JP2000311923A - 半導体装置の製造方法および半導体装置 - Google Patents

半導体装置の製造方法および半導体装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 フリップ接合時に半導体チップに加える荷重
を低減でき、半導体装置の製造効率および信頼性の向上
を図り得る半導体装置の製造方法を提供する。 【解決手段】 配線基板上で半導体チップの回路面を下
側にして、前記半導体チップと前記配線基板との間を前
記配線基板の配線部より高い突起状の半田バンプ電極で
接続搭載し、さらに前記半導体チップと前記配線基板と
の間が熱硬化性の樹脂組成物にて接着されている半導体
装置の製造方法において、前記樹脂組成物層をあらかじ
め前記半導体チップまたは前記配線基板に形成し、半田
の融点以下の温度で溶融させ、前記半導体チップと前記
配線基板との半田溶融接合時には前記樹脂組成物は溶融
状態を保ち、前記半導体チップと前記配線基板とを電気
的に接続後、半田の融点温度以下で前記樹脂組成物硬化
をさて半導体装置を製造する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の製造方
法およびそれを用いた半導体装置に係り、とくにフリッ
プチップ実装したＢＧＡ（ボールグリッドアレー）の半
導体装置ならびにその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の樹脂封止型の半導体装置を製造す
るためには、配線形成面の電極パッド上に突起バンプ電
極が形成された半導体チップのバンプ電極を実装基板上
に圧着接合した後、チップ配線面と実装基板との間隙部
にアンダーフィル樹脂を注入することにより、半導体チ
ップをその配線形成面および突起バンプ電極が樹脂封止
された状態で実装基板上に実装する方法が開発されてい
る。しかし、このような製造方法では実装基板上に実装
する際の樹脂封止工程に時間を要するばかりでなく、樹
脂の流動性、充填剤量等が制約されるため、充分な信頼
性の確保が困難になっている。
【０００３】また、特開平２−９６３４３にはアンダー
フィル方式とは異なり、半導体チップと該半導体チップ
が搭載される被搭載部材との間に固体でかつ板状の熱硬
化性樹脂を介して接合する方法が示されている。この方
法は、半田を介して半導体チップと被搭載部材との間を
電気的に接続するものであるが、半田を溶融接合させる
際、間に存在する熱硬化性樹脂を溶融させることはしな
い。その場合、半導体チップと被搭載部材との距離を一
定に保ちながら半田接合を行なうには、半導体チップに
大きな荷重をかける必要が生じる。半導体チップに大き
な荷重を付加することは、半導体チップの破損といった
問題を引き起こすことがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前記のようなアンダー
フィル樹脂を用いる従来の半導体装置は、半導体チップ
と配線基板の間隙に封止樹脂を注入する必要があるため
に工程が複雑であるのと同時に、封止樹脂に関してはボ
イド無く注入するために必要となる樹脂の流動性、充填
剤量の制御が困難である。また、半導体チップと配線基
板との間に樹脂組成物層を介する前記従来の方法では、
チップに対して大きな荷重をかける必要が生じ、半導体
チップの破損といった問題を引き起こす。
【０００５】本発明は前記の問題点に鑑みてなされたも
のであり、フリップ接合時に半導体チップに加える荷重
を低減でき、半導体装置の製造効率および信頼性の向上
を図り得る半導体装置の製造方法を提供することを目的
とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】配線基板上で半導体チッ
プの回路面を下側にして、半導体チップと配線基板との
間を配線基板の配線部より高い突起状の半田バンプ電極
で接続搭載し、さらに半導体チップと配線基板との間が
樹脂組成物にて接着されている半導体装置の製造方法に
おける前記の課題は下記の手段を講じることにより解決
することができる。
【０００７】本発明は、配線基板上で半導体チップの回
路面を下側にして、前記半導体チップと前記配線基板と
の間を前記配線基板の配線部より高い突起状の半田バン
プ電極で接続搭載し、さらに前記半導体チップと前記配
線基板との間が熱硬化性の樹脂組成物にて接着されてい
る半導体装置の製造方法において、前記樹脂組成物層を
あらかじめ前記半導体チップまたは前記配線基板に形成
し、半田の融点以下の温度で溶融させ、前記半導体チッ
プと前記配線基板との半田溶融接合時には前記樹脂組成
物は溶融状態を保ち、前記半導体チップと前記配線基板
とを電気的に接続後、半田の融点温度以下で前記樹脂組
成物硬化をさせることを特徴とする半導体装置の製造方
法に関する。
【０００８】また、本発明は、配線基板上で半導体チッ
プの回路面を下側にして、前記半導体チップと前記配線
基板との間を前記配線基板の配線部より高い突起状の半
田バンプ電極で接続搭載し、さらに前記半導体チップと
前記配線基板との間が熱硬化性の樹脂組成物にて接着さ
れている半導体装置の製造方法において、前記樹脂組成
物層をあらかじめ前記半導体チップまたは前記配線基板
に形成し、半田バンプの融点以下の温度で溶融させ、溶
融状態で、前記半導体チップと前記配線基板との間隔を
一定に保持しながら、前記半田バンプの融点以上の温度
で半田バンプを溶融させて、前記半導体チップと前記配
線基板とを電気的に接続後、半田の融点温度以下で前記
樹脂組成物を硬化させることを特徴とする半導体装置の
製造方法に関する。
【０００９】この場合、前記樹脂組成物層をあらかじめ
前記半導体チップに形成する際に、半導体ウエハ上に前
記樹脂組成物層を形成し、前記半導体ウエハと前記樹脂
組成物層を切断して前記半導体チップに分離することが
好ましい。
【００１０】この場合、前記半田バンプ電極をあらかじ
