JP3787295B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置 Download PDF

Info

Publication number
JP3787295B2
JP3787295B2 JP2001325393A JP2001325393A JP3787295B2 JP 3787295 B2 JP3787295 B2 JP 3787295B2 JP 2001325393 A JP2001325393 A JP 2001325393A JP 2001325393 A JP2001325393 A JP 2001325393A JP 3787295 B2 JP3787295 B2 JP 3787295B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
bump electrode
metal
semiconductor chip
electrode
bump
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2001325393A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2003133508A (ja
Inventor
和孝 柴田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rohm Co Ltd
Original Assignee
Rohm Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rohm Co Ltd filed Critical Rohm Co Ltd
Priority to JP2001325393A priority Critical patent/JP3787295B2/ja
Priority to US10/274,952 priority patent/US6781247B2/en
Publication of JP2003133508A publication Critical patent/JP2003133508A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3787295B2 publication Critical patent/JP3787295B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/065—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L27/00
    • H01L25/0657—Stacked arrangements of devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/50—Assembly of semiconductor devices using processes or apparatus not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326, e.g. sealing of a cap to a base of a container
    • H01L21/56—Encapsulations, e.g. encapsulation layers, coatings
    • H01L21/563—Encapsulation of active face of flip-chip device, e.g. underfilling or underencapsulation of flip-chip, encapsulation preform on chip or mounting substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/488—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
    • H01L23/495—Lead-frames or other flat leads
    • H01L23/49575—Assemblies of semiconductor devices on lead frames
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/10—Bump connectors ; Manufacturing methods related thereto
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/10—Bump connectors ; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/12—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process
    • H01L24/13—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process of an individual bump connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L24/81—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/50—Multistep manufacturing processes of assemblies consisting of devices, each device being of a type provided for in group H01L27/00 or H01L29/00
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
    • H01L2224/05—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of an individual bonding area
    • H01L2224/05001—Internal layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
    • H01L2224/05—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of an individual bonding area
    • H01L2224/05001—Internal layers
    • H01L2224/0502—Disposition
    • H01L2224/05022—Disposition the internal layer being at least partially embedded in the surface
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
    • H01L2224/05—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of an individual bonding area
    • H01L2224/0554—External layer
    • H01L2224/0556—Disposition
    • H01L2224/05571—Disposition the external layer being disposed in a recess of the surface
    • H01L2224/05572—Disposition the external layer being disposed in a recess of the surface the external layer extending out of an opening
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/12—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/13—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process of an individual bump connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/12—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/13—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process of an individual bump connector
    • H01L2224/13001—Core members of the bump connector
    • H01L2224/13075—Plural core members
    • H01L2224/1308—Plural core members being stacked
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/12—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/13—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process of an individual bump connector
    • H01L2224/13001—Core members of the bump connector
    • H01L2224/13075—Plural core members
    • H01L2224/1308—Plural core members being stacked
    • H01L2224/13082—Two-layer arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/12—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/13—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process of an individual bump connector
    • H01L2224/13001—Core members of the bump connector
    • H01L2224/13099—Material
    • H01L2224/131—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/13101—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of less than 400°C
    • H01L2224/13111—Tin [Sn] as principal constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/12—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/13—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process of an individual bump connector
    • H01L2224/13001—Core members of the bump connector
    • H01L2224/13099—Material
    • H01L2224/131—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/13138—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/13144—Gold [Au] as principal constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/12—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/13—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process of an individual bump connector
    • H01L2224/13001—Core members of the bump connector
    • H01L2224/13099—Material
    • H01L2224/131—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/13138—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/13147—Copper [Cu] as principal constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/15—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
    • H01L2224/16—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
    • H01L2224/161—Disposition
    • H01L2224/16135—Disposition the bump connector connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
    • H01L2224/16145—Disposition the bump connector connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being stacked
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001—Core members of the connector
    • H01L2224/45099—Material
    • H01L2224/451—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45138—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/45144—Gold (Au) as principal constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48245—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
    • H01L2224/48247—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic connecting the wire to a bond pad of the item
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73201—Location after the connecting process on the same surface
    • H01L2224/73203—Bump and layer connectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73201—Location after the connecting process on the same surface
    • H01L2224/73203—Bump and layer connectors
    • H01L2224/73204—Bump and layer connectors the bump connector being embedded into the layer connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73265—Layer and wire connectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/81—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector
    • H01L2224/8119—Arrangement of the bump connectors prior to mounting
    • H01L2224/81193—Arrangement of the bump connectors prior to mounting wherein the bump connectors are disposed on both the semiconductor or solid-state body and another item or body to be connected to the semiconductor or solid-state body
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/81—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector
    • H01L2224/818—Bonding techniques
    • H01L2224/81801—Soldering or alloying
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L24/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L24/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/00013—Fully indexed content
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/00014—Technical content checked by a classifier the subject-matter covered by the group, the symbol of which is combined with the symbol of this group, being disclosed without further technical details
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01004—Beryllium [Be]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01005—Boron [B]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01006—Carbon [C]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01013—Aluminum [Al]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01022—Titanium [Ti]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01024—Chromium [Cr]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01029—Copper [Cu]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01033—Arsenic [As]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01047—Silver [Ag]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/0105—Tin [Sn]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01074—Tungsten [W]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01078—Platinum [Pt]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01079—Gold [Au]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01082—Lead [Pb]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/013—Alloys
    • H01L2924/0132—Binary Alloys
    • H01L2924/01322—Eutectic Alloys, i.e. obtained by a liquid transforming into two solid phases
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/013—Alloys
    • H01L2924/014—Solder alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/102—Material of the semiconductor or solid state bodies
    • H01L2924/1025—Semiconducting materials
    • H01L2924/1026—Compound semiconductors
    • H01L2924/1032—III-V
    • H01L2924/10329—Gallium arsenide [GaAs]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/14—Integrated circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/181—Encapsulation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/19—Details of hybrid assemblies other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/1901—Structure
    • H01L2924/1904—Component type
    • H01L2924/19041—Component type being a capacitor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/30—Technical effects
    • H01L2924/301—Electrical effects
    • H01L2924/30105—Capacitance

