JP3632882B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置及びその製造方法に係り、特に半導体チップが配線基板上にフリップチップ実装されている半導体装置及びその半導体チップの配線基板上へのフリップチップ実装方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、パーソナルデジタルセルラーホン、ＶＣＲ（Video Cassette Recorder）、地上波／衛星放送チューナ等のＡＶ（Audio-Visual）機器において、信号伝送／信号処理／記録のデジタル化が進行している。また、取り扱う情報量も増大化傾向にあり、システムクロックも年々増加する傾向にある。
また、セルラー電話、ＩＳＤＮ（Integrated Services Digital Net ）、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）等の情報通信ネットワーク技術の進展により、様々な機器への高周波通信ブロック、高速シリアルインターフェイス等の搭載が図られている。
【０００３】
このようなデジタル化、信号の高速化といったシステムの変化に伴い、半導体チップの実装方法としてもノイズの減少や配線長の短縮が要請されることから、半導体チップをプリント配線板などの配線基板への直接的に実装する、いわゆるべアチップ実装の必要性が高まってきている。
また、機器の小型化、薄型化、軽量化といった観点からも、パッケージを取り去った半導体チップの実装方法の開発が望まれている。
【０００４】
このような要請から、半導体チップの実装方法としてマルチチップモジュール（ＭＣＭ：Ｍｕｌｔｉ−Ｃｈｉｐ一Ｍｏｄｕｌｅ）や、フリップチップ実装等のべアチップ実装が注目されている。
特にフリップチップ実装は、通常、半導体チップのＩ／Ｏ（Ｉｎｐｕｔ ／Ｏｕｔｐｕｔ）パッド（Ｐａｄ ）上にバンプ（Ｂｕｍｐ：突起状電極）を形成し、この半導体チップのバンプをフェイスダウンに配線基板の配線パッドにはんだ等によって接続するため、ワイヤーボンディング（Ｗｉｒｅ Ｂｏｎｄｉｎｇ）等を用いて半導体チップのバンプと配線基板の配線パッドとの接続を行った場合と比較すると、低インダクタンス、低容量で、且つ配線パスが短く形成されるため、高速特性及び高周波特性に優れた特徴を有する。また、半導体チップを安価なガラスエポキシプリント基板等に直接に搭載することが可能になるため、高密度な実装が実現されると共に、コストの低減も実現される。
【０００５】
なお、フリップチップ実装の際に半導体チップを搭載する配線基板としては、ガラスエポキシプリント基板等の有機基板や、アルミナ、ムライト等を材料とするセラミック基板、Ｃｕ（銅）／ポリイミド配線等を施したＳｉ（シリコン）基板等が代表的なものである。
【０００６】
また、従来のフリップチップ実装の例としては、半導体チップの接続パッド上に高融点のはんだバンプを形成し、配線基板の配線層上にはんだプリコートを形成し、これらのはんだバンプとはんだプリコートとを接続するはんだフリップチップ法や、半導体チップの接続パッド上にＡｕ（金）ワイヤーボンディングを用いてＡｕバンプを形成し、このＡｕバンプ上にＡｇ（銀）ペーストなどの導電性ペーストを適量転写した後、この導電性ペーストを介してＡｕバンプを配線基板の配線層上に直接にマウント接続する、いわゆる導電性樹脂を用いるフリップチップ法などがある。
【０００７】
このような接続部における金属の溶融等を利用する従来のフリップチップ実装、例えばはんだフリップチップ法を用いるフリップチップ実装における熱的信頼性を、図１１を用いて説明する。
図１１において、半導体チップ７０は、例えばＳｉ基板７１の回路面の接続パッド上に高融点のはんだバンプ７２が形成されている。また、この半導体チップ７０が実装される配線基板７３は、ガラスエポキシ樹脂層７４上にはんだプリコート７５が形成されている。そして、これら半導体チップ７０のはんだバンプ７２と配線基板７３のはんだプリコート７５とが溶融されて接続されている。
【０００８】
このようなフリップチップ実装における熱的信頼性は、半導体チップ７０のはんだバンプ７２と配線基板７３のはんだプリコート７５との接続部にかかる熱ストレスの大きさによって決まる。そして、この熱ストレスは、配線基板７３の熱膨張係数と半導体チップ７０の熱膨張係数との差、半導体チップ７０の大きさ、熱サイクルの温度差、はんだバンプ７２とプリコート７５との接続部の直径、高さ、体積などの物理的構造によって決まる。
即ち、熱ストレスεＦは、
【０００９】
【数１】
【００１０】
となる。また、ここで、Δαは、
Δα＝｜α２−α１｜
但し、α２：配線基板７３の熱膨張係数
α１：半導体チップ７０の熱膨張係数
である。
従って、フリップチップ実装における熱的信頼性を確保するには、一般に接続部の高さを高くし、断面積を大きくとることが望ましい。
【００１１】
また、配線基板７３として例えばガラスエポキシプリント基板を用いた場合の熱膨張係数α２は１０〜２０×１０−６／℃であるのに対し、例えばＳｉ基板からなる半導体チップ７０の熱膨張係数α１は３．５×１０−６／℃であり、両者の熱膨張係数の差Δαは非常に大きい。このため、通常は半導体チップ７０と配線基板７３の間隙に樹脂を流入させて封止を行い、接続部にかかるストレスを分散し、緩和させることにより、熱的信頼性の向上を図っている。
【００１２】
また、接続部における金属の溶融等を利用するフリップチップ実装法以外に、接着樹脂の接着力による金属間の接触を利用するフリップチップ実装法がある。このようなフリップチップ実装法を図１２を用いて説明する。
【００１３】
半導体チップ８０は、例えばＳｉ基板８１の回路面にＡｌ（アルミニウム）配線層８２が形成され、このＡｌ配線層８２上にＡｌパッド８３を介してＡｕバンプ８４が形成されている。
また、ガラスエポキシ多層配線基板８５は、複数のガラスエポキシ樹脂層８６の表面、裏面、及び層間にそれぞれＣｕ配線層８７が形成されていると共に、その表面のＣｕ配線層８７は、Ｎｉ（ニッケル）／Ａｕメッキ層８８によって被覆されている。
【００１４】
そして、このＮｉ／Ａｕメッキ層８８によって被覆されたＣｕ配線層８７が形成されているガラスエポキシ多層配線基板８５上に、例えばＵＶ（紫外線）硬化性や熱収縮性の接着剤樹脂８９を塗布する。続いて、このガラスエポキシ多層配線基板８５上の接着剤樹脂８９を介して、半導体チップ８０をそのＡｕバンプ８４が形成されている面を下向きにして圧着する。その後、接着剤樹脂８９がＵＶ硬化性樹脂の場合は、紫外線を照射して硬化させ、接着剤樹脂８９が熱収縮性樹脂の場合は、加熱して硬化させる。
【００１５】
こうして、半導体チップ８０のＡｕバンプ８４とガラスエポキシ多層配線基板８５のＮｉ／Ａｕメッキ層８８によって被覆されたＣｕ配線層８７を接触させると共に、この接触を接着剤樹脂８９の収縮力を利用して、Ａｕバンプ８４とＣｕ配線層８７との電気的接続を確保する。
【００１６】
なお、上記のような接着剤樹脂の接着力による金属間の接触を利用するフリップチップ実装法においては、配線基板上に接着剤樹脂を介して半導体チップを圧着する際に、半導体チップのバンプと配線基板の接続パッドとの間に接着剤樹脂が残留するため、接続抵抗が増大し、信頼性も低下するといった問題点があるが、こうした問題を解決するものとして、特公平６−８２７０８号に係る半導体装置の製造方法が提案されている。
【００１７】
この特公平６−８２７０８号に係る半導体装置の製造方法は、上記のような接着剤樹脂の接着力による金属間の接触を利用するフリップチップ実装法において、配線基板上に接着剤樹脂を介して半導体チップを圧着する際に、先ず第１の樹脂を用い、半導体チップのバンプがこの第１の樹脂によって覆われないようにして配線基板上に半導体チップを固着し、半導体チップのバンプと配線基板の接続パッドとを接触させた後、半導体チップと配線基板との間隔に第２の樹脂を充填するものである。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、半導体集積回路の集積度が高くなるに連れて、取り出す信号線の数は上昇の一途を辿っており、従って半導体チップ周辺の接続パッドのピッチはどんどん減少している。
しかしながら、こうした半導体チップ周辺の接続パッドの狭ピッチ化の傾向に対して、上記従来の接続部における金属の溶融等を利用するはんだフリップチップ法や導電性樹脂を用いるフリップチップ法などのフリップチップ実装法においては、例えばガラスエポキシプリント基板を配線基板として用いる場合、十分な信頼性を確保できる接続部の高さとして７０μｍ〜１００μｍが必要とされており、この結果、隣接する接続部と短絡することなく形成することができる接続パッドのピッチは約１５０μｍ程度が限界とされている。
即ち、半導体チップ周辺の接続パッドのピッチが狭ピッチ化してくると、接続部における金属の溶融等を利用する実装法では、接続部間の短絡などによりフリップチップ実装が困難となるという問題が生じる。
【００１９】
また、前述のように、接続部にかかるストレスを分散、緩和させて熱的信頼性の向上を図るのためには、半導体チップと配線基板の間隙に樹脂を流入させて封止を行う必要があるが、この樹脂封止工程においては、接合部周囲にボイドなどが生じて接続部の信頼性を損なう不良が発生し易いという問題も生じる。
【００２０】
特に、はんだを用いたフリップチップ実装方法においては、溶剤としてフラックス（Ｆｌｕｘ）を用いるため、十分な洗浄を行った後に樹脂封止を行う必要があるなど、実装工程が複雑になって時間がかかり、コスト高を招くという問題も生じる。
【００２１】
なお、上記従来の接着剤樹脂の接着力による金属間の接触を利用するフリップチップ実装法は、このような接続部における金属の溶融等を利用する上記従来のフリップチップ実装法におけるような諸問題を生じることはない。
【００２２】
しかし、こうした接着剤樹脂の接着力による金属間の接触を利用する実装法においては、前述の特公平６−８２７０８号に係る半導体装置の製造方法の場合も含めて、半導体チップのバンプと配線基板の接続パッドとの接続の信頼性が接着剤樹脂の収縮力のみによっているため、特に高湿、高温下において接着剤樹脂の膨張が起きた場合に、接続の信頼性が確保されなくなるという弱点があった。
なお、この弱点を改良するために、例えば接着剤樹脂として架橋密度の高いエポキシ系接着剤樹脂を用いてガラス転移温度を上げることが考えられるが、この場合には接着剤樹脂の弾性率が高くなり固い特性となるため、接着剤樹脂が応力により破壊されるなどクリープ特性が悪化するおそれが生じる。
【００２３】
そこで本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、接着剤樹脂の接着力による金属間の接触を利用するフリップチップ実装法を採用すると共に、高湿、高温下における接着剤樹脂の膨張に対しても、半導体チップのバンプと配線基板の接続パッドとの接続の信頼性を確保することができる半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、以下の本発明に係る半導体装置及び製造方法により達成される。
即ち、請求項１に係る半導体装置は、半導体チップが樹脂接着剤フィルムを介して配線基板に実装されている半導体装置であって、樹脂接着剤フィルムは、中間層をなす第１の樹脂層が上下の第２の樹脂層及び第３の樹脂層によって挟まれた３層構造をなしており、かつ第１の樹脂層は半導体チップの突起状電極と配線基板の配線パッドとの接触部を取り囲み、第２の樹脂層は第１の樹脂層と半導体チップとの間に配され、第３の樹脂層は第２の樹脂層と配線基板との間に配されており、第２の樹脂層及び第３の樹脂層のガラス転移温度がそれぞれ第１の樹脂層のガラス転移温度より低く、第２の樹脂層及び３の樹脂層の弾性率がそれぞれ第１の樹脂層の弾性率より低いことを特徴とする。
【００２５】
このように請求項１に係る半導体装置においては、半導体チップと配線基板との間に介在する樹脂接着剤フィルムが３層構造をなしており、半導体チップのバンプと配線基板の配線パッドとの接触部を取り囲む第１の樹脂層が相対的に高いガラス転移温度と高い弾性率を有していることにより、その強い接着力／熱収縮力によって半導体チップのバンプと配線基板の配線パッドとの接触を確保するように機能すると共に、たとえ高湿、高温下において樹脂接着剤フィルムの膨張が起きるような場合であっても、第１の樹脂層が対温度ストレスに対して安定して接触部を保持するように機能するため、半導体チップのバンプと配線基板の配線パッドとの電気的接続の信頼性が確保される。
【００２６】
また、この第１の樹脂層と半導体チップとの間に配された第２の樹脂層が、相対的に低いガラス転移温度と低い弾性率を有していることにより、第１の樹脂層と半導体チップとを接着保持するように機能すると共に、たとえ半導体チップのバンプと配線基板の配線パッドとの接触部に熱的応力が加わるような場合であっても、バンプや配線パッドの根元にかかるストレスを緩和するように機能するため、第１の樹脂層と半導体チップとの密着性が確保される。
【００２７】
また、同様に、第１の樹脂層と配線基板との間に配された第３の樹脂層が、相対的に低いガラス転移温度と低い弾性率を有していることにより、第１の樹脂層と配線基板とを接着保持するように機能すると共に、たとえ半導体チップのバンプと配線基板の配線パッドとの接触部に熱的応力が加わるような場合であっても、バンプや配線パッドの根元にかかるストレスを緩和するように機能するため、第１の樹脂層と配線基板との密着性が確保される。
【００２８】
従って、このような第１〜第３の樹脂層を有する３層構造の樹脂接着剤フィルムを介して半導体チップが配線基板にフリップチップ実装されていることにより、半導体チップのバンプと配線基板の配線パッドとの信頼性の高い電気的接続が得られる。
【００２９】
また、請求項２に係る半導体装置は、上記請求項１に係る半導体装置において、樹脂接着剤フィルムの第１〜第３の樹脂層のうち、少なくとも１層が、配線基板の配線パッドの幅より小さな直径の導電性微粒子が分散されている異方性導電膜であり、半導体チップのバンプと配線基板の配線パッドとの接触部にこれらの導電性微粒子が介在している構成とすることにより、半導体チップのバンプと配線基板の配線パッドとがこれらの導電性微粒子を介しての電気的に接続されるため、半導体チップのバンプと配線基板の配線パッドとの電気的接続の信頼性が向上する。
