半導体装置の製造方法およびこの方法に用いる圧力容器
【課題】コストの低減を図りつつ、半導体チップのバンプと基板のパッドとの良好な半田接合を得ることができ、かつ接合信頼性を向上させた半導体装置の製造方法およびこの方法に用いる圧力容器を提供する。
【解決手段】バンプ４を有する複数の半導体チップ３を基板１上にフリップチップ実装して半導体装置を製造する半導体装置の製造方法は、以下の工程を含む。複数の半導体チップ３を、各バンプ４が基板１上の各パッド２表面の半田層５上に載るように、基板１上に配置する工程。複数の半導体チップ３が基板１上に配置されたワークＷを圧力容器８に入れる工程。圧力容器８中の気圧を、ワークＷを加熱する際の最高温度における接着剤層６に含まれる溶剤の蒸気圧よりも高くし、この状態で、ワークＷをヒータ１２により加熱し、半田層５を溶融させる工程。
【解決手段】バンプ４を有する複数の半導体チップ３を基板１上にフリップチップ実装して半導体装置を製造する半導体装置の製造方法は、以下の工程を含む。複数の半導体チップ３を、各バンプ４が基板１上の各パッド２表面の半田層５上に載るように、基板１上に配置する工程。複数の半導体チップ３が基板１上に配置されたワークＷを圧力容器８に入れる工程。圧力容器８中の気圧を、ワークＷを加熱する際の最高温度における接着剤層６に含まれる溶剤の蒸気圧よりも高くし、この状態で、ワークＷをヒータ１２により加熱し、半田層５を溶融させる工程。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バンプを有する複数の半導体チップを基板上にフリップチップ実装し、各半導体チップ上のバンプと基板上のパッドとを電気的かつ機械的に接続させる半導体装置の製造方法およびこの方法に用いる圧力容器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、フリップチップ実装技術として、半導体装置の電極に半田バンプを形成し、このバンプと基板上の電極とを接合し、半導体装置と基板との間の隙間を樹脂材料にて封止する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
フリップチップ実装技術は、基板上に半導体チップをコンパクトに実装できることから、パッケージやモジュールの小型、薄型化に有利であり、近年、携帯電話をはじめとする各種のエレクトロニクス製品に広く採用が進んでいる。
図６（Ｄ）は、従来のフリップチップ実装構造を示す。基板１００の上面には回路パターンのパッド１０２が形成されている。半導体チップ１０３の外部電極にはＡｕ、Ｃｕ、或いは高融点半田よりなるバンプ１０４が突設されている。
【０００３】
半導体チップ１０３を基板１００にフリップチップ実装する従来の方法を、図６（Ａ）〜（Ｄ）に基づいて説明する。まず、図６（Ａ）に示すように、基板１００のパッド１０２上に半田層１０５を形成する。次に、図６（Ｂ）に示すように、少なくとも半導体チップ１０３を搭載する基板１００の領域に接着剤層１０６を形成する。次に、図６（Ｃ）に示すように、ボンディングツール１０７に吸着した半導体チップ１０３を、そのバンプ１０４が接着剤層１０６を貫通し、半田層１０５上に接地するように加圧する。同時に、半導体チップ１０３は、ボンディングツール１０７にて加熱され、半田層１０５を溶融させることにより、図６（Ｄ）に示すようにバンプ１０４とパッド１０２の半田接合がなされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１４８４０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の方法では、半導体チップ１０３を、ボンディングツール１０７を用いて１つずつ加熱・圧着していくことから、フリップチップ実装プロセスに時間がかかり、加工コスト、設備投資コストの増大を招いていた。
これに対し、基板１００上に、複数の半導体チップ１０３を仮載せし（ボンディングツール１０７にて半導体チップ１０３のバンプ１０４を基板１００の半田層１０５の上に載置し、半田溶融加熱は行わない）、後に複数の半導体チップ１０３を裏面より一括して加熱・圧着する方式が考えられる。
【０００６】
ところが、この方式では、複数の半導体チップ１０３を一括して加熱・圧着する際の加圧による接着剤層１０６の流動により、半導体チップ１０３の位置がずれてしまい、各半導体チップ１０３のバンプ１０４と基板１００のパッド１０２との良好な半田接合が得られない。
この方式で加圧を行わずに、加熱のみを行なうと、接着剤層１０６の中の溶剤分が突沸し、ボイドが発生する。ボイドは、ヒートサイクル試験において半田接合部に破断を生じる原因となり、接合信頼性を低下させる。
また、接着剤層１０６の粘度を上げることにより、一括加圧時における半導体チップ１０３の位置ずれを低減できるが、バンプ１０４が接着剤層１０６を貫通することが出来ず、バンプ１０４と半田層１０５の間に接着剤層１０６が残存し、バンプ１０４とパッド１０２が半田接合されない問題を生じる。
また、粘度の高い接着剤層１０６を加熱・加圧した場合、溶融した半田層１０５は、圧力の低い方向に流動してしまい、バンプ１０４との良好な半田接合を得ることが出来ない。さらに流動した半田が基板の回路パターン間を短絡させる問題がある。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、コストの低減を図りつつ、半導体チップのバンプと基板のパッドとの良好な半田接合を得ることができ、かつ接合信頼性を向上させた半導体装置の製造方法およびこの方法に用いる圧力容器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様に係る半導体装置の製造方法は、バンプをそれぞれ有する複数の半導体チップを、パッドと、前記パッドの表面に設けられた半田層とを有する基板上に、接着剤層を介してフリップチップ実装して半導体装置を製造する半導体装置の製造方法であって、（ａ）前記複数の半導体チップを、前記各バンプが対応する前記各パッド表面の前記半田層上に載るように押圧して、前記基板上に配置する工程と、（ｂ）前記複数の半導体チップが前記基板上に配置されたワークを圧力容器に入れる工程と、（ｃ）前記圧力容器中の気圧を、前記ワークを加熱する際の最高温度における前記接着剤層に含まれる溶剤の蒸気圧よりも高くし、この状態で、前記ワークを加熱し、前記半田層を溶融させることにより、前記バンプと前記パッドとの半田接合を得る工程と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、半導体チップのバンプと基板のパッドとの半田接合を得る工程では、機械的に接着剤層を加圧しないことから、接着剤層の流動による半導体チップの位置ずれが抑制される。したがって、接着剤層の粘度は、バンプが貫通し、溶融した半田がバンプ上で濡れる程度に低くすることができる。これらのことから、加熱により溶融した半田層が圧力の偏りにより流動し、パターン間を短絡させることもない。また、加熱時における圧力容器内の気圧がワークを加熱する際の最高温度における接着剤層に含まれる溶剤の蒸気圧よりも高いことから、溶剤の突沸によるボイドの発生を防止することが出来る。これにより、半導体チップのバンプと基板のパッドとの接合信頼性が向上する。また、複数の半導体チップを圧力容器内で一括して加熱し、半田層を溶融させることにより、バンプとパッドの半田接合を得る方式であるため、加工コスト、設備投資コストを低減することができる。
【００１０】
