JP3051617B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子の電極と配
線基板の電極とを金属突起を介して接続するようにした
半導体装置の製造方法に関する。
線基板の電極とを金属突起を介して接続するようにした
半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体素子を多数個搭載した電子
機器が急増してきている。例えば、メモリーカード,液
晶やELディスプレイ等があり、これらはいずれも複数
個のLSIチップを一定面積を有する基板上に高密度に
しかも薄型に搭載しなければならない。このようにLS
Iチップを高密度に実装する有効な手段としてマイクロ
バンプボンディング方式(以下MBB方式と呼称す
る。)がある。この方式はLSIチップのAl電極上に
形成された金属突起電極と配線基板の配線の電極とを加
圧しながら光硬化性の絶縁樹脂で接着,接続する方式で
あり、樹脂の収縮力のみで両者の電極同士を電気的に接
続している。この方式では、上述のごとく、LSIチッ
プのAl電極上に金属突起を直接形成する必要があり、
この金属突起を直接形成する方法として、従来は、LS
IチップのAl電極上にCr−CuやTi−Pd等のバ
リヤメタルと呼ばれる多層金属膜を形成し、この上に電
解めっき法でバンプと呼ばれる金属突起を形成する方法
で行なっていた。しかし、このようにLSIチップのA
l電極上に直接金属突起を形成するのには、多数の蒸着
工程やフォトリソ工程、エッチィング工程が必要とな
る。このため、これらの工程の途中においてLSIチッ
プに損傷を与え、歩留まりを低下させる原因になった
り、全体的に実装コストを高くするばかりか信頼性をも
低下させるものであった。さらには、予めこの金属突起
が形成されたLSIチップを入手するのが困難であり、
非常に汎用性に欠けるといった欠点があった。
機器が急増してきている。例えば、メモリーカード,液
晶やELディスプレイ等があり、これらはいずれも複数
個のLSIチップを一定面積を有する基板上に高密度に
しかも薄型に搭載しなければならない。このようにLS
Iチップを高密度に実装する有効な手段としてマイクロ
バンプボンディング方式(以下MBB方式と呼称す
る。)がある。この方式はLSIチップのAl電極上に
形成された金属突起電極と配線基板の配線の電極とを加
圧しながら光硬化性の絶縁樹脂で接着,接続する方式で
あり、樹脂の収縮力のみで両者の電極同士を電気的に接
続している。この方式では、上述のごとく、LSIチッ
プのAl電極上に金属突起を直接形成する必要があり、
この金属突起を直接形成する方法として、従来は、LS
IチップのAl電極上にCr−CuやTi−Pd等のバ
リヤメタルと呼ばれる多層金属膜を形成し、この上に電
解めっき法でバンプと呼ばれる金属突起を形成する方法
で行なっていた。しかし、このようにLSIチップのA
l電極上に直接金属突起を形成するのには、多数の蒸着
工程やフォトリソ工程、エッチィング工程が必要とな
る。このため、これらの工程の途中においてLSIチッ
プに損傷を与え、歩留まりを低下させる原因になった
り、全体的に実装コストを高くするばかりか信頼性をも
低下させるものであった。さらには、予めこの金属突起
が形成されたLSIチップを入手するのが困難であり、
非常に汎用性に欠けるといった欠点があった。
【0003】そこで、上記不具合を解消する方法とし
て、例えば特公平2−7180号公報に開示されるよう
に、他の基板上に形成された金属突起を、転写法により
LSIチップのAl電極に転写・接合する方法がある。
て、例えば特公平2−7180号公報に開示されるよう
に、他の基板上に形成された金属突起を、転写法により
LSIチップのAl電極に転写・接合する方法がある。
【0004】以下、上記MBB方式の工程と併せてこの
工程について、図5(a)〜(g)に基づき説明する。
図5(a)〜(g)は、上記従来の公報の製造工程にお
ける状態の変化を示す断面図である。まず、同図(a)
に示すように、Auで構成される金属突起22を備えた
金属突起用基板21を準備する。この金属突起22は、
主として電解メッキ法により金属突起用基板21上に形
成されたものである。そして、半導体素子23を金属突
起用基板21の上方に設置し、半導体素子23のAl電
極24と金属突起22とを位置合わせする。
工程について、図5(a)〜(g)に基づき説明する。
図5(a)〜(g)は、上記従来の公報の製造工程にお
ける状態の変化を示す断面図である。まず、同図(a)
に示すように、Auで構成される金属突起22を備えた
金属突起用基板21を準備する。この金属突起22は、
主として電解メッキ法により金属突起用基板21上に形
成されたものである。そして、半導体素子23を金属突
起用基板21の上方に設置し、半導体素子23のAl電
極24と金属突起22とを位置合わせする。
【0005】次に、同図(b)に示すように、金属突起
22とAl電極24とを接触させた状態で、半導体素子
23の裏面からボンディングツール25によって加圧、
加熱する。この加圧、加熱により、図6(a)に示すご
とく、金属突起22とAl電極24との間に合金層32
が生じ、金属突起22はAl電極24に接合される。こ
のとき、温度は約380〜460℃、圧力は1金属突起
当り7〜10g、時間は1sec程度である。ここで、
金属突起22とAl電極24との界面層には、わずかの
Au−Al合金層32が形成されている。すなわち、金
属突起22の形状や大きさを形成時の状態からあまり大
きく変化させないように、できる限り小さな圧力,低い
温度,短い時間で、加圧・加熱を行っているからであ
る。
22とAl電極24とを接触させた状態で、半導体素子
23の裏面からボンディングツール25によって加圧、
加熱する。この加圧、加熱により、図6(a)に示すご
とく、金属突起22とAl電極24との間に合金層32
が生じ、金属突起22はAl電極24に接合される。こ
のとき、温度は約380〜460℃、圧力は1金属突起
当り7〜10g、時間は1sec程度である。ここで、
金属突起22とAl電極24との界面層には、わずかの
Au−Al合金層32が形成されている。すなわち、金
属突起22の形状や大きさを形成時の状態からあまり大
きく変化させないように、できる限り小さな圧力,低い
温度,短い時間で、加圧・加熱を行っているからであ
る。
【0006】そして、同図(c)に示すように、ボンデ
ィングツール25に形成されている真空吸着孔26を介
して真空ポンプ(図示せず)によって半導体素子23を
吸着しながら、ボンディングツール25を上方に持ち上
げると、金属突起22は金属突起用基板21から引き剥
がされ、Al電極24に転写される。
ィングツール25に形成されている真空吸着孔26を介
して真空ポンプ(図示せず)によって半導体素子23を
吸着しながら、ボンディングツール25を上方に持ち上
げると、金属突起22は金属突起用基板21から引き剥
がされ、Al電極24に転写される。
【0007】次に、同図(d)に示すように、上述の工
程で金属突起22が転写・接合された半導体素子23
と、この金属突起22に対応した位置に配線電極27を
有する配線基板28とを位置合わせするとともに、配線
基板28上の半導体素子23が位置する領域に光硬化性
絶縁樹脂29を塗布する。
程で金属突起22が転写・接合された半導体素子23
