JPS599952A - パツケ−ジング基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 １本発明の技術的分野〕 本発明は、ＬＳＩチップのパンケージングに係り、史に
具体的に云えは、１はんだボンティング及びワイヤ・ボ
ンティングのだめの導体路及び接続バンドの金属化領域
を有するパッケージング基板に係る。

〔従来技術〕

多層セラミックのチップ支持体の上面には、各７Ｃ−４
はんだボール・パッドの配列体を有するチップ領域が配
置されており、それらのＣ−４はんだボール・パッドは
、上記チップ支持体にボンディングされるべきチップの
下面に支持されているＰ　ｂ　／　Ｓ　ｎはんだボール
を、該はんだボールのボンディング温度よりも高い温度
に加熱してそれらのはんだボールを上記チップ支持体上
のはんだボール・パッドにはんだボンティングさせるこ
とにより、上記チップに接続が設けられる様に適合され
ている。それらのはんだボール・パッド位置及びチップ
支持体上又にニチップ支持体中の他の位置の間には、絶
縁層の下でチップ支持体の上面に沿って延０−る、謂ゆ
るファン・アウト金属化争貝域が接に４ｅされている。

チップ支持体の表向の成る位Ｉｄに於ては、ファン・ア
ウト金属化領域に接続されるべき技術変更（ＥＣ）用の
配線にも用いられ得るパッドを形成することが必要であ
る。しかしなから、ＥＣ配線は、超音波振動技術又は熱
圧着技術のいずれかによるワイヤ・ボンディングの方法
によってバンドに接続される。はんだボンティングのだ
めの金属化頭載の条件と、ワイヤ・ボンティング技術の
ための金属化饋域の条件とは異なる。

その結果、導体路従続のだめの金属構造体と、チップケ
接続−するための構造体と、ＥＣ接続又はボンティング
のために適合された構造体とが存在する。１疋って、上
↑′、ＩＳ表面金属表面金属化雑域されてきており、用
いられる材料は多数の選択的金属伺宥−■＝程を必要と
している。１夕１」えは、チップ′のパッケージングに
於ける１つの系に於ては、はんだバンドｆｌ　Ｍｏ−Ｎ
ｉ−Ａｕ層のサンドインチ体より成り、Ｅ、Ｃパッド及
び導体路はＡｕの厚い被膜で被膜されたＭ　ｏ　−Ｎ　
ｉ層より成る。その様な金属層の配列体が、多層のファ
ン・アウト金属化鴇域」二に付着される。その様な状況
の下では、はんだパッドとＥ　Ｃパッド及び導体路との
両方には、全く異なる多工程の方法を用いる必要がある
。

米国待、８′Ｆ第ろ６０７ろ７９号の明細癲は、シリコ
ンと共融混合物を形成する金の如き第二の層を基板にボ
ンティングさせるために、例えはクロムの第一金属層を
支持している、Ｐ２に性アルミナ・セラミックのウエノ
・より成る相互接続基板を開示している。上記金層上に
（ｒｉ、溶接可能な又は錫−鉛ではんだ付は可能なニッ
ケル被膜の如き第三の層が付着される。それらの被膜は
、超小型素子の相互接続に適した多数の金及びニッケル
の）（ラドを形成するだめに、フォトリソグラフィ技術
により食刻される。ダイオードからのリード線は、クロ
ム層の上方のニッケル・パッドへ、溶接により接続され
る。金のワイヤは、金層上の露出されたパッドへ熱的に
ボンディングされる。金の被膜又はパッドは、抵抗素子
、半導体素子及び他の構成素子が、金−シリコン共融混
合物を形成することによって又は金のワイヤが熱圧着又
は超音波ボンディングにより取付けられることによって
、相互接ｉｔされイ好る、表面を与える。ニッケル・パ
ッドは、・田小型素子又は外部リート線が錫−鉛はんだ
例は又は浴接される表向を与える。又は、伺）面層ケ形
成する第一層は、Ｃｒ、Ｔｉ又はＡＩより成る。

