JP2007324396A - 半導体装置、およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】パッド等の配線基板の接続端子と半導体チップのバンプとの接合時の超音波振動の印加エネルギーを過剰に大きくすることなく、高熱による配線基板の変形によってもパッドとバンプとの接合が破断しにくい半導体装置、およびその製造方法を提供する。
【解決手段】配線基板２の接続端子４と半導体装置のバンプ１０とが、固相拡散によりフリップチップ接合されて成る半導体装置において、接続端子４の少なくとも一部が、配線基板２の基体に固着されずに設けられ、パンプ１０が、接続端子４の、前記基体に固着されていない部分に接合されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、配線基板のパッドと半導体装置のバンプとが、固相拡散によりフリップチップ接合されて成る半導体装置、およびその製造方法に関する。

近年、半導体装置を製造するにあたって半導体チップを基板（配線基板）にフリップチップ接合して搭載する際、半導体チップのバンプと配線基板のパッドとを当接させて、半導体チップに超音波振動を印加することで、当該バンプとパッドとを固相拡散により接合する方法が用いられている。

特許文献１には、超音波振動を用いた従来のフリップチップの接続方法が記載されている。
特許文献１記載のフリップチップの接続方法においては、マウントヘッドに吸着保持させたフリップチップ（半導体チップ）のバンプを、基板の被接続端子（パッド）に接触させて荷重を加え、マウントヘッドに内蔵された超音波振動子を超音波振動させることで、マウントヘッドを介してフリップチップを超音波振動させる（特許文献１ 段落００１６−００１８，第１−２図）。
これにより、被接続部の酸化層などを容易に除去でき、信頼性の高い電気的接続行うことができるものとしている（特許文献１ 段落００２２）。

特開平１０−１２６６９号公報（段落００１６−００１８，００２２，第１−２図）

しかしながら、超音波振動で接続端子を接合する従来の製造方法で製造された半導体装置には、以下のような課題がある。
例えば半導体装置をパッケージ等に搭載する際のはんだリフロー工程等で、半導体装置に高い熱が掛かった際、高熱による配線基板の変形により、前記パッドとバンプとの接合が破断してしまう場合があるという課題がある。また、パッドとバンプとの接合強度を高めることでこの破断を防ぐべく、パッドとバンプとの接合時の超音波振動の印加エネルギーを大きくすると、接合中に半導体チップとそのバンプとの間に亀裂等が生じて、半導体チップとバンプとの電気的接続性が悪化する場合が生じるという課題がある。

そこで、本願発明は、上記課題を解決すべく成され、その目的とするところは、パッド等の配線基板の接続端子と半導体チップのバンプとの接合時の超音波振動の印加エネルギーを過剰に大きくすることなく、高熱による配線基板の変形によってもパッドとバンプとの接合が破断しにくい半導体装置、およびその製造方法を提供することにある。

本発明に係る半導体装置は、上記課題を解決するために、以下の構成を備える。すなわち、配線基板の接続端子と半導体装置のバンプとが、固相拡散によりフリップチップ接合されて成る半導体装置において、前記接続端子の少なくとも一部が、前記配線基板の基体に固着されずに設けられ、前記パンプが、前記接続端子の、前記基体に固着されていない部分に接合されていることを特徴とする。
これによれば、配線基板の接続端子が、熱による配線基板の変形に追随せずにある程度バンプの位置に留まるから、その接続端子とバンプとの接合が破断しにくい。

さらに、前記接続端子は、ワイヤ状に形成され、ワイヤ状の前記接続端子の両端が、前記配線基板上の配線パターンに固着され、前記バンプは、該ワイヤ状の接続端子の中途部に接合されていることを特徴とする。

また、前記接続端子を含む配線パターンが、前記配線基板の基体に固着されずに設けられ、前記配線パターンの上層に、前記接続端子の箇所を除いて、配線パターンを前記配線基板の基体上に保持するソルダーレジストが設けられていることを特徴とする。

また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、上記課題を解決するために、以下の構成を備える。すなわち、配線基板に、少なくとも一部が該配線基板の基体に固着されていない接続端子を形成する接続端子形成ステップと、前記接続端子の、前記基体に固着されていない部分に、半導体チップのバンプを位置決めして当接させる位置決めステップと、前記半導体チップまたは前記配線基板に超音波振動を印加することで、前記接続端子と前記バンプとを固相拡散によりフリップチップ接合する接合ステップとを含むことを特徴とする。
これによれば、配線基板の接続端子が、熱による配線基板の変形に追随せずにある程度バンプの位置に留まるから、その接続端子とバンプとの接合が破断しにくい。

