JP3558576B2 - 半導体装置の製造方法および半導体装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置の製造方法およびそれを用いた半導体装置に係り、とくにフリップチップ実装したBGA(ボールグリッドアレー)の半導体装置ならびにその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の樹脂封止型の半導体装置を製造するためには、配線形成面の電極パッド上に突起バンプ電極が形成された半導体チップのバンプ電極を実装基板上に圧着接合した後、チップ配線面と実装基板との間隙部にアンダーフィル樹脂を注入することにより、半導体チップをその配線形成面および突起バンプ電極が樹脂封止された状態で実装基板上に実装する方法が開発されている。しかし、このような製造方法では実装基板上に実装する際の樹脂封止工程に時間を要するばかりでなく、樹脂の流動性、充填剤量等が制約されるため、充分な信頼性の確保が困難になっている。
【0003】
また、特開平2−96343にはアンダーフィル方式とは異なり、半導体チップと該半導体チップが搭載される被搭載部材との間に固体でかつ板状の熱硬化性樹脂を介して接合する方法が示されている。この方法は、半田を介して半導体チップと被搭載部材との間を電気的に接続するものであるが、半田を溶融接合させる際、間に存在する熱硬化性樹脂を溶融させることはしない。その場合、半導体チップと被搭載部材との距離を一定に保ちながら半田接合を行なうには、半導体チップに大きな荷重をかける必要が生じる。半導体チップに大きな荷重を付加することは、半導体チップの破損といった問題を引き起こすことがある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
前記のようなアンダーフィル樹脂を用いる従来の半導体装置は、半導体チップと配線基板の間隙に封止樹脂を注入する必要があるために工程が複雑であるのと同時に、封止樹脂に関してはボイド無く注入するために必要となる樹脂の流動性、充填剤量の制御が困難である。また、半導体チップと配線基板との間に樹脂組成物層を介する前記従来の方法では、チップに対して大きな荷重をかける必要が生じ、半導体チップの破損といった問題を引き起こす。
【0005】
本発明は前記の問題点に鑑みてなされたものであり、フリップ接合時に半導体チップに加える荷重を低減でき、半導体装置の製造効率および信頼性の向上を図り得る半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
配線基板上で半導体チップの回路面を下側にして、半導体チップと配線基板との間を配線基板の配線部より高い突起状の半田バンプ電極で接続搭載し、さらに半導体チップと配線基板との間が樹脂組成物にて接着されている半導体装置の製造方法における前記の課題は下記の手段を講じることにより解決することができる。
【0007】
本発明は、配線基板上で半導体チップの回路面を下側にして、前記半導体チップと前記配線基板との間を前記配線基板の配線部より高い突起状の半田バンプ電極で接続搭載し、さらに前記半導体チップと前記配線基板との間が室温で固体である熱硬化性の樹脂組成物にて接着されている半導体装置の製造方法において、前記樹脂組成物がフィルム形状で前記半導体チップまたは前記配線基板に貼り付けることにより、前記樹脂組成物層をあらかじめ前記半導体チップまたは前記配線基板に形成し、半田の融点以下の温度で溶融させ、前記半導体チップと前記配線基板との半田溶融接合時には前記樹脂組成物は溶融状態を保ち、前記半導体チップと前記配線基板とを電気的に接続後、半田の融点温度以下で前記樹脂組成物硬化をさせることを特徴とする半導体装置の製造方法に関する。
また、本発明は、配線基板上で半導体チップの回路面を下側にして、前記半導体チップと前記配線基板との間を前記配線基板の配線部より高い突起状の半田バンプ電極で接続搭載し、さらに前記半導体チップと前記配線基板との間が室温で固体である熱硬化性の樹脂組成物にて接着されている半導体装置の製造方法において、前記樹脂組成物が溶剤を含有し、前記半導体チップまたは前記配線基板に塗布後、乾燥させることにより、前記樹脂組成物層をあらかじめ前記半導体チップまたは前記配線基板に形成し、半田の融点以下の温度で溶融させ、前記半導体チップと前記配線基板との半田溶融接合時には前記樹脂組成物は溶融状態を保ち、前記半導体チップと前記配線基板とを電気的に接続後、半田の融点温度以下で前記樹脂組成物を硬化させることを特徴とする半導体装置の製造方法に関する。
【0008】
また、本発明は、配線基板上で半導体チップの回路面を下側にして、前記半導体チップと前記配線基板との間を前記配線基板の配線部より高い突起状の半田バンプ電極で接続搭載し、さらに前記半導体チップと前記配線基板との間が室温で固体である熱硬化性の樹脂組成物にて接着されている半導体装置の製造方法において、前記樹脂組成物層をあらかじめ前記半導体チップまたは前記配線基板に形成し、半田バンプの融点以下の温度で溶融させ、溶融状態で、前記半導体チップと前記配線基板とを前記半田バンプ電極を介して接触させ、前記半田バンプ電極を介して接触状態にある前記半導体チップと前記配線基板との間隔を一定に保持しながら、前記半田バンプの融点以上の温度で半田バンプを溶融させて、前記半導体チップと前記配線基板とを電気的に接続後、半田の融点温度以下で前記樹脂組成物を硬化させることを特徴とする半導体装置の製造方法に関する。
