(57)【要約】【課題】  基板の表面状態に左右されない半導体装置のフリップチップ方式のボンディング方法を提供する。【解決手段】  ａ）半導体素子が設けられる下基板上に接着ラインに沿って第１のＵＢＭを形成するステップと；ｂ）第１のＵＢＭ上に半田めっきを施すステップと；ｃ）下基板に接着される上基板の接着面には半田めっきに相応する位置にトレンチを形成し、トレンチに第２のＵＢＭを形成するステップと；ｄ）半田をトレンチに挿入して上基板と下基板とを結合するステップ；及びｅ）結合された上基板と下基板とを半田の溶融温度以上に加熱して半田をトレンチの側方に溶融しながら、上基板と下基板とを接合するステップと；を含む半導体装置のフリップチップ方式の側面接合ボンディング方法を提供する。【選択図】      図１０ｃ
2004160654.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）半導体素子が設けられる下基板上に接着ラインに沿って第１のＵＢＭ（バンプ下地金属：Under Bunp Metalization）を形成するステップと；
ｂ）前記第１のＵＢＭ上に半田めっきを施すステップと；
ｃ）前記下基板に接着される上基板の接着面には前記半田めっきに相応する位置にトレンチを形成し、前記トレンチに第２のＵＢＭを形成するステップと；
ｄ）前記半田を前記トレンチに挿入して前記上基板と前記下基板とを結合するステップ；及び
ｅ）結合された前記上基板と前記下基板とを前記半田の溶融温度以上に加熱して前記半田を前記トレンチの側方に溶融させ、前記上基板と前記下基板とを接合するステップと；
を含むことを特徴とする半導体装置におけるフリップチップ方式の側面接合ボンディング方法。
【請求項２】
前記ｃ）ステップにおいて、前記トレンチに形成される前記第２のＵＢＭは、前記トレンチ内部の側壁だけに形成することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置のフリップチップ方式の側面接合ボンディング方法。
【請求項３】
前記ｂ）ステップにおいて、前記半田は、前記ｅ）ステップ後の工程の温度より所定の温度以上の高い融点を有する共晶物質を材質として、高アスペクト比を有するように形成し、前記ｅ）ステップにおいて、前記融点以上に加熱すると、前記トレンチの側方に半田濡れして接合することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置におけるフリップチップ方式の側面接合ボンディング方法。
【請求項４】
前記接着ライン及びそれに相応する前記トレンチは、前記素子をシールすべく前記下基板上に設けられる前記素子を取り囲むように形成することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置におけるフリップチップ方式の側面接合ボンディング方法。
【請求項５】
前記素子と外部とを電気的に接続すべく、前記上基板を貫通してビアホールを形成するステップを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置におけるフリップチップ方式の側面接合ボンディング方法。
【請求項６】
前記ビアホールを形成するステップは、
前記ビアホールの内側には第３のＵＢＭを形成するステップ；及び
前記下基板には前記ビアホールに相応する位置に半田を形成するステップと；
を含むことを特徴とする請求項５に記載の半導体装置におけるフリップチップ方式の側面接合ボンディング方法。
【請求項７】
前記ｅ）ステップは、前記ビアホールに前記半田を挿入し、前記半田を側方に溶融させ接合するステップを更に含むことを特徴とする請求項６に記載の半導体装置におけるフリップチップ方式の側面接合ボンディング方法。
【請求項８】
前記ビアホールに形成された前記第３のＵＢＭを無電解めっきのシード（ｓｅｅｄ）として適用し、無電解めっきにより前記ビアホールを満たすステップを更に含むことを特徴とする請求項６に記載の半導体装置におけるフリップチップ方式の側面接合ボンディング方法。
