半導体装置の製造方法
【課題】半導体装置の製造歩留まりを向上させる。
【解決手段】半導体素子に配設されたバンプ電極の表面に、樹脂膜を形成し、樹脂膜が形成されたバンプ電極と支持基板上に配設した電極接続部とを接続し、半導体素子と支持基板との間隙に、樹脂膜と同一材料からなる熱硬化性接着材をアンダーフィル材として充填し、樹脂膜及び熱硬化性接着材を熱硬化せしめる。バンプ電極が樹脂膜によって被覆されていることにより、アンダーフィル材に空洞が生じてもバンプ電極間の短絡が発生しない。更に、バンプ電極を被覆した樹脂膜と半導体素子と支持基板との間隙に形成した封止樹脂とが同一材料であるので、空洞の発生が抑制され、樹脂膜と充填された樹脂との充分な機械的接触が維持される。その結果、半導体装置の信頼性、歩留まりが向上する。
【解決手段】半導体素子に配設されたバンプ電極の表面に、樹脂膜を形成し、樹脂膜が形成されたバンプ電極と支持基板上に配設した電極接続部とを接続し、半導体素子と支持基板との間隙に、樹脂膜と同一材料からなる熱硬化性接着材をアンダーフィル材として充填し、樹脂膜及び熱硬化性接着材を熱硬化せしめる。バンプ電極が樹脂膜によって被覆されていることにより、アンダーフィル材に空洞が生じてもバンプ電極間の短絡が発生しない。更に、バンプ電極を被覆した樹脂膜と半導体素子と支持基板との間隙に形成した封止樹脂とが同一材料であるので、空洞の発生が抑制され、樹脂膜と充填された樹脂との充分な機械的接触が維持される。その結果、半導体装置の信頼性、歩留まりが向上する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置の製造方法に関し、特に半導体素子が支持基板上にフリップチップ実装されて形成される半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子を回路基板上に搭載して半導体装置を構成する際、半導体素子の実装手段の一つとして、当該半導体素子の主面（電子回路などの形成面）を支持基板に対向させて搭載する所謂フリップチップ接続（フェイスダウン接続）構造がとられている。
【０００３】
かかるフリップチップ接続の実施工程を、図１４を用いて説明する。
パッケージ基板などの支持基板１００上には、電極接続部１０１が配設されている。この電極接続部１０１は、半導体素子のバンプ電極が接続される接続用端子である。そして、電極接続部１０１上には、半田ペースト１０２が塗布されている。
【０００４】
一方、半導体素子２００の主面上に配設された電極パッド２０１上には、外部接続用電極としてバンプ電極（突出電極）２０２が配設されている（図１４（Ａ）参照）。
当該支持基板１００の電極接続部１０１に対し、半導体素子２００の主面に配設されたバンプ電極２０２を接触させた状態に於いて短時間加熱し、電極接続部１０１上に、バンプ電極２０２を仮接続する（図１４（Ｂ）参照）。
【０００５】
次いで、長時間の加熱処理を行い、支持基板１００の電極接続部１０１上に、半導体素子２００のバンプ電極２０２を本接続する（図１４（Ｃ）参照）。
これにより、半導体素子２００は、所謂フリップチップ（フェイスダウン）状態をもって支持基板１００上に搭載される。
【０００６】
この様なフリップチップ接続形態にあっては、半導体素子に形成されたバンプ電極の保護を目的として、フリップチップ接続された半導体素子２００と支持基板１００との間隙に、アンダーフィル材と称される熱硬化性接着材を充填することが行われる。
【０００７】
即ち、支持基板１００上の接続用端子と半導体素子２００のバンプ電極２０２とが接続された後、当該アンダーフィル材が、半導体素子２００と支持基板１００との間に導入され、毛細管現象によって当該半導体素子２００と支持基板１００との間隙に充填される。
【０００８】
このアンダーフィル材の充填工程を、図１５を用いて説明する。
アンダーフィル材３００は、ディスペンサ３０１を用いて、半導体素子２００と支持基板１００との間に導入される（図１５（Ａ）参照）。
【０００９】
そして、当該アンダーフィル材３００は、毛細管現象により、半導体素子２００と支持基板１００との間隙を流動し、当該半導体素子２００と支持基板１００との間に充填される。（図１５（Ｂ）参照）加熱により、当該アンダーフィル材３００は硬化する。
【００１０】
この様なアンダーフィル材３００の充填にあっては、ディスペンサ３０１からの供給・充填の過程に於いて、そのフロー性が乱れる等の理由により、空気を巻き込み、半導体素子２００と支持基板１００との間隙にボイド（気泡）４００が発生してしまう場合がある。
【００１１】
当該アンダーフィル材３００が硬化した後にあっても、当該ボイド４００は、半導体素子２００と支持基板１００との間に残存してしまう（図１５（Ｂ）参照）。
この様な状態のまま、その後の熱処理工程（例えば、組立工程では放熱板の接続工程、受動部品の搭載工程、基板側の半田ボール搭載工程等、また顧客における基板実装工程或いはリワーク等）を実施すると、バンプ電極２０２が溶融し、溶解した金属成分がバンプ電極２０２間を連通したボイド４００内に流出して、電極パッド２０１相互間を橋絡状に接続してしまう。
【００１２】
この様に加熱を伴う製造工程を、図１６に示す。
先ず、前記支持基板１００上には、半導体素子２００の近傍に、容量素子などの受動部品１０３が搭載される。当該受動部品の搭載に際して、半導体素子２００並びに支持基板１００は、所定の温度に加熱される（図１６（Ａ）参照）。
【００１３】
次いで、前記半導体素子２００並びに受動部品１０３が、リッド（放熱体）５００により被覆され、封止される。当該リッド５００の固着の際にも、半導体素子２００並びに支持基板１００は、所定の温度に加熱される（図１６（Ｂ）参照）。
【００１４】
更に、前記支持基板１００の他方の主面に、外部接続様端子として半田ボール６００が配設される。この工程にあっても、半導体素子２００と支持基板１００は、所定の温度に加熱される（図１６（Ｃ）参照）。
【００１５】
この様な製造工程に於いて、特に半田ボール６００の搭載時の温度は２００℃以上となり、バンプ電極２０２が溶融し、溶解した金属成分２０３がバンプ電極２０２間を連通したボイド４００内に流出し易くなる。
【００１６】
この結果、半導体素子２００に於いて、ボイドにより連通された複数のバンプ電極２０２間、或いは電極パッド２０１間に電気的な短絡（ショート）が発生し、半導体装置としての製造歩留まりを低下させ、また半導体装置としての信頼性を低下させる一因となっていた。
【００１７】
これに対し、回路基板などの支持基板と半導体素子との間隙に封止樹脂を形成する前に、予め、バンプ電極の表面に樹脂被膜を形成し、ボイドの発生を抑制する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−３４０３１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、上記先行例に示される手段にあっては、バンプ電極表面に被着・形成された樹脂被膜とは別の材料からなる封止樹脂材を半導体素子と回路基板との間隙にアンダーフィル材として導入・形成しているので、封止樹脂の機械的強度が維持されず、実装後の半導体装置の信頼性が低下するという問題がある。
【００１９】
また、上記先行例では、フラックス機能によってバンプ電極表面の酸化膜を除去する工程で発生する水分により生ずるボイドをバンプ電極間から取り除くことを目的としている。
【００２０】
従ってアンダーフィル材の導入時に発生するボイドの発生を充分に抑えることができず、バンプ電極間の電気的な短絡の問題については解決されていない。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、半導体素子と支持基板との間隙に導入されたアンダーフィル材にボイドが生じ、また当該ボイドが残存した状態であっても、バンプ電極間に短絡を生ずる恐れが無く、製造歩留まりを高めることができ、高い信頼性を有する半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明では上記課題を解決するために、半導体素子に配設されたバンプ電極の表面に、樹脂膜を被覆する工程と、前記樹脂膜が被覆された前記バンプ電極を支持基板上に配設した電極接続部に接続して当該半導体素子を当該支持基板上に搭載する工程と、前記半導体素子と前記支持基板との間隙に、前記樹脂膜と同一材料からなる熱硬化性接着材を充填する工程と、前記樹脂膜及び前記熱硬化性接着材を硬化させる工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【００２２】
このような半導体装置の製造方法では、半導体素子に配設されたバンプ電極の表面に、樹脂が被覆され、樹脂膜が被覆されたバンプ電極を支持基板上に配設した電極接続部に接続して半導体素子が支持基板上に搭載され、半導体素子と支持基板との間隙に、樹脂膜と同一材料からなる熱硬化性接着材が充填され、樹脂膜及び熱硬化性接着材が硬化される。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、半導体素子と支持基板との間隙を樹脂により充填する工程を有する半導体装置の製造方法において、半導体素子に配設されたバンプ電極の表面に樹脂膜を被覆し、当該バンプ電極と支持基板上に配設した電極接続部とを接続し、次いで半導体素子と支持基板との間隙に、樹脂膜と同一材料からなる熱硬化性接着材を充填し、しかる後前記樹脂膜及び熱硬化性接着材を硬化させる。
【００２４】
この様な処理により、バンプ電極表面が樹脂膜によって被覆されているので、当該バンプ電極が溶解した場合にあっても、溶解した金属材が熱硬化性接着材からなるアンダーフィル材内に生じているボイド内に流出することがない。従って、バンプ電極間に短絡が発生しない。
【００２５】
また、バンプ電極を被覆した樹脂膜と、半導体素子と支持基板との間隙に導入されアンダーフィル材を構成する熱硬化性接着材とが同一材料から構成されることによって、ボイドの発生が抑制され、樹脂膜と熱硬化性接着材との充分な接触が維持される。この結果、半導体装置の製造歩留まり、信頼性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
＜第１の実施の形態＞
本発明の、第１の実施の形態について説明する。
【００２７】
当該第１の実施の形態に於ける、特徴的な製造工程フローを図１に示す。
先ず、半導体素子に配設されたバンプ電極の表面に、樹脂膜を被覆形成する（ステップＳ１）。
【００２８】
次いで、当該樹脂膜が形成されたバンプ電極を、パッケージ基板などの支持基板上に配設された電極接続部に実装する（ステップＳ２）。この段階で、加熱される為、前記バンプ電極表面の樹脂膜は仮硬化の状態となる。
【００２９】
次いで、半導体素子と支持基板との間隙に、前記樹脂膜と同一材料からなる熱硬化性接着材をアンダーフィル材として導入する（ステップＳ３）。
しかる後、樹脂膜及び熱硬化性接着材を熱硬化させ、半導体素子と支持基板との間隙を樹脂により充填する（ステップＳ４）。
