JPH0969539A - バンプ形成方法及び半導体装置 - Google Patents

バンプ形成方法及び半導体装置

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JPH0969539A
JPH0969539A JP7223351A JP22335195A JPH0969539A JP H0969539 A JPH0969539 A JP H0969539A JP 7223351 A JP7223351 A JP 7223351A JP 22335195 A JP22335195 A JP 22335195A JP H0969539 A JPH0969539 A JP H0969539A
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bump
bumps
electrode pad
forming
barrier metal
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JP7223351A
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Katsuro Hiraiwa
克朗 平岩
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 バンプ形成方法及び半導体装置に関し、バン
プを低コストで形成するとともにバンプを用いた半導体
装置の信頼性を向上させることを目的とする。 【解決手段】 基板1に設けられた電極パッド3上に第
1のバンプ8を形成する工程と、該基板1上を絶縁膜9
で被う工程と、該第1のバンプの表面を露出させ、該絶
縁膜と該第1のバンプとを平坦化する工程と、露出した
第1のバンプ8の表面に第2のバンプ10を形成する工程
を有するように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はバンプ形成方法及び
半導体装置に関する。半導体装置の高密度実装法として
フリップチップ法が広く用いられている。この方法は、
半導体チップや半導体ウェーハ上に配設されている多数
の電極パッドにバンプを形成しておき、これらのバンプ
を実装基板上で電極パッドと同じピッチで配設されてい
る外部リード端子に直接接着して電気的接続をとるもの
である。従って、バンプの形成方法はフリップチップ法
を用いて実装される半導体装置の信頼性やコストに対し
ても大きな影響を与える。
【0002】
【従来の技術】従来のフリップチップ法による実装工程
では、融点が低く形成が容易な半田バンプが広く用いら
れてきたが、半田バンプは電極パッドの形成材料として
一般に用いられているAl膜(あるいはAl合金膜)との接
着性が悪く、また、Al膜を通して鉛等の半田成分が半導
体基板内部に拡散し易くなるという問題があった。その
ため、半田バンプを用いる場合にはAl電極パッド上にあ
らかじめ拡散防止用のバリヤメタルを形成する必要があ
るが、バリヤメタルとして一般に用いられるNi、Ti、Cr
等の金属の成膜にはスパッタ蒸着や電子ビーム蒸着等の
大がかりな成膜工程が必要であり、さらに、成膜したバ
リヤメタルを電極パッド上に選択的に形成するためのパ
ターン加工工程が必要となりスループットやコストの点
で問題が生じる。バリヤメタルとして無電解Niメッキを
用いることができれば工程が簡素化され低コストにする
ことができるが、一般に、Al膜上に無電解メッキによる
Ni層を形成することが困難なためこれを用いることがで
きない。
【0003】そこで、Al膜からなる電極パッド上に低コ
ストでバンプを形成する方法としてスタッドバンプ法が
提案されている。以下、図3(a) 、(b) を参照して従来
のスタッドバンプの形成方法を説明する。図3(a) はバ
ンプ形成前の半導体ウエーハの断面図を示したものであ
り、半導体基板1上に絶縁保護膜2で周辺を保護された
電極パッド3が形成されている。この電極パッド3はAl
あるいはAl合金膜から成っており、同じ半導体基板1上
に形成された回路素子からの配線パターンが接続されて
いるが、これらの部分は同図では省略してある。この電
極パッド3にバンプを形成するには、同図に示したよう
にワイヤボンディング装置のキャピラリ4の穴からAuワ
イヤ5を通し、その先端を電気トーチ等で溶融してAuボ
ール6を形成する。そして、キャピラリ4を電極パッド
3の近傍に移動させてAuボール6を電極パッド3に熱圧
着する。この状態でキャピラリ4を引き上げてAuワイヤ
5をAuボール6の根元で切断すると、図3(b) に示した
ように電極パッド3の上にAuのスタッドバンプ7が形成
されることになる。スタッドバンプ形成のためのワイヤ
として、上述したAuの他にPd等の貴金属が一般に用いら
れる。
【0004】以上のように、スタッドバンプはAl電極パ
ッドとの接着性が良好な貴金属から成っているのでバリ
ヤメタルを必要とせず簡単な工程で電極パッドに接着す
