JPH07506217A - 製造された半導体ダイ上に電極の接続を形成する方法 - Google Patents

製造された半導体ダイ上に電極の接続を形成する方法

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の名称 製造された半導体ダイ上に 電極の接続を形成する方法 発明の背景 本発明は一般的に言うと集積回路(“IC″′)の包装技術、そしてさらに詳し く言えば、製造された半導体ダイ上に電極の接続構造を形成する方法に関する。
テープオートメーテツドボンディング(TAB”)は高密度のパッケージを形成 するための信頼性の高い確立した効果的な技術である。このTAB方法はフィル ムキャリア上に形成された内側のリードを集積回路(”IC”)チップのパッド 上に形成された突起にポンディグするための熱接着技術を用いている。
TABを成功の内に利用するための重要なプロセスまたは鍵となる要素は、バン ブを形成することであり、そのバンブはフィルムキャリアのリードをICのボン ドパッドに電気的に接続するだけではなく、それらを機械的に接続するものであ る。ICボンドパッド上にバンブを形成する初期の努力は従来のウェハ製造技術 に向けられたものであった。例えば、リー、ティー。
ニス、等°“テープオートメーテツドボンディングのためのウェハパンピングに 対する考察゛°、固体技術、1980年3月を参照されたい。
ウェハ処理技術はしばしばダイのバッチ処理を通して、あるスケール上の経済性 を提供しているのであるが、バンブのウニハブ西セスはバンブの材料として金と かその他の高価な高純度の材料を使用する場合においては、希望する経済性を上 回るほど過度に高価なものとなっている。その理由はウェハプロセスでは金のバ ンブを良品であるウェハのダイばかりではな(、悪いダイの上にも無差別に形成 することにある。大規模なICの場合においては、特にそのことが言えるのであ って、その理由は処理されるウェハ上に僅かの量のダイとか、より少ないパーセ ンテージの良品のダイか得られるからである。
しかしながら、TAB技術は、大規模ICであって数多(の入出力(“工10“ )ボンドパッドを有するICの実装のために開発されたものである。
かくして、ICがより太き(なればなるほどタブ技術は魅力的なものであり、金 、その他の高価な高純度のバンブをICボンドパッド上に形成するウェハプロセ スは製品のロスに関連して指数関数的に上昇している。
ICウェハを製造することに引き続いてバンブの製造に関する代替的なものにつ いての研究がなされている。そのようなアプローチの1つはIC上にバンブを製 造することなく、フィルムキャリア上にパンピングを設けることによってなくす ことが、例えばハタダケンゾウ等の1“移送式バンブタブ組立技術における高い ボンディング特性と信頼性をもつバンブの特性′9、lMC198B年のプロシ ーディング、東京、5月25〜27日、1988年参照。
しかしながらフィルムキャリアリード上に、パンピングを作ることは大量の生産 のためには、たった1組のリードセットがたった1つのICに対応させられると いうことによって、不当に高価なものとなっている。
かくして、この技術は金またはその他の高価な高純度のバンブ材料を悪いダイの 上に形成するという問題を解決することができるが、それはウェハプロセスにお いて、多くのダイか一度にバッチ処理されることによるスケール上の経済性によ るコスト上の利益をなくしてしまうものである。
発明の要約 したがって、本発明の1つの目的は、得られた良いダイのICボンドパッド上の みに効果的かつ信頼性高(、バンブを構成する方法を提供することである。
本発明の第2の目的は完成された1以上のダイのICボンドパッド上に同時にバ ンブを形成する方法を提供することである。
これらおよび付加的な目的は本発明の様々な特徴によって完成されるものである 。本発明の1つの特徴は得られた良品のダイのボンドパッド上に導電性のバンブ を形成するというlまたはそれ以上の目的を達成することができるものである。
簡単に言うと、このプロセスはまずはじめにマスク層が引き続いて形成される上 に透明な構造を形成する。
孔がマスク層にある定められたボンドパッドの配置関係を保って、ある定められ た数だけ完成された良品のダイ上に、その後につけられるマスク上に形成される 。
