JPH10135224A - Bump-forming method for semiconductor element - Google Patents

Bump-forming method for semiconductor element

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JPH10135224A
JPH10135224A JP8292078A JP29207896A JPH10135224A JP H10135224 A JPH10135224 A JP H10135224A JP 8292078 A JP8292078 A JP 8292078A JP 29207896 A JP29207896 A JP 29207896A JP H10135224 A JPH10135224 A JP H10135224A
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JP
Japan
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pad electrode
bump
metal particles
area
semiconductor device
Prior art date
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Application number
JP8292078A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tetsuo Sato
哲夫 佐藤
Yoshihiro Ishida
芳弘 石田
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Citizen Watch Co Ltd
Original Assignee
Citizen Watch Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH10135224A publication Critical patent/JPH10135224A/en
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/10Bump connectors ; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/11Manufacturing methods
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/10Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/11Manufacturing methods

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To easily form bumps as high as possible with little dispersion in their heights. SOLUTION: A pad electrode, having a specified shape and area is formed on a semiconductor element, and N approximately spherical metal grains of approximately const. radius (N is natural no. 2 or greater) are mounted and fused on the pad electrode to form a bump for the semiconductor element. The min. area SN of the pad electrode for mounting the N metal grains is obtd., then an occupied area TN (TN=SN/N) per metal grain is obtd. from the min. area SN and N, the no. of the grains and no. Ni of metal grains and min. areas SNi+1 , SNi of the pad electrode for a max. change ratio ΔT (TN+1 -TN) of the occupied area are obtd. Based on the result, the no. N of the metal grains for forming a bump is set to Ni and area SN of the electrode, so that SNi <=SN<SNi+1 .

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、フリップチップ方
式等の半導体素子において、パッド電極にバンプを形成
する方法に関し、特に、バンプ形成が容易で、しかも、
形成したバンプが高く、かつ高さにばらつきのない半導
体素子のバンプ形成方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a bump on a pad electrode in a flip-chip type semiconductor device or the like.
The present invention relates to a bump forming method for a semiconductor element in which the formed bumps are high and the height does not vary.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体素子と回路基板の接続に
は、電極数の増大、電極ピッチ,寸法の微小化にともな
い、バンプによる接続技術が多く用いられており、その
代表例としてフリップチップ方式,TAB方式等があ
る。
2. Description of the Related Art In recent years, as the number of electrodes has been increased and the electrode pitch and dimensions have been miniaturized, many connection techniques using bumps have been widely used for connection between a semiconductor element and a circuit board. , TAB system, and the like.

【0003】このうちフリップチップ方式におけるバン
プ形成方法としては、蒸着法,電解めっき法,スタッド
バンプ法等が従来より採用されているが、蒸着法は最近
のウェハーの大口径化、バンプピッチや形状の細密化に
対して精度に問題があり、またスタッドバンプ法はコス
トが高いために試作的にのみ使われており、量産的には
近年、電解めっき法が蒸着法に変わって主流になりつつ
ある。
[0003] Among these, as a bump forming method in the flip-chip method, a vapor deposition method, an electrolytic plating method, a stud bump method and the like have been conventionally employed. However, the vapor deposition method has recently increased the diameter of a wafer, a bump pitch and a shape. However, the stud bump method is used only on a trial basis because of its high cost.In terms of mass production, in recent years, the electrolytic plating method has become mainstream instead of the vapor deposition method. is there.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この電
解めっき法によるはんだバンプの形成法にも、次のよう
な問題がある。第1に、フォトレジストの形成工程、下
地金属膜の形成工程で使用する装置が高額でしかも取り
扱うウェハーのサイズが限定されるため、ウェハーサイ
ズが違うと切り替えに時間がかかったり、仕様外のサイ
ズを扱うことができなかった。このため、この方法では
コスト高になるとともに、ウェハーでないチップ単位の
バンプ形成が不可能であった。
However, this method of forming solder bumps by electrolytic plating also has the following problems. First, the equipment used in the photoresist formation process and the base metal film formation process is expensive and the size of the wafer to be handled is limited. Could not handle. For this reason, this method increases the cost and makes it impossible to form bumps in units of chips other than wafers.

【0005】また第2に、はんだバンプを基板にボンデ
ィングする際、はんだバンプが潰れて半導体素子の側面
とショートしてしまうことを防止するため、約20μm
の銅コアを下地金属膜にめっきしている。このため、銅
が剛体でしかも下地金属膜と強固に密着してしまうこと
から、チップサイズが大型になるにつれて加熱、冷却の
温度変化が加わると、半導体素子が伸縮して、銅コアが
シリコン基板に応力を与え、界面剥離して接続が切れた
り、シリコンにクラックが入ったりするなどして、信頼
性に問題があった。
Second, when bonding the solder bumps to the substrate, the solder bumps should be about 20 μm in order to prevent the solder bumps from being crushed and shorted to the side surface of the semiconductor element.
Is plated on the underlying metal film. For this reason, since copper is a rigid body and firmly adheres to the underlying metal film, the semiconductor element expands and contracts when a temperature change of heating and cooling is applied as the chip size increases, and the copper core becomes a silicon substrate. , And the interface is peeled, the connection is cut, and the silicon is cracked.

