JPS644342B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は半導体素子等の高密度、薄型のパツケ
ージングの製造方法に関するものである。

従来例の構成とその問題点 近年、IC，LSI等の半導体素子は各種の家庭電
化製品、産業用機器の分野へ導入されている。こ
れら家庭電化製品、産業用機器は省資源化、省電
力化のためにあるいは利用範囲を拡大させるため
に、少型化、薄型化のいわゆるポータブル化が促
進されてきている。

半導体素子においてもポータブル化に対応する
ために、パツケージングの小型化、薄型化が要求
されてきている。拡散工程、電極配線工程の終了
したシリコンスライスは半導体素子単位のチツプ
に切断され、チツプの周辺に設けられたアルミ電
極端子から外部端子へ電極リードを取出して取扱
いやすくし、また機械的保護のためにパツケージ
ングされる。通常、これら半導体素子のパツケー
ジングにはDIL、チツプキヤリア、フリツプチツ
プテープキヤリヤ方式等が用いられているが、
DIL、チツプキヤリヤの如きは半導体素子の電極
端子から外部端子へは25〜35μφのAuまたはAlの
極細線で一本づつ順次接続するものである。この
ために、半導体素子上の電極端子数が増大するに
したがい、接続の箇所の信頼度は低下するばかり
か、外部端子の数もこれにしたがつて一定間隔で
増大するため、パツケージングの大きさも増大す
る。

メモリーやマイクロコンピユータ用のLSIと連
結しているＩ／Ｏの如きLSIでは機能数の増大と
ともに、電極端子数も60〜100端子と著じるしく
増大してしまい、前述した如く、パツケージング
の大きさは、わずか数10cm²の半導体素子を取扱う
のに数10cm²と大きくなつてしまう。このことは小
型化、薄型化の機器の促進を妨げるものであつ
た。

一方、接続箇所の信頼性が高く、小型化、薄型
化のパツケージングを提供できるものとして、フ
リツプチツプテープキヤリヤ方式がある。チツプ
キヤリヤやテープキヤリヤ方式による半導体素子
のパツケージングは半導体素子上の電極端子上に
バリヤメタルと呼ばれる多層金属膜を設け、さら
に、この多層金属膜上に電気メツキ法により金属
突起を設ける。フリツプチツプ方式の場合、金属
突起は半田材で構成されており、前記金属突起と
回路基板上の配線パターンを位置合せし、半田リ
フローさせることにより一括接合するものであ
る。

一方、フイルムキヤリヤ方式の場合は、一定幅
の長尺のボリイミドテープ上に金属リード端子を
設け、半導体素子の電極端子上の金属突起とリー
ド端子とを、電極端子数に無関係に同時に一括接
続するものである。したがつて、両方の方式にお
いては一本づつ電極端子に極細線を接続する前述
のワイヤボンデイング方式と比較して、接続箇所
の信頼度は高くなり、かつ半導体素子の電極端子
に設けられるバンプおよびリード端子の破壊強度
が40ｇ以上もあるために半導体素子をバンプ又は
リード端子のみで保持できる。さらにこのために
前記半導体素子上の表面に薄い保護コートをする
のみで機器の実装が可能となり、薄型、小型化し
たパツケージングとして利用できる。

このようにフリツプチツプ、テープキヤリヤ方
式は信頼性、小型、薄型のパツケージング、さら
にテープキヤリヤ方式の場合は長尺のテープ状態
で取扱うことができるから、半導体素子を実装す
る生産現場では操作性が抜群である等の数々の特
徴を有するものである。しかしながら、このフリ
ツプチツプ、テープキヤリヤ方式の問題点は半導
体素子の電極端子上への金属突起物の形成にあ
る。すなわち、小型、薄型化したポータブル化し
た機器を生産するのはテレビ、ラジオ、ビデオ等
のアセンブリ工場である。これらアセンブリ工場
では機器に組込むための半導体素子を半導体メー
カから購入しなければならない。この時に問題に
なるのが、半導体メーカにおいて、全ての半導体
素子上に金属突起を形成できる実力あるいは設備
を必らずしも有していないという現実がある。せ
つかくの小型化、薄型化のパツケージング技術も
アセンブリ工場における機器の商品的魅力を発揮
することができない。

