JPH09186199A - ボンディング方法及びそれに従って製造されたアセンブリ - Google Patents

ボンディング方法及びそれに従って製造されたアセンブリ

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JPH09186199A
JPH09186199A JP8336690A JP33669096A JPH09186199A JP H09186199 A JPH09186199 A JP H09186199A JP 8336690 A JP8336690 A JP 8336690A JP 33669096 A JP33669096 A JP 33669096A JP H09186199 A JPH09186199 A JP H09186199A
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solder
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bonding
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アーサー ディー’アサロ ルシアン
Wein Gootssen Keith
ワイン グーッセン キース
Park Fui Sanjii
パーク フイ サンジー
Joue Tyussen Betty
ジュエ トュセン ベティー
Albert Walker James
アルバート ウォーカー ジェームス
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Nokia of America Corp
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LE-SENTO TECHNOL Inc
Lucent Technologies Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 微小コンタクトパッドからなる稠密アレイの
ハンダボンディングを実現すること。 【解決手段】 電子部品上に形成されたパッドよりなる
稠密アレイに含まれる各々の微小コンタクトパッドは、
比較的厚いハンダ層を有している。ハンダ層は、ハンダ
表面上に比較的薄い砕けやすい保護層を形成するように
処理される。この構造は、ハンダの融点未満の温度で実
行される熱圧縮ボンディング段階において対応するパッ
ドアレイにおけるコンタクトパッドと接触させられる。
この段階において、前記砕けやすい層が破砕される。そ
の結果、導電性材料の固相拡散が破砕された層内の亀裂
を介して起こり、２つの電子部品上の対応するパッド間
での電気的な接続が実現される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はボンディングに関
し、特に、微小面積コンタクトパッドからなる稠密アレ
イのハンダボンディングに関する。
【０００２】
【従来の技術】ハンダボンディングは、電子部品を互い
に接合するために広く用いられている技術である。よっ
て、例えば、半導体チップは、通常フリップチップボン
ディングと呼称される標準的なプロセスにおいて互いに
接続される。あるいは、チップが回路基板に接続され
る。いずれの場合においても、ハンダボンディングは、
相互接続されることになる対応するコンポーネント上
の、ハンダを含む、互いにアラインメントされたコンタ
クトパッド間での電気的な接続及び機械的な接合を実現
するための効果的な手法である。
【０００３】従来技術に係るハンダボンディングプロセ
スには、液体あるいは気体フラックス中におけるハンダ
層あるいはバンプの融解及び再融解が含まれる。このよ
うなボンディングプロセスにおける融解したハンダの水
平方向への移動を制限するため、そしてパッド間短絡発
生の可能性を低減するために、各々のはんだ領域の周囲
に所謂ダムを形成することがしばしば必要になる。この
ことは、もちろん構造を複雑にし、ハンダを含むコンタ
クトパッドを有するコンポーネントを製造するためのコ
ストを増大させる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】微小コンタクトパッド
からなる稠密アレイのハンダボンディングは特に難し
い。代表的なこの種のアレイにおいては、パッドは互い
に非常に近接して配置されており、各々のパッドは複数
個の非常に薄い層を含んでいる。融解及び再融解の際に
この種のパッドアレイの寸法・形状及び清浄さを保つこ
とは特に困難を極める。さらに、融解したハンダはパッ
ドの他の層の構成要素と相互作用する可能性があり、パ
