JPH03293729A - 半導体装置のボンディングパッドにおけるバンプの構造 - 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】 【産業上の利用分野】

本願発明は半導体装置のボンディングパッドにおけるバ
ンプの構造に関する。

【従来の技術】

ＬＳＩ等の半導体電子部品は、ＬＳＩチップ等の半導体
装置をリードフレーム等の基板上に固定するダイボンデ
ィング工程、上記基板上に固定された上記半導体チップ
の入出力用のボンディングパッドと上記基板上に形成さ
れた配線端子とを金属ワイヤを用いて接続するワイヤボ
ンディング工程、上記半導体チップを樹脂封止する樹脂
モールド工程等を経て製造される。 ところか、上記ワイヤボンディング工程においては、各
ホンディングパッドと配線端子とを金属ワイヤを用いて
順次接続するという方法かとられるため、ワイヤボンデ
ィングに時間かかかり、製造効率か低下する。また、金
属ワイヤが半導体チップの表面から突出するため、半導
体電子部品の薄型化か制限される。さらに、多数のボン
ディングパット′を備える半導体チップにおいては、半
導体チップの表面周縁部に上記ポディングバットを列状
に配置しなければならないため半導体チップが大型化す
る。しかも、上記基板における半導体チップ接合部周縁
に、多数の配線端子を形成しなければならないため、高
密度の実装かできないという問題がある。 このため、近年は、半導体チップの表面周縁部のみなら
ず、表面内側部にもボンディングパッドを形成する一方
、基板上に上記ボンディングパッドに対応する配線端子
を集中配置し、半導体チップの配線面を下にして上記基
板上に直接載置して、半導体チップの上記ボンディング
パッドと、基板上の上記配線端子とを金属ワイヤを用い
ることなく一括して接続する、いわゆるフリップ・チッ
プ法が採用されることが多い。 上記フリップ・チップ法を行うには、ボンディングパッ
ドと基板の配線端子との接続の確実を図って半導体部品
の信頼性を高めるため、上記半導体チップのボンディン
グパッド上にハンダ、金等によってあらかじめ半導体チ
ップの表面から突出するバンプを形成し、このバンプを
上記基板の配線端子に一括溶着させることにより接続が
行われる。フリップ・チップ法を採用すると、半導体チ
ップの接合面全体にボンディングパッドを形成すること
ができるため、入出力に必要なボンディングパッドが増
加しても半導体チップおよび基板の大きさが大きくなら
ず、高密度実装が可能となり、半導体部品の小型化を促
進することができる。

【発明が解決しようとする課題】

ところが、上記半導体チップのボンディングパッドはア
ルミニウム薄膜で形成されているため、その強度が弱く
またハンダ等とのなじみが悪い。 また、半導体チップの表面に形成されるボンディングパ
ッドの表面のみに導電性のバンプを形成しなければなら
ない。このため、以下に説明する非常に複雑なバンプの
形成工程を必要とする。 第４図（ａｌないし第４図（ｆｌは従来のバンプの形成
工程の概略を示す図である。 まず、半導体チップｌのボンディングパッド２を除く表
面上に、化学蒸着（ＣＶＤ）により絶縁保護膜としての
パシベーション膜３を形成する。 （第４図（ａ）） 次に、上記ボンディングパッド２の表面を保護して接触
抵抗の増加を防止するバリアメタル４を形成する。バリ
ヤメタル４はスパッタ法等を用いて蒸着形成されるため
、この段階では、上記半導体チップｌの表面全体にバリ
ヤメタル４を蒸着形成しなければならない。（第４図（
ｂ））そして、ボンディングパッド２上にのみにバンプ
を形成するため、上記ボンディングパッド２の部分以外
の部分をフォトレジスト膜５で覆い（第４図（Ｃ１）、
その後メツキによって上記ボンディングパッド２のバリ
ヤメタル４上に金あるいはハンダ等の接合金属１１６を
積層してバンプ７を形成する。（第４図（ｄ）） 次に、上記フォトレジスト膜５を除去した後、上記バン
プ形成部分以外のバリヤメタル４をエツチングによって
除去してバンプ７の形成工程か終了する。（第４図（ｅ
ｌおよび第４図（ｆ））上述のように、従来のバンプ形
成方法においては、バリヤメタル４を蒸着させるための
蒸着装置、上記バリヤメタル４上に接合金属層６を形成
するためのメツキ装置、余分なバリヤメタル４を除去す
るためのエツチング装置等の高価な設備か必要となり、
設備コストが増大する。また、上述の複雑な形成工程を
必要とし、半導体装置の製作時間の短縮を図ることもで
きない。このため、半導体部品の製造コストの低減を図
ることができないという問題かある。 しかも、上記工程は各半導体チップに分割する前のウェ
ハ単位で行う必要かあり、不良の半導体チップにも同時
にバンプ７が形成されてしまうため、歩留まりの低いウ
ェハから製造される半導体装置においては、製品単価か
高騰するといった問題も生しる。 本願発明は、上述の事情のもとで考え出されたものであ
って、上記従来の問題を解決し、高価な設備、および複
雑な形成工程を必要とすることなく、しかも、良品の半
導体チップのみにバンプを形成することのできる半導体
装置のボンンディングパッドにおけるバンプの構造を提
供することをその課題とする。

