JPH01244625A - 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〕 乙の発明は、グイボンドまたはフリップチップボンドに
より作製される半導体装置に係り、特にウー丁ハスｌｒ
−ルインテクＬ／−ジョン（１１Ｂｗｓｔと記す）お」
：び大面積チップに関するものである、。

〔従来の技術〕

ＬＳＩ技術の進歩に伴い素子の多機能化、高速化などの
市場要求が年々強くなってきている。これに対して、各
機能を有するチップを各々アセンブリしてパッケージに
入れ、各素子間は外部配線を通して接続する乙とが一般
的に行われている。

しかしながら、このような方法ではパッケージを配置す
るための面積が広くなり、また相互接続のための配線距
離が長くなることによる信号の伝達遅延や電圧降下など
の問題を十分考慮する必要がある。。

一方、１９６４年よりｉ”ｅｘａｓ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅ
ｎｔ社によっτ開発か姶められたＷＳｌは、ウェハ状の
大面積半導体基板を用いて異なる機能を持つＬＳＩを同
時に形成し、それぞれを配線接続１／ｌ：もので、一つ
でシステムとしての機能を有し、＾速性に対しても有利
なＬＳＩである１、 第７図はその一例のウェハ表面を上から見た時の概略図
で、半導体基板１０表面にそれぞれ異なる機能を有すｇ
Ｌｓ１１ａ〜１ｅが形成されており、それぞれは薄膜配
線により接続され、また外部との（８号の出入力および
ｆ＠源供給のためのバッド２が所望の（装置に形成され
ている。。

乙の半導体基板１を実装する方法としては、さ土ざまな
方法が考えられているが、第８図（１＋　）に示すよう
に、通常のチ・フプ状ＬＳＩのアセンブリと同様に半導
体基板１の裏面をセラミックまたは金属の基板３と接触
固定したのち、第８図（ｂ）に示すように、パッド２に
対して金属線４を接続する方法がある７２通常、前者を
グイボンド、後者をワイヤボンドと呼ぶ。また後者の方
は、ワイヤ状の線以外にもピンを立てろ方法も考えられ
ている１、そして、通常はこの後、モールド工程または
７タ付は工程等を経て実装工程が終わる。

一方、第９図（ａ）Ｐ（ｂ）に示したのはフリップチ・
ツブボンドと一般に呼ばれる方法で、第８図（ａ）、（
ｂ）に示した方法とは逆に、金属配線お」：びランドと
呼ばれる端子５が形成されたセ・７ミソク等の基数３に
対し、バンプと呼ばれろ金属粉の端子６がバ・ラド２上
に形成さｔｌｔ＝半導体基板１の主面側を接触させ、熱
を加えることで端子６と基板３表面の端子５を接続する
方法である。

第１０図は第８図（ａ）、（ｂ）で示しｔこダイボンド
部分の断面拡大図で、実際には半導体基板１として８１
基板を用いた場合、Ｓｉ基板の裏面ニ１．ｔ　’Ｉ’　
ｉ　−Ｎ　ｉ　−Ａ　１層を、また基板３の表面にはは
／しだＩ酢を形成（７ておき、接触、１Ｊｌｌ熱するこ
とにより両片の間にオーミ・ツク接触を＃Ｉｔ′−，ら
す金属−７を形成している、。

また、第１１図はフリップチ・ツブボンド部分のＩｔ］
′ｒ向ｌυ、大間であり、端子５と端子６を接触させろ
的の各部分の詳細な断面拡大図を第１２図および第１３
図に示す、。

第１２図はバンプと呼ばれろ端子６の詳細な構造を示し
、ウェハプロセス工程でトランジスタ等が形成されてい
る半導体基板１の主面部にＡ１合金等からなるパッド２
が形成されており、パッジベージフンとしての役目を持
つ絶縁膜８の一部が開口されてパ・７ド２が露出してい
る１、そして露出したバ・リド２−ヒにバンプの下地金
属層となるｔ３１Ｍ層（Ｈａｌｌ　ｌ、ｉｎ＋ｉｔｉｎ
ｇＭｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ層）９が形成されている
１、−例としてＢＬＭ層９は下から（／　ｒ　ｖＣｕ、
Ａｕの３層からなり、その膜厚は１μｍ程度である１、
そして、そのトにＳ　ｎ　−Ｐ　ｂ合金等からなる端子
６が形成されている。。

−力、ランドと呼ばれる端子５は第１３図に示す構造に
なっており、セラミックなどでできた基板３の所望部に
は穴が開口され、その穴の内部には、例えばＷからなる
棒状のピン１０が形成されている。そして端子６と接触
する面側にはピン１０の−Ｆから、さらに例えばＮ１層
１１．Ａｕ層１２が形成されている。すなわち、この例
の場合フリップチ・ツブボンドを行うことで、端子６と
ＡＵ層１２が直接接触することになる。

