JPH11195666A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH11195666A
JPH11195666A JP9367919A JP36791997A JPH11195666A JP H11195666 A JPH11195666 A JP H11195666A JP 9367919 A JP9367919 A JP 9367919A JP 36791997 A JP36791997 A JP 36791997A JP H11195666 A JPH11195666 A JP H11195666A
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JP
Japan
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bump electrode
semiconductor device
electrode
pad
bump
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Pending
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JP9367919A
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English (en)
Inventor
Masaru Amano
優 天野
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Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH11195666A publication Critical patent/JPH11195666A/ja
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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

Landscapes

  • Wire Bonding (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体装置のバンプ電極による接続部での信
号電力損失を低減する。 【解決手段】 半導体素子4の上面に設けられた電極パ
ッド5の上にバンプ電極2を設ける。1つのバンプ電極
2は、互いに分離した複数個(例えば、4個)の分割導
体3,3,…からなり、各分割導体3,3,…は例えば
円柱状をしている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置に関す
る。具体的にいうと、本発明は、電極パッド上に形成さ
れたバンプ電極を有する半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】実装基板上にフェースダウンで表面実装
するIC等の半導体装置では、その接続用電極としてバ
ンプ電極が用いられる。半導体装置に用いられている1
箇所のバンプ電極を図9に示す。この半導体装置21に
あっては、半導体素子4の表面を覆っている表面保護膜
6を一部開口して電極パッド5を露出させてあり、この
電極パッド5には、下地金属層22とバリアメタル23
を介して円筒状をした1個のバンプ電極24が接合され
ている。そして、この半導体装置21を実装基板12上
に実装する場合には、半導体装置21を上下反転させて
実装基板12の各Au電極13上に各バンプ電極24を
重ね合わせ、バンプ電極24を実装基板12のAu電極
13に熱圧着接合法や超音波併用熱圧着接合法によって
接合させている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような半導体装置にあっては、例えばミリ波帯以上の高
周波で動作させた場合、バンプ電極を流れる信号は、表
皮効果のためにバンプ電極の外周付近に著しく偏ってし
まい、実質的な電流抵抗の増大により、信号電力の損失
が増大するという問題があった。
【0004】本発明は叙上の従来例の欠点に鑑みてなさ
れたものであり、その目的とするところは、半導体装置
のバンプ電極による接続部での信号電力損失を低減する
ことにある。
【0005】
【発明の開示】本発明は、電極パッド上にバンプ電極を
形成された半導体装置において、バンプ電極が、その高
さ方向に垂直な断面のうち少なくとも一部の断面で、複
数の部分に分割されていることを特徴としている。
【0006】例えば電気伝導度σ、透磁率μ、半径aの
円筒状をしたバンプ電極に交流電流(角周波数ω)が流
れるとき、バンプ電極の持つ有限の電気伝導度σのた
め、バンプ電極の断面における電流密度J(r)は、 J(r)=A・exp〔−(a−r)/δ〕 … ただし、r: バンプ電極の断面における中心からの半
