JP4904710B2 - Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device - Google Patents
Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device Download PDFInfo
- Publication number
- JP4904710B2 JP4904710B2 JP2005099887A JP2005099887A JP4904710B2 JP 4904710 B2 JP4904710 B2 JP 4904710B2 JP 2005099887 A JP2005099887 A JP 2005099887A JP 2005099887 A JP2005099887 A JP 2005099887A JP 4904710 B2 JP4904710 B2 JP 4904710B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- metal
- substrate
- columnar bump
- resist mask
- semiconductor device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/11—Manufacturing methods
- H01L2224/1147—Manufacturing methods using a lift-off mask
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/12—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process
- H01L2224/13—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process of an individual bump connector
- H01L2224/13001—Core members of the bump connector
- H01L2224/13099—Material
- H01L2224/131—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
- H01L2224/13101—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of less than 400°C
- H01L2224/13109—Indium [In] as principal constituent
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/013—Alloys
- H01L2924/0132—Binary Alloys
- H01L2924/01322—Eutectic Alloys, i.e. obtained by a liquid transforming into two solid phases
Landscapes
- Wire Bonding (AREA)
Description
本発明は、LSI等の半導体素子の実装技術に関し、特に、狭ピッチ対応、かつ、十分なバンプ高さを確保することのできる半導体装置の製造方法と、これにより作製される半導体装置に関する。 The present invention relates to a mounting technology for a semiconductor element such as LSI, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device that can handle a narrow pitch and ensure a sufficient bump height, and a semiconductor device manufactured thereby.
近年、電子部品の高密度実装化への要求が高まっており、パッケージングされていないむき出しの半導体素子(チップ)を回路配線基板に実装するベアチップ実装方式が注目されている。そして、ベアチップ実装の接続方式に関して言えば、ワイヤボンディング法によるフェイスアップ実装から、はんだバンプを用いたフリップチップ接合等のフェイスダウン実装へと変化してきている。 In recent years, there has been an increasing demand for high-density mounting of electronic components, and a bare chip mounting method for mounting an unpackaged bare semiconductor element (chip) on a circuit wiring board has attracted attention. As for the connection method of the bare chip mounting, the face up mounting by the wire bonding method has been changed to the face down mounting such as flip chip bonding using solder bumps.
半導体チップの表面の電極上にはんだバンプを形成する方法としては、電解めっき法、無電解めっき法、蒸着法等、種々の方法が知られている。 Various methods such as an electrolytic plating method, an electroless plating method, and a vapor deposition method are known as methods for forming solder bumps on electrodes on the surface of a semiconductor chip.
たとえば、図1に示すように、LSI素子に形成されたバンプと回路基板に形成されたバンプを共晶反応により低温接合する方法(たとえば、特許文献1参照)、図2に示すように、感光性樹脂膜を用いた無電解めっき法によりLSI素子上に突起電極を形成する方法(たとえば、特許文献2参照)、図3に示すように、低融点金属を含むバンプを超音波加熱により接合する方法(たとえば、特許文献3参照)などが知られている。 For example, as shown in FIG. 1, a bump formed on an LSI element and a bump formed on a circuit board are bonded at a low temperature by a eutectic reaction (see, for example, Patent Document 1). As shown in FIG. Forming bump electrodes on LSI elements by electroless plating using a conductive resin film (see, for example, Patent Document 2), as shown in FIG. A method (for example, refer to Patent Document 3) is known.
図1の公知技術では、LSI素子101のアルミニウム電極102上にメタルマスク104を固定して、Sn、In、Bi、Pbなどの金属膜103をマスク蒸着する。同様に、回路基板105の電極106上にメタルマスク108を固定して、LSI素子101の金属膜103と共晶反応を起こす金属(Sn、In、Bi、Pbなど)で、金属膜107をマスク蒸着する(図1(a))。それぞれのメタルマスクを除去して(図1(b))、LSI素子101と回路基板105の位置合わせをし、共晶反応による低温接合を行なう(図1(c))。
In the known technique of FIG. 1, a
図2の公知技術では、厚さ20μm〜30μmの感光性樹脂膜を塗布、パターニングして、無電解めっきにより、開口内に、10μm〜15μmの厚さの金属膜103aを形成する(図2(a))。その後、レジスト114を剥離することによって、LSI素子111の電極112上に、突起電極113bを形成する。
In the known technique shown in FIG. 2, a photosensitive resin film having a thickness of 20 μm to 30 μm is applied and patterned, and a metal film 103a having a thickness of 10 μm to 15 μm is formed in the opening by electroless plating (FIG. 2 ( a)). Thereafter, the
図3の公知技術では、Snなどの低融点金属層125が、LSI素子121の素子電極122上のAuバンプ123の先端、または、対向する回路基板側電極126上に設けられ、200℃〜250℃の超音波加熱により、LSI素子121を対向電極126上に接合する。このとき、低融点金属125は、超音波加熱によりAuバンプの一部と化合物を形成して、金属化合物(Au−Sn化合物)層127が形成される。
In the known technique of FIG. 3, a low melting
これらの実装プロセスは、いずれも、100μm以上のオーダー、たとえば200μm程度のピッチサイズを予定している。 All of these mounting processes are planned to have an order of 100 μm or more, for example, a pitch size of about 200 μm.
しかし、近年、半導体素子のピッチサイズはますます微細化する傾向にあり、100μm以下、ひいては、50μm以下のピッチサイズの接合形態が求められている。次世代の実装形態では、40μm以下とさらなる狭ピッチ接合が必要となってくる。 However, in recent years, the pitch size of semiconductor elements has been increasingly miniaturized, and a bonding form having a pitch size of 100 μm or less and by extension 50 μm or less is required. In the next-generation mounting form, further narrow pitch bonding of 40 μm or less is required.
はんだバンプの形成方法として、蒸着法やはんだペースト充填法では、狭ピッチ化が進むと十分なはんだ量を確保できないうえに、バンプ間でブリッジを生じ、ショート等の不良を生じる。 As a method for forming solder bumps, in the vapor deposition method or the solder paste filling method, when the pitch is reduced, a sufficient amount of solder cannot be secured, and a bridge is formed between the bumps, resulting in defects such as a short circuit.
このような状況で、感光性ドライフィルムレジストを用いて、パターニングした開口部にはんだめっきを形成し、ドライフィルムレジストの膜厚に応じてアスペクト比の高いはんだバンプを作製する方法が有力視されている。 Under such circumstances, a method of forming a solder plating on a patterned opening using a photosensitive dry film resist and producing a solder bump having a high aspect ratio according to the film thickness of the dry film resist is considered promising. Yes.
また、環境に対する意識が高まる中で、鉛フリーのはんだ材料を用いることへの要請がある。 In addition, there is a demand for using lead-free solder materials as environmental awareness increases.
図4は、ドライフィルムレジストを用いためっき法による狭ピッチ対応の実装プロセスの一例を示す。 FIG. 4 shows an example of a mounting process corresponding to a narrow pitch by a plating method using a dry film resist.
LSI素子141の電極142および絶縁膜143を覆って、全面にCuシード層144を形成し、Cuシード層144上に膜厚20μm程度のドライフィルムレジスト145を設置する(図4(a))。
A
ドライフィルムレジスト145をパターニングし(図4(b))、開口内にSn−Ag合金、Sn−Bi合金などの金属膜147をめっき形成する(図4(c))。その後、270℃以上で熱処理してバンプ149を形成し(図4(d))、レジスト145を剥離し、Cuシード層144をエッチング除去する(図4(e))。
The
LSI素子141のバンプ149を回路基板151に対して位置合わせし、フリップフロップで、LSI素子141を回路基板151にフラックスレス接合する(図4(f))。このときの接合温度は170℃〜250℃である。最後に、アンダーフィル153を充填して半導体装置が完成する(図4(g))。
しかし、従来の狭ピッチ対応の実装プロセスにおいても、
(1)リフロー温度、接合温度などのプロセス温度の高温化により、Sn−Agはんだ147がCuシード層144上に染み出す、
(2)熱処理により、ドライフィルムレジスト145が剥離しにくくなる、
(3)LSI素子141と回路基板151の間隔を十分に確保できない(20μm程度のギャップしかとれない)、
(4)応力緩和が十分でない、
という問題点がある。
However, even in the conventional mounting process for narrow pitch,
(1) Sn-
(2) The heat treatment makes it difficult for the dry film resist 145 to peel off.
