(57)【要約】【課題】フリップチップ接合する際の、超音波振動により生じる回転力を抑制できる半導体装置を提供すること。【解決手段】本発明に係る半導体装置１は、一方の面に第一電極端子３が配された半導体基板２と、前記第一電極端子上に配されたバンプ４と、前記半導体基板の一方の面にあって、前記第一電極端子の周囲に配され、略同一の高さを有する複数の樹脂ポスト５と、を少なくとも備えることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の面に第一電極端子が配された半導体基板と、
前記第一電極端子上に配されたバンプと、
前記半導体基板の一方の面にあって、前記第一電極端子の周囲に配され、略同一の高さを有する複数の樹脂ポストと、を少なくとも備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記バンプは、Ａｕからなるスタッドバンプであ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】
一方の面に第一電極端子が配された半導体基板、前記第一電極端子上に配されたバンプ、及び、前記半導体基板の一方の面にあって、前記第一電極端子の周囲に配され、略同一の高さを有する複数の樹脂ポスト、を備える半導体装置と、
一方の面に第二電極端子が配された配線基板と、から構成され、
前記半導体装置と前記配線基板とは、前記樹脂ポスト、及び、前記第一電極端子と前記第二電極端子とを電気的に接続するバンプ、を介して接合されていることを特徴とする半導体モジュール。
【請求項４】
前記樹脂ポスト、並びに、前記第一電極端子及び／又は第二電極端子が埋設されるように、前記半導体装置と前記配線基板との間に配された封止部を、さらに備えていることを特徴とする請求項３に記載の半導体モジュール。
【請求項５】
半導体基板の一方の面に第一電極端子を形成する工程と、
前記第一電極端子上にバンプを形成する工程と、
前記半導体基板の一方の面にあって、前記第一電極端子の周囲に、略同一の高さを有する複数の樹脂ポストを形成する工程と、
配線基板の一方の面に第二電極端子を形成する工程と、
前記半導体基板上の前記バンプと、前記配線基板上の前記第二電極端子とをフリップチップ接合する工程と、
を少なくとも有することを特徴とする半導体モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置、半導体モジュールおよびその製造方法に係る。より詳細には、半導体チップと配線基板の間隔を一定にする接合を備え、その接合時に生じる応力の緩和が求められる、半導体装置、半導体モジュールおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
情報通信機器等の小型、軽量化が進展するにしたがい、配線基板への半導体チップの実装に開しても、高密度化、小型化、薄型化の要求が大きくなっている。そのような実装の要求に応えるために、半導体チップの回路面を配線基板側に向けて、半導体チップの回路面上の電極端子上に形成されたバンプを、配線基板上の半導体チップ実装部にある配線パターンの電極端子に押し当てた状態で、熱や超音波を加えて圧着する、いわゆるフリップチップ接合が広く用いられている。
【０００３】
プリップチップ接合においては、半導体チップと配線基板の間で正常な信号が伝達するために、両者の対応する各電極端子同士がバンプにより電気的に接続されていることが必要である。例えば、半導体チップの回路面が、配線基板の配線面に対して傾いて接合された場合、バンプが配線基板の電極端子に接触せずオープンになる箇所や、隣接するバンプ同士が接触しショートする箇所が発生する虞がある。
【０００４】
フリップチップ接合における、半導体チップの接合面の傾きを解消する特許として、例えば、特許文献１が開示されている。この特許においては、配線基板上の半導体チップ実装部の中心に突起物を形成し、それを利用して、半導体チップの接合面を配線基板面と平行にして、フリップチップ接合を行うというものである。
【０００５】
しかしながら、特許文献１で示されている手法では、半導体チップの実装部の中心に突起物が存在するため、この手法を適用できる半導体チップは、バンプがチップの周辺部に配置された半導体チップに限定されてしまう。
【０００６】
また、近年、生産性やコストの面で優れていることから、超音波によるフリップチップ接合が多用されているが、例えば、バンプがチップ面内に不均一に配置された半導体チップを、超音波により配線基板にフリップチップ接合する場合、半導体チップが均等に振動しなくなり、超音波による水平振動により半導体チップに回転力が発生する。その結果、バンプが横方向に不均一に変形し、電気的不良が発生する、また、半導体チップが所定の実装位置からずれる、等の問題点が生じる。特許文献１で開示されている手法では、突起物が中心の１点のみで支えるため、これらの問題を回避することはできない。
