(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体デバイスを製造する方法であって、
半導体ダイを設けるステップと、
半導体ダイ上に可融層を形成するステップと、
複数のトレースが上に形成される、複数のトレースを有する基板を設けるステップと、
スタッドバンプの基部がトレースの側面を覆って広がる状態で、基板の複数のトレースの上に複数のスタッドバンプを形成するステップであって、スタッドバンプは基部と、基部から広がるワイヤ部とを含む、ステップと、
半導体ダイと基板とを電気的に接続するために可融層をスタッドバンプのワイヤ部の先端面と接触するように半導体ダイを基板に載せるステップと、
を備える方法。
【請求項２】
基部の幅は基部の下にあるトレースの幅よりも大きい、請求項１記載の方法。
【請求項３】
スタッドバンプは非可融材料を含む、請求項１記載の方法。
【請求項４】
スタッドバンプは可融材料を含む、請求項１記載の方法。
【請求項５】
半導体デバイスを製造する方法であって、
複数のトレースが表面上に形成される、複数のトレースを有する基板を設けるステップと、
トレースの上に複数の電気相互接続部を形成するステップであって、電気相互接続部はトレースの側面を覆って広がる第１部分と、第１部分から広がる第２部分とを含み、電気相互接続部は非可融である、複数の電気相互接続部を形成するステップと、
半導体ダイを基板へ電気的に接続する電気相互接続部により半導体ダイを基板へ載せるステップと、
を備える方法。
【請求項６】
電気相互接続部はスタッドバンプを含む、請求項５記載の方法。
【請求項７】
スタッドバンプは非可融材料を含む、請求項６記載の方法。
【請求項８】
スタッドバンプは可融材料を含む、請求項６記載の方法。
【請求項９】
電気相互接続部の第１部分は第２部分よりも広い幅を有する、請求項５記載の方法。
【請求項１０】
半導体デバイスであって、
複数のトレースが表面上に形成される、複数のトレースを有する基板と、
トレースの上に形成される複数のスタッドバンプであって、スタッドバンプはトレースの側面を覆って広がる基部と、基部から広がるワイヤ部とを含む、複数のスタッドバンプと、
を備える半導体デバイス。
【請求項１１】
半導体ダイの上に形成されたボンドパッドを含む基板の上に配置された半導体ダイと、
半導体ダイと基板との間に配置されたアンダーフィルと、
を更に含む請求項１０記載の半導体デバイス。
【請求項１２】
半導体ダイ上のボンドバッドの上に形成されるアンダーバンプメタライゼーション（ＵＢＭ）を更に含む、請求項１１記載の半導体デバイス。
【請求項１３】
ＵＢＭは、
半導体ダイ上のボンドパッドの上に形成される接着層と、
接着層の上に形成される障壁層と、
障壁層の上に形成される濡れ性層と
を含む、請求項１２記載の半導体デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、半導体集積回路および他のマイクロエレクトロニックデバイスを製作する製作方法を対象とする。
【背景技術】
【０００２】
チップパッケージングは通常、半導体集積回路製造の長い一連のプロセス中の最終プロセスである。チップパッケージングは、一般に多くのステップが関係する、多くの専門にわたる技術である。この技術は、チップの性能および信頼性、ならびに、チップが組み込まれる電子デバイスの性能および信頼性に直接影響を及ぼすので、決定的に重要である。本明細書では、「パッケージング」とは、チップ（「ダイ」とも呼ばれる）を電子デバイス中で実際に使用するために準備する、さまざまな従来技法のいずれかを包含する。多くの場合、パッケージングは基本的に、外部環境からダイを密閉して保護するように、またダイから他の回路への必要な外部電気接続（「入出力」接続と呼ばれる）をもたらすように、ダイをカプセル化するものである。パッケージングはまた、使用中に熱を伝導してダイから除去するのを促進することもできる。他のタイプのパッケージングは、予め個々のダイの周囲に個別のカプセルを形成せずに、単にダイを、ダイがそれと必要な入出力接続を形成する基板またはキャリア上に取り付けるものである場合がある。ダイのカプセル化は空間を消費するので、この後者のパッケージング方法は一般に、電子時計、補聴器および他の医療装置、携帯電話および他のパーソナルコミュニケーション機器、および高速マイクロプロセッサなど、サイズが決定的に重要な適用分野において使用される。
【０００３】
現開示は一般に、ダイ上にある入出力ボンドパッドの、基板、キャリア、リードフレームなどの上にある対応する入出力ボンドパッドへの電気接続の形成を対象とする。こうした電気接続により、ダイの、ダイの外界への必要な入出力接続がもたらされる。
【０００４】