(3) A sufficient interval between the
(4) Stress relaxation is not sufficient,
There is a problem.
そこで、本発明は、100μm未満の狭ピッチ対応を前提として、プロセス温度の低温化を図り、バンプ形成後のCuシードへの染み出しを防止して、高いアスペクト比で、LSI素子と回路基板の間のギャップを確保することを課題とする。 In view of this, the present invention presupposes a narrow pitch of less than 100 μm, lowers the process temperature, prevents the Cu seed from leaking out after bump formation, and has a high aspect ratio between the LSI element and the circuit board. The issue is to secure a gap between them.
上記課題を解決するために、本発明では、従来の2倍の膜厚(たとえば約40μm)のドライフィルムレジストを用い、アスペクト比が1以上の開口パターンを形成する。開口内に、第1金属として、Cu、Ni等をドライフィルムレジストの膜厚の1/2以上の高さに形成し、次に、第2金属として第1の金属よりも低い融点を有する金属、たとえば、Sn,Bi,In,Zn,Agのうち2種類以上を含む半田合金を、レジストの膜厚を越え、かつ隣接バンプと接しないように形成する。」 In order to solve the above problems, in the present invention, an opening pattern having an aspect ratio of 1 or more is formed using a dry film resist having a film thickness twice that of the conventional film ( for example, about 40 μm). In the opening, Cu, Ni or the like is formed as the first metal at a height of 1/2 or more of the film thickness of the dry film resist, and then the second metal has a melting point lower than that of the first metal. For example, a solder alloy containing two or more of Sn, Bi, In, Zn, and Ag is formed so as to exceed the resist film thickness and not to contact an adjacent bump. "
あるいは、LSI素子と回路基板に、第1金属による第1バンプと、第2金属による第2バンプを個別に形成し、第1バンプと第2バンプを、第2金属よりも低い温度で熱圧着する。 Alternatively, the first bump made of the first metal and the second bump made of the second metal are individually formed on the LSI element and the circuit board, and the first bump and the second bump are thermocompression bonded at a temperature lower than that of the second metal. To do.
具体的には、第1の側面では、半導体装置の製造方法は、
(a)半導体素子を有する第1基板または回路配線を有する第2基板のいずれか一方の上方に、ドライフィルムレジストを用いて、アスペクト比が1以上の複数の開口を有するレジストマスクを形成するステップと、
(b)前記複数の開口内に、第1金属を含む第1の金属膜を前記レジストマスクの膜厚の1/2以上の高さに形成するステップと、
(c)前記第1の金属膜のそれぞれの上方に、前記第1金属よりも低い融点を有する第2金属を含む第2の金属膜を、前記レジストマスクから突出し、且つそれぞれ接触しないように形成するステップと、
(d)前記第2の金属膜を、前記第1基板または前記第2基板の他方の電極に対して接合するステップと、
(e)前記接合の後に、前記レジストマスクを剥離するステップと、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Specifically, in the first aspect, a method for manufacturing a semiconductor device includes:
(A) on one of the upper of the second substrate having a first substrate or circuit wiring that having a semiconductor element, using a dry film resist, the aspect ratio of the resist mask having one or more of the plurality of apertures Forming step;
(B) before SL plurality of open mouth, forming a first metal film including a first metal to less than 1/2 of the height of the film thickness of the resist mask,
Above each of the (c) before Symbol first metal film, the second metal film including a second metal having a lower melting point than the first metal, the projecting resist mask, and each so as not to come in contact Forming into steps;
A step (d) is the second metal film, to junction with respect to the first substrate or the other of the electrodes of the second substrate,
(E) peeling the resist mask after the joining;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
良好な実施例では、レジストマスク形成ステップは、開口パターンの形成後に、酸素プラズマを照射し、超音波印加下で、界面活性剤水溶液中に所定時間浸漬するステップを含む。 In a preferred embodiment, the resist mask forming step includes a step of irradiating oxygen plasma after the opening pattern is formed and immersing in an aqueous surfactant solution for a predetermined time under application of ultrasonic waves.
良好な実施例では、前記接合するステップは、フラクスレス接合により行う。In a preferred embodiment, the joining step is performed by fluxless joining.
第2の側面では、半導体装置の製造方法は、
(a)半導体素子を有する第1基板または回路配線を有する第2基板の一方の上方に配置される第1電極上に、第1金属で第1の柱状バンプを形成するステップと、
(b)前記第1基板または前記第2基板の他方の上方に配置される第2電極上に、前記第1金属よりも低い融点を有する第2金属で第2の柱状バンプを形成するステップと、
(c)前記第1の柱状バンプと前記第2の柱状バンプとを位置合わせし、前記第2金属の融点よりも低い温度で熱圧着するステップと、
(d)前記第1基板と前記第2基板の間にアンダーフィル剤を充填し、130℃〜170℃で接合、硬化するステップと、
を含み、前記接合された第1の柱状バンプと前記第2の柱状バンプとを合わせた全体のアスペクト比は1以上である。
In a second aspect, a method for manufacturing a semiconductor device includes:
(A) on the first electrode disposed on one upper side of the second substrate having a first substrate or circuit wiring that having a semiconductor element, comprising: forming a first columnar bumps in the first metals,
(B) in the first substrate or the second substrate of the other on the second electrode, which is placed upward, forming a second columnar bumps second metals having a lower melting point than the first metal Steps,
A step of aligning the (c) and the first columnar bump and the second columnar van flop, thermocompression bonding at a temperature lower than the melting point of the second metals,
Comprising the steps of (d) filling the underfill agent between the first substrate of the second substrate, bonded at 130 ° C. to 170 ° C., to cure,
Only contains the aspect ratio of the whole obtained by combining the first columnar bump and the second columnar bumps that are the joint is 1 or more.
上記いずれの方法においても、第2の金属は、たとえば錫−ビスマス(Sn−Bi)、錫−インジウム(Sn−In)、インジウム−銀(In−Ag)、インジウム−亜鉛(In−Zn)合金の中から選択される鉛フリーの金属である。 In any of the above methods, the second metal is, for example, tin-bismuth (Sn-Bi), tin-indium (Sn-In), indium-silver (In-Ag), or indium-zinc (In-Zn) alloy. Lead-free metal selected from
第3の側面では、上述した方法で作製される半導体装置を提供する。半導体装置は、回路配線基板と、前記回路配線基板に電気的に接合されるアスペクト比が1以上の柱状バンプと、前記柱状バンプに電気的に接合される半導体チップとを有し、前記柱状バンプは、当該柱状バンプの高さの1/2以上の高さを有する第1金属を含む第1の金属膜と、前記第1金属の融点よりも低い融点を有する第2金属を含む第2の金属膜とを有する。 In a third aspect, a semiconductor device manufactured by the method described above is provided. The semiconductor device includes a circuit wiring board, a columnar bump having an aspect ratio of 1 or more that is electrically bonded to the circuit wiring board , and a semiconductor chip that is electrically bonded to the columnar bump. includes a first metal film including a first metal that have a least half of the height of the columnar bumps, the second metal having lower melting point than that of the first metals and a second metal film.
