(57)【要約】      （修正有）【課題】  半導体チップどうし或いは半導体チップと配線基板とをフリップチップボンディング方式で接合する際に、チップ自体にダメージを及ぼすことなく電気的に確実な導通をとって接合できる半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】  第１の半導体チップ１と第２の半導体チップ１１（あるいは配線基板）の電極形成面をそれぞれ同一成分からなる液状の絶縁性封止樹脂５，１５で突起電極３，１３を覆うように被覆する工程と、被覆した封止樹脂５，１５を固化させる工程と、封止樹脂５，１５と突起電極３，１３の頭部とを一様の高さに研削する工程と、第１の半導体チップ１と第２の半導体チップ１１とを突起電極３，１３どうし当接させ、それぞれの封止樹脂５，１５を昇温させて一体に硬化させるとともに、それに伴って昇温する突起電極３，１３の当接部を熱結合させる工程とを有する。  同一成分からなる封止樹脂を用いるので、剥離やボイドが発生し難い。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の半導体チップと、第２の半導体チップあるいは配線基板である接合対象物とを互いの突起電極どうし接合して半導体装置を製造する際に、
前記第１の半導体チップと接合対象物の電極形成面をそれぞれ、同一成分からなる液状の絶縁性樹脂で突起電極を覆うように被覆し、被覆した絶縁性樹脂を降温させて固化させた後に、絶縁性樹脂と突起電極の頭部とを一様の高さに研削する工程と、
前記第１の半導体チップと接合対象物とを突起電極どうし当接させ、それぞれの絶縁性樹脂を昇温させて一体に硬化させるとともに、それに伴って昇温する突起電極の当接部を熱結合させる工程とを行う半導体装置の製造方法。
【請求項２】
絶縁性樹脂は、室温で固体であり、室温より高い第１の温度で液状化し、前記第１の温度より高い第２の温度で硬化する樹脂である請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
研削時に、絶縁性樹脂とそれにより被覆された第１の半導体チップあるいは接合対象物を０℃以上、１０℃以下に保持する請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップどうし或いは半導体チップと配線基板とがフリップチップボンディング方式で接合された半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体集積回路装置（以下、半導体装置という）の低コスト化および小型化を図るために複数のチップが積層されており、たとえばロジックとメモリのように異なるプロセスで形成された２つのＬＳＩチップがフリップチップボンディング方式で接合されている。安定した確実な接合のために、接合の妨げとなる突起電極表面の酸化膜を除去する接合方法も提案されている(例えば、特許文献１参照)。この接合方法を以下に説明する。
【０００３】
図２（ａ）に示すように、第１のＬＳＩチップ１（以下、第１の半導体チップ１という）には、Ａｌ合金を主成分とする内部電極２、および内部電極２と電気的に接続したバンプと呼ばれる金属製の突起電極３が形成され、チップ表面を覆う保護膜４が形成されている。この第１の半導体チップ１に、図２（ｂ）に示すように、突起電極３を完全に覆い隠すように絶縁性封止樹脂５を塗布し、図２（ｃ）に示すように、封止樹脂５と突起電極３の頭頂部を同時に削ることで凹凸の無いフラットな面を作る。図２（ｄ）に示すように、第２のＬＳＩチップ１１（以下、第２の半導体チップ１１という）には、Ａｌ合金を主成分とする内部電極１２、および内部電極１２と電気的に接続した金属製の突起電極１３が形成され、チップ表面を覆う保護膜１４が形成されている。
【０００４】
