JP3200000B2 - 導電性相互接続形成方法及びフリップチップ−基板組立体 - Google Patents

導電性相互接続形成方法及びフリップチップ−基板組立体

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、フリップチップのボン
ドパッドと基板のボンドパッドとの間の導電性相互接続
を形成する方法に関する。
【０００２】本発明を要約すると次のとおりである。導
電性ポリマーにより、フリツプチツプのボンドパツドと
基板のボンドパツドとを相互接続する方法が提供され
る。フリツプチツプ上に露出されたボンドパツドを残す
ように、フリツプチツプの表面上に有機保護層が選択的
に形成される。導電性の重合可能な前駆物質が、有機保
護層を越える高さに延びこれによりバンプを形成するよ
うに、ボンドパツド上に配置される。このバンプは基板
のボンドパツドに揃えられ、次いでこれらのボンドパツ
ドに接触させられる。フリツプチツプのボンドパツドと
基板のボンドパツドとの間の電気接続を形成するため
に、バンプを基板のボンドパツドに接触させる前か又は
後でバンプを重合させることができる。
【０００３】
【従来技術及びその課題】集積回路は、通信用及び軍用
技術へのほとんど万能的な用途を何年間も持ってきた。
関心のある重要なことは、超小形電子回路ウェーファー
及び自動装置による回路接続方法の開発であった。超小
形電子回路技術の応用についての主な限定は、費用効率
及び小寸法のチップのためのチップ上の集積回路の相互
接続の信頼性であった。チップは、各回路内に何百もの
接続を作ることをしばしば必要とする。
【０００４】回路の相互接続の一方法は、フリップチッ
プボンディングと呼ばれる。フリップチップ上のボンド
パッドはチップの周辺には限定されずかつ通常は基板に
向かい合ったチップの一方の面に置かれるため、フリッ
プチップボンディングは信号経路をより短縮でき、従っ
て、テープボンディング（ＴＡＢ）又は通常のワイヤー
ボンディングのようなその他の方法でできるより迅速な
回路間の連絡ができる。フリップチップボンディングの
一方法においては、チップ又はダイは、所望の集積回
路、並びにこの回路を別の印刷回路ボード又は基板のよ
うな回路ボード上の別のチップ回路に接続するに要する
接続配線を有して形成される。相互接続点にボンドパッ
ドが置かれる。フリップチップのボンドパッド上に数層
の金属層をめっきすることによりバンプが形成される。
堆積に続いて、金属をリフローさせるようにチップが加
熱され、堆積物の表面張力のため半球状の半田の「バン
プ」が形成される。次に、フリップチップを一部分とす
るウェーファーからフリップチップが切断され、かつ基
板のボンドパッドと揃うように「フリップ」される。次
いで、これらのバンプは基板のボンドパッドと接触させ
られ均一に加熱され、フリップチップ及び基板の揃えら
れたボンドパッド間の接続を同時に形成する。フリップ
チップ及び基板のボンドパッドを接続するための金属の
使用には、チタニウム（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）又
は窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）のような金属障壁の使用
により作られるフリップチップの不活性化が要求され
る。不活性化（又は障壁）物質としての金属、及び基板
材としてのセラミックの両者は、フリップチップと基板
との間を、どちらにも結果として生ずる損傷を与えるこ
となしに接続するために、半田バンプのリフローができ
るに十分な加熱ができることが一般に必要である。
【０００５】バンプの作られたフリップチップを使用し
た回路の製作は、フリップチップと基板との間の接続を
目視検査できないことによっても制限される。更に、仕
上げられ取り付けられた回路の生産は、フリップチッ
プ、不活性層、半田バンプ及び基板を含んだ種々の材料
の熱膨張係数間の相異ににより生ずる接続失敗により不
利益な影響をうけることがある。また、半田バンプの溶
融は望ましくない副産物として導電性フラックスを生
じ、一般にこれは仕上げられた回路が適正に作動できる
ように基板とフリップチップとの間から除去しなければ
ならない。
【０００６】製作中の熱応力の問題は、熱的な膨張と収
縮とにより生ずる内部応力によるフリップチップ、基板
