JPH01161843A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半田バンプを有する半導体装置の製造技術に
関するものである。

〔従来の技術〕

アルミニウム（Ａｊり電極パッド上に形成された半田バ
ンプ（Ｂｕｍｐ、突起電極）を介して半導体ベレットを
基板などにフェイスダウンボンディングする、いわゆる
フリップチップは、半導体装置の高密度実装に好適な技
術として注目されている。

フリップチップの半田バンプ形成法については、ＩＢＭ
社発行、”　ＩＢＭ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｒｅ５ｅ
ａｒｃｈ　ａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ、　Ｖｏｌ、
１３．　ＮｏＪ　’　Ｐ　２３９〜Ｐ　２５０に記載が
あり、その概要は、半導体ウェハ（以下、ウェハという
）のＡｌ電極パッド表面にクロム（Ｃｒ）／銅（Ｃｕ）
／金（Ａｕ）などの金属層からなる半田下地膜（Ｂ　Ｌ
　Ｍ　；　Ｂｕｍｐ　Ｌｉｍｉｔｔｉｎ−ｇ　Ｍｅｔａ
ｌｌｕｒｇｙ）を蒸着形成した後、この半田下地膜の表
面にスズ（Ｓｎ）／鉛（ｐｂ）合金などの半田を選択的
に蒸着し、次いで、リフロー炉内でリフロー（ウェット
バック）を行うというものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、前記した半田バンプ形成法は、工程が複
雑であり、かつ、製造コストも高くなるという欠点のあ
ることが指摘されている。

すなわち、半田下地膜をＡｌ電極パッドの表面に蒸着形
成するには、メタルまたはフォトレジストからなるマス
クを必要とするが、前者のメタルマスクは、ウェハの径
が大きい場合やＡβ電極パッド間のピッチが微細である
場合には、精度の高い位置合わせが困難になってくる。

しかも、メタルマスクの場合は、その表面に堆積した半
田膜を蒸着工程毎にウェットエツチングで除去する必要
があるため、工程が複雑化するのみならず、廃液処理の
問題も生じてくる。

一方、フォトレジストマスクの基金には、レジスト塗布
、感光、現像、レジスト除去を行う装置や超クリーンル
ーム設備など、多額の投資が必要となるのみならず、厚
い半田膜が堆積したフォトレジストをリフトオフによっ
て除去する煩雑な工程が必要となる。

また、上記のようにして半田下地膜を形成した後、さら
に、長時間を費やしてバンブ用の半田を蒸着形成しなけ
ればならないため、製造コストの上昇が避けられない。

このような従来法の問題点を解消する手段として、例え
ば、「昭和６２年電子情報通信学会創立７０周年記念総
合全国大会論文集Ｊ　　（１９８７年３月、論文番号４
６０）においては、ウェハを溶融半田に浸漬して超音波
を印加することにより、Ａｌ電極パッドに直接、バンブ
用の半田を被着させる技術が記載されている。

しかしながら、この方法は、半田バンブの高さを制御す
ることが困難である。

すなわち、半田バンプの高さは、溶融半田浸漬時にＡｌ
電極パッド表面に被着する半田量に依存するが、半田の
被着量は、半田の粘性や表面張力、半田と電極との間の
表面張力など、種々の要因によって左右されるため、こ
の被着量を均一化することは極めて困難であり、しかも
、半導体ベレットのサイズが大きくなってくると、接続
信頼性を確保するために半田バンブをより高くしなけれ
ばならないが、上記方法では、Ａｌ！電極パッド表面に
被着する半田量に限界があるため、得られる半田バンプ
の高さにも限界がある。

本発明は、上記した問題点に着目してなされたものであ
り、その目的は、Ａｌ電極パッドの表面に直接、高さの
高い均一な半田バンプを形成することのできる技術を提
供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう
。

〔問題点を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、次の通りである。

すなわち、ウェハに形成されたＡｌ！電極パッドの表面
に超音波ワイヤボンダを用いて所定量の半田をボンディ
ングした後、この半田の表面にフラックスを被着し、次
いで、リフロー炉内でウェットバックを行って半田バン
ブを形成する方法である。

〔作用〕

上記した手段によれば、半田をボンディングする際、Ａ
ｊ２電極パッド表面の自然酸化膜の一部が超音波の振動
エネルギーによって除去され、表面に活性なＡｊ！層が
露出するため、Ａｌ電極パッドに直接、半田を接合する
ことが可能となる。

また、超音波ワイヤボンダを用いるため、へｌ電極パッ
ド表面にボンディングされる半田の量を任意に設定する
ことができる。

〔実施例〕 第１図（ａ）〜（６）は、本発明の一実施例である半導
体装置の製造方法を工程順に示すウェハの要部断面図で
ある。

まず、通常のウェハプロセスに従い、ウェハ１に所定の
集積回路パターン（図示せず）を形成した後、石英スパ
ッタにより、ウェハ１の表面にガラス保護膜２を被着形
成し、フォトレジスト／エツチングにより所定個所を孔
開けして酸化膜１３の表面のＡβ配線３を露出させてＡ
ｌ電極パッド４を形成する（第１図（ａ））。

