JP3906914B2 - 半導体装置の製造方法、および半導体装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置の製造方法、および半導体装置に係り、とくに半導体素子を基板上にマウントして成る半導体装置の製造方法、および半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体装置の小型化のために、絶縁パッケージを用いない半導体装置が提供される傾向にある。この種の半導体装置はベアチップから成る半導体素子をインターポーザ基板上に直接マウントし、半導体素子のバンプ等の電極をインターポーザ基板の導電性の電極に接続するようにしたものである。従ってこのような半導体装置によって電子回路を形成する場合には、半導体素子をマウントしたインターポーザ基板をマザーボード上に配し、インターポーザ基板の接続用配線手段を介して半導体素子の電極がマザーボードの電極に接続されるようになる。
【0003】
この種の半導体装置の製造方法の一例を図10によって説明する。ここではまずインターポーザ基板1が用意される。インターポーザ基板1はその上にマウントされる半導体素子6よりも一回り大きな寸法を有し、予め配線パターン2や接続用ランド3が形成されている。そしてこのようなインターポーザ基板1を図10Bに示すようにステージ4上に配置するとともに、このインターポーザ基板1の上側に接続固定材料、例えば異方性導電膜5を接合する。そして上からベアチップから成る半導体素子6をマウントし、この半導体素子6の上から加熱および加圧することによって、上記異方性導電膜5を介して半導体素子6のバンプ7がインターポーザ基板1の配線パターン2に電気的に接続される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来のインターポーザ基板を用いた半導体装置は、図10に示すように半導体素子6の外部引出し電極上にバンプ7を形成し、そしてインターポーザ基板1上に異方性導電膜5を貼付ける。そしてその上にバンプ7を有する半導体素子6をフリップチップによって仮置きする。そして最後に半導体素子6のバンプ7が形成されている面とは反対側の上面から加圧および加熱することによって、異方性導電膜5を硬化させてフリップチップ接続を行なうようにしていた。
【0005】
ここで図11に示すように半導体素子6の周辺より異方性導電膜5が少しはみ出した状態で硬化される。異方性導電膜は後述するように樹脂と導電性粒子とから構成されているが、この異方性導電膜5の硬化に伴って収縮を起す。従ってインターポーザ基板1は図11に示すように半導体素子6の周縁の近傍において周縁部が上に持上がるように変形する問題がある。
【0006】
上述のような異方性導電膜5の硬化に伴うインターポーザ基板1の周縁部の持上がるような変形は、薄い半導体装置の製造を妨げる原因になっている。またとくにインターポーザ基板1の周縁部であって接続用ランド3が形成されている部分が上に持上がると、この持上がった部分の裏面に形成されている導電性パターンがマザーボードと正しく接続されず、これによって半導体装置の実装の際にトラブルの発生の原因になる。またこのような半導体装置を何段にも積層する際に、上記インターポーザ基板1の周縁部の湾曲変形がトラブルの原因になる可能性がある。
【0007】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであって、異方性導電膜等の接続固定材料の硬化の際における収縮に伴う基板の変形を防止するようにした半導体装置の製造方法、および半導体装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
半導体装置の製造方法に関する主要な発明は、基板をステージ上に配し、接着固定材料を介して半導体素子を基板上にマウントするようにした半導体装置の製造方法において、
前記基板の前記半導体素子の周縁の近傍であって前記接着固定材料が前記半導体素子の周縁からはみ出す部分と対応する領域が前記半導体素子がマウントされた面が凹に湾曲するように前記ステージ側に吸着して前記接着固定材料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ものである。
