JP2002368159A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造コストが低減でき、かつ、信頼性の高い
電極接続を実現することのできる半導体装置の製造方法
を提供する。 【解決手段】 一面１１にチップ側電極３が形成されチ
ップ側電極３の表面に一面１１から突出する突起電極８
が形成されたウェハ１０と、一面２ａにチップ側電極３
に対応する回路基板側電極４が形成された樹脂よりなる
回路基板２とを用意し、突起電極８と回路基板側電極４
とを接触させた後、ウェハ１０及び回路基板２を加圧し
ながら加熱することにより、突起電極８と回路基板側電
極４とを圧着するとともに、回路基板２を構成する樹脂
を軟化させ、電極３、４が形成されていない部分におけ
るウェハ１０の一面１１と回路基板２の一面２ａとを接
着する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プリント回路基板
上に実装される半導体装置およびその製造方法に関する
ものであり、特にチップとほぼ同じ大きさを有するチッ
プ・サイズ・パッケージ（ＣＳＰ）に用いられるもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来、多端子のＩＣパッケージを小型化
するものとして、半導体チップとほぼ同等あるいはわず
かに大きいサイズのＣＳＰがある。ＣＳＰはウェハから
切り出したチップ毎にパッケージするものである。図３
は従来構造における２種類のＣＳＰの概略断面構成を示
しており、ＣＳＰの電極接合は一般的に図３（ａ）に示
すワイヤボンディングあるいは図３（ｂ）に示すフリッ
プチップなどにより行われる。

【０００３】ワイヤボンディングによる電極接合を行う
ＣＳＰの製造工程は、次のように行われる。まず、ウェ
ハをカットして形成した半導体チップＪ１を回路基板Ｊ
２上にダイマウントし、チップ側電極Ｊ３と回路基板側
電極Ｊ４とをＡｕワイヤＪ５によりボンディングして接
続する。次にチップＪ１を封止するための樹脂Ｊ６を塗
布して硬化させる。最後に回路基板Ｊ２におけるチップ
搭載側の反対側の外側電極Ｊ７上に突起電極Ｊ８を形成
する。

【０００４】また、フリップチップによる電極接合を行
うＣＳＰの製造工程は、次のように行われる。まず、予
めチップ側電極Ｊ３上に突起電極Ｊ３ａを形成したウェ
ハをカットしてチップＪ１を形成し、突起電極Ｊ３ａと
回路基板側電極Ｊ４とをはんだ付け等で接続することに
よりチップＪ１を回路基板Ｊ２に組み付ける。次に、チ
ップＪ１を封止するための樹脂Ｊ６をチップＪ１と回路
基板Ｊ２との間に注入して硬化させる。最後に回路基板
Ｊ２におけるチップ搭載側の反対側の外側電極Ｊ７上に
突起電極Ｊ８を形成する。

【０００５】以上のように、従来のＣＳＰでは、ワイヤ
ボンディング、フリップチップ等による電極接合と、樹
脂によるチップ封止等が必要であり、組み付け工程が長
くなり、パッケージコストが高くなるという問題があっ
た。

【０００６】また、ＣＳＰのコストダウンを目的として
特開平９−８２８５０号公報および特開平１０−５０７
７２号公報に記載されている半導体装置がある。しかし
ながら、特開平９−８２８５０号公報に記載されている
半導体装置では、チップ上の表面電極から外部接続端子
部までの配線形成工程とチップ表面を樹脂で封止する工
程とが別になり、全体の工程が長くなるという問題があ
る。

【０００７】また、特開平１０−５０７７２号公報に記
載されている半導体装置では、チップ上の表面電極から
外側に延びる外部接続端子をワイヤボンディングにより
１つずつ形成しなければならず、ボンディング工程に時
間がかかるという問題があった。

【０００８】これに対し、特開平８−３３５６５３号公
報において、チップ上の表面電極から外部接続端子まで
の配線形成とチップ表面の樹脂封止とを同時に実施する
半導体装置が記載されている。この半導体装置の構成を
図４に示す。