【0006】また第3に、下地金属膜のエッチング工程
があり、例えば下地金属膜としてアルミニウム,クロ
ム,銅を使用した場合、鉛と錫をアタックせずに下地金
属膜をエッチングすることは困難であり、エッチング
量,時間の管理も難しかった。
Third, there is a step of etching the base metal film. For example, when aluminum, chromium, or copper is used as the base metal film, it is difficult to etch the base metal film without attacking lead and tin. It was difficult to control the etching amount and time.

【0007】そこで、本出願人は、上記のような問題の
ない新たなバンプ形成法を特願平8−47767号にお
いて提案している。この新たなバンプ形成方法は、半導
体素子のパッド電極上に粘着剤を塗布し、この粘着剤に
金属粒子を付着させ、その後金属粒子を溶融してバンプ
を形成するものである。
Therefore, the present applicant has proposed a new bump forming method which does not have the above-mentioned problem in Japanese Patent Application No. 8-47767. In this new bump forming method, an adhesive is applied onto a pad electrode of a semiconductor element, metal particles are attached to the adhesive, and then the metal particles are melted to form a bump.

【0008】このような方法においてバンプを形成する
ときに重要なことは、精度面からは形成したバンプをな
るべく高くするとともに、その高さにばらつきをなくす
ことであり、製造面からはバンプの製造が容易なことで
ある。
What is important when forming bumps in such a method is to make the formed bumps as high as possible from the viewpoint of accuracy and to eliminate variations in the heights. Is easy.

【0009】したがって、本発明は、金属粒子をパッド
電極に搭載してバンプを形成する場合に、バンプをなる
べく高くするとともに、その高さにばらつきが少なく、
しかも、バンプの形成を容易に行なえるようにした半導
体素子のバンプ形成方法の提供を目的とする。
Therefore, according to the present invention, when metal particles are mounted on a pad electrode to form a bump, the height of the bump is made as small as possible, and the height of the bump is small.
In addition, it is an object of the present invention to provide a bump forming method for a semiconductor device in which a bump can be easily formed.

【0010】なお、本発明は、上記した粘着剤によって
金属粒子をパッド電極上に付着させる方法に限られるも
のではなく、金属粒子を用いてパッド電極上にバンプを
形成する方法であればあらゆる方法に適用が可能であ
る。
The present invention is not limited to the method of adhering metal particles on a pad electrode using the above-mentioned pressure-sensitive adhesive, but may be any method for forming a bump on a pad electrode using metal particles. It can be applied to

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記観点から、本発明者
達が鋭意研究を行なったところ、第一に、形成したバン
プを高くするには、ある個数の金属粒子を搭載するに際
し、パッド電極の面積をその搭載可能な最小面積にすれ
ばよいものの、パッド電極の形状によって金属粒子の個
数と最小面積の関係が異なるため一義的に最小面積を決
定できないことを知見した。
In view of the above, the inventors of the present invention have conducted intensive studies. First, in order to increase the height of the formed bump, it is necessary to mount a certain number of metal particles on a pad electrode. It is found that the minimum area can be determined unconditionally because the relationship between the number of metal particles and the minimum area differs depending on the shape of the pad electrode, although the area may be set to the minimum area that can be mounted.

【0012】また第二に、バンプの高さのばらつきを少
なくするには、バンプ形成に用いる金属粒子の数を複数
個にすればよく、しかも、一般的には四個以上とすると
一個の場合に比べて飛躍的に精度のよくなることを知見
した。これは、バンプの体積が、金属粒子の半径の三乗
であるためであり、同じ金属粒子の精度であっても、一
個の場合より複数個の場合の方が、精度が良くなる(図
4の図表1参照)。なお、金属粒子のばらつき精度を±
5%以下とすることは不可能ではないが、コストが非常
に高くなり現実的でない。現在のところ、コスト的には
±10%程度の精度からなる金属粒子を用いざるを得な
い。
Second, in order to reduce the variation in the height of the bump, the number of metal particles used for forming the bump may be increased to a plurality. It was found that the accuracy was dramatically improved as compared with. This is because the volume of the bump is the cube of the radius of the metal particle. Even if the accuracy of the same metal particle is more than one, the accuracy is better in the case of a plurality of metal particles (FIG. 4). See Figure 1). Note that the dispersion accuracy of the metal particles is ±
Although it is not impossible to make it 5% or less, the cost becomes very high and it is not practical. At present, metal particles having an accuracy of about ± 10% have to be used in terms of cost.

【0013】一方、バンプを容易に形成するには、所定
の個数の金属粒子がパッド電極に最も余裕をもって搭載
できる状態、すなわち金属粒子一個に対するパッド電極
の専面積が最も広い場合であると考えられる。しかし、
パッド電極の微小化がますます促進されている状況下に
おいては、無制限にパッド電極の面積を広くすることは
できない。そこで、パッド電極の許容面積内において、
最大の専有面積を得るにはどうしたらいいかを研究した
ところ、搭載すべき金属粒子の個数を変化させたときの
金属粒子一個に対する専有面積の変化率が最大の場合が
好ましいことを見出した。これが第三の知見である。
On the other hand, in order to easily form a bump, it is considered that a predetermined number of metal particles can be mounted on a pad electrode with the most margin, that is, a case where the exclusive area of the pad electrode for one metal particle is the widest. . But,
In a situation where miniaturization of the pad electrode is increasingly promoted, the area of the pad electrode cannot be increased without limit. Therefore, within the allowable area of the pad electrode,
After studying how to obtain the maximum occupied area, it was found that when the number of metal particles to be mounted was changed, the rate of change of the occupied area per metal particle was the largest. This is the third finding.

