JP2005150382A - ボールバンプ形成用リボン及びその製造方法及びボールバンプの形成方法並びにそれを用いた半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 バンプ電極の直上に残る細線破断長さのバラツキを少なくできるボールバンプ形成用リボン、その製造方法、ボールバンプの形成方法、及び該バンプを用いた多ピン化、薄型化、微細化が可能な半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】 長手方向と直交する方向の切断面における長辺の長さと短辺の長さとの比が０．０９≦（短辺の長さ）／（長辺の長さ）≦０．８であることを特徴とするボールバンプ形成用リボン８。キャピラリー７に挿通された細線の先端に熱エネルギーでボール９を形成し、該キャピラリーを下降させて該ボールをＩＣチップ電極３又は外部配線上に押圧接合した後、前記細線を上方に引張って前記押圧されたボール９と細線とを切り離すことにより、該ボール部をＩＣチップ電極又は外部配線上へ供給し、同様な手段によって該ボール部を多数配設するボールバンプの形成方法において、前記細線として上記リボン８を用いる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ボールバンプ形成用リボン及びその製造方法、ボールバンプの形成方法並びにそれを用いた半導体装置の製造方法に関し、特に半導体装置のＩＣチップ電極と配線基板とをボールバンプによって接続するためのリボン及びその製造方法及びそのリボンを用いたボールバンプの形成方法と半導体装置の製造方法に関する。

近年、半導体装置の実装方法において、多ピン化、薄型化及び微細化が進んでいる。これに対応する技術として、メッキ処理によりバンプ電極を形成する方法が主流である。しかしながら、メッキ法は初期の設備投資を含めたバンプ形成コストが比較的高く、また形成できるバンプ電極の高さに限界がある。そこで、このメッキ法に代わるバンプ電極の形成方法として細線を用いた方法が開発され、ＩＣチップの電極パッドと外部の配線端子等をバンプを介して直接接合する技術が開発された。このいわゆるワイヤレスボンディング方法は、ボンディングワイヤで配線する場合に比べて接合部分の高さを低くすることができるので、薄型パッケージに適しているという利点がある。

この細線によるバンプ形成方法で一般的なものは、ボールバンプによる方法である。すなわち、キャピラリーに挿通された細線の先端に熱エネルギーを加え、細線の先端を加熱溶融してボールを形成し、このボールをキャピラリーによってＩＣチップの電極パッド上に加熱圧着する。この場合、必要に応じて超音波を併用する。その後、キャピラリーとともに細線を上方に引張って細線をボール頂上付近で引きちぎる。この工程を繰り返すことによってＩＣチップの電極パッド上に多数のボールバンプを効率よく形成することができる。次いで、この多数のバンプ電極と配線基板上の実装用パッドとの位置合わせを行い、半導体素子が配線基板上に加圧圧接され、バンプ電極と実装用パッドとが電気的に接続される。
しかしながら、このような方法では、引きちぎられてバンプ電極の直上に残る細線の破断長さのバラツキが大きいため、バンプ電極と実装用パッドとを電気的に接続させる際に全体を均一に加圧することができなくなり、多数のバンプ電極の一部に接合不良が発生しやすいという欠点があった。逆にボール直上部で切断されやすいように、切断しやすい元素を多く添加していくと、熱エネルギーで形成したボールが硬くなり、ＩＣチップの電極パッド上に加熱圧着した時に電極部にクラックが入ってしまうという欠点があった。

このような欠点を解決するため従来から様々な方法が模索された。例えば、単にボンディングワイヤ用のＡｕ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ合金又はＡｕを被覆したＣｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｐｄ若しくはこれらの合金材料を代用するだけでなく、バンプ形成用の材料を新たに開発することである。特公平４−７６４９７号公報にはＰｄ金属が開示され、特許第７３７９５３号公報や特許第３０６４６９２号公報や特開平９−３２１０７６号公報にはＡｕ−Ｐｄ含有合金が、特開平１０−２８７９３６号公報にはＡｕに３種類の白金族金属を含有させた合金が開示されている。また、特許第２７７８０９３号公報にはＡｕに希土類元素等を微量添加させた合金が、特開平８−２６４５４４号公報にはＡｕにＳｉを微量添加させた合金が、特開平９−２７２９３０号公報にはＡｕにＭｎを微量添加させた合金が、そして特開平１１−３４０２６４号公報にはＡｕにＺｎ、Ｃｏ、Ｍｏ又はＣｒを含有させた合金が、それぞれ開示されている。また、特開２０００−６８３１０号公報には熱処理された金線が開示されている。

