JP2006128338A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
【課題】 半導体チップと配線との接続について、その強度向上と低抵抗化を可能にし、これによって接続信頼性を向上した半導体装置とその製造方法を提供する。
【解決手段】 半導体チップ2と、半導体チップ2の端子4に接続する配線6とを備えた半導体装置である。半導体チップ2の端子4の最上層4cが、厚さ0.1μm以上1.0μm以下の金属層によって形成され、配線6が、金属微粒子の焼結体によって形成され、配線6と端子4との間の接続部が、配線6の一部が端子4の最上層4c中に固相拡散した状態に形成されている。
【選択図】 図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device and a method for manufacturing the same, which can improve the strength and the resistance of the connection between a semiconductor chip and a wiring, thereby improving the connection reliability.
A semiconductor device includes a semiconductor chip and a wiring connected to a terminal of the semiconductor chip. The uppermost layer 4c of the terminal 4 of the semiconductor chip 2 is formed of a metal layer having a thickness of 0.1 μm or more and 1.0 μm or less, and the wiring 6 is formed of a sintered body of metal fine particles. The connecting portion is formed such that a part of the wiring 6 is solid-phase diffused in the uppermost layer 4 c of the terminal 4.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、半導体チップと配線との接続について、その強度向上と低抵抗化を可能にした半導体装置とその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same that can improve the strength and reduce the resistance of a connection between a semiconductor chip and a wiring.
近年、カードサイズの電子機器をはじめ、各種の電子機器は、薄くかつ軽くなってきている。このような電子機器の薄厚化、軽量化に伴い、これに実装される各種デバイスも、薄い状態のままで実装されることが求められている。
デバイスの一例としてシリコン製のICチップ(半導体チップ)を例にすると、近時、シリコンウエハの状態で裏面を削り、厚さ50μm以下の極薄のICチップを形成することが可能となっている。
In recent years, various electronic devices including card-sized electronic devices have become thinner and lighter. As such electronic devices become thinner and lighter, various devices mounted thereon are also required to be mounted in a thin state.
Taking a silicon IC chip (semiconductor chip) as an example of a device, it has recently become possible to form an extremely thin IC chip having a thickness of 50 μm or less by scraping the back surface in the state of a silicon wafer. .
ところで、このようなデバイスから外部に配線を引き出す方法としては、従来、異方性導電材料(ACFまたはACP)を用いる方法や、ワイヤーボンディング(WB)による方法が知られている。
また、特に電気的接続の信頼性を向上した技術として、電極パッド間に圧力を加えることによって接合部に良好な固相拡散層を形成する方法も知られている(例えば、参考文献1参照)。
In addition, as a technique for improving the reliability of electrical connection in particular, there is also known a method for forming a good solid phase diffusion layer at a joint by applying pressure between electrode pads (see, for example, Reference 1). .
しかしながら、異方性導電材料を用いる方法やワイヤーボンディングによる方法では、接合時の加圧力や超音波によって半導体チップにダメージが与えられ、接続信頼性が低下したり、甚だしい場合には半導体チップが破壊されてしまうこともある。
また、これら異方性導電材料を用いる方法やワイヤーボンディングによる方法、さらには電極パッド間に圧力を加えることで固相拡散層を形成する方法では、特に前記の極薄で機械的強度が低いICチップの電気的接続に適用した場合に、加圧力や超音波によってクラック等のダメージが生じ、これにより接合強度が低下したり電気的な接続抵抗が増大し、接続信頼性が低下してしまう。
However, in the method using an anisotropic conductive material or the method using wire bonding, the semiconductor chip is damaged by the applied pressure or ultrasonic wave at the time of bonding, and the connection reliability is lowered or severely damaged. It may be done.
Also, in the method using these anisotropic conductive materials, the method by wire bonding, and the method of forming a solid phase diffusion layer by applying pressure between the electrode pads, the above-mentioned extremely thin and low mechanical strength IC When applied to the electrical connection of the chip, damage such as cracks occurs due to the applied pressure or ultrasonic waves, thereby reducing the bonding strength or increasing the electrical connection resistance, thereby reducing the connection reliability.
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、半導体チップと配線との接続について、その強度向上と低抵抗化を可能にし、これによって接続信頼性を向上した半導体装置とその製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to improve the connection reliability between the semiconductor chip and the wiring by improving the strength and reducing the resistance. And providing a manufacturing method thereof.
前記目的を達成するため本発明の半導体装置の製造方法は、半導体チップと、該半導体チップの端子に接続する配線とを備えた半導体装置の製造方法であって、
前記半導体チップとして、前記端子の最上層が厚さ0.1μm以上1.0μm以下の金属層によって形成されたものを用い、
前記配線の形成材料として、金属微粒子を分散させてなる分散液を用い、
前記分散液を液滴吐出法で吐出して前記端子上に配した後、前記分散液を焼成して前記金属微粒子を焼結し、前記配線を形成するとともに、該配線の一部を前記端子の最上層中に固相拡散させて、該配線と前記端子との間を接続することを特徴としている。
In order to achieve the above object, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method of manufacturing a semiconductor device comprising a semiconductor chip and a wiring connected to a terminal of the semiconductor chip,
As the semiconductor chip, the top layer of the terminal is formed by a metal layer having a thickness of 0.1 μm or more and 1.0 μm or less,
As a material for forming the wiring, a dispersion liquid in which metal fine particles are dispersed is used.
After the dispersion liquid is discharged by a droplet discharge method and disposed on the terminal, the dispersion liquid is fired to sinter the metal fine particles to form the wiring, and a part of the wiring is partly connected to the terminal. The wiring is connected to the terminal by solid-phase diffusion in the uppermost layer.