と、この金属突起22に対応した位置に配線電極27を
有する配線基板28とを位置合わせするとともに、配線
基板28上の半導体素子23が位置する領域に光硬化性
絶縁樹脂29を塗布する。
【0008】この後、同図(e)に示すように、常温の
加圧ツール30によって金属突起22を配線電極27に
圧接する。この時、両者間に介在していた光硬化性の絶
縁樹脂29は周囲に押しやられて、金属突起22と配線
電極27とは電気的に完全に接続がとられた状態とな
る。また、このとき、接続状態を完全とするために金属
突起22は大きく変形させる必要がある。たとえば、加
圧前に約10μm程度あった金属突起22の厚みは4〜
5μm程度までに変形される。これに必要な荷重は1金
属突起当り90〜100gである。
加圧ツール30によって金属突起22を配線電極27に
圧接する。この時、両者間に介在していた光硬化性の絶
縁樹脂29は周囲に押しやられて、金属突起22と配線
電極27とは電気的に完全に接続がとられた状態とな
る。また、このとき、接続状態を完全とするために金属
突起22は大きく変形させる必要がある。たとえば、加
圧前に約10μm程度あった金属突起22の厚みは4〜
5μm程度までに変形される。これに必要な荷重は1金
属突起当り90〜100gである。
【0009】この後、同図(f)に示すように、配線基
板28の裏面もしくは側面から紫外線31を照射し、光
硬化性絶縁樹脂29を硬化させる。
板28の裏面もしくは側面から紫外線31を照射し、光
硬化性絶縁樹脂29を硬化させる。
【0010】最後に、同図(g)に示すように、加圧を
解除して接続は終了する。このように従来技術では配線
基板28と半導体素子23との接合を無加熱で圧接し、
両者を光硬化性絶縁樹脂29で固定することにより、従
来までに課題とされていた点を改善し、以下に示すよう
な特徴を有している。
解除して接続は終了する。このように従来技術では配線
基板28と半導体素子23との接合を無加熱で圧接し、
両者を光硬化性絶縁樹脂29で固定することにより、従
来までに課題とされていた点を改善し、以下に示すよう
な特徴を有している。
【0011】1.無加熱接続であるため熱的ストレスを
与えることなく接続できる。
与えることなく接続できる。
【0012】2.接続される部材が圧接(接触)されて
いるだけなので熱膨張係数の差による接合部での熱的ス
トレスを受けない。
いるだけなので熱膨張係数の差による接合部での熱的ス
トレスを受けない。
【0013】3.接続部がほとんど金属結合を介した接
合ではないので狭ピッチに対応できる。
合ではないので狭ピッチに対応できる。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の方法では、以下に示すような問題があった。
来の方法では、以下に示すような問題があった。
【0015】まず、上述のごとく、図6(a)に示すよ
うに、最初の転写・接合工程で金属突起22とAl電極
24との界面に形成されるAu−Al合金層32は極め
て薄い層である。これは、Au−Al合金層32が金属
突起22を金属突起用基板21から引き剥がすのに必要
な結合力を与えればよく、また、金属突起22が大きく
変形すると後の工程における接続不良を招く虞れがある
からである。すなわち、大きい圧力や高い温度を加えた
り、長い時間の接合を行うと、電解メッキ等で形成され
た主として柱状晶の金属突起22は大きく変形して、次
工程における金属突起22との配線27との接続に支障
をきたす。したがって、金属突起22はほとんど変形し
ていない状態でAl電極24上に転写されている。
うに、最初の転写・接合工程で金属突起22とAl電極
24との界面に形成されるAu−Al合金層32は極め
て薄い層である。これは、Au−Al合金層32が金属
突起22を金属突起用基板21から引き剥がすのに必要
な結合力を与えればよく、また、金属突起22が大きく
変形すると後の工程における接続不良を招く虞れがある
からである。すなわち、大きい圧力や高い温度を加えた
り、長い時間の接合を行うと、電解メッキ等で形成され
た主として柱状晶の金属突起22は大きく変形して、次
工程における金属突起22との配線27との接続に支障
をきたす。したがって、金属突起22はほとんど変形し
ていない状態でAl電極24上に転写されている。
【0016】この後、上述のごとく、無加熱で1金属突
起当り90〜100gの高荷重をかけて、金属突起22
を大きく変形させて配線基板28上の配線電極27に圧
接する(図5(e)参照)が、この時、図6(b)に示
すように、前工程の転写工程で1度層状に形成されたA
u−Al合金層32は金属突起22の大きな変形にとも
ない分断されて、金属突起22とAl電極24の接合面
付近に点在する形となる。したがって、両者の境界付近
のAu−Al合金層32以外の部分では、合金化されて
いない部分がほとんどであり、強度的に信頼性の低い接
合となってしまう。
起当り90〜100gの高荷重をかけて、金属突起22
を大きく変形させて配線基板28上の配線電極27に圧
接する(図5(e)参照)が、この時、図6(b)に示
すように、前工程の転写工程で1度層状に形成されたA
u−Al合金層32は金属突起22の大きな変形にとも
ない分断されて、金属突起22とAl電極24の接合面
付近に点在する形となる。したがって、両者の境界付近
のAu−Al合金層32以外の部分では、合金化されて
いない部分がほとんどであり、強度的に信頼性の低い接
合となってしまう。
【0017】すなわち、この製造方法で形成された接合
部は、高温放置等の信頼性試験を行うと、比較的短い試
験時間で金属突起22とAl電極24との界面の電気抵
抗が増加し、さらに試験を継続すると最後には完全に電
気的に不通の状態となってしまう憾みがあった。特に、
配線基板と半導体素子との熱膨張係数が異なるような組
み合わせでは、高温条件下での使用中には、両者の熱膨
張係数の差によって、半導体素子23のAl電極24と
金属突起22との間に大きな応力が作用するので、両者
間の接合の破壊も生じる虞れがあった。
部は、高温放置等の信頼性試験を行うと、比較的短い試
験時間で金属突起22とAl電極24との界面の電気抵
抗が増加し、さらに試験を継続すると最後には完全に電
気的に不通の状態となってしまう憾みがあった。特に、
配線基板と半導体素子との熱膨張係数が異なるような組
み合わせでは、高温条件下での使用中には、両者の熱膨
張係数の差によって、半導体素子23のAl電極24と
金属突起22との間に大きな応力が作用するので、両者
間の接合の破壊も生じる虞れがあった。
【0018】本発明は斯かる点に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、半導体素子の電極と配線の電極とを
金属突起を介して接続してなる半導体装置の製造方法と
して、半導体素子の電極と金属突起との合金化による転
写・接合を行った後、配線の電極と金属突起とを位置合
わせした状態で、半導体素子の電極と金属突起とを再度
合金化してから、金属突起を介して半導体素子の電極と
配線の電極とを接続させることにより、半導体素子の電
極−配線の電極間の接続の際における不具合を生ぜしめ
ることなく、半導体素子の電極と金属突起との結合の強
化を図り、もって、信頼性の向上を図ることにある。
あり、その目的は、半導体素子の電極と配線の電極とを
金属突起を介して接続してなる半導体装置の製造方法と
