JPH0644584B2 - 合金結合インジュウムバンプおよびその処理方法 - Google Patents

合金結合インジュウムバンプおよびその処理方法

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JPH0644584B2
JPH0644584B2 JP2075334A JP7533490A JPH0644584B2 JP H0644584 B2 JPH0644584 B2 JP H0644584B2 JP 2075334 A JP2075334 A JP 2075334A JP 7533490 A JP7533490 A JP 7533490A JP H0644584 B2 JPH0644584 B2 JP H0644584B2
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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、融着結合に関するものであり、特に金パッ
ドに対するインジュウムバンプの合金結合および集積回
路およびそれらの処理等に使用するのに適した結合され
たバンプおよびパッド構造を生成するその形成方法に関
するものである。
［従来の技術］ 従来バンプおよびパッド構造は１９６０年以来知られて
いる。これらはＩＢＭ社により開発されたよく知られた
ハンダとハンダのバンプコンタクト、ヒューズ社の関係
するサンタバーバラ研究センターにより開発されたイン
ジュウムとインジュウムのバンプコンタクト、ハネウエ
ル社により開発された金と金のバンプコンタクトを含ん
でいる。これらの各コンタクトは再溶融プロセスによっ
て処理され、バンプおよびパッド構造は通常の溶接方法
により互いに溶接されている。
［発明の解決すべき課題］ この発明は、バンプとパッドの新しい結合プロセスおよ
びそれによるコンタクトを提供するものである。
［課題解決のための手段］ この発明の装置は、チタニウム層と、チタニウム層上の
ニツケル層と、その上の金層との３層配置を具備する結
合パッドとインジュウムバンプとで構成されている。イ
ンジュウムバンプと金パッドとは短時間（典型的には10
秒程度）約800ＰＳＩ（ポンド／平方インチ）の圧力で
互いに押付けられて圧着され、それから圧着された部品
は約100℃で約１時間加熱される。必要ならば圧着に先
立って酸化物を除去するために低濃度の塩酸（典型的に
は１％）中でエッチングされる。この加熱によりインジ
ュウムバンプと金が合金し両者の間に非常に強い結合力
の真の溶接が形成される。
この発明によるインジュウムバンプの合金方法は以下の
工程を含んでいる。まず通常のアルミニウム、シリコ
ン、またはポリシリコンのパッドが集積回路チップ上
の、例えばインジュウムバンプが形成されるべき位置に
形成される。インジュウムバンプはこのパッド上に形成
される。インジュウムバンプはもしも酸化されているな
らば低濃度の塩酸によって化学的にエッチングされる。
それから基体が準備され、その基体上に通常のアルミニ
ウム、シリコン、またはポリシリコンのパッドが形成さ
れる。それからチタニウムの層がパッド上に付着され
る。次にニッケル層がチタニウム層上に付着され、最後
に金の層がニッケル層上に付着される。
インジュウムバンプは短時間結合パッドに押付けられ、
一時的に溶融してそれに圧着される。インジュウムバン
プを結合パッドに圧着させる圧力は約800ＰＳＩであ
り、圧着に必要な時間は約10秒である。インジュウムバ
ンプと金結合パッドは室温で合金を開始し、室温で約３
週間で完全な合金溶接を形成する。しかしながら約１時
間約１００℃に加熱することによってインジュウムバン
プと金結合パッドとの間の合金結合を加速することがで
きる。
［実施例］ 添付図面を参照にして以下この発明の実施例を詳細に説
明する。
第１図を参照すると、この発明で使用される金のコンタ
クトパッドは以下のようにして製造される。まず基体12
が準備される。基体12は例えばアルミニウム、シリコ
ン、またはポリシリコンのような任意の通常使用されて
いる基体材料で構成することができる。それからアルミ
ニウム、シリコン、またはポリシリコンの通常のパッド
17が基体12上に形成される。このパッド17上にチタニウ
ム層14が約400Åの厚さに付着される。次にこのチタニ
ウム層14にニッケル層15が約1000Åの厚さに付着され
る。次に金層16が約3000Åの厚さに付着される。これら
の３つの層は通常のようにフォトリソグラフ法によりエ
ッチングされて約0.025mmの直径の円形、または一辺が
約0.020mm正方形の金のパッド20（第３図参照）が形成
される。
第２図を参照すると、金パッド20を形成する第２の方法
が示されている。この方法はパッド20の形成に通常のリ
フト・オフ法を使用する。この第２の方法ではパッド17
がまず基体２上に形成される。通常のフォトレジスト層
18が基体12およびパッド17上に付着され、パッド17上に
穴を形成するためにパターニングされる。それからチタ
ニウム層14、ニッケル層15、および金層16がフォトレジ
スト層18の表面および穴中に上記のようにして順次付着
される。それからフォトレジスト層18が例えばアセトン
を使用して除去され、金のパッド20が残される。さらに
インジュウムバンプ11（第３図参照）も同様の方法で形
成できる。
一般にインジュウムバンプ11は１〜９ミクロンの範囲の
厚さを有し、ニッケル層15は200〜3000Åの範囲の厚さ
を有し、チタニウム層14は50〜1000Åの範囲の厚さを有
し、金層16は1000〜5000Åの範囲の厚さを有する。
第３図を参照すると、この発明の原理にしたがって形成
されたインジュウムバンプ11および金のコンタクトパッ
ド20が示されている。例えば集積回路チップ上に配置さ
れているインジュウムバンプ11は例えば上記のような任
意の通常のインジュウムバンプ形成方法を使用して形成
される。典型的にはインジュウムバンプ11は、高さ約0.