【課題を解決するための手段】

上記課題を解決するために、本願発明では次の技術的手
段を講している。 すなわち、本願発明は、半導体装置表面のボンディング
パッド上に形成され、上記半導体装置を取付は相手部材
の配線端子へ接続固定する接続用バンプの構造であって
、 上記ボンディングパッド上に、樹脂被膜を設けるととも
に、 上記樹脂被膜に、複数の導電粒子を保持させたことを特
徴とする。

【発明の作用および効果】

本願発明は、ボンディングパッド上に樹脂被膜を設ける
とともに、上記樹脂被膜に導電粒子を保持させ、上記導
電粒子によって、基板の配線端子と半導体装置上のボン
ディングパッドとの導通をはかるバンプ構造を提供する
ものである。 上記樹脂被膜は、フォトレジストを半導体装置の表面に
コーティングした後、フォトリソグラフィ等の汎用手段
を利用して、上記ボンディングパッド上に容易に形成す
ることができる。 また、上記樹脂被膜に保持させる導電粒子は、ニッケル
、ハンダ等の導電性金属を所定の直径を育する球状粒子
に形成したものや、プラスチック等の絶縁性球状粒子の
表面に導電性金属をコーティングして導電性を付与した
導電粒子等を採用することができる。 上記導電粒子を上記樹脂被膜に保持させるには、上記樹
脂被膜を形成した後、上記樹脂被膜の表面に導電粒子を
押しつける等の物理的な工程により行うことができる。 このため、従来のバンプ形成方法のように、高価な製造
設備は必要としない。 上記バンプを介して、半導体装置を取付相手部材の配線
端子に接続すると、上記導電粒子が上記ボンディングパ
ッドの表面および上記配線端子の表面に接触するととも
に、上記導電粒子が上記接触状態で上記樹脂被膜に保持
され、ボンディングパッドと配線端子との間の導通をは
かることができる。また、接合の際に上記半導体装置あ
るいは取付相手部材を加熱すると、上記樹脂被膜が取付
相手部材の配線端子表面に溶着するため、上記樹脂被膜
が、上記ボンディングパッドと配線端子とを互いに固定
する接着材としての機能を発揮する。 この結果、上記半導体装置と取付相手部材との接合強度
を高め、半導体部品の信頼性を高めることも可能となる
。さらに、接合の際の温度をより高めることにより、上
記導電粒子を溶・融させて上記ボンディングパッド表面
および配線端子の表面に溶着させることもでき、上記ボ
ンディングパッドと配線端子との接合をさらに確実に行
うこともできる。 上述のように、本願発明に係るバンプは、従来のバンプ
形成方法において必要であった蒸着装置、エツチング装
置等の高価な製造設備を要することなく形成することが
でき、設備コストを大幅に削減することができる。 また、従来のバンプ形成工程に比べて、工程が大幅に簡
略化され、製造時間の短縮を図ることができる。 さらに、本願発明においては、ウェハ単位で加工する必
要がなく、ウェハを各半導体チップに分割した後にバン
プを形成することができるため、良品の半導体チップの
みにバンプを形成することかできる。このため、歩留ま
りの悪いウェハから製造される半導体装置においても、
製造コストが高騰するといったことがない。

