JP3916159B2 - Flip chip connection by solder bump - Google Patents

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Description

本発明は、基板側にはんだバンプを形成して、チップ側のパッドと直接接続する、はんだバンプによるフリップチップ接続法に関する。   The present invention relates to a flip-chip connection method using solder bumps in which solder bumps are formed on a substrate side and directly connected to a chip-side pad.

超高速通信システム用の各種モジュールを実装するためには、それを構成するデバイスの電気的特性を劣化させることなく実装し、モジュールとしての高速、広帯域特性が保持できることが重要である。高密度な配線基板に超高速ICを電気的に接続するためには、その接続長を極力短くした高密度実装技術が必要である。   In order to mount various modules for an ultra-high-speed communication system, it is important that the modules constituting the modules be mounted without degrading the electrical characteristics and that the high-speed and wide-band characteristics of the module can be maintained. In order to electrically connect an ultrahigh-speed IC to a high-density wiring board, a high-density mounting technique in which the connection length is as short as possible is required.

従来のワイヤボンディングでは、浮遊インダクタンスが大きくなり、高周波領域では、良好な特性を示さないことが知られている。このような問題を回避するためには、微少はんだバンプを用いた電気的接続が有効である。   It is known that the conventional wire bonding increases the floating inductance, and does not exhibit good characteristics in the high frequency region. In order to avoid such a problem, electrical connection using a fine solder bump is effective.

最も一般的なはんだバンプ接続方法であるコントロール・コラプス・チップ接続(controlled collapse chip connection)では、チップ側にある「はんだ濡れ性」の良い金属パッドの上に形成したはんだと、基板側にある「はんだ濡れ性」の良いパッドに形成したはんだとを利用して接続する。つまり、裏返しチップ(フリップチップ)基板にチップを位置合わせした後、はんだを溶かすことによって、全ての接続が完了する。   The most common method of solder bump connection, controlled collapse chip connection, is a solder formed on a metal pad with good “solder wettability” on the chip side and a “ Connect using solder formed on pads with good solder wettability. That is, after the chip is aligned with the flip chip substrate, all the connections are completed by melting the solder.

フリップチップのはんだバンプ接続では、ICチップ側にはんだバンプを形成する。このため、このような方法では、任意のICチップ単体を基板の上に接続することを想定すると、大変煩雑な工程を経ることになり、生産性が悪く、コスト高となる。つまり、フリップチップ接続を形成するためには、ICチップがウエハーの状態にあるときに、ICチップ表面にバンプを形成するプロセスが付け加わる。このため、ICチップの歩留まりが下がったり、価格が高くなってしまうことが大きな問題であった(非特許文献1)。
「マイクロエレクトロニクス パッケージ ハンドブック」、1991年、和訳版発行
In flip chip solder bump connection, solder bumps are formed on the IC chip side. For this reason, in such a method, assuming that an arbitrary IC chip is connected to the substrate, a very complicated process is required, resulting in poor productivity and high cost. That is, in order to form a flip chip connection, a process of forming bumps on the surface of the IC chip is added when the IC chip is in a wafer state. For this reason, it has been a big problem that the yield of IC chips falls and the price increases (Non-patent Document 1).
"Microelectronics Package Handbook", published in 1991, Japanese translation

本発明の目的は、基板側にバンプを形成すると共に、フリップチップ側にはんだ流れ込み阻止用受け皿として濡れ性の良い金属膜による隔壁層をなすトレイを形成し、さらにその上に接続溶融部を同時に形成して、フリップチップ単体の状態で基板に直接接続できるようにする、はんだバンプによるフリップチップ接続法を提供することにある。 The object of the present invention is to form bumps on the substrate side, and to form a tray that forms a partition layer made of a metal film with good wettability on the flip chip side as a receiving tray for preventing solder from flowing. It is an object of the present invention to provide a flip chip connection method using solder bumps which can be formed and directly connected to a substrate in a flip chip single state.

