JPH02278743A - インジウム半田の接合構造 - Google Patents
インジウム半田の接合構造Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
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-
- H—ELECTRICITY
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/013—Alloys
- H01L2924/0132—Binary Alloys
- H01L2924/01327—Intermediate phases, i.e. intermetallics compounds
Landscapes
- Wire Bonding (AREA)
- Connections Effected By Soldering, Adhesion, Or Permanent Deformation (AREA)
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。
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Description
【発明の詳細な説明】
〔１既要〕
インジウム半田を用いて半導体チップを回路基板ヘフリ
ップチップ接合を行う構造に関し、信頼性の優れた接合
を行うことを目的とし、インジウム半田を使用して半導
体チップを回路基板ヘフリップチップ接合を行う際に、
半導体チップおよび回路基板の接合位置のそれぞれに、
密着層としてクロームまたはチタン層、バリア層として
白金層、半田付は層として金層と順次に層形成したメタ
ライズ層を備えてインジウム半田の接合構造を構成する
。
ップチップ接合を行う構造に関し、信頼性の優れた接合
を行うことを目的とし、インジウム半田を使用して半導
体チップを回路基板ヘフリップチップ接合を行う際に、
半導体チップおよび回路基板の接合位置のそれぞれに、
密着層としてクロームまたはチタン層、バリア層として
白金層、半田付は層として金層と順次に層形成したメタ
ライズ層を備えてインジウム半田の接合構造を構成する
。
本構造は半導体チップを回路基板に安定にフリップチッ
プ接合を行う接合層の構造に関する。
プ接合を行う接合層の構造に関する。
情報処理技術の進歩により情報処理装置の主体を占める
半導体装置は大容量化が必要であり、ＬＳＩやＶＬＳＩ
などの集積回路が実用化されている。
半導体装置は大容量化が必要であり、ＬＳＩやＶＬＳＩ
などの集積回路が実用化されている。
こ＼で、これらの集積回路素子は数ｍＩｎ角からなる半
導体チップに単位のトランジスタがマトリックス状に形
成されており、ワイヤポンディング・タイプの場合は半
導体チップの裏面を接着剤で回路基板に接着固定した後
、チップの周辺に設けられている多数の電極端子（パッ
ド）と回路基板に設けられている多数電極端子（パッド
）とをワイヤも一ンデング接続を行うことにより導体線
路との回路接続が行われている。
導体チップに単位のトランジスタがマトリックス状に形
成されており、ワイヤポンディング・タイプの場合は半
導体チップの裏面を接着剤で回路基板に接着固定した後
、チップの周辺に設けられている多数の電極端子（パッ
ド）と回路基板に設けられている多数電極端子（パッド
）とをワイヤも一ンデング接続を行うことにより導体線
路との回路接続が行われている。
然し、ＬＳＩのような大容量素子については、か＼る方
法は困難であり、これに代わって第４図に示すように、
半導体チップ１の面上にマトリックス状に配列した半田
バンプ２を設け、これを多層セラミックなどの回路基板
３の最上層に設けであるパッド４に位置合わせして直接
に溶着するフリップチップ接合が採られるに到っている
。
法は困難であり、これに代わって第４図に示すように、
半導体チップ１の面上にマトリックス状に配列した半田
バンプ２を設け、これを多層セラミックなどの回路基板
３の最上層に設けであるパッド４に位置合わせして直接
に溶着するフリップチップ接合が採られるに到っている
。
本発明は安定なフリップチップ接合を行うための接合構
造に関するものである。
造に関するものである。