ッド構造の電気的及び機械的性質を劣化させるおそれが
ある。さらに、相異なった熱拡散係数を有する基板上に
形成されたコンポーネントを相互に接続する際には、ハ
ンダの融解及び再融解の際にコンポーネントの温度を上
昇させることによって、相互接続の一部あるいは全部を
破壊させるほど充分有害なストレスが加わる可能性があ
る。
【０００５】従って、当業者は、微小コンタクトパッド
からなる稠密アレイを互いに接続することに特に適した
効果的なハンダボンディング技法を開発するために努力
を継続している。この種の努力が実を結べば、歩留まり
を向上させ、微小面積多層ハンダ含有コンタクトパッド
を有するエレクトロニクスコンポーネント間の相互接続
を実現する際のコストを低減することが可能と考えられ
ている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の原理に従って、
第一パッドアレイに含まれるコンタクトパッドは、各々
比較的厚いハンダ層を有している。各々のパッドのハン
ダ層は、砕けやすい保護表面層を形成するように処理さ
れる。本発明の一実施例においては、ハンダは金からな
る比較的薄い層によってコーティングされ、このことに
よって砕けやすい金／ハンダ保護表面層がほとんど瞬時
に形成される。別の実施例においては、ハンダ表面上の
自然酸化膜層がフッ素を含むプラズマによって処理され
て、フッ化酸化物を含む砕けやすい保護層が形成され
る。
【０００７】本発明に従って、前述された第一パッドア
レイが第二アレイの対応するパッドと接続させられる。
これは、ハンダの融解点未満の温度において実行される
熱圧縮ボンディング段階において実行される。本発明の
一実施例においては、第二アレイの各々のパッドはハン
ダを有しておらず、金からなる比較的厚い表面層を有し
ている。この場合には、第一アレイの各々のパッド上の
砕けやすい表面層はボンディング段階において破砕され
る。その結果、金及びハンダの固相拡散が破砕された砕
けやすい層における亀裂を介して起こり、対応するパッ
ド間での電気的な接続が実現される。
【０００８】別の実施例においては、第二アレイの各々
のパッドは、第一アレイの各々のパッドと同様に、比較
的厚いハンダ層の表面上に形成された砕けやすい保護層
を有している。この場合には、対応するコンタクトパッ
ド対の各々の砕けやすい層がボンディング段階において
破砕される。そのため、破砕された砕けやすい層におけ
る亀裂を介してハンダの固相拡散が起こり、対応するハ
ンダ含有パッド間での電気的な接続が実現される。
【０００９】
【発明の実施の形態】特定の実施例として、本発明が、
特定の具体的なハンダボンディングアプリケーションに
関連して記述される。このアプリケーションにおいて
は、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）等のＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体材料よりなる基板を有するオプトエレクトロニク
ス集積回路（ＩＣ）チップが、フリップチップハンダボ
ンディングによって例えば相補型金属酸化物半導体（Ｃ
ＭＯＳ）回路を有するシリコン（Ｓｉ）基板からなるＩ
Ｃチップに対して接続されるべき光変調器よりなる大規
模アレイを有している。以下に詳細に記述される本発明
に係るコンタクトパッド構造が実現される以前の従来技
術に係る、ＧａＡｓ変調器をＳｉ回路へフリップチップ
ハンダボンディングによって集積化するための実際的な
方法は、K.W.Goossen et al., "GaAs MQW Modulators I
ntegrated With Silicon CMOS", IEEE Photonics Techn
ology Letters, Vol.7, No.4, pp.360-362（１９９５年
４月）に記載されている。
【００１０】図１は、Goossenらによる文献に記述され
ている、変調器とＳｉ回路との前述された集積化が実行
される様子を示した図である。図１に示されているよう
に、例えば光変調器である、ＧａＡｓ基板１２に形成さ
れた光デバイス１０は、２つのコンタクトパッド１４及
び１６を有するように描かれており、これによって電気
信号がデバイス１０に対して印加される。
【００１１】図１のコンタクトパッド１４及び１６は、
対応するコンタクトパッド１８及び２０に対して揃えら
れるように設計されている。パッド１８及び２０は、Ｓ
ｉ基板２４上に形成されたＣＭＯＳ回路２２に対して電
気的に接続されている。よって、対応するパッドが互い
に合わせられて接合されると、回路２２からの電気的信
号が光デバイス１０に対して印加され、デバイス１０に
