JPH02253627A - 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〕 本発明は、半導体装置に関し、特に、半導体チップと実
装基板上の配線とを電気的に接合している突起電極（バ
ンプ電極：　ＣＣＢ電極）接続部の寿命を向上する技術
に適用して有効な技術に関するものである。

〔従来技術〕

従来、半導体チップは、多数の外部装置への接続端子を
持っており、この接続端子を何らかの方法で外部装置と
電気的に接続してはじめてその機能を発揮する。一つの
形態として、例えば、半導体チップ上の配線電極の上に
Ｃｒ−Ｃｕ−Ａｕよりなる下地合金層を形成し、その上
にＰ　ｂ　／　Ｓ　ｕの半球形状の半田バンプ電極を形
成し、このバンブ電極により半導体チップとベース基板
上の配線電極（パッド）とを電気的に接続するフェイス
ダウンボンディング（ＣＣＢ）型半導体装置がある。

この種の技術に関しては、例えば、特開昭６０−６３５
９１号公報に開示されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、本発明者は、前記フェイスダウンボンデ
ィング型半導体装置を検討した結果、次のような問題点
を見い出した。

前記フェイスダウンボンディング型半導体装置における
フェイスダウンボンディング（以下、ＣＣＢという）接
続では、温度サイクルなどの熱歪により、ＣＣＢ接合部
又は半田バンプ電極の内部において疲労破壊し、クリー
プ破壊が発生する。

これは、半導体チップとベース基板の熱膨張係数差によ
って発生する応力によるものである。

本発明の目的は、熱歪によるＣＣＢ接合部又はバンブ電
極の内部における破断を防止して、ＣＣＢ接続部の寿命
の向上を図ることが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
明細書の記述及び添付図面によって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、下記のとおりである。

すなわち、半導体チップの主面に設けられた電極とベー
ス基板上に設けられた電極とを突起電極により電気的に
接続するフェイスダウンボンディング型半導体装置にお
いて、前記突起電極の材料として高純度の銀、金等の展
性にすぐれ、かつヤング率の小さい金属を用いたもので
ある。

また、前記高純度の金属は、９９，９９９％以上の純度
の金であることが好ましい。

また、前記突起電極の径は、５０μｍ以下であることが
好ましい。

また、前記半導体チップと実装基板との間にゲルが充填
されているものが好ましい。

〔作用〕

前述の手段によれば、高純度の銀（Ａｇ）　、金（Ａｕ
）等の展性にすぐれ、かつヤング率の小さい金属をバン
ブ電極の材料とすることによって、高純度の銀（Ａｇ）
　、金（Ａｕ）等の材料は展性にすぐれているため、繰
り返し歪みによるクリープ破壊が発生せずに、ＣＣＢ接
続部の寿命を向上させることができる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面を用いて具体的に説明す
る。

なお、実施例を説明するための全回において、同一機能
を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は
省略する。

〔実施例Ｉ〕

第１図は、本発明の半導体装置の実施例■の要部の概略
構成を説明するための断面図であり、第２図は本発明の
半導体装置の実施例■の全体構成の概略を説明するため
の断面図である。

本実施例Ｉの半導体装置は、第１図及び第２図に示すよ
うに、セラミック等からなるベース基板１上に、例えば
、配線と接続されているタングステン（Ｗ）に金（Ａｕ
）メツキしたベース基板電極（パッド）２が設けられて
いる。半導体チップ３は、単結晶シリコン（Ｓｉ）から
なるＳｉ基板の主面上に、アルミニウム（Ａｌ）等の配
線が設けら九、その配線の上に保護絶縁膜５が設けられ
。

この保護絶縁膜５の所定の位置に穴をあけて電極（パッ
ド）４が設けられている。前記半導体チップ３の主面上
に設けられている電極４に、高純度の銀（Ａｇ）　、金
（Ａｕ）等の展性のすぐれ、かつヤング率の小さい金属
、例えば、高純度の金（Ａｕ）からなるバンブ電極６が
設けられている。

このバンブ電極６の他端は、前記ベース基板１上のベー
ス基板電極（パッド）２と圧着又は溶融によって接合さ
れている。

前記バンブ電極６の高純度の金（Ａｕ）の純度は、９９
．９９９％以上の純度であることが好ましい。

また、前記バンブ電極６の径は５０μｍ以下であること
が好ましい。

なお、展性のすぐれた金属としては、高純度の銀（Ａｇ
）　、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）等が考えられるが、銅（
Ｃｕ）は、表１に示すように、ヤング率が大きいため好
ましくない。

