JPH07211722A - Semiconductor device and its packaging structure - Google Patents

Semiconductor device and its packaging structure

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JPH07211722A
JPH07211722A JP707994A JP707994A JPH07211722A JP H07211722 A JPH07211722 A JP H07211722A JP 707994 A JP707994 A JP 707994A JP 707994 A JP707994 A JP 707994A JP H07211722 A JPH07211722 A JP H07211722A
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bump electrode
electrode
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浩 山田
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Abstract

PURPOSE:To enhance the reliability upon the semiconductor device by increasing the level of the fine bump electrodes on a semiconductor chip for optimizing the material composition of the bump electrode to be formed. CONSTITUTION:The semiconductor device is provided with a metallic thin film 5 formed on bonding pads 4 of a semiconductor chip, the bump electrodes comprising the first metallic layer 6 and the second metallic layer 7 projectively formed on the metallic thin film 5 while the second metallic layer 7 contains 40wt.% of carbon, 30wt.% of sulfur and 10wt.% of oxygen. This semiconductor device is to be flip-chip packaged on the electrode pads 10 of a circuit wiring substrate.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体チップ上にバン
プ電極を有する半導体装置、及びバンプ電極を有する半
導体装置を回路配線基板にフリップチップ実装した半導
体装置実装構造体に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device having bump electrodes on a semiconductor chip and a semiconductor device mounting structure in which the semiconductor device having bump electrodes is flip-chip mounted on a circuit wiring board.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体装置は高集積化が進行し、
実装技術も高密度化が求められている。半導体装置の高
密度実装技術には、ワイヤボンディング技術、TAB技
術などが代表的には挙げられるが、最も高密度の実装技
術として、近年、フリップチップ実装技術が、コンピュ
ータ機器などの半導体装置を高密度に実装する技術とし
て多く用いられている。このフリップチップ実装技術
は、米国特許第3,401,126号及び同第3,42
9,040号が開示されて以来、広く公知の技術となっ
ている。
2. Description of the Related Art In recent years, semiconductor devices have been highly integrated,
Mounting technology is also required to have higher density. Wire-bonding technology, TAB technology, etc. are typical examples of high-density mounting technology for semiconductor devices. In recent years, flip-chip mounting technology has been used as the highest-density mounting technology to improve semiconductor devices such as computer equipment. It is often used as a technology for mounting at high density. This flip chip mounting technique is disclosed in US Pat. Nos. 3,401,126 and 3,42.
It has become a widely known technique since the disclosure of 9,040.

【0003】フリップチップ実装技術は、図67に示す
ように、半導体装置1のボンディングパッド4上に、突
起形状を有するバンプ電極42を形成し、このバンプ電
極42を介して、半導体装置1のボンディングパッド4
と回路配線基板の電極パッドとを電気的及び機械的に相
互接続する技術である。なお、図67において、参照符
号3はパッシベ−ション膜を、5はバリアメタルとなる
金属薄膜をそれぞれ示す。
In the flip-chip mounting technique, as shown in FIG. 67, bump electrodes 42 having a protrusion shape are formed on the bonding pads 4 of the semiconductor device 1, and the semiconductor device 1 is bonded via the bump electrodes 42. Pad 4
Is a technique for electrically and mechanically interconnecting an electrode pad of a circuit wiring board. In FIG. 67, reference numeral 3 indicates a passivation film and reference numeral 5 indicates a metal thin film serving as a barrier metal.

【0004】フリップチップ実装では、半導体装置の構
成材料と、半導体装置を実装する回路配線基板の構成材
料が異なるので、半導体装置の熱膨張係数と回路配線基
板の熱膨張係数とは、互いに異なるのが一般的である。
従って、半導体装置の動作中に発熱した熱量がバンプ電
極を通して回路配線基板に伝達し、熱膨張係数の相異に
起因する変位が半導体装置と回路配線基板に発生する。
発生した半導体装置と回路配線基板の変位は、半導体装
置と回路配線基板とを接続するバンプ電極に応力歪みを
発生させる。
In flip-chip mounting, since the constituent material of the semiconductor device and the constituent material of the circuit wiring board on which the semiconductor device is mounted are different, the thermal expansion coefficient of the semiconductor device and the thermal expansion coefficient of the circuit wiring board are different from each other. Is common.
Therefore, the amount of heat generated during the operation of the semiconductor device is transferred to the circuit wiring board through the bump electrodes, and the displacement caused by the difference in the thermal expansion coefficient occurs between the semiconductor device and the circuit wiring board.
The generated displacement between the semiconductor device and the circuit wiring board causes stress distortion in the bump electrodes connecting the semiconductor device and the circuit wiring board.

【0005】また、熱膨張係数の相異に起因する変位に
よる応力歪みは、発熱した半導体装置が冷却した場合に
も発生する。更に、外部温度雰囲気に温度差が生じた場
合においても、上述と同様の応力歪みはバンプ電極部に
発生する。バンプ電極部の応力歪みは、フリップチップ
実装されたバンプ電極を破壊させることになり、信頼性
寿命を低下させる。
Further, the stress strain due to the displacement caused by the difference in the coefficient of thermal expansion also occurs when the semiconductor device that has generated heat is cooled. Further, even when a temperature difference occurs in the external temperature atmosphere, the same stress strain as described above occurs in the bump electrode portion. The stress distortion of the bump electrode portion breaks the bump electrode mounted on the flip chip, and reduces the reliability life.

【0006】このようなバンプ電極部に発生する応力歪
みは、従来、以下に示す手段を用いることにより解決さ
れてきた。
The stress strain generated in the bump electrode portion has been conventionally solved by using the following means.

【0007】(1)半導体装置の中心点からバンプ電極
の中心点までの距離を小さくすること。
(1) To reduce the distance from the center point of the semiconductor device to the center point of the bump electrode.

【0008】(2)半導体装置の熱膨張係数と回路配線
基板の熱膨張係数との差を小さくすること。
(2) To reduce the difference between the coefficient of thermal expansion of the semiconductor device and the coefficient of thermal expansion of the circuit wiring board.

【0009】(3)温度変化が大きくならない様に放熱
性を向上させること。
(3) Improving heat dissipation so that temperature change does not increase.

【0010】(4)半導体装置と回路配線基板の隙間に
樹脂を充填して、フリップチップ実装の構造を強固にす
ること。
(4) The gap between the semiconductor device and the circuit wiring board is filled with resin to strengthen the flip-chip mounting structure.

【0011】(5)バンプ電極構造を、発生する応力歪
みを充分に吸収できる構造にすること。
(5) The bump electrode structure has a structure capable of sufficiently absorbing the stress strain generated.

【0012】即ち、IBM J.Res.Develo
p.,13;251(1969)に記載されているよう
に、信頼性寿命は、Nf=Cf1/3 γmax ・exp(1
428/Tmax )で表されるサイクル寿命の式(C;定
数、f;周波数、Tmax ;最大温度)から、バンプ部分
に発生する最大剪断歪みγmax を減少させることによ
り、信頼性寿命が向上することが知られている。
That is, IBM J. Res. Develo
p. , 13; 251 (1969), the reliability life is Nf = Cf 1/3 γ max · exp (1
428 / T max ) from the cycle life formula (C; constant, f; frequency, T max ; maximum temperature), the maximum shear strain γ max generated in the bump portion is reduced to improve the reliability life. It is known to improve.

【0013】更に、信頼性寿命の式に示すバンプ電極部
分に発生する最大剪断歪みは、以下の式で表される。
Further, the maximum shear strain generated in the bump electrode portion shown in the reliability life formula is expressed by the following formula.

【0014】γmax ={1/(Dmin /2)2/β}(V
/πh1+β1/β・d・ΔT・Δα (Dmin ;最小バンプ径、β;材料定数、V;はんだ体
積、h;はんだ高さ、Δα;熱膨張係数の差、ΔT;温
度差、d;チップ中心からバンプ中心までの距離) 従
って、フリップチップ実装の信頼性を向上させるには、
バンプ電極部分の応力を緩和する上述の(1)〜(5)
の手段により実現可能である。
Γ max = {1 / (D min / 2) 2 / β } (V
/ Πh 1 + β ) 1 / β・ d ・ ΔT ・ Δα (D min ; minimum bump diameter, β; material constant, V; solder volume, h; solder height, Δα; thermal expansion coefficient difference, ΔT; temperature Therefore, in order to improve the reliability of flip chip mounting,
The above (1) to (5) for relieving the stress of the bump electrode portion
It can be realized by means of.

【0015】例えば、バンプ電極の配置を変更して、半
導体装置の中心点からバンプ電極の中心点までの距離を
小さくする(1)の方法は、特願平4−19855号公
報において提案されている。この方法は、通常、ワイヤ
ーボンディングを行うためにレイアウトされたボンディ
ングパッドを、ポリイミド多層配線技術を利用して半導
体チップ上に再レイアウトする方法であり、温度サイク
ルに起因する変位量を小さくする提案である。
For example, a method (1) of changing the arrangement of the bump electrodes to reduce the distance from the center point of the semiconductor device to the center point of the bump electrodes is proposed in Japanese Patent Application No. 4-19855. There is. This method is usually a method of re-laying out the bonding pads laid out for wire bonding on the semiconductor chip using the polyimide multilayer wiring technology, and is a proposal to reduce the amount of displacement due to temperature cycle. is there.

【0016】回路配線基板の材料を考慮して熱膨張係数
を半導体装置の熱膨張係数と類似または一致させる
(2)の試みは、回路配線基板材料をシリコンにする、
又はAlNにするなどの試みとして、特に、MCM(M
ultichip Module)技術において広く公
知の技術になっている。
An attempt to make the coefficient of thermal expansion similar to or the same as the coefficient of thermal expansion of a semiconductor device in consideration of the material of the circuit wiring board (2) is to use silicon as the circuit wiring board material.
Or, as an attempt to use AlN, MCM (M
This is a widely known technique in the multichip module technique.

【0017】フリップチップ実装した半導体装置の温度
変化を小さくし、発生する変位量を小さくする(3)の
方法は、半導体チップの裏面に放熱フィンを設けること
で解決することが出来、多くの提案が行われているが、
例えば、特開昭58−23462号公報に、半導体装置
の裏面に放熱フィンを搭載した一例が記載されている。
The method (3) for reducing the temperature change of the flip-chip mounted semiconductor device and reducing the generated displacement can be solved by providing a radiation fin on the back surface of the semiconductor chip, and many proposals have been made. Is being done,
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-23462 discloses an example in which a radiation fin is mounted on the back surface of a semiconductor device.

【0018】温度差に起因して発生する変位に対して、
フリップチップ実装体構造を強固にするために、半導体
装置と回路配線基板の隙間に樹脂を充填する方法(4)
としては、例えば、樹脂を充填する方法(特開昭61−
194732号公報)、紫外線硬化樹脂を封止する方法
(特開昭62−252946号公報)、常温硬化樹脂で
隙間を封止する方法(特開昭63−13337号公
報)、更に、封止する樹脂の物性を最適にする方法(特
開平4−219944号公報)等、多くの方法がある。
With respect to the displacement caused by the temperature difference,
A method of filling a resin in the gap between the semiconductor device and the circuit wiring board in order to strengthen the structure of the flip chip mounting body (4)
For example, a method of filling a resin (Japanese Patent Laid-Open No. 61-
194732), a method of sealing an ultraviolet curable resin (JP-A-62-252946), a method of sealing a gap with a room temperature-curable resin (JP-A-63-13337), and further sealing. There are many methods such as a method for optimizing the physical properties of the resin (Japanese Patent Laid-Open No. 4-219944).

【0019】また、バンプ電極に加わる応力歪みは、上
述した剪断歪みの式からも明らかなように、材料の定数
に対しても依存しているため、はんだ材料定数を最適範
囲内に限定する提案が行われている。はんだ材料につい
ては、Proc.26thECC,67,(1976)
に記載されているように、温度サイクルに関してはPb
−5%Sn系合金が信頼性に対して有効であるとする報
告が行われているが、一方では、特開昭61−6544
2号公報及び特開昭61−80828号公報に記載され
ているように、Snの含有量を65〜80%、又は50
%にすることが望ましいなどの多くの報告がなされてお
り、実情に即した方法で応力緩和が行われている。
Further, since the stress strain applied to the bump electrode also depends on the material constant, as is clear from the above shear strain equation, it is proposed to limit the solder material constant within the optimum range. Is being done. For the solder material, see Proc. 26th ECC, 67, (1976)
As described in P.
It has been reported that a -5% Sn alloy is effective for reliability.
2 and JP-A-61-80828, the Sn content is 65-80%, or 50%.
There have been many reports that it is desirable to make the ratio%, and stress relaxation is carried out by a method according to the actual situation.

【0020】更に、フリップチップ実装のバンプ電極に
加わる歪みは、上述の剪断歪みの式から明らかなよう
に、バンプ高さに反比例して減少し、信頼性寿命はバン
プ高さと共に増加する。従来は半導体装置のI/Oピン
が比較的少ない場合においてフリップチップ実装が適応
されてきたため、比較的容易にバンプ高さを高くするこ
とができた。
Further, the strain applied to the bump electrode in the flip chip mounting decreases in inverse proportion to the bump height, as is clear from the above shear strain equation, and the reliability life increases with the bump height. Conventionally, flip chip mounting has been applied when the semiconductor device has a relatively small number of I / O pins, so that the bump height can be relatively easily increased.

【0021】ところが、近年の半導体装置の高集積化に
伴うI/Oピンの増加は、バンプ電極の直径の減少を引
き起こすため、はんだの表面張力を利用してバンプ高さ
を高くする従来の方法では、バンプ電極の直径の減少に
伴い必然的にバンプ高さが減少することになり、結果的
に応力歪みに対する信頼性が低下するという深刻な問題
が発生してきた。基板がセラミック基板、AlN基板、
シリコン基板の様な場合には問題が大きくないが、例え
ばガラスエポキシ基板のような、比較的熱膨張係数が大
きい場合は、特に問題が大きい。
However, the increase in I / O pins accompanying the recent increase in integration of semiconductor devices causes a decrease in the diameter of bump electrodes. Therefore, the conventional method of increasing the bump height by utilizing the surface tension of solder is used. Then, as the diameter of the bump electrode decreases, the bump height inevitably decreases, resulting in a serious problem that the reliability against stress strain decreases. The substrate is a ceramic substrate, AlN substrate,
The problem is not large in the case of a silicon substrate, but the problem is particularly large in the case of a glass epoxy substrate having a relatively large coefficient of thermal expansion.

【0022】バンプ電極を半導体チップ上にエリア配置
する方法が、Microelectronics Pa
ckaging handbook (1989)に記
載されている。この方法は、予めエリア配置してあるボ
ンディングパッド上にバンプ電極をエリア化する方法で
ある。バンプ電極をエリア配置することで、バンプサイ
ズを大きくすることができ、バンプ高さを高くすること
ができる。しかし、極めて高集積化したチップサイズの
小さな半導体装置上に、サイズの大きなバンプ電極を配
置するには限界があり、結果的にはバンプ高さを高くで
きないという問題があった。
A method of arranging the bump electrodes on the semiconductor chip in an area is described in Microelectronics Pa.
Clacking handbook (1989). This method is a method in which bump electrodes are formed into areas on bonding pads which are arranged in areas in advance. By arranging the bump electrodes in the area, the bump size can be increased and the bump height can be increased. However, there is a limit in arranging the bump electrode having a large size on the semiconductor device having a very high integration and a small chip size, and as a result, there is a problem that the bump height cannot be increased.

【0023】バンプ高さを高くする方法としては、特開
昭62−117346号公報に記載されているように、
代表的には、ポリイミドテープを介在させた多段構造の
バンプ電極構造が提案されている。この方法によると、
バンプ高さを高くできるため、従来技術に比較して信頼
性寿命を向上させることが可能になったものの、ポリイ
ミドテープを用いるバンプ形成が複雑かつ困難であり、
高度な技術を要するとともに、多段化に伴い工程が増加
し、電極形成に費やすためのコストを上昇させていた。
As a method for increasing the bump height, as described in JP-A-62-117346,
Typically, a bump electrode structure having a multi-stage structure with a polyimide tape interposed is proposed. According to this method,
Since the bump height can be increased, it is possible to improve the reliability life as compared with the conventional technology, but bump formation using a polyimide tape is complicated and difficult,
In addition to requiring a high level of technology, the number of steps has increased as the number of stages has increased, which has increased the cost for forming electrodes.

【0024】次に、バンプ電極に発生する応力歪みを充
分吸収可能とする(5)の方法について、以下に詳細に
説明する。
Next, the method (5) for sufficiently absorbing the stress strain generated in the bump electrode will be described in detail below.

【0025】回路配線基板にフリップチップ実装する半
導体装置上のバンプ電極は、リフローするときに、半導
体装置自体の荷重により、通常は図68に示すような太
鼓型構造を有する。米国特許第3,401,126号
は、太鼓型バンプのバンプ構造を示す図面を記載してい
る。更に、特開昭60−38839号公報は、太鼓型と
なるバンプに関して、発生する応力歪みを減少させるた
めに、応力発生方向に対して楕円形状となる構造を提案
している。なお、図68において、参照符号2は回路配
線基板を、8は回路配線基板の電極パッドを、9は、ソ
ルダ−レジスト又は回路配線基板の保護膜を、11は回
路配線基板の電極バリアメタルをそれぞれ示す。
The bump electrodes on the semiconductor device flip-chip mounted on the circuit wiring board usually have a drum-shaped structure as shown in FIG. 68 due to the load of the semiconductor device itself when reflowing. U.S. Pat. No. 3,401,126 describes drawings showing the bump structure of a drum-shaped bump. Further, Japanese Patent Laid-Open No. 60-38839 proposes a structure in which a bump having a drum shape has an elliptical shape in the stress generation direction in order to reduce the stress strain generated. In FIG. 68, reference numeral 2 is a circuit wiring board, 8 is an electrode pad of the circuit wiring board, 9 is a solder resist or a protective film of the circuit wiring board, and 11 is an electrode barrier metal of the circuit wiring board. Shown respectively.

【0026】また一方では、バンプに加わる応力歪み
は、バンプ構造自体を破壊させるとともに、バンプ金属
とバリアメタルとの接触付近で剥離を生じさせる。この
剥離は、バンプ金属とバリアメタル部分で集中する応力
歪みが、特に太鼓型バンプで大きいことに起因してい
る。このバリアメタル付近に集中する応力を緩和する手
段として、特開昭59−5637号公報は、図69に示
すような、バンプ42をつづみ型にする構造を提案して
いる。
On the other hand, the stress strain applied to the bumps destroys the bump structure itself and causes delamination near the contact between the bump metal and the barrier metal. This peeling is due to the large stress strain concentrated in the bump metal and barrier metal portions, especially in the drum-shaped bump. As a means for relieving the stress concentrated in the vicinity of the barrier metal, Japanese Patent Laid-Open No. 59-5637 proposes a structure in which the bumps 42 are staggered as shown in FIG.

【0027】バンプ構造をつづみ型にするのは、最も応
力歪みが集中しやすいバリアメタル部分でのバンプ構造
強化を実現できるためである。従って、バンプ電極構造
をつづみ型にする方法として、これまで多くの提案が実
施されている。特開昭62−139386号公報は、バ
ンプ高さ制御ピンにより太鼓型バンプをつづみ型にする
方法、特開昭62−156745号公報は、半導体チッ
プを引張ることによりバンプ構造をつづみ型にする方
法、特開昭60−119737号公報は、体積の大きな
はんだを支持体としてバンプをつづみ型にする方法、特
開昭62−206843号公報は、スペーサを用いてバ
ンプ構造をつづみ型にする方法について、それぞれ記載
している。
The reason why the bump structure is the continuous type is that the bump structure can be strengthened in the barrier metal portion where stress strain is most likely to concentrate. Therefore, many proposals have been made so far as a method of making the bump electrode structure a continuous type. Japanese Unexamined Patent Publication No. 62-139386 discloses a method in which a drum-shaped bump is formed into a staggered type by using bump height control pins, and Japanese Unexamined Patent Publication No. 62-156745 discloses a bump structure in which the bump structure is formed into a staggered type. Japanese Unexamined Patent Publication No. 60-119737 discloses a method of forming bumps with a solder having a large volume as a support, and Japanese Unexamined Patent Publication No. 62-206843 discloses a continuous bump structure using spacers. Each method is described.

【0028】バンプ電極の構造をつづみ型にする特殊な
方法として、特開昭62−117346号公報、及び特
開昭59−218744号公報には、バンプ金属の構成
を高融点金属層と低融点金属層の2層の組合わせとして
リフローするときに、構造をつづみ型にする方法が提案
されている。
As a special method of forming the bump electrode structure in a continuous shape, Japanese Patent Laid-Open Nos. 62-117346 and 59-218744 disclose bump metal as a low melting point metal layer and a low melting point metal layer. A method has been proposed in which the structure has a staggered shape when reflowing as a combination of two layers of melting point metal layers.

【0029】更に、米国特許第3,303,393号に
は、バンプ電極構造をつづみ型にするとともに、バンプ
電極高さを高くすることが可能な銅ボールをはんだ中に
配置させた構造が記載されている。ところがこの方法
は、銅ボールの配設によりバンプ高さは高くできるもの
の、銅ボールを用いることにより、バンプ径とバンプ高
さとの比で表されるアスペクト比が1となり、必要なバ
ンプ高さを確保しようとする場合は、バンプ径の小さな
微細構造を有するバンプ電極を形成することができない
という問題があった。
Further, US Pat. No. 3,303,393 discloses a structure in which a bump electrode structure is formed in a continuous type and copper balls capable of increasing the bump electrode height are arranged in solder. Have been described. However, in this method, although the bump height can be increased by disposing the copper balls, by using the copper balls, the aspect ratio represented by the ratio of the bump diameter to the bump height becomes 1, and the required bump height can be increased. In order to secure the bump, there is a problem that the bump electrode having a fine structure with a small bump diameter cannot be formed.

【0030】即ち、上述の剪断歪みの式から明らかなよ
うに、たとえ、つづみ型バンプを構成しても、フリップ
チップ実装構造体の信頼性寿命を向上させるためには、
高さの高いバンプ電極形成が求められるため、信頼性上
問題がある方法であった。このバンプ電極の断面構造
は、IBM J.Res.Develop.,13;2
31 (1969)に詳細に記載されている。
That is, as is clear from the above shear strain equation, in order to improve the reliability life of the flip-chip mounting structure, even if a staggered bump is formed,
Since it is required to form bump electrodes with high height, this method has a problem in reliability. The cross-sectional structure of this bump electrode is described in IBM J. Res. Development. , 13; 2
31 (1969).

【0031】また、特開平5−235102号公報に記
載する図70に示す構造は、バンプ電極7の内部にマッ
シュルーム型の金属柱材6を配設させたものである。こ
の構造では、マッシュルーム型金属柱材6の高さを高く
することにより、バンプ電極7の高さを高くすることが
可能である。更に、この構造によると、米国特許第3,
303,393号に記載するような球状の柱材を使用し
ていないため、放熱性に優れ、引き抜き強度が向上する
という効果を有している。
Further, the structure shown in FIG. 70 described in Japanese Patent Laid-Open No. 235102/1993 has a mushroom type metal column member 6 disposed inside a bump electrode 7. In this structure, it is possible to increase the height of the bump electrode 7 by increasing the height of the mushroom-type metal column member 6. Further, according to this structure, US Pat.
Since the spherical pillar material as described in No. 303,393 is not used, it has the effect of excellent heat dissipation and improved pull-out strength.

【0032】ところがこの提案は、マッシュルーム型の
形状の制御が困難であり、寸法制御を厳密に行わない
と、マッシュルーム型内部金属の上部寸法が、相互接続
する回路配線基板の電極パッド寸法を越えてしまい、必
ずしも充分に微細化できないという問題があった。
However, in this proposal, it is difficult to control the shape of the mushroom type, and unless the dimension control is strictly performed, the upper dimension of the mushroom type internal metal exceeds the electrode pad dimension of the circuit wiring board to be interconnected. However, there is a problem that it cannot be sufficiently miniaturized.

【0033】そこで、特開昭60−57957号公報で
は、図71に示す様に、アスペクト比の高い銅ポール6
をバンプ金属7中に配設して、高さの高いバンプ7を形
成するとともに、バンプ形状をつづみ型にして信頼性を
向上させる提案を行っている。ここで、図71(a)は
バンプ電極高さを高くした場合、図71(b)は銅ポー
ル寸法を図71(a)よりも小さくしてバンプ電極高さ
を小さくした場合、図71(c)は形成するはんだ量を
調整してバンプ電極形状を太鼓型にした場合の構造をそ
れぞれ示す。
Therefore, in JP-A-60-57957, as shown in FIG. 71, a copper pole 6 having a high aspect ratio is used.
Has been proposed in which the bumps 7 are arranged in the bump metal 7 to form the bumps 7 having a high height, and the bump shape is formed into a hook shape to improve reliability. 71 (a) shows the case where the bump electrode height is increased, and FIG. 71 (b) shows the case where the copper pole size is made smaller than that of FIG. 71 (a) to reduce the bump electrode height. c) shows the structure when the amount of solder to be formed is adjusted and the bump electrode shape is drum-shaped.

【0034】この提案は、バンプ電極が破壊しても銅ポ
ールで接続が可能であることと、半導体チップ及び回路
配線基板の各々にポールを設けているので信頼性が向上
することと、バンプ電極高さと形状をコントロールでき
ることを効果に挙げている。ところが、この構造は、銅
ポールを使用して回路配線基板と半導体装置を接続して
いるために、銅ポールの高さが均一でない場合は接続不
良が発生するとともに、極めて強固な接続構造となって
いるために、温度サイクルにより発生する変位に起因す
る応力歪みを逆に緩和できないという重大な問題を有し
ている。
This proposal proposes that copper bumps can be connected even if the bump electrode is broken, that the semiconductor chip and the circuit wiring board are provided with poles, respectively, and that the reliability is improved. The effect is that the height and shape can be controlled. However, this structure uses copper poles to connect the circuit wiring board to the semiconductor device, so if the height of the copper poles is not uniform, a connection failure will occur and an extremely strong connection structure will result. Therefore, there is a serious problem that the stress strain caused by the displacement caused by the temperature cycle cannot be relaxed.

【0035】即ち、バンプ材料がはんだのみで形成され
ている場合は、バンプ電極の高さを高くすることでバン
プ電極の変形が容易に起こり、応力歪みを充分に緩和で
きるものであるが、中心部分に固い金属材料である銅が
配設されていると、バンプ電極の変形が発生しにくくな
り、逆に応力歪みに対して信頼性が向上しないものであ
る。
That is, when the bump material is formed of only solder, the bump electrode is easily deformed by increasing the height of the bump electrode, and the stress strain can be sufficiently relaxed. When copper, which is a hard metal material, is provided in the portion, the bump electrode is less likely to be deformed, and conversely, the reliability against stress strain is not improved.

【0036】更に、この構造は、特開昭60−5795
7号公報の実施例中に記載されている方法では、その製
造が極めて困難である。即ち、PGA(Pin Gri
dArray)のピン取付け方法では、I/Oピン数が
増加するのに伴い製造時間が延長され、コストが向上す
る。マスク蒸着方法では、高さの高いポールを形成する
には製造時間が長くかかる。更に、メッキを用いる方法
では、半導体装置側と回路配線基板側のポールを密着性
良く強固に固定することは不可能であり、コネクタ形状
にすることも極めて困難を伴う。また、バンプ構造は、
太鼓型、つづみ型のいずれにおいてもその構造が記載さ
れているが、形状制御は接続部分を構成するはんだの量
で行うことになると考えられ、実用上困難が伴う。
Further, this structure is disclosed in JP-A-60-5795.
According to the method described in the example of Japanese Patent Publication No. 7, the production is extremely difficult. That is, PGA (Pin Gri)
In the dArray) pin mounting method, the manufacturing time is extended as the number of I / O pins is increased, and the cost is improved. In the mask vapor deposition method, it takes a long manufacturing time to form a high pole. Furthermore, with the method using plating, it is impossible to firmly fix the poles on the semiconductor device side and the circuit wiring board side with good adhesion, and it is extremely difficult to form a connector shape. Also, the bump structure is
Although the structure is described in both the drum type and the drum type, it is considered that the shape control is performed by the amount of solder forming the connection portion, which is difficult in practical use.

【0037】また、図72は、バンプ電極内部に配置す
る銅の形状を逆台形状にして上面を湾曲させた構造を示
す。この構造の詳細は、1992年電子情報通信学会秋
季大会予稿集p5−13に記載されている。この文献に
示す図では、バンプ電極内に配置する銅の上部を弧状と
しているため、逆台形状に近い形状となっているが、バ
ンプ電極を構成するはんだの組成及び物性、更に寸法形
状については、特に考慮していないため、信頼性寿命は
必ずしも充分な結果が得られていなかった。
FIG. 72 shows a structure in which the shape of copper arranged inside the bump electrode is inverted trapezoidal and the upper surface is curved. The details of this structure are described in 1993 IEICE Autumn Meeting Proceedings p5-13. In the figure shown in this document, since the upper portion of the copper placed in the bump electrode has an arc shape, it has a shape close to an inverted trapezoidal shape, but regarding the composition and physical properties of the solder forming the bump electrode, and the dimensional shape, Since no particular consideration was given, sufficient results were not obtained for the reliability life.

【0038】以上説明した、バンプ電極内部に剛性金属
を配設する構造では、バンプ電極の高さを高くしてもバ
ンプ電極の変形が充分に生じないため、発生する応力歪
みに対する問題は、米国特許第3,303,393号及
び特開平5−235102号公報においても、当然に含
まれている。
In the structure described above in which the rigid metal is arranged inside the bump electrode, the bump electrode is not sufficiently deformed even if the height of the bump electrode is increased. It is naturally included in Japanese Patent No. 3,303,393 and Japanese Patent Laid-Open No. 5-235102.

【0039】また、近年の半導体装置の高集積化に伴い
微細化するバンプ電極は、フリップチップ実装する工程
前におけるバンプ電極の強度的な信頼性に対しても影響
を与える。例えば、半導体装置上に形成されるバンプ電
極は、バンプ電極形成後において圧縮応力を内在してい
るため、バンプ電極が微細化すると、フリップチップ実
装工程前において、バンプ電極自体がバリアメタル部分
での応力により破壊するという問題があった。
Further, the bump electrodes, which are miniaturized with the recent trend of higher integration of semiconductor devices, also affect the reliability in strength of the bump electrodes before the flip-chip mounting process. For example, a bump electrode formed on a semiconductor device has a compressive stress therein after the bump electrode is formed. Therefore, if the bump electrode is miniaturized, the bump electrode itself may be a barrier metal portion before the flip chip mounting process. There was a problem of breaking due to stress.

【0040】特開昭59−121955号公報は、特に
バリアメタル部分での残留応力に対する剥離の問題の解
決策を提案するものであり、バリアメタル金属に酸素が
分散したチタンを用いて引張応力を緩和する方法であ
る。チタンを接着金属として用いるバリアメタル構造
は、基本的に引張応力を内在しているが、酸素を分散さ
せたチタン薄膜が圧縮応力を内在していることを発見
し、この酸素分散チタン膜をバリアメタルに応用して、
引張応力に起因する剥離不良を減少させるという提案で
ある。
Japanese Unexamined Patent Publication No. 59-121955 proposes a solution to the problem of delamination due to residual stress particularly in the barrier metal part, in which titanium having oxygen dispersed in the barrier metal is used to increase tensile stress. It is a way to alleviate. The barrier metal structure that uses titanium as an adhesive metal basically has a tensile stress, but it was discovered that a titanium thin film in which oxygen is dispersed has a compressive stress. Apply to metal,
It is a proposal to reduce peeling defects due to tensile stress.

