(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スタッドバンプ構造であって、
第一チップ、および、
前記第一チップ上に設置される銀合金スタッドバンプを含み、前記銀合金スタッドバンプの組成は、以下から構成される群のひとつから選択され、
第一組成０．０１から１０重量パーセントのパラジウム、０．０１から１０重量パーセントのプラチナ、０．０１から１０重量パーセントの金と残余の銀；
第二組成０．０１から１０重量パーセントのパラジウム、０．０１から１０重量パーセントのプラチナ、１０から８００ｐｐｍの微量金属と残余の銀で、前記微量金属は、１０から６００ｐｐｍのベリリウム、１０から１００ｐｐｍのセリウムおよび１０から１００ｐｐｍのランタンの少なくともひとつを含み；
第三組成０．０１から１０重量パーセントのパラジウム、０．０１から１０重量パーセントのプラチナ、０．０１から１０重量パーセントの金、１０から８００ｐｐｍの微量金属と残余の銀で、前記微量金属は、１０から６００ｐｐｍのベリリウム、１０から１００ｐｐｍのセリウムおよび１０から１００ｐｐｍのランタンの少なくともひとつを含むことを特徴とするスタッドバンプ構造。
【請求項２】
前記第一チップは、分割された単一半導体チップまたは半導体ウェハ中の未分割チップを有することを特徴とする請求項１に記載のスタッドバンプ構造。
【請求項３】
前記第一チップは、さらに、ボンディングパッドを有し、前記銀合金スタッドバンプは、前記ボンディングパッドを覆うように設置されることを特徴とする請求項１に記載のスタッドバンプ構造。
【請求項４】
パッケージ構造であって、
チップ上ボンディングパッドを有する第一チップと、
前記第一チップの前記チップ上ボンディングパッド上に設置されるチップ上銀合金スタッドバンプと、
前記第一チップとのフリップチップボンディングにより、前記チップ上銀合金スタッドバンプと電気的に接続される基板上ボンディングパッドを有する基板と、
前記チップ上銀合金スタッドバンプの組成は、以下から構成される群のひとつから選択され、
第一組成０．０１から１０重量パーセントのパラジウム、０．０１から１０重量パーセントのプラチナ、０．０１から１０重量パーセントの金と残余の銀；
第二組成０．０１から１０重量パーセントのパラジウム、０．０１から１０重量パーセントのプラチナ、１０から８００ｐｐｍの微量金属と残余の銀で、前記微量金属は、１０から６００ｐｐｍのベリリウム、１０から１００ｐｐｍのセリウムおよび１０から１００ｐｐｍのランタンの少なくともひとつを含み；
第三組成０．０１から１０重量パーセントのパラジウム、０．０１から１０重量パーセントのプラチナ、０．０１から１０重量パーセントの金、１０から８００ｐｐｍの微量金属と残余の銀で、前記微量金属は、１０から６００ｐｐｍのベリリウム、１０から１００ｐｐｍのセリウムおよび１０から１００ｐｐｍのランタンの少なくともひとつを含むことを特徴とするパッケージ構造。
【請求項５】
前記第一チップは、分割された単一半導体チップまたは半導体ウェハ中の未分割チップを有することを特徴とする請求項４に記載のパッケージ構造。
【請求項６】
前記基板は、シリコンインターポーザーチップである第二チップ、シリコンインターポーザーウェハ、セラミックインターポーザー基板またはプリント回路板を含むことを特徴とする請求項４に記載のパッケージ構造。
【請求項７】
前記チップ上銀合金スタッドバンプと前記基板上ボンディングパッドは、直接に、または、接着剤若しくははんだ材料を間に含むように接合されていることを特徴とする請求項４に記載のパッケージ構造。
【請求項８】
前記接着剤は、等方性導電性接着剤または異方性導電性接着剤であることを特徴とする請求項７に記載のパッケージ構造。
【請求項９】
前記チップ上銀合金スタッドバンプと前記基板上ボンディングパッドは非導電性接着剤によりサポートされ、よって、互いに、直接、密接に接触することを特徴とする請求項７に記載のパッケージ構造。
【請求項１０】
チップ上銀合金スタッドバンプと基板上ボンディングパッドを直接接合した接合界面は、はんだ合金またはスズを含む金属間層を有することを特徴とする請求項７に記載のパッケージ構造。
【請求項１１】
パッケージ構造の製造方法であって、
銀合金ワイヤを提供する工程と、
前記銀合金ワイヤの一端を融解して、フリーエアボールを形成する工程と、
前記フリーエアボールを、第一チップのチップ上ボンディングパッドに接合して、ボールボンドを形成する工程と、
前記銀合金ワイヤを裁断し、前記ボールボンドが、前記チップ上ボンディングパッドで留まって、チップ上銀合金スタッドバンプを形成する工程と、
フリップチップボンディングを用いて、前記チップ上銀合金スタッドバンプにより、前記第一チップを一基板の基板上ボンディングパッドに電気的に接続する工程と、を含み、
前記チップ上銀合金スタッドバンプの組成は、以下から構成される群のひとつから選択され、
第一組成０．０１から１０重量パーセントのパラジウム、０．０１から１０重量パーセントのプラチナ、０．０１から１０重量パーセントの金と残余の銀；
第二組成０．０１から１０重量パーセントのパラジウム、０．０１から１０重量パーセントのプラチナ、１０から８００ｐｐｍの微量金属と残余の銀で、前記微量金属は、１０から６００ｐｐｍのベリリウム、１０から１００ｐｐｍのセリウムおよび１０から１００ｐｐｍのランタンの少なくともひとつを含み、
第三組成０．０１から１０重量パーセントのパラジウム、０．０１から１０重量パーセントのプラチナ、０．０１から１０重量パーセントの金、１０から８００ｐｐｍの微量金属と残余の銀で、前記微量金属は、１０から６００ｐｐｍのベリリウム、１０から１００ｐｐｍのセリウムおよび１０から１００ｐｐｍのランタンの少なくともひとつを含むことを特徴とするパッケージ構造の製造方法。
【請求項１２】
前記フリップチップボンディングは、さらに、
前記第一チップを反転させて、前記チップ上銀合金スタッドバンプを、前記基板の前記基板上ボンディングパッド上に設置する工程と、
接着剤を用いて、前記チップ上銀合金スタッドバンプと前記基板上ボンディングパッドを接合する工程と、
を含むことを特徴とする請求項１１に記載のパッケージ構造の製造方法。
【請求項１３】
前記接着剤は、等方性導電性接着剤または異方性導電性接着剤であることを特徴とする請求項１２に記載のパッケージ構造の製造方法。
【請求項１４】
前記接着剤は非導電性接着剤で、前記フリップチップボンディングは、さらに、
前記接着剤を用いて、前記チップ上銀合金スタッドバンプと前記基板上ボンディングパッドを接合後、前記非導電性接着剤を冷却して、冷却期間中、前記非導電性接着剤の体積を縮小して、前記チップ上銀合金スタッドバンプが、直接、密接に接触すると共に、前記基板上ボンディングパッドに電気的に接続される工程を含むことを特徴とする請求項１２に記載のパッケージ構造の製造方法。
【請求項１５】
前記フリップチップボンディングは、さらに、
前記第一チップを反転させて、前記チップ上銀合金スタッドバンプを、前記基板の前記基板上ボンディングパッドに設置する工程と、
はんだ材料を用いて、前記チップ上銀合金スタッドバンプと前記基板上ボンディングパッドを接合する工程と、
を含むことを特徴とする請求項１１に記載のパッケージ構造の製造方法。
【請求項１６】
