(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フリップチップ構造を有する半導体装置において、
第１の線状突起物が形成された第１の接続電極を有する第１の回路基板と、
第２の線状突起物が形成された第２の接続電極を有する第２の回路基板と、
を有し、互いに交差する方向に形成されてなる前記第１の線状突起物と前記第２の線状突起物とを介して、前記第１の回路基板と前記第２の回路基板とが結合してなることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
フリップチップ構造を有する半導体装置の製造方法において、
第１の線状突起物が形成された第１の接続電極を有する第１の回路基板を形成する工程と、
第２の線状突起物が形成された第２の接続電極を有する第２の回路基板を形成する工程と、
前記第１の回路基板と前記第２の回路基板とを、前記第１の線状突起物と前記第２の線状突起物とを介して結合する工程と、
を有し、前記第１の線状突起物と前記第２の線状突起物とは、互いに交差する方向に形成されてなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記第１の線状突起物または前記第２の線状突起物が、前記第１の接続電極または前記第２の接続電極の表面をバイト切削することにより形成されることを特徴とする請求項２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記第１の線状突起物または前記第２の線状突起物が、前記第１の接続電極または前記第２の接続電極の表面へ凹状の板の転写、により形成されることを特徴とする請求項２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】
本発明は半導体装置およびその製造方法に関し、特に、フリップチップ構造を有する半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
フリップチップ構造は、ボンディング強度が高く、高密度実装に適しているため、近年、電子機器に採用されている。特に、電子機器の高速化、高性能化に伴って、より広い分野で使用されつつある。一方、電子機器の小型化に伴いさらなる微細ピッチ化が求められている。
【０００３】
図１０は、フリップチップ構造における接続電極のメッキ表面の要部断面模式図である。フリップチップ構造において、図１０に示すように、上部接続電極１０１のメッキ表面１０１ａと下部接続電極１０２のメッキ表面１０２ａを接続させる。ところが、上部接続電極１０１のメッキ表面１０１ａおよび下部接続電極１０２のメッキ表面１０２ａの平均粗さ（Ｒａ：Ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ  ａｎｄ  ｃｅｎｔｅｒｌｉｎｅ  ａｖｅｒａｇｅ）が２００ｎｍ〜３００ｎｍと非常に大きい。このため、上部接続電極１０１のメッキ表面１０１ａおよび下部接続電極１０２のメッキ表面１０２ａの凹凸を解消するためには、上部接続電極１０１および下部接続電極１０２に大きな荷重を加えることが必要とされる。
【０００４】
ところが、上部接続電極１０１および下部接続電極１０２に大きな荷重を加えると同一面上に隣接する接続電極同士がショートする可能性がある。そこで、隣接する接続電極同士のショートを防ぐために、上部接続電極１０１および下部接続電極１０２のメッキ表面１０１ａ，１０２ａに平坦化が施された。図１１は、フリップチップ構造における平坦化された接続電極のメッキ表面の要部断面模式図である。図１１に示すように、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）や切削を用いて上部接続電極１０１および下部接続電極１０２のメッキ表面２０１ａ，２０２ｂを平坦（Ｒａ＜１０ｎｍ程度）に加工することによって、上部接続電極１０１および下部接続電極１０２を小さい荷重で接続させることが可能となり、隣接する接続電極同士のショートを防ぐことが試みられている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００５−１２０９８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、図１１に示すように、平坦化されたメッキ表面２０１ａ，２０２ａを有する上部接続電極１０１および下部接続電極１０２を接続させると、次のような問題点があった。
【０００６】
メッキ表面２０１ａを有する上部接続電極１０１およびメッキ表面２０２ａを有する下部接続電極１０２の接続時に、上部接続電極１０１および下部接続電極１０２の表面に印加される応力は分散される。このため、大気中の酸素などによって上部接続電極１０１および下部接続電極１０２の表面に形成される酸化膜や有機物の影響により、上部接続電極１０１および下部接続電極１０２の接続面の電気抵抗が大きくなり、また、上部接続電極１０１と、下部接続電極１０２と、が十分に接続されず、十分な電気接点を確保することができなくなるという問題があった。
【０００７】
そこで、この酸化膜や有機物の影響を受けずに、対向する接続電極を接続させるためには、接続電極間に大きな荷重や高い温度が必要とされる。ところが、接続電極間に大きな荷重を加えると、既に述べたとおり、隣接する接続電極同士が接触し、ショートを起こすという問題があった。
