JPH06224258A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 半導体素子の電極上に金属突起を容易でかつ
低コストで形成する転写方式をフリップチップ方式やＭ
ＢＢ方式に適用する際にきわめて接続信頼性を高くでき
る接続方式を提供する。 【構成】 金属突起用基板２１上に形成された金属突起
２２と半導体素子２３のＡｌ電極２４とを接触させた状
態で押圧，加熱し、金属突起２２とＡｌ電極２４とを合
金化して接合した後、金属突起２２をＡｌ電極２４に転
写する。この後、金属突起２２と配線電極２７とを接触
させた状態で、前工程よりも高押圧力，高温又は長時間
の押圧，加熱により、金属突起２２と配線電極２７とを
再度合金化させる。その後、金属突起２２と配線電極２
７とを光硬化性絶縁樹脂２９で固着して接続する。これ
により、配線電極２７との接続前の金属突起２２の大変
形を防ぎながら、Ａｌ電極−金属突起間の接合強度を強
固にする。
低コストで形成する転写方式をフリップチップ方式やＭ
ＢＢ方式に適用する際にきわめて接続信頼性を高くでき
る接続方式を提供する。 【構成】 金属突起用基板２１上に形成された金属突起
２２と半導体素子２３のＡｌ電極２４とを接触させた状
態で押圧，加熱し、金属突起２２とＡｌ電極２４とを合
金化して接合した後、金属突起２２をＡｌ電極２４に転
写する。この後、金属突起２２と配線電極２７とを接触
させた状態で、前工程よりも高押圧力，高温又は長時間
の押圧，加熱により、金属突起２２と配線電極２７とを
再度合金化させる。その後、金属突起２２と配線電極２
７とを光硬化性絶縁樹脂２９で固着して接続する。これ
により、配線電極２７との接続前の金属突起２２の大変
形を防ぎながら、Ａｌ電極−金属突起間の接合強度を強
固にする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子の電極と配
線基板の電極とを金属突起を介して接続するようにした
半導体装置の製造方法に関する。
線基板の電極とを金属突起を介して接続するようにした
半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体素子を多数個搭載した電子
機器が急増してきている。例えば、メモリーカード，液
晶やＥＬディスプレイ等があり、これらはいずれも複数
個のＬＳＩチップを一定面積を有する基板上に高密度に
しかも薄型に搭載しなければならない。このようにＬＳ
Ｉチップを高密度に実装する有効な手段としてマイクロ
バンプボンディング方式（以下ＭＢＢ方式と呼称す
る。）がある。この方式はＬＳＩチップのＡｌ電極上に
形成された金属突起電極と配線基板の配線の電極とを加
圧しながら光硬化性の絶縁樹脂で接着，接続する方式で
あり、樹脂の収縮力のみで両者の電極同士を電気的に接
続している。この方式では、上述のごとく、ＬＳＩチッ
プのＡｌ電極上に金属突起を直接形成する必要があり、
この金属突起を直接形成する方法として、従来は、ＬＳ
ＩチップのＡｌ電極上にＣｒ−ＣｕやＴｉ−Ｐｄ等のバ
リヤメタルと呼ばれる多層金属膜を形成し、この上に電
解めっき法でバンプと呼ばれる金属突起を形成する方法
で行なっていた。しかし、このようにＬＳＩチップのＡ
ｌ電極上に直接金属突起を形成するのには、多数の蒸着
工程やフォトリソ工程、エッチィング工程が必要とな
る。このため、これらの工程の途中においてＬＳＩチッ
プに損傷を与え、歩留まりを低下させる原因になった
り、全体的に実装コストを高くするばかりか信頼性をも
低下させるものであった。さらには、予めこの金属突起
が形成されたＬＳＩチップを入手するのが困難であり、
非常に汎用性に欠けるといった欠点があった。
機器が急増してきている。例えば、メモリーカード，液
晶やＥＬディスプレイ等があり、これらはいずれも複数
個のＬＳＩチップを一定面積を有する基板上に高密度に
しかも薄型に搭載しなければならない。このようにＬＳ
Ｉチップを高密度に実装する有効な手段としてマイクロ
バンプボンディング方式（以下ＭＢＢ方式と呼称す
る。）がある。この方式はＬＳＩチップのＡｌ電極上に
形成された金属突起電極と配線基板の配線の電極とを加
圧しながら光硬化性の絶縁樹脂で接着，接続する方式で
あり、樹脂の収縮力のみで両者の電極同士を電気的に接
続している。この方式では、上述のごとく、ＬＳＩチッ
プのＡｌ電極上に金属突起を直接形成する必要があり、
この金属突起を直接形成する方法として、従来は、ＬＳ
ＩチップのＡｌ電極上にＣｒ−ＣｕやＴｉ−Ｐｄ等のバ
リヤメタルと呼ばれる多層金属膜を形成し、この上に電
解めっき法でバンプと呼ばれる金属突起を形成する方法
で行なっていた。しかし、このようにＬＳＩチップのＡ
ｌ電極上に直接金属突起を形成するのには、多数の蒸着
工程やフォトリソ工程、エッチィング工程が必要とな
る。このため、これらの工程の途中においてＬＳＩチッ
プに損傷を与え、歩留まりを低下させる原因になった
り、全体的に実装コストを高くするばかりか信頼性をも
低下させるものであった。さらには、予めこの金属突起
が形成されたＬＳＩチップを入手するのが困難であり、
非常に汎用性に欠けるといった欠点があった。
【０００３】そこで、上記不具合を解消する方法とし
て、例えば特公平２−７１８０号公報に開示されるよう
に、他の基板上に形成された金属突起を、転写法により
ＬＳＩチップのＡｌ電極に転写・接合する方法がある。
て、例えば特公平２−７１８０号公報に開示されるよう
に、他の基板上に形成された金属突起を、転写法により
ＬＳＩチップのＡｌ電極に転写・接合する方法がある。
【０００４】以下、上記ＭＢＢ方式の工程と併せてこの
工程について、図５（ａ）〜（ｇ）に基づき説明する。
図５（ａ）〜（ｇ）は、上記従来の公報の製造工程にお
ける状態の変化を示す断面図である。まず、同図（ａ）
に示すように、Ａｕで構成される金属突起２２を備えた
金属突起用基板２１を準備する。この金属突起２２は、
主として電解メッキ法により金属突起用基板２１上に形
成されたものである。そして、半導体素子２３を金属突
起用基板２１の上方に設置し、半導体素子２３のＡｌ電
極２４と金属突起２２とを位置合わせする。
工程について、図５（ａ）〜（ｇ）に基づき説明する。
図５（ａ）〜（ｇ）は、上記従来の公報の製造工程にお
ける状態の変化を示す断面図である。まず、同図（ａ）
に示すように、Ａｕで構成される金属突起２２を備えた
金属突起用基板２１を準備する。この金属突起２２は、
主として電解メッキ法により金属突起用基板２１上に形
成されたものである。そして、半導体素子２３を金属突
起用基板２１の上方に設置し、半導体素子２３のＡｌ電
極２４と金属突起２２とを位置合わせする。
【０００５】次に、同図（ｂ）に示すように、金属突起
２２とＡｌ電極２４とを接触させた状態で、半導体素子
２３の裏面からボンディングツール２５によって加圧、
加熱する。この加圧、加熱により、図６（ａ）に示すご
とく、金属突起２２とＡｌ電極２４との間に合金層３２
が生じ、金属突起２２はＡｌ電極２４に接合される。こ
のとき、温度は約３８０〜４６０℃、圧力は１金属突起
当り７〜１０ｇ、時間は１ｓｅｃ程度である。ここで、
金属突起２２とＡｌ電極２４との界面層には、わずかの
Ａｕ−Ａｌ合金層３２が形成されている。すなわち、金
属突起２２の形状や大きさを形成時の状態からあまり大
きく変化させないように、できる限り小さな圧力，低い
温度，短い時間で、加圧・加熱を行っているからであ
る。
２２とＡｌ電極２４とを接触させた状態で、半導体素子
２３の裏面からボンディングツール２５によって加圧、
加熱する。この加圧、加熱により、図６（ａ）に示すご
とく、金属突起２２とＡｌ電極２４との間に合金層３２
が生じ、金属突起２２はＡｌ電極２４に接合される。こ
のとき、温度は約３８０〜４６０℃、圧力は１金属突起
当り７〜１０ｇ、時間は１ｓｅｃ程度である。ここで、
金属突起２２とＡｌ電極２４との界面層には、わずかの
Ａｕ−Ａｌ合金層３２が形成されている。すなわち、金
属突起２２の形状や大きさを形成時の状態からあまり大