して、半導体素子の電極と金属突起との合金化による転
写・接合を行った後、配線の電極と金属突起とを位置合
わせした状態で、半導体素子の電極と金属突起とを再度
合金化してから、金属突起を介して半導体素子の電極と
配線の電極とを接続させることにより、半導体素子の電
極−配線の電極間の接続の際における不具合を生ぜしめ
ることなく、半導体素子の電極と金属突起との結合の強
化を図り、もって、信頼性の向上を図ることにある。
【0019】
【課題を達成するための手段】上記目的を達成するた
め、具体的に請求項1の発明の講じた手段は、合成樹脂
板上に配線及び該配線の電極が形成された配線基板と、
該配線基板に搭載され、金属突起を介して上記配線の電
極に接続される電極が形成された半導体素子とを有する
半導体装置の製造方法として、上記半導体素子の電極に
対応した位置に金属突起を設けた金属突起用基板を予め
作成しておく準備工程と、上記半導体素子と金属突起用
基板とを対峙させ、上記半導体素子の電極と金属突起と
を位置合わせして、上記半導体素子と金属突起用基板と
を互いに押付け合う押圧力を加えるとともに、上記半導
体素子と上記金属突起用基板とを加熱して、上記半導体
素子の電極と上記金属突起との間に合金層を形成させた
後、上記金属突起を金属突起用基板から半導体素子の電
極に転写させる転写・接合工程と、上記半導体素子と配
線基板とを対峙させ、上記転写・接合工程で半導体素子
の電極に転写・接合された金属突起と上記配線の電極と
を位置合わせして、上記半導体素子と配線基板とに互い
に押しつけ合う押圧力を加えるとともに上記半導体素子
と上記配線基板とを加熱して、上記半導体素子の電極と
上記金属突起とが上記転写・接合工程におけるよりも強
固な結合となるように上記半導体素子の電極と上記金属
突起との間にさらに広い範囲の合金層を再度形成させる
再合金化工程と、上記半導体素子と配線基板とに加えて
いる押圧力と加熱とを解除し、再度、常温で上記半導体
素子と配線基板との間に互いに押しつけ合う押圧力を加
え、上記半導体素子と上記配線基板との接続強度を強固
にする再加圧工程と、上記押圧力を加えた状態で上記半
導体素子と上記配線基板との間隙部から絶縁性樹脂を注
入し、その絶縁性樹脂を硬化させた後、上記押圧力を解
除して上記配線基板への半導体素子の接続を行なう接続
工程とを設ける方法である。
め、具体的に請求項1の発明の講じた手段は、合成樹脂
板上に配線及び該配線の電極が形成された配線基板と、
該配線基板に搭載され、金属突起を介して上記配線の電
極に接続される電極が形成された半導体素子とを有する
半導体装置の製造方法として、上記半導体素子の電極に
対応した位置に金属突起を設けた金属突起用基板を予め
作成しておく準備工程と、上記半導体素子と金属突起用
基板とを対峙させ、上記半導体素子の電極と金属突起と
を位置合わせして、上記半導体素子と金属突起用基板と
を互いに押付け合う押圧力を加えるとともに、上記半導
体素子と上記金属突起用基板とを加熱して、上記半導体
素子の電極と上記金属突起との間に合金層を形成させた
後、上記金属突起を金属突起用基板から半導体素子の電
極に転写させる転写・接合工程と、上記半導体素子と配
線基板とを対峙させ、上記転写・接合工程で半導体素子
の電極に転写・接合された金属突起と上記配線の電極と
を位置合わせして、上記半導体素子と配線基板とに互い
に押しつけ合う押圧力を加えるとともに上記半導体素子
と上記配線基板とを加熱して、上記半導体素子の電極と
上記金属突起とが上記転写・接合工程におけるよりも強
固な結合となるように上記半導体素子の電極と上記金属
突起との間にさらに広い範囲の合金層を再度形成させる
再合金化工程と、上記半導体素子と配線基板とに加えて
いる押圧力と加熱とを解除し、再度、常温で上記半導体
素子と配線基板との間に互いに押しつけ合う押圧力を加
え、上記半導体素子と上記配線基板との接続強度を強固
にする再加圧工程と、上記押圧力を加えた状態で上記半
導体素子と上記配線基板との間隙部から絶縁性樹脂を注
入し、その絶縁性樹脂を硬化させた後、上記押圧力を解
除して上記配線基板への半導体素子の接続を行なう接続
工程とを設ける方法である。
【0020】請求項2の発明の講じた手段は、上記請求
項1の発明において、上記再合金化工程を、上記転写・
接合工程におけるよりも大きな押圧力を加えるように行
う方法である。
項1の発明において、上記再合金化工程を、上記転写・
接合工程におけるよりも大きな押圧力を加えるように行
う方法である。
【0021】請求項3の発明の講じた手段は、上記請求
項1の発明において、上記再合金化工程を、上記転写・
接合工程におけるよりも高い温度に加熱するように行う
方法である。
項1の発明において、上記再合金化工程を、上記転写・
接合工程におけるよりも高い温度に加熱するように行う
方法である。
【0022】請求項4の発明の講じた手段は、上記請求
項1の発明において、上記再合金化工程を、上記転写・
接合工程におけるよりも長時間の間押圧・加熱するよう
に行う方法である。
項1の発明において、上記再合金化工程を、上記転写・
接合工程におけるよりも長時間の間押圧・加熱するよう
に行う方法である。
【0023】
【0024】
【0025】請求項5の発明の講じた手段は、上記請求
項1の発明において、上記半導体素子の電極としてAl
又はAl系合金を用い、上記配線基板の電極としてA
u,Ag,NiもしくはCu又はこれらの合金のうちの
少なくとも一種類を用いる方法である。
項1の発明において、上記半導体素子の電極としてAl
又はAl系合金を用い、上記配線基板の電極としてA
u,Ag,NiもしくはCu又はこれらの合金のうちの
少なくとも一種類を用いる方法である。
【0026】
【0027】
【作用】以上の方法により、請求項1の発明では、転写
・接合工程で、半導体素子の電極と金属突起とが押圧,
加熱されて、両者の境界面付近に合金層が生じて接合状
態になり、その後、金属突起が金属突起用基板から半導
体素子の電極に転写される。そして、再合金化工程で、
半導体素子側に転写された金属突起と配線基板の配線の
電極とが接触した状態で、半導体素子の電極と金属突起
とがさらに強固な結合状態となるよう押圧,加熱され
る。
・接合工程で、半導体素子の電極と金属突起とが押圧,
加熱されて、両者の境界面付近に合金層が生じて接合状
態になり、その後、金属突起が金属突起用基板から半導
体素子の電極に転写される。そして、再合金化工程で、
半導体素子側に転写された金属突起と配線基板の配線の
電極とが接触した状態で、半導体素子の電極と金属突起
とがさらに強固な結合状態となるよう押圧,加熱され
る。
【0028】その場合、転写・接合工程では、金属突起
は最小限の接合強度で半導体素子の電極に結合されれば
よいので、変形度合いを小さくすることが可能であり、
後の半導体素子と配線基板との接続工程に支障をきたす
ことはない、そして、再合金化工程では、金属突起と配
線の電極とが位置合わせされた状態で、半導体素子の電
極と金属突起との間に広い範囲の合金層が生じるよう
に、前工程よりも強い加圧・加熱が行われる。その際、
金属突起が大きく変形しても、すでに金属突起と配線の
電極とは位置合わせされ接触しているので、金属突起と
配線の電極との接続不良を生じることはない。また、半
導体素子の電極と金属突起との間には広い範囲の合金層
が形成されているので、後に金属突起が大きく変形して