【請求項９】
ＭＥＭＳ素子が上面に形成されている下基板と、前記下基板に結合され前記ＭＥＭＳ素子を保護する上基板を含み、
前記上基板は、前記下基板との接着ラインに沿って接着面に形成されたトレンチ、及び前記ＭＥＭＳ素子が位置するキャビティーを含み、前記トレンチには第２のＵＢＭが形成され、
前記下基板には、前記接着ライン及び前記トレンチ相応する位置に形成される第１のＵＢＭと、前記第１のＵＢＭ上に形成され前記トレンチに挿入された後に所定の温度で溶融されることでボンドする半田が形成されることを特徴とするＭＥＭＳ素子パッケージ。
【請求項１０】
前記上基板は、前記ＭＥＭＳ素子と外部とを電気的に接続すべく、前記上基板を貫通して形成されるビアホールを更に含むことを特徴とする請求項９に記載のＭＥＭＳ素子パッケージ。
【請求項１１】
前記下基板は、前記ビアホールに相応する位置に形成される第４のＵＢＭと、前記第４のＵＢＭ上に前記上基板との接合時に前記ビアホールに挿入可能に形成される半田を更に含むことを特徴とする請求項１０に記載のＭＥＭＳ素子パッケージ。
【請求項１２】
前記ビアホールの内側には、前記半田が融点以上に加熱されると側方に半田濡れすることで接合されるように第３のＵＢＭを形成することを特徴とする請求項１１に記載のＭＥＭＳ素子パッケージ。
【請求項１３】
ＭＥＭＳ素子が上面に形成されている下基板と、前記下基板に結合され前記ＭＥＭＳ素子を保護する上基板を含むＭＥＭＳ素子パッケージのパッケージ方法であって、
ａ）前記上基板を貫通するようにビアホールを形成し、前記上基板の接着面に前記下基板との接着ラインに沿ってトレンチを形成するステップと；
ｂ）前記トレンチと前記ビアホールに第５のＵＢＭを形成するステップと；
ｃ）前記下基板上の前記ビアホールに相応する位置と、前記トレンチに相応する位置に第６のＵＢＭを形成するステップと；
ｄ）前記第６のＵＢＭ上に所定の厚さの半田めっきを施すステップと；
ｅ）前記半田を前記トレンチと前記ビアホールに挿入し、前記上基板と前記下基板とを結合するステップ；及び
ｆ）結合された前記上基板と前記下基板を所定の温度に加熱して前記半田を溶融することでボンドするステップと；
を含むことを特徴とするＭＥＭＳ素子のパッケージ方法。
【請求項１４】
前記ビアホールを介してＭＥＭＳ素子をインターコネクトするステップ；及び
前記ビアホールに形成された第６のＵＢＭが無電解めっきのシードとして適用され、無電解めっきで前記ビアホールを満たすステップと；
を更に含むことを特徴とする請求項１３に記載のＭＥＭＳ素子のパッケージ方法。
【請求項１５】
前記ｅ）ステップにおいて、前記トレンチは、前記半田が完全に挿入可能な深さに形成されたことを特徴とする請求項１３に記載のＭＥＭＳ素子のパッケージ方法。
【請求項１６】
前記ｂ）ステップにおいて、前記トレンチと前記ビアホールに形成される第５のＵＢＭは、前記半田が接合工程において側方に半田濡れ可能に形成されることを特徴とする請求項１３に記載のＭＥＭＳ素子のパッケージ方法。
【請求項１７】
前記下基板に形成される前記第６のＵＢＭは、前記トレンチと前記ビアホールのそれぞれの開口部よりその幅が所定の長さ大きく形成されたことを特徴とする請求項１３に記載のＭＥＭＳ素子のパッケージ方法。
【請求項１８】
前記半田は、その融点が前記ｆ）ステップ後の工程の温度より所定の温度高い融点を有する、共晶物質を材質とすることを特徴とする請求項１３に記載のＭＥＭＳ素子のパッケージ方法。
【請求項１９】
前記ｂ）ステップにおいて、前記半田は、高アスペクト比を有するように形成されることを特徴とする請求項１８に記載のＭＥＭＳ素子のパッケージ方法。
【請求項２０】