この場合、前記樹脂組成物がフィルム形状で前記半導体チップまたは前記配線基板に貼り付けることが好ましい。
この場合、前記樹脂組成物が溶剤を含有し、前記半導体チップまたは前記配線基板に塗布後、乾燥させることが好ましい。
【0009】
この場合、前記樹脂組成物層をあらかじめ前記半導体チップに形成する際に、半導体ウエハ上に前記樹脂組成物層を形成し、前記半導体ウエハと前記樹脂組成物層を切断して前記半導体チップに分離することが好ましい。
【0010】
この場合、前記半田バンプ電極をあらかじめ前記半導体チップ側に形成し、半田を溶融させ前記配線基板と電気的に接続することができる。
【0011】
この場合、前記半田バンプ電極をあらかじめ前記配線基板側に形成し、半田を溶融させ前記半導体チップと電気的に接続することができる。
【0012】
この場合、前記半田バンプ電極をあらかじめ前記半導体チップ、前記配線基板双方に形成し、半田を溶融させ前記半導体チップと前記配線基板とを電気的に接続させることができる。
【0015】
この場合、前記樹脂組成物が(a)エポキシ樹脂を含むことが好ましい。
【0016】
この場合、前記樹脂組成物が(b)充填剤を含むことが好ましい。
【0022】
また、本発明は前記半導体装置の製造方法によって作製した半導体装置に関する。
【0023】
【発明の実施の形態】
本発明にかかわる半導体装置の製造方法は、従来の方法とは異なり樹脂組成物層をあらかじめ半導体チップまたは配線基板に形成する。たとえば図1を用いて説明する。図中、1は半導体ウエハ、2は半導体チップ、3は半田バンプ電極、4は樹脂塑性物層、5は配線基板、6は外部バンプ電極である。
【0024】
樹脂組成物層を形成した半導体チップまたは配線基板を半田の融点以下の温度で溶融させ(工程(v))、半導体チップと配線基板との半田溶融接合時には前記樹脂組成物は溶融状態を保ち、半導体チップと配線基板とを電気的に接続後(工程(vi))、半田の融点温度以下で樹脂組成物硬化をさせる(工程(vii))ことを特徴とする半導体装置の製造方法である。この半導体チップと配線基板を半田溶融接合する際に(工程(vi))、樹脂組成物層が溶融状態を保っていることで、半田溶融接合に悪影響を与えない。さらに、樹脂組成物を硬化後に、配線基板に外部バンプ電極を形成することもできる(工程(viii))。
【0025】
工程(v)および工程(vi)においては、接合後に良好なバンプ形状を得ることができる点で、半導体チップと配線基板との間隔を一定に保持することが好ましい。
【0026】
本発明に用いる樹脂組成物は、熱硬化性樹脂である。ただし、熱硬化性樹脂に他の樹脂例えば熱可塑性樹脂等を混合したものであってもよい。
【0027】
本発明に用いることのできる半田バンプ電極の材料としては、錫−鉛系のはんだ、錫−銀系、錫−ビスマス系、錫−亜鉛系等の鉛フリーはんだなどのいずれの導電性材料も適用可能である。中でも、錫−鉛系(錫63重量%)の共晶半田(融点183℃)が信頼性の点から望ましい。また、ほかの導電性材料と前記半田材料とを組み合わせた半田バンプ電極であってもよい。たとえば、金と半田を組み合わせたものがあげられる。
【0028】
樹脂組成物層をあらかじめ前記半導体チップに形成する際に、分離する前の半導体ウエハ上に樹脂組成物層を形成し、半導体ウエハと樹脂組成物層を切断して前記半導体チップに分離することができる(工程(iv))。樹脂組成物層が形成された半導体ウエハを分離する方法は、通常の半導体ウエハを分離するのと同様ダンシングソーなどを用いることができる。
【0029】
半田バンプ電極は、あらかじめ半導体チップ側に形成し、半田を溶融させ配線基板と電気的に接続することも、あらかじめ配線基板側に形成し、半田を溶融させ半導体チップと電気的に接続することもできる(工程(ii))。また、半田バンプ電極はあらかじめ半導体チップ、配線基板双方に形成し半田を溶融させ、半導体チップと配線基板とを電気的に接続させることも可能である(工程(ii))。
【0030】
本発明にかかわる半導体装置の製造方法で用いる樹脂組成物は、フィルム形状で前記半導体チップまたは前記配線基板に貼り付けることができるものが好ましい。このフィルムを半導体チップまたは配線基板に貼り付ける際に、加熱や加圧を行なって貼り付けることもできる。
【0031】
また、前記樹脂組成物は、樹脂組成物が溶剤を含有し、半導体チップまたは前記配線基板に塗布後、乾燥させることで溶剤を揮発させることができるものが好ましい。前記溶剤としては、従来からのもので樹脂組成物中の無機系材料以外を溶解させるものであればよく、たとえばジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、塩化メチレン、クロロホルム、メチルエチルケトン、アセトン、テトラヒドロフラン、酢酸エチルなどの溶剤単独またはその混合溶剤があげられる。中でも、80〜100℃で乾燥でき、樹脂組成物を溶解させることができる点で、メチルエチルケトンまたはその混合溶剤が好ましい。
