JPH10242151A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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Publication number
JPH10242151A
JPH10242151A JP5544397A JP5544397A JPH10242151A JP H10242151 A JPH10242151 A JP H10242151A JP 5544397 A JP5544397 A JP 5544397A JP 5544397 A JP5544397 A JP 5544397A JP H10242151 A JPH10242151 A JP H10242151A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
solder
connection pad
pads
metal layer
contg
Prior art date
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Pending
Application number
JP5544397A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Ichiro Mihara
一郎 三原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Casio Computer Co Ltd
Original Assignee
Casio Computer Co Ltd
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Publication date
Application filed by Casio Computer Co Ltd filed Critical Casio Computer Co Ltd
Priority to JP5544397A priority Critical patent/JPH10242151A/en
Publication of JPH10242151A publication Critical patent/JPH10242151A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • 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

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduced the man-hour for forming bump electrodes by applying a solder past of solder grains contg. As and Zn in a bonder on connection pads and heat-treating it to directly form solder bumps contg. As and Zn on the pads. SOLUTION: On an Si substrate 11 and Al or Al alloy connection pads 12 are formed and covered with a protective film 13, except the central parts of the pads, openings 14 are formed into the exposed central parts of the pads 12, and a paste 15 contg. many solder grains in a bonder is applied on the exposed parts and protective film 13 located round these parts through the openings 14 and heat-treated to form approximately spherical bump electrodes 16, i.e., solder bumps contg. As and Zn directly formed on the pads 12.

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】この発明は半導体装置の製造
方法に関する。
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】例えばフリップチップ方式と呼ばれる半
導体チップの実装技術では、半導体チップの接続パッド
上に形成したはんだからなる突起電極を回路基板上に形
成された接続パッド上に載置し、熱処理を行うことによ
りはんだをリフロー(reflow)してボンディングを行って
いる。したがって、半導体チップにははんだからなる突
起電極を形成する必要がある。
2. Description of the Related Art For example, in a semiconductor chip mounting technique called a flip chip method, a bump electrode made of solder formed on a connection pad of a semiconductor chip is mounted on a connection pad formed on a circuit board, and heat treatment is performed. By doing so, the solder is reflowed to perform bonding. Therefore, it is necessary to form a bump electrode made of solder on the semiconductor chip.

【0003】次に、従来のこのような半導体装置の製造
方法の一部について、つまり突起電極の形成方法につい
て図2を参照しながら説明する。まず、図2(A)に示
すように、シリコン基板(半導体基板)1上にアルミニ
ウム(Al)またはアルミニウム合金からなる接続パッ
ド2が形成され、その上面において接続パッド2の中央
部を除く部分に保護膜3が被覆され、接続パッド2の中
央部が保護膜3に形成された開口部4を介して露出され
たものを用意する。次に、アルゴン(Ar)による逆ス
パッタエッチングにより、接続パッド2のうち保護膜3
の開口部4を介して露出された露出部上に形成されたア
ルミニウムの自然酸化膜(図示せず)を除去する。次
に、図2(B)に示すように、上面全体に下地金属層5
を形成する。この場合、下地金属層5は2層構造または
3層構造となっている。次に、下地金属層5の上面にお
いて接続パッド2に対応する部分を除く部分にメッキレ
ジスト層6を形成する。したがって、この状態では、接
続パッド2に対応する部分におけるメッキレジスト層6
には平面円形の開口部7が形成されている。
Next, a part of a conventional method of manufacturing such a semiconductor device, that is, a method of forming a bump electrode will be described with reference to FIG. First, as shown in FIG. 2A, a connection pad 2 made of aluminum (Al) or an aluminum alloy is formed on a silicon substrate (semiconductor substrate) 1, and the upper surface of the connection pad 2 is formed at a portion other than the center of the connection pad 2. A connection pad is prepared in which the protection film 3 is covered and the center of the connection pad 2 is exposed through the opening 4 formed in the protection film 3. Next, the protective film 3 of the connection pad 2 is formed by reverse sputter etching using argon (Ar).
The native oxide film (not shown) of aluminum formed on the exposed portion exposed through the opening 4 is removed. Next, as shown in FIG. 2B, a base metal layer 5 is formed on the entire upper surface.
To form In this case, the base metal layer 5 has a two-layer structure or a three-layer structure. Next, a plating resist layer 6 is formed on the upper surface of the base metal layer 5 except for a portion corresponding to the connection pad 2. Therefore, in this state, the plating resist layer 6 in a portion corresponding to the connection pad 2 is formed.
Is formed with a flat circular opening 7.

