JP2006332429A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＣＯＦ（チップ オン フィルム）での、更なる半導体チップの縮小化を得る半導体装置およびその製造方法を提供することにある。
【解決手段】 能動回路８を内部に有し金属突起電極６を表面に有し、金属突起電極６下に能動回路８の周縁が対応する半導体チップ５と、半導体チップ５の外部より表面に沿って配置されて先端が金属突起電極６に接合された導体リード４を有し導体リード４を支持するフィルム基材２を有するＣＯＦ用テープのフィルム１とを備え、金属突起電極６は、導体リード４の先端が金属突起電極６の一部に接合されることにより金属突起電極６の能動回路８側に導体リード４が存在しない領域を有し、導体リード４が存在しない領域の金属突起電極６下に能動回路８の周縁が位置する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、デバイスホールを持たないテープキャリアを用いた半導体装置およびその製造方法に関するものである。

ＬＳＩなどの半導体製品は低価格化、軽量化、薄型化、小型化の実現のために高密度実装が要求され続けている。

一般に、半導体素子の高密度実装を実現する半導体装置としては、テープキャリアパッケージ（以下、ＴＣＰという）があるが、その中でもデバイスホールや折り曲げスリットがなく、半導体チップ上の金属電極と接続されるインナーリードがテープ基材であるフィルム基材に密着しているものが、チップ・オン・フィルム（以下、ＣＯＦという）構造と呼ばれている。ＣＯＦはデバイスホールがなく、インナーリードがフィルム基材に密着しているために、曲がりを生じやすいフライングリードが存在せず、導体リードを薄膜化することができる。これにより、従来のデバイスホールがあるＴＣＰと比較すると導体リードのエッチング性が向上し、より微細な導体パターンを形成することができる。現在、４５μｍピッチのＣＯＦ用テープが量産されており、さらなるファイン化が現実的に期待されている。

図５を用いて、一般的なＣＯＦ構造の半導体装置を説明する。図５（ａ）はＣＯＦ構造の従来の半導体装置の導体リード側からみた平面図であり、フィルム基材および封止樹脂を透視している。図５（ｂ）は、図５（ａ）のＣ−Ｃ′断面図、図５（ｃ）は図５（ｂ）の破線囲み部Ｚの拡大図である。

ＣＯＦ用テープを構成するフィルム１′は、絶縁および可撓の性質を有し、ポリイミドなどの樹脂で形成されたフィルム基材２′と、銅などの金属箔で形成された導体リード４′とで構成されている。導体リード４′において半導体チップ５′に形成された金属突起電極６′と接続する部分の先端からソルダーレジスト３′に到るまでのソルダーレジスト３′に覆われていない領域をインナーリード４ａ′と呼び、インナーリード４ａ′より外へフィルム基材２′上に延長された導体リード４′のうち、外部回路と接続される領域をアウターリード４ｂ′と呼ぶ。導体リード４′には通常めっきが施されている。インナーリード４ａ′周辺の領域は半導体チップ５′の表面保護や半導体装置自身の強度確保のために封止樹脂７で覆われている。

次に、共晶などの金属間接合によりフィルム１′のインナーリード４ａ′と半導体チップ５′に形成した金属突起電極６′とを接合する方式の従来のＣＯＦについて、その一般的な組立工程を、図５および図６を用いて説明する。

フィルム１′は、金属突起電極６′の位置に合わせてインナーリード４ａ′がフィルム基材２′上に形成されている（図５（ｂ）参照）。インナーリード４ａ′の表面にはスズや金などによってめっきが施されている。フィルム基材２′は３８μｍや２５μｍなどで、従来の一般的なＴＣＰの厚みである７５μｍよりかなり薄い。

また、半導体チップ５′は、金属突起電極６′が半導体チップ５′の内部回路である例えばトランジスタなどの能動回路８′を避けて、外周に沿う形で配置されている（図５（ａ）、図５（ｃ）参照）。なぜなら金属突起電極６′とインナーリード４ａ′の接合部下は接合時に加圧されるため、インナーリード４ａ′の先端が金属突起電極６′より突き出しているレイアウトでは、加圧により破壊の危険性があるトランジスタなどの能動回路は金属突起電極６′の下に置けないためである。そして、半導体チップ５′をボンディングツール９に吸着し、半導体チップ５′上の金属突起電極６′とフィルム１′のインナーリード４ａ′を所定の位置に合わせた後（図６（ａ）参照）、ボンディングツール９が下降しインナーリード４ａ′と金属突起電極６′を熱圧着方式により接合させる（図６（ｂ）参照）。熱圧着方式とは、インナーリードに施されためっき材と金属突起材とを共晶融合または固相拡散させるために必要な温度（３００℃〜５００℃程度）と荷重とを加えながらインナーリード４ａ′と金属突起電極６′とを接合する方式である。そして、所定時間の加圧、加熱後、ボンディングツール９が上昇して離脱する。

そして、熱圧着後、インナーリード４ａ′と金属突起電極６′の接合部分と半導体チップ５の回路が存在する表面部分を保護し、半導体装置全体の機械強度を確保するために封止樹脂７をフィルム１′と半導体チップ５′の隙間に樹脂供給ノズル１０を使用して注入する（図６（ｃ）参照）。封止後に捺印、検査を行ないＣＯＦ製品が完成する。インナーリード４ａ′と金属突起電極６′を接合する工程をＩＬＢ（インナーリードボンド）工程、インナーリード４ａ′および半導体チップ５′の表面を封止樹脂７によって封止する工程を封止工程という。
特開昭６２−１５２１５４号公報

ＣＯＦにおいては、更なる低価格の要求が厳しく、そのために半導体チップサイズの縮小化でウエハ１枚当たりの半導体チップの取れ数を増やし、半導体チップの単価を下げひいてはＣＯＦ単価の低下を行っている。その半導体チップサイズの縮小方法には、金属突起電極６′の隣接間隔の縮小化や、金属突起電極６′を千鳥に配置することなどで行っている。

また、金属突起電極６′は能動回路８′を避けて配置されているため金属突起電極６′の奥行き寸法の縮小も半導体チップサイズの縮小に寄与する。

しかしながら、現状、その金属突起電極６′のサイズは、金属突起電極６′の表面上に針先をあて電気的検査を行うプローブ検査のために、その針先の位置合わせの精度、また針先を加圧したときに発生する針先のすべり量を考慮して針先が脱落しないために必要な最小長さにおいて設計されていて、これ以上の金属突起電極の縮小化は不可能である。そのため、半導体チップサイズの更なる縮小化は困難であった。

したがって、本発明の目的は、チップ・オン・フィルム（ＣＯＦ）構造である半導体装置において、更なる半導体チップの縮小化を図ることができる半導体装置およびその製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の半導体装置は、内部回路を内部に有し突状電極を表面に有し突条電極下に内部回路の周縁が対応する半導体チップと、半導体チップの外部より表面に沿って配置されて先端が突状電極に接合された導体リードを有し導体リードを支持するフィルム基材を有するフィルムとを備え、
突状電極は、導体リードの先端が突条電極の一部に接合されることにより突状電極の内部回路側に導体リードが存在しない領域を有し、導体リードが存在しない領域の突状電極下に内部回路の周縁が位置するものである。

本発明の半導体装置の製造方法は、内部回路を内部に有し突状電極を表面に有し突状電極下に内部回路の周縁が一部重なる半導体チップを準備する工程と、半導体チップの外部より表面に沿って配置される導体リードを有し導体リードを支持するフィルム基材を有するフィルムを準備する工程と、フィルムの導体リードの先端が、半導体チップの突状電極下の内部回路の周縁に重ならないように、導体リードの先端を突状電極の一部に接合する工程とを含むものである。

本発明の半導体装置によれば、導体リードと接合された突状電極上において、半導体チップ中心方向側の突状電極端部に導体リードが存在しない領域を有し、導体リードが存在しない領域の突状電極下に内部回路を形成することにより、半導体チップサイズを縮小化することができる。

本発明の半導体装置の製造方法によれば、従来と変わらない製造工程を使用でき、上記と同様の効果が得られる。

以下、本発明の一実施の形態に係る半導体装置およびその製造方法を、図面に基づいて説明する。

図１（ａ）は、本実施の形態に係る半導体装置をフィルム基材の方向から見た図であり、フィルム基材および封止樹脂を透視している。図１（ｂ）は、図１（ａ）の半導体装置のＡ−Ａ′断面図、図１（ｃ）は、図１（ｂ）の破線囲み部Ｘの拡大図である。図２は、同実施の形態に係る半導体装置に使用される半導体チップの製造方法を示したものである。図３は、同実施の形態に係る半導体装置に使用されるフィルムの製造方法を示したものである。図４は、本実施の形態の半導体装置の製造方法を示したものである。

図１に示すように、本実施の形態に係る半導体装置において、ＣＯＦ用テープを構成するフィルム１は、絶縁および可撓の性質を有し、ポリイミドなどの樹脂で形成されたフィルム基材２と、銅などの金属箔で形成された導体リード４とで構成されている。導体リード４において半導体チップ５に形成された突状電極例えば金属突起電極６と接続する部分の先端からソルダーレジスト３に到るまでのソルダーレジスト３に覆われていない領域をインナーリード４ａと呼び、インナーリード４ａより外のフィルム基材２上に延長された導体リード４のうち、外部回路と接続される領域をアウターリード４ｂと呼ぶ。導体リード４には通常錫や金などによりめっきが施されている。そのインナーリード４ａと金属突起電極６は共晶などの金属間接合により接合されている。インナーリード４ａの周辺の領域は、半導体チップ５の表面保護や半導体装置自身の強度確保のために封止樹脂７で覆われている。

図１（ｃ）を用いて各部寸法について説明する。

ここでは、隣接した金属突起電極６の中心間距離が４０μｍ時に適用される各実寸法の例を挙げる。半導体チップの表面上に形成された金属突起電極６のサイズは幅２５μｍ、奥行き５０μｍである。インナーリード４ａは幅１５μｍ、金属突起電極６上に接合されているインナーリード４ａの長さは２５μｍである。したがって、金属突起６の奥行きの半分までインナーリード４ａが接合されている。そのインナーリード４ａと接合された金属突起電極６上において、半導体チップ５の中心に向く方向の中心側の金属突起電極６の端部にインナーリード４ａが存在しない領域の金属突起電極６下には内部回路として例えば能動回路８が形成されている。

次に、本実施の形態の半導体装置に使用される半導体チップの製造方法を、図２に基づき説明する。図２は、半導体チップの製造方法を示す工程ごとの主要な断面図であり、特に電極パッド部分の断面を拡大した断面図である。

まず図２（ａ）に示すように、半導体チップ５のシリコン基板中にトランジスタなどの能動回路８を形成する。そして、所望の配線層を形成した後、アルミニウムや銅よりなる電極パッド１１を形成し、化学気相堆積法（ＣＶＤ法）によって保護層１２を形成する（図２（ｂ）参照）。そして、図２（ｂ）以下に示すように、金属突起電極６を形成する。ここでは一例としてめっきバンプ法について説明する。

まず図２（ｂ）に示すように、金属突起電極６を形成する半導体チップ５のアルミニウムや銅よりなる電極パッド１１と形成する金属突起電極６との接着力を強化するため、また金属突起電極６用の金属材が電極パッド１１へ拡散することを防止するために、半導体チップ５上にスパッタ法を用いてアンダーバンプメタル層１３を積層形成する。ここで形成するアンダーバンプメタル層１３の断面形状としては、後工程で形成する金属突起電極６との密着力を強化するためにアンカー形状として、電極パッド１１の表面に凹凸をなすようにアンダーバンプメタル層１３を形成する。

次に図２（ｃ）に示すように、電極パッド１１の表面の金属突起電極６を形成する領域を開口させ、それ以外の半導体チップ５表面を被うレジスト層１４をリソグラフィ形成する。

次に図２（ｄ）に示すように、半導体チップ５上の電極パッド１１上にめっき法により金属突起電極６を形成する。

そして図２（ｅ）に示すように、レジスト層１４を除去し、次いで金属突起電極６の下面領域以外のアンダーバンプメタル層１３をエッチング除去することにより、金属突起電極６を電極パッド１１上に形成するものである。
このときの金属突起電極６は、能動回路８が形成された領域の端を金属突起電極６の奥行き寸法の中心として配置されている。本実施形体の場合、金属突起電極６の奥行き寸法は５０μｍであるため、奥行き寸法の中心とは金属突起電極６の端部から２５μｍのところすなわち奥行き寸法の１／２の位置である。

つぎに本実施の形態の半導体装置に使用されるテープキャリアについて図３を用いて説明する。図３（ａ）は、導体リード側からみた本実施の形態の半導体装置に使用されるテープキャリアの平面図である。図３（ｂ）は図３（ａ）のテープキャリアのＢ−Ｂ′断面図である。図３（ｃ）の破線囲み部Ｙは半導体チップをテープキャリアと接合したときの位置を仮想的に配置したものである。

フィルム１の構成、すなわちフィルム基材２および導体リード４は図１において説明したのと同様である。

このときのインナーリード４ａの長さは、金属突起電極６とインナーリード４ａが接続されたとき、インナーリード４ａの先端が能動回路８領域の端部に一致するように配置されている。本実施形体の場合、能動回路８が形成された領域の端が金属突起電極６の奥行き寸法５０μｍの中心として配置されているので、金属突起電極６の端部から２５μｍのところまでインナーリード４ａは延伸されている。

次に、半導体装置の製造方法を図４を用いて説明する。

図４（ａ）に示すように、半導体チップ５をボンディングツール９に吸着し、半導体チップ５上の金属突起電極６とフィルム１のインナーリード４ａを所定の位置に合わせた後、ボンディングツール９が下降しインナーリード４ａと金属突起電極６を熱圧着方式により接合させる（図４（ｂ）参照）。熱圧着方式とは、インナーリード４ａに施されためっき材と金属突起電極６の材料とを共晶融合または固相拡散させるために必要な温度（３００℃〜５００℃程度）と荷重とを加えながらインナーリード４ａと金属突起電極６とを接合する方式である。そして、所定時間の加圧、加熱後、ボンディングツール９が上昇して離脱する。

そして、熱圧着後、インナーリード４ａと金属突起電極６の接合部分と半導体チップ５の回路が存在する表面部分を保護し、半導体装置全体の機械強度を確保するために封止樹脂７をフィルム１と半導体チップ５の隙間に樹脂供給ノズル１０を使用して注入する（図４（ｃ）参照）。

なお、上記実施の形態ではインナーリード４ａの先端と金属突起電極６下の能動回路８の周縁とが一致していたが、金属突起電極６のインナーリード４ａが存在しない領域下でインナーリード４ａの先端から離れた位置に能動回路８が配置されてもよいことはいうまでもない。

本発明に係る半導体装置およびその製造方法は、ＣＯＦでの半導体チップのサイズを小さくできる等の効果を有し、パッケージコストを下げることができるため、フラットパネルディスプレイなどに使用される半導体装置およびその製造方法として有用である。

本発明の一実施の形態における半導体装置の構成を示す図で、（ａ）はフィルム基材の方向から透視した平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ′断面図、（ｃ）は（ｂ）における破線囲み部Ｘの拡大図である。 同半導体装置に使用される半導体チップの製造方法を工程順に説明する断面図である。 同半導体装置に使用されるフィルムの製造方法を説明する図で、（ａ）はフィルム基材の方向から透視した平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ′断面図、（ｃ）は半導体チップの一部を表した部分拡大図である。 同半導体装置の製造方法を工程順に説明する断面図である。 従来例の半導体装置の構成を示す図で、（ａ）はフィルム基材の方向から透視した平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ′断面図、（ｃ）は（ｂ）における破線囲み部Ｚの拡大図である。 従来例の半導体装置の製造方法を工程順に説明する断面図である。

符号の説明

１ フィルム
１′ フィルム
２ フィルム基材
２′ フィルム基材
３ ソルダーレジスト
３′ ソルダーレジスト
４ 導体リード
４′ 導体リード
４ａ インナーリード
４ａ′ インナーリード
４ｂ アウターリード
４ｂ′ アウターリード
５ 半導体チップ
５′ 半導体チップ
６ 金属突起電極
６′ 金属突起電極
７ 封止樹脂
８ 能動回路
９ ボンディングツール
１０ 樹脂供給ノズル
１１ 電極パッド
１２ 保護層
１３ アンダーバンプメタル層
１４ レジスト層

Claims (2)

1. 内部回路を内部に有し突状電極を表面に有し前記突条電極下に前記内部回路の周縁が対応する半導体チップと、前記半導体チップの外部より前記表面に沿って配置されて先端が前記突状電極に接合された導体リードを有し前記導体リードを支持するフィルム基材を有するフィルムとを備え、
   前記突状電極は、前記導体リードの先端が前記突条電極の一部に接合されることにより前記突状電極の内部回路側に導体リードが存在しない領域を有し、前記導体リードが存在しない領域の前記突状電極下に前記内部回路の周縁が位置する半導体装置。
2. 内部回路を内部に有し突状電極を表面に有し前記突状電極下に前記内部回路の周縁が一部重なる半導体チップを準備する工程と、前記半導体チップの外部より前記表面に沿って配置される導体リードを有し前記導体リードを支持するフィルム基材を有するフィルムを準備する工程と、前記フィルムの前記導体リードの先端が、前記半導体チップの前記突状電極下の前記内部回路の周縁に重ならないように、前記導体リードの前記先端を前記突状電極の一部に接合する工程とを含む半導体装置の製造方法。
   
   

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