JPS62117346A - 半導体装置 - 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】 〔概　要〕 フリッ・ブチツブ接合のはんだ接合部の高さを高くして
疲労寿命を長くする。

〔産業上の利用分野〕

本発明は半導体装置に係り、より詳しく述べると、フリ
ップチップのはんだ接合部の高さを高くするために融点
の責なる金属あるいは合金を用いてバンブを形成した゛
１′−導体装置に関する。

〔従来の技術〕

フリップチップ接合とは、チップと基板の間の配線をそ
れらの間を直接にはんだで接合して行なうものである。

第５図を参照すると、例えばセラミック基板１七に１ま
たは２以」−の半導体チップ２がフヱイスダウンに配置
され、半導体チップ２とセラミック基板１の間の配線は
ばんだ接合３によって直接に行なわれている。このフリ
ップチップ接合の特徴は、ワイヤポンド接合法やテープ
ボンド接合法等と比較して、千ツブ２の全面を利用して
配線を行なうことができるので実装密度を高くすること
ができることと、チップ２と基板１とがはんだ３で直接
に接合されてワイヤとかテープのような余分な配線が不
要になるので信号伝達の遅延が低減できるので高速性に
優れていることにある。

フリップチップ接合の典型的なプロセスは、基板１およ
びチップ２のそれぞれにはんだパッドを蒸着法あるいは
印刷法で形成し、そのはんだパッドにはんだを付着しあ
るいは載せ、そしてチップ２と基板１を向い合せて加熱
し、はんだ接合を行なうものである。

例えば、佐藤他、ｒ　Ｉ　Ｃ−Ｌ　Ｓ　Ｉの微細はんだ
接続技術−１（日本金属学会会報、第２３巻、第１２号
、１９８４、ｌ００４〜１０１３１′ｔ）が参照される
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

フリップチップ接合は、１−記のように高密度実装性お
よび装置の高速性に優れＣいるが、高密度ゆえに素子の
、発熱も大きく、そして、チップと基板の間を直接はん
だ接合しているため、熱歪によるはんだ接合部の疲労が
大きく、そのため寿命が短かいという問題がある。

はんだ接合部の高さを高くすれば、歪を相対的に吸収し
、寿命を延ばすことができる。従来、フリップチップ接
合において、接合高さを調整する方法としては、はんだ
自身の表面張力を利用する方法、高さ調整用のバンプを
設ける方法などがある。前者は、表面張力のみを利用す
るため、バッドの径以−にの高さにできず、また、後者
は電気信一号を通ずハンプ以夕（に高さ調整用ハンプを
設置ｄるため、チップおよび回路基板にプツト−スペー
スができるという問題点がある。

〔問題点を解決するための１段および作用〕Ｊｌ＝記問
題点を解決する本発明による手段は、半導体装置のフリ
ップチップ接合において、融点のＷなる金属あるいは合
金による１または２以上の層を用いて１つのバンブを形
成することにある。

第１図を参照して本発明の詳細な説明すると、この例で
は、チップ１１と基板１２にそれぞれ高融点金属層１３
と低融点金属層１４の２層からなるハンプを形成しく左
図）、これらのバンブを向い合せた後、低融点金属の融
点以上かつ高融点金属の融点未満の温度で加熱し、低融
点金属層１４だりを溶融させて２つのハンプを接合し１
つのバンブＩ５とする（右Ｍ）。このように、低融点金
属層と高融点金属層を組合せてハンプを形成し、それら
の融点の中間の温度で加熱溶融し接合すれば、高融点金
属層は溶融しないのでその当初の高さがそのまま残り、
接合後のハンプの高さを、ハンプ全体が溶融する従来の
場合、１、幻も高く−４ることができる。バンブ全体が
溶融すれば、溶融前のバンプの高さにかかわらず、バン
プの底面積の大きさとはんだの表面張力とチップの重量
により、はんだ接合の高さはある高さ以下に制約される
が、本発明ではそういうことがないからである。

第１図において、２つの高融点金属層１３および２つの
低融点金属層１４ばそれぞれあるいはその１方が異種の
金属であっＣもよい。その場合には、２つの低融点金属
層１４が溶融するが２つの高融点金属層１３が溶融しな
い温度で加熱して接合を行なえばよい。また、単一の金
属に代えて合金を用いてもよい。なお、積層する異種の
金属が拡散し易い場合には、その拡ｔ１１ｙ、によって
融点が変化し、所望の融点の差が達成されないことがあ
るので、それらの層の間にバリヤ層とｉノで例えば、Ｃ
ｒ　、Ｎｉ　、Ｐｄなどの膜を形成するとよい。

さらに、第１図では、千ツブ１１および基板１２のそれ
ぞれのはんだパッド１−に■層として高融点金属層１３
そして上層として低融点金属層１４をｉｆｆ積してハン
プを形成したが、本発明におけるハンプの層構成はこの
例に限られない。例えば、第２図に示す如く、チップ１
１Ｆには高融点金属層１７、基板１２上には低融点金属
層１８を形成しく左図）、接合して右図の如く高融点金
属層Ｉ７と低融点金属層１８からなる１つのハンプ１９
を形成し２てもよい。この場合にも、高融点金属層１７
は接合時に溶融しないのでその当初の高さを保有するこ
とができるからである。また、そのほかの態様も可能で
ある。