また、前記接続端子形成ステップは、前記接続端子を含む配線パターンを、前記配線基板の基体に固着せずに設け、配線パターンの上層に、前記接続端子の箇所を除いて、配線パターンを配線基板の基体上に保持するソルダーレジストを設けることを特徴とする。

本発明に係る半導体装置、およびその製造方法によれば、パッド等の配線基板の接続端子と半導体チップのバンプとの接合時の超音波振動の印加エネルギーを過剰に大きくすることなく、高熱による配線基板の変形によってもパッドとバンプとの接合が破断しにくい。

以下、本発明に係る半導体装置およびその製造方法を実施するための最良の形態を、添付図面に基づいて説明する。

図１は、実施例１に係る半導体装置の製造方法および半導体装置の説明図である。なお、実施例１において、半導体装置の配線基板２および半導体チップ８には、それぞれ複数の接続端子（金ワイヤ４）および金バンプ１０が形成されているが、図１においてはそれらのうちの一つずつのみを図示し、残りのものは省略している。

（接続端子形成ステップ）
実施例１に係る半導体装置の製造方法においては、図１（ａ）に示すように、配線基板２の基体に、金等で構成されたパッド状の接続部３，３を形成する。この接続部３，３は、後述する各接続端子に対して二つずつ形成する。

続いて、図１（ｂ）に示すように、接続部３，３に、金ワイヤ４を固着する。接続部３に金ワイヤ４を固着するには、公知のワイヤボンディングの技術を適用できる。金ワイヤ４は、両端が、それぞれ接続部３，３に固着され、中途部は、配線基板２の基体に固着されずに設けられる。
金ワイヤ４により、配線基板２の接続端子が構成される。

（位置決めステップ）
続いて、図１（ｃ）に示すように、半導体チップ８の金バンプ１０の形成面８ａの反対面（図示せず）を超音波ツールにより吸着保持し、配線基板２の接続端子としての各金ワイヤ４に半導体チップ８の金バンプ１０を位置決めして当接させる。この際、金バンプ１０を、金ワイヤ４の中途部に位置決めする。

（接合ステップ）
さらに、超音波ツールにより半導体チップ８を押圧して半導体チップ８の金バンプ１０を金ワイヤ４に圧接させるとともに、超音波ツールを超音波振動させて半導体チップ８に超音波振動を印加する。これにより、金バンプ１０の先端部は、金ワイヤ４と擦れ合い、金バンプ１０と金ワイヤ４とは固相拡散により接合される（図１（ｃ）参照）。

本実施例１に係る半導体装置の製造方法によって製造された半導体装置は、図１（ｃ）に示すように、金バンプ１０が、配線基板２の基体に固着されていない、金ワイヤ４の中途部に接合されているから、熱等による配線基板２の変形に応じて金ワイヤ４が変形し、金バンプ１０は配線基板２の変形に追随せずにある程度金バンプ１０の位置に留まるから、金バンプ１０と金ワイヤ４（接続端子）との接合の破断が生じにくい。

図２は、実施例２に係る半導体装置の製造方法および半導体装置の説明図である。なお、実施例２において、半導体装置の配線基板１２および半導体チップ１８には、それぞれ複数（多数）の金パッド１４および金バンプ２０が形成されているが、図２においてはそれらのうちの一つずつのみを図示し、残りのものは省略している。

（接続端子形成ステップ）
実施例２に係る半導体装置の製造方法においては、図２（ａ）に示すように、配線基板１２の基体に、接続端子としての金パッド１４を形成する。この際、金パッド１４が配線基板１２の基体に強固に固着されないようにする。例えば、通常は、配線基板上に金パッドを含む配線パターンを形成する際、両者が強固に固着されるように、配線パターンが形成される絶縁層の表面を予め粗面化するなどの処理が行われるが、本実施例２においては、その粗面化の処理を行わないなどして、配線基板１２の基体（絶縁層）と金パッド１４とが強固に固着されないようにする。なお、本発明において、接続端子（配線パターン）と配線基板の基体とが固着されていないということは、両者が全く接着されていないということに限定されるものではなく、両者の間に応力が生じた際に、両者がある程度相対的に移動または変形可能な程度に弱く接着されている状態も含む。