【特許文献１】特開平６-３１０５６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような従来の実情に鑑みて考案されたものであり、フリップチップ接合する際の、超音波振動により生じる回転力を抑制できる半導体装置を提供することを第一の目的とする。
また、本発明は、バンプの横方向の不均一な変形や、半導体装置の実装位置からのずれが防止され、各バンプにおいて均一に接合され、電気的な接続不良や位置ずれがなく信頼性が向上した半導体モジュールを提供することを第二の目的とする。
また、本発明は、フリップチップ接合時の、超音波振動により生じる半導体装置の回転力を抑制し、バンプの横方向の不均一な変形や、半導体チップの実装位置からのずれを防ぐとともに、各バンプにおいて均一に接合することができる半導体モジュールの製造方法を提供することを第三の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の請求項１に記載の半導体装置は、一方の面に第一電極端子が配された半導体基板と、前記第一電極端子上に配されたバンプと、前記半導体基板の一方の面にあって、前記第一電極端子の周囲に配され、略同一の高さを有する複数の樹脂ポストと、を少なくとも備えることを特徴とする。
本発明の請求項２に記載の半導体装置は、請求項１において、前記バンプは、Ａｕからなるスタッドバンプであることを特徴とする。
本発明の請求項３に記載の半導体モジュールは、一方の面に第一電極端子が配された半導体基板、前記第一電極端子上に配されたバンプ、及び、前記半導体基板の一方の面にあって、前記第一電極端子の周囲に配され、略同一の高さを有する複数の樹脂ポスト、を備える半導体装置と、一方の面に第二電極端子が配された配線基板と、から構成され、前記半導体装置と前記配線基板とは、前記樹脂ポスト、及び、前記第一電極端子と前記第二電極端子とを電気的に接続するバンプ、を介して接合されていることを特徴とする。
本発明の請求項４に記載の半導体モジュールは、請求項３において、前記樹脂ポスト、並びに、前記第一電極端子及び／又は第二電極端子が埋設されるように、前記半導体装置と前記配線基板との間に配された封止部を、さらに備えていることを特徴とする。
本発明の請求項５に記載の半導体モジュールの製造方法は、半導体基板の一方の面に第一電極端子を形成する工程と、前記第一電極端子上にバンプを形成する工程と、前記半導体基板の一方の面にあって、前記第一電極端子の周囲に、略同一の高さを有する複数の樹脂ポストを形成する工程と、配線基板の一方の面に第二電極端子を形成する工程と、前記半導体基板上の前記バンプと、前記配線基板上の前記第二電極端子とをフリップチップ接合する工程と、を少なくとも有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明では、第一電極端子上にバンプを配するとともに、第一電極端子の周囲に、略同一の高さを有する複数の樹脂ポストを配することで、フリップチップ接合する際の、超音波振動により生じる回転力を抑制できる半導体装置を提供することができる。
また、本発明では、前記半導体装置を備えることで、バンプの横方向の不均一な変形や、半導体装置の実装位置からのずれが防止されるとともに、各バンプにおいて均一に接合され、電気的な接続不良や位置ずれがなく、信頼性が向上した半導体モジュールを提供することができる。
また、本発明では、半導体装置の第一電極端子上にバンプを形成するとともに、第一電極端子の周囲に、略同一の高さを有する複数の樹脂ポストを形成することで、フリップチップ接合時の、超音波振動により半導体装置に生じる回転力を抑制することができる。これにより、バンプの横方向の不均一な変形や、半導体装置の実装位置からのずれを防ぐとともに、各バンプにおいて均一に接合することができる半導体モジュールの製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明に係る半導体装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１１】
図１は、本発明の半導体装置の一例を示す断面図であり、図２は、本発明の半導体モジュールの一例を示す断面図である。
本発明の半導体装置１は、一方の面に第一電極端子３が配された半導体基板２と、前記第一電極端子３上に配されたバンプ４と、前記半導体基板２の一方の面にあって、前記第一電極端子３の周囲に配され、略同一の高さを有する複数の樹脂ポスト５と、を少なくとも備えることを特徴とする。
【００１２】
本発明では、第一電極端子３上にバンプ４を配するとともに、第一電極端子３の周囲に、略同一の高さを有する複数の樹脂ポスト５を配することで、該半導体装置１を配線基板１１にフリップチップ接合する際の、超音波振動により生じる回転力を抑制することができる。このような半導体装置１では、該半導体装置１を配線基板１１に実装する際に、半導体装置１と配線基板１１とを水平に接合させることができ、電気的な接続不良や位置ずれのない実装を確保することができる。
