(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のパッドと、第１のパッドに接続され第１のパッドの厚さよりも長さが長いポストと、ポストの端に付けられた金属半田とを含む第１の半導体基板を準備し、ここで、ポストの長さは約２０ミクロン以上であり且つ金属半田は約２ミクロン以下の厚さを有し、
第２のパッドを含む第２の半導体基板を準備し、
第２のパッド上に充填剤を含まないポリマー液体を付け、
金属半田とポリマー液体を並べて接触させ、
第１の半導体基板と第２の半導体基板を互いに押し合わせ、第２のパッドと金属半田との間に金属ジョイントを形成するため金属半田とポリマー液体を加熱する、
相互連結組立体の製造方法。
【請求項２】
上記金属半田と上記ポリマー液体を加熱する際に、
上記金属半田の温度がその融点よりも高くなるまで、上記金属半田の温度を上昇させ、
次に、上記ポリマー液体の硬化温度付近の温度まで上記金属半田と上記ポリマー液体の温度を低下させる、
請求項１記載の製造方法。
【請求項３】
上記金属半田の温度を上昇させる際に、第１の所定の時間に亘って温度を連続的に上昇させ、
上記金属半田の温度を低下させる際に、温度が上記ポリマー液体の硬化温度付近に達するまで、第２の所定の時間に亘って温度を連続的に下げ、第３の所定の時間に亘ってそのまま保つ、
請求項２記載の製造方法。
【請求項４】
第１のパッドと、上記第１のパッドから所定の距離未満の間隔で設けられた第２のパッドとを有し、上記第１のパッドに接続された第１のポスト及び上記第２のパッドに接続された第２のポストを有し、金属半田が上記第１のポストの端及び上記第２のポストの端に付けられている、第１の半導体基板を準備し、ここで、各々のポストの長さは約２０ミクロン以上であり且つ金属半田は約２ミクロン以下の厚さを有し、
更なる第１のパッドと、上記更なる第１のパッドから所定の距離未満の間隔で設けられた更なる第２のパッドとを有する第２の半導体基板を準備し、
上記更なる第１のパッド及び上記更なる第２のパッドに充填剤を含まないポリマー液体を付け、
上記第１のポストの端に付けられた金属半田及び上記第２のポストの端に付けられた金属半田を、それぞれ、上記更なる第１のパッド及び上記更なる第２のパッドと並べて接触させ、
上記第１の半導体基板及び上記第２の半導体基板を互いに押し合わせ、同時に、上記第１のポストの端に付けられた金属半田及び上記第２のポストの端に付けられた金属半田と、夫々に対応した上記更なる第１のパッド及び上記更なる第２のパッドとの間に金属ジョイントを形成するため、上記金属半田及び上記ポリマー液体を加熱する、
相互連結組立体の製造方法。
【請求項５】
第１の半導体基板と、
上記第１の半導体基板に固定された第１のパッドと、
上記第１の半導体基板に固定され、上記第１のパッドから所定の値未満の値を有するピッチ間隔で配置された第２のパッドと、
更なる第１のパッド及び更なる第２のパッドが固定され、上記更なる第２のパッドが上記更なる第１のパッドから所定の値未満の値を有するピッチ間隔で配置された第２の半導体基板と、
第１の金属ジョイントを介して、上記第１のパッド及び上記更なる第１のパッドへ接続される第１のポストであって、該第１のポストの長さは約２０ミクロン以上であり且つ該第１の金属ジョイントは約２ミクロン以下の厚さを有する、第１のポストと、
第２の金属ジョイントを介して、上記第２のパッド及び上記更なる第２のパッドへ接続される第２のポストであって、該第２のポストの長さは約２０ミクロン以上であり且つ該第２の金属ジョイントは約２ミクロン以下の厚さを有する、第２のポストと、
上記第１の金属ジョイントの少なくとも一部分に接触する第１の硬化ポリマー液体と、
上記第２の金属ジョイントの少なくとも一部分に接触する第２の硬化ポリマー液体と、
を有する相互連結組立体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置を製造する方法に係り、特に、微細ピッチ基板を一つに結合する相互連結組立体及びＺコネクションに関する。
【０００２】
【従来の技術】
マルチチップモジュール（ＭＣＭ）は、２個以上の集積回路チップが実装された基板である。基板（たとえば、チップキャリヤ）は、典型的に、チップ用のボンディングパッドを含み、パッドは、導線の組を用いて、パッケージ用のコンタクトパッド、或いは、基板上のほかのボンディングパッドへ接続される。導線は、かくして、配線ネットワーク、又は、共通基板上に実装された多数の素子のためのＩ／Ｏパスを形成する。集積回路チップ又は他の部品を基板へ電気接続する方法は他にもあるが、最も一般的に使用される方法は、フリップチップボンディング、ワイヤボンディング、ＴＡＢなどである。
【０００３】
フリップチップボンディング（又は、半田バンプボンディング）において、半田バンプは、チップのＩ／Ｏパッド上に配置され、チップパッドとの接合を形成するためリフローされる。チップは、表向きにホルダ上に配置され、裏返し（裏向き）にされ、基板上の対応した導電性ボンディングパッドと整列させられる。
