半导体装置的制作方法

专利名称：半导体装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于家电用、民生设备用、产业用的半导体装置。
背景技术：
以便携电子设备为中心的高功能化的要求在逐年增加，与其相伴 的高速、大容量的半导体器件成为必要。另一方面，设备的小型化也 成为大的需求，使这些并存的半导体封装的开发正在进行。作为将其 实现的关键技术，使用突起凸块来连接半导体元件的倒装芯片安装得 到了注目，已经使用于各种封装。倒装芯片安装是通过倒装来在基板 的电极上连接在焊盘上形成有凸块的芯片的安装方式。
倒装芯片安装方式与以往的引线键合连接方式相比，具有通过缩 短连接长度可以抑制信号传播的延迟且可以实现高速传送、由于芯片 尺寸成为封装尺寸所以可以实现小型化等优点。作为主要的倒装芯片 安装方式，使用焊料凸块来连接芯片和基板间的焊料凸块连接方式、 在芯片侧形成金嵌钉(stud)凸块后使用焊料来连接嵌钉凸块和基板 侧布线的Au凸块/焊料连接方式、在芯片侧形成金嵌钉凸块后通过超 声波连接来连接嵌钉凸块和基板侧布线的超声波连接方式(参照图 7)、在芯片侧形成嵌钉凸块后使用以银糊剂(paste)或ACF (Anisotropic Conductive Film,各向异性导电膜)等树脂材为主的材 料来连接嵌钉凸块和基板侧布线的接触连接方式等成为主流。
另一方面，凸块间距的微细化正在进步，在芯片层叠封装的芯片间连接中已发表出20微米间距的连接。虽然当前限于芯片层叠封装， 但今后即使对于芯片/基板间的连接也预想进行进一步的微细化。在专 利文献l中，记载有芯片层叠中使用的电极凸块的制造方法以及连接 方法，通过构成为与凸块基部相比增大应力变化来形成凸块前端部， 在连接时使凸块前端部弯曲变形而降低连接时应力。
[专利文献1日本特开2005 - 243714号 ^才艮
[专利文献21日本特开2002 - 134541号乂>才艮
在通过上述的以往的连接方式针对存在线膨胀系数差的二个以 上的部件进行小于等于50微米间距的微细连接的情况下，可列举各 种以下那样的课题。
(1) 焊料凸块连接方式
在连接时需要加热到大于等于焊料熔融温度，在当前成为主流的 无铅焊料的情况下焊料被加热到大概240'C左右。因此在连接后成为 室温时，由于连接部件间的线膨胀系数差，在焊料连接部发生变形和 畸变并发生凸块间短路或基于高度畸变的连接部断裂。另外，在实现 小于等于50微米间距的情况下，焊料凸块优选小于等于30微米，但 在当前的工艺中微细凸块的制作非常困难。另外，连接后的部件间高 度变为20微米左右，所以难以在部件间填充底层填料。
(2) Au凸块/焊料连接方式
由于需要与焊料凸块连接方式同样地使烊料熔融，所以在连接后 变为室温时，由于连接部件间的线膨胀系数差，有可能在焊料连接部 发生变形和畸变并发生凸块间短路或基于高度畸变的连接部断裂。特 别是与焊料凸块连接相比焊料量少，所以预想为断裂发生率变高。另 外，还需要担心向金凸块/芯片焊盘的应力集中。另外，难以抑制高度 偏差而均匀形成小于等于30微米的金嵌钉凸块。
(3) 超声波连接方式
在超声波连接方式的情况下，由于连接温度低到小于等于150 'C，所以不易引起上述中记载的那样的起因于温度变化的短路或连接 部断裂。但是，在连接时需要担负荷重，所以在金嵌钉凸块中当担负荷重时产生变形，需要担心邻接凸块间短路。
(4)接触连接方式 在接触连接方式中连接温度可抑制在150'C左右，但由于连接形 态为接触，所以连接电阻变高，难以实现高速传送。另外，在设为微 细连接用的银糊剂或ACF的情况下，需要选定几微米直径的导电粒 子零件，成本变高。
