(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一面（１１）に第１の電極（３）が形成され、前記第１の電極の表面に前記一面から突出する突起電極（８）が形成された半導体基板（１０）と、一面（２ａ）に前記第１の電極に対応する第２の電極（４）が形成された樹脂よりなる回路基板（２）とを用意する工程と、
前記半導体基板の前記一面と前記回路基板の前記一面とを対向させ、前記突起電極と前記第２の電極とを接触させる工程と、
この工程の後、前記半導体基板と前記回路基板とを加圧し、この後に、この加圧状態を保持しながら前記半導体基板と前記回路基板との加熱を行うことにより、前記突起電極と前記第２の電極とを圧着するとともに、前記回路基板を構成する前記樹脂を軟化させ、前記半導体基板の前記一面における前記第１の電極が形成されていない部分と前記回路基板の前記一面における前記第２の電極が形成されていない部分とを接着し、前記半導体基板と前記回路基板とを接着する工程と、を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記突起電極は表面がＡｕにて被覆された金属材料で形成され、前記第２の電極はＳｎもしくはＡｕの金属材料で形成されており、前記半導体基板と前記回路基板とを接着する工程では、ＡｕとＳｎもしくはＡｕ同士の固相拡散接合により前記突起電極と前記第２の電極とを接続することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリント回路基板上に実装される半導体装置の製造方法に関するものであり、特にチップとほぼ同じ大きさを有するチップ・サイズ・パッケージ（ＣＳＰ）に用いられるものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、多端子のＩＣパッケージを小型化するものとして、半導体チップとほぼ同等あるいはわずかに大きいサイズのＣＳＰがある。ＣＳＰはウェハから切り出したチップ毎にパッケージするものである。図３は従来構造における２種類のＣＳＰの概略断面構成を示しており、ＣＳＰの電極接合は一般的に図３（ａ）に示すワイヤボンディングあるいは図３（ｂ）に示すフリップチップなどにより行われる。
【０００３】
ワイヤボンディングによる電極接合を行うＣＳＰの製造工程は、次のように行われる。まず、ウェハをカットして形成した半導体チップＪ１を回路基板Ｊ２上にダイマウントし、チップ側電極Ｊ３と回路基板側電極Ｊ４とをＡｕワイヤＪ５によりボンディングして接続する。次にチップＪ１を封止するための樹脂Ｊ６を塗布して硬化させる。最後に回路基板Ｊ２におけるチップ搭載側の反対側の外側電極Ｊ７上に突起電極Ｊ８を形成する。
【０００４】
また、フリップチップによる電極接合を行うＣＳＰの製造工程は、次のように行われる。まず、予めチップ側電極Ｊ３上に突起電極Ｊ３ａを形成したウェハをカットしてチップＪ１を形成し、突起電極Ｊ３ａと回路基板側電極Ｊ４とをはんだ付け等で接続することによりチップＪ１を回路基板Ｊ２に組み付ける。次に、チップＪ１を封止するための樹脂Ｊ６をチップＪ１と回路基板Ｊ２との間に注入して硬化させる。最後に回路基板Ｊ２におけるチップ搭載側の反対側の外側電極Ｊ７上に突起電極Ｊ８を形成する。
【０００５】
以上のように、従来のＣＳＰでは、ワイヤボンディング、フリップチップ等による電極接合と、樹脂によるチップ封止等が必要であり、組み付け工程が長くなり、パッケージコストが高くなるという問題があった。
【０００６】
また、ＣＳＰのコストダウンを目的として特開平９−８２８５０号公報および特開平１０−５０７７２号公報に記載されている半導体装置がある。しかしながら、特開平９−８２８５０号公報に記載されている半導体装置では、チップ上の表面電極から外部接続端子部までの配線形成工程とチップ表面を樹脂で封止する工程とが別になり、全体の工程が長くなるという問題がある。
【０００７】
また、特開平１０−５０７７２号公報に記載されている半導体装置では、チップ上の表面電極から外側に延びる外部接続端子をワイヤボンディングにより１つずつ形成しなければならず、ボンディング工程に時間がかかるという問題があった。