現在、半導体集積回路はシリコン（Ｓｉ）を用いて作ら
れており、また大部分の回路基板はアルミナセラミック
を用いて作られている。
れており、また大部分の回路基板はアルミナセラミック
を用いて作られている。
そして、先に記したようにＬＳＩやＶＬＳＩなどの半導
体チップは回路基板とフリップチップ接合による回路接
続がとられつ＼ある。
体チップは回路基板とフリップチップ接合による回路接
続がとられつ＼ある。
然し、Ｓｔの熱膨張係数が２．８ Ｘｌ０−’／にであ
るのに対しアルミナ基板の熱膨張係数は７ Ｘｌ０−ｂ
／にと異なっており、また両者を接合する鉛・錫半田（
６７％Ｐｂ−３３％Ｓｎ）の熱膨張係数は２５．０Ｘ１
０−’／にと異なっている。
るのに対しアルミナ基板の熱膨張係数は７ Ｘｌ０−ｂ
／にと異なっており、また両者を接合する鉛・錫半田（
６７％Ｐｂ−３３％Ｓｎ）の熱膨張係数は２５．０Ｘ１
０−’／にと異なっている。
そのために、フリップチップタイプ接合を行うに当たっ
ては常温とチップの発熱により起こる最高チップ温度と
の繰り返しによる半田付は部の疲労破壊が問題となる。
ては常温とチップの発熱により起こる最高チップ温度と
の繰り返しによる半田付は部の疲労破壊が問題となる。
次に、半田付けを行う場合には半田による電極金属の喰
われをなくすることが大切である。
われをなくすることが大切である。
すなわち、一般に半田付けにはＰｂ−５ｎ系の半田が用
いられているが、電極との半田付は作業中に電極金属の
溶融半田への拡散が生じ、電極の消失が起りやすい。
いられているが、電極との半田付は作業中に電極金属の
溶融半田への拡散が生じ、電極の消失が起りやすい。
また、半田付けに当たっては半田の濡れ性の良いことが
必要である。
必要である。
今まで、フリップチンブタイブの接合構造として金（Ａ
ｕ）／銅（Ｃｕ）／クローム（Ｃｒ）系の接合構造が提
案されている。
ｕ）／銅（Ｃｕ）／クローム（Ｃｒ）系の接合構造が提
案されている。
（例えば、ＩＢＭ Ｊ、Ｒｅｓ、Ｄｅｖｅｌｏｐ、Ｖｏ
ｌ、１３．１９６９）こ＼で、Ａｕ層は表面酸化を防止
すると共に半田の濡れ性を良くするためのものであり、
Ｃｕ層は半田との優れた接着性を利用するものであり、
またＣｒ層は基板と強固な接着を保つと共に半田溶融時
に進行する基板金属との合金化反応を阻止し、接着力の
低下を防ぐために使用されている。
ｌ、１３．１９６９）こ＼で、Ａｕ層は表面酸化を防止
すると共に半田の濡れ性を良くするためのものであり、
Ｃｕ層は半田との優れた接着性を利用するものであり、
またＣｒ層は基板と強固な接着を保つと共に半田溶融時
に進行する基板金属との合金化反応を阻止し、接着力の
低下を防ぐために使用されている。
一方、このＡｕ／Ｃｕ／Ｃｒ系はＰｂ／Ｓｎ系半田に対
する反応速度が大き過ぎるため、下地の電極部との接合
強度が低下するとして金（Ａｕ）／ニッケル（Ｎｉ）／
クローム（Ｃｒ）或いはチタン（Ｔｉ）系の接合構造が
提案されている。
する反応速度が大き過ぎるため、下地の電極部との接合
強度が低下するとして金（Ａｕ）／ニッケル（Ｎｉ）／
クローム（Ｃｒ）或いはチタン（Ｔｉ）系の接合構造が
提案されている。
（特開昭６１−１４１１５５．昭和６１年６月２８日公
開）ニーで、Ｃｕ層に代わってＮｉ層が用いられる理由
として、Ｃｕは半田を構成するＳｎと容易に金属間化合
物を形成するため、合金化反応が進むに従って機械的強
度が低下するが、Ｎｉは機械的強度が低下するほどには
金属間化合物の成長は認められないとしている。
開）ニーで、Ｃｕ層に代わってＮｉ層が用いられる理由
として、Ｃｕは半田を構成するＳｎと容易に金属間化合
物を形成するため、合金化反応が進むに従って機械的強
度が低下するが、Ｎｉは機械的強度が低下するほどには
金属間化合物の成長は認められないとしている。
また、Ｔｉ層はＣｒ層と同様に基板との接着強度が優れ
ていることから使用されている。
ていることから使用されている。
このように、各種の接合構造が提供されているが、接合
力が優れ、且つ長期に亙って信頼性を補償できるような
接合構造は未だ実用化されていない。
力が優れ、且つ長期に亙って信頼性を補償できるような
接合構造は未だ実用化されていない。
集積回路が形成されているＳｔチップを回路基板にフリ
