JP3376203B2 - 半導体装置とその製造方法及びこの半導体装置を用いた実装構造体とその製造方法 - Google Patents

半導体装置とその製造方法及びこの半導体装置を用いた実装構造体とその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置とその
製造方法、及びこの半導体装置を用いた実装構造体とそ
の製造方法に係わり、特に実装基板にフェイスダウン接
続を行う半導体装置とその製造方法、及びこの半導体装
置を用いた実装構造体とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体チップを直接実装基板に実装する
従来の方法を、図８に示す。半導体ウェハまたは半導体
チップ５の図示せぬ電極上にバンプ電極２を形成する。
この半導体チップ５をフリップチップ接続技術を用いて
実装基板６の基板電極７にフェイスダウン接続を行う。
この後、耐熱疲労性や耐湿性等の信頼性の向上とともに
機械的保護を目的として、リフロー工程を経た後に、半
導体チップと実装基板との間の空隙に樹脂を充填する必
要があった。
【０００３】図９は、従来の他の実装方法を示すもので
ある。この例のように、半導体チップを半導体パッケー
ジ１５の形で実装する場合は、実装前に半導体チップ全
体を樹脂で封止するか、セラミック又は金属の外囲器内
に搭載し、その後基板実装を行っていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】半導体チップを直接基
板に実装する場合は、前述のように実装後さらに樹脂を
充填する工程が必要であり、アセンブリコストの上昇を
招いていた。また、半導体パッケージ内に半導体チップ
を封止してこれを基板に実装する場合は、パッケージを
用いることから実装部品が大型化し、その結果実装効率
の低下が生じていた。
【０００５】本発明は、上記課題に鑑み、通常のパッケ
ージ封止品程度の高信頼性を実現しながらベアチップ実
装程度の実装効率を有し、しかも全体の実装コストを低
減する半導体装置とその製造方法、及びこの半導体装置
を用いた実装構造体とその製造方法を提供することを目
的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
上記課題を解決するため、半導体チップの表面上に設け
られたバンプ電極と、前記半導体チップの表面を被覆す
るとともに、前記バンプ電極の上面を露出させ、半導体
チップの実装時に溶融され、半導体チップを実装基板に
固着するとともに封止する保護膜とを有し、前記保護膜
は、熱可塑性樹脂であり、前記熱可塑性樹脂は、そのガ
ラス転移温度が、実装基板の端子接続用ロー材の融点と
同等もしくはそれ以下であることを特徴とする。
【０００７】また、本発明の半導体装置の製造方法は、
半導体チップ表面にバンプ電極を形成する工程と、前記
バンプ電極を含む半導体チップ表面に、前記バンプ電極
を完全に覆う厚さで、半導体チップの実装時に溶融され
且つ半導体チップを実装基板に固着するとともに封止す
る機能を有する保護膜を塗布する工程と、前記バンプ電
極が露出して接合上十分な面積になるまで、前記保護膜
及びバンプ電極を研削する工程とを含み、前記保護膜
は、熱可塑性樹脂であり、前記熱可塑性樹脂は、そのガ
ラス転移温度が、実装基板の端子接続用ロー材の融点と
同等もしくはそれ以下であることを特徴とする。 さら
に、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体ウェハの
各半導体チップ領域表面にバンプ電極を形成する工程
と、前記バンプ電極を含む半導体ウェハ表面全面に、前
記バンプ電極を完全に覆う厚さで、半導体チップの実装
時に溶融され且つ半導体チップを実装基板に固着すると
ともに封止する機能を有する熱硬化性樹脂を下層とし、
接着樹脂又は接着シートを上層とした２層構造の保護膜
を塗布する工程と、前記バンプ電極が露出して接合上十
分な面積になるまで、前記保護膜及びバンプ電極を研削
する工程と、前記半導体ウェハからダイシングにより半
導体チップを切り出す工程を含むことを特徴とする。 ま
