JP2007242761A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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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、複数の電気的接続部14を有する配線基板10を用意する工程と、集積回路24が形成された半導体基板22と、半導体基板22の集積回路24が形成された面(能動面25)に形成された複数のバンプ電極26と、半導体基板22の能動面25に形成された、ポリイミド樹脂からなる保護膜28と、を有する半導体チップ20を用意する工程と、Ar及びArよりも少量のOを含む混合ガス100を用いてプラズマ処理を行って、保護膜28の表面を改質するプラズマ処理工程と、プラズマ処理工程後に、配線基板10に半導体チップ20を搭載して、電気的接続部14とバンプ電極26とを対向させて電気的に接続する工程と、配線基板10と半導体チップ20との間に樹脂部30を形成する工程と、を含む。
【選択図】図3

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関する。
配線基板に半導体チップを搭載して、配線基板の電気的接続部と、半導体チップの突起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、配線基板と半導体チップとの間に樹脂層を形成し、半導体装置の信頼性を高める技術が知られている。
この技術において、配線基板と樹脂層との密着性を高めることができれば、半導体装置の信頼性をさらに高めることができる。
特開平5−235094号公報
本発明の目的は、信頼性の高い半導体装置を製造する方法を提供することにある。
(1)本発明に係る半導体装置の製造方法は、
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、
集積回路が形成された半導体基板と、前記半導体基板の前記集積回路が形成された面に形成された複数のバンプ電極と、前記半導体基板の前記面に形成された、ポリイミド樹脂からなる保護膜と、を有する半導体チップを用意する工程と、
Ar及び前記Arよりも少量のOを含む混合ガスを用いたプラズマ処理を行って、前記保護膜の表面を改質するプラズマ処理工程と、
前記プラズマ処理工程後に、前記半導体チップを前記配線基板に搭載して、前記バンプ電極と前記電気的接続部とを対向させて電気的に接続する工程と、
前記半導体チップと前記配線基板との間に樹脂部を形成する工程と、
を含む。
本発明によると、半導体チップの保護膜にプラズマ処理を行って、保護膜の表面を改質する。これにより、保護膜と樹脂部との密着性を高めることができるため、半導体チップと樹脂部との剥離が発生しにくい、信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
特に、本発明によると、Arと、Arよりも少量のOを含む混合ガスを利用してプラズマ処理を行う。これによると、保護膜の表面が改質された状態を長く維持することができるため、信頼性の高い半導体装置を、容易に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、
前記樹脂部を形成する工程は、
前記半導体チップを前記配線基板に搭載する前に、前記半導体チップと前記配線基板との間に樹脂材料を設ける工程と、
前記半導体チップを前記配線基板に搭載した後に、前記樹脂材料を硬化させる工程と、
を含んでもよい。
(3)この半導体装置の製造方法において、
前記樹脂材料は導電性微粒子を含有してなり、
前記バンプ電極と前記電気的接続部とを、前記導電性微粒子を介して電気的に接続してもよい。
(4)この半導体装置の製造方法において、
前記樹脂部を形成する工程は、
前記半導体チップを前記配線基板に搭載した後に前記半導体チップと前記配線基板との間に樹脂材料を設ける工程と、
前記樹脂材料を硬化させる工程と、
を含んでもよい。
(5)この半導体装置の製造方法において、
前記樹脂部は、エポキシ系の樹脂で形成してもよい。
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。また、本発明は、以下の内容を自由に組み合わせたものを含むものとする。
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を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、配線基板10を用意することを含む。以下、配線基板10の構造について説明する。
配線基板10は、図1に示すように、ベース基板12を有する。ベース基板12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12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12は、テープ基板であってもよい。ベース基板12は、積層型の基板であってもよく、単層の基板であってもよい。また、ベース基板12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12は、樹脂基板であってもよい。ベース基板12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12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12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。
配線基板10は、複数の電気的接続部14を含む。電気的接続部14は、ベース基板12の表面に形成されてなる。電気的接続部14は、半導体チップ20を配線基板10に搭載する工程で、半導体チップ20のバンプ電極26と対向して電気的に接続される部分である。電気的接続部14は、ベース基板12に形成された配線パターンの一部であってもよい。電気的接続部14(配線パターン)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。電気的接続部14(配線パターン)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。