前記はんだ材料は、厚さが１０μｍまたはそれより大きい金属フィラーで、前記チップ上銀合金スタッドバンプと前記基板上ボンディングパッドの接合時、前記はんだ金属フィラーの一部は、前記基板上ボンディングパッドと反応し、前記チップ上銀合金スタッドバンプと前記基板上ボンディングパッド間の界面で、前記はんだ金属フィラーの前記残り部分を残すことを特徴とする請求項１５に記載のパッケージ構造の製造方法。
【請求項１７】
前記はんだ材料は、厚さが１０μｍより小さい薄膜で、前記はんだ薄膜は前記基板上ボンディングパッドと反応し、チップ上銀合金スタッドバンプと前記基板上ボンディングパッドの接合時、完全に消耗され、前記チップ上銀合金スタッドバンプと前記基板上ボンディングパッド間の界面で、スズを含む金属間層を形成することを特徴とする請求項１５に記載のパッケージ構造の製造方法。
【請求項１８】
前記はんだ薄膜を用いた前記接合ステップは、１０−３Ｔｏｒｒ〜１０−６Ｔｏｒｒの真空環境下で、高温圧縮接合を用いて、前記はんだ薄膜の融点より１０℃高い温度で、０．１Ｋｇ／ｍｍ２〜１Ｋｇ／ｍｍ２の圧力を、チップ上銀合金スタッドバンプと前記基板上ボンディングパッドに加えて、５〜３０分実行されることを特徴とする請求項１７に記載のパッケージ構造の製造方法。
【請求項１９】
前記フリップチップボンディングは、さらに、
前記第一チップを反転させて、前記チップ上銀合金スタッドバンプを、前記基板の前記基板上ボンディングパッドに設置する工程と、
熱と圧力の方式により、高温圧縮接合を用いて、直接、前記チップ上銀合金スタッドバンプと前記基板上ボンディングパッドを、前記第一チップ、前記チップ上銀合金スタッドバンプと前記基板の前記基板上ボンディングパッドに接合する工程と、
を含むことを特徴とする請求項１１に記載のパッケージ構造の製造方法。
【請求項２０】
前記高温圧縮接合は、大気環境下で、温度３００℃〜６００℃で、０．５Ｋｇ／ｍｍ２〜３Ｋｇ／ｍｍ２の圧力を、前記チップ上銀合金スタッドバンプと前記基板上ボンディングパッドに加えて、３から６０秒実行されることを特徴とする請求項１９に記載のパッケージ構造の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スタッドバンプ構造、そのパッケージ構造、および、パッケージ構造の製造方法であって、特に、銀合金スタッドバンプ構造、そのパッケージ構造、および、パッケージ構造の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フリップチップアセンブリの長所は、接続点が多い、各接続点間の距離が小さい、パッケージ面積が小さい、パフォーマンスが高い、高周波数、高信頼性、および、電磁気干渉に対し良好な耐性を有することである。よって、フリップチップアセンブリは、一般に、電子デバイス、たとえば、集積回路（ＩＣ）または発光ダイオード（ＬＥＤ）のパッケージ工程に用いられている。バンプの製造とパッケージングは、フリップチップ組立工程において重要な役割を担う。フリップチップバンプの多くが、はんだ合金、たとえば、Ｓｎ−３７Ｐｂ，Ｓｎ−９Ｚｎ，Ｓｎ−０．７Ｃｕ，Ｓｎ−３．５Ａｇ，Ｓｎ−５１Ｉｎ，Ｓｎ−５８Ｂｉ，Ｓｎ−３−Ａｇ−０．５Ｃｕ，Ｓｎ−９Ｚｎ−３Ｂｉ等でなる。はんだバンプの製造方法は、電気めっきと型紙捺染（ｓｔｅｎｃｉｌ  ｐｒｉｎｔｉｎｇ）を含む。しかし、電気めっきで製造されるはんだバンプは環境に有害で、且つ、特定の合金組成を形成するのが困難である。さらに、Ｐｂ−ｆｒｅｅはんだバンプを形成するとき、適当なめっき溶液とめっき工程を見つけるのも困難である。たとえば、バンプが、合金、たとえば、Ｓｎ−３．５Ａｇ，Ｓｎ−０．７Ｃｕ，またはＡｇ−０．５Ｃｕで形成される場合、合金の組成は、通常、制御しにくい。はんだバンプが、合金、たとえば、Ｓｎ−５１Ｉｎ，Ｓｎ−５８ＢｉまたはＳｎ−９Ｚｎ−Ｂｉで形成される場合、適当なめっき溶液を探すのが非常に困難である。
【０００３】
よって、現在、はんだペーストの型紙捺染は、フリップチップパッケージ工程において絶対不可欠な方法になっている。フリップチップはんだペーストの主要材料ははんだ粉末である。一般に、表面実装技術（ＳＭＴ）におけるはんだ粉末の粒子サイズ（直径）は約３０μｍから５０μｍで、このサイズのはんだ粉末は製造が容易である。しかし、フリップチップバンプのサイズは、通常、１２０μｍより小さいので、はんだ粉末のサイズは１０μｍより小さいことが要求され、このような小さいサイズのはんだ粉末は製造が難しい。さらに、フリップチップバンプのサイズが１００μｍ、さらには、約５０μｍより小さくなるまで減少するとき、たとえ、はんだ粉末のサイズが１０μｍより小さくても、各バンプは少しのはんだ粉末だけを含む。よって、リフロープロセス（ｒｅｆｌｏｗ）の後、重大な共平面性が発生する。はんだペーストによるフリップチップバンプの製造における別の問題は、リフロープロセスの後、フラックスによりホールが形成されること、および、各接続点間の距離が１００μｍより小さいとき、型紙捺染の製造不良が急増することである。
【０００４】
金ワイヤを用いた金ボンドにより製造される電気めっき金バンプや金スタッドバンプは、電気接続のフリップチップバンプとしても用いられる。しかし、電気めっき金バンプと金スタッドバンプのいずれかがフリップチップバンプとして用いられるとき、金属間化合物の急速形成による結合界面での脆化（ｅｍｂｒｉｔｔｌｅｍｅｎｔ）問題が発生する。さらに、従来のはんだ付け技術が、基板のアセンブリと電気めっき金バンプと金スタッドバンプのいずれかに用いられる場合、金ははんだの溶解が非常に早いので、電気めっき金バンプまたは金スタッドバンプから、大量の金がはんだ材料に流入し、大量の脆性のＡｕＳｎ４金属間化合物が形成される。その結果、電気めっき金バンプまたは金スタッドバンプによるチップと基板の組み立ては、一般に、導電性接着剤を用いた接合だけが採用でき、電気導電性がはんだ接着より悪く、さらに、はんだ接着の自己整合性と再加工性の二大特徴を失ってしまう。さらに、製造と材料コストを考慮すると、電気めっき金バンプと金スタッドバンプは両方とも高い。
【０００５】
その結果、電子パッケージング工業において、銅ワイヤを用いた銅接合により製造される電気めっき銅バンプまたは銅ピラーまたは銅スタッドバンプが、はんだ接着工程において用いられる代わりの材料であると考えられる。しかし、電気めっき銅バンプ、電気めっき銅ピラーおよび銅スタッドバンプのどれかが、フリップチップバンプとして用いられるとき、金属間化合物の遅い形成による結合界面での浮遊はんだの問題が発生する可能性がある。さらに、銅は酸化および腐食しやすく、よって、得られたパッケージ製品の信頼性が低い。さらに深刻なことは、銅はパッケージング技術とっては硬すぎで、銅バンプの製造時に、チップ破裂が発生しやすく、また、銅バンプと基板の組み立て時に、共平面性（ｃｏｐｌａｎａｒｉｔｙ）問題が発生する。共平面性問題は、超微細ピッチパッケージと３Ｄ−ＩＣパッケージにおいて、さらに有害である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