マスキング層上に孔を形成した後に、得られた良品のダイはそれから光学的にマ スキング層にそれらのボンドパッドの位置と予め定められたそれら対応するマス キング層中の孔とが光学的に位置合わせされる。
ひとたび位置合わせされると得られた良品のダイはマスキング層に接着性の材料 によって接合される。
得られた良品のダイは適当に接続されたマスク層に合わされて、それから透明な 層が分離されるかまたはマスキング層の多面から除かれる。この透明な構造が除 去された後に導電性のバンブが得られた良品のダイ上のボンドパッド上に通常の 手段によるマスキング層の孔を介して形成される。
最後に、ひとたび導電性のバンブが得られた良品のダイ上に形成されたならば、 マスキング層は工程を完了するために取り除かれる。得られた良品のダイはフィ ルムキャリアリードに通常の方法によって接続される。
上述したプロセスに加えて、得られた良品のダイは裏打ちの一材料にマスキング 層につけられる前または後で接続される。裏打ちの材料は得られた良品のダイか マスキング層から透明な構造がのせられた後で支持体層として働(。
もし裏支持材料かい(っかの良品のダイを支持している場合においては、結果的 な構造は全て良いダイを含むものと同様に処理される。か(して、スケール上の 経済性がウェハプロセス技術中において実現される。
裏打ち材料はマスク層が除去された後のバンブが設けられたダイの機械的な支持 体として支持体を提供する。これによりダイはそれから電気的にプローブされ、 同様なウェハブロービングがダイをキャリアフィルムリードに接続する前に行わ れる。引き続いてもし、任意のダイかパンピング形成工程において損傷されるか またはバンブがそれらの上に適性に形成されることを失敗している場合にはそれ らはバッキングの前に除去される。かくしてこの付加的なプルービングテストは 、全体としてのバッキングコストをかなり有効に低下させる。
最後にダイかプルーブされた後に、テストされたダイは裏打ち材料に通常の方法 、例えばダイシングまたは接着剤の容量除去により接続され、キャリアフィルム リードが他の接続のために接合される。代替的な方法として、裏打ぢ材料はダイ にそってダイシングされるか、またはダイに接触して残された状態でヒートシン クとして機能する。一 本発明の他の付加的な目的、特徴および利点は次の好適な実施例の記述に関連し て明らかにされるのであるが、それらは付随する図面に沿って行われる。
図面の簡単な説明 図1は本発明の特徴を利用する12ステツプのプロセスのうちの透明な構造を形 成する第1のステップを図解しており; 図2は本発明の特徴を利用する12のステップを含むプロセスのうちの透明な構 造上にホトレジストのコーティングを行う第2のステップを図解しており;図3 は本発明の特徴を利用する12のステップを含むプロセス中のホトマスクとマス クされていないホトレジストを紫外光に晒すために位置合わせする第3のステッ プを示しており; 図4は本発明による特徴を利用する12のステップのうちの第4のステップであ って、ホトレジストの露光された部分を現像し、除去するステップを示しており ; 図5は本発明の特徴を利用する12のステップのプロセスのうちの第5のステッ プであって、完成されたダイに残りのホトレジストを位置合わせ付着するステッ プを示しており; 図6は本発明の特徴を利用した12のステップを含む処理過程のうち、第6番目 のステップであって、薄い裏打ち材料を位置合わせして、裏打ち材料を付加する ステップを示しており; 図7は本発明の特徴を利用する12のステップを持つ処理過程のうち、第7番目 のステップであって、透明な構造を引き剥がすステップを示しており;図8は本 発明の特徴を利用する12ステツプの処理過程のうちの第8番目のステップであ って、パックスバッタリングから障壁/接着基礎材をホトレジスト上に形成する ステップを示しており; 図9は本発明の特徴を利用した12のステップを含むプロセスのうち、第9番目 のステップを示しており、ダイボンドパッド上に金のバンブをメッキするステッ プを示している; 図10は本発明の特徴を利用した12のステップを含むうちの第10番目のステ ップを示しており、障壁/接着基礎材を除去するステップを示しており;図11 は本発明の特徴を利用した12のステップを含む処理のうちの第11番目のステ ップであって、ホトレジストを除去するステップを示しており;および図12は 本発明の特徴を利用する12のプロセスのうちの第12番目のステップであって 、裏打ちの材料から、金がバンブされたダイをプローブして剥がすステップを示 している。
