JP3687601B2 - ELECTRONIC COMPONENT ELEMENT, ITS MANUFACTURING METHOD, AND ELECTRONIC COMPONENT DEVICE - Google Patents
ELECTRONIC COMPONENT ELEMENT, ITS MANUFACTURING METHOD, AND ELECTRONIC COMPONENT DEVICE Download PDFInfo
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品素子の素子基板上に形成された金属バンプをセラミック等からなるパッケージや回路基板等の電極パターンに押し付けて接続するフェースダウン実装に好適な電子部品素子及びその製造方法、並びに電子部品装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、携帯電話などの電子部品装置の小型化、低背化に伴い、電子部品装置に用いられる電子部品素子の電極パッドとパッケージの電極パターンとの接続方法として、ワイヤによる接続方法に代えて、電子部品素子の機能面をパッケージの接続面に対向させ直接実装する、フェースダウン方式による接続方法が開発されている。このようなフェースダウン方式における、電子部品素子の電極パッドとパッケージの電極パターンとの接続には、接続の容易性や寸法制御性からAuバンプが良く用いられている。
【0003】
このような電子部品素子である弾性表面波装置(以下、SAWデバイスという)としては、例えば特開2000−91870号公報に記載のSAWデバイスが知られている。上記SAWデバイスは、圧電基板(素子基板、酸化物基板)と、この圧電基板の主面にそれぞれ配設されたくし型電極部(以下、IDTという)及び外部接続端子を備えた弾性表面波素子(素子部)を有し、外部接続端子がIDTを構成する、アルミニウム(Al)又はAl合金からなる第1の電極金属層上に、Al等からなる第2の電極金属層が積層された二層構造を有する第1の領域と、第2の電極金属層が圧電基板上に直接配設された第2の領域とを有している。
【0004】
しかしながら、上記従来の二層構造の電極では、デュプレクサなど高耐電力化が要求される、電子部品素子としての弾性表面波(以下、SAWと記す)フィルタの素子部や、電極パッドに電極として用いた場合、高耐電力化に対応できないという問題を生じている。
【0005】
そこで、本発明者は、上記問題を回避するために、上記公報の構造を、耐電力性向上のために用いられている、Al/Ti構造の電極に用いることを考えた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報の構造を、Al/Ti構造の電極に用いたところ、バンプ下の圧電基板にクラックが発生するという不具合が生じることを見出した。これは、電極の下地にTiを用いて、フェースダウン方式で実装すると、パッケージの封止時の熱応力を、固いTiが緩和しきれないためであることが分かった。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る電子部品素子は、上記課題を解決するために、電子回路のための素子部が素子基板上に形成され、上記素子部を外部と電気的に接続するための電極パッドが金属バンプを用いたフェースダウン実装用に設けられ、上記電極パッドは、素子部から延びるAl又はAl合金/Ti下地の二層構造の引き出し電極上に電極パッドの一部が重ね合わされており、Al又はAl合金からなるパッド電極層と電極パッド上に設けられる金属バンプの拡散を抑制するためのバリア層とを有し、バリア層はパッド電極層の中間に設けられていることを特徴としている。
【0008】
上記構成によれば、デュプレクサなど高耐電力化が要求される、電子部品素子としての弾性表面波(以下、SAWと記す)フィルタの素子部の電極や、電極パッドに、Tiを下地としてAl(合金)膜を形成することで、Al(合金)膜の配向性を高める効果と電極ボトムの静電応力が集中する部分を硬い金属で補強できると言う効果により、耐電力性を飛躍的に向上できる。
【0009】
また、上記構成では、電極パッド上に設けられる金属バンプの拡散を抑制するためのバリア層をパッド電極層の中間に設けたことによって、金属バンプの金属が電極パッド内に拡散することを上記バリア層により抑制できる。
【0010】
これにより、上記構成は、上記拡散に勤する体積膨張を伴う金属間化合物の形成領域を素子基板から離すことができて、上記金属間化合物による悪影響を軽減でき、素子基板にクラックが発生することを回避できる。
【0011】
上記電子部品素子では、Al又はAl合金からなるパッド電極層とバリア層とにおける、素子基板側の界面にAl酸化層をさらに有していることが好ましい。
【0012】
上記構成によれば、さらに、Al酸化層を設けたことにより、バリア層の金属が電極パッド内に拡散することを上記Al酸化層により抑制できる。
【0013】
上記電子部品素子においては、バリア層が、NiCr、Cr、Ti、Ni、Ta及びWからなる群から選択される少なくとも1種からなることが望ましい。
【0014】
また、高耐電力性を有する上記構成においては、素子基板(圧電基板)上にドライエッチング法又はリフトオフ法で形成されたAl/Ti電極パッドとなるアース及び入出力用電極上にリフトオフ蒸着法によりさらに厚さ1μm程度の純Al又は略Al−1wt%Cu合金からなるパッド電極層の中間に、Alとの接着強度の良いNiCr合金やTi等からなるバリア層(中間電極層)と共に設けることにより、接合に十分な電極パッドの厚さを確保できる。
【0015】
上記電子部品素子では、電極パッド上に設けられる金属バンプが、Au又はPtからなることが好ましい。
【0016】
上記電子部品素子においては、電極パッド上に設けられる金属バンプが、はんだからなっていてもよい。
【0017】
上記構成によれば、金属バンプが、接合性には優れているAu、Pt、はんだ、特に、金属間化合物を形成し易いAu又はPtからなることで、バリア層の効果をより有効に発揮できる。
【0018】
上記電子部品素子では、素子部は、Al又はA l 合金/Ti下地の二層構造のくし型電極部であり、素子基板と、くし型電極部及び引き出し電極との間に、酸素含有Ti層が設けられていることが望ましい。
