JP6432074B2 - 半導体接続のＣｕピラー用円柱状形成物 - Google Patents

半導体接続のＣｕピラー用円柱状形成物 Download PDF

Info

Publication number
JP6432074B2
JP6432074B2 JP2016545657A JP2016545657A JP6432074B2 JP 6432074 B2 JP6432074 B2 JP 6432074B2 JP 2016545657 A JP2016545657 A JP 2016545657A JP 2016545657 A JP2016545657 A JP 2016545657A JP 6432074 B2 JP6432074 B2 JP 6432074B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pillar
diameter
mass
less
height
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.)
Active
Application number
JP2016545657A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2016031989A1 (ja
Inventor
山田　隆
隆 山田
大造 小田
大造 小田
榛原　照男
照男 榛原
寺嶋　晋一
晋一 寺嶋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Micrometal Corp
Nippon Steel Chemical and Materials Co Ltd
Original Assignee
Nippon Micrometal Corp
Nippon Steel Chemical and Materials Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Micrometal Corp, Nippon Steel Chemical and Materials Co Ltd filed Critical Nippon Micrometal Corp
Publication of JPWO2016031989A1 publication Critical patent/JPWO2016031989A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6432074B2 publication Critical patent/JP6432074B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—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
    • H01L24/10—Bump connectors ; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/12—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process
    • H01L24/13—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process of an individual bump connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/52—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames
    • H01L23/522—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body
    • H01L23/532—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body characterised by the materials
    • H01L23/53204—Conductive materials
    • H01L23/53209—Conductive materials based on metals, e.g. alloys, metal silicides
    • H01L23/53228—Conductive materials based on metals, e.g. alloys, metal silicides the principal metal being copper
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K1/00—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
    • B23K1/0008—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering specially adapted for particular articles or work
    • B23K1/0016—Brazing of electronic components
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K1/00—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
    • B23K1/008—Soldering within a furnace
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K1/00—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
    • B23K1/19—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering taking account of the properties of the materials to be soldered
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C9/00—Alloys based on copper
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/48—Manufacture or treatment of parts, e.g. containers, prior to assembly of the devices, using processes not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326
    • H01L21/4814—Conductive parts
    • H01L21/4846—Leads on or in insulating or insulated substrates, e.g. metallisation
    • H01L21/4853—Connection or disconnection of other leads to or from a metallisation, e.g. pins, wires, bumps
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/12—Mountings, e.g. non-detachable insulating substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/488—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
    • H01L23/498—Leads, i.e. metallisations or lead-frames on insulating substrates, e.g. chip carriers
    • H01L23/49811—Additional leads joined to the metallisation on the insulating substrate, e.g. pins, bumps, wires, flat leads
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/50—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor for integrated circuit devices, e.g. power bus, number of leads
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—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
    • H01L24/10—Bump connectors ; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/11—Manufacturing methods
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—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
    • H01L24/10—Bump connectors ; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/12—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/36—Electric or electronic devices
    • B23K2101/38—Conductors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/36—Electric or electronic devices
    • B23K2101/42—Printed circuits
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/08—Non-ferrous metals or alloys
    • B23K2103/12—Copper or alloys thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/50—Assembly of semiconductor devices using processes or apparatus not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326, e.g. sealing of a cap to a base of a container
    • H01L21/60—Attaching or detaching leads or other conductive members, to be used for carrying current to or from the device in operation
    • H01L2021/60007—Attaching or detaching leads or other conductive members, to be used for carrying current to or from the device in operation involving a soldering or an alloying process
    • H01L2021/60022—Attaching or detaching leads or other conductive members, to be used for carrying current to or from the device in operation involving a soldering or an alloying process using bump connectors, e.g. for flip chip mounting
    • H01L2021/60045—Pre-treatment step of the bump connectors prior to bonding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/50—Assembly of semiconductor devices using processes or apparatus not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326, e.g. sealing of a cap to a base of a container
    • H01L21/60—Attaching or detaching leads or other conductive members, to be used for carrying current to or from the device in operation
    • H01L2021/60007—Attaching or detaching leads or other conductive members, to be used for carrying current to or from the device in operation involving a soldering or an alloying process
    • H01L2021/60022—Attaching or detaching leads or other conductive members, to be used for carrying current to or from the device in operation involving a soldering or an alloying process using bump connectors, e.g. for flip chip mounting
    • H01L2021/60225—Arrangement of bump connectors prior to mounting
    • 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
    • H01L2224/111—Manufacture and pre-treatment of the bump connector preform
    • H01L2224/1111—Shaping
    • 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
    • H01L2224/113—Manufacturing methods by local deposition of the material of the bump connector
    • H01L2224/1133—Manufacturing methods by local deposition of the material of the bump connector in solid form
    • H01L2224/11334—Manufacturing methods by local deposition of the material of the bump connector in solid form using preformed bumps
    • 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
    • H01L2224/113—Manufacturing methods by local deposition of the material of the bump connector
    • H01L2224/1133—Manufacturing methods by local deposition of the material of the bump connector in solid form
    • H01L2224/1134—Stud bumping, i.e. using a wire-bonding apparatus
    • 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
    • H01L2224/13005—Structure
    • 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
    • H01L2224/1301—Shape
    • H01L2224/13012—Shape in top view
    • H01L2224/13014—Shape in top view being circular or elliptic
    • 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
    • H01L2224/13138—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 greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/13147—Copper [Cu] as principal constituent
    • 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
    • H01L2224/1354—Coating
    • H01L2224/1356—Disposition
    • H01L2224/13563—Only on parts of the surface of the core, i.e. partial coating
    • H01L2224/13564—Only on the bonding interface of the bump connector
    • 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
    • H01L2224/1354—Coating
    • H01L2224/1357—Single coating layer
    • 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
    • H01L2224/1354—Coating
    • H01L2224/13599—Material
    • H01L2224/136—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
    • H01L2224/13601—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
    • H01L2224/13611—Tin [Sn] as principal constituent
    • 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
    • H01L2224/1354—Coating
    • H01L2224/13599—Material
    • H01L2224/136—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
    • H01L2224/13638—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 greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/13639—Silver [Ag] 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
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01015—Phosphorus [P]
    • 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
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01016—Sulfur [S]
    • 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
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01017—Chlorine [Cl]
    • 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
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01022—Titanium [Ti]
    • 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
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01028—Nickel [Ni]
    • 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
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01046—Palladium [Pd]
    • 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
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01078—Platinum [Pt]
    • 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
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01079—Gold [Au]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Wire Bonding (AREA)
  • Electroplating Methods And Accessories (AREA)

