(57)【要約】【課題】突起電極が十分な強度を有すると共に、生産性に優れた半導体チップ、並びにこのチップを備えた半導体装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】本発明の半導体装置２は、半導体基板１０の表面にアルミニウム（Ａｌ）を含む配線層１１を有すると共に、この配線層１１の表面に金（Ａｕ）またはＡｌを含む外部引出電極１２を有する半導体チップ１が複数積層された構造を備えている。このＡｌを含む外部引出電極１２を有する半導体チップ１は、Ａｌを含む外部引出電極１２の表面にＡｕを含む突起電極１５をさらに有している。ＡｕまたはＡｌを含む外部引出電極１２は、配線層１１に直接に接合され、突起電極１５は、他の半導体チップ１のＡｕを含む外部引出電極１２に対して超音波圧着により接続されている。【選択図】  図１
2006147781.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の表面にアルミニウム（Ａｌ）を含む外部引出電極を有すると共に、この外部引出電極の表面に金（Ａｕ）を含む突起電極を備えた半導体チップであって、
前記突起電極が前記外部引出電極に直接に接合されると共に、前記突起電極が他の基板または半導体チップの電気的接続部に対して超音波圧着により接続される
ことを特徴とする半導体チップ。
【請求項２】
前記超音波圧着は、以下の条件で行われる
ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
荷重Ｌ：３５．６ＭＰａ以上
振幅Ａ：前記突起部の幅の１／２５以上
加熱温度Ｈ：５０°以上、２５０°以下
【請求項３】
半導体基板の表面にアルミニウム（Ａｌ）を含む外部引出電極を有すると共に、この外部引出電極の表面に金（Ａｕ）を含む突起電極を有する半導体チップが複数積層された構造を備えた半導体装置であって、
前記突起電極が前記外部引出電極に直接に接合されると共に、前記突起電極が他の半導体チップの前記突起電極に対して超音波圧着により接続されている
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
前記超音波圧着は、以下の条件で行われる
ことを特徴とする請求項３記載の半導体装置。
荷重Ｌ：３５．６ＭＰａ以上
振幅Ａ：前記突起部の幅の１／２５以上
加熱温度Ｈ：５０°以上、２５０°以下
【請求項５】
半導体基板の表面にアルミニウム（Ａｌ）を含む配線層を有すると共に、この配線層の表面に金（Ａｕ）またはＡｌを含む外部引出電極を有する半導体チップが複数積層された構造を備えた半導体装置であって、
前記Ａｌを含む外部引出電極を有する半導体チップは、前記Ａｌを含む外部引出電極の表面にＡｕを含む突起電極をさらに有し、
前記ＡｕまたはＡｌを含む外部引出電極が前記配線層に直接に接合されると共に、前記突起電極が他の半導体チップの前記Ａｕを含む外部引出電極に対して超音波圧着により接続されている
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
前記超音波圧着は、以下の条件で行われる
ことを特徴とする請求項５記載の半導体装置。
荷重Ｌ：３５．６ＭＰａ以上
振幅Ａ：前記突起部の幅の１／２５以上
加熱温度Ｈ：５０°以上、２５０°以下
【請求項７】
半導体基板の表面にアルミニウム（Ａｌ）を含む配線層を有すると共に、この配線層の表面に金（Ａｕ）を含む外部引出電極を有する半導体チップが複数積層された構造を備えた半導体装置の製造方法であって、
前記突起電極を前記外部引出電極に直接に接合すると共に、前記突起電極を他の半導体チップの前記突起電極に対して超音波圧着により接続する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記超音波圧着は、以下の条件で行われる
ことを特徴とする請求項７記載の半導体装置の製造方法。
荷重Ｌ：３５．６ＭＰａ以上
振幅Ａ：前記突起部の幅の１／２５以上
加熱温度Ｈ：５０°以上、２５０°以下