ップチップ接合するには半田付は性が優れていること＼
共に使用中に加わる温度サイクルに対して疲労破壊が生
じないことである。
ップチップ接合するには半田付は性が優れていること＼
共に使用中に加わる温度サイクルに対して疲労破壊が生
じないことである。
そのため、これに適した半田材料と接合構造を決定し、
実用化することが課題である。
実用化することが課題である。
上記の課題はＩｎ半田を使用して半導体チップを回路基
板ヘフリップチップ接合を行う際に、半導体チップおよ
び回路基板の接合位置のそれぞれに、密着層としてＣｒ
またはＴｉ層、バリア層としてＰｔ層。
板ヘフリップチップ接合を行う際に、半導体チップおよ
び回路基板の接合位置のそれぞれに、密着層としてＣｒ
またはＴｉ層、バリア層としてＰｔ層。
半田付は層としてＡｕ層と順次に層形成したメタライズ
層を備えてＩｎ半田の接合構造を構成することにより解
決することができる。
層を備えてＩｎ半田の接合構造を構成することにより解
決することができる。
本発明は半導体チップをフリップチップ接合する半田と
してインジウム（Ｉｎ）を用いると共に、Ｉｎに適した
接合構造をとるものである。
してインジウム（Ｉｎ）を用いると共に、Ｉｎに適した
接合構造をとるものである。
Ｉｎは軟らかい金属であり、融点が１５６．６°Ｃと低
いのに拘らず、沸点は２０８０“Ｃと高く安定な金属で
ある。
いのに拘らず、沸点は２０８０“Ｃと高く安定な金属で
ある。
発明者等はＩｎの軟らかな材質に着目し、かねてよりフ
リップチップ接合を行う半田バンブの材料としてＩｎを
使用することを提案している。
リップチップ接合を行う半田バンブの材料としてＩｎを
使用することを提案している。
本発明はこれに適した接合構造に関するものである。
さて、半導体基板あるいは回路基板上に設けられ、半田
によって強固を接合を形成する接合層の必要条件は、 ■ 半田の濡れ性が良いこと、 ■ 半田との接合性は良いが、相互拡散と合金化反応が
起こりにくいこと、 ■ 半導体チップ或いは回路基板と充分な接着強度をも
っていること。
によって強固を接合を形成する接合層の必要条件は、 ■ 半田の濡れ性が良いこと、 ■ 半田との接合性は良いが、相互拡散と合金化反応が
起こりにくいこと、 ■ 半導体チップ或いは回路基板と充分な接着強度をも
っていること。
などが必要で、これらの条件を満たすためには単一層で
接合層を構成するのは不可能であって、複数層で形成す
る必要がある。
接合層を構成するのは不可能であって、複数層で形成す
る必要がある。
発明者等は■の良好な濡れ性が必要な最上層には半田付
は層として従来のようにＡｕ層を用い、■のＩｎ半田と
の接合性が良いが、Ｉｎと金属間化合物を作って機械的
強度の低下を生じることのないバリア層として白金（Ｐ
ｔ＞層を用゛い、■の半導体チップ或いは回路基板と
充分な接着強度をもつ密着層として従来のようにＣｒま
たはＴｉを用いるものである。
は層として従来のようにＡｕ層を用い、■のＩｎ半田と
の接合性が良いが、Ｉｎと金属間化合物を作って機械的
強度の低下を生じることのないバリア層として白金（Ｐ
ｔ＞層を用゛い、■の半導体チップ或いは回路基板と
充分な接着強度をもつ密着層として従来のようにＣｒま
たはＴｉを用いるものである。
すなわち、本発明は第１図に示すように半導体チップ１
或いは回路基板３の接合位置の上に密着層としてＣｒあ
るいは１１層５を設け、この上に半田の拡散を防ぐバリ
ア層としてＰｔｌ ６を、そして最上層には半田付は層
としてＡＵ層７を設けることによりメタライズ層８を形
成するものである。
或いは回路基板３の接合位置の上に密着層としてＣｒあ
るいは１１層５を設け、この上に半田の拡散を防ぐバリ
ア層としてＰｔｌ ６を、そして最上層には半田付は層
としてＡＵ層７を設けることによりメタライズ層８を形
成するものである。
また、第２図は第１図に示すメタライズ層８の上にＩｎ
半田９を溶着して半田バンブ１０を形成した場合で半導
体チップ上に形成されてフリップチップタイプの半導体
素子を構成する。
半田９を溶着して半田バンブ１０を形成した場合で半導
体チップ上に形成されてフリップチップタイプの半導体
素子を構成する。
こ−で、バリア層として従来使用されているＮｉ層に代
えてｐｔＮを使用する理由はＩｎ半田に対して喰われが
