JP2000332048A - 半導体チップにおけるバンプ構造およびその形成方法ならびにフリップチップの実装構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ワイヤボンデイング法にてバンプを形成する
が、メッキ法によるバンプの場合と同等な面積を持つ半
導体チップにおけるバンプ構造等を提供する。 【解決手段】 金属ワイヤの先端に金属ボールを形成
し、該金属ボールを半導体チップにボンディング後、前
記金属ボールを残して金属ワイヤを切断し、前記半導体
チップに金属バンプを形成してなる半導体チップにおけ
るバンプ構造において、金属ボール１２ａの切断部側を
平坦化した平坦化バンプ（金ボール）１を形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体チップにお
けるバンプ構造およびその形成方法およびフリップチッ
プの実装構造に関し、特に、接続媒体として導電粒子を
用いた接続用バンプを半導体チップに形成し、絶縁基板
の基板パッドに電気的接続を行う、半導体チップにおけ
るバンプ構造およびその形成方法およびフリップチップ
の実装構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子機器のデジタル化及び信号の高速化
といったシステムの変化に伴い、近年ではノイズの減少
や機器の小型化の要請により、半導体チップの実装方法
としてフリップチップ実装等のベアチップ実装方法が用
いられている。

【０００３】図９は、導電粒子を接続媒体としたフリッ
プチップ実装構造の断面図である。ここで、符号１０１
は絶縁基板、符号１０２は基板パッド、符号１１１は半
導体チップ（ベアチップ）、符号１１２は金（Ａｕ）バ
ンプ、符号１２１はバインダ（接着剤）、符号１２２は
バインダ中に含まれる導電粒子である。

【０００４】導電粒子１２２を接続媒体とするフリップ
チップ実装工法には、異方性導電フィルム（ＡＣＦ）方
式と異方性導電樹脂（ＡＣＰ）方式の２種類がある。双
方共にバインダ１２１内に導電粒子１２２が分散してい
る点では共通しており、バインダ１２１の供給形態が、
固体か液体かによって方式が分かれる。

【０００５】図１０に異方性導電フィルム方式のフリッ
プチップ実装プロセスを示し、図１１に異方性導電樹脂
方式のフリップチップ実装プロセスを示す。図１０に示
すように、異方性導電フィルム方式のフリップチップ実
装プロセスは、基板パッド１０２を備えた絶縁基板１０
１に、セパレータ１３１を備えた異方性導電フィルム
（ＡＣＦ）１３０を貼り付ける。次いで、セパレータ１
３１を剥離すると、導電粒子１２２を含んだバインダ１
２１が絶縁基板１０１に接着された状態となる。一方、
予めベアチップ１１１に金バンプ１１２を形成してお
き、金バンプ１１２を下面側にしてベアチップ１１１
を、前述のセパレータ１３１を剥離したＡＣＦ上に搭載
し、熱圧着により接続する。

【０００６】また、異方性導電樹脂方式の場合は、図１
１に示すように、基板パッド１０２を備えた絶縁基板１
０１に、異方性導電樹脂（ＡＣＰ）１３５を塗布する。
予め用意したベアチップ１１１に金バンプ１１２を形成
したものを、金バンプ１１２を下面側にしてＡＣＰ１３
５上に搭載し、熱圧着により接続する。

【０００７】ところで、このような導電粒子１２２を用
いたフリップチップ実装では金バンプ１１２と基板パッ
ド１０２との間に挟まれる導電粒子１２２（図１０、図
１１において符号Ａにより指示する）の数により電気的
接続の信頼性に影響し、こうした導電粒子１２２の数が
多ければ多いほど電気的接続は安定する。従って、金バ
ンプ１１２の面積が大きいほど挟み込む導電粒子数１２
２が多くなるので、金バンプ１１２の面積は可能な限り
大きい方が望ましく、一般的には金メッキ法と呼ばれる
工法にて形成された金バンプを用いて、配線基板上に実
装される。なお、バンプの形成方法としては金メッキ法
以外に、ワイヤボンディング法がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、金メッ
キ法によるバンプ形成は、通常の半導体製造工程に加
え、密着及び拡散防止の金属層の形成やメッキの為のレ
ジスト形成など、多くの工程を必要とし、使用される設
備も非常に高価である為、パンプ形成コストが高くなる
という欠点がある。また、この金メッキ法では、ウェー
ハの状態でのみバンプ形成が可能なので、ウェーハの状
態で入手不可能な半導体に対しては適用不可能という欠
点もある。

