JPH11307565A - 半導体装置の電極およびその製造方法ならびに半導体装置 - Google Patents

半導体装置の電極およびその製造方法ならびに半導体装置

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JPH11307565A
JPH11307565A JP10115367A JP11536798A JPH11307565A JP H11307565 A JPH11307565 A JP H11307565A JP 10115367 A JP10115367 A JP 10115367A JP 11536798 A JP11536798 A JP 11536798A JP H11307565 A JPH11307565 A JP H11307565A
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JP
Japan
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film
electroless
solder
electrode
semiconductor device
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JP10115367A
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English (en)
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Tsutomu Go
強 呉
Yoshihiro Tomita
至洋 冨田
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 無電解メッキ処理などにより製造される場合
に、はんだバンプの不良破断を防止できる半導体装置の
電極およびその製造方法を提供する。 【解決手段】 パッド20の表面に形成されている無電解
バリアメタル膜22の表面に、薄膜のはんだプリコート膜
23を形成する。この場合、バリアメタル膜22の一部であ
る無電解Ni-P膜22aからプリコート膜23へのNiの溶解は
抑制され、Ni-P膜22aにＰリッチ非結晶層が形成される
のが防止される。その結果、Ni3Sn4からなる金属間化合
物層24は、高さ方向ｖへの成長が阻止される。これによ
り、薄く、かつNi-P膜22aの表面のほぼ全体に接合する
接合面24aを有する金属間化合物層24が形成されること
になる。この金属間化合物層24は強力な接合力を有す
る。そのため、はんだバンプ11の不良破断を防止でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、フリップチップ
およびＢＧＡ（Ball Glid Array）ならびにＣＳＰ（Chi
p Scale Package）などの半導体装置、当該半導体装置
の電極および当該電極の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、多ピン化への要求に適合する
半導体装置として、フリップチップおよびＢＧＡならび
にＣＳＰなどが知られている。この種の半導体装置は、
たとえば、無電解メッキ処理により製造されるはんだバ
ンプ構造と呼ばれる電極構造を有している（たとえば、
特開平８−３０６８１６号公報および特開平１−１８５
９２０号公報参照）。
【０００３】図８は、従来の電極構造の一例であるフリ
ップチップの電極構造を示す断面図である。この電極
は、アルミニウム（Al）などの金属で構成されたパッド
５０を有している。パッド５０は、チップ基板５１に設
けられており、その表面には、パッド５０を保護するた
めの無電解バリアメタル膜５２が形成されている。
【０００４】無電解バリアメタル膜５２は、パッド５０
の材料であるＡｌの拡散防止のための無電解拡散防止膜
５２ａと、パッド５０および無電解拡散防止膜５２ａの
表面酸化を防止するための無電解酸化防止膜５２ｂとの
２層構造となっている。無電解拡散防止膜５２ａには、
たとえばNi-P膜が用いられ、また、無電解酸化防止膜５
２ｂには、たとえば無電解Au膜が用いられる。
【０００５】フリップチップの回路基板への実装は、は
んだバンプ５３を無電解バリアメタル膜５２の表面に取
り付けた後、当該はんだバンプ５３を配線パターン上で
溶融させることにより達成される。なお、参照符号５４
は、パッド５０の酸化を防止するためのパッシベーショ
ン膜である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