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の半導体チップを対面させて電気的に接続する、いわゆるチップオンチップ（chip on chip、以下ＣＯＣという）タイプの半導体装置に関する。さらに詳しくは、対面させた両半導体チップを、バンプを介して接続する際に、半導体チップに高い温度を印加したり、大きな圧力を与えることなく接合すると共に、α線遮断などの目的でポリイミドなどの樹脂により保護膜を半導体チップの表面に形成する場合でも、樹脂などがバンプ電極上に這い上がり、接着強度が低下することのない構造の半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、たとえばメモリ素子とその論理回路の組合せなどのように、回路の組合せにより半導体装置が構成される場合、立体化による占有面積の縮小化、高周波回路の寄生容量などの低減化、回路の一部の汎用化（たとえばメモリ素子部を汎用化して駆動回路部分を用途に応じて変更する）などのため、また、大集積回路では、その回路部分により製造条件の厳しさが異なり１チップ化が困難な場合があるなどのため、半導体回路を複数個のチップにより製造し、一方の半導体チップ（親チップ）上に他の半導体チップ（子チップ）を接続する構造の、ＣＯＣタイプの半導体装置が用いられることがある。
【０００３】
このような構造の半導体装置は、たとえば図５に、２個の半導体チップ１、２の接合工程を説明する図が示されるように、加熱された基板ステージ５１上に一方の半導体チップ１を固定し、もう一方の半導体チップ２をマウントヘッド５２に固定して、マウントヘッド５２を押し付けて両チップのＡｕなどからなるバンプ電極１１、２１を接触させ、加重すると共に、４５０℃程度に加熱し、バンプ電極１１、２１を接続することにより製造されている。なお、バンプ電極１１、２１の材料は、半導体装置を実装基板などに実装するのに、一般的にはハンダ付けによりなされるので、前述のようにＡｕなどのハンダより高融点の金属材料が用いられる。
【０００４】
前述のようなＣＯＣタイプの半導体装置では、複数の半導体チップを予め接続するのに、バンプ電極にＡｕなどの高融点金属材料が用いられているため、４５０℃程度の高温で加圧して行わないと、良好な電気的接続が得られない。バンプ電極の接着時にこのような高温にすると、半導体基板も４５０℃以上になるため、半導体基板に形成されている回路素子（トランジスタなどの半導体装置を構成する素子）が高温になり、素子特性が変動するという問題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、ＣＯＣタイプの半導体装置で、親チップと子チップ間を、バンプ電極を介して接続する場合に、４５０℃程度の高温と圧力をかけて行わなければならず、それに伴う素子特性の変動などを防止するため、本発明者は、たとえばＡｕバンプにＳｎ被膜を形成し、Ａｕ-Ｓｎ合金層により接着する構造の半導体装置を発明し、特願２００１−２１１１３号で開示している。
【０００６】
一方、α線の遮断などの目的で、ポリイミドなどの樹脂により半導体チップ表面に保護膜を形成する場合があるが、そのポリイミドを塗布する際に、図４に接合部の拡大図が示されるように、表面張力などにより、バンプ電極１１上まで樹脂１８が上ってバンプ電極１１の周囲表面に付着したり、接合面全体に薄い樹脂被膜を形成する場合がある。このような樹脂１８がバンプ電極１１の表面に付着すると、バンプ電極１１の接着面積が小さくなったり、図４に示されるようにＡｕ-Ｓｎ合金層３のフィレット３ａが充分に形成されなかったり、接着強度が弱くなり、接合の信頼性が低下するという問題がある。とくに、前述の低融点金属との合金化により接続する場合、接合時に殆ど圧力を印加する必要がなく、しかもバンプ電極との合金化による接着を行うため、バンプ電極表面に表面張力により樹脂が這い上がって薄い樹脂被膜が形成されると接着の信頼性が大幅に低下するという問題がある。
【０００７】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたもので、ＣＯＣタイプの半導体装置において、半導体装置の実装温度では影響を受けないと共に、接合時の印加温度により半導体チップの特性を劣化させることなく、半導体チップの電極端子同士を接続し得るようにしながら、チップ表面にポリイミドなどの樹脂により保護膜を形成する場合でも、電極接合部の接合強度を高く維持し得る構造の半導体装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明による半導体装置は、電極端子上にバンプ電極が設けられ、表面にポリイミド樹脂からなる保護膜が設けられる第１半導体チップの前記電極端子と、第２半導体チップの電極端子とが前記バンプ電極を介して接合されることにより形成される半導体装置であって、前記バンプ電極が第１の金属からなり、該バンプ電極の接合部が該第１の金属より融点の低い第２の金属層を介して接合され、かつ、前記バンプ電極の接合面における外周部の少なくとも一部に、中心部側より低くなり、前記ポリイミド樹脂の前記バンプ電極の接合面への這い上がりを防止する段差が形成されている。
