(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１組成元素を含む電極端子と、
Ｓｎ及びこのＳｎ並びに前記第１組成元素とは異なる第２組成元素を含み、前記電極端子の上に配置されたＰｂフリーはんだと、
前記電極端子と前記Ｐｂフリーはんだとの間に双方に接して配置され、前記電極端子の前記第１組成元素と前記Ｐｂフリーはんだの前記Ｓｎとにより生成された第１金属間化合物を含む第１粒子を有する金属間化合層と、を備え、
前記Ｐｂフリーはんだに、前記金属間化合層の前記第１金属間化合物を含む前記第１粒子と、前記Ｐｂフリーはんだの前記第２組成元素と前記Ｓｎとにより生成された第２金属間化合物を含む第２粒子とを備えたことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記電極端子の前記第１組成元素は、Ｎｉ又はＣｕのいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記Ｐｂフリーはんだの前記第２組成元素はＡｇであり、前記Ｐｂフリーはんだに備えた前記第２金属間化合物を含む前記第２粒子はＡｇ6Ｓｎであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
（イ）の前記Ｐｂフリーはんだに、（ロ）の前記第２金属間化合物の前記第２粒子が含有された、下記（１）乃至（８）のいずれか１つであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体装置。
（１）（イ）Ｓｎ−Ａｇ
（ロ）Ａｇ3Ｓｎ
（２）（イ）Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ
（ロ）Ａｇ3Ｓｎ、Ｃｕ6Ｓｎ5又はＣｕ3Ｓｎ
（３）（イ）Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ
（ロ）Ａｇ3Ｓｎ、Ｃｕ6Ｓｎ5又はＣｕ3Ｓｎ
（４）（イ）Ｓｎ−Ａｇ−Ｉｎ−Ｃｕ
（ロ）Ａｇ3Ｓｎ、Ｃｕ6Ｓｎ5、Ｃｕ3Ｓｎ、Ｃｕ9Ｉｎ4、ＣｕＩｎ2、Ｃｕ4Ｉｎ3、Ａｇ3Ｉｎ、Ａｇ2Ｉｎ又はＡｇＩｎ2
（５）（イ）Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ
（ロ）Ａｇ3Ｓｎ
（６）（イ）Ｓｎ−Ａｇ−Ｉｎ
（ロ）Ａｇ3Ｓｎ、Ａｇ3Ｉｎ、Ａｇ2Ｉｎ又はＡｇＩｎ2
（７）（イ）Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｉｎ
（ロ）Ａｇ3Ｓｎ、Ｉｎ2Ｂｉ、Ａｇ3Ｉｎ、Ａｇ2Ｉｎ又はＡｇＩｎ2
（８）（イ）Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ−Ｉｎ
（ロ）Ａｇ3Ｓｎ、Ｃｕ6Ｓｎ5、Ｃｕ3Ｓｎ、Ｉｎ2Ｂｉ、Ｃｕ9Ｉｎ4、ＣｕＩｎ2、Ｃｕ4Ｉｎ3、Ａｇ3Ｉｎ、Ａｇ2Ｉｎ又はＡｇＩｎ2
【請求項５】
第１組成元素を含む第１電極端子を有する半導体素子と、
第２組成元素を含む第２電極端子を有する配線基板と、
Ｓｎ及びこのＳｎ、前記第１組成元素並びに前記第２組成元素とは異なる第３組成元素を含み、前記第１電極端子と前記第２電極端子との間に配置されたＰｂフリーはんだと、
前記第１電極端子と前記Ｐｂフリーはんだとの間に双方に接して配置され、前記第１電極端子の前記第１組成元素と前記Ｐｂフリーはんだの前記Ｓｎとにより生成された第１金属間化合物を含む第１粒子を有する第１金属間化合層と、
前記第２電極端子と前記Ｐｂフリーはんだとの間に双方に接して配置され、前記第２電極端子の前記第２組成元素と前記Ｐｂフリーはんだの前記Ｓｎとにより生成された第２金属間化合物を含む第２粒子を有する第２金属間化合層と、を備え、
前記Ｐｂフリーはんだに、前記第１金属間化合層の前記第１金属間化合物を含む前記第１粒子と、前記第２金属間化合層の前記第２金属間化合物を含む前記第２粒子と、前記Ｐｂフリーはんだの前記第３組成元素と前記Ｓｎとにより生成された第３金属間化合物を含む第３粒子とを備えたことを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
前記第１電極端子の前記第１組成元素は、Ｎｉ又はＣｕのいずれかであることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記第２電極端子の前記第２組成元素は、Ｎｉ又はＣｕのいずれかであることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記Ｐｂフリーはんだの前記第３組成元素はＡｇであり、前記Ｐｂフリーはんだに備えた前記第３金属間化合物を含む第３粒子はＡｇ6Ｓｎであることを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項９】
（イ）の前記Ｐｂフリーはんだに、（ロ）の前記第３金属間化合物の前記第３粒子が含有された、下記（１）乃至（８）のいずれか１つであることを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれかに記載の半導体装置。
（１）（イ）Ｓｎ−Ａｇ
（ロ）Ａｇ3Ｓｎ
（２）（イ）Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ
（ロ）Ａｇ3Ｓｎ、Ｃｕ6Ｓｎ5又はＣｕ3Ｓｎ
（３）（イ）Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ
（ロ）Ａｇ3Ｓｎ、Ｃｕ6Ｓｎ5又はＣｕ3Ｓｎ
（４）（イ）Ｓｎ−Ａｇ−Ｉｎ−Ｃｕ
（ロ）Ａｇ3Ｓｎ、Ｃｕ6Ｓｎ5、Ｃｕ3Ｓｎ、Ｃｕ9Ｉｎ4、ＣｕＩｎ2、Ｃｕ4Ｉｎ3、Ａｇ3Ｉｎ、Ａｇ2Ｉｎ又はＡｇＩｎ2
（５）（イ）Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ
（ロ）Ａｇ3Ｓｎ
（６）（イ）Ｓｎ−Ａｇ−Ｉｎ
（ロ）Ａｇ3Ｓｎ、Ａｇ3Ｉｎ、Ａｇ2Ｉｎ又はＡｇＩｎ2
（７）（イ）Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｉｎ
（ロ）Ａｇ3Ｓｎ、Ｉｎ2Ｂｉ、Ａｇ3Ｉｎ、Ａｇ2Ｉｎ又はＡｇＩｎ2
（８）（イ）Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ−Ｉｎ
（ロ）Ａｇ3Ｓｎ、Ｃｕ6Ｓｎ5、Ｃｕ3Ｓｎ、Ｉｎ2Ｂｉ、Ｃｕ9Ｉｎ4、ＣｕＩｎ2、Ｃｕ4Ｉｎ3、Ａｇ3Ｉｎ、Ａｇ2Ｉｎ又はＡｇＩｎ2
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電極材料、半導体装置及び実装装置に関し、特に鉛（Ｐｂ）フリーはんだを主組成材料とする電極材料、この電極材料により形成されたはんだ電極を有する半導体装置及びこの半導体装置を備えた実装装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）構造、スモールアウトラインパッケージ（ＳＯＰ、ＴＳＯＰ）構造、クワッドフラットパッケージ（ＱＦＰ）構造等の半導体装置の配線基板への実装には、はんだ電極が使用されている。また、ベア半導体チップ自体を基板上に直接実装する場合にも、はんだ電極が使用されている。
