(57)【要約】      （修正有）【課題】導電バンプ表面のディンプルの平面的サイズ及び深さをできるだけ無くし、接続信頼性の良い半導体装置を提供する。【解決手段】表面にディンプル４ａのある導電バンプ４が設けられた半導体チップ６と、配線２が設けられたチップ支持基板１と、半導体チップ６とチップ支持基板１とを対向させた後、接着剤５を介在させ、半導体チップ６の導電バンプ４と配線とを位置合わせし、半導体チップ６に超音波を印加して、導電バンプ４表面のディンプル４ａを無くし、導電バンプ４と配線２を密着させた後、接着剤５の熱硬化収縮で導電バンプ４と配線２の導通を得るか、あるいは熱圧着工法で導電バンプ４と配線２を金属間接合させ、導通を得る半導体装置を提供する。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の表面電極が形成された半導体チップと、
前記半導体チップの前記表面電極に接続される突起電極である導電バンプと、
前記導電バンプと接続する導電層を表面に備えた配線が形成されたチップ支持基板とを備えた半導体の製造方法であって、
接着剤を介在させて前記導電バンプとこれに対応する前記配線とを位置合わせする位置合わせ工程と、
前記チップ支持基板に超音波を印加しながら加圧及び加熱して半導体チップを接続するする接続工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
複数の表面電極が形成された半導体チップと、
前記半導体チップの前記表面電極に接続される突起電極である導電バンプと、
前記導電バンプと接続する導電層を表面に備えた配線が形成されたチップ支持基板とを備えた半導体の製造方法であって、
接着剤を介在させて前記導電バンプとこれに対応する前記配線とを位置合わせする位置合わせ工程と、
前記チップ支持基板に超音波を印加しながら加圧及び紫外線を照射して半導体チップを接続するする接続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。
【請求項３】
請求項１記載の半導体装置の製造方法であって、
前記接着剤を異方性導電膜にすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１記載の半導体装置の製造方法であって、
前記接着剤を異方性導電ペーストにすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１又は２記載の半導体装置の製造方法であって、
前記接着剤を非導電フィルムにすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項１又は２記載の半導体装置の製造方法であって、
前記接着剤を非導電ペーストにすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項１又は２記載の半導体装置の製造方法であって、
前記接着剤を導電フィルムにすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項１又は２記載の半導体装置の製造方法であって、
前記接着剤を導電ペーストにすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
複数の表面電極が形成された半導体チップと、
前記半導体チップの前記表面電極に接続される突起電極である導電バンプと、
前記導電バンプと接続する導電層を表面に備えた配線が形成されたチップ支持基板とを備えた半導体の製造方法であって、
前記半導体チップに超音波を印加しながら加圧及び加熱して前記導電バンプと前記導電層の重なり合う部分を平担にする平担工程と、
前記チップ支持基板に荷重を印加しながら加熱して半導体チップを接続するする接続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。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
【０００２】
本発明は、半導体製造装置に関し、特に、接着剤を用いた圧接によるフリップチップ接続に適用して有効な半導体製造装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