【0032】
前記樹脂組成物は、半導体分野での使用実績があり、樹脂組成物に接着性を付与することから、(a)エポキシ樹脂を含むことが好ましい。
【0033】
本発明の樹脂組成物において用いるエポキシ樹脂(a)としては、1分子中に2個以上のエポキシ基をもつエポキシ樹脂で、従来公知のものであればとくに制限はないが、たとえばビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、ビスフェノールAD型エポキシ樹脂、ジアリルビスフェノールA型エポキシ樹脂、ジアリルビスフェノールF型エポキシ樹脂、ジアリルビスフェノールAD型エポキシ樹脂、テトラメチルビフェノール型エポキシ樹脂、ビフェノール型エポキシ樹脂、シクロペンタジエン型エポキシ樹脂、テルペンフェノール型エポキシ樹脂、テトラブロムビスフェノールA型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、環式脂肪族エポキシ樹脂、グリシジルエステルエポキシ樹脂および複素環式エポキシ樹脂などがあり、単独またはその混合物があげられる。
【0034】
前記樹脂組成物は、樹脂組成物の熱膨張係数を小さくし、低吸水性を付与するために(b)充填剤を含むことが好ましい。
【0035】
本発明において用いることのできる充填剤(b)としては、従来からのもので、本発明の硬化を損なわないものであればよく、たとえば、溶融シリカ、結晶シリカなどのシリカ、アルミナ、チッ化ケイ素、炭酸カルシウム、酸化亜鉛などがあげられる。中でも、得られる樹脂組成物の熱膨張係数を低下させ、機械的強度を向上させるという点から、溶融シリカを用いるのが好ましい。さらに、流動性を付与する点から、球状の溶融シリカを用いるのが望ましい。
【0036】
本発明の半導体装置の製造方法では、あらかじめ半導体チップまたは配線基板に樹脂組成物層を形成した後、180℃に加熱するまでに樹脂組成物が溶融することが好ましい。そのために、樹脂組成物は室温で固体であり、180℃以下で溶融すればよい。中でも、樹脂溶融時に樹脂粘度が低くなることから約80℃で溶融する樹脂組成物が望ましい。
【0037】
また、あらかじめ前記半導体チップまたは前記配線基板に前記樹脂組成物層を形成した後、好ましくは230℃で10秒以内に前記樹脂組成物がゲル化しないことが好ましい。ここで、樹脂のゲル化とは樹脂が反応により流動性を示さないことをいう。半導体チップと配線基板とを半田バンプ電極を用いて電気的に接続する方法としては、フリップチップボンダーなどの装置を用いることができる。フリップチップボンダーにて半導体チップと配線基板とが接合する前に、樹脂が硬化すると、半田バンプ電極の導通がとれない場合や半田バンプ電極の形状が悪いため信頼性が劣るといった問題が発生する。そのため、フリップチップボンダーにて半導体チップと配線基板とを接合する条件230℃で10秒以内に樹脂がゲル化しないことが必要となる。
【0038】
また、半導体チップと前記配線基板を接合した後の前記樹脂組成物層が、半田の融点以下の100〜180℃でかつ12時間以内に硬化することが好ましい。ゲル化を遅くすると硬化時間が長くなるが、製造上の効率から1〜3時間であることが好ましい。
【0039】
本発明の半導体装置の製造方法では、樹脂組成物が硬化後に、100〜200℃のガラス転移温度を有することが好ましい。ここで、ガラス転移温度とは、熱機械分析(TMA)により温度−熱膨張曲線の硬化物のガラス領域とゴム領域の直線の延長線の交点からガラス転移温度を求めた。ガラス転移温度が100℃未満であると半導体装置としての耐湿性や耐熱性等の信頼性に問題が生じる。さらに、高信頼性を要求される場合には、ガラス転移温度が130〜200℃であることが好ましい。
【0040】
本発明の半導体装置の製造方法では、樹脂組成物が硬化後に、ガラス転移温度以下の熱膨張係数が10〜30ppm/℃であることが好ましい。ここで、熱膨張係数は熱機械分析(TMA)により求めた。半導体装置を使用する際の環境の温度変化により、半導体チップと配線基板との熱膨張係数の差による熱応力が発生し、半田バンプ電極や樹脂組成物層に加わることとなる。この熱応力は半導体チップと配線基板間の電気的接続信頼性を悪化させるため、熱応力を避ける必要が生じる。このためには、樹脂組成物層として、熱膨張係数の小さなもの(半田の熱膨張係数から配線基板の熱膨張に近いもの)が望まれる。充填剤として、溶融シリカを使用した場合、樹脂組成物中に約60重量%以上含有している樹脂組成物を使用することが望まれる。さらに好ましくは、熱膨張係数が10〜20ppm/℃であることが好ましい。
【0041】
以下に、最も好ましい実施の態様についてさらに詳しく説明する。
【0042】
実施の形態1
本発明の実施の形態1による半導体装置の製造方法を、図8を用いて説明する。図中、7は加熱ステージ、8は加熱ヘッドである。
【0043】
まず、半導体ウエハ1に半田バンプ電極3を形成する(工程(ii))。つぎに、樹脂組成物層4を半田バンプ電極3の形成された半導体ウエハ1上に形成する(工程(iii))。つぎに、樹脂組成物層4が形成された半導体ウエハ1をダインシングソーを用いて半導体チップ2に切断分離する(工程(iv))。
【0044】
