(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の半導体チップの上に形成されたサイズが異なる複数の電極と、前記第１の半導体チップの上に形成し、前記複数の電極それぞれの上に開口部を有する絶縁性樹脂と、前記複数の電極上に形成された複数の第１のバンプと、第２の半導体チップの内部電極に形成された複数の第２のバンプとを備え、サイズが異なる前記複数の電極のすべてに対し、前記開口部のサイズを同一とし、前記複数の第１のバンプどうしのサイズが同じであり、前記複数の第１のバンプが前記複数の第２のバンプにそれぞれ食い込んで接続されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
第１のバンプどうしの形状が同じであることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
第１のバンプの材質は、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐのいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
第２のバンプの材質ははんだであることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項５】
第２の半導体チップの裏面がダイパッドに接着され、前記第２の半導体チップの外部電極とリードとが金属細線により電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２つの半導体チップの電極どうしをバンプにより接続した半導体装置に関するものであり、特に、１つの半導体チップの複数の電極にそれぞれ形成されるバンプのサイズを同等にすることにより、バンプによる２つの半導体チップの電極どうしの接合の信頼性が向上した半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体装置の低コスト化および小型化を図るために、互いに異なる機能を有するＬＳＩまたは互いに異なるプロセスにより形成されたＬＳＩを有する半導体チップどうしがフェースダウン方式で接合されてなる半導体装置が提案されている。
【０００３】
以下、従来の半導体装置について図面を参照しながら説明する。
【０００４】
図４は、従来の半導体装置を示す断面図である。
【０００５】
図４に示すように、第１の半導体チップ１の電極２上に無電解めっき法により形成されたＮｉよりなる第１のバンプ３が、また、第２の半導体チップ４の内部電極５および外部電極６、また、内部電極５上に第２の半導体チップのバリヤメタル７とはんだよりなる第２のバンプ８とが形成され、はんだよりなる第２のバンプ８がＮｉよりなる第１のバンプ３を覆った状態で電気的に接合されている。
【０００６】
ここで、第１の半導体チップ１の電極２のサイズは、それぞれ異なっている。また、第１の半導体チップ１の電極２に形成される第１のバンプ３の体積は、それぞれの第１のバンプが形成される電極２のサイズに比例するが、第１のバンプ３の先端の鋭利性については、第１の半導体チップ１の電極２のサイズが小さいほど第１のバンプ３の先端が鋭利になる。
【０００７】
したがって、この従来例では、２つの第１の電極のうち、右側の電極のほうが小さいため、右側の電極２に形成される第１のバンプ３が、左側の電極２に形成される第１のバンプ３よりも鋭利となり、右側の第１のバンプ３先端の内角は小さくなる。
【０００８】
また、第１の半導体チップ１と第２の半導体チップ４との間には、絶縁性樹脂９が充填されており、第１の半導体チップ１と第２の半導体チップ４とは第１のバンプ３、第２のバンプ８および絶縁性樹脂９によって一体化されている。
【０００９】
そして、第２の半導体チップ４はリードフレームのダイパッド１０にダイボンド樹脂１１により固定され、第２の半導体チップ４の外部電極６とリードフレームの外部リード１２とは金属細線１３を介して電気的に接続されている。第１の半導体チップ１、第２の半導体チップ４、金属細線１３、ダイパッド１０および外部リード１２の一部は封止用樹脂１４によって封止されている。
