JPH01217935A - 半導体装置の製造方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体装置の製造方法および装置に関し、半
田バンプの製造技術に適用して有効な技術に関するもの
である。

〔従来の技術〕

半導体装置の高密度実装に好適な方式とされている、い
わゆるフリップチップは、アルミニウム（Ａｌ）などか
らなる電極パッド上に形成された半田バンプ（Ｂｕｍｐ
、突起電極）を介して基板などに半導体ペレットをフェ
イスダウンポンディングするものである。

上記半田バンプを電極パッド上に形成する技術について
は、ＩＢＭ社発行、「１８Ｍジャーナル・オブ・リサー
チ・アンド・ディベロップメント。

１３巻、　Ｎａ　３　（ＩＢＭ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ
　Ｒｅ５ｅａｒｃｈ　ａｎｄＤｅｖｅＩｏｐｍｅｎｔ、
　Ｖｏｌ、１３．　ＮＯ，３）　Ｊ　Ｐ　２３９〜Ｐ　
２５０に記載がある。

その概要は、半導体ウェハ（以下、ウェハという）のＡ
ｌ電極パッドの表面にクロム（Ｃｒ）／銅（Ｃｕ）／金
（Ａｕ）などの金属層からなる半田下地膜（Ｂ　Ｌ　Ｍ
　；　Ｂｕｍｐ　Ｌｉｍ１ｔｔ、ｉｎｇ　Ｍｅｔａｌｌ
ｕｒｇｙ）を蒸着形成した後、この半田下地膜の表面に
スズ（Ｓｎ）／鉛（Ｐｂ）合金などからなる半田を選択
的に蒸着し、次いで、リフロー炉内でウェットバックを
行って半球状の半田バンプを形成する、というものであ
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、へβ電極バンド上に半田を選択的に蒸着
する従来の半田バンブ形成法は、半田蒸着膜の堆積に多
くの時間を要するためにスルーブツトが低下してしまう
、という欠点がある。

特に、近年は、へβ電極パッドのピッチの微細化に伴っ
て半田蒸着膜の厚膜化が要求されているため、上記した
半田蒸着膜堆積工程の長時間化に起因するスルーブツト
の低下が一層深刻な問題となっている。

また、上記蒸着法の欠点として、メタル又はフォトレジ
ストからなる選択蒸着用のマスクが必要なこと、蒸着装
置が極めて高価であること等のため、これによってフリ
ップチップの製造コストが上昇してしまうことが指摘さ
れている。

従来法の上記した問題点を解消する手段として、例えば
、「昭和６２年電子情報通信学会創立７０周年記念総合
全国大会論文集Ｊ　　（１９８７年３月、論文番号４６
０）には、ウェハを溶融半田に浸漬して超音波を印加す
ることにより、ＡＩｌ電極バッド上に直接、バンブ用の
半田を被着さ七る技術が記載されている。

しかしながら、この方法は、半田バンブの高さを均一に
制御することが困難であり、しかも、被着する半田量に
限界があるため、得られる半田バンブの高さにも限界が
ある。

また、従来知られた他の半田バンブ形成法として、スク
リーン印刷法を用いてＡβ電極パッド上半田ペーストを
被着させる方法やメツキ法によって半田膜を被着させる
方法などがあるが、これらの方法は、半田バンブとへβ
電極パッドとの位百合わせに高い精度が要求される高密
度実装用フリップチップに適用するには、限界がある。

本発明は、上記した問題点に着目してなされたものであ
り、その目的は、高密度実装用フリップチップを安価に
提供することができる技術を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう
。

〔課題を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、次の通りである。

すなわち、水素炎トーチを備えた超音波ワイヤボンダを
用いてウェハの電極パッド上に所定量の半田ボールをボ
ンディングした後、この半田ボールをリフロー炉内でウ
ェットバックすることによって、電極パッド上に半田バ
ンブを形成する方法である。

また、上記半田バンブを形成する際、水素炎トーチを備
えたワイヤボンダの一部にリフロー炉を設けた装置を使
用するものである。

〔作用〕

上記した手段によれば、半田蒸着装置よりも安価な装置
を用いてウェハの電極パッド上に所望する量の半田を速
やかに、かつ、精度良くボンディングすることが可能と
なる。

また、ワイヤボンダの一部にリフロー炉を設けることに
より、半田ボールのボンディングとウェットバックとを
同一の装置内で連続的に行うことが可能となる。

〔実施例〕

第１図（ａ）〜（Ｃ）は本発明の一実施例である半導体
装置の製造方法を工程順に示すウェハの要部断面図、第
２図は本実施例で使用するワイヤボンダの略正面図であ
る。

まず、ウェハプロセスの常法に従ってウェハ１の回路形
成領域に所定の集積回路（図示せず）を形成した後、石
英スパッタ法などによってウェハ１の表面にガラス保護
膜２を被着し、次いで、フォトレジスト／エツチングに
より所定個所を孔開けして酸化膜３の表面にパターン形
成されたＡｌ配線の一部を露出させてＡｌ電極パッド４
を形成する。

次に、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）および金（Ａｕ）の
薄膜を順次蒸着してＡｌ電極パッド４の表面に半田下地
膜５を形成する（第１図（ａ））。

ここで、上記半田下地膜５の最上層として適した金属は
、上記金（Ａｕ）の他、鉛（Ｐｂ）、スズ（Ｓｎ）、ニ
ッケル（Ｎｉ）、銀（Ａｇ）などである。

次に、ブロービング・テストによって各Ａｆｌ電極パッ
ド４の電気特性を検査した後、不良のないウェハ１を第
２図に示すワイヤボンダ６のローダ７に一枚ずつ収容す
る。

このワイヤボンダ６のＸＹテーブル８の上にはボンディ
ングヘッド９が載置され、上下動ブロック１０の内部に
ボンディングアーム１１およびクランプ１２が揺動可能
に取り付けられている。

基端部に超音波発振子１３が取り付けられたボンディン
グアーム１１の先端にはキャピラリ１４が固定され、ス
ズ（Ｓｎ）と鉛（ｐｂ）との合金からなる半田ワイヤ１
５がキャピラリ１４−とスプルー１６との間に張設され
ている。

キャピラリ１４の近傍には水素炎トーチ１７が配設され
、半田ワイヤ１５の先端を水素炎で加熱溶融することに
よって、半田ボール１８を形成するようになっている。

クランプ１２の上方にはＴＶカメラ１９が設置され、制
御部２０からの信号によって作動されるボンディングア
ーム１１の作動状態が外部のモニタＴＶ２１で監視でき
るようになっている。

そこで、ローダ７から搬出したウェハ１をホルダ２２の
上に位置決めすると、制御部２０からの信号によってボ
ンディングアーム１１の作動が開始され、キャピラリ１
４の下端で形成された半田ボール１８がＡＡ電極パッド
４の上にボンディングされる（第１図（ｂ））。

次に、ウェハ１の表面にフラックスを被着した後、これ
をボンディングヘッド９に隣接して設置されたりフロー
炉２３に搬入し、非酸化性雰囲気または還元性雰囲気で
ウェットバックを行うと、半田ボール１８が溶融してＡ
Ｉ！電極パッド４の上に半球状の半田バンブ２４が形成
される（第１図（Ｃ））。

半田バンブ２４が形成されたウェハｌは、アンローダ２
５に一枚ずつ収容され、さらに、次工程に搬送される。

このように、本実施例によれば、下記の効果を得ること
ができる。

（工〕、水素炎トーチ１７を備えた超音波ワイヤボンダ
６を用いてＡｌ電極バッド４の上に半田ボール１８をボ
ンディングした後、この半田ボール１８をリフロー炉２
３でウェットバックして半田バンブ２４を形成するので
、所望する体積の半田バンブ２４を短時間で形成するこ
とができ、スループットが大幅に向上する。

〔２）、高価な半田蒸着装置を必要としないので、半田
バンブ２４の製造コストを低減することができる。

（３）、水素炎トーチ１７を備えたワイヤボンダ６を用
いてＡｌ電極バッド４の上に半田ボール１８をボンディ
ングするので、Ａ１電極パッド４のピッチが微細なウェ
ハにも適用することができる。

（４）、半田ボール１８を形成するに際し、放電トーチ
を備えたワイヤボンダを用いた場合には、蒸発した鉛（
Ｐｂ）やスズ（Ｓｎ）がトーチの電極に付着、堆積して
電極間にスパークが発生しなくなる虞れがあるが、水素
炎トーチ１７を用いることによって上記のような不具合
が解消され、半田ボール１８を連続的に形成することが
できる。

（５）、上記（１）〜（４）により、高密度実装用フリ
ップチップを安価に提供することができる。

（６）、ブロービング・テストによってウェハ１の電気
特性を検査した後、Ａｌ電極バッド４の上に半田ボール
１８をボンディングするので、不良のないウェハ１にの
み半田バンブ２４を形成することができ、歩留りが向上
する。

（７）、ワイヤボンダ６の一部にリフロー炉２３を設置
した装置を使用するので、半田ボール１８のボンディン
グとウェットバックとを同一の装置内で連続的に行うこ
とができ、半田バンブ２４を形成する工程のスルーブツ
トが一層向上する。

以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づき
具体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可
能であることはいうまでもない。

〔発明の効果〕

本願にふいて開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである
。

すなわち、水素炎トーチを備えたワイヤボンダを用いて
ウェハの電極パッド上に所定量の半田ボー　−ルをボン
ディングした後、上記半田ボールをリフロー炉内でウェ
ットバックすることによって、高密度実装用フリップチ
ップを安価に製造することができる。

また、ワイヤボンダの一部にリフロー炉を設置した装置
を使用することにより、半田バンブ形成工程のスルーブ
ツトを一層向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（Ｃ）は本発明の一実施例である半導体
装置の製造方法を工程順に示す半導体ウェハの要部断面
図、 第２図は本実施例で使用するワイヤボンダの略正面図で
ある。 １・・・半導体ウェハ、２・・ガラス保護膜、３・・・
酸化膜、４・・・Ａ！電極パッド、５・・・半田下地膜
、６・・・ワイヤボンダ、７・・・ローダ、８・・・Ｘ
Ｙテーブル、９・・・ボンディングヘッド、１０・・・
上下動ブロック、１１・・・ボンディングアーム、１２
・・・クランプ、１３・・・超音波振動子、１４・・・
キャピラリ、１５・・・半田ワイヤ、１６・・・スプル
ー、１７・・・水素炎トーチ、１８・・・半田ボール、
１９・・・ＴＶ左カメラ２０・・・制御部、２１・・・
モニタＴＶ、２２・・・ホルタ、２３・・・リフロー炉
、２４・・・半田バンブ、２５・・・アンローダ。 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体ウェハの電極パッド上に半田バンプを形成す
   るに際し、水素炎トーチを備えた超音波ワイヤボンダを
   用いて前記電極パッド上に所定量の半田ボールをボンデ
   ィングした後、前記半田ワイヤをリフロー炉内でウェッ
   トバックすることを特徴とする半導体装置の製造方法。 ２、水素炎トーチを備えたワイヤボンダの一部にリフロ
   ー炉を設けたことを特徴とする半導体装置の製造装置。