このチップパッド及び基板パッドは、物理的に接触させられる。この半田は、熱を加えることによってリフローされ、バンプがボンディングパッドと溶融し、チップのＩ／Ｏパッドと基板との間に電気的接続及び構造的接続の両方の接続が実現される。ワイヤボンディングプロセスにおいて、チップは、表向きに基板へ取り付けられ、細い金若しくはアルミニウムワイヤがチップのＩ／Ｏパッドと基板のボンディングパッドとの間で繋がれる。ワイヤは、熱圧着、サーモソニックボンディング、又は、超音波溶接操作によって２組のパッドへ接続される。ＴＡＢボンディングでは、チップは、表向きにチップへ取り付けられ、チップのＩ／Ｏパッドは、リフロー処理、又は、熱圧着／超音波ボンディング金属、及び／又は、テープ上に設けられた半田バンプの何れかによって、ポリイミド膜テープ上の金属パッドへ接合される。
【０００４】
チップを基板へ接続する上述の各方法は、それぞれに関連した利点と欠点がある。フリップチップ方法は、最高密度のＩ／Ｏ接続を実現し、最小のＭＣＭを製造することができる。Ｉ／Ｏ接続は、チップの周辺、又は、チップの内側で行われる。フリップチップボンドは、良好な電気接続を実現するが、半田ジョイントは、一般的に、熱放散能力が劣る（低熱伝導性である）。別の欠点は、パッド間の半田ジョイントの完全性は、熱的に生じる金属疲労（部品間の熱膨張率の差）、並びに、トラップされた半田フラックス若しくは汚染物により生じる腐食によって低減されることである。半田がリフローされたとき、非常に近接したバンプ間に短絡が生じる。さらに、半田はリフローするのに十分な温度まで加熱する必要があるので、フリップチップボンディングは、感熱性部品（たとえば、半田リフロー温度まで加熱されたときに、損傷するか、若しくは、電気特性が許容できない程度に変化する部品）と共に使用するには適さない。
【０００５】
ワイヤボンディングは成熟した技術であるが、ワイヤボンディングで使用されるワイヤは、極細となるように作られているので、異常を生じることなく伝送しえる電力には制限がある。さらに、ワイヤ中の鉛のインダクタンス及び抵抗によって、配線の電気性能が劣化する。ワイヤボンド接続は、フリップチップ配線よりも占有面積が大きいので、フリップチップボンディング型のＭＣＭよりもかなり広い基板を必要とする。また、ワイヤは、他の配線方法よりもかなり長い信号伝搬パスを形成する。その上、中間金属の形成による配線の脆弱化は、接合の故障を生じさせ得る（たとえば、金属ワイヤボンドとアルミニウムパッドとの間で問題になる）。
【０００６】
ＴＡＢ配線は、ボンディングパッドとピッチがワイヤボンディングよりも小さくなるという利点がある。しかし、ワイヤボンディングの場合と同様に、ＴＡＢは、周辺Ｉ／Ｏパッドを有するチップの配線に限定される。このため、典型的に、全体的なＩ／Ｏ密度は、フリップチップ技術を用いて達成できる密度よりも低下する。ＴＡＢ配線は、一般的に、フリップチップボンディングで得られるよりも高い容量と大きい寄生インダクタンスとを生ずる。最後に、ＴＡＢ組立体は、通常、チップ設計毎に異なる機械を設備する必要があるので、ＴＡＢは、非常に高価なボンディング方法である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明は、従来技術の多数の利点を保持したままで従来技術による方法の問題点を解決する、集積回路チップを基板へ相互接続する方法の提供を目的とする。
【０００８】
特に、本発明は、フリップチップボンディングの欠点がなく、フリップチップボンディングの利点を有する、チップを基板へ相互接続する方法を提供する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、パッドの上部に半田を付けたポストを有する基板と、充填剤を含まない液体ポリマーを供給した基板と、を熱圧着することにより、高い信頼性で微細ピッチ基板の接続を可能にする方法である。
【００１０】
本発明は、第１のパッドが接続され、第１のパッドに接続され第１のパッドの厚さよりも長さが長いポストを具備した第１の半導体基板を有する相互連結組立体を、フラックスを使用しないで形成する製造方法である。金属半田がポストの一端に設けられ、第２のパッドが接続された半導体基板が設けられる。ポストの長さは、好ましくは、第１のパッドの厚さの約５倍乃至約８倍である。第１のパッドの厚さは、約４ミクロンから約７ミクロンであり、ポストの長さは、約２０ミクロンから約５６ミクロンである。この製造方法は、充填されていないポリマー液体を第２のパッド上に設け、金属半田をポリマー液体と並べて接触させ、第１の半導体基板と第２の半導体基板を圧力によって押し合わせ、同時に、第２のパッドと金属半田との間に金属ジョイントを形成するため、金属半田及びポリマー液体を加熱する。
【００１１】
ポリマー液体は、好ましくは、主として、すなわち、約９６重量パーセントから約９８重量パーセントのエポキシ樹脂と、約２重量パーセント乃至約４重量パーセントのイミダゾール触媒と、を含む。或いは、ポリマー液体は、好ましくは、主として、すなわち、約６０重量パーセント乃至約９０重量パーセントのエポキシ樹脂と、約８重量パーセント乃至約３６重量パーセントのノボラック樹脂と、約２重量パーセント乃至約４重量パーセントのイミダゾール触媒と、を含む。ポリマー液体は、金属半田がポリマー液体と並べられ、接触させられている間、液体の状態を保つ。
【００１２】
