半導体装置及び半導体装置の製造方法
【課題】半導体素子の電極に形成されている溶融性金属が、半導体素子の電極の接合箇所に必要以上に濡れ広がることを抑制する半導体装置の製造方法の提供。
【解決手段】半導体装置の製造方法は、半導体素子１Ａに突起電極２Ａを形成する工程と、突起電極の上部表面に溶解液を形成する工程と、回路基板１１に基板電極１２を形成する工程と、基板電極を覆うように樹脂膜１３を形成する工程と、半導体素子を回路基板に押し当てながら、突起電極の上部表面に形成された溶解液と、基板電極を覆うように形成された樹脂膜とを接触させることにより、樹脂膜に開口を形成する工程と、半導体素子に形成された突起電極と、樹脂膜の開口から露出する基板電極とを接合する工程と、を備える。
【解決手段】半導体装置の製造方法は、半導体素子１Ａに突起電極２Ａを形成する工程と、突起電極の上部表面に溶解液を形成する工程と、回路基板１１に基板電極１２を形成する工程と、基板電極を覆うように樹脂膜１３を形成する工程と、半導体素子を回路基板に押し当てながら、突起電極の上部表面に形成された溶解液と、基板電極を覆うように形成された樹脂膜とを接触させることにより、樹脂膜に開口を形成する工程と、半導体素子に形成された突起電極と、樹脂膜の開口から露出する基板電極とを接合する工程と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、コンピュータ等の電子機器の高速化や大集積化に対応するため、コンピュータシステムに用いられる回路基板（配線基板）への半導体素子（半導体チップ）の高密度の実装が行われている。回路基板への半導体素子の高密度の実装を実現するため、半導体素子を回路基板に直接実装するフリップチップ接合（フリップチップ実装）が提供されている。例えば、フリップチップ接合においては、半導体素子に設置された電極（接続端子）と、回路基板に設置された電極とを接合することで、半導体素子がフェースダウンで回路基板に直接接合される。
【０００３】
フリップチップ接合の一つとして、半導体素子の電極に用いられている錫（Ｓｎ）又は半田等の金属を溶融し、溶融した金属と回路基板の電極とを接合することにより、半導体素子と回路基板とを電気的に導通させる方式がある。この方式は、半導体素子と回路基板との接続部分に必要最小限の錫（Ｓｎ）又は半田等の溶融性金属を形成するのみで、半導体素子を回路基板に実装する。このため、半導体素子の高性能化や高集積化に伴い、半導体素子の電極の数が増加することによる半導体素子の電極のファインピッチ化に際して、電極同士のショートを抑止するのに有利な方式である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−５９９７０号公報（特許第３６０８５３６号）
【特許文献２】特開２００２−３３４８９５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、半導体素子の端子の断面積よりも回路基板の電極の面積が大きい場合、半導体素子の電極に形成されている溶融性金属が回路基板の電極に必要以上に濡れ広がってしまう。この場合、半導体素子と回路基板との接続部分における溶融性金属の量が少なくなり、フリップチップ接合時の熱や機械的応力により、半導体素子の電極と回路基板の電極との接合部分が破断する問題がある。このため、半導体素子の電極に形成されている溶融性金属が回路基板の電極に必要以上に濡れ広がらないようにするため、レジスト等を用いて回路基板の電極に開口を設けることができるが、半導体素子の接続端子を開口部に位置合わせする際に高い搭載精度が求められる。
【０００６】
本件は、半導体素子の電極に形成されている溶融性金属が、半導体素子の電極の接合箇所に必要以上に濡れ広がることを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本件の一観点による半導体装置の製造方法は、半導体素子に突起電極を形成する工程と、突起電極の上部表面に溶解液を形成する工程と、回路基板に基板電極を形成する工程と、基板電極を覆うように樹脂膜を形成する工程と、半導体素子を回路基板に押し当てながら、突起電極の上部表面に形成された溶解液と、基板電極を覆うように形成された樹脂膜とを接触させることにより、樹脂膜に開口を形成する工程と、半導体素子に形成された突起電極と、樹脂膜の開口から露出する基板電極とを接合する工程と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本件によれば、半導体素子の電極に形成されている溶融性金属が、半導体素子の電極の接合箇所に必要以上に濡れ広がることを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態に係る半導体装置の製造工程図である。
【図２】第１実施形態に係る半導体装置の製造工程図である。
【図３】第１実施形態に係る半導体装置の製造工程図である。
【図４】第１実施形態に係る半導体装置の製造工程図である。
【図５】第１実施形態に係る半導体装置の製造工程図である。
【図６】第１実施形態に係る半導体装置の製造工程図である。
【図７】第１実施形態に係る半導体装置の製造工程図である。
【図８】第２実施形態に係る半導体装置の製造工程図である。
【図９】第２実施形態に係る半導体装置の製造工程図である。
【図１０】第２実施形態に係る半導体装置の製造工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態に係る半導体装置及びその製造方法について説明する。以下の実施形態の構成は例示であり、本発明の半導体装置及びその製造方法は実施形態の構成に限定されない。
【００１１】
〈第１実施形態〉
第１実施形態に係る半導体装置の製造方法においては、まず、図１（Ａ）に示すように、半導体素子（半導体チップ）１Ａにバンプ２Ａを形成する。半導体素子１Ａにバンプ２Ａをペリフェラル状又はエリア状に形成してもよい。
【００１２】
半導体素子１Ａは、半導体基板、半導体基板に形成されたトランジスタ等の能動素子、抵抗素子・容量素子等の受動素子、これらの素子間を絶縁分離する絶縁領域、層間絶縁層、素子間相互配線層等を有する。半導体基板は、例えば、シリコン基板である。
【００１３】
バンプ２Ａは、突起形状の電極（接続端子）である。バンプ２Ａは、半導体素子１Ａに形成されている電極パッド３Ａ上に形成される。例えば、電解めっき法により、電極パッド３Ａ上に半田めっき又は錫（Ｓｎ）めっきを形成し、リフロー処理により電極パッド３Ａ上の半田めっき又は錫（Ｓｎ）めっきを突起形状にすることで、図１（Ａ）に示すように、電極パッド３Ａ上にバンプ２Ａを形成してもよい。また、例えば、半田ボール又は錫（Ｓｎ）ボールを電極パッド３Ａ上に設置することで、図１（Ａ）に示すように、電極パッド３Ａ上にバンプ２Ａを形成してもよい。これに限らず、他の方法により、電極パッド３Ａ上にバンプ２Ａを形成してもよい。
【００１４】
第１実施形態では、電極パッド３Ａ上にバンプ２Ａを形成する例を示すが、これに限定されず、電極パッド３Ａ上にバンプ２Ａとは異なるバンプを形成してもよい。
【００１５】
例えば、電極パッド３Ａ上にめっきバンプ４を形成し、次に、めっきバンプ４上に半田５を形成することで、図１（Ｂ）に示すように、電極パッド３Ａ上にバンプ２Ｂを形成してもよい。めっきバンプ４の材料として、金（Ａｕ）や銅（Ｃｕ）等の金属を用いてもよい。半田５に代えて、錫（Ｓｎ）をめっきバンプ４上に形成することで、電極パッド３Ａ上にバンプ２Ｂを形成してもよい。これに限らず、他の方法により、電極パッド３Ａ上にバンプ２Ｂを形成してもよい。
【００１６】
また、例えば、電極パッド３Ａ上にボールバンプ６を形成し、次に、ボールバンプ６上
に半田７を形成することで、図１（Ｃ）に示すように、電極パッド３Ａ上にバンプ２Ｃを形成してもよい。この場合、ボールバンプ６の材料として、金（Ａｕ）や銅（Ｃｕ）等の金属を用いてもよい。半田７に代えて、錫（Ｓｎ）を用いてもよい。これに限らず、他の方法により、電極パッド３Ａ上にバンプ２Ｃを形成してもよい。
【００１７】
次に、図２に示すように、バンプ２Ａの上部表面に溶解液８を形成する。具体的には、転写ステージ９上に形成された溶解液８にバンプ２Ａの上部を浸漬する。溶解液８をバンプ２Ａの上部表面に転写することにより、バンプ２Ａの上部表面に溶解液８が形成される。溶解液８は、例えば、有機溶媒又は有機酸である。
【００１８】