【０００９】一方、ワイヤボンデイング法によるバンプ
形成は、工程も非常に少なく、ウェーハ及び個片に分割
された半導体のどちらにもバンプ形成が可能であるが、
金メッキ法によって形成されたバンプよりバンプ面積が
小さくなってしまい、フリップチップ実装時に電気的接
続が不安定になるという欠点がある。即ち、従来の金メ
ッキ法およびワイヤボンディング法には、バンプ形成の
面から見るとそれぞれ欠点がある。

【００１０】本発明は、上記事情を考慮したもので、ワ
イヤボンデイング法にてバンプを形成するが、メッキ法
によるバンプの場合と同等な面積を持つ半導体チップに
おけるバンプ構造およびその形成方法およびフリップチ
ップの実装構造を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に請求項１記載の発明は、金属ワイヤの先端に金属ボー
ルを形成し、該金属ボールを半導体チップにボンディン
グ後、前記金属ボールを残して金属ワイヤを切断し、前
記半導体チップに金属バンプを形成してなる半導体チッ
プにおけるバンプ構造において、前記バンプ構造は、前
記金属ボールの切断部側を平坦化した平坦化バンプを備
えてなることを特徴とする。

【００１２】また、請求項２記載の発明は、金属ワイヤ
の先端に金属ボールを形成し、該金属ボールを半導体チ
ップにボンディング後、前記金属ボールを残して金属ワ
イヤを切断し、前記半導体チップに金属バンプを形成す
る半導体チップにおけるバンプの形成方法において、前
記金属ボールを残して金属ワイヤを切断した後、該金属
ボールの切断部を押圧して平坦化し、平坦化バンプを形
成することを特徴とする。

【００１３】また、請求項３記載の発明は、前記金属ワ
イヤの太さと前記切断して半導体チップに残した金属ボ
ールの量と前記押圧力の大きさをパラメータとして、前
記平坦化バンプを形成することを特徴とする。

【００１４】このようにすれば、所望のサイズの金属バ
ンプを形成することができる。

【００１５】また、請求項４記載の発明は、前記請求項
１記載の平坦化バンプをフェイスダウンし、予め絶縁基
板に形成した基板パッドに熱圧着して構成することを特
徴とする。

【００１６】このようにすれば、前記平坦化バンプを備
えたフリップチップの実装構造を実現でき、例えば金バ
ンプと基板パッドとの間に多数の導電粒子を挟み込むこ
とができる。従って、電気的接続の信頼性を高めること
ができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施の形態
に基づいて説明する。なお、既に説明した部分には同一
符号を付し、重複記載を省略する。

【００１８】（１）第１の実施の形態 本実施の形態は、「１段バンプ（平坦化バンプ）」の構
造と、「１段バンプ」の形成方法の場合である。図１は
本実施の形態の側断面図、図２（Ａ），（Ｂ）は本実施
の形態の写真で示す斜視図および写真で示す平面図であ
る。

【００１９】図１及び図２（Ａ），（Ｂ）に示すよう
に、本実施の形態のバンプ構造は、断面形状が略楕円形
の金バンプ１により構成され、半導体チップ１１１の入
出力パッド３の上に、前記金バンプ１が接続されてな
る。符号２は、パッシベーション（保護膜）である。

【００２０】次に、本実施の形態のバンプ構造を形成す
る方法を、図３を参照しつつ説明する。図３に示すよう
に、キャピラリ１１に金線１２を挿通し、トーチ１３に
よりスパークさせ（ステップ）、金線１２の先端部に
金ボール１２ａを形成する（ステップ）。次いで、予
め用意した半導体チップ１１１に入出力パッド３を形成
した形成体の該入出力パッド３の上に、前記金ボール１
２ａをボンディングする（ステップ）。ボンディング
後、キャピラリ１１を上昇させて金線１２を引き千切
り、金ボール１２ａのみを入出力パッド３上に残し（ス
テップ）、ステップ〜ステップを繰り返して、所
定数の金ボール１２ａを半導体チップ１１１上に接続す
る（ステップ）。

【００２１】次いで、予め用意しておいたレベリングプ
レート（平坦化プレート）１４により、所定の圧力で金
ボール１２ａを押圧し、バンプレベリング（平坦化）を
行うと（ステップ）、金バンプ１が完成する（ステッ
プ）。この金バンプ１の拡大断面図が前記図１であ
り、拡大斜視写真が前記図２（Ａ）、拡大平面写真が前
記図２（Ｂ）である。

【００２２】以上のようにすれば、金線として非常に細
いもの（例えば、直径１８μｍ）を使用し、形成時の
「金ワイヤの量＝金ボールの大きさ」、「レベリング
圧」をパラメータとして適宜に選択することにより、バ
ンプ構造の直径を所望のサイズ（任意のサイズ）にする
ことが可能となる。従って、上記手段によれば、ワイヤ
ボンデイング法によって形成された金バンプが、メッキ
法によって形成された金バンプと同等径以上のサイズを
有することが可能になる。

【００２３】＜参考＞図４および図５（Ａ），（Ｂ）は
従来のワイヤボンデイング法によって形成された２段バ
ンプ（段差バンプ）形状の金バンプ１１２を示す図およ
び拡大写真であって、図４は２段バンプの側断面図、図
５（Ａ），（Ｂ）は２段バンプの拡大斜視写真、拡大平
面写真である。 これら図４、図５（Ａ），（Ｂ）と、
前掲の本実施例の図１および図２（Ａ），（Ｂ）とを比
較すると、本実施例の１段バンプと従来例の２段バンプ
との形状の差異が判然とする。 また、図６は従来例の
金メッキ法により形成したバンプ構造の側断面図であ
る。符号１１３はバリアメタル、符号１１４は入出力パ
ッド、符号１１５はパッシベーション（保護膜）、符号
１１６は入出力パッドである。

【００２４】（２）第２の実施の形態 本実施の形態は、前記第１の実施の形態を用いて形成し
たバンプ構造の金バンプを備えた半導体チップを使用
し、フリップチップ実装構造を実現する場合である。

【００２５】図７は本実施の形態のフリップチップ実装
構造の拡大側断面図、図８（Ａ）は本実施の形態におけ
る「小さな基板パッド」の場合の拡大側断面写真、図８
（Ｂ）は「大きな基板パッド」の場合の拡大側断面写真
である。先ず、本実施の形態のフリップチップ実装構造
の形成方法について、異方性導電フィルム（ＡＣＦ）方
式の場合を説明する。本実施の形態で使用する異方性導
電フィルム（ＡＣＦ）方式は、基本的には前記図１０で
説明した場合と同一であり、相違点は金バンプとして前
記第１の実施の形態で説明した１段バンプ（平坦化バン
プ）（図１の金バンプ１を参照）を使用した点である。

【００２６】図７に示すように、金バンプ１と基板パッ
ド１０２との間に多数の導電粒子１２２が挟みこまれ
る。この導電粒子１２２の挟み込まれる数が１０個以上
あれば、電気的接続が安定し、信頼性が向上することが
実験により確認されている。

【００２７】その為には、できる限り大きなバンプが必
要になるが、元々電極パッド（入出力パッド）が大きい
ものについては、或る一定以上の大きさがあれば問題な
く導電粒子の個数を確保できる（図８（Ｂ）参照）。ま
た、非常に小さな電極パッド（基板パッド）では、その
電極以上の大きさのバンプ径が必要になる（図８（Ａ）
参照）。