第１の基板と第２の基板を互いに圧力を加えて合わせることは、好ましくは、金属半田をポリマー液体の中に通し、約２００ｐｓｉ乃至約５００ｐｓｉの圧力で、好ましくは、約３００ｐｓｉ乃至約４００ｐｓｉの圧力で、第２のパッドを金属半田と接触させる。金属半田とポリマー液体の加熱は、好ましくは、金属半田の温度がその融点よりも高くなるまで、金属半田の温度を上昇させ、次に、ポリマー液体の硬化温度付近の温度まで金属半田とポリマー液体の温度を低下させる。金属半田の温度の上昇は、好ましくは、約１０分乃至約５０分の時間に亘って、温度を連続的に上昇させ、金属半田の温度の下降は、温度がポリマー液体の硬化温度付近に達するまで、約２分乃至約１５分の時間に亘って温度を連続的に下げ、約３０分乃至約９０分の時間に亘ってその温度で保つことである。
【００１３】
本発明の他の実施例により提供される、相互連結組立体を、フラックスを使用することなく形成する製造方法は、第１のパッドと、第１のパッドから約０．２０ｍｍ未満の間隔で設けられた第２のパッドとが接続された第１の半導体基板を準備する。第１のポスト及び第２のポストは、それぞれ、第１のパッド及び第２のパッドへ接続され、金属半田が第１のポストの端と、第２のポストの端に設けられる。この製造方法は、更なる第１のパッド及び更なる第２のパッドが接続された第２の半導体基板を準備する。更なる第２のパッドは、更なる第１のパッドから０．２０ｍｍ未満の間隔で設けられる。この製造方法は、さらに、ポリマー液体を更なる第１のパッド及び更なる第２のパッドに塗布する。第１のポストの端及び第２のポストの端上の夫々の金属半田は、更なる第１のパッド及び更なる第２のパッドと並べられ、接触させられ、第１の半導体基板及び第２の基板は、圧力によって互いに強制的に合わせられ、同時に、それぞれの金属半田とポリマー液体は、夫々の金属半田と更なる第１のパッド及び更なる第２のパッドとの間に金属ジョイントを形成するため、加熱される。
【００１４】
好ましい一実施例において、ポリマー液体は、好ましくは、主として、すなわち、約９６重量パーセントから約９８重量パーセントのエポキシ樹脂と、約２重量パーセント乃至約４重量パーセントのイミダゾール触媒と、を含む。
【００１５】
或いは、他の好ましい一実施例において、ポリマー液体は、約６０重量パーセント乃至約９０重量パーセントのエポキシ樹脂と、約８重量パーセント乃至約３６重量パーセントのノボラック樹脂と、約２重量パーセント乃至約４重量パーセントのイミダゾール触媒と、を含む。
【００１６】
好ましくは、ポリマー液体は、金属半田がポリマー液体と並べられ、接触させられている間、液体の状態を保つ。第１の基板と第２の基板を圧力によって互いに合わせることによって、金属半田は、ポリマー液体の中を通り、更なる第１のパッド及び更なる第２のパッドを、約２００ｐｓｉ乃至約５００ｐｓｉの圧力で、それぞれの金属半田と接触させる。上述の通り、金属半田とポリマー液体の加熱は、金属半田の温度がその融点よりも高くなるまで上昇させ、次に、金属半田及びポリマー液体の温度の降下は、好ましくは、ポリマー液体の硬化温度付近まで温度を下げる。上述の通り、温度の上昇は、好ましくは、約１０分乃至約５０分の時間に亘って、温度を連続的に上昇させ、温度の下降は、好ましくは、温度がポリマー液体の硬化温度付近に達するまで、約２分乃至約１５分の時間に亘って温度を連続的に下げ、約３０分乃至約９０分の時間に亘ってその温度で保つことである。
【００１７】
本発明の実施例は、第１の半導体基板と、第１の半導体基板に固定された第１のパッドと、第１の半導体基板に固定され、第１のパッドから約０．２０ｍｍ未満の値を有するピッチ間隔で配置された第２のパッドと、を含む相互連結組立体である。相互連結組立体は、更なる第１のパッド及び更なる第２のパッドが固定され、更なる第２のパッドが更なる第１のパッドから約０．２０ｍｍ未満の値を有するピッチ間隔で配置された第２の半導体基板を、更に含む。第１のポストは、第１の金属ジョイントを介して、第１のパッド及び更なる第１のパッドへ接続される。第１の硬化ポリマー液体は、第１の金属ジョイントの少なくとも一部分に接触する。第１のパッドは第１の厚さを有し、第２のパッドは第２の厚さを有する。第１のポストの長さは、第１の厚さの約５倍乃至約８倍である。第２のポストの長さは、第２の厚さの約５倍乃至約８倍である。
【００１８】
上記の本発明の目的及び構成、並びに、以下の詳細な説明によって当業者には明らかである種々の付加的な構成及び特徴は、本発明の方法及び組立体によって実現され、本発明の好ましい実施例は、添付図面を参照して、例示的に以下で説明する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を詳細に参照すると、図１には、相互連結組立体１０の部分斜視断面図が示されている。相互連結組立体１０は、基板組立体１２及び基板組立体１４を含む。図２には、基板１６と、基板１６に固定されたパッド１８と、パッド１８毎に固定されたポスト２０と、利用可能なポスト２０の端毎に取り付けられた金属半田２２と、を含む基板組立体１２がより明瞭に示されている。基板組立体１４は、図１に明瞭に示されているように、基板２４と、基板２４に固定されたパッド２６と、を含む。ポリマー３０が基板１６と基板２４の一方に設けられ、好ましくは、図１に示されるように、基板２４の方に設けられる。
【００２０】
基板１６及び２４は、相互連結組立体１０の一部を形成するため電気的に相互接続されるべき適当な基板である。適当な基板には、半導体基板や、回路基板や、ＰＣＢ（ＩＣボード）、ＭＣＭ、バックプレーン、ＬＳＩなどを含む基板や、パーソナルコンピュータや、ワークステーションや、コンピュータ（周辺機器を含む）や、端末や、半導体チップや、ＣＳＰや、ＭＣＭや、ＰＣＢや、或いは、これらと同等のものなどが含まれる。