表１ １１はチップキャリアのキャップ、１２は半導体チップ
３の裏面をキャップ１１に接着させるためのろう材、１
３はベース基板１のバンブ電極である。ベース基板１と
キャップ１１で囲まれた空間がキャビティである。１４
はベース基板１の所定部とキャップ１１の所定部を接着
封止するための接着封止材である。１５はマルチチップ
モジュールのセラミック基板、１６はセラミック基板１
５のリードピン、１７は放熱器、１８は放熱ブロック、
１９は放熱ブロック１８の水路を流れる冷却水である。

前記チップ上の電極４に設けられている高純度の金（Ａ
ｕ）からなるバンブ電極６は、メツキ法、蒸着法又はポ
ールボンディング法によって形成される。

前記バンブ電極１３は、銀（Ａｇ）を３．５　ｗ　ｔ％
程度含んだ錫（Ｓｎ）系半田からなり、その融点は２２
０℃程度である。ベース基板１は、例えばＡライト（３
Ａ　Ｑ、Ｏ，・２　Ｓ　ｉ　Ｏ，）からなッテいる。キ
ャップ１１は、例えばアルミナイドライド（ＡΩＮ）や
シリコンカーバイド（Ｓ　ｉ　Ｃ）からなっている。

前記接着封止材１４は、金（Ａｕ）と錫（Ｓｎ）との合
金からなっている。Ｓｎの含有量は、例えば２０ｗｔ％
である。錫を２０ｗｔ％程度含んだ接着封止材１４の融
点は２８０℃程度である。

以上の説明かられかるように、本実施例■によれば、高
純度の銀（Ａｇ）　、金（Ａｕ）等の展性にすぐれ、か
つヤング率の小さい金属をバンブ電極６の材料とするこ
とによって、高純度の銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）等の材料
は展性にすぐれているため、繰り返し歪みによるクリー
プ破壊が発生せずに、ＣＣＢ接続部の寿命を向上させる
ことができる。

〔実施例■〕

本発明の半導体装置の実施例■は、第３図に示すように
、前記実施例！の半導体チップ３の主面上に設けられて
いる電極４の上にさらにバンプバリアメタル電極７を設
けたものである。

バンプバリアメタル電極７は、例えば、Ｃｒ−Ｃｕ−Ａ
ｕ等の合金層を用いる。

このようにすることにより、半導体チップ３の配線材で
あるアルミニウムからなる前記電極４と金は熱圧着によ
り直接接合が可能である力＼、さらにバンプバリアメタ
ル電極フを設けることにより、電極４とバンブ電極６の
接合信頼度を向上させることができる。

また、前記実施例Ｉ及び■において、ベース基板１と半
導体チップ３の間にゲルを充填することができ、これに
より耐湿性を向上させることができる。

以上、本発明を実施例にもと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において種々変更可能であること
は言うまでもない。

〔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、下記のとおりであ
る。

すなわち、バンブ電極（突起電極）のクリープ破壊を防
止できるので、ＣＣＢ接続部の寿命を向上させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の半導体装置の実施例Ｉの要部の概略
構成を説明するための断面図、第２図は本発明の半導体
装置の実施例Ｉの全体構成の概略を説明するための断面
図、 第３図は、本発明の実施例■の要部の概略構成を説明す
るための断面図である。 図中、ｌ・・・ベース基板、２・・・ベース基板電極、
３・・・半導体チップ、４・・・半導体チップの主面上
の電極、５・・・保護絶縁膜、６・・・バンブ電極、７
・・・バンプバリア電極である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体チップの主面上に設けられた電極とベース基
   板上に設けられた電極とを突起電極により電気的に接続
   するフェイスダウンボンディング型半導体装置において
   、前記突起電極材料として高純度の銀、金等の展性にす
   ぐれ、かつヤング率の小さい金属を用いたことを特徴と
   する半導体装置。 ２、前記高純度の金属は、９９．９９９％以上の純度の
   金であることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
   の半導体装置。 ３、前記突起電極の径が、５０μｍ以下であることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の半導
   体装置。 ４、前記半導体チップと実装基板との間にゲルが充填さ
   れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第
   ３項のいずれか一項に記載の半導体装置。