JP4765804B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体チップとセラミックパッケージとを、それぞれの電極を有する面を対向させた状態で当該両電極を電気的に接合してなる半導体装置に関する。

従来より、この種の半導体装置としては、一面に複数個のチップ電極を有する半導体チップと、セラミックを焼成してなり一面に複数個のパッケージ電極を有するパッケージとを備え、半導体チップの一面をパッケージの一面に対向させるとともに個々のチップ電極とパッケージ電極とを位置合わせした状態で、半導体チップをパッケージに搭載し、各一面の両電極同士をバンプを介して電気的に接続してなるものが提案されている（たとえば、特許文献１〜４参照）。

それによれば、従来一般的に行われていた半導体チップとパッケージとをボンディングワイヤにて電気的に接続する場合に比べて、ボンディングワイヤのためのスペースを無くして、装置の体格の小型化を図ることができる。
特開平８−３０７０４３号公報 特開平９−１８１１２０号公報 特開平１１−８２７０号公報 特開２０００−２０８６７５号公報

しかしながら、上記した従来の構成の場合、半導体チップの一面は非常に平坦であるものの、パッケージはセラミックの焼成体で形成されるため、焼成による収縮ばらつきなどによって、パッケージの一面の高さばらつきは、非常に大きいものとなる。

具体的には、一般的な表面形状測定方法を用いて本発明者が検討したところ、通常のパッケージの一面における高さばらつきは、当該一面の最も高い部位と最も低い部位との差として、１５μｍ以上であった。

図９は、このパッケージ２０の高さばらつきＴを示す図であり、上記従来技術に基づいて本発明者が試作した試作品としての半導体装置の要部概略断面図である。パッケージ２０の一面２１には、複数個のパッケージ電極２２が設けられ、半導体チップ１０の一面１１には、複数個のチップ電極１２が設けられている。

そして、これらパッケージ２０の一面２１と半導体チップ１０の一面１１とが対向して配置され、各一面１１、２１におけるパッケージ電極２２とチップ電極１２とが位置あわせされている。そして、これら両電極１２、２２の間は、金などよりなるバンプ３１により接続されている。

しかし、上述したように、パッケージ２０の一面２１の高さばらつきＴが大きい場合、従来の方法では、図９に示されるように、パッケージ２０の一面２１において低い位置に存在するパッケージ電極２２ｂとこれに対向するチップ電極１２との間では、バンプ３０を介した接触がなされず、これら両電極１２、２２の電気的な接合がなされない場合が起こりうる。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、半導体チップとセラミックパッケージとを、それぞれの電極を有する面を対向させた状態で当該両電極を電気的に接合してなる半導体装置において、パッケージの一面に高さばらつきがあっても、当該一面における高さの異なる部位に渡って半導体チップを電気的に接合できるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、前記パッケージ（２０）として、個々の前記パッケージ電極（２２）の表面上に導電性接着剤（３０）が形成されたものを用意するとともに、前記半導体チップ（１０）として、個々の前記チップ電極（１２）の表面上に導電性のバンプ（３１）が形成されたものを用意し、
半導体チップ（１０）をパッケージ（２０）に搭載する工程では、パッケージ（２０）の一面（２１）において最も低い位置に存在するパッケージ電極（２２ｂ）とこれに対向するチップ電極（１２）とが導電性接着剤（３０）およびバンプ（３１）を介して接触するように、半導体チップ（１０）とパッケージ（２０）とを互いに押し付け合って、バンプ（３１）を導電性接着剤（３０）に突き刺して、導電性接着剤（３０）およびバンプ（３１）を両電極（１２、２２）が近づく方向に変形させることにより、すべての両電極（１２、２２）を導電性接着剤（３０）およびバンプ（３１）を介して接触させ、
さらに、パッケージ電極（２２）の表面上に導電性接着剤（３０）が形成されたパッケージ（２０）を用意するとき、パッケージ（２０）の一面（２１）において比較的高い位置に存在するパッケージ電極（２２ａ）では、それより低い位置に存在するパッケージ電極（２２ｂ）よりも、導電性接着剤（３０）の全体高さを低くして導電性接着剤（３０）の量を少なくすることを特徴とする。

本発明では、チップ電極（１２）とパッケージ電極（２２）との間に導電性接着剤（３０）およびバンプ（３１）を介在させ、これを変形させる。それによって、複数個のパッケージ電極（２２）のうち最も低い位置にあるパッケージ電極（２２ｂ）すなわちチップ電極（１２）との距離が最も大きなパッケージ電極（２２ｂ）に対して、チップ電極（１２）が導電性接着剤（３０）およびバンプ（３１）を介して接触するようにする。このようにすれば、パッケージ（２０）の一面（２１）に高さばらつきがあっても、当該一面（２１）における高さの異なる部位に渡って半導体チップ（１０）を電気的に接合することができる。