狭ピッチでありながら、LSI素子と回路配線基板間のギャップを、従来の2倍以上にできる。したがって、ドライフィルムの剥離、Cuシードのエッチング、その他各種洗浄が容易に行える。 Although the pitch is narrow, the gap between the LSI element and the circuit wiring board can be doubled or more than the conventional one. Therefore, peeling of the dry film, etching of the Cu seed, and other various cleanings can be easily performed.
柱状バンプ形状によって、応力緩和効果が得られ、長期の接続信頼性を維持できる。 The columnar bump shape provides a stress relaxation effect and maintains long-term connection reliability.
低温プロセスにより、めっき形成後のレジストの剥離が容易かつ短時間に行え、また、Sn−Bi、In−Sn等のはんだ材料のCuシード層へのぬれ拡がり(染み出し)を防止できる。 By the low temperature process, the resist can be easily removed in a short time after the plating is formed, and the solder material such as Sn—Bi and In—Sn can be prevented from spreading (seepage) into the Cu seed layer.
以下、添付図面を参照して、本発明の良好な実施形態を説明する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図5よび図6は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す図である。図5および図6に示す例では、膜厚のレジストに形成した開口パターンの内部を、2層のめっきにより充填する際に、第1の金属としてCuあるいはNi、第2の金属としてSn−Bi(錫−ビスマス)、Sn−In(錫−インジウム)、In−Ag(インジウム−銀)、あるいはIn−Zn(インジウム−亜鉛)合金を使用する。第1および第2の金属膜形成後に、レジストマスクを残したままで、組成に応じて100〜140℃で熱圧着・接合させる。 5 and 6 are views showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention. In the example shown in FIGS. 5 and 6, when the inside of the opening pattern formed in the resist having a film thickness is filled with two layers of plating, Cu or Ni is used as the first metal, and Sn—Bi is used as the second metal. (Tin-bismuth), Sn-In (tin-indium), In-Ag (indium-silver), or In-Zn (indium-zinc) alloy is used. After the first and second metal films are formed, thermocompression bonding is performed at 100 to 140 ° C. depending on the composition while leaving the resist mask.
まず、図5(a)に示す工程では、LSIチップ11(あるいは対向する回路配線基板側でもよい)上に、絶縁膜13を介して、下層の半導体回路(不図示)と接続する電極12を形成する。電極12のピッチサイズは40μm、電極パッド径は20μmである。
First, in the step shown in FIG. 5A, an
電極12および絶縁膜13を覆って全面に、電解めっきシード層として、銅(Cu)シード層14を、スパッタ法により形成する。Cuシード層14の膜厚は、200nmである。
A copper (Cu)
Cuシード層14上に、厚さ40μmの感光性のドライフィルムレジスト15を100℃で貼り付ける。ドライフィルムレジストとして、たとえばアクリレート系樹脂フィルムを用いる。従来のドライフィルムレジストの膜厚の約2倍の厚さのドライフィルムレジスト15を用いることによって、バンプの高さを確保する。
A photosensitive dry film resist 15 having a thickness of 40 μm is pasted on the
次に、図5(b)に示すように、レジスト15の露光、現像を行い、電極に対応する箇所に直径20μmの開口部15Aを有するレジストマスク15Mを形成する。現像は、たとえばnメチル2−ピロリドンを使用して行う。
Next, as shown in FIG. 5B, the resist 15 is exposed and developed to form a resist
現像後、酸素プラズマ(圧力:0.1Torr)を5分間照射する。これにより、めっき液に対する親水性を高める。さらに、LSI素子11を、界面活性剤水溶液中(濃度:5〜10倍希釈、超音波印加:10〜20分)に浸漬し、流水洗浄する。界面活性剤はたとえばエキストランMA02(メルク社製)を使用して行う。
After development, oxygen plasma (pressure: 0.1 Torr) is irradiated for 5 minutes. Thereby, the hydrophilicity with respect to a plating solution is improved. Further, the
次に、図5(c)に示すように、パターニングしたレジストマスク15Mの開口15A内に、第1の金属17として、Cuを、レジストマスク15Mの膜厚の1/2以上になるように、たとえば、20〜30μm±1μmとなるように、電解めっきにより形成する。
Next, as shown in FIG. 5C, in the
次に、図5(d)に示すように、レジストマスク15Mの開口15A内に、第2の金属19として、Bi含有量が50〜80wt%のSn−Biを、電解めっきにより形成する。Sn−Biめっきの膜厚は、Cu膜17とSn−Bi膜19の膜厚を合わせて、全体でレジスト15の膜厚以上であり、かつ隣接バンプと接触しない程度、おおよそ15〜25μm±1μmである。
Next, as shown in FIG. 5D, Sn—Bi having a Bi content of 50 to 80 wt% is formed as the
次に、図6(e)に示すように、上述した方法で形成された柱状バンプを有するLSI素子11を、レジストマスク15を残したまま、素子面(バンプ)が下向きになるようにして、回路配線基板21に対して所定の位置に合わせ、FCボンダで接合する。このときの接合は、低加重で融点直下の熱圧着による接合である。圧着条件は、たとえば、128℃(融点138℃マイナス10℃)、10秒の加熱、加重2Kg/chipである。
Next, as shown in FIG. 6E, the
次に、図6(f)に示すように、モノエタノールアミン水溶液でレジストマスク15Mを除去し、酢酸−硝酸系の液により、Cuシード層14をエッチング除去して、LSI素子11と回路配線基板21の接合体を作製する。
Next, as shown in FIG. 6 (f), the resist
最後に、図6(g)に示すように、圧着後、アンダーフィルを注入し、170℃、2分の加熱で接合、硬化する。このときの回路配線基板温度は98℃である。 Finally, as shown in FIG. 6 (g), after pressure bonding, an underfill is injected, and bonded and cured by heating at 170 ° C. for 2 minutes. The circuit wiring board temperature at this time is 98 degreeC.
アンダーフィル剤は、たとえば、ビスフェノールF型エポキシ樹脂(添加量100重量部)、ナフタレン型エポキシ樹脂(添加量100重量部)を主剤とする樹脂剤である。この主剤に、硬化剤として、Me−THPA(KRM−291−5:旭電化製)を100重量部)、硬化促進剤としてイミダゾールを0.5重量部、有機酸として無水こはく酸を20重量部、無機フィラーとしてシリカ粉末を334重量部、カップリング剤としてγ- グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(添加量1重量部)とヘキサメチルジシラザン(添加量1重量部)を添加する。
The underfill agent is, for example, a resin agent mainly composed of bisphenol F type epoxy resin (addition amount 100 parts by weight) and naphthalene type epoxy resin (addition amount 100 parts by weight). 100 parts by weight of Me-THPA (KRM-291-5: manufactured by Asahi Denka) as a curing agent, 0.5 parts by weight of imidazole as a curing accelerator, and 20 parts by weight of succinic anhydride as an organic acid Further, 334 parts by weight of silica powder as an inorganic filler and γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane (
無機フィラーと無機フィラー以外の接着剤組成物の混合比は、無機フィラー量が0.5〜70wt%の範囲、それ以外の残部が接着剤組成物である
接着剤組成物に関しては、上記に限らず以下の材料から選択することが可能である。
The mixing ratio of the inorganic filler and the adhesive composition other than the inorganic filler is such that the amount of the inorganic filler is in the range of 0.5 to 70 wt%, and the remaining balance is the adhesive composition. It is possible to select from the following materials.
主剤には、脂環式エポキシ樹脂,ビスフェノールF型エポキシ樹脂,ビスフェノールA型エポキシ樹脂,ビフェニル型エポキシ樹脂,ノボラック型エポキシ樹脂などを用いることができる。 As the main agent, alicyclic epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, bisphenol A type epoxy resin, biphenyl type epoxy resin, novolac type epoxy resin, and the like can be used.