【0041】更に、特開昭56−121955号公報及
び米国特許第5137845号は、Cr/Cu/Auか
ら構成されるバリアメタルの端部が傾斜を有する構造に
して、端部に集中する応力を緩和させるものである。図
67及び図68は、端部に傾斜を有するバリアメタル構
造を示した図であり、この様な構成では、応力歪みがバ
リアメタル部分に集中しても、順次上方に向かって応力
が緩和できるため、バリアメタル部分の剥離に対する信
頼性は向上する。
Further, in Japanese Patent Laid-Open No. 56-121955 and US Pat. No. 5,137,845, the barrier metal composed of Cr / Cu / Au has a structure in which the end has an inclination, and stress concentrated at the end is applied. It alleviates. 67 and 68 are diagrams showing a barrier metal structure having an inclination at the end. With such a structure, even if stress strain concentrates on the barrier metal portion, the stress can be gradually relaxed upward. Therefore, the reliability against peeling of the barrier metal portion is improved.

【0042】ところが、以上説明した公知の構造は、バ
リアメタル単独においてはその効果を充分に発揮する
が、微細なバンプ電極に対し、バンプ電極の高さを高く
するためにバンプ電極内に銅からなる剛性柱材金属を配
置すると、柱材金属に内在する残留応力が特に微細化し
たバンプ電極構造顕在化して、バリアメタルの剥離によ
るバンプ電極破壊の問題を引き起こしていた。
However, the known structure described above sufficiently exerts its effect when the barrier metal is used alone, but in order to increase the height of the bump electrode with respect to the fine bump electrode, the bump electrode is made of copper. When such a rigid pillar material metal is arranged, the residual stress inherent in the pillar material metal becomes particularly small and the bump electrode structure becomes apparent, causing a problem of bump electrode destruction due to peeling of the barrier metal.

【0043】いずれにしろ、従来まで行われている技術
では、比較的I/Oピンの少ないバンプ電極寸法の大き
な半導体装置に関して、バンプ電極に加わる応力歪みを
軽減する手段が提案されてきており、有効な効果をある
程度発揮してきた。ところが、半導体装置の高集積化に
より微細化するI/Oピンのボンディングパッド上に従
来の技術を用いて形成するバンプ電極は、バンプ電極高
さを高くできないという限界があったため、バンプ電極
内部に柱材を配置する方法が一つの解決手段として考え
られ、多くの提案が行われている。
In any case, the conventional techniques have proposed means for reducing the stress strain applied to the bump electrodes for a semiconductor device having a relatively small number of I / O pins and a large bump electrode size. It has been effective to some extent. However, the bump electrode formed by the conventional technique on the bonding pad of the I / O pin which is miniaturized due to the high integration of the semiconductor device has a limit that the height of the bump electrode cannot be increased. The method of arranging the pillars is considered as one solution, and many proposals have been made.

【0044】しかし、このバンプ電極内に柱材を配置す
る方法は、剛性柱材金属を柔らかいはんだ金属中に埋設
するため、バンプ電極の高さは高くできるものの、バン
プ電極が応力歪みに対して自由に変形できないという問
題を伴い、必ずしも充分に信頼性寿命を向上できないと
いう問題があった。更に、バンプ電極の微細化が進行す
るのに伴い、金属中に配置した銅柱材の引張り応力が、
フリップチップ実装工程前におけるバンプ電極破壊を発
生させるなどの問題を伴っていた。
However, in the method of arranging the pillar material in the bump electrode, since the rigid pillar metal is embedded in the soft solder metal, the height of the bump electrode can be increased, but the bump electrode is resistant to stress strain. There is a problem that the reliability life cannot be sufficiently improved with the problem that it cannot be freely deformed. Furthermore, as the miniaturization of bump electrodes progresses, the tensile stress of the copper pillars placed in the metal becomes
There was a problem that the bump electrode was broken before the flip chip mounting process.

【0045】一方、フリップチップ実装では、半導体素
子の発熱面が基板と対抗しているため、発熱した熱量は
半導体チップに蓄熱されやすく、蓄熱した熱量は半導体
素子の故障を引き起こす。特に、半導体素子と基板間に
樹脂を封入した場合は、蓄熱の影響が著しい。そこで、
Cu等の熱伝導性に優れた金属を中心にしてその周囲を
ハンダで覆う構造のバンプが提案されている。
On the other hand, in flip-chip mounting, since the heat generating surface of the semiconductor element faces the substrate, the amount of heat generated is likely to be accumulated in the semiconductor chip, and the accumulated amount of heat causes failure of the semiconductor element. In particular, when resin is sealed between the semiconductor element and the substrate, the effect of heat storage is significant. Therefore,
There has been proposed a bump having a structure in which a metal having excellent thermal conductivity such as Cu is centered and the surrounding is covered with solder.

【0046】このような高アスペクト比で微細なバンプ
の形成を行うには、位置合せが困難なメタルマスクを用
いる蒸着法や、微細化が困難なディップ法、あるいはハ
ンダボールを用いる方法によっては不可能なため、電気
メッキ法を用いる方法が主流になっている。特に、アス
ペクト比が1以上で、微細化に伴うギャップとバンプ高
さの比がアスペクト比と同等以上の場合は、電気メッキ
を用いる以外は不可能である。
The formation of such fine bumps with a high aspect ratio is not possible depending on the vapor deposition method using a metal mask whose alignment is difficult, the dipping method which is difficult to miniaturize, or the method using solder balls. Since it is possible, the method using the electroplating method has become the mainstream. In particular, when the aspect ratio is 1 or more and the ratio of the gap to the bump height accompanying miniaturization is equal to or more than the aspect ratio, it is impossible except using electroplating.

【0047】ところが、バンプを高アスペクト比にした
場合、吸収できない歪はバリアメタル部分に集中し、バ
リアメタルの破壊になる。そこで、バリアメタルを大き
くする方法もあるが、微細化が困難になる。更に、電気
メッキ法をバンプ形成に用いるためには、ウェハー主面
上に電流供給を行うカソードメタルを形成し、バンプ金
属堆積後、バンプ金属部分を除いて選択エッチングしな
ければならない。カソードメタルは最終的にバリアメタ
ルとなるため、高融点金属(Ti,W等)が用いられる
ことが多い。
However, when the bumps have a high aspect ratio, the strain that cannot be absorbed is concentrated on the barrier metal portion, resulting in destruction of the barrier metal. Therefore, there is a method of enlarging the barrier metal, but miniaturization becomes difficult. Further, in order to use the electroplating method for bump formation, it is necessary to form a cathode metal for supplying a current on the main surface of the wafer, deposit the bump metal, and then selectively etch the bump metal portion. Since the cathode metal eventually becomes a barrier metal, a refractory metal (Ti, W, etc.) is often used.

【0048】しかし、バリアメタルとしては、ボンディ
ングパッドとバンプ金属材料の相互拡散を防止するため
に、電気化学的に貴な金属を用いるのが一般的であるこ
とから、選択エッチングが不可能となり、エッチングレ
ジストを形成しなければならない。なお、カソードメタ
ルをエッチングするとき、バンプを構成するハンダとカ
ソードメタル金属で選択エッチングが可能な場合は、当
然ながらエッチングのためのレジスト形成は必要がな
い。
However, as the barrier metal, it is common to use a noble metal electrochemically in order to prevent the mutual diffusion of the bonding pad and the bump metal material, and therefore selective etching becomes impossible. An etching resist must be formed. When the cathode metal is etched, if the solder forming the bump and the cathode metal can be selectively etched, naturally, it is not necessary to form a resist for etching.

【0049】従来のように、バンプ金属が高アスペクト
比でない場合は、レジスト塗布条件、露光条件を工夫す
ればレジスト形成は公知の技術により可能であるが、バ
ンプ金属が高アスペクト比になると、レジストにポジ
型、ネガ型のいずれを用いても原理的に不可能であっ
た。
If the bump metal does not have a high aspect ratio as in the conventional case, the resist can be formed by a known technique by devising the resist coating condition and the exposure condition. It was impossible in principle to use either the positive type or the negative type.

【0050】カソードメタルの1部分を酸化させて、レ
ジストを用いないでエッチングする方法もあるが、微細
な部分を選択的に酸化させることは困難である。特に、
形状が高アスペクト比で微細な配線を得るためには、酸
化被膜を形成しないで金属がエッチング液に溶解する速
度比を利用して行うエッチング方法は用いられないた
め、レジストは必ず形成する必要がある。
There is also a method of oxidizing one portion of the cathode metal and etching without using a resist, but it is difficult to selectively oxidize a fine portion. In particular,
In order to obtain fine wiring with a high aspect ratio, it is not necessary to form a resist because an etching method that utilizes the rate ratio of metal dissolution in an etching solution without forming an oxide film is not used. is there.

【0051】図73(a)に示すように、ポジ型レジス
トを用いた場合は、レジストを溶解させる部分のレジス
ト膜が厚いため、充分に露光を行わなければならず、充
分な露光を行うと、図73(a)に示した破線形状のレ
ジストが形成され、覆うべき金属が露出してしまうとい
う問題があった。
As shown in FIG. 73 (a), when a positive resist is used, the resist film in the portion where the resist is dissolved is thick, so that sufficient exposure must be performed. There is a problem that the broken line resist shown in FIG. 73A is formed and the metal to be covered is exposed.

【0052】一方、図73(b)に示すように、ネガ型
レジストを用いると、突起金属側面までレジストを被覆
する必要から、ギャップ寸法よりも小さなマスク寸法パ
ターンを用いなければならない。しかしながら、この場
合も図73(b)中に示した破線のように、レジストが
形成され、覆うべき金属が露出してしまうという問題が
あった。
On the other hand, as shown in FIG. 73 (b), when a negative type resist is used, it is necessary to coat the resist up to the side surface of the protruding metal, and therefore a mask size pattern smaller than the gap size must be used. However, also in this case, there is a problem that the resist is formed and the metal to be covered is exposed as shown by the broken line in FIG. 73 (b).

【0053】また、粘度の低いレジスト膜を用いると、
カソードメタル部分は被覆できるが突起金属の側面部分
が被覆できないという問題があった。
If a resist film having a low viscosity is used,
There is a problem that the cathode metal portion can be covered, but the side surface portion of the protruding metal cannot be covered.

【0054】いずれにしろ、これまでの方法では、バン
プに加わる応力を低減して信頼性を向上させるために、
樹脂を注入したり、バンプ形状をつづみ型にしたりして
いたが、工程が複雑になり、コスト高を引き起こしたり
して、接続が不充分になるという問題があった。そこ
で、Cuの柱材を中心にして周囲をはんだで覆う構造が
提案されたが、バンプの形状制御が困難であることと、
引抜き強度が弱いという問題があった。また、バンプを
形成するために必要な電気メッキ法では微細化に伴いカ
ソードメタルのエッチングが問題になる。更に、バンプ
の微細化に伴い、バリアメタル部分における応力を緩和
させる必要が生じてきた。
In any case, in the conventional methods, in order to reduce the stress applied to the bumps and improve the reliability,
Although resin was injected or the bump shape was made into a staggered shape, there was a problem that the process became complicated and the cost increased, resulting in insufficient connection. Therefore, a structure has been proposed in which the periphery is covered with solder around the Cu pillar material, but it is difficult to control the shape of the bumps.
There was a problem that the drawing strength was weak. Further, in the electroplating method required for forming bumps, the cathode metal etching becomes a problem with the miniaturization. Further, with the miniaturization of bumps, it has become necessary to relax the stress in the barrier metal portion.

【0055】[0055]

【発明が解決しようとする課題】以上のように、半導体
装置上に形成されるバンプ電極を回路配線基板の電極パ
ッドと相互接続するフリップチップ実装においては、熱
膨張係数の不整合に起因する応力歪みがバンプ電極に集
中して、バンプ電極の破壊を発生させる。
As described above, in the flip-chip mounting in which the bump electrodes formed on the semiconductor device are interconnected with the electrode pads of the circuit wiring board, the stress caused by the mismatch of the coefficient of thermal expansion is The strain concentrates on the bump electrodes, causing the bump electrodes to break.

【0056】このため、バンプ電極部分の破壊を防止し
て接続信頼性寿命を向上させるために、これまで多くの
方法が提案されてきた。例えば(1)半導体装置の中心
点からバンプ電極の中心点までの距離を小さくする方
法。(2)回路配線基板をシリコンあるいはAlNなど
にして熱膨張係数を半導体装置の熱膨張係数と類似させ
る方法。(3)放熱を良好にして半導体装置と回路配線
基板に発生する熱量を小さくして温度差を減少させる方
法。(4)紫外線硬化性樹脂、常温硬化性樹脂を半導体
装置のバンプ電極が形成されている主面と回路配線基板
の隙間に充填する方法。(5)バンプ電極構造を応力歪
みに対して強固な構造にする方法などである。
Therefore, many methods have been proposed so far in order to prevent the destruction of the bump electrode portion and improve the connection reliability life. For example, (1) A method of reducing the distance from the center point of the semiconductor device to the center point of the bump electrode. (2) A method in which the circuit wiring board is made of silicon or AlN so that the coefficient of thermal expansion is similar to that of the semiconductor device. (3) A method of reducing the temperature difference by improving heat dissipation to reduce the amount of heat generated in the semiconductor device and the circuit wiring board. (4) A method of filling the gap between the main surface of the semiconductor device on which the bump electrodes are formed and the circuit wiring board with an ultraviolet curable resin or a room temperature curable resin. (5) A method of making the bump electrode structure strong against stress distortion.

【0057】特に、バンプ電極構造に関しては、通常は
太鼓型に形成されるバンプ電極形状を制御することによ
りつづみ型にすること、バンプ電極を構成するはんだの
融点の組合わせを適切にすることで応力歪みに対して強
固なバンプ構造を実現する構造、及びはんだ組成を限定
範囲内に抑えることでバンプに加わる応力歪みを緩和さ
せる方法などが提案されており、一定の効果が認められ
ている。
In particular, regarding the bump electrode structure, the bump electrode shape, which is usually formed in a drum shape, is controlled to form a staggered type, and the combination of the melting points of the solders forming the bump electrodes is appropriately set. Has proposed a structure that realizes a strong bump structure against stress strain, and a method of relaxing the stress strain applied to the bump by suppressing the solder composition within a limited range, and a certain effect has been recognized. .

【0058】しかし、以上に記述したバンプ構造は、少
なくとも一定以上のバンプ高さが必要であり、バンプ電
極高さが著しく低い場合は、バンプ構造を適切化しても
信頼性寿命の向上には限界があった。従って、近年の半
導体装置の高集積化に伴いI/Oピッチが微細化したボ
ンディングパッド上に、バンプ電極径が小さなバンプ電
極を形成する場合は、従来の技術を用いると必然的にバ
ンプ電極の高さを高くできなくなり、高さの高いバンプ
電極形成が不可能になるという問題が生じていた。
However, the bump structure described above requires a bump height of at least a certain level or more, and if the bump electrode height is extremely low, even if the bump structure is optimized, there is a limit in improving the reliability life. was there. Therefore, when a bump electrode having a small bump electrode diameter is formed on a bonding pad having a finer I / O pitch with the recent higher integration of semiconductor devices, it is inevitable that the bump electrode of the conventional technique is used. There is a problem that the height cannot be increased and it becomes impossible to form a bump electrode having a high height.

【0059】即ち、近年の半導体装置の高集積化に伴い
バンプ径が微細化するにも関わらず、従来の技術では、
バンプ高さを高くできなかった。特に、樹脂基板上など
の著しく熱膨張係数が異なる回路配線基板上にフリップ
チップ実装する場合などにおいては、バンプ高さを極め
て高くすることが求められるにも関わらず、バンプ電極
自体の形成方法に限界があった。
That is, in spite of the miniaturization of the bump diameter with the recent high integration of semiconductor devices, in the conventional technique,
The bump height could not be increased. In particular, when flip chip mounting is performed on a circuit wiring board having a remarkably different coefficient of thermal expansion such as on a resin substrate, the bump electrode itself needs to be formed in spite of the extremely high bump height required. There was a limit.

【0060】バンプ高さを高くする方法の一つとして、
バンプ電極を多段にする方法が提案されているが、工程
面と製造コストの観点から課題が残る方法であった。
As one of the methods for increasing the bump height,
Although a method of providing bump electrodes in multiple stages has been proposed, it was a method that still has problems from the viewpoint of process and manufacturing cost.

【0061】また、バンプ電極内部に銅などから構成さ
れる高融点金属を配設してバンプ電極高さを高くする方
法が提案されているが、球状の金属をバンプ電極内に配
設すると微細化に限界が生じる。また、銅などの金属を
配設して接続を強固な構造にすると、銅の周囲を覆う柔
らかい金属のはんだが変形しにくくなり、バンプ高さが
高くできるものの、結果的には逆に信頼性寿命が向上し
ないという問題があった。
Further, there has been proposed a method of increasing the height of the bump electrode by disposing a refractory metal composed of copper or the like inside the bump electrode. There is a limit to conversion. Also, if a metal such as copper is placed to make the connection a strong structure, the solder of the soft metal that covers the periphery of the copper will not be easily deformed, and the bump height can be increased, but on the contrary, reliability will be improved. There was a problem that the life was not improved.

【0062】更に、バンプ電極の微細化に伴い、フリッ
プチップ実装工程前における半導体チップ上のバンプ電
極内部における応力も課題になっている。即ち、バンプ
電極寸法が比較的大きな場合には、バリアメタル金属層
の材料組成または形状を適切化することにより、応力緩
和が効果的に実行されるが、バンプ電極寸法がI/Oピ
ンの微細化に伴い小さくなる場合、または、高さを高く
するためにバンプ電極内部に高融点金属を存在させる場
合は、引張応力に起因するバリアメタルの剥離が課題と
なってくる。
Further, with the miniaturization of the bump electrodes, the stress inside the bump electrodes on the semiconductor chip before the flip chip mounting process also becomes a problem. That is, when the bump electrode size is relatively large, stress relaxation can be effectively performed by optimizing the material composition or shape of the barrier metal metal layer, but the bump electrode size is smaller than that of the I / O pin. If the refractory metal becomes smaller with the increase in the thickness, or if a refractory metal is present inside the bump electrode in order to increase the height, peeling of the barrier metal due to tensile stress becomes a problem.

【0063】いずれにしろ、これまでに提案されている
方法では、ある程度の範囲内において、限定されたバン
プ電極寸法あるいは回路配線基板を用いる場合に効果を
発揮するものであったが、バンプ電極が微細になり、か
つバンプ高さを高くする要求が生じている場合は、限界
が伴うものであった。
In any case, the methods proposed so far have been effective in the case where a limited bump electrode size or a circuit wiring board is used within a certain range. If there is a demand for finer bumps and higher bump heights, there was a limit.

【0064】また、ボンディングパッド上にバンプを形
成した半導体装置を実装した場合、半導体装置の多ピン
化に伴い、フリップチップ実装する位置合せが困難にな
るばかりでなく、基板と半導体素子の熱膨張係数に起因
する熱ストレスによりバンプ部分での破断が生じるとい
う問題があった。これに対し、バンプに加わる応力を緩
和する構造が用いられているが、この場合においてもバ
ンプ製作上の厳密な制御を必要とするにも関わらず、接
続不良が生じたりして必ずしも充分な方法ではなかっ
た。
Further, when a semiconductor device having bumps formed on the bonding pads is mounted, the number of pins of the semiconductor device increases, which makes it difficult to perform the flip-chip mounting alignment and causes thermal expansion of the substrate and the semiconductor element. There has been a problem that the thermal stress due to the coefficient causes breakage at the bump portion. On the other hand, a structure that relieves the stress applied to the bumps is used. However, even in this case, a connection failure may occur even though strict control is required in the bump manufacturing, and this is not always a sufficient method. Was not.

【0065】そこでバンプ高さを高くして信頼性を向上
させる方法が提案されており、このバンプ形成には電気
メッキ法が用いられている。バンプ高さが高い場合は従
来の蒸着法、ディップ法ではバンプ形成が不可能にな
る。また放熱性を考慮してCu等の柱材をバンプ中に配
置する方法が提案されているがバンプ形状制御が困難で
引抜き強度が不充分になる問題があった。電気メッキに
必要なカソードメタルのエッチングはバンプ金属との選
択エッチングが可能な場合は問題ないが、放熱を考慮し
てバンプ構造を放熱に優れた構造にすると、選択エッチ
ングが不可能になる。
Therefore, a method of increasing the bump height to improve reliability has been proposed, and an electroplating method is used for forming the bump. If the bump height is high, bump formation cannot be performed by the conventional vapor deposition method or dip method. Further, a method of arranging a columnar material such as Cu in the bump in consideration of heat dissipation has been proposed, but there is a problem that it is difficult to control the bump shape and the pulling strength becomes insufficient. The etching of the cathode metal required for electroplating is not problematic if selective etching with the bump metal is possible, but if the bump structure is made excellent in heat dissipation in consideration of heat dissipation, selective etching becomes impossible.

【0066】そこでレジストをバンプ金属に被覆してエ
ッチングすることが求められるが、これまでの方法では
高アスペクト比を有する突起金属にレジストを側面部分
にまで被覆することは不可能であった。さらにバンプが
微細化した場合はバリアメタル部分での応力が問題にな
る。
Therefore, it is required to cover the bump metal with the resist for etching, but it has been impossible to cover the side surface with the resist on the protruding metal having a high aspect ratio by the conventional method. When the bumps are further miniaturized, the stress at the barrier metal portion becomes a problem.

【0067】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、フリップチップ実装工程前のバンプ電極に集中
する応力を緩和してバンプ電極破壊を防止するバンプ電
極構造、及びフリップチップ実装工程後の実装構造体に
対して、温度サイクルに起因する疲労信頼性寿命を向上
させるためのバンプ構造を容易な方法で実現するための
半導体装置、及びその実装体構造を提供することを目的
とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and has a bump electrode structure for relaxing the stress concentrated on the bump electrode before the flip chip mounting process to prevent the bump electrode from breaking, and a bump electrode structure after the flip chip mounting process. It is an object of the present invention to provide a semiconductor device for realizing a bump structure for improving the fatigue reliability life due to a temperature cycle by an easy method for the mounting structure and the mounting structure thereof.

【0068】[0068]

【課題を解決するための手段】本発明(請求項1)は、
半導体チップのボンディングパッド上に形成された金属
薄膜と、この金属薄膜上に突出して形成された、第1の
金属層及び第2の金属層からなるバンプ電極とを具備
し、前記第2の金属層は、10-4〜40重量%の炭素、
10-4〜30重量%の硫黄、及び10-4〜10重量%の
酸素を含有することを特徴とする半導体装置を提供す
る。
The present invention (Claim 1) includes:
A metal thin film formed on a bonding pad of a semiconductor chip; and a bump electrode formed on the metal thin film and formed of a first metal layer and a second metal layer so as to project therefrom. The layer is 10 −4 to 40% by weight of carbon,
There is provided a semiconductor device characterized by containing 10 −4 to 30% by weight of sulfur and 10 −4 to 10% by weight of oxygen.

【0069】また、本発明(請求項2)は、半導体チッ
プのボンディングパッド上に形成された金属薄膜と、こ
の金属薄膜上に突出して形成された、第1の金属層及び
第2の金属層からなるバンプ電極とを具備する半導体装
置を、回路配線基板の電極パッドにフリップチップ実装
した実装構造体であって、前記第1の金属層と前記電極
パッドとは前記第2の金属層を介して接続され、前記第
2の金属層の、前記第1の金属層と前記電極パッドとの
間の部分は、前記第2の金属層の他の部分とは異なる密
度を有することを特徴とする半導体装置実装構造体を提
供する。
Further, according to the present invention (claim 2), a metal thin film formed on a bonding pad of a semiconductor chip, and a first metal layer and a second metal layer formed so as to project on the metal thin film. A mounting structure in which a semiconductor device having a bump electrode made of is mounted on an electrode pad of a circuit wiring board by flip-chip mounting, wherein the first metal layer and the electrode pad are provided via the second metal layer. Connected to each other, and a portion of the second metal layer between the first metal layer and the electrode pad has a different density from other portions of the second metal layer. A semiconductor device mounting structure is provided.

【0070】更に、本発明(請求項3)は、半導体チッ
プのボンディングパッド上に形成された金属薄膜と、こ
の金属薄膜上に突出して形成された、第1の金属層及び
第2の金属層からなるバンプ電極とを具備する半導体装
置を、回路配線基板の電極パッドにフリップチップ実装
した実装構造体であって、前記第1の金属層は、前記第
2の金属層中に覆われ、前記第2の金属層は、この第2
の金属層とは異なる第3の金属層を介して前記電極パッ
ドと接続されていることを特徴とする半導体装置実装構
造体を提供する。
Further, according to the present invention (claim 3), a metal thin film formed on a bonding pad of a semiconductor chip, and a first metal layer and a second metal layer formed so as to project on the metal thin film. A mounting structure in which a semiconductor device having a bump electrode made of is mounted on an electrode pad of a circuit wiring board by flip-chip mounting, wherein the first metal layer is covered with the second metal layer, The second metal layer is the second
A semiconductor device mounting structure characterized in that the semiconductor device mounting structure is connected to the electrode pad through a third metal layer different from the metal layer.

【0071】更にまた、本発明(請求項4)は、半導体
チップのボンディングパッド上に形成された金属薄膜
と、この金属薄膜上に突出して形成された、第1の金属
層及び第2の金属層からなるバンプ電極とを具備する半
導体装置を、回路配線基板の電極パッドにフリップチッ
プ実装した実装構造体であって、前記第1の金属層と前
記電極パッドとは前記第2の金属層を介して接続され、
前記第1の金属層は、逆台形状であり、前記電極パッド
の厚さは20μm以上であることを特徴とする半導体装
置実装構造体を提供する。
Furthermore, the present invention (claim 4) provides a metal thin film formed on a bonding pad of a semiconductor chip, a first metal layer and a second metal formed so as to project on the metal thin film. A mounting structure in which a semiconductor device having a bump electrode composed of a layer is flip-chip mounted on an electrode pad of a circuit wiring board, wherein the first metal layer and the electrode pad are the second metal layer. Connected through
The semiconductor device mounting structure is characterized in that the first metal layer has an inverted trapezoidal shape and the electrode pad has a thickness of 20 μm or more.

【0072】なお、本発明は、以下の態様をも包含す
る。
The present invention also includes the following aspects.

【0073】即ち、本発明は、フリップチップ実装され
る半導体チップ上に形成されるバンプ電極構造のバンプ
高さを高くするために、融点、熱伝導率、ヤング率等の
材料物性が、形成するバンプ電極内において互いに異な
る金属材料をバンプ金属として配設し、バンプ電極を構
成する金属材料の組成を一定範囲内に設定し、かつ実装
構造体の構造を一定構造にすることにより、バンプ電極
に加わる応力歪みを緩和する方法を提案するものであ
る。
That is, according to the present invention, in order to increase the bump height of the bump electrode structure formed on the semiconductor chip to be flip-chip mounted, material properties such as melting point, thermal conductivity and Young's modulus are formed. By disposing different metal materials as bump metals in the bump electrode, setting the composition of the metal material forming the bump electrode within a certain range, and setting the structure of the mounting structure to a certain structure, It proposes a method of relaxing the applied stress strain.

【0074】また本発明は、半導体装置がフリップチッ
プ実装される工程前における半導体チップ上に形成され
るバンプ電極に内在する応力歪みを緩和する構造をも提
案するものである。
The present invention also proposes a structure for alleviating the stress strain inherent in the bump electrode formed on the semiconductor chip before the step of flip-chip mounting the semiconductor device.

【0075】特に、本発明においては、バンプ電極のバ
リアメタルを構成する薄膜金属上に、融点、熱伝導率、
ヤング率等の材料物性が相互に異なる金属群が少なくと
も2層構造で積層されたバンプ電極を有する半導体装置
において、薄膜金属上に形成された第1の金属群上に、
前記材料物性の異なる金属が連続的に形成され、第1及
び第2の金属群はいずれも薄膜金属に対して逆台形状を
有しており、第2の金属群は第1の金属群の体積よりも
大きいことを特徴とする構造が提供される。
In particular, in the present invention, the melting point, thermal conductivity, and
In a semiconductor device having a bump electrode in which metal groups having different material properties such as Young's modulus are laminated in at least a two-layer structure, on a first metal group formed on a thin film metal,
Metals having different physical properties are continuously formed, and the first and second metal groups each have an inverted trapezoidal shape with respect to the thin film metal, and the second metal group is a metal of the first metal group. A structure is provided that is characterized by being larger than a volume.

【0076】前記第1の金属群は、銅、金及びそれらの
合金のうち少なくとも1つから構成され、金属群中に炭
素が40wt%以下、硫黄が30wt%以下の濃度範囲
を有している場合に、より応力緩和の効果を発揮する。
The first metal group is composed of at least one of copper, gold and alloys thereof, and has a concentration range of 40 wt% or less of carbon and 30 wt% or less of sulfur in the metal group. In this case, the stress relaxation effect is more exerted.

【0077】更に、第1の金属群上に連続形成される第
2の金属群は、Pb−Snから構成されるはんだ合金、
錫、鉛、インジウム、ガリウム、及びゲルマニウムのう
ち少なくとも1つの金属から構成され、これら金属に炭
素または硫黄または酸素のうち少なくとも1元素が分散
されている場合に、より効果が向上する。
Further, the second metal group continuously formed on the first metal group is a solder alloy composed of Pb-Sn,
It is composed of at least one metal of tin, lead, indium, gallium, and germanium, and when at least one element of carbon, sulfur, or oxygen is dispersed in these metals, the effect is further improved.

【0078】なお、前記第1の金属群は、ボンディング
パッドの幅寸法よりも大きく形成されている薄膜金属上
に、薄膜金属の幅寸法よりも小さい寸法を有るように形
成され、アスペクト比が0.01〜200以下の範囲内
に設定されているときが好ましい構造となる場合があ
る。
The first metal group is formed to have a dimension smaller than the width dimension of the thin film metal on the thin metal layer formed to be larger than the width dimension of the bonding pad, and the aspect ratio is 0. When it is set within the range of 0.01 to 200 or less, a preferable structure may be obtained.

【0079】また、本発明においては、バンプ電極のバ
リアメタルを構成する薄膜金属上に融点、熱伝導率、ヤ
ング率等の材料物性の少なくとも一つが相互に異なる金
属群の少なくとも2層構造で形成されたバンプ電極を有
する半導体チップをフリップチップ実装した実装構造体
も提供され、この実装構造体は、第1の金属群が、前記
薄膜金属に対して逆台形状を有していること、前記第1
の金属群と前記回路配線基板の電極パッド間の少なくと
も一部分に、前記第1の金属群周囲と比較して密度が低
い第2の金属、又は融点、熱伝導率、またはヤング率が
異なる第3の金属群が配設されていることを特徴とする
ものである。
Further, in the present invention, the thin film metal forming the barrier metal of the bump electrode is formed of at least a two-layer structure of a metal group having at least one of material properties such as melting point, thermal conductivity and Young's modulus different from each other. Also provided is a mounting structure in which a semiconductor chip having a bump electrode formed as described above is flip-chip mounted, in which the first metal group has an inverted trapezoidal shape with respect to the thin film metal. First
A second metal having a lower density than the surroundings of the first metal group, or a third metal having a different melting point, thermal conductivity, or Young's modulus between at least a part of the metal group of the first metal group and the electrode pad of the circuit wiring board. This is characterized in that the metal group of is arranged.