これら第１の半導体チップ１と第２の半導体チップ１１とを接合するために、図２（ｅ）に示すように、電極形成面どうし対面するように、図示しないボンダーの加熱ステージに一方のチップを固定し、もう一方のチップの裏面を加熱加圧ツールに接触させる。そして突起電極３と突起電極１３とを突合わせ、その状態で、チップ温度を加熱加圧ツールと加熱ステージの温度コントロールにより制御して、常温から、固体状態の封止樹脂５が液状化する温度(温度αとする)まで昇温させる。その後に加熱加圧ツールで加圧することにより、図２（ｆ）に示すように、突起電極１３の頭頂部をフラットな突起電極３の内部に進入させるとともに、液状化した封止樹脂５によって第１の半導体チップ１と第２の半導体チップ１１とのギャップ内を埋める。ギャップ内が封止樹脂５で充填されたら、チップ温度を封止樹脂５の硬化温度(温度βとする)まで昇温させて封止樹脂５を硬化させる。封止樹脂５が完全に硬化するには通常３０分〜数時間必要であり、この間に突起電極３と突起電極１３との間で合金層が作られて強固な接合が完成する。
【特許文献１】特開２００３−１８８２１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の接合方法の問題点は、大きく次に示す２点である。
第１は、接合の段階で起こる封止樹脂５の凝集の問題である。図２（ｆ）に示したように第１の半導体チップ１の突起電極３に対して第２の半導体チップ１１の突起電極１３を加圧によって押込む時点では、突起電極３の周りの封止樹脂５は温度α以上に加熱されて液状化しているので、突起電極３が容易に大径化して膨らみ、電極突起１３の押込み体積分を吸収する。しかし封止樹脂５が確実に液状化していないと、突起電極３は封止樹脂５によって形状が規制されることになり、突起電極３に突起電極１３を押込む過大な力が必要になり、内部電極２，１２など、チップのダメージに至ってしまう。したがって接合前に封止樹脂５を確実に温度αに昇温しておく必要がある。ところが、液状化した樹脂は一般に表面張力によって１点に凝集し易いため、突起電極３のフラットな頭頂部に封止樹脂５が載り、突起電極３，１３同士を突合わせた時に封止樹脂５を噛み込んだ状態を作ることがある。突起電極３，１３間に封止樹脂５が噛み込まれると、接続抵抗値の増加、最悪の場合には導通が取れない状況になる。
【０００６】
第２は、接合の完了形で封止樹脂５内に多くのボイドを含んでしまう問題である。チップ間ギャップを埋める封止樹脂５中にボイドが発生する要因は、表面形状やチップ表面の濡れ性であり、これらが大きく影響することは周知である。図２（ｅ）に示したように、第２の半導体チップ１１上に凹凸状の突起電極１３や濡れ性の異なる表面状態の保護膜１４が存在すると、液状化してチップ間ギャップで流動する封止樹脂５にボイドが発生する可能性が非常に高い。図２（ｆ）に示す接合の完成形で封止樹脂５中にボイドが多く含まれると、チップ間ギャップに微量の水分が侵入した際にショート、リークの原因となる短絡やマイグレーションが発生し、最終完成品としてのパッケージ半導体装置の信頼性低下につながる。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑み、チップ自体にダメージを及ぼすことなく、電気的に確実な導通をとって接合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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために本発明は、第１の半導体チップと、第２の半導体チップあるいは配線基板である接合対象物とを互いの突起電極どうし接合して半導体装置を製造する際に、前記第１の半導体チップと接合対象物の電極形成面をそれぞれ、同一成分からなる液状の絶縁性樹脂で突起電極を覆うように被覆し、被覆した絶縁性樹脂を降温させて固化させた後に、絶縁性樹脂と突起電極の頭部とを一様の高さに研削する工程と、前記第１の半導体チップと接合対象物とを突起電極どうし当接させ、それぞれの絶縁性樹脂を昇温させて一体に硬化させるとともに、それに伴って昇温する突起電極の当接部を熱結合させる工程とを行うことを特徴とする。これによれば、第１の半導体チップと接合対象物とに同一成分からなる絶縁性樹脂を用いるので、液状化、硬化の過程で隙間なく一体化することになり、剥離やボイドが発生しにくい。突起電極どうしは互いに熱拡散して新たな合金を形成することになり、強固に結合する。
