(57)【要約】【課題】半導体チップ１０と配線板２０との接合信頼性の高い撮像装置１を提供する。【解決手段】実装面１２に複数の第１のバンプ１６を有する半導体チップ１０と、それぞれの第１のバンプ１６と接合された第２のバンプ２６を有する配線板２０と、を具備し、第１のバンプ１６の接合面１６Ｓと第２のバンプ２６の接合面２６Ｓとが、同じ面積の同じ回転対称多角形である長方形であり、第１のバンプ１６と第２のバンプ２６の実接合部３０Ｓの面積が、それぞれの接合面１６Ｓ、２６Ｓの面積よりも小さい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
実装面に複数の第１のバンプを有する半導体チップと、
それぞれの前記第１のバンプと接合された第２のバンプを有する配線板と、を具備し、
前記第１のバンプの接合面と前記第２のバンプの接合面とが、同じ面積の同じ回転対称多角形であり、
前記第１のバンプと前記第２のバンプとの実接合部の面積が、前記接合面の面積よりも小さいことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記実接合部の面積が、前記接合面の面積の１０％〜７０％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】
前記接合面の形状が、長方形であることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記長方形の長辺の長さが短辺の長さの１．５倍〜１０倍であることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第１のバンプの接合面と前記第２のバンプの接合面とが長辺方向が直交するように接合されていることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第１のバンプの回転中心軸と前記第２のバンプの回転中心軸とが一致するように接合されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記半導体チップの外寸と、前記配線板の外寸とが、同じであることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法であって、
複数の前記半導体チップを含む半導体基板と、複数の前記配線板を含む配線基板と、を接合し接合基板を作製する接合工程と、
前記接合基板を切断し個片化する工程と、を具備することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体チップのバンプと配線板のバンプとが接合された半導体装置、および前記半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子が形成された半導体チップを、配線板と電気的に接続する技術として、ワイヤ配線が行われてきた。しかし、半導体チップの多ピン化および狭ピッチ化に対応するために、フリップチップ方式が実用化されている。フリップチップ方式では、半導体チップの実装面の電極上にバンプ（金属突起）を形成し、このバンプを介し配線板に実装する。
【０００３】
バンプを介しての接合では、接合強度および電気的特性等の接合信頼性を担保するには、位置合わせを精度よく行う必要があり、また位置ずれを防止するための様々な検討がなされている。
【０００４】
例えば、特開２００８−２７０６５０号公報には、接合面が傾斜したバンプが開示されており、特開２００６−２９４７３０号公報にはバンプ先端を鋭角形状に整形することが開示されている。
【０００５】
しかし、バンプの形状を加工するには特別な装置が必要であり、工程数の増加およびコストアップの原因となるおそれがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２７０６５０号公報
【特許文献２】特開２００６−２９４７３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の実施形態は、半導体チップと配線板との接合信頼性の高い半導体装置、および前記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】
