(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも上面側には電極パッドが形成された、配線パターンを絶縁基板の両面に有し、これらの配線パターンが層間接続導体により接続されてなる第１の２層基板の、前記電極パッド上に半導体素子実装用の実装バンプを、前記電極パッド以外の上面側の配線パターン上には積層用の積層バンプを、それぞれ導電ペーストによって形成する工程と、
第１の２層基板の実装バンプ上に異方性導電性接着剤を介して半導体素子を載置し、加圧、接着により実装バンプと半導体素子を電気的に接合させて第1の半導体装置ユニットを形成する工程と、
少なくとも上面側には電極パッドが形成された、配線パターンを絶縁基板の両面に有し、これらの配線パターンが層間接続導体により接続されてなる第２の２層基板の、前記電極パッド上に半導体素子実装用の実装バンプを、導電ペーストによって形成する工程と、
第２の２層基板の実装バンプ上に異方性導電性接着剤を介して半導体素子を載置し、加圧、接着により実装バンプと半導体素子を接合せて第２の半導体装置ユニットを形成する工程と、
第１の半導体装置ユニットの積層バンプ上に異方性導電性接着剤を介して第２の半導体装置ユニットの下面側の配線パターンを載置し、加熱下での加圧、接着により積層バンプと前記配線パターンを接合させる工程と
を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１の第２の半導体装置ユニットを形成する工程を用いて、第２の半導体装置ユニットに対応する第３及び第４の半導体装置ユニットを形成する工程と、
第３の半導体装置ユニットの下面側の配線パターン上に積層用の積層バンプを導電ペーストによって形成する工程と、
第４の半導体装置ユニットの上面側の、第３の半導体装置ユニットの積層バンプを接続すべき配線パターン上に、異方性導電性接着剤を介して第３の半導体装置ユニットの積層バンプを載置し、加熱下での加圧、接着により前記配線パターンと積層バンプを接合させる工程とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
半導体装置ユニットを形成する工程に先立って、実装バンプ上に、Ａｕ層を形成する工程を具備することを特徴とする請求項１又は２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
少なくとも上面側には電極パッドが形成された、配線パターンを絶縁基板の両面に有し、これらの配線パターンが層間接続導体により接続されてなる第５の２層基板の、前記電極パッド以外の上面側の配線パターン上に積層用の積層バンプを導電ペーストによって形成するとともに、前記電極パッド上には、半導体素子をワイヤボンディングにより実装して第５の半導体装置ユニットを形成する工程と、
少なくとも上面側には電極パッドが形成された、配線パターンを絶縁基板の両面に有し、これらの配線パターンが層間接続導体により接続されてなる第６の２層基板の、前記電極パッド上に半導体素子をワイヤボンディングにより実装して第６の半導体装置ユニットを形成する工程と、
第５の半導体装置ユニットの積層バンプ上に異方性導電性接着剤を介して第６の半導体装置ユニットの下面側の配線パターンを載置し、加熱下での加圧、接着により積層バンプと前記配線パターンを接合させる工程と
を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
積層バンプと配線パターンの接合に先立って、積層バンプ上に、Ａｕ層を形成する工程を具備することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか1項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】
本発明は半導体装置とその製造方法に係り、更に詳細には、半導体素子内蔵型の半導体装置とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、複数の半導体装置ユニットを三次元的に多段に配置した、いわゆるＴＣＰ（Tape Carrier Package）型の半導体装置が知られている。図９は代表的なＴＣＰ型半導体装置１００の断面図である。図９に示したように、この半導体装置１００では、半導体素子をＴＣＰパッケージに組み上げた二つのＴＣＰパッケージ１１０，１２０を用意し、これらのＴＣＰパッケージのアウターリード１１１，１２１を実装に適した所定の長さにトリミングし、リフォーミングすることにより図９に示したようなＴＣＰ型半導体装置１００を製造している。
