半導体装置および半導体装置の製造方法
【課題】接続信頼性の高い半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体チップ５は、第１金属により形成されたバンプ電極５１を有する。また、回路基板１は、第２金属と第３金属とにより形成された金属層２７を有する。この回路基板１は、半導体チップ５のバンプ電極５１が形成された面と対向するように、半導体チップ５と接合している。バンプ電極５１と金属層２７とが接合する接合部３００は、第１金属を含む第１領域３２０と、第１金属を含む海部と、第２金属を含む島部と、を有する海島構造からなる第２領域３４０と、を備えている。
【解決手段】半導体チップ５は、第１金属により形成されたバンプ電極５１を有する。また、回路基板１は、第２金属と第３金属とにより形成された金属層２７を有する。この回路基板１は、半導体チップ５のバンプ電極５１が形成された面と対向するように、半導体チップ５と接合している。バンプ電極５１と金属層２７とが接合する接合部３００は、第１金属を含む第１領域３２０と、第１金属を含む海部と、第２金属を含む島部と、を有する海島構造からなる第２領域３４０と、を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体チップ等を搭載する基板としては、様々なものが提案されている。たとえば、インターポーザ基板等が提案されている（特許文献１（特開平１０−３２１９９０号公報）参照）。
【０００３】
また、特許文献２（特開２００７−１４２１８７号公報）には、半導体集積回路が形成された主面に金スタッドバンプを含み、該金スタッドバンプは銀を含有する半導体チップが記載されている。これにより、金スタッドバンプと、回路基板の銅電極の接合において、ボイドやクラックの発生を抑制できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−３２１９９０号公報
【特許文献２】特開２００７−１４２１８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、大きな回路基板を形成した後、複数の半導体チップを接合し、その後回路基板をダイシングして、個々の半導体装置を得るという製造方法が実施されている。本発明者らは、上記のような半導体チップと回路基板との接合部の形状に依存して、高低差のある温度環境下での接続信頼性が大きく異なることを見出した。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、
第１金属により形成されたバンプ電極を有する半導体チップと、
前記バンプ電極が形成された面と対向するように前記半導体チップと接合し、当該半導体チップと接合する側に、第２金属と第３金属とにより形成された金属層を有する回路基板と、
を備え、
前記バンプ電極と前記金属層とが接合する接合部は、
前記第１金属を含む第１領域と、
前記第１金属を含む海部と、第２金属を含む島部と、を有する海島構造からなる第２領域と、を備える半導体装置が提供される。
【０００７】
また、本発明によれば、
上記のような半導体装置の製造方法であって、
前記第１金属により形成された前記バンプ電極を有する前記半導体チップと、
前記回路基板側から、前記第３金属を含む第３金属層と、前記第２金属を含む第２金属層と、が順に形成された前記金属層を有する前記回路基板と、
を準備する工程と、
前記回路基板の前記金属層が形成された面と、前記バンプ電極が形成された面とが対向するように、前記回路基板上に前記半導体チップを配置する位置決め工程と、
前記回路基板と前記半導体チップとを３００℃以上４００℃以下に加熱して、前記バンプ電極と前記金属層とを接合する接合工程と、
を備える半導体装置の製造方法が提供される。
【０００８】
本発明によれば、半導体チップのバンプ電極と回路基板の金属層とが接合する接合部は、第１金属を含む第１領域と、第１金属を含む海部と、第２金属を含む島部と、を有する海島構造からなる第２領域と、を備えている。これにより、接合部の強度が向上する。高低差の大きい温度環境下においても、接合部に剥離やクラックを生じることがない。したがって、接続信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、接続信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。
【００１１】
【図１】第１の実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
【図２】第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図３】第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図４】第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図５】第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図６】第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図７】第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図８】第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図９】実施例における接合部のＳＥＭ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態を図面に基づいて説明する。図１（Ａ）は、第１の実施形態に係る半導体装置１００を示す断面図である。また、図１（Ｂ）は、接合部３００のＳＥＭ断面図である。なお、図１（Ｂ）は、構造が明確に分かるように、実際のＳＥＭ像を白黒反転させたものである。半導体チップ５は、第１金属により形成されたバンプ電極５１を有する。また、回路基板１は、第２金属と第３金属とにより形成された金属層２７を有する。この回路基板１は、半導体チップ５のバンプ電極５１が形成された面と対向するように、半導体チップ５と接合している。バンプ電極５１と金属層２７とが接合する接合部３００は、第１金属を含む第１領域３２０と、第１金属を含む海部と、第２金属を含む島部と、を有する海島構造からなる第２領域３４０と、を備えている。以下詳細を説明する。
【００１３】
図１（Ａ）のように、回路基板１は、半導体チップ５のバンプ電極５１が形成された面と対向するように、半導体チップ５と接合している。
【００１４】
半導体チップ５は、たとえば、ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などを備えている。また、半導体チップ５には、層間絶縁膜（不図示）、配線層（不図示）およびビア（不図示）等により多層配線（不図示）が形成されている。半導体チップ５の表面に形成されたバンプ電極５１は、層間絶縁膜に形成されたビアを介して、ＦＥＴに接続されている。
【００１５】
ここで、バンプ電極５１は、第１金属により形成されている。第１金属は特に限定されるものではなく、単一の金属であっても、合金であってもよい。具体的には、第１金属は、たとえば、Ａｕである。
【００１６】
また、バンプ電極５１は、半導体チップ５の表面から突出するように設けられている。バンプ電極５１の半導体チップ５表面からの高さは、たとえば、１μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。さらには、５μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。
【００１７】
また、平面視で半導体チップ５上のバンプ電極５１の位置は、対向して接合する回路基板１における金属層２７の位置に合わせて形成されている。
【００１８】
また、回路基板１は、半導体チップ５を搭載するためのインターポーザ基板である。具体的には、回路基板１は、たとえば、導電体２０が貫通する第１絶縁層２１と、第１絶縁層２１の一方の側に設けられ、導電体２０に接続された第１回路層２２と、この第１回路層２２を被覆するとともに、第１回路層２２の一部上に開口が形成された第２絶縁層２３と、第１絶縁層２１の他方側に設けられ、導電体２０に接続された第２回路層２４と、第２回路層２４を被覆する第３絶縁層２５と、第２絶縁層２３の開口内に設けられた金属層２７とを備えている。
【００１９】
また、後述する接合部３００以外の領域に、第２絶縁層２３を被覆するとともに、半導体チップ５の接合側の面と接するように設けられ、フラックス活性化合物を含む樹脂層３が設けられている。これにより、バンプ電極５１と金属層２７の間を封止し、接続信頼性を向上させることができる。
【００２０】
さらに、フラックス活性化合物を含む樹脂層３は、無機充填剤を７０重量％以下含有している。これにより、フラックス活性化合物を含む樹脂層３の線膨張係数を低くすることができる。このようにフラックス活性化合物を含む樹脂層３が低線膨張係数であることにより、本実施形態のような高温接合においてもクラックや剥離が起こりにくい。なお、フラックス活性化合物を含む樹脂層３については、詳細を後述する。
【００２１】
また、金属層２７は、第２金属と第３金属とにより形成されている。ここで、半導体装置１００における回路基板１の金属層２７は、半導体チップ５のバンプ電極５１と接合している。そのため、ここでいう金属層２７とは、後述する第２領域（３４０）のうち、第２金属からなる部分と、第３金属からなる第３金属層２７２を含む層をいう。
【００２２】
第２金属と第３金属は、特に限定されるものではなく、単一の金属であっても、合金であってもよい。具体的には、第２金属は、たとえば、Ｓｎである。また、第３金属は、たとえば、Ｎｉである。
【００２３】
なお、金属層２７は、第４金属を含む第４金属層２７１を有していても良い。第２絶縁層２３の厚さと、金属層２７の総厚が等しくなるように、調整することができる。具体的には、第４金属は、たとえば、Ｃｕである。
【００２４】
後述するように、接合工程前の回路基板１では、金属層２７は、たとえば、第１回路層２２側から順に、第４金属からなる第４金属層２７１、第３金属からなる第３金属層２７２、第２金属からなる第２金属層２７３がこの順に構成されている。その後の接合工程において、回路基板１を半導体チップ５と接合することにより、下記のような接合部３００が形成される。接合工程前の回路基板１における金属層２７については、詳細を後述する。
【００２５】
ここで、半導体チップ５のバンプ電極５１は、フラックス活性化合物を含む樹脂層３を貫通し、金属層２７と接合している。これにより、接合部３００を形成している。
【００２６】
図１（Ｂ）のように、バンプ電極５１と金属層２７とが接合する接合部３００は、第１金属を含む第１領域３２０と、第１金属を含む海部と、第２金属を含む島部と、を有する海島構造からなる第２領域３４０と、を備えている。これにより、接合部３００の強度が向上し、安定的に半導体装置１００を動作させることができる。
【００２７】
また、上述のように、金属層２７は、第３金属からなる第３金属層２７２を含んでいる。この第３金属層２７２は、第１金属の拡散を阻止する拡散阻止層として機能する。さらに、拡散阻止層である第３金属層２７２上には、海島構造の第２領域３４０が形成されている。なお、第３金属層２７２の拡散阻止層としての機能は、詳細を後述する。
【００２８】
また、接合部３００のうち、第１領域３２０は、第３金属層２７２の上面と接している。このように、後述する高温の接合工程や高温環境下においても、バンプ電極５１の第１金属が回路基板１側に過剰に拡散することがない。なかでも、第３金属がＮｉである場合に、好適に拡散を抑止する機能を示す。
【００２９】
さらに、第１領域３２０の側面には、海島構造からなる第２領域３４０を備えている。このように、海島構造の第２領域３４０が第１領域３２０を両方の側面から挟持しているので、接合強度が増し、接続信頼性を向上させることができる。
【００３０】
次に、半導体装置１００における回路基板１について、詳細を説明する。
【００３１】
（第１絶縁層２１）
また、第１絶縁層２１の内部には、導電体２０が貫通している。導電体２０は、たとえば、銅である。また、導電体２０は、第１絶縁層２１の表裏面にそれぞれ設けられた第１回路層２２および第２回路層２４に接続されている。第１回路層２２および第２回路層２４は、ぞれぞれ、たとえば、銅の回路である。
【００３２】
（金属層２７）
次に、接合前における回路基板１の金属層２７について説明する。接合工程前における回路基板１の金属層２７は、少なくとも、第３金属からなる第３金属層２７２、第２金属からなる第２金属層２７３を含んでいる。ここでは、たとえば、第１回路層２２側から順に、第４金属からなる第４金属層２７１、第３金属からなる第３金属層２７２および第２金属からなる第２金属層２７３がこの順に構成されている。金属層２７の厚さは高速信号対応する場合は電気的信頼性の面から８５μｍ以下が好ましい。
【００３３】
第２金属からなる第２金属層２７３は、接合工程において、バンプ電極５１の第１金属と合金化する層である。接合温度がたとえば３００℃以下である場合、接合部３００には、第１金属と第２金属により、組成比の異なる合金層が層状に形成される。一方、本実施形態のように、接合温度がたとえば３００℃以上４００℃以下である場合、接合部３００には、第１金属を含む海部と、第２金属を含む島部と、を有する海島構造からなる第２領域３４０が形成される。接合工程については、詳細を後述する。なお、具体的には、第２金属は、たとえば、Ｓｎである。
【００３４】
第３金属からなる第３金属層２７２は、接合工程において、バンプ電極５１の第１金属の拡散を阻止する拡散阻止層として機能する。具体的には、第３金属は、たとえば、Ｎｉである。
【００３５】
第４金属からなる第４金属層２７１は、第２金属層２７３が第２絶縁層２３と同一面を形成するように、金属層２７の膜厚を調整するために設けられている。具体的には、第４金属は、たとえば、Ｃｕである。
【００３６】
金属層２７のそれぞれの厚さについて、たとえば、第４金属層２７１の厚さは、０μｍ以上５５μｍ以下であり、第３金属層２７２の厚さは、０μｍ以上１５μｍ以下であり、第２金属層２７３の厚さは、３μｍ以上３０μｍ以下である。
【００３７】
また、接合工程前の第２金属層２７３は、フラックス活性化合物を含む樹脂層３に接していてもよい。
【００３８】