【0014】本発明は、これら各知見にもとづいてなさ
れたものであり、半導体素子に形成した所定の形状と面
積からなるパッド電極上に、ほぼ球形でかつ半径がほぼ
一定の金属粒子をN(Nは2以上の自然数)個搭載し、
かつ溶融してバンプを形成する半導体素子のバンプ形成
方法であって、N個の前記金属粒子を搭載できる前記パ
ッド電極の最小面積SN を求め、次いで、この最小面積
N と金属粒子の個数Nとから金属粒子一個当たりの専
有面積TN (TN =SN /N)を求め、さらに、この専
有面積の変化率ΔT(TN+1 −TN )が最大となるとき
の、金属粒子の個数Ni とパッド電極の最小面積
Ni+1,SNiを求め、この結果にもとづいて、バンプを
形成する際の金属粒子の個数NをNi 個とするととも
に、パッド電極の面積SN をSNi≦SN <SNi+1とする
ようにしてある。このようにすると、高くて、その高さ
にばらつきの少ないバンプを容易に形成することができ
る。
The present invention has been made based on each of these findings. Metal particles having a substantially spherical shape and a substantially constant radius are formed on a pad electrode formed on a semiconductor element and having a predetermined shape and area. N is a natural number of 2 or more)
And a method for forming a bump of a semiconductor element by melting and forming a bump, wherein a minimum area S N of the pad electrode on which the N metal particles can be mounted is determined, and then the minimum area S N and the number of metal particles are determined. The occupation area T N (T N = S N / N) per metal particle is determined from N and the metal when the change rate ΔT (T N + 1 −T N ) of the occupation area is the maximum. determining the minimum area S Ni + 1, S Ni of the number N i and the pad electrode of the particles, based on this result, the number N of the metal particles in forming a bump with a N i number, the area of the pad electrode S N is set so that S Ni ≦ S N <S Ni + 1 . This makes it possible to easily form bumps that are high and have a small variation in the height.

【0015】上記バンプ形成方法において、パッド電極
の外形形状を円形とすることができ、このとき金属粒子
の個数は四個とすることが好ましい。このようにする
と、比較的高く外形形状が円形のバンプを、容易かつ高
さのばらつきが少ない状態で形成することができる。
[0015] In the above bump forming method, the outer shape of the pad electrode can be circular, and the number of metal particles is preferably four at this time. This makes it possible to form bumps having a relatively high height and a circular outer shape easily and with little variation in height.

【0016】また、上記バンプ形成方法において、パッ
ド電極の外形形状を正方形とすることができ、このとき
金属粒子の個数は五個とすることが好ましい。このよう
にすると、比較的高く外形形状が正方形のバンプを、容
易かつ高さのばらつきが少ない状態で形成することがで
きる。
In the above bump forming method, the outer shape of the pad electrode may be square, and the number of metal particles is preferably five at this time. This makes it possible to form bumps having a relatively high height and a square outer shape easily and with little variation in height.

【0017】また、上記バンプ形成方法において、パッ
ド電極の外形形状を正三角形とすることができ、このと
き金属粒子の個数は六個とすることが好ましい。さら
に、パッド電極の外形形状を正三角形としたときには、
その一辺が半導体素子の外周辺と平行となるように配置
することが好ましく、また、正三角形のパッド電極が複
数あるときには、隣接するパッド電極の相対する辺が平
行となるように配置することが好ましい。このようにす
ると、比較的高く外形形状が正三角形のバンプを容易か
つ高さにばらつきが少ない状態で形成することができる
だけでなく、半導体素子に正三角形のバンプを高密度に
形成することができる。
Further, in the above bump forming method, the outer shape of the pad electrode can be a regular triangle, and the number of metal particles is preferably six at this time. Furthermore, when the outer shape of the pad electrode is an equilateral triangle,
It is preferable to arrange such that one side is parallel to the outer periphery of the semiconductor element, and when there are a plurality of equilateral triangular pad electrodes, it is preferable to arrange so that opposing sides of adjacent pad electrodes are parallel. preferable. With this configuration, not only can a bump having a relatively high triangular shape and an outer shape be easily formed with a small variation in height, but also a bump having a regular triangular shape can be formed on a semiconductor element at a high density. .

【0018】また、上記バンプ形成方法において、パッ
ド電極の外形形状を長方形とすることができ、このとき
金属粒子の個数は六個とすることが好ましい。さらに、
パッド電極の外形形状を長方形としたときには、その短
辺が半導体素子の外周辺と平行となるように配置するこ
とが好ましく、また、正三角形のパッド電極が複数ある
ときには、隣接するパッド電極の相対する辺が平行とな
るように配置することが好ましい。
In the above bump forming method, the outer shape of the pad electrode can be rectangular, and the number of metal particles is preferably six at this time. further,
When the outer shape of the pad electrode is rectangular, it is preferable to arrange the pad electrode so that its short side is parallel to the outer periphery of the semiconductor element. It is preferable that the sides are arranged in parallel.