【０００９】
ここに半導体チップとは、半導体集積回路（ＩＣ）のみならず、トランジスタ、ダイオード、キャパシタなどのディスクリート部品を含み、基板もシリコン基板やＧａＡｓなどの半導体基板に限らず、他の基板上に形成される電子部品を意味する。また、第２の金属とは、単体金属に限らず、共晶合金などを含み、第１の金属表面に第３の金属が設けられ、接合過程で第１の金属と第３の金属との間で形成される合金も含む意味である。
【００１０】
この構成にすることにより、α線遮断などの目的でポリイミドなどの樹脂により保護膜を半導体チップの表面に形成する場合でも、その樹脂がスピンコートなどにより塗布されて、表面張力によりバンプ電極に上る際に、バンプ電極の段差部分で止まり、バンプ電極の接着面であるトップ表面にまでは樹脂が這い上がってこない。その結果、バンプ電極の接着面積が狭まったり、薄い樹脂被膜がバンプ電極表面に形成されて接着強度が低下したり、接触抵抗が増加する、などの問題を招くことがない。
【００１１】
具体的には、前記第１半導体チップが第１バンプ電極を有し、前記第２半導体チップが該第１バンプ電極より周囲長が小さい第２バンプ電極を有し、前記第１バンプ電極の周囲に前記段差が形成され、外第１バンプ電極と第２バンプ電極とがフィレットを形成するように前記第２の金属層により接合されれば、第１半導体チップ表面にα線カットの目的などでポリイミドなどの保護膜が形成される場合でも、フィレット形成面に樹脂被膜が上ることがなく、広い面積でフィレットを形成して非常に安定した接合を得ることができる。
【００１２】
前記第１の金属がＡｕからなり、前記第２の金属がＡｕ-Ｓｎ合金層からなれば、比較的低い温度で、圧力などを印加することなく接着することができ、しかも、実装基板などにハンダ付けする温度よりも融点を高くすることができるため、実装時に接合部が外れるということはなく、非常に安定した接合を得ることができる。前記段差が形成されるバンプ電極を有する半導体チップの、少なくとも該バンプ電極周囲に液状樹脂を硬化させることにより形成される保護膜が設けられている場合に樹脂がバンプ電極の接合面に上るのを防止することができるため、とくに効果が大きい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
つぎに、図面を参照しながら本発明の半導体装置について説明をする。本発明による半導体装置は、図１（ａ）および（ｂ）にその一実施形態である断面構造および２個の半導体チップを接合する前の状態図が部分的に誇張した図で示されるように、表面に第１バンプ電極１１が形成された第１半導体チップ１上に、第２半導体チップ２の第２バンプ電極２１が接合されるＣＯＣタイプで形成されている。この第１および第２の半導体チップ１、２のバンプ電極１１、２１は、それぞれＡｕのような融点が比較的高い第１の金属からなり、そのバンプ電極１１、２１の接合部はその第１の金属より融点の低い第２の金属層を介して接合されている。そして、第１バンプ電極１１の接合面における外周部の少なくとも一部に、中心部側より低くなる段差１１ｂが形成されていることに特徴がある。
【００１４】
図１に示される例では、第１半導体チップ１および第２半導体チップ２共に、第１および第２のバンプ電極１１、２１がメッキなどにより１０〜３０μｍ程度の厚さに形成され、第２半導体チップ２の第２バンプ電極２１表面には、さらに無電解メッキまたはスパッタリングなどによりＳｎが０.５〜３μｍ程度の厚さに設けられている。すなわち、第１の金属（Ａｕ）と第３の金属（Ｓｎ）との合金層（第２の金属；Ａｕ-Ｓｎ）３により形成され、第３の金属は、第１の金属の溶融温度より低い温度で溶融して第１の金属と合金化し得る材料からなっている。図１に示される例は、第１バンプ電極１１は直径が７０μｍ程度と大きく、その頂部外周に数μｍ幅程度で、高さが数μｍ程度の段差１１ｂが形成されており、第２バンプ電極２１は第１バンプ電極１１より小さく直径が５０μｍ程度に形成され、そのほぼ全表面に前述のＳｎ被膜２１ａが設けられている。
【００１５】
この段差１１ｂは、バンプ電極１１の周囲全周に形成されなくても、分割して１／３程度以上の周長部分になるように形成されておれば、それより高い部分への這い上がりを防止することができる。この段差の形成は、たとえばメッキによりバンプ電極を形成した後に、マスクをしてエッチングにより周囲の一部を除去することにより形成することができる。また、ほぼバンプ電極１１の厚さ近くまでメッキをした状態で、部分的にマスクを形成して、さらにメッキを続けても段差１１ｂを形成することもできる。