Description

本発明は、半導体接続のＣｕピラーとして用いることのできる円柱状形成物に関するものである。
半導体装置においては、半導体チップ上に電子回路を形成し、半導体チップ上の電極と半導体パッケージ上の電極とを接続して形成される。従来、半導体チップ上の電極と半導体パッケージ上の電極との間は、ＡｕあるいはＣｕ製のボンディングワイヤを用いて電気的に接続されていた。
最近は、半導体装置の小型化のため、半導体チップと半導体パッケージの間の接続方法としてフリップチップ法が用いられている。フリップチップ法における代表的な接続方法として、Ａｕバンプやはんだバンプが用いられてきた。
さらに、チップの高集積化に伴い、最近はＣｕピラーを用いたフリップチップ技術が採用されている。Ｃｕピラーは、Ｃｕの柱（ピラー）を半導体チップ上に形成し、Ｃｕピラー先端を半導体パッケージの電極と接続する。Ｃｕピラーとして、ピラー直径７０μｍ以下、ピラー高さが５０〜６０μｍのものが用いられていた。
Ｃｕピラーは材質が低電気抵抗のＣｕであることから、はんだバンプに比べて大電流に対応できる。またＣｕピラーははんだバンプに比較してはんだ供給量を抑えることができるため、バンプピッチの微細化が可能である。さらに、Ａｕバンプは電極との接触面積が小さいのに対し、Ｃｕピラーは半導体チップ上の電極から半導体パッケージ上の電極に至るまで同じ断面積を維持でき、やはり大電流に対応できる。
特許文献１、２に記載のように、半導体チップ上にＣｕピラーを形成する方法としては、めっき法が用いられている。半導体チップ上にフォトレジスト層を形成し、Ｃｕピラーを形成する部分のフォトレジスト層を開口し、開口部分にＣｕめっきを形成し、さらにＣｕめっきの頂部にはんだめっきを形成する。レジストを剥離することによってＣｕめっき部分がＣｕピラーとなる。Ｃｕピラー頂部のはんだめっき部分をはんだバンプとし、半導体パッケージとの間が接続される。Ｃｕピラーをめっきで形成するため、微細ピッチにも対応可能である。
特開２０１１−２９６３６号公報 特表２０１２−５３２４５９号公報
Ｃｕピラーをめっきで形成するに際し、フォトレジスト層を開口し、開口部分にＣｕめっきを形成する方法が用いられている。このような方法で、Ｃｕピラーの高さ／直径比が大きい細長いＣｕピラーを形成しようとすると、直径が小さく深い穴にめっきを成長させなければならない。この場合、開口部に十分な濃度のめっき液を送り続けることが難しくなり、結果として、（１）めっきの成長が遅くなりスループットが悪化する、（２）Ｃｕピラーの直径が目標より細くなるなど形状が不安定になる、（３）析出するＣｕにボイドができるなど品質が悪くなる、などの問題が生じる。そのため、Ｃｕピラーの高さ／直径比を２．０以上とすることが困難であった。
Ｃｕピラーをめっき法で形成するため、Ｃｕピラー製造に要する所要時間が長く、生産性を阻害していた。Ｃｕピラー高さを２００μｍ以上に高くすることができれば、モールドアンダーフィルのために好適である。しかし、Ｃｕピラーの高さを従来の５０〜６０μｍより高くしようとすると、さらに製造所要時間が延長することになる。
車載向けの半導体装置には、厳しい条件（高温）での信頼性が要求される。Ｃｕピラーの信頼性を高めるためには、Ｃｕピラーの組成を合金化することが有効であるが、Ｃｕピラーを形成するためのめっきは一般的に単体析出であり、合金化の自由度が低い。Ｃｕピラーの信頼性を高めるためには、Ｃｕピラーの組成を合金化することが有効であるが、Ｃｕピラーを形成するためのめっきは一般的に単体析出であり、合金化の自由度が低い。
本発明は、半導体チップにＣｕピラーを設けて電気的接続を行うに際し、従来のようにめっき法でＣｕピラーを形成する方法に比較してＣｕピラーの高さ／直径比を大きくし、生産性を向上し、Ｃｕピラーの高さを高くすることを可能とし、Ｃｕピラーの信頼性を向上することを目的とする。
従来、Ｃｕピラーについて電気めっき法で形成していた。これに対して、予めＣｕピラー用の材料を円柱状形成物として形成しておき、この円柱状形成物を半導体チップ上の電極に接続することとすれば、Ｃｕピラーの高さ／直径比を２．０以上とすることが可能となる。また、Ｃｕピラーの高さが２００μｍ以上であっても生産性を阻害することなく製造可能である。さらに、インゴット溶解した材料から円柱状形成物を形成するので、成分を自由に調整できる。
本発明は上記知見に基づいてなされたものであり、その要旨とするところは以下のとおりである。
（１）Ｃｕを主成分とし、（ａ）Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｎｉの１種又は２種以上を総計で０．１質量％以上５．０質量％以下、（ｂ）Ｔｉを３質量ｐｐｍ以上１５質量ｐｐｍ以下、（ｃ）Ｐを５質量ｐｐｍ以上１５０質量ｐｐｍ以下、のうち（ａ）〜（ｃ）の一または二以上を満たし、直径が５０〜１００μｍの円柱形状であり、該円柱の高さ／直径比が２．０以上であり、半導体接続のＣｕピラーとして用いることを特徴とする円柱状形成物。