【実施例の説明】

以下、本願発明に係る実施例を第１図ないし第３図に基
づいて具体的に説明する。なお、これらの図において、
従来例と同一あるいは同等の部材には同一の符号を付し
である。 第１図は、本願発明に係るバンプの構造を備える半導体
装置の部分断面図である。この図に示すように、ＬＳＩ
等の半導体装置８の表面には、ウェハプロセスによって
形成された図示しない半導体素子に電力を供給しあるい
は出力を取り出すためのボンディングパッド２か形成さ
れている。通常、上記ホンディングパッド２は、半導体
装置８の表面上にアルミニウムの薄い膜を真空蒸着する
ことにより形成された配線構造の末端に設けられる。上
記半導体装置８の表面は、上記ボンデインクハツト２の
形成部分を除いて、パシベーション膜３て覆われ、半導
体素子形成部および配線構造が保護されている。 本願発明に係るバンプ１３は、上記半導体装置８の表面
上に設けられる上記ボンディングパッド２上に、樹脂被
膜９を形成するとともに、上記樹脂被膜９に複数の導電
粒子ｌＯを保持させて大略構成される。 上記樹脂被膜９は、フォトリソグラフィの手法を用いて
形成されたものであり、本実施例においては、上記樹脂
被膜９形成するフォトレジストとしてフェノール樹脂等
の樹脂素材が用いられ、約１μｍの厚さに形成されてい
る。 上記樹脂被膜９に保持される上記導電粒子１０は、ニッ
ケル、ハンダ等の導電性のある金属を所定の直径を有す
る微小球状粒子に成形加工したものである。ボンディン
グパッド２と取付は相手部材１１の配線端子１２との間
の導通の確実を図るため、上記導電粒子ｌＯの直径を、
上記パシベーション膜３ないし上記樹脂被膜９の形成厚
さより大きく設定することが好ましく、約５μｍないし
２０μｍに設定するのが好ましい。本実施例においては
、上記導電粒子ＩＯを、その一端を上記ボンディングパ
ッド２の表面に接触させる一方、他端部が上記樹脂被膜
１０およびパシベーション膜３の表面から突出するよう
にして、上記樹脂被膜９に保持させている。 次に、上記バンプ１３の形成方法について説明する。 まず、半導体チップＩに分割される前のウェハ段階にお
いて、樹脂被膜９を形成する上記フォトレジストをウェ
ハの表面全体にコーティングする。 そして、フォトリソグラフィの手法を用いて、上記ボン
ディングパッド２の部分のみに紫外線を照射して硬化さ
せ、他の部分のフォトレジストを除去することにより、
上記ボンディングパッド２上のみに樹脂被膜９を形成す
る。その後、ダイシングを行い、上記ウェハを各半導体
装置８を形成する半導体チップｌに分割する。 次に、第２図に示すように、治具１４の平坦面１４ａに
、上記導電粒子を均一に分散配置し、上記半導体チップ
１の上記ボンディングパッド２を形成した面を所定の圧
力で押しつける。すると、上記ボンディングパッド２上
に形成した樹脂被膜９に上記導電粒子ｌＯが食い込み、
上記樹脂被膜９に導電粒子が保持される。本実施例にお
いては、第１図に示すように、半導体装置８を取付相手
部材１１に接続した後の導通を確実にするために、上記
導電粒子ｌＯの一端部が上記ボンディングパット２に接
触するように保持させている。 上記構造のバンプ１３を有する半導体装置８を所定の温
度に加熱しつつ、図示しないコレット装置等によって取
付相手部材１１に押圧し、上記バンプ１３を配線端子１
２に接合する。 第３図に本願発明に係るバンプ１３を備える半導体装置
８を、上記バンプ１３を介して取付相手部材１１である
基板１１ａの配線端子１２に接合した状態を示す。この
図に示すように、導電粒子ｌＯの直径かボンディングパ
ッド２上に延出形成されたパシベーション膜３の厚さよ