【0019】
上記構成によれば、酸素含有Ti層を有することによって、封止の熱工程において、素子基板中の酸素がTiにより吸い取られるために、素子基板の結晶性がみだれて、破壊強度が低下することが上記酸素含有Ti層により抑制されて、電極パッド下の素子基板におけるクラックの発生を低減できる。
【0020】
上記電子部品素子においては、素子部は、Al又はA l 合金/Ti下地の二層構造のくし型電極部であり、くし型電極部及び引き出し電極はリフトオフ法を用いて作成されていることが好ましい。
【0021】
上記構成によれば、Al又はAl合金/Ti下地の二層構造の電極をリフトオフ法により作成したので、素子基板に対するダメージを軽減できて、上記素子基板でのクラック発生を抑制できる。
【0022】
本発明の電子部品素子の製造方法は、前記の課題を解決するために、酸化物基板上に、素子部と、素子部に接続する、Al又はAl合金/Tiとの二層電極からなる引き出し電極とを作成し、その後、該素子部と異なる領域にバンプパッドのパターンをレジストにより形成し、減圧状態でイオンクリーニングを施した後、Al又はAl合金を真空蒸着により成膜した後、酸素雰囲気にさらすことにより、表面を酸化し、再び真空状態でバリア層とA1又はAl合金とをそれぞれ蒸着し、しかる後に、レジストを不要な金属と共に除去することを特徴としている。
【0023】
上記電子部品素子の製造方法では、バリア層を、NiCr、Cr、Ti、Ni、Ta及びWからなる群から選択される少なくとも1種を用いて作製することが好ましい。
【0024】
上記電子部品素子の製造方法においては、前記イオンクリーニングを実施する工程、Al又はAl合金を蒸着する工程、上記蒸着したAl又はA l 合金を酸素雰囲気により表面酸化してバリア層を形成する工程、Al又はAl合金を蒸着する工程、の一連の各工程を1台の真空蒸着装置で連続処理してもよい。
【0025】
本発明の電子部品装置は、前記の課題を解決するために、前記の何れかに記載の電子部品素子をパッケージ内にフェースダウン実装で収納したことを特徴としている。
【0026】
上記製造方法では、IDT等の素子部を形成する時に、引き出し電極までを同時に形成するが、バンプ用の電極パッド部分は、その後で、別体にてリフトオフ法で形成する様にすることが好ましい。
【0027】
電極パッド部分の電極構造は最下層をAl合金とし、その表面を一旦酸化したあと、引き続きNiCr(又はTi)等のバリア層→Al合金を連続成膜して形成する。結局、Al合金/バリア層/AI酸化層/Al合金/素子基板(酸化物基板、圧電基板)と言う四層構造となる。
【0028】
更にこの電極パッドから延びる引き回し電極の一部分を先に形成したIDT等の素子部から延びる引き出し電極の一部に重ね合わせることで、両者の導通をとった。
【0029】
ここで、電極パッドを単層のAl(合金)としない理由は、Au等の金属バンプとAl又はAl合金が金属間化合物を生成するため、金属間化合物形成→体積膨張(化合物Al2Auの体積はAl2+Auの約2倍)→応力蓄積→クラック発生と言うメカニズムでクラックが発生しやすくなるからである。
【0030】
従って金属間化合物の形成領域をできるだけ、素子基板から遠ざけるために、Auのバリア層として、NiCrあるいはTiの中間電極層を設けることが望ましい。また、NiCr(Ti)中間電極層と下地のAl層との間に、わざわざAl酸化層を設けることが好ましいのは、TiやNiCrのバリア層が下地のAl合金中に拡散し金属間化合物を形成することを防止するためである。
【0031】
Al酸化層の上に直接Al(合金)を形成する場合には、密着性が確保できない上に、Auの拡散を防ぐことはできなかった。IDT等の素子部とバンプ用の電極パッドとの導通を取る為に、IDT等の素子部と同時に形成した引き出し電極と、バンプ用の電極パッドと同時に形成した引き回し電極の一部を重ね合わせた部分は、チップ状の電子部品素子をパッケージと接合する領域ではないため、機械的な接合強度は不要である。
【0032】
したがって、Al酸化膜の上に直接Alを成膜しても、何ら差し支えない。NiCr(Ti)等のバリア層がAu等の金属バンプのバリアとしての効果を発揮するためには、少なくとも10nmの膜厚が必要である。Al自然酸化膜はせいぜい数nmしか成長しないため、Au等の金属バンプのバリア層としての効果は期待できない。
【0033】
フリップチップ工法を用いたSAWデバイスといった、本発明の電子部品素子は、圧電基板上に形成された、チタンなどを下地膜として高配向化された高耐電力性アルミニウム(Al−Cu合金)/Ti多層膜から形成されているIDT素子部及び引き出し電極の一部が先に形成され、外部電極と接続するためのバンプを形成するための電極パッドと引き回し電極の一部が圧電基板上の該IDT素子以外の領域に形成されており、両者(素子部とパッド部)を、電気的に接続するために素子電極である引き出し電極の上に引き回し電極の一部を重ね合わせる構成を有している。
【0034】
これにより、高耐電力性と電極バンプ下に圧電基板のクラック発生が低減された高い信頼性とを合わせて備えた弾性表面波装置を提供できるようになる。上記構成では、Ti層を圧電基板上に形成するとき、Ti層と圧電基板との界面には酸素含有Ti層が形成されていることが望ましい。
【0035】
外部接続用の電極パッドはリフトオフ法で形成されていることが望ましい。IDT素子部はリフトオフ法やドライエッチング法を利用できるが、リフトオフ法の方がダメージフリーとなるためより好ましい。
【0036】
【発明の実施の形態】
本発明の電子部品装置としての弾性表面波装置について、図1ないし図6に基づいて説明すると以下の通りである。図2に示すように、弾性表面波装置1は、セラミックからなるパッケージ9内に、電子部品素子としての弾性表面波素子2がフェースダウン実装されたものである。
【0037】
弾性表面波素子2は、パッケージ9の内底面上に形成されたAuからなる電極パターン9a、9bに対してそれぞれAuバンプ10により電気的かつ機械的に接続されている。なお、外部電極9c、9dはAuからなるものであり、電極パターン9a、9bにそれぞれ接続されている。
【0038】