また、本発明の第２の態様に係る半導体装置の製造方法は、上記本発明の第１の態様に係る半導体装置の製造方法において、前記複数の半導体チップを前記基板上に配置する前記工程（ａ）は、前記半導体チップを、前記半導体チップの表面と前記接着層材の表面との間に隙間が生じるように位置決めし、減圧下で前記半導体チップを押圧することによって行われることを特徴とする。
この構成によれば、複数の半導体チップを、半導体チップの表面と接着剤層の表面との間に隙間が生じるように位置決めした後、減圧下で半導体チップを押圧することにより、基板と半導体チップとの間、特にバンプの凹凸の周辺等に空気が入り込んで間隙が形成されてしまう問題を低減することができる。その結果、半導体チップの基板からの剥離や、バンプの酸化による回路の抵抗の増加を低減することができる。
【００１１】
また、本発明の第３の態様に係る半導体装置の製造方法は、上記本発明の第１または第２の態様に係る半導体装置の製造方法の前記複数の半導体チップを前記基板上に配置する前記工程（ａ）において、前記半導体チップを押圧する圧力は、前記複数の半導体チップの各バンプの先端が前記接着剤層を貫通して前記半田層に達して変形すると共に、前記半導体チップの表面が前記接着剤層と密着する大きさであることを特徴とする。
この構成によれば、複数の半導体チップを一括して加熱・圧着する上記方式における加圧による接着剤層の流動が抑制され、その流動による半導体チップの位置ずれが抑制されるので、半導体チップのバンプと基板のパッドとの良好な半田接合を得ることができる。
【００１２】
また、本発明の第４の態様に係る半導体装置の製造方法は、上記本発明の第１乃至３のいずれか１つの態様に係る半導体装置の製造方法において、加熱経過により前記接着剤層の状態が軟化傾向から硬化傾向に変化する点を当該接着剤層の溶融粘度の変局点としたとき、前記工程（ｃ）は、前記接着剤層が前記変局点に達したとき、前記圧力容器中の気圧が前記溶剤の蒸気圧以上であり、かつ、前記ワークの加熱により前記半田層近傍の温度が当該半田層の溶融温度以上であることを特徴とする。
ここで、半田層近傍の温度とは、半田接合により接合される基板のパッドと半導体チップのバンプの、半田層の近傍の温度のことである。
【００１３】
半田層近傍の温度が半田層の溶融温度に達したとき接着剤層が硬化した状態であると、溶融された半田の流動が該接着剤層によって阻害され、良好な半田接合ができない場合があるが、この構成によれば、半田層近傍の温度が半田層の溶融温度に達したとき、接着剤層は変局点前の軟化した状態であるため、接着剤層による半田の流動阻害を防止し、良好な半田接合を行うことができる。
また、接着剤層に含有されている溶剤の沸点において、圧力容器中の気圧が、溶剤の蒸気圧よりも高いと、溶剤の突沸によるボイドの発生を防止することができる。これにより、半導体チップのバンプと基板のパッドとの接合信頼性が向上する。
【００１４】
本発明に第１の態様に係る圧力容器は、上記本発明の第１乃至４のいずれか１つの態様に係る半導体装置の製造方法に用いる圧力容器であって、上部に開口部を有し、バンプをそれぞれ有する複数の半導体チップと、パッドと前記パッドの表面に設けられた半田層とを有する基板とが、接着剤層を介して配置されたワークを収容可能な容器本体と、前記開口部を塞ぐ蓋と、前記圧力容器中の気圧が、前記ワークを加熱する際の最高温度における前記接着剤層に含まれる溶剤の蒸気圧よりも高くなるように前記容器本体内に高圧空気を導入するための導入部と、前記蓋の内面に取り付けられ、前記容器本体に収容された前記ワークを、前記半田層を溶融させて前記バンプと前記パッドとを半田接合可能なように加熱するヒータと、を備えることを特徴とする。
この構成によれば、導入部から圧力容器内に高圧空気を導入して、圧力容器中の気圧を調節可能であると共に、ヒータによりワークを加熱することができる。
【００１５】
また、本発明の第２の態様に係る圧力容器は、上記本発明の第１の態様に係る圧力容器の前記ヒータが、パルスヒータであることを特徴とする。
この構成によれば、接着剤層の構成する接着剤の種類に応じて温度プロファイルを制御することにより、接着剤層の軟化・硬化を促進させずに、かつ、急速にワークを加熱することができるため、接着剤層が変局点前の軟化した状態で半田を溶融させることができ、良好な半田接合を行うことができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、コストの低減を図りつつ、半導体チップのバンプと基板のパッドとの良好な半田接合を得ることができ、かつ接合信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】（Ａ）は本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法の工程（２）を説明するための図であり、（Ｂ）は本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法の工程（３）を説明するための図である。
【図２】図２（Ａ）は一実施形態に係る半導体装置の製造方法の工程（４）を説明するための図で、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のＸ部の拡大図である。
【図３】図３（Ａ）は一実施形態に係る半導体装置の製造方法の工程（５）及び（６）を説明するための図で、図３（Ｂ）は図３（Ａ）のＹ部の拡大図である。
【図４】半田接合時の不具合を説明するための、加熱時間（ｔ）に対する加熱点温度（Ｔ）と圧力容器８内の気圧（Ｐ）と接着剤層６を構成する接着剤の溶融粘度（η）を示した図である。
【図５】良好な半田接合を説明するための、加熱時間（ｔ）に対する加熱点温度（Ｔ）と圧力容器８内の気圧（Ｐ）と接着剤層６を構成する接着剤の溶融粘度（η）を示した図である。
【図６】（Ａ）〜（Ｄ）は従来技術の工程を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を、図１〜図３に基づいて説明する。
この半導体装置の製造方法は、図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、バンプ４をそれぞれ有する複数の半導体チップ３を基板１上にフリップチップ実装し、複数の半導体チップ３の各バンプ４と基板１上の対応する各パッド２とを電気的かつ機械的に接続させる方法である。
【００１９】
この半導体装置の製造方法は、以下の工程を備える。
＜工程（１）＞
工程（１）では、半導体チップ３のバンプ４を形成する。
まず、半導体ウエハ（図示省略）を半導体チップ単位で切断して複数の半導体チップ３を用意し、各半導体チップ３の外部電極（図示省略）上にバンプ４を形成する。バンプ４としては、半導体チップ３の外部電極に高さ５０〜７０μｍのＡｕスタッドバンプを形成するとよい。
Ａｕスタッドバンプは、例えば、金ワイヤの先端を放電溶融させてボールを形成し、これを半導体チップ３の外部電極に超音波により接合し、金ワイヤを切断することで形成される。なお、バンプ４は、Ｃｕ或いは高融点半田よりなるスタッドバンプでもよい。
【００２０】
＜工程（２）＞
次に、工程（２）では、各パッド２の表面に半田層５をそれぞれ形成する。図１（Ａ）は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法の工程（２）を説明するための図である。
図１（Ａ）に示すように、基板１の上面には、複数の半導体チップ３にそれぞれ対応する複数の回路パターン（単位回路パターン）が形成されており、各回路パターンに複数のパッド２が形成されている（図１（Ａ）参照）。
半田層５としては、例えば、パッド２の表面に、電解メッキ法にて厚み３〜１０μｍの半田層を形成するとよい。半田層としては、Ｓｎ単体ならびに、Ｓｎ３７Ｐｂ、Ｓｎ３．５Ａｇ、Ｓｎ３．０Ａｇ０．５Ｃｕなど、Ｓｎ合金を用いる。Ｓｎ３．５Ａｇ半田層は、Ｓｎに少量のＡｇ（０重量％＜Ａｇ≦３．５重量％）を加えた組成を有する。
