JPS63107145A

JPS63107145A - フリツプチツプ

Info

Publication number: JPS63107145A
Application number: JP61251675A
Authority: JP
Inventors: Takashi Ishida; 尚石田; Toshihiko Sato; 俊彦佐藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1986-10-24
Filing date: 1986-10-24
Publication date: 1988-05-12

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】〔産業上の利用分野〕本発明は、バンブ（突起電極）を有するチップであるフ
リップチップにおける当該突起電極下部の多層金属より
なる電極下地層の各金属層間の剥離を防止する技術に関
する。

〔従来の技術〕

チップな裏返にしてその表面または基板に形成された接
続端子を用い１ボンデイング（フェイスダウンボンディ
ング）する形式のフリップチップがある。このフリップ
チップには形成するその接続端子の形態によっ℃、チッ
プに金属ボールをつけるボール方式や突起電極をつける
バンプ方式あるいは基板にペデスタルをつけるペデスタ
ル方式％式％当該バンブ形式の一例は、Ａ２バッド上に、例えばＣｒ
−Ｃｕ−Ａｕ構成の多層金属よりなる電極下地層を介し
て半球状のノ・ンダパンプを形成してなるものがあり、
コンドロールドコラップスのりフローチップと称され、
該チップの接続形態はＣＣＢ（コンドロールドコラップ
スボンデインク）と称されている。

なお、フリップチップについて述べた文献の例としては
、（株）工業調査会１９８０年１月１５日発行ｒＩＣ化
実装技術１ｐ８１があげられる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかるに、このようなＣＣＢｔ極を有するチップにおい
て、基板に接合したときに、基板から剥れるという現象
が起こる。

本発明者らは、かかる剥れの原因について考察したとこ
ろ、従来の例えばスパッタリング又はイオンミリングの
みによる前記Ｃ（−Ｃｕ−Ａｕ構造の電極下地Ｃｒ層の
形成では、当該エツチングパターンが急峻なものになり
、チップ表面に形成されたＳｉＱ、などよりなる保護膜
と接するＣｒ層のエツジ部が、当該保護膜に対して略直
角をなし℃おり、その１こめ、Ｓ　ｉ０１膜とＣｒ層の
端面とで形成される当該エツジ部に応力が集中し、Ｃｒ
、５１０７間で剥離が起こることによることをつきとめ
た。したがって、本発明は、ＣＣＢ電極を有するフリッ
プチップの基板からの剥離を防止し、電極下地層におけ
る各金属間の剥離を防止して、電極寿命を向上させ、か
つ、信頼性を向上させることのできる技術を提供するこ
とを目的とする。

本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであ
ろう。

〔問題点を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、本発明では、保護膜とし′Ｃ℃・る電極下地
層の下層エツジ部にメニスカスを形成するよ５ＫＬ、例
えば、まず、スパッタリング又はイオンミリングによる
ドライエツチングにより第２層目（例えばＣｕ層）や第
３層目（例えばＡｕ層）を形成し、次いでケミカルドラ
イエツチングによりメニスカスを有する第１層目（例え
ばＣｒ層−）を形成する。従来のように、例えばスパッ
タリング又はイオンミリング方法により、例えばＣｒ−
Ｃｕ−Ａｕ層の同時エツチングを行なうようなことをせ
ずに、ケミカルドライエツチング方式を併用し℃電極下
地層を形成していくようにする。

〔作　用〕

このようなメニスカスの形成により例えば、Ｃｒ層とＳ
ｉｎ、膜との界面での応力集中が低減され、当該応力集
中を原因とする、例えばＣｌ−Ｃｕ−Ａｕ層よりなる電
極下地層における、これらＣｒ層／５ｉ０２下地層間の
剥離を防止でき、電極寿命を向上させ、信頼性の向上し
た電極構造をもつフリップチップを得ることができる。

〔実施例〕

次に、本発明を図面に示す実施例に基づいて説明する。

第２図に本発明によるフリップチップの要部断面図を示
す。この第２図にて、（１）はデバイス、（２）は絶縁
膜、（３）は内部電極配線、（４）は保護膜（バツシベ
ーンヨン膜）、（５）は電極下地層で、この実施例では
第１層Ｃｒ層（６）、第２層Ｃｕ層（７）および第３層
Ａｕ層（８）よりなる多層金属により構成されており、
（９）は、当該電極下地層（５）を介し℃前記内部電極
配線（３）と接続した突起電極である。

第１図に、当該電極構造のさらに要部断面を拡大し℃示
しであるように、保護膜（４）と接しているＣｒ層（６
）のエツジ部（１０）の下部にメニスカスαυを形成し
である。すなわち、Ｃｒ層（６）の端部エツジ部翰の下
部（裾の部分）に、下方向〔保護Ｍ（４）側に向って〕
にアール（Ｒ）をもたせている。