り大きく設定されているため、上記導電粒子ｌＯは、そ
の上端部および下端部か、上記ボンディングパッド２の
表面および基板１１ａの配線端子１２の表面に接触させ
られた状態で上記樹脂被膜９に保持され、これらボンデ
ィングパッド２と配線端子１２との間の導通かはかられ
ている。また、上記ボンディングパット２上に形成され
た樹脂被膜９が、基板＋１ａの配線端子１２の表面にも
溶着して接着効果を発揮しており、上記半導体装置８の
基板１１ａに対する接合をより確実にしている。 なお、第３図に示す実施例においては、接合状態で導電
粒子ＩＯか溶融していない場合を示したか、接合する際
、半導体装置８あるいは基板１１ａをさらに加熱するこ
とにより上記導電粒子１０の表面ないし全体を溶融させ
て、上記ボンディングパット２および配線端子１２の表
面に溶着させ、より確実な接続構造を得ることができる
。 上述のように、本願発明に係るバンプ１３は、従来のバ
ンプの形成方法のように、蒸着装置、エツチング装置等
高価な製造設備を要することなく形成することかでき、
設備コストを大幅に削減することかできる。 また、従来のバンプ形成工程に比べて、工程が大幅に簡
略化され、製造時間の短縮を図ることができる。 さらに、本願発明においては、ウェハ単位で加工する必
要がなく、ウェハを各半導体チップｌに分割した後に上
記バンプ１３を形成することができるため、良品の半導
体チップｌのみにバンプ１３を形成することができる。 このため、歩留まりの悪いウェハから製造される半導体
装置においても、製造コストが高騰するといったことが
ない。 本願発明の範囲は、上述の実施例に限定されることはな
い。上記実施例は、本願発明をフリップチップ法に用い
る半導体チップに適用したものであるが、テープオート
メイテッドボンディング法（ＴＡＢ法）等に用いる半導
体チップにも適用することができる。さらに、チップ状
半導体装置のみならず、ハイブリッドＩＣ等の半導体装
置にも適用することが可能である。本実施例においては
、樹脂被膜９としてフェノール樹脂を採用したか、他の
材料からなる樹脂被膜を形成することもてきる。また、
導電粒子ｌＯとして、ニッケル・ハンダで形成された中
実状の球状粒子を採用したか、ガラス、プラスチック等
の球状絶縁素材の表面に導電性金属のメツキを施して形
成される導電粒子を採用することもできる。また、本実
施例においては、上記導電粒子１０の直径を一定とした
が、直径の異なる導電粒子を採用するとともに、導電粒
子間の接触により導通をはかることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本願発明に係るボンディングパッドにおけるバ
ンプの構造を備える半導体装置の部分断面図、第２図は
本願考案に係るバンプの構造を形成する方法を説明する
図、第３図は本願考案に係るバンプの構造を有するチッ
プを取付は相手部材に接合したときの断面図、第４図は
従来のバンプを形成する方法を示す図である。 ２・・・ボンディングパッド、８・・・半導体装置、９
・・・樹脂被膜、ｌＯ・・・導電粒子、１１・・・取付
相手部材、１２・・・配線端子、１３・・・バンプ。 （ａ） 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体装置表面のボンディングパッド上に形成さ
   れ、上記半導体装置を取付け相手部材の配線端子へ接続
   固定する接続用バンプの構造であって、 上記ボンディングパッド上に、樹脂被膜を 設けるとともに、 上記樹脂被膜に、複数の導電粒子を保持さ せたことを特徴とする、半導体装置のボンディングパッ
   ドにおけるバンプの構造。