この半導体装置の製造方法によれば、半導体チップの端子の最上層が厚さ0.1μm以上1.0μm以下の薄い金属層によって形成されているので、この金属層は、その形成時に金属の結晶が大きく成長せず、比較的小粒径のものとなる。すなわち、金属の結晶粒子はその粒径が最大でも膜厚までにしかならず、したがって小粒径のものにしかならないのである。よって、粒子間の界面(粒界)の面積が大きくなるため、固相拡散が起こり易くなる。
そこで、前記分散液を焼成して配線を形成すると、その一部が前記端子の最上層中に固相拡散する。したがって、このように配線の一部を前記端子の最上層中に固相拡散させて、該配線と前記端子との間を接続することにより、端子と配線との間に加圧力や超音波振動を加えることなく、接続部での接合強度の向上、及び低抵抗化を可能にすることができる。よって、接続信頼性を向上することができる。
また、このように端子と配線との間に加圧力や超音波振動を加えることなく、良好な接合強度を得ることができるので、特に半導体チップとして極薄のものを用いた場合にも、半導体チップにダメージを与えることなく、したがって破壊等を引き起こすことなく、良好な接合強度と低抵抗の接続構造を得ることができる。
According to this method for manufacturing a semiconductor device, the uppermost layer of the terminal of the semiconductor chip is formed by a thin metal layer having a thickness of 0.1 μm or more and 1.0 μm or less. Does not grow greatly and has a relatively small particle size. That is, the metal crystal particles have a maximum particle size up to the film thickness, and therefore have only a small particle size. Therefore, since the area of the interface (grain boundary) between the particles becomes large, solid phase diffusion is likely to occur.
Accordingly, when the wiring is formed by baking the dispersion, a part of the wiring is solid-phase diffused into the uppermost layer of the terminal. Therefore, a part of the wiring is solid-phase diffused in the uppermost layer of the terminal, and the wiring and the terminal are connected to each other, thereby applying pressure or ultrasonic vibration between the terminal and the wiring. Without adding, it is possible to improve the bonding strength at the connecting portion and to reduce the resistance. Therefore, connection reliability can be improved.
In addition, since a good bonding strength can be obtained without applying pressure or ultrasonic vibration between the terminal and the wiring in this way, even when an extremely thin semiconductor chip is used, the semiconductor A connection structure with good bonding strength and low resistance can be obtained without damaging the chip, and without causing damage or the like.
また、前記半導体装置の製造方法においては、前記端子の最上層が、金、銀、銅、スズ、インジウムのうちのいずれか一種からなる金属層によって形成されており、前記配線の形成材料として、金、銀、銅のうちのいずれか一種からなる金属微粒子を分散させてなる分散液を用いるのが好ましい。
このようにすれば、端子の最上層を形成する金属と配線の形成材料としての金属との間で相互拡散が起こり易くなり、結果的に端子の最上層中に配線の一部が固相拡散し易くなる。
In the method for manufacturing a semiconductor device, the uppermost layer of the terminal is formed of a metal layer made of any one of gold, silver, copper, tin, and indium. It is preferable to use a dispersion liquid in which metal fine particles made of any one of gold, silver, and copper are dispersed.
In this way, mutual diffusion easily occurs between the metal forming the uppermost layer of the terminal and the metal as the wiring forming material. As a result, a part of the wiring is solid-phase diffused in the uppermost layer of the terminal. It becomes easy to do.
また、前記半導体装置の製造方法においては、前記半導体チップをフレキシブル基板上に実装した後、前記端子に接続する前記配線を形成するようにしてもよい。
このようにすれば、半導体チップをフレキシブル基板上に実装するので、得られる半導体装置が可撓性を有するものとなり、したがってその用途が大きく拡大する。また、前述したように接続部での接合強度が向上していることから、接合部分に曲げ応力が生じた場合にも、半導体チップの剥離等が生じることが防止される。
In the method for manufacturing a semiconductor device, the wiring connected to the terminal may be formed after the semiconductor chip is mounted on a flexible substrate.
In this way, since the semiconductor chip is mounted on the flexible substrate, the resulting semiconductor device has flexibility, and therefore its application is greatly expanded. In addition, since the bonding strength at the connection portion is improved as described above, it is possible to prevent the semiconductor chip from being peeled off even when a bending stress is generated at the bonding portion.
また、前記半導体装置の製造方法においては、前記分散液の焼成を、150℃以上250℃以下の温度範囲で行うのが好ましい。
このようにすれば、特に半導体チップに対しての熱によるダメージを緩和することができ、さらに、フレキシブル基板を用いた場合にはこのフレキシブル基板へのダメージも緩和することができる。
In the method for manufacturing a semiconductor device, the dispersion liquid is preferably baked in a temperature range of 150 ° C. or higher and 250 ° C. or lower.
In this way, damage to the semiconductor chip due to heat can be alleviated, and when a flexible substrate is used, damage to the flexible substrate can also be alleviated.
本発明の半導体装置は、半導体チップと、該半導体チップの端子に接続する配線とを備えた半導体装置であって、
前記端子の最上層が、厚さ0.1μm以上1.0μm以下の金属層によって形成され、
前記配線が、金属微粒子の焼結体によって形成され、
前記配線と前記端子との間の接続部が、前記配線の一部が前記端子の最上層中に固相拡散した状態に形成されていることを特徴としている。
A semiconductor device of the present invention is a semiconductor device comprising a semiconductor chip and wiring connected to a terminal of the semiconductor chip,
The uppermost layer of the terminal is formed by a metal layer having a thickness of 0.1 μm or more and 1.0 μm or less,
The wiring is formed by a sintered body of metal fine particles,
A connecting portion between the wiring and the terminal is formed in a state where a part of the wiring is solid-phase diffused in the uppermost layer of the terminal.