第二層は、Ａｕ又はＡｇの如き金属より成る。熱圧−宥
ボンデイング又は超音波ボンティングによりボンティン
グされる第三層は、Ｒｈ、　Ａｇ、　Ｃｕ、　Ｎｉ又は
同柿のものより成るが、好ましくは、はんだ付けり能で
あり、浴接可能であり、そして金−ニッケル層への物理
的に安定な電気的接続を可能にするＮ１及びＣｕより成
る。一方、本発明に於てははんだボンティングはＡｕ、
Ｃｕ又はＮｉより成る群からプ寒択された金属に施され
るべきであり、超音波又は熱圧着によるはんだを用いな
いボンティングはＡｕ、　Ｃｒ、　Ｔｉ、ＡＩ又はＣＯ
より成る群から選択された金属に施されるべきである。

前述の米国特許第６６０７６７９号の明＋＋＋ｌＩＩ書
は、Ａｕ又ＵＡｇに対する超音波又は熱圧層ボンディン
グについて開示している。従って、はんだパッドにＡ１
を用いた場合Ｖこは、はんだボンディング用の金属に於
て成る程度の明似が存在するが、はんだボンディング用
の他の金属並びに熱圧着及び超音波ボンディング用の金
属は極めて異なっている。Ｍ述の米国特許第３６０７３
７９号の明１ｌｉｌ書の技術を用いた場合には、熱サイ
クルが反復的に加えられたとき、銅の導体とはんだ中の
錫との間に厚い金属間化合物が形成されて導体路が破壊
される可能性が犬ぎい。

米国特許＠３８４３９１１号の明細書は、基板上に銅と
、Ｎｉ、　Ｃｒ及びＭｏから選択された中間のめつぎ層
と、Ａｕ　より成る上層とより成る接点パッドについて
開示１７ている。上記パッドの上部の金層に金のワイヤ
がオーミック・ボンディングによりボンティングされる
。

米国特許第４２３１１５４号の明細書は、はんだボンテ
ィングにより装着されたチップを支持するポリイミ下上
のプリント回路用のＣｒ−Ｃｕ−Ｃｒ金属化価域の形１
反について開示しており、Ｃｒ　−Ｃｕ−Ｃｒの積車ね
に於ける一部−のＣｒを剥離させることにより形成され
るＣｕより成るパッドな示して（・め。Ｃ−４はんだボ
ールが、蕗出された上古己ＣＬＩ層（・′こホ゛ンテ・
インクされる。はん、だボンティングと異なる形のポン
チインクを上面に用いることについてはイＩ］ｊｌ；）
提案されていない。ビンも、異なる位置（Ｃ於て、はん
だボンティングにより金属化ヤ貝域にボンディングされ
る。

本発明の概要 本発明の目的は、高性能のチップ・パッケージング・モ
ジュールの上部表面のだめの簡単化された金属薄膜構造
体を提供することである。

本発明の他の目的は、接続パッド又は端子に接続される
ワイヤに超音波又は熱圧着ボンティングが行われ得る、
金を含む又は金を含まな（゛、薄膜構造体を提供するこ
とである。

本発明の他の目的は、製造中、或は修理中のはんだ８浴
融又は回路動作中に生じる熱による熱サイクルによって
生じた熱的疲労による応力のために、電気抵抗を増加さ
せがちでありそしてもろく破壊され易い弱い金属間合金
を生じがちである、金属間の合金化を除くだめに、ファ
ン・アウト金属化領域をはんだパッド金属化領域から分
離さぜる、障壁層を有する薄膜構造体を提供することで
ある。換言すれは、本発明は、はんだ付けされる領域に
於て多（の熱サイクルが用いられた後も導電性及び構造
の一体性が維持され得る、はんだボンティングが行われ
る多層薄膜構造体を提供する。

本発明の史に他の目的は、パッケージング　モジュール
に暇付けられるべきワイヤが用層される、ワイヤ　ボン
ティング用薄膜構造体を提供することである。

本発明の実施例 第１図は、ＬＳＩチップを支持するために用いられる基
板を示す断面図である。ガラス、ポリイミド又はセラミ
ックより成る基板１０が、Ｃｒ１Ｔｉ１又はＴｉ、　Ｚ
ｒ、　Ｈｆ、　Ｖ、　Ｎｂ１Ｔａ、　Ｃｒ、Ｍ。

