JPH11163223A

JPH11163223A - 半導体チップ、およびこれを備えた半導体装置

Info

Publication number: JPH11163223A
Application number: JP33159897A
Authority: JP
Inventors: Kazutaka Shibata; 和孝柴田; Tsunemori Yamaguchi; 恒守山口
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 1997-12-02
Filing date: 1997-12-02
Publication date: 1999-06-18

Abstract

(57)【要約】【課題】異方性導電接着剤を用いて半導体チップどう
しが接合された半導体装置において、各半導体チップの
回路素子を十分に保護できるようにする。【解決手段】回路素子が一体的に造り込まれ、この回
路素子を覆うようにしてパシベーション膜３３，４３が
形成された半導体チップにおいて、上記パシベーション
膜３３，４３を覆うようにして保護膜３４，４４を形成
した。好ましくは、上記保護膜３４，４４をポリイミド
樹脂によって形成する。また、パンプ状に端子３１ａ，
４０ａが形成された上記半導体チップ３，４どうしを異
方性導電膜６３を用いて接合して半導体装置１とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、回路素子を覆う
ようにしてパシベーション膜が形成された半導体チッ
プ、およびこの半導体チップを備えた半導体装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より採用されている半導体チップど
うしの電気的な接続構造として、たとえば図８に示すよ
うなものがある。この接続構造は、接着性の樹脂膜６５
内に導電性の粒子６４を分散させた構造をもった、いわ
ゆる異方性導電膜６３を用いたものである。この接続構
造では、それぞれの半導体チップ３，４の主面３ａ，４
ａ間に異方性導電膜６３が介在させられているが、上記
各半導体チップ３，４の電極パッド３０，４０からそれ
ぞれ突出形成されたバンプ状端子３０ａ，４０ａ間に
は、それぞれのバンプ３０ａ，４０ａに接触して導電性
粒子６４が介在させられている。すなわち、上記各バン
プ状端子３０ａ，４０ａ間は、上記導電性粒子６４によ
って電気的な接続が図られている一方、上記各バンプ状
端子３０ａ，４０ａ間以外の部分は、上記導電性粒子６
４が上記樹脂膜６５内に分散された状態であるので絶縁
状態とされている。

【０００３】このような半導体チップ３，４どうしの接
合は、たとえば以下のようにして行なわれる。すなわ
ち、図６に示すように、支持台９上に載置されて加熱さ
れた半導体チップ３の上面に半導体チップ４の大きさに
略対応して形成された異方性導電膜６３を載置し、この
状態で各半導体チップ３，４のバンプ３０ａ，４０ａど
うしが対峙するようにして半導体チップ４を位置決めし
つつ載置する。そして、半導体チップ４が位置決め・載
置された状態で半導体チップ４を押圧することにより半
導体チップ３，４どうしの接合が行なわれる。このと
き、上記異方性導電膜６３の樹脂膜６５は軟化しつつあ
り、半導体チップ４を加圧することによって上記各バン
プ３０ａ，４０ａ間に導電性粒子６４が介在させられ
る。また、場合によっては、半導体チップ４を押圧した
状態で半導体チップ４に超音波振動が付与され、これに
より上記各バンプ３０ａ，４０ａと導電性粒子６４とが
さらに良好に接続される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】通常、上記各半導体チ
ップ３，４においては、それぞれの主面３ａ，４ａに回
路素子（図示略）が形成されており、この回路素子はパ
シベーション膜によって保護されている（図９参照）。
このパシベーション膜３３は、酸化シリコン（Ｓｉ
Ｏ₂）、あるいはこの膜の上にさらに窒化シリコン膜
（Ｓｉ₃Ｎ₄）が形成された構造となっており、その厚
みは数十Å程度とされている。このため、各半導体チッ
プ３，４が加熱された状態で半導体チップ４を押圧した
場合には、上記パシベーション膜の膜厚が小さいために
押圧力に起因して部分的に剥離したり、あるいはひび割
れてしまったりすることがある。特に、各半導体チップ
３，４どうしの接合に際して超音波振動を付与した場合
には、このような不具合がより顕著に表れる。このよう
にしてパシベーション膜３３が剥離したり、あるいはひ
び割れてしまった場合には、回路素子形成部が酸化する
などして半導体チップ３，４の特性が損なわれてしま
う。