前記課題を解決するために、請求項1の発明は、Sn1−x(M:Sn以外の一つ以上の金属)の合金からなるはんだバンプを基板上に形成する際、溶融してはんだバンプとなるはんだバンプ金属層の上にSiN 1−x (0≦x≦1)の組成の絶縁膜を形成し、絶縁膜6に開口6Aを形成し、開口6A内の金属層5と絶縁膜6の上に金属膜の分離層を形成し、前記分離層の上にフリップチップのパッドとの接続用はんだとなる融着接続金属層を形成して、フリップチップと前記基板とを接続することを特徴とするはんだバンプによるフリップチップ接続法である。
請求項2の発明は、請求項1に記載のはんだバンプによるフリップチップ接続法において、前記分離層として、TiとPtとを含む積層膜を用いることを特徴とする。
請求項の発明は、請求項1または2のいずれか1項に記載のはんだバンプによるフリップチップ接続法において、前記接続用はんだとして、Sn1‐x(M:Sn以外の一つ以上の金属)の合金を用いることを特徴とする。
請求項の発明は、請求項1に記載のはんだバンプによるフリップチップ接続法において、前記基板に、パターニングするマスクを形成し、前記マスクの上からはんだの組成となる金属膜を蒸着し、次いでこの金属膜の上に絶縁膜を形成し、その後、前記マスクを除去して、前記バンプ金属層及び前記絶縁膜からなるバンプ前駆体Aを形成することを特徴とする。
請求項の発明は、請求項に記載のフリップチップ接続法において、前記パターニングするマスクとして有機レジスト材を用い、リフトオフ法によりこのマスクを除去することを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention of claim 1 melts when a solder bump made of an alloy of Sn 1-x M x (M: one or more metals other than Sn) is formed on a substrate. An insulating film having a composition of SiN x O 1-x (0 ≦ x ≦ 1) is formed on a solder bump metal layer to be a solder bump , an opening 6A is formed in the insulating film 6, and the metal layer 5 in the opening 6A is formed. A separation layer of a metal film is formed on the insulating film 6, a fusion splicing metal layer is formed on the separation layer to be a solder for connection to a pad of the flip chip, and the flip chip and the substrate are This is a flip-chip connection method using solder bumps, which is characterized by being connected.
According to a second aspect of the present invention, in the flip chip connection method using solder bumps according to the first aspect, a laminated film containing Ti and Pt is used as the separation layer.
According to a third aspect of the present invention, in the flip chip connection method using solder bumps according to the first or second aspect of the present invention, as the connection solder, Sn 1-x M x (M: one or more other than Sn) A metal alloy).
According to a fourth aspect of the present invention, in the flip chip connecting method using the solder bump according to the first aspect, a mask to be patterned is formed on the substrate, a metal film having a solder composition is deposited on the mask, and then An insulating film is formed on the metal film, and then the mask is removed to form a bump precursor A composed of the bump metal layer and the insulating film .
According to a fifth aspect of the present invention, in the flip-chip connection method according to the fourth aspect , an organic resist material is used as the patterning mask, and the mask is removed by a lift-off method.

本発明によれば、通常のバンプ金属上に隔壁層としてのトレイ、つまり金属膜の分離層を形成する。さらに、フリップチップのパッド部分の金と溶融できるはんだ金属を薄く堆積する。この後、フリップチップを基板に位置合わせして配置し、リフローを行うことで、フリップチップ接続を行なう。   According to the present invention, a tray as a partition wall, that is, a metal film separation layer is formed on a normal bump metal. Further, the gold on the pad portion of the flip chip and a solder metal that can be melted are deposited thinly. After that, the flip chip is aligned with the substrate and then reflowed to perform flip chip connection.

本発明によれば、はんだバンプの上にSiOもしくはSiNもしくはSiONのような絶縁膜を挿入し、その上に隔壁層となる分離層をはさみ、その上にフリップチップのパッドとの接続のためのはんだを形成して、フリップチップと基板とを直接接続することができる。つまり、本発明により、フリップチップ側にバンプを形成することなく、はんだバンプにより基板とフリップチップ単体とが直接接続できることは、化合物系超高速半導体デバイスのパッケージ化において、低価格化に特に大きく貢献する。 According to the present invention, an insulating film such as SiO 2, SiN or SiON is inserted on a solder bump, a separation layer to be a partition layer is sandwiched thereon, and a flip chip pad is connected thereon. The solder can be formed to directly connect the flip chip and the substrate. In other words, according to the present invention, the ability to directly connect the substrate and the flip chip by solder bumps without forming bumps on the flip chip side contributes greatly to the cost reduction in the packaging of compound ultra-high speed semiconductor devices. To do.

以下に本発明の実施形態について、本発明をなすに際して得た知見とともに説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described together with knowledge obtained in making the present invention.