【００３０】
この様な形態をもって、支持基板と当該支持基板上にフリップチップ形態をもって搭載された半導体素子との間にアンダーフィル材が配設される。
次に、半導体素子が、支持基板上にフリップチップ実装される工程を含む半導体装置の製造方法を、図２〜図６を用いてより詳細に説明する。
【００３１】
図２は半導体素子に配設されたバンプ電極表面に、熱硬化性接着材を被覆形成する工程を説明する要部断面模式図である。
ボンディングツール（図示せず）によって吸着・保持された半導体素子２０が、熱硬化性接着材１０が収容された浴槽１１上方に配置された状態を図２（Ａ）に示す。
【００３２】
ここで、当該半導体素子２０に於いては、シリコン（Ｓｉ）またはガリウム砒素（ＧａＡｓ）等の半導体基材の一方の主面に、ウエハプロセスが適用されて、トランジスタ等の能動素子、容量素子等の受動素子、並びにこれらの素子を接続する配線層をもって電子回路が形成されている。
【００３３】
そして、当該半導体基板の前記一方の主面にあっては、前記配線層に接続された電極パッド２１上に、外部接続用電極としてバンプ電極２２が配設されている。
当該電極パッド２１は、アルミニウム（Ａｌ）または銅（Ｃｕ）を主体とする金属から構成される。また、バンプ電極２２は、例えば、錫（Ｓｎ）−鉛（Ｐｂ）共晶系半田、または鉛（Ｐｂ）フリーである２元系の錫（Ｓｎ）−銀（Ａｇ）半田、或いは３元系の錫（Ｓｎ）−銀（Ａｇ）−銅（Ｃｕ）半田により構成されている。
【００３４】
一方、前記浴槽１１内には、エポキシ系樹脂、シアネート系樹脂、或いはシリコン系樹脂、またはこれらの樹脂を複数混合させた樹脂により構成される熱硬化性接着材１０が収容されている。当該熱硬化性接着材１０は、後述するところの支持基板と半導体素子２０との間隙に充填するアンダーフィル材と同じ成分により構成されている。尚、当該熱硬化性接着材１０の形態は、ペースト状である。
【００３５】
そして、前記半導体素子２０を降下させ、浴槽１１中の熱硬化性接着材１０に、当該半導体素子２０のバンプ電極２２を浸漬する。この時、浸漬する深さは電極パッド２１部迄とする。
【００３６】
かかる熱硬化性接着材１０への浸漬により、バンプ電極２２の表面には、熱硬化性接着材１０が被覆形成される。かかる状態を、図２（Ｂ）に示す。
即ち、前記浴槽１１から取り出された半導体素子２０にあっては、バンプ電極２２の表面に、熱硬化性接着材１０が被覆形成されている。
【００３７】
バンプ電極２２の表面を覆う当該熱硬化性接着材１０は、この段階では未硬化状態にあり、ペースト状を有している。
尚、当該熱硬化性接着材１０の被着方法としては、この様な浴槽１１への浸漬法に代えて、当該バンプ電極２２表面に塗布する方法を適用することもできる。
【００３８】
この様に、バンプ電極２２の表面に熱硬化性接着材１０が被覆された半導体素子２０を、支持基板３０上に搭載する工程を以下に示す。
図３（Ａ）は、支持基板３０上方に、半導体素子２０を位置させた状態を示す。
【００３９】
当該半導体素子２０は、支持基板３０上に所謂フリップチップ形態をもって実装・搭載される。
ここで、支持基板３０は、ガラス−エポキシ樹脂、ガラス−ビスマレイミドトリアジン（ＢＴ）、またはポリイミド等の有機材絶縁性樹脂からなる絶縁性基材３１から形成される。セラミック或いはガラス等の無機絶縁材料から構成される場合もある。
【００４０】
当該絶縁性基材３１は、必要に応じて、片面配線構造、両面配線構造或いは多層配線構造とされる。当該支持基板３０は、回路基板、配線基板、インターポーザ或いはパッケージ基板とも称される。
【００４１】
当該支持基板３０の一方の主面には、電極接続部３２，３３が配設されている。電極接続部３２は、前記半導体素子２０のバンプ電極２２が接続される接続用端子であり、電極接続部３３は他の受動部品などを実装するための接続用端子である。
【００４２】
当該電極接続部３２，３３は、例えば銅（Ｃｕ）から形成され、その表面には下層からニッケル（Ｎｉ）及び金（Ａｕ）の２層メッキが施されている（図示せず）。
また、電極接続部３２には、必要に応じて、その上面に、フラックス材または半田ペーストまたはこれらの混合物がスクリーン印刷される。此処では、当該電極接続部３２上にフラックス材３４が形成された状態が示されている。
【００４３】
尚、支持基板３０の他方の主面、即ち半導体素子２０が搭載される面とは反対側の面には、当該支持基板３０の外部接続用端子（半田ボール）が配設される電極パッド３５が複数個配設され、更に、当該電極パッド３５の周囲には、ソルダーレジスト層３６が被覆される。
【００４４】
一方、バンプ電極２２が配設された半導体素子２０は、予め所定の温度に加熱されたボンディングツール（図示せず）に吸着・保持されている。
また、前記支持基板３０は、ボンディングステージ（図示せず）上に吸着保持され、所定の温度に予備加熱されている。
【００４５】
かかる状態に於いて、半導体素子２０を支持基板３０に対向させ、半導体素子２０のバンプ電極２２と支持基板３０の電極接続部３２との位置合わせを行った後、半導体素子２０を支持基板３０上に降下せしめる。
【００４６】
そして、まず、半導体素子２０のバンプ電極２２と支持基板３０の電極接続部３２とを接触させた状態に於いて加熱処理を施し、当該バンプ電極２２と電極接続部３２との仮接続を行う。
【００４７】
処理温度は、約２００〜３００℃に設定され、加熱時間は、１５秒とされる。更に、半導体素子２０をボンディングツールにより押圧し、電極接続部３２に接触させた半導体素子２０のバンプ電極２２に荷重を与える。荷重は、例えば０．５〜５Ｋｇｆ／ｂｕｍｐである。
【００４８】
この様な加熱処理と荷重の印加により、バンプ電極２２と電極接続部３２とが仮接続される。
この時、かかる加圧によりバンプ電極２２と電極接続部３２との対向部にあった熱硬化性接着材１０は当該バンプ電極２２の周囲表面へ移動し、また加熱処理により、バンプ電極２２の表面にあって、接続電極部３２に接しない表面にある当該熱硬化性接着材１０は仮硬化して、樹脂膜２３が形成される。
【００４９】
次いで、前記ボンディングツールの吸引を解除し、当該ボンディングツールから半導体素子２０を開放した後、前記支持基板３０及び半導体素子２０をリフロー槽に於いて加熱処理し、当該半導体素子２０のバンプ電極２２を支持基板３０の電極接続部３２に本接続する。
【００５０】
かかる本接続に於ける加熱処理は、酸素雰囲気が約２００ｐｐｍ以下とされ、加熱温度は、２００℃〜３００℃とされる。また加熱時間は、約２０分とされる。
かかる熱処理により、半導体素子２０の支持基板３０への実装がなされる。この結果、電極接続部３２に接しないバンプ電極２２側面には、硬化が若干進行した樹脂膜２３の被覆が維持されている。
【００５１】
かかる状態を図３（Ｂ）に示す。
本発明にあっては、この様な接続処理がなされた支持基板３０と半導体素子２０との対向面間に、アンダーフィル材が充填される。
【００５２】
かかるアンダーフィル材の充填処理は、前記熱硬化性接着材１０と同一成分の熱硬化性接着材を、支持基板３０と半導体素子２０との間に導入することによりなされる。
即ち、図４（Ａ）に示されるように、熱硬化性接着材４０を供給するディスペンサ４１を、半導体素子２０の側部に位置させる。
【００５３】
そして、当該ディスペンサ４１のノズルから、前記熱硬化性接着材１０と同一成分の熱硬化性接着材４０を流出・供給し、毛細管現象を利用して半導体素子２０と支持基板３０との間に流入せしめ、充填する。
【００５４】
当該熱硬化性接着材４０は、熱硬化性接着材１０と同様、エポキシ系樹脂、シアネート系樹脂、或いはシリコン系樹脂或いはこれらの複数の樹脂を混合させた樹脂からなる熱硬化性接着材からなる。
【００５５】
当該熱硬化性接着材４０からなるアンダーフィル材を充填する過程に於いては、前述の如く、そのフロー性の乱れから、空気が巻き込まれ、半導体素子２０と支持基板３０との間隙にボイド５０が発生する場合がある。ここでは、ボイド５０がバンプ電極２２間に発生した状態が示されている。
【００５６】
尚、当該熱硬化性接着材４０は、硬化させる前の状態にあり、その形態はペースト状である。
しかる後、支持基板３０及び半導体素子２０を加熱処理し、仮硬化の状態にある熱硬化性の樹脂膜２３及び熱硬化性接着材４０を熱硬化せしめ、両樹脂材がほぼ一体化された樹脂被覆４２を形成する。
【００５７】
この時、加熱温度は、例えば２００℃程に設定される。
かかる状態を、図４（Ｂ）に示す。
前記樹脂膜２３とアンダーフィル材である熱硬化性接着材４０は、同一材料から構成されていることから、両者を硬化させると樹脂膜２３とアンダーフィル材である熱硬化性接着材４０とは一体化する。
【００５８】
この為、図に於いては、樹脂膜２３の存在を破線をもって示すが、前記ボイド５０が存在する部分にあっては、当該樹脂膜２３が表出する。
尚、当該樹脂被覆４２の形成の際、前記ボイド５０は、半導体素子２０と支持基板３０との間隙に残存した状態とされる。
【００５９】
次いで、支持基板３０の一方の主面上に配設された電極接続部３３に、銀（Ａｇ）ペースト（図示せず）などを介して、容量素子などの受動部品３７を搭載する。
かかる状態を、図４（Ｃ）に示す。
【００６０】
この時、加熱処理は、酸素雰囲気が約２００ｐｐｍ以下であるとされ、加熱温度は約１５０℃とされる。また加熱時間は、約６〜７分とされる。
次いで、前記支持基板３０上に搭載された半導体素子２０を覆って、リッド（放熱体）が配設される。当該リッド（放熱体）は、高い熱伝導性を有する銅（Ｃｕ）などをもって形成される。
【００６１】
図５（Ａ）に示される様に、当該リッド６０は板状を有し、その一方の主面のほぼ中央部に半導体素子２０に対応する凸部６１を具備する。
また、その外周縁部に沿って支持基板３０への固定用凸部６２を具備している。そして、当該凸部６２の端面には、接着フィルム６２ａが配設されている。
【００６２】
一方、支持基板３０上にフリップチップ実装された半導体素子２０の上面（背面）には、接着材及びヒートシンクとして機能する接着材層２５が配設されている。
当該接着材層２５は、錫（Ｓｎ）−銀（Ａｇ）合金、錫（Ｓｎ）−銀（Ａｇ）−銅（Ｃｕ）合金、或いはインジウム（Ｉｎ）−銀（Ａｇ）合金等からなる半田ペレット、銀（Ａｇ）ペースト、或いは絶縁性樹脂等により構成される。
【００６３】
前記リッド６０を、ボンディングツール（図示せず）を用いて、支持基板３０に搭載された半導体素子２０を覆って、当該支持基板３０上に載置した後、当該ボンディングツールを退避せしめる。
【００６４】
しかる後、当該リッド６０が載置された支持基板３０、半導体素子２０に対し加熱処理を施す。
ここで、接着材層２５が半田ペーストである場合には、酸素雰囲気を約１０ｐｐｍ以下であるとし、加熱温度を約２５０〜３６０℃とする。また、加熱時間は約２０分とする。
【００６５】
また、接着材層２５が、銀ペースト、或いは絶縁性樹脂等である場合には、加熱温度は、約１５０℃に設定され、加熱時間は６０分とされる。