【００１６】
バンプ電極１１の端部に段差１１ｂを形成するのは、前述のように、内部に形成される回路をα線などの照射から保護するため、たとえポリイミド樹脂などの保護膜を形成する場合に、その樹脂を塗布する際に樹脂がバンプ電極１１の接着面に這い上がるのを防止するためである。すなわち、図２に接合部の拡大図が示されるように、段差１１ｂが形成されることにより、樹脂１８が這い上がっても樹脂１８はその段差１１ｂ部分で止まり、バンプ電極１１、２１同士の接着部まではポリイミド樹脂が這い上がらず、接着強度を向上させることができる。
【００１７】
バンプ電極１１、２１自身は、従来と同様に形成され、たとえば図１（ｃ）にバンプ電極部分の拡大断面図が示されるように、Ａｌなどからなる電極端子１２、２２上に、バリアメタル層１４、２４が２層または３層構造で形成され、バリアメタル層１４、２４の第１層にはＴｉまたはＣｒが、第２層にはＷ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉなどが、第３層にはＡｕなどが用いられる。そして、その上にバンプ電極１１、２１が、Ａｕ、Ｃｕなどにより形成される。なお、１７、２７は絶縁膜である。
【００１８】
Ａｕからなるバンプ電極２１上にＳｎ被膜（第３の金属）２１ａが設けられることにより、Ａｕの融点は、１０６４℃程度（同一金属同士で加圧しながら加熱することにより、４５０℃程度で融着する）であるのに対して、Ｓｎの融点は、２３２℃程度であり、２３０℃程度になると溶融し、Ａｕと共晶を形成して合金化し、２８０℃程度でＡｕ-Ｓｎ合金からなる合金層（第２の金属）３がその接合面に形成されて、両者のバンプ電極１１、２１が溶着する。すなわち、半導体基板に形成される回路素子などに対しては支障のない低い温度で両バンプ電極１１、２１を融着させることができる。したがって、このバンプ電極２１を構成する第１の金属と、その上に設けられる第３の金属の被膜２１ａとの関係は、第３の金属の融点が、第１の金属の融点より低く、第３の金属が溶融することにより第１の金属を合金化して融着するものであればよく、ＡｕとＳｎとに限られるものではない。また、第３の金属被膜を設けなくても、Ａｕ-Ｓｎ合金層など低融点の第２の金属を直接接合面に設けてもよい。
【００１９】
第１半導体チップ１は、たとえばメモリの駆動回路などが半導体基板に形成され、その表面には層間絶縁膜や配線膜などが設けられ、最終的にメモリ回路などの第２半導体チップ２との接続用電極端子１２と、外部リードとの接続用の電極端子１３がＡｌなどによりその表面に形成されている。この電極端子１２上に前述のようにバリアメタル層１４を介してバンプ電極１１が形成されている。この回路素子（半導体素子）や半導体基板の表面に形成される配線、電極端子、絶縁膜などは、通常の半導体装置の製造工程と同様に形成される。なお、通常のシリコン基板でなくても、ＧａＡｓなど化合物半導体基板に形成されてもよい。
【００２０】
第２半導体チップ２は、たとえばメモリ素子がマトリクス状に形成されたもので、駆動回路と接続される部分や外部リードなどに接続される部分などが電極端子２２として半導体基板の表面に形成され、その電極端子２２の表面にも前述の第１半導体チップ１と同様に、Ａｕなどによりバンプ電極２１が形成されている。このバンプ電極２１の表面には、Ｓｎ被膜２１ａが形成されている。しかし、Ｓｎ被膜は第２バンプ電極２１の接合面だけに設けられてもよいし、また、第１半導体チップ１の接合面にＳｎ皮膜が形成されてもよい。すなわち、Ｓｎ被膜は、少なくともいずれか一方に設けられておればよい。
【００２１】
この第２半導体チップ２は、このようなＩＣでなくても、トランジスタ、ダイオード、キャパシタなどのディスクリート部品などで、半導体基板に形成されないものでもかまわない。とくに、静電破壊防止用の複合半導体装置にする場合、ディスクリートの保護ダイオードなどを第２半導体チップとして搭載することが、大容量の保護素子を内蔵することができるため好ましい。
【００２２】
この第１半導体チップ１と第２半導体チップ２のバンプ電極１１、２１同士の接続は、たとえば第１半導体チップ１を加熱し得る基板ステージ上に載置し、マウンターにより第２半導体チップ２をそのバンプ同士が大まかに位置合せされるように重ね、第２半導体チップの自重程度の重さを加えながら３００℃程度に加熱することにより、Ｓｎ被膜２１ａが溶融し、バンプ電極１１、２１のＡｕと共晶を形成し、合金層３を形成する。この際、図３（ａ）に示されるように、第１の半導体チップ１と第２の半導体チップ２とが完全に位置合せされていなくても、３００℃程度で合金層３が形成され、溶融状態になると、図３（ｂ）に示されるように、バンプなどの表面張力により、それぞれの中心部で接合するように移動する（セルフアライメント）。そして、加熱を解除することにより、合金層３が固化して接着する。