ところが、このように素材を変えても、細線の先端を加熱溶融してボールを形成してから加熱圧着するまでの間に、細線を伝わる熱の速度にほとんど影響がないことから、バンプ電極の直上に残る細線の破断長さのバラツキはほとんど解消されない。

他方、キャピラリーを使ってバンプ電極の直上に残る細線の破断長さのバラツキを解消しようとしたものもある。特公平４−４１５１９号公報（特許文献１）には、「キャピラリーの下端面によりワイヤのボール近くに切欠部を付与し、次いでワイヤをこの切欠き部で引き切る」発明が開示されている。特開昭６２−２１１９３７号公報（特許文献２）には、「ワイヤ挿通孔の下面開放部に設けられ所定形状の接合金属粒を形成固着させる凹状の加圧形成部を具備する」キャピラリーによって切断する発明が開示されている。特公平６−９５４６８号公報や特公平６−３８２０号公報には、キャピラリーを上方に移動させた後「キャピラリーをループ状軌道を持って移動したのち金属ワイヤを切断」する発明が開示されている。特公平７−７０５５９号公報（特許文献３）又は特開平１０−３０３２０１号公報には、「キャピラリーの下端面によりワイヤのボール近くに切欠部を付与し、次いでワイヤをこの切欠き部で引き切る」発明又はキャピラリーの「ワイヤを通す貫通孔が開口する下端面に略釣鐘状の凹部を形成してなる」キャピラリーによってワイヤを切断する発明が開示されている。特許第２７３５０２２号公報には、「キャピラリーを再度第１のバンプへ向けて押圧しつつ超音波を印加してから前記バンプ製造用キャピラリーを前記第１のバンプから引き離してワイヤを前記第１のバンプから切断する」発明が開示されている。特開平１１−７４３００号公報には、「熱エネルギによって形成されたボールがキャピラリーの先端面に突き当てられることにより、金属ワイヤのボールとの接続部位に括れ部が形成され、この括れ部にて前記金属ワイヤが切断される」発明が開示されている。

ところが、これらの方法も細線とキャピラリーの熱伝導度がバンプを形成するたびごとに異なるため、バンプ電極の直上に残る細線の破断長さのバラツキはほとんど解消されない。しかも余分な工程が入り込むため、バンプ１個当たりの時間が長くなってしまい、コスト高になってしまう。

そのほか、特開昭６４−１２５５５号公報（特許文献４）（特許第６２１８８１号公報も同じ。）、特許第２６２４５６７号公報、特開平９−９７７９４号公報、又は実公平７−４９７９４号公報、あるいは特開平１０−１９９８８８号公報には、「ワイヤを切断して分離することによってバンプ素材を形成し、前記バンプ素材を押圧してその上面を所定高さの平坦な面に整形する」発明、半導体チップ上のバンプ群を「レベリングヘッドで加圧することにより、チップ固定台がレベリングヘッドによる加圧のストッパとなり、バンプの頭頂部のみを加圧して成形し、短時間で簡単にバンプの高さを均一にする」発明、「バンプの高さを揃えるために切断面をハンマでたたいて平坦化する」発明、又は「接合部の信頼性を高める手段として、テイルを押し付けて、バンプの頭頂部を平坦に成形する」発明、あるいは「ボールの付け根を両側から一対のカッターで切断して電極上にバンプを形成する」発明が、それぞれ開示されている。

ところが、これらの方法は装置が複雑になり、バンプ１個当たりの形成時間が長くなってしまい、コスト高になってしまう。また、特開平１０−１９９８８８号公報以外の発明は、バンプ電極の直上に残る細線の破断長さのバラツキが大きい場合にはバラツキがほとんど解消されない。

そこで、ボールバンプによる方法以外の方法も考えられている。特許第２６３１０１３号公報や特開平１１−７４２９９号公報には、キャピラリーに挿通された細線の先端に熱エネルギーを加えないで細線の先端にボールを形成しないまま直接超音波で接合するウエッジボンディング方法が開示されている。しかしながら、ウエッジボンディングはボールボンディングよりも接合力が弱く信頼性に欠ける。

さらに、特開平９−９７８１６号公報には、「半導体素子を回路基板に対して押圧して、バンプ電極のテイルを塑性変形させて実装用パッドの底面に圧接させる」半導体装置の製造方法が開示されているが、バンプ電極の直上に残る細線の破断長さのバラツキが大きい場合には適用できない。そのため、特公平５−３３８２０号公報（特許文献５）に開示されているように、「各ワイヤ部の上端部を、周知な機械的又は熱的手段で溶断して、各ワイヤ部の長さを同一にする」必要があるが、装置が複雑になり、バンプ１個当たりの形成時間が長くなってしまい、コスト高になってしまう。