ところで、第８図（ａ）、（ｂ）に示したように、グイ
ボンドを用いる場合は、半導体基板１の裏面と基数３と
をオーミ・ツク接触さ１ｔろζ、とで、外部から基板３
を通して半導体基板１の電位を決めろ乙とになる１、従
って、接着面積が狭いとオーミ９り接触が得られなくな
る恐れがあるので、グイボンドの際に半導体基板１の裏
面の金属層と基板３表向の金属層とが均一に合金化しな
ければならない。

一部、第９図（ａ）Ｐ（ｂ）に示したように、７リツゴ
チツプボンドを用いる場合は、半導体基板１の主向側に
形成されたパ・ソド２と基板３に形成された端子５を端
子６を介して電気的２機械的に接続する乙とにより、半
導体基板１と外部の素子、システムとの間で信号や電源
電圧、電流のやりとりを行う、。

また、同一半導体基板１の中の異なる素子（第７図中の
ＬＳ１１ａ〜１ｅに相当）間の接続を半導体基板１内の
配線で行えない場合は、端子５と基板３内に形成された
一配線を通して行うこともできろ７．乙のため、基板内
配線も多層化する場合がある。

ＷＳＩに限らず今日のＬＳＩでは配線層の多層化が進み
、多結晶Ｓ１やシリサイド、高融点金属配線などのよう
に、−ＳにＡＩ金属配線層の下層に形成されろ分も含め
ろと５層、６層配線またＣ３【それ以上の多層配線を持
つＬＳＩが実用化されている１、従って、それに伴い層
間絶縁膜の数も増加−１４とと（・二なろ１．一般に、
これらの配線層や冒間絶縁膜は大なり小なり膜応力を持
ち、また゛ブ゛１弓セス中に行われる尚温熱処理などの
ため半導体基板１は通常凹凸いずれかの方向に反ってい
る。特に、乙の傾向は半導体基板１が大口径化されるに
したがって強くなる。また、ＷＳ■だけでなく通常の１
．３１でもチップ面積が大きい場合、また長手方向のチ
ップ径が長い場合においては反りが顕在化する。これに
対し基板３は半導体基板１の反りとは無関係な平坦性を
もっている。

（発明が解決しようとする課題〕 上記のような従来の半導体装置は、グイボンドまたはフ
リッゴチ・ツブボンドを行うと、半導体基板１の反りに
起因する応力が基板３との接触部に加わるため、引っ張
り応力の場合は剥離が生じ、また特にフリツボチップボ
ンド等において肚縮性応力が加わる場合、押しつぶし現
象が起こる。また、最初から部分的に接触できずにオー
プン不良となろ可能性もあり、例えば、第９図（ａ）、
（ｂ）の中央部では押しつぶし、周辺部では剥離または
オープン不良が起こる。すなわち、従来の半導体装ｉｌ
ｖ／ｌよ、歩留り信頼性が低いという問題があった。

この発明は、かかる課題を解決するためになされたもの
で、グイボンドまたは７す・フゴチ・７ブボンドを用い
た時の歩留りおよび実装された素子の（ｒｊｆＲ性、特
に半導体基板の裏面接触、バンプによる接触部のイバ頓
性の浚れｔｖ半導体装置を得る乙とを１：１的とする１
、 １課題を解決するための手段〕 乙の発明に係る半導体装置は、半導体基板側の接続部ま
たは基板またはこの基板側の接続部のうちの少なくとも
一部を、半導体基板の変位形状に合致するように形成し
たものである。。

〔作用〕

この発明においては、半導体基板の反りに起因１７て、
半導体基板と基板の接続部に加わる応力が低減される１
゜ 〔実施例〕 以［パ、この発明の実施例を図で説明する。。

第１図（ａ）、（１））はこの発明の半導体装置の一実
施例を説明するための図であり、乙の実施例では、第１
図（ａ）に示すような、あらかじめ半導体基板１の変位
形状に合致するように加工した基板３に、第１図（ｂ）
に示すようにグイボンドすることによって、半導体基板
１の反りに起因する応力が基板３の接触部に加わらない
ようにしている。乙とで、半導体基板１の変位は、例え
ばレーザ走査型の平坦度測定器を用いて容易に測定でき
るから、それから得られる波形をもとにして基板３の表
面形状を決めればよい。

第２図（ａ）、（ｂ）はこの発明の他の実施例を説明す
るための図であり、この実施例では第２図（１１）に示
すような、端子５，６の高さはそれぞれ一定であるが、
あらかしめ半導体基板１の変位形状に合致するように加
工した基板３に、第２図（ｂ）に示すように７リツプチ
ツプボンドすることによって、上記実施例と同様に反り
に起因する応力が生じないようにしている。

