JPS637640A - 半導体装置の製造方法 - 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】 ［発明の目的〕 （産業上の利用分野） この発明は、ｒｃ、Ｌｓ［等の半導体装置の製造方法に
関し、特にバンプ（金ぶ突起電極）形成工程とバンプと
電極引出しリードとの接合工程とを改良した半導体装置
の製造方法に関するちのである。

（従来の技術） 従来の半導体装置のバンプ形成工程とバンプとリードと
の接合工程とについて第２図を参照して以下に説明する
。　第２図（ａ　）において、拡散済みの３ｉ基板１上
にＳｉ○２膜２が形成され、その上に配、ｔｆＡパター
ンと接続しているＡｌ１１パラド３が形成されている。

　ＡＩ’ｆｆ１ｉパッド３の上の部分を開孔した保護用
の５ｉ３ＮａｌＱ４が半導体素子上の全面に被覆されて
いる。　まずこの基板の全面に真空蒸着法により１００
０〜２０００Ｘ厚のＴｉ層を形成し、その上に連続して
１０００〜２０００人のＰｄ層を蒸着し、Ｔｉ　／Ｐｄ
の２唐金ａ膜５を形成する。　次に同図（ｂ　）におい
て、液状ホトレジスト６をスピンナー塗布（約１．２μ
ＩＩｌ厚）し、電極パッド３の上部にのみ、所望の大き
ざのバンプ径をバターニング開孔する。　同図（Ｃ）に
おいて、このホトレジスト６をメッキマスクとし、前記
Ｔｉ　／Ｐｄ　ｔｔ濡１１１Ｊ５を電解メッキの一方の
電１ｉ　（この場合には陰極）として、電極パッド上部
にのみ選択的にＡｕ　７を析出させる。　次に同図（ｄ
　）において、ホトレジストの除去を行い、析出させた
Ａｕ　７をマスクにして、電極パッド上部以外のＴ１／
Ｐｄ金属膜５を硝酸、塩酸、酢酸の混酸でエツチング除
去する。　このようにしてＡ１電極バッド３上部に、Ａ
ＬＩ−ＡＩ相互拡散抑制層（バリヤ層とも呼ばれる）の
Ｔｉ　／Ｐｄ　ｆｔｎ膜５を介してＡｕバンプ７を形成
する。　また必要な場合には金属各層の接触抵抗の低減
を目的とする約３８０℃のＮ２雰囲気中の熱処理を行う
。

次にリード８との接合はボンディングツール９により、
ツール温度的３５０℃、素子加熱約２７０℃、ツール加
圧約５０　Ｑ／バンプ程度の条件で、Ｃｕリード表面に
約０．４μｍ厚でメッキされている３ｎとＡｕバンプと
の共晶析出形式による接合を行う。

上述した方法によれば、バンプとリードの接合に際して
、ボンディングツールのバンプに対する十分な平行度を
得ることが難しく、また同一素子内でのバンプ高ざの不
均一がある場合には、接合部の接合強度にバラツキが生
じる結果となる。　またボンディング時のツール加熱温
度の影響でリードを支持するポリイミドなどの樹脂の変
形等に起因してバンプとリードの位置合せ精度が低下し
、またボンディング時のバンプとリードの変形により、
ボンディング前の位置合せがボンディング後に十分再現
されないことも接合部の信頼性を低下させる問題となっ
ている。

（発明が解決しようとする問題点） 前述のようにリードとバンプの接合において、一つの素
子内の複数のバンプとこの各々に接合する複数のリード
とを、ボンディングツールの１つの加圧面で同時に熱圧
接する場合、リードとバンプの接触面及び接触面に作用
するツールの加圧力等の熱接合条件をすべてのリードと
バンプの組合わせについて等しくすることは現状の技術
では非常に困難である。　ボンディングツールのバンプ
に対する平行度が十分でないとき、あるいはバンプの高
さが不均一のときには熱接合条件に大きなバラツキを生
ずる。　又ツールの加熱温度等の影響でリードを支持す
る樹脂膜が変形することがあり、バンプとリードとの位
置合せ精度を下げる。