この半導体装置によれば、半導体チップの端子の最上層が厚さ0.1μm以上1.0μm以下の薄い金属層によって形成されているので、この金属層は、前述したようにその形成時に金属の結晶が大きく成長せず、比較的小粒径のものとなっている。したがって、粒子間の界面(粒界)の面積が大きくなり、固相拡散が起こり易くなっていることから、実際にこれらの間の接続部が、一部固相拡散したものとなっている。よって、これら接続部はその接合強度が向上し、低抵抗化されたものとなり、これによって接続信頼性が向上したものとなる。
また、このように端子と配線との間で良好な接合強度が得られるので、特に半導体チップとして極薄のものを用いた場合にも、端子と配線との間に加圧力や超音波振動が加えられることなく、したがって半導体チップにダメージが与えられることなく、良好な接合強度と低抵抗の接続構造が得られるようになる。
According to this semiconductor device, since the uppermost layer of the terminal of the semiconductor chip is formed of a thin metal layer having a thickness of 0.1 μm or more and 1.0 μm or less, the metal layer is formed of a metal at the time of formation as described above. The crystal does not grow greatly and has a relatively small particle size. Therefore, since the area of the interface (grain boundary) between the particles becomes large and solid phase diffusion is likely to occur, a part of the connection portion between these actually solid phase diffuses. Therefore, these connecting portions have improved joint strength and reduced resistance, thereby improving connection reliability.
In addition, since a good bonding strength can be obtained between the terminal and the wiring in this way, even when an extremely thin semiconductor chip is used, pressure or ultrasonic vibration is generated between the terminal and the wiring. A connection structure with good bonding strength and low resistance can be obtained without being added, and thus without damaging the semiconductor chip.
また、前記半導体装置においては、前記端子の最上層が、金、銀、銅、スズ、インジウムのうちのいずれか一種からなり、前記配線が、金、銀、銅のうちのいずれか一種からなる金属微粒子の焼結体によって形成されているのが好ましい。
このようにすれば、端子の最上層を形成する金属と配線の形成材料としての金属との間で相互拡散が起こり易くなり、結果的に端子の最上層中に配線の一部が固相拡散し易くなる。
In the semiconductor device, the uppermost layer of the terminal is made of any one of gold, silver, copper, tin, and indium, and the wiring is made of any one of gold, silver, and copper. It is preferably formed of a sintered body of metal fine particles.
In this way, mutual diffusion easily occurs between the metal forming the uppermost layer of the terminal and the metal as the wiring forming material. As a result, a part of the wiring is solid-phase diffused in the uppermost layer of the terminal. It becomes easy to do.
また、前記半導体装置においては、前記半導体チップが、前記端子を上に向けたフェースアップでフレキシブル基板上に実装されていてもよい。
このようにすれば、半導体チップがフレキシブル基板上に実装されているので、半導体装置が可撓性を有するものとなり、したがってその用途が大きく拡大する。また、前述したように接続部での接合強度が向上していることから、接合部分に曲げ応力が生じた場合にも、半導体チップの剥離等が生じることが防止される。
In the semiconductor device, the semiconductor chip may be mounted on a flexible substrate face up with the terminals facing upward.
In this way, since the semiconductor chip is mounted on the flexible substrate, the semiconductor device has flexibility, and its application is greatly expanded. In addition, since the bonding strength at the connection portion is improved as described above, it is possible to prevent the semiconductor chip from being peeled off even when a bending stress is generated at the bonding portion.
以下、本発明を詳しく説明する。
図1(a)〜(c)は、本発明における半導体装置の一実施形態を示す図であり、図1中符号1は基板、2はこの基板1に実装された半導体チップである。基板1は、本実施形態ではポリイミド等の樹脂からなるフレキシブル基板からなっており、テープ状またはシート状など、各種の形状に形成されたものが使用可能である。この基板1には、図1(a)の要部平面図である図1(c)に示すように、その実装面側に銅等による配線パターン3が形成されている。配線パターン3は、その一端側が後述するように接続配線を介して半導体チップ2に接続され、他端側が外部装置の配線(図示せず)に接続されるようになっている。
The present invention will be described in detail below.