【請求項９】
半導体基板の表面にアルミニウム（Ａｌ）を含む配線層を有すると共に、この配線層の表面に金（Ａｕ）またはＡｌを含む外部引出電極を有する半導体チップが複数積層された構造を備えた半導体装置の製造方法であって、
前記ＡｕまたはＡｌを含む外部引出電極を前記配線層に直接に接合すると共に、Ａｕを含む突起電極を前記Ａｌを含む外部引出電極に直接に接合し、そのあと前記突起電極を他の半導体チップの前記Ａｕを含む外部引出電極に対して超音波圧着により接続する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記超音波圧着は、以下の条件で行われる
ことを特徴とする請求項９記載の半導体装置の製造方法。
荷重Ｌ：３５．６ＭＰａ以上
振幅Ａ：前記突起部の幅の１／２５以上
加熱温度Ｈ：５０°以上、２５０°以下
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、突起（バンプ）電極を有する半導体チップ、この半導体チップをＦＣ（フリップチップ) 実装してなる半導体装置、およびその半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話やパソコンなどの小型軽量化、高機能化に伴い、半導体チップを積層接続したＣＯＣ(Chip On Chip)実装が注目されている。この実装では高速伝送特性の必要性からフリップチップ接続が必須である。フリップチップ接続とは、半導体チップから基板へのリード線の引き出しをなくし、半導体チップを、その表面上に２次元配置したバンプと呼ばれる突起電極を介して基板に接続させる方式であり、互いの表面上にあるバンプ同士を接続させたり、一方の表面上のバンプと他方の表面上の引き出し電極とを接続させることによりＣＯＣ実装を実現している。現在、このフリップチップ接続は、主として熱圧着によって行われている。
【０００３】
ところで、半導体チップ同士を接続する際に用いられるバンプを形成する材料としては、主に金（Ａｕ）が用いられる。しかしながら、バンプを形成する材料（Ａｕ）と、引き出し電極を形成する材料（主にアルミニウム（Ａｌ））とは、反応性が高いので、フリップチップ接続する際に熱圧着によって半導体チップを３５０°以上の高温に１０秒程度曝した場合には、容易に金属間化合物（Ａｕ5 Ａｌ2 ，Ａｕ4 Ａｌなど）が形成される。その結果、バンプと取り出し電極との接合強度が劣化し、さらにはボイド（空孔）やクラックなどによりバンプと取り出し電極とが密着性不良を起こす場合もある。そこで、そのような反応を防ぐために、バンプと取り出し電極との間にＵＢＭ（Under Bump Metallurgy)と呼ばれるバリアメタル層を設けるのが通例である。そのバリアメタル層としては、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）等の高融点金属や、Ｔｉ−Ｗ、Ｔｉ−Ｎなどの高融点金属の合金などが用いられる。
【０００４】
上記のようにバンプと取り出し電極との間にバリアメタル層を設けた半導体チップの従来例としては、以下の文献記載のものがある。
【特許文献１】特開平５−１７５２００号公報
【特許文献２】特開２００３−３３２３８１号公報
【特許文献３】特開２００３−１２４２４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、バンプと取り出し電極との間にバリアメタル層を設けるには、図１０  （Ａ）に示したように、まず、配線層１１１と電気的に接続された外部引出電極１１２を含む半導体基板１１０の表面全体にバリアメタル層１１７および導電層１１４を順次堆積させる。次に、レジスト層１１６をマスクとして、導電層１１４における外部引出電極１１２と対向する部分の上に電解めっきにより突起電極１１５を形成する。その後、図１０（Ｂ）に示したように、レジスト層１１６を除去し、突起電極１１５をマスクとして、バリアメタル層１１７および導電層１１４における外部引出電極１１２と対向する部分以外をウエットエッチングにより除去することが必要となる。なお、上記導電層１１４は、突起電極１１５と同じ金属により構成されており、電解めっきの際にアノードとして機能する。