【００３０】
また、請求項３に係る半導体装置は、上記請求項１に係る半導体装置において、樹脂接着剤フィルムの第１〜第３の樹脂層のうち、少なくとも１層が、熱可塑性樹脂からなる層である構成とすることにより、半導体チップが不良品であった場合等に加熱リワークを行うことが可能になる。
なお、熱可塑性樹脂からなる層とする樹脂層は、第１〜第３の樹脂層のうちのいずれの樹脂層であってもよいが、不良チップを交換して配線基板を再利用したい場合には、配線基板と接着している第３の樹脂層であることが望ましく、また半導体チップを再利用したい場合には、半導体チップと接着している第２の樹脂層であることが望ましい。
【００３１】
また、請求項４に係る半導体装置の製造方法は、第１〜第３の樹脂層が積層された３層構造からなり、第１の樹脂層を上下に挟む第２の樹脂層及び第３の樹脂層のガラス転移温度がそれぞれ第１の樹脂層のガラス転移温度より低く、第２の樹脂層及び第３の樹脂層の弾性率がそれぞれ第１の樹脂層の弾性率より低い樹脂接着剤フィルムを、第３の樹脂層を下にして、配線基板上に載置した後、所定の位置合わせを行った半導体チップを樹脂接着剤フィルムを介して配線基板上に熱圧着する際に、配線基板のガラス転移温度をＴｇ、樹脂接着剤フィルムの第１〜第３の樹脂層のガラス転移温度の内最も低いガラス転移温度をＴａとすると、熱圧着条件が、
Ｔａ≦Ｔｇ
を満足することを特徴とする。
【００３２】
このように請求項４に係る半導体装置の製造方法においては、半導体チップを樹脂接着剤フィルムを介して配線基板上に熱圧着する際に、樹脂接着剤フィルムの第１〜第３の樹脂層のガラス転移温度の内最も低いガラス転移温度Ｔａが配線基板のガラス転移温度Ｔｇよりも低温になるか又は等温になることにより、熱圧着の際の配線基板への応力が樹脂接着剤フィルムによって緩和されるため、半導体チップのバンプと配線基板の配線パッドとの信頼性の高い電気的接続が得られる。
【００３３】
また、請求項５に係る半導体装置の製造方法は、上記請求項４に係る半導体装置の製造方法において、樹脂接着剤フィルムの第１〜第３の樹脂層のうち、少なくとも１層を、配線基板の配線パッドの幅より小さな直径の導電性微粒子が分散されている異方性導電膜とし、半導体チップを樹脂接着剤フィルムを介して配線基板上に熱圧着する際に、半導体チップのバンプと配線基板の配線パッドとの接触部に導電性微粒子を介在させる構成とすることにより、半導体チップのバンプと配線基板の配線パッドとがこれらの導電性微粒子を介して電気的に接続されるため、バンプと配線基板の配線パッドとの電気的接続の信頼性が向上する。
【００３４】
また、請求項６に係る半導体装置の製造方法は、上記請求項４に係る半導体装置の製造方法において、樹脂接着剤フィルムの第１〜第３の樹脂層のうち、少なくとも１層を、熱可塑性樹脂からなる層とする構成とすることにより、半導体チップが不良品であった場合等に加熱リワークを行うことが可能になる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係る半導体装置、即ち半導体チップが配線基板上にフリップチップ実装されている半導体装置を示す断面図、図２は半導体チップを配線基板上にフリップチップ実装する際に半導体チップと配線基板との間に介在させる樹脂接着剤フィルムを示す断面図である。
【００３６】
図１に示されるように、本実施形態に係る半導体装置は、半導体チップ１０が例えばガラスエポキシ多層配線基板２０上に樹脂接着剤フィルム３０を介してフリップチップ実装されている。
ここで、半導体チップ１０は、例えばＳｉ基板１１の回路面にＡｌ配線層１２が形成され、このＡｌ配線層１２の所定の位置に設けられたＡｌパッド上にバリアメタル層１３が形成されている。そして、Ａｌ配線層１２及びバリアメタル層１３を覆っている絶縁膜１４の開口部を介して、バリアメタル層１３上にＡｕバンプ１５が形成されている。
【００３７】
また、ガラスエポキシ多層配線基板２０は、ＦＲ−４などの複数のガラスエポキシ樹脂層２１の表面、裏面、及び層間にそれぞれＣｕ配線層２２が形成されている。そして、ガラスエポキシ樹脂層２１表面のＣｕ配線層２２は、Ｎｉ／Ａｕメッキ層２３によって被覆されている。そして、このＣｕ配線層２２を被覆するＮｉ／Ａｕメッキ層２３を形成する方法としては、無電解メッキ又は電解メッキのいずれのメッキ法を用いてもよい。なお、このガラスエポキシ多層配線基板２０のガラス転移温度は、１３０℃〜１５０℃とする。
【００３８】
更に、樹脂接着剤フィルム３０は、半導体チップ１０のＡｕバンプ１５とガラスエポキシ多層配線基板２０のＮｉ／Ａｕメッキ層２３によって被覆されているＣｕ配線層２２との接触部を取り囲んで保持する第１の樹脂層３１と、この第１の樹脂層３１と半導体チップ１０との間に配され、両者を接着保持する第２の樹脂層３２と、第１の樹脂層３１とガラスエポキシ多層配線基板２０との間に配され、両者を接着保持する第３の樹脂層３３とを有する３層構造をなしている。
【００３９】
この樹脂接着剤フィルム３０について更に詳しく説明する。
図２に示されるように、この樹脂接着剤フィルム３０は、中間層をなす第１の樹脂層３１が上下の第２の樹脂層３２及び第３の樹脂層３３によって挟まれた３層構造をなしている。そして、第１の樹脂層３１としては、例えばビスフェノ一ル系エポキシ等の主剤にフィラー等を添加したものであって、ガラス転移温度が１３０℃より高く、且つ弾性率が２．５ＭＰａ以上の特性の樹脂を用いている。また、第２の樹脂層３２及び第３の樹脂層３３としては、例えばビスフェノ一ル系エポキシ樹脂を主剤とする樹脂にゴム系樹脂等を配合し、イミダゾールなど速硬化性の硬化剤を添加したものであって、ガラス転移温度が８０℃〜１３０℃であり、且つ弾性率が２．５ＭＰａ以下の特性の樹脂を用いている。
即ち、樹脂接着剤フィルム３０が第１〜第３の樹脂層３１、３２、３３からなる３層構造をなしており、第２の樹脂層３２及び第３の樹脂層３３のガラス転移温度がそれぞれ第１の樹脂層３１のガラス転移温度より低く、且つ第２の樹脂層３２及び第３の樹脂層３３の弾性率がそれぞれ第１の樹脂層３１の弾性率より低くなっている点に特徴がある。
【００４０】
次に、図１の半導体装置の製造方法を、図３〜図６を用いて説明する。ここで、図３は図２の樹脂接着剤フィルムの製造方法を説明するための概略図、図４は半導体チップのバンプの形成を説明するための工程断面図、図５は図２の樹脂接着剤フィルムの配線基板上への張り付けを説明するための工程断面図、図６は図２の樹脂接着剤フィルムを介しての半導体チップの配線基板上へのフリップチップ実装を説明するための工程断面図である。なお、上記図１及び図２に示す構成要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００４１】
先ず、図２に示す樹脂接着剤フィルム３０の製造方法について説明する。
図３に示されるように、容器４０内のビスフェノ一ル系エポキシ等の主剤にフィラー等を添加した第１のエポキシ合成剤４１に所定の圧力を加えて、スリット状の開口部から射出した後、この第１のエポキシ合成剤４１を２対の成形ローラ４２、４３にかける。こうして、ガラス転移温度が１３０℃より高く且つ弾性率が２．５ＭＰａ以上の特性をもつ第１の樹脂層３１に成形する。
【００４２】
また、容器４４内のビスフェノ一ル系エポキシ樹脂を主剤とする樹脂にゴム系樹脂等を配合し、硬化剤としてイミダゾールなど速硬化性の硬化剤を添加した第２のエポキシ合成剤４５に所定の圧力を加えて、スリット状の開口部から射出した後、この第２のエポキシ合成剤４５を２対の成形ローラ４６、４７によりガラス転移温度が８０℃〜１３０℃であり且つ弾性率が２．５ＭＰａ以下の特性をもつ第２の樹脂層３２に成形する。
【００４３】
同様にして、容器４８内のビスフェノール系エポキシ樹脂を主剤とする樹脂にゴム系樹脂等を配合し、硬化剤としてイミダゾールなど速硬化性の硬化剤を添加した第３のエポキシ合成剤４９に所定の圧力を加えて、スリット状の開口部から射出した後、この第３のエポキシ合成剤４９を２対のローラ５０、５１によりガラス転移温度が８０℃〜１３０℃であり且つ弾性率が２．５ＭＰａ以下の特性をもつ第３の樹脂層３３に成形する。
【００４４】
続いて、これら第１〜第３の樹脂層３１、３２、３３の各々特性の異なる３枚の樹脂層を、一対の圧着ローラ５２を用いて、第１の樹脂層３１を中間に挟んで重ね合わせ、圧着する。その後、この一対の圧着ローラ５２により圧着された第１〜第３の樹脂層３１、３２、３３を乾燥機５３を用いて乾燥する。なお、この乾燥機５３は、圧着された第１〜第３の樹脂層３１、３２、３３を搬送する複数個の搬送ローラ５４と、この複数個の搬送ローラ５４によって搬送される第１〜第３の樹脂層３１、３２、３３を上方及び下方から加熱する複数個の加熱ランプ５５から構成される。
【００４５】
続いて、乾燥機５３により乾燥された第１〜第３の樹脂層３１、３２、３３を一対の成型／圧着ローラ５６を用いて成型／圧着し、第２の樹脂層３２、第１の樹脂層３１、及び第３の樹脂層３３が順に積層された３層構造の樹脂接着剤フィルム３０を形成する。その後、この樹脂接着剤フィルム３０を巻取り装置５７に巻き取る。
【００４６】
このようにして、図２に示されるような、中間層をなす第１の樹脂層３１が上下の第２の樹脂層３２及び第３の樹脂層３３によって挟まれた３層構造をなす樹脂接着剤フィルム３０が形成される。
【００４７】
次いで、半導体チップ１０のＡｕバンプ１５の形成について説明する。
図４に示されるように、Ｓｉ基板１１表面に所定の集積回路を形成した後、この回路面にＡｌ配線層１２を形成して配線を行う。更にこのＡｌ配線層１２の所定の位置に設けられたＡｌパッド上にバリアメタル層１３を形成した後、基体全面を覆うように絶縁膜１４を形成する。
続いて、例えばリソグラフィ技術を用いて、バリアメタル層１３上の絶縁膜１４を選択的に除去し、開口部を形成する。更に、この絶縁膜１４の開口部を介して、例えばメッキ法を用いて、バリアメタル層１３上にＡｕバンプ１５を形成する。
このようにして、半導体チップ１０のＳｉ基板１１の回路面に形成されたＡｌ配線層１２の所定の位置に設けられたＡｌパッド上に、バリアメタル層１３を介して、Ａｕバンプ１５が形成される。
【００４８】
次いで、ガラスエポキシ多層配線基板２０上への樹脂接着剤フィルム３０の張り付けについて説明する。
図５に示されるように、Ｎｉ／Ａｕメッキ層２３によって覆われているＣｕ配線層２２がガラスエポキシ樹脂層２１表面に形成されているガラスエポキシ多層配線基板２０上に、上記図２に示される３層構造の樹脂接着剤フィルム３０を、その第３の樹脂層３３を下にして載置する。そして、エポキシ樹脂からなる樹脂接着剤フィルム３０の硬化反応率が５％〜１０％以下となるような温度、例えば８０℃〜１２０℃において軽く圧着を行う。
こうして、ガラスエポキシ多層配線基板２０のＣｕ配線層２２を被覆しているＮｉ／Ａｕメッキ層２３の最上端部が、３層構造の樹脂接着剤フィルム３０の中間層をなす第１の樹脂層３１中に位置するように、仮圧着する。
【００４９】
次いで、樹脂接着剤フィルム３０を介した半導体チップ１０のガラスエポキシ多層配線基板２０へのフリップチップ実装について説明する。
【００５０】
樹脂接着剤フィルム３０が仮圧着されたガラスエポキシ多層配線基板２０上方において、上記図４に示される半導体チップ１０の位置合わせを行う。即ち、半導体チップ１０の回路面を下にして、半導体チップ１０の各Ａｕバンプ１５がガラスエポキシ多層配線基板２０のＮｉ／Ａｕメッキ層２３によって覆われた各Ｃｕ配線層２２に対応するように位置合わせを行う。
【００５１】
続いて、図６に示されるように、この位置合わせを行った半導体チップ１０を樹脂接着剤フィルム３０を介してガラスエポキシ多層配線基板２０上に熱圧着する。こうして、半導体チップ１０のＡｕバンプ１５とガラスエポキシ多層配線基板２０のＮｉ／Ａｕメッキ層２３によって被覆されているＣｕ配線層２２との接触部は、３層構造の樹脂接着剤フィルム３０の中間層をなす第１の樹脂層３１に取り囲まれることになる。また、この第１の樹脂層３１と半導体チップ１０との間には第２の樹脂層３２が配され、第１の樹脂層３１とガラスエポキシ多層配線基板２０との間には第３の樹脂層３３が配されることになる。
なお、このときの熱圧着条件は、加熱圧着温度を１５０℃〜２５０℃、圧着圧力を５ｇ〜ｌ００ｇ／バンプに設定し、圧着時間は圧着温度によって変動するが通常１、２秒〜３分程度として、樹脂接着剤フィルム３０の硬化反応率が少なくとも８０％以上となるよう設定する。
【００５２】
従って、有機材料基板であるガラスエポキシ多層配線基板２０のガラス転移温度をＴｇ、３層構造の樹脂接着剤フィルム３０のガラス転移温度の内最も低いガラス転移温度、即ち第２の樹脂層３２及び第３の樹脂層３３のガラス転移温度をＴａ、加熱圧着温度をＴｂとすると、半導体チップ１０を樹脂接着剤フィルム３０を介してガラスエポキシ多層配線基板２０上に熱圧着する際の温度条件は、
Ｔａ≦Ｔｇ≦Ｔｂ
を満足することになる。
【００５３】
このように、本実施形態によれば、半導体チップ１０がベアチップとしてガラスエポキシ多層配線基板２０上にダイレクトで実装されるため、ガラスエポキシ多層配線基板２０の高密度化、コンパクト化を達成することが可能になる。
【００５４】
また、半導体チップ１０のＡｕバンプ１５とガラスエポキシ多層配線基板２０のＮｉ／Ａｕメッキ層２３によって被覆されているＣｕ配線層２２とを電気的に接続する原理が、従来のはんだフリップチップ法等の場合のように金属の溶融等によるものではなく、樹脂接着剤フィルム３０の接着力／熱収縮力による金属間の接触によるものであることから、Ａｕバンプ１５とＮｉ／Ａｕメッキ層２３によって被覆されているＣｕ配線層２２との接触部における熱的信頼性は金属疲労断裂モードによって支配されず、その接触部の微細化が可能になると共に、微細化した接触部の熱的信頼性が非常に高くなる。このため、半導体チップ１０のＡｕバンプ１５間の間隔、即ちパッドピッチが狭ピッチ化しても、Ａｕバンプ１５間の短絡を生じるころなく、高い歩留りでフリップチップ実装することが可能になり、半導体チップ１０のＡｕバンプ１５とガラスエポキシ多層配線基板２０のＣｕ配線層２２との接続部の寄生成分の低下による信号の高速化や低ノイズ化を実現することが可能になる。