1A to 1C are diagrams showing an embodiment of a semiconductor device according to the present invention. In FIG. 1,
また、基板1の実装面上には、前記配線パターン3の側方に、接着剤等からなる接着層(図示せず)を介して半導体チップ2が実装されている。この半導体チップ2は、例えば集積回路を形成してなる能動部品や、さらには抵抗器、キャパシタ、インダクタ等の受動部品からなり、これら各種の部品を、本発明においては半導体チップ2としている。なお、本実施形態では、半導体チップ2として、集積回路を形成した能動部品を用いている。この半導体チップ2は、本実施形態では50μm以下の厚さに形成された極薄のもので、その一方の面側(表面側)にパッド(端子)4を有し、このパッド4を基板1と反対の側に向けた状態で実装された、すなわちフェースアップボンディングされたものである。また、基板1の実装面上には、この半導体チップ2を覆ってSiO2や絶縁性樹脂等からなる絶縁層5が形成されており、この絶縁層5には、前記パッド(端子)4を露出させる開口5aが形成されている。
On the mounting surface of the
半導体チップ2のパッド4は、図1(a)の要部拡大図である図1(b)に示すように、基層4aと中間層4bと最上層(最外層)4cとからなる積層構造となっている。すなわち、半導体チップ2内の集積回路(図示せず)より引き出された厚さ1.5μm程度のアルミニウム(Al)からなる基層4aと、この基層4a上にメッキされて厚さ3μm程度に形成されたニッケル(Ni)からなる中間層4bと、この中間層4b上にメッキされて厚さ0.4μm程度に形成された金(Au)からなる最上層4cとにより、パッド4が構成されている。
The
ここで、特に最上層4cは、後述するように接合配線6との間で実質的に接合層となる層であり、接合配線6を形成する金属を、固相拡散させるための下地層となるものである。したがって、接合配線6を形成する金属をより良好に固相拡散させるためには、この最上層4cとなる金属層は、これを形成する金属粒子間の界面(粒界)の面積が大きくなっているのが望ましい。
Here, in particular, the
そこで、本発明では、このように金属層を形成する金属粒子間の界面(粒界)の面積を大きくするべく、このパッド4の最上層4cの厚さを、0.1μm以上1.0μm以下にしている。このように膜厚を薄く形成することで、得られた最上層4c(金属層)は、形成時に金属の結晶が大きく成長せず、各金属粒子が比較的小粒径のものとなる。すなわち、金属の結晶粒子はその粒径が最大でも膜厚までにしかならず、したがって前記膜厚の範囲内であるため小粒径のものにしかならない。よって、金属粒子間の界面(粒界)の面積が大きくなるため、このパッド4の最上層4cは、これを下地層とすることで固相拡散が起こり易くなっている。
Therefore, in the present invention, in order to increase the area of the interface (grain boundary) between the metal particles forming the metal layer in this way, the thickness of the
ここで、最上層4cの厚さを0.1μm以上1.0μm以下にしたのは、0.1μm未満では、均一な膜を形成するのが難しく、さらに、形成された金属層(最上層4c)の粒界に、接合配線6の金属を十分に固相拡散させるだけでの容積が確保できないからである。また、1.0μmを越えると、形成される金属粒子が比較的大粒径に成長し、金属粒子間の界面(粒界)の面積が十分に大きくならないからである。
Here, the thickness of the
なお、パッド4の構成については前記のものに限定されることなく、特にパッド4において実質的な接合層となる最上層4cについては、金(Au)以外にも例えば銀(Ag)、銅(Cu)、スズ(Sn)、インジウム(In)のうちのいずれか一種で形成することができる。また、Au等による単一層とすることなく、これらAu、Ag、Cu、Sn、Inの複数からなる積層構造としてもよい。
The configuration of the
この半導体チップ2のパッド4上と前記配線パターン3上には、図1(c)に示したように接続配線(配線)6が形成されている。接続配線6は、後述するように液滴吐出法で形成されたもので、例えば金、銀、銅のうちのいずれか一種からなる金属微粒子、本実施形態では銀微粒子が焼結されて形成されたものである。このように接続配線6が前記パッド4と配線パターン3間に形成されていることにより、半導体チップ2は接続配線6を介して配線パターン3に電気的に接続され、これにより外部装置の配線(図示せず)に接続されるようになっている。
A connection wiring (wiring) 6 is formed on the
この接続配線6と前記パッド4の最上層4cとは、これらの間で形成される接続部で相互拡散が起こることにより、特に接続配線6の一部が最上層4c中に固相拡散した状態で接続部が形成されている。すなわち、前述したようにパッド4の最上層4cは、その膜厚が薄いためこれを形成する金属粒子(金粒子)が小粒径になっており、したがって金属粒子間の界面(粒界)の面積が大きく、これによりこの最上層4cに固相拡散が起こり易くなっている。よって、後述するように最上層4c上に接続配線6を液相法で形成することにより、最上層4cを形成する金属粒子(金粒子)の界面に、接続配線6となる金属材料が一部固相拡散しているのである。このように、接続配線6の一部が最上層4c中に固相拡散しているので、接続配線6はパッド4の最上層4cに対して良好な接合強度でしかも低抵抗に接続されたものとなっている。
The
ここで、本発明においては、半導体チップ2のパッド4の最上層4cを形成する金属が、金、銀、銅、スズ、インジウムのうちのいずれか一種からなるのが好ましく、一方、接続配線6については、これを形成する焼結体が、金、銀、銅のうちのいずれか一種からなる金属微粒子によって形成されているのが好ましい。これらの金属を選択することにより、最上層4cを形成する金属と接続配線6の形成材料としての金属との間で相互拡散が起こり易くなり、結果的にパッド4の最上層4c中に接続配線6の一部がより固相拡散し易くなるからである。
なお、このようにして形成された接続配線6は、これを覆う絶縁性樹脂等によって封止されている。
Here, in the present invention, the metal forming the
The
次に、このような構成からなる半導体装置の製造方法について説明する。
まず、図2(a)に示すように基板1を用意し、これの上に半導体チップ2を接着等によって実装する。なお、半導体チップ2には、基層4a、4b、4cからなるパッド4が形成されている。
基層4a、4b、4cの形成は、メッキ法によって基層4a上にNiを析出させ、パッド4の中間層4bを形成する。さらに、メッキ法によって前記中間層4b上にAuを析出させ、パッド4の最上層4cを形成を形成する。ここで、中間層4b、最上層4cの形成に用いるメッキ法としては、無電解メッキ法、電解メッキ法のいずれも採用可能である。また、メッキ法に代えてスパッタ法を採用することも可能である。
Next, a method for manufacturing a semiconductor device having such a configuration will be described.