如上所述，关于微细连接在直接应用以往的技术的情况下，课题 很多而需要开发新的技术。
在专利文献l中，可以使凸块的前端变形来吸收连接时荷重，但 由于是接触连接，所以在线膨胀系数不同的部件间的连接中，接触电 阻变高，是不适合的。另外，由于需要150'C 400'C的加热，所以起 因于线膨胀系数差的连接部变形和畸变变大，在不同部件间的连接中 存在问题。

发明内容
本发明的目的在于提供一种半导体装置，在连接具有小于等于 50微米间距的微细间距电极的半导体元件和基板上的焊盘或布线的 结构中，防止连接时的加热或担负荷重时发生的凸块间短路、基于高 度畸变的连接部断裂，或者降低接触电阻，可对应于高可靠性且高速 传送。
本发明的主要方面的半导体装置的特征在于，在连接具有小于等 于50微米间距的微细间距电极的半导体元件和基板上的焊盘或布线 的结构中，基板和半导体元件经由纵弹性系数(杨氏模量)大于等于 65GPa且小于等于600Gpa的凸块、和以锡、铝、铟、铅中的任意一 种为主成分的緩冲层连接，在凸块和基板上的焊盘或布线所对置的面 的至少一方形成有突起。
通过设置上述的突起，緩和在凸块和焊盘或布线间的连接时产生 的朝向横向的应力，可以防止或緩和构成緩冲层的材料的移动。另外， 通过利用超声波来连接，可以实现低温连接。本发明的特征在于，易于在凸块和布线间确保应力緩冲层；连接 部的间隔(连接高度hl)高；具有应力緩冲层；具有硬质凸块；以及 可以实现超声波连接等低温连接。
由此，即使在连接存在线膨胀系数差的基材的情况下，也可以降 低起因于温度变化的连接部应力集中。另外，由于连接温度和室温的 温度差小，所以可以降低刚制造后的向连接部的初始应力。另外，由 于连接部间隔宽，所以易于注入底层填料。另外，由于使用具有凹凸 的硬质凸块，所以基于连接时荷重的凸块变形变少，可以防止凸块间 短路。


图l是本发明的第一实施例的微细连接部的放大剖面图。 图2是向本发明的半导体元件上的凸块形成工艺的一个例子的 剖面图。
图3是向本发明的基板上的緩沖层形成工艺的一个例子的剖面图。
图4是本发明的组装工艺的一个例子的剖面图。
图5是本发明的超声波施加过程中的微细连接部的放大剖面图。
图6是本发明的第二实施例的微细连接部的放大剖面图。
图7是使用金嵌钉凸块的以往连接部的放大剖面图。
具体实施例方式
以下，根据附图对本发明的实施方式进行说明。 (实施例1)
图l是本发明的第一实施例的连接部剖面示意图。l为半导体元 件，2为芯片侧焊盘，ll为凸块，12为緩冲层，20为基板，21为布 线，22为布线上镀敷，24为底层填料。
凸块11的纵弹性系数为大于等于65GPa小于等于600GPa且以 金属为主成分，例如以镍、铜、铝、金、钛中的至少一种为主成分。另外，当凸块整体的纵弹性系数为大于等于65GPa时，也可以是复合 体，例如也可以是铜和镍的层叠结构等。此处，使凸块11整体的纵 弹性系数成为大于等于65GPa的原因在于，在连接线膨胀系数不同的 材料的结构中对连接部可靠性波及影响的主要原因为连接部的剪切 畸变s，当将离中心的距离设为L、将连接高度设为d、将两部件的线 膨胀系数差设为Aa、将温度变化量设为AT时，剪切畸变￡为￡-Aa'AT*L/d,连接高度d越高，畸变变得越小，即可靠性越高。因此， 在本实施例的连接结构中，当使用锡单体或焊料(杨氏模量17~ 30MPa左右)时，无法确保高度，但可以通过使用纵弹性系数为大于 等于65GPa的金属凸块(例如铝68GPa)来确保高度，可以提高连 接的可靠性。在凸块ll的前端形成有凹凸。