前記ｆ）ステップにおいて、加熱温度は、前記半田の共晶温度以上であることを特徴とする請求項１８に記載のＭＥＭＳ素子のパッケージ方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置におけるボンディング方法及びＭＥＭＳパッケージに関し、特に、フリップチップ方式を用いたボンディング方法であって、左右側面接合ボンディング方式によるボンディングによってより堅固に接合可能にした半導体装置におけるフリップチップ方式の側面接合ボンディング方法とそれによるＭＥＭＳパッケージ及びパッケージ方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子製品の小型、高性能化は、電子部品を基板に実装するパッケージ技術の発達を必然として要求する。従って、ＭＥＭＳの成功の鍵はパッケージにかかっているといっても過言ではない。特に、大量生産性を目標とする場合、ウエハレベルパッケージの成功が最も重要である。
ＭＥＭＳ素子は、そのサイズ面や性能面において優れた性能を示すとしても素子の特性上、最小限の素子保護のためのパッケージが必須的である。接着ボンディング等を除くウエハレベルパッケージの場合、接合する二つの基板が０．１μｍ以下に近接している必要があるという基本条件を有するが、これは、素子の開発における大きな制約として働き得る。また、特別な化学反応によりボンディングを行う場合、反応のために印加される外部因子、即ち、温度、電圧、材料等の特性が素子の作製に大きな影響を与えている。
【０００３】
かかる従来のＭＥＭＳ素子のパッケージのためのボンディング方法には、陽極ボンディング、シリコン直接ボンディング、共晶ボンディング、接着ボンディング等の方法がある。
図１は、このうちの陽極ボンディングの例を概略的に示す断面図である。同図に示すように、特殊ガラス製品にシリコン及び酸化可能な膜をコートした上下基板１０、１０’に電極３０、４０を接続し、数百Ｖ以上の電圧を印加することにより界面に酸化膜を形成することで接合が行われる。しかしながら、かかる原理のため、この方法では、接触界面が非常に滑らかで且つ特殊な材質でのみボンディングが行われる。ウエハ表面の粗さによってはボンディングが行われないこともあり、パーティクルによってボンディング歩留まりが大きく左右される。しかも、この方法の場合、数百Ｖ以上の高圧が素子に印加されるため、接合時において二次的にＭＳＭＳ素子にエラーが発生するおそれがある。また、比較的高温で作業が行われなければならないという不具合もある。
【０００４】
図２は、シリコン直接ボンディングの例を概略的に示す断面図である。同図に示すように、初期接合のためのシリコン直接ボンディングは、上下のシリコン１０、１０’を高温に加熱してシリコン酸化膜を形成することで接合する。従って、ウエハの表面処理が必須的であり、界面にシリコン酸化膜を形成する必要があるため、非常に高温で接合が行われる。同様に、パーティクルによりボンディング歩留まりが大きく左右され、陽極ボンディングに比べて表面粗さのボンディング歩留まりに及ぼす影響が大きい。９００℃以上の高温工程が必要となるため、工程上の互換性が悪い。
【０００５】
図３は、共晶ボンディングを概略的に示す断面図である。同図に示すように、上下基板１０、１０’の接合表面に共晶材料１１、１１’をそれぞれ形成した後、共晶温度以上の温度で加圧しながらボンディングを行わなければならない。同様に、接合は、基本的に両面が当接すると反応により第２の相を形成することによりボンディングが行われるため、両ウエハの表面状態が何よりも重要である。図４に示すように、組成によって固状から液状に変わっていく温度が異なる。図４は、Ａｕ−Ｓｉの共晶特性化曲線を示すグラフである。原子量としてＳｉが約１８％の場合、３６３℃でＡｕとＳｉとは、相互作用により液状（Ｌ）に相変化し得る。これは、ＡｕとＳｉのそれぞれの融点より遥かに低い温度であるが、その組成が合わないと、その温度は大きく変化するようになる。即ち、この方法は、組成の調節によりボンディングが大きく変わるという不具合があり、屈曲の多いＭＥＭＳ素子の場合、この屈曲を克服することができないという不具合がある。
