JPS6211252A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
- Publication number
- JPS6211252A JPS6211252A JP60296892A JP29689285A JPS6211252A JP S6211252 A JPS6211252 A JP S6211252A JP 60296892 A JP60296892 A JP 60296892A JP 29689285 A JP29689285 A JP 29689285A JP S6211252 A JPS6211252 A JP S6211252A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- bump
- layer
- wiring
- wiring layer
- insulating film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L9/00—Compositions of homopolymers or copolymers of conjugated diene hydrocarbons
Landscapes
- Wire Bonding (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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は半導体装置にかかり、特に電極端子と基板上法
線の接続構造、好ましくは、半導体素子に多数の外部導
出用リード端子を取付ける電接端子と、基板上配線の接
続の構造に関するものである。
線の接続構造、好ましくは、半導体素子に多数の外部導
出用リード端子を取付ける電接端子と、基板上配線の接
続の構造に関するものである。
半導体装置の電極と容器の外側へのリード線との間を電
気的に接続する方法が種々提案されている中で、細い導
線を使用して、相互に接続すべき点に接着する従来のワ
イヤボンディング方式に代って容器の内側のリード線を
延長し、又は可撓性の電気絶縁材料で作られたテープ面
に金属材料の連続箔のリボンを付着し、金属箔から、多
数のリードを形成し、かつ、その端部を先細として半導
体装置の電極端子に突起を設け（バンプ）直接接着する
に充分な接着端を形成し、電極端子（バンプ）に同時に
接続する方法がたとえば特公昭４７−３２０６号公報に
提案されている。
気的に接続する方法が種々提案されている中で、細い導
線を使用して、相互に接続すべき点に接着する従来のワ
イヤボンディング方式に代って容器の内側のリード線を
延長し、又は可撓性の電気絶縁材料で作られたテープ面
に金属材料の連続箔のリボンを付着し、金属箔から、多
数のリードを形成し、かつ、その端部を先細として半導
体装置の電極端子に突起を設け（バンプ）直接接着する
に充分な接着端を形成し、電極端子（バンプ）に同時に
接続する方法がたとえば特公昭４７−３２０６号公報に
提案されている。
上記接続方法には、銅を基体とするリードに錫を被せ、
表面が金で覆われたバンプとの間で熱により金／錫の共
晶合金を作り接続する方法と、銅を基体とするリードに
金を被せ、金のバンプとの間で、熱を゛圧力により接続
する熱圧着接続法とがある。熱圧着を行なう、金属構成
として高信頼性を要求される半導体装置には金／金が用
いられ。
表面が金で覆われたバンプとの間で熱により金／錫の共
晶合金を作り接続する方法と、銅を基体とするリードに
金を被せ、金のバンプとの間で、熱を゛圧力により接続
する熱圧着接続法とがある。熱圧着を行なう、金属構成
として高信頼性を要求される半導体装置には金／金が用
いられ。
一方経済性を要求される半導体装置には銅／銅が用いら
れる傾向にある。
れる傾向にある。
熱圧着を利用して接続する方法は、熱と同時に圧力もか
かることから１機械的強度の強いバンプが要求され１機
械的強度を改善したバンプ構造が特開昭５１−１４７２
５３号公報で提案されている。
かることから１機械的強度の強いバンプが要求され１機
械的強度を改善したバンプ構造が特開昭５１−１４７２
５３号公報で提案されている。
これは階段状にバンプを構成し、ボンディング時におけ