緩冲层12以锡、铟、铅、铝中的任意一种为主成分，只要是纵 弹性系数比选定的凸块11材料低的材料即可。
緩沖层12可以形成在凸块11或布线21上，也可以独立地(芯 片侧凸块、基板侧布线中的任意一个中都没有预先形成，而夹在凸块 和布线之间的结构)以2 3nm的厚度形成。该緩冲层12以锡、铟、 铅、铝中的任意一种为主成分，只要是纵弹性系数比选定的凸块11 材料低的材料即可。
基板20是树脂基板、陶乾基板、硅基板等即可。布线21、布线 上镀敷22为在各基板中一般使用的结构，例如在树脂基板的情况下， 布线21可列举铜，布线上镀敷22可列举镀镍、镀金等。在第一实施 例中，将基板20设为印刷基板来说明。在凸块11中，在连接对象材 侧形成有凹凸。在图l的第一实施例中，图示出山型的凹凸，但对于 形成在凸块11上的凹凸，只要是当与布线上镀敷22连接时在凸块11 和布线上镀敷22之间的至少一个以上位置确保了緩冲层12的高度， 则可以是任意的形状。另外，对于形成在凸块11上的凹凸，可以形 成在布线上镀敷22，也可以形成在凸块ll、布线上镀敷22这双方。
图2示出第 一 实施例的半导体元件1侧的凸块形成工艺的一个例 子。在图2以及图3中，针对芯片侧焊盘2将以铝为主成分的金属作为例子、针对凸块11将以镍为主成分的金属作为例子、针对緩冲层
12将以锡为主成分的金属作为例子、针对布线将以铜为主成分的金属 作为例子、针对布线上镀敷22将在以镍为主成分的金属上镀金作为 例子进行说明。
在半导体元件1上如图2(a)所示形成有芯片侧焊盘2和布线 (未图示)。作为用于在芯片侧焊盘2上镀镍的预处理，在对表面进 行蚀刻之后进行锌置换的锌酸盐处理。之后，如图2 (b)所示，涂敷 抗蚀剂3，通过进行膝光以及显影在凸块11的形成预定位置形成开口 部(图2(c))。作为抗蚀剂3，可以使用负型抗蚀剂、正型抗蚀剂 中的任意一个。另外，使抗蚀剂3的厚度成为大于等于期望的凸块高 度。对如上述那样形成的开口部通过进行无电解镀敷来形成镍凸块 (图2 (d))。在形成的镍凸块的前端形成l~15nm的凹凸。以下 示出凹凸的形成方法例子。
凸块前端凹凸形成第一方法为通过向模按压来形成凹凸的方法。 在由硬度比凸块11高的材料形成或被表面涂敷的样板的表面，形成 希望在凸块ll上形成的期望的高度的凹凸(l~15nm)。在凹凸形成 中，可以使用机械研磨、蚀刻、激光加工、等离子加工、切削等任意 一种方法，但优选选择适合于样板材的加工的方法。通过向该样板与 图2 (d)相对置地从上方施加荷重，在凸块ll上形成凹凸。在突起 形成时可以去除抗蚀剂，但利用抗蚀剂可以防止向凸块11以外的布 线等的损伤。在凸块11上形成凹凸之后，在镍表面上通过蒸镀、溅 射、镀敷等，形成0.01pm 5nm的金。仅在必要的情况下形成金即 可。最后，如图2(e)所示，通过去除抗蚀剂3，取得形成有凸块ll 的半导体元件l。在本实施例中，示出了基于无电解镀敷的形成工艺， 但也可以使用电解镀敷。另外，凸块转印法或利用MEMS (Micro Electro Mechanical Systems,微机电系统)中利用的薄膜形成工艺的 凸块形成法等对形成方法没有限定。