【０００８】
これに対し、特開平８−３３５６５３号公報において、チップ上の表面電極から外部接続端子までの配線形成とチップ表面の樹脂封止とを同時に実施する半導体装置が記載されている。この半導体装置の構成を図４に示す。
【０００９】
この半導体装置は、回路基板側電極Ｊ４上に突起電極Ｊ４ａを形成した補助配線板（回路基板）Ｊ２とチップ側電極Ｊ３を形成したチップＪ１とを熱融着性ポリイミド樹脂Ｊ６を介して接着するように構成されている。これにより、チップ側電極Ｊ３と回路基板側電極Ｊ４と接続するとともに、熱融着性ポリイミド樹脂Ｊ６によってチップＪ１と回路基板Ｊ２との間隙を封止するものである。
【００１０】
しかしながら、上記特開平８−３３５６５３号公報に記載された半導体装置では、回路基板Ｊ２以外に樹脂封止のための熱融着性ポリイミド樹脂Ｊ６が必要であり、また、回路基板Ｊ２への半導体チップＪ１の接着が１チップ毎に行われるため、生産性が低いという問題があった。
【００１１】
上記した各従来公報における工程の手間や生産性の低下といった問題を解決するものとして、特開２００１−２４０８６号公報に記載の半導体装置が提案されている。
【００１２】
このものは、例えば熱可塑性樹脂材料で形成された回路基板の表面に平坦な電極を形成し、この回路基板をウェハに加圧・加熱することにより、ウェハ側の各チップに形成された平坦な電極と回路基板側の電極とを接続すると同時に、電極が形成されていない部分にてチップ表面（ウェハ表面）と回路基板の表面の樹脂部とを接着することにより、チップ表面の樹脂封止を同時に実施するものである。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本発明者等の検討によれば、上記特開２００１−２４０８６号公報に記載の半導体装置では、チップ側電極と回路基板側電極とが接触するのと同時に、電極が形成されていない部分にてチップ表面と回路基板の表面とが接触するため、チップ側電極と回路基板側電極との間に、回路基板表面の軟化した樹脂が侵入して良好な電極接続ができない場合が生じることがわかった。
【００１４】
本発明は上記問題に鑑み、製造コストが低減でき、かつ、信頼性の高い電極接続を実現することのできる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、一面（１１）に第１の電極（３）が形成され第１の電極の表面に前記一面から突出する突起電極（８）が形成された半導体基板（１０）と、一面（２ａ）に第１の電極に対応する第２の電極（４）が形成された樹脂よりなる回路基板（２）とを用意する工程と、  半導体基板の前記一面と回路基板の前記一面とを対向させ、突起電極と第２の電極とを接触させる工程と、この工程の後、半導体基板と回路基板とを加圧しながら加熱することにより、突起電極と第２の電極とを圧着するとともに、回路基板を構成する樹脂を軟化させ、半導体基板の前記一面における第１の電極が形成されていない部分と回路基板の前記一面における第２の電極が形成されていない部分とを接着し、半導体基板と回路基板とを接着する工程と、を備えることを特徴としている。
【００１６】
それによれば、チップ側電極である第１の電極（３）に突起電極（８）を形成し、まず、この突起電極と回路基板側電極である第２の電極（４）とを接触させた後に、電極が形成されていない部分にて半導体基板（１０）の表面（１１）と回路基板（２）の表面（２ａ）とを接触させるため、突起電極と第２の電極との間に回路基板表面の軟化した樹脂が侵入するのを防止することができる。
【００１７】
また、突起電極（８）と回路基板側電極である第２の電極（４）と接触させる工程の後に、電極が形成されていない部分にて半導体基板（１０）の表面（１１）と回路基板（２）の表面（２ａ）とを接触させる工程を行うことは、これら両工程を同時に行う場合に比べても、時間的にはほとんど大差なく行うことが可能である。
【００１８】
従って、本発明によれば、製造コストが低減でき、かつ、信頼性の高い電極接続を実現することのできる半導体装置（Ｓ１）の製造方法を提供することができる。
【００１９】
