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JP2003218148A - 半導体装置及びその製造方法、回路基板並びに電子機器 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法、回路基板並びに電子機器

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JP2003218148A
JP2003218148A JP2002009628A JP2002009628A JP2003218148A JP 2003218148 A JP2003218148 A JP 2003218148A JP 2002009628 A JP2002009628 A JP 2002009628A JP 2002009628 A JP2002009628 A JP 2002009628A JP 2003218148 A JP2003218148 A JP 2003218148A
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wiring
bump
layer
substrate
semiconductor device
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Michiyoshi Takano
道義 高野
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Seiko Epson Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 バンプが幅方向に潰れるのを抑え、かつ、配
線とバンプとの接合強度を向上させる半導体装置及びそ
の製造方法、回路基板並びに電子機器を提供することに
ある。 【解決手段】 バンプ１４が形成された半導体チップ１
０と、半導体チップ１０が搭載され、バンプ１４が接合
された配線３０を有する基板２０と、を含み、バンプ１
４の表面及び配線３０の表面は、同一の金属で形成さ
れ、配線３０は、ニッケルよりも軟らかい金属からな
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置及びそ
の製造方法、回路基板並びに電子機器に関する。
【０００２】
【発明の背景】従来、基板に半導体チップを実装する形
態が知られている。基板は、ベース基板と、その上にエ
ッチングやメッキなどで形成された複数の配線と、を含
む。従来、配線は、コアとなる銅層と、表面に形成され
た金層と、銅層及び金層の間の拡散防止用のニッケル層
と、を含む構成で形成されることが多かった。バンプは
一般的に金層で形成され、バンプ及び配線は熱圧着で金
属接合されていた。
【０００３】ところで、ニッケルは金や銅よりも硬いの
で、配線にニッケル層を使用すると、配線がバンプより
も硬くなる場合があった。これによって、熱圧着時に配
線の押圧によってバンプが潰れすぎてしまい、バンプが
幅方向に広がって隣のバンプとショートすることがあっ
た。また、配線に比べてバンプが潰れすぎることなどの
原因から、バンプと配線との接合強度が低下することが
あった。このような課題は、配線側にニッケル以上の硬
い金属材料を含む場合のみならず、配線及びバンプの材
料の選定によって生じ得る。
【０００４】本発明は、上述した課題を解決するための
ものであり、その目的は、バンプが幅方向に潰れすぎる
のを抑え、かつ、配線とバンプとの接合強度を向上させ
る半導体装置及びその製造方法、回路基板並びに電子機
器を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】（１）本発明に係る半導
体装置は、バンプが形成された半導体チップと、前記半
導体チップが搭載され、前記バンプが接合された配線を
有する基板と、を含み、前記バンプの表面及び前記配線
の表面は、同一の金属で形成され、前記配線は、ニッケ
ルよりも軟らかい金属からなる。
【０００６】本発明によれば、配線はニッケルよりも軟
らかい金属からなるので、配線がバンプよりも顕著に硬
くなるの防止して、バンプが潰れすぎるのを抑えること
ができる。したがって、狭ピッチの半導体チップであっ
ても、バンプ間のショートを防止することができる。ま
た、配線に比べてバンプが潰れすぎるのを抑えることが
できるので、バンプと配線との接合強度を向上させるこ
とができる。なお、本発明において、金属とは、金属、
合金、金属化合物を含む。