ワイヤボンディングが長年の間、ダイ上の入出力ボンドパッドとパッケージまたは他のダイ取付け基板上の入出力ボンドパッドとの間の電気接続を形成するための、「主力」技術であった。しかし、ワイヤボンディングには、いくつかの欠点がある。第１に、ワイヤボンディングは一般に、連続的に、パッド毎に実施され、これは本質的に遅く、したがってスループットを低下させる。第２に、集積回路（例えば、メモリまたはマイクロプロセッサチップ）への入出力接続数が増加してきたことに伴って、ダイ上にますますより多数の入出力ボンドパッドが必要になっている。より多数のそのようなパッドを、チップサイズを過度に増大させずに設けるには、通常、ダイ上の入出力ボンドパッドのピッチをそれに対応して低下させること（すなわち、より微細なピッチ）が必要である。ここで、「ピッチ」とは、隣接するボンドパッド間の中心間距離であり、「より微細な」ピッチとは、中心間距離が低減されたものである。これらの要因および他の要因により、ワイヤボンドを使用する困難さが増大し、またその信頼性が低下し、そのことが、個々のダイに入出力接続を形成する代替方法に対する多くの関心を引き起こしてきた。
【０００５】
主要な代替方法は、いわゆる「フリップチップ」技術から得られる。フリップチップは、ダイを、ダイの入出力ボンドパッド上に形成された導電性バンプを使用して、基板またはキャリアにフェースダウンの形で組み立てるものである。（「フェースダウン」とは、回路層がその上に形成されたダイ表面が、ダイが取り付けられる基板に実際に面することを意味する。それとは対照的に、ワイヤボンディングは、フェースアップダイ上に実施される。）フリップチップ法は、１９６０年代半ばに出現したが、主にワイヤボンディングが標準であったため、長年の間広範にわたる利用を成し遂げなかった。多数の入出力接続
を必要とする極めて複雑な集積回路の出現で、フリップチップ法は魅力あるものになった。この理由として、例えば、（ａ）フリップチップは、ワイヤボンディングよりも微細なボンドパッドピッチで、より確実に実施することができること、（ｂ）フリップチップは、ワイヤボンディングよりも低いコストで実施することができること、（ｃ）ダイへの入出力接続全てを、ワイヤボンディングと同様に連続的にではなく、同時に形成することができること、また（ｄ）フリップチップ法を使用して形成されたデバイスの信頼性が、証明されてきたことが挙げられる。現在、フリップチップ部品は主に、集積回路、メモリ、マイクロプロセッサなどの半導体デバイスであるが、フリップチップ法は、受動フィルタ、検出器アレイ、ＭＥＭｓデバイスなど、他のタイプのデバイスでもますます使用されてもいる。フリップチップは、恐らくより説明的な用語である、「ダイレクトチップアタッチ」（ＤＣＡと略される）とも呼ばれる。というのも、ダイが、導電性バンプを用いて基板、キャリアなどに直接取り付けられるためである。ＤＣＡは、場合によっては、従来の「パッケージ」の排除を完全に可能にした。
【０００６】
さまざまな従来のフリップチップ法の中で、最も一般的な技法が、ダイの各入出力ボンドパッド上に小さな個々のはんだ「バンプ」（一般に概略球形のバンプ）を形成する、「はんだバンプ」技法である。この構造のいくつかの側面が、ダイ１０、基板１２、基板上の入出力ボンドパッド１４、およびダイ上の入出力ボンドパッド１６を示す、図４（Ａ）〜４（Ｂ）に示される。はんだバンプ技法は通常、（複数のダイを含む）ウェーハがダイシングされる前に、ダイ１０の入出力ボンドパッド１６上に「アンダーバンプメタライゼーション」（「ＵＢＭ」）１８を形成することから始まる。入出力ボンドパッド１６上の絶縁酸化アルミニウム層を除去して、元素アルミニウムを露出させた後に、ＵＢＭ１８の形成が続き、ＵＢＭ１８の形成は、露出されたアルミニウムの画定された領域上に、一連の金属層を形成することを含む。したがって、ＵＢＭ１８は、後続のステップ中にはんだで濡らされるべきボンドパッド上のそれぞれの領域を画定し、限定する。はんだは、ＵＢＭ領域１８上に、例えば、蒸着、電気めっき、はんだペーストのスクリーン印刷、またはニードル堆積（ｎｅｅｄｌｅ−ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって堆積される。はんだの堆積後、はんだをリフローして概略球形を有する個々のはんだ「ボール」２０（図４（Ａ））にするために、ウェーハが加熱される。次いでウェーハがダイシングされて、「バンプ付きダイ」２２になる。個々のバンプ付きダイ２２は、図４（Ａ）に示されるように、それぞれに対応する基板１２またはキャリア（一般に「基板」と呼ばれる）上に正確に載せられる。そのような組立体がそれぞれ加熱されて、図４（Ｂ）に示されるように、ダイ１０と基板上の入出力ボンドパッド１４との間にはんだ接続２４が形成される。ダイ１０がはんだ付けされた後、「アンダーフィル」（図示されないが、通常はエポキシ接着剤である）が一般に、ダイ１０と基板１２の間に追加される。
【０００７】