（２）Ｃｕを主成分とし、（ａ）Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｎｉの１種又は２種以上を総計で０．１質量％以上５．０質量％以下、（ｂ）Ｔｉを３質量ｐｐｍ以上１５質量ｐｐｍ以下、（ｃ）Ｐを５質量ｐｐｍ以上１５０質量ｐｐｍ以下、のうち（ａ）〜（ｃ）の一または二以上を満たし、直径が１００〜４００μｍの円柱形状であり、半導体接続のＣｕピラーとして用いることを特徴とする円柱状形成物。
（３）円柱の高さが２００〜８００μｍであることを特徴とする上記（２）に記載の円柱状形成物。
（４）前記円柱状形成物に不純物として含まれるＳ含有量とＣｌ含有量の総計が１質量ｐｐｍ以下であることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれか一項に記載の円柱状形成物。
本発明は、予めＣｕピラー用の材料を円柱状形成物として形成しておき、この円柱状形成物を半導体チップ上の電極に接続することにより、電気めっき法によることなくＣｕピラーを形成できる。この円柱状形成物を半導体チップ上の電極に接続することにより、Ｃｕピラーの高さ／直径比を２．０以上とすることが可能となる。また、Ｃｕピラーの高さが２００μｍ以上であっても生産性を阻害することなく製造可能である。インゴット溶解で製造したインゴットを圧延と伸線で細線とした上で切断して円柱状形成物とするので、インゴット溶解段階での成分を自由に調整することができるため、信頼性の高いＣｕピラーの合金成分設計を容易に行うことができる。太径のＣｕピラーを容易に製造できるので、大電流用（パワー系）Ｃｕピラーとしての用途を実現できる。
本発明のＣｕピラー用円柱状形成物の斜視図である。 ］（ａ）は本発明の円柱状形成物をＣｕピラーとして半導体チップに接続した状況を示す図であり、（ｂ）はさらにＣｕピラー先端を半導体パッケージと接続した状況を示す図である。
前述のように、従来、Ｃｕピラーについて電気めっき法で形成していた。
これに対して本発明においては、予めＣｕピラー用の材料を図１に示すように円柱状形成物１として形成しておき、この円柱状形成物１を図２（ａ）に示すように半導体チップ３上の電極４に接続することにより、Ｃｕピラー２を形成する。例えば半導体チップ３の電極４上にＳｎＡｇペースト５を塗布し、又は円柱状形成物の端面にＳｎＡｇペーストを塗布した上で、本発明の円柱状形成物１の端面が半導体チップ３の電極４に面するように接触させて配置し、昇温してＳｎＡｇペースト５をリフローさせることにより、図２（ａ）に示すように半導体チップ３の電極４上にＣｕピラー２を形成することができる。
Ｃｕピラー用の材料を円柱状形成物としたので、Ｃｕピラーと同等の直径を有する同じ成分組成のＣｕ細線を作成し、このＣｕ細線を目的とするＣｕピラー高さと同じ高さ（長さ）にカットして円柱状の形状とすることにより、容易に目的とする円柱状形成物を得ることができる。
本発明のＣｕピラー用の円柱状形成物は第１に、その直径を５０〜１００μｍとし、円柱の高さ／直径比を２．０以上とする。従来のように、フォトレジスト層を開口し、開口部分にＣｕめっきを形成する方法でＣｕピラーを形成すると、Ｃｕピラーの高さ／直径比を２．０以上とすることが困難であった。それに対して本発明は予めＣｕピラー用の材料を円柱状形成物として形成しておき、この円柱状形成物を半導体チップ上の電極に接続することとすれば、Ｃｕピラーの高さ／直径比を２．０以上とすることが可能となる。そのため、Ｃｕピラーの直径が５０〜１００μｍと細径であっても、Ｃｕピラーの高さを高くすることが可能となる。Ｃｕピラーの直径が５０〜１００μｍと細径な場合、Ｃｕピラーの高さ／直径比を大きくしすぎると接続精度が低下し、接続不良の発生確率が高くなるという問題が生じるが、高さ／直径比が８．０以下であればこのような問題を生じることなく、良好なＣｕピラーとすることができる。
本発明のＣｕピラー用の円柱状形成物は第２に、その直径を１００μｍ以上とする。直径が１００μｍ以上であれば、Ｃｕピラーの高さを容易に２００μｍ以上とすることができる。また、その直径を４００μｍ以下とする。直径が大きすぎても、Ｃｕピラー製造上の問題はなく、Ｃｕピラー特性上の問題はないが、４００μｍを超えると、半導体用のＣｕピラーとしての要求サイズに合わなくなる。
本発明の直径が１００μｍ以上のＣｕピラー用の円柱状形成物は、円柱の高さが２００〜８００μｍであると好ましい。従来、Ｃｕピラーをめっき法で形成していたため、Ｃｕピラー製造に要する所要時間が長く、生産性を阻害していた。Ｃｕピラーの高さを従来の５０〜６０μｍより高くしようとすると、さらに製造所要時間が延長することになる。それに対して本発明では、Ｃｕピラー用の材料を円柱状形成物としたので、Ｃｕピラーの高さを高くしても何ら生産性に悪影響を及ぼさない。そのため、Ｃｕピラー用の円柱状形成物の形状として円柱の高さを２００〜８００μｍとすることにより、円柱状形成物の直径を１００μｍ以上と太くすることによる安定性の確保と相まって、従来は不可能であった、Ｃｕピラーの高さを２００μｍ以上とすることを可能とした。Ｃｕピラー高さを２００μｍ以上とすることにより、モールドアンダーフィルのために好適である。円柱状形成物の直径を４００μｍ以下の範囲でより太くすることにより、半導体チップに設けたＣｕピラーの安定性をより一層確保することができ、Ｃｕピラーの高さを８００μｍまで高くすることができる。従来のめっき法で形成していたＣｕピラーと比較し、Ｃｕピラーの作成可能サイズ（直径、高さ）のバリエーションが広がることにより、半導体パッケージの設計自由度が格段に拡大するという効果を奏する。