従来、半導体チップの実装密度や電気特性を向上させるための実装方法として、半導体チップをそのバンプ電極面とチップ支持基板のチップ支持面とを対向させてフェイスダウンによって実装するフリップチップ接続が知られている。
前記フリップチップ接続では、まず、半導体チップのパッド（表面電極）側に導電バンプを形成し、この導電バンプとチップ支持基板の配線との位置を合わせて接着剤を介して半導体チップを搭載する。その後、チップ裏面から熱・荷重・超音波を印加することにより、一括して金バンプと基板の配線の電極とを接続するものである。
【０００４】
フリップチップ接続の一例として、液晶ガラスパネルにドライバーＩＣを接続する方式に、ＣＯＧ(Chip On Glass)方式がある。ＣＯＧ方式は、液晶ガラスパネル上の電極に直接ドライバーＩＣを実装する方式である。ドライバーＩＣの電極パッド上に金などの導電バンプを形成し、液晶ガラスパネル上の電極と対向させて配置することによって、電気的に直接接合させている。ＣＯＧ方式における、ＩＣの導電バンプと液晶パネルの電極との接合方式の一つに、異方性導電膜(ＡＣＦ(Anisotropic Conductive Film))を用いた接合がある。ＡＣＦは、導通の役割を果たす数μmの導電粒子を混在した接着剤バインダからなり、ＩＣと液晶ガラスパネルとの間に配置される。ヒータツールによりＩＣを加熱及び加圧することによって、導電バンプ上の導電粒子は接着剤を退けて、導電バンプと液晶パネル上の電極とを導通させる。ＡＣＦを用いた接合においては、導通に寄与する導電粒子の数が重要である。3〜5μmの導電粒子を用いた場合、電極と導電バンプとの間の抵抗値を最小化するために、少なくとも4〜7個の数の導電粒子が必要であると見られている。このときの抵抗値は5Ω程度である。微細な接続ピッチの要求が高まるに連れて導電バンプのサイズは小さくなり、導電バンプと液晶パネルの電極との間の導電粒子数は減少する。      
【０００５】
金属蒸着及び電気めっきにより形成した導電バンプの電極に向けられた表面は、平坦にはならず、その中央の広範囲にディンプル(窪み)ができる。ディンプル上に位置する導電粒子は、ディンプルの深さが深いと導通に全く寄与しないか又は極めて抵抗値の高い導通しか得られない。そこで, 導電バンプ表面のディンプルの平面的サイズ及び深さをできるだけ小さくする導電バンプ製造法が開発されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平１１−３１６９８（第７−９頁、第５図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、前記した導電バンプ製造法において、主面を絶縁層で覆われた半導体チップは、その電極パッド上に導電性バンプを備える。導電性バンプは、上記電極パッドに対し該電極パッド上に形成された絶縁層の開口を介して電気的に接続される。上記開口の面積は、上記導電性バンプの上記電極に対向する面の面積の１／９以下であるため、導電バンプのシェア強度が従来品に比べて低いことが問題だった。 また、上記電極パッド上に金属を成長させてなる導電性バンプの上記電極に対向する面には、電極パッド上の絶縁層の段によるディンプルが、少なく
ともその平面的サイズは導電性バンプの上記面積の１／９以下で発生する。
【０００７】
本発明が解決しようとしている課題は、導電バンプのシェア強度が従来品に比べて低い従来の工法及び、導電性バンプ表面にディンプルが発生してしまう欠点を解消し、上記導電バンプ表面のディンプルの平面的サイズ及び深さをできるだけ無くし、導電バンプ上の導通に寄与する導電粒子数を増やし、半導体装置の実装信頼性を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記従来の実装工法の課題を解決するため、本発明の半導体装置は、従来品の表面にディンプルのある導電バンプが設けられた半導体チップと、配線が設けられたチップ支持基板と、半導体チップとチップ支持基板とを対向させた後、接着剤を介在させ、半導体チップの導電バンプと配線とを位置合わせし、半導体チップに超音波を印加して、加熱及び加圧することにより接着剤の熱硬化収縮で半導体チップをフリップチップ接続するものである。
【０００９】