【００１０】
次に、前記の半導体装置の製造方法について説明する。
【００１１】
図５は、従来の半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【００１２】
図５（ａ）に示すように、第１の半導体チップ１の電極２に無電解めっき法によりＮｉよりなる第１のバンプ３を形成する。また第２の半導体チップ４の内部電極５に電解めっき法によりはんだよりなる第２のバンプ８を形成する。はんだよりなる第２のバンプ８の形成については、第２の半導体チップ４上に蒸着によりバリヤメタル７を形成した後、レジストによりバンプパターンを形成し電解はんだめっきにより第２のバンプ８を形成する。そして、はんだよりなる第２のバンプ８をマスクにしてバリヤメタル７をウエットエッチングにより溶解除去した後、はんだよりなる第２のバンプ８をリフローして半球状にする。
【００１３】
次に、図５（ｂ）に示すように、第２の半導体チップ４上に絶縁樹脂９を塗布し、接続用ツール１５に真空吸着した第１の半導体チップ１のＮｉよりなる第１のバンプ３と第２の半導体チップの内部電極５上のＮｉよりなる第２のバンプ８を一致させる。
【００１４】
次に、図５（ｃ）に示すように、第１の半導体チップ１を第２の半導体チップ４に設置し、加熱によりはんだよりなる第２のバンプ８を溶融させ、Ｎｉよりなる第１のバンプ３を接合する。
【００１５】
最後に、図５（ｄ）に示すように、第２の半導体チップ４をリードフレームのダイパッド１０にダイボンドし、第２の半導体チップ４の外部電極６とリードフレームの外部リード１２を金属細線１３により接続し、封止用樹脂１４によって封止する。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の半導体装置およびその製造方法は、第１の半導体チップの電極のサイズが異なる場合、電極に形成されるバンプの先端部の鋭利さ、すなわち、バンプ先端の内角にバラツキが生じる。バンプ先端が鋭くない場合は、第１のバンプが第２の半導体チップの内部電極に形成されたバンプに食い込む深さが小さく、接合強度を十分確保することが困難となる。
【００１７】
したがって、従来の半導体装置およびその製造方法は、第１の半導体チップに形成される電極のサイズにバラツキが生じている場合、第１の半導体チップの内部電極に形成されるバンプの先端部の鋭利性（内角の角度）が一定でなく、バンプどうしの接合部の接合強度にバラツキが生じて、全ての接合部における接合強度を十分に確保することが課題となる。
【００１８】
本発明は、前記の課題を解決するためのものであり、電極のサイズを統一し、かつ、小さくすることにより、バンプ先端の鋭利性（内角の角度）を鋭く、また、鋭利性のバラツキを抑制した半導体装置およびその製造方法を提供するものである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
前記従来の課題を解決するために、本発明の半導体装置は、第１の半導体チップの上に形成されたサイズが異なる複数の電極と、前記第１の半導体チップの上に形成し、前記複数の電極それぞれの上に開口部を有する絶縁性樹脂と、前記複数の電極上に形成された複数の第１のバンプと、第２の半導体チップの内部電極に形成された複数の第２のバンプとを備え、サイズが異なる前記複数の電極のすべてに対し、前記開口部のサイズを同一とし、前記複数の第１のバンプどうしのサイズが同じであり、前記複数の第１のバンプが前記複数の第２のバンプにそれぞれ食い込んで接続されている。
【００２０】
また、第１のバンプどうしの形状が同じである。
【００２２】
したがって、第１の半導体素子の電極どうしのサイズが異なっていても、第１の半導体素子の複数の電極のサイズまたは形状を統一することができるので、サイズまたは形状が統一された電極に形成されたバンプのサイズまたは形状が同等になり、複数の第１のバンプの第２のバンプに対する食い込み量が一定となる。したがって、第１のバンプと第２のバンプとのそれぞれの接合部における接合力を安定して確保することができる。また、第１の半導体チップの電極に絶縁性樹脂を形成することで、第１の半導体素子の電極の開口サイズを小さくすることができるので、第１の半導体チップの電極に形成されるバンプの先端部の鋭利性が鋭くなって、第２のバンプに対する第１のバンプの食い込み量が大きくなり、第１のバンプと第２のバンプとの接合強度を向上させることが可能となる。