対して入射された光信号が変調される。（あるいは、光
デバイス１０が光検出器である場合には、デバイス１０
内で入射された光信号に対応して生成された電気信号が
回路２２に対して印加される。）
【００１２】本実施例においては、図１に示された基板
１２及び２４がおおよそ正方形であってＸ及びＺ軸で示
された方向に各々およそ７ｍｍの大きさを有しているこ
とを仮定する。さらに、各々Ｘ軸及びＺ軸方向におよそ
１５μｍ×１５μｍの大きさを有する、基板１２上の光
デバイスに接続されたおよそ８０００個のパッドが、基
板２４のＣＭＯＳ回路上の対応する８０００個のパッド
に対して相互に接続されることを仮定する。前述されて
いるような種々の理由から、このような微小面積パッド
からなる稠密アレイの、ハンダの融解及び再融解を含む
従来技術に係るハンダボンディングは、不可能ではない
としても非常に困難でありかつコストがかかるものであ
る。その一方で、本発明の原理に従って実行される技法
は、微小コンタクトパッドよりなるこの種の稠密アレイ
のハンダボンディングを高収率で実現することに特に適
合したものである。
【００１３】本発明の一実施例に従って、多層ハンダ含
有コンタクトパッドが形成され、その後に熱圧縮ボンデ
ィング段階においてハンダを融解することなく互いに接
続させられる。ハンダは、例えば錫（Ｓｎ）、鉛／錫
（Ｐｂ／Ｓｎ）、インジウム（Ｉｎ）、Ｐｂ／Ｓｎベー
スの合金、Ｉｎ／Ｐｂ／Ｓｎ合金、Ｉｎ／Ｐｂ合金、Ｉ
ｎ／Ｓｎ合金、及び金よりも柔らかい他の導電性材料な
どの公知の適切なハンダ材料から構成される。ここで
は、説明のために、実質的に純粋なＳｎが以下に記述さ
れるコンタクトパッド構造に含まれるハンダ材料である
と規定する。
【００１４】本発明の原理に従って形成され、ＣＭＯＳ
ＳｉベースのＩＣ回路と共に用いられるのに適した具
体的な多層コンタクトパッド構造２６が図２に示されて
いる。詳細に述べれば、図２は、パッド構造２６が堆積
された直後であって構造２６の上部２層の間で相互作用
が発生する前の層構造を示している。この相互作用は、
以下に図４に関連して記述される。パッド構造２６のＸ
軸及びＺ軸方向の大きさは、それぞれ１５μｍであると
仮定する。構造２６は、例えば図１に示されたコンタク
トパッド１８及び２０のうちの一つに対応する。
【００１５】具体的には、図２のパッド構造２６の第一
すなわち最下部の層２８は、Ｙ軸方向におよそ０．５μ
ｍの厚さを有するアルミニウム（Ａｌ）／Ｓｉ等の合金
からなる層である。次の層３０は、およそ０．０５μｍ
厚のチタン（Ｔｉ）層であり、その下部の層２８との間
の堅固な結合を実現する。Ｔｉ層３０の上部には、およ
そ０．１μｍ厚の白金（Ｐｔ）層３２があり、層３０が
酸化されるのを防止する。（あるいは、層３２としてお
よそ０．１μｍ厚のニッケルからなる層が用いられ
る。）次いで、パッド構造２６は、およそ０．０５μｍ
厚の金（Ａｕ）からなる層３４を有している。この上に
は、およそ３μｍ厚の（例えばＳｎよりなる）ハンダの
比較的厚い層が形成されている。最後に、パッド構造２
６の最上層３８は、およそ０．１μｍ厚のＡｕよりなる
比較的薄い層である。
【００１６】図２に示された層２８のようなＡｌ合金上
にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ層を重ねる方式は、Ｓｉベースのマ
ルチチップモジュール接続技術におけるコンタクト／メ
タライゼーション（金属配線）工程において一般的に用
いられているものである。ここで示された実施例におい
ては、この標準的な下層構造上に、ハンダからなる比較
的厚い層３６と比較的薄いＡｕ層３８が堆積されてい
る。ここで、他の導電性材料が、ハンダ層３６とＣＭＯ
Ｓ回路２２を含む下層のデバイスとを相互接続するため
に用いられ得ることに留意されたい。
【００１７】さらに、本発明の原理に従って作製され、
ＧａＡｓに基づく光デバイスＩＣと共に用いられるのに
適した、多層コンタクトパッド構造４０が図３に示され
ている。詳細に述べれば、図３は、堆積された直後であ
って上部２層間の相互作用が生じる前のパッド構造４０
の各層を示している。この相互作用は、以下に図４に関
連して記述される。パッド構造４０のＸ軸及びＺ軸方向
の大きさは、共におよそ１５μｍであることが仮定され
る。構造４０は、例えば図１に示されたコンタクトパッ
ド１４及び１６のうちの一つに対応する。
【００１８】具体的には、図３のパッド構造４０の第一
すなわち最下部の層４２は、ＧａＡｓ等のｎ型ＩＩＩ−
Ｖ族化合物材料に対してはＡｕ及びゲルマニウム（Ｇ
ｅ）よりなる標準的な合金よりなり、ｐ型ＩＩ−Ｖ族材
料に関してはＡｕ及びベリリウム（Ｂｅ）よりなる標準
