JPS6290937A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPS6290937A
JPS6290937A JP60231553A JP23155385A JPS6290937A JP S6290937 A JPS6290937 A JP S6290937A JP 60231553 A JP60231553 A JP 60231553A JP 23155385 A JP23155385 A JP 23155385A JP S6290937 A JPS6290937 A JP S6290937A
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JP
Japan
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substrate
electrode
electrodes
semiconductor element
metal
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JP60231553A
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English (en)
Inventor
Kenzo Hatada
畑田 賢造
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means 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
    • H01L2224/10Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/15Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
    • H01L2224/16Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
    • H01L2224/161Disposition
    • H01L2224/16135Disposition the bump connector connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
    • H01L2224/16145Disposition the bump connector connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being stacked

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  • Wire Bonding (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は半導体素子を高密度に実装することができる半
導体装置の製造方法に関するものである。
従来の技術 メモリーやドライバー等の多数個の半導体素子を高密度
に実装する手段として、一般に回路基板上に前記半導体
素子を平面的に並べ搭載していた。
実装密度が最も高密度となシ、実装歩留りが高いフィル
ムキャリヤ方式の例について第7図で説明する。
半導体素子はチップキャリヤやフラットパッケージと呼
ばれる容器に収納して取扱った方が良いが、実装面積や
実装体積の著じるしい増大をまねくため、半導体素子を
そのまま容器を用いないで実装すれば、この様な問題を
解決できる。第7図において、回路基板1はガラス入り
エポキシ基板あるいはセラミック基板で、多数個の半導
体素子を搭載するために、回路基板1はその配線が多層
構造となっている。
半導体素子1のアルミ電極(パッド)上には多層金属膜
を介してバンプ5が形成され、かつフィルムリード6が
接合される。多層金属膜は、Ti−Pd−Au 、 T
 i −Cu 、 Cr −Cu 、 Cr−Au等の
金属膜で、真空中で連続的に形成され、バンプ6はAu
、Cu、Ag、半田等で10〜30μmの厚さに形成さ
れるものである。
半導体素子4は回路基板1上に設けたダイボンド領域2
にAu−8iの合金でもしくは導電性接着剤で固定され
、かつフィルムリード6もポンディング領域3上に半田
もしくは共晶によシ接続固定される。同様にして他の半
導体素子4′も回路基板1上に搭載されるものである。
発明が解決しようとする問題点 従来、複数個の半導体素子を回路基板上に搭載する場合
、平面的に並べ搭載していたため、実装平面積が著しる
しく増大していた。また、半導体素子のパッドから回路
基板のポンディング領域までの接続リードの距離が長い
ために、特に高周波回路あるいはメモリー等の回路にお
いては、浮遊容量や伝播速度が問題となり、半導体素子
の特有の性能が充分に活かされなかった。
更に、隣接する半導体素子同志へ信号を伝播する場合、
半導体素子のパッドとフィルムリードとの接合点および
フィルムリードと回路基板のポンディング領域との接合
点と4箇所も存在し、接合部の信頼性を損なうばかりか
、接合工数も増大し、実装に用する費用を増大せしめる
ものであった。
本発明は、これらの問題点を一掃し、実装密度が高く、
接合距離が著しるしく短かく、かつ接合点数の少ない半
導体装置を提供せんとするものである。
問題点を解決するための手段 本発明は剥離容易な第1の基板上に形成したバンプを、