別途配線基板5上にバンプ電極3を形成し、バンプ電極3が形成された配線基板5を所定温度、すなわちバンプ電極3の融点未満に設定した加熱ステージ7に位置決めして固定する。また、切断分離した半導体チップ2を加熱ヘッド8に位置決めして固定する(工程(v))。
【0045】
加熱ヘッドをバンプ電極3の融点未満でしかも樹脂組成物層4の樹脂組成物の融点以上の温度に加熱しながら、加熱ヘッド8を動かし、加熱ヘッド8に固定した半導体チップ2の半田バンプ電極3と加熱ステージ7に固定した配線基板5のバンプ電極3とを接触させる。半導体チップ2と配線基板5との間隔を両バンプ電極3が接触状態を保つように一定に保持したまま、所定のプロファイルで加熱ヘッド8を昇温してバンプ電極3および樹脂組成物層4を樹脂組成物がゲル化しない範囲で加熱し、樹脂組成物およびバンプ電極3をともに溶融状態として配線基板5と半導体チップ2とを電気的に接続する(工程(vi))。
【0046】
なお、樹脂のゲル化とは、樹脂が反応により流動性を示さないことをいう。
【0047】
配線基板5と半導体チップ2との間隔を一定にしたまま、所定のプロファイルで加熱ヘッドを降温して配線基板5、半導体チップ2、バンプ電極3、および樹脂組成物層4の樹脂組成物の融点未満の温度に冷却する。樹脂組成物およびバンプ電極3は共に固化する。
【0048】
接合された半導体装置をバンプ電極3の融点未満でしかも樹脂組成物層4の樹脂組成物が硬化可能な所定温度に設定したオーブンに樹脂組成物が硬化するまで所定時間置いて、樹脂組成物を硬化させる(工程(vii))。さらに、樹脂組成物の硬化後に、配線基板5に外部バンプ電極6を形成することもできる(工程(viii))。
【0049】
前記のような接続方法によれば、従来の狭間隙間に樹脂を流し込むアンダーフィル方式を用いるのに比較して、時間の短縮、工程の削減ができ、アンダーフィル方式では困難とされる超狭間隙に対しても、あらかじめ樹脂組成物層4を形成することにより可能となる。
【0050】
また、配線基板5と半導体チップ2とを電気的に接続する際に、樹脂組成物層4の樹脂組成物が溶融しないプロセスであると、配線基板5と半導体チップ2との間隔を一定に保つには、高荷重を半導体チップ2に負荷する必要がある。一方、本発明にかかわるプロセスでは、配線基板5と半導体チップ2とを電気的に接続する際、樹脂組成物層4の樹脂組成物が溶融状態であるため、半導体チップ2に対して低荷重で、電気的接続後のバンプ電極形状が良好な形態を得ることができるよう配線基板5と半導体チップ2との間隔を一定に保つことができる。
【0051】
実施の形態2
本発明の実施の形態2による半導体装置の製造方法を図9を用いて説明する。
【0052】
まず、配線基板5に半田バンプ電極3を形成する(工程(ii))。つぎに、樹脂組成物層4を半田バンプ電極3の形成された配線基板5上に形成する(工程(iii))。
【0053】
樹脂組成物4が形成された配線基板5を所定温度すなわち半田バンプ電極3の融点未満に設定した加熱ステージ7に位置決めして固定する。また、半導体チップ2を加熱ヘッド8に位置決めして固定する(工程(v))。
【0054】
加熱ヘッドを半田バンプ電極3の融点未満でしかも樹脂組成物層4の樹脂組成物の融点以上の温度に加熱しながら、加熱ヘッド8を動かし、加熱ヘッド8に固定した半導体チップ2のパッド部分と加熱ステージ7に固定した配線基板5の半田バンプ電極3とを接触させる。半導体チップ2と配線基板5との間隔を半田バンプ電極3と半導体チップ2のパッド部分とが接触状態を保つように一定に保持したまま、所定のプロファイルで加熱ヘッド8を昇温して半田バンプ電極3および樹脂組成物層4を樹脂組成物層4の樹脂組成物がゲル化しない範囲で加熱し、樹脂組成物および半田バンプ電極3を共に溶融状態として配線基板5と半導体チップ2とを電気的に接続する(工程(vi))。
【0055】
以下、実施の形態1と同様に樹脂硬化を行ない、外部バンプ形成も行なうことができる。
【0056】
実施の形態3
本発明の実施の形態3による半導体装置の製造方法を図10を用いて説明する。
【0057】
まず、配線基板5に半田バンプ電極3を形成する(工程(ii))。つぎに、樹脂組成物層4を半田バンプ電極3の形成された配線基板5上に形成する(工程(iii))。
【0058】
樹脂組成物層4が形成された配線基板5を所定温度すなわち半田バンプ電極3の融点未満に設定した加熱ステージ7に位置決めして固定する。また、別途半田バンプ電極3を形成した半導体チップ2を加熱ヘッド8に位置決めして固定する(工程(v))。
【0059】
加熱ヘッドをバンプ電極3の融点未満でしかも樹脂組成物層4の樹脂組成物の融点以上の温度に加熱しながら、加熱ヘッド8を動かし、加熱ヘッド8に固定した半導体チップ2の半田バンプ電極3と加熱ステージ7に固定した配線基板5の半田バンプ電極3とを接触させる。半導体チップ2と配線基板5との間隔を両バンプ電極3が接触状態を保つように一定に保持したまま、所定のプロファイルで加熱ヘッド8を昇温してバンプ電極3および樹脂組成物層4を樹脂組成物がゲル化しない範囲で加熱し、樹脂組成物およびバンプ電極3を共に溶融状態として配線基板5と半導体チップ2とを電気的に接続する(工程(vi))。
【0060】