【０００６】
図５は、接着剤を用いる接着ボンディング方法を示す。同図に示すように、基板１０’に接着剤１２をコートした後、加圧及び加熱してボンドする。この場合、ボンディングの際に接着剤１２内のソルベントを蒸発させることにより固状のボンディングが行われる。かかるボンディング方法には、エポキシボンディング、ガラスフリット、半田ペーストボンディング等が含まれる。
【０００７】
接着剤１２で行われたボンディング層は、一般に、スクリーンプリンティングやディスペンシングにより形成されるため、その形状の調節が難しく、且つパターンのサイズが非常に大きくなる。ＭＥＭＳ素子の作製の際に発生するウエハの屈曲を引き戻すことができるものの、加圧によりボンディング層が広く拡大するという短所がある。また、ボンディング材料に含まれるソルベントから発生する排出ガスがＭＥＭＳ素子に影響を及ぼすという不具合がある。
【０００８】
一方、図６は、ＭＥＭＳパッケージにおいてビアホール１３を介して外部と電気的にインターコネクションを行う一般の方法を示す断面図であって、同図に示すように、ビアホール１３の形成の際、数μｍ程度のアンダーカット１３ａの存在によってもビアホール１３を介した下基板１０の電極１４と外部端子の配線１５との電気的接続が行われないという不具合がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、前記のような問題点を解決するためになされたものであって、その第１の目的は、ＭＥＭＳパッケージのような半導体装置の上・下基板の接着の際、その接着をより堅固にし、基板の表面状態に左右されない半導体装置におけるフリップチップ方式のボンディング方法を提供することである。
本発明の第２の目的は、前記ボンディング方法を用いてその接着をより堅固にし、接着面の状態に左右されないＭＥＭＳパッケージ及びパッケージ方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するための本発明に係る半導体装置におけるフリップチップ方式の側面接合ボンディング方法は、ａ）半導体素子が設けられる下基板上に接着ラインに沿って第１のＵＢＭ（バンプ下地金属：Under Bunp Metalization）を形成するステップと；ｂ）前記第１のＵＢＭ上に半田めっきを施すステップと；ｃ）前記下基板に接着される上基板の接着面には前記半田めっきに相応する位置にトレンチを形成し、前記トレンチに第２のＵＢＭを形成するステップと；ｄ）前記半田を前記トレンチに挿入して前記上基板と前記下基板とを結合するステップ；及びｅ）結合された前記上基板と前記下基板とを前記半田の溶融温度以上に加熱して前記半田を前記トレンチの側方に半田濡れさせ、つまり溶融させながら、前記上基板と前記下基板とを接合するステップと；を含む。
【００１１】
そして、前記ｃ）ステップにおいて、前記トレンチに形成される前記第２のＵＢＭは、前記トレンチ内部の側壁だけに形成することが好ましい。
また、前記ｂ）ステップにおいて、前記半田は、前記ｅ）ステップ後の工程の温度より所定の温度以上の高い融点を有する共晶物質を材質として、高アスペクト比を有するように形成し、前記ｅ）ステップにおいて、前記融点以上に加熱すると、前記トレンチの側方に半田濡れして接合することが好ましい。
【００１２】
更に、前記接着ライン及びそれに相応する前記トレンチは、前記素子をシールすべく前記下基板上に設けられる前記素子を取り囲むように形成することが好ましい。
そして、半導体装置におけるフリップチップ方式の側面接合ボンディング方法は、前記素子と外部とを電気的に接続すべく、前記上基板を貫通してビアホールを形成するステップを更に含み得る。
【００１３】
また、前記ビアホールを形成するステップは、前記ビアホールの内側には第３のＵＢＭを形成するステップ；及び前記下基板には前記ビアホールに相応する位置に半田を形成するステップと；を含み得る。