006mmで、直径が約0.025mmの円形、或いは一辺が約0.02
0mmの正方形である。インジュウムバンプ11は形成した
後で直ちにこの発明の方法に使用されることもできる。
しかしながらもしも酸化される可能性があれば、酸化物
を除去するために約１％の塩酸でエッチングされる。酸
化物除去の効果は約１週間持続し、必要に応じて繰返さ
れる。
第４図を参照すると、インジュウムバンプ11は１平方イ
ンチ当り約800ポンドの圧力で約10秒間押付けることに
よって金パッド20に合金結合される。この圧力は一時的
に２つの成分を溶融させる。融着したインジュウムバン
プ11と金パッド20は約１時間約100℃の温度で加熱され
る。この加熱により金がインジュウム中に拡散して拡散
溶接が形成される。
試験が上記のような結合構造に対して行われ、インジュ
ウムと金の間に非常に強力な結合が生じていることが認
められた。特に構造を分離して観察したとき破壊の80％
はインジュウム中で生じ、15％はチタニウム、ニッケル
境界面で生じ、金との境界面で生じる破壊は５％に過ぎ
ないことが認められた。すべての分離で金属が裂けてい
ることが認められた。
したがってこの発明は半導体およびハイブリッドマイク
ロ回路パッケージで使用されるのに適した非常に高い強
度の合金溶接技術を提供する。特にこの発明はある種の
集積回路のパッケージのためワイヤボンディングに置換
して使用されることができる。この発明はパッケージに
マイクロ波回路を取付けるために使用されることもで
き、その場合結合によるインダクタンスは生じない。こ
れはインダクタンスは生じてそれによりマイクロ波集積
回路の動作速度を制限する通常のワイヤボンディングと
対照的である。パッケージを形成するために集積回路は
その底面に形成されたインジュウムバンプを備え、“フ
リップ・チップ”化され、パッケージ上に形成された対
応する金または金メッキされたパッドに圧着される。そ
れに続く圧着された構造体の加熱で両部品は溶接され
る。
通常の焦点平面アレイは一般にそこにインジュウムバン
プアレイを使用し、例えばインジュウムバンプにこれら
を適切に結合するためにバンプとパッドは冷間溶接さ
れ、そから接着剤で結合される。その様な構造に使用さ
れる接着剤は３程度の誘電定数を有する。接着剤のない
真空の誘電定数は１である。その結果この発明の方法を
使用することにより結合部分の周囲には誘電体として空
気のみが存在するため、並列キャバシタンスの影響は３
倍に改善され、その故理論的データ速度は３倍に改善さ
れる。
以上集積回路等に使用するのに適した結合バンプおよび
パッド構造を生成する金パッドへインジュウムバンプを
合金結合する新しい改善された技術が説明された。上記
の実施例はこの発明の原理の適用を示す多くの特定の実
施例のいくつかを単に例示したに過ぎないものであるこ
とを理解すべきである。当業者にはこの発明の技術的範
囲を逸脱することなく多くのその他の装置を想到できる
ことは明らかである。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明で使用する金パッドの製造方法の１例
を示す。 第２図はこの発明で使用する金パッドの第２の製造方法
を示す。 第３図はこの発明の原理によるインジュウムパッドと金
パッドを示す。 第４図はインジュウムバッドがと金パッド上に結合され
た状態を示す。 11……インジュウムバンプ、12……基体、14……チタニ
ウム層、15……ニツケル層、16……金層、17……パッ
ド、20……金パッド。

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】インジュウムバンプを配置し、 基体を配置し、 基体上に金結合パッドを形成し、 インジュウムバンプを金結合パッドに短時間押付けてそ
    れらを一時的に溶融させ圧着し、 その後の期間にインジュウムバンプと金結合パッドを完
    全に合金させることを特徴とするインジュウムバンプの
    合金結合方法。
  2. 【請求項２】インジュムバンプを低濃度の塩酸でエッチ
    ングしてそれから酸化物を除去する特許請求の範囲第１
    項記載の方法。
  3. 【請求項３】圧着したインジュウムバンプと金結合パッ
    ドを約１時間約１００℃に加熱してインジュウムバンプ
    と金結合パッドとの間の合金結合を加速する特許請求の
    範囲第１項または第２項記載の方法。
  4. 【請求項４】インジュウムバンプを配置し、 基体を配置し、 基体上に金メッキした結合パッドを形成し、 インジュウムバンプを結合パッドに短時間押付けてそれ