【０００３】
ところで、図９に示したようなＴＣＰ型半導体装置１００を製造するには、長尺のアウターリードを配設するために高価な金型を必要とする。そのため、製造コストが増大するという問題がある。
【０００４】
また、図９に示したように、アウターリード１１１，１２１が長尺であるため、ＴＣＰ型半導体装置１００の体積が嵩張り、スペースを必要とするので集積度を向上する上で支障となるという問題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、従来の方法では、製造コストが増大したり集積度を向上させる上で支障があるという問題があった。
【０００６】
本発明は上記従来の問題を解消するためになされた発明である。即ち、本発明は、高価な製造設備を必要とせず、しかも多層板表面全体に配線パターンを形成して集積度を向上させることのできる半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体装置の製造方法は、少なくとも上面側には電極パッドが形成された、配線パターンを絶縁基板の両面に有し、これらの配線パターンが層間接続導体により接続されてなる第１の２層基板の、前記電極パッド上に半導体素子実装用の実装バンプを、前記電極パッド以外の上面側の配線パターン上には積層用の積層バンプを、それぞれ導電ペーストによって形成する工程と、第１の２層基板の実装バンプ上に異方性導電性接着剤を介して半導体素子を載置し、加圧、接着により実装バンプと半導体素子を電気的に接合させて第１の半導体装置ユニットを形成する工程と、少なくとも上面側には電極パッドが形成された、配線パターンを絶縁基板の両面に有し、これらの配線パターンが層間接続導体により接続されてなる第２の２層基板の、前記電極パッド上に半導体素子実装用の実装バンプを、導電ペーストによって形成する工程と、第２の２層基板の実装バンプ上に異方性導電性接着剤を介して半導体素子を載置し、加圧、接着により実装バンプと半導体素子を接合せて第２の半導体装置ユニットを形成する工程と、第１の半導体装置ユニットの積層バンプ上に異方性導電性接着剤を介して第２の半導体装置ユニットの下面側の配線パターンを載置し、加熱下での加圧、接着により積層バンプと前記配線パターンを接合させる工程とを具備することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、前記第２の半導体装置ユニットを形成する工程を用いて、第２の半導体装置ユニットに対応する第３及び第４の半導体装置ユニットを形成する工程と、第３の半導体装置ユニットの下面側の配線パターン上に積層用の積層バンプを導電ペーストによって形成する工程と、第４の半導体装置ユニットの上面側の、第３の半導体装置ユニットの積層バンプを接続すべき配線パターン上に、異方性導電性接着剤を介して第３の半導体装置ユニットの積層バンプを載置し、加熱下での加圧、接着により前記配線パターンと積層バンプを接合させる工程とを具備することを特徴とする。
【００１０】
さらに、本発明の半導体装置の製造方法は、少なくとも上面側には電極パッドが形成された、配線パターンを絶縁基板の両面に有し、これらの配線パターンが層間接続導体により接続されてなる第５の２層基板の、前記電極パッド以外の上面側の配線パターン上に積層用の積層バンプを導電ペーストによって形成するとともに、前記電極パッド上には、半導体素子をワイヤボンディングにより実装して第５の半導体装置ユニットを形成する工程と、少なくとも上面側には電極パッドが形成された、配線パターンを絶縁基板の両面に有し、これらの配線パターンが層間接続導体により接続されてなる第６の２層基板の、前記電極パッド上に半導体素子をワイヤボンディングにより実装して第６の半導体装置ユニットを形成する工程と、第５の半導体装置ユニットの積層バンプ上に異方性導電性接着剤を介して第６の半導体装置ユニットの下面側の配線パターンを載置し、加熱下での加圧、接着により積層バンプと前記配線パターンを接合させる工程とを具備する。
【００１１】
本発明により製造される半導体装置は、配線パターンを両面に有し、これらの配線パターンが層間接続導体により接続された２層基板上に半導体素子が実装された一の半導体装置ユニットと、前記一の半導体装置ユニットの上部に配設された他の半導体装置ユニットと、前記一の半導体装置ユニットと前記他の半導体装置ユニットとの間に介挿され、前記一の半導体装置ユニットの上面側の配線パターンと前記他の半導体装置ユニットの下面側の配線パターンとを電気的に接続する導電ペーストによって形成された積層用の導体バンプと、前記導体バンプの周囲を包囲する異方性導電性接着剤とを具備することを特徴とする。