【０００６】
ここで、上記の工程により形成された突起電極１１５は、バリアメタル層１１７を介して外部引出電極１１２と接続されているので、突起電極１１５の強度が十分とは言えない。また、突起電極１１５は、図１０（Ｂ）に示したようにウエットエッチングにより１〜２μｍ程度余分に除去（オーバーエッチ）されるので、その強度が低下する虞がある。また、突起電極１１５を形成する際に、バリアメタル層１１７を堆積、除去する工程が必要となるので、工程が複雑となり、生産性の向上を妨げている。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、突起電極が十分な強度を有すると共に、生産性に優れた半導体チップ、並びにこのチップを備えた半導体装置およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の半導体チップは、半導体基板の表面に形成された外部引出電極と突起電極とを直接に接合させたものであり、外部引出電極はアルミニウム（Ａｌ）、突起電極は金（Ａｕ）をそれぞれ含むものである。この半導体チップの突起電極は、他の基板または半導体チップの電気的接続部に対して超音波圧着により接続される。
【０００９】
本発明の第１の半導体装置は、半導体基板の表面にアルミニウム（Ａｌ）を含む外部引出電極を有すると共に、この外部引出電極の表面に金（Ａｕ）を含む突起電極を有する半導体チップが複数積層された構造を備えたものである。この突起電極は外部引出電極に直接に接合されると共に、他の半導体チップの突起電極に対して超音波圧着により接続されている。
【００１０】
本発明の第２の半導体装置は、半導体基板の表面にアルミニウム（Ａｌ）を含む配線層を有すると共に、この配線層の表面に金（Ａｕ）またはＡｌを含む外部引出電極を有する半導体チップが複数積層された構造を備えたものである。このＡｌを含む外部引出電極を有する半導体チップは、Ａｌを含む外部引出電極の表面にＡｕを含む突起電極をさらに有する。ＡｕまたはＡｌを含む外部引出電極は、配線層に直接に接合され、突起電極は、他の半導体チップのＡｕを含む外部引出電極に対して超音波圧着により接続されている。
【００１１】
本発明の第１の半導体装置の製造方法は、半導体基板の表面にアルミニウム（Ａｌ）を含む配線層を有すると共に、この配線層の表面に金（Ａｕ）を含む外部引出電極を有する半導体チップを複数個設ける。そして、突起電極を外部引出電極に直接に接合すると共に、突起電極を他の半導体チップの突起電極に対して超音波圧着により接続する。
【００１２】
本発明の第２の半導体装置の製造方法は、半導体基板の表面にアルミニウム（Ａｌ）を含む配線層を有すると共に、この配線層の表面に金（Ａｕ）またはＡｌを含む外部引出電極を有する半導体チップを複数個設ける。そして、ＡｕまたはＡｌを含む外部引出電極を配線層に直接に接合すると共に、Ａｕを含む突起電極をＡｌを含む外部引出電極に直接に接合する。そのあと突起電極を他の半導体チップのＡｕを含む外部引出電極に対して超音波圧着により接続する。
【００１３】
本発明の半導体チップでは、Ａｕを含む突起電極または外部引出電極は、Ａｌを含む外部引出電極または配線層と直接に接合されているので、それぞれの電極を構成する材料が拡散して反応するのを防止する層（バリアメタル層）が両者の間に備えられていない。ここで、Ａｕを含む突起電極または外部引出電極において、例えばＡｌを含む外部引出電極または配線層と直接に接合されているＡｕを含む部位がそれ以外の部位と別の工程で形成されていても良い。なお、ＭＰａという単位は、荷重（ｋｇ）を面積（μｍ2 ）で割ったものである。
【００１４】