【０００３】
このようなはんだ電極にはＰｂ−Ｓｎ等のＰｂを含む電極材料が一般的に使用されていたが、環境問題への配慮から、Ｐｂを含まないＰｂフリーはんだ電極が使用される傾向にある。ＰｂフリーはんだはＳｎやＡｇをベースにして形成されており、例えばＳｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ｃｕ等の二元系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｉｎ等の三元系のＰｂフリーはんだが一般的に使用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記Ｐｂフリーはんだからなる電極材料、この電極材料を利用して製造された半導体装置や実装装置においては、以下の点について配慮がなされていなかった。
【０００５】
第１に、Ｐｂフリーはんだにおいては、Ｐｂ−Ｓｎはんだに比べて引張強度が弱く、又クリープ特性が悪いので、はんだ電極部分の機械的な接続信頼性かつ電気的な接続信頼性を充分に確保することができない。
【０００６】
第２に、Ｐｂフリーはんだにおいては、Ｐｂ−Ｓｎはんだに比べて濡れ性が悪いので、上記と同様にはんだ電極部分の機械的な接続信頼性かつ電気的な接続信頼性を充分に確保することができない。
【０００７】
第３に、Ｐｂフリーはんだにおいては、Ｐｂ−Ｓｎはんだに比べてはんだ電極中にボイドが発生し易いので、温度サイクルに伴うストレスによる破断が発生し易く、上記と同様にはんだ電極部分の機械的な接続信頼性かつ電気的な接続信頼性を充分に確保することができない。
【０００８】
このようにＰｂフリーはんだによりはんだ電極が形成された半導体装置や実装装置においては、はんだ電極部分の接続の信頼性が充分に確保することができないので、信頼性に優れた半導体装置や実装装置を実現することが難しかった。
【０００９】
本発明は上記課題を解決するためになされたものである。従って、本発明の目的は、はんだ電極として機械的な接続信頼性及び電気的な接続信頼性を向上することができる電極材料を提供することである。特に、本発明は、上記目的に加えて、簡易に製造することができる電極材料を提供することである。
【００１０】
さらに、本発明の目的は、はんだ電極部分の機械的な接続信頼性及び電気的な接続信頼性を向上することができ、信頼性に優れた半導体装置を提供することである。
【００１１】
さらに、本発明の目的は、はんだ電極部分の機械的な接続信頼性及び電気的な接続信頼性を向上することができ、信頼性に優れた実装装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の第１の特徴は、Ｐｂフリーはんだに、このＰｂフリーはんだの組成元素により生成される金属間化合物粒子を含有してなる電極材料としたことである。ここで、「Ｐｂフリーはんだ」とは、Ｐｂを含まないはんだという意味で使用される。「金属間化合物粒子」とは、このようなＰｂを含まないはんだを組成する少なくとも２以上の異なる種類の組成元素により生成される金属間化合物粒子という意味で使用される。この「金属間化合物粒子」には、基本的にはＰｂフリーはんだを組成する元素以外の元素は含有されていない。「金属間化合物粒子」は、０．０１ｗｔ％〜４．０ｗｔ％の範囲内において、Ｐｂフリーはんだに含有されることが好ましい。本発明の第１の特徴に係る電極材料には、（イ）のＰｂフリーはんだに、（ロ）の金属間化合物粒子が含有された、下記（１）乃至（７）のいずれか１つを実用的に使用することができる。
【００１３】
（１）（イ）Ｓｎ−Ａｇ  （ロ）Ａｇ３Ｓｎ又はＡｇ６Ｓｎ
（２）（イ）Ｓｎ−Ｃｕ  （ロ）Ｃｕ６Ｓｎ５又はＣｕ３Ｓｎ
（３）（イ）Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ  （ロ）Ａｇ３Ｓｎ、Ａｇ６Ｓｎ、Ｃｕ６Ｓｎ５又はＣｕ３Ｓｎ
（４）（イ）Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ  （ロ）Ａｇ３Ｓｎ、Ａｇ６Ｓｎ、Ｃｕ６Ｓｎ５又はＣｕ３Ｓｎ
（５）（イ）Ｓｎ−Ａｇ−Ｉｎ−Ｃｕ  （ロ）Ａｇ３Ｓｎ、Ａｇ６Ｓｎ、Ｃｕ６Ｓｎ５、Ｃｕ３Ｓｎ、Ｃｕ９Ｉｎ４、ＣｕＩｎ２、Ｃｕ４Ｉｎ３、Ａｇ３Ｉｎ、Ａｇ２Ｉｎ又はＡｇＩｎ２
（６）（イ）Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ  （ロ）Ａｇ３Ｓｎ又はＡｇ６Ｓｎ
（７）（イ）Ｓｎ−Ａｇ−Ｉｎ  （ロ）Ａｇ３Ｓｎ、Ａｇ６Ｓｎ、Ａｇ３Ｉｎ、Ａｇ２Ｉｎ又はＡｇＩｎ２
（８）（イ）Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｉｎ  （ロ）Ａｇ３Ｓｎ、Ａｇ６Ｓｎ、Ｉｎ２Ｂｉ、Ａｇ３Ｉｎ、Ａｇ２Ｉｎ又はＡｇＩｎ２
（９）（イ）Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ−Ｉｎ  （ロ）Ａｇ３Ｓｎ、Ａｇ６Ｓｎ、Ｃｕ６Ｓｎ５、Ｃｕ３Ｓｎ、Ｉｎ２Ｂｉ、Ｃｕ９Ｉｎ４、ＣｕＩｎ２、Ｃｕ４Ｉｎ３、Ａｇ３Ｉｎ、Ａｇ２Ｉｎ又はＡｇＩｎ２
さらに、本発明の第１の特徴に係る電極材料においては、ピーク温度が２２０℃〜２７０℃の温度範囲においてＰｂフリーはんだにリフローを行うことが好ましい。この温度範囲内においてＰｂフリーはんだにリフローを行うと、特に金属間化合物粒子を含有させなくてもＰｂフリーはんだ内部に金属間化合物粒子を生成することができる。
【００１４】
このように構成される本発明の第１の特徴に係る電極材料においては、以下の作用効果を得ることができる。
【００１５】
（ａ）電極材料において、Ｐｂフリーはんだに金属間化合物粒子が含有されていることから、Ｐｂフリーはんだを組成する金属間の結合をより強固にすることができ、金属粒子を緻密にすることができるので、引張強度を向上することができる。
【００１６】
（ｂ）電極材料において、金属粒子を緻密にすることができるので、クリープ特性を向上することができる。
【００１７】
（ｃ）電極材料において、金属間化合物粒子が含有されていることから、はんだ電極として使用した場合にこのはんだ電極の内部に残存する温度サイクルに起因した残留歪みを減少することができるので、はんだ電極の亀裂、破断等を防止することができ、はんだ電極の寿命を長くすることができる。
【００１８】
（ｄ）電極材料において、Ｐｂフリーはんだを組成する金属粒径を細かくすることができるので、はんだ濡れ性を向上することができる。
【００１９】
（ｅ）電極材料において、金属間化合物粒子が含有されていることから、はんだ電極として使用した場合にこのはんだ電極の内部にボイドが発生しにくくなり、はんだ電極の亀裂、破断等を防止することができるとともに、はんだ電極の接合強度を向上することができる。
【００２０】