接合工程前の第２金属層２７３は、１μｍ以上であることが好ましく、さらには３μｍ以上であることが好ましい。これにより、半導体チップ５側のバンプ電極５１との接合時に十分に濡れ広がり、接続面積を確保し、信頼性を維持することができる。また、接合工程前の第２金属層２７３は、３０μｍ以下であることが好ましい。これにより、狭ピッチ回路において、絶縁信頼性が低下することがない。
【００３９】
次に、第３金属層２７２の厚さは、１μｍ以上であることが好ましく、さらには２μｍ以上であることが好ましい。これにより、第３金属層２７２は、拡散阻止層として機能することができる。すなわち、半導体チップ５の接合工程において、バンプ電極５１の第１金属が回路基板１の金属層２７側に拡散しても、第１金属の拡散を第３金属層２７２で止めることができる。また、半導体チップ５のバンプ電極５１の第１金属が、回路基板１の第４金属層２７１及び第１回路層２２まで拡散することがない。特に、バンプ電極５１の第１金属が金を含む場合において、この第３金属層２７２により、顕著にバンプ電極５１の第１金属の拡散を抑止することができる。
【００４０】
第３金属層２７２の形状は、接合工程の前後で変形していてもよい。ただし、接合工程の前後において、第３金属層２７２は、連続した層状態で残存していることが好ましい。これにより、接合工程後の半導体装置１００を高温環境下においても、第１金属がさらに拡散することを抑制することができる。なお、回路基板１と半導体チップ５との接合工程については、詳細を後述する。
【００４１】
また、一方で、半導体チップ５の接合工程において、第２金属層２７３への銅の拡散を防ぐこともできる。また、生産性の面から第３金属層２７２の厚さは１５μｍ以下が好ましい。
【００４２】
また、第４金属層２７１の厚さは、第２絶縁層２３の厚さによって決めることができる。第２絶縁層２３の厚さとは、対応する第１回路層２２の面からの高さをいう。第３金属層２７２と第２金属層２７３の厚さの合計が、第２絶縁層２３の厚さと同等であれば、第４金属層２７１は不要となる。たとえば、第２絶縁層２３の厚さが２０μｍの場合、第３金属層２７２の厚さが１０μｍ、第２金属層２７３の厚さが１０μｍとなり、第４金属層２７１は不要となる。
【００４３】
一方、第３金属層２７２と第２金属層２７３との厚さの合計よりも第２絶縁層２３の厚さが厚い場合には、上述の金属層２７の合計の厚さが第２絶縁層２３と略同じか突出するように、第４金属層２７１を形成する。たとえば、第２絶縁層２３の厚さが６０μｍである場合、第３金属層２７２の厚さを１５μｍ、第２金属層２７３の厚さを１５μｍとしたとき、第４金属層２７１の厚さは３０μｍとなる。
【００４４】
また、第２絶縁層２３の厚さが１５μｍである場合、第３金属層２７２の厚さを８μｍ、第２金属層２７３の厚さを７μｍとしてもよい。また、第３金属層２７２の厚さを３μｍ、第２金属層２７３の厚さを７μｍ、第４金属層２７１の厚さを５μｍとしてもよい。
【００４５】
以上のように第２絶縁層２３の厚さによって、第４金属層２７１の厚さと、第３金属層２７２の厚さを調整することにより、半導体装置の信頼性を向上させることができる。
【００４６】
（フラックス活性化合物を含む樹脂層３）
半導体装置１００では、フラックス活性化合物を含む樹脂層３は、接合部３００以外の領域に、第２絶縁層２３を被覆するとともに、半導体チップ５の接合側の面と接するように設けられている。
【００４７】
フラックス活性化合物を含む樹脂層３は、硬化後の室温における弾性率が０．５ＧＰａ以上、１５ＧＰａ以下であることが好ましい。なお、弾性率は、以下の方法で測定したものである。
【００４８】
まず、幅４ｍｍ×長さ４５ｍｍ×厚み０．１ｍｍのフィルム状の試験片を１８０℃、１時間で硬化させて作製する。その後、周波数１０Ｈｚ、３℃／分の昇温速度で０℃以上３００℃以下の温度範囲で、動的粘弾性測定機（ＤＭＡ）にて引っ張りモードで計測し、２５℃における弾性率を算出する。
【００４９】
フラックス活性化合物を含む樹脂層３は、特に限定されるものではないが、たとえば、１核体から３核体の合計の含有量が、３０％以上７０％以下であるフェノール系ノボラック樹脂と、２５℃で液状であるエポキシ樹脂と、フラックス活性化合物と、成膜性樹脂と、を含むものであることが好ましい。
【００５０】
フェノール系ノボラック樹脂としては、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ビスフェノールＡ型ノボラック樹脂、ビスフェノールＦ型ノボラック樹脂、ビスフェノールＡＦ型ノボラック樹脂等が挙げられる。なかでも、フェノールノボラッック樹脂、クレゾールノボラック樹脂が好ましい。フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂は、接着フィルムの硬化物のガラス転移温度を効果的に高めることができ、また、アウトガスとなるフェノール系ノボラック樹脂の量を低減することができる。
【００５１】
フェノール系ノボラック樹脂の含有量は、特に限定されるわけではないが、樹脂層３中に３重量％以上３０重量％以下含まれることが好ましく、５重量％以上２５重量％以下含まれることが特に好ましい。フェノール系ノボラック樹脂の含有量を上記範囲とすることで、樹脂層３の硬化物のガラス転移温度を効果的に高めることができる。さらに、アウトガスとなるフェノール系ノボラック樹脂の量を効果的に低減することを両立することができる。
【００５２】
１核体から３核体の合計の含有量が３０％より小さい（４核体以上の合計の含有量が７０％以上）場合、２５℃で液状であるエポキシ樹脂との反応性が低下し、樹脂層３の硬化物中に未反応のフェノール系ノボラック樹脂が残留するため、樹脂層３が脆くなり作業性が低下してしまうといった問題が生じる。また、１核体から３核体の合計の含有量が７０％より大きい（４核体以上の合計の含有量が３０％以下）場合、樹脂層３を硬化させる際のアウトガス量が増大する可能性がある。さらに、樹脂層３のタック性が大きくなり過ぎる可能性もある。
【００５３】
フェノール系ノボラック樹脂中の２核体と３核体の合計の含有量は、特に限定されるわけではないが、３０％以上７０％以下であることが好ましい。上記下限値以上とすることで、樹脂層３を硬化させる際のアウトガス量が増大してしまうことを抑制できる。また、上記上限値以下とすることで、樹脂層３の柔軟性と屈曲性をより効果的に確保することができる。
【００５４】
フェノール系ノボラック樹脂中の１核体の含有量は、特に限定されるわけではないが、樹脂層３中に１％以下であることが好ましく、０．８％以下であることが特に好ましい。１核体の含有量を、上記範囲とすることで、樹脂層３を硬化する際のアウトガス量を低減することができる。
フェノール系ノボラック樹脂の重量平均分子量は、特に限定されるわけではないが、３００以上１，５００以下であることが好ましく、４００以上１４００以下であることが特に好ましい。上記下限値以上とすることで、樹脂層３を硬化させる際のアウトガス量を抑制できる。また。上記上限値以下とすることで、樹脂層３の柔軟性と屈曲性をより効果的に確保することができる。
【００５５】
フラックス活性化合物を含む樹脂層３は、２５℃で液状であるエポキシ樹脂を含むことが好ましい。これにより、樹脂層３に柔軟性および屈曲性を付与することができる。２５℃で液状であるエポキシ樹脂としては、特に限定されるものではないが、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、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂等が挙げられる。これらの中でも、接着フィルムの支持体および被着体に対する密着性、さらに、接着フィルム硬化後の機械特性に優れる、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂が好ましい。
【００５６】
また、２５℃で液状であるエポキシ樹脂としては、より好ましくは、２５℃における粘度が、５００ｍＰａ・ｓ以上５０，０００ｍＰａ・ｓ以下であるものである。さらに好ましくは、８００ｍＰａ・ｓ以上４０，０００ｍＰａ・ｓ以下であるものが挙げられる。２５℃における粘度を上記下限値以上とすることで、樹脂層３の柔軟性と屈曲性を確保することができる。また、２５℃における粘度を上記上限値以下とすることで樹脂層３のタック性が強くなり、ハンドリング性が低下することを防止することができる。
【００５７】
また、２５℃で液状であるエポキシ樹脂の含有量は、特に限定されるものではないが、１０重量％以上８０重量％以下が好ましく、１５重量％以上７５重量％以下が特に好ましい。上記下限値以上とすることで、樹脂層３の柔軟性と屈曲性をより効果的に発現させることができる。また、上記上限値以下とすることで、樹脂層３のタック性が強くなり、ハンドリング性が低下することをより効果的に防止することができる。
【００５８】
フラックス活性化合物としては、半田表面の酸化膜を除去する働きがあれば、特に限定されるものではないが、カルボキシル基又はフェノール性水酸基のいずれか、あるいは、カルボキシル基及びフェノール水酸基の両方を備える化合物が好ましい。
【００５９】
フラックス活性化合物の配合量は、１重量％以上３０重量％以下が好ましく、３重量％以上２０重量％以下が特に好ましい。フラックス活性化合物の配合量が、上記範囲であることにより、フラックス活性を向上させることができる。加えて、樹脂層３を硬化した際に、未反応の化合物が残存するのを防止することができ、耐マイグレーション性を向上することができる。
【００６０】
また、エポキシ樹脂の硬化剤として作用する化合物の中には、フラックス活性化合物が存在する（以下、このような化合物を、フラックス活性硬化剤とも記載する。）。例えば、エポキシ樹脂の硬化剤として作用する、脂肪族ジカルボン酸、芳香族ジカルボン酸等は、フラックス作用も有している。このような、フラックスとしても作用し、エポキシ樹脂の硬化剤としても作用するようなフラックス活性硬化剤を、好適に用いることができる。
【００６１】
なお、カルボキシル基を備えるフラックス活性化合物とは、分子中にカルボキシル基が１つ以上存在するものをいい、液状であっても固体であってもよい。また、フェノール性水酸基を備えるフラックス活性化合物とは、分子中にフェノール性水酸基が１つ以上存在するものをいい、液状であっても固体であってもよい。また、カルボキシル基及びフェノール性水酸基を備えるフラックス活性化合物とは、分子中にカルボキシル基及びフェノール性水酸基がそれぞれ１つ以上存在するものをいい、液状であっても固体であってもよい。
【００６２】
これらのうち、カルボキシル基を備えるフラックス活性化合物としては、脂肪族酸無水物、脂環式酸無水物、芳香族酸無水物、脂肪族カルボン酸、芳香族カルボン酸等が挙げられる。
【００６３】
カルボキシル基を備えるフラックス活性化合物に係る脂肪族酸無水物としては、無水コハク酸、ポリアジピン酸無水物、ポリアゼライン酸無水物、ポリセバシン酸無水物等が挙げられる。
【００６４】
カルボキシル基を備えるフラックス活性化合物に係る脂環式酸無水物としては、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、無水メチルハイミック酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、トリアルキルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルシクロヘキセンジカルボン酸無水物等が挙げられる。
【００６５】
カルボキシル基を備えるフラックス活性化合物に係る芳香族酸無水物としては、無水フタル酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸無水物、エチレングリコールビストリメリテート、グリセロールトリストリメリテート等が挙げられる。
【００６６】
カルボキシル基を備えるフラックス活性化合物に係る脂肪族カルボン酸としては、下記一般式（１）で示される化合物や、蟻酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、ピバル酸カプロン酸、カプリル酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、オレイン酸、フマル酸、マレイン酸、シュウ酸、マロン酸、琥珀酸等が挙げられる。
ＨＯＯＣ−（ＣＨ２）ｎ−ＣＯＯＨ （１）
（式（１）中、ｎは、１以上２０以下の整数を表す。）
【００６７】
カルボキシル基を備えるフラックス活性化合物に係る芳香族カルボン酸としては、安息香酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ヘミメリット酸、トリメリット酸、トリメシン酸、メロファン酸、プレーニト酸、ピロメリット酸、メリット酸、トリイル酸、キシリル酸、ヘメリト酸、メシチレン酸、プレーニチル酸、トルイル酸、ケイ皮酸、サリチル酸、２，３−ジヒドロキシ安息香酸、２，４−ジヒドロキシ安息香酸、ゲンチジン酸（２，５−ジヒドロキシ安息香酸）、２，６−ジヒドロキシ安息香酸、３，５−ジヒドロキシ安息香酸、浸食子酸（３，４，５−トリヒドロキシ安息香酸）、１，４−ジヒドロキシ−２−ナフトエ酸、３，５−ジヒドロキシ−２−ナフトエ酸等のナフトエ酸誘導体、フェノールフタリン、ジフェノール酸等が挙げられる。
【００６８】
これらのカルボキシル基を備えるフラックス活性化合物のうち、フラックス活性化合物が有する活性度、樹脂層３の硬化時におけるアウトガスの発生量、及び硬化後の樹脂層３の弾性率やガラス転移温度等のバランスが良い点で、一般式（１）で示される化合物が好ましい。そして、一般式（１）で示される化合物のうち、式（１）中のｎが３以上１０以下である化合物が、硬化後の樹脂層３における弾性率が増加するのを抑制することができるとともに、接着性を向上させることができる点で、特に好ましい。
【００６９】
一般式（１）で示される化合物のうち、式（１）中のｎが３以上１０以下である化合物としては、例えば、ｎ＝３のグルタル酸（ＨＯＯＣ−（ＣＨ２）３−ＣＯＯＨ）、ｎ＝４のアジピン酸（ＨＯＯＣ−（ＣＨ２）４−ＣＯＯＨ）、ｎ＝５のピメリン酸（ＨＯＯＣ−（ＣＨ２）５−ＣＯＯＨ）、ｎ＝８のセバシン酸（ＨＯＯＣ−（ＣＨ２）８−ＣＯＯＨ）及びｎ＝１０のＨＯＯＣ−（ＣＨ２）１０−ＣＯＯＨ−等が挙げられる。
【００７０】
フェノール性水酸基を備えるフラックス活性化合物としては、フェノール類が挙げられ、具体的には、例えば、フェノール、ｏ−クレゾール、２，６−キシレノール、ｐ−クレゾール、ｍ−クレゾール、ｏ−エチルフェノール、２，４−キシレノール、２，５キシレノール、ｍ−エチルフェノール、２，３−キシレノール、メジトール、３，５−キシレノール、ｐ−ターシャリブチルフェノール、カテコール、ｐ−ターシャリアミルフェノール、レゾルシノール、ｐ−オクチルフェノール、ｐ−フェニルフェノール、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、ビスフェノールＡＦ、ビフェノール、ジアリルビスフェノールＦ、ジアリルビスフェノールＡ、トリスフェノール、テトラキスフェノール等のフェノール性水酸基を含有するモノマー類等が挙げられる。