ここで、半導体基板は、ウェハ（１０）でもチップ（１）でも良い。ウェハの場合には、半導体基板と回路基板とを接着する工程の後に、接着した両基板をチップ単位に切断すればよい。
【００２０】
また、請求項１に記載の発明では、半導体基板（１０）と回路基板（２）とを接着する工程では、半導体基板と回路基板とを加圧した後に、この加圧状態を保持しながら両基板の加熱を行っている。
【００２１】
上記加圧と加熱を同時に行うと、半導体基板（１０）と回路基板（２）との線膨張係数の相違に伴う両基板（２、１０）間の熱による変位の差により、当該両基板の間で位置ずれが発生しやすい。
【００２２】
その点、本発明によれば、両基板（２、１０）を加圧して押し付け合い互いに拘束された状態とした後に、加熱するので、両基板の熱による変位の差による位置ずれを、確実に抑制することができる。
【００２５】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。図１は本実施形態に係る半導体装置Ｓ１の全体構成を示す図であり、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ矢視図（（ａ）の下側から見たもの）である。なお、この半導体装置Ｓ１はＣＳＰ（チップ・サイズ・パッケージ）タイプのものである。
【００２７】
半導体装置Ｓ１は、シリコン等の半導体よりなる半導体チップ１および樹脂よりなる回路基板２から形成される。半導体チップ１は後述するウェハ１０（図２参照）をカットすることにより形成されるものであり、その一面１ａには複数の第１の電極（チップ側電極）３が形成されている。
【００２８】
ここで、チップ側電極３は、半導体チップ１の一面１ａに対して平坦になるように形成されている。また、回路基板２におけるチップ１が接着される面２ａ側には、チップ側電極３に対応する複数の第２の電極（回路基板側電極）４が形成されている。
【００２９】
また、回路基板２におけるチップ接着側の反対側の面２ｂにも平坦な外側電極５が形成されており、回路基板２内には、これらの回路基板側電極４および外側電極５を電気的に接続するための内部配線６が形成されている。また、外側電極５にはマザーボードであるプリント基板（図示せず）に接続するための半田等よりなるバンプ７が形成されている。
【００３０】
回路基板２は、例えば熱可塑性樹脂材料から形成され、本例では、ポリイミド樹脂から形成されている。また、チップ側電極３は例えばＡｌから形成され、回路基板側電極４は例えばＳｎやＡｕ等の金属材料から形成されている。
【００３１】
ここにおいて、チップ側電極（第１の電極）３の表面には、半導体チップ１の一面１ａよりも回路基板４側へ突出する突起電極８が形成されている。この突起電極８は、例えば無電解メッキにより形成されたＮｉ−Ａｕバンプ（Ｎｉを芯材とし、Ｎｉ表面をＡｕで被覆したもの）からなるものにできる。
【００３２】
そして、この突起電極８と回路基板側電極４とが接触、接着または接合している。本例では、突起電極８の表面を構成するＡｕと、回路基板側電極４を構成するＳｎまたはＡｕとが固相拡散により接続されている。
【００３３】
また、半導体チップ１の一面１ａにおけるチップ側電極３が形成されていない部分（以下、半導体チップ１の電極非形成部という）と回路基板２の一面２ａにおける回路基板側電極４が形成されていない部分（以下、回路基板２の電極非形成部という）とが直接接着して、半導体チップ１と回路基板２とが接着されている。
【００３４】
半導体チップ１の電極非形成部は、図示しないが無機物（窒化膜等）や有機物等の保護膜にて被覆されている。一方、回路基板２の電極非形成部は、上記した熱可塑性樹脂等の樹脂材料よりなる。そして、両電極非形成部の対向部において、回路基板２の一面２ａ側の樹脂が、回路基板側電極４よりもチップ１側へ盛り上がってチップ１の電極非形成部に直接接着するとともに、電極３、４、８の接続部を封止している。
【００３５】
次に、上記構成の半導体装置Ｓ１の製造方法を図２に基づいて説明する。図２は、本実施形態における半導体装置の製造工程を示す概略断面図である。まず、図２（ａ）に示す様に、上記ウェハ（本発明でいう半導体基板）１０と回路基板２とを用意する。