も、両者間に十分な合金層が確保される。したがって、
金属突起の変形による半導体素子と配線基板との間の接
続の不具合を生じることなく、半導体素子の電極−金属
突起間の合金化による強固な接合強度が得られる。特
に、配線基板が合成樹脂板を基材とするプリント基板で
ある場合、半導体素子とプリント基板との熱膨張率差が
大きいので、使用中に高温の環境下に置かれると、半導
体素子とプリント基板との接続部に大きな熱応力が生じ
るが、上述の作用により、半導体素子の電極−金属突起
間の再合金化による大きな結合力が得られるので、半導
体素子とプリント基板との間の熱膨張率差に起因する両
者間の接続状態の破壊が防止されることになる。
は最小限の接合強度で半導体素子の電極に結合されれば
よいので、変形度合いを小さくすることが可能であり、
後の半導体素子と配線基板との接続工程に支障をきたす
ことはない、そして、再合金化工程では、金属突起と配
線の電極とが位置合わせされた状態で、半導体素子の電
極と金属突起との間に広い範囲の合金層が生じるよう
に、前工程よりも強い加圧・加熱が行われる。その際、
金属突起が大きく変形しても、すでに金属突起と配線の
電極とは位置合わせされ接触しているので、金属突起と
配線の電極との接続不良を生じることはない。また、半
導体素子の電極と金属突起との間には広い範囲の合金層
が形成されているので、後に金属突起が大きく変形して
も、両者間に十分な合金層が確保される。したがって、
金属突起の変形による半導体素子と配線基板との間の接
続の不具合を生じることなく、半導体素子の電極−金属
突起間の合金化による強固な接合強度が得られる。特
に、配線基板が合成樹脂板を基材とするプリント基板で
ある場合、半導体素子とプリント基板との熱膨張率差が
大きいので、使用中に高温の環境下に置かれると、半導
体素子とプリント基板との接続部に大きな熱応力が生じ
るが、上述の作用により、半導体素子の電極−金属突起
間の再合金化による大きな結合力が得られるので、半導
体素子とプリント基板との間の熱膨張率差に起因する両
者間の接続状態の破壊が防止されることになる。
【0029】すなわち、半導体素子と配線基板との熱膨
張率差に起因する応力に対しても十分耐える接合強度が
得られるとともに、使用中における半導体素子の電極−
金属突起間の電気抵抗値の増大や不通状態の発生を招く
ことがなく、信頼性が向上する。
張率差に起因する応力に対しても十分耐える接合強度が
得られるとともに、使用中における半導体素子の電極−
金属突起間の電気抵抗値の増大や不通状態の発生を招く
ことがなく、信頼性が向上する。
【0030】請求項2の発明では、特に大きな押圧力で
再合金化工程が行われるので、高圧条件下による反応の
促進作用によって、半導体素子の電極と金属突起との界
面付近に広い範囲に亘って合金層が生じることで、上記
請求項1の発明の作用が得られる。
再合金化工程が行われるので、高圧条件下による反応の
促進作用によって、半導体素子の電極と金属突起との界
面付近に広い範囲に亘って合金層が生じることで、上記
請求項1の発明の作用が得られる。
【0031】請求項3の発明では、特に高い温度に加熱
されて再合金化工程が行われるので、高温条件下による
反応の促進作用によって、半導体素子の電極と金属突起
との界面付近に広い範囲に亘って合金層が生じること
で、請求項1の発明の作用が得られる。
されて再合金化工程が行われるので、高温条件下による
反応の促進作用によって、半導体素子の電極と金属突起
との界面付近に広い範囲に亘って合金層が生じること
で、請求項1の発明の作用が得られる。
【0032】請求項4の発明では、特に長い時間の間加
熱,押圧されて再合金化工程が行われるので、両者の界
面付近に広い範囲に亘って合金層が生じ、請求項1の発
明の作用が得られる。
熱,押圧されて再合金化工程が行われるので、両者の界
面付近に広い範囲に亘って合金層が生じ、請求項1の発
明の作用が得られる。
【0033】
【0034】
【0035】請求項5の発明では、半導体素子の電極を
構成する材料がAl又はAl系合金の場合、製造コスト
が安価で電気的性質も良好となる。また、金属突起がA
u,Cu,Ag又はNiの場合、半導体素子の電極−配
線の電極間の電気抵抗が小さく、塑性変形能も適度であ
るので、半導体装置の総合的な特性が良好となる。
構成する材料がAl又はAl系合金の場合、製造コスト
が安価で電気的性質も良好となる。また、金属突起がA
u,Cu,Ag又はNiの場合、半導体素子の電極−配
線の電極間の電気抵抗が小さく、塑性変形能も適度であ
るので、半導体装置の総合的な特性が良好となる。
【0036】
【0037】
【実施例】以下、本発明の実施例について、図1(a)
〜(h)及び図2に基づき説明する。
〜(h)及び図2に基づき説明する。
【0038】図1は、実施例における半導体装置の製造
方法の工程を説明する断面図である。まず、同図(a)
図に示すように、金属突起用基板21の上方に半導体素
子23を設置する。この金属突起用基板21には、予め
電解メッキ等によって、径が約30μm,高さが10μ
mのAuからなる金属突起22が所定位置に搭載されて
いる。そして、金属突起用基板21上の金属突起22と
半導体素子23のAl電極24との位置を一致させる。
方法の工程を説明する断面図である。まず、同図(a)
図に示すように、金属突起用基板21の上方に半導体素
子23を設置する。この金属突起用基板21には、予め
電解メッキ等によって、径が約30μm,高さが10μ
mのAuからなる金属突起22が所定位置に搭載されて
いる。そして、金属突起用基板21上の金属突起22と
半導体素子23のAl電極24との位置を一致させる。
【0039】そして、同図(b)に示すように、半導体
素子23の裏面から加熱機構(図示せず)が内蔵された
ボンディングツール25を押しあてて、金属突起22と
Al電極24とをボンディングツール25によって加
圧、加熱する。この加圧、加熱条件は、温度が約380
〜460℃、圧力が1金属突起当り7〜10g、時間が
1secであって、この加圧,加熱により、金属突起用
基板21上の金属突起22は半導体素子23のAl電極
24上に軽く接合される。なお、ボンディングツール2
5は加熱機構を有しているためボンディングツールの底
面は耐熱性材料で構成されている。
素子23の裏面から加熱機構(図示せず)が内蔵された
ボンディングツール25を押しあてて、金属突起22と
Al電極24とをボンディングツール25によって加
圧、加熱する。この加圧、加熱条件は、温度が約380
〜460℃、圧力が1金属突起当り7〜10g、時間が
1secであって、この加圧,加熱により、金属突起用
基板21上の金属突起22は半導体素子23のAl電極
24上に軽く接合される。なお、ボンディングツール2
5は加熱機構を有しているためボンディングツールの底
面は耐熱性材料で構成されている。
【0040】次に、同図(c)に示すように、ボンディ
ングツール25に形成されている真空吸着孔26を介
し、真空ポンプ(図示せず)により半導体素子23を吸
着しながら、ボンディングツール25を上方に持ち上げ
ると、金属突起22は、金属突起用基板21から引き剥
がされて、半導体素子23のAl電極24に転写、接合
される。図1(a)〜(c)の工程が、転写・接合工程
である。
ングツール25に形成されている真空吸着孔26を介
し、真空ポンプ(図示せず)により半導体素子23を吸
着しながら、ボンディングツール25を上方に持ち上げ