本発明のＣｕピラー用円柱状形成物はＣｕを主成分とする。ここで、Ｃｕを主成分とするとは、Ｃｕ及び不可避不純物からなる成分、あるいは、下記のように所定の元素を含有し、残部がＣｕ及び不可避不純物からなる成分を意味する。
従来のめっき法により形成していたＣｕピラーは、めっき法であるため、一般的に単体析出であってＣｕのみを含有するか、Ｃｕ合金とする場合にも含有する成分と含有量は制限され、合金設計の自由度が低かった。それに対して本発明では、インゴット溶解で製造したインゴットを圧延と伸線で細線とした上で切断して円柱状形成物とするので、インゴット溶解段階での成分を自由に調整することができる。そのため、信頼性の高いＣｕピラーの合金成分設計を容易に行うことができるという効果を有している。
本発明のＣｕピラー用円柱状形成物は、Ｃｕを主成分とし、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｎｉの１種又は２種以上を総計で０．１〜４．０質量％の範囲で含有すると好ましい。Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｎｉの１種又は２種以上を総計で０．１〜４．０質量％の範囲で含有すれば、接合界面におけるＣｕ、Ａｌの相互拡散を制御する効果が得られ、高湿加熱評価試験として行うＰＣＴ試験（後述）での接合部の寿命が向上する。ここでの接合部の評価としては、ＰＣＴ試験後に電気抵抗を測定し、さらに樹脂を開封除去してプル試験により接合部の破断状況を評価する。ここで、Ｃｕピラー用円柱状形成物中のＰｄ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｎｉの濃度が総計で０．１質量％未満であると、上記のＰＣＴ試験信頼性の改善効果が小さく、不十分である。一方、Ｃｕピラー用円柱状形成物中のＰｄ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｎｉの濃度が総計で４．０質量％を超えると、低温接合でのＡｌ電極との初期の接合強度が低下するため、ＰＣＴ試験での長期信頼性が低下したり、ＢＧＡ（Ball Grid Array）、ＣＳＰ（Chip Size Package）等の基板、テープ等への接合の量産マージンが狭くなる。より好ましくは、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｎｉの濃度が総計で、０．５〜３質量％の範囲である。この範囲であれば、ＰＣＴ試験での信頼性がさらに向上する。なお、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｎｉの１種又は２種以上が総計で０．１〜４．０質量％の範囲から外れても、これら成分含有による上記特段の効果は発揮できないものの、５．０質量％以下であれば、本発明の基本的効果を得ることはできる。そこで本発明は、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｎｉの１種又は２種以上を総計で５．０質量％以下の範囲で含有する旨を規定した。
本発明のＣｕピラー用円柱状形成物は、Ｃｕを主成分とし、さらにＴｉを３〜１０質量ｐｐｍ含有すると好ましい。Ｔｉを含有する効果は、上記Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｎｉを含有する効果と同様である。なお、Ｔｉ含有量が３〜１０質量ｐｐｍを外れても、Ｔｉ含有による上記特段の効果は発揮できないものの、１５質量ｐｐｍ以下であれば、本発明の基本的効果を得ることはできる。そこで本発明は、Ｔｉを１５質量ｐｐｍ以下の範囲で含有する旨を規定した。
本発明のＣｕピラー用円柱状形成物は、Ｃｕを主成分とし、さらにＰを５〜１００質量ｐｐｍ含有すると好ましい。これにより、接合強度が保たれる効果を発揮することができる。なお、Ｐ含有量が５〜１００質量ｐｐｍを外れても、Ｐ含有による上記特段の効果は発揮できないものの、１５０質量ｐｐｍ以下であれば、本発明の基本的効果を得ることはできる。そこで本発明は、Ｐを１５０質量ｐｐｍ以下の範囲で含有する旨を規定した。
本発明のＣｕピラー用円柱状形成物は、不純物として含まれるＳ含有量とＣｌ含有量の総計が１質量ｐｐｍ以下であると好ましい。Ｓ、ＣｌはＣｕを腐食する性質があるため、それらの含有濃度が高くなると接合部の腐食が促進されて接合強度が低下することがある。Ｓ含有量とＣｌ含有量の総計を１質量ｐｐｍ以下とすることにより、接合強度の低下を免れることができる。
本発明のＣｕピラー用円柱状形成物の好ましい形状について説明する。