ないからである。
えてｐｔＮを使用する理由はＩｎ半田に対して喰われが
ないからである。
（実施例〕
実施例１ ： （Ｐｔバリア層の効果）面積が２０層
１０ｍで厚さが１ｍｍのガラス基板上にマスクを用いる
電子ビーム蒸着法により３ｍｍ角の大きさでＣｒ層、ｐ
ｔ層、Ａｕ層と順次に層形成してメタライズ層を作った
。
１０ｍで厚さが１ｍｍのガラス基板上にマスクを用いる
電子ビーム蒸着法により３ｍｍ角の大きさでＣｒ層、ｐ
ｔ層、Ａｕ層と順次に層形成してメタライズ層を作った
。
この各層の厚さは何れも１０００人である。
なお、比較のために同一寸法のガラス基板上に同じ条件
でＡｕ／Ｎｉ／Ｃｒ構成のメタライズ層を作った。
でＡｕ／Ｎｉ／Ｃｒ構成のメタライズ層を作った。
この二種類のメタライズ層の表面にロジン系のフラック
スを塗布した後、３鴫角で厚さが２ｍのＩｎ片を置き、
２２０°Ｃに加熱しであるホットプレート上に置いて１
２分に亙って加熱した。
スを塗布した後、３鴫角で厚さが２ｍのＩｎ片を置き、
２２０°Ｃに加熱しであるホットプレート上に置いて１
２分に亙って加熱した。
フラックスを溶剤洗浄して除去した後、ガラス基板の裏
面から観察するとバリア層としてＮｉ層を用いたものは
四隅から喰われてＮｉ層が円形となっているのに対し、
ｐｔ層はそのま＼の形状で初期状態と変わっておらず、
ｐｔ層がバリア層として作用していることを確認できた
。 なお、Ａｕ／Ｐｔ／Ｔｉ構成の場合も結果は全く同
様であった。
面から観察するとバリア層としてＮｉ層を用いたものは
四隅から喰われてＮｉ層が円形となっているのに対し、
ｐｔ層はそのま＼の形状で初期状態と変わっておらず、
ｐｔ層がバリア層として作用していることを確認できた
。 なお、Ａｕ／Ｐｔ／Ｔｉ構成の場合も結果は全く同
様であった。
実施例２： （接合力の測定）
Ｓｉチップ面とアルミナ基板面の上に実施例１と同様に
電子ビーム蒸着法により３閤角の大きさでＣｒｊｉ、Ｐ
ｔ層、Ａｕ層と順次に層形成し、Ａｕ／Ｐｔ／Ｃｒ構成
のメタライズ層を形成した。
電子ビーム蒸着法により３閤角の大きさでＣｒｊｉ、Ｐ
ｔ層、Ａｕ層と順次に層形成し、Ａｕ／Ｐｔ／Ｃｒ構成
のメタライズ層を形成した。
この各層の厚さは１０００人である。
次に、実施例１と同様にロジン系のフラックスを塗布し
た後、３ｍｍ角で厚さが２ＭのＩｎ片を置き、２２０°
Ｃに加熱しであるホットプレート上に置いて加熱し、第
２図に示すような半田バンブを形成した。
た後、３ｍｍ角で厚さが２ＭのＩｎ片を置き、２２０°
Ｃに加熱しであるホットプレート上に置いて加熱し、第
２図に示すような半田バンブを形成した。
次に、半田バンブの表面にフラックスを塗布して後、ア
ルミナ基板上の半田バンブとＳｉチップ面の半田バンブ
を接合した状態で２２０ ”Ｃに加熱しである一ホット
プレート上に置き、Ｉｎ半田を溶融さ廿て第３図に示す
ような接合体を形成した。
ルミナ基板上の半田バンブとＳｉチップ面の半田バンブ
を接合した状態で２２０ ”Ｃに加熱しである一ホット
プレート上に置き、Ｉｎ半田を溶融さ廿て第３図に示す
ような接合体を形成した。
そして万能試験機（インストロン社製）を用いてＳｉチ
ップ１２とアルミナ基板１１の両側から引張り接合強さ
を測定した。
ップ１２とアルミナ基板１１の両側から引張り接合強さ
を測定した。
その結果、接合強さは０．４〜０．５にｇ／ｍｍ”であ
り、Ｉｎバルクの値（０，４Ｋｇ／ｎｕｎ” ）と変わ
らなかった。
り、Ｉｎバルクの値（０，４Ｋｇ／ｎｕｎ” ）と変わ
らなかった。
なお、Ａｕ／Ｐｔ／Ｔｉ構成の場合も結果は同様であっ
た。
た。
実施例３： （経時変化）
Ａｕ／Ｐｔ／Ｃｒ構成の半田バンプを接合した実施例２
の試料を温度サイクル槽に入れ常温（２０″Ｃ）と高温
（１００″Ｃ）の温度サイクル試験を１００００回に亙
って行った。
の試料を温度サイクル槽に入れ常温（２０″Ｃ）と高温
（１００″Ｃ）の温度サイクル試験を１００００回に亙
って行った。
なお、保持時間はそれぞれ１５分である。
温度サイクル終了後に接着強さを測定したが、約０．４
にｇ７ｍ”であり、Ｓｉチップとアルミナ基板との熱膨
張係数が異なっているに拘らず、Ｉｎ半田により応力が
吸収されており、疲労による劣化が認められなかった。
