(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の半導体チップの第１の電極に形成された第１のバンプと第２の半導体チップの第２の電極に形成された第２のバンプとが接続された半導体装置であって、前記第１のバンプのサイズが前記第２のバンプのサイズより大きく、前記第２のバンプが前記第１のバンプに埋没し、前記第１のバンプが前記第２の電極の周囲に形成された保護膜の段差部を覆い、前記第２の半導体チップの表面に形成された前記保護膜に接触していることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
第１のバンプは半田からな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】
半田はＳｎおよびＡｇを含むことを特徴とする請求項２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つの半導体素子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、バンプによる接続部の接合信頼性の向上を狙いと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及び小型化を図るために、互いに異なる機能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の内部電極２上にバリヤメタル３と半田よりなる第１のバンプ４が、また第２の半導体チップ５の内部電極６および外部電極７が、内部電極６上にＮｉよりなる第２のバンプ８が形成され、第１のバンプ４が第２のバンプ８を覆った状態で接合され、半田よりなる第１のバンプ４は第２の半導体チップ５の保護膜９にほとんど接していない状態で電気的に接合されている。また第１の半導体チップ１と第２の半導体チップ５との間には絶縁性樹脂１０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５とは第１のバンプ４、第２のバンプ８および絶縁性樹脂１０によって一体化されている。
【０００６】
第２の半導体チップ５はリードフレームのダイパッド１１にダイボンド樹脂１２により固定され、第２の半導体チップ５の外部電極７とリードフレームの外部リード１３とは金属細線１４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５、金属細線１４、ダイパッド１１および外部リード１３の一部は封止用樹脂１５によって封止されている。
【０００７】
次に、前記の半導体装置の製造方法について説明する。
【０００８】
図５は、従来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。
【０００９】
まず、図５（ａ）に示すように、第１の半導体チップ１の内部電極２に電解めっき法により半田よりなる第１のバンプ４を形成する。半田よりなる第１のバンプ４の形成については、第１の半導体チップ１のウエハ上に蒸着によりバリヤメタル３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半田めっきにより第１のバンプ４を形成する。そして、半田よりなる第１のバンプ４をマスクにしてバリヤメタルをウエットエッチングにより溶解除去した後、半田よりなる第１のバンプ４をリフローして半球状にする。
【００１０】
また、図５（ｂ）に示すように、第２の半導体チップ５の内部電極６に無電解めっき法によりＮｉよりなる第２のバンプ８を形成する。
【００１１】
次に、図５（ｃ）に示すように、第２の半導体チップ５上に絶縁性樹脂１０を塗布し、接続用ツール１６に真空吸着した第１の半導体チップ１の半田よりなる第１のバンプ４と第２の半導体チップ５の内部電極６上のＮｉよりなる第２のバンプ８を一致させる。
【００１２】
次に、図６（ａ）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５に設置する。その後、加熱により半田よりなる第１のバンプ４を溶融させＮｉよりなる第２のバンプ８と接合する。
【００１３】
次に、図６（ｂ）に示すように、第２の半導体チップ５をリードフレームのダイパッド１１にダイボンドし、第２の半導体チップ５の外部電極７とリードフレームの外部リード１３とを金属細線１４により接続し、封止用樹脂１５によって封止したものである。
【００１４】
【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は、第１の半導体チップと第２の半導体チップの接続を半田バンプを用いているため、次に示す課題があった。
【００１５】