【００５５】
また、従来のはんだフリップチップ法などと異なり、半導体チップ１０のＡｕバンプ１５とガラスエポキシ多層配線基板２０のＣｕ配線層２２との接続の際にフラックスを用いないため、洗浄工程が不要になるのみならず、接続後の樹脂封止工程も不要になることから、クリーンかつ簡素な工程でフリップチップ実装を完結することができるため、製造コストの低下を実現することができる。
【００５６】
そして、以上のような半導体チップ１０のＡｕバンプ１５とガラスエポキシ多層配線基板２０のＣｕ配線層２２とを電気的に接続する原理が樹脂接着剤フィルム３０の接着力／熱収縮力による金属間の接触によることに基づく効果のみならず、この樹脂接着剤フィルム３０が、半導体チップ１０のＡｕバンプ１５とガラスエポキシ多層配線基板２０のＮｉ／Ａｕメッキ層２３によって被覆されているＣｕ配線層２２との接触部を取り囲んで保持する第１の樹脂層３１と、この第１の樹脂層３１と半導体チップ１０との間に配され、両者を接着保持する第２の樹脂層３２と、第１の樹脂層３１とガラスエポキシ多層配線基板２０との間に配され、両者を接着保持する第３の樹脂層３３とを有する３層構造をなしていることにより、次のような効果を奏することができる。
【００５７】
即ち、半導体チップ１０のＡｕバンプ１５とガラスエポキシ多層配線基板２０のＮｉ／Ａｕメッキ層２３によって被覆されているＣｕ配線層２２との接触部を取り囲んで保持する第１の樹脂層３１が、１３０℃よりも高いガラス転移温度と２．５ＭＰａ以上の弾性率を有していることにより、その強い接着力／熱収縮力によってＡｕバンプ１５とＮｉ／Ａｕメッキ層２３によって被覆されているＣｕ配線層２２との接触を確保すると共に、たとえ高湿、高温下において樹脂の膨張が起きるような場合であっても、対温度ストレスに対して安定して接触部を保持することが可能になるため、半導体チップ１０のＡｕバンプ１５とガラスエポキシ多層配線基板２０のＣｕ配線層２２との電気的接続の信頼性を十分に確保することができる。
【００５８】
また、この第１の樹脂層３１と半導体チップ１０との間に配され、両者を接着保持する第２の樹脂層３２が、８０℃〜１３０℃という相対的に低いガラス転移温度と２．５ＭＰａ以下という相対的に低い弾性率を有していることにより、第１の樹脂層３１と半導体チップ１０とを接着保持すると共に、たとえ半導体チップ１０のＡｕバンプ１５とガラスエポキシ多層配線基板２０のＣｕ配線層２２との接触部に熱的応力が加わるような場合であっても、Ａｕバンプ１５やＣｕ配線層２２の根元にかかるストレスを緩和することが可能になるため、第１の樹脂層３１と半導体チップ１０との密着性を十分に確保することができる。
【００５９】
また、同様に、第１の樹脂層３１とガラスエポキシ多層配線基板２０との間に配され、両者を接着保持する第３の樹脂層３３が、８０℃〜１３０℃という相対的に低いガラス転移温度と２．５ＭＰａ以下という相対的に低い弾性率を有していることにより、第１の樹脂層３１とガラスエポキシ多層配線基板２０とを接着保持すると共に、たとえ半導体チップ１０のＡｕバンプ１５とガラスエポキシ多層配線基板２０のＣｕ配線層２２との接触部に熱的応力が加わるような場合であっても、Ａｕバンプ１５やＣｕ配線層２２の根元にかかるストレスを緩和することが可能になるため、第１の樹脂層３１とガラスエポキシ多層配線基板２０との密着性を十分に確保することができる。
従って、このような第１〜第３の樹脂層３１、３２、３３を有する３層構造の樹脂接着剤フィルム３０を介して半導体チップ１０がガラスエポキシ多層配線基板２０にフリップチップ実装されていることにより、半導体チップ１０のＡｕバンプ１５とガラスエポキシ多層配線基板２０のＣｕ配線層２２との信頼性の高い電気的接続を得ることができる。
【００６０】
また、ガラスエポキシ多層配線基板２０のガラス転移温度をＴｇ、３層構造の樹脂接着剤フィルム３０のガラス転移温度の内最も低いガラス転移温度、即ち第２の樹脂層３２及び第３の樹脂層３３のガラス転移温度をＴａ、加熱圧着温度をＴｂとすると、半導体チップ１０を樹脂接着剤フィルム３０を介してガラスエポキシ多層配線基板２０上に熱圧着する際の温度条件が、
Ｔａ≦Ｔｇ≦Ｔｂ
を満足することにより、半導体チップ１０を樹脂接着剤フィルム３０を介してガラスエポキシ多層配線基板２０上に熱圧着する際に、ガラスエポキシ多層配線基板２０への応力が樹脂接着剤フィルム３０によって緩和されるため、半導体チップ１０のＡｕバンプ１５とガラスエポキシ多層配線基板２０のＣｕ配線層２２との信頼性の高い電気的接続を得ることができる。
【００６１】
（第２の実施形態）
図７は本発明の第２の実施形態に係る半導体装置、即ち半導体チップが配線基板上にフリップチップ実装されている半導体装置を示す断面図、図８は半導体チップと配線基板との間に介在させる樹脂接着剤フィルムを示す断面図である。なお、上記図１に示す半導体装置の構成要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００６２】
本実施形態に係る半導体装置は、上記第１の実施形態に係る半導体装置における樹脂接着剤フィルムを構成する一部の樹脂層が、多数の導電性粒子が分散されて異方性導電膜となっている点に特徴がある。
即ち、図７に示されるように、本実施形態に係る半導体装置は、Ｓｉ基板１１の回路面のＡｌ配線層１２の所定の位置に設けられたＡｌパッド上にバリアメタル層１３を介してＡｕバンプ１５が形成されている半導体チップ１０が、ガラスエポキシ樹脂層２１表面のＮｉ／Ａｕメッキ層２３によって被覆されているＣｕ配線層２２が形成されているガラスエポキシ多層配線基板２０上に、樹脂接着剤フィルム６０を介して、フリップチップ実装されている。
【００６３】
ここで、樹脂接着剤フィルム６０は、半導体チップ１０のＡｕバンプ１５とガラスエポキシ多層配線基板２０のＮｉ／Ａｕメッキ層２３によって被覆されているＣｕ配線層２２との接触部を取り囲んで保持する第１の樹脂層６１と、この第１の樹脂層６１と半導体チップ１０との間に配され、両者を接着保持する第２の樹脂層６２と、第１の樹脂層６１とガラスエポキシ多層配線基板２０との間に配され、両者を接着保持する第３の樹脂層６３とを有する３層構造をなしていると共に、この最下層の第３の樹脂層６３中に多数の導電粒子６４が分散されており、半導体チップ１０のＡｕバンプ１５とガラスエポキシ多層配線基板２０のＮｉ／Ａｕメッキ層２３によって被覆されているＣｕ配線層２２とは複数の導電粒子６４を介して接触している。
【００６４】
この樹脂接着剤フィルム６０について更に詳しく説明する。
図８に示されるように、この樹脂接着剤フィルム６０は、中間層をなす第１の樹脂層６１が上下の第２の樹脂層６２及び第３の樹脂層６３によって挟まれた３層構造をなしている。そして、これら第１〜第３の樹脂層６１、６２、６３は、それぞれ上記第１の実施形態における樹脂接着剤フィルム３０の第１〜第３の樹脂層３１、３２、３３と同様の材料からなっている。従って、上記第１の実施形態の場合と同様に、第２の樹脂層６２及び第３の樹脂層６３のガラス転移温度がそれぞれ第１の樹脂層６１のガラス転移温度より低く、且つ第２の樹脂層６２及び第３の樹脂層６３のの弾性率がそれぞれ第１の樹脂層６１の弾性率より低くなっている点に特徴がある。
【００６５】
更に、この特徴に加えて、樹脂接着剤フィルム３０の最下層の第３の樹脂層６３中に多数の導電粒子６４が分散されて、異方性導電膜となっている点に本実施形態の特徴がある。
【００６６】
また、第３の樹脂層６３中に多数の導電粒子６４が分散されている導電粒子６４は、ＮｉやＡｕなどがメッキされたプラスチックボール（Ｐｌａｓｔｉｃ Ｂａｌｌ）や、Ｎｉ、はんだ、Ｍｏ（モリブデン）、Ａｇ（銀）などの粒子からなり、その粒径がガラスエポキシ多層配線基板２０のＣｕ配線層２２の幅よりも小さい１μｍ〜５０μｍ程度のものが用いられる。
【００６７】
なお、ここでは、樹脂接着剤フィルム６０の最下層である第３の樹脂層６３が多数の導電性粒子６４が分散されている異方性導電膜となっているが、異方性導電膜となる樹脂層は第３の樹脂層６３に限定されるものではなく、最上層の第２の樹脂層６２であってもよいし、中間層の第１の樹脂層６１であってもよい。いずれの樹脂層に導電性粒子を分散して異方性導電膜とするかは、半導体チップのバンプの構造や配線基板の配線層の形状により決定すればよい。また、異方性導電膜となる樹脂層は１層に限る必要もない。
【００６８】
次に、図７の半導体装置の製造方法を、図９及び図１０を用いて説明する。ここで、図９は図８の樹脂接着剤フィルムの配線基板上への張り付けを説明するための工程断面図、図１０は図８の樹脂接着剤フィルムを介しての半導体チップの配線基板上へのフリップチップ実装を説明するための工程断面図である。なお、樹脂接着剤フィルムの製造方法を説明するための概略図及び半導体チップのバンプの形成を説明するための工程断面図はそれぞれ上記図３及び図４と略同様であるため、図示を省略する。また、上記図３〜図６に示す構成要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００６９】
先ず、図８に示す樹脂接着剤フィルム６０の製造方法について説明する。
この樹脂接着剤フィルム６０の製造方法は、上記第１の実施形態において図３を用いて説明したものと略同様である。即ち、ビスフェノ一ル系エポキシ等の主剤にフィラー等を添加した第１のエポキシ合成剤をスリット状の開口部から射出し、成形ローラにかけ、ガラス転移温度が１３０℃より高く且つ弾性率が２．５ＭＰａ以上の特性をもつ第１の樹脂層６１に成形する。また、ビスフェノ一ル系エポキシ樹脂を主剤とする樹脂にゴム系樹脂等を配合し、硬化剤としてイミダゾールなど速硬化性の硬化剤を添加した第２のエポキシ合成剤及び第３のエポキシ合成剤をスリット状の開口部から射出し、成形ローラにかけ、ガラス転移温度が８０℃〜１３０℃であり且つ弾性率が２．５ＭＰａ以下の特性をもつ第２の樹脂層６２及び第３の樹脂層６３にそれぞれ成形する。
但し、このとき、第３の樹脂層６３の材料となる第３のエポキシ合成剤中に多数の導電粒子６４を添加することにより、これらの導電粒子６４が第３の樹脂層６３中に分散されるようにする点が、上記第１の実施形態の場合と異なる特徴である。
【００７０】
続いて、これら第１〜第３の樹脂層６１、６２、６３の各々特性の異なる３枚の樹脂層を、圧着ローラにより第１の樹脂層６１を中間に挟んで重ね合わせて圧着した後、乾燥機を用いて乾燥し、更に成型／圧着ローラにより成型／圧着し、第２の樹脂層６２、第１の樹脂層６１、及び第３の樹脂層６３が順に積層された３層構造の樹脂接着剤フィルム６０を形成する。
【００７１】
このようにして、図８に示されるような、中間層をなす第１の樹脂層６１が上下の第２の樹脂層６２及び第３の樹脂層６３によって挟まれた３層構造をなすと共に、第３の樹脂層６３中に多数の導電粒子６４が分散されている樹脂接着剤フィルム６０が形成される。
【００７２】
次いで、半導体チップ１０のＡｕバンプ１５の形成についてであるが、その内容は上記第１の実施形態において図４を用いて説明したものと全く同様であるため、説明を省略する。
【００７３】
次いで、ガラスエポキシ多層配線基板２０上への樹脂接着剤フィルム６０の張り付けについて説明する。
図９に示されるように、Ｎｉ／Ａｕメッキ層２３によって覆われたＣｕ配線層２２がガラスエポキシ樹脂層２１表面に形成されているガラスエポキシ多層配線基板２０上に、上記図８に示される３層構造の樹脂接着剤フィルム６０を、多数の導電粒子６４が分散されている第３の樹脂層６３を下にして載置する。そして、エポキシ樹脂からなる樹脂接着剤フィルム６０の硬化反応率が５％〜１０％以下となるような温度、例えば８０℃〜１２０℃において軽く圧着を行う。
このようにして、ガラスエポキシ多層配線基板２０のＣｕ配線層２２を被覆しているＮｉ／Ａｕメッキ層２３の最上端部が３層構造の樹脂接着剤フィルム６０の中間層をなす第１の樹脂層６１中に位置すると共に、Ｎｉ／Ａｕメッキ層２３上面上に複数の導電粒子６４が載置されるように、仮圧着する。
【００７４】
次いで、半導体チップ１０の樹脂接着剤フィルム６０を介したガラスエポキシ多層配線基板２０へのフリップチップ実装について説明する。
図１０に示されるように、３層構造の樹脂接着剤フィルム６０が仮圧着されたガラスエポキシ多層配線基板２０上方において、半導体チップ１０の位置合わせを行った後、この位置合わせを行った半導体チップ１０を樹脂接着剤フィルム６０を介してガラスエポキシ多層配線基板２０上に熱圧着する。
【００７５】
こうして、半導体チップ１０のＡｕバンプ１５とガラスエポキシ多層配線基板２０のＮｉ／Ａｕメッキ層２３によって被覆されているＣｕ配線層２２とが複数の導電粒子６４を介して接触すると共に、この接触部は３層構造の樹脂接着剤フィルム６０の中間層をなす第１の樹脂層６１に取り囲まれることになる。また、この第１の樹脂層６１と半導体チップ１０との間には第２の樹脂層６２が配され、第１の樹脂層６１とガラスエポキシ多層配線基板２０との間には第３の樹脂層６３が配されることになる。
【００７６】
なお、このときの熱圧着条件は、加熱圧着温度を１５０℃〜２５０℃、圧着圧力を５ｇ〜ｌ００ｇ／バンプに設定し、圧着時間は圧着温度によって変動するが通常１、２秒〜３分程度として、樹脂接着剤フィルム６０の硬化反応率が少なくとも８０％以上となるよう設定する。
【００７７】
従って、有機材料基板であるガラスエポキシ多層配線基板２０のガラス転移温度をＴｇ、３層構造の樹脂接着剤フィルム６０のガラス転移温度の内最も低いガラス転移温度、即ち第２の樹脂層６２及び第３の樹脂層６３のガラス転移温度をＴａ、加熱圧着温度をＴｂとすると、半導体チップ１０を樹脂接着剤フィルム６０を介してガラスエポキシ多層配線基板２０上に熱圧着する際の温度条件は、
Ｔａ≦Ｔｇ≦Ｔｂ
を満足することになる。
【００７８】