実施形態の半導体装置は、実装面に複数の第１のバンプを有する半導体チップと、それぞれの前記第１のバンプと接合された第２のバンプを有する配線板と、を具備し、前記第１のバンプの接合面と前記第２のバンプの接合面とが、同じ面積の同じ回転対称多角形であり、前記第１のバンプと前記第２のバンプの実接合部の面積が、それぞれの前記接合面の面積よりも小さい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の実施形態によれば、半導体チップと配線板との接合信頼性の高い半導体装置、および前記半導体装置の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態の半導体装置の分解斜視図である。
【図２】第１実施形態の半導体装置のバンプの分解斜視図である。
【図３】第１実施形態の半導体装置の接合部を説明するための説明図であり、図３（Ａ）は側面（Ｙ方向）から観察したときの図で、図３（Ｂ）は上面（Ｚ方向）から観察したときの図である。
【図４】第１実施形態の半導体装置の製造方法を説明するための斜視図である。
【図５】第１実施形態の半導体装置のバンプの接合面を説明するための図である。
【図６】第２実施形態の半導体装置の接合部を説明するための説明図であり、図６（Ａ）は側面（Ｙ方向）から観察したときの図で、図６（Ｂ）は上面（Ｚ方向）から観察したときの図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
＜第１実施形態＞
本実施形態の半導体装置は、例えば、固体撮像素子を有する撮像装置１である。
【００１２】
図１に示すように、撮像装置１は、半導体チップ１０と配線板２０とを具備する。半導体チップ１０の第１の主面１１には、半導体素子である撮像素子１３が形成されており、撮像素子１３の複数の外部接続端子（不図示）は、それぞれの貫通配線１４を介して第２の主面（実装面）１２のそれぞれのバンプ１６と接続されている。
【００１３】
すなわち、撮像装置１は、半導体チップ１０が、第１のバンプ１６と配線板２０の第２のバンプ２６との接合によるフリップチップ方式により実装されている。
【００１４】
そして、図２に示すように、バンプ１６とバンプ２６とは同じ四角柱形状であり、バンプ１６の接合面１６Ｓと、バンプ２６の接合面２６Ｓと、は同じ面積の同じ２回回転対称多角形の長方形である。そして、バンプ１６とバンプ２６とは、接合面１６Ｓ、２６Ｓの長辺方向が直交するように接合されている。すなわち、接合されるバンプ１６、２６とは、回転中心軸１６Ｏ、２６Ｏを中心に相対的に９０度回転した状態となるように形成されている。
【００１５】
接合面１６Ｓおよび接合面２６Ｓは、長辺の長さが短辺の長さの２倍の長方形である。このため、実接合部３０Ｓの面積は、接合面１６Ｓ、２６Ｓの面積の５０％である。
【００１６】
撮像装置１は、実接合部３０Ｓの面積が狭いため、接合のときに加える圧力が小さくとも確実に接合することができる。
【００１７】
また図３に示すように、接合のときの位置あわせが多少ずれても、実接合部３０Ｓの面積は同じである。このため、位置あわせが多少ずれても、実接合部３０Ｓに印加される圧力は同じであり、さらに、実接合部３０Ｓの電気抵抗も同じである。このため、撮像装置１は、半導体チップ１０と配線板２０との接合信頼性が高い。
【００１８】
なお、バンプ１６、２６の相対角度は厳密に９０度ではなく、略９０度、例えば９０度±１０度であってもよい。また接合されるバンプ１６とバンプ２６との相対角度が略９０度であれば、例えば、複数バンプ１６が交互に９０度回転した状態で配列していてもよい。すなわち、この場合には、接合される複数のバンプ２６も交互に９０度回転した状態で配列する。
【００１９】
次に、撮像装置１の製造方法について簡単に説明する。
図４に示すように、撮像装置１は、複数の半導体チップ１０を含む半導体基板である半導体ウエハ１０Ｗと、複数の配線板２０を含む配線基板２０Ｗとを接合後に、個片化することで作製される。このため、半導体チップ１０の外寸と配線板２０の外寸とは、同じである。