【００１３】
そして、本発明の半導体モジュール１０Ａ（１０）は、図２（ａ）に示すように、前記半導体装置１と、一方の面に第二電極端子１２が配された配線基板１１と、から構成され、図２（ｂ）に示すように、前記半導体装置１と前記配線基板１１とは、前記樹脂ポスト５、及び、前記第一電極端子３と前記第二電極端子１２とを電気的に接続するバンプ４、を介して接合されていることを特徴とする。
接合面に均一に配置された複数の樹脂ポスト５により、超音波による振動が接合面内において均一になるため、半導体装置１に生じる回転力を抑制することができる。これにより、バンプ４の横方向の不均一な変形による電気的不良や、半導体装置１の実装位置からのずれを防ぐことができる。
【００１４】
また、フリップチップ接合において、樹脂ポスト５の存在により、半導体装置１と配線基板１１の間隔が接合面内で一定になるため、各バンプ４において均一に接合することができる。これにより、半導体装置１と配線基板１１とを水平に接合させることができる。これにより、電気的な接続不良や位置ずれがなく、信頼性が向上した半導体モジュール１０を得ることができる。
【００１５】
また、樹脂ポスト５を使用しているため、半導体装置１と配線基板１１のフリップチップ接合時の応力を緩和することができる。
なお、樹脂ポスト５はバンプ４とバンプ４の間に設置することから、バンプ４がチップ周辺部に配置された半導体装置１のみならず、グリッドアレイ状に配列された半導体装置１に対しても適用することが可能である。
【００１６】
半導体基板２は、シリコンウエハ等の半導体ウエハの他に、各種半導体素子やＩＣ、誘導素子等を形成した半導体ウエハや、半導体ウエハをチップ寸法に切断（ダイシング）した半導体チップであってもよい。
【００１７】
第一電極端子３は、半導体基板２上に配された電子部品（図示略）に電気的に接続される電極である。この第一電極端子３は、例えば、アルミニウム、銅、クロム、チタン、金、チタン−タングステン合金等の導電性を有する金属により構成されている。
【００１８】
バンプ４は、半導体装置１の回路と配線基板１１の回路とを電気的に接続する役割を持つ。バンプ４は、Ａｕからなるスタッドバンプであることが好ましい。これにより、狭ピッチ化が可能となる。
【００１９】
樹脂ポスト５は、前記第一電極端子３の周囲の所定位置に形成された略円錐台状の絶縁性の樹脂で、例えば、ポリイミド系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコン系樹脂（シリコーン）、ノボラック樹脂等の絶縁性樹脂により構成され、特に、ポジ型あるいはネガ型の感光性樹脂からなるのが好ましい。この樹脂ポスト５の形状は、例えば、高さが１０〜１００μｍ、直径が５０〜５００μｍである。
【００２０】
樹脂ポスト５は、バンプ４とバンプ４の間に配され、バンプ４の有無に関わらず半導体装置１の一方の面内に均一に配置される。樹脂ポスト５は、ポリイミド等の感光性樹脂を塗布し、フオトリソグラフィにより形成することができる。樹脂ポスト５の高さは、バンプ４が縦方向に適度につぶれて、半導体装置１側の第一電極端子３と、配線基板１１側の第二電極端子１２との間の電気的接合が得られるように適切な高さに揃えてある。
本発明においては、複数の樹脂ポスト５を形成する際に、各々の樹脂ポストが略同一の高さを有する形態が好適である。具体的には、各々の樹脂ポストの高さのばらつきが、±２μｍ以内に収まるような構成が好ましい。
【００２１】
複数の樹脂ポスト５を形成することにより、図２（ｂ）に示すように、フリップチップ接合した際に、半導体装置１と配線基板１１の間隔が接合面内で一定になり、各バンプ４において均一な接合を得ることができる。また、チップ面内に均一に樹脂ポスト５が配置されているため、バンプ４が不均一に配置された半導体装置においても、フリップチップ接合時の超音波による回転力の発生を抑制し、バンプ４の横方向の不均一な変形、および半導体基板の実装位置のずれを防ぐことができる。
なお、樹脂ポスト５は、配線基板１１側に設けても良い。
【００２２】
配線基板１１は、例えばプリント配線基板１１等であり、その表面に銅配線による回路、およびバンプ４を介して半導体装置１側の第一電極端子３と電気的に接合する第二電極端子１２を備えている。
【００２３】
また、図３に示す半導体モジュール１０Ｂ（１０）のように、前記樹脂ポスト５、並びに、前記第一電極端子３及び／又は第二電極端子１２が埋設されるように、前記半導体装置１と前記配線基板１１との間に配された封止樹脂層１５（封止部）を、さらに備えていることが好ましい。封止部を設けることで、前記第一電極端子３及び／又は第二電極端子１２を保護することができる。
