JP3438718B2 - 半導体集積回路装置の配線接続方法ならびに半導体集積回路装置の解析方法 - Google Patents

半導体集積回路装置の配線接続方法ならびに半導体集積回路装置の解析方法

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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、半導体集積回路装
置の配線接続方法ならびに半導体集積回路装置の解析方
法に関し、特にフリップチップ接続用ＬＳＩを解析する
ためにＬＳＩにワイヤをボンディングする半導体集積回
路装置の配線接続方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般的に開発するＬＳＩは、ほとんどの
場合に再設計または一部修正が避けられない。そのため
にＬＳＩを解析用装置に接続して解析し、欠陥およびそ
の修正方法を見出している。
【０００３】フリップチップ接続では、ＬＳＩの表面の
絶縁膜に開口部を設けて露出させた最上層の配線の表面
にバリヤメタルを形成し、その上に半田ボールを固着さ
せ、この半田ボールを介してＬＳＩを配線基板に接続す
る。しかし、フリップチップ用ＬＳＩでも解析装置に接
続する場合は、一般にワイヤボンディングを用いてい
る。配線基板にフリップチップ接続したＬＳＩでは、回
路面が見えずＬＳＩの配線にワイヤボンディングできな
いので、回路面が見えるフェイスアップ構造に変換しな
ければならない。
【０００４】従来のこのようなＬＳＩの配線接続では、
ＬＳＩの製造途中の、未だフリップチップ用半田ボール
が搭載されていない段階で、最上層配線の後工程でフリ
ップチップ用半田ボールが固着されるべき絶縁膜の開口
部で露出された部分（この部分を引き出し端子と称す
る）に金（Ａｕ）ワイヤをボンディングしていた。ま
た、フリップチップ用半田が搭載された完成品としての
ＬＳＩで不具合が生じた場合に、フリップチップ用半田
ボールおよびバリヤメタルを取り除いた引き出し端子に
金ワイヤをボンディングすることもあった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ＬＳＩが銅（Ｃｕ）配
線である場合は、上述の配線接続では、銅の引き出し端
子に金ワイヤをボンディングすることとなるが、金と銅
との密着性があまり強くなく、金ワイヤが外れることも
ある。また、銅等からなるバリヤメタルと金ワイヤとの
密着性も弱い。密着性が弱いため金ワイヤが引き出し端
子から外れると、再工事等が必要となる。
【０００６】そのため、引き出し端子とボンディングワ
イヤとの密着力が強く、ワイヤが外れることがなく、ボ
ンディングの再工事が不要な歩留まりの良い配線接続構
造が要望されていた。
【０００７】
【０００８】
【０００９】
【００１０】
【課題を解決するための手段】 本発明の半導体集積回路
装置の配線接続方法は、半導体集積回路装置（図２の１
０）の表面の絶縁膜（図２の７）に設けられた開口部
（図２の８）を通して露出された配線（図２の４）から
なる引き出し端子（図２の９）に金属ボール（図３の
５）を載せ、この金属ボールを熱処理により前記引き出
し端子に密着させ、前記金属ボールと同一種類の金属か
らなるワイヤ（図５の６）を前記金属ボールにボンディ
ングすることを特徴とする。
【００１１】本発明の半導体集積回路装置の配線接続方
法は、半導体集積回路装置（図２の１０）の表面の絶縁
膜（図２の７）に設けられた開口部（図２の８）に位置
する配線（図２の４）からなる引き出し端子（図２の
９）に固着したフリップチップ接続用の半田ボールを除
去して表面に半田が残留することのないように前記引き
出し端子を露出した後に、前記引き出し端子に金属ボー
ル（図３の５）を載せ、この金属ボールを熱処理により
前記引き出し端子に密着させ、前記金属ボールと同一種
類の金属からなるワイヤ（図５の６）を前記金属ボール
にボンディングすることを特徴とする。
【００１２】上述の半導体集積回路装置の配線接続方法
で、前記金属ボールは、例えば金またはアルミニウムで
ある。
【００１３】本発明の半導体集積回路装置の解析方法
は、半導体集積回路装置（図２の１０）の表面の絶縁膜
