JP2001176908A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JP2001176908A JP35927299A JP35927299A JP2001176908A JP 2001176908 A JP2001176908 A JP 2001176908A JP 35927299 A JP35927299 A JP 35927299A JP 35927299 A JP35927299 A JP 35927299A JP 2001176908 A JP2001176908 A JP 2001176908A
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bump
semiconductor device
conductive adhesive
semiconductor element
semiconductor
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Koichi Yamauchi
浩一 山内
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Matsushita Electronics Corp
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体素子と基板とのバンプを介した接続に
おいて、バンプ上の導電性接着剤が拡がり、隣接電極間
でショート等の問題となる恐れがある。 【解決手段】 半導体素子１上の電極パッド５にバンプ
１５として下段部１４ａとその上面端部に上段部１４ｂ
を形成することにより、バンプ１５の特に上段部１４ｂ
に導電性接着剤１２を十分な量で形成し、半導体キャリ
ア２に対して接合した際、導電性接着剤１２の隣接領域
への余分な拡がりを防止し、ショート不良を抑制するこ
とができる。さらに上段部１４ｂを下段部１４ａの端部
に形成する場合、隣接電極間で千鳥状に配置することに
より、ショート不良を抑制することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体素子の集積回
路部を保護し、かつ外部装置と半導体素子の電気的接続
を安定に確保し、さらにもっとも高密度な実装を可能と
した半導体装置の製造方法に関するものである。本発明
の半導体装置の製造方法により、情報通信機器、事務用
電子機器、家庭用電子機器、測定装置、組立ロボット等
の産業用電子機器、医療用電子機器、電子玩具等の小型
化を容易にするものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体装置を回路基板に実装する
方法として、フリップチップ実装工法を用いたパッケー
ジの検討がなされている。
【０００３】以下、従来の半導体装置の製造方法につい
て、図面を参照しながら説明する。
【０００４】まず従来の半導体装置について説明する。
図１６，図１７は従来の半導体装置を示す図であり、図
１６は平面図、図１７は底面図である。
【０００５】図示するように、従来の半導体装置はチッ
プサイズパッケージ（ＣＳＰ）と称される半導体装置で
あって、半導体素子１がその電極を有した面を下にした
フェースダウンにより半導体キャリア２に実装され、半
導体素子１と半導体キャリア２との間隙は封止樹脂３が
充填されている。そして半導体キャリア２の底面には搭
載した半導体素子１の電極と内部で接続された外部電極
端子４が一定の間隔で配置されているものである。
【０００６】次に従来の半導体装置の製造方法について
図面を参照しながら説明する。図１８〜図２２は従来の
半導体装置の製造方法を示す図である。なお、図１８〜
図２２において、断面図は図１６のＡ−Ａ１箇所の断面
を示す。
【０００７】まず図１８（ａ）に示すように、半導体素
子１の電極パッド５上に対して、ワイヤーボンディング
法（ボールボンディング法）を用いて、キャピラリー６
の先端部の金ワイヤー７先端に形成した金ボール８を形
成し、図１８（ｂ）に示すように、キャピラリー６を用
いて電極パッド５に超音波を印加しながら熱圧着するこ