このように、本実施形態によれば、半導体チップ１０のＡｕバンプ１５とガラスエポキシ多層配線基板２０のＮｉ／Ａｕメッキ層２３によって被覆されているＣｕ配線層２２とを電気的に接続する原理が樹脂接着剤フィルム６０の接着力／熱収縮力による金属間の接触によると共に、この樹脂接着剤フィルム６０が第１〜第３の樹脂層６１、６２、６３からなる３層構造をなしており、半導体チップ１０のＡｕバンプ１５とガラスエポキシ多層配線基板２０のＮｉ／Ａｕメッキ層２３によって被覆されているＣｕ配線層２２との接触部を取り囲んで保持する第１の樹脂層６１が相対的に高いガラス転移温度と相対的に高い弾性率を有し、この第１の樹脂層６１と半導体チップ１０とを接着保持する第２の樹脂層６２が相対的に低いガラス転移温度と相対的に低い弾性率を有し、第１の樹脂層６１とガラスエポキシ多層配線基板２０とを接着保持する第３の樹脂層６３が相対的に低いガラス転移温度と相対的に低い弾性率を有していることにより、上記第１の実施形態の場合と同様の効果を奏することができる。
【００７９】
また、樹脂接着剤フィルム６０の最下層の第３の樹脂層６３が、多数の導電性粒子６４が分散されている異方性導電膜となっていることにより、半導体チップ１０のＡｕバンプ１５とガラスエポキシ多層配線基板２０のＮｉ／Ａｕメッキ層２３によって被覆されているＣｕ配線層２２とが複数の導電粒子６４を介して接触することになるため、半導体チップ１０のＡｕバンプ１５とガラスエポキシ多層配線基板２０のＣｕ配線層２２との電気的接続の信頼性を更に向上させることができる。
【００８０】
なお、上記第１及び第２の実施形態においては、半導体チップ１０のＡｌパッド上にバリアメタル層１３を介してＡｕバンプ１５を形成する際にメッキ法を用いているが、半導体チップのバンプ形成方法はメッキ法に限定されるものではない。例えば半導体チップのパッド上にＡｕ又はその合金からなるワイヤ（Ｗｉｒｅ）を加熱・溶融してボールを形成し、更に超音波を印加しながら加熱・圧着した後、上方に引きちぎり、続いて上方から金属等で叩いてレベリングして、逆さマッシュルーム型のいわゆるボ−ルバンプを形成してもよい。
【００８１】
また、上記第１及び第２の実施形態においては、配線基板としてガラスエポキシ多層配線基板２０を使用しているが、このガラスエポキシ多層配線基板２０の代わりに、例えばセラミック多層基板やＳｉ配線基板などを使用してもよく、本発明は配線基板の材質に拘るものではない。
【００８２】
また、上記第１及び第２の実施形態においては、樹脂接着剤フィルム３０、６０の第１の樹脂層３１、６１として、ビスフェノ一ル系エポキシ等の主剤にフィラー等を添加したものを用い、第２の樹脂層３２、６２及び第３の樹脂層３３、６３として、ビスフェノ一ル系エポキシ樹脂を主剤とする樹脂にゴム系樹脂等を配合し、イミダゾールなど速硬化性の硬化剤を添加したものを用いているが、樹脂接着剤フィルム３０、６０の材料はこれらに限定されるものではない。
【００８３】
例えば樹脂接着剤フィルムの第１の樹脂層として、多官能基エポキシ樹脂、例えばビスフェノ一ル系エポキシ樹脂にグリシルエーテル、スルホン酸などの官能基を合成し、硬化剤としてイミダゾールの他、有機酸無水物等を添加したものを用いていてもよいし、また上記のエポキシ樹脂にシリカ、セラミック粉等を添加したものを用いていてもよい。また、第２の樹脂層及び第３の樹脂層として、高架橋密度エポキシ樹脂、例えばビスフェノ一ル系エポキシ樹脂にウレタンアクリレート、エポキシアクリレート等の変性アクリル系樹脂を添加し、硬化剤としてイミダゾール等を添加したものを用いていてもよいし、またエラストマー系エポキシ樹脂、例えばビスフェノ一ル系エポキシ樹脂にクロロプロピレンゴム系エラストマーを添加し、硬化剤としてイミダゾール等を添加したものを用いていてもよい。
【００８４】
更に、上記第１及び第２の実施形態において、３層構造をなす樹脂接着剤フィルム３０、６０の第１の樹脂層３１、６１、第２の樹脂層３２、６２、第３の樹脂層３３、６３のうちの、少なくとも１層を熱可塑性樹脂からなる層とすることが望ましい。
【００８５】
この熱可塑性樹脂からなる層とする樹脂層は、いずれの樹脂層であってもよいが、半導体チップ１０が不良品であって、この不良チップを交換してガラスエポキシ多層配線基板２０の再利用を図りたい場合には、ガラスエポキシ多層配線基板２０と接着している第３の樹脂層３３、６３を熱可塑性樹脂からなる層とすることが好適である。また、半導体チップ１０の再利用を図りたい場合には、半導体チップ１０と接着している第２の樹脂層３２、６２を熱可塑性樹脂からなる層とすることが好適である。
【００８６】
このようにして、半導体チップが不良品であった場合等に加熱リワークを行うことが可能になるため、従来困難であった、高信頼性の接続と加熱リワークとが両立するフリップチップ実装技術を達成することができる。
【００８７】
【発明の効果】
以上、詳細に説明した通り、本発明に係る半導体装置及び製造方法によれば、次のような効果を奏することができる。
即ち、請求項１に係る半導体装置によれば、半導体チップが配線基板に実装されている半導体装置において、半導体チップと配線基板との間に介在する樹脂接着剤フィルムが第１〜第３の樹脂層からなる３層構造をなしており、半導体チップのバンプと配線基板の配線パッドとの接触部を取り囲む中間層をなす第１の樹脂層が相対的に高いガラス転移温度と高い弾性率を有していることにより、その強い接着力／熱収縮力によって半導体チップのバンプと配線基板の配線パッドとの接触を確保することができると共に、たとえ高湿、高温下において樹脂の膨張が起きるような場合であっても、第１の樹脂層が対温度ストレスに対して安定して接触部を保持するため、半導体チップのバンプと配線基板の配線パッドとの電気的接続の信頼性を確保することができる。
【００８８】
また、第１の樹脂層と半導体チップとの間に配された第２の樹脂層が、相対的に低いガラス転移温度と低い弾性率を有していることにより、第１の樹脂層と半導体チップとを接着保持することができると共に、たとえ半導体チップのバンプと配線基板の配線パッドとの接触部に熱的応力が加わるような場合であっても、バンプや配線パッドの根元にかかるストレスを緩和するため、第１の樹脂層と半導体チップとの密着性を確保することができる。
【００８９】
また、第１の樹脂層と配線基板との間に配された第３の樹脂層が、相対的に低いガラス転移温度と低い弾性率を有していることにより、第１の樹脂層と配線基板とを接着保持することができると共に、たとえ半導体チップのバンプと配線基板の配線パッドとの接触部に熱的応力が加わるような場合であっても、バンプや配線パッドの根元にかかるストレスを緩和するため、第１の樹脂層と配線基板との密着性を確保することができる。
従って、このような第１〜第３の樹脂層を有する３層構造の樹脂接着剤フィルムを介して半導体チップが配線基板にフリップチップ実装されていることにより、半導体チップのバンプと配線基板の配線パッドとの信頼性の高い電気的接続を得ることが可能になる。
【００９０】
また、請求項２に係る半導体装置によれば、上記請求項１に係る半導体装置において、樹脂接着剤フィルムの第１〜第３の樹脂層のうち、少なくとも１層が配線基板の配線パッドの幅より小さな直径の導電性微粒子が分散されている異方性導電膜であり、半導体チップのバンプと配線基板の配線パッドとの接触部にこれらの導電性微粒子が介在していることにより、半導体チップのバンプと配線基板の配線パッドとがこれらの導電性微粒子を介して電気的に接続されるため、バンプと配線基板の配線パッドとの電気的接続の信頼性を向上することができる。
【００９１】
また、請求項３に係る半導体装置によれば、上記請求項１に係る半導体装置において、樹脂接着剤フィルムの前記第１〜第３の樹脂層のうち、少なくとも１層が熱可塑性樹脂からなる層であることにより、半導体チップが不良品であった場合等に加熱リワークを行うことが可能になる。従って、従来は困難であった、高信頼性の接続と加熱リワークとが両立するフリップチップ実装技術を達成することができる。
【００９２】
また、請求項４に係る半導体装置の製造方法によれば、第１〜第３の樹脂層が積層された３層構造からなり、第１の樹脂層を上下に挟む第２の樹脂層及び第３の樹脂層のガラス転移温度がそれぞれ第１の樹脂層のガラス転移温度より低く、第２の樹脂層及び第３の樹脂層の弾性率がそれぞれ第１の樹脂層の弾性率より低い樹脂接着剤フィムルを介して、半導体チップを配線基板状に熱圧着する際に、配線基板のガラス転移温度Ｔｇと樹脂接着剤フィムルの第１〜第３の樹脂層のガラス転移温度の内最も低いガラス転移温度Ｔａとの関係が、
Ｔａ≦Ｔｇ
を満足することにより、熱圧着の際の配線基板への応力が樹脂接着剤フィルムによって緩和されるため、半導体チップのバンプと配線基板の配線パッドとの信頼性の高い電気的接続を得ることができる。
【００９３】
また、請求項５に係る半導体装置の製造方法によれば、上記請求項４に係る半導体装置の製造方法において、樹脂接着剤フィルムの第１〜第３の樹脂層のうち、少なくとも１層を配線基板の配線パッドの幅より小さな直径の導電性微粒子が分散されている異方性導電膜とし、半導体チップを樹脂接着剤フィルムを介して配線基板上に熱圧着する際に、半導体チップのバンプと配線基板の配線パッドとの接触部に導電性微粒子を介在させることにより、半導体チップのバンプと配線基板の配線パッドとがこれらの導電性微粒子を介して電気的に接続されるため、半導体チップのバンプと配線基板の配線パッドとの電気的接続の信頼性を向上することができる。
【００９４】
また、請求項６に係る半導体装置の製造方法によれば、上記請求項４に係る半導体装置の製造方法において、樹脂接着剤フィルムの第１〜第３の樹脂層のうち、少なくとも１層を熱可塑性樹脂からなる層とすることにより、半導体チップが不良品であった場合等に加熱リワークを行うことが可能になる。従って、従来は困難であった、高信頼性の接続と加熱リワークとが両立するフリップチップ実装技術を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置、即ち半導体チップが配線基板上にフリップチップ実装されている半導体装置を示す断面図である。
【図２】半導体チップを配線基板上にフリップチップ実装する際に、半導体チップと配線基板との間に介在させる樹脂接着剤フィルムを示す断面図である。
【図３】図２の樹脂接着剤フィルムの製造方法を説明するための概略図である。
【図４】半導体チップのバンプの形成を説明するための工程断面図である。
【図５】図２の樹脂接着剤フィルムの配線基板上への張り付けを説明するための工程断面図である。
【図６】図２の樹脂接着剤フィルムを介しての半導体チップの配線基板上へのフリップチップ実装を説明するための工程断面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置、即ち半導体チップが配線基板上にフリップチップ実装されている半導体装置を示す断面図である。
【図８】半導体チップを配線基板上にフリップチップ実装する際に、半導体チップと配線基板との間に介在させる樹脂接着剤フィルムを示す断面図である。
【図９】図８の樹脂接着剤フィルムの配線基板上への張り付けを説明するための工程断面図である。
【図１０】図８の樹脂接着剤フィルムを介しての半導体チップの配線基板上へのフリップチップ実装を説明するための工程断面図である。
【図１１】従来のはんだフリップチップ法を用いて実装した半導体装置を示す断面図である。
【図１２】従来の接着樹脂の接着力による金属間の接触を利用してフリップチップ実装した半導体装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１０…半導体チップ、１１…Ｓｉ基板、１２…Ａｌ配線層、１３…バリアメタル層、１４…絶縁膜、１５…Ａｕバンプ、２０…ガラスエポキシ多層配線基板、２１…ガラスエポキシ樹脂層、２２…Ｃｕ配線層、２３…Ｎｉ／Ａｕメッキ層、３０…樹脂接着剤フィルム、３１…第１の樹脂層、３２…第２の樹脂層、３３…第３の樹脂層、４０…容器、４１…第１のエポキシ合成剤、４２、４３…１対の成形ローラ、４４…容器、４５…第２のエポキシ合成剤、４６、４７…１対の成形ローラ、４８…容器、４９…第３のエポキシ合成剤、５０、５１…１対の成形ローラ、５２…一対の圧着ローラ、５３…乾燥機、５４…搬送ローラ、５５…加熱ランプ、５６…一対の成型／圧着ローラ、５７…巻取り装置、６０…樹脂接着剤フィルム、６１…第１の樹脂層、６２…第２の樹脂層、６３…第３の樹脂層、６４…導電粒子、７０…半導体チップ、７１…はんだバンプ、７２…配線基板、７３…はんだプリコート、８０…半導体チップ、８１…Ｓｉ基板、８２…Ａｌ配線層、８３…Ａｌパッド、８４…Ａｕバンプ、８５…ガラスエポキシ多層配線基板、８６…ガラスエポキシ樹脂層、８７…Ｃｕ配線層、８８…Ｎｉ／Ａｕメッキ層、８９…接着樹脂。
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置及びその製造方法に係り、特に半導体チップが配線基板上にフリップチップ実装されている半導体装置及びその半導体チップの配線基板上へのフリップチップ実装方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、パーソナルデジタルセルラーホン、ＶＣＲ（Video Cassette Recorder）、地上波／衛星放送チューナ等のＡＶ（Audio-Visual）機器において、信号伝送／信号処理／記録のデジタル化が進行している。また、取り扱う情報量も増大化傾向にあり、システムクロックも年々増加する傾向にある。
また、セルラー電話、ＩＳＤＮ（Integrated Services Digital Net ）、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）等の情報通信ネットワーク技術の進展により、様々な機器への高周波通信ブロック、高速シリアルインターフェイス等の搭載が図られている。
【０００３】
このようなデジタル化、信号の高速化といったシステムの変化に伴い、半導体チップの実装方法としてもノイズの減少や配線長の短縮が要請されることから、半導体チップをプリント配線板などの配線基板への直接的に実装する、いわゆるべアチップ実装の必要性が高まってきている。
また、機器の小型化、薄型化、軽量化といった観点からも、パッケージを取り去った半導体チップの実装方法の開発が望まれている。