【００２１】
パッド１８及び２６は、それぞれ、基板１６及び２４に電気的に結合又は接続された適当なパッド若しくは電極である。各パッド１８及び２６の厚さ、すなわち、高さは、対応したポスト２０の長さが、対応したパッド１８及び２６の厚さ、すなわち、高さの約５倍乃至約８倍になるような厚さである。好ましくは、夫々のパッド１８及び２６の厚さ又は高さは、約４ミクロン乃至約８ミクロンの範囲で変化し、より好ましくは、約５ミクロン乃至約６ミクロンの範囲で変化する。かくして、夫々のポスト２０の長さは、約２０ミクロン乃至約５６ミクロンの範囲で変化し、より好ましくは、約２５ミクロン乃至約４８ミクロンの範囲で変化する。パッド１８並びにパッド２６は、約０．２０ｍｍ未満の間隔で配置され、好ましくは、間隔は約０．１８ｍｍ未満であり、より好ましくは、間隔は０．１０ｍｍ乃至０．１６ｍｍ（たとえば、約０．１５ｍｍ）である。パッド１８及び２６は、たとえば、導電性金属素子、化合物又は合金、好ましくは、銅のような適当な導電性材料から作られる。
【００２２】
ポスト２０の利用可能な端に実装若しくは取り付けられた金属半田２２は、好ましくは、ポリマー液体３０の硬化温度よりも約５０℃乃至約９０℃だけ高温（たとえば、約２００℃乃至約２４０℃、好ましくは、２２０℃乃至約２３０℃）の融点を有する金属半田２２である。好ましくは、金属半田は、共融Ｐｂ／Ｓｎ、好ましくは、９５Ｓｎ／５Ｓｂ又は８０Ａｕ／２０Ｓｎを含むか、共融Ｐｂ／Ｓｎ、好ましくは、９５Ｓｎ／５Ｓｂ又は８０Ａｕ／２０Ｓｎを主成分として含むか、或いは、共融Ｐｂ／Ｓｎ、好ましくは、９５Ｓｎ／５Ｓｂ又は８０Ａｕ／２０Ｓｎからなる。金属半田２２は、好ましくは、約０．１０ミクロン乃至約２．０ミクロンの厚さを有し、より好ましくは、０．６０ミクロン乃至約０．９０ミクロンの厚さを有する。
【００２３】
ポリマー３０は、好ましくは、無充填ポリマーであり、すなわち、珪素、酸化珪素、酸化アルミニウム、炭化シリコン、炭酸カルシウム、雲母などのような充填剤粒子を含有しないポリマーである。ポリマー３０は、好ましくは、アミン若しくは無水物で硬化するのとは異なり、触媒硬化ポリマーであり、アミン若しくは無水物で硬化させた場合よりも高い温度耐性と、低い水分吸収性とを有する。
【００２４】
本発明の好ましい一実施例において、ポリマー３０は、触媒（たとえば、イミダゾール触媒）と、エポキシ（たとえば、エポキシ樹脂）とを、含むか、主として含むか、又は、触媒とエポキシとからなる。ポリマー３０は、約９０重量パーセント乃至約９９重量パーセントのエポキシ樹脂と、約１重量パーセント乃至約１０重量パーセントの触媒と、を含み、好ましくは、約９５重量パーセント乃至約９９重量パーセントのエポキシ樹脂と、約１重量パーセント乃至約５重量パーセントの触媒と、を含み、より好ましくは、約９６重量パーセント乃至約９８重量パーセントのエポキシ樹脂と、約２重量パーセント乃至約４重量パーセントの触媒と、を含む。
【００２５】
本発明の他の実施例では、ポリマー３０は、触媒（たとえば、イミダゾール触媒）と、樹脂（たとえば、エポキシ樹脂）と、ノボラック樹脂と、を含む。この実施例の場合、ポリマー３０は、約２５重量パーセント乃至約９５重量パーセントのエポキシ樹脂と、約５重量パーセント乃至約７５重量パーセントのノボラック樹脂と、約１重量パーセント以上の触媒と、を含み、好ましくは、約４０重量パーセント乃至約９５重量パーセントのエポキシ樹脂と、約５重量パーセント乃至約５０重量パーセントのノボラック樹脂と、約１重量パーセント乃至約６重量パーセントの触媒と、を含み、より好ましくは、約６０重量パーセント乃至約９０重量パーセントのエポキシ樹脂と、約８重量パーセント乃至約３６重量パーセントのノボラック樹脂と、約２重量パーセント乃至約４重量パーセントの触媒と、を含む。
【００２６】
本発明の実施例におけるポリマー３０は、優れた熱的安定性をもつ。ポリマー３０のＴＧＡ測定量は、約３００℃付近のオンセット分解温度を示す。この熱的安定性は、ＪＥＤＥＣレベル２のリフローが要求される鉛を含有しない半田２２に対するより高いリフロー温度のために必要であり、その場合、たとえば、約２６０℃のように約２５０℃乃至約２７０℃のピーク温度が存在し、特に、約２４５℃のような約２２０℃以上の温度が少なくとも４分間持続する。熱的安定性に加えて、金属半田２２に対する約２４５℃乃至約２５０℃のリフロー温度までの初期加熱中にポリマー３０から揮発性物質は放出されない。
【００２７】
ポリマー３０用のエポキシ樹脂は、好ましくは、ビスフェノール、エピクロロヒドリンから生成されたエポキシ樹脂、及び、ビスフェノールＡのようなエポキシド族の反応に基づく熱硬化性樹脂である。参考のため引用された米国特許第4,477,518号明細書に記載されているように、エポキシ樹脂は、グリシジルポリエーテルを含む。その基本構造は、以下の化学式によって表現される。
【００２８】
【化１】
0003946523.tif 000002
式中、ｎは、整数の列０，１，２，３．．．，であり、Ｒは、ジヒドリックフェノールの２価炭化水素ラジカルを表現する。好ましくは、Ｒは、ビスフェノールＡから抽出される。これらのビスフェノールタイプのエポキシ樹脂は、１以上の１，２エポキシ等量を有する。それらは、一般的に、ジエポキシドである。用語「エポキシ等量」は、グリシジルエーテルの平均分子量に含まれる１，２エポキシ基の個数を意味する。１，２エポキシ基の化学式は以下の通りである。