すなわち、２つの半導体チップの間に絶縁性樹脂が充填され、また、２つの半導体チップそれぞれのバンプを互いに接続する時に、熱圧着や半田バンプの溶融のために加熱することから、半導体チップと絶縁性樹脂との間で熱膨張率の差に起因した内部応力が発生し、バンプどうしの接合部に内部応力が集中して接合部が破断してしまう。
【００１６】
本発明は、前記の従来の課題を解消する半導体装置を提供することを目的とする。
【００１７】
【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の半導体チップの第１の電極に形成された第１のバンプと第２の半導体チップの第２の電極に形成された第２のバンプとが接続された半導体装置であって、前記第１のバンプのサイズが前記第２のバンプのサイズより大きく、前記第２のバンプが前記第１のバンプに埋没し、前記第１のバンプが前記第２の電極の周囲に形成された保護膜の段差部を覆い、前記第２の半導体チップの表面に形成された前記保護膜に接触している。
【００１８】
これにより、第１のバンプと第２の半導体チップとの間に、絶縁性樹脂が介在することがないので、バンプの溶融や絶縁性樹脂の硬化のための加熱時に発生する内部応力を低減することができ、バンプどうしの接続信頼性を向上させることができる。
【００１９】
また、第１のバンプは半田からなる。
【００２０】
したがって、比較的柔らかい半田からなる第１のバンプに第２のバンプが食い込んで埋没しやすくなる。
【００２１】
また、半田はＳｎおよびＡｇを含む。
【００２２】
これにより、Ｎｉからなる第２のバンプとの接合性を向上させることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本実施形態の半導体装置の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００２４】
図１は、本実施形態の半導体装置を示す断面図である。
【００２５】
図１に示すように、１７は第１の半導体チップ、１８は第１の半導体チップ１７の保護膜、１９は第１の半導体チップの内部電極、２０はバリヤメタル、２１は第１のバンプ、２２は第２の半導体チップ、２３は第２の半導体チップ２２の内部電極、２４は第２のバンプ、２５は第２の半導体チップ２２の外部電極、２６は絶縁樹脂、２７はダイボンド樹脂、２８はリードフレームの外部リード、２９はリードフレームのダイパッド、３０は金属細線、３１は封止樹脂を示している。
【００２６】
以上のような構成の半導体装置では、第１の半導体チップ１７と第２の半導体チップ２２とは間隙を有した状態で、１辺が７０[μｍ]の正方形の第１の半導体チップ１７の内部電極１９に膜厚がＴｉ／Ｃｕ／Ｎｉの順で０．２／０．５／３[μｍ]の厚みで形成されたバリヤメタル２０上に電解めっきＳｎ−３．５Ａｇ半田からなり、直径が５０[μｍ]で高さが４０[μｍ]の第１のバンプ２１が形成されている。また、１辺が２０[μｍ]の正方形の第２の半導体チップ２２の内部電極２３に無電解Ｎｉめっきからなり、直径が３０[μｍ]で高さが１０[μｍ]の第２のバンプ２４が形成されている。そして、第１のバンプ２１と第２のバンプ２４とが電気的に接合されている。Ｓｎ−３．５Ａｇ半田で形成された第１のバンプ２１のサイズは、無電解Ｎｉめっきにより形成した第２のバンプ２４のサイズよりも大きく、硬度も低いため第２のバンプ２４が第１のバンプ２１に食い込んでいる。また、第１のバンプ２１は第２の半導体チップ２２の保護膜３２に接触し、内部電極２３の段差部まで取囲んだ状態まで変形している。そして、第２の半導体チップ２２はリードフレームのダイパッド２９にダイボンド樹脂２７により接着され、第２の半導体チップ２２の外部電極２５とリードフレームの外部リード２８とが金属細線３０にて接続された状態で、封止樹脂３１にて封止されている。
【００２７】
本実施形態の特徴的構成は、前記したように、第２の半導体チップの内部電極に形成された第２のバンプが、第１の半導体チップの内部電極にバリヤメタルを介して形成された第１のバンプに食い込んで埋没し、第１のバンプが第２の半導体チップの表面であって、内部電極の周囲に形成された保護膜にまで達して接触し、第２のバンプが形成された内部電極の周囲に形成された保護膜は、その内部電極の厚み分だけ段差を有しており、保護膜の段差部が半田からなる第１のバンプにより覆われている。
【００２８】
したがって、第１のバンプと第２の半導体チップとの間に、絶縁性樹脂が介在することがないので、バンプの溶融や絶縁性樹脂の硬化のための加熱時に発生する内部応力を低減することができ、バンプどうしの接続信頼性を向上させることができる。
【００２９】
次に、本実施形態の半導体装置の製造方法について説明する。
【００３０】
図２および図３は、本実施形態の半導体装置の製造方法の各工程について示した断面図である。
【００３１】