【0004】次に、下地金属層5をメッキ電流路として
はんだの電解メッキを行うことにより、メッキレジスト
層6の開口部7内の下地金属層5の上面にはんだからな
る突起電極8を形成する。この場合、メッキレジスト層
6上においてはんだメッキが等方的に堆積される。この
ため、この段階における突起電極8の形状はきのこ形状
となる。この段階において突起電極8の形状をきのこ形
状とするのは、メッキレジスト層6の膜厚に限界があ
り、その上限が例えば50μm程度であっても、後で説
明する最終的な突起電極9の高さをより高くするためで
ある。次に、メッキレジスト層6を剥離する。次に突起
電極8をマスクとして下地金属層5の不要な部分をエッ
チングして除去すると、図2(C)に示すように、突起
電極8下にのみ下地金属層5が残存される。次に、図2
(D)に示すように、熱処理を行うと、きのこ形状の突
起電極8が溶融した後表面張力により丸まってほぼ球状
となり、この状態で固化することにより、ほぼ球状の突
起電極9が形成される。
[0004] Next, by using the base metal layer 5 as a plating current path and performing electrolytic plating of solder, a bump electrode 8 made of solder is formed on the upper surface of the base metal layer 5 in the opening 7 of the plating resist layer 6. . In this case, solder plating is isotropically deposited on the plating resist layer 6. For this reason, the shape of the bump electrode 8 at this stage becomes a mushroom shape. The reason why the shape of the projecting electrode 8 at this stage is a mushroom shape is that the thickness of the plating resist layer 6 is limited, and even if the upper limit is, for example, about 50 μm, the final projecting electrode 9 will be described later. This is to make the height higher. Next, the plating resist layer 6 is peeled off. Next, when unnecessary portions of the underlying metal layer 5 are etched and removed using the bump electrodes 8 as a mask, the underlying metal layer 5 remains only under the bump electrodes 8 as shown in FIG. Next, FIG.
As shown in (D), when the heat treatment is performed, the mushroom-shaped protruding electrode 8 is melted and then rounded due to surface tension to become substantially spherical. By solidifying in this state, a substantially spherical protruding electrode 9 is formed. .

