(57)【要約】  バンプ電極１４と半導体チップ表面に形成された電極パッド６の間に、バンプ電極１４の先端よりも面積が大きく、厚みが前記バンプ電極１４の高さよりも薄く、ヤング率が前記バンプ電極１４よりも小さい扁平形状の台座電極１３を介装したので、この半導体チップ３を基板１にフリップチップ実装した状態では、バンプ電極１４が塑性変形するとともに、台座電極１３が適切に弾性変形して、良好な導通状態が得られる。
2008142839.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バンプ電極と半導体チップ表面に形成された電極パッドの間に、前記バンプ電極の先端よりも面積が大きく、厚みが前記バンプ電極の高さよりも薄く、ヤング率が前記バンプ電極よりも小さい扁平形状の台座電極を介装した
半導体チップ。
【請求項２】
前記台座電極は、
半導体チップ表面に形成された電極パッドの上に扁平に形成されヤング率が前記バンプ電極よりも小さい核の表面を、導電性電極で覆って形成した
請求項１記載の半導体チップ。
【請求項３】
前記台座電極は、
半導体チップ表面に形成された電極パッドの上に扁平で環状に形成され、ヤング率が前記バンプ電極よりも小さい核の表面を、導電性電極で覆って形成した
請求項１記載の半導体チップ。
【請求項４】
前記台座電極は、
半導体チップの電極パッドの上に扁平に形成された電気絶縁性樹脂または導電性樹脂の核の表面を、導電性電極で覆って形成した
請求項１記載の半導体チップ。
【請求項５】
前記台座電極は、
半導体チップ表面に形成された電極パッドの上に、ヤング率が前記バンプ電極よりも小さい複数の核を間隔を空けて分散して配置し、前記核の表面と隣接する前記核の間を、導電性電極で覆って形成した
請求項１記載の半導体チップ。
【請求項６】
半導体チップの平面形状が矩形で、その外形に沿って表面に複数の前記電極パッドが形成されており、半導体チップ表面のコーナー部における前記核の面積を、
前記コーナー部の周辺における前記核の面積よりも大きくした
請求項２〜請求項５の何れかに記載の半導体チップ。
【請求項７】
半導体チップのバンプ電極を基板の配線電極の上に押し付けて前記バンプ電極を塑性変形させるとともに、前記半導体チップと前記基板の間のアンダーフィル樹脂を硬化させてフリップチップ実装した半導体装置であって、
前記半導体チップの電極パッドの上に設けられた導電性の台座電極の上に前記バンプ電極を設け、かつ前記バンプ電極よりも前記台座電極のヤング率が小さく、前記フリップチップ実装した状態における前記台座電極が弾性変形している
半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
バンプ電極を有する半導体チップと、この半導体チップを基板にフリップフロップ実装した半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器は小型化の傾向が強く、高機能集積化および信号処理の高速化が進んできており、これに伴い半導体チップの配線はより細くなり半導体チップの絶縁層や配線層が脆弱化してきている。また、電極間ピッチも１００μｍ以下が要求されるようになってきている。【０００３】
図９（ｂ）に示すように、基板１に形成された配線電極２に、半導体チップ３をフリップフロップ実装した半導体装置は、半導体チップ３の表面に形成されたバンプ電極４を前記配線電極２に当接させて導通した状態で、熱硬化性樹脂５を硬化させて、基板１における半導体チップ３の位置を固定している。【０００４】
具体的には、図９（ａ）に示すように、半導体チップ３には、電子回路が構築されたウェハ（図示せず）が搭載されており、この半導体チップ３の表面に形成された電極パッド６にバンプ電極４が形成されている。バンプ電極４はその全体が比較的変形しやすい金（Ａｕ）で形成されている。基板１の実装位置には、アンダーフィル樹脂としての熱硬化性樹脂５が塗布されており、この基板１に対して前記バンプ電極４を基板側に向けて半導体チップ３を基板１に押し付け、バンプ電極４が配線電極２に当接して導通すると共に先端の形状が変形する。さらに、この半導体チップ３を基板１に押し付けた状態で、ヒートツール７によって離型シート８を介して半導体チップ３を加熱することによって、熱硬化性樹脂５が硬化して固定が完了する。【０００５】
しかし、実装後に半導体チップ３に図１０に示すように反りが発生した場合には、バンプ電極４と配線電極２との間に隙間９が発生して、導通不良が発生する。【０００６】
電極間ピッチが小さくなった場合に発生する脆弱な配線層、幅の狭い電極に対して、半導体チップをバンプ電極を用いて配線基板上に実装することは技術的に極めて困難であり、低荷重かつ狭ピッチでも組み立て容易な構造、方法が検討されている。【０００７】
そこで特許文献１には、全体が金（Ａｕ）で形成されていたバンプ電極４に代わって、絶縁体からなる縦長の核１０を電極パッド６に設け、この核１０の表面から電極パッド６にわたって金属膜１１を設けた半導体チップ３が記載されている。【０００８】
この半導体チップ３を基板１にフリップチップ実装した半導体装置は、図１１（ｂ）（ｃ）に示すようにして組み立てられている。【０００９】
図１１（ｂ）では、図９（ａ）（ｂ）と同様にヒートツール７によって半導体チップ３を配線電極２に押し付けることによって、金属膜１１を介して電極パッド６が配線電極２に導通し、また、このときの押し付けによって、縦長形状だった前記核１０の高さが低くなるように弾性変形している。この状態で前記熱硬化性樹脂５を硬化温度以上に加熱することによって、熱硬化性樹脂５が硬化して基板１における半導体チップ３の位置を固定している。【００１０】