以下、実施の形態1と同様に樹脂硬化を行ない、外部バンプ形成も行なうことができる。
【0061】
【実施例】
以下、添付図面に基づいて本発明にかかわる半導体装置の製造方法を詳細に説明する。
【0062】
本発明に用いる樹脂組成物として、表1に示す(A)エポキシ樹脂系フィルム、(B)溶剤入りエポキシ樹脂系ペースト、(C)溶剤入りエポキシ樹脂系ペースト、(D)溶剤入りエポキシ樹脂系ペーストの4種類を用いた。なお、ゲル化時間は熱板上にて測定した。ガラス転移温度および熱膨張係数は熱機械分析装置(TMA)を用いて測定した。
【0063】
【表1】
【0064】
実施例1
図1は本発明の実施例1の製造工程を示したものである。まず、半導体ウエハ1上に集積回路を形成した複数の半導体チップ2上に配設した多数の錫−鉛系(錫63重量%)の共晶半田バンプ電極3形成した(工程(ii))。つぎに半導体ウエハ上にフィルム状の樹脂組成物(A)を加熱加圧(80℃、10秒、0.1kgf/mm2)して樹脂組成物層4を形成した(工程(iii))。なお、この加熱加圧によって、樹脂組成物(A)は溶融し、加熱加圧ののち、室温に戻すとフィルムは固化していた。
【0065】
ダイシングソー等を用い、半導体ウエハ1と樹脂組成物層4とともに個々の半導体チップ2に分離した(工程(iv))。分離された半導体チップ2は回路面を下面にして、配線基板5とフリップチップボンダー等を用いて電気的に接続した(230℃、10秒)(工程(v)、(vi))。この際、樹脂組成物層は半田の溶融時には溶融しており、半田接合に悪影響を与えなかった。その後、半田の融点以下の温度にて、樹脂組成物層の硬化(170℃、2時間)を行なった(工程(vii))。最後に配線基板5に対して外部バンプ電極6の形成を行ない半導体装置を得た(工程(viii))。
【0066】
実施例2
図2は本発明の実施例2の製造工程を示したものである。実施例1と同様に半導体ウエハ1上に集積回路を形成した複数の半導体チップ2上に配設した多数の錫−鉛系(錫63重量%)の共晶半田バンプ電極3形成した(工程(ii))。つぎに半導体ウエハ1上に溶剤の含有した樹脂組成物(B)層4を印刷機等を用いて形成した(工程(ii)−1)。その後、樹脂組成物層を乾燥させた(80℃、10分)(工程(ii)−2)。
【0067】
乾燥後の樹脂組成物層を形成した半導体ウエハは実施例1と同様の工程にて、分離、接合、硬化、外部バンプ電極形成を行ない半導体装置を得た(工程(iv)〜(viii))。
【0068】
実施例3
図3は本発明の実施例3の製造工程を示したものである。まず、半導体ウエハ1上に集積回路を形成した複数の半導体チップ2上に配設した多数の錫−鉛系(錫63重量%)の共晶半田バンプ電極3形成した(工程(ii))。ダイシングソー等を用い、半導体ウエハ1を個々の半導体チップ2に分離した(工程(iv))。別に、配線基板5にフィルム状の樹脂組成物(A)を加熱加圧(80℃、10秒、0.1kgf/mm2)して樹脂組成物層4を形成した(工程(iii))。なお、この加熱加圧によって、樹脂組成物(A)は溶融し、加熱加圧ののち、室温に戻すとフィルムは固化していた。
【0069】
分離された半導体チップ2は回路面を下面にして、配線基板5とフリップチップボンダー等を用いて電気的に接続した(230℃、10秒)(工程(v)、(vi))。以後、実施例1と同様の工程にて、硬化、外部バンプ電極形成を行ない半導体装置を得た(工程(vii)、(viii))。
【0070】
実施例4
図4は本発明の実施例4の製造工程を示したものである。配線基板5上に錫−鉛系(錫63重量%)の共晶半田バンプ電極3形成した(工程(ii))。つぎにフィルム状の樹脂組成物(A)を加熱加圧(80℃、10秒、0.1kgf/mm2)して樹脂組成物層4を形成した(工程(iv))。なお、この加熱加圧によって、樹脂組成物(A)は溶融し、加熱加圧ののち、室温に戻すとフィルムは固化していた。
【0071】
分離された半導体チップ2は回路面を下面にして、配線基板5とフリップチップボンダー等を用いて電気的に接続した(230℃、10秒)(工程(v)、(vi))。以後、実施例1と同様の工程にて、硬化、外部バンプ電極形成を行ない半導体装置を得た(工程(vii)、(viii))。
【0072】
実施例5
図5は本発明の実施例5の製造工程を示したものである。まず、半導体ウエハ1上に集積回路を形成した複数の半導体チップ2上に配設した多数の錫−鉛系(錫63重量%)の共晶半田バンプ電極3形成した(工程(ii))。ダイシングソー等を用い、半導体ウエハ1を個々の半導体チップ2に分離した(工程(iv))。別に、配線基板5上にも錫−鉛系(錫63重量%)の共晶半田バンプ電極3形成する(工程(ii))。つぎにフィルム状の樹脂組成物(A)を加熱加圧(80℃、10秒、0.1kgf/mm2)して樹脂組成物層4を形成した(工程(iv))。なお、この加熱加圧によって、樹脂組成物(A)は溶融し、加熱加圧ののち、室温に戻すとフィルムは固化していた。
【0073】
分離された半導体チップ2は回路面を下面にして、配線基板5とフリップチップボンダー等を用いて電気的に接続した(230℃、10秒)(工程(v)、(vi))。以後、実施例1と同様の工程にて、硬化、外部バンプ電極形成を行ない半導体装置を得た(工程(vii)、(viii))。
