(57)【要約】【課題】外部接続を行なうためのパッドを有する半導体装置の実装体および半導体装置実装体の製造方法において、フリップチップ接続の生産性を向上すること。【解決手段】外部接続のためのパッドを有する半導体チップと、この半導体チップのパッドを有する面に形成された絶縁層と、この絶縁層上に形成され、パッドの面積より大きな面積を有しかつ絶縁層を貫通する導電体によりパッドと電気的に接続されている導電体層とを備えた半導体装置と、この半導体装置が実装された配線板とを具備し、半導体装置の導電体層と配線板の配線パターンとの電気的接続が、導電性粒子と樹脂とを含む導電性組成物を介してなされている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部接続のためのパッドを有する半導体チップと、前記半導体チップの前記パッドを有する面に形成された絶縁層と、前記絶縁層上に形成され、前記パッドの面積より大きな面積を有しかつ前記絶縁層を貫通する導電体により前記パッドと電気的に接続されている導電体層とを備えた半導体装置と、
前記半導体装置が実装された配線板とを具備し、
前記半導体装置の前記導電体層と前記配線板の配線パターンとの電気的接続が、導電性粒子と樹脂とを含む導電性組成物を介してなされていること
を特徴とする半導体装置の実装体。
【請求項２】
外部接続のためのパッドを有する半導体チップと、前記半導体チップの前記パッドを有する面に形成された絶縁層と、前記絶縁層上に形成され、前記パッドの面積より大きな面積を有しかつ前記絶縁層を貫通する導電体により前記パッドと電気的に接続されている導電体層とを備えた半導体装置と、
前記半導体装置が実装された配線板とを具備し、
前記半導体装置の前記導電体層と前記配線板の配線パターンとの電気的接続が、異方性導電フィルムと、導電性粒子と樹脂とを含む導電性組成物とを介してなされていること
を特徴とする半導体装置の実装体。
【請求項３】
前記導電性組成物が、銀粒を分散させた樹脂であることを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置の実装体。
【請求項４】
前記導電性組成物が、ほぼ円錐の形状を有することを特徴とする請求項２記載の半導体装置の実装体。
【請求項５】
前記半導体装置の前記導電体層が、Ａｌ（アルミニウム）またはＡｕ（金）を有することを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置の実装体。
【請求項６】
外部接続のためのパッドを有する半導体チップと、前記半導体チップの前記パッドを有する面に形成された絶縁層と、前記絶縁層上に形成され、前記パッドの面積より大きな面積を有しかつ前記絶縁層を貫通する導電体により前記パッドと電気的に接続されている導電体層とを備えた半導体装置を、前記導電体層が配された面とは反対側の面から保持する工程と、
前記保持された半導体装置を、導電性粒子と樹脂とを含む導電性組成物を介して配線板にフリップチップ実装する工程と
を具備することを特徴とする半導体装置実装体の製造方法。
【請求項７】
外部接続のためのパッドを有する半導体チップと、前記半導体チップの前記パッドを有する面に形成された絶縁層と、前記絶縁層上に形成され、前記パッドの面積より大きな面積を有しかつ前記絶縁層を貫通する導電体により前記パッドと電気的に接続されている導電体層とを備えた半導体装置を、複数一度に、前記導電体層が配された面とは反対側の面から保持する工程と、
前記保持された複数の半導体装置を、導電性粒子と樹脂とを含む導電性組成物を介して配線板にフリップチップ実装する工程と
