(57)【要約】【課題】ＣＯＣ接続した半導体装置において、ＣＯＣ接続時の大きな加圧力のために、高価な設備が必要で、半導体チップの小型化、狭パッドピッチ化に制約があった。【解決手段】２つの半導体チップ１、５の突起電極３、７の間に、球状樹脂のコア１０にはんだ被膜１１を施した導電性微粒子９を１個ずつ介し、導電性微粒子９のはんだ被膜１１が溶融する温度で低加圧力にて、２つの半導体チップ１、５の突起電極３、７と導電性微粒子９のはんだ被膜１１とを金属拡散接合するので、剛性の低い安価な設備が使用でき、また電極パッド２、６の直下に回路素子を置き、半導体チップ１、５の小型化設計ができ、狭パッドピッチでも応力緩和できるＣＯＣ構造の半導体装置の低コスト化を実現することができる。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一主面上に複数の第１の電極パッドを有し、前記第１の電極パッド上に第１の突起電極が形成された第１の半導体チップと、少なくとも一主面上に各々前記第１の半導体チップの第１の電極パッドと対応する複数の第２の電極パッドを有し、前記第２の電極パッド上に第２の突起電極が形成された第２の半導体チップとを、前記第１の突起電極が形成された第１の半導体チップの主面側に対して、前記第２の突起電極が形成された第２の半導体チップの主面を対向させて配置し、前記第１の半導体チップの第１の突起電極と前記第２の半導体チップの第２の突起電極とを導電性微粒子を介して接続した半導体装置であって、
前記導電性微粒子は、球状樹脂のコアにはんだ被膜を施した構成であり、前記第１の半導体チップに形成された第１の突起電極と前記第２の半導体チップの第２の突起電極との間に各々１個ずつ配置され、
前記第１の半導体チップの第１の突起電極および前記第２の半導体チップの第２の突起電極と前記導電性微粒子のはんだ被膜とが接合されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
導電性微粒子は、直径が２０［μｍ］〜２００［μｍ］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】
第１の半導体チップに形成された第１の突起電極のサイズは、前記第１の突起電極上に各々１個ずつ配置される導電性微粒子の直径に対し１．０［倍］〜２．０［倍］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４】
導電性微粒子のはんだ被膜は、錫、鉛、銀、銅および亜鉛のうちの少なくとも２つを含む合金で構成されてい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５】
第１の半導体チップの第１の突起電極および第２の半導体チップの第２の突起電極は、ニッケル、金、パラジウム、チタンおよびタングステンのうちの少なくとも１つの金属、またはチタンとタングステンの合金で構成されてい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６】
第１の半導体チップに形成された第１の突起電極と第２の半導体チップの第２の突起電極の間に介在されている導電性微粒子は、前記導電性微粒子の粒径の０［％］〜３０［％］潰れてい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７】
第１の半導体チップと第２の半導体チップの間に絶縁性樹脂が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項６のうちいずれかに記載の半導体装置。
【請求項８】
第１の半導体チップ、第２の半導体チップ、および前記第１の半導体チップと前記第２の半導体チップの間に形成された絶縁性樹脂の外囲が封止樹脂で封止されたことを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
【請求項９】
少なくとも一主面上に複数の第１の電極パッドを有し、前記第１の電極パッド上に第１の突起電極が形成された第１の半導体チップと、少なくとも一主面上に各々前記第１の半導体チップの第１の電極パッドと対応する複数の第２の電極パッドを有し、前記第２の電極パッド上に第２の突起電極が形成された第２の半導体チップとを、前記第１の突起電極が形成された第１の半導体チップの主面側に対して、前記第２の突起電極が形成された第２の半導体チップの主面を対向させて配置し、前記第１の半導体チップの第１の突起電極と前記第２の半導体チップの第２の突起電極とを導電性微粒子を介して接続した半導体装置であって、
前記導電性微粒子は、球状樹脂のコアに金属被膜を施した構成であり、前記第１の半導体チップに形成された第１の突起電極と前記第２の半導体チップの第２の突起電極との間に各々１個ずつ配置され、
前記第１の半導体チップの第１の突起電極および前記第２の半導体チップの第２の突起電極はそれぞれ少なくとも表面にはんだ層を有し、前記第１の突起電極および前記第２の突起電極と前記導電性微粒子の金属被膜とが接合されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項１０】
導電性微粒子は、直径が１０［μｍ］〜４０［μｍ］であることを特徴とする請求項９に記載の半導体装置。
【請求項１１】
第１の半導体チップに形成された第１の突起電極のサイズは、前記第１の突起電極上に各々１個ずつ配置される導電性微粒子の直径に対し１．０［倍］〜２．０［倍］であることを特徴とする請求項９に記載の半導体装置。
【請求項１２】
導電性微粒子の金属被膜は、ニッケル、金、パラジウム、チタンおよびタングステンのうちの少なくとも１つの金属、またはチタンとタングステンの合金で構成されていることを特徴とする請求項９に記載の半導体装置。
【請求項１３】
第１の半導体チップの第１の突起電極および第２の半導体チップの第２の突起電極のはんだ層は、錫、鉛、銀、銅および亜鉛のうちの少なくとも２つを含む合金で構成されていることを特徴とする請求項９に記載の半導体装置。
【請求項１４】
第１の半導体チップに形成された第１の突起電極と第２の半導体チップの第２の突起電極の間に介在されている導電性微粒子は、前記導電性微粒子の粒径の０［％］〜３０［％］潰れていることを特徴とする請求項９に記載の半導体装置。
【請求項１５】
第１の半導体チップと第２の半導体チップの間に絶縁性樹脂が形成されていることを特徴とする請求項９から請求項１４のうちいずれかに記載の半導体装置。
【請求項１６】
第１の半導体チップ、第２の半導体チップ、および前記第１の半導体チップと前記第２の半導体チップの間に形成された絶縁樹脂の外囲が封止樹脂で封止されたことを特徴とする請求項１５に記載の半導体装置。
【請求項１７】
少なくとも一主面上に複数の第１の電極パッドを有し、前記第１の電極パッド上に第１の突起電極が形成された第１の半導体チップと、少なくとも一主面上に各々前記第１の半導体チップの第１の電極パッドと対応する複数の第２の電極パッドを有し、前記第２の電極パッド上に第２の突起電極が形成された第２の半導体チップとを積層してなる半導体装置の製造方法であって、
前記第１の半導体チップに形成された複数の第１の突起電極上に、球状樹脂のコアにはんだ被膜を施した導電性微粒子を各々１個ずつ搭載する工程と、
前記第１の突起電極が形成された第１の半導体チップの主面側に対して、前記第２の突起電極が形成された第２の半導体チップの主面を対向させて、前記第１の半導体チップの第１の突起電極上に搭載された前記導電性微粒子と前記第２の半導体チップの第２の突起電極とを接触させる工程と、