ＵＢＭはんだバンプ技術には、上記で要約されたいくつかの利点があるにも関わらず、いくつかの制限がある。１つの制限は、個々のはんだボールの最小の実施可能なサイズ（各ボールの例示的なサイズは、高さ７０〜１００μｍ、および直径１００〜１２５μｍである）によってもたらされ、これは本質的に、入出力ボンドパッドの最小サイズに、したがってバンプピッチの実現可能な微細さに制限を課す。別の制限は、はんだボールを形成するために、ウェーハをウェーハ製作作業から取り出す必要性であり、これは、チップ製造プロセス全体に、スループットを低下させてコストが増大する混乱を与える。さらに別の制限は、ボール形成用に使用されるはんだが、正確に含有されていない場合にデバイス故障を生ずる恐れがある汚染の潜在源となる、鉛を含有することによってもたらされる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来方法のさまざまな欠点は、本明細書に開示の方法およびデバイスによって対処される。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の態様によれば、チップ上の入出力ボンドパッドを、基板上の対応する入出力ボンドパッドに電気的に接続する方法が提供される。そうした方法の一実施形態は、基板上にある入出力ボンドパッド上に、それぞれに対応するスタッドバンプを形成することを含む。チップが裏返しにされて、スタッドバンプ上に、チップ上の入出力ボンドパッドが基板上の対応するスタッドバンプと位置合わせされるように載せられる。チップ上の入出力ボンドパッドが、それぞれに対応するスタッドバンプに、それぞれに対応するスタッドバンプをチップ上の入出力ボンドパッドに電気的に接続するように取り付けられる。この方法はさらに、チップ上の入出力ボンドパッドをそれぞれに対応するスタッドバンプに取り付ける前に、チップ上にある各入出力ボンドパッド上に、アンダーバンプメタライゼーション（ＵＢＭ）を形成するステップを含むことができる。
【００１０】
チップ上の入出力ボンドパッドを取り付けるステップは、スタッドバンプを入出力ボンドパッドに融着させることを含むことができる。融着は、加熱することによって、または、言及された取付けを形成するのに十分な、少なくとも限られた程度まで、融解材料を流れさせる他の適切な方法によって実現することができる。融着のために、スタッドバンプを可融材料で形成することができる。次いで、スタッドバンプ上に裏返しにされたチップを載せた後、スタッドバンプの可融材料の少なくとも一部分が、対応する入出力ボンドパッドとの接続を形成するようにされる。スタッドバンプを入出力ボンドバッドに融着させる一代替方式は、チップ上にある入出力ボンドパッド上に、可融材料からなる層を形成することを含む。次いで、スタッドバンプ上に裏返しにされたチップを載せた後、可融材料の一部分が、それぞれの入出力ボンドパッドからそれぞれに対応するスタッドバンプへ流されて、入出力ボンドパッドとそれぞれに対応するスタッドバンプとの間に接続が形成される。この代替方法はさらに、チップ上にある入出力ボンドパッド上に、可融材料からなる層がその上に形成されるＵＢＭを形成することを含むこともできる。
【００１１】
スタッドバンプは、ボンド・オン・トレース（ｂｏｎｄ−ｏｎ−ｔｒａｃｅ）または押出しバンプ（ｅｘｔｒｕｄｅｄ−ｂｕｍｐ）技法、あるいは他の適切な技法を使用して形成することができる。
【００１２】
チップ上の入出力ボンドパッドを、基板上の対応する入出力ボンドパッドに電気的に接続する一方法の別の実施形態は、チップ上にある各入出力ボンドパッド上に、少なくとも１層のＵＢＭ層を、チップ上の対応する各入出力ボンドパッドをＵＢＭ処理するように形成することを含む。基板上にある各対応する入出力ボンドパッド上に、それぞれに対応するスタッドバンプが形成される。スタッドバンプ上にチップが、チップ上の入出力ボンドパッドが基板上の対応するスタッドバンプと位置合わせされるように載せられる。チップ上の入出力ボンドパッドが、基板上のそれぞれに対応するスタッドバンプに、それぞれに対応するスタッドバンプをチップ上の入出力ボンドパッドに電気的に接続するように接合される。少なくとも１層のＵＢＭを形成するステップは、それぞれの金属からなる複数の層を、入出力ボンドパッドに施すことを含むことができる。例えば、少なくとも１層のＵＢＭを、それぞれの金属を真空蒸着することによって形成することができる。
【００１３】
チップ上の入出力ボンドパッドを、それぞれに対応するスタッドバンプに接合させるステップは、スタッドバンプを入出力ボンドパッドに融着させることを含むことができる。スタッドバンプを入出力ボンドパッドに融着させることは、可融材料からなるスタッドバンプを形成することを含むことができる。スタッドバンプ上にチップを載せた後、スタッドバンプの可融材料の少なくとも一部分が、対応する入出力ボンドパッドへ流されて、対応する入出力ボンドパッドとの接続を形成するようにされる。スタッドバンプを入出力ボンドパッドに対して融着させることは、別法として、チップ上にあるＵＢＭ処理された各
入出力ボンドパッド上に、可融材料からなる層を形成することを含むことができる。スタッドバンプ上に裏返しにされたチップを載せた後、可融材料の一部分が、それぞれの入出力ボンドパッドからそれぞれに対応するスタッドバンプへ（例えば、加熱または他の適切な技法によって）流され、したがって、入出力ボンドパッドとそれぞれに対応するスタッドバンプとの間に接続を形成するようにされる。一例として、可融材料からなる層は、Ｓｎからなる層、またはＳｎの合金からなる層を備えることができる。
【００１４】
一実施形態では、基板上の入出力ボンドパッドに、それぞれに対応するワイヤをボールボンディングし、続いてワイヤを切断して、各ボールボンドのところにスタッドを形成することによって、スタッドバンプが形成される。望ましくは、スタッドバンプは、基板上にほぼ同一の高さで一括して形成される。
【００１５】
