JPH098046A - 半導体チップの突起電極形成方法 - Google Patents

半導体チップの突起電極形成方法

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JPH098046A JP7175551A JP17555195A JPH098046A JP H098046 A JPH098046 A JP H098046A JP 7175551 A JP7175551 A JP 7175551A JP 17555195 A JP17555195 A JP 17555195A JP H098046 A JPH098046 A JP H098046A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 基板の回路ボンディング用パターンにフリッ
プチップ方式により接続される半導体チップの突起電極
形成方法において、突起電極を簡単な工程で形成し、生
産能率を高め、また接着剤を用いる必要もなくす。 【構成】 半導体チップの電極に金線をワイヤボンディ
ングしこのボンディング部のすぐ上でこの金線を切断し
てボール状のボンディング部を電極上に残し、この金線
のボンディング部の上に他の金属線をワイヤボンディン
グしこのボンディング部のすぐ上でこの金属線を切断し
てボール状のボンディング部を重ねて形成し、加熱・溶
融によって両ボンディング部を一体化する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ワイヤレスボンディン
グ方式の一方式であるフリップチップ方式により半導体
チップを基板に接続するために、半導体チップに設ける
突起電極の形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体チップの電極をＩＣパッケージの
外部リード端子に接続する方法（ダイボンディング方
法）として、金線やアルミ線を用いるワイヤボンディン
グ法が広く採用されている。しかしこの方式はチップ上
の電極ボンディングパッドが占める面積が大きく、高密
度実装化の進展に伴いボンディングパッドの縮小化が求
められている。このような要求に対応するため、従来よ
り金属線を用いないワイヤレスボンディング方式が提案
されている。このような方式の１つとしてフリップチッ
プ（Flip Chip ）法が知られている。
【０００３】この方式には、半導体チップの電極（ボン
ディングパッド）にバンプと呼ばれる突起電極を設け、
この突起電極を基板のボンディング用回路パターンに接
続するものがある（バンプ方式）。また逆に基板の回路
パターン上に電極を盛り上げてパッドを付ける方式があ
るが（ペディスタル方式）、この方式はほとんど用いら
れていない。
【０００４】
【従来の技術の問題点】バンプ方式は突起電極を形成す
るために特殊かつ複雑な加工が必要であった。たとえば
はんだボールを各電極に供給してリフローする方法ある
が、一定半径のはんだボールを各電極に１個づつ供給す
るためには、専用のコンピュータコントロールの装置が
必要となったり、半導体チップ側に溶融はんだが周囲に
流出しないように電極を囲むガラスダムやはんだによる
Ａｌ電極の浸食を防止するバリアメタルを形成すること
が必要になる。このため工程が複雑で生産性が悪く、一
般的な半導体チップすべてには適用できないという問題
があった。
【０００５】突起電極を形成する方法として、銅ボール
をはんだで固定する方法、はんだ蒸着による方法なども
知られている。しかしこれらの方法も前記の方法と同様
にはんだの拡がりを防ぐバリヤが必要となるなど、前記
と同様の問題があった。
【０００６】このような問題を解決するため、ワイヤボ
ンディングを用いて突起電極を形成する方法（スタッド
バンプ法）が考えられている。この方法は半導体チップ
の電極に金線をワイヤボンダを用いてボンディングし、
このボンディング部のすぐ上で金線を切断し、ボール状
にボンディング部（バンプ）を残すものである。
【０００７】このボンディング部を基板の回路パターン
に接続するためには、ボンディング部の頂面にワイヤを
切断した突起が残っているため、導電性樹脂接着剤（Ａ
ｇエポキシ接着剤など）を用いる必要が生じる。すなわ