【0009】
ここで前記接着固定材料が異方性導電膜から構成され、前記異方性導電膜によって前記半導体素子が前記基板に固定されるとともに、前記半導体素子の電極が前記基板の電極に接続されてよい。また前記ステージ上の前記接着固定材料が前記半導体素子の周縁からはみ出す部分と対応する領域に吸引溝が形成され、該吸引溝を通して前記基板が前記ステージ側に吸着されることが好適である。
【0012】
半導体装置に関する主要な発明は、半導体素子を接着固定材料を介して基板上にマウントして成る半導体装置において、
前記基板の前記半導体素子の周縁部の近傍であって前記接着固定材料が前記半導体素子の周縁からはみ出す部分と対応する領域が前記半導体素子がマウントされた面が凹となるように湾曲した状態で前記半導体素子を前記基板上に接合することを特徴とする半導体装置に関するものである。
【0013】
ここで前記接着固定材料が異方性導電膜であって、該異方性導電膜によって前記半導体素子が前記基板に固定されるとともに、前記半導体素子の電極が前記基板の電極に接続されるようにすることが好ましい。また上記製造方法の発明によって製造された半導体素子であることが好ましい。
【0014】
本願に含まれる発明の好ましい態様は、バンプ付き半導体素子とインターポーザ基板基板とフリップチップ接続用固定材料とによって製造される半導体装置において、フリップチップ接続と同時に該フリップチップ接続用固定材料を硬化する際に、フリップチップ接続部を除いた部分のインターポーザ基板を局部的に変形させ、これによってフリップチップ接続すると同時にフリップチップ接続固定材料を硬化することによって、フリップチップ接続用固定材料が硬化後に、インターポーザ基板の変形を極力低減するようにした半導体装置、およびこのような半導体装置の製造方法に関する。
【0015】
このような態様によれば、インターポーザ基板の接続固定材料がはみ出す領域の反りが抑制されることによってマザーボードへの実装や積層による3次元実装等の際の接続が容易に行ない得るようになる。またインターポーザ基板の周縁部の変形が防止されるために電子回路装置の歩留りが高くなって信頼性の向上がもたらされる。またこのことから半導体装置および電子回路装置のコストの低減に寄与するようになる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下本願の発明を図示の実施の形態によって説明する。この実施の形態は図3および図4に示すインターポーザ基板11上に異方性導電膜15を介してベアチップから成る半導体素子16をマウントした半導体装置の製造方法、製造装置、および半導体装置に関する。ここでインターポーザ基板11上には図3および図4に示すように予めその周縁部の近傍において配線パターン12と接続用ランド13とが形成される。
【0017】
このようなインターポーザ基板11上に半導体素子16をマウントするために図1、図2、および図4に示すようなステージ14が用いられる。ステージ14は矩形の板状体から構成されるとともに、例えばその両側には互いに平行に細長い吸引溝21が形成される。またこのような吸引溝21内の空気を吸引するための吸引孔22が上記吸引溝21に連通するように形成される。吸引孔22は真空吸引手段に接続される。
【0018】
このようなステージ14上に図3および図4Bに示すようにインターポーザ基板11を装着する。なお図4Aに示すように、インターポーザ基板11上には予め異方性導電膜15が接合されている。これに対して半導体素子16にはその電極の部分の上側にバンプ17がマウントされている。そしてこのようなバンプ17を有する半導体素子16を異方性導電膜15を介してインターポーザ基板11に対して加熱しながら加圧することによって、図5に示すような半導体装置が製作される。
【0019】
このような半導体装置は、半導体素子16の電極をバンプ17を介してインターポーザ基板11の配線パターン12に接続している。
【0020】
このような半導体装置の製造に際し、とくに半導体素子16をインターポーザ基板11に異方性導電膜15を介して接続する際に、ステージ14に形成された吸引溝21によってインターポーザ基板11の下面であってとくに半導体素子16のバンプ17が形成されている部分よりも側方であってインターポーザ基板11の接続用ランド13が形成されている部分を下方に吸引しながら異方性導電膜15を硬化させるようにしている。
