JP3748419B2 - フリップチップ型icの製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、回路基板へのフェースダウンボンディングに用いられるフリップチップ型ICの製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、回路配線を有した回路基板の上面に、ICをフェースダウンボンディングすること、すなわち、ICの集積回路が形成された面を回路基板と対向させた状態でICを回路基板上に実装することが行われている。
【0003】
かかるフェースダウンボンディングに用いられるICはフリップチップ型ICと呼ばれ、その端子を回路基板上の回路配線に対し半田を介して接続させるようにしたものが一般的であった。
【0004】
このような従来のフリップチップ型ICとしては、例えば図4に示す如く、図示しない絶縁膜が被着されたシリコン基板21の上面に、Alからなる回路パターン22や図示しない半導体素子を被着させるとともに、該回路パターン22上に設けられる多数のパッド形成領域に、Ni層及びAu層からなる複数個のバリアメタル層23を、またバリアメタル層23の存在しない領域に窒化珪素等からなるパッシベーション層24をそれぞれ被着させ、前記バリアメタル層23上に略球状の半田バンプ25を選択的に形成した構造のものが知られており、かかるフリップチップ型ICを回路基板上に実装する場合は、フリップチップ型ICの半田バンプ25が回路基板上の対応する回路配線と対向するようにしてフリップチップ型ICを回路基板上に載置させ、しかる後、半田バンプ25を高温で加熱・溶融させることによってフリップチップ型ICのバリアメタル層23が回路基板上の回路配線に対して半田接合される。
【0005】
そして、上述のフリップチップ型ICは、通常、一枚のシリコンウエハより複数個のフリップチップ型ICを製造する“複数個取り”の手法が採用されており、かかる“複数個取り”では、まず、
(1)SiO2等の絶縁膜が被着されたシリコンウエハの上面をIC形成領域及びIC非形成領域に区分するとともに、前記IC形成領域に回路パターン22や図示しない半導体素子等を被着させ、
(2)次に、前記IC形成領域にSi3N4等の絶縁材料からなるパッシベーション層24を従来周知のフォトリソグラフィー技術及びエッチング技術を採用することにより、回路パターン22上に設けられる多数のパッド形成領域22bが露出するように被着させ、
(3)次に、前記パッド形成領域22b上に、従来周知の亜鉛置換法等を採用することにより、Zn層26を析出させ、
(4)次に、前記Zn層26上に、従来周知の無電解メッキ法等を採用することにより、Ni層及びAu層を順次被着させてバリアメタル層23を形成し、
(5)最後に、バリアメタル層23上に、従来周知のスクリーン印刷法等を採用することによって半田バンプ25を形成し、しかる後、シリコンウエハのIC形成領域をダイシングして複数個に分割することによって複数個のフリップチップ型ICが同時に得られる。
【0006】
尚、前記回路パターン22は、図示しない半導体素子等に電源電力や電気信号等を供給するための給電配線として機能するものであり、その一部が前記図示しない絶縁層を介さずに直にシリコンウエハ上に被着され、これによって回路パターン22上に設けられる多数のパッド形成領域22bの一部がシリコンウエハに対して電気的に接続された状態にある。
【0007】
また、前記多数のパッド形成領域22bに設けられるZn層26は、その上に被着されるNi層を従来周知の無電解メッキ法により形成する際、その一部を置換反応させることによってNi層を効率的に成長させるためのものであり、従来周知の亜鉛置換法により形成される。具体的には、パッシベーション層24が形成された状態のシリコンウエハを酸化亜鉛水溶液に所定の時間、浸漬させてパッド形成領域上のAlの一部を溶出させるとともに、該溶出したAlを酸化亜鉛水溶液中のZn2+と置換反応させ、これをZnとして回路パターン22上のパッド形成領域22bに析出させることにより形成される。