次に、図３（Ａ）に示すように、半導体素子１Ａに形成されているバンプ２Ａと、回路基板（配線基板）１１に形成されている基板電極１２との位置合わせを行う。回路基板１１及び基板電極１２上には、回路基板１１及び基板電極１２を覆うように樹脂膜１３が形成されている。例えば、スピンコート法により、回路基板１１及び基板電極１２を覆うように樹脂膜１３を形成してもよい。この場合、樹脂膜１３として、溶解液８に溶解する性質を有する材料を用いる。
【００１９】
なお、回路基板１１は、８．５ｍｍ角の半導体素子１Ａを搭載でき、基板電極１２を５０μｍ間隔で４００個形成している。ただし、これに限らず、他の大きさの半導体素子１Ａを回路基板１１に搭載してもよい。基板電極１２を回路基板１１に形成する間隔及び個数は他の値であってもよい。
【００２０】
第１実施形態では、半導体素子１Ａに形成されているバンプ２Ａと回路基板１１に形成されている基板電極１２とを接合させる例を示す。これに限らず、半導体素子１Ａに形成されているバンプ２Ａと他の半導体素子に形成されている電極パッドとを接合させる場合に、第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を適用してもよい。
【００２１】
半導体素子１Ａに形成されているバンプ２Ａと他の半導体素子に形成されている電極パッドとを接合させる場合、図３（Ｂ）に示すように、半導体素子１Ａに形成されているバンプ２Ａと、半導体素子（半導体チップ）１Ｂに形成されている電極パッド３Ｂとの位置合わせを行う。半導体素子１Ｂ及び電極パッド３Ｂ上には、半導体素子１Ｂ及び電極パッド３Ｂを覆うように樹脂膜１３が形成されている。例えば、スピンコート法により、半導体素子１Ｂ及び電極パッド３Ｂを覆うように樹脂膜１３を形成してもよい。この場合、樹脂膜１３として、溶解液８に溶解する性質を有する材料を用いる。
【００２２】
なお、図４以降では、半導体素子１Ａのバンプ２Ａと回路基板１１の基板電極１２とを接合させる例を説明し、半導体素子１Ａのバンプ２Ａと半導体素子１Ｂの電極パッド３Ｂとを接合させる例の説明は省略する。
【００２３】
次に、バンプ２Ａの上部表面に形成されている溶解液８と、基板電極１２上に形成されている樹脂膜１３とを接触させる。例えば、バンプ２Ａ一つ当たり１ｇの荷重を半導体素子１Ａに印可しながら、半導体素子１Ａを回路基板１１に１．５秒間押し当てて、バンプ２Ａの上部表面に形成されている溶解液８と、基板電極１２上に形成されている樹脂膜１３とを接触させる。
【００２４】
溶解液８と樹脂膜１３とを接触させることで、樹脂膜１３は溶解液８に溶解する。樹脂膜１３が溶解液８に溶解した状態で、半導体素子１Ａを基板電極１２に押しつけることにより、溶解液８及び溶解液８に溶解した樹脂膜１３は、バンプ２Ａと基板電極１２との間から外側に押し出される。この場合、バンプ２Ａと基板電極１２との間から外側に押し出された溶解液８及び溶解液８に溶解した樹脂膜１３は、残留物１４としてバンプ２Ａの周
囲に存在することになる。
【００２５】
溶解液８に溶解した樹脂膜１３が、バンプ２Ａと基板電極１２との間から外側に押し出され、基板電極１２の一部が樹脂膜１３から露出する。基板電極１２の一部が樹脂膜１３から露出することにより、基板電極１２上に形成されている樹脂膜１３に開口が形成される。樹脂膜１３に開口が形成され、溶解液８が、バンプ２Ａと基板電極１２との間から外側に押し出されることにより、バンプ２Ａと樹脂膜１３の開口から露出する基板電極１２とが接触した状態となる。半導体素子１Ａに形成されているバンプ２Ａと、回路基板１１に形成されている基板電極１２とを接触させた状態の半導体素子１Ａ及び回路基板１１を、図４に示す。
【００２６】
溶解液８に対する樹脂膜１３の溶解を促進するために、半導体素子１Ａ又は基板電極１２を加熱しながら、或いは、半導体素子１Ａ及び基板電極１２を加熱しながら、溶解液８と樹脂膜１３とを接触させてもよい。
【００２７】
次に、基板電極１２に対するバンプ２Ａの濡れ性を向上させるため、半導体素子１Ａと回路基板１１との間にフラックスを充填する。
【００２８】
次に、半導体素子１Ａ及び回路基板１１をリフロー炉に搬送し、リフロー処理を行うことにより、図５に示すように、バンプ２Ａを溶融させる。例えば、バンプ２Ａの材料として錫−銀（Ｓｎ−Ａｇ）半田を使用した場合、回路基板１１の表面の最高温度が２６０℃になるように設定されたリフロー炉を用いて、リフロー処理を行う。バンプ２Ａが溶融し、バンプ２Ａと基板電極１２とが接合することで、バンプ２Ａと基板電極１２とが電気的に導通する。
【００２９】
バンプ２Ａを溶融させることによりバンプ２Ａと基板電極１２とを接合させるが、基板電極１２上の樹脂膜１３が形成されている部分には溶融したバンプ２Ａは濡れ広がらない。このように、樹脂膜１３は、バンプ２Ａが必要以上に濡れ広がることを抑制する抑制膜として機能する。
【００３０】
溶融したバンプ２Ａは、樹脂膜１３が形成されている部分にまでは濡れ広がらず、半導体素子１Ａと回路基板１１との接続部分の金属量が確保されるため、バンプ２Ａと基板電極１２との接合部分の破断を抑制することができる。
【００３１】
次に、洗浄剤を用いて、半導体素子１Ａと回路基板１１との間に充填されたフラックスを洗浄除去する。次に、ディスペンサーを用いて、図６に示すように、半導体素子１Ａと回路基板１１との間に、封止樹脂１５を充填する。例えば、封止樹脂１５としてアンダーフィル封止剤を用いた場合、アンダーフィル封止剤の温度を３０℃に設定し、回路基板１１の温度を６０℃に設定して、半導体素子１Ａと回路基板１１との間にアンダーフィル封止剤を充填する。アンダーフィル封止剤は、例えば、エポキシ樹脂である。
【００３２】
そして、封止樹脂１５を加熱処理することで、封止樹脂１５を硬化させる。例えば、半導体素子１Ａと回路基板１１との間に封止樹脂１５を充填後、１５０℃で２時間、オーブンの中で半導体素子１Ａ及び回路基板１１を加熱処理することで、封止樹脂１５を硬化する。
【００３３】
このように、半導体素子１Ａと回路基板１１とをフリップチップ接合し、半導体素子１Ａと回路基板１１との間に充填した封止樹脂１５を硬化させることで、図６に示す半導体装置を製造する。
【００３４】
バンプ２Ａの上部表面に形成されている溶解液８と基板電極１２上に形成されている樹脂膜１３との接触部分が樹脂膜１３の開口部分となる。したがって、基板電極１２上に形成されている樹脂膜１３を選択的に開口することができる。そして、樹脂膜１３の開口から露出する基板電極１２にバンプ２Ａを接合させるため、バンプ２Ａと基板電極１２との接合箇所を必要最小限にすることができる。
【００３５】
基板電極１２の表面の面積がバンプ２Ａの表面の面積よりも大きい場合であっても、バンプ２Ａが基板電極１２に対して過度に濡れ広がることを抑制することができる。したがって、回路基板１１に対する半導体素子１Ａの過度の搭載精度を必要とせずに、半導体素子１Ａに形成されているバンプ２Ａと回路基板１１に形成されている基板電極１２とを接合することができる。
【００３６】
以下、実施例に基づいて第１実施形態をより具体的に説明するが、第１実施形態は以下の実施例に限定されるものではない。
【００３７】
（実施例１）
実施例１では、溶解液８として有機溶媒を使用する。実施例１において使用する有機溶媒としては、例えば、ケトン系溶媒、芳香族系溶媒及び酢酸エチル系溶媒がある。ケトン系溶媒としては、例えば、メチルエチルケトン、アセトン、メチルイソブチルケトン（４−メチル−２−ペンタノン）、シクロヘキサノン及びメチルヘキシルケトン（２−オクタノン）等がある。芳香族系溶媒としては、例えば、ベンゼン、ジクロロベンゼン及びベンズアルデヒドがある。酢酸エチル系溶媒としては、例えば、酢酸エチル、アセト酢酸エチル及びアクリル酢酸エチルがある。
【００３８】
実施例１において、バンプ２Ａの上部表面に溶解液８を形成する場合、転写ステージ９上に形成された溶解液８にバンプ２Ａの上部を浸漬することは上述と同様である。この場合、転写ステージ９上に形成する溶解液８の高さは１μｍ以上５μｍ以下であることが好ましい。
【００３９】
また、実施例１において使用する樹脂膜１３としては、例えば、有機溶媒として使用する溶解液８に溶解する性質を有するポリエーテルサルホン、ポリアミド、変成ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、ポリスチレン、ポリスルホン、ポリフェニレンスルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、熱可塑性ポリイミド、液晶ポリマー等がある。
【００４０】
（実施例２）
