JP2004119773A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、隣り合う導電性接合部材間で電気的ショートの発生を抑制して、接合箇所の高密度化、及び、確実な電気的接続ができる半導体装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】主面に配線層12を有する第1の基板(例えば半導体基板11)と、配線層12上に開口部14を設けた第1の絶縁膜13と、開口部14内に埋め込まれた導電性接合部材15とを有する第1の電子部品(例えば半導体チップ10)と、主面に配線層52を有する第2の基板(例えばセラミック基板51)と、配線層52上に接続された柱状導電体55とを有する第2の電子部品(例えば配線基板50)とを備え、柱状導電体55が開口部14内の導電性接合部材15中に埋設されて、導電性接合部材15と柱状導電体55とを接合する。
【選択図】 図4
【解決手段】主面に配線層12を有する第1の基板(例えば半導体基板11)と、配線層12上に開口部14を設けた第1の絶縁膜13と、開口部14内に埋め込まれた導電性接合部材15とを有する第1の電子部品(例えば半導体チップ10)と、主面に配線層52を有する第2の基板(例えばセラミック基板51)と、配線層52上に接続された柱状導電体55とを有する第2の電子部品(例えば配線基板50)とを備え、柱状導電体55が開口部14内の導電性接合部材15中に埋設されて、導電性接合部材15と柱状導電体55とを接合する。
【選択図】 図4
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置及びその製造方法に係り、半導体チップの主面を配線基板または半導体チップの主面に対向させ、半導体チップの配線層と配線基板または半導体チップの配線層とを接続してなる半導体装置及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、半導体装置としては、高密度実装の要求により半導体チップの主面を配線基板の主面に対向させ、半導体チップの配線層と配線基板の配線層とを、主にバンプ等の導電性接合部材を介して接続した構造のものが広く知られている(例えば、特許文献1参照。)。
【0003】
この種の従来の半導体装置について、その製造方法と共に、図9及び図11を用いて説明する。図9に示すように、配線層102を有する半導体基板101の主面に、絶縁膜103を形成した後、配線層102上の絶縁膜103部分に開口部104を設ける。次に、開口部104内に、例えば鉛スズ共晶ハンダの導電性接合部材105を埋め込み、絶縁膜103表面からバンプ状に突出するほぼT字状の導電性接合部材105を形成した半導体チップ100を準備する。
【0004】
一方、セラミック基板111の主面に配線層112を形成した配線基板110を準備する。
【0005】
次に、上記半導体チップ100の主面と配線基板110の主面とを対向させて配置し、半導体チップ100の導電性接合部材105と配線基板110の配線層112を正確に位置合わせをして、導電性接合部材105と配線層112が230〜250℃になるように加熱する。次に、半導体基板101の主面とセラミック基板111の主面が平行を維持した状態で、溶融した導電性接合部材105と配線層112とを圧接する。そして、導電性接合部材105の融点以下に冷却すると、導電性接合部材105と配線層112とは固着する。この結果、図10に示すような半導体装置4が得られる。
【0006】
しかしながら、このような半導体装置及び製造方法では、溶融した導電性接合部材105を圧接すると、半導体基板101の主面とセラミック基板111の主面に沿う方向に導電性接合部材105が流れ出す。図11に示すように、隣接した導電性接合部材105の間隔が小さい場合に、導電性接合部材105の量が多過ぎたり、あるいは、半導体基板101の主面とセラミック基板111の主面の間隔が狭まると、互いにはみ出した導電性接合部材105が接触部108を生じる。この結果、電気的なショート不良の半導体装置5となる。
【0007】
この現象を回避するため、半導体チップの配線層上に、底面よりも上端に向かうほどその横断面が大きくなる、いわゆる末広がりの凹部形状の開口部を有する絶縁膜を設け、この開口部内壁にバリアメタル層を設け、一方、配線基板の配線層にバンプ状の導電性接合部材を設け、開口部内に導電性接合部材を接合させることにより、導電性接合部材の広がりを押さえて、ショートの発生を抑制しようとした半導体チップと配線基板との電気的接続を実現する方法が開示されている(例えば、特許文献2参照。)。
【0008】
しかしながら、導電性接合部材としてのバンプの径が小さ過ぎると、バンプとバリアメタル層との接続が確実に行なわれず、また、バンプの径が大き過ぎると、その溶融時に開口部内からバンプ材料が流れ出し、導電性接合部材間のショートを招くという問題があった。また、開口部を末広がりの凹部形状に形成するため、接合箇所を高密度に設けることは困難であった。
【0009】
【特許文献1】
特開2001−110836号公報(第2−3頁、図20)
【0010】
【特許文献2】
特開平10−79403号公報(第3−4頁、図1)
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、従来の半導体装置においては、導電性接合部材が接触して電気的ショート不良が発生すること、接合箇所を高密度に配置することが困難であること、また、電気的接続が確実に行なわれない恐れがあることなどの問題があった。
【0012】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、隣り合う導電性接合部材間における電気的ショートの発生を抑制して、接合箇所の高密度化、及び確実な電気的接続が可能な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。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の半導体装置は、主面に配線層を有する第1の基板と、前記第1の基板主面に形成され、且つ、前記配線層表面を露出するための開口部を有する第1の絶縁膜と、前記開口部内に埋め込まれた導電性接合部材とを有する第1の電子部品と、主面に配線層を有する第2の基板と、記第2の基板の配線層上に設けられた柱状導電体とを有する第2の電子部品とを備え、前記第2の電子部品の柱状導電体が前記第1の電子部品の開口部内の導電性接合部材中に埋設されて、前記導電性接合部材と前記柱状導電体とが接合されてなることを特徴とする。
【0014】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、主面に配線層が形成された第1の基板を有する第1の電子部品を準備する工程と、前記第1の基板主面に第1の絶縁膜を形成して、配線層上に開口部を設けて、配線層を露出させる工程と、前記開口部内に導電性接合部材を埋め込む工程と、主面に配線層が形成された第2の基板を有する第2の電子部品を準備する工程と、前記第2の基板の配線層に柱状導電体を形成する工程と、前記第1の基板の開口部と前記柱状導電体とを位置合わせし、前記導電性接合部材中に前記柱状導電体を埋め込み、導電性接合部材と柱状導電体とを接合する工程と、を有することを特徴とする。
【0015】
本発明によれば、柱状導電体の一部が導電性接合部材中に埋設されるので、強固な固着と安定的かつ確実な電気的接続が実現できる。また、導電性接合部材が絶縁膜開口部から漏れ出ることがないので、電気的ショートは起こらず、その結果、導電性接合部材間の距離を接近でき、接合箇所を高密度に配置することが可能である。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【0017】
(第1の実施の形態)
まず、本発明の半導体装置及びその製造方法の第1の実施の形態を図1乃至図4を参照して説明する。この第1の実施の形態は、半導体チップを配線基板に接続してなる半導体装置に適用した例で、半導体チップを第1の電子部品、配線基板を第2の電子部品としている。
【0018】
図1乃至図4は、本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す工程断面図である。図1は半導体チップの製造工程図、図2は配線基板の製造工程図、図3は半導体チップと配線基板を対向配置した状態を示す断面図、図4は半導体装置の断面図である。
【0019】