特公平４−４１５１９号公報 特開昭６２−２１１９３７号公報 特公平７−７０５５９号公報 特開昭６４−１２５５５号公報 特公平５−３３８２０号公報

本発明の目的は、キャピラリーに挿通された細線の先端に熱エネルギーを加え、細線の先端を加熱溶融してボールを形成し、このボールをキャピラリーによってＩＣチップの電極パッド上に加熱圧着した後、キャピラリーとともに細線を上方に引張って細線をボール頂上付近で引きちぎる作業において、引きちぎられてバンプ電極の直上に残る細線の破断長さのバラツキを低くすることができるボールバンプ形成用リボン、及びその製造方法、及びボールバンプの形成方法、並びにそれを用いた半導体装置の製造方法を提供することである。

また、本発明の目的は、従来の前記バンプ用材料が利用でき、従来の前記キャピラリーを使ってバンプ電極の直上に残る細線の破断長さのバラツキを解消しようとした手段が利用でき、従来の前記平坦化手段や切断手段が利用できるボールバンプ形成用リボン、及びその製造方法、及びボールバンプの形成方法、並びにそれを用いた半導体装置の製造方法を提供することである。

本発明によれば、下記（ａ）〜（ｉ）が提供できる。
（ａ）長手方向と直交する方向の切断面における長辺の長さと短辺の長さとの比が
０．０９≦（短辺の長さ）／（長辺の長さ）≦０．８
であることを特徴とするボールバンプ形成用リボン。
（ｂ）前記リボンの材質がＡｕ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ合金又はＡｕ被覆合金（Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｐｄ若しくはこれら合金にＡｕが被覆されたものをいう。）であることを特徴とする前記（ａ）に記載のボールバンプ形成用リボン。
（ｃ）前記リボンの材質が、純度９９．９９質量％以上の高純度の金であって残りの０．０１質量％以下の元素のなかにＣａ、Ｂｅ、Ｙ又は希土類元素のうち少なくとも１種を３〜５０ｐｐｍ含有することを特徴とする前記（ａ）に記載のボールバンプ形成用リボン。
（ｄ）ボールバンプ形成用リボンの製造方法において、冷間伸線した丸い細線を圧延ロールで、断面における長辺の長さと短辺の長さとの比が
０．０９≦（短辺の長さ）／（長辺の長さ）≦０．８
の平角状に圧延することを特徴とするボールバンプ形成用リボンの製造方法。
（ｅ）ボールバンプ形成用リボンの製造方法において、冷間伸線した丸い細線を、長辺の長さと短辺の長さとの比が
０．０９≦（短辺の長さ）／（長辺の長さ）≦０．８
の異形のダイヤモンドダイスにて伸線加工することを特徴とするボールバンプ形成用リボンの製造方法。
（ｆ）キャピラリーに挿通された細線の先端に熱エネルギーでボールを形成し、該キャピラリーを下降させて該ボールをＩＣチップ電極又は外部配線上に押圧接合した後、前記細線を上方に引張って前記押圧されたボールと細線とを切り離すことにより、該ボール部をＩＣチップ電極又は外部配線上へ供給し、同様な手段によって該ボール部を多数配設するボールバンプの形成方法において、前記細線として長手方向と直交する方向の切断面における長辺の長さと短辺の長さとの比が
０．０９≦（短辺の長さ）／（長辺の長さ）≦０．８
のリボンを用いることを特徴とするボールバンプ形成方法。
（ｇ）キャピラリーに挿通された細線の先端に熱エネルギーでボールを形成し、該キャピラリーを下降させて該ボールをＩＣチップ電極又は外部配線上に押圧接合した後、前記細線を上方に引張って前記押圧されたボールと細線とを切り離すことにより、該ボール部をＩＣチップ電極又は外部配線上へ供給し、同様な手段によって該ボール部を多数配設するボールバンプの形成し、その後前記バンプ群に対応する別の金属面を圧接させる半導体装置の製造方法において、前記細線として長手方向と直交する方向の切断面における長辺の長さと短辺の長さとの比が
０．０９≦（短辺の長さ）／（長辺の長さ）≦０．８
のリボンを用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
（ｈ）前記バンプ群と前記別の金属面とを金−金接合させることを特徴とする前記（ｇ）に記載の半導体装置の製造方法。
（ｉ）前記リボンの材質が、純度９９．９９質量％以上の高純度の金であって残りの０．０１質量％以下の元素のなかにＣａ、Ｂｅ、Ｙ又は希土類元素のうち少なくとも１種を３〜５０ｐｐｍ含有することを特徴とする前記（ｇ）又は（ｈ）に記載の半導体装置の製造方法。