本発明の第２の特徴は、電極端子と、電極端子上に配設され、Ｐｂフリーはんだにその組成元素により生成される金属間化合物粒子を含有してなるはんだ電極とを備えた半導体装置としたことである。ここで、「Ｐｂフリーはんだ」、「金属間化合物粒子」等の用語の定義は本発明の第１の特徴に係る電極材料の「Ｐｂフリーはんだ」、「金属間化合物粒子」等の用語の定義と同様である。「半導体装置」とは、ボールグリッドアレイ構造、スモールアウトラインパッケージ構造、クワッドフラットパッケージ構造等、ベア半導体チップを封止体により封止した構造を有する装置という意味で使用される。「電極端子」とは、はんだ電極が形成され、このはんだ電極と電気的かつ機械的な接続を行う端子という意味で使用される。例えば、ボールグリッドアレイ構造の場合に「電極端子」は外部電極端子であり、スモールアウトラインパッケージ構造やクワッドフラットパッケージ構造の場合に「電極端子」はアウターリードである。また、パッケージ基板上にはんだ電極を介在させてベア半導体チップをフェイスダウンにより実装した半導体装置においては、「電極端子」は、パッケージ基板上の内部電極端子であり、若しくはベア半導体チップのボンディングパッドである。
【００２１】
このような本発明の第２の特徴に係る半導体装置においては、本発明の第１の特徴に係る電極材料により得られる効果と同様の効果を得ることができ、電気的信頼性並びに機械的信頼性を向上することができる。
【００２２】
本発明の第３の特徴は、第１の電極端子を有する配線基板と、第２の電極端子を有する半導体装置と、第１の電極端子と第２の電極端子との間に配設され、Ｐｂフリーはんだにその組成元素により生成される金属間化合物粒子を含有してなるはんだ電極とを備えた実装装置としたことである。ここで、「Ｐｂフリーはんだ」、「金属間化合物粒子」等の用語の定義は本発明の第１の特徴に係る電極材料の「Ｐｂフリーはんだ」、「金属間化合物粒子」等の用語の定義と同様であり、「半導体装置」の用語の定義は本発明の第２の特徴に係る半導体装置の「半導体装置」の用語の定義と同様である。「配線基板」とは少なくとも１個の半導体装置を実装するための基板という意味で使用され、この「配線基板」にはマザーボード、ドーターボード、ベビーボード等のプリント配線基板、絶縁配線基板、セラミックス配線基板、炭化珪素基板、ガラス基板等の基板が少なくとも含まれる。配線基板の「第１の電極端子」とは、はんだ電極が形成され、このはんだ電極と電気的かつ機械的な接続を行う端子という意味で使用される。同様に、半導体装置の「第２の電極端子」とは、はんだ電極が形成され、このはんだ電極と電気的かつ機械的な接続を行う端子という意味で使用される。
【００２３】
このように構成される本発明の第３の特徴に係る実装装置においては、本発明の第１の特徴に係る電極材料により得られる効果と同様の効果を得ることができ、電気的信頼性並びに機械的信頼性を向上することができる。
【００２４】
本発明の第４の特徴は、電極端子と、電極端子上に配設され、Ｓｎを組成元素として含むはんだ電極とを備え、電極端子の組成元素とはんだ電極のＳｎとにより、電極端子とはんだ電極との間に生成される金属間化合物層の金属間化合物粒子と同一のものをはんだ電極に含有させてなる半導体装置としたことである。ここで、「半導体装置」、「電極端子」等の用語の定義は本発明の第２の特徴に係る半導体装置の「半導体装置」、「電極端子」等の用語の定義と同様である。「電極端子」の少なくとも最上層部分に、Ｃｕ層又はＮｉ層が配設されていることが好ましい。この「少なくとも最上層部分」とは、「電極端子」の全体、又は「電極端子」の最上層の全体、又は「電極端子」の最上層の一部がＣｕ層又Ｎｉ層により形成されているという意味で使用される。さらに、「電極端子」とは、その最上層に形成されるバリアメタル層を含む意味で使用される。「Ｓｎを組成元素として含むはんだ電極」とは、例えば本発明の第１の特徴に係る電極材料において説明した（イ）のＰｂフリーはんだを実用的に使用することができる。「金属間化合物層」とは、電極端子とはんだ電極との境界部分において、電極端子の組成元素とはんだ電極のＳｎとにより生成された金属間化合物からなる層という意味で使用される。例えば、「電極端子」の少なくとも最上層又は最上層の一部にＣｕ層又はＮｉ層が使用される場合には、このＣｕ又はＮｉとはんだ電極のＳｎとによりＣｕ６Ｓｎ５、Ｃｕ３Ｓｎ、Ｎｉ３Ｓｎ４、Ｎｉ３Ｓｎ又はＮｉ３Ｓｎ２の金属間化合物層が生成される。「金属間化合物粒子」には、上記金属間化合物層の金属間化合物粒子と同一のもの、具体的にＣｕ６Ｓｎ５、Ｃｕ３Ｓｎ、Ｎｉ３Ｓｎ４、Ｎｉ３Ｓｎ又はＮｉ３Ｓｎ２を実用的に使用することができる。
【００２５】
このように構成される本発明の第４の特徴に係る半導体装置においては、はんだ電極に予め金属間化合物粒子を含有させることにより、はんだ電極のＳｎと電極端子の組成元素との相互拡散を抑制し、電極端子とはんだ電極との間の、脆い特性を有する金属間化合物層の生成を抑制する（生成膜厚を減少させる）ことができる。この結果、電極端子とはんだ電極との間の亀裂、破断等を防止することができるので、電気的信頼性並びに機械的信頼性に優れた半導体装置を実現することができる。
【００２６】
本発明の第５の特徴は、第１の電極端子を有する配線基板と、第２の電極端子を有する半導体装置と、第１の電極端子と第２の電極端子との間に配設され、Ｓｎを組成元素として含むはんだ電極とを備え、第１の電極端子又は第２の電極端子の組成元素とはんだ電極のＳｎとにより、第１の電極端子又は第２の電極端子とはんだ電極との間に生成される金属間化合物層の金属間化合物粒子と同一のものをはんだ電極に含有させてなる実装装置としたことである。ここで、「半導体装置」、「実装装置」等の用語の定義は本発明の第３の特徴に係る実装装置の「半導体装置」、「実装装置」等の用語の定義と同様である。また、「Ｓｎを組成元素として含むはんだ電極」、「金属間化合物層」、「金属間化合物粒子」等の用語の定義は本発明の第４の特徴に係る半導体装置の「Ｓｎを組成元素として含むはんだ電極」、「金属間化合物層」、「金属間化合物粒子」等の用語の定義と同様である。
【００２７】
このように構成される本発明の第５の特徴に係る実装装置においては、はんだ電極に予め金属間化合物粒子を含有させることにより、はんだ電極のＳｎと第１の電極端子又は第２の電極端子の組成元素との相互拡散を抑制し、第１の電極端子又は第２の電極端子とはんだ電極との間の、脆い特性を有する金属間化合物層の生成を抑制することができる。この結果、第１の電極端子又は第２の電極端子とはんだ電極との間の亀裂、破断等を防止することができるので、電気的信頼性並びに機械的信頼性に優れた実装装置を実現することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して、本発明に係る電極材料、半導体装置及び実装装置を、本発明の実施の形態により説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００２９】
（第１の実施の形態）
半導体装置の構造（ボールグリッドアレイ構造）：
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置１は、ボールグリッドアレイ構造により構成されており、ベア半導体チップ１０と、このベア半導体チップ１０を実装する基板（パッケージ基板）１１と、少なくともベア半導体チップ１０の集積回路面を覆いベア半導体チップ１０を保護する封止体１５とを備えて構築されている。