【０００４】
このような要請から、半導体チップの実装方法としてマルチチップモジュール（ＭＣＭ：Ｍｕｌｔｉ−Ｃｈｉｐ一Ｍｏｄｕｌｅ）や、フリップチップ実装等のべアチップ実装が注目されている。
特にフリップチップ実装は、通常、半導体チップのＩ／Ｏ（Ｉｎｐｕｔ ／Ｏｕｔｐｕｔ）パッド（Ｐａｄ ）上にバンプ（Ｂｕｍｐ：突起状電極）を形成し、この半導体チップのバンプをフェイスダウンに配線基板の配線パッドにはんだ等によって接続するため、ワイヤーボンディング（Ｗｉｒｅ Ｂｏｎｄｉｎｇ）等を用いて半導体チップのバンプと配線基板の配線パッドとの接続を行った場合と比較すると、低インダクタンス、低容量で、且つ配線パスが短く形成されるため、高速特性及び高周波特性に優れた特徴を有する。また、半導体チップを安価なガラスエポキシプリント基板等に直接に搭載することが可能になるため、高密度な実装が実現されると共に、コストの低減も実現される。
【０００５】
なお、フリップチップ実装の際に半導体チップを搭載する配線基板としては、ガラスエポキシプリント基板等の有機基板や、アルミナ、ムライト等を材料とするセラミック基板、Ｃｕ（銅）／ポリイミド配線等を施したＳｉ（シリコン）基板等が代表的なものである。
【０００６】
また、従来のフリップチップ実装の例としては、半導体チップの接続パッド上に高融点のはんだバンプを形成し、配線基板の配線層上にはんだプリコートを形成し、これらのはんだバンプとはんだプリコートとを接続するはんだフリップチップ法や、半導体チップの接続パッド上にＡｕ（金）ワイヤーボンディングを用いてＡｕバンプを形成し、このＡｕバンプ上にＡｇ（銀）ペーストなどの導電性ペーストを適量転写した後、この導電性ペーストを介してＡｕバンプを配線基板の配線層上に直接にマウント接続する、いわゆる導電性樹脂を用いるフリップチップ法などがある。
【０００７】
このような接続部における金属の溶融等を利用する従来のフリップチップ実装、例えばはんだフリップチップ法を用いるフリップチップ実装における熱的信頼性を、図１１を用いて説明する。
図１１において、半導体チップ７０は、例えばＳｉ基板７１の回路面の接続パッド上に高融点のはんだバンプ７２が形成されている。また、この半導体チップ７０が実装される配線基板７３は、ガラスエポキシ樹脂層７４上にはんだプリコート７５が形成されている。そして、これら半導体チップ７０のはんだバンプ７２と配線基板７３のはんだプリコート７５とが溶融されて接続されている。
【０００８】
このようなフリップチップ実装における熱的信頼性は、半導体チップ７０のはんだバンプ７２と配線基板７３のはんだプリコート７５との接続部にかかる熱ストレスの大きさによって決まる。そして、この熱ストレスは、配線基板７３の熱膨張係数と半導体チップ７０の熱膨張係数との差、半導体チップ７０の大きさ、熱サイクルの温度差、はんだバンプ７２とプリコート７５との接続部の直径、高さ、体積などの物理的構造によって決まる。
即ち、熱ストレスεＦは、
【０００９】
【数１】
となる。また、ここで、Δαは、
Δα＝｜α２−α１｜
但し、α２：配線基板７３の熱膨張係数
α１：半導体チップ７０の熱膨張係数
である。
従って、フリップチップ実装における熱的信頼性を確保するには、一般に接続部の高さを高くし、断面積を大きくとることが望ましい。
【００１１】
また、配線基板７３として例えばガラスエポキシプリント基板を用いた場合の熱膨張係数α２は１０〜２０×１０−６／℃であるのに対し、例えばＳｉ基板からなる半導体チップ７０の熱膨張係数α１は３．５×１０−６／℃であり、両者の熱膨張係数の差Δαは非常に大きい。このため、通常は半導体チップ７０と配線基板７３の間隙に樹脂を流入させて封止を行い、接続部にかかるストレスを分散し、緩和させることにより、熱的信頼性の向上を図っている。
【００１２】
また、接続部における金属の溶融等を利用するフリップチップ実装法以外に、接着樹脂の接着力による金属間の接触を利用するフリップチップ実装法がある。このようなフリップチップ実装法を図１２を用いて説明する。
【００１３】
半導体チップ８０は、例えばＳｉ基板８１の回路面にＡｌ（アルミニウム）配線層８２が形成され、このＡｌ配線層８２上にＡｌパッド８３を介してＡｕバンプ８４が形成されている。
また、ガラスエポキシ多層配線基板８５は、複数のガラスエポキシ樹脂層８６の表面、裏面、及び層間にそれぞれＣｕ配線層８７が形成されていると共に、その表面のＣｕ配線層８７は、Ｎｉ（ニッケル）／Ａｕメッキ層８８によって被覆されている。
【００１４】
そして、このＮｉ／Ａｕメッキ層８８によって被覆されたＣｕ配線層８７が形成されているガラスエポキシ多層配線基板８５上に、例えばＵＶ（紫外線）硬化性や熱収縮性の接着剤樹脂８９を塗布する。続いて、このガラスエポキシ多層配線基板８５上の接着剤樹脂８９を介して、半導体チップ８０をそのＡｕバンプ８４が形成されている面を下向きにして圧着する。その後、接着剤樹脂８９がＵＶ硬化性樹脂の場合は、紫外線を照射して硬化させ、接着剤樹脂８９が熱収縮性樹脂の場合は、加熱して硬化させる。
【００１５】
こうして、半導体チップ８０のＡｕバンプ８４とガラスエポキシ多層配線基板８５のＮｉ／Ａｕメッキ層８８によって被覆されたＣｕ配線層８７を接触させると共に、この接触を接着剤樹脂８９の収縮力を利用して、Ａｕバンプ８４とＣｕ配線層８７との電気的接続を確保する。
【００１６】
なお、上記のような接着剤樹脂の接着力による金属間の接触を利用するフリップチップ実装法においては、配線基板上に接着剤樹脂を介して半導体チップを圧着する際に、半導体チップのバンプと配線基板の接続パッドとの間に接着剤樹脂が残留するため、接続抵抗が増大し、信頼性も低下するといった問題点があるが、こうした問題を解決するものとして、特公平６−８２７０８号に係る半導体装置の製造方法が提案されている。
【００１７】
この特公平６−８２７０８号に係る半導体装置の製造方法は、上記のような接着剤樹脂の接着力による金属間の接触を利用するフリップチップ実装法において、配線基板上に接着剤樹脂を介して半導体チップを圧着する際に、先ず第１の樹脂を用い、半導体チップのバンプがこの第１の樹脂によって覆われないようにして配線基板上に半導体チップを固着し、半導体チップのバンプと配線基板の接続パッドとを接触させた後、半導体チップと配線基板との間隔に第２の樹脂を充填するものである。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、半導体集積回路の集積度が高くなるに連れて、取り出す信号線の数は上昇の一途を辿っており、従って半導体チップ周辺の接続パッドのピッチはどんどん減少している。
しかしながら、こうした半導体チップ周辺の接続パッドの狭ピッチ化の傾向に対して、上記従来の接続部における金属の溶融等を利用するはんだフリップチップ法や導電性樹脂を用いるフリップチップ法などのフリップチップ実装法においては、例えばガラスエポキシプリント基板を配線基板として用いる場合、十分な信頼性を確保できる接続部の高さとして７０μｍ〜１００μｍが必要とされており、この結果、隣接する接続部と短絡することなく形成することができる接続パッドのピッチは約１５０μｍ程度が限界とされている。
即ち、半導体チップ周辺の接続パッドのピッチが狭ピッチ化してくると、接続部における金属の溶融等を利用する実装法では、接続部間の短絡などによりフリップチップ実装が困難となるという問題が生じる。
【００１９】
また、前述のように、接続部にかかるストレスを分散、緩和させて熱的信頼性の向上を図るのためには、半導体チップと配線基板の間隙に樹脂を流入させて封止を行う必要があるが、この樹脂封止工程においては、接合部周囲にボイドなどが生じて接続部の信頼性を損なう不良が発生し易いという問題も生じる。
【００２０】
特に、はんだを用いたフリップチップ実装方法においては、溶剤としてフラックス（Ｆｌｕｘ）を用いるため、十分な洗浄を行った後に樹脂封止を行う必要があるなど、実装工程が複雑になって時間がかかり、コスト高を招くという問題も生じる。
【００２１】
なお、上記従来の接着剤樹脂の接着力による金属間の接触を利用するフリップチップ実装法は、このような接続部における金属の溶融等を利用する上記従来のフリップチップ実装法におけるような諸問題を生じることはない。
【００２２】
しかし、こうした接着剤樹脂の接着力による金属間の接触を利用する実装法においては、前述の特公平６−８２７０８号に係る半導体装置の製造方法の場合も含めて、半導体チップのバンプと配線基板の接続パッドとの接続の信頼性が接着剤樹脂の収縮力のみによっているため、特に高湿、高温下において接着剤樹脂の膨張が起きた場合に、接続の信頼性が確保されなくなるという弱点があった。
なお、この弱点を改良するために、例えば接着剤樹脂として架橋密度の高いエポキシ系接着剤樹脂を用いてガラス転移温度を上げることが考えられるが、この場合には接着剤樹脂の弾性率が高くなり固い特性となるため、接着剤樹脂が応力により破壊されるなどクリープ特性が悪化するおそれが生じる。
【００２３】
そこで本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、接着剤樹脂の接着力による金属間の接触を利用するフリップチップ実装法を採用すると共に、高湿、高温下における接着剤樹脂の膨張に対しても、半導体チップのバンプと配線基板の接続パッドとの接続の信頼性を確保することができる半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、以下の本発明に係る半導体装置及び製造方法により達成される。
即ち、請求項１に係る半導体装置は、半導体チップが樹脂接着剤フィルムを介して配線基板に実装されている半導体装置であって、樹脂接着剤フィルムは、中間層をなす第１の樹脂層が上下の第２の樹脂層及び第３の樹脂層によって挟まれた３層構造をなしており、かつ第１の樹脂層は半導体チップの突起状電極と配線基板の配線パッドとの接触部を取り囲み、第２の樹脂層は第１の樹脂層と半導体チップとの間に配され、第３の樹脂層は第２の樹脂層と配線基板との間に配されており、第２の樹脂層及び第３の樹脂層のガラス転移温度がそれぞれ第１の樹脂層のガラス転移温度より低く、第２の樹脂層及び３の樹脂層の弾性率がそれぞれ第１の樹脂層の弾性率より低いことを特徴とする。
【００２５】
このように請求項１に係る半導体装置においては、半導体チップと配線基板との間に介在する樹脂接着剤フィルムが３層構造をなしており、半導体チップのバンプと配線基板の配線パッドとの接触部を取り囲む第１の樹脂層が相対的に高いガラス転移温度と高い弾性率を有していることにより、その強い接着力／熱収縮力によって半導体チップのバンプと配線基板の配線パッドとの接触を確保するように機能すると共に、たとえ高湿、高温下において樹脂接着剤フィルムの膨張が起きるような場合であっても、第１の樹脂層が対温度ストレスに対して安定して接触部を保持するように機能するため、半導体チップのバンプと配線基板の配線パッドとの電気的接続の信頼性が確保される。
【００２６】
また、この第１の樹脂層と半導体チップとの間に配された第２の樹脂層が、相対的に低いガラス転移温度と低い弾性率を有していることにより、第１の樹脂層と半導体チップとを接着保持するように機能すると共に、たとえ半導体チップのバンプと配線基板の配線パッドとの接触部に熱的応力が加わるような場合であっても、バンプや配線パッドの根元にかかるストレスを緩和するように機能するため、第１の樹脂層と半導体チップとの密着性が確保される。
【００２７】
また、同様に、第１の樹脂層と配線基板との間に配された第３の樹脂層が、相対的に低いガラス転移温度と低い弾性率を有していることにより、第１の樹脂層と配線基板とを接着保持するように機能すると共に、たとえ半導体チップのバンプと配線基板の配線パッドとの接触部に熱的応力が加わるような場合であっても、バンプや配線パッドの根元にかかるストレスを緩和するように機能するため、第１の樹脂層と配線基板との密着性が確保される。
【００２８】
従って、このような第１〜第３の樹脂層を有する３層構造の樹脂接着剤フィルムを介して半導体チップが配線基板にフリップチップ実装されていることにより、半導体チップのバンプと配線基板の配線パッドとの信頼性の高い電気的接続が得られる。
【００２９】
また、請求項２に係る半導体装置は、上記請求項１に係る半導体装置において、樹脂接着剤フィルムの第１〜第３の樹脂層のうち、少なくとも１層が、配線基板の配線パッドの幅より小さな直径の導電性微粒子が分散されている異方性導電膜であり、半導体チップのバンプと配線基板の配線パッドとの接触部にこれらの導電性微粒子が介在している構成とすることにより、半導体チップのバンプと配線基板の配線パッドとがこれらの導電性微粒子を介しての電気的に接続されるため、半導体チップのバンプと配線基板の配線パッドとの電気的接続の信頼性が向上する。
【００３０】
また、請求項３に係る半導体装置は、上記請求項１に係る半導体装置において、樹脂接着剤フィルムの第１〜第３の樹脂層のうち、少なくとも１層が、熱可塑性樹脂からなる層である構成とすることにより、半導体チップが不良品であった場合等に加熱リワークを行うことが可能になる。
なお、熱可塑性樹脂からなる層とする樹脂層は、第１〜第３の樹脂層のうちのいずれの樹脂層であってもよいが、不良チップを交換して配線基板を再利用したい場合には、配線基板と接着している第３の樹脂層であることが望ましく、また半導体チップを再利用したい場合には、半導体チップと接着している第２の樹脂層であることが望ましい。
【００３１】
また、請求項４に係る半導体装置の製造方法は、第１〜第３の樹脂層が積層された３層構造からなり、第１の樹脂層を上下に挟む第２の樹脂層及び第３の樹脂層のガラス転移温度がそれぞれ第１の樹脂層のガラス転移温度より低く、第２の樹脂層及び第３の樹脂層の弾性率がそれぞれ第１の樹脂層の弾性率より低い樹脂接着剤フィルムを、第３の樹脂層を下にして、配線基板上に載置した後、所定の位置合わせを行った半導体チップを樹脂接着剤フィルムを介して配線基板上に熱圧着する際に、配線基板のガラス転移温度をＴｇ、樹脂接着剤フィルムの第１〜第３の樹脂層のガラス転移温度の内最も低いガラス転移温度をＴａとすると、熱圧着条件が、
Ｔａ≦Ｔｇ
を満足することを特徴とする。