はんだバンプを基板上に形成後、フリップチップのパッドに直接接続させると、はんだの主成分であるスズが、フリップチップのパッドの金に吸い込まれて用をなさない。そこで、はんだバンプ前駆体の上に、隔壁層としてのトレイ、つまり金属膜の分離層を形成して、Sn(スズ)とAu(金)との反応を止めることが可能である。   When solder bumps are formed on the substrate and then directly connected to the flip chip pads, tin, which is the main component of the solder, is sucked into the gold of the flip chip pads and is not used. Therefore, it is possible to stop the reaction between Sn (tin) and Au (gold) by forming a tray as a partition layer, that is, a separation layer of a metal film, on the solder bump precursor.

しかし、分離層の金属は通常、金との融着性がないため、基板とフリップチップとの接続はできない。そこで、この分離層の上に、スズを主成分とする第2のはんだ層を形成することで、フリップチップのパッドの金を融着接続させることが可能である。   However, since the metal of the separation layer usually does not have a fusion property with gold, the substrate and the flip chip cannot be connected. Therefore, by forming a second solder layer mainly composed of tin on the separation layer, it is possible to fuse and connect the gold of the flip chip pad.

ところが、このようなプロセスの実験を繰り返しても、満足なフリップチップ接続は得られなかった。理由は、仮止めの時の加圧により、バンプ用はんだ金属が、フリップチップ側の金パッドと接触してしまうため、リフロー時に大量のはんだが金に吸い込まれるためであった。いわゆる「金食われ」が起こってしまい、満足なフリップチップ接続ができない。   However, even if such a process experiment was repeated, a satisfactory flip chip connection could not be obtained. The reason is that a large amount of solder is sucked into the gold during reflow because the solder metal for bump comes into contact with the gold pad on the flip chip side due to the pressurization at the time of temporary fixing. So-called “golden erosion” occurs, and satisfactory flip chip connection is not possible.

上述の問題を回避するためには、バンプ用のはんだ金属とフリップチップ側のパッドの金とを接触させないように、はんだバンプ金属の蒸着後に、SiOのような、スズとの濡れ性が悪く、かつ耐熱性のある無機系絶縁膜を、両者の分離層として用いると、有効であることが予想された。 In order to avoid the above-mentioned problem, the wettability with tin such as SiO 2 is poor after the deposition of the solder bump metal so that the bump solder metal and the gold on the flip chip side pad are not brought into contact with each other. In addition, it was expected that the use of a heat-resistant inorganic insulating film as a separation layer for both would be effective.

このような検討結果を基に、本発明者らは、はんだバンプと分離層および融着接続はんだを、基板上に一挙に形成するために、幾多の実験を重ねる過程において、スズとの濡れ性の悪い無機材料として、SiOもしくはSiNもしくはSiONのような絶縁膜を挿入し、その上に分離層としてTiとPtの積層膜を用い、さらに、融着接続用はんだ金属をその上に同時に形成して、はんだバンプ金属と融着接続金属とを分離することにより、良好なフリップチップ接続を形成できることを見い出し、本発明をなすに至った。 Based on the results of such studies, the present inventors have investigated the wettability with tin in the course of many experiments in order to form solder bumps, separation layers, and fusion spliced solder on the substrate all at once. An insulating film such as SiO 2 or SiN or SiON is inserted as a poor inorganic material, and a laminated film of Ti and Pt is used as a separation layer thereon, and a solder metal for fusion splicing is simultaneously formed thereon. Thus, it has been found that a good flip chip connection can be formed by separating the solder bump metal and the fusion splicing metal, and the present invention has been made.

つぎに、本発明の実施例について説明する。なお、以下の実施例は一つの例示であって、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で、種々の変更あるいは改良を行い得ることは言うまでもない。
[実施例1]
Next, examples of the present invention will be described. It should be noted that the following embodiment is merely an example, and various changes or improvements can be made without departing from the technical idea of the present invention.
[Example 1]

本実施例では、図1に示すように、チップ接続用のGaAs基板上に、金属を用いた一層配線の配線層2を形成する。配線層2を形成した後、SiOを100nmスパッタ法により積層して、SiOの絶縁膜3を形成する。絶縁膜3は無機系絶縁膜である。さらに、絶縁膜3に開口を形成した後、台座4を形成する。 In this embodiment, as shown in FIG. 1, a wiring layer 2 of a single-layer wiring using metal is formed on a GaAs substrate for chip connection. After the wiring layer 2 is formed, SiO 2 is laminated by a 100 nm sputtering method to form an insulating film 3 of SiO 2 . The insulating film 3 is an inorganic insulating film. Further, after the opening is formed in the insulating film 3, the base 4 is formed.

