JPH01202830A - バンプ電極を備えた半導体素子とその製造方法及びその半導体素子を用いた半導体装置 - 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〕 この発明は、少量多品種に対応できる、容易に形成可能
なバンプ電極を備えた半導体素子とその製造方法、並び
にその半導体素子を用いた半導体装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、半導体チップを実装する際の、半導体チ・７プと
基板の配・線パターンとを電気的に接続する手段として
は、ワイヤボンディングの他にワイヤレスボンディング
があり、その一つとしてバンプ電極を用いて基板の配線
パターン面に直接接続させる方式がある。そしてかかる
バンプ電極の形成方法としては、ＳＴＬやＣＣＢと称さ
れる方法が知られている。

ＳＴＬ方法は、第４図に示すように、半導体チップ１０
１の＾１電極パッド１０２上に、Ｃｒ　−Ｃｕ　−Ａｕ
の多層金属からなる下地電極層１０３を蒸着などにより
形成し、該下地電極層１０３上にＮｉとＡｕのメッキし
たＣｕボール１０４をハンダ１０５で溶着してバンプ電
極を形成するものである。なお１０６は電極パッド１０
２以外の半導体チップ１０１の表面に形成されているガ
ラス等からなるパンシベーション膜である。またＣＣＢ
方法は、第５図に示すようにＳＴＬ法におけるＣｕボー
ルに代えて、ハンダを用いて半球状のバンプ電極を形成
するもので、半導体チップ１０１の電極パッド１０２上
に形成した下地電極層１０３にハンダを蒸着したのち、
リフローすることによりハンダの表面張力で半球状のハ
ンダバンプ１０７を形成するものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで従来の半導体素子へのバンプ電極形成方法にお
いては、下地電極層を形成するために、半導体ウェハ表
面にマスクを作成する工程と、多層金属層を蒸着又はメ
ッキ等で形成する工程と、必要部分だけに金属層を残す
エツチング工程などを必要とし、更には孔を設けたマス
クを介してＣｕボールを埋め込んだり、あるいは蒸着に
よりハンダ層を形成するなどの工程を必要とし、製造装
置や工程が複雑であり、生産性も悪く製品がコスト高に
なるという問題点がある。更には多量生産を行う場合に
は、生産ラインを一旦設定すれば効率的に製造すること
が可能となるが、少量多品種の半導体素子を製造する場
合に、品種毎に生産ラインの組み直し等を行うことは煩
雑で困難であり、従来のバンプ電極形成方法は小回りが
きかず少量多品種の生産に対応することは困難であると
いう問題点がある。

本発明は、従来の半導体素子のバンプ電極形成方法にお
ける上記問題点を解決するためになされたもので、少量
多品種に容易に対応でき、低コストで形成できるバンプ
電極を備えた半導体素子とその製造方法並びにその半導
体素子を用いた半導体装置を提供することを目的とする
。

〔課題を解決するための手段及び作用〕上記問題点を解
決するため、本発明は、電極パッド上にバンプ電極を備
えた半導体素子において、前記電極パッド上に該電極パ
ッドと同等又は僅かに小さいサイズのハンダボールから
なるバンプ電極を接着して構成するものである。またそ
のバンプ電極は、酸化防止雰囲気中で、ハンダ細線の先
端部をトーチ等のボール形成用加熱手段で加熱してハン
ダ細線の先端部にハンダボールを形成し、該ハンダボー
ルを半導体素子の電極バッド上ヘボンディングしたのち
、ハンダ細線をハンダボールの上部で切断し電極パッド
上にハンダバンプを形成して作成するものである。

このようにしズバンプ電極を形成するものであるため、
電極パッドの位置、数等の異なる種々の半導体素子に対
しても、電極パッド上に容易にバンプ電極を形成するこ
とが可能となり、実装基板に対しても予備ハンダなしで
容易に接続することができる。

〔実施例〕

以下実施例について説明する。第１図へ〜■は、本発明
に係る半導体素子の製造工程の一例を示す図である。第
１図（８）において、１は図示しない載置台に配置され
た半導体ウェハで、該半導体ウェハ１にはＡＩ等で形成
された電極パッド２が設けられている、電極パッドの大
きさは８０μ口〜２５０μ口で、好ましくは１００μロ
〜１５０μロ程度である。

