(57)【要約】      （修正有）【課題】ソルダバンプ物質内に一つ以上の強化突起部を挿入することで、最終デバイスの作業中に構成要素間の熱膨張係数の差による機械的ストレスや熱循環によるソルダバンプ物質内に発生するクラック及び伝播を防止できる改善されたソルダバンプ構造及び改善されたソルダバンプ構造の形成方法を提供すること。【解決手段】ソルダバンプ製造方法において、半導体チップ１０１の接続パッド１０２から上向きに延びる第１突起部３１１を形成する段階と、実装基板１０９のボールパッドから上向きに延びる第２突起部３１２を形成する段階と、第１突起部３１１及び第２突起部３１２をソルダ物質内に形成する段階を有する。【選択図】図５Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップと実装基板を連結するソルダバンプ製造方法において、
前記半導体チップの接続パッドから上向きに延びる第１突起部を形成する段階と、
前記実装基板のボールパッドから上向きに延びる第２突起部を形成する段階と、
前記第１突起部及び第２突起部をソルダ物質内に形成する段階と、
を有することを特徴とする、ソルダバンプ製造方法。
【請求項２】
少なくとも一つの第１突起部及び第２突起部は、金属又は金属混合物から形成されることを特徴とする、請求項１に記載のソルダバンプ製造方法。
【請求項３】
前記第１突起部及び第２突起部のいずれも金属又は金属混合物から形成されることを特徴とする、請求項１に記載のソルダバンプ製造方法。
【請求項４】
前記第１突起部は、前記接続パッドに位置した複数の第１突起部を有することを特徴とする、請求項１に記載のソルダバンプ製造方法。
【請求項５】
前記複数の第１突起部は、実質的に平行で配置されることを特徴とする、請求項４に記載のソルダバンプ製造方法。
【請求項６】
前記複数の第１突起部は、前記接続パッドの上部面により限定された平面と実質的に直角をなすことを特徴とする、請求項５に記載のソルダバンプ製造方法。
【請求項７】
前記複数の第１突起部は、他の第１突起部に比べて凹んでいる少なくとも一つの第１突起部を有することを特徴とする、請求項６に記載のソルダバンプ製造方法。
【請求項８】
前記第１突起部は、実質的に楕円又は円形の断面を有することを特徴とする、請求項６に記載のソルダバンプ製造方法。
【請求項９】
少なくとも一つの第１突起部の一部が第２突起部の少なくとも一部を取り囲むことを特徴とする、請求項６に記載のソルダバンプ製造方法。
【請求項１０】
前記取り囲む第１突起部は、実質的に円筒形であることを特徴とする、請求項９に記載のソルダバンプ製造方法。
【請求項１１】
前記第２突起部は、前記ボールパッドに位置した複数の第２突起部を有することを特徴とする、請求項１に記載のソルダバンプ製造方法。
【請求項１２】
前記複数の第２突起部は、実質的に平行に配列されることを特徴とする、請求項１１に記載のソルダバンプ製造方法。
【請求項１３】
前記複数の第２突起部は、前記ボールパッドの上部面により限定された平面と実質的に直角をなすことを特徴とする、請求項１２に記載のソルダバンプ製造方法。
【請求項１４】
前記第２突起部は、他の第２突起部に比べて凹んでいる少なくとも一つの第２突起部を有することを特徴とする、請求項１３に記載のソルダバンプ製造方法。
【請求項１５】
少なくとも一つの第２突起部の一部が第１突起部の少なくとも一部を取り囲むことを特徴とする、請求項１３に記載のソルダバンプ製造方法。
【請求項１６】
前記取り囲む第２突起部は、実質的に円筒形であることを特徴とする、請求項１５に記載のソルダバンプ製造方法。
【請求項１７】
前記第２突起部は、実質的に楕円又は円形の断面を有することを特徴とする、請求項１１に記載のソルダバンプ製造方法。
【請求項１８】
半導体基板に接続パッドを形成する段階と
前記接続パッド真上に形成された金属接着層と前記金属接着層上に形成された金属ぬれ層を有する下部金属層(ＵＢＭ)を、前記接続パッド上に形成する段階と、
前記金属ぬれ層上に前記第１突起部を形成する段階と
をさらに有することを特徴とする、ソルダバンプ製造方法。
【請求項１９】
前記ＵＢＭ層は、前記金属ぬれ層上に金属酸化防止層をさらに有することを特徴とする、請求項１８に記載のソルダバンプ製造方法。
【請求項２０】
前記金属又は金属混合物は、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、及びこれらの合金からなる群から選択されることを特徴とする、請求項２に記載のソルダバンプ製造方法。
【請求項２１】
前記ソルダ物質は、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｂｉ、及びこれらの合金からなる群から選択されることを特徴とする、請求項１に記載のソルダバンプ製造方法。
【請求項２２】
前記接続パッド上に中間層を形成する段階と、
前記中間層の表面一部を露出させる開口を有するフォトレジストパターンを前記中間層表面上に形成する段階と、
前記開口に導電性物質を充填する段階と、
前記フォトレジストパターンを除去して前記中間層表面から上向きに延びる第１突起部を形成する段階と、
前記中間層上に形成されているソルダ物質内部に上記第１突起部を形成する段階と、
をさらに有することを特徴とする、請求項１に記載のソルダバンプ製造方法。
【請求項２３】
前記ソルダ物質内部に前記第１突起部を形成する段階は、
前記第１突起部と中間層上とに位置したソルダバンプ領域の隣接表面部を露出させる第２開口を有する第２フォトレジストパターンを形成する段階と、
前記第２開口にソルダ物質を充填する段階と、
前記第２フォトレジストパターンを除去する段階と、
前記ソルダ物質をリフローしてソルダバンプ内に前記第１突起部を形成する段階と、
を有することを特徴とする、請求項２２に記載のソルダバンプ製造方法。
【請求項２４】
前記接続パッド上に中間層を形成する段階と、
前記中間層の表面一部を露出させる開口を有するフォトレジストパターンを前記中間層上に形成する段階と、
前記開口に第１導電性物質を第１深さまで充填して、浅い開口を形成する段階と、
前記浅い開口に第２導電性物質を第２深さまで充填することにより第1導電性物質と第２導電性物質とを合わせて開口を完全に満たす段階と、
前記フォトレジストパターンを除去する段階と、
と有することを特徴とする、請求項１に記載のソルダバンプ製造方法。
【請求項２５】
前記第１導電性物質は、約３００℃以上の溶融点を有する金属性成分であり、前記第２導電性物質は、約３００℃以下の溶融点を有するソルダ成分であることを特徴とする、請求項２４に記載のソルダバンプ製造方法。
【請求項２６】
第１突起部の役割をする前記第１導電性物質を取り囲むのに十分な体積を有する第２導電性物質をリフローする段階をさらに有することを特徴とする、請求項２４に記載のソルダバンプ製造方法。
【請求項２７】
前記第１導電性物質は、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔと混合物、及びこれらの合金からなる群から選択されることを特徴とする、請求項２５に記載のソルダバンプ製造方法。
【請求項２８】
前記第２導電性物質は、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｂｉと混合物、及びこれらの合金からなる群から選択されることを特徴とする、請求項２７に記載のソルダバンプ製造方法。
【請求項２９】
半導体チップと実装基板とを電気的、機械的に接続するソルダバンプ構造において、
前記半導体チップ上で配置された接続パッドと、
前記接続パッドから上向きに延びる第１突起部と、
