(57)【要約】【課題】  バンプボンディングないしフィップチップボンディングにおいて、実装(接合）時に加わる拡散エネルギーを低減化でき、異種複合金属での接合が行えるとともに、チップないし基板に対する損傷や実装歪等を低減できるバンプ形成方法を提供する。【解決手段】  基板１上に、バンプと接合されるバンプ接合部２を形成し、このバンプ接合部上にバンプ３を形成する方法において、前記バンプを形成するバンプ材料が、前記バンプ接合部を構成する材料を混合したものであることを特徴とするバンプ形成方法により、上記課題を解決する。バンプ接合部は、また、蒸着法により形成されるものであることが望ましい。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、バンプと接合されるバンプ接合部を形成し、このバンプ接合部上にバンプを形成する方法において、前記バンプを形成するバンプ材料が、前記バンプ接合部を構成する材料を混合したものであることを特徴とするバンプ形成方法。
【請求項２】
バンプ接合部が、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ａｕ合金からなる群から選ばれてなる少なくとも一種の金属を含む材料から構成され、バンプ材料は、バンプ接合部を構成する材料が含む前記金属とＡｕを含有するものである請求項１に記載のバンプ形成方法。
【請求項３】
バンプ材料において、Ａｕに対する前記金属の配合割合が、質量比で１００：０．００１〜１である請求項２に記載のバンプ形成方法。
【請求項４】
前記バンプ接合部は、基板上に蒸着により形成されるものである請求項１〜３のいずれか１つに記載のバンプ形成方法。
【請求項５】
前記バンプ接合部が膜厚５００〜２００００Åのものである請求項４に記載のバンプ形成方法。
【請求項６】
基板上に、バンプと接合されるバンプ接合部を形成し、このバンプ接合部上にバンプを形成する方法において、前記バンプ接合部が蒸着により形成されたものであることを特徴とするバンプ形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、バンプ形成方法等に関するものである。詳しく述べると本技術は、バンプボンディングないしはフィリップチップボンディングにおいて必要なエネルギーを低減でき、基板に与えるダメージの少ないバンプ形成方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体装置等においては、ワイヤボンディング工法を用いた実装工法が用いられてきた。そして、現在においては、近年の電子機器の薄型、軽量、高機能化に対応し、バンプボンディングないしはフリップチップボンディング工法が実装の手段として広まりつつある。
【０００３】
このバンプボンディングないしはフリップチップボンディング工法は、半導体チップ表面の電極上または配線基板表面の電極上にバンプと呼ばれる突起電極を接合し、半導体チップの表裏を逆にして、いわゆるフェイスダウンボンディングにより、配線基板の電極とバンプと半導体チップの電極とを位置あわせし、超音波、圧力または熱をかけて実装を行うものである。
【０００４】
現在、半導体装置等のうち、一般ＬＳＩ（大規模集積回路；large-scale integration）に対しては、特許文献１に開示されるように、超音波を用いたフリップチップボンディング工法が確立されつつある。一方、半導体装置等のうち、ＬＥＤ（発光ダイオード；light-emitting diode）、ＬＤ（レーザダイオード；laser diode）等において、また、水晶、あるいはサファイア等の複合結晶などの基板材料を用いる半導体装置等においても、も、今後、フェイスダウンボンディングが見込まれており、これらの半導体装置に用いられるフリップチップボンディング工法の確立が望まれている。
【０００５】
一般に、超音波での金属間接合は、ＧＧＩ（Gold to Gold Interconection)と呼ばれる金−金接合およびＡｌ配線（バッド）へのＡｕ−バンプ形成が一般的であると考えられる。
【０００６】
