JPH06295938A - 半導体装置の実装方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 容易に且つ安価に半導体装置を回路基板にフ
ェイスダウン接続する。 【構成】 半導体装置１上におけるＡl電極２側にはＡl
電極２に電気的に接続されたＴiＷ薄膜４およびＣu薄膜
５なる金属薄膜を形成する。一方、回路基板６における
Ｃu配線８上の接続パッドの箇所には半田７を供給す
る。半導体装置１のＡl電極２下に位置する最外層のＣu
薄膜５を回路基板６上の半田７に押し当てて半田７の融
点以下の温度で加熱し、Ｃu薄膜５と半田７との接触箇
所でＣu-Ｓn合金層１２を形成して半導体装置１を回路
基板６に電気的に仮接続する。その後、不要な金属薄膜
４,５を除去して半田７を熔融固着する。こうして、半
導体装置１に突起電極を形成することなく、容易に且つ
安価に半導体装置を回路基板にフェイスダウン接続す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体装置を回路基
板にフェイスダウン接続する際に有効な半導体装置の実
装方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体装置を回路基板にフェイス
ダウン接続する際には、予め半導体装置の電極上に突起
電極を形成する必要がある。半導体装置を自社で製造し
ているメーカーの場合やウェハ状態で入手することが可
能な場合には、以下のようにしてメッキによって上記突
起電極を形成することが可能である。

【０００３】すなわち、先ず、逆スパッタによって半導
体装置の電極上の酸化膜を除去し、続いて金属薄膜をス
パッタする。次にレジストを塗布し、突起電極を形成す
る部分のみホトリソグラフィ法によって開口する。次
に、上記金属薄膜を陰極として電解メッキ法によって金
属突起電極を形成した後、上記レジストを除去して不要
な金属薄膜をエッチング除去することによって、突起電
極が形成される。

【０００４】また、上記突起電極を半田で形成する場合
には、半田を熔融することによって半田の表面張力で半
球状の突起電極を形成することができる。

【０００５】また、他の方法としては、逆スパッタによ
って半導体装置の電極上の酸化膜を除去し、続いて金属
薄膜をスパッタする。次にレジストを塗布し、ホトリソ
グラフィ法を用いて突起電極を形成する部分のみ金属薄
膜を残し、不要部分を除去する。次に、メタルマスクを
用いて、突起電極形成部に半田を構成する金属を順次蒸
着する。最後に、半田を熔融して半球状の突起電極を形
成する。

【０００６】上述のような各方法によってウェハ状態の
半導体装置における電極上に突起電極を形成した後、ダ
イシングによって半導体装置を個別に分割する。

【０００７】また、他社から納入される予め個別に分割
された半導体装置の場合には、納入された半導体装置の
電極上に、金属細線を用いて、ワイヤボンディング技術
を応用したボールボンディング法によって突起電極を形
成する方法が知られている。すなわち、金属細線を熔融
してボールを形成し、この形成された金属ボールを半導
体装置の電極部に加圧しながら、加熱あるいは超音波印
加あるいは両者併用等によって半導体装置の電極上の酸
化膜を破壊して金属ボールを接続する。そうした後、ワ
イヤを切断する。

【０００８】次に、従来の半導体装置のフェイスダウン
接続方法について説明する。上記半導体装置の突起電極
の材質がＡu,Ｃu等である場合には、突起電極にＡg-Ｐd
等を含む導電性ペーストを転写し、回路基板の接続パッ
ド上に位置合わせして押し当て、その後導電性ペースト
を加熱硬化することによって接続を行う方法等が知られ
ている。また、上記突起電極の材質が半田である場合に
は、回路基板上に予めフラックスを塗布し、接続パッド
と突起電極とを位置合わせして押し当てる。次に、この
状態でリフロー炉を通して加熱し、半田を熔融して接続
を行う方法等が知られている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の技術には以下のような問題がある。半導体装置をウ
ェハ状態で入手することは、半導体装置の製造メーカが
自社の半導体装置を使用する場合には可能である。この
場合には、電解メッキ法によって突起電極を形成するプ
ロセスでは工程が多く複雑であり、半導体装置のコスト
を増加させてしまうという問題がある。