または、本発明の半導体装置は、従来品の表面にディンプルのある導電バンプが設けられた半導体チップと、配線が設けられたチップ支持基板と、半導体チップとチップ支持基板とを対向させた後、半導体チップの導電バンプと配線とを位置合わせし、半導体チップに超音波を印加して、加熱及び加圧することにより前記導電バンプと前記配線との接触部がこすれて、前記ディンプルのある導電バンプを平担化する。その後、連続して半導体チップに荷重を印加して、加熱することにより熱圧着工法による金属間接合で半導体チップをフリップチップ接続するものである。
の詳細について以下に述べる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の半導体装置は、超音波を印可することによりOLE_LINK1導電バンプ表面のディンプルの幅1μm以下、深さを0.2μm以下にできOLE_LINK1、その結果、導電バンプ上の導通に寄与する導電粒子数を増やし、半導体装置の実装信頼性を向上させることができる。
【００１１】
また、導電バンプ表面のディンプルの幅1μm以下、深さを0.2μm以下にできることにより、導電粒子の直径を１／２にすることができるため、導電粒子の総数を4倍に増やせることができ、このことにより接続ピッチを１／４にすることができる。
【００１２】
また、半導体チップ内の導電バンプの高さばらつきが約3μmあるが、超音波を印可することにより、3μmの隙間が無くなり、チップ支持基板の配線とすべての導電バンプとが密着することができ、半導体装置の実装信頼性を向上させることができる。
【００１３】
また、導電バンプ表面のディンプルの幅1μm以下、深さを0.2μm以下にできることにより、チップ支持基板の配線とすべての導電バンプとが密着することができ、接合温度200℃、接合荷重10g/bumpの低温・低荷重の熱圧着接合でシェア強度と接合部信頼性を持った金属間接合が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の半導体装置において、半導体チップをそのバンプ電極面とチップ支持基板のチップ支持面とを対向させてフェイスダウンによって実装するフリップチップ接続するものである。
【００１５】
前記フリップチップ接続では、まず、半導体チップのパッド（表面電極）側に導電バンプを形成し、半導体チップとチップ支持基板とを対向させた後、接着剤を介在させ、半導体チップの導電バンプと配線とを位置合わせし、半導体チップを搭載する。その後、チップ裏面から熱・荷重・超音波を印加することにより、一括して導電バンプと基板の配線とを接続するものである。
【００１６】
フリップチップ接続の一例として、半導体チップとチップ支持基板とを対向させた後、異方性導電膜を介在させ、半導体チップの金バンプと配線とを位置合わせし、半導体チップを搭載する。その後、チップ裏面から10から20g/bumpの荷重をかけながら、190℃から200℃の熱を印可すると、0.1秒で異方性導電膜の温度が90℃から100℃に達して完全に溶融する。この完全溶融に達した時点で超音波振動を40から60kHzで0.1秒印加することにより半導体チップの金バンプと配線が超音波振動によりこすれて、金バンプのディンプルが無くなり、チップ支持基板と対向する金バンプ面の平坦度は0.2μm以下になる。その後、10秒間荷重と熱を印加することにより異方性導電接着剤を熱硬化させる。その結果、金バンプ上により多くの導電粒子がその導通に寄与することになる。
【００１７】
このように半導体チップのパッド（表面電極）側に導電バンプを形成し、半導体チップとチップ支持基板とを対向させた後、接着剤を介在させ、半導体チップの導電バンプと配線とを位置合わせし、半導体チップを搭載し、その後、チップ裏面から熱・荷重・超音波を印加することにより、チップ支持基板とを対向する金バンプ面の平坦度は0.2μm以下のばらつきに抑えることができる。このことにより、導電粒子の直径を現在の１／２以下、つまり1.5μm以下にすることができ、導電粒子数を現在の4倍以上に増やせることが可能となり、現在の接続ピッチの１／４以下、つまり10μmピッチ以下の接合が可能となる。
【００１８】
また、超音波を印加することにより、半導体チップ内の導電バンプの高さばらつき（約3μm）が無くなり、チップ支持基板の配線とすべての導電バンプとが密着するため、接着剤の硬化収縮による接続の信頼性向上させることができる。 つまり、熱衝撃テストにおいて半導体チップとチップ支持基板の熱膨張経係数が異なることから発生する応力が加わっても電気的接続部の信頼性は確保できる。
【００１９】