【０００７】（２）この半導体装置において、前記バン
プの表面及び前記配線の表面は、金で形成されてもよ
い。
【０００８】これによって、金同士を熱圧着させて接合
することができる。
【０００９】（３）この半導体装置において、前記配線
は、前記配線の表面とは異なる金属で形成されたコア層
を含んでもよい。
【００１０】（４）この半導体装置において、前記配線
の前記コア層は、銅で形成されてもよい。
【００１１】（５）本発明に係る半導体装置は、バンプ
が形成された半導体チップと、前記半導体チップが搭載
され、前記バンプが接合された配線を有する基板と、を
含み、前記配線のうち少なくとも前記バンプと接合する
部分は、銅からなる層を含むコア層と、前記銅からなる
層の上面に設けられた表面層とを含み、前記バンプのう
ち少なくとも前記配線と接合する部分と、前記表面層
と、は金からなる。
【００１２】本発明によれば、配線に比べてバンプが潰
れすぎるのを抑えて、バンプと配線との接合強度を向上
させることができる。
【００１３】（６）本発明に係る半導体装置は、ベース
基板と、前記ベース基板の上に設けられた配線と、前記
配線の上に設けられ開口部を有する絶縁膜と、を有する
基板と、前記基板の上に設けられ、前記配線と接合する
バンプが形成された半導体チップと、を含み、前記配線
は、前記絶縁膜に覆われた第１の部分と、前記開口部内
に位置する第２の部分とを含み、前記第１の部分は、コ
ア層からなり、前記第２の部分は、少なくとも、前記コ
ア層と前記コア層の上面に設けられた表面層とを含み、
前記バンプのうち少なくとも前記配線と接合する部分
は、前記表面層と同一の金属からなり、前記コア層と前
記表面層とは、ニッケルよりも軟らかい金属からなる。
【００１４】本発明によれば、配線に比べてバンプが潰
れすぎるのを抑えることができるので、バンプと配線と
の接合強度を向上させることができる。なお、本発明に
おいて、金属とは、金属、合金、金属化合物を含む。
【００１５】（７）この半導体装置において、前記コア
層は、少なくとも前記表面層と接する部分が銅からな
り、前記表面層は、金からなる。
【００１６】（８）本発明に係る回路基板は、上記半導
体装置が電気的に接続されている。
【００１７】（９）本発明に係る電子機器は、上記半導
体装置を有する。
【００１８】（１０）本発明に係る半導体装置の製造方
法は、バンプが形成された半導体チップを、配線を有す
る基板に実装することを含み、前記バンプの表面及び前
記配線の表面は、同一の金属で形成され、前記配線は、
ニッケルよりも軟らかい金属からなる。
【００１９】本発明によれば、配線はニッケルよりも軟
らかい金属からなるので、配線がバンプよりも顕著に硬
くなるの防止して、バンプが潰れすぎるのを抑えること
ができる。したがって、狭ピッチの半導体チップであっ
ても、バンプ間のショートを防止することができる。ま
た、配線に比べてバンプが潰れすぎるのを抑えることが
できるので、バンプと配線との接合強度を向上させるこ
とができる。なお、本発明において、金属とは、金属、
合金、金属化合物を含む。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。ただし、本発明は、以下の
実施の形態に限定されるものではない。
【００２１】図１〜図３は、本実施の形態に係る半導体
装置を示す図である。図２は、基板の配線の軸方向に直
交する方向の断面図であり、図３は、基板の配線の軸方
向に沿った方向の断面図である。本実施の形態に係る半
導体装置は、半導体チップ１０と、基板２０と、を含
む。
【００２２】半導体チップ１０は、球状に形成されても
構わないが、直方体に形成されることが多い。半導体チ
ップ１０は、複数のパッド１２を有する。パッド１２
は、半導体チップ１０の集積回路が形成された面に形成
されることが多い。パッド１２は、アルミニウム又は銅
を含む金属で形成されてもよい。各パッド１２は、半導
体チップ１０の面の端部に形成されることが多く、例え
ば半導体チップ１０の対向する２辺又は４辺に形成され
てもよい。
【００２３】図２及び図３に示すように、半導体チップ
１０には、パッド１２を避けて、パッシベーション膜１
６が形成されてもよい。パッシベーション膜は、例え
ば、ＳｉＯ2、ＳｉＮ、ポリイミド樹脂などで形成され
てもよい。パッシベーション膜１６は、パッド１２の端
部を覆うことが好ましい。
【００２４】半導体チップ１０には、パッド１２上にバ
ンプ１４が形成されている。バンプ１４は、突起形状に
形成される。バンプ１４の形成方法は、例えば、ボンデ
ィングワイヤを溶融してボール状に形成するボールバン