スタッドバンプとそのパッケージ構造、および、その製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の実施形態は、第一チップと銀合金スタッドバンプを含むスタッドバンプ構造を提供する。銀合金スタッドバンプは、第一チップを覆うように設置される。銀合金スタッドバンプの組成は以下から構成される群のひとつから選択される：第一組成０．０１から１０重量パーセントのパラジウムと残余の銀；第二組成０．０１から１０重量パーセントのパラジウム、０．０１から１０重量パーセントのプラチナと残余の銀；第三組成０．０１から１０重量パーセントのパラジウム、０．０１から１０重量パーセントのプラチナ、０．０１から１０重量パーセントの金と残余の銀；第四組成０．０１から１０重量パーセントのパラジウム、１０から８００ｐｐｍの微量金属と残余の銀で、微量金属は、１０から６００ｐｐｍのベリリウム、１０から１００ｐｐｍのセリウムおよび１０から１００ｐｐｍのランタンの少なくともひとつを含む；第五組成０．０１から１０重量パーセントのパラジウム、０．０１から１０重量パーセントのプラチナ、１０から８００ｐｐｍの微量金属と残余の銀で、微量金属は、１０から６００ｐｐｍのベリリウム、１０から１００ｐｐｍのセリウムおよび１０から１００ｐｐｍのランタンの少なくともひとつを含む；第六組成０．０１から１０重量パーセントのパラジウム、０．０１から１０重量パーセントの金、１０から８００ｐｐｍの微量金属と残余の銀で、微量金属は、１０から６００ｐｐｍのベリリウム、１０から１００ｐｐｍのセリウムおよび１０から１００ｐｐｍのランタンの少なくともひとつを含む；第七組成０．０１から１０重量パーセントのパラジウム、０．０１から１０重量パーセントのプラチナ、０．０１から１０重量パーセントの金、１０から８００ｐｐｍの微量金属と残余の銀で、微量金属は、１０から６００ｐｐｍのベリリウム、１０から１００ｐｐｍのセリウムおよび１０から１００ｐｐｍのランタンの少なくともひとつを含む。
【０００８】
本発明の別の実施形態は、第一チップ、チップ上銀合金スタッドバンプおよび基板を含むパッケージ構造を提供する。第一チップは、チップ上ボンディングパッドを有する。チップ上銀合金スタッドバンプは、第一チップのチップ上ボンディングパッドを覆うように設置される。基板は、第一チップとのフリップチップボンディングにより、チップ上銀合金スタッドバンプに電気的に接続される基板上ボンディングパッドを有する。チップ上銀合金スタッドバンプの組成は、以下からなる群のひとつから選択され、第一組成０．０１から１０重量パーセントのパラジウムと残余の銀；第二組成０．０１から１０重量パーセントのパラジウム、０．０１から１０重量パーセントのプラチナと残余の銀；第三組成０．０１から１０重量パーセントのパラジウム、０．０１から１０重量パーセントのプラチナ、０．０１から１０重量パーセントの金と残余の銀；第四組成０．０１から１０重量パーセントのパラジウム、１０から８００ｐｐｍの微量金属と残余の銀で、微量金属は、１０から６００ｐｐｍのベリリウム、１０から１００ｐｐｍのセリウムおよび１０から１００ｐｐｍのランタンの少なくともひとつを含む；第五組成０．０１から１０重量パーセントのパラジウム、０．０１から１０重量パーセントのプラチナ、１０から８００ｐｐｍの微量金属と残余の銀で、微量金属は、１０から６００ｐｐｍのベリリウム、１０から１００ｐｐｍのセリウムおよび１０から１００ｐｐｍのランタンの少なくともひとつを含む；第六組成０．０１から１０重量パーセントのパラジウム、０．０１から１０重量パーセントの金、１０から８００ｐｐｍの微量金属と残余の銀で、微量金属は、１０から６００ｐｐｍのベリリウム、１０から１００ｐｐｍのセリウムおよび１０から１００ｐｐｍのランタンの少なくともひとつを含む；および、第七組成０．０１から１０重量パーセントのパラジウム、０．０１から１０重量パーセントのプラチナ、０．０１から１０重量パーセントの金、１０から８００ｐｐｍの微量金属と残余の銀で、微量金属は、１０から６００ｐｐｍのベリリウム、１０から１００ｐｐｍのセリウムおよび１０から１００ｐｐｍのランタンの少なくともひとつを含む。
【０００９】
さらに別の実施態様は、パッケージ構造の製造方法を提供する。まず、銀合金ワイヤが提供される。その後、銀合金ワイヤの一端が融解され、フリーエアボール（ｆｒｅｅ  ａｉｒ  ｂａｌｌ）を形成する。次に、フリーエアボールが、第一チップのチップ上ボンディングパッドに接合されて、ボールボンドを形成する。さらに、銀合金ワイヤが切断され、ボールボンドがチップ上ボンディングパッド上に残り、チップ上銀合金スタッドバンプを形成する。最後に、フリップチップボンディングにより、第一チップが、チップ上銀合金スタッドバンプにより、一基板上の基板上ボンディングパッドに電気的に接続される。さらに、チップ上銀合金スタッドバンプの組成は、以下からなる群のひとつから選択され、第一組成０．０１から１０重量パーセントのパラジウムと残余の銀；第二組成０．０１から１０重量パーセントのパラジウム、０．０１から１０重量パーセントのプラチナと残余の銀；第三組成０．０１から１０重量パーセントのパラジウム、０．０１から１０重量パーセントのプラチナ、０．０１から１０重量パーセントの金と残余の銀；第四組成０．０１から１０重量パーセントのパラジウム、１０から８００ｐｐｍの微量金属と残余の銀で、微量金属は、１０から６００ｐｐｍのベリリウム、１０から１００ｐｐｍのセリウムおよび１０から１００ｐｐｍのランタンの少なくともひとつを有する；第五組成０．０１から１０重量パーセントのパラジウム、０．０１から１０重量パーセントのプラチナ、１０から８００ｐｐｍの微量金属と残余の銀で、微量金属は、１０から６００ｐｐｍのベリリウム、１０から１００ｐｐｍのセリウムおよび１０から１００ｐｐｍのランタンの少なくともひとつを有する；第六組成の０．０１から１０重量パーセントのパラジウム、０．０１から１０重量パーセントの金、１０から８００ｐｐｍの微量金属と残余の銀で、微量金属は、１０から６００ｐｐｍのベリリウム、１０から１００ｐｐｍのセリウムおよび１０から１００ｐｐｍのランタンの少なくともひとつを含む；および、第七組成０．０１から１０重量パーセントのパラジウム、０．０１から１０重量パーセントのプラチナ、０．０１から１０重量パーセントの金、１０から８００ｐｐｍの微量金属と残余の銀、微量金属は、１０から６００ｐｐｍのベリリウム、１０から１００ｐｐｍのセリウムおよび１０から１００ｐｐｍのランタンの少なくともひとつを含む。
【発明の効果】
【００１０】
自己整合性と再加工性が改善される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一実施形態によるスタッドバンプ構造とパッケージ構造の製造プロセスのフローチャートである。
【図２】本発明の一実施形態によるスタッドバンプ構造の製造方法のステップまたは段階を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態によるスタッドバンプ構造の製造方法のステップまたは段階を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態によるスタッドバンプ構造の製造方法のステップまたは段階を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態によるスタッドバンプ構造の製造方法のステップまたは段階を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態による接着剤を用いたパッケージ構造の製造方法のステップまたは段階を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態によるはんだ材料を用いたパッケージ構造の製造方法のステップまたは段階を示す図である。