【００２３】
このセルフアライメントは、半導体チップ同士の接合でなく、基板と半導体チップとの接合でも、Ａｕ-Ｓｎ合金層などの低融点金属を溶融状態にすることにより、同様に行うことができる。なお、接合時の加重は、前述の例では自重のみによったが、バンプなどの接合部の数が多い場合には、１個当りの加重が減るため、ある程度の重しをした方がよい場合もある。たとえば１個のバンプ当り２gの荷重を印加し、３５０℃程度の温度で行うことができる。
【００２４】
第１および第２の半導体チップ１、２の隙間には、エポキシ樹脂またはエラストマーなどからなる絶縁性樹脂７が充填され、この接合された半導体チップ１、２は、通常の半導体装置の製造と同様に、リードフレームからなるダイアイランド４上にボンディングされ、さらに各リード５と金線などのワイヤ６によりボンディングされ、モールド成形により形成される樹脂パッケージ８により周囲が被覆されている。そして、リードフレームから各リードが切断分離された後に、フォーミングされることにより、図１（ａ）に示されるような形状の半導体装置が得られる。
【００２５】
本発明の半導体装置によれば、第１バンプ電極１１の端部に段差が形成されているため、たとえ第１半導体チップ１の表面側にポリイミドなどの樹脂を塗布して硬化させる保護膜が形成される場合でも、第１バンプ電極１１の第２半導体チップ２との接合面には、樹脂をが付着することがない。すなわち、液状の樹脂を塗布すると、バンプ電極のように高い部分には表面張力などにより樹脂が上るが、第１バンプ電極には段差が形成されているため、樹脂が上ってきても、その段差部分で止まり、接着面であるトップ表面までは樹脂被膜が形成されない。その結果、バンプ電極の接合面は何ら害されることがなく、接合強度や接触抵抗などに支障を来すことはない。
【００２６】
一方、第１半導体チップと第２半導体チップとの電極端子の接続は、バンプ電極を構成する第１の金属と、第１の金属より融点の低い第２の金属により接着されるため、Ａｕなどの融点の高い金属材料によりバンプを形成しながら、３００℃程度の低い温度で接合することができる。この第２の金属は、前述の例のように、Ａｕに対して融点が低く、Ａｕと共に共晶合金を作りやすいＳｎ被膜を形成して、Ａｕ-Ｓｎ合金層を形成してもよく、直接Ａｕ-Ｓｎ合金のような低融点金属を設けて接着することもできる。
【００２７】
前述の例では、第１半導体チップおよび第２半導体チップの両方にバンプ電極が形成されていたが、バンプ電極は一方だけで、他方は配線または電極パッドと直接接合する構造で、その表面にＳｎ被膜が形成される場合でもよい。さらに、両方の半導体チップにバンプ電極が形成される場合、その両方のバンプ電極の周囲に段差部が形成されてもよいし、一方の半導体チップのバンプ電極のみに段差部が形成されてもよい。ポリイミドなどの保護膜が形成される状況に応じて形成される。
【００２８】
また、前述の例では、一方の半導体チップのバンプ電極を他方の半導体チップのバンプ電極より大きくし、第２の金属によりフィレットを形成するように接合されているが、このような接合をすることにより接着力が強く、強固な接続をすることができる。しかし、両方のバンプ電極の大きさがほぼ同じで、フィレットを形成しない接合の場合でも、ポリイミドなどの保護膜を一方の半導体チップに形成する場合には、その半導体チップのバンプ電極の外周部に段差を形成することができる。さらに、前述の例では、第１半導体チップ上に１個の第２半導体チップを接合する例であったが、子チップである第２半導体チップを複数個接合する場合でも同様である。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、半導体チップ表面にポリイミドなどからなる液状樹脂を塗布して硬化させる保護膜を形成する場合でも、その樹脂がバンプ電極の接着面に付着したり薄い被膜を形成することがなく、バンプ電極の接着強度を低下させたり、接触抵抗を増大させることがない。その結果、接着の信頼性を非常に向上させた半導体装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による半導体装置の一実施形態を示す断面説明図およびチップ同士を接続する際の側面の説明図である。
【図２】図１におけるバンプ電極の接合部の拡大断面説明図である。
【図３】セルフアライメントで接合する方法を説明する図である。
【図４】ポリイミドなどの保護膜が半導体チップ表面に設けられる場合の問題を説明する接合部の拡大断面図である。
【図５】従来のチップ同士を接続する工程の一例を説明する図である。
【符号の説明】
１ 第１半導体チップ
２ 第２半導体チップ
３ 合金層（第２の金属）
１１ 第１バンプ電極（第１の金属）
２１ 第２バンプ電極（第１の金属）
２１ａ Ｓｎ被膜（第３の金属）

