JPH06232209A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH06232209A
JPH06232209A JP5015385A JP1538593A JPH06232209A JP H06232209 A JPH06232209 A JP H06232209A JP 5015385 A JP5015385 A JP 5015385A JP 1538593 A JP1538593 A JP 1538593A JP H06232209 A JPH06232209 A JP H06232209A
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幸一郎 渥美
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 LSIチップ5の電極5a上に銅製のボ−ル
バンプ6を第1の還元雰囲気A中で形成した後、このL
SIチップ5を第2の還元雰囲気B中で基板20に実装
するようにした。 【効果】 銅製のボ−ルバンプを用いかつこの銅バンプ
にハンダなどのメッキを施すことなく、このチップを実
装することができると共に、上記銅バンプの表面が酸化
することが少ない。このことにより、安価でかつ信頼性
の高いフリップチップ方式のボンディングを行うことが
できるという効果がある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、例えば、LSIチッ
プの電極にバンプを形成し、このバンプを介して上記L
SIチップを回路基板に実装する半導体装置の製造方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】最近、電子装置の小形化、軽量化に対応
するためにLSIチップ(半導体素子)の実装技術には
さらなる高密度化が要求されている。このような要請に
応えるLSIチップの実装技術としてフリップチップ
(フェ−スダウン)方式のボンディング技術がある。
【0003】このフリップチップ方式のボンディング技
術は、電極上にバンプが形成されたLSIチップ(フリ
ップチップ)を、上記バンプの形成された面を下方に向
けた状態(フェ−スダウン)で保持する。そして、上記
LSIチップのバンプと実装基板(例えば液晶基板)の
端子とを対向させた後、このLSIチップを上記実装基
板に加熱しつつ加圧する。このことによって、上記LS
Iチップの電極と上記実装基板の端子とが上記バンプを
介してボンディングされる。
【0004】このフリップチップ方式のボンディング技
術においては、上記LSIチップの電極に形成するバン
プとして、従来金バンプ又はハンダバンプが用いられて
いる。
【0005】また、金やハンダ以外では、銅(銅メッ
キ)を用いる技術が報告されているが、この銅バンプ
(銅メッキバンプ)の場合は、表面が酸化しやすい。表
面が酸化すると、実装基板にボンディングする際に、ハ
ンダ濡れ性が悪く、良好なボンディングができないとい
うことがある。このため、通常、上記電極上に銅メッキ
によりバンプの芯部を形成した後、これを金メッキやハ
ンダメッキで覆うということが行われている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のフリ
ップチップ方式のボンディング技術には下記のような問
題点がある。
【0007】すなわち、金バンプを用いて、LSIチッ
プと実装基板の電極とを接続する場合、上記金バンプと
上記電極とをハンダ付けするようにしている。このた
め、金がハンダに拡散し、いわゆる「金くわれ」が生
じ、バンプ自体の形状不良、接合境界面でのボイド(空
孔)の発生等によって接合強度の低下が生じ、実用に供
することができないということがある。
【0008】さらに、上記銅バンプを用いて接続する場
合、銅を上記LSIチップの電極にメッキで形成するよ
うにしているため、ウエハにしか形成できず、1チップ
ごとにはバンプを形成することができないため、ウエハ
を購入することのできないアセンブリメ−カにとって
は、バンプの形成が不可能である。また、メッキでのバ
ンプ形成は、PEP工程、成膜工程が必要となり、コス
トが高くなるなどの欠点がある。
【0009】この発明は、このような事情に鑑みて成さ
れたもので、半導体素子の電極と回路基板の端子との接
続不良がなく、かつ構成が簡単な半導体装置の製造方法
を提供することを目的とするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】この発明は、半導体素子
を回路基板に実装することで半導体装置を製造する半導
体装置の製造方法において、酸化防止雰囲気中で、半導
体素子の電極上に銅製のボ−ルバンプを形成する第1の
工程と、この銅製のボ−ルバンプと回路基板の端子とを