【００７１】
上述したようなカルボキシル基又はフェノール水酸基のいずれか、あるいは、カルボキシル基及びフェノール水酸基の両方を備える化合物は、エポキシ樹脂との反応で三次元的に取り込まれる。
【００７２】
そのため、硬化後のエポキシ樹脂の三次元的なネットワークの形成を向上させるという観点からは、フラックス活性化合物としては、フラックス作用を有し且つエポキシ樹脂の硬化剤として作用するフラックス活性硬化剤が好ましい。フラックス活性硬化剤としては、例えば、１分子中に、エポキシ樹脂に付加することができる２つ以上のフェノール性水酸基と、フラックス作用（還元作用）を示す芳香族に直接結合した１つ以上のカルボキシル基とを備える化合物が挙げられる。このようなフラックス活性硬化剤としては、２，３−ジヒドロキシ安息香酸、２，４−ジヒドロキシ安息香酸、ゲンチジン酸（２，５−ジヒドロキシ安息香酸）、２，６−ジヒドロキシ安息香酸、３，４−ジヒドロキシ安息香酸、没食子酸（３，４，５−トリヒドロキシ安息香酸）等の安息香酸誘導体；１，４−ジヒドロキシ−２−ナフトエ酸、３，５−ジヒドロキシ−２−ナフトエ酸、３，７−ジヒドロキシ−２−ナフトエ酸等のナフトエ酸誘導体；フェノールフタリン；及びジフェノール酸等が挙げられ、これらは１種単独又は２種以上を組み合わせでもよい。これらの中でも、半田表面の酸化膜を除去する効果とエポキシ樹脂との反応性に優れる、２，３−ジヒドロキシ安息香酸、ゲンチジン酸、フェノールフタリンが好ましい。
【００７３】
また、樹脂層３中、フラックス活性硬化剤の配合量は、１重量％以上３０重量％以下が好ましく、３重量％以上２０重量％以下が特に好ましい。樹脂層３中のフラックス活性硬化剤の配合量が、上記範囲であることにより、樹脂層３のフラックス活性を向上させることができる。さらに、樹脂層３中に、エポキシ樹脂と未反応のフラックス活性硬化剤が残存するのが防止される。
【００７４】
樹脂層３は、成膜性を向上するために成膜性樹脂を含むことが好ましい。これにより、フィルム状態にするのが容易となる。また、機械的特性にも優れる。
【００７５】
成膜性樹脂としては、特に限定されるわけではないが、例えば、（メタ）アクリル系樹脂、フェノキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、シロキサン変性ポリイミド樹脂、ポリブタジエン、ポリプロピレン、スチレン−ブタジエン−スチレン共重合体、スチレン−エチレン−ブチレン−スチレン共重合体、ポリアセタール樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ブチルゴム、クロロプレンゴム、ポリアミド樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン−アクリル酸共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体、ポリ酢酸ビニル、ナイロン等を挙げることができる。これらは、１種で用いても、２種以上を併用してもよい。中でも、（メタ）アクリル系樹脂、フェノキシ樹脂及びポリイミド樹脂からなる群から選択される少なくとも１種であることが好ましい。
【００７６】
成膜性樹脂の含有量は、特に限定されないが、樹脂層３中の１０重量％以上５０重量％以下が好ましく、１５重量％以上４０重量％以下がより好ましく、特に２０重量％以上３５重量％以下が好ましい。含有量が範囲内であると、樹脂層３の流動性を抑制することができ、樹脂層３の取り扱いが容易になる。
【００７７】
また、樹脂層３は、硬化促進剤やシランカップリング剤を更に含んでもよい。
【００７８】
さらに、フラックス活性化合物を含む樹脂層３は、無機充填剤を含んでいても良い。本実施形態では、高温接合を行うため、接合工程においても、回路基板１に反りなどが生じることなく、回路基板１の形状が安定していることが好ましい。そのため、フラックス活性化合物を含む樹脂層３は、低熱膨張係数を有していることが好ましい。
【００７９】
フラックス活性化合物を含む樹脂層３に含まれる無機充填剤は、たとえば、タルク、焼成クレー、未焼成クレー、マイカ、ガラス等のケイ酸塩、酸化チタン、アルミナ、シリカ、溶融シリカ等の酸化物、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ハイドロタルサイト等の炭酸塩、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム等の水酸化物、硫酸バリウム、硫酸カルシウム、亜硫酸カルシウム等の硫酸塩または亜硫酸塩、ホウ酸亜鉛、メタホウ酸バリウム、ホウ酸アルミニウム、ホウ酸カルシウム、ホウ酸ナトリウム等のホウ酸塩、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素、窒化炭素等の窒化物、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム等のチタン酸塩等を挙げることができる。無機充填材として、これらの中の１種類を単独で用いることもできる。または、２種類以上を併用したりすることもできる。これらの中でも特に、水酸化アルミニウム、シリカが好ましく、溶融シリカ（特に球状溶融シリカ）が低熱膨張性に優れる点で好ましい。
【００８０】
フラックス活性化合物を含む樹脂層３は、たとえば、無機充填剤を７０重量％以下含むことが好ましい。さらに好ましくは、無機充填剤を２７重量％以上５０重量％以下含むことが好ましい。無機充填剤を上記範囲内で含むことにより、フラックス活性化合物を含む樹脂層３の線膨張係数を低くすることができる。また、これにより、接合された回路基板１と半導体チップ５との界面の非弾性ひずみが小さくなる。したがって、高温接合においても、クラックや剥離が起こりにくい。
【００８１】
（製造方法）
次に、図２〜８を用いて、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する。図２〜８は、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法は、以下の工程を備えている。まず、第１金属により形成されたバンプ電極５１を有する半導体チップ５と、表面側から、第２金属を含む層２７３と、第３金属を含む層２７２とが順に形成された金属層２７を有する回路基板１と、を準備する。次いで、回路基板１の金属層２７が形成された面と、バンプ電極５１が形成された面とが対向するように、回路基板１上に半導体チップ５を配置して、３００℃以上４００℃以下に加熱する。これにより、バンプ電極５１と金属層２７とを接合する。以下、詳細を説明する。
【００８２】
まず、回路基板１の製造方法から説明する。図２（Ａ）に示すように、はじめに、表裏面に、金属膜４１（たとえば、銅膜）が形成された第１絶縁層２１を用意する。
【００８３】
次に、図２（Ｂ）に示すように、一方の金属膜４１および第１絶縁層２１を貫通する孔２１１を形成する。一方の金属膜４１を貫通する孔は、エッチングにより形成し、その後、第１絶縁層２１を貫通する孔をレーザーで形成してもよい。なお、図２（Ｃ）に示すように、他方の金属膜４１をも貫通する貫通孔２１１を形成してもよい。
【００８４】
次に、金属膜４１上および、第１絶縁層２１の孔２１１内部に化学めっきを施す。その後、図３（Ａ）に示すように、マスクＭを配置し、孔２１１内部を充填するとともに、金属膜４１上にめっきを施す。これにより、ビアとなる導電体２０を形成するとともに、金属膜４２を形成する（金属膜４２は、金属膜４１と金属膜４１上のめっき膜を示す）。
【００８５】
次に、図３（Ｂ）に示すように、マスクＭが形成されていた部分の金属膜４２をフラッシュエッチングにより除去する。これにより、第１回路層２２、第２回路層２４を形成する。
【００８６】
その後、図４（Ａ）に示すように、第１回路層２２上に、シート状の第２絶縁層２３を貼り付ける。また、第２回路層２４上に、シート状の第３絶縁層２５を貼り付ける。なお、このとき、第２絶縁層２３、第３絶縁層２５を同時に貼り付けても良い。次いで、シート状の第２絶縁層２３、シート状の第３絶縁層２５を加熱ラミネートする。次いで、熱により完全硬化させる。
【００８７】
次に、図４（Ｂ）に示すように、第２絶縁層２３、第３絶縁層２５それぞれに開口を形成する。たとえば、第２絶縁層２３にＵＶレーザーを照射し、第３絶縁層２５に炭酸レーザーを照射して開口を形成することができる。また、第２絶縁層２３および第３絶縁層２５が感光性樹脂である場合には、露光および現像を行うことにより、開口を形成することができる。
【００８８】
その後、図５のように、第２絶縁層２３の開口内に、第４金属を含む金属層２７１、第３金属を含む金属層２７２、第２金属を含む金属層２７３をこの順にメッキにより形成する。このとき、第２絶縁層２３の厚さに合わせて、金属層２７の厚さを適宜調整する。具体的には、たとえば、第４金属を含む金属層２７１の厚さを０μｍ以上、５５μｍ以下に、第３金属を含む金属層２７２の厚さを１μｍ以上、１５μｍ以下に、第２金属を含む金属層２７３の厚さを１μｍ以上、１５μｍ以下になるよう、第２絶縁層２３の開口内に金属層２７を形成する。
【００８９】
また、図６に示すように、金属層２７が形成された面を被覆するように、フラックス活性化合物を含む樹脂層３を圧着する。これにより、フラックス活性化合物を含む樹脂層３は、第２絶縁層を被覆するとともに、金属層２７上に形成される。以上のようにして、回路基板１を準備する。
【００９０】
次に、半導体チップ５の製造方法を説明する。まず、半導体ウエハ（不図示）に、たとえばＦＥＴを形成する。次いで、半導体ウエハ上に、層間絶縁膜（不図示）、配線層（不図示）およびビア（不図示）等により多層配線（不図示）を形成する。
【００９１】
次いで、多層配線の最上層に、第１金属のバンプ電極５１を形成する。また、バンプ電極５１を、平面視で対向して接合する回路基板１における金属層２７の位置に合わせて形成する。また、バンプ電極５１を、たとえば、金ワイヤのリードカットにより形成する。
【００９２】
次いで、上記半導体ウエハをダイシングして、所望の大きさの半導体チップ５に分割する。以上のようにして、半導体チップ５を準備する。
【００９３】
次に、回路基板１と半導体チップ５を接合した半導体装置１００の製造方法について説明する。
（位置決め仮接着）
図７に示すように、回路基板１の金属層２７が形成された面と、バンプ電極５１が形成された面とが対向するように、回路基板１上に複数の半導体チップ５を配置する。このとき、複数の半導体チップ５は、回路基板１のフラックス活性化合物を含む樹脂層３の上に配置される。また、複数の半導体チップ５は、回路基板１の面方向に沿って並べられる。
【００９４】
ここで、半導体チップ５のバンプ電極５１は、フラックス活性化合物を含む樹脂層３を貫通し、金属層２７と接触する。条件は特に限定されないが、２５℃以上１７５℃以下、半導体チップ５のバンプ電極５１の１つ当たり１ｇｆ以上３０ｇｆ以下でバンプ電極５１と金属層２７の位置を合わせて仮接着する。
【００９５】
（接合）
その後、回路基板１と複数の半導体チップ５とを加熱して、バンプ電極５１と金属層２７とを接合する。接合条件については特に限定されないが、回路基板１と複数の半導体チップ５とを３００℃以上４００℃以下に加熱して、バンプ電極５１と金属層２７とを接合することが好ましい。
【００９６】
この接合工程において、バンプ電極５１の第１金属は、回路基板１の金属層２７側に拡散する。このとき、第２金属からなる第２金属層２７３は、バンプ電極５１の第１金属と合金化する。
【００９７】
ここで、従来の技術水準では、Ｐｂフリー半田の接合温度は、およそ２６０℃であり、接合時間はおよそ１秒以上１０分以下であった。したがって、従来は、その接合温度に基づいて設計が進められてきた。
【００９８】
接合温度が２６０℃程度である場合、接合部３００には、組成比の異なる合金層が層状に形成される。このように、接合部３００が層状に形成されている場合、高低差の大きい温度環境下では、クラックや剥離等の不良が起こる可能性があった。
【００９９】
しかし、本発明者らは、従来よりも高い温度で接合することにより、接合部３００の密着性が向上することを発見した。その際の接合部３００の形状は、上述のように海島構造からなる第２領域３４０を有している。接合工程において、拡散した第１金属は、第２領域３４０において、海部を形成する。また、第２金属は、第１金属を含む海部の中に入り組んで、島部を形成する。これにより、接合が強固なものとなり、高低差の大きい温度環境下においてもクラックや剥離等の不良が起こらない。
【０１００】
なお、第１金属を含む海部または第２金属を含む島部は、それぞれ異なる組成比であればよく、合金化していてもよい。具体的には、たとえば、海部はＡｕ、島部はＡｕＳｎである。
【０１０１】
本実施形態の接合部３００の形状を得るための条件は、特に限定されないが、３００℃以上４００℃以下で１秒間以上５分間以下、半導体チップ５のバンプ電極５１の１つの当たり０．１ｇｆ以上１０ｇｆ以下が好ましい。特に３００℃以上３４０℃以下で１秒間以上３０秒間以下が好ましい。
【０１０２】
接合温度が３００℃以上であることにより、従来のように接合部３００に組成比の異なる層が層状に形成されることがなく、海島構造の第２領域３４０を有する接合部３００の形状を得ることができる。一方、接合温度が４００℃以下であることにより、半導体チップ５内のＦＥＴ等における拡散層（不図示）の悪影響を与えることがない。なお、４００℃より高い場合は、拡散層内の不純物がさらに拡散してしまい、リーク電流などの原因となってしまう。
【０１０３】
また、本実施形態では、接合温度が従来よりも高いため、短い時間で確実に接合をすることが好ましい。これにより、バンプ電極５１側から第１金属が金属層２７側に局所的に拡散し、海島構造の第２領域３４０を有する接合部３００の形状を得ることができる。
【０１０４】
上記した接合時間が１秒以上であることにより、バンプ電極５１と金属層２７とを確実に接合することができる。一方、接合時間が５分間以下であることにより、接合温度が高い場合と同様にして、過剰な熱を与えることによって、半導体チップ５に悪影響を及ぼすことがない。このように、高温で接合することにより、プロセス時間を短縮することができる。
【０１０５】