（図２の７）に設けられた開口部（図２の８）を通して
露出された配線（図２の４）からなる引き出し端子（図
２の９）に金属ボール（図３の５）を載せ、この金属ボ
ールを熱処理により前記引き出し端子に密着させ、前記
金属ボールと同一種類の金属からなるワイヤ（図５の
６）の一端を前記金属ボールにボンディングし他端を解
析用回路（図１の０）に接続して前記半導体集積回路を
解析することを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】図１は 本発明の実施の形態の接続方法を
用いた半導体集積回路の配線接続構造の断面図で、銅の
３層配線の半導体集積回路に金のワイヤをボンディング
した例を示す図である。
【００１６】図１において、シリコン基板１上に第１層
配線２、第２層配線３および最上層配線４ならびに層間
絶縁膜７を形成したＬＳＩ１０が、フェイスアップの状
態で解析パッケージの配線基板０に搭載されている。Ｌ
ＳＩ１０の表面の絶縁膜７には開口部８が形成され、最
上層配線４の開口部８に位置する部分である引き出し端
子９に金ボール５が固着され、金ボール５に金ワイヤ６
の一端がボンディングされている。
【００１７】金ワイヤ６の他端は、通常、配線基板０上
の配線にボンディングされ、さらに配線基板０がパッケ
ージ等の解析装置に接続され、ＬＳＩ１０が解析され
る。
【００１８】図２から図５は、本実施の形態の半導体集
積回路の配線接続構造の製造工程を示す断面図である。
【００１９】図２は、ＬＳＩ１０のチップレベルでの製
造工程途中を示し、シリコン基板１上に第１層配線２、
第２層配線３および最上層配線４ならびに層間絶縁層７
を績層し、表面の絶縁膜７に開口部８を設けてある。
【００２０】図３は、直径が８０から１００ミクロン程
度の金ボール５を引き出し端子９上に搭載した工程を示
す。ＬＳＩ１０のチップ表面は、ＣＭＰ（化学機械的研
磨）技術等により完全平坦化になっており、開口部８に
よるチップ表面と引き出し端子９の表面との段差が数ミ
クロンあるのでセルフアライン方式で金ボール５を引き
出し端子９上に搭載することが可能である。配置治具を
用いて、金ボール５を引き出し端子９上に配置、搭載す
ることも可能である。
【００２１】図４は、窒素（Ｎ２）雰囲気中で温度が１
００度から２００度程度の熱処理を１０分から３０分程
度の時間だけ実施する工程を示す。金ボール５をシンタ
リングし、軟化させ引き出し端子９の銅との密着性を改
善しているとともに、金ボール５はつぶれて平坦化して
いる。
【００２２】図５は、金ボール５上に、直径が２０から
５０ミクロンの金ワイヤ６をボンディングした工程を示
す。
【００２３】なお、図２に示す開口部８を設けてから、
引き出し端子９の表面にバリアメタルを形成してから、
図３、図４に示すように金ボール５を引き出し端子９に
固着させても、引き出し端子９にバリヤメタルを形成す
る前に金ボール５を引き出し端子９に固着させてもよ
い。
【００２４】本発明は、図２に示すチップの引き出し端
子９にフリップチップ用の半田ボール（図には示してい
ない）をバリアメタル上に搭載して完成品としたＬＳＩ
１０にも適用できるし、さらには配線基板にフリップチ
ップ接続後のＬＳＩ１０にも適用できる。この場合に
は、ＬＳＩ１０を配線基板から取り外し、半田ボールを
ＬＳＩ１０の引き出し端子９から溶融除去する。半田ボ
ールを除去しても引き出し端子９上に形成されているバ
リアメタルの表面には、半田が薄く残り、金ボール５を
固着させるのが困難なので、さらにウェットエッチング
等により、残留した半田およびバリヤメタルを引き出し
端子９の表面から除去し、ＬＳＩ１０を図２に示す状態
にする。後は、図３から図５に示したの同様に、引き出
し端子９に金ボール５を固着し、金ボール５に金ワイヤ
６をボンディングする。
【００２５】上述の実施の形態では、ＬＳＩの配線が銅
からなる場合で説明したが、他の金属、例えばアルミニ
ウム、銅を含む合金などでもよい。
【００２６】また、引き出し端子に固着される金属ボー
ルは、金ボールに限られず、アルミニウムのボールなど
でもよい。これに応じて、ボンディングワイヤもアルミ
ニウムなどでもよい。
【００２７】さらに本発明の半導体集積回路装置の配線
接続方法は、解析装置に接続する場合に限られず、他の