まず、半導体チップの製造工程を図1により説明する。図1(a)に示すように、主面に例えばAlあるいはCu等からなる配線層12が形成された半導体基板11を用意する。
【0020】
次に、図1(b)に示すように、半導体基板11の主面に、SiO2、SiN等の無機材料からなる第1の絶縁膜13を形成する。第1の絶縁膜13はスパッタ法、CVD法、あるいはゾル−ゲル法等により、例えば膜厚10μm堆積する。
【0021】
次に、図1(c)に示すように、感光性のレジスト(図示略)の塗布、露光、現像を経て、配線層12上のレジスト部分に開口を設け、このレジストをマスクにしてエッチングガスあるいは化学薬液を用いて、配線層12に到達するまで配線層12の上の絶縁膜13部分のエッチングを行なって、例えば開口寸法10μm□、深さ10μmの開口部14を形成する。
【0022】
そして、図1(d)に示すように、半導体基板11上の絶縁膜13の開口部14に、導電性接合部材と配線層との反応を抑制するように、例えばTi/Ni等のバリアメタル(図示略)形成後、例えば鉛スズ共晶ハンダの導電性接合部材15をメッキ法、ディップ法等で所定量堆積する。このハンダの量は堆積層厚をモニターして決定する。以上の工程を経て、半導体チップ10を得る。
【0023】
一方、配線基板の製造方法を図2により説明する。図2(a)に示すように、主面に例えばAlあるいはCu等からなる配線層52が形成されたセラミック基板51を用意する。
【0024】
次に、図2(b)に示すように、セラミック基板51の主面に、SiO2、SiN等の無機材料からなる第2の絶縁膜53をスパッタ法、CVD法、あるいはゾル−ゲル法等を利用して、例えば膜厚10μm以上形成した後、第2の絶縁膜53の上に、感光性のレジスト56を塗布する。
【0025】
次に、図2(c)に示すように、レジスト56の露光、現像を経て、配線層52上のレジスト部分に開口を設け、このレジストをマスクにして、更に第2の絶縁膜53をエッチングガスあるいは化学薬液を使用して、配線層52に到達するまでエッチングを行ない、その後レジスト56はO2アッシャー等で剥離して、例えば開口寸法6μm□の開口部54を形成する。
【0026】
次に、図2(d)に示すように、例えば高融点のタングステン(W)材料を、CVD法、スパッタ法等を利用して開口部54内を完全に埋め込むように堆積して、柱状導電体55を形成する。
【0027】
その後、図2(e)に示すように、第2の絶縁膜53の一部をエッチング除去して、第2の絶縁膜53の表面から先端部が突出した柱状導電体55を形成する。なお、柱状導電体55の先端部に鉛スズ共晶ハンダの濡れ性を良くする目的でNi、Au等を形成してもよい。
【0028】
なお、図2(b)の第2の絶縁膜53は1層からなる場合について説明したが、例えばSiN及びSiO2の2層構造(図示略)とすることも可能である。この場合、図2(e)で第2の絶縁膜53の一部をエッチング除去する際に、一方の膜をエッチング除去して、他方の膜を残すように設計、形成しておけば、膜厚の安定化を計ることができる。
【0029】
そして、柱状導電体55は、後述の図4に示すように半導体チップ10の主面と配線基板50の主面とを密着させた際に、図1で説明した開口寸法10μm□、深さ10μmの開口部14に余裕を持って挿入できる太さを有し、且つ、第2の絶縁膜53からの突出高さが開口部14深さ以上にならないことが望ましい。ここでは、太さ6μm□、第2の絶縁膜53表面からの突出高さ8μmの四角柱に形成している。以上の工程を経て、配線基板50を得る。
【0030】
また、開口部14内に埋め込まれる導電性接合部材15は、後述の図4に示すように半導体チップ10の主面と配線基板50の主面とを密着させた際、開口部14内に挿入される柱状導電体55の先端部が導電性接合部材中に埋設され、確実に接合可能な量を最低限とし、且つ、導電性接合部材が開口部14から漏れ出さないように、開口部14内の柱状導電体55部分の体積を開口部14の容積から差し引いた量を最大限とする範囲内の量にすることが望ましい。そして、導電性接合部材15の埋め込み量は、例えば埋め込み層厚で制御している。
【0031】
その後、図3に示すように、個々に作製された半導体チップ10を下側に、配線基板50を上側に配置して、互いの主面を向き合わせて、開口部14と柱状導電体55の位置合わせを行なう。
【0032】
次に、図4に示すように、半導体チップ10と配線基板50を230〜250℃に加熱し、導電性接合部材15を溶融させた状態にして、半導体基板11の主面とセラミック基板51の主面を平行に維持した状態で、開口部14内に、柱状導電体55を挿入し、第1の絶縁膜13及び第2の絶縁膜53が接触するように、半導体チップ10と配線基板50を軽く押圧し、導電性接合部材15の中に柱状導電体55の突出部を埋設させる。そして、この状態で温度を融点以下に下げて、導電性接合部材15と柱状導電体55とを固着することにより、図4に示すような半導体チップ10と配線基板50が電気的に接続された半導体装置1を得る。
【0033】
上述した本発明の第1の実施の形態の半導体装置及びその製造方法によれば、以下のような作用効果が得られる。すなわち、柱状導電体の突出部分が導電性接合部材中に埋設されるので、柱状導電体の突出高さに多少のバラツキがあっても強固な固着と安定的かつ確実な電気的接続が実現できる。また、開口部内に埋め込まれる導電性接合部材は、開口部内に柱状導電体の突出部分を挿入した際、導電性接合部材が開口部から漏れ出ることがないような量に予め設定しているので、電気的ショートは起こらない。
【0034】
従って、導電性接合部材と柱状導電体との接合部間の距離を接近でき、接合箇所の高密度化が実現可能である。例えば、上述した本発明の第1の実施の形態では、隣接する開口部の中心間距離を15μm間隔で作製しても、電気的ショートは発生せず、バンプ状の導電性接合部材間距離が300μm必要であった従来の半導体装置に対して、約1/20の距離まで接近できる。しかも、開口部及び柱状導電体の寸法及び間隔等を小さくするだけで、更なる微細化が可能である。
【0035】
また、第2の絶縁膜によって配線基板における配線層と柱状導電体との接続部及び柱状導電体の根元の側周面を覆っているので、その接続部の腐食が防止され、また、柱状導電体の機械的補強がなされ、接続の信頼性が向上する。
【0036】
(第2の実施の形態)
次に、本発明の半導体装置及びその製造方法の第2の実施の形態を図5及び図6を参照して説明する。
【0037】
図5及び図6は、本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置及びその製造方法を示す工程断面図である。図5は半導体チップと配線基板を対向配置した状態を示す断面図、図6は半導体装置の断面図である。
【0038】
なお、第2の実施の形態では、第1の実施の形態の半導体チップの製造工程において、第1の絶縁膜13の上に絶縁性樹脂17を塗布する工程を追加した点で異なる。一方、配線基板の製造工程は、第1の実施の形態と同じであり、各構成要素等に同一符号を付してその製造工程の説明は省略する。
【0039】
まず、図5に示すように、例えばAlあるいはCuからなる配線層12を有する半導体基板11の主面に、SiO2、SiN等の無機材料からなる第1の絶縁膜13を形成する。この絶縁膜13はスパッタ法、CVD法、あるいはゾル−ゲル法等により、例えば膜厚8μmを堆積する。
【0040】
次に、この絶縁膜13の上に、後述する導電性接合部材の融点と同じかそれ以下の軟化点を有する熱可塑性の絶縁性樹脂17、例えばポリイミド系樹脂、アクリル系樹脂等をスピンコート法等で、例えば膜厚2μm塗布する。その後、絶縁性樹脂17が感光性樹脂の場合は、直接露光し、現像により配線層12上に開口を設け、この絶縁性樹脂17をマスクにして、その下のSiO2、SiN等の無機材料からなる絶縁膜13を、エッチングガスあるいは化学薬液を用いて、配線層12に到達するまでエッチングを行なって、例えば開口寸法10μm□、深さ10μmの開口部14を形成する。
【0041】
また、絶縁性樹脂17が非感光性樹脂の場合は、絶縁性樹脂17の上に感光性のレジスト(図示略)を塗布して、露光、現像して、配線層12上のレジスト部分に開口を設け、このレジストをマスクにして、エッチングガスあるいは化学薬液等を用いて、配線層12に到達するまで、絶縁性樹脂17と、絶縁膜13とを順次エッチング除去して、例えば開口寸法10μm□、深さ10μmの開口部14を形成する。
【0042】