３は半導体ウェハ１上に配置されハンダ細線４を挿通支
持する挿通孔３ａを備えたツールで、上下方向に且つ半
導体ウェハ１の電極パッド２に沿って移動できるように
構成されている。またハンダ細ｖＡ４は挿通孔３ａ内に
摺動可能に支持されており、次に述べる動作時にはクラ
ンプされるようになっている。なおハンダ細線４の径は
３０μ〜１５０μで、好ましくは５０μ〜１００μ程度
である。５はハンダボール形成用トーチで、前記ツール
３の下端近傍に進退可能に構成され、ツール３の下端近
傍への進入時にはツール３に支持されているハンダ細ｖ
Ａ４の下端を加熱溶融してハンダボールを形成するもの
である。なお前記トーチ５は、例えばＨｔ　トーチで１
５０℃〜３５０℃程度に加熱できるようになっている。

まず第１図へに示すように、半導体ウェハ１の電極パッ
ド２の直上方に、挿通孔３ａよりハンダ細線４を若干突
出させてクランプした状態のツール３を配置する。次い
で第１図（Ｂ）に示すように、Ｎ２のような酸化防止雰
囲気内においてトーチ５をツール３の下端部に進入させ
、ツール３より突出保持されているハンダ細線４の下端
部を加熱溶融してハンダボール６を形成する。なおＮ、
などからなる酸化防止雰囲気は、ボール形成部及びボン
ディング部にカバーをかけて形成される。

次いでトーチ５を退避させると共に、ハンダボール６を
保持したツール３を降下させ、第１図（Ｃ１に示すよう
に、ハンダボール６を半導体ウェハ１の電極パッド２上
にボンディングする。ボンディング方法としては、超音
波、熱圧着、超音波熱併用型のいずれの方法を用いても
よい。

次に第１図の）に示すように、ハンダ細線４のクランプ
を解除して、次のハンダボールを形成するのに要する程
度のハンダ細線の長さをツール３の先端より突出させる
ように、ツール３を上昇させ、再びハンダ細線４をクラ
ンプする。次いで図示しないカッター等により、ボンデ
ィングしたハンダボール６の付は根、すなわちハンダボ
ール６の直上部のハンダ細線４を切断してハンダバンプ
７を形成する。おなハンダバンプ７の大きさは電極パッ
ド２のサイズと同程度か又は８０％以上の大きさに設定
される０次いでハンダ細線４をクランプしたままツール
３を更に上昇させ、第１図［Ｆ］に示した状態にする。

以下ツール３を他の電極パッド２の上方に移動させて同
様な工程を繰り返して各電極パッド２にハンダバンプ７
を接着したのち、チップ毎に切断するためのスクライプ
ライン８に合わせてダイシングを行うことにより、ハン
ダバンプ７を備えた半導体素子が得られる。

なお上記実施例では、半導体ウェハ１を固定しておいて
ツール３を移動させるようにしたものを示したが、両者
をそれぞれ一方向に移動できるように構成するなどして
、要するに両者を相対的に移動できるように構成すれば
よい。

このように本発明によるバンプ電極形成方法によれば、
従来のワイヤボンディング装置におけるワイヤボンディ
ング工程と同様な操作でバンプ電極を形成できるため、
少量多品種の半導体素子の作成には極めて有益なもので
ある。

なお、半導体ウェハの電極パッド面を、硝酸。

硫酸、塩酸、リン酸、オレイン酸、パルミチン酸。

ステアリン酸、酪酸、レジン、炭酸ソーダ、ホウフッ化
亜鉛、ホラフッ化カドミウム、ヒドラジンの少なくとも
１種類を含む溶液で、予め洗浄しておくことにより、ハ
ンダボール６の接着状態を良好にすることができる。

また第２図に示すように、半導体ウェハ１の電極パッド
２上に予め、＾ｕ、　Ｃｒ、　Ｃｕ＋　Ｓｎ＋　Ｎｉの
少なくとも１種類以上の金属を蒸着又はメンキすること
により下地電極９を形成し、その上に上記した方法によ
りハンダボール６を接着してハンダバンプ７を形成する
ことにより、−層密着性のよいバンプ電極を形成するこ
とができる。なお第２図において、１０はパフシベーシ
ッン膜である。