前記第１の半導体チップと前記第２の半導体チップ間で前記導電性微粒子を押しつぶす方向に加圧するとともに前記導電性微粒子のはんだ被膜を溶融させることにより、前記第１の半導体チップの第１の突起電極および前記第２の半導体チップの第２の突起電極と前記導電性微粒子のはんだ被膜とを接合する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
第１の半導体チップに形成された第１の突起電極上に各々１個ずつ搭載する導電性微粒子は、直径が２０［μｍ］〜２００［μｍ］であることを特徴とする請求項１７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
第１の半導体チップに形成された第１の突起電極のサイズは、第１の半導体チップに形成された第１の突起電極上に各々１個ずつ搭載する導電性微粒子の直径に対し１．０［倍］〜２．０［倍］であることを特徴とする請求項１７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２０】
第１の半導体チップに形成された第１の突起電極上に各々１個ずつ搭載する導電性微粒子のはんだ被膜は、錫、鉛、銀、銅および亜鉛のうちの少なくとも２つを含む合金で構成されていることを特徴とする請求項１７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２１】
第１の半導体チップの第１の突起電極および第２の半導体チップの第２の突起電極は、ニッケル、金、パラジウム、チタンおよびタングステンのうちの少なくとも１つの金属、またはチタンとタングステンの合金で構成されていることを特徴とする請求項１７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２２】
第１の半導体チップの第１の突起電極および第２の半導体チップの第２の突起電極と導電性微粒子のはんだ被膜とを接合する工程の後に、
前記第１の半導体チップと前記第２の半導体チップの間に絶縁性樹脂を供給する工程を有することを特徴とする請求項１７から請求項２１のうちいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２３】
第１の半導体チップと第２の半導体チップの間に絶縁性樹脂を供給する工程の後に、
前記第１の半導体チップ、前記第２の半導体チップ、および前記第１の半導体チップと前記第２の半導体チップの間の絶縁性樹脂の外囲を封止樹脂で封止する工程を有することを特徴とする請求項２２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２４】
少なくとも一主面上に複数の第１の電極パッドを有し、前記第１の電極パッド上に第１の突起電極が形成された第１の半導体チップと、少なくとも一主面上に各々前記第１の半導体チップの第１の電極パッドと対応する複数の第２の電極パッドを有し、前記第２の電極パッド上に第２の突起電極が形成された第２の半導体チップとを積層してなる半導体装置の製造方法であって、
前記第１の半導体チップの複数の第１の電極パッドの各々の上に、少なくとも表面にはんだ層を有する前記第１の突起電極を形成する工程と、
前記第２の半導体チップの複数の第２の電極パッドの各々の上に、少なくとも表面にはんだ層を有する前記第２の突起電極を形成する工程と、
前記第１の半導体チップに形成された複数の第１の突起電極上に、球状樹脂のコアに金属被膜を施した導電性微粒子を各々１個ずつ搭載する工程と、
前記第１の突起電極が形成された第１の半導体チップの主面側に対して、前記第２の突起電極が形成された第２の半導体チップの主面を対向させて、前記第１の半導体チップの第１の突起電極上に搭載された前記導電性微粒子と前記第２の半導体チップの第２の突起電極とを接触させる工程と、
前記第１の半導体チップと前記第２の半導体チップ間で前記導電性微粒子を押しつぶす方向に加圧するとともに前記第１の半導体チップの第１の突起電極のはんだ層および前記第２の半導体チップの第２の突起電極のはんだ層を溶融させることにより、前記第１の半導体チップの第１の突起電極および前記第２の半導体チップの第２の突起電極と前記導電性微粒子の金属被膜とを接合する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２５】
第１の半導体チップに形成された第１の突起電極上に各々１個ずつ搭載する導電性微粒子は、直径が１０［μｍ］〜４０［μｍ］であることを特徴とする請求項２４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２６】
第１の半導体チップに形成された第１の突起電極のサイズは、第１の半導体チップに形成された第１の突起電極上に各々１個ずつ搭載する導電性微粒子の直径に対し１．０［倍］〜２．０［倍］であることを特徴とする請求項２４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２７】
第１の半導体チップに形成された第１の突起電極上に各々１個ずつ搭載する導電性微粒子の金属被膜は、ニッケル、金、パラジウム、チタンおよびタングステンのうちの少なくとも１つの金属、またはチタンとタングステンの合金で構成されていることを特徴とする請求項２４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２８】
第１の半導体チップの第１の突起電極および第２の半導体チップの第２の突起電極の各々のはんだ層は、錫、鉛、銀、銅および亜鉛のうちの少なくとも２つを含む合金で構成されていることを特徴とする請求項２４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２９】
第１の半導体チップの第１の突起電極および第２の半導体チップの第２の突起電極と導電性微粒子の金属被膜とを接合する工程の後に、
前記第１の半導体チップと前記第２の半導体チップの間に絶縁性樹脂を供給する工程を有することを特徴とする請求項２４から請求項２８のうちいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３０】
第１の半導体チップと第２の半導体チップの間に絶縁性樹脂を供給する工程の後に、
前記第１の半導体チップ、前記第２の半導体チップ、および前記第１の半導体チップと前記第２の半導体チップの間の絶縁性樹脂の外囲を封止樹脂で封止する工程を有することを特徴とする請求項２９に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主面上に半導体集積回路素子がそれぞれ形成された第１の半導体チップと第２の半導体チップとがフリップチップボンディング方式により接続されてなるＣＯＣ（Ｃｈｉｐ　Ｏｎ　Ｃｈｉｐ）型の半導体装置およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体集積回路装置の低コスト化および小型・高密度化を図るため、例えば異なる機能を持つＬＳＩまたは異なるプロセスにより形成されたＬＳＩが形成された、第１の半導体チップと第２の半導体チップとがフリップチップボンディング方式により接続されてなるＣＯＣ型の半導体装置が提案されている。
【０００３】
以下、例えば２つの半導体チップがフリップチップボンディング方式により接続されてなる半導体装置およびその製造方法について図面を参照しながら説明する。
【０００４】