この後、図2に示すように、有機レジスト材31を塗布し、有機レジスト材31を用いてパターニングを行い、図3に示すように、有機レジスト材31に開口31Aを形成する。その上に、Sn:600nm→Au:20nmを10回繰り返し、図4に示すように、約6.2μmのはんだ合金(組成:Sn0.95Au0.05、融点:217℃)膜厚にして、はんだバンプ金属層5を形成した。 Thereafter, as shown in FIG. 2, an organic resist material 31 is applied, and patterning is performed using the organic resist material 31, and openings 31 </ b> A are formed in the organic resist material 31 as shown in FIG. 3. In addition, Sn: 600 nm → Au: 20 nm was repeated 10 times to obtain a solder alloy film (composition: Sn 0.95 Au 0.05 , melting point: 217 ° C.) of about 6.2 μm as shown in FIG. Thus, the solder bump metal layer 5 was formed.

はんだバンプ金属層5の形成後、図5に示すように、SiOを200nmスパッタ法により堆積させて、絶縁膜6を形成した。絶縁膜6は、はんだバンプ金属層5とフリップチップ側のパッドの金とを接触させないようにするための、スズとの濡れ性の悪い無機材料である。絶縁膜6の形成後、有機溶剤を用いてリフトオフを行い、図6に示すように、80μmφの微小なバンプ前駆体Aを形成した。 After the formation of the solder bump metal layer 5, as shown in FIG. 5, SiO 2 was deposited by a 200 nm sputtering method to form an insulating film 6. The insulating film 6 is an inorganic material having poor wettability with tin so as not to contact the solder bump metal layer 5 and the gold on the flip chip side pad. After the formation of the insulating film 6, lift-off was performed using an organic solvent, and as shown in FIG. 6, a fine bump precursor A of 80 μmφ was formed.

つぎに、図7に示すように、有機レジスト材32を用いて、24μmφのパターニングを行い、開口32Aを形成する。この後、図8に示すように、ドライエッチングにより絶縁膜6の一部を除去し、SiOの絶縁膜6に24μmφの開口6Aを形成する。これにより、図9に示すように、バンプ前駆体Aに開口6Aが形成される。 Next, as shown in FIG. 7, using an organic resist material 32, patterning of 24 μm φ is performed to form an opening 32A. Thereafter, as shown in FIG. 8, to remove a portion of the insulating film 6 by dry etching to form an opening 6A of 24 [mu] m phi in the insulating film 6 of SiO 2. As a result, openings 6A are formed in the bump precursor A as shown in FIG.

つぎに、図10に示すように、有機レジスト材33を用いて、36μmφのパターニングを行い、開口33Aを形成する。この後、図11に示すように、Ti(100nm)/Pt(200nm)/Au(20nm)のトレイ、つまり、金属膜の分離層7を形成する。分離層7の形成後、図12に示すように、Sn:300nm→Au:10nmを4回繰り返し、約1.3μmのはんだ合金膜厚にして、融着接続金属層8を形成する。この後、図13に示すように、有機溶剤を用いてリフトオフを行い、36μmφの微小な溶着接続金属前駆体Bを形成した。 Next, as shown in FIG. 10, by using an organic resist material 33, patterning is performed for 36 .mu.m phi, to form an opening 33A. Thereafter, as shown in FIG. 11, a tray of Ti (100 nm) / Pt (200 nm) / Au (20 nm), that is, a metal film separation layer 7 is formed. After the formation of the separation layer 7, as shown in FIG. 12, the fusion splicing metal layer 8 is formed by repeating Sn: 300 nm → Au: 10 nm four times to a solder alloy film thickness of about 1.3 μm. Thereafter, as shown in FIG. 13, lift-off was performed using an organic solvent to form a fine welded connection metal precursor B having a diameter of 36 μm φ .

こうして、バンプ前駆体Aの上に溶着接続金属前駆体Bが設けられた基板1を形成した後、図14に示すように、パッド22が形成されているフリップチップ21を基板1に位置決めし、フリップチップ21を基板1に仮止めする。そして、溶着接続金属前駆体Bの溶着接続金属表面である融着接続金属層8の酸化膜を除去するための水素プラズマリフロー法により、220℃、3minの条件により、図15に示すように、フリップチップ接続を行った。図15では、はんだバンプ金属層5が溶融して、はんだ合金層5Aになり、また、融着接続金属層8が溶融して、はんだ合金層8Aになった。   Thus, after forming the substrate 1 provided with the welded connection metal precursor B on the bump precursor A, as shown in FIG. 14, the flip chip 21 on which the pads 22 are formed is positioned on the substrate 1, The flip chip 21 is temporarily fixed to the substrate 1. Then, by a hydrogen plasma reflow method for removing the oxide film of the fusion splicing metal layer 8 which is the surface of the splicing connection metal precursor B, as shown in FIG. Flip chip connection was performed. In FIG. 15, the solder bump metal layer 5 is melted to become the solder alloy layer 5A, and the fusion splicing metal layer 8 is melted to become the solder alloy layer 8A.