ると、金属突起22は、金属突起用基板21から引き剥
がされて、半導体素子23のAl電極24に転写、接合
される。図1(a)〜(c)の工程が、転写・接合工程
である。
【0041】このとき、図2(a)に示すように、Au
からなる金属突起22とAl電極24とは、両者の界面
層でわずかのAu−Al合金層32を形成して接合され
ている。すなわち、両者の界面層では金属突起用基板2
1から金属突起22を引き剥すのに必要なだけのAuー
Al合金層しか形成する必要がないため、転写条件的に
も必要なAu−Al合金層32を形成するのに必要なだ
けの温度と圧力と時間しかかけていない。したがって、
このボンディング条件では金属突起22はほとんど変形
せず、転写、接合する前に約10μmあった金属突起2
2の高さも約1〜2μmしか変形していない。
からなる金属突起22とAl電極24とは、両者の界面
層でわずかのAu−Al合金層32を形成して接合され
ている。すなわち、両者の界面層では金属突起用基板2
1から金属突起22を引き剥すのに必要なだけのAuー
Al合金層しか形成する必要がないため、転写条件的に
も必要なAu−Al合金層32を形成するのに必要なだ
けの温度と圧力と時間しかかけていない。したがって、
このボンディング条件では金属突起22はほとんど変形
せず、転写、接合する前に約10μmあった金属突起2
2の高さも約1〜2μmしか変形していない。
【0042】次に、図1(d)に示すように、前の工程
で金属突起22が転写、接合された半導体素子23の下
方に、配線電極27が形成されたプリント基板等の配線
基板28を設置する。そのとき、配線電極27の形成位
置は半導体素子23のAl電極24の形成位置に対応し
ており、配線電極27の位置とAl電極24の位置つま
り金属突起22の位置とを合わせる。なお、配線基板2
8にはシリコン基板やガラス基板が用いられ、配線電極
27材料としてはCr−Au、Ti−Pd−Au、IT
O等が用いられる。
で金属突起22が転写、接合された半導体素子23の下
方に、配線電極27が形成されたプリント基板等の配線
基板28を設置する。そのとき、配線電極27の形成位
置は半導体素子23のAl電極24の形成位置に対応し
ており、配線電極27の位置とAl電極24の位置つま
り金属突起22の位置とを合わせる。なお、配線基板2
8にはシリコン基板やガラス基板が用いられ、配線電極
27材料としてはCr−Au、Ti−Pd−Au、IT
O等が用いられる。
【0043】この後、同図(e)に示すように、上記ボ
ンディングツール25によって半導体素子23を加熱,
押圧し、金属突起22を配線電極27に圧接する。この
時のボンディング条件としては、加熱温度が上記転写・
接合工程(図1の(b)の状態)における温度と同じで
380〜460℃、加圧力が転写・接合工程における加
圧力の約10倍程度で1金属突起当り70〜100g、
時間が1〜2sec程度である。ただし、加熱温度を3
80〜460℃の範囲で前工程の転写工程より高い値に
設定し,加熱時間を例えば3〜7secと転写・接合工
程より長く設定するようにしてもよい。この工程によっ
て、金属突起22とAl電極24とが再度合金化され、
この図1(e)に示す工程が、再合金化工程である。な
お、上記ボンディングツール25の表面を構成する材料
として、本実施例ではセラミック上にダイヤモンド薄膜
をコーティングしたものを用いた。
ンディングツール25によって半導体素子23を加熱,
押圧し、金属突起22を配線電極27に圧接する。この
時のボンディング条件としては、加熱温度が上記転写・
接合工程(図1の(b)の状態)における温度と同じで
380〜460℃、加圧力が転写・接合工程における加
圧力の約10倍程度で1金属突起当り70〜100g、
時間が1〜2sec程度である。ただし、加熱温度を3
80〜460℃の範囲で前工程の転写工程より高い値に
設定し,加熱時間を例えば3〜7secと転写・接合工
程より長く設定するようにしてもよい。この工程によっ
て、金属突起22とAl電極24とが再度合金化され、
この図1(e)に示す工程が、再合金化工程である。な
お、上記ボンディングツール25の表面を構成する材料
として、本実施例ではセラミック上にダイヤモンド薄膜
をコーティングしたものを用いた。
【0044】上記再合金化工程では、図2(b)に示す
ように、上記転写・接合工程で形成されたAu−Al合
金層32よりもさらに広い範囲で新Au−Al合金層3
3が形成され、金属突起22と配線電極27とがより強
固に結合されている。このとき、金属突起22は、その
高さが約4〜5μmになるまで変形されている。
ように、上記転写・接合工程で形成されたAu−Al合
金層32よりもさらに広い範囲で新Au−Al合金層3
3が形成され、金属突起22と配線電極27とがより強
固に結合されている。このとき、金属突起22は、その
高さが約4〜5μmになるまで変形されている。
【0045】次に、図1(f)に示すように、ボンディ
ングツール25による加圧、加熱を解除し、再度常温の
加圧ツール30で半導体素子23を加圧する。この時の
加圧力は上記再合金化工程と同じで1金属突起当り70
〜100g程度である。このとき、金属突起22と配線
電極28とは常温で加圧されているため、この工程によ
って新たな合金化がなされるわけではないが、この加圧
工程によって、配線基板28上への半導体素子23の搭
載位置が高精度になり接続強度も強固となる。なお、加
圧ツール30は加熱しないので、加圧ツール30の底面
を構成する材料は上記ボンディングツール25の底面の
ごとく耐熱性材料である必要はなく、比較的高精度の平
面度が出しやすい材料例えばガラス等を用いている。
ングツール25による加圧、加熱を解除し、再度常温の
加圧ツール30で半導体素子23を加圧する。この時の
加圧力は上記再合金化工程と同じで1金属突起当り70
〜100g程度である。このとき、金属突起22と配線
電極28とは常温で加圧されているため、この工程によ
って新たな合金化がなされるわけではないが、この加圧
工程によって、配線基板28上への半導体素子23の搭
載位置が高精度になり接続強度も強固となる。なお、加
圧ツール30は加熱しないので、加圧ツール30の底面
を構成する材料は上記ボンディングツール25の底面の
ごとく耐熱性材料である必要はなく、比較的高精度の平
面度が出しやすい材料例えばガラス等を用いている。
【0046】この後、図1(g)に示すように、半導体
素子23と配線基板28との間隙部から絶縁性樹脂を注
入する。ここでは光硬化性絶縁樹脂29を用いている。
光硬化性絶縁樹脂29を注入する領域は、金属突起22
が形成されている領域のみでもよいし、半導体素子23
全面にわたってもよい。そして、配線基板28の裏面も
しくは側面から紫外線を照射し光硬化性絶縁樹脂29を
硬化させる。
素子23と配線基板28との間隙部から絶縁性樹脂を注
入する。ここでは光硬化性絶縁樹脂29を用いている。
光硬化性絶縁樹脂29を注入する領域は、金属突起22
が形成されている領域のみでもよいし、半導体素子23
全面にわたってもよい。そして、配線基板28の裏面も
しくは側面から紫外線を照射し光硬化性絶縁樹脂29を
硬化させる。
【0047】その後、同図(h)に示すように、加圧を
解除すると、配線基板28への半導体素子23の接続工
程が終了する。
解除すると、配線基板28への半導体素子23の接続工