活性剤として、無水こはく酸、こはく酸、セバシン酸、アジピン酸、ステアリン酸パルミチン酸、マレイン酸、無水酢酸、テトラエチレングリコール、ポリエチレングリコールなどを用いることができる。 As the activator, succinic anhydride, succinic acid, sebacic acid, adipic acid, stearic acid palmitic acid, maleic acid, acetic anhydride, tetraethylene glycol, polyethylene glycol and the like can be used.
カップリング剤として、β−(3,4エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン,γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン,N−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン,γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン,ヘキサメチルジシラザンならびにシリコーン系カップリング剤などを用いることができる。 As coupling agents, β- (3,4 epoxy cyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, γ-glycidoxypropyltriethoxysilane, N-phenyl-γ-aminopropyltrimethoxysilane, γ-mercaptopropyltrimethoxysilane, hexa Methyl disilazane and silicone coupling agents can be used.
硬化促進剤として、イミダゾール(2ーエチル−4−メチルイミダゾール,2−フェニルイミダゾール,2−フェニル−4−メチルイミダゾール.1−ベンジル−2−フェニルイミダゾール,1−ベンジル−2−メチルイミダゾール,1−シアノエチル−2−メチルイミダゾール,1−シアノエチル−2−エチル−4−メチルイミダゾール,1−メチル−2−エチルイミダゾール),有機ホスフィン(トリフェニルホスフィン,トリメタトリルホスフィン,テトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレート,トリフェニルホスフィントリフェニルボラン),ジアザビシクロウンデセン,ジアザビシクロウンデセントルエンスルホン酸塩,ジアザビシクロウンデセンオクチル酸塩等があり、添加量は0.1〜40重量部である。 As a curing accelerator, imidazole (2-ethyl-4-methylimidazole, 2-phenylimidazole, 2-phenyl-4-methylimidazole. 1-benzyl-2-phenylimidazole, 1-benzyl-2-methylimidazole, 1-cyanoethyl is used. 2-methylimidazole, 1-cyanoethyl-2-ethyl-4-methylimidazole, 1-methyl-2-ethylimidazole), organic phosphine (triphenylphosphine, trimetatolylphosphine, tetraphenylphosphonium tetraphenylborate, triphenyl) Phosphine triphenylborane), diazabicycloundecene, diazabicycloundecene toluenesulfonate, diazabicycloundecene octylate and the like, and the addition amount is 0.1 to 40 parts by weight.
硬化剤として、メチルテトラヒドロ無水フタル酸,メチルヘキサヒドロ無水フタル酸,無水メチルハイミック酸,ヘキサヒドロ無水フタル酸,トリアルキルテトラヒドロ無水フタル酸,テトラヒドロ無水フタル酸,メチルシクロヘキセンジカルボン酸無水物,無水ナジック酸等があり、添加量はエポキシ等量により算出される。 As curing agents, methyltetrahydrophthalic anhydride, methylhexahydrophthalic anhydride, methylhymic anhydride, hexahydrophthalic anhydride, trialkyltetrahydrophthalic anhydride, tetrahydrophthalic anhydride, methylcyclohexenedicarboxylic anhydride, nadic anhydride Etc., and the addition amount is calculated by the epoxy equivalent amount.
無機フィラーとして、シリカ、アルミナを用いることができる。 Silica and alumina can be used as the inorganic filler.
アンダーフィル剤として、上述した樹脂に代えて、エポキシ系フラックスフィル(千住金属製)にシリカ粉末(平均粒径4μm)を50〜80wt%の割合で混合したものを用いてもよい。 As an underfill agent, instead of the above-described resin, a mixture of epoxy powder (made by Senju Metal) with silica powder (average particle size of 4 μm) at a ratio of 50 to 80 wt% may be used.
上記の方法でLSIチップ11を回路配線基板21に実装した半導体装置を用いて、接続信頼性を確認するために、−55〜125℃の温度サイクル試験を500サイクル行った。この結果、抵抗上昇を10%以下に抑制でき、良好な信頼性が達成できた。
In order to confirm the connection reliability using the semiconductor device in which the
図7〜図9は、半導体装置の製造プロセスの変形例を示す図である。変形例では、LSIチップ側と、回路配線基板側の双方に、それぞれ異なる材料でバンプを形成し、その後接合する。 7 to 9 are diagrams showing modifications of the semiconductor device manufacturing process. In the modification, bumps are formed of different materials on both the LSI chip side and the circuit wiring board side, and then bonded.
図7に示すように、LSIチップ側の金属としてCuあるいはNiを用いて、第1の金属膜を形成する。 As shown in FIG. 7, the first metal film is formed using Cu or Ni as the metal on the LSI chip side.
図8に示すように、回路配線基板側の金属としてSn−Bi(錫−ビスマス)、Sn−In(錫−インジウム)、In−Ag(インジウム−銀)、あるいはIn−Zn(インジウム−亜鉛)合金を使用して、第2の金属膜を形成する。 As shown in FIG. 8, the metal on the circuit wiring board side is Sn-Bi (tin-bismuth), Sn-In (tin-indium), In-Ag (indium-silver), or In-Zn (indium-zinc). An alloy is used to form the second metal film.
LSI側および回路配線基板側の金属膜形成後に、レジストマスクを除去して、第1の柱状バンプおよび第2の柱状バンプを得る。Cuシード層エッチング後、組成に応じて100〜140℃で熱圧着・接合させる。 After forming the metal films on the LSI side and the circuit wiring board side, the resist mask is removed to obtain the first columnar bumps and the second columnar bumps. After Cu seed layer etching, thermocompression bonding / bonding is performed at 100 to 140 ° C. depending on the composition.
図7は、LSI側のバンプ形成プロセスである。まず、図7(a)に示すように、図LSIチップ上に、絶縁膜13を介して下層の半導体回路(不図示)と接続する電極12を形成する。電極12のピッチサイズは40μm、電極パッド径は20μmである。このようなピッチで配置される電極12を覆って、電解めっきシード層として、銅(Cu)シード層14を、200nmの膜厚でスパッタ法により形成する。
FIG. 7 shows a bump forming process on the LSI side. First, as shown in FIG. 7A, an
その上に、感光性のドライフィルムレジスト15(厚さ20〜30μm)を、100℃で貼り付ける。ドライフィルムレジストとして、たとえばアクリレート系樹脂フィルムを用いる。ドライフィルムレジスト15を用いることによって、バンプの高さを確保する。 A photosensitive dry film resist 15 (thickness: 20 to 30 μm) is attached thereon at 100 ° C. For example, an acrylate resin film is used as the dry film resist. By using the dry film resist 15, the bump height is secured.