プ法を適用してもよい。あるいは、バンプ１４は、電解
メッキ又は無電解メッキで形成してもよい。その場合、
バンプ１４の突起形状は、マスクを使用して形成するス
トレートウォール型であってもよいし、マスクを使用し
ないで形成するマッシュルーム型であってもよい。
【００２５】バンプ１４は、図示するように単一層で形
成されてもよい。あるいは、バンプ１４は、複数層で形
成されてもよい。複数層の場合、バンプ１４は、内側の
層（コア層）と内側の層（コア層）の少なくとも上面に
設けられた外側の層（表面層）とを有する。バンプ１４
の外側の層（表面層）は、内側の層（コア層）の全体を
覆ってもよく、あるいは上面のみを覆ってもよい。
【００２６】バンプ１４の表面は、金で形成されてもよ
い。このバンプ１４の材料である金には、少量の銅が含
まれていてもよい。図示するようにバンプ１４が単一層
である場合には、バンプ１４はいわゆる金バンプであっ
てもよい。その場合、ボールバンプ法でパッド１２上に
金バンプを形成してもよい。バンプ１４が複数層である
場合には、表面層が金で形成されてもよい。その場合、
バンプ１４のコア層は、銅で形成されてもよい。また、
バンプ１４のコア層が、銅からなる層を含む場合には、
銅からなる層の上面に表面層が形成されてもよい。ま
た、銅及び金の拡散防止用として、両者間にニッケル層
を介在させてもよい。このようなバンプは、例えば電解
メッキ又は無電解メッキなどで形成することができる。
【００２７】基板２０は、配線３０と、それを支持する
ベース基板と、を有する。ベース基板の材料は、有機系
又は無機系のいずれであってもよく、それらの複合構造
からなるものであってもよい。ベース基板として、ポリ
イミド樹脂又はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）
などのフレキシブル基板を使用してもよい。フレキシブ
ル基板は、ＣＯＦ（Chip On Film）用基板又はＴＡＢ
（Tape Automated Bonding）用基板であってもよい。す
なわち、基板２０は、可撓性を有するフィルムであって
もよい。あるいは、ベース基板として、例えば、セラミ
ック基板やガラス基板を使用してもよいし、ガラスエポ
キシ基板を使用してもよい。
【００２８】配線３０は、ベース基板の一方又は両方の
面に形成される。配線３０とは、少なくとも２点の電気
的な接続を図る部分を指し、独立して形成された複数の
配線３０を配線パターンと称してもよい。配線３０は、
ベース基板上に設けられた導電箔をエッチングして形成
してもよいし、電解メッキ又は無電解メッキで形成して
もよい。
【００２９】配線３０の一部は、バンプ１４との接合部
となる。配線３０の接合部を含む全体が、ほぼ同一の縦
断面が連続する線状をなし、ベース基板側の基端部より
も上端部が細く形成されていてもよい。その場合、配線
３０の上端部の幅は、バンプ１４の幅よりも小さくても
よい。あるいは、配線３０の接合部は、その他の部分
（ライン）よりも幅が大きいランドになっていてもよ
い。その場合、ランドの幅はバンプ１４の幅よりも大き
くてもよい。
【００３０】配線３０は、図２に示すように複数層で形
成されてもよい。図２では、配線３０は、表面層３２
と、表面層３２とは異なる金属材料で形成されたコア層
３４と、を含む。表面層３２は、図示するようにコア層
３４の表面の全体を覆ってもよく、あるいは上面のみを
覆ってもよい。なお、図示する例とは別に、配線３０は
単一層で形成されてもよい。また、表面層３２は、配線
３０とバンプ１４との接合部を含む部分のみに設けられ
てもよい。
【００３１】配線３０の表面は、バンプ１４の表面と同
一の金属で形成される。ここで、同一の金属とは、主成
分が同じ（実質的に同じ）金属であることを意味し、不
純物の濃度等まで完全に同一であることを限定する意味
ではない。また、金属とは、金属、合金、金属化合物を
含む。配線３０の表面は、バンプ１４の表面と同様に、
金で形成されてもよい。すなわち、表面層３２が金で形
成されてもよい。その場合、コア層３４は、銅で形成さ
れてもよい。また、このバンプ１４の材料である金に
は、少量の銅が含まれていてもよい。コア層３４が、銅
からなる層を含む場合には、銅からなる層の上面に表面
層３２が形成されてもよい。表面層（金層）３２は、約
１μｍ以上に厚付けしてもよい。こうすることで、表面
層（金層）３２に拡散するコア層３４の金属（銅）が、
配線３０の最も外側の面に達するのを防止することがで
きる。あるいは、表面層（金層）３２は、０．３〜０．
