(57)【要約】【課題】  高い接続信頼性で半導体チップと基板とを導電接続できる金属バンプ、該金属バンプを形成する方法、該金属バンプを有する半導体チップ及び該金属バンプを用いて導電接続された導電接続構造体を提供する。【解決手段】  半導体チップと基板とを接続するための金属バンプであって、樹脂微粒子を含有する金属バンプ。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップと基板とを接続するための金属バンプであって、樹脂微粒子を含有すること
を特徴とする金属バンプ。
【請求項２】
樹脂微粒子は、表面に金属層を有することを特徴とする請求項１記載の金属バンプ。
【請求項３】
ビッカース硬度が２０〜５０Ｈｖであることを特徴とする請求項１又は２記載の金属バン
プ。
【請求項４】
請求項１、２又は３記載の金属バンプを形成する方法であって、正に帯電した樹脂微粒子
をメッキ浴中に分散させ、電解メッキを行うことを特徴とする金属バンプの形成方法。
【請求項５】
請求項１、２又は３記載の金属バンプを有することを特徴とする半導体チップ。
【請求項６】
請求項１、２又は３記載の金属バンプを用いて導電接続されていることを特徴とする導電
接続構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高い接続信頼性で半導体チップと基板とを導電接続できる金属バンプ、該金属
バンプを形成する方法、該金属バンプを有する半導体チップ及び該金属バンプを用いて導
電接続された導電接続構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子回路基板においてＩＣやＬＳＩの接続は、それぞれの電極をプリント基板上に
ハンダ付けする方法により行っていたが、生産効率が悪く、また、高密度化には適さない
ものであった。
これを解決するために金属からなる半球状のバンプを半導体チップの電極上に形成し、こ
の金属バンプを用いて半導体チップと基板とを導電接続する技術が開発された。この技術
によれば、チップ又は基板上に実装された金属バンプをフリップチップ方式やＴＡＢ方式
により接続することで高生産性、高接続信頼性を両立した電子回路を構成することができ
る。
【０００３】
しかし、近年、基板の多層化が進み、基板自体の外環境変化、即ち、コンピュータ等の発
熱により冷熱が繰り返され、膨張と収縮とが繰り返されることにより応力が発生し、その
応力が基板間の接続部にかかることによって断線が発生したり、金属バンプが破損してし
まったりすることが問題となってきた。また、このような金属バンプの接合方法としては
超音波による方法等があるが、接合時に金属バンプの下部にクラック等を生じることがあ
り問題となっていた。
また、現在の技術では作製された金属バンプの高さには±２μｍ程度のバラツキが生じる
ことは不可避であり、これも接続信頼性の低下につながっていた。
【０００４】
これらの問題点を解決する手段として、基板等の回路にかかる応力の緩和については、基
板接続部に樹脂等を塗布して補強することが行われている。しかしながら、これは接続信
頼性の向上には一定の効果を示すものの、手間がかかり、また塗布工程が増えることによ
り費用が増大するという問題があった。
また、特許文献２や特許文献３に、樹脂からなる樹脂微粒子の表面に無電解メッキや電解
メッキにより金属層を設けた導電性微粒子を含有する異方性導電膜や異方性導電接着剤を
用いることにより、基板等の回路にかかる力を緩和したり、金属バンプの高さの誤差に起
因する接続不良を緩和したりすることが開示されている。しかしながら、このような導電
性微粒子を含有する異方性導電材料を用いた場合、バンプの位置に導電性微粒子が配置さ
れなかったり、導電性微粒子同士の接触により短絡が生じたりする等、必ずしも接続信頼
性は充分ではなかった。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−７４３１１号公報
【特許文献２】特開平５−３６３０６号公報
【特許文献３】特開平９−３０６２３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記現状に鑑み、高い接続信頼性で半導体チップと基板とを導電接続できる金