他例として、半導体チップの金バンプに別工程で超音波振動を印可してチップ支持基板と対向する金バンプ面の平坦度を0.2μm以下にした後、平坦度を0.2μm以下の金バンプを有する半導体チップとチップ支持基板とを対向させた後、異方性導電膜を介在させ、半導体チップの金バンプと配線とを位置合わせし、半導体チップを搭載する工法も可能である。
【００２０】
また、フリップチップ接続の他例として、半導体チップとチップ支持基板とを対向させた後、半導体チップの金バンプと配線とを位置合わせし、半導体チップを搭載する。その後、チップ裏面から5から30g/bumpの荷重をかけながら、50℃から150℃の熱を加え、超音波振動のツール振幅幅を3μmから6μmに設定し、0.1秒から１秒印加することにより導電バンプ表面のディンプルの幅1μm以下、深さを0.2μm以下にできる。その後、接合温度200℃以上、接合荷重10g/bump以上の低温・低荷重の熱圧着接合でシェア強度と接合部信頼性を持った金属間接合が可能となる。
【００２１】
このように半導体チップのパッド（表面電極）側に導電バンプを形成し、半導体チップとチップ支持基板とを対向させた後、半導体チップの導電バンプと配線とを位置合わせし、半導体チップを搭載し、その後、チップ裏面から熱・荷重・超音波を印加することにより、チップ支持基板とを対向する金バンプ面の平坦度は0.2μm以下のばらつきに抑えることができる。このことにより、半導体チップ内の導電バンプの高さばらつき（約3μm）が無くなり、チップ支持基板の配線とすべての導電バンプとが密着するため、熱圧着接合時に必要な400℃以上の加熱が200℃以上で接合可能となり、微細配線ピッチ接続の信頼性を向上させることができる。 つまり、接合時の温度は低いため、半導体チップとチップ支持基板の熱膨張経係数が異なることから発生する伸びによる累積配線ピッチ誤差の影響を受けることなく、金属間接合を得ることができる。
【００２２】
他例として、半導体チップの金バンプに別工程で超音波振動を印可してチップ支持基板と対向する金バンプ面の平坦度を0.2μm以下にした後、平坦度を0.2μm以下の金バンプを有する半導体チップとチップ支持基板とを対向させた後、半導体チップの金バンプと配線とを位置合わせし、半導体チップを金属間接合する工法も可能である。
【実施例１】
【００２３】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２４】
本実施の形態１の半導体装置は、超音波・荷重・熱併用異方性導電接着剤接合によるフリップチップ接続が行われたものである。図１に示す本実施形態１の半導体装置の要部（フリップチップ接続部）の構成について説明すると、導電粒子３を混在した接着剤バインダ５を半導体チップ６とチップ支持基板１との間に配置し、図示しない超音波併用ヒータツールにより半導体チップ６を加熱及び加圧及び超音波振動を印加することによって、チップ支持基板に対向する導電バンプ４の対向面上に位置するすべての導電粒子は圧接された導電粒子３aに変形し導電バンプ４と配線２との間の導通に寄与することとなる。
【００２５】
以下、工程の順を追って説明すると、まず半導体チップの電極パッド８上に形成されるバリアメタル７に導電バンプ４を形成する。導電バンプ４は、電気めっきにより金を電極パッド８上に成長させることによって形成する。めっきは導電バンプ４が15〜20μmの高さに達するまで行なう。金めっきは上記バリアメタル７の表面から同じ厚さで徐々に成長していくので、めっきの初期の段階では、その表面には開口部の平面サイズ及び深さに応じたディンプル４a（図２）ができる。
【００２６】
その次に図２に示すように、半導体チップ６とチップ支持基板１とを対向させた後、導電粒子３を混在した接着剤バインダ５を塗布する。前記接着剤バインダがテープ状であるならば、貼り付ける。
【００２７】
前記半導体チップの導電バンプと配線とを位置合わせし、半導体チップを搭載した状態にする。
【００２８】
その次にチップ裏面から10から20g/bumpの荷重をかけながら、190℃から200℃の熱を印可すると、0.1秒で接着剤バインダ５の温度が90℃から100℃に達して溶融粘度が最も下がる。 この溶融粘度が最も下がった時点で超音波振動を40から60kHzで0.1秒印加することにより半導体チップの導電バンプと配線が超音波振動によりこすれて、導電バンプのディンプルが無くなり、チップ支持基板とを対向する導電バンプ面の平坦度は0.2μm以下のばらつきに抑えることができる。
【００２９】