る応力集中の緩和を断面形状的に考察し、それなりの効
果を有するものである。しかしながら、応力集中による
基板あるいは基板上の絶縁膜の破壊を十分に防止するに
は、基板に対して平面的に視た応力分布をも考慮するこ
とが、バンプには必ず内部配線が接続されているから重
要さなる。
る応力集中の緩和を断面形状的に考察し、それなりの効
果を有するものである。しかしながら、応力集中による
基板あるいは基板上の絶縁膜の破壊を十分に防止するに
は、基板に対して平面的に視た応力分布をも考慮するこ
とが、バンプには必ず内部配線が接続されているから重
要さなる。
このことは応力分布すなわち応力集中の形態が機械的の
みならず熱的な要因にも関係することを考えれば、十分
念頭に置かなければならない。
みならず熱的な要因にも関係することを考えれば、十分
念頭に置かなければならない。
幅が定まり、一定幅の配線と接続すべきバンプとの間を
出来るだけ短かい距離で、又、接続部分についても細い
配線層の巾のまま、バンプ部に接続されていた。このた
め従来の配線層とバンプの接続構造を持った半導体装置
を実際に、熱圧着により、リードとバンプを接続し、接
続強度の確認の為引張り破壊強度試験を行なうと、破壊
モードととして、バンプと内部配線層との接続部分の底
部のシリコン基板、絶縁膜から破壊するものが発生した
。これは、この接続部分に応力が集中するためであり、
その接合部は、熱ストレスなどに起因する経時変化によ
り機械的劣弱による可能性をもっていることとなり、信
頼性見地から望ましくない１ 本発明の目的は、高い集積度を維持し、かつ２２７パダ
ーンの設計を容易にしつつ、上記の欠点を除いて、リー
ドの熱圧着の際かえられる熱と。
出来るだけ短かい距離で、又、接続部分についても細い
配線層の巾のまま、バンプ部に接続されていた。このた
め従来の配線層とバンプの接続構造を持った半導体装置
を実際に、熱圧着により、リードとバンプを接続し、接
続強度の確認の為引張り破壊強度試験を行なうと、破壊
モードととして、バンプと内部配線層との接続部分の底
部のシリコン基板、絶縁膜から破壊するものが発生した
。これは、この接続部分に応力が集中するためであり、
その接合部は、熱ストレスなどに起因する経時変化によ
り機械的劣弱による可能性をもっていることとなり、信
頼性見地から望ましくない１ 本発明の目的は、高い集積度を維持し、かつ２２７パダ
ーンの設計を容易にしつつ、上記の欠点を除いて、リー
ドの熱圧着の際かえられる熱と。
圧力に充分耐える新規なるバンプと配線の接続構造を提
供することにある。
供することにある。
本発明の特徴は半導体基板の絶縁膜上に設けられたバン
プ（電極端子突起）部と該絶縁膜上を延在する配線層部
とを、該絶縁膜上に設けられ、平面形状が直方形でその
巾が該配線層部の巾よりも広くその長さが５μｍ以上で
５０μｍ以内の応力緩和領域を介して接続されている半
導体装置である。
プ（電極端子突起）部と該絶縁膜上を延在する配線層部
とを、該絶縁膜上に設けられ、平面形状が直方形でその
巾が該配線層部の巾よりも広くその長さが５μｍ以上で
５０μｍ以内の応力緩和領域を介して接続されている半
導体装置である。
前記応力緩和領域は巾の広い最下層と、その上に設けら
れた前記配線層部と同じ巾をもって延在せる巾の狭い最
上層とから構成され、これにより段部を形成しているこ
とを好ましい。
れた前記配線層部と同じ巾をもって延在せる巾の狭い最
上層とから構成され、これにより段部を形成しているこ
とを好ましい。
上記応力緩和領域の存在により上記熱と応力との影響を
緩和できる。又、同領域は平面形状で直方形状であるか
ら該領域を設けても全体の集積度が実質的に低下するこ
とはなく、かつその設計するマスク設計も標準の基準に
もとづいて行なうことができる。
緩和できる。又、同領域は平面形状で直方形状であるか
ら該領域を設けても全体の集積度が実質的に低下するこ
とはなく、かつその設計するマスク設計も標準の基準に
もとづいて行なうことができる。
以下図面に基すいて本発明を説明する。
第１図（４）、田）は従来技術による半導体装置を示す
もので、１はシリコン基板を示し、２はシリコン酸化膜
、窒化膜等の絶縁膜、３はチタン層、４は白金層、５以
配線用、およびバンプの中間層の金薄膜、６は厚膜金層