また、本発明の半導体チップでは、実装の際に、超音波圧着が用いられる。この超音波圧着とは、接合したい２つの金属の表面同士を接触させた状態で、２つの金属を所定の温度に設定したのち、少なくとも一方の金属に対して超音波振動を印加しながら押圧することにより、２つの金属を接合する技術である。この超音波圧着は、単に熱圧着により２つの金属部を接合する場合に比べて、２つの金属にかける荷重を小さくすることができるだけでなく、２つの金属を加熱する温度を小さくすることができるという特徴を有する。従って、突起電極を構成する金属と、突起電極に接触している外部引出電極を構成する金属とが、反応性が高く、金属間化合物が容易に形成されるような場合であっても、この超音波圧着を用いて半導体チップを積層することにより、半導体チップを加熱する温度を低くすることができる。その結果、両金属が反応することはほとんど無く、金属間化合物が形成されることはほとんど無い。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の半導体チップ、第１および第２の半導体装置ならびに第１および第２の半導体装置の製造方法によれば、Ａｌを含む外部引出電極または配線層と、Ａｕを含む突起電極または外部引出電極とをバリアメタル層を介さずに直接に接合すると共に、実装の際に超音波圧着を用いるようにしたので、突起電極の強度が十分に強く、生産性に優れている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
〔第１の実施の形態〕
図１（Ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体チップ１の断面構成の一部を表したものである。この半導体チップ１には、例えば集積回路が組み込まれた半導体基板１０の表面に、集積回路内の配線層１１の一端に接続された外部引出電極１２が形成されており、その外部引出電極１２の表面に導電層１４および突起電極１５がこの順に設けられている。半導体基板１０上には外部引出電極１２の周縁部を覆うように表面保護層１３が設けられ、この表面保護層１３の開口部において外部引出電極１２と突起電極１５とが導電層１４を介して電気的に接続されている。
【００１８】
ここで、配線層１１および外部引出電極１２は、例えばアルミニウム（Ａｌ）により構成されている。外部引出電極１２に接触している導電層１４は、電解めっきにより突起電極１５を形成する際にアノードとして機能するものであり、例えば金（Ａｕ）により構成されている。突起電極１５は、この半導体チップ１を他の半導体チップと電気的に接続させるためのものであり、Ａｕにより構成されている。表面保護層１３は、例えば窒化シリコンにより構成されている。
【００１９】
以下に、図１を参照して、本発明の実施の形態の半導体チップ１の製造方法について説明する。
【００２０】
まず、図１（Ａ）に示したように、例えば直径２００ｍｍの半導体基板１０の表面上に、例えばスパッタ法や蒸着法によりＡｌ層を堆積させる。続いて、例えばＲＩＥ(Reactive Ion Etching;反応性イオンエッチング) によりＡｌ層を選択的に除去することにより配線層１１に電気的に接続された、大きさ５０μｍ角、厚さ１５μｍの外部引出電極１２を形成する。
【００２１】
次に、外部引出電極１２を含む半導体基板１０の表面上に、例えばプラズマＣＶＤ法  （Chemical Vapor Deposition;化学的気相成長法) により酸窒化シリコン層からなる表面保護層１３を形成した後、この窒化シリコン層の外部引出電極１２と対向する部分にエッチングによって開口部を形成する。
【００２２】
続いて、外部引出電極１２の露出部分および表面保護層１３の表面上に、例えばスパッタや蒸着によりＡｕを堆積させて、厚さ０．１μｍの導電層１４を形成する。その後、導電層１４の表面上に、例えばスピンコート法によりレジスト層１６（例えば、紫外線により硬化する樹脂、例えばアクリル系の感光性剥離タイプ或いはエポキシアクリル系の樹脂からなる）を塗布したのち、露光、現像、加熱によりパターニングして、表面保護層１３の開口部と対向する部分に開口部を形成する。
【００２３】