【0005】ところで、図2(B)に示す工程の当初に
おいて上面全体に下地金属層5を形成する理由は、上述
したように、はんだの電解メッキを行う際のメッキ電流
路として用いるためである。また、図2(C)に示す工
程において突起電極8下にのみ下地金属層5を残存させ
る理由は、図2(D)に示すように、ほぼ球状のはんだ
からなる突起電極9とアルミニウムまたはアルミニウム
合金からなる接続パッド2との密着性を良くするためで
ある。
The reason why the base metal layer 5 is formed on the entire upper surface at the beginning of the step shown in FIG. 2B is that it is used as a plating current path when performing electrolytic plating of solder, as described above. . The reason why the base metal layer 5 is left only under the protruding electrode 8 in the step shown in FIG. 2C is that, as shown in FIG. This is for improving the adhesion to the connection pad 2 made of an alloy.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
このような突起電極の形成方法では、接続パッド2上の
自然酸化膜を除去し、次いで上面全体に下地金属層5を
形成し、次いで開口部7を有するメッキレジスト層6を
形成し、次いでメッキ処理を行い、次いでメッキレジス
ト層6を剥離し、次いで下地金属層5の不要な部分を除
去し、次いで熱処理によりほぼ球状の突起電極9を形成
することになるので、形成工程数がかなり多く、コスト
高になるという問題があった。この発明の課題は、突起
電極の形成工程数を少なくすることである。
However, in the conventional method of forming such a bump electrode, a natural oxide film on the connection pad 2 is removed, a base metal layer 5 is formed on the entire upper surface, and then an opening is formed. Then, a plating resist layer 6 having a metal layer 7 is formed, a plating process is performed, the plating resist layer 6 is peeled off, an unnecessary portion of the base metal layer 5 is removed, and a substantially spherical projection electrode 9 is formed by heat treatment. Therefore, there is a problem that the number of forming steps is considerably large and the cost is increased. An object of the present invention is to reduce the number of steps for forming a bump electrode.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】この発明は、半導体基板
上に設けられたアルミニウムまたはアルミニウム合金か
らなる接続パッド上に、アンチモンと亜鉛とを含有する
はんだ粒子をバインダ中に混入してなるはんだペースト
を塗布し、熱処理することにより前記接続パッド上にア
ンチモンと亜鉛とを含有するはんだバンプを直接形成す
るようにしたものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a solder paste obtained by mixing solder particles containing antimony and zinc into a binder on a connection pad made of aluminum or an aluminum alloy provided on a semiconductor substrate. Is applied and heat-treated to directly form solder bumps containing antimony and zinc on the connection pads.

【0008】この発明によれば、アンチモンと亜鉛とが
はんだからなる突起電極とアルミニウムまたはアルミニ
ウム合金からなる接続パッドとの密着性を良くするの
で、突起電極と接続パッドとの密着性を良くするための
下地金属層が不要となる。また、接続パッド上にはんだ
ペーストを塗布するので、メッキ処理が不要となり、メ
ッキ電流路としての下地金属層が不要となる。以上の結
果、下地金属層を形成する工程、メッキレジスト層の形
成および剥離を含むメッキ処理工程が不要となり、突起
電極の形成工程数を少なくすることができる。
According to the present invention, since antimony and zinc improve the adhesion between the protruding electrode made of solder and the connection pad made of aluminum or aluminum alloy, the adhesion between the protruding electrode and the connection pad is improved. This eliminates the need for a base metal layer. Further, since the solder paste is applied on the connection pads, plating is not required, and a base metal layer as a plating current path is not required. As a result, the step of forming the base metal layer and the plating step including the formation and peeling of the plating resist layer become unnecessary, and the number of steps of forming the bump electrode can be reduced.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】図1(A)〜(C)はそれぞれこ
の発明の一実施形態における半導体装置の製造工程の一
部、つまり突起電極の各形成工程を示したものである。
そこで、これらの図を順に参照しながら、この実施形態
の突起電極の形成方法について説明する。
1A to 1C show a part of a manufacturing process of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, that is, each forming process of a bump electrode.
Therefore, a method for forming the protruding electrode of this embodiment will be described with reference to these drawings in order.

