JPH04106931A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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JPH04106931A
JPH04106931A JP2222374A JP22237490A JPH04106931A JP H04106931 A JPH04106931 A JP H04106931A JP 2222374 A JP2222374 A JP 2222374A JP 22237490 A JP22237490 A JP 22237490A JP H04106931 A JPH04106931 A JP H04106931A
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JP
Japan
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electrode
semiconductor device
aluminum
zinc
bumps
Prior art date
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Pending
Application number
JP2222374A
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English (en)
Inventor
Akira Niitsuma
新妻 陽
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10WGENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W72/00Interconnections or connectors in packages
    • H10W72/071Connecting or disconnecting
    • H10W72/072Connecting or disconnecting of bump connectors
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10WGENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
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    • H10W72/20Bump connectors, e.g. solder bumps or copper pillars; Dummy bumps; Thermal bumps

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  • Manufacturing Of Printed Wiring (AREA)

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) 本発明は、絶縁基板上と半導体素子とがバンプを介して
接続された半導体装置とその製造方法に関する。
(従来の技術) 近年、半導体集積回路技術の進歩により、端子数か10
0を越える半導体素子やパッドピッチが100μm以下
の半導体素子が出現してきている。これに伴い半導体素
子の実装密度を高めるために、組立て時に電極の数に依
存せず、−度にボンディングか可能でチップの実装が極
めて小容積にできる、フリップチップ方式、ビームリー
ド方式、テープキャリヤ方式等のワイアレスボンディン
グが注目されている。特にフリップチップ方式は他の方
式のものよりボンディング強度が強く、信頼性が高いの
で期待されている。
第6図にはフリップチップ方式を用いた従来の半導体装
置の一例が示されている。この方式は、半導体素子1側
の電極2もしくは基板3側の電極4にバンプ5と呼ばれ
る金属突起を形成し、このバンプ5を介して半導体素子
1を基板3にフェイスダウンで直接接続半導体素子1に
接続するものである。
ハンプ5の形成は、例えば、最初、第7図Ca)に示す
ようには基板3に設けられたアルミニウムからなる電極
4の表面に、同図(b)に示すように金、銅等からなる
金属膜6を被覆し、次に同図(C)に示すように全面に
フォトレジストアを塗布し、フォトリソグラフィを用い
てバンプ5の形成領域のみに開口を形成し、次にこの基
板3をハンプ5となる金属イオンを含む水溶液中に浸漬
し、これをカソードとし、アノードとの間に直流電流を
通し、同図(d)に示すように開口に金属イオンを電解
析出させてハンプ5を形成し、最後に同図(e)に示す
ように不要なフォトレジストアおよび金属膜6を除去し
てバンプ2か完成する。