【０００９】
絶縁性樹脂は、室温で固体であり、室温より高い第１の温度で液状化し、前記第１の温度より高い第２の温度で硬化する樹脂を用いることができる。
研削時に、絶縁性樹脂とそれにより被覆された第１の半導体チップあるいは接合対象物を０℃以上、１０℃以下に保持するのが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の半導体装置の製造方法は、突起電極と絶縁性樹脂とを一様の高さに研削し、平坦になった突起電極どうし、絶縁性樹脂どうしを当接させるようにしたもので、対面する第１の半導体チップと接合対象物とを位置ずれさせない程度の力と適切な温度を保てばよく、従来のように突起電極どうしを接触させる前に絶縁性樹脂を加熱する必要はないので、絶縁性樹脂が凝集するに伴って突起電極間に噛み込まれることがなくなり、確実な電気的な接合が可能になった。また従来のように絶縁性樹脂が空隙を埋めるように流動する必要はないので、しかも双方の絶縁性樹脂が同一成分であるため液状化、硬化の過程で隙間なく一体化するので、剥離、ボイドの発生を抑えることができる。これらの結果、最終的な半導体装置の信頼性を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
図１は本発明の一実施形態における半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。先に図２を用いて説明したのと同様の部品、部材には図２と同じ符号を付して説明する。
【００１２】
図１（ａ）に示すように、第１の半導体チップ１として、Ａｌ合金を主成分とする内部電極２と、この内部電極２と電気的に接続したＮｉ，はんだ，Ａｕなどの金属製の突起電極３と、チップ表面を覆うポリイミド膜などの保護膜４とが形成されているものを用いる。
【００１３】
この第１の半導体チップ１の電極形成面に、図１（ｂ）に示すように、加温して液状化させた絶縁性封止樹脂５をディスペンサーなどを用いて突起電極３を完全に被覆するように十分量にて塗布し、常温に戻して固化させる。その後に、図１（ｃ）に示すように、封止樹脂５と突起電極３の頭頂部とをフライス盤(エンドミル)などの研摩器で同時に削ることにより凹凸の無いフラットな面を作る。なお絶縁性樹脂５は、室温で固体、室温より高い第１の温度αで液状化し、第１の温度αより高い第２の温度βで硬化する樹脂であり、たとえばエポキシ樹脂，シリカ入りのエポキシ樹脂などである。
図１（ｄ）に示すように、第２の半導体チップ１１として、Ａｌ合金を主成分とする内部電極１２と、この内部電極１２と電気的に接続した金属製の突起電極１３と、チップ表面を覆う保護膜１４とが形成されているものを用いる。
【００１４】
ここで、第２の半導体チップ１１が上記した第１の半導体チップ１と形状が異なるのは、機能が異なることを表わしている。例えば第１の半導体チップ１は、Ｓｉ基板をベースに形成されるＬＳＩチップ、システムＬＳＩ、アナログＬＳＩなどであってよく、第２の半導体チップ１１は、Ｓｉ基板をベースに形成されるメモリーチップなどであってよいが、これらに限定されず、形状が異なることは必須ではない。突起電極１３は、突起電極３と比べてサイズ等の形状が異なっていてもよいし、同じでもよい。保護膜１４も保護膜４と同じあっても異なってもよい。
【００１５】
第２の半導体チップ１１の電極形成面に、図１（ｅ）に示すように、第１の半導体チップ１に用いたのと同一成分からなる液状の絶縁性樹脂１５を突起電極１３を完全に被覆するように十分量にて塗布し、常温に戻して固化させ、その後に、図１（ｆ）に示すように、封止樹脂１５と突起電極１３の頭頂部とを同時に削ることで凹凸の無いフラットな面を作る。
【００１６】
なお、第１の半導体チップ１，第２の半導体チップ１１の研削加工時には、封止樹脂５，１５の温度を低温に保つ。このためにたとえば研削部分に噴射する冷却水を０℃以上、１０℃以下に保つ。この温度範囲は、冷却水の凍結温度以上で、且つ現実的な温度管理に際してのマージンを持たせたものである。
【００１７】