そして、前記ｅ）ステップは、前記ビアホールに前記半田を挿入し、前記半田を側方に溶融させ接合するステップを更に含み得る。
【００１４】
また、半導体装置におけるフリップチップ方式の側面接合ボンディング方法は、前記ビアホールに形成された前記第３のＵＢＭを無電解めっきのシードとして適用し、無電解めっきにより前記ビアホールを満たすステップを更に含み得る。
一方、本発明に係るＭＥＭＳ素子パッケージは、ＭＥＭＳ素子が上面に形成されている下基板と、前記下基板に結合され前記ＭＥＭＳ素子を保護する上基板を含み、前記上基板は、前記下基板との接着ラインに沿って接着面に形成されたトレンチ、及び前記ＭＥＭＳ素子が位置するキャビティーを含み、前記トレンチには第２のＵＢＭが形成され、前記下基板には、前記接着ライン及び前記トレンチに相応する位置に形成される第１のＵＢＭと、前記第１のＵＢＭ上に形成され前記トレンチに挿入された後に所定の温度で溶融されることでボンドする半田が形成される。
【００１５】
そして、前記上基板は、前記ＭＥＭＳ素子と外部とを電気的に接続すべく、前記上基板を貫通して形成されるビアホールを更に含み得る。
また、前記下基板は、前記ビアホールに相応する位置に形成される第４のＵＢＭと、前記第４のＵＢＭ上に前記上基板との接合時に前記ビアホールに挿入可能に形成される半田を更に含み得る。
【００１６】
そして、前記ビアホールの内側には、前記半田が融点以上に加熱されると側方に半田濡れすることで接合されるように第３のＵＢＭを形成することが好ましい。
一方、本発明に係るＭＥＭＳ素子が上面に形成されている下基板と、前記下基板に結合され前記ＭＥＭＳ素子を保護する上基板を含むＭＥＭＳ素子パッケージのパッケージ方法は、ａ）前記上基板を貫通するようにビアホールを形成し、前記上基板の接着面に前記下基板との接着ラインに沿ってトレンチを形成するステップと；ｂ）前記トレンチと前記ビアホールに第５のＵＢＭを形成するステップと；ｃ）前記下基板上の前記ビアホールに相応する位置と、前記トレンチに相応する位置に第６のＵＢＭを形成するステップと；ｄ）前記第６のＵＢＭ上に所定の厚さの半田めっきを施すステップと；ｅ）前記半田を前記トレンチと前記ビアホールに挿入し、前記上基板と前記下基板とを結合するステップ；及びｆ）結合された前記上基板と前記下基板を所定の温度に加熱して前記半田を溶融することでボンドするステップと； を含む。
【００１７】
そして、ＭＥＭＳ素子のパッケージ方法は、前記ビアホールを介して前記ＭＥＭＳ素子をインターコネクトするステップ；及び前記ビアホールに形成された第６のＵＢＭが無電解めっきのシードとして適用され、無電解めっきで前記ビアホールを満たすステップと；を更に含み得る。
また、前記ｅ）ステップにおいて、前記トレンチは、前記半田が完全に挿入可能な深さに形成されたことが好ましい。
【００１８】
そして、前記ｂ）ステップにおいて、前記トレンチと前記ビアホールに形成される第５のＵＢＭは、前記半田が接合工程において側方に半田濡れ可能に形成されることが好ましい。
また、前記下基板に形成される前記第６のＵＢＭは、前記トレンチと前記ビアホールのそれぞれの開口部よりその幅が所定の長さ大きく形成されたことが好ましい。
【００１９】
そして、前記半田は、その融点が前記ｆ）ステップ後の工程の温度より所定の温度高い融点を有する、共晶物質を材質とすることが好ましい。
そして、前記ｂ）ステップにおいて、前記半田は、高アスペクト比を有するように形成されることが好ましい。
また、前記ｆ）ステップにおいて、加熱温度は、前記半田の共晶温度以上であることが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によると、半導体フリップチップボンディング方法であって、トレンチ及びビアホールの構造と適宜のＵＢＭ（バンプ下地金属：Under Bunp Metalization）構造を用いる。すると、半田及び組立ボンディング技術を用いて上・下基板の接合の際、上下接合でない左右接合が行われるようになる。従って、上・下基板の粗さに左右されない、つまり基板表面の状態に左右されない。さらに、トレンチの深さをめっきされた半田の高さより深くすることで半田めっきの厚さの均一性に対しても左右されにくくなる。