【００３０】
ベア半導体チップ１０は例えば単結晶シリコン基板（単結晶シリコンチップ）により形成されており、ベア半導体チップ１０の主面（図１中、下側表面）には、論理回路、記憶回路等の集積回路が配設されている。本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置１においては、フェイスダウン方式によりベア半導体チップ１０が基板１１上に実装されているので、基板１１に集積回路面を向かい合わせるようにベア半導体チップ１０が実装されている。ベア半導体チップ１０の主面においては、このベア半導体チップ１０の集積回路と基板１１の内部電極端子（１１１）との間を電気的に接続するボンディングパッド１０Ｐが複数配設されている。集積回路の素子間、回路間等の結線に例えばＡｌ合金（Ａｌ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉ等）配線が使用される場合、ボンディングパッド１０Ｐは、最終配線層と同一層のＡｌ合金膜により形成されている。また、Ｃｕ配線が使用される場合には、ボンディングパッド１０ＰはＣｕ膜により形成されている。図１においては詳細に図示していないが、ボンディングパッド１０Ｐの表面上にはバリアメタル層が配設されている。なお、バリアメタル層については、本発明の第３の実施の形態において詳述する。
【００３１】
基板１１は、配線基材１１Ａと、この配線基材１１Ａの裏面（図１中、下側表面）上に接着剤を介在して配設された樹脂テープ１１Ｂとを備えて構成されている。配線基材１１Ａは、硬性の高い、例えばエポキシ系樹脂基板により形成されている。樹脂テープ１１Ｂは、柔軟性（フレキシブル性）の高い、例えばポリイミド系樹脂テープにより形成されている。
【００３２】
この樹脂テープ１１Ｂの表面（図１中、上側表面）、裏面（図１中、下側表面）には、それぞれ複数本の配線並びに電極端子が配設されている。樹脂テープ１１Ｂの表面において、配線基材１１Ａの中央部分に配設されたチップ開口部１１Ｈには樹脂テープ１１Ｂの中央部がオーバーハングするような形状で配設されており、この樹脂テープ１１Ｂの中央部には内部電極端子１１１が配設されている。内部電極端子１１１はベア半導体チップ１０のボンディングパッド１０Ｐに電気的に接続されるようになっている。内部電極端子１１１には、例えばＣｕ膜、Ｃｕ合金膜等の単層膜や、Ｃｕ膜上にＮｉめっき膜を形成した複合膜を実用的に使用することができる。内部電極端子１１１とボンディングパッド１０Ｐとの間はバンプ電極１３を通して電気的に接続され、かつ機械的に接合されている。このバンプ電極１３には、例えばＡｕバンプ電極、はんだバンプ電極、Ｃｕバンプ電極等を実用的に使用することができる。
【００３３】
樹脂テープ１１Ｂの裏面においては、複数個の外部電極端子１１２が配設されており、この複数個の外部電極端子１１２には各々はんだ電極１６が配設されている。すなわち、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置１は、外部電極端子１１２と、この外部電極端子１１２上（図１中、下側表面上）に配設され、Ｐｂフリーはんだにその組成元素により生成される金属間化合物粒子を含有してなるはんだ電極１６とを備えて構築されている。外部電極端子１１２は、例えば内部電極端子１１１と同一材料により形成されており、図示しない配線、接続孔配線のそれぞれを通して内部電極端子１１１に電気的に接続されている。
【００３４】
ここで、はんだ電極１６は、Ｐｂを含まないＰｂフリーはんだに、このＰｂフリーはんだを組成する少なくとも２以上の異なる種類の組成元素により生成される金属間化合物粒子を含有させた電極材料により形成されている。はんだ電極１６には、以下の電極材料を実用的に使用することができる。なお、金属間化合物粒子は、０．０１ｗｔ％〜４．０ｗｔ％の範囲内、好ましくは０．５ｗｔ％において、Ｐｂフリーはんだに含有させることが実用的である。
【００３５】
（１）Ｓｎ−ＡｇからなるＰｂフリーはんだに、Ａｇ３Ｓｎ又はＡｇ６Ｓｎからなる金属間化合物粒子を含有させた電極材料
（２）Ｓｎ−ＣｕからなるＰｂフリーはんだに、Ｃｕ６Ｓｎ５又はＣｕ３Ｓｎからなる金属間化合物粒子を含有させた電極材料
（３）Ｓｎ−Ａｇ−ＣｕからなるＰｂフリーはんだに、Ａｇ３Ｓｎ、Ａｇ６Ｓｎ、Ｃｕ６Ｓｎ５又はＣｕ３Ｓｎの少なくともいずれか１つの金属間化合物粒子を含有させた電極材料
（４）Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−ＢｉからなるＰｂフリーはんだに、Ａｇ３Ｓｎ、Ａｇ６Ｓｎ、Ｃｕ６Ｓｎ５又はＣｕ３Ｓｎの少なくともいずれか１つの金属間化合物粒子を含有させた電極材料
（５）Ｓｎ−Ａｇ−Ｉｎ−ＣｕからなるＰｂフリーはんだに、Ａｇ３Ｓｎ、Ａｇ６Ｓｎ、Ｃｕ６Ｓｎ５、Ｃｕ３Ｓｎ、Ｃｕ９Ｉｎ４、ＣｕＩｎ２、Ｃｕ４Ｉｎ３、Ａｇ３Ｉｎ、Ａｇ２Ｉｎ又はＡｇＩｎ２の少なくともいずれか１つの金属間化合物粒子を含有させた電極材料
（６）Ｓｎ−Ａｇ−ＢｉからなるＰｂフリーはんだに、Ａｇ３Ｓｎ又はＡｇ６Ｓｎからなる金属間化合物粒子を含有させた電極材料
（７）Ｓｎ−Ａｇ−ＩｎからなるＰｂフリーはんだに、Ａｇ３Ｓｎ、Ａｇ６Ｓｎ、Ａｇ３Ｉｎ、Ａｇ２Ｉｎ又はＡｇＩｎ２の少なくともいずれか１つの金属間化合物粒子を含有させた電極材料
（８）Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−ＩｎからなるＰｂフリーはんだに、Ａｇ３Ｓｎ、Ａｇ６Ｓｎ、Ｉｎ２Ｂｉ、Ａｇ３Ｉｎ、Ａｇ２Ｉｎ又はＡｇＩｎ２の少なくともいずれか１つの金属間化合物粒子を含有させた電極材料
（９）Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ−ＩｎからなるＰｂフリーはんだに、Ａｇ３Ｓｎ、Ａｇ６Ｓｎ、Ｃｕ６Ｓｎ５、Ｃｕ３Ｓｎ、Ｉｎ２Ｂｉ、Ｃｕ９Ｉｎ４、ＣｕＩｎ２、Ｃｕ４Ｉｎ３、Ａｇ３Ｉｎ、Ａｇ２Ｉｎ又はＡｇＩｎ２の少なくともいずれか１つの金属間化合物粒子を含有させた電極材料
封止体１５は、例えば、トランスファーモールド法により成型されたエポキシ系樹脂、滴下塗布法により滴下された後硬化させたポリイミド系樹脂等により形成されている。
【００３６】
ベア半導体チップ１０の裏面上及び基板１１の配線基材１１Ａの表面上には、これらを覆う金属キャップ１４が配設されている。この金属キャップ１４は、半導体装置１の全体的な機械的剛性を高め、ベア半導体チップ１０の集積回路の回路動作により発生する熱を外部に放出する等の機能を備えている。
【００３７】
はんだ電極の製造方法：
次に、上記本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置１のはんだ電極１６の製造方法を説明する。なお、この製造方法においては、Ｓｎ−Ａｇ−ＣｕからなるＰｂフリーはんだについて説明するが、それ以外のＰｂフリーはんだの製造方法はここでの製造方法と基本的には同様であるので、その説明は省略する。
【００３８】