【0021】
このように吸引溝21によってインターポーザ基板11を吸引しながら異方性導電膜15を硬化することによって、このようなインターポーザ基板11の周縁部の変形が防止される。すなわち異方性導電膜15の硬化の際に半導体素子16の周縁部からはみ出した部分が収縮するために、インターポーザ基板11の周縁部であってとくに図3に示す接続用ランド13の側方の部分が反るように変形を起し易い。ところがこのような変形が上述のステージ14の吸引溝21による吸引固定によって確実に防止される。
【0022】
ここで半導体素子16とインターポーザ基板11との接続は、図6〜図8に示す異方性導電膜(ACF Anisotorpic conductive film)15によって行なわれる。異方性導電膜15は図6に示すようにエポキシ樹脂等のマトリックス樹脂から構成されるとともに、その中に導電粒子25を分散させたものである。ここでそれぞれの導電粒子25は図7に示すように球状をなすとともに、その外周部に金属メッキから成る金属層26が形成され、さらにその外周面を覆うように薄い絶縁被膜27が形成されている。
【0023】
このような異方性導電膜15を半導体素子16とインターポーザ基板11との間に介在させて加熱および加圧を行なうと、図8に示すように半導体素子16の電極を構成するバンプ17とインターポーザ基板11の配線パターン12との間においてこれらのバンプ17、12の高さによって導電粒子25が押潰され、外側の絶縁被膜27が破壊されて金属層26が露出する。これによって導電粒子25による半導体素子16のバンプ17とインターポーザ基板11の配線パターン12との電気的な接続が達成される。これに対してバンプ17および配線パターン12が存在しない領域においては、半導体素子16とインターポーザ基板11との間の隙間が大きいために導電粒子25は球状の形態をそのまま維持し、外周面の絶縁被膜27によって短絡が防止される。すなわち樹脂バンプ17、配線パターン12以外の領域における導通が阻止され、これによって選択的な電気的接続が達成される。
【0024】
このように異方性導電膜15は、半導体素子16とインターポーザ基板11との接合、両者のバンプ17および配線パターン12の導通、および両者のバンプ17および配線パターン12が形成されていない領域の絶縁の3つの機能を同時に達成することになる。すなわち異方性導電膜15を半導体素子16とインターポーザ基板11とによって挟着した状態で熱圧着を行なうと、異方性導電膜15の厚さ方向には導電性を有し、面方向には絶縁性を有する電気的異方性を発現する。これによって対向するバンプ17と配線パターン12間の永久接着と、バンプ17、配線パターン12間の導通と、バンプ17および配線パターン12が形成されていない領域における半導体素子16とインターポーザ基板11の絶縁が同時に達成される。
【0025】
このように本実施の形態においては図3および図4に示すように半導体素子16の外部引出し電極上にバンプ17を形成する。一方インターポーザ基板11上には異方性導電膜15を貼付けておく。そしてこのようなインターポーザ基板11をステージ14上に装着した状態でバンプ17を有する半導体素子16をフリップチップによって仮置きする。この後に半導体素子16のバンプ17が形成されている面とは反対側の面から図4Bに示すように加熱および加圧することによって、異方性導電膜15を硬化させてフリップチップ接続を行なう。
【0026】
このようなフリップチップ接続の際に、フリップチップボンダのステージ14において、半導体素子16の周縁部の異方性導電膜15のはみ出し部と対応する部分のみを吸着するように吸引溝21を予め形成しておき、異方性導電膜15がはみ出す部分と対応する部分を吸引孔22および吸引溝21によって図9に示すように下方に吸引してインターポーザ基板11の当該部分が下に凸になるように、すなわち半導体素子16をマウントした上面が凹になるように変形させる。すると異方性導電膜15が硬化する際にこの異方性導電膜15が収縮しても、この収縮を湾曲するインターポーザ基板11の変形による弾性復元力の反力で相殺することができ、インターポーザ基板11のとくに接続用ランド13が形成されている側端側の部分が上方に変形することが防止される。