的な合金よりなる。層４２は、当業者には公知の方式に
より、下層の光デバイス１０との間のオーミックコンタ
クトを実現する。次のボンディング層４４は、およそ
０．０２５μｍ厚を有するＴｉ層よりなる。およそ０．
０５μｍ厚のＰｔ層４６がＴｉ層４４上に形成されてお
り、層４４の表面が酸化されるのを防止している。次い
で、パッド構造４０は、およそ０．３μｍの厚さを有す
るＡｕ層４８を有している。その上部には、およそ２μ
ｍ厚のハンダ（例えばＳｎ）よりなる比較的厚い層が形
成されている。最後に、最上部の層５２は、およそ０．
１μｍ厚のＡｕよりなる比較的薄い層である。
【００１９】図３のＡｕ／ＧｅあるいはＡｕ／Ｂｅより
なる層４２は、その上部のＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ層が無い場
合には、ＧａＡｓベースのＩＣ技術において一般的に用
いられており、標準的なコンタクト構造である。例示目
的のために、比較的厚いハンダ層５０及び比較的薄いＡ
ｕ層５２が、このような標準的な構造上に堆積されてい
るように示されている。しかしながら、ハンダ層５０と
光デバイスなどの下層のデバイス１０とを相互に接続す
るために、他の従来技術に係る電気伝導材料が用いられ
うることに留意されたい。
【００２０】例えば、コンタクトパッド構造２６及び４
０を構成する図２及び図３に示された種々の層は、蒸
着、スパッタリングあるいは電気めっき等の既知の技法
によって連続的に堆積される。これらの層の全面堆積の
後、複数個の個々のパッド構造が、当業者には公知の方
式である標準的なリソグラフィ技法によって規定され
る。
【００２１】比較的薄いＡｕ層３８及び５２の堆積の直
後に、それぞれ図２及び図３に示されたＳｎ層３６及び
５０が堆積され、Ａｕ及びその下層のＳｎが互いに反応
してＡｕ／Ｓｎ合金化合物が形成される。反応の後、パ
ッド２６及び４０の各々の上部２層が図４に示されてい
るように現れる。
【００２２】図４に示された上部の層は、参照番号５４
が付されているが、前述されたＡｕ／Ｓｎ合金材料より
なる。具体的には、層５４はおよそ０．２μｍ厚であ
り、（参照番号５３が付された）残存する未反応のＳｎ
層はおよそ１．８μｍ厚である。重要なことは、比較的
薄い層５４は、下層のＳｎ層５３の表面が酸化されるこ
とを防止しているが、下層の比較的厚い層５３と比較し
てより砕けやすい、ということである。
【００２３】本発明の原理に従って、図１において１
４、１８及び１６、２０で示された対応するコンタクト
パッド構造、あるいは図２及び図３において示されたパ
ッド２６及び４０は、熱圧縮ボンディング段階におい
て、高圧高温下で互いに圧着される。重要なことは、ボ
ンディングプロセスにおいて到達する最大温度が、パッ
ド構造中に含まれるハンダの融点より低く選択されてい
ることである。よって、Ｓｎがハンダ層を構成するよう
に用いられた場合には、ボンディングプロセス中の温度
は摂氏２３２度（Ｓｎの融点）よりも低く保たれる。
【００２４】ボンディング段階において達成される圧力
は、対応する各々のコンタクトパッド構造対の最上部の
前述された砕けやすい層を破砕するのに充分であるよう
に設定される。その結果、破砕された各々の層には亀裂
が形成される。その後、ハンダがこれらの亀裂を介して
拡散し、対応するパッドのハンダと接触するように移動
する。ボンディングプロセス中に実現される高い温度
は、これらの亀裂を介したハンダの固相拡散を容易にし
て増強するように選択される。その結果、効果的なハン
ダ−ハンダの電気的な接続が、対応するコンタクトパッ
ドのボンディングされた各々の対の間で実現される。
【００２５】例えば、前述された熱圧縮ボンディングプ
ロセスは、Ｓｎ上の薄いＡｕ／Ｓｎ層に対しては、１平
方センチメートル当たりおよそ１２５から２５０キログ
ラムの範囲の圧力の下、およそ１３０から１９０℃の範
囲の温度において空気中で実行される。この種のボンデ
ィング段階の一例として、１平方センチメートル当たり
およそ１５０キログラムの圧力の下におよそ１７０℃の
温度でボンディングを行なうことにより、所望の電気的
接続が効果的に実現される。このような条件にでは、ボ
ンディングの間のコンタクトパッド層の水平方向の移動
は最小となる。従って、パッドの稠密アレイにおける隣
接パッド間での、ボンディング工程における短絡の可能
性は実質的に低減されて除去されている。さらに、ボン
ディング段階においてハンダが融解していないため、融
解したハンダがパッド構造中の他の層と相互作用して特
性を劣化させる、という問題が回避される。さらに、フ
ラックスが不要であって比較的低温でのボンディングプ