径 A: 半径rに依存しない定数 δ: 表皮の厚さ(skin depth) となる。表皮の厚さδとは、 δ=〔2/(ωμσ)〕1/2 … ただし、ω: 交流電流の角周波数 μ: バンプ電極の透磁率 σ: バンプ電極の電気伝導度 で表されるものである。
【0007】上記式及び式は、バンプ電極に交流電
流が流れるとき、近似的には、バンプ電極の表面(ほぼ
δの厚みの外周領域)にだけ電流(表皮電流)が局在し
て流れることを示しており、この現象は表皮効果として
知られている。
【0008】いま、半径a、高さhのバンプ電極と、半
径a/n、高さhのn2個の部分からなるバンプ電極と
を考えると、いずれも全体積はπa2hで等しいが、前
者の外周長は2πaであるのに対し、後者の全外周長は
2πnaとなり、後者で表皮電流の流れる面積(2πn
aδ)は前者で表皮電流の流れる面積(2πaδ)のn
倍となる。よって、バンプ電極をN個に分割すれば、表
皮電流の流れるバンプ電極の抵抗が1/(√N)倍に低
減される。
【0009】従って、半導体装置のバンプ電極を少なく
とも一部で複数個に分割することにより、バンプ電極の
接合面積が同一であっても、バンプ電極の外周長さを長
くすることができ、半導体装置をミリ波帯以上の高周波
で動作させた場合でも、バンプ電極における信号電力損
失を小さくすることができる。しかも、バンプ電極を複
数個に分割するだけでよいので、例えばフォトリソグラ
フィーを用いる選択メッキ法を用いることにより、コス
トも安価で済む。特に、バンプ電極を全高にわたって複
数の部分に分割することによって高い効果を得ることが
できる。
【0010】
【発明の実施の形態】図1は本発明の一実施形態による
半導体装置を示す側面図であって、実装基板(アルミナ
基板)上に実装された状態を示している。この半導体装
置1にあっては、上面の複数箇所にバンプ電極2が設け
られている。従来は、1つの電極パッド上に形成された
1個のバンプ電極は円筒状、半球状などの1つの導体に
よって形成されていたが、この半導体装置1では、1つ
の電極パッド上に形成されたバンプ電極2はそれぞれ、
複数の互いに分離された導体(以下、分割導体という)
3,3,…の集合によって形成されている。
【0011】このバンプ電極2の構造を図2及び図3に
詳細に示す。半導体装置1(例えば、GaAs−MES
FET等のGaAs半導体素子)の上面には、Au等の
電極パッド5が設けられており、半導体装置1の上面は
電極パッド5の上からSi34表面保護膜6によって覆
われている。この表面保護膜6は、電極パッド5を露出
させるように、一部開口されている。この表面保護膜6
の開口部7内において、電極パッド5の上面には互いに
分離した複数(例えば、4個)の円筒状をした分割導体
3,3,…がAuにより形成されている。
【0012】つぎに、上記バンプ電極2の製造方法を図
4(a)〜(d)に従って説明する。まず、上面にAu
からなる電極パッド5を形成された半導体装置1の表面
を、例えば膜厚0.5μmのSi34表面保護膜6によ
って覆う。この電極パッド5の周辺部以外を露出させる
ようにして表面保護膜6に、100μm×100μm程
度の開口部7をあける。ついで、電解メッキ時の通電用
カソードとなるAu膜8を、スパッタリングデポジショ
ンにより半導体装置1の上面全体に約100nmの膜厚
となるように形成する[図4(a)]。この後、半導体
装置1の全体にフォトレジスト10(膜厚:約9μm)
を塗布してAu膜8の上面を覆い、フォトリソグラフィ
により、表面保護膜6の開口部7の上方においてフォト
レジスト10に直径約30μmの円筒状をした窓11を
複数個開口する[図4(b)]。このフォトレジスト1
0の窓11の配置は、図3に示した分割導体3,3,…
の配置に対応したものとなる。
【0013】つぎに、Au膜8をメッキ用電極(通電用
カソード)として電解Auメッキを行い、フォトレジス
ト10に開口された全ての窓11内に高さ(厚み)10
μmとなるまでAuを堆積させ、各分割導体3,3,…
を形成する[図4(c)]。分割導体3,3,…が形成
されたら、フォトレジスト10を剥離除去する[図4
(d)]。ついで、分割導体3,3,…から露出してい
る領域のAu膜8をエッチングによって剥離除去し、図
2に示したようなバンプ電極2が製作される。
【0014】しかして、この半導体装置1は、図1に示
すように、アルミナ基板12上にフェースダウンで表面
実装され、複数個の各バンプ電極2はをアルミナ基板1
2の各Au電極13上に重ねて各Au電極13に熱圧着
接合法又は超音波併用熱圧着法により接合される。この
接合の結果、接合前に直径30μm、高さ10μmであ
ったバンプ電極2の各分割導体3,3,…は、接合時の
熱や圧力により変形し、直径40μm、高さ5μmとな
る。
【0015】こうして、半導体装置1に電源が供給さ
れ、アルミナ基板12のAu電極13と半導体装置1の