はんだバンプ５３を取り付けた後の電極では、図９(a)
に示すように、はんだバンプ５３内に無電解バリアメタ
ル膜５２の表面から立設する柱状の金属間化合物層６０
が形成されるから、外部からはんだバンプ５３に力Ｆが
加えられた場合に、図９(b)に示すように、はんだバン
プ５３が不良破断しやすいという問題があった。
【０００７】より詳述すれば、はんだバンプ５３が無電
解バリアメタル膜５２に取り付けられたとき、無電解Au
膜５２ｂははんだバンプ５３内に溶融する。その結果、
はんだバンプ５３は、無電解Ni-P膜５２ａの表面に接す
ることになる。一方、無電解Ni-P膜５２ａの膜質は、通
常、無電解メッキ処理に用いられる還元剤内の還元剤元
素Ｐの共析のために、微晶質または非結晶質となってい
る。その結果、無電解Ni-P膜５２ａの表面にあるNiがは
んだバンプ５３に入り込む。はんだバンプ５３に入り込
んだNiは、はんだバンプ５３内のSnと化学反応する。そ
の結果、Ni3Sn4という金属間化合物層６０がはんだバン
プ５３内に生成される。
【０００８】一方、無電解Ni-P膜５２ａからNiが出てい
くと、無電解Ni-P膜５２ａの表面付近の還元剤元素Ｐの
含有量が高くなる（たとえば9.5wt％から17wt％に増加
する）。その結果、無電解Ni-P膜５２ａの表面付近は、
還元剤元素Ｐを高濃度に含む非結晶層（Ｐリッチ非結晶
層）となる。このＰリッチ非結晶層の存在のために、上
述の金属間化合物層６０は、膜表面に沿った方向ｈの成
長が阻害される。その結果、生成される金属間化合物層
６０は、高さ方向ｖに沿って成長することになる。
【０００９】このように、金属間化合物層６０は、その
高さ方向ｖに沿って成長することになる。そのため、た
とえば図９(a)に示すように、柱状の金属間化合物層６
０がはんだバンプ５３内に形成されることになる。この
場合、金属間化合物層５３と無電解Ni-P膜５２ａとの接
合面積は非常に小さく、しかも金属間化合物層６０の高
さは、たとえば１（μｍ）以上と比較的高くなってい
る。そのうえ、無電解Ni-P膜５２ａの表面付近は、Ｐリ
ッチ非結晶層となっている。
【００１０】したがって、はんだバンプ５３と無電解Ni
-P膜５２ａとの接合力は非常に弱いものとなっている。
そのため、はんだバンプ５３を溶融してはんだ付け作業
をする場合などに、はんだバンプ５３に外部から力Ｆが
加えられると、図９(b)に示すように、金属間化合物層
６０そのものの破断、または金属間化合物層６０とＰリ
ッチ非結晶層との間の破断である不良破断が発生する。
ゆえに、電極を配線パターンに取り付けることができ
ず、結局、不良品となる場合が多かった。
【００１１】そこで、この発明の目的は、無電解メッキ
処理などの無電解膜形成処理により製造される場合に、
はんだバンプ（はんだボール）の不良破断を防止できる
半導体装置の電極およびその製造方法を提供することで
ある。また、この発明の他の目的は、上述のような電極
を有することにより、信頼性の向上が図られた半導体装
置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
のこの発明に係る半導体装置の電極は、パッドと、この
パッドの表面に形成され、パッド材の拡散防止のための
無電解拡散防止膜と、この無電解拡散防止膜の表面に形
成され、所定値以下の膜厚を有し、はんだバンプまたは
はんだボールの不良破断を防止するためのはんだプリコ
ート膜とを備えるものであり、上記はんだプリコート膜
の上記無電解拡散防止膜との境界面付近には、上記無電
解拡散防止膜の表面のほぼ全体に接合する接合面を有す
る所定の金属間化合物層が形成されている。
【００１３】また、この発明に係る半導体装置の電極
は、パッドと、このパッドの表面に形成され、パッド材
の拡散防止のための無電解拡散防止膜と、この無電解拡
散防止膜の表面に形成されているはんだバンプまたはは
んだボールとを備えるものであり、上記はんだバンプま
たははんだボールの上記無電解拡散防止膜との境界面付
近には、上記無電解拡散防止膜の表面のほぼ全体に接合
する接合面を有する所定の金属間化合物層が形成されて
いる。
【００１４】さらに、この発明に係る半導体装置は、電
子部品に電気的に接続される配線と、この配線を介して
上記電子部品に電気的に接続される上述の電極とを含む
ことを特徴とするものである。
【００１５】また、この発明に係る半導体装置の電極製
造方法は、パッドの表面に形成されているパッド保護膜
である無電解バリアメタル膜の表面に、所定値以下の膜
厚を有し、はんだバンプまたははんだボールの不良破断
防止のためのはんだプリコート膜を形成することを特徴
とするものである。
【００１６】さらに、この発明に係る半導体装置の電極