程が終了する。
【0048】上記実施例では、転写・接合工程(図1
(b),(c)参照)の後に、再合金化工程(図1
(e)参照)を導入しているので、半導体素子23のA
l電極24と金属突起22との接合がより強固になる。
すなわち、図2(a)に示すように、金属突起22を半
導体素子23のAl電極24上に転写、接合した状態で
は、金属突起22が転写されるのに必要なだけのAu−
Al合金層32しか両者の界面には形成されていない。
これ以上強い加圧,加熱を行うと、金属突起22が大き
く変形して、転写後に配線基板28上への接続不良が生
じる虞れがあるからである。特に、金属突起22は一般
的には電解メッキで形成されており、その構造は表面に
垂直に延びる柱状晶が主となっているので、加圧,加熱
によって球状等に変化して形が大きく崩れやすい。そこ
で、上記実施例のごとく、転写・接合工程では、金属突
起22の変形を最小限に、つまり高さの減小を1〜2μ
m程度に抑制している。
(b),(c)参照)の後に、再合金化工程(図1
(e)参照)を導入しているので、半導体素子23のA
l電極24と金属突起22との接合がより強固になる。
すなわち、図2(a)に示すように、金属突起22を半
導体素子23のAl電極24上に転写、接合した状態で
は、金属突起22が転写されるのに必要なだけのAu−
Al合金層32しか両者の界面には形成されていない。
これ以上強い加圧,加熱を行うと、金属突起22が大き
く変形して、転写後に配線基板28上への接続不良が生
じる虞れがあるからである。特に、金属突起22は一般
的には電解メッキで形成されており、その構造は表面に
垂直に延びる柱状晶が主となっているので、加圧,加熱
によって球状等に変化して形が大きく崩れやすい。そこ
で、上記実施例のごとく、転写・接合工程では、金属突
起22の変形を最小限に、つまり高さの減小を1〜2μ
m程度に抑制している。
【0049】それに対し、再合金化工程では、金属突起
22の下面には配線基板28の配線電極27が接触して
いるので、金属突起22が大変形しても、その後の金属
突起2と配線電極27との接続に支障はきたさない。そ
れで、図2(b)に示すように、ボンディングツール2
5によって大きな加圧力又は高い加熱温度,あるいは長
い加圧,加熱時間によって、より広い範囲に亘る新Au
−Al合金層33を生ぜしめている。このとき、金属突
起22の高さは4〜5μm程度になるまで変形している
が、このように金属突起22が大きく変形しても、Al
電極−金属突起間の界面に十分な合金層が存在すること
で、Al電極24と金属突起22間の結合が極めて強固
となる。したがって、配線基板28上に搭載される半導
体素子23と配線基板28との熱膨張率の差が大きくて
も、使用時における熱膨張の差に起因する大きな応力に
よって接合が破断されるのを有効に防止でき、かつ電気
抵抗の増大や不通状態の発生を有効に防止できるのであ
る。
22の下面には配線基板28の配線電極27が接触して
いるので、金属突起22が大変形しても、その後の金属
突起2と配線電極27との接続に支障はきたさない。そ
れで、図2(b)に示すように、ボンディングツール2
5によって大きな加圧力又は高い加熱温度,あるいは長
い加圧,加熱時間によって、より広い範囲に亘る新Au
−Al合金層33を生ぜしめている。このとき、金属突
起22の高さは4〜5μm程度になるまで変形している
が、このように金属突起22が大きく変形しても、Al
電極−金属突起間の界面に十分な合金層が存在すること
で、Al電極24と金属突起22間の結合が極めて強固
となる。したがって、配線基板28上に搭載される半導
体素子23と配線基板28との熱膨張率の差が大きくて
も、使用時における熱膨張の差に起因する大きな応力に
よって接合が破断されるのを有効に防止でき、かつ電気
抵抗の増大や不通状態の発生を有効に防止できるのであ
る。
【0050】次に、上記実施例に基づいて行った具体的
な実験結果について説明する。図3は、Al電極−金属
突起間の接合温度と加圧力とを変えた場合の金属突起2
2の剪断力(常温における)の変化を示す。図中、縦方
向の実線範囲はそれぞれサンプル数25個についての測
定値のバラツキ範囲を示し、▲,●の印が付された箇所
の値は測定値の平均値である。同図からわかるように、
加圧力が大きいほど,また、接合温度が高いほど剪断力
が強くなることが示されている。ただし、接合温度を上
げる方が剪断強度の向上効果は大きくなる。
な実験結果について説明する。図3は、Al電極−金属
突起間の接合温度と加圧力とを変えた場合の金属突起2
2の剪断力(常温における)の変化を示す。図中、縦方
向の実線範囲はそれぞれサンプル数25個についての測
定値のバラツキ範囲を示し、▲,●の印が付された箇所
の値は測定値の平均値である。同図からわかるように、
加圧力が大きいほど,また、接合温度が高いほど剪断力
が強くなることが示されている。ただし、接合温度を上
げる方が剪断強度の向上効果は大きくなる。
【0051】また、図4は、150℃の温度に高温保持
し、1金属突起当りの剪断強度について信頼性試験を行
ったデータを示し、従来の再合金化工程を含まない方法
と、本発明の方法とを比較するものである。図中、縦方
向の実線範囲はそれぞれサンプル数25個についての測
定値のバラツキ範囲を示し、○,●,△,□の印が付さ
れた箇所の値は測定値の平均値である。○,●,△は本
発明の製造方法により接合されたサンプルのデータであ
り、○は加圧力のみ大きくしたサンプル、●は加熱温度
も高くしたサンプル、△は加熱温度はそれほど上昇させ
ずに時間を長くしたサンプルのデータである。また、□
は従来の製造方法によって接合されたサンプルのデータ
であって、転写・接合工程の後再合金化工程は行わず
に、常温での加圧工程のみ行ったものである。具体的な
条件は、図中に記載されている。同図に示されるよう
に、従来の方法によるものでは、初期の剪断強度も小さ
く、かつ200時間迄に剪断強度が大きく低下する傾向
がある。それに対し、本発明のものでは、初期剪断強度
も大きい上に、試験時間が長くなってもほとんど剪断強
度の劣化が生じないことが示されている。
し、1金属突起当りの剪断強度について信頼性試験を行
ったデータを示し、従来の再合金化工程を含まない方法
と、本発明の方法とを比較するものである。図中、縦方
向の実線範囲はそれぞれサンプル数25個についての測
定値のバラツキ範囲を示し、○,●,△,□の印が付さ
れた箇所の値は測定値の平均値である。○,●,△は本
発明の製造方法により接合されたサンプルのデータであ
り、○は加圧力のみ大きくしたサンプル、●は加熱温度
も高くしたサンプル、△は加熱温度はそれほど上昇させ
ずに時間を長くしたサンプルのデータである。また、□
は従来の製造方法によって接合されたサンプルのデータ
であって、転写・接合工程の後再合金化工程は行わず
に、常温での加圧工程のみ行ったものである。具体的な
条件は、図中に記載されている。同図に示されるよう
に、従来の方法によるものでは、初期の剪断強度も小さ
く、かつ200時間迄に剪断強度が大きく低下する傾向
がある。それに対し、本発明のものでは、初期剪断強度
も大きい上に、試験時間が長くなってもほとんど剪断強
度の劣化が生じないことが示されている。
【0052】なお、上記実施例では、再合金化工程(図
1(e)参照)と、接続工程(図1(f),(g)参
照)とを個別に行っているが、これらを同時に行うこと