電極パッド5との間に高周波電流が流れると、この高周
波電流は各分割導体3,3,…に分れてバンプ電極2を
流れる。
【0016】いま、1つのバンプ電極2は4つの分割導
体3,3,…に分れているとすると、半導体装置1の1
つの電極パッド5とアルミナ基板12の1つのAu電極
13の間を接続しているバンプ電極2の外周長さは、4
0π・μm×4個で160π・μmとなり、例えば、同
一接合面積、ひいては同一体積を有する直径80μm、
高さ5μm(接合時寸法)のバンプ電極をただ1つ形成
したときの外周長さ80π・μmに比べると、2倍の外
周長さとなる。これによって、ミリ波帯以上のような高
周波で動作させたときに、バンプ電極2を流れる信号が
表皮効果のために分割導体3,3,…の外周付近に著し
く偏ってしまっても、充分な信号のパスを確保でき、信
号電力損失を低減することができる。
【0017】(実施例)GaAs半導体素子に形成され
たAuのバンプ電極を考えるものとし、Auの物性値す
なわち 透磁率 μ=4π×10-7[H/m] 電気伝導度 σ=4.706×107[1/(Ω・m)] を用いて周波数f(=ω/2π)が1GHz、15GH
zおよび60GHzの各場合について表皮の厚さδを計
算すると、表皮の厚さδは下記の表1のように変化す
る。
【0018】
【表1】
【0019】ここで、直径80μmの全体が1つとなっ
たバンプ電極(従来例)と、直径40μmの4個の分割
導体からなるバンプ電極(本発明)とを考えると、これ
らは底面総面積が等しいが、1GHz、15GHz、6
0GHzの各周波数fにおいてバンプ電極を流れる電流
の通過断面積(全外周長さ×δ)は、次の表2のように
なる。
【0020】
【表2】
【0021】表2から分かるように、本発明のバンプ電
極における周波数60GHzのときの電流通過断面積
と、従来例のバンプ電極における周波数15GHzのと
きの電流通過断面積とはほぼ同じとなり、バンプ電極の
周囲長さを大きくすることの効果が明確に現われてい
る。実際、実験データによれば、バンプ接続部1箇所当
たりの挿入損失は、表3のようになり、本発明による損
失低減の効果が顕著に現われることが確認された。
【0022】
【表3】
【0023】(その他の実施形態)上記の説明からも明
らかなように、本発明の効果を得るためには、必ずしも
バンプ電極2の高さ方向全体を複数個に分割する必要は
なく、バンプ電極2が複数の分割導体3,3,…に分離
されている領域が高さ方向に一部でもあれば、その部分
では本発明の効果が得られることになる。従って、例え
ば図5(側面図)及び図6(平面図)に示すバンプ電極
2のように、大部分は分割導体3,3,…となってお
り、先端部でのみ分割導体3,3,…がつながって結合
部14となっていてもよい。これによって、例えば実装
基板の電極との接合面積を大きくし、接合信頼性を高め
ることもできる。また、図7に示すように、結合部14
をバンプ電極2の中央部に配置したり、図8に示すよう
に、結合部14をバンプ電極2の基部に配置してもよ
い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態による半導体装置を実装基
板に実装した状態を示す側面図である。
【図2】同上の半導体装置におけるバンプ電極の部分を
示す一部破断した拡大図である。
【図3】同上の半導体装置におけるバンプ電極の部分を
示す一部破断した平面図である。
【図4】(a)〜(d)は同上のバンプ電極の製造方法
を示す工程説明図である。
【図5】本発明の別な実施形態による半導体装置のバン
プ電極を示す断面図である。
【図6】同上のバンプ電極を示す平面図である。
【図7】本発明のさらに別な実施形態による半導体装置
のバンプ電極を示す側面図である。
【図8】本発明のさらに別な一実施形態による半導体装
置のバンプ電極を示す側面図である。
【図9】従来例の半導体装置を基板に実装した状態を示
す側面図である。
【符号の説明】
2 バンプ電極 3 分割導体 14 結合部

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電極パッド上にバンプ電極を形成された
    半導体装置において、 バンプ電極が、その高さ方向に垂直な断面のうち少なく
    とも一部の断面で、複数の部分に分割されていることを
    特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 1つの電極パッドに形成されているバン
    プ電極が、その高さ方向全長にわたって、複数の部分に
    分割されていることを特徴とする、請求項1に記載の半
    導体装置。
JP9367919A 1997-12-26 1997-12-26 半導体装置 Pending JPH11195666A (ja)

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