【図８】本発明の一実施形態による高温圧縮接合を用いたパッケージ構造の製造方法のステップまたは段階を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本明細書は、本発明を特に指摘し明確に請求する特許請求の範囲をもって結論とするが、本発明は、次の好ましい非限定的な実施形態および代表例の説明を添付図面と併せることで、よりよく理解されるものと考えられている。
さらに、本明細書において、第一特徴が第二特徴の上や上方にあるというのは、形成された第一特徴と第二特徴が直接接触している実施形態を含み、さらに、付加の特徴が、第一特徴と第二特徴間に形成され、第一特徴と第二特徴が直接接触しない実施形態も含む。
請求項を含む後の記述において、ｐｐｍは、「１００万分の１」の省略で、特徴の組成中の素子の重量分率のことである。さらに、「集積回路」ＩＣは、論理回路とその周辺回路、揮発性メモリ回路とその周辺回路、非揮発性メモリ回路とその周辺回路、発光素子と周辺回路を有する関連する回路、フォトセンシング素子と周辺回路を有する関連する回路、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）装置と周辺回路を有する関連する回路、テスト用回路のひとつ、または、二つ以上の組み合わせから選択される。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態によるスタッドバンプ構造とパッケージ構造の製造方法のフローチャートである。ステップ１０２において、銀合金ワイヤが提供される。ステップ１０４において、銀合金ワイヤの一端が融解して、フリーエアボールを形成する。ステップ１０６において、フリーエアボールが第一チップに接合されて、ボールボンドを形成する。ステップ１０８において、銀合金ワイヤが切断されて、ボールボンドが第一チップ上で残り、チップ上銀合金スタッドバンプを形成する。ステップ１１０において、チップ上銀合金スタッドバンプにより、第一チップが反転（ｆｌｉｐ）されて、基板上の基板上ボンディングパッドに組み立てられる。
【００１４】
図２から図５は、本発明の一実施形態によるスタッドバンプ構造の製造方法のステップまたは段階を示す図である。
【００１５】
図１と図２を参照すると、ステップ１０２において、銀合金ワイヤ２００が提供される。このほか、チップ上ボンディングパッド２０４を含む第一チップ２０２がさらに提供される。銀合金ワイヤ２００を基板２０２を覆うボンディングパッド２０４上に引く。この実施形態によると、銀合金ワイヤ２００の組成は、０．０１から１０重量パーセントのパラジウムを含む銀である。あるいは、０．０１から１０重量パーセントの金および／またはプラチナが、さらに、上述の０．０１から１０重量パーセントのパラジウムを含む銀に加えられる。任意に、１０から８００ｐｐｍのベリリウム、セリウムおよびランタンのひとつまたは混合物が、前述の組成物に加えられる。銀合金ワイヤ２００のワイヤ直径は１０μｍ〜５０μｍであるが、別の各種適当な直径を有する銀合金ワイヤ２００も各種アプリケーションに用いられる。第一チップ２０２は、集積回路製造プロセス完成後の分割された単一半導体チップ（すなわち、シリコンチップ）であるか、または、集積回路製造プロセス後の半導体ウェハ（すなわち、シリコンウェハ）中の複数の未分割チップのひとつである。チップ上ボンディングパッド２０４の例は、これに限定されないが、銅パッド、アルミニウムパッド、金パッド、銀パッド、ニッケルパッド、または、別の適切な表面仕上げパッドを含む。
【００１６】
さらに詳細には、銀合金ワイヤ２００の組成は、以下からなる群のひとつから選択され、第一組成０．０１から１０重量パーセントのパラジウムと残余の銀；第二組成０．０１から１０重量パーセントのパラジウム、０．０１から１０重量パーセントのプラチナと残余の銀；第三組成０．０１から１０重量パーセントのパラジウム、０．０１から１０重量パーセントのプラチナ、０．０１から１０重量パーセントの金と残余の銀；第四組成０．０１から１０重量パーセントのパラジウム、１０から８００ｐｐｍの微量金属と残余の銀で、微量金属は、１０から６００ｐｐｍのベリリウム、１０から１００ｐｐｍのセリウムおよび１０から１００ｐｐｍのランタンの少なくともひとつを含む；第五組成０．０１から１０重量パーセントのパラジウム、０．０１から１０重量パーセントのプラチナ、１０から８００ｐｐｍの微量金属と残余の銀で、微量金属は、１０から６００ｐｐｍのベリリウム、１０から１００ｐｐｍのセリウムおよび１０から１００ｐｐｍのランタンの少なくともひとつを含む；第六組成０．０１から１０重量パーセントのパラジウム、０．０１から１０重量パーセントの金、１０から８００ｐｐｍの微量金属と残余の銀で、微量金属は１０から６００ｐｐｍのベリリウム、１０から１００ｐｐｍのセリウムおよび１０から１００ｐｐｍのランタンの少なくともひとつを含む；および、第七組成０．０１から１０重量パーセントのパラジウム、０．０１から１０重量パーセントのプラチナ、０．０１から１０重量パーセントの金、１０から８００ｐｐｍの微量金属と残余の銀で、微量金属は、１０から６００ｐｐｍのベリリウム、１０から１００ｐｐｍのセリウムおよび１０から１００ｐｐｍのランタンの少なくともひとつを含む。
【００１７】
図１と図３を参照すると、ステップ１０４において、銀合金ワイヤ２００の一端が融解して、フリーエアボール２０６を形成する。実施形態によると、フリーエアボール２０６は、電気トーチ（ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｆｌａｍｅ  ｏｆｆ、ＥＦＯ）により形成される。しかし、いくつかの実施形態によると、ワイヤー接着工程において、フリーエアボール２０６は、別の方法により形成される。
【００１８】
図１と図４を参照すると、ステップ１０６において、フリーエアボール２０６が第一チップ２０２に接合されて、ボールボンド２０８を形成する。実施形態によると、高温圧縮または超音波高温圧縮により、フリーエアボール２０６が第一チップ２０２を覆うチップ上ボンディングパッド２０４に接合される。しかし、いくつかの実施態様によると、ワイヤー接着工程において、別の方法により、フリーエアボール２０６が第一チップ２０２に接合されて、第一ボールボンド２０８を形成する。
【００１９】
図１と図５を参照すると、ステップ１０８において、銀合金ワイヤ２００がカットされて、第一ボールボンド２０８が、第一チップ２０２のチップ上ボンディングパッド２０４上で残り、チップ上銀合金スタッドバンプ２０８を形成する。実施形態によると、スタッドバンプ構造は、第一チップ２０２、および、第一チップ２０２上で、チップ上ボンディングパッド２０４を被覆するように設置されるチップ上銀合金スタッドバンプ２０８を有する。チップ上銀合金スタッドバンプ２０８の直径は２０μｍから１００μｍであるが、５０μｍより厚い直径の銀合金ワイヤ２００がもちいられる時、別の各種適当な直径を有するチップ上銀合金スタッドバンプ２０８も各種アプリケーションに用いられる。
【００２０】