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のフリップチップ型ICの回路パターン22上に設けられる多数のパッド形成領域22bは、その一部がシリコンウエハに電気的に接続されていることから、かかるパッド形成領域22b上に従来周知の亜鉛置換法によりZn層26を被着させる際に、シリコンウエハを酸化亜鉛水溶液に浸すと、この水溶液によって溶出した回路パターン22を形成するAl中の電子が、上記水溶液中のZn2+と結合することなくシリコンウエハ中に拡散してしまう。それ故、回路パターン22上のパッド形成領域22bにZnを良好に析出させることができず、最悪の場合、析出したZn層26上にNi層及びAu層を順次被着させてバリアメタル層23を形成すること自体が困難となることがあった。
【0009】
本発明は、上記欠点に鑑み案出されたものであり、その目的は、Alからなる回路パターン上に良好にZn層を析出させてバリアメタル層を形成することが容易となるフリップチップ型ICの製造方法を提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明のフリップチップ型ICの製造方法は、シリコンウエハの上面をIC形成領域及びIC非形成領域に区分するとともに、IC形成領域にAlを主成分とする回路パターンを、IC非形成領域の90%以上の領域にAlを主成分とし、前記シリコンウエハに電気的に接続されるダミーパターンを被着させる工程と、前記シリコンウエハの上面に、絶縁材料からなるパッシベーション層を、前記回路パターン上に設けられる多数のパッド形成領域及びダミーパターンが露出するように被着させる工程と、前記多数のパッド形成領域及びダミーパターンの双方を、ジンケート液に同時に浸漬させることにより、回路パターンを形成するAlの一部を置換してZn層をパッド形成領域に析出させる工程と、を含むことを特徴とするものである。
【0011】
また、本発明のフリップチップ型ICの製造方法は、前記回路パターン上のパッド形成領域に析出させたZn層上に、Ni層及びAu層を無電解メッキ法により被着させることによりバリアメタル層を形成したことを特徴とするものである。
【0012】
更に、本発明のフリップチップ型ICの製造方法は、前記多数のパッド形成領域の一部がシリコンウエハに電気的に接続されており、該シリコンウエハに電気的に接続されたパッド形成領域の総面積に対して、ダミーパターンの総面積が10倍〜30倍に設定されていることを特徴とするものである。
【0013】
また更に、本発明のフリップチップ型ICの製造方法は、前記IC非形成領域は、前記シリコンウエハの上面の外周域に設けられていることを特徴とするものである。
【0014】
本発明のフリップチップ型ICの製造方法によれば、IC形成領域及びIC非形成領域に区分されたシリコンウエハの上面のうち、IC形成領域にAlを主成分とする回路パターンを、IC非形成領域の90%以上の領域にAlを主成分とし、前記シリコンウエハに電気的に接続されるダミーパターンを被着させるとともに、前記シリコンウエハ上に、絶縁材料からなるパッシベーション層を、前記回路パターン上に設けられる多数のバンプ形成領域及びダミーパターンが露出するように被着させ、しかる後、該露出した多数のバンプ形成領域及びダミーパターンの双方を、ジンケート液に同時に浸漬させるようにしたことから、かかるジンケート液によって溶出したダミーパターンを形成するAl中の電子がシリコンウエハに対して多量に供給されるようになり、回路パターンを形成するAl中の電子がシリコンウエハに拡散する量を減らすことができる。従って、回路パターンを形成するAl中の電子とジンケート液中のZn2+とを結合させてZnをバンプ形成領域上に良好に析出させることが可能となり、バリアメタル層の形成を容易にすることができる。
【0015】
また、本発明のフリップチップ型ICの製造方法によれば、前記ダミーパターンの総面積を、シリコンウエハに電気的に接続されているパッド形成領域の総面積に対して10倍〜30倍に設定することにより、亜鉛置換時に、ダミーパターンよりシリコンウエハ中に供給されるAl中の電子数が適度な大きさに調整されることとなる。従って、バンプ形成領域に析出されるZn層の膜厚を略均一にし、ひいてはバリアメタル層の膜厚を略均一にすることができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図1は、本発明のフリップチップ型ICの製造方法により製作されたフリップチップ型ICの断面図であり、図中の1はシリコン基板、2は回路パターン、3はバリアメタル層、4はパッシベーション層、5は半田バンプである。