きく変化させないように、できる限り小さな圧力，低い
温度，短い時間で、加圧・加熱を行っているからであ
る。
【０００６】そして、同図（ｃ）に示すように、ボンデ
ィングツール２５に形成されている真空吸着孔２６を介
して真空ポンプ（図示せず）によって半導体素子２３を
吸着しながら、ボンディングツール２５を上方に持ち上
げると、金属突起２２は金属突起用基板２１から引き剥
がされ、Ａｌ電極２４に転写される。
ィングツール２５に形成されている真空吸着孔２６を介
して真空ポンプ（図示せず）によって半導体素子２３を
吸着しながら、ボンディングツール２５を上方に持ち上
げると、金属突起２２は金属突起用基板２１から引き剥
がされ、Ａｌ電極２４に転写される。
【０００７】次に、同図（ｄ）に示すように、上述の工
程で金属突起２２が転写・接合された半導体素子２３
と、この金属突起２２に対応した位置に配線電極２７を
有する配線基板２８とを位置合わせするとともに、配線
基板２８上の半導体素子２３が位置する領域に光硬化性
絶縁樹脂２９を塗布する。
程で金属突起２２が転写・接合された半導体素子２３
と、この金属突起２２に対応した位置に配線電極２７を
有する配線基板２８とを位置合わせするとともに、配線
基板２８上の半導体素子２３が位置する領域に光硬化性
絶縁樹脂２９を塗布する。
【０００８】この後、同図（ｅ）に示すように、常温の
加圧ツール３０によって金属突起２２を配線電極２７に
圧接する。この時、両者間に介在していた光硬化性の絶
縁樹脂２９は周囲に押しやられて、金属突起２２と配線
電極２７とは電気的に完全に接続がとられた状態とな
る。また、このとき、接続状態を完全とするために金属
突起２２は大きく変形させる必要がある。たとえば、加
圧前に約１０μｍ程度あった金属突起２２の厚みは４〜
５μｍ程度までに変形される。これに必要な荷重は１金
属突起当り９０〜１００ｇである。
加圧ツール３０によって金属突起２２を配線電極２７に
圧接する。この時、両者間に介在していた光硬化性の絶
縁樹脂２９は周囲に押しやられて、金属突起２２と配線
電極２７とは電気的に完全に接続がとられた状態とな
る。また、このとき、接続状態を完全とするために金属
突起２２は大きく変形させる必要がある。たとえば、加
圧前に約１０μｍ程度あった金属突起２２の厚みは４〜
５μｍ程度までに変形される。これに必要な荷重は１金
属突起当り９０〜１００ｇである。
【０００９】この後、同図（ｆ）に示すように、配線基
板２８の裏面もしくは側面から紫外線３１を照射し、光
硬化性絶縁樹脂２９を硬化させる。
板２８の裏面もしくは側面から紫外線３１を照射し、光
硬化性絶縁樹脂２９を硬化させる。
【００１０】最後に、同図（ｇ）に示すように、加圧を
解除して接続は終了する。このように従来技術では配線
基板２８と半導体素子２３との接合を無加熱で圧接し、
両者を光硬化性絶縁樹脂２９で固定することにより、従
来までに課題とされていた点を改善し、以下に示すよう
な特徴を有している。
解除して接続は終了する。このように従来技術では配線
基板２８と半導体素子２３との接合を無加熱で圧接し、
両者を光硬化性絶縁樹脂２９で固定することにより、従
来までに課題とされていた点を改善し、以下に示すよう
な特徴を有している。
【００１１】１．無加熱接続であるため熱的ストレスを
与えることなく接続できる。
与えることなく接続できる。
【００１２】２．接続される部材が圧接（接触）されて
いるだけなので熱膨張係数の差による接合部での熱的ス
トレスを受けない。
いるだけなので熱膨張係数の差による接合部での熱的ス
トレスを受けない。
【００１３】３．接続部がほとんど金属結合を介した接
合ではないので狭ピッチに対応できる。
合ではないので狭ピッチに対応できる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の方法では、以下に示すような問題があった。
来の方法では、以下に示すような問題があった。
【００１５】まず、上述のごとく、図６（ａ）に示すよ
うに、最初の転写・接合工程で金属突起２２とＡｌ電極
２４との界面に形成されるＡｕ−Ａｌ合金層３２は極め
て薄い層である。これは、Ａｕ−Ａｌ合金層３２が金属
突起２２を金属突起用基板２１から引き剥がすのに必要
な結合力を与えればよく、また、金属突起２２が大きく
変形すると後の工程における接続不良を招く虞れがある
からである。すなわち、大きい圧力や高い温度を加えた
り、長い時間の接合を行うと、電解メッキ等で形成され
た主として柱状晶の金属突起２２は大きく変形して、次
工程における金属突起２２との配線２７との接続に支障
をきたす。したがって、金属突起２２はほとんど変形し
ていない状態でＡｌ電極２４上に転写されている。
うに、最初の転写・接合工程で金属突起２２とＡｌ電極
２４との界面に形成されるＡｕ−Ａｌ合金層３２は極め
て薄い層である。これは、Ａｕ−Ａｌ合金層３２が金属
突起２２を金属突起用基板２１から引き剥がすのに必要
な結合力を与えればよく、また、金属突起２２が大きく
変形すると後の工程における接続不良を招く虞れがある
からである。すなわち、大きい圧力や高い温度を加えた
り、長い時間の接合を行うと、電解メッキ等で形成され
た主として柱状晶の金属突起２２は大きく変形して、次
工程における金属突起２２との配線２７との接続に支障
をきたす。したがって、金属突起２２はほとんど変形し
ていない状態でＡｌ電極２４上に転写されている。
【００１６】この後、上述のごとく、無加熱で１金属突
起当り９０〜１００ｇの高荷重をかけて、金属突起２２
を大きく変形させて配線基板２８上の配線電極２７に圧
接する（図５（ｅ）参照）が、この時、図６（ｂ）に示
すように、前工程の転写工程で１度層状に形成されたＡ
ｕ−Ａｌ合金層３２は金属突起２２の大きな変形にとも
ない分断されて、金属突起２２とＡｌ電極２４の接合面
付近に点在する形となる。したがって、両者の境界付近
のＡｕ−Ａｌ合金層３２以外の部分では、合金化されて
いない部分がほとんどであり、強度的に信頼性の低い接
合となってしまう。
起当り９０〜１００ｇの高荷重をかけて、金属突起２２
を大きく変形させて配線基板２８上の配線電極２７に圧
接する（図５（ｅ）参照）が、この時、図６（ｂ）に示
すように、前工程の転写工程で１度層状に形成されたＡ
ｕ−Ａｌ合金層３２は金属突起２２の大きな変形にとも
ない分断されて、金属突起２２とＡｌ電極２４の接合面
付近に点在する形となる。したがって、両者の境界付近
のＡｕ−Ａｌ合金層３２以外の部分では、合金化されて
いない部分がほとんどであり、強度的に信頼性の低い接
合となってしまう。
【００１７】すなわち、この製造方法で形成された接合
部は、高温放置等の信頼性試験を行うと、比較的短い試
験時間で金属突起２２とＡｌ電極２４との界面の電気抵
抗が増加し、さらに試験を継続すると最後には完全に電
気的に不通の状態となってしまう憾みがあった。特に、
配線基板と半導体素子との熱膨張係数が異なるような組
み合わせでは、高温条件下での使用中には、両者の熱膨
張係数の差によって、半導体素子２３のＡｌ電極２４と
金属突起２２との間に大きな応力が作用するので、両者
間の接合の破壊も生じる虞れがあった。
部は、高温放置等の信頼性試験を行うと、比較的短い試
験時間で金属突起２２とＡｌ電極２４との界面の電気抵
抗が増加し、さらに試験を継続すると最後には完全に電
気的に不通の状態となってしまう憾みがあった。特に、
配線基板と半導体素子との熱膨張係数が異なるような組
み合わせでは、高温条件下での使用中には、両者の熱膨
張係数の差によって、半導体素子２３のＡｌ電極２４と
金属突起２２との間に大きな応力が作用するので、両者
間の接合の破壊も生じる虞れがあった。
【００１８】本発明は斯かる点に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、半導体素子の電極と配線の電極とを
金属突起を介して接続してなる半導体装置の製造方法と
して、半導体素子の電極と金属突起との合金化による転
写・接合を行った後、配線の電極と金属突起とを位置合
わせした状態で、半導体素子の電極と金属突起とを再度