た、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体ウェハの
各半導体チップ領域表面にバンプ電極を形成する工程
と、前記バンプ電極を含む半導体ウェハ表面全面に、前
記バンプ電極を完全に覆う厚さで、半導体チップの実装
時に溶融され且つ半導体チップを実装基板に固着すると
ともに封止する機能を有する保護膜を塗布する工程と、
前記半導体ウェハの裏面に樹脂層を塗布する工程と、前
記バンプ電極が露出して接合上十分な面積になるまで、
前記保護膜及びバンプ電極を研削する工程と、前記半導
体ウェハからダイシングにより半導体チップを切り出す
工程とを含む。
【０００８】さらに、本発明の実装構造体は、表面に接
続端子が設けられ、且つ前記接続端子上に端子接続用ロ
ー材が設けられた実装基板と、前記実装基板上に対向配
置され、その対向面に前記端子接続用ロー材の溶融によ
り前記接続端子に接続されるバンプ電極が設けられ、且
つ前記バンプ電極の上面を露出させて前記対向面を被覆
する熱可塑性樹脂からなり、そのガラス転移温度が、実
装基板の端子接続用ロー材の融点と同等もしくはそれ以
下の保護膜が設けられた半導体チップとを備え、前記保
護膜が前記ロー材の溶融時に溶融され、且つ前記半導体
チップと前記実装基板とを互いに固着するとともに封止
してなることを特徴とする。
【０００９】また、本発明の実装構造体の製造方法は、
バンプ電極が形成された半導体チップ表面を前記バンプ
電極上面を露出させ、熱可塑性樹脂からなり、そのガラ
ス転移温度が、実装基板の端子接続用ロー材の融点と同
等もしくはそれ以下の保護膜で被覆した後、表面に接続
端子及び前記接続端子上に端子接続用ロー材が設けられ
た実装基板上に前記バンプ電極を前記実装基板側に向け
て前記半導体チップを配置し、前記バンプ電極と前記ロ
ー材とを位置合わせする工程と、前記工程後、実装基板
の端子接続用ロー材の融点以上の温度で加熱し、前記バ
ンプ電極と前記接続端子とを接続するとともに、前記保
護膜を溶融させ、前記半導体チップと前記実装基板とを
互いに固着・封止する工程とを含む。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明について図面を参照して説
明する。図２及び図３は、本発明の第一の実施例を示す
ものである。まず、図２（ａ）に示すように、ウェハ状
態の半導体素子１の図示せぬ電極端子部上に例えばメッ
キ法又はその他の方法によって金属製のバンプ電極２を
形成する。バンプ電極材料としては、実装基板で半田接
続を行うのが容易な金属材料例えば、半田、金などを用
いる。
【００１１】次に、図２（ｂ）に示すように、熱可塑性
樹脂３を、スピンコートなどの方法を用いて、バンプ電
極２の上面表面を完全に覆う厚さで、ウェハ表面に塗布
する。この熱可塑性樹脂３のガラス転移温度は、基板実
装の際に端子接続用に用いる半田等のロー材の融点と同
等もしくはそれ以下である。
【００１２】その後、図２（ｃ）に示すように、ウェハ
の樹脂３が塗布された面をウェハ面と平行に研削する。
この際、樹脂３およびバンプ電極２を、バンプ電極２の
上面が露出し、バンプ電極２の露出面積が半田接合にお
いて十分な広さになるまで研削する。この結果、半導体
素子上に新たな接続用電極４が形成される。
【００１３】最後に、図３（ａ）に示すように、ウェハ
１に通常のダイシング工程を行い、図３（ｂ）に示すよ
うに一つ一つの半導体チップ５に切断分離する。以上の
工程によって本発明に係わる半導体チップ５が完成す
る。
【００１４】次に、上記半導体チップ５を、実装基板に
実装する工程を説明する。この実装工程は、通常の表面
実装パッケージ（ＱＦＰ：Quad Flat Package ，ＳＯ
Ｐ：Small Outline Package 等）の場合と同じである。
【００１５】図１（ａ）は、実装工程を示す。まず、基
板電極７上に印刷法等の技術により半田等のロー材８を
塗布する。その後、実装基板６上に本発明の上記半導体
チップ５をマウントする。この後、それらを高温の炉に
通し、ロー材８をリフローする。
【００１６】その結果、図１（ｂ）に示すように、基板
電極７と半導体チップ５の接続用電極４が接続される。