別の態様によれば、チップパッケージング基板が提供される。一実施形態のチップパッケージング基板は、入出力ボンドパッドがその上に形成される取付け面を有する基板を備える。それぞれ第１の端部を有するスタッドバンプが、取付け面上のそれぞれに対応する入出力ボンドパッドに取り付けられる。スタッドバンプの第２の端部がそれぞれ、それぞれに対応する入出力ボンドパッドから突き出す。第２の端部は、基板に取り付けられて基板上の入出力ボンドパッドに電気的に接続されることが意図されるチップ上の対応するボンドパッドに対して、可融である。取付け面上の入出力ボンドパッドは、押し出されることができる。スタッドバンプを、ワイヤ（例えば、Ａｕ、Ｃｕ、あるいは一方または両方の金属の合金）で形成しても、可融材料で形成してもよい。特に、スタッドバンプがワイヤで形成される場合、スタッドバンプの第１の端部を、基板の入出力ボンドパッドにボールボンディングすることができる。
【００１６】
本方法のいずれもさらに、チップと基板の間にアンダーフィルを施すことを含むことができる。希望するなら、例えば、当技術分野で既知のさまざまなパッケージ構成および方法のいずれかを使用して、チップをカプセル化することができる。
【００１７】
別の態様は、本開示の範囲内にある方法のいずれかによって製造されるチップを対象とする。
さらに別の態様は、集積回路、ディスプレイ、メモリ素子などのマイクロデバイスを対象とする。そうしたマイクロデバイスの一実施形態は、少なくとも１つのマイクロ回路を画定し、複数の入出力ボンドパッドを備えるチップを備える。このマイクロデバイスは、チップの入出力ボンドパッドに対応する複数の入出力ボンドパッドを画定する基板も含む。基板の各入出力ボンドパッド上に、それぞれに対応するスタッドバンプがあり、各スタッドバンプは、チップ上のそれぞれに対応する入出力ボンドパッドに取り付けられる。「基板」は、例えば、チップ用パッケージのそれぞれの部分でも、耐久性のある実用的な基礎をチップにもたらし、チップへの入出力接続の形成を容易にする、チップが取り付けられるさまざまな構造のいずれかでもよい。
【００１８】
望ましくは、上記で触れたように、チップは、基板に対して裏返しにされた構成である。このマイクロデバイスはさらに、可融材料の各ユニットとチップ上のそれぞれの入出力ボンドパッドとの間に、少なくとも１層のＵＢＭを備えることができる。このマイクロデバイスはさらに、チップと基板の間に、アンダーフィルを備えることもできる。
【００１９】
前述のまたさらなる本発明の態様、特徴および利点は、添付の図面を参照して行われる以下の詳細な説明からより容易に明らかとなるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本開示は、いかなる形であれ限定しているものではない、代表的な諸実施形態の文脈に
おいて記載される。
本方法は、ダイ上にはんだボールまたはバンプを形成する必要なく、ダイ上の入出力ボンドパッドと、基板、キャリア、リードフレームなど（それらは全て一般に、「基板」と呼ばれる）上の対応する入出力ボンドパッドとの間に、所望の相互接続を実現するものである。したがって、（ａ）実質的により微細な入出力接続のピッチが実現される、（ｂ）入出力接続を、ダイの周辺領域内だけでなく、ダイの有効回路領域内を含めて、ダイの表面上の実質的にどこにでも形成し（「エリアアレイ相互接続」と呼ばれる）、それによって、周辺入出力接続で実現可能なよりも実質的に多くの入出力接続を設けることができる、また（ｃ）鉛を使用する必要なしに、入出力相互接続を形成し、それによって、完成したデバイスの汚染の潜在源をなくすことができる。さらに、それぞれの部分が、ウェーハ製作環境、およびチップ組立て環境により適している（より「やさしい」、すなわち、より適合性がある）。これにより、「製作」ステップの、下流の「組立て」ステップからのより適切でより顕著な分離がもたらされ、ダイと基板の間に入出力相互接続を形成する従来の方法に比べて、ダイあたりの製作コストが低減される。
【００２１】
本方法の第１の代表的実施形態では、図１（Ａ）〜１（Ｃ）に示されるように、ダイ４０の入出力ボンドパッド４６上に、アンダーバンプメタライゼーション（ＵＢＭ）４４が形成され、ＵＢＭ４４上に、（はんだボールの厚さに対して）「薄い」可融層４８が形成される。基板４２上にある対応する入出力ボンドパッド５０上に、「スタッドバンプ」５２（後に以下に説明される）が形成される。ダイ４０は、ダイの面５５が、基板４２の方を向いているように「裏返し」にされる。ダイ４０は、可融層４８を含む位置が、そのそれぞれに対応するスタッドバンプと接触するように、正確な位置合わせでスタッドバンプ５２上に載せられる。その結果得られる組立体が、可融層４８をそれぞれに対応するスタッドバンプ５２上に流れさせるように、また可融層４８に、それぞれに対応するスタッドバンプ５２への接続を完了させるように処理される。
【００２２】
ＵＢＭ４４の形成に関して、大部分のダイ上にある入出力ボンドパッド４６の最終金属層が、空気にさらされるとすぐに酸化アルミニウムの表面層を容易に形成するアルミニウムであることに、まず留意されよう。酸化アルミニウムは、絶縁物であり、ＵＢＭ４４を施す前に除去されるべきである。酸化アルミニウムの除去ならびにＵＢＭ４４および可融層４８の形成は、望ましくは、ウェーハ製作施設内で、ウェーハをダイシングする前に実施される。酸化アルミニウムを、スパッタエッチング、プラズマエッチング、イオンエッチング、または湿式エッチングなどのさまざまな技法のいずれかによって、除去することができる。