を具備することを特徴とする半導体装置実装体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部接続を行なうためのパッドを有する半導体装置を実装した半導体装置の実装体および半導体装置実装体の製造方法に係り、特に、フリップチップ接続の生産性向上に適する半導体装置の実装体およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップを配線板にフリップチップ接続する一般的な方法例について説明する。図７は、従来のフリップチップ接続工程例を説明するプロセス図である。まず、図７（ａ）に示すように、外部接続用のパッド１０１ａを複数有する半導体チップ１０１のそのパッド１０１ａ上に例えば金の突起電極（バンプ）１０１ｂを形成する。このような突起電極１０１ｂは、例えば、金線の端部をボンディングツール（キャピラリ）１０１ｃでパッド１０１ａ上にボンディングし、同時にごく短い適当な位置でその金線をカットすることによって形成することができる。
【０００３】
次に、図７（ｂ）に示すように、突起電極１０１ｂが形成された半導体チップ１０１の背面（機能面とは反対側の面）をフリップチップボンダヘッド１０４で吸着保持し、半導体チップ１０１が実装されるべき（フリップチップ実装されるべき）配線板１０２の実装面（配線パターン１０２ａが存在する面）に対向して位置させる。なお、配線板１０２には、接続間隙を封止しかつ突起電極１０１ｂと配線パターン１０２ａとの電気的接続を確実にするための異方性導電フィルム１０３があらかじめ貼付されている。
【０００４】
次に、半導体チップ１０１と配線板１０２との相対的な位置合わせを行なう。合わせるべき方向は、ｘ方向（左右方向）、ｙ方向（奥手前方向）、θ方向（ｘｙ平面に垂直な軸の回り方向）である。これにより、電気的接続されるべき突起電極１０１ｂと配線パターン１０２ａとの位置がｚ方向（上下方向）を除きそろう。
【０００５】
次に、図７（ｃ）に示すように、半導体チップ１０１と配線板１０２とをフリップチップボンダヘッド１０４により密着させて、加圧、加熱を行なう。これにより、異方性導電フィルム１０３が熱硬化し、半導体チップ１０１と配線板１０２との間隙を封止しつつ接着状態に至らせることができる。突起電極１０１ｂと配線パターン１０２ａと間に挟まった異方性導電フィルム１０３においては、フィラーである金属微小粒が突起電極１０１ｂと配線パターン１０２ａとの間を仲介して電気的接続を確実化する。
【０００６】
なお、このようなフリップチップ接続については、例えば特開平１０−１１２４７５を参照することもできる。
【特許文献１】特開平１０−１１２４７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のようなフリップチップ接続においては、半導体チップ１０１と配線板１０２との相対的な位置合わせに精度を要する。半導体チップ１０１のパッド１０１ａは、例えば０．１ｍｍ角程度であり、これに応ずるように配線板１０２の配線パターン１０２ａも形成されるからである。このような寸法の場合、半導体チップ１０１の搭載精度は±０．０２ｍｍ程度は必要である。
【０００８】
したがって、位置合わせ精度が優れた高価なフリップチップボンダを必要とすることや位置合わせに時間を要することにより生産性が向上できないなどの事情が生じ、生産される製品のコストにも影響する。
【０００９】
本発明は、上記した事情を考慮してなされたもので、外部接続を行なうためのパッドを有する半導体装置の実装体および半導体装置実装体の製造方法において、フリップチップ接続の生産性を向上することが可能な半導体装置の実装体および半導体装置実装体の製造方法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】
【００１０】
上記の課題を解決するため、本発明に係る半導体装置の実装体は、外部接続のためのパッドを有する半導体チップと、前記半導体チップの前記パッドを有する面に形成された絶縁層と、前記絶縁層上に形成され、前記パッドの面積より大きな面積を有しかつ前記絶縁層を貫通する導電体により前記パッドと電気的に接続されている導電体層とを備えた半導体装置と、前記半導体装置が実装された配線板とを具備し、前記半導体装置の前記導電体層と前記配線板の配線パターンとの電気的接続が、導電性粒子と樹脂とを含む導電性組成物を介してなされていることを特徴とする。