属バンプ、該金属バンプを形成する方法、該金属バンプを有する半導体チップ及び該金属
バンプを用いて導電接続された導電接続構造体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、半導体チップと基板とを接続するための金属バンプであって、樹脂微粒子を含
有する金属バンプである。
以下に本発明を詳述する。
【０００８】
本発明の金属バンプを構成する金属としては、金、銀、銅、白金、亜鉛、鉄、錫、鉛、ア
ルミニウム、コバルト、インジウム、ニッケル、クロム、チタン、アンチモン、ビスマス
、ゲルマニウム、カドミウム、珪素等が挙げられる。なかでも導電性に優れた金が好適で
ある。これらの金属は、単独で用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。
【０００９】
本発明の金属バンプは、樹脂微粒子を含有する。これにより、本発明の金属バンプは、樹
脂微粒子の優れた応力緩和機能により基板等の回路にかかる応力を緩和して、超音波接合
時に金属バンプの下部にクラックが発生することを防止し、また、冷熱を繰り返した場合
でも高い接続信頼性を発揮することができる。また、後述するように上記樹脂微粒子が表
面に金属層を有する場合には、樹脂微粒子の一部が金属バンプの表面に表出することによ
り、金属バンプの高さのバラツキを吸収して接続信頼性を向上させることができる。
【００１０】
上記樹脂微粒子を構成する樹脂としては、充分な応力緩和機能を有していれば特に限定さ
れず、天然ゴム等の他、例えば、スチレン、α−メチルスチレン等のスチレン誘導体；酢
酸ビニル、プロピオン酸ビニル等のビニルエステル類；アクリロニトリル等の不飽和ニト
リル類；（メタ）アクリル酸メチル、（メタ）アクリル酸エチル、（メタ）アクリル酸ブ
チル、（メタ）アクリル酸２−エチルヘキシル、（メタ）アクリル酸ステアリル、エチレ
ングリコール（メタ）アクリレート、トリフルオロエチル（メタ）アクリレート、ペンタ
フルオロプロピル（メタ）アクリレート、シクロヘキシル（メタ）アクリレート等の（メ
タ）アクリル酸エステル誘導体等を重合したもの等が挙げられる。これらの樹脂は単独で
用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００１１】
また、上記樹脂微粒子を構成する樹脂を合成する際には、例えばジビニルベンゼン、ジビ
ニルビフェニル、ジビニルナフタレン、ポリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート
、１，６−ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコールジ（メタ
）アクリレート、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、テトラメチロール
メタントリ（メタ）アクリレート、テトラメチロールプロパンテトラ（メタ）アクリレー
ト、ジアリルフタレート及びその異性体、トリアリルイソシアヌレート及びその誘導体等
の架橋性単量体を加えてもよい。これら架橋性単量体は単独で用いてもよく、２種以上を
併用しても良い。
【００１２】
上記樹脂微粒子の製造方法としては特に限定されず、例えば、懸濁重合、シード重合、乳
化重合、分散重合、ソープフリー析出重合等の一般的な重合方法により得ることができる
。これら重合方法は一般に水中にて行われるため、重合した樹脂微粒子は吸湿した状態と
なる。この水分を除去するには、凍結乾燥、又は、加熱下にて真空乾燥することが好まし
い。上記乾燥の条件は樹脂微粒子の組成により適宜選ばれるが、乾燥温度の好ましい下限
は８０℃、上限は９０℃、乾燥時間の好ましい下限は６時間、上限は２４時間である。
【００１３】
上記樹脂微粒子は、表面に金属層を有することが好ましい。表面に金属層を有することに
より、金属バンプを構成する金属と樹脂微粒子との親和性が向上し、金属バンプの強度が
向上する。また、上記樹脂微粒子の一部が金属バンプの表面に表出していても導電接続の
妨げにならないばかりか、金属バンプの高さのばらつきを吸収して接続信頼性を向上する
ことができる。
【００１４】
上記樹脂微粒子の表面に形成される金属層を構成する金属としては特に限定されず、上述