これらは、リードとバンプの接合強度のバラツキ原因と
なり、時には接合不良を生じ歩留りを低下させると共に
、半導体素子の信頼性を損う結果となる。

本発明の目的は、前記のようにフィルムキャリヤ上のリ
ードのバンプへの接合面がバンプに対して十分な平行度
が得られない等の原因があっても、リードの接合強度の
バラツキを抑えて、十分な接合強度を有し、歩留りの改
善と信頼性の向上が１！１られる半導体ｖ４ｉｔの製造
方法を提供することである。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明は、半導体素子の外部への信号引出しを、バンプ
とリードとの接合によって行う半導体装置の製造方法に
おいて、 ＜ａ　＞電極パッド上に多層金属膜（バリヤメタル層）
を形成する工程と、（ｂ）バンプ形成予定領域となる開
孔部を有する感光性絶縁樹脂膜（メッキ用マスク）を被
着する工程と、（Ｃ）多層金属膜を一方の電極とする電
解メッキ法により、前記開孔部にバンプの一部分く下部
層）となる金属突起を析出する工程と、（ｄ　）萌記金
成突起上にバンプの他の一部分（上部層）となるはんだ
を堆積する工程と、（Ｑ　）このはんだ堆積部内に、前
記リードの接合部分（例えば先端部分）が埋没（す−ド
の接合部のすべての而がはんだに取り囲まれること）す
るように、バンプとリードとを接合する工程とを含むこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法である。

（作用） 本発明の方法では、バンプ下部層が低融点（例えば１５
０〜３００℃）のはんだから形成されている。

リードとバンプの接合に際し、ボンディングツール温度
、ツール加圧、接合時間等の接合条件を適当に選ぶと、
はんだは低温度でリードに濡れ、リード側面からはい上
がり、リードを取り込む。

即ちリードは、はんだ堆積部内に埋没し、バンプ上部は
球状化する。　このためリード先端の平行度やバンプと
の位置合せが多少ずれていても、セルファライン的にリ
ードの位置の自己修正が行われ、同一素子内ではリード
とバンプの接合面積がほぼ等しくなり接合強度のバラツ
キを大幅に減少すると共に接合強度をより強くすること
が可能である。

（実施例） 以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例を工程順に示すものである。

まず第１図（ａ　）のように半導体素子が形成された半
導体基板１１には、絶縁用Ｓｉｏ２膜１２、Ａｌ−８’
ｉ配線パターン（図示なし）に連続する電極パッド１３
及び開孔を設けて電極パッド１３を露出させたパッシベ
ーション用５ｉ３Ｎａ膜１４が順次積層されている。　
この半導体基板全面に、真空蒸着法の場合的５ｘ　１０
＝　Ｔ　ｏｒｒ程度の真空中で又スパッタリング法の場
合にはＡｒ圧４×１０−Ｔ　ｏｒｒで、基板温度１５０
〜２００℃で、約２０００！厚のＴｉ層と約２０００Ｘ
厚のＰｄ層とを連続してＭｉ積しｌ　／Ｐｄの２層金属
膜１５を形成する。　堆積速度はＴ　ｉ　１０〜２０Ｘ
　／　Ｓｅｃ　、　Ｐ　ｂ　Ｏ０５〜２人／　ｓｅｃ程
度である。

次に第１図（ｂ）に示すように感光性絶縁樹脂ｐａ１６
を基板全面に塗布し、リソグラフィ工程を経て、電極パ
ッド上のバンプを形成する予定領域のみ開孔する。

次に第１図（Ｃ）に示すように、前記のＴｉ／ｐｂの２
層金属膜１５を電解メッキの陰極とし、開孔済みの絶縁
樹脂膜をメッキマスクとして電極パッド上部の開孔部に
Ａｌｌを電解析出させる。

この析出されたＡＵの突起１７はバンプの下部層となる
もので、ＡＬＩ突起１７の高さは絶縁樹脂膜の約１／２
の高さでメッキ成長を止める。

第１図（ｄ　）に示すように、引続き電解メッキ法によ
り、ＡＬＩ突起１７上にバンプの上部層となるＰｂ−８
ｎ系のはんだ２０をメッキ堆積する。

はんだは図示のようにきのこ状となるように絶縁樹脂膜
厚程度メッキ成長させる。

次に第１図（Ｃ）に示すように、有線溶剤で絶縁（コ１
脂模１６を剥離除去し、更にＥＤＴＡ　（エチレンジア
ミン四酢酸）、ＮＨ，Ｏｆ（、Ｈ２Ｏ２、Ｈ２０混液に
よりバンプをマスクとして下地金属層をエツチング除去
し、ＡＬ＋突起１７及びはんだ堆積部２０からなるバン
プ２１を形成する。

このようにして形成されたバンプ２１にリード１８をボ
ンディングツール１９により接合する場合、ツール温度
２００℃、ツール加圧１０〜２０ｇ／リード、接合時間
０．５〜１秒程度の条件で接合を行う。　この際バンプ
上部のはんだはリードに濡れて、リード側面にはい上が
りリードを取り込むと同時に第１図（「）に示すように
はんだは球状化し、リードの接合部分ははんだ堆積部内
に埋没して接合される。　リードとバンプが多少ずれて
いても、セルファライン的に位置合せが行われる。