特許文献２には、図１２に示すように電極パッド６の上に弾性体２０が形成され、その上にパンプ電極２１が形成された半導体チップ３が記載されている。【００１１】
半導体チップ３を基板１に押し付けた状態で熱硬化性樹脂５を硬化させて電気接続する場合ではなくて、半導体チップ３を基板２５に半田付で接続する場合の技術では、特許文献３に記載されたものがある。これは図１３に示すように半導体チップ３を基板２５のパッド２６に半田付で接続したものであって、半導体チップ３のパッド６と低融点半田２３との間の絶縁層２７には、Ｃｕメッキからなるビア２８が形成されている。ビア２８の内側には樹脂２９が充填されている。半導体チップ３のパッド６は、ビア２８とメッキによって形成された蓋３０と低融点半田２３を介して基板２５のパッド２６に半田付で接続されている。
【特許文献１】特開平３−６２９２７号公報（第２図）
【特許文献２】特開平１−２３３７４１号公報（第１図）
【特許文献３】特開２０００−１７４０５０公報（図１７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
この特許文献１の構成では、核１０が弾性変形した状態で半導体チップ３が基板１にフリップチップ実装されているため、実装後に半導体チップ３に前記反りが発生した場合には、金属層１１と配線電極２との間に従来では発生していた隙間９を無くする方向に前記核１０が形状復帰して導通不良の発生率を改善するように作用する。【００１３】
しかし、半導体装置に組み上がった際の核１０の変形量が大きくて、金属膜１１の破断が発生することが原因の導通不良が発生し易いという問題点を残しているのが現状である。【００１４】
更に詳しく説明する。【００１５】
特許文献１の構成では、核１０の表面にスパッタ等で薄い金属層１１を形成するため、半導体チップ３をフリップチップ実装するときに、核１０と金属膜１１からなる突起電極が傾いたり、倒れてしまったり、核１０が球状に大きく変形して金属層１１にクラックが発生したりすると、電気的接続（例えば、接続抵抗値がばらつく）が不安定になる。【００１６】
また、核１０が半導体チップ表面の電極パッドの上に広く形成されているため、金属層１１の電気的な接続領域が少なく、接続抵抗値が高くなるおそれがある。【００１７】
特許文献２の構成では、弾性体２０が電極パッド６の上に形成されているため、パンプ電極２１から作用する衝撃の一部を低減できるものの、パンプ電極２１から弾性体２０を介さずに電極パッド６に衝撃が作用するため、クラックが発生し易く、電気的接続が依然として不安定である。【００１８】
特許文献３の構成では、低融点半田２３が溶融固化して電気接続しているため、接続の完了状態において樹脂２９の弾性変形は発生していない。この特許文献３は接続完了後の横荷重に対するパッド６とその周辺の剥離の回避を目的としており、半導体チップ３を基板１に押し付けた状態で熱硬化性樹脂５を硬化させて電気接続する場合に発生していた衝撃の緩衝を目的とはしていない。【００１９】
本発明は、半田付による接続ではなく、半導体チップを基板に押し付けた状態で樹脂を硬化させて電気接続する場合に、基板との良好な電気接続状態を実現できる半導体チップと半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の請求項１記載の半導体チップは、バンプ電極と半導体チップ表面に形成された電極パッドの間に、前記バンプ電極の先端よりも面積が大きく、厚みが前記バンプ電極の高さよりも薄く、ヤング率が前記バンプ電極よりも小さい扁平形状の台座電極を介装したことを特徴とする。【００２１】
本発明の請求項２記載の半導体チップは、請求項１において、前記台座電極は、半導体チップ表面に形成された電極パッドの上に扁平に形成されヤング率が前記バンプ電極よりも小さい核の表面を、導電性電極で覆って形成したことを特徴とする。【００２２】
本発明の請求項３記載の半導体チップは、請求項１において、前記台座電極は、半導体チップ表面に形成された電極パッドの上に扁平で環状に形成され、ヤング率が前記バンプ電極よりも小さい核の表面を、導電性電極で覆って形成したことを特徴とする。【００２３】
本発明の請求項４記載の半導体チップは、請求項１において、前記台座電極は、半導体チップの電極パッドの上に扁平に形成された電気絶縁性樹脂または導電性樹脂の核の表面を、導電性電極で覆って形成したことを特徴とする。【００２４】
本発明の請求項５記載の半導体チップは、請求項１において、前記台座電極は、半導体チップ表面に形成された電極パッドの上に、ヤング率が前記バンプ電極よりも小さい複数の核を間隔を空けて分散して配置し、前記核の表面と隣接する前記核の間を、導電性電極で覆って形成したことを特徴とする。【００２５】
本発明の請求項６記載の半導体チップは、請求項２〜請求項５の何れかにおいて、半導体チップの平面形状が矩形で、その外形に沿って表面に複数の前記電極パッドが形成されており、半導体チップ表面のコーナー部における前記核の面積を、前記コーナー部の周辺における前記核の面積よりも大きくしたことを特徴とする。【００２６】
本発明の請求項７記載の半導体装置は、半導体チップのバンプ電極を基板の配線電極の上に押し付けて前記バンプ電極を塑性変形させるとともに、前記半導体チップと前記基板の間のアンダーフィル樹脂を硬化させてフリップチップ実装した半導体装置であって、前記半導体チップの電極パッドの上に設けられた導電性の台座電極の上に前記バンプ電極を設け、かつ前記バンプ電極よりも前記台座電極のヤング率が小さく、前記フリップチップ実装した状態における前記台座電極が弾性変形していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