【0027】
ステージ14の吸引溝21によってインターポーザ基板11を局部的に吸引し、図9に示すように該吸引溝21の幅の部分を下方に凸になるように変形させると、インターポーザ基板11には当該部分に下に凸の湾曲したリブが形成される。このようなリブは図3から明らかなように半導体素子16のバンプ17が形成されている周縁部に沿って長く形成され、このようなリブがインターポーザ基板11の周縁部に剛性を付与するために、インターポーザ基板11が変形し難くなって基板形状をよりフラットにすることができる。
【0028】
また異方性導電膜15のはみ出し部分と対応する領域においてインターポーザ基板11を吸引することにより、インターポーザ基板11を積極的にその部分を変形させることが可能になる。そしてこのようなステージ14の吸引溝21の吸引圧およびこの吸引溝21の深さや掘り込み幅を変えることによって、インターポーザ基板11の変形量の調整が可能になり、インターポーザ基板11の全体としての平坦化を図ることが可能になる。
【0029】
なおこのような半導体装置において、とくに半導体素子16のバンプ17は、半導体素子16が例えば15.0×10.5×0.1mmの寸法の場合に、その上に形成される電極は直径が50〜100μmで高さが10〜50μmのバンプであってよい。またインターポーザ基板11上に異方性導電膜15を仮付けする。このときにインターポーザ基板11はフレキシブル基板でもリジット基板でもよいが、とくにインターポーザ基板11の変形の問題が発生するのは、基板11の厚さが100μm以下の場合である。従って100μm以下のインターポーザ基板上に半導体素子16をフリップチップ実装によって接合する際にステージ14上に吸引溝21を形成して吸引し、これによってインターポーザ基板11の変形を防止することが好ましい。このような接合は、半導体素子16の上面から加熱および加圧することによって異方性導電膜15を硬化させ、半導体素子16をインターポーザ基板11にフリップチップ接続により行なう。このときの半導体素子16に印加される温度は100〜250℃であり、加圧力は10〜20kgf程度である。また加熱および加圧時間は3〜60s程度である。
【0030】
このようにしてフリップチップ接続を行なうステージ14上に形成される吸引溝21の形状は、その深さが例えば100μmで、幅が1mmで、吸引圧が30mHgである。またここで吸引溝21の位置は、半導体素子16の短辺側の2個所のみを吸引すればよい。このような吸引によって今まで周縁部が200μm程度上に変形していたインターポーザ基板11の変形量が、50μm程度の変形量に抑えることができるようになり、1/3以下に変形が抑えられることが実験によって確認されている。
【0031】
以上本願発明を図示の実施の形態によって説明したが、本願発明は上記実施の形態によって限定されることなく、本願に含まれる発明の技術的思想の範囲内で各種の変更が可能である。例えば上記実施の形態においては半導体素子16とインターポーザ基板11との接合に異方性導電膜を用いたが、本願発明における接続固定材料は必ずしも異方性導電膜に限られることなく、ACP(Anisotorpic conductive paste)、NCF(Non conductive film)、NCP(Non conductive paste)等の別の接続固定材料を用いることも可能である。またステージ14上に形成される吸引溝の位置、あるいはまたインターポーザ基板11の変形位置は上記実施の形態に限られることなく、別の位置にもさらに吸引溝21によって断面弓形の変形を意図的に形成してもよい。
【0032】
【発明の効果】
半導体装置の製造方法に関する主要な発明は、基板をステージ上に配し、接着固定材料を介して半導体素子を基板上にマウントするようにした半導体装置の製造方法において、基板の半導体素子の周縁の近傍であって接着固定材料が半導体素子の周縁からはみ出す部分と対応する領域が半導体素子がマウントされた面が凹に湾曲するようにステージ側に吸着して接着固定材料を硬化させるようにしたものである。
【0033】
従ってこのような半導体装置の製造方法によれば、接着固定材料が硬化される際の収縮による基板の変形をステージ側に吸着することによって防止することができ、とくに基板の変形が効果的に防止される。