実施例２では、溶解液８として有機酸を使用する。実施例２において使用する有機酸としては、例えば、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、カプロン酸、エナント酸、カプリル酸、ベラルゴン酸、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、安息香酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、サリチル酸、コハク酸、マロン酸、シュウ酸等がある。
【００４１】
実施例２において、バンプ２Ａの上部表面に溶解液８を形成する場合、転写ステージ９上に形成された溶解液８にバンプ２Ａの上部を浸漬することは上述と同様である。この場合、転写ステージ９上に形成する溶解液８の高さは１μｍ以上５μｍ以下であることが好ましい。
【００４２】
また、実施例２において使用する樹脂膜１３としては、例えば、溶解液８として使用する有機酸に溶解する性質を有するポリカーボネート及びポリアセタールがある。
【００４３】
ここで、バンプ２Ａを溶融させるためのリフロー処理について説明する。例えば、バン
プ２Ａの材料として、錫−銀（Ｓｎ−Ａｇ）半田を使用する場合、バンプ２Ａを溶融させるため、回路基板１１の表面の最高温度が２６０℃になるように設定されたリフロー炉を用いてリフロー処理を行う。回路基板１１の表面の最高温度を２６０℃にしてリフロー処理を行う場合、有機酸の種類によっては、リフロー処理時の加熱では有機酸が気化せず、有機酸がバンプ２Ａの上部表面に存在する。
【００４４】
有機酸は、基板電極１２に対するバンプ２Ａの濡れ性を向上させる性質を備えている。そのため、バンプ２Ａを溶融させるためのリフロー処理において、有機酸がバンプ２Ａの上部表面に存在している場合、基板電極１２に対するバンプ２Ａの濡れ性が確保される。したがって、バンプ２Ａを溶融させるためのリフロー処理において、有機酸が気化しない場合、半導体素子１Ａと回路基板１１との間にフラックスを充填する処理及びフラックスを洗浄除去する処理を省略することができる。言い換えれば、リフロー処理時の加熱で気化しない有機酸を溶解液８として用いる場合、半導体素子１Ａと回路基板１１との間にフラックスを充填する処理及びフラックスを洗浄除去する処理を省略することができる。
【００４５】
例えば、回路基板１１の表面の最高温度を２６０℃にしてリフロー処理を行う場合、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、安息香酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、サリチル酸、コハク酸、マロン酸又はシュウ酸は気化しない。ただし、リフロー処理の条件に応じて、気化する有機酸の種類は異なる。バンプ２Ａの材料によりリフロー処理の条件が変更される場合、有機酸の種類を適宜選択することで、半導体素子１Ａと回路基板１１との間にフラックスを充填する処理及びフラックスを洗浄除去する処理を省略することができる。
【００４６】
リフロー処理時の加熱で気化しない有機酸を溶解液８として用いる場合、リフロー処理後、半導体素子１Ａと回路基板１１との間に有機酸である溶解液８が残存する。すなわち、バンプ２Ａの周囲に存在する残留物１４から有機酸である溶解液８が除去されず、バンプ２Ａの周囲に残留物１４が存在する状態が維持される。図７に示すように、バンプ２Ａの周囲に存在する残留物１４に含まれる有機酸である溶解液８は、半導体素子１Ａと回路基板１１との間に充填する封止樹脂１５に取り込まれる。有機酸である溶解液８は封止樹脂１５と反応性を有するため、封止樹脂１５に取り込まれた有機酸である溶解液８は封止樹脂１５と硬化反応し、封止樹脂１５の高分子骨格となる。
【００４７】
〈第２実施形態〉
第２実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する。第１実施形態では、半導体素子１Ａのバンプ２Ａの上部表面に溶解液８を形成し、回路基板１１の基板電極１２上の樹脂膜１３に溶解液８を接触させることで、樹脂膜１３に開口を形成する方法を説明した。第２実施形態では、半導体素子１Ａのバンプ２Ａの上部表面に溶解液８を形成せずに、樹脂膜２０に開口を形成する方法を説明する。なお、同一の構成要素については、第１実施形態と同一の符号を付し、その説明を省略する。また、必要に応じて図１から図７の図面を参照する。
【００４８】
第２実施形態に係る半導体装置の製造方法においては、まず、半導体素子１Ａにバンプ２Ａを形成する。半導体素子１Ａにバンプ２Ａを形成する方法については、第１実施形態に係る半導体装置の製造方法と同様であるので、その説明を省略する。また、第１実施形態に係る半導体装置の製造方法と同様に、第２実施形態に係る半導体装置の製造方法においても、バンプ２Ａに代えて、バンプ２Ｂ又はバンプ２Ｃを半導体素子１Ａに形成してもよい。
【００４９】
次に、図８（Ａ）に示すように、半導体素子１Ａに形成されているバンプ２Ａと、回路基板１１に形成されている基板電極１２との位置合わせを行う。回路基板１１及び基板電
極１２上には、回路基板１１及び基板電極１２を覆うように樹脂膜２０が形成されている。例えば、スピンコート法により、回路基板１１及び基板電極１２を覆うように樹脂膜２０を形成してもよい。樹脂膜２０としては、例えば、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン、ポリカーボネート、エチレン酢酸ビニル共重合体、ポリブチレンテレフタレート、ウレタンゴム、エチレンプロピレンゴム、スチレンゴムがある。
【００５０】
なお、回路基板１１は、第１実施形態と同様に、８．５ｍｍ角の半導体素子１Ａを搭載でき、基板電極１２を５０μｍ間隔で４００個形成している。ただし、これに限らず、他の大きさの半導体素子１Ａを回路基板１１に搭載してもよく、また、基板電極１２を回路基板１１に形成する間隔及び個数は他の値であってもよい。
【００５１】
第２実施形態では、半導体素子１Ａに形成されているバンプ２Ａと回路基板１１に形成されている基板電極１２とを接合させる例を示す。これに限らず、半導体素子１Ａに形成されているバンプ２Ａと他の半導体素子に形成されている電極パッドとを接合させる場合に、第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を適用してもよい。
【００５２】
半導体素子１Ａに形成されているバンプ２Ａと他の半導体素子に形成されている電極パッドとを接合させる場合、図８（Ｂ）に示すように、半導体素子１Ａに形成されているバンプ２Ａと、半導体素子１Ｂに形成されている電極パッド３Ｂとの位置合わせを行う。半導体素子１Ｂ及び電極パッド３Ｂ上には、半導体素子１Ｂ及び電極パッド３Ｂを覆うように樹脂膜２０が形成されている。例えば、スピンコート法により、半導体素子１Ｂ及び電極パッド３Ｂを覆うように樹脂膜２０を形成してもよい。
【００５３】
なお、図９以降では、半導体素子１Ａのバンプ２Ａと回路基板１１の基板電極１２とを接合させる例を説明し、半導体素子１Ａのバンプ２Ａと半導体素子１Ｂの電極パッド３Ｂとを接合させる例の説明は省略する。
【００５４】
次に、半導体素子１Ａを回路基板１１に押し当て、バンプ２Ａと基板電極１２上に形成されている樹脂膜２０とを接触させる。この場合、半導体素子１Ａ又は基板電極１２を加熱しながら、或いは、半導体素子１Ａ及び基板電極１２を加熱しながら、バンプ２Ａと基板電極１２上に形成されている樹脂膜２０とを接触させる。半導体素子１Ａ又は基板電極１２に加えられた熱、或いは、半導体素子１Ａ及び基板電極１２に加えられた熱が、樹脂膜２０に伝わった状態で、半導体素子１Ａを基板電極１２に押し当てることにより、樹脂膜２０の一部がバンプ２Ａと基板電極１２との間から外側に押し出される。この場合、バンプ２Ａと基板電極１２との間から外側に押し出された樹脂膜２０は、バンプ２Ａの周囲に存在することになる。
【００５５】
樹脂膜２０の一部がバンプ２Ａと基板電極１２との間から外側に押し出され、基板電極１２の一部が樹脂膜２０から露出する。基板電極１２の一部が樹脂膜２０から露出することにより、基板電極１２上に形成されている樹脂膜２０に開口が形成される。樹脂膜２０に開口が形成され、バンプ２Ａと樹脂膜２０の開口から露出する基板電極１２とが接触した状態となる。半導体素子１Ａに形成されているバンプ２Ａと、回路基板１１に形成されている基板電極１２とを接触させた状態の半導体素子１Ａ及び回路基板１１を、図９に示す。
【００５６】
次に、基板電極１２に対するバンプ２Ａの濡れ性を向上させるため、半導体素子１Ａと回路基板１１との間にフラックスを充填する。
【００５７】
次に、半導体素子１Ａ及び回路基板１１をリフロー炉に搬送し、リフロー処理を行うことにより、バンプ２Ａを溶融させる。例えば、バンプ２Ａの材料として錫−銀（Ｓｎ−Ａ