当該電極構造の構成例は、例えばＡ２電極配線より成る
内部電極配線（３）を形成したプレーナー素子の表面を
、例えばＳｉｎ、膜やガラス膜などより成る保護膜（４
）で被覆し、ホトレジスト技術で、当該保護膜（４）に
、第２図に図示のように、電極用窓をあげ、先ず、ケミ
カルドライエツチングにより、そのエツジ部α０内裾部
にメニスカスＵυを形成するようにＣｒ層（６）を構成
する。当該ケミカルドライエツチングの例とじ又は、ガ
スプラズマを用いるエツチング方法が例示され、例えば
ＣＦ、、０．プラズマによる場合、ＣＦ腰を蒸着により
保護膜（４）上に形成し、レジストをエツチングのマス
クとし、例えばＣＦ４．ｏ、分圧０．４〜０．６　Ｔｏ
ｒｒという真空度下でのＣＦ、プラズマ状態なつ（す、
その中に試料をおいてエツチングする。このため、裾野
の広がったメニスカスを形成し易い。次いで、Ｃｕ層（
７）およびＡｕ層（８）の形成に際し、スパッタ又はイ
オンミリングを行なう。当該エツチング法の例としては
、０．スパッタによる場合があり、０．スパッタは上記
Ｏ，プラズマに比べて真空度の高い例えば２〜１０　Ｘ
　１０−２Ｔｏｒｒ条件下で行なうため、まわり込み（
シフト）がほとんどな（、したがって、エツチングされ
たＣｕ層（７）およびＡｕ層（８）の端部側壁は、保護
膜（４）に対し垂直にエッチされる。

従来は、このようなエツチングのみで、Ｃｒ層よりなる
電極下地層を形成していたので、これら電極下地層の端
部側壁は保護膜に対し垂直にエッチされていた。

本発明では上記のように、ケミカルドライエツチングと
スパッタリング又はイオンミリングとを併用するなどに
より、前記メニスカス（１１）をもつ電極下地層（５）
を形成することができた。−そして、当該メニスカスＱ
ｌ）の形成により、応力集中を少なくし、Ｃｒ層（６）
と他の層（５）などとの剥離を生ずることを防止できた
。

次に、本発明による電極構造をもったフリップチップを
用いた半導体装置の一例を第３図により説明する。

第３図に示すように、上記した電極構造をもったフリッ
プチップα７Ｊ３個を、マザーチップ（１３１に接合す
る。

フリップチップα■は、例えばシリコン単結晶基板から
成り、周知の技術によってこのチップ内には多数の回路
素子が形成され、１つの回路構能が与えられている。回
路素子の具体例は、例えばＭｏＳトランジスタから成り
、これらの回路素子によって、例えば論理回路およびメ
モリの回路機能が形成されている。

これら３個のフリップチップα２の内訳は例えばメモリ
素子２個に論理素子１個であうたりする。

マザーチップ（１３１は、例えばＳｉウェハ表面に施し
た配線と後述するリードフレームα→とをボンディング
ワイヤ（１９により接続する。

マザーチップ（１３１の裏面をペースαｅに接合する。

ペース１６とボッティング枠（ダム）１７との間に、リ
ードフレーム１４を低融点ガラス１８を用い工、介在さ
せ、該リードフレーム１４の先端部とマザーチップ１３
表面の配線とを、前述のようにボンディングワイヤ１５
によりワイヤボンディングする。

ダム１７の内部にシリコーンゲル１９を充填し、フリッ
プチップ１２やマザーチップ１３やボンディングワイヤ
１５などを、当該シリコーンゲル１９により封止する。

シリコーン（系）ゲル１９としては、従来エレクトロニ
クスあるいはオプティカルファイバー用シリコーンコー
ディング剤として市販されていたものを使用でき、例え
ばシリコーンゲルはＩＣメモリのソフトエラ一対策用と
して用いられていた。

本発明はこれを封止材料として使用せんとするものであ
る。

ゲルは、その加熱硬化前はリキッド状態であり、１液タ
イプ、２液タイプがあり、例えば主剤と硬化剤とからな
る２液タイプの場合、これらを混合すると反応硬化（架
橋反応）し、硬化物を得る。