しかしこのような方法では、バンプ材料として用いられ
る金または銅か電極材料のアルミニウムと反応して脆い
金属間化合物を作り、これが原因して断線等の不都合か
生しるという問題かあった。
そこで、金または銅ハンプを電極4上に形成する場合に
は、この電極4土にバリアメタル層を設け、その後、先
に説明した第6図(b)〜(e)に示されるのと同様な
工程を経てハンプ5を形成する方法か取られるようにな
った。
二の方法では金−アルミニウム間、銅−アルミニウム間
にバリアメタル層か挿入されることになるので、電極4
か金ハンプまたは銅ハンプに直接接触することがなぐり
、確かに断線が起こり難くなる。しかしなからこの方法
では電極4上にバリアメタル層を形成する必要かあるの
で製造工程か複雑になり、生産性の低下を招くという新
たな問題を生した。
(発明か解決しようとする課題) 上述の如〈従来のバンプの形成方法では、電極となるア
ルミニウムとハンプとなる金、銅等の金属とか直接接合
するのでこれら金属間で化学反応か起こり金属間化合物
か形成され、その結果、配線か脆くなり断線か生し易く
なるので信頼性か低下するという問題かあった。また、
金属間化合物の形成を防止するために、バリアメタルを
介して電極と・くンブとを電気的に接合する方法もある
が、これだとバリアメタルを形成する工程か加わるので
全体として製造工程か複雑になり、生産性が低下すると
いう問題があった。
本発明は、上記事情を考慮してなされたちので、その目
的とするところは、製造工程の複雑化を招くことなく、
金属間化合物の形成を防止できる半導体装置およびその
製造方法を提供することにある。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) 上記の目的を達成するために、本発明の半導体装置は、
絶縁基板上の電極と半導体素子上の電極とかバンプを介
して接続されると共に前記絶縁基板または前記半導体素
子の少なくともどちらか一方の電極かアルミニウムを主
成分とする導体層からなる半導体装置において、亜鉛を
主成分とするバンプを有することを特徴とする。
また、本発明の半導体装置の製造方法は、絶縁基板上の
電極と半導体素子上の電極とかバンプを介して接続され
ると共に前記絶縁基板または前記半導体素子の少なくと
もどちらか一方の電極がアルミニウムを主成分とする導
体層からなる半導体装置において、前記バンプを前記電
極の前記アルミニウムを亜鉛に置換して形成することを
特徴とする。
また、前記アルミニウムは無電界メツキにより前記亜鉛
に置換されることが望ま−Lい。
また、前記アルミニウムを主成分とする前記導体層はア
ルミニウムとシリコンとからなる合金層であることが望
ましい。
(作用) 本発明の半導体装置によれば、ハンプ材料として、アル
ミニウムと接合しても脆い金属間化合物を作らない亜鉛
を用いているので、アルミニウムからなる電極とバンプ
との接合状態か改善され、断線等が起こり難くなるので
従来の半導体装置に比べて信頼性が高くなる。
また、本発明の半導体装置の製造方法によれば、ハンプ
形成領域のアルミニウムを亜鉛に置換してハ、ブを形成
するので、電気メツキのように外部の電界によりバンプ
となる金属イオンをバンプ形成領域に強制的に引き付け
てハンプを形成するのとは異なり、亜鉛か自発的に析出
するので緻密な構造を合するバンプか得られる。その結
果、バンプの強度か強くなると共に接合部での腐食が起
こり難くなるので装置の信頼性か高くなる。
また、無電界メツキを用いてアルミニウムを亜鉛に置換
すると、膜状てはなく塊状に成長するので、容易にハン
プを形成することかできる。
また、アルミニウムと亜鉛とからなる合金層を電極とし
て用いると、アニール処理によりアルミニウム中のシリ
コンか析出し、このシリコンかメツキの析出核となり容
易に亜鉛が析出する。
(実施例) 第1図を参照して本発明の第1の実施例を説明する。
これを製造工程に従い説明すると、最初、コーニング7
059のガラスからなる絶縁基数11上に厚さ約150
0人のI T O(lnclium Tin 0xid
e)等の導電膜を堆積し、この導電膜を配線パターン状
に加工して基板電極12を形成する。この基板電極12
上に粒径20〜30μm程度の亜鉛片からなるバンプ1
3を配置し、このバンプ13を半導体素子14に設けた
アルミニウムからなる素子電極15と相対応させて位置
合わせを行い、半導体素子14側から加熱加圧し、フェ
イスダウンで半導体素子14と絶縁基板11とを接続す
る。
アルミニウムからなる電極15が他の金属と信頼性良く
接続させるためには、アルミニウムと相互拡散しにくい
金属か、アルミニウムと反応しても金属間化合物を作ら
ない金属を用いることが要求されるか、亜鉛は、第2図
に示されるl−2n 6全状態図から分かるように、ア
ルミニウムと金属間化合物を作らない。
したがって、このような構成の半導体装置では亜鉛片を