【０００５】本願発明は、上記した事情のもとで考え出
されたものであって、異方性導電接着剤を用いて半導体
チップどうしが接合された半導体装置において、各半導
体チップの回路素子を十分に保護できるようにすること
をその課題としている。

【０００６】

【発明の開示】上記の課題を解決するため、本願発明で
は、次の技術的手段を講じている。

【０００７】すなわち、本願発明の第１の側面によれ
ば、回路素子が一体的に造り込まれ、この回路素子を覆
うようにしてパシベーション膜が形成された半導体チッ
プであって、上記パシベーション膜を覆うようにして保
護膜が形成されていることを特徴とする、半導体チップ
が提供される。

【０００８】好ましい実施の形態においては、上記保護
膜は、ポリイミド樹脂によって形成されている。

【０００９】本願発明の第２の側面によれば、パンプ状
に端子が形成された半導体チップどうしが、異方性導電
膜を介して接合された半導体装置であって、少なくとも
一方の半導体チップとして、第１の側面に記載された半
導体チップが用いられていることを特徴とする、半導体
装置が提供される。

【００１０】ところで、上述したように、異方性導電膜
を介しての各半導体チップどうしの接合は、たとえば予
熱された一方の半導体チップ上に個片状あるいは液状の
異方性導電接着剤を載置または塗布した状態で、各半導
体チップのバンプ状端子どうしが対峙するようにして他
方の半導体チップを位置決め載置し、この状態で他方の
半導体チップを押圧することにより行なわれる。また、
場合によっては、異方性導電接着剤内に分散された導電
性粒子と、各半導体チップのバンプ状端子とが良好な接
続状態を形成できるように超音波振動が付与された状態
で各半導体チップどうしの接合が行なわれる。

【００１１】上記構成の半導体チップにおいては、上記
パシベーション膜が保護膜によって覆われているので、
半導体チップどうしの接合時に加えられる押圧力による
影響が軽減されている。すなわち、押圧力に起因したパ
シベーション膜の部分的な剥離やひび割れなどが生じる
可能性が低減されている。

【００１２】また、熱に強く、比較的外力に強いポリイ
ミド樹脂などによって上記保護膜を形成した場合には、
押圧力などに起因して上記パシベーション膜が損傷した
としても、上記保護膜は上記パシベーション膜を所望の
状態で覆った状態を維持することができる。すなわち、
上記パシベーション膜が損傷した場合には、上記保護膜
によって回路素子が保護された恰好とされ、上記保護膜
は破壊されない限りは上記回路素子が酸化してしまうな
どして半導体チップの特性が損なわれてしまうこともな
い。

【００１３】したがって、上記構成の半導体チップどう
しが接合された半導体装置においても、各半導体チップ
の特性が良好に維持されている。しかも、上記半導体装
置に何らかの外力が加えられた場合においても、上記保
護膜によってパシベーション膜に与えられる影響が軽減
されており、かりにパシベーション膜は損傷したとして
も、上記保護膜によって各半導体チップの回路素子が保
護された状態が維持されている。

【００１４】本願発明のその他の特徴および利点は、添
付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より
明らかとなろう。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本願発明の好ましい実施の
形態を、図面を参照して具体的に説明する。

【００１６】図１は、本願発明に係る半導体装置の一例
を表す全体斜視図であり、図２は、図１のII−II線に沿
う断面図である。なお、従来例を説明する参照した図面
に描かれている部材および要素と同一のものには同一の
符号を付してある。

【００１７】図１および図２に示すように、上記半導体
装置１は、ポリイミド樹脂製などのフイルム基板２と、
このフイルム基板２上に実装される第１の半導体チップ
３と、この第１の半導体チップ３と電気的な導通が図ら
れた第２の半導体チップ４とを備えて大略構成されてい
る。

【００１８】図１および図２に良く表れているように、
上記フイルム基板２の両端部には、それぞれ４つの貫通
孔２０ａが形成されており、これらの貫通孔２０ａの形
成部位に対応して端子２０が計８個形成されている。こ
れらの各端子２０は、上記フイルム基板２の上面に形成
された薄膜端子部２２と上記フイルム基板２の下面に形
成されたボール状端子部２１とを有しており、もちろん
上記薄膜端子部２２と上記ボール状端子部２１とは上記
貫通孔２０ａを介して電気的に導通している。なお、上
記薄膜端子部２２は、たとえば銅などによって形成され
ており、上記ボール状端子部２１は、たとえばハンダな
どによって形成されている。また、上記貫通孔２０ａお
よび端子２０の形成部位および個数は適宜設計事項であ
る。