【0019】また、上記バンプ形成方法において、パッ
ド電極の外形形状を菱形とすることができ、このとき金
属粒子の個数は六個とすることが好ましい。さらに、パ
ッド電極の外形形状を菱形としたときには、その対角線
のうち短い対角線が半導体素子の外周辺と平行となるよ
うに配置することが好ましく、また、正三角形のパッド
電極が複数あるときには、隣接するパッド電極の相対す
る辺が平行となるように配置することが好ましい。
In the above bump forming method, the outer shape of the pad electrode can be rhombic, and the number of metal particles is preferably six at this time. Further, when the outer shape of the pad electrode is rhombic, it is preferable to arrange the short diagonal of the diagonal lines so as to be parallel to the outer periphery of the semiconductor element. It is preferable that the pad electrodes are arranged such that opposing sides thereof are parallel to each other.

【0020】パッド電極を上記のように長方形又は菱形
とした場合においても、バンプを容易かつ高さにばらつ
きが少ない状態で形成することができるとともに、バン
プを高密度に配置することができる。
Even when the pad electrodes are rectangular or diamond-shaped as described above, the bumps can be formed easily and with little variation in height, and the bumps can be arranged with high density.

【0021】また、上記各パッド電極のコーナー部の面
取りを行なうことが好ましい。このようにすると、隣接
するバンプどうしの干渉を防止することができ、バンプ
の形成をより容易にするとともに、バンプの配置をより
高密度化することができる。
Preferably, the corners of the pad electrodes are chamfered. By doing so, it is possible to prevent interference between adjacent bumps, to facilitate the formation of the bumps, and to increase the density of the arrangement of the bumps.

【0022】また、上記各パッド電極に予め粘着剤を塗
布した後、金属粒子を搭載することが好ましい。このよ
うにすると金属粒子がパッド電極に確実に付着されるの
で、後工程における金属粒子の落下を防止し、バンプ形
成の容易化とバンプ高さの精度向上を促進する。
It is preferable that the adhesive is applied to each of the pad electrodes in advance, and then the metal particles are mounted. This ensures that the metal particles adhere to the pad electrode, thereby preventing the metal particles from dropping in a later step, facilitating the bump formation and improving the accuracy of the bump height.

【0023】[0023]

【本発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て説明する。まず、半導体素子に形成したパッド電極上
に、球形の金属粒子を複数個搭載し、その後金属粒子を
溶融してバンプを形成する方法の一例について説明す
る。
Embodiments of the present invention will be described below. First, an example of a method of mounting a plurality of spherical metal particles on a pad electrode formed on a semiconductor element and then melting the metal particles to form a bump will be described.

【0024】図1は工程図、図2(a)〜(f)は主要
工程における電極部の断面図を示している。図1におけ
る前処理工程S1では、図2(a)に示すようにウェハ
ー1上に完成された半導体素子のアルミニウムのパッド
電極2の酸化膜を除去する。次いで、活性化処理工程S
2ではパッド電極2上に選択的にニッケルを無電解めっ
きするための活性化処理を行なう。そして、無電解ニッ
ケルめっき工程S3では、図2(b)に示すようにパッ
ド電極2上に金属としてのニッケル膜11を無電解めっ
きする。なお、3はパッシベーション膜である。
FIG. 1 is a process diagram, and FIGS. 2A to 2F are cross-sectional views of an electrode portion in main steps. In the pretreatment step S1 in FIG. 1, the oxide film of the aluminum pad electrode 2 of the semiconductor element completed on the wafer 1 is removed as shown in FIG. Next, activation processing step S
In step 2, an activation process for selectively electrolessly plating nickel on the pad electrode 2 is performed. Then, in the electroless nickel plating step S3, a nickel film 11 as a metal is electrolessly plated on the pad electrode 2 as shown in FIG. Reference numeral 3 denotes a passivation film.

【0025】次に粘着剤処理工程S4では、図2(c)
に示すように、ウェハー1上に露出している金属部分に
選択的に粘着剤4を付与するためウェハー1を薬剤槽に
浸し、かつ、乾燥させる。そして、はんだ粒子付着工程
S5では、図2(d)に示すように、はんだ粒子12を
ウェハー1上に振りかける。その後、後処理工程S6で
は、はんだ粒子を電極部に仮接着させるための加熱処理
を行なった後、図2(e)に示すように、粘着剤4を付
与した部分以外にあるはんだ粒子12を軽くブラッシン
グして除去する。これにより、粘着剤4を付与した部分
にあるはんだ粒子12のみが残る。
Next, in the pressure-sensitive adhesive treatment step S4, FIG.
As shown in (1), the wafer 1 is immersed in a chemical bath to selectively apply the adhesive 4 to the metal portion exposed on the wafer 1, and then dried. Then, in the solder particle attaching step S5, the solder particles 12 are sprinkled on the wafer 1 as shown in FIG. Then, in a post-processing step S6, after performing a heat treatment for temporarily bonding the solder particles to the electrode portions, as shown in FIG. 2 (e), the solder particles 12 other than the portion where the adhesive 4 is applied are removed. Gently brush and remove. As a result, only the solder particles 12 in the portion where the adhesive 4 is applied remain.

【0026】このようにして、ウェハー1の金属部分に
複数個のはんだ粒子12を固定した後、フラックス塗布
工程S7でウェハー1の表面上にフラックスを塗布し、
次いで、はんだリフロー工程S8でリフロー炉の中を通
すことにより、図2(f)に示すように、溶融したはん
だ14が表面張力でボール状に丸まる。その後、洗浄及
び乾燥を行なった後検査工程S9で検査を行ない、ウェ
ハー上にはんだバンプ10を完成させる。なお、はんだ
リフロー工程S8の後ではんだの膜厚が不足している場
合は、粘着剤処理工程S4に戻り、以降の工程を繰り返
す。
After the plurality of solder particles 12 are fixed to the metal portion of the wafer 1 in this manner, a flux is applied on the surface of the wafer 1 in a flux application step S7.
Next, in the solder reflow step S8, the molten solder 14 is rolled into a ball shape by surface tension as shown in FIG. Thereafter, after cleaning and drying, inspection is performed in an inspection step S9 to complete the solder bumps 10 on the wafer. If the thickness of the solder is insufficient after the solder reflow step S8, the process returns to the adhesive processing step S4, and the subsequent steps are repeated.