【００１２】
上記半導体装置において、前記半導体素子は導電ペーストバンプを介して実装されていてもよい。
【００１３】
上記半導体装置において、前記導電ペーストバンプが、表面にＮｉ層及びその上のＡｕ層を備えていてもよい。また、上記半導体装置において、前記半導体素子が金属バンプを介して実装されていてもよい。更に、上記半導体装置において、前記半導体素子が金線を介して実装されていてもよい。
【００１４】
本発明では、半導体装置ユニットを積層バンプを介して多段に積層するので、高価な製造設備を必要としない。また、積層バンプ自体が小型であるので、積層するのに大きなスペースを必要とせず、集積度の高い半導体装置を得ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の製造について説明する。図１及び図２は本実施形態に係る半導体装置の製造方法のフローチャートであり、図３、図４及び図５は製造途中の本実施形態に係る半導体装置の断面図である。
【００１６】
本実施形態に係る半導体装置を製造するには、まず絶縁基板の両面に配線パターンを形成した、いわゆる２層板を用意する。この２層板の製造方法のフローチャートを示したのが図１であり、製造途中の２層板の断面図を示したのが図３である。この２層板を製造するには、最初に図３（ａ）に示したように銅箔などの導体板１０を用意する。この導体板１０の上に印刷技法を用いて導体バンプ２０，２０…を形成する。
【００１７】
この導体バンプ２０，２０，…の形成方法としては、例えば、バンプ形成部分に貫通孔を設けたマスキングを施し（ステップ１）、この貫通孔内に導電性ペースト、例えば銀などの金属微粒子をエポキシ樹脂のような液状樹脂中に分散させたペースト状組成物を充填し（ステップ２）、マスキング上面からスキージ（ステップ３）し、前記マスキングを剥離する（ステップ４）ことからなる方法が挙げられる。このようにして、図３（ｂ）に示したような、略円錐形の導体バンプ２０，２０，…を形成した後、この導体バンプ２０，２０，…を乾燥させ、硬化する（ステップ５）。
【００１８】
次に図３（ｃ）に示したように、導体バンプ２０，２０，…の上にプリプレグ（絶縁基板前駆体）３０、すなわちガラス繊維マットのような補強材料中にエポキシ樹脂などの絶縁性樹脂を含浸させたものを重ね、更にこのプリプレグ３０の上にもう１枚の銅箔などの導体板４０を重ね合わせ（ステップ６）、この状態でヒートプレス、すなわち加熱下に加圧する（ステップ７）。
【００１９】
このヒートプレスすることにより導体バンプ２０，２０，…はプリプレグ３０を貫通して導体板１０と導体板４０との間が電気的に接続されると同時にプリプレグ３０が硬化して、図３（ｄ）に示したような、２層型プリント配線基板５０が得られる。この２層型配線基板５０表面の導体板１０，４０に例えばエッチング処理等によるパターニング（ステップ８）を施すことにより配線パターン１１，４１ａが形成された２層板５２が形成される。
【００２０】
次いで２層板５２上の配線パターン４１ａのうち、図４（ｆ）に示すように、半導体素子の電極に対応する位置に形成した電極パッド４１ｂ，４１ｂ，…上に導電ペーストバンプとして、銀ペーストバンプのような実装バンプ６０，６０，…を形成する。この実装バンプ６０，６０，…の形成方法は上記導体バンプ２０，２０，…の形成方法と実質的に同じである。
【００２１】
すなわち、バンプ形成部分に貫通孔を設けたマスキングを施し（ステップ１ａ）、この貫通孔内に導電性ペースト、例えば銀などの金属微粒子をエポキシ樹脂のような液状樹脂中に分散させたペースト状組成物を充填し（ステップ２ａ）、マスキング上面からスキージ（ステップ３ａ）し、前記マスキングを剥離する（ステップ４ａ）ことからなる方法である。
【００２２】
但し、ここで形成する実装バンプ６０，６０，…の大きさは、高さが１５〜３０μｍ、底面直径が５０〜８０μｍである。これは後述する半導体素子７０の大きさに対応させるためである。実装バンプ６０，６０，…の大きさの更に好ましい範囲は、高さが１８〜２２μｍ、底面直径が６５〜７５μｍである。
【００２３】
マスキングを剥離して実装バンプ６０，６０，…を形成した後、配線パターン４１ａ，４１ａ，…上に積層バンプとして銀ペーストバンプのような積層バンプ８０，８０，…を形成する。この積層バンプ８０，８０，…の形成方法は上記実装バンプ６０，６０，…の形成方法と同じである。
【００２４】