次いで、第１図（ｂ）に示すように、超音波ワイヤボン
ダ５を用いて半田ワイヤ６の先端をＡｌ電極バッド４の
表面に圧接して所定量の半田をボンディングする。

その際、ホーン７の基端部の超音波振動子８から発振さ
れる超音波がキャピラリ９を経て半田ワイヤ６とＡｌ電
極バッド４との接合面に伝播され、−その振動エネルギ
ーによって、ＡＡ電極バッド４の表面の自然酸化膜ＩＯ
が部分的に除去されて活性なＡｌ１層が露出するため、
この活性なＡｌ層に半田６ａを直接、接合させることが
できる。

ここで使用する半田ワイヤ６は、Ａｌに対する固溶度が
高く、かつ、その硬度がＡｌの硬度に近いの組成のもの
が選択され、例えば、通常のスズ（Ｓｎ）／鉛（Ｐｂ）
合金中に、亜鉛（Ｚｎ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、マ
グネシウム（Ｍｇ）、リチウム（Ｌｉ）、アンチモン（
Ｓｂ）などの金属のいずれかを微量（１％以下、Ａｇの
場合は５％以下）添加した組成のものや、Ｚｎが１０％
程度含有されたＳｎ中に、上記したＣｕ、Ａｇ、Ｍｇ、
Ｌｉ５Ｓｂなどの金属のいずれかを微量（１％以下）添
加した組成のものが好適である。

次に、第１図（Ｃ）に示すように、Ａｌ電極パッド４に
半田６ａがボンディングされたウェハ１の表面に、例え
ば、スピン塗布法により、フラックス１１を被着する。

半田６ａとＡｌｌ電極パッド４との接合を強化するため
には、いわゆるＡｆフラフクス、とりわけ、アミン系の
７ラツクスが有効であり、例えば、環フッ化亜鉛（１０
％）／硼フッ化アンモニウム（８％）／トリエタノール
アミン（８２％）、あるいは塩化第二スズ（８０％）／
メチルヒドラジン酸塩（１４％）、あるいはヒドラジン
重フッ化水素酸（主成分）などが好適である。

次いで、リフロー炉内でウェハ１を半田溶融温度以上に
加熱してウェットバックを行い、Ａｌｌ極バッド４に半
球状の半田バンプ１２を形成する（第１図（ｄ））。

その際、リフロー炉内を窒素やアルゴンなどの不活性ガ
スで非酸化性雰囲気にするか、あるいは窒素／水素混合
ガスなどで還元性雰囲気にすることにより、Ａｌ電極パ
ッド４と半田バンプ１２との接合面の酸化を有効に防止
することができる。

以上、本実施例によれば、下記の効果を得ることができ
る。

（１）、ウェハ１に形成されたＡｌ電極パッド４０表面
に超音波ワイヤボンダ５を用いて所定量の半田６ａをボ
ンディングすることにより、Ａｌ電極パッド４０表面の
自然酸化膜１０の一部が超音波の振動エネルギーによっ
て除去され、表面に活性なＡｌ層が露出するため、半田
６ａの表面に７ラツクス１１を被着してウェットバック
を行うことにより、ＡＡ電極バッド４の表面に直接、半
田バンプ１２を形成することができる。

（２）、上記（１）により、半田バンプ１２の形成工程
が簡略化され、半導体装置の製造コストの低減が達成さ
れる。

（３）、超音波ワイヤボンダ５を用いることにより、Ａ
Ｊ電極パッド４０表面に任意量の半田６ａを接合するこ
とができるため、半田バンプ１２の高さを自由に設定す
ることができる。

（４）、上記（３）により、Ａｌ電極パッド４のピッチ
を微細化することができるため、半導体装置の高密度実
装が達成される。

以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づき
具体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可
能であることはいうまでもない。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである
。

すなわち、超音波ワイヤボンダを用いてウェハのＡｌｌ
電極パッドに所定量の半田をボンディングすることによ
り、Ａｌ電極パッドの表面に直接、半田バンプを形成す
ることができるため、半田バンプの形成工程が簡略化さ
れ、半導体装置の製造コストを低減することができる。

また、半田バンプの高さを自由に設定することができる
ため、Ａｆ電極パッド間のピッチの微細化が促進され、
半導体装「゛の実装密度が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｄ）は、本発明の一実施例である半導
体装置の製造方法を工程順に示す半導体ウェハの要部断
面図である。 １・・・半導体ウェハ、２・・ガラス保護膜、３・・・
Ａｌ！配線、４・・・ＡＪ電極パッド、５・・・超音波
ワイヤポンダ、６・・・半田ワイヤ、６ａ・・・半田、
７・・・ホーン、８・・・超音波振動子、９・・・キャ
ピラリ、ｌＯ・・・自然酸化膜、１１・・・フラックス
、１２・・・半田代理人　弁理士　　小　川　勝　男 第１図 （ａ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体ウェハに形成されたＡｌ電極パッドの表面に
   超音波ワイヤボンダを用いて所定量の半田をボンディン
   グした後、前記半田の表面にフラックスを被着し、次い
   で、リフロー炉内でウェットバックを行って半田バンプ
   を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 ２、Ａｌに対して固溶度の高い金属が微量添加さされた
   半田を用いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の半導体装置の製造方法。 ３、アミン系フラックスを用いることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の半導体装置の製造方法。 ４、非酸化性ないしは還元性雰囲気中でウェットバック
   を行うことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半
   導体装置の製造方法。