【0080】更に、前記第1の金属群が、配線基板上に
配設されている電極金属厚よりも厚い場合、またはボン
ディングパッドの開口寸法よりも大きい寸法を有する前
記薄膜金属上に、薄膜金属の幅寸法よりも小さな寸法と
なるように形成されている場合に、良好なバンプ構造と
なる場合がある。
Further, when the first metal group is thicker than the electrode metal thickness arranged on the wiring board or on the thin film metal having a size larger than the opening size of the bonding pad, a thin film metal is formed. If the bump is formed to have a size smaller than the width of the bump, a good bump structure may be obtained.

【0081】なお、前記半導体装置と回路配線基板の隙
間に樹脂が充填封止されている場合、バンプ電極に加わ
る応力はさらに緩和され、第1金属群のアスペクト比形
状が0.01〜200の範囲内に設定されているとき、
より効果が大きくなる。
When resin is filled and sealed in the gap between the semiconductor device and the circuit wiring board, the stress applied to the bump electrode is further alleviated, and the aspect ratio shape of the first metal group is 0.01 to 200. When set within the range,
More effective.

【0082】また、前記第1の金属群と回路配線基板の
電極間に形成される隙間部分は、バンプ電極径の最も大
きい部分を構成する構造、あるいは最も小さい部分を構
成する構造のうちいずれかの構造を有し、この隙間部分
に最も融点の低い金属またはヤング率の高い金属または
その合金を配設して、バリアメタルの寸法とバンプ電極
寸法との関係を適切化することにより、バンプ電極構造
を太鼓型、またはつづみ型のいずれかとすることが出来
る。
The gap portion formed between the first metal group and the electrode of the circuit wiring board is either the structure having the largest bump electrode diameter or the structure having the smallest bump electrode diameter. By arranging a metal having the lowest melting point, a metal having a high Young's modulus, or an alloy thereof in this gap portion, and optimizing the relationship between the size of the barrier metal and the size of the bump electrode, The structure can be either drum-shaped or staggered.

【0083】なお、本発明に係る実装構造体は、回路配
線基板が半導体装置と熱膨張係数が約1桁異なる、例え
ばガラスエポキシ基板上にフリップチップ実装する場
合、基板の凹凸を吸収できる構造となり、結果的に信頼
性向上に対しては特に有効な方法となり、従来の方法に
比較してその効果は非常に大きい。
The mounting structure according to the present invention has a structure in which the circuit wiring board has a coefficient of thermal expansion different from that of the semiconductor device by about one digit, for example, when flip-chip mounting is performed on a glass epoxy substrate, the unevenness of the substrate can be absorbed. As a result, it becomes a particularly effective method for improving reliability, and its effect is very large as compared with the conventional method.

【0084】[0084]

【作用】本発明によれば、半導体装置をフリップチップ
実装する前の半導体チップ上に形成したバンプ電極構造
が、逆台形状となっているため、高さの高いバンプ電極
を形成するためにバンプ電極を構成する金属の体積を大
きくしても、薄膜金属への接着面積を小さくすることが
可能である。従って、バンプ内に発生する引張応力が大
きくても、薄膜金属に対する引張応力を緩和することが
出来る。
According to the present invention, since the bump electrode structure formed on the semiconductor chip before flip-chip mounting the semiconductor device has an inverted trapezoidal shape, the bump electrode for forming a bump electrode with a high height is formed. Even if the volume of the metal forming the electrode is increased, the adhesion area to the thin film metal can be reduced. Therefore, even if the tensile stress generated in the bump is large, the tensile stress on the thin film metal can be relaxed.

【0085】この引張応力が大きい場合には、形成する
逆台形状バンプ電極寸法を薄膜金属群の開口寸法よりも
小さくすることで、薄膜金属に発生する応力をさらに緩
和することができる。更に、第1金属群のアスペクト比
を0.01〜200の範囲内に設定することで、信頼性
寿命は従来技術を用いた場合以上に向上する。
When the tensile stress is large, the stress generated in the thin film metal can be further alleviated by making the size of the inverted trapezoidal bump electrode to be formed smaller than the opening size of the thin film metal group. Furthermore, by setting the aspect ratio of the first metal group within the range of 0.01 to 200, the reliability life is improved more than in the case of using the conventional technique.

【0086】また、配設する第1の金属群を構成する銅
中に、炭素40wt%、硫黄30wt%以下を分散させ
ることにより、炭素、硫黄が分散されていない場合に生
じる引張応力を圧縮応力にすることができ、薄膜金属の
剥離を防止することが可能である。
Further, by dispersing 40 wt% of carbon and 30 wt% or less of sulfur in copper constituting the first metal group to be arranged, the tensile stress generated when carbon and sulfur are not dispersed is compressed. It is possible to prevent peeling of the thin film metal.

【0087】同様の効果は、第2金属群を形成するはん
だ中に炭素40wt%以下、硫黄30wt%以下、酸素
10wt%以下を分散させた場合に、圧縮応力を引張応
力に変換でき、この引張応力の効果は、たとえ第1金属
群中に圧縮応力が残留しても、バンプ電極全体として残
留する応力を引張応力に変換できるため、結果的にバン
プ電極に発生する応力は引張応力になり、バリアメタル
の剥離を防止できる。
The same effect can be obtained by converting the compressive stress into the tensile stress when 40 wt% or less of carbon, 30 wt% or less of sulfur, and 10 wt% or less of oxygen are dispersed in the solder forming the second metal group. The effect of the stress is that even if the compressive stress remains in the first metal group, the stress remaining in the bump electrode as a whole can be converted into a tensile stress. As a result, the stress generated in the bump electrode becomes a tensile stress. Barrier metal peeling can be prevented.

【0088】この場合、炭素、硫黄、酸素の含有量の下
限は、10-4重量%が好ましい。
In this case, the lower limit of the content of carbon, sulfur and oxygen is preferably 10 -4 % by weight.

【0089】更に、本発明によれば、フリップチップ実
装工程におけるバンプ高さを高くするために、融点が高
く、熱伝導率が低い第1の金属群を配設しているので、
バンプに加わる応力歪みに起因する破壊を防止できる。
バンプ高さを高くすることにより、半導体装置と回路配
線基板間のギャップ量を大きくできるため、封止樹脂を
ギャップ間に配設した場合は樹脂内に発生する応力を小
さくすることができ、樹脂の信頼性が向上するととも
に、結果的にバンプに加わる応力歪みをも減少できる。
Further, according to the present invention, since the first metal group having a high melting point and a low thermal conductivity is arranged in order to increase the bump height in the flip chip mounting process,
It is possible to prevent damage due to stress strain applied to the bump.
By increasing the bump height, the gap amount between the semiconductor device and the circuit wiring board can be increased, so that the stress generated in the resin can be reduced when the sealing resin is arranged in the gap. Reliability is improved, and as a result, stress strain applied to the bump can be reduced.

【0090】従って、当然ながら、バンプ電極自体の応
力も緩和することができる。また、熱伝導率が高い第1
の金属をバンプ電極内に配置することにより、半導体チ
ップの蓄熱量を減少させることができ、半導体装置と回
路配線基板間の熱膨張係数差が大きい場合でも、発熱量
を小さくすることができ、結果的に変位量を小さくする
ことが可能である。また、第1の金属群の形状は逆台形
状を有しているため、引抜き強度を向上させることがで
きるとともに、薄膜金属との応力差が発生する部分を小
さくすることができ、台形状を有している第1の金属群
と比較してバンプ電極破壊を防止することが可能であ
る。
Therefore, as a matter of course, the stress of the bump electrode itself can be relaxed. In addition, the first with high thermal conductivity
By disposing the metal in the bump electrode, the heat storage amount of the semiconductor chip can be reduced, and even if the difference in the thermal expansion coefficient between the semiconductor device and the circuit wiring board is large, the heat generation amount can be reduced. As a result, the displacement amount can be reduced. Further, since the shape of the first metal group has an inverted trapezoidal shape, it is possible to improve the drawing strength and also to reduce the portion where a stress difference with the thin film metal occurs, thus reducing the trapezoidal shape. It is possible to prevent the bump electrode from being destroyed, as compared with the first metal group which is included.

【0091】更に、第1の金属群と回路配線基板間には
少なくとも一部分に、第2の金属群と比較して融点が低
いかまたはヤング率が低い第3の金属、または第1金属
群の周囲を覆う第2金属群よりも密度が低い物性を有す
る第2金属群を配設された場合には、最も応力が集中す
る部分において、バンプ電極が破壊される問題を解決す
ることが出来るとともに、前記隙間部分を中心にしてバ
ンプ形状を太鼓型、つづみ型のいずれにもすることがで
きるため、信頼性の向上が可能である。このバンプ電極
の形状は、バリアメタル寸法で規定されているため、バ
リアメタル寸法を考慮した円柱体積よりはんだ量を大き
くするか、または小さくするかで、容易に太鼓型または
つづみ型を実現可能になる。
Furthermore, between the first metal group and the circuit wiring board, at least a part of the third metal or the first metal group, which has a lower melting point or a lower Young's modulus than the second metal group. When the second metal group having a physical property having a lower density than the second metal group covering the surroundings is arranged, it is possible to solve the problem that the bump electrode is broken in the portion where the stress is most concentrated. Since the bump shape can be made into a drum shape or a staggered shape with the gap portion as the center, the reliability can be improved. Since the shape of this bump electrode is specified by the barrier metal size, it is possible to easily realize a drum type or a stagger type by increasing or decreasing the solder amount compared to the cylindrical volume considering the barrier metal size. become.

【0092】この第1金属群は、ボンディングパッド寸
法よりも大きい薄膜金属上に、薄膜金属群よりも小さい
幅寸法を有するように形成し、アスペクト比は0.01
〜200の範囲内に設定している場合、従来の寸法を考
慮しない技術によるバンプ構造を用いたフリップチップ
実装構造体よりも信頼性寿命を向上できる。
The first metal group is formed on the thin film metal larger than the bonding pad size so as to have a width dimension smaller than the thin film metal group, and the aspect ratio is 0.01.
When it is set within the range of up to 200, the reliability life can be improved as compared with the conventional flip-chip mounting structure using the bump structure by the technique that does not consider the dimensions.

【0093】更に、本発明では、第1金属群と回路配線
基板の電極パッドに隙間部分を設けているため、回路配
線基板に大きな凹凸がある、例えばガラスエポキシ基板
上に銅張配線を形成した様な場合は、凹凸を吸収し、回
路配線基板に対して半導体装置を平行にフリップチップ
実装できるため、信頼性を向上させることが可能であ
る。
Further, in the present invention, since the gap is provided between the first metal group and the electrode pad of the circuit wiring board, the circuit wiring board has large irregularities, for example, the copper clad wiring is formed on the glass epoxy substrate. In such a case, since the unevenness can be absorbed and the semiconductor device can be flip-chip mounted in parallel with the circuit wiring board, the reliability can be improved.

【0094】また、配設する第1の金属群中には炭素4
0wt%以下、硫黄を30wt%以下分散させた場合、
炭素または硫黄を分散させていない場合に比較して引張
応力を充分に緩和することができ、薄膜金属の剥離を防
止することができる。
Carbon 4 is contained in the first metal group to be arranged.
When 0 wt% or less and sulfur of 30 wt% or less are dispersed,
As compared with the case where carbon or sulfur is not dispersed, the tensile stress can be relaxed sufficiently and peeling of the thin film metal can be prevented.

【0095】更にまた、第1の金属群中に配設する第2
の金属群には、少なくとも炭素40wt%以下、硫黄3
0wt%以下、酸素10wt%以下のいずれかを分散さ
せた場合、前記元素を分散させていない場合に生じる引
張応力を圧縮応力に変換でき、第1の金属群で残留した
引張応力を調整することで、結果的にバンプに加わる応
力を0にすることが可能になる。
Furthermore, the second metal element disposed in the first metal group
The metal group includes at least 40 wt% of carbon and 3 sulfur.
When either 0 wt% or less or 10 wt% or less oxygen is dispersed, the tensile stress generated when the element is not dispersed can be converted into a compressive stress, and the residual tensile stress in the first metal group can be adjusted. As a result, the stress applied to the bumps can be reduced to zero.

【0096】以上説明したバンプ電極構造を有する半導
体実装体は、半導体装置を熱膨張係数が著しく異なる樹
脂基板からなる例えばガラスエポキシ基板上にフリップ
チップ実装した場合において、従来の技術を用いて行っ
たフリップチップ実装構造体に比較して、特にその効果
は著しく大きいものとなる。
The semiconductor mounting body having the bump electrode structure described above is formed by the conventional technique when the semiconductor device is flip-chip mounted on, for example, a glass epoxy substrate made of a resin substrate having a remarkably different thermal expansion coefficient. Compared with the flip-chip mounting structure, the effect is remarkably large.

【0097】[0097]

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の種々の実施
例について説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Various embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0098】図1は、本発明の第1の実施例に係る半導
体装置実装構造体を示し、図2は、本発明の第2の実施
例に係る半導体装置実装構造体を示し、図3は、本発明
の第3の実施例に係る半導体装置実装構造体を示し、図
4は、本発明の第4の実施例に係る半導体装置実装構造
体を示す。図面において、参照符号1は半導体チップ、
2は回路配線基板、3はパッシベーション膜、4はボン
ディングパッド、5はバリアメタル部分となる薄膜金
属、6は第1の金属、7は第2の金属、8は回路配線基
板の電極パッドを構成する金属、9はソルダーレジスト
または回路配線基板の保護膜、10は回路配線基板の配
線金属及び電極金属、11は回路配線基板の電極バリア
メタル、12は半導体チップと回路配線基板の隙間を充
填する封止樹脂をそれぞれ示す。
FIG. 1 shows a semiconductor device mounting structure according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 shows a semiconductor device mounting structure according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 4 shows a semiconductor device mounting structure according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 4 shows a semiconductor device mounting structure according to a fourth embodiment of the present invention. In the drawings, reference numeral 1 is a semiconductor chip,
Reference numeral 2 is a circuit wiring board, 3 is a passivation film, 4 is a bonding pad, 5 is a thin film metal to be a barrier metal portion, 6 is a first metal, 7 is a second metal, and 8 is an electrode pad of the circuit wiring board. Metal, 9 is a solder resist or a protective film of a circuit wiring board, 10 is a wiring metal and an electrode metal of the circuit wiring board, 11 is an electrode barrier metal of the circuit wiring board, and 12 is a gap between the semiconductor chip and the circuit wiring board. The respective sealing resins are shown.

【0099】本発明の第1の実施例に係る半導体装置実
装構造体は、図1に示す様に、例えば銅から構成される
逆台形状を有する第1の金属群の周囲がはんだから構成
される第2の金属で覆われ、第1の金属群と回路配線基
板の電極パッド間には、第1の金属群の周囲を覆うはん
だとは密度の異なる金属で形成されているか、または全
く異なる物性を有する第3の金属群が配設されている。
このとき、回路配線基板の電極金属10は、回路配線基
板2に対して台形状を有している。このとき、電極金属
10は、電極パッドと兼ねている。
In the semiconductor device mounting structure according to the first embodiment of the present invention, as shown in FIG. 1, the periphery of a first metal group having an inverted trapezoidal shape made of, for example, copper is made of solder. Or a completely different metal between the first metal group and the electrode pad of the circuit wiring board, which is different in density from the solder that covers the periphery of the first metal group. A third metal group having physical properties is arranged.
At this time, the electrode metal 10 of the circuit wiring board has a trapezoidal shape with respect to the circuit wiring board 2. At this time, the electrode metal 10 also serves as an electrode pad.

【0100】また、本発明の第2の実施例に係る半導体
装置実装構造体は、図2に示すように、半導体チップと
回路配線基板の隙間に熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂
を充填させている。
Further, in the semiconductor device mounting structure according to the second embodiment of the present invention, as shown in FIG. 2, the gap between the semiconductor chip and the circuit wiring board is filled with a thermosetting resin or a thermoplastic resin. There is.

【0101】更に、本発明の第3の実施例に係る半導体
装置は、図3に示す様に、回路配線基板の電極金属構造
が図1に示す台形状とは異なり逆台形状を有しており、
電極パッド8上にバリアメタル11を介して形成されて
いる。
Further, in the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention, as shown in FIG. 3, the electrode metal structure of the circuit wiring board has an inverted trapezoidal shape unlike the trapezoidal shape shown in FIG. Cage,
It is formed on the electrode pad 8 via a barrier metal 11.

【0102】また、本発明の第4の実施例に係る半導体
装置実装構造体は、図3に示す実装構造体に対し、図4
に示すように、半導体チップと回路配線基板の間に熱硬
化性樹脂または熱可塑性樹脂12を充填させている。
The semiconductor device mounting structure according to the fourth embodiment of the present invention is different from that of FIG. 4 in comparison with the mounting structure shown in FIG.
As shown in, a thermosetting resin or a thermoplastic resin 12 is filled between the semiconductor chip and the circuit wiring board.

【0103】更にまた、本発明の第5の実施例に係る半
導体装置は、図5に示すように、第1の金属6が半導体
装置に対して逆台形状を有している上に、融点、熱伝導
率、ヤング率のうち少なくとも1つの物性が異なる第2
の金属7が連続的に第1の金属6よりも大きな体積で構
成されている。第1の金属6の薄膜金属5と接している
部分は、ボンディングパッド4の開口寸法よりも大き
く、薄膜金属5の寸法よりも小さく、その厚さは、バリ
アメタル薄膜金属5の厚みよりも大きいものである。
Furthermore, in the semiconductor device according to the fifth embodiment of the present invention, as shown in FIG. 5, the first metal 6 has an inverted trapezoidal shape with respect to the semiconductor device and has a melting point. At least one of the following: thermal conductivity, Young's modulus
Metal 7 is continuously formed in a larger volume than the first metal 6. The portion of the first metal 6 in contact with the thin film metal 5 is larger than the opening size of the bonding pad 4 and smaller than the size of the thin film metal 5, and its thickness is larger than the thickness of the barrier metal thin film metal 5. It is a thing.

【0104】第1の金属群は、本実施例においては銅を
用いているが、金またはそれらを含む合金であっても良
い。この第1金属群中には、炭素40wt%以下、硫黄
30wt%以下が含有されており、アスペクト比は0.
01から200の範囲に設定されている。
Although copper is used for the first metal group in this embodiment, gold or an alloy containing them may be used. This first metal group contains 40 wt% or less of carbon and 30 wt% or less of sulfur, and has an aspect ratio of 0.
It is set in the range of 01 to 200.

【0105】従って、本発明の半導体装置は、図6、図
7、図8、図9、及び図10に示す構造においても、本
発明の趣旨に従った特徴を有している。
Therefore, the semiconductor device of the present invention has the features according to the gist of the present invention even in the structures shown in FIGS. 6, 7, 8, 9, and 10.

【0106】詳細は以下に示すが、図6、図7、図8、
図9、及び図10に示す構造の概略は次の通りである。
即ち、図6は、図5、図7、図8、図9、又は図10に
おいて示された半導体装置上のバンプ電極をリフローし
た状態を示す図、図7は、第1金属群の側面に連続的に
第2の金属群を形成した状態を示す図、図8は、第1の
金属群上に後の工程でリフロー溶融させたとき、第2金
属群となる例えば錫、鉛を順次積層させた状態を示す
図、図9は、第1の金属群周囲に後の工程で第2の金属
群となる金属層を順次積層させた状態を示す図、図10
は、図8に示した構造において、更に必要に応じて、例
えばインジウムなどの金属層を積層させた状態を示す図
である。
Details will be shown below, but FIG. 6, FIG. 7, FIG.
The outline of the structure shown in FIGS. 9 and 10 is as follows.
That is, FIG. 6 is a view showing a state in which the bump electrode on the semiconductor device shown in FIG. 5, FIG. 7, FIG. 8, FIG. 9 or FIG. 10 is reflowed, and FIG. 7 is a side view of the first metal group. FIG. 8 is a diagram showing a state in which a second metal group is continuously formed. FIG. 8 shows a case where, when reflow melting is performed in a later step on the first metal group, for example, tin and lead to be a second metal group are sequentially laminated. FIG. 9 is a view showing a state in which the first metal group is formed, and FIG. 9 is a view showing a state in which a metal layer to be a second metal group in a later step is sequentially laminated around the first metal group.
FIG. 9 is a diagram showing a state in which a metal layer of, for example, indium or the like is further laminated in the structure shown in FIG. 8 if necessary.

【0107】以下、各実施例について詳細に説明する。Each embodiment will be described in detail below.

【0108】実施例1 本発明によるバンプ電極を備えた半導体装置は、図11
及び図12に示す工程により実施される。先ず、半導体
チップ1上にボンディングパッド4が形成され、ボンデ
ィングパッド4の一部分を除いて例えばPSG(リン・
シリカ・ガラス)またはSiN(窒化シリコン)から構
成されるパッシベーション膜3が形成されている半導体
装置シリコンウェハー上に、例えばCu/Tiが全面に
蒸着され、バンプを電気メッキで形成する場合のカソー
ドメタル22が形成されている。
Example 1 A semiconductor device having bump electrodes according to the present invention is shown in FIG.
And the steps shown in FIG. First, the bonding pad 4 is formed on the semiconductor chip 1 and, for example, PSG (phosphorus.
For example, Cu / Ti is vapor-deposited on the entire surface of a semiconductor device silicon wafer on which a passivation film 3 made of silica / glass) or SiN (silicon nitride) is formed, and a cathode metal for forming bumps by electroplating. 22 is formed.

【0109】このCu/Tiは、バンプ電極を電気メッ
キで形成後、必要部分をエッチングすることで最終的に
はバンプ電極のバリアメタルとなる。従って、薄膜金属
はCu/Tiに限定する必要はないが、説明のためCu
/Tiとした。同様に、ウェハーはシリコンウェハーで
ある必要はないが、本実施例においては説明のためシリ
コンとした(図11(a))。
This Cu / Ti finally becomes a barrier metal of the bump electrode by forming a bump electrode by electroplating and then etching a necessary portion. Therefore, the thin film metal need not be limited to Cu / Ti, but Cu
/ Ti. Similarly, the wafer does not have to be a silicon wafer, but in the present embodiment, silicon is used for the sake of explanation (FIG. 11A).

【0110】次いで、厚膜レジストAZ4903(ヘキ
ストジャパン社製)をスピンコートして膜厚が100μ
m厚のレジスト23を形成し、露光/現像により40μ
m平方の開口寸法を有するボンディングパッド4よりも
一辺が5μm大きい寸法を有する50μmの開口部をC
u/Ti上に形成する。以上の方法を用いて、レジスト
膜23とCu/Tiが90°未満となる角度制御を行
う。
Next, a thick film resist AZ4903 (manufactured by Hoechst Japan Co., Ltd.) was spin-coated to a film thickness of 100 μm.
A resist 23 having a thickness of m is formed, and exposed / developed to 40 μm.
An opening portion of 50 μm having a size of 5 μm on each side is larger than that of the bonding pad 4 having an opening size of m square.
Form on u / Ti. Using the above method, the angle control is performed so that the resist film 23 and Cu / Ti are less than 90 °.

【0111】ここで、本発明に記載する実施例では、金
属薄膜との角度は80°である。露光はレジストの厚み
が厚くても充分な量の露光エネルギーを照射し、現像は
AZ400Kデベロッパー(ヘキストジャパン社製)に
より行う。レジスト面の薄膜金属と接する部分の角度調
整は、露光エルネギー及びレジスト面とガラスマスクと
の距離、及び現像液の濃度を調整することにより制御す
る。詳しくは、13th IEMT Symp.pp2
88に記載されているので、ここでは詳細な説明は省略
する(図11(b))。
Here, in the embodiment described in the present invention, the angle with the metal thin film is 80 °. The exposure is performed by irradiating a sufficient amount of exposure energy even if the resist is thick, and the development is performed by an AZ400K developer (manufactured by Hoechst Japan). The angle adjustment of the portion of the resist surface in contact with the thin film metal is controlled by adjusting the exposure energy, the distance between the resist surface and the glass mask, and the concentration of the developing solution. For details, see 13th IEMT Symp. pp2
88, so detailed description will be omitted here (FIG. 11B).

【0112】こうして、ボンディングパッド4に対応す
る部分のボンディングパッド4よりも小さな寸法でレジ
スト膜23が80°の角度をもって開口形成されている
シリコンウェハーを、下記の混合溶液からなる硫酸銅メ
ッキ液に浸漬して、浴温度25℃でCu/Tiを陰極と
して、リン含有(0.03〜0.08wt%)高純度銅
板を陽極として電流密度1〜5(A/dm2 )で緩やか
に撹拌しながら、銅6を35μm電気メッキする。
Thus, the silicon wafer in which the resist film 23 is opened with an angle of 80 ° with a size smaller than that of the bonding pad 4 in the portion corresponding to the bonding pad 4 is treated with a copper sulfate plating solution containing the following mixed solution. Immerse and gently stir at a bath temperature of 25 ° C. with Cu / Ti as a cathode and a phosphorus-containing (0.03 to 0.08 wt%) high-purity copper plate as an anode at a current density of 1 to 5 (A / dm 2 ). Meanwhile, copper 6 is electroplated to a thickness of 35 μm.

【0113】必ずしも35μmの厚さにメッキする必要
はなく、第2金属群の厚みとの相互関係で第2金属群の
厚みより小さければ問題はない。
It is not always necessary to plate to a thickness of 35 μm, and there is no problem if it is smaller than the thickness of the second metal group due to the correlation with the thickness of the second metal group.

【0114】 硫酸銅5水和物 2 オンス/ガロン 硫酸 30 オンス/ガロン 塩酸 10 ppm チオキサンテート−s−プロパンスルホン酸 (またはチオキサンテートスルホン酸) 20 ppm ポリエチレングリコール(分子量:400,000) 40 ppm ポリエチレンイミン(分子量:600) と塩化ベンジルとの反応生成物 2 ppm または 硫酸銅5水和物 30 オンス/ガロン 硫酸 8 オンス/ガロン 塩酸 30 ppm ジチオカルバメート−s−プロパンスルホン酸 30 ppm ポリプロピレングリコール(分子量:700) 10 ppm ポリエチレンイミンと臭化アリルまたは ジメチル硫酸との反応生成物 0.3 ppm 次いで、メッキ浴を、下記に詳細に記載するスルホン酸
はんだメッキ液に変え、電気銅メッキの場合と同様にC
u/Tiを陰極とし、メッキ液に対応する、例えば高純
度共晶はんだ板を陽極として、電気メッキを行う。電流
密度は1〜4(A/dm2 )とし、浴温度25℃で緩や
かに撹拌しながら、はんだ組成(Pb/Sn)が共晶組
成にほぼ等しい組成、あるいはPb側またはSn側にわ
ずかに移行した組成のはんだ合金7を65μm析出させ
る(図11(c))。
Copper Sulfate Pentahydrate 2 ounces / gallon Sulfuric acid 30 ounces / gallon Hydrochloric acid 10 ppm Thioxanthate-s-propanesulfonic acid (or thioxanthatesulfonic acid) 20 ppm Polyethylene glycol (molecular weight: 400,000) 40 ppm Reaction product of polyethyleneimine (molecular weight: 600) with benzyl chloride 2 ppm or copper sulfate pentahydrate 30 oz / gallon sulfuric acid 8 oz / gallon hydrochloric acid 30 ppm dithiocarbamate-s-propanesulfonic acid 30 ppm polypropylene glycol ( Molecular weight: 700) 10 ppm Reaction product of polyethyleneimine with allyl bromide or dimethylsulfate 0.3 ppm Then, the plating bath was changed to the sulfonic acid solder plating solution described in detail below, and the case of electrolytic copper plating was used. same C to
Electroplating is performed using u / Ti as a cathode and a high-purity eutectic solder plate corresponding to the plating solution as an anode. The current density is 1 to 4 (A / dm 2 ), and the composition of the solder composition (Pb / Sn) is almost equal to the eutectic composition while slightly stirring at a bath temperature of 25 ° C., or slightly on the Pb side or the Sn side. The solder alloy 7 having the transferred composition is deposited to 65 μm (FIG. 11 (c)).

【0115】スルホン酸はんだメッキ液の組成 錫イオン(Sn2+) 12 vol% 鉛イオン(Pb2+) 30 vol% 脂肪族スルホン酸 41 vol% ノニオン系界面活性剤 5 vol% カチオン系界面活性剤 5 vol% イソプロピルアルコール 7 vol% こうして、融点及び熱伝導率及びヤング率が異なる銅6
及びはんだ合金7が、ボンディングパッド4上に逆台形
状に連続的にメッキ形成される。次いで、ウェハー上の
レジストAZ4903をアセトンを用いて除去する(図
11(d))。
Composition of Sulfonic Acid Solder Plating Solution Tin ion (Sn 2+ ) 12 vol% Lead ion (Pb 2+ ) 30 vol% Aliphatic sulfonic acid 41 vol% Nonionic surfactant 5 vol% Cationic surfactant 5 vol% isopropyl alcohol 7 vol% Copper 6 having different melting points, thermal conductivity and Young's modulus
The solder alloy 7 is continuously plated on the bonding pad 4 in an inverted trapezoidal shape. Next, the resist AZ4903 on the wafer is removed using acetone (FIG. 11 (d)).

【0116】次に、Cu/Ti上のバンプ電極が形成さ
れているウェハー上に、例えば画像反転型レジストAZ
5214E(ヘキストジャパン社製)の粘度調整を行っ
た溶液をスピンコートし、レジスト膜25を形成する。
粘度調整は、メッキ金属厚が厚い場合でもエッチングを
精度良く行うために、高粘度にする。このときのレジス
ト膜25は、バンプ金属に対応した形状を表面に有して
おり、バンプ金属上で10μm、バンプ金属が形成され
ていないCu/Tiで構成されるカソードメタル22の
部分で55μmの膜厚を有していた(図11(e))。
Next, for example, an image reversal type resist AZ is formed on the wafer on which the Cu / Ti bump electrodes are formed.
A solution of 5214E (manufactured by Hoechst Japan Co., Ltd.) whose viscosity has been adjusted is spin-coated to form a resist film 25.
The viscosity is adjusted to a high viscosity in order to perform the etching accurately even when the plated metal is thick. At this time, the resist film 25 has a shape corresponding to the bump metal on the surface, and has a thickness of 10 μm on the bump metal and 55 μm on the portion of the cathode metal 22 made of Cu / Ti on which the bump metal is not formed. It had a film thickness (FIG. 11 (e)).

【0117】次いで、バンプ電極50μmよりも開口寸
法が2μm大きい一辺が54μmの開口パターン27を
有するガラスマスク26を、必要位置に位置合わせした
後に露光する(図11(f))。露光は、露光エネルギ
ー2000mJで行い、露光後150℃でウェハーをホ
ットプレート上でベークする。次に、ベークしたウェハ
ーを現像液に浸漬して現像する。
Next, a glass mask 26 having an opening pattern 27 having an opening dimension of 2 μm larger than that of the bump electrode 50 μm and a side of 54 μm is aligned with a required position and then exposed (FIG. 11 (f)). The exposure is performed with an exposure energy of 2000 mJ, and the wafer is baked on a hot plate at 150 ° C. after the exposure. Next, the baked wafer is immersed in a developing solution for development.

【0118】以上の工程を行うことで、図12(a)に
示すようなレジスト膜25が、バンプ電極上のみに選択
的に形成される。このときの第1金属群を覆うレジスト
膜25は、薄膜金属と接する下方部分で55μm幅、上
方部分で75μm幅であった。
By performing the above steps, the resist film 25 as shown in FIG. 12A is selectively formed only on the bump electrodes. At this time, the resist film 25 covering the first metal group had a width of 55 μm in the lower portion in contact with the thin film metal and a width of 75 μm in the upper portion.