ることができる。
【0005】また、Al膜からなる電極パッドに上述の方
法によりAuのスタッドバンプを形成し、この上に直接半
田バンプを形成する方法が提案されている(特開平5-16
6811号公報) 。この方法では、Auのスタッドバンプがバ
リヤメタルとしての機能を果しているため、改めてバリ
ヤメタルを必要とせず簡単な工程で半田バンプを形成す
ることが可能となる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のスタッ
ドバンプ法には以下のような問題がある。即ち、図3
(a) に示した絶縁保護膜2は半導体基板1上で図示しな
い回路素子の保護・分離の機能をも果たしており、同じ
半導体基板1上に形成される回路素子の製作工程との整
合性をとる必要があることから、CVD法等の薄膜形成
工程が用いられ、その膜厚は1μm 程度に限定される。
そのため、Auボール6を電極パッド3に熱圧着する際Au
ボール6が絶縁保護膜2に接触すると絶縁保護膜2が損
なわれて回路素子の特性に影響を及ぼす恐れがあり、こ
れを避けるためAuボール6を電極パッド3より充分小さ
くしなければならない。その結果、図3(b) に見られる
ようにバンプ形成後の電極パッド3の表面が露出して外
気の影響を受け易くなり、特に高湿環境下で腐食等によ
り信頼性が低下する恐れがある。
【0007】また、半導体チップの小型・高集積化の要
求に応じて電極パッドの面積を縮小した場合、この電極
パッド上に接着されるバンプも前述した理由で縮小せね
ばならず、その結果、外部リード端子とバンプの接着面
積が減少して接触抵抗の増大あるいは接触不良が生じ半
導体装置の信頼性を低下させることになる。さらに、バ
ンプの縮小は、バンプを外部リード端子位置に合わせて
接着するときの半導体チップと実装基板の位置合わせ精
度の許容度にも影響を与え、わずかの位置ずれが接着面
積をさらに減少させることになる。
【0008】また、スタッドバンプの材料となるAuやPd
はCr、Ti、Ni等に比べてバリヤメタルとしての拡散防止
機能が弱く、そのため、Auのスタッドバンプ上に直接半
田バンプを形成する方法を用いた場合にも上述の方法と
同様な問題が生じる。即ち、後工程における熱処理温度
が高くなった場合半田成分がAuのスタッドバンプを通し
て半導体基板に拡散することは避けられず、また、半田
バンプをAuのスタッドバンプより大きくすると、Auのス
タッドバンプの側面に半田バンプが回り込む恐れがある
ことから半田バンプを下層のAuのスタッドバンプより大
きくすることは困難である。
【0009】そこで、本発明はバンプを低コストで形成
するとともにバンプを用いた半導体装置の信頼性を向上
させることを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記課題の解決は、基板
に設けられた電極パッド上に第1のバンプを形成する工
程と、該基板上を絶縁膜で被う工程と、該第1のバンプ
の表面を露出させ、該絶縁膜と該第1のバンプとを平坦
化する工程と、露出した第1のバンプの表面に第2のバ
ンプを形成する工程を有することを特徴とするバンプ形
成方法、あるいは、露出した第1のバンプの上にバリヤ
メタルを形成し、該バリヤメタルの上に第2のバンプを
形成することを特徴とするバンプ形成方法、あるいは、
電極パッド上に形成された第1のバンプと、該第1のバ
ンプの表面以外の部分を被うように形成された絶縁膜
と、該第1のバンプの表面に形成された第2のバンプを
有することを特徴とする半導体装置、あるいは、上記半
導体装置において、該第1及び第2のバンプの間にバリ
ヤメタルが形成されていることを特徴とする半導体装置
によって達成される。
【0011】以上のように本発明では、バンプ形成後の
電極パッドの表面が絶縁膜で被われるため電極パッドが
外気の影響を受けて腐食することがない。また、第1の
バンプの露出面とこれを被う絶縁膜が同一平面上で平坦
化されているため、この上に第1のバンプの大きさに制
限されることなく容易に任意の大きさの第2のバンプを
形成することができる。これにより外部リード端子との
間に充分な接着面積を確保できるよう第1のバンプに制
約されることなく第2のバンプを大きくすることができ
る。
【0012】また、上記方法によれば半田バンプを用い
た半導体装置の信頼性を高めることもできる。即ち、Al
に対して無電解メッキを行うことは困難なもののAuやPd
等の貴金属に対する無電解メッキは比較的容易なため、
AuやPd等の貴金属ワイヤを用いて形成した第1のバンプ
の表面にバリヤメタルとして無電解Niメッキ層を形成
し、この上に第2のバンプとして半田バンプを形成すれ
ば半田成分の半導体基板内への拡散を効果的に防ぐこと
が可能となる。
【0013】
【発明の実施の形態】図1(a) 〜(c) は本発明の実施例
を示す工程断面図であり、図3と同一のものには同一番
号を付した。まず、図1(a) に示したように、半導体基