【００２１】
＜工程（３）＞
次に、工程（３）では、基板１の少なくとも複数の半導体チップ３を搭載する領域に接着剤層６を形成する。図１（Ｂ）は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法の工程（３）を説明するための図である。
接着剤層６は、例えば、厚み２０〜５０μｍの半硬化状態のエポキシ系接着フィルムを基板１上にラミネートするとよい。接着剤層６は、エポキシ樹脂に限定されず、例えば、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、汎用エンプラ、スーパーエンプラなど熱可塑性樹脂などを用いることが出来る。さらに、２種類以上の材料をその製造工程中において化学的方法あるいは機械的方法で混合（ポリマーブレンド）してもよい。また、接着剤層６の形成方法としては、ラミネート以外に、液状の樹脂をスクリーン印刷する方法を用いることが出来る。
【００２２】
＜工程（４）＞
次に、工程（４）では、バンプ４をパッド２表面の半田層５上に載るように押圧して、基板１上に配置する。図２（Ａ），（Ｂ）は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法の工程（４）を説明するための図である。
図２（Ａ）に示すように、複数の半導体チップ３を、複数の半導体チップ３の各バンプ４（図２（Ｂ）参照）が基板１上の対応する各パッド２表面の半田層５上に載るように押圧して、基板１上に配置する。
例えば、フリップチップボンダー２０を用いて半導体チップ３を一つずつ吸着し、吸着した半導体チップ３を基板１上のパッド２と半導体チップ３のバンプ４の位置が合うようにアライメントして配置する。
【００２３】
このとき、半導体チップ３を基板１に対して押圧する圧力は、図２（Ｂ）に示すように、Ａｕスタッドバンプであるバンプ４の先端がエポキシ系接着フィルムである接着剤層６を貫通して半田層５に達して変形すると共に、半導体チップ３の表面が接着剤層６と密着するような大きさにすることが好ましい。このとき、接着剤層６は、バンプ４の高さよりも小さい厚みのものを用いる。このようにすることで、半導体チップ３の表面が接着剤層６と密着するよう配置させると、バンプ４の先端が接着剤層６を貫通して半田層５に達して変形して、より確実にバンプ４と半田層５との接続がなされる。
【００２４】
上述のように、半導体チップ３の基板１への配置は、常圧（大気圧）下で行っても良いが、半導体チップ３を、半導体チップ３の表面と接着剤層６の表面との間に隙間が生じるように位置決めした後、減圧下、好ましくは真空ポンプ等で５０ｈＰａ以下とした雰囲気中で半導体チップ３を押圧することにより行っても良い。これにより、基板１と半導体チップ３との間、特にバンプ４の凹凸の周辺等に空気が入り込んで間隙が形成されてしまう問題を低減することができる。その結果、半導体チップ３の基板１からの剥離や、バンプ４の酸化による回路の抵抗の増加を低減することができる。なお、半導体チップ３の位置決めは、バンプ４の先端が接着剤層６に入り込むようにし、望ましくは、バンプ４の少なくとも一部がパッド２に接触するようにするとよい。この様に位置決めすることで、位置決めした後に、基板１および半導体チップ３を移動する際、位置決めした所定位置からずれるのを防止することができる。
【００２５】
＜工程（５）＞
次に、工程（５）では、ワークＷを圧力容器８に入れる。図３（Ａ），（Ｂ）は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法の工程（５）と次工程（６）を説明するための図である。
図３（Ａ）に示すように、複数の半導体チップ３が基板１上に載置されたワークＷ（図２（Ａ）参照）を圧力容器８に入れる。尚、本発明の一実施形態に係る圧力容器の一例として圧力容器８を挙げて説明する。
この圧力容器８は、上部に開口部１３を有し、複数の半導体チップ３が基板１上に配置されたワークＷを収容可能な容器本体９と、その開口部１３を塞ぐ蓋１０と、容器本体９の側壁に、この側壁を貫通するように固定され、容器本体９内に高圧空気を導入する導入部としての高圧空気導入パイプ１１と、蓋１０の内面に取り付けられたヒータ１２とを有する。蓋１０を外して、開口部１３からワークＷを圧力容器８に入れる。
【００２６】
＜工程（６）＞
次に、工程（６）では、各バンプ４と各パッド２とを半田接合する。
図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、高圧空気導入パイプ１１から圧力容器８内に高圧空気を導入して、圧力容器８中の気圧を、ワークＷを加熱する際の最高温度における接着剤層６に含まれる溶剤の蒸気圧よりも高くし、この状態で、ワークＷをヒータ１２により加熱し、半田層５を溶融させることにより、各バンプ４と各パッド２の半田接合を得る。
【００２７】
工程（６）において、接着剤層６が溶融粘度の変局点に達したとき、（１）圧力容器８中の気圧が、接着剤層６に含有されている溶剤の蒸気圧以上であり、かつ、（２）ワークＷの加熱により半田層５近傍の温度が半田層５の溶融温度以上である、上記の２つの条件を満足させていることが望ましい。ここで、変局点とは、加熱経過により接着剤層６の状態（溶融粘度）が軟化傾向から硬化傾向に変化する点のことである。また、半田層５近傍の温度とは、半田接合により接合される基板１のパッド２と半導体チップ３のバンプ４の、半田層５の近傍の温度のことである。
【００２８】
例えば、図４に示すように、半田層５近傍の温度（加熱点温度）が、半田層５の溶融温度（Ｔ２）に達したとき、接着剤層６が硬化した状態であると、即ち変局点（Ａ）よりも加熱時間が経過した状態であると、溶融された半田の流動が、硬化した状態の接着剤層６によって阻害され、良好な半田接合ができないという不具合が発生する場合がある。図４は、半田接合時の不具合を説明するための、加熱時間（ｔ）に対する加熱点温度（Ｔ）と圧力容器８内の気圧（Ｐ）と接着剤層６を構成する接着剤の溶融粘度（η）を示した図である。ここで、横軸に加熱時間（ｔ）を示し、縦軸に加熱点温度（Ｔ）と圧力容器８内の気圧（Ｐ）と接着剤層６を構成する接着剤の溶融粘度（η）を示した。また、圧力容器８内の気圧（Ｐ）は、圧力容器８の蓋１０が閉まってから上昇する。
【００２９】
上記のような半田接合の不具合を防止するために、図５に示すように、接着剤層６が変局点（Ａ）に達したとき、ワークＷの加熱により半田層５近傍の温度が半田層５の溶融温度（Ｔ２）以上にする条件（２）を満足させることにより、接着剤層６を変局点（Ａ）前の軟化した状態で半田接合を行うことができる。即ち、接着剤層６による半田の流動阻害を防止して良好な半田接合を行うことができる。図５は、良好な半田接合を説明するための、加熱時間（ｔ）に対する加熱点温度（Ｔ）と圧力容器８内の気圧（Ｐ）と接着剤層６を構成する接着剤の溶融粘度（η）を示した図である。ここで、横軸に加熱時間（ｔ）を示し、縦軸に加熱点温度（Ｔ）と圧力容器８内の気圧（Ｐ）と接着剤層６を構成する接着剤の溶融粘度（η）を示した。また、圧力容器８内の気圧（Ｐ）は、圧力容器８の蓋１０が閉まってから上昇する。
【００３０】
また、接着剤層６に含有されている溶剤の沸点（Ｔ１領域：１００〜１５０℃近傍）において、圧力容器８中の気圧が、溶剤の蒸気圧（Ｐ１）よりも高いと、溶剤の突沸によるボイドの発生を防止することができる。これにより、半導体チップ３のバンプ４と基板１のパッド２との接合信頼性が向上する。
【００３１】