【0027】ここで、はんだ粒子としてはPb/Snを
はじめ、Ag/Sn/Zn,Zn/Sn,Sn/Cu,
Sn/Ag/Bi,Sn/In等種々のものを適用でき
る。また、金属粒子としては、上記はんだ粒子のほか、
バンプ内にコアを入れるときの金属コア等も含まれる。
Here, the solder particles include Pb / Sn, Ag / Sn / Zn, Zn / Sn, Sn / Cu,
Various things such as Sn / Ag / Bi and Sn / In can be applied. As the metal particles, in addition to the above solder particles,
A metal core when a core is put in the bump is also included.

【0028】次に、本発明のバンプ形成方法の一実施形
態について説明する。図3はパッド電極の外形形状を円
形,正方形,三角形,長方形及び菱形としたときの、金
属粒子の個数とパッド電極上への搭載状態の関係を示す
図である。パッド電極の外形形状ごとに、N個の金属粒
子を例えば図3に示す状態で搭載したときに最小限必要
となるパッド電極面積(最小面積)SN を求める。これ
は、金属粒子の大きさ及び大きさのばらつき度合いから
理論的及び/又は実験的に求めることができる。
Next, one embodiment of the bump forming method of the present invention will be described. FIG. 3 is a view showing the relationship between the number of metal particles and the mounting state on the pad electrode when the external shape of the pad electrode is circular, square, triangular, rectangular, or rhombic. For each external shape of the pad electrode, a pad electrode area (minimum area) SN required at a minimum when N metal particles are mounted, for example, in the state shown in FIG. 3 is obtained. This can be determined theoretically and / or experimentally from the size of the metal particles and the degree of variation in the size.

【0029】このようにして求めたパッド電極の最小面
積SN と、搭載可能な金属粒子の個数Nとから金属粒子
一個当りの最小限必要な面積(専有面積)TN (TN
N/N)を求める。パッド電極の外形形状を円形,正
方形,正三角形,長方形及び菱形としたときの最小面積
と専有面積の変化量を表にすると図5(図表2)及び図
6(図表3)に示すようになる。
From the minimum area S N of the pad electrode obtained in this way and the number N of mountable metal particles, the minimum required area (exclusive area) T N (T N = T N = one metal particle)
S N / N). FIG. 5 (Chart 2) and FIG. 6 (Chart 3) show the minimum area and the amount of change of the occupied area when the external shape of the pad electrode is circular, square, equilateral triangle, rectangular, and rhombic. .

【0030】これら図表2及び3によると、パッド電極
の外形形状によって、金属粒子がN個のときの最小面積
と専有面積が異なっていることを理解できる。また、同
じ外形形状のパッド電極においても、搭載する金属粒子
の個数によって、上記専有面積の変化率が異なっている
ことも理解できる。
According to FIGS. 2 and 3, it can be understood that the minimum area and the occupied area when the number of metal particles is N are different depending on the outer shape of the pad electrode. Further, it can be understood that even in the pad electrodes having the same external shape, the change rate of the occupied area varies depending on the number of metal particles mounted.

【0031】上記したように、バンプを形成する際のパ
ッド電極の大きさは、バンプを最も高くするには専有面
積を最も小さくすることが望ましく、一方、金属粒子を
パッド電極上に安定的に搭載するには専有面積ができる
だけ広いことが望ましい。この相反する二つの条件を満
たすには、最小面積を維持しつつ金属粒子の個数がNi
からNi+1 に一つ変化するときに専有面積の変化率ΔT
(TN+1 −TN )が最も大きくなる金属粒子の個数を選
択すればよいことになる。
As described above, the size of the pad electrode at the time of forming the bump is desirably the smallest occupied area in order to make the bump highest, while the metal particles are stably deposited on the pad electrode. It is desirable that the occupied area be as large as possible for mounting. In order to satisfy these two contradictory conditions, the number of metal particles must be N i while maintaining the minimum area.
Change rate ΔT of the occupied area when changing from N to N i + 1
(T N + 1 -T N) so that it may be selected number of the most larger metal particles.

【0032】すなわち、図6の図表3によると、パッド
電極の外形形状が三角形のときに金属粒子を六個搭載す
るために最小限必要な専有面積は約1100μm2 で、
七個搭載するために最小限必要な専有面積は約3700
μm2 となっており、この間においてパッド電極の専有
面積が最も増加している。したがって、図5の図表2か
ら理解できるように、約26000μm2 よりも小さく
約6600μm2 以上の面積の範囲内におけるパッド電
極に六個の金属粒子を搭載するのであれば、上記二つの
条件を満足した状態とすることができる。
That is, according to Chart 3 of FIG. 6, when the outer shape of the pad electrode is triangular, the minimum occupied area required for mounting six metal particles is about 1100 μm 2 ,
The minimum occupied area required to mount seven units is about 3700
μm 2 , during which the occupied area of the pad electrode is the largest. Therefore, as can be understood from the chart 2 of FIG. 5, if the six metal particles are mounted on the pad electrode within the area of less than about 26000 μm 2 and about 6600 μm 2 or more, the above two conditions are satisfied. It can be in the state of having done.