【００１９】図３に良く表れているように、上記第１の
半導体チップ３には、この半導体チップ３に一体的に造
り込まれた回路素子（図示略）と導通する電極パッド３
０，３１がそれぞれ複数個ずつ形成されている。また、
上記回路素子が形成された部分を覆うようにしてパシベ
ーション膜３３が形成されているが、このパシベーショ
ン膜３３は上記電極パッド３０，３１が外部に臨むよう
にして形成される。さらに、上記パシベーション膜３３
上には、保護膜３４が形成されており、この保護膜３４
も上記電極パッド３０，３１が外部に臨むようにして形
成される。そして、外部に臨むようになされた上記電極
パッド３０，３１上には、金製などのバンプ端子３０
ａ，３１ａが形成されている。また、上記第２の半導体
チップ４においても、一体的に造り込まれた回路素子
（図示略）と導通する電極パッド４０が複数個形成さ
れ、上記回路素子を覆うようにしてパシベーション膜４
３を形成され、この上に保護膜４４が形成されている。
もちろん、上記電極パッド４０ａ上には金製などのバン
プ端子４０ａが形成されている。

【００２０】上記パシベーション膜３３（４３）は、上
記半導体チップ３（４）がウエハの状態において、たと
えばＣＶＤ法などによってシリコンの酸化膜を成長させ
ることによって形成される。また、この酸化膜上に、窒
化シリコン（Ｓｉ₃Ｎ₄）などの膜をさらに成長させて
これらの膜をパシベーション膜３３（４３）としてもよ
い。もちろん、上記電極パッド３０，３１（４０）の部
分は、外部に臨むようにパシベーション膜３３（４３）
をエッチング処理する必要がある。

【００２１】上記保護膜３４（４４）は、半導体チップ
３（４）がウエハの状態において、たとえばポリイミド
樹脂などをフイルムを貼着することによって形成されて
いる。もちろん、上記保護膜３４（４４）も、エッチン
グ処理によって上記電極パッド３０，３１（４０）の部
分が外部に臨むようになされる。

【００２２】上記バンプ端子３０ａ，３１ａ（４０ａ）
は、半導体チップ３（４）がウエハの状態において、た
とえば金メッキ施すなどして形成される。より具体的に
は、上記電極パッド３０，３１（４０）の部分が外部に
臨むようにしてレジスト層を形成し、電気メッキの手法
によってレジスト層が形成されていない部分に金層を成
長させた後にレジスト層を剥離処理するなどして行なわ
れる。

【００２３】図１および図２に良く表れているように、
上記フイルム基板２の端子２０と上記第１の半導体チッ
プ３のバンプ端子３０ａとは、金線ワイヤ５によって接
続されて電気的な導通が図られている。上記端子２０と
金線ワイヤ５の一端部５ａとの接続、および上記バンプ
端子３０ａと上記金線ワイヤ５の他端部５ｂとの接続
は、たとえば周知の熱超音波ボンディングなどによって
行われる（詳細については後述する）。

【００２４】図２および図３に良く表れているように、
上記第１の半導体チップ３と上記第２の半導体チップ４
とは、異方性導電膜６３を用いて接合されている。すな
わち、上記第１の半導体チップ３のバンプ端子３１ａと
上記第２の半導体チップ４のバンプ端子４０ａとが上記
異方性導電膜６３の樹脂膜６５内に分散された導電性粒
子６４によって電気的に接続されており、各主面３ａ，
４ａ間は樹脂膜６５によって機械的に接合されている。
なお、上記各半導体チップ３，４はエポキシなどの樹脂
を用いた金型成形によって樹脂パッケージ６１によって
保護されている。