弾性表面波素子2は、図3に示すように、タンタル酸リチウム(LT)等の圧電基板(素子基板、酸化物基板)3と、圧電基板3上に各弾性表面波フィルタ(素子部)4、5の各IDT4a、5a及び各反射器4b、5bと、それらIDT4a、5aの各引き出し電極4c、5cとそれぞれ接続された入力電極6、出力電極7及びアース電極8とで構成されている。
【0039】
各IDT4a、5a及び各反射器4b、5bは、弾性表面波の伝搬方向に沿って設けられている。IDT4a、5aの各引き出し電極4c、5cは、弾性表面波の伝搬方向に対して直交する方向に延びるようにそれぞれ設けられている。IDT4a、5aと、入力電極6、出力電極7及びアース電極8との導通は、IDT4a、5aの各引き出し電極4c、5cの端部と、入力電極6、出力電極7及びアース電極8の各引き回し電極6a、7a、8aの端部とが互いに重なり合って当接することにより確保されている。
【0040】
各IDT4a、5a、各反射器4b、5b、及び各引き出し電極4c、5cは、図1にも示すように、下地層として5nm〜l00nmの膜厚のTi層11と、Ti層11上に積層された100nm〜300nmの膜厚のAl層12とからなる厚さ100nm〜400nm程度の薄膜によって形成されている。なお、Al層12は、例えば、銅が1重量%添加されたAl合金であってもよい。
【0041】
Ti層11と圧電基板3との間には図示しないが酸素含有Ti層が形成されている。酸素含有Ti層は、酸素を含有するものであればよく、例えばTi結晶中に酸素を取り込んだものでもよいし、また、Ti酸化物となっていてもよい。
【0042】
これらの電極のうち、弾性表面波フィルタ4、5のIDT4a、5a、各反射器4b、5b、及び各引き出し電極4c、5cは弾性表面波素子2が機能するための素子電極(素子部)であり、入力電極6、出力電極7、アース電極8は、回路基板やパッケージ9と電気的かつ物理的に接続するための電極パッドである。
【0043】
入力電極6、出力電極7、及びアース電極8は、圧電基板3上に形成された、膜厚1.5μm程度の、Al又はAl合金からなるパッド電極層13、16を有している。
【0044】
そして、入力電極6、出力電極7、及びアース電極8の各パッド電極層13、16では、パッド電極層13、16の中間にバリア層としてのNiCr(あるいはTi)層15が互いに積層されて設けられている。よって、パッド電極層13、16は、膜厚500nm程度の、Al又はAl合金からなる下部電極層13と、下部電極層13より膜厚が大きい、膜厚1μm程度の、Al又はAl合金からなる上部電極層16とを有することになる。
【0045】
さらに、パッド電極層13、16とNiCr(あるいはTi)層15とにおける、圧電基板3側の界面、つまり下部電極層13とNiCr(あるいはTi)層15との間に、Al酸化層14が設けられていることが好ましい。
【0046】
次に、本発明における弾性表面波素子2の製造方法を図1及び図4のフローチャートを参照しながら説明する。まず、LTやニオブ酸リチウム(LN)などの圧電基板3上にレジストパターンを形成し、Ti層11(約10nm)とAl(合金)層12(約200nm)とを真空を破らずに(維持して)連続蒸着により順次それぞれ成膜する(ステップ1、以下、ステップをSと記す)。Ti層11を形成したとき、Ti層11と圧電基板3との界面では、Ti層11が圧電基板3に含まれる酸素を奪って、酸素含有Ti層が形成されている。
【0047】
こうすることによって、Ti層11とAl層12との界面に酸化膜が形成されないため、Al層12は、その[111]結晶軸が圧電基板3の表面方向に対して垂直方向にそろった一軸配向膜となる(図5参照)。配向性のそろったAl層12はSAWのストレスに強くなり、ストレスマイグレーションが発生しにくくなる。なお、Ti層11を設けない場合、図6に示すように、Al層12の配向性は悪化した。
【0048】
その後、有機溶剤でレジストを剥離するリフトオフ法により、Al(合金)層12/Ti層11からなるIDT、反射器及び引き出し電極を形成する。この部分はAl(合金)/Ti電極をウェハ全面に成膜した後、レジストパターン形成→ドライエッチング→レジストハクリというプロセスで形成してもよい。ただし、この場合は、リフトオフ法に比べてスペース部のダメージの影響を完全に排除することはできない。このため、本願発明では、リフトオフ法が好ましい。
【0049】
次に、再度、リフトオフ法によって、引き回し電極の一部分とバンプパッド用電極を形成する。具体的には以下の手順に従う。まず、IDTと反射器と引き出し電極とを形成した後、引き出し電極とバンプパッドパターン部分が開口したレジストパターンを圧電基板3上に作成する(S2)。
【0050】
その後、圧電基板3上に、Al(合金)(膜厚約500nm)を真空蒸着により形成した(S3)後、一旦酸素を真空装置内に導入し、Al表面に自然酸化膜であるAl酸化層14を膜厚1nm〜7nmにて形成する(S4)。これは大気を導入して形成してもよい。この程度の膜厚を有するAl酸化層14は、バリア機能を発揮できるが、導電性にほとんど影響しないことが確認されている。
【0051】
次に、真空装置内を、再び、10-2(1E−2)Pa程度の真空まで排気を行い、一旦Arガスを導入し、Arイオンボンバードでイオンクリーニングを実施した(S5)後、真空装置内を、10-5(1E−5)Pa程度まで真空排気して、NiCr(あるいはTi)層15(20nm)とAl(合金)(1μm)を連続成膜し(S6、S7)、最後にレジストを有機溶剤で溶出させて不要部分の金属を剥離により除去して(S8)、電極構造が完成する。
【0052】
引き回し電極の一部を、先に形成した引き出し電極の上部に重ね合わせることで、IDTと電極パッドとの導通が確保できる。
【0053】
このようにして、形成された上部電極層16上にボールボンディング法により、Auバンプ10を形成する。具体的には、Auワイヤの先端部に形成されたボールに超音波を印加しながら上記ボールを上部電極層16上に圧着し、その後、ボールの部分からAuワイヤを切断してAuバンプ10を上記上部電極層16上に形成する。
【0054】
以上のような工程を経て形成された弾性表面波素子2を、その表面(IDT喉の形成面)をパッケージ9上に形成された電極パターン9a、9bにAuバンプ10を介して対向させ、超音波及び熱を加えながら押圧して、上記パッケージ9に接続する。次いで、パッケージ9を、はんだを用いて蓋9e部分により気密封止することによって弾性表面波装置1が完成する。このとき、はんだによる気密封止のときに弾性表面波素子2には300℃程度の熱が印加される。