【００２３】
また、第１のバンプの材質は、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐのいずれかである。
【００２４】
また、第２のバンプの材質ははんだである。
【００２５】
したがって、第１のバンプが第２のバンプに食い込みやすくなり、第１のバンプと第２のバンプとの接合強度を向上させることができる。
【００２６】
また、第２の半導体チップの裏面がダイパッドに接着され、前記第２の半導体チップの外部電極とリードとが金属細線により電気的に接続されている。
【００２７】
したがって、リードフレーム上に半導体チップどうしをバンプにより接合したものを搭載することができる。
【００２８】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、第１の半導体チップの複数の電極に絶縁性樹脂を形成して、前記複数の電極の開口部のサイズを統一する工程と、前記第１の半導体チップの電極に第１のバンプを形成する工程と、第２の半導体チップの内部電極に第２のバンプを形成する工程と、前記第１のバンプを前記第２のバンプに食い込ませる工程とからなる。
【００２９】
したがって、複数の第１のバンプどうしの形状を統一することができ、第１のバンプの先端部の鋭利性（先端部の内角の角度）を鋭く、かつ、同等にすることが可能となって、第１のバンプと第２のバンプとの接続部における接合強度を増大させることができる。
【００３０】
また、第１のバンプは無電解めっき法により形成する。
【００３１】
これにより、第１の半導体チップの電極のサイズまたは形状に応じてバンプのサイズまたは形状を形成することができ、電極のサイズおよび形状を調整することで、バンプのサイズおよび形状を制御することが可能となる。
【００３２】
また、第１のバンプを第２のバンプに食い込ませる工程の後、第２の半導体チップの裏面をダイパッドに接着する工程と、前記第２の半導体チップの外部電極とリードとを金属細線により電気的に接続する工程とを設ける。
【００３３】
これにより、リードフレーム上に半導体素子どうしをバンプにより接合したものを搭載した半導体装置の実現が可能となる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の半導体装置およびその製造方法の一実施形態について説明する。
【００３５】
まず、本実施形態の半導体装置について説明する。
【００３６】
図１は、本実施形態の半導体装置を示す断面図である。
【００３７】
図１に示すように、１６は第１の半導体チップ、１７は半導体チップの保護膜、１８ａ，１８ｂは第１の半導体チップの内部電極、１９は第２の半導体チップの内部電極、２０は第１のバンプ、２１は第２の半導体チップ、２２は第２の半導体チップの外部電極、２３は第２の半導体チップのバリヤメタル、２４は第２のバンプ、２５は絶縁性樹脂、２６はダイボンド樹脂、２７はリードフレームの外部リード、２８はリードフレームのダイパッド、２９は金属細線、３０は封止樹脂を示している。
【００３８】
そして、第１の半導体チップ１６には、直径が１００[μｍ]の内部電極１８ａおよび直径が１５[μｍ]の内部電極１８ｂが形成され、直径が１００[μｍ]の開口サイズを有する第１の半導体チップ１６の内部電極１８ａ上に直径が１５[μｍ]の開口サイズを有する絶縁性樹脂２５が形成され、無電解めっき法によってＮｉよりなる第１のバンプ２０を形成するための第１の半導体チップ１６の内部電極１８ａ，１８ｂ上の開口部は全て同じサイズおよび形状となり、Ｎｉよりなる複数の第１のバンプ２０のサイズが全て同等に形成されている。
【００３９】