この様な加熱処理により、リッド６０が支持基板３０に固着されて、半導体素子２０は当該リッド６０及び支持基板３０によって封止される。また、当該リッド６０と半導体素子２０の背面が接着材層２５を介して接続される。
【００６６】
かかる状態を、図５（Ｂ）に示す。
しかる後、前記支持基板３０の他方の主面（裏面）に配設されている電極パッド３５に、外部接続端子を構成する半田ボールを配設し、半導体装置を形成する。
【００６７】
即ち、支持基板３０の他方の主面（裏面）に配設されている電極パッド３５に、外部接続端子を構成する半田ボール３８をリフロー法などにより形成し、ＢＧＡ（Ball Grid Array）パッケージ構造を有する半導体装置を形成する。
【００６８】
当該外部接続端子となる半田ボール３８を配設してなる半導体装置７０を、図６に示す。
ここで、当該半田ボール３８は、錫（Ｓｎ）−鉛（Ｐｂ）共晶系半田、または鉛（Ｐｂ）フリーである２元系の錫（Ｓｎ）−銀（Ａｇ）半田、或いは３元系の錫（Ｓｎ）−銀（Ａｇ）−銅（Ｃｕ）半田により構成される。
【００６９】
当該半田ボール３８の形成工程に於いては、酸素雰囲気を約２００ｐｐｍ以下とし、加熱温度を約２４０℃〜２６０℃に設定する。
なお、かかる半田ボール３８を配設せず、電極パッド３５自体を外部接続端子とした所謂ＬＧＡ（Land Grid Array）型構造としてもよく、また外部接続端子の形状を、リード型、ピン型などとすることも可能である。
【００７０】
また、半田ボール３８は、支持基板３０の半導体素子２０が実装されない側の主面に限らず、半導体素子２０が実装された主面、或いは支持基板３０の側面部などに、必要に応じて配設されてもよい。
【００７１】
当該図６に示す半導体装置の、部位Ａ−Ｂに於ける平面形態を図７に示す。
即ち前記リッド６０、及び半導体素子２０を透視し、当該半導体素子２０のバンプ電極２２、及び当該バンプ電極２２の周囲に於ける樹脂被覆４２の状態が示されている。
【００７２】
即ち、半導体素子２０のバンプ電極２２は、アンダーフィル材である樹脂被覆４２によって被覆されている。
そして、当該樹脂被覆４２に於いて、ボイド５０が発生している箇所に位置するバンプ電極２２の表面は、少なくとも硬化された樹脂膜２３により被覆されている。
【００７３】
従って、前述の如き組み立て工程に於ける加熱などにより、バンプ電極２２が溶融状態に至ったとしても、当該バンプ電極２２は少なくとも樹脂膜２３によって被覆されていることにより、溶融したバンプ電極形成金属材はボイド５０内に流出しない。従って、当該バンプ電極２２相互間に短絡が発生する恐れはない。
【００７４】
また、樹脂膜２３とアンダーフィル材である熱硬化性接着材４０とが同一材料から構成されることから、当該熱硬化性接着材４０を半導体素子２０と支持基板３０との間隙に充填する際、当該熱硬化性接着材４０のバンプ電極２２周囲への濡れ性、親和性が高く、熱硬化性接着材４０に於けるボイド５０の発生を抑制することができる。
【００７５】
前述の如く、樹脂膜２３とアンダーフィル材である熱硬化性接着材４０は、熱硬化の際に十分な一体化がなされる。
従って、半導体装置としての機械的強度が維持され、例えば半導体装置の加速試験等を実行しても、信頼性が低下することなく、半導体装置としての歩留まりが向上する。
【００７６】
また、樹脂膜２３とアンダーフィル材である熱硬化性接着材４０が同一材料から形成されることから、製造コストの上昇を招かない。
＜第２の実施の形態＞
次に、第２の実施の形態について、図８〜図１３を用いて説明する。
【００７７】
本実施の形態にあっては、半導体素子２０の支持基板３０へのフリップチップ接続をより良好にするために、バンプ電極２２の表面に予めフラックス材を被覆することを特徴とする。
【００７８】
即ち、前記図１に示した工程ステップＳ１の前に、バンプ電極２２の表面にフラックス材を被覆する工程を含む。
尚、前記第１の実施の形態に於いて説明したのと同一の部位には、同一の符号を付し、その詳細については説明を省略する。
【００７９】
図８は半導体素子に配設されたバンプ電極表面にフラックス材を被覆する工程を説明する要部断面模式図である。
まず、ボンディングツール（図示せず）によって吸着・保持された半導体素子２０が、フラックス材１２が収容された浴槽１３上方に配置された状態を図８（Ａ）に示す。
【００８０】
ここで、半導体素子２０にあっては、シリコン（Ｓｉ）またはガリウム砒素（ＧａＡｓ）等の半導体基材の一方の主面に、ウエハプロセスが適用されて、トランジスタ等の能動素子、コンデンサ等の受動素子並びにこれらの素子を接続する配線層を有する電子回路が形成されている。
【００８１】
そして、当該半導体基板の一方の主面にあっては、前記配線層に接続された電極パッド２１上に、外部接続用電極としてバンプ電極２２が配設されている。この電極パッド２１は、アルミニウム（Ａｌ）または銅（Ｃｕ）を主体とする金属で構成される。また、バンプ電極２２は、例えば、錫（Ｓｎ）−鉛（Ｐｂ）共晶系半田、または鉛（Ｐｂ）フリーである２元系の錫（Ｓｎ）−銀（Ａｇ）半田、或いは３元系の錫（Ｓｎ）−銀（Ａｇ）−銅（Ｃｕ）半田により構成されている。
【００８２】
一方、浴槽１３内には、フラックス材１２が収容されている。
そして、半導体素子２０を降下させ、浴槽１３中のフラックス材１２に、当該半導体素子２０のバンプ電極２２を浸漬する。この時、浸漬する深さは電極パッド２１部迄とする。
【００８３】
かかるフラックス材１２への接触によって、バンプ電極２２の表面に、当該フラックス材１２が被覆形成された状態を、図８（Ｂ）に示す。
即ち、前記浴槽１３から取り出された半導体素子２０にあっては、バンプ電極２２の表面に、当該フラックス材１２が被覆されている。
【００８４】
バンプ電極２２の表面に、被覆されたフラックス材１２は、ペースト状を有する。
尚、当該フラックス材１２の被着方法としては、この様な浸漬法に代えて、当該バンプ電極２２表面に塗布する方法を適用することもできる。
【００８５】
本実施の形態にあっては、次いで、この様に表面にフラックス材１２が被覆されたバンプ電極２２に、熱硬化性接着材１０が被覆される。
半導体素子２０が、ボンディングツール（図示せず）によって吸着・保持され、熱硬化性接着材１０が収容された浴槽１１上方に配置された状態を、図９（Ａ）に示す。
【００８６】
一方、浴槽１１内には、エポキシ系樹脂、シアネート系樹脂、或いはシリコン系樹脂、或いはこれらの複数の樹脂を混合させた樹脂により構成される熱硬化性接着材１０が収容されている。当該熱硬化性接着材１０は、後述するところの支持基板と半導体素子２０との間隙に充填するアンダーフィル材と同じ成分により構成されている。なお、当該熱硬化性接着材１０の形態はペースト状である。
【００８７】
そして、半導体素子２０を降下せしめ、浴槽１１に収容された熱硬化性接着材１０に、当該半導体素子２０のバンプ電極２２を浸漬する。この時、浸漬する深さは電極パッド２１部迄とする。
【００８８】
かかる熱硬化性接着材１０への接触により、フラックス材１２が被覆されたバンプ電極２２の表面に、更に熱硬化性接着材１０が被覆形成された状態を、図９（Ｂ）に示す。
この様にして、バンプ電極２２の表面にフラックス材１２及び熱硬化性接着材１０が被覆された半導体素子２０を、支持基板上に搭載する工程を以下に示す。
【００８９】
図１０（Ａ）は、支持基板３０の上方に、半導体素子２０を配置させた状態を示す。
当該半導体素子２０は、支持基板３０上にフリップチップ形態をもって実装される。
ここで、支持基板３０は、ガラス−エポキシ樹脂、ガラス−ビスマレイミドトリアジン（ＢＴ）、またはポリイミド等の有機材絶縁性樹脂からなる絶縁性基材３１から形成される。セラミックあるいはガラス等の無機絶縁材料から構成される場合もある。
【００９０】
当該絶縁性基材３１は、必要に応じて片面配線構造、両面配線構造或いは多層配線構造とされる。
当該支持基板３０は、回路基板、配線基板、インターポーザ或いはパッケージ基板とも称される。
【００９１】
当該支持基板３０の一方の主面には、電極接続部３２，３３が配設されている。電極接続部３２は、半導体素子２０のバンプ電極２２が接続される接続用端子であり、電極接続部３３は他の受動部品を実装するための接続用端子である。
【００９２】
当該電極接続部３２，３３は、例えば銅（Ｃｕ）から形成され、その表面には下層からニッケル（Ｎｉ）及び金（Ａｕ）の２層メッキが施されている。
また、電極接続部３２には、必要に応じて、その上面に、フラックス材または半田ペーストまたはこれらの混合物がスクリーン印刷される。此処では、フラックス材３４が当該電極接続部３２上に形成された状態が示されている。
【００９３】
なお、支持基板３０の他方の主面、即ち半導体素子２０が搭載される面とは反対側の面には、当該支持基板３０の外部接続用端子（半田ボール）が配設される電極パッド３５が複数個、配設され、更に、当該電極パッド３５の周囲には、ソルダーレジスト層３６が被覆されている。
【００９４】
一方、バンプ電極２２が配設された半導体素子２０は、予め所定の温度に加熱されたボンディングツール（図示せず）に吸着・保持されている。
また、前記支持基板３０は、ボンディングステージ（図示せず）上に吸着保持され、所定の温度に予備加熱されている。
【００９５】
かかる状態に於いて、半導体素子２０を支持基板３０に対向させ、半導体素子２０のバンプ電極２２と支持基板３０の電極接続部３２との位置合わせを行った後、半導体素子２０を支持基板３０上に降下せしめる。
【００９６】
そして、まず、半導体素子２０のバンプ電極２２と支持基板３０の電極接続部３２とを接触させた状態に於いて加熱処理を施し、当該バンプ電極２２と電極接続部３２との仮接続を行う。
【００９７】
処理温度は、約２００〜３００℃に設定する。加熱時間は、１５秒である。更に、半導体素子２０をボンディングツールにより押圧し、電極接続部３２に接触させた半導体素子２０のバンプ電極２２に荷重を与える。荷重は、例えば０．５〜５Ｋｇｆ／ｂｕｍｐである。
【００９８】
このような加熱処理と荷重の印加により、バンプ電極２２と電極接続部３２とが仮接続される。
この時、かかる加圧によりバンプ電極２２と電極接続部３２との対向部にあった熱硬化性接着材１０は当該バンプ電極２２の周囲表面へ移動し、また加熱処理により、バンプ電極２２の表面にあって、接続電極部３２に接しない表面にある当該熱硬化性接着材１０は仮硬化して、樹脂膜２３が形成される。
【００９９】
次いで、前記ボンディングツールの吸引を解除し、当該ボンディングツールから半導体素子２０を開放した後、前記支持基板３０及び半導体素子２０をリフロー槽に於いて加熱処理し、当該半導体素子２０のバンプ電極２２を支持基板３０の電極接続部３２に本接続する。
【０１００】
かかる本接続に於ける加熱処理は、酸素雰囲気が約２００ｐｐｍ以下とされ、加熱温度は、２００℃〜３００℃とされる。更に加熱時間は、約２０分とされる。
これにより、半導体素子２０の支持基板３０への実装がなされる。この結果、電極接続部３２に接しないバンプ電極２２側面には、硬化が若干進行した樹脂膜２３の被覆が維持されている。