（１）まず最初に、Ｐｂフリーはんだの主組成元素と同一の金属元素であるＡｇとＳｎとを３：１の化学量論比において配合する。この配合されたＡｇ及びＳｎを黒鉛るつぼに入れ、Ａｒガス雰囲気中においてＡｇ及びＳｎを溶解させる。黒鉛るつぼ内のＡｇ及びＳｎの溶解液を温度調節した冷却室に噴出させ、冷却することにより、Ａｇ３Ｓｎの金属間化合物を生成することができる。
【００３９】
（２）ミルを使用し、金属間化合物を粉砕することにより、Ａｇ３Ｓｎの金属間化合物粒子を生成することができる。なお、例えば、ＰｂフリーはんだとしてＣｕ−Ｓｎを使用する場合においては、同様な製造方法により、Ｃｕ３Ｓｎ、Ｃｕ６Ｓｎ５等の金属間化合物粒子を簡単に製造することができる。
【００４０】
（３）Ｓｎ−３．５Ａｇ−０．７５ＣｕからなるＰｂフリーはんだ中にＡｇ３Ｓｎの金属間化合物粒子を０．５ｗｔ％になるように含有させる。この金属間化合物粒子を含有させたＰｂフリーはんだに圧延処理を行うことにより、はんだ電極１６となる電極材料を製造することができる。
【００４１】
はんだ電極の特性試験結果：
上記製造方法により製造された電極材料からはんだ電極１６を形成し、このはんだ電極１６を備えた本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置１を実装した後に、はんだ電極１６の以下の各種特性を調べた。
【００４２】
（１）温度サイクルに対する信頼性試験（ＴＣＴ）
低温６５℃、高温１２５℃の範囲の温度サイクル試験の結果、はんだ電極１６は、３０００サイクルを経過しても接続不良を生じることがなかった。
【００４３】
（２）高温放置試験
１５０℃の温度の高温放置試験の結果、３０００時間経過後において、はんだ電極１６と基板１１の内部電極端子１１１との間の境界部分に、Ｃｕ−Ｓｎからなる金属間化合物層が約７．５μｍの厚さしか成長していなかった。この金属間化合物層は、機械的に脆く、Ｐｂフリーはんだのみのはんだ電極の場合には、約２倍の１５μｍの成長が確認された。
【００４４】
以上説明したように、本発明の第１の実施の形態に係る電極材料（はんだ電極１６）並びに半導体装置１においては、以下の効果を得ることができる。
【００４５】
（ａ）電極材料において、Ｐｂフリーはんだに金属間化合物粒子が含有されていることから、Ｐｂフリーはんだを組成する金属間の結合をより強固にすることができ、金属粒子を緻密にすることができるので、引張強度を向上することができる。従って、はんだ電極１６の亀裂、破断等を防止することができ、接続不良のない電気的信頼性に優れた半導体装置１を実現することができる。
【００４６】
（ｂ）電極材料において、金属粒子を緻密にすることができるので、一定応力が継続する場合に生じるクリープ特性を向上することができる。従って、はんだ電極１６の亀裂、破断等を防止することができ、接続不良のない電気的信頼性に優れた半導体装置１を実現することができる。
【００４７】
（ｃ）電極材料において、金属間化合物粒子が含有されていることから、はんだ電極１６として使用した場合にこのはんだ電極１６の内部に残存する温度サイクルに起因した残留歪みを減少することができるので、はんだ電極１６の亀裂、破断等を防止することができ、はんだ電極１６の寿命を長くすることができる。従って、接続不良のない電気的信頼性に優れた半導体装置１を実現することができる。
【００４８】
（ｄ）電極材料において、Ｐｂフリーはんだを組成する金属粒径を細かくすることができるので、はんだ濡れ性を向上することができる。従って、半導体装置１を配線基板等の実装ボードや電子機器に実装する際の実装不良を防止することができる。
【００４９】
（ｅ）電極材料において、金属間化合物粒子が含有されていることから、はんだ電極１６として使用した場合にこのはんだ電極１６の内部にボイドが発生しにくくなり、はんだ電極１６の亀裂、破断等を防止することができるとともに、はんだ電極１６の接合強度を向上することができる。従って、接続不良のない電気的信頼性に優れた半導体装置１を実現することができる。
【００５０】
変形例：
ピーク温度が２２０℃〜２７０℃の温度範囲、好ましくは２５０℃の温度において、上記Ｐｂフリーはんだにリフローを行うことにより、特に金属間化合物粒子を含有させなくてもＰｂフリーはんだ内部に金属間化合物粒子を生成することができ、本発明の第１の実施の形態に係る電極材料並びに半導体装置１を実現することができる。本発明者が行った基礎試験の結果、上記ピーク温度に設定することにより、金属間化合物粒子を特に別途加えなくても、Ｐｂフリーはんだに約０．５ｗｔ％の金属間化合物粒子を含有させることができた。従って、電極材料の製造又は半導体装置１の製造において、リフロー温度を適宜調節するだけで、接続不良のない電気的特性に優れた電極材料又は半導体装置１を簡易に製造することができる。
【００５１】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態は、基板上に半導体装置を実装した実装装置に本発明を適用した場合を説明するものである。
【００５２】
実装装置の構造：
図２に示すように、本発明の第２の実施の形態に係る実装装置３は、電極端子（第１の電極端子）３１を有する配線基板３０と、外部電極端子（第２の電極端子又はアウターリード）２１２を有する半導体装置２と、電極端子３１と外部電極端子２１２との間に配設され、Ｐｂフリーはんだにその組成元素により生成される金属間化合物粒子を含有してなるはんだ電極２６とを備えて構築されている。
【００５３】
配線基板３０は、例えばエポキシ系樹脂からなる配線基材上に電極端子３１、図示しない配線等を備えており、いわゆるプリント配線基板である。電極端子３１、配線等には、Ｃｕ膜、Ｃｕ合金膜等の単層膜や、これらの膜上にＮｉめっき層を形成した複合膜を実用的に使用することができる。本発明の第２の実施の形態に係る配線基板３０はマザーボード、ドーターボード、ベビーボード等のプリント配線基板であるが、配線基板３０は、絶縁配線基板、セラミックス配線基板、炭化珪素基板、ガラス基板等であってもよい。
【００５４】
はんだ電極２６は基本的には本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置１のはんだ電極１６と同様のものであるので、ここでの説明は省略する。
【００５５】
半導体装置の構造（ＳＯＰ構造、ＴＳＯＰ構造、ＱＦＰ構造等）：
同図２に示すように、本発明の第２の実施の形態に係る実装装置３の半導体装置２は、スモールアウトラインパッケージ構造、クワッドフラットパッケージ構造等により構成されており、ベア半導体チップ１０と、リード２１と、ベア半導体チップ１０及びリード２１の一部を被覆する封止体２５とを備えて構築されている。
【００５６】
ベア半導体チップ１０は、基本的に本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置１のベア半導体チップ１０と同一である。なお、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置２において、ベア半導体チップ１０は、主面を上側（図２中、上側）に向けたフェイスアップ方式により、リード２１のタブリード２１３上に取り付けられている。