【0119】なお、本実施例では、画像反転型レジスト
を用いたが、第1及び第2の金属群の側面部分までレジ
スト形成が可能な範囲のアスペクト比形状では、通常の
ポジ型レジストOFPR−800(東京応化社製)また
はネガ型レジストOMR−85(東京応化社製)を用い
ることも可能である。
In this embodiment, the image reversal type resist is used. However, in the aspect ratio shape in the range where the resist can be formed up to the side surface portions of the first and second metal groups, the normal positive type resist OFPR- is used. It is also possible to use 800 (manufactured by Tokyo Ohka) or negative resist OMR-85 (manufactured by Tokyo Ohka).

【0120】次いで、過硫酸アンモニウム、硫酸、エタ
ノールから構成される混合溶液またはクエン酸、過酸化
水素水、界面活性剤から構成される混合溶液で銅の必要
部分をエッチング除去後、アンモニア、エチレンジアミ
ン4酢酸、過酸化水素水から構成される混合溶液でチタ
ンの必要部分をエッチング除去して、最後に被覆したエ
ッチングレジスト25をアセトンを用いて溶解除去する
(図12(b))。
Then, after a necessary portion of copper is removed by etching with a mixed solution composed of ammonium persulfate, sulfuric acid and ethanol or a mixed solution composed of citric acid, hydrogen peroxide solution and a surfactant, ammonia and ethylenediaminetetraacetic acid are used. , A necessary portion of titanium is removed by etching with a mixed solution composed of hydrogen peroxide solution, and finally the etching resist 25 coated is dissolved and removed by using acetone (FIG. 12B).

【0121】以上の工程を行うことにより、逆台形状の
第1及び第2金属群が、図12(b)に示すように形成
される。なお、このときカソードメタルであったCu/
Tiは、半導体装置上のパッシベーション膜に対して台
形状構造を有することになり、結果的にバリアメタルも
応力に対して強固な構造となる。
By performing the above steps, the inverted trapezoidal first and second metal groups are formed as shown in FIG. 12B. At this time, the cathode metal Cu /
Ti has a trapezoidal structure with respect to the passivation film on the semiconductor device, and as a result, the barrier metal also has a strong structure against stress.

【0122】実施例2 実施例1に記載したレジスト膜が形成された図11
(b)において、バンプ電極の一部を構成する銅6から
なる第1金属群を電気メッキ法を用いて無紫外光下で析
出させる。即ち、実施例1に記載した銅メッキ液及び条
件を用いて、無紫外光下で銅を100μm析出させる。
続いて、形成した50μm平方の銅が充填されたパター
ンよりも一辺が5μm大きい銅部分がレジスト膜で被覆
されるパターンを有するガラスマスクを用いて、60μ
m四方の銅を中心とした開口部を形成する。レジスト膜
の露光、現像条件は、実施例1に記載した条件により実
現される。
Example 2 FIG. 11 on which the resist film described in Example 1 was formed.
In (b), a first metal group made of copper 6 which constitutes a part of the bump electrode is deposited under an ultraviolet-free light by using an electroplating method. That is, using the copper plating solution and conditions described in Example 1, 100 μm of copper is deposited under UV-free light.
Then, using a glass mask having a pattern in which a copper portion whose one side is 5 μm larger than the formed pattern filled with 50 μm square copper is covered with a resist film, 60 μm
An opening centered on m square copper is formed. The exposure and development conditions for the resist film are realized under the conditions described in Example 1.

【0123】次いで、形成した開口部に対して実施例1
に記載したはんだメッキ液を用いて、実施例1に記載し
た条件と同様の条件に従い、メッキを行う。このときの
はんだメッキは、無紫外光下で行う必要は必ずしもな
い。
Then, Example 1 was applied to the formed opening.
Plating is performed using the solder plating solution described in 1) under the same conditions as described in Example 1. The solder plating at this time does not necessarily need to be performed under non-ultraviolet light.

【0124】こうして、銅6及びはんだ7が形成された
バンプ電極のカソードメタルのエッチングは実施例1に
記載した図11(e)以下の工程と同様の手段を用いて
行う。形成されるバンプ電極を備えた半導体装置は、図
7に示す構造となる。
In this way, the etching of the cathode metal of the bump electrode on which the copper 6 and the solder 7 are formed is performed by using the same means as the steps of FIG. The semiconductor device having the formed bump electrode has a structure shown in FIG.

【0125】実施例3 実施例1に記載したレジスト膜が形成された図11
(b)において、バンプ電極の内部を構成する銅を、実
施例1に記載したメッキ液及び条件と同様の方法を用い
て、電気メッキを行ない35μmの厚さの銅層6を形成
する。
Example 3 FIG. 11 on which the resist film described in Example 1 was formed.
In (b), copper forming the inside of the bump electrode is electroplated by using the same plating solution and conditions as described in Example 1 to form a copper layer 6 having a thickness of 35 μm.

【0126】次いで、メッキ液を下記に記載する錫メッ
キ液に変え、電気銅メッキの場合と同様にして、Cu/
Tiを陰極とし、電気メッキ液に対応する例えば高純度
錫板を陽極として用い、電流密度1〜10(A/d
2 )を印加し、浴温度25℃で緩やかに撹拌しなが
ら、60μm厚の錫7aを銅6上に連続メッキする。
Next, the plating solution was changed to the tin plating solution described below, and Cu / Cu /
Ti is used as a cathode and, for example, a high-purity tin plate corresponding to the electroplating solution is used as an anode, and the current density is 1 to 10 (A / d).
m 2 ) is applied and 60 μm-thick tin 7 a is continuously plated on the copper 6 at a bath temperature of 25 ° C. with gentle stirring.

【0127】錫メッキ液の組成は次の通りである。The composition of the tin plating solution is as follows.

【0128】 硫酸第1スズ 55 g/l 硫酸 70 g/l クレゾールスルホン酸 100 g/l βナフトール 1 g/l ゼラチン 2 g/l または 硫酸第1スズ 30 g/l フェノールスルホン酸 25 g/l ポリオキシエチレンアルキルアミン 2 g/l 更に、メッキ液を下記に記載する鉛メッキ液に変え、電
気銅メッキ及び電気錫メッキの場合と同様にして、Cu
/Tiを陰極とし、メッキ液に対応する例えば高純度鉛
板を陽極として用い、電流密度1〜3(A/dm2 )を
印加して、浴温度25℃で緩やかに撹拌しながら、5μ
mの鉛7bを錫上に連続メッキする。
Stannous sulphate 55 g / l Sulfuric acid 70 g / l Cresol sulphonic acid 100 g / l Beta naphthol 1 g / l Gelatin 2 g / l or stannous sulphate 30 g / l Phenol sulphonic acid 25 g / l Polyoxyethylene alkylamine 2 g / l Further, the plating solution was changed to the lead plating solution described below, and Cu was added in the same manner as in the case of electrolytic copper plating and electrolytic tin plating.
/ Ti as a cathode and a high-purity lead plate corresponding to a plating solution as an anode, a current density of 1 to 3 (A / dm 2 ) is applied, and while stirring gently at a bath temperature of 25 ° C., 5 μm
m lead 7b is continuously plated on tin.

【0129】 スルファミン酸鉛 80 g/l ゼラチン 0.15 g/l グルー 0.40 g/l こうして、銅6、錫7a及び鉛7bが形成されたバンプ
電極のカソードメタルのエッチングを実施例1に記載し
た図11(e)以下の工程と同様の手段により行う。こ
のように形成されるバンプ電極を備えた半導体装置は、
図8に示すうような構造となる。
Lead sulfamate 80 g / l Gelatin 0.15 g / l Glue 0.40 g / l Thus, the etching of the cathode metal of the bump electrode having the copper 6, tin 7a and lead 7b formed thereon was carried out in Example 1. It is performed by the same means as the steps shown in FIG. The semiconductor device having the bump electrode formed in this way is
The structure is as shown in FIG.

【0130】このバンプ電極は、錫及び鉛を温度350
℃で溶融リフローすると、Pb/Sn=5/95の組成
のはんだ合金7を形成する。
This bump electrode contains tin and lead at a temperature of 350.
When melted and reflowed at 0 ° C., a solder alloy 7 having a composition of Pb / Sn = 5/95 is formed.

【0131】なお、本実施例では説明のため、バリアメ
タルとなるカソードメタルをCu/Tiとして、銅のエ
ッチングを過硫酸アンモニウム、硫酸、エタノールから
構成される混合溶液またはクエン酸、過酸化水素水、界
面活性剤から構成される混合溶液で行い、更に、アンモ
ニア、エチレンジアミン4酢酸、過酸化水素水から構成
される混合溶液でチタンの必要部分をエッチングした
が、例えばバリアメタルの一部分にニッケルを用いた場
合は、錫との選択エッチングが不可能になり、また、は
んだをバンプ電極の最上部に形成した場合は、ニッケル
のエッチング液で錫が溶解して、はんだ組成が所望の値
から移行することになる。
In the present embodiment, for the sake of explanation, the cathode metal serving as a barrier metal is Cu / Ti, and the etching of copper is performed by a mixed solution of ammonium persulfate, sulfuric acid, ethanol or citric acid, hydrogen peroxide solution, The etching was performed with a mixed solution composed of a surfactant, and then a necessary portion of titanium was etched with a mixed solution composed of ammonia, ethylenediaminetetraacetic acid, and hydrogen peroxide solution. For example, nickel was used as a part of the barrier metal. In this case, selective etching with tin becomes impossible, and when solder is formed on the uppermost part of the bump electrode, the nickel etching solution dissolves tin and the solder composition shifts from the desired value. become.

【0132】このときのニッケルエッチング液は、硫酸
銅5水和物、塩酸、メタノールから構成される混合溶液
である。ところが、例えば鉛を最上層にした場合は、ニ
ッケルのエッチング液により鉛が溶解されることは少な
い。従って、バリアメタル部分に必要に応じた金属層を
用いた場合は、形成する第2金属群の形成順序は必ずし
も限定されるものではなく、必要に応じて順序を変更す
ることも可能である。
The nickel etching solution at this time is a mixed solution composed of copper sulfate pentahydrate, hydrochloric acid and methanol. However, for example, when lead is used as the uppermost layer, lead is less likely to be dissolved by the nickel etching solution. Therefore, when a metal layer is used for the barrier metal portion as needed, the order of forming the second metal group to be formed is not necessarily limited, and the order can be changed as necessary.

【0133】実施例4 実施例1に記載したレジスト膜23が形成された図11
(b)において、バンプ電極の一部を構成する銅6から
なる第1金属群を、電気メッキ法を用いて無紫外光下で
100μmの厚さに析出させる。続いて、形成した50
μm四方の銅6が充填されたパターンよりも一辺が5μ
m大きいパタ−ンを有する60μm四方の銅を中心とし
た開口部を、レジスト23に形成する。レジスト膜23
は、実施例1に記載した露光、現像条件によりパターン
ニング可能である。
Example 4 FIG. 11 in which the resist film 23 described in Example 1 was formed.
In (b), a first metal group made of copper 6 which constitutes a part of the bump electrode is deposited to a thickness of 100 μm under non-ultraviolet light using an electroplating method. Subsequently, formed 50
5 μm on one side than the pattern filled with copper 6 of μm square
An opening centered on 60 μm square copper having a pattern larger than m is formed in the resist 23. Resist film 23
Can be patterned under the exposure and development conditions described in Example 1.

【0134】次いで、形成した開口部に対して、実施例
3に記載した錫メッキ液及びメッキ条件を用いて、無紫
外光下で10μm厚の錫膜7aを電気メッキで析出させ
る。更に、同様の手段を繰り返して、電気錫メッキ膜7
aの周囲のレジスト膜23に開口部を形成して、実施例
3に記載した鉛メッキ液及び条件を用いて、鉛7bを開
口部に充填する。続いて行うカソードメタルのエッチン
グ工程は、実施例1に記載した図11(e)以降の工程
と同様である。
Next, using the tin plating solution and plating conditions described in Example 3, a 10 μm thick tin film 7a is deposited by electroplating in the formed opening under the non-ultraviolet light. Further, the same procedure is repeated to repeat the electrotin plating film 7
An opening is formed in the resist film 23 around a and the lead 7b is filled in the opening using the lead plating solution and conditions described in the third embodiment. The subsequent etching process of the cathode metal is similar to the processes of FIG. 11 (e) and the subsequent processes described in the first embodiment.

【0135】以上の方法を用いることにより形成される
バンプ電極は、図9に示す様な構造となる。この構造で
は、錫メッキ膜7aが完全に鉛メッキ膜7bにより覆わ
れるため、例えばニッケルをバリアメタルに用いた場合
の錫膜のニッケルエッチング液に対する耐エッチング液
性は、実施例3の場合と比較すると格段に向上する。
The bump electrode formed by using the above method has a structure as shown in FIG. In this structure, the tin-plated film 7a is completely covered with the lead-plated film 7b. Therefore, for example, when the nickel is used as the barrier metal, the tin film has a resistance to etching liquid with respect to the nickel etching liquid in comparison with the case of the third embodiment. Then it will be much improved.

【0136】なお、錫7a及び鉛7bは独立に形成した
が、はんだ合金として一括形成してもその効果は変わら
ない。更に、錫7a及び鉛7b被膜の形成は、電気メッ
キ法に限定されるものではなく、例えば、必要部分をレ
ジスト膜で被覆後、公知の技術である無電解メッキ法を
用いて形成しても良い。
Although the tin 7a and the lead 7b are formed independently, the effect does not change even if they are collectively formed as a solder alloy. Further, the formation of the tin 7a and lead 7b coatings is not limited to the electroplating method. For example, after forming a necessary portion with a resist film, the tin 7a and lead 7b coatings may be formed by the known electroless plating method. good.

【0137】実施例5 実施例1に記載したレジスト膜が形成された図11
(b)において、バンプ電極内部を構成する銅6を実施
例1に記載したメッキ液及び条件と同様の方法を用い
て、35μmの厚さの電気銅メッキ膜6を析出させる。
Example 5 FIG. 11 on which the resist film described in Example 1 was formed.
In (b), the copper 6 forming the inside of the bump electrode is deposited with the electrolytic copper plating film 6 having a thickness of 35 μm by using the same plating solution and conditions as those described in the first embodiment.

【0138】次いで、メッキ液を実施例3に記載した錫
メッキ液に変えて、実施例3に記載した条件と同様の条
件下で、電気錫メッキ膜7aを35μmの厚さメッキす
る。更に、メッキ浴を実施例3に記載した鉛メッキ液に
変えて、5μmの厚さの鉛膜7bを析出させる。
Then, the plating solution is changed to the tin plating solution described in Example 3, and the electrotin plating film 7a is plated to a thickness of 35 μm under the same conditions as those described in Example 3. Further, the plating bath is changed to the lead plating solution described in Example 3 to deposit the lead film 7b having a thickness of 5 μm.

【0139】続いて、インジウム、アンチモン、ガリウ
ム、ゲルマニウムを例えば下記に記載するメッキ液を用
いて連続堆積させ、図10に示す構成のバンプ電極が得
られる。
Subsequently, indium, antimony, gallium, and germanium are successively deposited using, for example, the plating solution described below, and the bump electrode having the structure shown in FIG. 10 is obtained.

【0140】 インジウム: 電流密度 2〜10(A/dm2 ) 浴温度 25℃ スルファミン酸インジウム 105 g/l スルファミン酸ナトリウム 150 g/l スルファミン酸 26 g/l 塩化ナトリウム 45 g/l デキストリン 8 g/l トリエタノールアミン 2 g/l アンチモン: 電流密度 2.5(A/dm2 ) 浴温度 55℃ 三酸化アンチモン 52 g/l クエン酸カリウム 150 g/l クエン酸 180 g/l アロイン 2 g/l β−ナフトール 1 g/l チョウジ油 3 g/l ガリウム、ゲルマニウムに関しては、塩を形成した後に
溶液化して、炭素、硫黄及び酸素を含む添加剤を添加す
る方法、またはディップする方法により形成する。
Indium: Current density 2 to 10 (A / dm 2 ) Bath temperature 25 ° C. Indium sulfamate 105 g / l Sodium sulfamate 150 g / l Sulfamic acid 26 g / l Sodium chloride 45 g / l Dextrin 8 g / l Triethanolamine 2 g / l Antimony: Current density 2.5 (A / dm 2 ) Bath temperature 55 ° C. Antimony trioxide 52 g / l Potassium citrate 150 g / l Citric acid 180 g / l Aloine 2 g / l Regarding β-naphthol 1 g / l clove oil 3 g / l gallium and germanium, a salt is formed and then solubilized, and then an additive containing carbon, sulfur and oxygen is added, or a dip method is used.

【0141】はんだ、錫、鉛、インジウム、アンチモ
ン、ガリウム、ゲルマニウムに関しては、必ずしもすべ
ての金属を積層する必要はなく、これらの金属の一部を
組合わせて積層しても良い。従って、堆積する方法は必
ずしも電気メッキ法をすべての金属に対して行う必要は
ない。従って、当然ながら積層させる金属膜は本実施例
に記載した順序で行う必要はなく、例えば、錫/鉛/錫
/鉛の構成とするなど、本発明の趣旨を逸脱しない範囲
で種々変更可能である。
With respect to solder, tin, lead, indium, antimony, gallium, and germanium, it is not always necessary to stack all the metals, and a part of these metals may be combined and stacked. Therefore, the deposition method does not necessarily have to be electroplated for all metals. Therefore, it is needless to say that the metal films to be laminated do not have to be formed in the order described in this embodiment, and can be variously modified without departing from the gist of the present invention, for example, having a structure of tin / lead / tin / lead. is there.

【0142】なお、図10では、積層膜は7で示されて
いる。
In FIG. 10, the laminated film is shown by 7.

【0143】本実施例は、米国特許第5,130,77
9に記載する構造に一見類似しているように見えるが、
基本的な構造が逆台形状であることから、構造的には全
く異なり、公知の構造ではない。
This example is based on US Pat. No. 5,130,77.
Although it appears to be similar to the structure described in 9,
Since the basic structure is an inverted trapezoidal shape, the structure is completely different and is not a known structure.

【0144】実施例6 図5、図7、図8、図9、図10に示すバンプ電極を有
する半導体装置は、例えば250℃、窒素雰囲気中で加
熱リフローすると、図12(c)又は図6に示すような
連続的な構成のバンプ電極となる。
Example 6 A semiconductor device having bump electrodes shown in FIGS. 5, 7, 8, 9 and 10 is subjected to heating reflow in a nitrogen atmosphere at, for example, 250 ° C. to obtain the structure shown in FIG. The bump electrode has a continuous structure as shown in FIG.

【0145】本実施例においては、銅から構成される第
1の金属群6の融点よりも高く、第2の金属群7の融点
よりも低い温度範囲内でリフローしているために、図
5、図7、図8、図9、図10に示す異なった金属膜を
積層した第2金属群7は、一体構成となっている。
In the present embodiment, since the reflow is performed within a temperature range higher than the melting point of the first metal group 6 made of copper and lower than the melting point of the second metal group 7, FIG. The second metal group 7 in which different metal films shown in FIGS. 7, 8, 9, and 10 are laminated has an integral structure.

【0146】実施例7 本発明に係るバンプ電極を備えた半導体装置の性能を評
価したところ、以下の結果を得た。
Example 7 The following results were obtained when the performance of the semiconductor device having the bump electrode according to the present invention was evaluated.

【0147】図13は第1金属群の体積V1 と第2金属
群の体積V2 の比V1 /V2 と、バンプ電極中に残留す
る応力との関係を示すグラフである。本実施例において
は、第1金属群6には銅を用い、第2金属群7には共晶
はんだを用いている。第2金属群7の体積が第1金属群
6の体積より小さい場合は、V1 /V2 >1、第2金属
群7の体積が第1金属群6の体積より大きい場合は、V
1 /V2 <1となる。
FIG. 13 is a graph showing the relationship between the ratio V 1 / V 2 of the volume V 1 of the first metal group and the volume V 2 of the second metal group, and the stress remaining in the bump electrodes. In this embodiment, copper is used for the first metal group 6 and eutectic solder is used for the second metal group 7. If the volume of the second metal group 7 is smaller than that of the first metal group 6, V 1 / V 2 > 1, and if the volume of the second metal group 7 is larger than that of the first metal group 6, V
1 / V 2 <1.

【0148】図13に示すように、第1金属群6の体積
が第2金属群7の体積よりも小さい場合には、引張応力
がバンプ電極内に内在することになるが、第1金属群6
の体積が第2金属群7の体積より大きい場合には、V1
/V2 =1を境にして逆転して圧縮応力がバンプ電極内
に内在することとなる。更に、応力値は、バンプ電極を
形成するボンディングパッドの幅寸法が大きいほど大き
くなる。
As shown in FIG. 13, when the volume of the first metal group 6 is smaller than the volume of the second metal group 7, the tensile stress is inherent in the bump electrode. 6
Is larger than the volume of the second metal group 7, V 1
The compressive stress is inherent in the bump electrode by reversing at the boundary of / V 2 = 1. Further, the stress value increases as the width dimension of the bonding pad forming the bump electrode increases.

【0149】この結果から、第2金属群7の応力値が第
1金属群6の応力値に比較して大きいため、バンプ電極
全体の残留応力がバンプ電極を主に形成している金属に
おいて支配的であることがわかる。
From this result, since the stress value of the second metal group 7 is larger than that of the first metal group 6, the residual stress of the entire bump electrode is dominant in the metal mainly forming the bump electrode. I understand that it is a target.

【0150】図14は、第1金属群6の上部寸法
(L1 )と下部寸法(l3 )との比(l3/L1 )に対
するバンプ電極中の残留応力(引張応力)を示すグラフ
である。この残留応力は、値が大きいときバリアメタル
金属の破壊を発生させるので、値が小さいほど好まし
い。これは、図13の場合と同様に、第1金属群6には
銅、第2金属群7には共晶はんだを用いた場合の結果で
ある。
FIG. 14 is a graph showing the residual stress (tensile stress) in the bump electrode with respect to the ratio (l 3 / L 1 ) of the upper dimension (L 1 ) and the lower dimension (l 3 ) of the first metal group 6. Is. A large value of this residual stress causes destruction of the barrier metal, so a smaller value is preferable. This is the result when copper is used for the first metal group 6 and eutectic solder is used for the second metal group 7, as in the case of FIG.

【0151】l3 /L1 <1のときは逆台形状、l3
1 >1のときは台形状となる。バンプ電極中の残留応
力は、逆台形状のときは小さいが、l3 /L1 >1を越
えた台形状では急激に大きくなる。従って、第1金属群
6は逆台形状がバンプ電極内金属には適切であることが
解った。なお、本実施例による評価は、図5〜図10の
構造を有するバンプ電極に対して行った結果であり、い
ずれの場合も同様の結果を得た。
When l 3 / L 1 <1, inverted trapezoidal shape, l 3 /
When L 1 > 1, it becomes trapezoidal. The residual stress in the bump electrode is small in the inverted trapezoidal shape, but sharply increases in the trapezoidal shape that exceeds l 3 / L 1 > 1. Therefore, it was found that the inverted trapezoidal shape of the first metal group 6 is suitable for the metal in the bump electrode. The evaluation according to this example is a result performed on the bump electrode having the structure of FIGS. 5 to 10, and the same result was obtained in any case.

【0152】図15は、バンプ電極構造を決定するパラ
メータを種々に変更した場合における、バンプ電極内に
残留する応力(σf)と高温高湿保存試験(85℃、8
5%RH)を行ったときの50%不良率(Nf50)を求
めた結果である。l1 はボンディングパッドの幅寸法、
2 はバリアメタル金属の幅寸法、l3 は第1金属群の
幅寸法である。この場合も第1金属群には銅を用い、第
2金属群には共晶はんだを用いた。
FIG. 15 shows the stress (σf) remaining in the bump electrode and the high temperature and high humidity storage test (85 ° C.,
It is a result of obtaining a 50% defective rate (Nf 50 ) when performing 5% RH. l 1 is the width of the bonding pad,
l 2 is the width dimension of the barrier metal, and l 3 is the width dimension of the first metal group. Also in this case, copper was used for the first metal group and eutectic solder was used for the second metal group.

【0153】図15から明らかな様に、図15(c)及
び図15(d)が最もσfが小さく、信頼性寿命Nf50
が大きいことが明らかになった。図15(a)、図15
(b)、図15(e)及び図15(f)に示す構造で
は、σfが大きく、Nf50が小さく、信頼性が低い結果
を得た。従って、バンプ電極を構成する要因パラメータ
としては、l2 >l1 >l3 またはl2 >l3 >l1
好ましい構造であること、即ち薄膜金属の幅寸法はボン
ディングパッドの開口寸法より大きく、第1金属群の幅
寸法は薄膜金属群の幅寸法より小さいとき、効果を発揮
することが明らかになった。なお、本発明による構造
は、第1金属群の厚みが薄膜金属群の厚みよりも厚い場
合に、より効果を発揮することが明らかになった。
As is apparent from FIG. 15, σf is the smallest in FIGS. 15 (c) and 15 (d), and the reliability life is Nf 50.
Has been revealed to be large. 15 (a) and FIG.
In the structures shown in (b), FIG. 15 (e) and FIG. 15 (f), σf is large, Nf 50 is small, and low reliability results are obtained. Therefore, as a factor parameter constituting the bump electrode, l 2 > l 1 > l 3 or l 2 > l 3 > l 1 is preferable, that is, the width dimension of the thin film metal is larger than the opening dimension of the bonding pad. It was revealed that the effect is exhibited when the width dimension of the first metal group is smaller than that of the thin film metal group. It has been revealed that the structure according to the present invention exerts more effect when the thickness of the first metal group is thicker than that of the thin film metal group.

【0154】図16は、第1金属群のアスペクト比(H
/l3 )と、バンプ電極中の残留応力との関係を示すグ
ラフである。第1金属群の高さをH、第1金属群の下部
幅寸法をl3 とした。第1金属群は銅、第2金属群は共
晶はんだである。図16から明らかなように、アスペク
ト比が0.01〜200の範囲内においては残留応力は
増加せず、ほぼ一定の値を示すが、200を越えた領域
からは急激に増加することがわかる。従って、第1金属
群のアスペクト比は、0.01〜200の範囲内に設定
することがより好ましいことになる。
FIG. 16 shows the aspect ratio (H
3 is a graph showing the relationship between / l 3 ) and the residual stress in the bump electrode. The height of the first metal group was H, and the lower width dimension of the first metal group was l 3 . The first metal group is copper, and the second metal group is eutectic solder. As is clear from FIG. 16, the residual stress does not increase within the range of the aspect ratio of 0.01 to 200 and shows a substantially constant value, but it increases rapidly from the area exceeding 200. . Therefore, it is more preferable to set the aspect ratio of the first metal group within the range of 0.01 to 200.

【0155】更に、本発明の実施例1〜6に記載した方
法を用いてバンプ形成を行うときは、第1金属群中に炭
素40wt%、硫黄30wt%以下の濃度の元素をはん
だ合金(Pb/Sn)中に分散させることが可能にな
る。
Furthermore, when bumps are formed by using the methods described in Examples 1 to 6 of the present invention, an element having a concentration of 40 wt% carbon and 30 wt% sulfur or less in the first metal group is added to the solder alloy (Pb). / Sn).

【0156】図18に示す様に、例えば銅から構成され
る金属群中に炭素及び硫黄を分散配置させた本実施例に
基づく金属の残留応力を求めた結果、炭素及び硫黄の濃
度の増加に伴って、分散濃度が0であった場合は圧縮応
力を示す金属内応力が分散元素濃度の増加に伴って引張
応力に移行する。炭素濃度が30wt%、硫黄が20w
t%程度以下のとき残留応力は引張応力になる。一方、
電気伝導率は図19に示す様に、炭素及び硫黄濃度の増
加に伴い増加する傾向があるが、炭素及び硫黄の濃度が
比較的低濃度領域では最小値を示し、炭素濃度40wt
%以下、硫黄濃度30wt%以下のときは炭素及び硫黄
が分散されていない場合と同等の値またはそれ以上の性
能を示す値を得ることができる。特にこの傾向は炭素濃
度4wt%、硫黄濃度3wt%以下のとき著しい。
As shown in FIG. 18, the residual stress of the metal according to the present embodiment in which carbon and sulfur are dispersed and arranged in a metal group composed of copper, for example, is found, and as a result, the concentration of carbon and sulfur increases. Accordingly, when the dispersion concentration is 0, the stress in the metal showing the compressive stress shifts to the tensile stress as the concentration of the dispersed element increases. Carbon concentration is 30wt%, sulfur is 20w
When it is about t% or less, the residual stress becomes a tensile stress. on the other hand,
As shown in FIG. 19, the electric conductivity tends to increase as the carbon and sulfur concentrations increase, but it shows the minimum value in the relatively low concentration region of carbon and sulfur, and the carbon concentration of 40 wt.
% Or less, and a sulfur concentration of 30 wt% or less, it is possible to obtain a value equivalent to that in the case where carbon and sulfur are not dispersed or a value exhibiting performance higher than that. This tendency is particularly remarkable when the carbon concentration is 4 wt% and the sulfur concentration is 3 wt% or less.

【0157】以上の図18、図19に記載された結果を
総合的に判断すると、銅から構成される第1金属群中に
は炭素40wt%、硫黄30wt%以下の濃度範囲で分
散させると、バンプ電極中の残留応力を減少できると共
にフリップチップ実装後において必要となる特性の1つ
である電気伝導率を充分に小さくでき総合的信頼性が向
上する。
Comprehensively judging the results shown in FIG. 18 and FIG. 19 above, when dispersed in the first metal group composed of copper in the concentration range of 40 wt% carbon and 30 wt% sulfur or less, The residual stress in the bump electrode can be reduced, and the electrical conductivity, which is one of the characteristics required after flip-chip mounting, can be sufficiently reduced, and the overall reliability can be improved.

【0158】なお、第1金属群として金を用いた場合も
同様の濃度範囲で同様の残留応力に関する結果を得た。
更に、銅または金を含んだ合金の場合も同様の結果を得
た。更に、図20に示すように、例えばPb−Snから
構成される共晶はんだ合金中に炭素及び硫黄及び酸素の
うちの少なくとも1元素を分散配置させた本実施例に基
づく合金金属内の残留応力を測定した結果、炭素及び硫
黄及び酸素濃度の増加に伴い、残留応力は圧縮応力から
引張応力に移行する。
Also, when gold was used as the first metal group, similar results regarding residual stress were obtained in the same concentration range.
Furthermore, similar results were obtained with alloys containing copper or gold. Furthermore, as shown in FIG. 20, for example, residual stress in the alloy metal according to the present embodiment in which at least one element of carbon, sulfur and oxygen is dispersed and arranged in a eutectic solder alloy composed of Pb-Sn, for example. As a result, the residual stress shifts from the compressive stress to the tensile stress as the carbon, sulfur and oxygen concentrations increase.

【0159】更に、図21に示すように、電気抵抗率も
炭素、硫黄、酸素濃度の増加に伴い増加するが、分散元
素が低濃度領域では逆に減少することが明らかになっ
た。引張応力を示すのは、炭素濃度40wt%、硫黄濃
度30wt%、酸素濃度10wt%以下のときである。
この傾向は、特に炭素濃度4wt%、硫黄濃度3wt
%、酸素濃度1wt%以下のときに著しい。
Further, as shown in FIG. 21, it was revealed that the electric resistivity also increases with the increase of carbon, sulfur and oxygen concentrations, but conversely decreases in the low concentration region of the dispersive element. The tensile stress is shown when the carbon concentration is 40 wt%, the sulfur concentration is 30 wt%, and the oxygen concentration is 10 wt% or less.
This tendency is especially due to the carbon concentration of 4 wt% and the sulfur concentration of 3 wt.
%, When the oxygen concentration is 1 wt% or less, it is remarkable.