【００３２】
このように請求項４に係る半導体装置の製造方法においては、半導体チップを樹脂接着剤フィルムを介して配線基板上に熱圧着する際に、樹脂接着剤フィルムの第１〜第３の樹脂層のガラス転移温度の内最も低いガラス転移温度Ｔａが配線基板のガラス転移温度Ｔｇよりも低温になるか又は等温になることにより、熱圧着の際の配線基板への応力が樹脂接着剤フィルムによって緩和されるため、半導体チップのバンプと配線基板の配線パッドとの信頼性の高い電気的接続が得られる。
【００３３】
また、請求項５に係る半導体装置の製造方法は、上記請求項４に係る半導体装置の製造方法において、樹脂接着剤フィルムの第１〜第３の樹脂層のうち、少なくとも１層を、配線基板の配線パッドの幅より小さな直径の導電性微粒子が分散されている異方性導電膜とし、半導体チップを樹脂接着剤フィルムを介して配線基板上に熱圧着する際に、半導体チップのバンプと配線基板の配線パッドとの接触部に導電性微粒子を介在させる構成とすることにより、半導体チップのバンプと配線基板の配線パッドとがこれらの導電性微粒子を介して電気的に接続されるため、バンプと配線基板の配線パッドとの電気的接続の信頼性が向上する。
【００３４】
また、請求項６に係る半導体装置の製造方法は、上記請求項４に係る半導体装置の製造方法において、樹脂接着剤フィルムの第１〜第３の樹脂層のうち、少なくとも１層を、熱可塑性樹脂からなる層とする構成とすることにより、半導体チップが不良品であった場合等に加熱リワークを行うことが可能になる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係る半導体装置、即ち半導体チップが配線基板上にフリップチップ実装されている半導体装置を示す断面図、図２は半導体チップを配線基板上にフリップチップ実装する際に半導体チップと配線基板との間に介在させる樹脂接着剤フィルムを示す断面図である。
【００３６】
図１に示されるように、本実施形態に係る半導体装置は、半導体チップ１０が例えばガラスエポキシ多層配線基板２０上に樹脂接着剤フィルム３０を介してフリップチップ実装されている。
ここで、半導体チップ１０は、例えばＳｉ基板１１の回路面にＡｌ配線層１２が形成され、このＡｌ配線層１２の所定の位置に設けられたＡｌパッド上にバリアメタル層１３が形成されている。そして、Ａｌ配線層１２及びバリアメタル層１３を覆っている絶縁膜１４の開口部を介して、バリアメタル層１３上にＡｕバンプ１５が形成されている。
【００３７】
また、ガラスエポキシ多層配線基板２０は、ＦＲ−４などの複数のガラスエポキシ樹脂層２１の表面、裏面、及び層間にそれぞれＣｕ配線層２２が形成されている。そして、ガラスエポキシ樹脂層２１表面のＣｕ配線層２２は、Ｎｉ／Ａｕメッキ層２３によって被覆されている。そして、このＣｕ配線層２２を被覆するＮｉ／Ａｕメッキ層２３を形成する方法としては、無電解メッキ又は電解メッキのいずれのメッキ法を用いてもよい。なお、このガラスエポキシ多層配線基板２０のガラス転移温度は、１３０℃〜１５０℃とする。
【００３８】
更に、樹脂接着剤フィルム３０は、半導体チップ１０のＡｕバンプ１５とガラスエポキシ多層配線基板２０のＮｉ／Ａｕメッキ層２３によって被覆されているＣｕ配線層２２との接触部を取り囲んで保持する第１の樹脂層３１と、この第１の樹脂層３１と半導体チップ１０との間に配され、両者を接着保持する第２の樹脂層３２と、第１の樹脂層３１とガラスエポキシ多層配線基板２０との間に配され、両者を接着保持する第３の樹脂層３３とを有する３層構造をなしている。
【００３９】
この樹脂接着剤フィルム３０について更に詳しく説明する。
図２に示されるように、この樹脂接着剤フィルム３０は、中間層をなす第１の樹脂層３１が上下の第２の樹脂層３２及び第３の樹脂層３３によって挟まれた３層構造をなしている。そして、第１の樹脂層３１としては、例えばビスフェノ一ル系エポキシ等の主剤にフィラー等を添加したものであって、ガラス転移温度が１３０℃より高く、且つ弾性率が２．５ＭＰａ以上の特性の樹脂を用いている。また、第２の樹脂層３２及び第３の樹脂層３３としては、例えばビスフェノ一ル系エポキシ樹脂を主剤とする樹脂にゴム系樹脂等を配合し、イミダゾールなど速硬化性の硬化剤を添加したものであって、ガラス転移温度が８０℃〜１３０℃であり、且つ弾性率が２．５ＭＰａ以下の特性の樹脂を用いている。
即ち、樹脂接着剤フィルム３０が第１〜第３の樹脂層３１、３２、３３からなる３層構造をなしており、第２の樹脂層３２及び第３の樹脂層３３のガラス転移温度がそれぞれ第１の樹脂層３１のガラス転移温度より低く、且つ第２の樹脂層３２及び第３の樹脂層３３の弾性率がそれぞれ第１の樹脂層３１の弾性率より低くなっている点に特徴がある。
【００４０】
次に、図１の半導体装置の製造方法を、図３〜図６を用いて説明する。ここで、図３は図２の樹脂接着剤フィルムの製造方法を説明するための概略図、図４は半導体チップのバンプの形成を説明するための工程断面図、図５は図２の樹脂接着剤フィルムの配線基板上への張り付けを説明するための工程断面図、図６は図２の樹脂接着剤フィルムを介しての半導体チップの配線基板上へのフリップチップ実装を説明するための工程断面図である。なお、上記図１及び図２に示す構成要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００４１】
先ず、図２に示す樹脂接着剤フィルム３０の製造方法について説明する。
図３に示されるように、容器４０内のビスフェノ一ル系エポキシ等の主剤にフィラー等を添加した第１のエポキシ合成剤４１に所定の圧力を加えて、スリット状の開口部から射出した後、この第１のエポキシ合成剤４１を２対の成形ローラ４２、４３にかける。こうして、ガラス転移温度が１３０℃より高く且つ弾性率が２．５ＭＰａ以上の特性をもつ第１の樹脂層３１に成形する。
【００４２】
また、容器４４内のビスフェノ一ル系エポキシ樹脂を主剤とする樹脂にゴム系樹脂等を配合し、硬化剤としてイミダゾールなど速硬化性の硬化剤を添加した第２のエポキシ合成剤４５に所定の圧力を加えて、スリット状の開口部から射出した後、この第２のエポキシ合成剤４５を２対の成形ローラ４６、４７によりガラス転移温度が８０℃〜１３０℃であり且つ弾性率が２．５ＭＰａ以下の特性をもつ第２の樹脂層３２に成形する。
【００４３】
同様にして、容器４８内のビスフェノール系エポキシ樹脂を主剤とする樹脂にゴム系樹脂等を配合し、硬化剤としてイミダゾールなど速硬化性の硬化剤を添加した第３のエポキシ合成剤４９に所定の圧力を加えて、スリット状の開口部から射出した後、この第３のエポキシ合成剤４９を２対のローラ５０、５１によりガラス転移温度が８０℃〜１３０℃であり且つ弾性率が２．５ＭＰａ以下の特性をもつ第３の樹脂層３３に成形する。
【００４４】
続いて、これら第１〜第３の樹脂層３１、３２、３３の各々特性の異なる３枚の樹脂層を、一対の圧着ローラ５２を用いて、第１の樹脂層３１を中間に挟んで重ね合わせ、圧着する。その後、この一対の圧着ローラ５２により圧着された第１〜第３の樹脂層３１、３２、３３を乾燥機５３を用いて乾燥する。なお、この乾燥機５３は、圧着された第１〜第３の樹脂層３１、３２、３３を搬送する複数個の搬送ローラ５４と、この複数個の搬送ローラ５４によって搬送される第１〜第３の樹脂層３１、３２、３３を上方及び下方から加熱する複数個の加熱ランプ５５から構成される。
【００４５】
続いて、乾燥機５３により乾燥された第１〜第３の樹脂層３１、３２、３３を一対の成型／圧着ローラ５６を用いて成型／圧着し、第２の樹脂層３２、第１の樹脂層３１、及び第３の樹脂層３３が順に積層された３層構造の樹脂接着剤フィルム３０を形成する。その後、この樹脂接着剤フィルム３０を巻取り装置５７に巻き取る。
【００４６】
このようにして、図２に示されるような、中間層をなす第１の樹脂層３１が上下の第２の樹脂層３２及び第３の樹脂層３３によって挟まれた３層構造をなす樹脂接着剤フィルム３０が形成される。
【００４７】
次いで、半導体チップ１０のＡｕバンプ１５の形成について説明する。
図４に示されるように、Ｓｉ基板１１表面に所定の集積回路を形成した後、この回路面にＡｌ配線層１２を形成して配線を行う。更にこのＡｌ配線層１２の所定の位置に設けられたＡｌパッド上にバリアメタル層１３を形成した後、基体全面を覆うように絶縁膜１４を形成する。
続いて、例えばリソグラフィ技術を用いて、バリアメタル層１３上の絶縁膜１４を選択的に除去し、開口部を形成する。更に、この絶縁膜１４の開口部を介して、例えばメッキ法を用いて、バリアメタル層１３上にＡｕバンプ１５を形成する。
このようにして、半導体チップ１０のＳｉ基板１１の回路面に形成されたＡｌ配線層１２の所定の位置に設けられたＡｌパッド上に、バリアメタル層１３を介して、Ａｕバンプ１５が形成される。
【００４８】
次いで、ガラスエポキシ多層配線基板２０上への樹脂接着剤フィルム３０の張り付けについて説明する。
図５に示されるように、Ｎｉ／Ａｕメッキ層２３によって覆われているＣｕ配線層２２がガラスエポキシ樹脂層２１表面に形成されているガラスエポキシ多層配線基板２０上に、上記図２に示される３層構造の樹脂接着剤フィルム３０を、その第３の樹脂層３３を下にして載置する。そして、エポキシ樹脂からなる樹脂接着剤フィルム３０の硬化反応率が５％〜１０％以下となるような温度、例えば８０℃〜１２０℃において軽く圧着を行う。
こうして、ガラスエポキシ多層配線基板２０のＣｕ配線層２２を被覆しているＮｉ／Ａｕメッキ層２３の最上端部が、３層構造の樹脂接着剤フィルム３０の中間層をなす第１の樹脂層３１中に位置するように、仮圧着する。
【００４９】
次いで、樹脂接着剤フィルム３０を介した半導体チップ１０のガラスエポキシ多層配線基板２０へのフリップチップ実装について説明する。
【００５０】
樹脂接着剤フィルム３０が仮圧着されたガラスエポキシ多層配線基板２０上方において、上記図４に示される半導体チップ１０の位置合わせを行う。即ち、半導体チップ１０の回路面を下にして、半導体チップ１０の各Ａｕバンプ１５がガラスエポキシ多層配線基板２０のＮｉ／Ａｕメッキ層２３によって覆われた各Ｃｕ配線層２２に対応するように位置合わせを行う。
【００５１】
続いて、図６に示されるように、この位置合わせを行った半導体チップ１０を樹脂接着剤フィルム３０を介してガラスエポキシ多層配線基板２０上に熱圧着する。こうして、半導体チップ１０のＡｕバンプ１５とガラスエポキシ多層配線基板２０のＮｉ／Ａｕメッキ層２３によって被覆されているＣｕ配線層２２との接触部は、３層構造の樹脂接着剤フィルム３０の中間層をなす第１の樹脂層３１に取り囲まれることになる。また、この第１の樹脂層３１と半導体チップ１０との間には第２の樹脂層３２が配され、第１の樹脂層３１とガラスエポキシ多層配線基板２０との間には第３の樹脂層３３が配されることになる。
なお、このときの熱圧着条件は、加熱圧着温度を１５０℃〜２５０℃、圧着圧力を５ｇ〜ｌ００ｇ／バンプに設定し、圧着時間は圧着温度によって変動するが通常１、２秒〜３分程度として、樹脂接着剤フィルム３０の硬化反応率が少なくとも８０％以上となるよう設定する。
【００５２】
従って、有機材料基板であるガラスエポキシ多層配線基板２０のガラス転移温度をＴｇ、３層構造の樹脂接着剤フィルム３０のガラス転移温度の内最も低いガラス転移温度、即ち第２の樹脂層３２及び第３の樹脂層３３のガラス転移温度をＴａ、加熱圧着温度をＴｂとすると、半導体チップ１０を樹脂接着剤フィルム３０を介してガラスエポキシ多層配線基板２０上に熱圧着する際の温度条件は、
Ｔａ≦Ｔｇ≦Ｔｂ
を満足することになる。
【００５３】
このように、本実施形態によれば、半導体チップ１０がベアチップとしてガラスエポキシ多層配線基板２０上にダイレクトで実装されるため、ガラスエポキシ多層配線基板２０の高密度化、コンパクト化を達成することが可能になる。
【００５４】
また、半導体チップ１０のＡｕバンプ１５とガラスエポキシ多層配線基板２０のＮｉ／Ａｕメッキ層２３によって被覆されているＣｕ配線層２２とを電気的に接続する原理が、従来のはんだフリップチップ法等の場合のように金属の溶融等によるものではなく、樹脂接着剤フィルム３０の接着力／熱収縮力による金属間の接触によるものであることから、Ａｕバンプ１５とＮｉ／Ａｕメッキ層２３によって被覆されているＣｕ配線層２２との接触部における熱的信頼性は金属疲労断裂モードによって支配されず、その接触部の微細化が可能になると共に、微細化した接触部の熱的信頼性が非常に高くなる。このため、半導体チップ１０のＡｕバンプ１５間の間隔、即ちパッドピッチが狭ピッチ化しても、Ａｕバンプ１５間の短絡を生じるころなく、高い歩留りでフリップチップ実装することが可能になり、半導体チップ１０のＡｕバンプ１５とガラスエポキシ多層配線基板２０のＣｕ配線層２２との接続部の寄生成分の低下による信号の高速化や低ノイズ化を実現することが可能になる。
【００５５】
また、従来のはんだフリップチップ法などと異なり、半導体チップ１０のＡｕバンプ１５とガラスエポキシ多層配線基板２０のＣｕ配線層２２との接続の際にフラックスを用いないため、洗浄工程が不要になるのみならず、接続後の樹脂封止工程も不要になることから、クリーンかつ簡素な工程でフリップチップ実装を完結することができるため、製造コストの低下を実現することができる。
【００５６】
そして、以上のような半導体チップ１０のＡｕバンプ１５とガラスエポキシ多層配線基板２０のＣｕ配線層２２とを電気的に接続する原理が樹脂接着剤フィルム３０の接着力／熱収縮力による金属間の接触によることに基づく効果のみならず、この樹脂接着剤フィルム３０が、半導体チップ１０のＡｕバンプ１５とガラスエポキシ多層配線基板２０のＮｉ／Ａｕメッキ層２３によって被覆されているＣｕ配線層２２との接触部を取り囲んで保持する第１の樹脂層３１と、この第１の樹脂層３１と半導体チップ１０との間に配され、両者を接着保持する第２の樹脂層３２と、第１の樹脂層３１とガラスエポキシ多層配線基板２０との間に配され、両者を接着保持する第３の樹脂層３３とを有する３層構造をなしていることにより、次のような効果を奏することができる。
【００５７】