さらに、例えば導電層１４をアノードとした電解めっきによってＡｕを成長させて、レジスト層１６の開口部内に突起電極１５を形成する。なお、突起電極１５の高さは、１００μｍ以下、特に２〜５０μｍの範囲とすることが好ましく、本実施の形態では１５μｍとする。また、突起電極１５の大きさは、その高さに適した大きさにする。本実施の形態では５０μｍ角とする。
【００２４】
次に、図１（Ｂ）に示したように、レジスト層１６を除去したのち、例えばウエットエッチングにより、導電層１４の突起電極１５との接触部分以外の領域を除去する。これにより、外部引出電極１２に突起電極１５を有する半導体チップ１が形成される。なお、突起電極１５と外部引出電極１２との間には、従来のようにバリアメタル層はなく、突起電極１５と同一の金属（Ａｕ）で構成された導電層１４が存在するだけであるので、突起電極１５がウエットエッチングによりオーバーエッチングされる量はごくわずかである。
【００２５】
以下、図２（Ａ），（Ｂ），図３（Ａ）〜（Ｃ）を参照して、この半導体チップ１の実装方法について説明する。ここで、図２（Ａ）は、本実施の形態の半導体チップ１をダミー基板３０を介して超音波圧着装置のワークステージＳとツールＴとの間に挟み込んだ様子を概略的に表したものである。図２（Ｂ）は、半導体チップ１をダミー基板３０に実装したものの断面を表したものである。図３（Ａ）〜（Ｃ）は、超音波圧着の設定条件を表したものである。
【００２６】
ダミー基板３０は、大きさ６ｍｍ角の基板３１の表面全体にＡｕ層３２を積層して形成されたものである。ここでの半導体チップ１には、半導体基板１０の一方の面にＡｌにより構成された外部引出電極１２が２１６個形成されており、その外部引出電極１２の表面にＡｕにより構成された突起電極１５がそれぞれ形成されている。突起電極１５のサイズは、大きさ５０μｍ角、高さ１５μｍである。
【００２７】
まず、図２（Ａ）に示したように、平行平板状に対向配置されたワークステージＳとツールＴとを備えた超音波圧着装置に、半導体チップ１の突起電極１５の頂部がダミー基板３０のＡｕ層３２に接触するように２つの半導体チップ１の位置合わせを行う。
【００２８】
次に、これらをフリップチップ接続する。具体的には、まず、図３（Ａ）に示したように、ワークステージＳと接する半導体チップ１の突起電極１５を１５０°に加熱すると共に、ツールＴと接するダミー基板３０のＡｕ層３２を常温（２３°）に設定する。その次に、ツールＴに接続された超音波振動装置（図示せず）から、ツールＴと接する半導体チップ１の突起電極１５に対して、図３（Ｂ）に示したように、超音波振動（周波数５０ｋＨｚ）を印加する。さらに、図３（Ｃ）に示したように、ワークステージＳとツールＴとの距離を狭める方向にツールＴを移動すると共に、半導体チップ１の突起電極１５を押圧することにより、半導体チップ１の突起電極１５の頂部をダミー基板３０のＡｕ層３２に接合（固着）する。これにより、図２（Ｂ）に示したように、半導体チップ１がダミー基板３０に実装される。
【００２９】
次に、図４および図５を参照して、本実施の形態の半導体チップ１における突起電極１５の強度について比較例と対比しながら説明する。
【００３０】
図４は、ダミー基板３０に実装された半導体チップ１をダイシェア強度計測器に挟み込んだ様子を概略的に表したものであり、図５は、比較例として、バリアメタル層１１７を備えた半導体チップ１００がダミー基板３０に実装されたものをダイシェア強度計測器に挟み込んだ様子を概略的に表したものである。
【００３１】
強度計測器は、平行平板状に対向配置されたワークステージＳとツールＴとを備えており、ワークステージＳ上には半導体チップ１、ツールＴ上にはダミー基板３０が固定される。この強度計測器では、ワークステージＳとツールＴとの距離を一定に保った状態でツールＴを平行に移動して突起電極１５を破断させることにより、破断時の剪断応力を計測するようになっている。
【００３２】