ｇ）半田を使用した場合、回路基板１１の表面の最高温度が２６０℃になるように設定されたリフロー炉を用いて、リフロー処理を行う。バンプ２Ａが溶融し、バンプ２Ａと基板電極１２とが接合することで、バンプ２Ａと基板電極１２とが電気的に導通する。
【００５８】
バンプ２Ａを溶融させることによりバンプ２Ａと基板電極１２とを接合させるが、基板電極１２上の樹脂膜２０が形成されている部分には溶融したバンプ２Ａは濡れ広がらない。このように、樹脂膜２０は、バンプ２Ａが必要以上に濡れ広がることを抑制する抑制膜として機能する。
【００５９】
溶融したバンプ２Ａは、樹脂膜２０が形成されている部分にまでは濡れ広がらず、半導体素子１Ａと回路基板１１との接続部分の金属量が確保されるため、バンプ２Ａと基板電極１２との接合部分の破断を抑制することができる。
【００６０】
次に、洗浄剤を用いて、半導体素子１Ａと回路基板１１との間に充填されたフラックスを洗浄除去する。次に、ディスペンサーを用いて、図１０に示すように、半導体素子１Ａと回路基板１１との間に、封止樹脂１５を充填する。例えば、封止樹脂１５としてアンダーフィル封止剤を用いた場合、アンダーフィル封止剤の温度を３０℃に設定し、回路基板１１の温度を６０℃に設定して、半導体素子１Ａと回路基板１１との間にアンダーフィル封止剤を充填する。アンダーフィル封止剤は、例えば、エポキシ樹脂である。
【００６１】
そして、封止樹脂１５を加熱処理することで、封止樹脂１５を硬化させる。例えば、半導体素子１Ａと回路基板１１との間に封止樹脂１５を充填後、１５０℃で２時間、オーブンの中で半導体素子１Ａ及び回路基板１１を加熱処理することで、封止樹脂１５を硬化する。
【００６２】
このように、半導体素子１Ａと回路基板１１とをフリップチップ接合し、半導体素子１Ａと回路基板１１との間に充填した封止樹脂１５を硬化させることで、図１０に示す半導体装置を製造する。
【００６３】
バンプ２Ａの上部と基板電極１２上に形成されている樹脂膜２０との接触部分が樹脂膜２０の開口部分となる。したがって、基板電極１２上に形成されている樹脂膜２０を選択的に開口することができる。そして、樹脂膜２０の開口から露出する基板電極１２にバンプ２Ａを接合させるため、バンプ２Ａと基板電極１２との接合箇所を必要最小限にすることができる。
【００６４】
基板電極１２の表面の面積がバンプ２Ａの表面の面積よりも大きい場合であっても、バンプ２Ａが過度に濡れ広がることを抑制することができる。したがって、回路基板１１に対する半導体素子１Ａの過度の搭載精度を必要とせずに、半導体素子１Ａに形成されているバンプ２Ａと回路基板１１に形成されている基板電極１２とを接合することができる。
【００６５】
第１実施形態及び第２実施形態に係る半導体装置の製造方法によって製造した半導体装置及び回路基板１１上に樹脂膜１３を形成せずに製造した半導体装置に対して、熱サイクル試験を行った。熱サイクル試験条件は、低温側の温度を−５５℃、高温側の温度を１２５℃とし、低温側での待機時間及び高温側での待機時間をそれぞれ１５分とした。第１実施形態及び第２実施形態に係る半導体装置の製造方法によって製造した半導体装置及び回路基板１１上に樹脂膜１３を形成せずに製造した半導体装置のそれぞれのサンプル数を３０個として評価した。
【００６６】
第１実施形態及び第２実施形態に係る半導体装置の製造方法によって製造した半導体装置は、１０００サイクルを繰り返しても、半導体素子１Ａのバンプ２Ａと回路基板１１の
基板電極１２との接合部分の破断は発生しなかった。
【００６７】
一方、回路基板１１上に樹脂膜１３を形成せずに製造した半導体装置は、３００サイクルを繰り返すと、半導体素子１Ａのバンプ２Ａと回路基板１１の基板電極１２との接合部分の破断が発生した。そして、５００サイクルを繰り返すと、１４個の半導体装置が、半導体素子１Ａのバンプ２Ａと回路基板１１の基板電極１２との接合部分に破断が発生した。
【００６８】
このように、熱サイクル試験によっても、第１実施形態及び第２実施形態に係る半導体装置の製造方法によって製造された半導体装置は、半導体素子１Ａのバンプ２Ａと回路基板１１の基板電極１２との接合部分の破断が抑制されることがわかる。
【符号の説明】
【００６９】
１Ａ、１Ｂ 半導体素子
２Ａ、２Ｂ、２Ｃ バンプ
３Ａ、３Ｂ 電極パッド
４ めっきバンプ
５、７ 半田
６ ボールバンプ
８ 溶解液
９ 転写ステージ
１１ 回路基板
１２ 基板電極
１３、２０ 樹脂膜
１４ 残留物
１５ 封止樹脂
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、コンピュータ等の電子機器の高速化や大集積化に対応するため、コンピュータシステムに用いられる回路基板（配線基板）への半導体素子（半導体チップ）の高密度の実装が行われている。回路基板への半導体素子の高密度の実装を実現するため、半導体素子を回路基板に直接実装するフリップチップ接合（フリップチップ実装）が提供されている。例えば、フリップチップ接合においては、半導体素子に設置された電極（接続端子）と、回路基板に設置された電極とを接合することで、半導体素子がフェースダウンで回路基板に直接接合される。
【０００３】
フリップチップ接合の一つとして、半導体素子の電極に用いられている錫（Ｓｎ）又は半田等の金属を溶融し、溶融した金属と回路基板の電極とを接合することにより、半導体素子と回路基板とを電気的に導通させる方式がある。この方式は、半導体素子と回路基板との接続部分に必要最小限の錫（Ｓｎ）又は半田等の溶融性金属を形成するのみで、半導体素子を回路基板に実装する。このため、半導体素子の高性能化や高集積化に伴い、半導体素子の電極の数が増加することによる半導体素子の電極のファインピッチ化に際して、電極同士のショートを抑止するのに有利な方式である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−５９９７０号公報（特許第３６０８５３６号）
【特許文献２】特開２００２−３３４８９５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、半導体素子の端子の断面積よりも回路基板の電極の面積が大きい場合、半導体素子の電極に形成されている溶融性金属が回路基板の電極に必要以上に濡れ広がってしまう。この場合、半導体素子と回路基板との接続部分における溶融性金属の量が少なくなり、フリップチップ接合時の熱や機械的応力により、半導体素子の電極と回路基板の電極との接合部分が破断する問題がある。このため、半導体素子の電極に形成されている溶融性金属が回路基板の電極に必要以上に濡れ広がらないようにするため、レジスト等を用いて回路基板の電極に開口を設けることができるが、半導体素子の接続端子を開口部に位置合わせする際に高い搭載精度が求められる。
【０００６】
本件は、半導体素子の電極に形成されている溶融性金属が、半導体素子の電極の接合箇所に必要以上に濡れ広がることを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本件の一観点による半導体装置の製造方法は、半導体素子に突起電極を形成する工程と、突起電極の上部表面に溶解液を形成する工程と、回路基板に基板電極を形成する工程と、基板電極を覆うように樹脂膜を形成する工程と、半導体素子を回路基板に押し当てながら、突起電極の上部表面に形成された溶解液と、基板電極を覆うように形成された樹脂膜とを接触させることにより、樹脂膜に開口を形成する工程と、半導体素子に形成された突起電極と、樹脂膜の開口から露出する基板電極とを接合する工程と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本件によれば、半導体素子の電極に形成されている溶融性金属が、半導体素子の電極の接合箇所に必要以上に濡れ広がることを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態に係る半導体装置の製造工程図である。
【図２】第１実施形態に係る半導体装置の製造工程図である。
【図３】第１実施形態に係る半導体装置の製造工程図である。
【図４】第１実施形態に係る半導体装置の製造工程図である。
【図５】第１実施形態に係る半導体装置の製造工程図である。
【図６】第１実施形態に係る半導体装置の製造工程図である。
【図７】第１実施形態に係る半導体装置の製造工程図である。
【図８】第２実施形態に係る半導体装置の製造工程図である。
【図９】第２実施形態に係る半導体装置の製造工程図である。
【図１０】第２実施形態に係る半導体装置の製造工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態に係る半導体装置及びその製造方法について説明する。以下の実施形態の構成は例示であり、本発明の半導体装置及びその製造方法は実施形態の構成に限定されない。
【００１１】
〈第１実施形態〉
第１実施形態に係る半導体装置の製造方法においては、まず、図１（Ａ）に示すように、半導体素子（半導体チップ）１Ａにバンプ２Ａを形成する。半導体素子１Ａにバンプ２Ａをペリフェラル状又はエリア状に形成してもよい。
【００１２】
半導体素子１Ａは、半導体基板、半導体基板に形成されたトランジスタ等の能動素子、抵抗素子・容量素子等の受動素子、これらの素子間を絶縁分離する絶縁領域、層間絶縁層、素子間相互配線層等を有する。半導体基板は、例えば、シリコン基板である。
【００１３】
バンプ２Ａは、突起形状の電極（接続端子）である。バンプ２Ａは、半導体素子１Ａに形成されている電極パッド３Ａ上に形成される。例えば、電解めっき法により、電極パッド３Ａ上に半田めっき又は錫（Ｓｎ）めっきを形成し、リフロー処理により電極パッド３Ａ上の半田めっき又は錫（Ｓｎ）めっきを突起形状にすることで、図１（Ａ）に示すように、電極パッド３Ａ上にバンプ２Ａを形成してもよい。また、例えば、半田ボール又は錫（Ｓｎ）ボールを電極パッド３Ａ上に設置することで、図１（Ａ）に示すように、電極パッド３Ａ上にバンプ２Ａを形成してもよい。これに限らず、他の方法により、電極パッド３Ａ上にバンプ２Ａを形成してもよい。
【００１４】
第１実施形態では、電極パッド３Ａ上にバンプ２Ａを形成する例を示すが、これに限定されず、電極パッド３Ａ上にバンプ２Ａとは異なるバンプを形成してもよい。
【００１５】
例えば、電極パッド３Ａ上にめっきバンプ４を形成し、次に、めっきバンプ４上に半田５を形成することで、図１（Ｂ）に示すように、電極パッド３Ａ上にバンプ２Ｂを形成してもよい。めっきバンプ４の材料として、金（Ａｕ）や銅（Ｃｕ）等の金属を用いてもよい。半田５に代えて、錫（Ｓｎ）をめっきバンプ４上に形成することで、電極パッド３Ａ上にバンプ２Ｂを形成してもよい。これに限らず、他の方法により、電極パッド３Ａ上にバンプ２Ｂを形成してもよい。
【００１６】
また、例えば、電極パッド３Ａ上にボールバンプ６を形成し、次に、ボールバンプ６上
に半田７を形成することで、図１（Ｃ）に示すように、電極パッド３Ａ上にバンプ２Ｃを形成してもよい。この場合、ボールバンプ６の材料として、金（Ａｕ）や銅（Ｃｕ）等の金属を用いてもよい。半田７に代えて、錫（Ｓｎ）を用いてもよい。これに限らず、他の方法により、電極パッド３Ａ上にバンプ２Ｃを形成してもよい。
【００１７】
次に、図２に示すように、バンプ２Ａの上部表面に溶解液８を形成する。具体的には、転写ステージ９上に形成された溶解液８にバンプ２Ａの上部を浸漬する。溶解液８をバンプ２Ａの上部表面に転写することにより、バンプ２Ａの上部表面に溶解液８が形成される。溶解液８は、例えば、有機溶媒又は有機酸である。
【００１８】
次に、図３（Ａ）に示すように、半導体素子１Ａに形成されているバンプ２Ａと、回路基板（配線基板）１１に形成されている基板電極１２との位置合わせを行う。回路基板１１及び基板電極１２上には、回路基板１１及び基板電極１２を覆うように樹脂膜１３が形成されている。例えば、スピンコート法により、回路基板１１及び基板電極１２を覆うように樹脂膜１３を形成してもよい。この場合、樹脂膜１３として、溶解液８に溶解する性質を有する材料を用いる。
【００１９】
なお、回路基板１１は、８．５ｍｍ角の半導体素子１Ａを搭載でき、基板電極１２を５０μｍ間隔で４００個形成している。ただし、これに限らず、他の大きさの半導体素子１Ａを回路基板１１に搭載してもよい。基板電極１２を回路基板１１に形成する間隔及び個数は他の値であってもよい。
【００２０】
第１実施形態では、半導体素子１Ａに形成されているバンプ２Ａと回路基板１１に形成されている基板電極１２とを接合させる例を示す。これに限らず、半導体素子１Ａに形成されているバンプ２Ａと他の半導体素子に形成されている電極パッドとを接合させる場合に、第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を適用してもよい。
【００２１】
半導体素子１Ａに形成されているバンプ２Ａと他の半導体素子に形成されている電極パッドとを接合させる場合、図３（Ｂ）に示すように、半導体素子１Ａに形成されているバンプ２Ａと、半導体素子（半導体チップ）１Ｂに形成されている電極パッド３Ｂとの位置合わせを行う。半導体素子１Ｂ及び電極パッド３Ｂ上には、半導体素子１Ｂ及び電極パッド３Ｂを覆うように樹脂膜１３が形成されている。例えば、スピンコート法により、半導体素子１Ｂ及び電極パッド３Ｂを覆うように樹脂膜１３を形成してもよい。この場合、樹脂膜１３として、溶解液８に溶解する性質を有する材料を用いる。
【００２２】
なお、図４以降では、半導体素子１Ａのバンプ２Ａと回路基板１１の基板電極１２とを接合させる例を説明し、半導体素子１Ａのバンプ２Ａと半導体素子１Ｂの電極パッド３Ｂとを接合させる例の説明は省略する。
【００２３】
次に、バンプ２Ａの上部表面に形成されている溶解液８と、基板電極１２上に形成されている樹脂膜１３とを接触させる。例えば、バンプ２Ａ一つ当たり１ｇの荷重を半導体素子１Ａに印可しながら、半導体素子１Ａを回路基板１１に１．５秒間押し当てて、バンプ２Ａの上部表面に形成されている溶解液８と、基板電極１２上に形成されている樹脂膜１３とを接触させる。
【００２４】
溶解液８と樹脂膜１３とを接触させることで、樹脂膜１３は溶解液８に溶解する。樹脂膜１３が溶解液８に溶解した状態で、半導体素子１Ａを基板電極１２に押しつけることにより、溶解液８及び溶解液８に溶解した樹脂膜１３は、バンプ２Ａと基板電極１２との間から外側に押し出される。この場合、バンプ２Ａと基板電極１２との間から外側に押し出された溶解液８及び溶解液８に溶解した樹脂膜１３は、残留物１４としてバンプ２Ａの周
囲に存在することになる。
【００２５】
溶解液８に溶解した樹脂膜１３が、バンプ２Ａと基板電極１２との間から外側に押し出され、基板電極１２の一部が樹脂膜１３から露出する。基板電極１２の一部が樹脂膜１３から露出することにより、基板電極１２上に形成されている樹脂膜１３に開口が形成される。樹脂膜１３に開口が形成され、溶解液８が、バンプ２Ａと基板電極１２との間から外側に押し出されることにより、バンプ２Ａと樹脂膜１３の開口から露出する基板電極１２とが接触した状態となる。半導体素子１Ａに形成されているバンプ２Ａと、回路基板１１に形成されている基板電極１２とを接触させた状態の半導体素子１Ａ及び回路基板１１を、図４に示す。
【００２６】
溶解液８に対する樹脂膜１３の溶解を促進するために、半導体素子１Ａ又は基板電極１２を加熱しながら、或いは、半導体素子１Ａ及び基板電極１２を加熱しながら、溶解液８と樹脂膜１３とを接触させてもよい。
【００２７】
次に、基板電極１２に対するバンプ２Ａの濡れ性を向上させるため、半導体素子１Ａと回路基板１１との間にフラックスを充填する。
【００２８】
次に、半導体素子１Ａ及び回路基板１１をリフロー炉に搬送し、リフロー処理を行うことにより、図５に示すように、バンプ２Ａを溶融させる。例えば、バンプ２Ａの材料として錫−銀（Ｓｎ−Ａｇ）半田を使用した場合、回路基板１１の表面の最高温度が２６０℃になるように設定されたリフロー炉を用いて、リフロー処理を行う。バンプ２Ａが溶融し、バンプ２Ａと基板電極１２とが接合することで、バンプ２Ａと基板電極１２とが電気的に導通する。
【００２９】
バンプ２Ａを溶融させることによりバンプ２Ａと基板電極１２とを接合させるが、基板電極１２上の樹脂膜１３が形成されている部分には溶融したバンプ２Ａは濡れ広がらない。このように、樹脂膜１３は、バンプ２Ａが必要以上に濡れ広がることを抑制する抑制膜として機能する。
【００３０】
溶融したバンプ２Ａは、樹脂膜１３が形成されている部分にまでは濡れ広がらず、半導体素子１Ａと回路基板１１との接続部分の金属量が確保されるため、バンプ２Ａと基板電極１２との接合部分の破断を抑制することができる。
【００３１】
次に、洗浄剤を用いて、半導体素子１Ａと回路基板１１との間に充填されたフラックスを洗浄除去する。次に、ディスペンサーを用いて、図６に示すように、半導体素子１Ａと回路基板１１との間に、封止樹脂１５を充填する。例えば、封止樹脂１５としてアンダーフィル封止剤を用いた場合、アンダーフィル封止剤の温度を３０℃に設定し、回路基板１１の温度を６０℃に設定して、半導体素子１Ａと回路基板１１との間にアンダーフィル封止剤を充填する。アンダーフィル封止剤は、例えば、エポキシ樹脂である。
【００３２】
そして、封止樹脂１５を加熱処理することで、封止樹脂１５を硬化させる。例えば、半導体素子１Ａと回路基板１１との間に封止樹脂１５を充填後、１５０℃で２時間、オーブンの中で半導体素子１Ａ及び回路基板１１を加熱処理することで、封止樹脂１５を硬化する。
【００３３】
このように、半導体素子１Ａと回路基板１１とをフリップチップ接合し、半導体素子１Ａと回路基板１１との間に充填した封止樹脂１５を硬化させることで、図６に示す半導体装置を製造する。
【００３４】
バンプ２Ａの上部表面に形成されている溶解液８と基板電極１２上に形成されている樹脂膜１３との接触部分が樹脂膜１３の開口部分となる。したがって、基板電極１２上に形成されている樹脂膜１３を選択的に開口することができる。そして、樹脂膜１３の開口から露出する基板電極１２にバンプ２Ａを接合させるため、バンプ２Ａと基板電極１２との接合箇所を必要最小限にすることができる。
【００３５】
基板電極１２の表面の面積がバンプ２Ａの表面の面積よりも大きい場合であっても、バンプ２Ａが基板電極１２に対して過度に濡れ広がることを抑制することができる。したがって、回路基板１１に対する半導体素子１Ａの過度の搭載精度を必要とせずに、半導体素子１Ａに形成されているバンプ２Ａと回路基板１１に形成されている基板電極１２とを接合することができる。
【００３６】
以下、実施例に基づいて第１実施形態をより具体的に説明するが、第１実施形態は以下の実施例に限定されるものではない。
【００３７】
（実施例１）
実施例１では、溶解液８として有機溶媒を使用する。実施例１において使用する有機溶媒としては、例えば、ケトン系溶媒、芳香族系溶媒及び酢酸エチル系溶媒がある。ケトン系溶媒としては、例えば、メチルエチルケトン、アセトン、メチルイソブチルケトン（４−メチル−２−ペンタノン）、シクロヘキサノン及びメチルヘキシルケトン（２−オクタノン）等がある。芳香族系溶媒としては、例えば、ベンゼン、ジクロロベンゼン及びベンズアルデヒドがある。酢酸エチル系溶媒としては、例えば、酢酸エチル、アセト酢酸エチル及びアクリル酢酸エチルがある。
【００３８】
実施例１において、バンプ２Ａの上部表面に溶解液８を形成する場合、転写ステージ９上に形成された溶解液８にバンプ２Ａの上部を浸漬することは上述と同様である。この場合、転写ステージ９上に形成する溶解液８の高さは１μｍ以上５μｍ以下であることが好ましい。
【００３９】
また、実施例１において使用する樹脂膜１３としては、例えば、有機溶媒として使用する溶解液８に溶解する性質を有するポリエーテルサルホン、ポリアミド、変成ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、ポリスチレン、ポリスルホン、ポリフェニレンスルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、熱可塑性ポリイミド、液晶ポリマー等がある。
【００４０】
（実施例２）
実施例２では、溶解液８として有機酸を使用する。実施例２において使用する有機酸としては、例えば、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、カプロン酸、エナント酸、カプリル酸、ベラルゴン酸、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、安息香酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、サリチル酸、コハク酸、マロン酸、シュウ酸等がある。
【００４１】
実施例２において、バンプ２Ａの上部表面に溶解液８を形成する場合、転写ステージ９上に形成された溶解液８にバンプ２Ａの上部を浸漬することは上述と同様である。この場合、転写ステージ９上に形成する溶解液８の高さは１μｍ以上５μｍ以下であることが好ましい。
【００４２】
また、実施例２において使用する樹脂膜１３としては、例えば、溶解液８として使用する有機酸に溶解する性質を有するポリカーボネート及びポリアセタールがある。
【００４３】
ここで、バンプ２Ａを溶融させるためのリフロー処理について説明する。例えば、バン
プ２Ａの材料として、錫−銀（Ｓｎ−Ａｇ）半田を使用する場合、バンプ２Ａを溶融させるため、回路基板１１の表面の最高温度が２６０℃になるように設定されたリフロー炉を用いてリフロー処理を行う。回路基板１１の表面の最高温度を２６０℃にしてリフロー処理を行う場合、有機酸の種類によっては、リフロー処理時の加熱では有機酸が気化せず、有機酸がバンプ２Ａの上部表面に存在する。
【００４４】
有機酸は、基板電極１２に対するバンプ２Ａの濡れ性を向上させる性質を備えている。そのため、バンプ２Ａを溶融させるためのリフロー処理において、有機酸がバンプ２Ａの上部表面に存在している場合、基板電極１２に対するバンプ２Ａの濡れ性が確保される。したがって、バンプ２Ａを溶融させるためのリフロー処理において、有機酸が気化しない場合、半導体素子１Ａと回路基板１１との間にフラックスを充填する処理及びフラックスを洗浄除去する処理を省略することができる。言い換えれば、リフロー処理時の加熱で気化しない有機酸を溶解液８として用いる場合、半導体素子１Ａと回路基板１１との間にフラックスを充填する処理及びフラックスを洗浄除去する処理を省略することができる。
【００４５】
例えば、回路基板１１の表面の最高温度を２６０℃にしてリフロー処理を行う場合、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、安息香酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、サリチル酸、コハク酸、マロン酸又はシュウ酸は気化しない。ただし、リフロー処理の条件に応じて、気化する有機酸の種類は異なる。バンプ２Ａの材料によりリフロー処理の条件が変更される場合、有機酸の種類を適宜選択することで、半導体素子１Ａと回路基板１１との間にフラックスを充填する処理及びフラックスを洗浄除去する処理を省略することができる。
【００４６】
リフロー処理時の加熱で気化しない有機酸を溶解液８として用いる場合、リフロー処理後、半導体素子１Ａと回路基板１１との間に有機酸である溶解液８が残存する。すなわち、バンプ２Ａの周囲に存在する残留物１４から有機酸である溶解液８が除去されず、バンプ２Ａの周囲に残留物１４が存在する状態が維持される。図７に示すように、バンプ２Ａの周囲に存在する残留物１４に含まれる有機酸である溶解液８は、半導体素子１Ａと回路基板１１との間に充填する封止樹脂１５に取り込まれる。有機酸である溶解液８は封止樹脂１５と反応性を有するため、封止樹脂１５に取り込まれた有機酸である溶解液８は封止樹脂１５と硬化反応し、封止樹脂１５の高分子骨格となる。
【００４７】
〈第２実施形態〉
第２実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する。第１実施形態では、半導体素子１Ａのバンプ２Ａの上部表面に溶解液８を形成し、回路基板１１の基板電極１２上の樹脂膜１３に溶解液８を接触させることで、樹脂膜１３に開口を形成する方法を説明した。第２実施形態では、半導体素子１Ａのバンプ２Ａの上部表面に溶解液８を形成せずに、樹脂膜２０に開口を形成する方法を説明する。なお、同一の構成要素については、第１実施形態と同一の符号を付し、その説明を省略する。また、必要に応じて図１から図７の図面を参照する。
【００４８】
第２実施形態に係る半導体装置の製造方法においては、まず、半導体素子１Ａにバンプ２Ａを形成する。半導体素子１Ａにバンプ２Ａを形成する方法については、第１実施形態に係る半導体装置の製造方法と同様であるので、その説明を省略する。また、第１実施形態に係る半導体装置の製造方法と同様に、第２実施形態に係る半導体装置の製造方法においても、バンプ２Ａに代えて、バンプ２Ｂ又はバンプ２Ｃを半導体素子１Ａに形成してもよい。
【００４９】
次に、図８（Ａ）に示すように、半導体素子１Ａに形成されているバンプ２Ａと、回路基板１１に形成されている基板電極１２との位置合わせを行う。回路基板１１及び基板電
極１２上には、回路基板１１及び基板電極１２を覆うように樹脂膜２０が形成されている。例えば、スピンコート法により、回路基板１１及び基板電極１２を覆うように樹脂膜２０を形成してもよい。樹脂膜２０としては、例えば、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン、ポリカーボネート、エチレン酢酸ビニル共重合体、ポリブチレンテレフタレート、ウレタンゴム、エチレンプロピレンゴム、スチレンゴムがある。
【００５０】
なお、回路基板１１は、第１実施形態と同様に、８．５ｍｍ角の半導体素子１Ａを搭載でき、基板電極１２を５０μｍ間隔で４００個形成している。ただし、これに限らず、他の大きさの半導体素子１Ａを回路基板１１に搭載してもよく、また、基板電極１２を回路基板１１に形成する間隔及び個数は他の値であってもよい。
【００５１】
第２実施形態では、半導体素子１Ａに形成されているバンプ２Ａと回路基板１１に形成されている基板電極１２とを接合させる例を示す。これに限らず、半導体素子１Ａに形成されているバンプ２Ａと他の半導体素子に形成されている電極パッドとを接合させる場合に、第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を適用してもよい。
【００５２】
半導体素子１Ａに形成されているバンプ２Ａと他の半導体素子に形成されている電極パッドとを接合させる場合、図８（Ｂ）に示すように、半導体素子１Ａに形成されているバンプ２Ａと、半導体素子１Ｂに形成されている電極パッド３Ｂとの位置合わせを行う。半導体素子１Ｂ及び電極パッド３Ｂ上には、半導体素子１Ｂ及び電極パッド３Ｂを覆うように樹脂膜２０が形成されている。例えば、スピンコート法により、半導体素子１Ｂ及び電極パッド３Ｂを覆うように樹脂膜２０を形成してもよい。
【００５３】
なお、図９以降では、半導体素子１Ａのバンプ２Ａと回路基板１１の基板電極１２とを接合させる例を説明し、半導体素子１Ａのバンプ２Ａと半導体素子１Ｂの電極パッド３Ｂとを接合させる例の説明は省略する。
【００５４】
次に、半導体素子１Ａを回路基板１１に押し当て、バンプ２Ａと基板電極１２上に形成されている樹脂膜２０とを接触させる。この場合、半導体素子１Ａ又は基板電極１２を加熱しながら、或いは、半導体素子１Ａ及び基板電極１２を加熱しながら、バンプ２Ａと基板電極１２上に形成されている樹脂膜２０とを接触させる。半導体素子１Ａ又は基板電極１２に加えられた熱、或いは、半導体素子１Ａ及び基板電極１２に加えられた熱が、樹脂膜２０に伝わった状態で、半導体素子１Ａを基板電極１２に押し当てることにより、樹脂膜２０の一部がバンプ２Ａと基板電極１２との間から外側に押し出される。この場合、バンプ２Ａと基板電極１２との間から外側に押し出された樹脂膜２０は、バンプ２Ａの周囲に存在することになる。
【００５５】
樹脂膜２０の一部がバンプ２Ａと基板電極１２との間から外側に押し出され、基板電極１２の一部が樹脂膜２０から露出する。基板電極１２の一部が樹脂膜２０から露出することにより、基板電極１２上に形成されている樹脂膜２０に開口が形成される。樹脂膜２０に開口が形成され、バンプ２Ａと樹脂膜２０の開口から露出する基板電極１２とが接触した状態となる。半導体素子１Ａに形成されているバンプ２Ａと、回路基板１１に形成されている基板電極１２とを接触させた状態の半導体素子１Ａ及び回路基板１１を、図９に示す。
【００５６】
次に、基板電極１２に対するバンプ２Ａの濡れ性を向上させるため、半導体素子１Ａと回路基板１１との間にフラックスを充填する。
【００５７】
次に、半導体素子１Ａ及び回路基板１１をリフロー炉に搬送し、リフロー処理を行うことにより、バンプ２Ａを溶融させる。例えば、バンプ２Ａの材料として錫−銀（Ｓｎ−Ａ
ｇ）半田を使用した場合、回路基板１１の表面の最高温度が２６０℃になるように設定されたリフロー炉を用いて、リフロー処理を行う。バンプ２Ａが溶融し、バンプ２Ａと基板電極１２とが接合することで、バンプ２Ａと基板電極１２とが電気的に導通する。
【００５８】
バンプ２Ａを溶融させることによりバンプ２Ａと基板電極１２とを接合させるが、基板電極１２上の樹脂膜２０が形成されている部分には溶融したバンプ２Ａは濡れ広がらない。このように、樹脂膜２０は、バンプ２Ａが必要以上に濡れ広がることを抑制する抑制膜として機能する。
【００５９】
溶融したバンプ２Ａは、樹脂膜２０が形成されている部分にまでは濡れ広がらず、半導体素子１Ａと回路基板１１との接続部分の金属量が確保されるため、バンプ２Ａと基板電極１２との接合部分の破断を抑制することができる。
【００６０】
次に、洗浄剤を用いて、半導体素子１Ａと回路基板１１との間に充填されたフラックスを洗浄除去する。次に、ディスペンサーを用いて、図１０に示すように、半導体素子１Ａと回路基板１１との間に、封止樹脂１５を充填する。例えば、封止樹脂１５としてアンダーフィル封止剤を用いた場合、アンダーフィル封止剤の温度を３０℃に設定し、回路基板１１の温度を６０℃に設定して、半導体素子１Ａと回路基板１１との間にアンダーフィル封止剤を充填する。アンダーフィル封止剤は、例えば、エポキシ樹脂である。
【００６１】
そして、封止樹脂１５を加熱処理することで、封止樹脂１５を硬化させる。例えば、半導体素子１Ａと回路基板１１との間に封止樹脂１５を充填後、１５０℃で２時間、オーブンの中で半導体素子１Ａ及び回路基板１１を加熱処理することで、封止樹脂１５を硬化する。
【００６２】
このように、半導体素子１Ａと回路基板１１とをフリップチップ接合し、半導体素子１Ａと回路基板１１との間に充填した封止樹脂１５を硬化させることで、図１０に示す半導体装置を製造する。
【００６３】
バンプ２Ａの上部と基板電極１２上に形成されている樹脂膜２０との接触部分が樹脂膜２０の開口部分となる。したがって、基板電極１２上に形成されている樹脂膜２０を選択的に開口することができる。そして、樹脂膜２０の開口から露出する基板電極１２にバンプ２Ａを接合させるため、バンプ２Ａと基板電極１２との接合箇所を必要最小限にすることができる。
【００６４】
基板電極１２の表面の面積がバンプ２Ａの表面の面積よりも大きい場合であっても、バンプ２Ａが過度に濡れ広がることを抑制することができる。したがって、回路基板１１に対する半導体素子１Ａの過度の搭載精度を必要とせずに、半導体素子１Ａに形成されているバンプ２Ａと回路基板１１に形成されている基板電極１２とを接合することができる。
【００６５】
第１実施形態及び第２実施形態に係る半導体装置の製造方法によって製造した半導体装置及び回路基板１１上に樹脂膜１３を形成せずに製造した半導体装置に対して、熱サイクル試験を行った。熱サイクル試験条件は、低温側の温度を−５５℃、高温側の温度を１２５℃とし、低温側での待機時間及び高温側での待機時間をそれぞれ１５分とした。第１実施形態及び第２実施形態に係る半導体装置の製造方法によって製造した半導体装置及び回路基板１１上に樹脂膜１３を形成せずに製造した半導体装置のそれぞれのサンプル数を３０個として評価した。
【００６６】
第１実施形態及び第２実施形態に係る半導体装置の製造方法によって製造した半導体装置は、１０００サイクルを繰り返しても、半導体素子１Ａのバンプ２Ａと回路基板１１の
基板電極１２との接合部分の破断は発生しなかった。
【００６７】
一方、回路基板１１上に樹脂膜１３を形成せずに製造した半導体装置は、３００サイクルを繰り返すと、半導体素子１Ａのバンプ２Ａと回路基板１１の基板電極１２との接合部分の破断が発生した。そして、５００サイクルを繰り返すと、１４個の半導体装置が、半導体素子１Ａのバンプ２Ａと回路基板１１の基板電極１２との接合部分に破断が発生した。
【００６８】
このように、熱サイクル試験によっても、第１実施形態及び第２実施形態に係る半導体装置の製造方法によって製造された半導体装置は、半導体素子１Ａのバンプ２Ａと回路基板１１の基板電極１２との接合部分の破断が抑制されることがわかる。
【符号の説明】
【００６９】
１Ａ、１Ｂ 半導体素子
２Ａ、２Ｂ、２Ｃ バンプ
３Ａ、３Ｂ 電極パッド
４ めっきバンプ
５、７ 半田
６ ボールバンプ
８ 溶解液
９ 転写ステージ
１１ 回路基板
１２ 基板電極
１３、２０ 樹脂膜
１４ 残留物
１５ 封止樹脂
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子に突起電極を形成する工程と、
前記突起電極の上部表面に溶解液を形成する工程と、
回路基板に基板電極を形成する工程と、
前記基板電極を覆うように樹脂膜を形成する工程と、
前記半導体素子を前記回路基板に押し当てながら、前記突起電極の上部表面に形成された前記溶解液と、前記基板電極を覆うように形成された前記樹脂膜とを接触させることにより、前記樹脂膜に開口を形成する工程と、
前記半導体素子に形成された前記突起電極と、前記樹脂膜の開口から露出する前記基板電極とを接合する工程と、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】
前記半導体素子と前記回路基板との間に封止樹脂を形成する工程を更に備え、
前記突起電極の上部表面に形成された前記溶解液は、前記封止樹脂に取り込まれ、前記封止樹脂の高分子骨格とな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】
前記溶解液が、メチルエチルケトン、アセトン、メチルイソブチルケトン（４−メチル−２−ペンタノン）、シクロヘキサノン、メチルヘキシルケトン（２−オクタノン）、ベンゼン、ジクロロベンゼン、ベンズアルデヒド、酢酸エチル、アセト酢酸エチル、アクリル酢酸エチル、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、カプロン酸、エナント酸、カプリル酸、ベラルゴン酸、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、安息香酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、サリチル酸、コハク酸、マロン酸及びシュウ酸のうちのいずれか１つであ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４】
前記樹脂膜が、ポリエーテルサルホン、ポリアミド、変成ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、ポリスチレン、ポリスルホン、ポリフェニレンスルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、熱可塑性ポリイミド、液晶ポリマー、ポリカーボネート及びポリアセタールのうちのいずれか１つであ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５】
第１の半導体素子に突起電極を形成する工程と、
前記突起電極の上部表面に溶解液を形成する工程と、
第２の半導体素子に電極パッドを形成する工程と、
前記電極パッドを覆うように樹脂膜を形成する工程と、
前記第１の半導体素子を前記第２の半導体素子に押し当てながら、前記突起電極の上部表面に形成された前記溶解液と、前記電極パッドを覆うように形成された前記樹脂膜とを接触させることにより、前記樹脂膜に開口を形成する工程と、
前記第１の半導体素子に形成された前記突起電極と、前記樹脂膜の開口から露出する前記電極パッドとを接合する工程と、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６】
第１の半導体素子と、
前記第１の半導体素子に設けられた突起電極と、
第２の半導体素子と、
前記第２の半導体素子に設けられた電極パッドと、
前記電極パッドを覆うように形成された樹脂膜と、
前記半導体素子と前記回路基板との間に封止樹脂と、を備え、
前記樹脂膜は開口を有し、
前記突起電極と前記樹脂膜の開口から露出した前記電極パッドとが接合され、
前記封止樹脂には、前記樹脂膜を溶解することで前記樹脂膜に前記開口を形成するための溶解液が取り込まれ、前記溶解液は前記封止樹脂の高分子骨格となることを特徴とする
半導体装置。
【請求項７】
半導体素子と、
前記半導体素子に設けられた突起電極と、
回路基板と、
前記回路基板に設けられた基板電極と、
前記基板電極を覆うように形成された樹脂膜と、
前記半導体素子と前記回路基板との間に封止樹脂と、を備え、
前記樹脂膜は開口を有し、
前記突起電極と前記樹脂膜の開口から露出した前記基板電極とが接合され、
前記封止樹脂には、前記樹脂膜を溶解することで前記樹脂膜に前記開口を形成するための溶解液が取り込まれ、前記溶解液は前記封止樹脂の高分子骨格となることを特徴とする半導体装置。
【請求項１】
半導体素子に突起電極を形成する工程と、
前記突起電極の上部表面に溶解液を形成する工程と、
回路基板に基板電極を形成する工程と、
前記基板電極を覆うように樹脂膜を形成する工程と、
前記半導体素子を前記回路基板に押し当てながら、前記突起電極の上部表面に形成された前記溶解液と、前記基板電極を覆うように形成された前記樹脂膜とを接触させることにより、前記樹脂膜に開口を形成する工程と、
前記半導体素子に形成された前記突起電極と、前記樹脂膜の開口から露出する前記基板電極とを接合する工程と、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】
前記半導体素子と前記回路基板との間に封止樹脂を形成する工程を更に備え、
前記突起電極の上部表面に形成された前記溶解液は、前記封止樹脂に取り込まれ、前記封止樹脂の高分子骨格とな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】
前記溶解液が、メチルエチルケトン、アセトン、メチルイソブチルケトン（４−メチル−２−ペンタノン）、シクロヘキサノン、メチルヘキシルケトン（２−オクタノン）、ベンゼン、ジクロロベンゼン、ベンズアルデヒド、酢酸エチル、アセト酢酸エチル、アクリル酢酸エチル、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、カプロン酸、エナント酸、カプリル酸、ベラルゴン酸、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、安息香酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、サリチル酸、コハク酸、マロン酸及びシュウ酸のうちのいずれか１つであ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４】
前記樹脂膜が、ポリエーテルサルホン、ポリアミド、変成ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、ポリスチレン、ポリスルホン、ポリフェニレンスルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、熱可塑性ポリイミド、液晶ポリマー、ポリカーボネート及びポリアセタールのうちのいずれか１つであ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５】
第１の半導体素子に突起電極を形成する工程と、
前記突起電極の上部表面に溶解液を形成する工程と、
第２の半導体素子に電極パッドを形成する工程と、
前記電極パッドを覆うように樹脂膜を形成する工程と、
前記第１の半導体素子を前記第２の半導体素子に押し当てながら、前記突起電極の上部表面に形成された前記溶解液と、前記電極パッドを覆うように形成された前記樹脂膜とを接触させることにより、前記樹脂膜に開口を形成する工程と、
前記第１の半導体素子に形成された前記突起電極と、前記樹脂膜の開口から露出する前記電極パッドとを接合する工程と、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６】
第１の半導体素子と、
前記第１の半導体素子に設けられた突起電極と、
第２の半導体素子と、
前記第２の半導体素子に設けられた電極パッドと、
前記電極パッドを覆うように形成された樹脂膜と、
前記半導体素子と前記回路基板との間に封止樹脂と、を備え、
前記樹脂膜は開口を有し、
前記突起電極と前記樹脂膜の開口から露出した前記電極パッドとが接合され、
前記封止樹脂には、前記樹脂膜を溶解することで前記樹脂膜に前記開口を形成するための溶解液が取り込まれ、前記溶解液は前記封止樹脂の高分子骨格となることを特徴とする
半導体装置。
【請求項７】
半導体素子と、
前記半導体素子に設けられた突起電極と、
回路基板と、
前記回路基板に設けられた基板電極と、
前記基板電極を覆うように形成された樹脂膜と、
前記半導体素子と前記回路基板との間に封止樹脂と、を備え、
前記樹脂膜は開口を有し、
前記突起電極と前記樹脂膜の開口から露出した前記基板電極とが接合され、
前記封止樹脂には、前記樹脂膜を溶解することで前記樹脂膜に前記開口を形成するための溶解液が取り込まれ、前記溶解液は前記封止樹脂の高分子骨格となることを特徴とする半導体装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−２５８０４５（Ｐ２０１０−２５８０４５Ａ）
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１０３４３６（Ｐ２００９−１０３４３６）
【出願日】平成２１年４月２１日（２００９．４．２１）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月２１日（２００９．４．２１）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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