千ノブにおけるはんだバンドの配置には特別の制約はな
く、例えば、全面に均一に配列されたり、チップの周辺
部に配置されたり、チップの中央部に集められたり、そ
の他の配置であることができる。

基板はセラミック、樹脂等のいずれでもよい。

〔実施例〕

第−影図−クアｌ−で４　＋＋＜＋ 例えばアルミニウムで内部配線をされたセラミック基板
２１のはんだ接合箇所に、Ａｕ　／ＮｉＣｒあるいはＡ
ＩＩ／Ｇｏ　／Ｃｒなど“で直径２００７７ｍのはんだ
パッド２２を形成する。はんだパッドを形成するには、
例えば、全面に蒸着し、選択エツチングしてバターニン
グする。

通１利−け−）−参−１（＜（ 基板２Ｉ十にメタルマスク２３を介してはんだバンド２
．２上に高融点材１１としてＳｎ　、　Ｐｈなど２４を
例えばｌ　ＱＱ　／７　ｍのｊｌさにｌを着する。さら
に、その上に低融点材料としてＩｎ　、Ｉｎ−３ｎ合金
など２５を例えば厚さ２０　ＩＩ　ｒｎの厚さに蒸着す
る。

それから、メタルマスク２３を取り外す、と、はんだバ
ッド２２−１−に高融点金属層２４と低融点金属層２５
からなるバンプが形成される。ハンプは蒸着法にかえて
印刷法等で形成しＣも、１、い。

表ｂ−ジ」メ［（］ア−と−−−（−イ　ｊｌｉ−Ｊミ
ｊ（（（第３図（ア）　（イ）を参照して一１！ラミッ
ク基板について説明したのと同様の手順で、半導体チッ
プ２６＋にはんだバッド２７、高融点金属（Ｓｎ、１）
ｂなど）層２８、低融点金属（ｉｎ　、、Ｉｎ　−３ｎ
など）層２９からなるバンプを形成する。

−第一３−図ロブリ−−−−（−再十謬１照基板２１＋
に半導体チップ２６をフェイスダウンにし、はんだハン
プを向い合せて載−已、低融点材料（Ｉｎ　、Ｉｎ−３
ｎなど）の沸点以上かつ高融点材料（Ｓｎ　、Ｐｂなと
）の沸点より低い温度で加熱して低融点材料２５　、２
９だけを溶融し、バンプを接合する。こうして、高さ約
２００１１ｍのはんだバンプ３０が形成される。

従来法に従って単一のはんだを用いれば、直径２００１
Ｉｍのはんだバッド上には接合後にせいぜい１（１０７
１ｍの高さのバンプが形成されるだけであるから、この
実施例では約２倍の高さの接合が得られＣいる。

第４図は、このようにしてはんだ接合の高さを変えた場
合に、はんだ接合のＩＶ命がどのように変化するかを調
べた結果を示すグラフである。この実験では、温度サイ
クルは、チップのノ、（板と反対側にヒーターを形成し
て１００℃まで加熱した後、強制冷却して２０℃点する
８分間のリイクルとした。一般のチップは室温から７０
　’Ｃ前後の間の温度サイクルにさらされるので、それ
よりも少し厳しい条件のサイクルを採用したものである
。第４図には、はんだ接合の高さが高いほど接合のソ１
命が長いことが示されている。

〔発明の効果〕

本発明によれば、フリップチップ接合において、融点の
異なる２種類以１−の金属または合金を用いて接合用バ
ンプを形成して接合の高さを高くすることができる、そ
の結ｍ、はんだ接合の寿命を長くすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理を示すはんだ接合部の断面図、第
２図は本発明の別態様を示すはんだ接合部の断面図、第
３図は（ア）〜（１）は実施例におけるフリップチップ
接合のＴ程要部を示す断面図、第４図は接合の高さと接
合の寿命の関係を示すグラフ図、第５図はフリップチッ
プ接合を説明する断面図である。 ｌ・・・２１（板、　　　　　　２・・・チーツブ、３
・・・はんだ、　　　　１１・・・チップ、１２・・・
基板、 １３、１７・・・高融点金属層、 １４　、１８・・・低融点金属層、 １５　、１９・・・ハンプ、 ２■・・・基板、　　　　２６・・・チップ、２２　、
２７・・・はんだバンド、 ２３　、２８・・・高融点金属層、 ２４　、２９・・・低融点金属層、 ３０・・・バンプ。 本発明の原理 第１図 本発明の別態様 １１・・・チソゾ １５．１９°°°′ゞンプ （ア）工程Ｊ （イ）　工程２ （つ）工程３ （１）工程４ 実施例 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、フリップチップ接合において、融点の異なる金属あ
   るいは合金による２以上の層からなる１つのバンプを形
   成して接合がなされていることを特徴とする半導体装置
   。