合金化してから、金属突起を介して半導体素子の電極と
配線の電極とを接続させることにより、半導体素子の電
極−配線の電極間の接続の際における不具合を生ぜしめ
ることなく、半導体素子の電極と金属突起との結合の強
化を図り、もって、信頼性の向上を図ることにある。
あり、その目的は、半導体素子の電極と配線の電極とを
金属突起を介して接続してなる半導体装置の製造方法と
して、半導体素子の電極と金属突起との合金化による転
写・接合を行った後、配線の電極と金属突起とを位置合
わせした状態で、半導体素子の電極と金属突起とを再度
合金化してから、金属突起を介して半導体素子の電極と
配線の電極とを接続させることにより、半導体素子の電
極−配線の電極間の接続の際における不具合を生ぜしめ
ることなく、半導体素子の電極と金属突起との結合の強
化を図り、もって、信頼性の向上を図ることにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、具体的に請求項１の発明の講じた手段は、配線の電
極が形成された配線基板と、該配線基板に搭載され、金
属突起を介して上記配線の電極に接続される電極が形成
された半導体素子とを有する半導体装置の製造方法とし
て、上記半導体素子の電極に対応した位置に金属突起を
設けた金属突起用基板を予め作成しておく準備工程と、
上記半導体素子と金属突起用基板とを対峙させ、上記半
導体素子の電極と金属突起とを位置合わせして、上記半
導体素子と金属突起用基板とを互いに押付け合う押圧力
を加え，半導体素子の電極と金属突起とを加熱して、上
記半導体素子の電極と上記金属突起との間に合金層を形
成させた後、上記金属突起を金属突起用基板から半導体
素子の電極に転写させる転写・接合工程と、上記半導体
素子と配線基板とを対峙させ、上記転写・接合工程で半
導体素子の電極に転写・接合された金属突起と上記配線
の電極とを位置合わせして、上記半導体素子と配線基板
との間に押圧力を加え，半導体素子の電極及び金属突起
を加熱して、上記半導体素子の電極と上記金属突起とが
上記転写・接合工程におけるよりも強固な結合となるよ
うに両者間にさらに広い範囲の合金層を再度形成させる
再合金化工程と、半導体素子と配線基板との間に押圧力
を加えた状態で、上記金属突起と配線の電極とを電気的
に導通状態にするよう接続させる接続工程とを設ける方
法である。
め、具体的に請求項１の発明の講じた手段は、配線の電
極が形成された配線基板と、該配線基板に搭載され、金
属突起を介して上記配線の電極に接続される電極が形成
された半導体素子とを有する半導体装置の製造方法とし
て、上記半導体素子の電極に対応した位置に金属突起を
設けた金属突起用基板を予め作成しておく準備工程と、
上記半導体素子と金属突起用基板とを対峙させ、上記半
導体素子の電極と金属突起とを位置合わせして、上記半
導体素子と金属突起用基板とを互いに押付け合う押圧力
を加え，半導体素子の電極と金属突起とを加熱して、上
記半導体素子の電極と上記金属突起との間に合金層を形
成させた後、上記金属突起を金属突起用基板から半導体
素子の電極に転写させる転写・接合工程と、上記半導体
素子と配線基板とを対峙させ、上記転写・接合工程で半
導体素子の電極に転写・接合された金属突起と上記配線
の電極とを位置合わせして、上記半導体素子と配線基板
との間に押圧力を加え，半導体素子の電極及び金属突起
を加熱して、上記半導体素子の電極と上記金属突起とが
上記転写・接合工程におけるよりも強固な結合となるよ
うに両者間にさらに広い範囲の合金層を再度形成させる
再合金化工程と、半導体素子と配線基板との間に押圧力
を加えた状態で、上記金属突起と配線の電極とを電気的
に導通状態にするよう接続させる接続工程とを設ける方
法である。
【００２０】請求項２の発明の講じた手段は、上記請求
項１の発明において、上記再合金化工程を、上記転写・
接合工程におけるよりも大きな押圧力を加えるように行
う方法である。
項１の発明において、上記再合金化工程を、上記転写・
接合工程におけるよりも大きな押圧力を加えるように行
う方法である。
【００２１】請求項３の発明の講じた手段は、上記請求
項１又は２の発明において、上記再合金化工程を、上記
転写・接合工程におけるよりも高い温度に加熱するよう
に行う方法である。
項１又は２の発明において、上記再合金化工程を、上記
転写・接合工程におけるよりも高い温度に加熱するよう
に行う方法である。
【００２２】請求項４の発明の講じた手段は、上記請求
項１，２，又は３の発明において、上記再合金化工程
を、上記転写・接合工程におけるよりも長時間の間押圧
・加熱するように行う方法である。
項１，２，又は３の発明において、上記再合金化工程
を、上記転写・接合工程におけるよりも長時間の間押圧
・加熱するように行う方法である。
【００２３】請求項５の発明の講じた手段は、上記請求
項２の発明において、上記再合金化工程と金属突起−配
線の電極間の接続工程とを同時に行う方法である。
項２の発明において、上記再合金化工程と金属突起−配
線の電極間の接続工程とを同時に行う方法である。
【００２４】請求項６の発明の講じた手段は、上記請求
項１，２，３，４又は５の発明において、上記金属突起
−配線の電極間の接続工程を、少なくとも上記金属突起
と配線の電極との間を絶縁性樹脂により固着して行う方
法である。
項１，２，３，４又は５の発明において、上記金属突起
−配線の電極間の接続工程を、少なくとも上記金属突起
と配線の電極との間を絶縁性樹脂により固着して行う方
法である。
【００２５】請求項７の発明の講じた手段は、上記請求
項１，２，３，４，５又は６の発明において、半導体素
子の半導体素子の電極としてＡｌ又はＡｌ系合金を用
い、上記配線の電極としてＡｕ，Ａｇ，ＮｉもしくはＣ
ｕ又はこれらの合金のうちの少なくとも一種類を用いる
方法である。
項１，２，３，４，５又は６の発明において、半導体素
子の半導体素子の電極としてＡｌ又はＡｌ系合金を用
い、上記配線の電極としてＡｕ，Ａｇ，ＮｉもしくはＣ
ｕ又はこれらの合金のうちの少なくとも一種類を用いる
方法である。
【００２６】請求項８の発明の講じた手段は、上記請求
項１，２，３，４，５，６又は７の発明において、配線
基板として、合成樹脂板上に配線を形成してなるプリン
ト基板を用いる方法である。
項１，２，３，４，５，６又は７の発明において、配線
基板として、合成樹脂板上に配線を形成してなるプリン
ト基板を用いる方法である。
【００２７】
【作用】以上の方法により、請求項１の発明では、転写
・接合工程で、半導体素子の電極と金属突起とが押圧，
加熱されて、両者の境界面付近に合金層が生じて接合状
態になり、その後、金属突起が金属突起用基板から半導
体素子の電極に転写される。そして、再合金化工程で、
半導体素子側に転写された金属突起と配線基板の配線の
電極とが接触した状態で、半導体素子の電極と金属突起
とがさらに強固な結合状態となるよう押圧，加熱され
る。
・接合工程で、半導体素子の電極と金属突起とが押圧，
加熱されて、両者の境界面付近に合金層が生じて接合状
態になり、その後、金属突起が金属突起用基板から半導
体素子の電極に転写される。そして、再合金化工程で、
半導体素子側に転写された金属突起と配線基板の配線の
電極とが接触した状態で、半導体素子の電極と金属突起
とがさらに強固な結合状態となるよう押圧，加熱され
る。
【００２８】その場合、転写・接合工程では、金属突起
は最小限の接合強度で半導体素子の電極に結合されれば
よいので、変形度合いを小さくすることが可能であり、
後の半導体素子と配線基板との接続工程に支障をきたす
ことはない、そして、再合金化工程では、金属突起と配
線の電極とが位置合わせされた状態で、半導体素子の電
極と金属突起との間に広い範囲の合金層が生じるよう
に、前工程よりも強い加圧・加熱が行われる。その際、
金属突起が大きく変形しても、すでに金属突起と配線の
電極とは位置合わせされ接触しているので、金属突起と
配線の電極との接続不良を生じることはない。また、半
導体素子の電極と金属突起との間には広い範囲の合金層