図１と図６を参照すると、第一チップ２０２がフリップされて、チップ上ボンディングパッド２０４上のチップ上銀合金スタッドバンプ２０８が、基板６１６を覆う基板上ボンディングパッド６１８上に設置される。その後、接着剤６１４により、チップ上銀合金スタッドバンプ２０８が基板上ボンディングパッド６１８に接合されて、第一フリップチップパッケージを形成する。この実施形態において、チップ上銀合金スタッドバンプ２０８の組成は、０．０１から１０重量パーセントのパラジウムを含む銀である。あるいは、０．０１から１０重量パーセントの金および／またはプラチナが、さらに、０．０１から１０重量パーセントのパラジウムを含む銀に加えられる。任意に、１０から８００ｐｐｍのベリリウム、セリウムとランタンのひとつまたはそれらの混合物が上述の組成に加えられる。基板６１６は、たとえば、スルービアがあるセラミックインターポーザー、プリント回路板、または、第一チップ２０２と異なる第二チップ、たとえば、シリコン貫通電極（ＴＳＶｓ）を有するシリコンインターポーザー（ｓｉｌｉｃｏｎ  ｉｎｔｅｒｐｏｓｅｒ）を含む結晶シリコン基板を有するチップである。チップ上ボンディングパッド２０４と基板上ボンディングパッド６１８の例は、これに限定されないが、銅パッド、アルミニウムパッド、金パッド、銀パッド、ニッケルパッドまたは別の適切な表面仕上げパッドを含む。接着剤６１４は、たとえば、等方性導電性接着剤または異方性導電性接着剤である。別の実施形態において、非導電性接着剤を使用してもよい。非導電性接着剤が、複数のチップ上銀合金スタッドバンプ２０８間の空間を充填する。冷却中に、非導電性接着剤の体積が縮小して、チップ上銀合金スタッドバンプ２０８が、直接、および、密接に接触すると共に、電気的に基板上ボンディングパッド６１８に接続されて、電流を導通させる。冷却後も、非導電性接着剤は、チップ上銀合金スタッドバンプ２０８と基板上ボンディングパッド６１８のサポートを継続し、互いの直接、および、密接な接触を維持する。
【００２１】
さらに詳細には、図６に示されるチップ上銀合金スタッドバンプ２０８の組成は、銀合金ワイヤ２００と同じである。つまり、チップ上銀合金スタッドバンプ２０８の組成は前述の銀合金ワイヤ２００にリストされる組成オプションの第一から第七組成のひとつから選択される。
【００２２】
図１と図７を参照すると、第一チップ２０２がフリップされ、チップ上ボンディングパッド２０４を覆うチップ上銀合金スタッドバンプ２０８が、基板６１６を覆う基板上ボンディングパッド６１８に設置される。その後、チップ上銀合金スタッドバンプ２０８が、はんだ材料６１５により、基板上ボンディングパッド６１８に接合されて、第二フリップチップパッケージを形成する。この実施形態において、チップ上銀合金スタッドバンプ２０８の組成は、０．０１から１０重量パーセントのパラジウムを含む銀である。あるいは、０．０１から１０重量パーセントの金および／またはプラチナが、さらに、上述の０．０１から１０重量パーセントのパラジウムを有する銀に加えられる。任意に、１０〜８００ｐｐｍのベリリウム、セリウムとランタンのひとつまたは混合物が、上述の組成に加えられる。基板６１６は、たとえば、スルービアが形成されたセラミックインターポーザー、プリント回路板、または、第一チップ２０２と異なる第二チップ、たとえば、シリコン貫通電極（ＴＳＶｓ）を形成したシリコンインターポーザーを有する結晶シリコン基板を有するチップである。チップ上ボンディングパッド２０４と基板上ボンディングパッド６１８の例は、これに限定されないが、銅パッド、アルミニウムパッド、金パッド、銀パッド、ニッケルパッド、または、別の適切な表面仕上げパッドを含む。はんだ材料６１５は、純スズ、純インジウムまたは合金、たとえば、Ｓｎ−３７Ｐｂ，Ｓｎ−９Ｚｎ，Ｓｎ−０．７Ｃｕ，Ｓｎ−３．５Ａｇ，Ｓｎ−５１Ｉｎ，Ｓｎ−５８Ｂｉ，Ｓｎ−３−Ａｇ−０．５Ｃｕ，Ｓｎ−９Ｚｎ−３Ｂｉ等である。この実施形態において、はんだ材料６１５は、１０μｍまたはそれより大きい厚さの金属フィラーであり、チップ上銀合金スタッドバンプ２０８と基板上ボンディングパッド６１８の接合中、チップ上銀合金スタッドバンプ２０８と基板上ボンディングパッド６１８間の界面で、はんだ金属フィラーの残り部分を残し、はんだ金属フィラーの一部が基板上ボンディングパッド６１８と反応し、図７中のはんだ材料６１５として示される。別の実施形態において、はんだ材料６１５は、厚さが１０μｍより小さい薄膜で、得られた構造は図８に類似する。異なる点は、本実施形態において、加熱期間中、チップ上銀合金スタッドバンプ２０８と基板上ボンディングパッド６１８間の界面のはんだ薄膜が、基板上ボンディングパッド６１８と反応し、チップ上銀合金スタッドバンプ２０８と基板上ボンディングパッド６１８の接合時、完全に消耗され、チップ上銀合金スタッドバンプ２０８と基板上ボンディングパッド６１８間の界面で、金属間層を含むスズを形成する。一実施形態において、高温圧縮接合を用いて、はんだ薄膜を用いた接合ステップが、１０−３Ｔｏｒｒと１０−６Ｔｏｒｒ間の真空環境下で実行され、温度は、はんだ薄膜の融点より１０℃以上高く、チップ上銀合金スタッドバンプ２０８と基板上ボンディングパッド６１８に加えられる圧力は０．１Ｋｇ／ｍｍ２〜１Ｋｇ／ｍｍ２、時間は５〜３０分である。金属間化合物は、各種タイプおよび／または基板上ボンディングパッド６１８の組成に基づいて、各種組成、たとえば、Ａｇ３Ｓｎ，Ｃｕ６Ｓｎ５，Ｃｕ��Ｓｎ，Ｎｉ３Ｓｎ４等を有する。これらの金属間化合物はすべて、はんだ材料より高い融点を有し、および、関連する構造は、一般的なはんだ材料の融点に対応する低温で組み立てられるが、得られた結合部一般的なはんだ材料の融点より高い温度に耐えうるという長所を提供する。
【００２３】
さらに詳細には、図７に示されるチップ上銀合金スタッドバンプ２０８の組成は、銀合金ワイヤ２００と同じである。つまり、チップ上銀合金スタッドバンプ２０８の組成は、上述の銀合金ワイヤ２００にリストされる組成オプションの第一〜第七組成のひとつから選択される。
【００２４】
図１と図８を参照すると、第一チップ２０２がフリップされて、チップ上ボンディングパッド２０４を覆うチップ上銀合金スタッドバンプ２０８が、基板６１６上の基板上ボンディングパッド６１８上に設置される。その後、チップ上銀合金スタッドバンプ２０８と基板上ボンディングパッド６１８が、熱と圧力のアプリケーションにより、第一チップ２０２、チップ上銀合金スタッドバンプ２０８と基板上ボンディングパッド６１８を高温圧縮接合で接合して、第二フリップチップパッケージを形成する。一実施形態において、高温圧縮接合が、大気環境下で、温度が３００℃〜６００℃間で、圧力０．５Ｋｇ／ｍｍ２〜３Ｋｇ／ｍｍ２を、チップ上銀合金スタッドバンプ２０８と基板上ボンディングパッド６１８に加えて、３から６０秒実行される。この実施形態において、チップ上銀合金スタッドバンプ２０８の組成は、０．０１から１０重量パーセントのパラジウムを含む銀である。あるいは、０．０１から１０重量パーセントの金および／またはプラチナが、さらに、０．０１から１０重量パーセントのパラジウムを有する銀に加えられる。任意に、１０〜８００ｐｐｍのベリリウム、セリウムとランタンのひとつまたは混合物が上述の組成に加えられる。基板６１６は、たとえば、スルービアが形成されたセラミックインターポーザー、プリント回路板または第一チップ２０２と異なる第二チップ、たとえば、シリコン貫通電極（ＴＳＶｓ）が形成されたシリコンインターポーザーを含む結晶シリコン基板を有するチップである。チップ上ボンディングパッド２０４と基板上ボンディングパッド６１８の例は、これに限定されないが、銅パッド、アルミニウムパッド、金パッド、銀パッド、ニッケルパッドまたは別の適切な表面仕上げパッドを含む。