【００２０】
半導体ウエハ１０Ｗは、例えばシリコンからなり、第１の主面１１に複数の撮像素子１３が形成されている。撮像素子１３はＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサ等である。
【００２１】
半導体素子は撮像素子１３に限定されず、半導体ウエハ１０Ｗはゲルマニウムまたはガリウム砒素等の半導体からなっていてもよい。そして、半導体装置は、ＣＰＵ、メモリ、または各種センサ等であってもよい。
【００２２】
そして、半導体ウエハ１０Ｗの実装面１２、配線板２０には、それぞれ複数の第１のバンプ１６、第２のバンプ２６が形成されている。バンプ１６、２６の材料は、比較的変形しやすい材料、例えば、Ａｕ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ａｌまたは前記金属を主成分とする合金等から選択される。また、接合後に加熱処理を行う場合には、例えば、バンプ１６の表面に、Ｎｉ等のバリア層を介してＳｎなどの低融点金属が成膜されていてもよい。
【００２３】
バンプ１６、２６は、例えば、レジストマスクを介した電気めっき法により形成される。通常のバンプ作製では円形または正方形の開口部のあるマスクが用いられるが、バンプ１６、２６の作製では、長辺が短辺の２倍の長さの長方形の開口部があるマスクが用いられる。バンプ１６、２６の辺の長さおよびバンプ高さは仕様に応じて適宜設定されるが、例えば、長辺の長さは２μｍ〜４０μｍであり、高さは２μｍ〜２０μｍである。
【００２４】
なお、図５（Ａ）に示すように、バンプ１６、２６の長方形の接合面１６Ｓ、２６Ｓの長辺の長さＬは、
短辺の長さｗの１．５倍〜１０倍であることが好ましく、２倍〜５倍が特に好ましい。また、実接合部３０Ｓの面積は、接合面１６Ｓ、２６Ｓの面積の１０％〜７０％が好ましく、２０％〜５５％が特に好ましい。
【００２５】
前記範囲の上限以下であれば、接合荷重が小さくても、信頼性の高い接合が可能である。また前記範囲下限以上であれば、狭ピッチの要求にも十分対応することができるとともに、電気抵抗を小さくすることもできる。
【００２６】
また、実接合部３０Ｓからはみ出した接合面１６Ｓ、２６Ｓの一部分も圧着溶着にともなう変形によって接合されたバンプ１６Ａ、２６Ａを覆うようになるので、必要な接合面積を確保することができ、信頼性の高い接合が可能である。
【００２７】
なお、接合面１６Ｓ、２６Ｓの形状は、２回回転対称多角形であれば、略長方形であればよい。すなわち、図５（Ｂ）および図５（Ｃ）に示すように、接合面１６Ｓの形状は、短辺が曲線等の長方形でもよい。
【００２８】
なお、配線基板２０Ｗとしては、ガラス繊維にエポキシ樹脂を含浸させた有機基板、シリコンなどからなる半導体基板、またはセラミックス基板などが例示される。すでに説明しやように、配線基板２０Ｗに形成されるバンプ２６は、バンプ１６と同様の仕様であるが、それぞれが接続されるバンプ１６と長辺方向が直交するように形成される。
【００２９】
そして、接合するバンプ１６とバンプ２６のそれぞれの回転中心軸が一致するように位置あわせを行った後に、半導体ウエハ１０Ｗと配線基板２０Ｗとは圧着接合され接合基板３０Ｗが作製される。半導体ウエハには多数の半導体チップが形成されており、それぞれの半導体チップが多数のバンプを有している。このため、バンプの実接合部の面積が大きいと、ウエハ接合に必要となる荷重は、非常に大きなものになる。ところが、ウエハ接合時に印加可能な荷重、すなわち製造装置が出力可能な力は限られている。このため、信頼性の高い接合をより確実なものとするためには、バンプの実接合部の面積をなるべく小さくして、接合部の単位面積当りの荷重を一定以上に確保する必要がある。
【００３０】
しかし、接合面の面積が小さいバンプの作製および接合は容易ではない。すなわち、バンプ幅に対するバンプ高さで示されるアスペクト比が大きい場合、言い換えると、高さ方向（立体としての縦方向／上下方向）に細長い形状の場合、レジストマスクの作製およびめっき法によるマスク開口部内部への金属析出は困難となる。
【００３１】