【０１０１】
尚、これらの加熱処理によって、当該バンプ電極２２の表面に被着されていた前記フラックス材１２は蒸発してしまう。
かかる状態を図１０（Ｂ）に示す。
【０１０２】
本実施の形態にあっては、この様な接続処理がなされた支持基板３０と半導体素子２０との対向面間に、アンダーフィル材が充填される。
かかる充填処理は、前記熱硬化性接着材１０と同一成分の熱硬化性接着材を、支持基板３０と半導体素子２０との間に導入することによりなされる。
【０１０３】
即ち、図１１（Ａ）に示されるように、熱硬化性接着材４０を供給するディスペンサ４１を、半導体素子２０の側部に位置させる。
そして、当該ディスペンサ４１のノズルから、前記熱硬化性接着材１０と同一成分の熱硬化性接着材４０を流出・供給し、毛細管現象を利用して半導体素子２０と支持基板３０との間に流入せしめ、充填する。
【０１０４】
当該熱硬化性接着材４０は、熱硬化性接着材１０と同様、エポキシ系樹脂、シアネート系樹脂、或いはシリコン系樹脂或いはこれらの複数の樹脂を混合させた樹脂からなる熱硬化性接着材からなる。
【０１０５】
当該熱硬化性接着材４０からなるアンダーフィル材を充填する過程に於いては、そのフロー性が乱れる等の影響から、空気を巻き込んでボイド５０が半導体素子２０と支持基板３０との間隙に発生する場合がある。ここでは、ボイド５０がバンプ電極２２間に発生した場合が示されている。
【０１０６】
尚、当該熱硬化性接着材４０は硬化させる前の状態であり、その形態はペースト状である。
しかる後、支持基板３０及び半導体素子２０を加熱処理し、仮硬化状態にある樹脂膜２３及び熱硬化性接着材４０を熱硬化せしめ、ほぼ一体化された樹脂被覆４２を形成する。この時、加熱温度は、例えば２００℃程に設定する。かかる状態を、図１１（Ｂ）に示す。
【０１０７】
前記樹脂膜２３とアンダーフィル材である熱硬化性接着材４０は、同一材料から構成されていることから、両者を硬化させると樹脂膜２３とアンダーフィル材である熱硬化性接着材４０とは一体化する。
【０１０８】
この為、図に於いては、樹脂膜２３の存在を破線をもって示すが、前記ボイド５０が存在する部分にあっては、当該樹脂膜２３が表出する。
かかる樹脂被覆４２の形成の際、前記ボイド５０は、半導体素子２０と支持基板３０との間隙に残存した状態とされる。
【０１０９】
次いで、支持基板３０の一方の主面上に配設された電極接続部３３に、銀（Ａｇ）ペースト（図示せず）などを介して、容量素子などの受動部品３７を搭載する。かかる状態を、図１１（Ｃ）に示す。
【０１１０】
この時、加熱処理は、酸素雰囲気が約２００ｐｐｍ以下とされ、加熱温度は約１５０℃とされる。また加熱時間は、約６〜７分とされる。
次いで、前記支持基板３０上に搭載された半導体素子２０を覆って、リッド（放熱体）が配設される。当該リッド（放熱体）は、前述の如く、銅（Ｃｕ）などから形成される。
【０１１１】
図１２（Ａ）に示される様に、リッド６０は、板状を有し、その一方の主面のほぼ中央部に半導体素子に対応する凸部６１を具備する。
また、その外周縁部に沿って支持基板への固定用凸部６２を具備している。そして、凸部６２の端面には、接着フィルム６２ａが配設されている。
【０１１２】
一方、支持基板３０上にフリップチップ実装された半導体素子２０の上面（背面）には、接着材及びヒートシンクとして機能する接着材層２５が配設されている。
当該接着材層２５は、錫（Ｓｎ）−銀（Ａｇ）合金、錫（Ｓｎ）−銀（Ａｇ）−銅（Ｃｕ）合金、或いはインジウム（Ｉｎ）−銀（Ａｇ）合金等からなる半田ペレット、銀（Ａｇ）ペースト、或いは絶縁性樹脂等により構成される。
【０１１３】
前記リッド６０を、ボンディングツール（図示せず）を用いて、支持基板３０及び半導体素子２０上に搭載した後、当該ボンディングツールを退避せしめる。
しかる後、リッド６０が載置された支持基板３０、半導体素子２０に対し加熱処理を施す。
【０１１４】
ここで、接着材層２５が半田ペーストである場合には、酸素雰囲気を約１０ｐｐｍ以下とし、加熱温度を約２５０〜３６０℃とする。また、加熱時間を２０分とする。
一方、接着材層２５が、銀ペースト、或いは絶縁性樹脂等である場合には、加熱温度は、約１５０℃に設定され、加熱時間は６０分とされる。
【０１１５】
このような加熱処理により、リッド６０が支持基板３０に固着されて、半導体素子２０は当該リッド６０及び支持基板３０によって封止される。また、当該リッド６０と半導体素子２０の背面が接着材層２５を介して接続される。
【０１１６】
かかる状態を、図１２（Ｂ）に示す。
しかる後、前記支持基板３０の他方の主面（裏面）に配設されている電極パッド３５に、外部接続端子を構成する半田ボールを配設し、半導体装置を形成する。
【０１１７】
即ち、支持基板３０の他方の主面（裏面）に配設されている電極パッド３５に、外部接続端子を構成する半田ボール３８をリフロー法などにより形成し、ＢＧＡ（Ball Grid Array）パッケージ構造を有する半導体装置を形成する。
【０１１８】
当該外部接続端子となる半田ボール３８を配設してなる半導体装置７１を、図１３に示す。
ここで、半田ボール３８は、錫（Ｓｎ）−鉛（Ｐｂ）共晶系半田、または鉛（Ｐｂ）フリーである２元系の錫（Ｓｎ）−銀（Ａｇ）半田、或いは３元系の錫（Ｓｎ）−銀（Ａｇ）−銅（Ｃｕ）半田により構成される。
【０１１９】
この半田ボール３８の形成工程は、酸素雰囲気を約２００ｐｐｍ以下とし、加熱温度を約２４０℃〜２６０℃に設定する。
尚、半田ボール３８を配設せず、電極パッド３５自体を外部接続端子としたＬＧＡ（Land Grid Array）型構造としてもよく、また外部接続端子の形状を、リード型、ピン型など他の形状とすることも可能である。
【０１２０】
また、半田ボール３８は、支持基板３０の半導体素子２０が実装されない側の主面に限らず、半導体素子２０が実装された主面、或いは支持基板３０の側面部などに、必要に応じて配設されてもよい。
【０１２１】
かかる半導体装置７１の製造にあっては、バンプ電極２２に予めフラックス材１２を被覆した後、樹脂膜２３を形成している。
従って、半導体素子２０のバンプ電極２２と支持基板３０上に配設された電極接続部３２との接続が、フラックス機能により促進される。
【０１２２】
また半導体装置７１にあっても、半導体素子２０のバンプ電極２２は、アンダーフィル材である樹脂被覆４２により被覆されている。
そして、当該アンダーフィル材である樹脂被覆４２に於いて、ボイド５０が発生している箇所に位置するバンプ電極２２の表面は、少なくとも硬化された樹脂膜２３によって被覆されている。
【０１２３】
従って、前述の如き組み立て工程に於ける加熱などにより、バンプ電極２２が溶融状態に至ったとしても、当該バンプ電極２２は少なくとも樹脂膜２３によって被覆されていることにより、溶融したバンプ電極形成金属材はボイド５０内に流出しない。従って、当該バンプ電極２２相互間に短絡が発生する恐れはない。
【０１２４】
また、樹脂膜２３とアンダーフィル材である熱硬化性接着材４０とが同一材料から構成されることから、当該熱硬化性接着材４０を半導体素子２０と支持基板３０との間隙に充填する際、当該熱硬化性接着材４０のバンプ電極２２周囲への濡れ性、親和性が高く、熱硬化性接着材４０に於けるボイド５０の発生を抑制することができる。
【０１２５】
前述の如く、樹脂膜２３とアンダーフィル材である熱硬化性接着材４０は、熱硬化の際に十分な一体化がなされる。
従って、半導体装置としての機械的強度が維持され、例えば半導体装置の加速試験等を実行させても、信頼性が低下することなく、半導体装置としての歩留まりが向上する。
【０１２６】
また、樹脂膜２３とアンダーフィル材である樹脂被覆４２とが同一材料から形成されることから、製造コストの上昇を招かない。
【図面の簡単な説明】
【０１２７】
【図１】本発明による半導体装置の製造方法を示す工程フロー図である。
【図２】本発明による半導体装置の製造方法の第１の実施の形態に於ける、半導体素子に配設されたバンプ電極表面に熱硬化性接着材を転写する工程を説明する要部断面模式図である。
【図３】半導体素子のパッケージ基板への実装工程を説明する要部断面模式図である（その１）。
【図４】封止樹脂形成工程の要部断面模式図である（その１）。
【図５】リッドの封止工程の要部断面模式図である（その１）。
【図６】半田ボール形成後の半導体装置の要部断面模式図である（その１）。
【図７】半導体装置の要部上面模式図である。
【図８】本発明による半導体装置の製造方法の第２の実施の形態に於ける、半導体素子に配設されたバンプ電極表面にフラックス材を転写する工程を説明する要部断面模式図である。
【図９】フラックスを転写したバンプ電極表面に熱硬化性接着材を転写する工程を説明する要部断面模式図である。
【図１０】半導体素子のパッケージ基板への実装工程を説明する要部断面模式図である（その２）。
【図１１】封止樹脂形成工程の要部断面模式図である（その２）。
【図１２】リッドの封止工程の要部断面模式図である（その２）。
【図１３】半田ボール形成後の半導体装置の要部断面模式図である（その２）。
【図１４】従来のフリップチップ接続工程を説明する要部断面模式図である。
【図１５】従来のアンダーフィル材を充填する工程を説明する要部断面模式図である。
【図１６】従来の半導体装置に於ける溶解した金属成分がボイド内に蓄積する現象を説明する要部断面模式図である。
【符号の説明】
【０１２８】
１０，４０ 熱硬化性接着材
１１，１３ 浴槽
１２，３４ フラックス材
２０ 半導体素子
２１，３５ 電極パッド
２２ バンプ電極
２３ 樹脂膜
２５ 接着材層
３０ 支持基板
３１ 絶縁性基材
３２，３３ 電極接続部
３６ ソルダーレジスト層
３７ 受動部品
３８ 半田ボール
４１ ディスペンサ
４２ 樹脂被覆
５０ ボイド
６０ リッド
６１，６２ 凸部
６２ａ 接着フィルム
７０，７１ 半導体装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置の製造方法に関し、特に半導体素子が支持基板上にフリップチップ実装されて形成される半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子を回路基板上に搭載して半導体装置を構成する際、半導体素子の実装手段の一つとして、当該半導体素子の主面（電子回路などの形成面）を支持基板に対向させて搭載する所謂フリップチップ接続（フェイスダウン接続）構造がとられている。
【０００３】
かかるフリップチップ接続の実施工程を、図１４を用いて説明する。
パッケージ基板などの支持基板１００上には、電極接続部１０１が配設されている。この電極接続部１０１は、半導体素子のバンプ電極が接続される接続用端子である。そして、電極接続部１０１上には、半田ペースト１０２が塗布されている。
【０００４】
一方、半導体素子２００の主面上に配設された電極パッド２０１上には、外部接続用電極としてバンプ電極（突出電極）２０２が配設されている（図１４（Ａ）参照）。