即ち、バンプ形成部分に貫通孔を設けたマスキングを施し（ステップ５ａ）、この貫通孔内に導電性ペースト、例えば銀などの金属微粒子をエポキシ樹脂のような液状樹脂中に分散させたペースト状組成物を充填し（ステップ６ａ）、マスキング上面からスキージ（ステップ７ａ）し、前記マスキングを剥離する（ステップ８ａ）ことからなる方法である。
【００２５】
但し、ここで形成する積層バンプ８０，８０，…の大きさは、高さが３５０〜５００μｍ、底面直径が３００〜４００μｍである。これは層間接続の信頼性を向上させるためと作業上の必要性に対応させるためである。積層バンプ８０，８０，…の大きさの更に好ましい範囲は、高さが４００〜４６０μｍ、底面直径が３３０〜３７０μｍである。
【００２６】
次にマスキング剥離後、実装バンプ６０，６０，…及び積層バンプ８０，８０，…を硬化させ（ステップ９ａ）、然る後に、例えば電解メッキや無電解メッキなどのＮｉメッキ処理を施すことにより、実装バンプ６０，６０，…、その底部の電極パッド４１ｂ、積層バンプ８０，８０，…、及びその底部の配線パターン４１ａ表面に図４（ｈ）に示したようなバリアメタル層としてのＮｉ層６１，８１を形成する（ステップ１０ａ）。次いでＮｉ層６１，８１の上からＡｕメッキ処理（ステップ１１ａ）を施すことによりＡｕ層６２，８２を形成する。こうして図４（ｉ）に示したようなバンプ付基板５２Ａが得られる。
【００２７】
次にこうして得られたバンプ付基板５２Ａの実装バンプ６０，６０，…形成面上に図４（ｊ）に示したように、ＡＣＦ（異方性導電接着剤層）６３を形成し、電極パッド４１ｂ，４１ｂ，…に対して電極板７１，７１，…が対向するように半導体素子７０を位置合わせする（ステップ１２ａ）。
【００２８】
次いでこの状態で半導体素子７０とバンプ付基板５２Ａとを加圧すると図５（ｋ）に示したように実装バンプ６０，６０，…がＡＣＦ（異方性導電接着剤層）６３を貫通し、電極板７１，７１，…に加圧される（ステップ１３ａ）。このとき実装バンプ６０，６０，…の表面にはＡｕ層６２，６２，…が形成されており、電極板７１，７１，…はＡｌで出来ているので、実装バンプ６０，６０，…と電極板７１，７１，…との間にはＡｌ−Ａｕ接合が形成され、電極パッド４１ｂ，４１ｂ，…と電極板７１，７１，…との間がＡｕ層６２，Ｎｉ層６１，実装バンプ６０，ＡＣＦ（異方性導電接着剤層）６３を介して電気的に接合される。こうして図５（ｋ）に示したような半導体素子７０が実装された半導体装置ユニット５３が得られる。
【００２９】
次にこうして得られた半導体装置ユニット５３の積層バンプ８０，８０，…周辺を包囲するようにＡＣＦ（異方性導電接着剤層）６４を形成し、このＡＣＦ（異方性導電接着剤層）６４を形成した半導体装置ユニット５３の上に他の半導体装置ユニット５４を図５（ｌ）のようにマウンタ９０を用いて位置合わせする（ステップ１６ａ）。
すなわち、他の半導体装置ユニット５４の下面側の配線パターンの所定の位置に積層バンプ８０の先端を一致させる。
【００３０】
ここで他の半導体装置ユニット５４は、積層バンプ８０，８０，…を形成しないこと以外は上記半導体装置ユニット５３と同様の工程により形成した同一構造の基板である。
【００３１】
次いで、この状態で半導体装置ユニット５３、及び他の半導体装置ユニット５４をヒートプレスにかけて加熱下に加圧すると（ステップ１７ａ）、図５（ｍ）に示したように、半導体装置ユニット５３の積層バンプ８０，８０，…がＡＣＦ６４を貫通して他の半導体装置ユニット５４の下面側の配線パターンに当接し、層間接続導体の導体バンプを介して上側の配線パターンに接続された半導体素子との間を電気的に接続して、半導体装置ユニット５３と半導体装置ユニット５４との間を電気的に接合する。このようにして、いわゆる４層配線型の立体配置型半導体装置１が得られる。
【００３２】
以上説明したように、本実施形態に係る半導体装置１では、半導体素子７０が実装された半導体装置ユニット５３，５４が積層バンプ８０とＡＣＦ６４とにより多段に積層されているので、高価な製造設備を用いることなく多段積層型の半導体装置を安価に製造することができる。
【００３３】
また、半導体装置ユニット間を接合する積層バンプ８０，８０，…は非常にコンパクトなものであるので、半導体装置１を小型化することができ、集積度の高い半導体装置を得ることができる。
【００３４】
（第２の実施の形態）
以下、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の製造について説明する。図６は製造途中の本実施形態に係る半導体装置の断面図である。
【００３５】