【0055】
なお、上記の実施の形態では、圧電基板(素子基板)3として、タンタル酸リチウムやニオブ酸リチウムからなる圧電基板を用いて説明したが、これに限るものではなく、例えば、酸化亜鉛膜を設けた絶縁基板、水晶、ランガサイト等の圧電基板でも同様な効果が得られるものである。
【0056】
下記の対策を用いることにより、はんだによる気密封止のときの弾性表面波素子2に対する加熱の影響に関する、本願発明の効果をそれぞれ表1に示すように確認できた。
【0057】
モニタ(比較例):バンプ下の下層電極がAl/Tiであり、その上にNiCr→Al(合金)を連続成膜した場合。
対策1:バンプ下の電極をIDT部のAl/Tiと異なるプロセスで別に形成し、Al(合金)単層とした場合。
対策2:対策1のバンプ用の電極パッドをAl(合金)/NiCr(Ti)/Al(合金)/基板の3層膜とした場合。
対策3:最下層のAl(合金)を真空蒸着で形成後、一旦表面を酸化してさらにその上にNiCr→Al(合金)を連続成膜した場合。
【0058】
【表1】
【0059】
このように電極パッドをIDT部等の素子部と別体に設けることにより、クラック発生を抑制できて、歩留りを改善できる。また、NiCr(Ti)層15を設けたことによって、クラック発生をより一層抑制できて、歩留りを改善できる。さらに、Al酸化層14を設けたことで、クラック発生をより一層抑制できて、歩留りを改善できる。特に、対策3については、大量にサンプルを作成してその効果の再現性を確認している。
【0060】
なお、上記では、電子部品装置や電子部品素子として、弾性表面波装置1や弾性表面波素子2の例を挙げたが、酸化物基板上にバンプボンディング用に電極パッドを有するものであれば、特に限定されるものではなく、酸化物基板として誘電体基板を用いる積層コンデンサや、積層インダクタにも本発明は適用可能である。
【0061】
【発明の効果】
本発明の電子部品素子は、以上のように、電子回路のための素子部が素子基板上に形成され、上記素子部を外部と電気的に接続するための電極パッドが金属バンプを用いたフェースダウン実装用に設けられ、上記電極パッドは、素子部から延びるAl又はAl合金/Ti下地の二層構造の引き出し電極上に電極パッドの一部が重ね合わされており、Al又はAl合金からなるパッド電極層と、電極パッド上に設けられる金属バンプの拡散を抑制するためのバリア層とを有し、バリア層は、パッド電極層の中間に設けられている構成である。
【0062】
それゆえ、上記構成は、電極パッド上に設けられる金属バンプの拡散を抑制するためのバリア層をパッド電極層の中間に設けたことによって、金属バンプの金属が電極パッド内に拡散することを上記バリア層により抑制できる。
【0063】
これにより、上記構成は、上記拡散に勤する体積膨張を伴う金属間化合物の形成領域を素子基板から離すことができて、上記金属間化合物による悪影響を軽減でき、素子基板にクラックが発生することを軽減できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態にかかる弾性表面波素子の要部断面図である。
【図2】上記弾性表面波素子を、パッケージに収納した弾性表面波装置の概略断面図である。
【図3】上記弾性表面波素子の平面図である。
【図4】上記弾性表面波素子の製造方法を示す、フローチャートである。
【図5】上記弾性表面波素子における、下地にTi層を設けたことによるAl層の配向性を示すための、X線回折図である。
【図6】下地にTi層を設けない場合の、Al層の配向性を示すための、X線回折図である。
【符号の説明】
1 弾性表面波装置
2 弾性表面波素子
3 圧電基板(素子基板、酸化物基板)
4、5 弾性表面波フィルタ(素子部)
4c、5c 引き出し電極
6 入力電極(電極パッド)
7 出力電極(電極パッド)
8 アース電極(電極パッド)
6a、7a、8a 引き回し電極
15 NiCr(Ti)層(バリア層)
16 Al酸化層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electronic component element suitable for face-down mounting in which metal bumps formed on an element substrate of an electronic component element are pressed against and connected to an electrode pattern of a package made of ceramic or the like, a circuit board, etc. The present invention relates to an electronic component device.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the downsizing and low profile of electronic component devices such as mobile phones, as a method of connecting the electrode pads of the electronic component elements used in the electronic component device and the electrode pattern of the package, instead of the connection method using wires, A face-down connection method has been developed in which the functional surface of the electronic component element is directly mounted facing the connection surface of the package. In such a face-down method, Au bumps are often used for connection between the electrode pads of the electronic component element and the electrode pattern of the package because of easy connection and dimensional controllability.