製造方法は、パッドの表面に形成されているパッド材拡
散防止膜である無電解拡散防止膜の表面に、所定値以下
の膜厚を有し、はんだバンプまたははんだボールの不良
破断防止のためのはんだプリコート膜を形成することを
特徴とするものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下では、この発明の実施の形態
を、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】実施の形態１．図１は、この発明の実施形
態１に係る半導体装置の構成を示す断面図である。この
半導体装置は、いわゆるＢＧＡ型半導体装置であり、格
子状に配置された複数の基板電極１を有する回路基板
（ＰＷＢ；Printing Writing Board）２に半導体パッケ
ージ３を実装することにより構成されるものである。
【００１９】回路基板２には、半導体パッケージ３以外
の半導体パッケージ、抵抗体ならびにコンデンサなどの
電子部品（図示せず）が実装されている。基板電極１
は、これらの電子部品と半導体パッケージ３とを電気的
に接続するための配線（図示せず）に接続されている。
【００２０】半導体パッケージ３は、外観を構成するパ
ッケージ部１０を有している。パッケージ部１０の内部
には、はんだバンプ（はんだボール）１１が取り付けら
れた複数のチップ電極１２を有する半導体チップ１３が
設けられている。半導体チップ１３の内部には複数のト
ランジスタなどの電子部品が設けられており、上述のチ
ップ電極１２は、これら電子部品に対して配線を介して
電気的に接続されている。
【００２１】半導体チップ１３は、銅（Cu）などで構成
されたパッケージ基板１４に取り付けられている。より
具体的には、パッケージ基板１４の内面には複数のイン
ナー電極１５が設けられており、このインナー電極１５
に対して半導体チップ１３のチップ電極１２がはんだバ
ンプ１１を介して接合されることにより、半導体チップ
１３がパッケージ基板１４に取り付けられている。
【００２２】パッケージ基板１４の外面には、回路基板
２の基板電極１に接合されるべき複数のアウター電極１
６が設けられている。アウター電極１６には、はんだバ
ンプ１７が取り付けられている。この半導体パッケージ
３の回路基板２への実装は、アウター電極１６に取り付
けられたはんだバンプ１７を溶融し、アウター電極１６
を基板電極１に接合することにより達成される。
【００２３】なお、上述のインナー電極１５およびアウ
ター電極１６は、半導体パッケージ３内の半導体チップ
１３と回路基板２に実装された各種電子部品とを電気的
に接続するためのもので、パッケージ基板１４内に配置
された配線に接続されている。
【００２４】図２(a)は、はんだバンプ１１を取り付け
る前のチップ電極１２の構造を示し、図２(b)は、はん
だバンプ１１を取り付けた後のチップ電極１２の構造を
示している。
【００２５】図１における基板電極１は、図２(a)に示
された構造と同様の構造を有しており、また、チップ電
極１２、インナー電極１５およびアウター電極１６は、
図２(b)に示された構造と同様の構造を有している。さ
らに、図１では、チップ電極１２、インナー電極１５お
よびアウター電極１６として、はんだバンプ１１、１７
を取り付けた後の構造を示しているが、はんだバンプ１
１、１７を取り付ける前は、図２(a)に示された構造と
同様の構造となっている。そのため、以下では、チップ
電極１２を代表させ、はんだバンプ１１を取り付ける前
の構造および取り付けた後の構造について説明する。
【００２６】はんだバンプ１１を取り付ける前のチップ
電極１２は、銅（Cu）などの金属で構成されたパッド２
０を有している。パッド２０は、チップ基板２１に設け
られており、その表面には、パッド２０を保護するため
の無電解バリアメタル膜２２の一部である無電解Ni-P膜
２２ａが形成されている。無電解Ni-P膜２２ａは、パッ
ド２０の材料であるCuが拡散するのを防止するための拡
散防止膜である。
【００２７】無電解Ni-P膜２２ａの表面には、はんだプ
リコート膜２３が形成されている。はんだプリコート膜
２３は、チップ電極１２とはんだバンプ１１との接合力
を強化するためのもので、Sn/Pb（たとえば63wt％Sn−3
7wt％Pb）の共晶体である。はんだプリコート膜２３の
膜厚ｄ１は、はんだバンプ１１の高さに比べて非常に小
さく、15（μｍ）以下（たとえば３（μｍ））に設定さ
れている。
【００２８】はんだプリコート膜２３の無電解Ni-P膜２
２ａとの境界面付近には、Ni3Sn4からなる金属間化合物
層２４が形成されている。金属間化合物層２４は、無電