め前記半導体チップ側に形成し、半田を溶融させ前記配
線基板と電気的に接続することができる。
【００１１】この場合、前記半田バンプ電極をあらかじ
め前記配線基板側に形成し、半田を溶融させ前記半導体
チップと電気的に接続することができる。
【００１２】この場合、前記半田バンプ電極をあらかじ
め前記半導体チップ、前記配線基板双方に形成し、半田
を溶融させ前記半導体チップと前記配線基板とを電気的
に接続させることができる。
【００１３】この場合、前記樹脂組成物がフィルム形状
で前記半導体チップまたは前記配線基板に貼り付けるこ
とが好ましい。
【００１４】この場合、前記樹脂組成物が溶剤を含有
し、前記半導体チップまたは前記配線基板に塗布後、乾
燥させることが好ましい。
【００１５】この場合、前記樹脂組成物が（ａ）エポキ
シ樹脂を含むことが好ましい。
【００１６】この場合、前記樹脂組成物が（ｂ）充填剤
を含むことが好ましい。
【００１７】この場合、あらかじめ前記半導体チップま
たは前記配線基板に前記樹脂組成物層を形成した後、１
８０℃に加熱するまでに樹脂組成物が溶融することが好
ましい。
【００１８】この場合、あらかじめ前記半導体チップま
たは前記配線基板に前記樹脂組成物層を形成した後、２
３０℃で１０秒以内に前記樹脂組成物がゲル化しないこ
とが好ましい。
【００１９】この場合、前記半導体チップと前記配線基
板を電気的に接続した後の前記樹脂組成物層が、１００
〜１８０℃でかつ１２時間以内に硬化することが好まし
い。
【００２０】この場合、前記樹脂組成物が硬化後に、１
００〜２００℃のガラス転移温度を有することが好まし
い。
【００２１】この場合、前記樹脂組成物が硬化後に、ガ
ラス転移温度以下の熱膨張係数が１０〜３０ｐｐｍ／℃
以下であることが好ましい。
【００２２】また、本発明は前記半導体装置の製造方法
によって作製した半導体装置に関する。
【００２３】
【発明の実施の形態】本発明にかかわる半導体装置の製
造方法は、従来の方法とは異なり樹脂組成物層をあらか
じめ半導体チップまたは配線基板に形成する。たとえば
図１を用いて説明する。図中、１は半導体ウエハ、２は
半導体チップ、３は半田バンプ電極、４は樹脂塑性物
層、５は配線基板、６は外部バンプ電極である。
【００２４】樹脂組成物層を形成した半導体チップまた
は配線基板を半田の融点以下の温度で溶融させ（工程
（v））、半導体チップと配線基板との半田溶融接合時
には前記樹脂組成物は溶融状態を保ち、半導体チップと
配線基板とを電気的に接続後（工程（vi））、半田の融
点温度以下で樹脂組成物硬化をさせる（工程（vii））
ことを特徴とする半導体装置の製造方法である。この半
導体チップと配線基板を半田溶融接合する際に（工程
（vi））、樹脂組成物層が溶融状態を保っていること
で、半田溶融接合に悪影響を与えない。さらに、樹脂組
成物を硬化後に、配線基板に外部バンプ電極を形成する
こともできる（工程（viii））。
【００２５】工程（v）および工程（vi）においては、
接合後に良好なバンプ形状を得ることができる点で、半
導体チップと配線基板との間隔を一定に保持することが
好ましい。
【００２６】本発明に用いる樹脂組成物は、熱硬化性樹
脂である。ただし、熱硬化性樹脂に他の樹脂例えば熱可
塑性樹脂等を混合したものであってもよい。
【００２７】本発明に用いることのできる半田バンプ電
極の材料としては、錫−鉛系のはんだ、錫−銀系、錫−
ビスマス系、錫−亜鉛系等の鉛フリーはんだなどのいず
れの導電性材料も適用可能である。中でも、錫−鉛系
（錫６３重量％）の共晶半田（融点１８３℃）が信頼性
の点から望ましい。また、ほかの導電性材料と前記半田
材料とを組み合わせた半田バンプ電極であってもよい。
たとえば、金と半田を組み合わせたものがあげられる。
【００２８】樹脂組成物層をあらかじめ前記半導体チッ
プに形成する際に、分離する前の半導体ウエハ上に樹脂
組成物層を形成し、半導体ウエハと樹脂組成物層を切断
して前記半導体チップに分離することができる（工程
（iv））。樹脂組成物層が形成された半導体ウエハを分
離する方法は、通常の半導体ウエハを分離するのと同様
ダンシングソーなどを用いることができる。
【００２９】半田バンプ電極は、あらかじめ半導体チッ
プ側に形成し、半田を溶融させ配線基板と電気的に接続
することも、あらかじめ配線基板側に形成し、半田を溶
融させ半導体チップと電気的に接続することもできる
（工程（ii））。また、半田バンプ電極はあらかじめ半
導体チップ、配線基板双方に形成し半田を溶融させ、半
導体チップと配線基板とを電気的に接続させることも可
能である（工程（ii））。
【００３０】本発明にかかわる半導体装置の製造方法で
用いる樹脂組成物は、フィルム形状で前記半導体チップ
または前記配線基板に貼り付けることができるものが好
ましい。このフィルムを半導体チップまたは配線基板に
貼り付ける際に、加熱や加圧を行なって貼り付けること
もできる。
【００３１】また、前記樹脂組成物は、樹脂組成物が溶
剤を含有し、半導体チップまたは前記配線基板に塗布
後、乾燥させることで溶剤を揮発させることができるも
のが好ましい。前記溶剤としては、従来からのもので樹
脂組成物中の無機系材料以外を溶解させるものであれば
よく、たとえばジメチルスルホキシド、ジメチルホルム
アミド、塩化メチレン、クロロホルム、メチルエチルケ
トン、アセトン、テトラヒドロフラン、酢酸エチルなど
の溶剤単独またはその混合溶剤があげられる。中でも、
８０〜１００℃で乾燥でき、樹脂組成物を溶解させるこ
とができる点で、メチルエチルケトンまたはその混合溶
剤が好ましい。
【００３２】前記樹脂組成物は、半導体分野での使用実
績があり、樹脂組成物に接着性を付与することから、
（ａ）エポキシ樹脂を含むことが好ましい。
【００３３】本発明の樹脂組成物において用いるエポキ
シ樹脂（ａ）としては、１分子中に２個以上のエポキシ
基をもつエポキシ樹脂で、従来公知のものであればとく
に制限はないが、たとえばビスフェノールＡ型エポキシ
樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノー
ルＳ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡＤ型エポキシ樹
脂、ジアリルビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ジアリ
ルビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ジアリルビスフェ
ノールＡＤ型エポキシ樹脂、テトラメチルビフェノール
型エポキシ樹脂、ビフェノール型エポキシ樹脂、シクロ
ペンタジエン型エポキシ樹脂、テルペンフェノール型エ
ポキシ樹脂、テトラブロムビスフェノールＡ型エポキシ
樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾー
ルノボラック型エポキシ樹脂、トリフェニルメタン型エ
ポキシ樹脂、環式脂肪族エポキシ樹脂、グリシジルエス
テルエポキシ樹脂および複素環式エポキシ樹脂などがあ
り、単独またはその混合物があげられる。
【００３４】前記樹脂組成物は、樹脂組成物の熱膨張係
数を小さくし、低吸水性を付与するために（ｂ）充填剤
を含むことが好ましい。
【００３５】本発明において用いることのできる充填剤
（ｂ）としては、従来からのもので、本発明の硬化を損
なわないものであればよく、たとえば、溶融シリカ、結
晶シリカなどのシリカ、アルミナ、チッ化ケイ素、炭酸
カルシウム、酸化亜鉛などがあげられる。中でも、得ら
れる樹脂組成物の熱膨張係数を低下させ、機械的強度を
向上させるという点から、溶融シリカを用いるのが好ま
しい。さらに、流動性を付与する点から、球状の溶融シ
リカを用いるのが望ましい。
【００３６】本発明の半導体装置の製造方法では、あら
かじめ半導体チップまたは配線基板に樹脂組成物層を形
成した後、１８０℃に加熱するまでに樹脂組成物が溶融
することが好ましい。そのために、樹脂組成物は室温で
固体であり、１８０℃以下で溶融すればよい。中でも、
樹脂溶融時に樹脂粘度が低くくなることから約８０℃で
溶融する樹脂組成物が望ましい。
【００３７】また、あらかじめ前記半導体チップまたは
前記配線基板に前記樹脂組成物層を形成した後、好まし
くは２３０℃で１０秒以内に前記樹脂組成物がゲル化し
ないことが好ましい。ここで、樹脂のゲル化とは樹脂が
反応により流動性を示さないことをいう。半導体チップ
と配線基板とを半田バンプ電極を用いて電気的に接続す
る方法としては、フリップチップボンダーなどの装置を
用いることができる。フリップチップボンダーにて半導
体チップと配線基板とが接合する前に、樹脂が硬化する
と、半田バンプ電極の導通がとれない場合や半田バンプ
電極の形状が悪いため信頼性が劣るといった問題が発生
する。そのため、フリップチップボンダーにて半導体チ
ップと配線基板とを接合する条件２３０℃で１０秒以内
に樹脂がゲル化しないことが必要となる。
【００３８】また、半導体チップと前記配線基板を接合
した後の前記樹脂組成物層が、半田の融点以下の１００
〜１８０℃でかつ１２時間以内に硬化することが好まし
い。ゲル化を遅くすると硬化時間が長くなるが、製造上
の効率から１〜３時間であることが好ましい。
【００３９】本発明の半導体装置の製造方法では、樹脂
組成物が硬化後に、１００〜２００℃のガラス転移温度
を有することが好ましい。ここで、ガラス転移温度と
は、熱機械分析（ＴＭＡ）により温度−熱膨張曲線の硬
化物のガラス領域とゴム領域の直線の延長線の交点から
ガラス転移温度を求めた。ガラス転移温度が１００℃未
満であると半導体装置としての耐湿性や耐熱性等の信頼
性に問題が生じる。さらに、高信頼性を要求される場合
には、ガラス転移温度が１３０〜２００℃であることが
好ましい。
【００４０】本発明の半導体装置の製造方法では、樹脂
組成物が硬化後に、ガラス転移温度以下の熱膨張係数が
１０〜３０ｐｐｍ／℃であることが好ましい。ここで、
熱膨張係数は熱機械分析（ＴＭＡ）により求めた。半導
体装置を使用する際の環境の温度変化により、半導体チ
ップと配線基板との熱膨張係数の差による熱応力が発生
し、半田バンプ電極や樹脂組成物層に加わることとな
る。この熱応力は半導体チップと配線基板間の電気的接
続信頼性を悪化させるため、熱応力を避ける必要が生じ
る。このためには、樹脂組成物層として、熱膨張係数の
小さなもの（半田の熱膨張係数から配線基板の熱膨張に
近いもの）が望まれる。充填剤として、溶融シリカを使
用した場合、樹脂組成物中に約６０重量％以上含有して
いる樹脂組成物を使用することが望まれる。さらに好ま
しくは、熱膨張係数が１０〜２０ｐｐｍ／℃であること
が好ましい。
【００４１】以下に、最も好ましい実施の態様について
さらに詳しく説明する。
【００４２】実施の形態１ 本発明の実施の形態１による半導体装置の製造方法を、
図８を用いて説明する。図中、７は加熱ステージ、８は
加熱ヘッドである。
【００４３】まず、半導体ウエハ１に半田バンプ電極３
を形成する（工程（ii））。つぎに、樹脂組成物層４を
半田バンプ電極３の形成された半導体ウエハ１上に形成
する（工程（iii））。つぎに、樹脂組成物層４が形成
された半導体ウエハ１をダインシングソーを用いて半導
体チップ２に切断分離する（工程（iv））。
【００４４】別途配線基板５上にバンプ電極３を形成
し、バンプ電極３が形成された配線基板５を所定温度、
すなわちバンプ電極３の融点未満に設定した加熱ステー
ジ７に位置決めして固定する。また、切断分離した半導
体チップ２を加熱ヘッド８に位置決めして固定する（工
程（v））。
【００４５】加熱ヘッドをバンプ電極３の融点未満でし
かも樹脂組成物層４の樹脂組成物の融点以上の温度に加
熱しながら、加熱ヘッド８を動かし、加熱ヘッド８に固
定した半導体チップ２の半田バンプ電極３と加熱ステー
ジ７に固定した配線基板５のバンプ電極３とを接触させ