が形成されているので、後に金属突起が大きく変形して
も、両者間に十分な合金層が確保される。したがって、
金属突起の変形による半導体素子と配線基板との間の接
続の不具合を生じることなく、半導体素子の電極−金属
突起間の合金化による強固な接合強度が得られる。
は最小限の接合強度で半導体素子の電極に結合されれば
よいので、変形度合いを小さくすることが可能であり、
後の半導体素子と配線基板との接続工程に支障をきたす
ことはない、そして、再合金化工程では、金属突起と配
線の電極とが位置合わせされた状態で、半導体素子の電
極と金属突起との間に広い範囲の合金層が生じるよう
に、前工程よりも強い加圧・加熱が行われる。その際、
金属突起が大きく変形しても、すでに金属突起と配線の
電極とは位置合わせされ接触しているので、金属突起と
配線の電極との接続不良を生じることはない。また、半
導体素子の電極と金属突起との間には広い範囲の合金層
が形成されているので、後に金属突起が大きく変形して
も、両者間に十分な合金層が確保される。したがって、
金属突起の変形による半導体素子と配線基板との間の接
続の不具合を生じることなく、半導体素子の電極−金属
突起間の合金化による強固な接合強度が得られる。
【００２９】すなわち、半導体素子と配線基板との熱膨
張率差に起因する応力に対しても十分耐える接合強度が
得られるとともに、使用中における半導体素子の電極−
金属突起間の電気抵抗値の増大や不通状態の発生を招く
ことがなく、信頼性が向上する。
張率差に起因する応力に対しても十分耐える接合強度が
得られるとともに、使用中における半導体素子の電極−
金属突起間の電気抵抗値の増大や不通状態の発生を招く
ことがなく、信頼性が向上する。
【００３０】請求項２の発明では、特に大きな押圧力で
再合金化工程が行われるので、高圧条件下による反応の
促進作用によって、半導体素子の電極と金属突起との界
面付近に広い範囲に亘って合金層が生じることで、上記
請求項１の発明の作用が得られる。
再合金化工程が行われるので、高圧条件下による反応の
促進作用によって、半導体素子の電極と金属突起との界
面付近に広い範囲に亘って合金層が生じることで、上記
請求項１の発明の作用が得られる。
【００３１】請求項３の発明では、特に高い温度に加熱
されて再合金化工程が行われるので、高温条件下による
反応の促進作用によって、半導体素子の電極と金属突起
との界面付近に広い範囲に亘って合金層が生じること
で、請求項１の発明の作用が得られる。
されて再合金化工程が行われるので、高温条件下による
反応の促進作用によって、半導体素子の電極と金属突起
との界面付近に広い範囲に亘って合金層が生じること
で、請求項１の発明の作用が得られる。
【００３２】請求項４の発明では、特に長い時間の間加
熱，押圧されて再合金化工程が行われるので、両者の界
面付近に広い範囲に亘って合金層が生じ、請求項１の発
明の作用が得られる。
熱，押圧されて再合金化工程が行われるので、両者の界
面付近に広い範囲に亘って合金層が生じ、請求項１の発
明の作用が得られる。
【００３３】請求項５の発明では、再合金化工程の間
に、金属突起−配線金属間の電気的接続が行われるの
で、製造に要する時間が短縮され、製造コストが低減す
る。
に、金属突起−配線金属間の電気的接続が行われるの
で、製造に要する時間が短縮され、製造コストが低減す
る。
【００３４】請求項６の発明では、半導体素子の電極に
転写されている金属突起と配線の電極とが絶縁性樹脂に
より固着されて、電気的に導通状態となるよう接続され
るので、容易に各半導体素子の電極間の短絡を防止しな
がら、配線基板と半導体素子とが接続されることにな
る。
転写されている金属突起と配線の電極とが絶縁性樹脂に
より固着されて、電気的に導通状態となるよう接続され
るので、容易に各半導体素子の電極間の短絡を防止しな
がら、配線基板と半導体素子とが接続されることにな
る。
【００３５】請求項７の発明では、半導体素子の半導体
素子の電極を構成する材料がＡｌ又はＡｌ系合金の場
合、製造コストが安価で電気的性質も良好となる。ま
た、金属突起がＡｕ，Ｃｕ，Ａｇ又はＮｉの場合、半導
体素子の電極−配線の電極間の電気抵抗が小さく、塑性
変形能も適度であるので、半導体装置の総合的な特性が
良好となる。
素子の電極を構成する材料がＡｌ又はＡｌ系合金の場
合、製造コストが安価で電気的性質も良好となる。ま
た、金属突起がＡｕ，Ｃｕ，Ａｇ又はＮｉの場合、半導
体素子の電極−配線の電極間の電気抵抗が小さく、塑性
変形能も適度であるので、半導体装置の総合的な特性が
良好となる。
【００３６】請求項８の発明では、配線基板がプリント
基板の場合、半導体素子とプリント基板との熱膨張率差
が大きいので、使用中に高温の環境下に置かれると、半
導体素子とプリント基板との接続部に大きな熱応力が生
じる。ここで、上記各発明の作用により、半導体素子の
電極−金属突起間の再合金化による大きな結合力が得ら
れるので、半導体素子とプリント基板との間の熱膨張率
差に起因する両者間の接続状態の破壊が防止されること
になる。
基板の場合、半導体素子とプリント基板との熱膨張率差
が大きいので、使用中に高温の環境下に置かれると、半
導体素子とプリント基板との接続部に大きな熱応力が生
じる。ここで、上記各発明の作用により、半導体素子の
電極−金属突起間の再合金化による大きな結合力が得ら
れるので、半導体素子とプリント基板との間の熱膨張率
差に起因する両者間の接続状態の破壊が防止されること
になる。
【００３７】
【実施例】以下、本発明の実施例について、図１（ａ）
〜（ｈ）及び図２に基づき説明する。
〜（ｈ）及び図２に基づき説明する。
【００３８】図１は、実施例における半導体装置の製造
方法の工程を説明する断面図である。まず、同図（ａ）
図に示すように、金属突起用基板２１の上方に半導体素
子２３を設置する。この金属突起用基板２１には、予め
電解メッキ等によって、径が約３０μｍ，高さが１０μ
ｍのＡｕからなる金属突起２２が所定位置に搭載されて
いる。そして、金属突起用基板２１上の金属突起２２と
半導体素子２３のＡｌ電極２４との位置を一致させる。
方法の工程を説明する断面図である。まず、同図（ａ）
図に示すように、金属突起用基板２１の上方に半導体素
子２３を設置する。この金属突起用基板２１には、予め
電解メッキ等によって、径が約３０μｍ，高さが１０μ
ｍのＡｕからなる金属突起２２が所定位置に搭載されて
いる。そして、金属突起用基板２１上の金属突起２２と
半導体素子２３のＡｌ電極２４との位置を一致させる。
【００３９】そして、同図（ｂ）に示すように、半導体
素子２３の裏面から加熱機構（図示せず）が内蔵された
ボンディングツール２５を押しあてて、金属突起２２と
Ａｌ電極２４とをボンディングツール２５によって加
圧、加熱する。この加圧、加熱条件は、温度が約３８０
〜４６０℃、圧力が１金属突起当り７〜１０ｇ、時間が
１ｓｅｃであって、この加圧，加熱により、金属突起用
基板２１上の金属突起２２は半導体素子２３のＡｌ電極
２４上に軽く接合される。なお、ボンディングツール２
５は加熱機構を有しているためボンディングツールの底
面は耐熱性材料で構成されている。
素子２３の裏面から加熱機構（図示せず）が内蔵された
ボンディングツール２５を押しあてて、金属突起２２と
Ａｌ電極２４とをボンディングツール２５によって加
圧、加熱する。この加圧、加熱条件は、温度が約３８０
〜４６０℃、圧力が１金属突起当り７〜１０ｇ、時間が
１ｓｅｃであって、この加圧，加熱により、金属突起用
基板２１上の金属突起２２は半導体素子２３のＡｌ電極
２４上に軽く接合される。なお、ボンディングツール２
５は加熱機構を有しているためボンディングツールの底
面は耐熱性材料で構成されている。
【００４０】次に、同図（ｃ）に示すように、ボンディ
ングツール２５に形成されている真空吸着孔２６を介
し、真空ポンプ（図示せず）により半導体素子２３を吸
着しながら、ボンディングツール２５を上方に持ち上げ
ると、金属突起２２は、金属突起用基板２１から引き剥
がされて、半導体素子２３のＡｌ電極２４に転写、接合