即ち、半導体チップ１０のＡｕバンプ１５とガラスエポキシ多層配線基板２０のＮｉ／Ａｕメッキ層２３によって被覆されているＣｕ配線層２２との接触部を取り囲んで保持する第１の樹脂層３１が、１３０℃よりも高いガラス転移温度と２．５ＭＰａ以上の弾性率を有していることにより、その強い接着力／熱収縮力によってＡｕバンプ１５とＮｉ／Ａｕメッキ層２３によって被覆されているＣｕ配線層２２との接触を確保すると共に、たとえ高湿、高温下において樹脂の膨張が起きるような場合であっても、対温度ストレスに対して安定して接触部を保持することが可能になるため、半導体チップ１０のＡｕバンプ１５とガラスエポキシ多層配線基板２０のＣｕ配線層２２との電気的接続の信頼性を十分に確保することができる。
【００５８】
また、この第１の樹脂層３１と半導体チップ１０との間に配され、両者を接着保持する第２の樹脂層３２が、８０℃〜１３０℃という相対的に低いガラス転移温度と２．５ＭＰａ以下という相対的に低い弾性率を有していることにより、第１の樹脂層３１と半導体チップ１０とを接着保持すると共に、たとえ半導体チップ１０のＡｕバンプ１５とガラスエポキシ多層配線基板２０のＣｕ配線層２２との接触部に熱的応力が加わるような場合であっても、Ａｕバンプ１５やＣｕ配線層２２の根元にかかるストレスを緩和することが可能になるため、第１の樹脂層３１と半導体チップ１０との密着性を十分に確保することができる。
【００５９】
また、同様に、第１の樹脂層３１とガラスエポキシ多層配線基板２０との間に配され、両者を接着保持する第３の樹脂層３３が、８０℃〜１３０℃という相対的に低いガラス転移温度と２．５ＭＰａ以下という相対的に低い弾性率を有していることにより、第１の樹脂層３１とガラスエポキシ多層配線基板２０とを接着保持すると共に、たとえ半導体チップ１０のＡｕバンプ１５とガラスエポキシ多層配線基板２０のＣｕ配線層２２との接触部に熱的応力が加わるような場合であっても、Ａｕバンプ１５やＣｕ配線層２２の根元にかかるストレスを緩和することが可能になるため、第１の樹脂層３１とガラスエポキシ多層配線基板２０との密着性を十分に確保することができる。
従って、このような第１〜第３の樹脂層３１、３２、３３を有する３層構造の樹脂接着剤フィルム３０を介して半導体チップ１０がガラスエポキシ多層配線基板２０にフリップチップ実装されていることにより、半導体チップ１０のＡｕバンプ１５とガラスエポキシ多層配線基板２０のＣｕ配線層２２との信頼性の高い電気的接続を得ることができる。
【００６０】
また、ガラスエポキシ多層配線基板２０のガラス転移温度をＴｇ、３層構造の樹脂接着剤フィルム３０のガラス転移温度の内最も低いガラス転移温度、即ち第２の樹脂層３２及び第３の樹脂層３３のガラス転移温度をＴａ、加熱圧着温度をＴｂとすると、半導体チップ１０を樹脂接着剤フィルム３０を介してガラスエポキシ多層配線基板２０上に熱圧着する際の温度条件が、
Ｔａ≦Ｔｇ≦Ｔｂ
を満足することにより、半導体チップ１０を樹脂接着剤フィルム３０を介してガラスエポキシ多層配線基板２０上に熱圧着する際に、ガラスエポキシ多層配線基板２０への応力が樹脂接着剤フィルム３０によって緩和されるため、半導体チップ１０のＡｕバンプ１５とガラスエポキシ多層配線基板２０のＣｕ配線層２２との信頼性の高い電気的接続を得ることができる。
【００６１】
（第２の実施形態）
図７は本発明の第２の実施形態に係る半導体装置、即ち半導体チップが配線基板上にフリップチップ実装されている半導体装置を示す断面図、図８は半導体チップと配線基板との間に介在させる樹脂接着剤フィルムを示す断面図である。なお、上記図１に示す半導体装置の構成要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００６２】
本実施形態に係る半導体装置は、上記第１の実施形態に係る半導体装置における樹脂接着剤フィルムを構成する一部の樹脂層が、多数の導電性粒子が分散されて異方性導電膜となっている点に特徴がある。
即ち、図７に示されるように、本実施形態に係る半導体装置は、Ｓｉ基板１１の回路面のＡｌ配線層１２の所定の位置に設けられたＡｌパッド上にバリアメタル層１３を介してＡｕバンプ１５が形成されている半導体チップ１０が、ガラスエポキシ樹脂層２１表面のＮｉ／Ａｕメッキ層２３によって被覆されているＣｕ配線層２２が形成されているガラスエポキシ多層配線基板２０上に、樹脂接着剤フィルム６０を介して、フリップチップ実装されている。
【００６３】
ここで、樹脂接着剤フィルム６０は、半導体チップ１０のＡｕバンプ１５とガラスエポキシ多層配線基板２０のＮｉ／Ａｕメッキ層２３によって被覆されているＣｕ配線層２２との接触部を取り囲んで保持する第１の樹脂層６１と、この第１の樹脂層６１と半導体チップ１０との間に配され、両者を接着保持する第２の樹脂層６２と、第１の樹脂層６１とガラスエポキシ多層配線基板２０との間に配され、両者を接着保持する第３の樹脂層６３とを有する３層構造をなしていると共に、この最下層の第３の樹脂層６３中に多数の導電粒子６４が分散されており、半導体チップ１０のＡｕバンプ１５とガラスエポキシ多層配線基板２０のＮｉ／Ａｕメッキ層２３によって被覆されているＣｕ配線層２２とは複数の導電粒子６４を介して接触している。
【００６４】
この樹脂接着剤フィルム６０について更に詳しく説明する。
図８に示されるように、この樹脂接着剤フィルム６０は、中間層をなす第１の樹脂層６１が上下の第２の樹脂層６２及び第３の樹脂層６３によって挟まれた３層構造をなしている。そして、これら第１〜第３の樹脂層６１、６２、６３は、それぞれ上記第１の実施形態における樹脂接着剤フィルム３０の第１〜第３の樹脂層３１、３２、３３と同様の材料からなっている。従って、上記第１の実施形態の場合と同様に、第２の樹脂層６２及び第３の樹脂層６３のガラス転移温度がそれぞれ第１の樹脂層６１のガラス転移温度より低く、且つ第２の樹脂層６２及び第３の樹脂層６３のの弾性率がそれぞれ第１の樹脂層６１の弾性率より低くなっている点に特徴がある。
【００６５】
更に、この特徴に加えて、樹脂接着剤フィルム３０の最下層の第３の樹脂層６３中に多数の導電粒子６４が分散されて、異方性導電膜となっている点に本実施形態の特徴がある。
【００６６】
また、第３の樹脂層６３中に多数の導電粒子６４が分散されている導電粒子６４は、ＮｉやＡｕなどがメッキされたプラスチックボール（Ｐｌａｓｔｉｃ Ｂａｌｌ）や、Ｎｉ、はんだ、Ｍｏ（モリブデン）、Ａｇ（銀）などの粒子からなり、その粒径がガラスエポキシ多層配線基板２０のＣｕ配線層２２の幅よりも小さい１μｍ〜５０μｍ程度のものが用いられる。
【００６７】
なお、ここでは、樹脂接着剤フィルム６０の最下層である第３の樹脂層６３が多数の導電性粒子６４が分散されている異方性導電膜となっているが、異方性導電膜となる樹脂層は第３の樹脂層６３に限定されるものではなく、最上層の第２の樹脂層６２であってもよいし、中間層の第１の樹脂層６１であってもよい。いずれの樹脂層に導電性粒子を分散して異方性導電膜とするかは、半導体チップのバンプの構造や配線基板の配線層の形状により決定すればよい。また、異方性導電膜となる樹脂層は１層に限る必要もない。
【００６８】
次に、図７の半導体装置の製造方法を、図９及び図１０を用いて説明する。ここで、図９は図８の樹脂接着剤フィルムの配線基板上への張り付けを説明するための工程断面図、図１０は図８の樹脂接着剤フィルムを介しての半導体チップの配線基板上へのフリップチップ実装を説明するための工程断面図である。なお、樹脂接着剤フィルムの製造方法を説明するための概略図及び半導体チップのバンプの形成を説明するための工程断面図はそれぞれ上記図３及び図４と略同様であるため、図示を省略する。また、上記図３〜図６に示す構成要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００６９】
先ず、図８に示す樹脂接着剤フィルム６０の製造方法について説明する。
この樹脂接着剤フィルム６０の製造方法は、上記第１の実施形態において図３を用いて説明したものと略同様である。即ち、ビスフェノ一ル系エポキシ等の主剤にフィラー等を添加した第１のエポキシ合成剤をスリット状の開口部から射出し、成形ローラにかけ、ガラス転移温度が１３０℃より高く且つ弾性率が２．５ＭＰａ以上の特性をもつ第１の樹脂層６１に成形する。また、ビスフェノ一ル系エポキシ樹脂を主剤とする樹脂にゴム系樹脂等を配合し、硬化剤としてイミダゾールなど速硬化性の硬化剤を添加した第２のエポキシ合成剤及び第３のエポキシ合成剤をスリット状の開口部から射出し、成形ローラにかけ、ガラス転移温度が８０℃〜１３０℃であり且つ弾性率が２．５ＭＰａ以下の特性をもつ第２の樹脂層６２及び第３の樹脂層６３にそれぞれ成形する。
但し、このとき、第３の樹脂層６３の材料となる第３のエポキシ合成剤中に多数の導電粒子６４を添加することにより、これらの導電粒子６４が第３の樹脂層６３中に分散されるようにする点が、上記第１の実施形態の場合と異なる特徴である。
【００７０】
続いて、これら第１〜第３の樹脂層６１、６２、６３の各々特性の異なる３枚の樹脂層を、圧着ローラにより第１の樹脂層６１を中間に挟んで重ね合わせて圧着した後、乾燥機を用いて乾燥し、更に成型／圧着ローラにより成型／圧着し、第２の樹脂層６２、第１の樹脂層６１、及び第３の樹脂層６３が順に積層された３層構造の樹脂接着剤フィルム６０を形成する。
【００７１】
このようにして、図８に示されるような、中間層をなす第１の樹脂層６１が上下の第２の樹脂層６２及び第３の樹脂層６３によって挟まれた３層構造をなすと共に、第３の樹脂層６３中に多数の導電粒子６４が分散されている樹脂接着剤フィルム６０が形成される。
【００７２】
次いで、半導体チップ１０のＡｕバンプ１５の形成についてであるが、その内容は上記第１の実施形態において図４を用いて説明したものと全く同様であるため、説明を省略する。
【００７３】
次いで、ガラスエポキシ多層配線基板２０上への樹脂接着剤フィルム６０の張り付けについて説明する。
図９に示されるように、Ｎｉ／Ａｕメッキ層２３によって覆われたＣｕ配線層２２がガラスエポキシ樹脂層２１表面に形成されているガラスエポキシ多層配線基板２０上に、上記図８に示される３層構造の樹脂接着剤フィルム６０を、多数の導電粒子６４が分散されている第３の樹脂層６３を下にして載置する。そして、エポキシ樹脂からなる樹脂接着剤フィルム６０の硬化反応率が５％〜１０％以下となるような温度、例えば８０℃〜１２０℃において軽く圧着を行う。
このようにして、ガラスエポキシ多層配線基板２０のＣｕ配線層２２を被覆しているＮｉ／Ａｕメッキ層２３の最上端部が３層構造の樹脂接着剤フィルム６０の中間層をなす第１の樹脂層６１中に位置すると共に、Ｎｉ／Ａｕメッキ層２３上面上に複数の導電粒子６４が載置されるように、仮圧着する。
【００７４】
次いで、半導体チップ１０の樹脂接着剤フィルム６０を介したガラスエポキシ多層配線基板２０へのフリップチップ実装について説明する。
図１０に示されるように、３層構造の樹脂接着剤フィルム６０が仮圧着されたガラスエポキシ多層配線基板２０上方において、半導体チップ１０の位置合わせを行った後、この位置合わせを行った半導体チップ１０を樹脂接着剤フィルム６０を介してガラスエポキシ多層配線基板２０上に熱圧着する。
【００７５】
こうして、半導体チップ１０のＡｕバンプ１５とガラスエポキシ多層配線基板２０のＮｉ／Ａｕメッキ層２３によって被覆されているＣｕ配線層２２とが複数の導電粒子６４を介して接触すると共に、この接触部は３層構造の樹脂接着剤フィルム６０の中間層をなす第１の樹脂層６１に取り囲まれることになる。また、この第１の樹脂層６１と半導体チップ１０との間には第２の樹脂層６２が配され、第１の樹脂層６１とガラスエポキシ多層配線基板２０との間には第３の樹脂層６３が配されることになる。
【００７６】
なお、このときの熱圧着条件は、加熱圧着温度を１５０℃〜２５０℃、圧着圧力を５ｇ〜ｌ００ｇ／バンプに設定し、圧着時間は圧着温度によって変動するが通常１、２秒〜３分程度として、樹脂接着剤フィルム６０の硬化反応率が少なくとも８０％以上となるよう設定する。
【００７７】
従って、有機材料基板であるガラスエポキシ多層配線基板２０のガラス転移温度をＴｇ、３層構造の樹脂接着剤フィルム６０のガラス転移温度の内最も低いガラス転移温度、即ち第２の樹脂層６２及び第３の樹脂層６３のガラス転移温度をＴａ、加熱圧着温度をＴｂとすると、半導体チップ１０を樹脂接着剤フィルム６０を介してガラスエポキシ多層配線基板２０上に熱圧着する際の温度条件は、
Ｔａ≦Ｔｇ≦Ｔｂ
を満足することになる。
【００７８】
このように、本実施形態によれば、半導体チップ１０のＡｕバンプ１５とガラスエポキシ多層配線基板２０のＮｉ／Ａｕメッキ層２３によって被覆されているＣｕ配線層２２とを電気的に接続する原理が樹脂接着剤フィルム６０の接着力／熱収縮力による金属間の接触によると共に、この樹脂接着剤フィルム６０が第１〜第３の樹脂層６１、６２、６３からなる３層構造をなしており、半導体チップ１０のＡｕバンプ１５とガラスエポキシ多層配線基板２０のＮｉ／Ａｕメッキ層２３によって被覆されているＣｕ配線層２２との接触部を取り囲んで保持する第１の樹脂層６１が相対的に高いガラス転移温度と相対的に高い弾性率を有し、この第１の樹脂層６１と半導体チップ１０とを接着保持する第２の樹脂層６２が相対的に低いガラス転移温度と相対的に低い弾性率を有し、第１の樹脂層６１とガラスエポキシ多層配線基板２０とを接着保持する第３の樹脂層６３が相対的に低いガラス転移温度と相対的に低い弾性率を有していることにより、上記第１の実施形態の場合と同様の効果を奏することができる。
【００７９】
また、樹脂接着剤フィルム６０の最下層の第３の樹脂層６３が、多数の導電性粒子６４が分散されている異方性導電膜となっていることにより、半導体チップ１０のＡｕバンプ１５とガラスエポキシ多層配線基板２０のＮｉ／Ａｕメッキ層２３によって被覆されているＣｕ配線層２２とが複数の導電粒子６４を介して接触することになるため、半導体チップ１０のＡｕバンプ１５とガラスエポキシ多層配線基板２０のＣｕ配線層２２との電気的接続の信頼性を更に向上させることができる。
【００８０】