次にこのように構成したバンプ電極を備えた半導体素子
を、基板やリードフレームに実装した半導体装置の一構
成例を、第３図に基づいて説明する。まず半導体素子１
１のハンダバンプ７を、セラミンクやガラスエポキシ樹
脂等からなる実装基板１２の配線パターン１３へ位置合
わせを行ってフラックスや接着剤などを介して接着し、
半導体素子１１を基板１２へ仮止めする０次いでハンダ
の溶融温度（１５０℃〜３００℃）に加熱されたオープ
ン又はコンベア炉などにおいてハンダバンプ７を溶融し
て、半導体素子１１を基板１２へ接着固定し、次いで樹
脂１４等で封止することによって、第３図に示すように
半導体素子１１を基板１２へ実装した半導体装置が得ら
れる。

なお、上記仮止めの際の位置合わせは、加熱してハンダ
バンプ７を溶融させると、ハンダの表面張力により基板
１２の配線パターン１３の位置に自動修正が行われるた
め（これはセルフアライメントといわれる）、それほど
の精度を必要としない。

また半導体素子１１と基板１２との接合は、位置合わせ
を行つたのち、接合時に半導体素子１１と基板１２とを
加熱しておきハンダバンプ７を溶融して接合させるよう
にしてもよい。

マイクロ波用ＩＣチップ、ディジタルＩＣチップ、ある
いはガリウムヒ素ｔＣチップにおいては、信号の伝播遅
延時間の短縮化を計るために、リードレス実装の適用が
好ましいものである。したがってこのような高速信号伝
送用の半導体装置に、本発明に係るハンダボールによる
バンプ電極を適用して実装することは極めて有利となる
ものである。

〔発明の効果〕

以上実施例に基づいて説明したように、本発明によれば
、極めて簡単な工程でハンダボールからなるバンプ電極
を半導体素子に形成することができ、電極パッドの位置
、数等の異なる種々の半導体素子にも容易に対応できる
ので、少量多品種の半導体素子のバンプ電極の形成に極
めて有利となる等の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図四〜■は、本発明に係るバンプ電極を備えた。半
導体素子の一実施例の製造過程の一例を示す図、第２図
は、本発明に係るバンプ電極を備えた半導体素子の他の
実施例の一部を示す断面図、第３図は、本発明に係る半
導体素子を基板に実装した半導体装置の実施例を示す図
、第４図及び第５図は、従来のバンプ電極の構成例を示
す図である。 図において、１は半導体ウヱハ、２は電極パッド、３は
ツール、４はハンダ細線、５はハンダボール形成用トー
チ、６はハンダボール、７はハンダバンプ、９は下地電
極、　１０はパンシベーシクン膜、１１は半導体素子、
１２は基板、１３は配線パターン、１４は封止用樹脂を
示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電極パッド上にバンプ電極を備えた半導体素子にお
   いて、前記電極パッド上に該電極パッドと同等又は僅か
   に小さいサイズのハンダボールからなるバンプ電極を接
   着したことを特徴とする半導体素子。 ２、電極パッド上にバンプ電極を備えた半導体素子の製
   造方法において、酸化防止雰囲気中で、ハンダ細線の先
   端部をトーチ等のボール形成用加熱手段で加熱してハン
   ダ細線の先端部にハンダボールを形成し、該ハンダボー
   ルを半導体素子の電極パッド上へボンディングしたのち
   、ハンダ細線をハンダボールの上部で切断し電極パッド
   上にハンダボールからなるバンプ電極を形成することを
   特徴とするバンプ電極を備えた半導体素子の製造方法。 ３、半導体素子の電極パッド面上に、予めＡｕ、Ｃｒ、
   Ｃｕ、Ｓｎ、Ｎｉの少なくとも１種類以上の金属を蒸着
   又はメッキすることにより金属層を形成することを特徴
   とする請求項２記載のバンプ電極を備えた半導体素子の
   製造方法。 ４、半導体素子の電極パッドを、予め硝酸、硫酸、塩酸
   、リン酸、オレイン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、
   酪酸、レジン、炭酸ソーダ、ホウフッ化亜鉛、ホウフッ
   化カドミウム、ヒドラジンの少なくとも１種類を含む溶
   液で洗浄することを特徴とする請求項２記載のバンプ電
   極を備えた半導体素子の製造方法。 ５、バンプ電極を備えた半導体素子を用いた半導体装置
   において、電極パッドを多数個形成した半導体素子と、
   該半導体素子の電極パッドに対応した配線パターンを備
   え前記半導体素子を実装する基板とからなり、前記半導
   体素子は電極パッドに前記基板の配線パターンと接続す
   るハンダボールで形成されたバンプ電極を備えているこ
   とを特徴とする半導体装置。