図６（Ａ），図７（Ａ）は、本実施の形態の半導体チップ１における突起電極１５のダイシェア強度を表したものであり、一方、図６（Ｂ），図７（Ｂ）は、比較例の半導体チップにおける突起電極のダイシェア強度を表したものである。図６（Ａ），（Ｂ）は、超音波振動の振幅を１μｍ，２μｍ，３μｍ，４μｍとして実装されたそれぞれの半導体チップのダイシェア強度を表したものである。なお、このときのその他の条件は図３（Ａ）〜（Ｃ）と同様である。図７（Ａ），（Ｂ）は、半導体装置を加熱する温度を２３°，１５０°，２５０°，３５０°，４５０°として実装されたそれぞれの半導体チップのダイシェア強度を表したものである。なお、このときの超音波振動の振幅は３μｍであり、その他の条件は図３（Ａ）〜（Ｃ）と同様である。
【００３３】
まず、図６（Ａ），（Ｂ）について検討する。図６（Ａ），（Ｂ）に示したように、荷重が３５．６ＭＰａ以上の場合には、バリアメタル層を有さない半導体チップ１の方が、ダイシェア強度が大きい。特に、荷重が７１．３ＭＰａ以上の場合には、ダイシェア強度が非常に大きくなる。さらに、超音波振動の振幅が２μｍないし４μｍの場合には、ダイシェア強度が顕著に大きくなる。従って、バリアメタル層を有さない半導体チップ１であっても、超音波圧着の条件を適切に設定することにより、バリアメタル層を有する半導体チップよりも、ダイシェア強度を顕著に大きくすることが可能であることが分かる。
【００３４】
なお、１μｍは、突起電極１５の大きさである５０μｍ角の１／５０に相当する。このことから、超音波振動の振幅が突起電極１５の大きさの１／５０あたりでは、超音波振動の効果が見られなくなることがわかる。従って、図６（Ａ）から推察して、超音波振動の振幅は、突起電極１５の大きさの１／２５を上回ることが望ましい。ただし、超音波振動の振幅があまり大きくなると圧着を適切に行うことが困難になると推察される。
【００３５】
次に、図７（Ａ）（Ｂ）について検討する。図７（Ａ）（Ｂ）に示したように、半導体チップを３５０°，４５０°の高温に０．５秒曝した場合には、バリアメタル層を有する半導体チップの方が、ダイシェア強度が非常に大きい。これは、Ａｌからなる外部引出電極１２とＡｕからなる突起電極１５との間に、ＡｌおよびＡｕが拡散して反応するのを防止するバリアメタル層が備えられているからであり、半導体チップ１を４５０°の高温に０．５秒曝したとしても、金属間化合物が形成されることがほとんど無いからである。
【００３６】
一方、バリアメタル層を有さない半導体チップ１の方は、半導体チップ１を３００°以上の高温に０．５秒曝した場合には、金属間化合物が形成されてしまう。さらにはボイド（空孔）やクラックなどにより突起電極１５と外部引出電極１２とが密着性不良を起こしている可能性もあると考えられる。その結果、突起電極１５と外部引出電極１２との接合強度が低下したため、バリアメタル層を有する半導体チップよりもダイシェア強度が低くなったと考えられる。従って、たとえ超音波圧着で実装する場合であっても、半導体チップ１を３５０°，４５０°の高温に０．５秒曝すことは適当ではないことが分かる。
【００３７】
しかしながら、半導体チップ１を１５０°，２５０°のやや高温に０．５秒曝した場合には、ダイシェア強度が低下する様子は見られず、荷重が３５．６ＭＰａ以上の場合には、むしろ、バリアメタル層を有する半導体チップよりも、ダイシェア強度が大きくなる。特に、荷重が７１．３ＭＰａ以上の場合には、ダイシェア強度が顕著に大きくなる。従って、バリアメタル層を下層に有さない突起電極１５を備えた半導体チップ１であっても、超音波圧着の条件を適切に設定することにより、バリアメタル層を下層に有する突起電極を備えた半導体装置よりも、ダイシェア強度を顕著に大きくすることが可能であることが分かる。
【００３８】
ただし、半導体チップ１の温度をあまり下げすぎると（例えば２３°）、超音波振動の効果が見られなくなることがわかる。従って、超音波振動の効果が現れ始める温度（約５０℃）にまで半導体チップ１を加熱してやることが最低限必要となる。
【００３９】