を示す。又ここで１００がバンプの部分であり、２００
が内部配線層の部分となる。このバンプの厚膜金属６の
上部に鋼を基体とし表面に金メッキを施したリード（図
示せず）を乗せ、熱と圧力をかけると、リード表面の金
と、厚膜金６が熱圧着により接合される。この接合され
た半導体装置からリードをテンシロンゲージで。
もので、１はシリコン基板を示し、２はシリコン酸化膜
、窒化膜等の絶縁膜、３はチタン層、４は白金層、５以
配線用、およびバンプの中間層の金薄膜、６は厚膜金層
を示す。又ここで１００がバンプの部分であり、２００
が内部配線層の部分となる。このバンプの厚膜金属６の
上部に鋼を基体とし表面に金メッキを施したリード（図
示せず）を乗せ、熱と圧力をかけると、リード表面の金
と、厚膜金６が熱圧着により接合される。この接合され
た半導体装置からリードをテンシロンゲージで。
半導体装置主面に対し垂直方向に引張り、破壊試験を行
ない、５ｆ４度、及び破壊モードを調べた。
ない、５ｆ４度、及び破壊モードを調べた。
本実験に使用した基板には、リファレンスとして、全く
配線を持たない第１図と同一形状のバンプを同一半導体
装置内に設置し、同一接合条件でバンプ底部のシリコン
基板の破壊発生の割合を調べた。その結果破壊モードで
は、バンプ底部のシリコン基板から破壊するものが２．
５倍発生した。
配線を持たない第１図と同一形状のバンプを同一半導体
装置内に設置し、同一接合条件でバンプ底部のシリコン
基板の破壊発生の割合を調べた。その結果破壊モードで
は、バンプ底部のシリコン基板から破壊するものが２．
５倍発生した。
本欠陥の発生はリファレンスバンプとの比較から配線及
び、その接続部による影響は明らかである。
び、その接続部による影響は明らかである。
引張り破壊試験で、バンプ底部のシリコン基板が破壊し
ているものを詳細に観察すると、バンプ外周と配線の両
端−の交点、７，８から破壊が発生していることが判っ
た。
ているものを詳細に観察すると、バンプ外周と配線の両
端−の交点、７，８から破壊が発生していることが判っ
た。
ここで接合の際加えられる熱と圧力に関しバンプ郡部に
印加される圧力により発生する。集中応力及び熱による
歪により、バンプと配線層の接続部の底部のシリコン基
板を破壊するという事実、およびバンプに配線が接続さ
れた構造では、熱圧着に際し加えられる熱と圧力に関し
、配線部には、熱による歪が加わることが考えられる。
印加される圧力により発生する。集中応力及び熱による
歪により、バンプと配線層の接続部の底部のシリコン基
板を破壊するという事実、およびバンプに配線が接続さ
れた構造では、熱圧着に際し加えられる熱と圧力に関し
、配線部には、熱による歪が加わることが考えられる。
すなわち配線層は導電体であることから、熱伝導率も良
く。
く。
接合の際加えられる熱が配線部を伝わり、配線部と配線
層の下層の絶縁膜、さらに下層のシリコン基板との間に
大きな温度勾配が発生し、この温度勾配により、配線の
下層の基板に歪（熱歪）が、配線の長手方向に特に大き
く発生する。又、熱は。
層の下層の絶縁膜、さらに下層のシリコン基板との間に
大きな温度勾配が発生し、この温度勾配により、配線の
下層の基板に歪（熱歪）が、配線の長手方向に特に大き
く発生する。又、熱は。
バンプを通して、配線に加えられることから、バンプ近
傍の配線特にバンプと配線の接続部で、最大となる、と
の認識に基ずいて本発明が達成された。すなわちバンプ
と配線の接続部では、バンプからの圧力による歪、熱に
よる歪に配線部からの熱による歪が、複合されて基板に
クラックが発生し、破壊強度試験で、このクラックが核
となり、基板破壊が発生するものと考えられる。
傍の配線特にバンプと配線の接続部で、最大となる、と
の認識に基ずいて本発明が達成された。すなわちバンプ
と配線の接続部では、バンプからの圧力による歪、熱に
よる歪に配線部からの熱による歪が、複合されて基板に
クラックが発生し、破壊強度試験で、このクラックが核
となり、基板破壊が発生するものと考えられる。
以上の論理に基づき、さらに配線、バンプ形成プロセス
を変えることなく、応力集中、熱歪による基板の破壊を
解決したのが本発明によるバンプと配線の接続部の構造
である。
を変えることなく、応力集中、熱歪による基板の破壊を
