JPH05218041A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体装置に係り，特に，ＴＡＢによりボン
ディングを行うためのバンプを有する半導体装置に関
し，バンプ高さのばらつきがあっても，全面のバンプに
安定な接合状態が得られるようなバンプの構造を目的と
する。 【構成】 ＴＡＢによりボンディングを行うためのバン
プ１を有する半導体装置であって，バンプ１は側面にく
びれを有するように構成する。また，前記バンプ１は上
面が四角形で，４つの側面にくびれを有するように構成
する。また，ＴＡＢによりボンディングを行うためのバ
ンプ１を有する半導体装置であって，バンプ１は少なく
とも２層の金属層を有し，下層の金属層の硬さが上層の
金属層の硬さより低いように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置に係り，特
に，ＴＡＢによりボンディングを行うためのバンプを有
する半導体装置に関する。

【０００２】近年，半導体装置は高密度化，高性能化と
ともに端子数が増大し，端子間隔が非常に狭くなり，従
来技術であるワイヤボンディング方式では対応できなく
なっている。ＴＡＢ (Tape Automated Bonding) 方式は
この状況から近年脚光を浴びてきている。

【０００３】図７はＴＡＢを説明するための模式図で，
１はバンプ，２はＳｉチップ，41はインナーリード，42
はボンディングツールを表す。ＴＡＢでは，インナーリ
ード41とバンプ１を接合する工程（ＩＬＢ工程）におい
て，Ｓｉチップ２に形成されたバンプ１とインナーリー
ド41を位置合わせし，ボンディングツール42により加熱
加圧してボンディングを行う。この方式はギャグボンド
方式であるため，ばらつきの少ないバンプ高さ，ばらつ
きの少ないインナーリード厚さを実現することが，安定
した品質を得るためには非常に重要となっている。

【０００４】しかし，バンプ数及びインナーリード数は
年々増大しており，いかにバンプ形成技術及びインナー
リード形成技術を進めても，それだけでは接合面の平坦
性を安定に得ることは困難になってきている。

【０００５】

【従来の技術】従来のバンプは金（Ａｕ）のような単一
の金属またははんだ（ＰｂＳｎ）のような単一の合金で
形成されている。このバンプ形成はめっき，蒸着，熱圧
着などの方法で行われており，高さのばらつきは１０μ
ｍを超える。バンプ１とインナーリード41をフラットな
ボンディングツール42で加熱圧着するＩＬＢ作業では，
インナーリードとバンプの溶融及び変形量は数μｍ程度
であり，バンプ高さのばらつきをカバーすることができ
ない状態である。このため，ボンディングツール42から
バンプ１への熱伝導が悪く，溶融不足の不安定な接合状
態となる部分が生じる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の問題に
鑑み，バンプ高さのばらつきがあったとしても，比較的
その影響を受けずに全面のバンプについて安定な接合状
態が得られるような，バンプの構造を提供することを目
的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】図１は本発明によるバン
プの第１の実施例を示す斜視図であり，図２乃至図４は
本発明によるバンプの第２乃至第４の実施例を示す断面
図である。

【０００８】上記課題は，ＴＡＢによりボンディングを
行うためのバンプ１を有する半導体装置であって，該バ
ンプ１は側面にくびれを有する半導体装置によって解決
される。また，前記バンプ１は上面が四角形で，４つの
側面にくびれを有する半導体装置によって解決される。

【０００９】また，ＴＡＢによりボンディングを行うた
めのバンプ１を有する半導体装置であって，該バンプ１
は少なくとも２層の金属層を有し，下層の金属層の硬さ
が上層の金属層の硬さより低い半導体装置によって解決
される。

【００１０】

【作用】本発明では，ＴＡＢによりボンディングを行う
ためのバンプ１の側面にくびれが形成されており，上か
ら加熱加圧する時そのくびれの部分に応力が集中するた
め，その部分が大きく変形する。変形量を大きくするこ
とにより，バンプ高さのばらつきが大きくても加熱加圧
後のバンプ高さを揃えることができ，全部のバンプに熱
が十分に伝わり，インナーリードとバンプが均一に溶融
し安定した接合状態が得られるようになる。

【００１１】また，側面にくびれを設けることにより，
加熱加圧によりバンプが変形しやすくなるため，ボンデ
ィング荷重が低減できる。これによってバンプ下部の素
子におけるダメージ発生を抑えることができる。