解Ni-P膜２２ａの表面の全体に接合する接合面２４ａを
有している。すなわち、金属間化合物層２４と無電解Ni
-P膜２２ａとの接合面積は、はんだプリコート膜２３の
表面面積にほぼ等しい値となっている。金属間化合物層
２４の厚さｄ２は、たとえば0.5（μｍ）である。な
お、参照符号２５は、チップ電極１２の酸化を防止する
ためのパッシベーション膜である。
【００２９】はんだバンプ１１を取り付けた後のチップ
電極１２は、図２(a)に示されたチップ電極１２の表面
に、はんだバンプ１１を接合させることにより製造され
る。この場合、はんだプリコート膜２３は、はんだバン
プ１１に溶融する。その結果、チップ電極１２は、図２
(b)に示すように、無電解Ni-P膜２２ａの表面にはんだ
バンプ１１が形成された構造となる。この場合、上述の
金属間化合物層２４は、はんだバンプ１１の無電解Ni-P
膜２２ａとの境界面付近に形成される。
【００３０】このように、はんだバンプ１１を取り付け
た後のチップ電極１２では、はんだバンプ１１の無電解
Ni-P膜２２ａとの境界面付近に、薄く、かつ無電解Ni-P
膜の表面の全体に接合する接合面２４ａを有する金属間
化合物層２４が形成される。このような金属間化合物層
２４は、柱状の金属間化合物層に比べて大きな接合力を
有する。
【００３１】したがって、たとえば図３(a)に示すよう
に、はんだバンプ１１に対して外部から力Ｆが加えられ
た場合であっても、はんだバンプ１１は、強力な接合力
を有する金属間化合物層２４の存在により、図３(b)に
示すように、そのはんだバンプ１１内の一部だけが破断
するだけである。すなわち、正常破断する。正常破断な
らば、接合部の信頼性は高いといえる。そのため、信頼
性の向上された電極を提供することができ、その結果高
信頼性の半導体装置を提供することができる。
【００３２】図４および図５は、上述のチップ電極１２
の製造工程を説明するための図である。図４(a)に示す
ように、パッド２０周辺のチップ基板２１の表面、およ
び、パッド２０の表面のうちはんだバンプ１１を取り付
ける位置を除く位置に、パッシベーション膜２５を蒸着
する。次いで、図４(b)に示すように、はんだバンプ１
１を取り付けるパッド２０の表面位置に、無電解Ni-P膜
２２ａを、たとえば無電解メッキ処理により形成する。
【００３３】すなわち、パッシベーション膜２５が形成
された状態のチップ電極１２を、たとえば次亜リン酸を
還元剤とした無電解メッキ液中に浸し、Niイオンをパッ
ド２０の表面に析出させる。この場合、還元剤に含まれ
る還元剤元素であるリン（P）がパッド２０の表面に同
時に析出する。その結果、Ｐを含むNi膜が生成される。
こうして、無電解Ni-P膜２２ａが形成される。
【００３４】その後、図４(c)に示すように、無電解Ni-
P膜２２ａの表面に、パッド２０の表面酸化を防止する
ための酸化防止膜である無電解Au膜２２ｂを、上述と同
じく無電解メッキ処理により形成する。こうして、無電
解Ni-P膜２２ａおよび無電解Au膜２２ｂの２層構造から
なる無電解バリアメタル膜２２が形成される。
【００３５】次いで、図４(d)に示すように、無電解Au
膜２２ａの表面、すなわち無電解バリアメタル膜２２の
表面に、Sn/Pb共晶ペーストを膜厚３（μｍ）相当とな
るようにスクリーン印刷法により塗布する。その後、所
定温度（たとえば225℃）で加熱溶融する。その結果、
はんだプリコート膜２３が形成される。
【００３６】はんだプリコート膜２３を無電解Au膜２２
ｂの表面に形成すると、無電解Au膜２２ｂがはんだプリ
コート膜２３に溶融し、図４(e)に示すように、はんだ
プリコート膜２３は無電解Ni-P膜２２ａの表面に接する
ことになる。はんだプリコート膜２３が無電解Ni-P膜２
２ａに接すると、無電解Ni-P膜２２ａの表面付近に存在
するNiは、はんだプリコート膜２３に入り込む。その結
果、Niがはんだプリコート膜２３内のSnと化学反応し、
Ni3Sn4からなる金属間化合物層２４が生成される。
【００３７】一方、この生成される金属間化合物層２４
は、はんだプリコート膜２３が薄いことに起因して、高
さ方向ｖの成長が阻害されると同時に、無電解Ni-P膜２
２ａの表面に沿った方向ｈの成長が助長される。そのた
め、はんだプリコート膜２３の無電解Ni-P膜２２ａとの
境界面付近には、図５(a)に示すように、薄く、かつ無
電解Ni-P膜の表面の全体に接合する接合面２４ａを有す
る金属間化合物層２４が形成されることになる。
【００３８】より詳述する。無電解Au膜２２ｂがはんだ
プリコート膜２３に溶融する場合、はんだ材の一部であ
るSnとAuとが結合し、はんだプリコート膜２３内にAuSn