上述したように、接着剤層６が溶融粘度の変局点（Ａ）に達したとき、上記の２つの条件を満たすようにするためには、ヒータ１２として、パルスヒータを用いることが望ましい。パルスヒータは、温度プロファイルを制御することが容易であり、接着剤層６の構成する接着剤の種類に応じて温度プロファイルを制御することにより、図５に示したように、接着剤層６の軟化・硬化を促進させずに、かつ、急速にワークＷを加熱することができるため、接着剤層６が変局点（Ａ）前の軟化した状態で半田を溶融させることができ、良好な半田接合を行うことができる。
【実施例】
【００３２】
次に、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
６．３ｍｍ×６．３ｍｍの半導体チップ３を１００個用意し、それぞれの半導体チップ３の外部電極上に、バンプ４として高さ５０μｍ以上のＡｕスタッドバンプを形成した。基板１に形成されたパッド２の上に、半田層５として３から５μｍのＳｎ３．５Ａｇ半田層を形成し、その上から接着剤層６として厚み３０μｍの半硬化状態のエポキシ系接着フィルムをラミネートした。なお、エポキシ系接着フィルムに含有される溶剤は、ジメチルホルムアミドである。
【００３３】
フリップチップボンダー２０を用いて半導体チップ３を、Ａｕスタッドバンプ（バンプ４）先端がエポキシ系接着フィルム（接着剤層６）を貫通して半田層５に達するように、押圧して基板１上に配置した。このときの押圧力は０．８４ＭＰａであった。また、このとき、半導体チップ３のＡｕスタッドバンプ（バンプ４）側の表面は、エポキシ系接着フィルム（接着剤層６）に密着していた。
【００３４】
半導体チップ３が基板１上に載置されたワークＷを圧力容器８に入れ、圧力容器８内の圧力を０．７ＭＰａに高めた状態で、Ｓｎ３．５Ａｇ半田の融点２２１℃を越えるよう、ワークＷを２３０℃まで加熱し、４５秒放置した。なお、ジメチルホルムアミドの２３０℃における蒸気圧は、０．５４ＭＰａである。
【００３５】
ワークＷを冷却した後、圧力容器８より取り出し、エポキシ系接着フィルム（接着剤層６）におけるボイドの有無について、ＳＡＴ（超音波映像装置）を用いて観察し、ボイドの無いことを確認した。また、各半導体チップ３のＡｕスタッドバンプ（バンプ４）と基板１の各パッド２との半田接合状態を断面観察した結果、各Ａｕスタッドバンプ（バンプ４）と各パッド２の良好な接合状態を確認することが出来た。
【００３６】
上記一実施形態に係る半導体装置の製造方法によれば、以下の作用効果を奏する。
（１）半導体チップ３のバンプ４と基板１のパッド２の半田接合を得る上記工程（６）では、機械的に接着剤層６を加圧しないことから、接着剤層６の流動による半導体チップ３の位置ずれが抑制される。したがって、接着剤層６の粘度は、バンプ４が貫通し、溶融した半田がバンプ４上で濡れる程度に低くすることができる。これらのことから、加熱により溶融した半田層５が圧力の偏りにより流動し、基板１の回路パターン間を短絡させることもない。
【００３７】
（２）加熱時における圧力容器８内の気圧がワークＷを加熱する際の最高温度における接着剤層６に含まれる溶剤の蒸気圧よりも高いことから、溶剤の突沸によるボイドの発生を防止することが出来る。これにより、半導体チップ３のバンプ４と基板１のパッド２との接合信頼性が向上する。
【００３８】
（３）複数の半導体チップ３を圧力容器８内で一括して加熱し、半田層５を溶融させることにより、バンプ４とパッド２の半田接合を得る方式であるため、加工コスト、設備投資コストを低減することができる。
【００３９】
（４）上記工程（４）において、複数の半導体チップ３を基板１上に載置する時の圧力は、複数の半導体チップ３の各バンプ４の先端が接着剤層６を貫通して半田層５に達して変形すると共に、半導体チップ３の表面が接着剤層６と密着する大きさである。これにより、複数の半導体チップ３を一括して加熱して接合する際に、加圧することなく、半導体チップ３のバンプ４と基板１のパッド２との良好な半田接合を得ることができる。
【００４０】
（５）上記工程（６）において、接着剤層６が溶融粘度の変局点に達したとき、圧力容器８中の気圧が、接着剤層６に含有されている溶剤の蒸気圧以上であり、かつ、ワークＷの加熱により半田層５近傍の温度が半田層５の溶融温度以上である、上記の２つの条件を満足させることにより、接着剤層６を変局点前の軟化した状態で半田接合を行うことができる。即ち、接着剤層６による半田の流動阻害を防止して良好な半田接合を行うことができる。
【００４１】
（６）圧力容器８のヒータ１２として、パルスヒータを用いることにより、接着剤層６の軟化・硬化を促進させずに、かつ、急速にワークＷを加熱することができるため、接着剤層６が変局点前の軟化した状態で半田を溶融させることができ、良好な半田接合を行うことができる。
【符号の説明】
【００４２】
１：基板
２：パッド
３：半導体チップ
４：バンプ
５：半田層
６：接着剤層
８：圧力容器
９：容器本体
１０：蓋
１１：高圧空気導入パイプ
１２：ヒータ
Ｗ：ワーク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バンプを有する複数の半導体チップを基板上にフリップチップ実装し、各半導体チップ上のバンプと基板上のパッドとを電気的かつ機械的に接続させる半導体装置の製造方法およびこの方法に用いる圧力容器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、フリップチップ実装技術として、半導体装置の電極に半田バンプを形成し、このバンプと基板上の電極とを接合し、半導体装置と基板との間の隙間を樹脂材料にて封止する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
フリップチップ実装技術は、基板上に半導体チップをコンパクトに実装できることから、パッケージやモジュールの小型、薄型化に有利であり、近年、携帯電話をはじめとする各種のエレクトロニクス製品に広く採用が進んでいる。
図６（Ｄ）は、従来のフリップチップ実装構造を示す。基板１００の上面には回路パターンのパッド１０２が形成されている。半導体チップ１０３の外部電極にはＡｕ、Ｃｕ、或いは高融点半田よりなるバンプ１０４が突設されている。
【０００３】
半導体チップ１０３を基板１００にフリップチップ実装する従来の方法を、図６（Ａ）〜（Ｄ）に基づいて説明する。まず、図６（Ａ）に示すように、基板１００のパッド１０２上に半田層１０５を形成する。次に、図６（Ｂ）に示すように、少なくとも半導体チップ１０３を搭載する基板１００の領域に接着剤層１０６を形成する。次に、図６（Ｃ）に示すように、ボンディングツール１０７に吸着した半導体チップ１０３を、そのバンプ１０４が接着剤層１０６を貫通し、半田層１０５上に接地するように加圧する。同時に、半導体チップ１０３は、ボンディングツール１０７にて加熱され、半田層１０５を溶融させることにより、図６（Ｄ）に示すようにバンプ１０４とパッド１０２の半田接合がなされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１４８４０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の方法では、半導体チップ１０３を、ボンディングツール１０７を用いて１つずつ加熱・圧着していくことから、フリップチップ実装プロセスに時間がかかり、加工コスト、設備投資コストの増大を招いていた。
これに対し、基板１００上に、複数の半導体チップ１０３を仮載せし（ボンディングツール１０７にて半導体チップ１０３のバンプ１０４を基板１００の半田層１０５の上に載置し、半田溶融加熱は行わない）、後に複数の半導体チップ１０３を裏面より一括して加熱・圧着する方式が考えられる。