【００１２】また，バンプ１は上面が四角形で，４つの
側面にくびれを有する形状に形成すれば，変形量を大き
くすることができ，効果的である。また，バンプは少な
くとも２層の金属層を有し，下層の金属層の硬さが上層
の金属層の硬さより低いように形成すれば，上から加熱
加圧する時，下層の金属層が上層の金属層より機械的強
度が低いため，大きく変形する。即ち，下層の金属層の
部分が前述のくびれの部分と同様の作用をもつことによ
り，バンプ高さのばらつきが大きくても加熱加圧後のバ
ンプ高さを揃えることができる。

【００１３】

【実施例】図１は本発明によるバンプの第１の実施例を
示す斜視図であり，１はバンプ，４はバンプ下部，６は
バンプくびれ部，８はバンプ上部を表す。

【００１４】バンプ１の材料は，例えば金（Ａｕ）で，
バンプ上部８及びバンプ下部４の形状は，ともに平面が
例えば７０μｍ□，高さが例えば１０μｍである。バン
プくびれ部６の形状は４つの側面にくびれを作る形状
で，断面が例えば５０μｍ□，高さが例えば５μｍであ
る。

【００１５】バンプくびれ部６の断面積はバンプ上部８
及びバンプ下部４の平面部の面積のほぼ半分となり，上
から加熱加圧するとき，バンプくびれ部に応力が集中し
て変形が大きくなる。

【００１６】図２は本発明によるバンプの第２の実施例
を示す断面図であり，第１の金属層11（Ａｕ），第２の
金属層12（Ｐｂ），第３の金属層13（Ａｕ）が順次積層
されている。上面の形状は例えば７０μｍ□，各層の厚
さは，例えば第１の金属層11が１０μｍ，第２の金属層
12が５μｍ，第３の金属層13が１０μｍである。

【００１７】モース硬さはＡｕが2.5 〜３，Ｐｂが 1.5
であり，上から加熱加圧するとき，第２の金属層（Ｐ
ｂ）の部分の変形が大きくなる。第２の金属層（Ｐｂ）
の部分は前述の第１の実施例のくびれの部分と同様の作
用をもっている。

【００１８】図３は本発明によるバンプの第３の実施例
を示す断面図であり，第１の金属層21（Ａｕ），第２の
金属層22（Ｐｂ），第３の金属層23（はんだ），第４の
金属層24（Ａｕ）が順次積層されている。上面の形状は
例えば７０μｍ□，各層の厚さは，例えば第１の金属層
21が８μｍ，第２の金属層22が５μｍ，第３の金属層23
が５μｍ，第４の金属層24が７μｍである。

【００１９】上から加熱加圧するとき，第２の金属層22
（Ｐｂ）の変形が大きくなる。図４は本発明によるバン
プの第４の実施例を示す断面図であり，第１の金属層31
（Ａｕ），第２の金属層32（Ｐｂ），第３の金属層33
（Ｃｕ），第４の金属層34（はんだ）が順次積層されて
いる。上面の形状は例えば７０μｍ□，各層の厚さは，
例えば第１の金属層31が１０μｍ，第２の金属層32が５
μｍ，第３の金属層33が５μｍ，第４の金属層34が５μ
ｍである。

【００２０】上から加熱加圧するとき，第２の金属層32
（Ｐｂ）の変形が大きくなる。バンプの第２の実施例は
３層からなり，バンプの第３，第４の実施例は４層から
なるが，層数をさらにふやしてもよい。要は中間層とし
て上層より硬さの低い金属層または合金層を設けるよう
にして，上から加熱加圧するとき，その中間層の変形が
大きくなるようにすればよい。

【００２１】図５(a) 〜(g) は第１の実施例のバンプを
形成する工程順断面図である。以下，これらの図を参照
しながら説明する。 図５(a) 参照 素子の形成されたＳｉチップ２にバンプ形成用の開口を
有する第１のレジストマスク３を形成する。

【００２２】図５(b) 参照 露出するＳｉチップ面に金（Ａｕ）めっきを行う。Ａｕ
層４の厚さは，例えば１０μｍである。

【００２３】図５(c) 参照 Ａｕ層４の周縁部を覆う第２のレジストマスク５を形成
する。 図５(d) 参照 露出するＡｕ層４に金（Ａｕ）めっきを行いＡｕ層６を
形成する。Ａｕ層６の厚さは，例えば５μｍである。

【００２４】図５(e) 参照 第１のレジストマスク３と第２のレジストマスク５を介
して重なるように第３のレジストマスク７を形成する。

【００２５】図５(f) 参照 露出するＡｕ層６に金（Ａｕ）めっきを行いＡｕ層８を
形成する。Ａｕ層８の厚さは例えば１０μｍで，横方向
にも広がり，Ａｕ層４と同じ形状となる。