【００２９】
【化２】
0003946523.tif 000003
典型的に、ビスフェノールのエポキシ樹脂は、市販品で容易に入手可能であり、Lee and Neville編のHandbook of Epoxy Resinsには、その合成についての完全に説明されている。
【００３０】
ポリマー３０用のノボラック樹脂は、酸性触媒と過剰なフェノールとを用いることによって主として得られる熱可塑性フェノール−ホルムアルデヒドタイプの樹脂である。この樹脂は、一般的に、アルコール可溶性であり、２００乃至４００°Ｆまで加熱することによって硬化した架橋構造へ変換させるため、ヘキサメチレン−テトラミン、パラホルムアルデヒドなどとの反応を必要とする。適当なノボラックエポキシ樹脂は、市場で入手可能であり、好ましくは、水酸化ナトリウムのような塩基性触媒、エピクロロヒドリンのようなエピハロヒドリンの存在下で、ノボラック樹脂との反応によって取得されたノボラックエポキシ樹脂を含む。ノボラック樹脂は、ホルムアルデヒドのようなアルデヒドと、モノヒドリックフェノール、ジヒドリックフェノール若しくはポリヒドリックフェノールの何れかとの樹脂製凝縮物である。ジヒドリックフェノールは、水素、臭素及び塩素からなる群より選択された一つ以上の基で置換されたフェノールを含み、芳香環が約１個乃至約４個の炭素原子を含む基であるアルキレン（たとえば、メチレン）又はアルキリデン（たとえば、イソプロピリデン）、Ｓ，Ｓ−Ｓ，ＳＯ，ＳＯ２，ＣＯ又はＣによって結合されている（参考のため引用した米国特許第6,106,891号明細書を参照のこと。）。
【００３１】
適当なノボラックは、フェノール、クレゾール、α−ナフトール、β−ナフトール、ｏ−クロロフェノール、ｍ−クロロフェノール、ｐ−クロロフェノール、たとえば、ｏ−メチル−フェノール、３，５−ジメチル−フェノール、ｐ−ｔ−ブチル−フェノール、ｐ−ノニルフェノール及びその他のモノヒドリックフェノールを含有するフェノールのアルキル化誘導体、並びに、レソルシノール及びヒドロキノンのようなポリヒドリックフェノールのようなフェノールから得られる。２乃至６個の水酸基と、６乃至約３０個の炭素原子を含むポリヒドリックフェノールは、直鎖又は架橋高分子量樹脂を形成するため、エポキシ樹脂と反応させるのに特に有用である。ポリヒドリックフェノールから得られたノボラックは、たとえば、ハロゲン（フルオロ、クロロ、ブロモ）、又は、ハイドロカービルを含む置換基を有するフェノールを含有し、芳香族環が、酸素、硫黄、ＳＯ、ＳＯ２、最大１０個の炭素原子を含む２価炭化水素ラジカル、ＯＲ’Ｏ、ＯＲ’ＯＲ’Ｏ、ＳＲ’、ＳＲ’ｓ、ＳＲ’ＳＲ’Ｓ、ＯＳｉＯ、ＯＳｉＯＳｉＯ、ＯＣＯＲ’ＣＯＯ、ＣＯＯＲ’ＣＯＯ、ＳＯＲ’ＳＯ及びＳＯ２Ｒ’ＳＯ２ラジカルのような炭化水素ラジカルを含む酸素、硫黄、及び、窒素から選択された基によって結合されている。ここで、Ｒ’は、2価炭化水素ラジカルを表わす。
【００３２】
適当なジヒドリックフェノールの非限定的な例として、４，４’−ジヒドロキシジフェニルメチルメタン、（ビス−フェノールＡ）、２，４−ジヒドロキシジフェニルメタン、３，３’−ジヒドロキシジフェニルジエチルメタン、３，４’−ジヒドロキシジフェニルメチルプロピルメタン、２，３’−ジヒドロキシジフェニルエチルフェニルメタン、４，４’−ジヒドロキシジフェニルプロピルフェニルメタン、４，４’−ジヒドロキシジフェニルブチルフェニルメタン、２，２’−ジヒドロキシジフェニルジトリルメタン、４，４’−ジヒドロキシジフェニルトリメチルメタンなどが含まれる。
【００３３】
ポリマー３０用の触媒は、エポキシ樹脂の架橋を促進するため有効な量だけ塩化された適当な触媒でもよい。エポキシ樹脂用の適当な触媒には、たとえば、第三級アミンのようなアミンと、スタンナウス  オクトエートのような酸性触媒と、イミダゾールと、を含む。適当な第三級アミン触媒には、Ｎ，Ｎ−ジメチルベンジルアミン、第三級アミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアニリン、Ｎ−メチルモルホリン、Ｎ−エチルモルホリン、イミダゾール及びテトラクロロメチル  エチレン  アミン、テトラメチル  グアニジン、トリイソプロピルアミン、ピリジン、ピペラジン、トリエチルアミン、トリブチルアミン、ジメチル  ベンジルアミン、トリフェニル  アミン、トリシクロヘキシルアミン、キノリン、トリエチルアミン、トリフェニルアミン、トリ（２，３−ジメチル  シクロヘキシル）アミン、ベンジルジメチルアミン、１，３−テトラメチル  ブタン  ジアミン、トリス（ジメチルアミノメチル）フェノール、及び、トリエチレンジアミンが含まれる。適当なイミダゾールには、１乃至６個の炭素原子を有する一つ以上のアルキル、或いは、アミノ窒素、若しくは、複素環式炭素上に配置され得るアリールが含まれる。
【００３４】