また、仮に半導体メーカで金属突起物を形成す
ることができたとしても次のような問題がある。
まず従来のフリツプチツプ、テープキヤリヤ方式
における半導体素子上に金属突起物を形成する通
常の方法について第１図でのべる。半導体素子１
上の保護膜２によつて被覆され、一部が開孔、露
出している電極端子３上にバリヤメタル４を形成
させる。（第１図ａ）。

バリヤメタル４はCr―Cu，Ti―Pa，Ni―Cu
等の多層蒸着膜からなり、高真空度中で連続蒸着
して形成するものであつて、Cr，Ti，Niの如き
材料は電極端子３との接着力をもつ働きをする。

次に半導体素子１の表面に感光性樹脂を全面に
塗布し、電極端子３上のみを開孔５した感光性樹
脂パターン６を形成させる（第１図ｂ）。多層蒸
着膜からなるバリヤメタル４をマイナス電極とし
て、電解メツキ処理（例えばフリツプチツプ方式
では半田材をフイルムキヤリヤ方式ではAu材）
すれば、感光性樹脂パターン６の開孔した領域５
のみに第１図ｃの如く金属突起７を所望の高さに
形成することができる。

次に感光性樹脂パターン６を除去し、新たに、
第２の感光性樹脂を塗布し、金属突起７の周辺の
みに第２の感光性樹脂パターン８を残存させ（第
１図ｄ）、第２の感光性樹脂パターン８をエツチ
ング用マスクとして露出しているバリヤメタルを
除去し、不用となつた第２の感光性樹脂パターン
８も除去すれば第１図ｅの構造を得ることができ
る。フリツプチツプ方式の場合は、第１図ｅの状
態で回路基板上の配線パターンと位置合せし、金
属突起と配線パターンとを半田リフローせしめ接
合するものである。

フイルムキヤリヤ方式の場合には、完成した半
導体素子１上の金属突起７に、ポリイミイド樹脂
９上に形成した金属リード１０とを重ね合せ、治
具１１により１２のごとく加圧、加熱すれば両者
を接合できる。金属突起７がAu、金属リード１
０がSuメツキ処理されておれば、加熱、加圧す
ることによりAu―Snの共晶物を形成し、接合す
ることができる（第１図ｆ）。

ところがこのような従来の工程では、次のよう
なことが問題であつた。

バリヤメタルが多層金属構造であるために、
金属膜相互間の付着力、さらに金属期間でのバ
リヤ抵抗の発生に注意する必要がある。すなわ
ち金属膜相互間の付着力が弱いと金属リード１
０に外力を加えただけで、金属膜間で剥離ある
いはバリヤメタルと突起との剥離が発生し、実
用に期さない。また、同じようにバリヤ抵抗の
増大は半導体素子の本来の電気特性を損なうも
のである。

従来のこのような工程を実施するにあたつて
は、金属膜の形成工程、メツキ工程、金属膜の
エツチング工程、フオトエツチ工程と、広範囲
の精度の高い工程を必要とし、その分だけ金属
突起を形成するためのコストが上昇するばかり
か、歩留り低下をまねいてしまう。

また、バリヤメタルをエツチングするのにか
なりの危険度の高い薬品を使用するために人体
に対しても有害であり、かつ公害防止にも投資
する必要がある。例えば、Crのエツチングに
はフエリシアン化カリウム、カセイソーダ溶液
を用いるし、TiのエツチングにはHF系の溶液
を使わなければならない。

第１図ｆの如くフイルムキヤリヤ方式におい
ては、金属リード１０と金属突起７を接合する
際に共晶物が発生し、共晶物が半導体素子１の
表面層にも落下し、高温共晶物であるから保護
膜２にクラツクを生じせしめ、電極端子３の保
護効果を減少し、信頼度を低下さすものであつ
た。

発明の目的 本発明は、半導体素子等の電極端子上に金属突
起を一括接合する方法に関し、電極端子上に何ら
の処理をすることなしに、金属突起を一括して接
合するものであつて、著じるしく簡便な工程によ
り、確実な接合を、高信頼度で実現し、かつ実装
コストを安価にすることを目的とする。

発明の構成 本発明は、半導体素子の電極取出し領域上か、
もしくは転写するための基板上に形成した金属突
起上に接着用有機薄膜物質を形成しておき、前記
半導体素子の電極取出し領域への前記金属突起の
転写、接合を効率よくしかも確実に実施するもの
である。