【００２３】
ＵＢＭ４４はとりわけ、ダイ４０の入出力ボンドパッド４６に、電気的により伝導性の表面をもたらす働きをする。ＵＢＭ４４の望ましい特性は、（ａ）強力な、安定した、低抵抗の電気接続を、その下にある、ダイ上の入出力ボンドパッド４６に提供すること、（ｂ）入出力ボンドパッドの材料に十分に接着すること、（ｃ）ＵＢＭ上に形成される可融材料４８からなる層に接着し、その層に対して濡れ性があること、（ｄ）下にある入出力ボンドパッド４６を、環境から保護すること、および（ｅ）有害金属がダイ４０内に拡散するのに対する障壁をもたらすことである。ＵＢＭ４４はまた、可融層４８がその上に形成される領域を画定し、制限する。これらの基準を満足させるために、ＵＢＭ４４は一般に、入出力ボンドパッド４６から可融材料４８の層まで、材料適合性のある段階的変化を成す複数の層として形成される。ＵＢＭ４４は、蒸着またはスパッタリングなどの真空蒸着によって、あるいは化学めっきによって形成することができる（真空蒸着がより一般的な方法である）。ダイ４０上の入出力ボンドパッド４６が、アルミニウムで形成される場合、酸化アルミニウムを除去することができ、処理されるべき（ボンドパッド上の）領域を画定するマスクを、（例えばフォトリソグラフィによって）まず形成することによって、ＵＢＭ４４をウェーハの所望の領域内に形成することができる。マスクの使用に代わる
手段として、無電解法を使用して、ＵＢＭ４４を形成することができる。
【００２４】
ＵＢＭ４４の各層は、そのそれぞれの機能を意味する、異なる名称を有する。「接着層」と呼ばれる第１の層は、入出力ボンドパッド金属（例えばアルミニウム）、および必要に応じて任意の周囲のパッシベーションに十分に接着し、それによって、強力な、低応力の機械的および電気的な接続がもたらされる。「拡散障壁層」と呼ばれる、通常の次の層は、薄い可融層内の元素が、下にある材料中に拡散するのを制限する。「濡れ性層」と呼ばれる、通常の第３の層は、可融層の、その下にある金属への良好な接合をもたらすように、薄い可融層４８の形成に使用される材料で容易に濡れることができる表面をもたらす。任意選択の「保護層」が使用される場合、保護層は、下にある材料を酸化から保護するために、少なくとも濡れ性層のいくつかの領域に対して施される。
【００２５】
ＵＢＭの合計の厚さは、望ましくは０．１〜５μｍの範囲であり、得られる実際の厚さは、ＵＢＭの各層を形成するのに使用される特定の方法に、少なくともある程度依存する（めっきは、薄膜法よりも厚い層を形成する傾向がある）。個々の層に関しては、接着層に関する例示的な厚さの範囲が、０．１〜３μｍであり、拡散障壁層に関する例示的な厚さの範囲が、０．１〜５μｍであり、濡れ性層に関する例示的な厚さの範囲が、０．１〜５μｍである。保護層が使用される場合にはその例示的な厚さの範囲が、０．１〜３μｍである。
【００２６】
ＵＢＭ４４の各層は、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｖ、ＷおよびＡｕのうち１つまたは複数、ならびにそれらの合金を含む（がそれらに限定されない）、金属のさまざまな組合せのいずれかを使用して形成することができる。当技術分野で理解されるように、特定の金属またはその組合せは、それによって形成される特定の層に従って、またダイの特定の側面に従って選択される。ＵＢＭプロファイルの例には、（ａ）Ｃｒ：Ｃｒ−Ｃｕ：Ｃｕ、（ｂ）Ｔｉ：Ｎｉ−Ｖ、（ｃ）Ｔｉ：Ｃｕ、（ｄ）Ｔｉ：Ｗ：Ａｕ、（ｅ）Ｎｉ：Ａｕ、（ｆ）Ａｌ／Ｎｉ／Ｃｕ、（ｇ）Ａｌ／ＮｉＶ／Ｃｕ、および（ｈ）Ｔｉ：Ｃｕ：Ｎｉがある（がそれらに限定されない）。以下は、手順の例である。（１）スパッタエッチングをして、酸化アルミニウムを除去し、ボンドパッド上のアルミニウムの新たな表面を露出させる。（２）露出されたアルミニウム上に、接着層として、Ｔｉ／Ｃｒ／Ａｌからなる第１のＵＢＭ層（例えば、１００ｎｍ厚さ）を堆積させる。（３）接着層上に、拡散障壁層として、Ｃｒ：Ｃｕからなる第２のＵＢＭ層（例えば、８０ｎｍ厚さ）を堆積させる。（４）拡散障壁層上に、濡れ性層として、Ｃｕ／Ｎｉ：Ｖからなる第３のＵＢＭ層（例えば、３００ｎｍ厚さ）を堆積させる。（５）任意選択で、濡れ性層上に、保護層（例えば、５０ｎｍのＡｕ）を堆積させる。
【００２７】