【００２５】次に、図１ないし図３に示した半導体装置
１の製造方法の一例を、図４ないし図７を参照しつつ簡
単に説明する。

【００２６】まず、たとえばスパッタリング、蒸着、あ
るいはＣＶＤなどの手段によって銅などの被膜を形成し
た後に、エッチング処理を施すことによって薄膜端子部
２２となりべき部位が形成された長尺帯状の樹脂フイル
ム２Ａに、上記第１の半導体チップ３を実装する。この
工程は、たとえば液状または固体状の樹脂製接着剤６０
を上記樹脂フイルム２Ａ、あるいは上記第１の半導体チ
ップ３の一面３ｂに塗布した状態で上記第１の半導体チ
ップ３を上記樹脂フイルム２Ａ上に載置することにより
行われる。上記樹脂製接着剤６０としては、常温で硬化
する樹脂や後述するワイヤボンディング時の加熱温度程
度で硬化するエポキシ樹脂やフェノール樹脂などが好適
に採用される。

【００２７】つづいて、図４および図５に示すように、
上記薄膜端子部２２と上記第１の半導体チップ３のバン
プ端子３０ａとの間を金線ワイヤ５によって接続する。
この工程は、いわゆる熱超音波ボンディングによって行
われる。この熱超音波ボンディングは、たとえば支持台
９上に上記樹脂フイルム２Ａを載置して、上記支持台９
から上記樹脂フイルム２Ａおよび第１の半導体チップ３
を２００℃程度に加熱した状態で行われるが、この熱超
音波ボンディングは図４に示すフォーストボンディング
と、図５に示すセカンドボンディングとからなる。

【００２８】図４に良く表れているように、フォースト
ボンディングは、キャピラリ８と呼ばれる治具内に挿通
された金線ワイヤ５０の先端部を、上記キャピラリ８の
先端部８０から突出させておき、金線ワイヤ５０の先端
部を水素炎や放電などによって加熱溶融させて金ボール
５０ａを形成し、上記キャピラリ８を移動させて上記バ
ンプ端子３０ａ上に上記金ボール５０ａを圧し付けて固
着することにより行われる。もちろん、上記金ボール５
０ａを圧し付ける際に、固着すべき部位に超音波振動を
供給してもよい。図５に良く表れているように、セカン
ドボンディングは、上記金線ワイヤ５０の先端部を固着
した状態で上記金線ワイヤ５０を引き出しつつ上記樹脂
フイルムＡに薄膜端子部２２の部位まで移動させ、上記
キャピラリ８の先端部８０によって上記薄膜端子部２２
の上面に上記金線ワイヤ５０を圧し付けながら超音波振
動を供給することにより行われる。そして、上記金線ワ
イヤ５０が圧着された場合には、上記キャピラリ８をス
ライド移動させて上記金線ワイヤ５０圧し切って、ワイ
ヤボンディング工程が終了する。

【００２９】次いで、図６に示すように、支持台９上に
上記樹脂フイルム２Ａとともに載置されて予熱された上
記第１の半導体チップ３の主面３ａ上に個片状とされた
異方性導電膜６３を載置する。この異方性導電膜６３
は、エポキシなどの熱硬化性樹脂膜６５内に導電粒子６
４が分散された構成となっている。すなわち、上記第１
の半導体チップ３上に載置されるまでは膜状とされてい
るが、上記第１の半導体チップ３上に載置された状態で
は、予熱された第１の半導体チップ３からの熱によって
上記樹脂膜６５が軟化・溶融しつつある。なお、上記異
方性導電膜６３に代えて、常温において液状とされた樹
脂内に導電性粒子が分散されたものを用いてもよい。

【００３０】つづいて、図７に示すように、吸着コレッ
ト９０によって上記第２の半導体チップ４を位置決めし
つつ上記第２の半導体チップ４のバンプ端子４０ａを上
記第１の半導体チップ３のバンプ端子３１ａと対峙さ
せ、上記第２の半導体チップ４を上記第１の半導体チッ
プ３に圧し付ける。このとき、上記樹脂膜６５は軟化・
溶融しつつあるため、上記各バンプ端子３１ａ，４０ａ
間が選択的に圧し潰される。その結果、図３に示すよう
に、上記各バンプ端子３１ａ，４０ａ間に導電性粒子６
４が介在させられて各バンプ端子３１ａ，４０ａ間が電
気的に接続される。一方、上記樹脂膜６５には、依然と
して第１の半導体チップ３から熱が加えられるので、つ
いには上記樹脂膜６５が硬化する。このとき、上記樹脂
膜６５が硬化収縮するため上記各半導体チップ３，４ど
うしが機械的に接合される。なお、上記第２の半導体チ
ップ４を上記第１の半導体チップ３に圧し付ける際に、
上記第２の半導体チップ４に超音波振動を付与してもよ
い。この場合、上記各バンプ端子３１ａ，４０ａと上記
導電性粒子６４とが付与された超音波振動に起因した振
動摩擦によってより確実に導通接続される。