及び接続部への損傷を最小にするために、バンプの作ら
れたフリップチップへの急速な加熱及び半田接合部から
の熱の急速な伝導によるような種々の方法で処理されて
きた。しかし、この方法は費用が非常に多くかかる。従
って、迅速で費用効果がよくかつ信頼性があり、従って
その他の形式の超小形電子回路ウェーファー上のフリッ
プチップの利点をより完全に利用しうる基板へのフリッ
プチップの接続方法に対する要求が存在する。また、め
っき工程を実施する必要性をなくす基板への簡単化され
たフリップチップの接続方法についての要求もある。更
に、不活性化と基板選択の融通性を増しうる方法もまた
望ましい。これらの改良は、費用効率を向上させかつ超
小形電子回路に適した応用を広げる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、バンプ付きフ
リップチップの技術、及びバンプ付きフリップチップの
ボンドパッドを基板のボンドパッドに接続するための方
法に関する。本発明により、有機保護層が、暴露された
フリップチップのボンドパッドを残してフリップチップ
の表面上に選択的に形成される。有機保護層より先に延
びる「バンプ」を形成するようにフリップチップのボン
ドパッドに導電性で重合可能な前駆物質が置かれる。あ
るいは、一緒にバンプを形成している２個の層に、各ボ
ンドパッドにおいて導電性の重合可能な前駆物質を形成
することができる。この２層は、バンプと基板のボンド
パッドとの接続より前に、導電性バンプを形成するよう
にこれを重合させることができる。次いで、実質的に重
合されたバンプと基板との間を「ウエット」状態、又は
電気的接続の状態とするために、接着剤が基板のボンド
パッドに塗布される。これにより、フリップチップのボ
ンドパッドと基板のボンドパッドとの間に選択的な導電
性ポリマーが選択的に形成される。あるいは、フリップ
チップのボンドパッドを基板のボンドパッドに接続した
後でバンプを重合させることができる。
【０００８】フリップチップのボンドパッドにおける導
電性の重合可能な前駆物質の形成により、フリップチッ
プのボンドパッドと基板のボンドパッドとの間の電気接
続が得られる。バンプの重合は、半田のリフローに要求
されるよりも低温の中間的な熱条件下で達成できる。従
って、急速加熱により、かつフリップチップ、不活性
層、バンプ及び基板における構成材料の熱膨張係数の大
きな不一致により生ずる信頼性の問題を相当に減少させ
ることができる。更に、重合条件は半田バンプのリフロ
ーに必要な条件よりも厳しくはないので、フリップチッ
プの金属不活性化の必要が無くされかつ広範囲の基板形
式が可能となる。また、半田バンプの堆積のための複雑
かつ時間のかかる蒸着及び電気めっき技術が無くされ
る。更に、ポリマー接続はフラックス無しであり、従っ
てフリップチップと基板との間の導電性フラックスの除
去に伴う困難な問題を無くす。有機保護層はまた低い比
誘電率（ｌｏｗ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｎｓｔａ
ｎｔ）を持ち、このため不活性層として作用し、フリッ
プチップを基板に極めて接近させることを可能とし、従
って完成した回路における回路経路を短くする。
【０００９】本発明の上述の特徴及びその他の詳細は、
本発明の諸段階又は本発明の部分の組み合わせとして、
付属図面を参照してより詳細に説明され、請求範囲に説
明されるであろう。本発明の特別の実施例は説明の方途
として示され本発明を限定するものではないことが理解
されよう。本発明の原理は本発明の範囲より離れること
なく種々の実施例に使用することができる。
【００１０】
【実施例】図１に示された本発明の一実施例において
は、フリップチップ１０の簡略化された図が示される。
これはフリップチップのダイ１１の上側平面１６上のボ
ンドパッド１２、１４よりなる。ダイ１１は、シリコ
ン、ガリウム砒素、ゲルマニウム又はその他の通常の半
導体材料で形成される。図２に見られるように、有機保
護層１８がスクリーン印刷、ステンシル、スピンエッチ
ングにより、あるいはその他のモノマー又はポリマー塗
布方法により、（ボンドパッドに接続された）回路１５
及びフリップチップ１０の表面１６上に形成される。あ
るいは、図３に示されるように、フリップチップ１０
は、有機保護層１８の形成以前に窒化シリコン層又は酸
化物層１９により、これを不活性化することもできる。