[0003]
As a surface acoustic wave device (hereinafter referred to as a SAW device) which is such an electronic component element, for example, a SAW device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-91870 is known. The SAW device includes a piezoelectric substrate (element substrate, oxide substrate), a surface acoustic wave element (hereinafter referred to as an IDT) and an external connection terminal provided on a main surface of the piezoelectric substrate. Two layers in which a second electrode metal layer made of Al or the like is laminated on a first electrode metal layer made of aluminum (Al) or an Al alloy having an element portion) and an external connection terminal constituting an IDT A first region having a structure and a second region in which the second electrode metal layer is directly disposed on the piezoelectric substrate.
[0004]
However, the conventional two-layer structure electrode is used as an electrode for an element part of an acoustic surface wave (hereinafter referred to as SAW) filter as an electronic component element or an electrode pad that requires high power resistance such as a duplexer. If this happens, there is a problem that it is not possible to cope with high power durability.
[0005]
Therefore, in order to avoid the above problem, the present inventor considered using the structure of the above publication for an electrode having an Al / Ti structure that is used for improving power durability.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the structure of the above publication is used for an electrode having an Al / Ti structure, it has been found that there is a problem that cracks occur in the piezoelectric substrate under the bumps. It has been found that when Ti is used for the base of the electrode and mounting is performed by the face-down method, hard Ti cannot completely relax the thermal stress at the time of sealing the package.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, an electronic component element according to the present invention has an element part for an electronic circuit formed on an element substrate, and electrode pads for electrically connecting the element part to the outside are metal bumps. A part of the electrode pad is overlapped on a lead electrode having a two-layer structure of Al or Al alloy / Ti base extending from the element portion. It has a pad electrode layer made of an alloy and a barrier layer for suppressing diffusion of metal bumps provided on the electrode pad, and the barrier layer is provided in the middle of the pad electrode layer.