Claims (3)

  1. 電極端子上にバンプ電極が設けられ、表面にポリイミド樹脂からなる保護膜が設けられる第１半導体チップの前記電極端子と、第２半導体チップの電極端子とが前記バンプ電極を介して接合されることにより形成される半導体装置であって、前記バンプ電極が第１の金属からなり、該バンプ電極の接合部が該第１の金属より融点の低い第２の金属層を介して接合され、かつ、前記バンプ電極の接合面における外周部の少なくとも一部に、中心部側より低くなり、前記ポリイミド樹脂の前記バンプ電極の接合面への這い上がりを防止する段差が形成されてなる半導体装置。
  2. 前記第１半導体チップが第１バンプ電極を有し、前記第２半導体チップが該第１バンプ電極より周囲長が小さい第２バンプ電極を有し、前記第１バンプ電極の周囲に前記段差が形成され、該第１バンプ電極と第２バンプ電極とがフィレットを形成するように前記第２の金属層により接合されてなる請求項１記載の半導体装置。
  3. 前記第１の金属がＡｕからなり、前記第２の金属がＡｕ-Ｓｎ合金層からなる請求項１または２記載の半導体装置。
JP2001325393A 2001-10-23 2001-10-23 半導体装置 Expired - Fee Related JP3787295B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001325393A JP3787295B2 (ja) 2001-10-23 2001-10-23 半導体装置
US10/274,952 US6781247B2 (en) 2001-10-23 2002-10-22 Semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001325393A JP3787295B2 (ja) 2001-10-23 2001-10-23 半導体装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2003133508A JP2003133508A (ja) 2003-05-09
JP3787295B2 true JP3787295B2 (ja) 2006-06-21

