JPS6211253A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
- Publication number
- JPS6211253A JPS6211253A JP60296893A JP29689385A JPS6211253A JP S6211253 A JPS6211253 A JP S6211253A JP 60296893 A JP60296893 A JP 60296893A JP 29689385 A JP29689385 A JP 29689385A JP S6211253 A JPS6211253 A JP S6211253A
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- JP
- Japan
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- layer
- bump
- wiring
- stress relaxation
- relaxation region
- 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
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W72/00—Interconnections or connectors in packages
- H10W72/01—Manufacture or treatment
- H10W72/012—Manufacture or treatment of bump connectors, dummy bumps or thermal bumps
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配
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極端子と、基板上配線の接
続の１：Ａ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極端子と、基板上配線の接
続の１：Ａ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’！ｔｉ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’！ｔｉ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、一方経済性を要求される半導体装置には銅／鋼が
用いられる傾向にある。
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／鋼が
用いられる傾向にある。
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、機械的強度の強いバンプが要求され、機
械的強度を改善したバンプ構造が特開＠５１−１４７２
５３号公報で提案されている。これは階段状にパンダを
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９の効果を有するものである。
かることから、機械的強度の強いバンプが要求され、機
械的強度を改善したバンプ構造が特開＠５１−１４７２
５３号公報で提案されている。これは階段状にパンダを
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９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となる。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。
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となる。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。
すなわち従来に於いてバンプと、′内部配線との接続に
ついては、配線に流れる電流容量から配線幅が定まシ、
一定１１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
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シ、その接合部
は、熱ストレスなどに起因する経時変化によ）機械的劣
弱になる可能性をもっていることとなシ、信頼性見地か
ら望ましく危い。 ゛本発明の目的は、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。
ついては、配線に流れる電流容量から配線幅が定まシ、
一定１１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
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シ、その接合部
は、熱ストレスなどに起因する経時変化によ）機械的劣
弱になる可能性をもっていることとなシ、信頼性見地か
ら望ましく危い。 ゛本発明の目的は、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。
本発明の特徴は、半導体基板上の絶縁膜上のバンプ（電
極端子突起）部と一定の巾の配線層部とが接続される半
導体装置において、前記バンプ部は平面形状で円形をな
し、前記配線層部より該円形状のバンプの外径に向って
広がってゆく平面形状の応力緩和領域が該絶縁膜上に設
けられ、該応力緩和領域を介して該配線層が該７７１部
に接続している半導体装置である。この応力緩和領域は
広い平面積の第１の層と、該第１の層上に設けられ該第
１の層よりも小さい平面の第２の層とを有し、該第１の
層および該第２の層ＫＪ：Ｄ段部を形成していることが
好ましい。
極端子突起）部と一定の巾の配線層部とが接続される半
導体装置において、前記バンプ部は平面形状で円形をな
し、前記配線層部より該円形状のバンプの外径に向って
広がってゆく平面形状の応力緩和領域が該絶縁膜上に設
けられ、該応力緩和領域を介して該配線層が該７７１部
に接続している半導体装置である。この応力緩和領域は
広い平面積の第１の層と、該第１の層上に設けられ該第
１の層よりも小さい平面の第２の層とを有し、該第１の
層および該第２の層ＫＪ：Ｄ段部を形成していることが
好ましい。
以下図面に基ずいて本発明を説明する。
第１回国、Ｑ３）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は配
線用、およびバンプの中間層の金薄膜、６は厚膜金属を
示す。又ここで１００がバンクの部分で、ｌ、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が熱圧着によシ接合される。
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は配
線用、およびバンプの中間層の金薄膜、６は厚膜金属を
示す。又ここで１００がバンクの部分で、ｌ、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が熱圧着によシ接合される。
この接合された半導体装置からリードをテンシ曹ンゲー
ジで、半導体装置主面に対し垂直方向に引張シ、破壊試
験を行ない、強度、及び破壊モードを調べた。
ジで、半導体装置主面に対し垂直方向に引張シ、破壊試
験を行ない、強度、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。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。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
の両端部の交点、７．８から破壊が発生していることが
判った。
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。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
の両端部の交点、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部に印
加される圧力によシ発生する。集中応力及び熱による否
によ＃）、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、およびバンクに配線、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、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、この温度勾配によシ、
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、との認識に基すいて本発明