の金属バンプを構成する金属と同様の金属を用いることができる。なかでも、金属バンプ
を構成する金属と同種のものを選択すれば、樹脂微粒子と金属バンプとの親和性をより高
めることができ好適である。
【００１５】
上記樹脂微粒子の粒子径としては特に限定されないが、好ましい下限は０．０１μｍ、好
ましい上限は８０μｍである。０．０１μｍ未満であると、充分な応力緩和効果が得られ
ないことがあり、８０μｍを超えると、金属バンプの強度が不足したり、金属バンプ内の
導電性が不足したりすることがある。
【００１６】
上記樹脂微粒子の硬さとしては金属バンプの応力緩和効果が期待できれば特に限定されな
いが、１０％圧縮Ｋ値の好ましい下限が７００ＭＰａ、好ましい上限が１５０００ＭＰａ
である。７００ＭＰａ未満であると、金属バンプ全体の強度が低下しクラック等が発生す
ることがあり、１５０００ＭＰａを超えると、樹脂微粒子の変形が小さく応力緩和効果が
期待できない。
【００１７】
本発明の金属バンプにおける上記樹脂微粒子の含有量としては特に限定されず、樹脂の種
類等により適宜選択することができるが、本発明の金属バンプのビッカース硬度が２０〜
５０Ｈｖとなるように含有することが好ましい。本発明の金属バンプのビッカース硬度が
２０Ｈｖ未満であると、金属バンプ同士の接続時に、接合エネルギーが金属バンプの変形
にのみ利用され、接合界面が生じ接合強度が得られないことがあり、５０Ｈｖを超えると
、充分に応力緩和することができず、冷熱を繰り返した場合に断線することがある。
【００１８】
半導体チップ上に本発明の金属バンプを形成する方法としては特に限定されないが、１）
樹脂微粒子をメッキ浴中に分散させ、電解又は無電解メッキを行う方法、２）半導体基板
上に形成された電極又はアンダーバンプメタル層上に樹脂微粒子層を形成させた後、電解
又は無電解メッキを行う方法、３）電解又は無電解メッキにより目的の高さより低い金属
バンプを形成させた後、その上部に樹脂微粒子層を形成させ、更に、電解又は無電解メッ
キにより金属の層を形成させる方法、４）メッキと樹脂微粒子の帯電が逆である場合に、
メッキ浴の帯電を正負交互にかけることにより樹脂微粒子を層状に積層する方法等が好適
である。これらの方法は単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
なお、樹脂微粒子が金属表面を有していない場合に無電解メッキをするときは、予め樹脂
微粒子の表面にパラジウム等の触媒を付与しておくことが好ましい。
【００１９】
上記１）の方法において、メッキ浴中に分散させる上記樹脂微粒子の濃度としては、メッ
キする金属種や金属バンプの厚さにより特に限定されないが、好ましい下限は０．１％、
好ましい上限は３０％である。０．１％未満であると、金属バンプ中に取り込まれる樹脂
微粒子の量が少なく、充分な応力緩和効果が得られないことがあり、３０％を超えると、
金属バンプの強度が得られなかったり、導電性が不充分となったりすることがある。
【００２０】
本発明の金属バンプが形成された半導体チップは、フリップチップ方式やＴＡＢ方式によ
り基板に容易に導電接続することができる。特に超音波によりフリップチップ接合する場
合には、バンプ下部のクラックの防止に寄与する。このようにして形成された導電接続構
造体は、金属バンプ中に含まれる樹脂微粒子の応力緩和機能により冷熱を繰り返した場合
でも断線しにくく、また、金属バンプ自体の高さにバラツキがあった場合でも極めて高い
接続信頼性を発揮することができる。
本発明の金属バンプを有する半導体チップもまた、本発明の１つである。
本発明の金属バンプを用いて導電接続されている導電接続構造体もまた、本発明の１つで
ある。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、高い接続信頼性で半導体チップと基板とを導電接続できる金属バンプ、
該金属バンプを形成する方法、該金属バンプを有する半導体チップ及び該金属バンプを用
いて導電接続された導電接続構造体を提供できる。
更に、外部接続用電極の下に低誘電率材料と配線とを積層した構造を有するＩＣチップに
本発明のバンプを用いることによりパッケージの信頼性評価（温度サイクル試験、高温高
湿試験、ハンダ耐熱性試験）でのバンプと外部電極部分への応力集中を防止でき、高い接