【００１１】
この実装体の半導体装置では、外部接続のための端子として、チップに形成されているパッドに代えてこれより大面積の導電体層を用いる。したがって、フリップチップ接続されるべき配線板の配線パターンの細かさが例え元のままであっても、半導体装置の位置合わせ精度は上記導電体層が大きい分だけ粗にしてもよい。したがって、位置合わせを効率的に行なうことが可能になりフリップチップ接続の生産性が向上している。
【００１２】
なお、導電体層と配線パターンとの電気的接続のためには、その仲介に例えば導電性粒子と樹脂とを含む導電性組成物（後述）を用いることができる。また、前記導電体層は、Ａｌ（アルミニウム）またはＡｕ（金）を有するように形成することができる。Ａｌの場合は、半導体チップに形成されているパッドの材質と同じであることから製造上の整合がよく、Ａｕの場合はパッドのＡｌと接続性がよくかつ化学的にも安定だからである。半導体チップのパッドがＡｌ以外（例えばＣｕなど）である場合には、その材質と接続性のよい導電体層としての材料を適宜選択することができる。
【００１３】
なお、半導体装置と配線板との間隙を封止するには、封止樹脂を注入する方法や、あらかじめ絶縁フィルムを配線板に貼付しておくなどの方法を用いることができる。さらには、導電性組成物を配線板の配線パターン上に突起状に形成し、かつあらかじめ異方性導電フィルムを配線板に貼付して行なうようにしてもよい。突起された導電性組成物を用いる場合、配線パターンとの電気的接続が異方性導電フィルムに含有された金属粒により確実化する。
【００１４】
また、導電性組成物には、例えば、銀粒（あるいは、半田粒、銅粒など）を分散させた樹脂を用いることができる。導電性組成物は、当初は液状またはペースト状でありかつ熱硬化性および熱可塑性を有するものであると製造後に安定した電気的接続状態を維持できる。
【００１５】
また、本発明に係る半導体装置実装体の製造方法は、外部接続のためのパッドを有する半導体チップと、前記半導体チップの前記パッドを有する面に形成された絶縁層と、前記絶縁層上に形成され、前記パッドの面積より大きな面積を有しかつ前記絶縁層を貫通する導電体により前記パッドと電気的に接続されている導電体層とを備えた半導体装置を、前記導電体層が配された面とは反対側の面から保持する工程と、前記保持された半導体装置を、導電性粒子と樹脂とを含む導電性組成物を介して配線板にフリップチップ実装する工程とを具備することを特徴とする。
【００１６】
ここで用いられる半導体装置では、外部接続のための端子として、チップに形成されているパッドより大面積の導電体層が形成されており、フリップチップ実装に際しての半導体装置の位置合わせ精度は上記導電体層が大きい分だけ粗にしてもよい。したがって、位置合わせを効率的に行なうことが可能になりフリップチップ接続の生産性が向上する。
【００１７】
なお、この製造工程は、複数の半導体装置を一つのボンダで一度にその裏面から保持し、同時にそれらの半導体装置を配線板に実装するようにしてもよい。これにより、さらに効率的にフリップチップ接続をすることができる。これは、個々の半導体装置の位置合わせ精度がより粗で済むようになったことにより生じる利点の一つである。
【００１８】
すなわち、外部接続のためのパッドを有する半導体チップと、前記半導体チップの前記パッドを有する面に形成された絶縁層と、前記絶縁層上に形成され、前記パッドの面積より大きな面積を有しかつ前記絶縁層を貫通する導電体により前記パッドと電気的に接続されている導電体層とを備えた半導体装置を、複数一度に、前記導電体層が配された面とは反対側の面から保持する工程と、前記保持された複数の半導体装置を、導電性粒子と樹脂とを含む導電性組成物を介して配線板にフリップチップ実装する工程とを具備するものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、外部接続を行なうためのパッドを有する半導体装置の実装体および半導体装置実装体の製造方法において、フリップチップ接続の生産性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の実装体を製造するための前提となる半導体装置の製造工程を模式的に示す断面図である。