好適な実施例の詳細な記述 図1はマスキング層上に透明構造を製造するところを図解しており、そして多( の完成された良いダイか付着される。透明構造5はこの例においては、ガラスシ ート10からスタートし、その一方の表面に薄い可撓性の材料層15が形成され 、例えば薄皮のようなものであって、それは裏打ち材料として働(。可撓性の層 15の反対側の百の上には薄い金属層20が蒸着またはスパッタリングによって 形成されて釈放剤として働く。
可撓性の材料層15と金属層20の層は共に透明であるべきである。この金属の 可撓性の層15は適当に材料を選択することによりなされる。薄い金属材料層2 0は一方において、その厚さを複数の単層の厚さにすることによって透明に製造 される。
図2は第1のマスク層の形成を図解している。
例として、正のホトレジスト25が薄い金属材料層20の露出された側の表面に 、通常の方法、例えばスピンコーティングによって形成され、それから固められ る。
後に、このマスキング層の中に形成される孔は金のパンブを形成するための支持 壁として利用されるのであるから、−ホトレジスト25の厚さは典型的には28 〜30μmであって、はぼ25μmの金のバンブの高さに対応させられている。
ホトレジスト材料の代わりとしてセンシティブ材料であって、例えば光射抗性を 有するポリイミドを利用することができる。もしそのようなホトレジスト以外の ホトセンシティブ材料が用いられるときには、工程においである変更が要求され るであろう。
例えば、マスキング層15としてホトレジスト材料が用いられるときにはクロー ムが金属材料25として好ましいが、−力先感応材料であるポリイミドがマスク 層15として利用されるときには銅が金属材料層2゜として好ましい。
図3は孔40(図4)を導電性のバンブ70(図9)をその孔を介して後に形成 されるであろう孔の形成を図解している。ホトマスク3oは1または2以上のダ イの対応するポンディングパッドの形状に対応する孔をもち、そこにホトレジス ト25に対して得られたダイ45が配置され、ホトレジスト25に対して位置合 わせされて配置される。ホトマスク3oによって覆われていないホトレジスト2 5の部分はそれから紫外光線35によって露出される。
図4は後にそれによって導電性のバンブ7oが形成されるであろう孔40の形成 を引き続き示している。
通常の手段を通常の方法により、ホトレジスト25の露出された部分は現像され 、そして孔4oを形成するために除去される。
図5はホトレジスト25に対して、すでに完成されている良品のダイ45を配置 させ、付着させる状態を図解している。完成されている良品のダイ45は光学的 ホトレジスト25に対して、存在するパッド5oをガラスシート10.薄皮15 .および薄い金属層2゜および孔40に対して光学的に位置合わせされる。
ボンドパッド50と孔40は典型的には2ないし7ミル(0,05〜0.18ミ リ)であるから、パッドとホールの位置合わせは通常のホールの光学的合わせ手 段によって充分に可能である。完成されている良品のダイ45がこのようにして 正しく位置合わせされると、それらはホトレジスト25に接着材料によって物理 的に接着される。
図6は裏打ち材料55を完成された良品のダイ45に接続するのを図解しており 、それは得られた良品のダイ45に対する機械的な支持構造を提供し、そしてホ トレジスト25の機械的支持材料として透明材料5が除去された後に働く。裏打 ち材料55はリング6゜に機械的に支持されている薄い材料として示されている が、本発明においては必ずしもこれに限定される必要はない。例えば、金属の導 電層が裏打ち層として利用されるであろう充分な強度をもっていて裏打ち層とし て利用される場合には支持リングは不要である。
図7は導電性のバンブ70の製造の準備のために透明構造5が除去されるのを図 解している。透明材料構造はまずはじめにガラス層10を薄皮15から剥がし、 そして薄皮15をホトレジスト25から離しそして最終的には薄い金属材料20 または薄皮15でホトレジスト層25にのっているものを除去するというように 順次除去される。
薄い金属材料のホトレジスト25から剥離するのは高い金属層20と薄皮15の 高い接着性が金属材料20とホトレジスト25の弱い接続に対して強い接続をも てることに由来する。