続信頼性を提供できる。
また、本発明のバンプを有するＩＣチップをフリップチップ接続した際に、接合時の応力
を緩和でき、バッド下クラックや、低誘電率材料の剥離、割れが防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に実施例を掲げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定
されるものではない。
【００２３】
（実施例１）
図１に示した手順により金属バンプを有する半導体チップを作製した。
常法により、半導体基板１上に形成された電極２の表面以外の部分を絶縁膜３で覆ったも
のを準備した（図１Ａ）。この表面に、メタルスパッタリング法により、Ｔｉ−Ｐｄ−Ａ
ｕの複数層からなるアンダーバンプメタル層（ＵＢＭ層）４を形成した（図１Ｂ）。次い
で、この表面に光硬化性樹脂からなるフォトレジスト層５を形成し（図１Ｃ）、電極２に
対応する部分を遮光したうえで光を照射しフォトレジスト層を硬化させた。次いで、未硬
化のフォトレジスト層部分を除いて、電極２に対応する部分のＵＢＭ層４を露出させた。
【００２４】
金メッキ浴中に１０重量％の濃度で、表面に金からなる金属層を有する樹脂微粒子（ミク
ロパールＡＵＬ−７０４Ａ、積水化学工業社製：粒子径４μｍ）を分散させたものをメッ
キ浴として用いて電解メッキを行い、金属バンプ６を形成させた（図１Ｅ）。その後、硬
化したフォトレジスト層６を除き、金属バンプを有する半導体チップを得た。
半導体チップ上に形成された金属バンプのビッカース硬度をビッカース硬度計（ＤＵＨ−
Ｗ２０１、島津製作所社製）を用いて測定したところ、４０Ｈｖであった。
【００２５】
得られた金属バンプを有する半導体チップを、電極パターンが描かれた厚さ５０μｍのフ
ィルム基板の上に電極の位置と金属バンプの位置とが合うように載せ、振幅２μｍ、５０
ｋＨｚの超音波を５０μｓかけて加熱圧着し、エポキシ樹脂を用いてフリップチップ接合
を行い、導電接続構造体を得た。
【００２６】
得られた導電接続構造体は、安定した導通がとれ隣接電極でのリークもなく通常通り作動
し、−４０〜＋１２５℃の熱サイクルテストを１０００回行ったが、低温時でも高温時で
も接続部の抵抗値アップや作動に異常は見られなかった。
また、得られた導電接続構造体を王水に浸漬して金バンプを溶解除去し、バンプ下の電極
面を光学顕微鏡を用いて１００倍の倍率にて観察し、シリコンのシェルクラックがないこ
とを確認した。
【００２７】
（比較例1）
樹脂微粒子を含有しない金メッキ浴を用いて電解メッキを行い、金属バンプを形成した以
外は実施例１と同様にして金属バンプを有する半導体チップを得た。
半導体チップ上に形成された金属バンプのビッカース硬度をビッカース硬度計（ＤＵＨ−
Ｗ２０１、島津製作所社製）を用いて測定したところ、６０Ｈｖであった。
【００２８】
得られた金属バンプを有する半導体チップを、電極パターンが描かれた厚さ５０μｍのフ
ィルム基板の上に電極の位置と金属バンプの位置とが合うように載せ加熱圧着し、エポキ
シ樹脂を用いてフリップチップ接合を行い、導電接続構造体を得た。
【００２９】
得られた導電接続構造体は、２％程度の割合で、導通がとれず作動しない電極が発生し、
更に、−４０〜＋１２５℃の熱サイクルテストを１０００回行ったところ、８０％程度の
割合で接続部の抵抗値がアップしたり作動に異常をきたすものが生じた。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明によれば、高い接続信頼性で半導体チップと基板とを導電接続できる金属バンプ、
該金属バンプを形成する方法、該金属バンプを有する半導体チップ及び該金属バンプを用
いて導電接続された導電接続構造体を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】実施例において金属バンプを有する半導体チップを作製した手順を説明する模式図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  基板
２  電極
３  絶縁層
４  アンダーバンプメタル層
５  フォトレジスト層
６  金属バンプ
６１  金属層を有する樹脂微粒子
【図１】
2005108871.tif 000002