有機保護層は、好ましくは誘電性ポリマーである。本発
明における応用に適切な有機材料の一例はエポキシテク
ノロジー・インク（Ｅｐｏｘｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇ
ｙ，Ｉｎｃ．）製造のＥｐｏ−Ｔｅｋ（商品名）ポリイ
ミドである。ボンドパッド１２、１４は有機保護層１８
の堆積中は被覆され、次いで図２に示されるように次の
堆積工程を受ける。有機保護層１８は、図４に示される
ボンドパッド１２、１４上の層２０、２２の形成より前
に、加熱により、又はその他の通常の手段により重合さ
れることが好ましい。有機保護層１８は不活性化され、
これによりフリップチップ１０の下層１６を絶縁し保護
する。
【００１１】図４に示されるように、導電性で重合可能
な前駆物質の第１の層２０、２２がボンドパッド１２、
１４上に選択的に形成される。ここに使用される用語、
導電性で重合可能な前駆物質は、重合の際、又は更なる
重合の際に導電性であり、あるいは導電性物質を支持し
うる熱硬化性ポリマー、Ｂステージポリマー、熱可塑性
ポリマー、又は適宜のモノマー又はポリマーを含むこと
ができる。導電性の重合可能な前駆物質は金、銀、又は
その他の導電性物質を含有することができる。有機保護
層１８は、フリップチップ１０上のモノマーの第１の層
２０、２２の堆積の領域を定めるテンプレートとして作
用する。本発明の好ましい実施例においては、重合され
ない有機保護層は、表面１６上にパターンを保持する高
度の界面活性を持つ。これにより、フリップチップ１０
は、これに続くボンドパッド１２、１４上への導電性の
重合可能な前駆物質の堆積中における取り扱いをより便
利にすることができる。第１の層２０、２２はポリイミ
ド層１８と実質的に同一面である。図５に示されるよう
に、第１の層２０、２２の形成に使用されるような導電
性の重合可能な前駆物質の第２の層２４、２６が第１の
層２０、２２の上に形成される。第１の層２０、２２及
び第２の層２４、２６がフリップチップ１０上のバンプ
２８、３０を形成する。図６に示されるように、基板３
６上の回路３３がボンドパッド３２、３４と接続され
る。図７に見られるように、基板３６上のボンドパッド
３２、３４の既知の位置に揃えられた位置にフリップチ
ップ１０上のバンプ２８、３０が置かれる。次いで、図
８に示されるように、ボンドパッド３２、３４がバンプ
２８、３０と接触させられる。次に、加熱、又はその他
の公知方法によりバンプ２８、３０が重合され、フリッ
プチップのボンドパッド１２、１４と基板のボンドパッ
ド３２、３４との間の電気接続が形成される。本発明に
よる使用に適した基板は、セラミック、シリコン、ポー
セレン、通常の印刷回路ボード材、又は電気回路に適し
たその他の通常の基板のような素材を含む。
【００１２】導電性の重合可能な前駆物質が熱硬化性で
ある場合は、第１の層２０、２２は第２の層２４、２６
の形成以前にこれを重合させることができる。第２の層
２４、２６は基板のボンドパッド３２、３４と接触する
より前に、これを半球状の形にすることができる。第１
の層２０、２２及び第２の層２４、２６がバンプ２８、
３０を形成し、重合より前に基板のボンドパッド３２、
３４ど接触させることができる。続いて、バンプ２８、
３０が重合され、フリップチップのボンドパッド１２、
１４と基板のボンドパッド３２、３４との間の電気接続
を形成する。あるいは、第１の層２０、２２は、第２の
層２４、２６の堆積以前にこれを重合させることができ
る。
【００１３】図９に示されたような本発明の別の実施例
においては、基板のボンドパッド３２、３４との接触以
前に重合される導電性の重合可能な前駆物質でバンプ２
８、３０を形成することができる。図９に示されるよう
に、バンプ２８、３０が基板のボンドパッド３２、３４
と接触させられるより前に、接着剤層３８、４０が基板
のボンドパッド３２、２４上に形成される。使用しうる
接着剤の例は、熱硬化性、熱可塑性及びポリマーの厚膜
を含む。接着剤層３８、４０は、スクリーン印刷、ステ
ンシルにより、又はその他の通常の方法により、基板の
ボンドパッド３２、３４上に形成される。図１１に示さ
れるように、バンプ２８、３０が接着剤層３８、４０と
接触させられ、更に加熱により、又はその他の通常の手
段により導電性接着剤が重合され、フリップチップ１０