また、請求項１に記載の発明においては、パッケージ（２０）の一面（２１）において比較的高い位置に存在するパッケージ電極（２２ａ）では、それより低い位置に存在するパッケージ電極（２２ｂ）よりも、導電性接着剤（３０）の全体高さを低くして導電性接着剤（３０）の量を少なくするので、導電性接着剤（３０）のはみ出しなどの不具合を防止することが可能となる。

また、請求項１に記載の発明においては、請求項２に記載の発明のように、半導体チップ（１０）をパッケージ（２０）に搭載する工程で、半導体チップ（１０）の一面（１１）とパッケージ（２０）の一面（２１）との間においてチップ電極（１２）およびパッケージ電極（２２）が位置する部位以外の部位に、補強用接着剤（４０）を介在させ、この補強用接着剤（４０）を介して半導体チップ（１０）の一面（１１）とパッケージ（２０）の一面（２１）とを接触させれば、上記した補強用接着剤（４０）による効果を持った半導体装置を適切に製造することができる。

また、上記した発明は、パッケージ（２０）の一面（２１）に存在する高さばらつきが、当該一面（２１）における最も高い部位と最も低い部位との差として１５μｍ以上のものであるものに対して、特に有効である。
なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置Ｓ１の全体の概略断面構成を示す図であり、図２は、図１中の半導体装置Ｓ１の概略上面図であり、当該半導体装置Ｓ１において蓋２６を取り外した状態を示している。

この半導体装置Ｓ１は、大きくは、半導体チップ１０とパッケージ２０とを接合部材３０を介して電気的に接続するとともに、半導体チップ１０をパッケージ２０に収納したものである。

ここで、半導体チップ１０は、通常の半導体プロセスにより形成されたシリコン半導体チップなどよりなる板状のものであり、具体的には、回路チップや、加速度や角速度などを検出するセンサチップなどとして構成されたものである。この半導体チップ１０の一面１１には、アルミニウム（Ａｌ）や金（Ａｕ）などよりなるチップ電極１２が複数個設けられている。

なお、接合部材３０は、これら複数個のチップ電極１２とこれに対向するパッケージ電極２２との間に介在し、これら両電極１２、２２を電気的に接続している。これらパッケージ電極２２および接合部材３０の詳細については後述する。ここで、図２では、接合部材３０は破線円にて示し、これによって接続された両電極１２、２２は省略してあるが、図２における当該両電極１２、２２の位置は、接合部材３０に対応している。

また、パッケージ２０は、セラミックを焼成してなるものである。ここでは、パッケージ２０は、アルミナなどのセラミック層が複数積層された積層基板として構成されており、半導体チップ１０を収納する空間となる開口部２５を有するものである。このような積層基板は、セラミックのグリーンシートに配線パターンを形成した後、これらを積層して焼成することにより作製される。

このパッケージ２０においては、図１、図２に示されるように、接合面２１が備えられている。この接合面２１は、半導体チップ１０が搭載される面であって半導体チップ１０と電気的な接合を行う面である。ここでは、パッケージ２０の開口部２５の側面に段差が設けられており、この段差部分の面２１が接合面２１として構成されている。

そして、この接合面２１には、複数個のパッケージ電極２２が設けられている。このパッケージ電極２２は、パッケージ２０内部に位置するスルーホールとして構成された内層配線２３を介して、パッケージ２０の裏面（図１中の下面）側に位置する裏面電極２４と電気的に接続されている。

なお、パッケージ電極２２および裏面電極２４は、パッケージ２０における表層の電極であって金などよりなるものであり、内層配線２３は、たとえばタングステンにニッケル金メッキを施したものよりなる。このようなパッケージ２０における電極や配線２２〜２４は、上記の積層基板の作製工程において通常の手法により形成が可能である。

そして、図１、図２に示されるように、本半導体装置Ｓ１においては、半導体チップ１０の一面１１とパッケージ２０の接合面２１とが対向しており、個々のチップ電極１２とパッケージ電極２２とが位置合わせされた状態となっている。このような状態で、半導体チップ１０がパッケージ２０の開口部２５内に搭載されている。

そして、上述したが、互いに対向する個々のチップ電極１２とパッケージ電極２２との間には、それぞれ接合部材３０が介在しており、この接合部材３０により両電極１２、２２同士が電気的に接続されている。また、この接合部材３０により、半導体チップ１０は接合面２１上に固定され支持されている。