さらに、リフロー工程時、半導体チップ５の表面に塗布
された熱可塑性樹脂３が溶融し、この樹脂３によって半
導体チップ５を実装基板６に接着する。
【００１７】こうして、半導体チップ５を実装基板６上
に実装した実装構造体が形成される。上記実施例によれ
ば、半導体チップ５の表面に熱可塑性樹脂３を塗布する
とともに、接続用電極４の先端の高さを樹脂３の表面と
同一とする。そして、この半導体チップ５を実装基板６
に実装する際、接続用電極４を基板電極７に接続すると
ともに、樹脂３により半導体チップ５を実装基板６に接
着している。したがって、端子接続と同時に半導体チッ
プ５の封止も行うことができる。
【００１８】また、前述のように、従来例では通常、リ
フロー後に実装基板と半導体素子の間の空隙に樹脂を注
入していたが、本発明においてはこの工程が不要である
ため、実装が容易になる。
【００１９】また、本実施例において、ウェハの半導体
チップ領域にバンプ電極と保護膜を形成したが、あらか
じめダイシングによりウェハから半導体チップを切り出
し、その半導体チップにバンプ電極と保護膜を形成して
もよい。
【００２０】図４は、本発明の第２の実施例を示す。本
実施例は、ウェハ状態で塗布する樹脂材料が２層になっ
ていることを特徴とする。すなわち、ウェハ表面には、
先ず熱を加えても溶融しない熱硬化性樹脂１０が塗布さ
れ、その上に加熱により実装基板等と接合を行うことが
できる樹脂９が塗布される。本実施例の場合、リフロー
時、第１の実施例と異なり、実装基板と接合するごく限
られた部分の樹脂９しか溶融状態にならないため、接続
電極４の形状（高さ、径など）が樹脂の流動によって損
なわれることが少ない。また、第１の実施例と同様に半
田接続と封止が同時に行われることは当然である。な
お、この実施例において、樹脂に代えて接着シートを用
いることも可能である。
【００２１】図５は、本発明の第３の実施例を示すもの
である。本実施例は、バンプ電極を有するウェハ面側へ
のみ樹脂を塗布することにより生じるウェハの反りを防
止するため、ウェハの裏面にも樹脂層１１を形成するこ
とを特徴とする。この裏面樹脂１１は、熱可塑性樹脂で
も熱硬化性樹脂でもよい。熱可塑性の樹脂を用いた場合
は、リフロー時に樹脂が溶融・流動して半導体チップ５
の４つの側面を被う効果をさらに有する。
【００２２】図６は、本発明の第４の実施例を示すもの
である。本実施例は、ウェハをダイシングして個々の半
導体チップに分離した後、樹脂の塗布されていない裏面
と４つの側面に、ディッピング（浸漬）などの方法によ
って樹脂１２を塗布している。これによって、半導体チ
ップ５の耐湿性をさらに改善することが可能となる。
【００２３】図７は、本発明の第５の実施例を示す。本
実施例は、樹脂の塗布されていないウェハの裏面に金属
板１４を接着樹脂又はロー材１３によって接合し、この
ウェハをダイシングして個々の半導体チップに分離した
ものである。これにより、ウェハ及びパッケージの反り
を防止するとともに、半導体チップ５へ冷却器（ヒート
シンク）を接続することをが容易となる。
【００２４】なお、上記第１ないし第５の実施例では、
バンプ電極としてリフロー時に溶融する金属材料を用い
たが、リフロー時に溶融しない金属材料（金、高温半田
等）をバンプ電極として用いても、本発明の目的・効果
を達成できる。
【００２５】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、半
導体チップの表面に接続用電極と同一の厚みを有し、リ
フロー時に溶融する樹脂を設けている。したがって、半
導体チップを基板に実装しリフローすると、電極相互の
接合と同時に、樹脂によってチップが基板に固着され
る。よって、従来必要であった基板実装後の樹脂注入工
程が不要になり、コストダウンを図ることができる。
【００２６】また、従来のフリップチップ接続では、リ
フロー時にバンプ電極部が溶融してバンプの高さが減少
し、耐熱疲労の劣化や隣接バンプ間が短絡する可能性が
あったが、本発明においては、電極周囲の樹脂によりバ
ンプ電極が保護されているので、バンプ高さの制御性が
増し、電極相互の短絡が防止される。
【００２７】また、本発明においては、半導体の素子領