【0160】従って、図20及び図21に示す結果を総
合的に判断すると、はんだから構成される第2金属群中
には、40wt%以下の炭素、30wt%以下の硫黄、
10wt%以下の酸素が含有される場合に、圧縮残留応
力を減少できるとともに、フリップチップ実装後におい
て必要となる特性の一つである電気伝導率も充分に小さ
くでき、信頼性寿命を向上させることが可能になる。
Therefore, comprehensively judging the results shown in FIGS. 20 and 21, in the second metal group composed of solder, 40 wt% or less of carbon, 30 wt% or less of sulfur,
When oxygen content of 10 wt% or less is included, the compressive residual stress can be reduced, and the electrical conductivity, which is one of the characteristics required after flip-chip mounting, can be sufficiently reduced to improve the reliability life. Will be possible.

【0161】図17は、第2金属群を構成する金属中に
炭素、硫黄、酸素のうち少なくとも1つの元素を含有さ
せた場合に、残留応力が減少するか否かを、金属の組合
わせごとに分類した結果を示す。図17に示す通り、一
部の元素の組合わせを除いて残留応力が減少することが
明らかになった。更に、表中に示した元素のうち、炭
素、硫黄、酸素を含有させることにより残留応力が減少
する場合は、複数個の金属を組合わせた場合においても
残留応力が減少することが明らかになった。この金属群
を組合わせることにより残留応力が減少する元素の濃度
範囲は、炭素40wt%以下、硫黄30wt%以下、酸
素10wt%以下であった。
FIG. 17 shows whether or not the residual stress decreases when at least one element selected from carbon, sulfur and oxygen is contained in the metals constituting the second metal group, for each combination of metals. The results of classification are shown below. As shown in FIG. 17, it was revealed that the residual stress was reduced except for the combination of some elements. Furthermore, when the residual stress is reduced by including carbon, sulfur and oxygen among the elements shown in the table, it is clear that the residual stress is reduced even when a plurality of metals are combined. It was The concentration range of the element in which the residual stress is reduced by combining these metal groups was 40 wt% or less of carbon, 30 wt% or less of sulfur, and 10 wt% or less of oxygen.

【0162】これまで、金属を電気メッキ法により析出
させる場合、添加剤の量により析出金属膜中に残留応力
が発生して析出金属膜に剥離が生じることが公知となっ
ているが、金属膜中に発生する応力により下地膜に与え
る応力、及び金属中に含まれる元素濃度により残留する
応力値については、公知の事実ではなかった。なお、炭
素、硫黄を含有させる方法においては、炭素及び硫黄を
含む化合物を第1金属群及び第2金属群に接触させて、
拡散により分散させることも可能である。
It has been known that when a metal is deposited by an electroplating method, residual stress is generated in the deposited metal film due to the amount of the additive to cause peeling of the deposited metal film. The stress applied to the base film by the stress generated therein and the stress value remaining due to the element concentration contained in the metal were not known facts. In the method of containing carbon and sulfur, a compound containing carbon and sulfur is brought into contact with the first metal group and the second metal group,
It is also possible to disperse by diffusion.

【0163】従って、半導体チップ上にバンプ電極が形
成された半導体装置は、バンプ電極内にバンプ高さを高
くする金属を配置しても、残留する応力によりバリアメ
タルが剥離する問題は発生しなくなる。更に、バンプ電
極内の柱材は、周囲の金属と比較して体積が小さく、薄
膜金属に対して逆台形状を有しており、また、バンプ電
極を構成するパラメータと第1金属群のアスペクト比を
適切化しているために、電気伝導率を良好にするため圧
縮応力側に設定しなければならない場合においても、引
張応力に起因する薄膜金属剥離の不良を減少出来る。
Therefore, in the semiconductor device having the bump electrodes formed on the semiconductor chip, even if the metal for increasing the bump height is arranged in the bump electrodes, the problem that the barrier metal peels off due to the residual stress does not occur. . Further, the pillar material in the bump electrode has a smaller volume than the surrounding metal and has an inverted trapezoidal shape with respect to the thin film metal, and the parameters constituting the bump electrode and the aspect ratio of the first metal group. Even if it is necessary to set the compression stress side in order to improve the electric conductivity because the ratio is optimized, the defects of thin film metal peeling due to the tensile stress can be reduced.

【0164】実施例8 上述の工程により半導体チップ上にバンプ電極が形成さ
れた半導体装置を、回路配線基板にフリップチップ実装
する工程について、以下に説明する。
Example 8 A process of flip-chip mounting a semiconductor device having bump electrodes formed on a semiconductor chip by the above-described process on a circuit wiring board will be described below.

【0165】公知の技術であるハーフミラーを備えたフ
リップチップボンダーM8(リサーチデバイス)を用い
て、例えば図5に示すバンプ電極6,7を備えた半導体
装置1と回路配線基板2の位置合わせを行い、半導体装
置1のバンプ電極6,7と回路配線基板2の電極パッド
10とを接触させる。回路配線基板1の電極パッド10
は、回路配線基板2に対して逆台形状を有している。
Using the flip chip bonder M8 (research device) having a half mirror, which is a known technique, the semiconductor device 1 having the bump electrodes 6 and 7 shown in FIG. 5 and the circuit wiring board 2 are aligned with each other. Then, the bump electrodes 6 and 7 of the semiconductor device 1 are brought into contact with the electrode pads 10 of the circuit wiring board 2. Electrode pad 10 of circuit wiring board 1
Has an inverted trapezoidal shape with respect to the circuit wiring board 2.

【0166】この位置合わせを行う半導体装置1のバン
プ電極6,7と回路配線基板2の電極パッド10には、
いずれか一方または両方に、はんだの溶融を容易にする
ため、例えばNS−30(日本スペリアル社製)のフラ
ックスが塗布されている。フリップチップ実装を行うと
き、回路配線基板2は加熱機構を有するフリップチップ
ボンダーのステージ上に保持され、共晶はんだ組成から
若干組成がずれているはんだの融点よりも高く、銅の融
点よりも低い温度である280℃に予備加熱されてい
る。
The bump electrodes 6 and 7 of the semiconductor device 1 and the electrode pad 10 of the circuit wiring board 2 for this alignment are
A flux of, for example, NS-30 (manufactured by Nippon Superior Co., Ltd.) is applied to one or both of them in order to facilitate melting of the solder. When performing flip-chip mounting, the circuit wiring board 2 is held on the stage of a flip-chip bonder having a heating mechanism and is higher than the melting point of the solder having a composition slightly deviated from the eutectic solder composition and lower than the melting point of copper. It is preheated to a temperature of 280 ° C.

【0167】このフリップチップ実装する半導体装置1
には、126ピンのバンプ電極6,7が形成されてお
り、回路配線基板2には、半導体装置1のバンプ電極
6,7の面対称位置に、接続電極パッド10が126パ
ッド形成されている。回路配線基板材料には、1.4m
mの厚さのガラスエポキシ樹脂材料が用いられている
(図22(a))。
This flip-chip mounted semiconductor device 1
Bump electrodes 6 and 7 of 126 pins are formed on the circuit wiring board 2, and 126 connection electrode pads 10 are formed on the circuit wiring substrate 2 at the plane symmetrical positions of the bump electrodes 6 and 7 of the semiconductor device 1. . 1.4m for circuit wiring board material
A glass epoxy resin material having a thickness of m is used (FIG. 22 (a)).

【0168】更に、半導体装置1のバンプ電極6,7と
回路配線基板2の電極パッド10とが接触した状態で、
半導体装置1を保持するコレットを回路配線基板2を搭
載するステージと同じ温度280℃に窒素雰囲気中で加
熱して、バンプ電極6,7を形成しているはんだ7を溶
融させることにより、半導体装置1のバンプ電極6,7
と回路配線基板2の電極パッド10とを電気的、機械的
に接続させる。(図22(b)及び図3)以上の工程を
行った後で、回路配線基板2と半導体装置1の隙間部分
29に熱硬化性の樹脂を挿入して封止する。この封止工
程は、樹脂を約100℃近傍で加熱しながら行い、注入
する樹脂の粘度を低下させて、回路配線基板と半導体装
置の微小な隙間部分に樹脂を容易に封止する。以上の工
程を行うことにより、図4に示す構造の半導体装置実装
構造体が実現できる。なお、アスペクト比が極めて高
く、銅柱材の幅寸法が微細な場合には、はんだ中に銅が
溶解されてしまうが、バンプ電極高さを高くするために
は何ら不都合はなく、この場合は、はんだ中に銅が分散
されることになる。
Furthermore, with the bump electrodes 6, 7 of the semiconductor device 1 and the electrode pads 10 of the circuit wiring board 2 in contact with each other,
The collet holding the semiconductor device 1 is heated in a nitrogen atmosphere to the same temperature as that of the stage on which the circuit wiring board 2 is mounted, 280 ° C., to melt the solder 7 forming the bump electrodes 6 and 7. 1 bump electrode 6,7
And the electrode pad 10 of the circuit wiring board 2 are electrically and mechanically connected. (FIG. 22B and FIG. 3) After performing the above steps, a thermosetting resin is inserted into the gap portion 29 between the circuit wiring board 2 and the semiconductor device 1 for sealing. This sealing step is performed while heating the resin at about 100 ° C. to reduce the viscosity of the injected resin and easily seal the resin in the minute gap between the circuit wiring board and the semiconductor device. By performing the above steps, the semiconductor device mounting structure having the structure shown in FIG. 4 can be realized. Incidentally, when the aspect ratio is extremely high and the width dimension of the copper pillar material is fine, copper will be dissolved in the solder, but there is no inconvenience to increase the bump electrode height, and in this case, , Copper will be dispersed in the solder.

【0169】この場合も、はんだの機械的特性として
は、応力歪に優れた物性を示すようになり、フリップチ
ップ実装構造体としては、結果的に信頼性が向上する。
Also in this case, the mechanical properties of the solder exhibit excellent physical properties with respect to stress and strain, and the reliability of the flip chip mounting structure is improved as a result.

【0170】実施例9 実施例8に記載した方法と同様の装置及び方法を用い
て、図5に示す構造を有するバンプ電極6,7が形成さ
れた半導体装置1を、回路配線基板2に接触させる(図
23(a))。次いで、実施例8に記載した方法と同様
の方法により、フリップチップ実装する。このときの電
極パッド10の断面構造は、回路配線基板2に対して台
形状になっている(図23(b)及び図1)。
Example 9 The semiconductor device 1 having the bump electrodes 6 and 7 having the structure shown in FIG. 5 is brought into contact with the circuit wiring board 2 by using the same apparatus and method as the method described in Example 8. (FIG. 23 (a)). Then, flip-chip mounting is performed by the same method as that described in the eighth embodiment. The sectional structure of the electrode pad 10 at this time is trapezoidal with respect to the circuit wiring board 2 (FIGS. 23B and 1).

【0171】更に、フリップチップ実装した半導体実装
構造体の隙間に樹脂12を充填させると、図2に示す構
造を実現できる。また、図6に示すバンプ構造を有する
半導体装置を、実施例8に示す方法と同様の方法を用い
て、回路配線基板2の電極パッド10と接触させる。こ
のときの回路配線基板2の電極パッド10は、逆台形状
となっている(図24(a))。
Further, when the resin 12 is filled in the gaps of the flip-chip mounted semiconductor mounting structure, the structure shown in FIG. 2 can be realized. Further, the semiconductor device having the bump structure shown in FIG. 6 is brought into contact with the electrode pad 10 of the circuit wiring board 2 by using the same method as that of the eighth embodiment. At this time, the electrode pad 10 of the circuit wiring board 2 has an inverted trapezoidal shape (FIG. 24A).

【0172】図24(a)に示す半導体装置1と回路配
線基板2をリフローしてフリップチップ接続を行うと、
図24(b)に示す構造を実現できることになり、樹脂
を充填させると、図4に示す構造となる。
When the semiconductor device 1 and the circuit wiring board 2 shown in FIG. 24A are reflowed to perform flip chip connection,
The structure shown in FIG. 24B can be realized, and when the resin is filled, the structure shown in FIG. 4 is obtained.

【0173】同様に、図6に示すバンプ電極構造を台形
状の電極パッド10に対して接触させると、図25
(a)の構造になり、リフローすると、図25(b)及
び図1に示す構造になる。更に、樹脂を充填させた場合
は、図2に示す構造となる。
Similarly, when the bump electrode structure shown in FIG. 6 is brought into contact with the trapezoidal electrode pad 10, FIG.
The structure shown in FIG. 25A and the structure shown in FIG. 25B are obtained by reflowing. Further, when the resin is filled, the structure shown in FIG. 2 is obtained.

【0174】実施例10 半導体装置をフリップチップ実装する回路配線基板の製
造は、ほぼ図26及び図27に示すような工程に従って
行う。即ち、図26(a)に示す銅箔31がラミネート
された1.4mmの厚さのガラスエポキシ積層板30の
片面にエッチングレジストを被覆し、所望のパターンを
エッチングにより形成する(図26(b))。次いで、
感光性の絶縁材料33を基板上に塗布し、先に形成した
パターンと、以後形成を行う上層回路パターンとの接続
を行うためのビア34を形成する(図26(c))。
Example 10 A circuit wiring board on which a semiconductor device is flip-chip mounted is manufactured according to the steps as shown in FIG. 26 and FIG. That is, one side of a 1.4 mm-thick glass epoxy laminate 30 laminated with the copper foil 31 shown in FIG. 26A is coated with an etching resist, and a desired pattern is formed by etching (FIG. 26B. )). Then
A photosensitive insulating material 33 is applied on the substrate, and a via 34 for connecting the previously formed pattern and the upper layer circuit pattern to be formed later is formed (FIG. 26C).

【0175】更に、感光性絶縁材料33の全面に銅31
を被覆し、電気メッキにより、先に形成した銅の厚みよ
りも厚い銅31をさらに形成する(図26(d))。上
述を同様の方法により、銅が形成された基板上にエッチ
ングレジストを被覆し、所望のパターンをエッチングに
より形成する(図26(e))。
Further, copper 31 is formed on the entire surface of the photosensitive insulating material 33.
And electroplating is performed to further form copper 31 thicker than the thickness of the copper previously formed (FIG. 26D). By a method similar to the above, a substrate on which copper is formed is coated with an etching resist, and a desired pattern is formed by etching (FIG. 26E).

【0176】以上の工程を繰り返し行うことにより、ガ
ラスエポキシ基板30上に回路パターンを形成する(図
27(a)、図27(b)、図27(c))。なお、本
実施例に記載した回路配線基板の製造方法は、SLC技
術として既に公知の技術であるため、これ以上詳細な説
明は不要であろう。
By repeating the above steps, a circuit pattern is formed on the glass epoxy substrate 30 (FIGS. 27 (a), 27 (b) and 27 (c)). The method of manufacturing the circuit wiring board described in the present embodiment is a technique already known as the SLC technique, and thus further detailed description will be unnecessary.

【0177】回路配線基板の製造方法は、SLCの製造
方法のみではなく、通常のガラスエポキシ基板を主材料
にした、例えばFR−4基板を用いても良い。更に、回
路配線基板の主材料はガラスエポキシ樹脂に限定される
ものではなく、例えばアルミナ基板を用いても良いし、
AlN基板、シリコンウェハーも当然ながら用いること
ができる。また、回路配線基板上に形成する接続電極パ
ッドは、回路配線基板上の配線の一部分を電極パッドと
することが一般的であるため、電極パッドの形成は、基
本的には配線の形成と変わるところはない。
The method of manufacturing the circuit wiring board is not limited to the method of manufacturing SLC, and may be, for example, an FR-4 board using an ordinary glass epoxy board as a main material. Further, the main material of the circuit wiring board is not limited to the glass epoxy resin, and for example, an alumina substrate may be used,
Of course, an AlN substrate and a silicon wafer can also be used. In addition, since the connection electrode pad formed on the circuit wiring board generally uses a part of the wiring on the circuit wiring board as an electrode pad, the formation of the electrode pad is basically different from the formation of the wiring. There is no place.

【0178】次に、図28は、逆台形状の電極パッドを
形成する方法を詳細に示す工程図である。銅箔31がラ
ミネートされた図28(a)に示すガラスエポキシ基板
30上の必要部分に対して、40μm四方の開口部37
が設けられたレジスト膜36を形成する。このレジスト
膜36は、例えば実施例1に示すポジ型レジストを用い
ることで形成可能である(図28(b))。
Next, FIG. 28 is a process drawing showing in detail a method of forming an inverted trapezoidal electrode pad. An opening 37 of 40 μm square is formed on a necessary portion on the glass epoxy substrate 30 shown in FIG. 28A where the copper foil 31 is laminated.
A resist film 36 provided with is formed. The resist film 36 can be formed by using, for example, the positive resist shown in Example 1 (FIG. 28B).

【0179】次いで、電気メッキ法または蒸着法などに
代表させる方法を用いて、例えば銅32を35μm堆積
させる(図28(c))。更に、堆積させた金属の周囲
に形成されているレジスト膜36をアセトンなどで溶解
除去し、ラミネートされている銅箔をエッチング除去す
るためのレジスト膜38を、実施例1に示す方法で再度
被覆する(図28(d)及び図28(e))。
Then, for example, copper 32 is deposited to a thickness of 35 μm by using a method typified by an electroplating method or a vapor deposition method (FIG. 28C). Further, the resist film 36 formed around the deposited metal is dissolved and removed with acetone or the like, and the resist film 38 for etching and removing the laminated copper foil is coated again by the method shown in the first embodiment. (FIG. 28 (d) and FIG. 28 (e)).

【0180】その後、実施例1に示すような、過硫酸ア
ンモニウム、硫酸、エタノールから構成される混合溶
液、またはクエン酸、過酸化水素水、界面活性剤から構
成される混合溶液、または塩化第3鉄溶液により、銅箔
をエッチング除去して、再度レジスト膜38をアセトン
などで溶解除去する(図29(a))。最後に、電極パ
ッドとなる部分以外の領域部分を、例えば公知の技術で
あるソルダーレジスト膜9で被覆する。以上の工程を行
うことにより、回路配線基板上に上部寸法50μm、下
部寸法40μmの逆台形状を有する電極パッド10(3
2)を形成することができる。
Thereafter, as shown in Example 1, a mixed solution composed of ammonium persulfate, sulfuric acid and ethanol, a mixed solution composed of citric acid, hydrogen peroxide solution and a surfactant, or ferric chloride. The copper foil is etched and removed by the solution, and the resist film 38 is again dissolved and removed with acetone or the like (FIG. 29A). Finally, a region portion other than the portion to be the electrode pad is covered with, for example, a well-known solder resist film 9. By performing the above steps, the electrode pad 10 (3 having an inverted trapezoidal shape having an upper dimension of 50 μm and a lower dimension of 40 μm is formed on the circuit wiring board.
2) can be formed.

【0181】また、台形状を有する電極パッド10は、
図30に記載する方法を用いて行う。即ち、先ず銅箔3
1がラミネートされた図30(a)に示すガラスエポキ
シ基板30上に、例えば銅39を全面に厚く、35μm
の厚さに形成する工程、又は35μmの厚さの銅箔39
をラミネートする工程を行う。なお、このとき銅箔31
は、必ずしも予めラミネートする必要はない(図30
(b))。
In addition, the trapezoidal electrode pad 10 is
The method described in FIG. 30 is used. That is, first copper foil 3
1 is laminated on the glass epoxy substrate 30 shown in FIG.
Or the copper foil 39 having a thickness of 35 μm
The step of laminating is performed. At this time, the copper foil 31
Need not be laminated in advance (see FIG. 30).
(B)).

【0182】次いで、電極パッドに対応する部分に50
μm四方のレジスト膜38を形成する(図30
(c))。更に、実施例1または上記に記載したエッチ
ング液を用いて、銅39及び銅箔31の必要部分をエッ
チング除去し、エッチングレジスト膜も溶解除去する
(図30(d)及び図30(e))。続いて最後に、電
極パッドとなる部分以外の部分を、例えばソルダーレジ
スト9により被覆する(図30(f))。以上の工程を
行うことにより、回路配線基板30上に、上部寸法40
μm、下部寸法50μmの台形状を有する電極パッド1
0を形成することができる。
Then, 50 is formed on the portion corresponding to the electrode pad.
A resist film 38 having a side of μm is formed (FIG. 30).
(C)). Furthermore, using the etching solution described in Example 1 or above, the required portions of the copper 39 and the copper foil 31 are removed by etching, and the etching resist film is also removed by dissolution (FIGS. 30 (d) and 30 (e)). . Then, finally, a portion other than the portion to be the electrode pad is covered with, for example, the solder resist 9 (FIG. 30 (f)). By performing the above steps, the upper dimension 40 is formed on the circuit wiring board 30.
electrode pad 1 having a trapezoidal shape with a bottom dimension of 50 μm
0 can be formed.

【0183】なお、図28、図29及び図30に記載し
た方法は、台形状または逆台形状を有する電極パッドを
形成するための一例を記載したもので、必ずしも本実施
例に記載した方法のみに限定されるものではない。従っ
て、例えばガラスエポキシ基板上に直接銅が配置されて
いる構造のみではなく、異種金属を樹脂基板と銅の間に
介在させること、さらに最上層にニッケル膜などを銅と
はんだ合金の拡散を防止するために介在させることを行
っても良く、その効果が同一な場合は、形成方法及び部
分的構造に関しては、種々に変更可能である。
The method shown in FIGS. 28, 29 and 30 is an example for forming an electrode pad having a trapezoidal shape or an inverted trapezoidal shape, and is not necessarily the method described in this embodiment. It is not limited to. Therefore, for example, not only a structure in which copper is directly arranged on a glass epoxy substrate, but a dissimilar metal is interposed between the resin substrate and copper, and a nickel film or the like is provided on the uppermost layer to prevent the diffusion of copper and the solder alloy. In order to achieve the same effect, if the effect is the same, the forming method and the partial structure can be variously changed.

【0184】例えば、図31は、バリアメタル金属を備
えない逆台形状を有する電極パッド10が形成された回
路配線基板2上に、半導体装置1がフリップチップ実装
された状態を示す図であり、図32は、バリアメタルを
備えない台形状を有する電極パッド10が形成された回
路配線基板2上に、半導体装置1がフリップチップ実装
された状態を示す図である。
For example, FIG. 31 is a diagram showing a state in which the semiconductor device 1 is flip-chip mounted on the circuit wiring board 2 on which the inverted trapezoidal electrode pads 10 having no barrier metal are formed. FIG. 32 is a diagram showing a state in which the semiconductor device 1 is flip-chip mounted on the circuit wiring board 2 on which the trapezoidal electrode pads 10 having no barrier metal are formed.

【0185】実施例11 本実施例では、第1の金属群と回路配線基板上の電極構
成金属間に第3の金属群を配設する構造を有しており、
その詳細について、以下に記載する。
Embodiment 11 This embodiment has a structure in which a third metal group is arranged between the first metal group and the electrode-constituting metals on the circuit wiring board.
The details will be described below.

【0186】第3の金属群は、バンプ電極上に形成する
第2の金属上に連続的に形成する場合と、回路配線基板
の電極パッド上に予め形成しておく場合とがある。例え
ば、第3金属群を半導体装置側の第2の金属上に予め形
成しておく場合は、ボンディングパッド4上に銅柱材6
を形成した上にPb−5%Snはんだ7aを形成し、P
b−63%Sn7bを連続的に積層して、図8に示すよ
うなバンプ電極を形成する。
The third metal group may be continuously formed on the second metal formed on the bump electrodes, or may be previously formed on the electrode pads of the circuit wiring board. For example, when the third metal group is formed in advance on the second metal on the semiconductor device side, the copper pillar material 6 is formed on the bonding pad 4.
Pb-5% Sn solder 7a is formed on the
b-63% Sn7b is continuously laminated to form a bump electrode as shown in FIG.

【0187】次いで、半導体装置を300℃近傍で窒素
雰囲気中でリフローして、Pb−5%Sn7aが充分に
溶融されていないが、Pb−63%Sn7bに関しては
充分に溶融された状態を確保する。この半溶融された状
態のはんだで構成されているバンプ電極を有する半導体
装置1を、回路配線基板2に対してフリップチップ実装
して接続を行うことにより、図33に示す構造を実現す
る。
Then, the semiconductor device is reflowed in a nitrogen atmosphere at about 300 ° C. to ensure that Pb-5% Sn7a is not sufficiently melted but Pb-63% Sn7b is sufficiently melted. . The structure shown in FIG. 33 is realized by flip-chip mounting and connecting the semiconductor device 1 having the bump electrodes composed of the semi-molten solder to the circuit wiring board 2.

【0188】また第3の金属群を回路配線基板上に予め
形成しておく場合は、例えば回路配線基板2上の電極パ
ッド10上にPb−63%Snから構成される共晶はん
だ41を形成しておき、この電極パッドに対向する様に
して、バンプ電極が形成された半導体装置1をフリップ
チップ実装することにより、図34に示す構造を実現す
る。
When the third metal group is previously formed on the circuit wiring board, the eutectic solder 41 made of Pb-63% Sn is formed on the electrode pad 10 on the circuit wiring board 2, for example. Then, the structure shown in FIG. 34 is realized by flip-chip mounting the semiconductor device 1 on which bump electrodes are formed so as to face the electrode pads.

【0189】この半導体装置1上のバンプ電極は、下部
に銅6が配置され、上部にPb−5%Sn7が形成され
た構造を有する場合は、図35(a)及び図35(b)
に示す工程を行うことになる。
When the bump electrode on the semiconductor device 1 has a structure in which copper 6 is arranged in the lower portion and Pb-5% Sn7 is formed in the upper portion, the bump electrodes shown in FIGS. 35 (a) and 35 (b) are used.
The steps shown in are to be performed.

【0190】また、半導体装置1上のバンプ電極が中心
部に銅6が配置され周囲をPb−5%Snで形成された
はんだ7により球状に被覆されている場合は、図36
(a)及び図36(b)に示す工程を行うことになる。
Further, when the bump electrode on the semiconductor device 1 is covered with the solder 6 formed of Pb-5% Sn in a spherical shape and the copper 6 is arranged in the center, the bump electrode shown in FIG.
The steps shown in FIGS. 36A and 36B are performed.

【0191】いずれの場合を行っても、各々はんだが形
成された部分を相互接続する形でフリップチップ実装リ
フローすることで図33に示す構造が実現される。
In either case, the structure shown in FIG. 33 is realized by flip-chip mounting reflow in such a manner that the solder-formed portions are interconnected.

【0192】なお、半導体装置1上のバンプ電極に融点
が異なる、例えば第2または第3金属群を配置する方法
を行う場合も、回路配線基板2上にはんだ合金を予備形
成しておく場合も、本実施例に示した様な方法を組み合
わせることにより、図34に示すように、異なる金属層
が3層以上積層された構造を実現することが可能にな
る。
Note that in the case where a method of arranging the second or third metal group having different melting points on the bump electrodes on the semiconductor device 1 is performed, or in the case where the solder alloy is preformed on the circuit wiring board 2, By combining the methods as shown in this embodiment, it is possible to realize a structure in which three or more different metal layers are stacked as shown in FIG.

【0193】更に、本実施例の場合、第1金属群6と回
路配線基板2の電極パッド10間に配置される隙間部分
の第2金属群または第3金属群が、他の第2金属群また
は第3金属群に比較して最も低ヤング率または低融点で
あることが望ましいが、逆に高融点であっても良く、こ
の第1金属群6及び回路回線基板2の電極パッド10間
に配置される隙間部分の第2金属群が、他の部分を構成
する第2金属群に比較してその物性が応力歪みに対して
耐性ある物性を有していれば、本発明の範囲内におい
て、他の特性に関しては何ら限定するものではない。
Further, in the case of this embodiment, the second metal group or the third metal group in the gap portion arranged between the first metal group 6 and the electrode pad 10 of the circuit wiring board 2 is the other second metal group. Alternatively, it is desirable that the Young's modulus or the melting point is the lowest as compared with the third metal group, but on the contrary, the Young's modulus or the melting point may be high, and between the first metal group 6 and the electrode pad 10 of the circuit line board 2. Within the scope of the present invention, if the second metal group of the arranged gap portion has physical properties that are resistant to stress strain as compared with the second metal group that constitutes the other portion. The other characteristics are not limited in any way.

【0194】実施例12 本実施例に係る方法では、バンプ構造を構成するパラメ
ータとして、第1金属群の寸法構造と回路配線基板上の
電極パッドの構造寸法、及び第1金属群と電極パッド間
の隙間寸法、及びバンプ電極の幅寸法を応力に対して強
固な構造にする範囲設定を行うっている。
Example 12 In the method according to this example, as parameters constituting the bump structure, the dimensional structure of the first metal group and the structural size of the electrode pad on the circuit wiring board, and the space between the first metal group and the electrode pad were used. The gap dimension and the width dimension of the bump electrode are set in a range that makes the structure strong against stress.

【0195】図37は、第1金属群6の厚みが回路配線
基板2上の電極10の厚みよりも厚い場合において、電
極間の隙間寸法Gを、G1 、G2 、G3 と変えた場合の
状態を示す。第1金属群6と電極パッド10との隙間G
が小さくなるのに伴って、バンプ電極内に充填される第
1金属群6の割合が高くなるため、バンプ電極サイズが
微細になってもバンプ高さを高くできるが、応力歪みに
よるバンプ電極変形を充分に吸収できなくなるため、逆
に信頼性寿命が低下する。ところが、第1金属群6と電
極パッド10間の隙間部分においてバンプ電極径を最も
大きくすると、信頼性寿命が低下することはない。
In FIG. 37, when the thickness of the first metal group 6 is thicker than the thickness of the electrode 10 on the circuit wiring board 2, the gap dimension G between the electrodes is changed to G 1 , G 2 and G 3 . The case is shown. Gap G between the first metal group 6 and the electrode pad 10
Since the ratio of the first metal group 6 filled in the bump electrode becomes higher as the bump electrode becomes smaller, the bump height can be made higher even if the bump electrode size becomes fine. However, the reliability life is shortened. However, if the diameter of the bump electrode is maximized in the gap between the first metal group 6 and the electrode pad 10, the reliability life will not decrease.

【0196】図38は太鼓型バンプ電極を形成するため
に必要なバンプ電極構造パラメータの関係をす図であ
る。ボンディングパッド寸法(l1 )よりも大きく形成
されているバリアメタル寸法(l2 )であることが好ま
しい寸法関係において、バリアメタル寸法は高融点金属
の上部寸法(l4 )よりも小さく形成され、さらに回路
配線基板2の電極パッド10のの幅寸法L2 が電極パッ
ド10の上部寸法L1 よりも小さい相互関係を有すると
き、バンプ電極構造は第1の金属群6を構成する高融点
金属群の外形状に添った太鼓型を有することになる。
FIG. 38 is a diagram showing the relationship of the bump electrode structure parameters necessary for forming the drum-shaped bump electrode. In the dimensional relationship in which the barrier metal dimension (l 2 ) is preferably formed larger than the bonding pad dimension (l 1 ), the barrier metal dimension is formed smaller than the upper dimension (l 4 ) of the refractory metal, Further, when the width dimension L 2 of the electrode pad 10 of the circuit wiring board 2 has a mutual relationship smaller than the upper dimension L 1 of the electrode pad 10, the bump electrode structure has a refractory metal group that constitutes the first metal group 6. It will have a drum shape that conforms to the outer shape of.