る。半導体チップ２と配線基板５との間隔を両バンプ電
極３が接触状態を保つように一定に保持したまま、所定
のプロファイルで加熱ヘッド８を昇温してバンプ電極３
および樹脂組成物層４を樹脂組成物がゲル化しない範囲
で加熱し、樹脂組成物およびバンプ電極３をともに溶融
状態として配線基板５と半導体チップ２とを電気的に接
続する（工程（vi））。
【００４６】なお、樹脂のゲル化とは、樹脂が反応によ
り流動性を示さないことをいう。
【００４７】配線基板５と半導体チップ２との間隔を一
定にしたまま、所定のプロファイルで加熱ヘッドを降温
して配線基板５、半導体チップ２、バンプ電極３、およ
び樹脂組成物層４の樹脂組成物の融点未満の温度に冷却
する。樹脂組成物およびバンプ電極３は共に固化する。
【００４８】接合された半導体装置をバンプ電極３の融
点未満でしかも樹脂組成物層４の樹脂組成物が硬化可能
な所定温度に設定したオーブンに樹脂組成物が硬化する
まで所定時間置いて、樹脂組成物を硬化させる（工程
（vii））。さらに、樹脂組成物の硬化後に、配線基板
５に外部バンプ電極６を形成することもできる（工程
（viii））。
【００４９】前記のような接続方法によれば、従来の狭
間隙間に樹脂を流し込むアンダーフィル方式を用いるの
に比較して、時間の短縮、工程の削減ができ、アンダー
フィル方式では困難とされる超狭間隙に対しても、あら
かじめ樹脂組成物層４を形成することにより可能とな
る。
【００５０】また、配線基板５と半導体チップ２とを電
気的に接続する際に、樹脂組成物層４の樹脂組成物が溶
融しないプロセスであると、配線基板５と半導体チップ
２との間隔を一定に保つには、高荷重を半導体チップ２
に負荷する必要がある。一方、本発明にかかわるプロセ
スでは、配線基板５と半導体チップ２とを電気的に接続
する際、樹脂組成物層４の樹脂組成物が溶融状態である
ため、半導体チップ２に対して低荷重で、電気的接続後
のバンプ電極形状が良好な形態を得ることができるよう
配線基板５と半導体チップ２との間隔を一定に保つこと
ができる。
【００５１】実施の形態２ 本発明の実施の形態２による半導体装置の製造方法を図
９を用いて説明する。
【００５２】まず、配線基板５に半田バンプ電極３を形
成する（工程（ii））。つぎに、樹脂組成物層４を半田
バンプ電極３の形成された配線基板５上に形成する（工
程（iii））。
【００５３】樹脂組成物４が形成された配線基板５を所
定温度すなわち半田バンプ電極３の融点未満に設定した
加熱ステージ７に位置決めして固定する。また、半導体
チップ２を加熱ヘッド８に位置決めして固定する（工程
（v））。
【００５４】加熱ヘッドを半田バンプ電極３の融点未満
でしかも樹脂組成物層４の樹脂組成物の融点以上の温度
に加熱しながら、加熱ヘッド８を動かし、加熱ヘッド８
に固定した半導体チップ２のパッド部分と加熱ステージ
７に固定した配線基板５の半田バンプ電極３とを接触さ
せる。半導体チップ２と配線基板５との間隔を半田バン
プ電極３と半導体チップ２のパッド部分とが接触状態を
保つように一定に保持したまま、所定のプロファイルで
加熱ヘッド８を昇温して半田バンプ電極３および樹脂組
成物層４を樹脂組成物層４の樹脂組成物がゲル化しない
範囲で加熱し、樹脂組成物および半田バンプ電極３を共
に溶融状態として配線基板５と半導体チップ２とを電気
的に接続する（工程（vi））。
【００５５】以下、実施の形態１と同様に樹脂硬化を行
ない、外部バンプ形成も行なうことができる。
【００５６】実施の形態３本発明の実施の形態３による
半導体装置の製造方法を図１０を用いて説明する。
【００５７】まず、配線基板５に半田バンプ電極３を形
成する（工程（ii））。つぎに、樹脂組成物層４を半田
バンプ電極３の形成された配線基板５上に形成する（工
程（iii））。
【００５８】樹脂組成物層４が形成された配線基板５を
所定温度すなわち半田バンプ電極３の融点未満に設定し
た加熱ステージ７に位置決めして固定する。また、別途
半田バンプ電極３を形成した半導体チップ２を加熱ヘッ
ド８に位置決めして固定する（工程（v））。
【００５９】加熱ヘッドをバンプ電極３の融点未満でし
かも樹脂組成物層４の樹脂組成物の融点以上の温度に加
熱しながら、加熱ヘッド８を動かし、加熱ヘッド８に固
定した半導体チップ２の半田バンプ電極３と加熱ステー
ジ７に固定した配線基板５の半田バンプ電極３とを接触
させる。半導体チップ２と配線基板５との間隔を両バン
プ電極３が接触状態を保つように一定に保持したまま、
所定のプロファイルで加熱ヘッド８を昇温してバンプ電
極３および樹脂組成物層４を樹脂組成物がゲル化しない
範囲で加熱し、樹脂組成物およびバンプ電極３を共に溶
融状態として配線基板５と半導体チップ２とを電気的に
接続する（工程（vi））。
【００６０】以下、実施の形態１と同様に樹脂硬化を行
ない、外部バンプ形成も行なうことができる。
【００６１】
【実施例】以下、添付図面に基づいて本発明にかかわる
半導体装置の製造方法を詳細に説明する。
【００６２】本発明に用いる樹脂組成物として、表１に
示す（Ａ）エポキシ樹脂系フィルム、（Ｂ）溶剤入りエ
ポキシ樹脂系ペースト、（Ｃ）溶剤入りエポキシ樹脂系
ペースト、（Ｄ）溶剤入りエポキシ樹脂系ペーストの４
種類を用いた。なお、ゲル化時間は熱板上にて測定し
た。ガラス転移温度および熱膨張係数は熱機械分析装置
（ＴＭＡ）を用いて測定した。
【００６３】
【表１】
【００６４】実施例１ 図１は本発明の実施例１の製造工程を示したものであ
る。まず、半導体ウエハ１上に集積回路を形成した複数
の半導体チップ２上に配設した多数の錫−鉛系（錫６３
重量％）の共晶半田バンプ電極３形成した（工程（i
i））。つぎに半導体ウエハ上にフィルム状の樹脂組成
物（Ａ）を加熱加圧（８０℃、１０秒、０．１ｋｇｆ／
ｍｍ2）して樹脂組成物層４を形成した（工程（ii
i））。なお、この加熱加圧によって、樹脂組成物
（Ａ）は溶融し、加熱加圧ののち、室温に戻すとフィル