【0017】
前記シリコン基板1は、単結晶シリコンから成る後述のシリコンウエハ1aを矩形状に分割して形成されており、その上面には半導体素子(図示せず)やAl(アルミニウム)からなる回路パターン2が高密度に形成され、この回路パターン2上のパッド形成領域2bには複数個のバリアメタル層3が、またバリアメタル層3の存在しない領域にはパッシベーション層4がそれぞれ被着されている。
【0018】
また、前記シリコン基板1は、半導体素子や回路パターン2、バリアメタル層3、パッシベーション層4等を支持するための支持母材として機能するものであり、その上面には図示しない絶縁膜が所定パターンに被着されている。
【0019】
前記シリコン基板1上に設けられる回路パターン2は、図示しない半導体素子へ電源電力や電気信号を供給するための給電配線として機能するためのものであり、Al(アルミニウム)により所定パターンに形成され、その一部が前記図示しない絶縁膜を介さずに直にシリコン基板1に対して被着されている。
【0020】
このような回路パターン2上には、上面にZn層6やバリアメタル層3が形成される多数のバンプ形成領域2bが設けられており、かかるバンプ形成領域2bは、回路パターン2の一部がシリコン基板1に対して直に被着されているため、全体の1%〜25%がシリコン基板1に電気的に接続された状態となっている。
【0021】
また、前記多数のバンプ形成領域2bに被着されているZn層6は、Ni層を従来周知の無電解メッキ法により形成する際、その一部を置換反応させることによってNi層を効率的に成長させるためのものであり、その厚みは0.01μm〜0.1μmに設定される。
【0022】
更に、前記多数のバンプ形成領域2bには、シリコン基板1側からNi(ニッケル)及びAu(金)を順次積層させて成るバリアメタル層3が設けられており、フリップチップ型ICを回路基板上に実装する際、バリアメタル層3上に設けられる半田バンプ5の溶融に伴って回路パターン2を形成するAl等に半田食われが生じるのを有効に防止する作用を為す。
【0023】
このようなバリアメタル層3を構成する2つの層のうち、上層となるAu層は、Ni層の酸化腐食を有効に防止するためのものであり、その厚みは0.01μm〜0.5μmに設定される。
【0024】
一方、前記パッシベーション層4は、先に述べた半導体素子や回路パターン2を大気と良好に遮断することで、これらが大気中に含まれている水分等との接触により腐食するのを有効に防止するためのものであり、例えば、窒化珪素(Si3N4)等の封止性に優れた電気絶縁材料により形成され、その厚みは例えば、0.5μm〜1.5μmの厚みに設定される。
【0025】
そして、先に述べたバリアメタル層3の各上面には略球状の半田バンプ5が個々に形成される。
【0026】
前記半田バンプ5は、Sn(錫)とAg(銀)とCu(銅)とを96.5:3.0:0.5の比率で溶融・固化させた金属接合用の合金であり、フリップチップ型ICを回路基板上に実装する際、炉の中で加熱されることによって溶融し、フリップチップ型ICを回路基板上にフェースダウンボンディングする際、フリップチップ型ICの回路パターン2と回路基板上の回路配線とを半田接合させるようになっている。
【0027】
尚、上述した半田バンプ5やパッシベーション層4の表面には、図示しないロジン系のフラックス等が薄く被着され、このフラックスによって回路基板に対して半田付けする際、金属表面が清浄され、金属表面が酸化膜の存在しない良好な状態に維持される。
【0028】
かくして上述したフリップチップ型ICは、その上面に設けられている多数の半田バンプ5が回路基板上の対応する回路配線と対向するようにして回路基板上に載置させ、しかる後、半田バンプ5を高温で加熱・溶融させるとともに、該溶融した半田を回路基板上の回路配線等に半田接合させることによって回路基板上に実装される。
【0029】