なお、接合温度は金属層２７の融点に依存し、荷重は接合する端子数に依存する。また、フラックス活性化合物を含む樹脂層３を介して、バンプ電極５１と金属層２７を接合するので、金属層２７の表面が酸化されるのを抑制しながら（表面酸化膜を除去しながら）接合することができる。
【０１０６】
このように、従来よりも高温短時間で接合工程を行うことにより、バンプ電極５１側から第１金属が金属層２７側に局所的に拡散することにより、海島構造の第２領域３４０を有する接合部３００を形成することができる。
【０１０７】
（硬化）
この積層体をさらに加熱することによりフラックス活性化合物を含む樹脂層３を構成する樹脂を硬化させることが好ましい。この際の加熱条件は特に限定されないが、１２０℃以上２００℃以下で、３０分間以上１８０分間以下が好ましい。これにより、フラックス活性化合物を含む樹脂層３が硬化することにより、バンプ電極５１と金属層２７の間を封止し、接続信頼性を向上させることができる。なお、本実施の形態では、積層体を得た後、フラックス活性化合物を含む樹脂層３を硬化させたが、これに限らず、フラックス活性化合物を含む樹脂層３を硬化させた後に積層体を得る方法でも良い。
【０１０８】
（樹脂封止）
得られた積層体に半導体チップ５側から、エポキシ樹脂組成物を金型を用いて圧縮成形する。その後、取り出して乾燥機で硬化乾燥させる。この際の加熱条件は特に限定されないが、圧縮成形は厚み３０μｍ以上３００μｍ以下、１２０℃以上２００℃以下、１分間以上５分間以下、硬化は１２０℃以上２００℃以下で３時間以上５時間以下が好ましい。これにより、積層体を封止し、信頼性を確保することができる。
【０１０９】
（半田ボール搭載）
さらに、回路基板１の金属層２８上に半田ボールを形成する。これにより、他の基板等への２次実装が容易となる。半田ボールを付与する方法としては、例えばメッキ法、ペースト印刷法、ボール搭載法が挙げられる。
【０１１０】
（ダイシング）
次に、図８（Ａ）に示すように、回路基板１を分割して、一つの半導体チップ５と、当該分割された回路基板１（回路基板部１０）とで構成される複数の半導体装置１００を得る。このとき、分割する際には、半田ボールが付与されているのと反対側の面にダイシングシートを付与してダイシングを行う。
【０１１１】
この半導体装置１００は、図８（Ｂ）に示すように、回路基板部１０の基板面側からみて、回路基板部１０の側面と、半導体チップ５の側面とが面一に形成されている。これにより、半導体装置１００の外形寸法を可能な限り小さくすることができる。なお、ダイシングする前に、積層体の半田ボールが付与されている側の面にフラックス活性化合物を含む樹脂層を配置しておくことが好ましい。これにより、２次実装での半田接続が容易となると共に、フラックス処理を省略することができ、生産性や温度サイクル性、落下試験等の２次実装後の信頼性を向上させることができる。ここで、使用するダイシングシートは市販されているものをそのまま用いることができる。
【０１１２】
以上のようにして、半導体装置１００を得ることができる。
【０１１３】
次に、本実施形態の効果について説明する。本実施形態によれば、半導体チップ５のバンプ電極５１と回路基板１の金属層２７とが接合する接合部３００は、第１金属を含む第１領域３２０と、第１金属を含む海部と、第２金属を含む島部と、を有する海島構造からなる第２領域３４０と、を備えている。これにより、バンプ電極５１と金属層２７との密着性が向上する。高低差の大きい温度環境下においても、接合部３００に剥離やクラックを生じることがない。したがって、接続信頼性の高い半導体装置１００を提供することができる。
【０１１４】
次に、本発明の実施例について説明する。
（実施例）
上記した本実施形態の方法を用い、本実施形態のサンプルを作製した。一方、本実施形態と接合条件のみが異なるものを比較例のサンプルとして作製した。
（第１絶縁層）
以下のようにして第１絶縁層を作製した。３０μｍのガラス繊維基材にエポキシ樹脂組成物を含浸し硬化させた厚さ４０μｍの第１絶縁層とした。次に、第１絶縁層の両面側に、金属層として厚さ２μｍの銅箔（銅箔は１８μのピーラブル箔付き）を形成して厚みが４４μｍの積層板を作成した。その後、レーザー加工面にサブトラクティブ法にてコンフォーマルマスクを形成してＣＯ２レーザーにより銅張りの積層板に非貫通穴を形成した。次いで、電気銅めっきにて銅張りの積層板の非貫通孔内を銅めっきで充填させるとともに、回路パターン形成を行い、第１回路層および第２回路層を形成した。
【０１１５】
（第２絶縁層および第３絶縁層）
第１絶縁層上の第１回路及び第２回路に回路粗化・有機皮膜形成処理を行い、熱硬化性樹脂（厚み２５μｍ）をラミネートして完全硬化させて第２絶縁層及び第３絶縁層を形成した（回路上から絶縁樹脂表面の厚みは２０μｍ）。その後、第２絶縁層はＵＶレーザーによりブラインドビアを形成してプラズマデスミア処理を行った。第３絶縁層はＣＯ２レーザーにてブラインドビア形成・プラズマデスミア処理を行い、無電解Ｎｉ、Ａｕめっきを行った。その後、プラズマデスミア後の第２絶縁層の開口部に電気メッキにて銅１２μ、Ｎｉ３μ、Ｓｎ１０μｍの金属層を形成した。
【０１１６】
（フラックス活性化合物を含む樹脂層）
フェノールノボラック樹脂（住友ベークライト社製、ＰＲ５５６１７）１５．０重量部と、液状ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（大日本インキ化学工業社製、ＥＰＩＣＬＯＮ−８４０Ｓ）４５．０重量部と、フラックス活性化合物であるフェノールフタリン（東京化成工業社製）１５．０重量部と、成膜性樹脂としてビスフェノールＡ型フェノキシ樹脂（東都化成社製、ＹＰ−５０）２４．４重量部と、硬化促進剤として２―フェニルー４−メチルイミダゾール（四国化成工業社製、２Ｐ４ＭＺ）０．１重量部と、シランカップリング剤としてβ−（３，４エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン（信越化学工業社製、ＫＢＭ−３０３）０．５重量部とを、メチルエチルケトンに溶解し、樹脂濃度５０％の樹脂ワニスを調製した。得られた樹脂ワニスを、基材ポリエステルフィルム（東レ株式会社製、ルミラー）に厚さ５０μｍとなるように塗布して、１００℃、５分間乾燥させた。これにより、厚さ２５μｍのフラックス活性を有する接着フィルムを得た。
【０１１７】
（回路基板）
第２絶縁層を第１回路層側に、第３絶縁層を第２回路層側に真空ラミネータにてラミネートし、硬化させた。その後、ＵＶレーザーにて第２絶縁層に開口部を形成し、銅、ニッケル、はんだめっきを施した。また、ＣＯ２レーザーにて第３絶縁層に開口部を形成し、ニッケル、金めっきを施した。その後、フラックス活性化合物を含む樹脂層を真空ラミネータにてラミネートした。次に、５０ｍｍ×５０ｍｍの大きさに切断し、回路基板を得た。
【０１１８】
（半導体装置の製造）
半導体チップ（ＴＥＧチップ、サイズ１５ｍｍ×１５ｍｍ、厚み０．８ｍｍ）は、バンプ電極を金で形成した。また、回路保護膜をポジ型感光性樹脂（住友ベークライト社製ＣＲＣ−８３００）で形成したものを使用した。
【０１１９】
次に、下記のように、比較例のサンプルと本実施形態のサンプルとで異なる接合条件により、半導体チップと回路基板を接合した。比較例のサンプルに対しては、まず、フリップチップボンダー装置により、１５０度１０秒の加熱圧着を行った。次いで、オーブンを用いて、２５分間で２５℃から２６０℃までの昇温を行い、２６０℃を５分間保持して接合を行った。
【０１２０】
一方、本実施形態のサンプルに対しては、フリップチップボンダー装置により、３００℃で１０秒間の接合を行った。
【０１２１】
その後、液状封止樹脂（住友ベークライト社製、ＣＲＰ−４１５２Ｓ）を充填し、液状封止樹脂を硬化させることで半導体装置を得た。尚、液状封止樹脂は、温度１５０℃、１２０分の条件で硬化させた。
【０１２２】
（半導体チップ接合後、温度サイクル試験）
試験条件として、温度サイクル試験機を用いて、温度サイクル（−５５℃から１２５℃まで）、保持時間１０分、温度変更時間２０分の条件を、１，０００サイクル行い、導通抵抗を確認した。結果、比較例のサンプルでは、導通不良が生じていた。一方、本実施形態のサンプルでは、導通不良が無かった。
【０１２３】
図９は、実施例における接合部のＳＥＭ断面図である。そのうち、図９（Ａ）は比較例のサンプル、図９（Ｂ）は本実施形態のサンプルである。それぞれ、左側がＳＥＭ像を白黒反転させたもの、右側が組成分析をマッピングしたものである。
【０１２４】
図９（Ａ）のように、比較例のサンプルは、組成比の異なる層が層状に形成されている。なお、バンプ電極側から、ＡｕＳｎ、ＡｕＳｎ２およびＡｕＳｎ４の層が形成されている。接合温度が２６０℃と低く、接合時間が長かったため、バンプ電極側からＡｕがゆっくりと拡散することにより、このような層状の接合部が形成されている。また、層状の界面が形成されたことにより、ＡｕＳｎ２とＡｕＳｎ４との界面にクラック２８０が生じている。なお、図９（Ａ）中、界面に生じている白い部分がクラック２８０である。このため、比較例のサンプルでは、導通不良を生じていたと考えられる。
【０１２５】
一方、図９（Ｂ）のように、本実施形態のサンプルは、Ａｕからなる第１領域と、Ａｕからなる海部とＡｕＳｎの島部とを含む海島構造からなる第２領域と、を備えている。なお、第２領域は、海島構造の組成比としてＡｕ１０Ｓｎとなっている。接合温度が３００℃と高く、接合時間が１０秒間と短かったため、バンプ電極側からＡｕが局所的に拡散することにより、このような海島構造を有する接合部が形成されている。このように、海島構造となることにより、バンプ電極と金属層との接合部の強度が向上する。実際に、本実施形態のサンプルには、比較例のサンプルで見られたようなクラックが生じていない。このようにして、本実施形態のサンプルでは導通不良が無かったと考えられる。
【０１２６】
以上、第１の実施形態では、接合温度が３００℃以上４００℃以下である場合を説明したが、海島構造の第２領域３４０を有する接合部３００を形成することが出来れば、この条件に限られない。
【符号の説明】
【０１２７】
１ 回路基板
３ 樹脂層
５ 半導体素子
１０ 回路基板部
２０ 導電体
２１ 第１絶縁層
２２ 第１回路層
２３ 第２絶縁層
２４ 第２回路層
２５ 第３絶縁層
２７ 金属層
２８ 金属層
２９ 半田ボール
４１ 金属膜
４２ 金属膜
５１ バンプ電極
１００ 半導体装置
２１１ 孔
２７１ 第４金属層
２７２ 第３金属層（拡散阻止層）
２７３ 第２金属層
２８０ クラック
３００ 接合部
３２０ 第１領域
３４０ 第２領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体チップ等を搭載する基板としては、様々なものが提案されている。たとえば、インターポーザ基板等が提案されている（特許文献１（特開平１０−３２１９９０号公報）参照）。
【０００３】
また、特許文献２（特開２００７−１４２１８７号公報）には、半導体集積回路が形成された主面に金スタッドバンプを含み、該金スタッドバンプは銀を含有する半導体チップが記載されている。これにより、金スタッドバンプと、回路基板の銅電極の接合において、ボイドやクラックの発生を抑制できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−３２１９９０号公報
【特許文献２】特開２００７−１４２１８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、大きな回路基板を形成した後、複数の半導体チップを接合し、その後回路基板をダイシングして、個々の半導体装置を得るという製造方法が実施されている。本発明者らは、上記のような半導体チップと回路基板との接合部の形状に依存して、高低差のある温度環境下での接続信頼性が大きく異なることを見出した。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、
第１金属により形成されたバンプ電極を有する半導体チップと、
前記バンプ電極が形成された面と対向するように前記半導体チップと接合し、当該半導体チップと接合する側に、第２金属と第３金属とにより形成された金属層を有する回路基板と、
を備え、
前記バンプ電極と前記金属層とが接合する接合部は、
前記第１金属を含む第１領域と、
前記第１金属を含む海部と、第２金属を含む島部と、を有する海島構造からなる第２領域と、を備える半導体装置が提供される。
【０００７】
また、本発明によれば、
上記のような半導体装置の製造方法であって、
前記第１金属により形成された前記バンプ電極を有する前記半導体チップと、
前記回路基板側から、前記第３金属を含む第３金属層と、前記第２金属を含む第２金属層と、が順に形成された前記金属層を有する前記回路基板と、
を準備する工程と、
前記回路基板の前記金属層が形成された面と、前記バンプ電極が形成された面とが対向するように、前記回路基板上に前記半導体チップを配置する位置決め工程と、
前記回路基板と前記半導体チップとを３００℃以上４００℃以下に加熱して、前記バンプ電極と前記金属層とを接合する接合工程と、
を備える半導体装置の製造方法が提供される。
【０００８】
本発明によれば、半導体チップのバンプ電極と回路基板の金属層とが接合する接合部は、第１金属を含む第１領域と、第１金属を含む海部と、第２金属を含む島部と、を有する海島構造からなる第２領域と、を備えている。これにより、接合部の強度が向上する。高低差の大きい温度環境下においても、接合部に剥離やクラックを生じることがない。したがって、接続信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、接続信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。
【００１１】
【図１】第１の実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