【0074】
実施例6
図6は本発明の実施例6の製造工程を示したものである。まず、配線基板5上に錫−鉛系(錫63重量%)の共晶半田バンプ電極3形成した(工程(ii))。つぎに配線基板5上に溶剤の含有した樹脂組成物(B)層4を印刷機等を用いて形成した(工程(iii)−1)。その後、樹脂組成物層を乾燥させた(80℃、10分)(工程(iii)−2)。分離された半導体チップ2は回路面を下面にして、乾燥後の樹脂組成物層を形成した配線基板5とフリップチップボンダー等を用いて電気的に接続した(230℃、10秒)(工程(v)、(vi))。
【0075】
以後、実施例1と同様の工程にて、硬化、外部バンプ電極形成を行ない半導体装置を得た(工程(vii)、(viii))。
【0076】
実施例7
樹脂組成物として(C)溶剤入りエポキシ樹脂系ペーストを用い、実施例6と同様の方法で半導体装置を得た。
【0077】
実施例8
樹脂組成物として(D)溶剤入りエポキシ樹脂系ペーストを用い、実施例6と同様の方法で半導体装置を得た。
【0078】
比較例1
樹脂組成物として表1中に示した(E)エポキシ樹脂系フィルム用い、実施例4と同様の方法で半導体装置を得た。
【0079】
比較例2
図7は比較例2の製造工程を以下に示したものである。配線基板5上に錫−鉛系(錫63重量%)の共晶半田バンプ電極3を形成した(工程(ii))。つぎにフィルム状の樹脂組成物(E)を加熱加圧(80℃、10秒、0.1kgf/mm2)して樹脂組成物層4を形成した(工程(iv))。
【0080】
分離された半導体チップ2は回路面を下面にして、配線基板5とフリップチップボンダー等を用いて圧接した(150℃、50秒、0.5kgf/mm2)(工程(v)、(vi))。つぎに、半田バンプ電極を溶融させるため、リフロー工程を行なった(260℃、10s)(工程(vii))。
【0081】
実施例1〜8ならびに比較例1〜2で作製した半導体装置の半導体チップと配線基板間との電気的な接続抵抗を評価した結果、実施例1〜8に基づいて作製した半導体装置は半導体チップと配線基板間の電気的な接合は問題なく確保されているのに対し、比較例1〜2により作製した半導体装置は初期から電気的な接合は確保されていなかった。さらに、実施例1〜8に基づいて作製した半導体装置は−40℃〜125℃の温度サイクル試験1000サイクルの半導体装置においても接続抵抗の変化は認められなかった。また、PCT試験(121℃、2気圧)168時間においても変化は認められなかった。
【0082】
実施例9
図8の工程にしたがって半導体装置を製造した。まず、半導体ウエハ1上に集積回路を形成した複数の半導体チップ2上に配設した多数の錫−鉛系(錫63重量%)の高さ100ミクロンの共晶半田バンプ電極3形成した(工程(ii))。
【0083】
この半導体ウエハ1上に厚み120ミクロンのフィルム状の樹脂組成物(A)を加熱加圧(80℃、10秒、0.1kgf/mm2)して樹脂組成物層4を形成した(工程(iii))。
【0084】
ダイシングソーを用い、半導体ウエハ1と樹脂組成物層4とともに個々の半導体チップ2に分離する分離工程を行なった(工程(iv))。
【0085】
配線基板5上に高さ100ミクロンの共晶半田バンプ電極3を形成し、この配線基板5をフリップチップボンダ上で、所定温度(150℃)に設定した加熱ステージ7に位置決めして固定した。また、分離した半導体チップ2を加熱ヘッド8に位置決めして固定した(工程(v))。
【0086】
加熱ヘッド8を動かし、加熱ヘッド8に固定した半導体チップ2の半田バンプ電極3と加熱ステージ7に固定した配線基板5上の半田バンプ電極3とを接触させた。つぎに半導体チップ2と配線基板5との間隔を両バンプ電極3を接触させた状態で一定(90ミクロン)に保持したまま、加熱ヘッド8を5秒で230℃まで昇温した後、230℃で10秒間保持し、バンプ電極3および樹脂組成物層4を加熱した。バンプ電極3および樹脂組成物層4は共に溶融状態となり半導体チップ2と配線基板5がバンプ電極3を介して電気的接続された(工程(vi))。
【0087】
半導体チップ2と配線基板5との間隔を保持したまま、所定のプロファイルで加熱ヘッドを降温して半導体チップ2、配線基板5、バンプ電極3および樹脂組成物を60℃まで冷却した。するとバンプ電極3は固化し、フリップチップボンダ上から取り出して室温で放置することで樹脂組成物層4も固化した。
【0088】
接合された半導体チップ2と配線基板5を、バンプ電極3の溶融温度(183℃)より低い170℃に設定したオーブン中で2時間放置して、樹脂組成物層4の硬化を行なった(工程(vii))。
【0089】
最後に、配線基板5に外部バンプ電極6を形成して半導体装置を得た(工程(viii))。
【0090】
実施例10
図9の工程にしたがって半導体装置を製造した。
【0091】
配線基板5上に高さ110ミクロンの半田バンプ電極3を形成し(工程(ii))、厚み100ミクロンのフィルム状の樹脂組成物(A)を加熱加圧(80℃、10秒、0.1kgf/mm2)して樹脂組成物層4を形成した(工程(iii))。
【0092】
一方、半導体ウエハ1を半導体チップ2に切断分離する(工程(iii))。
【0093】