とにより、金バンプの下段部９ａを形成する。そして図
１８（ｃ）に示すように、キャピラリー６のみを引き上
げ、キャピラリー６の上方にある平行金属板１０で金ワ
イヤー７を挟んだ後、金ワイヤー７を引きちぎる。そし
て図１８（ｄ）に示すように、すべての電極パッド５上
に金バンプが形成された後に、高さの均一化ならびに頭
頂部の平坦化としてレベリングを行い、金バンプの下段
部９ａの中央部上に上段部９ｂを形成することにより、
半導体素子１の電極パッド５上に二段突起のバンプ１１
を形成する。図１９は半導体素子１上の複数の電極パッ
ド５上に下段部９ａと上段部９ｂとによる二段突起のバ
ンプ１１を形成した状態を示す。なお、図１９（ａ）は
断面図であり、図１９（ｂ）は図１９（ａ）に示した箇
所に相当する半導体素子の部分的な平面図である。
【０００８】次に図２０に示すように、半導体素子１上
のバンプ１１、特にバンプ１１の上部に対して導電性接
着剤１２を供給する。導電性接着剤１２としては、信頼
性、熱応力などを考慮して、例えばバインダーとしてエ
ポキシレジン、導体フィラーとしてＡｇ−Ｐｄ合金によ
りなる接着剤を用いる。
【０００９】次に図２１に示すように、半導体素子１の
表面を下にして実装するフリップチップ方式によって、
半導体素子１上の導電性接着剤１２が供給されたバンプ
１１と、底面に外部電極端子４が一定の間隔で格子状に
形成されている半導体キャリア２上の電極１３とを位置
精度良く合わせて接合した後、一定の温度にて熱硬化さ
せる。
【００１０】そして最後に図２２に示すように、エポキ
シ系の封止樹脂３を半導体素子１と半導体キャリア２と
の間隙と、半導体素子１の周辺端部とに注入し、一定の
温度にて封止樹脂３を硬化させ、樹脂モールドして半導
体装置を完成させる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の半
導体装置の製造方法では、二段突出部を有した金による
バンプ１１に対して導電性接着剤１２を転写法等で付設
し、半導体キャリア２上の電極１３と接合することで電
気的導通を達成している。この半導体キャリア２には反
り等が存在するため、この接続構造での安定した電気的
接続を確保するためには、導電性接着剤１２の転写量を
ある一定値以上にする必要がある。しかし、従来の方法
では、導電性接着剤１２の転写量のバラツキ、半導体キ
ャリア２との濡れ性のバラツキ等で半導体キャリア２上
に平面状態では円形状に拡がる導電性接着剤１２の量が
変動しやすく、接続の安定化を図ろうと転写量を多くす
るとバンプ１１上に転写された導電性接着剤１２が半導
体キャリア２上で隣接する電極に接触して接続不良を起
こす場合がある。このように、電気的接続の安定性と隣
接端子間のショートはトレードオフの関係にあるため、
半導体素子１の縮小化に伴う狭パッドピッチ化によっ
て、隣接する電極間の距離の短縮化が進んでいく上で大
きな問題となる。
【００１２】本発明は前記した従来の課題を解決するも
ので、半導体キャリア上において、導電性接着剤の隣接
する電極方向の拡がりをなくし、かつバンプの頭頂部
（上段部）面積を大きくすることでバンプに対して十分
な量の導電性接着剤を付設することができ、隣接する電
極間のショートのない電気的に安定した接続構造を有す
る半導体装置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】前記従来の課題を解決す
るために本発明の半導体装置の製造方法は、以下のよう
な構成を有している。
【００１４】すなわち、本発明の半導体装置の製造方法
は、半導体素子上の電極上に二段突起状のバンプを形成
する工程と、前記バンプに対して導電性接着剤を形成す
る工程と、前記バンプに導電性接着剤が形成された半導
体素子を前記導電性接着剤を介して基板と接続する工程
とよりなる半導体装置の製造方法であって、半導体素子
上の電極上に二段突起状のバンプを形成する工程は、導
電材により下段部を形成した後、前記下段部の端部上に
前記導電材により上段部を形成する工程である半導体装
置の製造方法である。
【００１５】また本発明の半導体装置の製造方法は、半
導体素子上の電極上に二段突起状のバンプを形成する工
程と、前記バンプに対して導電性接着剤を形成する工程
と、前記バンプに導電性接着剤が形成された半導体素子
を前記導電性接着剤を介して基板と接続する工程とより
なる半導体装置の製造方法であって、半導体素子上の電
極上に二段突起状のバンプを形成する工程は、導電材に
より下段部を形成した後、前記下段部の端部上に前記導
電材により上段部を形成するとともに、隣接するバンプ
どうしにおいては前記上段部は平面上、千鳥配置で前記
下段部の端部上に上段部を形成する工程である半導体装
置の製造方法である。
【００１６】前記構成によって、導電性接着剤が形成さ
れる領域であるバンプの上段部は下段部の端部に設けら
れているので、半導体キャリア上の導電性接着剤は隣接
端子に対して垂直方向が長径となる楕円状に拡がり、半
導体キャリア上の導電性接着剤の隣接端子間方向への拡
がりを抑制することができる。また、上段部の千鳥配列
により半導体キャリア上の隣接端子間距離を隣接パッド
間隔より大きくとれることで十分な導電性接着剤を付設
でき、安定した電気的接続を達成することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の半導体装置の製造
方法の一実施形態について図面を参照しながら説明す
る。
【００１８】まず本実施形態の半導体装置について説明
する。図１は本実施形態の半導体装置を示す平面図、図
２はその底面図である。図３は本実施形態のバンプを示
す図であり、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は断面図
である。
【００１９】図示するように本実施形態の半導体装置
は、チップサイズパッケージ（ＣＳＰ）と称される半導
体装置であって、半導体素子１がその電極を有した面を
下にしたフェースダウンにより基板である半導体キャリ
ア２に実装され、半導体素子１と半導体キャリア２との
間隙は封止樹脂３が充填されている。そして半導体キャ
リア２の底面には搭載した半導体素子１の電極と内部で
接続された外部電極端子４が一定の間隔で配置されてい
るものである。そして図３に示すように、本実施形態の
バンプは、半導体素子の電極パッド５上の下段部１４ａ
の端部に存在するように上段部１４ｂが形成されている
バンプ１５である。図３に示した本実施形態の二段突起
状のバンプ１５は転写法、メッキ法等により形成される
ものであり、下段部１４ａ、上段部１４ｂの形状は共に
長方形で隣接する電極パッド５方向に短く、半導体素子
１の中心方向に長く構成している。また下段部１４ａの
長辺の長さは電極パッド５一辺の長さ未満とし、短辺の
長さは長辺の長さ未満とする。そして上段部１４ｂの長
辺は下段部１４ａの長辺の５０％未満、短辺の長さは下
段部１４ａ短辺長の８０％未満とする。また、隣接する
電極パッド５の上段部１４ｂどうしの位置関係は、隣接
の上段部１４ｂどうしは辺対称との位置に設けられ、下
段部１４ａに対して、上段部１４ｂは半導体素子の内側
／外側と千鳥状に配置されている。バンプ１５の下段部
１４ａ、上段部１４ｂのサイズ、および上段部１４ｂの
形成位置を千鳥状に設定する目的は、半導体キャリアと
の接続のために付設される導電性接着剤の半導体キャリ
ア上での隣接する電極方向への拡がりを抑制するためで
ある。
【００２０】次に本実施形態の半導体装置の製造方法に
ついて説明する。図４〜図７は本実施形態の半導体装置
の製造方法を示す図である。
【００２１】まず図４に示すように、半導体素子１上の
電極パッド５上に下段部１４ａ、および上段部１４ｂが
隣接どうしで千鳥配置された二段突起状のバンプ１５を
形成する。図４（ａ）は断面図であり、図４（ｂ）は平
面図である。図４（ｂ）に示すように、下段部１４ａ上
の上段部１４ｂが隣接どうしで千鳥配置されている。
【００２２】次に回転する円盤上にドクターブレード法
を用いて適当な厚みにＡｇ−Ｐｄを導電物質として含有
する導電接着剤が塗布され、常に新鮮な表面を維持する
目的でスキージにて円盤上で攪拌された導電性接着剤層
を用意し、その導電性接着剤層に対して、二段突起状の
バンプ１５を設けた半導体素子１を押し当て、そして引
き上げる転写法により、図５に示すように、バンプ１５
上の上段部１４ｂ領域に導電性接着剤１２を供給する。
導電性接着剤１２としては、信頼性、熱応力などを考慮
してたとえばバインダーとしてエポキシレジン、導体フ
ィラーとしてＡｇ−Ｐｄ合金によりなる導電性接着剤を
用いた場合の硬化条件は、１２０［℃］の温度で２時間
３０分加熱することにより接合を完了するが、条件は一
例でありこれに限るものではない。
【００２３】そして、図６に示すように、接続用の基板
として半導体キャリア２上の電極１３と半導体素子１上
の電極パッド５上に形成された二段突起状のバンプ１５
との位置あわせを行った後、半導体素子１を半導体キャ
リア２上に搭載し、導電性接着剤１２を熱硬化させ両者
を接合する。
【００２４】そして最後に図７に示すように、エポキシ
系の封止樹脂３を半導体素子１と半導体キャリア２との
間隙、および半導体素子１の周辺部とに注入し、一定の
温度にて硬化させ樹脂モールドする。この樹脂モールド
の方法としては、まず封止樹脂３を注入ノズルを用いて
一方向から半導体素子１と半導体キャリア２の間に形成
された隙間に注入し、隙間を埋めてから半導体素子１の
周辺端子部を封止するものである。そして封止樹脂３と
してエポキシ系樹脂に高熱伝導セラミックである窒化ア
ルミニウム（ＡｌＮ）もしくは窒化珪素（ＳｉＣ）等を
フィラーとして添加したものを用いる。また半導体素子
１の背面に到達し、さらに半導体キャリア２と封止樹脂
３との接触角度が６０°以下の小さな角度となるように
する。封止樹脂３の供給後はオーブン中で加熱すること
により封止樹脂３を硬化させて樹脂モールドを完了す
る。この樹脂モールドにより図１，図２および図３に示
したような半導体装置を得るものである。
【００２５】図８は本実施形態の半導体装置の製造方法
において形成した電気的接続部分を示す図であり、図８
（ａ）は断面図であり、図８（ｂ）は半導体素子上のバ
ンプの平面状態を示す平面図である。
【００２６】図示するように、半導体素子１上の電極パ
ッド５に対して、二段突起状のバンプ１５の上段部１４
ｂを下段部１４ａの端部に付設することで導電性接着剤
１２が半導体キャリア２の電極１３に対して楕円状に拡
がり、さらに隣接する上段部１４ｂどうしを千鳥配列化
することで、隣接電極の導電性接着剤１２の距離を隣接
パッド間距離以上離すことができ、ショート不良を抑制
できるものである。
【００２７】次に半導体素子の電極パッド上へのバンプ
の形成方法について詳細に説明する。図９は本実施形態
の半導体装置の製造方法のバンプ形成を示す断面図であ
り、図１０，図１１はバンプを形成した状態を示す半導
体素子の平面図である。
【００２８】図９（ａ）に示すように、半導体素子１の
電極パッド５上に対して、ワイヤーボンディング法（ボ
ールボンディング法）を用いて、キャピラリー６の先端
部の金ワイヤー７先端に形成した金ボール８を形成し、
図９（ｂ）に示すように、キャピラリー６を用いて電極
パッド５に超音波を印加しながら熱圧着することによ
り、金バンプの下段部１４ａを形成する。そして図９
（ｃ）に示すように、キャピラリー６のみを引き上げ、
キャピラリー６の上方にある平行金属板１０で金ワイヤ
ー７を挟んだ後、隣接端子方向に対して垂直方向に平行
移動または斜め上方に移動させることで下段部１４ａに
接続した金ワイヤー７を引きちぎる。そして図９（ｄ）
に示すように、すべての電極パッド５上に金バンプが形
成された後に、高さの均一化ならびに頭頂部の平坦化と
してレベリングを行い、金バンプの下段部１４ａの端部
上に上段部１４ｂを形成することにより、半導体素子１
の電極パッド５上に二段突起のバンプ１５を形成する。
【００２９】下段部１４ａを形成した後、接続した金ワ
イヤー７を切断する方向の違いにより、上段部１４ｂの
形成位置を変えることができ、図１０は半導体素子１の
電極パッド５において、各辺同方向に引きちぎって金ワ
イヤーを切断した場合のバンプ１５の状態を示し、図１
１は、隣接端子毎に逆方向に引きちぎって金ワイヤーを
切断した場合のバンプ１５の状態を示している。
【００３０】半導体素子と半導体キャリアとの接合の
際、導電性接着剤の半導体キャリア上での隣接電極方向
への拡がりは、上段部１４ｂにより導電性接着剤が楕円
状に拡がり、隣接電極間ショートの抑制となる。また、
引きちぎり方向を千鳥方向にした場合は、その効果がよ
りいっそう大きくなる。
【００３１】次に半導体素子の電極パッド上へのバンプ
の形成方法の別の形態について説明する。図１２は本実
施形態の半導体装置の製造方法のバンプ形成を示す断面
図であり、図１３，図１４はバンプを形成した状態を示
す半導体素子の平面図である。
【００３２】図１２（ａ）に示すように、半導体素子１
の電極パッド５上に対して、ワイヤーボンディング法
（ボールボンディング法）を用いて、キャピラリー６の
先端部の金ワイヤー７先端に形成した金ボール８を形成
し、図１２（ｂ）に示すように、キャピラリー６を用い
て電極パッド５に超音波を印加しながら熱圧着すること
により、金バンプの下段部１４ａを形成する。そしてキ
ャピラリー６を隣接端子方向に対して垂直方向に移動さ
せ、キャピラリー６内部への金入り込み部１６を下段部
１４ａの端部まで平行移動させる。そして図１２（ｃ）
に示すように、キャピラリー６のみを引き上げ、キャピ
ラリー６の上方にある平行金属板１０で金ワイヤー７を
挟んだ後、金入り込み部１６の移動方向と同方向に平行
移動または斜め上方に移動させることで下段部１４ａに
接続した金ワイヤー７を引きちぎる。そして図１２
（ｄ）に示すように、すべての電極パッド５上に金バン
プが形成された後に、高さの均一化ならびに頭頂部の平
坦化としてレベリングを行い、金バンプの下段部１４ａ
の端部上に上段部１４ｂを形成することにより、半導体
素子１の電極パッド５上に二段突起のバンプ１５を形成
する。
【００３３】下段部１４ａを形成した後、接続した金ワ
イヤー７を切断する方向の違いにより、上段部１４ｂの
形成位置を変えることができ、図１３は半導体素子１の
電極パッド５において、各辺同方向に引きちぎって金ワ
イヤーを切断した場合のバンプ１５の状態を示し、図１
４は、隣接端子毎に逆方向に引きちぎって金ワイヤーを
切断した場合のバンプ１５の状態を示している。
【００３４】半導体素子と半導体キャリアとの接合の
際、導電性接着剤の半導体キャリア上での隣接電極方向
への拡がりは、上段部１４ｂにより導電性接着剤が楕円
状に拡がり、隣接電極間ショートの抑制となる。また、
引きちぎり方向を千鳥方向にした場合は、その効果がよ
りいっそう大きくなる。そしてショート抑制効果は図１
０、図１１、図１３、図１４で示した構造の順に大きく
なる。
【００３５】また図１５は本実施形態の半導体装置の製
造方法において形成した電気的接続部分を示す図であ
り、図１５（ａ）は断面図であり、図１５（ｂ）は半導
体素子上のバンプの平面状態を示す平面図である。
【００３６】図示するように、半導体素子１を半導体キ
ャリア２に搭載したときの導電性接着剤１２の隣接電極
方向への拡がりは楕円形となり、ショート不良抑制の効
果が大きくなる。
【００３７】以上、本実施形態の半導体装置の製造方法
では、バンプを構成する下段部と上段部とにおいて、上
段部を下段部の端部に配置することで、バンプの特に上
段部に導電性接着剤を十分な量で形成し、半導体キャリ
アに対して接合した際、導電性接着剤の隣接領域への余
分な拡がりを防止し、ショート不良を抑制することがで
きる。さらに上段部を下段部の端部に形成する場合、隣
接電極間で千鳥状に配置することにより、ショート不良
を抑制することができる。
【００３８】
【発明の効果】以上、本発明の半導体装置の製造方法
は、半導体素子上に二段突起状のバンプ電極の上段部を
千鳥状に配置、または上段部を楕円状に形成し隣接端子
の導電性接着剤の拡がり方向を制御するものである。ま
た、斜め上方に引きちぎり頭頂部を楕円状に形する方式
は導電性接着剤の拡がりを楕円状に制御し、隣接端子方
向の導電性接着剤の拡がりをよりいっそう抑制させるも
ので、半導体キャリア上での隣接端子間の接続不良が発
生せず、バンプの上段部面積の増加により導電性接着剤
の転写量が増し、安定した電気的接続を達成できる半導
体装置の製造方法を実現するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる半導体装置の平面
図
【図２】本発明の一実施形態にかかる半導体装置の底面
図
【図３】本発明の一実施形態の半導体装置のバンプを示
す図
【図４】本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法を
示す図
【図５】本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法を
示す断面図
【図６】本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法を
示す断面図
【図７】本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法を
示す断面図
【図８】本発明の一実施形態の半導体装置のバンプを示
す図
【図９】本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法の
バンプ形成を示す断面図
【図１０】本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法
のバンプ形成を示す平面図
【図１１】本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法
のバンプ形成を示す平面図
【図１２】本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法
のバンプ形成を示す断面図
【図１３】本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法
のバンプ形成を示す平面図
【図１４】本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法
のバンプ形成を示す平面図
【図１５】本発明の一実施形態の半導体装置のバンプを
示す図
【図１６】従来の半導体装置の平面図
【図１７】従来の半導体装置の底面図
【図１８】従来の半導体装置の製造方法を示す断面図
【図１９】従来の半導体装置の製造方法を示す図
【図２０】従来の半導体装置の製造方法を示す断面図
【図２１】従来の半導体装置の製造方法を示す断面図
【図２２】従来の半導体装置の製造方法を示す断面図
【符号の説明】
１ 半導体素子 ２ 半導体キャリア ３ 封止樹脂 ４ 外部電極端子 ５ 電極パッド ６ キャピラリー ７ 金ワイヤー ８ 金ボール ９ａ 下段部 ９ｂ 上段部 １０ 平行金属板 １１ バンプ １２ 導電性接着剤 １３ 電極 １４ａ 下段部 １４ｂ 上段部 １５ バンプ １６ 金入り込み部

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体素子上の電極上に二段突起状のバ
    ンプを形成する工程と、前記バンプに対して導電性接着
    剤を形成する工程と、前記バンプに導電性接着剤が形成
    された半導体素子を前記導電性接着剤を介して基板と接
    続する工程とよりなる半導体装置の製造方法であって、
    半導体素子上の電極上に二段突起状のバンプを形成する
    工程は、導電材により下段部を形成した後、前記下段部
    の端部上に前記導電材により上段部を形成する工程であ
    ることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項２】 半導体素子上の電極上に二段突起状のバ
    ンプを形成する工程と、前記バンプに対して導電性接着
    剤を形成する工程と、前記バンプに導電性接着剤が形成
    された半導体素子を前記導電性接着剤を介して基板と接
    続する工程とよりなる半導体装置の製造方法であって、
    半導体素子上の電極上に二段突起状のバンプを形成する
    工程は、導電材により下段部を形成した後、前記下段部
    の端部上に前記導電材により上段部を形成するととも
    に、隣接するバンプどうしにおいては前記上段部は平面
    上、千鳥配置で前記下段部の端部上に上段部を形成する
    工程であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
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