JPH07335648A - 半導体装置の突起電極 - Google Patents

半導体装置の突起電極

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JPH07335648A
JPH07335648A JP6127790A JP12779094A JPH07335648A JP H07335648 A JPH07335648 A JP H07335648A JP 6127790 A JP6127790 A JP 6127790A JP 12779094 A JP12779094 A JP 12779094A JP H07335648 A JPH07335648 A JP H07335648A
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semiconductor device
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 半導体装置1上に電極2と開口パターンを形
成する保護膜3と、電極2と保護膜3上に形成する金属
薄膜4と、金属薄膜4上に形成するストレートタイプの
コア突起電極5と、金属薄膜4上とコア突起電極5上に
形成する球状の半田突起電極6を有する。 【効果】 本発明の突起電極の構造を採用することによ
って、突起電極の直径を小さく形成でき、かつ密着強度
が強固となる。よって従来の突起電極の構造では不可能
であった半導体装置の超微細な接続ピッチのFC実装を
実現することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の突起電極に
関係し、その分野のベアチップをフェイスダウンで実装
する実装構造において、とくに超微細接続ピッチのFC
(FlipChip)実装を行う際に用いられる突起電
極の構造に関する。
【0002】
【従来の技術】近年の電子機器の軽薄短小化への傾向は
半導体装置が高集積化してきていることからも明らかで
あり、半導体装置の実装においても軽薄短小化に対応す
るために高密度化が進んできている。
【0003】この高密度の実装構造を達成するための構
成としてはFC実装構造や、TAB(Tape Aut
omated Bonding)実装構造や、さらにC
OG(Chip On Glass)実装構造が代表的
であり、突起電極を採用する実装構造は増加してきてい
る。
【0004】従来のFC実装における突起電極の構造
は、コア突起電極のない構造とコア突起電極を有する構
造とがある。それらの構造の突起電極を採用する一般的
なFC実装の接続ピッチは、200ミクロンよりも大き
い。以下、従来例における突起電極の構造の一例につい
て図面を用いて説明する。
【0005】図2は従来のコア突起電極を有する構造を
示す断面図である。半導体装置1上に外部と接続するた
めの電極2と保護膜3と金属薄膜5と銅コア突起電極と
半田突起電極を順次形成する構造となっている。
【0006】はじめに、半導体装置1に電極2と保護膜
3とをスパッタリング法や、CVD(Chemical
Vapor Deposition)法によって被膜
形成を行い、それぞれをパターン形成する。
【0007】さらに金属薄膜4はスパッタリング法や真
空蒸着法によって形成する。金属薄膜4は3層構造を有
しており、下層からアルミニウムとクロムと銅とを積層
している。
【0008】それぞれの膜厚は順に0.5〜1.0ミク
ロン・50〜1000オングストローム・0.5〜1.
0ミクロンとなっている。金属薄膜4は、電解メッキに
て突起電極を形成するためのウエハー面内共通の電極と
しての役割と、電極2と突起電極との金属同士の接合
と、電気的な結合とを行う役割をもっている。
【0009】ここでクロムはアルミニウムと銅の金属拡
散を防止するバリアの役割を有しており、クロム以外の
金属でニッケルやチタンを用いることもできる。
【0010】コア突起電極5は、基板に半導体集積回路
装置を実装するときの基板と半導体集積回路装置とのす
き間を空ける役割をもっている。
【0011】コア突起電極5は、メッキ用レジスト(図
示せず)を金属薄膜4上の全面に形成し、電極2上にホ
ール状のパターンを設けて、電解メッキにて形成する。
【0012】電解メッキは等方成長するのでコア突起電
極5の高さをメッキ用レジストよりも上まで形成する
と、メッキ用レジストよりも高く成長した寸法分が横方
向へも成長し、コア突起電極5は、図2に示すようにマ
ッシュルーム形状となる。
【0013】メッキ用レジストのホール状のパターンの
開口部直径と、コア突起電極5の根元の直径は等しく、
この直径と突起電極高さを調整することによって突起電
極の直径を決定している。
【0014】コア突起電極5の根元の直径寸法は突起電
極の密着強度に影響を及ぼすので、極端に細くはできな
い。
【0015】半田突起電極6は、基板のパターンと半導
体集積回路装置とを接続する役割をもっている。コア突