配線基板5をフリップチップボンダ上で、所定温度(150℃)に設定した加熱ステージ7に位置決めして固定した。また、分離した半導体チップ2を加熱ヘッド8に位置決めして固定した(工程(v))。
【0094】
加熱ヘッド8を動かし、加熱ヘッド8に固定した半導体チップ2のパット部分と加熱ステージ7に固定した配線基板5上の半田バンプ電極3とを接触させた。半導体チップ2と配線基板5との間隔を、半田バンプ電極3を接触させた状態で一定(70ミクロン)に保持したまま、加熱ヘッド8を5秒で230℃まで昇温した後、230℃で10秒間保持し、半田バンプ電極3および樹脂組成物層4を加熱した。半田バンプ電極3および樹脂組成物層4の樹脂組成物は共に溶融状態となり、半導体チップ2と配線基板5が半田バンプ電極3を介して電気的接続された(工程(vi))。
【0095】
以下、実施例9と同様に樹脂硬化、外部バンプ形成を行ない、半導体装置を得た。
【0096】
実施例11
実施例9と同様の工程にて、樹脂組成物層4としてペースト状樹脂組成物(B)を用いた。なお、半田バンプ電極3を形成した半導体ウエハ1上への樹脂組成物層4の形成方法は、以下の通りである。
【0097】
半田バンプ電極3を形成した半導体ウエハ1上に印刷法にて約150ミクロンの厚みで樹脂組成物層4を形成した。その後、この半導体ウエハを100℃のオーブン中にて、溶剤を揮発させた。以下の工程は、実施例9と同様である。
【0098】
実施例12
図10の工程にしたがって半導体装置を製造した。まず、配線基板5上に錫−鉛系(錫63重量%)の高さ100ミクロンの共晶半田バンプ電極3を形成した(工程(ii))。
【0099】
この配線基板5上に厚み120ミクロンのフィルム状の樹脂組成物(A)を加熱加圧(80℃、10秒、0.1kgf/mm2)して樹脂組成物層4を形成した(工程(iii))。
【0100】
一方、半導体ウエハ1上に高さ100ミクロンの共晶半田バンプ電極3を形成し(工程(ii))、ダンシングソーにて半導体チップ2に切断分離を行なった(工程(iv))。
【0101】
半田バンプ電極3および樹脂組成物層4を形成した配線基板5をフリップチップボンダ上で、所定温度(150℃)に設定した加熱ステージ7に位置決めして固定した。また、分離した半導体チップ2を加熱ヘッド8に位置決めして固定した(工程(v))。
【0102】
以下、実施例9と同様に接合、樹脂硬化、外部バンプ形成を行ない、半導体装置を得た。
【0103】
実施例13
実施例12と同様の工程にて、樹脂組成物層4の樹脂組成物としてペースト状樹脂組成物(B)を用いた。なお、半田バンプ電極3を形成した配線基板5上への樹脂組成物層の形成方法は、以下の通りである。
【0104】
半田バンプ電極3を形成した配線基板5上に印刷法にて約150ミクロンの厚みで樹脂組成物層4を形成した。その後、この配線基板5を100℃のオーブン中にて、溶剤を揮発させた。以下の工程は、実施例12と同様とした。
【0105】
実施例9〜13で作製した半導体装置の樹脂組成物層4に存在するボイドを確認するため、超音波顕微鏡および表面研磨による観察を行なった。その結果、実施例9〜13に基づいて作製した半導体装置の樹脂組成物層4には、ボイドは観察されなかった。
【0106】
つぎに、実施例9〜13に基づいて作製した半導体装置について、1サイクルが−40℃/30分〜125℃/30分である温度サイクル試験を1000サイクル行なった。その結果、実施例9〜13に基づいて作製した半導体装置において接続抵抗の変化は認められなかった。
【0107】
【発明の効果】
請求項1〜3、6〜9および12にかかわる半導体装置ならびに半導体装置の製造方法によれば、狭間隙間に樹脂を流し込むアンダーフィル樹脂を用いるのに比較して、時間の短縮、工程の削減ができ、アンダーフィル方式では樹脂を流し込むことは困難とされる超狭間隙に対しても、あらかじめフィルムの貼り付けや樹脂の塗布により可能となる。
【0108】
また、アンダーフィル樹脂では粘度上昇のため、充填剤の添加量が制限されていたが、本発明の方法では、アンダーフィル樹脂より充填剤量の添加量を多くすることができ、温度サイクルによる応力発生に対しても、大きく改善することができる。
【0109】
請求項4および5にかかわる半導体装置の製造方法によれば、前記樹脂組成物がフィルム形状であるため、または溶剤を含有するため、アンダーフィル方式では樹脂を流し込むことは困難とされる超狭間隙に対しても、あらかじめフィルム半導体ウエハ上に前記樹脂組成物層を形成することができる。
【0110】
請求項10にかかわる半導体装置の製造方法によれば、樹脂組成物がエポキシ樹脂を含むため、樹脂組成物に接着性を付与することができる。
【0111】
請求項11にかかわる半導体装置の製造方法によれば、樹脂組成物が充填剤を含有するため、樹脂組成物の熱膨張係数を小さくし、半導体装置内に発生する応力を低減でき、さらに低吸水性を付与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1にかかわる半導体装置の製造方法の説明図である。
【図2】実施例2にかかわる半導体装置の製造方法の説明図である。
【図3】実施例3にかかわる半導体装置の製造方法の説明図である。
【図4】実施例4および比較例1にかかわる半導体装置の製造方法の説明図である。