まず、異方性導電シート（ＡＣＦ）を用いた半導体装置の一例について、図８および図９を参照しながら説明する。図８（ａ）に示すように、半導体チップ１の電極パッド２の上には突起電極３を形成する。同様に、図８（ｃ）に示すように、半導体チップ５の電極パッド６の上には突起電極７を形成する。ここで、突起電極３および突起電極７は無電解メッキ法によりニッケルを形成し、さらにニッケルの酸化防止のためにニッケル上にさらにフラッシュ金を形成しておく。図８（ｂ）に示すように、半導体チップ１の上に異方性導電シート３１を適切な大きさに切断して置く。ここで、異方性導電シート３１の構成は、シート状樹脂３２の中に導電性微粒子が１０［％］〜２０［％］分散して入れてある。この樹脂３２の厚さは１５［μｍ］〜３０［μｍ］、導電性微粒子は粒径が５［μｍ］〜２０［μｍ］の球状樹脂製のコア３３の表面に金属被膜３４を施してある。金属被膜３４は金メッキで約５０［ｎｍ］の厚さである。
【０００５】
次に図８（ｄ）に示すように、半導体チップ１と半導体チップ５を対向させ、突起電極２と突起電極７が重なるように位置合わせを行う。さらに図９（ａ）に示すように、ボンディングツール１９で加熱加圧を行うことにより、樹脂３２を追い出して、導電性微粒子の金属被膜３４が直接突起電極３および突起電極７に接触するとともに、樹脂３２が熱硬化する。この時、導電性微粒子のコア３３は、ボンディングツール１９の加圧力により押し潰され、１０［％］〜５０［％］変形している。このコア３３の変形回復力により、樹脂３２等からの熱膨張収縮応力を受けても、導電性微粒子の金属被膜３４と直接突起電極３および突起電極７との安定した接触を得ることが出来る。さらに、図９（ｂ）に示すように、既に樹脂３２により半導体チップ１と半導体チップ５が固定されているので、ボンディングツール１９の加圧を解除しても、導電性微粒子の金属被膜３４と直接突起電極３および突起電極７との接触は維持される。
【０００６】
なお、導電性微粒子については特許文献１にも示されている。
【０００７】
次に、２つの半導体チップがフリップチップボンディング方式によりはんだバンプを用いて接続されてなる半導体装置の一例について、図１０を参照しながら説明する。半導体チップ１の電極パッド２上にはんだバンプ３５が形成され、さらにはんだバンプ３５と半導体チップ５の電極パッド６が接続されている。はんだバンプ３５は、通常１５０［μｍ］〜３００［μｍ］の大きさで、樹脂８等からの熱膨張圧縮応力は、はんだバンプ３５自体の変形により緩和されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−９３３２９号公報（第２−５頁）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の半導体装置では、下記のような課題を有する。異方性導電シートを用いた例においては、導電性微粒子のコア３３の変形回復力により接続信頼性を確保しなければならない。そのために、導電性微粒子のコア３３は、３０［％］〜５０［％］と非常に大きな潰れ量が必要になる。これによりボンディングツール１９での加圧力も大きくなるため、剛性の高い高価な設備が必要になりコスト高になる課題がある。また、半導体チップの小型化のために、電極パッド２の直下に回路素子を置いた場合、ボンディングツール１９の加圧力により回路の特性が変化して性能を満たさない課題もある。
【００１０】
一方、はんだバンプを用いた例においては、はんだバンプ３５自体の変形により接続信頼性を確保しなければならない。そのために、はんだバンプ３５は高アスペクト比の形状にして、応力緩和の効果を高める必要がある。これにより、電極パッドの狭パッドピッチ化に制約を受ける課題がある。また、はんだバンプ３５の寸法精度を高める必要がある等、バンピングがコスト高になる課題がある。
【００１１】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、主面上に半導体集積回路素子がそれぞれ形成された第１の半導体チップと第２の半導体チップとがフリップチップボンディング方式により接続されてなる半導体装置およびその製造方法であって、第１の半導体チップと第２の半導体チップとの接合において、剛性の低い安価な設備が使用でき、また電極パッドの直下に回路素子を置き、半導体チップの小型化設計ができ、狭パッドピッチで、低コストな半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の半導体装置は、少なくとも一主面上に複数の第１の電極パッドを有し、第１の電極パッド上に第１の突起電極が形成された第１の半導体チップと、少なくとも一主面上に各々第１の半導体チップの第１の電極パッドと対応する複数の第２の電極パッドを有し、第２の電極パッド上に第２の突起電極が形成された第２の半導体チップとを、第１の突起電極が形成された第１の半導体チップの主面側に対して、第２の突起電極が形成された第２の半導体チップの主面を対向させて配置し、第１の半導体チップの第１の突起電極と第２の半導体チップの第２の突起電極とを導電性微粒子を介して接続した半導体装置であって、導電性微粒子は、球状樹脂のコアにはんだ被膜を施した構成であり、第１の半導体チップに形成された第１の突起電極と第２の半導体チップの第２の突起電極との間に各々１個ずつ配置され、第１の半導体チップの第１の突起電極および第２の半導体チップの第２の突起電極と導電性微粒子のはんだ被膜とが接合されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載の半導体装置は、請求項１に記載の半導体装置において、導電性微粒子は、直径が２０［μｍ］〜２００［μｍ］であることを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載の半導体装置は、請求項１に記載の半導体装置において、第１の半導体チップに形成された第１の突起電極のサイズは、第１の突起電極上に各々１個ずつ配置される導電性微粒子の直径に対し１．０［倍］〜２．０［倍］であることを特徴とする。
【００１５】
請求項４に記載の半導体装置は、請求項１に記載の半導体装置において、導電性微粒子のはんだ被膜は、錫、鉛、銀、銅および亜鉛のうちの少なくとも２つを含む合金で構成されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項５に記載の半導体装置は、請求項１に記載の半導体装置において、第１の半導体チップの第１の突起電極および第２の半導体チップの第２の突起電極は、ニッケル、金、パラジウム、チタンおよびタングステンのうちの少なくとも１つの金属、またはチタンとタングステンの合金で構成されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項６に記載の半導体装置は、請求項１に記載の半導体装置において、第１の半導体チップに形成された第１の突起電極と第２の半導体チップの第２の突起電極の間に介在されている導電性微粒子は、導電性微粒子の粒径の０［％］〜３０［％］潰れていることを特徴とする。
【００１８】
請求項７に記載の半導体装置は、請求項１から請求項６のうちいずれかに記載の半導体装置において、第１の半導体チップと第２の半導体チップの間に絶縁性樹脂が形成されていることを特徴とする。
【００１９】
請求項８に記載の半導体装置は、請求項７に記載の半導体装置において、第１の半導体チップ、第２の半導体チップ、および第１の半導体チップと第２の半導体チップの間に形成された絶縁性樹脂の外囲が封止樹脂で封止されたことを特徴とする。
【００２０】
上記請求項１〜８に記載の半導体装置の構成によれば、２つの半導体チップの突起電極の間に、球状樹脂のコアにはんだ被膜を施した導電性微粒子が１個ずつ配置され、２つの半導体チップの突起電極と導電性微粒子のはんだ被膜とが接合されており、この接合は導電性微粒子のはんだ被膜が溶融する温度で低加圧力にて実施できるので、剛性の低い安価な設備が使用でき、また電極パッドの直下に回路素子を置き、半導体チップの小型化設計ができ、狭パッドピッチでも応力緩和できるＣＯＣ構造の半導体装置の低コスト化を図ることができる。