First, as shown in FIG. 2A, a
The base layers 4a, 4b and 4c are formed by depositing Ni on the
次に、図2(b)に示すように半導体チップ2を覆った状態で基板1上に、CVD法等によって例えばSiO2を成膜し、絶縁層5を形成する。続いて、形成した絶縁層5をフォトレジスト法及びエッチング法を用いてパターニングし、前記パッド4(最上層4c)を露出させる開口5aを形成する。あるいは、前記パッド4(最上層4c)を露出させるような絶縁層5となる樹脂層を液滴吐出法で形成する。
このようにしてパッド4を形成すると、特にその最上層4cは、金属(金)の結晶が膜厚以下にしか成長せず、したがって各金属粒子が比較的小粒径のものとなる。よって、金属粒子間の界面(粒界)の面積が大きくなるため、このパッド4の最上層4cは、これを下地層とすることで固相拡散が起こり易くなる。
Next, as shown in FIG. 2B, for example, SiO 2 is formed on the
When the
次いで、得られたパッド4の最上層4cと前記配線パターン3上とを接続させるべく、これらの間に、図2(c)に示すように液滴吐出法によって金属微粒子の分散液を吐出し配する。液滴吐出法としては、インクジェット法やディスペンサ法などが採用可能であるが、特にインクジェット法が、所望位置に所望量の液状材料を配することができるため好ましく、本実施形態ではインクジェット法を用いるものとする。
Next, in order to connect the
ここで、インクジェット法による吐出を行うのに好適に用いられる液滴吐出ヘッド(インクジェットヘッド)について説明する。液滴吐出ヘッド34は、図3(a)に示すように例えばステンレス製のノズルプレート12と振動板13とを備え、両者を仕切部材(リザーバプレート)14を介して接合したものである。ノズルプレート12と振動板13との間には、仕切部材14によって複数の空間15と液溜まり16とが形成されている。各空間15と液溜まり16の内部は液状材料で満たされており、各空間15と液溜まり16とは供給口17を介して連通したものとなっている。また、ノズルプレート12には、空間15から液状材料を噴射するためのノズル孔18が縦横に整列させられた状態で複数形成されている。一方、振動板13には、液溜まり16に液状材料を供給するための孔19が形成されている。
Here, a liquid droplet ejection head (inkjet head) that is preferably used for performing ejection by the inkjet method will be described. As shown in FIG. 3A, the
また、振動板13の空間15に対向する面と反対側の面上には、図3(b)に示すように圧電素子(ピエゾ素子)20が接合されている。この圧電素子20は、一対の電極21の間に位置し、通電するとこれが外側に突出するようにして撓曲するよう構成されたものである。そして、このような構成のもとに圧電素子20が接合されている振動板13は、圧電素子20と一体になって同時に外側へ撓曲するようになっており、これによって空間15の容積が増大するようになっている。したがって、空間15内に増大した容積分に相当する液状材料が、液溜まり16から供給口17を介して流入する。また、このような状態から圧電素子20への通電を解除すると、圧電素子20と振動板13はともに元の形状に戻る。したがって、空間15も元の容積に戻ることから、空間15内部の液状材料の圧力が上昇し、ノズル孔18から基板1に向けて液状材料(分散液)の液滴22が吐出される。
Further, a piezoelectric element (piezo element) 20 is joined to the surface of the
吐出する分散液としては、例えば金、銀、銅のいずれか一種の金属微粒子を、分散液に分散させてなるものが用いられる。特に本実施形態では、前述したように銀微粒子を分散液に分散させてなるものが用いられている。本発明において用いられる金属微粒子については、その分散性を向上させるため、表面に有機物などをコーティングして用いることもできる。金属微粒子の表面にコーティングするコーティング材としては、例えば立体障害や静電反発を誘発するようなポリマーが挙げられる。また、金属微粒子の粒径は5nm以上、0.1μm以下であるのが好ましい。0.1μmより大きいと、吐出ヘッドのノズルの目詰まりが起こりやすく、インクジェット法による吐出が困難になるからである。また5nmより小さいと、金属微粒子に対するコーティング材の体積比が大きくなり、得られる膜中の有機物の割合が過多となるからである。 As the dispersion liquid to be discharged, for example, a dispersion liquid in which any one kind of metal fine particles of gold, silver, and copper is dispersed in the dispersion liquid is used. In particular, in the present embodiment, as described above, those obtained by dispersing silver fine particles in a dispersion are used. The metal fine particles used in the present invention can be used by coating the surface with an organic substance or the like in order to improve the dispersibility. Examples of the coating material for coating the surface of the metal fine particles include polymers that induce steric hindrance and electrostatic repulsion. The particle size of the metal fine particles is preferably 5 nm or more and 0.1 μm or less. If it is larger than 0.1 μm, the nozzle of the ejection head is likely to be clogged, and it becomes difficult to eject by the ink jet method. On the other hand, if the thickness is smaller than 5 nm, the volume ratio of the coating material to the metal fine particles is increased, and the ratio of the organic matter in the obtained film becomes excessive.