    らを一時的に溶融させ圧着し、 圧着したインジュウムバンプと金結合パッドを約１時間
    約１００℃に加熱してインジュウムバンプと金結合パッ
    ドとの間の合金結合を加速することを特徴とするインジ
    ュウムバンプの合金結合方法。
  5. 【請求項５】インジュウムバンプを配置し、 低濃度の塩酸中でインジュウムバンプをエッチングし、 基体を配置し、 基体上に金メッキした結合パッドを形成し、 インジュウムバンプを結合パッドに短時間押付けてそれ
    らを一時的に溶融させ圧着し、 圧着したインジュウムバンプと金結合パッドを約１時間
    約１００℃に加熱してインジュウムバンプと金結合パッ
    ドとの間の合金結合を加速することを特徴とするインジ
    ュウムバンプの合金結合方法。
  6. 【請求項６】インジュウムバンプを配置し、 低濃度の塩酸中でインジュウムバンプをエッチングし、 基体を配置し、 基体上にチタニウム層と、チタニウム層上のニツケル層
    と、その上の金層とを具備する結合パッドを形成し、 エッチングしたインジュウムバンプを結合パッドに短時
    間押付けてインジュウムバンプと結合パッド間に合金プ
    ロセスを開始させ、 圧着したインジュウムバンプと金結合パッドを約１時間
    約１００℃に加熱してインジュウムバンプと金結合パッ
    ドとの間に合金結合を形成することを特徴とするインジ
    ュウムバンプの合金結合方法。
  7. 【請求項７】インジュウムバンプを配置し、 基体を配置し、 基体上にチタニウム層を付着させ、 チタニウム層上にのニツケル層を付着させ、 ニツケル層上に金層を付着させ、 チタニウム層、ニツケル層、および金層をフォトリソグ
    ラフ的にエッチングして金メッキされた結合パッドを形
    成し、 インジュウムバンプを結合パッドに短時間押付けてそれ
    らを一時的に溶融させ圧着することを特徴とするインジ
    ュウムバンプの合金結合方法。
  8. 【請求項８】インジュウムバンプを低濃度の塩酸で化学
    的にエッチングする特許請求の範囲第７項記載の方法。
  9. 【請求項９】圧着したインジュウムバンプと金結合パッ
    ドを約１時間約１００℃に加熱してインジュウムバンプ
    と金結合パッドとの間の合金結合を加速する特許請求の
    範囲第７項または第８項記載の方法。
  10. 【請求項１０】基体と、 基体上に配置された金結合パッドと、 インジュウムバンプとを具備し、 このインジュウムバンプは金結合パッドに短時間押付け
    られて一時的に溶融して圧着され、インジュウムバンプ
    と金結合パッドが合金結合を形成するためにその後の期
    間キュアされることを特徴とする装置。
  11. 【請求項１１】基体と、 基体上に配置された金結合パッドと、 インジュウムバンプとを具備し、 このインジュウムバンプは金結合パッドに短時間押付け
    られて一時的に溶融して圧着され、インジュウムバンプ
    と金結合パッドが合金結合を形成するために約１時間約
    １００℃に加熱されることを特徴とする装置。
  12. 【請求項１２】基体と、 基体上に配置された金結合パッドと、 低濃度の塩酸でエッチングされたインジュウムバンプと
    を具備し、 このインジュウムバンプは金結合パッドに短時間押付け
    られて一時的に溶融して圧着され、インジュウムバンプ
    と金結合パッドが合金結合を形成するために約１時間約
    １００℃に加熱されることを特徴とする装置。
  13. 【請求項１３】基体と、 基体上に配置されたチタニウム層と、チタニウム層上の
    ニツケル層と、その上の金層とを具備する結合パッド
    と、 低濃度の塩酸でエッチングされたインジュウムバンプと
    を具備し、 このインジュウムバンプは金結合パッドに短時間押付け
    られて一時的に溶融して圧着され、インジュウムバンプ
    と金結合パッドが合金結合を形成するために約１時間約
    １００℃に加熱されることを特徴とする装置。
JP2075334A 1989-03-23 1990-03-23 合金結合インジュウムバンプおよびその処理方法 Expired - Lifetime JPH0644584B2 (ja)

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JPH02305442A JPH02305442A (ja) 1990-12-19
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