起電極5と同様に電解メッキにて形成し、その後、半田
の融点以上の温度に加熱すると溶融し、表面張力によっ
て球状となり、そして冷却することによって図示したよ
うな形状となる。半田の体積が接続信頼性に影響を与え
るので、体積は多い方がよい。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】図2に示す従来例の半
導体装置の突起電極の構造は、微細接続ピッチに対応さ
せようとするとき、コア突起電極と半田突起電極の高さ
を低くする手法か、コア突起電極の根元の直径を小さく
する手法によって行う。
【0017】高さを低くする手法はメッキが等方成長す
ることを利用し、高さを低くすることによって突起電極
の横方向への成長を抑え、よって突起電極の直径を小さ
く形成するものである。
【0018】しかし、この手法は高さを低くすることに
限界があり、最低でも実装基板側のレジスト厚さ、たと
えば40ミクロンよりも高くなければならない。
【0019】また、半田体積が減少するので接続信頼性
が悪くなる。たとえば突起電極の高さが50ミクロンの
とき、両側面にもそれぞれ50ミクロンメッキが広が
り、突起電極の根元の直径が30ミクロンあったとする
と、メッキ後の突起電極の直径は130ミクロンにな
る。よって接続ピッチ130ミクロン以下の微細接続は
非常に困難である。
【0020】この形成手法における突起電極の直径寸法
は、以下の計算式で得ることができる。 突起電極直径=突起電極根元の直径+突起電極の高さの
2倍
【0021】突起電極の根元の直径を小さくする手法
は、メッキレジストの開口径、すなわち突起電極根元の
直径を小さく形成することによって、突起電極の高さを
維持したまま突起電極の直径を小さくするものである。
【0022】しかしながら突起電極の根元の直径を小さ
くすると、突起電極の密着強度が弱くなり、実装信頼性
上問題となる。突起電極の根元の直径寸法が20ミクロ
ン程度のとき、密着強度は約15gとなる。
【0023】この程度の数値が実装信頼性上、問題のな
い突起電極の密着強度の限界値である。その際の突起電
極のメッキ後の直径は、突起電極の高さ寸法を50ミク
ロンとするとき、120ミクロンとなり、接続ピッチ寸
法が120ミクロン以下の微細接続は非常に困難であ
る。
【0024】前述した理由から従来の突起電極は、超微
細接続ピッチの高密度FC実装には適さない。
【0025】本発明の目的は、上記のような課題を解決
し、接続ピッチ寸法の狭小化をはかり、従来よりもさら
に高密度なFC実装を達成することが可能な突起電極の
構成を提供することにある。
【0026】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明では、下記記載の構造を有する突起電極を採用
する。
【0027】本発明の半導体装置の突起電極は、半導体
装置上に電極と開口パターンを形成する保護膜と、電極
と保護膜上に形成する金属薄膜と、金属薄膜上に形成す
るストレートタイプのコア突起電極と、金属薄膜上とコ
ア突起電極上に形成する球状の半田突起電極を有するこ
とを特徴とする。
【0028】
【作用】本発明の突起電極は、ストレートタイプのコア
突起電極をもった構造で、しかも突起電極根元の金属薄
膜上から半田突起電極を形成している。
【0029】コア突起電極をストレートタイプに形成す
ることによって突起電極の直径を縮小できる。またコア
突起電極と半田突起電極を加えた根元の太さとなり、コ
ア突起電極を有する半田突起電極を従来の手法で同サイ
ズに形成するときよりも、突起電極の密着強度を強くす
る作用がある。
【0030】
【実施例】以下本発明の実施例における半導体装置の突
起電極の構造を図面に基づいて詳しく説明する。図1は
本発明の実施例における突起電極を示す断面図である。
【0031】まず半導体装置1上に、電極2と保護膜3
をスパッタリング法やCVD法によって膜形成し、それ
ぞれをパターン形成する。電極2は一般的な半導体装置
用の配線材料であるアルミニウムを主成分とする金属に
て0.8〜1.0ミクロンの厚さに形成する。
【0032】保護膜3はシリコン窒化膜やシリコン酸化
膜を0.8〜1.0ミクロンの厚さに形成し、電極2上
に40ミクロンの開口部を設ける。開口部は良好な接続
抵抗と接着強度を得るために、直径寸法は10ミクロン
以上が望ましい。
【0033】保護膜3は2層構造を採用するときもあ
り、そのときは下層にシリコン窒化膜またはシリコン酸
化膜を0.8〜1.0ミクロン、上層にポリイミド膜を
1.0〜5.0ミクロンの厚さに形成する。
【0034】ポリイミド膜は、半導体装置1の素子を保
護する効果と上に積層する金属の応力を吸収する効果を
有する。ポリイミド膜の形成はフォトリソグラフィ法に
よって行う。
【0035】つぎに金属薄膜4を形成する。金属薄膜4
は3層構造を有しており、下層からアルミニウムとクロ
ムと銅を積層している。それぞれの膜厚は0.5〜1.