この構成によると、バンプ電極と半導体チップ表面に形成された電極パッドの間に、前記バンプ電極の先端よりも面積が大きく、厚みが前記バンプ電極の高さよりも薄く、ヤング率が前記バンプ電極よりも小さい扁平形状の台座電極を介装したため、バンプ電極を基板に押し付けて塑性変形させる際に前記半導体チップに作用する衝撃を、台座電極で緩衝できるとともに、ヤング率が大きい方のバンプ電極を、ヤング率が小さい方の台座電極よりも大きく変形させることによって、基板とのより良好な電気接続状態を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の半導体チップの実施の形態１の実装工程の拡大図
【図２】同実施の形態の半導体チップの拡大底面図とそのバンプ電極部分の拡大図
【図３】同実施の形態のバンプ電極の形成工程図
【図４】本発明の半導体チップの実施の形態２の拡大断面図
【図５】本発明の半導体チップの実施の形態３の拡大断面図
【図６】本発明の実施の形態４における電極の拡大平面図と半導体装置の拡大断面図
【図７】同実施の形態の別の具体例を示す電極の拡大平面図
【図８】本発明の実施の形態５における電極の拡大平面図
【図９】従来の半導体装置の実装工程図
【図１０】同従来例において基板が変形した場合の説明図
【図１１】特許文献１に見られる半導体チップの実装工程図
【図１２】特許文献２に見られる半導体チップの断面図
【図１３】特許文献３に見られる半導体装置の断面図
【図１４】本発明の別の実施の形態の実装工程の拡大図
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の半導体チップとこれをフリップチップ実装した半導体装置を具体的な実施の形態に基づいて説明する。【００３０】
（実施の形態１）
図１〜図３は本発明の実施の形態１を示す。【００３１】
図１（ａ）は本発明の半導体チップ３を基板１にフリップチップ実装する直前を示している。この半導体チップ３には、図２にも示すように電気回路を構築したチップ（図示せず）の接続端子となる多数の電極１２が、半導体チップ３の片面に形成されている。【００３２】
各電極１２は、図２と図１（ａ）に示すように構成されている。【００３３】
半導体チップ３の表面に形成された電極パッド６の上には、台座電極１３を介してバンプ電極１４が形成されている。バンプ電極１４は、比較的変形しやすい例えば金（Ａｕのヤング率は７８．０ＧＰａ）で全体が形成されており、基端部よりも先端部は細く尖っている。このバンプ電極１４は、後に説明する実装の際の加圧力で塑性変形する。
台座電極１３は、電極パッド６の上に形成された扁平状の核１５の表面を、導電性電極１６で覆って形成されている。核１５の直径はバンプ電極１４の先端部の直径よりも大きい。【００３４】
ここでは、台座電極１３はバンプ電極１４の高さよりも厚みが薄く、前記バンプ電極１４の先端１４ａよりも面積が大きい扁平状で、具体的には、バンプ電極１４の高さが５〜５０μｍで、バンプ電極１４の先端１４ａの直径が１〜４３μｍの場合に、台座電極１３はその大きさが１０〜６５μｍφ×２〜５μｍ厚であって、台座電極１３はバンプ電極１４よりもヤング率が小さい。具体的には、バンプ電極１４の先端部／台座電極１３の直径の比は、６５〜８５％以下が好適であった。核１５は、シリコーンゴム、ブタジエンゴム等の硬化後に弾性体となる絶縁性樹脂や、ポリイミドやＰＢＯ（ポリベンゾオキサゾール）等の半導体の保護膜材料でもよく、保護膜材料であれば半導体の前工程で同時に形成できる。例えば、使用したシリコーンゴムのヤング率は１６０〜３７０ＭＰａであった。【００３５】
図３は台座電極１３とバンプ電極１４の作製工程を示している。【００３６】
図３（ａ）では、半導体チップ３にフォトレジスト１７を形成し、硬化させたのち、フォトレジスト１７をドライエッチングやアルカリ溶液によるエッチングを行い、半導体チップ３の各電極パッド６の一部を露出させ、フォトレジスト１７の窓１７ａの部分に前記核１５となる材料１５ａを印刷または転写によって充填する。そして、フォトレジスト１７を除去することで電極パッド６の上に核１５が形成される。【００３７】
図３（ｂ）では、前記バンプ電極１４と導電性電極１６の形状を型取ったフォトレジスト１８を形成する。【００３８】
図３（ｃ）では、無電解めっきすることでフォトレジスト１８の型１８ａにメッキ液１９が入って、前記核１５の外側に位置している導電性電極１６とバンプ電極１４とが形成される。【００３９】
図３（ｄ）では、フォトレジスト１８をアルカリ溶液等で除去して、核１５を内蔵した台座電極１３の上にバンプ電極１４を形成した２段状バンプを得ることができる。つまり、バンプ電極１４と電極パッド６の間に、台座電極１３を介装した半導体チップ３が完成する。【００４０】
なお、基板１はガラスエポキシ基板，シリコン基板，シリコンインターポーザなどで形成されている。【００４１】
このようにして台座電極１３とバンプ電極１４が形成された半導体チップ３を、図９（ａ）（ｂ）に示した同じ工程で基板１の実装位置に押し付け、ヒートツール７によって離型シート８を介して半導体チップ３を加熱することによって、熱硬化性樹脂５が硬化して図１（ｂ）に示すように固定が完了する。【００４２】
半導体チップ３を基板１にフリップチップ実装後に半導体チップ３に図１（ｃ）に示すように反りが発生した場合であっても、弾性変形していた核１５に作用していた付勢力が解除されて、核１５が元の形状に向かって復帰して、バンプ電極１４が基板１の配線電極２に向かって押し出されて、バンプ電極１４と配線電極２との間に隙間９が発生することが無くて、特許文献１と同様に良好な導通状態を長期間にわたって維持できる。【００４３】