ロセスである、という事実は、実際的には、高度の清浄
度及び最小のストレス、によって特徴付けられる。
【００２６】本発明の原理の別の実施例に従うと、パッ
ドアレイ中の各々のコンタクトパッド構造は、図２及び
図３の各々に示された最上部のＡｕ層を含まない。その
代わりに、自然酸化膜よりなる層が、この種の構造の各
々に含まれるハンダ層の表面に形成される。このような
実施例が図５に示されている。
【００２７】図５は、Ｓｎ層５８の表面上に形成された
およそ０．００３μｍ厚の錫酸化物層５６を含むパッド
構造５５を示す図である。さらに、Ｓｎ層５８の下部に
は、図２に示されたＣＭＯＳ回路あるいは図３に示され
た光デバイスのいずれかと共に用いられるのに適した層
が堆積されていてコンタクトパッドを形成している。言
い換えれば、図５は、図２及び図３に示されたパッド構
造２６及び４０の双方あるいは一方の代わりに用いられ
得る別の実施例の一般的な表現を企図したものである。
【００２８】さらに、本発明に従って、図５に示された
コンタクトパッド構造が、錫酸化物層５６を下層のＳｎ
層５８よりも砕けやすく、かつＳｎ層５８を保護する性
質を有する層に変換するように処理される。錫酸化物層
５６が、プラズマ処理プロセスにおいて錫酸化フッ化物
に変換されることが望ましい。
【００２９】図５に示された層５６の前述されているよ
うな変換を実行する具体的な技法は、米国特許第４，９
２１，１５７号に記載されている。よって、例えば、こ
の変換は、パッド５５などのコンタクトパッドを有する
コンポーネントを反応チャンバー中に配置し、層５６を
含むその最上層をフッ素を含むプラズマにさらすことに
よって実現される。具体的には、プラズマを形成するた
めに、ＳＦ6、ＣＦ4、Ｃ2Ｆ6等のガスあるいはそれらの
混合物がチャンバー中に導入される。チャンバーの温度
は、およそ３４℃から５０℃に保たれる。チャンバー内
の圧力は、およそ５ミリＴｏｒｒから１Ｔｏｒｒの範囲
であるように選択され、処理時間は比較的短い（例えば
３０秒から３分）。パワーレベル、ガス流量、ガス混合
比及び他のプラズマ処理条件は、反応容器の配置及び処
理されるコンタクトパッド構造に従って変化する。
【００３０】図６は、前述されたプラズマ処理が実行さ
れた後の、図５に示されたコンタクトパッド構造５５の
一部を示している。この処理の結果として、図５の錫酸
化物層５６が錫酸化フッ化物層６０に変換される。この
実施例では、層６０はおよそ０．００５μｍ厚である。
そして、前述されているように、層６０は下層のハンダ
層５８に比較して砕けやすく、かつ層５８の表面を保護
している。
【００３１】それぞれ図６に示されたタイプの対応する
コンタクトパッド構造の最上層の破砕は、熱圧縮ボンデ
ィング段階において、特に前述されたような方式で実現
される。この段階においては、固相ハンダ−ハンダ間拡
散が、破砕された錫酸化フッ化物層内の亀裂を介して起
こり、そのことによって対応するパッド構造の各々の対
におけるハンダ層間の実行的な電気的接続が実現され
る。
【００３２】さらに有利なことは、ハンダボンディング
されるコンポーネントのいずれかの側のコンタクトパッ
ド構造は、図７に示されているようなより簡単な構造で
も構わない。この場合には、他方のコンポーネントの対
応するコンタクトパッドが、図２から図６に示されてい
て既に記述されているような構造のうちのいずれかのタ
イプである。
【００３３】図７に示されている配置においては、図４
から図６の各々に示されていたハンダ層及びその上層の
砕けやすい層が存在していない。図７に示されたコンタ
クトパッド６２の層状構造は、図２に示されたパッド２
６において層３６及び層３８が存在しないもの、図３に
示されたパッド４０において層５０及び層５２が存在し
ないもの、あるいは図５に示されたパッド５５において
層５６及び層５８が存在しないもの、を表現することが
企図されている。
【００３４】より詳細に述べれば、図７のコンタクトパ
ッド６２は、例えば、Ａｕ層６４、Ｐｔ層６６、Ｔｉ層
６８、及びＡｌ合金（あるいはＡｕ／ＧｅあるいはＡｕ
／Ｂｅ）層７０から構成されている。前述されているよ
うに、この種のコンタクトパッド構造は、Ｓｉベースの
ＣＭＯＳ回路よりなるＩＣチップ、あるいはＧａＡｓベ
ースの光デバイスよりなるＩＣチップのいずれかにおい
て用いられる。よって、例えば、図１のコンタクトパッ
ド１４及び１６は、図３あるいは図５に示されたタイプ
のものであり、対応するコンタクトパッド１８及び２０
は、図７に示されたタイプのものであることが可能であ
る。あるいは、コンタクトパッド１４及び１６が図７に
示されたタイプのものであって、コンタクトパッド１８
及び２０が図３あるいは図５に示されたタイプのもので
