半導体装置の製造方法
【課題】本発明は、接合信頼性を向上させることを目的とする。
【解決手段】半導体チップ１０の電極１２及び配線基板２０の配線パターン２２の少なくとも一方に還元剤３０を付着させる。電極１２及び配線パターン２２を対向させる。還元剤３０を加熱して活性化し、還元剤３０によって電極１２及び配線パターン２２の少なくとも一方の表面に形成された酸化膜を還元する。対向した電極１２及び配線パターン２２間に圧力を加え、電極１２及び配線パターン２２の材料を固相拡散させて、電極１２及び配線パターン２２を接合する。加熱を、電極１２及び配線パターン２２の融点よりも低い温度で行う。
【解決手段】半導体チップ１０の電極１２及び配線基板２０の配線パターン２２の少なくとも一方に還元剤３０を付着させる。電極１２及び配線パターン２２を対向させる。還元剤３０を加熱して活性化し、還元剤３０によって電極１２及び配線パターン２２の少なくとも一方の表面に形成された酸化膜を還元する。対向した電極１２及び配線パターン２２間に圧力を加え、電極１２及び配線パターン２２の材料を固相拡散させて、電極１２及び配線パターン２２を接合する。加熱を、電極１２及び配線パターン２２の融点よりも低い温度で行う。
【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する。
【背景技術】
【０００２】
従来、フェースダウンボンディングされた半導体チップの電極バンプと配線パターンは、ろう材によって接合されていた。例えば、特開２００２−１１０７２６号公報には接合材料によって金属化合物層を形成して接合することが記載されている。しかし、ろう材は融点が低いため接合の長期信頼性を確保することが難しかった。
【特許文献１】特開２００２−１１０７２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、接合信頼性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
（１）本発明に係る半導体装置の製造方法は、
半導体チップの電極及び配線基板の配線パターンの少なくとも一方に還元剤を付着させること、
前記電極及び前記配線パターンを対向させること、
前記還元剤を加熱して活性化し、前記還元剤によって前記電極及び前記配線パターンの少なくとも一方の表面に形成された酸化膜を還元すること、
対向した前記電極及び前記配線パターン間に圧力を加え、前記電極及び前記配線パターンの材料を固相拡散させて、前記電極及び前記配線パターンを接合すること、
を含み、
前記加熱を、前記電極及び配線パターンの融点よりも低い温度で行う。本発明によれば、還元剤によって酸化膜を還元して固相拡散によって接合を行い、かつ、加熱を電極及び配線パターンの融点よりも低い温度で行うため、融点の高い材料で電極及び配線パターンを形成することができるので接合信頼性が高い。
（２）この半導体装置の製造方法において、
前記電極上に還元剤を設け、その後に前記電極を前記配線パターンに接触させ、その後に前記加熱を行い、その後に前記加圧を行ってもよい。
（３）この半導体装置の製造方法において、
前記還元剤を含有する接着剤を前記配線基板上に設け、その後に前記接着剤を介して前記半導体チップを前記配線基板に搭載して前記電極を前記配線パターンに接触させ、その後に前記加熱を行い、その後に前記加熱を行いながら前記加圧を行ってもよい。
（４）この半導体装置の製造方法において、
前記配線パターン上に前記還元剤を設け、その後に前記電極を前記配線パターンに接触させ、その後に加熱を行い、その後に前記加熱を行いながら前記加圧を行ってもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【０００６】
（第１の実施の形態）
図１（Ａ）及び図１（Ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す図である。半導体チップ１０は、図示しない集積回路が形成されており、集積回路に電気的に接続される複数の電極１２を有する。電極１２は、例えば、アルミニウムなどで形成されたパッド及びその上に設けられたバンプからなる。バンプは、金のみで形成してもよいし、樹脂からなるコアを金で被覆して形成してもよいし、銅で形成してもよい。配線基板２０は配線パターン２２を有する。配線パターン２２は、銅のみからなる。本実施の形態では、電極１２及び配線パターン２２の少なくとも一方の表面は銅からなる。
【０００７】
本実施の形態では、半導体チップ１０の電極１２及び配線基板２０の配線パターン２２の少なくとも一方に還元剤３０を付着させる。付着は転写によって行ってもよい。具体的には、図１（Ａ）に示すように、電極１２上に還元剤３０を設ける。還元剤３０は、フラックスなどであって、金属表面の酸化膜を還元する作用がある。そして、電極１２及び配線パターン２２を対向させる。つまり、半導体チップ１０を配線基板２０に実装（フリップチップ実装又はフェースダウンボンディング）する。
【０００８】