【0033】この場合、パッド電極の最小面積を約66
00μm2 (専有面積を約1100μm2 )の値に近づ
ける程バンプは高くなり(バンプ形成の容易さはやや低
くなる)、最小面積を約26000μm2 (専有面積を
約3700μm2 )よりも小さい値に近づける程バンプ
形成が容易となる(バンプの高さはやや低くなる)の
で、バンプ形成時の諸条件(例えば、半導体素子の大き
さ、プリント基板における実装部の状態、金属粒子の種
類、・・・)に応じて、上記範囲内における任意の最小
面積(専有面積)を選択すればよい。
In this case, the minimum area of the pad electrode is about 66
00Myuemu 2 bumps the closer (the footprint about 1100 .mu.m 2) the value of the higher (ease of bump formation is slightly lower), the minimum area of about 26000Myuemu 2 to a value smaller than (about 3700Myuemu 2 the occupied area) The closer the bump is, the easier it is to form the bump (the height of the bump is slightly lower). An arbitrary minimum area (exclusive area) within the above range may be selected in accordance with (1).

【0034】また、パッド電極の外形形状が円形の場合
には、搭載する金属粒子が四個から五個になるときに専
有面積の変化率が最も大きくなるので(約1400μm
2 〜約2000μm2 )、四個の金属粒子を約5600
μm2 以上で約10200μm2 より小さい範囲の面積
からなるパッド電極上に搭載すれば、バンプの高さをあ
る一定以上に保ち、かつ、バンプ形成を容易にすること
が可能となる。
When the pad electrode has a circular outer shape, the change rate of the occupied area becomes the largest when the number of metal particles to be mounted becomes four to five (about 1400 μm).
2 to about 2000 μm 2 ), four metal particles of about 5600
If mounted on the [mu] m 2 or more at about 10200Myuemu 2 smaller range of pad electrodes on consisting of area, given more than maintaining a certain height of the bump, and it becomes possible to facilitate the bump formation.

【0035】同様に、図表2及び3からすると、パッド
電極の外形形状が正方形のときには金属粒子が五個から
六個になるときに、またパッド電極の外形形状が長方形
のときには金属粒子が四個から五個になるときに、さら
にパッド電極の外形形状が菱形のときには金属粒子が六
個から七個になるときに専有面積が最も大きく変化して
いる。したがって、このときの金属粒子の個数を正方
形:五個,長方形:四個,菱形:六個とするとともに、
それぞれの形状のときのパッド電極の面積を正方形:約
6500μm2 以上で約11500μm2 より小さい範
囲,長方形:約7300μm2 以上で約10000μm
2 より小さい範囲、菱形:約7800μm2 以上で約1
3700μm2 より小さい範囲とすれば、バンプの高さ
をある一定以上に保ち、かつ、バンプ形成を容易にする
ことが可能となる。
Similarly, according to FIGS. 2 and 3, when the outer shape of the pad electrode is square, the number of metal particles becomes from five to six, and when the outer shape of the pad electrode is rectangular, four metal particles are obtained. When the outer shape of the pad electrode is rhombic, the occupied area changes the most when the number of metal particles changes from six to seven. Therefore, the number of metal particles at this time is set to square: 5, rectangular: 4, and diamond: 6,
Each square area of the pad electrode when the shape: about 6500Myuemu 2 or more at about 11500Myuemu 2 smaller ranges, rectangle: about 7300Myuemu 2 or about 10000μm
Range smaller than 2 , diamond: about 7800 μm 2 or more and about 1
When the thickness is smaller than 3700 μm 2 , the height of the bumps can be kept at a certain level or more, and the bumps can be easily formed.

【0036】なお、パッド電極の外形形状は上記の形状
に限られるものではなく、例えば楕円形,多角形にする
ことも可能である。これら形状のときも理論的及び/又
は実験的に金属粒子の個数に応じたパッド電極の最小面
積及び専有面積を求めることができる。
The outer shape of the pad electrode is not limited to the above shape, but may be, for example, an ellipse or a polygon. Even in the case of these shapes, the minimum area and the occupied area of the pad electrode can be theoretically and / or experimentally determined according to the number of metal particles.

【0037】次に、パッド電極の外形形状に応じた、パ
ッド電極の配置状態について図7(a)〜(c)を参照
して説明する。すなわち、パッド電極2が三角形のとき
は、図7(a)に示すように、その一辺2aが半導体素
子20の一辺20aと平行となるように配置し、さらに
二以上の三角形のパッド電極2を隣接して配置するとき
には相対する辺2b,2bが平行となるようにすること
が好ましい。このようにすると、パッド電極間の隙間を
狭くしてパッド電極を高密度に配置することが可能とな
る。
Next, the arrangement of the pad electrodes according to the external shape of the pad electrodes will be described with reference to FIGS. That is, when the pad electrode 2 is triangular, as shown in FIG. 7A, the side 2a is arranged so as to be parallel to the side 20a of the semiconductor element 20, and two or more triangular pad electrodes 2 are formed. When adjacently arranged, it is preferable that the opposing sides 2b, 2b are parallel. This makes it possible to arrange the pad electrodes at a high density by narrowing the gap between the pad electrodes.