【００２８】前記第１の実施の形態で説明した如く、本
発明によれば金バンプの面積を所望の大きさに形成でき
る。従って、ベアチップの金バンプの直径サイズ（大き
さ）とプリント基板（絶縁基板）のパターン幅とを同じ
サイズにする必要がないので、プリント基板設計時の制
約を排除することができる。

【００２９】なお、前記実施の形態では金属ボールとし
て金ボールの場合を説明したが、他に例えばアルミニュ
ーム製のボールにしてもよい。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、安
価なワイヤボンデイング法によって金属バンプを形成す
るが、平坦化して金属バンプの面積を大きくできるの
で、フリップチップ実装時に金属バンプと絶縁基板の基
板パッドとの間に多数の導電粒子を挟み込むことが可能
になり、電気的接続を安定させ、電気的接続の信頼性を
向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の側断面図である。

【図２】同第１の実施の形態の拡大写真であって、
（Ａ）は斜視写真、（Ｂ）は平面写真である。

【図３】同第１の実施の形態の金バンプを形成する過程
を説明する図である。

【図４】同第１の実施の形態の１段バンプと比較するた
めの、従来例の２段バンプの側断面図である。

【図５】同従来例の２段バンプの拡大写真であって、
（Ａ）は斜視写真、（Ｂ）は平面写真である。

【図６】同第１の実施の形態の１段バンプと比較するた
めの、従来例の金メッキ法による金バンプの側断面図で
ある。

【図７】本発明の第２の実施の形態の側断面図である。

【図８】同第２の実施の形態の拡大写真であって、
（Ａ）は基板パッドが小さい場合の側断面写真、（Ｂ）
は基板パッドが大きい場合の側断面写真である。

【図９】従来の異方性導電フィルム（ＡＣＦ）方式によ
るフリップチップ実装構造の側断面図である。

【図１０】従来の異方性導電フィルム（ＡＣＦ）方式に
よるフリップチップ実装構造を形成する過程を説明する
図である。

【図１１】従来の異方性導電樹脂（ＡＣＰ）方式による
フリップチップ実装構造を形成する過程を説明する図で
ある。

【符号の説明】

１，１１２…金バンプ、２…パッシベーション、３，１
１４，１１６…入出力パッド、１１…キャピラリ、１２
…金線、１２ａ…金ボール、１３…トーチ、１０１…絶
縁基板、１０２…基板パッド、１１１…半導体チップ
（ベアチップ）、１１３…バリヤメタル、１２１…バイ
ンダ、１２２…導電粒子、１３０…異方性導電フィルム
（ＡＣＦ）、１３１…セパレータ、１３５…異方性導電
樹脂（ＡＣＰ）。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属ワイヤの先端に金属ボールを形成
   し、該金属ボールを半導体チップにボンディング後、前
   記金属ボールを残して金属ワイヤを切断し、前記半導体
   チップに金属バンプを形成してなる半導体チップにおけ
   るバンプ構造において、 前記バンプ構造は、前記金属ボールの切断部側を平坦化
   した平坦化バンプを備えてなることを特徴とする半導体
   チップにおけるバンプ構造。
2. 【請求項２】 金属ワイヤの先端に金属ボールを形成
   し、該金属ボールを半導体チップにボンディング後、前
   記金属ボールを残して金属ワイヤを切断し、前記半導体
   チップに金属バンプを形成する半導体チップにおけるバ
   ンプの形成方法において、 前記金属ボールを残して金属ワイヤを切断後、該金属ボ
   ールの切断部を押圧して平坦化し、平坦化バンプを形成
   することを特徴とする半導体チップにおけるバンプの形
   成方法。
3. 【請求項３】 前記金属ワイヤの太さと前記切断して半
   導体チップに残した金属ボールの量と前記押圧力の大き
   さをパラメータとして、前記平坦化バンプを形成するこ
   とを特徴とする請求項２記載のバンプ形成方法。
4. 【請求項４】 請求項１記載の平坦化バンプをフェイス
   ダウンし、予め絶縁基板に形成した基板パッドに熱圧着
   して構成することを特徴とするフリップチップの実装構
   造。