【００５７】
リード２１の内部電極端子（インナーリード）２１１の一端は、ベア半導体チップ１０の外周囲に配設され、ベア半導体チップ１０のボンディングパッド１０Ｐに電気的に接続されている。内部電極端子２１１の一端とボンディングパッド１０Ｐとの間の電気的な接続にはボンディングワイヤ２２が使用されている。ボンディングワイヤ２２には、例えばＡｕワイヤ、Ｃｕワイヤ、Ａｌワイヤ等のワイヤを実用的に使用することができる。
【００５８】
リード２１の外部電極端子２１２の一端は内部電極端子２１１の他端に一体的に接続され、外部電極端子２１２の他端ははんだ電極２６を介在させて配線基板３０の電極端子３１に電気的かつ機械的に接続されるようになっている。すなわち、本発明の第２の実施の形態に係る実装装置３において、半導体装置２は、外部電極端子２１２と、この外部電極端子２１２上（図２中、下側表面上）に配設され、Ｐｂフリーはんだにその組成元素により生成される金属間化合物粒子を含有してなるはんだ電極２６とを備えて構築されている。リード２１は、例えばＮｉ−Ｆｅ合金、Ｃｕ合金等の板材をエッチングにより又は打ち抜き加工により成形したものを実用的に使用することができる。また、リード２１の少なくとも外部電極端子２１２の表面上にＳｎ−Ａｇはんだめっき膜、Ｓｎ−Ｂｉはんだめっき膜、Ｐｄめっき膜等を形成することにより、はんだリフロー工程における濡れ性を向上することができる。
【００５９】
封止体２５は、ベア半導体チップ１０、タブリード２１３及び内部電極端子２１１を覆うように構成されており、例えばトランスファーモールド法により成型されたエポキシ系樹脂により形成されている。
【００６０】
はんだ電極の製造方法並びに実装装置の製造方法：
次に、上記本発明の第２の実施の形態に係るはんだ電極２６の製造方法及び実装装置３の製造方法を説明する。なお、この製造方法においては、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置１のはんだ電極１６と同様に、Ｓｎ−Ａｇ−ＣｕからなるＰｂフリーはんだについて説明する。
【００６１】
（１）まず最初に、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置１のはんだ電極１６の製造方法と同様に、Ｓｎ−３．５Ａｇ−０．７５ＣｕからなるＰｂフリーはんだ中にＡｇ３Ｓｎ（又はＣｕ３Ｓｎ若しくはＣｕ６Ｓｎ５）の金属間化合物粒子を０．５ｗｔ％になるように含有させる。
【００６２】
（２）この金属間化合物粒子が含有されたＰｂフリーはんだにフラックス、好ましくはロジン系フラックスを混入させてはんだ電極ペーストを生成する。
【００６３】
（３）はんだ電極ペーストを配線基板３０の電極端子３１上に、スクリーン印刷法により形成する。なお、具体的なスクリーン印刷法については、本発明の第３の実施の形態において説明する。
【００６４】
（４）配線基板３０の電極端子３１上にはんだ電極ペーストを介在させて半導体装置２の外部電極端子２１２を配置する。この状態において配線基板３０及び半導体装置２をリフロー炉に通し、ピーク温度２５０℃においてはんだ電極ペーストにリフローを行う。このリフローにより、電極端子３１と外部電極端子２１２との間を電気的かつ機械的に接続するはんだ電極２６が形成されるとともに、配線基板３０上に半導体装置２が実装され、実装装置３を完成させることができる。
【００６５】
はんだ電極の特性試験結果：
上記製造方法により製造された本発明の第２の実施の形態に係る実装装置３において、はんだ電極２６の以下の各種特性を調べた。
【００６６】
（１）温度サイクルに対する信頼性試験（ＴＣＴ）
低温６５℃、高温１２５℃の範囲の温度サイクル試験の結果、はんだ電極２６は、３０００サイクルを経過しても接続不良を生じることがなかった。
【００６７】
（２）高温放置試験
１５０℃の温度の高温放置試験の結果、３０００時間経過後において、はんだ電極２６と半導体装置２の外部電極端子２１２又は配線基板３０の電極端子３１との間の境界部分に、Ｃｕ−Ｓｎからなる金属間化合物層が約７．５μｍの厚さしか成長していなかった。この金属間化合物層は、機械的に脆く、Ｐｂフリーはんだのみのはんだ電極の場合には、約２倍の１５μｍの成長が確認された。
【００６８】
以上説明したように、本発明の第２の実施の形態に係る電極材料（はんだ電極２６）並びに実装装置３においては、本発明の第１の実施の形態に係る電極材料（はんだ電極１６）並びに半導体装置１により得られる効果と同様の効果を得ることができる。
【００６９】
第１の変形例：
本発明の第２の実施の形態に係る実装装置３は、配線基板３０の電極端子３１にはんだ電極２６を介在させて半導体装置２の外部電極端子２１２を接続し、配線基板３０上に半導体装置２を実装して構築されているが、本発明に係る実装装置は、配線基板３０の電極端子３１にはんだ電極１６を介在させて本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置１の外部電極端子１１２を接続し、配線基板３０上に半導体装置１を実装して構築してもよい。
【００７０】
第２の変形例：
本発明の第２の実施の形態に係る実装装置３においては、Ｐｂフリーはんだに金属間化合物粒子を含有させてはんだ電極２６を形成しているが、はんだ電極２６は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置１の変形例において説明したはんだ電極１６と同様に、金属間化合物粒子を別途含有させることなく、リフロー温度を適宜調節することにより金属間化合物粒子を含有したＰｂフリーはんだから形成することができる。
【００７１】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態は、Ｃｕ層やＮｉ層を含むバリアメタル層等の上層上の配設に好適なはんだ電極を形成する電極材料、このはんだ電極を備えた半導体装置及び実装装置を説明するものである。
【００７２】
半導体装置の構造及び実装装置の構造（フリップチップ構造）：
図３及び図４に示すように、本発明の第３の実施の形態に係る半導体装置４は、フリップチップ構造により構成されており、ボンディングパッド（電極端子）１０Ｐと、ボンディングパッド１０Ｐ上（図３中、下側表面、図４中、上側表面）に配設され、Ｓｎを組成元素として含むはんだ電極４６とを備え、ボンディングパッド１０Ｐの組成元素とはんだ電極４６のＳｎとにより、ボンディングパッド１０Ｐとはんだ電極４６との間に生成される金属間化合物層４６０の金属間化合物粒子と同一のものをはんだ電極４６に含有させることにより構築されている。また、この本発明の第３の実施の形態に係る半導体装置４は「実装装置４」とすることができ、この実装装置４は、内部電極端子（第１の電極端子）４１１を有する配線基板４１と、ボンディングパッド（第２の電極端子）１０Ｐを有するベア半導体チップ（半導体装置）１０と、内部電極端子４１１とボンディングパッド１０Ｐとの間に配設され、Ｓｎを組成元素として含むはんだ電極４６とを備え、内部電極端子４１１又はボンディングパッド１０Ｐの組成元素とはんだ電極４６のＳｎとにより、内部電極端子４１１又はボンディングパッド１０Ｐとはんだ電極４６との間に生成される金属間化合物層４６０の金属間化合物粒子と同一のものをはんだ電極４６に含有させることにより構築することができる。