ＵＢＭ４４の形成完了後、可融層４８がＵＢＭ領域上に形成される。可融層４８の形成は、ＵＢＭ形成用に使用されたのと同じマスクを使用して実施することができる（望ましくは、ＵＢＭ形成用に使用されたのと同じマスクを使用して実施される）。したがって、可融層４８を、構成要素層からなるＵＢＭ「スタック」の一部として形成し、それによって、別々の堆積ステップをなくすことができる。可融層４８を形成する代替方法には、（ａ）ダイのＵＢＭ領域４４上に、可融層材料のペーストをスクリーン印刷すること、および（ｂ）ＵＢＭ領域４４上に、可融材料をめっきすることがある（がそれらに限定されない）。可融層４８を形成するための材料の例は、Ｓｎ；Ｓｎ−Ｐｂ、Ｓｎ−Ｂｉ、Ｓｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ、およびＳｎ−Ｓｂなどの二元合金；それらの元素のいずれかからなる三元合金（例えば、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ）；および他の適切な材料（例えば、Ｐｂのない配合物が、多くの適用分野にとって特に望ましい）を含む。ダイ４０上の可融層４８の領域は、従来のバンプ付きダイ上のはんだボールと同じ機能を果たすが、ダイ上にはんだボールまたははんだバンプがある必要性がない。可融層４８に関する例示的な厚さの範囲は、０．５〜５０μｍである。実際の厚さは、少なくとも一部には、可融層を形成するのに使
用される特定の方法に依存する。熱圧縮法では、より薄い層が製作される傾向があるが、ピック・アンド・プレース法では、より厚い層が製作される傾向がある。
【００２８】
基板４２に対しては、ダイ上の、ＵＢＭ４４および可融材料４８で処理されたボンドパッドの位置に対応する、入出力ボンドパッド５０上のそれぞれの位置に、バンプが形成される。基板４２上のバンプは、望ましくは、スタッドバンプ５２またはスタッド台として構成され、望ましくは、ダイ上にスタッドバンプを形成するのに使用される、従来のスタッドバンピング技法によって形成される。スタッドバンプ５２は、望ましくは、非可融材料（例えば、ＣｕまたはＡｕ、あるいはその合金）で形成される。スタッドバンプ５２に関する例示的な高さの範囲は、３０〜６０μｍである。
【００２９】
スタッドバンプ５２を形成する一技法例が、従来のワイヤボンディングで使用される「ボールボンディング」技法を変更したものである。スタッドバンプを形成するためには、ワイヤを、例えばＡｕまたはＣｕ、あるいはその合金で形成することができる。ボールボンディングでは、ボンドワイヤの先端が融解されて、小さな球が形成される。ワイヤボンディングツールが、機械的力、熱、および超音波エネルギーで、その球を入出力ボンドパッドに押し付けて、ボールのボンドパッドへの金属接続を形成する。その結果、ボールが一般に平坦にされて、ボンドパッドに押し付けられた円盤になる。スタッドバンプ５２の形成は、ワイヤ５４のボールボンド５６を、入出力ボンドパッド５０に対して類似の方式で形成し、続いてワイヤを、ボールボンドの上方に接近して切断することから始まる。その結果得られる、入出力ボンドパッド５０上の残りの「スタッドバンプ」５２は、ボンドパッドの金属への、永久的な信頼性の高い接続をもたらす。球５６が、入出力ボンドパッド５０に押し付けられる方式のため、得られる接続は通常、ボンドパッド上に存在する可能性があるどんな酸化物層も貫通する。ワイヤ５４の底面で幾分か平坦にされた球５６に関する例示的な直径の範囲は、３０〜７５μｍである。
【００３０】
本実施形態では、基板４２上にスタッドバンプ５２を形成した後、その「ワイヤ」５４を、機械的圧力または他の適切な技法によって、平坦にする（「コイニングする」）ことができる。したがって、図１（Ａ）に示されるように、ワイヤ５４上に平坦な上面５８が設けられ、それによって、より均一なバンプ高さがもたらされる。各スタッドバンプ５２を、ツールによって、バンプ形成直後に個々にコイニングすることができ、または別法として、バンプ形成後、別の作業において、基板４２上の全てのスタッドバンプを、平坦な面を使用してそれらに圧力を加えることによって、同時にコイニングすることもできる。
【００３１】
ダイ上の従来のスタッドバンプは、基板上のそのそれぞれに対応する入出力ボンドパッドに、導電性または非導電性の接着剤を使用して接続される。それとは対照的に、例えば図１（Ｂ）および１（Ｃ）を参照すると、基板４２上のスタッドバンプ５２は、ダイ４０上にあるそのそれぞれに対応する入出力ボンドパッド４６に、ダイ上の入出力ボンドパッドに既に施された可融材料４８を使用して接続される。これは、ダイ４０のピック・アンド・プレース作業に続いて、リフローステップまたは熱圧着ステップを使用して、可融材料４８の、接触しているスタッドバンプおよびその周囲（ワイヤ５４の先端と、ＵＢＭ４４付きの入出力ボンドパッド４６との間を橋渡ししている、図１（Ｃ）の領域６０を参照されたい）への流れを引き起こすことによって、実現することができる。
【００３２】
スタッドバンプ５２は、ダイ４０と基板４２の間に空間６２をもたらす。本実施形態または他の実施形態において、所望されるまたは必要である場合、このチップ下空間６２を、ダイ４０の接面５５全体を基板４２に接合する非導電性の「アンダーフィル」接着剤（図示されないが、当技術分野で十分理解されている）で埋めることができる。アンダーフィルは、スタッドバンプ５２を湿気および他の環境上の危険源から保護し、組立体にさらなる機械的強度をもたらす。アンダーフィル接着剤の別の主要な機能は、ダイ４０と基板
４２の間の熱膨張の差を補償することである。アンダーフィルは、熱膨張の差がスタッドバンプ５２によって形成された電気接続を破壊しないように、または損傷を与えないように、ダイ４０と基板４２を機械的に一緒に接合する。
【００３３】