域が樹脂によって保護され、樹脂そのものがパッケージ
の機能を果たすため、半導体素子を搬送する時、ハンド
リングが容易であり、通常のパッケージ品と同等の取り
扱いが可能である。
【００２８】さらに、本発明の半導体装置は、チップサ
イズとほぼ同等の大きさであるため、表面実装パッケー
ジを用いた場合と比べると、パッケージの著しい小型化
が可能になる。
【００２９】また、通常は、封止までのアセンブリ工程
は個々の半導体装置ごとに行われるが、本発明において
は、ウェハ状態で封止できるため、アセンブリコストを
著しく低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体装置を実装する工程を示す図。
【図２】本発明の製造工程を示す図。
【図３】図２に続く本発明の製造工程を示す図。
【図４】本発明の第２の実施例を示す断面図。
【図５】本発明の第３の実施例を示す断面図。
【図６】本発明の第４の実施例を示す断面図。
【図７】本発明の第５の実施例を示す断面図。
【図８】従来のフリップチップ接続を示す図。
【図９】従来のパッケージ実装を示す図。
【符号の説明】
１…半導体ウェハ、 ２…バンプ電極、 ３…熱可塑性樹脂、 ４…接続用電極、 ５…半導体チップ、 ６…実装基板、 ７…基板電極、 ８…半田、 ９…接着樹脂又は接着シート、 １０…熱硬化性樹脂、 １１…裏面樹脂層、 １２…封止樹脂層、 １３…接着樹脂又はロー材、 １４…金属板、 １５…表面実装パッケージ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−173733（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−12942（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−3183（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−54945（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−75381（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−135763（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−2331（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−37148（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/60 H01L 21/92

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体チップの表面上に設けられたバン
    プ電極と、 前記半導体チップの表面を被覆するとともに、前記バン
    プ電極の上面を露出させ、半導体チップの実装時に溶融
    され、半導体チップを実装基板に固着するとともに封止
    する保護膜とを有し、 前記保護膜は、熱可塑性樹脂であり、前記熱可塑性樹脂
    は、そのガラス転移温度が、実装基板の端子接続用ロー
    材の融点と同等もしくはそれ以下である ことを特徴とす
    る半導体装置。
  2. 【請求項２】 前記保護膜は、熱硬化性樹脂を下層と
    し、接着樹脂又は接着シートを上層とした２層構造であ
    ることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
  3. 【請求項３】 前記半導体チップは、その裏面を被覆す
    る樹脂層を有することを特徴とする請求項１記載の半導
    体装置。
  4. 【請求項４】 前記半導体チップは、その裏面及び側面
    を被覆する樹脂層を有することを特徴とする請求項１記
    載の半導体装置。
  5. 【請求項５】 前記半導体チップは、その裏面に樹脂層
    またはロー層を介して接合された金属板を有することを
    特徴とする請求項１記載の半導体装置。