酸化防止雰囲気中で加熱して接合する第2の工程とを具
備することを特徴とする。
【0011】
【作用】このような構成によれば、銅バンプを用い、か
つこの銅バンプを酸化させることなく、半導体素子を回
路基板に実装することができる。
【0012】
【実施例】以下、この発明の一実施例を図1、図2を参
照して説明する。
【0013】この発明の半導体装置の製造方法は、ま
ず、第1の工程としてのボ−ルバンプ形成方法によっ
て、LSIチップ(半導体素子)の電極上に、銅バンプ
(銅製のボ−ルバンプ)を形成する。
【0014】すなわち、図2(a)に示すように、針状
のキャピラリ1に銅ワイヤ2を挿通させ、このワイヤ2
の先端部に電気ト−チ4で放電によりボ−ル2aを形成
する。ついで図2(b)に示すように、このボ−ル2a
を上記キャピラリ1でLSIチップ5の電極5aに押し
付けて接合させた後、図2(c)に示すように、上記ワ
イヤ2を切断することで上記電極上5aに銅バンプ6
(銅製のボ−ルバンプ)を形成する。
【0015】ここで、図2(a)中8は、還元ガスを上
記ボ−ル2aに吹き付ける還元ガス噴出ノズルである。
この還元ガス噴出ノズル8から噴出される還元ガスによ
り、上記ボ−ル2aのまわりは還元雰囲気(酸化防止雰
囲気)で覆われ、上記ボ−ル2aの表面の酸化が有効に
防止される。
【0016】また、上記LSIチップ5はボンディング
ステ−ジ9上に保持されていると共に、このボンディン
グステ−ジ9内には上記LSIチップ5を所定の温度に
加熱する図示しない加熱手段が設けられている。さら
に、上記キャピラリ1はこのキャピラリ1を保持するボ
ンディングア−ム10を介して図示しない超音波振動源
に接続されている。
【0017】すなわち、図2(b)において、上記ボ−
ル2aは上記キャピラリ1によって上記電極5aに押し
付けられると共に、超音波エネルギおよび熱エネルギが
印加されることによって上記電極5aと結合する。
【0018】また、図2(a)〜(c)中11、11は
上記ワイヤ2にバックテンションをかけるためのクラン
パである。このクランパ11、11は、図2(a)、
(b)では開状態になっている。そして、図2(c)に
おいては、クランプ状態となって、上記キャピラリ1と
共に上方向に駆動されることで上記ワイヤ2にバックテ
ンションをかけて、上記ワイヤ2を上記ボ−ル2aの直
上で切断する。
【0019】上記第1の工程は、LSIチップ5のすべ
ての電極5a…について行われる。また、上記第1の工
程中上記LSIチップ5は上記電極5a…上に形成され
た銅バンプ6…が酸化しないように第1の還元雰囲気A
(酸化防止雰囲気)中に置かれている。
【0020】上記LSIチップ5のすべての電極5a…
上に銅バンプ6…が形成されたならば、このLSIチッ
プ5(以下、適宜「バンプ付きチップ」と称する)は上
記第1の還元雰囲気A中で所定の温度まで冷却された
後、上記ボンディングステ−ジ9上から図示しないチッ
プ取り出し手段によって取り出される。
【0021】そして、このチップ取り出し手段は、上記
バンプ付きチップ5を第2の工程を行う実装装置に移送
する。図1(a)に示すように、この実装装置はフェ−
スダウン方式のボンディングを行う実装装置であって、
上方にボンディングツ−ル16、下方にボンディングス
テ−ジ17がそれぞれ対向配置されている。
【0022】上記ボンディングツ−ル16の押圧面16
a(下端面)には一端が図示しない真空装置に接続され
た吸引孔18が開口している。また、このボンディング
ツ−ル16の下部にはこのボンディングツ−ル16を所
定の温度に加熱する加熱ヒ−タ19が設けられている。
【0023】上記銅バンプ付きチップ5は、銅バンプ6
が形成された面を下方に向けた状態で上記ボンディング
ツ−ル16の押圧面16aに吸着保持されると共に、上
記加熱ヒ−タ19がON状態にされることで、所定の温
度に加熱される。
【0024】一方、上記ボンディングステ−ジ17の上
面(載置面)には、図示しない回路基板搬送手段によ
り、回路基板としての例えば液晶素子の基板20が端子
21が形成された面を上方に向けた状態で供給される。
なお、この基板20の端子21上にはあらかじめ図示し
ないハンダ材供給手段によって所定量のハンダ材22が
盛り上げられた状態で供給されている。
【0025】第2の工程では、まず、図1(a)に示す
ように、上記ボンディングステ−ジ17をXY方向に作
動させ、上記基板20の各端子21(ハンダ材22)…
と上記バンプ付きチップ5の各銅バンプ6(電極5a)
…とを対向位置決めする。
【0026】上記LSIチップ5と基板20とが対向位
置決めされたなら、図1(b)に示すように、上記ボン
ディングツ−ル16は下降駆動され、上記LSIチップ
5を上記基板20の方向に加熱しつつ押圧する。このと
き、上記LSIチップ5のまわりは図示しない還元ガス
供給手段によって第2の還元雰囲気B(酸化防止雰囲