本発明のボールバンプ形成用リボンは、長手方向と直交する方向の切断面における長辺の長さと短辺の長さとの比が
０．０９≦（短辺の長さ）／（長辺の長さ）≦０．８
であることから、該リボンを用いた本発明のボールバンプ形成方法において、リボン細線の場合は、引張り時の破壊現象が平板の脆性破壊によって斜めに切断されるため丸線の延性破壊よりもテイルが短くなり、かつ、形状効果によって丸線の場合よりも熱影響部のバラツキが抑えられるため、バンプ電極の直上に残る細線の破断長さのバラツキを小さくすることができる。このバラツキの抑制効果は溶融ボールの硬い材料のほうが柔らかい材料よりも向上する。バラツキの抑制効果が高いものとして好ましいのは、該リボンの材質が、純度９９．９９質量％以上の高純度の金であって残りの０．０１質量％未満のなかに特にＣａ、Ｂｅ、Ｙ又は希土類元素のうち少なくとも１種を３〜５０ｐｐｍ含有するものである。また、本発明の製造方法によれば、極めて簡単に該リボンを製造することができる。しかも、丸い細線で圧延ロールと当接しなかった箇所は円弧状に変形するので、この円弧状に変形された外周面をキャピラリーの孔内面の形状に近づけておくと、リボンがキャピラリー内部に移動しやすくなり、リボンを円滑にキャピラリーから繰り出すことができる。そして本発明により、半導体装置の実装において多ピン化、薄型化、微細化が可能である。

本発明者らは鋭意攻究を重ねた結果、細線のボールバンプでは細線をリボン状にすることにより、バンプ電極の直上に残る細線の破断長さのバラツキを小さくできることを見出した。すなわち、丸線を引張ると延性破壊によって切断されるのに対し、平板の場合は脆性破壊によって斜めに切断されることを利用し、かつ、熱影響部の長さを短くしてバンプ電極の直上に残る細線の破断長さのバラツキを小さくするものである。また、本発明者らは簡単な手段によってボールバンプ形成用リボンが製造できることを見出した。
本発明者らは、これらの知見により本発明を完成するに至った。

本発明のボールバンプ形成用リボンは、長手方向と直交する方向の切断面における長辺の長さと短辺の長さとの比が
０．０９≦（短辺の長さ）／（長辺の長さ）≦０．８
であることを特徴とする。ここで、（短辺の長さ）／（長辺の長さ）の比を０．０９以上とするのは、この数値未満ではリボンが薄くなりすぎてキャピラリーから送り出すことができなくなるからである。また、（短辺の長さ）／（長辺の長さ）の比を０．８以下とするのは、この数値を越えると短辺と長辺との差がなくなり、バンプ電極の直上に残る細線の破断長さのバラツキが大きくなるためである。ここで、該リボンの厚みは、リボンの取扱いやすさの観点から、４〜６０μｍが好ましいが、単位面積あたりのバンプ電極の密度をできるだけ増やしたいという多ピン化の要請から、４〜２５μｍがより好ましい。

本発明のボールバンプ形成用リボンの材質は、Ａｕ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ合金又はＡｕ被覆合金（Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｐｄ若しくはこれら合金にＡｕが被覆されたものをいう。）が好ましい。これらの材質は冷間伸線加工がしやすいからである。

特に本発明のボールバンプ形成用リボンの材質は、純度９９．９９質量％以上の高純度の金であって残りの０．０１質量％以下の元素のなかにＣａ、Ｂｅ、Ｙ又は希土類元素のうち少なくとも１種を３〜５０ｐｐｍ含有するものが好ましい。この金合金は、細線の強度を高くするうえ、バンプ電極の直上に残る細線の破断長さを短くしてもバラツキが少ないためである。なお、希土類元素としては、Ｌａ、Ｃｅ、ＥｕおよびＧｄが好ましく、この中でも特にＬａが最も良い。バンプとして短く切れやすいからである。

本発明のボールバンプ形成用リボンの製造方法は、冷間伸線した丸い細線を圧延ロールで、断面における長辺の長さと短辺の長さとの比が
０．０９≦（短辺の長さ）／（長辺の長さ）≦０．８
の平角状に圧延することを特徴とする。両角がなだらかな平角リボンを簡単に製造できるようにするためである。この平角リボンは両角がないため、キャピラリーに引っかからずにスムーズにこの平角リボンを送り出すことができる。