される。図１（ａ）〜（ｃ）の工程が、転写・接合工程
である。
ングツール２５に形成されている真空吸着孔２６を介
し、真空ポンプ（図示せず）により半導体素子２３を吸
着しながら、ボンディングツール２５を上方に持ち上げ
ると、金属突起２２は、金属突起用基板２１から引き剥
がされて、半導体素子２３のＡｌ電極２４に転写、接合
される。図１（ａ）〜（ｃ）の工程が、転写・接合工程
である。
【００４１】このとき、図２（ａ）に示すように、Ａｕ
からなる金属突起２２とＡｌ電極２４とは、両者の界面
層でわずかのＡｕ−Ａｌ合金層３２を形成して接合され
ている。すなわち、両者の界面層では金属突起用基板２
１から金属突起２２を引き剥すのに必要なだけのＡｕー
Ａｌ合金層しか形成する必要がないため、転写条件的に
も必要なＡｕ−Ａｌ合金層３２を形成するのに必要なだ
けの温度と圧力と時間しかかけていない。したがって、
このボンディング条件では金属突起２２はほとんど変形
せず、転写、接合する前に約１０μｍあった金属突起２
２の高さも約１〜２μｍしか変形していない。
からなる金属突起２２とＡｌ電極２４とは、両者の界面
層でわずかのＡｕ−Ａｌ合金層３２を形成して接合され
ている。すなわち、両者の界面層では金属突起用基板２
１から金属突起２２を引き剥すのに必要なだけのＡｕー
Ａｌ合金層しか形成する必要がないため、転写条件的に
も必要なＡｕ−Ａｌ合金層３２を形成するのに必要なだ
けの温度と圧力と時間しかかけていない。したがって、
このボンディング条件では金属突起２２はほとんど変形
せず、転写、接合する前に約１０μｍあった金属突起２
２の高さも約１〜２μｍしか変形していない。
【００４２】次に、図１（ｄ）に示すように、前の工程
で金属突起２２が転写、接合された半導体素子２３の下
方に、配線電極２７が形成されたプリント基板等の配線
基板２８を設置する。そのとき、配線電極２７の形成位
置は半導体素子２３のＡｌ電極２４の形成位置に対応し
ており、配線電極２７の位置とＡｌ電極２４の位置つま
り金属突起２２の位置とを合わせる。なお、配線基板２
８にはシリコン基板やガラス基板が用いられ、配線電極
２７材料としてはＣｒ−Ａｕ、Ｔｉ−Ｐｄ−Ａｕ、ＩＴ
Ｏ等が用いられる。
で金属突起２２が転写、接合された半導体素子２３の下
方に、配線電極２７が形成されたプリント基板等の配線
基板２８を設置する。そのとき、配線電極２７の形成位
置は半導体素子２３のＡｌ電極２４の形成位置に対応し
ており、配線電極２７の位置とＡｌ電極２４の位置つま
り金属突起２２の位置とを合わせる。なお、配線基板２
８にはシリコン基板やガラス基板が用いられ、配線電極
２７材料としてはＣｒ−Ａｕ、Ｔｉ−Ｐｄ−Ａｕ、ＩＴ
Ｏ等が用いられる。
【００４３】この後、同図（ｅ）に示すように、上記ボ
ンディングツール２５によって半導体素子２３を加熱，
押圧し、金属突起２２を配線電極２７に圧接する。この
時のボンディング条件としては、加熱温度が上記転写・
接合工程（図１の（ｂ）の状態）における温度と同じで
３８０〜４６０℃、加圧力が転写・接合工程における加
圧力の約１０倍程度で１金属突起当り７０〜１００ｇ、
時間が１〜２ｓｅｃ程度である。ただし、加熱温度を３
８０〜４６０℃の範囲で前工程の転写工程より高い値に
設定し，加熱時間を例えば３〜７ｓｅｃと転写・接合工
程より長く設定するようにしてもよい。この工程によっ
て、金属突起２２とＡｌ電極２４とが再度合金化され、
この図１（ｅ）に示す工程が、再合金化工程である。な
お、上記ボンディングツール２５の表面を構成する材料
として、本実施例ではセラミック上にダイヤモンド薄膜
をコーティングしたものを用いた。
ンディングツール２５によって半導体素子２３を加熱，
押圧し、金属突起２２を配線電極２７に圧接する。この
時のボンディング条件としては、加熱温度が上記転写・
接合工程（図１の（ｂ）の状態）における温度と同じで
３８０〜４６０℃、加圧力が転写・接合工程における加
圧力の約１０倍程度で１金属突起当り７０〜１００ｇ、
時間が１〜２ｓｅｃ程度である。ただし、加熱温度を３
８０〜４６０℃の範囲で前工程の転写工程より高い値に
設定し，加熱時間を例えば３〜７ｓｅｃと転写・接合工
程より長く設定するようにしてもよい。この工程によっ
て、金属突起２２とＡｌ電極２４とが再度合金化され、
この図１（ｅ）に示す工程が、再合金化工程である。な
お、上記ボンディングツール２５の表面を構成する材料
として、本実施例ではセラミック上にダイヤモンド薄膜
をコーティングしたものを用いた。
【００４４】上記再合金化工程では、図２（ｂ）に示す
ように、上記転写・接合工程で形成されたＡｕ−Ａｌ合
金層３２よりもさらに広い範囲で新Ａｕ−Ａｌ合金層３
３が形成され、金属突起２２と配線電極２７とがより強
固に結合されている。このとき、金属突起２２は、その
高さが約４〜５μｍになるまで変形されている。
ように、上記転写・接合工程で形成されたＡｕ−Ａｌ合
金層３２よりもさらに広い範囲で新Ａｕ−Ａｌ合金層３
３が形成され、金属突起２２と配線電極２７とがより強
固に結合されている。このとき、金属突起２２は、その
高さが約４〜５μｍになるまで変形されている。
【００４５】次に、図１（ｆ）に示すように、ボンディ
ングツール２５による加圧、加熱を解除し、再度常温の
加圧ツール３０で半導体素子２３を加圧する。この時の
加圧力は上記再合金化工程と同じで１金属突起当り７０
〜１００ｇ程度である。このとき、金属突起２２と配線
電極２８とは常温で加圧されているため、この工程によ
って新たな合金化がなされるわけではないが、この加圧
工程によって、配線基板２８上への半導体素子２３の搭
載位置が高精度になり接続強度も強固となる。なお、加
圧ツール３０は加熱しないので、加圧ツール３０の底面
を構成する材料は上記ボンディングツール２５の底面の
ごとく耐熱性材料である必要はなく、比較的高精度の平
面度が出しやすい材料例えばガラス等を用いている。
ングツール２５による加圧、加熱を解除し、再度常温の
加圧ツール３０で半導体素子２３を加圧する。この時の
加圧力は上記再合金化工程と同じで１金属突起当り７０
〜１００ｇ程度である。このとき、金属突起２２と配線
電極２８とは常温で加圧されているため、この工程によ
って新たな合金化がなされるわけではないが、この加圧
工程によって、配線基板２８上への半導体素子２３の搭
載位置が高精度になり接続強度も強固となる。なお、加
圧ツール３０は加熱しないので、加圧ツール３０の底面
を構成する材料は上記ボンディングツール２５の底面の
ごとく耐熱性材料である必要はなく、比較的高精度の平
面度が出しやすい材料例えばガラス等を用いている。
【００４６】この後、図１（ｇ）に示すように、半導体
素子２３と配線基板２８との間隙部から絶縁性樹脂を注
入する。ここでは光硬化性絶縁樹脂２９を用いている。
光硬化性絶縁樹脂２９を注入する領域は、金属突起２２
が形成されている領域のみでもよいし、半導体素子２３
全面にわたってもよい。そして、配線基板２８の裏面も
しくは側面から紫外線を照射し光硬化性絶縁樹脂２９を
硬化させる。
素子２３と配線基板２８との間隙部から絶縁性樹脂を注
入する。ここでは光硬化性絶縁樹脂２９を用いている。
光硬化性絶縁樹脂２９を注入する領域は、金属突起２２
が形成されている領域のみでもよいし、半導体素子２３
全面にわたってもよい。そして、配線基板２８の裏面も
しくは側面から紫外線を照射し光硬化性絶縁樹脂２９を
硬化させる。
【００４７】その後、同図（ｈ）に示すように、加圧を
解除すると、配線基板２８への半導体素子２３の接続工
程が終了する。
解除すると、配線基板２８への半導体素子２３の接続工
程が終了する。
【００４８】上記実施例では、転写・接合工程（図１
（ｂ），（ｃ）参照）の後に、再合金化工程（図１
（ｅ）参照）を導入しているので、半導体素子２３のＡ
ｌ電極２４と金属突起２２との接合がより強固になる。
すなわち、図２（ａ）に示すように、金属突起２２を半
導体素子２３のＡｌ電極２４上に転写、接合した状態で
は、金属突起２２が転写されるのに必要なだけのＡｕ−
Ａｌ合金層３２しか両者の界面には形成されていない。