にｇ７ｍ”であり、Ｓｉチップとアルミナ基板との熱膨
張係数が異なっているに拘らず、Ｉｎ半田により応力が
吸収されており、疲労による劣化が認められなかった。
〔発明の効果］
本発明の実施により接合力が強く、且つ経時変化の少な
いフリップチップ接合の実用化が可能となる。
いフリップチップ接合の実用化が可能となる。
第１図は本発明に係る接合構造の断面図、第２図は半田
バンプの断面構造図、 第３図は実施例の接合状態を示す断面図、第４図はフリ
ップチップ接合を示す断面図、である。 図において、 １は半導体チップ、 ２．１０は半田バンプ、３
は回路基板、 ４はパッド、５はＣｒまたは
Ｔｉ層、 ６はｐｔ層、７はＡｕ層、
８はメタライズ層、９はＩｎ１ である。
バンプの断面構造図、 第３図は実施例の接合状態を示す断面図、第４図はフリ
ップチップ接合を示す断面図、である。 図において、 １は半導体チップ、 ２．１０は半田バンプ、３
は回路基板、 ４はパッド、５はＣｒまたは
Ｔｉ層、 ６はｐｔ層、７はＡｕ層、
８はメタライズ層、９はＩｎ１ である。
Claims (1)
- インジウム半田を使用して半導体チップを回路基板ヘフ
リップチップ接合を行う際に、半導体チップおよび回路
基板の接合位置のそれぞれに、密着層としてクロームま
たはチタン層、バリア層として白金層、半田付け層とし
て金層と順次に層形成したメタライズ層を備えることを
特徴とするインジウム半田の接合構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9932889A JP2697116B2 (ja) | 1989-04-19 | 1989-04-19 | インジウム半田の接合構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9932889A JP2697116B2 (ja) | 1989-04-19 | 1989-04-19 | インジウム半田の接合構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02278743A true JPH02278743A (ja) | 1990-11-15 |
| JP2697116B2 JP2697116B2 (ja) | 1998-01-14 |
Family
ID=14244570
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9932889A Expired - Fee Related JP2697116B2 (ja) | 1989-04-19 | 1989-04-19 | インジウム半田の接合構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2697116B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0714126A1 (en) * | 1994-11-23 | 1996-05-29 | AT&T Corp. | Compliant layer metallization |
| EP1571704A1 (en) * | 2004-03-04 | 2005-09-07 | Interuniversitair Microelektronica Centrum Vzw | Method for depositing a solder material on a substrate in the form of a predetermined pattern |
| EP1575084A2 (en) * | 2004-03-01 | 2005-09-14 | Interuniversitair Microelektronica Centrum ( Imec) | Method for depositing a solder material on a substrate |
| WO2006092200A1 (de) * | 2005-03-01 | 2006-09-08 | Epcos Ag | Lötfähiger kontakt und ein verfahren zur herstellung |