本発明のボールバンプ形成用リボンの他の製造方法は、冷間伸線した丸い細線を、長辺の長さと短辺の長さとの比が
０．０９≦（短辺の長さ）／（長辺の長さ）≦０．８
の異形のダイヤモンドダイスにて伸線加工を行うことを特徴とする。圧延工程を増やさずに均一な形状のリボンを製造することができるためである。なお、必要に応じて約１５０〜６００℃程度の温度で最終熱処理を施してもよい。この熱処理によってリボンの材質が均質化されるからである。

本発明のボールバンプ形成方法は、キャピラリーに挿通された細線の先端に熱エネルギーでボールを形成し、該キャピラリーを下降させて該ボールをＩＣチップ電極又は外部配線上に押圧接合した後、前記細線を上方に引張って前記押圧されたボールと細線とを切り離すことにより、該ボール部をＩＣチップ電極又は外部配線上へ供給し、同様な手段によって該ボール部を多数配設するボールバンプの形成方法において、前記細線として長手方向と直交する方向の切断面における長辺の長さと短辺の長さとの比が
０．０９≦（短辺の長さ）／（長辺の長さ）≦０．８
のリボンを用いることを特徴とする。ここで、（短辺の長さ）／（長辺の長さ）の比を０．０９以上とするのは、バンプの切断時に平板の脆性破壊と放熱面積の増大を利用するためで、この数値未満ではリボンが薄くなりすぎてキャピラリーから送り出すことができなくなるからである。また、（短辺の長さ）／（長辺の長さ）の比を０．８以下とするのは、この数値を越えると短辺と長辺との差がなくなり、切断時に丸線の延性破壊となる結果、バンプ電極の直上に残る細線の破断長さのバラツキが大きくなるためである。

本発明のボールバンプ形成方法の例を図１（ａ）〜（ｄ）に基づいて説明する。
例えば、ワイヤボンディングで用いられる高速自動ボンダーを使用して、窒素の不活性な雰囲気や大気中でボールボンディング法によってバンプを形成することができる。即ち、図１（ａ）に示すように、キャピラリー７に前記本発明のボールバンプ形成用リボン８を挿通し、電気トーチロッド（図示せず）によってリボン８との間に高電圧を印加し、この電気スパークによってキャピラリー７から突出しているリボン８の先端に溶融ボール９を形成する。次に図１（ｂ）に示すように、クランパ（図示せず）を開いてキャピラリー７を半導体チップ上のＡｌ電極３の所定の位置へ下降させ、溶融ボール９がＡｌ電極３上にキャピラリー７の先端面によって押接され、溶融ボール９がＡｌ電極３上でほぼ半球形状に形成される。その後、図１（ｃ）に示すように、クランパ（図示せず）を閉じてリボン８を把持したままキャピラリー７をボールの上方へ上昇させる。このキャピラリー７の上昇とともにＡｌ電極３へ固定されたボールに対してリボン８が引張られるため、リボン８は図１（ｄ）に示すようにひきちぎられる。これにより、Ａｌ電極３に固定されて残ったボールによって尖状のバンプ１０が形成された状態になる。また、このバンプ１０の高さ（全高）はＡｌ電極３の上面から尖状部の頂点までの範囲となる。また、このバンプ１０のテイル長さはキャピラリー７との押接面から尖状部の頂点までの範囲となる。換言すれば、バンプ１０の高さはテイル長さとバンプ厚さとの和である。線材のひきちぎりによる尖状バンプの形成方法は、最も簡単な方法であるものの線材にとって最も過酷なバンプの形成方法である。

本発明の半導体装置の製造方法は、前記したようにキャピラリーに挿通された細線の先端に熱エネルギーでボールを形成し、該キャピラリーを下降させて該ボールをＩＣチップ電極又は外部配線上に押圧接合した後、前記細線を上方に引張って前記押圧されたボールと細線とを切り離すことにより、該ボール部をＩＣチップ電極又は外部配線上へ供給し、同様な手段によって該ボール部を多数配設するボールバンプの形成し、その後前記バンプ群に対応する別の金属面を圧接させる半導体装置の製造方法において、前記細線として長手方向と直交する方向の切断面における長辺の長さと短辺の長さとの比が
０．０９≦（短辺の長さ）／（長辺の長さ）≦０．８
のリボンを用いることを特徴とする。ここで、（短辺の長さ）／（長辺の長さ）の比を０．０９以上で０．８以下のものを用いるのは、バンプ電極の直上に残る細線の破断長さのバラツキが小さいため別の金属面を圧接する作業が容易になるからである。