【０００８】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、対向する接続電極同士が確実に接続されたフリップチップ構造を有する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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明では上記課題を解決するために、図１に示すように、フリップチップ構造を有する半導体装置において、線状突起物１ｂが形成された上部接続電極１を有する上部回路基板１０と、線状突起物２ｂが形成された下部接続電極２を有する下部回路基板２０と、を有し、互いに交差する方向に形成されてなる線状突起物１ｂと線状突起物２ｂとを介して、上部回路基板１０と下部回路基板２０とが結合してなることを特徴とする半導体装置が提供される。
【００１０】
上記の構成によれば、線状突起物１ｂ，２ｂが接続する箇所には応力が集中され、微小な歪みが生じて、線状突起物１ｂ，２ｂによって、下部接続電極２の表面および上部接続電極１の表面に形成された酸化物または有機物が突き破られる。
【００１１】
また、本発明において、フリップチップ構造を有する半導体装置の製造方法において、第１の線状突起物が形成された第１の接続電極を有する第１の回路基板を形成する工程と、第２の線状突起物が形成された第２の接続電極を有する第２の回路基板を形成する工程と、前記第１の回路基板と前記第２の回路基板とを、前記第１の線状突起物と前記第２の線状突起物とを介して結合する工程と、を有し、前記第１の線状突起物と前記第２の線状突起物とは、互いに交差する方向に形成されてなることを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【００１２】
上記の方法によれば、第１の線状突起物が形成された第１の接続電極を有する第１の回路基板が形成され、第２の線状突起物が形成された第２の接続電極を有する第２の回路基板が形成され、前記第１の回路基板と前記第２の回路基板とを、前記第１の線状突起物と前記第２の線状突起物とを介して結合されるため、前記第１の線状突起物および前記第２の線状突起物によって、前記第２の接続電極および前記第１の接続電極に形成された酸化物または有機物が突き破られる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明では、線状突起物が形成された上部接続電極を有する上部回路基板と、線状突起物が形成された下部接続電極を有する下部回路基板と、を有し、これらの互いに交差する方向に形成されてなる線状突起物を介して、上部回路基板と下部回路基板と、が結合するように構成した。これによって、上部および下部接続電極上に形成された線状突起物が接続し、上部および下部接続電極の表面に形成された酸化物または有機物が突き破られ、電気接点を確保することが可能となった。
【００１４】
また、本発明では、第１の線状突起物が形成された第１の接続電極を有する第１の回路基板を形成して、第２の線状突起物が形成された第２の接続電極を有する第２の回路基板を形成して、第１の回路基板と第２の回路基板とを、互いに交差する方向に形成されてなる第１の線状突起物と第２の線状突起物とを介して結合できるようにした。これによって、上部および下部接続電極上に形成された線状突起物を接続し、第１の接続電極および第２の接続電極の表面に形成された酸化物または有機物を突き破ることができ、電気接点を確保することが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
まず、本発明の概要について以下に説明する。
図１は、本発明の概要を説明する模式図である。
【００１６】
凸状の線状突起物１ｂが形成された上部接続電極１を有する上部回路基板１０と、線状突起物１ｂと交差する方向を有する凸状の線状突起物２ｂが形成された下部接続電極２を有する下部回路基板２０と、が結合されている。
【００１７】
凸状の線状突起物１ｂが形成された上部接続電極１を有する上部回路基板１０と、線状突起物１ｂと交差する方向を有する凸状の線状突起物２ｂが形成された下部接続電極２を有する下部回路基板２０と、を結合させると、凸状の線状突起物１ｂ，２ｂが接続する箇所には応力が集中し、微小な歪みが生じる。そして、凸状の線状突起物１ｂ，２ｂが、下部接続電極２の表面および上部接続電極１の表面に形成された酸化膜または有機物を突き破り、上部接続電極１の凸状の線状突起物１ｂと下部接続電極２の凸状の線状突起物２ｂが接続され、電気接点を確保することができる。この結果、表面に酸化膜または有機物が形成された接続電極を、小さい荷重によって、隣接した接続電極同士がショートを起こさずに確実に接続することができる。
【００１８】
次に、フリップチップ構造を有する半導体装置について以下に説明する。
図２は、フリップチップ構造の要部断面模式図、図３は、線状突起物が形成された半導体チップの要部平面模式図、図４は、線状突起物が形成された基板の要部平面模式図、図５は、フライカット方式により半導体ウェハを切削する際のバイト加工軌跡を示す模式図、図６は、フライカット方式により形成された線状突起物の要部断面模式図、図７は、図５のウェハの各半導体チップにおけるバイト加工軌跡を示す模式図である。