しかし、近年、上記したような、ＬＥＤ、ＬＤ等や、水晶基板等を用いた場合、電極、配線等の材質としては、Ａｕ、Ａｌ以外の金属ないし金属合金や、異種の金属を複数層積層した複合金属層が用いられており、このような複合金属材料へのバンプ実装およびフィリップチップ接合方法の需要が高まりつつある。
【０００７】
複合金属材料に対するＡｕ−バンプ実装は、通常の金−金接合や金−Ａｌ配線に比べると、実装に大きなエネルギー量を必要とし、荷重、超音波、熱等のエネルギーを与えすぎ、実装するチップないし基材にクラック発生や構造破壊といった損傷を与えやすい。また、実装時に与える熱エネルギーが過剰となることによって、チップないし基材側の経時変化が著しいものとなる。このことは、フィリップチップボンディングの場合でも同様であり、実装時に加わる極度のエネルギーによりチップ破壊の虞れが高まる。
【特許文献１】特開２００２−４３３５４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本願は、上述の背景技術において生ずる不都合を解消し、バンプボンディングないしフィップチップボンディングにおいて、実装(接合）時に加わる拡散エネルギーを低減化でき、異種複合金属での接合が行えるとともに、チップないし基板に対する損傷や実装歪等を低減できるバンプ形成方法を提供することを課題の一例とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載のバンプ形成方法は、基板上に、バンプと接合されるバンプ接合部を形成し、このバンプ接合部上にバンプを形成する方法において、前記バンプを形成するバンプ材料が、前記バンプ接合部を構成する材料を混合したものであることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２に記載のバンプ形成方法は、バンプ接合部が、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ａｕ合金からなる群から選ばれてなる少なくとも一種の金属を含む材料から構成され、バンプ材料は、バンプ接合部を構成する材料が含む前記金属とＡｕを含有するものであることを特徴とする。
【００１１】
さらに請求項３に記載のバンプ形成方法においては、上記バンプ材料において、Ａｕに対する前記金属の配合割合が、質量比で１００：０．００１〜１であることを特徴とする。
【００１２】
さらに請求項４に記載のバンプ形成方法においては、前記バンプ接合部は、基板上に蒸着により形成されるものであることを特徴とする。
【００１３】
また請求項５に記載のバンプ形成方法においては、前記バンプ接合部が膜厚５００〜２００００Åのものであることを特徴とする。
さらに上記の課題を解決するために、請求項６に記載のバンプ形成方法は、基板上に、バンプと接合されるバンプ接合部を形成し、このバンプ接合部上にバンプを形成する方法において、前記バンプ接合部が蒸着により形成されたものであることを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本研究者らは、基板上に形成される電極、パッド、配線などのバンプと接合されるバンプ接合部が、複合金属材料から形成される場合において、バンプ材料に、故意に、電極等のバンプ接合部側の材料を混合させ、金属間結合させる、さらに、一般的にはスパッタ法により形成されていたバンプ接合部を、蒸着法により形成することで実装時の拡散を促進させる、ことで実装(接合）時に加わる拡散エネルギーを低減化でき、異種複合金属での接合が行えるとともに、チップないし基板に対する損傷や実装歪等を低減できることを見出し、本技術に至ったものである。
【００１５】
以下に、図面を参照して、本技術に係るバンプ形成方法について具体的に説明する。
【００１６】
図１に示す第１の実施形態においては、基材１の表面に、電極、パッド、配線などのバンプと接合されるバンプ接合部２を、蒸着法により形成する。
【００１７】