【００７３】
ベア半導体チップ１０は基本的には本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置１のベア半導体チップ１０と同様に構成されており、図４に示すように、このベア半導体チップ１０の単結晶シリコン基板１０１上にボンディングパッド１０Ｐが配設されている。ボンディングパッド１０Ｐは、集積回路の素子間や回路間を結線する最終配線層と同一層により形成されたいわゆる本来のボンディングパッド１０５と、ボンディングパッド１０５上に配設されたバリアメタル層１０６とを備えて構成されている。図４中、符号１０２は模式的に図示した絶縁膜であり、実際にはこの絶縁膜１０２は複数層で形成されており、複数層の絶縁膜のそれぞれの間には配線層が配設されている。ここで、本発明において、「ボンディングパッド１０Ｐ」とは、ボンディングパッド１０５及びバリアメタル層１０６を含めた意味で使用される。
【００７４】
ボンディングパッド１０Ｐのボンディングパッド１０５には、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置１において説明したように、例えばＡｌ合金膜を実用的に使用することができる。バリアメタル層１０６には、本発明の第３の実施の形態に係る半導体装置（又は実装装置）４において、ボンディングパッド１０５の表面からその高さ方向に向かって、膜厚１００ｎｍのＴｉ膜１０６Ａ、膜厚３００ｎｍのＮｉ膜１０６Ｂ、膜厚５０ｎｍのＰｄ膜１０６Ｃのそれぞれを順次積層した複合膜を実用的に使用することができる。なお、バリアメタル層１０６には、それ以外に少なくとも以下の複合膜からなるバリアメタル層を実用的に使用することができる。
【００７５】
（１）Ｃｒ膜上にＣｕ膜を積層したバリアメタル層
（２）Ｃｒ膜上にＣｕ膜、Ａｕ膜のそれぞれを順次積層したバリアメタル層
（３）Ｃｒ膜上にＣｕ−Ｃｒ合金膜、Ｃｕ膜、Ａｕ膜のそれぞれを順次積層したバリアメタル層
（４）Ｔｉ膜上にＣｕ膜を積層したバリアメタル層
（５）Ｔｉ膜上にＣｕ膜、Ｎｉ膜のそれぞれを順次積層したバリアメタル層
（６）Ｔｉ膜上にＮｉ膜を積層したバリアメタル層
（７）Ｔｉ膜上にＮｉ膜、Ｃｕ膜のそれぞれを順次積層したバリアメタル層
ボンディングパッド１０Ｐ上に配設されるはんだ電極４６は、Ｓｎを組成元素として含むいわゆるＳｎベースの電極材料により形成されており、本発明の第３の実施の形態に係る半導体装置４においては、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置１のはんだ電極１６を形成する電極材料、すなわちＰｂフリーはんだを実用的に使用することができる。はんだ電極４６は、それに含まれるＳｎとバリアメタル層１０６のＮｉ膜１０６ＢのＮｉとからなる金属間化合物層４６０を、はんだ電極４６とバリアメタル層１０６との間の境界部分に生成してしまうが、はんだ電極４６に予め金属間化合物層４６０の金属間化合物粒子と同一の金属間化合物粒子を含有させることにより金属間化合物層４６０の生成（成長）を抑制することができる。本発明の第３の実施の形態に係る半導体装置４において、例えば金属間化合物層４６０がＮｉ３Ｓｎ４、Ｎｉ３Ｓｎ又はＮｉ３Ｓｎにより形成されている場合には金属間化合物粒子としてＮｉ３Ｓｎ４、Ｎｉ３Ｓｎ又はＮｉ３Ｓｎを使用することができる。
【００７６】
また、バリアメタル層１０６の構成膜に上記のようにＣｕ膜が含まれる場合には、このＣｕ膜のＣｕとはんだ電極４６のＳｎとからなる金属間化合物層４６０、例えばＣｕ６Ｓｎ５、Ｃｕ３Ｓｎ等が生成されるので、金属間化合物粒子には同一のＣｕ６Ｓｎ５、Ｃｕ３Ｓｎ等を使用することができる。
【００７７】
さらに、このボンディングパッド１０Ｐとはんだ電極４６との間の関係は、配線基板４１の内部電極端子４１１とはんだ電極４６との間の関係と同様で、内部電極端子４１１にはＣｕ膜、Ｃｕ合金膜等の単層膜、又はＣｕ膜にＮｉめっき膜を形成した複合膜が使用されているので、はんだ電極４６に予め金属間化合物粒子を含ませることにより、はんだ電極４６と内部電極端子４１１との間に生成される金属間化合物層の成長を抑制することができる。
【００７８】
また、内部電極端子４１１は、Ｃｕ膜、Ｃｕ合金膜、Ｎｉ膜等の表面上に、例えば０．０１μｍ〜０．１μｍ程度の膜厚のＡｕ膜を形成した複合膜により形成してもよい。このＡｕ膜は主に酸化防止膜として使用されており、リフロー処理後にはＡｕはＰｂフリーはんだ内に拡散される。従って、金属間化合物層は上記のようにＣｕ６Ｓｎ５、Ｃｕ３Ｓｎ、Ｎｉ３Ｓｎ４、Ｎｉ３Ｓｎ又はＮｉ３Ｓｎ２になる。
【００７９】
配線基板４１には、例えば本発明の第２の実施の形態に係る実装装置３の配線基板３０と同様のものを実用的に使用することができる。
【００８０】
封止体４５には、例えば滴下塗布法により滴下された後に硬化させたポリイミド系樹脂を実用的に使用することができる。
【００８１】
はんだ電極の製造方法、並びに半導体装置又は実装装置の製造方法：
次に、上記本発明の第３の実施の形態に係るはんだ電極２６の製造方法、半導体装置４の製造方法又は実装装置４の製造方法を説明する。なお、この製造方法においては、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置１のはんだ電極１６と同様に、Ｓｎ−Ａｇ−ＣｕからなるＰｂフリーはんだについて説明する。
【００８２】
（１）まず最初に、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置１のはんだ電極１６の製造方法と同様に、Ｓｎ−３．５Ａｇ−０．７５ＣｕからなるＰｂフリーはんだ中に、そのＰｂフリーはんだのＳｎとバリアメタル層１０６（又は内部電極端子４１１）に含まれるＮｉ又はＣｕとにより生成される金属間化合物層４６０と同一の金属間化合物粒子（Ｎｉ３Ｓｎ４、Ｎｉ３Ｓｎ又はＮｉ３Ｓｎ２、Ｃｕ６Ｓｎ５、Ｃｕ３Ｓｎ等）を、０．５ｗｔ％になるように含有させる。
【００８３】
（２）この金属間化合物粒子が含有されたＰｂフリーはんだにフラックス、好ましくはロジン系フラックスを混入させてはんだ電極ペースト（４６３）を形成する。
【００８４】
（３）一方、ベア半導体チップ１０においては、図５に示すようにボンディングパッド１０５上にバリアメタル層１０６が形成され、図６に示すようにバリアメタル層１０６を所定パット形状にパターンニングし、ボンディングパッド１０Ｐが形成される。
【００８５】
（４）図７に示すように、はんだ電極ペースト４６３をベア半導体チップ１０のボンディングパッド１０Ｐ上に、スクリーン印刷法により形成する。このスクリーン印刷においては、予めベア半導体チップ１０上にボンディングパッド１０Ｐ部分が開口されたソルダーレジスト４６４を形成し、印刷マスク４６１を使用してボンディングパッド１０Ｐ上にはんだ電極ペースト４６３が形成される。余分なはんだ電極ペースト４６３はスキージ４６２により取り除かれる。そして、図８に示すように、印刷マスク４６１及びソルダーレジスト膜４６４を取り除く。ソルダーレジスト膜４６４は取り除かずにそのまま残存させていてもよい。また、ソルダーレジスト膜４６４を形成することなく、スクリーン印刷法によりはんだ電極ペースト４６３を形成することができる。