凸块前端凹凸形成第二方法为利用干式蚀刻的方法。干式蚀刻的 方法可以使用反应性气体蚀刻、反应性离子蚀刻、反应性离子束蚀刻、反应性激光束蚀刻等利用化学反应的方法、离子铣削(milling)那样 地通过离子冲突同时引起化学反应和物理反应来蚀刻的方法中的任 意一个。从图2 ( d )的状态通过上述的任意一个方法在凸块11上形 成l 15nm的凹凸。对于凸部的形状，只要可在凸块ll表面上的至 少一个以上位置形成，则可以是圆、四边、多边、球、椭圆等任意形 状。在突起形成时可以去除抗蚀剂，但利用抗蚀剂可以防止向凸块ll 以外的布线等的损伤。在凸块11上通过干式蚀刻形成凹凸之后，在 镍表面上通过蒸镀、溅射、镀敷等，形成0.01nm 5nm的金。仅在 必要的情况下形成金即可。最后，如图2(e)所示，通过去除抗蚀剂 3，取得形成有凸块11的半导体元件1。在本实施例中，示出了基于 无电解镀敷的形成工艺，但也可以使用电解镀敷。
凸块前端凹凸形成第三方法为利用湿式蚀刻的方法。湿式蚀刻的 方法是通过使用腐蚀.溶解金属等的药品对加工对象物进行浸透、喷雾 来加工成任意的形状的工艺，可以低成本地一次实现大量的加工。从 图2 (d)的状态通过湿式蚀刻法在凸块ll上形成l 15nm的凹凸。 对于凸部的形状，只要可在凸块11表面上的至少一个以上位置形成， 则可以是圃、四边、多边、球、椭圆等任意形状。在突起形成时可以 去除抗蚀剂，但利用抗蚀剂可以防止向凸块11以外的布线等的损伤。 在凸块11上通过湿式蚀刻形成凹凸之后，在镍表面上通过蒸镀、溅 射、镀敷等，形成0.01fun 5jun的金。仅在必要的情况下形成金即 可。最后，如图2(e)所示，通过去除抗蚀剂3，取得形成有凸块ll 的半导体元件l。在本实施例中，示出了基于无电解镀敷的形成工艺， 但也可以使用电解镀敷。此处，记栽了1^于镀敷工艺的凸块形成方法， 但凸块转印法或利用MEMS工艺的凸块形成法等对形成方法没有限 定。
凸块前端凹凸形成第四方法为利用激光加工的方法。激光器的种 类可根据对象材料来选择YAG激光器、红宝石激光器等固体激光器； 碳酸气体激光器、氩离子激光器、氦氖激光器等气体激光器；液体激
光器；半导体激光器；自由电子激光器等。使用激光器的凹凸形成由于可进行微细加工，所以具有还可以加工成复杂形状的优点。从图2 (d)的状态利用激光器在凸块11上形成l~15nm的凹凸。对于凸 部的形状，只要可在凸块11表面上的至少一个以上位置形成，则可 以是圆、四边、多边、球、椭圆等任意形状。在突起形成时可以去除 抗蚀剂，但利用抗蚀剂可以防止向凸块11以外的布线等的损伤。在 凸块11上利用激光器形成凹凸之后，在镍表面上通过蒸镀、'溅射、 镀敷等，形成0.01nm~5nm的金。仅在必要的情况下形成金即可。 最后，如图2 (e)所示，通过去除抗蚀剂3，取得形成有凸块11的 半导体元件1。在本实施例中，示出了基于无电解镀敷的形成工艺， 但也可以使用电解镀敷。
此处，记栽了基于镀敷工艺的凸块形成方法，但凸块转印法或利 用MEMS工艺的凸块形成法等对形成方法没有限定。凸块前端凹凸 形成第五方法为利用溅射的方法。溅射是通过在真空中使离子化的氩 向加工面沖突来进行表面加工或成膜的技术。可列举出通过将图2(d) 的状态的样本设置在真空腔内并利用离子化的氩对凸块11上表面进 行加工来形成l 15pm的凹凸的方法、和使用溅射成膜装置在凸块上 形成任意的突起的方法。对于凸部的形状，只要可在凸块11表面上 的至少一个以上位置形成，则可以是圆、四边、多边、球、椭圆等任 意形状。在突起形成时可以去除抗蚀剂，但利用抗蚀剂可以防止向凸 块ll以外的布线等的损伤。在凸块ll上通过喷射形成凹凸之后，在 镍表面上通过蒸镀、'减射、镀敷等，形成0.01nm~5nm的金。仅在 必要的情况下形成金即可。最后，如图2(e)所示，通过去除抗蚀剂 3，取得形成有凸块ll的半导体元件l。在本实施例中，示出了基于 无电解镀敷的形成工艺，但也可以使用电解镀敷。