前記実装基板上で配置されたボールパッドと、
前記ボールパッドから上向きに延びる第２突起部と、
前記第１突起部及び第２突起部を内部に形成するソルダ物質を有することを特徴とする、ソルダバンプ構造。
【請求項３０】
前記接続パッド上に形成された中間層と、
複数の第１突起部と、
複数の第２突起部と
を有し、
前記ソルダ物質の大きさは、前記第１突起部と第２突起部とが内部に形成されるのに十分な大きさであることを特徴とする、請求項２９に記載のソルダバンプ構造。
【請求項３１】
第１突起部の一部と第２突起部の一部とが重なることを特徴とする、請求項３０に記載のソルダバンプ構造。
【請求項３２】
それぞれの第１突起部の一部とそれぞれの第２突起部の一部とが重なることを特徴とする、請求項３０に記載のソルダバンプ構造。
【請求項３３】
第１突起部の一部が第２突起部の一部を取り囲むことを特徴とする、請求項２９に記載のソルダバンプ構造。
【請求項３４】
前記複数の第１突起部の一部が前記複数の第２突起部の一部分の周囲に外縁を形成するようで配置されることを特徴とする、請求項３０に記載のソルダバンプ構造。
【請求項３５】
第１突起部の一部が第２突起部の一部を取り囲み、前記第２突起部の一部が他の第１突起部の一部を取り囲むことを特徴とする、請求項２９に記載のソルダバンプ構造。
【請求項３６】
半導体チップ及び実装基板をソルダバンプ接続させる方法において、前記ソルダバンプ接続部は中心縦軸を有し、前記中心縦軸は前記半導体チップ及び実装基板の表面に実質的に垂直であり、
チップパッドを有する半導体チップを備える段階と、
前記チップパッド上に第１導電性突起部を形成する段階と、
前記導電性突起部を取り囲むソルダボールを前記チップパッド上に形成する段階と、
ボールパッドを有する実装基板を備える段階と、
前記ボールパッド上に第２導電性突起部を形成する段階と、
前記第２導電性突起部に隣接するようにソルダボールを位置させる段階と、
前記ソルダボールをリフローして、前記第１導電性突起部及び第２導電性突起部を取り囲む状態でソルダバンプ接続する段階と、
を有し、
前記第１導電性突起部及び第２導電性突起部は前記縦軸に対して対称となるようで配置することを特徴とする、半導体チップと実装基板をソルダバンプ接続する方法。
【請求項３７】
前記第１導電性突起部を形成する段階は、
前記半導体チップとチップパッド上に第１フォトレジスト層を形成する段階と、
前記第１フォトレジスト層をパターニングして前記チップパッドの一部上に開口が形成されたフォトレジストパターンを形成する段階と、
前記開口の少なくとも一部に一つ以上の導電性物質を充填する段階と、
前記第１フォトレジスト層を除去する段階と、
を有することを特徴とする、請求項３６に記載の半導体チップと実装基板をソルダバンプ接続する方法。
【請求項３８】
前記導電性物質は、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕからなる群から選択された金属を有し、
前記導電性物質を前記チップパッドに電気メッキすることにより前記開口を充填することを特徴とする、請求項３７に記載の半導体チップと実装基板をソルダバンプ接続する方法。
【請求項３９】
前記第１導電性突起部を形成する段階は、
前記第１フォトレジスト層を除去した後第２フォトレジスト層を形成する段階と、
前記第２フォトレジスト層をパターニングして前記第１フォトレジスト層と前記チップパッドの一部を露出させる段階と、
前記第１導電性突起部及び前記チップパッドの露出した部分上に他の伝導性物質のカバー層を形成する段階と、
をさらに有することを特徴とする、請求項３８に記載の半導体チップと実装基板をソルダバンプ接続する方法。
【請求項４０】
前記第２導電性突起部を形成する段階は、
前記実装基板とチップパッド上に第１フォトレジスト層を形成する段階と、
前記第１フォトレジスト層をパターニングして前記ボールパッドの一部上に開口が形成されたフォトレジストパターンを形成する段階と、
前記開口の少なくとも一部に導電性物質を充填する段階と、
前記第１フォトレジスト層を除去する段階と
を有することを特徴とする、請求項３６に記載の半導体チップと実装基板をソルダバンプ接続する方法。
【請求項４１】
前記導電性物質は、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕからなる群から選択された金属を含み、
前記導電性物質を前記チップパッドに電気メッキすることにより前記開口を充填することを特徴とする、請求項４０に記載の半導体チップと実装基板をソルダバンプ接続する方法。
【請求項４２】
前記第１導電性突起部を形成する段階は、
前記第１フォトレジスト層を除去した後第２フォトレジスト層を形成する段階と、
前記第２フォトレジスト層をパターニングして前記第１フォトレジスト層と前記チップパッドの一部を露出させる段階と、
前記第１導電性突起部及び前記チップパッドの露出した部分上に第２導電性物質のカバー層を形成する段階と、
をさらに有することを特徴とする、請求項４１に記載の半導体チップと実装基板をソルダバンプ接続する方法。
【請求項４３】
前記ソルダ接続部は、最終高さＴｆを有し、
前記第１導電性突起部は、高さＴｐ１を有し、
前記第２導電性突起部は、高さＴｐ２を有し、
Ｔｐ１+Ｔｐ２<Ｔｆの関係が成立することを特徴とする、請求項３６に記載の半導体チップと実装基板をソルダバンプ接続する方法。
【請求項４４】
前記ソルダ接続部は、最終高さＴｆを有し、
上記第１導電性突起部は、高さ Ｔｐ１を有し、
前記第２導電性突起部は、高さＴｐ２を有し、
Ｔｐ１+Ｔｐ２≧Ｔｆの関係が成立することを特徴とする、請求項３６に記載の半導体チップと実装基板をソルダバンプ接続する方法。
【請求項４５】
前記 Ｔｐ１+Ｔｐ２<Ｔｆの関係がされ、
前記第１導電性突起部の下部が前記第２導電性突起部上部を取り囲むことを特徴とする、請求項４４に記載の半導体チップと実装基板とをソルダバンプ接続させる方法。
【請求項４６】
前記 Ｔｐ１+Ｔｐ２<Ｔｆの関係が成立し、
前記第１導電性突起部は、前記軸を中心にして対称関係である第１パターンで配置された類似した複数の突起部を有し、
前記第２導電性突起部は、前記軸を中心にして対称関係である第２パターンで配置された類似した複数の突起部を有することを特徴とする、請求項４４に記載の半導体チップと実装基板をソルダバンプ接続する方法。
【請求項４７】
前記第１パターンで配置された第１導電性突起部は、前記第２パターンで配置された第２導電性突起部と実質的に対称であることを特徴とする、請求項４６の記載の半導体チップと実装基板をソルダバンプ接続する方法。
【請求項４８】
前記ソルダボールをリフローする段階は、
前記半導体チップと実装基板との間に初期間隔Ｓｉが設けられる段階と、
前記ソルダをリフローするのに十分な温度でソルダボールを加熱する段階と、
前記半導体チップ及び実装基板が自動整列する段階と、
前記半導体チップ及び実装基板間の最終間隔Ｓｆが定立する段階と、
前記ソルダを冷却させてソルダ接続する段階と、
をさらに有し、
前記最終間隔Ｓｆは、初期間隔Ｓｉより小さいことを特徴とする、請求項４６に記載の半導体チップと実装基板をソルダバンプ接続する方法。
【請求項４９】
前記第１導電性突起部は、高さＴｐ１を有し、
前記第２導電性突起部は、高さＴｐ２を有し、
Ｔｐ１+Ｔｐ２<Ｔｆ及びＴｐ１+Ｔｐ２≧Ｔｆの関係が成立することを特徴とする、請求項４８に記載の半導体チップと実装基板をソルダバンプ接続する方法。
【請求項５０】
半導体デバイスは中心縦軸を有するソルダ接続部により相互接続した半導体チップ及び実装基板を有し、前記中心縦軸は、前記半導体チップ及び実装基板の表面に垂直であり、