アンダーフィル接着剤は、ダイ４０の表面５５上のパッシベーション層と、基板４２のどちらにも、十分に接合しなければならない。そのような接合を実現するためには、接着剤を施す前に、ダイ４０および基板４２から残留物があればそれを除去するための清浄ステップを実施することが望ましい。アンダーフィルは、ダイ４０の１つまたは２つの縁部に沿ってニードルで計量供給して、ダイ下空間６２に毛細作用によって引き込むことができる。接着剤は一般に、施された後、熱硬化される。
【００３４】
上述のようにダイを基板に取り付けた後、本実施形態および他の実施形態では、ダイおよび基板を、当技術分野で公知のさまざまなパッケージング方法および材料のいずれかを使用してカプセル化することができる。特定のダイおよびその意図される適用分野に応じて、カプセル化は、アンダーフィルを施した後でも、後でなくてもよい。カプセル化に代わる手段として、やはりダイおよびその意図される適用分野に応じて、ダイを「裸で」使用することもできる（すなわち、非カプセル化）。ダイに、特定の使用環境または使用条件への耐性を与えるために、必要に応じて、ダイを他のプロセスにかけることができる。
【００３５】
第２の代表的実施形態では、スタッドバンプの形成に一代替技術が使用される。本実施形態は、ダイ４０、基板４２、ダイ上の入出力ボンドパッド４６、ボンドパッド４６上のＵＢＭ４４、および基板上の入出力ボンドパッド５０を示す図２（Ａ）〜２（Ｂ）に示される。本代替実施形態では、入出力ボンドパッド５０上にスタッドバンプ６４が、可融金属またはその合金で形成された「はんだワイヤ」を使用して形成される。上述の第１の代表的実施形態と同様に、はんだワイヤの先端が加熱されて、小さな球または同様のものが形成される。そのボールが、力と熱エネルギーを組み合わせたものを用いて、入出力ボンドパッド５０に押し付けられて、はんだワイヤのボンドパッドへの接続６５が形成される。これに続いて、得られるボンドの上方に接近してワイヤを切断する。その結果得られる構造が、図２（Ａ）に示されている。本代替実施形態の利点は、可融層４８を必要とせず、したがって可融層４８がないことである。その代わりに、ダイ４０の入出力ボンドパッド４６上には、ＵＢＭ４４しか形成されない。これは、スタッドバンプ６４自体が、ダイ４０の対応する入出力ボンドパッド４６上のＵＢＭ４４に対して可融であるためである。接合後のこの構造が、ダイ４０と基板４２の間の得られる接続６６を示す図２（Ｂ）に示されている。本実施形態は、ダイ４０上の可融材料を除外した結果、第１の代表的実施形態よりもさらにウェーハ製作環境と適合性がある。すなわちダイを、ウェーハ製作施設内で、可融層をその場所で形成することから生ずる起こり得る汚染の懸念なく、好都合に準備することができ、基板を、組立て・パッケージング施設内で、好都合に準備することができる。次いで、完成されたダイが、組立て・パッケージング施設に届けられ、その施設で、そこで実施される他のプロセスと適合性があるプロセスを使用して基板に取り付けられる。
【００３６】
いくつかの実施形態では、チップ上の入出力ボンドパッドが、可融材料４８との材料適合性の問題を引き起こさない場合、ＵＢＭ４４をなくす、または少なくとも簡略化（例えば、上述されたものよりも少ない層を用いて）することができる。そうした実施形態では、可融材料４８が、介在するＵＢＭを伴って、または伴わないで、チップの入出力ボンドパッド上に施される。
【００３７】
第１の代表的実施形態（図１（Ａ）〜１（Ｃ））では、例えば、スタッドバンプ５２を、酸化物除去ステップまたはＵＢＭ形成ステップを実施する必要なく、基板４２の入出力ボンドパッド５０上に形成することができる。また、ダイが依然としてウェーハ製作施設
内にある間、ダイを（ＵＢＭ４４および可融層４８を形成することによって）準備することもできる。これらは、本方法の重要な利点である。というのも、ウェーハ製作ステップ、ならびに下流のチップ組立ておよびチップパッケージングステップはしばしば、異なる工場において実施されるためであり、また今や、ダイおよび基板を、必要なプロセスがより「やさしい」（すなわち、その施設で実施される他のプロセスと、より適合性がある）各施設において、より完全に準備することができるためである。具体的には、図１（Ａ）に示される上部構造を、その構造を形成するのに必要なプロセスステップがより適切に対応されるウェーハ製作施設において、全面的に製作することができ、図１（Ａ）に示される下部構造を、必要なプロセスステップがより適切に対応される組立て工場において製作することができる。次いで、上部構造を、組立て工場に届けて、そこで図１（Ｂ）および１（Ｃ）に示されるステップを実施することができる。したがって、プロセスの流れ全体がより合理化され、それにより、スループットが増大し、コストが低下する。さらに、基板４２は、ウェーハまたはダイよりも頑丈なため、基板４２上へのスタッドバンプ５２の形成中に場合によっては生ずる、付随的な損傷に関する懸念が、ダイ４０上にスタッドバンプを形成するのに比べて大いに軽減される。
【００３８】