還元剤３０を加熱して活性化し、還元剤３０によって電極１２及び配線パターン２２の少なくとも一方の表面に形成された、図示しない酸化膜を還元する。こうすることで、電極１２及び配線パターン２２の材料同士を直接接触させることができる。加熱は、図１（Ｂ）に示すように、電極１２を配線パターン２２に接触させてから行ってもよい。加熱によって還元剤３０が活性化するので、酸化膜の還元・除去を効果的に行うことができる。加熱は、電極１２及び配線パターン２２の融点よりも低い温度で行う。逆に言うと、融点の高い材料で電極１２及び配線パターン２２を形成することができるので、半導体装置が高温下におかれても接合信頼性を維持することができる。
【０００９】
そして、対向した電極１２及び配線パターン２２間に圧力を加えてプレスする。プレスは、加熱開始後に行う。プレスによって、電極１２及び配線パターン２２の材料を固相拡散させて、電極１２及び配線パターン２２を接合する。プレスとともに振動（例えば超音波振動）を加えてもよい。また、半導体チップ１０と配線基板２０の間にアンダーフィルを充填してもよい。
【００１０】
本実施の形態では、電極１２及び配線パターン２２は、溶融させられることなく、固相拡散によって接合されるので、安定的な結合が可能になる。
【００１１】
（第２の実施の形態）
図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す図である。本実施の形態でも、上述した、複数の電極１２を有する半導体チップ１０、配線パターン２２を有する配線基板２０を使用する。
【００１２】
本実施の形態では、上述した還元剤３０と同じ作用の還元剤を含有する接着剤４０を配線基板２０上に設ける（図２（Ａ）参照）。その後、接着剤４０を介して半導体チップ１０を配線基板２０に実装して、電極１２を配線パターン２２に接触させる（図２（Ｂ）参照）。その後、加熱を行って還元剤を活性化し、加熱を行いながら加圧を行って、電極１２及び配線パターン２２を固相拡散によって接合する。接着剤４０として熱硬化性樹脂を使用すれば、還元剤の活性化のための加熱によって接着剤４０も硬化させることができる。本実施の形態も、第１の実施の形態で説明した作用効果を奏する。
【００１３】
（第３の実施の形態）
図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、本発明の第３の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す図である。本実施の形態でも、上述した、複数の電極１２を有する半導体チップ１０、配線パターン２２を有する配線基板２０を使用する。
【００１４】
本実施の形態では、配線パターン２２上に、第１の実施の形態で説明した還元剤３０を設ける。その後に、電極１２を配線パターン２２に接触させ、加熱を行って還元剤３０を活性化し、加熱を行いながら加圧を行って、電極１２及び配線パターン２２を固相拡散によって接合する。本実施の形態も、第１の実施の形態で説明した作用効果を奏する。
【００１５】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び結果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１（Ａ）及び図１（Ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す図である。
【図２】図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す図である。
【図３】図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、本発明の第３の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す図である。
【符号の説明】
【００１７】
１０…半導体チップ、 １２…電極、 ２０…配線基板、 ２２…配線パターン、 ３０…還元剤、 ４０…接着剤
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、フェースダウンボンディングされた半導体チップの電極バンプと配線パターンは、ろう材によって接合されていた。例えば、特開２００２−１１０７２６号公報には接合材料によって金属化合物層を形成して接合することが記載されている。しかし、ろう材は融点が低いため接合の長期信頼性を確保することが難しかった。
【特許文献１】特開２００２−１１０７２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、接合信頼性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
（１）本発明に係る半導体装置の製造方法は、
半導体チップの電極及び配線基板の配線パターンの少なくとも一方に還元剤を付着させること、
前記電極及び前記配線パターンを対向させること、
前記還元剤を加熱して活性化し、前記還元剤によって前記電極及び前記配線パターンの少なくとも一方の表面に形成された酸化膜を還元すること、
対向した前記電極及び前記配線パターン間に圧力を加え、前記電極及び前記配線パターンの材料を固相拡散させて、前記電極及び前記配線パターンを接合すること、
を含み、
前記加熱を、前記電極及び配線パターンの融点よりも低い温度で行う。本発明によれば、還元剤によって酸化膜を還元して固相拡散によって接合を行い、かつ、加熱を電極及び配線パターンの融点よりも低い温度で行うため、融点の高い材料で電極及び配線パターンを形成することができるので接合信頼性が高い。