まず、図１（ａ）に示すように、半導体ウエハ１１であってその面上に複数の半導体デバイスがすでに形成されたものを用意する。半導体ウエハ１１の面上には、それぞれの半導体デバイスの外部接続部としてパッド１１ａが形成されている。なお、パッド１１ａは例えば０．１ｍｍ角であり、ワイヤボンディングを行なうのに必要な面積に設定されているものである。
【００２１】
次に、図１（ｂ）に示すように、パッド１１ａを覆うように半導体ウエハ１１上全面に絶縁層１２を形成する。形成方法は、周知の方法を用いてよいが、例えば、半導体ウエハ１１上に絶縁材料であるポリイミドを滴下してスピンコートし厚さ例えば１μｍ程度に形成することができる。
【００２２】
次に、図１（ｃ）に示すように、パッド１１ａ上の絶縁層１２を選択的にエッチング除去し絶縁層に貫通孔１２ａを形成する。選択的にエッチングするには、フォトリソグラフィなどの周知の方法を適用することができる。なお、図１（ｂ）および図１（ｃ）に示す方法に代えて、パッド１１ａ上を除き選択的に絶縁層１２を形成する方法を用いてもよい。選択的に絶縁層１２を形成するのも同様に周知の方法により行なうことができる。
【００２３】
貫通孔１２ａを形成したら、次に、図１（ｄ）に示すように、貫通孔１２ａを充填しかつパッド１１ａより大面積の導電体層１３を絶縁層１２上に選択的に形成する。導電体には、材質としてＡｌやＡｕなどを用いることができる。形成方法としては、スパッタ、蒸着、めっきなどの中から使用する材質を考慮して適当なものを選択することができる。選択的に形成するには、使用する材質を考慮の上、ウエハ１１上に全面的に形成したあと不要部分をエッチング除去するか、レジストマスクを形成した面に導電体層１３を形成するかして行なうことができる。なお、導電体層１３は、その厚さを例えば１μｍ程度、その面積を例えば０．４ｍｍ角程度にする。
【００２４】
最後に、図１（ｅ）に示すように、大面積の導電体層１３が形成された半導体ウエハ１１をダイシングし個々の半導体チップ１４を得る。このようにして得られた半導体チップ１４は、外部接続用として大面積の導電体層１３を有するので、フリップチップ接続される場合に位置合わせ精度を粗にすることができる。詳しくは後述する。
【００２５】
なお、図１においては、ダイシングする前のウエハ１１を用いて導電体層１３を形成する方法を説明したが、これは、より生産性を上げて形成する例を示したものであり、当然ながらダイシングしたあとの個々の半導体チップに対しても同様の方法で大面積の導電体層１３を形成することができる。
【００２６】
図２は、図１に示した工程により製造された半導体チップ１４を機能面（導電体層１３が形成された面）に対向する方向からみた概略の平面図である。図２において、図１に示した構成要素と同じものには同一番号を付してある。この例では、パッド１１ａおよび導電体層１３が６つ存在するものを示しているが、その数がいくつの場合でも同様である。
【００２７】
なお、もともとパッド１１ａの存在密度が非常に密である場合には、導電体層１３による接続部の大面積化はさほどでもなくなるが、世上、パッドの存在密度が粗であるチップは数多く存在する。チップ面積の割に外部入出力端子の数が少なくて済む集積回路がこれであり、その場合でも、パッドの面積は、通常、ワイヤボンディングを行なうのに必要な面積分あればよいので特に大きくは形成されない。
【００２８】
図３は、図１に示した工程により製造された半導体チップ１４を配線板にフリップチップ実装する工程例を模式的に示す正面図である。図３において、すでに説明した部分には同一の番号を付してある。
【００２９】