実施例の説明 まず、半導体素子の電極取出し領域上に有機薄
膜物質を形成する場合の実施例について説明す
る。

第２図ａにおいて半導体素子１の素子が形成さ
れたシリコン基板２上にアルミニウム等で形成さ
れる電極取出し領域３が形成され、少なくとも電
極取出し領域の表面全領域上に有機薄膜物質４が
被着される。有機薄膜物質４は、電極取出し領域
３上に薄く例えば数100Å〜数μmの厚さに形成さ
れ、物質４の材料は、ポリイミド系、エポキシ
系、アクリル系あるいはシリコン系の樹脂であつ
て、常温もしくは数100℃の温度で若干の接着性
を有する事が望ましい。また有機薄膜物質４の半
導体素子上への形成は、浸漬法、スピンナーによ
る回転塗布法、スプレイ法あるいは、プラゾマ重
合法による堆積法等の手段が用いられる。

第２図ｂは、電極取出し領域３上の有機薄膜物
質４に開孔部５を形成すなわち領域３の表面の一
部を覆つて物質４を形成したもので、後述する金
属突起を開孔部５に押込みかつ接着せんとするも
ので、より効果的な転写性を目的とした構造の例
である。

次に第２図の構造の半導体素子上に金属突起を
転写、接合する方法について第３図で説明する。
金属突起形成用基板６は、ガラス、セラミツク等
の絶縁性基台７上に、メツキ用の導電膜（図示せ
ず）を介して導電膜上に金属突起８が形成されて
いる。導電膜は、メツキ性が良く、しかも剥離、
転写性が良好な材質で構成されるもので、実験の
結果、Pt，ITO，SuS，Mo，Pd膜等が最適であ
つた。

加圧、加熱できるツール９に半導体素子１を吸
着固定し、電極取出し領域３と、これと対応する
位置に形成された、基板６上の金属突起８とを位
置合せし（第３図ａ）、矢印10の方向に加圧すれ
ば、金属突起８は、電極取出し領域３上の有機薄
膜物質４を介して電極取出し領域３上に転写、接
合される（第３図ｂ）。

ツール９の加圧、加熱温度は、半導体素子上に
形成した有機薄膜物質４の性質に依存するが、比
較的接着性を有する物質であれば、単に１つの金
属突起あたり数ｇ〜数10ｇの加圧のみで充分であ
る。また、常温状態では接着性がなく温度を上げ
ることにより接着性を有する物質であれば、物質
が接着性を有する温度まで、ツール９の温度を上
げて加圧すれば良い。

次に金属突起を形成した状態の他の例を第４図
で説明する。この例は有機物質を半導体素子の電
極取出し領域でなく、金属突起の表面に形成する
ものである。金属突起を形成するための基板６は
ガラス、セラミツク、樹脂等の絶縁物質７上にメ
ツキ用の導電路膜１１が形成され、SiO₂、
Si₃N₄、ガラス、有機物質膜で形成された半永久
的メツキ用マスクパターン１２が設けられてい
る。基板６上にはメツキ用マスクパターン１２を
介して金属突起８が半導体素子の電極取出し領域
に対応する位置に複数個形成され、金属突起８上
には前述した有機薄膜物質４′が設けられている。
基板６上の金属突起８を半導体素子上の電極取出
し領域に転写、接合する場合は、第３図ａ，ｂで
説明したとまつたく同一である。

次に半導体素子上の電極取出し領域上に有機薄
膜物質を介して、金属突起を基板上から剥離、転
写した後、フイルムキヤリヤのリードおよび回路
基板に接合する状態を第５図、第６図で説明す
る。

開孔部を有する長尺のポリイミド、エポキシ等
のフイルム２０上にSnメツキまたはAuメツキし
たCuリード２１が形成されたフイルムキヤリヤ
のCuリード２１と半導体素子１上の転写、接合
して形成した金属突起８とを位置合せしツール２
２で加圧、加熱する。この時、Cuリード２１と
金属突起８とは、Cuリード２１がSnメツキ処理
してあればAu・Snの合金で、Auメツキ処理して
あればAu・Auの熱圧着で接合される。また半導
体素子１の電極取出し領域３のアルミ電極と金属
突起８とはAu・Alの合金で接合されるが、半導
体素子表面に形成した有機薄膜物質４はツール２
２の加圧、加熱により、仮に金属突起８と電極取
出し領域３間に介在していたとしても、この間か
ら押し出され、Au・Alの良好な接続を得る事が
できる。この状態を第５図に示した。