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。
加される圧力によシ発生する。集中応力及び熱による否
によ＃）、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、およびバンクに配線、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、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、この温度勾配によシ、
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、との認識に基すいて本発明
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。
以上の理論に基すき、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図は本発明の実施例を示すものであυ、円型のバン
プ１３０と配線部２３０との間に円型の接線方向から配
線部２３０に延在する応力緩和領域３３０が設けられて
いる。同図から明らかのように応力緩和領域３３０は絶
縁膜３２上の第１の層３３および第２の層３５が配線部
へ延在する領域から構成されている。この実施例の構造
は直方形状もしくはテーパー状の平面形状の応力緩和領
域よりも破壊に対して一番効来が期待される。この実施
例ではチタン、白金よシなる第１の層３３と、その上の
うすい金属の第２０層３５と、その上の厚い金の第３の
層３６よシ２段形状のバンプ１３０が構成される。応力
緩和領域３３０はこの第１の層および第２の１−から、
図から明らかのように１段形状の構成となっている。配
線部２３０は同じ平面形状の第１の層および第２の層に
より無段形状となっている。
プ１３０と配線部２３０との間に円型の接線方向から配
線部２３０に延在する応力緩和領域３３０が設けられて
いる。同図から明らかのように応力緩和領域３３０は絶
縁膜３２上の第１の層３３および第２の層３５が配線部
へ延在する領域から構成されている。この実施例の構造
は直方形状もしくはテーパー状の平面形状の応力緩和領
域よりも破壊に対して一番効来が期待される。この実施
例ではチタン、白金よシなる第１の層３３と、その上の
うすい金属の第２０層３５と、その上の厚い金の第３の
層３６よシ２段形状のバンプ１３０が構成される。応力
緩和領域３３０はこの第１の層および第２の１−から、
図から明らかのように１段形状の構成となっている。配
線部２３０は同じ平面形状の第１の層および第２の層に
より無段形状となっている。
本発明により、従来の配線製造グ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
範囲なものとなり、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、実施例ではバンク部は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１段状に限定されず、無段あるい
は２段以上の多段でもよい。
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
範囲なものとなり、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、実施例ではバンク部は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１段状に限定されず、無段あるい
は２段以上の多段でもよい。
さらにバンク部、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シそれぞれ
を連続的に形成してもよい。
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シそれぞれ
を連続的に形成してもよい。
第１回国および第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
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％ ３２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、３３は最下層、３５はバンプ部
の中間層および配線部の最上層、３６はバンプ部の最上
層、１００，１３０ は）＜７１部、２００，２３０
は配線層部、３３０は応力緩和領域である。
置を示す平面図および側面図である。第２図は本発明の
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％ ３２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、３３は最下層、３５はバンプ部
の中間層および配線部の最上層、３６はバンプ部の最上
層、１００，１３０ は）＜７１部、２００，２３０
は配線層部、３３０は応力緩和領域である。
Claims (2)
- （１）半導体基板上の絶縁膜上のバンプ部と一定の巾の
配線層部とが接続される半導体装置において、前記バン
プ部は平面形状で円形をなし、該バンプの接線方向から
該配線層部に向って応力緩和領域が該絶縁膜上に設けら
れ、該応力緩和領域を介して該配線層が該バンプ部に接
続していることを特徴とする半導体装置。 - （２）前記応力緩和領域は広い平面積の第１の層と、該
第１の層上に設けられ該第１の層よりも小さい平面の第
２の層とを有し、該第１の層および該第２の層により段
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 |
|---|---|---|---|
| JP60296893A JPS6211253A (ja) | 1985-12-27 | 1985-12-27 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60296893A JPS6211253A (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 |
|---|---|
| JPS6211253A true JPS6211253A (ja) | 1987-01-20 |
| JPS6223462B2 JPS6223462B2 (ja) | 1987-05-22 |
Family
ID=17839525
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60296893A Granted JPS6211253A (ja) | 1985-12-27 | 1985-12-27 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6211253A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20120066044A (ko) * | 2009-09-17 | 2012-06-21 | 네덜란제 오르가니자티에 포오르 토에게파스트-나투우르베텐샤펠리즈크 온데르조에크 테엔오 | 전자 장치들 내의 취약한 무기 층들에서의 콘택 위치들의 기하 구조 |
-
1985
- 1985-12-27 JP JP60296893A patent/JPS6211253A/ja active Granted
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20120066044A (ko) * | 2009-09-17 | 2012-06-21 | 네덜란제 오르가니자티에 포오르 토에게파스트-나투우르베텐샤펠리즈크 온데르조에크 테엔오 | 전자 장치들 내의 취약한 무기 층들에서의 콘택 위치들의 기하 구조 |
| JP2013505570A (ja) * | 2009-09-17 | 2013-02-14 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | 電子デバイスの脆弱な無機層におけるコンタクトサイト構成 |
| US9449939B2 (en) | 2009-09-17 | 2016-09-20 | Koninklijke Philips N.V. | Geometry of contact sites at brittle inorganic layers in electronic devices |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6223462B2 (ja) | 1987-05-22 |
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