本技術において用いられる基材としては、特に限定されるものではなく、例えば、シリコンウェハ、あるいは水晶、サファイア、ＧａＡｓ、ＧａＮ等の結晶材料、複合結晶等を用いることができる。あるいは、バンプは、半導体装置において実装される、ＬＳＩ、ＬＥＤ、ＬＤ等の種々の半導体チップ側に設けることもできる。従って、本明細書において、「基板」なる用語は、このような半導体チップを包含する意味で用いられるものである。なお、本技術に係るバンプ形成方法は、特に、水晶、サファイア、複合結晶等の結晶材料からなる基板における接合方法に応用される上で有利である。
【００１８】
また、バンプ接合部２を構成する材料は、用いる基板の種類、実装しようとするチップの種類などによっても左右されるので、特に限定されるものではないが、例えば、基板が水晶、サファイア等の結晶材料である場合には、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｇ系からならなる群から選ばれてなる少なくとも一種の金属を含む材料が用いられる。なお、このようなバンプ接合部は、複数の金属からなる合金によって形成することも、あるいはまた、異種金属層を複数積層させた複合金属層とすることも可能である。複合金属層としては、特に限定されるものではないが、具体的には例えば、Ｔｉ＋Ｐｄ、Ｃｒ＋Ａｕ、Ｃｒ＋Ａｕ＋Ａｇ、Ａｇ＋Ｐｄ、Ａｌ＋Ｃｕ、Ａｌ＋Ｓｉ＋Ｃｕなどが用いられる。
【００１９】
なお、このバンプ接合部２の膜厚は、特に限定されるものではないが、１００００〜２００００Å程度のものであることが好ましい。膜厚が極端に薄いものであると、バンプボンディングないしフィリップチップボンディングにおいて金属間接合における十分な拡散が得られず、十分な接合強度が得られない虞れがあるためである。
【００２０】
なお、バンプ接合部の形成方法としては、図１に示す実施形態に示すように、蒸着法に特に限定されるものではなく、図２に示す別の実施形態に示すように、スパッタリング法によるスパッタ膜２ａとして形成することも、あるいは、その他、ＣＶＤ、ＭＯＣＶＤ、メッキ等の従来公知の成膜方法により形成することも可能であるが、メッキ法によっては、一般にあまり厚膜の層を形成することはできず、かつ膜中における分子間結合が強く硬い膜となるために上記したような金属間結合における拡散が十分に生じない虞れがあるため、望ましくは、蒸着法により形成することが好ましい。
【００２１】
このようにして形成されたバンプ接合部２の表面に、ワイヤボンダ４を用いて、バンプ３を形成するが、しかして、本技術においては、このバンプ３を構成するバンプ材料が、前記バンプ接合部２を構成する材料を混合したものとされている。
【００２２】
具体的には、例えば、基板１表面上に、バンプ接合部（電極）２として、順にＴｉ下地層、Ｐｄ上部層の２層からなる複合層が形成されていた場合、バンプ材料は、Ａｕを基体とすると、これにＰｄを混合したものを用いる。また、例えば、バンプ接合部を構成する材料が２元ないし３元以上の合金である場合には、本技術に係るバンプ材料は、前記合金を構成する金属元素の少なくとも１種以上を含むものであれば良い。
【００２３】
さらに、本技術に係るバンプ材料において、Ａｕ等の基体金属に混合される、Ｐｄ等のバンプ接合部を構成する材料の配合割合としては、特に限定されるものではなく、また、配合される金属種などによっても左右されるが、例えば、質量比で１００：０．００１〜５、特に、１００：０．００１〜１であることが望ましい。バンプ接合部を構成する材料の配合割合がこの範囲よりも少ないものであると、実装時における金属拡散を促進する効果が十分に得られず、一方、この範囲よりも多いものであると、バンプ材料として適した基体金属本来の物理的および電気的特性を低下させてしまう恐れがあるためである。
【００２４】
次に、本技術に係る第２のバンプ形成方法は、基板上に、蒸着法によりバンプ接合部を構成する金属層を形成することを特徴とするものである。上記したように、蒸着法により形成される金属層は、従来一般的に行われているメッキ・プレーティング法により形成された金属層と比較して良好な拡散性を有することから、バンプボンディングないしフィリップチップボンディングにおいて比較的良好な接合強度が得られるためである。
【００２５】