【0010】まず、図1(A)に示すように、シリコン
基板(半導体基板)11上にアルミニウムまたはアルミ
ニウム合金からなる接続パッド12が形成され、その上
面において接続パッド12の中央部を除く部分に保護膜
13が被覆され、接続パッド12の中央部が保護膜13
に形成された開口部14を介して露出されたものを用意
する。次に、図1(B)に示すように、接続パッド12
のうち保護膜13の開口部14を介して露出された露出
部上およびこの露出部の周囲に位置する保護膜14上
に、多数のはんだ粒子(図示せず)がバインダ(図示せ
ず)中に混入されてなるはんだペースト15をスクリー
ン印刷により塗布する。この場合、はんだ粒子中にはア
ンチモン(Sb)が3〜7wt%、亜鉛(Zn)が0.
5〜1.5wt%含有されている。バインダはメタエタ
ノールアミンを主成分とする有機材料からなっている。
そして、接続パッド12のうち保護膜13の開口部14
を介して露出された露出部上にはんだペースト15が塗
布されると、バインダの還元作用により、接続パッド1
2のうち保護膜13の開口部14を介して露出された露
出部上に形成されたアルミニウムの自然酸化膜(図示せ
ず)が除去される。したがって、従来のようにアルゴン
による逆スパッタエッチングによってアルミニウムの自
然酸化膜を除去する必要がなく、その分工程数を少なく
することができる。
First, as shown in FIG. 1A, a connection pad 12 made of aluminum or an aluminum alloy is formed on a silicon substrate (semiconductor substrate) 11, and the upper surface of the connection pad 12 is formed in a portion other than the center of the connection pad 12. The protective film 13 is covered, and the central portion of the connection pad 12 is
The one exposed through the opening 14 formed in the above is prepared. Next, as shown in FIG.
A large number of solder particles (not shown) in the binder (not shown) are formed on the exposed portion exposed through the opening 14 of the protective film 13 and on the protective film 14 located around the exposed portion. Is applied by screen printing. In this case, 3 to 7% by weight of antimony (Sb) and 0.1% of zinc (Zn) are contained in the solder particles.
The content is 5 to 1.5 wt%. The binder is made of an organic material containing metaethanolamine as a main component.
Then, the opening 14 of the protective film 13 in the connection pad 12 is formed.
When the solder paste 15 is applied on the exposed portion exposed through the connection pad, the connection pad 1
Out of 2, the natural oxide film (not shown) of aluminum formed on the exposed portion exposed through the opening 14 of the protective film 13 is removed. Therefore, there is no need to remove the natural oxide film of aluminum by reverse sputter etching using argon unlike the related art, and the number of steps can be reduced accordingly.

【0011】次に、図1(C)に示すように、熱処理を
行うと、バインダが蒸発するとともにはんだ粒子が溶融
する。そして、溶融したはんだ粒子は表面張力により1
つに集まり丸まってほぼ球状となり、この状態で固化す
ることにより、ほぼ球状の突起電極16、すなわちアン
チモンと亜鉛とを含有するはんだバンプが形成される。
この場合、アンチモンと亜鉛とが突起電極16の中の錫
(Sn)と接続パッド12の中のアルミニウムとの間の
相互拡散を抑制し、はんだへのアルミニウムの溶解を抑
制するので、はんだからなる突起電極16とアルミニウ
ムまたはアルミニウム合金からなる接続パッド12との
間の密着性を良くする。
Next, as shown in FIG. 1C, when heat treatment is performed, the binder evaporates and the solder particles are melted. Then, the molten solder particles are 1
The projections 16 are gathered and rolled into a substantially spherical shape, and solidified in this state, thereby forming a substantially spherical protruding electrode 16, that is, a solder bump containing antimony and zinc.
In this case, since antimony and zinc suppress interdiffusion between tin (Sn) in the protruding electrode 16 and aluminum in the connection pad 12 and suppress dissolution of aluminum in the solder, the antimony and zinc are formed of solder. The adhesion between the protruding electrode 16 and the connection pad 12 made of aluminum or an aluminum alloy is improved.