５μｍ程度に薄付けしてもよい。
【００３２】例えば、ベース基板上に銅箔を接着剤を介
在させて貼り付け、等方性のエッチングでパターニング
してコア層（銅層）３４を形成し、その後に金メッキ浴
に浸して表面層（金層）３２を形成してもよい。銅箔
は、接着剤なしにスパッタリング等で直接ベース基板に
形成してもよい。また、表面層（金層）３２は、電解メ
ッキによって金を銅層の表面に析出させて形成してもよ
い。
【００３３】例えば、ベース基板上にコア層３４を形成
した後に、コア層３４の上に絶縁膜（図示しない）を設
け、絶縁膜のうち、配線３０におけるバンプ１４との接
合部となる部分と重なる部分を除去して、絶縁膜に開口
部を形成し、この開口部内に位置するコア層３４の上面
のみ又は全表面に表面層（金層）３２を形成してもよ
い。この場合、基板２０は、ベース基板上に配線３０と
配線３０の上に設けられた絶縁膜とを有し、この絶縁膜
は開口部を有する。配線３０は、絶縁膜に覆われた第１
の部分（図示しない）と、開口部内に位置する第２の部
分（図示しない）とを有することになる。この場合、第
１の部分はコア層３４からなり、第２の部分はコア層３
４とコア層３４の少なくとも上面に形成された表面層３
２とを含む。
【００３４】図１に示すように、半導体チップ１０は、
基板３０に搭載されている。詳しくは、半導体チップ１
０のバンプ１４を有する面が基板３０を向いて搭載され
ている。すなわち、半導体チップ１０は、基板３０にフ
ェースダウン実装されている。そして、バンプ１４及び
配線３０が接合されている。両者の表面層が金で形成さ
れる場合には、熱圧着によって表面層同士の金属接合が
達成される。この金は、少量の銅を含む金であってもよ
い。
【００３５】ここで、本実施の形態では、配線３０は、
ニッケルよりも軟らかい金属からなる。すなわち、配線
３０は、ニッケルを含まず、かつ、ニッケルよりも硬い
金属も含まない。ここで、金属とは、金属、合金、金属
化合物を含む。硬い金属とは、塑性変形しにくい金属を
指す。なお、銅や金（少量の銅を含む金でもよい）は、
ニッケルよりも軟らかい。
【００３６】配線３０がニッケル以上に硬い金属を含ま
ないことによって、それを含む場合よりも配線３０を軟
らかくすることができる。これによって、図３に示すよ
うに、ベース基板としてフレキシブル基板を使用した場
合には、配線３０は、バンプ１４の応力によって撓む。
すなわち、配線３０がバンプ１４に巻きつくように接合
され、両者の接合面積が大きくなるので、接合強度（ピ
ール強度）を向上させることができる。例えば、配線３
０とバンプ４０とのピール強度を、配線３０とベース基
板とのピール強度よりも大きくすることができる。
【００３７】さらに、配線３０がバンプ１４よりも顕著
に硬くなるのを防止できるので、バンプが潰れすぎるの
を抑えることができる。特に、図２に示すように、配線
３０の上端部の幅がバンプ１４の幅よりも小さい場合に
は、バンプ１４が潰れて幅方向に広がりやすいので、本
発明を適用すると効果的である。
【００３８】なお、配線３０の形成工程で、メッキ処理
によってニッケルなどを形成せずに済むので、半導体装
置の製造サイクルを簡略化することができる。
【００３９】図１〜図３に示すように、半導体チップ１
０と基板２０との間に、樹脂２２が設けられてもよい。
樹脂２２は、アンダーフィル材であってもよい。樹脂２
２によって、バンプ１４と配線３０との電気的な接合部
分を封止することができる。樹脂２２は、半導体チップ
１０を基板２０に実装後に両者間に注入してもよく、実
装前に予め半導体チップ１０又は基板２０に設けておい
てもよい。
【００４０】本実施の形態によれば、配線３０はニッケ
ルよりも軟らかい金属からなるので、配線３０がバンプ
１４よりも顕著に硬くなるの防止して、バンプ１４が潰
れすぎるのを抑えることができる。したがって、狭ピッ
チの半導体チップ１０であっても、バンプ１４間のショ
ートを防止することができる。また、配線３０に比べて
バンプ１４が潰れすぎるのを抑えることができるので、
バンプ１４と配線３０との接合強度を向上させることが
できる。
【００４１】なお、本発明は、上述の実施の形態に限定
されず、特に配線３０の材料については、上述のいずれ
かの内容を選択的に適用することができる。
【００４２】本実施の形態に係る半導体装置の製造方法
は、半導体チップ１０を基板２０に実装することを含
む。バンプ１４及び配線３０の構成は上述の通りであ
り、製造方法の説明及び効果も上述の通りである。
【００４３】図４は、本発明を適用した実施の形態に係
る回路基板を示す図である。図４に示すように、回路基