第３図は、従来及び本発明のそれぞれの製造方法により
得られた半導体装置のリードの引張り防衛強度の測定結
果の一例を比較対照した図であり、・印実線は本発明の
、Ｏ中破線は従来のそれぞれの引張り破断強ｌ！３（ａ
／ｂｕｍｐ）とバンプ面積（μｍ　２　）との関係及び
バラツキを示すものである。

同図より明らかなように本発明の製造方法によるものは
従来に比し接合強度も強く、同一バンプ面積ではそのバ
ラツキも小ざい。　　　　　゛本発明の方法において、
バンプの下部層を構成する金属突起の高さを絶縁樹脂摸
主面より低くすると、金屈突起上に支持されたきのこ形
状のはんだは、リードとの接合に際しリフローし、リー
ドを取込んで球状化し、バンプに対するリード位置の自
己修正作用等の効果がより確実に１９られる。

又はんだは低融点のロー材で、ｐｂ　、　３ｎ　、　３
ｂ　。

Ｂｉ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ａｑ、Ｃｄのうチカら選択された２
元合金が主として使用されるが、所望により他の元素を
更に添加したものであってもよい。

本発明の方法によれば、バンプ体積の約２／３をはんだ
にすることにより、従来の金の場合に比しコストの低減
が可能となる。　又接合時のツール温度が低く設定でき
るためにツール自身の熱膨張を抑えることができ、又ツ
ール自身の寿命を長く保てる利点もある。

又リードがその先端をエツチング加工して突起を作る方
法で得られたバンプ付リードの場合であっても、本発明
を適用できる。　即ち電極パッド上部に本発明によるバ
ンプ形成を行った侵に、前記リードとの接合を行うこと
によって接合強度の向上、接合部の高信頼化が計れる。

Ｃ発明の効果１ 以上詳述したように、本発明の半導体装置の製造方法で
は、金属突起で支持されたバンプ上部層を低融点のはん
だで形成し、リードとの接合時の加熱によって溶融、球
状化させると同時にリードを取込み接合を行う。　これ
により、フィルムキャリヤ上のリードのバンプへの接合
部がバンプに対して十分な平行度が得られない等の原因
があっても、セルファライン的に位置合わせが行われて
リードとバンプの接合面積がほぼ等しくなるため、リー
ドの接合強度のバラツキは抑えられ、十分な接合強度を
有し、歩沼りの改善と大幅な信頼性の向上が得られる。

　又従来バンプ材料として金が使用されていたが、本発
明ではその約７０％をはんだに代えるのでコストの低減
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の半導体装置の製造工程を示す断面図、
第２図は従来の半導体装置の製造工程を示す断面図、第
３図は本発明及び従来のそれぞれの製造方法により得ら
れた半導体装置のリードの破断強度の測定例を示す図で
ある。 １．１１・・・半導体基板、　３，１３・・・電極パッ
ド、　５，１５・・・多層金属膜（Ｔｉ　／Ｐｂ　２層
金属膜）、　６，１６・・・感光性絶縁樹脂膜（メッキ
マスク）、　１７・・・金属突起（Ａｕ突起）、　８゜
１８・・・電極引出しリード、　２ｏ・・・はんだ堆積
部、２１・・・バンプ。 第１図（１） 第１図　（２） 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　半導体素子の信号入出用電極としてバンプと称する
   金属突起電極を電極パッド上に形成し、このバンプに電
   極引き出しリードを接合する半導体装置の製造方法にお
   いて、電極パッド上に多層金属膜を形成する工程と、こ
   の多層金属膜上に、バンプを形成する予定領域に開孔を
   有する感光性絶縁樹脂膜を被着する工程と、電解メッキ
   法により前記開孔部にバンプの一部分となる金属突起を
   析出する工程と、電解メッキ法により前記金属突起上に
   バンプの他の一部分となるはんだを堆積する工程と、こ
   のはんだ堆積部内に前記リードの接合部分が埋没するよ
   うに、バンプとリードとを接合する工程とを含むことを
   特徴とする半導体装置の製造方法。 ２　はんだが、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｚｎ、
   Ａｇ、Ｃｄのうち少なくとも２元素よりなる多元合金で
   ある特許請求の範囲第１項記載の半導体装置の製造方法
   。 ３　感光性絶縁樹脂膜の開孔部に析出する金属突起の高
   さが、前記樹脂膜主面より突出しない高さである特許請
   求の範囲第１項記載の半導体装置の製造方法。