【００３１】ついで、図示しないが、上記第１および第
２半導体チップ３，４、および金線ワイヤ５０を覆うよ
うにして樹脂パッケージ６１を形成する。この樹脂パッ
ケージ６１は、たとえばエポキシ樹脂などを用いた金型
成形によって形成される。そして、上記樹脂フイルム２
Ａの貫通孔２０ａが形成された部位の下面側に、ハンダ
などによってボール状端子部２１を形成して、上記樹脂
フイルム２Ａから切り離すことによって、図１および図
２に示したような半導体装置１が得られる。

【００３２】上記構成の半導体チップ３，４において
は、上記パシベーション膜３３，４３が保護膜３４，４
４によって覆われているので、半導体チップ３，４どう
しの接合時に加えられる押圧力による影響が軽減されて
いる。すなわち、押圧力に起因したパシベーション膜３
３，４３の部分的な剥離やひび割れなどが生じる可能性
が低減されている。

【００３３】また、熱に強く、比較的外力に強いポリイ
ミド樹脂などによって上記保護膜３４，４４を形成した
場合には、押圧力などに起因して上記パシベーション膜
３３，４３が損傷したとしても、上記保護膜３４，４４
は上記パシベーション膜３３，４３を所望の状態で覆っ
た状態を維持することができる。すなわち、上記パシベ
ーション膜３３，４３が損傷した場合には、上記保護膜
３４，４４によって回路素子が保護された恰好とされ、
上記保護膜３４，４４は破壊されない限りは上記回路素
子が酸化してしまうなどして半導体チップ３，４の特性
が損なわれてしまうこともない。

【００３４】したがって、上記構成の半導体チップ３，
４どうしが接合された半導体装置１においても、各半導
体チップ３，４の特性が良好に維持されている。しか
も、上記半導体装置１に何らかの外力が加えられた場合
においても、上記保護膜３４，４４によってパシベーシ
ョン膜３３，４３に与えられる影響が軽減されており、
かりにパシベーション膜３３，４３は損傷したとして
も、上記保護膜３４，４４によって各半導体チップ３，
４の回路素子が保護された状態が維持されている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明に係る半導体装置の一例を表す全体斜
視図である。

【図２】図１のII−II線に沿う断面図である。

【図３】図２の一点鎖線Ａで囲まれた領域の拡大図であ
る。

【図４】ワイヤボンディング工程のファーストボンディ
ングを説明するための図である。

【図５】ワイヤボンディング工程のセカンドボンディン
グを説明するための図である。

【図６】第１の半導体チップ上に異方性導電膜を載置し
た状態を表す図である。

【図７】上記第１の半導体チップに第２の半導体チップ
を接合している状態を表す図である。

【図８】従来例を説明するための図である。

【図９】半導体チップの表面構造を説明するための拡大
図である。

【符号の説明】

１半導体装置３第１の半導体チップ４第２の半導体チップ３１ａバンプ状端子（第１の半導体チップの）４０ａバンプ状端子（第２の半導体チップの）３３パシベーション膜（第１の半導体チップの）４３パシベーション膜（第２の半導体チップの）３４保護膜（第１の半導体チップの）４４保護膜（第２の半導体チップの）６３異方性導電膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回路素子が一体的に造り込まれ、この回
路素子を覆うようにしてパシベーション膜が形成された
半導体チップであって、上記パシベーション膜を覆うよ
うにして保護膜が形成されていることを特徴とする、半
導体チップ。
【請求項２】上記保護膜は、ポリイミド樹脂によって
形成されている、請求項１に記載の半導体チップ。
【請求項３】パンプ状に端子が形成された半導体チッ
プどうしが、異方性導電膜を介して接合された半導体装
置であって、少なくとも一方の半導体チップとして、請
求項１または２に記載された半導体チップが用いられて
いることを特徴とする、半導体装置。