  6. 【請求項６】 半導体チップ表面にバンプ電極を形成す
    る工程と、 前記バンプ電極を含む半導体チップ表面に、前記バンプ
    電極を完全に覆う厚さで、半導体チップの実装時に溶融
    され且つ半導体チップを実装基板に固着するとともに封
    止する機能を有する保護膜を塗布する工程と、 前記バンプ電極が露出して接合上十分な面積になるま
    で、前記保護膜及びバンプ電極を研削する工程とを含
    み、 前記保護膜は、熱可塑性樹脂であり、前記熱可塑性樹脂
    は、そのガラス転移温度が、実装基板の端子接続用ロー
    材の融点と同等もしくはそれ以下であることを特徴とす
    る 半導体装置の製造方法。
  7. 【請求項７】 半導体ウェハの各半導体チップ領域表面
    にバンプ電極を形成する工程と、 前記バンプ電極を含む半導体ウェハ表面全面に、前記バ
    ンプ電極を完全に覆う厚さで、半導体チップの実装時に
    溶融され且つ半導体チップを実装基板に固着するととも
    に封止する機能を有する熱硬化性樹脂を下層とし、接着
    樹脂又は接着シートを上層とした２層構造の保護膜を塗
    布する工程と、 前記バンプ電極が露出して接合上十分な面積になるま
    で、前記保護膜及びバンプ電極を研削する工程と、 前記半導体ウェハからダイシングにより半導体チップを
    切り出す工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造
    方法。
  8. 【請求項８】 前記接着樹脂は熱可塑性樹脂であり、そ
    のガラス転移温度が、実装基板の端子接続用ロー材の融
    点と同等もしくはそれ以下であることを特徴とする請求
    項７記載の半導体装置の製造方法。
  9. 【請求項９】 半導体ウェハの各半導体チップ領域表面
    にバンプ電極を形成する工程と、 前記バンプ電極を含む半導体ウェハ表面全面に、前記バ
    ンプ電極を完全に覆う厚さで、半導体チップの実装時に
    溶融され且つ半導体チップを実装基板に固着するととも
    に封止する機能を有する保護膜を塗布する工程と、 前記半導体ウェハの裏面に樹脂層を塗布する工程と、 前記バンプ電極が露出して接合上十分な面積になるま
    で、前記保護膜及びバンプ電極を研削する工程と、 前記半導体ウェハからダイシングにより半導体チップを
    切り出す工程とを含む半導体装置の製造方法。
  10. 【請求項１０】 表面に接続端子が設けられ、且つ前記
    接続端子上に端子接続用ロー材が設けられた実装基板
    と、 前記実装基板上に対向配置され、その対向面に前記端子
    接続用ロー材の溶融により前記接続端子に接続されるバ
    ンプ電極が設けられ、且つ前記バンプ電極の上面を露出
    させて前記対向面を被覆する熱可塑性樹脂からなり、そ
    のガラス転移温度が、実装基板の端子接続用ロー材の融
    点と同等もしくはそれ以下の保護膜が設けられた半導体
    チップとを備え、 前記保護膜が前記ロー材の溶融時に溶融され、且つ前記
    半導体チップと前記実装基板とを互いに固着するととも
    に封止してなることを特徴とする実装構造体。
  11. 【請求項１１】 バンプ電極が形成された半導体チップ
    表面を前記バンプ電極上面を露出させ、熱可塑性樹脂か
    らなり、そのガラス転移温度が、実装基板の端子接続用
    ロー材の融点と同等もしくはそれ以下の保護膜で被覆し
    た後、表面に接続端子及び前記接続端子上に端子接続用
    ロー材が設けられた実装基板上に前記バンプ電極を前記
    実装基板側に向けて前記半導体チップを配置し、前記バ
    ンプ電極と前記ロー材とを位置合わせする工程と、 前記工程後、実装基板の端子接続用ロー材の融点以上の
    温度で加熱し、前記バンプ電極と前記接続端子とを接続
    するとともに、前記保護膜を溶融させ、前記半導体チッ
    プと前記実装基板とを互いに固着・封止する工程とを含
    む実装構造体の製造方法。
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