金属微粒子を分散させる分散液としては、室温での蒸気圧が0.001mmHg以上、200mmHg以下(約0.133Pa以上、26600Pa以下)であるものが好ましい。蒸気圧が200mmHgより高い場合には、吐出後に分散液が急激に蒸発してしまい、良好な膜(配線膜)を形成することが困難となるためである。
また、分散液の蒸気圧は、0.001mmHg以上、50mmHg以下(約0.133Pa以上、6650Pa以下)であることがより好ましい。蒸気圧が50mmHgより高い場合には、インクジェット法(液滴吐出法)で液滴を吐出する際に乾燥によるノズル詰まりが起こり易く、安定な吐出が困難となるからである。一方、室温での蒸気圧が0.001mmHgより低い分散液の場合、乾燥が遅くなって膜中に分散液が残留しやすくなり、後工程の加熱処理後に良質の導電膜(配線)が得られにくくなるからである。
As the dispersion for dispersing the metal fine particles, those having a vapor pressure at room temperature of 0.001 mmHg or more and 200 mmHg or less (about 0.133 Pa or more and 26600 Pa or less) are preferable. This is because when the vapor pressure is higher than 200 mmHg, the dispersion rapidly evaporates after discharge, making it difficult to form a good film (wiring film).
The vapor pressure of the dispersion is more preferably 0.001 mmHg or more and 50 mmHg or less (about 0.133 Pa or more and 6650 Pa or less). This is because when the vapor pressure is higher than 50 mmHg, nozzle clogging due to drying tends to occur when droplets are ejected by the ink jet method (droplet ejection method), and stable ejection becomes difficult. On the other hand, in the case of a dispersion having a vapor pressure lower than 0.001 mmHg at room temperature, the drying is slow and the dispersion tends to remain in the film, and a high-quality conductive film (wiring) is obtained after the heat treatment in the subsequent process. This is because it becomes difficult.
使用する分散液としては、前記の金属微粒子を分散できるもので、凝集を起こさないものであれば特に限定されないが、水の他に、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノールなどのアルコール類、n−ヘプタン、n−オクタン、デカン、テトラデカン、デカリン、トルエン、キシレン、シメン、デュレン、インデン、ジペンテン、テトラヒドロナフタレン、デカヒドロナフタレン、シクロヘキシルベンゼンなどの炭化水素系化合物、又はエチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールメチルエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、1,2−ジメトキシエタン、ビス(2−メトキシエチル)エーテル、p−ジオキサンなどのエーテル系化合物、更にプロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、N−メチル−2−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、シクロヘキサノンなどの極性化合物を挙げることができる。これらのうち、微粒子の分散性と分散液の安定性、また、インクジェット法への適用のし易さの点で、水、アルコール類、炭化水素系化合物、エーテル系化合物が好ましく、更に好ましい分散液としては水、炭化水素系化合物を挙げることができる。これらの分散液は、単独でも、あるいは2種以上の混合物としても使用できる。 The dispersion to be used is not particularly limited as long as it can disperse the metal fine particles and does not cause aggregation. In addition to water, alcohols such as methanol, ethanol, propanol and butanol, n-heptane , N-octane, decane, tetradecane, decalin, toluene, xylene, cymene, durene, indene, dipentene, tetrahydronaphthalene, decahydronaphthalene, cyclohexylbenzene and other hydrocarbon compounds, or ethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol diethyl ether, ethylene Glycol methyl ethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol methyl ethyl ether, 1,2-dimethoxyethane, bis (2 Methoxyethyl) ether, p- ether compounds such as dioxane, propylene carbonate, .gamma.-butyrolactone, N- methyl-2-pyrrolidone, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, may be mentioned polar compounds such as cyclohexanone. Of these, water, alcohols, hydrocarbon compounds, and ether compounds are preferred, and further preferred dispersions are preferred in view of dispersibility of the fine particles, stability of the dispersion, and ease of application to the inkjet method. Examples thereof include water and hydrocarbon compounds. These dispersions can be used alone or as a mixture of two or more.
前記金属微粒子を分散液に分散する場合の分散質濃度、すなわち金属微粒子濃度は、1質量%以上、80質量%以下であり、所望の接続配線6の膜厚に応じて調整することができる。1質量%未満では後の加熱による焼成処理に長時間を要することになり、また、80質量%を超えると凝集をおこしやすくなって均一な膜が得られにくくなるからである。
The dispersoid concentration when the metal fine particles are dispersed in the dispersion, that is, the metal fine particle concentration is 1% by mass or more and 80% by mass or less, and can be adjusted according to the desired film thickness of the
前記金属微粒子の分散液の表面張力は、0.02N/m以上、0.07N/m以下の範囲に入ることが好ましい。インクジェット法にて液状体を吐出する際、表面張力が0.02N/m未満であると、この液状体のノズル面に対する濡れ性が増大するため飛行曲りが生じ易くなり、0.07N/mを超えるとノズル先端でのメニスカスの形状が安定しないため吐出量、吐出タイミングの制御が困難になるからである。 The surface tension of the dispersion of the metal fine particles is preferably in the range of 0.02 N / m or more and 0.07 N / m or less. When the liquid material is ejected by the ink jet method, if the surface tension is less than 0.02 N / m, the wettability of the liquid material to the nozzle surface increases, and thus flight bending easily occurs, and 0.07 N / m. This is because if it exceeds, the shape of the meniscus at the tip of the nozzle is not stable, and it becomes difficult to control the discharge amount and the discharge timing.
上記分散液の粘度は、1mPa・s以上、50mPa・s以下であるのが好ましい。インクジェット法にて吐出する際、粘度が1mPa・sより小さい場合には、吐出ヘッドのノズル周辺部がインク(分散液)の流出によって汚染されやすく、また、粘度が50mPa・sより大きい場合には、ノズル孔での目詰まり頻度が高くなって円滑な液滴の吐出が困難になるからである。 The viscosity of the dispersion is preferably 1 mPa · s or more and 50 mPa · s or less. When discharging by the inkjet method, if the viscosity is less than 1 mPa · s, the nozzle periphery of the discharge head is easily contaminated by the outflow of ink (dispersion), and if the viscosity is greater than 50 mPa · s This is because the frequency of clogging at the nozzle holes increases, and it becomes difficult to smoothly discharge droplets.