図１に示す本発明のＣｕピラー用形成物１の上面１１及び底面１２の平滑性を表す表面粗さＲａが５μｍ以下であると好ましい。上面１１及び底面１２の表面粗さＲａが５μｍ以下であれば、切断面を真空ピンセットで吸着し搬送するに際し、ミスなく搬送することができる。下記本発明のＣｕピラー用円柱状形成物の製造方法を適用して製造することにより、上面１１及び底面１２の表面粗さＲａを５μｍ以下とすることができる。
直径３００μｍ、高さ５００μｍのＣｕピラー切断時に、種々の粗さのダイシングブレードを使用し、切断面の表面粗さＲａの異なるＣｕピラーを作製し、切断面を真空ピンセットで吸着し搬送する試験を実施し、１００個ミスなく搬送できるか否かを評価できる。その結果、切断面の表面粗さＲａが０．８〜４．８μｍでは吸着ミスは発生しないが、切断面の表面粗さＲａが６．３μｍの場合、吸着ミスによる落下が発生することがある。
本発明のＣｕピラー用形成物１の上面１１と側面１３のなす角度及び円柱の底面１２と側面１３のなす角度（面角度）が、いずれも８８〜９２度であると好ましい。円柱の上面１１あるいは底面１２と側面１３のなす角度（面角度）がいずれも８８〜９２度であれば、切断面を真空ピンセットで吸着し搬送するに際し、ミスなく搬送することができる。下記本発明のＣｕピラー用円柱状形成物の製造方法を適用して製造することにより、円柱の上面１１あるいは底面１２と側面１３のなす角度（面角度）をいずれも８８〜９２度とすることができる。
直径３００μｍ、高さ５００μｍのＣｕピラー切断時に、故意に切断面に角度をつけ、面角度９０〜９４度のＣｕピラーを作製し、切断面を真空ピンセットで吸着し搬送する試験を実施し、１００個ミスなく搬送できるか否かを評価できる。その結果、面角度が９０、９２度では吸着ミスは発生しないが、面角度が９４度の場合、吸着ミスによるピラー倒れが発生することがある。
本発明のＣｕピラー用円柱状形成物の製造方法について説明する。
Ｃｕ純度が４Ｎ〜６Ｎ（９９．９９〜９９．９９９９質量％）である高純度銅を用い、添加元素を必要な濃度含有した銅合金を溶解により作製する。溶解は、真空中あるいは窒素又はＡｒガスの雰囲気で、１１００℃以上で加熱する。その後に炉中で徐冷してインゴット（鋳塊）を作製する。インゴット表面の洗浄のため、酸洗浄及び水洗し、乾燥させる。Ｃｕ中の添加元素の濃度分析には、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）分析等が有効である。
インゴットを圧延により加工して線材とする。圧延工程では、溝型ロール又はスエージング等を使用する。製造するＣｕピラー用円柱状形成物の直径が太径である場合は、圧延ままで次の工程へ進む。Ｃｕピラー用円柱状形成物の直径が細径の場合、圧延後の伸線加工により最終線径まで細くされる。伸線工程では、ダイヤモンドコーティングされたダイスを複数個セットできる連続伸線装置を用いる。必要に応じて、加工の途中段階又は最終線径で熱処理を施す。このようにして直径１００〜４００μｍのＣｕワイヤを製造する。
製造したワイヤを所定の長さに切断することにより、円柱状形成物を形成する。切断において、ワイヤをカーボンベース上にワックスで固定することにより、垂直精度よく切断できる（図１）。切断には、外周刃のダイサーや、ワイヤソーが使用できる。目的の長さに切断したら、ワックスを溶解し、Ｃｕ製円柱状形成物を取り出す。その後、酸洗浄及び水洗し、乾燥させる。必要に応じて防錆剤等を塗布し乾燥させる。
（実施例１）
表１に示す成分と残部Ｃｕ及び不可避不純物からなるＣｕ製円柱状形成物を作成した。Ｃｕ純度が６Ｎである高純度銅に添加元素を必要な濃度含有した銅合金を溶解により作製し、その後に炉中で徐冷してインゴットを作製した。インゴット表面の洗浄のため、酸洗浄及び水洗し、乾燥させた。ＩＣＰ分析によって含有成分を測定した。
インゴットを圧延により加工して線材とし、さらに伸線加工により最終線径まで細くした。伸線工程では、ダイヤモンドコーティングされたダイスを複数個セットできる連続伸線装置を用いた。必要に応じて、加工の途中段階又は最終線径で熱処理を施す。このようにして直径３００μｍのＣｕワイヤを製造した。
製造したワイヤをカーボンベース上にワックスで固定し、外周刃のダイサーによって長さ５００μｍに切断した。ワックスを溶解し、円柱状形成物１を取り出した。その後、酸洗浄及び水洗し、乾燥させた。
半導体チップ３としてＳｉ半導体チップを用い、半導体チップ３上の電極４としてＡｌ電極を形成し、円柱状形成物１の端面にＳｎＡｇペーストを塗布した上で、本発明の円柱状形成物１の端面が半導体チップ３の電極４に面するように接触させて配置し、昇温してＳｎＡｇペースト５をリフローさせることにより、図２（ａ）に示すように半導体チップ３の電極４上にＣｕピラー２を形成した。
シェア強度測定用試料としては、図２（ａ）に示すように、上記半導体チップ上にＣｕピラーを形成した試料を用いた。ＰＣＴ試験、ＴＣＴ試験用試料としては、図２（ｂ）に示すように、半導体チップ３上のＣｕピラー２先端にはんだバンプを形成し、はんだバンプ８を介してＣｕピラー先端と半導体パッケージ６の電極７とを接続した試料を用いた。それぞれの試料を樹脂封止し、下記各信頼性試験に供した。