も可能である。その場合、ボンディングツール25の底
面を構成する素材をセラミック等の耐熱材料とし、かつ
表面の平面度を極めて良好に仕上げておいて、ボンディ
ングツール25を半導体素子23の裏面に大きい加圧力
(上記実施例における加圧力と同じ程度)で押し当てた
状態で、図1(f)に示す工程を行えばよい。
1(e)参照)と、接続工程(図1(f),(g)参
照)とを個別に行っているが、これらを同時に行うこと
も可能である。その場合、ボンディングツール25の底
面を構成する素材をセラミック等の耐熱材料とし、かつ
表面の平面度を極めて良好に仕上げておいて、ボンディ
ングツール25を半導体素子23の裏面に大きい加圧力
(上記実施例における加圧力と同じ程度)で押し当てた
状態で、図1(f)に示す工程を行えばよい。
【0053】また、上記実施例では、半導体素子23の
半導体素子の電極をAl電極24としているが、実際に
はこのAl電極24は純粋なAlだけではなく、Al−
Cu−Si合金やAl−Ti−Si合金等のAl系合金
が使用されることも多い。ただし、必ずしもAlやAl
系合金に限定されるものではない。また、上記実施例で
は、金属突起22としてAuを用いているが、金属突起
22の構成材料はAuに限定されるものではなく他の金
属も使用することができる。特にCu,Ag,Ni等は
Auと同様に電気抵抗も小さく、かつ適度の塑性変形能
を有しているので、半導体素子の電極と配線電極との間
に介在させて電気的接続を円滑に行うのに適している。
半導体素子の電極をAl電極24としているが、実際に
はこのAl電極24は純粋なAlだけではなく、Al−
Cu−Si合金やAl−Ti−Si合金等のAl系合金
が使用されることも多い。ただし、必ずしもAlやAl
系合金に限定されるものではない。また、上記実施例で
は、金属突起22としてAuを用いているが、金属突起
22の構成材料はAuに限定されるものではなく他の金
属も使用することができる。特にCu,Ag,Ni等は
Auと同様に電気抵抗も小さく、かつ適度の塑性変形能
を有しているので、半導体素子の電極と配線電極との間
に介在させて電気的接続を円滑に行うのに適している。
【0054】また、上記実施例では、接続工程で絶縁性
樹脂として光硬化性絶縁樹脂29を用いて半導体素子2
3を配線基板28上に接続するようにしたが、熱硬化性
樹脂や他の樹脂、あるいは導電性材料を用いてもよいこ
とはいうまでもない。その場合、上記実施例のごとく、
加圧,加熱による再合金化を行った後に注入する方法
と、図1(d)に示す工程において、金属突起22と配
線電極27とを位置合わせした後,配線基板28上にあ
らかじめ光硬化性絶縁樹脂29を塗布しておいて、図1
(e),(f)に示すように加熱および加圧した後,同
図(g)に示すように、紫外線を照射してあるいは加熱
して硬化させる方法がある。
樹脂として光硬化性絶縁樹脂29を用いて半導体素子2
3を配線基板28上に接続するようにしたが、熱硬化性
樹脂や他の樹脂、あるいは導電性材料を用いてもよいこ
とはいうまでもない。その場合、上記実施例のごとく、
加圧,加熱による再合金化を行った後に注入する方法
と、図1(d)に示す工程において、金属突起22と配
線電極27とを位置合わせした後,配線基板28上にあ
らかじめ光硬化性絶縁樹脂29を塗布しておいて、図1
(e),(f)に示すように加熱および加圧した後,同
図(g)に示すように、紫外線を照射してあるいは加熱
して硬化させる方法がある。
【0055】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1の発明に
よれば、合成樹脂板上に配線及び該配線の電極が形成さ
れた配線基板上に半導体素子を搭載した半導体装置の製
造方法として、予め金属突起用基板上に金属突起を形成
する準備工程と、半導体素子の電極と金属突起とを接触
させた状態で押圧,加熱して合金させた後、金属突起を
金属突起用基板から半導体素子の電極に転写させる転写
・接合工程と、金属突起と配線の電極とを接触させた状
態で、半導体素子の電極と金属突起とがさらに強固な結
合状態となるよう押圧,加熱して再度合金化させる再合
金化工程と、金属突起と配線の電極とを電気的に導通さ
せるよう接続する接続工程とを設けたので、製造工程中
における支障をきたすことなく、半導体素子の電極−金
属突起間の再合金化による強固な結合強度が得られるこ
とで、半導体素子と配線基板との熱膨張率差に起因する
応力に対しても十分耐える接合強度を確保することがで
き、かつ使用中における半導体素子の電極−金属突起間
の電気抵抗値の増大や不通状態の発生を有効に防止し
て、信頼性の向上を図ることができる。
よれば、合成樹脂板上に配線及び該配線の電極が形成さ
れた配線基板上に半導体素子を搭載した半導体装置の製
造方法として、予め金属突起用基板上に金属突起を形成
する準備工程と、半導体素子の電極と金属突起とを接触
させた状態で押圧,加熱して合金させた後、金属突起を
金属突起用基板から半導体素子の電極に転写させる転写
・接合工程と、金属突起と配線の電極とを接触させた状
態で、半導体素子の電極と金属突起とがさらに強固な結
合状態となるよう押圧,加熱して再度合金化させる再合
金化工程と、金属突起と配線の電極とを電気的に導通さ
せるよう接続する接続工程とを設けたので、製造工程中
における支障をきたすことなく、半導体素子の電極−金
属突起間の再合金化による強固な結合強度が得られるこ
とで、半導体素子と配線基板との熱膨張率差に起因する
応力に対しても十分耐える接合強度を確保することがで
き、かつ使用中における半導体素子の電極−金属突起間
の電気抵抗値の増大や不通状態の発生を有効に防止し
て、信頼性の向上を図ることができる。
【0056】請求項2の発明によれば、上記請求項1の
製造方法において、特に大きな押圧力で再合金化工程を
行うようにしたので、高圧条件下による反応の促進作用
によって、半導体素子の電極と金属突起との界面付近に
広い範囲に亘る合金層を生ぜしめることができ、よっ
て、上記請求項1の発明の効果を有効に発揮することが
できる。
製造方法において、特に大きな押圧力で再合金化工程を
行うようにしたので、高圧条件下による反応の促進作用
によって、半導体素子の電極と金属突起との界面付近に
広い範囲に亘る合金層を生ぜしめることができ、よっ
て、上記請求項1の発明の効果を有効に発揮することが
できる。
【0057】請求項3の発明によれば、上記請求項1の
製造方法において、特に高い温度で再合金化工程を行う
ようにしたので、高温条件下による反応の促進作用によ
って、半導体素子の電極と金属突起との界面付近に広い
範囲に亘る合金層を生ぜしめることができ、よって、上
記請求項1の発明の効果を有効に発揮することができ
る。
製造方法において、特に高い温度で再合金化工程を行う
ようにしたので、高温条件下による反応の促進作用によ
って、半導体素子の電極と金属突起との界面付近に広い
範囲に亘る合金層を生ぜしめることができ、よって、上
記請求項1の発明の効果を有効に発揮することができ
る。
【0058】請求項4の発明によれば、上記請求項1の
製造方法において、特に長時間の間押圧,加熱を行って
再合金化工程を行うようにしたので、長時間の反応によ
って、半導体素子の電極と金属突起との界面付近に広い
範囲に亘る合金層を生ぜしめることができ、よって、上
記請求項1の発明の効果を有効に発揮することができ
る。