【0038】同様に、パッド電極2が長方形のときは、
図7(b)に示すように、その短辺2aが半導体素子2
0の一辺20aと平行となるように配置し、また、パッ
ド電極2が菱形のときは、図7(c)に示すように、そ
の対角線のうち短い対角線2aが半導体素子20の一辺
20aと平行となるように配置することが好ましい。こ
のように配置した場合も、パッド電極が整然と配置さ
れ、パッド電極の高密度な配置が可能となる。
Similarly, when the pad electrode 2 is rectangular,
As shown in FIG. 7B, the short side 2a is
0 is arranged parallel to one side 20a, and when the pad electrode 2 is rhombic, the short diagonal 2a of the diagonal is parallel to the side 20a of the semiconductor element 20, as shown in FIG. It is preferable to arrange them so that Also in such an arrangement, the pad electrodes are arranged neatly, and the pad electrodes can be arranged at a high density.

【0039】また、パッド電極の外形形状が角形のとき
には、図7(a)〜(c)の一部に示すように、そのコ
ーナー部の面取りを行なうことが好ましい。このように
すると、パッド電極の作成が容易となるとともに、電極
として実質上余り機能しないコーナー部を削除すること
ができ、パッド電極間の干渉防止等に有効となる。
When the outer shape of the pad electrode is square, it is preferable to chamfer the corner as shown in FIGS. 7 (a) to 7 (c). This facilitates the formation of the pad electrode, and can eliminate a corner portion that does not substantially function as an electrode, which is effective in preventing interference between the pad electrodes.

【0040】なお、本発明は上記実施形態のものに限定
されるものではなく、発明の要旨の範囲内における種々
変形実施形態を含むものである。例えば、パッド電極に
予め粘着材を塗布しない場合にも適用できる。
The present invention is not limited to the above embodiment, but includes various modified embodiments within the scope of the invention. For example, the present invention can be applied to a case where an adhesive is not applied to a pad electrode in advance.

【0041】[0041]

【発明の効果】以上のように、本発明の半導体素子のバ
ンプ形成方法によれば、バンプをなるべく高く形成する
とともに、その高さにばらつきが少なく、しかも、バン
プの形成を容易に行なえるようにすることができる。
As described above, according to the method for forming a bump of a semiconductor device of the present invention, the bump is formed as high as possible, the height thereof is small, and the bump can be formed easily. Can be

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

【図1】本発明の半導体素子のバンプ形成方法の一実施
形態を示す工程図である。
FIG. 1 is a process chart showing one embodiment of a bump forming method for a semiconductor device of the present invention.

【図2】(a)〜(f)は、図1における工程のうち主
要工程の電極部断面図である。
2 (a) to 2 (f) are cross-sectional views of an electrode portion in main steps of the steps in FIG.

【図3】パッド電極の各形状ごとにおける、金属粒子の
搭載状態を示す平面図である。
FIG. 3 is a plan view showing a mounting state of metal particles for each shape of a pad electrode.

【図4】はんだ粒子一個のばらつき精度と、N個のはん
だ粒子からなるバンプのばらつき精度の関係を示す図表
1である。
FIG. 4 is a chart 1 showing a relationship between the variation accuracy of one solder particle and the variation accuracy of a bump composed of N solder particles.

【図5】パッド電極の各形状ごとにおけるはんだ粒子の
個数とパッド電極の最小面積との関係を示す図表2であ
る。
FIG. 5 is a chart 2 showing the relationship between the number of solder particles and the minimum area of the pad electrode for each shape of the pad electrode.

【図6】パッド電極の各形状ごとにおけるはんだ粒子の
一個当りの専有面積を示す図表3である。
FIG. 6 is a chart 3 showing an occupied area per solder particle for each shape of the pad electrode.

【図7】(a)〜(c)は、パッド電極の各形状ごとに
おけるパッド電極の配置状態を示す平面図である。
FIGS. 7A to 7C are plan views showing the arrangement of the pad electrodes for each shape of the pad electrodes.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 パッド電極 10 はんだバンプ 12 はんだ粒子 20 半導体素子 2 Pad electrode 10 Solder bump 12 Solder particle 20 Semiconductor element