なお、この第２のバンプ形成方法において、バンプ材料としては、上述したような、バンプ接合部を構成する材料をＡｕ等の基体金属に混合する態様に限定されるものではなく、Ａｕ単体あるいはＡｕとバンプ接合部に含まれない金属種と合金などを用いることも可能である。
【００２６】
本技術に係るバンプ形成方法においては、上記したように、バンプを形成するバンプ材料として、電極、パッド、配線等の前記バンプ接合部を構成する材料を混合したものを用いて、バンプを形成するが、その後におけるバンプボンディングないしフィリップチップボンディングとしては、従来公知の操作と同様にして行われ得る。
【００２７】
すなわち、例えば、図３に例示するように、本技術を用いた半導体装置１０の製造は、バンプ接合部としての第一電極薄膜１４が形成された基板１５上に、ワイヤボンダ２０を用いて上記したようなバンプ１２を形成するバンプ接合工程（ａ）を経た後、第一電極薄膜１４が形成された基板１５にバンプ１２を介して、半導体チップ１１を接合するフリップチップ接合工程（ｂ）を行うことにより実施することができる。フリップチップ接合工程（ｂ）においては、半導体チップ１１に、超音波、加重（圧力）または熱等を加えることにより、バンプ１２の材料が第一電極薄膜１４中に拡散する。なお、本技術に係るバンプ形成方法により形成されたバンプに関しては、フィリップチップ接合時に加える力としては超音波が最も適当である。また、半導体チップ１１は、例えば、ＬＳＩ、ＬＥＤ、ＬＤ等の種々のチップが用いられる。これらの半導体チップ１１は、通常、半導体基板１５に実装するものとして知られているものである。半導体チップ１１のバンプ１２と接合する部位には、第二電極薄膜１６が形成されている。さらに、必要に応じて、フリップチップ接合工程（ｂ）の後に、熱処理工程（ｃ）を行うことができる。例えば、熱処理工程（ｃ）は、アニール、ドライリング、また、携帯電話用の半導体装置の場合には、温度特性、フィルタリングまたは周波数特性の測定等により、加熱または冷却の少なくともいずれかが行われる。なお、図３（ａ）〜（ｂ）において、各図の上段に、実際に行われる動作を模式的に示し、各図の下段に、バンプ１２を形成する材料が第一電極薄膜１４に拡散する態様を示す。
【００２８】
なお、図３に示す例においては、配線基板１５側にバンプを形成して、半導体チップを実装する場合を示したが、上記したように、半導体チップ１１側にバンプを形成して、配線基板１５側に接合することも、従来知られるように行うことができる。
【実施例】
【００２９】
以下、本技術に係るバンプ形成方法を、実施例によりさらに具体的に説明する。
【００３０】
（実施例１）
まず、水晶基板上に、順に膜厚３０ÅのＴｉ層、膜厚０．３μｍのＰｄ層をプレーティング法により形成し、バンプ接合部とした。この上部に、ワイヤボンダ（新川社製、ＳＢＢ−５）を用いて、Ａｕ−Ｐｄボンディング線（田中貴金属社製ＧＢＣワイヤー、Ｐｄ含有量１％未満）をボンディングした。
【００３１】
ついで、このようにして形成したバンプを有する水晶基板を、フィリップチップボンダーを用いて、セラミックスパッケージのＡｕ電極に実装した。
【００３２】
このようにして得られた試料を、引き剥がし試験（試験機  デージ、２４００）にかけ、接合界面を破壊し、その際の剥離強度と、剥離モードとを調べた。なお、試験は１０個の試料に対して行った。
【００３３】
なお、剥離モードは、引き剥がし試験により半導体チップと基板とを引き剥がしたとき、図４（ａ）に示すように、バンプと半導体チップの電極薄膜との界面において両者が分離される場合をＡモード、バンプの内部で両者が分離される場合をＢモード、バンプと前記Ｔｉ層およびＰｄ層からなるバンプ接合部との境界において両者が分離される場合をＣモード、水晶基板とバンプ接合部との境界において両者が分離される場合をＤモード、水晶基板の内部で両者が分離される場合をＥモードとした。
【００３４】
その結果、剥離強度は、平均４２．２ｇ（最大５７．３ｇ、最小２８．６ｇ、偏差28．７ｇ）で、剥離モードはいずれもＣモードであった。また、剥離界面においては、図５（ａ）に示す拡大写真におけるように、接合部外周にＡｕ残跡が観察された。
【００３５】
（実施例２）