【００１９】
まず、図２に示すように、フリップチップ構造を構成する半導体チップ１１上の接続電極１１ａの表面と、フリップチップ構造を構成する基板１２上の接続電極１２ａの表面と、にＣＭＰや切削によって平坦化を行う。なお、接続電極１１ａ，１２ａは例えば、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）または錫（Ｓｎ）基合金を用いた電極メッキとすることができる。
【００２０】
続いて、図３，図４に示すように、平坦化された接続電極１１ａを有する半導体チップ１１および平坦化された接続電極１２ａを有する基板１２に対し、フライカット方式を用いて、切削し、凸状の線状突起物１１ｂ，１２ｂを形成する。
【００２１】
以下、フライカット方式について説明する。
フライカット方式は、図５に示すように、バイト１３が取り付けられたホイール１４が回転しながら、例えば、チャックテーブル１５上のウェハ１６を送り、切削する方法である。フライカット方式によって、例えば、図６のように、ウェハ１６上の平坦化された接続電極１１ａ上に、凸状の線状突起物１１ｂが接続電極１１ａの径よりも小さい間隔で形成される。なお、基板１２においても、同様に、凸状の線状突起物１２ｂが形成される。
【００２２】
なお、図８は、フライカット方式により接続電極と絶縁樹脂が切削加工され、凸状の線状突起物が形成されたときの原子間力顕微鏡像であり、図９は、図８のＡ−Ｂの断面を示す図である。図８，図９によればフライカット方式によって、凸状の線状突起物１１ｂが、接続電極１１ａおよび絶縁樹脂１１ｆに対し、接続電極１１ａの径よりも小さい間隔で形成されていることがわかる。
【００２３】
そして、図６の凸状の線状突起物１１ｂの形状は、切削加工において、バイト１３の形状、バイト１３の送り速度、切削速度により任意に調整することが可能である。例えば、図６に示すように、接続電極１１ａに形成される凸状の線状突起物１１ｂの高さｈは、バイト１３の１回転当たりの送り量をｆ、バイト１３のノーズ径をＲとすると、ｈ＝ｆ２／８Ｒと表すことができる。なお、基板１２上の接続電極１２ａに形成される凸状の線状突起物１２ｂにおいても、同様に表すことができる。
【００２４】
さらに、線状突起物の高さの設定について以下に説明する。
線状突起物の最小の高さは、例えば、接続電極がＣｕバンプ電極の場合、Ｃｕバンプ電極の表面に形成される酸化膜の厚さは数ｎｍ程度であるため、線状突起物がこれを突き破るためには少なくとも酸化膜の膜厚以上の厚さに設定しなくてはならない。また、最大の高さについては、フリップチップ構造において、線状突起物が接続電極の接続に影響を与えない高さに設定する。
【００２５】
なお、凸状の線状突起物の他の形成方法として、平坦化していない接続電極を有する半導体チップおよび基板に対し、フライカット方式により、平坦化と凸状の線状突起物の形成を同時に行うことも可能であり、また、予め金属板などに、形成予定の線状突起物に合わせた凹状の溝を切削加工などにより形成し、これを平坦化していない接続電極を有する半導体チップおよび基板に圧着させて転写させることによって、平坦化と凸状の線状突起物の形成を同時に行うことができる。
【００２６】
続いて、接続電極１１ａを有する半導体チップ１１に凸状の線状突起物１１ｂおよび接続電極１２ａを有する基板１２に凸状の線状突起物１２ｂをそれぞれ形成した後、半導体チップ１１と基板１２を接続電極１１ａと接続電極１２ａにより接続させる。半導体チップ１１の凸状の線状突起物１１ｂは、図５に示すように、１つのウェハ１６から切り出された場所によって、その角度が異なる。例えば、図７にそれぞれ示すように、半導体チップ１１ｃ，１１ｄ，１１ｅとバイト１３によって形成された凸状の線状突起物１３ｃ，１３ｄ，１３ｅのなす角度が異なる。従って、半導体チップ１１と基板１２を接続させる際は、凸状の線状突起物同士はなるべく直行させるように上下の半導体チップ１１と基板１２を組み合わせることによりフリップチップ構造を形成する。
【００２７】
以上、凸状の線状突起物１１ｂが形成された接続電極１１ａを有する半導体チップ１１と、線状突起物１１ｂと交差する方向を有する凸状の線状突起物１２ｂが形成された接続電極１２ａを有する基板１２と、を結合させることによって、凸状の線状突起物１１ｂ，１２ｂが接続する箇所には応力が集中し、微小な歪みが生じる。そして、凸状の線状突起物１１ｂ，１２ｂが、半導体チップ１１の接続電極１１ａの表面および基板１２の接続電極１２ａの表面に形成された酸化膜または有機物を突き破り、半導体チップ１１の接続電極１１ａの凸状の線状突起物１１ｂと基板１２の接続電極１２ａの凸状の線状突起物１２ｂが接続され、電気接点を確保することができる。この結果、表面に酸化膜および有機物が形成された接続電極を、小さい荷重によって、隣接した接続電極同士がショートを起こさずに確実に接続することができる。
【００２８】
（付記１）  フリップチップ構造を有する半導体装置において、
第１の線状突起物が形成された第１の接続電極を有する第１の回路基板と、
第２の線状突起物が形成された第２の接続電極を有する第２の回路基板と、
を有し、前記第１の線状突起物と前記第２の線状突起物とを介して、前記第１の回路基板と前記第２の回路基板とが結合してなることを特徴とする半導体装置。