透明構造が除去されると完成させた良品のダイ45にバンブの形成の準備が完了 する。図8はバンブの製造工程の開始を示している。接着/障害基礎層65を通 常の方法で配置することによって行われる。
これらの材料はほぼ3000人のチタン/タングステン合金(′vTi/W′° )であって、金(+? A ul? )のほぼ2000人の層を付加的にもって いる。
図9は導電バンブ70の形成の実施例を図解している。これおよび引き続(図に おいて、構造は次の処理ステップを図解するために天地に引っ繰り返されている 。かくして、裏打ち材料55は下側になり、そしてホトレジスト層25が上にな っている。
接着/障壁基礎層65がボンドパッド5o上に形成されてから、導電バンブ7o が薄いホトレジスト75を接着/障壁基礎層65上に形成することにより、薄い ホトレジスト層75上に金のバンブ7oが形成されるとき、孔を製造し、例えば ホトマスク3oを用いて、それから金をボンドパッド構造上に電着することによ ってなされる。金のバンブ7oの成長は好ましい高さになるまで続けられる。典 型的には、TABの用途のためには25μm近辺の高さが好ましいとされている 。
いくつかのコメントがこの段階において必要になる。
まず第1に金がバンブ材料としてこの材料では用いられているが、例えば他のニ ッケルとか銅とか銀の電着可能な材料を利用することができる。
第2にホトレジスト75はホトレジスト層25と同様である必要はない。なぜな ゛らば、この層は単に真のマスキング層として利用されるのであって、金のバン ブをホトレジスト25上に形成するような支持層として用いられるのではないか ら、典型的な厚さ1μmぐらいがこの層のためには適当だと思われる。
最後にこの実施例は金のバンブ7oがボンドパッド50上にプレートされる例を 示したが、他の導電性のバンブを形成する方法、例えばスパッタリングとか蒸着 方法であって、例えば化学的蒸着(“CVD′v)が同様に利用できる。もし、 スパッタリングとか蒸着方法が用いられるが、電着が代わりに用いられるならば い(つかの変形が必要である。なぜならばこれらの方法に用いられる方法は通常 よく知られているものであって、ここでは詳細に説明しない。
スパッタリングとか蒸着による方法を採用する場合の典型的な変形は、ホトマス クステップが図3および図9の例に示されるように2つのホトマスクのステップ が要求される。もしこれらの2つの代替的な方法が電着以外に用いられるならば 、第1のマスキング層25(図3)は“薄い“マスキング層である必要はない。
なぜならば、これらの層は導電層70(図9)を支持するための支持層として使 用されるものではないからである。その代わり、導電性の金属マスクは第2のマ スキング層75(図9)によって置き換えられるのであるから、支持層として用 いられる。
かくして第1のマスキング層25(図3)は0.5〜2.0μmの厚さであって 、電着プロセスのものが28〜30μm必要であったものと異なる。導電層70 (図9)の形成に引き続いて、金属マスクの接続であって、第2のマスク層75 (図9)に置き換えるが、通常の方法によって剥がされる。
図10と図11は導電性バンブ70の形成の完成状態を示している。金属バンブ 70が完成された良品のダイ45上に形成されると、図10は薄いホトレジスト 層75の除去および接着/障壁基礎層65をホトレジスト25から剥がす状況を 図示しており、図11は完成された良品のダイ45から薄いホトレジスト25の 最後の除去を図解している。
図11はまた完成された良品のダイ45が未だ裏打ち材料55に付着されている 状態を示しており、それらは電気的に通常の手段、例えばウェハプルービングの ような方法でプルーブされ、その結果、損傷されたダイ゛は分離され、それらキ ャリアフィルムのタブリードに、接着する作業を行わない。これにより、悪いダ イのパッケージングを避けることにより、パッケージングコストをより少な(す ることができる。
最後に図12に示されているように、ダイ45のブロービングの後にそれらは裏 打ち材料55から剥がされ、そして残っている良品のダイはTABリードキャリ アフィルムに付着される準備状態になる。
本発明の種々の特徴について好適な実施例を参照して説明が行われたのであるが 、本発明の添付の請求の範囲全てによって保護されるべきものであると理解され たい。