ムは固化していた。
【００６５】ダイシングソー等を用い、半導体ウエハ１
と樹脂組成物層４とともに個々の半導体チップ２に分離
した（工程（iv））。分離された半導体チップ２は回路
面を下面にして、配線基板５とフリップチップボンダー
等を用いて電気的に接続した（２３０℃、１０秒）（工
程（v）、（vi））。この際、樹脂組成物層は半田の溶
融時には溶融しており、半田接合に悪影響を与えなかっ
た。その後、半田の融点以下の温度にて、樹脂組成物層
の硬化（１７０℃、２時間）を行なった（工程（vi
i））。最後に配線基板５に対して外部バンプ電極６の
形成を行ない半導体装置を得た（工程（viii））。
【００６６】実施例２ 図２は本発明の実施例２の製造工程を示したものであ
る。実施例１と同様に半導体ウエハ１上に集積回路を形
成した複数の半導体チップ２上に配設した多数の錫−鉛
系（錫６３重量％）の共晶半田バンプ電極３形成した
（工程（ii））。つぎに半導体ウエハ１上に溶剤の含有
した樹脂組成物（Ｂ）層４を印刷機等を用いて形成した
（工程（ii）−１）。その後、樹脂組成物層を乾燥させ
た（８０℃、１０分）（工程（ii）−２）。
【００６７】乾燥後の樹脂組成物層を形成した半導体ウ
エハは実施例１と同様の工程にて、分離、接合、硬化、
外部バンプ電極形成を行ない半導体装置を得た（工程
（iv）〜（viii））。
【００６８】実施例３ 図３は本発明の実施例３の製造工程を示したものであ
る。まず、半導体ウエハ１上に集積回路を形成した複数
の半導体チップ２上に配設した多数の錫−鉛系（錫６３
重量％）の共晶半田バンプ電極３形成した（工程（i
i））。ダイシングソー等を用い、半導体ウエハ１を個
々の半導体チップ２に分離した（工程（iv））。別に、
配線基板５にフィルム状の樹脂組成物（Ａ）を加熱加圧
（８０℃、１０秒、０．１ｋｇｆ／ｍｍ2）して樹脂組
成物層４を形成した（工程（iii））。なお、この加熱
加圧によって、樹脂組成物（Ａ）は溶融し、加熱加圧の
のち、室温に戻すとフィルムは固化していた。
【００６９】分離された半導体チップ２は回路面を下面
にして、配線基板５とフリップチップボンダー等を用い
て電気的に接続した（２３０℃、１０秒）（工程
（v）、（vi））。以後、実施例１と同様の工程にて、
硬化、外部バンプ電極形成を行ない半導体装置を得た
（工程（vii）、（viii））。
【００７０】実施例４ 図４は本発明の実施例４の製造工程を示したものであ
る。配線基板５上に錫−鉛系（錫６３重量％）の共晶半
田バンプ電極３形成した（工程（ii））。つぎにフィル
ム状の樹脂組成物（Ａ）を加熱加圧（８０℃、１０秒、
０．１ｋｇｆ／ｍｍ2）して樹脂組成物層４を形成した
（工程（iv））。なお、この加熱加圧によって、樹脂組
成物（Ａ）は溶融し、加熱加圧ののち、室温に戻すとフ
ィルムは固化していた。
【００７１】分離された半導体チップ２は回路面を下面
にして、配線基板５とフリップチップボンダー等を用い
て電気的に接続した（２３０℃、１０秒）（工程
（v）、（vi））。以後、実施例１と同様の工程にて、
硬化、外部バンプ電極形成を行ない半導体装置を得た
（工程（vii）、（viii））。
【００７２】実施例５ 図５は本発明の実施例５の製造工程を示したものであ
る。まず、半導体ウエハ１上に集積回路を形成した複数
の半導体チップ２上に配設した多数の錫−鉛系（錫６３
重量％）の共晶半田バンプ電極３形成した（工程（i
i））。ダイシングソー等を用い、半導体ウエハ１を個
々の半導体チップ２に分離した（工程（iv））。別に、
配線基板５上にも錫−鉛系（錫６３重量％）の共晶半田
バンプ電極３形成する（工程（ii））。つぎにフィルム
状の樹脂組成物（Ａ）を加熱加圧（８０℃、１０秒、
０．１ｋｇｆ／ｍｍ2）して樹脂組成物層４を形成した
（工程（iv））。なお、この加熱加圧によって、樹脂組
成物（Ａ）は溶融し、加熱加圧ののち、室温に戻すとフ
ィルムは固化していた。
【００７３】分離された半導体チップ２は回路面を下面
にして、配線基板５とフリップチップボンダー等を用い
て電気的に接続した（２３０℃、１０秒）（工程
（v）、（vi））。以後、実施例１と同様の工程にて、
硬化、外部バンプ電極形成を行ない半導体装置を得た
（工程（vii）、（viii））。
【００７４】実施例６ 図６は本発明の実施例６の製造工程を示したものであ
る。まず、配線基板５上に錫−鉛系（錫６３重量％）の
共晶半田バンプ電極３形成した（工程（ii））。つぎに
配線基板５上に溶剤の含有した樹脂組成物（Ｂ）層４を
印刷機等を用いて形成した（工程（iii）−１）。その
後、樹脂組成物層を乾燥させた（８０℃、１０分）（工
程（iii）−２）。分離された半導体チップ２は回路面
を下面にして、乾燥後の樹脂組成物層を形成した配線基
板５とフリップチップボンダー等を用いて電気的に接続
した（２３０℃、１０秒）（工程（v）、（vi））。
【００７５】以後、実施例１と同様の工程にて、硬化、
外部バンプ電極形成を行ない半導体装置を得た（工程
（vii）、（viii））。
【００７６】実施例７ 樹脂組成物として（Ｃ）溶剤入りエポキシ樹脂系ペース
トを用い、実施例６と同様の方法で半導体装置を得た。
【００７７】実施例８ 樹脂組成物として（Ｄ）溶剤入りエポキシ樹脂系ペース
トを用い、実施例６と同様の方法で半導体装置を得た。
【００７８】比較例１ 樹脂組成物として表１中に示した（Ｅ）エポキシ樹脂系
フィルム用い、実施例４と同様の方法で半導体装置を得
た。
【００７９】比較例２ 図７は比較例２の製造工程を以下に示したものである。
配線基板５上に錫−鉛系（錫６３重量％）の共晶半田バ
ンプ電極３を形成した（工程（ii））。つぎにフィルム
状の樹脂組成物（Ｅ）を加熱加圧（８０℃、１０秒、
０．１ｋｇｆ／ｍｍ2）して樹脂組成物層４を形成した
（工程（iv））。
【００８０】分離された半導体チップ２は回路面を下面
にして、配線基板５とフリップチップボンダー等を用い
て圧接した（１５０℃、５０秒、０．５ｋｇｆ／ｍ
ｍ2）（工程（v）、（vi））。つぎに、半田バンプ電極
を溶融させるため、リフロー工程を行なった（２６０
℃、１０ｓ）（工程（vii））。
【００８１】実施例１〜８ならびに比較例１〜２で作製
した半導体装置の半導体チップと配線基板間との電気的
な接続抵抗を評価した結果、実施例１〜８に基づいて作
製した半導体装置は半導体チップと配線基板間の電気的
な接合は問題なく確保されているのに対し、比較例１〜
２により作製した半導体装置は初期から電気的な接合は
確保されていなかった。さらに、実施例１〜８に基づい
て作製した半導体装置は−４０℃〜１２５℃の温度サイ
クル試験１０００サイクルの半導体装置においても接続
抵抗の変化は認められなかった。また、ＰＣＴ試験（１
２１℃、２気圧）１６８時間においても変化は認められ
なかった。
【００８２】実施例９ 図８の工程にしたがって半導体装置を製造した。まず、
半導体ウエハ１上に集積回路を形成した複数の半導体チ
ップ２上に配設した多数の錫−鉛系（錫６３重量％）の
高さ１００ミクロンの共晶半田バンプ電極３形成した
（工程（ii））。
【００８３】この半導体ウエハ１上に厚み１２０ミクロ
ンのフィルム状の樹脂組成物（Ａ）を加熱加圧（８０
℃、１０秒、０．１ｋｇｆ／ｍｍ2）して樹脂組成物層
４を形成した（工程（iii））。
【００８４】ダイシングソーを用い、半導体ウエハ１と
樹脂組成物層４とともに個々の半導体チップ２に分離す
る分離工程を行なった（工程（iv））。
【００８５】配線基板５上に高さ１００ミクロンの共晶
半田バンプ電極３を形成し、この配線基板５をフリップ
チップボンダ上で、所定温度（１５０℃）に設定した加
熱ステージ７に位置決めして固定した。また、分離した
半導体チップ２を加熱ヘッド８に位置決めして固定した
（工程（v））。
【００８６】加熱ヘッド８を動かし、加熱ヘッド８に固
定した半導体チップ２の半田バンプ電極３と加熱ステー
ジ７に固定した配線基板５上の半田バンプ電極３とを接
触させた。つぎに半導体チップ２と配線基板５との間隔
を両バンプ電極３を接触させた状態で一定（９０ミクロ
ン）に保持したまま、加熱ヘッド８を５秒で２３０℃ま
で昇温した後、２３０℃で１０秒間保持し、バンプ電極
３および樹脂組成物層４を加熱した。バンプ電極３およ
び樹脂組成物層４は共に溶融状態となり半導体チップ２
と配線基板５がバンプ電極３を介して電気的接続された
（工程（vi））。
【００８７】半導体チップ２と配線基板５との間隔を保
持したまま、所定のプロファイルで加熱ヘッドを降温し
て半導体チップ２、配線基板５、バンプ電極３および樹
脂組成物を６０℃まで冷却した。するとバンプ電極３は
固化し、フリップチップボンダ上から取り出して室温で
放置することで樹脂組成物層４も固化した。
【００８８】接合された半導体チップ２と配線基板５
を、バンプ電極３の溶融温度（１８３℃）より低い１７
０℃に設定したオーブン中で２時間放置して、樹脂組成
物層４の硬化を行なった（工程（vii））。
【００８９】最後に、配線基板５に外部バンプ電極６を
形成して半導体装置を得た（工程（viii））。
【００９０】実施例１０ 図９の工程にしたがって半導体装置を製造した。
【００９１】配線基板５上に高さ１１０ミクロンの半田
バンプ電極３を形成し（工程（ii））、厚み１００ミク
ロンのフィルム状の樹脂組成物（Ａ）を加熱加圧（８０
℃、１０秒、０．１ｋｇｆ／ｍｍ2）して樹脂組成物層
４を形成した（工程（iii））。
【００９２】一方、半導体ウエハ１を半導体チップ２に
切断分離する（工程（iii））。
【００９３】配線基板５をフリップチップボンダ上で、
所定温度（１５０℃）に設定した加熱ステージ７に位置
決めして固定した。また、分離した半導体チップ２を加
熱ヘッド８に位置決めして固定した（工程（v））。
【００９４】加熱ヘッド８を動かし、加熱ヘッド８に固
定した半導体チップ２のパット部分と加熱ステージ７に
固定した配線基板５上の半田バンプ電極３とを接触させ
た。半導体チップ２と配線基板５との間隔を、半田バン
プ電極３を接触させた状態で一定（７０ミクロン）に保
持したまま、加熱ヘッド８を５秒で２３０℃まで昇温し
た後、２３０℃で１０秒間保持し、半田バンプ電極３お
よび樹脂組成物層４を加熱した。半田バンプ電極３およ
び樹脂組成物層４の樹脂組成物は共に溶融状態となり、
半導体チップ２と配線基板５が半田バンプ電極３を介し
て電気的接続された（工程（vi））。
【００９５】以下、実施例９と同様に樹脂硬化、外部バ
ンプ形成を行ない、半導体装置を得た。
【００９６】実施例１１ 実施例９と同様の工程にて、樹脂組成物層４としてペー
スト状樹脂組成物（Ｂ）を用いた。なお、半田バンプ電
極３を形成した半導体ウエハ１上への樹脂組成物層４の
形成方法は、以下の通りである。
【００９７】半田バンプ電極３を形成した半導体ウエハ
１上に印刷法にて約１５０ミクロンの厚みで樹脂組成物
層４を形成した。その後、この半導体ウエハを１００℃
のオーブン中にて、溶剤を揮発させた。以下の工程は、
実施例９と同様である。
【００９８】実施例１２ 図１０の工程にしたがって半導体装置を製造した。ま
ず、配線基板５上に錫−鉛系（錫６３重量％）の高さ１
００ミクロンの共晶半田バンプ電極３を形成した（工程
（ii））。
【００９９】この配線基板５上に厚み１２０ミクロンの
フィルム状の樹脂組成物（Ａ）を加熱加圧（８０℃、１
０秒、０．１ｋｇｆ／ｍｍ2）して樹脂組成物層４を形
成した（工程（iii））。
【０１００】一方、半導体ウエハ１上に高さ１００ミク
ロンの共晶半田バンプ電極３を形成し（工程（ii））、
ダンシングソーにて半導体チップ２に切断分離を行なっ
た（工程（iv））。
【０１０１】半田バンプ電極３および樹脂組成物層４を
形成した配線基板５をフリップチップボンダ上で、所定
温度（１５０℃）に設定した加熱ステージ７に位置決め
して固定した。また、分離した半導体チップ２を加熱ヘ
ッド８に位置決めして固定した（工程（v））。
【０１０２】以下、実施例９と同様に接合、樹脂硬化、
外部バンプ形成を行ない、半導体装置を得た。
【０１０３】実施例１３ 実施例１２と同様の工程にて、樹脂組成物層４の樹脂組
成物としてペースト状樹脂組成物（Ｂ）を用いた。な
お、半田バンプ電極３を形成した配線基板５上への樹脂
組成物層の形成方法は、以下の通りである。
【０１０４】半田バンプ電極３を形成した配線基板５上
に印刷法にて約１５０ミクロンの厚みで樹脂組成物層４
を形成した。その後、この配線基板５を１００℃のオー
ブン中にて、溶剤を揮発させた。以下の工程は、実施例
１２と同様とした。
【０１０５】実施例９〜１３で作製した半導体装置の樹
脂組成物層４に存在するボイドを確認するため、超音波
顕微鏡および表面研磨による観察を行なった。その結
果、実施例９〜１３に基づいて作製した半導体装置の樹
脂組成物層４には、ボイドは観察されなかった。
【０１０６】つぎに、実施例９〜１３に基づいて作製し
た半導体装置について、１サイクルが−４０℃／３０分
〜１２５℃／３０分である温度サイクル試験を１０００
サイクル行なった。その結果、実施例９〜１３に基づい
て作製した半導体装置において接続抵抗の変化は認めら
れなかった。
【０１０７】
【発明の効果】請求項１〜６および１６に本発明にかか
わる半導体装置ならびに半導体装置の製造方法によれ
ば、狭間隙間に樹脂を流し込むアンダーフィル樹脂を用
いるのに比較して、時間の短縮、工程の削減ができ、ア
ンダーフィル方式では樹脂を流し込むことは困難とされ
る超狭間隙に対しても、あらかじめフィルムの貼り付け
や樹脂の塗布により可能となる。
【０１０８】また、アンダーフィル樹脂では粘度上昇の
ため、充填剤の添加量が制限されていたが、本発明の方
法では、アンダーフィル樹脂より充填剤量の添加量を多
くすることができ、温度サイクルによる応力発生に対し
ても、大きく改善することができる。
【０１０９】請求項７および８にかかわる半導体装置の
製造方法によれば、前記樹脂組成物がフィルム形状であ
るため、または溶剤を含有するため、アンダーフィル方
式では樹脂を流し込むことは困難とされる超狭間隙に対
しても、あらかじめフィルム半導体ウエハ上に前記樹脂
組成物層を形成することができる。
【０１１０】請求項９にかかわる半導体装置の製造方法
によれば、樹脂組成物がエポキシ樹脂を含むため、樹脂
組成物に接着性を付与することができる。
【０１１１】請求項１０にかかわる半導体装置の製造方
法によれば、樹脂組成物が充填剤を含有するため、樹脂
組成物の熱膨張係数を小さくし、半導体装置内に発生す
る応力を低減でき、さらに低吸水性を付与することがで
きる。
【０１１２】請求項１１にかかわる半導体装置の製造方
法によれば、あらかじめ半導体チップまたは配線基板に
樹脂組成物層を形成した後、１８０℃に加熱するまでに
樹脂組成物が溶融するため、半田バンプを溶融させずに
半導体チップと配線基板の位置合せができる。
【０１１３】請求項１２にかかわる半導体装置の製造方
法によれば、あらかじめ半導体チップまたは配線基板に
前記樹脂組成物層を形成した後、２３０℃で１０秒以内
に樹脂組成物がゲル化しないため、フリップチップボン
ダーにて半導体チップと配線基板とを接合する際に、半
田バンプ電極の導通がとれないことや半田バンプ電極の
形状が悪いため信頼性が劣るといった問題が生じない。
【０１１４】請求項１３にかかわる半導体装置の製造方
法によれば、半田の融点以下の温度で比較的短時間で硬
化するため、製造上の効率に優れている。
【０１１５】請求項１４にかかわる半導体装置の製造方
法によれば、樹脂組成物が硬化後に、高いガラス転移温
度を有するため、半導体装置としての耐湿性や耐熱性等
の信頼性に優れている。
【０１１６】請求項１５にかかわる半導体装置の製造方
法によれば、樹脂組成物が硬化後に、ガラス転移温度以
下の熱膨張係数が低いため、半導体チップと配線基板間
の電気的接続信頼性に優れている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例１にかかわる半導体装置の製造方法の
説明図である。
【図２】 実施例２にかかわる半導体装置の製造方法の
説明図である。
【図３】 実施例３にかかわる半導体装置の製造方法の
説明図である。
【図４】 実施例４および比較例１にかかわる半導体装
置の製造方法の説明図である。
【図５】 実施例５にかかわる半導体装置の製造方法の
説明図である。
【図６】 実施例６、７および８にかかわる半導体装置
の製造方法の説明図である。
【図７】 比較例２にかかわる半導体装置の製造方法の
説明図である。
【図８】 実施例９にかかわる半導体装置の製造方法の
説明図である。
【図９】 実施例１０、１１および１２にかかわる半導
体装置の製造方法の説明図である。
【図１０】 実施例１３にかかわる半導体装置の製造方
法の説明図である。
【符号の説明】
１ 半導体ウエハ、２ 半導体チップ、３ 半田バンプ
電極、４ 樹脂組成物層、５ 配線基板、６ 外部バン
プ電極、７ 加熱ステージ、８ 加熱ヘッド。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤岡 弘文 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 岡 誠次 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5F044 LL01 LL11

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 配線基板上で半導体チップの回路面を下
    側にして、前記半導体チップと前記配線基板との間を前
    記配線基板の配線部より高い突起状の半田バンプ電極で
    接続搭載し、さらに前記半導体チップと前記配線基板と
    の間が熱硬化性の樹脂組成物にて接着されている半導体
    装置の製造方法において、前記樹脂組成物層をあらかじ
    め前記半導体チップまたは前記配線基板に形成し、半田
    の融点以下の温度で溶融させ、前記半導体チップと前記
    配線基板との半田溶融接合時には前記樹脂組成物は溶融
    状態を保ち、前記半導体チップと前記配線基板とを電気
    的に接続後、半田の融点温度以下で前記樹脂組成物を硬
    化させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項２】 配線基板上で半導体チップの回路面を下
    側にして、前記半導体チップと前記配線基板との間を前
    記配線基板の配線部より高い突起状の半田バンプ電極で
    接続搭載し、さらに前記半導体チップと前記配線基板と
    の間が熱硬化性の樹脂組成物にて接着されている半導体
    装置の製造方法において、前記樹脂組成物層をあらかじ
    め前記半導体チップまたは前記配線基板に形成し、半田
    バンプの融点以下の温度で溶融させ、溶融状態で、前記
    半導体チップと前記配線基板との間隔を一定に保持しな
    がら、前記半田バンプの融点以上の温度で半田バンプを
    溶融させて、前記半導体チップと前記配線基板とを電気
    的に接続後、半田の融点温度以下で前記樹脂組成物を硬
    化させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項３】 前記樹脂組成物層をあらかじめ前記半導
    体チップに形成する際に、半導体ウエハ上に前記樹脂組
    成物層を形成し、前記半導体ウエハと前記樹脂組成物層
    を切断して前記半導体チップに分離することを特徴とす
    る請求項１または２記載の半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項４】 前記半田バンプ電極をあらかじめ前記半
    導体チップ側に形成し、半田を溶融させ前記配線基板と
    電気的に接続することを特徴とする請求項１、２または
    ３記載の半導体装置の製造方法。
  5. 【請求項５】 前記半田バンプ電極をあらかじめ前記配
    線基板側に形成し、半田を溶融させ前記半導体チップと
    電気的に接続することを特徴とする請求項１、２または
    ３記載の半導体装置の製造方法。
  6. 【請求項６】 前記半田バンプ電極をあらかじめ前記半
    導体チップ、前記配線基板双方に形成し、半田を溶融さ
    せ前記半導体チップと前記配線基板とを電気的に接続さ
    せることを特徴とする請求項１、２または３記載の半導
    体装置の製造方法。
  7. 【請求項７】 前記樹脂組成物がフィルム形状で前記半
    導体チップまたは前記配線基板に貼り付けることを特徴
    とする請求項１、２、３、４、５または６記載の半導体
    装置の製造方法。
  8. 【請求項８】 前記樹脂組成物が溶剤を含有し、前記半
    導体チップまたは前記配線基板に塗布後、乾燥させるこ
    とを特徴とする請求項１、２、３、４、５または６記載
    の半導体装置の製造方法。
  9. 【請求項９】 前記樹脂組成物が（ａ）エポキシ樹脂を
    含むことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、
    ７または８記載の半導体装置の製造方法。
  10. 【請求項１０】 前記樹脂組成物が（ｂ）充填剤を含む
    ことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、
    ８または９記載の半導体装置の製造方法。
  11. 【請求項１１】 あらかじめ前記半導体チップまたは前
    記配線基板に前記樹脂組成物層を形成した後、１８０℃
    に加熱するまでに樹脂組成物が溶融することを特徴とす
    る請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９または１
    ０記載の半導体装置の製造方法。
  12. 【請求項１２】 あらかじめ前記半導体チップまたは前
    記配線基板に前記樹脂組成物層を形成した後、２３０℃
    で１０秒以内に前記樹脂組成物がゲル化しないことを特
    徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、
    １０または１１記載の半導体装置の製造方法。
  13. 【請求項１３】 前記半導体チップと前記配線基板を電
    気的に接続した後の前記樹脂組成物層が、１００〜１８
    ０℃でかつ１２時間以内に硬化することを特徴とする請
    求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１
    または１２記載の半導体装置の製造方法。
  14. 【請求項１４】 前記樹脂組成物が硬化後に、１００〜
    ２００℃のガラス転移温度を有することを特徴とする請
    求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１
    １、１２または１３記載の半導体装置の製造方法。
  15. 【請求項１５】 前記樹脂組成物が硬化後に、ガラス転
    移温度以下の熱膨張係数が１０〜３０ｐｐｍ／℃である
    ことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、
    ８、９、１０、１１、１２、１３または１４記載の半導
    体装置の製造方法。
  16. 【請求項１６】 請求項１、２、３、４、５、６、７、
    ８、９、１０、１１、１２、１３、１４または１５記載
    の半導体装置の製造方法にて作製した半導体装置。
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