此处，记栽了基于镀敷工艺的凸块形成方法，但凸块转印法或利 用MEMS工艺的凸块形成法等对形成方法没有限定。凸块前端凹凸 形成第六方法为利用研磨的方法。通过利用研磨纸对图2(d)的状态 的样本进行研磨，在凸块ll上形成l 15jim的凹凸。此处，使用使 凹凸进入上述记载范围内的那样的粒度的研磨纸。基于研磨纸的加工具有非常容易加工的特点。在突起形成时可以去除抗蚀剂，但利用抗 蚀剂可以防止向凸块11以外的布线等的损伤、由于研磨时的应力引 起的凸块ll剥落等。在凸块11上通过研磨形成凹凸之后，在镍表面
上通过蒸镀、溅射、镀敷等，形成0.01nm 5nm的金。仅在必要的 情况下形成金即可。最后，如图2 (e)所示，通过去除抗蚀剂3，取 得形成有凸块ll的半导体元件l。在本实施例中，示出了基于无电解 镀敷的形成工艺，但也可以使用电解镀敷。
此处，记栽了基于镀敷工艺的凸块形成方法，但凸块转印法或利 用MEMS工艺的凸块形成法等形成方法没有限定。在上述凹凸形成 方法中记栽了在半导体元件1侧形成凹凸的方法，但即使在基板20 侧布线上镀敷22上形成凹凸也可以取得同样的效果。图3示出第一 实施例的基板20侧的緩冲层12形成工艺的一个例子。在图3(a)中， 在印刷基板20上形成有铜布线21以及镀镍。之后在涂敷抗蚀剂23 后对形成緩沖层12的位置通过曝光以及显影来形成开口部(图3( c ))。 作为抗蚀剂23，可以使用负型抗蚀剂、正型抗蚀剂中的任意一个。最 后，通过利用电镀或无电解镀敷法在开口部形成镀锡，可以形成具有 緩冲层12的印刷基板。根据需要也可以去除抗蚀剂。在本实施例中 形成的镀锡厚度形成为形成在半导体元件1侧的芯片侧焊盘2、凸块 11、镀锡厚度、布线21、布线上镀敷22厚度的总和hl比芯片侧焊盘 直径h2长。此处，h2表示在形成于半导体元件上的焊盘外周的内侧， 在以覆盖该焊盘上面的方式形成的膜上开口的开口部的尺寸。另外， 该开口部的形状有圆形的情况和矩形的情况，在前者的情况下，h2 指其直径，在后者的情况下，指短边的长度。另外，镀锡也可以通过 漫渍(dip)来形成。
图4示出第一实施例的封装形成工艺的一个例子。首先，如图4 (a)所示，进行基板侧的緩冲层12和芯片侧凸块11的定位。通过 在连接前对基板侧緩冲层12进行洗净，可以提高连接性。在定位后， 一边进行加热、加压， 一边进行超声波连接。加热温度设定成连接部 温度大于等于室温且小于等于150'C。图5示出超声波施加时的连接部放大。在超声波连接工艺中，首先通过施加荷重使被接触体彼此的 距离接近，之后在保持施加荷重的状态下使超声波振荡，通过去除被而确保连接。通过在凸块11上形成突起，即使担负初始荷重，也可以在凸块11和布线上镀敷22之间夹有緩沖层12。因此，可以担负比 没有突起的情况高的荷重，可以使被接触体彼此的距离更接近。另外， 即使在凸块11和緩沖层12、以及緩沖层12和布线上镀敷22中，通 过利用超声波施加去除緩沖层12上的氧化膜而使新生面露出，从而 进行固相扩散连接，可期待电连接。最后通过在半导体元件1和基板 20之间夹有底层填料24 ，进行连接部的补强以及连接部污染的防止， 由此封装完成。本实施例的特点在于，易于在凸块和布线间确保应力緩冲层、连 接部的间隔(连接高度hl)高、具有应力緩沖层、具有硬质凸块、可 实现超声波连接等低温连接。由于易于确保应力緩沖层，可以提高初 始荷重，并且由于容易使被接触体彼此的距离接近，易于在超声波施 加时去除氧化膜和污染膜。另外，由于连接部间隔高，即使在连接存 在线膨胀系数差的基材的情况下也可以降低起因于温度变化的连接 部应力集中，并且具有易于注入底层填料的优点。