次に、図7(b)に示すように、レジストの露光、現像を行い、電極に対応する箇所に直径20μmの開口部15Aを有するレジストマスク15Mを形成する。現像は、たとえばnメチル2−ピロリドンを使用して行う。開口を形成後、酸素プラズマ(圧力:0.1Torr)を5分間照射する。さらに、界面活性剤水溶液中(濃度:5〜10倍希釈、超音波印加:10〜20分)に浸漬し、流水洗浄する。界面活性剤はたとえばエキストランMA02(メルク社製)を使用して行う。
Next, as shown in FIG. 7B, the resist is exposed and developed to form a resist
次に図7(c)に示すように、開口15A内に、LSIチップの第1金属膜17として、Cu膜17を膜厚が20〜30μm±1μmとなるように電解めっきにより形成する。
Next, as shown in FIG. 7C, as the
次に、図7(d)に示すように、モノエタノールアミン水溶液でレジストマスク15Mを除去し、酢酸−硝酸系の液によりCuシード層14をエッチング除去して、第1の柱状のめっきバンプ17aを形成する。
Next, as shown in FIG. 7 (d), the resist
図8は、回路配線基板側のバンプ形成プロセスである。まず、図8(a)に示すように、回路配線基板21上に、絶縁膜23を介して下層の配線(不図示)と接続する電極22を形成する。電極のピッチサイズは40μm、電極パッド径は20μmである。電極22を覆って全面に、電解めっきシード層として、銅(Cu)シード層24を200nmの膜厚でスパッタ法により形成する。
FIG. 8 shows a bump formation process on the circuit wiring board side. First, as shown in FIG. 8A, an
その上に、厚さ20μmの感光性のドライフィルムレジスト25を100℃で貼り付ける。ドライフィルムレジストとして、たとえばアクリレート系樹脂フィルムを用いる。ドライフィルムレジストを用いることによって、バンプの高さを確保する。 A photosensitive dry film resist 25 having a thickness of 20 μm is attached thereon at 100 ° C. For example, an acrylate resin film is used as the dry film resist. By using a dry film resist, the height of the bump is secured.
次に、図8(b)に示すように、レジストの露光、現像を行い、電極に対応する箇所に直径20μmの開口部25Aを有するレジストマスク25Mを形成する。現像は、たとえばnメチル2−ピロリドンを使用して行う。開口を形成後、酸素プラズマ(圧力:0.1Torr)を5分間照射後する。さらに、界面活性剤水溶液中(濃度:5〜10倍希釈、超音波印加:10〜20分)に浸漬し、流水洗浄する。界面活性剤はたとえばエキストランMA02(メルク社製)を使用して行う。
Next, as shown in FIG. 8B, the resist is exposed and developed to form a resist
次に、図8(c)に示すように、開口25A内に、回路配線基板側の第2金属膜19として、Bi含有量が50〜80wt%のSn−Biを、電解めっきにより形成する。Sn−Biめっき19の膜厚は10μm±1μmである。
Next, as shown in FIG. 8C, Sn—Bi having a Bi content of 50 to 80 wt% is formed by electrolytic plating as the
次に、図8(d)に示すように、モノエタノールアミン水溶液でレジストマスク25Mを除去し、酢酸−硝酸系の液によりCuシード層24をエッチング除去して、第2の柱状のめっきバンプ19aを形成する。
Next, as shown in FIG. 8D, the resist
図9は、LSI素子11と回路基板21との接合プロセスである。
FIG. 9 shows a bonding process between the
図9(a)に示すように、上述した方法で形成された第1の柱状バンプ17aを有するLSIチップ11を、素子面(バンプ)が下向きになるようにして、第2の柱状バンプ19aを有する回路配線基板21に対して所定の位置に合わせ、FCボンダで接合する。このときの接合は、低加重で融点直下の熱圧着による接合である。圧着条件は、たとえば、128℃(融点138−10℃)、10秒の加熱、加重2Kg/chipである。
As shown in FIG. 9A, the
圧着により、ピッチが40μm、高さが40μm以上の柱状バンプ20が形成される。この柱状バンプの高さの1/2以上は、第1金属としてのCu膜17aであり、残りが、第1金属よりも低融点のSn−Bi膜19aである。
The columnar bumps 20 having a pitch of 40 μm and a height of 40 μm or more are formed by pressure bonding. One half or more of the height of the columnar bumps is the
図9(b)に示すように、圧着後、アンダーフィルを注入し、170℃、2分の加熱で接合、硬化する。このときの回路配線基板温度は98℃である。 As shown in FIG. 9B, after pressure bonding, underfill is injected, and bonded and cured by heating at 170 ° C. for 2 minutes. The circuit wiring board temperature at this time is 98 degreeC.
アンダーフィル剤は、たとえば、ビスフェノールF型エポキシ樹脂(添加量100重量部)、ナフタレン型エポキシ樹脂(添加量100重量部)を主剤とする樹脂剤である。この主剤に、硬化剤として、Me−THPA(KRM−291−5:旭電化製)を100重量部)、硬化促進剤としてイミダゾールを0.5重量部、有機酸として無水こはく酸を20重量部、無機フィラーとしてシリカ粉末を334重量部、カップリング剤としてγ- グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(添加量1重量部)とヘキサメチルジシラザン(添加量1重量部)を添加する。
The underfill agent is, for example, a resin agent mainly composed of bisphenol F type epoxy resin (addition amount 100 parts by weight) and naphthalene type epoxy resin (addition amount 100 parts by weight). 100 parts by weight of Me-THPA (KRM-291-5: manufactured by Asahi Denka) as a curing agent, 0.5 parts by weight of imidazole as a curing accelerator, and 20 parts by weight of succinic anhydride as an organic acid Further, 334 parts by weight of silica powder as an inorganic filler and γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane (
無機フィラーと無機フィラー以外の接着剤組成物の混合比は、無機フィラー量が0.5〜70wt%の範囲、それ以外の残部が接着剤組成物である
接着剤組成物に関しては、上記に限らず以下の材料から選択することが可能である。
The mixing ratio of the inorganic filler and the adhesive composition other than the inorganic filler is such that the amount of the inorganic filler is in the range of 0.5 to 70 wt%, and the remaining balance is the adhesive composition. It is possible to select from the following materials.
主剤には、脂環式エポキシ樹脂,ビスフェノールF型エポキシ樹脂,ビスフェノールA型エポキシ樹脂,ビフェニル型エポキシ樹脂,ノボラック型エポキシ樹脂などを用いることができる。 As the main agent, alicyclic epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, bisphenol A type epoxy resin, biphenyl type epoxy resin, novolac type epoxy resin, and the like can be used.
活性剤として、無水こはく酸、こはく酸、セバシン酸、アジピン酸、ステアリン酸パルミチン酸、マレイン酸、無水酢酸、テトラエチレングリコール、ポリエチレングリコールなどを用いることができる。 As the activator, succinic anhydride, succinic acid, sebacic acid, adipic acid, stearic acid palmitic acid, maleic acid, acetic anhydride, tetraethylene glycol, polyethylene glycol and the like can be used.
カップリング剤として、β−(3,4エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン,γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン,N−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン,γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン,ヘキサメチルジシラザンならびにシリコーン系カップリング剤などを用いることができる。 As coupling agents, β- (3,4 epoxy cyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, γ-glycidoxypropyltriethoxysilane, N-phenyl-γ-aminopropyltrimethoxysilane, γ-mercaptopropyltrimethoxysilane, hexa Methyl disilazane and silicone coupling agents can be used.
硬化促進剤として、イミダゾール(2ーエチル−4−メチルイミダゾール,2−フェニルイミダゾール,2−フェニル−4−メチルイミダゾール.1−ベンジル−2−フェニルイミダゾール,1−ベンジル−2−メチルイミダゾール,1−シアノエチル−2−メチルイミダゾール,1−シアノエチル−2−エチル−4−メチルイミダゾール,1−メチル−2−エチルイミダゾール),有機ホスフィン(トリフェニルホスフィン,トリメタトリルホスフィン,テトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレート,トリフェニルホスフィントリフェニルボラン),ジアザビシクロウンデセン,ジアザビシクロウンデセントルエンスルホン酸塩,ジアザビシクロウンデセンオクチル酸塩等があり、添加量は0.1〜40重量部である。 As a curing accelerator, imidazole (2-ethyl-4-methylimidazole, 2-phenylimidazole, 2-phenyl-4-methylimidazole. 1-benzyl-2-phenylimidazole, 1-benzyl-2-methylimidazole, 1-cyanoethyl is used. 2-methylimidazole, 1-cyanoethyl-2-ethyl-4-methylimidazole, 1-methyl-2-ethylimidazole), organic phosphine (triphenylphosphine, trimetatolylphosphine, tetraphenylphosphonium tetraphenylborate, triphenyl) Phosphine triphenylborane), diazabicycloundecene, diazabicycloundecene toluenesulfonate, diazabicycloundecene octylate and the like, and the addition amount is 0.1 to 40 parts by weight.