本実施例では、80個バンプで直列接続したTEG(テスト・エレメント・グループ)により電気的導通を確認した試料について、走査型電子顕微鏡で微少バンプの形状を観察して、10個の平均高さを測定すると、30±2μmであった。
[実施例2]
In this example, for a sample whose electrical continuity was confirmed by TEG (test element group) connected in series with 80 bumps, the shape of minute bumps was observed with a scanning electron microscope, and the average height of 10 bumps was measured. Was 30 ± 2 μm.
[Example 2]

本実施例では、リフローの方法が実施例1と異なり、他は実施例1と同じである。つまり、GaAs基板上に一層配線を形成し、SiOを100nmスパッタ法により積層した後、有機レジスト材を用いて、パターニングを行う。その上にSn:600nm→Au:20nmを10回繰り返し、約6.2μmのはんだ合金(組成:Sn0.95Au0.05、融点:217℃)膜厚にした。その後に、SiOを200nmスパッタ法により堆積させ、有機溶剤を用いてリフトオフを行い、80μmφの微小なバンプ前駆体を形成した。 In the present embodiment, the reflow method is different from that of the first embodiment, and the rest is the same as that of the first embodiment. That is, a single layer wiring is formed on a GaAs substrate, and SiO 2 is laminated by a 100 nm sputtering method, followed by patterning using an organic resist material. On top of that, Sn: 600 nm → Au: 20 nm was repeated 10 times to obtain a solder alloy film thickness (composition: Sn 0.95 Au 0.05 , melting point: 217 ° C.) of about 6.2 μm. Thereafter, SiO 2 was deposited by a 200 nm sputtering method, lift-off was performed using an organic solvent, and a fine bump precursor of 80 μm φ was formed.

つぎに、有機レジスト材を用いて、24μmφのパターニングを行い、ドライエッチングによりSiOを除去して、24μmφの開口を行う。有機レジスト材を用いて、36μmφのパターニングを行い、Ti(100nm)/Pt(200nm)/Au(20nm)の分離層を形成した。この後、Sn:300nm→Au:10nmを4回繰り返し、約1.3μmのはんだ合金膜厚を形成し、有機溶剤を用いてリフトオフを行い、36μmφの微小な溶着接続金属前駆体を形成した。 Next, patterning of 24 μm φ is performed using an organic resist material, and SiO 2 is removed by dry etching to form an opening of 24 μm φ . Using an organic resist material, patterning is performed for 36 .mu.m phi, to form a separation layer with a Ti (100nm) / Pt (200nm ) / Au (20nm). Thereafter, Sn: 300nm → Au: 10nm repeated four times to form the solder alloy film thickness of about 1.3 .mu.m, perform lift-off using an organic solvent, to form a small weld connecting metal precursor 36 .mu.m phi .

このようにして基板を形成した後、チップと仮止めして、実施例1の水素プラズマリフロー法の代わりに、次にようにする。つまり、本実施例では、チップと仮止めして、溶着接続金属表面の酸化膜を除去するためにフラックス液(ソルボンドR5003)を塗布し、さらに、約200℃、10minのアニールにより組成の均一化を行った。この後、温度を218度に上げてリフローを行い、フリップチップ接続を行った。   After the substrate is formed in this way, it is temporarily fixed to the chip, and the following is performed instead of the hydrogen plasma reflow method of the first embodiment. In other words, in this example, the chip is temporarily fixed to the chip, a flux solution (Solbond R5003) is applied to remove the oxide film on the surface of the welded connection metal, and the composition is made uniform by annealing at about 200 ° C. for 10 minutes. Went. Thereafter, the temperature was raised to 218 ° C. to perform reflow, and flip chip connection was performed.