さらに図１（ｂ）に示す実装状態では、バンプ電極１４が配線電極２に当接して先端が塑性変形するとともに、核１５が弾性変形して台座電極１３が弾性変形している。半導体チップ３の電極パッド６と基板１の配線電極２との電気的導通は、半導体チップの電極パッドと台座電極との電気的な接続面積を大きく確保することができ、また、塑性変形しているバンプ電極１４と扁平形状の核１５の表面を被っている導電性電極１６とを介して良好に導通している。【００４４】
（実施の形態２）
図４は本発明の実施の形態２を示す。【００４５】
実施の形態１における台座電極１３の核１５は扁平な円盤状であったが、図４に示す実施の形態２の台座電極１３の核１５は、扁平で中央に孔２０が形成された環状に仕上げられており、核１５の上に導電性電極１６を形成して台座電極１３を形成する際に、孔２０にも導電性電極１６が入り込むことによって、核１５の周辺部のみだけでなく、最短の電気的経路（パス）が確保されるため、先端部の変形荷重を受けながら、電気的な接続を得ることができる。【００４６】
（実施の形態３）
図５は本発明の実施の形態３を示す。【００４７】
上記の各実施の形態のバンプ電極１４および台座電極１３の導電性電極１６の材質は金（Ａｕ）であることが電気接続上好ましいが、Ｃｕ−Ｎｉ−Ａｕ、Ｃｒ−Ａｕ、Ｔｉ−Ｐｄ−Ａｕ等のメタライズでもかまわない。【００４８】
ここでは、酸化するため圧着接続には向かないとされている銅（Ｃｕ）を、バンプ電極１４および台座電極１３の導電性電極１６として使用した場合を示している。この場合、図５（ａ）に示すように基板１の配線電極２の上に半田２１を予め付けておき、図９（ａ）（ｂ）に示した同じ工程で基板１の実装位置に押し付け、ヒートツール７によって耐熱シート８を介して半導体チップ３を加熱することによって、配線電極２と押し付けによって変形したバンプ電極１４との間が、ヒートツール７による加熱によって熱硬化性樹脂５が硬化するよりも先に溶けた半田２１によって半田づけされ、その後に熱硬化性樹脂５が硬化して図５（ｂ）に示すように固定が完了する。【００４９】
このように、酸化するため圧着接続には不適とされている銅（Ｃｕ）を、バンプ電極１４および台座電極１３の導電性電極１６として使用した場合であっても、配線電極２とバンプ電極１４との間が、半田による金属接合が行われることで、電気接続の高い信頼性を得ることができる。【００５０】
（実施の形態４）
図６（ａ）（ｂ）は本発明の実施の形態４を示す。【００５１】
実施の形態１における台座電極１３の核１５は扁平な円盤状、実施の形態２の台座電極１３の核１５は環状であったが、図６（ａ）（ｂ）に示すように、半導体チップ表面に形成された電極パッド６の上に、ヤング率がバンプ電極１４よりも小さい複数の核１５を間隔を空けて分散して配置し、核１５の表面と隣接する核１５の間を、導電性電極１６で覆って形成することもできる。【００５２】
このように、半導体チップ表面に形成された電極パッド６の上に、ヤング率がバンプ電極１４よりも小さい複数の核１５を間隔を空けて分散して配置することによって、間隔を空けずに核１５を形成した場合に比べて、核１５が変形し易くなって、応力を分散することができ、しかも核１５と導電性電極１６の熱膨張量差による隣接間の応力を小さくすることができ、電極パッド６の下の素子へのダメージを小さくできる。【００５３】
図７（ａ）（ｂ）はそれぞれ電極パッド６の上に間隔を空けて分散させて複数の核１５を配置した別の具体例を示している。【００５４】
（実施の形態５）
図８は本発明の実施の形態５を示す。【００５５】
図８は図２と同じように半導体チップ３を基板１にフリップチップ実装する直前を示している。この半導体チップ３には、電気回路を構築したチップの接続端子となる多数の電極１２が、平面形状が矩形の半導体チップ３の外形に沿って表面に形成されている。この図８では半導体チップ表面のコーナー部２７における電極１２は、台座電極１３内の複数の核１５の総面積が、前記コーナー部２７の周辺における電極１２の台座電極１３内の複数の核１５の総面積よりも大きく形成されている。【００５６】
このように、また、応力的影響を受けるコーナー部２７における電極１２になればなるほど、台座電極１３内の複数の核１５の総面積を大きくすることによって、応力の緩和作用の向上を期待できる。【００５７】
なお、図８では実施の形態４で説明したように核１５を間隔を空けて分散配置した台座電極１３の場合を例に挙げて図示したが、その他の実施の形態の場合も同様である。【００５８】
図１〜図３に示した実施の形態では、核１５の前記パッド６との接合面とは反対側の面がフラットであって、台座電極１３のバンプ電極１４の側の面もフラットであったが、図１４（ａ）に示すように、核１５の前記パッド６との接合面とは反対側の面をの中央を突出させて、台座電極１３のバンプ電極１４の側の面の中央を突出させて形成した場合することもできる。この場合には、バンプ電極１４を介して作用する衝撃は、台座電極１３の中央に作用してから次第に台座電極１３の外周側に向かって分散しながら作用して核１５が弾性変形して図１４（ｂ）に示した接続状態になって、衝撃荷重の緩衝効果がより向上する。【００５９】
上記の各実施の形態の台座電極１３の核１５を絶縁性樹脂からなる弾性体材料で形成したが、核１５は導電性樹脂や導電性フィラーを含んだ導電性接着剤でもかまわない。導電性があることでより電気接続の信頼性を向上させることができる。【００６０】
上記の各実施の形態では、半導体チップ３と基板１の間に熱硬化性樹脂５で固定したが、樹脂は熱硬化性樹脂に代わって熱可塑性樹脂であってもよいし、紫外線硬化性樹脂併用であってもよい。具体的には、エポキシ系樹脂，ポリアリルエーテル系樹脂，ポリアミド系樹脂，ポリエステル系樹脂，ポリイミド系樹脂などが適当な樹脂材料として挙げられる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明はファインピッチ化したフリップチップ実装における良好な導通を実現し、各種半導体装置の高機能集積化に寄与できる。