本発明の半導体装置の製造方法の例を図２（ａ）〜（ｃ）に基づいて説明する。
先ず、前記ボールバンプ形成方法により、複数のバンプ電極１０５をＡｌ電極１０６上に形成させた半導体素子１０３を得る。該バンプ電極１０５は尖状のテイル１０４を有している。一方、バンプ電極が実装されるパッドの製造方法は、両面プリント配線基板を例にとると次のように製造される。ガラス・エポキシ樹脂からなるＣｕ張積層板１０１の所望箇所をドリルで孔あけし、その孔を無電解・電解Ｃｕめっきして表裏面のＣｕ箔の導通をとる。次いでＮｉめっきしたあとＡｕめっきのパターンめっきを施し、実装用パッド１０９（底面１０８を有している。）を形成して回路基板が製造される。

図２（ａ）に示すように、回路基板１０１上に熱硬化性エポキシ樹脂からなる封止樹脂１０７を供給し、実装用パッド１０９にバンプ電極１０５を対向させるように半導体素子１０３を回路基板１０１に対して位置合わせする。次に図２（ｂ）に示すように、前記半導体素子１０３を前記回路基板１０１に対して押しつけて、前記バンプ電極１０５の前記テイル１０４を封止樹脂１０７中に埋入させる。埋入させた該テイル１０４の先端は、実装用パッド１０９の底面１０８に当接させる。さらに、半導体素子１０３を回路基板１０１に対して押圧して、図２（ｃ）に示すようにバンプ電極１０５のテイル１０４を前記実装用パッド１０９の底面１０８に圧接させ、封止樹脂１０７を半導体素子１０３のバンプ電極１０５が設置された面にも接着させた状態で２７０℃で３０秒間ほど加熱硬化させてバンプ電極を補強することにより、半導体装置を製造することができる。

本発明の半導体装置の製造方法は、前記パッドを前記バンプと同種の金を用いることができる。この場合は、バンプの尖状テイルがパッドへくさびのように食い込むだけでなく、パッドのＡｕとバンプのＡｕとの金同士による相互拡散が期待できるためさらに強固な接合をすることができる。

特に発明の半導体装置の製造方法は、前記リボンの材質がＡｕにＣａ、Ｂｅ、Ｙ又は希土類元素のうち少なくとも１種を３〜５０ｐｐｍ含有する純度９９．９９質量％以上の高純度の金であることが好ましい。この金合金は、細線の強度を高くするうえ、バンプ電極の直上に残る細線の破断長さを短くしてもバラツキが少ないためである。なお、希土類元素としては、Ｌａ、Ｃｅ、ＥｕおよびＧｄが好ましく、この中でも特にＬａが最も良い。バンプとして短く切れやすいからである。

本発明のリボンは、通常の異形線の製造方法と同じように製造できる利点がある。例えば丸い細線を圧延ロールで平坦にしたり、平角ダイスで伸線したり、圧延ロールの一方に溝を設けたりして製造できる。この場合、一方の圧延ロールと丸い細線との間にゴム状物質やプラスティック状物質を介在させて上下非対称の異形線を形成することもできる。このように形成したリボンは、必要に応じて最終の熱処理を行うことができる。また、付加的に、巻取りスプールを伸線方向に対して回転させることによってらせん状にねじりを加えることもでき、気相エッチング又は化学エッチングによってリボンの表面を粗面にすることもできる。その結果、断面形状が平角状のものだけでなく、楕円状のものや扁平な星形やＨ形状のものも得ることができる。このように平角状の断面形状が変形されたリボンであっても、断面における長辺の長さと短辺の長さとの比が
０．０９≦（短辺の長さ）／（長辺の長さ）≦０．８
であれば、断面形状が平角状のものと同じように、引張ると平板の脆性破壊現象によって斜めに切断される。よって、バンプ電極の真上に残る細線の破断長さのバラツキを小さくすることができる。

［実施例１〜５］
高純度の金または高純度のＰｄに添加元素を所定量だけ添加し、真空溶解炉で溶解鋳造し、表１左欄に示す実施例１〜５の組成のインゴットを得た。ここで、高純度の金としては純度９９．９９９質量％のものを用い、高純度のＰｄとしては純度９９．９９質量％のものを用いた。このインゴットを溝ロール加工し、次いで伸線機を用いて冷間加工および必要に応じ約５００℃で中間熱処理を施し、最終線径が２５μｍのところで約３００℃で最終熱処理によってカールをとった。この細線を圧延しないもの、並びに２０ｍ／分の速度で２０、１５、９および６μｍの厚さになるようにリボン状に５種類を圧延した。
これらリボンの長手方向と直交する方向の切断面における長辺の長さと短辺の長さとの比［（短辺の長さ）／（長辺の長さ）］はそれぞれ、厚さ２０μｍのものは０．８、厚さ１５μｍのものは０．５、厚さ９μｍのものは０．２、厚６μｍのものは０．１であった。