バンプ材料として用いているので素子電極15とバンプ
13との接合面近傍には金属間化合物が形成されず、断
線等による接続不良を防止できるので基板11と半導体
素子14との接続状態か改善され信頼性の高い半導体装
置が得ることかできる。
次に第3図を参照して本発明の第2の実施例を説明する
これを製造工程に従い説明すると、最初、半導体素子1
4側にアルミニウム合金層を堆積し、二のアルミニウム
合金層をバターニングして素子電極25を形成する。次
に希酸を用いてこの素子電極25上のアルミニウム酸化
膜を除去し、その後、奥田製薬工業社のサブスターZn
−1を亜鉛の無電界メツキ液として用い、このメツキ液
中に素子電極25が形成された半導体素子24を浸漬さ
せ、素子電極25上に表面から厚さ約20〜30μm程
度の亜鉛塊からなるバンプ23を形成する。−方、グレ
ーズアルミ基板21上に厚さ約100人程度のアルミニ
ウム膜を堆積し、このアルミニウム膜を配線パターン状
に加工して基板電極22を形成する。最後に、第1の実
施例と同様に半導体素子24側から加熱加圧し、フェイ
スダウンて半導体素子24と絶縁基板21とを接続して
半導体装置か完成する。
このようにして製造された半導体装置では、電気メツキ
のように電気的な力でバンプ形成領域に金属イオンを強
制的に引き付はバンプを形成するのとは異なり、無電界
メツキによりアルミニウムを亜鉛に置換して亜鉛塊を形
成しているので、非常に緻密構造を有するバンプ23を
得ることができる。その結果、バンプ23と素子電極2
2との接合状態か向上して腐食等が起こり難くなり、装
置の信頼性が高くなる。
また、発明者等の鋭意研究の結果、アルミニウムを亜鉛
に置換するのに、無電界メツキを用いると、亜鉛が膜状
に成長するのではなく、塊状に成長することが判明した
。したがって、簡単な製造工程でバンプ23として用い
ることができる亜鉛塊を容易に形成できるようになる。
また、第1の実施例と同様に、アルミニウム合金層から
なる素子電極25とバンプ23との接合面近傍には金属
間化合物が形成されず、装置の信頼性が高くなるのはい
うまでもない。
次に第4図を参照して本発明の第3の実施例を説明する
これを製造工程に従い説明すると、最初、グレーズアレ
ミナ基板31上に厚さ約1μm程度のへΩ−5i合金膜
を堆積し、この合金膜をエツチングして基板電極32を
形成する。次にこの基板電極32上にパッシベーション
膜36となる厚さ約1000人のシリコン酸化膜を堆積
し、バンプ形成領域となる部分の基板電極32のみが露
出するようにパッシベーション膜36を除去する。次に
、このパッシベーション膜36をアニール処理した後に
、グレーズアレミナ基板31を真円製薬工業社のサブス
ターZn−1等の亜鉛の無電界メツキ液に浸漬し、基板
電極32か露出しているハンプ形成領域に亜鉛の塊を析
出させバンプ33を形成する。最後に、素子電極35と
バンプ33との位置合わせをし、フェイスダウンで半導
体素子34を絶縁基板31に接続して半導体装置か完成
する。
このようにして製造された半導体装置は、先に説明した
第2の実施例と同様の効果を得られるのは勿論の二と、
基板電極32の電極+オ料としてA11−Si合金膜を
用いたので、その後のアニール処理によりアルミニウム
中のシリコンか析出し、このシリコンかメッキ核となり
、ハンプ形成領域に亜鉛か析出し易くなるのてハンプ形
成時間の短縮化か可能となる。
次に第5図を参照して、本発明の第4の実施例を説明す
る これを製造工程に従い説明すると、最初、半導体素子4
4上にAl−8i−Cu合金層を堆積し、この合金層を
エツチングして所定パターンの素子電極45を形成する
。次にこの半導体素子44を真円製薬工業社のサブスタ
ーZn−1の亜鉛の無電界メツキ液に約60秒間浸漬し
、素子電極45上に表面から厚さ約201.!m程度の
亜鉛塊を形成する。次にこの半導体素子44を亜鉛の無
電界メツキ液から取り出し、60℃に保たれた真円製薬
工業社のトップケミアロイB−1のニッケルの無電界メ
ツキ液に約5分間を浸漬し、亜鉛塊の表面に厚さ約1μ
m程度のニッケル皮膜46を被覆してバンプ43を形成
する。最後に、素子電極45と基板電極42との位置合
わせをし、半導体素子44を加熱加圧してフェイスダウ
ンて絶縁基板41に接続して半導体装置か完成する。
このようにして製造された半導体装置は、先に説明した
第3の実施例と同様の効果を得られるのは勿論のこと、
バンプ材料となる亜鉛塊がニッケル皮膜により被覆され
るので耐食性か増し、更に信頼性の高い半導体装置を得
ることができる。
なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。例えば、第3の実施例ではニッケルを用いて亜鉛塊
を被覆したが、被覆用の金属は亜鉛の耐食性を向上させ
ることかでき、かつ無電界メツキ法により形成できる金