【図１】
2008142839.tif 000003
【図２】
2008142839.tif 000004
【図３】
2008142839.tif 000005
【図４】
2008142839.tif 000006
【図５】
2008142839.tif 000007
【図６】
2008142839.tif 000008
【図７】
2008142839.tif 000009
【図８】
2008142839.tif 000010
【図９】
2008142839.tif 000011
【図１０】
2008142839.tif 000012
【図１１】
2008142839.tif 000013
【図１２】
2008142839.tif 000014
【図１３】
2008142839.tif 000015
【図１４】
2008142839.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成21年7月22日(2009.7.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バンプ電極と半導体チップ表面に形成された電極パッドの間に、前記バンプ電極の先端よりも面積が大きく、厚みが前記バンプ電極の高さよりも薄く、ヤング率が前記バンプ電極よりも小さい扁平形状の台座電極を介装するとともに、
前記台座電極は、ヤング率が前記バンプ電極よりも小さい複数の核を前記電極パッドの上に形成し、前記核の表面を導電性電極で覆って形成した
半導体チップ。
【請求項２】
前記複数の核は、扁平で前記電極パッドの上に環状に配列されている
請求項１記載の半導体チップ。
【請求項３】
前記複数の核は、電気絶縁性樹脂または導電性樹脂からなる扁平の核を前記電極パッドの上に形成した
請求項１記載の半導体チップ。
【請求項４】
前記台座電極は、前記電極パッドの上に、ヤング率が前記バンプ電極よりも小さい複数の核を間隔を空けて分散して配置し、前記核の表面と隣接する前記核の間を、導電性電極で覆って形成した
請求項１記載の半導体チップ。
【請求項５】
半導体チップの平面形状が矩形で、その外形に沿って表面に複数の前記電極パッドが形成されており、半導体チップ表面のコーナー部における前記核の面積を、
前記コーナー部の周辺における前記核の面積よりも大きくした
請求項１〜請求項４の何れかに記載の半導体チップ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
バンプ電極を有する半導体チップに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器は小型化の傾向が強く、高機能集積化および信号処理の高速化が進んできており、これに伴い半導体チップの配線はより細くなり半導体チップの絶縁層や配線層が脆弱化してきている。また、電極間ピッチも１００μｍ以下が要求されるようになってきている。
【０００３】
図１０（ｂ）に示すように、基板１に形成された配線電極２に、半導体チップ３をフリップフロップ実装した半導体装置は、半導体チップ３の表面に形成されたバンプ電極４を前記配線電極２に当接させて導通した状態で、熱硬化性樹脂５を硬化させて、基板１における半導体チップ３の位置を固定している。
【０００４】
具体的には、図１０（ａ）に示すように、半導体チップ３には、電子回路が構築されたウェハ（図示せず）が搭載されており、この半導体チップ３の表面に形成された電極パッド６にバンプ電極４が形成されている。バンプ電極４はその全体が比較的変形しやすい金（Ａｕ）で形成されている。基板１の実装位置には、アンダーフィル樹脂としての熱硬化性樹脂５が塗布されており、この基板１に対して前記バンプ電極４を基板側に向けて半導体チップ３を基板１に押し付け、バンプ電極４が配線電極２に当接して導通すると共に先端の形状が変形する。さらに、この半導体チップ３を基板１に押し付けた状態で、ヒートツール７によって離型シート８を介して半導体チップ３を加熱することによって、熱硬化性樹脂５が硬化して固定が完了する。
【０００５】
しかし、実装後に半導体チップ３に図１１に示すように反りが発生した場合には、バンプ電極４と配線電極２との間に隙間９が発生して、導通不良が発生する。
【０００６】
電極間ピッチが小さくなった場合に発生する脆弱な配線層、幅の狭い電極に対して、半導体チップをバンプ電極を用いて配線基板上に実装することは技術的に極めて困難であり、低荷重かつ狭ピッチでも組み立て容易な構造、方法が検討されている。
【０００７】
そこで特許文献１には、全体が金（Ａｕ）で形成されていたバンプ電極４に代わって、絶縁体からなる縦長の核１０を電極パッド６に設け、この核１０の表面から電極パッド６にわたって金属膜１１を設けた半導体チップ３が記載されている。
【０００８】
この半導体チップ３を基板１にフリップチップ実装した半導体装置は、図１２（ｂ）（ｃ）に示すようにして組み立てられている。
【０００９】
図１２（ｂ）では、図１０（ａ）（ｂ）と同様にヒートツール７によって半導体チップ３を配線電極２に押し付けることによって、金属膜１１を介して電極パッド６が配線電極２に導通し、また、このときの押し付けによって、縦長形状だった前記核１０の高さが低くなるように弾性変形している。この状態で前記熱硬化性樹脂５を硬化温度以上に加熱することによって、熱硬化性樹脂５が硬化して基板１における半導体チップ３の位置を固定している。
【００１０】
特許文献２には、図１３に示すように電極パッド６の上に弾性体２０が形成され、その上にパンプ電極２１が形成された半導体チップ３が記載されている。
【００１１】
