JPH05136144A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH05136144A
JPH05136144A JP3297319A JP29731991A JPH05136144A JP H05136144 A JPH05136144 A JP H05136144A JP 3297319 A JP3297319 A JP 3297319A JP 29731991 A JP29731991 A JP 29731991A JP H05136144 A JPH05136144 A JP H05136144A
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JP
Japan
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melting point
bump electrode
low melting
film
conducting metal
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Pending
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JP3297319A
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English (en)
Inventor
Hiromasa Ono
浩正 大野
Hiroshi Kikuchi
広 菊地
Toshihiko Sato
俊彦 佐藤
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Hitachi Ltd
Renesas Semiconductor Package and Test Solutions Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Hokkai Semiconductor Ltd
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/10Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/15Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
    • H01L2224/16Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
    • H01L2224/161Disposition
    • H01L2224/16151Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/16221Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
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    • H01L2224/732Location after the connecting process
    • H01L2224/73251Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73253Bump and layer connectors
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    • H01L2924/1531Connection portion the connection portion being formed only on the surface of the substrate opposite to the die mounting surface
    • H01L2924/15311Connection portion the connection portion being formed only on the surface of the substrate opposite to the die mounting surface being a ball array, e.g. BGA
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    • H01L2924/16152Cap comprising a cavity for hosting the device, e.g. U-shaped cap

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体装置の信頼性を向上する。 【構成】 半導体ペレット10または基板13の端子
8,12上に、下地金属層6を介して、バンプ電極1を
設けた半導体装置20において、バンプ電極1を低融点
導電性金属または低融点導電性金属と高融点導電性金属
の合金で構成し、下地金属層6のバンプ電極1側に前記
低融点導電性金属と濡れ性が良い高融点導電性金属膜2
を設け、バンプ電極1と下地金属層6との界面に、低融
点導電性金属と高融点導電性金属の金属間化合物層を設
ける。 【効果】 バンプ電極1と下地金属層6の界面への応力
集中は低減されるので、クラックの発生を低減できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置に関し、特
に、半導体ペレットまたは基板の端子上に、下地金属層