| GB2427071B (en) * | 2005-06-07 | 2011-03-09 | Denso Corp | Semiconductor device having SiC substrate and method for manufacturing the same |
| CN118099927A (zh) * | 2024-04-17 | 2024-05-28 | 化合积电(泉州)半导体科技有限公司 | 一种金刚石芯片及其制备方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4998073B2 (ja) | 2007-05-07 | 2012-08-15 | ソニー株式会社 | 半導体チップおよびその製造方法 |
-
1989
- 1989-04-19 JP JP9932889A patent/JP2697116B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (10)
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|---|---|---|---|---|
| EP0714126A1 (en) * | 1994-11-23 | 1996-05-29 | AT&T Corp. | Compliant layer metallization |
| EP1575084A2 (en) * | 2004-03-01 | 2005-09-14 | Interuniversitair Microelektronica Centrum ( Imec) | Method for depositing a solder material on a substrate |
| EP1575084A3 (en) * | 2004-03-01 | 2005-09-21 | Interuniversitair Microelektronica Centrum ( Imec) | Method for depositing a solder material on a substrate |
| US8227331B2 (en) | 2004-03-01 | 2012-07-24 | Imec | Method for depositing a solder material on a substrate |
| EP1571704A1 (en) * | 2004-03-04 | 2005-09-07 | Interuniversitair Microelektronica Centrum Vzw | Method for depositing a solder material on a substrate in the form of a predetermined pattern |
| WO2006092200A1 (de) * | 2005-03-01 | 2006-09-08 | Epcos Ag | Lötfähiger kontakt und ein verfahren zur herstellung |
| US8456022B2 (en) | 2005-03-01 | 2013-06-04 | Epcos Ag | Weldable contact and method for the production thereof |
| GB2427071B (en) * | 2005-06-07 | 2011-03-09 | Denso Corp | Semiconductor device having SiC substrate and method for manufacturing the same |
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| CN118099927B (zh) * | 2024-04-17 | 2024-07-30 | 化合积电(厦门)半导体科技有限公司 | 一种金刚石芯片及其制备方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2697116B2 (ja) | 1998-01-14 |
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