属であればニッケル以外のものでもよい。
また、上記4つの実施例では基板または半導体素子のど
ちらか一方の電極かアルミニウムを主成分とする半導体
装置について述べたが、基板および半導体素子の電極が
供にアルミニウムを主成分とする半導体装置にも適用で
きる。
更に、上記第4つ実施例は全てフリップチップ方式に関
して述べたが、本発明はその他のハンプを用いて半導体
素子と基板とを接続する方式、例えばTAB方式等に適
用できる。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、
種々変形して実施できる。
U発明の効果] 本発明の半導体装置によれば、基数または半導体素子の
少(ともとちらか一方の電極がアルミニウムを主成分と
するこれら電極同士を、亜鉛を主成分とするハンプを介
して接続しているので、バンプとアルミニウムを主成分
とする電極とは脆い金属間化合物を形成しない。したが
って、電極間の接合状態か改善され、信頼性の高い半導
体装置を得ることかできる。
本発明の半導体装置の製造法法によれば、アルミニウム
を亜鉛に置換することでバンプを形成するので、バンプ
の構造は非常に緻密なものとなり、耐腐食性が向上し、
信頼性の高い半導体装置を得ることができる。
また、ハンプをニッケル等の耐食性に優れた金属で波器
したので、ハンプの信頼性が向上する。
更に、無電界メツキを用いてアルミニウムを亜鉛に置換
することでハンプとして用いることかできる塊状の亜鉛
を容易に形成できる。
更にまた、アルミニウムとシリコンとからなる合金層で
電極を形成したので、アニール処理によりシリコンをメ
ツキ咳として用いることかでき、ハンプ形成時間の短縮
化か可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例に係る半導体装置を説明
するための図、第2図はAN−Zn合金状態図、第3図
は本発明の第2の実施例に係る半導体装置の製造方法を
説明するための図、第4図は本発明の第3の実施例に係
る半導体装置の製造方法を説明するための図、第5図は
本発明の第4の実施例に係る半導体装置の製造方法を説
明するための図、第6図は従来の半導体装置を説明する
ための図、第7図は従来のハンプの形成方法を説明する
ための図である。 11、.21,31.41・・・基板、12,22゜3
2.42・・基板電極、13,23.33.43・・・
くンプ、14,24,34.44・・・半導体素子、1
5.25.35.45・素子電極、36・・・パッシベ
ーション膜、46・・ニッケル皮膜。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 Znの重量へ’−tシF AJ              Zn(AIJハ”−
tンF           Zn42図 出願な 、53図 t 4 図 第5図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)絶縁基板上の電極と半導体素子上の電極とがバン
    プを介して接続されると共に前記絶縁基板または前記半
    導体素子の少なくともどちらか一方の電極がアルミニウ
    ムを主成分とする導体層からなる半導体装置において、
    前記バンプは亜鉛を主成分とすることを特徴とする半導
    体装置。
  2. (2)絶縁基板上の電極と半導体素子上の電極とがバン
    プを介して接続されると共に前記絶縁基板または前記半
    導体素子の少なくともどちらか一方の電極がアルミニウ
    ムを主成分とする導体層からなる半導体装置において、
    前記バンプは前記電極の前記アルミニウムを亜鉛に置換
    して形成されることを特徴とする半導体装置の製造方法
JP2222374A 1990-08-27 1990-08-27 半導体装置およびその製造方法 Pending JPH04106931A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6818313B2 (en) 2002-07-24 2004-11-16 University Of Dayton Corrosion-inhibiting coating

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6818313B2 (en) 2002-07-24 2004-11-16 University Of Dayton Corrosion-inhibiting coating
US7537663B2 (en) 2002-07-24 2009-05-26 University Of Dayton Corrosion-inhibiting coating

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