次に、上述したフリップチップ型ICの製造方法について、図2及び図3を用いて説明する。
【0030】
(1)まず、図2(a)に示すようなシリコンウエハ1aを準備する。
【0031】
前記シリコンウエハ1aは、まず従来周知のチョコラルスキー法(引き上げ法)等によって単結晶シリコンのインゴット(塊)を形成し、これを所定厚みにスライスした上、表面を研磨することによって製作され、かかる表面に従来周知の熱酸化法を採用して酸化珪素からなる図示しない絶縁膜を形成する。尚、この絶縁膜は、回路パターン2や後述のダミーパターン2aの一部をシリコンウエハに電気的に接続させるため、従来周知のフォトリソグラフィー技術及びエッチング技術を採用することにより、所定パターンに加工されている。
【0032】
(2)次に、前記シリコンウエハ1aの上面を、図2(b)に示す如く、IC形成領域A及びIC非形成領域Bに区分するとともに、IC形成領域AにAlからなる回路パターン2や図示しない半導体素子を、IC非形成領域BにAlからなるダミーパターン2aを被着させる。
【0033】
前記IC形成領域Aは、シリコンウエハ1aの中央域に設けられており、その内部が複数個の区画に区分され、各区画内に上述した半導体素子や多数の回路パターン等が高密度に集積されている。
【0034】
一方、前記IC非形成領域Bは、前記IC形成領域Aの外側、すなわちシリコンウエハ1aの上面の外周域に設けられており、その上面にはAlからなるダミーパターン2aが略全面(IC非形成領域Bの90%以上)に被着されている。
【0035】
かかるダミーパターン2aは、回路パターン2上のバンプ形成領域2bに従来周知の亜鉛置換法によってZn層6を析出させる際に、シリコンウエハ1a中に電子を供給することにより、回路パターン2を形成するAl中の電子がシリコンウエハ1a中に拡散する量を減らすためのものであり、その全面が図示しない絶縁膜を介さずにシリコンウエハ1aに直に被着され、かかるシリコンウエハ1aに電気的に接続されている。
【0036】
また、ダミーパターン2aの総面積は、シリコンウエハ1aに電気的に接続されているバンプ形成領域2bの総面積に対して10倍〜30倍となるように設定されている。
【0037】
尚、前記回路パターン2及びダミーパターン2aは、従来周知の薄膜形成技術、具体的には、スパッタリング、フォトリソグラフィー技術及びエッチング技術を採用することにより、シリコンウエハ1a上に所定パターンに形成される。このとき、回路パターン2やダミーパターン2aは、大気中の酸素と反応して表面に酸化膜を形成してしまうため、これら両パターン2,2aを硝酸水溶液に浸漬させて、前記酸化膜を除去することが行われる。
【0038】
(3)次に、図2(c)に示す如く、前記パッシベーション層4を所定パターンに形成する。
【0039】
前記パッシベーション層4は、回路パターン2上のバンプ形成領域2b及びダミーパターン2aの形成領域を除くシリコンウエハ1aの上面に被着されるように形成されており、これによって、回路パターン2上のバンプ形成領域2b及びダミーパターン2aが露出される。
【0040】
尚、前記パッシベーション層4は、従来周知のスパッタリング法、フォトリソグラフィー技術及びエッチング技術を採用することによって所定パターンに加工する。
【0041】
(4)次に、図4(d)に示す如く、前記パッシベーション層4より露出した回路パターン上のバンプ形成領域2bにZn層6を形成し、しかる後、該Zn層6上にバリアメタル層3を形成する。
【0042】
前記Zn層6は、上記露出した回路パターン2及びダミーパターン2aの双方を、所定のジンケート液に同時に浸漬させることにより、回路パターン2を形成するAlの一部を置換してZnを析出させることにより形成され、一方、前記バリアメタル層3は、前記Zn層6上に、従来周知の無電解メッキ法を採用することにより、Ni層及びAu層を順次被着させることによって全体が略円柱状を成すように形成される。
【0043】