また、第３図（４１）、（ｂ）の実施例は基板３は平坦
のままであるが、接続部としての端子６の高さを半導体
基板１の変位に合わせて変えたものであり、第４図（ａ
）、（ｂ）の実施例は半導体基板１側には工夫をせず、
基板３側の接続部としての端子５で半導体基板１の変位
を補正するようＩＣシｆ−ものである。ｌ また、第５図の実施例は端子５の高さは一定と１７、変
位に対応して基板３を端子５０部分のみ＾くシタもので
ある。これは第２図（ａ）、（ｂ）に示したものと発想
は同じである。

さらに、第６図（ａ）Ｐ　　＜ｂ＞の実施例は端子６と
端子５０間に、半導体基板１の変位を補１Ｆするための
導電性のピン１３を設けている。

すなわち、以上のようなこの発明の半導体装置では、グ
イボンド時に半導体基板１のある部分が基板３と接触し
ないといったような問題点がなく、また、均一に両者を
接触させるために半導体基板１の全面を押さえつけなく
とも、容易に両者の間に均一な接触向が作られろ、。

まｔ二、７す・ツブ千ツブボンドについてもバ・ンド２
、端子５，６に加わる応力を著しく低減することができ
ろほか、熱ストレス等に対応する信頼性も向上でき、歩
留りが向上することは言うまでもない、。

なお、第６図（ａ）、（ｂ）で示した導電性のピン１３
として、例えば導電性ゴムや金属等のＡＮのように柔か
い材料を用いれば水平方向の変位に対しても応力の吸収
が期待できる。

また、上記各実施例では半導体基板１が凹凸状に変位し
た状態を示しているが、波形等複雑な形状に変位するよ
うな場合でも、レーザ走査型の平坦度測定器等を用いれ
ばその変位を検出でき、乙の発明を適用ずろことが可能
である。

また、上記各実施例ではＷＳＩについて示したが、チッ
プ状のＬ　Ｓ　Ｉについても同様であるほか、グイボン
ドやフリップチップボンド以外の他の実装方法の場合に
ついても同様な方法で対処することがＯＪ能である。。

さらに、半導体基板１の裏面側にバンプや島状の導電性
の電極端子を形成し、これを基板３または基板側３の端
子と接続する場合についても同様である。

〔発明の効果〕

乙の発明は以上説明したとおり、半導体基板側の接続部
また（よ基板またはこの基板側の接続部のうｊ）の少な
くとも一部を、半導体基板の変位形状に合致するように
形成したので、半導体基板と基板の接続部に加オ）る応
力が低減され、半導体装置の歩留り、信頼性の向上が可
能になるという効果かある。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第６図はこの発明の半導体装置の実施例を示す
断面図、第７図はＷＳＩの概念図、第８図、第９図は従
来の半導体装置の断面図、第１０図、第１１図はグイボ
ンド部分およびフリップチップボンド部分の断面拡大図
、第１２図、第１３図はそれぞれバンプおよびランドと
呼ばれる０μｍ子の断面ＩＩ２大図大間る。 図において、１は半導体基板、２はパッド、３は基板、
５，６は端子、１３は導電性のピンである。。 なお、各図中の同一符号は同一または相当部分を示す。 代理人　大　岩　増　雄　　　（外２名）第１図 第２図 ５．６ニコｍ　子 第３図 第４図 第５図 第６図 １３：ｓ電性Ｏビン 第１０図 第１１図 第１２図 第１３図 １、事件の表示　　特願昭６３−７２３７２号２、発明
の名称　半導体装置 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住　所　　　　東京都千代田区丸の内二丁目２番３号名
　称　　（６０１）三菱電機株式会社代表者　志　岐　
守　哉 ４、代理人 住　所　　　　東京都千代田区丸の内二丁目２番３号５
、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄および図面６、補正の内
容 （１）明細書第４頁３行（Ｊ’）　ｒ　Ｔ　ｉ　−Ｎ　
ｉ　−Ａ　１７層」を、ｒＴｉ−Ｎｉ−Ａｕ層ｊと補正
ｔ　７ｓ。 （２）　　同しく第８頁１行の「歩留り信頼性」を、１
歩留り、および信頼性」と補正する。 （３）　　図面中、第４図（ａ）を別紙のように補正す
る。 以　　上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　変位した半導体基板と、この半導体基板と電気的、か
   つ機械的に接続された基板とからなる半導体装置におい
   て、前記半導体基板側の接続部または前記基板またはこ
   の基板側の接続部のうちの少なくとも一部を、前記半導
   体基板の変位形状に合致するように形成したことを特徴
   とする半導体装置。