由于具有应力緩冲 层，与通常的超声波连接方式相比，可以通过连接部来緩和在制造以 及使用环境下发生的应力。由于具有硬质凸块，可以减少基于连接时 荷重的凸块变形并防止凸块间短路。由于是超声波连接等低温连接， 由此连接温度和室温的温度差小，所以可以降低刚制造后的向连接部 的初始应力。如上所述，根据本实施例，存在各种效果，可以实现具有可靠性 高的连接结构的半导体装置。在第一实施例中，以在半导体元件l侧 形成有镍凸块和镀金、并在基板侧形成有锡緩冲层的例子来进行了说 明，但也可以在基板侧形成镍凸块，也可以在半导体元件1侧形成锡。 另外，作为緩冲层12,也可以使用以铝为主成分的合金。 (实施例2)图6是第二实施例的剖面示意图。l为半导体元件，2为芯片侧 焊盘，ll为凸块，12为緩冲层，20为基板，21为布线，22为布线上 镀敷，24为底层填料。凸块11的纵弹性系数为大于等于65GPa小于等于600GPa且以 金属为主成分，例如以镍、铜、铝、金、钛中的至少一种为主成分。 另外，当凸块整体的纵弹性系数为大于等于65GPa时，也可以是复合 体，例如也可以是铜和镍的层叠结构等。緩冲层12以锡、铟、铅、铝中的任意一种为主成分，只要是纵 弹性系数比选定的凸块11材料低的材料即可。基板20是树脂基板、 陶资基板、硅基板等即可。布线21、布线上镀敷22为在各基板中一般使用的结构，例如在 树脂基板的情况下，布线21可列举铜，布线上镀敷22可列举镀镍、 镀金等。在第二实施例中，是将基板20设为印刷基板并在基板布线 侧形成凹凸的结构。在布线上镀敷22上形成凹凸的第一方法为向模按压的方法。在 由硬度比布线上镀敷22高的材料形成或被表面涂敷的样板的表面， 形成希望在布线上镀敷22上形成的期望的高度的凹凸(l~15nm)。 在凹凸形成中，可以使用机械研磨、蚀刻、激光加工、等离子加工、 切削等任意一种方法，但优选选择适合于样板材的加工的方法。通过 向该样板与图3 (a)的基板相对置地从上方施加荷重，在布线上镀敷 22上形成凹凸。在形成抗蚀剂时，可以防止向布线上镀敷22以外的 布线等的损伤。在布线上镀敷22上形成凹凸之后，在镍表面上形成 锡。该锡也可以形成在凸块ll侧。在布线上镀敷22上形成凹凸的第二方法为利用干式蚀刻的方 法。干式蚀刻的方法可以使用反应性气体蚀刻、反应性离子蚀刻、反 应性离子束蚀刻、反应性激光束蚀刻等利用化学反应的方法、离子铣 削那样地通过离子冲突同时引起化学反应和物理反应来蚀刻的方法 中的任意一个。从图3 ( a )的状态通过上述的任意一个方法在布线上 镀敷22上形成l~15nm的凹凸。对于凸部的形状，只要可在布线上镀敷22表面上的至少一个以上位置形成，则可以是圓、四边、多边、 球、椭圆等任意形状。在突起形成时可以去除抗蚀剂，但利用抗蚀剂 可以防止向布线上镀敷22以外的布线等的损伤。在布线上镀敷22上 形成凹凸之后，在镍表面上形成锡。该锡也可以形成在凸块11侧。在布线上镀敷22上形成凹凸的第三方法为利用湿式蚀刻的方 法。湿式蚀刻的方法是通过使用腐蚀.溶解金属等的药品对加工对象物 进行浸透、喷雾来加工成任意的形状的工艺，可以低成本地一次实现 大量的加工。从图3 (a)的状态通过湿式蚀刻法在布线上镀敷22上 形成l 15nm的凹凸。对于凸部的形状，只要可在布线上镀敷22表 面上的至少一个以上位置形成，则可以是圆、四边、多边、球、椭圆 等任意形状。在突起形成时可以去除抗蚀剂，但利用抗蚀剂可以防止 向布线上镀敷22以外的布线等的损伤。在布线上镀敷22上形成凹凸 之后，在镍表面上形成锡。