このように露出したバンプ形成領域2b及びダミーパターン2aの双方を、ジンケート液に同時に浸漬させることにより前記Zn層6を析出させるようにしたことから、かかるジンケート液によって溶出したダミーパターン2aを形成するAl中の電子がシリコンウエハ1aに対して多量に供給されるようになり、回路パターン2を形成するAl中の電子がシリコンウエハ1aに拡散する量を有効に減少することができる。従って、回路パターン2を形成するAlの電子とジンケート液中のZn2+とを結合させてバンプ形成領域2b上にZnを良好に析出させることが可能となる。
【0044】
また、前記ダミーパターン2aの総面積を、シリコンウエハ1aに電気的に接続されたパッド形成領域2bの総面積に対して10倍〜30倍に設定したことから、亜鉛置換時に、ダミーパターン2aよりシリコンウエハ中に供給されるAl中の電子数が適度な大きさに調整されることとなり、バンプ形成領域2bに析出されるZn層6の膜厚を略均一にし、ひいてはバリアメタル層3の膜厚を略均一にすることができる。
【0045】
ここで、前記ダミーパターン2aの総面積が、シリコンウエハ1aに電気的に接続されたパッド形成領域2bの総面積に対して10倍よりも小さいと、ダミーパターン2aよりシリコンウエハ中に供給されるAl中の電子の量が不足気味になり、バンプ形成領域2bにZn層6を析出させることはできるものの、その膜厚を均一化することは難しくなる。一方、前記ダミーパターン2aの総面積が、シリコンウエハ1aに電気的に接続されたパッド形成領域2bの総面積に対して30倍よりも大きいと、IC非形成領域Bの面積が大きくなるため、1枚のシリコンウエハ1aより取り出せるフリップチップ型ICの数が少なくなってしまうおそれがある。
【0046】
従って、前記ダミーパターン2aの総面積を、シリコンウエハ1aに電気的に接続されたパッド形成領域2bの総面積に対して10倍〜30倍に設定しておくことが好ましい。
【0047】
尚、前記ジンケート液としては、酸化亜鉛を3.0質量%〜7.0質量%含む水酸化ナトリウム水溶液等のアルカリ水溶液が好適に用いられる。
【0048】
(5)次に、半田ペーストを孔版印刷にてバリアメタル層3上に印刷・塗布し、これをリフローすることにより、図2(e)に示す如く、略球状の半田バンプ5を形成する。
【0049】
前記半田ペーストとしては、粒径2μm〜12μmの多数の半田粒子にロジン系フラックス、ベンジルアルコール等の有機溶剤を添加・混合して、所定の粘度に調整したものが用いられ、また、孔版印刷に用いる孔版としては、例えば前記バリアメタル層3に対応したパターン孔を有するステンレス鋼製のメタルマスク等が用いられる。
【0050】
前記半田ペーストをシリコンウエハ1a上に塗布する際は、上述の孔版を、そのパターン孔が対応するバリアメタル層3上に位置するようにシリコンウエハ1a上に配設するとともに、前記孔版上に塗布された半田ペーストをスキージでもって移動させることにより、半田ペーストを孔版のパターン孔を介してバリアメタル層3上に印刷・塗布される。
【0051】
また、上記半田ペーストのリフローは、例えば230℃〜260℃の温度で行われ、これによって半田ペースト中の有機溶剤が蒸発するとともに半田粒子同士が相互に溶融・結合し、各バリアメタル層3上に略球状の半田バンプ5が形成される。
【0052】
(6)最後に、シリコンウエハ1aをダイシングする。
【0053】
このダイシングは、例えば、回転可能に支持されたダイヤモンドブレードを具備するカッティング装置等を用いて行われ、これによりシリコンウエハ1aのIC非形成領域Bが切り捨てられ、残されたIC形成領域Aが区画毎に分割されて、複数個のフリップチップ型ICが同時に得られる。
【0054】
尚、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。
【0055】
例えば、上述の実施形態においては、前記回路パターン2及びダミーパターン2aをAlにより形成するようにしたが、これに代えて、前記回路パターン及びダミーパターンを、Alを主成分とし、Cu(銅)を0.5質量%〜2.5質量%程度含んだ金属材料により形成するようにしてもよく、この場合、回路パターン及びダミーパターンの表面に形成される酸化膜を硝酸水溶液にて除去する際に、上記酸化膜を良好に除去して回路パターン及びダミーパターンの膜厚を均一にすることができるという利点がある。
【0056】