当該支持基板１００の電極接続部１０１に対し、半導体素子２００の主面に配設されたバンプ電極２０２を接触させた状態に於いて短時間加熱し、電極接続部１０１上に、バンプ電極２０２を仮接続する（図１４（Ｂ）参照）。
【０００５】
次いで、長時間の加熱処理を行い、支持基板１００の電極接続部１０１上に、半導体素子２００のバンプ電極２０２を本接続する（図１４（Ｃ）参照）。
これにより、半導体素子２００は、所謂フリップチップ（フェイスダウン）状態をもって支持基板１００上に搭載される。
【０００６】
この様なフリップチップ接続形態にあっては、半導体素子に形成されたバンプ電極の保護を目的として、フリップチップ接続された半導体素子２００と支持基板１００との間隙に、アンダーフィル材と称される熱硬化性接着材を充填することが行われる。
【０００７】
即ち、支持基板１００上の接続用端子と半導体素子２００のバンプ電極２０２とが接続された後、当該アンダーフィル材が、半導体素子２００と支持基板１００との間に導入され、毛細管現象によって当該半導体素子２００と支持基板１００との間隙に充填される。
【０００８】
このアンダーフィル材の充填工程を、図１５を用いて説明する。
アンダーフィル材３００は、ディスペンサ３０１を用いて、半導体素子２００と支持基板１００との間に導入される（図１５（Ａ）参照）。
【０００９】
そして、当該アンダーフィル材３００は、毛細管現象により、半導体素子２００と支持基板１００との間隙を流動し、当該半導体素子２００と支持基板１００との間に充填される。（図１５（Ｂ）参照）加熱により、当該アンダーフィル材３００は硬化する。
【００１０】
この様なアンダーフィル材３００の充填にあっては、ディスペンサ３０１からの供給・充填の過程に於いて、そのフロー性が乱れる等の理由により、空気を巻き込み、半導体素子２００と支持基板１００との間隙にボイド（気泡）４００が発生してしまう場合がある。
【００１１】
当該アンダーフィル材３００が硬化した後にあっても、当該ボイド４００は、半導体素子２００と支持基板１００との間に残存してしまう（図１５（Ｂ）参照）。
この様な状態のまま、その後の熱処理工程（例えば、組立工程では放熱板の接続工程、受動部品の搭載工程、基板側の半田ボール搭載工程等、また顧客における基板実装工程或いはリワーク等）を実施すると、バンプ電極２０２が溶融し、溶解した金属成分がバンプ電極２０２間を連通したボイド４００内に流出して、電極パッド２０１相互間を橋絡状に接続してしまう。
【００１２】
この様に加熱を伴う製造工程を、図１６に示す。
先ず、前記支持基板１００上には、半導体素子２００の近傍に、容量素子などの受動部品１０３が搭載される。当該受動部品の搭載に際して、半導体素子２００並びに支持基板１００は、所定の温度に加熱される（図１６（Ａ）参照）。
【００１３】
次いで、前記半導体素子２００並びに受動部品１０３が、リッド（放熱体）５００により被覆され、封止される。当該リッド５００の固着の際にも、半導体素子２００並びに支持基板１００は、所定の温度に加熱される（図１６（Ｂ）参照）。
【００１４】
更に、前記支持基板１００の他方の主面に、外部接続様端子として半田ボール６００が配設される。この工程にあっても、半導体素子２００と支持基板１００は、所定の温度に加熱される（図１６（Ｃ）参照）。
【００１５】
この様な製造工程に於いて、特に半田ボール６００の搭載時の温度は２００℃以上となり、バンプ電極２０２が溶融し、溶解した金属成分２０３がバンプ電極２０２間を連通したボイド４００内に流出し易くなる。
【００１６】
この結果、半導体素子２００に於いて、ボイドにより連通された複数のバンプ電極２０２間、或いは電極パッド２０１間に電気的な短絡（ショート）が発生し、半導体装置としての製造歩留まりを低下させ、また半導体装置としての信頼性を低下させる一因となっていた。
【００１７】
これに対し、回路基板などの支持基板と半導体素子との間隙に封止樹脂を形成する前に、予め、バンプ電極の表面に樹脂被膜を形成し、ボイドの発生を抑制する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−３４０３１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、上記先行例に示される手段にあっては、バンプ電極表面に被着・形成された樹脂被膜とは別の材料からなる封止樹脂材を半導体素子と回路基板との間隙にアンダーフィル材として導入・形成しているので、封止樹脂の機械的強度が維持されず、実装後の半導体装置の信頼性が低下するという問題がある。
【００１９】
また、上記先行例では、フラックス機能によってバンプ電極表面の酸化膜を除去する工程で発生する水分により生ずるボイドをバンプ電極間から取り除くことを目的としている。
【００２０】
従ってアンダーフィル材の導入時に発生するボイドの発生を充分に抑えることができず、バンプ電極間の電気的な短絡の問題については解決されていない。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、半導体素子と支持基板との間隙に導入されたアンダーフィル材にボイドが生じ、また当該ボイドが残存した状態であっても、バンプ電極間に短絡を生ずる恐れが無く、製造歩留まりを高めることができ、高い信頼性を有する半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明では上記課題を解決するために、半導体素子に配設されたバンプ電極の表面に、樹脂膜を被覆する工程と、前記樹脂膜が被覆された前記バンプ電極を支持基板上に配設した電極接続部に接続して当該半導体素子を当該支持基板上に搭載する工程と、前記半導体素子と前記支持基板との間隙に、前記樹脂膜と同一材料からなる熱硬化性接着材を充填する工程と、前記樹脂膜及び前記熱硬化性接着材を硬化させる工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【００２２】
このような半導体装置の製造方法では、半導体素子に配設されたバンプ電極の表面に、樹脂が被覆され、樹脂膜が被覆されたバンプ電極を支持基板上に配設した電極接続部に接続して半導体素子が支持基板上に搭載され、半導体素子と支持基板との間隙に、樹脂膜と同一材料からなる熱硬化性接着材が充填され、樹脂膜及び熱硬化性接着材が硬化される。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、半導体素子と支持基板との間隙を樹脂により充填する工程を有する半導体装置の製造方法において、半導体素子に配設されたバンプ電極の表面に樹脂膜を被覆し、当該バンプ電極と支持基板上に配設した電極接続部とを接続し、次いで半導体素子と支持基板との間隙に、樹脂膜と同一材料からなる熱硬化性接着材を充填し、しかる後前記樹脂膜及び熱硬化性接着材を硬化させる。
【００２４】
この様な処理により、バンプ電極表面が樹脂膜によって被覆されているので、当該バンプ電極が溶解した場合にあっても、溶解した金属材が熱硬化性接着材からなるアンダーフィル材内に生じているボイド内に流出することがない。従って、バンプ電極間に短絡が発生しない。
【００２５】
また、バンプ電極を被覆した樹脂膜と、半導体素子と支持基板との間隙に導入されアンダーフィル材を構成する熱硬化性接着材とが同一材料から構成されることによって、ボイドの発生が抑制され、樹脂膜と熱硬化性接着材との充分な接触が維持される。この結果、半導体装置の製造歩留まり、信頼性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
＜第１の実施の形態＞
本発明の、第１の実施の形態について説明する。
【００２７】
当該第１の実施の形態に於ける、特徴的な製造工程フローを図１に示す。
先ず、半導体素子に配設されたバンプ電極の表面に、樹脂膜を被覆形成する（ステップＳ１）。
【００２８】
次いで、当該樹脂膜が形成されたバンプ電極を、パッケージ基板などの支持基板上に配設された電極接続部に実装する（ステップＳ２）。この段階で、加熱される為、前記バンプ電極表面の樹脂膜は仮硬化の状態となる。
【００２９】
次いで、半導体素子と支持基板との間隙に、前記樹脂膜と同一材料からなる熱硬化性接着材をアンダーフィル材として導入する（ステップＳ３）。
しかる後、樹脂膜及び熱硬化性接着材を熱硬化させ、半導体素子と支持基板との間隙を樹脂により充填する（ステップＳ４）。
【００３０】
この様な形態をもって、支持基板と当該支持基板上にフリップチップ形態をもって搭載された半導体素子との間にアンダーフィル材が配設される。
次に、半導体素子が、支持基板上にフリップチップ実装される工程を含む半導体装置の製造方法を、図２〜図６を用いてより詳細に説明する。
【００３１】
図２は半導体素子に配設されたバンプ電極表面に、熱硬化性接着材を被覆形成する工程を説明する要部断面模式図である。
ボンディングツール（図示せず）によって吸着・保持された半導体素子２０が、熱硬化性接着材１０が収容された浴槽１１上方に配置された状態を図２（Ａ）に示す。
【００３２】
ここで、当該半導体素子２０に於いては、シリコン（Ｓｉ）またはガリウム砒素（ＧａＡｓ）等の半導体基材の一方の主面に、ウエハプロセスが適用されて、トランジスタ等の能動素子、容量素子等の受動素子、並びにこれらの素子を接続する配線層をもって電子回路が形成されている。
【００３３】
そして、当該半導体基板の前記一方の主面にあっては、前記配線層に接続された電極パッド２１上に、外部接続用電極としてバンプ電極２２が配設されている。
当該電極パッド２１は、アルミニウム（Ａｌ）または銅（Ｃｕ）を主体とする金属から構成される。また、バンプ電極２２は、例えば、錫（Ｓｎ）−鉛（Ｐｂ）共晶系半田、または鉛（Ｐｂ）フリーである２元系の錫（Ｓｎ）−銀（Ａｇ）半田、或いは３元系の錫（Ｓｎ）−銀（Ａｇ）−銅（Ｃｕ）半田により構成されている。
【００３４】
一方、前記浴槽１１内には、エポキシ系樹脂、シアネート系樹脂、或いはシリコン系樹脂、またはこれらの樹脂を複数混合させた樹脂により構成される熱硬化性接着材１０が収容されている。当該熱硬化性接着材１０は、後述するところの支持基板と半導体素子２０との間隙に充填するアンダーフィル材と同じ成分により構成されている。尚、当該熱硬化性接着材１０の形態は、ペースト状である。
【００３５】
そして、前記半導体素子２０を降下させ、浴槽１１中の熱硬化性接着材１０に、当該半導体素子２０のバンプ電極２２を浸漬する。この時、浸漬する深さは電極パッド２１部迄とする。
【００３６】
かかる熱硬化性接着材１０への浸漬により、バンプ電極２２の表面には、熱硬化性接着材１０が被覆形成される。かかる状態を、図２（Ｂ）に示す。
即ち、前記浴槽１１から取り出された半導体素子２０にあっては、バンプ電極２２の表面に、熱硬化性接着材１０が被覆形成されている。
【００３７】
バンプ電極２２の表面を覆う当該熱硬化性接着材１０は、この段階では未硬化状態にあり、ペースト状を有している。