例えば、裏打ち材料55は、必ずしも剥がされなくて、残っているダイ55にそ って破線で示された80(図11)にそって残っていて、ヒートシンクとして働 くようにしてあってもいい。この実施例において裏打ち材料55は導電性の金属 の予め選択された金属層の導電性の層であって、その材料の厚みはヒートシンク の特性を好ましく備えるものである。
完成された良品のダイのボンドパッドに導電性のバンブを形成するのに加えて他 の応用は本発明の特徴から容易に予見できる。フィリップチップの応用における ようなソルダーバンブを形成することも利用できる。
適当な障害金属を用いることによって、ハーメチックチップにも利用できる。そ してそれはチップダイに対して電力/設置間の板として利用できる。
Figure 1 。
Figure 2゜ Figure 3゜ Figure 7゜ Figure 8゜ Figure 10゜ Figure 12゜

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.少なくとも1つの半導体ダイ(45)の複数個のボンドパッド(50)上に 複数個の導電性のバンプ(70)を形成する方法であって: 両面が第1および第2の表面を形成する透明構造(5)を形成し、 前記透明構造(5)の第1の表面に第1のマスキング層(25)を形成し、前記 第1のマスキング層(25)が前記透明構造(5)の反対側に露出された表面を もっているように前記第1のマスキング層(25)を形成し、 前記第1のマスキング層(25)に孔(40)のパターンを形成し、前記パター ン(40)は少なくとも1つのダイ(45)のボンドパッド(50)の位置に適 合させられているように前記孔(40)のパターンを形成し、 前記マスキング層(25)に前記少なくとも1つのダイ(45)を、前記第1の マスキング層(25)を前記複数個のボンドパッド(50)が前記透明構造(5 )を介して見える状態でかつ前記マスキング層(25)の孔(40)を介して見 えるように位置合わせをし、 少なくとも1つのダイ(45)を前記露出された前記第1のマスキング層(25 )のマスキングされた表面に前記ダイ(45)のぼンドパッド(50)が前記孔 (40)に合うように接着し、 前記透明構造(5)を前記第1のマスキング層(25)から分離し、 前記複数の導電性のバンプ(70)を前記ダイ(45)のパッド(50)上に前 記第1のマスキング層(25)の孔(40)を介して形成し、 および 前記第1のマスキング層(25)を前記第1の少なくとも1つのダイ(45)か ら分離する工程を含むことを特徴とする製造された半導体ダイ上に接続電極を形 成する方法。 2.請求項1記載の方法において、 前記透明構造(5)を形成する工程は:透明な基板(10)の表面に対して可撓 性の金属材料(15)の層を配置し、そして 透明な金属材料(20)を前記透明な可撓性材料(15)の反対側に形成する 工程を含むことを特徴とする製造された半導体ダイ上に接続電極を形成する方法 。 3.請求項1記載の方法において、 前記第1のマスキング層(25)を形成するステップは光感応材料を透明構造( 5)上にスピニングにより形成する 工程を含むことを特徴とする製造された半導体ダイ上に接続電極を形成する方法 。 4.請求項1記載の方法において、 前記第1のマスキング層(25)は ホトレジスト材料と前記第1のマスキング層(25)の中に孔(40)のパター ンを形成する工程をもち:前記第1のマスキング層(25)を紫外線光(35) に露出し、さらに 前記露出された部分を除去する 工程を含むことを特徴とする製造された半導体ダイ上に接続電極を形成する方法 。 5.請求項4記載の方法において、前記透明な金属層(20)の形成工程は: スパッタリングまたは蒸着によって薄いクロムの層を前記層の過透性材料層(1 5)の反対側に形成し、前記薄い層はわずかな数層の単層の厚みである工程を含 むことを特徴とする製造された半導体ダイ上に接続電極を形成する方法。 6.請求項1記載の方法において、 前記第1のマスキング層(25)は光感応性材料および前記マスキング層(25 )の中に孔(40)を形成するものであり: 前記第1のマスキング層(25)を紫外線光(35)に露出させ、および前記露 出させた部分を除去する工程を含むことを特徴とする製造された半導体ダイ上に 接続電極を形成する方法。 7.