【００３６】
ウェハ１０は、半導体チップ１としてチップ単位にカットされていないもので、その一面１１（上記半導体チップ１の一面１ａに相当する）には、複数のチップ側電極３が形成されている。また、ウェハ１０の一面１１におけるチップ側電極３が形成されていない部分（ウェハ１０の電極非形成部）は、上記の半導体チップ１の電極非形成部に相当する部位であり、上記した保護膜が設けられている。
【００３７】
このウェハ１０において、チップ側電極３の表面には、ウェハ１０の一面１１から突出する突起電極８が形成されている。一方、回路基板２の一面２ａには、チップ側電極３に対応する複数の回路基板側電極４が形成されている。
【００３８】
なお、ウェハ１０は、通常の半導体プロセスを経て製造することができ、突起電極８も、この半導体プロセスにおけるメッキプロセスにより、例えば上記Ｎｉ−Ａｕバンプとして容易に形成することができる。
【００３９】
次に、図２（ｂ）に示す様に、チップ側電極３と回路基板側電極４との位置を合わせながら、ウェハ１０の一面１１と回路基板の一面２ａとを対向させ、突起電極８と回路基板側電極４とを接触させる（突起電極接触工程）。
【００４０】
次に、図２（ｃ）に示す様に、ウェハ１０と回路基板２とを挟み込むようにして加圧する。この際、上記のように回路基板２の外側電極５は平坦に形成されているので、加圧作業を行いやすくなっている。そして、ウェハ１０と回路基板２に圧力をかけた状態で加熱を行う（加圧・加熱工程）。
【００４１】
この加圧・加熱によって、ウェハ１０内のチップ側電極３に形成された突起電極８と回路基板２に形成された回路基板側電極４とが圧着され、両電極４、８は、接触、接着または接合の形態にて電気的に接続される。具体的には、本実施形態のように突起電極８が表面をＡｕとしたＮｉ−Ａｕバンプであり、回路基板側電極４がＳｎ、Ａｕ等の金属材料であれば、ＡｕとＳｎもしくはＡｕ同士の固相拡散接合により電極同士の接続が形成される。
【００４２】
また、回路基板２は熱可塑性樹脂から形成されていることから上記加熱によって、軟化する。そして、加圧によって、回路基板２の電極非形成部の樹脂部分が、ウェハ１０側へ盛り上がり、ウェハ１０の電極非形成部に直接接着される。
【００４３】
ここで、本実施形態で回路基板２として用いているポリイミド樹脂等の有機物は官能基を有していることから、回路基板２を加熱する際に官能基がチップ表面（ウェハ表面）の保護膜の原子に接近して接合状態を作り、化学的な結合が得やすくなると考えられる。
【００４４】
このように、回路基板２とウェハ１０とを接着することにより、結果的に、チップ１の表面を樹脂で覆うことになり、電極４、８を接続すると同時に、当該電極接続部の樹脂による封止を実施することができる。
【００４５】
以上の加圧・加熱工程における加熱温度は１００〜３００℃で、特に望ましくは１５０〜２５０℃であり、加圧時間は３０秒〜３０分であり、加圧力は５００ｋＰａ〜５０００ｋＰａ程度である。
【００４６】
この後、図２（ｄ）に示す様に、マザーボードであるプリント基板への接続のために必要であれば、ウェハ１０を接着しない回路基板側の外側電極５上に半田等よりなるバンプ７を形成する。このバンプ７は例えばハンダボールを用いて形成する。そして、ウェハ１０及び回路基板２をチップ単位（図２（ｄ）中の破線）でカットすることにより、複数のＣＳＰタイプの半導体装置Ｓ１を得ることができる。
【００４７】
ところで、上記製造方法によれば、チップ側電極３に形成された突起電極８と回路基板側電極４とを接触させた後に、ウェハ１０及び回路基板２の電極非形成部にてウェハ表面と回路基板表面とを接触させるため、突起電極８と回路基板側電極４との間に回路基板表面の軟化した樹脂が侵入するのを防止することができる。
【００４８】
また、突起電極８と回路基板側電極４と接触させる工程（突起電極接触工程）の後に、両基板２、１０の電極非形成部にて、両基板２、１０の表面同士を接触させる工程（加圧・加熱工程）を行うことは、上記した特開２００１−２４０８６号公報のように、これら両工程を同時に行う場合に比べても、時間的にはほとんど大差なく行うことが可能である。
【００４９】