まず、図３（ａ）に示すように、大面積の導電体層１３が形成された半導体チップ１４の背面（機能面と反対の面）をフリップチップボンダヘッド３４で吸着保持し、実装すべき配線板３１に対向して位置させる。なお、配線板３１は、あらかじめ配線パターン３２上であって半導体チップ１４と接続されるべき部位に導電性組成物３３が付着されている。導電性組成物３３は、例えば当初ペースト状または液状でありかつ熱硬化性により接着性を発揮するものである。また、図示省略しているが、配線パターン３２上であって半導体チップ１４と接続されない部位は、通常、レジストが塗布され絶縁性が確保されている。
【００３０】
図３（ａ）に示す状態で、半導体チップ１４の位置合わせを行なう。これによれば、導電体層１３が大面積である分、位置合わせの精度は粗でよい。例えば、導電体層１３が０．４ｍｍ角であれば、±０．２ｍｍ程度の精度とすることができる。もともとのパッドが０．１ｍｍ角であるときのフリップチップ接続に必要な位置精度は±０．０２ｍｍ程度と見込まれるので、その差は歴然である。
【００３１】
なお、配線板３１の配線パターン３２の側で接続部面積を大面積にする方法も考えられるが、配線板３１側は高密度実装のため通常は配線パターン３２が密に形成されておりそのような余裕がない場合が多い。
【００３２】
半導体チップ１４の位置合わせを終えたら、次に、図３（ｂ）に示すように、フリップチップボンダヘッド３４を配線板３１方向に降下して半導体チップ１４を加圧、加熱し導電性組成物３３を熱硬化させる。
【００３３】
次に、図３（ｃ）に示すように、半導体チップ１４と配線板３１との間隙を封止樹脂３５で充填する。これには、例えば、液状の樹脂を間隙に注入しそのあと熱硬化させる方法を用いることができる。以上説明の方法により、半導体チップ１４の配線板３１へのフリップチップ接続がより容易になる。
【００３４】
図４は、図１に示した工程により製造された半導体チップ１４を配線板にフリップチップ実装する工程の別の例を模式的に示す正面図である。図４において、すでに説明した部分には同一の番号を付してある。この例では、複数の半導体チップ１４を一度に配線板上にフリップチップ接続する。
【００３５】
すなわち、図４（ａ）に示すように、フリップチップボンダヘッド４１は、複数の半導体チップ１４を同時に吸着保持し、これらが実装されるべき配線板３１に対向して位置される。図４（ｂ）は、このように複数の半導体チップ１４を同時に吸着保持したフリップチップボンダヘッド４１の吸着面を示すものである。
【００３６】
図４（ａ）、（ｂ）に示すような、フリップチップボンダヘッド４１による複数の半導体チップ４１の吸着保持は、例えば、相対的な位置合わせがされるように複数の半導体チップ４１を保持するトレイを用い、このトレイから複数の半導体チップ４１を一度に吸着して引き上げることにより行なうことができる。
【００３７】
なお、図４（ａ）において、配線板３１については図３（ａ）と同様に、あらかじめ配線パターン３２上であって半導体チップ１４と接続されるべき部位に導電性組成物３３が付着されている。
【００３８】
上記の配置状態から、配線板３１に対する複数の半導体チップ１４の位置合わせを行ない、以下、図３（ｂ）に示したのと同様にフリップチップ接続を行なう。さらに、半導体チップ１４と配線板３１との間隙を封止樹脂３５で充填する。図５は、以上のようにして得られた半導体チップ１４の実装体を模式的に示す断面図である。
【００３９】
図４、図５に示すフリップチップ実装は、実装されるべき個々の半導体チップ１４についての位置精度がそれぞれより粗で済むようになったことから採用できたものである。すなわち、複数の半導体チップ１４のフリップチップ実装を一度に行なうには、一般的には、それらの相対的な位置ずれが問題となるが、その相対的な位置ずれを大面積の導電体層１３で吸収するからである。したがって、例えば、相対的な位置合わせ手段を兼ねる、複数の半導体チップ４１を保持するトレイによってこれが実現できるものである。
【００４０】
なお、図４、図５に示した例では、同種の半導体チップ１４を同時にフリップチップ接続する方法を述べているが、半導体チップ１４は、それぞれ異品種のものであってももちろんよい。
【００４１】