[0008]
According to the above configuration, the electrode of the surface portion of the surface acoustic wave (hereinafter referred to as SAW) filter as an electronic component element, which requires high power resistance such as a duplexer, and the electrode pad are formed of Al (with Ti as a base). By forming an (alloy) film, the power durability is dramatically improved due to the effect of enhancing the orientation of the Al (alloy) film and the ability to reinforce the portion of the electrode bottom where the electrostatic stress is concentrated with a hard metal. it can.
[0009]
Further, in the above configuration, by providing a barrier layer for suppressing the diffusion of the metal bumps provided on the electrode pad in the middle of the pad electrode layer, it is possible to prevent the metal in the metal bumps from diffusing into the electrode pad. Can be suppressed by layer.
[0010]
Thereby, the said structure can separate the formation area | region of the intermetallic compound accompanying the volume expansion which acts on the said diffusion from an element substrate, can reduce the bad influence by the said intermetallic compound, and a crack generate | occur | produces in an element substrate. Can be avoided.
[0011]
The electronic component element preferably further has an Al oxide layer at the interface on the element substrate side between the pad electrode layer made of Al or Al alloy and the barrier layer.
[0012]
According to the said structure, by providing an Al oxide layer further, it can suppress by the said Al oxide layer that the metal of a barrier layer diffuses in an electrode pad.
[0013]
In the electronic component element, the barrier layer is preferably made of at least one selected from the group consisting of NiCr, Cr, Ti, Ni, Ta, and W.
[0014]
Further, in the above-described configuration having high power durability, a lift-off vapor deposition method is used on the ground and input / output electrodes that serve as Al / Ti electrode pads formed on the element substrate (piezoelectric substrate) by a dry etching method or a lift-off method. Furthermore, by providing it together with a barrier layer (intermediate electrode layer) made of NiCr alloy or Ti having good adhesive strength with Al in the middle of a pad electrode layer made of pure Al or about Al-1 wt% Cu alloy having a thickness of about 1 μm. The electrode pad thickness sufficient for bonding can be ensured.
[0015]
In the above electronic component element, the metal bump provided on the electrode pad is preferably made of Au or Pt.
[0016]
In the above electronic component element, the metal bump provided on the electrode pad may be made of solder.
[0017]
According to the above configuration, the effect of the barrier layer can be more effectively exhibited by the metal bump being made of Au, Pt, or solder, which is excellent in bondability, in particular, Au or Pt that easily forms an intermetallic compound. .
[0018]
In the electronic component element, the element unit is an interdigital transducer of Al or A l alloy / Ti underlayer having a two-layer structure, and the element substrate, between the IDT and the extraction electrode, an oxygen-containing Ti layer It is desirable to be provided.
[0019]
According to the above configuration, by having the oxygen-containing Ti layer, oxygen in the element substrate is absorbed by Ti in the thermal process of sealing, so that the crystallinity of the element substrate is found and the fracture strength is reduced. Is suppressed by the oxygen-containing Ti layer, and the generation of cracks in the element substrate under the electrode pad can be reduced.
[0020]
In the electronic component element, the element unit is an interdigital transducer of Al or A l alloy / Ti underlayer having a two-layer structure, it is IDT and the lead-out electrode which is prepared using a lift-off method preferable.
[0021]
According to the above configuration, since the electrode having a two-layer structure of Al or Al alloy / Ti is formed by the lift-off method, damage to the element substrate can be reduced, and generation of cracks in the element substrate can be suppressed.
[0022]
In order to solve the above-described problems, the method of manufacturing an electronic component element according to the present invention includes an element part and a lead layer composed of an Al or Al alloy / Ti electrode connected to the element part on an oxide substrate. After forming an electrode, a bump pad pattern is formed with a resist in a region different from the element portion, subjected to ion cleaning in a reduced pressure state, Al or Al alloy is formed by vacuum deposition, and then an oxygen atmosphere. It is characterized in that the surface is oxidized by exposing the substrate to vapor , and the barrier layer and A1 or Al alloy are deposited again in a vacuum state, and then the resist is removed together with unnecessary metal.
[0023]
In the electronic component element manufacturing method, the barrier layer is preferably formed using at least one selected from the group consisting of NiCr, Cr, Ti, Ni, Ta, and W.
[0024]
In the above-described method of manufacturing an electronic component device, the step of performing said ion cleaning, the step of depositing Al or an Al alloy, forming a barrier layer with surface oxidation by an oxygen atmosphere Al or A l alloy was the vapor deposition, A series of steps of vapor-depositing Al or Al alloy may be continuously processed with one vacuum vapor deposition apparatus.
[0025]
In order to solve the above problems, an electronic component device according to the present invention is characterized in that the electronic component element described above is housed in a package by face-down mounting.
[0026]
In the above manufacturing method, when forming an element portion such as an IDT, the lead electrodes are also formed at the same time, but it is preferable that the bump electrode pad portion is formed separately by a lift-off method thereafter. .
[0027]
The electrode structure of the electrode pad portion is formed by forming an Al alloy as the lowermost layer, oxidizing the surface once, and then successively forming a barrier layer such as NiCr (or Ti) → Al alloy. Eventually, a four-layer structure of Al alloy / barrier layer / AI oxide layer / Al alloy / element substrate (oxide substrate, piezoelectric substrate) is obtained.