【００２６】図５(g) 参照 第１のレジストマスク３，第２のレジストマスク５，第
３のレジストマスク７を剥離して，Ａｕ層４を下部，Ａ
ｕ層６をくびれ部，Ａｕ層８を上部とするバンプを完成
する。

【００２７】図６(a) 〜(e) は第２の実施例のバンプを
形成する工程順断面図である。以下，これらの図を参照
しながら説明する。 図６(a) 参照 素子の形成されたＳｉチップ２にバンプ形成用の開口を
有するレジストマスク10を形成する。

【００２８】図６(b) 参照 露出するＳｉチップ面に金（Ａｕ）めっきを行う。Ａｕ
層11の厚さは，例えば１０μｍである。

【００２９】図６(c) 参照 Ａｕ層11の上に鉛（Ｐｂ）を蒸着する。Ｐｂ層12の厚さ
は，例えば５μｍである。

【００３０】図６(d) 参照 Ｐｂ層12の上に金（Ａｕ）をめっきする。Ａｕ層13の厚
さは，例えば１０μｍである。

【００３１】図６(e) 参照 レジストマスク10を剥離する。このようにして，Ａｕ
層，Ｐｂ層，Ａｕ層の３層が順に積層されたバンプが形
成される。バンプの第３の実施例，第４の実施例も同様
の方法で形成できる。

【００３２】なお，図６(e) に示した３層構成のバンプ
を形成した後，例えば硝酸でＰｂ層をエッチングし側面
にくびれを形成することもできる。このようにして，図
１に示した形状のバンプを形成することもできる。

【００３３】さらに，図６(e) に示した３層構成のバン
プに限らず，多層構成のバンプにおいて，ある中間層の
側面を選択的にエッチングすることにより，側面にくび
れを有するバンプを形成することもできる。

【００３４】また，バンプを多層構成にしてＡｕを一部
にだけ使用するようにすれば，安価であるという経済的
な効果も得られる。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように，本発明によれば，
バンプを加熱加圧した時つぶれ易い部分を形成しておく
ことにより，ＴＡＢによるボンディング時のバンプ変形
量を増大させ，インナーリードとバンプの接合状態を全
面にわたって安定化することができる。即ち，高さにば
らつきのあるバンプがボンディング時に変形し，高いバ
ンプは隣接のバンプ高さにならうようになり，高さが安
定化し，その結果全部のバンプに熱が十分に伝わりイン
ナーリードとバンプが均一に溶融し安定した接合が得ら
れる。

【００３６】また，バンプが変形しやすいため，ボンデ
ィング荷重を低減でき，これによりバンプ下部にダメー
ジの発生を引き起こさないという効果がある。また，バ
ンプを多層構成にしてＡｕを一部にだけ使用することに
よる経済的効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるバンプの第１の実施例を示す斜視
図である。

【図２】本発明によるバンプの第２の実施例を示す断面
図である。

【図３】本発明によるバンプの第３の実施例を示す断面
図である。

【図４】本発明によるバンプの第４の実施例を示す断面
図である。

【図５】(a) 〜(g) は第１の実施例のバンプを形成する
工程順断面図である。

【図６】(a) 〜(e) は第２の実施例のバンプを形成する
工程順断面図である。

【図７】ＴＡＢを説明するための模式図である。

【符号の説明】

１はバンプ ２はＳｉチップ ３は第１のレジストマスク ４はＡｕ層であってバンプ下部 ５は第２のレジストマスク ６はＡｕ層であってバンプくびれ部 ７は第３のレジストマスク ８はＡｕ層であってバンプ上部 10はレジストマスク 11, 13, 21, 24, 31はＡｕ層 12, 22, 32はＰｂ層 23, 34ははんだ層 33はＣｕ層 41はインナーリード 42はボンディングツール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石澤 幸則 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 大澤 満洋 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 牧 友行 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＴＡＢによりボンディングを行うための
   バンプ(1) を有する半導体装置であって，該バンプ(1)
   は側面にくびれを有することを特徴とする半導体装置。
2. 【請求項２】 前記バンプ(1) は上面が四角形で，４つ
   の側面にくびれを有することを特徴とする請求項１記載
   の半導体装置。
3. 【請求項３】 ＴＡＢによりボンディングを行うための
   バンプ(1) を有する半導体装置であって，該バンプ(1)
   は少なくとも２層の金属層を有し，下層の金属層の硬さ
   が上層の金属層の硬さより低いことを特徴とする半導体
   装置。