図６は、図１に示した工程により製造された半導体チップ１４を配線板３１にフリップチップ実装する工程のさらに別の例を模式的に示す正面図である。図６において、すでに説明した部分には同一の番号を付してある。この例でも、複数の半導体チップ１４を一度に配線板３１上にフリップチップ接続する。したがって、配線板３１に対する複数の半導体チップ１４の位置合わせについては図４、図５に示した実施形態と同様である。
【００４２】
図６に示す実施形態では、図６（ａ）に示すように、配線板３１の配線パターン３２上であって半導体チップ１４と接続されるべき部位に導電性組成物として円錐状のペーストバンプ６１があらかじめ形成される。このようなペーストバンプ６１は、例えばスクリーン印刷を用いて形成することができる。すなわち、スクリーン版のピット（貫通孔）を通して硬化前のペーストが配線パターン３２上に印刷されるようにスキージでスクリーン版を掃引する。ある程度の高さに形成するには、例えば乾燥工程を繰り返しながら複数回印刷を行なう。
【００４３】
円錐状のペーストバンプ６１が形成されたら乾燥してある程度の硬さにする。そして、図６（ｂ）に示すように、半導体チップ１４がフリップチップ接続される位置に異方性導電フィルム６２を貼付する。
【００４４】
次に、図６（ｃ）に示すように、複数の半導体チップ１４を吸着保持したフリップチップボンダヘッド４１を配線板３１方向に加圧し同時に加熱する。これにより、ペーストバンプ６１の先端と半導体チップ１４の導電体層１３とが電気的に接触する状態が確立する。なお、このとき、これらの間には、異方性導電性フィルム６２のフィラーである金属粒が挟まれた状態となり電気的接続の信頼性が向上する。また、半導体チップ１４と配線板３１との間の間隙は、異方性導電フィルム６２の熱可塑性、熱硬化性により封止された状態となる。
【００４５】
この実施形態では、図４、図５で説明した実施形態が有する効果に加え、封止樹脂３５（図５）の充填工程が不要になる効果がある。この例では、上記のように異方性導電フィルム６２を用いているが、これに代えて絶縁フィルムを用いるようにすることもできる。絶縁フィルムであっても円錐状のペーストバンプ６１がつき抜けやすいものを選択すれば導電体層１３との電気的接続が図れ、かつペーストバンプ６１の塑性変形によってその接続状態が十分なものとなるからである。また、この場合でも半導体チップ１４と配線板３１との間の間隙は、絶縁フィルムの熱可塑性、熱硬化性により封止された状態とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の一実施形態に係る半導体装置の実装体を製造するための前提となる半導体装置の製造工程を模式的に示す断面図。
【図２】図１に示した工程により製造された半導体チップ１４を機能面（導電体層１３が形成された面）に対向する方向からみた概略の平面図。
【図３】図１に示した工程により製造された半導体チップ１４を配線板にフリップチップ実装する工程例を模式的に示す正面図。
【図４】図１に示した工程により製造された半導体チップ１４を配線板にフリップチップ実装する工程の別の例を模式的に示す正面図。
【図５】図４に示すようにして得られた、半導体チップ１４の実装体を模式的に示す断面図。
【図６】図１に示した工程により製造された半導体チップ１４を配線板にフリップチップ実装する工程のさらに別の例を模式的に示す正面図。
【図７】従来のフリップチップ接続工程例を説明するプロセス図。
【符号の説明】
【００４７】
１１…半導体ウエハ、１１ａ…パッド、１２…絶縁層、１２ａ…貫通孔、１３…導電体層、１４…半導体チップ、３１…配線板、３２…配線パターン、３３…導電性組成物、３４，４１…フリップチップボンダヘッド、３５…封止樹脂、６１…ペーストバンプ、６２…異方性導電フィルム。
【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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