半導体素子の形成された第2の基板のアルミニウム等の
電極上に転写・接合し、外部接続リード用の第1の電極
と第2の電極とを有する半導体素子の形成された第3の
基板の第2の電極と、前記バンプの接合された第2の基
板の電極とを重ね合せ、加工・加熱し、バンプを介して
、電極同志を接合するものである。
作  用 本発明によれば、半導体素子同志が積層され、かつ各半
導体素子の電極間がバンプのみを介して接続されること
となるので、実装平面積が著しるしく縮少されるばかり
か、半導体素子の電極間の接続距離が極端に短縮され、
その接合点数も半減するものである。
実施例 以下に第1図を用いて本発明の一実施例を説明する。
剥離可能な基板12上に形成した金属突起13゜13′
と第1の半導体素子基板10の電極11とを位置合せし
加圧・加熱14せしめ(第1図(a))、加圧を14′
のごとく取り去れば基板12上の金属突起13′は第1
の半導体素子10の電極11に転写・接合される(第1
図((3))。
次いで少なくとも第1の半導体素子1oの電極11と対
応した位置に電極21を有する第2の半導体素子基板2
oと前記第1の半導体素子10のお互いの電極11およ
び21同志を位置合せし、第1もしくは第2の半導体素
子を加圧・加熱せしめ、金属突起13′を介して、電極
11と電極21とを接合せしめる(第1図(01))。
フィルムキャリヤテープ3oのポリイシド樹脂もしくは
ガラス入りエポキシ等のフィルム33上に形成したフィ
ルムリード32上に、別な基板に形成した金属突起31
を転写・接合せしめ、第2の半導体素子20の外部接続
用電極21′とを位置合せしく第1図(d) ) 、加
圧・加熱してフィルムリード32を金属突起31を介し
て第2の半導体素子2Qの電極21′に接合する(第1
図(e))。
この様にして第1図(、)の如く第1の半導体素子10
が第2の半導体素子2o上に積層され、かつ外部接続用
リードが形成された構造を得る事ができる。
第1および第2の半導体素子は同一の機能を有する素子
、機能の全ったく異なる素子、GaAtg。
InPあるいはSLの如く材質の全ったく異なる素子、
素子サイズの全ったく異なる素子を用いる事ができ、各
々の電極はAJ、Au、Cu等であり、金属突起はAu
 、Al 、Cu 、Ag 、Ni 、半田等を用いる
事ができる。
例えば、各々の半導体素子の電極がAIで金属突起がA
uで構成されれば、半導体素子の電極同志はAuを介し
て、Au−Alの合金で接合される事になる。あるいは
また、金属突起の変りにAlを用いればAI同志の圧着
で接合されるものである。また、第1の半導体素子10
に金属突起13′を転写・接合する工程あるいは半導体
素子1oの電極11と半導体素子2oの電極21とを金
属突起を介して接合する際に、単に加圧・加熱しても良
いが、半導体素子自体に超音波振動を附加すれば、転写
・接合が著しるしく容易となるばかりか、半導体素子の
電極表面あるいは金属突起表面の酸化物、汚染物を超音
波振動で容易に除去できるので強い接合が得られるもの
である。
金属突起13 、13’を形成する基板は、例えば第2
図の如く、セラミックあるいは耐熱性ガラス上に導電層
4oとしてI To、Pt、Pd等を形成し、この上に
メッキ用のマスク材として、かつ耐熱、耐a撃性のある
材料、Si3N4.Sio2.A12o3.ポリイミド
等の絶縁層41が設けられる。
絶縁層41には半導体素子の電極と対応した位置に開孔
を有し、この開孔部に導電層4oを一方のメッキ用の電
極として、電解メッキされ、金属突起13が形成される
金属突起13の大きさは、半導体素子に形成した電極の
大きさにも依存し、その外径は5μm〜100μmで、
高さは3〜1oOμm程度である。
また、第1図(、)の場合、基板12の金属突起13 
、13’を半導体素子1oの電極11に転写・接合する
条件は、金属突起の形状2寸法、数に依存するが、金属
突起が60μmO1高さ26μmの場合転写吻接合温度
は260〜400′Cで0.6秒、加圧力は金属突起1
個あたり5〜70.j9である。
第1図fc)の場合、半導体素子の電極同志を接合する
条件は、接合温度350〜550℃、065〜6秒、加
圧力は20〜2oOgである。
第1図(dlで用いたフィルムキャリヤテープ3゜にお
いて、フィルムリード32は銅箔又はAI箔をエツチン
グ加工して形成したもので、銅箔の場合、その表面にS
n、半田、Ni、Au等のメッキ処理を1μm以下の厚
さに形成するものである。
更にまた、第1図の実施例では、基板12上の金属突起
13′を第1の半導体素子10の電極11上に転写・接
合したが、この工程は第2の半導体素子20の電極21
上に金属突起を転写、接合しても良い。
次に他の実施例を説明する・ 第3図の実施例はフィルムリードを先に第2半導体素子
20の電極に接合し、しかるのち第1の半導体素子10
を接合する工程を示したものである。
フィルムキャリヤテープ30のフィルムリード32上に
金属突起31を転写・接合し、この金属突起31と第2
の半導体素子20の外部接続用電極21′とを位置合せ
(第3図(a) )L、、360〜660°Cで0.5
〜2秒、加重30〜16o9で加圧・加熱し、金属突起
31を外部接続用電極21′に接合せしめる(第3図(
(3))。次いで、第1図でのべた方法によって、既に
金属突起13′が転写・接合された第1の半導体素子1
oの電極11′と第2の半導体素子2o上に形成され、
第1の半導体素子10の電極11′と対応した位置に形
成した電極21とを位置合せし、360〜550℃、0