4化合物が生成される。このAuSn4化合物は、はんだプリ
コート膜２３が薄いために、はんだプリコート膜２３の
無電解Ni-P膜２２ａとの境界面付近に集中的に生成され
る。
【００３９】また、はんだプリコート膜２３は薄いため
に、はんだの材料となるPbおよびSnの量が元々少なく、
したがってSnとAuとの結合により、はんだプリコート膜
２３の無電解Ni-P膜２２ａとの接合面付近には、Pbリッ
チ層が生成されることになる。
【００４０】このように、はんだプリコート膜２３の無
電解Ni-P膜２２ａとの境界面付近には、AuSn4化合物層
およびPbリッチ層からなる層が生成される。この生成さ
れる層は、それ自体、金属間化合物層２４の高さ方向ｖ
への成長を阻害するとともに、無電解Ni-P膜２２ａの表
面に沿った方向ｈの成長を助長する機能を有する。その
うえ、上記の層は、無電解Ni-P膜２２ａ内のNiがはんだ
プリコート膜２３に入り込むのを阻害する機能も持って
おり、これにより金属間化合物層２４の高さ方向ｖの成
長を助長する一因となるＰリッチ非結晶層の生成が阻止
されている。以上のことから、金属間化合物層２４は、
無電解Ni-P膜２２ａの表面に沿った方向ｈに成長する。
【００４１】その後、図５(b)に示すように、はんだバ
ンプ１１をチップ電極１２に取り付ける。その結果、図
５(c)に示すように、はんだプリコート膜２３ははんだ
バンプ１１に溶解する。この場合、はんだプリコート膜
２３の無電解Ni-P膜２２ａとの境界面付近に形成されて
いたAuSn4化合物およびPbは、はんだバンプ１１内に分
散していく。一方、金属間化合物層２４はバリア層とし
て機能し、無電解Ni-P膜２２ａのNiがはんだバンプ１１
に入り込むのを阻止する。
【００４２】その結果、はんだバンプ１１を取り付けた
後の無電解Ni-P膜２２ａの表面近傍に、Ｐリッチ非結晶
層が生成されるのが阻害される。これにより、はんだバ
ンプ１１が取り付けられた後であっても、金属間化合物
層２４の高さ方向ｖへの成長が阻害されることになる。
こうして、はんだバンプ１１を取り付けた状態のチップ
電極１２が製造される。
【００４３】以上のようにこの実施形態１によれば、無
電解バリアメタル膜２２の表面に、薄い膜厚のはんだプ
リコート膜２３を形成することにより、薄く、かつ無電
解Ni-P膜２２ａとの接合面積の大きな金属間化合物層２
４を形成している。このような金属間化合物層２４は、
柱状の金属間化合物層に比べて大きな接合力を有する。
【００４４】したがって、はんだバンプ１１とパッド２
０との接合力を強力なものとすることができる。そのた
め、はんだバンプ１１の不良破断を防止できる。ゆえ
に、高信頼性の電極および半導体装置を提供できる。
【００４５】本願発明者らは、はんだバンプ１１を取り
付けた後のチップ電極１２に対して、無電解Ni-P膜２２
ａとはんだバンプ１１との剪断力を確認するためのシェ
アテストを実行した。具体的には、パッド２０の径、す
なわち無電解Ni-P膜２２ａの径が0.6mmの場合におい
て、応力印加用ツールではんだバンプ１１に応力を加え
た。
【００４６】その結果、従来構造のチップ電極では、１
つのはんだバンプにおけるシェア強度は、0.9〜1.6(Kg/
バンプ)であり、不良破断発生率は、40％よりも大きい
値であった。これに対して、この実施形態１に係るチッ
プ電極１２では、１つのはんだバンプ１１におけるシェ
ア強度は、1.45〜1.80(Kg/バンプ）と大きく、また、不
良破断発生率は、０％であることを確認した。
【００４７】また、はんだプリコート膜２３をSn/Pb共
晶体により構成しているので、金属間化合物層２４の高
さ方向ｖへの成長を良好に阻止することができる。
【００４８】実施の形態２．図６は、この発明の実施形
態２に係る半導体装置の電極の製造工程の一部を示す図
である。さらに具体的には、この図６(a)ないし(c)は、
図４(b)ないし(e)ならびに図５(a)と差し替えるべきも
のである。図６において、図２と同じ機能部分について
は同一の参照符号を使用する。
【００４９】上記実施形態１では、酸化防止膜として機
能する無電解Au膜２２ｂを無電解バリアメタル膜２２の
一部として無電解Ni-P膜２２ａの表面に形成した後には
んだプリコート膜２３を形成している。一方、はんだプ
リコート膜２３は、酸化防止膜としても機能する。そこ
で、この実施形態２では、無電解Au膜を形成する代わり
に、無電解Ni-P膜２２ａの表面にはんだプリコート膜２
３を直接形成し、このはんだプリコート膜２３を接合力
強化および酸化防止の両機能を達成するための膜として
用いている。
【００５０】さらに詳述すれば、無電解Ni-P膜２２ａが
形成された状態のチップ電極１２（図６(a)）に対し