【００２９】
（付記２）  前記第１の線状突起物と前記第２の線状突起物とは、互いに交差する方向に形成されてなることを特徴とする付記１記載の半導体装置。
（付記３）  前記第１の線状突起物は、前記第２の接続電極の表面に形成された酸化物または有機物の厚さ以上の高さを有することを特徴とする付記１記載の半導体装置。
【００３０】
（付記４）  前記第２の線状突起物は、前記第１の接続電極の表面に形成された酸化物または有機物の厚さ以上の高さを有することを特徴とする付記１記載の半導体装置。
（付記５）  前記第１の接続電極の径よりも小さい間隔で平行に形成された複数の前記第１の線状突起物と、前記第２の接続電極の径よりも小さい間隔で平行に形成された複数の前記第２の線状突起物と、を有することを特徴とする付記１または２記載の半導体装置。
【００３１】
（付記６）  前記第１の線状突起物および前記第２の線状突起物が、金、銅または錫基合金より形成されることを特徴とする付記１乃至５のいずれか１項に記載の半導体装置。
（付記７）  フリップチップ構造を有する半導体装置の製造方法において、
第１の線状突起物が形成された第１の接続電極を有する第１の回路基板を形成する工程と、
第２の線状突起物が形成された第２の接続電極を有する第２の回路基板を形成する工程と、
前記第１の回路基板と前記第２の回路基板とを、前記第１の線状突起物と前記第２の線状突起物とを介して結合する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【００３２】
（付記８）  前記第１の線状突起物と前記第２の線状突起物とは、互いに交差する方向に形成されてなることを特徴とする付記７記載の半導体装置の製造方法。
（付記９）  前記第１の線状突起物は、前記第２の接続電極の表面に形成された酸化物または有機物の厚さ以上の高さを有することを特徴とする付記７記載の半導体装置の製造方法。
【００３３】
（付記１０）  前記第２の線状突起物は、前記第１の接続電極の表面に形成された酸化物または有機物の厚さ以上の高さを有することを特徴とする付記７記載の半導体装置の製造方法。
【００３４】
（付記１１）  複数の前記第１の線状突起物を、前記第１の接続電極の径よりも小さい間隔で平行に形成する工程と、複数の前記第２の線状突起物を、前記第２の接続電極の径よりも小さい間隔で平行に形成する工程と、を有することを特徴とする付記７または８記載の半導体装置の製造方法。
【００３５】
（付記１２）  前記第１の線状突起物および前記第２の線状突起物が、金、銅または錫基合金より形成されることを特徴とする付記７乃至１１のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【００３６】
（付記１３）  前記第１の線状突起物または前記第２の線状突起物が、前記第１の接続電極または前記第２の接続電極の表面をバイト切削することにより形成されることを特徴とする付記７乃至１２のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【００３７】
（付記１４）  前記第１の線状突起物または前記第２の線状突起物が、前記第１の接続電極または前記第２の接続電極の表面へ凹状の板の転写、により形成されることを特徴とする付記７乃至１２のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の概要を説明する模式図である。
【図２】フリップチップ構造の要部断面模式図である。
【図３】線状突起物が形成された半導体チップの要部平面模式図である。
【図４】線状突起物が形成された基板の要部平面模式図である。
【図５】フライカット方式により半導体ウェハを切削する際のバイト加工軌跡を示す模式図である。
【図６】フライカット方式により形成された線状突起物の要部断面模式図である。
【図７】図５のウェハの各半導体チップにおけるバイト加工軌跡を示す模式図である。
【図８】フライカット方式により接続電極と絶縁樹脂が切削加工され、凸状の線状突起物が形成されたときの原子間力顕微鏡像である。
【図９】図８のＡ−Ｂの断面を示す図である。
【図１０】フリップチップ構造における接続電極のメッキ表面の要部断面模式図である。
【図１１】フリップチップ構造における平坦化された接続電極のメッキ表面の要部断面模式図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  上部接続電極
１ｂ  線状突起物
２  下部接続電極
２ｂ  線状突起物
１０  上部回路基板
２０  下部回路基板
【図１】
0004767090.tif 000002
【図２】
0004767090.tif 000003
【図３】
0004767090.tif 000004
【図４】
0004767090.tif 000005
【図５】
0004767090.tif 000006
【図６】
0004767090.tif 000007
【図７】
0004767090.tif 000008
【図８】
0004767090.tif 000009
【図９】
0004767090.tif 000010
【図１０】
0004767090.tif 000011
【図１１】
0004767090.tif 000012