このように、本実施の形態の半導体チップ１では、超音波圧着の条件を適切に設定することにより、バリアメタル層を備えている場合に比べて突起電極１５のダイシェア強度を顕著に大きくすることができる。また、導電層１４をエッチングする際に突起電極１５がオーバーエッチングされる量はごくわずかであるので、突起電極１５のダイシェア強度が低下するのを抑制することができる。これらのことから、上記の条件で半導体チップ１を実装した場合には、何らかの要因で半導体チップ１に剪断応力が生じたとしても、その剪断応力によって突起電極１５が破断するような虞はほとんどない。
【００４０】
また、本実施の形態の半導体チップ１では、半導体チップ１を実装する際に、熱圧着の代わりに超音波圧着を用いる場合には、単に熱圧着により突起電極１５を接合する場合に比べて、半導体チップ１を加熱する温度を５０°から２５０°程度に低下させることができる。そこで、半導体チップ１を実装する場合に、熱圧着の代わりに超音波圧着を用いれば、上記の問題が生じないだけでなく、バリアメタル層を形成，除去する工程が不要となるので、生産性に優れている。
【００４１】
なお、この超音波圧着は、超音波振動を印加しながら押圧するので、半導体チップ１を実装する際に、超音波圧着を用いることにより生産性を低下させることもない。
【００４２】
〔第２の実施の形態〕
図８（Ｂ）は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置２の断面構成の一部を表したものである。この半導体装置２は、上記第１の実施の形態の２つの半導体チップ１のそれぞれの突起電極１５の頂部を接合したものであり、上記第１の実施の形態と共通する記載は、適宜省略する。
【００４３】
以下に、図３，図８（Ａ），（Ｂ）を参照して、半導体装置２の製造方法について説明する。なお、図８（Ａ）は、上記第１の実施の形態の２つの半導体チップ１を、超音波圧着装置のワークステージＳとツールＴとの間に挟み込んだ様子を概略的に表したものである。
【００４４】
まず、図８（Ａ）に示したように、平行平板状に対向配置されたワークステージＳとツールＴとを備えた超音波圧着装置に、それぞれの突起電極１５の頂部が接触するように２つの半導体チップ１の位置合わせを行う。
【００４５】
この超音波圧着装置には、それぞれの突起電極１５の頂部を接合時に正確に位置合わせすることができる位置測定器（図示せず）が備えられており、この位置測定器により測定される抵抗値が最も小さくなるように２つの半導体チップ１の位置合わせを行う。なお、位置合わせの最適位置は、ＣＣＤ（Charge Coupled Devices; 電荷結合素子) の映像をモニターしながら自動的もしくは手動で操作することにより決定してもよい。
【００４６】
次に、これらをフリップチップ接続する。具体的には、まず、図３（Ａ）に示したように、ワークステージＳと接する半導体チップ１の突起電極１５を１５０°に加熱すると共に、ツールＴと接する半導体チップ１の突起電極１５を常温（２３°）に設定する。その次に、ツールＴに接続された超音波振動装置（図示せず）から、ツールＴと接する半導体チップ１の突起電極１５に対して、図３（Ｂ）に示したように、超音波振動を印加する。さらに、図３（Ｃ）に示したように、ワークステージＳとツールＴとの距離を狭める方向にツールＴを移動すると共に、それぞれの突起電極１５を押圧することにより、それぞれの突起電極１５の頂部を接合（固着）して、それぞれの突起電極１５を電気的に接続させる。
【００４７】
続いて、必要に応じて、酸化や吸湿による劣化を防ぐため、２つの半導体チップ１の接合部を中心に、一部もしくは全部を樹脂で封止する。封止樹脂としては、エポキシ樹脂を始めとする電気絶縁性と耐熱性が優れた樹脂が選択すれはよい。
【００４８】
以上の工程を経ることにより、図８（Ｂ）に示したように、高密度に集積された半導体装置２を得ることができる。
【００４９】