て、Sn/Pb共晶ペーストをスクリーン印刷法により塗布
し、その後塗布後のチップ電極１２をリフロー炉におい
て所定温度（たとえば225℃）で加熱溶融する。その結
果、図６(b)に示すように、はんだプリコート膜２３が
形成される。
【００５１】はんだプリコート膜形成後、無電解Ni-P膜
２２ａからNiがはんだプリコート膜２３に入り込み、は
んだプリコート膜２３の無電解Ni-P膜２２ａとの境界面
付近に、金属間化合物層２４が形成される。この場合、
上述のように金属間化合物層２４の膜表面に沿った方向
ｈの成長が阻害されることはないので、図６(c)に示す
ように、薄く、かつ接合面積の大きな金属間化合物層２
４が形成されることになる。
【００５２】このようにこの実施形態２によっても、大
きな接合力を有する層状の金属間化合物層２４を形成す
ることができるので、上記実施形態１と同様に、はんだ
バンプ１１の不良破断を防止でき、信頼性の高い電極を
提供することができる。
【００５３】本願発明者らは、はんだバンプ１１を取り
付けた後のチップ電極１２に対して、上記実施形態１と
同様に、シェアテストを実行した。その結果は、上記実
施形態１と全く同様であった。
【００５４】さらに、本願発明者らは、はんだバンプ１
１を取り付けた後のチップ電極１２に対して、無電解Ni
-P膜２２ａとはんだバンプ１１との耐引っ張り特性を確
認するためのプルテストを実行した。具体的には、半導
体パッケージ３が取り付けられた状態の回路基板２を所
定部材で押さえ、そのうえで半導体パッケージ３を上方
向に引っ張る。
【００５５】その結果、従来構造のチップ電極では、プ
ル強度は、30〜70(Kg/100ボール；１００個の基板電極
１およびアウター電極１６を有する場合を想定）であ
り、不良破断発生率は、70％よりも大きい値であった。
これに対して、この実施形態２に係るチップ電極１２で
は、プル強度は、75〜83(Kg/100ボール）と大きく、ま
た、不良破断発生率は、15％よりも小さな値であること
を確認した。
【００５６】また、上記実施形態１のように無電解Au膜
２２ｂを形成する場合に比べて、金属間化合物層２４の
膜表面に沿った成長を一層良好に助長することができ
る。すなわち、無電解Ni-P膜２２ａの表面に無電解Au膜
２２ｂが形成される際には、無電解Au膜２２ｂ内のAuの
置換反応によって無電解Ni-P膜２２ａの表面は腐食され
る。また、無電解Ni-P膜２２ａ内のNiも無電解Au膜２２
ｂ内に侵入する。その結果、無電解Au膜２２ｂ内にピン
ホールが形成され、そのピンホールを介してNiが酸化さ
れる。
【００５７】したがって、無電解バリアメタル膜２２の
はんだ濡れ性は十分ではなく、そのため金属間化合物層
２４の膜表面に沿った成長が多少なりとも阻害されるお
それがある。一方、この実施形態２によれば、無電解Au
膜２２ｂを形成していないので、金属間化合物層２４の
膜表面に沿った方向ｈへの成長を一層良好に助長させる
ことができる。
【００５８】しかも、高価なAu粉末は不要であるから、
コストダウンを図ることができる。また、無電解Au膜の
製造ステップを省略できるから、製造工程の簡素化を図
ることができる。
【００５９】実施の形態３．上記実施形態１および２で
は、はんだプリコート膜２３をスクリーン印刷法により
形成している。これに対して、この実施形態３では、は
んだプリコート膜２３を無電解はんだメッキ処理により
形成し、その後所定温度（たとえば２２５℃）で加熱溶
融を行うことにより、はんだプリコート膜２３を形成し
ている。
【００６０】この構成によれば、印刷法により形成する
場合に比べて、半導体装置の高密度実装化、高ピン数化
およびパッド開口径の微細化などを図ることができる。
すなわち、印刷法では、金属製またはプラスティック製
の印刷マスクが必要であり、パッドの最小サイズおよび
パッド間の最小間隔は、印刷マスクの穴径および穴間間
隔に依存している。この印刷マスクの穴径および穴間間
隔は、技術上および強度上において制約がある関係上、
小さくするのに限界がある。そのため、パッドのサイズ
およびパッド間間隔を小さくするにも限界がある。これ
に対して、無電解メッキ処理法では、化学反応によって
膜が形成される。したがって、理論的にはパッドのサイ
ズおよびパッド間の間隔をいくら小さくしても問題はな
く、そのため高ピン数化などを達成できる。
【００６１】他の実施形態 以上、この発明の３つの実施形態について説明してき
た。しかし、この発明が上述の実施形態以外の実施形態
を採り得るのはもちろんである。たとえば、上記各実施
形態では、無電解拡散防止膜として無電解Ni-P膜２２ａ
を適用する場合を例にとって説明している。しかし、た