该锡也可以形成在凸块11侧。在布线上镀敷22上形成凹凸的第四方法为利用激光加工的方 法。激光器的种类可根据对象材料来选择YAG激光器、红宝石激光 器等固体激光器；碳酸气体激光器、氩离子激光器、氦氖激光器等气体激光器；液体激光器；半导体激光器；自由电子激光器等。使用激 光器的凹凸形成由于可进行微细加工，所以具有还可以加工成复杂形 状的优点。从图3 (a)的状态利用激光器在凸块ll上形成l 15nm 的凹凸。对于凸部的形状，只要可在布线上镀敷22表面上的至少一 个以上位置形成，则可以是圆、四边、多边、球、椭圆等任意形状。 在突起形成时可以去除抗蚀剂，但利用抗蚀剂可以防止向凸块11以 外的布线等的损伤。在布线上镀敷22上形成凹凸之后，在镍表面上 形成锡。该锡也可以形成在凸块11侧.在布线上镀敷22上形成凹凸的第五方法为利用溅射的方法。栽 射是通过在真空中使离子化的氩向加工面冲突来进行表面加工或成 膜的技术。可列举出通过将图3(a)的状态的样本设置在真空腔内并 利用离子化的氩对布线上镀敷22上表面进行加工来形成1 ~ 15jim的 凹凸的方法、和使用溅射成膜装置在凸块上形成任意的突起的方法.对于凸部的形状，只要可在布线上镀敷22表面上的至少一个以上位 置形成，则可以是圆、四边、多边、球、椭圆等任意形状。在突起形 成时可以去除抗蚀剂，但利用抗蚀剂可以防止向布线上镀敷22以外 的布线等的损伤。在布线上镀敷22上形成凹凸之后，在镍表面上形 成锡。该锡也可以形成在凸块11侧。在布线上镀敷22上形成凹凸的第六方法为利用研磨的方法。通 过利用研磨纸对图3(a)的状态的样本进行研磨，在布线上镀敷22 上形成l 15jim的凹凸。此处，使用使凹凸进入上述记载范围内的那 样的粒度的研磨纸。基于研磨纸的加工具有非常容易加工的特点。在 突起形成时可以去除抗蚀剂，但利用抗蚀剂可以防止向布线上镀敷22 以外的布线等的损伤、由于研磨时的应力引起的布线上镀敷22剥落 等。在布线上镀敷22上形成凹凸之后，在镍表面上形成锡。该锡也 可以形成在凸块ll侧。在第一以及第二实施例中，以分别在凸块ll 侧以及基板上布线22侧形成凹凸的例子进行了说明，但也可以在凸 块ll以及基板上布线22这双方上形成凹凸。另外，第二实施例的形成工艺也可以是与第一实施例同样的工 艺。在第二实施例中，除了第一实施例的特点之外，还可以举出如下 特点由于在半导体元件1侧没有形成凹凸，所以可简化半导体工艺； 以及由于预先在基板上布线22侧具有凹凸，所以易于捕捉緩冲层12。另外，在使緩冲层12的厚度设为大于等于5nm的情况下，可以 通过与上述的实施例1、 2同样的工艺来制造，但通过使緩冲层12变 厚来提高应力緩冲功能；虽然在使用环境下连接界面的化合物持续生 长，但由于初始緩冲层厚度较厚，所以可以在长期间确保应力緩冲层。 其结果，成为可靠性更高的连接结构，可以实现可靠性更高的半导体。虽然已根据本发明示出和描述了多个实施例，但应理解本发明并 不限于此，而是如本领域技术人员所知可以进行众多改变和修改，因 此本发明并不局限于在此示出和描述的细节，本发明应覆盖附加的权 利要求的范围所包括的所有这些改变和修改。
权利要求
1.一种半导体装置，具有连接设在半导体元件上的小于等于50微米间距的微细间距电极、和设在搭载所述半导体元件的基板上的焊盘或布线的连接结构，该半导体装置的特征在于，所述连接结构具有如下的结构一方与所述微细间距电极连接，另一方经由纵弹性系数即杨氏模量大于等于65GPa且小于等于600Gpa的凸块、和以锡、铝、铟、或铅中的至少一种为主成分的缓冲层与设在所述基板上的焊盘或布线连接，在所述凸块和设在所述基板上的焊盘或布线所对置的面的至少一方的面上具有突起形状。