.5秒〜5秒、加圧力20〜200Iで加圧・加熱すれ
ば、第1および第2の半導体素子の電極同志は金属突起
13′を介して、接合される(第3図(C))。この様
に第2の半導体素子20に先にフィルムリードを接合す
れば、第2の半導体素子20の電気的特性を前記フィル
ムリードを介して測定でき、その良否を判定できるから
歩留りを高くする事ができるものである。
また第4図の実施例は、第2の半導体素子20の外部接
続用電極21′上に多層金属膜60を介して金属突起6
1を形成したものである(第4図(a))。多層金属膜
6oはTi−Pt−Au、Ti−Cu。
Cr−Cu、Cr−Au等の複数層からなる金属膜であ
り、また金属突起51は、A u t 半田、Cu、A
g等で構成され6〜60μmの厚を有し、電解メッキ法
で形成される。金属突起61にはフィルムキャリヤテー
プ30のフィルムリードが接続される(第4図((3)
)。例えば金属突起51がAuであれば、フィルムリー
ドはCu箔をエツチング加工し0.4μm厚のSnメッ
キ処理したものを用いれば、八ussnの合金で金属突
起51とフィルムリード32を接合できるものである。
次に別な基板に形成した金属突起13′を転写・接合さ
れた第1の半導体素子1oの電極11とこの電極と相対
する第2の半導体素子20の電極21とを位置合せし、
加圧・加熱すれば、第4図(C)の如くの構成を得る。
また、第5図の如く第1の半導体素子1oを先に第2の
半導体素子2o上に接合(第5図(a))せしめ、次に
フィルムキャリヤテープ3oのフィルムリード32を前
記第2の半導体素子20の外部接続用電極21′上の金
属突起51に接合しても良い(第6図((3))。
また第6図の如く第1の半導体素子10と第2の半導体
素子2oの電極同志を金属突起13′を介して接合(第
6図(a) ) 、これを回路基板6oの配線61上に
ダイボンディングし、更に第2の半導体素子20の外部
接続用電極21′と前記回路基板6oの配線62とはA
uもしくはAd、Cuの極細線63で接合する事もでき
る(第6図((3))。
発明の効果 以上のように本発明によれば、次のような効果が得られ
る。
■ 半導体素子を積層構造にして実装できるから実装面
積が小さくなる。
■ 金属突起のみを介して短かい距離で相互の電極間を
接合できるから、接続距離が短かく、かつ接合箇所が少
ないので、高周波特性に優れ、信号の伝播速度が早くな
る。
■ 一方の半導体素子の電極に金属突起を転写・接合し
これを他方の半導体素子の電極に接合するのみであるか
ら、工程が簡単で実装コストが著しるしく安価になる。
■ また、半導体素子の電極に金属突起を形成する際に
、多層金属膜の形成等の複雑な処理を必要とせず半導体
素子のアルミニウム電極に直接、金属突起を転写接合で
きるため、半導体素子の入手先が限定されたいばかりか
、材料の異なる半導体素子、機能の異なる半導体素子2
寸法の異なる半導体素子等を簡単に積層構造にできるも
のである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例における半導体装置の製造方
法を示す工程断面図、第2図は本実施例方法・′7て用
いる金属突起を形成するための基板の断面図、第3図〜
第6図は本発明の他の実施例方法の工程断面図、第7図
は従来の半導体素子の平面的実装状態を示す断面図であ
る。 10.20・・・・・・半導体素子、11,21,21
’・・・・・・電極、12・・・・・・基板、13.1
3’、31・・・・・・金属突起、3o・・・・・・フ
ィルムキャリアテープ、32・・・・・・リード。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名1f
fi−一一基ま 13−・−t1交起 第1図 第3図 @4図

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)第1の基板上に形成した第1の金属突起と半導体
    素子の形成された第2の基板上の電極とを重ね合せて、
    加圧・加熱せしめ、前記第1の基板上の第1の金属突起
    を第2の基板の電極上に転写・接合する工程と、次いで
    外部接続リード用の第1の電極と前記第2の基板の電極
    と対応した位置に第2の電極とを有し、かつ半導体素子
    の形成された第3の基板の前記第2の電極と、前記第1
    の金属突起を有する前記第2の基板の電極とを重ね合せ
    、加圧・加熱し、前記第1の金属突起を介して、前記第
    2および第3の基板の電極同志を接合する工程からなる
    半導体装置の製造方法。
  2. (2)第3の基板上の第1の電極と外部接続リードに形
    成した第2の金属突起とを位置合せし、加圧・加熱し、
    接合するようにした特許請求の範囲第1項記載の半導体
    装置の製造方法。
  3. (3)第3の基板の外部接続リード用電極上には多層金
    属膜を介して金属突起が形成され、前記金属突起に外部
    接続リードであるフィルムリードが接合されるようにし
    た特許請求の範囲第1項に記載の半導体装置の製造方法
  4. (4)第2の基板の電極と第3の基板の第2の電極とを
    第1の金属突起を介して接合し、第3の基板の第1の電
    極と、回路基板の配線とを金属細線で接続した特許請求
    の範囲第1項記載の半導体装置の製造方法。
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