これ以上強い加圧，加熱を行うと、金属突起２２が大き
く変形して、転写後に配線基板２８上への接続不良が生
じる虞れがあるからである。特に、金属突起２２は一般
的には電解メッキで形成されており、その構造は表面に
垂直に延びる柱状晶が主となっているので、加圧，加熱
によって球状等に変化して形が大きく崩れやすい。そこ
で、上記実施例のごとく、転写・接合工程では、金属突
起２２の変形を最小限に、つまり高さの減小を１〜２μ
ｍ程度に抑制している。
（ｂ），（ｃ）参照）の後に、再合金化工程（図１
（ｅ）参照）を導入しているので、半導体素子２３のＡ
ｌ電極２４と金属突起２２との接合がより強固になる。
すなわち、図２（ａ）に示すように、金属突起２２を半
導体素子２３のＡｌ電極２４上に転写、接合した状態で
は、金属突起２２が転写されるのに必要なだけのＡｕ−
Ａｌ合金層３２しか両者の界面には形成されていない。
これ以上強い加圧，加熱を行うと、金属突起２２が大き
く変形して、転写後に配線基板２８上への接続不良が生
じる虞れがあるからである。特に、金属突起２２は一般
的には電解メッキで形成されており、その構造は表面に
垂直に延びる柱状晶が主となっているので、加圧，加熱
によって球状等に変化して形が大きく崩れやすい。そこ
で、上記実施例のごとく、転写・接合工程では、金属突
起２２の変形を最小限に、つまり高さの減小を１〜２μ
ｍ程度に抑制している。
【００４９】それに対し、再合金化工程では、金属突起
２２の下面には配線基板２８の配線電極２７が接触して
いるので、金属突起２２が大変形しても、その後の金属
突起２と配線電極２７との接続に支障はきたさない。そ
れで、図２（ｂ）に示すように、ボンディングツール２
５によって大きな加圧力又は高い加熱温度，あるいは長
い加圧，加熱時間によって、より広い範囲に亘る新Ａｕ
−Ａｌ合金層３３を生ぜしめている。このとき、金属突
起２２の高さは４〜５μｍ程度になるまで変形している
が、このように金属突起２２が大きく変形しても、Ａｌ
電極−金属突起間の界面に十分な合金層が存在すること
で、Ａｌ電極２４と金属突起２２間の結合が極めて強固
となる。したがって、配線基板２８上に搭載される半導
体素子２３と配線基板２８との熱膨張率の差が大きくて
も、使用時における熱膨張の差に起因する大きな応力に
よって接合が破断されるのを有効に防止でき、かつ電気
抵抗の増大や不通状態の発生を有効に防止できるのであ
る。
２２の下面には配線基板２８の配線電極２７が接触して
いるので、金属突起２２が大変形しても、その後の金属
突起２と配線電極２７との接続に支障はきたさない。そ
れで、図２（ｂ）に示すように、ボンディングツール２
５によって大きな加圧力又は高い加熱温度，あるいは長
い加圧，加熱時間によって、より広い範囲に亘る新Ａｕ
−Ａｌ合金層３３を生ぜしめている。このとき、金属突
起２２の高さは４〜５μｍ程度になるまで変形している
が、このように金属突起２２が大きく変形しても、Ａｌ
電極−金属突起間の界面に十分な合金層が存在すること
で、Ａｌ電極２４と金属突起２２間の結合が極めて強固
となる。したがって、配線基板２８上に搭載される半導
体素子２３と配線基板２８との熱膨張率の差が大きくて
も、使用時における熱膨張の差に起因する大きな応力に
よって接合が破断されるのを有効に防止でき、かつ電気
抵抗の増大や不通状態の発生を有効に防止できるのであ
る。
【００５０】次に、上記実施例に基づいて行った具体的
な実験結果について説明する。図３は、Ａｌ電極−金属
突起間の接合温度と加圧力とを変えた場合の金属突起２
２の剪断力（常温における）の変化を示す。図中、縦方
向の実線範囲はそれぞれサンプル数２５個についての測
定値のバラツキ範囲を示し、▲，●の印が付された箇所
の値は測定値の平均値である。同図からわかるように、
加圧力が大きいほど，また、接合温度が高いほど剪断力
が強くなることが示されている。ただし、接合温度を上
げる方が剪断強度の向上効果は大きくなる。
な実験結果について説明する。図３は、Ａｌ電極−金属
突起間の接合温度と加圧力とを変えた場合の金属突起２
２の剪断力（常温における）の変化を示す。図中、縦方
向の実線範囲はそれぞれサンプル数２５個についての測
定値のバラツキ範囲を示し、▲，●の印が付された箇所
の値は測定値の平均値である。同図からわかるように、
加圧力が大きいほど，また、接合温度が高いほど剪断力
が強くなることが示されている。ただし、接合温度を上
げる方が剪断強度の向上効果は大きくなる。
【００５１】また、図４は、１５０℃の温度に高温保持
し、１金属突起当りの剪断強度について信頼性試験を行
ったデータを示し、従来の再合金化工程を含まない方法
と、本発明の方法とを比較するものである。図中、縦方
向の実線範囲はそれぞれサンプル数２５個についての測
定値のバラツキ範囲を示し、○，●，△，□の印が付さ
れた箇所の値は測定値の平均値である。○，●，△は本
発明の製造方法により接合されたサンプルのデータであ
り、○は加圧力のみ大きくしたサンプル、●は加熱温度
も高くしたサンプル、△は加熱温度はそれほど上昇させ
ずに時間を長くしたサンプルのデータである。また、□
は従来の製造方法によって接合されたサンプルのデータ
であって、転写・接合工程の後再合金化工程は行わず
に、常温での加圧工程のみ行ったものである。具体的な
条件は、図中に記載されている。同図に示されるよう
に、従来の方法によるものでは、初期の剪断強度も小さ
く、かつ２００時間迄に剪断強度が大きく低下する傾向
がある。それに対し、本発明のものでは、初期剪断強度
も大きい上に、試験時間が長くなってもほとんど剪断強
度の劣化が生じないことが示されている。
し、１金属突起当りの剪断強度について信頼性試験を行
ったデータを示し、従来の再合金化工程を含まない方法
と、本発明の方法とを比較するものである。図中、縦方
向の実線範囲はそれぞれサンプル数２５個についての測
定値のバラツキ範囲を示し、○，●，△，□の印が付さ
れた箇所の値は測定値の平均値である。○，●，△は本
発明の製造方法により接合されたサンプルのデータであ
り、○は加圧力のみ大きくしたサンプル、●は加熱温度
も高くしたサンプル、△は加熱温度はそれほど上昇させ
ずに時間を長くしたサンプルのデータである。また、□
は従来の製造方法によって接合されたサンプルのデータ
であって、転写・接合工程の後再合金化工程は行わず
に、常温での加圧工程のみ行ったものである。具体的な
条件は、図中に記載されている。同図に示されるよう
に、従来の方法によるものでは、初期の剪断強度も小さ
く、かつ２００時間迄に剪断強度が大きく低下する傾向
がある。それに対し、本発明のものでは、初期剪断強度
も大きい上に、試験時間が長くなってもほとんど剪断強
度の劣化が生じないことが示されている。
【００５２】なお、上記実施例では、再合金化工程（図
１（ｅ）参照）と、接続工程（図１（ｆ），（ｇ）参
照）とを個別に行っているが、これらを同時に行うこと
も可能である。その場合、ボンディングツール２５の底
面を構成する素材をセラミック等の耐熱材料とし、かつ
表面の平面度を極めて良好に仕上げておいて、ボンディ
ングツール２５を半導体素子２３の裏面に大きい加圧力
（上記実施例における加圧力と同じ程度）で押し当てた
状態で、図１（ｆ）に示す工程を行えばよい。
１（ｅ）参照）と、接続工程（図１（ｆ），（ｇ）参
照）とを個別に行っているが、これらを同時に行うこと
も可能である。その場合、ボンディングツール２５の底
面を構成する素材をセラミック等の耐熱材料とし、かつ
表面の平面度を極めて良好に仕上げておいて、ボンディ
ングツール２５を半導体素子２３の裏面に大きい加圧力
（上記実施例における加圧力と同じ程度）で押し当てた
状態で、図１（ｆ）に示す工程を行えばよい。
【００５３】また、上記実施例では、半導体素子２３の
半導体素子の電極をＡｌ電極２４としているが、実際に
はこのＡｌ電極２４は純粋なＡｌだけではなく、Ａｌ−
Ｃｕ−Ｓｉ合金やＡｌ−Ｔｉ−Ｓｉ合金等のＡｌ系合金
が使用されることも多い。ただし、必ずしもＡｌやＡｌ
系合金に限定されるものではない。また、上記実施例で