適当なイミダゾールには、たとえば、イミダゾール、２−メチルイミダゾール、２−エチルイミダゾール、２−プロピルイミダゾール、２−ブチルイミダゾール、２−ペンチルイミダゾール、２−ヘキシルイミダゾール、２−シクロヘキシルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール、２−ノニルイミダゾール、２−ウンデシルイミダゾール、２−ヘプタデジルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾール、２−フェニル−４−メチルイミダゾール、１−ベンジルイミダゾール、１−エチル−２−メチルベンズイミダゾール、２−メチル  ５，６−ベンズイミダゾール、１−ビニルイミダゾール、１−アリル−２−メチルイミダゾール、２−シアノイミダゾール、２−クロロイミダゾール、２−ブロモイミダゾール、及び、それらの混合物が含まれる。酸素、硫黄或いは水素、又は、類似した置換体などを含有するその他のイミダゾールは、たとえば、１−（２−ヒロドキシプロピル）−２−メチルイミダゾール、２−フェニル−４，５−ジメチルオリミダゾール、２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾール、２−クロロメチルベンズイミダゾール、２−ヒドロキシベンズイミダゾール、及び、それらの混合物を含む。最も適当なイミダゾールは、２−メチルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾール、１，２−ジメチルイミダゾール、及び、２−フェニルイミダゾールであり、２−フェニルー４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾール、２−フェニル−４−メチルイミダゾール、１−シアノエチル−２−メチルイミダゾール、１−シアノエチル−２−フェニルイミダゾール、３，４−ジアルキル  イミダゾールは、適当な温度でエポキシ反応物の硬化を加速、促進し、硬化した材料に最高の熱歪み温度を与えるので好適である。
【００３５】
再度、図１から図４を参照して、好ましくは、フラックスを使用することなく、相互連結組立体を形成する方法について説明する。従来技術において知られているように、気相成長は、典型的に、空気接触の結果として表面に酸化膜が生じる金属半田２２を形成すべく、半田材料の層を堆積させるため利用される。以下に詳述するように、金属半田２２が軟化点又は融点（リフロー温度）まで加熱されるとき、この加熱は、対応した金属半田２２がポリマー３０（たとえば、液体ポリマー３０）に挿入され、対応したパッド２６と接触するように配置される間に行われる。加熱は、酸素及び／又はアルゴンを含む雰囲気ガス内で行ってもよい。金属半田２２の融点又はリフロー温度は、パッド１８及び２６並びにポスト２０の融点又はリフロー温度よりも低い。したがって、パッド２６が液体ポリマー３０の上に重なるか、或いは、上を覆うように液体ポリマー３０を基板２４に堆積させた後、基板１６（関連したポスト２０及び金属半田２２を含む）は、パッド２６を含む液体ポリマー３０と揃えられるので、基板１６及び２４が互いに押し合わされるとき、その間に対応した金属半田２２が夫々のパッド２６と接触し、金属半田２２と液体ポリマー３０の加熱が同時に行われる。金属半田２２の融点温度は、典型的に、約２２０℃乃至約２３０℃である。ピーク熱温度は、典型的に、融点温度よりも約５℃乃至約２５℃だけ高温である。金属ジョイント３４（図３を参照せよ）は、ポスト２０の端を対応したパッド２６へ溶かす。より詳細に説明すると、夫々のパッド２０の端、及び、関連した金属半田２２は、液体ポリマー３０を通過し、対応したパッド２６と接触させられる。次に、基板１６及び２４は、互いに押し合わされ、好ましくは、約２００ｐｓｉ乃至約５００ｐｓｉの圧力で押し合わされ、同時に、金属半田２２及びポリマー液体３０が図４に明瞭に示されているように加熱される。金属半田２２の加熱は、金属半田２２の温度が金属半田２２の融点温度よりも高くなるまで、金属半田２２の温度を上昇させる。次に、金属半田２２及びポリマー液体３０の温度は、ポリマー液体３０の硬化温度付近（たとえば、１３０℃乃至１９０℃）になるまで下げられる。本発明の好ましい一実施例において、温度上昇中は、好ましくは、約１０分乃至約５０分の時間に亘って継続的に温度を上げ（図４を参照せよ）、温度降下中は、好ましくは、温度がポリマー液体３０の硬化温度付近に達するまで、約２分乃至約１５分の時間に亘って継続的に温度を下げ、ポリマー液体３０が硬化するように、その温度で約３０分乃至約９０分の時間に亘って保たれる。
【００３６】
かくして、本発明を実施することにより、２枚の基板、たとえば、基板１６と基板２４の間に電気的接続性を確立するため使用できるＺコネクション組立体が得られる。図１に示されるように、基板１６と基板２４の間の電気的接続は、重ね合わされた基板上で、先端に半田を含むポスト２０（たとえば、銅ポスト）と、パッド２６（たとえば、銅パッド）との間に形成された金属ジョイント３４を介して行われる。ポリマー混合物は、一方の基板（たとえば、組み合わせ用の銅パッドを含む基板）に分散させられ、次に、整列と、基板の接着が行われる。両方の基板は、次に、半田を溶かし、ポストとパッドの間に金属ジョイントを形成するため、重ね合わされるか、或いは、熱圧着される。加熱中に、ポリマー混合物は、硬化し、固まる。上述の通り、図２には、先端に半田が設けられたポストの細部が示され、図３には、Ｚコネクションの完成後に接合された基板が示されている。ポリマー混合物は、硬化後に、誘電体層として作用する。この誘電体層は、熱サイクリング中に応力を緩和し、金属コンタクトを環境から半密封状にシールする。
【００３７】