ＰＣＴ試験（プレッシャークッカーテスト）は、予め４０本のＣｕピラーを接続した試料を、飽和型の条件である温度１２１℃、相対湿度１００％、２気圧の高温高湿環境で２００、５００時間加熱した。その後に、前記接続された４０本のＣｕピラーの電気特性を評価し、表１の「ＰＣＴ信頼性／電気抵抗」の欄に評価結果を記載した。電気抵抗が初期の３倍以上に上昇したＣｕピラーの割合が３０％以上（４０本中に対する割合、以下同様）の場合には、接合不良のため×印を表記した。電気抵抗が３倍以上に上昇したＣｕピラーの割合が５％以上３０％未満の範囲の場合には、信頼性要求が厳しくないＩＣには使用可能なため△印を表記した。電気抵抗が３倍以上に上昇したＣｕピラーの割合が５％未満で、且つ電気抵抗が１．５倍以上に上昇したＣｕピラーの割合が５％以上３０％未満の場合には、実用上は問題ないため○印を表記した。電気抵抗が１．５倍以上に上昇したＣｕピラーの割合が５％未満の場合には、良好であるため◎印を表記した。
ＰＣＴ試験で２００、５００時間加熱した後に、樹脂を開封して除去し、１００本のＣｕピラーの接合部のシェア強度を評価した。加熱前の初期のシェア強度の平均値に対してＰＣＴ試験の後のシェア強度の平均値の比率について、４０％未満の場合には信頼性不良のため×印、４０％以上６０％未満の範囲の場合には信頼性要求が厳しくないＩＣには使用可能なため△印、６０％以上８０％未満の場合には、実用上は問題ないため○印、８０％以上の場合には、ＰＣＴ信頼性が良好であるため◎印を表１の「ＰＣＴ信頼性／シェア強度」の２００、５００時間のそれぞれの「シェア強度」の欄に表記した。
ＴＣＴ試験は、市販のＴＣＴ試験装置を用いた。予め４００本のＣｕピラーを接続した試料を、過酷な温度履歴の条件（−５５℃／３０分〜１５５℃／３０分）の試験に供し、その試験後に、前記接続されたＣｕピラーの４００本について電気的測定を行い、電気的導通を評価した。不良率がゼロの場合は、信頼性が高いことから◎印、不良率が２％未満なら実用上の大きな問題はないと判断して○印、不良率が２〜５％の範囲であれば△印、不良率が５％超であれば改善が必要であることから×印を表１中の「ＴＣＴ信頼性／電気特性」の欄に表記した。
Figure 0006432074
結果を表１に示す。
本発明の実施例１〜３９はいずれも、ＰＣＴ信頼性試験の電気抵抗、シェア強度のいずれも、２００時間ではほとんどが◎、５００時間でも○又は◎の成績を実現し、ＴＣＴ信頼性試験も○又は◎の成績を実現している。実施例６〜２４、３０、３１については、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｎｉの総計あるいはＴｉ含有量が本発明の好適範囲であり、ＰＣＴ信頼性試験の電気抵抗、シェア強度の５００時間で大部分が◎、ＴＣＴ信頼性試験も◎の成績を実現している。
本発明の実施例４０〜４３は、Ｓ、Ｃｌの合計含有量が本発明の好適範囲を外れており、諸成績が△であって合格レベルではあるが他の実施例よりは品質が低下していた。
（実施例２）
表１の実施例１の成分と実施例２３の成分について、Ｃｕピラーのサイズ、直径５０μｍ〜４００μｍ、高さ１００μｍ〜８００μｍの範囲で、（実施例１）と同様の試験を実施した。
Figure 0006432074
結果を表２に示す。なお、実施例４４〜５３、５７〜６６については、請求項１を引用する請求項４の発明に対応する実施例であるため「高さ／直径比」の数値を記入し、実施例５４〜５６、６７〜６９については請求項２を引用する請求項４の発明に対応する実施例であるため「高さ／直径比」の数値を記入していない。
本発明の実施例４４〜６９はいずれも、ＰＣＴ信頼性試験の電気抵抗、シェア強度、ＴＣＴ信頼性試験において、○または◎の成績を実現している。
比較例として、半導体チップ上にフォトレジスト層を形成し、フォトレジスト層を目的とする直径、深さに開口し、開口部分にＣｕめっきを形成する方法でＣｕピラーの作製を試みた。開口部直径５０μｍの場合、深さ８０μｍまでは実用可能なＣｕピラーを作製できたが、深さ８０μｍを超えると十分にめっき液が循環しなくなり、ピラー下端付近の直径から細り始め、深さ１００μｍになると、目的とする直径のＣｕピラーを作製することが不可能となった。したがって、めっき法では、直径５０μｍの場合、高さ１００μｍのＣｕピラーを作製することは不可能であった。開口部直径１００μｍの場合、深さ１６０μｍまでは実用可能なＣｕピラーを作製できたが、深さ１６０μｍを超えると十分にめっき液が循環しなくなり、ピラー下端付近の直径から細り始め、深さ２００μｍになると、目的とする直径のＣｕピラーを作製することが不可能となった。したがって、めっき法では、直径１００μｍの場合、高さ２００μｍのＣｕピラーを作製することは不可能であった。
１ 円柱状形成物
２ Ｃｕピラー
３ 半導体チップ
４ 電極
５ ＳｎＡｇペースト
６ 半導体パッケージ
７ 電極
８ はんだバンプ
１１ 上面
１２ 底面
１３ 側面

