板 ３２、５２ アルミニウム電極 ３３、５３ 酸化ケイ素層 ３４ アンダバリアメタルリボン ３５ ボンディングツール ３６、５５ アンダバリアメタル層 ３７、５６ ハンダバンプ ３８ 回路基板 ４１ アルミニウム層 ４２ チタン層 ４３ 銅層 ４４ ハンダ層 ５４ 金バンプ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−129303（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−65847（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−101425（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/60

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電子部品のアルミニウムから構成される
    電極と、その上に形成されるハンダから構成されるバン
    プとの間にアンダバリアメタル層を形成するためのバン
    プ形成用アンダバリアメタルリボンであって、該バンプ
    形成用アンダバリアメタルリボンがアルミニウムから構
    成された第１の金属層、プラチナ、チタン、クロム又は
    タングステンから構成された第２の金属層、及び銅、錫
    又はニッケルから構成された第３の金属層が順次積層さ
    れた構造を有することを特徴とするバンプ形成用アンダ
    バリアメタルリボン。
  2. 【請求項２】 第３の金属層上にハンダ層が更に形成さ
    れている請求項１記載のバンプ形成用アンダバリアメタ
    ルリボン。
  3. 【請求項３】 電子部品の電極にバンブを形成する方法
    において、第１の金属層、第２の金属層及び第３の金属層が順次積
    層された構造を有するバンプ形成用アンダバリアメタル
    リボンであって、第１の金属層が半導体チップの電極と
    密着性のある金属から構成され、第２の金属層が第１の
    金属層及び第３の金属層の両者と密着性がある金属であ
    って且つバンプを構成する金属に拡散しない金属から構
    成され、そして第３の金属層がバンプと密着性のある金
    属から構成されているバンプ形成用アンダバリアメタル
    リボンの当該 第１の金属層を電子部品の電極と対向させ
    る工程； 次に、バンプ形成用アンダバリアメタルリボンの当該第
    １の金属層を電子部品の電極と対向させた 状態でバンプ
    形成用アンダバリアメタルリボンをリボンボンダにより
    電子部品の電極に接合してアンダバリアメタル層を形成
    する工程； 及び 形成されたアンダバリアメタル層上
    に、スタッドバンプボンダによりバンプを形成する工程
    を有することを特徴とするバンプ形成方法。
  4. 【請求項４】 電子部品の電極がアルミニウムから構成
    され、そしてバンプがハンダから構成されている場合
    に、第１の金属層をアルミニウムから構成し、 第２の金
    属層をプラチナ、チタン、クロム又はタングステンから
    構成し、そして第３の金属層を銅、錫又はニッケルから
    構成する請求項３記載のバンプ形成方法 。
  5. 【請求項５】 第３の金属層上にハンダ層を更に形成す
    る請求項４記載のバンプ形成方法 。
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