【００８６】
なお、はんだ電極ペースト４６３は、配線基板４１の内部電極端子４１１上に形成してもよい。
【００８７】
（５）配線基板４１の内部電極端子４１１上にはんだ電極ペースト４６３を介在させてベア半導体チップ１０のボンディングパッド１０Ｐ（詳細には、バリアメタル層１０６）を配置する。この状態において配線基板４１及びベア半導体チップ１０をリフロー炉に通し、ピーク温度２５０℃においてはんだ電極ペースト４６３にリフローを行う。このリフローにより、前述の図３及び図４に示すように、配線基板４１の内部電極端子４１１とベア半導体チップ１０のボンディングパッド１０Ｐとの間を電気的かつ機械的に接続するはんだ電極４６が形成されるとともに、配線基板４１上にベア半導体チップ１０が実装される。
【００８８】
このリフロー工程において、ボンディングパッド１０Ｐとはんだ電極４６との間に金属間化合物層４６０が生成される（同様に、内部電極端子４１１とはんだ電極４６との間にも金属間化合物層が生成される）が、はんだ電極４６には金属間化合物層４６０と同一の金属間化合物粒子が予め含有されているので、金属間化合物層４６０の成長を抑制することができる。
【００８９】
（６）この後、配線基板４１とベア半導体チップ１０との間に少なくとも封止体４５を形成することにより、本発明の第３の実施の形態に係る半導体装置（又は実装装置）４を完成させることができる。
【００９０】
なお、ここでは、はんだ電極４６をスクリーン印刷法により形成した場合を説明したが、はんだ電極４６をめっき法、ボール搭載法により形成することができる。
【００９１】
はんだ電極の特性試験結果：
上記製造方法により製造された本発明の第３の実施の形態に係る半導体装置４において、はんだ電極４６の以下の各種特性を調べた。
【００９２】
（１）温度サイクルに対する信頼性試験（ＴＣＴ）
低温６５℃、高温１２５℃の範囲の温度サイクル試験の結果、はんだ電極４６は、３０００サイクルを経過しても接続不良を生じることがなかった。
【００９３】
（２）高温放置試験
１５０℃の温度の高温放置試験の結果、３０００時間経過後において、はんだ電極４６とベア半導体チップ１０のボンディングパッド１０Ｐとの境界部分に、Ｎｉ３Ｓｎ４、Ｎｉ３Ｓｎ又はＮｉ３Ｓｎ２、Ｃｕ６Ｓｎ５又はＣｕ３Ｓｎの金属間化合物層４６０が約５μｍの厚さしか成長していなかった。この金属間化合物層４６０は、機械的に脆く、Ｐｂフリーはんだのみのはんだ電極の場合には、約２倍の１０μｍの成長が確認された。
【００９４】
以上説明したように、本発明の第３の実施の形態に係る電極材料（はんだ電極４６）並びに半導体装置（又は実装装置）４においては、はんだ電極４６に予め金属間化合物粒子を含有させることにより、はんだ電極４６のＳｎとボンディングパッド１０Ｐのバリアメタル層１０６（又は内部電極端子４１１）のＮｉ又はＣｕとの相互拡散を抑制し、ボンディングパッド１０Ｐとはんだ電極４６との間の、脆い特性を有する金属間化合物層４６０の生成を抑制する（生成膜厚を減少させる）ことができる。この結果、ボンディングパッド１０Ｐとはんだ電極４６との間の亀裂、破断等を防止することができるので、電気的信頼性並びに機械的信頼性に優れた半導体装置（又は実装装置）４を実現することができる。
【００９５】
変形例：
本発明の第３の実施の形態に係る半導体装置（実装装置）４においては、Ｐｂフリーはんだに金属間化合物粒子を含有させてはんだ電極４６を形成しているが、はんだ電極４６は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置１の変形例において説明したはんだ電極１６と同様に、金属間化合物粒子を別途含有させることなく、リフロー温度を適宜調節することにより金属間化合物粒子を含有したＰｂフリーはんだから形成することができる。
【００９６】
（その他の実施の形態）
本発明は上記複数の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００９７】
例えば、本発明は、上記本発明の第２の実施の形態に係る実装装置３の配線基板３０上に複数個の半導体装置２を実装するようにしてもよい。
【００９８】
また、本発明は、上記本発明の第３の実施の形態に係る半導体装置（又は実装装置）４の基板４１上に複数個のベア半導体チップ１０を実装し、マルチチップモジュール構造としてもよい。
【００９９】
さらに、本発明は、上記本発明の第３の実施の形態に係る半導体装置４において、基板４１の外部電極端子４１２を内部電極端子４１１と同一表面上に配設し、外部電極端子４１２と外部電子機器との間の電気的な接続をボンディングワイヤにより行うようにすることができる。
【０１００】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【０１０１】
【発明の効果】
本発明は、はんだ電極として機械的な接続信頼性及び電気的な接続信頼性を向上することができる電極材料を提供することができる。特に、本発明は、上記電極材料を簡易に製造することができる。
【０１０２】
さらに、本発明は、はんだ電極部分の機械的な接続信頼性及び電気的な接続信頼性を向上することができ、信頼性に優れた半導体装置を提供することができる。
【０１０３】
さらに、本発明は、はんだ電極部分の機械的な接続信頼性及び電気的な接続信頼性を向上することができ、信頼性に優れた実装装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置及び実装装置の断面図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態に係る半導体装置の断面図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態に係る半導体装置のベア半導体チップの要部拡大断面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係る半導体装置においてはんだ電極の工程断面図である。
【図６】図５に続くはんだ電極の工程断面図である。
【図７】図６に続くはんだ電極の工程断面図である。
【図８】図７に続くはんだ電極の工程断面図である。
【符号の説明】
１，２，４  半導体装置
３  実装装置
１０  ベア半導体チップ
１０Ｐ  ボンディングパッド
１１，４１  基板
１１Ａ  配線基材
１１Ｂ  樹脂テープ
１１１，２１１，４１１  内部電極端子
１１２，２１２，４１２  外部電極端子
１５，２５，４５  封止体
１６，２６，４６  はんだ電極
２１  リード
３０，４１  配線基板
３１  電極端子
【図１】
0003866503.tif 000002
【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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