請求項6記載の方法において、 前記第1のマスキング層(25)を形成するステップは光に対して抵抗性のない ポリイミド層を前記第1の透明材料層(5)上に配置する 工程を含むことを特徴とする製造された半導体ダイ上に接続電極を形成する方法 。 8.請求項7記載の方法において、 前記透明な金属層(20)の形成工程は:スパッタリングまたは蒸着により薄い 銅の層を前記可撓性材料(15)の反対側の層に形成し、前記薄い層はわずか数 層の厚みである 工程を含むことを特徴とする製造された半導体ダイ上に接続電極を形成する方法 。 9.請求項1記載の方法において、前記複数の導電性のバンプ(70)を前記孔 (40)中に形成するステップは: 前記第1のマスキング層(25)と前記第1のマスキング層(25)の孔(40 )の中に接着/障害基礎層(65)を配置し、 第2のマスキング層(75)を前記接着/障害基礎層(65)上に形成し、 前記第2のマスキング層(75)中に孔のパターンを形成し、前記パターンは前 記第1のマスキング層(25)に形成されているパターン孔(40)に対応する ものである前記孔のパターンを形成し、前記接着/障害基礎層(65)上に前記 複数の導電性のバンプ(70)を前記孔の中に配置することによって配置し、 前記第2のマスキング層(75)を除去し、および接着/障害基礎層(65)を 前記第1のマスキング層(25)から除去するが前記孔(40)の中からは除去 しないで前記第2のマスキング層(75)を除去する工程を含むことを特徴とす る製造された半導体ダイ上に接続電極を形成する方法。 10.請求項9記載の方法において、 前記接着/障害基礎層(65)を除去する工程は、前記第1の層(25)を少な くとも前記ダイ(45)から除去する工程と同時に行われる 工程を含むことを特徴とする製造された半導体ダイ上に接続電極を形成する方法 。 11.請求項9記載の方法において、 前記導電性のバンプ(70)を形成するステップはチタン,タングステンおよび 金の材料を配置する工程を含むことを特徴とする製造された半導体ダイ上に接続 電極を形成する方法。 12.請求項9記載の方法において、 前記導電性のバンプ(70)を形成するステップは、金材料を前記接着/障害基 礎層(65)の前記孔(40)の中に配置する 工程を含むことを特徴とする製造された半導体ダイ上に接続電極を形成する方法 。 13.請求項9記載の方法であって、 前記導電性のバンプ(70)を形成する方法はニッケル,銅,ソルダー,コバル ト,パラジウム,プラチナまたはシルバー銀材料を前記接着/障害基礎層(65 )の前記孔(40)内に配置する 工程を含むことを特徴とする製造された半導体ダイ上に接続電極を形成する方法 。 14.請求項1記載の方法において、 前記複数の導電性のバンプ(70)を前記複数の孔(40)に形成する工程は: 前記第1のマスキング層(25)で前記孔(40)の中で前記第1のマスキング 層(25)に接着/障害基礎層(65)の材料を配置し、 前記接着/障害基礎層(65)上の露出される表面に対して導電性の金属マスク を配置し、スパッタリングまたは蒸着によって前記複数の導電性のバンプ(70 )を前記接着/障害基礎層(65)の前記孔(40)の中に形成し、および前記 接触性金属マスクおよび接着/障害基礎層(65)を前記第1のマスキング層( 25)から除去するが、前記孔(40)のパターンからは除去しないで前記接触 性金属マスクおよび接着/障害基礎層(65)を除去する 工程を含むことを特徴とする製造された半導体ダイ上に接続電極を形成する方法 。 15.請求項1記載の方法であって: 前記第1のマスキング層(25)から透明構造(5)を分離する前に少なくとも 1つのダイ(45)の表面に裏打ち(55)を適用し、前記表面に前記裏打ち材 料(55)が適用される表面は、前記複数のボンドパッド(50)が位置される ものの反対側であり、および 前記第1のマスキング層(25)を除去した後で、少なくとも1つのダイ(45 )を電気的にプルーブする 工程を含むことを特徴とする製造された半導体ダイ上に接続電極を形成する方法 。 16.請求項15記載の方法において、さらに:前記裏打ち材料(55)を前記 少なくとも1つのダイ(45)の表面から前記少なくとも1つのダイ(45)を 電気的にプループした後で除去する工程を含むことを特徴とする製造された半導 体ダイ上に接続電極を形成する方法。
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