【図２】第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図３】第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図４】第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図５】第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図６】第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図７】第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図８】第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図９】実施例における接合部のＳＥＭ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態を図面に基づいて説明する。図１（Ａ）は、第１の実施形態に係る半導体装置１００を示す断面図である。また、図１（Ｂ）は、接合部３００のＳＥＭ断面図である。なお、図１（Ｂ）は、構造が明確に分かるように、実際のＳＥＭ像を白黒反転させたものである。半導体チップ５は、第１金属により形成されたバンプ電極５１を有する。また、回路基板１は、第２金属と第３金属とにより形成された金属層２７を有する。この回路基板１は、半導体チップ５のバンプ電極５１が形成された面と対向するように、半導体チップ５と接合している。バンプ電極５１と金属層２７とが接合する接合部３００は、第１金属を含む第１領域３２０と、第１金属を含む海部と、第２金属を含む島部と、を有する海島構造からなる第２領域３４０と、を備えている。以下詳細を説明する。
【００１３】
図１（Ａ）のように、回路基板１は、半導体チップ５のバンプ電極５１が形成された面と対向するように、半導体チップ５と接合している。
【００１４】
半導体チップ５は、たとえば、ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などを備えている。また、半導体チップ５には、層間絶縁膜（不図示）、配線層（不図示）およびビア（不図示）等により多層配線（不図示）が形成されている。半導体チップ５の表面に形成されたバンプ電極５１は、層間絶縁膜に形成されたビアを介して、ＦＥＴに接続されている。
【００１５】
ここで、バンプ電極５１は、第１金属により形成されている。第１金属は特に限定されるものではなく、単一の金属であっても、合金であってもよい。具体的には、第１金属は、たとえば、Ａｕである。
【００１６】
また、バンプ電極５１は、半導体チップ５の表面から突出するように設けられている。バンプ電極５１の半導体チップ５表面からの高さは、たとえば、１μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。さらには、５μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。
【００１７】
また、平面視で半導体チップ５上のバンプ電極５１の位置は、対向して接合する回路基板１における金属層２７の位置に合わせて形成されている。
【００１８】
また、回路基板１は、半導体チップ５を搭載するためのインターポーザ基板である。具体的には、回路基板１は、たとえば、導電体２０が貫通する第１絶縁層２１と、第１絶縁層２１の一方の側に設けられ、導電体２０に接続された第１回路層２２と、この第１回路層２２を被覆するとともに、第１回路層２２の一部上に開口が形成された第２絶縁層２３と、第１絶縁層２１の他方側に設けられ、導電体２０に接続された第２回路層２４と、第２回路層２４を被覆する第３絶縁層２５と、第２絶縁層２３の開口内に設けられた金属層２７とを備えている。
【００１９】
また、後述する接合部３００以外の領域に、第２絶縁層２３を被覆するとともに、半導体チップ５の接合側の面と接するように設けられ、フラックス活性化合物を含む樹脂層３が設けられている。これにより、バンプ電極５１と金属層２７の間を封止し、接続信頼性を向上させることができる。
【００２０】
さらに、フラックス活性化合物を含む樹脂層３は、無機充填剤を７０重量％以下含有している。これにより、フラックス活性化合物を含む樹脂層３の線膨張係数を低くすることができる。このようにフラックス活性化合物を含む樹脂層３が低線膨張係数であることにより、本実施形態のような高温接合においてもクラックや剥離が起こりにくい。なお、フラックス活性化合物を含む樹脂層３については、詳細を後述する。
【００２１】
また、金属層２７は、第２金属と第３金属とにより形成されている。ここで、半導体装置１００における回路基板１の金属層２７は、半導体チップ５のバンプ電極５１と接合している。そのため、ここでいう金属層２７とは、後述する第２領域（３４０）のうち、第２金属からなる部分と、第３金属からなる第３金属層２７２を含む層をいう。
【００２２】
第２金属と第３金属は、特に限定されるものではなく、単一の金属であっても、合金であってもよい。具体的には、第２金属は、たとえば、Ｓｎである。また、第３金属は、たとえば、Ｎｉである。
【００２３】
なお、金属層２７は、第４金属を含む第４金属層２７１を有していても良い。第２絶縁層２３の厚さと、金属層２７の総厚が等しくなるように、調整することができる。具体的には、第４金属は、たとえば、Ｃｕである。
【００２４】
後述するように、接合工程前の回路基板１では、金属層２７は、たとえば、第１回路層２２側から順に、第４金属からなる第４金属層２７１、第３金属からなる第３金属層２７２、第２金属からなる第２金属層２７３がこの順に構成されている。その後の接合工程において、回路基板１を半導体チップ５と接合することにより、下記のような接合部３００が形成される。接合工程前の回路基板１における金属層２７については、詳細を後述する。
【００２５】
ここで、半導体チップ５のバンプ電極５１は、フラックス活性化合物を含む樹脂層３を貫通し、金属層２７と接合している。これにより、接合部３００を形成している。
【００２６】
図１（Ｂ）のように、バンプ電極５１と金属層２７とが接合する接合部３００は、第１金属を含む第１領域３２０と、第１金属を含む海部と、第２金属を含む島部と、を有する海島構造からなる第２領域３４０と、を備えている。これにより、接合部３００の強度が向上し、安定的に半導体装置１００を動作させることができる。
【００２７】
また、上述のように、金属層２７は、第３金属からなる第３金属層２７２を含んでいる。この第３金属層２７２は、第１金属の拡散を阻止する拡散阻止層として機能する。さらに、拡散阻止層である第３金属層２７２上には、海島構造の第２領域３４０が形成されている。なお、第３金属層２７２の拡散阻止層としての機能は、詳細を後述する。
【００２８】
また、接合部３００のうち、第１領域３２０は、第３金属層２７２の上面と接している。このように、後述する高温の接合工程や高温環境下においても、バンプ電極５１の第１金属が回路基板１側に過剰に拡散することがない。なかでも、第３金属がＮｉである場合に、好適に拡散を抑止する機能を示す。
【００２９】
さらに、第１領域３２０の側面には、海島構造からなる第２領域３４０を備えている。このように、海島構造の第２領域３４０が第１領域３２０を両方の側面から挟持しているので、接合強度が増し、接続信頼性を向上させることができる。
【００３０】
次に、半導体装置１００における回路基板１について、詳細を説明する。
【００３１】
（第１絶縁層２１）
また、第１絶縁層２１の内部には、導電体２０が貫通している。導電体２０は、たとえば、銅である。また、導電体２０は、第１絶縁層２１の表裏面にそれぞれ設けられた第１回路層２２および第２回路層２４に接続されている。第１回路層２２および第２回路層２４は、ぞれぞれ、たとえば、銅の回路である。
【００３２】
（金属層２７）
次に、接合前における回路基板１の金属層２７について説明する。接合工程前における回路基板１の金属層２７は、少なくとも、第３金属からなる第３金属層２７２、第２金属からなる第２金属層２７３を含んでいる。ここでは、たとえば、第１回路層２２側から順に、第４金属からなる第４金属層２７１、第３金属からなる第３金属層２７２および第２金属からなる第２金属層２７３がこの順に構成されている。金属層２７の厚さは高速信号対応する場合は電気的信頼性の面から８５μｍ以下が好ましい。
【００３３】
第２金属からなる第２金属層２７３は、接合工程において、バンプ電極５１の第１金属と合金化する層である。接合温度がたとえば３００℃以下である場合、接合部３００には、第１金属と第２金属により、組成比の異なる合金層が層状に形成される。一方、本実施形態のように、接合温度がたとえば３００℃以上４００℃以下である場合、接合部３００には、第１金属を含む海部と、第２金属を含む島部と、を有する海島構造からなる第２領域３４０が形成される。接合工程については、詳細を後述する。なお、具体的には、第２金属は、たとえば、Ｓｎである。
【００３４】
第３金属からなる第３金属層２７２は、接合工程において、バンプ電極５１の第１金属の拡散を阻止する拡散阻止層として機能する。具体的には、第３金属は、たとえば、Ｎｉである。
【００３５】
第４金属からなる第４金属層２７１は、第２金属層２７３が第２絶縁層２３と同一面を形成するように、金属層２７の膜厚を調整するために設けられている。具体的には、第４金属は、たとえば、Ｃｕである。
【００３６】
金属層２７のそれぞれの厚さについて、たとえば、第４金属層２７１の厚さは、０μｍ以上５５μｍ以下であり、第３金属層２７２の厚さは、０μｍ以上１５μｍ以下であり、第２金属層２７３の厚さは、３μｍ以上３０μｍ以下である。
【００３７】
また、接合工程前の第２金属層２７３は、フラックス活性化合物を含む樹脂層３に接していてもよい。
【００３８】
接合工程前の第２金属層２７３は、１μｍ以上であることが好ましく、さらには３μｍ以上であることが好ましい。これにより、半導体チップ５側のバンプ電極５１との接合時に十分に濡れ広がり、接続面積を確保し、信頼性を維持することができる。また、接合工程前の第２金属層２７３は、３０μｍ以下であることが好ましい。これにより、狭ピッチ回路において、絶縁信頼性が低下することがない。
【００３９】
次に、第３金属層２７２の厚さは、１μｍ以上であることが好ましく、さらには２μｍ以上であることが好ましい。これにより、第３金属層２７２は、拡散阻止層として機能することができる。すなわち、半導体チップ５の接合工程において、バンプ電極５１の第１金属が回路基板１の金属層２７側に拡散しても、第１金属の拡散を第３金属層２７２で止めることができる。また、半導体チップ５のバンプ電極５１の第１金属が、回路基板１の第４金属層２７１及び第１回路層２２まで拡散することがない。特に、バンプ電極５１の第１金属が金を含む場合において、この第３金属層２７２により、顕著にバンプ電極５１の第１金属の拡散を抑止することができる。
【００４０】
第３金属層２７２の形状は、接合工程の前後で変形していてもよい。ただし、接合工程の前後において、第３金属層２７２は、連続した層状態で残存していることが好ましい。これにより、接合工程後の半導体装置１００を高温環境下においても、第１金属がさらに拡散することを抑制することができる。なお、回路基板１と半導体チップ５との接合工程については、詳細を後述する。
【００４１】
また、一方で、半導体チップ５の接合工程において、第２金属層２７３への銅の拡散を防ぐこともできる。また、生産性の面から第３金属層２７２の厚さは１５μｍ以下が好ましい。
【００４２】
また、第４金属層２７１の厚さは、第２絶縁層２３の厚さによって決めることができる。第２絶縁層２３の厚さとは、対応する第１回路層２２の面からの高さをいう。第３金属層２７２と第２金属層２７３の厚さの合計が、第２絶縁層２３の厚さと同等であれば、第４金属層２７１は不要となる。たとえば、第２絶縁層２３の厚さが２０μｍの場合、第３金属層２７２の厚さが１０μｍ、第２金属層２７３の厚さが１０μｍとなり、第４金属層２７１は不要となる。
【００４３】
一方、第３金属層２７２と第２金属層２７３との厚さの合計よりも第２絶縁層２３の厚さが厚い場合には、上述の金属層２７の合計の厚さが第２絶縁層２３と略同じか突出するように、第４金属層２７１を形成する。たとえば、第２絶縁層２３の厚さが６０μｍである場合、第３金属層２７２の厚さを１５μｍ、第２金属層２７３の厚さを１５μｍとしたとき、第４金属層２７１の厚さは３０μｍとなる。
【００４４】
また、第２絶縁層２３の厚さが１５μｍである場合、第３金属層２７２の厚さを８μｍ、第２金属層２７３の厚さを７μｍとしてもよい。また、第３金属層２７２の厚さを３μｍ、第２金属層２７３の厚さを７μｍ、第４金属層２７１の厚さを５μｍとしてもよい。
【００４５】
以上のように第２絶縁層２３の厚さによって、第４金属層２７１の厚さと、第３金属層２７２の厚さを調整することにより、半導体装置の信頼性を向上させることができる。
【００４６】
（フラックス活性化合物を含む樹脂層３）
半導体装置１００では、フラックス活性化合物を含む樹脂層３は、接合部３００以外の領域に、第２絶縁層２３を被覆するとともに、半導体チップ５の接合側の面と接するように設けられている。
【００４７】
フラックス活性化合物を含む樹脂層３は、硬化後の室温における弾性率が０．５ＧＰａ以上、１５ＧＰａ以下であることが好ましい。なお、弾性率は、以下の方法で測定したものである。
【００４８】
まず、幅４ｍｍ×長さ４５ｍｍ×厚み０．１ｍｍのフィルム状の試験片を１８０℃、１時間で硬化させて作製する。その後、周波数１０Ｈｚ、３℃／分の昇温速度で０℃以上３００℃以下の温度範囲で、動的粘弾性測定機（ＤＭＡ）にて引っ張りモードで計測し、２５℃における弾性率を算出する。
【００４９】
フラックス活性化合物を含む樹脂層３は、特に限定されるものではないが、たとえば、１核体から３核体の合計の含有量が、３０％以上７０％以下であるフェノール系ノボラック樹脂と、２５℃で液状であるエポキシ樹脂と、フラックス活性化合物と、成膜性樹脂と、を含むものであることが好ましい。
【００５０】
フェノール系ノボラック樹脂としては、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ビスフェノールＡ型ノボラック樹脂、ビスフェノールＦ型ノボラック樹脂、ビスフェノールＡＦ型ノボラック樹脂等が挙げられる。なかでも、フェノールノボラッック樹脂、クレゾールノボラック樹脂が好ましい。フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂は、接着フィルムの硬化物のガラス転移温度を効果的に高めることができ、また、アウトガスとなるフェノール系ノボラック樹脂の量を低減することができる。
【００５１】
フェノール系ノボラック樹脂の含有量は、特に限定されるわけではないが、樹脂層３中に３重量％以上３０重量％以下含まれることが好ましく、５重量％以上２５重量％以下含まれることが特に好ましい。フェノール系ノボラック樹脂の含有量を上記範囲とすることで、樹脂層３の硬化物のガラス転移温度を効果的に高めることができる。さらに、アウトガスとなるフェノール系ノボラック樹脂の量を効果的に低減することを両立することができる。
【００５２】