【図5】実施例5にかかわる半導体装置の製造方法の説明図である。
【図6】実施例6、7および8にかかわる半導体装置の製造方法の説明図である。
【図7】比較例2にかかわる半導体装置の製造方法の説明図である。
【図8】実施例9にかかわる半導体装置の製造方法の説明図である。
【図9】実施例10、11および12にかかわる半導体装置の製造方法の説明図である。
【図10】実施例13にかかわる半導体装置の製造方法の説明図である。
【符号の説明】
1 半導体ウエハ、2 半導体チップ、3 半田バンプ電極、4 樹脂組成物層、5 配線基板、6 外部バンプ電極、7 加熱ステージ、8 加熱ヘッド。
Claims (12)
- 配線基板上で半導体チップの回路面を下側にして、前記半導体チップと前記配線基板との間を前記配線基板の配線部より高い突起状の半田バンプ電極で接続搭載し、さらに前記半導体チップと前記配線基板との間が室温で固体である熱硬化性の樹脂組成物にて接着されている半導体装置の製造方法において、
前記樹脂組成物がフィルム形状で前記半導体チップまたは前記配線基板に貼り付けることにより、前記樹脂組成物層をあらかじめ前記半導体チップまたは前記配線基板に形成し、半田の融点以下の温度で溶融させ、前記半導体チップと前記配線基板との半田溶融接合時には前記樹脂組成物は溶融状態を保ち、前記半導体チップと前記配線基板とを電気的に接続後、半田の融点温度以下で前記樹脂組成物を硬化させることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 配線基板上で半導体チップの回路面を下側にして、前記半導体チップと前記配線基板との間を前記配線基板の配線部より高い突起状の半田バンプ電極で接続搭載し、さらに前記半導体チップと前記配線基板との間が室温で固体である熱硬化性の樹脂組成物にて接着されている半導体装置の製造方法において、
前記樹脂組成物が溶剤を含有し、前記半導体チップまたは前記配線基板に塗布後、乾燥させることにより、前記樹脂組成物層をあらかじめ前記半導体チップまたは前記配線基板に形成し、半田の融点以下の温度で溶融させ、前記半導体チップと前記配線基板との半田溶融接合時には前記樹脂組成物は溶融状態を保ち、前記半導体チップと前記配線基板とを電気的に接続後、半田の融点温度以下で前記樹脂組成物を硬化させることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 配線基板上で半導体チップの回路面を下側にして、前記半導体チップと前記配線基板との間を前記配線基板の配線部より高い突起状の半田バンプ電極で接続搭載し、さらに前記半導体チップと前記配線基板との間が室温で固体である熱硬化性の樹脂組成物にて接着されている半導体装置の製造方法において、
前記樹脂組成物層をあらかじめ前記半導体チップまたは前記配線基板に形成し、半田バンプの融点以下の温度で溶融させ、溶融状態で、前記半導体チップと前記配線基板とを前記半田バンプ電極を介して接触させ、前記半田バンプ電極を介して接触状態にある前記半導体チップと前記配線基板との間隔を一定に保持しながら、前記半田バンプの融点以上の温度で半田バンプを溶融させて、前記半導体チップと前記配線基板とを電気的に接続後、半田の融点温度以下で前記樹脂組成物を硬化させることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記樹脂組成物がフィルム形状で前記半導体チップまたは前記配線基板に貼り付けることを特徴とする請求項3記載の半導体装置の製造方法。
- 前記樹脂組成物が溶剤を含有し、前記半導体チップまたは前記配線基板に塗布後、乾燥させることを特徴とする請求項3記載の半導体装置の製造方法。
- 前記樹脂組成物層をあらかじめ前記半導体チップに形成する際に、半導体ウエハ上に前記樹脂組成物層を形成し、前記半導体ウエハと前記樹脂組成物層を切断して前記半導体チップに分離することを特徴とする請求項1、2、3、4または5記載の半導体装置の製造方法。
- 前記半田バンプ電極をあらかじめ前記半導体チップ側に形成し、半田を溶融させ前記配線基板と電気的に接続することを特徴とする請求項1、2、3、4、5または6記載の半導体装置の製造方法。
- 前記半田バンプ電極をあらかじめ前記配線基板側に形成し、半田を溶融させ前記半導体チップと電気的に接続することを特徴とする請求項1、2、3、4、5または6記載の半導体装置の製造方法。
- 前記半田バンプ電極をあらかじめ前記半導体チップ、前記配線基板双方に形成し、半田を溶融させ前記半導体チップと前記配線基板とを電気的に接続させることを特徴とする請求項1、2、3、4、5または6記載の半導体装置の製造方法。
- 前記樹脂組成物が(a)エポキシ樹脂を含むことを特徴とする請求項1、2、3、4、5、6、7、8または9記載の半導体装置の製造方法。
- 前記樹脂組成物が(b)充填剤を含むことを特徴とする請求項1、2、3、4、5、6、7、8、9または10記載の半導体装置の製造方法。
- 請求項1、2、3、4、5、6、7、8、9、10または11記載の半導体装置の製造方法にて作製した半導体装置。
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