一方、第２の半導体チップ２１には１辺が７０[μｍ]の正方形の内部電極１９および、１辺が８０[μｍ]の外部電極２２が形成され、第２の半導体チップの内部電極１９上に、Ｔｉ／Ｃｕ／Ｎｉの膜厚がそれぞれ順に、０．２／０．５／３[μｍ]の厚みで形成され、第２の半導体チップ２１の内部電極１９にバリヤメタル２３が形成され、さらに、バリヤメタル２３の上面に直径が６０[μｍ]で、高さが４０[μｍ]のＳｎ−３．５Ａｇはんだよりなる第２のバンプ２４が形成されている。また、Ｎｉよりなる第１のバンプ２０が、Ｓｎ−３．５Ａｇはんだよりなる第２のバンプ２４に食い込んで、第１のバンプ２０と第２のバンプ２４とが電気的に接合され、第１の半導体チップ１６と第２の半導体チップ２１は間隙を有し、その間隙に絶縁性樹脂３１が充填されて一体化されている。
【００４０】
また、第２の半導体チップ２１の裏面がリードフレームのダイパッド２８にダイボンド樹脂２６により接着され、第２の半導体チップ２１の外部電極２２とリードフレームの外部リード２７とが金属細線２９により接続され、第１の半導体チップ１６、第２の半導体チップ２１、金属細線２９およびダイパッド２８が封止樹脂３０により封止されている。
【００４１】
以上、本実施形態の半導体装置は、第１の半導体チップの電極のサイズおよび形状が異なっていても、第１の半導体チップの電極に絶縁性樹脂が形成されて電極の開口サイズおよび開口形状が調整されることで、電極に形成される第１のバンプのサイズおよび形状を制御することができる。すなわち、第１のバンプのサイズおよび形状を統一し、特に、第１のバンプの先端部の鋭利性を鋭く(バンプ先端部の内角の角度を小さく)することができ、第１のバンプが第２のバンプに食い込む量を大きくすることが可能となって、第１のバンプと第２のバンプとの接合強度を増大させることができる。
【００４２】
次に、本発明の半導体装置の製造方法について説明する。
【００４３】
図２および図３は、本発明の半導体装置の製造方法の各工程を示した断面図である。なお、それぞれの図番に対して、平面図と断面図とを並列して図示しているものもある。図２はバンプ形成工程を示し、図３は組立て工程を示している。
【００４４】
まず、図２（ａ）に示すように、内部電極１８ａのサイズが内部電極１８ｂのサイズに比べて大きいのは、内部電極１８ａにプローブ針を接触させて第１の半導体チップ１６の検査を行うために、プローブ針を接触させるための面積が必要だからである。プローブ検査終了後、開口部のサイズまたは形状が異なる複数の電極、すなわち第１の半導体チップ１６の内部電極１８ａ，１８ｂの上面に絶縁性樹脂２５を形成する。
【００４５】
次に、図２（ｂ）に示すように、第１の半導体チップ１６の内部電極のうち、大きい方の内部電極１８ａのサイズおよび形状が、小さいほうの内部電極１８ｂのサイズおよび形状と同等と成るように、大きい方の内部電極１８ａの上面に形成された絶縁性樹脂２５の一部を除去することで開口させる。結果として、本実施形態では、サイズが大きい方の内部電極１８ａの上面に膜厚が１[μｍ]程度で、開口部が直径１５[μｍ]の円形の絶縁性樹脂２５を形成する。
【００４６】
次に、図２（ｃ）に示すように、９０[℃]に加温された無電解Ｎｉめっき液３２が入った無電解めっき槽３３にめっき前処理をした第１の半導体チップ１６を浸漬する。
【００４７】
次に、図２（ｄ）に示すように、無電解めっきにより直径が３０[μｍ]で高さが１０[μｍ]のＮｉよりなる第１のバンプ２０が形成される。
【００４８】
次に、図３（ａ）に示すように、第１の半導体チップ１６の内部電極１８ａ，１８ｂに電解めっき法によりＮｉよりなる第１のバンプ２０を形成し、第２の半導体チップ２１の内部電極１９にＳｎ−３．５Ａｇはんだで第２のバンプ２４を形成する。第２の半導体チップ２１のＳｎ−３．５Ａｇはんだよりなる第２のバンプ２４の形成については、第２の半導体チップ２１のウェハー上に蒸着によりバリヤメタル２３として、膜厚０．２／０．５[μｍ]でＴｉ／Ｃｕを形成した後、３０[μｍ]厚程度のレジストにより直径が５０[μｍ]の内部電極１９を形成し、内部電極１９の上面に対して直径が５０[μｍ]で高さが３[μｍ]のＮｉを電解めっきし、さらにＮｉめっきの上面にＳｎ−３．５Ａｇはんだを材料として、直径が５０[μｍ]で高さが３０[μｍ]第２のバンプ２４を電解めっきにより形成する。そして、Ｓｎ−３．５Ａｇはんだで形成した第２のバンプ２４をマスクにしてＴｉ／Ｃｕで形成されたバリヤメタル２３を、それぞれＴｉは過酸化水素水、Ｃｕは硫酸でウエットエッチングにより溶解除去する。また、Ｓｎ−３．５Ａｇはんだで形成された第２のバンプ２４は２５０[℃]程度のリフロー温度でリフローして半球状にする。
