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電極バンプ及びその製造並びにその接続方法 コモンズ 新技術説明会

国内特許コード P05P002306
整理番号 Y2003-P283
掲載日 2005年9月22日
出願番号 特願2004-048252
公開番号 特開2005-243714
登録番号 特許第4480417号
出願日 平成16年2月24日(2004.2.24)
公開日 平成17年9月8日(2005.9.8)
登録日 平成22年3月26日(2010.3.26)
発明者
  • 浅野 種正
  • 渡辺 直也
出願人
  • 国立研究開発法人科学技術振興機構
発明の名称 電極バンプ及びその製造並びにその接続方法 コモンズ 新技術説明会
発明の概要 【課題】 半導体チップを積層してチップ間の電気的な接続を行う際に、多数の電極を確実に接続でき、また接続点及びその周辺に位置するトランジスタ等の半導体素子の動作に対し高い信頼性を保証できる電極バンプ及びその製造方法並びに接続方法を提供する。
【課題を解決するための手段】 電極バンプ1の先端部1bが基部1aより応力変化を大きく形成されることから、半導体チップ10、~、12の電極パッド2に配設された電極バンプ1を他の半導体チップに押圧して先端部1bを座屈変形させ、押圧応力を先端部1bの座屈変形で吸収して各半導体チップ10、~、12へ直接印加されることがなくなり、電気的接続を確実且つ容易に実行できると共に、半導体チップ10、~、12への接続動作時のストレスを防止できる。
【選択図】図1

従来技術、競合技術の概要


近年、情報機器の高機能化、小型化が将来たりとも進むと見込まれ、またディジタル情報家電の普及が台頭するなか、半導体装置の小型化、信号処理速度の向上、他機能化の実現を目的とした技術開発に対する要望が高まっている。それを実現する概念の一つに、システム・イン・パッケージ(省略、SiP)がある。このSiPは、一つのパッケージの中に複数の半導体チップを内蔵させて小型化を図る、或いはシステムとしての機能を持たせるものである。一つの半導体チップの中に、複数の機能を設計して作りこむ、いわゆるシステム・オン・チップも有力な手法的概念であるが、SiPの方が内蔵する半導体チップとその機能の多様性に富み、かつ低価格で製造できると見込まれている。



複数の半導体チップを一つのパッケージに内蔵させる形態の一つに、半導体チップを積層化する方法が考えられる。この半導体チップの積層化は、小型化のみならず、配線の長さを短くできるため、配線での信号伝播の遅延を最小化にできることから、高速の信号処理を要する半導体装置、高周波信号を扱う半導体装置或いはシステムの集積化技術として大きな期待が寄せられている。システムの高機能化に伴い、積層する半導体チップ間の電気的な接続を行う電極の数が多くなり、電極間の距離も小さくなる。



また、半導体チップ間の接続に用いられる電極バンプ及びこの製造方法並びこの接続方法の応用製品としては、半導体装置を利用する全ての電子機器に適用できるが、具体的には第1に高速に撮像と画像処理のできる撮像装置(いわゆるビジョンチップ等)とその応用製品であるロボット、第2に携帯情報端末(携帯電話を含む)、コンピュータ機器、第3に高周波(RF)IDタグ、第4に通信用電子機器、第5に 自動車の自動走行用電子機器(例えば物体認識用レーダ等)、第6にディジタル情報家電製品のような製品に有効であり、その工業的価値は高いと見込まれる。



従来、この種の電極バンプ、その製造方法及びその接続方法は、特開平6-224258号公報(第1の従来技術)、特開平11-251356号公報(第2の従来技術)、特開平11-330682号公報(第3の従来技術)及び特開平13-196414号公報(第4の従来技術)に開示されるものがあり、その他に特開平5-136201号、特開平6-163634号公報に示されるものがある。



前記第1の従来技術に係る半導体装置の製造方法は、金属突起用基板上に形成された金属突起(電極バンプに相当)と半導体素子Al電極とを接触させた状態で押圧,加熱し、金属突起とAl電極とを合金化して接合した後、金属突起をAl電極に転写し、この後に金属突起と配線電極とを接触させた状態で、前工程よりも高押圧力,高温又は長時間の押圧,加熱により、金属突起と配線電極とを再度合金化させ、その後、金属突起と配線電極とを光硬化性絶縁樹脂で固着して接続し、これにより、配線電極との接続前の金属突起の大変形を防ぎながら、Al電極・金属突起間の接合強度を強固にするという構成である。



このように構成することにより半導体素子の電極上に金属突起を容易でかつ低コストで形成する転写方式をフリップチップ方式やMBB方式に適用する際にきわめて接続信頼性を高くできることとなる。



前記第2の従来技術に係るワイヤバンプの形成方法は、ワイヤを溶解させその先端に球状体を形成すると共に、ベアチップの電極と前記球状体の少なくとも一方の表面をハロゲン化し、前記電極と前記球状体とをハロゲン化面を介して相互に接合させ個体接合をなした後は、前記球状体と前記ワイヤとを切断分離し、前記電極上に前記球状体を残留させる構成である。