ちディスペンサやスタンピング法などによって一定量の
接着剤をボール状の各ボンディング部に供給し、半導体
チップを基板に精密に位置合せして押し付けて仮止め
し、加熱炉で加熱し樹脂を硬化させるものである。
【０００８】しかしこの方法は接着剤を用いるため、電
気抵抗が比較的大きくなるなど電気特性が劣り、熱伝導
性が悪く、高温に弱く、接着剤が出すガスが半導体チッ
プを汚染する、等の問題があった。
【０００９】
【発明の目的】本発明はこのような事情に鑑みなされた
ものであり、フリップチップ方式による半導体チップの
接続に用いる突起電極を簡単な工程で形成することがで
き、生産能率を高めることができ、また接着剤を用いる
必要もない半導体チップの突起電極形成方法を提供する
ことを目的とする。
【００１０】
【発明の構成】本発明によればこの目的は、基板の回路
ボンディング用パターンにフリップチップ方式により接
続される半導体チップの突起電極形成方法において、前
記半導体チップの電極に金線をワイヤボンディングしこ
のボンディング部のすぐ上でこの金線を切断してボール
状のボンディング部を電極上に残し、この金線のボンデ
ィング部の上に他の金属線をワイヤボンディングしこの
ボンディング部のすぐ上でこの金属線を切断してボール
状のボンディング部を重ねて形成し、加熱・溶融によっ
て両ボンディング部を一体化したことを特徴とする半導
体チップの突起電極形成方法、により達成される。
【００１１】
【実施例】図１は本発明の突起電極形成工程を示す図、
図２は半導体チップのダイボンディング工程を示す図、
図３はワイヤボンディング工程図である。図１において
符号１０は半導体チップであり、その電極面を上にして
ワイヤボンディング用工具であるワイヤボンダ（図示せ
ず）にセットされる。
【００１２】半導体チップ１０は、例えば格子状に配列
された多数のアルミ電極１２を持つ。これらの電極１２
にはネイルヘッド法により金線１４が熱圧着される。こ
のネイルヘッド法は図３に示すキャピラリ１６を用い
て、金線１４をネイルヘッド状すなわち釘の頭状に電極
１２に熱超音波法（サーモソニック法）により接合する
ものである。このキャピラリ１６は一般的にはセラミッ
クで略逆円錐状に作られ、その中央の小孔を通して金線
１４が上から供給される。
【００１３】この金線１４の下端を電気トーチで焼き切
ると金線は溶けて線香花火のような小球１８ができる
（図３の（Ａ）の状態）。予め加熱されたチップ１０の
電極１２に、キャピラリ１６を降ろしてこの小球１８を
アルミ電極１２に圧着する。アルミと金は熱と超音波エ
ネルギーとにより局部的に合金を作りボール状ボンディ
ング部（バンプ）２０を形成して接合（ボンド）される
（サーモソニック法、図１の（Ａ）、図３の（Ｂ））。
【００１４】キャピラリ１６を引き揚げ、金線１４をボ
ール状のボンディング部２０のすぐ上でワイヤーを引き
ちぎると同時に電気トーチ２２で切断すれば、、金線１
４の下端にも同時に小球１８ができる（図３の
（Ｃ））。この小球１８は図３の（Ａ）に示すように次
のボンディングにそのまま用いることができる。
【００１５】このようにして金線１４を用いたボール状
のボンディング部２０（スタッドバンプという）が形成
されると、次にこの金のボール状ボンディング部２０の
上に、錫（Ｓｎ）または金錫（Ａｕ−Ｓｎ（２０Ｗｔ
％））の金属線２４を用いてボール状ボンディング部２
６を形成する。この時前記図３により説明した方法と同
じ方法が用いられる。
【００１６】すなわちキャピラリを貫通して下方へ突出
した金属線２４の下端に電気トーチにより小球を作り、
この小球を金のボンディング部２０の上に圧着する（図
１の（Ｃ））。そして錫または金錫のボンディング部２
６をボール状に形成し、このボンディング部２６のすぐ
上を切ればよい。
【００１７】このようにアルミ電極１２上に、金のボン
ディング部２０と、錫または金錫のボンディング部２６
とを二層に形成した後、チップ１０を加熱炉に入れ、水
素等の還元雰囲気中で３００〜３３０℃に加熱してボン
ディング部２６だけを溶融する。なお錫の溶融点は２３
２℃であり、金錫合金（Ａｕ８０Ｗｔ％、Ｓｎ２０Ｗｔ
％）の溶融点は２８０℃である。また金の融点は１０６
３℃であるから、金は錫と合金化した表面以外溶融しな
い。