とえば無電解Ni-B膜および無電解Ni-N膜を無電解拡散防
止膜として適用してもよいことはもちろんである。ま
た、無電解拡散防止膜としては、Ni-Sn-P、Ni-Sn-B、Ni
-W-P、Ni-W-B、Ni-Co-P、Ni-Cu-PおよびNi-Cu-Bなどの
無電解Ni合金膜を適用することもできる。
【００６２】この場合であっても、薄く、かつ膜表面の
ほぼ全体に接合する接合面２４ａを有する金属間化合物
層２４が形成されるから、はんだバンプ１１の不良破断
を防止でき、その結果信頼性が向上された半導体装置を
提供することができる。
【００６３】また、上記各実施形態では、はんだプリコ
ート膜２３のPb含有率を３７wt％に設定している。しか
し、はんだプリコート膜２３のPb含有率は、高い値ほど
好ましい。
【００６４】すなわち、本願発明者らは、複数のPb含有
率における金属間化合物層２４の厚さｄ２を測定した結
果、図７に破線（平均値を示す）で示すように、Pb含有
率が高いほど金属間化合物層２４の厚さｄ２が薄くなっ
ていくことを確認した。特に、Pb含有率が５０wt％未満
の場合には、生成される金属間化合物層２４の厚さも２
（μｍ）よりも大きな値となったり２（μｍ）未満にな
ったりしてばらつくのに対して、Pb含有率が５０wt％以
上の場合には、金属間化合物層２４の厚さｄ２は、２
（μｍ）以下に安定した。その結果、金属間化合物層２
４は、柱状ではなく層状となった。
【００６５】以上の結果から、Pb含有率が高いほど、高
さ方向ｖの成長を阻害し、大きな接合力を得るための薄
い金属間化合物層２４を得ることができ、Pb含有率が５
０wt％以上の場合には大きな接合力を得るための薄い金
属間化合物層２４を確実に得ることができることがわか
った。
【００６６】さらに、上記各実施形態では、はんだプリ
コート膜２３を共晶体により構成した場合を例にとって
いるが、共晶体でなくても金属間化合物層２４の高さ方
向ｖへの成長を許容範囲内で阻止することは可能なの
で、はんだプリコート膜２３を共晶体以外のはんだ材で
構成するようにしてもよい。
【００６７】さらにまた、上記各実施形態では、この発
明をＢＧＡ型半導体装置に適用する場合を例にとって説
明しているが、この発明は、ＣＳＰ型半導体装置などの
電極構造として、無電解メッキ処理などの無電解膜形成
処理により製造されるはんだバンプ構造を有する半導体
装置に広く適用することができる。
【００６８】その他、特許請求の範囲に記載された技術
的範囲内において種々の設計変更を施すことが可能であ
る。
【００６９】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、無電解
バリアメタル膜の表面に膜厚の薄いはんだプリコート膜
を形成している。したがって、金属間化合物層の高さ方
向の成長が阻害される。その結果、はんだプリコート膜
の無電解バリアメタル膜との境界面付近に、薄く、かつ
無電解バリアメタル膜の表面全体に接合する接合面を有
する金属間化合物層が形成される。この金属間化合物層
は、強力な接合力を有する。
【００７０】そのため、強力な接合力を有する電極を製
造することができる。ゆえに、このはんだプリコート膜
の表面にはんだバンプを形成する場合に、はんだバンプ
の不良破断を防止できる。そのため、信頼性の高い半導
体装置を提供することができる。
【００７１】また、この発明によれば、無電解拡散防止
膜の表面に膜厚の薄いはんだプリコート膜を形成してい
る。無電解拡散防止膜の表面には、通常、無電解酸化防
止膜を形成する。しかし、この発明では、はんだプリコ
ート膜を酸化防止膜として機能させている。したがっ
て、たとえば酸化防止専用の膜を形成する場合に比べ
て、工程の簡素化を図ることができる。また、酸化防止
膜としてAu膜などの高価な材料を用いる場合に比べて大
幅なコストダウンを図ることができる。
【００７２】さらに、はんだプリコート膜を鉛含有率の
比較的高い合金で構成すれば、金属間化合物の表面に沿
った成長を一層良好に阻止することができるので、より
大きな接合力を有する電極を製造できる。ゆえに、はん
だバンプの不良破断の発生をより一層防止でき、信頼性
が一層向上された半導体装置を提供することができる。
【００７３】さらにまた、はんだプリコート膜を印刷法
により形成すれば、電極を、比較的簡単な製造プロセス
で、かつ低コストで製造することができる。
【００７４】さらに、はんだプリコート膜を無電解メッ
キ処理により形成するようにすれば、化学反応により膜
を形成することができるので、半導体装置の高密度実装
化、高ピン数化およびパッド開口径の微細化などを容易