解決したのが本発明によるバンプと配線の接続部の構造
である。
第２図は本発明の第１の実施例を示すものでバンプ部１
２０と配線部２Ｕ−〇−との間に応力緩和領域１孟」が
設けである。すなわち半導体基板の−主面上の絶縁膜２
２上に形成したチタン、白金層２３を薄膜金層２５の配
線部の巾より広い巾に形成して応力緩和領域３２０とし
、その長さｍは。
２０と配線部２Ｕ−〇−との間に応力緩和領域１孟」が
設けである。すなわち半導体基板の−主面上の絶縁膜２
２上に形成したチタン、白金層２３を薄膜金層２５の配
線部の巾より広い巾に形成して応力緩和領域３２０とし
、その長さｍは。
効果を発揮させるために５μｍ以上とし、又、その効果
が飽和される長さである５０μｍ以下とする。
が飽和される長さである５０μｍ以下とする。
これを従来技術の構造と前記した実験方法と同様の比較
実験を行った結果バンプ底部のシリコン基板破壊の割合
が従来技術の１．５件に対して、この実施例では１件で
あり、このように直線状に、平面的に階段状に応□゛力
緩和領域を設けても熱歪に対し効果が大であることが判
明した。この実施例で配線層部２２０の金層２５の下に
は同じ巾のチタン層および白金層が第１図のように設け
られている。又、バンプ部Ｌｌｌはチタン、白金層２３
上に金層２５を設け、その上に厚い金バンプ２６を設け
である。同図から明らかのようにバンプ部は２段形状と
なっている。
実験を行った結果バンプ底部のシリコン基板破壊の割合
が従来技術の１．５件に対して、この実施例では１件で
あり、このように直線状に、平面的に階段状に応□゛力
緩和領域を設けても熱歪に対し効果が大であることが判
明した。この実施例で配線層部２２０の金層２５の下に
は同じ巾のチタン層および白金層が第１図のように設け
られている。又、バンプ部Ｌｌｌはチタン、白金層２３
上に金層２５を設け、その上に厚い金バンプ２６を設け
である。同図から明らかのようにバンプ部は２段形状と
なっている。
第４図は本発明の第２の実施例であり、半導体基板の一
主面上の絶縁膜５２の上のｖＸｌの層５３および第２の
層５５の応力緩和領ＬＬＬＱにおける平面形状は同一の
形状すなわち領域Ｌｌｌは階段状となっていない例であ
り、許容応力によってはこのような構造でもよい。すな
わち、この実施例ではバンプ部１５０は千タン、白金の
第１の層５３、その上のうすい金の第２の層５５．その
上の厚い金バンプの第３の層５６から２段形状となって
いるが、応力緩和領域１五１および配線層部２５０は同
一平面形状の第１の層と第２の層とから構成されている
。
主面上の絶縁膜５２の上のｖＸｌの層５３および第２の
層５５の応力緩和領ＬＬＬＱにおける平面形状は同一の
形状すなわち領域Ｌｌｌは階段状となっていない例であ
り、許容応力によってはこのような構造でもよい。すな
わち、この実施例ではバンプ部１５０は千タン、白金の
第１の層５３、その上のうすい金の第２の層５５．その
上の厚い金バンプの第３の層５６から２段形状となって
いるが、応力緩和領域１五１および配線層部２５０は同
一平面形状の第１の層と第２の層とから構成されている
。
本発明により、従来の配線製造プロセスを変えることな
く、高温、高圧力に耐える電極端子と配線の接続部構造
が実現出来、リードとバンプの接合金属の選択がより広
範囲なものななり、高品質、信頼性の接合が可能となっ
た。又、大規模集積化されたリード数の多い半導体装置
の高品質で、安価な、同時接合が可能となり、その工業
的意義は極めて大きい。又、実施例ではバンプ部は全て
２階段状であったが、本発明はこれに限定されることで
は勿論なく、１段又は無段あるいは３段以上の多段でも
よい。又、応力緩和領域は無段、１段状に限定されず、
２段以上の多段でもよい。さらにバンプ部、応力緩和領
域部、配線層部の電気伝導層は実施例に限定されること
はなし、又、場合によっては各々の部分の対応する層を
異なる材料で作りそれぞれを連続的に形成してもよい。
く、高温、高圧力に耐える電極端子と配線の接続部構造
が実現出来、リードとバンプの接合金属の選択がより広
範囲なものななり、高品質、信頼性の接合が可能となっ
た。又、大規模集積化されたリード数の多い半導体装置
の高品質で、安価な、同時接合が可能となり、その工業
的意義は極めて大きい。又、実施例ではバンプ部は全て