封止樹脂層１５は、例えば、エポキシ樹脂からなるアンダーフィル剤を、フリップチップ接合後の半導体装置と配線基板との隙間に流し込み、加熱硬化して形成する。
【００２４】
次に、このような半導体モジュール１０の製造方法について説明する。
そして、本発明の半導体モジュールの製造方法は、半導体基板２の一方の面に第一電極端子３を形成する工程と、前記第一電極端子３上にバンプ４を形成する工程と、前記半導体基板２の一方の面にあって、前記第一電極端子３の周囲に、略同一の高さを有する複数の樹脂ポスト５を形成する工程と、配線基板１１の一方の面に第二電極端子１２を形成する工程と、前記半導体基板２上の前記バンプ４と、前記配線基板１１上の前記第二電極端子１２とをフリップチップ接合する工程と、を少なくとも有することを特徴とする。
以下、各工程について説明する。
【００２５】
まず、半導体基板２の一方の面に第一電極端子３を形成する。
半導体基板２の一方の面上に、真空蒸着法やスパッタ法等により、例えば、アルミニウム、銅、クロム、チタン、金、チタン−タングステン合金等の導電性を有する金属膜を成膜し、次いで、この金属膜をパターニングすることで、半導体基板２の所定位置に所定の形状の第一電極端子３を形成する。
【００２６】
次に、第一電極端子３上にバンプ４を形成する。
ワイヤボンディング装置を用いてＡｕからなるスタッドバンプを形成する。形成方法は、Ａｕワイヤの先端を放電溶融させてボールを形成し、これを半導体基板２上の第一電極端子３に接合させ、ワイヤを切断する。その後、接合条件によってはバンプ高さをそろえるためのレベリングを行う。
【００２７】
次に、前記半導体基板２の一方の面にあって、前記第一電極端子３の周囲に、略同一の高さを有する複数の樹脂ポスト５を形成する。
スピンコート法、キャスティング法、ディスペンス法等により、第一電極端子３及び半導体基板２の全面に感光性の液状樹脂を塗布・乾燥して樹脂層を形成し、この樹脂層をフォトリソグラフィ技術を用いてパターニングすることで、図１に示すように、平坦な頂部を備える円錐台状の樹脂ポスト５を形成する。
【００２８】
次に、配線基板１１の一方の面に第二電極端子１２を形成する。
配線基板１１上に、真空蒸着法やスパッタ法等により導電性を有する金属膜を成膜し、次いで、この金属膜をパターニングすることで、配線基板１１上の所定位置に所定の形状の第二電極端子１２を形成する。
【００２９】
そして、前記半導体基板２上の前記バンプ４と、前記配線基板１１上の前記第二電極端子１２とをフリップチップ接合する。
半導体基板２の接合面を配線基板１１側に向けて、半導体基板２の接合面上の第一電極端子３上に形成されたバンプ４を、配線基板１１上の第二電極端子１２に押し当てた状態で、熱や超音波を加えて圧着する。
【００３０】
そして本発明では、フリップチップ接合において、接合面に均一に配置された複数の樹脂ポスト５により、超音波による振動が接合面内において均一になるため、半導体装置１に生じる回転力を抑制することができる。これにより、バンプ４の横方向の不均一な変形による電気的不良や、半導体装置１の実装位置からのずれを防ぐことができる。
【００３１】
また、フリップチップ接合において、樹脂ポスト５の存在により、半導体装置１と配線基板１１の間隔が接合面内で一定になるため、各バンプ４において均一に接合することができる。これにより、半導体装置１と配線基板１１とを水平に接合させることがでる。
また、樹脂ポスト５を使用しているため、半導体装置１と配線基板１１のフリップチップ接合時の応力を緩和することができる。
以上のようにして、電気的な接続不良や位置ずれがなく、信頼性が向上した半導体モジュール１０を得ることができる。
【００３２】
以上、本発明の半導体装置、半導体モジュールおよびその製造方法について説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、半導体チップ面内に均一に配置された樹脂ポストによる高信頼性のフリップチップ接合を備えた、各種半導体装置、半導体モジュールおよびその製造方法に適用可能である。例えば、バンプがグリッドアレイ状に配列された半導体チップにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の半導体装置の一例を示す概略断面図である。
【図２】本発明の半導体モジュールの一例を示す概略断面図である。
【図３】本発明の半導体モジュールの一例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  半導体装置、２  半導体基板、  ３  第一電極端子、  ４  バンプ、  ５  樹脂ポスト、  １０  半導体モジュール、  １１  配線基板、  １２  第二電極端子  １５  封止樹脂層。
【図１】
2008177404.tif 000003
【図２】
2008177404.tif 000004
【図３】
2008177404.tif 000005