このように、本実施の形態の半導体装置２では、超音波圧着により２つの半導体チップ１を接合するようにしたので、超音波圧着の条件を適切に設定することにより、バリアメタル層を備えている場合に比べて突起電極１５のダイシェア強度を顕著に大きくすることができる。また、導電層１４をエッチングする際に突起電極１５がオーバーエッチングされる量はごくわずかであるので、突起電極１５のダイシェア強度が低下するのを抑制することができる。これらのことから、上記の条件で半導体装置２を形成した場合には、何らかの要因で半導体装置２に剪断応力が生じたとしても、その剪断応力によって突起電極１５が破断するような虞はほとんどない。
【００５０】
また、本実施の形態の半導体装置２では、半導体装置２を形成する際に、熱圧着の代わりに超音波圧着を用いる場合には、単に熱圧着により突起電極１５を接合する場合に比べて、半導体チップ１を加熱する温度を５０°から２５０°程度に低下させることができる。そこで、半導体装置２を形成する場合に、熱圧着の代わりに超音波圧着を用いれば、上記の問題が生じないだけでなく、バリアメタル層を形成，除去する工程が不要となるので、生産性に優れている。
【００５１】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。
【００５２】
例えば、本実施の形態の半導体装置２は、２つの半導体チップ１を積層させたものであったが、本発明はこれに限定されるものではなく、３つ以上の半導体チップ１を積層させたものであってもよい。
【００５３】
また、本実施の形態の半導体装置２は、突起電極１５同士を超音波圧着するようにしていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、図９（Ａ）に示したように、表面に突起電極１５を有さない外部引出電極１２を備えた半導体チップ３と、表面に突起電極１５を有する、外部引出電極１２を備えた半導体チップ１とを超音波圧着装置に挟み込んで、外部引出電極１２と突起電極１５とを超音波圧着するようにしても構わない。このようにして形成された半導体装置（図９（Ｂ））であっても、上記第２の実施の形態の半導体装置２と同様の効果を奏するからである。
【００５４】
なお、本実施の形態の半導体装置２と同様に、本変形例における半導体チップ１の導電層１４および突起電極１５が金（Ａｕ）を含んで構成されると共に、本変形例における半導体チップ１の配線層１１および外部引出電極１２がアルミニウム（Ａｌ）を含んで構成されていても良いし、本変形例における半導体チップ１の外部引出電極１２、導電層１４および突起電極１５が金（Ａｕ）を含んで構成されると共に、本変形例における半導体チップ１の配線層１１がアルミニウム（Ａｌ）を含んで構成されている場合であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る半導体チップの製造工程を表す断面図である。
【図２】図１の半導体チップの実装工程を表す断面図である。
【図３】図２の実装工程における超音波圧着の条件をグラフに表したものである。
【図４】図１の半導体チップのダイシェア強度試験を説明するための断面図である。
【図５】比較例に係る半導体チップのダイシェア強度試験を説明するための断面図である。
【図６】超音波振幅を変化させた場合のダイシェア強度試験のデータを表したものである。
【図７】加熱温度を変化させた場合のダイシェア強度試験のデータを表したものである。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を表す断面図である。
【図９】図８の半導体装置の変形例の製造工程を表す断面図である。
【図１０】従来の半導体チップの製造工程を表す断面図である。
【符号の説明】
【００５６】
１，３…半導体チップ、２…半導体装置、１０…半導体基板、１１…配線層、１２…外部引出電極、１３…表面保護層、１４…導電層、１５…突起電極、１６…レジスト層、３０…ダミー基板、３１…基板、３２…Ａｕ層、Ａ…超音波振幅、Ｈ…加熱温度，Ｌ…荷重、
【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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