及びＷより成る群から選択された他の第１ＶＢ。

ＶＢ又はＶＩＢ族の金属の如き材料より成る、約８０　
ｎｍの薄い付着層１１で被覆されている。次の層１２は
、約７０００ｎｍ（約５０００乃至１１００００ｎの帥
１囲）の、Ｃｕの如き導体金属の層であり、該導体金属
層１２は、上述の金属のイ（「から選択された、Ｃｒ、
Ｔｉ等の叩き金属の薄い層１６で被覆されている。層１
１．１２及び１６は、チップ　パッケージの上部表面内
をｆ魚方回に接続するチップのファン・アウト金叫化金
員域の導体サンドインチ体を構成して（・る。導体サン
ドインチ体上の」二部表面金属化領域は層１４．１５及
び１６より成り、それらは、ファン・アウト金属化領域
上に配置された、チップ接続パッド位置１Ｂ及び技術変
更（ＥＣ）パッド位置１７の如き、端子パッド位置（Ｃ
−４はんだボール接続用）に於て接続される。１ｄ１４
は、ＣｒからＣｕへ段階的に変化する、４０　ｎｍのＣ
ｒ及び４０　ｎｍのＣｕより成る。Ｊｔｉｊ　１５は２
１０ｎｍ（１００乃至４００ｎｍの範囲）のＣｕより成
り、ｊ曽１６Ｐｊ８０ｎｍのＡｕより成る。その構造体
は、標準的薄膜技術を用いることによって形成される。

層１１乃至１６は、蒸渚又はスパッタリングの如き真空
付層技術により付着され得る。小さなパターンの場合に
は、金属が、フォトレジストの被膜で被覆されたボリス
ルホシの如きリフト・オフ・マスク中に付着される。従
来の手段により、上記マスクが蕗光され、開孔が該マス
ク中に形成されて、所望の金属化領域パターンが設けら
れる。第１図の場合には、上部表面金属化領域の金属層
１４．１５及び１６が、ファン・アウト金属化領域の金
属層１１．１２及び１３の全体の上に利着されている。

これは、製造方法を簡単にする。上記金属層１１乃至１
６のすべてが刺着された後、ポリスルホンかｎ−メチル
・ピロリドンの溶剤により溶解され、レジスト、残され
ているポリスルホン及び該レジスト上の金属層がすべて
基板１０からリフト・オフされて、所望の金属化領域が
残される。又（は、マスク開孔の寸法が約０．０２５４
ｍｍ　以上の場合には、ＭＯの金属マスクが用いられる
。その場合には、金属層１１乃至１６が上記マスクを経
て基板上に所望のパターンに付着される。それから、構
造体の他の部分の表向全体及び基板の露出面が１ン礪層
１６を障り、ポリイミド、Ｓ＋０２　　又はＳ！　３　
Ｎ　４の如き訪電体被膜１９て゛被覆される。次に、Ｃ
−４はんだボール接続のためのチッグ接続バッド１立匝
１８及び超音波又は熱圧庸によるワイヤ・ボンティング
３．９術によりパッドに接続されねばＩＸらないワイヤ
を接続するだめのＥＣパッド位置１７に接続を設けるた
めに、層１６の上面に達する迄、ポリイミド層１９中に
開孔が形成される。

上層１６が金（又（は、Ｐｄ、　Ｐｔ、　Ｒｈ或はＡｇ
の如き、同等の賞金１＾）より成るので、はんだボール
のだめのはんだボンティング技術及びＥＣワイヤのだめ
のワイヤ・ボンティング技術の両方が同一の層１６の表
面に用いられ得る。

第２図は、第１図の構造体の１変形を示している。この
場合にも、ファン・アウト金属化領域を形成する下方の
６つの層２１．２２及び２３は谷ン、第１図の層１１．
１２及び１５の場合の好ましい値及び材料と全く同様に
、８０ｎｍのＣｒ。

７０００ｎｍのＣｕ及び１１００ｎのＣｒ　より成るこ
とが好ましい。

次の層２４及び２５も、第１図の層１４及び１５の場合
と同様である。しかしながら、」二層２６は、厚さ約８
０ｎｒｎのＣｒより成る。Ｃｒ金属は、Ｃ−４はんだボ
ール接続を用（・るはんだボンティングには不］閥当な
ので、Ｃ−４はんだボール・パッド位置２８に於てＣｒ
が除去されている。この場合にも、Ｊ層２１．２３及び
２６は、Ｔ　ｉ又は他の第１ＶＢ、ＶＢ或はＶＩＢ族の
金属の如ぎＣｒと同様な他の金属より成り得る。Ｃ−４
はんだボールのだめのパッド位置２Ｂに於ける層２６は
、Ｃ−４パツドから上部Ｃｒ層を選択的に除去する、６
２！／１３　　の過マンガン酸カリウム（Ｋ　Ｍ　ｎ　
０４　）及び２０！／ＡのＨａＯＨｍ液を用いた食刻の
如き技術によって除去されることが好ましい。