本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、図2に示す、半導体チップ20を用意することを含む。以下、半導体チップ20の構成について説明する。
半導体チップ20は、半導体基板22を含む。半導体基板22は、例えばシリコン基板であってもよい。半導体基板22には集積回路24が形成されてなる。集積回路24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。半導体基板22のうち集積回路24が形成された面を、能動面25と称してもよい。
半導体基板22には、複数のバンプ電極26が形成されている。バンプ電極26は、半導体基板22の集積回路24が形成された面(能動面25)に形成されている。バンプ電極26は、集積回路24と電気的に接続されていてもよい。あるいは、集積回路24に電気的に接続されていない電極を含めて、バンプ電極と称してもよい。バンプ電極26の材料は特に限定されず、既に公知になっているいずれかの材料を利用することができる。バンプ電極26は、例えば、金バンプであってもよい。あるいは、バンプ電極26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。バンプ電極26は、電極パッド上に形成されていてもよい。電極パッドの材料についても特に限られるものではないが、例えば、アルミニウム又は銅等の金属で形成されていてもよい。
半導体チップ20は、半導体基板22の集積回路24が形成された面(能動面25)に形成された、ポリイミド樹脂からなる保護膜28を有する。保護膜28は、半導体基板22(半導体チップ20)の最表面を構成する。保護膜28は、例えば、SiO、SiN等の無機系のパッシベーション膜の表面に形成されていてもよい。なお、保護膜28は、パッシベーション膜の一部(最表層)とみなしてもよい。あるいは、保護膜28は、パッシベーション膜上に形成された保護膜とみなしてもよい。
半導体チップ20では、バンプ電極26の先端面は、保護膜28から露出している。このとき、バンプ電極26の先端部は、保護膜28から突出していてもよい。これにより、バンプ電極26と電気的接続部14とを電気的に接続することができる。
本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、プラズマ処理を行って保護膜28の表面を改質するプラズマ処理工程を含む。本実施の形態では、プラズマ処理を、ArとOとを含有する混合ガス100を利用して行う。混合ガス100は、Arを、Oよりも多く含有する。このとき、混合ガス100中のArの体積がOの体積よりも大きくてもよい。また、混合ガス100中のArの質量がOの質量よりも大きくてもよい。若しくは、混合ガス100中のArの物質量がOの物質量よりも大きくてもよい。
本工程では、プラズマ化したArとOとを含有する混合ガス100の雰囲気中に半導体チップ20を配置し、半導体チップ20(保護膜28)にプラズマを照射することによって、保護膜28の表面を改質してもよい。例えば、図3に示すように、半導体チップ20を処理空間110内に配置し、処理空間110に混合ガス100を供給する。そして、プラズマ化した混合ガス100を電極120でひきつけることによって運動(移動)させて、半導体チップ20(保護膜28)に照射してもよい。
なお、プラズマ処理条件の各パラメータは特に限定されないが、例えば、出力250W、照射時間60秒〜120秒としてもよい。
本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、プラズマ処理工程後に、配線基板10に半導体チップ20を搭載して、バンプ電極26と電気的接続部14とを対向させて電気的に接続する工程と、配線基板10と半導体チップ20との間に樹脂部30を形成する工程とを含む。以下、これらの工程について説明する。
はじめに、配線基板10と半導体チップ20との間に樹脂材料32を設ける。例えば、図4(A)に示すように、配線基板10に樹脂材料32を設けてもよい。樹脂材料32は、硬化後に樹脂部30となる材料である。樹脂材料32として、例えばエポキシ系の材料(エポキシ系の接着剤)を利用してもよい。樹脂材料32は、ペースト状をなしていてもよく、フィルム状をなしていてもよい。樹脂材料32は、導電性微粒子を含有する、ACF,ACPであってもよい。あるいは、樹脂材料32は、導電性微粒子を含有しないNCF,NCPであってもよい。
そして、図4(B)に示すように、半導体チップ20を保持し、電気的接続部14とバンプ電極26とが対向するように、配線基板10と半導体チップ20との位置合わせを行う。
そして、図4(C)に示すように、樹脂材料32を押し広げながら配線基板10と半導体チップ20とを近接させて、電気的接続部14とバンプ電極26とを対向させて電気的に接続する。この工程により、配線基板10に半導体チップ20を搭載する。なお、電気的接続部14とバンプ電極26とは、接触させて電気的に接続してもよい。あるいは、電気的接続部14とバンプ電極26とは、導電性微粒子を介在させて電気的に接続してもよい。また、これらの工程は、半導体チップ20を加熱しながら行ってもよい。
そして、図4(D)に示すように、樹脂材料32を硬化させて樹脂部30を形成する。本工程は、樹脂材料32の性質に合致したいずれかの方法を適用することができる。樹脂材料32として熱硬化性の材料を利用する場合、加熱工程を行うことによって樹脂部30を形成することができる。樹脂部30によって、配線基板10と半導体チップ20とを接着することができるため、応力に対する耐性に優れた半導体装置を製造することができる。すなわち、樹脂部30(樹脂材料32)は、配線基板10と半導体チップ20とを接着する接着剤としての機能を有する。また、樹脂部30によって、配線基板10の電気的接続部14や、半導体チップ20のバンプ電極26を封止することができるため、電気的な接続信頼性が低下しにくい半導体装置を製造することができる。
なお、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法では、プラズマ処理後、半導体チップ20をボンディングツールで保持するまで、半導体チップ20を加熱する工程を行わないようにしてもよい。
以上の工程によって、あるいは、配線基板10の半導体チップ20が搭載された面とは反対側の面に外部端子40を設ける工程や、検査工程などをさらに経て、図5に示す半導体装置1を製造することができる。
上述した半導体装置の製造方法によると、半導体チップ20と樹脂部30との間で剥離が生じにくい、信頼性の高い半導体装置を製造することができる。以下、その効果について説明する。
半導体装置の信頼性を高めるためには、半導体チップ20(保護膜28)の表面と、樹脂部30との密着性を高めることが好ましい。ところが、本実施の形態では、半導体チップ20の保護膜28としてポリイミド樹脂を利用する。ポリイミド樹脂は非常に安定性が高い材料であるため、半導体チップの保護材料としては好ましいが、他の樹脂との密着性を高めることは困難であった。
ところが、上述した方法では、半導体チップ20を配線基板10に搭載する工程の前に、ArとOとを含む混合ガス100を利用して、半導体チップ20の保護膜28の表面処理を行う。この表面処理により、保護膜28の表面が改質され、樹脂部30に対する密着性を高めることができる。そして、保護膜28の表面が改質された状態(樹脂部30に対する密着性が高い状態)で樹脂部30を形成する工程を行うことで、半導体チップ20(保護膜28)と樹脂部30との密着性が高く、両者の間で剥離が生じにくい、信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
特に、本実施の形態では、ArをOよりも多く含む混合ガスを利用する。これにより、Oガスのラジカル化が促進され、保護膜28(ポリイミド)表面にOリッチな官能基が多く形成される。そのため、保護膜28の表面が改質された状態を長時間(72時間程度)維持することが可能になり、信頼性の高い半導体装置を容易に製造することができる。
(変形例)
図6は、本発明を適用した実施の形態の変形例に係る半導体装置の製造方法を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では、配線基板10に半導体チップ20を搭載した後に、配線基板10と半導体チップ20との間に樹脂材料32を設ける工程を行う。すなわち、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、図6に示すように、配線基板10に半導体チップ20を搭載して、電気的接続部14とバンプ電極26とを対向させて電気的に接続する。その後、配線基板10と半導体チップ20との間に、樹脂材料32を設ける(図4(C)参照)。最後に、樹脂材料32を硬化させて樹脂部30を形成する(図4(D)参照)。
先に説明したように、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法によると、半導体チップ20の保護膜28の表面が改質された状態が長時間維持される。そのため、配線基板10に半導体チップ20を搭載した後に樹脂材料32を設ける工程を行った場合でも、樹脂部30を、半導体チップ20との密着性が高くなるように形成することができる。
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。
本発明に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。 本発明に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。 本発明に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。 本発明に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。 本発明に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。 本発明に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。
符号の説明
1…半導体装置、 10…配線基板、 12…ベース基板、 14…電気的接続部、 20…半導体チップ、 22…半導体基板、 24…集積回路、 25…能動面、 26…バンプ電極、 28…保護膜、 30…樹脂部、 32…樹脂材料、 40…外部端子、 100…混合ガス、 110…処理空間、 120…電極

Claims (5)

  1. 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、
    集積回路が形成された半導体基板と、前記半導体基板の前記集積回路が形成された面に形成された複数のバンプ電極と、前記半導体基板の前記面に形成された、ポリイミド樹脂からなる保護膜と、を有する半導体チップを用意する工程と、
    Ar及び前記Arよりも少量のOを含む混合ガスを用いたプラズマ処理を行って、前記保護膜の表面を改質するプラズマ処理工程と、
    前記プラズマ処理工程後に、前記配線基板に前記半導体チップを搭載して、前記電気的接続部と前記バンプ電極とを対向させて電気的に接続する工程と、
    前記配線基板と前記半導体チップとの間に樹脂部を形成する工程と、
    を含む半導体装置の製造方法。
  2. 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
    前記樹脂部を形成する工程は、
    前記半導体チップを前記配線基板に搭載する前に、前記半導体チップと前記配線基板との間に樹脂材料を設ける工程と、
    前記半導体チップを前記配線基板に搭載した後に、前記樹脂材料を硬化させる工程と、
    を含む半導体装置の製造方法。
  3. 請求項2記載の半導体装置の製造方法において、
    前記樹脂材料は導電性微粒子を含有してなり、
    前記バンプ電極と前記電気的接続部とを、前記導電性微粒子を介して電気的に接続する半導体装置の製造方法。
  4. 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
    前記樹脂部を形成する工程は、
    前記半導体チップを前記配線基板に搭載した後に前記半導体チップと前記配線基板との間に樹脂材料を設ける工程と、
    前記樹脂材料を硬化させる工程と、
    を含む半導体装置の製造方法。
  5. 請求項1から請求項4のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
    前記樹脂部は、エポキシ系の樹脂で形成する半導体装置の製造方法。
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