尚、当該熱硬化性接着材１０の被着方法としては、この様な浴槽１１への浸漬法に代えて、当該バンプ電極２２表面に塗布する方法を適用することもできる。
【００３８】
この様に、バンプ電極２２の表面に熱硬化性接着材１０が被覆された半導体素子２０を、支持基板３０上に搭載する工程を以下に示す。
図３（Ａ）は、支持基板３０上方に、半導体素子２０を位置させた状態を示す。
【００３９】
当該半導体素子２０は、支持基板３０上に所謂フリップチップ形態をもって実装・搭載される。
ここで、支持基板３０は、ガラス−エポキシ樹脂、ガラス−ビスマレイミドトリアジン（ＢＴ）、またはポリイミド等の有機材絶縁性樹脂からなる絶縁性基材３１から形成される。セラミック或いはガラス等の無機絶縁材料から構成される場合もある。
【００４０】
当該絶縁性基材３１は、必要に応じて、片面配線構造、両面配線構造或いは多層配線構造とされる。当該支持基板３０は、回路基板、配線基板、インターポーザ或いはパッケージ基板とも称される。
【００４１】
当該支持基板３０の一方の主面には、電極接続部３２，３３が配設されている。電極接続部３２は、前記半導体素子２０のバンプ電極２２が接続される接続用端子であり、電極接続部３３は他の受動部品などを実装するための接続用端子である。
【００４２】
当該電極接続部３２，３３は、例えば銅（Ｃｕ）から形成され、その表面には下層からニッケル（Ｎｉ）及び金（Ａｕ）の２層メッキが施されている（図示せず）。
また、電極接続部３２には、必要に応じて、その上面に、フラックス材または半田ペーストまたはこれらの混合物がスクリーン印刷される。此処では、当該電極接続部３２上にフラックス材３４が形成された状態が示されている。
【００４３】
尚、支持基板３０の他方の主面、即ち半導体素子２０が搭載される面とは反対側の面には、当該支持基板３０の外部接続用端子（半田ボール）が配設される電極パッド３５が複数個配設され、更に、当該電極パッド３５の周囲には、ソルダーレジスト層３６が被覆される。
【００４４】
一方、バンプ電極２２が配設された半導体素子２０は、予め所定の温度に加熱されたボンディングツール（図示せず）に吸着・保持されている。
また、前記支持基板３０は、ボンディングステージ（図示せず）上に吸着保持され、所定の温度に予備加熱されている。
【００４５】
かかる状態に於いて、半導体素子２０を支持基板３０に対向させ、半導体素子２０のバンプ電極２２と支持基板３０の電極接続部３２との位置合わせを行った後、半導体素子２０を支持基板３０上に降下せしめる。
【００４６】
そして、まず、半導体素子２０のバンプ電極２２と支持基板３０の電極接続部３２とを接触させた状態に於いて加熱処理を施し、当該バンプ電極２２と電極接続部３２との仮接続を行う。
【００４７】
処理温度は、約２００〜３００℃に設定され、加熱時間は、１５秒とされる。更に、半導体素子２０をボンディングツールにより押圧し、電極接続部３２に接触させた半導体素子２０のバンプ電極２２に荷重を与える。荷重は、例えば０．５〜５Ｋｇｆ／ｂｕｍｐである。
【００４８】
この様な加熱処理と荷重の印加により、バンプ電極２２と電極接続部３２とが仮接続される。
この時、かかる加圧によりバンプ電極２２と電極接続部３２との対向部にあった熱硬化性接着材１０は当該バンプ電極２２の周囲表面へ移動し、また加熱処理により、バンプ電極２２の表面にあって、接続電極部３２に接しない表面にある当該熱硬化性接着材１０は仮硬化して、樹脂膜２３が形成される。
【００４９】
次いで、前記ボンディングツールの吸引を解除し、当該ボンディングツールから半導体素子２０を開放した後、前記支持基板３０及び半導体素子２０をリフロー槽に於いて加熱処理し、当該半導体素子２０のバンプ電極２２を支持基板３０の電極接続部３２に本接続する。
【００５０】
かかる本接続に於ける加熱処理は、酸素雰囲気が約２００ｐｐｍ以下とされ、加熱温度は、２００℃〜３００℃とされる。また加熱時間は、約２０分とされる。
かかる熱処理により、半導体素子２０の支持基板３０への実装がなされる。この結果、電極接続部３２に接しないバンプ電極２２側面には、硬化が若干進行した樹脂膜２３の被覆が維持されている。
【００５１】
かかる状態を図３（Ｂ）に示す。
本発明にあっては、この様な接続処理がなされた支持基板３０と半導体素子２０との対向面間に、アンダーフィル材が充填される。
【００５２】
かかるアンダーフィル材の充填処理は、前記熱硬化性接着材１０と同一成分の熱硬化性接着材を、支持基板３０と半導体素子２０との間に導入することによりなされる。
即ち、図４（Ａ）に示されるように、熱硬化性接着材４０を供給するディスペンサ４１を、半導体素子２０の側部に位置させる。
【００５３】
そして、当該ディスペンサ４１のノズルから、前記熱硬化性接着材１０と同一成分の熱硬化性接着材４０を流出・供給し、毛細管現象を利用して半導体素子２０と支持基板３０との間に流入せしめ、充填する。
【００５４】
当該熱硬化性接着材４０は、熱硬化性接着材１０と同様、エポキシ系樹脂、シアネート系樹脂、或いはシリコン系樹脂或いはこれらの複数の樹脂を混合させた樹脂からなる熱硬化性接着材からなる。
【００５５】
当該熱硬化性接着材４０からなるアンダーフィル材を充填する過程に於いては、前述の如く、そのフロー性の乱れから、空気が巻き込まれ、半導体素子２０と支持基板３０との間隙にボイド５０が発生する場合がある。ここでは、ボイド５０がバンプ電極２２間に発生した状態が示されている。
【００５６】
尚、当該熱硬化性接着材４０は、硬化させる前の状態にあり、その形態はペースト状である。
しかる後、支持基板３０及び半導体素子２０を加熱処理し、仮硬化の状態にある熱硬化性の樹脂膜２３及び熱硬化性接着材４０を熱硬化せしめ、両樹脂材がほぼ一体化された樹脂被覆４２を形成する。
【００５７】
この時、加熱温度は、例えば２００℃程に設定される。
かかる状態を、図４（Ｂ）に示す。
前記樹脂膜２３とアンダーフィル材である熱硬化性接着材４０は、同一材料から構成されていることから、両者を硬化させると樹脂膜２３とアンダーフィル材である熱硬化性接着材４０とは一体化する。
【００５８】
この為、図に於いては、樹脂膜２３の存在を破線をもって示すが、前記ボイド５０が存在する部分にあっては、当該樹脂膜２３が表出する。
尚、当該樹脂被覆４２の形成の際、前記ボイド５０は、半導体素子２０と支持基板３０との間隙に残存した状態とされる。
【００５９】
次いで、支持基板３０の一方の主面上に配設された電極接続部３３に、銀（Ａｇ）ペースト（図示せず）などを介して、容量素子などの受動部品３７を搭載する。
かかる状態を、図４（Ｃ）に示す。
【００６０】
この時、加熱処理は、酸素雰囲気が約２００ｐｐｍ以下であるとされ、加熱温度は約１５０℃とされる。また加熱時間は、約６〜７分とされる。
次いで、前記支持基板３０上に搭載された半導体素子２０を覆って、リッド（放熱体）が配設される。当該リッド（放熱体）は、高い熱伝導性を有する銅（Ｃｕ）などをもって形成される。
【００６１】
図５（Ａ）に示される様に、当該リッド６０は板状を有し、その一方の主面のほぼ中央部に半導体素子２０に対応する凸部６１を具備する。
また、その外周縁部に沿って支持基板３０への固定用凸部６２を具備している。そして、当該凸部６２の端面には、接着フィルム６２ａが配設されている。
【００６２】
一方、支持基板３０上にフリップチップ実装された半導体素子２０の上面（背面）には、接着材及びヒートシンクとして機能する接着材層２５が配設されている。
当該接着材層２５は、錫（Ｓｎ）−銀（Ａｇ）合金、錫（Ｓｎ）−銀（Ａｇ）−銅（Ｃｕ）合金、或いはインジウム（Ｉｎ）−銀（Ａｇ）合金等からなる半田ペレット、銀（Ａｇ）ペースト、或いは絶縁性樹脂等により構成される。
【００６３】
前記リッド６０を、ボンディングツール（図示せず）を用いて、支持基板３０に搭載された半導体素子２０を覆って、当該支持基板３０上に載置した後、当該ボンディングツールを退避せしめる。
【００６４】
しかる後、当該リッド６０が載置された支持基板３０、半導体素子２０に対し加熱処理を施す。
ここで、接着材層２５が半田ペーストである場合には、酸素雰囲気を約１０ｐｐｍ以下であるとし、加熱温度を約２５０〜３６０℃とする。また、加熱時間は約２０分とする。
【００６５】
また、接着材層２５が、銀ペースト、或いは絶縁性樹脂等である場合には、加熱温度は、約１５０℃に設定され、加熱時間は６０分とされる。
この様な加熱処理により、リッド６０が支持基板３０に固着されて、半導体素子２０は当該リッド６０及び支持基板３０によって封止される。また、当該リッド６０と半導体素子２０の背面が接着材層２５を介して接続される。
【００６６】
かかる状態を、図５（Ｂ）に示す。
しかる後、前記支持基板３０の他方の主面（裏面）に配設されている電極パッド３５に、外部接続端子を構成する半田ボールを配設し、半導体装置を形成する。
【００６７】
即ち、支持基板３０の他方の主面（裏面）に配設されている電極パッド３５に、外部接続端子を構成する半田ボール３８をリフロー法などにより形成し、ＢＧＡ（Ball Grid Array）パッケージ構造を有する半導体装置を形成する。
【００６８】
当該外部接続端子となる半田ボール３８を配設してなる半導体装置７０を、図６に示す。
ここで、当該半田ボール３８は、錫（Ｓｎ）−鉛（Ｐｂ）共晶系半田、または鉛（Ｐｂ）フリーである２元系の錫（Ｓｎ）−銀（Ａｇ）半田、或いは３元系の錫（Ｓｎ）−銀（Ａｇ）−銅（Ｃｕ）半田により構成される。
【００６９】
当該半田ボール３８の形成工程に於いては、酸素雰囲気を約２００ｐｐｍ以下とし、加熱温度を約２４０℃〜２６０℃に設定する。
なお、かかる半田ボール３８を配設せず、電極パッド３５自体を外部接続端子とした所謂ＬＧＡ（Land Grid Array）型構造としてもよく、また外部接続端子の形状を、リード型、ピン型などとすることも可能である。
【００７０】
また、半田ボール３８は、支持基板３０の半導体素子２０が実装されない側の主面に限らず、半導体素子２０が実装された主面、或いは支持基板３０の側面部などに、必要に応じて配設されてもよい。
【００７１】
当該図６に示す半導体装置の、部位Ａ−Ｂに於ける平面形態を図７に示す。
即ち前記リッド６０、及び半導体素子２０を透視し、当該半導体素子２０のバンプ電極２２、及び当該バンプ電極２２の周囲に於ける樹脂被覆４２の状態が示されている。
【００７２】
即ち、半導体素子２０のバンプ電極２２は、アンダーフィル材である樹脂被覆４２によって被覆されている。
そして、当該樹脂被覆４２に於いて、ボイド５０が発生している箇所に位置するバンプ電極２２の表面は、少なくとも硬化された樹脂膜２３により被覆されている。
【００７３】
従って、前述の如き組み立て工程に於ける加熱などにより、バンプ電極２２が溶融状態に至ったとしても、当該バンプ電極２２は少なくとも樹脂膜２３によって被覆されていることにより、溶融したバンプ電極形成金属材はボイド５０内に流出しない。従って、当該バンプ電極２２相互間に短絡が発生する恐れはない。
【００７４】