前記ソルダ接続部は、
ソルダと
前記半導体チップから前記ソルダに延びて前記ソルダ内部に形成される第１強化構造と、
前記実装基板から前記ソルダに延びて前記ソルダ内部に形成される第２強化構造を有し、
前記第１強化構造及び第２強化構造は、前記ソルダ接続部の縦軸に対して実質的に対称で配置されることを特徴とする、半導体デバイス。
【請求項５１】
前記ソルダ接続部は、高さＴｓを有し、
前記第１強化構造は、高さＴｒ１を有し、
前記第２強化構造は、高さＴｒ２を有し、
（Ｔｒ１+Ｔｒ２）：Ｔｓの比率が約１：１０及び１：１の間であることを特徴とする、請求項５０に記載の半導体デバイス。
【請求項５２】
前記ソルダ接続部は、高さＴｓを有し、
前記第１強化構造は、高さＴｒ１を有し、
前記第２強化構造は、高さＴｒ２を有し、
Ｔｒ１+Ｔｒ２≧Ｔｓの関係を成立することを特徴とする、請求項５０に記載の半導体デバイス。
【請求項５３】
前記Ｔｐ１+Ｔｐ２>Ｔｆの関係が成立し、
前記第１強化構造の下部が前記第２強化構造の上部を取り囲むことを特徴とする、請求項５２に記載の半導体デバイス。
【請求項５４】
前記Ｔｐ１+Ｔｐ２>Ｔｆの関係が成立し、
前記第１強化構造外部の下部は前記第２強化構造の上部を取り囲み、
前記第２強化構造の上部は前記１強化構造内部の下部を取り囲むことを特徴とする、請求項５２に記載の半導体デバイス。
【請求項５５】
前記第１強化構造は、高さＴｐ１に沿って切開された一定の断面を有することを特徴とする、請求項５２に記載の半導体デバイス。
【請求項５６】
前記第２強化構造は、高さＴｐ２に沿って切開された一定の断面を有することを特徴とする、請求項５２に記載の半導体デバイス。
【請求項５７】
前記第１強化構造の断面領域及び第２強化構造の断面領域は実質的に同じであることを特徴とする、請求項５２に記載の半導体デバイス。
【請求項５８】
前記第１強化構造及び第２強化構造は、導電性物質から形成されることを特徴とする、請求項５２に記載の半導体デバイス。
【請求項５９】
前記第１強化構造は、カバー金属層により取り囲まれた第１導電性物質を有することを特徴とする、請求項５８に記載の半導体デバイス。
【請求項６０】
前記第１強化構造及び第２強化構造は、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕからなる群から選択された導電性物質を含み、
前記カバー金属層は、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｕからなる群から選択された導電性物質を有することを特徴とする、請求項５９に記載の半導体デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集積回路（ＩＣ）チップとデバイスに有用なソルダ接続に関するものであって、さらに詳細には、ＩＣチップ及びデバイスの機械的不良を減少させる改善されたソルダバンプ構造及びそのソルダバンプ構造を形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路（ＩＣ）の高速化とピン数の増加に伴ってワイヤボンディング技術を用いる接続技術が限界に直面している。微細ピッチワイヤボンディング構造のために向上させた新たな技術からも、高速化したＩＣチップ処理速度や増加したＩＣチップピン数に対するニーズに応えなくなってきた。そこで、ワイヤボンディング構造をフリップチップパッケージやウエハレベルパッケージのような他のパッケージ構造に代替している。
【０００３】
フリップチップパッケージやウエハレベルパッケージ構造は、ＩＣチップの接続端子と連結されたソルダバンプによって特徴づけられる。ここで定義される、ソルダバンプは、ソルダボールを有することである。デバイス信頼性は、ソルダバンプの構造、物質、そして電気的接続への有効性に大きく依存する。
【０００４】
図１及び図２を参照して従来技術によるソルダバンプ構造を説明する。図１は、印刷回路基板（ＰＣＢ）に実装される前のフリップチップパッケージの状態を示す。図２は、ＰＣＢ基板に実装されたフリップチップパッケージを示す。
【０００５】
図１及び図２を参照して、集積回路（ＩＣ）チップ１は、一般にアルミニウムから形成されたチップパッド２を備える。チップパッド２の表面を露出させる開口が一つ以上の不活性層３、４に形成される。ソルダバンプ５とチップパッド２との間に一つ以上のＵＢＭ（Under Bump Metallurgy）層６、７が形成される。
【０００６】
ＵＢＭ層６、７は、バンプ５をチップパッド５に安着させてチップパッド２及びＩＣチップ１に湿気の進入を防ぐ機能をする。一般に、第１ＵＢＭ層６は接着層の役割を果たし、Ｃｒ、Ｔｉ又はＴｉＷの層をスパッタリングすることにより形成される。Ａｕの第３酸化抑制層(図示せず)が形成されることもできる。図２を参照すれば、ソルダバンプ５がＰＣＢ基板９のＰＣＢパッド８に実装される。
【０００７】
ソルダバンプに機械的ストレスが加わると、デバイス信頼性に悪影響である構造的欠陥や不良の原因となる。すなわち、使用中のチップが加熱されると、チップ及びＰＣＢの大きさがともに大きくなる。逆に、空転中にチップが冷却されると、チップ及びＰＣＢの大きさがともに減る。しかし、チップとＰＣＢとの間には熱膨張係数の差が存在するため、互いが異なる割合で膨脹・収縮することにより、その間に介在されたソルダバンプに機械的ストレスが加わる。図３は、機械的ストレスによって水平クラックが発生し、ソルダバンプの真中部分までに伝播された例を示す。図３において、参照番号１０２は、チップパッドであり、参照番号１０５は、ソルダバンプで、参照番号１０８は、ＰＣＢパッドで、参照番号１２０は、クラックや亀裂を示す。クラックが大きくなればなるほど相互接続の損傷と減少が起こり、さらにクラックがソルダバンプ構造に完全に伝播される前にデバイスの欠陥、特にソフト欠陥が発生することがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って、本発明の目的は、ワイヤボンディング中にキャピラリの不要な移動時間を最小化することによりワイヤボンディング時間を最小化できるワイヤボンディング法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の実施例は、半導体チップの接続パッドと実装基板のボールパッドからソルダバンプ内部に突出する突起部が形成した構造を有する、改善されたソルダバンプコネクターを製造する方法を提供する。こうした突起部は、一般に、フォトレジストパターンを形成してからパターンの開口に一つ以上の強化物質を充填させた後、フォトレジストを除去することにより形成される。その後、第２フォトレジストパターンを塗布して突起部を露出させる第２開口と接続パッドとの隣接部を形成した後、開口にソルダ混合物を充填させる。その後、第２フォトレジストパターンは除去され、突起部はソルダ物質に埋設された接続パッドから延長されることになる。ソルダ物質はリフローされソルダバンプを形成し、ボールパッドに形成された突起部を再び埋設することによって半導体素子と実装基板との間のソルダ接続が完了する。
【００１０】
本発明の他の実施例によるソルダボール製造方法は、接続パッド上に中間層を形成する段階、中間層表面上にフォトレジスト層を形成する段階、フォトレジストをパターニングして中間層の表面一部を露出させる少なくとも一つの開口を形成する段階、フォトレジストパターンの開口を一つ以上の導電性物質、好ましくは一つ以上の金属で充填する段階、フォトレジストを除去することによって中間層の表面から上向きに延びて導電性物質からなる一つ以上の突起部を露出させる段階、中間層上に形成されたソルダ物質内に突起部を埋設する段階とを有する。