半導体チップ３を基板１に押し付けた状態で熱硬化性樹脂５を硬化させて電気接続する場合ではなくて、半導体チップ３を基板２５に半田付で接続する場合の技術では、特許文献３に記載されたものがある。これは図１４に示すように半導体チップ３を基板２５のパッド２６に半田付で接続したものであって、半導体チップ３のパッド６と低融点半田２３との間の絶縁層２７には、Ｃｕメッキからなるビア２８が形成されている。ビア２８の内側には樹脂２９が充填されている。半導体チップ３のパッド６は、ビア２８とメッキによって形成された蓋３０と低融点半田２３を介して基板２５のパッド２６に半田付で接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平３−６２９２７号公報（第２図）
【特許文献２】特開平１−２３３７４１号公報（第１図）
【特許文献３】特開２０００−１７４０５０公報（図１７）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
この特許文献１の構成では、核１０が弾性変形した状態で半導体チップ３が基板１にフリップチップ実装されているため、実装後に半導体チップ３に前記反りが発生した場合には、金属層１１と配線電極２との間に従来では発生していた隙間９を無くする方向に前記核１０が形状復帰して導通不良の発生率を改善するように作用する。
【００１４】
しかし、半導体装置に組み上がった際の核１０の変形量が大きくて、金属膜１１の破断が発生することが原因の導通不良が発生し易いという問題点を残しているのが現状である。
【００１５】
更に詳しく説明する。
【００１６】
特許文献１の構成では、核１０の表面にスパッタ等で薄い金属層１１を形成するため、半導体チップ３をフリップチップ実装するときに、核１０と金属膜１１からなる突起電極が傾いたり、倒れてしまったり、核１０が球状に大きく変形して金属層１１にクラックが発生したりすると、電気的接続（例えば、接続抵抗値がばらつく）が不安定になる。
【００１７】
また、核１０が半導体チップ表面の電極パッドの上に広く形成されているため、金属層１１の電気的な接続領域が少なく、接続抵抗値が高くなるおそれがある。
【００１８】
特許文献２の構成では、弾性体２０が電極パッド６の上に形成されているため、パンプ電極２１から作用する衝撃の一部を低減できるものの、パンプ電極２１から弾性体２０を介さずに電極パッド６に衝撃が作用するため、クラックが発生し易く、電気的接続が依然として不安定である。
【００１９】
特許文献３の構成では、低融点半田２３が溶融固化して電気接続しているため、接続の完了状態において樹脂２９の弾性変形は発生していない。この特許文献３は接続完了後の横荷重に対するパッド６とその周辺の剥離の回避を目的としており、半導体チップ３を基板１に押し付けた状態で熱硬化性樹脂５を硬化させて電気接続する場合に発生していた衝撃の緩衝を目的とはしていない。
【００２０】
本発明は、半田付による接続ではなく、半導体チップを基板に押し付けた状態で樹脂を硬化させて電気接続する場合に、基板との良好な電気接続状態を実現できる半導体チップを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明の請求項１記載の半導体チップは、バンプ電極と半導体チップ表面に形成された電極パッドの間に、前記バンプ電極の先端よりも面積が大きく、厚みが前記バンプ電極の高さよりも薄く、ヤング率が前記バンプ電極よりも小さい扁平形状の台座電極を介装するとともに、前記台座電極は、ヤング率が前記バンプ電極よりも小さい複数の核を前記電極パッドの上に形成し、前記核の表面を導電性電極で覆って形成したことを特徴とする。
【００２２】
本発明の請求項２記載の半導体チップは、請求項１において、前記複数の核は、扁平で前記電極パッドの上に環状に配列されていることを特徴とする。
【００２３】
本発明の請求項３記載の半導体チップは、請求項１において、前記複数の核は、電気絶縁性樹脂または導電性樹脂からなる扁平の核を前記電極パッドの上に形成したことを特徴とする。
【００２４】
本発明の請求項４記載の半導体チップは、請求項１において、前記台座電極は、前記電極パッドの上に、ヤング率が前記バンプ電極よりも小さい複数の核を間隔を空けて分散して配置し、前記核の表面と隣接する前記核の間を、導電性電極で覆って形成したことを特徴とする。
【００２５】
本発明の請求項５記載の半導体チップは、請求項１〜請求項４の何れかにおいて、半導体チップの平面形状が矩形で、その外形に沿って表面に複数の前記電極パッドが形成されており、半導体チップ表面のコーナー部における前記核の面積を、前記コーナー部の周辺における前記核の面積よりも大きくしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
この構成によると、バンプ電極と半導体チップ表面に形成された電極パッドの間に、前記バンプ電極の先端よりも面積が大きく、厚みが前記バンプ電極の高さよりも薄く、ヤング率が前記バンプ電極よりも小さい扁平形状の台座電極を介装するとともに、前記台座電極は、ヤング率が前記バンプ電極よりも小さい複数の核を前記電極パッドの上に形成し、前記核の表面を導電性電極で覆って形成したため、バンプ電極を基板に押し付けて塑性変形させる際に前記半導体チップに作用する衝撃を、台座電極で緩衝できるとともに、ヤング率が大きい方のバンプ電極を、ヤング率が小さい方の台座電極よりも大きく変形させることによって、基板とのより良好な電気接続状態を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の半導体チップの実施の形態１の実装工程の拡大図
【図２】同実施の形態の半導体チップの拡大底面図とそのバンプ電極部分の拡大図