【００２１】
既存のボンディング方法のように高温・高圧を印加することなくボンディングが行われるため、電気的衝撃がなく、且つ比較的低温工程が可能であるので、ＩＣ回路に及ぼす影響が小さい。そして、ビアホールを介して電気的インターコネクションが可能であるため、チップサイズを最小化することができ、ウエハレベルＭＥＭＳパッケージに容易に応用することができる。
【００２２】
基板の材質に応じて、ソルベントを使用しない半田めっきを用いることにより、ボンディングの際における流出ガスが殆どないため、溶接封止及び真空シールが可能である。
また、本発明によると、ウエハレベルパッケージ及び真空実装を必要とし、表面粗さの調節が困難である各種のＭＥＭＳ工程との互換性に非常に優れている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
＜実施例１＞
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施例を説明する。
図８は、本発明に適用された半田の側面接合特性を用いたパッケージボンディングを示す図であり、図７は、これと比較される従来の上下接合特性によるパッケージボンディングを示す図である。
【００２４】
図９ａ及び９ｂは、本発明に適用される半田が加熱されると現れるリフロー特徴を示す図である。そして、図１０ａ乃至図１０ｄは、本発明の一実施例に係るＭＥＭＳ素子パッケージ及びパッケージ作製工程を示す図である。
図１０ａに示すように、本発明に係るＭＥＭＳ素子パッケージは、ビアホール１２０とトレンチ１３０が形成された上基板１００、及び半田５００とＭＥＭＳ素子３００が形成された下基板２００を含む。
【００２５】
上基板１００には、この上基板１００を貫通して前記ＭＥＭＳ素子３００が外部と電気的に接続できるようにビアホール１２０が形成される。
上基板１００の接触面には、下基板２００との接着ラインに沿ってトレンチ１３０が形成される。トレンチ１３０は、所定の深さの溝であって、前記半田５００が挿入できるように半田５００の高さより所定の長さ分深く形成されることが好ましい。そして、トレンチ１３０による接合ラインは、ダイシング等の後工程の際、外部とＭＥＭＳ素子とが離隔するようにＭＥＭＳ素子の全体を取り囲むことが好ましい。
【００２６】
ビアホール１２０とトレンチ１３０の内面だけに半田５００に対し半田濡れ性を有するようにＵＢＭ（バンプ下地金属：Under Bunp Metalization）４００ｂが形成される。この時、ＵＢＭ４００ｂは、ビアホール１２０及びトレンチ１３０の下端から所定の高さまで形成されることが好ましい。
また、上基板１００の接着面には、ＭＥＭＳ素子３００が位置できるように所定の大きさのキャビティー１４０が形成される。
【００２７】
下基板２００には、ＭＥＭＳ素子３００が形成される。そして、上基板１００に形成されたトレンチ１３０とビアホール１２０に相応する位置にＵＢＭ４００ａが形成される。ＵＢＭ４００ａは、半田濡れ性を有する材質の面積及び接着力に左右される最終のボンディング力に応じて適宜の大きさに形成することが好ましい。ＵＢＭ４００ａの半田濡れ性材質の上に半田５００が形成される。半田５００は、トレンチ１３０とビアホール１２０に挿入されフィットする大きさに形成されることが好ましく、挿入時、アライン等の後工程に差し支えがないように相互幅の調節が必要である。また、前記半田５００は、本発明に係る接合工程の後工程時の温度より５０℃以上高い融点を有する共晶物質を材質とすることが好ましい。また、半田５００は、高アスペクト比を有することができるようにめっき工程で形成する。