まず、図２（ａ）に示すように、第１の半導体チップ１７の内部電極１９にＳｎ−３．５Ａｇ半田で形成された第１のバンプ２１の形成については、第１の半導体チップ１７のウエハ上に蒸着によりバリヤメタル２０を膜厚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]のバンプパターンを形成し、電解ＮｉめっきによりＮｉを３[μｍ]めっきし、さらに電解Ｓｎ−３．５Ａｇめっきにより２５[μｍ]程度の厚みでめっきして第１のバンプ２１を形成する。そして、ＮｉとＳｎ−３．５Ａｇで形成した第１のバンプ２１をマスクにしてＴｉ／Ｃｕで形成されたバリヤメタル２０を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し、Ｓｎ−３．５Ａｇのめっき層をリフローして半球状にする。
【００３２】
また、図２（ｂ）に示すように、第２の半導体チップ２２の内部電極２３には、無電解Ｎｉめっき法によって直径が３０[μｍ]で高さが１０[μｍ]の第２のバンプ２４を形成する。
【００３３】
次に、図２（ｃ）に示すように、第２の半導体チップ２２上に第１の半導体チップ１７を搭載する位置に第２の半導体チップ２２の外部電極２５を塞がないようにエポキシ、ポリイミド、アクリル等からなる絶縁性樹脂２６を塗布し、接合用ツール３３に真空吸着した第１の半導体チップ１７の第１のバンプ２１と第２の半導体チップ２２の第２のバンプ２４を一致させる。
【００３４】
次に、図３（ａ）に示すように、接合用ツール３３で加熱することにより、第１のバンプ２１と第２のバンプ２４により第１の半導体チップ１７を第２の半導体チップ２２に搭載する。この時、第１のバンプ２１が内部電極２３の周囲に形成された保護膜３２の段差部を覆い、第２のバンプ２４が第１のバンプ２１に埋没するようになるまで、第１のバンプ２１を変形させる。そして、２００〜２７０[℃]の温度で、Ｓｎ−３．５Ａｇ半田からなる第１のバンプ２１を溶融させてＮｉからなる第２のバンプ２４と接合させる。その後、絶縁性樹脂２６を硬化させる。この時、第１の半導体チップ１７と第２の半導体チップ２２の表面間の間隙は、２[μｍ]から３０[μｍ]である。
【００３５】
次に、図３（ｂ）に示すように、第１の半導体チップ１７が搭載された第２の半導体チップ２２をリードフレームのダイパッド２９にダイボンド樹脂２７で接着し、第２の半導体チップ２２の外部電極２５とリードフレームの外部リード２８を金属細線３０にて接続し、第１の半導体チップ１７、第２の半導体チップ２２、金属細線３０およびダイパッド２９を封止樹脂３１で封止する。
【００３６】
以上、本実施形態の半導体装置の製造方法は、第２のバンプを半田からなる第１のバンプに食い込ませ、第１のバンプが対向する第２のバンプの周囲に形成された保護膜の段差部を覆うようになるまで、半田からなる第１のバンプを変形させる。
【００３７】
したがって、第１のバンプと第２の半導体チップとの間に、絶縁性樹脂が介在することがないので、バンプの溶融や絶縁性樹脂の硬化のための加熱時に発生する内部応力を低減することができ、バンプどうしの接続信頼性を向上させることができる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明の半導体装置は、第１のバンプと第２の半導体チップとの間に、絶縁性樹脂が介在することがないので、バンプの溶融や絶縁性樹脂の硬化のための加熱時に発生する内部応力を低減することができ、バンプどうしの接続信頼性を向上させることができる。
【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】従来の半導体装置の断面図
【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
【図６】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  内部電極
３  バリヤメタル
４  第１のバンプ
５  第２の半導体チップ
６  内部電極
７  外部電極
８  第２のバンプ
９  保護膜
１０  絶縁性樹脂
１１  ダイパッド
１２  ダイボンド樹脂
１３  外部リード
１４  金属細線
１５  封止用樹脂
１６  接続用ツール
１７  第１の半導体チップ
１８  保護膜
１９  内部電極
２０  バリヤメタル
２１  第１のバンプ
２２  第２の半導体チップ
２３  内部電極
２４  第２のバンプ
２５  外部電極
２６  絶縁性樹脂
２７  ダイボンド樹脂
２８  外部リード
２９  ダイパッド
３０  金属細線
３１  封止樹脂
３２  保護膜
３３  接合用ツール
【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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