【００１１】
本発明の更に他の実施例によるソルダボール製造方法は、実装基板にボールパッドを形成する段階、ボールパッド表面にフォトレジストを形成する段階、フォトレジストをパターニングしてボールパッド表面一部を露出させる少なくとも一つの開口を形成する段階、フォトレジストパターンの開口に一つ以上の導電性物質、好ましくは一つ以上の金属を充填する段階、フォトレジストを除去することによりボールパッドの表面から上向きに延びて導電性物質からなる一つ以上の突起部を露出させる段階、ボールパッドの突起部をソルダ物質と対応する接続パッドの突起部に隣接するように位置させる段階、ソルダ物質をリフローして半導体素子及び実装基板をソルダ接続する段階とを有する。
【００１２】
本発明の他の実施例によるソルダバンプ製造方法は、接続パッド上に中間層を形成する段階、中間層表面上にフォトレジスト層を形成する段階、フォトレジストをパターニングして中間層表面の一部を露出させる少なくとも一つの開口を有するフォトレジストパターンを形成する段階、開口に所定の深さに金属を充填する段階、開口の残存部分に所定の深さでソルダ物質を充填することによってソルダ物質が開口内で金属上に積層される中間構造を形成する段階、フォトレジストを除去する段階、ソルダ物質をリフローして強化突起部が内部に形成されたソルダバンプを形成する段階とを有する。
【００１３】
本発明のさらに他の実施例によるソルダバンプ製造方法において、接続パッド及びボールパッドの強化突起部は、相補的な構造として配置されるため、接続パッド及びボールパッドの強化突起部の上部がソルダバンプ内部において互いが重なるようになる。重なる部分は多様な構造により配置することができるが、一つ以上の軸を中心に対称をなすこともできる。該軸は接続パッド及びボールパッドの表面に垂直であっても良く、平行であっても良い。
【００１４】
本発明のさらに他の実施例によるソルダバンプ構造は、接続パッド、接続パッド上に形成された中間層、中間層上に形成されたソルダバンプ、及びソルダバンプ内部に形成され中間層の表面から上向きにした少なくとも一つの強化突起部を有する。本発明のさらに他の実施例による半導体パッケージは、かかる強化されたソルダバンプを有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の改善ポイントは、ソルダバンプ物質内に一つ以上の強化突起部を挿入することにより、最終デバイスの作業中に構成要素間の熱膨張係数の差による機械的ストレスを防止するとともに、熱循環によるソルダバンプ物質内に生じるクラックの形成や伝播を防ぐことにある。強化突起部の形態は制限されないが、本発明では７つの実施例を挙げて説明する。
【００１６】
図４Ａは、米国特許出願第１０／３３９、４５６号に開示された発明の実施例によるソルダバンプ構造の断面図である。図４Ｂは、図４ＡのＩ−Ｉ’線の断面図である。ソルダバンプ構造は、フリップチップパッケージやウエハレベルパッケージに用いる半導体チップ１のような電子デバイスの接続パッド２を有する。一つ以上の不活性層３、４に開口が形成され、チップパッド２の表面を露出する。ソルダバンプ５とチップパッド２との間に一つ以上の中間防御層６、７が介在されている。中間層６、７は、ＵＢＭ層で、下部層６は、Ｃｒ、Ｎｉ又はＴｉＷからなるＵＢＭ接着層であり、上部層７は、Ｃｕ、Ｎｉ又はＮｉＶからなるぬれ層である。中間層は、Ａｕの酸化防止層(図示せず)を含むことができる。
【００１７】
ソルダバンプ５は、種々の大きさに製造することができるが、通常の大きさは１００×１００μmの規格であり、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｂｉ、及び合金の中一つ以上の混合物を含む多様な物質から製造することができる。そして、少なくとも一つの突起部１１は、中間層７の表面上から上向きに延びてソルダバンプ５内部に形成される。図４Ａ及び図４Ｂに示すように、複数の強化突起部１１は、中間層７表面から上向きに延びてソルダバンプ５内部に形成される。好ましくは、製造過程中のソルダ物質のリフローによってソルダバンプ５のソルダ成分の溶融/リフロー温度点が強化突起部１１の溶融点より低いのが良い。ソルダバンプ５のように強化突起部も多様な構造を行なうことができるため、例えば、約５〜７０μmの幅に、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、及び合金を含む一つ以上の物質から形成することができる。
【００１８】
図４Ｂに示すように、多数の突起部１１の断面をみると、接続パッド４０２と平行した平面に一定のパターンにより配置されている。図３に示すように、通常ソルダバンプコネクター１０５に発生するクラック１２はバンプ物質を水平に貫通させて伝播する傾向がある。従って、強化突起部１１のパターンは図４Ａに示すように、ソルダバンプ５内部のクラック伝播を抑制してクラック抵抗力を強化させ、さらにクラックの伝播経路を、ソルダバンプ物質が貫通するように拡大することによりデバイス欠陥可能性を減少させることができる。
【００１９】
強化突起部１１は、一定に又は不規則に多様なパターンと構造により配置できるため、例えば、オフセット(off-set)平行列に、連続や不連続パターンの放射形に、または同芯に集中的で配置することができる。そして、個別突起部１１の断面では、図４Ｂに示す正方形をはじめとする角がラウンド形や楕円形の断面、多角形の断面、またはその組み合わせによるもの等と多様である。しかし、一般に、クラックの発生や伝播を阻止するためには、尖った先や角のない構造が好ましい。一つの連続する突起部は螺旋形、ジグザグパターンの形態として配置することもできる。本発明は、図４Ａに示す円周形態の垂直側壁と、一定の長さと、断面とを有する突起部に限定されるものではない。例えば、一定でありながら、非対称の幾何学的形態として配置される突起部の代わりに側壁の傾いた突起部を形成することもできる。
【００２０】
第１実施例
図５Ａ〜図５Ｂを参照して本発明によるソルダバンプコネクターの第１実施例を説明する。図５Ａは、ソルダバンプコネクターの水平断面を示す。図５Ｂは、Ｉ-Ｉ’線に沿って切開して実装基板から延びた強化突起部の水平断面を示す。ソルダバンプコネクター構造は、フリップチップパッケージやウエハレベルパッケージに用いる半導体チップ１０１のような電子デバイスの接続パッド１０２を有する。一つ以上の不活性層１０３、１０４に開口が形成され、チップパッド１０２表面を露出させる。ソルダバンプコネクター１０５とチップパッド１０２との間に一つ以上の中間防御層１０６、１０７が介在される。中間層１０６、１０７は、ＵＢＭ層として、例えば、下部層（金属接着層）１０６は、Ｃｒ、Ｎｉ又はＴｉＷからなるＵＢＭ接着層（下部金属層）であり、上部層（金属ぬれ層）１０７は、Ｃｕ、Ｎｉ又はＮｉＶからなるぬれ層である。中間層は、Ａｕの酸化防止層(図示せず)を有することができる。
【００２１】
ソルダバンプコネクター１０５は、多様な大きさに製造することができるが、通常の大きさは、１００×１００μmの規格であり、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｂｉ、及び合金の中一つ以上の混合物を含む多様な物質から製造することができる。そして、少なくとも一つの突起部３１１は、中間層１０７の表面上から上向きに延びてソルダバンプコネクター１０５内部に形成される。図５Ａ及び図５Ｂに示すように、複数の強化突起部３１１は、中間層１０７表面から上向きに延びてソルダバンプ５内部に形成される。好ましくは、製造過程中のソルダ物質をリフローしなければならないので、ソルダバンプコネクター１０５のソルダ成分の溶融/リフロー温度点が強化突起部１１の溶融点より低いのが良い。ソルダバンプコネクター１０５のように強化突起部も多様な構造をとることができるが、例えば、約５〜７０μmの幅に、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、及び合金を含む一つ以上の物質から形成されることができる。