これら厚さ２０、１５、９および６μｍの表１に示す成分組成の５種類のリボン材料について、図１に示す方法でバンプを作成した。すなわち、それぞれのリボン材料から直径６０μｍの溶融ボールを形成した後、このボールを温度２５０℃および荷重５０ｇの条件でバンプの直径が８０μｍの半球状になるまでＩＣチップのＡｌ電極上で圧潰し、バンプを１００μｍのピッチ間隔で各々２０個ずつ作成した。次いで、これらのバンプ高さ（全高）を測定するとともにボールの潰れ具合の外観検査を行った。バンプ高さは測長顕微鏡を用いて求め、２０個中の平均値および最大値と最小値の差を求めた。また、バンプ形成時のボールが潰れた外観を実体顕微鏡で観察した。これらの測定結果を表１中欄に示す。

表１の結果から明らかなとおり、本発明のバンプは満足のいくものである。

［実施例６〜１０］
Ａｕメッキ配線がされたガラスエポキシ樹脂のプリント基板を用意し、前記実施例１〜５のバンプに対応する位置に直径６０μｍの高純度のＡｕボール（純度９９．９９％以上）を接合した。このプリント基板にＩＣチップのバンプを重ね合わせ、１バンプ当たり加圧力３５ｇ、超音波０．３Ｗ、温度２５０℃で押圧し、エポキシ樹脂を封入しない状態で半導体装置の接合の強弱を調べた。その測定結果を表１右欄に示す。接合の良好なものの断面構造は、ひきちぎられたバンプの尖状テイルがくさびのようになって、対向するＡｕボールに埋め込まれていることがわかった。

［比較例１〜１２］
実施例１〜５で用いた、リボン状に圧延する前の丸い細線（ワイヤ）を用いて比較例１〜５とし、実施例１〜５と同様にしてバンプを各々５０個ずつ作成し、バンプ長さとボールが潰れた外観の検査を行った。これらの測定結果を表１中欄に示す。また、実施例６〜１０と同様にして半導体装置の接合の強弱を調べた。その測定結果を表１右欄に示す。さらに、比較例１１及び１２として、実施例１および実施例５の成分組成の材料を実施例１および実施例５と同一の条件でそれぞれ２３μｍ（［「（短辺の長さ）／（長辺の長さ）」は０．９］および２μｍ（［「（短辺の長さ／長辺の長さ）」は０．０８）の厚さになるように圧延した。これらの測定結果も表１中・右欄に示す。半導体装置の接合では、２０個中に必ずテイル長さが極端に長いバンプがあるため、そのテイルが回路基板と押圧時に折れ曲がる。折れ曲がったテイルは隣接するバンプへ接触することがあり、その場合ショートし、半導体装置が不良品となる。

なお、極度に圧延した２μｍの厚さのリボンは、キャピラリー中を送り出すことができず、かつ、所定のボール形状にすることができなかった。

表１から明らかなとおり、比較例（従来例）は不十分な結果であることがわかる。

なお、実施例１〜５で用いた、リボン状に圧延する前の丸い細線を用いて比較例１〜５とし、実施例１〜５と同様にしてバンプを各々１０個ずつ作成し、実施例と比較例（従来例）について熱サイクルテスト（−５０℃／１５０℃）を１，０００サイクル繰り返したが、実施例と従来例とも抵抗値は変化しなかった。

注）接合性の評価基準は、熱硬化性のエポキシ樹脂を封入する前の状態で、バンプの剪断荷重を測定し、以下のように判断した。
測定装置：ＤＡＧＥ社製の万能ボンドテスター（ＢＴ-２４００）
○：３５ｇ以上
△：２０ｇ以上３５ｇ未満
×：２０ｇ未満
また、バンプ高さの判定は、最大値と最小値の差が５０μｍ以下のものを良品として判定し、５０μｍを超えるものを不良品とした。

［実施例１１及び比較例１３］
実施例１１及び比較例１３として、実施例３の金線リボンと比較例３の金線パンプを各々２０個作成したときにおける各バンプ高さの値を表２に、そのときのバラツキのグラフを図３に示す。ここで、横軸の「バンプＮｏ．」はバンプ高さの低いものから高いものへ順に並べたときの番号を示し、グラフの黒丸（●）が実施例１１のリボンバンプを、黒四角（■）が比較例１３の丸線バンプをそれぞれ表す。
図３のグラフの対比から明らかなとおり、本発明の実施例１１のリボンバンプは比較例１３の丸線バンプに比べて、バンプ高さの最大値と最小値との差が小さく高密度実装可能な多ピン化に向いていることが明らかである。