次に、半導体基板11上の絶縁膜13の開口部14に、例えばTi/Ni等のバリアメタル(図示略)を形成した後、例えば鉛スズ共晶ハンダの導電性接合部材15をメッキ法、ディップ法等で所定量堆積する。このハンダの量は堆積層厚をモニターして決定する。以上の工程を経て、半導体チップ20を得る。
【0043】
なお、導電性接合部材15は、第1の実施の形態と同様に、開口部14内に挿入される柱状導電体55の先端部が接合可能な量を最低限とし、且つ、導電性接合部材が開口部14から漏れ出さないように、開口部14内の柱状導電体55部分の体積を開口部14の容積から差し引いた量を最大限とする範囲内の量にすることが望ましい。そして、この導電性部材15の埋め込み量は、例えば埋め込み層厚で制御している。
【0044】
その後、図5に示すように、個々に作製された半導体チップ20を下側に、配線基板50を上側に配置して、互いの主面を向き合わせて、開口部14と柱状導電体55の位置合わせを行なう。
【0045】
次に、図6に示すように、半導体チップ20と配線基板50を230〜250℃に加熱し、導電性接合部材15を溶融させた状態にして、半導体基板11の主面とセラミック基板51の主面を平行に維持した状態で、開口部14の中に、柱状導電体55を挿入し、絶縁性樹脂17と第2の絶縁膜53とが接触するように、半導体チップ10と配線基板50とを軽く押圧し、導電性接合部材15の中に柱状導電体55の突出部を埋設させる。同時に、熱可塑性の絶縁性樹脂17は、加熱によって軟化して、第2の絶縁膜53と密着する。そして、温度を融点以下に下げて、導電性接合部材15と柱状導電体55とを固着するとともに、半導体チップ10の第1の絶縁膜13と配線基板50の第2の絶縁膜53とを絶縁性樹脂17により密着固定する。このようにして、半導体チップ20と配線基板50が気密封止され、且つ、電気的に接続された半導体装置2を得る。
【0046】
上述した本発明の第2の実施の形態の半導体装置及びその製造方法によれば、第1の実施の形態と同様に、以下のような作用効果が得られる。すなわち、柱状導電体の突出部分が導電性接合部材中に埋設されるので、柱状導電体の突出高さに多少のバラツキがあっても、強固な固着と安定的かつ確実な電気的接続が実現できる。また、開口部内に埋め込まれる導電性接合部材は、開口部内に柱状導電体の突出部分を挿入した際、導電性接合部材が開口部から漏れ出ることがないような量に予め設定しているので、電気的ショートは起こらない。従って、導電性接合部材間の距離を接近でき、接合箇所の高密度化が実現可能である。
【0047】
また、第2の絶縁膜によって配線基板における配線層と柱状導電体との接続部及び柱状導電体の根元の側周面を覆っているので、その接続部の腐食が防止され、また、柱状導電体の機械的補強がなされ、接続の信頼性が向上する。
【0048】
その他の効果として、熱可塑性の絶縁性樹脂によって、半導体チップの第1の絶縁膜と配線基板の第2の絶縁膜を密着しているため、半導体チップと配線基板の主面の気密性が上がり、導電性接合部材と柱状導電体の接合部は外部の雰囲気ガス、湿度の影響をほとんど受けることがなく、接合の信頼性を上げることができる。
【0049】
(第3の実施の形態)
次に、本発明の半導体装置及びその製造方法の第3の実施の形態を図7及び図8を参照して説明する。
【0050】
図7及び図8は、本発明の第3の実施の形態に係る半導体装置及びその製造方法を示す工程断面図である。図7は半導体チップと配線基板を対向配置した状態を示す断面図、図8は半導体装置の断面図である。
【0051】
なお、第3の実施の形態では、半導体チップは、第1の実施の形態と同じであり、各構成要素等に同一符号を付してその製造工程の説明は省略する。一方、配線基板は、第1の実施の形態の配線基板の製造工程において、第2の絶縁膜53の上に絶縁性樹脂57を塗布する工程を追加した点で異なり、以下に説明する。
【0052】
まず、図7に示すように、例えばAlあるいはCu等からなる配線層52を有するセラミック基板51の主面に、SiO2、SiN等の無機材料からなる第2の絶縁膜53を形成する。この第2の絶縁膜53はスパッタ法、CVD法、あるいはゾル−ゲル法等により堆積する。
【0053】
次に、この第2の絶縁膜53の上に、熱可塑性の絶縁性樹脂57、例えばポリイミド系樹脂、アクリル系樹脂等をスピンコート法等で、例えば膜厚2μm塗布する。更に、第3の絶縁膜(図示略)を絶縁性樹脂57の上に約8μm形成する。その後、第3の絶縁膜(図示略)の上に、感光性のレジスト(図示略)を塗布、その後、露光、現像により、配線層52上のレジストに開口を設け、更に第3の絶縁膜(図示略)、絶縁性樹脂57及び第2の絶縁膜53をエッチングガスあるいは化学薬液を使用して、配線層52に到達するまで順次エッチングを行ない、その後レジスト(図示略)はO2アッシャー等で剥離して、例えば開口寸法6μm□の開口部54を形成する。
【0054】
次に、例えばW材料を、CVD法、スパッタ法等を利用して開口部54内を完全に埋め込むように堆積して柱状導電体55を形成する。その後、第3の絶縁膜(図示略)をエッチング除去して、絶縁性樹脂57の表面から柱状導電体55の先端部を突出させる。なお、柱状導電体55の先端部に鉛スズ共晶ハンダの濡れ性を良くする目的でNi、Au等を形成してもよい。
【0055】
そして、ここで、柱状導電体55は、後述の図8に示すように、半導体チップ10の主面と配線基板60の主面とを密着させた際に、開口寸法10μm□、深さ10μmの開口部14に余裕を持って挿入できる太さを有し、且つ、絶縁膜からの突出高さが開口部深さ以上にならないことが望ましい。ここでは、太さ6μm□、絶縁性樹脂57の表面上からの突出高さ8μmの四角柱に形成している。以上の工程を経て、配線基板60を得る。
【0056】
なお、開口部内に埋め込まれた導電性接合部材15の量は、第1の実施の形態と全く同様に、柱状導電体55と開口部14の関係において決定され、詳細説明は省略する。
【0057】
そして、図7に示すように、個々に作製された半導体チップ10を下側に、配線基板60を上側に配置して、互いの主面を向き合わせて、開口部14と柱状導電体55の位置合わせを行なう。
【0058】
次に、図8に示すように、半導体チップ10と配線基板60を230〜250℃に加熱し、導電性接合部材15を溶融させた状態にして、半導体基板11の主面とセラミック基板51の主面を平行に維持した状態で、開口部14内に、柱状導電体55を挿入し、絶縁性樹脂57と第1の絶縁膜13が接触するように、半導体チップ10と配線基板60を軽く押圧し、導電性接合部材15の中に柱状導電体55の突出部を埋設させる。同時に、熱可塑性の絶縁性樹脂57は、加熱によって軟化して、第1の絶縁膜13と密着する。そして、この状態で温度を融点以下に下げて、導電性接合部材15と柱状導電体55とを固着するとともに、半導体チップ10の第1の絶縁膜13と配線基板60の第2の絶縁膜53とを絶縁性樹脂57により密着固定する。このようにして、図8に示すような半導体チップ10と配線基板60が気密封止され、且つ、電気的に接続された半導体装置3を得る。
【0059】
上述した本発明の第3の実施の形態の半導体装置及びその製造方法によれば、第1及び第2の実施の形態と同様に、以下のような作用効果が得られる。すなわち、柱状導電体の突出部分が導電性接合部材中に埋設されるので、柱状導電体の突出高さに多少のバラツキがあっても、強固な固着と安定的かつ確実な電気的接続が実現できる。また、開口部内に埋め込まれた導電性接合部材は、開口部内に柱状導電体の突出部分を挿入した際、導電性接合部材が開口部から漏れ出ることがないような量に予め設定しているので、電気的ショートは起こらない。従って、導電性接合部材間の距離を接近でき、接合箇所の高密度化が実現可能である。
【0060】
また、第2の絶縁膜によって配線基板における配線層と柱状導電体との接続部及び柱状導電体の根元の側周面を覆っているので、その接続部の腐食が防止され、また、柱状導電体の機械的補強がなされ、接続の信頼性が向上する。
【0061】
その他の効果として、第2の実施の形態と同様に、熱可塑性の絶縁性樹脂によって、半導体チップの第1の絶縁膜と配線基板の第2の絶縁膜を密着しているため、半導体チップと配線基板の主面の気密性が上がり、導電性接合部材と柱状導電体の接合部は外部の雰囲気ガス、湿度の影響をほとんど受けることがなく、接合の信頼性を上げることができる。
【0062】
本発明は、上述の第1乃至第3の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することができる。
【0063】