また、樹脂膜２３とアンダーフィル材である熱硬化性接着材４０とが同一材料から構成されることから、当該熱硬化性接着材４０を半導体素子２０と支持基板３０との間隙に充填する際、当該熱硬化性接着材４０のバンプ電極２２周囲への濡れ性、親和性が高く、熱硬化性接着材４０に於けるボイド５０の発生を抑制することができる。
【００７５】
前述の如く、樹脂膜２３とアンダーフィル材である熱硬化性接着材４０は、熱硬化の際に十分な一体化がなされる。
従って、半導体装置としての機械的強度が維持され、例えば半導体装置の加速試験等を実行しても、信頼性が低下することなく、半導体装置としての歩留まりが向上する。
【００７６】
また、樹脂膜２３とアンダーフィル材である熱硬化性接着材４０が同一材料から形成されることから、製造コストの上昇を招かない。
＜第２の実施の形態＞
次に、第２の実施の形態について、図８〜図１３を用いて説明する。
【００７７】
本実施の形態にあっては、半導体素子２０の支持基板３０へのフリップチップ接続をより良好にするために、バンプ電極２２の表面に予めフラックス材を被覆することを特徴とする。
【００７８】
即ち、前記図１に示した工程ステップＳ１の前に、バンプ電極２２の表面にフラックス材を被覆する工程を含む。
尚、前記第１の実施の形態に於いて説明したのと同一の部位には、同一の符号を付し、その詳細については説明を省略する。
【００７９】
図８は半導体素子に配設されたバンプ電極表面にフラックス材を被覆する工程を説明する要部断面模式図である。
まず、ボンディングツール（図示せず）によって吸着・保持された半導体素子２０が、フラックス材１２が収容された浴槽１３上方に配置された状態を図８（Ａ）に示す。
【００８０】
ここで、半導体素子２０にあっては、シリコン（Ｓｉ）またはガリウム砒素（ＧａＡｓ）等の半導体基材の一方の主面に、ウエハプロセスが適用されて、トランジスタ等の能動素子、コンデンサ等の受動素子並びにこれらの素子を接続する配線層を有する電子回路が形成されている。
【００８１】
そして、当該半導体基板の一方の主面にあっては、前記配線層に接続された電極パッド２１上に、外部接続用電極としてバンプ電極２２が配設されている。この電極パッド２１は、アルミニウム（Ａｌ）または銅（Ｃｕ）を主体とする金属で構成される。また、バンプ電極２２は、例えば、錫（Ｓｎ）−鉛（Ｐｂ）共晶系半田、または鉛（Ｐｂ）フリーである２元系の錫（Ｓｎ）−銀（Ａｇ）半田、或いは３元系の錫（Ｓｎ）−銀（Ａｇ）−銅（Ｃｕ）半田により構成されている。
【００８２】
一方、浴槽１３内には、フラックス材１２が収容されている。
そして、半導体素子２０を降下させ、浴槽１３中のフラックス材１２に、当該半導体素子２０のバンプ電極２２を浸漬する。この時、浸漬する深さは電極パッド２１部迄とする。
【００８３】
かかるフラックス材１２への接触によって、バンプ電極２２の表面に、当該フラックス材１２が被覆形成された状態を、図８（Ｂ）に示す。
即ち、前記浴槽１３から取り出された半導体素子２０にあっては、バンプ電極２２の表面に、当該フラックス材１２が被覆されている。
【００８４】
バンプ電極２２の表面に、被覆されたフラックス材１２は、ペースト状を有する。
尚、当該フラックス材１２の被着方法としては、この様な浸漬法に代えて、当該バンプ電極２２表面に塗布する方法を適用することもできる。
【００８５】
本実施の形態にあっては、次いで、この様に表面にフラックス材１２が被覆されたバンプ電極２２に、熱硬化性接着材１０が被覆される。
半導体素子２０が、ボンディングツール（図示せず）によって吸着・保持され、熱硬化性接着材１０が収容された浴槽１１上方に配置された状態を、図９（Ａ）に示す。
【００８６】
一方、浴槽１１内には、エポキシ系樹脂、シアネート系樹脂、或いはシリコン系樹脂、或いはこれらの複数の樹脂を混合させた樹脂により構成される熱硬化性接着材１０が収容されている。当該熱硬化性接着材１０は、後述するところの支持基板と半導体素子２０との間隙に充填するアンダーフィル材と同じ成分により構成されている。なお、当該熱硬化性接着材１０の形態はペースト状である。
【００８７】
そして、半導体素子２０を降下せしめ、浴槽１１に収容された熱硬化性接着材１０に、当該半導体素子２０のバンプ電極２２を浸漬する。この時、浸漬する深さは電極パッド２１部迄とする。
【００８８】
かかる熱硬化性接着材１０への接触により、フラックス材１２が被覆されたバンプ電極２２の表面に、更に熱硬化性接着材１０が被覆形成された状態を、図９（Ｂ）に示す。
この様にして、バンプ電極２２の表面にフラックス材１２及び熱硬化性接着材１０が被覆された半導体素子２０を、支持基板上に搭載する工程を以下に示す。
【００８９】
図１０（Ａ）は、支持基板３０の上方に、半導体素子２０を配置させた状態を示す。
当該半導体素子２０は、支持基板３０上にフリップチップ形態をもって実装される。
ここで、支持基板３０は、ガラス−エポキシ樹脂、ガラス−ビスマレイミドトリアジン（ＢＴ）、またはポリイミド等の有機材絶縁性樹脂からなる絶縁性基材３１から形成される。セラミックあるいはガラス等の無機絶縁材料から構成される場合もある。
【００９０】
当該絶縁性基材３１は、必要に応じて片面配線構造、両面配線構造或いは多層配線構造とされる。
当該支持基板３０は、回路基板、配線基板、インターポーザ或いはパッケージ基板とも称される。
【００９１】
当該支持基板３０の一方の主面には、電極接続部３２，３３が配設されている。電極接続部３２は、半導体素子２０のバンプ電極２２が接続される接続用端子であり、電極接続部３３は他の受動部品を実装するための接続用端子である。
【００９２】
当該電極接続部３２，３３は、例えば銅（Ｃｕ）から形成され、その表面には下層からニッケル（Ｎｉ）及び金（Ａｕ）の２層メッキが施されている。
また、電極接続部３２には、必要に応じて、その上面に、フラックス材または半田ペーストまたはこれらの混合物がスクリーン印刷される。此処では、フラックス材３４が当該電極接続部３２上に形成された状態が示されている。
【００９３】
なお、支持基板３０の他方の主面、即ち半導体素子２０が搭載される面とは反対側の面には、当該支持基板３０の外部接続用端子（半田ボール）が配設される電極パッド３５が複数個、配設され、更に、当該電極パッド３５の周囲には、ソルダーレジスト層３６が被覆されている。
【００９４】
一方、バンプ電極２２が配設された半導体素子２０は、予め所定の温度に加熱されたボンディングツール（図示せず）に吸着・保持されている。
また、前記支持基板３０は、ボンディングステージ（図示せず）上に吸着保持され、所定の温度に予備加熱されている。
【００９５】
かかる状態に於いて、半導体素子２０を支持基板３０に対向させ、半導体素子２０のバンプ電極２２と支持基板３０の電極接続部３２との位置合わせを行った後、半導体素子２０を支持基板３０上に降下せしめる。
【００９６】
そして、まず、半導体素子２０のバンプ電極２２と支持基板３０の電極接続部３２とを接触させた状態に於いて加熱処理を施し、当該バンプ電極２２と電極接続部３２との仮接続を行う。
【００９７】
処理温度は、約２００〜３００℃に設定する。加熱時間は、１５秒である。更に、半導体素子２０をボンディングツールにより押圧し、電極接続部３２に接触させた半導体素子２０のバンプ電極２２に荷重を与える。荷重は、例えば０．５〜５Ｋｇｆ／ｂｕｍｐである。
【００９８】
このような加熱処理と荷重の印加により、バンプ電極２２と電極接続部３２とが仮接続される。
この時、かかる加圧によりバンプ電極２２と電極接続部３２との対向部にあった熱硬化性接着材１０は当該バンプ電極２２の周囲表面へ移動し、また加熱処理により、バンプ電極２２の表面にあって、接続電極部３２に接しない表面にある当該熱硬化性接着材１０は仮硬化して、樹脂膜２３が形成される。
【００９９】
次いで、前記ボンディングツールの吸引を解除し、当該ボンディングツールから半導体素子２０を開放した後、前記支持基板３０及び半導体素子２０をリフロー槽に於いて加熱処理し、当該半導体素子２０のバンプ電極２２を支持基板３０の電極接続部３２に本接続する。
【０１００】
かかる本接続に於ける加熱処理は、酸素雰囲気が約２００ｐｐｍ以下とされ、加熱温度は、２００℃〜３００℃とされる。更に加熱時間は、約２０分とされる。
これにより、半導体素子２０の支持基板３０への実装がなされる。この結果、電極接続部３２に接しないバンプ電極２２側面には、硬化が若干進行した樹脂膜２３の被覆が維持されている。
【０１０１】
尚、これらの加熱処理によって、当該バンプ電極２２の表面に被着されていた前記フラックス材１２は蒸発してしまう。
かかる状態を図１０（Ｂ）に示す。
【０１０２】
本実施の形態にあっては、この様な接続処理がなされた支持基板３０と半導体素子２０との対向面間に、アンダーフィル材が充填される。
かかる充填処理は、前記熱硬化性接着材１０と同一成分の熱硬化性接着材を、支持基板３０と半導体素子２０との間に導入することによりなされる。
【０１０３】
即ち、図１１（Ａ）に示されるように、熱硬化性接着材４０を供給するディスペンサ４１を、半導体素子２０の側部に位置させる。
そして、当該ディスペンサ４１のノズルから、前記熱硬化性接着材１０と同一成分の熱硬化性接着材４０を流出・供給し、毛細管現象を利用して半導体素子２０と支持基板３０との間に流入せしめ、充填する。
【０１０４】
当該熱硬化性接着材４０は、熱硬化性接着材１０と同様、エポキシ系樹脂、シアネート系樹脂、或いはシリコン系樹脂或いはこれらの複数の樹脂を混合させた樹脂からなる熱硬化性接着材からなる。
【０１０５】
当該熱硬化性接着材４０からなるアンダーフィル材を充填する過程に於いては、そのフロー性が乱れる等の影響から、空気を巻き込んでボイド５０が半導体素子２０と支持基板３０との間隙に発生する場合がある。ここでは、ボイド５０がバンプ電極２２間に発生した場合が示されている。
【０１０６】
尚、当該熱硬化性接着材４０は硬化させる前の状態であり、その形態はペースト状である。
しかる後、支持基板３０及び半導体素子２０を加熱処理し、仮硬化状態にある樹脂膜２３及び熱硬化性接着材４０を熱硬化せしめ、ほぼ一体化された樹脂被覆４２を形成する。この時、加熱温度は、例えば２００℃程に設定する。かかる状態を、図１１（Ｂ）に示す。
【０１０７】
前記樹脂膜２３とアンダーフィル材である熱硬化性接着材４０は、同一材料から構成されていることから、両者を硬化させると樹脂膜２３とアンダーフィル材である熱硬化性接着材４０とは一体化する。
【０１０８】
この為、図に於いては、樹脂膜２３の存在を破線をもって示すが、前記ボイド５０が存在する部分にあっては、当該樹脂膜２３が表出する。
かかる樹脂被覆４２の形成の際、前記ボイド５０は、半導体素子２０と支持基板３０との間隙に残存した状態とされる。
【０１０９】
次いで、支持基板３０の一方の主面上に配設された電極接続部３３に、銀（Ａｇ）ペースト（図示せず）などを介して、容量素子などの受動部品３７を搭載する。かかる状態を、図１１（Ｃ）に示す。
【０１１０】