【００１０】一方、他社の半導体装置を購入して使用す
る場合には、通常ウェハ状態から個別に分割された状態
で納入される。この場合、個別に分割された半導体装置
に電解メッキ法や蒸着法によって突起電極を形成するこ
とは、効率が悪く、コストが大幅に増加し、現実的では
ないという問題がある。

【００１１】また、上記個別に分割された状態で納入さ
れた半導体装置にボールボンディング法によって突起電
極を形成する場合には、電極数が増加するに従って突起
電極形成時間が大幅に伸び、歩留りも低下するという問
題がある。さらに、上記突起電極の高さばらつきも大き
く、フェイスダウン接触時に接続不良を生じ易く、信頼
性が劣る等問題が多い。さらに、半導体装置の電極とし
て多く用いられるＡl上には、Ｓn/Ｐb半田をボールボン
ディング法によって形成することは容易ではない。

【００１２】上述のような理由から、上記個別に分割さ
れて入手された半導体装置に安価に且つ容易に突起電極
を形成することは困難なのである。したがって、半導体
装置をフェイスダウン接続してなる回路モジュールのコ
ストアップを招くという問題が生ずる。

【００１３】そこで、この発明の目的は、容易に且つ安
価に半導体装置を回路基板にフェイスダウン接続できる
半導体装置の実装方法を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、第１の発明は、半導体装置を回路基板にフェイスダ
ウン接続する半導体装置の実装方法であって、上記半導
体装置における電極側の面上にこの電極に電気的に接続
された金属薄膜を形成する工程と、上記回路基板におけ
る電極に半田を供給する工程と、上記金属薄膜が形成さ
れた半導体装置と上記半田が供給された回路基板とを対
向させて位置合わせを行い、上記半導体装置の電極下に
位置する金属薄膜を上記回路基板上の半田に接触させた
状態で上記半田の融点以下の温度で加熱して上記半導体
装置を上記回路基板に仮接続する工程と、上記半導体装
置上における上記仮接続に与らない不要な金属薄膜を除
去する工程と、上記回路基板上の半田を熔融固着する工
程を備えたことを特徴としている。

【００１５】また、第２の発明は、第１の発明の半導体
装置の実装方法において、上記半導体装置上に形成され
る金属薄膜はＣu薄膜或いはＣu合金薄膜であり、上記半
導体装置と回路基板との仮接続はＣu-Ｓn合金膜によっ
て成されたことを特徴としている。

【００１６】

【実施例】以下、この発明を図示の実施例により詳細に
説明する。図１は本実施例の半導体装置の実装方法にお
ける金属薄膜が形成された半導体装置と半田が供給され
た回路基板との断面図である。尚、図１(a)は半導体装
置１の断面図であり、図１(b)は回路基板６の断面図で
ある。

【００１７】図１(a)に示す半導体装置１は、個別に分
割されて納入された半導体装置であるとする。この個別
に分割されて納入された多数個の半導体装置１は、同時
にスパッタ装置のチャンバ内に入れられて逆スパッタに
よってＡl電極２の表面に形成されている保護膜３とし
ての酸化膜が除去される。そして、引き続き、第１の金
属薄膜であるＴiＷ薄膜４と第２の金属薄膜であるＣu薄
膜５とを夫々０.１μm〜０.３μmの膜厚で順次スパッタ
して、図１(a)に示すような半導体装置１が得られる。

【００１８】尚、上述のように、個別に分割された半導
体装置ではなく、ウェハ状態の半導体装置に上述と同様
の方法によって金属薄膜を形成し、その後ダイシングに
よって個別に分割して図１(a)に示すような半導体装置
１を得てもよい。

【００１９】通常、上記半導体装置１のＡl電極２の表
面には強固な酸化膜が形成されている。したがって、逆
スパッタを行わずに金属をスパッタした場合には良好な
導通が得られないのである。また、Ａl電極２とＣu薄膜
５との間に形成されるＴiＷ薄膜４は、Ａl電極２とＣu
薄膜５との密着力を高めるための目的で形成される。し
たがって、このような目的を達成できる金属薄膜であれ
ばＴiＷ薄膜４に限定されるものではなく、Ｔi薄膜を形
成しても構わない。

【００２０】図１(b)に示すような上記半田が供給され
た回路基板は、次のようにして形成される。すなわち、
上記半導体装置１が接続される回路基板６の表面にはＣ
u配線８が形成されている。その際に、このＣu配線８に
おける半導体装置１や他の電子部品に接続される箇所以
外は、ソルダーレジスト９によって覆われている。この
ソルダーレジスト９を形成する方法としては、必要な形
状にスクリーン印刷する方法や、更に精度を向上させる
ためにホトタイプのソルダーレジストを用いたホトリソ
グラフィ法によって接続パッド部分のみを開口させる方
法もある。また、上記接続パッド部分に、Ａuあるいは
ＮiとＡuをメッキ等の方法によって供給することによっ
て、後に半田７を供給する際における半田の濡れ性を向
上することも可能である。

【００２１】次に、上記Ｃu配線８が形成された回路基
板６上における上記半導体装置１のＡl電極２が接続さ
れる位置に半田７を供給して、図１(b)に示すような半
田７が供給された回路基板６が形成される。尚、半田７
の供給方法としては、半田ペーストを必要な部分にスク
リーン印刷して熔融して半球状にする方法や、回路基板
６を熔融半田中に浸漬して引き上げる方法、あるいは、
メッキによって供給する方法があり、必要に応じて最適
な方法を選択すればよい。

【００２２】次に、図２に示すように、上記半導体装置
１の表面にボンディングツール１０を押し当てて真空吸
着穴１１内の空気を真空引きすることによって半導体装
置１をボンディングツール１０に吸着させる。ボンディ
ングツール１０を移動して半導体装置１と回路基板６と
を対向させる。そして、半導体装置１上のＡl電極２と
回路基板６上の接続パッド部との位置合わせを行って、
半導体装置１のＡl電極２下に位置するＣu薄膜５を回路
基板６上の半田７に押し当てる。この状態で、上記半導
体装置１あるいは回路基板６あるいは両者１,６を半田
７の融点より僅かに低い温度に加熱して保持する。

【００２３】そうすることによって、上記半導体装置１
上に形成されたＣu薄膜５と回路基板６上に形成された
半田７とが接触する箇所で、ＣuとＳnとが拡散して合金
層１２が形成される。こうして、半導体装置１が回路基
板６に電気的に仮接続されるのである。

【００２４】次に、上記半導体装置１が仮接続された回
路モジュールをＣuのエッチング液に浸漬して、半導体
装置１における仮接続箇所以外の露出したＣu薄膜５を
エッチングして図３に示す状態にする。エッチング液と
しては、例えば「ヤマト屋商会」より市販されている商品
名“アルカエッチ液"を水で２０倍に薄めたものや硝酸
を水で薄めたもの等を用いる。上記半導体装置１上にス
パッタによって形成されているＣu薄膜５は非常に薄
く、エッチング時間が短いことと仮接続部分に形成され
たＣuとＳnとの合金層１２は上記エッチング液に溶解し
にくいことから、不要なＣu薄膜５が選択的に除去され
るのである。

【００２５】次に、上記半導体装置１上のＴiＷ薄膜４
を、エチレンジアミン四酢酸(ＥＤＴＡ)と過酸化水素水
とアンモニア水との混合液等によってエッチングして除
去する。次に、上記半田７を完全に熔融固着して、図３
に示すような半導体装置１と回路基板６との接続形態を
得るのである。

【００２６】このように、本実施例においては、半導体
装置１のＡl電極２に突起電極を形成することなく、一
度に大量の半導体装置１に逆スパッタを行ってＡl電極
２上の酸化膜を除去した後、金属薄膜４,５をスパッタ
する。一方、回路基板６上における接続パッドの箇所に
は半田７を供給する。そして、半導体装置１におけるＡ
l電極２下の最外層の金属薄膜５を回路基板６上の半田
７に押し当てた状態で半田７の融点以下の温度で加熱し
て、半田７の成分金属と金属薄膜５とが拡散して合金層
１２を形成することによって半導体装置１と回路基板６
とを電気的に仮接続するようにしている。こうして形成
された合金層１２はエッチング液に溶解しにくいので、
仮接続に与らない不要な金属薄膜４,５をエッチングに
よって容易に除去できる。