本発明の実施例は、微細ピッチ（たとえば、約０．２０ｍｍ未満のピッチ）のパッケージングアプリケーションのため基板間に電気的コンタクトを確立する適切な経路を与える。先端に半田を含むポストを使用することによって、金属ジョイントが確立されるので、非常に高密度の配線を行うと共に、部品の信頼性を維持することが可能になる。本発明の分配可能な液体ポリマー混合物を使用することにより、Ｚコネクション処理が簡単になる。従来のフリップチップを基板に取り付ける設備は、整列と、基板の接着のために使用され得る。ポリマー混合物を用いることにより、Ｚコネクションが完成した後にアンダーフィルを行う必要が無くなる。勿論、Ｚコネクションが完成した後に、アンダーフィルを行っても構わない。
【００３８】
以上の通り、具体的な実施例に関して本発明を説明したが、本発明の範囲を逸脱することなく、実施例の変形、種々の変更、及び、置換が可能である。また、本発明の一部の特徴は、本発明の範囲内で、他の特徴を用いることなく利用することが可能である。したがって、本発明によって教示された事項に特定の条件又は材料を適用するため、本発明の範囲並びに本発明の精神を逸脱することなく、多数の変更を施すことができる。本発明は、本発明を実施する最良の実施形態として説明した特定の実施例に制限されることはなく、本発明は、請求項に記載された事項の範囲内で全ての実施例と均等物を包含するものである。
【００３９】
以上の説明に関して更に以下のような態様が考えられる。
【００４０】
（付記１）  第１のパッドと、第１のパッドに接続され第１のパッドの厚さよりも長さが長いポストとを含む第１の半導体基板を準備し、
ポストの端に金属半田を付け、
第２のパッドを含む第２の半導体基板を準備し、
第２のパッド上に充填されていないポリマー液体を付け、
金属半田とポリマー液体を並べて接触させ、
第１の半導体基板と第２の半導体基板を互いに押し合わせ、第２のパッドと金属半田との間に金属ジョイントを形成するため金属半田とポリマー液体を加熱する、
相互連結組立体の製造方法。      ・・・（１）。
【００４１】
（付記２）  上記ポリマー液体は、約９６重量パーセント乃至約９８重量パーセントのエポキシ樹脂と、約２重量パーセント乃至約４重量パーセントのイミダゾール触媒と、を含む、
付記１記載の製造方法。
【００４２】
（付記３）  上記ポリマー液体は、約６０重量パーセント乃至約９０重量パーセントのエポキシ樹脂と、約８重量パーセント乃至約３６重量パーセントのノボラック樹脂と、約２重量パーセント乃至約４重量パーセントのイミダゾール触媒と、を含む、
付記１記載の製造方法。
【００４３】
（付記４）  上記ポリマー液体は、上記金属半田がポリマー液体と並べられ接触させられているとき、液体の状態を保つ、
付記１記載の製造方法。
【００４４】
（付記５）  上記ポリマー液体は、上記金属半田がポリマー液体と並べられ接触させられているとき、液体の状態を保つ、
付記２記載の製造方法。
【００４５】
（付記６）  上記第１の基板と上記第２の基板を互いに押し合わせる際に、
上記金属半田を上記ポリマー液体の中に通し、
約２００ｐｓｉ乃至約５００ｐｓｉの圧力で、上記第２のパッドを上記金属半田と接触させる、
付記１又は５記載の製造方法。
【００４６】
（付記７）  上記金属半田と上記ポリマー液体を加熱する際に、
上記金属半田の温度がその融点よりも高くなるまで、上記金属半田の温度を上昇させ、
次に、上記ポリマー液体の硬化温度付近の温度まで上記金属半田と上記ポリマー液体の温度を低下させる、
付記１又は６記載の製造方法。    ・・・（２）。
【００４７】
（付記８）  上記金属半田の温度を上昇させる際に、第１の所定の時間（約１０分乃至約５０分の時間）に亘って温度を連続的に上昇させ、
上記金属半田の温度を低下させる際に、温度が上記ポリマー液体の硬化温度付近に達するまで、第２の所定の時間（約２分乃至約１５分の時間）に亘って温度を連続的に下げ、第３の所定の時間（約３０分乃至約９０分の時間）に亘ってそのまま保つ、
付記７記載の製造方法。    ・・・（３）。
【００４８】
（付記９）  上記ポストの長さは、上記第１のパッドの厚さの約５乃至８倍の長さである、
付記１又は８記載の製造方法。
【００４９】
（付記１０）  上記第１のパッドの厚さは約４ミクロン乃至約７ミクロンであり、
上記ポストの長さは約２０ミクロン乃至約５６ミクロンである、
付記１記載の製造方法。
【００５０】
（付記１１）  上記第１のパッドの厚さは約５ミクロン乃至約６ミクロンであり、
上記ポストの長さは約２５ミクロン乃至約４８ミクロンである、
付記１０記載の製造方法。
【００５１】
（付記１２）  第１のパッドと、上記第１のパッドから所定の距離（約０．２０ｍｍ）未満の間隔で設けられた第２のパッドとを有し、上記第１のパッドに接続された第１のポスト及び上記第２のパッドに接続された第２のポストを有し、金属半田が上記第１のポストの端及び上記第２のポストの端に付けられている、第１の半導体基板を準備し、
更なる第１のパッドと、上記更なる第１のパッドから所定の距離（０．２０ｍｍ）未満の間隔で設けられた更なる第２のパッドとを有する第２の半導体基板を準備し、
上記更なる第１のパッド及び上記更なる第２のパッドに充填されていないポリマー液体を付け、
上記第１のポストの端に付けられた金属半田及び上記第２のポストの端に付けられた金属半田を、それぞれ、上記更なる第１のパッド及び上記更なる第２のパッドと並べて接触させ、
上記第１の半導体基板及び上記第２の半導体基板を互いに押し合わせ、同時に、上記第１のポストの端に付けられた金属半田及び上記第２のポストの端に付けられた金属半田と、夫々に対応した上記更なる第１のパッド及び上記更なる第２のパッドとの間に金属ジョイントを形成するため、上記金属半田及び上記ポリマー液体を加熱する、