ファン・アウト金属化領域の各層及び上部表面金属化領
域の各層を付着するために用いられる方法は、１工程に
よるリフト・オフ方法又は１工程による蒸看方法である
。それから、構造体全体がポリイミドの如き乗合体の被
膜より成る層２９で被覆され、そして上記ポリイミド層
２９がＣ−４バツト１立直２８及びＥＣＣパン位１６２
７に於て反１心１４１−イオン攪刻により除去される。

Ｃ−４パツド位置２８しこ）ｊ５けるＣｒは、ｊ層２６
に於けるＣｒ又は他の金属を□□□劾する食刻剤によっ
て除去される。

Ｃｒのための其刻剤から５ｃバッド位置２７を保護する
ためには、（ｌ’ＱｅＣｒを食刻したくない位置に１Ｊ
ｌｌ　富のフォトレジスト被膜か選択的に付着される。

第６１図ｄ：絹２図の構造体の他の変形を示して℃・る
。基板３０上の下方の４つの層６１乃至３４は、第２図
に於ける基板２０上の下方の４つの層２１乃至２４と同
様であり、上層５５が第２図の１曽２５と同様に同一の
厚さのＣｕ又（ｒｉ他の同等の金属より成る。第２図の
場合と異なる点は、層６５かＥＣパッド位置６７に於て
食刻されそしてＣ−４ｉ−１：んだボール・パッド位置
３８に於て食刻されていないことである。この場合には
、銅の食刻が、１にの脱イオン水中に於ける０５５２の
ＦｅＣｌ３の浴液によって行われる。

この場合の素子の製造方法は、妬めに１工程の金属層の
蒸Ｎを用い、次に１］二程のフォトレジスト及び余分の
金属のリフト・オフを用いる。リフト・オフ工程により
得られた構造体がポリイミド層で被覆される。Ｃ−４パ
ツド位置３８及びＥＣパッド位置３７に於て、開孔が、
窒化シリコンの如き適当なマスクを経て、反応性イオン
食刻により形成される。

Ｃ−４パツド位置６８がフォトレジストによりマスクさ
れ、それから層６４及び３５に於ける銅がＥＣパッド位
置６７に於て食刻されて、層３４に於げるＣｒ又は同等
の金属が露出される。

第３２図は、第３１図の構造体の変形？示している。こ
の場合には、第６１図の層６ろ及び３４が除かれており
、層６２′及び６５′が第３１図の層３２及び６５とは
異なる金属より成っている。層３２′は好ましくはＡＩ
より成り、層６５′は好ましくはＮｉ　より成り、該層
６５′が第３１図の場合と同様にＥＣパッド位置３７に
於て除去されて（・る。

第ろろ図も、第６１図の構造体の他の変形を示している
。この場合には、第６１図の層３４が除かれており、層
６２はＣｕ及びＡｕの如き種々の釜属より成り、層３５
′ばＮ１又はＣｕより成る。

仄の表■は、用いられ得る神々の層の組合せを示す。

表　　　Ｉ Ａ　　　　Ｃｒ　　　　Ｃｕ　　　　Ｃｒ　　　（Ｎｉ
　）Ｂ　　　　Ｃｒ　　　　Ａｕ　　　　Ｃｏ　　　（
Ｎｉ）ＣＣｒ　　　　Ａｕ　　　　Ｃｒ　　　（Ｃｕ）
Ｄ　　　　Ｃｒ　　　　Ａｕ　　　　Ｃｒ　　　（Ｎｉ
）組合せＢに於ては、ＡｕとＮｉとの間の拡散障壁とし
て、Ｃｒ０代りにＣＯが用いられている。

更に、層３５′は、ＥＣＣバッド１６３７に於ける部分
のＮｉ又はＣｕが食刻により除去されることを明確に示
すために、カッコで示されている。組合ぜＣの場合には
、食刻は、第６１図の場合と同様にＦｅ　Ｃｌ　ａ　ｈ
液を用いて行われる。ＮｉＹ食刻する場合に用し・られ
る食刻剤は、硝酸浴液である。