本実施形態に係る半導体装置では、上記第１の実施形態において、積層バンプを半導体素子とは反対側の面に配設した構造とした。すなわち本実施形態では、図６（ｋ）に示したように、半導体装置ユニット５３ａ上において半導体素子７０と反対側（下面側）に積層バンプ８０ａ，８０ａ，…を形成する。この半導体装置ユニット５３ａを用いて半導体装置を形成するには、図６（ｌ）に示したような他の半導体装置ユニット５４ａ上面の配線パターン上にＡＣＦ６４を形成し、マウンタ９０で半導体装置ユニット５３ａを位置決めし、図６（ｌ）に示した状態で半導体装置ユニット５３ａと半導体装置ユニット５４ａとをヒートプレスすることにより、図６（ｍ）に示したような二段積層型の半導体装置１ａが得られる。
【００３６】
（第３の実施の形態）
以下、本発明の第３の実施の形態に係る半導体装置の製造について説明する。図７は製造途中の本実施形態に係る半導体装置の断面図である。
【００３７】
本実施形態に係る半導体装置では、上記第１の実施形態において、半導体素子としてフェイスダウン型のフリップチップ半導体素子７０を用いる代わりに、フェイスアップ型のワイヤボンディング半導体素子７２を実装した半導体装置ユニット５３ｂを用いて半導体装置を作成した。
【００３８】
すなわち本実施形態では、図７（ｋ）に示したように、基板上にワイヤボンディング型の半導体素子７２がフェイスアップで配設されており、基板上の電極パッド４１ｂと半導体素子７２の電極７３との間は金線７４を介して接続されている。
【００３９】
この半導体装置ユニット５３ｂを用いて半導体装置を形成するには、図７（ｌ）に示したようにこの半導体装置ユニット５３ｂの積層バンプ８０ｂ周辺を包囲するようにＡＣＦ６４を形成し、マウンタ９０で他の半導体装置ユニット５４ｂを位置決めし、図７（ｌ）に示した状態で半導体装置ユニット５３ｂと半導体装置ユニット５４ｂとをヒートプレスすることにより、図７（ｍ）に示したような二段積層型の半導体装置１ｂが得られる。
【００４０】
（第４の実施の形態）
以下、本発明の第４の実施の形態に係る半導体装置について説明する。図８は本実施形態に係る半導体装置１ｃの断面図である。
【００４１】
図８に示したように、本実施形態に係る半導体装置１ｃでは、前記第１の実施の形態の半導体装置ユニット５４と同様の半導体装置ユニット５４ｃ，５４ｄ，５４ｅを三段に積み上げ、積層バンプ８０，８０ｄ及びＡＣＦ６４，６４ｄを介して半導体装置ユニット５４ｃ，５４ｄ，５４ｅの間を電気的に接続した構成とした。このように多段に積み上げても、積層バンプ８０，８０ｄ自体がコンパクトであるので、半導体装置そのものが嵩高くなることがなく、集積度の高い半導体装置を得ることができる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、半導体装置ユニットを積層バンプを介して多段に積層するので、高価な製造設備を必要としない。また、積層バンプ自体が小型であるので、積層するのに大きなスペースを必要とせず、集積度の高い半導体装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法のフローチャートである。
【図２】第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法のフローチャートである。
【図３】第１の実施形態に係る半導体装置の製造途中のものの断面図である。
【図４】第１の実施形態に係る半導体装置の製造途中のものの断面図である。
【図５】第１の実施形態に係る半導体装置の製造途中のものの断面図である。
【図６】第２の実施形態に係る半導体装置の製造途中のものの断面図である。
【図７】第３の実施形態に係る半導体装置の製造途中のものの断面図である。
【図８】第４の実施形態に係る半導体装置の製造途中のものの断面図である。
【図９】従来の半導体装置の断面図である。
【符号の説明】
１…半導体装置、５２…２層板、４１ａ…配線パターン、４１ｂ…電極パッド、６０…実装バンプ、６１…Ｎｉ層（バリアメタル層）、６２…Ａｕ層、６３…ＡＣＦ、６４…ＡＣＦ、７０…半導体素子、７１…電極板、８０…積層バンプ。
【図１】
0004040388.tif 000002
【図２】
0004040388.tif 000003
【図３】
0004040388.tif 000004
【図４】
0004040388.tif 000005
【図５】
0004040388.tif 000006
【図６】
0004040388.tif 000007
【図７】
0004040388.tif 000008
【図８】
0004040388.tif 000009
【図９】
0004040388.tif 000010