【００２２】
図５Ａ及び図５Ｂに示すように、ソルダバンプコネクターは、フリップチップパッケージやウエハレベルパッケージの場合、実装された半導体チップ１０１と、電気的に接続した印刷回路基板１０９と、他の基板等の実装基板のボールパッド１０８とをさらに有する。接続パッド１０２と同様に、ボールパッド１０８もやはり導電性物質からなる一つ以上の層を有し、所望する防御、接着、ぬれ、または酸化阻止の特性を提供する。例えば、ボールパッドは、Ｃｒ、Ｎｉ又はＴｉＷからなる下部ＵＢＭ接着層(図示せず)と、Ｃｕ、Ｎｉ又はＮｉＶからなりぬれ層の役割を果たす上部層(図示せず)といったＵＭＢ層を有し、最上層としてＡｕの酸化防止層(図示せず)をさらに有することができる。
【００２３】
実装基板は、ソルダバンプコネクター１０５内部に形成されボールパッド１０８の表面から上向きに延びる少なくとも一つ以上、好ましくは多数の突起部を３１２を有する(ここで、上向きとは、明細書及び特許請求の範囲全体を通じて、突起部等が結合された方向に関係なく基板から延びている方法のことをいう)。図５Ａ及び図５Ｂに示すように、複数の強化突起部３１２は、ボールパッド１０８の表面から上向きに延びてソルダバンプコネクター１０５内部に形成される。好ましくは、製造過程中ソルダ物質をリフローしなければならないので、ソルダバンプコネクター１０５のソルダ成分の溶融/リフロー温度点が強化突起部３１２の溶融点より低いのが良い。ソルダバンプコネクター１０５のように強化突起部も多様な構造をとることができるが、例えば、約５〜７０μmの幅に、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、及び合金を含む一つ以上の物質から形成することができる。
【００２４】
図５Ｂに示すように、多数の突起部３１２の断面を見てみると、接続パッド１０２とボールパッド１０８との表面と平行した平面に、一定のパターンとして配置されている。図３に示すように、一般に、ソルダバンプコネクター１０５に発生するクラック１２は、バンプ物質を水平に貫通して伝播される傾向がある。従って、強化突起部３１１、３１２のパターンは、図５Ａに示すように、ソルダバンプ１０５内部のクラック伝播を抑制してクラック抵抗力を強化させ、さらにクラックの伝播経路をソルダバンプ物質が貫通するように拡大することによってデバイス欠陥可能性を減少させることができる。
【００２５】
強化突起部３１１、３１２は、一定又は不規則に多様なパターンと構造で配置することができるが、例えば、オフセット平行列として、連続又は不連続パターンの放射形として、または同芯に集中的で配置することもできる。そして、個別突起部３１１、３１２の断面には、図５Ｂに示すラウンド断面を初めとする、正方形や多角形の断面、ラインセグメント及びその組み合わせ等、と多様である。しかし、通常クラックの発生及び伝播を阻止するためには、尖った先や隅のない構造が望ましい。一つの連続する突起部は螺旋形やジグザグパターンの形態として配置することもできる。本発明は、図５Ａに示している円周形態の垂直側壁と一定した長さと断面とを有する突起部に限定されない。例えば、一定しても非対称の幾何学的形態で配置された突起部の代わりに側壁の傾いた突起部が形成されることもできる。
【００２６】
第２実施例
図６Ａ〜６Ｄを参照して本発明によるソルダバンプコネクターの第２実施例を説明する。図６Ａは、ソルダバンプコネクターの水平断面を示しており、図６Ｂ〜６Ｄは、II-II’線に沿って切開して実装基板から延びた強化突起部の多様な構造に対する水平断面を示す。図５Ａに示すように、図６Ａのソルダバンプコネクター構造もフリップチップパッケージやウエハレベルパッケージに用いる半導体チップ１０１のような電子デバイスの接続パッド１０２を有する。一つ以上の不活性層１０３、１０４に開口が形成され、チップパッド１０２表面を露出させる。ソルダバンプコネクター１０５とチップパッド１０２との間に一つ以上の中間防御層１０６、１０７が介在される。中間層１０６、１０７はＵＢＭ層として、例えば、下部層１０６は、Ｃｒ、Ｎｉ又はＴｉＷからなるＵＢＭ接着層であり、上部層１０７は、Ｃｕ、Ｎｉ又はＮｉＶからなるぬれ層である。Ａｕの酸化防止層(図示せず)をさらに有することができる。
【００２７】
そして、少なくとも一つの突起部３１１は、中間層１０７の表面上から上向き延びてソルダバンプコネクター１０５内部に形成される。図６Ａに示すように、複数の強化突起部３１１は、中間層１０７表面から上向きに延びてソルダバンプ１０５内部に形成される。好ましくは、製造過程中のソルダ物質をリフローしなければならないので、ソルダバンプコネクター１０５のソルダ成分の溶融/リフロー温度点が強化突起部３１１の溶融点より低いのが良い。ソルダバンプコネクター１０５のように強化突起部も多様な構造をとることができるが、例えば、約５〜７０μmの幅に、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、及び合金を含む一つ以上の物質から形成することができる。
【００２８】
図６Ａに示すように、ソルダバンプコネクターは、フリップチップパッケージやウエハレベルパッケージの場合、実装された半導体チップ１０１と電気的に接続した印刷回路基板１０９や、他の基板等の実装基板のボールパッド１０８を有する。接続パッド１０２と同様に、ボールパッド１０８もやはり導電性物質からなり一つ以上の層を有し、所望する通り、防御、接着、ぬれ、または酸化阻止の特性を提供する。例えば、ボールパッドは、Ｃｒ、Ｎｉ又はＴｉＷからなる下部ＵＢＭ接着層(図示せず)と、Ｃｕ、Ｎｉ又はＮｉＶからなる濡れ層の役割を果たす上部層(図示せず)といったＵＭＢ層を含み、最上層にＡｕの酸化防止層(図示せず)をさらに有することができる。
【００２９】
実装基板は、ソルダバンプコネクター１０５内部に形成されてボールパッド１０８の表面から上向きに延びる少なくとも一つ以上、好ましくは多数の突起部３１２を有する。図６Ａに示すように、複数の強化突起部３１２は、ボールパッド１０８の表面から上向きに延びてソルダバンプコネクター１０５内部に形成される。望ましくは、製造過程中のソルダ物質をリフローしなければならないので、ソルダバンプコネクター１０５のソルダ成分の溶融/リフロー温度点が強化突起部３１２の溶融点より低いのが良い。ソルダバンプコネクター１０５のように強化突起部も多様な構造をとることができるが、例えば、約５〜７０μmの幅に、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、及び合金を含む一つ以上の物質から形成されることができる。
【００３０】
図６Ａに示すように、少なくとも幾つの突起部３１１、３１２の長さや高さは中間層１０７とボールパッドの間隔より大きいため、少なくとも幾つの突起部上部が重なることになる。図６Ｂ〜６Ｄに示すように、突起部３１１、３１２は、相補的パターンやアレイで配置され、そのパターンやアレイは一定した列として、交差する列として、オフセットの列、又はその組み合わせの形態として突起部間ａ、ｂ、ｃ、ｄの間隔を有したパターンを形成する。
【００３１】