【図３】同実施の形態のバンプ電極の形成工程図
【図４】本発明の半導体チップの実施の形態２の拡大断面図
【図５】本発明の半導体チップの実施の形態３の拡大断面図
【図６】本発明の実施の形態４における電極の拡大平面図と半導体装置の拡大断面図
【図７】同実施の形態の別の具体例を示す電極の拡大平面図
【図８】本発明の実施の形態５における電極の拡大平面図
【図９】本発明の別の実施の形態の実装工程の拡大図
【図１０】従来の半導体装置の実装工程図
【図１１】同従来例において基板が変形した場合の説明図
【図１２】特許文献１に見られる半導体チップの実装工程図
【図１３】特許文献２に見られる半導体チップの断面図
【図１４】特許文献３に見られる半導体装置の断面図
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の半導体チップを具体的な実施の形態に基づいて説明する。
【００２９】
（実施の形態１）
図１〜図３は本発明の実施の形態１を示す。
【００３０】
図１（ａ）は本発明の半導体チップ３を基板１にフリップチップ実装する直前を示している。この半導体チップ３には、図２にも示すように電気回路を構築したチップ（図示せず）の接続端子となる多数の電極１２が、半導体チップ３の片面に形成されている。
【００３１】
各電極１２は、図２と図１（ａ）に示すように構成されている。
【００３２】
半導体チップ３の表面に形成された電極パッド６の上には、台座電極１３を介してバンプ電極１４が形成されている。バンプ電極１４は、比較的変形しやすい例えば金（Ａｕのヤング率は７８．０ＧＰａ）で全体が形成されており、基端部よりも先端部は細く尖っている。このバンプ電極１４は、後に説明する実装の際の加圧力で塑性変形する。
台座電極１３は、電極パッド６の上に形成された扁平状の核１５の表面を、導電性電極１６で覆って形成されている。核１５の直径はバンプ電極１４の先端部の直径よりも大きい。
【００３３】
ここでは、台座電極１３はバンプ電極１４の高さよりも厚みが薄く、前記バンプ電極１４の先端１４ａよりも面積が大きい扁平状で、具体的には、バンプ電極１４の高さが５〜５０μｍで、バンプ電極１４の先端１４ａの直径が１〜４３μｍの場合に、台座電極１３はその大きさが１０〜６５μｍφ×２〜５μｍ厚であって、台座電極１３はバンプ電極１４よりもヤング率が小さい。具体的には、バンプ電極１４の先端部／台座電極１３の直径の比は、６５〜８５％以下が好適であった。核１５は、シリコーンゴム、ブタジエンゴム等の硬化後に弾性体となる絶縁性樹脂や、ポリイミドやＰＢＯ（ポリベンゾオキサゾール）等の半導体の保護膜材料でもよく、保護膜材料であれば半導体の前工程で同時に形成できる。例えば、使用したシリコーンゴムのヤング率は１６０〜３７０ＭＰａであった。
【００３４】
図３は台座電極１３とバンプ電極１４の作製工程を示している。
【００３５】
図３（ａ）では、半導体チップ３にフォトレジスト１７を形成し、硬化させたのち、フォトレジスト１７をドライエッチングやアルカリ溶液によるエッチングを行い、半導体チップ３の各電極パッド６の一部を露出させ、フォトレジスト１７の窓１７ａの部分に前記核１５となる材料１５ａを印刷または転写によって充填する。そして、フォトレジスト１７を除去することで電極パッド６の上に核１５が形成される。
【００３６】
図３（ｂ）では、前記バンプ電極１４と導電性電極１６の形状を型取ったフォトレジスト１８を形成する。
【００３７】
図３（ｃ）では、無電解めっきすることでフォトレジスト１８の型１８ａにメッキ液１９が入って、前記核１５の外側に位置している導電性電極１６とバンプ電極１４とが形成される。
【００３８】
図３（ｄ）では、フォトレジスト１８をアルカリ溶液等で除去して、核１５を内蔵した台座電極１３の上にバンプ電極１４を形成した２段状バンプを得ることができる。つまり、バンプ電極１４と電極パッド６の間に、台座電極１３を介装した半導体チップ３が完成する。
【００３９】
なお、基板１はガラスエポキシ基板，シリコン基板，シリコンインターポーザなどで形成されている。
【００４０】
このようにして台座電極１３とバンプ電極１４が形成された半導体チップ３を、図１０（ａ）（ｂ）に示した同じ工程で基板１の実装位置に押し付け、ヒートツール７によって離型シート８を介して半導体チップ３を加熱することによって、熱硬化性樹脂５が硬化して図１（ｂ）に示すように固定が完了する。
【００４１】
半導体チップ３を基板１にフリップチップ実装後に半導体チップ３に図１（ｃ）に示すように反りが発生した場合であっても、弾性変形していた核１５に作用していた付勢力が解除されて、核１５が元の形状に向かって復帰して、バンプ電極１４が基板１の配線電極２に向かって押し出されて、バンプ電極１４と配線電極２との間に隙間９が発生することが無くて、特許文献１と同様に良好な導通状態を長期間にわたって維持できる。
【００４２】
さらに図１（ｂ）に示す実装状態では、バンプ電極１４が配線電極２に当接して先端が塑性変形するとともに、核１５が弾性変形して台座電極１３が弾性変形している。半導体チップ３の電極パッド６と基板１の配線電極２との電気的導通は、半導体チップの電極パッドと台座電極との電気的な接続面積を大きく確保することができ、また、塑性変形しているバンプ電極１４と扁平形状の核１５の表面を被っている導電性電極１６とを介して良好に導通している。
【００４３】
（実施の形態２）
図４は本発明の実施の形態２を示す。
【００４４】
実施の形態１における台座電極１３の核１５は扁平な円盤状であったが、図４に示す実施の形態２の台座電極１３の核１５は、扁平で中央に孔２０が形成された環状に仕上げられており、核１５の上に導電性電極１６を形成して台座電極１３を形成する際に、孔２０にも導電性電極１６が入り込むことによって、核１５の周辺部のみだけでなく、最短の電気的経路（パス）が確保されるため、先端部の変形荷重を受けながら、電気的な接続を得ることができる。