あることも可能である。
【００３５】本発明に従って、図７に示されたタイプの
コンタクトパッドが、図４あるいは図６に示された最上
部の２層を有する対応するコンタクトパッドと接続され
る。このことは、前述されているようなタイプの熱圧縮
ボンディング段階において実現される。この段階におい
ては、パッドアレイの各々のパッドの砕けやすい保護層
（Ａｕ／Ｓｎあるいは錫酸化フッ化物）が、対応するパ
ッドの最上層のＡｕ層が接触させられた時点で破砕され
る。その結果、Ａｕ及びハンダの固相拡散が破砕された
砕けやすい層に形成された亀裂を介して生ずる。このよ
うにして拡散した材料が、対応する対の各々のパッド間
での電気的な接続を実現する。図８は、本発明の原理に
従ってボンディングされたコンポーネントアセンブリの
２つのコンタクトパッドを示した図である。ここでは、
例示目的で、図７に示されたタイプのコンタクトパッド
が図４に示されたタイプのコンタクトパッドに対してボ
ンディングされた様子が示されている。より詳細に述べ
れば、図８は、図７に示されたタイプのＡｕ層６４を有
するパッドが、図４に示されたタイプのＡｕ／Ｓｎ層５
４及びＳｎ層５３を有するパッドに対してボンディング
された様子が示されている。特に、図８には、層５４を
貫いている亀裂が模式的に示されている。これらの亀裂
は、前述された熱圧縮ボンディング段階において砕けや
すい層５４中に形成されたものであるが、図８において
は参照番号７２から７５で示されている。ここでは、ボ
ンディングの間に亀裂７２から７５中に形成された導電
性材料がＡｕ及びＳｎからなる合金化合物及び／あるい
はＳｎ中にＡｕが溶解したものよりなる、という仮説が
提示されている。
【００３６】図１に示された特定のタイプの相互接続さ
れたアセンブリにおいては、個別の光デバイスは、前述
のハンダボンディング操作が実行された後に互いに分離
されることが通常は必要である。前掲のGoossenによる
文献において詳細に記述されているように、このこと
は、例えばＧａＡｓ基板１２をエッチングして除去して
しまうことによって実現される。相互接続されたチップ
の表側表面を基板エッチング剤から保護するために、粘
性の低いエポキシがチップ間に流し込まれてべーきんぐ
により硬化させられる。基板除去段階の後、エポキシ
は、必要とあらば、ドライプラズマエッチング段階によ
って除去され得る。あるいは、エポキシはそのまま残さ
れて、機械的な強度及び剛性をボンディングされた微小
コンポーネントからなる最終アセンブリ形態に対して分
与する。
【００３７】よって、図７に示された比較的厚いＡｕ層
６４を用いることに主たる力点が置かれているものの、
変形例としては、大気中で酸化されないかあるいは容易
には酸化されない他の導電性材料によってＡｕ層が置換
され得る、ということに留意されたい。この種の材料例
は、パラジウム及びＰｔである。さらに、ハンダ材料と
反応して砕けやすい保護層を形成する他の導電性材料に
よって、比較的薄いＡｕ層３８あるいは層５２が置換さ
れ得る。
【００３８】以上の説明は、本発明の一実施例に関する
もので，この技術分野の当業者であれば、本発明の種々
の変形例が考え得るが、それらはいずれも本発明の技術
的範囲に包含される。
【００３９】
【発明の効果】以上述べたごとく、本発明によれば、微
小コンタクトパッドからなる稠密アレイを互いに接続す
ることに特に適した効果的なハンダボンディング技法及
びハンダボンディングによって構成されたアセンブリが
提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ２つの半導体集積回路チップがフリップチッ
プハンダボンディングによって相互に接続される様子を
模式的に示した図。
【図２】 図１に示されたチップの一方のコンタクトパ
ッドを構成するのに適した、本発明の原理に従って構成
された多層構造を模式的に示す図。
【図３】 図１に示された他方のチップのコンタクトパ
ッドを構成するのに適した、本発明に従って構成された
多層構造を模式的に示す図。
【図４】 図２あるいは図３に示されたタイプのパッド
の、その最上層の形成後の一部分を示す図。
【図５】 図２あるいは図３に示されたタイプのパッド
の一方あるいは双方に用いられ得る、本発明に従って構
成された多層コンタクトパッド構造を示す図。
【図６】 ハンダボンディングの準備処理がなされた後
の図５に示された構造の一部を示す図。
【図７】 本発明に従って構成され、図２、図３あるい
は図５に示された多層ハンダ含有コンタクトパッド構造
と対応して用いられる、ハンダボンディングを実現する
ための無ハンダ多層コンタクトパッド構造を示す図。