気)に覆われていて、上記チップ5が加熱されることに
よって上記銅バンプ6の表面が酸化するのを有効に防止
する。
【0027】以上の動作によって、第2の工程が終了
し、上記銅バンプ6と上記端子21上に供給されたハン
ダ材22とが熱圧着され、上記LSIチップ5の電極と
上記基板20の端子21は電気的に接続される。
【0028】このような構成によれば、バンプ6の材料
に銅を使用することで、金のように「くわれ」が生じる
ことがなく、また接合境界面に合金層が発達してボイド
(空孔)などの不良が生じることも少ない。
【0029】さらに、このような構成によれば、銅バン
プ6をハンダや金のメッキで覆わなくても、上記銅バン
プ6を第1、第2の還元雰囲気A、B中で処理するよう
にしたので、この銅バンプ6の表面が酸化することが少
ない。このことで、PEP工程等の面倒な工程が省略さ
れると共に、上記銅バンプ6のハンダ濡れ性が低下する
ことが少ないから十分な接合強度を得ることができる。
なお、この発明は上記一実施例に限定されるものではな
く、発明の要旨を変更しない範囲で種々変形可能であ
る。
【0030】例えば、上記一実施例では、酸化防止雰囲
気として還元ガスによる第1、第2の還元雰囲気A、B
を採用していたが、これに限定されるものではなく、例
えばアルゴンガスと水素の混合ガスによる不活性ガス雰
囲気や窒素ガスによる窒素ガス雰囲気であっても良い。
要はバンプ表面の酸化を防止できる雰囲気であれば良
い。
【0031】また、第1、第2の工程で、その雰囲気を
異ならせても良い。例えば、第1の工程では還元雰囲気
を採用し、第2の工程では不活性ガス雰囲気を採用する
ようにしても良い。
【0032】さらに、例えば、上記回路基板は液晶素子
の基板20に限定されるものではなく、他の回路基板で
あってもよい。例えば、インナ−リ−ドにハンダコ−ト
したTABのフィルムキャリアに対しても実装可能であ
る。
【0033】また、回路基板が大きく、上記LSIチッ
プや他の電子部品を多数個実装するような場合には、上
記第2の工程として上記ボンディングツ−ル16により
一つずつ実装するのではなく、リフロ−ハンダ付けによ
り一括的に実装するようにしても良い。
【0034】リフロ−ハンダ付けによれば、上記LSI
チップ5を、上記第1の工程で形成された銅バンプ6を
上記回路基板の端子に印刷されたハンダペ−ストに接触
させた状態で載置し、この回路基板を還元雰囲気炉(リ
フロ−炉)内に挿入する。このことで、上記ハンダペ−
ストは溶融して、上記LSIチップ5の電極5aと回路
基板の端子は還元雰囲気内でボンディング(接合)され
る。
【0035】
【発明の効果】以上述べたように、この発明は、半導体
素子を回路基板に実装することで半導体装置を製造する
半導体装置の製造方法において、酸化防止雰囲気中で、
半導体素子の電極上に銅製のボ−ルバンプを形成する第
1の工程と、この銅製のボ−ルバンプと回路基板の端子
とを酸化防止雰囲気中で加熱して接合する第2の工程と
を具備することを特徴とするものである。
【0036】このような構成によれば、銅バンプを用
い、かつこの銅バンプにハンダなどのメッキを施すこと
なく、このチップを回路基板に実装することができると
共に、上記銅バンプの表面が酸化することは少ない。こ
のことにより、構成が簡単でかつ接続不良の少ない実装
を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)、(b)は、この発明の一実施例の第2
の工程を示す工程図。
【図2】(a)〜(c)は、同じく、第1の工程を示す
工程図。
【符号の説明】
A…第1の還元雰囲気(酸化防止雰囲気)、B…第2の
還元雰囲気(酸化防止雰囲気)、5…LSIチップ(半
導体素子)、5a…電極、6…銅バンプ(ボ−ルバン
プ)、20…基板(回路基板)、21…端子。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体素子を回路基板に実装することで
    半導体装置を製造する半導体装置の製造方法において、 酸化防止雰囲気中で、半導体素子の電極上に銅製のボ−
    ルバンプを形成する第1の工程と、この銅製のボ−ルバ
    ンプと回路基板の端子とを酸化防止雰囲気中で加熱して
    接合する第2の工程とを具備することを特徴とする半導
    体装置の製造方法。
JP5015385A 1993-02-02 1993-02-02 半導体装置の製造方法 Pending JPH06232209A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015216350A (ja) * 2014-04-23 2015-12-03 ソニー株式会社 半導体装置、および製造方法

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