【0197】さらに図39に示すような寸法関係の構造
パラメータを有するときは、つづみ型バンプ構造とな
る。即ち、ボンディングパッド寸法l1 よりも大きく形
成されているバリアメタル寸法l2 が高融点金属の上部
寸法l4 よりも大きく形成され、さらに回路配線基板2
側の電極パッド10の幅寸法L2 が電極パッド10の上
部寸法L1 よりも大きく形成されている相互関係を有す
るとき、バンプ電極構造は第1金属群6の隅に添った形
状を有する、図39に示すようなつづみ型になる。この
ときは、第1金属群6と電極パッド10の少なくとも一
部分が例えばガラスエポキシ基板部分に接触しているこ
とにより、図39の構造を有するバンプ電極が設定可能
になる。
Further, when the structure parameters having the dimensional relations as shown in FIG. 39 are provided, a staggered bump structure is formed. That is, the barrier metal dimension l 2 formed to be larger than the bonding pad dimension l 1 is formed to be larger than the upper dimension l 4 of the refractory metal, and the circuit wiring board 2
When the width dimension L 2 of the side electrode pad 10 is larger than the upper dimension L 1 of the electrode pad 10, the bump electrode structure has a shape along the corner of the first metal group 6. It becomes a staggered type as shown in FIG. At this time, since the first metal group 6 and at least a part of the electrode pad 10 are in contact with, for example, the glass epoxy substrate part, the bump electrode having the structure of FIG. 39 can be set.

【0198】以上記載した太鼓型及びつづみ型バンプ電
極構造は、以下に説明する構造パラメータにおいて適切
化される。即ち、バンプ電極を構成する薄膜金属群の幅
寸法l2 、及び回路配線基板2の電極パッド10の下部
寸法W0 (L2 )がそれらの金属によって挟まれる隙間
部分において、太鼓型バンプ構造を有するときは、図4
0に示すように、W1 が最も大きくなる関係l2 ,W0
(L2 )<W1 を示し、さらにつづみ型バンプであると
きは、図41に示すようにW2 が最も小さくなる関係、
2 ,W0 (L2 )>W1 を示す構造である。以上のよ
うに構造パラメータを設定することにより、従来技術で
は極めて厳密なはんだ量制御を必要としていた方法が必
要なくなり、極めて容易な方法で太鼓型またはつづみ型
バンプ電極を構成できる。
The drum-shaped and claw-shaped bump electrode structures described above are optimized in the structural parameters described below. That is, a drum-shaped bump structure is formed in a gap portion where the width dimension l 2 of the thin film metal group forming the bump electrode and the lower dimension W 0 (L 2 ) of the electrode pad 10 of the circuit wiring board 2 are sandwiched by those metals. When you have,
As shown in 0, the relationship W 1 is the largest l 2, W 0
(L 2 ) <W 1, and when the bump is a staggered type bump, W 2 is the smallest as shown in FIG. 41.
It is a structure showing l 2 , W 0 (L 2 )> W 1 . By setting the structural parameters as described above, the method which requires extremely strict control of the solder amount in the conventional technique is not required, and the drum-shaped or staggered bump electrode can be configured by an extremely easy method.

【0199】実施例13 本発明に係るバンプ電極を備えた半導体装置をフリップ
チップ実装した実装構造体の性能を評価したところ、以
下の結果を得た。
Example 13 The following results were obtained when the performance of a mounting structure in which a semiconductor device having bump electrodes according to the present invention was flip-chip mounted was evaluated.

【0200】図42は、温度サイクル試験(−55℃
(30min)〜25℃(5min)〜150℃(30
min)〜25℃(5min))を行った場合における
50%累積不良率を示す疲労寿命サイクル数Nf50を第
2金属群を構成するはんだ合金のヤング率に対して示し
た結果である。はんだ合金は共晶はんだを用いた場合で
評価した。
FIG. 42 shows a temperature cycle test (-55 ° C.).
(30 min) to 25 ° C (5 min) to 150 ° C (30
(min) to 25 ° C. (5 min)) is a result showing the fatigue life cycle number Nf 50 showing the 50% cumulative defective rate with respect to the Young's modulus of the solder alloy constituting the second metal group. The solder alloy was evaluated when eutectic solder was used.

【0201】第1金属群周囲に配置する第2金属群は、
ヤング率が低いとき、Nf50が高い値を示す高信頼性を
有することが解る。ところが、ヤング率が高い場合、比
較的信頼性寿命は低下する傾向を示し、ヤング率が0.
55×10-12 以上のときはほぼ一定の信頼性寿命を示
すようになる。従ってバンプ電極の応力歪みに対する信
頼性寿命は、第2金属群のヤング率が低いほど高くする
ことができることが解った。なお、第2金属群を構成す
る例えばはんだ合金のヤング率は、代表的には第2金属
群を構成する金属群の材料及びその組成構成を変更する
ことで実現できる。
The second metal group disposed around the first metal group is
It can be seen that when the Young's modulus is low, Nf 50 has a high reliability with a high value. However, when the Young's modulus is high, the reliability life tends to be relatively short, and the Young's modulus is 0.
When it is 55 × 10 −12 or more, the reliability life becomes almost constant. Therefore, it was found that the reliability life of the bump electrode against stress strain can be increased as the Young's modulus of the second metal group is lower. The Young's modulus of, for example, a solder alloy forming the second metal group can be typically realized by changing the material and composition of the metal group forming the second metal group.

【0202】更に、図43は、第2金属群を構成するは
んだ合金の融点に対する疲労寿命サイクル数Nf50を測
定した結果である。はんだ合金は共晶はんだで評価し
た。第2金属群であるはんだ合金の融点が低いときは、
疲労寿命サイクル数Nf50が低い値を示すが、融点が高
くなるのに伴って信頼性寿命は向上し、概ね350℃近
傍以上において飽和する傾向を示する。
Further, FIG. 43 shows the results of measuring the fatigue life cycle number Nf 50 with respect to the melting point of the solder alloy forming the second metal group. The solder alloy was evaluated by eutectic solder. When the melting point of the solder alloy that is the second metal group is low,
Although the fatigue life cycle number Nf 50 shows a low value, the reliability life improves as the melting point increases, and tends to saturate at around 350 ° C. or higher.

【0203】従って、バンプ電極の応力歪みに対する信
頼性寿命は、融点が高いほど高くなることが解った。な
お、第2金属群は第1金属群との融点の比較であり、第
1金属群よりも低い値であればその温度範囲、及び第3
金属群との融点に関する組み合わせは必ずしも限定され
るものではない。
Therefore, it was found that the reliability life of the bump electrode against stress strain increases as the melting point increases. The second metal group is a comparison of melting points with the first metal group, and if the value is lower than that of the first metal group, the temperature range and the third metal group
The combination regarding the melting point with the metal group is not necessarily limited.

【0204】また、図44は、第2金属群を構成するは
んだ合金の密度に対するバンプ電極中に残留する応力の
関係を示した結果である。共晶はんだ組成を電気メッキ
法を用いて形成し、フリップチップ実装するためにリフ
ローすると、通常は図44に示す密度範囲において圧縮
応力を示す傾向を有するが、はんだ合金の密度が低密度
側または高密度側に移行すると、引張応力を示す様にな
るため応力歪みに対するバンプ電極破壊を防止できると
ともに、フリップチップ実装した場合においてもバンプ
電極内の応力歪みを緩和できるため、信頼性寿命を向上
できる。なお、図42、図43、図44に示した結果
は、実施例7に記載した第2金属群の組み合わせ金属群
においても同様に得られた。
FIG. 44 shows the relationship between the density of the solder alloy constituting the second metal group and the stress remaining in the bump electrodes. When a eutectic solder composition is formed by electroplating and reflowed for flip-chip mounting, it usually has a tendency to exhibit compressive stress in the density range shown in FIG. When it shifts to the high density side, it shows tensile stress, so that it is possible to prevent the bump electrode from breaking due to stress strain, and the stress strain inside the bump electrode can be relaxed even when flip-chip mounting, so the reliability life can be improved. . The results shown in FIGS. 42, 43, and 44 were similarly obtained in the combined metal group of the second metal group described in Example 7.

【0205】図45は、回路配線基板電極の電極上部寸
法L1 と下部電極寸法L3 の比L1/L3 に対する疲労
寿命サイクル数Nf50の関係を示したものである。従っ
て、L1 /L3 <1のときは台形状、L1 /L3 >1の
ときは逆台形状を有する。信頼性寿命はL1 /L3 =1
近傍で最小値を示し、その両側でNf50が向上する傾向
を有する。
FIG. 45 shows the relationship between the fatigue life cycle number Nf 50 and the ratio L 1 / L 3 of the electrode upper dimension L 1 and the lower electrode dimension L 3 of the circuit wiring board electrode. Therefore, it has a trapezoidal shape when L 1 / L 3 <1, and an inverted trapezoidal shape when L 1 / L 3 > 1. Reliability life is L 1 / L 3 = 1
It has a minimum value in the vicinity and tends to have an improved Nf 50 on both sides thereof.

【0206】半導体装置側に配設する柱材となる第1の
金属群が逆台形状を有している場合、半導体装置側と同
様に引く抜き強度が向上する。台形状を有している場合
は、応力歪みに対して強固な構造となるとともに、充分
に溶融されていないはんだで接続するときは、組成変形
により押しつぶして接続する方法が容易になる。
When the first metal group serving as the pillar material arranged on the semiconductor device side has an inverted trapezoidal shape, the pulling strength is improved similarly to the semiconductor device side. In the case of having a trapezoidal shape, the structure becomes strong against stress strain, and when connecting with a solder that is not sufficiently melted, the method of crushing due to composition deformation and connecting becomes easy.

【0207】即ち、回路配線基板の電極パッド構造が垂
直ではなくて、台形状または逆台形状を有しているとき
に信頼性寿命が向上することが解った。一方、図46は
第1金属群の薄膜金属群と接する角度θと、疲労寿命サ
イクル数Nf50との関係を示すグラフである。角度が9
0°以下の領域において信頼性寿命は最も高い値を示す
が、角度が小さくなりすぎると逆に信頼性寿命が低下す
ることが解る。最も信頼性寿命が高い角度は、90°よ
りも小さい80°近傍であった。
That is, it has been found that the reliability life is improved when the electrode pad structure of the circuit wiring board is not vertical but has a trapezoidal shape or an inverted trapezoidal shape. On the other hand, FIG. 46 is a graph showing the relationship between the angle θ of contact with the thin film metal group of the first metal group and the fatigue life cycle number Nf 50 . Angle 9
Although the reliability life has the highest value in the region of 0 ° or less, it can be seen that the reliability life decreases conversely when the angle becomes too small. The angle with the highest reliability life was around 80 °, which is smaller than 90 °.

【0208】図47は、薄膜金属群の幅寸法(l2 )に
占める第1の金属群の下部寸法(l3 )と、疲労寿命サ
イクル数Nf50との関係を示すグラフである。バンプ高
さに占める金属間隙間G/hが0.8、ボンディングパ
ッド寸法が40μm幅の場合で評価した。
FIG. 47 is a graph showing the relationship between the lower dimension (l 3 ) of the first metal group in the width dimension (l 2 ) of the thin film metal group and the fatigue life cycle number Nf 50 . The evaluation was performed when the gap G / h between the metals occupying the bump height was 0.8 and the bonding pad size was 40 μm width.

【0209】幅寸法において、第1金属群の割合が高く
なると、信頼性寿命はいずれのバンプ電極高さにおいて
も低下するが、割合(l3 /l2 )が概ね0.75近傍
から一定値に収束する傾向を有する。ところが逆に、バ
ンプ電極高さが高くなると、信頼性は向上する。この結
果は、バンプ電極高さを高くするために配置する金属は
その割合が高くなると信頼性寿命は低下させることにな
るが、ある一定値以上のバンプ電極高さになると、たと
えバンプ電極内に金属を配置しても、従来の技術で製造
したバンプ電極の信頼性寿命を凌駕して信頼性寿命が向
上することを意味している。特に、これまでは銅の占め
る比が0における30μm高さ程度のバンプ電極につい
て行われてきたが、バンプ高さを高くすることにより、
信頼性寿命は従来以上に向上することが明らかになっ
た。
In the width dimension, when the ratio of the first metal group increases, the reliability life decreases at any bump electrode height, but the ratio (l 3 / l 2 ) is a constant value from around 0.75. Tend to converge to. On the contrary, when the bump electrode height increases, the reliability improves. As a result, the reliability life of the metal arranged to increase the height of the bump electrode is shortened if the proportion thereof is increased, but if the height of the bump electrode exceeds a certain value, Even if the metal is arranged, it means that the reliability life of the bump electrode manufactured by the conventional technique is exceeded and the reliability life is improved. In particular, until now, the bump electrode having a copper occupancy ratio of about 30 μm in height has been used. However, by increasing the bump height,
It has been revealed that the reliability life is improved more than ever before.

【0210】更に、図48は、第1金属群のアスペクト
比(1−G/h)/l3 と、疲労寿命サイクル数との関
係を示すグラフである。ボンディングパッドの幅寸法は
40μmの場合で評価した。図47に示した結果は、幅
寸法方向の第1金属群占有率に対して信頼性を評価した
結果であるが、図48は、縦方向の第1金属群占有率を
評価した信頼性の結果である。
Further, FIG. 48 is a graph showing the relationship between the aspect ratio (1-G / h) / l 3 of the first metal group and the fatigue life cycle number. The width dimension of the bonding pad was evaluated in the case of 40 μm. The result shown in FIG. 47 is the result of evaluating the reliability with respect to the first metal group occupancy in the width direction, while FIG. 48 shows the result of evaluating the reliability with respect to the first metal group occupancy in the vertical direction. The result.

【0211】この場合においても、第1金属群のバンプ
電極内に占有する体積は、アスペクト比が高くなるのに
伴って増加することを意味しているため、基本的にはア
スペクト比が高くなるのに伴って信頼性寿命は低下する
と考えられる。実際に信頼性寿命を評価した結果も、ア
スペクト比が高くなるのに伴って信頼性寿命は低下す
る。
Also in this case, it means that the volume occupied in the bump electrodes of the first metal group increases as the aspect ratio increases, so that the aspect ratio basically increases. It is considered that the reliability life is shortened as a result. As a result of actually evaluating the reliability life, the reliability life decreases as the aspect ratio increases.

【0212】ところが、図47に示した結果と同様に、
ある一定値以上のバンプ電極高さを有するバンプ電極で
は、たとえアスペクト比が高くなっても従来の技術で製
造した第1の金属群が形成されていないバンプ電極の信
頼性以上の信頼性を有することが解る。
However, similar to the result shown in FIG. 47,
A bump electrode having a bump electrode height of a certain value or more has a reliability higher than that of the bump electrode in which the first metal group manufactured by the conventional technique is not formed even if the aspect ratio becomes high. I understand.

【0213】また、バンプ電極パッド上に応力歪みの緩
和を目的にして、比較的応力の高いニッケル膜などをバ
ンプ電極に被膜せずに銅柱材のみでバンプ電極構造を実
現しようとする場合は、銅厚が厚いとはんだ拡散により
はんだ部分と回路配線基板の電極パッドで剥離が生じて
しまう。このため、銅を厚く形成してはんだ拡散を防止
することが有効となる。この様な場合には、銅寸法をバ
リアメタル寸法と同一にすると、応力が高い膜では剥離
が生じてしまうので、比較的寸法幅の小さな金属群を厚
く形成することが有効になってくる。
In order to reduce the stress strain on the bump electrode pad, if the bump electrode structure is to be realized only by the copper pillar material without coating the bump electrode with a relatively high stress nickel film or the like, If the copper thickness is large, the solder portion may be separated from the electrode pad of the circuit wiring board due to the solder diffusion. Therefore, it is effective to form copper thickly to prevent solder diffusion. In such a case, if the copper size is made the same as the barrier metal size, peeling will occur in a film with high stress, so it is effective to form a metal group having a relatively small size width to be thick.

【0214】図49は、第1金属群の電極間距離である
隙間Gが、バンプ高さhに占めるギャップ比G/hに対
する疲労寿命サイクル数の関係を示す。ギャップ比が大
きくなることは、隙間部分寸法が大きくなることであ
り、ギャップ比G/hが小さくなることは、隙間部分が
小さくなることである。隙間部分寸法が小さくなるほど
バンプ電極高さを高くでき、更に微細化するバンプ電極
にも対応可能であることを意味する。
FIG. 49 shows the relationship between the fatigue life cycle number and the gap ratio G / h in which the gap G, which is the distance between the electrodes of the first metal group, occupies the bump height h. Increasing the gap ratio means increasing the size of the gap portion, and decreasing the gap ratio G / h means decreasing the gap portion. This means that the bump electrode height can be increased as the size of the gap portion becomes smaller, and it is possible to cope with the bump electrode which is further miniaturized.

【0215】ギャップ比G/hが小さくなるほど信頼性
寿命は低下するが、バンプ電極高さが高いほどギャップ
比の不足分を補って信頼性寿命が向上する傾向を有して
いる。従って、ある一定以上のバンプ電極高さを保持す
るようにギャップ比を適切化することにより、従来の技
術で製造したバンプ電極以上の信頼性寿命を達成できる
ことがわかる。
The smaller the gap ratio G / h is, the shorter the reliability life is. However, the higher the bump electrode height is, the more the reliability life is improved by compensating for the insufficient gap ratio. Therefore, it can be seen that by optimizing the gap ratio so as to maintain the bump electrode height above a certain level, it is possible to achieve more reliable life than the bump electrode manufactured by the conventional technique.

【0216】図50は、太鼓型バンプ電極を構成する薄
膜金属幅寸法W0 とバンプ電極中央部の最大バンプ電極
径W1 との比W1 /W0 と、信頼性寿命サイクル数Nf
50との関係を示すグラフである。信頼性寿命は、W1
大きくなる寸法設定においてNf50が向上する傾向を有
しており、さらにギャップ比G/hが大きいほど向上す
る。ところが、W1 /W0 を大きくした場合は、微細化
に対応できなくなり、G/hを大きくした場合も同様に
1 /W0 が大きくなり、微細化に対応できなくなるた
め、必要とする信頼性寿命と形成するバンプ径との間で
任意に設定する必要があることがわかった。
FIG. 50 shows the ratio W 1 / W 0 between the width W 0 of the thin film metal forming the drum-shaped bump electrode and the maximum diameter W 1 of the bump electrode at the center of the bump electrode, and the reliability life cycle number Nf.
It is a graph which shows the relationship with 50 . The reliability life tends to improve Nf 50 in the dimension setting in which W 1 increases, and further increases as the gap ratio G / h increases. However, when W 1 / W 0 is increased, it becomes impossible to cope with miniaturization, and when G / h is increased, W 1 / W 0 is also increased and it becomes impossible to cope with miniaturization. It was found that it is necessary to arbitrarily set between the reliability life and the diameter of the bump to be formed.

【0217】図51は、つづみ型バンプ電極を構成する
薄膜金属幅寸法W0 とバンプ電極中央部の最大バンプ電
極径W2 との比W2 /W0 と、信頼性寿命サイクル数N
50との関係を示すグラフである。信頼性寿命は、W2
/W0 がl3 >W2 /W0 >1の範囲内において最大と
なり、バンプ電極高さが高いほど高くなることがわかっ
た。
FIG. 51 shows the ratio W 2 / W 0 between the width W 0 of the thin film metal forming the staggered bump electrode and the maximum diameter W 2 of the bump electrode at the center of the bump electrode, and the number N of reliable life cycles.
is a graph showing the relationship between f 50. Reliability life is W 2
/ W 0 is becomes maximum within a range of l 3> W 2 / W 0 > 1, it was found that the higher the higher the bump electrode height.

【0218】なお、W2 /W0 >1のとき、信頼性寿命
は、図38及び図39に記載したバンプ電極構造パラメ
ータを排除して、はんだ量とギャップ比だけで制御した
太鼓型バンプ電極構造になる場合を示している。従っ
て、本発明の一実施例に係るつづみ型バンプ電極構造で
は、少なくとも薄膜金属寸法よりも最大バンプ電極径が
小さいことが、信頼性寿命を向上させる必要条件とな
る。
When W 2 / W 0 > 1, the drum-shaped bump electrode whose reliability life is controlled by only the solder amount and the gap ratio by excluding the bump electrode structural parameters shown in FIGS. 38 and 39. It shows the case where it becomes a structure. Therefore, in the staggered bump electrode structure according to the embodiment of the present invention, it is a necessary condition that the maximum bump electrode diameter is smaller than at least the thin film metal size to improve the reliability life.

【0219】更に、上述した半導体装置と回路配線基板
の電極パッド間距離は、半導体装置自体の熱放散性に基
づく信頼性寿命に大きく影響する。図52は、半導体装
置−回路配線基板間距離(G)とバンプ電極高さ(h)
とのギャップ比(G/h)と、熱伝導率との関係を示す
グラフである。図52のグラフから、ギャップ距離
(G)が小さくなり、G/hが1に近づくにつれて、熱
伝導性は向上するが、G/h=0.5を越えた近傍から
飽和する傾向を示している。
Furthermore, the distance between the electrode pad of the semiconductor device and the electrode pad of the circuit wiring board described above greatly affects the reliability life due to the heat dissipation of the semiconductor device itself. FIG. 52 shows the distance (G) between the semiconductor device and the circuit wiring board and the bump electrode height (h).
It is a graph which shows the relationship between the gap ratio (G / h) with and thermal conductivity. As shown in the graph of FIG. 52, as the gap distance (G) becomes smaller and G / h approaches 1, the thermal conductivity improves, but it tends to saturate from the vicinity of G / h = 0.5 or more. There is.

【0220】従って、熱伝導性はギャップGが大きく離
れているときは向上しないが、ある程度距離が近づくと
向上し、極めて放熱性が向上することがわかった。この
結果は、G/hが0.5を越えた近傍から信頼性寿命が
ほぼ一定値を示すようになり、信頼性が低下しないこと
を意味しており、実際に図52に記載した結果と良く一
致している。
Therefore, it was found that the thermal conductivity does not improve when the gap G is large apart, but improves when the distance approaches to a certain extent, and the heat dissipation property improves significantly. This result means that the reliability life begins to show a substantially constant value from the vicinity of G / h exceeding 0.5, and the reliability does not decrease. It agrees well.

【0221】図53は、第1の金属群である例えば銅中
に炭素、硫黄を分散させて信頼性を評価した結果であ
る。バンプ電極高さが100μm、ボンディングパッド
幅寸法40μmで評価した。銅中に炭素、硫黄を分散さ
せた金属をバンプ電極中に配設した場合は、炭素、硫黄
濃度の増加に伴って信頼性寿命は増加するが、炭素40
wt%、硫黄30wt%程度を越えた範囲からは逆に信
頼性寿命Nf50は低下する。
FIG. 53 shows the results of evaluating reliability by dispersing carbon and sulfur in the first metal group such as copper. The bump electrode height was 100 μm and the bonding pad width dimension was 40 μm. When a metal in which carbon and sulfur are dispersed in copper is provided in the bump electrode, the reliability life increases as the carbon and sulfur concentrations increase.
On the contrary, the reliability life Nf 50 decreases from the range in which the wt% and the sulfur exceed about 30 wt%.

【0222】同様の結果は図54に示すように、第2の
金属群であるはんだ中に炭素、硫黄、酸素を分散させた
金属においても得られている。炭素が40wt%、硫黄
30wt%、酸素10wt%までは信頼性寿命は向上す
るにも関わらず、この範囲を越えると逆に信頼性寿命は
減少することがわかった。以上に示した図53及び図5
4の結果は、以下に説明するバンプ電極を構成するバン
プ電極材料の物性により明らかになった。
As shown in FIG. 54, similar results are obtained with a metal in which carbon, sulfur and oxygen are dispersed in the second metal group, solder. It was found that the reliability life is improved up to 40 wt% of carbon, 30 wt% of sulfur, and 10 wt% of oxygen, but the reliability life is decreased when the content exceeds this range. 53 and 5 shown above.
The result of No. 4 was clarified by the physical properties of the bump electrode material constituting the bump electrode described below.

【0223】図55は、第1の金属群である銅中に炭素
及び硫黄元素を分散配置させて熱伝導率を評価した結果
である。銅中に炭素を分散させた場合は概ね40wt%
近傍まで順次減少する傾向を有するが、硫黄を分散配置
させた場合は10〜30wt%で最小値を示し、30w
t%以上で増加した後は一定値を示している。
FIG. 55 shows the results of evaluating the thermal conductivity by dispersively disposing carbon and sulfur elements in copper which is the first metal group. Approximately 40 wt% when carbon is dispersed in copper
It has a tendency to gradually decrease to the vicinity, but when sulfur is dispersed and arranged, it shows the minimum value at 10 to 30 wt% and 30 w
After increasing at t% or more, it shows a constant value.

【0224】この結果は、バンプ電極高さを高くするた
めに用いる第1金属群中の応力を減少させる炭素及び硫
黄分散濃度範囲においては、同時に応力歪みの原因の一
つとなる熱放散性を良好にすることを意味している。特
にこの傾向は、炭素濃度が4wt%、硫黄濃度が3wt
%以下のときに著しい。
This result shows that in the carbon and sulfur dispersion concentration range where the stress in the first metal group used for increasing the bump electrode height is reduced, the heat dissipation property, which is one of the causes of stress distortion, is good at the same time. Is meant to In particular, this tendency shows that the carbon concentration is 4 wt% and the sulfur concentration is 3 wt.
It is remarkable when it is less than or equal to%.

【0225】同様の結果は、はんだ中に炭素、硫黄、及
び酸素を分散配置させた場合にも得られた。従って、図
52に示したギャップ比G/hが0.5を越えた近傍か
ら一定値に近づき飽和する傾向は、ギャップ寸法Gの影
響よりも熱伝導性の影響が放熱性に与える影響を上まわ
り、結果として信頼性寿命を向上させていることがわか
った。このため、微細なバンプ電極のバンプ高さを高く
するためにギャップ寸法Gを小さくしても、信頼性寿命
は低下しない構造を実現できる。
Similar results were obtained when carbon, sulfur, and oxygen were dispersed in solder. Therefore, the tendency of the gap ratio G / h shown in FIG. 52 to approach a certain value and become saturated from the vicinity of exceeding 0.5 exceeds the influence of the thermal conductivity on the heat dissipation more than the influence of the gap dimension G. It was found that the reliability life was improved as a result. Therefore, even if the gap dimension G is reduced in order to increase the bump height of the fine bump electrode, a structure in which the reliability life is not reduced can be realized.

【0226】更に、図56は、第2金属群であるはんだ
合金中に炭素、硫黄及び酸素を分散配置させた場合のヤ
ング率を評価した結果である。はんだ中に炭素を分散さ
せた場合は40wt%、硫黄を分散させた場合は30w
t%、酸素を分散させた場合は10wt%以下の領域に
おいて、ヤング率が低い値を示すことがわかった。
Further, FIG. 56 shows the results of evaluating the Young's modulus when carbon, sulfur and oxygen are dispersed and arranged in the solder alloy which is the second metal group. 40 wt% when carbon is dispersed in solder, 30 w when sulfur is dispersed
It was found that the Young's modulus shows a low value in the region of 10% by weight or less when t% and oxygen are dispersed.

【0227】従って、図54に示すような炭素40wt
%、硫黄30wt%、酸素10wt%以下の領域におい
ては、ヤング率が小さくなっているため、発生する応力
歪みが緩和され、信頼性寿命が最も高くなることが解っ
た。特にこの傾向は、炭素4wt%、硫黄3wt%、酸
素1wt%以下のとき著しい。なお、本実施例では特に
記載しなかったが、銅が50wt%以下ではんだ中に拡
散、分散された場合も同様の効果が得られた。
Therefore, carbon 40 wt as shown in FIG.
%, Sulfur 30 wt% and oxygen 10 wt% or less, the Young's modulus was small, so that the stress strain generated was relaxed and the reliability life was maximized. This tendency is particularly remarkable when carbon is 4 wt%, sulfur is 3 wt%, and oxygen is 1 wt% or less. Although not particularly described in this example, similar effects were obtained when copper was diffused and dispersed in the solder at 50 wt% or less.

【0228】通常、フリップチップ実装するときのはん
だのリフローは、はんだ合金の酸化を防止するため、窒
素中で充分に酸素濃度を下げて行うが、概ね100pp
m以下でリフローするか、またはリフローする前のはん
だ合金中に40wt%以下の酸素を分散させておくと、
フリップチップ実装後において10wt%以下の酸素濃
度範囲を実現できる。
Usually, reflow of solder at the time of flip-chip mounting is carried out by sufficiently lowering the oxygen concentration in nitrogen in order to prevent the oxidation of the solder alloy, but it is about 100 pp.
reflow at m or less, or if 40 wt% or less of oxygen is dispersed in the solder alloy before reflow,
An oxygen concentration range of 10 wt% or less can be realized after flip chip mounting.

【0229】なお、図56に示した結果は、実施例7に
記載した図17に示した組合わせ金属群においても同様
に得られた。
The results shown in FIG. 56 were obtained similarly in the combination metal group shown in FIG. 17 described in Example 7.

【0230】実施例14 本発明の特徴を備えたバンプ電極は、ボンディングパッ
ド寸法がファインピッチになり、形成するバンプ電極を
小さくする必要が生じる場合でも、充分にバンプ電極が
形成可能であった。
Example 14 With the bump electrode having the features of the present invention, the bump electrode could be sufficiently formed even when the bonding pad size became a fine pitch and the bump electrode to be formed needed to be made small.

【0231】図57は、バンプ電極中に柱材を配置する
ことにより、従来の方法では形成不可能であったバンプ
電極ピッチでも形成可能になることを示す。そうするこ
とにより、さらに信頼性寿命を向上するために必要なバ
ンプ電極高さをも同時に確保できる。
FIG. 57 shows that by arranging a pillar material in the bump electrodes, it becomes possible to form bump electrode pitches that could not be formed by the conventional method. By doing so, the bump electrode height necessary for further improving the reliability life can be secured at the same time.

【0232】図58は、第1金属群と回路配線基板との
電極パッド距離Gがバンプ電極高さhに占有するギャッ
プ比G/hと、形成可能なバンプ電極高さとの関係を示
すグラフである。図58から、ギャップ比G/hが0に
近づくにつれて、形成可能なバンプ電極高さは向上す
る。当然ながらボンディングパッド寸法が大きくなるに
つれて形成可能なバンプ電極高さは向上する。ところ
が、G/h=0.5近傍からはG/hが小さくなって
も、ほぼ一定の値を示すようになる。この結果から、バ
ンプ電極内に柱材となる第1金属群を配置することによ
り、明らかにバンプ電極高さを高くでき、信頼性寿命を
向上できることがわかる。
FIG. 58 is a graph showing the relationship between the gap ratio G / h in which the electrode pad distance G between the first metal group and the circuit wiring board occupies the bump electrode height h and the bump electrode height that can be formed. is there. From FIG. 58, the height of the bump electrode that can be formed increases as the gap ratio G / h approaches 0. Naturally, the bump electrode height that can be formed increases as the size of the bonding pad increases. However, from the vicinity of G / h = 0.5, even if G / h becomes small, it becomes almost constant. From this result, it can be seen that the bump electrode height can be obviously increased and the reliability life can be improved by disposing the first metal group serving as the pillar material in the bump electrode.