１核体から３核体の合計の含有量が３０％より小さい（４核体以上の合計の含有量が７０％以上）場合、２５℃で液状であるエポキシ樹脂との反応性が低下し、樹脂層３の硬化物中に未反応のフェノール系ノボラック樹脂が残留するため、樹脂層３が脆くなり作業性が低下してしまうといった問題が生じる。また、１核体から３核体の合計の含有量が７０％より大きい（４核体以上の合計の含有量が３０％以下）場合、樹脂層３を硬化させる際のアウトガス量が増大する可能性がある。さらに、樹脂層３のタック性が大きくなり過ぎる可能性もある。
【００５３】
フェノール系ノボラック樹脂中の２核体と３核体の合計の含有量は、特に限定されるわけではないが、３０％以上７０％以下であることが好ましい。上記下限値以上とすることで、樹脂層３を硬化させる際のアウトガス量が増大してしまうことを抑制できる。また、上記上限値以下とすることで、樹脂層３の柔軟性と屈曲性をより効果的に確保することができる。
【００５４】
フェノール系ノボラック樹脂中の１核体の含有量は、特に限定されるわけではないが、樹脂層３中に１％以下であることが好ましく、０．８％以下であることが特に好ましい。１核体の含有量を、上記範囲とすることで、樹脂層３を硬化する際のアウトガス量を低減することができる。
フェノール系ノボラック樹脂の重量平均分子量は、特に限定されるわけではないが、３００以上１，５００以下であることが好ましく、４００以上１４００以下であることが特に好ましい。上記下限値以上とすることで、樹脂層３を硬化させる際のアウトガス量を抑制できる。また。上記上限値以下とすることで、樹脂層３の柔軟性と屈曲性をより効果的に確保することができる。
【００５５】
フラックス活性化合物を含む樹脂層３は、２５℃で液状であるエポキシ樹脂を含むことが好ましい。これにより、樹脂層３に柔軟性および屈曲性を付与することができる。２５℃で液状であるエポキシ樹脂としては、特に限定されるものではないが、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、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂等が挙げられる。これらの中でも、接着フィルムの支持体および被着体に対する密着性、さらに、接着フィルム硬化後の機械特性に優れる、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂が好ましい。
【００５６】
また、２５℃で液状であるエポキシ樹脂としては、より好ましくは、２５℃における粘度が、５００ｍＰａ・ｓ以上５０，０００ｍＰａ・ｓ以下であるものである。さらに好ましくは、８００ｍＰａ・ｓ以上４０，０００ｍＰａ・ｓ以下であるものが挙げられる。２５℃における粘度を上記下限値以上とすることで、樹脂層３の柔軟性と屈曲性を確保することができる。また、２５℃における粘度を上記上限値以下とすることで樹脂層３のタック性が強くなり、ハンドリング性が低下することを防止することができる。
【００５７】
また、２５℃で液状であるエポキシ樹脂の含有量は、特に限定されるものではないが、１０重量％以上８０重量％以下が好ましく、１５重量％以上７５重量％以下が特に好ましい。上記下限値以上とすることで、樹脂層３の柔軟性と屈曲性をより効果的に発現させることができる。また、上記上限値以下とすることで、樹脂層３のタック性が強くなり、ハンドリング性が低下することをより効果的に防止することができる。
【００５８】
フラックス活性化合物としては、半田表面の酸化膜を除去する働きがあれば、特に限定されるものではないが、カルボキシル基又はフェノール性水酸基のいずれか、あるいは、カルボキシル基及びフェノール水酸基の両方を備える化合物が好ましい。
【００５９】
フラックス活性化合物の配合量は、１重量％以上３０重量％以下が好ましく、３重量％以上２０重量％以下が特に好ましい。フラックス活性化合物の配合量が、上記範囲であることにより、フラックス活性を向上させることができる。加えて、樹脂層３を硬化した際に、未反応の化合物が残存するのを防止することができ、耐マイグレーション性を向上することができる。
【００６０】
また、エポキシ樹脂の硬化剤として作用する化合物の中には、フラックス活性化合物が存在する（以下、このような化合物を、フラックス活性硬化剤とも記載する。）。例えば、エポキシ樹脂の硬化剤として作用する、脂肪族ジカルボン酸、芳香族ジカルボン酸等は、フラックス作用も有している。このような、フラックスとしても作用し、エポキシ樹脂の硬化剤としても作用するようなフラックス活性硬化剤を、好適に用いることができる。
【００６１】
なお、カルボキシル基を備えるフラックス活性化合物とは、分子中にカルボキシル基が１つ以上存在するものをいい、液状であっても固体であってもよい。また、フェノール性水酸基を備えるフラックス活性化合物とは、分子中にフェノール性水酸基が１つ以上存在するものをいい、液状であっても固体であってもよい。また、カルボキシル基及びフェノール性水酸基を備えるフラックス活性化合物とは、分子中にカルボキシル基及びフェノール性水酸基がそれぞれ１つ以上存在するものをいい、液状であっても固体であってもよい。
【００６２】
これらのうち、カルボキシル基を備えるフラックス活性化合物としては、脂肪族酸無水物、脂環式酸無水物、芳香族酸無水物、脂肪族カルボン酸、芳香族カルボン酸等が挙げられる。
【００６３】
カルボキシル基を備えるフラックス活性化合物に係る脂肪族酸無水物としては、無水コハク酸、ポリアジピン酸無水物、ポリアゼライン酸無水物、ポリセバシン酸無水物等が挙げられる。
【００６４】
カルボキシル基を備えるフラックス活性化合物に係る脂環式酸無水物としては、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、無水メチルハイミック酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、トリアルキルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルシクロヘキセンジカルボン酸無水物等が挙げられる。
【００６５】
カルボキシル基を備えるフラックス活性化合物に係る芳香族酸無水物としては、無水フタル酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸無水物、エチレングリコールビストリメリテート、グリセロールトリストリメリテート等が挙げられる。
【００６６】
カルボキシル基を備えるフラックス活性化合物に係る脂肪族カルボン酸としては、下記一般式（１）で示される化合物や、蟻酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、ピバル酸カプロン酸、カプリル酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、オレイン酸、フマル酸、マレイン酸、シュウ酸、マロン酸、琥珀酸等が挙げられる。
ＨＯＯＣ−（ＣＨ２）ｎ−ＣＯＯＨ （１）
（式（１）中、ｎは、１以上２０以下の整数を表す。）
【００６７】
カルボキシル基を備えるフラックス活性化合物に係る芳香族カルボン酸としては、安息香酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ヘミメリット酸、トリメリット酸、トリメシン酸、メロファン酸、プレーニト酸、ピロメリット酸、メリット酸、トリイル酸、キシリル酸、ヘメリト酸、メシチレン酸、プレーニチル酸、トルイル酸、ケイ皮酸、サリチル酸、２，３−ジヒドロキシ安息香酸、２，４−ジヒドロキシ安息香酸、ゲンチジン酸（２，５−ジヒドロキシ安息香酸）、２，６−ジヒドロキシ安息香酸、３，５−ジヒドロキシ安息香酸、浸食子酸（３，４，５−トリヒドロキシ安息香酸）、１，４−ジヒドロキシ−２−ナフトエ酸、３，５−ジヒドロキシ−２−ナフトエ酸等のナフトエ酸誘導体、フェノールフタリン、ジフェノール酸等が挙げられる。
【００６８】
これらのカルボキシル基を備えるフラックス活性化合物のうち、フラックス活性化合物が有する活性度、樹脂層３の硬化時におけるアウトガスの発生量、及び硬化後の樹脂層３の弾性率やガラス転移温度等のバランスが良い点で、一般式（１）で示される化合物が好ましい。そして、一般式（１）で示される化合物のうち、式（１）中のｎが３以上１０以下である化合物が、硬化後の樹脂層３における弾性率が増加するのを抑制することができるとともに、接着性を向上させることができる点で、特に好ましい。
【００６９】
一般式（１）で示される化合物のうち、式（１）中のｎが３以上１０以下である化合物としては、例えば、ｎ＝３のグルタル酸（ＨＯＯＣ−（ＣＨ２）３−ＣＯＯＨ）、ｎ＝４のアジピン酸（ＨＯＯＣ−（ＣＨ２）４−ＣＯＯＨ）、ｎ＝５のピメリン酸（ＨＯＯＣ−（ＣＨ２）５−ＣＯＯＨ）、ｎ＝８のセバシン酸（ＨＯＯＣ−（ＣＨ２）８−ＣＯＯＨ）及びｎ＝１０のＨＯＯＣ−（ＣＨ２）１０−ＣＯＯＨ−等が挙げられる。
【００７０】
フェノール性水酸基を備えるフラックス活性化合物としては、フェノール類が挙げられ、具体的には、例えば、フェノール、ｏ−クレゾール、２，６−キシレノール、ｐ−クレゾール、ｍ−クレゾール、ｏ−エチルフェノール、２，４−キシレノール、２，５キシレノール、ｍ−エチルフェノール、２，３−キシレノール、メジトール、３，５−キシレノール、ｐ−ターシャリブチルフェノール、カテコール、ｐ−ターシャリアミルフェノール、レゾルシノール、ｐ−オクチルフェノール、ｐ−フェニルフェノール、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、ビスフェノールＡＦ、ビフェノール、ジアリルビスフェノールＦ、ジアリルビスフェノールＡ、トリスフェノール、テトラキスフェノール等のフェノール性水酸基を含有するモノマー類等が挙げられる。
【００７１】
上述したようなカルボキシル基又はフェノール水酸基のいずれか、あるいは、カルボキシル基及びフェノール水酸基の両方を備える化合物は、エポキシ樹脂との反応で三次元的に取り込まれる。
【００７２】
そのため、硬化後のエポキシ樹脂の三次元的なネットワークの形成を向上させるという観点からは、フラックス活性化合物としては、フラックス作用を有し且つエポキシ樹脂の硬化剤として作用するフラックス活性硬化剤が好ましい。フラックス活性硬化剤としては、例えば、１分子中に、エポキシ樹脂に付加することができる２つ以上のフェノール性水酸基と、フラックス作用（還元作用）を示す芳香族に直接結合した１つ以上のカルボキシル基とを備える化合物が挙げられる。このようなフラックス活性硬化剤としては、２，３−ジヒドロキシ安息香酸、２，４−ジヒドロキシ安息香酸、ゲンチジン酸（２，５−ジヒドロキシ安息香酸）、２，６−ジヒドロキシ安息香酸、３，４−ジヒドロキシ安息香酸、没食子酸（３，４，５−トリヒドロキシ安息香酸）等の安息香酸誘導体；１，４−ジヒドロキシ−２−ナフトエ酸、３，５−ジヒドロキシ−２−ナフトエ酸、３，７−ジヒドロキシ−２−ナフトエ酸等のナフトエ酸誘導体；フェノールフタリン；及びジフェノール酸等が挙げられ、これらは１種単独又は２種以上を組み合わせでもよい。これらの中でも、半田表面の酸化膜を除去する効果とエポキシ樹脂との反応性に優れる、２，３−ジヒドロキシ安息香酸、ゲンチジン酸、フェノールフタリンが好ましい。
【００７３】
また、樹脂層３中、フラックス活性硬化剤の配合量は、１重量％以上３０重量％以下が好ましく、３重量％以上２０重量％以下が特に好ましい。樹脂層３中のフラックス活性硬化剤の配合量が、上記範囲であることにより、樹脂層３のフラックス活性を向上させることができる。さらに、樹脂層３中に、エポキシ樹脂と未反応のフラックス活性硬化剤が残存するのが防止される。
【００７４】
樹脂層３は、成膜性を向上するために成膜性樹脂を含むことが好ましい。これにより、フィルム状態にするのが容易となる。また、機械的特性にも優れる。
【００７５】
成膜性樹脂としては、特に限定されるわけではないが、例えば、（メタ）アクリル系樹脂、フェノキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、シロキサン変性ポリイミド樹脂、ポリブタジエン、ポリプロピレン、スチレン−ブタジエン−スチレン共重合体、スチレン−エチレン−ブチレン−スチレン共重合体、ポリアセタール樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ブチルゴム、クロロプレンゴム、ポリアミド樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン−アクリル酸共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体、ポリ酢酸ビニル、ナイロン等を挙げることができる。これらは、１種で用いても、２種以上を併用してもよい。中でも、（メタ）アクリル系樹脂、フェノキシ樹脂及びポリイミド樹脂からなる群から選択される少なくとも１種であることが好ましい。
【００７６】
成膜性樹脂の含有量は、特に限定されないが、樹脂層３中の１０重量％以上５０重量％以下が好ましく、１５重量％以上４０重量％以下がより好ましく、特に２０重量％以上３５重量％以下が好ましい。含有量が範囲内であると、樹脂層３の流動性を抑制することができ、樹脂層３の取り扱いが容易になる。
【００７７】
また、樹脂層３は、硬化促進剤やシランカップリング剤を更に含んでもよい。
【００７８】
さらに、フラックス活性化合物を含む樹脂層３は、無機充填剤を含んでいても良い。本実施形態では、高温接合を行うため、接合工程においても、回路基板１に反りなどが生じることなく、回路基板１の形状が安定していることが好ましい。そのため、フラックス活性化合物を含む樹脂層３は、低熱膨張係数を有していることが好ましい。
【００７９】
フラックス活性化合物を含む樹脂層３に含まれる無機充填剤は、たとえば、タルク、焼成クレー、未焼成クレー、マイカ、ガラス等のケイ酸塩、酸化チタン、アルミナ、シリカ、溶融シリカ等の酸化物、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ハイドロタルサイト等の炭酸塩、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム等の水酸化物、硫酸バリウム、硫酸カルシウム、亜硫酸カルシウム等の硫酸塩または亜硫酸塩、ホウ酸亜鉛、メタホウ酸バリウム、ホウ酸アルミニウム、ホウ酸カルシウム、ホウ酸ナトリウム等のホウ酸塩、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素、窒化炭素等の窒化物、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム等のチタン酸塩等を挙げることができる。無機充填材として、これらの中の１種類を単独で用いることもできる。または、２種類以上を併用したりすることもできる。これらの中でも特に、水酸化アルミニウム、シリカが好ましく、溶融シリカ（特に球状溶融シリカ）が低熱膨張性に優れる点で好ましい。