Family

ID=19141965

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001325393A Expired - Fee Related JP3787295B2 (ja) 2001-10-23 2001-10-23 半導体装置

Country Status (2)

Country Link
US (1) US6781247B2 (ja)
JP (1) JP3787295B2 (ja)

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001068311A1 (en) * 2000-03-10 2001-09-20 Chippac, Inc. Flip chip interconnection structure
US10388626B2 (en) 2000-03-10 2019-08-20 STATS ChipPAC Pte. Ltd. Semiconductor device and method of forming flipchip interconnect structure
JP4077261B2 (ja) * 2002-07-18 2008-04-16 富士通株式会社 半導体装置
JP2004140169A (ja) * 2002-10-17 2004-05-13 Rohm Co Ltd パッケージ型半導体装置
US7230331B2 (en) * 2003-04-22 2007-06-12 Industrial Technology Research Institute Chip package structure and process for fabricating the same
US7276801B2 (en) * 2003-09-22 2007-10-02 Intel Corporation Designs and methods for conductive bumps
DE102004005666B4 (de) * 2004-02-05 2008-05-29 Infineon Technologies Ag Hochfrequenzanordnung, Verfahren zur Herstellung einer Hochfrequenzanordnung und Verwendung der Hochfrequenzanordnung
JP4718809B2 (ja) 2004-08-11 2011-07-06 ローム株式会社 電子装置およびそれを用いた半導体装置、ならびに半導体装置の製造方法
JP4723312B2 (ja) * 2005-08-23 2011-07-13 ローム株式会社 半導体チップおよび半導体装置
JP4791104B2 (ja) * 2005-08-23 2011-10-12 ローム株式会社 半導体チップおよび半導体チップの製造方法
WO2007023747A1 (ja) * 2005-08-23 2007-03-01 Rohm Co., Ltd. 半導体チップおよびその製造方法ならびに半導体装置
JP4742844B2 (ja) * 2005-12-15 2011-08-10 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置の製造方法
JP2008096318A (ja) * 2006-10-13 2008-04-24 Fujitsu Media Device Kk 振動センサおよびその製造方法
JP2008218643A (ja) * 2007-03-02 2008-09-18 Fujitsu Ltd 半導体装置及びその製造方法
EP2206145A4 (en) * 2007-09-28 2012-03-28 Tessera Inc FLIP-CHIP CONNECTION WITH DOUBLE POSTS
JP5339800B2 (ja) 2008-07-10 2013-11-13 三菱電機株式会社 半導体装置の製造方法
US20100044860A1 (en) * 2008-08-21 2010-02-25 Tessera Interconnect Materials, Inc. Microelectronic substrate or element having conductive pads and metal posts joined thereto using bond layer
US8580607B2 (en) 2010-07-27 2013-11-12 Tessera, Inc. Microelectronic packages with nanoparticle joining
US8853558B2 (en) 2010-12-10 2014-10-07 Tessera, Inc. Interconnect structure
JP5772050B2 (ja) 2011-02-22 2015-09-02 富士通株式会社 半導体装置及びその製造方法、電源装置
US10886250B2 (en) 2015-07-10 2021-01-05 Invensas Corporation Structures and methods for low temperature bonding using nanoparticles
US9633971B2 (en) 2015-07-10 2017-04-25 Invensas Corporation Structures and methods for low temperature bonding using nanoparticles