を介して、バンプ電極を設けた半導体装置に適用して有
効な技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】MCC(icro arrier For LS
hip)構造を採用する半導体装置が使用されてい
る。
【0003】前記半導体装置においては、ベース基板、
このベース基板の周囲に接着層を介して接続されたキャ
ップの夫々から構成されるキャビティ内に、半導体ペレ
ットが気密封止されている。
【0004】前記半導体ペレットの素子形成面には、複
数の端子が設けられている。前記ベース基板のペレット
搭載面には、前記半導体ペレットの端子と対応する位置
に、複数の端子が設けられている。このベース基板の端
子と、前記半導体ペレットの端子との間は、バンプ電極
を介して電気的に接続されている。
【0005】前記バンプ電極は、鉛と錫の合金で構成さ
れている。このバンプ電極と接続される端子の表面部に
は、バンプ電極側から、金膜、銅膜の夫々が設けられて
いる。これらの金膜及び銅膜は、いわゆる下地金属層を
構成する。このように、バンプ電極を鉛と錫の合金で構
成し、下地金属層のバンプ電極側から金膜と銅膜を設け
たことにより、バンプ電極と下地金属層との界面部分
に、金と錫の金属間化合物層及び金と銅の金属間化合物
層が形成される。これらの金属間化合物層が形成される
ことにより、バンプ電極と端子との間は接続される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者は、前記従来技術を検討した結果、以下のような問題
点を見出した。
【0007】前記端子とバンプ電極との界面部分に、金
と錫または銅と錫の金属間化合物層が形成されている場
合には、温度サイクル、高温放置等の信頼性試験を半導
体装置に施すことにより、金と錫または銅と錫の金属間
化合物層に応力が集中し、この金と錫または銅と錫の金
属間化合物層が起点となってクラック(亀裂)が発生す
る。この結果、端子とバンプ電極の界面で、はがれが発
生するという問題があった。
【0008】本発明の目的は、半導体ペレットまたは基
板の端子上に、下地金属層を介して、バンプ電極を設け
た半導体装置において、信頼性を向上することが可能な
技術を提供することにある。
【0009】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らか
になるであろう。
【0010】
【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、
以下のとおりである。
【0011】(1)半導体ペレットまたは基板の端子上
に、下地金属層を介して、バンプ電極を設けた半導体装
置において、前記バンプ電極を低融点導電性金属または
低融点導電性金属と高融点導電性金属の合金で構成し、
前記下地金属層のバンプ電極側に前記低融点導電性金属
と濡れ性が良い高融点導電性金属膜を設け、前記バンプ
電極と下地金属層との界面に、前記低融点導電性金属と
高融点導電性金属の金属間化合物層を設ける。
【0012】(2)前記低融点導電性金属を鉛で構成
し、前記高融点導電性金属を金で構成する。
【0013】
【作用】前述した手段(1)または(2)によれば、低
融点導電性金属(鉛)と高融点導電性金属(金)との金
属間化合物層をバンプ電極と下地金属層との界面に設け
たことにより、界面はがれの原因となる金と錫または銅
と錫の金属間化合物層は形成されないので、温度サイク
ル、高温放置等の信頼性試験を半導体装置に施しても、
金属間化合物層への応力集中は低減される。従って、こ
の金属間化合物層が起点となるクラックの発生は低減さ
れるので、端子とバンプ電極の界面でのはがれの発生を
低減し、半導体装置の信頼性を向上できる。
【0014】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を用いて具体
的に説明する。なお、実施例を説明するための全図にお
いて、同一機能を有するものは、同一符号を付け、その
繰り返しの説明は省略する。
【0015】本発明の実施例の半導体装置の構成を、図
2(要部断面図)を用いて説明する。
【0016】図2に示すように、前記半導体装置20
は、MCC構造を採用している。この半導体装置20
は、実装基板(モジュール基板)25の装置実装面に実
装されている。このモジュール基板25の装置実装面に
は、前記半導体装置20の外部端子21と対応する位置
に、端子26が複数個設けられている。この端子26
は、前記モジュール基板25内部に設けられている図示
しない配線と接続されている。この端子26と前記外部
端子21との間は、半田バンプ電極27を介して電気的
に接続されている。この半田バンプ電極27は、例え
ば、鉛、錫及び銀の合金で構成されている。
【0017】前記半導体装置20は、実装基板(ベース
基板)13、このベース基板13のチップ搭載面の周囲
に接着層14を介して固着されたキャップ15の夫々か
ら構成されるキャビティ16内に、半導体ペレット10
を気密封止している。前記半導体ペレット10の素子形
成面には、内部領域の配線に接続された外部端子8が複
数設けられている。また、この半導体ペレット10の素
子形成面と対向する面は、接着層14を介して、前記キ
ャップ15に固着されている。
【0018】前記ベース基板13は、例えばムライト基
板で構成されている。このベース基板13のチップ搭載
面には、前記半導体ペレット10の外部端子8と対応す
る位置に端子12が複数個設けられている。この端子1
2と前記外部端子8との間は、バンプ電極1を介して接
続されている。このベース基板13の前記ペレット実装
面と対向する面には、前記外部端子21が複数個設けら
れている。この外部端子21と、前記ペレット搭載面の
端子12との間は、前記ベース基板13内部の配線17
によって電気的に接続されている。
【0019】前記バンプ電極1は、例えば、鉛で構成さ
れている。また、このバンプ電極1を、例えば、鉛と金
の合金で構成することもできる。このように、バンプ電
極1を鉛と金の合金で構成する場合には、図3(鉛と金
の二成分系状態図)に示すように、金の含有量を35乃
至40wt%(鉛の含有量を60乃至65wt%)程度にす
ることにより、融点を320乃至360℃程度に設定で
きる。
【0020】前記バンプ電極1と前記外部端子8との
間、及び、前記バンプ電極8と端子12との間には、図
1(前記図2の要部を拡大して示す要部断面図)に示す
ように、下地金属層6が設けられている。この下地金属
層6は、バンプ電極1側から、金膜2、銅膜3、銅とク
ロムの合金膜4、クロム膜5を設けた積層膜で構成され
ている。従って、この下地金属層6のバンプ電極1側に
は、バンプ電極1を構成する鉛または鉛と金の合金に対
して濡れ性が良い金膜2が設けられている。
【0021】このように、バンプ電極1を鉛または鉛と
金の合金で構成し、下地金属層6のバンプ電極1側に金
膜2を設けことにより、バンプ電極1と下地金属層6と
の界面には、図示していないが、鉛と金の金属間化合物
層が形成される。よって、界面はがれの原因となる金と
錫または銅と錫の金属間化合物層は形成されないので、
外部端子8または端子12とバンプ電極1の界面でのは
がれの発生を低減し、半導体装置20の信頼性を向上で
きる。
【0022】また、下地金属層6のバンプ電極1側に金
膜2を設けたことにより、バンプ電極1と下地金属層6
の界面には、鉛と金の金属間化合物層が形成されるの
で、外部端子8または端子12との間の接続の信頼性を
向上できる。
【0023】次に、前記バンプ電極1の形成方法及び半
導体ペレット10の搭載方法を説明する。
【0024】まず、半導体ペレット10の外部端子8上
に、クロム膜5、銅とクロムの合金膜4、銅膜3、金膜
2の夫々を積層後、パターンニングし、下地金属層6を
形成する。
【0025】次に、この下地金属層6の上層に、鉛を選
択的に蒸着する。この後、この鉛を熱処理し、その表面
を球状化し、バンプ電極1を形成する。
【0026】次に、真空または不活性ガス雰囲気中で、
前記バンプ電極1の表面の酸化物をアルゴン(Ar)ス
パッタ等で除去する。特に、バンプ電極1を鉛で構成し
た場合には、表面が非常に酸化され易いため、バンプ電
極1の表面の酸化物を除去する必要がある。この後、同
一の雰囲気中で、同様に、ベース基板13の下地金属層
6の表面を清浄化する。
【0027】次に、同一の雰囲気中で、バンプ電極1と
ベース基板13の下地金属層6を接続する。このよう
に、バンプ電極1の表面の酸化物を除去する工程から、
バンプ電極1と下地金属層6とを接続する工程までは、
同一真空系または同一ガス系で行なわれる。
【0028】以上、本発明を実施例にもとづき具体的に
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において種々変更可
能であることは言うまでもない。
【0029】
【発明の効果】本願にお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
記のとおりである。
【0030】半導体装置の信頼性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の半導体装置の要部を拡大して
示す要部断面図。
【図2】前記半導体装置の断面図。
【図3】鉛と金の二成分系状態図。
【符号の説明】
1…バンプ電極、2…金膜、3…銅膜、4…銅とクロム
の合金膜、5…クロム膜、6…下地金属層、8…外部端
子、10…半導体ペレット、12…端子、13…ベース
基板。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 俊彦 東京都青梅市今井2326番地 株式会社日立 製作所デバイス開発センタ内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体ペレットまたは基板の端子上に、
    下地金属層を介して、バンプ電極を設けた半導体装置に
    おいて、前記バンプ電極を低融点導電性金属または低融
    点導電性金属と高融点導電性金属の合金で構成し、前記
    下地金属層のバンプ電極側に前記低融点導電性金属と濡
    れ性が良い高融点導電性金属膜を設け、前記バンプ電極
    と下地金属層との界面に、前記低融点導電性金属と高融
    点導電性金属の金属間化合物層を設けたことを特徴とす
    る半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記低融点導電性金属を鉛で構成し、前
    記高融点導電性金属を金で構成したことを特徴とする前
    記請求項1に記載の半導体装置。
JP3297319A 1991-11-13 1991-11-13 半導体装置 Pending JPH05136144A (ja)

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Cited By (3)

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