ここで、図３は、これらチップ電極１２とパッケージ電極２２との接合部材３０を介した接合部の拡大断面図である。本実施形態では、パッケージ２０をセラミックを焼成してなるものとしているがゆえに、焼成前に比べて収縮が発生する。そして、このとき、収縮ばらつき、特に、内層配線２３などの異種材料が混在することによる収縮の差などに起因するばらつきが発生する。

それゆえ、本実施形態においても、上述したように、パッケージ２０の接合面２１には、高さばらつきＴが存在する。図３では、接合面２１に位置する複数個のパッケージ電極２２のうち最も高い位置にあるパッケージ電極２２ａと、最も低い位置にあるパッケージ電極２２ｂとが示されている。

つまり、図３では、接合面２１における最も高い部位と最も低い部位との差として、接合面２１における最大の高さばらつきＴが示されており、この最大の高さばらつきＴは、通常１５μｍ以上になる。

本実施形態の接合部材３０は、このような高さばらつきＴを吸収可能なものとして導電性接着剤３０を採用している。導電性接着剤３０は、半導体チップ１０のパッケージ２０への搭載時に変形可能な導電性のものである。そして、この導電性接着剤３０の変形によりパッケージ２０の接合面２１に存在する高さばらつきＴが吸収されている。

つまり、本実施形態では、複数個のパッケージ電極２２のうち最も高い位置にあるパッケージ電極２２ａと最も低い位置にあるパッケージ電極２２ｂを含めて、すべてのパッケージ電極２２が、それぞれに対向するチップ電極１２に対して導電性接着剤３０を介して接触し、電気的に接続されている。

このような導電性接着剤３０は、樹脂の中に導電性のフィラーを混在させたものであり、加熱して硬化させることで電気的および機械的な接合機能を発揮するものである。ここで、樹脂としては、ポリイミド系樹脂やエポキシ系樹脂などの熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂が挙げられ、フィラーとしては銀や銅などが挙げられる。

なお、この導電性接着剤３０の平面形状は、図２中の破線円に示されるように円形であるが、長方形もしくは正方形などであってもよい。また、導電性接着剤３０のフィラーとしては、これらの形状における直径もしくは最小辺の１／５以下の粒径であることが好ましい。このような粒径のフィラーとすることにより、導電性接着剤３０のサイズ内においてフィラー同士の接触による導電性を適切に発揮することができる。

また、図１に示されるように、パッケージ２０の開口部２５には、蓋２６が取り付けられている。この蓋２６は、溶接やロウ付けなどにより形成された接合部２６ａを介してパッケージ２０に固定されている。この蓋２６は、金属、樹脂、セラミックなど何でもよく、そして、この蓋２６によってパッケージ２０の内部が封止され、半導体チップ１０は外部から保護されている。

次に、図４も参照して本実施形態の半導体装置Ｓ１の製造方法について述べる。図４（ａ）、（ｂ）は、上記図３に対応した断面にて本製造方法を示す工程図である。つまり、図４においても、パッケージ２０の接合面２１に位置するパッケージ電極２２のうち最も高い位置にあるパッケージ電極２２ａと、最も低い位置にあるパッケージ電極２２ｂとが示され、高さばらつきＴとして最大値が示されている。

まず、本製造方法では、上記図１、図２に示したような一面１１に複数個のチップ電極１２を有する半導体チップ１０と、セラミックを焼成してなり接合面２１に複数個のパッケージ電極２２を有するパッケージ２０とを用意する。

次に、図４（ａ）に示されるように、パッケージ２０の接合面２１において、接合部材としての導電性接着剤３０を、個々のパッケージ電極２２の表面上に配設する。導電性接着剤３０の配設は、ディスペンス法、印刷法、ポッティング、あるいはシート状に成形した導電性接着剤３０を貼り付けるなどの方法により行うことができる。

ここでは、図４（ａ）に示されるように、接合面２１のうち高い位置に存在するパッケージ電極２２ａにおける導電性接着剤３０の全体高さｔａを、それより低い位置に存在するパッケージ電極２２ｂにおける導電性接着剤３０の全体高さｔｂよりも低くなるように、導電性接着剤３０を形成する。

特に、ここでは、図４（ａ）に示されるように、複数個のパッケージ電極２２に配設されたすべての導電性接着剤３０の頂点が、実質的に同一の高さとなるようにしている。このような配設時における各導電性接着剤３０について、具体的な寸法の一例を挙げておくと、その最大径ｄは５０μｍ〜２００μｍ程度であり、全体高さｔａ、ｔｂは、接合強度と接続抵抗を確保できる高さとして１０μｍ〜１００μｍ程度である。

ただし、すべての導電性接着剤３０の頂点を同一の高さとするために、低い位置に存在するパッケージ電極２２ｂにおける導電性接着剤３０の全体高さｔｂは、高い位置に存在するパッケージ電極２２ａにおける導電性接着剤３０の全体高さｔａに加えて、高さばらつきＴの分を加えることが必要である。

このようにして、導電性接着剤３０の配設を行った後、次に、半導体チップ１０をパッケージ２０に搭載する工程を行う。つまり、図４に示されるように、半導体チップ１０の一面１１をパッケージ２０の接合面２１に対向させるとともに個々のチップ電極１２とパッケージ電極２２との位置合わせを行った状態で、半導体チップ１０をパッケージ２０に搭載する。

こうして、個々のチップ電極１２とパッケージ電極２２との間に、導電性接着剤３０を介在させる。この状態で、半導体チップ１０とパッケージ２０とを互いに押し付け合う。具体的には、半導体チップ１０に荷重を加えて、これをパッケージ２０の方向に押し付ける。

そして、この押しつけにより、図４（ｂ）に示されるように、接合面２１において最も低い位置に存在するパッケージ電極２２ｂとこれに対向するチップ電極１２とが導電性接着剤３０を介して接触するように、各導電性接着剤３０を、両電極１２、２２が近づく方向つまり両面１１、２１が近づく方向に変形させる。

このとき、具体的には、最も高い位置に存在するパッケージ電極２２ａにおける導電性接着剤３０を、一番先にチップ電極１２に接触させ、当該導電性接続部材３０をさらに押しつぶすように変形させ続けることにより、最も低い位置に存在するパッケージ電極２２ｂにおける導電性接着剤３０がチップ電極１２に接触する。

特に、本実施形態では、すべての導電性接着剤３０の頂点を同一の高さとしている。そのため、この最も高い位置に存在するパッケージ電極２２ａにおける導電性接着剤３０の変形量は、接合面２１に存在する高さばらつきＴの最大値、すなわち接合面２１における最も高い部位と最も低い部位との差以上のものとなる。

こうして、図４（ｂ）に示されるように、すべてのチップ電極１２とパッケージ電極２２との組が、導電性接着剤３０を介して接触した状態となる。そして、この状態で、たとえば１５０℃、５時間以内で加熱処理を行い、導電性接着剤３０を硬化させる。こうして、両電極１２、２２が導電性接着剤３０を介して電気的に接続される。その後は、上記蓋２６の取付などを行うことで、本半導体装置Ｓ１ができあがる。

ところで、本実施形態によれば、個々のチップ電極１２とパッケージ電極２２との間に、導電性接着剤３０を介在させ、これを変形させることによって、複数個のパッケージ電極２２のうち最も低い位置にあるパッケージ電極２２ｂすなわちチップ電極１２との距離が最も大きなパッケージ電極２２ｂに対して、チップ電極１２が接合部材３０を介して接触するようにしている。

このように、半導体チップ１０のパッケージ２０への搭載時に、導電性接着剤３０を大きく変形させて、高さばらつきＴを吸収するようにしているため、パッケージ２０の接合面２１に高さばらつきＴがあっても、当該接合面２１における高さの異なる部位に渡って半導体チップ１０を電気的に接合することができる。

特に、上述したように、この種のパッケージ２０では、接合面２１に存在する高さばらつきＴは、当該接合面２１における最も高い部位と最も低い部位との差として１５μｍ以上のものが通常であり、この高さばらつきＴが１５μｍよりも大きくなるにつれて、本実施形態の有効性が増していく。

また、本実施形態の製造方法では、半導体チップ１０の一面１１とパッケージ２０も接合面２１とを対向させる前に、導電性接着剤３０を個々のパッケージ電極２２の表面上に形成しているが、この導電性接着剤３０の形成工程では、接合面２１において高い位置に存在するパッケージ電極２２ａでは、それより低い位置に存在するパッケージ電極２２ｂよりも、導電性接着剤３０の全体高さｔａ、ｔｂを低くなるようにしている。

この場合、上記図４に示される２つの導電性接着剤３０だけでなく、導電性接着剤３０が設けられるパッケージ電極２２における接合面２１上の位置が高くなるほど、パッケージ電極２２上の導電性接着剤３０の全体高さを低くすることを意味する。上記製造方法からわかるように、導電性接着剤３０の変形は、高い位置に存在するパッケージ電極２２に配設されたものほど大きくなる。

そこで、このように導電性接着剤３０の全体高さを、接合面２１における位置によって変えてやれば、比較的高位置に存在し変形の大きな導電性接着剤３０の量を、比較的低位置に存在し変形の小さな導電性接着剤３０の量よりも少なくすることができる。その結果、本実施形態によれば、当該変形による導電性接着剤３０のはみ出しなどの不具合を防止することが可能となる。

なお、本実施形態においては、接合部材として導電性接着剤３０を用い、チップ電極１２とパッケージ電極２２との間に導電性接着剤３０を介在させるにあたって、パッケージ電極２２側に導電性接着剤３０を設けたが、これに代えて、導電性接着剤３０を、上記同様のディスペンス法などによって、チップ電極１２の表面上に配設してもよい。

この場合にも、接合面２１において最も低い位置に存在するパッケージ電極２２ｂとこれに対向するチップ電極１２とが導電性接着剤３０を介して接触するように、導電性接着剤３０を両電極１２、２２が近づく方向に変形させれば、両電極１２、２２の導電性接着剤３０を介した電気的な接続が実現できる。

（第２実施形態）
図５は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置の製造方法の要部を示す工程図である。ここで、図５（ｂ）は、本製造方法により製造された半導体装置におけるチップ電極１２とパッケージ電極２２との接合部を拡大して示す断面図である。なお、以下の各実施形態に示す図では、半導体装置の要部を示しているが、図に示されていない部分は、上記図１、図２のものと同様である。

本実施形態も、上記第１実施形態と同様に、接合部材として導電性接着剤３０を用い、チップ電極１２とパッケージ電極２２とを電気的に接続するものである。ここにおいて、本実施形態が上記第１実施形態と相違するところは、チップ電極１２にバンプ３１が接合され、このバンプ３１とパッケージ電極２２とが導電性接着剤３０を介して接続されている点である。

これは、チップ電極１２は、上述したように、アルミニウムや金などよりなるが、アルミニウムの場合、酸化しやすいため、金などよりなるバンプ３１を介して接合する方が、チップ電極１２の酸化を防止できるためである。このようなバンプ３１は、金などのワイヤを素材とし、ワイヤボンディング装置を用いた方法により、チップ電極１２の表面上に形成することができる。

また、本実施形態が上記第１実施形態と相違するもう一つの点は、半導体チップ１０の一面１１とパッケージ２０の接合面２１との間において、チップ電極１２およびパッケージ電極２２が位置する部位以外の部位に、補強用接着剤４０が介在している点である。そして、この補強用接着剤４０により半導体チップ１０の一面１１とパッケージ２０の接合面２１とが接合されている。

本実施形態の製造方法は、上記第１実施形態に示した製造方法において、これらバンプ３１および補強用接着剤４０の形成工程を追加したものである。つまり、本実施形態では、上記パッケージ２０を用意するとともに、半導体チップ１０としては、バンプ３１が設けられたものを用意する。

このバンプ３１は、上述したようにワイヤボンディング法などにてチップ電極１２の表面に形成するが、たとえばアルミニウムよりなるチップ電極１２に対して最大径１５０μｍ以下のものとする。また、各バンプ３１間の高さの均一化などのために、各バンプ３１の先端部を平坦化する平坦化処理を行うことが望ましい。この平坦化は、表面粗度が５μｍ以下である例えばＳｉ等よりなる基材を用いて、バンプ１個当たり１〜１０Ｎ以下の荷重で行う。

そして、上記第１実施形態と同様に、パッケージ電極２２に導電性接着剤３０を配設する。また、このとき、図５（ａ）に示されるように、補強用接着剤４０も、接合面２１のうちパッケージ電極２２以外の部位に配設する。この補強用接着剤４０についても、導電性接着剤３０の場合と同様に、接合面２１の高さばらつきＴを考慮した形状とする。

ここで、補強用接着剤４０としては、導電性でも非導電性でもよいが、導電性接着剤３０と同様に、半導体チップ１０の搭載時に変形するとともに硬化させることで接着機能を持つものがよい。

導電性の補強用接着剤４０としては、上記導電性接着剤３０と同様のものを採用できる。この場合、両接着剤３０、４０を同じものにできるので、これら接着剤の配設工程の簡略化が期待できるが、短絡しないように補強用接着剤４０を導電性接着剤３０や各電極１２、２２から離した状態で、配置することが必要である。

また、非導電性の補強用接着剤４０としては、ポリアミド系樹脂やエポキシ系樹脂などよりなるものが挙げられる。そして、非導電性の場合には補強用接着剤４０は、導電性接着剤３０や各電極１２、２２に接触してもよい。

ただし、補強用接着剤４０は、非導電性であっても極力はみ出しを防止することが好ましく、そのような観点から、導電性および非導電性のいずれの場合であっても、硬化前の粘度が１００Ｐａ・ｓ以上であるものが望ましい。

こうして、図５（ａ）に示されるように、半導体チップ１０とパッケージ２０との間に、導電性接着剤３０および補強用接着剤４０を介在させた状態とし、続いて、上記第１実施形態と同様に、半導体チップ１０とパッケージ２０とを互いに押し付け合う。

それにより、図５（ｂ）に示されるように、すべてのチップ電極１２とパッケージ電極２２との組が、導電性接着剤３０を介して接触する。また、補強用接着剤４０を介して半導体チップ１０の一面１１とパッケージ２０の接合面２１とが接触する。

そして、この状態で、たとえば１５０℃、５時間以内で加熱処理を行い、導電性接着剤３０および補強用接着剤４０を硬化させる。こうして、両電極１２、２２が導電性接着剤３０を介して電気的に接続されるとともに、補強用接着剤４０により半導体チップ１０の一面１１とパッケージ２０の接合面２１とが接合され、本実施形態の半導体装置ができあがる。

このように、本実施形態によれば、補強用接着剤４０によって、半導体チップ１０の一面１１とパッケージ２０の接合面２１との接合面積が増加し、これら両部材１０、２０の機械的な接合強度が補強される。

なお、上記図５では、補強用接着剤４０をパッケージ２０の接合面２１側に設けたが、半導体チップ１０の一面１１側に設けてもよい。この場合も、補強用接着剤４０を、チップ電極１２およびバンプ３１から外して配置することにより、半導体チップ１０の一面１１とパッケージ２０の接合面２１との間において、チップ電極１２およびパッケージ電極２２が位置する部位以外の部位に、補強用接着剤４０を介在させればよい。

また、本実施形態においては、補強用接着剤４０は、上述のように、半導体チップ１０のパッケージ２０への搭載前に配設してもよいが、半導体チップ１０とパッケージ２０とを、導電性接着剤３０を介して接続した後、すなわち導電性接着剤３０を硬化させた後に、補強用接着剤４０を配設してもよい。

この場合には、よく知られている半導体装置におけるアンダーフィル樹脂のように、上記接続後における半導体チップ１０の端部から、半導体チップ１０とパッケージ２０との隙間に補強用接着剤４０を注入し、当該注入後、これを硬化させることにより、補強用接着剤４０の形成が可能となる。

なお、本実施形態においては、この補強用接着剤４０は省略してもよい。また、この補強用接着剤４０は上記第１実施形態において適用することも可能である。

（第３実施形態）
図６は、本発明の第３実施形態に係る半導体装置の製造方法の要部を示す工程図である。ここで、図６（ｂ）は、本製造方法により製造された半導体装置におけるチップ電極１２とパッケージ電極２２との接合部を拡大して示す断面図である。

上記各実施形態では、半導体チップ１０の搭載前の導電性接着剤３０の全体高さを、接合面２１における位置によって変えていたが、本実施形態は、すべての導電性接着剤３０で全体高さおよび量を実質的に同じにしたものである。それによれば、各導電性接着剤３０の供給量を、接合面２１上の位置によって変えなくてもよく、同一にできるため、当該供給の簡略化が見込まれる。

図６に示される例では、上記第２実施形態と同様に、チップ電極１２に接合されたバンプ３１とパッケージ電極２２とを導電性接着剤３０により接続するとともに、補強用接着剤４０による接続を行っている。

ここで、図６（ａ）に示されるように、導電性接着剤３０の全体高さが、接合面２１の各パッケージ電極２２において略同一となるように、導電性接着剤３０の配設を行う。そのため、各導電性接着剤３０の頂点の高さは、当然ながら上記各実施形態とは違ってばらついたものとなり、接合面２１の高さばらつきＴにほぼ対応したものとなる。

そして、本実施形態においても、導電性接着剤３０および補強用接着剤４０の配設後、上記第１実施形態と同様に、半導体チップ１０とパッケージ２０とを互いに押し付け合い、図６（ｂ）に示されるように、導電性接着剤３０を介した両電極１２、２２の接触、および、補強用接着剤４０を介した半導体チップ１０とパッケージ２０との接触を実現する。その後は、上記同様に、導電性接着剤３０および補強用接着剤４０を硬化させることで、本実施形態の半導体装置ができあがる。

なお、本実施形態においては、半導体チップ１０の搭載前における導電性接着剤３０のすべての全体高さと量を実質的に同一とすることを要部とするものであり、たとえば、上記図６に示される構成や製造方法において、補強用接着剤４０を省略したり、チップ電極１２側のバンプ３１を省略したものであってもよい。

（第４実施形態）
図７は、本発明の第４実施形態に係る半導体装置の製造方法の要部を示す工程図である。ここで、図７（ｂ）は、本製造方法により製造された半導体装置におけるチップ電極１２とパッケージ電極２２との接合部を拡大して示す断面図である。

本実施形態の半導体装置は、上記各実施形態とは異なり、接合部材としてバンプ３１を用いて、チップ電極１２とパッケージ電極２２とを電気的に接続したものである。この場合の製造方法としては、まず、図７（ａ）に示されるように、チップ電極１２の表面にバンプ３１が形成された半導体チップ、および、パッケージ電極２２の表面にバンプ３１が形成されたパッケージ２０を用意する。

本実施形態のバンプ３１は、上記実施形態に示した導電性のバンプ３１と同様であり、ワイヤボンディング法などにより形成された金バンプなどである。このバンプ３１は、チップ電極１２側およびパッケージ電極２２側ともに、最大径が１５０μｍ以下のものである。

また、本実施形態では、好ましい形態として、チップ電極１２側のバンプ３１、または、パッケージ電極２２側のバンプ３１、もしくはこれら両方のバンプ３１に対して、その先端部の平坦化処理を行う。

これは、両バンプ３１の先端部を接触させて変形することで両電極１２、２２の接合を行うのであるが、バンプ３１の先端部を平坦面とすれば、当該先端部同士のすべりによる位置ずれを抑制することが容易になるためである。

ただし、この平坦化の荷重が大きいと、半導体チップ１０の搭載時におけるバンプ３０の変形が少なくなって上記高さばらつきＴの吸収が不十分になる可能性がある。そのため、平坦化を行うにあたっては、この点に注意が必要である。なお、この平坦化は、上記したような位置ずれを防止したり、バンプ３１の高さを揃えたりするために行うものであり、場合によっては行わなくてもよい。

このようにして、接合部材としてのバンプ３１が設けられた半導体チップ１０およびパッケージ２０を用いて、半導体チップ１０の搭載を行う。このとき、図７（ａ）に示される例では、パッケージ２０の接合面２１側の各バンプ３１は、その全体高さが略同一なものであるが、上記第１実施形態における導電性接着剤３０の場合と同様に、高さばらつきＴに応じて個々のバンプ３１の全体高さを変えてもよい。また、上記補強用接着剤４０をパッケージ２０の接合面２１に配設しておく。

そして、図７（ａ）に示される状態から、半導体チップ１０とパッケージ２０とを互いに押し付け合う。それにより、対向するバンプ３１の先端部同士が接触し、さらにバンプ３１が両電極１２、２２が近づく方向につぶれて変形する。

こうして、図７（ｂ）に示されるように、バンプ３１を介した両電極１２、２２の接触、および、補強用接着剤４０を介した半導体チップ１０とパッケージ２０との接触を実現する。

その後は、接触したバンプ３１間で超音波接合を行って当該バンプ３１同士を電気的・機械的に接合し、また、上記同様に補強用接着剤４０を硬化させることによって、バンプ３１を介して両電極１２、２２が電気的に接続されてなる本実施形態の半導体装置ができあがる。

ここで、バンプ３１として金バンプを用いる場合において、上記超音波接合の条件の一例を挙げると、ピーク荷重：１個のバンプ当たりで０．１Ｎ〜５Ｎ、ツール振幅：０．１μｍ〜５μｍ、時間：０．１秒〜２秒、半導体チップ側温度：５０℃〜２００℃、パッケージ側温度：５０℃〜２００℃である。

なお、本実施形態において、上記図７に示される例では、半導体チップ１０の一面１１をパッケージ２０の接合面２１に対向させる前に、バンプ３１を、チップ電極１２の表面およびパッケージ電極２２の表面の両方に形成したが、このバンプ３１は、どちらか一方、すなわち、チップ電極１２の表面のみに形成してもよいし、パッケージ電極２２の表面のみに形成してもよい。

図８は、接合部材としてバンプ３１を用いる本実施形態において、チップ電極１２側のみにバンプ３１を形成した場合の製造方法を示す工程図である。なお、この図８では、補強用接着剤４０は省略した構成としているが、上述したように、補強用接着剤４０は半導体チップ１０とパッケージ２０との接合における補強を担うものであり、本実施形態においても、場合に応じて省略してもよい。