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5886877A (en) * 1995-10-13 1999-03-23 Meiko Electronics Co., Ltd. Circuit board, manufacturing method therefor, and bump-type contact head and semiconductor component packaging module using the circuit board
JP3409957B2 (ja) * 1996-03-06 2003-05-26 松下電器産業株式会社 半導体ユニット及びその形成方法
JPH10303252A (ja) * 1997-04-28 1998-11-13 Nec Kansai Ltd 半導体装置
SG71734A1 (en) * 1997-11-21 2000-04-18 Inst Materials Research & Eng Area array stud bump flip chip and assembly process
US6248739B1 (en) * 1999-01-08 2001-06-19 Pharmacia & Upjohn Company Quinolinecarboxamides as antiviral agents
US6348739B1 (en) * 1999-04-28 2002-02-19 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Semiconductor device and method of manufacturing the same
JP2002289770A (ja) * 2001-03-27 2002-10-04 Nec Kansai Ltd 半導体装置
TW544901B (en) * 2001-06-13 2003-08-01 Matsushita Electric Ind Co Ltd Semiconductor device and manufacture thereof
US6583517B1 (en) * 2002-04-09 2003-06-24 International Business Machines Corporation Method and structure for joining two substrates with a low melt solder joint

Also Published As

Publication number Publication date
JP2003133508A (ja) 2003-05-09
US20030075791A1 (en) 2003-04-24
US6781247B2 (en) 2004-08-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3787295B2 (ja) 半導体装置
KR100846270B1 (ko) 반도체장치 및 그 제조방법
US5874784A (en) Semiconductor device having external connection terminals provided on an interconnection plate and fabrication process therefor
KR100344929B1 (ko) 반도체장치의 제조방법
JP3875077B2 (ja) 電子デバイス及びデバイス接続方法
JP2833996B2 (ja) フレキシブルフィルム及びこれを有する半導体装置
JP3723453B2 (ja) 半導体装置
WO2001026147A1 (fr) Dispositif a semi-conducteur, son procede de fabrication, carte de circuit imprime et dispositif electronique
JPWO2007023852A1 (ja) 半導体装置及びその製造方法
US20040222522A1 (en) Semiconductor device and manufacturing method of the same
JPH09148479A (ja) 樹脂封止型半導体装置及びその製造方法
JP2586344B2 (ja) キャリアフィルム
JP3942299B2 (ja) チップスケールパッケージの製造方法
JPH0797594B2 (ja) 半導体集積回路装置
JP3951462B2 (ja) 電子部品実装体及びその製造方法
JP2004063804A (ja) 半導体装置、積層型半導体装置およびそれらの製造方法
JP3443406B2 (ja) 樹脂封止型半導体装置
JP3417292B2 (ja) 半導体装置
CN105762087A (zh) 用于迹线上凸块芯片封装的方法和装置
JP4754763B2 (ja) 半導体装置
JP2001094004A (ja) 半導体装置、外部接続端子構造体及び半導体装置の製造方法
CN100474543C (zh) 半导体装置及其制造方法
JP2001127102A (ja) 半導体装置およびその製造方法
JP3947436B2 (ja) 半導体装置
JP3308849B2 (ja) 半導体装置の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20040520

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20051028

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20051122

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20060123

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20060307

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20060324

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090331

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120331

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130331

Year of fee payment: 7

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees