JP2006344781A

JP2006344781A - 半導体装置の製造方法

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Publication number: JP2006344781A
Application number: JP2005169341A
Authority: JP
Inventors: Tatsuhiro Urushido; 達大漆戸
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2005-06-09
Filing date: 2005-06-09
Publication date: 2006-12-21

Abstract

【課題】信頼性の高い半導体装置を製造する方法を提供する。
【解決手段】半導体装置の製造方法は、複数の電極１５を有する半導体チップ１０を用意する工程と、複数の電気的接続部２５を有する配線基板２０を用意する肯定と、配線基板２０上の二点間の距離を測定する肯定と、二点間距離の測定値Ｘと、測定工程時の配線基板１０の温度Ｔ_０と、配線基板２０の熱膨張係数αと、を利用して、二点間の距離が設定値Ｌになるように配線基板２０を膨張させるための配線基板２０の加熱温度Ｔ_１を算出する工程と、配線基板２０をＴ_１に加熱し、半導体チップ１０を予め設定された温度Ｔ_２に加熱して、電極１５の配列パターンと電気的接続部２５の配列パターンとを一致させる工程と、配線基板２０に半導体チップ１０を搭載して、電極１５と電気的接続部２５とを対向させて電気的に接続する工程とを含む。
【選択図】図４

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関する。

配線基板の配線と半導体チップの電極とを対向させて電気的に接続することが知られている。また、配線と電極とを電気的に接続するために、配線基板及び半導体チップを加熱することが知られている。信頼性の高い半導体装置を製造するためには、配線と電極との配列が一致するように、配線基板と半導体チップとを加熱することが望ましい。

本発明の目的は、信頼性の高い半導体装置の製造方法を提供することにある。
特許第３６３３４４２号公報

（１）本発明に係る半導体装置の製造方法は、複数の電極を有する半導体チップを用意する工程と、
複数の電気的接続部を有する配線基板を用意する工程と、
前記配線基板上の二点間の距離を測定する工程と、
前記二点間距離の測定値Ｘと、前記測定工程時の前記配線基板の温度Ｔ_０と、前記配線基板の熱膨張係数αと、を利用して、前記二点間の距離が設定値Ｌになるように前記配線基板を膨張させるための前記配線基板の加熱温度Ｔ_１を算出する工程と、
前記配線基板を前記温度Ｔ_１に加熱し、前記半導体チップを予め設定された温度Ｔ_２に加熱して、前記電極の配列パターンと前記電気的接続部の配列パターンとを一致させる工程と、
前記配線基板に前記半導体チップを搭載して、前記電極を、それぞれ、対応するいずれかの前記電気的接続部と対向させて電気的に接続する工程とを含む。本発明によると、電気的接続部の配列パターンを、電極の配列パターンと一致させるために必要な加熱温度を、配線基板毎に算出することができる。そのため、電極と電気的接続部とを確実に対向させることができる。また、配線基板を必要最低限の温度に加熱することができるため、配線基板が受ける熱ストレスを軽減することができる。そのため、信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
（２）この半導体装置の製造方法において、

に基づいて前記温度Ｔ_１を算出してもよい。

以下、本発明を適用した実施の形態について図面を参照して説明する。ただし、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。

図１〜図５は、本発明を適用した実施の形態に係る半導体装置の製造方法について説明するための図である。

本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、図１に示す、半導体チップ１０を用意することを含んでいてもよい。半導体チップ１０には、集積回路１１が形成されていてもよい。集積回路１１の構成は特に限定されないが、例えば、トランジスタ等の能動素子や、抵抗、コイル、コンデンサ等の受動素子を含んでいてもよい。半導体チップ１０は、電極１５を有する。電極１５は、半導体チップ１０の内部と電気的に接続されていてもよい。あるいは、半導体チップ１０の内部と電気的に接続されていない電極を含めて、電極１５と称してもよい。電極１５は、例えば、パッドと該パッド上に形成されたバンプとを含んでいてもよい。このとき、バンプは、金バンプであってもよい。あるいは、バンプは、ニッケルバンプに金メッキがなされた構造をなしていてもよい。さらに、半導体チップ１０は、図示しないパッシベーション膜を有してもよい。パッシベーション膜は、例えば、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ、ポリイミド樹脂等で形成してもよい。

本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、配線基板２０を用意することを含んでいてもよい。以下、図２及び図３を利用して、配線基板２０の構成について説明する。なお、図２は、配線基板２０の上視図であり、図３は、図２のIII−III線断面の一部拡大図である。

配線基板２０は、ベース基板２２を有していてもよい。ベース基板２２の材料や構造は特に限定されず、既に公知となっているいずれかの基板を利用してもよい。ベース基板２２は、フレキシブル基板であってもよく、リジッド基板であってもよい。あるいは、ベース基板２２は、テープ基板であってもよい。ベース基板２２は、積層型の基板であってもよく、あるいは、単層の基板であってもよい。また、ベース基板２２の外形も特に限定されるものではない。また、ベース基板２２の材料についても特に限定されるものではない。ベース基板２２は、有機系又は無機系のいずれの材料で形成されていてもよく、これらの複合構造をなしていてもよい。ベース基板２２は、樹脂基板であってもよい。ベース基板２２として、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなる基板又はフィルムを使用してもよい。あるいは、ベース基板２２としてポリイミド樹脂からなるフレキシブル基板を使用してもよい。フレキシブル基板としてFPC(Flexible Printed Circuit)や、TAB(Tape Automated Bonding)技術で使用されるテープを使用してもよい。また、無機系の材料から形成されたベース基板２２として、例えばセラミックス基板やガラス基板が挙げられる。有機系及び無機系の材料の複合構造として、例えばガラスエポキシ基板が挙げられる。ベース基板２２として、貫通穴（いわゆるデバイスホール）を有しない基板を利用してもよい。ただし、ベース基板２２は、図示しない貫通穴（デバイスホール）を有する基板であってもよい。

配線基板２０は、配線パターン２４を含んでいてもよい。配線パターン２４は、ベース基板２２の表面に形成されていてもよい。ベース基板２２がテープ状をなす場合、１つのベース基板２２に複数の配線パターン２４が形成されていてもよい。このとき、１つのベース基板２２のうち個々の配線パターン２４が形成された領域を、それぞれ、配線基板２０と称してもよい。すなわち、１つのテープ状のベース基板２２に、複数の配線基板２０が形成されていてもよい。あるいは、１つのベース基板には、１つの配線パターンのみが形成されていてもよい。すなわち、配線基板２０は、１つのベース基板に１つの配線パターンが形成された構造をなしていてもよい。配線パターン２４の構造は特に限定されるものではないが、単一の金属層で形成されていてもよく、複数の金属層で形成されていてもよい。配線パターン２４は、例えば、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタンタングステン（Ｔｉ−Ｗ）のうちのいずれかが積層された構造をなしていてもよい。なお、配線パターン２４は、ベース基板２２の内側を通る内部配線（図示せず）を含んでいてもよい。

配線基板２０は、複数の電気的接続部２５を有する。電気的接続部２５は、ベース基板２２の表面に形成されていてもよい。電気的接続部２５は、配線パターン２４の一部であってもよい。電気的接続部２５は、半導体チップ１０の電極１５との電気的な接続に利用される部分である。すなわち、電気的接続部２５は、後述する配線基板２０に半導体チップ１０を搭載する工程で、半導体チップ１０の電極１５と対向して電気的に接続される部分である（図４（Ｂ）参照）。

また、配線基板２０は、図示しない樹脂層を有していてもよい。樹脂層を、ソルダレジストと称してもよい。樹脂層は、配線パターン２４を部分的に覆うように形成されていてもよい。

本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、配線基板２０上の二点間の距離を測定することを含む。このときの二点間の距離の測定値をＸとする。本工程で測定に利用する二点は特に限定されないが、例えば、いずれか２つの電気的接続部２５であってもよい。あるいは、当該二点として、半導体チップ１０と配線基板２０との位置合わせのためのアライアメントマークを利用してもよい。あるいは、当該二点として、いずれか２つの配線上の点を利用してもよい。なお、後述する、配線基板を加熱する工程の前に、二点間の距離を測定してもよい。

本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、上述の二点間の距離が設定値Ｌになるように配線基板２０を膨張させるための、配線基板２０の加熱温度Ｔ_１を算出することを含む。ここで、設定値Ｌとは、温度Ｔ_２に加熱された半導体チップ１０の電極１５の配列パターンと、配線基板２０の電気的接続部２５の配列パターンとが一致するように配線基板２０を膨張させたときの、当該二点間の距離である。すなわち、二点間距離がＬになるように配線基板２０を膨張させると、電気的接続部２５の配列パターンと、温度Ｔ_２に加熱された半導体チップ１０の電極１５の配列パターンとが一致する。そして、二点間距離がＬになるように配線基板２０を膨張させるための、配線基板２０の加熱温度がＴ_１である。そのため、半導体チップ１０を温度Ｔ_２に加熱し、配線基板２０を温度Ｔ_１に加熱すると、電極１５と電気的接続部２５とを対向させて、電気的に接続することが可能になる。なお、本工程は、半導体チップ１０を配線基板２０に搭載するための加熱工程の前に行ってもよい。すなわち、配線基板２０を加熱する前に、加熱温度Ｔ_１を算出してもよい。また、本工程は、配線基板２０（配線パターン２４）毎に行ってもよい。

本工程では、加熱温度Ｔ_１を、測定値Ｘと、上記二点間距離測定工程時の配線基板２０の温度Ｔ_０と、配線基板２０の熱膨張係数αと、を利用して算出してもよい。なお、配線基板２０の温度Ｔ_０は、測定装置（例えば、サーモグラフィー等）を利用して、配線基板２０から直接検出してもよい。ただし、上記測定工程時に配線基板２０が置かれた環境の設定温度をもって、配線基板２０の温度Ｔ_０としてもよい。

加熱温度Ｔ_１は、

に基づいて算出してもよい。すなわち、（１）式に、各値を代入して計算することによって、加熱温度Ｔ_１を算出してもよい。以下、この式について説明する。

熱膨張係数がαで、温度がＴ_０の時に二点間距離がＸである配線基板２０を、温度Ｔ_１になるように加熱すると、該二点間距離の変化量ΔＸは、

であらわせる。該二点間距離の初期値（測定値）はＸであることから、加熱後の二点間距離は（Ｘ＋ΔＸ）となる。これが設計値Ｌとなるから、

の関係が導き出せる。

この（３）式に（２）式を代入してΔＸを消去し、Ｔ_１について解くことによって、（１）式を導き出すことができる。

本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、配線基板２０を温度Ｔ_１に加熱し、半導体チップ１０を予め設定された温度Ｔ_２に加熱して、電極１５の配列パターンと電気的接続部２５の配列パターンとを一致させることを含む。先に説明したように、温度Ｔ_１は、配線基板２０（配線パターン２４）毎の最適加熱温度である。そのため、配線基板２０を温度Ｔ_１に加熱し、半導体チップ１０を温度Ｔ_２に加熱することで、電極１５の配列パターンと電気的接続部２５の配列パターンとを一致させることができる。半導体チップ１０は、例えば、ボンディングツール４２（図４（Ａ）参照）によって加熱してもよい。すなわち、ヒーターが内臓されたボンディングツール４２で半導体チップ１０を保持することで、半導体チップ１０を加熱してもよい。このとき、ヒーターの出力を調整して、半導体チップ１０の加熱温度を制御してもよい。また、配線基板２０は、ボンディングのための支持台４４（図４（Ｂ）参照）によって加熱してもよい。すなわち、ヒーターが内蔵された支持台４４で配線基板２０を支持することによって、配線基板２０を加熱してもよい。このとき、ヒーターの出力を調整して、配線基板２０の加熱温度を制御してもよい。

本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、配線基板２０に半導体チップ１０を搭載して、電極１５を、それぞれ、対応するいずれかの電気的接続部２５と対向させて電気的に接続することを含む。先に説明したように、配線基板２０は、最適の加熱温度に加熱されている。そのため、電極１５と電気的接続部２５とを、確実に対向させることができる。本工程では、例えば、半導体チップ１０をボンディングツール４２で保持して配線基板２０の上方に配置して、電極１５と電気的接続部２５とがオーバーラップするように位置合わせしてもよい（図４（Ａ）参照）。その後、ボンディングツール４２と支持台４４とによって半導体チップ１０と配線基板２０とを押圧し、半導体チップ１０を配線基板２０に搭載してもよい（図４（Ｂ）参照）。電極１５と電気的接続部２５とは、接触させて電気的に接続してもよい。このとき、電極１５と電気的接続部２５とによって、共晶合金を形成してもよい。すなわち、電極１５と電気的接続部２５とを共晶合金接合してもよい。あるいは、電極１５と電気的接続部２５とは、接触させずに、図示しない導電粒子を介して電気的に接続してもよい。

本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、図示しない封止樹脂を形成することを含んでいてもよい。そして、検査工程や打ち抜き工程をさらに経て、図５に示す、半導体装置１を形成してもよい。

半導体装置の製造方法として、半導体チップを配線基板に搭載して、電極と電気的接続部とを対向させて電気的に接続することが知られている。また、本工程を、加熱環境下で行うことが知られている。通常、電極１５の配列パターンと電気的接続部２５の配列パターンとを一致させるための、半導体チップ１０及び配線基板２０の加熱温度は予め設定されている。ところが、当該設定温度は、半導体チップ１０と配線基板２０とが設計通りの形状をなす場合の加熱温度である。そのため、半導体チップ１０又は配線基板２０が、設計と異なる形状をなす場合には、半導体チップ１０及び配線基板２０を設定温度に加熱しても、電極１５の配列パターンと電気的接続部２５の配列パターンとが一致しない状況が発生することが予想される。特に、配線基板２０（ベース基板２２）は、環境の影響を受けやすく、配線パターンは、設計と異なる形状に形成されることがあった。また、配線基板２０（配線パターン２４）は、公差をもって製造されることがある。すなわち、設計ルールに合致した製品であっても、配線パターン毎に形状（大きさ）が異なることがある。例えば、設計パターンと相似形をなす配線パターンが形成されることがあった。そのため、厳密に言うと、電極１５の配列パターンと電気的接続部２５の配列パターンとを一致させるための最適な加熱温度は、配線基板２０（配線パターン２４）毎に異なっているといえる。そして、配線基板２０毎に最適な加熱温度で加熱することができれば、半導体チップ１０の電極１５と配線基板２０の電気的接続部２５とを、確実に対向させることができる。

ところで、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法によると、配線基板２０（配線パターン２４）毎に、最適の加熱温度を算出することができる。そのため、半導体チップ１０の電極１５と配線基板２０の電気的接続部２５とを、確実に対向させることができる。また、本方法によると、配線基板２０を加熱するための最適温度を、加熱工程を行う前に算出することが可能になる。そのため、加熱しながら加熱温度を微調整する方法に較べて、効率よく半導体装置を製造することができる。また、必要以上に配線基板２０を加熱することがなくなるため、配線基板２０にかかる熱ストレスを軽減することができる。さらに、配線基板２０の膨張量を、高精度に制御することが可能になる。このことから、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法によると、信頼性の高い半導体装置を製造することができる。

なお、設定値Ｌは、配線基板２０の設計時に設定してもよいが、半導体チップ１０を利用して設定してもよい。例えば、半導体チップ１０を温度Ｔ_２に加熱した時の、半導体チップ１０上の二点間距離を実測し、その実測値をＬとしてもよい。このとき、半導体チップ１０上の二点と、配線基板２０上の二点とは、配線基板２０に半導体チップ１０を搭載する際に対向する位置関係にあってもよい。

あるいは、ボンディング工程のための加熱前に、半導体チップ１０上の二点間距離Ｙを測定し、該測定工程時の半導体チップ１０の温度Ｔ_０´と、半導体チップ１０の熱膨張係数α´とを、

に代入することによって、Ｌを算出してもよい。半導体チップ１０は、一般的に、配線パターンよりも公差が小さく設定されており、また、配線基板に較べて膨張収縮しにくいため、上記（４）式によって、正確にＬを設定することが可能である。なお、（１）式に（４）式を代入することによって、（１）式からＬを消去してもよい。これによると、設定値Ｌを特定することなく、配線基板２０の加熱温度Ｔ_１を算出することが可能になる。

なお、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、あるいは目的及び効果が同一の構成）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１は、本発明を適用した実施の形態に係る半導体装置の製造方法について説明するための図である。図２は、本発明を適用した実施の形態に係る半導体装置の製造方法について説明するための図である。図３は、本発明を適用した実施の形態に係る半導体装置の製造方法について説明するための図である。図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、本発明を適用した実施の形態に係る半導体装置の製造方法について説明するための図である。図５は、本発明を適用した実施の形態に係る半導体装置の製造方法について説明するための図である。

符号の説明

１０…半導体チップ、１１…集積回路、１５…電極、２０…配線基板、２２…ベース基板、２４…配線パターン、２５…電気的接続部、４２…ボンディングツール、４４…支持台

Claims

複数の電極を有する半導体チップを用意する工程と、
複数の電気的接続部を有する配線基板を用意する工程と、
前記配線基板上の二点間の距離を測定する工程と、
前記二点間距離の測定値Ｘと、前記測定工程時の前記配線基板の温度Ｔ_０と、前記配線基板の熱膨張係数αと、を利用して、前記二点間の距離が設定値Ｌになるように前記配線基板を膨張させるための前記配線基板の加熱温度Ｔ_１を算出する工程と、
前記配線基板を前記温度Ｔ_１に加熱し、前記半導体チップを予め設定された温度Ｔ_２に加熱して、前記電極の配列パターンと前記電気的接続部の配列パターンとを一致させる工程と、
前記配線基板に前記半導体チップを搭載して、前記電極を、それぞれ、対応するいずれかの前記電気的接続部と対向させて電気的に接続する工程とを含む半導体装置の製造方法。
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、

に基づいて前記温度Ｔ_１を算出する半導体装置の製造方法。