例えば、上述した各実施の形態では、第1の電子部品を半導体チップ、第2の電子部品を配線基板とした例で説明したが、逆に、第1の電子部品を配線基板、第2の電子部品を半導体チップにしてもよく、また、第1及び第2の電子部品の両方共、半導体チップとしてもよい。
【0064】
また、第1及び第2の電子部品の形態は、両方共、個片化したもの、片方だけを個片化したもの、あるいは、両方共個片化する前のものであっても差し支えない。
【0065】
また、配線基板は、セラミック基板からなる例で説明したが、セラミック基板に代わるものとして、有機基板、ガラス基板、金属基板、複合材料からなる基板、及び、半導体基板を使用して差し支えない。
【0066】
また、導電性接合部材として、低融点金属、例えば鉛スズ(Pb−Sn)共晶ハンダを用いたが、鉛フリー化に対して、SnとAg、Cu、Zn、Bi、Sb等からなる合金を使うことができる。その他、In、Ga等、あるいはそれらを含む合金等も使うことができる。また、Au、Ag、Cu、Ni等の金属を含む導電性接着剤を用いることも可能である。
【0067】
また、柱状導電体としては、W以外のTi、Ta等の高融点金属、あるいは、高融点金属の窒化物等の高融点金属化合物、または、Cu等が使用できる。また、柱状導電体の形状は、角柱に限らず、円柱、先端の尖った錐状、不規則な形状でも差し支えない。
【0068】
また、配線層には、Alの他に、Cu、Au等を使うことができ、バリアメタルには、例えば、Ti、Niの他に、Cr、Cu、Au、Pd等の単体あるいは複合体を使用できる。
【0069】
また、溶融した導電性接合部材と柱状導電体の濡れ性を向上するために、柱状導電体の表面にNi、Au等を形成したが、Pd等を薄く形成してもよい。
【0070】
【発明の効果】
本発明によれば、隣り合う導電性接合部材間における電気的ショートの発生を抑制して、接合箇所の高密度化、及び、確実な電気的接続が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す工程断面図。
【図2】本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す工程断面図。
【図3】本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す工程断面図。
【図4】本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す工程断面図。
【図5】本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す工程断面図。
【図6】本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す工程断面図。
【図7】本発明の第3の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す工程断面図。
【図8】本発明の第3の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す工程断面図。
【図9】従来の半導体装置の製造工程を示す工程断面図。
【図10】従来の半導体装置の製造工程を示す工程断面図。
【図11】従来の半導体装置の製造工程を示す工程断面図。
【符号の説明】
1、2、3、4、5 半導体装置
10、20、100 半導体チップ
11、101 半導体基板
12、52、102、112 配線層
13 第1の絶縁膜
14、54、104 開口部
15、105 導電性接合部材
17、57 絶縁性樹脂
50、60、110 配線基板
51、111 セラミック基板
53 第2の絶縁膜
55 柱状導電体
56 レジスト
103 絶縁膜
108 接触部
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置及びその製造方法に係り、半導体チップの主面を配線基板または半導体チップの主面に対向させ、半導体チップの配線層と配線基板または半導体チップの配線層とを接続してなる半導体装置及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、半導体装置としては、高密度実装の要求により半導体チップの主面を配線基板の主面に対向させ、半導体チップの配線層と配線基板の配線層とを、主にバンプ等の導電性接合部材を介して接続した構造のものが広く知られている(例えば、特許文献1参照。)。
【0003】
この種の従来の半導体装置について、その製造方法と共に、図9及び図11を用いて説明する。図9に示すように、配線層102を有する半導体基板101の主面に、絶縁膜103を形成した後、配線層102上の絶縁膜103部分に開口部104を設ける。次に、開口部104内に、例えば鉛スズ共晶ハンダの導電性接合部材105を埋め込み、絶縁膜103表面からバンプ状に突出するほぼT字状の導電性接合部材105を形成した半導体チップ100を準備する。
【0004】
一方、セラミック基板111の主面に配線層112を形成した配線基板110を準備する。
【0005】
次に、上記半導体チップ100の主面と配線基板110の主面とを対向させて配置し、半導体チップ100の導電性接合部材105と配線基板110の配線層112を正確に位置合わせをして、導電性接合部材105と配線層112が230〜250℃になるように加熱する。次に、半導体基板101の主面とセラミック基板111の主面が平行を維持した状態で、溶融した導電性接合部材105と配線層112とを圧接する。そして、導電性接合部材105の融点以下に冷却すると、導電性接合部材105と配線層112とは固着する。この結果、図10に示すような半導体装置4が得られる。
【0006】
しかしながら、このような半導体装置及び製造方法では、溶融した導電性接合部材105を圧接すると、半導体基板101の主面とセラミック基板111の主面に沿う方向に導電性接合部材105が流れ出す。図11に示すように、隣接した導電性接合部材105の間隔が小さい場合に、導電性接合部材105の量が多過ぎたり、あるいは、半導体基板101の主面とセラミック基板111の主面の間隔が狭まると、互いにはみ出した導電性接合部材105が接触部108を生じる。この結果、電気的なショート不良の半導体装置5となる。
【0007】
この現象を回避するため、半導体チップの配線層上に、底面よりも上端に向かうほどその横断面が大きくなる、いわゆる末広がりの凹部形状の開口部を有する絶縁膜を設け、この開口部内壁にバリアメタル層を設け、一方、配線基板の配線層にバンプ状の導電性接合部材を設け、開口部内に導電性接合部材を接合させることにより、導電性接合部材の広がりを押さえて、ショートの発生を抑制しようとした半導体チップと配線基板との電気的接続を実現する方法が開示されている(例えば、特許文献2参照。)。
【0008】
しかしながら、導電性接合部材としてのバンプの径が小さ過ぎると、バンプとバリアメタル層との接続が確実に行なわれず、また、バンプの径が大き過ぎると、その溶融時に開口部内からバンプ材料が流れ出し、導電性接合部材間のショートを招くという問題があった。また、開口部を末広がりの凹部形状に形成するため、接合箇所を高密度に設けることは困難であった。
【0009】
【特許文献1】
特開2001−110836号公報(第2−3頁、図20)
【0010】
【特許文献2】
特開平10−79403号公報(第3−4頁、図1)
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、従来の半導体装置においては、導電性接合部材が接触して電気的ショート不良が発生すること、接合箇所を高密度に配置することが困難であること、また、電気的接続が確実に行なわれない恐れがあることなどの問題があった。
【0012】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、隣り合う導電性接合部材間における電気的ショートの発生を抑制して、接合箇所の高密度化、及び確実な電気的接続が可能な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。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の半導体装置は、主面に配線層を有する第1の基板と、前記第1の基板主面に形成され、且つ、前記配線層表面を露出するための開口部を有する第1の絶縁膜と、前記開口部内に埋め込まれた導電性接合部材とを有する第1の電子部品と、主面に配線層を有する第2の基板と、記第2の基板の配線層上に設けられた柱状導電体とを有する第2の電子部品とを備え、前記第2の電子部品の柱状導電体が前記第1の電子部品の開口部内の導電性接合部材中に埋設されて、前記導電性接合部材と前記柱状導電体とが接合されてなることを特徴とする。
【0014】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、主面に配線層が形成された第1の基板を有する第1の電子部品を準備する工程と、前記第1の基板主面に第1の絶縁膜を形成して、配線層上に開口部を設けて、配線層を露出させる工程と、前記開口部内に導電性接合部材を埋め込む工程と、主面に配線層が形成された第2の基板を有する第2の電子部品を準備する工程と、前記第2の基板の配線層に柱状導電体を形成する工程と、前記第1の基板の開口部と前記柱状導電体とを位置合わせし、前記導電性接合部材中に前記柱状導電体を埋め込み、導電性接合部材と柱状導電体とを接合する工程と、を有することを特徴とする。
【0015】
本発明によれば、柱状導電体の一部が導電性接合部材中に埋設されるので、強固な固着と安定的かつ確実な電気的接続が実現できる。また、導電性接合部材が絶縁膜開口部から漏れ出ることがないので、電気的ショートは起こらず、その結果、導電性接合部材間の距離を接近でき、接合箇所を高密度に配置することが可能である。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【0017】
(第1の実施の形態)
まず、本発明の半導体装置及びその製造方法の第1の実施の形態を図1乃至図4を参照して説明する。この第1の実施の形態は、半導体チップを配線基板に接続してなる半導体装置に適用した例で、半導体チップを第1の電子部品、配線基板を第2の電子部品としている。
【0018】
図1乃至図4は、本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す工程断面図である。図1は半導体チップの製造工程図、図2は配線基板の製造工程図、図3は半導体チップと配線基板を対向配置した状態を示す断面図、図4は半導体装置の断面図である。
【0019】
まず、半導体チップの製造工程を図1により説明する。図1(a)に示すように、主面に例えばAlあるいはCu等からなる配線層12が形成された半導体基板11を用意する。
【0020】
次に、図1(b)に示すように、半導体基板11の主面に、SiO2、SiN等の無機材料からなる第1の絶縁膜13を形成する。第1の絶縁膜13はスパッタ法、CVD法、あるいはゾル−ゲル法等により、例えば膜厚10μm堆積する。
【0021】
次に、図1(c)に示すように、感光性のレジスト(図示略)の塗布、露光、現像を経て、配線層12上のレジスト部分に開口を設け、このレジストをマスクにしてエッチングガスあるいは化学薬液を用いて、配線層12に到達するまで配線層12の上の絶縁膜13部分のエッチングを行なって、例えば開口寸法10μm□、深さ10μmの開口部14を形成する。
【0022】
そして、図1(d)に示すように、半導体基板11上の絶縁膜13の開口部14に、導電性接合部材と配線層との反応を抑制するように、例えばTi/Ni等のバリアメタル(図示略)形成後、例えば鉛スズ共晶ハンダの導電性接合部材15をメッキ法、ディップ法等で所定量堆積する。このハンダの量は堆積層厚をモニターして決定する。以上の工程を経て、半導体チップ10を得る。
【0023】
一方、配線基板の製造方法を図2により説明する。図2(a)に示すように、主面に例えばAlあるいはCu等からなる配線層52が形成されたセラミック基板51を用意する。
【0024】
次に、図2(b)に示すように、セラミック基板51の主面に、SiO2、SiN等の無機材料からなる第2の絶縁膜53をスパッタ法、CVD法、あるいはゾル−ゲル法等を利用して、例えば膜厚10μm以上形成した後、第2の絶縁膜53の上に、感光性のレジスト56を塗布する。
【0025】
次に、図2(c)に示すように、レジスト56の露光、現像を経て、配線層52上のレジスト部分に開口を設け、このレジストをマスクにして、更に第2の絶縁膜53をエッチングガスあるいは化学薬液を使用して、配線層52に到達するまでエッチングを行ない、その後レジスト56はO2アッシャー等で剥離して、例えば開口寸法6μm□の開口部54を形成する。
【0026】
次に、図2(d)に示すように、例えば高融点のタングステン(W)材料を、CVD法、スパッタ法等を利用して開口部54内を完全に埋め込むように堆積して、柱状導電体55を形成する。
【0027】
その後、図2(e)に示すように、第2の絶縁膜53の一部をエッチング除去して、第2の絶縁膜53の表面から先端部が突出した柱状導電体55を形成する。なお、柱状導電体55の先端部に鉛スズ共晶ハンダの濡れ性を良くする目的でNi、Au等を形成してもよい。
【0028】
なお、図2(b)の第2の絶縁膜53は1層からなる場合について説明したが、例えばSiN及びSiO2の2層構造(図示略)とすることも可能である。この場合、図2(e)で第2の絶縁膜53の一部をエッチング除去する際に、一方の膜をエッチング除去して、他方の膜を残すように設計、形成しておけば、膜厚の安定化を計ることができる。
【0029】
そして、柱状導電体55は、後述の図4に示すように半導体チップ10の主面と配線基板50の主面とを密着させた際に、図1で説明した開口寸法10μm□、深さ10μmの開口部14に余裕を持って挿入できる太さを有し、且つ、第2の絶縁膜53からの突出高さが開口部14深さ以上にならないことが望ましい。ここでは、太さ6μm□、第2の絶縁膜53表面からの突出高さ8μmの四角柱に形成している。以上の工程を経て、配線基板50を得る。
【0030】
また、開口部14内に埋め込まれる導電性接合部材15は、後述の図4に示すように半導体チップ10の主面と配線基板50の主面とを密着させた際、開口部14内に挿入される柱状導電体55の先端部が導電性接合部材中に埋設され、確実に接合可能な量を最低限とし、且つ、導電性接合部材が開口部14から漏れ出さないように、開口部14内の柱状導電体55部分の体積を開口部14の容積から差し引いた量を最大限とする範囲内の量にすることが望ましい。そして、導電性接合部材15の埋め込み量は、例えば埋め込み層厚で制御している。
【0031】
その後、図3に示すように、個々に作製された半導体チップ10を下側に、配線基板50を上側に配置して、互いの主面を向き合わせて、開口部14と柱状導電体55の位置合わせを行なう。
【0032】
次に、図4に示すように、半導体チップ10と配線基板50を230〜250℃に加熱し、導電性接合部材15を溶融させた状態にして、半導体基板11の主面とセラミック基板51の主面を平行に維持した状態で、開口部14内に、柱状導電体55を挿入し、第1の絶縁膜13及び第2の絶縁膜53が接触するように、半導体チップ10と配線基板50を軽く押圧し、導電性接合部材15の中に柱状導電体55の突出部を埋設させる。そして、この状態で温度を融点以下に下げて、導電性接合部材15と柱状導電体55とを固着することにより、図4に示すような半導体チップ10と配線基板50が電気的に接続された半導体装置1を得る。
【0033】
上述した本発明の第1の実施の形態の半導体装置及びその製造方法によれば、以下のような作用効果が得られる。すなわち、柱状導電体の突出部分が導電性接合部材中に埋設されるので、柱状導電体の突出高さに多少のバラツキがあっても強固な固着と安定的かつ確実な電気的接続が実現できる。また、開口部内に埋め込まれる導電性接合部材は、開口部内に柱状導電体の突出部分を挿入した際、導電性接合部材が開口部から漏れ出ることがないような量に予め設定しているので、電気的ショートは起こらない。
【0034】
従って、導電性接合部材と柱状導電体との接合部間の距離を接近でき、接合箇所の高密度化が実現可能である。例えば、上述した本発明の第1の実施の形態では、隣接する開口部の中心間距離を15μm間隔で作製しても、電気的ショートは発生せず、バンプ状の導電性接合部材間距離が300μm必要であった従来の半導体装置に対して、約1/20の距離まで接近できる。しかも、開口部及び柱状導電体の寸法及び間隔等を小さくするだけで、更なる微細化が可能である。
【0035】
また、第2の絶縁膜によって配線基板における配線層と柱状導電体との接続部及び柱状導電体の根元の側周面を覆っているので、その接続部の腐食が防止され、また、柱状導電体の機械的補強がなされ、接続の信頼性が向上する。
【0036】
(第2の実施の形態)
次に、本発明の半導体装置及びその製造方法の第2の実施の形態を図5及び図6を参照して説明する。
【0037】
図5及び図6は、本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置及びその製造方法を示す工程断面図である。図5は半導体チップと配線基板を対向配置した状態を示す断面図、図6は半導体装置の断面図である。
【0038】
なお、第2の実施の形態では、第1の実施の形態の半導体チップの製造工程において、第1の絶縁膜13の上に絶縁性樹脂17を塗布する工程を追加した点で異なる。一方、配線基板の製造工程は、第1の実施の形態と同じであり、各構成要素等に同一符号を付してその製造工程の説明は省略する。
【0039】
まず、図5に示すように、例えばAlあるいはCuからなる配線層12を有する半導体基板11の主面に、SiO2、SiN等の無機材料からなる第1の絶縁膜13を形成する。この絶縁膜13はスパッタ法、CVD法、あるいはゾル−ゲル法等により、例えば膜厚8μmを堆積する。
【0040】
次に、この絶縁膜13の上に、後述する導電性接合部材の融点と同じかそれ以下の軟化点を有する熱可塑性の絶縁性樹脂17、例えばポリイミド系樹脂、アクリル系樹脂等をスピンコート法等で、例えば膜厚2μm塗布する。その後、絶縁性樹脂17が感光性樹脂の場合は、直接露光し、現像により配線層12上に開口を設け、この絶縁性樹脂17をマスクにして、その下のSiO2、SiN等の無機材料からなる絶縁膜13を、エッチングガスあるいは化学薬液を用いて、配線層12に到達するまでエッチングを行なって、例えば開口寸法10μm□、深さ10μmの開口部14を形成する。
【0041】
また、絶縁性樹脂17が非感光性樹脂の場合は、絶縁性樹脂17の上に感光性のレジスト(図示略)を塗布して、露光、現像して、配線層12上のレジスト部分に開口を設け、このレジストをマスクにして、エッチングガスあるいは化学薬液等を用いて、配線層12に到達するまで、絶縁性樹脂17と、絶縁膜13とを順次エッチング除去して、例えば開口寸法10μm□、深さ10μmの開口部14を形成する。
【0042】
次に、半導体基板11上の絶縁膜13の開口部14に、例えばTi/Ni等のバリアメタル(図示略)を形成した後、例えば鉛スズ共晶ハンダの導電性接合部材15をメッキ法、ディップ法等で所定量堆積する。このハンダの量は堆積層厚をモニターして決定する。以上の工程を経て、半導体チップ20を得る。
【0043】
なお、導電性接合部材15は、第1の実施の形態と同様に、開口部14内に挿入される柱状導電体55の先端部が接合可能な量を最低限とし、且つ、導電性接合部材が開口部14から漏れ出さないように、開口部14内の柱状導電体55部分の体積を開口部14の容積から差し引いた量を最大限とする範囲内の量にすることが望ましい。そして、この導電性部材15の埋め込み量は、例えば埋め込み層厚で制御している。
【0044】
その後、図5に示すように、個々に作製された半導体チップ20を下側に、配線基板50を上側に配置して、互いの主面を向き合わせて、開口部14と柱状導電体55の位置合わせを行なう。
【0045】
次に、図6に示すように、半導体チップ20と配線基板50を230〜250℃に加熱し、導電性接合部材15を溶融させた状態にして、半導体基板11の主面とセラミック基板51の主面を平行に維持した状態で、開口部14の中に、柱状導電体55を挿入し、絶縁性樹脂17と第2の絶縁膜53とが接触するように、半導体チップ10と配線基板50とを軽く押圧し、導電性接合部材15の中に柱状導電体55の突出部を埋設させる。同時に、熱可塑性の絶縁性樹脂17は、加熱によって軟化して、第2の絶縁膜53と密着する。そして、温度を融点以下に下げて、導電性接合部材15と柱状導電体55とを固着するとともに、半導体チップ10の第1の絶縁膜13と配線基板50の第2の絶縁膜53とを絶縁性樹脂17により密着固定する。このようにして、半導体チップ20と配線基板50が気密封止され、且つ、電気的に接続された半導体装置2を得る。
【0046】
上述した本発明の第2の実施の形態の半導体装置及びその製造方法によれば、第1の実施の形態と同様に、以下のような作用効果が得られる。すなわち、柱状導電体の突出部分が導電性接合部材中に埋設されるので、柱状導電体の突出高さに多少のバラツキがあっても、強固な固着と安定的かつ確実な電気的接続が実現できる。また、開口部内に埋め込まれる導電性接合部材は、開口部内に柱状導電体の突出部分を挿入した際、導電性接合部材が開口部から漏れ出ることがないような量に予め設定しているので、電気的ショートは起こらない。従って、導電性接合部材間の距離を接近でき、接合箇所の高密度化が実現可能である。
【0047】
また、第2の絶縁膜によって配線基板における配線層と柱状導電体との接続部及び柱状導電体の根元の側周面を覆っているので、その接続部の腐食が防止され、また、柱状導電体の機械的補強がなされ、接続の信頼性が向上する。
【0048】
その他の効果として、熱可塑性の絶縁性樹脂によって、半導体チップの第1の絶縁膜と配線基板の第2の絶縁膜を密着しているため、半導体チップと配線基板の主面の気密性が上がり、導電性接合部材と柱状導電体の接合部は外部の雰囲気ガス、湿度の影響をほとんど受けることがなく、接合の信頼性を上げることができる。
【0049】
(第3の実施の形態)
次に、本発明の半導体装置及びその製造方法の第3の実施の形態を図7及び図8を参照して説明する。
【0050】
図7及び図8は、本発明の第3の実施の形態に係る半導体装置及びその製造方法を示す工程断面図である。図7は半導体チップと配線基板を対向配置した状態を示す断面図、図8は半導体装置の断面図である。
【0051】
なお、第3の実施の形態では、半導体チップは、第1の実施の形態と同じであり、各構成要素等に同一符号を付してその製造工程の説明は省略する。一方、配線基板は、第1の実施の形態の配線基板の製造工程において、第2の絶縁膜53の上に絶縁性樹脂57を塗布する工程を追加した点で異なり、以下に説明する。
【0052】
まず、図7に示すように、例えばAlあるいはCu等からなる配線層52を有するセラミック基板51の主面に、SiO2、SiN等の無機材料からなる第2の絶縁膜53を形成する。この第2の絶縁膜53はスパッタ法、CVD法、あるいはゾル−ゲル法等により堆積する。
【0053】
次に、この第2の絶縁膜53の上に、熱可塑性の絶縁性樹脂57、例えばポリイミド系樹脂、アクリル系樹脂等をスピンコート法等で、例えば膜厚2μm塗布する。更に、第3の絶縁膜(図示略)を絶縁性樹脂57の上に約8μm形成する。その後、第3の絶縁膜(図示略)の上に、感光性のレジスト(図示略)を塗布、その後、露光、現像により、配線層52上のレジストに開口を設け、更に第3の絶縁膜(図示略)、絶縁性樹脂57及び第2の絶縁膜53をエッチングガスあるいは化学薬液を使用して、配線層52に到達するまで順次エッチングを行ない、その後レジスト(図示略)はO2アッシャー等で剥離して、例えば開口寸法6μm□の開口部54を形成する。
【0054】
次に、例えばW材料を、CVD法、スパッタ法等を利用して開口部54内を完全に埋め込むように堆積して柱状導電体55を形成する。その後、第3の絶縁膜(図示略)をエッチング除去して、絶縁性樹脂57の表面から柱状導電体55の先端部を突出させる。なお、柱状導電体55の先端部に鉛スズ共晶ハンダの濡れ性を良くする目的でNi、Au等を形成してもよい。
【0055】
そして、ここで、柱状導電体55は、後述の図8に示すように、半導体チップ10の主面と配線基板60の主面とを密着させた際に、開口寸法10μm□、深さ10μmの開口部14に余裕を持って挿入できる太さを有し、且つ、絶縁膜からの突出高さが開口部深さ以上にならないことが望ましい。ここでは、太さ6μm□、絶縁性樹脂57の表面上からの突出高さ8μmの四角柱に形成している。以上の工程を経て、配線基板60を得る。
【0056】
なお、開口部内に埋め込まれた導電性接合部材15の量は、第1の実施の形態と全く同様に、柱状導電体55と開口部14の関係において決定され、詳細説明は省略する。
【0057】
そして、図7に示すように、個々に作製された半導体チップ10を下側に、配線基板60を上側に配置して、互いの主面を向き合わせて、開口部14と柱状導電体55の位置合わせを行なう。
【0058】
次に、図8に示すように、半導体チップ10と配線基板60を230〜250℃に加熱し、導電性接合部材15を溶融させた状態にして、半導体基板11の主面とセラミック基板51の主面を平行に維持した状態で、開口部14内に、柱状導電体55を挿入し、絶縁性樹脂57と第1の絶縁膜13が接触するように、半導体チップ10と配線基板60を軽く押圧し、導電性接合部材15の中に柱状導電体55の突出部を埋設させる。同時に、熱可塑性の絶縁性樹脂57は、加熱によって軟化して、第1の絶縁膜13と密着する。そして、この状態で温度を融点以下に下げて、導電性接合部材15と柱状導電体55とを固着するとともに、半導体チップ10の第1の絶縁膜13と配線基板60の第2の絶縁膜53とを絶縁性樹脂57により密着固定する。このようにして、図8に示すような半導体チップ10と配線基板60が気密封止され、且つ、電気的に接続された半導体装置3を得る。
【0059】
上述した本発明の第3の実施の形態の半導体装置及びその製造方法によれば、第1及び第2の実施の形態と同様に、以下のような作用効果が得られる。すなわち、柱状導電体の突出部分が導電性接合部材中に埋設されるので、柱状導電体の突出高さに多少のバラツキがあっても、強固な固着と安定的かつ確実な電気的接続が実現できる。また、開口部内に埋め込まれた導電性接合部材は、開口部内に柱状導電体の突出部分を挿入した際、導電性接合部材が開口部から漏れ出ることがないような量に予め設定しているので、電気的ショートは起こらない。従って、導電性接合部材間の距離を接近でき、接合箇所の高密度化が実現可能である。
【0060】
また、第2の絶縁膜によって配線基板における配線層と柱状導電体との接続部及び柱状導電体の根元の側周面を覆っているので、その接続部の腐食が防止され、また、柱状導電体の機械的補強がなされ、接続の信頼性が向上する。
【0061】
その他の効果として、第2の実施の形態と同様に、熱可塑性の絶縁性樹脂によって、半導体チップの第1の絶縁膜と配線基板の第2の絶縁膜を密着しているため、半導体チップと配線基板の主面の気密性が上がり、導電性接合部材と柱状導電体の接合部は外部の雰囲気ガス、湿度の影響をほとんど受けることがなく、接合の信頼性を上げることができる。
【0062】
本発明は、上述の第1乃至第3の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することができる。
【0063】
例えば、上述した各実施の形態では、第1の電子部品を半導体チップ、第2の電子部品を配線基板とした例で説明したが、逆に、第1の電子部品を配線基板、第2の電子部品を半導体チップにしてもよく、また、第1及び第2の電子部品の両方共、半導体チップとしてもよい。
【0064】
また、第1及び第2の電子部品の形態は、両方共、個片化したもの、片方だけを個片化したもの、あるいは、両方共個片化する前のものであっても差し支えない。
【0065】
また、配線基板は、セラミック基板からなる例で説明したが、セラミック基板に代わるものとして、有機基板、ガラス基板、金属基板、複合材料からなる基板、及び、半導体基板を使用して差し支えない。
【0066】
また、導電性接合部材として、低融点金属、例えば鉛スズ(Pb−Sn)共晶ハンダを用いたが、鉛フリー化に対して、SnとAg、Cu、Zn、Bi、Sb等からなる合金を使うことができる。その他、In、Ga等、あるいはそれらを含む合金等も使うことができる。また、Au、Ag、Cu、Ni等の金属を含む導電性接着剤を用いることも可能である。
【0067】
また、柱状導電体としては、W以外のTi、Ta等の高融点金属、あるいは、高融点金属の窒化物等の高融点金属化合物、または、Cu等が使用できる。また、柱状導電体の形状は、角柱に限らず、円柱、先端の尖った錐状、不規則な形状でも差し支えない。
【0068】
また、配線層には、Alの他に、Cu、Au等を使うことができ、バリアメタルには、例えば、Ti、Niの他に、Cr、Cu、Au、Pd等の単体あるいは複合体を使用できる。
【0069】
また、溶融した導電性接合部材と柱状導電体の濡れ性を向上するために、柱状導電体の表面にNi、Au等を形成したが、Pd等を薄く形成してもよい。
【0070】
【発明の効果】
本発明によれば、隣り合う導電性接合部材間における電気的ショートの発生を抑制して、接合箇所の高密度化、及び、確実な電気的接続が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す工程断面図。
【図2】本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す工程断面図。
【図3】本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す工程断面図。
【図4】本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す工程断面図。
【図5】本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す工程断面図。
【図6】本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す工程断面図。
【図7】本発明の第3の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す工程断面図。
【図8】本発明の第3の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す工程断面図。
【図9】従来の半導体装置の製造工程を示す工程断面図。
【図10】従来の半導体装置の製造工程を示す工程断面図。
【図11】従来の半導体装置の製造工程を示す工程断面図。
【符号の説明】
1、2、3、4、5 半導体装置
10、20、100 半導体チップ
11、101 半導体基板
12、52、102、112 配線層
13 第1の絶縁膜
14、54、104 開口部
15、105 導電性接合部材
17、57 絶縁性樹脂
50、60、110 配線基板
51、111 セラミック基板
53 第2の絶縁膜
55 柱状導電体
56 レジスト
103 絶縁膜
108 接触部
Claims (13)
- 主面に配線層を有する第1の基板と、
前記第1の基板主面に形成され、且つ、前記配線層表面を露出するための開口部を有する第1の絶縁膜と、
前記開口部内に埋め込まれた導電性接合部材と、
を有する第1の電子部品と、
主面に配線層を有する第2の基板と、
前記第2の基板の配線層上に設けられた柱状導電体と、
を有する第2の電子部品と、
を備え、
前記第2の電子部品の柱状導電体が前記第1の電子部品の開口部内の導電性接合部材中に埋設されて、前記導電性接合部材と前記柱状導電体とが接合されてなることを特徴とする半導体装置。 - 前記導電性接合部材は、前記開口部内に挿入された前記柱状導電体の先端部が埋設される量以上で、且つ、前記開口部内に挿入された前記柱状導電体部分の体積を前記開口部容積から差し引いた量以下の量が埋め込まれていることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
- 前記導電性接合部材は、前記第1の基板主面上に存在することなく、前記開口部内のみに埋め込まれていることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
- 前記第2の基板主面に設けられ、且つ、前記柱状導電体の根元の側周面と接触する第2の絶縁膜を更に有することを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
- 前記第1の絶縁膜と前記第2の絶縁膜とが絶縁性樹脂を介して密着されてなることを特徴とする請求項3記載の半導体装置。
- 前記第1及び第2の電子部品の一方が、半導体チップ、前記第1及び第2の電子部品の他方が、配線基板であることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
- 前記第1及び第2の電子部品が、いずれも半導体チップであることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
- 前記柱状導電体は、高融点金属またはその金属化合物で、前記導電性接合部材は、低融点金属またはその金属化合物、あるいは、導電性接着剤からなることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
- 主面に配線層が形成された第1の基板を有する第1の電子部品を準備する工程と、
前記第1の基板主面に第1の絶縁膜を形成して、配線層上に開口部を設けて、配線層を露出させる工程と、
前記開口部内に導電性接合部材を埋め込む工程と、
主面に配線層が形成された第2の基板を有する第2の電子部品を準備する工程と、
前記第2の基板の配線層に柱状導電体を形成する工程と、
前記第1の基板の開口部と前記柱状導電体とを位置合わせし、前記導電性接合部材中に前記柱状導電体を埋め込み、導電性接合部材と柱状導電体とを接合する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記導電性接合部材は、前記開口部内に挿入された前記柱状導電体の先端部が埋設される量以上で、且つ、前記開口部内に挿入された前記柱状導電体部分の体積を前記開口部容積から差し引いた量以下の量が埋め込まれていることを特徴とする請求項9記載の半導体装置の製造方法。
- 前記導電性接合部材は、前記第1の基板主面上に存在することなく、前記開口部内のみに埋め込まれていることを特徴とする請求項9記載の半導体装置。
- 前記導電性接合部材は、低融点金属またはその金属化合物からなり、前記導電性接合部材中に前記柱状導電体を埋め込む工程の前に、前記導電性接合部材を加熱・溶融する工程を有することを特徴とする請求項8記載の半導体装置の製造方法。
- 前記導電性接合部材は、液状の導電性接着剤からなり、前記第1の基板の開口部と前記柱状導電体とを位置合わせし、前記導電性接合部材中に前記柱状導電体を埋め込んだ後に、前記導電性接合部材を加熱・硬化する工程を有することを特徴とする請求項8記載の半導体装置の製造方法。
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Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008544527A (ja) * | 2005-06-14 | 2008-12-04 | キュービック・ウエハ・インコーポレーテッド | チップ対チップ接点の絶縁 |
| JP2008547206A (ja) * | 2005-06-14 | 2008-12-25 | キュービック・ウエハ・インコーポレーテッド | チップの架橋接続 |
| US8021922B2 (en) | 2005-06-14 | 2011-09-20 | Cufer Asset Ltd. L.L.C. | Remote chip attachment |
| US8053903B2 (en) | 2005-06-14 | 2011-11-08 | Cufer Asset Ltd. L.L.C. | Chip capacitive coupling |
| JP2012028801A (ja) * | 2005-06-14 | 2012-02-09 | Cufer Asset Ltd Llc | チップコネクタ |
| US8197627B2 (en) | 2005-06-14 | 2012-06-12 | Cufer Asset Ltd. L.L.C. | Pin-type chip tooling |
| CN102569275A (zh) * | 2011-12-28 | 2012-07-11 | 三星半导体(中国)研究开发有限公司 | 堆叠式半导体封装结构及其制造方法 |
| US8456015B2 (en) | 2005-06-14 | 2013-06-04 | Cufer Asset Ltd. L.L.C. | Triaxial through-chip connection |
| JP2013175775A (ja) * | 2013-05-02 | 2013-09-05 | Rohm Co Ltd | 半導体装置 |
| JP2014150235A (ja) * | 2013-02-01 | 2014-08-21 | ▲き▼邦科技股▲分▼有限公司 | 半導体装置および半導体装置の製造方法 |
| JP2015138970A (ja) * | 2014-01-24 | 2015-07-30 | 富士電機株式会社 | 半導体装置 |
-
2002
- 2002-09-27 JP JP2002282454A patent/JP2004119773A/ja active Pending
Cited By (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8197627B2 (en) | 2005-06-14 | 2012-06-12 | Cufer Asset Ltd. L.L.C. | Pin-type chip tooling |
| US8456015B2 (en) | 2005-06-14 | 2013-06-04 | Cufer Asset Ltd. L.L.C. | Triaxial through-chip connection |
| US8021922B2 (en) | 2005-06-14 | 2011-09-20 | Cufer Asset Ltd. L.L.C. | Remote chip attachment |
| US8053903B2 (en) | 2005-06-14 | 2011-11-08 | Cufer Asset Ltd. L.L.C. | Chip capacitive coupling |
| JP2012028801A (ja) * | 2005-06-14 | 2012-02-09 | Cufer Asset Ltd Llc | チップコネクタ |
| JP2012039129A (ja) * | 2005-06-14 | 2012-02-23 | Cufer Asset Ltd Llc | チップコネクタ |
| JP2008547206A (ja) * | 2005-06-14 | 2008-12-25 | キュービック・ウエハ・インコーポレーテッド | チップの架橋接続 |
| JP2008544527A (ja) * | 2005-06-14 | 2008-12-04 | キュービック・ウエハ・インコーポレーテッド | チップ対チップ接点の絶縁 |
| US9147635B2 (en) | 2005-06-14 | 2015-09-29 | Cufer Asset Ltd. L.L.C. | Contact-based encapsulation |
| US8283778B2 (en) | 2005-06-14 | 2012-10-09 | Cufer Asset Ltd. L.L.C. | Thermally balanced via |
| US8197626B2 (en) | 2005-06-14 | 2012-06-12 | Cufer Asset Ltd. L.L.C. | Rigid-backed, membrane-based chip tooling |
| US10340239B2 (en) | 2005-06-14 | 2019-07-02 | Cufer Asset Ltd. L.L.C | Tooling for coupling multiple electronic chips |
| US9754907B2 (en) | 2005-06-14 | 2017-09-05 | Cufer Asset Ltd. L.L.C. | Tooling for coupling multiple electronic chips |
| US8846445B2 (en) | 2005-06-14 | 2014-09-30 | Cufer Asset Ltd. L.L.C. | Inverse chip connector |
| US9324629B2 (en) | 2005-06-14 | 2016-04-26 | Cufer Asset Ltd. L.L.C. | Tooling for coupling multiple electronic chips |
| CN102569275A (zh) * | 2011-12-28 | 2012-07-11 | 三星半导体(中国)研究开发有限公司 | 堆叠式半导体封装结构及其制造方法 |
| JP2014150235A (ja) * | 2013-02-01 | 2014-08-21 | ▲き▼邦科技股▲分▼有限公司 | 半導体装置および半導体装置の製造方法 |
| JP2013175775A (ja) * | 2013-05-02 | 2013-09-05 | Rohm Co Ltd | 半導体装置 |
| JP2015138970A (ja) * | 2014-01-24 | 2015-07-30 | 富士電機株式会社 | 半導体装置 |
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