【００４９】
次に、図３（ｂ）に示すように、第２の半導体チップ２１上に第１の半導体チップ１６を搭載する位置に第２の半導体チップ２１の外部電極２２を塞がないように、エポキシ、ポリイミド、アクリル等の絶縁性樹脂３１を塗布し、接合用ツール３４に真空吸着した第１の半導体チップ１６の第１のバンプ２０を第２の半導体チップ２１の第２のバンプ２４に食い込ませて接合させる。
【００５０】
次に、図３（ｃ）に示すように、接合用ツール３４を介して加熱することにより第１のバンプ２０と第２のバンプ２４により第１の半導体チップ１６を第２の半導体チップ２１に接合する。その後、２００〜２７０[℃]に加熱によりＳｎ−３．５Ａｇはんだよりなる第２のバンプ２４を溶融させＮｉで形成された第１のバンプ２０をはんだづけにより接合し、さらに絶縁性樹脂２５を硬化する。また、この時、第１の半導体チップ１６と第２の半導体チップ２１の表面間の間隙は、２〜３０[μｍ]である。ここで、第１のバンプ２０を第２のバンプ２４に食い込ませることによって、第１のバンプ２０と第２のバンプ２４との接合強度を増大させることができる。
【００５１】
次に、図３（ｄ）に示すように、第１の半導体チップ１６が接合された第２の半導体チップ２１をリードフレームのダイパッド２８にダイボンド樹脂２６に接着し、第２の半導体チップ２１の外部電極２２とリードフレームの外部リード２７を金属細線２９により接続し、最後に、封止樹脂３０により第１の半導体チップ１６、第２の半導体チップ２１、金属細線２９およびダイパッド２８を封止樹脂３０により封止する。
【００５２】
【発明の効果】
本発明の半導体装置およびその製造方法は、半導体チップの複数の電極を絶縁性樹脂により被覆することにより、電極のサイズまたは形状を統一することができ、バンプのサイズまたは形状を同等にすることが可能となる。したがって、第２のバンプに対する第１のバンプの食い込み量を同等に、かつ、大きくすることができ、第１の半導体チップと第２の半導体チップとのバンプを介した接合部における安定した接合力を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の半導体装置を示す断面図
【図２】本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図
【図３】本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図
【図４】従来の半導体装置を示す断面図
【図５】従来の半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図
【符号の説明】
１  第１の半導体チップ
２  電極
３  第１のバンプ
４  第２の半導体チップ
５  内部電極
６  外部電極
７  バリヤメタル
８  第２のバンプ
９  絶縁性樹脂
１０  ダイパッド
１１  ダイボンド樹脂
１２  外部リード
１３  金属細線
１４  封止用樹脂
１５  接続用ツール
１６  第１の半導体チップ
１７  半導体チップの保護膜
１８ａ，１８ｂ  内部電極
１９  内部電極
２０  第１のバンプ
２１  第２の半導体チップ
２２  外部電極
２３  バリヤメタル
２４  第２のバンプ
２５  絶縁性樹脂
２６  ダイボンド樹脂
２７  外部リード
２８  ダイパッド
２９  金属細線
３０  封止樹脂
３１  絶縁性樹脂
３２  無電解Ｎｉめっき液
３３  無電解めっき槽
３４  接合用ツール
【図１】
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【図２】
0003675374.tif 000003
【図３】
0003675374.tif 000004
【図４】
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【図５】
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