Claims (4)

  1. Ｃｕを主成分とし、（ａ）Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｎｉの１種又は２種以上を総計で０．１質量％以上５．０質量％以下、（ｂ）Ｔｉを３質量ｐｐｍ以上１５質量ｐｐｍ以下、（ｃ）Ｐを５質量ｐｐｍ以上１５０質量ｐｐｍ以下、のうち（ａ）〜（ｃ）の一または二以上を満たし、直径が５０〜１００μｍの円柱形状であり、該円柱の高さ／直径比が２．０以上であり、半導体接続のＣｕピラーとして用いることを特徴とする円柱状形成物。
  2. Ｃｕを主成分とし、（ａ）Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｎｉの１種又は２種以上を総計で０．１質量％以上５．０質量％以下、（ｂ）Ｔｉを３質量ｐｐｍ以上１５質量ｐｐｍ以下、（ｃ）Ｐを５質量ｐｐｍ以上１５０質量ｐｐｍ以下、のうち（ａ）〜（ｃ）の一または二以上を満たし、直径が１００〜４００μｍの円柱形状であり、半導体接続のＣｕピラーとして用いることを特徴とする円柱状形成物。
  3. 円柱の高さが２００〜８００μｍであることを特徴とする請求項２に記載の円柱状形成物。
  4. 前記円柱状形成物に不純物として含まれるＳ含有量とＣｌ含有量の総計が１質量ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の円柱状形成物。
JP2016545657A 2014-08-29 2015-08-28 半導体接続のＣｕピラー用円柱状形成物 Active JP6432074B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014175507 2014-08-29
JP2014175507 2014-08-29
PCT/JP2015/074525 WO2016031989A1 (ja) 2014-08-29 2015-08-28 半導体接続のＣｕピラー用円柱状形成物