板1上でAl膜からなる電極パッド3に第1のバンプ8を
形成する。この第1のバンプ8は、例えば、25μm 径の
Auワイヤを用い図3で説明したスタッドバンプ法により
形成される。次に、図1(b) に示したように、この上に
ポリイミド等の有機樹脂から成る絶縁膜9を全面に塗布
して硬化させ、その表面を第1のバンプ8の表面が露出
するまで研磨する。この工程により電極パッド3の露出
面が絶縁膜9で保護されることになる。ついで、図1
(c) に示したように、露出された第1のバンプ8の表面
にスタッドバンプ法を用いて第2のバンプ10を形成す
る。
【0014】第1のバンプ8はAuワイヤを用いて形成さ
れているのでバリヤメタルを介することなく直接第2の
バンプ10の形成が可能である。また、第1のバンプ8の
表面が絶縁膜9と同一平面上で平坦化されているので、
第2のバンプ10は第1のバンプ8の大きさに制約される
ことなく任意の大きさに設定することができ、例えば、
第2のバンプ10の形成に用いるAuワイヤの径を40μm に
して第1のバンプ8より大きくすることができる。
【0015】上記実施例において、第2のバンプ10とし
て半田バンプを用いると半田成分が第1のバンプ8を介
して半導体基板1に拡散する恐れがある。この場合には
次に述べる方法を用いる。
【0016】図2は本発明の他の実施例を示す断面図で
あり、図1と同一のものには同一番号を付した。この実
施例では、最初に述べた実施例と同様に半導体基板1上
でAl膜からなる電極パッド3の上に第1のバンプ8及び
絶縁膜9を形成する。そして、第1のバンプ8に対して
無電解Niメッキを行ってバリヤメタル11を形成し、この
上によく知られたリフロー法を用いて半田バンプ12を形
成したものである。上記実施例では、スパッタ蒸着やパ
ターン加工を行うことなく簡単な無電解Niメッキ層でバ
リヤメタル11を形成することができるので熱処理温度が
高くなった場合にも半田成分は第1のバンプ8に拡散す
ることはない。
【0017】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、バンプの
形成された電極パッド面が外気の影響を受けることがな
く、また、バンプを任意の大きさに設定することができ
るので外部リード端子との接触面積を充分確保すること
が可能となり、さらに、簡単な工程でバリヤメタルを形
成することができるので半導体装置の信頼性の向上及び
低コスト化を進める上で有益である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例を示す工程断面図
【図2】 本発明の他の実施例を示す断面図
【図3】 従来のスタッドバンプ形成方法を説明する断
面図
【符号の説明】
1 半導体基板 7 スタッド
バンプ 2 絶縁保護膜 8 第1のバ
ンプ 3 電極パッド 9 絶縁膜 4 キャピラリ 10 第2のバ
ンプ 5 Auワイヤ 11 バリヤメ
タル 6 Auボール 12 半田バン

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板に設けられた電極パッド上に第1の
    バンプを形成する工程と、 該基板上を絶縁膜で被う工程と、 該第1のバンプの表面を露出させ、該絶縁膜と該第1の
    バンプとを平坦化する工程と、 露出した第1のバンプの表面に第2のバンプを形成する
    工程を有することを特徴とするバンプ形成方法。
  2. 【請求項2】 露出した第1のバンプの上にバリヤメタ
    ルを形成し、該バリヤメタルの上に第2のバンプを形成
    することを特徴とする請求項1記載のバンプ形成方法。
  3. 【請求項3】 電極パッド上に形成された第1のバンプ
    と、該第1のバンプの表面以外の部分を被うように形成
    された絶縁膜と、該第1のバンプの表面に形成された第
    2のバンプを有することを特徴とする半導体装置。
  4. 【請求項4】 該第1及び第2のバンプの間にバリヤメ
    タルが形成されていることを特徴とする請求項3記載の
    半導体装置。
JP7223351A 1995-08-31 1995-08-31 バンプ形成方法及び半導体装置 Pending JPH0969539A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100429134B1 (ko) * 2001-06-28 2004-04-28 동부전자 주식회사 볼 그리드 어레이 패키지의 볼 어태치를 위한 볼 평탄화 장치
JP2009105197A (ja) * 2007-10-23 2009-05-14 Toshiba Corp バンプ構造、半導体装置およびその製造方法
JP2010034527A (ja) * 2008-06-27 2010-02-12 Panasonic Corp 実装構造体および実装方法

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