のボンドパッド１２、１４と基板３６のボンドパッド３
２、３４との間の電気接続を形成する。
【００１４】バンプ２８、３０の第１の層２０、２２及
び第２の層２４、２６の形成に使用される導電性の重合
可能な前駆物質（ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ）は、Ｂステージ
ポリマーとすることができる。適切なＢステージポリマ
ーの例は、熱硬化性及び熱可塑性プラスチックを含む。
バンプ２８、３０が基板のボンドパッド３２、３４に接
触させられる前に、バンプ２８、３０を構成する導電性
の重合可能な前駆物質からＢステージポリマー内の溶剤
を実質的に蒸発させることができる。Ｂステージポリマ
ー内の溶剤の蒸発により、バンプ２８、３０は、フリッ
プチップがバンプ２８、３０を基板３６に接触するよう
に操作される間、実質的に強固な形状を保持する。Ｂス
テージポリマーは、フリップチップのボンドパッド１
２、１４と基板のボンドパッド３２、３４との間の電気
接続を形成するように、これを実質的に重合させること
ができる。
【００１５】好ましい実施例においては、フリップチッ
プ１１は、アメリカン・オプティカル・コーポレーショ
ンのリサーチ・デバイス・デビィジョンにより製造のモ
デルＭ−８のようなフリップチップアライナーボンダー
により基板３６上に整列される。
【００１６】好ましい実施例がここに特に説明され図解
されたが、本発明の精神及び範囲より離れることなく、
以下の請求範囲内において、上述の教示に照らし、本発
明の多くの変更及び変化が可能であることが認識されよ
う。例えば、フリップチップが１個の回路と２個のボン
ドパッドとだけしかない基板上の単一のフリップチップ
について説明されたが、この理念は、各が多数の回路と
ボンドパッドのある多数のチップを含むように容易に拡
張しうることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】フリップチップの面の上の有機保護層の選択形
成後の本発明の一実施例の平面図。
【図２】線Ｉ−Ｉに沿って得られた図１の実施例の断面
図。
【図３】上に有機保護層が形成された窒化シリコン又は
酸化物の層のある不活性化されたフリップチップの断面
図。
【図４】フリップチップのボンドパッド上の導電性で重
合可能な前駆物質の第１層の形成後の図１の実施例の断
面図。
【図５】バンプを形成するための第１層上の導電性で重
合可能な前駆物質の第２層の形成後の図１の実施例の断
面図。
【図６】本発明を使用するに適切な基板の平面図。
【図７】図１の実施例、及びフリップチップのバンプと
基板のボンドパッドとを揃えた後の図６の線ＶＩ−ＶＩ
に沿って得られた基板の断面図。
【図８】基板のボンドパッドへのフリップチップのバン
プの接触後の図１の実施例の断面図。
【図９】本発明の第３の実施例の断面図であり、これに
おいては、バンプは導電性ポリマーを形成するように重
合され、また基板のボンドパッドへのフリップチップの
バンプの接触以前に基板のボンドパッドに導電性接着剤
が塗布されている。
【図１０】基板のボンドパッドへのバンプの接触及びフ
リップチップのボンドパッドと基板のボンドパッドとの
間の電気接続を形成するための接着剤の重合の後の図９
の実施例の断面図。
【符号の説明】
１０ フリップチップ １１ ダイ １２ ボンドパッド １４ ボンドパッド １８ 有機保護層
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−1849（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−9942（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−173740（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−104142（ＪＰ，Ａ) 特表 平３−504064（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/60 311 H01L 21/60

Claims (13)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 フリップチップのボンドパッドと基板の
    ボンドパッドとの間の導電性相互接続を選択的に形成す