【0036】
半導体装置に関する主要な発明は、半導体素子を接着固定材料を介して基板上にマウントして成る半導体装置において、基板の半導体素子の周縁部の近傍であって接着固定材料が半導体素子の周縁からはみ出す部分と対応する領域が半導体素子がマウントされた面が凹となるように湾曲した状態で半導体素子を基板上に接合するものである。
【0037】
従ってこのような半導体装置によれば、上記基板の湾曲している部分の変形の弾性復元力によって接着固定材料の硬化に伴う収縮を相殺することが可能になるとともに、基板の湾曲している部分のリブ効果によって基板の剛性が高まり、これによって基板の変形がより確実に防止される。
【図面の簡単な説明】
【図1】半導体装置を製造するためのステージの平面図である。
【図2】図1におけるA−A線断面図である。
【図3】ステージ上において半導体素子をインターポーザ基板上にマウントしている状態を示す平面図である。
【図4】ステージ上においてインターポーザ基板に半導体素子を実装する動作を示す要部縦断面図である。
【図5】図4に示す方法によって製造された半導体装置の縦断面図であって、図3におけるB−B線断面図である。
【図6】異方性導電膜の拡大断面図である。
【図7】異方性導電膜に分散された樹脂粒子の拡大断面図である。
【図8】異方性導電膜による電気的な接続の動作を示す拡大断面図である。
【図9】ステージの吸引溝による吸引動作の原理を示す要部拡大断面図である。
【図10】従来の半導体装置の製造方法を示す要部縦断面図である。
【図11】従来の方法によって製造された半導体装置の縦断面図である。
【符号の説明】
1‥‥インターポーザ基板、2‥‥配線パターン、3‥‥接続用ランド、4‥‥ステージ、5‥‥異方性導電膜、6‥‥半導体素子(ベアチップ)、7‥‥バンプ、11‥‥インターポーザ基板、12‥‥配線パターン、13‥‥接続用ランド、14‥‥ステージ、15‥‥異方性導電膜、16‥‥半導体素子(ベアチップ)、17‥‥バンプ、21‥‥吸引溝、22‥‥吸引孔、25‥‥導電粒子、26‥‥金属層、27‥‥絶縁被膜
Claims (6)
- 基板をステージ上に配し、接着固定材料を介して半導体素子を基板上にマウントするようにした半導体装置の製造方法において、
前記基板の前記半導体素子の周縁の近傍であって前記接着固定材料が前記半導体素子の周縁からはみ出す部分と対応する領域が前記半導体素子がマウントされた面が凹に湾曲するように前記ステージ側に吸着して前記接着固定材料を硬化させることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記接着固定材料が異方性導電膜から構成され、前記異方性導電膜によって前記半導体素子が前記基板に固定されるとともに、前記半導体素子の電極が前記基板の電極に接続され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。
- 前記ステージ上の前記接着固定材料が前記半導体素子の周縁からはみ出す部分と対応する領域に吸引溝が形成され、該吸引溝を通して前記基板が前記ステージ側に吸着され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。
- 半導体素子を接着固定材料を介して基板上にマウントして成る半導体装置において、
前記基板の前記半導体素子の周縁部の近傍であって前記接着固定材料が前記半導体素子の周縁からはみ出す部分と対応する領域が前記半導体素子がマウントされた面が凹となるように湾曲した状態で前記半導体素子を前記基板上に接合することを特徴とする半導体装置。 - 前記接着固定材料が異方性導電膜であって、該異方性導電膜によって前記半導体素子が前記基板に固定されるとともに、前記半導体素子の電極が前記基板の電極に接続されることを特徴とする請求項4に記載の半導体装置。
- 請求項1〜請求項3の何れかの製造方法によって製造されたことを特徴とする半導体装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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