0ミクロンと50〜1000オングストロームと0.5
〜1.0ミクロンとなっている。
【0036】ここで金属薄膜4は、電界メッキにて突起
電極を形成するためのウエハー面内共通の電極としての
役割と、電極2と突起電極との金属同士の接合、および
電気的な結合を行う役割をもっている。
【0037】さらにクロムはアルミニウムと銅の金属拡
散を防止するバリアの役割を有しており、クロム以外の
金属でニッケルやチタンを用いることもできる。
【0038】金属薄膜4の形成は、電極2上の有機残渣
や酸化膜をクリーニングした後、スパッタリング法や真
空蒸着法にて行う。
【0039】つぎにストレート形状のコア突起電極5を
形成する。コア突起電極5は25ミクロンの高さまで形
成し、直径寸法は30ミクロンである。
【0040】高さ寸法の最大は60ミクロン、直径寸法
の最小は10ミクロンに形成し、基板に半導体集積回路
装置を実装するときの基板と半導体集積回路装置とのす
き間を空ける役割をもっている。
【0041】コア突起電極5は電解銅メッキ法にて形成
する。金属薄膜4上にメッキ用レジスト(図示せず)を
25ミクロンの厚さに形成し、電極2上のメッキ被着部
を開口しそこにメッキすることによって、等方成長する
電解メッキの横方向への成長を抑制している。
【0042】本発明の実施例ではコア突起電極5に銅を
用いたが、採用する半田を球状に成形する温度よりも融
点が高く、メッキ法による形成が可能な金属で、半田メ
ッキが付着するもので有れば、同様に採用できる。
【0043】メッキ用レジストは液状タイプ、あるいは
ドライフィルムのどちらでも可能であり、メッキ用レジ
ストはフォトリソグラフィ法によって形成する。
【0044】そして半田突起電極6を形成する。コア突
起電極5の上に25ミクロンの高さまで形成する。
【0045】この半田突起電極6の体積が半導体装置1
と基板との接続信頼性に影響する。接続信頼性を得るた
めに半田突起電極6の体積は多い方がよい。本発明の実
施例において半田突起電極6は、97000立方ミクロ
ンの体積を有する。
【0046】半田突起電極6は電解メッキ法にて形成す
る。半田突起電極6は等方成長し、高さ25ミクロンま
で成長させると、両側にも25ミクロン成長する。
【0047】よってメッキ直後の半田突起電極6の直径
寸法は、コア突起電極5の直径を加えて80ミクロンと
なる。隣接する突起電極との間隔を20ミクロンとする
と、接続ピッチ100ミクロンを実現できる。
【0048】この時点での突起電極の形状は、マッシュ
ルーム型になっている。接続ピッチをさらに狭小化する
ためには、コア突起電極5の直径を小さくするか、ある
いは半田突起電極6の高さを低くすれば可能である。
【0049】つぎに半田の融点以上の温度に加熱するこ
とによって、半田突起電極6を球状に成形する。加熱温
度は、約300℃で処理している。当実施例では錫:鉛
=6:4の半田を使用しており、融点は約183℃であ
る。半田の組成は錫:鉛=5:95やインジウム、銀を
錫と鉛に混入するタイプも使用できる。
【0050】半田を融点以上の温度に加熱すると溶融し
て、図1に示すように金属薄膜4とコア突起電極5との
上に濡れ広がり、表面張力によって球状になる。コア突
起電極5が冷却すると、その形状をとどめたまま凝固
し、本発明の突起電極の構造となる。
【0051】突起電極の根元はコア突起電極5と半田突
起電極6を合わせた大きさとなり、密着強度が強くな
り、FC実装の信頼性が飛躍的に向上する。
【0052】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よればコア突起電極をストレートタイプにすることによ
って、突起電極の横方向への広がりを抑え、しかも高さ
を保つことができるので直径の小さな突起電極を得るこ
とができる。
【0053】さらにまた、半田をコア突起電極と金属薄
膜上まで濡らして広げ球状に成形することによって、突
起電極の密着強度を向上させることができる。この突起
電極を採用すると、半導体装置上に形成する突起電極間
のピッチを縮小することが可能であり、したがって近年
の軽薄短小化の要求に対応する、超微細な接続ピッチ寸
法の半導体装置のFC実装を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例における半導体装置の突起電極
を示す断面図である。
【図2】従来例における突起電極を示す断面図である。
【符号の説明】
1 半導体装置 2 電極 3 保護膜 4 金属薄膜 5 コア突起電極 6 半田突起電極

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体装置上に電極と開口パターンを形
    成する保護膜と、電極と保護膜上に形成する金属薄膜
    と、金属薄膜上に形成するストレートタイプのコア突起
    電極と、金属薄膜上とコア突起電極上とに形成する球状
    の半田突起電極とを有することを特徴とする半導体装置
    の突起電極。
JP6127790A 1994-06-09 1994-06-09 半導体装置の突起電極 Pending JPH07335648A (ja)

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