装置に接続する場合や、半導体集績回路の配線を改造す
る場合等にも適用できる。
【００２８】
【発明の効果】本発明は、半導体集積回路の半田ボール
を搭載する為の引き出し端子にボンディングするワイヤ
が外れてしまうのを防止できる効果がある。フリップチ
ップ構造の半導体集積回路をアップフェースでワイヤボ
ンディングを介して解析装置に接続する接続作業の歩留
まりを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の接続方法を用いた半導体
集積回路の接続構造を示す断面図である。
【図２】図１の半導体集積回路の接続構造の製造工程を
示す断面図で、ＬＳＩ１０の表面の絶縁膜７に開口部８
を設けた図である。
【図３】図１の半導体集積回路の接続構造の製造工程を
示す断面図で、ＬＳＩ１０の引き出し端子９に金ボール
５を搭載した図である。
【図４】図１の半導体集積回路の接続構造の製造工程を
示す断面図で、金ボール５を熱処理で引き出し端子９に
固着した図である。
【図５】図１の半導体集積回路の接続構造の製造工程を
示す断面図で、金ボール５金ワイヤ６をボンディングし
た図である。
【符号の説明】
０ 配線基板 １ 基板 ２ 第１層配線 ３ 第２層配線 ４ 最上層配線 ５ 金ボール ６ 金ワイヤ ７ 絶縁膜 ８ 開口部 ９ 引き出し端子 １０ ＬＳＩ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−183139（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−124980（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−307571（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−78423（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−7057（ＪＰ，Ａ) 特開2000−266805（ＪＰ，Ａ) 特開2001−7142（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/60 301 H01L 21/92 H01L 21/66 G01R 31/26

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体集積回路装置の表面の絶縁膜に設
    けられた開口部を通して露出された配線からなる引き出
    し端子に金属ボールを載せ、この金属ボールを熱処理に
    より前記引き出し端子に密着させ、前記金属ボールと同
    一種類の金属からなるワイヤを前記金属ボールにボンデ
    ィングすることを特徴とする半導体集積回路装置の配線
    接続方法。
  2. 【請求項２】 半導体集積回路装置の表面の絶縁膜に設
    けられた開口部に位置する配線からなる引き出し端子に
    固着したフリップチップ接続用の半田ボールを除去して
    表面に半田が残留することのないように前記引き出し端
    子を露出した後に、前記引き出し端子に金属ボールを載
    せ、この金属ボールを熱処理により前記引き出し端子に
    密着させ、前記金属ボールと同一種類の金属からなるワ
    イヤを前記金属ボールにボンディングすることを特徴と
    する半導体集積回路装置の配線接続方法。
  3. 【請求項３】 前記金属ボールは、金またはアルミニウ
    ムであることを特徴とする請求項４または５に記載の半
    導体集積回路装置の配線接続方法。
  4. 【請求項４】 半導体集積回路装置の表面の絶縁膜に設
    けられた開口部を通して露出された配線からなる引き出
    し端子に金属ボールを載せ、この金属ボールを熱処理に
    より前記引き出し端子に密着させ、前記金属ボールと同
    一種類の金属からなるワイヤの一端を前記金属ボールに
    ボンディングし他端を解析用回路に接続して前記半導体
    集積回路を解析することを特徴とする半導体集積回路装
    置の解析方法。
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