図６Ｂ〜６Ｄに示すように、多数の突起部３１１、３１２の断面を見てみると、接続パッド１０２とボールパッド１０８の表面と平行した平面に一定したパターンで配置している。図３に示すように、通常ソルダバンプコネクター１０５に発生するクラック１２は、バンプ物質を水平に貫通させて伝播する傾向がある。従って、強化突起部３１１、３１２のパターンは、図６Ａ〜６Ｄに示すように、ソルダバンプ１０５内部のクラック伝播を抑制してクラック抵抗力を強化させ、さらにクラックの伝播経路をソルダバンプ物質が貫通するように拡大することによってデバイス欠陥可能性を減少させることができる。
【００３２】
強化突起部３１１、３１２は、一定又は不規則に多様なパターンと構造で配置することができるが、例えば、オフセットの平行列に、連続又は不連続パターンの放射形として、或いは、同芯に集中的で配置することもできる。そして、個別突起部３１１、３１２の断面には、図６Ｂ〜６Ｄに示している、ラウンド断面をはじめとする、正方形や多角形の断面、またはラインセグメントやその組み合わせ等と、多様である。しかし、通常クラックの発生や伝播を阻止するためには、尖った先や隅のない構造が望ましい。一つの連続する突起部が螺旋形やジグザグパターンの形態で配置されることもできる。本発明は、図６Ａに示すように、円周形態の垂直側壁と一定の長さと断面を有する突起部に限るものではなく。例えば、一定でありながら非対称の幾何学的形態で配置される突起部の代わりに、側壁の傾いた突起部が形成されることができる。
【００３３】
第３実施例
図７Ａ〜７Ｃを参照して本発明によるソルダバンプコネクターの第３実施例を説明する。図７Ａは、ソルダバンプコネクターの水平断面を示し、図７Ｂは、半導体チップ１０１と実装基板１０９が別に分離している構造を示す斜視図でありる。また、図７Ｃは、II-II’線に沿って切開して実装基板から延びた強化突起部の構造に対する水平断面を示す。図６Ａに示すように、図７Ａのソルダバンプコネクター構造図フリップチップパッケージやウエハレベルパッケージに用いる半導体チップ１０１のような電子デバイスの接続パッド１０２を有する。一つ以上の不活性層１０３、１０４に開口が形成され、チップパッド１０２表面を露出させる。ソルダバンプコネクター１０５とチップパッド１０２との間に一つ以上の中間防御層１０６、１０７が介在される。中間層１０６、１０７は、ＵＢＭ層として、例えば、下部層１０６は、Ｃｒ、Ｎｉ又はＴｉＷからなるＵＢＭ接着層であり、上部層１０７は、Ｃｕ、Ｎｉ又はＮｉＶからなるぬれ層である。Ａｕの酸化防止層(図示せず)をさらに有することができる。
【００３４】
そして、少なくとも一つの突起部３１１は、中間層１０７の表面上から上向きに延びてソルダバンプコネクター１０５内部に形成される。図７Ａに示すように、一つの円柱状強化突起部４１１が中間層１０７表面から上向きに延びてソルダバンプ１０５内部に形成される。好ましくは、製造過程中のソルダ物質をリフローしなければならないので、ソルダバンプコネクター１０５のソルダ成分の溶融/リフロー温度点が強化突起部４１１の溶融点よりは低いのが良い。ソルダバンプコネクター１０５のように強化突起部も多様な構造をとることができるが、例えば、約５〜７０μmの幅に、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、及び合金を含む一つ以上の物質から形成されることができる。
【００３５】
図７Ａに示すように、ソルダバンプコネクターは、フリップチップパッケージやウエハレベルパッケージの場合、実装された半導体チップ１０１と電気的に接続された印刷回路基板１０９や、他の基板等の実装基板のボールパッド１０８を有する。接続パッド１０２と同様に、ボールパッド１０８もやはり導電性物質からなる一つ以上の層を有し、所望する防御、接着、ぬれ、又は酸化阻止の特性を提供する。例えば、ボールパッドは、Ｃｒ、Ｎｉ又はＴｉＷからなる下部ＵＢＭ接着層(図示せず)と、Ｃｕ、Ｎｉ又はＮｉＶからなるぬれ層の役割を果たす上部層(図示せず)といったＵＭＢ層を有し、最上層にＡｕの酸化防止層(図示せず)をさらに有することができる。
【００３６】
実装基板は、ソルダバンプコネクター１０５内部に形成されてボールパッド１０８の表面から上向きに延びる一つの突起部４１２を有する。好ましくは、製造過程中にソルダ物質をリフローしなければならないので、ソルダバンプコネクター１０５のソルダ成分の溶融/リフロー温度点が強化突起部４１２の溶融点より低いのが良い。ソルダバンプコネクター１０５のように強化突起部も多様な構造をとることができるが、例えば、約５〜７０μmの幅に、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、合金を含む一つ以上の物質から形成されることができる。
【００３７】
図７Ａに示すように、突起部４１１、４１２の長さや高さは、中間層１０７とボールパッドとの間の間隔より大きく、突起部の上部が重なるようになる。図７Ｃに示すように、突起部４１１、４１２が相補的パターンやアレイとして配置されており、突起部４１１が他の突起部４１２を取り囲む形状である（図示せず）。
【００３８】
８Ａ〜８Ｅに示すように、突起部４１１、４１２が取り囲む形態を維持しながら多様な構造をとることができる。図８Ａに示すように、円筒形である突起部４１１は、多数の突起部４１１ａからなり、多数の突起部４１１ａは、突起部４１２ｂの周囲を円形状で配置される。図８Ｂに示すように、円筒形である突起部４１２は、多数の突起部４１２ｂからなり、多数の突起部４１２ｂは、突起部４１１ｂにより取り囲まれた領域に挿入される。図８Ｃに示すように、円筒形の突起部４１１は中空の正方形４１１Ｃや他の開放多角形(図示せず)の形態をなし、突起部４１２Ｃを取り囲む。図８Ｄに示すように、円筒形の突起部４１１は多数の突起部４１１ｄからなり、多数の突起部４１１ｄは円形の領域に形成された多数の突起部４１２ｄの周囲で配置される。図８Ｅに示すように、円筒形の突起部４１２は正方形４１２ｅや他の多角形(図示せず)の形態からなり、円筒形の突起部４１１ｅによって取り囲まれる。
【００３９】
第４実施例
図９Ａ〜９Ｂを参照して本発明によるソルダバンプコネクターの第４実施例を説明する。図９Ａは、ソルダバンプコネクターの水平断面を示しており、図９Ｂは、図９ＡのIV-IV’線に沿って切開し、実装基板から延びた強化突起部の構造に対する水平断面を示す。図７Ａに示すように、図９Ａのソルダバンプコネクター構造においても、フリップチップパッケージ及びウエハレベルパッケージに用いられる半導体チップ１０１のような電子デバイスの接続パッド１０２を有する。一つ以上の不活性層１０３、１０４に開口が形成されチップパッド１０２表面を露出させる。ソルダバンプコネクター１０５とチップパッド１０２との間に一つ以上の中間防御層１０６、１０７が介在される。中間層１０６、１０７は、ＵＢＭ層として、例えば、下部層１０６は、Ｃｒ、Ｎｉ又はＴｉＷからなるＵＢＭ接着層であり、上部層１０７は、Ｃｕ、Ｎｉ又はＮｉＶからなるぬれ層である。Ａｕの酸化防止層(図示せず)をさらに有することができる。
【００４０】
そして、少なくとも二以上の突起部５１１ａは、中間層１０７の表面上から上向きに延びてソルダバンプコネクター１０５内部に形成される。図９Ａに示すように、円筒形の強化突起部５１１ａは、中間層１０７表面から上向きに延びて内部強化突起部５１１ｂを取り囲んでソルダバンプ１０５内部に形成される。好ましくは、製造過程中ソルダ物質をリフローしなければならないので、ソルダバンプコネクター１０５のソルダ成分の溶融/リフロー温度点が強化突起部５１１ａ、５１１ｂの溶融点よりは低いのが良い。ソルダバンプコネクター１０５のように強化突起部も多様な構造をとることができるが、例えば、約５〜７０μmの幅に、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、及び合金を含む一つ以上の物質から形成され得る。