【０００９】この半導体装置は、回路基板側電極Ｊ４上
に突起電極Ｊ４ａを形成した補助配線板（回路基板）Ｊ
２とチップ側電極Ｊ３を形成したチップＪ１とを熱融着
性ポリイミド樹脂Ｊ６を介して接着するように構成され
ている。これにより、チップ側電極Ｊ３と回路基板側電
極Ｊ４と接続するとともに、熱融着性ポリイミド樹脂Ｊ
６によってチップＪ１と回路基板Ｊ２との間隙を封止す
るものである。

【００１０】しかしながら、上記特開平８−３３５６５
３号公報に記載された半導体装置では、回路基板Ｊ２以
外に樹脂封止のための熱融着性ポリイミド樹脂Ｊ６が必
要であり、また、回路基板Ｊ２への半導体チップＪ１の
接着が１チップ毎に行われるため、生産性が低いという
問題があった。

【００１１】上記した各従来公報における工程の手間や
生産性の低下といった問題を解決するものとして、特開
２００１−２４０８６号公報に記載の半導体装置が提案
されている。

【００１２】このものは、例えば熱可塑性樹脂材料で形
成された回路基板の表面に平坦な電極を形成し、この回
路基板をウェハに加圧・加熱することにより、ウェハ側
の各チップに形成された平坦な電極と回路基板側の電極
とを接続すると同時に、電極が形成されていない部分に
てチップ表面（ウェハ表面）と回路基板の表面の樹脂部
とを接着することにより、チップ表面の樹脂封止を同時
に実施するものである。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者等の検討によれば、上記特開２００１−２４０８６号
公報に記載の半導体装置では、チップ側電極と回路基板
側電極とが接触するのと同時に、電極が形成されていな
い部分にてチップ表面と回路基板の表面とが接触するた
め、チップ側電極と回路基板側電極との間に、回路基板
表面の軟化した樹脂が侵入して良好な電極接続ができな
い場合が生じることがわかった。

【００１４】本発明は上記問題に鑑み、製造コストが低
減でき、かつ、信頼性の高い電極接続を実現することの
でき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。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明では、一面（１１）に第１の
電極（３）が形成され第１の電極の表面に前記一面から
突出する突起電極（８）が形成された半導体基板（１
０）と、一面（２ａ）に第１の電極に対応する第２の電
極（４）が形成された樹脂よりなる回路基板（２）とを
用意する工程と、半導体基板の前記一面と回路基板の前
記一面とを対向させ、突起電極と第２の電極とを接触さ
せる工程と、半導体基板と回路基板とを加圧しながら加
熱することにより、突起電極と第２の電極とを圧着する
とともに、回路基板を構成する樹脂を軟化させ、半導体
基板の前記一面における第１の電極が形成されていない
部分と回路基板の前記一面における第２の電極が形成さ
れていない部分とを接着し、半導体基板と回路基板とを
接着する工程と、を備えることを特徴としている。

【００１６】それによれば、チップ側電極である第１の
電極（３）に突起電極（８）を形成し、まず、この突起
電極と回路基板側電極である第２の電極（４）とを接触
させた後に、電極が形成されていない部分にて半導体基
板（１０）の表面（１１）と回路基板（２）の表面（２
ａ）とを接触させるため、突起電極と第２の電極との間
に回路基板表面の軟化した樹脂が侵入するのを防止する
ことができる。

【００１７】また、突起電極（８）と回路基板側電極で
ある第２の電極（４）と接触させる工程の後に、電極が
形成されていない部分にて半導体基板（１０）の表面
（１１）と回路基板（２）の表面（２ａ）とを接触させ
る工程を行うことは、これら両工程を同時に行う場合に
比べても、時間的にはほとんど大差なく行うことが可能
である。

【００１８】従って、本発明によれば、製造コストが低
減でき、かつ、信頼性の高い電極接続を実現することの
できる半導体装置（Ｓ１）の製造方法を提供することが
できる。