【０００６】
ところが、この方式では、複数の半導体チップ１０３を一括して加熱・圧着する際の加圧による接着剤層１０６の流動により、半導体チップ１０３の位置がずれてしまい、各半導体チップ１０３のバンプ１０４と基板１００のパッド１０２との良好な半田接合が得られない。
この方式で加圧を行わずに、加熱のみを行なうと、接着剤層１０６の中の溶剤分が突沸し、ボイドが発生する。ボイドは、ヒートサイクル試験において半田接合部に破断を生じる原因となり、接合信頼性を低下させる。
また、接着剤層１０６の粘度を上げることにより、一括加圧時における半導体チップ１０３の位置ずれを低減できるが、バンプ１０４が接着剤層１０６を貫通することが出来ず、バンプ１０４と半田層１０５の間に接着剤層１０６が残存し、バンプ１０４とパッド１０２が半田接合されない問題を生じる。
また、粘度の高い接着剤層１０６を加熱・加圧した場合、溶融した半田層１０５は、圧力の低い方向に流動してしまい、バンプ１０４との良好な半田接合を得ることが出来ない。さらに流動した半田が基板の回路パターン間を短絡させる問題がある。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、コストの低減を図りつつ、半導体チップのバンプと基板のパッドとの良好な半田接合を得ることができ、かつ接合信頼性を向上させた半導体装置の製造方法およびこの方法に用いる圧力容器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様に係る半導体装置の製造方法は、バンプをそれぞれ有する複数の半導体チップを、パッドと、前記パッドの表面に設けられた半田層とを有する基板上に、接着剤層を介してフリップチップ実装して半導体装置を製造する半導体装置の製造方法であって、（ａ）前記複数の半導体チップを、前記各バンプが対応する前記各パッド表面の前記半田層上に載るように押圧して、前記基板上に配置する工程と、（ｂ）前記複数の半導体チップが前記基板上に配置されたワークを圧力容器に入れる工程と、（ｃ）前記圧力容器中の気圧を、前記ワークを加熱する際の最高温度における前記接着剤層に含まれる溶剤の蒸気圧よりも高くし、この状態で、前記ワークを加熱し、前記半田層を溶融させることにより、前記バンプと前記パッドとの半田接合を得る工程と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、半導体チップのバンプと基板のパッドとの半田接合を得る工程では、機械的に接着剤層を加圧しないことから、接着剤層の流動による半導体チップの位置ずれが抑制される。したがって、接着剤層の粘度は、バンプが貫通し、溶融した半田がバンプ上で濡れる程度に低くすることができる。これらのことから、加熱により溶融した半田層が圧力の偏りにより流動し、パターン間を短絡させることもない。また、加熱時における圧力容器内の気圧がワークを加熱する際の最高温度における接着剤層に含まれる溶剤の蒸気圧よりも高いことから、溶剤の突沸によるボイドの発生を防止することが出来る。これにより、半導体チップのバンプと基板のパッドとの接合信頼性が向上する。また、複数の半導体チップを圧力容器内で一括して加熱し、半田層を溶融させることにより、バンプとパッドの半田接合を得る方式であるため、加工コスト、設備投資コストを低減することができる。
【００１０】
また、本発明の第２の態様に係る半導体装置の製造方法は、上記本発明の第１の態様に係る半導体装置の製造方法において、前記複数の半導体チップを前記基板上に配置する前記工程（ａ）は、前記半導体チップを、前記半導体チップの表面と前記接着層材の表面との間に隙間が生じるように位置決めし、減圧下で前記半導体チップを押圧することによって行われることを特徴とする。
この構成によれば、複数の半導体チップを、半導体チップの表面と接着剤層の表面との間に隙間が生じるように位置決めした後、減圧下で半導体チップを押圧することにより、基板と半導体チップとの間、特にバンプの凹凸の周辺等に空気が入り込んで間隙が形成されてしまう問題を低減することができる。その結果、半導体チップの基板からの剥離や、バンプの酸化による回路の抵抗の増加を低減することができる。
【００１１】
また、本発明の第３の態様に係る半導体装置の製造方法は、上記本発明の第１または第２の態様に係る半導体装置の製造方法の前記複数の半導体チップを前記基板上に配置する前記工程（ａ）において、前記半導体チップを押圧する圧力は、前記複数の半導体チップの各バンプの先端が前記接着剤層を貫通して前記半田層に達して変形すると共に、前記半導体チップの表面が前記接着剤層と密着する大きさであることを特徴とする。
この構成によれば、複数の半導体チップを一括して加熱・圧着する上記方式における加圧による接着剤層の流動が抑制され、その流動による半導体チップの位置ずれが抑制されるので、半導体チップのバンプと基板のパッドとの良好な半田接合を得ることができる。
【００１２】
また、本発明の第４の態様に係る半導体装置の製造方法は、上記本発明の第１乃至３のいずれか１つの態様に係る半導体装置の製造方法において、加熱経過により前記接着剤層の状態が軟化傾向から硬化傾向に変化する点を当該接着剤層の溶融粘度の変局点としたとき、前記工程（ｃ）は、前記接着剤層が前記変局点に達したとき、前記圧力容器中の気圧が前記溶剤の蒸気圧以上であり、かつ、前記ワークの加熱により前記半田層近傍の温度が当該半田層の溶融温度以上であることを特徴とする。
ここで、半田層近傍の温度とは、半田接合により接合される基板のパッドと半導体チップのバンプの、半田層の近傍の温度のことである。
【００１３】
半田層近傍の温度が半田層の溶融温度に達したとき接着剤層が硬化した状態であると、溶融された半田の流動が該接着剤層によって阻害され、良好な半田接合ができない場合があるが、この構成によれば、半田層近傍の温度が半田層の溶融温度に達したとき、接着剤層は変局点前の軟化した状態であるため、接着剤層による半田の流動阻害を防止し、良好な半田接合を行うことができる。
また、接着剤層に含有されている溶剤の沸点において、圧力容器中の気圧が、溶剤の蒸気圧よりも高いと、溶剤の突沸によるボイドの発生を防止することができる。これにより、半導体チップのバンプと基板のパッドとの接合信頼性が向上する。
【００１４】
本発明に第１の態様に係る圧力容器は、上記本発明の第１乃至４のいずれか１つの態様に係る半導体装置の製造方法に用いる圧力容器であって、上部に開口部を有し、バンプをそれぞれ有する複数の半導体チップと、パッドと前記パッドの表面に設けられた半田層とを有する基板とが、接着剤層を介して配置されたワークを収容可能な容器本体と、前記開口部を塞ぐ蓋と、前記圧力容器中の気圧が、前記ワークを加熱する際の最高温度における前記接着剤層に含まれる溶剤の蒸気圧よりも高くなるように前記容器本体内に高圧空気を導入するための導入部と、前記蓋の内面に取り付けられ、前記容器本体に収容された前記ワークを、前記半田層を溶融させて前記バンプと前記パッドとを半田接合可能なように加熱するヒータと、を備えることを特徴とする。
この構成によれば、導入部から圧力容器内に高圧空気を導入して、圧力容器中の気圧を調節可能であると共に、ヒータによりワークを加熱することができる。
【００１５】
また、本発明の第２の態様に係る圧力容器は、上記本発明の第１の態様に係る圧力容器の前記ヒータが、パルスヒータであることを特徴とする。