２階段状であったが、本発明はこれに限定されることで
は勿論なく、１段又は無段あるいは３段以上の多段でも
よい。又、応力緩和領域は無段、１段状に限定されず、
２段以上の多段でもよい。さらにバンプ部、応力緩和領
域部、配線層部の電気伝導層は実施例に限定されること
はなし、又、場合によっては各々の部分の対応する層を
異なる材料で作りそれぞれを連続的に形成してもよい。
第１図囚および第１図（Ｂ）は従来技術による半導体装
置を示す平面図および側面図である。第２図は本発明の
第１の実施例を示す平面図である。第３図は本発明の第
２の実施例を示す平面図である。 尚、図において、１はシリコン基板、２，２２゜５２は
絶縁膜、３はチタン層、４は白金属、７゜８はバンプ外
周と配線の両端部との交点、２３゜５３は最下層、２５
はバンプ部の中間層および配線部の最上層、２６．５６
はバンプ部の最上層、し立０，１２麿はバンプ部、２０
０ 、η４立。 礼Σ立は配線層部、３２０，３５０は応力緩和領第 ／
図 乙
置を示す平面図および側面図である。第２図は本発明の
第１の実施例を示す平面図である。第３図は本発明の第
２の実施例を示す平面図である。 尚、図において、１はシリコン基板、２，２２゜５２は
絶縁膜、３はチタン層、４は白金属、７゜８はバンプ外
周と配線の両端部との交点、２３゜５３は最下層、２５
はバンプ部の中間層および配線部の最上層、２６．５６
はバンプ部の最上層、し立０，１２麿はバンプ部、２０
０ 、η４立。 礼Σ立は配線層部、３２０，３５０は応力緩和領第 ／
図 乙
Claims (2)
- （１）半導体基板の絶縁膜上に設けられたバンプ部と該
絶縁膜上を延在する配線層部とを、該絶縁膜上に設けら
れ、平面形状が直方形でその巾が該配線層部の巾よりも
広くその長さが５μｍ以上で５０μｍ以内の応力緩和領
域を介して接続されていることを特徴とする半導体装置
。 - （２）前記応緩和領域は巾の広い最下層と、その上に設
けられた前記配線層部と同じ巾をもって延在せる巾の狭
い最上層とから構成され、これにより段部を形成してい
ることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の半
導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60296892A JPS6211252A (ja) | 1985-12-27 | 1985-12-27 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60296892A JPS6211252A (ja) | 1985-12-27 | 1985-12-27 | 半導体装置 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12631877A Division JPS5459080A (en) | 1977-10-19 | 1977-10-19 | Semiconductor device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6211252A true JPS6211252A (ja) | 1987-01-20 |
| JPS6223461B2 JPS6223461B2 (ja) | 1987-05-22 |
Family
ID=17839511
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60296892A Granted JPS6211252A (ja) | 1985-12-27 | 1985-12-27 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6211252A (ja) |
-
1985
- 1985-12-27 JP JP60296892A patent/JPS6211252A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6223461B2 (ja) | 1987-05-22 |
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