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2016031989A1 JPWO2016031989A1 (ja) 2017-06-22
JP6432074B2 true JP6432074B2 (ja) 2018-12-12

Family

ID=55399870

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016545657A Active JP6432074B2 (ja) 2014-08-29 2015-08-28 半導体接続のＣｕピラー用円柱状形成物

Country Status (7)

Country Link
US (1) US11101234B2 (ja)
EP (1) EP3188222B1 (ja)
JP (1) JP6432074B2 (ja)
KR (3) KR20170033393A (ja)
CN (1) CN106796895B (ja)
TW (1) TWI760293B (ja)
WO (1) WO2016031989A1 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109788643A (zh) * 2017-11-10 2019-05-21 泰连公司 铝基可焊接的触头
JP2020004816A (ja) 2018-06-27 2020-01-09 Dic株式会社 ピラー形成用導電ペースト
JP7228086B2 (ja) 2018-07-26 2023-02-24 Dic株式会社 導電性ペーストを用いた導電性ピラーの製造方法

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61251062A (ja) * 1985-04-30 1986-11-08 Nippon Mining Co Ltd 半導体装置用ボンデイングワイヤ
US5349495A (en) * 1989-06-23 1994-09-20 Vlsi Technology, Inc. System for securing and electrically connecting a semiconductor chip to a substrate
TW503546B (en) 2000-10-13 2002-09-21 Ngk Spark Plug Co Pin standing resin-made substrate, method of making pin standing resin-made substrate, pin and method of making pin
JP3537417B2 (ja) * 2001-12-25 2004-06-14 株式会社東芝 半導体装置およびその製造方法
JP2003249598A (ja) 2002-02-26 2003-09-05 Kyocera Corp 半導体素子収納用パッケージおよび半導体装置
DE102004010040A1 (de) * 2004-03-02 2005-09-15 Norddeutsche Affinerie Ag Kupferdraht sowie Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Kupferdrahtes
US7523852B2 (en) * 2004-12-05 2009-04-28 International Business Machines Corporation Solder interconnect structure and method using injection molded solder
KR100702662B1 (ko) * 2005-02-18 2007-04-02 엠케이전자 주식회사 반도체 패키징용 구리 본딩 와이어
JP5203581B2 (ja) * 2006-06-23 2013-06-05 シャープ株式会社 映像表示システムおよび通信端末装置
JP4691533B2 (ja) 2006-08-31 2011-06-01 新日鉄マテリアルズ株式会社 半導体装置用銅合金ボンディングワイヤ
US8610291B2 (en) * 2006-08-31 2013-12-17 Nippon Steel & Sumikin Materials Co., Ltd. Copper alloy bonding wire for semiconductor device
US20080073795A1 (en) * 2006-09-24 2008-03-27 Georgia Tech Research Corporation Integrated circuit interconnection devices and methods
US7348270B1 (en) * 2007-01-22 2008-03-25 International Business Machines Corporation Techniques for forming interconnects
US7791198B2 (en) * 2007-02-20 2010-09-07 Nec Electronics Corporation Semiconductor device including a coupling region which includes layers of aluminum and copper alloys
JP5270467B2 (ja) * 2009-06-18 2013-08-21 タツタ電線株式会社 Ｃｕボンディングワイヤ
KR101704839B1 (ko) 2009-06-24 2017-02-08 신닛테츠스미킹 마테리알즈 가부시키가이샤 반도체용 구리 합금 본딩 와이어
US8592995B2 (en) 2009-07-02 2013-11-26 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Method and structure for adhesion of intermetallic compound (IMC) on Cu pillar bump
KR20120045005A (ko) 2009-07-02 2012-05-08 플립칩 인터내셔날, 엘.엘.씨 수직 필라 상호 접속 방법 및 구조체
JP5763887B2 (ja) * 2010-02-24 2015-08-12 千住金属工業株式会社 銅カラム及びその製造方法
JP5760544B2 (ja) * 2011-03-17 2015-08-12 日立金属株式会社 軟質希薄銅合金線、軟質希薄銅合金撚線およびこれらを用いた絶縁電線、同軸ケーブルおよび複合ケーブル
US9040348B2 (en) * 2011-09-16 2015-05-26 Altera Corporation Electronic assembly apparatus and associated methods
SG190479A1 (en) * 2011-12-01 2013-06-28 Heraeus Materials Tech Gmbh Secondary alloyed 1n copper wire for bonding in microelectronics device
SG190481A1 (en) * 2011-12-01 2013-06-28 Heraeus Materials Tech Gmbh Alloyed 2n copper wire for bonding in microelectronics device
TWI486970B (zh) * 2013-01-29 2015-06-01 Tung Han Chuang 銅基合金線材及其製造方法
WO2014178792A1 (en) * 2013-05-03 2014-11-06 Heraeus Materials Singapore Pte., Ltd. Copper bond wire and method of making the same

Also Published As

Publication number Publication date
TWI760293B (zh) 2022-04-11
CN106796895B (zh) 2020-01-03
US11101234B2 (en) 2021-08-24
WO2016031989A1 (ja) 2016-03-03
KR20170033393A (ko) 2017-03-24
TW201613057A (en) 2016-04-01
KR20180130009A (ko) 2018-12-05
JPWO2016031989A1 (ja) 2017-06-22
CN106796895A (zh) 2017-05-31
KR20200121923A (ko) 2020-10-26
EP3188222A4 (en) 2018-04-18
US20170287861A1 (en) 2017-10-05
EP3188222A1 (en) 2017-07-05
EP3188222B1 (en) 2022-03-16
KR102344790B1 (ko) 2021-12-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107004610B (zh) 半导体装置用接合线
JP4349641B1 (ja) ボールボンディング用被覆銅ワイヤ
JP6516465B2 (ja) 半導体装置用ボンディングワイヤ
JP6167227B2 (ja) 半導体装置用ボンディングワイヤ
KR101355694B1 (ko) 반도체 실장용 땜납 볼 및 전자 부재
TWI510651B (zh) 銀金鈀系合金凸塊線
TWI657154B (zh) 半導體裝置用接合線
CN107195609B (zh) 半导体装置用接合线
JP6432074B2 (ja) 半導体接続のＣｕピラー用円柱状形成物
TWI536397B (zh) Silver alloy soldered wire for semiconductor packages
EP2669937B1 (en) METHOD FOR MANUFACTURING Sn ALLOY BUMP
JP2010126766A (ja) Ｓｎめっき層を有するめっき基材およびその製造方法
JP2008258552A (ja) 半導体チップ積層実装体の製造方法
JP2009097030A (ja) 鉛フリーめっき層を有するめっき基材

Legal Events

Date Code Title Description
AA64 Notification of invalidation of claim of internal priority (with term)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A241764

Effective date: 20170314

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170330

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20180220

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180416

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: 20180918

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20181016

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20181016

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20181018

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6432074

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250