JP2003258034A - 多層配線基体の製造方法および多層配線基体 - Google Patents

多層配線基体の製造方法および多層配線基体

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wiring
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康道 畑中
Hirofumi Fujioka
弘文 藤岡
Tsuneo Hamaguchi
恒夫 濱口
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 接合部に良好な固相拡散層を形成して電気的
接続の信頼性を向上させることが可能な多層配線基体の
製造方法および多層配線基体を提供する。 【解決手段】 第1の半導体チップ1と第2の半導体チ
ップ2とを圧着するときに、熱硬化性樹脂層5の粘度が
0.3〜80Pa・sとなるように設定されており、バ
ンプ3とそのバンプ3と接触する接触部とを加熱して固
相拡散により接合部を形成するとともに、接合部の形成
が完了するまでは熱硬化性樹脂層5がゲル化しないよう
にした。それにより、熱硬化性樹脂層5を噛み込むこと
なく接合部を形成することができるとともに、良好な固
相拡散層を形成して電気的接続の信頼性を向上させるこ
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】この発明は、多層配線基体の
製造方法および多層配線基体に関し、特に、半導体チッ
プ、配線基板などの複数枚の配線基体を縦方向に積層し
て、配線基体の電極同士を電気的に接続する多層配線基
体の製造方法およびその製造方法により製造された多層
配線基体に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年の電子機器の小形化および高密度化
に伴った、電子機器を構成する電子部品の実装技術の革
新は目覚ましく、半導体装置や多層配線基板などの電子
部品においても、小型化および高密度実装を可能とする
半導体チップや配線基板のような配線基体同士を相互に
接続する技術の重要性が高まってきている。
【0003】かかる状況下、半導体装置や多層配線基板
などの電子部品の製造方法においては、小形化、多ピン
化、高速化等の要求があるため、配線基体の所定の位置
に複数のバンプを形成し、このバンプと、相対する位置
に形成された配線基体上の電極の接続部とを直接接続す
る、いわゆる、フリップチップ接続方法の採用が行なわ
れはじめている。
【0004】さらに、フリップチップ接合において、半
導体チップや配線基板のような配線基体同士の接続を固
層拡散による金属結合により接合して、その接続の信頼
性の向上が図られている。
【0005】固層拡散による金属結合により接合可能な
フリップチップ接続方法としては、次に示すような熱圧
着工法がある。
【0006】まず、半導体チップに形成されている電極
パッド上に形成された金から成るバンプと、配線基板上
に形成された金から成る電極パッドとの位置合わせを行
い、半導体チップを配線基板に加圧すると同時に加熱す
る。それにより、バンプと配線基板上の電極パッドとの
界面にて、熱圧着による金−金・固相拡散が生じ、半導
体チップと配線基板とは接合される。
【0007】次に、半導体チップと配線基板との間隙
に、ディスペンサによりアンダーフィルを注入した後ア
ンダーフィル樹脂を硬化させる。この熱圧着によるフリ
ップチップ接続工法では、金属の固相拡散による金属接
合の形成が可能となる。
【0008】しかしながら、接合後に行う半導体チップ
と配線基板との間隙へのアンダーフィルの充填は、ディ
スペンサにより、半導体チップの側部に所定量のアンダ
ーフィルを、毛細管現象を利用して流し込むことにより
行われており、かなりの時間を必要とし、製品の生産効
率の低下の原因となるものであった。
【0009】また、アンダーフィルは半導体チップと配
線基板との間隙に充填するため低粘度の液状樹脂である
必要から、使用できる樹脂の種類やシリカ等の充填剤の
充填量に制約を受け、高品質および高信頼性のアンダー
フィルを得るのが困難であった。
【0010】このような問題点を改善する固層拡散によ
る金属結合により接合可能なフリップチップ接続方法と
して、例えば、特開平10−335373号公報に記載
されるような超音波併用熱圧着工法がある。以下、超音
波熱圧着法を説明する。
【0011】まず、電極を有する配線基板上に、電極を
覆う樹脂にてなる接着剤を配設し、接着剤を所望の粘度
とし、電極と相対する突起電極を有する半導体チップと
配線基板とを加熱状態にて圧着して、電極と突起電極と
を接触させ、電極と突起電極との接触箇所に超音波振動
を印加し、接触箇所に固相拡散による接合部を形成し
て、半導体チップと配線基板とを接合した後、接触個所
の接着剤を硬化させる。
【0012】このような半導体装置の製造方法により、
生産性よく、半導体チップと配線基板との接合を安定し
て行うことができる。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、加熱状
態で電極と突起電極とを接触させ、電極と突起電極との
接触箇所に超音波振動を印加するため、固層拡散にて成
る接合部は形成可能であるが、接合条件によっては半導
体チップと突起電極の接合部にクラックなどの損傷が発
生して信頼性が低下する可能性があり接続信頼性の点で
改善すべき問題点があった。
【0014】また、加熱状態で電極と突起電極とを接触
させ、電極と突起電極との接触箇所に超音波振動を印加
するため、半導体チップと配線基板が位置ずれを生じ、
半導体チップの配線基板への搭載精度が低下する可能性
があり搭載精度の点で改善すべき問題点があった。
【0015】超音波振動を併用せず熱圧着にて接合する
方法では、接合後に行う半導体チップと配線基板との間
隙へのアンダーフィルの充填が必要で生産効率低下の原
因となるものであった。また、アンダーフィルは半導体
チップと配線基板との間隙に充填するため低粘度の液状
樹脂である必要から、使用できる樹脂の種類やシリカ等
の充填剤の充填量に制約を受け、高品質および高信頼性
のアンダーフィルを得るのが困難であった。
【0016】超音波振動と熱を併用する接合方法では、
加熱状態で電極と突起電極とを接触させ、電極と突起電
極との接触箇所に超音波振動を印加するため、固層拡散
にて成る接合部は形成可能であるが、接合条件によって
は半導体チップと突起電極の接合部にクラックなどの損
傷が発生して信頼性が低下する可能性があり接続信頼性
の点で改善すべき問題点があるものであった。
【0017】また、加熱状態で電極と突起電極とを接触
させ、電極と突起電極との接触箇所に超音波振動を印加
するため、半導体チップと配線基板が超音波振動の印加
により位置ずれを生じ、半導体チップの配線基板への搭
載精度が低下する可能性があり搭載精度の点で改善すべ
き問題点があるものであった。
【0018】特に、パンプが狭ピッチ化することにより
配線基板の配線が細くなり、バンプの外形幅がその対向
部の電極配線幅よりも大きい場合、搭載精度が悪いと接
合性が低下する可能性があり改善すべき問題点があるも
のであった。
【0019】本発明は、上述したような従来の問題点を
解決するためになされたものであり、その目的は、配線
基体間が互いに電気的接続された多層配線基体におい
て、容易で効率的に電気的接続の信頼性向上を図るとと
もに、精度良く配線基体同士を電気的に接合することが
可能な多層配線基体の製造方法およびその製造方法を適
用することが可能な多層配線基体を提供することであ
る。
【0020】
【課題を解決するための手段】本発明の多層配線基体の
製造方法は、第1の配線基体の表面に形成された第1の
電極および第2の配線基体の表面に形成された第2の電
極のうち少なくともいずれか一方上に第1のバンプを形
成する第1の工程と、第1の配線基体の第の1電極が形
成されている側の主表面および第2の配線基体の第2の
電極が形成されている側の主表面のうち少なくともいず
れか一方上に熱硬化性樹脂層を形成する第2の工程と、
第1の配線基体と第2の配線基体とを互いに圧着し、第
1のバンプを介して第1の電極と第2の電極とを電気的
に接続する第3の工程と、熱硬化性樹脂層を硬化させ
て、第1の配線基体と第2の配線基体とを固着する第4
の工程とを備えた多層配線基体の製造方法であって、第
3の工程においては、第1の配線基体と第2の配線基体
とを圧着するときの熱硬化性樹脂層の粘度が0.3〜8
0Pa・sとなるように設定されており、第1のバンプ
と第1のバンプと接触する接触部とを加熱して固相拡散
により接合部を形成するとともに、接合部の形成が完了
するまでは熱硬化性樹脂層がゲル化しないようにした。
【0021】本発明の多層配線基体の製造方法は、第3
の工程において、接合部を温度条件が160〜300℃
の範囲での加熱により形成することが望ましい。
【0022】本発明の多層配線基体の製造方法は、第3
の工程において、バンプの幅がバンプに対向する電極の
幅よりも大きくなっている。
【0023】本発明の多層配線基体の製造方法は、第1
の工程において、第1の電極および第2の電極の他方上
に第2のバンプを形成し、第2の工程において、第1の
バンプおよび第2のバンプのうち少なくともいずれか一
方を覆う熱硬化性樹脂層を形成し、第3の工程におい
て、第1のバンプと第2のバンプとの間で接合部を形成
してもよい。
【0024】本発明の多層配線基体の製造方法は、第3
の工程において、第1の配線基体および第2の配線基板
のうち少なくともいずれか一方が、有機材料を主成分と
する配線基板であり、かつ、接合部を形成するために加
熱するときに、ヤング率が10〜30GPaとなるよう
に設定されていてもよい。
【0025】本発明の多層配線基体は、第1の配線基体
の表面に形成された第1の電極と、第2の配線基体の表
面に形成された第2の電極とがバンプを介して接続され
るとともに、第1の配線基体と第2の配線基体との間に
介在する熱硬化性樹脂層により第1の配線基体と第2の
配線基体とが固着された多層配線基体であって、第1の
配線基体と第2の配線基体とが互いに圧着され、第1の
バンプを介して第1の電極と第2の電極とが電気的に接
続されており、バンプの幅がバンプが対向する第1の電
極および第2の電極のうち少なくともいずれか一方の幅
よりも大きくてもよい。
【0026】本発明の多層配線基体は、第1の配線基体
の表面に形成された第1の電極と、第2の配線基体の表
面に形成された第2の電極とがバンプを介して接続され
るとともに、第1の配線基体と第2の配線基体との間に
介在する熱硬化性樹脂層により第1の配線基体と第2の
配線基体とが固着された多層配線基体であって、第1の
配線基体と第2の配線基体とが互いに圧着され、第1の
バンプを介して第1の電極と第2の電極とが電気的に接
続されており、第1の配線基体および第2の配線基板の
うち少なくともいずれか一方が、有機材料を主成分とす
る配線基板であり、かつ、接合部を形成するために加熱
するときに、ヤング率が10〜30GPaとなるように
構成されている。
【0027】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態の多層配線基体の製造方法を説明する。
【0028】実施の形態1.以下、この発明の実施の形
態の多層配線基体の製造方法について図に基づいて説明
する。図1は、この発明の実施の形態1による多層配線
基体の製造方法のうち、2枚の半導体チップを接合する
方法を説明するための断面図である。
【0029】図1において、1は第1の半導体チップを
示しており、2は第2の半導体チップを示している。ま
た、3は第1の半導体チップ1の電極パッド(図示せ
ず)上に形成された金から成るバンプを示しており、4
は第2の半導体チップ2上の表層が金の電極パッドを示
している。さらに、5は熱硬化性樹脂層を示しており、
6は加熱機能を有するヘッドを示している。またさら
に、7は加熱ステージ示しており、8はオーブンを示し
ている。
【0030】まず、第1の半導体チップ1表面に形成さ
れた電極パッド4上に金製のバンプ3をワイヤボンディ
ング法にて形成する。ここで、第2の半導体チップ2
(例えば8mm四角シリコンチップ)より小さい第1の
半導体チップ1には、例えば5mm四角シリコンチップ
であり表面に複数(96個)のバンプ3が形成されてい
る。また、第2の半導体チップ2の表面には、このバン
プ3の相対する位置に同数の表層が金の電極パッド4が
形成されている。
【0031】次に、図1(a)に示すように、一方の半
導体チップ、この場合第2の半導体チップ2上に形成さ
れた電極パッド4を覆うように、例えば、樹脂成分(エ
ポキシ樹脂、フェノール樹脂および熱可塑性樹脂)65
重量%、充填剤(球状溶融シリカ:最大粒径5μm、平
均粒径が0.5μm)35重量%、を含む熱硬化性樹脂
シート(150℃での粘度15Pa・s、240℃での
ゲルタイム20秒、ガラス転移温度120℃、ガラス転
移温度以下の熱膨張係数が40ppm/℃)を圧着する
ことにより熱硬化性樹脂層5を形成する。
【0032】次に、熱硬化性樹脂層5を形成した第2の
半導体チップ2を、例えば150℃に設定した加熱ステ
ージ7に位置決めして固定し、所定時間、例えば30秒
間保持する。また、バンプ3のみを形成した第1の半導
体チップ1を例えば150℃に設定したヘッド6に位置
決めして固定する。
【0033】これにより、第2の半導体チップ2が加熱
ステージ7で加熱されて、第2の半導体チップ2上に形
成した熱硬化性樹脂層5は溶融して粘度が約15Pa・
sとなる。さらに、熱硬化性樹脂層5中に残存溶剤や吸
湿した水が存在する場合は加熱により排出される。
【0034】なお、図1(b)に示すヘッド6および加
熱ステージ7を備えて第1および第2の半導体チップ
1,2相互の接合を行う装置は、特に制限はないが位置
決め精度、加熱機能を備えることからフリップチップボ
ンダーが望ましい。
【0035】次に、ヘッド6を動かし、所定の位置に第
1の半導体チップ1と第2の半導体チップ2とを対向配
置し、ヘッド6に固定した第1の半導体チップ1のバン
プ3と加熱ステージ7に固定した第2の半導体チップ2
の電極パッド4とを接触させる。このとき、熱硬化性樹
脂層5は溶融して粘度が約15Pa・sとなっているた
め、熱硬化性樹脂層5を噛み込むことなく第1の半導体
チップ1のバンプ3と第2の半導体チップ2の電極パッ
ド4とが接触する。
【0036】続いて、加熱状態を保持したまま、第1の
半導体チップ1の上からヘッド6で加圧し、荷重が、例
えば5Kg/半導体チップに達したときに、速やかにヘ
ッド6を昇温して例えば260℃で10秒間、ヘッド6
により第1の半導体チップ1を加熱する。この加熱条件
では、ヘッド6を介して第1および第2の半導体チップ
1,2の接触部が240℃に加熱される。この加圧、加
熱により第1の半導体チップ1の金バンプ3と、第2の
半導体チップ2の電極パッド4の表面の金メッキが固相
拡散層を形成して金属結合により接合される。
【0037】ここで、熱硬化性樹脂層5は150℃での
粘度約15Pa・sかつ240℃でのゲルタイムが20
秒であるため、バンプ接合部を加圧、加熱中において熱
硬化性樹脂層5はゲル化することなく接合に最適な粘度
を保持しており、熱硬化性樹脂層5が介在した状態でも
固相拡散層を形成することにより、図1(c)に示すよ
うに、信頼性の高い電気的接続が可能となる。
【0038】次に、図1(d)に示すように、接合され
た第1および第2の半導体チップ1、2を、例えば17
0℃に設定したオーブン中で2時間程度加熱し、熱硬化
性樹脂層5を硬化させる。
【0039】上記の条件での製造方法によれば、第1お
よび第2の半導体チップ1,2の接合までに熱硬化性樹
脂層5を形成した第2の半導体チップ2を150℃で3
0秒間加熱することにより、第2の半導体チップ2に形
成した熱硬化性樹脂層5を均一な温度とし、熱硬化性樹
脂層5は接合に適した粘度約15Pa・sとなる。この
ため、バンプ3と電極パッド4との間に熱硬化性樹脂層
5を噛み込むことなく接合が可能となり、しかも熱硬化
性樹脂層5にボイドが発生せず信頼性の高い半導体装置
が得られる。
【0040】さらに、熱硬化性樹脂層5は第1および第
2の半導体チップ1,2の加熱接合時の温度240℃で
は20秒間ゲル化しないため、熱硬化性樹脂層5がバン
プ3を変形可能な粘度を保持した状態であるため、固相
拡散層を形成して電気的接続の信頼性が高い半導体装置
が得られる。
【0041】熱硬化性樹脂層5を介して熱圧着によりバ
ンプ3と電極パッド4との間で固相拡散層を形成して金
属結合により接合可能であったか等の接合性評価は以下
(A)〜(E)の手順で行った。
【0042】(A) 接合後の第1および第2の半導体
チップ1,2の複合体をテトラヒドロフランの有機溶剤
中に浸漬し、熱硬化性樹脂層5を溶解する。
【0043】(B) 水酸化カリウム水溶液に熱硬化性
樹脂層5を溶解した半導体チップ複合体を浸漬し、第1
の半導体チップ1の電極パッド4を構成するアルミパッ
ドを溶解し、バンプ3と電極パッド4との接合部にダメ
ージを与えずに第1の半導体チップ1を取り外す。
【0044】(C) 転写されたバンプ3の高さおよび
バンプ3の接合位置ずれを測定する。
【0045】(D) 第2の半導体チップ2に転写され
たバンプ3のバンプシェア強度を測定する。
【0046】(E) 顕微鏡にて(B)にて取り外した
第2の半導体チップ2の電極パッド4のクラック等の損
傷発生の有無を観察する。
【0047】以上の評価により、第1の半導体チップ1
に形成した全てのバンプ3が第2の半導体チップ2に転
写され、かつバンプシェア強度がすべて20gf/バン
プ以上であることにより固層拡散よる金属結合形成を確
認した。
【0048】また、転写されたバンプ3の高さは、20
〜30μmでバンプ3の形成時の50〜60μmから加
圧により効果的に変形していることが確認できた。さら
に、第2の半導体チップ2の電極パッド4にはクラック
等の損傷は観察されなかった。バンプ3の位置ずれに関
してもないことを確認した。
【0049】上記のような熱硬化性樹脂層5を介して熱
圧着によりバンプ3と電極パッド4との間で固相拡散層
を形成して金属結合により接合するためには以下の
(1)〜(3)条件が必要である。
【0050】(1) 図1(b),(c)を用いて説明
した工程において、熱硬化性樹脂層5が噛み込みなく第
1の半導体チップ1のバンプ3と第2の半導体チップ2
の電極パッド4とを接触させるため、バンプ3と電極パ
ッド4との間の熱硬化性樹脂層5を流動させ排斥する。
【0051】熱硬化性樹脂層5を第1の半導体チップ1
のバンプ3と第2の半導体チップ2の電極パッド4との
間から流動させ排斥するためには、接触時に熱硬化性樹
脂層5の粘度を80Pa・s以下にする必要がある。ま
た、粘度が低すぎると、熱硬化性樹脂層5にボイドが発
生しやすくなったり、不要な部分にまで流れ広がるた
め、熱硬化性樹脂層5の粘度を0.3Pa・s以上にす
る必要がある。
【0052】(2) 図1(c)を用いて説明した工程
において、ヘッド6により加圧によりバンプ3を変形さ
せ、このバンプ3の変形によりバンプ3の表面に清浄な
新生面を出すことにより固層拡散層による金属接合を形
成する。
【0053】熱硬化性樹脂層5がゲル化して流動しなく
なると、バンプ3に荷重をかけバンプ3を変形させるこ
とができなくなるため、接合部の形成完了まで熱硬化性
樹脂層5がゲル化しないようにする必要がある。
【0054】(3) 図1(c)を用いて説明した工程
において、固層拡散層による金属接合を形成するの必要
な熱エネルギーを加える。
【0055】加熱温度としては接合部の温度を160℃
以上とする必要がある。また、熱硬化性樹脂層5や基板
の熱による劣化を予防するため300℃以下とする必要
がある。
【0056】また、この実施の形態の多層配線基体の製
造方法では、熱硬化性樹脂層5として樹脂成分(エポキ
シ樹脂、フェノール樹脂および熱可塑性樹脂)35重量
%、充填剤(球状溶融シリカ:最大粒径5μm、平均粒
径が0.5μm)65重量%含む熱硬化性樹脂シートを
用いた。
【0057】エポキシ樹脂は、熱硬化性を有する接着剤
として半導体分野で広く用いられており、エポキシ樹脂
の硬化剤となるフェノール樹脂を含むことにより、効果
的に熱硬化させると共に、硬化後の耐湿性が良好とな
る。また、熱可塑性樹脂を配合することにより、熱硬化
性樹脂シートの割れやタック性を防止可能となる。
【0058】さらに、熱硬化性樹脂層5は、充填剤を含
むことにより、熱膨張係数を小さくし、吸水性を低減す
る効果がある。この充填剤として球状の溶融シリカを用
いたため、機械的強度が向上すると共に、球状であるこ
とから流動性も付与できる。このため、第1および第2
の半導体チップ1,2の接合の信頼性が良好となり、信
頼性の高い半導体装置が得られる。
【0059】この実施の形態の多層配線基体の製造方法
に用いるエポキシ樹脂としては、1分子中に2個以上の
エポキシ基をもつエポキシ樹脂であれば特に制限はない
が、たとえば、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビス
フェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポ
キシ、ビスフェノールAD型エポキシ樹脂、ジアリルビ
スフェノールA型エポキシ樹脂、ジアリルビスフェノー
ルF型エポキシ樹脂、ジアリルビスフェノールAD型エ
ポキシ樹脂、テトラメチルビフェノール型エポキシ樹
脂、ビフェノール型エポキシ樹脂、シクロペンタジエン
型エポキシ樹脂、テルペンフェノール型エポキシ樹脂、
テトラブロムビスフェノールA型エポキシ樹脂、フェノ
ールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック
型エポキシ樹脂、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、
環式脂肪族エポキシ樹脂、グリシジルエステルエポキシ
樹脂および複素環式エポキシ樹脂等があり、単独または
その混合物が挙げられる。
【0060】また、この実施の形態の多層配線基体の製
造方法に用いるフェノール樹脂としては、フェノール性
水酸基を2個以上含むものが、熱硬化性樹脂層5におけ
る硬化樹脂の架橋密度が増加し耐熱性が向上するため望
ましいが、特に制限はない。そのような化合物として
は、フェノールノボラック、クレゾールノボラック、キ
シレゾールノボラック、ビスフェノールAのノボラッ
ク、ビスフェノールFのノボラック、ビスフェノールA
D等のノボラック、ビスフェノールA、ビスフェノール
F、ビスフェノールAD、ジアリルビスフェノールA、
ジアリルビスフェノールFまたはジアリルビスフェノー
ルAD等があり、単独またはその混合物が挙げられる。
【0061】なお、上述の第1および第2の半導体チッ
プ1、2の接合による貼り合わせの工程を繰り返すこと
により、更なる半導体チップの多層化も可能である。
【0062】また、上記実施の形態の多層配線基体の製
造方法では、半導体チップはシリコンチップとしたが、
これに限るものではなく、いずれ材料のチップの組み合
わせにも適用可能である。
【0063】また、熱硬化性樹脂層5の硬化はオーブン
8中で行う以外に、第1および第2の半導体チップ1,
2を接合後、加熱ステージ7やヘッド6を所定温度に昇
温することにより硬化することも可能である。
【0064】さらに、この実施の形態の多層配線基体の
製造方法では、熱硬化性樹脂層5に150℃での粘度1
5Pa・s、240℃でのゲルタイム20秒である熱硬
化性樹脂シートを用いたが、熱硬化性樹脂層5の粘度
は、第1および第2の半導体チップ1,2の接合時に
0.3〜80Pa・sでかつ、第1および第2の半導体
チップ1,2接合時に加熱、加圧によりを固層拡散層に
よる金属接合を形成して接合が完了するまで、熱硬化性
樹脂層5はゲル化しないものであれば上記実施の形態と
同様の効果が得られる。
【0065】仮に、熱硬化性樹脂層5の粘度が半導体チ
ップ1、2の接合時に0.3Pa・s未満の場合、粘度
が低すぎるため、接合時の加熱により樹脂が激しく流動
して熱硬化性樹脂層5にボイドが発生する。一方、熱硬
化性樹脂層5の粘度が80Pa・sを越える場合、熱硬
化性樹脂層5の粘度が高すぎるため、熱硬化性樹脂層5
がバンプ3と電極パッド4との間に噛み込む。それによ
り、バンプ3と電極パッド4とを接触することができな
くなるか、または、バンプ3と電極パッド4とを接触す
ることができる場合であってもバンプ3を加圧によりに
効果的に変形できず固相拡散層を形成できない。そのた
め、信頼性の高い電気的接続が不可能となる。また、こ
の現象は、ゲルタイムが短いために接合完了前にゲル化
して粘度が上昇した場合も同様である。
【0066】また、熱硬化性樹脂層5は熱硬化性樹脂を
主成分とするが、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂に、
他の樹脂、例えば、熱可塑性樹脂やゴムを混合したもの
も適用が可能である。
【0067】さらにまた、熱硬化性樹脂層5はエポキシ
樹脂とその硬化剤としてのフェノール樹脂とを含むもの
としたが、硬化剤としては、エポキシ樹脂の硬化が可能
な化合物であれば特に制限はなく、たとえばフェノール
樹脂の他に、アミン化合物、酸無水物等があり単独また
はその混合物があげられる。
【0068】また、硬化剤と併せて硬化促進剤を含有さ
せると、硬化反応が速やかに進行する。この硬化促進剤
としては、エポキシ樹脂と硬化剤の硬化反応を促進可能
な化合物であれば特に制限はないが、たとえば、3級ア
ミン系化合物類、イミダゾール系化合物類、4級アンモ
ニウム塩類、有機酸金属塩類、ボレート塩類、リン化合
物類および3フッ化ホウ素アミン錯体などがあり単独ま
たはその混合物があげられる。このうち、熱硬化性樹脂
層5の保存安定性、硬化後の熱硬化性樹脂層5の耐湿性
を付与することからボレート塩類、リン化合物類が望ま
しい。
【0069】また、この実施の形態の多層配線基体の製
造方法で用いた熱硬化性樹脂層5は、ガラス転移温度1
20℃のものとしたが、硬化後に、100℃〜200℃
程度のガラス転移温度であれば良く、さらに耐熱性を要
求される場合は、120℃〜200℃程度のガラス転移
温度が望ましい。ここで、ガラス転移温度とは、熱機械
分析(TMA)により温−熱膨張曲線の硬化物のガラス
領域とゴム領域の直線の延長線の交点から求めた値であ
る。ガラス転移温度が100℃未満であると熱硬化性樹
脂層5の耐熱性が低いため半導体装置の信頼性が低下す
る。
【0070】また、熱硬化性樹脂層5は、硬化後にガラ
ス転移温度以下の熱膨張係数が約40ppm/℃とした
が、10〜50ppm/℃程度であればよく、さらに、
20〜40ppm/℃程度であれば、第1および第2の
半導体チップ1,2との熱膨張係数の差が低減でき信頼
性が向上する。ここで熱膨張係数は熱機械分析(TM
A)により求めた値である。
【0071】ところで、半導体装置には使用時の温度変
化により、熱硬化性樹脂層5と第1および第2の半導体
チップ1,2との熱膨張係数の差による熱応力が発生
し、熱硬化性樹脂層と第1および第2の半導体チップ
1,2との界面に加わることとなる。この応力は第1お
よび第2の半導体チップ1,2の電気的信頼性を悪化さ
せるため、熱硬化性樹脂層5として第1および第2の半
導体チップ1,2の熱膨張係数に近いものが望まれる。
一般的に用いられるシリコンの第1および第2の半導体
チップ1,2の熱膨張係数は約3ppm/℃であり、熱
硬化性樹脂層5は熱膨張係数を下げるために、この実施
の形態の多層配線基体の製造方法で示したように充填剤
を用いるのが望ましい。
【0072】熱硬化性樹脂層5は充填剤を含むことによ
り、熱膨張係数を低減し、さらに吸水性も低減して信頼
性が向上する。この実施の形態の多層配線基体の製造方
法では充填剤として溶融シリカを用いたが、熱硬化性樹
脂層5の硬化を損なわないものであれば特に制限はな
く、例えば、溶融シリカの他に、結晶シリカなどのシリ
カ、アルミナ、窒化ケイ素、炭酸カルシウム、酸化亜鉛
などがあげられる。この充填剤は、第1および第2の半
導体チップ1,2同士の間の間隔が狭いため、最大粒径
が10μm以下で平均粒径が1μm以下が望ましい。
【0073】実施の形態2.次に、実施の形態2の多層
配線基体の製造方法、以下に説明する。本実施の形態の
多層配線基体の製造方法は、実施の形態1の多層配線基
体の製造方法とほぼ同様であるが、バンプに関しては異
なっている。
【0074】本実施の形態の形態の多層配線基体の製造
方法に用いることのできる第1の半導体チップ1として
は、バンプ3が形成されたウエハをダイシングソーで切
断したものや、ウエハを半導体チップ毎に切断した後、
バンプを形成したもののいずれもが適用可能である。
【0075】また、実施の形態1の多層配線基体の製造
方法では第1の半導体チップ1にのみバンプ3を形成し
たが、本実施の形態の形態の多層配線基体の製造方法で
は第2の半導体チップ2にもバンプが形成された半導体
チップを用意した。
【0076】第1および第2の半導体チップ1,2双方
にバンプを形成した場合は、接合後に半導体チップ同士
の間隔が過度に狭くなるのが防止でき、接続信頼性の向
上が図れる。
【0077】実施の形態1の形態の多層配線基体の製造
方法では、ワイヤボンド方式でバンプを形成したが、バ
ンプの形成方法としては、蒸着方式、めっき方式、、印
刷方式、ボール搭載方式などいずれの方法も適用可能で
あり、さらに、インクジェットプリンタ方式の原理を利
用し溶解した金属をジェッティングして、バンプを形成
する方式も適用可能である。
【0078】また、バンプの形状は、形成方法により異
なるが、いずれの形状であっても接合時に熱硬化性樹脂
層5の粘度を最適化することにより、配線基体同士を接
合可能である。なお、バンプ形成後、バンプ高さを均一
に揃えるためにレベリングを行ってもよい。
【0079】また、バンプと対向する側の電極またはバ
ンプの材料の組合せとしては、双方の金属が加熱、加圧
により固相拡散層を形成することにより電気的接続が可
能な金属のいずれもが適用可能である。この実施の形態
の多層配線基体の製造方法に用いるバンプと対向する部
分の金属との組合せとしては、Au−Au、Au−S
n、Su−Pb、Cu−Sn、Ag−In、Sn−In
などが挙げられる。金属のバンプ形成、接続の容易さお
よび接続信頼性の観点からはAuを用いることが望まし
く、また、低温での固層拡散による接合の観点からはI
nが望ましい。
【0080】実施の形態3.次に、実施の形態3の多層
配線基体の製造方法、以下に説明する。本実施の形態の
多層配線基体の製造方法は、実施の形態1の多層配線基
体の製造方法とほぼ同様であるが、熱硬化性樹脂層5の
形成に関して特徴を有している。
【0081】熱硬化性樹脂層5の形成は、フィルム状の
熱硬化性樹脂シートを用いて形成する。この場合、所定
形状に切断した熱硬化性樹脂シートをラミネータやホッ
トプレス等を用い半導体チップ上にフィルム状の熱硬化
性樹脂シートを圧着することにより熱硬化性樹脂層5を
形成する。
【0082】このようにフィルム状の熱硬化性樹脂シー
トを用いることにより、取り扱いが容易となり生産効率
が向上する。
【0083】なお、フィルム状の熱硬化性樹脂シートを
半導体チップに圧着後、貼り付け時に残存する空気や樹
脂組成物中の揮発成分を除去するため減圧処理または減
圧加熱処理を行ってもよい。さらに、減圧雰囲気下で熱
硬化性樹脂シートを半導体チップに圧着すると、ボイド
の発生を防止することができる。
【0084】また、熱硬化性樹脂層5は、例えば、室温
で液状の熱硬化性樹脂層5を半導体チップ上に印刷方式
にて塗布することにより形成することも可能である。液
状の樹脂組成物を用いることにより、半導体チップ表面
の凹凸に追従して塗布でき、ボイドが発生することなく
熱硬化性樹脂層5を形成できる。室温で液状の熱硬化性
樹脂層5を形成する方法としては、スタンピング方式、
キャスト方式、スピンコート方式、カーテンコート方式
などの方法でも可能である。
【0085】また液状樹脂組成物は、溶剤を含有した樹
脂組成物を用いてもよい。その場合、半導体チップに液
状樹脂組成物を塗布後、溶剤を揮発させることにより熱
硬化性樹脂層を形成する。溶剤としては、熱硬化性樹脂
層5中の無機系材料以外を溶解させるものであれば特に
制限はないが、接合前に溶剤を揮発除去する必要がある
ため80〜150℃程度で揮発が可能な単独および混合
溶剤が望ましい。
【0086】なお、この実施の形態では、一方の半導体
チップ上のみに熱硬化性樹脂層5を形成したが、双方の
半導体チップ上に形成してもよい。
【0087】実施の形態4.次に、上記実施の形態1〜
3で示すように接合された第1および第2の半導体チッ
プ1,2により構成される半導体装置の例を、図2〜図
4に基づいて説明する。
【0088】図2において、9は封止樹脂を、10はリ
ードフレームを、11はワイヤを示している。
【0089】上記実施の形態1〜3の多層配線基体の製
造方法で説明したように、第1の半導体チップ1と第2
の半導体チップ2とを電気的および機械的に接続して半
導体チップ複合体を形成し、該半導体チップ複合体を封
止樹脂9を用いてリードフレーム10と一体的に成形す
る。この半導体装置は、公知の半導体装置の製造方法で
ある、ダイボンディング、ワイヤボンディング、樹脂封
止工程を経て完成する。
【0090】なお、第1および第2の半導体チップ1,
2を接合する前に、リードフレーム10に第2の半導体
チップ2をダイボンディング後、上記実施の形態1の多
層配線基体の製造方法と同様にして第1の半導体チップ
1を接合して半導体装置を製造することも可能である。
【0091】図3は上記実施の形態4の多層配線構造の
製造方法の別例による半導体装置の構造を示す断面図で
あり、図3において、9は封止樹脂を、12はインター
ポーザ(配線基板)を、13はインターポーザに設けら
れた外部電極となるアウターボールを示している。
【0092】上記実施の形態1〜3に示すように、第1
の半導体チップ1と第2の半導体チップ2とを電気的お
よび機械的に接続して半導体チップ複合体を形成し、通
常の配線基板をインターポーザ12に用いて製造するB
GA(ボールグリッドアレイ)パッケージ型の半導体装
置の製造方法に従い、ダイボンディング、ワイヤボンデ
ィング、樹脂封止9およびアウターボール13を付ける
工程を経て完成する。
【0093】この例の半導体装置は、BGAパッケージ
型の半導体装置であるため、リードフレームを用いたも
のと比較して小型化することができる。
【0094】なお、配線基板であるインターポーザ12
に第2の半導体チップ2をダイボンディング後、上記実
施の形態1の多層配線基体の製造方法と同様にして第1
の半導体チップ1を接合して上記のようなBGAパッケ
ージ型の半導体装置を製造することも可能である。
【0095】図4は、上記実施の形態4の、第2の別例
による半導体装置の構造を示す断面図であり、図4にお
いて、9は封止樹脂を、14はテープキャリアを示して
いる。
【0096】上記実施の形態1〜3の多層配線基体の製
造方法で説明したように、第1の半導体チップ1と第2
の半導体チップ2とを電気的および機械的に接続して半
導体チップ複合体を形成し、通常のTCP(Tape Car
rier Package)型の半導体装置の製造方法に従い、テ
ープキャリア14のボンディング、樹脂封止9を形成す
る工程を経て完成する。
【0097】この例の半導体装置は、TCP型の半導体
装置であるため、リードフレームを用いたものと比較し
て多ピン化を図ることもできる。
【0098】なお、テープキャリア14に第2の半導体
チップ2をボンディングした後、上記実施の形態1の多
層配線基体の製造方法と同様にして第1の半導体チップ
1を接合してTCP型の半導体装置を製造することも可
能である。
【0099】実施の形態5.次に、半導体チップを配線
基板に接合する方法について図5に基づいて説明する。
【0100】図5(a)〜(d)は、配線基板15上に
ランド16と熱硬化性樹脂層5とを形成し、第1の半導
体チップ1上にバンプ3のみを形成した場合の接合方法
を示す断面図であり、上記実施の形態1の多層配線基体
の製造方法で示した同様の接合方法を用いて半導体チッ
プ1と配線基板15との接合を行う。
【0101】また、バンプ3を配線基板15および/ま
たは第1の半導体チップ1に形成した場合、熱硬化性樹
脂層5を配線基板15および/または第1の半導体チッ
プ1に形成した場合にいずれの組み合わせでも適用可能
である。
【0102】なお、配線基板に複数個の半導体チップの
搭載個所を備え、複数個の半導体チップを1枚の配線基
板に接合してもよい。
【0103】また、第1の半導体チップ1を搭載した配
線基板の反対面にアウターボール付けを行い、BGAパ
ッケージ型の半導体装置を製造することも可能である。
【0104】さらに、この実施の形態の多層配線基体の
製造方法においても、熱硬化性樹脂層5に液状の樹脂組
成物を含む熱硬化性樹脂を用いると、ボイドが発生する
ことなく熱硬化性樹脂層5を形成できる。
【0105】配線基板15の製造方法においては、例え
ばガラスエポキシ銅張り基板を用いて、一般の配線基板
の製造方法であるサブトラクティブ法によりバンプ接合
用のランドを形成する。
【0106】なお、配線基板15の基板材料に関して特
に制限はないが、一般的なガラスエポキシ基板以外の耐
熱エポキシ樹脂、ビスマレイミド・トリアジン(B
T)、シアン酸エステルまたはポリフェニレンエーテル
等の熱可塑性樹脂を変成した基板材料など各種の基板材
料が適用可能である。
【0107】また、配線基板15の基板材料として、各
種のセラミックの配線基板、セラミック絶縁層と有機絶
縁層を複合した配線基板およびポリイミドなどのフィル
ムを用いた配線基板も適用できる。さらに、異なった基
板材料の配線基板の組み合わせでもよい。
【0108】しかし、有機材料を主成分とする配線基板
15の基材の場合、接合部を形成するための加熱時にお
いて配線基板15のヤング率が10〜30GPaである
ことが接合性の観点から望ましい。ヤング率が低く配線
基板が柔らかい場合、半導体チップを加熱、加圧時にバ
ンプではなく配線基板15が変形して、バンプ自身が変
形せず接合性が低下する。また、ビルドアップ法により
配線パターンが形成された配線基板を用いてもよい。
【0109】なお、所定の配線を施した配線基板15を
支持基板とし、この支持基板に絶縁層と導体層をこの順
に多層に積み上げ、逐次層間を接続するビルドアップ法
では、高密度に微細な配線が形成できるため、ビルドア
ップ法で製造した配線基板15を相互に接続した多層配
線基板は高密度配線化が可能となる。
【0110】実施の形態6.次に、実施の形態5の多層
配線基体の製造方法における半導体チップのバンプと配
線基板のランドにおいて特徴を有する本実施の形態の多
層配線基体を説明する。
【0111】図6は配線基板と半導体チップの接合部の
断面図である。半導体チップ1上にバンプ径aが60μ
mの金バンプ3が、80μmのバンプピッチで形成され
ている。配線基板15は半導体チップ1上のバンプ3と
相対する位置にラインb/スペースc=40μm/40
μmで40μm幅のランド16が形成されている。
【0112】この半導体チップ1と配線基板15を実施
の形態5の多層配線基体の製造方法と同様にして接合を
行った。実施の形態1の多層配線基体の製造方法と同様
の方法にて接合性評価を行い、半導体チップ1の全ての
バンプ3が、位置ずれなく固層拡散による金属結合で配
線基板15に接合させていることを確認した。
【0113】なお、通常では、半導体チップ1の搭載位
置がずれると、バンプ3とランド16が1部分しか接触
せず固層拡散による接合ができないか、または、ランド
16間にバンプ3が落ち込みショート不良が発生する可
能性がある。しかしながら、本実施の形態の多層配線基
体の製造方法では、バンプ数をできる限り多くするため
にバンプ3の径aがランド16の幅bよりも大きくした
にもかかわらず、超音波振動を印加せず、加熱および加
圧だけの熱圧着により接合したため、搭載位置ずれに起
因する不良の発生なく精度のよい接合が可能であった。
【0114】また、今回開示された実施の形態はすべて
の点で例示であって制限的なものではないと考えられる
べきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく特許
請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意
味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図
される。
【0115】
【発明の効果】本発明の多層配線基体の製造方法によれ
ば、第1の配線基体と第2の配線基体とを圧着するとき
に、熱硬化性樹脂層の粘度が適度な流動性を有する粘度
であるため、電極とバンプとの間に熱硬化性樹脂層が噛
み込むことなく接合部を形成することができるととも
に、熱硬化性樹脂層がバンプを変形可能な粘度を保持し
た状態であるため、良好な固相拡散層を形成して電気的
接続の信頼性を向上させることができる。
【0116】本発明の多層配線基体の製造方法によれ
ば、第3の工程において、接合部を温度条件が160〜
300℃の範囲での加熱により形成するので、熱硬化性
樹脂層や配線基体の熱による劣化を防止しながら固層拡
散による金属接合を形成することが可能な熱エネルギー
を与えるため、電気的接続の信頼性が向上する。
【0117】本発明の多層配線基体の製造方法によれ
ば、第3の工程において、バンプの幅がバンプに対向す
る電極の幅よりも大きくなっているため、隣接するバン
プ同士の間の距離を極力小さくすることが可能となり、
接合に用いるバンプ数を増加させることができる。
【0118】本発明の多層配線基体の製造方法によれ
ば、第1の工程において、第1の電極および第2の電極
の他方上に第2のバンプを形成し、第2の工程におい
て、第1のバンプおよび第2のバンプのうち少なくとも
いずれか一方を覆う熱硬化性樹脂層を形成し、第3の工
程において、第1のバンプと第2のバンプとの間で接合
部を形成するので、配線基体同士の間隔を充分に確保す
ることができるため、電気的接続の信頼性が向上する。
【0119】本発明の多層配線基体の製造方法によれ
ば、第3の工程において、第1の配線基体および第2の
配線基板のうち少なくともいずれか一方が、有機材料を
主成分とする配線基板であり、かつ、接合部を形成する
ために加熱するときに、ヤング率が10〜30GPaと
なるように設定されているので、配線基板によりバンプ
を効果的に変形させることができるため、バンプを用い
た接合部の接合性が向上する。
【0120】本発明の多層配線基体によれば、第1の配
線基体と第2の配線基体とが互いに圧着され、第1のバ
ンプを介して第1の電極と第2の電極とが電気的に接続
されており、バンプの幅がバンプが対向する第1の電極
および第2の電極のうち少なくともいずれか一方の幅よ
りも大きいため、隣接するバンプ同士の距離を小さくす
ることができるため、接合バンプ数を増加させることが
できる。
【0121】本発明の多層配線基体によれば、第1の配
線基体と第2の配線基体とが互いに圧着され、第1のバ
ンプを介して第1の電極と第2の電極とが電気的に接続
されており、第1の配線基体および第2の配線基板のう
ち少なくともいずれか一方が、有機材料を主成分とする
配線基板であり、かつ、接合部を形成するために加熱す
るときに、ヤング率が10〜30GPaとなるように構
成されているため、バンプを効果的に変形できるため、
バンプによる接合性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1による多層配線基体
の製造方法を示す断面図である。
【図2】 この発明の実施の形態4による半導体装置の
構造を示す断面図である。
【図3】 この発明の実施の形態4の別例による半導体
装置の構造を示す断面図である。
【図4】 この発明の実施の形態4の別例による半導体
装置の構造を示す断面図である。
【図5】 この発明の実施の形態5による多層配線基体
の製造方法を示す断面図である。
【図6】 この発明の実施の形態6による多層配線基体
の接合部の断面図である。
【符号の説明】
1 第1の半導体チップ、2 第2の半導体チップ、3
バンプ、4 電極パッド、5 熱硬化性樹脂層、6
ヘッド、7 加熱ステージ、8 オーブン、9封止樹
脂、10 リードフレーム、11 ワイヤ、12 イン
ターポーザとしての配線基板、13 アウターボール、
14 TCP、15 配線基板、16ランド。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 濱口 恒夫 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 Fターム(参考) 5F044 KK05 LL11

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1の配線基体の表面に形成された第1
    の電極および第2の配線基体の表面に形成された第2の
    電極のうち少なくともいずれか一方上に第1のバンプを
    形成する第1の工程と、 前記第1の配線基体の前記第の1電極が形成されている
    側の主表面および前記第2の配線基体の前記第2の電極
    が形成されている側の主表面のうち少なくともいずれか
    一方上に前記熱硬化性樹脂層を形成する第2の工程と、 前記第1の配線基体と前記第2の配線基体とを互いに圧
    着し、前記第1のバンプを介して前記第1の電極と前記
    第2の電極とを電気的に接続する第3の工程と、 前記熱硬化性樹脂層を硬化させて、前記第1の配線基体
    と前記第2の配線基体とを固着する第4の工程とを備え
    た多層配線基体の製造方法であって、 前記第3の工程においては、前記第1の配線基体と前記
    第2の配線基体とを圧着するときの前記熱硬化性樹脂層
    の粘度が0.3〜80Pa・sとなるように設定されて
    おり、前記第1のバンプと該第1のバンプと接触する接
    触部とを加熱して固相拡散により接合部を形成するとと
    もに、該接合部の形成が完了するまでは前記熱硬化性樹
    脂層がゲル化しないようにした、多層配線基体の製造方
    法。
  2. 【請求項2】 前記第3の工程において、前記接合部を
    温度条件が160〜300℃の範囲での加熱により形成
    する、請求項1記載の多層配線基体の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記第3の工程において、前記バンプの
    幅が該バンプに対向する電極の幅よりも大きくなってい
    る、請求項1または2に記載の多層配線基体の製造方
    法。
  4. 【請求項4】 前記第1の工程において、前記第1の電
    極および前記第2の電極の他方上に前記第2のバンプを
    形成し、 前記第2の工程において、前記第1のバンプおよび前記
    第2のバンプのうち少なくともいずれか一方を覆う前記
    熱硬化性樹脂層を形成し、 前記第3の工程において、前記第1のバンプと前記第2
    のバンプとの間で前記接合部を形成する、請求項1〜3
    のいずれかに記載の多層配線基体の製造方法。
  5. 【請求項5】 前記第3の工程において、前記第1の配
    線基体および前記第2の配線基板のうち少なくともいず
    れか一方は、有機材料を主成分とする配線基板であり、
    かつ、前記接合部を形成するために加熱するときに、ヤ
    ング率が10〜30GPaとなるように設定されてい
    る、請求項1〜4のいずれかに記載の多層配線基体の製
    造方法。
  6. 【請求項6】 第1の配線基体の表面に形成された第1
    の電極と、第2の配線基体の表面に形成された第2の電
    極とがバンプを介して接続されるとともに、前記第1の
    配線基体と第2の配線基体との間に介在する熱硬化性樹
    脂層により前記第1の配線基体と前記第2の配線基体と
    が固着された多層配線基体であって前記第1の配線基体
    と前記第2の配線基体とが互いに圧着され、前記第1の
    バンプを介して前記第1の電極と前記第2の電極とが電
    気的に接続されており、 前記バンプの幅が該バンプが対向する前記第1の電極お
    よび前記第2の電極のうち少なくともいずれか一方の幅
    よりも大きい、多層配線基体。
  7. 【請求項7】 第1の配線基体の表面に形成された第1
    の電極と、第2の配線基体の表面に形成された第2の電
    極とがバンプを介して接続されるとともに、前記第1の
    配線基体と第2の配線基体との間に介在する熱硬化性樹
    脂層により前記第1の配線基体と前記第2の配線基体と
    が固着された多層配線基体であって 前記第1の配線基体と前記第2の配線基体とが互いに圧
    着され、前記第1のバンプを介して前記第1の電極と前
    記第2の電極とが電気的に接続されており、 前記第1の配線基体および前記第2の配線基板のうち少
    なくともいずれか一方は、有機材料を主成分とする配線
    基板であり、かつ、前記接合部を形成するために加熱す
    るときに、ヤング率が10〜30GPaとなるように構
    成されている、多層配線基体。
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