さらに、接合のときの位置合わせが僅かでもずれると、バンプが倒れてしまったり、ゆがんだ形状になったりして、高い接合信頼性を保つことができないおそれがある。また、接合面の微小なバンプを作製した場合、全ての半導体チップすなわちウエハ内の全てのバンプ接合部の位置合わせを完全に正確に行うことは、容易ではない。
【００３２】
しかし、図２に示したように、撮像装置１では、バンプ幅（長方形の長辺の長さＬ）が大きく、バンプ１６、２６のアスペクト比が小さいため、バンプの作製が容易である。また、多少の位置合わせずれがあっても接合可能である。さらに、実接合部３０Ｓの面積が小さいため、ウエハ接合に要する荷重が小さくて済む。
【００３３】
加圧接合しながら図示しないヒーターからの加熱によりバンプ１６とバンプ２６との実接合部３０Ｓの温度を上昇させることで、金属接合または金属間化合物を介した接合を形成させることで、複数の半導体チップ１０と複数の配線板２０とを一括して接合し接合基板３０Ｗが作製される。
【００３４】
そして、接合基板３０Ｗをダイサー等を用いて、切断することで、複数の撮像装置１を一括して作製することができる。
【００３５】
すなわち、撮像装置１の製造方法は、複数の半導体チップ１０を含む半導体基板（半導体ウエハ）１０Ｗと、複数の配線板２０を含む配線基板２０Ｗと、を接合し接合基板３０Ｗを作製する接合工程と、接合基板３０Ｗを切断し個片化する工程と、を具備する。
【００３６】
以上の説明のように、撮像装置１の製造方法は、ウエハ単位で一括して複数の撮像装置１を製造でき、かつ、ウエハ接合に高荷重印加が必要ではないため汎用の接合装置を用いることができる。また、接合時に位置あわせが多少ずれても半導体チップ１０と配線板２０との接合信頼性が高い。
【００３７】
＜第２実施形態＞
次に第２実施形態の半導体装置である撮像装置１Ａについて説明する。本実施形態の撮像装置１Ａは第１実施形態の撮像装置１と類似しているので同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
【００３８】
図６（Ａ）および図６（Ｂ）に示すように、撮像装置１Ａでは、第１のバンプ１６Ａの接合面および第２のバンプ２６Ａの接合面が、同じ面積の同じ正三角形（３回回転対称多角形）である。そして、バンプ１６Ａとバンプ２６Ａとは、回転中心軸１６Ｏ、２６Ｏを中心に相対的に６０度回転した状態で接合するように配設されている。
【００３９】
このため、撮像装置１Ａは、撮像装置１と同様の効果を有する、すなわち、撮像装置１Ａは、実接合部３０Ｓの面積が接合面１６Ｓ、２６Ｓの面積が小さく、かつ、位置あわせが多少ずれても、半導体チップ１０と配線板２０との接合信頼性は高い。
【００４０】
なお、撮像装置１Ａでは、実接合部３０Ｓの面積は接合面１６Ｓ、２６Ｓの面積の６７％であり、撮像装置１の５０％に比べると大きい。言い方を変えると、実接合部の面積が同じ場合は、撮像装置１Ａは撮像装置１よりもバンプの接合面が小さく、回転中心軸からバンプの最遠端までの距離も小さい。したがって、撮像装置１Ａは、撮像装置１よりもバンプ間のピッチを狭くすることができ、バンプレイアウトの自由度が向上する。
【００４１】
以上の説明のように本発明の半導体装置は、同じ面積の同じ回転対称多角形の２つのバンプが相対的に回転した状態で接合されている。このため、実接合部の面積が小さく接合に要する荷重が小さいだけでなく、多少の位置合わせずれがあっても実接合部の面積が変化しない。このため、半導体チップと配線板との接合信頼性が高い。
【００４２】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等ができる。
【符号の説明】
【００４３】
１、１Ａ…撮像装置
１０…半導体チップ
１０Ｗ…半導体ウエハ
１１…第１の主面
１２…第２の主面（実装面）
１３…撮像素子
１４…貫通配線
１６、１６Ａ…第１のバンプ
１６Ｏ、２６Ｏ…回転中心軸
１６Ｓ…接合面
２０…配線板
２０Ｗ…配線基板
２６、２６Ａ…第２のバンプ
３０Ｓ…実接合部
【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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