【００４５】
（実施の形態３）
図５は本発明の実施の形態３を示す。
【００４６】
上記の各実施の形態のバンプ電極１４および台座電極１３の導電性電極１６の材質は金（Ａｕ）であることが電気接続上好ましいが、Ｃｕ−Ｎｉ−Ａｕ、Ｃｒ−Ａｕ、Ｔｉ−Ｐｄ−Ａｕ等のメタライズでもかまわない。
【００４７】
ここでは、酸化するため圧着接続には向かないとされている銅（Ｃｕ）を、バンプ電極１４および台座電極１３の導電性電極１６として使用した場合を示している。この場合、図５（ａ）に示すように基板１の配線電極２の上に半田２１を予め付けておき、図１０（ａ）（ｂ）に示した同じ工程で基板１の実装位置に押し付け、ヒートツール７によって耐熱シート８を介して半導体チップ３を加熱することによって、配線電極２と押し付けによって変形したバンプ電極１４との間が、ヒートツール７による加熱によって熱硬化性樹脂５が硬化するよりも先に溶けた半田２１によって半田づけされ、その後に熱硬化性樹脂５が硬化して図５（ｂ）に示すように固定が完了する。
【００４８】
このように、酸化するため圧着接続には不適とされている銅（Ｃｕ）を、バンプ電極１４および台座電極１３の導電性電極１６として使用した場合であっても、配線電極２とバンプ電極１４との間が、半田による金属接合が行われることで、電気接続の高い信頼性を得ることができる。
【００４９】
（実施の形態４）
図６（ａ）（ｂ）は本発明の実施の形態４を示す。
【００５０】
実施の形態１における台座電極１３の核１５は扁平な円盤状、実施の形態２の台座電極１３の核１５は環状であったが、図６（ａ）（ｂ）に示すように、半導体チップ表面に形成された電極パッド６の上に、ヤング率がバンプ電極１４よりも小さい複数の核１５を間隔を空けて分散して配置し、核１５の表面と隣接する核１５の間を、導電性電極１６で覆って形成することもできる。
【００５１】
このように、半導体チップ表面に形成された電極パッド６の上に、ヤング率がバンプ電極１４よりも小さい複数の核１５を間隔を空けて分散して配置することによって、間隔を空けずに核１５を形成した場合に比べて、核１５が変形し易くなって、応力を分散することができ、しかも核１５と導電性電極１６の熱膨張量差による隣接間の応力を小さくすることができ、電極パッド６の下の素子へのダメージを小さくできる。
【００５２】
図７（ａ）（ｂ）はそれぞれ電極パッド６の上に間隔を空けて分散させて複数の核１５を配置した別の具体例を示している。
【００５３】
（実施の形態５）
図８は本発明の実施の形態５を示す。
【００５４】
図８は図２と同じように半導体チップ３を基板１にフリップチップ実装する直前を示している。この半導体チップ３には、電気回路を構築したチップの接続端子となる多数の電極１２が、平面形状が矩形の半導体チップ３の外形に沿って表面に形成されている。この図８では半導体チップ表面のコーナー部２７における電極１２は、台座電極１３内の複数の核１５の総面積が、前記コーナー部２７の周辺における電極１２の台座電極１３内の複数の核１５の総面積よりも大きく形成されている。
【００５５】
このように、また、応力的影響を受けるコーナー部２７における電極１２になればなるほど、台座電極１３内の複数の核１５の総面積を大きくすることによって、応力の緩和作用の向上を期待できる。
【００５６】
なお、図８では実施の形態４で説明したように核１５を間隔を空けて分散配置した台座電極１３の場合を例に挙げて図示したが、その他の実施の形態の場合も同様である。
【００５７】
図１〜図３に示した実施の形態では、核１５の前記パッド６との接合面とは反対側の面がフラットであって、台座電極１３のバンプ電極１４の側の面もフラットであったが、図９（ａ）に示すように、核１５の前記パッド６との接合面とは反対側の面をの中央を突出させて、台座電極１３のバンプ電極１４の側の面の中央を突出させて形成した場合することもできる。この場合には、バンプ電極１４を介して作用する衝撃は、台座電極１３の中央に作用してから次第に台座電極１３の外周側に向かって分散しながら作用して核１５が弾性変形して図９（ｂ）に示した接続状態になって、衝撃荷重の緩衝効果がより向上する。
【００５８】
上記の各実施の形態の台座電極１３の核１５を絶縁性樹脂からなる弾性体材料で形成したが、核１５は導電性樹脂や導電性フィラーを含んだ導電性接着剤でもかまわない。導電性があることでより電気接続の信頼性を向上させることができる。
【００５９】
上記の各実施の形態では、半導体チップ３と基板１の間に熱硬化性樹脂５で固定したが、樹脂は熱硬化性樹脂に代わって熱可塑性樹脂であってもよいし、紫外線硬化性樹脂併用であってもよい。具体的には、エポキシ系樹脂，ポリアリルエーテル系樹脂，ポリアミド系樹脂，ポリエステル系樹脂，ポリイミド系樹脂などが適当な樹脂材料として挙げられる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明はファインピッチ化したフリップチップ実装における良好な導通を実現し、各種半導体装置の高機能集積化に寄与できる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2008142839.tif 000029
【図１４】
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【国際調査報告】
2008142839.tif 000031
2008142839.tif 000032
2008142839.tif 000033
2008142839.tif 000034