【００４１】
図９Ａに示すように、ソルダバンプコネクターは、フリップチップパッケージやウエハレベルパッケージの場合、実装された半導体チップ１０１と電気的に接続した印刷回路基板１０９や他の基板などの実装基板のボールパッド１０８を有する。接続パッド１０２と同様に、ボールパッド１０８もやはり導電性物質からなる一つ以上の層を含み、所望する防御、接着、ぬれ、又は酸化阻止の特性を提供する。例えば、ボールパッドは、Ｃｒ、Ｎｉ又はＴｉＷからなる下部ＵＢＭ接着層(図示せず)と、Ｃｕ、Ｎｉ又はＮｉＶからなりぬれ層の役割をする上部層(図示せず)といったＵＭＢ層を有し、最上層にＡｕの酸化防止層(図示せず)をさらに有することができる。
【００４２】
実装基板は、ソルダバンプコネクター１０５内部に形成され、ボールパッド１０８の表面から上向きに延びる少なくとも一つの突起部５１２を有する。望ましくは、製造過程中にソルダ物質をリフローしなければならないので、ソルダバンプコネクター１０５のソルダ成分の溶融/リフロー温度点が強化突起部５１２の溶融点より低いのが良い。ソルダバンプコネクター１０５のように強化突起部も多様な構造をとることができるが、例えば、約５〜７０μmの幅に、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、及び合金を含む一つ以上の物質から形成され得る。
【００４３】
図９Ａに示すように、突起部５１１ａ、５１１ｂ、５１２の長さ又は高さは、中間層１０７及びボールパッド１０８の間隔より大きく、突起部の上部が重なるようになる。図９Ｂに示すように、突起部５１１ａ、５１１ｂ、５１２は相補的パターンやアレイとして配置されることによって、突起部５１１が他の突起部を取り囲んだり（５１１ａの場合）、逆に取り囲まれたりする(５１１ｂの場合)。
【００４４】
強化ソルダバンプの形成方法の実施例
図１０Ａ〜１０Ｊを参照して本発明によるソルダバンプ製造方法の実施例を説明する。図１０Ａに示すように、一つ以上の不活性層１０３、１０４にチップパッド１０２表面を露出させる開口が形成され、チップパッドは、通常アルミニウムから形成される。図１０Ｂに示すように、不活性層１０３、１０４、チップパッド１０２の露出部上に少なくとも一つの中間層１０７’が形成される。中間層１０７’は、スパッタリングによりＵＢＭ層を形成し、ＵＢＭ層は、Ｃｒ、Ｎｉ又はＴｉＷの接着層と、Ｃｕ、Ｎｉ又はＮｉＶのぬれ層とを有する。Ａｕの酸化防止層(図示せず)を有することができる。
【００４５】
図１０Ｃに示すように、中間層１０７’上にフォトレジスト層１２０が形成される。フォトレジスト層１２０は露光・現像され、中間層１０７’の一つ以上の表面部分を露出させる一つ以上の開口を形成する。開口は、上記に例示した突出構造だけでなく、他に所望する構造で形成できるように合わされる。図１０Ｄに示すように、突起物質、好ましくは、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ、又はこれらの合金と同様の導電性物質の第１厚さは、電気メッキ、その他の適切な技術により開口内に形成される。ここで、Ｃｕは、結合により金属間化合物（ＩＭＣ）層を厚くさせるところがあり、ＰｄとＰｔは、ぬれ性が制約的で且つコスト問題があり、さらにＡｕは、溶解性が一層高い。よって費用を考慮すれば、ニッケル及びその合金を用いたほうが望ましい。
【００４６】
図１０Ｆに示すように、フォトレジスト１２０が除去され突起部３１１が残る。突起部は、通常、同じ長さであるが、中間層１０７’と下部構造の配置が幾つかの突起部３１１、特に接続パッド１０２の中央に位置した突起部３１１に影響して他の突起部より凹むように設けることができる。図１０Ｇに示すように、第２フォトレジストパターン１２１が形成され、突起部３１１と中間層１０７’の隣接表面部を露出させる。突起部３１１及び中間層１０７’の露出した表面上にカバー金属層３１５を選択的に形成することができる。カバー金属層３１５が形成されると、Ｎｉ、Ｃｕ又はＡｕ、これらの合金のような金属で電気メッキ、スパッタリング、または、他の適切な蒸着技術を用いて形成される。図１０Ｈに示すように、通常はペーストにより塗布されるが、ソルダ成分１０５’が蒸着され開口を充填して突起部３１１を取り囲む。
【００４７】
図１０Ｉに示すように、第２フォトレジストパターン１２１が除去され、ソルダ成分１０５’が流れることのできる温度でありながら、突起部３１１の構造的一体性を維持できる程の低い温度でソルダ成分１０５’を加熱する。溶融されたソルダ成分１０５’の表面張力によりソルダが少なくても部分的に球状をなす。その後、冷却され突起部３１１が内蔵されたソルダボール１０５が形成される。図１０Ｊに示すように、ソルダボール１０５により保護されない中間層１０７’の部分は選択的エッチングにより不活性層１０３の表面から除去される。ソルダボール１０５を形成する前に、ソルダ成分１０５’により保護できない部分を除去して中間層１０７’の一部を除去することによって、形成されたソルダボール１０５の表面がエッチング化学に露出させる必要がなくなる。
【００４８】
図１１Ａ〜１１Ｅを参照して実装基板１０９の製造過程を説明する。図１１Ａに示すように、印刷回路基板（ＰＣＢ）のような実装基板１０９にボールパッド１０８が形成される。ボールパッド１０８は、Ａｌやアルミニウム合金のような単一物質から形成されるか、Ｃｕ、Ｎｉ又はＡｕの層からなる多層構造(図示せず)として形成され得る。銅ボールパッド１０８の一部をフォトレジストパターンを用いて露出させた後、無電解メッキやその他の適切なメッキ技術によりＮｉとＡｕ層を塗布する。
【００４９】
図１１Ｂに示すように、実装基板１０９とボールパッド１０８上に第３フォトレジスト層３２０が形成される。図１１Ｃに示すように、フォトレジスト層３２０を従来の露光技術やレーザードリルリングのような他の技術を用いてパターニングしてボールパッド１０８の表面を一部露出させる開口を形成する。パターンに必要な解像度とパターニング工程の所望の処理量によって従来の露光技術や他のパターニング技術を選択することができる。例えば、従来の露光技術は、幾つかの場合に合うパターンを提供するのに対し、レーザードリルリングは、多少複雑な場合に使用され二倍に近い解像度を提供し、パターニング性能を向上させる。
【００５０】
図１１Ｄに示すように、突起物質の第１厚さは、好ましくは、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ、又はこれらの合金のような導電性物質からなり、電気メッキやその他の適切な技術によって開口内に形成される。Ｃｕは、結合により金属間化合物（ＩＭＣ）層を厚くし、ＰｄとＰｔは、濡れ性に制約的で且つコスト高く、さらにＡｕは、溶解性が一層高い。よって、費用を考慮すればニッケル及びその合金の使用が好ましい。図１１Ｅに示すように、フォトレジスト３２０が除去されると、突起部３１２だけが残るようになる。図１０Ｇに示す突起部と同様に、第２フォトレジストパターン(図示せず)が形成され突起部３１２とボールパッド１０８の隣接表面部を露出させる。突起部３１２及びボールパッド１０８の露出した表面上にカバー金属層(図示せず)を選択的に形成することができる。カバー金属層３１５は、Ｎｉ、Ｃｕ又はＡｕ、これらの合金と同じ金属で電気メッキ、スパッタリング、またはその他の適切な蒸着技術を用いて形成する。
【００５１】
アセンブリー方法