硬化システムとしては次の反応式で示す様に、網金型、
付加型、紫外線硬化型がある。

縮合型Ｃａｔ：５ｎ−Ｔｉ系触媒Ｒ：例えばアルキル基（以下同じ）付加型紫外線硬化型硬化物を得るに、加熱（ベーク）するとゴム化が進む。

本発明に使用されるシリコーン系ゲル」９はシリコーン
ゴムやシリコーンオイルと異なり架橋密度の低いもので
ある。

例えば架橋密度の大小からみるとゴムが架橋密度が一番
大で、その下がゲル、さらにその下がオイルということ
になる。

架橋密度は一般に針入度計を用いて測定され、針入度計
につい℃はＪＩＳＫ２８０８に規定され、それに使用さ
れる針についてはＡＳＴＭＤ１３２１に規格がある。

針入度からみて、一般にゲルは４０〜２００ｍｍの範囲
、オイルは４０ｍｍ以下であり、ゲルの硬化反応の促進
によりゴム化が起こり、ゴムと称されているものは一般
に針入度２００１１以上である。

本発明に使用されるシリコーン系ゲル１９には前記の如
く、市販のものが使用され、例えば信越化学工業社製Ｋ
ＪＲ９０１０，Ｘ−３５−１００、東しシリコーン社製
ＪＣＲ６１１０などが使用できる。

上記Ｘ−３５−１００ＣＡ（主剤）、Ｂ（硬化剤）２液
タイプ、針入度１００〕の硬化反応機構は白金付加型で
、２液低温高温用ゲルで一７５〜２５０″Ｃの温度範囲
で使用できる。

当該ゲル１９はきわめ１耐湿性に優れている。

ダム１７上にキャップ２０を取付ける。キャップ２０は
、フリップチップ１２の機械的保護のためである。

ベース１６の裏面に放熱フィン２１を取付ける。

ベース１６は、例えばＳｉＣ基板により構成される。

ダム１７は、例えばＡ石により構成される。リードフレ
ームは、例えばＮｉ−Ｆｅ系合金により構成される。ボ
ンディングワイヤ１５は、例えばＡ−ｅ細線より成る。

キャップ２０は、例えばＡａにより構成される。

以上本発明者により℃なされた発明を実施例にもとづき
具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可
能であることはいうまでもない。

例えば、前記実施例では、第１段階としてスパッタリン
グ又はイオンミリングを、第２段階とし℃ケミカルドラ
イエツチングを行なう例を示したが、前記のごときメニ
スカスを形成できる限り、他の方法によっ℃もよい。例
えばケミカルドライエンチングに代えてウェットエツチ
ングによっ℃もよい。

以上の説明では主とし℃本発明者によっ℃なされた発明
をその背景となった利用分野であるフリップチップの電
極構造に適用した場合について説明したが、本発明は基
板上に、縦横比（アスベストレシオ）の大きい配線を形
成する場合などにおい又も応用できる。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりであ
る。

本発明によれば、機械的ストレスのかかり易い、電極下
地層の下層と保護膜との間において、当該部分における
応力集中を少なくし、当該下地層の金属層間の剥離ひい
てはフリップチップを基板に接合した場合の当該チップ
の基板からの剥離を防止し、電極寿命を向上させ、信頼
性を向上させたフリップチップやこれを用いた半導体装
置を提供することができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す要部拡大断面図、第２図
は本発明の実施例を示す要部断面図、第３図は本発明の
フリップチップを用いた半導体装置の構成断面図である
。１・・・デバイス、２・・・絶縁膜、３・・・内部電極
配線、４・・・保護膜、５・・・電極下地層、６・・・
Ｃｒ層（第１層）、７　・・・Ｃｕ層（第２層）、８−
　Ａ　ｕ層（第３層）、９・・・突起電極、１０・・・
エツジ部、１１・・・メニスカス、１２・・・フリップ
チップ、１３・・・マザーチップ、１４・・・リードフ
レーム、１５・・・ボンディングワイヤ、１６・・・ベ
ース、１７・・・ダム、１８・・・低融点ガラス、１９
・・・シリコーンゲル、２０・・・キャップ、２１・・
・放熱フィン。

Claims

【特許請求の範囲】１　内部電極配線を形成した当該半導体素子表面を保護
膜により被覆し、該保護膜に電極用窓を孔設し、該電極
用窓において、多層金属よりなる電極下地層を介して突
起電極を形成して成る半導体素子（以下フリップチップ
という）において、前記保護膜と接している前記電極下
地層の下層エッジ部にメニスカスを形成して成ることを
特徴とするフリップチップ。２　電極下地層の形成が、ケミカルドライエッチングと
スパッタリング又はイオンミリングとを併用することに
より行われ、第１段階としてスパッタ又はイオンミリン
グを行ない、第２層目及び第３層目の電極下地層を形成
し、第２段階としてケミカルドライエッチングを行ない
、以って第１層目エッジ部にメニスカスを形成する特許
請求の範囲第１項記載のフリップチップ。