第６図はガラス、セラミツク等の絶縁基板２３
上に回路配線パターン２４を形成した回路基板２
５に金属突起８を転写した半導体素子１を接合す
る状態を示している。半導体素子１上の金属突起
８と回路基板２５上の回路配線パターン２４とを
位置合せし、ツール２２′で加圧、加熱し、金属
突起８と回路配線パターン２４とを接合せしめ
る。この時にツール２２′に加圧、加熱と同時に
超音波振動を附加する事によつて、更に高い接合
が得られる。

また、有機薄膜物質についてのべれば、半導体
素子上の電極取出し領域へ有機薄膜物質を介して
金属突起を転写接合する時には、単に加圧するか
もしくは接着性が低温度で得られる物質であれ
ば、加圧と同時に低温度を与えれば良い。

次にフイルムキヤリヤのリードもしくは回路基
板上の回路配線パターンと接合する時には前記転
写時の加圧力および加熱温度よりも高くなるか
ら、前記接合時の温度で昇華消滅する有機薄膜物
質を用いても良い。この場合、有機薄膜物質が昇
華消滅すると同時に、転写時よりも高い圧力と温
度によつて、金属突起と半導体素子上の電極取出
し領域とは更に強い接合を得る事になる。

あるいは、有機薄膜物質が接合時に軟化する物
質で構成されるならば、加熱により流動性が発生
し、電極取出し領域の附近および接合面を完全に
覆う事になり、保護膜の役割もはたす事になる。

発明の効果 低温度での金属突起の転写ができる。

金属突起を半導体素子側へ転写接合する際に
は、Au―Alの合金を形成せしめて半導体素子
側へ接合することが考えられる。この場合、
Au―Alの合金を形成するためには、少なくと
も320℃以上の圧力と金属突起当り30ｇ以上の
加圧が必要であり、かつまた半導体素子側へ転
写、接合した金属突起とリードもしくは配線基
板とを接合する際に、再度加圧、加熱（約300
℃以上）を繰り返す必要がある。ところが本発
明のであれば、有機薄膜樹脂が軟化する程度の
温度（200℃程度以下）で充分に転写を実施で
きる。したがつて、Au―Alの合金を必要以上
に形成してしまつて強度を低下せしめる事がな
い。また、加圧、加熱の度合が小さいので、半
導体素子に与える衝撃力、熱衝撃も小さくて済
むので信頼性も高く維持できる。

さらにまた、金属突起を形成するための基板
に対しても衝撃力、熱衝撃も小さいので、耐久
性が増し、実装コストを安価にできるものであ
る。

半導体素子上に金属突起を転写接合せしめた
後、リードまたは配線基板上に接合する時の温
度によつて、有機薄膜樹脂が流動し、半導体素
子上の電極取出し領域を覆うことになり、これ
が接合面を完全に保護するため、信頼性を一段
と向上せしめる事になる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ〜ｅは、従来の半導体素子上に金属突
起を形成するための工程断面図、第１図ｆは従来
のフイルムキヤリヤ方式でのリードと金属突起を
接続した断面図、第２図ａ，ｂは、本発明に用い
る半導体素子の構成断面図、第３図ａ，ｂは本発
明の方法により金属突起を転写する工程の断面
図、第４図は本発明の転写用基板の構成断面図、
第５図は転写した金属突起をフイルムキヤリヤの
リードに接合した状態を示す断面図、第６図は転
写した金属突起を回路基板上に接合した状態を示
す断面図である。 １……半導体素子、３……電極取出し領域、
４，４′……有機薄膜物質、６……基板、８……
金属突起、９……ツール、２１……リード、２５
……回路基板。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 半導体素子の電極取出し領域表面の少くとも
   一部に有機薄膜物質が形成し、基板上に形成した
   金属突起と前記電極取出し領域とを前記物質を介
   して圧接せしめ、前記基板上の金属突起を剥離
   し、前記電極取出し領域に転写、接合する工程
   と、前記電極取出し領域上の金属突起とフイルム
   状の導体リードもしくは回路配線を有する回路基
   板のパターンとを接合する工程とを備えたことを
   特徴とする半導体装置の製造方法。 ２ 基板上の金属突起表面に有機薄膜物質を形成
   し、前記金属突起と半導体素子上の電極取出し領
   域とを前記物質を介して圧接せしめ、前記基板上
   の金属突起を剥離し、前記電極取出し領域に転
   写、接合する工程と、前記電極取出し領域上の金
   属突起とフイルム状の導体リードもしくは回路配
   線を有する回路基板のパターンとを接合する工程
   とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造方
   法。