Claims (18)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体素子上に形成した所定の形状と面
積からなるパッド電極上に、ほぼ球形でかつ半径がほぼ
一定の金属粒子をN(Nは2以上の自然数)個搭載し、
かつ溶融してバンプを形成する半導体素子のバンプ形成
方法であって、 N個の前記金属粒子を搭載できる前記パッド電極の最小
面積SN を求め、 次いで、この最小面積SN と金属粒子の個数Nとから金
属粒子一個当たりの専有面積TN (TN =SN /N)を
求め、 さらに、この専有面積の変化率ΔT(TN+1 −TN )が
最大となるときの、金属粒子の個数Ni とパッド電極の
最小面積SNi+1,SNiを求め、 この結果にもとづいて、バンプを形成する際の金属粒子
の個数NをNi 個とするとともに、パッド電極の面積S
N をSNi≦SN <SNi+1とすることを特徴とした半導体
素子のバンプ形成方法。
An N-shaped (N is a natural number not less than 2) metal particle having a substantially spherical shape and a substantially constant radius is mounted on a pad electrode having a predetermined shape and area formed on a semiconductor element.
And forming a bump by melting the semiconductor element, wherein a minimum area S N of the pad electrode on which the N metal particles can be mounted is determined. Then, the minimum area S N and the number of metal particles are determined. The occupation area T N (T N = S N / N) per one metal particle is obtained from N and the metal when the rate of change ΔT (T N + 1 −T N ) of the occupation area is maximized. The number N i of particles and the minimum areas S Ni + 1 and S Ni of the pad electrode are obtained. Based on the results, the number N of metal particles when forming a bump is set to N i and the area of the pad electrode is determined. S
A method for forming a bump of a semiconductor device, wherein N is set to S Ni ≦ S N <S Ni + 1 .
【請求項2】 パッド電極の外形形状を円形としたこと
を特徴とする請求項1記載の半導体素子のバンプ形成方
法。
2. The method according to claim 1, wherein the outer shape of the pad electrode is circular.
【請求項3】 搭載する金属粒子の個数Nを四個とした
ことを特徴とする請求項2記載の半導体素子のバンプ形
成方法。
3. The method according to claim 2, wherein the number N of the metal particles to be mounted is four.
【請求項4】 パッド電極の外形形状を正方形としたこ
とを特徴とする請求項1記載の半導体素子のバンプ形成
方法。
4. The method according to claim 1, wherein the outer shape of the pad electrode is square.
【請求項5】 搭載する金属粒子の個数Nを五個とした
ことを特徴とする請求項4記載の半導体素子のバンプ形
成方法。
5. The method according to claim 4, wherein the number N of the metal particles to be mounted is set to five.
【請求項6】 パッド電極の外形形状を正三角形とした
ことを特徴とする請求項1記載の半導体素子のバンプ形
成方法。
6. The method according to claim 1, wherein the outer shape of the pad electrode is an equilateral triangle.
【請求項7】 正三角形のパッド電極を、その一辺が半
導体素子の外周辺と平行になるように配置したことを特
徴とする請求項6記載の半導体素子のバンプ形成方法。
7. The bump forming method for a semiconductor device according to claim 6, wherein the regular triangular pad electrode is arranged so that one side thereof is parallel to the outer periphery of the semiconductor device.
【請求項8】 正三角形のパッド電極を、隣接する正三
角形の相対する辺が平行となるように配置したことを特
徴とする請求項6又は7記載の半導体素子のバンプ形成
方法。
8. The bump forming method for a semiconductor element according to claim 6, wherein the regular triangular pad electrodes are arranged such that opposing sides of adjacent regular triangles are parallel to each other.
【請求項9】 搭載する金属粒子の個数Nを六個とした
ことを特徴とする請求項6,7又は8記載の半導体素子
のバンプ形成方法。
9. The method according to claim 6, wherein the number N of the metal particles to be mounted is six.
【請求項10】 パッド電極の外形形状を長方形とした
ことを特徴とする請求項1記載の半導体素子のバンプ形
成方法。
10. The method according to claim 1, wherein the outer shape of the pad electrode is rectangular.
【請求項11】 長方形のパッド電極を、その短辺が半
導体素子の外周辺と平行となるように配置したことを特
徴とする請求項10記載の半導体素子のバンプ形成方
法。
11. The bump forming method for a semiconductor device according to claim 10, wherein the rectangular pad electrode is arranged such that a short side thereof is parallel to an outer periphery of the semiconductor device.
【請求項12】 搭載する金属粒子の個数Nを四個とし
たことを特徴とする請求項10又は11記載の半導体素
子のバンプ形成方法。
12. The method according to claim 10, wherein the number N of the metal particles to be mounted is four.
【請求項13】 パッド電極の外形形状を菱形としたこ
とを特徴とする請求項1記載の半導体素子のバンプ形成
方法。
13. The method according to claim 1, wherein the outer shape of the pad electrode is rhombic.
【請求項14】 菱形のパッド電極を、その対角線の短
辺が半導体素子の外周辺と平行になるように配置したこ
とを特徴とする請求項13記載の半導体素子のバンプ形
成方法。
14. The bump forming method for a semiconductor device according to claim 13, wherein the diamond-shaped pad electrode is disposed such that a short side of a diagonal line is parallel to an outer periphery of the semiconductor device.
【請求項15】 搭載する金属粒子の個数Nを六個とし
たことを特徴とする請求項13又は14記載の半導体素
子のバンプ形成方法。
15. The method according to claim 13, wherein the number N of the metal particles to be mounted is six.
【請求項16】 パッド電極のコーナー部を面取りした
ことを特徴とする請求項1又は4〜15のいずれかに記
載の半導体素子のバンプ形成方法。
16. The method for forming a bump of a semiconductor device according to claim 1, wherein a corner of the pad electrode is chamfered.
【請求項17】 パッド電極に予め粘着剤を塗布した
後、金属粒子を搭載することを特徴とする請求項1〜1
6のいずれかに記載の半導体素子のバンプ形成方法。
17. The method according to claim 1, wherein an adhesive is previously applied to the pad electrode, and then metal particles are mounted.
7. The method for forming a bump of a semiconductor device according to any one of 6.
【請求項18】 金属粒子としてはんだボールを用いる
ことを特徴とする請求項1〜17のいずれかに記載の半
導体素子のバンプ形成方法。
18. The method for forming a bump of a semiconductor device according to claim 1, wherein solder balls are used as the metal particles.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6184581B1 (en) 1997-11-24 2001-02-06 Delco Electronics Corporation Solder bump input/output pad for a surface mount circuit device
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