【0233】図59は、フリップチップ実装した半導体
装置実装構造体のギャップ比G/hと、形成可能な最小
バンプ電極径との関係を示すグラフである。従来の技術
であるギャップ比が1に近いときはバンプ電極径を小さ
くできないが、ギャップ比が小さくなるのに伴って形成
可能なバンプ電極径は小さくでき、概ね0.5近傍から
一定の値を示す様になる。
FIG. 59 is a graph showing the relationship between the gap ratio G / h of the semiconductor device mounting structure flip-chip mounted and the minimum bump electrode diameter that can be formed. The bump electrode diameter cannot be reduced when the gap ratio is close to 1, which is a conventional technique, but the bump electrode diameter that can be formed can be reduced as the gap ratio becomes smaller. As shown.

【0234】これらの結果から、ある程度ギャップ比を
小さくすれば、形成するバンプ電極の高さを高くできる
とともに、バンプ電極径も小さくできるため、必ずしも
ギャップ比G/hを0近傍にする必要のないことがわか
った。
From these results, the height of the bump electrode to be formed can be increased and the diameter of the bump electrode can be decreased by reducing the gap ratio to some extent, so that the gap ratio G / h does not necessarily have to be near zero. I understood it.

【0235】実施例15 本発明の半導体装置実装構造体のバンプ電極は、第1金
属群厚みが回路配線基板の電極厚みより厚い場合におい
て効果を発揮することを、前記実施例において記載し
た。
Example 15 It has been described in the above examples that the bump electrode of the semiconductor device mounting structure of the present invention exerts its effect when the thickness of the first metal group is thicker than the electrode thickness of the circuit wiring board.

【0236】図60(a)は、本実施例に係る半導体装
置実装構造体のバンプ電極構造を示し、構造パラメータ
はH>H0 である。ところが、実施例13に示した性能
評価を行ったところ、図60に示す構造パラメータ0≦
H<H0 を有する場合であっても、信頼性寿命は低下し
ないことがわかった。即ち、バンプ電極の高さを高くす
る役割を回路配線基板側に持たせるもので半導体装置側
の第1金属群高さを最終的には0にしても、信頼性寿命
を確保できるものである。
FIG. 60A shows the bump electrode structure of the semiconductor device mounting structure according to this example, and the structural parameter is H> H 0 . However, when the performance evaluation shown in Example 13 was performed, the structural parameter 0 ≦ shown in FIG.
It was found that the reliability life was not reduced even when H <H 0 was satisfied. That is, the circuit wiring board side is given the role of increasing the height of the bump electrode, and the reliability life can be secured even if the height of the first metal group on the semiconductor device side is finally set to zero. .

【0237】図61は、第1金属群の高さHに対する回
路配線基板の電極高さの比H0 /Hと、疲労寿命サイク
ル数Nf50との関係を示したものである。H0 /H>1
のときは、上述したように、Nf50は高い値を示すが、
0 /H<1の場合においても、特に0.5<H0 /H
<1以上のときはある程度の信頼性寿命を確保できる。
このため、H0 /H=0のときも必要に応じては信頼性
寿命を確保できる。従って、H0 /Hを逆にしたH/H
0 =0のときも、当然ながら図61に示す結果と同様の
結果を得ることになる。
FIG. 61 shows the relationship between the ratio H 0 / H of the electrode height of the circuit wiring board to the height H of the first metal group and the fatigue life cycle number Nf 50 . H 0 / H> 1
When, the Nf 50 shows a high value as described above,
Even when H 0 / H <1, especially 0.5 <H 0 / H
When it is 1 or more, a certain reliability life can be secured.
Therefore, even when H 0 / H = 0, a reliable life can be ensured if necessary. Therefore, H / H which is the reverse of H 0 / H
When 0 = 0, the same result as that shown in FIG. 61 is naturally obtained.

【0238】なお、本実施例に係るバンプ電極を備えた
半導体装置を回路配線基板にフリップチップ実装した実
装構造体の信頼性を高温バイアス試験(85℃、85
%、VDD=5V)で評価したところ、従来の太鼓型バン
プで60μm四方のはんだバンプ電極を形成してフリッ
プチップ実装した半導体装置は、500Hでマイグレー
ションが発生したのに比較して、本実施例による方法で
は、3000Hまで絶縁性は充分であり、マイグレーシ
ョンは発生しなかった。
The reliability of the mounting structure in which the semiconductor device having the bump electrode according to the present embodiment is flip-chip mounted on the circuit wiring board is subjected to a high temperature bias test (85 ° C., 85 ° C.).
%, V DD = 5V), a semiconductor device flip-chip mounted by forming a solder bump electrode of 60 μm square with a conventional drum-shaped bump showed a migration at 500H. In the method according to the example, the insulating property was sufficient up to 3000H, and migration did not occur.

【0239】更に、半導体装置を14〜17×10-6
℃とシリコンの3.5×10-6/℃の約1桁熱膨張係数
が異なるガラスエポキシ基板上に図1の接続構造でフリ
ップチップ実装した結果、温度サイクル試験(−55℃
(30min)〜25℃(5min)〜150℃(30
min)〜25℃(5min))を3000サイクル行
っても不良は発生しなかった。同様に、高温保存試験
(150℃)を1000H行っても、銅とはんだの拡散
に起因するバリアメタル剥離不良は発生しなかった。
Further, a semiconductor device is provided at 14 to 17 × 10 −6 /
Flip-chip mounting with the connection structure of Fig. 1 on a glass epoxy substrate having different thermal expansion coefficients of about 1 digit of 3.5x10 -6 / ° C of silicon and 3.5 x 10 -6 / ° C.
(30 min) to 25 ° C (5 min) to 150 ° C (30
(min) to 25 ° C. (5 min)) for 3000 cycles, no defect occurred. Similarly, even when the high temperature storage test (150 ° C.) was performed for 1000 hours, the barrier metal peeling failure due to the diffusion of copper and solder did not occur.

【0240】同様の結果は、バンプ電極を構成するバリ
アメタル寸法l2 を高融点金属群の上部寸法L2 よりも
大きくしてつづみ型バンプとしたフリップチップ実装構
造体でも得られた。即ち、高温バイアス試験では、30
00Hまでマイグレーションに起因する不良は発生せ
ず、温度サイクル試験においても3000Hまで応力歪
みに起因する不良は発生しなかった。
Similar results were obtained also in the flip chip mounting structure in which the barrier metal size l 2 forming the bump electrode was made larger than the upper size L 2 of the refractory metal group to form a stub type bump. That is, in the high temperature bias test, 30
Defects due to migration did not occur up to 00H, and defects due to stress strain did not occur up to 3000H in the temperature cycle test.

【0241】また、高温保存試験においても、拡散に起
因するバリアメタルの剥離不良は同様に発生しなかっ
た。従って、以上の結果から、本発明による半導体装置
の信頼性は充分であることが解った。
Also in the high temperature storage test, the peeling failure of the barrier metal due to diffusion did not occur similarly. Therefore, the above results show that the semiconductor device according to the present invention has sufficient reliability.

【0242】更に、本発明による構造を備えた半導体装
置実装構造体としては、半導体装置上に形成されるバン
プ電極を構成する第1金属群と回路配線基板の電極パッ
ド間に隙間を形成し、この隙間に第2金属群または第3
金属群を配置した構造について、その効果を説明してき
たが、本発明に係るバンプ電極を構成する金属材料の物
性が有する特徴は、例えば、特願平3−126406号
においてもその効果を発揮し、信頼性寿命は向上した。
Further, in the semiconductor device mounting structure having the structure according to the present invention, a gap is formed between the first metal group forming the bump electrode formed on the semiconductor device and the electrode pad of the circuit wiring board, In this gap, the second metal group or the third metal group
Although the effect of the structure in which the metal group is arranged has been described, the characteristic of the physical properties of the metal material forming the bump electrode according to the present invention is also exhibited in Japanese Patent Application No. 3-126406. , Reliability life is improved.

【0243】また、以上の実施例1から実施例15にお
いて、第1金属群及び第2金属群中に分散配置された金
属が残留応力歪みを減少させ、信頼性寿命を向上させる
ことを記載した。ところが、第1金属群及び第2金属群
中に分散配置した炭素、硫黄、酸素元素は、金属の降伏
応力をも同時に向上させ、応力歪みに対して強度が向上
することがわかった。特に、炭素40wt%、硫黄30
wt%、酸素10wt%以下の濃度範囲を分散配置させ
た場合は、残留応力が示す挙動とほぼ同様の挙動を示
し、信頼性寿命が従来技術を用いた場合以上に増加し
た。
In addition, in Examples 1 to 15 described above, it was described that the metals dispersedly arranged in the first metal group and the second metal group reduce the residual stress strain and improve the reliability life. . However, it has been found that carbon, sulfur, and oxygen elements dispersedly arranged in the first metal group and the second metal group also improve the yield stress of the metal at the same time and improve the strength against stress strain. In particular, carbon 40 wt%, sulfur 30
When the concentration range of wt% and oxygen of 10 wt% or less was dispersed, the behavior was almost the same as the behavior of residual stress, and the reliability life was increased more than when the conventional technique was used.

【0244】更に、同様の挙動は、第1金属群及び第2
金属群の硬さについても見出だされ、第1金属群は炭素
40wt%、硫黄30wt%の範囲内において硬さが減
少することがわかった。従って、バンプ電極内に、例え
ば銅を配置しても、従来の炭素及び硫黄元素を分散配置
させない場合に比較して信頼性は極めて向上することが
わかった。
Furthermore, the same behavior is obtained by the first metal group and the second metal group.
The hardness of the metal group was also found, and it was found that the hardness of the first metal group decreased within the range of 40 wt% carbon and 30 wt% sulfur. Therefore, it was found that even if copper is arranged in the bump electrode, the reliability is significantly improved as compared with the conventional case where carbon and sulfur elements are not arranged dispersedly.

【0245】一方、第1金属群は柱材となるため、本来
は高さが均一であることが望ましいが、例えば±5μm
の範囲内で高さのばらつきがある状態で回路配線基板に
フリップチップ実装を行う場合、電極パッド表面の凹凸
が著しい多層配線基板においても、高さのばらつきを良
く吸収でき、接続不良が発生することはなかった。この
結果は、バンプ電極高さのばらつきが第1金属群と回路
配線基板の電極パッド隙間を形成し、この部分で接続を
不良にしていることに起因していた。さらにこの隙間部
分は、フリップチップ実装を行うときの加圧力による衝
撃を吸収緩和して、特に回路配線基板の電極パッドにダ
メージを与えないという効果を示した。 実施例16 以下、図62〜図66を参照して、本発明の実施例を説
明する。図62は、本実施例に係る半導体装置の第1の
例であり、図63は、本実施例に係る半導体装置の第2
の例であり、図64及び65は、本実施例に係る半導体
装置の製造方法を実現するための製造工程を示す断面図
であり、図66は、本実施例に係る半導体装置の第3の
例である。
On the other hand, since the first metal group is a pillar material, it is desirable that the height is originally uniform, but for example, ± 5 μm.
When flip-chip mounting is performed on the circuit wiring board with height variations within the range, even in a multi-layer wiring board where the unevenness of the electrode pad surface is significant, the height variations can be well absorbed, resulting in connection failure. It never happened. This result was due to variations in bump electrode height forming a gap between the first metal group and the electrode pad of the circuit wiring board, and making the connection defective at this portion. Further, this gap portion has the effect of absorbing and relaxing the impact due to the pressing force during flip-chip mounting, and not particularly damaging the electrode pads of the circuit wiring board. Example 16 Hereinafter, an example of the present invention will be described with reference to FIGS. 62 to 66. 62 is a first example of the semiconductor device according to the present embodiment, and FIG. 63 is a second example of the semiconductor device according to the present embodiment.
64 and 65 are cross-sectional views showing a manufacturing process for realizing the method for manufacturing a semiconductor device according to this embodiment, and FIG. 66 is a third embodiment of the semiconductor device according to this embodiment. Here is an example.

【0246】図62〜図66において、参照符号100
は半導体基板、200はカソードメタル、300はバン
プ電極金属、400はレジスト膜、310はボンディン
グパッド、320はパッシベーション膜、330はメッ
キレジスト、340はCu金属突起、350はハンダ
膜、360はレジスト、370はガラスマスク、380
はマスクパターン、390は配線基板である。
62 to 66, reference numeral 100
Is a semiconductor substrate, 200 is a cathode metal, 300 is a bump electrode metal, 400 is a resist film, 400 is a bonding pad, 320 is a passivation film, 330 is a plating resist, 340 is a Cu metal protrusion, 350 is a solder film, 360 is a resist, 370 is a glass mask and 380
Is a mask pattern and 390 is a wiring board.

【0247】先ず、図64において、半導体素子100
上にボンディングパッド310が形成され、ボンディン
グパッド310の部分を除いてパッシベーション膜32
0が形成されているウェハー上に、例えばCu/Tiを
全面蒸着してカソードメタル200を形成する。(図6
4(a))。
First, referring to FIG. 64, the semiconductor device 100 is shown.
A bonding pad 310 is formed on the passivation film 32 except the bonding pad 310.
On the wafer on which 0 is formed, for example, Cu / Ti is vapor-deposited on the entire surface to form the cathode metal 200. (Fig. 6
4 (a)).

【0248】次いで、レジストAZ4903(ヘキスト
ジャパン)をスピンコートして膜厚50μmのレジスト
330を形成し、露光、現像により20μm□の開口を
有するボンディングパッド310よりも1辺が5μm小
さい、10μmの寸法の開口部を形成する(図64
(b))。このレジスト膜330は、Cu/Ti膜20
0と90°未満の接触角を有している。
Then, a resist AZ4903 (Hoechst Japan) is spin-coated to form a resist 330 having a film thickness of 50 μm, and a side of 5 μm, which is smaller than the bonding pad 310 having an opening of 20 μm □ by exposure and development, has a size of 10 μm. To form the opening (FIG. 64)
(B)). The resist film 330 is the Cu / Ti film 20.
It has a contact angle of 0 and less than 90 °.

【0249】こうしてボンディングパッド310に対応
する部分のボンディングパッドよりも小さな寸法でレジ
スト330が開口されているウェハーを、硫酸銅250
g/l、硫酸(比重1.84)50g/lからなる溶液
に浸漬して、浴温度25℃で先のTi/Cuを陰極と
し、高純度銅板を陽極とし、電流密度5A/dm2 印加
して緩やかに撹拌しながら銅を35μmメッキする。
In this way, a wafer in which the resist 330 is opened with a size smaller than that of the bonding pad in the portion corresponding to the bonding pad 310 is formed into copper sulfate 250.
Immersion in a solution consisting of 50 g / l of sulfuric acid (specific gravity 1.84), g / l, Ti / Cu at the bath temperature of 25 ° C. as the cathode, high-purity copper plate as the anode, and current density of 5 A / dm 2 applied Then, 35 μm of copper is plated with gentle stirring.

【0250】次いでメッキ浴を全スズ40g/l、第1
スズ35g/l、鉛44g/l、遊離ホウ酸40g/
l、ホウ酸25g/l、ニカワ3.0g/lからなる溶
液に変えて、先の場合と同様にCu/Tiを陰極とし、
40%スズを陽極として電流密度3.2A/dm2 印加
して浴温度25℃で緩やかに撹拌しながらPb/Sn=
40/60合金を15μm連続メッキする(図64
(c))。
Then, the plating bath was set to 40 g / l of total tin, the first
Tin 35g / l, Lead 44g / l, Free boric acid 40g /
l, boric acid 25 g / l, glue 3.0 g / l, instead of Cu / Ti as the cathode,
A current density of 3.2 A / dm 2 was applied using 40% tin as an anode, and the temperature of the bath was 25 ° C. with gentle stirring, and Pb / Sn =
40/60 alloy is continuously plated by 15 μm (see FIG. 64).
(C)).

【0251】2種類の銅及びPb/Sn合金がボンディ
ングパッドのみメッキされたウェハーのメッキレジスト
AZ−4903をアセトンにより除去する。(図64
(d))。
The plating resist AZ-4903 of the wafer in which only the bonding pads are plated with two kinds of copper and Pb / Sn alloy is removed with acetone. (Fig. 64
(D)).

【0252】次いでCu/Ti上に突起電極が形成され
ているウェハー上に、例えば画像反転型レジストAZ5
214E(ヘキストジャパン)の粘度調整を行った溶液
をスピンコートして、レジスト膜を形成する。このとき
のレジスト膜は、バンプ金属に対応した形状を表面に有
しており、バンプ金属上で10μmの厚さ、バンプ金属
が形成されていないカソードメタル部分で55μmの厚
さであった。(図64(e))。
Then, for example, an image reversal type resist AZ5 is formed on the wafer on which the protruding electrodes are formed on Cu / Ti.
A solution of 214E (Hoechst Japan) whose viscosity has been adjusted is spin-coated to form a resist film. At this time, the resist film had a shape corresponding to the bump metal on the surface, and had a thickness of 10 μm on the bump metal and a thickness of 55 μm on the cathode metal portion where the bump metal was not formed. (FIG. 64 (e)).

【0253】次いで突起金属10μmよりも開口寸法が
2μm大きい一辺が14μmの開口パターンを有するガ
ラスマスクを必要位置に位置合せした後、露光する(図
64(f))。露光は露光エネルギー2000mJで行
い、露光後150℃でウェハーをホットプレート上でベ
ークする。ベークしたウェハーを現像液に浸漬して現像
する。
Then, a glass mask having an opening pattern having an opening dimension of 2 μm larger than that of the projecting metal of 10 μm and having a side of 14 μm is aligned with a required position and then exposed (FIG. 64 (f)). The exposure is performed with an exposure energy of 2000 mJ, and after exposure, the wafer is baked on a hot plate at 150 ° C. The baked wafer is immersed in a developing solution for development.

【0254】以上の様な工程を行うことにより、図63
に示した様なレジストが形成される。レジストは下部が
突起金属とカソードメタルが接している部分まで、上部
は突起金属を充分に覆った逆テーパ形状で突起金属上に
形成される(図65(a))。
By performing the above steps, FIG.
A resist as shown in FIG. The resist is formed on the protruding metal in a reverse taper shape in which the lower portion contacts the protruding metal and the cathode metal and the upper portion sufficiently covers the protruding metal (FIG. 65 (a)).

【0255】次いで、過硫酸アンモニウム/硫酸/エタ
ノールからなる混合溶液でCuをエッチング後、EDT
A、アンモニア、過酸化水素水からなる溶液でTiをエ
ッチングして、最後に形成したエッチングレジストをア
セトンで除去する(図65(b))。この様にエッチン
グすることにより、角度90°未満のバリアメタルを形
成でき、突起金属は溶解させることなく、電気メッキ後
の状態を保っている。
Then, after etching Cu with a mixed solution of ammonium persulfate / sulfuric acid / ethanol, EDT was performed.
Ti is etched with a solution of A, ammonia, and hydrogen peroxide solution, and the finally formed etching resist is removed with acetone (FIG. 65 (b)). By etching in this way, a barrier metal having an angle of less than 90 ° can be formed, and the protruding metal is not dissolved and the state after electroplating is maintained.

【0256】次いで、公知の技術であるハーフミラーを
具備して位置合せを行うフリップチップボンダーを用い
て、半導体チップと配線基板の位置合せを行い、バンプ
と基板の電極を接触させる。このとき、基板は加熱機構
を有するステージ上に保持され、Pb/Sn=40/6
0はんだの融点よりも高く、Cuの融点よりも低い28
0℃に予備加熱されている(図65(c))。
Next, the semiconductor chip and the wiring board are aligned using a flip-chip bonder that is equipped with a half mirror, which is a known technique, and the bumps are brought into contact with the electrodes on the substrate. At this time, the substrate is held on a stage having a heating mechanism, and Pb / Sn = 40/6
0 higher than melting point of solder and lower than melting point of Cu 28
It is preheated to 0 ° C. (FIG. 65 (c)).

【0257】更に、半導体チップと基板とが接触された
状態で、半導体チップを保持するコレットを基板を搭載
するステージと同じ温度280℃に窒素雰囲気中で加熱
し、バンプに形成されているハンダを溶融させることに
より、半導体チップと基板の電極を電気的に接続させ
る。このとき、バリアメタル寸法l1 は高融点金属の上
部寸法L1 よりも小さくなっているため、バンプ形状は
高融点金属の外形状に添った太鼓型になる(図65
(d))。
Further, with the semiconductor chip and the substrate in contact with each other, the collet holding the semiconductor chip is heated in a nitrogen atmosphere to the same temperature as the stage on which the substrate is mounted, 280 ° C., to remove the solder formed on the bump. By melting, the semiconductor chip and the electrodes of the substrate are electrically connected. At this time, since the barrier metal dimension l 1 is smaller than the upper dimension L 1 of the refractory metal, the bump shape becomes a drum shape conforming to the outer shape of the refractory metal (FIG. 65).
(D)).

【0258】以上説明した突起金属を有するウェハーの
カソードメタルのエッチング精度を評価したところ、以
下の結果を得た。
When the etching accuracy of the cathode metal of the wafer having the protruding metal described above was evaluated, the following results were obtained.

【0259】バンプ電極寸法10μmφ、ギャップ10
μmに対応するレジストは上部15μm、下部11μm
の形状となり、エッチングしたカソードメタルは11μ
mφ、ギャップ9μmとなった。従来技術のポジ/ネガ
型のレジストを用いてエッチングした場合のカソードメ
タル18μmφ、ギャップ2μmに比較してエッチング
精度は飛躍的に向上した。
Bump electrode size 10 μmφ, gap 10
15μm upper resist, 11μm lower resist
And the etched cathode metal is 11μ
mφ and a gap of 9 μm. The etching accuracy was dramatically improved as compared with the cathode metal of 18 μmφ and the gap of 2 μm when etching was performed using the positive / negative type resist of the prior art.

【0260】更に、レジストを用いないで、突起金属が
エッチング液に対して溶解する速度の違いを利用してメ
タルをエッチングした場合はバンプ電極2μmφ、ギャ
ップ2μmであった。さらに従来の技術ではエッチング
液に対して露出している金属が部分的に腐食されていた
が本発明による方法では金属が溶解することはなく高精
度にエッチングされていた。
Further, when the metal was etched by using the difference in the speed at which the protruding metal was dissolved in the etching solution without using the resist, the bump electrode had a diameter of 2 μmφ and the gap was 2 μm. Further, in the conventional technique, the metal exposed to the etching solution was partially corroded, but in the method according to the present invention, the metal was not dissolved and was etched with high precision.

【0261】また、以上の様な方法を用いてバンプ金属
を形成した半導体チップを配線基板にフリップチップ実
装して高温バイアス試験(85℃、85%、VDD=5
V)を実施したところ、従来のエッチング精度が高くな
い方法を用いて製作した半導体装置は500Hでマイグ
レーションが発生したのに比べ、本発明による方法では
3000Hまで絶縁性が充分であり、マイグレーション
は発生しなかった。
Further, the semiconductor chip on which bump metal is formed by the above method is flip-chip mounted on a wiring board and subjected to a high temperature bias test (85 ° C., 85%, V DD = 5).
V) was performed, the semiconductor device manufactured by using the conventional method with low etching accuracy showed migration at 500H, whereas the method according to the present invention had sufficient insulation up to 3000H and migration occurred. I didn't.

【0262】さらに半導体素子を14〜17×10-6
℃とシリコンの3.5×10-6/℃の約1桁熱膨張係数
が異なるFR−4基板上に図62に示す接続構造でフリ
ップチップ実装した結果、温度サイクル試験(−55℃
(30min)〜25℃(5min)〜150℃(30
min)〜25℃(5min))を3000サイクル行
っても不良は発生しなかった。
Further, a semiconductor element is provided in an amount of 14 to 17 × 10 −6 /
Flip-chip mounting with the connection structure shown in FIG. 62 on a FR-4 substrate having a thermal expansion coefficient of 3.5 × 10 −6 / ° C. different from that of silicon by 3.5 × 10 −6 / ° C.
(30 min) to 25 ° C (5 min) to 150 ° C (30
(min) to 25 ° C. (5 min)) for 3000 cycles, no defect occurred.

【0263】また、バリアメタル寸法l2 を高融点金属
の上部寸法L2 よりも大きくしてフリップチップ実装す
る場合は図63に示すように、高融点金属の隅を添った
つづみ型になった。
Further, when the barrier metal dimension l 2 is made larger than the upper dimension L 2 of the refractory metal for flip-chip mounting, as shown in FIG. 63, it becomes a hook type with the corners of the refractory metal. It was

【0264】この場合も、バリアメタルのエッチング精
度は上述した場合と同様に、従来技術を用いた場合に比
較して、飛躍的に精度が向上し、高温バイアス試験にお
いても3000Hまでマイグレーションに起因する不良
は発生しなかった。更に、温度サイクル試験を行った場
合においても、3000Hまで不良は発生しなかった。
従って、以上の結果から、本実施例に係る半導体装置
は、その信頼性は充分であった。
In this case as well, the etching accuracy of the barrier metal is remarkably improved as compared with the case of using the conventional technique as in the case described above, and migration is caused up to 3000 H in the high temperature bias test. No defects occurred. Further, even when the temperature cycle test was performed, no defects occurred up to 3000H.
Therefore, from the above results, the reliability of the semiconductor device according to this example was sufficient.

【0265】本実施例においては、上述のように高融点
金属はバンプ側と基板側の各々が必ずしも離れている必
要はなく、図66に示す様に高融点金属が互いに接触し
ていても良い。さらにバンプ電極を形成する金属はC
u、Pb/Snに限定されるものではなく、In、S
b、等を添加しても良くその材料は限定されるものでは
ない。同様にカソードメタルもCu/Tiのみならず異
なる金属の積層膜であっても良い。さらに実施例中に示
した電気メッキの際に陰極となるバリアメタルはその寸
法、厚み、構成について限定されるものではなく、レジ
ストについても同様に限定されない。エッチングレジス
ト及びエッチング方法についても同様で実施例に記載し
た内容で限定されるものではない。
In the present embodiment, the refractory metal need not always be separated on the bump side and the substrate side as described above, and the refractory metals may be in contact with each other as shown in FIG. . Further, the metal forming the bump electrode is C
Not limited to u and Pb / Sn, but In and S
b, etc. may be added and the material is not limited. Similarly, the cathode metal may be not only Cu / Ti but also a laminated film of different metals. Further, the size, thickness, and structure of the barrier metal used as the cathode during electroplating shown in the examples are not limited, and the resist is not limited in the same manner. The same applies to the etching resist and the etching method, and the contents described in Examples are not limited.

【0266】本実施例によれば、融点の異なるバンプ金
属内部に配置される高融点金属とバリアメタルとの接触
角が90°以上となる逆台形状を有するため、つづみ型
バンプ及び太鼓型バンプのいずれのバンプ形状も任意に
設定可能になる。従って、必要形状のバンプが容易に実
現でき信頼性が向上する。さらに、基板上に形成される
バリアメタルは基板と90°未満の角度を有しているた
め、熱ストレスに耐性を有するようになる。
According to this embodiment, since the high melting point metal and the barrier metal arranged inside the bump metal having different melting points have an inverted trapezoidal shape with a contact angle of 90 ° or more, the bump type bump and the drum type drum are formed. Any bump shape of the bumps can be set arbitrarily. Therefore, the bump having the required shape can be easily realized, and the reliability is improved. Further, since the barrier metal formed on the substrate has an angle of less than 90 ° with the substrate, it becomes resistant to thermal stress.

【0267】また、バンプ電極金属上に形成されるレジ
スト膜は、熱処理によってネガ/ポジの逆転が生じるた
め、レジスト膜はバンプ電極の側面まで保護される。さ
らにそのレジスト膜は最もバンプ電極金属が露出しやす
い部分において厚く形成されるために、カソードメタル
をバンプ電極金属部分を除いて選択的に高精度にエッチ
ングできる。
Further, the resist film formed on the bump electrode metal undergoes negative / positive inversion due to heat treatment, so that the resist film is protected up to the side surface of the bump electrode. Further, since the resist film is formed thick at the portion where the bump electrode metal is most exposed, the cathode metal can be selectively etched with high precision except the bump electrode metal portion.

【0268】ネガ/ポジの逆転が生じる形成するレジス
ト膜は従来の方法とは異なり露光される部分が最も膜厚
が薄くなるため充分に露光が可能になる。さらに、バン
プ電極下部のカソードメタルと接する部分まで露光を充
分に行うため、求められる露光エネルギーの増加はバン
プ電極金属上のレジスト膜に逆テーパ形状を生じさせ
る。
Unlike the conventional method, the resist film to be formed in which negative / positive reversal occurs has the thinnest film thickness in the exposed portion, so that sufficient exposure is possible. Further, in order to sufficiently perform the exposure up to the portion in contact with the cathode metal under the bump electrode, the required increase in exposure energy causes the resist film on the bump electrode metal to have an inverse taper shape.

【0269】従って、結果的にレジスト膜はバンプ電極
金属の形状に沿った形で逆テーパ形状を有し、最もバン
プ電極金属が露出しやすい部分で厚くなりエッチングに
対する信頼性が向上する。
Therefore, as a result, the resist film has an inverse taper shape along the shape of the bump electrode metal, and becomes thicker at the portion where the bump electrode metal is most exposed, and the reliability against etching is improved.

【0270】さらにバンプ電極金属のカソードメタルと
接する部分の側面部分までレジスト膜が形成できるた
め、微細なギャップ部分を精度良くエッチングできる。
Further, since the resist film can be formed up to the side surface portion of the bump electrode metal which is in contact with the cathode metal, the fine gap portion can be etched accurately.

【0271】さらにまた、電気メッキを用いて金属を堆
積する場合、析出異常により微小なバンプ電極金属が形
成される場合がある。ところが本発明による方法を用い
れば、バンプ電極金属部分のみが露出し、他の部分は露
出しないでレジストが形成されるため、エッチングによ
り選択的に異常析出部分のみを除去できる。
Furthermore, when metal is deposited by electroplating, minute bump electrode metal may be formed due to abnormal deposition. However, when the method according to the present invention is used, the bump electrode metal portion is exposed and the other portions are not exposed, and the resist is formed. Therefore, only the abnormal deposition portion can be selectively removed by etching.

【0272】従って、高アスペクト比形状を有するバン
プ電極金属を熱ストレスに耐性のある構造にすることが
でき高精度にエッチング可能になるため、信頼性が高い
半導体装置を実現可能になる。
Therefore, since the bump electrode metal having a high aspect ratio shape can be made to have a structure resistant to thermal stress and can be etched with high precision, a highly reliable semiconductor device can be realized.

【0273】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可
能である。
The present invention is not limited to the above embodiments, but various modifications can be made without departing from the spirit of the invention.

【0274】例えば、上述の実施例中ではある特定の材
料を用いてバンプ電極形成を説明したが、実施例中に記
載した材料に限定されるものではない。更に、本実施例
では、太鼓型及びつづみ型バンプ電極を各々形成した半
導体装置及びその実装構造体について説明したが、当
然、これらのバンプ電極が同一の半導体装置に混在され
た半導体装置、及びその実装構造体であっても良く、そ
の構成及び内容については何ら限定されるものではな
い。
For example, although the bump electrode formation is described by using a specific material in the above-mentioned embodiments, the material is not limited to the materials described in the embodiments. Furthermore, in the present embodiment, the semiconductor device and the mounting structure thereof in which drum-shaped and staggered bump electrodes are formed respectively have been described. Of course, a semiconductor device in which these bump electrodes are mixed in the same semiconductor device, and The mounting structure may be used, and its configuration and contents are not limited at all.