さらに、電極が形成されていないチップ表面と回路基板表面の樹脂部とを接着することにより、電極接続と同時にチップの樹脂封止を実現できるため、樹脂封止のための樹脂材料が不要となる。従って、本実施形態によれば、製造コストが低減でき、かつ、信頼性の高い電極接続を実現することのできる半導体装置Ｓ１の製造方法を提供することができる。
【００５０】
ここで、上記製造方法において、用いられる半導体基板としては、ウェハ１０でも切断後の半導体チップ１でも良い。本実施形態では、ウェハ単位で組み付けを行うので、ウェハから切り出したチップ単位で回路基板２に組み付ける場合に比べて、半導体装置製造における生産性を向上させることができ、パッケージコストを低減させることができる。
【００５１】
また、上記製造方法において、加圧・加熱工程では、加圧と加熱とを同時に行っても良いが、好ましくは、ウェハ１０と回路基板２とを挟み込んで加圧した後に、この加圧状態を保持しながらウェハ１０と回路基板２の加熱を行うことが望ましい。
【００５２】
これは、室温ではウェハ１０上のチップ側電極３と回路基板２上の回路基板側電極４との位置合わせができていても、加熱した後ではウェハ１０と回路基板２とは線膨張係数が異なるので、チップ側電極３と回路基板側電極４との位置ずれが発生してしまうためである。
【００５３】
その点、室温でウェハ１０と回路基板２を挟み込んで加圧し、互いに拘束された状態とした後に加熱するようにすれば、両基板２、１０の熱による変位の差による位置ずれを、問題ないレベルに抑制することができる。
【００５４】
さらに通常、回路基板２には反りなどによる変形が発生しており、回路基板２上に形成した回路基板側電極４の位置が上下にばらつくことがある。これについても、ウェハ１０と回路基板２を挟み込んで加圧し、この後に加熱することで回路基板２を軟らかくして、反りなどの変形をなくすことができ、チップ側電極３の上の突起電極８と回路基板側電極４との良好な接続を得ることができる。
【００５５】
また、本実施形態では、上記図１に示す様に、少なくとも一面１ａ側に第１の電極３が形成された半導体チップ１と、少なくとも一面２ａ側に第１の電極３に対応する第２の電極４が形成された樹脂よりなる回路基板２とを備え、第１の電極３にはチップ１の一面１ａよりも回路基板２側へ突出する突起電極８が形成されており、突起電極８と第２の電極４とが接触して電気的に接続されており、更に、回路基板２の電極非形成部が、第２の電極４よりも半導体チップ１側へ盛り上がった状態で半導体チップ１の電極非形成部に接着していることを特徴とする半導体装置Ｓ１が提供される。
【００５６】
この半導体装置Ｓ１によれば、半導体チップ１には、その一面１ａより突出する突起電極８が設けられているため、上記製造方法から明らかなように、樹脂よりなる回路基板２と半導体チップ１との接着において、突起電極８と回路基板側電極（第２の電極）４とを接触させた後に、電極非形成部における接着を行うことができる。
【００５７】
そのため、本実施形態によれば、製造コストが低減でき、かつ、信頼性の高い電極接続を実現することのできる半導体装置Ｓ１を提供することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る半導体装置の全体構成を示す図であり、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ矢視図である。
【図２】図１に示す半導体装置の製造方法を示す工程図である。
【図３】従来技術の半導体装置の構成を示す断面図である。
【図４】従来技術の半導体装置の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１…半導体チップ、１ａ…半導体チップの一面、２…回路基板、
２ａ…回路基板の一面、３…第１の電極（チップ側電極）、
４…第２の電極（回路基板側電極）、８…突起電極、１０…ウェハ、
１１…ウェハの一面。
【図１】
0003705159.tif 000002
【図２】
0003705159.tif 000003
【図３】
0003705159.tif 000004
【図４】
0003705159.tif 000005