本実施例では、80個バンプで直列接続したTEGにより電気的導通を確認した試料について、走査型電子顕微鏡で微少バンプの形状を観察して、10個の平均高さを測定すると、28±4μmであった。
[実施例3]
In this example, for a sample whose electrical continuity was confirmed by TEGs connected in series with 80 bumps, the shape of micro bumps was observed with a scanning electron microscope, and the average height of 10 samples was 28 ± 4 μm. Met.
[Example 3]

本実施例では、SiOの堆積が実施例1と異なり、他は実施例1と同じである。つまり、GaAs基板上に一層配線を形成した後、本実施例では次のようにする。つまり、配線の形成後に、実施例1ではSiOを堆積した。これに対して、本実施例では、SiNを100nmスパッタ法により堆積し、図1のSiOの絶縁膜3の代わりに、SiNの絶縁膜を形成した。この後、有機レジスト材を用いて、パターニングを行い、その上にSn:600nm→Au:20nmを10回繰り返し、約6.2μmのはんだ合金(組成:Sn0.95Au0.05、融点217℃)膜厚にした。 In the present embodiment, the deposition of SiO 2 is different from that in the first embodiment, and the others are the same as those in the first embodiment. In other words, after one layer of wiring is formed on the GaAs substrate, the following is performed in this embodiment. That is, SiO 2 was deposited in Example 1 after the wiring was formed. In contrast, in the present embodiment, the SiN is deposited by 100nm sputtering, instead of SiO 2 insulating film 3 of FIG. 1, to form an insulating film of SiN. Thereafter, patterning is performed using an organic resist material, and then Sn: 600 nm → Au: 20 nm is repeated 10 times to obtain a solder alloy of about 6.2 μm (composition: Sn 0.95 Au 0.05 , melting point 217 ° C) film thickness.

その後に、実施例1ではSiOを堆積させた。これに対して、本実施例では、SiNを200nmスパッタ法により堆積させ、図5のSiOの絶縁膜6の代わりに、SiNの絶縁膜を形成した。SiNを堆積した後、有機溶剤を用いてリフトオフを行い、80μmφの微小なバンプ前駆体を形成した。 Thereafter, in Example 1, SiO 2 was deposited. In contrast, in this example, SiN was deposited by a 200 nm sputtering method, and an SiN insulating film was formed instead of the SiO 2 insulating film 6 in FIG. After depositing SiN, lift-off was performed using an organic solvent to form a fine bump precursor of 80 μmφ .

つぎに、有機レジスト材を用いて、24μmφのパターニングを行い、ドライエッチングにより、SiNの絶縁膜を除去して、24μmφの開口を行う。有機レジスト材を用いて、36μmφのパターニングを行い、Ti(100nm)/Pt(200nm)/Au(20nm)の分離層を形成した。この後、Sn:300nm→Au:10nmを4回繰り返し、約1.3μmのはんだ合金膜厚を形成し、有機溶剤を用いてリフトオフを行い、36μmφの微小な溶着接続金属前駆体を形成した。 Next, patterning of 24 μm φ is performed using an organic resist material, and the SiN insulating film is removed by dry etching, so that an opening of 24 μm φ is formed. Using an organic resist material, patterning is performed for 36 .mu.m phi, to form a separation layer with a Ti (100nm) / Pt (200nm ) / Au (20nm). Thereafter, Sn: 300nm → Au: 10nm repeated four times to form the solder alloy film thickness of about 1.3 .mu.m, perform lift-off using an organic solvent, to form a small weld connecting metal precursor 36 .mu.m phi .

このようにして基板を形成した後、チップと仮止めして、溶着接続金属表面の酸化膜を除去するための水素プラズマリフロー法により、220℃、3minの条件により、フリップチップ接続を行った。   After forming the substrate in this manner, the chip was temporarily fixed to the chip, and the flip chip connection was performed under the conditions of 220 ° C. and 3 min by the hydrogen plasma reflow method for removing the oxide film on the surface of the welded connection metal.

本実施例では、80個バンプで直列接続したTEGにより電気的導通を確認した試料について、走査型電子顕微鏡で微少バンプの形状を観察して、10個の平均高さを測定すると、30±3μmであった。
[実施例4]
In this example, for a sample whose electrical continuity was confirmed by TEGs connected in series with 80 bumps, the shape of micro bumps was observed with a scanning electron microscope, and the average height of 10 samples was 30 ± 3 μm. Met.
[Example 4]

本実施例では、はんだバンプ金属層5が実施例1と異なり、他は実施例1と同じである。つまり、GaAs基板上に一層配線を形成し、SiOを100nmスパッタ法により積層した後、有機レジスト材を用いてパターニングを行う。 In the present embodiment, the solder bump metal layer 5 is different from that of the first embodiment, and the others are the same as those of the first embodiment. That is, a single layer wiring is formed on a GaAs substrate, and SiO 2 is laminated by a 100 nm sputtering method, followed by patterning using an organic resist material.