相互連結組立体の製造方法。    ・・・（４）。
【００５２】
（付記１３）  上記ポリマー液体は、約９６重量パーセント乃至約９８重量パーセントのエポキシ樹脂と、約２重量パーセント乃至約４重量パーセントのイミダゾール触媒と、を含む、
付記１２記載の製造方法。
【００５３】
（付記１４）  上記ポリマー液体は、約６０重量パーセント乃至約９０重量パーセントのエポキシ樹脂と、約８重量パーセント乃至約３６重量パーセントのノボラック樹脂と、約２重量パーセント乃至約４重量パーセントのイミダゾール触媒と、を含む、
付記１２記載の製造方法。
【００５４】
（付記１５）  上記ポリマー液体は、上記金属半田がポリマー液体と並べられ接触させられているとき、液体の状態を保つ、
付記１２記載の製造方法。
【００５５】
（付記１６）  上記ポリマー液体は、上記金属半田がポリマー液体と並べられ接触させられているとき、液体の状態を保つ、
付記１３記載の製造方法。
【００５６】
（付記１７）  上記第１の基板と上記第２の基板を互いに押し合わせる際に、
上記金属半田を上記ポリマー液体の中に通し、
約２００ｐｓｉ乃至約５００ｐｓｉの圧力で、上記第２のパッドを上記金属半田と接触させる、
付記１２又は１６記載の製造方法。
【００５７】
（付記１８）  上記金属半田と上記ポリマー液体を加熱する際に、
上記金属半田の温度がその融点よりも高くなるまで、上記金属半田の温度を上昇させ、
次に、上記ポリマー液体の硬化温度付近の温度まで上記金属半田と上記ポリマー液体の温度を低下させる、
付記１２又は１７記載の製造方法。
【００５８】
（付記１９）  上記金属半田の温度を上昇させる際に、約１０分乃至約５０分の時間に亘って温度を連続的に上昇させ、
上記金属半田の温度を低下させる際に、温度が上記ポリマー液体の硬化温度付近に達するまで、約２分乃至約１５分の時間に亘って温度を連続的に下げ、約３０分乃至約９０分の時間に亘ってそのまま保つ、
付記１８記載の製造方法。
【００５９】
（付記２０）  上記第１のポスト及び上記第２のポストの長さは、夫々、上記第１のパッド及び上記第２のパッドの厚さの約５乃至８倍の長さである、
付記１２又は１９記載の製造方法。
【００６０】
（付記２１）  上記第１のパッド及び上記第２のパッドの厚さは約４ミクロン乃至約７ミクロンであり、
上記第１のポスト及び上記第２のポストの長さは約２０ミクロン乃至約５６ミクロンである、
付記１２記載の製造方法。
【００６１】
（付記２２）  上記第１のパッド及び上記第２のパッドの厚さは約５ミクロン乃至約６ミクロンであり、
上記第１のポスト及び上記第２のポストの長さは約２５ミクロン乃至約４８ミクロンである、
付記２１記載の製造方法。
【００６２】
（付記２３）  第１の半導体基板と、
上記第１の半導体基板に固定された第１のパッドと、
上記第１の半導体基板に固定され、上記第１のパッドから所定の値（約０．２０ｍｍ）未満の値を有するピッチ間隔で配置された第２のパッドと、
更なる第１のパッド及び更なる第２のパッドが固定され、上記更なる第２のパッドが上記更なる第１のパッドから所定の値（約０．２０ｍｍ）未満の値を有するピッチ間隔で配置された第２の半導体基板と、
第１の金属ジョイントを介して、上記第１のパッド及び上記更なる第１のパッドへ接続される第１のポストと、
第２の金属ジョイントを介して、上記第２のパッド及び上記更なる第２のパッドへ接続される第２のポストと、
上記第１の金属ジョイントの少なくとも一部分に接触する第１の硬化ポリマー液体と、
上記第２の金属ジョイントの少なくとも一部分に接触する第２の硬化ポリマー液体と、
を有する相互連結組立体。    ・・・（５）。
【００６３】
（付記２４）  上記第１のパッドは第１の厚さを有し、
上記第２のパッドは第２の厚さを有し、
上記第１のポストの長さは、上記第１の厚さの約５倍乃至約８倍の長さであり、
上記第２のポストの長さは、上記第２の厚さの約５倍乃至約８倍の長さである、
付記２３記載の相互連結組立体。
【００６４】
【発明の効果】
本発明によれば、パッドの上部に半田を付けたポストを有する基板と、充填剤を含まない液体ポリマーを塗布した基板と、を熱圧着することにより、高い信頼性で微細ピッチ基板を接続することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による相互連結組立体の部分斜視断面図である。
【図２】半導体基板、基板に接続されたパッド、パッドに接続されたポスト、及び、ポストの端に設けられた金属半田を含む相互連結組立体の部分側面図である。
【図３】相互連結組立体の側面図である。
【図４】半田及びポリマーを加熱し、次に、ポリマーの硬化温度に達するまで半田及びポリマーの温度を低下させ、約３０分乃至約９０分の時間に亘ってその温度で保たれる、温度曲線のグラフである。
【符号の説明】
１０    相互連結組立体
１２，１４    基板組立体
１６，２４    基板
１８，２６    パッド
２０    ポスト
２２    金属半田
３０    ポリマー
【図１】
0003946523.tif 000004
【図２】
0003946523.tif 000005
【図３】
0003946523.tif 000006
【図４】
0003946523.tif 000007