製造方法において、特に長時間の間押圧,加熱を行って
再合金化工程を行うようにしたので、長時間の反応によ
って、半導体素子の電極と金属突起との界面付近に広い
範囲に亘る合金層を生ぜしめることができ、よって、上
記請求項1の発明の効果を有効に発揮することができ
る。
【0059】
【0060】
【0061】請求項5の発明によれば、上記請求項1の
製造方法において、半導体素子の半導体素子の電極とし
てAl又はAl系合金を用い、金属突起としてAu,C
u,Ag又はNiを用いるようにしたので、良好な総合
的特性を有する半導体装置を安価に製造することができ
る。
製造方法において、半導体素子の半導体素子の電極とし
てAl又はAl系合金を用い、金属突起としてAu,C
u,Ag又はNiを用いるようにしたので、良好な総合
的特性を有する半導体装置を安価に製造することができ
る。
【0062】
【図1】実施例における半導体装置の製造工程における
状態の変化を示す断面図である。
状態の変化を示す断面図である。
【図2】転写・接合工程と再合金化工程におけるAu−
Al合金層の相違を示す断面図である。
Al合金層の相違を示す断面図である。
【図3】Al電極−金属突起間の剪断強度の加圧力,接
合温度に対する依存性を示す実験データである。
合温度に対する依存性を示す実験データである。
【図4】本発明の製造方法と従来の製造方法とで作成さ
れたサンプルに対する信頼性試験の結果を示すデータで
ある。
れたサンプルに対する信頼性試験の結果を示すデータで
ある。
【図5】従来の半導体装置の製造工程における状態の変
化を示す断面図である。
化を示す断面図である。
【図6】従来の製造方法による転写・接合工程と接続工
程におけるAu−Al合金層の変化を示す断面図であ
る。
程におけるAu−Al合金層の変化を示す断面図であ
る。
21 突起電極形成用基板 22 突起電極 23 半導体素子 24 Al電極 25 ボンディングツール 27 配線電極 28 配線基板 29 光硬化性絶縁樹脂 30 加圧ツール 32 Au−Al合金層 33 新Au−Al合金層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/60 311
Claims (5)
- 【請求項1】 合成樹脂板上に配線及び該配線の電極が
形成された配線基板と、該配線基板に搭載され、金属突
起を介して上記配線の電極に接続される電極が形成され
た半導体素子とを有する半導体装置の製造方法であっ
て、 上記半導体素子の電極に対応した位置に金属突起を設け
た金属突起用基板を予め作成しておく準備工程と、 上記半導体素子と金属突起用基板とを対峙させ、上記半
導体素子の電極と金属突起とを位置合わせして、上記半
導体素子と金属突起用基板とを互いに押付け合う押圧力
を加えるとともに、上記半導体素子と上記金属突起用基
板とを加熱して、上記半導体素子の電極と上記金属突起
との間に合金層を形成させた後、上記金属突起を金属突
起用基板から半導体素子の電極に転写させる転写・接合
工程と、 上記半導体素子と配線基板とを対峙させ、上記転写・接
合工程で半導体素子の電極に転写・接合された金属突起
と上記配線の電極とを位置合わせして、上記半導体素子
と配線基板とに互いに押しつけ合う押圧力を加えるとと
もに上記半導体素子と上記配線基板とを加熱して、上記
半導体素子の電極と上記金属突起とが上記転写・接合工
程におけるよりも強固な結合となるように上記半導体素
子の電極と上記金属突起との間にさらに広い範囲の合金
層を再度形成させる再合金化工程と、上記半導体素子と配線基板とに加えている押圧力と加熱
とを解除し、再度、常温で上記半導体素子と配線基板と
の間に互いに押しつけ合う押圧力を加え、上記半導体素
子と上記配線基板との接続強度を強固にする再加圧工程
と、 上記押圧力を加えた状態で上記半導体素子と上記配線基
板との間隙部から絶縁性樹脂を注入し、その絶縁性樹脂
を硬化させた後、上記押圧力を解除して上記配線基板へ
の半導体素子の接続を行なう 接続工程とを備えたことを
特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項2】 請求項1記載の半導体装置の製造方法に
おいて、 上記再合金化工程は、上記転写・接合工程におけるより
も大きな押圧力を加えるように行われることを特徴とす
る半導体装置の製造方法。 - 【請求項3】 請求項1記載の半導体装置の製造方法に
おいて、 上記再合金化工程は、上記転写・接合工程におけるより
も高い温度に加熱するように行われることを特徴とする
半導体装置の製造方法。 - 【請求項4】 請求項1記載の半導体装置の製造方法に
おいて、 上記再合金化工程は、上記転写・接合工程におけるより
も長時間の間押圧・加熱するように行われることを特徴
とする半導体装置に製造方法。 - 【請求項5】 請求項1記載の半導体装置の製造方法に
おいて、上記 半導体素子の電極としてAl又はAl系合金を用
い、上記配線基板の電極としてAu,Ag,Niもしく
はCu又はこれらの合金のうちの少なくとも一種類を用
いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5264517A JP3051617B2 (ja) | 1992-10-27 | 1993-10-22 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP28853392 | 1992-10-27 | ||
JP4-288533 | 1992-10-27 | ||
JP5264517A JP3051617B2 (ja) | 1992-10-27 | 1993-10-22 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06224258A JPH06224258A (ja) | 1994-08-12 |
JP3051617B2 true JP3051617B2 (ja) | 2000-06-12 |
Family
ID=26546547
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5264517A Expired - Fee Related JP3051617B2 (ja) | 1992-10-27 | 1993-10-22 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3051617B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3437687B2 (ja) * | 1994-12-22 | 2003-08-18 | 株式会社東芝 | 半導体素子の実装構造、及び液晶表示装置 |
JP3373701B2 (ja) * | 1995-07-18 | 2003-02-04 | 株式会社東芝 | 半導体素子、半導体装置およびその製造方法 |
-
1993
- 1993-10-22 JP JP5264517A patent/JP3051617B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
---|---|
JPH06224258A (ja) | 1994-08-12 |
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