は、金属突起２２としてＡｕを用いているが、金属突起
２２の構成材料はＡｕに限定されるものではなく他の金
属も使用することができる。特にＣｕ，Ａｇ，Ｎｉ等は
Ａｕと同様に電気抵抗も小さく、かつ適度の塑性変形能
を有しているので、半導体素子の電極と配線電極との間
に介在させて電気的接続を円滑に行うのに適している。
半導体素子の電極をＡｌ電極２４としているが、実際に
はこのＡｌ電極２４は純粋なＡｌだけではなく、Ａｌ−
Ｃｕ−Ｓｉ合金やＡｌ−Ｔｉ−Ｓｉ合金等のＡｌ系合金
が使用されることも多い。ただし、必ずしもＡｌやＡｌ
系合金に限定されるものではない。また、上記実施例で
は、金属突起２２としてＡｕを用いているが、金属突起
２２の構成材料はＡｕに限定されるものではなく他の金
属も使用することができる。特にＣｕ，Ａｇ，Ｎｉ等は
Ａｕと同様に電気抵抗も小さく、かつ適度の塑性変形能
を有しているので、半導体素子の電極と配線電極との間
に介在させて電気的接続を円滑に行うのに適している。
【００５４】また、上記実施例では、接続工程で絶縁性
樹脂として光硬化性絶縁樹脂２９を用いて半導体素子２
３を配線基板２８上に接続するようにしたが、熱硬化性
樹脂や他の樹脂、あるいは導電性材料を用いてもよいこ
とはいうまでもない。その場合、上記実施例のごとく、
加圧，加熱による再合金化を行った後に注入する方法
と、図１（ｄ）に示す工程において、金属突起２２と配
線電極２７とを位置合わせした後，配線基板２８上にあ
らかじめ光硬化性絶縁樹脂２９を塗布しておいて、図１
（ｅ），（ｆ）に示すように加熱および加圧した後，同
図（ｇ）に示すように、紫外線を照射してあるいは加熱
して硬化させる方法がある。
樹脂として光硬化性絶縁樹脂２９を用いて半導体素子２
３を配線基板２８上に接続するようにしたが、熱硬化性
樹脂や他の樹脂、あるいは導電性材料を用いてもよいこ
とはいうまでもない。その場合、上記実施例のごとく、
加圧，加熱による再合金化を行った後に注入する方法
と、図１（ｄ）に示す工程において、金属突起２２と配
線電極２７とを位置合わせした後，配線基板２８上にあ
らかじめ光硬化性絶縁樹脂２９を塗布しておいて、図１
（ｅ），（ｆ）に示すように加熱および加圧した後，同
図（ｇ）に示すように、紫外線を照射してあるいは加熱
して硬化させる方法がある。
【００５５】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、配線の電極を有する配線基板上に半導体素子を
搭載した半導体装置の製造方法として、予め金属突起用
基板上に金属突起を形成する準備工程と、半導体素子の
電極と金属突起とを接触させた状態で押圧，加熱して合
金させた後、金属突起を金属突起用基板から半導体素子
の電極に転写させる転写・接合工程と、金属突起と配線
の電極とを接触させた状態で、半導体素子の電極と金属
突起とがさらに強固な結合状態となるよう押圧，加熱し
て再度合金化させる再合金化工程と、金属突起と配線の
電極とを電気的に導通させるよう接続する接続工程とを
設けたので、製造工程中における支障をきたすことな
く、半導体素子の電極−金属突起間の再合金化による強
固な結合強度が得られることで、半導体素子と配線基板
との熱膨張率差に起因する応力に対しても十分耐える接
合強度を確保することができ、かつ使用中における半導
体素子の電極−金属突起間の電気抵抗値の増大や不通状
態の発生を有効に防止して、信頼性の向上を図ることが
できる。
よれば、配線の電極を有する配線基板上に半導体素子を
搭載した半導体装置の製造方法として、予め金属突起用
基板上に金属突起を形成する準備工程と、半導体素子の
電極と金属突起とを接触させた状態で押圧，加熱して合
金させた後、金属突起を金属突起用基板から半導体素子
の電極に転写させる転写・接合工程と、金属突起と配線
の電極とを接触させた状態で、半導体素子の電極と金属
突起とがさらに強固な結合状態となるよう押圧，加熱し
て再度合金化させる再合金化工程と、金属突起と配線の
電極とを電気的に導通させるよう接続する接続工程とを
設けたので、製造工程中における支障をきたすことな
く、半導体素子の電極−金属突起間の再合金化による強
固な結合強度が得られることで、半導体素子と配線基板
との熱膨張率差に起因する応力に対しても十分耐える接
合強度を確保することができ、かつ使用中における半導
体素子の電極−金属突起間の電気抵抗値の増大や不通状
態の発生を有効に防止して、信頼性の向上を図ることが
できる。
【００５６】請求項２の発明によれば、上記請求項１の
製造方法において、特に大きな押圧力で再合金化工程を
行うようにしたので、高圧条件下による反応の促進作用
によって、半導体素子の電極と金属突起との界面付近に
広い範囲に亘る合金層を生ぜしめることができ、よっ
て、上記請求項１の発明の効果を有効に発揮することが
できる。
製造方法において、特に大きな押圧力で再合金化工程を
行うようにしたので、高圧条件下による反応の促進作用
によって、半導体素子の電極と金属突起との界面付近に
広い範囲に亘る合金層を生ぜしめることができ、よっ
て、上記請求項１の発明の効果を有効に発揮することが
できる。
【００５７】請求項３の発明によれば、上記請求項１又
は２の製造方法において、特に高い温度で再合金化工程
を行うようにしたので、高温条件下による反応の促進作
用によって、半導体素子の電極と金属突起との界面付近
に広い範囲に亘る合金層を生ぜしめることができ、よっ
て、上記請求項１の発明の効果を有効に発揮することが
できる。
は２の製造方法において、特に高い温度で再合金化工程
を行うようにしたので、高温条件下による反応の促進作
用によって、半導体素子の電極と金属突起との界面付近
に広い範囲に亘る合金層を生ぜしめることができ、よっ
て、上記請求項１の発明の効果を有効に発揮することが
できる。
【００５８】請求項４の発明によれば、上記請求項１，
２又は３の製造方法において、特に長時間の間押圧，加
熱を行って再合金化工程を行うようにしたので、長時間
の反応によって、半導体素子の電極と金属突起との界面
付近に広い範囲に亘る合金層を生ぜしめることができ、
よって、上記請求項１の発明の効果を有効に発揮するこ
とができる。
２又は３の製造方法において、特に長時間の間押圧，加
熱を行って再合金化工程を行うようにしたので、長時間
の反応によって、半導体素子の電極と金属突起との界面
付近に広い範囲に亘る合金層を生ぜしめることができ、
よって、上記請求項１の発明の効果を有効に発揮するこ
とができる。
【００５９】請求項５の発明によれば、上記請求項２の
製造方法において、再合金化工程と接続工程とを同時に
行うようにしたので、製造に要する時間が短縮され、製
造コストが低減する。
製造方法において、再合金化工程と接続工程とを同時に
行うようにしたので、製造に要する時間が短縮され、製
造コストが低減する。
【００６０】請求項６の発明によれば、上記請求項１，
２，３，４又は５の製造方法において、接続工程では絶
縁樹脂により金属突起と配線電極とを固着するようにし
たので、容易に各半導体素子の電極間の短絡を防止しな
がら、配線基板と半導体素子とを接続することができ
る。
２，３，４又は５の製造方法において、接続工程では絶
縁樹脂により金属突起と配線電極とを固着するようにし
たので、容易に各半導体素子の電極間の短絡を防止しな
がら、配線基板と半導体素子とを接続することができ
る。
【００６１】請求項７の発明によれば、上記請求項１，
２，３，４，５又は６の製造方法において、半導体素子
の半導体素子の電極としてＡｌ又はＡｌ系合金を用い、
金属突起としてＡｕ，Ｃｕ，Ａｇ又はＮｉを用いるよう
にしたので、良好な総合的特性を有する半導体装置を安
価に製造することができる。
２，３，４，５又は６の製造方法において、半導体素子
の半導体素子の電極としてＡｌ又はＡｌ系合金を用い、
金属突起としてＡｕ，Ｃｕ，Ａｇ又はＮｉを用いるよう
にしたので、良好な総合的特性を有する半導体装置を安
価に製造することができる。
【００６２】請求項８の発明によれば、上記請求項１，
２，３，４，５，６又は７の製造方法において、配線基