【００２５】
さらに詳細には、図８に示されるチップ上銀合金スタッドバンプ２０８の組成は銀合金ワイヤ２００と同じである。つまり、チップ上銀合金スタッドバンプ２０８の組成は、上述の銀合金ワイヤ２００にリストされる組成オプションの第一から第七組成のひとつから選択される。
【００２６】
一実施形態において、図５に示されるチップ上銀合金スタッドバンプ２０８の組成は、０．０１から１０重量パーセントのパラジウムを含む銀である。あるいは、０．０１から１０重量パーセントの金および／またはプラチナがさらに、上述の０．０１から１０重量パーセントのパラジウムを含む銀に加えられる。任意に、１０〜８００ｐｐｍのベリリウム、セリウムとランタンのひとつまたは混合物が上述の組成物に加えられる。さらに詳細には、図５に示されるチップ上銀合金スタッドバンプ２０８の組成は、銀合金ワイヤ２００と同じである。つまり、チップ上銀合金スタッドバンプ２０８の組成が、上述の銀合金ワイヤ２００にリストされる組成オプションの第一から第七組成のひとつから選択される。スタッドバンプが純銀（Ａｇ）で形成される場合、銀スタッドバンプは、問題、たとえば、エレクトロマイグレーション等に見舞われ、軟らか過ぎ、酸化しやすい、湿度による腐食等が生じることを発見した。しかし、適当な量のパラジウム（Ｐｄ）が銀合金スタッドバンプに加えられる場合、銀合金スタッドバンプの強度、湿度腐食抵抗および酸化抵抗を改善することができるだけでなく、銀のエレクトロマイグレーションを抑制する。さらに、低拡散率のパラジウムにより、金属間化合物の過剰形成も抑制される。一方、銀合金スタッドバンプに加えられるパラジウムが多すぎ、パラジウム含量が前述の範囲を超える時、銀合金スタッドバンプは、硬すぎ、且つ、脆くなりすぎ、応用を制限する。さらに、適当な量の金（Ａｕ）、プラチナ（Ｐｔ）または両方が、銀合金スタッドバンプに加えられて、銀合金スタッドバンプの強度、湿度腐食抵抗および酸化抵抗をさらに改善する。さらに、ベリリウム、セリウム、ランタンまたはそれらの組み合わせを含む微量金属が、任意で銀合金スタッドバンプに加えられて、銀合金スタッドバンプの粒径を減少させると共に、銀合金スタッドバンプの強度、延性、高温クリープに対する抵抗を増加させる。一方、銀合金スタッドバンプに加えられる金またはプラチナが多すぎ、含量が上述の範囲を超過する場合、銀合金スタッドバンプとチップ上ボンディングパッド（すなわち、アルミニウムパッド）間の界面が厚すぎる金属間化合物を含み、接続点の脆化、電気抵抗率の増加、処理コストの増加を招く。さらに、ベリリウム、セリウム、ランタンまたはそれらの組み合わせを含む大量の微量金属が銀合金スタッドバンプに加えられ、含量が上述の範囲を超過するとき、銀合金スタッドバンプの電気抵抗率も増加し、接続点も脆くなり、さらに、銀合金スタッドバンプの酸化と腐食抵抗が悪くなる。
【００２７】
注意すべきことは、上述のスタッドバンプ構造は、銀とパラジウムの特定の主要な組成、および、金、プラチナ、ベリリウム、セリウムとランタンの特定の任意の組成を有するが、本発明はこれに限定されない。いくつかの実施形態よると、スタッドバンプ構造は、別の金属元素、非金属元素またはその他の不純物を含む。しかし、これらの追加素子は、各種アプリケーションに基づいて用いられ、スタッドバンプ構造のパフォーマンスに影響しない。
【００２８】
別の金属（たとえば、金スタッドバンプ、銅スタッドバンプまたは銅ピラー）で形成されるスタッドバンプと比較して、各種実施形態による銀合金スタッドバンプはさらに幅広く各種アプリケーションに用いられ、安定性がよい。スタッドバンプチップが、はんだ付けプロセスにより基板に組み立てられるとき、たとえば、金（Ａｕ）スタッドバンプが用いられる場合、金スタッドバンプ中の大量の金が融解したはんだ中で溶解して、金属間化合物，ＡｕＳｎ４を形成する。さらに、装置が作動する、または、信頼性テストが実行されるとき、大量の脆い金属間化合物，ＡｕｘＡｌｙ，およびカーケンダルボイドが、金スタッドバンプとアルミニウムパッド間の界面で形成されて、接続点の破損、電気抵抗率の増加および電子製品の信頼性の減少を招く。よって、一般に、金スタッドバンプがポリマー導電性接着剤により組み立てられる。しかし、ポリマー導電性接着剤の電気および熱伝導率は、金属はんだ接着よりかなり悪く、また、ポリマー導電性接着剤は、はんだ接着により提供される自己整合性と再加工性の長所が欠けている。
【００２９】
このほか、銅スタッドバンプがフリップチップボンディングに用いられる場合、銅スタッドバンプとアルミニウムパッド間の界面で形成される金属間化合物が不十分になり、浮遊はんだの問題を生じ、これにより、接続が成功しているのかどうかが判断しにくくなる。さらに、残留金属テストが導入されるとき、得られた製品はパスしない。さらに、銅は酸化と腐食しやすく、得られた電子デバイスの信頼性が低い。さらに、銅の剛性と硬度が高いので、チップは、銅スタッドバンププロセス間で破壊する。よって、上述のプロセスで、銅スタッドバンプは使いにくい。近年、３次元（３Ｄ）−ＩＣと２．５Ｄ−ＩＣのパッケージは、銅ピラーをフリップチップ導電バンプとして用いている。しかし、銅ピラーは硬く、柔軟性に欠け、よって、高温圧縮接合を用いた組立工程期間で、銅ピラーとボンディングパッド間の固体接点に対し塑性的に変形するのが難しく、多くの空洞を残したり、または、接合が失敗する。その結果、共平面失敗問題が、パッケージにおける銅ピラーのマトリクスで発生する。パッケージコンタクトのサイズが減少するにともなって、問題が悪くなる。
【００３０】
このほか、各種実施形態による銀合金スタッドバンプは軟性で、よって、高温圧縮接合を用いた組立工程において、銀合金スタッドバンプとボンディングパッド間の固体接点に対し塑性的に変形するのが容易で、銅ピラーにおける共平面失敗の問題を減少、または、解決できる。よって、各種実施形態による銀合金スタッドバンプは、３Ｄ−ＩＣおよび／または２．５Ｄ−ＩＣのパッケージ製品のチップアセンブリの利用に特に適切である。さらに、各種実施形態による銀合金スタッドバンプは軟性で、よって、フリーエアボールを接合するとき、チップはダメージを受けない。金属間化合物は、接着工程で形成される金スタッドバンプほど脆くない。銅スタッドバンプと対照的に、十分な量の金属間化合物があり、十分な接合が得られる。さらに、得られた製品は残留金属テストをパスできる。各種実施形態によると、銀合金スタッドバンプは、はんだ付け、導電接着剤または高温圧縮により形成されるが、アプリケーションに基づき、別の接合方法を用いてもよい。従来の電気めっき金バンプまたは金スタッドバンプは、融解はんだにおける金の高い溶解度のため、はんだ接着を用いた組立工程に用いられず、および、高温圧縮方法は、共平面性問題のため、銅スタッドバンプまたは銅ピラーを用いた組立工程に用いられない。
【００３１】