また、上述の実施形態において、バリアメタル層3をバンプ形成領域2bに設けた後、Zn層6が残留している場合を例に説明したが、バリアメタル層3をバンプ形成領域2bに設けた後、Zn層が回路パターン上より消滅する場合もある。
【0057】
【発明の効果】
本発明のフリップチップ型ICの製造方法によれば、IC形成領域及びIC非形成領域に区分されたシリコンウエハの上面のうち、IC形成領域にAlを主成分とする回路パターンを、IC非形成領域の略全面にAlを主成分とし、前記シリコンウエハに電気的に接続されるダミーパターンを被着させるとともに、前記シリコンウエハ上に、絶縁材料からなるパッシベーション層を、前記回路パターン上に設けられる多数のバンプ形成領域及びダミーパターンが露出するように被着させ、しかる後、該露出した多数のバンプ形成領域及びダミーパターンの双方を、ジンケート液に同時に浸漬させるようにしたことから、かかるジンケート液によって溶出したダミーパターンを形成するAl中の電子がシリコンウエハに対して多量に供給されるようになり、回路パターンを形成するAl中の電子がシリコンウエハに拡散する量を減らすことができる。従って、回路パターンを形成するAl中の電子とジンケート液中のZn2+とを結合させてZnをバンプ形成領域上に良好に析出させることが可能となり、バリアメタル層の形成を容易にすることができる。
【0058】
また、本発明のフリップチップ型ICの製造方法によれば、前記ダミーパターンの総面積を、シリコンウエハに電気的に接続されているパッド形成領域の総面積に対して10倍〜30倍に設定することにより、亜鉛置換時に、ダミーパターンよりシリコンウエハ中に供給されるAl中の電子数が適度な大きさに調整されることとなる。従って、バンプ形成領域に析出されるZn層の膜厚を略均一にし、ひいてはバリアメタル層の膜厚を略均一にすることができる。
【0059】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の製造方法によって製作したフリップチップ型ICの断面図である。
【図2】(a)〜(e)はフリップチップ型ICの形成方法を説明するための工程毎の断面図である。
【図3】本発明の製造方法に用いられるシリコンウエハの平面図である。
【図4】従来のフリップチップ型ICの断面図である。
【符号の説明】
1・・・シリコン基板
1a・・・シリコンウエハ
2・・・回路パターン
2a・・・ダミーパターン
2b・・・パッド形成領域
3・・・バリアメタル層
4・・・パッシベーション層
5・・・半田バンプ
6・・・Zn層
Claims (4)
- シリコンウエハの上面をIC形成領域及びIC非形成領域に区分するとともに、IC形成領域にAlを主成分とする回路パターンを、IC非形成領域の90%以上の領域にAlを主成分とし、前記シリコンウエハに電気的に接続されるダミーパターンを被着させる工程と、
前記シリコンウエハの上面に、絶縁材料からなるパッシベーション層を、前記回路パターン上に設けられる多数のパッド形成領域及びダミーパターンが露出するように被着させる工程と、
前記多数のパッド形成領域及びダミーパターンの双方を、ジンケート液に同時に浸漬させることにより、回路パターンを形成するAlの一部を置換してZn層をパッド形成領域に析出させる工程と、を含むことを特徴とするフリップチップ型ICの製造方法。 - 前記回路パターン上のパッド形成領域に析出させたZn層上に、Ni層及びAu層を無電解メッキ法により被着させることによりバリアメタル層を形成したことを特徴とする請求項1に記載のフリップチップ型ICの製造方法。
- 前記多数のパッド形成領域の一部がシリコンウエハに電気的に接続されており、該シリコンウエハに電気的に接続されたパッド形成領域の総面積に対して、前記ダミーパターンの総面積が10倍〜30倍に設定されていることを特徴とする請求項1または請求項2のいずれかに記載のフリップチップ型ICの製造方法。
- 前記IC非形成領域は、前記シリコンウエハの上面の外周域に設けられていることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載のフリップチップ型ICの製造方法。
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