まず、水晶基板上に、蒸着法により、順にＣｒ層、Ａｇ層、Ｃｒ層、Ａｇ層およびＡｕ層を積層して、総厚２μｍの複合蒸着膜を形成し、バンプ接合部とした。この上部に、実施例１と同様に、ワイヤボンダ（新川社製、ＳＢＢ−５）を用いて、Ａｕ−Ｐｄボンディング線（田中貴金属社製ＧＢＣワイヤー、Ｐｄ含有量１％未満）をボンディングした。
【００３６】
ついで、実施例１と同様に、フィリップチップボンディングを行い、引き剥がし試験に供した。
【００３７】
なお、剥離モードは、引き剥がし試験により半導体チップと基板とを引き剥がしたとき、図４（ｂ）に示すように、バンプと半導体チップの電極薄膜との界面において両者が分離される場合をＡモード、バンプの内部で両者が分離される場合をＢモード、バンプと前記Ｃｒ＋Ａｇ＋Ｃｒ＋Ａｇ＋Ａｕ蒸着膜からなるバンプ接合部との境界において両者が分離される場合をＣモード、水晶基板とバンプ接合部との境界において両者が分離される場合をＤモード、水晶基板の内部で両者が分離される場合をＥモードとした。
【００３８】
その結果、剥離強度は、平均３８．６ｇ（最大４９．２ｇ、最小１８．４ｇ、偏差３０．８ｇ）で、剥離モードはいずれもＣモードであった。また、剥離界面においては、図５（ｂ）に示す拡大写真におけるように、接合部外周にＡｕ残跡が観察された。
【００３９】
（比較例）
まず、水晶基板上に、スパッタリング法により、順にＣｕ層、Ａｇ層を積層して、総厚１．４μｍの複合スパッタリング膜を形成し、バンプ接合部とした。この上部に、実施例１と同様に、ワイヤボンダ（新川社製、ＳＢＢ−５）を用いて、Ａｕ−Ｐｄボンディング線（田中貴金属社製ＧＢＣワイヤー、Ｐｄ含有量１％未満）をボンディングした。
【００４０】
ついで、実施例１と同様に、フィリップチップボンディングを行い、引き剥がし試験に供した。
【００４１】
なお、剥離モードは、引き剥がし試験により半導体チップと基板とを引き剥がしたとき、図４（ｃ）に示すように、バンプと半導体チップの電極薄膜との界面において両者が分離される場合をＡモード、バンプの内部で両者が分離される場合をＢモード、バンプと前記Ｃｕ＋Ａｇスパッタリング膜からなるバンプ接合部との境界において両者が分離される場合をＣモード、水晶基板とバンプ接合部との境界において両者が分離される場合をＤモード、水晶基板の内部で両者が分離される場合をＥモードとした。
【００４２】
その結果、剥離強度は、平均３４．４ｇ（最大４０．１ｇ、最小２８．９ｇ、偏差１１．２ｇ）で、剥離モードはいずれもＣモードであった。また、剥離界面においては、図５（ｃ）に示す拡大写真におけるように、外周拡散が観察された。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本技術に係るバンプ形成方法の一例を模式的に示す概略図である。
【図２】本技術に係るバンプ形成方法の別の例を模式的に示す概略図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、半導体装置の製造工程を示す概略図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は実施例および比較例における剥離モードを説明する図面である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は実施例および比較例における引き剥がし試験後における試料界面の状態を示す拡大写真である。
【符号の説明】
【００４４】
１、１５…基板
２…バンプ接合部
２ａ…スパッタ膜によるバンプ接合部
３、１２…バンプ
４、２０…ワイヤボンダ
１０…半導体装置
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ…製造途中の半導体装置
１１…半導体チップ
１４…第一電極薄膜
１５…基板
１６…第二電極薄膜
２５…フィリップチップボンダー
【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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