その他の基本的製造方法は第６１図の場合と同様である
。

第４１図は第１図の構造体の更に他の髪形を示している
。下方の層４１．４２及び４６は、第１図等の場合と同
様に、通常のファン・アウト金属化領域に於ける８　０
　ｎｍのＣｒ、　　７０００　ｎｍのＣｕ及び８０ｎｍ
のＣｒ　　より成り、Ｃ−４金属化領域の層４４及び４
５がＣ−４パッド位置４８のための開孔中及びその端部
上に付層されている。

層４４はＣｒからＣｕへ段階的に変化する谷々４０ｎｍ
のＣｒ及びＣｕより成る。更に、上記開孔中の上層４５
は、Ｃ−４はんだボール接続に適合された、約２１０　
ｎｍのＣｕより成る。

第４２図は第４１図の構造体の変形を示している。この
場合には、Ｉ悄４５が除かれており、層４２′はＡｌ又
ｆｄＡ］合金等のＡＩと同等の金属又はＡｕの如き金属
より成る。Ａ１は、超音波ボンディングの如きワイヤ・
ボンディング処理中に容易に分散される薄い酸化物の保
護層を形成するので、ＥＣハツト位置４７に於て蕗出さ
れる材料として用いられ得る。層４１ば、Ｃｒ又は前述
のＴ１等の如きＣｒ　と回等の金属より成る。Ｃ−４は
んだボール　バッド位置４８−ヒの層４５′は、Ｎｉ。

又はＣｕ、Ｐｄ、Ｐｔ等のＮｉ　　と同等の如き金属よ
り成る。

第４６図は第４１図の構造体の異なる変形火水している
。この場合には、第４１図のＣ−４バッド位置４８に於
ける層４４０代りに、Ｎｉ又はＣｕの如き異なる金属の
層４５″か設けられており層４５′Ｉ上には第４１図の
金属層４５は設けられていない。次の表１１は、絹４３
図の構造体に於て用いられ得る紳−’ｚの層の組合ぜ欠
示す。

表　　　　■ ）吊 Ａ　Ｃｒ　Ｃｕ　Ｃｒ　（Ｎｉ） Ｂ　Ｃｒ　Ａｕ　Ｃｒ　（Ｃｕ） ＣＣｒ　Ａｕ　Ｃｒ　（Ｎｉ） Ｄ　Ｃｒ　Ａｕ　Ｃｏ　（Ｎｉ）

【図面の簡単な説明】

第１図はファン・アウト金属化領域並ひに該領域上のは
んだパッド及び他のボンディング・バンドを含む上部表
面金属化領域を有する、ＬＳＩチップを支持するために
適している、本発明による基板の一部を示す断面図、第
２図は第１図の構造体の１変形をボす断面図、第６．１
図は第１図の構造体の他の変形を示す断面図、第６２図
及び第６６図は第３１図の構造体の変形を下すＩｕｒ而
図面第４１図は第１図の構造体の更に他の変形ケ示す断
面図、第４２図及び第４６図は谷々第４１図の構ｉＭ体
の変形を７ドす１ＩＪｒｌ■図である。 １Ｕ・・・基板、１１．１２．１３・・・・ファン・ア
ウト金叫化饋域、１４．１５．１６・・・・上ｆｉｌｓ
表面金川化領用、１７　・・ＥＣバット１立置、１８・
・・・チップ＋ｄｄハツト位置（Ｃ４ｔｌよんだボール
・バットゴ【置）、　１９・・・・訪亀体被膜（ポリイ
ミ　ド層）。 出願人　　インターヲンヨナル・ビレ不ス・マンーンズ
・コーポレー／ヨン復代理人　弁理士　　合　　　１）
　　　　　　潔＝　　　　　　　　　　ｃＪ” −＼ 第１頁の続き ０発　明　者　サディプタ・クマール・レイアメリカ合
衆国ニューヨーク州 ヮッピンジャーズ・ポールズ・ ローズ・レーン１９番地

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. バンド表面間の接続のために基板の表面の近傍に形成さ
   れたファン・アウト金属化領域を含む集積１川路用バッ
   グ−７２基板であって、上記パッド光間は、はんだボン
   ディング及びはんだを用いないボンティングによる上記
   基板への接続に適合されており、はんだを用いないボン
   ティングのだめの上記パッド表面がＡｕ、Ｃｒ、Ｔｉ、
   Ａｌ及びＣＯより成る群から選択された金属から成り、
   はんだボンティングのための上記パッド表面がＡｕ、　
   Ｃｕ及びＮ１より成る群から選択された金属より成る、
   パッケージング基板。