この構成によれば、接着剤層の構成する接着剤の種類に応じて温度プロファイルを制御することにより、接着剤層の軟化・硬化を促進させずに、かつ、急速にワークを加熱することができるため、接着剤層が変局点前の軟化した状態で半田を溶融させることができ、良好な半田接合を行うことができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、コストの低減を図りつつ、半導体チップのバンプと基板のパッドとの良好な半田接合を得ることができ、かつ接合信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】（Ａ）は本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法の工程（２）を説明するための図であり、（Ｂ）は本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法の工程（３）を説明するための図である。
【図２】図２（Ａ）は一実施形態に係る半導体装置の製造方法の工程（４）を説明するための図で、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のＸ部の拡大図である。
【図３】図３（Ａ）は一実施形態に係る半導体装置の製造方法の工程（５）及び（６）を説明するための図で、図３（Ｂ）は図３（Ａ）のＹ部の拡大図である。
【図４】半田接合時の不具合を説明するための、加熱時間（ｔ）に対する加熱点温度（Ｔ）と圧力容器８内の気圧（Ｐ）と接着剤層６を構成する接着剤の溶融粘度（η）を示した図である。
【図５】良好な半田接合を説明するための、加熱時間（ｔ）に対する加熱点温度（Ｔ）と圧力容器８内の気圧（Ｐ）と接着剤層６を構成する接着剤の溶融粘度（η）を示した図である。
【図６】（Ａ）〜（Ｄ）は従来技術の工程を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を、図１〜図３に基づいて説明する。
この半導体装置の製造方法は、図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、バンプ４をそれぞれ有する複数の半導体チップ３を基板１上にフリップチップ実装し、複数の半導体チップ３の各バンプ４と基板１上の対応する各パッド２とを電気的かつ機械的に接続させる方法である。
【００１９】
この半導体装置の製造方法は、以下の工程を備える。
＜工程（１）＞
工程（１）では、半導体チップ３のバンプ４を形成する。
まず、半導体ウエハ（図示省略）を半導体チップ単位で切断して複数の半導体チップ３を用意し、各半導体チップ３の外部電極（図示省略）上にバンプ４を形成する。バンプ４としては、半導体チップ３の外部電極に高さ５０〜７０μｍのＡｕスタッドバンプを形成するとよい。
Ａｕスタッドバンプは、例えば、金ワイヤの先端を放電溶融させてボールを形成し、これを半導体チップ３の外部電極に超音波により接合し、金ワイヤを切断することで形成される。なお、バンプ４は、Ｃｕ或いは高融点半田よりなるスタッドバンプでもよい。
【００２０】
＜工程（２）＞
次に、工程（２）では、各パッド２の表面に半田層５をそれぞれ形成する。図１（Ａ）は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法の工程（２）を説明するための図である。
図１（Ａ）に示すように、基板１の上面には、複数の半導体チップ３にそれぞれ対応する複数の回路パターン（単位回路パターン）が形成されており、各回路パターンに複数のパッド２が形成されている（図１（Ａ）参照）。
半田層５としては、例えば、パッド２の表面に、電解メッキ法にて厚み３〜１０μｍの半田層を形成するとよい。半田層としては、Ｓｎ単体ならびに、Ｓｎ３７Ｐｂ、Ｓｎ３．５Ａｇ、Ｓｎ３．０Ａｇ０．５Ｃｕなど、Ｓｎ合金を用いる。Ｓｎ３．５Ａｇ半田層は、Ｓｎに少量のＡｇ（０重量％＜Ａｇ≦３．５重量％）を加えた組成を有する。
【００２１】
＜工程（３）＞
次に、工程（３）では、基板１の少なくとも複数の半導体チップ３を搭載する領域に接着剤層６を形成する。図１（Ｂ）は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法の工程（３）を説明するための図である。
接着剤層６は、例えば、厚み２０〜５０μｍの半硬化状態のエポキシ系接着フィルムを基板１上にラミネートするとよい。接着剤層６は、エポキシ樹脂に限定されず、例えば、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、汎用エンプラ、スーパーエンプラなど熱可塑性樹脂などを用いることが出来る。さらに、２種類以上の材料をその製造工程中において化学的方法あるいは機械的方法で混合（ポリマーブレンド）してもよい。また、接着剤層６の形成方法としては、ラミネート以外に、液状の樹脂をスクリーン印刷する方法を用いることが出来る。
【００２２】
＜工程（４）＞
次に、工程（４）では、バンプ４をパッド２表面の半田層５上に載るように押圧して、基板１上に配置する。図２（Ａ），（Ｂ）は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法の工程（４）を説明するための図である。
図２（Ａ）に示すように、複数の半導体チップ３を、複数の半導体チップ３の各バンプ４（図２（Ｂ）参照）が基板１上の対応する各パッド２表面の半田層５上に載るように押圧して、基板１上に配置する。
例えば、フリップチップボンダー２０を用いて半導体チップ３を一つずつ吸着し、吸着した半導体チップ３を基板１上のパッド２と半導体チップ３のバンプ４の位置が合うようにアライメントして配置する。
【００２３】
このとき、半導体チップ３を基板１に対して押圧する圧力は、図２（Ｂ）に示すように、Ａｕスタッドバンプであるバンプ４の先端がエポキシ系接着フィルムである接着剤層６を貫通して半田層５に達して変形すると共に、半導体チップ３の表面が接着剤層６と密着するような大きさにすることが好ましい。このとき、接着剤層６は、バンプ４の高さよりも小さい厚みのものを用いる。このようにすることで、半導体チップ３の表面が接着剤層６と密着するよう配置させると、バンプ４の先端が接着剤層６を貫通して半田層５に達して変形して、より確実にバンプ４と半田層５との接続がなされる。
【００２４】
上述のように、半導体チップ３の基板１への配置は、常圧（大気圧）下で行っても良いが、半導体チップ３を、半導体チップ３の表面と接着剤層６の表面との間に隙間が生じるように位置決めした後、減圧下、好ましくは真空ポンプ等で５０ｈＰａ以下とした雰囲気中で半導体チップ３を押圧することにより行っても良い。これにより、基板１と半導体チップ３との間、特にバンプ４の凹凸の周辺等に空気が入り込んで間隙が形成されてしまう問題を低減することができる。その結果、半導体チップ３の基板１からの剥離や、バンプ４の酸化による回路の抵抗の増加を低減することができる。なお、半導体チップ３の位置決めは、バンプ４の先端が接着剤層６に入り込むようにし、望ましくは、バンプ４の少なくとも一部がパッド２に接触するようにするとよい。この様に位置決めすることで、位置決めした後に、基板１および半導体チップ３を移動する際、位置決めした所定位置からずれるのを防止することができる。
【００２５】
＜工程（５）＞
次に、工程（５）では、ワークＷを圧力容器８に入れる。図３（Ａ），（Ｂ）は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法の工程（５）と次工程（６）を説明するための図である。
図３（Ａ）に示すように、複数の半導体チップ３が基板１上に載置されたワークＷ（図２（Ａ）参照）を圧力容器８に入れる。尚、本発明の一実施形態に係る圧力容器の一例として圧力容器８を挙げて説明する。