【0275】[0275]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
半導体装置をフリップチップ実装する前工程における半
導体チップ上に形成したバンプ電極構造が逆台形状とす
ることにより、薄膜金属に対する接着面積が小さくな
る。従って、高さの高いバンプ電極の形成を目的にして
バンプ電極内に融点が高く熱伝導率が低い柱材金属を配
置しても、第1金属中の残留する応力を小さくすること
が可能である。更に、第1金属群の体積が第2金属群の
体積よりも小さく設定されているため、バンプ電極中に
残留する応力も小さくすることが出来る。
As described above, according to the present invention,
Since the bump electrode structure formed on the semiconductor chip in the previous step of flip-chip mounting the semiconductor device has an inverted trapezoidal shape, the adhesion area to the thin film metal is reduced. Therefore, even if a pillar metal having a high melting point and a low thermal conductivity is arranged in the bump electrode for the purpose of forming a bump electrode having a high height, it is possible to reduce the residual stress in the first metal. is there. Furthermore, since the volume of the first metal group is set smaller than that of the second metal group, the stress remaining in the bump electrodes can be reduced.

【0276】また、バンプ電極を構成する構造パラメー
タをl2 >l1 >l3 またはl2 >l3 >l1 とする
と、薄膜金属の幅寸法がボンディングパッドの幅寸法よ
りも大きく、第1金属群が薄膜金属の幅寸法よりも小さ
いため、バンプ電極に残留する応力を小さくすることが
出来る。更にまた、このバンプ電極構造パラメータの1
つとして第1金属群のアスペクト比を0.01〜200
の範囲内に設定することにより、バンプ電極中に残留す
る応力を減少することが可能である。
When the structural parameters forming the bump electrode are l 2 > l 1 > l 3 or l 2 > l 3 > l 1 , the width dimension of the thin film metal is larger than the width dimension of the bonding pad. Since the metal group is smaller than the width dimension of the thin film metal, the stress remaining on the bump electrode can be reduced. Furthermore, this bump electrode structure parameter 1
As an aspect ratio of the first metal group is 0.01 to 200
It is possible to reduce the residual stress in the bump electrode by setting it within the range.

【0277】残留する圧縮応力が減少しない場合は、バ
リアメタル金属である薄膜金属の剥離が生じるが、以上
の構成にすることにより、第1金属群中に残留する応
力、及びバンプ電極中に残留する応力を小さくすること
が出来、特に応力歪みに対する信頼性寿命を従来技術以
上に向上することが可能である。
If the residual compressive stress is not reduced, the thin film metal which is the barrier metal metal is peeled off. With the above structure, the residual stress in the first metal group and the residual stress in the bump electrode remain. It is possible to reduce the applied stress, and it is possible to improve the reliability life especially against stress strain as compared with the prior art.

【0278】また、配設する第1の金属群を構成する第
1金属群中に、炭素を40wt%以下、硫黄を30wt
%以下の濃度範囲で分散させた場合、炭素及び硫黄が分
散されていない場合に生じる圧縮応力を、逆の引張応力
に変換することが出来、薄膜金属の剥離を防止すること
が出来る。同様の効果は、第2金属群を形成するはんだ
中に、40wt%以下の炭素、30wt%以下の硫黄、
10wt%以下の酸素を分散させた場合にも得られる。
In the first metal group constituting the first metal group to be arranged, carbon is 40 wt% or less and sulfur is 30 wt.
When dispersed in a concentration range of not more than%, the compressive stress generated when carbon and sulfur are not dispersed can be converted into the opposite tensile stress and peeling of the thin film metal can be prevented. The same effect is obtained by adding 40 wt% or less of carbon and 30 wt% or less of sulfur to the solder forming the second metal group.
It can also be obtained when oxygen of 10 wt% or less is dispersed.

【0279】この引張応力の効果は、形成するバンプ電
極の信頼性寿命を考慮したバンプ電極構造パラメータの
関係から、例え、第1金属群中に圧縮応力が残留する構
造とした場合でも、バンプ電極全体として残留する応力
を引張応力に変換するため、結果的にはバンプ電極に発
生する応力を引張応力にすることが可能になり、バリア
メタル剥離を防止でき、信頼性寿命が向上する。
The effect of the tensile stress is based on the relationship of the bump electrode structural parameters in consideration of the reliability life of the bump electrode to be formed, even if the compressive stress remains in the first metal group, Since the residual stress as a whole is converted into a tensile stress, the stress generated in the bump electrode can be converted into a tensile stress as a result, barrier metal peeling can be prevented, and the reliability life is improved.

【0280】また、第1金属群に炭素、硫黄を一定の濃
度範囲内で分散させた場合、及び第2金属群中に一定濃
度範囲内で炭素、硫黄、酸素を分散させた場合は、電気
抵抗率も各々の元素を分散させない場合と比較して小さ
くできるため、フリップチップ実装する半導体装置の特
性を充分に発揮させることができる。
Further, when carbon and sulfur are dispersed in the first metal group within a certain concentration range, and when carbon, sulfur and oxygen are dispersed in the second metal group within a certain concentration range, electric Since the resistivity can be reduced as compared with the case where each element is not dispersed, the characteristics of the semiconductor device mounted by flip chip can be sufficiently exhibited.

【0281】更に、本発明によれば、フリップチップ実
装工程におけるバンプ高さを高くするために、融点が高
く、熱伝導率が高い第1の金属群バンプ電極内に配設し
ている。そのため、従来の技術では形成不可能であった
微細構造を有するバンプ電極の高さを高くすることがで
きる。バンプ高さを高くすることにより半導体装置と回
路配線基板間のギャップ量を大きくすることが出来るた
め、封止樹脂をギャップ間に配設した場合には樹脂内に
発生する応力を小さくすることが出来、樹脂の信頼性が
向上するとともに、バンプ電極に加わる応力歪みを減少
することが出来るため、信頼性寿命が向上する。
Further, according to the present invention, in order to increase the bump height in the flip chip mounting process, the bumps are arranged in the first metal group bump electrode having a high melting point and a high thermal conductivity. Therefore, it is possible to increase the height of the bump electrode having a fine structure that cannot be formed by the conventional technique. Since the amount of the gap between the semiconductor device and the circuit wiring board can be increased by increasing the bump height, it is possible to reduce the stress generated in the resin when the sealing resin is arranged in the gap. As a result, the reliability of the resin is improved, and the stress strain applied to the bump electrode can be reduced, so that the reliability life is improved.

【0282】また、熱伝導率が高い第1の金属をバンプ
電極内に配置することにより、半導体チップからの放熱
を良好にすることができ、半導体装置と回路配線基板間
の熱膨張係数差が大きい場合でも発熱量を小さくするこ
とが出来るため、結果的に変位量に起因する応力歪みを
小さくすることが出来る。
Also, by disposing the first metal having high thermal conductivity in the bump electrode, heat dissipation from the semiconductor chip can be improved, and the difference in thermal expansion coefficient between the semiconductor device and the circuit wiring board can be reduced. Even if it is large, the amount of heat generation can be reduced, and as a result, the stress strain due to the amount of displacement can be reduced.

【0283】また、第1の金属群の形状が逆台形状を有
している場合、バンプ電極の引抜き強度を向上すること
ができるとともに、薄膜金属との応力差が発生する部分
を小さくすることができる。従って、台形状を有する第
1の金属群を配置している半導体装置実装構造体と比較
して、バンプ電極の破壊を容易に防止することが出来、
信頼性寿命を向上することが出来る。特に、薄膜金属群
と接する部分の角度を80°〜90°の範囲に設定した
場合には、信頼性が向上する。
When the shape of the first metal group has an inverted trapezoidal shape, it is possible to improve the extraction strength of the bump electrode and reduce the portion where a stress difference with the thin film metal occurs. You can Therefore, as compared with the semiconductor device mounting structure in which the first metal group having a trapezoidal shape is arranged, the breakage of the bump electrode can be easily prevented,
The reliability life can be improved. In particular, when the angle of the portion in contact with the thin film metal group is set in the range of 80 ° to 90 °, the reliability is improved.

【0284】また、バンプ電極中の第1の金属群と回路
配線基板間に、少なくとも一部分に第2の金属群と比較
して融点が低いか又はヤング率が低い第3の金属、また
は第1金属群の周囲を覆う第2金属群よりも密度が低い
第2金属群を配設した場合には、最も応力が集中する部
分においてバンプ電極が破壊されるという問題を解決す
ることが出来る。一方、第2金属群の融点に関しては、
フリップチップ実装したバンプ電極の融点が高いほど信
頼性寿命は向上するため、融点の異なる金属群を配置す
る場合において、第1金属群と回路配線基板の隙間部分
に融点が高い金属を配置することにより、信頼性は極め
て向上する。
Further, between the first metal group in the bump electrode and the circuit wiring board, at least a part of the third metal group has a lower melting point or a lower Young's modulus than the second metal group, or the first metal group. When the second metal group having a lower density than the second metal group that covers the periphery of the metal group is provided, the problem that the bump electrode is broken at the portion where the stress is most concentrated can be solved. On the other hand, regarding the melting point of the second metal group,
Since the higher the melting point of the bump electrodes mounted by flip-chip mounting, the longer the reliability life is. Therefore, when arranging the metal groups having different melting points, the metal having a high melting point should be arranged in the gap between the first metal group and the circuit wiring board. As a result, the reliability is extremely improved.

【0285】さらに、前記隙間部分を中心にしてバンプ
形状を太鼓型、つづみ型のいずれの構造にも容易に実現
でき、太鼓型バンプ電極では隙間部分において最も大き
な径、つづみ型バンプ電極では隙間部分において最も小
さな径を有しているため、信頼性寿命を向上できる。こ
のバンプ電極の形状は、第1金属群及び回路配線基板の
電極パッド寸法とバリアメタル寸法との関係で規定され
ているため、バリアメタル寸法を考慮した円柱体積より
はんだ量を大きくする方法、または小さくする方法で規
定していた従来の方法に比較して、容易に太鼓型または
つづみ型バンプ構造が実現可能になる。
Further, it is possible to easily realize a bump shape having a drum shape or a zigzag type structure centering on the gap portion. The drum shape bump electrode has the largest diameter in the gap portion, and the zigzag type bump electrode has the largest diameter. Since the gap has the smallest diameter, the reliability life can be improved. The shape of the bump electrode is defined by the relationship between the electrode pad size of the first metal group and the circuit wiring board and the barrier metal size. Therefore, a method of increasing the solder amount from the column volume considering the barrier metal size, or As compared with the conventional method which is specified by the method of reducing the size, a drum-shaped or staggered bump structure can be easily realized.

【0286】この第1金属群は、ボンディングパッド寸
法よりも大きい薄膜金属上に薄膜金属群よりも小さい幅
寸法を有しており、アスペクト比は0.01〜200の
範囲内に設定しているため、本来は応力歪みに対して充
分にバンプ電極の変形が起きない構造である、柔らかい
金属中に剛性の金属群を配置させても、従来の寸法を考
慮しない技術によるバンプ構造を用いたフリップチップ
実装構造体よりも信頼性寿命を向上できる。
The first metal group has a width dimension smaller than the thin film metal group on the thin film metal larger than the bonding pad dimension, and the aspect ratio is set within the range of 0.01 to 200. Therefore, even if a rigid metal group is placed in a soft metal, which is a structure in which the deformation of the bump electrode does not sufficiently occur due to the stress strain, the flip structure using the bump structure by the technique that does not consider the conventional size is used. The reliability life can be improved as compared with the chip mounting structure.

【0287】更に、本発明では、第1金属群と回路配線
基板の電極パッドに隙間部分を配置した場合には、回路
配線基板に大きな凹凸がある例えばガラスエポキシ基板
上に銅張配線を形成したような場合は、凹凸を吸収して
回路配線基板に対して半導体装置を平行にフリップチッ
プ実装でき、信頼性が向上する。
Further, in the present invention, when the first metal group and the electrode pad of the circuit wiring board are provided with a gap portion, the circuit wiring board has a large unevenness, for example, the copper clad wiring is formed on the glass epoxy substrate. In such a case, the semiconductor device can be flip-chip mounted in parallel with the circuit wiring board by absorbing the unevenness, and the reliability is improved.

【0288】更にまた、配設する第1の金属群中に炭素
40wt%以下、硫黄を30wt%以下分散させた場合
には、炭素または硫黄を分散させていない場合に比較し
て圧縮応力を充分に緩和でき、薄膜金属の剥離を防止で
きる。
Furthermore, when 40 wt% or less of carbon and 30 wt% or less of sulfur are dispersed in the first metal group to be disposed, the compressive stress is sufficient as compared with the case where carbon or sulfur is not dispersed. Therefore, it is possible to prevent the peeling of the thin film metal.

【0289】また、第1の金属群の周囲に配設される第
2の金属群に少なくとも炭素40wt%以下、硫黄30
wt%以下、酸素10wt%以下のいずれかを分散させ
た場合には、前記元素を分散させていない場合に生じる
引張応力を圧縮応力に変換でき、第1の金属群で残留し
た引張応力を調整することで、結果的にバンプに加わる
応力を0にすることが可能になる。
Further, the second metal group disposed around the first metal group contains at least 40 wt% of carbon and 30% of sulfur.
When either wt% or less or oxygen 10 wt% or less is dispersed, the tensile stress generated when the element is not dispersed can be converted into compressive stress, and the residual tensile stress in the first metal group can be adjusted. As a result, the stress applied to the bump can be reduced to zero as a result.

【0290】以上記載したバンプ電極構造を有する半導
体実装体は、半導体装置を熱膨張係数が著しく異なる樹
脂基板からなる例えばガラスエポキシ基板上にフリップ
チップ実装した場合において、特に、その効果は従来の
技術を用いて行ったフリップチップ実装構造体に比較し
て著しく大きいものとなる。
The semiconductor package having the bump electrode structure described above is particularly effective when the semiconductor device is flip-chip mounted on, for example, a glass epoxy substrate made of a resin substrate having a significantly different thermal expansion coefficient. It is significantly larger than the flip-chip mounting structure manufactured by using.

【0291】従って、本発明によれば、半導体装置及び
その実装構造体を、信頼性良く、容易な手段で実現可能
である。
Therefore, according to the present invention, the semiconductor device and its mounting structure can be realized by reliable and easy means.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施例に係る半導体装置実装構
造体を示す断面図。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a semiconductor device mounting structure according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施例に係る半導体装置実装構
造体を示す断面図。
FIG. 2 is a sectional view showing a semiconductor device mounting structure according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第3の実施例に係る半導体装置実装構
造体を示す断面図。
FIG. 3 is a sectional view showing a semiconductor device mounting structure according to a third embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第4の実施例に係る半導体装置実装構
造体を示す断面図。
FIG. 4 is a sectional view showing a semiconductor device mounting structure according to a fourth embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第1の実施例に係る半導体装置を示す
断面図。
FIG. 5 is a sectional view showing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第2の実施例に係る半導体装置を示す
断面図。
FIG. 6 is a sectional view showing a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第3の実施例に係る半導体装置を示す
断面図。
FIG. 7 is a sectional view showing a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第4の実施例に係る半導体装置を示す
断面図。
FIG. 8 is a sectional view showing a semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第5の実施例に係る半導体装置を示す
断面図。
FIG. 9 is a sectional view showing a semiconductor device according to a fifth embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第6の実施例に係る半導体装置を示
す断面図。
FIG. 10 is a sectional view showing a semiconductor device according to a sixth embodiment of the present invention.

【図11】本発明の一実施例に係る半導体装置の製造工
程を示す断面図。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention.

【図12】本発明の一実施例に係る半導体装置の製造工
程を示す断面図。
FIG. 12 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention.

【図13】本発明の半導体装置の効果を説明する特性
図。
FIG. 13 is a characteristic diagram illustrating effects of the semiconductor device of the present invention.

【図14】本発明の半導体装置の効果を説明する特性
図。
FIG. 14 is a characteristic diagram illustrating effects of the semiconductor device of the present invention.

【図15】本発明の半導体装置の効果を説明する特性
図。
FIG. 15 is a characteristic diagram illustrating effects of the semiconductor device of the present invention.

【図16】本発明の半導体装置の効果を説明する特性
図。
FIG. 16 is a characteristic diagram illustrating effects of the semiconductor device of the present invention.

【図17】本発明の半導体装置の効果を説明する特性図FIG. 17 is a characteristic diagram illustrating effects of the semiconductor device of the present invention.

【図18】本発明の半導体装置の効果を説明する特性
図。
FIG. 18 is a characteristic diagram illustrating effects of the semiconductor device of the present invention.

【図19】本発明の半導体装置の効果を説明する特性図FIG. 19 is a characteristic diagram illustrating effects of the semiconductor device of the present invention.

【図20】本発明の半導体装置の効果を説明する特性図FIG. 20 is a characteristic diagram illustrating effects of the semiconductor device of the present invention.

【図21】本発明の半導体装置の効果を説明する特性図FIG. 21 is a characteristic diagram illustrating effects of the semiconductor device of the present invention.

【図22】本発明の他の実施例に係る半導体装置実装構
造体の製造工程を示す断面図。
FIG. 22 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device mounting structure according to another embodiment of the present invention.

【図23】本発明の他の実施例に係る半導体装置実装構
造体の製造工程を示す断面図。
FIG. 23 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device mounting structure according to another embodiment of the present invention.

【図24】本発明の他の実施例に係る半導体装置実装構
造体の製造工程を示す断面図。
FIG. 24 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device mounting structure according to another embodiment of the present invention.

【図25】本発明の他の実施例に係る半導体装置実装構
造体の製造工程を示す断面図。
FIG. 25 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device mounting structure according to another embodiment of the present invention.

【図26】本発明の他の実施例に係る半導体装置実装構
造体の製造工程を示す断面図。
FIG. 26 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device mounting structure according to another embodiment of the present invention.

【図27】本発明の他の実施例に係る半導体装置実装構
造体の製造工程を示す断面図。
FIG. 27 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device mounting structure according to another embodiment of the present invention.

【図28】本発明の他の実施例に係る半導体装置実装構
造体の製造工程を示す断面図。
FIG. 28 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device mounting structure according to another embodiment of the present invention.

【図29】本発明の他の実施例に係る半導体装置実装構
造体の製造工程を示す断面図。
FIG. 29 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device mounting structure according to another embodiment of the present invention.

【図30】本発明の他の実施例に係る半導体装置実装構
造体の製造工程を示す断面図。
FIG. 30 is a sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor device mounting structure according to another embodiment of the present invention.

【図31】本発明の第5の実施例に係る半導体装置実装
構造体を示す断面図。
FIG. 31 is a sectional view showing a semiconductor device mounting structure according to a fifth embodiment of the present invention.

【図32】本発明の第6の実施例に係る半導体装置実装
構造体を示す断面図。
FIG. 32 is a sectional view showing a semiconductor device mounting structure according to a sixth embodiment of the present invention.

【図33】本発明の第7の実施例に係る半導体装置実装
構造体を示す断面図。
FIG. 33 is a sectional view showing a semiconductor device mounting structure according to a seventh embodiment of the present invention.

【図34】本発明の第8の実施例に係る半導体装置実装
構造体を示す断面図。
FIG. 34 is a sectional view showing a semiconductor device mounting structure according to an eighth embodiment of the present invention.

【図35】本発明の他の実施例に係る半導体装置実装構
造体の製造工程を示す断面図。
FIG. 35 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device mounting structure according to another embodiment of the present invention.

【図36】本発明の他の実施例に係る半導体装置実装構
造体の製造工程を示す断面図。
FIG. 36 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device mounting structure according to another embodiment of the present invention.

【図37】本発明の第9の実施例に係る半導体装置実装
構造体を示す断面図。
FIG. 37 is a sectional view showing a semiconductor device mounting structure according to a ninth embodiment of the present invention.

【図38】本発明の第10の実施例に係る半導体装置実
装構造体を示す断面図。
FIG. 38 is a sectional view showing a semiconductor device mounting structure according to a tenth embodiment of the present invention.

【図39】本発明の第11の実施例に係る半導体装置実
装構造体を示す断面図。
FIG. 39 is a sectional view showing a semiconductor device mounting structure according to an eleventh embodiment of the present invention.

【図40】本発明の第12の実施例に係る半導体装置実
装構造体を示す断面図。
FIG. 40 is a sectional view showing a semiconductor device mounting structure according to a twelfth embodiment of the present invention.

【図41】本発明の第13の実施例に係る半導体装置実
装構造体を示す断面図。
FIG. 41 is a sectional view showing a semiconductor device mounting structure according to a thirteenth embodiment of the present invention.

【図42】本発明の半導体装置実装構造体の効果を示す
特性図。
FIG. 42 is a characteristic diagram showing the effect of the semiconductor device mounting structure of the present invention.

【図43】本発明の半導体装置実装構造体の効果を示す
特性図。
FIG. 43 is a characteristic diagram showing the effect of the semiconductor device mounting structure of the present invention.

【図44】本発明の半導体装置実装構造体の効果を示す
特性図。
FIG. 44 is a characteristic diagram showing the effect of the semiconductor device mounting structure of the present invention.

【図45】本発明の半導体装置実装構造体の効果を示す
特性図。
FIG. 45 is a characteristic diagram showing effects of the semiconductor device mounting structure of the present invention.

【図46】本発明の半導体装置実装構造体の効果を示す
特性図。
FIG. 46 is a characteristic diagram showing effects of the semiconductor device mounting structure of the present invention.

【図47】本発明の半導体装置実装構造体の効果を示す
特性図。
FIG. 47 is a characteristic diagram showing an effect of the semiconductor device mounting structure of the present invention.

【図48】本発明の半導体装置実装構造体の効果を示す
特性図。
FIG. 48 is a characteristic diagram showing effects of the semiconductor device mounting structure of the present invention.

【図49】本発明の半導体装置実装構造体の効果を示す
特性図。
FIG. 49 is a characteristic diagram showing effects of the semiconductor device mounting structure of the present invention.

【図50】本発明の半導体装置実装構造体の効果を示す
特性図。
FIG. 50 is a characteristic diagram showing the effect of the semiconductor device mounting structure of the present invention.

【図51】本発明の半導体装置実装構造体の効果を示す
特性図。
FIG. 51 is a characteristic diagram showing effects of the semiconductor device mounting structure of the present invention.

【図52】本発明の半導体装置実装構造体の効果を示す
特性図。
FIG. 52 is a characteristic diagram showing the effect of the semiconductor device mounting structure of the present invention.

【図53】本発明の半導体装置実装構造体の効果を示す
特性図。
FIG. 53 is a characteristic diagram showing effects of the semiconductor device mounting structure of the present invention.

【図54】本発明の半導体装置実装構造体の効果を示す
特性図。
FIG. 54 is a characteristic diagram showing effects of the semiconductor device mounting structure of the present invention.

【図55】本発明の半導体装置実装構造体の効果を示す
特性図。
FIG. 55 is a characteristic diagram showing effects of the semiconductor device mounting structure of the present invention.

【図56】本発明の半導体装置実装構造体の効果を示す
特性図。
FIG. 56 is a characteristic diagram showing effects of the semiconductor device mounting structure of the present invention.

【図57】本発明の半導体装置実装構造体の効果を示す
特性図。
FIG. 57 is a characteristic diagram showing effects of the semiconductor device mounting structure of the present invention.

【図58】本発明の半導体装置実装構造体の効果を示す
特性図。
FIG. 58 is a characteristic diagram showing effects of the semiconductor device mounting structure of the present invention.

【図59】本発明の半導体装置実装構造体の効果を示す
特性図。
FIG. 59 is a characteristic diagram showing effects of the semiconductor device mounting structure of the present invention.

【図60】本発明の半導体装置実装構造体の効果を示す
特性図。
FIG. 60 is a characteristic diagram showing effects of the semiconductor device mounting structure of the present invention.

【図61】本発明の半導体装置実装構造体の効果を示す
特性図。
FIG. 61 is a characteristic diagram showing effects of the semiconductor device mounting structure of the present invention.

【図62】本発明の他の実施例に係る半導体装置を示す
断面図。
FIG. 62 is a sectional view showing a semiconductor device according to another embodiment of the present invention.

【図63】本発明の他の実施例に係る半導体装置を示す
断面図。
FIG. 63 is a sectional view showing a semiconductor device according to another embodiment of the present invention.

【図64】本発明の他の実施例に係る半導体装置の製造
工程を示す断面図。
FIG. 64 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to another embodiment of the present invention.

【図65】本発明の他の実施例に係る半導体装置を示す
断面図。
FIG. 65 is a sectional view showing a semiconductor device according to another embodiment of the present invention.

【図66】本発明の他の実施例に係る半導体装置を示す
断面図。
FIG. 66 is a sectional view showing a semiconductor device according to another embodiment of the present invention.

【図67】従来技術に係る半導体装置を示す断面図。FIG. 67 is a sectional view showing a semiconductor device according to a conventional technique.

【図68】従来技術に係る半導体装置を示す断面図。FIG. 68 is a sectional view showing a semiconductor device according to a conventional technique.

【図69】従来技術に係る半導体装置を示す断面図。FIG. 69 is a cross-sectional view showing a semiconductor device according to a conventional technique.

【図70】従来技術に係る半導体装置を示す断面図。FIG. 70 is a sectional view showing a semiconductor device according to a conventional technique.

【図71】従来技術に係る半導体装置を示す断面図。71 is a cross-sectional view showing a semiconductor device according to a conventional technique.

【図72】従来技術に係る半導体装置を示す断面図。FIG. 72 is a cross-sectional view showing a semiconductor device according to a conventional technique.

【図73】従来技術に係る半導体装置を示す断面図。FIG. 73 is a cross-sectional view showing a semiconductor device according to a conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…半導体チップ、2…回路配線基板、3…パッシベー
ション膜、4…ボンディングパッド、5…バリアメタル
となる薄膜金属、6…第1の金属群、7…第2の金属
群、8…回路配線基板の電極パッドを構成する金属、9
…ソルダーレジストまたは回路配線基板の保護膜、10
…回路配線基板の配線電極金属、11…回路配線基板の
電極バリアメタル、12…半導体チップと回路配線基板
の隙間を充填する樹脂、21…半導体装置、22…カソ
ードメタル、23…メッキレジスト、24…バンプ電極
形成領域、25…エッチングレジスト、26…ガラス、
27…バンプ形成パターン、28…ガラスマスク、29
…半導体チップと回路配線基板の隙間、30…ガラスエ
ポキシ樹脂、31…銅箔、32…回路配線パターン、3
3…感光性絶縁材料、34…接続ビア、35…スルホー
ル、36…メッキレジスト、37…電極形成領域、38
…エッチングレジスト、39…銅膜、40…第1の金属
群と回路配線基板電極パッドの隙間、41…第3の金属
群、42…バンプ電極金属。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor chip, 2 ... Circuit wiring board, 3 ... Passivation film, 4 ... Bonding pad, 5 ... Thin film metal used as barrier metal, 6 ... 1st metal group, 7 ... 2nd metal group, 8 ... Circuit wiring Metal that constitutes the electrode pad of the substrate, 9
... Solder resist or protective film for circuit wiring board, 10
... Wiring electrode metal of circuit wiring board, 11 ... Electrode barrier metal of circuit wiring board, 12 ... Resin filling gap between semiconductor chip and circuit wiring board, 21 ... Semiconductor device, 22 ... Cathode metal, 23 ... Plating resist, 24 ... bump electrode formation region, 25 ... etching resist, 26 ... glass,
27 ... Bump forming pattern, 28 ... Glass mask, 29
... Gap between semiconductor chip and circuit wiring board, 30 ... Glass epoxy resin, 31 ... Copper foil, 32 ... Circuit wiring pattern, 3
3 ... Photosensitive insulating material, 34 ... Connection via, 35 ... Through hole, 36 ... Plating resist, 37 ... Electrode forming region, 38
... Etching resist, 39 ... Copper film, 40 ... Gap between first metal group and circuit wiring board electrode pad, 41 ... Third metal group, 42 ... Bump electrode metal.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体チップのボンディングパッド上に
形成された金属薄膜と、この金属薄膜上に突出して形成
された、第1の金属層及び第2の金属層からなるバンプ
電極とを具備し、前記第2の金属層は、10-4〜40重
量%の炭素、10-4〜30重量%の硫黄、及び10-4
10重量%の酸素を含有することを特徴とする半導体装
置。
1. A metal thin film formed on a bonding pad of a semiconductor chip, and a bump electrode formed on the metal thin film so as to project from the first metal layer and a second metal layer. The second metal layer comprises 10 −4 to 40% by weight of carbon, 10 −4 to 30% by weight of sulfur, and 10 −4 to
A semiconductor device containing 10% by weight of oxygen.
【請求項2】 半導体チップのボンディングパッド上に
形成された金属薄膜と、この金属薄膜上に突出して形成
された、第1の金属層及び第2の金属層からなるバンプ
電極とを具備する半導体装置を、回路配線基板の電極パ
ッドにフリップチップ実装した実装構造体であって、前
記第1の金属層と前記電極パッドとは前記第2の金属層
を介して接続され、前記第2の金属層の、前記第1の金
属層と前記電極パッドとの間の部分は、前記第2の金属
層の他の部分とは異なる密度を有することを特徴とする
半導体装置実装構造体。
2. A semiconductor comprising a metal thin film formed on a bonding pad of a semiconductor chip, and a bump electrode formed on the metal thin film so as to project from the first metal layer and a second metal layer. A mounting structure in which a device is flip-chip mounted on an electrode pad of a circuit wiring board, wherein the first metal layer and the electrode pad are connected via the second metal layer, and the second metal layer is connected. A semiconductor device mounting structure, wherein a portion of the layer between the first metal layer and the electrode pad has a density different from that of other portions of the second metal layer.
【請求項3】 半導体チップのボンディングパッド上に
形成された金属薄膜と、この金属薄膜上に突出して形成
された、第1の金属層及び第2の金属層からなるバンプ
電極とを具備する半導体装置を、回路配線基板の電極パ
ッドにフリップチップ実装した実装構造体であって、前
記第1の金属層は、前記第2の金属層中に覆われ、前記
第2の金属層は、この第2の金属層とは異なる第3の金
属層を介して前記電極パッドと接続されていることを特
徴とする半導体装置実装構造体。
3. A semiconductor comprising a metal thin film formed on a bonding pad of a semiconductor chip, and a bump electrode formed of a first metal layer and a second metal layer protrudingly formed on the metal thin film. A mounting structure in which a device is flip-chip mounted on an electrode pad of a circuit wiring board, wherein the first metal layer is covered with the second metal layer, and the second metal layer is A semiconductor device mounting structure, which is connected to the electrode pad via a third metal layer different from the second metal layer.
【請求項4】 半導体チップのボンディングパッド上に
形成された金属薄膜と、この金属薄膜上に突出して形成
された、第1の金属層及び第2の金属層からなるバンプ
電極とを具備する半導体装置を、回路配線基板の電極パ
ッドにフリップチップ実装した実装構造体であって、前
記第1の金属層と前記電極パッドとは前記第2の金属層
を介して接続され、前記第1の金属層は、逆台形状であ
り、前記電極パッドの厚さは20μm以上であることを
特徴とする半導体装置実装構造体。
4. A semiconductor comprising a metal thin film formed on a bonding pad of a semiconductor chip, and a bump electrode formed on the metal thin film so as to project from the first metal layer and a second metal layer. A mounting structure in which a device is flip-chip mounted on an electrode pad of a circuit wiring board, wherein the first metal layer and the electrode pad are connected via the second metal layer. The semiconductor device mounting structure, wherein the layer has an inverted trapezoidal shape, and the electrode pad has a thickness of 20 μm or more.
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