さらに、記述された銀合金スタッドバンプはチップ上に形成されるか、または、未分割ウェハ上に直接形成されて、特別なウェハレベルパッケージ技術を実行する。ウェハ上に、直接、銀合金スタッドバンプを形成する長所は、加工費が、ウェハを切断する前に、大量の銀合金スタッドバンプを形成することにより減少することである。しかし、ウェハレベルパッケージ工程において、単一ウェハ上に一万以上のスタッドバンプを、ダイシングの前に形成する。つまり、ウェハは、高温圧縮プロセスで加熱され続け、スタッドバンプを形成する。よって、最後のスタッドバンプが最終的にウェハに形成されるとき、プロセスの最初に形成される第一スタッドバンプは、長時間、たとえば、数十分、ウェハと一緒に加熱される。その結果、早期に接合された金スタッドバンプにより、ウェハレベルパッケージ工程の完成、大量の金属間化合物が成長する懸念がある。この場合、接続点の脆化と接続点の接着強度（すなわち、接着力）弱化により、プロセスの初期段階で形成される金スタッドバンプはダメージを受ける。よって、金スタッドバンプは、ウェハレベルパッケージングにおいてアプリケーションのいくつかの問題に遭遇する。電気めっき金バンプまたは金スタッドバンプが用いられる時、それらは、通常、ウェハから分割されたチップ上にだけ形成され、ウェハをチップに分割する前に、直接、ウェハ上に形成することができない。対照的に、銅スタッドバンプは、バンプ／パッド界面で、十分な金属間化合物となり、ウェハレベルパッケージに適さない。さらに、銅が硬すぎて、接着工程で、ウェハがダメージを受ける。さらにひどくなると、銅、特に、プロセスの初期で形成され、ウェハレベルパッケージングにおいて長時間、ウェハと共に加熱されているそれらのスタッドバンプは、高温で酸化しやすい。銅ピラーが、３Ｄ−ＩＣや２．５Ｄ−ＩＣのウェハレベルパッケージ技術に用いられるとき、いくつかの銅ピラーは、共平面性問題と称される各種高さの問題で、高温圧縮ステップ中に、ボンディングパッドと接触せず、接合界面で空洞を形成したり、接合が失敗したりする。
【００３２】
一方、銀合金スタッドバンプにおいて、金属間化合物は適当な厚さまでゆっくりと成長し、接続は、金属間化合物の出現により確認される。さらに、ウェハレベルパッケージング期間中、銀合金スタッドバンプがウェハ上に直接形成されるとき、プロセスの初期段階で形成される銀合金スタッドバンプが、長い間加熱されていても、大量の金属間化合物を生成せず、よって、銀合金スタッドバンプの接着強度が維持される。ウェハレベルパッケージのアプリケーションにおいて、本発明の銀合金スタッドバンプは、金スタッドバンプと銅スタッドバンプより優れていることが観察された。
【００３３】
上述の各種実施形態にしたがって、新規の銀合金スタッドバンプ、そのパッケージ、および、その製造方法が提供される。銀合金スタッドバンプは、アルミニウムパッドと、十分な量の金属間化合物を形成し、十分な接合界面が得られる。銅スタッドバンプまたは銅ピラーの利用によって発生する浮遊はんだの問題が回避される。一方、銀合金スタッドバンプの金属間化合物がゆっくり成長するので、接続点の界面は脆くなくなり、銀合金スタッドバンプと得られた製品の信頼性が改善される。さらに、銀合金スタッドバンプな軟性で、よって、基板上ボンディングパッドにより、固体接点で高温圧縮される間、塑性的に変形し、銅ピラーの利用によって生じる共平面性問題を生じることなく、完璧な接合が達成される。電気めっきはんだバンプと比較すると、銀合金スタッドバンプは環境にやさしく（低汚染）、銀合金の組成がさらに正確に制御される。さらに、はんだペーストの型紙捺染による共平面性の困難が回避される。さらに、銀合金スタッドバンプが、ウェハレベルパッケージ工程に用いられる。
【００３４】
以下でさらに詳細な実施例と比較例によって、本発明を説明するが、本発明は、これらに限定されない。
【００３５】
比較例１
純金ワイヤ（直径：１７．４μｍ）の一端を、アーク放電により溶融させ、表面張力で、フリーエアボールを形成した。ワイヤーボンディング技術の超音波高温圧縮により、フリーエアボールをシリコンチップ上のアルミニウムパッドに接合して、ボールボンドを形成した。その後、金ワイヤを切断して、金スタッドバンプを形成した。製造の詳細が表１に示した。得られた金スタッドバンプのサイズを表２に示した。得られた金スタッドバンプの接着力を表３に示した。
【００３６】
比較例２
純銅ワイヤ（直径：１７．４μｍ）の一端を、アーク放電により溶融させ、表面張力で、フリーエアボールを形成した。ワイヤーボンディング技術の超音波高温圧縮により、フリーエアボールを、シリコンチップ上のアルミニウムパッドに接合して、ボールボンドを形成した。その後、銅ワイヤを切断して、銅スタッドバンプを形成した。
【００３７】
例１スタッドバンプの製造
銀合金ワイヤ（９６ｗｔ％Ａｇ−４ｗｔ％Ｐｄ−６００ｐｐｍ  Ｂｅ−１００ｐｍ  Ｃｅ−１００ｐｐｍ  Ｌａ；直径：１７．４μｍ）の一端をアーク放電により溶融させ、表面張力で、フリーエアボールを形成した。ワイヤーボンディング技術の超音波高温圧縮により、フリーエアボールをシリコンチップ上のアルミニウムパッドに接合して、ボールボンドを形成した。その後、銀合金ワイヤを切断し、銀合金スタッドバンプを形成した。製造の詳細を表１に示した。得られた銀合金スタッドバンプのサイズを表２に示した。得られた銀合金スタッドバンプの接着力を表３に示した。表２を参照すると、スタッドバンプの形成に用いられるワイヤは、同じ直径を有するが、銀合金スタッドバンプのサイズは、金スタッドバンプのサイズより小さいことが分かる。小さいサイズの銀合金スタッドバンプは、高密度パッケージの小さい接続距離の要求に有利である。さらに、ボンドテスターＤＡＧＥ４０００により、ボールシェアテスト（ｂａｌｌ  ｓｈｅａｒ  ｔｅｓｔ）（表３に示される）を、例１の得られた銀合金スタッドバンプと比較例１の金スタッドバンプに実行して、結果が、銀合金スタッドバンプの接着力が、金スタッドバンプの接着力より１５２８％高いことを示している。
【００３８】
製造の詳細
【表１】
0006050308.tif 000002
【００３９】
得られた合金スタッドバンプのサイズ
【表２】
0006050308.tif 000003
【００４０】
得られたスタッドバンプの接着力
【表３】
0006050308.tif 000004
【００４１】
例２  信頼性テスト
シリコンチップ上で製造される例１の銀合金スタッドバンプ、比較例１の金スタッドバンプ、および、比較例２の銅スタッドバンプが、それぞれ、チップに接合されて、その後、はんだ付けプロセス（ｓｏｌｄｅｒ  ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ：９６．５ｗｔ％Ｐｂ−３ｗｔ％Ａｇ−０．５ｗｔ％Ｃｕ）により、アンダーフィルとフリップチップをボールグリッドアレイパッケージ（ＢＧＡ）のビスマレイミドトリアジン樹脂（ＢＴ  ｒｅｓｉｎ）基板に取り付けた。その後、フリーエアボールをＢＴ基板背面に設置して、フリップチップ／ＢＧＡ高密度パッケージング製品の組み立てを終了した。その後、温度サイクル試験（ＴＣＴ）、プレッシャークッカー試験（ＰＣＴ）および高温保存（ＨＴＳ）テストを得られたスタッドバンプパッケージング製造に実行して、それらの信頼性をテストした。