これら第１の半導体チップ１と第２の半導体チップ１１とを接合するために、図１（ｇ）に示すように、電極形成面どうし対面するように、図示しないボンダーの加熱ステージに一方を固定し、もう一方の裏面を加熱加圧ツールに接触させ、その後に、図１（ｈ）に示すように、突起電極３と突起電極１３とを位置合わせして互いに突合わせる。このとき第１の半導体チップ１と第２の半導体チップ１１とは常温に保持すればよく、加圧する必要もない。
【００１８】
次に、チップ温度を加熱加圧ツールと加熱ステージの温度コントロールにより制御して、固体状態の封止樹脂５，１５を液状化温度αまで昇温させ、液体化した封止樹脂５，１５を一体化させる。このとき加圧力は加えることなく、第１の半導体チップ１と第２の半導体チップ１１との位置ずれが起こらないように保持する。
【００１９】
その後に、図１（ｉ）に示すように、一体化した封止樹脂５，１５を硬化温度βまで昇温させ、その硬化温度βを、封止樹脂５，１５が硬化し且つ突起電極３，１３の当接面に熱拡散による合金層２１が形成されるに必要な時間だけ保持する。封止樹脂５，１５の完全硬化に必要な時間の間に、突起電極３，１３の完全接合も果たすのである。２２は封樹脂止５，１５が一体に硬化した硬化物を示す。
【００２０】
以上のように本発明方法では、第１の半導体チップ１と第２の半導体チップ１１のそれぞれにおいて、突起電極３，１３と絶縁性の封止樹脂５，１５とを一様の高さに研削しておき、平坦になった突起電極３，１３どうし、封止樹脂５，１５どうしを当接させる。
【００２１】
このため、対面する第１の半導体チップ１と第２の半導体チップ１１とを位置ずれさせない程度の力と適切な温度を保てばよく、従来のように突起電極３，１３どうしを接触させる前に絶縁性樹脂を加熱する必要はないため、樹脂が凝集するに伴って突起電極間に噛み込まれることがなくなり、確実な電気的な接合が可能である。
【００２２】
また、封止樹脂５，１５は従来のように空隙を埋めるように流動する必要はないので、しかも双方の封止樹脂５，１５が全く同一成分であるため、液状化、硬化の過程で隙間なく完全に一体化することになり、上記したように第１の半導体チップ１、第２の半導体チップ１１に別々に塗布しても液状化（溶融）や硬化が別温度で起こることがなく、ボイドとなる隙間を生じるなどのデメリットはない。
【００２３】
封止樹脂５，１５は常温で固体を保つものであるため、突起電極３，１３の頭頂部と同時に研削する際にカッターなどの研削器具との間に生じる摩擦や抵抗によって剥離が生じる恐れがあるが、上記したように封止樹脂５，１５の温度を低温に保つことで剥離を最も効果的に抑えることができる。よって、剥離に起因する最終完成品でのボイドを抑えることができる。
【００２４】
これらの結果、最終的な半導体装置の信頼性を向上できる。
なお、上記した実施形態では、２個の半導体チップを互いの突起電極どうし対面させて接合させたが、１個の半導体チップに対して２個あるいはそれ以上の半導体チップを接合させたり、１個あるいは複数個の半導体チップを突起電極を形成した配線基板上に接合させるフリップチップボンディングも同様にして実施できる。複数個の半導体チップと複数個の半導体チップを接合させ（ウエハ対ウエハ接合）、後で分割する工法も可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明にかかる接合方法は、半導体チップを接合対象物に対して突起電極どうし対面させて接合し、互いの電極形成面間を絶縁性封止樹脂で封止する全てのフリップチップ型半導体装置の製造に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態における半導体装置の製造方法を示す工程断面図
【図２】従来の半導体装置の製造方法を示す工程断面図
【符号の説明】
【００２７】
１：第１の半導体チップ
３：突起電極
５：封止樹脂
11：第２の半導体チップ
13：突起電極
15：封止樹脂
21：合金層
22：一体化した封止樹脂
【図１】
2006332141.tif 000003
【図２】
2006332141.tif 000004