JPS63107127A

JPS63107127A - 半導体装置

Info

Publication number: JPS63107127A
Application number: JP25174486A
Authority: JP
Inventors: Isao Kobayashi; 功小林; Takeo Yamada; 健雄山田
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Computer Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Computer Engineering Co Ltd
Priority date: 1986-10-24
Filing date: 1986-10-24
Publication date: 1988-05-12

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〕本発明は半導体装置に関し、特に、２つの半導体チップ
（以下単にチップという）をＡｌバンプにより接合させ
る技術に関する。

〔従来の技術〕

チップを裏返しにしてその表面または基板に形成された
接続端子を用いてボンディングする（いわゆる７エイス
ダウンポンデイングする）フリップチップの接続端子の
形態の一つとして突起電極によるバンプ方式がある。そ
して、このバンプ方式の一つにいわゆる半田バンプによ
るＣＣＢ　（コンドロールド・コラップス・ボンディン
グ）方式とのＣＣＢ接続方式は、一般に、Ａｌ電極配線
を形成したデバイス表面をバッジページ冒ン膜（デバイ
ス表面保護膜）により被覆し、次いで電極用窓をあけ、
Ｃｒ−Ｃｕ−Ａｕの多層金属で電極下地を形成し、次い
で、この上に５ｂ−ｐｂ　を用いて半球状のバンプな形
成することにより行われ、例えば基板に半田を盛ってお
き、半田リフロー法により、尚核チップを前記したフェ
イスダウンボンディングにより接続する。

すなわち、このＣＣＢ構造では、Ａｌパッド上に直接半
日が付かないので、Ａｌバッド−Ｃｒ／Ｃｕ　／　Ａ　
ｕバリヤ金属−Ｐｂ／Ｓｎバンプといった構造をとる必
要がある。かかる場合、様々に異種金属が使用されてい
るので、当該異種金属間の接合部分で、絶縁膜又は電気
的に非導通な面を生じ、当該絶縁膜の介在による電気的
な抵抗不良を発生させることがある。また、トリメタル
構造なとのバリヤー金属の形成による工程数の増大、材
料費の増大などにより、どうしても、コストの高いもの
についてしまう。

ところで、当該半田バンプによるＣＣＢ構造について述
べた文献の例として、昨工業調査会１９８０年１月１５
日発行１”ＩＣ化実装技術」Ｐ８１があげられ、この文
献にはＡｌバンプによるスリップチップも記載されてい
る。しかし、この文献では、ｋｌパッドにＣｒあるいは
Ｔｉを接着用金属として薄く蒸着した後にバンプ金属（
Ａｌ）を付着すること、また、当該ＡＩパッドをもつフ
リップチップを基板と接合することが述べられているが
、白液接合を如何にすべきかあるいは基板側の接続端子
の形態が不明である。

〔発明が解決しようとする問題点〕本発明は、ＣＣＢ接続によるような異種金属間の接合部
分の絶縁膜又は電気的に非導通な面の発生がなく、また
、高価につく多属金などの接着用金属による電極下地の
形成を不要とする技術を提供することを目的とする。

本発明は、また、Ａｌバンプを形成したチップと、同様
ＫＡ！Ａｌバンプ成したチップを接合させる技術を提供
することを目的とする。

本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであ
ろう。

〔問題点を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

本発明では、デバイス表面のパッジベージ１ン膜にスル
ーホールを孔設し、該スルーホールにＡｌパッドと接続
させたＡＩ導体部を形成し、該ＡＩ導体部にＡｌバンプ
な直接形成した構造の２つのチップを用意し、これらチ
ップの当該Ａｌバンプを接触させ、加温加圧下（高温真
空下）にこれらのチップを接合させ、これらチップが貼
着された構造を有する半導体装置とする。その際、Ｍバ
ンプは、信号の入出力用のものと、信号の入出力に関係
せず、接合強度を補強させるダミーのものと二ａｌ類形
成しておく。

〔作　用〕

上記のごとく、本発明では、ＡＡ’パッド（内部電極）
／Ａｌ導体部／Ａｌバンプといつ′ＩＭ、極構造とした
ので、従来のように異種金属間の接合部での絶縁膜又は
電気的に非導通な面の発生による電気的な抵抗不良を惹
起することが回避され、また、簡単なプロセスによるの
でコストが低減され、一方、チップとチップのＡｌバン
プを介しての接合に際し、高温真空下での圧接により、
容易に電気的かつ物理的な接合がとられ、また、ダミー
ＡＪバンプの介在により接合強度を向上させることがで
きた。