[0028]
Further, a part of the lead electrode extending from the electrode pad was superposed on a part of the lead electrode extending from the previously formed element portion such as IDT, thereby establishing electrical connection between the two.
[0029]
Here, the reason why the electrode pad is not made of a single layer of Al (alloy) is that a metal bump such as Au and Al or an Al alloy generate an intermetallic compound, so intermetallic compound formation → volume expansion (compound Al 2 Au This is because the volume is approximately twice that of Al 2 + Au) → stress accumulation → crack generation, and cracks are likely to occur.
[0030]
Therefore, in order to keep the formation region of the intermetallic compound as far as possible from the element substrate, it is desirable to provide an intermediate electrode layer of NiCr or Ti as a barrier layer of Au. In addition, it is preferable to provide an Al oxide layer between the NiCr (Ti) intermediate electrode layer and the underlying Al layer. The reason is that the barrier layer of Ti or NiCr diffuses into the underlying Al alloy and the intermetallic compound is removed. This is to prevent the formation.
[0031]
In the case where Al (alloy) is directly formed on the Al oxide layer, adhesion cannot be ensured and Au cannot be prevented from diffusing. In order to establish conduction between the element part such as IDT and the electrode pad for bumps, the lead electrode formed simultaneously with the element part such as IDT and the part of the lead electrode formed simultaneously with the electrode pad for bump are overlapped. Since the portion is not a region where the chip-shaped electronic component element is bonded to the package, mechanical bonding strength is not required.
[0032]
Therefore, there is no problem even if Al is directly formed on the Al oxide film. In order for the barrier layer such as NiCr (Ti) to exhibit the effect as a barrier of the metal bumps such as Au, a film thickness of at least 10 nm is necessary. Since the Al natural oxide film grows only a few nm at most, the effect as a barrier layer of metal bumps such as Au cannot be expected.
[0033]
The electronic component element of the present invention, such as a SAW device using a flip-chip method, is formed on a piezoelectric substrate and is highly oriented aluminum (Al—Cu alloy) / Ti highly oriented with titanium or the like as a base film. A part of the IDT element part and the lead electrode formed from the multilayer film is formed first, and an electrode pad for forming a bump for connecting to the external electrode and a part of the lead electrode are provided on the piezoelectric substrate. It is formed in a region other than the element, and has a configuration in which both (the element part and the pad part) are routed on the extraction electrode which is the element electrode to electrically connect both of them (the element part and the pad part). .
[0034]
As a result, it is possible to provide a surface acoustic wave device having both high power durability and high reliability in which the generation of cracks in the piezoelectric substrate is reduced under the electrode bumps. In the above configuration, when the Ti layer is formed on the piezoelectric substrate, it is desirable that an oxygen-containing Ti layer is formed at the interface between the Ti layer and the piezoelectric substrate.
[0035]
The electrode pad for external connection is preferably formed by a lift-off method. For the IDT element portion, a lift-off method or a dry etching method can be used, but the lift-off method is more preferable because it is damage-free.
[0036]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A surface acoustic wave device as an electronic component device according to the present invention will be described below with reference to FIGS. As shown in FIG. 2, the surface acoustic wave device 1 is obtained by mounting a surface
[0037]
The surface
[0038]
As shown in FIG. 3, the surface
[0039]
The
[0040]
Each
[0041]
Although not shown, an oxygen-containing Ti layer is formed between the
[0042]
Among these electrodes, the
[0043]
The input electrode 6, the output electrode 7, and the
[0044]
In each of the pad electrode layers 13 and 16 of the input electrode 6, the output electrode 7, and the
[0045]
Further, an
[0046]
Next, a method for manufacturing the surface
[0047]
By doing so, no oxide film is formed at the interface between the
[0048]
Thereafter, an IDT composed of an Al (alloy)
[0049]
Next, a part of the lead-out electrode and the bump pad electrode are formed again by the lift-off method. Specifically, the following procedure is followed. First, after an IDT, a reflector, and an extraction electrode are formed, a resist pattern in which the extraction electrode and the bump pad pattern are opened is formed on the piezoelectric substrate 3 (S2).
[0050]
After that, Al (alloy) (film thickness of about 500 nm) was formed on the
[0051]
Next, the inside of the vacuum apparatus is again evacuated to a vacuum of about 10 −2 (1E-2) Pa, Ar gas is once introduced, and ion cleaning is performed with Ar ion bombardment (S5), and then the vacuum apparatus The inside is evacuated to about 10 −5 (1E-5) Pa, and a NiCr (or Ti) layer 15 (20 nm) and Al (alloy) (1 μm) are continuously formed (S6, S7), and finally The resist is eluted with an organic solvent, and unnecessary portions of the metal are removed by peeling (S8) to complete the electrode structure.
[0052]
By superimposing a part of the routing electrode on top of the previously formed extraction electrode, conduction between the IDT and the electrode pad can be ensured.
[0053]
Thus, the
[0054]
The surface
[0055]
In the above embodiment, the piezoelectric substrate (element substrate) 3 has been described using a piezoelectric substrate made of lithium tantalate or lithium niobate. However, the present invention is not limited to this. For example, a zinc oxide film is provided. The same effect can be obtained with a piezoelectric substrate such as an insulating substrate, crystal, or langasite.
[0056]
By using the following measures, the effects of the present invention relating to the influence of heating on the surface
[0057]
Monitor (comparative example): When the lower layer electrode under the bump is Al / Ti and NiCr → Al (alloy) is continuously formed thereon.
Countermeasure 1: In the case where the electrode under the bump is separately formed by a process different from that of Al / Ti in the IDT portion to form an Al (alloy) single layer.
Countermeasure 2: When the electrode pad for the bump of Measure 1 is a three-layer film of Al (alloy) / NiCr (Ti) / Al (alloy) / substrate.
Countermeasure 3: When the lowermost layer of Al (alloy) is formed by vacuum deposition, the surface is once oxidized, and NiCr → Al (alloy) is continuously formed thereon.
[0058]
[Table 1]
[0059]
Thus, by providing the electrode pad separately from the element portion such as the IDT portion, the occurrence of cracks can be suppressed and the yield can be improved. In addition, by providing the NiCr (Ti)
[0060]
In the above, examples of the surface acoustic wave device 1 and the surface
[0061]
【The invention's effect】
In the electronic component element of the present invention, as described above, the element part for the electronic circuit is formed on the element substrate, and the electrode pad for electrically connecting the element part to the outside uses a metal bump. Provided for down-mounting, the electrode pad is a pad made of Al or Al alloy, in which a part of the electrode pad is superimposed on a two-layer lead electrode of Al or Al alloy / Ti base extending from the element portion It has an electrode layer and a barrier layer for suppressing diffusion of metal bumps provided on the electrode pad, and the barrier layer is provided in the middle of the pad electrode layer.
[0062]
Therefore, the configuration described above is that the metal of the metal bumps diffuses into the electrode pad by providing a barrier layer for suppressing the diffusion of the metal bumps provided on the electrode pad in the middle of the pad electrode layer. It can be suppressed by the barrier layer.
[0063]
Thereby, the said structure can separate the formation area | region of the intermetallic compound accompanying the volume expansion which works on the said diffusion from an element substrate, can reduce the bad influence by the said intermetallic compound, and a crack generate | occur | produces in an element substrate. The effect that can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a principal part of a surface acoustic wave element according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic sectional view of a surface acoustic wave device in which the surface acoustic wave element is housed in a package.
FIG. 3 is a plan view of the surface acoustic wave element.
FIG. 4 is a flowchart showing a method for manufacturing the surface acoustic wave element.
FIG. 5 is an X-ray diffraction diagram for illustrating the orientation of an Al layer by providing a Ti layer as a base in the surface acoustic wave device.
FIG. 6 is an X-ray diffraction diagram for illustrating the orientation of an Al layer when a Ti layer is not provided as a base.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Surface
4, 5 Surface acoustic wave filter (element part)
4c, 5c Lead electrode 6 Input electrode (electrode pad)
7 Output electrodes (electrode pads)
8 Ground electrode (electrode pad)
6a, 7a,
16 Al oxide layer
Claims (11)
上記素子部を外部と電気的に接続するための電極パッドが金属バンプを用いたフェースダウン実装用に設けられ、
上記電極パッドは、素子部から延びるAl又はAl合金/Ti下地の二層構造の引き出し電極上に電極パッドの一部が重ね合わされており、Al又はAl合金からなるパッド電極層と、電極パッド上に設けられる金属バンプの拡散を抑制するためのバリア層とを有し、
バリア層は、パッド電極層の中間に設けられていることを特徴とする電子部品素子。An element part for an electronic circuit is formed on an element substrate,
An electrode pad for electrically connecting the element part to the outside is provided for face-down mounting using a metal bump,
In the electrode pad, a part of the electrode pad is superimposed on a two-layered lead electrode of Al or Al alloy / Ti base extending from the element portion, and a pad electrode layer made of Al or Al alloy and the electrode pad And a barrier layer for suppressing diffusion of metal bumps provided in the
An electronic component element, wherein the barrier layer is provided in the middle of the pad electrode layer.
素子基板と、くし型電極部及び引き出し電極との間に、酸素含有Ti層が設けられていることを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項に記載の電子部品素子。The element portion is a comb-type electrode portion having a two-layer structure of Al or Al alloy / Ti base,
The electronic component element according to claim 1, wherein an oxygen-containing Ti layer is provided between the element substrate, the comb-shaped electrode portion, and the extraction electrode.
くし型電極部及び引き出し電極はリフトオフ法を用いて作成されていることを特徴とする請求項1乃至6の何れか1項に記載の電子部品素子。The element portion is a comb-type electrode portion having a two-layer structure of Al or Al alloy / Ti base,
The electronic component element according to claim 1, wherein the comb-shaped electrode portion and the extraction electrode are formed by using a lift-off method.
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