なお、上記第１及び第２の実施形態においては、半導体チップ１０のＡｌパッド上にバリアメタル層１３を介してＡｕバンプ１５を形成する際にメッキ法を用いているが、半導体チップのバンプ形成方法はメッキ法に限定されるものではない。例えば半導体チップのパッド上にＡｕ又はその合金からなるワイヤ（Ｗｉｒｅ）を加熱・溶融してボールを形成し、更に超音波を印加しながら加熱・圧着した後、上方に引きちぎり、続いて上方から金属等で叩いてレベリングして、逆さマッシュルーム型のいわゆるボ−ルバンプを形成してもよい。
【００８１】
また、上記第１及び第２の実施形態においては、配線基板としてガラスエポキシ多層配線基板２０を使用しているが、このガラスエポキシ多層配線基板２０の代わりに、例えばセラミック多層基板やＳｉ配線基板などを使用してもよく、本発明は配線基板の材質に拘るものではない。
【００８２】
また、上記第１及び第２の実施形態においては、樹脂接着剤フィルム３０、６０の第１の樹脂層３１、６１として、ビスフェノ一ル系エポキシ等の主剤にフィラー等を添加したものを用い、第２の樹脂層３２、６２及び第３の樹脂層３３、６３として、ビスフェノ一ル系エポキシ樹脂を主剤とする樹脂にゴム系樹脂等を配合し、イミダゾールなど速硬化性の硬化剤を添加したものを用いているが、樹脂接着剤フィルム３０、６０の材料はこれらに限定されるものではない。
【００８３】
例えば樹脂接着剤フィルムの第１の樹脂層として、多官能基エポキシ樹脂、例えばビスフェノ一ル系エポキシ樹脂にグリシルエーテル、スルホン酸などの官能基を合成し、硬化剤としてイミダゾールの他、有機酸無水物等を添加したものを用いていてもよいし、また上記のエポキシ樹脂にシリカ、セラミック粉等を添加したものを用いていてもよい。また、第２の樹脂層及び第３の樹脂層として、高架橋密度エポキシ樹脂、例えばビスフェノ一ル系エポキシ樹脂にウレタンアクリレート、エポキシアクリレート等の変性アクリル系樹脂を添加し、硬化剤としてイミダゾール等を添加したものを用いていてもよいし、またエラストマー系エポキシ樹脂、例えばビスフェノ一ル系エポキシ樹脂にクロロプロピレンゴム系エラストマーを添加し、硬化剤としてイミダゾール等を添加したものを用いていてもよい。
【００８４】
更に、上記第１及び第２の実施形態において、３層構造をなす樹脂接着剤フィルム３０、６０の第１の樹脂層３１、６１、第２の樹脂層３２、６２、第３の樹脂層３３、６３のうちの、少なくとも１層を熱可塑性樹脂からなる層とすることが望ましい。
【００８５】
この熱可塑性樹脂からなる層とする樹脂層は、いずれの樹脂層であってもよいが、半導体チップ１０が不良品であって、この不良チップを交換してガラスエポキシ多層配線基板２０の再利用を図りたい場合には、ガラスエポキシ多層配線基板２０と接着している第３の樹脂層３３、６３を熱可塑性樹脂からなる層とすることが好適である。また、半導体チップ１０の再利用を図りたい場合には、半導体チップ１０と接着している第２の樹脂層３２、６２を熱可塑性樹脂からなる層とすることが好適である。
【００８６】
このようにして、半導体チップが不良品であった場合等に加熱リワークを行うことが可能になるため、従来困難であった、高信頼性の接続と加熱リワークとが両立するフリップチップ実装技術を達成することができる。
【００８７】
【発明の効果】
以上、詳細に説明した通り、本発明に係る半導体装置及び製造方法によれば、次のような効果を奏することができる。
即ち、請求項１に係る半導体装置によれば、半導体チップが配線基板に実装されている半導体装置において、半導体チップと配線基板との間に介在する樹脂接着剤フィルムが第１〜第３の樹脂層からなる３層構造をなしており、半導体チップのバンプと配線基板の配線パッドとの接触部を取り囲む中間層をなす第１の樹脂層が相対的に高いガラス転移温度と高い弾性率を有していることにより、その強い接着力／熱収縮力によって半導体チップのバンプと配線基板の配線パッドとの接触を確保することができると共に、たとえ高湿、高温下において樹脂の膨張が起きるような場合であっても、第１の樹脂層が対温度ストレスに対して安定して接触部を保持するため、半導体チップのバンプと配線基板の配線パッドとの電気的接続の信頼性を確保することができる。
【００８８】
また、第１の樹脂層と半導体チップとの間に配された第２の樹脂層が、相対的に低いガラス転移温度と低い弾性率を有していることにより、第１の樹脂層と半導体チップとを接着保持することができると共に、たとえ半導体チップのバンプと配線基板の配線パッドとの接触部に熱的応力が加わるような場合であっても、バンプや配線パッドの根元にかかるストレスを緩和するため、第１の樹脂層と半導体チップとの密着性を確保することができる。
【００８９】
また、第１の樹脂層と配線基板との間に配された第３の樹脂層が、相対的に低いガラス転移温度と低い弾性率を有していることにより、第１の樹脂層と配線基板とを接着保持することができると共に、たとえ半導体チップのバンプと配線基板の配線パッドとの接触部に熱的応力が加わるような場合であっても、バンプや配線パッドの根元にかかるストレスを緩和するため、第１の樹脂層と配線基板との密着性を確保することができる。
従って、このような第１〜第３の樹脂層を有する３層構造の樹脂接着剤フィルムを介して半導体チップが配線基板にフリップチップ実装されていることにより、半導体チップのバンプと配線基板の配線パッドとの信頼性の高い電気的接続を得ることが可能になる。
【００９０】
また、請求項２に係る半導体装置によれば、上記請求項１に係る半導体装置において、樹脂接着剤フィルムの第１〜第３の樹脂層のうち、少なくとも１層が配線基板の配線パッドの幅より小さな直径の導電性微粒子が分散されている異方性導電膜であり、半導体チップのバンプと配線基板の配線パッドとの接触部にこれらの導電性微粒子が介在していることにより、半導体チップのバンプと配線基板の配線パッドとがこれらの導電性微粒子を介して電気的に接続されるため、バンプと配線基板の配線パッドとの電気的接続の信頼性を向上することができる。
【００９１】
また、請求項３に係る半導体装置によれば、上記請求項１に係る半導体装置において、樹脂接着剤フィルムの前記第１〜第３の樹脂層のうち、少なくとも１層が熱可塑性樹脂からなる層であることにより、半導体チップが不良品であった場合等に加熱リワークを行うことが可能になる。従って、従来は困難であった、高信頼性の接続と加熱リワークとが両立するフリップチップ実装技術を達成することができる。
【００９２】
また、請求項４に係る半導体装置の製造方法によれば、第１〜第３の樹脂層が積層された３層構造からなり、第１の樹脂層を上下に挟む第２の樹脂層及び第３の樹脂層のガラス転移温度がそれぞれ第１の樹脂層のガラス転移温度より低く、第２の樹脂層及び第３の樹脂層の弾性率がそれぞれ第１の樹脂層の弾性率より低い樹脂接着剤フィムルを介して、半導体チップを配線基板状に熱圧着する際に、配線基板のガラス転移温度Ｔｇと樹脂接着剤フィムルの第１〜第３の樹脂層のガラス転移温度の内最も低いガラス転移温度Ｔａとの関係が、
Ｔａ≦Ｔｇ
を満足することにより、熱圧着の際の配線基板への応力が樹脂接着剤フィルムによって緩和されるため、半導体チップのバンプと配線基板の配線パッドとの信頼性の高い電気的接続を得ることができる。
【００９３】
また、請求項５に係る半導体装置の製造方法によれば、上記請求項４に係る半導体装置の製造方法において、樹脂接着剤フィルムの第１〜第３の樹脂層のうち、少なくとも１層を配線基板の配線パッドの幅より小さな直径の導電性微粒子が分散されている異方性導電膜とし、半導体チップを樹脂接着剤フィルムを介して配線基板上に熱圧着する際に、半導体チップのバンプと配線基板の配線パッドとの接触部に導電性微粒子を介在させることにより、半導体チップのバンプと配線基板の配線パッドとがこれらの導電性微粒子を介して電気的に接続されるため、半導体チップのバンプと配線基板の配線パッドとの電気的接続の信頼性を向上することができる。
【００９４】
また、請求項６に係る半導体装置の製造方法によれば、上記請求項４に係る半導体装置の製造方法において、樹脂接着剤フィルムの第１〜第３の樹脂層のうち、少なくとも１層を熱可塑性樹脂からなる層とすることにより、半導体チップが不良品であった場合等に加熱リワークを行うことが可能になる。従って、従来は困難であった、高信頼性の接続と加熱リワークとが両立するフリップチップ実装技術を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置、即ち半導体チップが配線基板上にフリップチップ実装されている半導体装置を示す断面図である。
【図２】半導体チップを配線基板上にフリップチップ実装する際に、半導体チップと配線基板との間に介在させる樹脂接着剤フィルムを示す断面図である。
【図３】図２の樹脂接着剤フィルムの製造方法を説明するための概略図である。
【図４】半導体チップのバンプの形成を説明するための工程断面図である。
【図５】図２の樹脂接着剤フィルムの配線基板上への張り付けを説明するための工程断面図である。
【図６】図２の樹脂接着剤フィルムを介しての半導体チップの配線基板上へのフリップチップ実装を説明するための工程断面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置、即ち半導体チップが配線基板上にフリップチップ実装されている半導体装置を示す断面図である。
【図８】半導体チップを配線基板上にフリップチップ実装する際に、半導体チップと配線基板との間に介在させる樹脂接着剤フィルムを示す断面図である。
【図９】図８の樹脂接着剤フィルムの配線基板上への張り付けを説明するための工程断面図である。
【図１０】図８の樹脂接着剤フィルムを介しての半導体チップの配線基板上へのフリップチップ実装を説明するための工程断面図である。
【図１１】従来のはんだフリップチップ法を用いて実装した半導体装置を示す断面図である。
【図１２】従来の接着樹脂の接着力による金属間の接触を利用してフリップチップ実装した半導体装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１０…半導体チップ、１１…Ｓｉ基板、１２…Ａｌ配線層、１３…バリアメタル層、１４…絶縁膜、１５…Ａｕバンプ、２０…ガラスエポキシ多層配線基板、２１…ガラスエポキシ樹脂層、２２…Ｃｕ配線層、２３…Ｎｉ／Ａｕメッキ層、３０…樹脂接着剤フィルム、３１…第１の樹脂層、３２…第２の樹脂層、３３…第３の樹脂層、４０…容器、４１…第１のエポキシ合成剤、４２、４３…１対の成形ローラ、４４…容器、４５…第２のエポキシ合成剤、４６、４７…１対の成形ローラ、４８…容器、４９…第３のエポキシ合成剤、５０、５１…１対の成形ローラ、５２…一対の圧着ローラ、５３…乾燥機、５４…搬送ローラ、５５…加熱ランプ、５６…一対の成型／圧着ローラ、５７…巻取り装置、６０…樹脂接着剤フィルム、６１…第１の樹脂層、６２…第２の樹脂層、６３…第３の樹脂層、６４…導電粒子、７０…半導体チップ、７１…はんだバンプ、７２…配線基板、７３…はんだプリコート、８０…半導体チップ、８１…Ｓｉ基板、８２…Ａｌ配線層、８３…Ａｌパッド、８４…Ａｕバンプ、８５…ガラスエポキシ多層配線基板、８６…ガラスエポキシ樹脂層、８７…Ｃｕ配線層、８８…Ｎｉ／Ａｕメッキ層、８９…接着樹脂。
Claims (6)
- 半導体チップが樹脂接着剤フィルムを介して配線基板に実装されている半導体装置であって、
前記樹脂接着剤フィルムは、中間層をなす第１の樹脂層が上下の第２の樹脂層及び第３の樹脂層によって挟まれた３層構造をなしており、かつ前記第１の樹脂層は前記半導体チップの突起状電極と前記配線基板の配線パッドとの接触部を取り囲み、前記第２の樹脂層は前記第１の樹脂層と前記半導体チップとの間に配され、前記第３の樹脂層は前記第１の樹脂層と前記配線基板との間に配されており、
前記第２の樹脂層及び前記第３の樹脂層のガラス転移温度がそれぞれ前記第１の樹脂層のガラス転移温度より低く、前記第２の樹脂層及び前記３の樹脂層の弾性率がそれぞれ前記第１の樹脂層の弾性率より低い
ことを特徴とする半導体装置。 - 請求項１記載の半導体装置において、
前記樹脂接着剤フィルムの前記第１乃至第３の樹脂層のうち、少なくとも１層が、前記配線基板の前記配線パッドの幅より小さな直径の導電性微粒子が分散されている異方性導電膜であり、
前記半導体チップの前記突起状電極と前記配線基板の配線パッドとの接触部に前記導電性微粒子が介在している
ことを特徴とする半導体装置。 - 請求項１記載の半導体装置において、
前記樹脂接着剤フィルムの前記第１乃至第３の樹脂層のうち、少なくとも１層が、熱可塑性樹脂からなる層である
ことを特徴とする半導体装置。 - 第１乃至第３の樹脂層が積層された３層構造からなり、前記第１の樹脂層を上下に挟む前記第２の樹脂層及び前記第３の樹脂層のガラス転移温度がそれぞれ前記第１の樹脂層のガラス転移温度より低く、前記第２の樹脂層及び前記第３の樹脂層の弾性率がそれぞれ前記第１の樹脂層の弾性率より低い樹脂接着剤フィムルを、前記第３の樹脂層を下にして、配線基板上に載置した後、所定の位置合わせを行った半導体チップを前記樹脂接着剤フィルムを介して前記配線基板上に熱圧着する際に、
前記配線基板のガラス転移温度をＴｇ、前記樹脂接着剤フィルムの前記第１乃至第３の樹脂層のガラス転移温度の内最も低いガラス転移温度をＴａとした場合の熱圧着条件が、
Ｔａ≦Ｔｇ
を満足する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項４記載の半導体装置の製造方法において、
前記樹脂接着剤フィルムの前記第１及び第３の樹脂層のうち、少なくとも１層を、前記配線基板の前記配線パッドの幅より小さな直径の導電性微粒子が文才されている異方性導電膜とし、
前記半導体チップを前記樹脂接着剤フィルムを介して前記配線基板上に熱圧着する際に、前記半導体チップの前記突起上電極と前記配線基板の配線パッドとの接触部に前記導電性微粒子を介在させる
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項４記載の半導体装置の製造方法において、
前記樹脂接着剤フィルムの前記第１乃至第３の樹脂層のうち、少なくとも１層を、熱可塑性樹脂からなる層とする
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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