〔実施例〕

次に、本発明を、図面に示す実施例に基づいて説明する
。

第１図は本発明の実施例を示す要部断面図で、チップ接
合前の状態を示す。第２図は本発明の実施例を示す要部
断面図で、チップ接合後の状態を示す。

第３図は尚該接合後のチップを用いた本発明の実施例を
示す半導体装置の全体構成断面図である。

上側のテップ１のパッジベージシン膜２にスルーホール
を孔設し、該スルーホール内に１導体部３を形成する。

該ＡＩ導体部３は当該チップ１内のＡノ内部電極配線４
と接続している。なお、第１図および第２図に２．５は
デバイスでその表面は熱酸化膜６により被覆されている
。

下側のチップ７にも、同様に、その表面パッジベージシ
ン膜８にスルーホールを孔設シ、該スルーホール内にＡ
Ｉ導体部９を形成する。′該ＡＩ導体部９は尚該チップ
７内のＡｌ内部電極配線１０と接続している。当該チッ
プ７内デバイス１１の表面は熱酸化膜１２により被覆さ
れている。

これら、チップ１，７表面にそれぞれＡｌバンプ１３お
よび１４を形成する。上側チップｌに形成されたＡｌバ
ンプ１３のうち、二つのＡｌバンプ１３Ａ、１３Ａを信
号の入出力用のバンプ（突起電極）とし、−のＡｌパン
ダ１３Ｂを接続補強用バンプ（ダミーバンプ）とする。

また、下側チップ１に形成されたＡｌバンプのうち、二
つのＡｌバンプ１４Ａ、１４Ａを、信号の入出力用のバ
ンプとし、−のＡｌパンダ１４Ｂを接続補強用バンプと
する。

当該Ａｌバンプ１３．１４は、例えば蒸着エツチング技
術により形成することができる。

当該上下のチップ１とチップ７を圧接してチップ接合品
とするに、温度５９０〜６１０℃の高温下、圧力１０〜
１０　　ｔｏｒｒの高真空下で加温加圧して行なう。

尚該圧接により、第２図に示すように、チップ１とテッ
プ７が接合されたチップ接合品１５を得る。

本発明の接合技術により、第３図に示すようなマルチチ
ップモジュールを、半田バンプによらずに、Ａｌバンプ
による接合により形成することができる。

第３図におけるチップ接合品１５は上記のようにして得
られたもので、メモリ素子や論理素子などより成るデツ
プ１（三ヶ）をマザーチップ７に接合するに、前記のよ
うに、チップ１にＡノバンブ１３を形成しておき、一方
、マザーチップ７にも同様にＡｌバンプ１４を形成して
おく、その際各バンプ１３．１４にはそれぞれ接続補強
用のＡｌパンダ１３Ｂ、１４Ｂを形成しておく。そして
、前記のように加温加圧下に接合させる。

上記マザーチップ７の１に面を、ペース１６に、接合材
料（図示せず）により、接合する。

ベース１６とボッティング枠（ダム）１７どの間に、リ
ードフレーム１８を低融点ガラス１９を用いて、介在さ
せ、該リードフレーム１８の先端部とマザーチップ７の
配線（図示せず）とを、ボンディングワイヤ２０により
、ワイヤボンディングする。

ダム１７の内部にシリコーンゲル２１を充填し、チップ
１やマザーチップ７やボンディングワイヤ２０などを、
当該シリコーンゲル２１により封止する。

シリコーン（菊ゲルとしては、従来エレクニトロニクス
あるいはオプティカルファイバー用シリコーンコーディ
ング剤として市販されていたものを使用でき、例えばシ
リコーンゲルはＩＣメモリのソフトエラ一対策用として
用いられていた。

本発明はこれを封止材料として使用せんとするものであ
る。

ゲルは、その加熱硬化前はリキッド状態であり、１液タ
イプ、２液タイプがあり、例えば主剤と硬化剤とからな
る２液タイプの場合、これらを温合すると反応硬化（架
橋反応）し、硬化物を得る。

硬化システムとしては次の反応式で示す様に、縮合型、
付加型、紫外線硬化型がある。

縮合型付加型紫外線硬化を硬化物を得るに、加熱（ベーク）するとゴム化が進む。

本発明に使用されるシリコーン系ゲル２１はシリコーン
ゴムやシリコーンオイルと異なり架橋密度の低いもので
ある。

例えば架橋密度の大小からみるとゴムが架橋密度が一番
大で、その下がゲル、さらに、その下がオイルというこ
とになる。

架橋密度は一般に針入度計を用いて測定され、針入度計
についてはＪＩＳＫ２８０８に規定され、それに使用さ
れる針についてはＡＳＴＭＤ１３２１に規格がある。

針入度からみて、一般に、ゲルは４０〜２００Ｕの範囲
、オイルは４０ｗ以下であり、ゲルの硬化反応の促進に
よりゴム化が起こり、ゴムと称されているものは一般に
針入度２００龍以上である。