【００１８】この結果金のボンディング部２０の上に共
晶型の金錫合金層２６Ａが形成された突起電極２８がで
きあがる（図１の（Ｅ））。このように突起電極２８の
先端が金錫合金層２６Ａで覆われているため、この半導
体チップ１０を基板３０（図２）にフリップチップ法に
より組付ける際に都合がよい。すなわち基板３０のボン
ディング用回路パターン３２は通常銅で作られ、その表
面が金めっきされて導電性と耐食性の向上が図られてい
るから、金錫合金層２８がこの金めっきと共晶型の合金
を形成して良好に接合するからである。
【００１９】このように半導体チップ１０の全ての電極
１２に突起電極２８を形成した後、半導体チップ１０を
裏返えして図２の（Ａ）に示すように突起電極２８の形
成面を下向きにする。そして突起電極基板３０の回路パ
ターン３２に位置合せして押し付け、水素還元雰囲気中
で約３００〜３２０℃で加熱する。すると金錫合金層２
６Ａが溶融し、電極１２と回路パターン３２とが電気的
に接続される。
【００２０】以上の実施例では金のボンディング部２０
の上に錫または金錫のボンディング部２６を形成してい
るが基板３０の回路パターン３２の表面材質により変更
してもよいのは勿論である。例えば錫に代えてインジウ
ムを使うことにより、ＳｎＰｂまたはＳｎＩｎ、ＰｂＩ
ｎ系のはんだリフローにも使用可能になる。
【００２１】
【発明の効果】請求項１の発明は以上のように、フリッ
プチップ方式で半導体チップを基板にダイボンディング
（チップ・ボンディング）する場合に、半導体チップに
形成する突起電極を、まず金線をネイルヘッド・ボンデ
ィングなどにより電極にボール状に圧着し、この圧着し
たボール状のボンディング部（バンプ）のすぐ上で金線
を切断し、さらにこの上に他の金属によるボール状のボ
ンディング部を同様な方法で形成した。そしてこの他の
金属によるボンディング部を加熱溶融させて金のボンデ
ィング部と一体化させたものである。
【００２２】このため半導体チップの電極に多くのめっ
き層や蒸着層を重ねて形成したり、ガラスダムやバリア
メタルなどを形成する必要がなくなり、またはんだボー
ルを各電極に供給するなどの面倒な工程が不要になる。
従って比較的簡単な工程だけで突起電極を能率良く形成
でき、生産性が向上する。
【００２３】また樹脂接着剤を用いる必要もないから、
電気伝導性と熱伝導性とを高くすることができるだけで
なく、接着剤が発生するガスによる半導体チップの汚染
もないから、信頼性が向上する。この発明に用いる他の
金属としては、錫や金錫合金が適する（請求項２）。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の突起電極形成工程説明図
【図２】ダイボンディング工程説明図
【図３】ワイヤボンディング工程図
【符号の説明】
１０ 半導体チップ １２ 電極 １６ キャピラリ ２０ 金ボンディング部（バンプ） ２２ 水素の火炎 ２４ 他の金属 ２６ 他の金属のボンディング部（バンプ） ２６Ａ 金錫合金層 ２８ 突起電極 ３０ 基板 ３２ 回路パターン

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板の回路ボンディング用パターンにフ
    リップチップ方式により接続される半導体チップの突起
    電極形成方法において、前記半導体チップの電極に金線
    をワイヤボンディングしこのボンディング部のすぐ上で
    この金線を切断してボール状のボンディング部を電極上
    に残し、この金線のボンディング部の上に他の金属線を
    ワイヤボンディングしこのボンディング部のすぐ上でこ
    の金属線を切断してボール状のボンディング部を重ねて
    形成し、加熱・溶融によって両ボンディング部を一体化
    したことを特徴とする半導体チップの突起電極形成方
    法。
  2. 【請求項２】 他の金属線を錫線とした請求項１の半導
    体チップの突起電極形成方法。
JP7175551A 1995-06-20 1995-06-20 半導体チップの突起電極形成方法 Pending JPH098046A (ja)

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