パターニングの後、実施例1では、その上にSn:600nm→Au:20nmを10回繰り返した。これに対して、本実施例では、Sn:900nm→Au:16nm→In:13nmを6回繰り返し、約5.5μmのはんだ合金(組成:Sn0.95Au0.03In0.02、融点:215℃)膜厚にした。つまり、本実施例では、図4に示すはんだバンプ金属層5の代わりに、前記のはんだ合金膜厚のはんだバンプ金属層を用いた。 After patterning, in Example 1, Sn: 600 nm → Au: 20 nm was repeated 10 times thereon. On the other hand, in this example, Sn: 900 nm → Au: 16 nm → In: 13 nm was repeated six times, and a solder alloy of about 5.5 μm (composition: Sn 0.95 Au 0.03 In 0.02 , melting point) : 215 ° C). That is, in this embodiment, the solder bump metal layer having the above-described solder alloy film thickness was used instead of the solder bump metal layer 5 shown in FIG.

その後に、SiOを200nmスパッタ法により堆積させ、有機溶剤を用いてリフトオフを行い、80μmφの微小なバンプ前駆体を形成した。 Thereafter, SiO 2 was deposited by a 200 nm sputtering method, lift-off was performed using an organic solvent, and a fine bump precursor of 80 μm φ was formed.

つぎに、有機レジスト材を用いて、24μmφのパターニングを行い、ドライエッチングによりSiOを除去して、24μmφの開口を行う。有機レジスト材を用いて、36μmφのパターニングを行い、Ti(100nm)/Pt(200nm)/Au(20nm)の分離層を形成した。この後、Sn:300nm→Au:10nmを4回繰り返し、約1.3μmのはんだ合金膜厚を形成し、有機溶剤を用いてリフトオフを行い、36μmφの微小な溶着接続金属前駆体を形成した。 Next, patterning of 24 μm φ is performed using an organic resist material, and SiO 2 is removed by dry etching to form an opening of 24 μm φ . Using an organic resist material, patterning is performed for 36 .mu.m phi, to form a separation layer with a Ti (100nm) / Pt (200nm ) / Au (20nm). Thereafter, Sn: 300nm → Au: 10nm repeated four times to form the solder alloy film thickness of about 1.3 .mu.m, perform lift-off using an organic solvent, to form a small weld connecting metal precursor 36 .mu.m phi .

このようにして基板を形成した後、チップと仮止めして、溶着接続金属表面の酸化膜を除去するための水素プラズマリフロー法により、220℃、3minの条件により、フリップチップ接続を行った。   After forming the substrate in this manner, the chip was temporarily fixed to the chip, and the flip chip connection was performed under the conditions of 220 ° C. and 3 min by the hydrogen plasma reflow method for removing the oxide film on the surface of the welded connection metal.

本実施例では、80個バンプで直列接続したTEGにより電気的導通を確認した試料について、走査型電子顕微鏡で微少バンプの形状を観察して、10個の平均高さを測定すると、25±2μmであった。   In this example, for a sample whose electrical continuity was confirmed by TEGs connected in series with 80 bumps, the shape of minute bumps was observed with a scanning electron microscope, and the average height of 10 samples was measured to be 25 ± 2 μm. Met.

以上、本発明の実施形態と実施例を詳述してきたが、具体的な構成は実施形態と実施例とに限られるものではない。たとえば、前記の実施例では、絶縁膜としてSiOまたはSiNを用いたが、これらの代わりに、SiONの絶縁膜を用いてもよい。 As mentioned above, although embodiment and the Example of this invention were explained in full detail, specific structure is not restricted to embodiment and an Example. For example, in the above-described embodiment, SiO 2 or SiN is used as the insulating film, but a SiON insulating film may be used instead.

実施例1の台座形成を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the base formation of Example 1. FIG. 実施例1のレジスト塗布を説明する断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating resist application in Example 1. 実施例1のレジストパターン形成を示す断面図である。2 is a cross-sectional view showing resist pattern formation in Example 1. FIG. 実施例1のSn-Auの多層膜蒸着を説明する断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating the multilayer film deposition of Sn—Au in Example 1. 実施例1のSiO堆積を説明する断面図である。 2 is a cross-sectional view illustrating SiO 2 deposition in Example 1. FIG. 実施例1のバンプ前駆体を示す断面図である。2 is a cross-sectional view showing a bump precursor of Example 1. FIG. 実施例1のレジストパターン形成を示す断面図である。2 is a cross-sectional view showing resist pattern formation in Example 1. FIG. 実施例1のドライエッチングを示す断面図である。3 is a cross-sectional view showing dry etching in Example 1. FIG. 実施例1のリフトオフを示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing lift-off in Example 1. 実施例1のレジストパターン形成を示す断面図である。2 is a cross-sectional view showing resist pattern formation in Example 1. FIG. 実施例1の分離層形成を示す断面図である。2 is a cross-sectional view showing formation of a separation layer in Example 1. FIG. 実施例1のSn-Auの多層膜蒸着を説明する断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating the multilayer film deposition of Sn—Au in Example 1. 実施例1のリフトオフを示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing lift-off in Example 1. 実施例1のフリップチップの位置決めを示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing the positioning of the flip chip of Example 1. 実施例1のフリップチップ接続を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating flip chip connection according to the first embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 基板
2 配線層
3、6 絶縁膜
4 台座
5 はんだバンプ金属層
7 分離層
8 融着接続金属層
A バンプ前駆体
B 溶着接続金属前駆体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Board | substrate 2 Wiring layers 3 and 6 Insulating film 4 Base 5 Solder bump metal layer 7 Separation layer 8 Fusion splicing metal layer A Bump precursor B Welding connection metal precursor

Claims (5)

Sn1−x(M:Sn以外の一つ以上の金属)の合金からなるはんだバンプを基板(1)上に形成する際、溶融してはんだバンプとなるはんだバンプ金属層(5)の上にSiN 1−x (0≦x≦1)の組成の絶縁膜(6)を形成し、絶縁膜(6)に開口(6A)を形成し、開口(6A)内の金属層(5)と絶縁膜(6)の上に金属膜の分離層(7)を形成し
前記分離層(7)の上にフリップチップ(21)のパッド(22)との接続用はんだとなる融着接続金属層(8)を形成して、フリップチップ(21)と前記基板(1)とを接続することを特徴とするはんだバンプによるフリップチップ接続法。
When a solder bump made of an alloy of Sn 1-x M x (M: one or more metals other than Sn) is formed on the substrate (1), the solder bump metal layer (5) that melts to become a solder bump An insulating film (6) having a composition of SiN x O 1-x (0 ≦ x ≦ 1) is formed thereon, an opening (6A) is formed in the insulating film (6), and a metal layer in the opening (6A) ( 5) and a separation layer (7) of the metal film is formed on the insulating film (6) ,
On the separation layer (7), a fusion splicing metal layer (8) serving as solder for connection to the pads (22) of the flip chip (21) is formed, and the flip chip (21) and the substrate (1) are formed. Flip chip connection method using solder bumps, characterized by connecting
前記分離層(7)として、TiとPtとを含む積層膜を用いることを特徴とする請求項1に記載のはんだバンプによるフリップチップ接続法。   The flip-chip connection method using solder bumps according to claim 1, wherein a laminated film containing Ti and Pt is used as the separation layer (7). 前記接続用はんだとして、Sn1‐x(M:Sn以外の一つ以上の金属)の合金を用いることを特徴とする請求項1または2のいずれか1項に記載のはんだバンプによるフリップチップ接続法。 As solder the connection, Sn 1-x M x: Flip with solder bumps as claimed in any one of claims 1 or 2, characterized by using the (M one or more metals other than Sn) alloy Chip connection method. 前記基板(1)に、パターニングするマスクを形成し、
前記マスクの上からはんだの組成となる金属膜を蒸着し、次いでこの金属膜の上に絶縁膜を形成し、
その後、前記マスクを除去して、前記バンプ金属層(5)及び前記絶縁膜(6)からなるバンプ前駆体(A)を形成することを特徴とする請求項1に記載のはんだバンプによるフリップチップ接続法。
Forming a mask for patterning on the substrate (1);
A metal film having a solder composition is deposited on the mask, and then an insulating film is formed on the metal film.
Thereafter, the mask is removed to form a bump precursor (A) composed of the bump metal layer (5) and the insulating film (6). Connection method.
前記パターニングするマスクとして有機レジスト材を用い、リフトオフ法によりこのマスクを除去することを特徴とする請求項に記載のフリップチップ接続法。 5. The flip-chip connection method according to claim 4 , wherein an organic resist material is used as the patterning mask and the mask is removed by a lift-off method.
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