この時、加熱処理は、酸素雰囲気が約２００ｐｐｍ以下とされ、加熱温度は約１５０℃とされる。また加熱時間は、約６〜７分とされる。
次いで、前記支持基板３０上に搭載された半導体素子２０を覆って、リッド（放熱体）が配設される。当該リッド（放熱体）は、前述の如く、銅（Ｃｕ）などから形成される。
【０１１１】
図１２（Ａ）に示される様に、リッド６０は、板状を有し、その一方の主面のほぼ中央部に半導体素子に対応する凸部６１を具備する。
また、その外周縁部に沿って支持基板への固定用凸部６２を具備している。そして、凸部６２の端面には、接着フィルム６２ａが配設されている。
【０１１２】
一方、支持基板３０上にフリップチップ実装された半導体素子２０の上面（背面）には、接着材及びヒートシンクとして機能する接着材層２５が配設されている。
当該接着材層２５は、錫（Ｓｎ）−銀（Ａｇ）合金、錫（Ｓｎ）−銀（Ａｇ）−銅（Ｃｕ）合金、或いはインジウム（Ｉｎ）−銀（Ａｇ）合金等からなる半田ペレット、銀（Ａｇ）ペースト、或いは絶縁性樹脂等により構成される。
【０１１３】
前記リッド６０を、ボンディングツール（図示せず）を用いて、支持基板３０及び半導体素子２０上に搭載した後、当該ボンディングツールを退避せしめる。
しかる後、リッド６０が載置された支持基板３０、半導体素子２０に対し加熱処理を施す。
【０１１４】
ここで、接着材層２５が半田ペーストである場合には、酸素雰囲気を約１０ｐｐｍ以下とし、加熱温度を約２５０〜３６０℃とする。また、加熱時間を２０分とする。
一方、接着材層２５が、銀ペースト、或いは絶縁性樹脂等である場合には、加熱温度は、約１５０℃に設定され、加熱時間は６０分とされる。
【０１１５】
このような加熱処理により、リッド６０が支持基板３０に固着されて、半導体素子２０は当該リッド６０及び支持基板３０によって封止される。また、当該リッド６０と半導体素子２０の背面が接着材層２５を介して接続される。
【０１１６】
かかる状態を、図１２（Ｂ）に示す。
しかる後、前記支持基板３０の他方の主面（裏面）に配設されている電極パッド３５に、外部接続端子を構成する半田ボールを配設し、半導体装置を形成する。
【０１１７】
即ち、支持基板３０の他方の主面（裏面）に配設されている電極パッド３５に、外部接続端子を構成する半田ボール３８をリフロー法などにより形成し、ＢＧＡ（Ball Grid Array）パッケージ構造を有する半導体装置を形成する。
【０１１８】
当該外部接続端子となる半田ボール３８を配設してなる半導体装置７１を、図１３に示す。
ここで、半田ボール３８は、錫（Ｓｎ）−鉛（Ｐｂ）共晶系半田、または鉛（Ｐｂ）フリーである２元系の錫（Ｓｎ）−銀（Ａｇ）半田、或いは３元系の錫（Ｓｎ）−銀（Ａｇ）−銅（Ｃｕ）半田により構成される。
【０１１９】
この半田ボール３８の形成工程は、酸素雰囲気を約２００ｐｐｍ以下とし、加熱温度を約２４０℃〜２６０℃に設定する。
尚、半田ボール３８を配設せず、電極パッド３５自体を外部接続端子としたＬＧＡ（Land Grid Array）型構造としてもよく、また外部接続端子の形状を、リード型、ピン型など他の形状とすることも可能である。
【０１２０】
また、半田ボール３８は、支持基板３０の半導体素子２０が実装されない側の主面に限らず、半導体素子２０が実装された主面、或いは支持基板３０の側面部などに、必要に応じて配設されてもよい。
【０１２１】
かかる半導体装置７１の製造にあっては、バンプ電極２２に予めフラックス材１２を被覆した後、樹脂膜２３を形成している。
従って、半導体素子２０のバンプ電極２２と支持基板３０上に配設された電極接続部３２との接続が、フラックス機能により促進される。
【０１２２】
また半導体装置７１にあっても、半導体素子２０のバンプ電極２２は、アンダーフィル材である樹脂被覆４２により被覆されている。
そして、当該アンダーフィル材である樹脂被覆４２に於いて、ボイド５０が発生している箇所に位置するバンプ電極２２の表面は、少なくとも硬化された樹脂膜２３によって被覆されている。
【０１２３】
従って、前述の如き組み立て工程に於ける加熱などにより、バンプ電極２２が溶融状態に至ったとしても、当該バンプ電極２２は少なくとも樹脂膜２３によって被覆されていることにより、溶融したバンプ電極形成金属材はボイド５０内に流出しない。従って、当該バンプ電極２２相互間に短絡が発生する恐れはない。
【０１２４】
また、樹脂膜２３とアンダーフィル材である熱硬化性接着材４０とが同一材料から構成されることから、当該熱硬化性接着材４０を半導体素子２０と支持基板３０との間隙に充填する際、当該熱硬化性接着材４０のバンプ電極２２周囲への濡れ性、親和性が高く、熱硬化性接着材４０に於けるボイド５０の発生を抑制することができる。
【０１２５】
前述の如く、樹脂膜２３とアンダーフィル材である熱硬化性接着材４０は、熱硬化の際に十分な一体化がなされる。
従って、半導体装置としての機械的強度が維持され、例えば半導体装置の加速試験等を実行させても、信頼性が低下することなく、半導体装置としての歩留まりが向上する。
【０１２６】
また、樹脂膜２３とアンダーフィル材である樹脂被覆４２とが同一材料から形成されることから、製造コストの上昇を招かない。
【図面の簡単な説明】
【０１２７】
【図１】本発明による半導体装置の製造方法を示す工程フロー図である。
【図２】本発明による半導体装置の製造方法の第１の実施の形態に於ける、半導体素子に配設されたバンプ電極表面に熱硬化性接着材を転写する工程を説明する要部断面模式図である。
【図３】半導体素子のパッケージ基板への実装工程を説明する要部断面模式図である（その１）。
【図４】封止樹脂形成工程の要部断面模式図である（その１）。
【図５】リッドの封止工程の要部断面模式図である（その１）。
【図６】半田ボール形成後の半導体装置の要部断面模式図である（その１）。
【図７】半導体装置の要部上面模式図である。
【図８】本発明による半導体装置の製造方法の第２の実施の形態に於ける、半導体素子に配設されたバンプ電極表面にフラックス材を転写する工程を説明する要部断面模式図である。
【図９】フラックスを転写したバンプ電極表面に熱硬化性接着材を転写する工程を説明する要部断面模式図である。
【図１０】半導体素子のパッケージ基板への実装工程を説明する要部断面模式図である（その２）。
【図１１】封止樹脂形成工程の要部断面模式図である（その２）。
【図１２】リッドの封止工程の要部断面模式図である（その２）。
【図１３】半田ボール形成後の半導体装置の要部断面模式図である（その２）。
【図１４】従来のフリップチップ接続工程を説明する要部断面模式図である。
【図１５】従来のアンダーフィル材を充填する工程を説明する要部断面模式図である。
【図１６】従来の半導体装置に於ける溶解した金属成分がボイド内に蓄積する現象を説明する要部断面模式図である。
【符号の説明】
【０１２８】
１０，４０ 熱硬化性接着材
１１，１３ 浴槽
１２，３４ フラックス材
２０ 半導体素子
２１，３５ 電極パッド
２２ バンプ電極
２３ 樹脂膜
２５ 接着材層
３０ 支持基板
３１ 絶縁性基材
３２，３３ 電極接続部
３６ ソルダーレジスト層
３７ 受動部品
３８ 半田ボール
４１ ディスペンサ
４２ 樹脂被覆
５０ ボイド
６０ リッド
６１，６２ 凸部
６２ａ 接着フィルム
７０，７１ 半導体装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子に配設されたバンプ電極の表面に、樹脂膜を被覆する工程と、
前記樹脂膜が被覆された前記バンプ電極を支持基板上に配設した電極接続部に接続して当該半導体素子を当該支持基板上に搭載する工程と、
前記半導体素子と前記支持基板との間隙に、前記樹脂膜と同一材料からなる熱硬化性接着材を充填する工程と、
前記樹脂膜及び前記熱硬化性接着材を硬化させる工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記半導体素子と前記支持基板との間隙に、前記熱硬化性接着材を充填する前記工程の前に、前記樹脂膜を仮硬化状態とする工程を有することを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記バンプ電極の表面に、前記樹脂膜を被覆する前記工程の前に、前記バンプ電極の表面にフラックス材を被着する工程を有すること特徴とする請求項１または２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記樹脂膜並びに前記熱硬化性接着材が、エポキシ系樹脂、シアネート系樹脂、或いはシリコン系樹脂の少なくとも一つを含む材料により構成されてなることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１】
半導体素子に配設されたバンプ電極の表面に、樹脂膜を被覆する工程と、
前記樹脂膜が被覆された前記バンプ電極を支持基板上に配設した電極接続部に接続して当該半導体素子を当該支持基板上に搭載する工程と、
前記半導体素子と前記支持基板との間隙に、前記樹脂膜と同一材料からなる熱硬化性接着材を充填する工程と、
前記樹脂膜及び前記熱硬化性接着材を硬化させる工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記半導体素子と前記支持基板との間隙に、前記熱硬化性接着材を充填する前記工程の前に、前記樹脂膜を仮硬化状態とする工程を有することを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記バンプ電極の表面に、前記樹脂膜を被覆する前記工程の前に、前記バンプ電極の表面にフラックス材を被着する工程を有すること特徴とする請求項１または２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記樹脂膜並びに前記熱硬化性接着材が、エポキシ系樹脂、シアネート系樹脂、或いはシリコン系樹脂の少なくとも一つを含む材料により構成されてなることを特徴とする請求項１記載の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１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００８−２５１６３７（Ｐ２００８−２５１６３７Ａ）
【公開日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−８８０９８（Ｐ２００７−８８０９８）
【出願日】平成１９年３月２９日（２００７．３．２９）
【出願人】（３０８０１４３４１）富士通マイクロエレクトロニクス株式会社 (2,507)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月２９日（２００７．３．２９）
【出願人】（３０８０１４３４１）富士通マイクロエレクトロニクス株式会社 (2,507)
【Ｆターム（参考）】
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