本実施形態では、金属微粒子として、平均粒径が5nmで樹脂をコーティングした後の平均粒径が7nmの銀微粒子を用い、これをテトラデカンに分散させてなる分散液(ULVAC社製)を用いている。このような銀微粒子の分散液の液滴22を、図3(b)に示したように液滴吐出ヘッド34から吐出し、基板1上の接続配線6を形成すべき場所に滴下し、接続配線6の前駆体6aを形成する。このとき、液だまり(バルジ)が生じないように、続けて吐出する液滴の重なり程度を制御する必要がある。また、一回目の吐出では複数の液滴を互いに接しないように離間して吐出し、2回目以降の吐出によって、その間を埋めていくような吐出方法を採用することもできる。
In the present embodiment, silver fine particles having an average particle size of 5 nm after coating with a resin having an average particle size of 5 nm are used as metal fine particles, and a dispersion liquid (manufactured by ULVAC) obtained by dispersing this in tetradecane is used. Yes. A
このようにして接続配線6の前駆体6aを形成したら、これを加熱処理することによって焼成し、金属微粒子(銀微粒子)を焼結して図1(a)〜(c)に示したように接続配線6を形成する。焼成温度については、150℃以上250℃以下の温度範囲とするのが好ましく、特に金からなるパッド4(最上層4c)に銀微粒子からなる接続配線6を形成する本実施形態では、200℃程度で2時間焼成処理するのが望ましい。焼成温度を150℃未満にすると、焼成が十分になされず、固相拡散が良好に起こらなくなるおそれがあるからであり、250℃を越えると、半導体チップ2に対しての熱によるダメージが無視できなくなり、また、基板1としフレキシブル基板を用いた場合には、このフレキシブル基板に対してのダメージも大きくなってしまうからである。
When the
このようにして加熱処理(焼成処理)を行うと、パッド4の最上層4cは前述したように固相拡散が起こり易くなっているので、接続配線6の前駆体6a(分散液)を形成する金属微粒子(銀微粒子)の一部が、最上層4cを形成する金属粒子間の界面(粒界)に固相拡散し、その状態で最終的に焼結する。
When the heat treatment (baking treatment) is performed in this way, the
ここで、前記したようにして接続配線6を形成した後、パッド4の最上層4cと接続配線6との界面部分を剥離して試料を作製し、この試料を以下のようにして分析することで、前記の最上層4cと接続配線6との界面部分において固相拡散が起こっていることを確認した。
まず、試料の作製にはミクロトーム加工装置(日本電子社製;ULTRACUT−J)、および集束イオンビーム加工装置(セイコーインスツルメンツ社製;SMI−9200)を用いた。そして、得られた試料について最上層4cと接続配線6との界面部分の側断面を、走査型電子顕微鏡(日立製作所社製;S4500)を用いて調べ、SEM像(SEM写真)を得た。
Here, after the
First, a microtome processing apparatus (manufactured by JEOL; ULTRACUT-J) and a focused ion beam processing apparatus (manufactured by Seiko Instruments Inc .; SMI-9200) were used for the preparation of the samples. And about the obtained sample, the side cross section of the interface part of the
次いで、同じ試料について、そのSEM像を撮った箇所と同一の箇所について、電子線を照射して発生するオージェ電子を利用し、表面積の元素分析を行うAES法(オージェ電子分光法)により、前記接続配線6から最上層4c側に向かう、膜の深さ方向でのAESライン分析を行った。なお、このAESライン分析は、パーキンエルマー社製のPHI−670を用いて行った。得られた結果を図4のグラフに示す。
Next, for the same sample, the same location as the location where the SEM image was taken, using Auger electrons generated by irradiating an electron beam, and by AES method (Auger electron spectroscopy) for performing elemental analysis of the surface area, An AES line analysis in the depth direction of the film from the
図4において、横軸は試料の表面からの距離(深さ)を示し、縦軸は、元素量を示している。この図4より、試料の表面から約1.5μmまでは、接続配線6となる銀(Ag)がほとんどであるが、それからさらに約2.0μmの深さまで、すなわち0.4μmの膜厚に形成した最上層4cに相当する部分では、最上層4cを形成する金(Au)以外にも、比較的大きな割合でAgが存在していることが分かる。したがって、最上層4c中に、接続配線6を形成する金属の一部がかなりの割合で固相拡散していることが分かった。
In FIG. 4, the horizontal axis indicates the distance (depth) from the surface of the sample, and the vertical axis indicates the element amount. From FIG. 4, from the surface of the sample to about 1.5 μm, most of the silver (Ag) that becomes the
このように本実施形態の製造方法によれば、半導体チップ2のパッド4の最上層4cを厚さ0.1μm以上1.0μm以下の薄い金属層としているので、固相拡散が起こり易くなっており、結果として前記分散液を焼成して接続配線6を形成すると、その一部が前記パッド4の最上層4c中に固相拡散する。よって、このように接続配線6とパッド4との間を接続することにより、パッド4と接続配線6との間に加圧力や超音波振動を加えることなく、接続部での接合強度の向上、及び低抵抗化を可能にすることができ、これによって接続信頼性を向上することができる。
すなわち、固相拡散によって接合界面が非常に強固になり、したがって機械的な接続強度を格段に向上すると同時に、電気的な接触抵抗の低減を図ることができる。
As described above, according to the manufacturing method of the present embodiment, the
That is, the bonding interface becomes very strong by solid phase diffusion, so that the mechanical connection strength can be remarkably improved and the electrical contact resistance can be reduced.