板としてプリント基板を用いたので、熱膨張率の差が大
きい半導体素子とプリント基板との接続部に大きな熱応
力が生じても、上記各発明の効果により、半導体素子の
電極−金属突起間の再合金化による大きな結合力を得る
ことができ、安価なプリント基板による製造コストの低
減を図りつつ、半導体素子とプリント基板との間の熱膨
張率差に起因する両者間の接続状態の破壊を有効に防止
することができる。
２，３，４，５，６又は７の製造方法において、配線基
板としてプリント基板を用いたので、熱膨張率の差が大
きい半導体素子とプリント基板との接続部に大きな熱応
力が生じても、上記各発明の効果により、半導体素子の
電極−金属突起間の再合金化による大きな結合力を得る
ことができ、安価なプリント基板による製造コストの低
減を図りつつ、半導体素子とプリント基板との間の熱膨
張率差に起因する両者間の接続状態の破壊を有効に防止
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例における半導体装置の製造工程における
状態の変化を示す断面図である。
状態の変化を示す断面図である。
【図２】転写・接合工程と再合金化工程におけるＡｕ−
Ａｌ合金層の相違を示す断面図である。
Ａｌ合金層の相違を示す断面図である。
【図３】Ａｌ電極−金属突起間の剪断強度の加圧力，接
合温度に対する依存性を示す実験データである。
合温度に対する依存性を示す実験データである。
【図４】本発明の製造方法と従来の製造方法とで作成さ
れたサンプルに対する信頼性試験の結果を示すデータで
ある。
れたサンプルに対する信頼性試験の結果を示すデータで
ある。
【図５】従来の半導体装置の製造工程における状態の変
化を示す断面図である。
化を示す断面図である。
【図６】従来の製造方法による転写・接合工程と接続工
程におけるＡｕ−Ａｌ合金層の変化を示す断面図であ
る。
程におけるＡｕ−Ａｌ合金層の変化を示す断面図であ
る。
２１ 突起電極形成用基板 ２２ 突起電極 ２３ 半導体素子 ２４ Ａｌ電極 ２５ ボンディングツール ２７ 配線電極 ２８ 配線基板 ２９ 光硬化性絶縁樹脂 ３０ 加圧ツール ３２ Ａｕ−Ａｌ合金層 ３３ 新Ａｕ−Ａｌ合金層
Claims (8)
- 【請求項１】 配線の電極が形成された配線基板と、該
配線基板に搭載され、金属突起を介して上記配線の電極
に接続される電極が形成された半導体素子とを有する半
導体装置の製造方法であって、 上記半導体素子の電極に対応した位置に金属突起を設け
た金属突起用基板を予め作成しておく準備工程と、 上記半導体素子と金属突起用基板とを対峙させ、上記半
導体素子の電極と金属突起とを位置合わせして、上記半
導体素子と金属突起用基板とを互いに押付け合う押圧力
を加え、半導体素子の電極と金属突起とを加熱して、上
記半導体素子の電極と上記金属突起との間に合金層を形
成させた後、上記金属突起を金属突起用基板から半導体
素子の電極に転写させる転写・接合工程と、 上記半導体素子と配線基板とを対峙させ、上記転写・接
合工程で半導体素子の電極に転写・接合された金属突起
と上記配線の電極とを位置合わせして、上記半導体素子
と配線基板との間に押圧力を加え，半導体素子の電極及
び金属突起を加熱して、上記半導体素子の電極と上記金
属突起とが上記転写・接合工程におけるよりも強固な結
合となるように両者間にさらに広い範囲の合金層を再度
形成させる再合金化工程と、 半導体素子と配線基板との間に押圧力を加えた状態で、
上記金属突起と配線の電極とを電気的に導通状態にする
よう接続させる接続工程とを備えたことを特徴とする半
導体装置の製造方法。 - 【請求項２】 請求項１記載の半導体装置の製造方法に
おいて、 上記再合金化工程は、上記転写・接合工程におけるより
も大きな押圧力を加えるように行われることを特徴とす
る半導体装置の製造方法。 - 【請求項３】 請求項１又は２記載の半導体装置の製造
方法において、 上記再合金化工程は、上記転写・接合工程におけるより
も高い温度に加熱するように行われることを特徴とする
半導体装置の製造方法。 - 【請求項４】 請求項１，２，又は３記載の半導体装置
の製造方法において、 上記再合金化工程は、上記転写・接合工程におけるより
も長時間の間押圧・加熱するように行われることを特徴
とする半導体装置に製造方法。 - 【請求項５】 請求項２記載の半導体装置の製造方法に
おいて、 上記再合金化工程と金属突起−配線の電極間の接続工程
とは同時に行われることを特徴とする半導体装置の製造
方法。 - 【請求項６】 請求項１，２，３，４又は５記載の半導
体装置の製造方法において、 上記金属突起−配線の電極間の接続工程は、少なくとも
上記金属突起と配線の電極との間を絶縁性樹脂により固
着して行われることを特徴とする半導体装置の製造方
法。 - 【請求項７】 請求項１，２，３，４，５又は６記載の
半導体装置の製造方法において、 半導体素子の半導体素子の電極としてＡｌ又はＡｌ系合
金を用い、上記配線の電極としてＡｕ，Ａｇ，Ｎｉもし
くはＣｕ又はこれらの合金のうちの少なくとも一種類を
用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項８】 請求項１，２，３，４，５，６又は７記
載の半導体装置の製造方法において、 配線基板として、合成樹脂板上に配線を形成してなるプ
リント基板を用いることを特徴とする半導体装置の製造
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5264517A JP3051617B2 (ja) | 1992-10-27 | 1993-10-22 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4-288533 | 1992-10-27 | ||
| JP28853392 | 1992-10-27 | ||
| JP5264517A JP3051617B2 (ja) | 1992-10-27 | 1993-10-22 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06224258A true JPH06224258A (ja) | 1994-08-12 |
| JP3051617B2 JP3051617B2 (ja) | 2000-06-12 |
Family
ID=26546547
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5264517A Expired - Fee Related JP3051617B2 (ja) | 1992-10-27 | 1993-10-22 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3051617B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08227917A (ja) * | 1994-12-22 | 1996-09-03 | Toshiba Corp | 半導体素子の実装構造、液晶表示装置及び半導体装置 |
| JPH0936169A (ja) * | 1995-07-18 | 1997-02-07 | Toshiba Corp | 半導体素子および半導体装置 |
-
1993
- 1993-10-22 JP JP5264517A patent/JP3051617B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08227917A (ja) * | 1994-12-22 | 1996-09-03 | Toshiba Corp | 半導体素子の実装構造、液晶表示装置及び半導体装置 |
| JPH0936169A (ja) * | 1995-07-18 | 1997-02-07 | Toshiba Corp | 半導体素子および半導体装置 |
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