    る導電性相互接続形成方法であって、 ａ）ボンドパッドが露出されてボンドパッドが配置され
    るフリップチップの表面に有機保護層を選択的に形成す
    ること、 ｂ）基板のボンドパッド又はフリップチップのボンドパ
    ッドに、導電性の重合可能な前駆物質を形成すること、 ｃ）フリップチップのボンドパッド又は基板のボンドパ
    ッドに、導電性の重合可能な前駆物質を接触させるこ
    と、 ｄ）フリップチップのボンドパッドと基板のボンドパッ
    ドとの間の導電性相互接続を形成するように、上記前駆
    物質を重合することを含む導電性相互接続を選択的に形
    成する導電性相互接続形成方法において、 共働するボンドパッドが開いた状態になるように、該保
    護層が永久的に形成され、 該保護層を越えて突出するように、それぞれのボンドパ
    ッド上に前駆物質を形成することを特徴とする導電性相
    互接続形成方法。
  2. 【請求項２】 該保護層が、該表面にスクリーン印刷さ
    れる又はステンシル塗布される請求項１の方法。
  3. 【請求項３】 該保護層が、非導電性ポリマーである請
    求項１の方法。
  4. 【請求項４】 該前駆物質が該保護層にスクリーン印刷
    される又はステンシル塗布される請求項１の方法。
  5. 【請求項５】 該前駆物質が、Ｂステージポリマー又は
    熱可塑性ポリマーである請求項１の方法。
  6. 【請求項６】 該相互接続が熱硬化による請求項１の方
    法。
  7. 【請求項７】 フリップチップのボンドパッドと基板の
    ボンドパッドとの間の導電性相互接続を選択的に形成す
    る導電性相互接続形成方法であって、 ａ）ボンドパッドが露出されてボンドパッドが配置され
    る支持体又はフリップチップの表面に有機保護層を選択
    的に形成すること、 ｂ）基板のボンドパッド又はフリップチップのボンドパ
    ッドに、導電性の重合可能な前駆物質を形成すること、 ｃ）フリップチップのボンドパッド又は基板のボンドパ
    ッドに、導電性の重合可能な前駆物質を接触させるこ
    と、 ｄ）フリップチップのボンドパッドと基板のボンドパッ
    ドとの間の導電性相互接続を形成するように、上記前駆
    物質を重合することを含む導電性相互接続を選択的に形
    成する導電性相互接続形成方法において、 共働するボンドパッドが露出された状態になるように、
    該保護層が永久的に形成され、 該保護層を越えて突出するように、それぞれのボンドパ
    ッドの上に前駆物質を形成することを特徴とする導電性
    相互接続形成方法。
  8. 【請求項８】 該保護層が、該表面にスクリーン印刷さ
    れる又はステンシル塗布される請求項７の方法。
  9. 【請求項９】 該保護層が、非導電性ポリマーである請
    求項７の方法。
  10. 【請求項１０】 該前駆物質が該保護層にスクリーン印
    刷される又はステンシル塗布される請求項７の方法。
  11. 【請求項１１】 該前駆物質が、Ｂステージポリマー又
    は熱可塑性ポリマーである請求項７の方法。
  12. 【請求項１２】 該相互接続が熱硬化による請求項７の
    方法。
  13. 【請求項１３】 ボンドパッドを有するフリップチップ
    とボンドパッドを有する基板とを具備する電気的に接続
    されたフリップチップ―基板組立体において、 ａ）ボンドパッドが露出されてボンドパッドが配置され
    た支持体又はフリップチップの表面に永久的に有機保護
    層を選択的にスクリーン印刷又はステンシルすること、 ｂ）基板のボンドパッド又はフリップチップのボンドパ
    ッドに、導電性の重合可能な前駆物質をスクリーン印刷
    又はステンシルすること、 ｃ）基板のボンドパッド又はフリップチップのボンドパ
    ッドに、導電性の重合可能な前駆物質を接触させて、前
    駆物質を該保護層を越えて配置してバンプを生成するこ
    と、及び ｄ）フリップチップのボンドパッドと基板のボンドパッ
    ドとの間の導電性相互接続を形成するように、上記前駆
    物質を重合することによって形成された電気的に接続さ
    れたフリップチップ―基板組立体。
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