本発明に使用されるシリコーン系ゲル２１には前記の如
く、市販のものが使用され、例えば信越化学工業社製Ｋ
ＪＲ９０１０，Ｘ−３５−１００゜東しシリコーン社製
ＪｃＲ６１１０などが使用できる。

上記Ｘ−３５−１００（Ａ（主剤）、Ｂ（硬化剤）２液
タイプ、針入度１００〕の硬化反応機構は白金付加型で
、２液低温高温用ゲルで一７５〜２５０℃の温度範囲で
使用できる。

当該ゲル２１はきわめて耐湿性に優れている。

ダム１７上にキャップ２２を取付ける。キャップ２２は
、チップ１の機械的保護のためである。

ペース１６の裏面に放熱フィン２３を取付ける。

上記半導体素子（チップ）１，７は、例えばシリコン単
結晶基板から成り、周知の技術によってこのチップ内に
は多数の回路素子が形成され、１つの回路機能が与えら
れている。回路素子の具体例は、例えばＭＯＳ）ランジ
スタから成り、これらの回路素子によりて、例えば論理
回路およびメモリの回路機能が形成されている。

パッジベージ嘗ン膜８は、例えばガラス膜により構成さ
れる。

熱酸化膜１２は、例えば５１０１膜により構成される。

ペース１６は、例えばＳｉＣ基板により構成される。

ダム１７は、例えばＡｌにより構成される。

リードフレーム１８は、例えばＮｉ　−Ｆｅ系合金によ
り構成される。

ボンディングワイヤ２０は、例えばＡｌ細線より成る。

キャップ２２は、例えばＡｌにより構成される。

本発明によれば、２つの８１チップ１．７相互を、異種
金属の接合しない形態で、すなわち、例えばパフパッド
４／Ａｌ導体部３／Ａ！バンプ１３という形態で接合す
るので、当該異種金属の接合の場合のごとき絶縁膜の発
生が防止され、また、異種金属を介在させることによる
製造コストの上昇が防止され、また、簡易な接合プロセ
スによりマルチチップモジエールのごとき半導体装置を
得ることができた。

以上本発明者によってなされた発明を実施例にもとづき
具体的に説明したが、不発明は上記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可
能であることはいうまでもない。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれは、下記のとうりであ
る。

本発明によれば異種の金属間接合により生じる絶縁膜又
は電気的に非導通な面の発生がなく、信頼性を向上させ
ることができ、また、低コストで半導体装置を製造する
ことができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す要部断面図、第２図は本
発明の実施例を示す要部断面図、第３図は本発明の実施
例を示す半導体装置の断面図である。１・・・チップ、２・・・パフシペーシ１ン膜、３・・
・スルーホール導体部、４・・・電極配線、５・・・デ
バイス、６・・・熱酸化膜、７・・・チップ（マザーチ
ップ）、８・・・パフシベーシ嘗ン膜、９・・・スルー
ホール導体部、１０・・・電極配線、１１・・・デバイ
ス、１２、・・・熱酸化膜、１３・・・Ａｌバンプ、１
３Ａ・・・信号用バンプ、１３Ｂ・・・接続補強用バン
プ、１４・・・Ａｌバンプ、１４Ａ・・・信号用バンプ
、１４Ｂ・・・接続補強用バンプ、１５・・・チップ接
合品、１６・・・ペース、１７・・・ダム、１８・・・
リードフレーム、１９・・・低融点ガラス、２０・・・
ボンディングワイヤ、２１・・・シリコーンゲル・２２
・・・キャップ、２３・・・放熱フィン。乙へ＼

Claims

【特許請求の範囲】１　デバイス表面のパッシベーション膜に形成したスル
ーホール導体部と接続した信号用Ａｌバンプと、接着補
強用Ａｌバンプとを有する半導体チップ相互を、当該Ａ
ｌバンプを有する面を接触させ、加温加圧下に接合させ
て成る半導体チップ結合構造を有する半導体装置。２　加温加圧下の接合が、温度５９０〜６１０℃の高温
下、圧力１０＿４〜１０＿５をｔｏｒｒの高真空下で行
われる、特許請求の範囲第１項記載の半導体装置。