JPH02165633A - 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］ この発明は、フリップチップＩＣにおいて、半導体基板
の表面に特に高密度で多数の電極が形成されるような場
合に、この電極部それぞれに半田層を形成する半田の形
成方法に係るものであり、半田ディッピングによる半導
体装置の製造方法に関する。

［従来の技術］ 半導体装置のボンディング技術の１つとしてワイヤレス
ボンディングがあるものであり、これは半導体基板上に
形成された電極と、例えばガラス、セラミック等のフレ
ーム上の電極とを一括してボンディングするものである
。このワイヤレスボンディングに際しては、上記半導体
基板およびフレーム上の電極部それぞれに半田層を盛り
上げ形成し、基板とフレームとを対接設定した状態でボ
ンディング接続させるようにする。そして、このような
技術を使用すると、電極の数が多くなり、その密度が高
い状態となった場合でも、非常に効率的にボンディング
できる。

このような電極上に半田層を形成する半田バンプの形成
方法としては、例えば特開昭６２−１０４１４３合公報
に示されるように種々の方法が提案されているものであ
るが、特に電極が高密度で配置されるようにして、その
製造方法を簡易にする手段としては、マスクを使用する
ことが考えられている。

すなわち、第６図で示すように半導体基板１１の表面に
は、この半導体基板１１に形成された回路要素（図示せ
ず）に対応して、それぞれ導出電極とされるようになる
銅等による多数のバンプ１２１１１２２、・・・が形成
される。そして、この基板１１の上記バンプ１２１　、
１２２　、・・・の設定された表面に対面するようにし
て、上記バンプ１２１％１２２、・・・それぞれに対応
して開口の形成されたステンレス等の金属材料からなる
メタルマスク１３を対接設定する。

そして、このマスク１３の表面上にスキージ１４を用い
て半田ペースト１５を塗り付け、第７図にその１つのを
取出して示すように、半田バンプ１２１１１２２、・・
・上にそれぞれ半田層１Ｂが形成されるようにする。

この方法は、スクリーン印刷技術によってバンプ１２１
　、１２２　、・・・上に半田層１０を形成するもので
あるが、ステンレスによりメタルスクリーン１３が構成
されている。このようなステンレスによってメタルマス
ク１３を構成する場合、その開口部はケミカルエツチン
グ（等方性エツチング）で形成されるようになり、この
ため微細な開口を形成することが困難となる。例えばメ
タルプレートの厚さが８０μｍである場合、このメタル
プレートに対して１８０μｍ以下の径の開口を形成する
ことは困難である。また、このようにして構成されたメ
タルマスク１３に対して塗布される半田ペースト１５は
、高い粘性を有する。このため、メタルマスク１３の開
口部の径が小さくなればなる程、この開口を通過するこ
とが困難となり、この開口部の表面状態等にも関連して
、バンプ上に形成される半田層１Ｇの半田量が大きくば
らつくようになる。

すなわち、半導体装置に形成される電極の数が増大し、
その密度が高くなって回路装置が微細化するようになっ
た場合に大きな問題が生ずる。さらにバンプ上の半田層
１Ｂを形成する半田の量がばらつくような状態となると
、その半田層１Ｂの高さの精度が１００±５０μｍとな
る。

フリップチップＩＣの高密度化、高集積化が進むように
なると、半導体基板上に形成される電極の数もさらに大
幅に増加する傾向にある。したがって、フリップチップ
の電極間の距離がさらに短くなり、電極それぞれの径が
小さくなるものであり、上記のようなメタルマスクと半
田ペーストを使用するような方法では、対処できなくな
る。

また電極の配置状態も、半導体基板の周辺部に配置され
ている状態から全面配置の状態となる傾向にある。この
ように電極が全面配置の状態となると、バンプ上の半田
の量に差が存在するようでは、半田層ｔｅにいびつな正
常でない形状のものも発生する。すなわち、第８図で示
すように半導体基板１１に形成された電極と回路プレー
ト１７上の電極とをボンディング接続した場合において
、接続半田１８１　、１８２　、・・・の形状および大
きさがばらつくようになり、接続不良、さらに接続寿命
の短い電極構造が現れるようになる また電極の微細化に対応できる手段として、超音波半田
付は法が開発されている。しかし、単に超音波半田付は
法を採用したとしても、半田の量を多くすることができ
ない。

［発明が解決しようとする課題］ この発明は上記のよう′な点に鑑みなされたもので、電
極部の構成が高密度化し且つ微細化する状態となった場
合であっても、これに充分対応してバンプ上に半田層を
盛り上げ形成し、高密度、高集積度のフリップチップＩ
Ｃが容易に製作できるようにすると共に、その半田量を
均一に確保することを可能にして信頼性が確実に得られ
るようにする半田形成方法を実現した半導体装置の製造
力［課題を解決するための手段］ この発明に係る半導体装置の製造方法にあっては、多数
の電極形成部に対応してそれぞれバンプの形成された基
板表面に、半田濡れ性の悪い材料により形成したメタル
マスクを対接設定し、半田ディップによって上記バンプ
上に半田層を形成するもので、上記メタルマスクの上記
バンプそれぞれに対応して形成された開口のそれぞれの
内面は、例えば金、銅等の半田濡れ性の良好な金属層、
さらにはフラックスによって半田濡れ性が良好な状態に
しておく。

［作用］ すなわち、上記のような半導体製造装置の製造方法によ
って半田バンプ部を形成すると、メタルマスクの開口部
の内面部のみが半田濡れ性良好な状態とされている。し
たがって、バンプ上に上記開口部内面にまで及ぶ状態で
溶融半田が盛り上げ設定されるようになり、充分な量の
半田層が容易且つ確実に形成されるよになる。また、メ
タルマスクの開口以外は半田濡れ性が悪い状態にあり、
開口部内面部のみが半田濡れ性良好にされているため、
この開口を高密度で且つ微細化して形成したとしても、
溶融半田が確実にバンプ上に盛り上げ設定されるように
なり、フリップチップＩＣの高集積化が容品に実現でき
るようになり、その信頼性も充分に得られるようになる
。

〔発明の実施例］ 以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説明する。

まず、第１図で示すように、回路要素（図示せず）が形
成された半導体基板１１の表面上には、上記回路要素の
電極導出部に対応して、多数のバンプ１２１．１２２　
、・・・が形成されている。この場合、電極間距離１５
０μｍ、電極の径８０μｍ程度の実装密度が設定される
ことがある。

このようにバンプ１２１　、１２２　、・・・が形成さ
れた半導体基板１１の表面上には、半田濡れ性の悪い金
属材料、例えばフェライト系ステンレスからなるメタル
マスク１３を重ね合せるように設定する。

メタルマスク１３には、第２図にその一部を拡大して示
すように、バンプ１２１．１２２、・・・それぞれに対
応して開口１３１が形成されるものであり、またこの開
口１３１の内面部に対応して、金あるいは銅等の半田濡
れ性が良好な金属をメツキした金属層２０が形成される
。

上記半導体基板１１の裏面には、例えばサマリウムコバ
ルト系のレアアースマグネット２１が対設されているも
ので、半導体基板１１がメタルマスク１３とレアアース
マグネット２１との間に挟まれるようにする。そして、
このマグネット２１によりメタルマスク１３がバンプ１
２１．１２２　、・・・それぞれに、開口１３１がそれ
ぞれ合致する状態で保持される。

ここで、レアアースマグネット２１を使うのは、キュリ
ー点がフェライト系マグネットよりも高く、また半田の
融点（約１８３℃）より高いためである。

すなわち、メタルマスク１３を使用する場合、その開口
１３１部の内面に金属層２０を形成しない状態では、バ
ンプ１２１の上面の横方向にしか半田濡れ性が良好に設
定されていない。しかし、開口１８１の金属層２０を形
成すると、バンプ１２１の上面部で、横方向のみならず
縦方向にも半田濡れ性が良好となるものであり、バンプ
１２１上に良好に半田が漏られるようになる。

ここで、溶融した半田の表面張力について考えてみると
、半田濡れ性の良好な部分においては、半田の表面張力
が減少して溶融した半田の量を多くして盛ることができ
ない。そのため、何等かの物理的な手段によって半田を
付着させるようにしなければならない。そこで半田量を
多くするために、盛り上がり設定される溶融半田の接触
部の角度を大きくした場合には、半田濡れ性が悪くなる
。

そこで半田濡れ性が良好で且つ半田量を多くして盛れる
状態を作り出さなければならないものであるが、ステン
レスマスクのみを使用したのでは、多くの量の半田を盛
ることはできない。すなわち、ステンレスマスクの開口
部の側面は半田に濡れないものであるため、溶融した半
田がこの開口の側面に付着することがなく、第７図で示
したような状態となる。

上記実施例の場合、メタルマスク＼１３の開口１３１の
側面部は、金属層２０がメツキ等により形成されている
ものであるため、この開口１３１の側面部の半田濡れ性
は良好な状態とされ、バンプ１２１の上面部のマスク１
３の開口１３１部分のみ半田に濡れるようになり、バン
プ１２上に多くの量の半田が盛り上げ設定されるように
なる。

すなわち、上記のように半導体基板１１の表面部にメタ
ルマスク１３が設定された状態で、この半導体基板１１
の表面部は、例えば第３図で示すような装置により半田
ティップする。すなわちこの装置は、半田槽３０内に溶
融半田の半田環流路３１を形成し、スクリュウ３２によ
って矢印で示すように半田３３を撹拌および環流させて
いる。そして、この撹拌環流されている溶融半田３３に
、上記メタルマスク１３の設定された半導体基板１１を
浸漬設定し、これに対して超音波ホーン３４より超音波
エネルギーを与えるようにしているものである。

このように超音波エネルギーを利用して半田のディッピ
ングを行なうようにすると、ステンレスからなるメタル
マスク１３が、半導体基板１１上のパッジベージジン膜
にキャビテーションが当たるのを防止するようになり、
このためパッシベーション膜にクラックが入ることが効
果的に阻止される。

また、バンプ表面に形成されている酸化膜等が超音波エ
ネルギーによって破壊され、このバンプ表面の半田濡れ
性がより改善されるようになる。

尚、上記のように半田ティッピングを行なった場合、メ
タルマスク１３の開口１３１の部分に半田に濡れる金属
クラッドを使用した場合、半田ディッピングを行なった
後に半田が冷却すると、メタルマスク１３が半導体基板
１１と一体に接着されるようになる。このような場合は
、熱板等で加熱しながらメタルマスク１３を基板１１か
ら引き離すようにすればよい。

すなわち、メタルマスク１３の開口１３１の内面に金属
層２０を形成する状態で、上記のように超音波エネルギ
ーを利用して半田デイピングを行なうことによって、第
４図で示すように多くの量の半田２３がバンプ１２１５
１２２　、・・・上に盛り上げ形成できるようになり、
バンプの高密度化に対応できるようになる。

上記実施例にあっては、メタルマスク１３の開口１１の
内面に金あるいは銅のメツキを行ない、半田濡れ性の良
好な金属層２０を形成するようにした。

しかし、特にこのような金属層を形成しなくともよい。

すなわち、第５図で示すようにメタルマスク１３の、特
に開口１３１の部分に、バンプ１２１部分も含みフラッ
クス２４が設定されるようにする。そして、この状態で
前述したような半田のディッピングを行なう。

このようにフラックス２４を設定した状態で半田ディッ
プを行なうと、溶融した半田の温度によってフラックス
が気化してしまう。したがって、バンプ１２１上に半田
が盛り上がり形成された後、この半田が冷却された状態
では、メタルマスク１３の開口１３１部の半田が付くこ
とはなく、メタルマスク１３と半導体基板１１との離反
作業は容易に行なえる。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明に係る半導体装置の製造方法によ
れば、半導体基板の電極部分に対応して形成されたバン
プ上に、充分に盛り上がった状態で半田層が形成される
ものであり、しかも電極の高密度化さらにＩＣの高集積
化にも充分対応できるものとされ、フリップチップＩＣ
等の信頼性の向上に大きな効果が発揮されるものである
。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係る半導体装置の製造方
法の特に半田層を形成する際の基板部の状態を説明する
図、第２図は上記基板部の１つのバンプ部に対応する部
分を取出し拡大して示した図、第３図は上記半導体基板
の半田ディッピングを説明する図、第４図は半田層の形
成された状態を説明する図、第５図はこの発明の他の実
施例を説明する図、第６図は従来の半田層の形成手段を
説明する図、第７図は上記手段で形成された半田層を示
す図、第８図は同じく上記半田層を利用した回路接続の
状態を説明する図である。 １１・・・半導体基板、１２１　、１２２　、・・・バ
ンプ、Ｉ３・・・メタルマスク、１３１・・・開口、２
０・・・金属層、２１・・・レアアースマグネット。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第４

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）表面に、多数の電極形成部にそれぞれ対応したバ
   ンプを形成した半導体基板の上記表面に上記バンプそれ
   ぞれに対応して開口の形成された半田濡れ性の悪い金属
   材料で構成されたメタルマスクを対接設定し、このメタ
   ルマスクを介して上記バンプ部の上に半田ディップ層が
   形成されるようにするもので、上記メタルマスクの開口
   部それぞれの内面部は、半田濡れ性が良好に設定される
   ようにしたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. （２）上記メタルマスクの開口部素それぞれの内面には
   、それぞれ半田濡れ性の良好な金属の層が形成されるよ
   うにした特許請求の範囲第１項記載の半導体装置に製造
   方法。
3. （３）上記メタルマスクの開口部それぞれにはフラック
   スを設定してこの開口部内面の半田濡れ性を良好にし、
   この状態で半田ディップが行われるようにした特許請求
   の範囲第１項記載の半導体装置の製造方法。