実験の結果によると、比較例１の金スタッドバンプとパッド上のアルミニウムパッド間の界面間に形成された金属間化合物は厚さが２．１μｍであった。金属間化合物は厚く、よって、製品の接続点脆くなり、損壊して、製品が失効した。一方、比較例２の銅スタッドバンプとアルミニウムパッドの界面間に形成された金属間化合物は厚さがたった０．１μｍであった。金属間化合物の量が少なすぎて、接続が成功したかどうか確認できなかった。しかし、例１の銀合金スタッドバンプとアルミニウムパッド間の界面で形成された金属間化合物は厚さが０．８μｍであった。金属間化合物は、接続が完成したことを知るのには十分に厚いが、あまり厚くなく、容易に破壊されてしまう。
さらに、５００回の温度サイクル試験を比較例１の金スタッドバンプで実行し、金スタッドバンプの金属間化合物の厚さは、３．５μｍに大幅に増加した。３０００回の温度サイクル試験を比較例２中の銅スタッドバンプに実行し、銅スタッドバンプの金属間化合物の厚さはわずか０．３μｍであった。３０００回の温度サイクル試験を例１の銀合金スタッドバンプに実行して、銀合金スタッドバンプの金属間化合物の厚さは１．２μｍに増加した。
【００４２】
さらに、１６８時間のプレッシャークッカー試験の後、比較例１の金スタッドバンプの金属間化合物の厚さが３．２μｍに増加し、比較例２の銅スタッドバンプの金属間化合物の厚さはわずか０．４μｍで、例１の銀合金スタッドバンプの金属間化合物の厚さは１．４μｍに増加した。
さらに、５００時間の高温保存寿命試験の後、比較例１の金スタッドバンプの金属間化合物の厚さは４．５μｍに増加し、よって、チップ上のアルミニウムパッドがすっかり使い尽くされ、比較例２の銅スタッドバンプの金属間化合物の厚さはたった１．１μｍで、例１の銀合金スタッドバンプの金属間化合物の厚さが１．７μｍに増加した。
【００４３】
したがって、比較例１の金スタッドバンプの金属間化合物は成長が速く、接続点が脆くなる。反対に、比較例２の銅スタッドバンプの金属間化合物の成長は遅く、その界面は接合が不完全であるという疑いがあり、厚さが過多、または、不足して、製品の信頼度に影響する。しかし、例１の銀合金スタッドバンプの金属間化合物の厚さは、金スタッドバンプと銅スタッドバンプの間である。つまり、銀合金スタッドバンプの界面は亀裂せず、接続が完成する。よって、例１の銀合金スタッドバンプは、比較例１と２のスタッドバンプより信頼性が高い。
【００４４】
例３  ウェハレベルパッケージ
１２，０００個の例１の銀合金スタッドバンプ、比較例１の金スタッドバンプ、および、比較例２の銅スタッドバンプを、それぞれ、シリコンウェハ（６インチ）上に形成して、ウェハレベルパッケージをテストした。
【００４５】
全スタッドバンプをウェハ上に形成後、形成された金属間化合物の厚さを分析した。実験の結果によると、第一金スタッドバンプ（比較例１）中に形成された金属間化合物は厚さが２．１μｍで、第一銅スタッドバンプ（比較例２）中に形成される金属間化合物は厚さが０．２μｍで、第一銀合金スタッドバンプ（例１）中に形成される金属間化合物は厚さが０．７μｍであった。
【００４６】
さらに、スタッドバンプを有するウェハを、高温圧縮により別のウェハと組み立て、その後、得られた製品を送って、５００回の温度サイクル試験を実行した。最初の１０個の金スタッドバンプ（すなわち、プロセスの初期段階で形成される最初の１０個の金スタッドバンプ）と最初の１０個の銅スタッドバンプ（すなわち、プロセスの初期段階で形成される最初の１０個の銅スタッドバンプ）の金属間化合物層の平均厚さが、それぞれ、４．２μｍと０．５μｍで、最初の１０個の銀合金スタッドバンプ（すなわち、プロセスの初期段階で形成される最初の１０個の銀合金スタッドバンプ）の金属間化合物層の平均厚さが１．６μｍであることが分かった。全スタッドバンプが形成された後、プロセスの最初に形成された金スタッドバンプは脆く、損壊する。銅スタッドバンプの接続が不完全で、酸化がひどく、チップがほぼ損壊する。しかし、銀合金スタッドバンプは上述のような問題がない。
【００４７】
さらに、比較例１の金スタッドバンプと例１の銀合金スタッドバンプの歩留まりは、ほぼ１００％である。しかし、比較例２の銅スタッドバンプの歩留まりは約６４％である。
【００４８】
さらに、最初の１０個の金スタッドバンプの平均接着力は、最後の１０個の金スタッドバンプ（すなわち、プロセスの最終段階で形成される最後の１０個の金スタッドバンプ）の平均接着力より約１０％低い。最初の１０個の銅スタッドバンプの平均接着力は、最後の１０個の銅スタッドバンプ（すなわち、プロセスの最終段階で形成される最後の１０個の銅スタッドバンプ）の平均接着力より約２２％低い。最初の１０個の銀スタッドバンプの平均接着力は、最後の１０個の銀合金スタッドバンプ（すなわち、プロセスの最終段階で形成される最後の１０個の銀合金スタッドバンプ）の平均接着力とほぼ同じである。
【００４９】
例４  ２．５Ｄ−ＩＣパッケージアプリケーション
集積回路チップのアルミニウムパッド上に、それぞれ、例１の銀合金スタッドバンプと比較例２の直径４０μｍの銅ピラーを形成した。高温圧縮ヘッドにより、銀合金スタッドバンプとスルービアが形成されているセラミックインターポーザーを含むセラミック基板上の銅電極における銅ピラーを接合した。その結果、いくつかの銅ピラーの接合界面に、大量の空洞が出現した。空洞は、主に、銅ピラー共平面性問題によるものである。対照的に、全銀合金スタッドバンプでは、欠陥がない完璧な接合界面が現れた。変位０．１ｍｍの条件下で、銀合金スタッドバンプの得られた製品を三点曲げ動的疲労試験によりテストし、製品の平均寿命は１４，５５０回にも達した。
【００５０】
例５  ３Ｄ−ＩＣパッケージアプリケーション
集積回路チップのアルミニウムパッド上に、それぞれ、例１の銀合金スタッドバンプと比較例２の銅スタッドバンプと同じ方法で形成された直径４０μｍの銅ピラーを形成した。高温圧縮ヘッドを用いて、銀合金スタッドバンプとシリコン貫通電極（ＴＳＶｓ）を形成したシリコンインターポーザーを含む結晶シリコン基板上の銅電極における銅ピラーを接合した。その結果、いくつかの銅ピラーの接合界面で、大量の空洞が出現した。空洞は、主に、銅ピラー共平面性問題によるものである。対照的に、全銀合金スタッドバンプは、欠陥がない完璧な接合界面が現れた。変位０．１ｍｍの条件下で、銀合金スタッドバンプの得られた製品を、三点曲げ動的疲労試験によりテストし、製品の平均寿命が１６，２８０回に達することが分かった。
【００５１】
本発明では好ましい実施例を前述の通り開示したが、これらは決して本発明に限定するものではなく、当該技術を熟知する者なら誰でも、本発明の精神と領域を脱しない範囲内で各種の変動や潤色を加えることができ、従って本発明の保護範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。
【符号の説明】
【００５２】
１０２、１０４、１０６、１０８、１１０、１１２、１１４  ステップ
２００    銀合金ワイヤ
２０２    第一チップ
２０４    チップ上ボンディングパッド
２０６    フリーエアボール
２０８    チップ上銀合金スタッドバンプ
２６０    界面
６１４    接着剤
６１５    はんだ材料
６１６    基板
６１８    基板上ボンディングパッド。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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