【図８】 互いにボンディングされた２つのコンタクト
パッドを模式的に示す図。
【符号の説明】
１０ 光デバイス １２ ＧａＡｓ基板 １４、１６、１８、２０ コンタクトパッド ２２ ＣＭＯＳ回路 ２４ Ｓｉ基板 ２６ コンタクトパッド ２８ Ａｌ／Ｓｉ層 ３０ Ｔｉ層 ３２ Ｐｔ層 ３４ Ａｕ層 ３６ ハンダ（Ｓｎ）層 ３８ Ａｕ層 ４０ コンタクトパッド ４２ Ａｕ／ＧｅあるいはＡｕ／Ｂｅ層 ４４ Ｔｉ層 ４６ Ｐｔ層 ４８ Ａｕ層 ５０ ハンダ層 ５２ Ａｕ層 ５３ ハンダ層 ５４ Ａｕ／ハンダ（Ｓｎ）合金層 ５５ コンタクトパッド ５６ ハンダ（Ｓｎ）酸化物層 ５８ ハンダ（Ｓｎ）層 ６０ 錫酸化フッ化物層 ６２ コンタクトパッド ６４ Ａｕ層 ６６ Ｐｔ層 ６８ Ｔｉ層 ７０ ＡｌあるいはＡｕ／Ｇｅ層 ７２、７３、７４、７５ 亀裂
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 25/065 Ｈ０１Ｌ 25/08 Ｂ 25/07 25/18 (71)出願人 596077259 600 Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ａｖｅｎｕｅ, Ｍｕｒｒａｙ Ｈｉｌｌ， Ｎｅｗ Ｊｅ ｒｓｅｙ 07974−0636Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 キース ワイン グーッセン アメリカ合衆国，07747 ニュージャージ ー，アバーディーン，デボラ レイン 18 (72)発明者 サンジー パーク フイ アメリカ合衆国，07974 ニュージャージ ー，ニュープロヴィデンス，ストーンリッ ジ ロード 152 (72)発明者 ベティー ジュエ トュセン アメリカ合衆国，07922 ニュージャージ ー，バークレイ ハイツ，シャディー グ ローヴ レイン 30 (72)発明者 ジェームス アルバート ウォーカー アメリカ合衆国，07731 ニュージャージ ー，ハウエル，プランテーション ドライ ブ ４

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 コンタクトパッド構造を有する整合され
    た第一及び第二アレイを互いにボンディングする方法に
    おいて、 前記構造の各々が比較的厚い導電性を有する層を有して
    おり、 少なくとも前記第一アレイにおける前記導電性層がハン
    ダ層よりなり、 （Ａ）各々のハンダ層の表面上に比較的薄い砕けやすい
    保護層を形成する段階と、 （Ｂ）前記アラインメントされたアレイを前記ハンダの
    融点より低い温度でかつ前記砕けやすい層を破砕するよ
    うな圧力下においてボンディングする段階とを有するこ
    とを特徴とするボンディング方法。
  2. 【請求項２】 各々導電性材料を含む微細コンタクトパ
    ッド構造よりなる対応する稠密アレイをを含むコンポー
    ネントをボンディングする方法において、 （Ａ）前記コンポーネントのうちの少なくとも一つに比
    較的厚いハンダ層と前記ハンダ層の表面上に比較的薄い
    砕けやすい保護層とを含む各コンタクトパッド構造を形
    成する段階と、 （Ｂ）パッド構造よりなる対応するアレイを熱圧縮段階
    において互いに接触させる段階とここで、前記段階は、
    前記ハンダの融点より低い温度でかつ前記砕けやすい層
    を破砕してそれを貫く亀裂を形成するのに充分な圧力に
    おいて実行され、そのことによって導電性材料の固相拡
    散が前記亀裂を介して発生して前記対応するパッド構造
    の各々の対の間での電気的接続が実現されるを有するこ
    とを特徴とするボンディング方法。
  3. 【請求項３】 前記ハンダ層が、錫、鉛／錫、インジウ
    ム、鉛／錫合金、インジウム／鉛／錫合金、インジウム
    ／鉛合金及びインジウム／錫合金からなるグループから
    選択された材料より構成されていることを特徴とする請
    求項第２項に記載のボンディング方法。
  4. 【請求項４】 前記砕けやすい保護層が、前記ハンダの
    表面上に金よりなる比較的薄い層を堆積することによっ
    て形成されており、その結果、金／ハンダ合金化合物よ
    りなる表面層が形成されることを特徴とする請求項第３
    項に記載のボンディング方法。
  5. 【請求項５】 前記双方のコンポーネント上の前記コン
    タクトパッド構造が、比較的厚いハンダ層上に比較的薄
    い金よりなる層を堆積することによって形成されている
    ことを特徴とする請求項第４項に記載のボンディング方
    法。