この圧力容器８は、上部に開口部１３を有し、複数の半導体チップ３が基板１上に配置されたワークＷを収容可能な容器本体９と、その開口部１３を塞ぐ蓋１０と、容器本体９の側壁に、この側壁を貫通するように固定され、容器本体９内に高圧空気を導入する導入部としての高圧空気導入パイプ１１と、蓋１０の内面に取り付けられたヒータ１２とを有する。蓋１０を外して、開口部１３からワークＷを圧力容器８に入れる。
【００２６】
＜工程（６）＞
次に、工程（６）では、各バンプ４と各パッド２とを半田接合する。
図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、高圧空気導入パイプ１１から圧力容器８内に高圧空気を導入して、圧力容器８中の気圧を、ワークＷを加熱する際の最高温度における接着剤層６に含まれる溶剤の蒸気圧よりも高くし、この状態で、ワークＷをヒータ１２により加熱し、半田層５を溶融させることにより、各バンプ４と各パッド２の半田接合を得る。
【００２７】
工程（６）において、接着剤層６が溶融粘度の変局点に達したとき、（１）圧力容器８中の気圧が、接着剤層６に含有されている溶剤の蒸気圧以上であり、かつ、（２）ワークＷの加熱により半田層５近傍の温度が半田層５の溶融温度以上である、上記の２つの条件を満足させていることが望ましい。ここで、変局点とは、加熱経過により接着剤層６の状態（溶融粘度）が軟化傾向から硬化傾向に変化する点のことである。また、半田層５近傍の温度とは、半田接合により接合される基板１のパッド２と半導体チップ３のバンプ４の、半田層５の近傍の温度のことである。
【００２８】
例えば、図４に示すように、半田層５近傍の温度（加熱点温度）が、半田層５の溶融温度（Ｔ２）に達したとき、接着剤層６が硬化した状態であると、即ち変局点（Ａ）よりも加熱時間が経過した状態であると、溶融された半田の流動が、硬化した状態の接着剤層６によって阻害され、良好な半田接合ができないという不具合が発生する場合がある。図４は、半田接合時の不具合を説明するための、加熱時間（ｔ）に対する加熱点温度（Ｔ）と圧力容器８内の気圧（Ｐ）と接着剤層６を構成する接着剤の溶融粘度（η）を示した図である。ここで、横軸に加熱時間（ｔ）を示し、縦軸に加熱点温度（Ｔ）と圧力容器８内の気圧（Ｐ）と接着剤層６を構成する接着剤の溶融粘度（η）を示した。また、圧力容器８内の気圧（Ｐ）は、圧力容器８の蓋１０が閉まってから上昇する。
【００２９】
上記のような半田接合の不具合を防止するために、図５に示すように、接着剤層６が変局点（Ａ）に達したとき、ワークＷの加熱により半田層５近傍の温度が半田層５の溶融温度（Ｔ２）以上にする条件（２）を満足させることにより、接着剤層６を変局点（Ａ）前の軟化した状態で半田接合を行うことができる。即ち、接着剤層６による半田の流動阻害を防止して良好な半田接合を行うことができる。図５は、良好な半田接合を説明するための、加熱時間（ｔ）に対する加熱点温度（Ｔ）と圧力容器８内の気圧（Ｐ）と接着剤層６を構成する接着剤の溶融粘度（η）を示した図である。ここで、横軸に加熱時間（ｔ）を示し、縦軸に加熱点温度（Ｔ）と圧力容器８内の気圧（Ｐ）と接着剤層６を構成する接着剤の溶融粘度（η）を示した。また、圧力容器８内の気圧（Ｐ）は、圧力容器８の蓋１０が閉まってから上昇する。
【００３０】
また、接着剤層６に含有されている溶剤の沸点（Ｔ１領域：１００〜１５０℃近傍）において、圧力容器８中の気圧が、溶剤の蒸気圧（Ｐ１）よりも高いと、溶剤の突沸によるボイドの発生を防止することができる。これにより、半導体チップ３のバンプ４と基板１のパッド２との接合信頼性が向上する。
【００３１】
上述したように、接着剤層６が溶融粘度の変局点（Ａ）に達したとき、上記の２つの条件を満たすようにするためには、ヒータ１２として、パルスヒータを用いることが望ましい。パルスヒータは、温度プロファイルを制御することが容易であり、接着剤層６の構成する接着剤の種類に応じて温度プロファイルを制御することにより、図５に示したように、接着剤層６の軟化・硬化を促進させずに、かつ、急速にワークＷを加熱することができるため、接着剤層６が変局点（Ａ）前の軟化した状態で半田を溶融させることができ、良好な半田接合を行うことができる。
【実施例】
【００３２】
次に、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
６．３ｍｍ×６．３ｍｍの半導体チップ３を１００個用意し、それぞれの半導体チップ３の外部電極上に、バンプ４として高さ５０μｍ以上のＡｕスタッドバンプを形成した。基板１に形成されたパッド２の上に、半田層５として３から５μｍのＳｎ３．５Ａｇ半田層を形成し、その上から接着剤層６として厚み３０μｍの半硬化状態のエポキシ系接着フィルムをラミネートした。なお、エポキシ系接着フィルムに含有される溶剤は、ジメチルホルムアミドである。
【００３３】
フリップチップボンダー２０を用いて半導体チップ３を、Ａｕスタッドバンプ（バンプ４）先端がエポキシ系接着フィルム（接着剤層６）を貫通して半田層５に達するように、押圧して基板１上に配置した。このときの押圧力は０．８４ＭＰａであった。また、このとき、半導体チップ３のＡｕスタッドバンプ（バンプ４）側の表面は、エポキシ系接着フィルム（接着剤層６）に密着していた。
【００３４】
半導体チップ３が基板１上に載置されたワークＷを圧力容器８に入れ、圧力容器８内の圧力を０．７ＭＰａに高めた状態で、Ｓｎ３．５Ａｇ半田の融点２２１℃を越えるよう、ワークＷを２３０℃まで加熱し、４５秒放置した。なお、ジメチルホルムアミドの２３０℃における蒸気圧は、０．５４ＭＰａである。
【００３５】
ワークＷを冷却した後、圧力容器８より取り出し、エポキシ系接着フィルム（接着剤層６）におけるボイドの有無について、ＳＡＴ（超音波映像装置）を用いて観察し、ボイドの無いことを確認した。また、各半導体チップ３のＡｕスタッドバンプ（バンプ４）と基板１の各パッド２との半田接合状態を断面観察した結果、各Ａｕスタッドバンプ（バンプ４）と各パッド２の良好な接合状態を確認することが出来た。
【００３６】
上記一実施形態に係る半導体装置の製造方法によれば、以下の作用効果を奏する。
（１）半導体チップ３のバンプ４と基板１のパッド２の半田接合を得る上記工程（６）では、機械的に接着剤層６を加圧しないことから、接着剤層６の流動による半導体チップ３の位置ずれが抑制される。したがって、接着剤層６の粘度は、バンプ４が貫通し、溶融した半田がバンプ４上で濡れる程度に低くすることができる。これらのことから、加熱により溶融した半田層５が圧力の偏りにより流動し、基板１の回路パターン間を短絡させることもない。
【００３７】
（２）加熱時における圧力容器８内の気圧がワークＷを加熱する際の最高温度における接着剤層６に含まれる溶剤の蒸気圧よりも高いことから、溶剤の突沸によるボイドの発生を防止することが出来る。これにより、半導体チップ３のバンプ４と基板１のパッド２との接合信頼性が向上する。
【００３８】
（３）複数の半導体チップ３を圧力容器８内で一括して加熱し、半田層５を溶融させることにより、バンプ４とパッド２の半田接合を得る方式であるため、加工コスト、設備投資コストを低減することができる。
【００３９】
（４）上記工程（４）において、複数の半導体チップ３を基板１上に載置する時の圧力は、複数の半導体チップ３の各バンプ４の先端が接着剤層６を貫通して半田層５に達して変形すると共に、半導体チップ３の表面が接着剤層６と密着する大きさである。これにより、複数の半導体チップ３を一括して加熱して接合する際に、加圧することなく、半導体チップ３のバンプ４と基板１のパッド２との良好な半田接合を得ることができる。
【００４０】
（５）上記工程（６）において、接着剤層６が溶融粘度の変局点に達したとき、圧力容器８中の気圧が、接着剤層６に含有されている溶剤の蒸気圧以上であり、かつ、ワークＷの加熱により半田層５近傍の温度が半田層５の溶融温度以上である、上記の２つの条件を満足させることにより、接着剤層６を変局点前の軟化した状態で半田接合を行うことができる。即ち、接着剤層６による半田の流動阻害を防止して良好な半田接合を行うことができる。