（２）この半導体装置の製造方法において、
前記電極上に還元剤を設け、その後に前記電極を前記配線パターンに接触させ、その後に前記加熱を行い、その後に前記加圧を行ってもよい。
（３）この半導体装置の製造方法において、
前記還元剤を含有する接着剤を前記配線基板上に設け、その後に前記接着剤を介して前記半導体チップを前記配線基板に搭載して前記電極を前記配線パターンに接触させ、その後に前記加熱を行い、その後に前記加熱を行いながら前記加圧を行ってもよい。
（４）この半導体装置の製造方法において、
前記配線パターン上に前記還元剤を設け、その後に前記電極を前記配線パターンに接触させ、その後に加熱を行い、その後に前記加熱を行いながら前記加圧を行ってもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【０００６】
（第１の実施の形態）
図１（Ａ）及び図１（Ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す図である。半導体チップ１０は、図示しない集積回路が形成されており、集積回路に電気的に接続される複数の電極１２を有する。電極１２は、例えば、アルミニウムなどで形成されたパッド及びその上に設けられたバンプからなる。バンプは、金のみで形成してもよいし、樹脂からなるコアを金で被覆して形成してもよいし、銅で形成してもよい。配線基板２０は配線パターン２２を有する。配線パターン２２は、銅のみからなる。本実施の形態では、電極１２及び配線パターン２２の少なくとも一方の表面は銅からなる。
【０００７】
本実施の形態では、半導体チップ１０の電極１２及び配線基板２０の配線パターン２２の少なくとも一方に還元剤３０を付着させる。付着は転写によって行ってもよい。具体的には、図１（Ａ）に示すように、電極１２上に還元剤３０を設ける。還元剤３０は、フラックスなどであって、金属表面の酸化膜を還元する作用がある。そして、電極１２及び配線パターン２２を対向させる。つまり、半導体チップ１０を配線基板２０に実装（フリップチップ実装又はフェースダウンボンディング）する。
【０００８】
還元剤３０を加熱して活性化し、還元剤３０によって電極１２及び配線パターン２２の少なくとも一方の表面に形成された、図示しない酸化膜を還元する。こうすることで、電極１２及び配線パターン２２の材料同士を直接接触させることができる。加熱は、図１（Ｂ）に示すように、電極１２を配線パターン２２に接触させてから行ってもよい。加熱によって還元剤３０が活性化するので、酸化膜の還元・除去を効果的に行うことができる。加熱は、電極１２及び配線パターン２２の融点よりも低い温度で行う。逆に言うと、融点の高い材料で電極１２及び配線パターン２２を形成することができるので、半導体装置が高温下におかれても接合信頼性を維持することができる。
【０００９】
そして、対向した電極１２及び配線パターン２２間に圧力を加えてプレスする。プレスは、加熱開始後に行う。プレスによって、電極１２及び配線パターン２２の材料を固相拡散させて、電極１２及び配線パターン２２を接合する。プレスとともに振動（例えば超音波振動）を加えてもよい。また、半導体チップ１０と配線基板２０の間にアンダーフィルを充填してもよい。
【００１０】
本実施の形態では、電極１２及び配線パターン２２は、溶融させられることなく、固相拡散によって接合されるので、安定的な結合が可能になる。
【００１１】
（第２の実施の形態）
図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す図である。本実施の形態でも、上述した、複数の電極１２を有する半導体チップ１０、配線パターン２２を有する配線基板２０を使用する。
【００１２】
本実施の形態では、上述した還元剤３０と同じ作用の還元剤を含有する接着剤４０を配線基板２０上に設ける（図２（Ａ）参照）。その後、接着剤４０を介して半導体チップ１０を配線基板２０に実装して、電極１２を配線パターン２２に接触させる（図２（Ｂ）参照）。その後、加熱を行って還元剤を活性化し、加熱を行いながら加圧を行って、電極１２及び配線パターン２２を固相拡散によって接合する。接着剤４０として熱硬化性樹脂を使用すれば、還元剤の活性化のための加熱によって接着剤４０も硬化させることができる。本実施の形態も、第１の実施の形態で説明した作用効果を奏する。
【００１３】
（第３の実施の形態）
図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、本発明の第３の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す図である。本実施の形態でも、上述した、複数の電極１２を有する半導体チップ１０、配線パターン２２を有する配線基板２０を使用する。
【００１４】
本実施の形態では、配線パターン２２上に、第１の実施の形態で説明した還元剤３０を設ける。その後に、電極１２を配線パターン２２に接触させ、加熱を行って還元剤３０を活性化し、加熱を行いながら加圧を行って、電極１２及び配線パターン２２を固相拡散によって接合する。本実施の形態も、第１の実施の形態で説明した作用効果を奏する。
【００１５】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び結果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１（Ａ）及び図１（Ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す図である。
【図２】図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す図である。
【図３】図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、本発明の第３の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す図である。
【符号の説明】
【００１７】
１０…半導体チップ、 １２…電極、 ２０…配線基板、 ２２…配線パターン、 ３０…還元剤、 ４０…接着剤
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップの電極及び配線基板の配線パターンの少なくとも一方に還元剤を付着させること、
前記電極及び前記配線パターンを対向させること、
前記還元剤を加熱して活性化し、前記還元剤によって前記電極及び前記配線パターンの少なくとも一方の表面に形成された酸化膜を還元すること、
対向した前記電極及び前記配線パターン間に圧力を加え、前記電極及び前記配線パターンの材料を固相拡散させて、前記電極及び前記配線パターンを接合すること、
を含み、
前記加熱を、前記電極及び配線パターンの融点よりも低い温度で行う半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載された半導体装置の製造方法において、
前記電極上に還元剤を設け、その後に前記電極を前記配線パターンに接触させ、その後に前記加熱を行い、その後に前記加圧を行う半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載された半導体装置の製造方法において、
前記還元剤を含有する接着剤を前記配線基板上に設け、その後に前記接着剤を介して前記半導体チップを前記配線基板に搭載して前記電極を前記配線パターンに接触させ、その後に前記加熱を行い、その後に前記加熱を行いながら前記加圧を行う半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１に記載された半導体装置の製造方法において、
前記配線パターン上に前記還元剤を設け、その後に前記電極を前記配線パターンに接触させ、その後に加熱を行い、その後に前記加熱を行いながら前記加圧を行う半導体装置の製造方法。
【請求項１】
半導体チップの電極及び配線基板の配線パターンの少なくとも一方に還元剤を付着させること、
前記電極及び前記配線パターンを対向させること、
前記還元剤を加熱して活性化し、前記還元剤によって前記電極及び前記配線パターンの少なくとも一方の表面に形成された酸化膜を還元すること、
対向した前記電極及び前記配線パターン間に圧力を加え、前記電極及び前記配線パターンの材料を固相拡散させて、前記電極及び前記配線パターンを接合すること、
を含み、
前記加熱を、前記電極及び配線パターンの融点よりも低い温度で行う半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載された半導体装置の製造方法において、
前記電極上に還元剤を設け、その後に前記電極を前記配線パターンに接触させ、その後に前記加熱を行い、その後に前記加圧を行う半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載された半導体装置の製造方法において、
前記還元剤を含有する接着剤を前記配線基板上に設け、その後に前記接着剤を介して前記半導体チップを前記配線基板に搭載して前記電極を前記配線パターンに接触させ、その後に前記加熱を行い、その後に前記加熱を行いながら前記加圧を行う半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１に記載された半導体装置の製造方法において、
前記配線パターン上に前記還元剤を設け、その後に前記電極を前記配線パターンに接触させ、その後に加熱を行い、その後に前記加熱を行いながら前記加圧を行う半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００８−７１８８５（Ｐ２００８−７１８８５Ａ）
【公開日】平成２０年３月２７日（２００８．３．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２４８３２６（Ｐ２００６−２４８３２６）
【出願日】平成１８年９月１３日（２００６．９．１３）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年３月２７日（２００８．３．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月１３日（２００６．９．１３）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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