【００２７】したがって、本実施例による半導体装置の
実装方法によれば、半導体装置を回路基板にフェイスダ
ウン接続する際に、半導体装置の電極に突起電極を形成
する必要がないので大幅に工程数を削減できる。また、
多量の半導体装置１を同時にフェイスダウン接続できる
ので、更なる工程数の削減が可能となり、大幅なコスト
ダウンを実現できる。

【００２８】上記半導体装置１および回路基板６の断面
形状は、図１乃至図３に示すような断面形状に限定され
るものではない。また、上記半導体装置１上に形成され
る電極および金属薄膜の材質や回路基板６上に形成され
る配線の材質は上記実施例に限定されるものではない。
但し、半導体装置１上に形成される最外層の金属薄膜
は、回路基板６上に供給される半田７と半田の融点以下
の温度で合金層を形成するような材質である必要があ
る。

【００２９】

【発明の効果】以上より明らかなように、第１の発明の
半導体装置の実装方法は、半導体装置における電極側に
この電極に電気的に接続された金属薄膜を形成し、上記
回路基板における電極に半田を供給し、上記半導体装置
の電極下に位置する金属薄膜を上記回路基板上の半田に
接触させた状態で上記半田の融点以下の温度で加熱して
仮接続し、上記半導体装置上における上記仮接続に与ら
ない不要な金属薄膜を除去し、上記回路基板上の半田を
熔融固着するので、上記半導体装置を回路基板にフェイ
スダウン接続するに際して半導体装置の電極に突起電極
を形成する必要がない。

【００３０】したがって、個別に分割された状態で納入
された半導体装置であっも、多量の半導体装置を同時に
フェイスダウン接続することが可能になる。すなわち、
この発明によれば大幅に工程数を削減してコストダウン
を図ることができる。

【００３１】また、第２の発明の半導体装置の実装方法
は、上記半導体装置上に形成される金属薄膜はＣu薄膜
或いはＣｕ合金薄膜であり、上記半導体装置と回路基板
との仮接続はＣu-Ｓn合金膜によって成されるので、工
程数を削減してコストダウンを図ることができる半導体
装置の実装方法を容易に実現可能である。

【００３２】すなわち、上記各発明によれば、容易に且
つ安価に半導体装置を回路基板にフェイスダウン接続で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の半導体装置の実装方法に供される金
属薄膜が形成された半導体装置と半田が供給された回路
基板の断面図である。

【図２】図１に示す半導体装置を回路基板上に位置合わ
せして合金層によって仮接続された状態を表す断面図で
ある。

【図３】図１に示す半導体装置の回路基板へのフェイス
ダウン接続が完了した状態を示す図である。

【符号の説明】

１…半導体装置、 ２…Ａl電極、４
…ＴiＷ薄膜、 ５…Ｃu薄膜、６…
回路基板、 ７…半田、８…Ｃu配
線。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体装置を回路基板にフェイスダウン
   接続する半導体装置の実装方法であって、 上記半導体装置における電極側の面上にこの電極に電気
   的に接続された金属薄膜を形成する工程と、 上記回路基板における電極に半田を供給する工程と、 上記金属薄膜が形成された半導体装置と上記半田が供給
   された回路基板とを対向させて位置合わせを行い、上記
   半導体装置の電極下に位置する金属薄膜を上記回路基板
   上の半田に接触させた状態で上記半田の融点以下の温度
   で加熱して上記半導体装置を上記回路基板に仮接続する
   工程と、 上記半導体装置上における上記仮接続に与らない不要な
   金属薄膜を除去する工程と、 上記回路基板上の半田を熔融固着する工程を備えたこと
   を特徴とする半導体装置の実装方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の半導体装置の実装方法
   において、 上記半導体装置上に形成される金属薄膜はＣu薄膜或い
   はＣu合金薄膜であり、 上記半導体装置と回路基板との仮接続はＣu-Ｓn合金膜
   によって成されたことを特徴とする半導体装置の実装方
   法。