【００８０】
フラックス活性化合物を含む樹脂層３は、たとえば、無機充填剤を７０重量％以下含むことが好ましい。さらに好ましくは、無機充填剤を２７重量％以上５０重量％以下含むことが好ましい。無機充填剤を上記範囲内で含むことにより、フラックス活性化合物を含む樹脂層３の線膨張係数を低くすることができる。また、これにより、接合された回路基板１と半導体チップ５との界面の非弾性ひずみが小さくなる。したがって、高温接合においても、クラックや剥離が起こりにくい。
【００８１】
（製造方法）
次に、図２〜８を用いて、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する。図２〜８は、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法は、以下の工程を備えている。まず、第１金属により形成されたバンプ電極５１を有する半導体チップ５と、表面側から、第２金属を含む層２７３と、第３金属を含む層２７２とが順に形成された金属層２７を有する回路基板１と、を準備する。次いで、回路基板１の金属層２７が形成された面と、バンプ電極５１が形成された面とが対向するように、回路基板１上に半導体チップ５を配置して、３００℃以上４００℃以下に加熱する。これにより、バンプ電極５１と金属層２７とを接合する。以下、詳細を説明する。
【００８２】
まず、回路基板１の製造方法から説明する。図２（Ａ）に示すように、はじめに、表裏面に、金属膜４１（たとえば、銅膜）が形成された第１絶縁層２１を用意する。
【００８３】
次に、図２（Ｂ）に示すように、一方の金属膜４１および第１絶縁層２１を貫通する孔２１１を形成する。一方の金属膜４１を貫通する孔は、エッチングにより形成し、その後、第１絶縁層２１を貫通する孔をレーザーで形成してもよい。なお、図２（Ｃ）に示すように、他方の金属膜４１をも貫通する貫通孔２１１を形成してもよい。
【００８４】
次に、金属膜４１上および、第１絶縁層２１の孔２１１内部に化学めっきを施す。その後、図３（Ａ）に示すように、マスクＭを配置し、孔２１１内部を充填するとともに、金属膜４１上にめっきを施す。これにより、ビアとなる導電体２０を形成するとともに、金属膜４２を形成する（金属膜４２は、金属膜４１と金属膜４１上のめっき膜を示す）。
【００８５】
次に、図３（Ｂ）に示すように、マスクＭが形成されていた部分の金属膜４２をフラッシュエッチングにより除去する。これにより、第１回路層２２、第２回路層２４を形成する。
【００８６】
その後、図４（Ａ）に示すように、第１回路層２２上に、シート状の第２絶縁層２３を貼り付ける。また、第２回路層２４上に、シート状の第３絶縁層２５を貼り付ける。なお、このとき、第２絶縁層２３、第３絶縁層２５を同時に貼り付けても良い。次いで、シート状の第２絶縁層２３、シート状の第３絶縁層２５を加熱ラミネートする。次いで、熱により完全硬化させる。
【００８７】
次に、図４（Ｂ）に示すように、第２絶縁層２３、第３絶縁層２５それぞれに開口を形成する。たとえば、第２絶縁層２３にＵＶレーザーを照射し、第３絶縁層２５に炭酸レーザーを照射して開口を形成することができる。また、第２絶縁層２３および第３絶縁層２５が感光性樹脂である場合には、露光および現像を行うことにより、開口を形成することができる。
【００８８】
その後、図５のように、第２絶縁層２３の開口内に、第４金属を含む金属層２７１、第３金属を含む金属層２７２、第２金属を含む金属層２７３をこの順にメッキにより形成する。このとき、第２絶縁層２３の厚さに合わせて、金属層２７の厚さを適宜調整する。具体的には、たとえば、第４金属を含む金属層２７１の厚さを０μｍ以上、５５μｍ以下に、第３金属を含む金属層２７２の厚さを１μｍ以上、１５μｍ以下に、第２金属を含む金属層２７３の厚さを１μｍ以上、１５μｍ以下になるよう、第２絶縁層２３の開口内に金属層２７を形成する。
【００８９】
また、図６に示すように、金属層２７が形成された面を被覆するように、フラックス活性化合物を含む樹脂層３を圧着する。これにより、フラックス活性化合物を含む樹脂層３は、第２絶縁層を被覆するとともに、金属層２７上に形成される。以上のようにして、回路基板１を準備する。
【００９０】
次に、半導体チップ５の製造方法を説明する。まず、半導体ウエハ（不図示）に、たとえばＦＥＴを形成する。次いで、半導体ウエハ上に、層間絶縁膜（不図示）、配線層（不図示）およびビア（不図示）等により多層配線（不図示）を形成する。
【００９１】
次いで、多層配線の最上層に、第１金属のバンプ電極５１を形成する。また、バンプ電極５１を、平面視で対向して接合する回路基板１における金属層２７の位置に合わせて形成する。また、バンプ電極５１を、たとえば、金ワイヤのリードカットにより形成する。
【００９２】
次いで、上記半導体ウエハをダイシングして、所望の大きさの半導体チップ５に分割する。以上のようにして、半導体チップ５を準備する。
【００９３】
次に、回路基板１と半導体チップ５を接合した半導体装置１００の製造方法について説明する。
（位置決め仮接着）
図７に示すように、回路基板１の金属層２７が形成された面と、バンプ電極５１が形成された面とが対向するように、回路基板１上に複数の半導体チップ５を配置する。このとき、複数の半導体チップ５は、回路基板１のフラックス活性化合物を含む樹脂層３の上に配置される。また、複数の半導体チップ５は、回路基板１の面方向に沿って並べられる。
【００９４】
ここで、半導体チップ５のバンプ電極５１は、フラックス活性化合物を含む樹脂層３を貫通し、金属層２７と接触する。条件は特に限定されないが、２５℃以上１７５℃以下、半導体チップ５のバンプ電極５１の１つ当たり１ｇｆ以上３０ｇｆ以下でバンプ電極５１と金属層２７の位置を合わせて仮接着する。
【００９５】
（接合）
その後、回路基板１と複数の半導体チップ５とを加熱して、バンプ電極５１と金属層２７とを接合する。接合条件については特に限定されないが、回路基板１と複数の半導体チップ５とを３００℃以上４００℃以下に加熱して、バンプ電極５１と金属層２７とを接合することが好ましい。
【００９６】
この接合工程において、バンプ電極５１の第１金属は、回路基板１の金属層２７側に拡散する。このとき、第２金属からなる第２金属層２７３は、バンプ電極５１の第１金属と合金化する。
【００９７】
ここで、従来の技術水準では、Ｐｂフリー半田の接合温度は、およそ２６０℃であり、接合時間はおよそ１秒以上１０分以下であった。したがって、従来は、その接合温度に基づいて設計が進められてきた。
【００９８】
接合温度が２６０℃程度である場合、接合部３００には、組成比の異なる合金層が層状に形成される。このように、接合部３００が層状に形成されている場合、高低差の大きい温度環境下では、クラックや剥離等の不良が起こる可能性があった。
【００９９】
しかし、本発明者らは、従来よりも高い温度で接合することにより、接合部３００の密着性が向上することを発見した。その際の接合部３００の形状は、上述のように海島構造からなる第２領域３４０を有している。接合工程において、拡散した第１金属は、第２領域３４０において、海部を形成する。また、第２金属は、第１金属を含む海部の中に入り組んで、島部を形成する。これにより、接合が強固なものとなり、高低差の大きい温度環境下においてもクラックや剥離等の不良が起こらない。
【０１００】
なお、第１金属を含む海部または第２金属を含む島部は、それぞれ異なる組成比であればよく、合金化していてもよい。具体的には、たとえば、海部はＡｕ、島部はＡｕＳｎである。
【０１０１】
本実施形態の接合部３００の形状を得るための条件は、特に限定されないが、３００℃以上４００℃以下で１秒間以上５分間以下、半導体チップ５のバンプ電極５１の１つの当たり０．１ｇｆ以上１０ｇｆ以下が好ましい。特に３００℃以上３４０℃以下で１秒間以上３０秒間以下が好ましい。
【０１０２】
接合温度が３００℃以上であることにより、従来のように接合部３００に組成比の異なる層が層状に形成されることがなく、海島構造の第２領域３４０を有する接合部３００の形状を得ることができる。一方、接合温度が４００℃以下であることにより、半導体チップ５内のＦＥＴ等における拡散層（不図示）の悪影響を与えることがない。なお、４００℃より高い場合は、拡散層内の不純物がさらに拡散してしまい、リーク電流などの原因となってしまう。
【０１０３】
また、本実施形態では、接合温度が従来よりも高いため、短い時間で確実に接合をすることが好ましい。これにより、バンプ電極５１側から第１金属が金属層２７側に局所的に拡散し、海島構造の第２領域３４０を有する接合部３００の形状を得ることができる。
【０１０４】
上記した接合時間が１秒以上であることにより、バンプ電極５１と金属層２７とを確実に接合することができる。一方、接合時間が５分間以下であることにより、接合温度が高い場合と同様にして、過剰な熱を与えることによって、半導体チップ５に悪影響を及ぼすことがない。このように、高温で接合することにより、プロセス時間を短縮することができる。
【０１０５】
なお、接合温度は金属層２７の融点に依存し、荷重は接合する端子数に依存する。また、フラックス活性化合物を含む樹脂層３を介して、バンプ電極５１と金属層２７を接合するので、金属層２７の表面が酸化されるのを抑制しながら（表面酸化膜を除去しながら）接合することができる。
【０１０６】
このように、従来よりも高温短時間で接合工程を行うことにより、バンプ電極５１側から第１金属が金属層２７側に局所的に拡散することにより、海島構造の第２領域３４０を有する接合部３００を形成することができる。
【０１０７】
（硬化）
この積層体をさらに加熱することによりフラックス活性化合物を含む樹脂層３を構成する樹脂を硬化させることが好ましい。この際の加熱条件は特に限定されないが、１２０℃以上２００℃以下で、３０分間以上１８０分間以下が好ましい。これにより、フラックス活性化合物を含む樹脂層３が硬化することにより、バンプ電極５１と金属層２７の間を封止し、接続信頼性を向上させることができる。なお、本実施の形態では、積層体を得た後、フラックス活性化合物を含む樹脂層３を硬化させたが、これに限らず、フラックス活性化合物を含む樹脂層３を硬化させた後に積層体を得る方法でも良い。
【０１０８】
（樹脂封止）
得られた積層体に半導体チップ５側から、エポキシ樹脂組成物を金型を用いて圧縮成形する。その後、取り出して乾燥機で硬化乾燥させる。この際の加熱条件は特に限定されないが、圧縮成形は厚み３０μｍ以上３００μｍ以下、１２０℃以上２００℃以下、１分間以上５分間以下、硬化は１２０℃以上２００℃以下で３時間以上５時間以下が好ましい。これにより、積層体を封止し、信頼性を確保することができる。
【０１０９】
（半田ボール搭載）
さらに、回路基板１の金属層２８上に半田ボールを形成する。これにより、他の基板等への２次実装が容易となる。半田ボールを付与する方法としては、例えばメッキ法、ペースト印刷法、ボール搭載法が挙げられる。
【０１１０】
（ダイシング）
次に、図８（Ａ）に示すように、回路基板１を分割して、一つの半導体チップ５と、当該分割された回路基板１（回路基板部１０）とで構成される複数の半導体装置１００を得る。このとき、分割する際には、半田ボールが付与されているのと反対側の面にダイシングシートを付与してダイシングを行う。
【０１１１】
この半導体装置１００は、図８（Ｂ）に示すように、回路基板部１０の基板面側からみて、回路基板部１０の側面と、半導体チップ５の側面とが面一に形成されている。これにより、半導体装置１００の外形寸法を可能な限り小さくすることができる。なお、ダイシングする前に、積層体の半田ボールが付与されている側の面にフラックス活性化合物を含む樹脂層を配置しておくことが好ましい。これにより、２次実装での半田接続が容易となると共に、フラックス処理を省略することができ、生産性や温度サイクル性、落下試験等の２次実装後の信頼性を向上させることができる。ここで、使用するダイシングシートは市販されているものをそのまま用いることができる。
【０１１２】
以上のようにして、半導体装置１００を得ることができる。
【０１１３】
次に、本実施形態の効果について説明する。本実施形態によれば、半導体チップ５のバンプ電極５１と回路基板１の金属層２７とが接合する接合部３００は、第１金属を含む第１領域３２０と、第１金属を含む海部と、第２金属を含む島部と、を有する海島構造からなる第２領域３４０と、を備えている。これにより、バンプ電極５１と金属層２７との密着性が向上する。高低差の大きい温度環境下においても、接合部３００に剥離やクラックを生じることがない。したがって、接続信頼性の高い半導体装置１００を提供することができる。
【０１１４】
次に、本発明の実施例について説明する。
（実施例）
上記した本実施形態の方法を用い、本実施形態のサンプルを作製した。一方、本実施形態と接合条件のみが異なるものを比較例のサンプルとして作製した。
（第１絶縁層）
以下のようにして第１絶縁層を作製した。３０μｍのガラス繊維基材にエポキシ樹脂組成物を含浸し硬化させた厚さ４０μｍの第１絶縁層とした。次に、第１絶縁層の両面側に、金属層として厚さ２μｍの銅箔（銅箔は１８μのピーラブル箔付き）を形成して厚みが４４μｍの積層板を作成した。その後、レーザー加工面にサブトラクティブ法にてコンフォーマルマスクを形成してＣＯ２レーザーにより銅張りの積層板に非貫通穴を形成した。次いで、電気銅めっきにて銅張りの積層板の非貫通孔内を銅めっきで充填させるとともに、回路パターン形成を行い、第１回路層および第２回路層を形成した。
【０１１５】
（第２絶縁層および第３絶縁層）
第１絶縁層上の第１回路及び第２回路に回路粗化・有機皮膜形成処理を行い、熱硬化性樹脂（厚み２５μｍ）をラミネートして完全硬化させて第２絶縁層及び第３絶縁層を形成した（回路上から絶縁樹脂表面の厚みは２０μｍ）。その後、第２絶縁層はＵＶレーザーによりブラインドビアを形成してプラズマデスミア処理を行った。第３絶縁層はＣＯ２レーザーにてブラインドビア形成・プラズマデスミア処理を行い、無電解Ｎｉ、Ａｕめっきを行った。その後、プラズマデスミア後の第２絶縁層の開口部に電気メッキにて銅１２μ、Ｎｉ３μ、Ｓｎ１０μｍの金属層を形成した。
【０１１６】
（フラックス活性化合物を含む樹脂層）