硬化剤として、メチルテトラヒドロ無水フタル酸,メチルヘキサヒドロ無水フタル酸,無水メチルハイミック酸,ヘキサヒドロ無水フタル酸,トリアルキルテトラヒドロ無水フタル酸,テトラヒドロ無水フタル酸,メチルシクロヘキセンジカルボン酸無水物,無水ナジック酸等があり、添加量はエポキシ等量により算出される。 As curing agents, methyltetrahydrophthalic anhydride, methylhexahydrophthalic anhydride, methylhymic anhydride, hexahydrophthalic anhydride, trialkyltetrahydrophthalic anhydride, tetrahydrophthalic anhydride, methylcyclohexenedicarboxylic anhydride, nadic anhydride Etc., and the addition amount is calculated by the epoxy equivalent amount.
無機フィラーとして、シリカ、アルミナを用いることができる。 Silica and alumina can be used as the inorganic filler.
アンダーフィル剤として、上述した樹脂に代えて、エポキシ系フラックスフィル(千住金属製)にシリカ粉末(平均粒径4μm)を50〜80wt%の割合で混合したものを用いてもよい。 As an underfill agent, instead of the above-described resin, a mixture of epoxy powder (made by Senju Metal) with silica powder (average particle size of 4 μm) at a ratio of 50 to 80 wt% may be used.
上記の方法でLSIチップを回路配線基板に実装した半導体装置を用いて、接続信頼性を確認するために、−55〜125℃の温度サイクル試験を500サイクル行った。この結果、抵抗上昇を10%以下に抑制でき、良好な信頼性が達成できた。 In order to confirm connection reliability using the semiconductor device in which the LSI chip was mounted on the circuit wiring board by the above method, a temperature cycle test at −55 to 125 ° C. was performed 500 cycles. As a result, the increase in resistance could be suppressed to 10% or less, and good reliability could be achieved.
実施形態では、厚膜のドライフィルムレジストを用い、アスペクト比の大きい(1以上の)柱状のバンプを作製し、熱圧着固定およびアンダーフィル充填して接合体を作製している。これらによって以下の効果が見込まれる。
(1)接合体のLSI素子−回路配線基板間のギャップは、従来の2倍以上となり、ドライフィルムの剥離、Cuシードのエッチング、その他各種洗浄が容易に行える。
(2)柱状バンプ形状によって、応力緩和効果が得られ、接合体の長期接続信頼性が期待される。
(3)製造プロセスでのドライフィルムに加わる熱は、最大150℃程度であり、その温度による硬化促進(ドライフィルムレジストとの密着性向上)の進行は小さく、めっき形成後のレジストの剥離が容易かつ短時間に行える。
(4)Sn−Bi、In−Sn等のはんだ材料は未溶融につき、Cuシード層へのはんだぬれ拡がり(染み出し)といった障害は生じない。
In the embodiment, a thick dry film resist is used, columnar bumps having a large aspect ratio (one or more) are manufactured, and thermocompression fixing and underfill filling are performed to manufacture a joined body. These are expected to have the following effects.
(1) The gap between the LSI element of the joined body and the circuit wiring board is more than twice that of the conventional one, and the dry film can be peeled off, the Cu seed can be etched, and other various cleanings can be easily performed.
(2) The stress relief effect is obtained by the columnar bump shape, and long-term connection reliability of the joined body is expected.
(3) The heat applied to the dry film in the manufacturing process is about 150 ° C. at the maximum, and the progress of curing acceleration (adhesion improvement with the dry film resist) by the temperature is small, and the resist can be easily peeled off after the plating is formed. And it can be done in a short time.
(4) Since the solder material such as Sn—Bi and In—Sn is not melted, there is no trouble such as spreading of the solder to the Cu seed layer (seepage).
なお、本実施形態では、電極ピッチが40μm、電極パッド径が20μmの狭ピッチに対応させて、レジストの膜厚を40μm、開口のアスペクト比1以上としたが、たとえば、電極ピッチ80μm、電極パッド径30μmのときは、レジストの膜厚をたとえば60μmとして、アスペクト比1以上の柱状バンプを形成することができる。逆に、電極ピッチが40μmよりも小さくなる場合も、適切な膜厚のドライフィルムレジストを用いて、アスペクト比が1以上の柱状バンプを形成することができる。 In this embodiment, the resist film thickness is set to 40 μm and the opening aspect ratio is 1 or more corresponding to a narrow pitch of 40 μm electrode pitch and 20 μm electrode pad diameter. When the diameter is 30 μm, columnar bumps having an aspect ratio of 1 or more can be formed with a resist film thickness of 60 μm, for example. Conversely, even when the electrode pitch is smaller than 40 μm, a columnar bump having an aspect ratio of 1 or more can be formed using a dry film resist having an appropriate film thickness.
いずれの場合も、LSI素子と回路基板間のギャップを十分に確保し、低温プロセスによる接合の信頼性を確保できる。 In either case, a sufficient gap between the LSI element and the circuit board can be secured, and the reliability of bonding by a low temperature process can be secured.
最後に、以上の説明に関して、以下の付記を開示する。
(付記1) 半導体素子を構成する第1基板または回路配線を有する第2基板のいずれか一方の基板上に、ドライフィルムレジストを用いて、アスペクト比1以上の開口パターンを有するレジストマスクを形成するステップと、
前記開口内に、第1の金属膜を前記膜厚の1/2以上の高さに形成するステップと、
前記開口内の第1の金属膜に重ねて、第2の金属膜を、前記レジストマスクの膜厚を越え、かつ隣接する開口の第2金属膜と接触しないように形成するステップと、
前記レジストマスクを残したまま、前記レジストマスクから突出する第2金属膜を、他方の基板上の電極に対して、フラックスレス接合するステップと、
前記接合の後に、前記レジストマスクを剥離するステップと、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記2) 前記レジストマスク形成ステップは、前記開口パターンの形成後に、酸素プラズマを照射し、超音波印加下で界面活性剤水溶液中に所定時間浸漬するステップを含むことを特徴とする付記1に記載の半導体装置の製造方法。
(付記3) 半導体素子を構成する第1基板または回路配線を有する第2基板のいずれか一方の基板上に、ドライフィルムレジストを用いて、開口パターンを有するレジストマスクを形成するステップと、
前記開口パターンの形成後に、酸素プラズマを照射し、超音波印加下で界面活性剤水溶液中に所定時間浸漬するステップと、
前記開口内に、第1の金属膜を形成するステップと、
前記開口内の第1の金属膜に重ねて、第2の金属膜を、前記レジストマスクの膜厚を越え、かつ隣接する開口の第2金属膜と接触しないように形成するステップと、
前記レジストマスクを残したまま、前記レジストマスクから突出する第2金属膜を、他方の基板上の電極に対して、フラックスレス接合するステップと、
前記接合の後に、前記レジストマスクを剥離するステップと、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記4) 前記フラックスレス接合は、100℃〜140℃で行なわれることを特徴とする付記1または3に記載の半導体装置の製造方法。
(付記5) 前記フラックスレス接合は、前記第2金属膜の融点よりも低い温度で行なわれることを特徴とする付記1または3に記載の半導体装置の製造方法。
(付記6) 前記レジストマスク剥離語に、前記第1基板と第2基板の間にアンダーフィルを充填し、130℃〜170℃で熱処理するステップをさらに含むことを特徴とする付記1または3に記載の半導体装置の製造方法。
(付記7) 半導体素子を構成する第1基板または回路配線を有する第2基板のいずれか一方の基板上に100μm未満のピッチで配置される第1電極上に、第1の金属で第1の柱状バンプを形成するステップと、
他方の基板上に前記ピッチで配置される第2電極上に、前記第1金属よりも低い融点の第2の金属で第2の柱状バンプを形成するステップと、
前記第1の柱状バンプと、第2の柱状バンプを位置合わせし、前記第2の金属の融点よりも低い温度で熱圧着するステップと、
前記第1基板と第2基板の間にアンダーフィルを充填し、130℃〜170℃で接合、硬化するステップと、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記8) 前記第2の金属は、錫−ビスマス(Sn−Bi)、錫−インジウム(Sn−In)、インジウム−銀(In−Ag)、インジウム−亜鉛(In−Zn)合金の中から選択されることを特徴とする付記1、3または6の半導体装置の製造方法。
(付記9) 回路配線基板と、
前記回路配線基板上に、ピッチサイズが100μm未満、アスペクト比が1以上の柱状バンプを介して接合される半導体チップと、
を有し、前記柱状バンプは、当該柱状バンプの高さの1/2以上の高さを占める第1金属膜と、前記第1金属膜の融点よりも低い融点の鉛フリーの第2金属膜と、で構成されることを特徴とする半導体装置。
(付記10) 前記第2の金属は、錫−ビスマス(Sn−Bi)、錫−インジウム(Sn−In)、インジウム−銀(In−Ag)、インジウム−亜鉛(In−Zn)合金の中から選択されることを特徴とする付記9の半導体装置。
Finally, the following notes are disclosed regarding the above description.