【００１９】ここで、半導体基板は、ウェハ（１０）で
もチップ（１）でも良い。ウェハの場合には、半導体基
板と回路基板とを接着する工程の後に、接着した両基板
をチップ単位に切断すればよい。

【００２０】また、請求項２に記載の発明のように、請
求項１の製造方法において、半導体基板（１０）と回路
基板（２）とを接着する工程では、半導体基板と回路基
板とを加圧した後に、この加圧状態を保持しながら両基
板の加熱を行うことが好ましい。

【００２１】上記加圧と加熱を同時に行うと、半導体基
板（１０）と回路基板（２）との線膨張係数の相違に伴
う両基板（２、１０）間の熱による変位の差により、当
該両基板の間で位置ずれが発生しやすい。

【００２２】その点、本発明によれば、両基板（２、１
０）を加圧して押し付け合い互いに拘束された状態とし
た後に、加熱するので、両基板の熱による変位の差によ
る位置ずれを、確実に抑制することができる。

【００２３】また、請求項３に記載の発明では、少なく
とも一面（１ａ）側に第１の電極（３）が形成された半
導体チップ（１）と、少なくとも一面（２ａ）側に第１
の電極に対応する第２の電極（４）が形成された樹脂よ
りなる回路基板（２）とを備え、第１の電極には半導体
チップの前記一面より回路基板側へ突出する突起電極
（８）が形成されており、突起電極と第２の電極とが接
触して電気的に接続されており、更に、回路基板の前記
一面における第２の電極が形成されていない部分が、半
導体チップ側へ盛り上がった状態で半導体チップの前記
一面における第１の電極が形成されていない部分に接着
していることを特徴とする半導体装置を提供する。

【００２４】本発明は、請求項１の製造方法を用いて形
成されたものであり、その効果は、請求項１の発明と同
様である。

【００２５】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一
例である。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。図１は本実施形態に係る半導体装置
Ｓ１の全体構成を示す図であり、（ａ）は概略断面図、
（ｂ）は（ａ）のＡ矢視図（（ａ）の下側から見たも
の）である。なお、この半導体装置Ｓ１はＣＳＰ（チッ
プ・サイズ・パッケージ）タイプのものである。

【００２７】半導体装置Ｓ１は、シリコン等の半導体よ
りなる半導体チップ１および樹脂よりなる回路基板２か
ら形成される。半導体チップ１は後述するウェハ１０
（図２参照）をカットすることにより形成されるもので
あり、その一面１ａには複数の第１の電極（チップ側電
極）３が形成されている。

【００２８】ここで、チップ側電極３は、半導体チップ
１の一面１ａに対して平坦になるように形成されてい
る。また、回路基板２におけるチップ１が接着される面
２ａ側には、チップ側電極３に対応する複数の第２の電
極（回路基板側電極）４が形成されている。

【００２９】また、回路基板２におけるチップ接着側の
反対側の面２ｂにも平坦な外側電極５が形成されてお
り、回路基板２内には、これらの回路基板側電極４およ
び外側電極５を電気的に接続するための内部配線６が形
成されている。また、外側電極５にはマザーボードであ
るプリント基板（図示せず）に接続するための半田等よ
りなるバンプ７が形成されている。

【００３０】回路基板２は、例えば熱可塑性樹脂材料か
ら形成され、本例では、ポリイミド樹脂から形成されて
いる。また、チップ側電極３は例えばＡｌから形成さ
れ、回路基板側電極４は例えばＳｎやＡｕ等の金属材料
から形成されている。

【００３１】ここにおいて、チップ側電極（第１の電
極）３の表面には、半導体チップ１の一面１ａよりも回
路基板４側へ突出する突起電極８が形成されている。こ
の突起電極８は、例えば無電解メッキにより形成された
Ｎｉ−Ａｕバンプ（Ｎｉを芯材とし、Ｎｉ表面をＡｕで
被覆したもの）からなるものにできる。

【００３２】そして、この突起電極８と回路基板側電極
４とが接触、接着または接合している。本例では、突起
電極８の表面を構成するＡｕと、回路基板側電極４を構
成するＳｎまたはＡｕとが固相拡散により接続されてい
る。

【００３３】また、半導体チップ１の一面１ａにおける
チップ側電極３が形成されていない部分（以下、半導体
チップ１の電極非形成部という）と回路基板２の一面２
ａにおける回路基板側電極４が形成されていない部分
（以下、回路基板２の電極非形成部という）とが直接接
着して、半導体チップ１と回路基板２とが接着されてい
る。

【００３４】半導体チップ１の電極非形成部は、図示し
ないが無機物（窒化膜等）や有機物等の保護膜にて被覆
されている。一方、回路基板２の電極非形成部は、上記
した熱可塑性樹脂等の樹脂材料よりなる。そして、両電
極非形成部の対向部において、回路基板２の一面２ａ側
の樹脂が、回路基板側電極４よりもチップ１側へ盛り上
がってチップ１の電極非形成部に直接接着するととも
に、電極３、４、８の接続部を封止している。

【００３５】次に、上記構成の半導体装置Ｓ１の製造方
法を図２に基づいて説明する。図２は、本実施形態にお
ける半導体装置の製造工程を示す概略断面図である。ま
ず、図２（ａ）に示す様に、上記ウェハ（本発明でいう
半導体基板）１０と回路基板２とを用意する。

【００３６】ウェハ１０は、半導体チップ１としてチッ
プ単位にカットされていないもので、その一面１１（上
記半導体チップ１の一面１ａに相当する）には、複数の
チップ側電極３が形成されている。また、ウェハ１０の
一面１１におけるチップ側電極３が形成されていない部
分（ウェハ１０の電極非形成部）は、上記の半導体チッ
プ１の電極非形成部に相当する部位であり、上記した保
護膜が設けられている。

【００３７】このウェハ１０において、チップ側電極３
の表面には、ウェハ１０の一面１１から突出する突起電
極８が形成されている。一方、回路基板２の一面２ａに
は、チップ側電極３に対応する複数の回路基板側電極４
が形成されている。

【００３８】なお、ウェハ１０は、通常の半導体プロセ
スを経て製造することができ、突起電極８も、この半導
体プロセスにおけるメッキプロセスにより、例えば上記
Ｎｉ−Ａｕバンプとして容易に形成することができる。

【００３９】次に、図２（ｂ）に示す様に、チップ側電
極３と回路基板側電極４との位置を合わせながら、ウェ
ハ１０の一面１１と回路基板の一面２ａとを対向させ、
突起電極８と回路基板側電極４とを接触させる（突起電
極接触工程）。

【００４０】次に、図２（ｃ）に示す様に、ウェハ１０
と回路基板２とを挟み込むようにして加圧する。この
際、上記のように回路基板２の外側電極５は平坦に形成
されているので、加圧作業を行いやすくなっている。そ
して、ウェハ１０と回路基板２に圧力をかけた状態で加
熱を行う（加圧・加熱工程）。

【００４１】この加圧・加熱によって、ウェハ１０内の
チップ側電極３に形成された突起電極８と回路基板２に
形成された回路基板側電極４とが圧着され、両電極４、
８は、接触、接着または接合の形態にて電気的に接続さ
れる。具体的には、本実施形態のように突起電極８が表
面をＡｕとしたＮｉ−Ａｕバンプであり、回路基板側電
極４がＳｎ、Ａｕ等の金属材料であれば、ＡｕとＳｎも
しくはＡｕ同士の固相拡散接合により電極同士の接続が
形成される。

【００４２】また、回路基板２は熱可塑性樹脂から形成
されていることから上記加熱によって、軟化する。そし
て、加圧によって、回路基板２の電極非形成部の樹脂部
分が、ウェハ１０側へ盛り上がり、ウェハ１０の電極非
形成部に直接接着される。

【００４３】ここで、本実施形態で回路基板２として用
いているポリイミド樹脂等の有機物は官能基を有してい
ることから、回路基板２を加熱する際に官能基がチップ
表面（ウェハ表面）の保護膜の原子に接近して接合状態
を作り、化学的な結合が得やすくなると考えられる。

【００４４】このように、回路基板２とウェハ１０とを
接着することにより、結果的に、チップ１の表面を樹脂
で覆うことになり、電極４、８を接続すると同時に、当
該電極接続部の樹脂による封止を実施することができ
る。

【００４５】以上の加圧・加熱工程における加熱温度は
１００〜３００℃で、特に望ましくは１５０〜２５０℃
であり、加圧時間は３０秒〜３０分であり、加圧力は５
００ｋＰａ〜５０００ｋＰａ程度である。

【００４６】この後、図２（ｄ）に示す様に、マザーボ
ードであるプリント基板への接続のために必要であれ
ば、ウェハ１０を接着しない回路基板側の外側電極５上
に半田等よりなるバンプ７を形成する。このバンプ７は
例えばハンダボールを用いて形成する。そして、ウェハ
１０及び回路基板２をチップ単位（図２（ｄ）中の破
線）でカットすることにより、複数のＣＳＰタイプの半
導体装置Ｓ１を得ることができる。

【００４７】ところで、上記製造方法によれば、チップ
側電極３に形成された突起電極８と回路基板側電極４と
を接触させた後に、ウェハ１０及び回路基板２の電極非
形成部にてウェハ表面と回路基板表面とを接触させるた
め、突起電極８と回路基板側電極４との間に回路基板表
面の軟化した樹脂が侵入するのを防止することができ
る。

【００４８】また、突起電極８と回路基板側電極４と接
触させる工程（突起電極接触工程）の後に、両基板２、
１０の電極非形成部にて、両基板２、１０の表面同士を
接触させる工程（加圧・加熱工程）を行うことは、上記
した特開２００１−２４０８６号公報のように、これら
両工程を同時に行う場合に比べても、時間的にはほとん
ど大差なく行うことが可能である。

【００４９】さらに、電極が形成されていないチップ表
面と回路基板表面の樹脂部とを接着することにより、電
極接続と同時にチップの樹脂封止を実現できるため、樹
脂封止のための樹脂材料が不要となる。従って、本実施
形態によれば、製造コストが低減でき、かつ、信頼性の
高い電極接続を実現することのできる半導体装置Ｓ１の
製造方法を提供することができる。

【００５０】ここで、上記製造方法において、用いられ
る半導体基板としては、ウェハ１０でも切断後の半導体
チップ１でも良い。本実施形態では、ウェハ単位で組み
付けを行うので、ウェハから切り出したチップ単位で回
路基板２に組み付ける場合に比べて、半導体装置製造に
おける生産性を向上させることができ、パッケージコス
トを低減させることができる。

【００５１】また、上記製造方法において、加圧・加熱
工程では、加圧と加熱とを同時に行っても良いが、好ま
しくは、ウェハ１０と回路基板２とを挟み込んで加圧し
た後に、この加圧状態を保持しながらウェハ１０と回路
基板２の加熱を行うことが望ましい。

【００５２】これは、室温ではウェハ１０上のチップ側
電極３と回路基板２上の回路基板側電極４との位置合わ
せができていても、加熱した後ではウェハ１０と回路基
板２とは線膨張係数が異なるので、チップ側電極３と回
路基板側電極４との位置ずれが発生してしまうためであ
る。

【００５３】その点、室温でウェハ１０と回路基板２を
挟み込んで加圧し、互いに拘束された状態とした後に加
熱するようにすれば、両基板２、１０の熱による変位の
差による位置ずれを、問題ないレベルに抑制することが
できる。

【００５４】さらに通常、回路基板２には反りなどによ
る変形が発生しており、回路基板２上に形成した回路基
板側電極４の位置が上下にばらつくことがある。これに
ついても、ウェハ１０と回路基板２を挟み込んで加圧
し、この後に加熱することで回路基板２を軟らかくし
て、反りなどの変形をなくすことができ、チップ側電極
３の上の突起電極８と回路基板側電極４との良好な接続
を得ることができる。

【００５５】また、本実施形態では、上記図１に示す様
に、少なくとも一面１ａ側に第１の電極３が形成された
半導体チップ１と、少なくとも一面２ａ側に第１の電極
３に対応する第２の電極４が形成された樹脂よりなる回
路基板２とを備え、第１の電極３にはチップ１の一面１
ａよりも回路基板２側へ突出する突起電極８が形成され
ており、突起電極８と第２の電極４とが接触して電気的
に接続されており、更に、回路基板２の電極非形成部
が、第２の電極４よりも半導体チップ１側へ盛り上がっ
た状態で半導体チップ１の電極非形成部に接着している
ことを特徴とする半導体装置Ｓ１が提供される。

【００５６】この半導体装置Ｓ１によれば、半導体チッ
プ１には、その一面１ａより突出する突起電極８が設け
られているため、上記製造方法から明らかなように、樹
脂よりなる回路基板２と半導体チップ１との接着におい
て、突起電極８と回路基板側電極（第２の電極）４とを
接触させた後に、電極非形成部における接着を行うこと
ができる。

【００５７】そのため、本実施形態によれば、製造コス
トが低減でき、かつ、信頼性の高い電極接続を実現する
ことのできる半導体装置Ｓ１を提供することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態に係る半導体装置の全体構成を示す
図であり、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ矢
視図である。

【図２】図１に示す半導体装置の製造方法を示す工程図
である。

【図３】従来技術の半導体装置の構成を示す断面図であ
る。

【図４】従来技術の半導体装置の構成を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１…半導体チップ、１ａ…半導体チップの一面、２…回
路基板、２ａ…回路基板の一面、３…第１の電極（チッ
プ側電極）、４…第２の電極（回路基板側電極）、８…
突起電極、１０…ウェハ、１１…ウェハの一面。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一面（１１）に第１の電極（３）が形成
   され、前記第１の電極の表面に前記一面から突出する突
   起電極（８）が形成された半導体基板（１０）と、一面
   （２ａ）に前記第１の電極に対応する第２の電極（４）
   が形成された樹脂よりなる回路基板（２）とを用意する
   工程と、 前記半導体基板の前記一面と前記回路基板の前記一面と
   を対向させ、前記突起電極と前記第２の電極とを接触さ
   せる工程と、 前記半導体基板と前記回路基板とを加圧しながら加熱す
   ることにより、前記突起電極と前記第２の電極とを圧着
   するとともに、前記回路基板を構成する前記樹脂を軟化
   させ、前記半導体基板の前記一面における前記第１の電
   極が形成されていない部分と前記回路基板の前記一面に
   おける前記第２の電極が形成されていない部分とを接着
   し、前記半導体基板と前記回路基板とを接着する工程
   と、を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 【請求項２】 前記半導体基板（１０）と前記回路基板
   （２）とを接着する工程では、前記半導体基板と前記回
   路基板とを加圧した後に、この加圧状態を保持しながら
   前記半導体基板と前記回路基板との加熱を行うことを特
   徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
3. 【請求項３】 少なくとも一面（１ａ）側に第１の電極
   （３）が形成された半導体チップ（１）と、 少なくとも一面（２ａ）側に前記第１の電極に対応する
   第２の電極（４）が形成された樹脂よりなる回路基板
   （２）とを備え、 前記第１の電極には前記半導体チップの一面より前記回
   路基板側へ突出する突起電極（８）が形成されており、 前記突起電極と前記第２の電極とが接触して電気的に接
   続されており、 前記回路基板の前記一面における前記第２の電極が形成
   されていない部分が、前記半導体チップ側へ盛り上がっ
   た状態で前記半導体チップの前記一面における前記第１
   の電極が形成されていない部分に接着していることを特
   徴とする半導体装置。