【0012】ところで、上述したように、アンチモンと
亜鉛とがはんだからなる突起電極16とアルミニウムま
たはアルミニウム合金からなる接続パッド12との密着
性を良くするので、突起電極16と接続パッド12との
密着性を良くするための下地金属層が不要となる。ま
た、接続パッド12上にはんだペースト15を塗布する
ので、メッキ処理が不要となり、メッキ電流路としての
下地金属層が不要となる。以上の結果、下地金属層を形
成する工程、メッキレジスト層の形成および剥離を含む
メッキ処理工程が不要となり、突起電極16の形成工程
数を少なくすることができる。したがって、コストを低
減することができる。
As described above, since antimony and zinc improve the adhesion between the bump electrode 16 made of solder and the connection pad 12 made of aluminum or aluminum alloy, the adhesion between the bump electrode 16 and the connection pad 12 is improved. A base metal layer for improving the performance is not required. Further, since the solder paste 15 is applied on the connection pads 12, plating is not required, and a base metal layer as a plating current path is not required. As a result, the step of forming the base metal layer and the plating step including the formation and peeling of the plating resist layer become unnecessary, and the number of steps of forming the bump electrode 16 can be reduced. Therefore, cost can be reduced.

【0013】[0013]

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、アンチモンと亜鉛とがはんだからなる突起電極とア
ルミニウムまたはアルミニウム合金からなる接続パッド
との密着性を良くするので、突起電極と接続パッドとの
密着性を良くするための下地金属層が不要となる。ま
た、接続パッド上にはんだペーストを塗布するので、メ
ッキ処理が不要となり、メッキ電流路としての下地金属
層が不要となる。以上の結果、下地金属層を形成する工
程、メッキレジスト層の形成および剥離を含むメッキ処
理工程が不要となり、突起電極の形成工程数を少なくす
ることができる。したがって、コストを低減することが
できる。
As described above, according to the present invention, antimony and zinc improve the adhesiveness between the bump electrode made of solder and the connection pad made of aluminum or aluminum alloy. The need for a base metal layer for improving the adhesion to the substrate is eliminated. Further, since the solder paste is applied on the connection pads, plating is not required, and a base metal layer as a plating current path is not required. As a result, the step of forming the base metal layer and the plating step including the formation and peeling of the plating resist layer become unnecessary, and the number of steps of forming the bump electrode can be reduced. Therefore, cost can be reduced.

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

【図1】(A)〜(C)はそれぞれこの発明の一実施形
態における半導体装置の製造工程の一部、つまり突起電
極の各形成工程を示す断面図。
FIGS. 1A to 1C are cross-sectional views each showing a part of a manufacturing process of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, that is, each forming process of a bump electrode.

【図2】(A)〜(D)はそれぞれ従来の半導体装置の
製造工程の一部、つまり突起電極の各形成工程を示す断
面図。
FIGS. 2A to 2D are cross-sectional views each showing a part of a manufacturing process of a conventional semiconductor device, that is, each forming process of a bump electrode.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 シリコン基板 12 接続パッド 15 はんだペースト 16 突起電極 Reference Signs List 11 silicon substrate 12 connection pad 15 solder paste 16 protruding electrode

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板上に設けられたアルミニウム
またはアルミニウム合金からなる接続パッド上に、アン
チモンと亜鉛とを含有するはんだ粒子をバインダ中に混
入してなるはんだペーストを塗布し、熱処理することに
より前記接続パッド上にアンチモンと亜鉛とを含有する
はんだバンプを直接形成することを特徴とする半導体装
置の製造方法。
1. A solder paste obtained by mixing solder particles containing antimony and zinc in a binder is applied to a connection pad made of aluminum or an aluminum alloy provided on a semiconductor substrate, and heat-treated. A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a solder bump containing antimony and zinc is directly formed on the connection pad.
【請求項2】 前記はんだ粒子中にアンチモンが3〜7
wt%、亜鉛が0.5〜1.5wt%含有されているこ
とを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
2. An antimony content of 3 to 7 in the solder particles.
2. The method according to claim 1, wherein the composition contains 0.5% to 1.5% by weight of zinc.
JP5544397A 1997-02-25 1997-02-25 Manufacture of semiconductor device Pending JPH10242151A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002033346A (en) * 2000-07-18 2002-01-31 Showa Denko Kk Soldering paste used for forming solder bump electrode
US20190143726A1 (en) * 2017-11-10 2019-05-16 Te Connectivity Corporation Aluminum Based Solderable Contact

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