(Appendix 1) A resist mask having an opening pattern with an aspect ratio of 1 or more is formed on one of a first substrate constituting a semiconductor element and a second substrate having circuit wiring using a dry film resist. Steps,
Forming a first metal film at a height of ½ or more of the film thickness in the opening;
Overlying the first metal film in the opening, forming a second metal film so as to exceed the thickness of the resist mask and not to contact the second metal film of the adjacent opening;
A second metal film protruding from the resist mask while leaving the resist mask, and fluxless bonding to the electrode on the other substrate;
Peeling the resist mask after the bonding;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
(Additional remark 2) The said resist mask formation step includes the step which irradiates oxygen plasma after formation of the said opening pattern, and is immersed in surfactant aqueous solution for a predetermined time under an ultrasonic wave application. The manufacturing method of the semiconductor device of description.
(Additional remark 3) Forming the resist mask which has an opening pattern on either one of the 1st board | substrate which comprises a semiconductor element, or the 2nd board | substrate which has a circuit wiring using a dry film resist,
After forming the opening pattern, irradiating with oxygen plasma and immersing in a surfactant aqueous solution for a predetermined time under application of ultrasonic waves;
Forming a first metal film in the opening;
Overlying the first metal film in the opening, forming a second metal film so as to exceed the thickness of the resist mask and not to contact the second metal film of the adjacent opening;
A second metal film protruding from the resist mask while leaving the resist mask, and fluxless bonding to the electrode on the other substrate;
Peeling the resist mask after the bonding;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
(Additional remark 4) The said fluxless joining is performed at 100 to 140 degreeC, The manufacturing method of the semiconductor device of
(Supplementary Note 5) The method for manufacturing a semiconductor device according to
(Supplementary note 6) The
(Additional remark 7) On the 1st electrode arrange | positioned with a pitch of less than 100 micrometers on either one of the 1st board | substrate which comprises a semiconductor element, or the 2nd board | substrate which has circuit wiring, it is 1st by a 1st metal. Forming columnar bumps;
Forming second columnar bumps on a second electrode disposed on the other substrate at the pitch with a second metal having a melting point lower than that of the first metal;
Aligning the first columnar bump and the second columnar bump and thermocompression bonding at a temperature lower than the melting point of the second metal;
Filling an underfill between the first substrate and the second substrate, bonding and curing at 130 to 170 ° C .;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
(Supplementary Note 8) The second metal is selected from tin-bismuth (Sn-Bi), tin-indium (Sn-In), indium-silver (In-Ag), and indium-zinc (In-Zn) alloys. The method of manufacturing a semiconductor device according to
(Appendix 9) a circuit wiring board;
A semiconductor chip bonded onto the circuit wiring board via columnar bumps having a pitch size of less than 100 μm and an aspect ratio of 1 or more;
The columnar bump includes a first metal film occupying a height of 1/2 or more of the height of the columnar bump, and a lead-free second metal film having a melting point lower than the melting point of the first metal film. And a semiconductor device.
(Supplementary Note 10) The second metal is selected from tin-bismuth (Sn-Bi), tin-indium (Sn-In), indium-silver (In-Ag), and indium-zinc (In-Zn) alloys. The semiconductor device according to appendix 9, wherein the semiconductor device is selected.
11 半導体素子(LSIチップ)
12、22 電極
13、23 絶縁膜
14、24 Cuシード層
15、25 ドライフィルムレジスト
15A、25A 開口
15M,25M レジストマスク
17 第1金属膜
17a 第1バンプ
19 第2金属膜
19a 第2バンプ
21 回路基板(回路配線基板)
31 アンダーフィル
11 Semiconductor device (LSI chip)
12, 22
31 Underfill
Claims (7)
前記複数の開口内に、第1金属を含む第1の金属膜を前記レジストマスクの膜厚の1/2以上の高さに形成するステップと、
前記第1の金属膜のそれぞれの上方に、前記第1金属よりも低い融点を有する第2金属を含む第2の金属膜を、前記レジストマスクから突出し、且つそれぞれ接触しないように形成するステップと、
前記第2の金属膜を、前記第1基板または前記第2基板の他方の基板上の電極に対して、前記第2金属の融点よりも低い100℃〜140℃の温度で接合するステップと、
前記接合の後に、前記レジストマスクを剥離するステップと、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a resist mask having a plurality of openings having an aspect ratio of 1 or more using a dry film resist above either the first substrate having a semiconductor element or the second substrate having a circuit wiring;
Forming a first metal film containing a first metal in the plurality of openings at a height of ½ or more of the film thickness of the resist mask;
Forming a second metal film including a second metal having a melting point lower than that of the first metal so as not to protrude from the resist mask and to be in contact with the first metal film; ,
Bonding the second metal film to the electrode on the first substrate or the other substrate of the second substrate at a temperature of 100 ° C. to 140 ° C. lower than the melting point of the second metal;
Peeling the resist mask after the bonding;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記第1レジストマスクの前記複数の開口に第1金属で第1の柱状バンプを形成するステップと、
前記第1基板または前記第2基板の他方の上方に配置される第2電極上に、ドライフィルムレジストを用いて、アスペクト比が1以上の複数の開口を有する第2レジストマスクを形成するステップと、
前記第2レジストマスクの前記複数の開口に前記第1金属よりも低い融点を有する第2金属で第2の柱状バンプを形成するステップと、
前記第1レジストマスクおよび第2レジストマスクを除去するステップと、
前記除去後に前記第1の柱状バンプと前記第2の柱状バンプとを位置合わせし、前記第2金属の融点よりも低い100℃〜140℃の温度で前記第1の柱状バンプ及び第2の柱状バンプが変形しない低荷重のフリップチップボンダによって熱圧着接合するステップと、
前記第1基板と前記第2基板の間にアンダーフィル剤を充填し、130℃〜170℃で接合、硬化するステップと、
を含み、
前記接合された第1の柱状バンプと前記第2の柱状バンプとを合わせた全体のアスペクト比は1以上であり、前記第1の柱状バンプの高さは前記接合された柱状バンプ全体の高さの1/2以上の高さであることを特徴とする半導体装置の製造方法。 A first resist having a plurality of openings with an aspect ratio of 1 or more using a dry film resist on a first electrode disposed over one of a first substrate having a semiconductor element or a second substrate having circuit wiring Forming a mask; and
Forming a first columnar bump with a first metal in the plurality of openings of the first resist mask;
Forming a second resist mask having a plurality of openings having an aspect ratio of 1 or more using a dry film resist on a second electrode disposed on the other side of the first substrate or the second substrate; ,
Forming second columnar bumps with a second metal having a melting point lower than that of the first metal in the plurality of openings of the second resist mask;
Removing the first resist mask and the second resist mask;
After the removal, the first columnar bump and the second columnar bump are aligned, and the first columnar bump and the second columnar bump are formed at a temperature of 100 ° C. to 140 ° C. lower than the melting point of the second metal. a step of thermocompression bonding by a low load of the flip chip bonder bump is not deformed,
Filling an underfill agent between the first substrate and the second substrate and bonding and curing at 130 ° C. to 170 ° C . ;
It includes,
The overall aspect ratio of the joined first columnar bump and the second columnar bump is 1 or more, and the height of the first columnar bump is the height of the entire joined columnar bump. A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the height is 1/2 or more of the height.