実施例１１のリボンバンプ及び比較例１３の丸線バンプの外観模式図を図４及び図５に示す。
図４及び図５の外観模式図から判読できるように、本発明の実施例１１のリボンバンプは従来の比較例１３の丸線バンプに比べてテイルが短いので、そのテイルが回路基板との押圧時に折れ曲がって隣接するバンプへ接触する危険性がないことが明らかである。

本発明によるボールバンプ形成方法の例の各工程図である。 本発明による半導体装置の製造方法の例の各工程図である。 本発明のボールバンプ形成用リボンを用いて形成したバンプと、従来のワイヤを用いて形成したバンプとの、高さのバラツキを比較するためのグラフである。 （ａ）は本発明のボールバンプ形成用リボンを用いて形成したボール、（ｂ）は本発明のリボンバンプ電極を設けた半導体素子の外観模式図である。 （ａ）は従来の丸線を用いて形成したボール、（ｂ）は従来の丸線バンプ電極を設けた半導体素子の外観模式図である。

符号の説明

１ 半導体素子
２ Ｓｉ層
３ Ａｌ電極パッド
４ 保護層
７ キャピラリー
８ リボン
９ ボール
１０ バンプ
１０１ Ｃｕ張積層板
１０２ 内層回路
１０３ 半導体素子
１０４ テイル
１０５ バンプ電極
１０６ 電極
１０７ 封止樹脂
１０８ 底面
１０９ 実装用パッド

Claims (9)

1. 長手方向と直交する方向の切断面における長辺の長さと短辺の長さとの比が
   ０．０９≦（短辺の長さ）／（長辺の長さ）≦０．８
   であることを特徴とするボールバンプ形成用リボン。
2. 前記リボンの材質がＡｕ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ合金又はＡｕ被覆合金（Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｐｄ若しくはこれら合金にＡｕが被覆されたものをいう。）であることを特徴とする請求項１に記載のボールバンプ形成用リボン。
3. 前記リボンの材質が、純度９９．９９質量％以上の高純度の金であって残りの０．０１質量％以下の元素のなかにＣａ、Ｂｅ、Ｙ又は希土類元素のうち少なくとも１種を３〜５０ｐｐｍ含有することを特徴とする請求項１に記載のボールバンプ形成用リボン。
4. ボールバンプ形成用リボンの製造方法において、冷間伸線した丸い細線を圧延ロールで、断面における長辺の長さと短辺の長さとの比が
   ０．０９≦（短辺の長さ）／（長辺の長さ）≦０．８
   の平角状に圧延することを特徴とするボールバンプ形成用リボンの製造方法。
5. ボールバンプ形成用リボンの製造方法において、冷間伸線した丸い細線を、長辺の長さと短辺の長さとの比が
   ０．０９≦（短辺の長さ）／（長辺の長さ）≦０．８
   の異形のダイヤモンドダイスにて伸線加工することを特徴とするボールバンプ形成用リボンの製造方法。
6. キャピラリーに挿通された細線の先端に熱エネルギーでボールを形成し、該キャピラリーを下降させて該ボールをＩＣチップ電極又は外部配線上に押圧接合した後、前記細線を上方に引張って前記押圧されたボールと細線とを切り離すことにより、該ボール部をＩＣチップ電極又は外部配線上へ供給し、同様な手段によって該ボール部を多数配設するボールバンプの形成方法において、前記細線として長手方向と直交する方向の切断面における長辺の長さと短辺の長さとの比が
   ０．０９≦（短辺の長さ）／（長辺の長さ）≦０．８
   のリボンを用いることを特徴とするボールバンプ形成方法。
7. キャピラリーに挿通された細線の先端に熱エネルギーでボールを形成し、該キャピラリーを下降させて該ボールをＩＣチップ電極又は外部配線上に押圧接合した後、前記細線を上方に引張って前記押圧されたボールと細線とを切り離すことにより、該ボール部をＩＣチップ電極又は外部配線上へ供給し、同様な手段によって該ボール部を多数配設するボールバンプの形成し、その後前記バンプ群に対応する別の金属面を圧接させる半導体装置の製造方法において、前記細線として長手方向と直交する方向の切断面における長辺の長さと短辺の長さとの比が
   ０．０９≦（短辺の長さ）／（長辺の長さ）≦０．８
   のリボンを用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
8. 前記バンプ群と前記別の金属面とを金−金接合させることを特徴とする請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
9. 前記リボンの材質が、純度９９．９９質量％以上の高純度の金であって残りの０．０１質量％以下の元素のなかにＣａ、Ｂｅ、Ｙ又は希土類元素のうち少なくとも１種を３〜５０ｐｐｍ含有することを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の半導体装置の製造方法。

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