続いて、図２（ｂ）に示すように、前記配線パターンの上層に、金パッド１４の箇所を除いて、配線パターンを配線基板１２の基体上に保持するソルダーレジスト１６を設ける。ソルダーレジスト１６は、公知のフォトリソグラフィ法等により設けることができる。

（位置決めステップ）
続いて、半導体チップ１８の金バンプ２０の形成面１８ａの反対面（図示せず）を超音波ツールにより吸着保持し、図２（ｃ）に示すように、各金パッド１４に半導体チップ１８の金バンプ２０を位置決めして当接させる。

（接合ステップ）
さらに、超音波ツールにより半導体チップ１８を押圧して半導体チップ１８の金バンプ２０を金パッド１４に圧接させるとともに、超音波ツールを超音波振動させて半導体チップ１８に超音波振動を印加する。これにより、金バンプ２０の先端部は金パッド１４と擦れ合い、金パッド１４と金バンプ２０とは固相拡散により接合される。

本実施例２に係る半導体装置の製造方法によって製造された半導体装置は、金バンプ２０が、配線基板１２の基体に固着されていない金パッド１４上に接合されているから、図２（ｄ）に示すように、熱等による配線基板１２の変形に応じて金パッド１４が変形し、配線基板１２の変形に追随せずにある程度金バンプ２０の位置に留まるから、金バンプ２０と金パッド１４（接続端子）との接合の破断が生じにくい。

図３は、実施例３に係る半導体装置の製造方法および半導体装置の説明図である。なお、実施例３において、半導体装置の配線基板２２および半導体チップ２８には、それぞれ複数（多数）の金パッド２４およびバンプ３０が形成されているが、図３においてはそれらのうちの一つずつのみを図示し、残りのものは省略している。

（接続端子形成ステップ）
実施例３に係る半導体装置の製造方法においては、図３（ａ）に示すように、半導体チップ２８にバンプ３０を形成する。バンプ３０は、弾性を有する樹脂部材３０ａの外面に金の導体層３０ｂが設けられて成る。これにより、バンプ３０は外力によって変形可能な弾性を有している。

（位置決めステップ）
続いて、図３（ｂ）に示すように、半導体チップ２８のバンプ３０の形成面２８ａの反対面（図示せず）を超音波ツールにより吸着保持し、配線基板２２の接続端子としての各金パッド２４に半導体チップ２８のバンプ３０を位置決めして当接させる。

（接合ステップ）
さらに、超音波ツールにより半導体チップ２８を押圧して半導体チップ２８のバンプ３０を金パッド２４に圧接させるとともに、超音波ツールを超音波振動させて半導体チップ２８に超音波振動を印加する。これにより、バンプ３０の先端部の、金の導体層３０ｂは、金パッド２４と擦れ合い、バンプ３０と金パッド２４とは固相拡散により接合される。

本実施例３に係る半導体装置の製造方法によって製造された半導体装置は、バンプ３０が弾性を有するから、図３（ｃ）に示すように、熱等による配線基板２２の変形に応じてバンプ３０が、配線基板２２の変形に追随して弾性的に変形するから、バンプ３０と金パッド２４（接続端子）との接合の破断が生じにくい。

なお、実施例３においては、半導体チップ２８のバンプ３０を弾性体で構成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、配線基板２２のパッドを弾性体で構成したものも含む。この構成によっても、本実施例３と同様の作用効果を得ることができる。

（付記１）
配線基板の接続端子と半導体装置のバンプとが、固相拡散によりフリップチップ接合されて成る半導体装置において、前記接続端子の少なくとも一部が、前記配線基板の基体に固着されずに設けられ、前記パンプが、前記接続端子の、前記基体に固着されていない部分に接合されていることを特徴とする半導体装置。
（付記２）
前記接続端子は、ワイヤ状に形成されていることを特徴とする付記１記載の半導体装置。
（付記３）
ワイヤ状の前記接続端子の両端が、前記配線基板上の配線パターンに固着され、前記バンプは、該ワイヤ状の接続端子の中途部に接合されていることを特徴とする付記２記載の半導体装置。
（付記４）
前記接続端子を含む配線パターンが、前記配線基板の基体に固着されずに設けられ、前記配線パターンの上層に、前記接続端子の箇所を除いて、配線パターンを前記配線基板の基体上に保持するソルダーレジストが設けられていることを特徴とする付記１記載の半導体装置。
（付記５）
配線基板のパッドと半導体装置のバンプとが、固相拡散によりフリップチップ接合されて成る半導体装置において、前記パッドまたは前記バンプが、弾性を有することを特徴とする半導体装置。
（付記６）
前記バンプは、弾性を有する樹脂部材の外面に導体層が設けられて成ることを特徴とする付記５記載の半導体装置。
（付記７）
配線基板に、少なくとも一部が該配線基板の基体に固着されていない接続端子を形成する接続端子形成ステップと、前記接続端子の、前記基体に固着されていない部分に、半導体チップのバンプを位置決めして当接させる位置決めステップと、前記半導体チップまたは前記配線基板に超音波振動を印加することで、前記接続端子と前記バンプとを固相拡散によりフリップチップ接合する接合ステップとを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
（付記８）
前記接続端子は、ワイヤ状であることを特徴とする付記７記載の半導体装置の製造方法。
（付記９）
前記接続端子形成ステップは、前記ワイヤ状の接続端子の両端を、前記配線基板上の配線パターンに固着し、前記位置決めステップは、前記バンプを、前記ワイヤ状の接続端子の中途部に位置決めすることを特徴とする付記８記載の半導体装置の製造方法。
（付記１０）
前記接続端子形成ステップは、前記接続端子を含む配線パターンを、前記配線基板の基体に固着せずに設け、配線パターンの上層に、前記接続端子の箇所を除いて、配線パターンを配線基板の基体上に保持するソルダーレジストを設けることを特徴とする付記７記載の半導体装置の製造方法。
（付記１１）
配線基板に弾性を有するパッドを形成し、または、半導体チップに弾性を有するバンプを形成する接続端子形成ステップと、配線基板のパッドに前記半導体チップの前記バンプを位置決めして当接させる位置決めステップと、前記半導体チップまたは前記配線基板に超音波振動を印加することで、前記パッドと前記バンプとを固相拡散によりフリップチップ接合する接合ステップとを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
（付記１２）
前記バンプは、弾性を有する樹脂部材の外面に導体層が設けられて成ることを特徴とする付記１１記載の半導体装置の製造方法。

本発明の実施例１に係る半導体装置、およびその製造方法を示す説明図である。 本発明の実施例２に係る半導体装置、およびその製造方法を示す説明図である。 本発明の実施例３に係る半導体装置、およびその製造方法を示す説明図である。

符号の説明

２，１２，２２ 配線基板
４ 金ワイヤ（接続端子）
８，１８，２８ 半導体チップ
１０，２０ 金バンプ（バンプ）
１４ 金パッド（接続端子）
１６ ソルダーレジスト
２４ 金パッド（接続端子）
３０ バンプ
３０ａ 樹脂部材
３０ｂ 導体層

Claims (5)

1. 配線基板の接続端子と半導体装置のバンプとが、固相拡散によりフリップチップ接合されて成る半導体装置において、
   前記接続端子の少なくとも一部が、前記配線基板の基体に固着されずに設けられ、
   前記パンプが、前記接続端子の、前記基体に固着されていない部分に接合されていることを特徴とする半導体装置。
2. 前記接続端子は、ワイヤ状に形成され、
   ワイヤ状の前記接続端子の両端が、前記配線基板上の配線パターンに固着され、前記バンプは、該ワイヤ状の接続端子の中途部に接合されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
3. 前記接続端子を含む配線パターンが、前記配線基板の基体に固着されずに設けられ、
   前記配線パターンの上層に、前記接続端子の箇所を除いて、配線パターンを前記配線基板の基体上に保持するソルダーレジストが設けられていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
4. 配線基板に、少なくとも一部が該配線基板の基体に固着されていない接続端子を形成する接続端子形成ステップと、
   前記接続端子の、前記基体に固着されていない部分に、半導体チップのバンプを位置決めして当接させる位置決めステップと、
   前記半導体チップまたは前記配線基板に超音波振動を印加することで、前記接続端子と前記バンプとを固相拡散によりフリップチップ接合する接合ステップとを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
5. 前記接続端子形成ステップは、前記接続端子を含む配線パターンを、前記配線基板の基体に固着せずに設け、配線パターンの上層に、前記接続端子の箇所を除いて、配線パターンを配線基板の基体上に保持するソルダーレジストを設けることを特徴とする請求項４記載の半導体装置の製造方法。

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