回路配線基板と、
前記回路配線基板に電気的に接合されるアスペクト比が1以上の柱状バンプと、
前記柱状バンプに電気的に接合される半導体チップと、
を有し、前記柱状バンプは、当該柱状バンプの高さの1/2以上の高さを有する第1金属を含む第1の金属膜と、前記第1金属の融点よりも低い融点を有する第2金属を含む第2の金属膜とを有することを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device manufactured by the manufacturing method according to claim 1 ,
A circuit wiring board;
A columnar bump having an aspect ratio of 1 or more that is electrically bonded to the circuit wiring board;
A semiconductor chip electrically bonded to the columnar bump;
The columnar bump includes a first metal film including a first metal having a height equal to or higher than half the height of the columnar bump, and a first metal film having a melting point lower than the melting point of the first metal. And a second metal film containing two metals.
回路配線基板と、 A circuit wiring board;
前記回路配線基板に電気的に接合されるアスペクト比が1以上の柱状バンプと、 A columnar bump having an aspect ratio of 1 or more that is electrically bonded to the circuit wiring board;
前記柱状バンプに電気的に接合される半導体チップと、 A semiconductor chip electrically bonded to the columnar bump;
を有し、前記柱状バンプは、当該柱状バンプの高さの1/2以上の高さを有する第1金属を含む第1の金属膜と、前記第1金属の融点よりも低い融点を有する第2金属を含む第2の金属膜とを有することを特徴とする半導体装置。The columnar bump includes a first metal film including a first metal having a height equal to or higher than half the height of the columnar bump, and a first metal film having a melting point lower than the melting point of the first metal. And a second metal film containing two metals.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005099887A JP4904710B2 (en) | 2005-03-30 | 2005-03-30 | Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005099887A JP4904710B2 (en) | 2005-03-30 | 2005-03-30 | Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006278976A JP2006278976A (en) | 2006-10-12 |
JP4904710B2 true JP4904710B2 (en) | 2012-03-28 |
Family
ID=37213355
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005099887A Expired - Fee Related JP4904710B2 (en) | 2005-03-30 | 2005-03-30 | Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4904710B2 (en) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010199207A (en) * | 2009-02-24 | 2010-09-09 | Panasonic Corp | Method of assembling semiconductor device |
JP6020433B2 (en) * | 2013-12-09 | 2016-11-02 | 富士通株式会社 | Electronic equipment |
US10937735B2 (en) | 2018-09-20 | 2021-03-02 | International Business Machines Corporation | Hybrid under-bump metallization component |
CN110299295B (en) * | 2019-06-03 | 2021-08-17 | 苏州通富超威半导体有限公司 | Semiconductor bonding packaging method |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03241756A (en) * | 1990-02-20 | 1991-10-28 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Apparatus and method of mounting semiconductor integrated circuit |
JPH06302648A (en) * | 1993-04-09 | 1994-10-28 | Sumitomo Metal Ind Ltd | Solder bump carrier |
JPH07221105A (en) * | 1994-01-31 | 1995-08-18 | Fujitsu Ltd | Semiconductor device and manufacture thereof |
JP2570626B2 (en) * | 1994-08-31 | 1997-01-08 | 日本電気株式会社 | Board connection structure and connection method |
JPH08288335A (en) * | 1995-04-12 | 1996-11-01 | Fujitsu Ltd | Connection method for substrate |
JP3284055B2 (en) * | 1996-06-26 | 2002-05-20 | 株式会社東芝 | Semiconductor element, semiconductor device, and method of inspecting semiconductor device |
JPH10335382A (en) * | 1997-05-27 | 1998-12-18 | Sony Corp | Ic chip with bump and bump-forming method therefor |
JP2000124248A (en) * | 1998-10-16 | 2000-04-28 | Fujitsu Ltd | Manufacture of semiconductor device |
JP3397181B2 (en) * | 1999-09-03 | 2003-04-14 | カシオ計算機株式会社 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
JP2004193517A (en) * | 2002-12-13 | 2004-07-08 | Seiko Epson Corp | Semiconductor chip, manufacturing method therefor, semiconductor mounted board, electronic device and electronic apparatus |
JP4089531B2 (en) * | 2003-07-09 | 2008-05-28 | 富士通株式会社 | Manufacturing method of semiconductor device |
-
2005
- 2005-03-30 JP JP2005099887A patent/JP4904710B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2006278976A (en) | 2006-10-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3829325B2 (en) | Semiconductor element, manufacturing method thereof, and manufacturing method of semiconductor device | |
JP4605155B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
TWI451822B (en) | Circuit board, semiconductor device, and method of manufacturing semiconductor device | |
KR101594220B1 (en) | Electronic component, electronic apparatus including the same, and manufacturing method of the electronic apparatus | |
JP6572673B2 (en) | Electronic device and method of manufacturing electronic device | |
JP2006279062A (en) | Semiconductor element and semiconductor device | |
JP2008078682A (en) | Flip-chip mounting device | |
TW200926379A (en) | Package substrate having electrical connecting structure and method of fabricating the same | |
US7956472B2 (en) | Packaging substrate having electrical connection structure and method for fabricating the same | |
TW201030869A (en) | Electronic device and manufacturing method for electronic device | |
JP4661122B2 (en) | Component mounting wiring board and mounting method of components on wiring board | |
JP3868766B2 (en) | Semiconductor device | |
JP4904710B2 (en) | Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device | |
JP4115306B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
JP2009200067A (en) | Semiconductor chip and semiconductor device | |
JP3836349B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP4089531B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
KR100834804B1 (en) | Flip-chip interconnecting method using metal stud stack or column, and electric circuit board | |
JP2000174052A (en) | Semiconductor chip and manufacture thereof | |
TW200415749A (en) | Method of forming electrode-to-electrode connection structure and electrode-to-electrode connection structure formed thereby | |
JP4533724B2 (en) | Method for forming connection bump and method for manufacturing semiconductor device | |
JP2012124427A (en) | Manufacturing method of electronic component and manufacturing method of semiconductor device | |
JP3703807B2 (en) | Semiconductor device | |
JPH11135533A (en) | Electrode structure, silicon semiconductor element provided with the electrode, its manufacture, circuit board mounting the element and its manufacture | |
JP3204142B2 (en) | Semiconductor device manufacturing method and lead frame |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080125 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20100210 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100216 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100416 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100518 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100706 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20100810 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20101108 |
|
A911 | Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20101115 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20101207 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110203 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110510 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110711 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110809 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20111011 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20111213 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20111226 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150120 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |