JPH02239627A - 半導体チップの電極形成方法 - Google Patents
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
ップ電極を形成する方法に関する。
来、大別してワイヤボンディング方式.フィルムキャリ
ア方式,フリップチップ方式が知られている.第4図(
A)〜(C)は、これらの方式について半導体チップの
実装状態を示した模式断面図である.第4図(A)はワ
イヤボンディング方式であり、基板30上の導電パター
ン31と半導体チップ32表面の電極パンド33をワイ
ヤ34を用いて接続している。このワイヤボンディング
方式は古くから採用され、半導体チップの実装の90%
以上にこの方式が採用されている.これに対して第3図
(B)のフィルムキャリア方式は、基板30とチップ3
2表面のバンプ35を対向させてフィルムリード36を
用いてチンブ32を導電パターン31に接続する.第4
図(C)はフリップチップ方式の代表的な例を示し、半
導体チップ32表面のはんだバンプ37を直接導電パタ
ーン31に接続するものである.最近はパンケージを小
型化.軽量化しコストを低減するために、ICチップの
高密度実装が進められており、これら実装方式のうち、
フィルムキャリア方式,フリップチップ方式が注目され
ている.(発明が解決しようとする諜題〕 しかしながら、以上の実装方式には次のような問題があ
る.例えばワイヤボンディング方式を採用する場合、半
導体チップ32の固定と裏面電極接続を兼ねた基板30
へのグイボンディングおよびチップ32表面の各電極パ
ッド33から各導電パターン31へのワイヤボンディン
グの二つの工程を必要とするので、組み立ての工数を低
減するという点からは、より簡略な方式が望まれ、さら
にこの場合は各電極パッドの数が増し高密度実装に対し
て限界が生ずる. 一方、フィルムキャリア方式またはフリップチップ方式
は半導体チップ32の主表面でのみ電極接続がなされる
ため、チップ32の主表面から裏面への電流経路を必要
とする半導体装置、例えばパワ・−デバイスや半導体チ
ップを三次元的に何個も積み重ねる必要のある高密度実
装のデバイスについi では実現が極めて困難である.例えば雑誌Nl■El1
1LECTRONICS, 1985. 10・7に二
次元LSIをボンディングパッド同士で接続するフリッ
プチンプ圧着タイプが記載されており、第5図はその構
成を示した部分斜視図である.第5図は第1の半導体チ
ップ38と第2の半導体チップ39のボンディングパッ
ド40同士をはんだ41を介在させ、はんだ41を溶融
させることな《熱圧着するものであり、縦配線42を必
要とする.しかし、この方法は熱圧着のためボンディン
グパッド40とはんだ4lの合金化が不十分であり、結
線部の信絃性の低下,縦配線42を行なうことが困難,
また三つ以上のチップを積み重ねることは容易でないな
ど実施上多くの問題が伴なう. 本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、その目
的は半導体装置の高密度実装を実現するために、フリッ
プチップ方式による多くの積み重ねが可能な半導体チッ
プの電極形成方法を提供することにある. 〔課題を解決するための手段〕 上記課題を解決するために、本発明は以下のようにして
半導体チップに突起電極と貫通突起電極とを形成するも
のである. まずウエハプロセスを完了し、主要面に表面保護膜,配
線.最終保護膜を積層したシリコン基板の配線を含む領
域の一部を窓明けして表面に下地金属層を蒸着し、配線
と下地金属層の接続部を突起電極形成部とし、その他の
領域の一部を貫通突起電極形成部として、これら両電極
形成部以外の下地金属層を除去し、次にレジストを塗布
して貫通突起電極形成部のみ窓明けし、ここに表面から
基板裏面まで貫通する孔をあけ、この貫通孔にはんだを
充填し、次いで突起電極形成部のレジストを除去して突
起電極形成部とはんだの充填された貫通突起電極形成部
にニッケルめっきとはんだめっきを施し、はんだをリフ
ローして突起電極と貫通突起電極を形成した後、表面に
残存する下地金属層を除去する. 〔作用〕 以上のようにして本発明により形成される半導体チップ
の貫通突起電極は、チップの表面と裏面が貫通孔を通し
て導体で接続されており、しかもこの貫通突起電極をフ
リップチップ電極として利用できるので、表面から裏面
への電流経路を必要とする半導体チップを厚さ方向に接
続し積み重ねることが容易であり、このような構造をも
つ半導体チップは、必要な限り何チップでも積むことが
可能となり、より高密度な実装が実現される.〔実施例
〕 以下本発明を実施例に基づき説明する.はじめに本発明
により半導体チップに形成される電極配置の概念を第1
図(A) , (B)を参照して述べる.第1図(A)
は半導体チソブ1の平面図であり、貫通突起電極2と突
起電極3が所定の個所に形成してある.第1図(B)は
第1図(A)のX−Y断面図であり、貫通突起電極2は
チソブ1の表面から裏面まで貫通しており、その貫通孔
の内面に絶縁M4を設けてある.なお第1図の半導体チ
ツプ1に関して貫通突起電極2,突起電極3および絶縁
膜4以外のものは全て図示を省略した.以下上記の構造
をもつ半導体チップの電極形成方法を第2図(A)〜(
H)の部分的な模式断面図による工程図を参照して説明
する. まず通常のウエハプロセスを完了したシリコン基板5の
主表面上の保護膜(Sto2) 6 , i!!択配置
の配線層 (A7)7,最終保護膜(SIJ+)8が積
層されているうちの配線層7を含む領域の少なくとも1
個所で、最終保護膜8を通常のフォトプロセスにより窓
明けした開口部9を形成した後、下地金属層となるTi
層10を厚さ0.5 g, CLI層11を厚さ1.0
一に連続2層蒸着する〔第2図(A)〕。次に配線層7
とTi層10, Cu層11が接続する領域を突起電極
形成部とし、配線層7が配置されないまたは配線層のう
ちTi層10, CuJillと電気的に接続する必要
のない領域の少なくとも1個所を貫通突起電極形成部と
して、突起電極形成部のCu層1lbと貫通突起電極部
のCu層11aを残すようにCu層11をフォトエッチ
ングする〔第2図(B) ) .次に表面にフォトレジ
スト12を塗布して貫通突起電極形成部すなわちCu層
11aの部分のみレジストを除去する〔第2図(C))
.このレジスト12をマスクとして、レジストを除去し
た部分の貫通突起電極形成部に放電加工法により表面か
ら基板5の裏面まで直径約200μの貫通孔13をあけ
る〔第2図(D) ) .この貫通孔13を形成する方
法は放電加工に限ることなく、レーザ加工法でも容易に
行なうことができる.例えばレーザ加工法による孔明け
は孔の直径を100μ以下にすることも可能である.次
にここまでの処理を終えたシリコン基板5を陽極にセッ
トし貫通孔13の内壁面を陽極酸化し、絶縁皮膜(St
ow) 14を形成した後、極性を切り換え、はんだめ
っき液中で電気めっきを行ない貫通孔13中にはんだ1
5を埋め込む〔第2図(E)〕。このときの陽極酸化お
よびはんだめっきの条件は次の通りである.陽極酸化条
件 電解質: uspo4溶液.電流密度:4mA/cd,
通電時間=60分, Sing膜厚:0.5tna半田
めっき条件 電解質:フェノールスルフオン酸はんだめっき液 電流密度:8mA/cd,通電時間=10時間はんだ組
成: Pb/ Sn = 90/ 10.厚さ:525
m次にCu層1lbの上面すなわち突起電極形成部にあ
るフォトレジスト12を選択除去し、残余のレジストを
マスクとして、貫通突起電掻形成部すなわち貫通孔13
に埋め込まれたはんだ15の表面とCu層1lb との
表面に、それぞれ厚さ0.2 nのNiめっきを施し、
Niめっき層16aおよび16bとする〔第2図(F)
) .引き続きこれらNiめっき層16a, 16b
にそれぞれ50n程度の厚さにはんだめっき層17a.
17bを形成する〔第2図(G)〕。次いでレジスト
12を除去してはんだリフローを行ない、はんだめっき
層17aを貫通突起電掻18とし、はんだめっき層17
bを突起電極19として形成する。このとき基板5の裏
面にも貫通突起電極が形成される.その後これら両電極
18.19うマスクにして表面に残っているTI層10
を除去する〔第2図(H)〕。以後は以上の工程を経た
シリコン基板5をチップ化することにより第1図に示し
たのと同様な構成の貫通突起電極18と突起電極19を
もつ半導体チップが得られる。
積み重ねて接続したものの例を第3図の模式断面図に示
して説明する.第3図はセラミック基板20上に本発明
により形成された電橿を備えた制御用IC21およびパ
ワートランジスタ録を積み重ね、パワーデバイスのイン
テリジェント化実装を行ったものである.第3図におい
てこの構成の要点は、Ag/Pdからなる導電パターン
のエミソタ端子用23a.コレクタ端子用23b,ベー
ス端子用23cおよび制御端子用23dを有するセラミ
ック基板20の上に、エミッタ電極となる貫通突起電極
24a,コレクタ電極となる貫通突起電極24b.ベー
ス電極となる貫通突起電極24c.制御電極としての突
起電極24dを設けた制御用IC21と、その上にエミ
ソタ電極としての突起電極25a.コレクタ電極となる
貫通突起電極25bおよびベース電極としての突起電極
25cを設けたパワートランジスタ録とを積み重ねて、
一括ボンディングしたことにあり、各貫通突起電極24
a. 24b. 24c. 25bの貫通孔に埋め込ん
だ導電性材料および各突起電極24d.25a,25c
はPb/sn − 90/ 10の高温はんだを用い、
これらをフリップチップ電極として用いる所に大きな特
徴を有するものである.なお第3図の26は酸化膜,2
7はM配線,28はゲート.29は裏面電極を表わす.
〔発明の効果〕 以上述べてきたように本発明の方法により、放電加工法
もしくはレーザ加工法を用いて半導体チップを貫通する
スルーホールをあ}ナ、このスルーホール内に例えばは
んだのような導電性材料を埋め込み、貫通突起電極を形
成してチップ表面からチップ裏面への電気的導通が得ら
れるようにしたために、チップ表面からチップ裏面への
電流経路を必要とするパワーデバイスのフリップチップ
化が可能となり、フリップチップ方式による半導体チッ
プの積み重ねが極めて簡単である.したがって半導体チ
ップの選択と組み合わせを任意に行なうことができ、従
来のSol技術や誘電体分離技術などに比べて本発明の
方法を適用し組み立てられた半導体装置の高密度実装に
よるインテリジェント化が容昌に実現される.
される電極配置を示した半導体チップの平面図と断面図
、第2図(A)〜(11)は本発明の方法を示す半導体
チップの製造工程図、第3図は本発明の方法により形成
される電極をもつ制御用ICとパワートランジスタの積
み重ね構造を示す模式断面図、第4図(A)〜(C)は
いずれも従来の実装方式を示す半導体チップを基板に接
続した模式断面図、第5図は二つの半導体チップを厚さ
方向に接続した従来の構造を示す模式斜視図である. 1:半導体チップ、2. 1B, 24a, 24b,
24c, 25b :貫通突起電極、3, 19,
24d. 25a, 25c :突起電極、4+t4:
絶縁皮膜、5:シリコン基板、6:表面保護膜、7:配
線層、8:最終保護膜、9:開口部、10:Ti層、1
1,11a.1lb : Cu層、12ニフォトレジス
ト、l3:貫通孔、15:はんだ、16a,16b
: Niめっき層、17a,17b :はんだめっき
層、20:セラミック基板、■:制御用IC,22:バ
ヮートランジスタ、23a:エミッタ端子用導電パター
ン、23b:コレクタ端子用導電パターン、23c
二ベース端子用導電パターン、23d:制御端子用導電
パターン、26:酸化゛+− ゛虐 −・\ 第1図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1)a、ウェハプロセスを完了し主表面に保護膜、選択
配置する配線層、最終保護膜を積層したシリコン基板の
前記配線層を含む積層領域の少なくとも1個所で、前記
最終保護膜に開口部を形成した後、前記配線層と電気的
に接続する下地金属を多層に蒸着する工程、 b、前記配線層と前記下地金属多層蒸着層とが接続した
積層領域を突起電極形成部とし、前記配線層を含まずも
しくは前記配線層のうち、前記下地金属多層蒸着層と電
気的に接続しない積層領域の少なくとも1個所を貫通突
起電極形成部として、これら両電極形成部を残すように
前記下地金属多層蒸着層の一部を選択除去する工程、 c、前記貫通突起電極形成部を残して表面にフォトレジ
ストを塗布する工程、 d、前記フォトレジストをマスクとして前記貫通突起電
極形成部に表面から前記基板の裏面まで貫通する孔をあ
ける工程、 e、前記貫通孔の内面に絶縁皮膜を形成する工程、f、
この貫通孔に導電性材料を埋め込む工程、g、突起電極
形成部の貫通孔に埋め込んだ前記導電性材料表面とに、
ニッケルめっきに引続きはんだめっきを施す工程、 h、前記フォトレジストを除去した後、はんだリフロー
を行ない突起電極と貫通突起電極を形成する工程、 i、前記突起電極と前記貫通突起電極以外の表面に残存
する前記下地金属多層蒸着層を除去する工程 を有することを特徴とする半導体チップの電極形成方法
。
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