この構成に基づく第2の従来技術は、接続を行う際に超音波振動を用いる必要がなくなるので、隣合う部材との接触するのを防止でき、ベアチップの狭ピッチ化を促進させることができると共に、接続条件を緩和させることができる。



前記第3の従来技術に係る突起電極(電極バンプに相当)の形成方法及び形成装置並びに突起電極の形成部品は、接合対象となるICと半田ボールとが、フッ化処理部においてHFガス供給部からのHFガスと、水蒸気発生部からの水蒸気との混合ガスにさらされ、前記IC及び半田ボールの表面がフッ化されたのち、接合処理部に配置され、その後、チャンバ内をArガス雰囲気にし、接続用導通部と半田ボールとをシリンダによって加圧するとともに、ヒータによって両者の融点以下に加熱して接合する構成である。



この構成に基づく従来技術は、突起電極の形成時においてフラックスを必要とせず、また突起電極の形成のために共通電極を設けるなどの制約がなくなることとなる。



前記第4の従来技術に係る半導体装置は、半導体チップに形成された銅からなる外部接続端子と、基板に形成されてなる外部接続端子とが接続されてなり、前記外部接続端子部と前記接続端子との少なくともいずれか一方がハロゲン化処理されてなり、両者が固着接合して構成される。



この構成に基づく第4の従来技術は、ハロゲン処理により半導体チップの外部接続端子部又は基板の接続端子の表面に金属と結合しやすいハロゲンを存在させたことにより、導電性に優れた銅の配線に、金ワイヤやTAB(Tape Automated Bonding)のインナーリード等基板の接続端子を直接接続することが可能で、配線抵抗を小さくすることができ、応答性に優れると共に発熱量を小さくすることができる。
【特許文献1】
特開平6-224258号公報(第1の従来技術)
【特許文献2】
特開平11-251356号公報(第2の従来技術)
【特許文献3】
特開平11-330682号公報(第3の従来技術)
【特許文献4】
特開平13-196414号公報(第4の従来技術)
【特許文献5】
特開平5-136201号
【特許文献6】
特開平6-163634号

産業上の利用分野


本発明は、半導体チップを他の半導体チップ又は回路基板も電気的に接続する電極バンプに関し、特に微細化又は積層化する半導体チップに対応した電極バンプ及びこの電極バンプの製造方法並び接続方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
半導体チップの電極パッド上に配設され、他の半導体チップ又は回路基板の電極パッドに当接して接続する電極バンプを基部から先端部に向かって先細状の錐形状にて形成する電極バンプの製造方法において、
前記電極バンプの錐形状に対応する凹形状の凹部を複雑連設される鋳型に金属バンプ材を堆積させ、当該堆積した金属バンプ材を前記各凹部相互間の境界部分が露出するまで切削し、
当該切削された金属バンプ材の底面を含む前記錐形状の斜め側面の下部を各々露出させる頭出しを行うことを
特徴とする電極バンプの製造方法。

【請求項2】
前記請求項に記載の電極バンプの製造方法において、
前記鋳型の凹部に導電性のシード層を形成し、当該シード層に電解鍍金を施して各凹部に金属バンプ材を充填することを
特徴とする電極バンプの製造方法。

【請求項3】
前記請求項に記載の電極バンプの製造方法において、
前記鋳型の表面に導電性のシード層を形成し、当該シード層上の前記凹部以外の境界部分に非導電性のレジスト層を積層形成し、前記シード層が露出部分の各凹部に電解鍍金を施して各凹部に金属バンプ材を充填することを
特徴とする電極バンプの製造方法。

【請求項4】
前記請求項1ないし3のいずれかに記載の電極バンプの製造方法において、
前記鋳型がシリコンの結晶面間による化学的蝕刻性の違いにより凹部を形成されることを
特徴とする電極バンプの製造方法。

【請求項5】
前記請求項1ないし3のいずれかに記載の電極バンプの製造方法において、
前記鋳型が、樹脂平面の部分加圧により凹部を形成されることを
特徴とする電極バンプの製造方法。

【請求項6】
前記請求項1ないし5のいずれかに記載の電極バンプの製造方法により製造された電極バンプが、先端部を他の半導体チップ間又は回路基板の電極パッドに当接座屈して接続することを
特徴とする電極バンプ接続方法。

【請求項7】
前記請求項に記載の電極バンプの接続方法において、
前記半導体チップと他の半導体チップ又は回路基板との間に非導電性樹脂を介在させた状態で前記先端部を押圧して座屈させることを
特徴とする電極バンプの接続方法。

【請求項8】
前記請求項に記載の電極バンプの接続方法において、
前記半導体チップと他の半導体チップ又は回路基板との間に異方性導電膜を介在させた状態で前記先端部を押圧して座屈させることを
特徴とする電極バンプの接続方法。

【請求項9】
前記請求項6ないし8のいずれかに記載の電極バンプの接続方法において、
前記電極バンプにハロゲン元素を付着させ、当該ハロゲン元素が付着した電極バンプを座屈して接続することを
特徴とする電極バンプの接続方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 登録
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