  6. 【請求項６】 前記コンポーネントのうちの他方に形成
    されたコンタクトパッド構造が各々金よりなる比較的厚
    い表面層を有することを特徴とする請求項第４項に記載
    のボンディング方法。
  7. 【請求項７】 前記砕けやすい保護層が、前記ハンダの
    表面上に比較的薄い酸化物層を形成させ、その後に前記
    酸化物層をハンダ／酸化フッ化物化合物に変換する目的
    で前記酸化物層をフッ素を含むプラズマに対してさらす
    ことによって形成されることを特徴とする請求項第３項
    に記載のボンディング方法。
  8. 【請求項８】 前記双方のコンポーネント上のコンタク
    トパッド構造の各々が比較的厚いハンダ層を有してお
    り、前記ハンダ層上に比較的薄い酸化物層が形成させら
    れ、前記酸化物層がフッ素を含むプラズマに対してさら
    されることによってハンダ／酸化フッ化物化合物に変換
    されることを特徴とする請求項第７項に記載のボンディ
    ング方法。
  9. 【請求項９】 前記コンポーネントのうちの他方に形成
    されたコンタクトパッド構造が各々金よりなる比較的厚
    い表面層を有することを特徴とする請求項第７項に記載
    のボンディング方法。
  10. 【請求項１０】 前記ハンダが錫より構成されており、
    前記熱圧縮ボンディング段階が大気中でかつおよそ１３
    ０℃から１９０℃の範囲の温度において実行されること
    を特徴とする請求項第３項に記載のボンディング方法。
  11. 【請求項１１】 前記熱圧縮ボンディング段階が、１２
    ５から２５０Ｋｇ／ｃｍ2電子部品・の範囲の圧力にお
    いて実行されることを特徴とする請求項第１０項に記載
    のボンディング方法。
  12. 【請求項１２】 各々対応する微細コンタクトパッド構
    造よりなる稠密アレイを含む第一及び第二コンポーネン
    トよりなるボンディングされたコンポーネントアセンブ
    リにおいて、 前記それぞれのコンポーネントの前記対応する構造は互
    いにボンディングされ、 前記パッド構造の各々は導電性材料よりなる比較的厚い
    層を有しており、前記コンポーネントのうちの少なくと
    も一方に形成された前記パッド構造の各々における前記
    導電性材料がハンダからなる比較的厚い層と前記ハンダ
    層上に形成された比較的薄い砕けやすい破砕された亀裂
    を含む層を有しており、 前記導電性材料が前記亀裂を介して延在しており前記パ
    ッド構造の対応する各々の対における導電性層を電気的
    に相互に接続していることを特徴とするボンディングさ
    れたアセンブリ。
  13. 【請求項１３】 前記破砕された層が金／ハンダ合金化
    合物よりなることを特徴とする請求項第１２項に記載の
    ボンディングされたアセンブリ。
  14. 【請求項１４】 前記双方のコンポーネントの前記コン
    タクトパッド構造の各々がハンダよりなる比較的厚い層
    及び前記ハンダ層の表面上に形成された金／ハンダ化合
    物よりなる比較的薄い破砕された層を含むことを特徴と
    する請求項第１３項に記載のボンディングされたアセン
    ブリ。
  15. 【請求項１５】 前記コンポーネントのうちの他方に形
    成された前記コンタクトパッド構造が各々金よりなる比
    較的厚い表面層を有していることを特徴とする請求項第
    １３項に記載のボンディングされたアセンブリ。
  16. 【請求項１６】 前記破砕された各々の層がハンダ／酸
    化フッ化物化合物よりなることを特徴とする請求項第１
    ２項に記載のボンディングされたアセンブリ。
  17. 【請求項１７】 前記双方のコンポーネントに形成され
    たコンタクトパッド構造が各々ハンダからなる比較的厚
    い層及び前記ハンダ層の表面に形成されたハンダ／酸化
    フッ化物化合物からなる比較的薄い破砕された層を含ん
    でいることを特徴とする請求項第１６項に記載のボンデ
    ィングされたアセンブリ。
  18. 【請求項１８】 前記コンポーネントのうちの他方に形
    成された前記コンタクトパッド構造が各々金よりなる比
    較的厚い表面層を有していることを特徴とする請求項第
    １６項に記載のボンディングされたアセンブリ。
JP8336690A 1995-12-28 1996-12-17 ボンディング方法及びそれに従って製造されたアセンブリ Pending JPH09186199A (ja)

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