また、接合界面(金属界面)に圧力を加えることなく、パッド4と接続配線6との間の接合強度の向上と低抵抗化を図ることができるため、例えば50μm以下と極薄であり、したがって機械強度が低い半導体チップ2を実装する場合でも、これにダメージを与えることなく、したがって破壊等を引き起こすことなく、この半導体チップ2から容易に配線を引き出すことができる。また、このように極薄の半導体チップ2の実装が可能になることから、特にこの半導体チップ2をフレキシブル基板に実装することで、半導体チップ2の接合部分に曲げ応力が生じた場合にも、フレキシブル基板に対する半導体チップ2の界面剥離を防止することができる。
Further, since the bonding strength between the
また、このようにして得られた半導体装置にあっては、前述したように半導体チップ2のパッド4の最上層4cと接続配線6との間の接続部が一部固相拡散しているので、この接続部での接合強度が向上し、かつ低抵抗化されたものとなり、したがって接続信頼性が向上したものとなる。
さらに、このようにパッド4と接続配線6との間で良好な接合強度が得られるので、特に半導体チップ2として極薄のものを用いた場合にも、端子と配線との間に加圧力や超音波振動が加えられることなく、したがって半導体チップ2にダメージが与えられることなく、良好な接合強度と低抵抗の接続構造が得られるようになる。
Further, in the semiconductor device obtained in this way, as described above, the connection portion between the
In addition, since a good bonding strength can be obtained between the
また、極薄の半導体チップ2がフレキシブル基板上に実装されているので、半導体装置自体が可撓性を有するものとなり、したがってその用途が大きく拡大する。また、前述したように接続部での接合強度が向上していることから、接合部分に曲げ応力が生じた場合にも、半導体チップ2の剥離等が生じることが防止されたものとなる。
In addition, since the
したがって、本発明の半導体装置は、液晶装置、有機EL装置、プラズマディスプレイ装置(PDP)、電界放出ディスプレイ(FED)等の電気光学装置などの電子機器の部品などとして好適に用いられる。
なお、本発明は前記実施形態に限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない限り種々の変更が可能である。例えば、基板としてフレキシブル基板を用いることなく、ガラス等の硬質の基板を用いることもできる。
Therefore, the semiconductor device of the present invention is suitably used as a component of electronic equipment such as an electro-optical device such as a liquid crystal device, an organic EL device, a plasma display device (PDP), and a field emission display (FED).
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. For example, a hard substrate such as glass can be used without using a flexible substrate as the substrate.
1…基板、2…半導体チップ、3…配線パターン、4…パッド(端子)、
4c…最上層、5…絶縁層、6…接続配線(配線)
DESCRIPTION OF
4c ... uppermost layer, 5 ... insulating layer, 6 ... connection wiring (wiring)
Claims (7)
前記半導体チップとして、前記端子の最上層が厚さ0.1μm以上1.0μm以下の金属層によって形成されたものを用い、
前記配線の形成材料として、金属微粒子を分散させてなる分散液を用い、
前記分散液を液滴吐出法で吐出して前記端子上に配した後、前記分散液を焼成して前記金属微粒子を焼結し、前記配線を形成するとともに、該配線の一部を前記端子の最上層中に固相拡散させて、該配線と前記端子との間を接続することを特徴とする半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device comprising a semiconductor chip and wiring connected to terminals of the semiconductor chip,
As the semiconductor chip, the top layer of the terminal is formed by a metal layer having a thickness of 0.1 μm or more and 1.0 μm or less,
As a material for forming the wiring, a dispersion liquid in which metal fine particles are dispersed is used.
After the dispersion liquid is discharged by a droplet discharge method and disposed on the terminal, the dispersion liquid is fired to sinter the metal fine particles to form the wiring, and a part of the wiring is partly connected to the terminal. A method of manufacturing a semiconductor device, characterized in that the wiring and the terminal are connected by solid-phase diffusion in the uppermost layer.
前記配線の形成材料として、金、銀、銅のうちのいずれか一種からなる金属微粒子を分散させてなる分散液を用いることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。 The uppermost layer of the terminal is formed of a metal layer made of any one of gold, silver, copper, tin, and indium;
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein a dispersion liquid in which metal fine particles made of any one of gold, silver, and copper are dispersed is used as a material for forming the wiring.
前記端子の最上層が、厚さ0.1μm以上1.0μm以下の金属層によって形成され、
前記配線が、金属微粒子の焼結体によって形成され、
前記配線と前記端子との間の接続部が、前記配線の一部が前記端子の最上層中に固相拡散した状態に形成されていることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device comprising a semiconductor chip and wiring connected to a terminal of the semiconductor chip,
The uppermost layer of the terminal is formed by a metal layer having a thickness of 0.1 μm or more and 1.0 μm or less,
The wiring is formed by a sintered body of metal fine particles,
A connection portion between the wiring and the terminal is formed in a state where a part of the wiring is solid-phase diffused in the uppermost layer of the terminal.
前記配線が、金、銀、銅のうちのいずれか一種からなる金属微粒子の焼結体によって形成されていることを特徴とする請求項5記載の半導体装置。 The uppermost layer of the terminal is made of any one of gold, silver, copper, tin, and indium,
6. The semiconductor device according to claim 5, wherein the wiring is formed of a sintered body of metal fine particles made of any one of gold, silver, and copper.
7. The semiconductor device according to claim 5, wherein the semiconductor chip is mounted on a flexible substrate face up with the terminals facing upward.
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