この図８に示される例においても、上記図７に示される例と同様に、接合面２１において最も低い位置に存在するパッケージ電極２２ｂとこれに対向するチップ電極１２とがバンプ３１を介して接触するように、バンプ３１を両電極１２、２２が近づく方向に変形させれば、両電極１２、２２のバンプ３１を介した電気的な接続が実現できる。

（他の実施形態）
なお、パッケージ２０としては、セラミックを焼成してなり一面に複数個のパッケージ電極を有するものであればよく、上記したような開口部２５（図１参照）を有する積層基板としてのパッケージ２０に限定されるものではない。

たとえば、パッケージとして平坦な単層の板状のものを採用し、その一面にパッケージ電極を設ければ、この一面が半導体チップ１０が搭載される一面として構成されたものとなる。また、上記開口部２５を有するパッケージにおいて、開口部２５の底面にパッケージ電極を設け、この底面を、半導体チップ１０が搭載される一面としてもよい。

本発明の第１実施形態に係る半導体装置の全体概略断面図である。 図１中の半導体装置の概略上面図である。 チップ電極とパッケージ電極との接合部の拡大断面図である。 第１実施形態の半導体装置の製造方法を示す工程図である。 本発明の第２実施形態に係る半導体装置の製造方法の要部を示す工程図である。 本発明の第３実施形態に係る半導体装置の製造方法の要部を示す工程図である。 本発明の第４実施形態に係る半導体装置の製造方法の要部を示す工程図である。 第４実施形態に係るもうひとつの半導体装置の製造方法の要部を示す工程図である。 本発明者が試作した試作品としての半導体装置の要部概略断面図である

符号の説明

１０…半導体チップ、１１…半導体チップの一面、１２…チップ電極、
２０…パッケージ、２１…パッケージの接合面、２２…パッケージ電極、
３０…接合部材としての導電性接着剤、３１…接合部材としてのバンプ、
４０…補強用接着剤。

Claims (3)

1. 一面（１１）に複数個のチップ電極（１２）を有する半導体チップ（１０）と、セラミックを焼成してなり一面（２１）に複数個のパッケージ電極（２２）を有するパッケージ（２０）とを用意し、
   前記半導体チップ（１０）の前記一面（１１）を前記パッケージ（２０）の前記一面（２１）に対向させるとともに個々の前記チップ電極（１２）と前記パッケージ電極（２２）との位置を合わせた状態で、前記半導体チップ（１０）を前記パッケージ（２０）に搭載し、前記両電極（１２、２２）を電気的に接続してなる半導体装置の製造方法において、
   前記パッケージ（２０）として、個々の前記パッケージ電極（２２）の表面上に導電性接着剤（３０）が形成されたものを用意するとともに、前記半導体チップ（１０）として、個々の前記チップ電極（１２）の表面上に導電性のバンプ（３１）が形成されたものを用意し、
   前記半導体チップ（１０）を前記パッケージ（２０）に搭載する工程では、前記パッケージ（２０）の前記一面（２１）において最も低い位置に存在する前記パッケージ電極（２２ｂ）とこれに対向する前記チップ電極（１２）とが前記導電性接着剤（３０）および前記バンプ（３１）を介して接触するように、前記半導体チップ（１０）と前記パッケージ（２０）とを互いに押し付け合って、前記バンプ（３１）を前記導電性接着剤（３０）に突き刺して、前記導電性接着剤（３０）および前記バンプ（３１）を前記両電極（１２、２２）が近づく方向に変形させることにより、すべての前記両電極（１２、２２）を前記導電性接着剤（３０）および前記バンプ（３１）を介して接触させ、
   さらに、前記パッケージ電極（２２）の表面上に前記導電性接着剤（３０）が形成された前記パッケージ（２０）を用意するとき、前記パッケージ（２０）の前記一面（２１）において比較的高い位置に存在する前記パッケージ電極（２２ａ）では、それより低い位置に存在する前記パッケージ電極（２２ｂ）よりも、前記導電性接着剤（３０）の全体高さを低くして前記導電性接着剤（３０）の量を少なくすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記半導体チップ（１０）を前記パッケージ（２０）に搭載する工程では、前記半導体チップ（１０）の前記一面（１１）と前記パッケージ（２０）の前記一面（２１）との間において、前記チップ電極（１２）および前記パッケージ電極（２２）が位置する部位以外の部位に、補強用接着剤（４０）を介在させ、この補強用接着剤（４０）を介して前記半導体チップ（１０）の前記一面（１１）と前記パッケージ（２０）の前記一面（２１）とを接触させることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記パッケージ（２０）の前記一面（２１）に存在する高さばらつきは、当該一面（２１）における最も高い部位と最も低い部位との差として１５μｍ以上のものであることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。

Images