フェノールノボラック樹脂（住友ベークライト社製、ＰＲ５５６１７）１５．０重量部と、液状ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（大日本インキ化学工業社製、ＥＰＩＣＬＯＮ−８４０Ｓ）４５．０重量部と、フラックス活性化合物であるフェノールフタリン（東京化成工業社製）１５．０重量部と、成膜性樹脂としてビスフェノールＡ型フェノキシ樹脂（東都化成社製、ＹＰ−５０）２４．４重量部と、硬化促進剤として２―フェニルー４−メチルイミダゾール（四国化成工業社製、２Ｐ４ＭＺ）０．１重量部と、シランカップリング剤としてβ−（３，４エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン（信越化学工業社製、ＫＢＭ−３０３）０．５重量部とを、メチルエチルケトンに溶解し、樹脂濃度５０％の樹脂ワニスを調製した。得られた樹脂ワニスを、基材ポリエステルフィルム（東レ株式会社製、ルミラー）に厚さ５０μｍとなるように塗布して、１００℃、５分間乾燥させた。これにより、厚さ２５μｍのフラックス活性を有する接着フィルムを得た。
【０１１７】
（回路基板）
第２絶縁層を第１回路層側に、第３絶縁層を第２回路層側に真空ラミネータにてラミネートし、硬化させた。その後、ＵＶレーザーにて第２絶縁層に開口部を形成し、銅、ニッケル、はんだめっきを施した。また、ＣＯ２レーザーにて第３絶縁層に開口部を形成し、ニッケル、金めっきを施した。その後、フラックス活性化合物を含む樹脂層を真空ラミネータにてラミネートした。次に、５０ｍｍ×５０ｍｍの大きさに切断し、回路基板を得た。
【０１１８】
（半導体装置の製造）
半導体チップ（ＴＥＧチップ、サイズ１５ｍｍ×１５ｍｍ、厚み０．８ｍｍ）は、バンプ電極を金で形成した。また、回路保護膜をポジ型感光性樹脂（住友ベークライト社製ＣＲＣ−８３００）で形成したものを使用した。
【０１１９】
次に、下記のように、比較例のサンプルと本実施形態のサンプルとで異なる接合条件により、半導体チップと回路基板を接合した。比較例のサンプルに対しては、まず、フリップチップボンダー装置により、１５０度１０秒の加熱圧着を行った。次いで、オーブンを用いて、２５分間で２５℃から２６０℃までの昇温を行い、２６０℃を５分間保持して接合を行った。
【０１２０】
一方、本実施形態のサンプルに対しては、フリップチップボンダー装置により、３００℃で１０秒間の接合を行った。
【０１２１】
その後、液状封止樹脂（住友ベークライト社製、ＣＲＰ−４１５２Ｓ）を充填し、液状封止樹脂を硬化させることで半導体装置を得た。尚、液状封止樹脂は、温度１５０℃、１２０分の条件で硬化させた。
【０１２２】
（半導体チップ接合後、温度サイクル試験）
試験条件として、温度サイクル試験機を用いて、温度サイクル（−５５℃から１２５℃まで）、保持時間１０分、温度変更時間２０分の条件を、１，０００サイクル行い、導通抵抗を確認した。結果、比較例のサンプルでは、導通不良が生じていた。一方、本実施形態のサンプルでは、導通不良が無かった。
【０１２３】
図９は、実施例における接合部のＳＥＭ断面図である。そのうち、図９（Ａ）は比較例のサンプル、図９（Ｂ）は本実施形態のサンプルである。それぞれ、左側がＳＥＭ像を白黒反転させたもの、右側が組成分析をマッピングしたものである。
【０１２４】
図９（Ａ）のように、比較例のサンプルは、組成比の異なる層が層状に形成されている。なお、バンプ電極側から、ＡｕＳｎ、ＡｕＳｎ２およびＡｕＳｎ４の層が形成されている。接合温度が２６０℃と低く、接合時間が長かったため、バンプ電極側からＡｕがゆっくりと拡散することにより、このような層状の接合部が形成されている。また、層状の界面が形成されたことにより、ＡｕＳｎ２とＡｕＳｎ４との界面にクラック２８０が生じている。なお、図９（Ａ）中、界面に生じている白い部分がクラック２８０である。このため、比較例のサンプルでは、導通不良を生じていたと考えられる。
【０１２５】
一方、図９（Ｂ）のように、本実施形態のサンプルは、Ａｕからなる第１領域と、Ａｕからなる海部とＡｕＳｎの島部とを含む海島構造からなる第２領域と、を備えている。なお、第２領域は、海島構造の組成比としてＡｕ１０Ｓｎとなっている。接合温度が３００℃と高く、接合時間が１０秒間と短かったため、バンプ電極側からＡｕが局所的に拡散することにより、このような海島構造を有する接合部が形成されている。このように、海島構造となることにより、バンプ電極と金属層との接合部の強度が向上する。実際に、本実施形態のサンプルには、比較例のサンプルで見られたようなクラックが生じていない。このようにして、本実施形態のサンプルでは導通不良が無かったと考えられる。
【０１２６】
以上、第１の実施形態では、接合温度が３００℃以上４００℃以下である場合を説明したが、海島構造の第２領域３４０を有する接合部３００を形成することが出来れば、この条件に限られない。
【符号の説明】
【０１２７】
１ 回路基板
３ 樹脂層
５ 半導体素子
１０ 回路基板部
２０ 導電体
２１ 第１絶縁層
２２ 第１回路層
２３ 第２絶縁層
２４ 第２回路層
２５ 第３絶縁層
２７ 金属層
２８ 金属層
２９ 半田ボール
４１ 金属膜
４２ 金属膜
５１ バンプ電極
１００ 半導体装置
２１１ 孔
２７１ 第４金属層
２７２ 第３金属層（拡散阻止層）
２７３ 第２金属層
２８０ クラック
３００ 接合部
３２０ 第１領域
３４０ 第２領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１金属により形成されたバンプ電極を有する半導体チップと、
前記バンプ電極が形成された面と対向するように前記半導体チップと接合し、当該半導体チップと接合する側に、第２金属と第３金属とにより形成された金属層を有する回路基板と、
を備え、
前記バンプ電極と前記金属層とが接合する接合部は、
前記第１金属を含む第１領域と、
前記第１金属を含む海部と、第２金属を含む島部と、を有する海島構造からなる第２領域と、を備える半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記金属層は、前記第１金属の拡散を阻止する、前記第３金属からなる拡散阻止層を含み、
前記拡散阻止層上に、前記第２領域が形成されている半導体装置。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体装置において、
前記第１領域は、前記第３金属層の上面と接している半導体装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体装置において、
前記第１領域の側面に、前記第２領域を備える半導体装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体装置において、
前記第１金属はＡｕであり、前記第２金属はＳｎである半導体装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体装置において、
前記第３金属はＮｉである半導体装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体装置において、
前記回路基板は、
導電体が貫通する第１絶縁層と、
前記第１絶縁層の一方の側に設けられ、前記導電体に接続された第１回路層と、
前記第１回路層を被覆するとともに、前記第１回路層の一部を露出させるための開口が形成された第２絶縁層と、
前記第１絶縁層の他方の側に設けられ、前記導電体に接続された第２回路層と、
前記第２回路層を被覆する第３絶縁層と、
前記第２絶縁層の開口内に設けられ、前記第１回路層上に設けられた前記金属層と、
を備える半導体装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の半導体装置において、
前記接合部以外の領域に、前記第２絶縁層を被覆するとともに、前記半導体チップの接合側の面と接するように設けられ、フラックス活性化合物を含む樹脂層を備える半導体装置。
【請求項９】
請求項８に記載の半導体装置において、
前記フラックス活性化合物を含む樹脂層は、無機充填剤を７０重量％以下含む半導体装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記第１金属により形成された前記バンプ電極を有する前記半導体チップと、
前記回路基板側から、前記第３金属を含む第３金属層と、前記第２金属を含む第２金属層とが順に形成された前記金属層を有する前記回路基板と、
を準備する工程と、
前記回路基板の前記金属層が形成された面と、前記バンプ電極が形成された面とが対向するように、前記回路基板上に前記半導体チップを配置する位置決め工程と、
前記回路基板と前記半導体チップとを３００℃以上４００℃以下に加熱して、前記バンプ電極と前記金属層とを接合する接合工程と、
を備える半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の半導体装置の製造方法において、
前記回路基板は、前記金属層が形成された面を被覆するように、フラックス活性化合物を含む樹脂層を備え、
前記フラックス活性化合物を含む樹脂層上に、前記半導体チップを配置して前記接合工程を行う半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
請求項１０または１１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記位置決め工程において、複数の前記半導体チップを前記回路基板上に配置し、
前記接合工程後に、前記回路基板を分割することにより、前記半導体チップと当該分割した回路基板とを備える複数の半導体装置を得る工程と、
を含む半導体装置の製造方法。
【請求項１】
第１金属により形成されたバンプ電極を有する半導体チップと、
前記バンプ電極が形成された面と対向するように前記半導体チップと接合し、当該半導体チップと接合する側に、第２金属と第３金属とにより形成された金属層を有する回路基板と、
を備え、
前記バンプ電極と前記金属層とが接合する接合部は、
前記第１金属を含む第１領域と、
前記第１金属を含む海部と、第２金属を含む島部と、を有する海島構造からなる第２領域と、を備える半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記金属層は、前記第１金属の拡散を阻止する、前記第３金属からなる拡散阻止層を含み、
前記拡散阻止層上に、前記第２領域が形成されている半導体装置。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体装置において、
前記第１領域は、前記第３金属層の上面と接している半導体装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体装置において、
前記第１領域の側面に、前記第２領域を備える半導体装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体装置において、
前記第１金属はＡｕであり、前記第２金属はＳｎである半導体装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体装置において、
前記第３金属はＮｉである半導体装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体装置において、
前記回路基板は、
導電体が貫通する第１絶縁層と、
前記第１絶縁層の一方の側に設けられ、前記導電体に接続された第１回路層と、
前記第１回路層を被覆するとともに、前記第１回路層の一部を露出させるための開口が形成された第２絶縁層と、
前記第１絶縁層の他方の側に設けられ、前記導電体に接続された第２回路層と、
前記第２回路層を被覆する第３絶縁層と、
前記第２絶縁層の開口内に設けられ、前記第１回路層上に設けられた前記金属層と、
を備える半導体装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の半導体装置において、
前記接合部以外の領域に、前記第２絶縁層を被覆するとともに、前記半導体チップの接合側の面と接するように設けられ、フラックス活性化合物を含む樹脂層を備える半導体装置。
【請求項９】
請求項８に記載の半導体装置において、
前記フラックス活性化合物を含む樹脂層は、無機充填剤を７０重量％以下含む半導体装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記第１金属により形成された前記バンプ電極を有する前記半導体チップと、
前記回路基板側から、前記第３金属を含む第３金属層と、前記第２金属を含む第２金属層とが順に形成された前記金属層を有する前記回路基板と、
を準備する工程と、
前記回路基板の前記金属層が形成された面と、前記バンプ電極が形成された面とが対向するように、前記回路基板上に前記半導体チップを配置する位置決め工程と、
前記回路基板と前記半導体チップとを３００℃以上４００℃以下に加熱して、前記バンプ電極と前記金属層とを接合する接合工程と、
を備える半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の半導体装置の製造方法において、
前記回路基板は、前記金属層が形成された面を被覆するように、フラックス活性化合物を含む樹脂層を備え、
前記フラックス活性化合物を含む樹脂層上に、前記半導体チップを配置して前記接合工程を行う半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
請求項１０または１１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記位置決め工程において、複数の前記半導体チップを前記回路基板上に配置し、
前記接合工程後に、前記回路基板を分割することにより、前記半導体チップと当該分割した回路基板とを備える複数の半導体装置を得る工程と、
を含む半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−２５３１１０（Ｐ２０１２−２５３１１０Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２３０９３（Ｐ２０１１−１２３０９３）
【出願日】平成２３年６月１日（２０１１．６．１）
【出願人】（０００００２１４１）住友ベークライト株式会社 (2,927)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１日（２０１１．６．１）
【出願人】（０００００２１４１）住友ベークライト株式会社 (2,927)
【Ｆターム（参考）】
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