その後、10秒間荷重と熱を印加することにより異方性導電接着剤を熱硬化させる。その結果、導電バンプ上により多くの導電粒子がその導通に寄与することになる。なお、導電バンプ４は、金めっきの他、銅めっき、Niめっきや半田めっきでも形成できる。
【実施例２】
【００３０】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００３１】
本実施の形態２の半導体装置は、超音波・荷重によるUV接着剤接合フリップチップ接続が行われたものである。図３に示す本実施形態２の半導体装置の要部（フリップチップ接続部）の構成について説明すると、UV接着剤５０を半導体チップ６とチップ支持基板（ガラス基板）１０との間に配置し、図示しない超音波ツールにより半導体チップ６を加圧及び超音波振動を印加することによって、チップ支持基板に対向する導電バンプ４の対向面上にあるディンプルが超音波振動によりすべて無くなり、導電バンプ４と配線２と密着し導通することとなる。
【００３２】
以下、工程の順を追って説明すると、まず半導体チップの電極パッド８上に形成されるバリアメタル７に導電バンプ４を形成する。導電バンプ４は、電気めっきにより金を電極パッド８上に成長させることによって形成する。めっきは導電バンプ４が7〜12μmの高さに達するまで行なう。金めっきは上記バリアメタル７の表面から同じ厚さで徐々に成長していくので、めっきの初期の段階では、その表面には開口部の平面サイズ及び深さに応じたディンプルができる。その次に半導体チップ６とチップ支持基板（ガラス基板）１０とを対向させた後、UV接着剤５０を塗布する。前記半導体チップの導電バンプと配線とを位置合わせし、半導体チップを搭載した状態にする。 その次にチップ裏面から10から20g/bumpの荷重をかけながら、超音波振動を40から60kHzで0.1秒印加することにより半導体チップの導電バンプと配線が超音波振動によりこすれて、導電バンプのディンプルが無くなり、チップ支持基板とを対向する導電バンプ面の平坦度は0.2μm以下のばらつきに抑えることができる。その後、5秒間荷重をかけながらUV照射することによりUV接着剤を硬化させる。その結果、半導体チップのすべての導電バンプと配線と密着し、接着剤の硬化収縮による接続導通が高信頼性で実現できる。
【００３３】
以上、本発明の実施形態及び実施例を図面に沿って説明した。本発明が対象とする半導体装置は、実装基板上の電極に対し接着剤を介して接続される導電性バンプを有する各種の半導体装置である。前記接着剤が、熱可塑性、半熱硬化性、熱硬化性又はUV硬化性のものであるか、非導電性ものであるか、導電粒子の寸法、その組成が金属粒子、金属めっきされた樹脂又は金属粒子、絶縁被覆された金属粒子であるかなどは、本発明を限定する要素にはならない。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、液晶表示装置に用いられる液晶ガラスパネル上にＣＯＧ実装するに好適なる半導体装置に関するものである。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施形態に係る半導体チップをチップ支持基板へ異方性導電接着剤を用いて実装した後の一つのバンプ領域を拡大して示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る半導体チップとチップ支持基板とを対向させた後、接着剤を介在させ、半導体チップの導電バンプと配線とを位置合わせし、半導体チップを搭載した後の一つのバンプ領域を拡大して示す断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る半導体チップをチップ支持基板へUV接着剤を用いて実装した後の一つのバンプ領域を拡大して示す断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１. チップ支持基板
２. 配線
３. 導電粒子
３a. 導通に寄与している導電粒子
４．接続表面が平坦な導電粒子
４a．ディンプル形状のある導電粒子
５. 接着剤バインダー
６. 半導体チップ
７．バリアメタル
８．電極パッド
９．パッシベーション層
１０．ガラス基板
５０．UV接着剤
【図１】
2005093978.tif 000003
【図２】
2005093978.tif 000004
【図３】
2005093978.tif 000005