【００４１】
（６）圧力容器８のヒータ１２として、パルスヒータを用いることにより、接着剤層６の軟化・硬化を促進させずに、かつ、急速にワークＷを加熱することができるため、接着剤層６が変局点前の軟化した状態で半田を溶融させることができ、良好な半田接合を行うことができる。
【符号の説明】
【００４２】
１：基板
２：パッド
３：半導体チップ
４：バンプ
５：半田層
６：接着剤層
８：圧力容器
９：容器本体
１０：蓋
１１：高圧空気導入パイプ
１２：ヒータ
Ｗ：ワーク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バンプをそれぞれ有する複数の半導体チップを、パッドと、前記パッドの表面に設けられた半田層とを有する基板上に、接着剤層を介してフリップチップ実装して半導体装置を製造する半導体装置の製造方法であって、
（ａ）前記複数の半導体チップを、前記各バンプが対応する前記各パッド表面の前記半田層上に載るように押圧して、前記基板上に配置する工程と、
（ｂ）前記複数の半導体チップが前記基板上に配置されたワークを圧力容器に入れる工程と、
（ｃ）前記圧力容器中の気圧を、前記ワークを加熱する際の最高温度における前記接着剤層に含まれる溶剤の蒸気圧よりも高くし、この状態で、前記ワークを加熱し、前記半田層を溶融させることにより、前記バンプと前記パッドとの半田接合を得る工程と、
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記複数の半導体チップを前記基板上に配置する前記工程（ａ）は、
前記半導体チップを、前記半導体チップの表面と前記接着層材の表面との間に隙間が生じるように位置決めし、減圧下で前記半導体チップを押圧することによって行われることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記複数の半導体チップを前記基板上に配置する前記工程（ａ）において、前記半導体チップを押圧する圧力は、前記複数の半導体チップの各バンプの先端が前記接着剤層を貫通して前記半田層に達して変形すると共に、前記半導体チップの表面が前記接着剤層と密着する大きさであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
加熱経過により前記接着剤層の状態が軟化傾向から硬化傾向に変化する点を当該接着剤層の溶融粘度の変局点としたとき、
前記工程（ｃ）は、前記接着剤層が前記変局点に達したとき、前記圧力容器中の気圧が前記溶剤の蒸気圧以上であり、かつ、前記ワークの加熱により前記半田層近傍の温度が当該半田層の溶融温度以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載された半導体装置の製造方法に用いる圧力容器であって、
上部に開口部を有し、バンプをそれぞれ有する複数の半導体チップと、パッドと前記パッドの表面に設けられた半田層とを有する基板とが、接着剤層を介して配置されたワークを収容可能な容器本体と、
前記開口部を塞ぐ蓋と、
前記圧力容器中の気圧が、前記ワークを加熱する際の最高温度における前記接着剤層に含まれる溶剤の蒸気圧よりも高くなるように前記容器本体内に高圧空気を導入するための導入部と、
前記蓋の内面に取り付けられ、前記容器本体に収容された前記ワークを、前記半田層を溶融させて前記バンプと前記パッドとを半田接合可能なように加熱するヒータと、を備えることを特徴とする圧力容器。
【請求項６】
前記ヒータは、パルスヒータであることを特徴とする請求項５に記載の圧力容器。
【請求項１】
バンプをそれぞれ有する複数の半導体チップを、パッドと、前記パッドの表面に設けられた半田層とを有する基板上に、接着剤層を介してフリップチップ実装して半導体装置を製造する半導体装置の製造方法であって、
（ａ）前記複数の半導体チップを、前記各バンプが対応する前記各パッド表面の前記半田層上に載るように押圧して、前記基板上に配置する工程と、
（ｂ）前記複数の半導体チップが前記基板上に配置されたワークを圧力容器に入れる工程と、
（ｃ）前記圧力容器中の気圧を、前記ワークを加熱する際の最高温度における前記接着剤層に含まれる溶剤の蒸気圧よりも高くし、この状態で、前記ワークを加熱し、前記半田層を溶融させることにより、前記バンプと前記パッドとの半田接合を得る工程と、
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記複数の半導体チップを前記基板上に配置する前記工程（ａ）は、
前記半導体チップを、前記半導体チップの表面と前記接着層材の表面との間に隙間が生じるように位置決めし、減圧下で前記半導体チップを押圧することによって行われることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記複数の半導体チップを前記基板上に配置する前記工程（ａ）において、前記半導体チップを押圧する圧力は、前記複数の半導体チップの各バンプの先端が前記接着剤層を貫通して前記半田層に達して変形すると共に、前記半導体チップの表面が前記接着剤層と密着する大きさであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
加熱経過により前記接着剤層の状態が軟化傾向から硬化傾向に変化する点を当該接着剤層の溶融粘度の変局点としたとき、
前記工程（ｃ）は、前記接着剤層が前記変局点に達したとき、前記圧力容器中の気圧が前記溶剤の蒸気圧以上であり、かつ、前記ワークの加熱により前記半田層近傍の温度が当該半田層の溶融温度以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載された半導体装置の製造方法に用いる圧力容器であって、
上部に開口部を有し、バンプをそれぞれ有する複数の半導体チップと、パッドと前記パッドの表面に設けられた半田層とを有する基板とが、接着剤層を介して配置されたワークを収容可能な容器本体と、
前記開口部を塞ぐ蓋と、
前記圧力容器中の気圧が、前記ワークを加熱する際の最高温度における前記接着剤層に含まれる溶剤の蒸気圧よりも高くなるように前記容器本体内に高圧空気を導入するための導入部と、
前記蓋の内面に取り付けられ、前記容器本体に収容された前記ワークを、前記半田層を溶融させて前記バンプと前記パッドとを半田接合可能なように加熱するヒータと、を備えることを特徴とする圧力容器。
【請求項６】
前記ヒータは、パルスヒータであることを特徴とする請求項５に記載の圧力容器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−２６３２００（Ｐ２０１０−２６３２００Ａ）
【公開日】平成２２年１１月１８日（２０１０．１１．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８８５３８（Ｐ２０１０−８８５３８）
【出願日】平成２２年４月７日（２０１０．４．７）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月１８日（２０１０．１１．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月７日（２０１０．４．７）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
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