第３の代表的実施形態が、図３（Ａ）〜３（Ｂ）に示され、図ではプロセスが、「ボンド・オン・トレース」／「押出しバンプ」法である。図３（Ａ）〜３（Ｂ）に示される多くの詳細は、図１（Ａ）〜１（Ｃ）に示される実施形態の、対応する詳細に類似するものである。図では、ダイ７０および基板７２が示されている。本実施形態では、ダイ７０の入出力ボンドパッド７６上に、ＵＢＭ７４が形成され、ＵＢＭ７４上に、可融層７８が形成される。基板７２上の入出力ボンドパッド８０を、狭く離隔されたトレースとすることができ、また押出しによって形成することができる。入出力ボンドパッド上に、スタッドバンプ８２が、（図１（Ａ）〜１（Ｃ）に比べて）ベース８５の一部分がボンドパッドの側面を覆って実際に広がった状態で形成される。スタッドバンプ８２上に、裏返しにされたダイ７０が、可融層７８を含む位置がそのそれぞれに対応するスタッドバンプと接触するようにして、正確な位置合わせで載せられる。その結果得られる組立体が、可融層７８をそれぞれに対応するスタッドバンプ８２上に流れさせるように、また可融層７８に、それぞれに対応するスタッドバンプ８２との接続を完了させるように処理される。
【００３９】
上述の方法には、従来方法に勝る以下の利点がある。（１）本方法は、通常ウェーハレベルでのはんだ堆積に付随するいくつかのウェーハ処理ステップをなくし、それらのステップを、ウェーハ製作環境内のウェーハ・インフラストラクチャに対してよりやさしい、薄膜堆積ステップと置き換える。具体的には、１μｍ／分を超える高速でのＳｎの薄膜スパッタリングが、現在実施可能である。（２）本方法は、大量のはんだを、ダイと基板の間の入出力相互接続からなくし、それによって、より微細な相互接続ピッチが実現されることが可能になる。（３）本方法によって、「ボンド・オン・トレース」または「押出しバンプ」技法の使用を含めて、基板上にスタッドバンプを形成することにより、スタッドバンプが、非常に微細なピッチ（例えば、７０μｍ以下）で形成されることが可能になる。（４）本方法では、Ｓｎまたはその合金が可融層に使用され、ＣｕまたはＡｕ、あるいはそのそれぞれの合金が、スタッドバンプ材料に使用され、それによって、ダイの基板へのＰｂフリー入出力相互接続を実現することが可能になる。（５）本方法では、基板に対するはんだマスクの使用が不要になり、それによって基板を、高価でなく、より製造性のあるものにすることができる。（６）本方法では、基板上へのスタッドバンプの形成を、他のパッケージ組立て作業に、最小の投資で組み込むことが容易である。
【００４０】
以上、本発明は、代表的諸実施形態の文脈において説明されてきたが、本発明は、それらの実施形態に限定されない。それとは反対に、本発明は、添付の特許請求の範囲により定義される本発明の精神および範囲内に含まれることができる、全ての変更形態、代替手段および等価物を包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】（Ａ）は、第１の代表的実施形態による、基板上に形成されたスタッドバンプを使用してダイを基板に取り付ける方法の一段階を示す概略立面図であり、取付け前の状況を示す図である。（Ｂ）は、第１の代表的実施形態による、基板上に形成されたスタッドバンプを使用してダイを基板に取り付ける方法の、（Ａ）に続く段階を示す概略立面図であり、取付け開始時の状況を示す図である。（Ｃ）は、第１の代表的実施形態による、基板上に形成されたスタッドバンプを使用してダイを基板に取り付ける方法の、（Ｂ）に続く段階を示す概略立面図であり、取付け後の構成を示す図である。
【図２】（Ａ）は、第２の代表的実施形態による、ダイを基板に取り付ける方法の一段階の概略立面図であり、取付け前の状況を示す図である。（Ｂ）は、第２の代表的実施形態による、ダイを基板に取り付ける方法の、（Ａ）に続く段階の概略立面図であり、取付け後の状況を示す図である。
【図３】（Ａ）は、第３の代表的実施形態による、ダイを基板に取り付ける方法の一段階の概略立面図であり、取付け前の状況を示す図である。（Ｂ）は、第３の代表的実施形態による、ダイを基板に取り付ける方法の、（Ａ）に続く段階の概略立面図であり、取付け後の状況を示す図である。
【図４】（Ａ）は、はんだボール、および裏返されたチップを使用してダイを基板に取り付ける従来方法の概略立面図であり、取付け前の状況を示す図である。（Ｂ）は、はんだボール、および裏返されたチップを使用してダイを基板に取り付ける従来方法の概略立面図であり、取付け後の状況を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
４０  ダイ
４２  基板
４４  アンダーバンプメタライゼーション、ＵＢＭ、ＵＢＭ領域
４６  入出力ボンドパッド
４８  可融層、可融材料
５０  入出力ボンドパッド
５２  スタッドバンプ
５４  ワイヤ
５５  面、接面、表面
５６  ボールボンド、球
５８  平坦な上面
６０  領域
６２  チップ下空間、ダイ下空間
６４  スタッドバンプ
６５  接続
６６  接続
７０  ダイ
７２  基板
７４  ＵＢＭ
７６  入出力ボンドパッド
７８  可融層
８０  入出力ボンドパッド
８２  スタッドバンプ
８５  ベース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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