に図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施形態１に係る半導体装置の電
極の構成を示す断面図である。
【図２】 はんだバンプを取り付ける前のチップ電極お
よびはんだバンプを取り付けた後のチップ電極の構成を
示す断面図である。
【図３】 チップ電極の破断について説明するための図
である。
【図４】 チップ電極の製造工程を示す図である。
【図５】 同じく、チップ電極の製造工程を示す図であ
る。
【図６】 この発明の実施形態２に係る半導体装置の電
極の製造工程の一部を示す図である。
【図７】 はんだプリコート膜におけるPb含有率と金属
間化合物層の厚さとの対応関係を測定した実験結果を示
すグラフである。
【図８】 従来の電極構造を示す断面図である。
【図９】 従来の電極における破断について説明するた
めの図である。
【符号の説明】 １ 基板電極 ２ 回路基板 ３ 半導体パッケージ １１、１７ はんだバンプ １２ チップ電極 １３ 半導体チップ １４ パッケージ基板 １５ インナー電極 １６ アウター電極 ２０ パッド ２１ チップ基板 ２２ 無電解バリアメタル膜 ２２ａ 無電解Ni-P膜（無電解拡散防止膜） ２２ｂ 無電解Au膜（無電解酸化防止膜） ２３ はんだプリコート膜 ２４ 金属間化合物層 ２４ａ 接合面

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 パッドと、 このパッドの表面に形成され、パッド材の拡散防止のた
    めの無電解拡散防止膜と、 この無電解拡散防止膜の表面に形成され、所定値以下の
    膜厚を有し、はんだバンプの不良破断を防止するための
    はんだプリコート膜とを備え、 上記はんだプリコート膜の上記無電解拡散防止膜との境
    界面付近には、上記無電解拡散防止膜の表面のほぼ全体
    に接合する接合面を有する所定の金属間化合物層が形成
    されていることを特徴とする半導体装置の電極。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の半導体装置の電極にお
    いて、上記はんだプリコート膜は、鉛含有率が比較的高
    い合金であることを特徴とする半導体装置の電極。
  3. 【請求項３】 パッドと、 このパッドの表面に形成され、パッド材の拡散防止のた
    めの無電解拡散防止膜と、 この無電解拡散防止膜の表面に形成されているはんだバ
    ンプとを備え、 上記はんだバンプの上記無電解拡散防止膜との境界面付
    近には、上記無電解拡散防止膜の表面のほぼ全体に接合
    する接合面を有する所定の金属間化合物層が形成されて
    いることを特徴とする半導体装置の電極。
  4. 【請求項４】 電子部品に電気的に接続される配線と、 この配線を介して上記電子部品に電気的に接続される上
    記請求項１ないし３のいずれかに記載の電極とを含むこ
    とを特徴とする半導体装置。
  5. 【請求項５】 パッドの表面に形成されているパッド保
    護膜である無電解バリアメタル膜の表面に、所定値以下
    の膜厚を有し、はんだバンプの不良破断を防止するため
    のはんだプリコート膜を形成することを特徴とする半導
    体装置の電極製造方法。
  6. 【請求項６】 パッドの表面に形成されているパッド材
    拡散防止膜である無電解拡散防止膜の表面に、所定値以
    下の膜厚を有し、はんだバンプの不良破断を防止するた
    めのはんだプリコート膜を形成することを特徴とする半
    導体装置の電極製造方法。
  7. 【請求項７】 請求項５または６に記載の半導体装置の
    電極製造方法において、上記はんだプリコート膜は、鉛
    含有率が比較的高い合金であることを特徴とする半導体
    装置の電極製造方法。
  8. 【請求項８】 請求項５ないし７のいずれかに記載の半
    導体装置の電極製造方法において、上記はんだプリコー
    ト膜は、印刷法により形成されることを特徴とする半導
    体装置の電極製造方法。
  9. 【請求項９】 請求項５ないし７のいずれかに記載の半
    導体装置の電極製造方法において、上記はんだプリコー
    ト膜は、無電解メッキ処理法により形成されることを特
    徴とする半導体装置の電極製造方法。
  10. 【請求項１０】 請求項５ないし９のいずれかに記載の
    半導体装置の電極製造方法において、上記はんだプリコ
    ート膜の表面に、はんだバンプを形成することを特徴と
    する半導体装置の電極製造方法。
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