【００２１】
また、請求項９に記載の半導体装置は、少なくとも一主面上に複数の第１の電極パッドを有し、第１の電極パッド上に第１の突起電極が形成された第１の半導体チップと、少なくとも一主面上に各々第１の半導体チップの第１の電極パッドと対応する複数の第２の電極パッドを有し、第２の電極パッド上に第２の突起電極が形成された第２の半導体チップとを、第１の突起電極が形成された第１の半導体チップの主面側に対して、第２の突起電極が形成された第２の半導体チップの主面を対向させて配置し、第１の半導体チップの第１の突起電極と第２の半導体チップの第２の突起電極とを導電性微粒子を介して接続した半導体装置であって、導電性微粒子は、球状樹脂のコアに金属被膜を施した構成であり、第１の半導体チップに形成された第１の突起電極と第２の半導体チップの第２の突起電極との間に各々１個ずつ配置され、第１の半導体チップの第１の突起電極および第２の半導体チップの第２の突起電極はそれぞれ少なくとも表面にはんだ層を有し、第１の突起電極および第２の突起電極と導電性微粒子の金属被膜とが接合されていることを特徴とする。
【００２２】
請求項１０に記載の半導体装置は、請求項９に記載の半導体装置において、導電性微粒子は、直径が１０［μｍ］〜４０［μｍ］であることを特徴とする。
【００２３】
請求項１１に記載の半導体装置は、請求項９に記載の半導体装置において、第１の半導体チップに形成された第１の突起電極のサイズは、第１の突起電極上に各々１個ずつ配置される導電性微粒子の直径に対し１．０［倍］〜２．０［倍］であることを特徴とする。
【００２４】
請求項１２に記載の半導体装置は、請求項９に記載の半導体装置において、導電性微粒子の金属被膜は、ニッケル、金、パラジウム、チタンおよびタングステンのうちの少なくとも１つの金属、またはチタンとタングステンの合金で構成されていることを特徴とする。
【００２５】
請求項１３に記載の半導体装置は、請求項９に記載の半導体装置において、第１の半導体チップの第１の突起電極および第２の半導体チップの第２の突起電極のはんだ層は、錫、鉛、銀、銅および亜鉛のうちの少なくとも２つを含む合金で構成されていることを特徴とする。
【００２６】
請求項１４に記載の半導体装置は、請求項９に記載の半導体装置において、第１の半導体チップに形成された第１の突起電極と第２の半導体チップの第２の突起電極の間に介在されている導電性微粒子は、導電性微粒子の粒径の０［％］〜３０［％］潰れていることを特徴とする。
【００２７】
請求項１５に記載の半導体装置は、請求項９から請求項１４のうちいずれかに記載の半導体装置において、第１の半導体チップと第２の半導体チップの間に絶縁性樹脂が形成されていることを特徴とする。
【００２８】
請求項１６に記載の半導体装置は、請求項１５に記載の半導体装置において、第１の半導体チップ、第２の半導体チップ、および第１の半導体チップと第２の半導体チップの間に形成された絶縁樹脂の外囲が封止樹脂で封止されたことを特徴とする。
【００２９】
上記請求項９〜１６に記載の半導体装置の構成によれば、２つの半導体チップの突起電極の間に、球状樹脂のコアに金属被膜を施した導電性微粒子が１個ずつ配置され、２つの半導体チップの突起電極と導電性微粒子の金属被膜とが接合されており、この接合は２つの半導体チップの突起電極のはんだ層が溶融する温度で低加圧力にて実施できるので、剛性の低い安価な設備が使用でき、また電極パッドの直下に回路素子を置き、半導体チップの小型化設計ができ、狭パッドピッチでも応力緩和できるＣＯＣ構造の半導体装置の低コスト化を図ることができる。
【００３０】
また、請求項１７に記載の半導体装置の製造方法は、少なくとも一主面上に複数の第１の電極パッドを有し、第１の電極パッド上に第１の突起電極が形成された第１の半導体チップと、少なくとも一主面上に各々第１の半導体チップの第１の電極パッドと対応する複数の第２の電極パッドを有し、第２の電極パッド上に第２の突起電極が形成された第２の半導体チップとを積層してなる半導体装置の製造方法であって、第１の半導体チップに形成された複数の第１の突起電極上に、球状樹脂のコアにはんだ被膜を施した導電性微粒子を各々１個ずつ搭載する工程と、第１の突起電極が形成された第１の半導体チップの主面側に対して、第２の突起電極が形成された第２の半導体チップの主面を対向させて、第１の半導体チップの第１の突起電極上に搭載された導電性微粒子と第２の半導体チップの第２の突起電極とを接触させる工程と、第１の半導体チップと第２の半導体チップ間で導電性微粒子を押しつぶす方向に加圧するとともに導電性微粒子のはんだ被膜を溶融させることにより、第１の半導体チップの第１の突起電極および第２の半導体チップの第２の突起電極と導電性微粒子のはんだ被膜とを接合する工程とを含むことを特徴とする。
【００３１】
請求項１８に記載の半導体装置の製造方法は、請求項１７に記載の半導体装置の製造方法において、第１の半導体チップに形成された第１の突起電極上に各々１個ずつ搭載する導電性微粒子は、直径が２０［μｍ］〜２００［μｍ］であることを特徴とする。
【００３２】
請求項１９に記載の半導体装置の製造方法は、請求項１７に記載の半導体装置の製造方法において、第１の半導体チップに形成された第１の突起電極のサイズは、第１の半導体チップに形成された第１の突起電極上に各々１個ずつ搭載する導電性微粒子の直径に対し１．０［倍］〜２．０［倍］であることを特徴とする。
【００３３】
請求項２０に記載の半導体装置の製造方法は、請求項１７に記載の半導体装置の製造方法において、第１の半導体チップに形成された第１の突起電極上に各々１個ずつ搭載する導電性微粒子のはんだ被膜は、錫、鉛、銀、銅および亜鉛のうちの少なくとも２つを含む合金で構成されていることを特徴とする。
【００３４】
請求項２１に記載の半導体装置の製造方法は、請求項１７に記載の半導体装置の製造方法において、第１の半導体チップの第１の突起電極および第２の半導体チップの第２の突起電極は、ニッケル、金、パラジウム、チタンおよびタングステンのうちの少なくとも１つの金属、またはチタンとタングステンの合金で構成されていることを特徴とする。
【００３５】
請求項２２に記載の半導体装置の製造方法は、請求項１７から請求項２１のうちいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、第１の半導体チップの第１の突起電極および第２の半導体チップの第２の突起電極と導電性微粒子のはんだ被膜とを接合する工程の後に、第１の半導体チップと第２の半導体チップの間に絶縁性樹脂を供給する工程を有することを特徴とする。
【００３６】
請求項２３に記載の半導体装置の製造方法は、請求項２２に記載の半導体装置の製造方法において、第１の半導体チップと第２の半導体チップの間に絶縁性樹脂を供給する工程の後に、第１の半導体チップ、第２の半導体チップ、および第１の半導体チップと第２の半導体チップの間の絶縁性樹脂の外囲を封止樹脂で封止する工程を有することを特徴とする。
【００３７】
上記請求項１７〜２３に記載の半導体装置の製造方法によれば、２つの半導体チップの突起電極の間に、球状樹脂のコアにはんだ被膜を施した導電性微粒子を１個ずつ介し、導電性微粒子のはんだ被膜が溶融する温度で低加圧力にて、２つの半導体チップの突起電極と導電性微粒子のはんだ被膜とを接合するので、剛性の低い安価な設備が使用でき、また電極パッドの直下に回路素子を置き、半導体チップの小型化設計ができ、狭パッドピッチでも応力緩和できるＣＯＣ構造の半導体装置の低コスト化を実現することができる。
【００３８】
また、請求項２４に記載の半導体装置の製造方法は、少なくとも一主面上に複数の第１の電極パッドを有し、第１の電極パッド上に第１の突起電極が形成された第１の半導体チップと、少なくとも一主面上に各々第１の半導体チップの第１の電極パッドと対応する複数の第２の電極パッドを有し、第２の電極パッド上に第２の突起電極が形成された第２の半導体チップとを積層してなる半導体装置の製造方法であって、第１の半導体チップの複数の第１の電極パッドの各々の上に、少なくとも表面にはんだ層を有する第１の突起電極を形成する工程と、第２の半導体チップの複数の第２の電極パッドの各々の上に、少なくとも表面にはんだ層を有する第２の突起電極を形成する工程と、第１の半導体チップに形成された複数の第１の突起電極上に、球状樹脂のコアに金属被膜を施した導電性微粒子を各々１個ずつ搭載する工程と、第１の突起電極が形成された第１の半導体チップの主面側に対して、第２の突起電極が形成された第２の半導体チップの主面を対向させて、第１の半導体チップの第１の突起電極上に搭載された導電性微粒子と第２の半導体チップの第２の突起電極とを接触させる工程と、第１の半導体チップと第２の半導体チップ間で導電性微粒子を押しつぶす方向に加圧するとともに第１の半導体チップの第１の突起電極のはんだ層および第２の半導体チップの第２の突起電極のはんだ層を溶融させることにより、第１の半導体チップの第１の突起電極および第２の半導体チップの第２の突起電極と導電性微粒子の金属被膜とを接合する工程とを含むことを特徴とする。
【００３９】
請求項２５に記載の半導体装置の製造方法は、請求項２４に記載の半導体装置の製造方法において、第１の半導体チップに形成された第１の突起電極上に各々１個ずつ搭載する導電性微粒子は、直径が１０［μｍ］〜４０［μｍ］であることを特徴とする。
【００４０】
請求項２６に記載の半導体装置の製造方法は、請求項２４に記載の半導体装置の製造方法において、第１の半導体チップに形成された第１の突起電極のサイズは、第１の半導体チップに形成された第１の突起電極上に各々１個ずつ搭載する導電性微粒子の直径に対し１．０［倍］〜２．０［倍］であることを特徴とする。
【００４１】
請求項２７に記載の半導体装置の製造方法は、請求項２４に記載の半導体装置の製造方法において、第１の半導体チップに形成された第１の突起電極上に各々１個ずつ搭載する導電性微粒子の金属被膜は、ニッケル、金、パラジウム、チタンおよびタングステンのうちの少なくとも１つの金属、またはチタンとタングステンの合金で構成されていることを特徴とする。
【００４２】
請求項２８に記載の半導体装置の製造方法は、請求項２４に記載の半導体装置の製造方法において、第１の半導体チップの第１の突起電極および第２の半導体チップの第２の突起電極の各々のはんだ層は、錫、鉛、銀、銅および亜鉛のうちの少なくとも２つを含む合金で構成されていることを特徴とする。
【００４３】
請求項２９に記載の半導体装置の製造方法は、請求項２４から請求項２８のうちいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、第１の半導体チップの第１の突起電極および第２の半導体チップの第２の突起電極と導電性微粒子の金属被膜とを接合する工程の後に、第１の半導体チップと第２の半導体チップの間に絶縁性樹脂を供給する工程を有することを特徴とする。
【００４４】
請求項３０に記載の半導体装置の製造方法は、請求項２９に記載の半導体装置の製造方法において、第１の半導体チップと第２の半導体チップの間に絶縁性樹脂を供給する工程の後に、第１の半導体チップ、第２の半導体チップ、および第１の半導体チップと第２の半導体チップの間の絶縁性樹脂の外囲を封止樹脂で封止する工程を有することを特徴とする。
【００４５】
上記請求項２４〜３０に記載の半導体装置の製造方法によれば、２つの半導体チップの突起電極の間に、球状樹脂のコアに金属被膜を施した導電性微粒子を１個ずつ介し、２つの半導体チップの突起電極のはんだ層が溶融する温度で低加圧力にて、２つの半導体チップの突起電極と導電性微粒子の金属被膜とを接合するので、剛性の低い安価な設備が使用でき、また電極パッドの直下に回路素子を置き、半導体チップの小型化設計ができ、狭パッドピッチでも応力緩和できるＣＯＣ構造の半導体装置の低コスト化を実現することができる。
【００４６】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ本実施形態の半導体装置の一例を示す断面図である。
【００４７】
図１（ａ）に示す半導体装置は、少なくとも一主面上に第１の電極パッド２を有し、その第１の電極パッド２上に第１の突起電極３が形成された第１の半導体チップ１と、少なくとも一主面上に第２の電極パッド６を有し、その第２の電極パッド６上に第２の突起電極７が形成された第２の半導体チップ５とを積層してなるＣＯＣ型の半導体装置である。ここで、突起電極３および突起電極７は、２［μｍ］〜３［μｍ］の厚さのニッケルと、ニッケルの酸化防止のためにニッケル上に０．１［μｍ］〜０．３［μｍ］の厚さのフラッシュ金が形成されている。尚、突起電極３および突起電極７の材料としては、ニッケル、金、パラジウム、チタンおよびタングステンのうちの少なくとも１つの金属、またはチタンとタングステンの合金であればよい。
【００４８】
さらに、第１の半導体チップ１上の第１の突起電極３と、第２の半導体チップ５上の突起電極７の間には１個ずつ導電性微粒子９が介在しており、導電性微粒子９のはんだ被膜１１が溶融する温度で低加圧力にて、導電性微粒子９のはんだ被膜１１が溶融され、半導体チップ１の突起電極３と導電性微粒子９のはんだ被膜１１、および半導体チップ５の突起電極７と導電性微粒子９のはんだ被膜１１とがそれぞれ接合されている。
ここで、導電性微粒子９は球状樹脂のコア１０の周囲にはんだ被膜１１を施した構成になっている。ここで、コア１０はシリコ−ン系樹脂またはアクリル系樹脂から成り、その径は１０［μｍ］〜１５０［μｍ］である。コア１０の周囲には、銅メッキ層を厚さ３［μｍ］〜１５［μｍ］、ニッケルメッキ層を厚さ０．５［μｍ］〜１．５［μｍ］、はんだメッキ層を厚さ５［μｍ］〜３０［μｍ］でそれぞれ形成されているので、導電性微粒子９の粒径は２０［μｍ］〜２００［μｍ］である。はんだメッキ層として、ここでは錫と３．５［％］銀の合金を用いているが、錫、鉛、銀、銅および亜鉛のうちの少なくとも２つを含む合金であればよい。また、導電性微粒子９は３［μｍ］〜１０［μｍ］潰されている。これは、半導体チップの厚さのばらつき、導電性微粒子の粒径のばらつき、ステージ２０とボンディングツール１９の平行度のばらつき等を、導電性微粒子９の潰れ量で吸収する目的である。
【００４９】
次に、図１（ｂ）に示す半導体装置は、２つの半導体チップ１、５の突起電極３、７の間に、球状樹脂のコア１０にはんだ被膜１１を施した導電性微粒子９を１個ずつ介在させ、はんだ被膜１１が溶融する温度で低加圧力にて接合された図１（ａ）の半導体装置を、さらにパッケージングしたものであり、さらに高信頼性を得ることが出来る。半導体チップ１と半導体チップ５の間に樹脂８が注入されており、さらにリードフレームのダイパッド２３上に半導体チップ１が固定され、半導体チップ１の外部電極４とインナーリード２２がワイヤ２４で接続され、封止樹脂２１で封止されている。ここで、樹脂８は、エポキシ、尿素、メラニン、フェノール等であり、封止樹脂２１は樹脂８とは異なる材料で構成されている。
【００５０】
また、図１（ｃ）に示す半導体装置も、図１（ａ）の半導体装置をさらにパッケージングしたものであり、さらに高信頼性を得ることが出来る。これは、図１（ｂ）とは異なるパッケージ形態であり、リードフレームの代わりにインターポーザ２７を用いることにより、エリアアレイ状に外部端子を出すことができ、パッケージの小型化を実現することができる。
【００５１】
以下、本実施形態の半導体装置の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図２〜図３は、本実施形態の半導体装置の製造方法を示す工程ごとの断面図である。
【００５２】
まず、図２（ａ）に示すように、第１の半導体チップ１は少なくとも一主面上に第１の電極パッド２を有しており、その第１の電極パッド２上に第１の突起電極３を形成する。同様に、図２（ｃ）に示すように、第２の半導体チップ５は少なくとも一主面上に第２の電極パッド６を有しており、その第２の電極パッド６上に第２の突起電極７を形成する。ここで、突起電極３および突起電極７は、ニッケルを形成し、さらにニッケルの酸化防止のためにニッケル上にさらにフラッシュ金を形成しておく。ニッケルおよびフラッシュ金の形成方法としては、無電解メッキ法を用いる。まず、アルミで構成された電極パッド２および電極パッド６をリン酸にてライトエッチングする。次に、置換メッキにてアルミ上に亜鉛を形成し、さらに置換メッキにて亜鉛上にニッケルを形成する。置換メッキで形成されたニッケル上に、さらに還元メッキにてニッケルを形成し、所望の厚さにする。ここでは例えば、２［μｍ］〜３［μｍ］の厚さである。さらに置換メッキにて０．１［μｍ］〜０．３［μｍ］の金を形成する。尚、電極材料としてはニッケル、金、パラジウム、チタンおよびタングステンのうちの少なくとも１つの金属、またはチタンとタングステンの合金であればよい。また、形成方法としては、スパッタ法、電解メッキ法でもよい。
【００５３】
次に、図２（ｂ）に示すように、第１の突起電極３上に導電性微粒子９を１個ずつ形成する。導電性微粒子９は球状樹脂のコア１０の周囲にはんだ被膜１１を施した構成になっている。ここで、コア１０はシリコ−ン系樹脂またはアクリル系樹脂から成り、その径は１０［μｍ］〜１５０［μｍ］である。コア１０の周囲には、銅メッキ層を厚さ３［μｍ］〜１５［μｍ］、ニッケルメッキ層を厚さ０．５［μｍ］〜１．５［μｍ］、はんだメッキ層を厚さ５［μｍ］〜３０［μｍ］でそれぞれ形成してあるので、導電性微粒子９の粒径は２０［μｍ］〜２００［μｍ］である。はんだメッキ層として、ここでは錫と３．５［％］銀の合金を用いているが、錫、鉛、銀、銅および亜鉛のうちの少なくとも２つを含む合金であればよい。ここで、第１の突起電極３上に導電性微粒子９を形成する方法としては、スクリーン印刷法にて突起電極３上に無洗浄フラックスを塗布した後、治具により突起電極３上に導電性微粒子９をマウントする。この治具は、あらかじめ突起電極３の位置に相当する場所に真空吸着用の穴が開いており、真空吸着により導電性微粒子９を治具上に固定できる。導電性微粒子９を真空にて固定した治具を、半導体チップ１上に位置合わせし、突起電極３に導電性微粒子９を接触させた後、真空を解除することでマウントすることができる。この他に、導電性微粒子９を突起電極３上にマウントする方法としては、あらかじめ突起電極３の位置に相当する場所に導電性微粒子の粒径より大きな穴が開いた治具を用い、突起電極３上に導電性微粒子９をマウントしてもよい。
【００５４】
次に、図２（ｄ）に示すように、第２の突起電極７上に無洗浄フラックスを塗布した第２の半導体チップ５をフェースダウンにして、第１の半導体チップ１の導電性微粒子９と第２の半導体チップ５の突起電極７を位置合わせし、第１の半導体チップ１の導電性微粒子９と第２の半導体チップ５の突起電極７を接触させる。
【００５５】
次に、図３（ａ）に示すように、ボンディングツール１９により半導体チップ５に加圧力を加え、導電性微粒子９を３［μｍ］〜１０［μｍ］潰すとともに、２１５［℃］〜２５０［℃］の加熱を行い、導電性微粒子９のはんだ被膜１１を溶融する。これにより、半導体チップ１の突起電極３と導電性微粒子９のはんだ被膜１１、および半導体チップ５の突起電極７と導電性微粒子９のはんだ被膜１１とがそれぞれ接合する。ここで、ボンディングツール１９の加圧により導電性微粒子９を潰すのは、半導体チップの厚さのばらつき、導電性微粒子９の粒径のばらつき、ステージ２０とボンディングツール１９の平行度のばらつき等を、導電性微粒子９の潰れ量で吸収する目的である。さらに、ボンディングツール１９の加圧と加熱を解除するが、半導体チップ１の突起電極３と導電性微粒子９のはんだ被膜１１、および半導体チップ５の突起電極７と導電性微粒子９のはんだ被膜１１とは、既に接合が完了しているので機械的および電気的接続は保たれている。この状態で図１（ａ）に示す半導体装置となり、用途によっては、このまま半導体チップ１の外部電極４をワイヤボンド等によってマザーボードに接続することで、システムを完成することができる。
【００５６】
さらに、図３（ｂ）に示すように、樹脂塗布治具２５を用いて半導体チップ１と半導体チップ５の間に樹脂８を注入することで、半導体チップ１と半導体チップ５の接続信頼性を高めることができる。ここで、樹脂８は、エポキシ、尿素、メラニン、フェノール等である。
【００５７】
さらに、図３（ｃ）に示すように、リードフレームのダイパッド２３上に半導体チップ１をダイスボンドし、半導体チップ１の外部電極４とインナーリード２２をワイヤ２４で接続し、封止樹脂２１で封止を行うことで、パッケージングすることができる。ここで、封止樹脂２１は樹脂８とは異なる材料で構成されている。
【００５８】
この図３（ｃ）は、図１（ｂ）の半導体装置であるが、図１（ｃ）の半導体装置の場合は、図３（ｂ）の工程で半導体チップ１と半導体チップ５の間に樹脂８を注入した後、リードフレームの代わりにインターポーザ２７を用い、半導体チップ１の外部電極４とインターポーザ２７の電極２６をワイヤ２４で接続し、封止樹脂２１で封止を行うことで、パッケージングすることができる。ここで、封止樹脂２１は樹脂８とは異なる材料で構成されている。
【００５９】
以上のように第１の実施形態によれば、２つの半導体チップ１、５の突起電極３、７の間に、球状樹脂のコア１０にはんだ被膜１１を施した導電性微粒子９を１個ずつ介し、導電性微粒子９のはんだ被膜１１が溶融する温度で低加圧力にて、２つの半導体チップ１、５の突起電極３、７と導電性微粒子９のはんだ被膜１１とを接合するので、剛性の低い安価な設備が使用でき、また電極パッド２、６の直下に回路素子を置き、半導体チップ１、５の小型化設計ができ、狭パッドピッチでも応力緩和できるＣＯＣ構造の半導体装置の低コスト化を実現することができる。
【００６０】
なお、本実施形態において、半導体チップ１に形成された突起電極３のサイズは、この突起電極３上に搭載する導電性微粒子９の直径に対し１．０［倍］〜２．０［倍］であることが好ましい。なお、突起電極３はその平面形状が四角形または円形で厚さが２〜３［μｍ］程度であり、ここでの突起電極３のサイズとは、平面形状である四角形の辺の長さまたは円の直径である。このサイズが導電性微粒子９の直径の１．０［倍］未満の場合には突起電極３上から導電性微粒子９が落ちてしまい突起電極３と導電性微粒子９が導通不良をおこす可能性が高く、また２．０［倍］を超えた場合には１つの突起電極３上に２つ以上の導電性微粒子９がのる可能性があり、１つの突起電極３に対し１つの導電性微粒子９を対応させた本実施形態の構成から逸脱してしまう。
【００６１】
また、図３（ａ）に示す工程でのボンディングツール１９の加圧による導電性微粒子９の潰れ量については、導電性微粒子９自体の粒径のばらつきもあるため、それぞれの導電性微粒子９では、導電性微粒子９の規定の粒径（規定値）の０［％］〜３０［％］潰れていればよい。
【００６２】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ本実施形態の半導体装置の一例を示す断面図である。
【００６３】
図４（ａ）に示す半導体装置は、少なくとも一主面上に第１の電極パッド２を有し、その第１の電極パッド２上に第１の突起電極１３が形成された第１の半導体チップ１と、少なくとも一主面上に第２の電極パッド６を有し、その第２の電極パッド６上に第２の突起電極１７が形成された第２の半導体チップ５とを積層してなるＣＯＣ型の半導体装置が構成されている。ここで、突起電極１３および突起電極１７は、ニッケルメッキ層が厚さ３［μｍ］〜５［μｍ］、その上にフラッシュ金メッキ層が厚さ０．１［μｍ］〜０．３［μｍ］、さらにその上にはんだ層が厚さ３［μｍ］〜２０［μｍ］それぞれ形成されている。はんだ層の材料として、ここでは錫と３．５［％］銀の合金を用いているが、錫、鉛、銀、銅および亜鉛のうちの少なくとも２つを含む合金であればよい。
【００６４】
さらに、第１の半導体チップ１上の第１の突起電極１３と、第２の半導体チップ５上の突起電極１７の間には１個ずつ導電性微粒子１４が介在しており、突起電極３、７の表面のはんだ層が溶融する温度で低加圧力にて、第１の突起電極１３と第２の突起電極１７のはんだ層が溶融され、半導体チップ１の突起電極１３と導電性微粒子１４の金属被膜１６、および半導体チップ５の突起電極１７と導電性微粒子１４の金属被膜１６とがそれぞれ接合されている。ここで、導電性微粒子１４は球状樹脂のコア１５の周囲に金属被膜１６を施した構成になっている。ここで、コア１５はシリコ−ン系樹脂またはアクリル系樹脂から成り、その径は３［μｍ］〜３０［μｍ］である。コア１５の周囲の金属被膜１６には、銅メッキ層が厚さ３［μｍ］〜１５［μｍ］、ニッケルメッキ層が厚さ０．５［μｍ］〜１．５［μｍ］、金メッキ層が厚さ０．２［μｍ］〜０．５［μｍ］それぞれ形成されており、導電性微粒子１４の粒径は１０［μｍ］〜４０［μｍ］である。尚、金属被膜１６としては、ニッケル、金、パラジウム、チタンおよびタングステンのうちの少なくとも１つの金属、またはチタンとタングステンの合金であればよい。また、導電性微粒子１４は３［μｍ］〜１０［μｍ］潰されている。これは、半導体チップの厚さのばらつき、導電性微粒子の粒径のばらつき、ステージ２０とボンディングツール１９の平行度のばらつき等を、導電性微粒子１４の潰れ量で吸収する目的である。
【００６５】
次に、図４（ｂ）に示す半導体装置は、２つの半導体チップ１、５の突起電極３、７の間に、導電性微粒子９を１個ずつ介在させ、突起電極３、７の表面のはんだ層が溶融する温度で低加圧力にて接合された図４（ａ）の半導体装置を、さらにパッケージングしたものであり、さらに高信頼性を得ることが出来る。半導体チップ１と半導体チップ５の間に樹脂８が注入されており、さらにリードフレームのダイパッド２３上に半導体チップ１が固定され、半導体チップ１の外部電極４とインナーリード２２がワイヤ２４で接続され、封止樹脂２１で封止されている。ここで、樹脂８は、エポキシ、尿素、メラニン、フェノール等であり、封止樹脂２１は樹脂８とは異なる材料で構成されている。
【００６６】
また、図４（ｃ）に示す半導体装置も、図４（ａ）の半導体装置をさらにパッケージングしたものであり、さらに高信頼性を得ることが出来る。これは、図４（ｂ）とは異なるパッケージ形態であり、リードフレームの代わりにインターポーザ２７を用いることにより、エリアアレイ状に外部端子を出すことができ、パッケージの小型化を実現することができる。
【００６７】
以下、本実施形態の半導体装置の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図５〜図６は、本実施形態の半導体装置の製造方法を示す工程ごとの断面図である。
【００６８】
まず、図５（ａ）に示すように、第１の半導体チップ１は少なくとも一主面上に第１の電極パッド２を有しており、その第１の電極パッド２上に第１の突起電極１３を形成する。同様に、図５（ｃ）に示すように、第２の半導体チップ５は少なくとも一主面上に第２の電極パッド６を有しており、その第２の電極パッド６上に第２の突起電極１７を形成する。ここで、突起電極１３および突起電極１７は、ニッケルメッキ層を厚さ３［μｍ］〜５［μｍ］、その上にフラッシュ金メッキ層を厚さ０．１［μｍ］〜０．３［μｍ］、さらにその上にはんだ層を厚さ３［μｍ］〜２０［μｍ］でそれぞれ形成してある。はんだ層の材料として、ここでは錫と３．５［％］銀の合金を用いているが、錫、鉛、銀、銅および亜鉛のうちの少なくとも２つを含む合金であればよい。ニッケルおよびフラッシュ金の形成方法としては、無電解メッキ法を用いる。まず、アルミで構成された電極パッド２および電極パッド６をリン酸にてライトエッチングする。次に、置換メッキにてアルミ上に亜鉛を形成し、さらに置換メッキにて亜鉛上にニッケルを形成する。置換メッキで形成されたニッケル上に、さらに還元メッキにてニッケルを形成し、所望の厚さにする。ここでは例えば、２［μｍ］〜３［μｍ］の厚さである。さらに置換メッキにて０．１［μｍ］〜０．３［μｍ］の金を形成する。尚、電極材料としてはこの他に、パラジウム、チタン、タングステンおよびこれらを含む合金でもよい。また、形成方法としては、スパッタ法、電解メッキ法でもよい。はんだ層の形成方法は、スクリーン印刷法によりはんだペーストを突起電極上に塗布し、２２０［℃］〜２５０［℃］に加熱溶融することで形成することができる。
【００６９】
次に、図５（ｂ）に示すように、第１の突起電極１３上に導電性微粒子１４を１個ずつ形成する。導電性微粒子１４は球状樹脂のコア１５の周囲に金属被膜１６を施した構成になっている。ここで、コア１５はシリコ−ン系樹脂またはアクリル系樹脂から成り、その径は３［μｍ］〜３０［μｍ］である。コア１５の周囲の金属被膜１６には、銅メッキ層を厚さ３［μｍ］〜１５［μｍ］、ニッケルメッキ層を厚さ０．５［μｍ］〜１．５［μｍ］、フラッシュ金を厚さ０．２［μｍ］〜０．５［μｍ］形成しておく。銅、ニッケルおよびフラッシュ金の形成方法としては、無電解メッキ法を用いる。尚、金属被膜１６の材料としては、ニッケル、金、パラジウム、チタンおよびタングステンのうちの少なくとも１つの金属、またはチタンとタングステンの合金であればよい。また、形成方法としては、スパッタ法、電解メッキ法、インクジェット法でもよい。ここで、第１の突起電極１３上に導電性微粒子１４を形成する方法としては、スクリーン印刷法にて突起電極１３上に無洗浄フラックスを塗布した後、治具により突起電極１３上に導電性微粒子１４をマウントする。この治具は、あらかじめ突起電極１３の位置に相当する場所に真空吸着用の穴が開いており、真空吸着により導電性微粒子１４を治具上に固定できる。導電性微粒子１４を真空にて固定した治具を、半導体チップ１上に位置合わせし、突起電極１３に導電性微粒子１４を接触させた後、真空を解除することでマウントすることができる。この他に、導電性微粒子１４を突起電極１３上にマウントする方法としては、あらかじめ突起電極１３の位置に相当する場所に導電性微粒子の粒径より大きな穴が開いた治具を用い、突起電極１３上に導電性微粒子１４をマウントしてもよい。
【００７０】
次に、図５（ｄ）に示すように、第２の突起電極１７上に無洗浄フラックスを塗布した第２の半導体チップ５をフェースダウンにして、第１の半導体チップ１の導電性微粒子１４と第２の半導体チップ５の突起電極１７を位置合わせし、第１の半導体チップ１上の導電性微粒子１４と第２の半導体チップ５の突起電極１７を接触させる。
【００７１】
次に、図６（ａ）に示すように、ボンディングツール１９により半導体チップ５に加圧力を加え、導電性微粒子１４を３［μｍ］〜１０［μｍ］潰すとともに、２１５［℃］〜２５０［℃］の加熱を行い、半導体チップ１の突起電極１３および半導体チップ５の突起電極１７のそれぞれの表面のはんだ層を溶融する。これにより、半導体チップ１の突起電極１３と導電性微粒子１４の金属被膜１６、および半導体チップ５の突起電極１７と導電性微粒子１４の金属被膜１６とがそれぞれ接合する。ここで、ボンディングツール１９の加圧により導電性微粒子１４を潰すのは、半導体チップの厚さのばらつき、導電性微粒子の粒径のばらつき、ステージ２０とボンディングツール１９の平行度のばらつき等を、導電性微粒子１４の潰れ量で吸収する目的である。さらに、ボンディングツール１９の加圧と加熱を解除するが、半導体チップ１の突起電極１３と導電性微粒子１４の金属被膜１６、および半導体チップ５の突起電極１７と導電性微粒子１４の金属被膜１６とは、既に接合が完了しているので機械的および電気的接続は保たれている。この状態で図４（ａ）に示す半導体装置となり、用途によっては、このまま半導体チップ１の外部電極４をワイヤボンド等によってマザーボードに接続することで、システムを完成することができる。
【００７２】
さらに、図６（ｂ）に示すように、樹脂塗布治具２５を用いて半導体チップ１と半導体チップ５の間に樹脂８を注入することで、半導体チップ１と半導体チップ５の接続信頼性を高めることができる。ここで、樹脂８は、エポキシ、尿素、メラニン、フェノール等である。
【００７３】
さらに、図６（ｃ）に示すように、リードフレームのダイパッド２３上に半導体チップ１をダイスボンドし、半導体チップ１の外部電極４とインナーリード２２をワイヤ２４で接続し、封止樹脂２１で封止を行うことで、パッケージングすることができる。ここで、封止樹脂２１は樹脂８とは異なる材料で構成されている。
【００７４】
この図６（ｃ）は、図４（ｂ）の半導体装置であるが、図４（ｃ）の半導体装置の場合は、図６（ｂ）の工程で半導体チップ１と半導体チップ５の間に樹脂８を注入した後、リードフレームの代わりにインターポーザ２７を用い、半導体チップ１の外部電極４とインターポーザ２７の電極２６をワイヤ２４で接続し、封止樹脂２１で封止を行うことで、パッケージングすることができる。ここで、封止樹脂２１は樹脂８とは異なる材料で構成されている。
【００７５】
なお、上記説明に用いた図では、例えば図４（ａ）のように、半導体チップ１の突起電極１３と半導体チップ５の突起電極１７のそれぞれのはんだ層の溶融部分がつながっているが、図７のように、突起電極１３と突起電極１７のそれぞれのはんだ層の溶融部分がつながっていなくてもよい。このことは図４（ｂ）、図４（ｃ）の半導体装置についても同様である。
【００７６】
以上のように第２の実施形態によれば、２つの半導体チップ１、５の突起電極１３、１７の間に、球状樹脂のコア１５に金属被膜１６を施した導電性微粒子１４を１個ずつ介し、２つの半導体チップ１、５の突起電極１３、１７を構成するはんだ層が溶融する温度で低加圧力にて、２つの半導体チップ１、５の突起電極１３、１７と導電性微粒子１４の金属被膜１６とを接合するので、剛性の低い安価な設備が使用でき、また電極パッドの直下に回路素子を置き、半導体チップの小型化設計ができ、狭パッドピッチでも応力緩和できるＣＯＣ構造の半導体装置の低コスト化を実現することができる。
【００７７】
なお、本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、半導体チップ１に形成された突起電極１３のサイズは、この突起電極１３上に搭載する導電性微粒子１４の直径に対し１．０［倍］〜２．０［倍］であることが好ましい。
【００７８】
また、図６（ａ）に示す工程でのボンディングツール１９の加圧による導電性微粒子１４の潰れ量については、導電性微粒子１４自体の粒径のばらつきもあるため、それぞれの導電性微粒子１４では、導電性微粒子１４の規定の粒径（規定値）の０［％］〜３０［％］潰れていればよい。
【００７９】
【発明の効果】
本発明の半導体装置によれば、２つの半導体チップの突起電極の間に、球状樹脂のコアにはんだ被膜を施した導電性微粒子が１個ずつ配置され、２つの半導体チップの突起電極と導電性微粒子のはんだ被膜とが接合されており、この接合は導電性微粒子のはんだ被膜が溶融する温度で低加圧力にて実施できるので、剛性の低い安価な設備が使用でき、また電極パッドの直下に回路素子を置き、半導体チップの小型化設計ができ、狭パッドピッチでも応力緩和できるＣＯＣ構造の半導体装置の低コスト化を図ることができる。
【００８０】
また、本発明の半導体装置によれば、２つの半導体チップの突起電極の間に、球状樹脂のコアに金属被膜を施した導電性微粒子が１個ずつ配置され、２つの半導体チップの突起電極と導電性微粒子の金属被膜とが接合されており、この接合は２つの半導体チップの突起電極のはんだ層が溶融する温度で低加圧力にて実施できるので、剛性の低い安価な設備が使用でき、また電極パッドの直下に回路素子を置き、半導体チップの小型化設計ができ、狭パッドピッチでも応力緩和できるＣＯＣ構造の半導体装置の低コスト化を図ることができる。
【００８１】
また、本発明の半導体装置の製造方法によれば、２つの半導体チップの突起電極の間に、球状樹脂のコアにはんだ被膜を施した導電性微粒子を１個ずつ介し、導電性微粒子のはんだ被膜が溶融する温度で低加圧力にて、２つの半導体チップの突起電極と導電性微粒子のはんだ被膜とを接合するので、剛性の低い安価な設備が使用でき、また電極パッドの直下に回路素子を置き、半導体チップの小型化設計ができ、狭パッドピッチでも応力緩和できるＣＯＣ構造の半導体装置の低コスト化を実現することができる。
【００８２】
また、本発明の半導体装置の製造方法によれば、２つの半導体チップの突起電極の間に、球状樹脂のコアに金属被膜を施した導電性微粒子を１個ずつ介し、２つの半導体チップの突起電極のはんだ層が溶融する温度で低加圧力にて、２つの半導体チップの突起電極と導電性微粒子の金属被膜とを接合するので、剛性の低い安価な設備が使用でき、また電極パッドの直下に回路素子を置き、半導体チップの小型化設計ができ、狭パッドピッチでも応力緩和できるＣＯＣ構造の半導体装置の低コスト化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかる半導体装置の断面図
【図２】本発明の第１の実施形態にかかる半導体装置の製造方法を示す断面図
【図３】本発明の第１の実施形態にかかる半導体装置の製造方法を示す断面図
【図４】本発明の第２の実施形態にかかる半導体装置を示す断面図
【図５】本発明の第２の実施形態にかかる半導体装置の製造方法を示す断面図
【図６】本発明の第２の実施形態にかかる半導体装置の製造方法を示す断面図
【図７】本発明の第２の実施形態にかかる半導体装置の他の例を示す断面図
【図８】第１の従来の半導体装置の製造方法を示す断面図
【図９】第１の従来の半導体装置の製造方法を示す断面図
【図１０】第２の従来の半導体装置を示す断面図
【符号の説明】
１　半導体チップ
２　電極パッド
３　突起電極
４　外部電極
５　半導体チップ
６　電極パッド
７　突起電極
８　絶縁性樹脂
９　導電性微粒子
１０　コア
１１　はんだ被膜
１３　突起電極
１４　導電性微粒子
１５　コア
１６　金属被膜
１７　突起電極
１９　ボンディングツール
２０　ステージ
２１　封止樹脂
２２　インナーリード
２３　ダイパッド
２４　ボンディングワイヤ
２５　樹脂塗布治具
２６　電極
２７　インターポーザ
３１　異方性導電シート
３２　樹脂
３３　コア
３４　金属被膜
３５　はんだ
【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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