板４０には、上述した半導体装置１が電気的に接続され
ている。回路基板４０は、電気光学パネル（液晶パネル
・プラズマディスプレイパネル・エレクトロルミネセン
スディスプレイパネルなど）であってもよい。図４に示
すように、半導体装置１の基板２０は、屈曲させて設け
てもよい。例えば、回路基板４０の端部の回りに基板２
０を屈曲させてもよい。
【００４４】本発明を適用した半導体装置を有する電子
機器として、図５には、ノート型パーソナルコンピュー
タ５０が示されている。図６には、携帯電話６０が示さ
れている。これらの電子機器は、回路基板４０（例えば
電気光学パネル）も含む。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明を適用した実施の形態に係る半
導体装置を示す図である。
【図２】図２は、本発明を適用した実施の形態に係る半
導体装置を示す図である。
【図３】図３は、本発明を適用した実施の形態に係る半
導体装置を示す図である。
【図４】図４は、本発明を適用した実施の形態に係る回
路基板を示す図である。
【図５】図５は、本発明を適用した実施の形態に係る電
子機器を示す図である。
【図６】図６は、本発明を適用した実施の形態に係る電
子機器を示す図である。
【符号の説明】
１０ 半導体チップ １４ バンプ ２０ 基板 ３０ 配線 ３２ 表面層 ３４ コア層

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 バンプが形成された半導体チップと、 前記半導体チップが搭載され、前記バンプが接合された
    配線を有する基板と、 を含み、 前記バンプの表面及び前記配線の表面は、同一の金属で
    形成され、 前記配線は、ニッケルよりも軟らかい金属からなる半導
    体装置。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の半導体装置において、前
    記バンプの表面及び前記配線の表面は、金で形成されて
    なる半導体装置。
  3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２に記載の半導体装
    置において、 前記配線は、前記配線の表面とは異なる金属で形成され
    たコア層を含む半導体装置。
  4. 【請求項４】請求項３記載の半導体装置において、 前記配線の前記コア層は、銅で形成されてなる半導体装
    置。
  5. 【請求項５】 バンプが形成された半導体チップと、 前記半導体チップが搭載され、前記バンプが接合された
    配線を有する基板と、 を含み、 前記配線のうち少なくとも前記バンプと接合する部分
    は、銅からなる層を含むコア層と、前記銅からなる層の
    上面に設けられた表面層とを含み、 前記バンプのうち少なくとも前記配線と接合する部分
    と、前記表面層と、は金からなる半導体装置。
  6. 【請求項６】 ベース基板と、前記ベース基板の上に設
    けられた配線と、前記配線の上に設けられ開口部を有す
    る絶縁膜と、を有する基板と、 前記基板の上に設けられ、前記配線と接合するバンプが
    形成された半導体チップと、 を含み、 前記配線は、前記絶縁膜に覆われた第１の部分と、前記
    開口部内に位置する第２の部分とを含み、 前記第１の部分は、コア層からなり、 前記第２の部分は、少なくとも、前記コア層と前記コア
    層の上面に設けられた表面層とを含み、 前記バンプのうち少なくとも前記配線と接合する部分
    は、前記表面層と同一の金属からなり、 前記コア層と前記表面層とは、ニッケルよりも軟らかい
    金属からなる半導体装置。
  7. 【請求項７】 請求項６記載の半導体装置において、 前記コア層は、少なくとも前記表面層と接する部分が銅
    からなり、 前記表面層は、金からなる半導体装置。
  8. 【請求項８】 請求項１から請求項７のいずれかに記載
    の半導体装置が電気的に接続された回路基板。
  9. 【請求項９】 請求項１から請求項７のいずれかに記載
    の半導体装置を有する電子機器。
  10. 【請求項１０】 バンプが形成された半導体チップを、
    配線を有する基板に実装することを含み、 前記バンプの表面及び前記配線の表面は、同一の金属で
    形成され、 前記配線は、ニッケルよりも軟らかい金属からなる半導
    体装置の製造方法。
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