図１２Ｂに示すように、半導体チップ１０１及び実装基板１０９を所定の距離を置いて近接させた後、ソルダボール１０５を所定の温度で加熱すると、リフローされ突起部４１１から延びて実装基板１０９の対応する突起部４１２を取り囲む。はじめは、整列されなかったりもするが、溶融されたソルダボール１０５が作用して半導体チップ１０１を水平方向へ移動させて半導体チップ１０１と実装基板１０９とを自動整列する。半導体チップ１０１及び実装基板１０９に自動整列の機会が与えられると、その間の間隔は減ってしまい、最終間隔が設けられソルダボール１０５が冷却されると、図１２Ｂに示すように、ソルダ接合が完了する。
【００５２】
突起構造
図１３Ａ〜１３Ｆは、第１突起又は突起群(連続線)と第２突起又は突起群(点線)との間の多様な交差領域を示している。図１３Ａ及び図１３Ｅに示すように、突起部は連続する外部構造が、連続する内部構造を取り囲む形状であり、開口構造又は閉鎖構造(図示せず)であり得る。図１３Ｄに示すように、多数の不連続片で配置される類似した突起構造を形成することができる。図１３Ｂ及び図１３Ｃに示すように、縦軸から放射形で配置された多数の交差線片により形成され得る。図１３Ａ及び図１３Ｆに示すように、内部構造と外部構造の中一つ又は二つともに凹凸表面を有する形態として形成され得る。上述した通り、突起部は多様な構造により形成することができる。しかし、工程に用いる露光工程におけるパターニング許容誤差の範囲内にある構造から選択すべきである。
【００５３】
一方、本明細書と図面に開示された本発明の実施例は理解を助けるための特定例を提示したに過ぎず、本発明の範囲を限定するものではない。ここに開示された実施例の他にも本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内における種々の変形例が実施可能であることは本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自明なことであろう。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】印刷回路基板に実装される前の従来技術によるフリップチップ構造をしめす図である。
【図２】印刷回路基板に実装された後、従来技術によるフリップチップ構造を示す図である。
【図３】印刷回路基板に実装されて熱循環の後、従来技術によるフリップチップ構造に発生するクラックを示す図である。
【図４Ａ】米国特許出願第１０／３３９、４５６の実施例によるソルダバンプ構造を示す図である。
【図４Ｂ】米国特許出願第１０／３３９、４５６の実施例によるソルダバンプ構造を示す図である。
【図５Ａ】本発明の実施例によるソルダバンプ構造を示す図である。
【図５Ｂ】本発明の実施例によるソルダバンプ構造を示す図である。
【図６Ａ】本発明の他の実施例によるソルダバンプ構造を示す図である。
【図６Ｂ】本発明の他の実施例によるソルダバンプ構造を示す図である。
【図６Ｃ】本発明の他の実施例によるソルダバンプ構造を示す図である。
【図６Ｄ】本発明の他の実施例によるソルダバンプ構造を示す図である。
【図７Ａ】本発明の他の実施例によるソルダバンプ構造を示す図である。
【図７Ｂ】本発明の他の実施例によるソルダバンプ構造を示す図である。
【図７Ｃ】本発明の他の実施例によるソルダバンプ構造を示す図である。
【図８Ａ】本発明の他の実施例によるソルダバンプ構造を示す図である。
【図８Ｂ】本発明の他の実施例によるソルダバンプ構造を示す図である。
【図８Ｃ】本発明の他の実施例によるソルダバンプ構造を示す図である。
【図８Ｄ】本発明の他の実施例によるソルダバンプ構造を示す図である。
【図８Ｅ】本発明の他の実施例によるソルダバンプ構造を示す図である。
【図９Ａ】本発明の更に他の実施例によるソルダバンプ構造を示す図である。
【図９Ｂ】本発明の更に他の実施例によるソルダバンプ構造を示す図である。
【図１０Ａ】本発明の実施例によるソルダバンプ構造製造工程の実施例を示す断面図である。
【図１０Ｂ】本発明の実施例によるソルダバンプ構造製造工程の実施例を示す断面図である。
【図１０Ｃ】本発明の実施例によるソルダバンプ構造製造工程の実施例を示す断面図である。
【図１０Ｄ】本発明の実施例によるソルダバンプ構造製造工程の実施例を示す断面図である。
【図１０Ｅ】本発明の実施例によるソルダバンプ構造製造工程の実施例を示す断面図である。
【図１０Ｆ】本発明の実施例によるソルダバンプ構造製造工程の実施例を示す断面図である。
【図１０Ｇ】本発明の実施例によるソルダバンプ構造製造工程の実施例を示す断面図である。
【図１０Ｈ】本発明の実施例によるソルダバンプ構造製造工程の実施例を示す断面図である。
【図１０Ｉ】本発明の実施例によるソルダバンプ構造製造工程の実施例を示す断面図である。
【図１０Ｊ】本発明の実施例によるソルダバンプ構造製造工程の実施例を示す断面図である。
【図１１Ａ】本発明の他の実施例によるソルダバンプ構造製造工程の実施例を示す断面図である。
【図１１Ｂ】本発明の他の実施例によるソルダバンプ構造製造工程の実施例を示す断面図である。
【図１１Ｃ】本発明の他の実施例によるソルダバンプ構造製造工程の実施例を示す断面図である。
【図１１Ｄ】本発明の他の実施例によるソルダバンプ構造製造工程の実施例を示す断面図である。
【図１１Ｅ】本発明の他の実施例によるソルダバンプ構造製造工程の実施例を示す断面図である。
【図１２Ａ】本発明の実施例を用いて半導体素子を製造するための実装/リフロー工程を示す断面図である。
【図１２Ｂ】本発明の実施例を用いて半導体素子を製造するための実装/リフロー工程を示す断面図である。
【図１３Ａ】本発明による多様な突起部構造を示す平面図である。
【図１３Ｂ】本発明による多様な突起部構造を示す平面図である。
【図１３Ｃ】本発明による多様な突起部構造を示す平面図である。
【図１３Ｄ】本発明による多様な突起部構造を示す平面図である。
【図１３Ｅ】本発明による多様な突起部構造を示す平面図である。
【図１３Ｆ】本発明による多様な突起部構造を示す平面図である。
【符号の説明】
【００５５】
１０１  半導体チップ
１０２  電極パッド
１０３  絶縁層
１０４  不活性層
１０５  ソルダバンプ
１０７  ＵＢＭ（under Bump Metal）
１０８  基板パッド
１０９  基板
１２０  クラック
３１１  第１金属突起部
３１２第１金属突起部
４１１ａ  第１金属突起部
４１２ａ  第２金属突起部
５１１ａ  第１金属突起部
５１２  第２金属突起部 
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１０Ｅ】
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【図１０Ｆ】
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【図１０Ｇ】
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【図１０Ｈ】
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【図１０Ｉ】
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【図１０Ｊ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１１Ｅ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【図１３Ｅ】
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【図１３Ｆ】
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