【００２８】
このようにして形成された上基板１００と下基板２００とを互いに結合してから接着することによりＭＥＭＳ素子のパッケージを形成する。
図１０ｂ及び図１０ｃは、本発明に係る接合工程を示す図である。図１０ｂに示すように、上基板１００のトレンチ１３０とビアホール１２０に半田５００を挿入する。下基板２００に形成されたＭＥＭＳ素子３００は、上基板１００のキャビティー１４０に位置するようになる。
【００２９】
そして、図１０ｃに示すように、半田５００を溶融するために、半田５００をなす共晶物質の共晶温度以上に加熱する。半田５００は、特定の温度以上で図９ａに示す状態から図９ｂに示すように溶融する。そして、ＵＢＭ４００のように半田濡れ性を有する物質上で表面エネルギーを低減する方向に再形成される。即ち、図９ｂに示すように、半田濡れ性ＵＢＭ（４００ａ、４００ｂ）４００上において半田５００は、表面エネルギーが最も低い形態のボール状にリフローするようになる。しかし、ＵＢＭ４００、つまりトレンチ１３０またはビアホール１２０上に形成される半田濡れ性ＵＢＭ４００の形状によって、溶融する半田５００の形状が決められ、トレンチ１３０またはビアホール１２０上に形成される半田濡れ性ＵＢＭ４００によりリフロー様態が異なるようになる。即ち、半田５００が前記トレンチ１３０とビアホール１２０に挿入された状態で溶融すると、図１０ｃに示すようにトレンチ１３０に沿って形成されたＵＢＭ４００ｂに沿って側方に再形成される。つまり、図８に示すようにビアホール１２０に挿入された半田５００は、ビアホール１２０の形状に沿うように溶融する。結局、レゴ組立のように組み合わさって、側方に半田５００が半田濡れ、つまり溶融することによりボンディング及びシーリングが行われる。よって、両基板の表面状態等の表面屈曲にかかわることなく、且つ半田の均一特性ともかかわることなくボンディングが行われる。そのため、トレンチ１３０が素子を完全に取り囲む場合、ＭＥＭＳ素子の溶接封止を成し遂げることができる。
【００３０】
半田に共晶材質を適用すると、加熱温度を下げることができ、高温によりＭＥＭＳ素子またはＩＣ回路が損傷されることが防止可能になる。しかし、ＣＯＢ等の後工程を必要とするチップパッケージに採用する場合、後工程でボンディングが壊れないようにするための後工程時の最高温度より５０℃以上融点の高い材質を使用することが好ましい。
前記方法は、既存のウエハボンディングの場合に比べて基板の表面状態に左右されないパッケージ方法であって、半田が溶融することによりビアホール１２０、トレンチ１３０が埋められるため、数μmから数十μmの段差が存在するとしてもパッケージに影響を及ぼすことがない。
【００３１】
そして、本発明は、ＭＥＭＳ素子のウエハレベルパッケージのみならず、最終のチップオンボード（ＣＯＢ；Ｃｈｉｐ Ｏｎ ａ Ｂｏａｒｄ）のフリップチップ方式のボンディングにも適用可能である。即ち、前記上基板及び下基板としてのチップ素子及びボード、或いはボード及びチップ素子に対応して半田が挿入されボンディングが行われるように、ボード及びチップ素子にトレンチとＵＢＭを形成してフリップチップボンディングを行うことができる。
【００３２】
一方、図６は、ＭＥＭＳパッケージにおいてビアホール１３を介して外部との電気的インターコネクションを行う一般の方法を示す断面図であって、同図に示すように、ビアホール１３の形成の際、数μｍ程度のアンダーカット１３ａの存在によってもビアホール１３を介した下基板１０の電極１４と外部端子の配線１５との電気的接続が行われないことがある。
【００３３】
しかしながら、本発明に係るＭＥＭＳパッケージでは、図８、１０ｂ及び１０ｃに示すように、ビアホール１２０に半田５００を挿入した後にリフローさせることで側面接合するため、アンダーカットによる断線のような不具合は発生しない。従って、電気的インターコネクションのためのビアホールの形成の困難性を解決することができるようになる。