2. 根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，当将设有的所述基板的表面之间的连接高度设为hl,并将所述凸块的连接直径 或短边长度设为h2时，具有hl^i2的关系。
3. 根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，所述凸块 由多个层构成。
4. 根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，所述凸块 的主材料为镍、铜、铝、金、钛中的任意一种。
5. 根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，所述緩沖 层形成在所述凸块上、或者所述焊盘或布线上。
6. 根据权利要求l所述的半导体装置，其特征在于，所述緩沖 层是使用电镀或无电解镀敷法来形成的。
7. 根据权利要求l所述的半导体装置，其特征在于，所述緩冲 层是使用在所述凸块、或者所述焊盘或所述布线间插入的金属箔来形 成的。
8. 根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，所述半导 体元件和所述凸块、或者所述緩冲层和所述焊盘的任意一个的连接是 通过施加超声波来连接的。
9. 根据权利要求8所述的半导体装置，其特征在于，所述连接 是在大于等于室温且小于等于150。C的温度下进行的。
10. —种半导体装置，具有连接设在半导体元件上的小于等于 50微米间距的微细间距电极、和设在搭载所述半导体元件的基板上的 焊盘或布线的连接结构，该半导体装置的特征在于，所述连接结构具有如下的结构 一方与所述微细间距电极连接， 另一方经由纵弹性系数即杨氏模量大于等于65GPa且小于等于 600Gpa的凸块、和以锡、铝、铟、或铅中的至少一个为主成分的緩 冲层与设在所述基板上的焊盘或布线连接。
11. 一种半导体装置，具有连接形成在半导体元件上的小于等于 50微米间距的微细间距电极、和基板上的焊盘或布线的连接结构，该 半导体装置的特征在于，所述连接结构由凸块、纵弹性系数比所述凸块低的緩冲层和布线 厚度构成，并形成为作为所述凸块的高度、所述緩冲层的高度以及所 述布线厚度之和的所述半导体元件和所述基板间的连接高度hl、与所 述凸块的宽度或连接直径h2的关系为hl^h2，所述緩沖层形成在所迷凸块上或所述焊盘上。
12. 根据权利要求11所述的半导体装置，其特征在于，所述緩 冲层的高度为大于等于5jim。
13. 根据权利要求11所述的半导体装置，其特征在于，所述緩 冲层的主成分为锡、铝、铟、铅的任意一种。
全文摘要
本发明提供一种半导体装置，为了在连接具有小于等于50微米间距的微细间距电极的半导体元件和基板上的焊盘或布线的结构中，防止连接时的加热或担负荷重时发生的凸块间短路、基于高度畸变的连接部断裂，在本发明的半导体装置中，经由纵弹性系数(杨氏模量)大于等于65GPa且小于等于600GPa的凸块、和以锡、铝、铟、或铅的任意一种为主成分的缓冲层，连接所述基板和所述半导体元件，另外在凸块和设在基板上的焊盘或布线所相互对置的面的至少一方形成突起且利用超声波来连接这些面。
文档编号H01L23/488GK101295692SQ20081009006
公开日2008年10月29日 申请日期2008年4月2日 优先权日2007年4月6日
发明者藤原伸一 申请人:株式会社日立制作所