一方、図１０ｄに示すように、ビアホール１２０の位置に電気的配線６００を満たす必要がある場合、半田濡れ性材質のＵＢＭ４００ｂを無電解めっきのシードとして使用可能な材料として選択すると、ボンディングの後、無電解めっきによりシード４００ｂと半田５００からめっき膜６００が成長し、その結果、ビアホール１２０を満たすことができるようになる。
【００３４】
以上では、本発明の好適な実施例について図示し説明したが、本発明は、上述した特定の実施例に限定されるものではなく、請求の範囲で請求する本発明の要旨を逸脱することなく当該発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば誰でも各種の変形実施が可能であることはもとより、そのような変更実施が、本発明の技術的思想や展望とは別に理解されてはいけない。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、半導体装置におけるボンディング方法及びＭＥＭＳパッケージに関し、特に、フリップチップ方式を用いたボンディング方法であって、左右側面接合ボンディング方式によるボンディングによってより堅固に接合可能にした半導体装置におけるフリップチップ方式の側面接合ボンディング方法とそれによるＭＥＭＳパッケージ及びパッケージ方法に適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】陽極ボンディングを示す断面図である。
【図２】シリコン直接ボンディングを示す断面図である。
【図３】共晶ボンディングを示す断面図である。
【図４】共晶相変化曲線を示すグラフである。
【図５】接着ボンディングを示す断面図である。
【図６】従来のＭＥＭＳパッケージのビアホールを介した電気的インターコネクション時に現れる問題を示す図である。
【図７】既存のＭＥＭＳパッケージのボンディングに用いられる上下接合特性を示す概略図である。
【図８】本発明に係るＭＥＭＳパッケージのボンディングに用いられる左右側面接合特性を示す概略図である。
【図９ａ】半田のリフロー特性を示す概略図である（１）。
【図９ｂ】半田のリフロー特性を示す概略図である（２）。
【図１０ａ】本発明に係るＭＥＭＳパッケージの接合工程を示す断面図である（１）。
【図１０ｂ】本発明に係るＭＥＭＳパッケージの接合工程を示す断面図である（２）。
【図１０ｃ】本発明に係るＭＥＭＳパッケージの接合工程を示す断面図である（３）。
【図１０ｄ】図１０ａ乃至図１０ｃの接合工程の後、外部への電気的配線のための無電解めっき工程を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０：上基板
１０’：下基板
１１、１１’：共晶材料
１２：接着剤
１３：ビアホール
１４：電極
１５：外部端子の配線
３０、４０：電極
１００：上基板
１２０：ビアホール
１３０：トレンチ
１４０：キャビティー
２００：下基板
３００：ＭＥＭＳ素子
４００ａ、４００ｂ：ＵＢＭ
５００：半田
６００：めっき膜
【図１】
2004160654.tif 000003
【図２】
2004160654.tif 000004
【図３】
2004160654.tif 000005
【図４】
2004160654.tif 000006
【図５】
2004160654.tif 000007
【図６】
2004160654.tif 000008
【図７】
2004160654.tif 000009
【図８】
2004160654.tif 000010
【図９ａ】
2004160654.tif 000011
【図９ｂ】
2004160654.tif 000012
【図１０ａ】
2004160654.tif 000013
【図１０ｂ】
2004160654.tif 000014
【図１０ｃ】
2004160654.tif 000015
【図１０ｄ】
2004160654.tif 000016