JP4416553B2

JP4416553B2 - 半導体装置およびその製造方法

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Publication number: JP4416553B2
Application number: JP2004101545A
Authority: JP
Inventors: 良輔臼井; 篤弘西田
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2004-03-30
Filing date: 2004-03-30
Publication date: 2010-02-17
Anticipated expiration: 2024-03-30
Also published as: JP2005286246A

Description

本発明は、素子を搭載した半導体装置とその製造方法に関するものである。

携帯電話、ＰＤＡ、ＤＶＣ、ＤＳＣといったポータブルエレクトロニクス機器の高機能化が加速するなか、こうした製品が市場で受け入れられるためには小型・軽量化が必須となっており、その実現のために高集積のシステムＬＳＩが求められている。一方、これらのエレクトロニクス機器に対しては、より使い易く便利なものが求められており、機器に使用されるＬＳＩに対し、高機能化、高性能化が要求されている。このため、ＬＳＩチップの高集積化にともないそのＩ／Ｏ数が増大する一方でパッケージ自体の小型化要求も強く、これらを両立させるために、半導体部品の高密度な基板実装に適合した半導体パッケージの開発が強く求められている。

こうしたパッケージの例として、ＢＧＡ（Ball Grid Array）が知られている。ＢＧＡは、パッケージ用基板の上に半導体チップを実装し、それを樹脂モールディングした後、反対側の面に外部端子としてハンダボールをエリア状に形成したものである。ＢＧＡでは、実装エリアが面で達成されるので、パッケージを比較的容易に小型化することができる。また、回路基板側でも狭ピッチ対応とする必要がなく、高精度な実装技術も不要となるので、ＢＧＡを用いると、パッケージコストが多少高い場合でもトータルな実装コストとしては低減することが可能となる。

図６は、一般的なＢＧＡの概略構成を示す図である。ＢＧＡ１００は、ガラスエポキシ基板１０６上に、接着層１０８を介してＬＳＩチップ１０２が搭載された構造を有する。ＬＳＩチップ１０２は封止樹脂１１０によってモールドされている。ＬＳＩチップ１０２とガラスエポキシ基板１０６とは、金属線１０４により電気的に接続されている。ガラスエポキシ基板１０６の裏面には、半田ボール１１２がアレイ状に配列されている。この半田ボール１１２を介して、ＢＧＡ１００がプリント配線基板に実装される。

特開平１１−２０４７２０号公報

上記公報記載の技術をはじめ、基板上に素子を搭載し、素子を封止する技術においては、基板と封止樹脂との間、素子と封止樹脂との間の密着性を充分に高くすることが重要となる。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、素子を搭載した半導体装置において、基材と封止材の間または素子と封止材の間の密着性を向上させ、素子の信頼性の高い半導体装置を提供することにある。

本発明によれば、基材と、該基材上に設けられた素子と、基材上に設けられ、素子を封止する封止材とを備え、基材と封止材とが接し、素子と封止材とが接し、封止材の基材と接する側の面、または封止材の素子と接する側の面がプラズマ処理面であることを特徴とする半導体装置が提供される。

本発明によれば、封止材の下面がプラズマ処理面となっているため、その下に接着される基材および素子との密着性が顕著に改善される。この結果、熱ストレスや水分の影響を受けず、素子の信頼性も向上する。

また、封止材の下面に微小突起群が形成されていてもよい。こうすることにより、封止材と、その下に接着される基材および素子との密着性が顕著に改善される。

本発明によれば、基材と、該基材上に設けられた素子と、基材上に設けられ、素子を封止する封止材とを備え、素子と封止材とが接し、素子の封止材と接する側の面がプラズマ処理面であることを特徴とする半導体装置が提供される。

本発明によれば、素子の上面がプラズマ処理面となっているため、その上に接着される封止材との密着性が顕著に改善される。この結果、熱ストレスや水分の影響を受けず、素子の信頼性も向上する。

また、封止材の下面と、素子の上面の双方がプラズマ処理面であってもよい。こうすることにより、素子と封止材との密着性がより顕著に改善される。この結果、熱ストレスや水分の影響を受けず、素子の信頼性もより向上する。

本発明によれば、基材と、該基材上に設けられた素子と、基材上に設けられ、素子を封止する封止材とからなる半導体装置の製造方法であって、封止材の一方の面に対し、プラズマ処理を行う工程と、プラズマ処理された面に基材または素子を接着する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。

本発明によれば、基材と、該基材上に設けられた素子と、基材上に設けられ、素子を封止する封止材とからなる半導体装置の製造方法であって、素子の一方の面に対し、プラズマ処理を行う工程と、プラズマ処理された面に封止材を接着する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。

ここで、「基材」には、基材自体のみならず、基材上に形成された樹脂膜等をも含むものとする。たとえば、基材自体の上面が素子のプラズマ処理面と接触する構成でもよいし、基材最上層に設けられた保護膜の上面が、素子のプラズマ処理面と接触する構成でもよい。

本発明において、素子には、半導体チップなどの半導体素子、および抵抗、コンデンサー、コンダクタなどの受動素子などが含まれるものとする。

プラズマ処理は、不活性ガスを含むプラズマガスを用いて行うことが好ましい。こうすることにより、基材の性能劣化を抑制でき、また、優れた界面密着性を有する表面が得られる。

本発明によれば、封止材の下面、または基材と素子との上面をプラズマ処理することにより、基材と封止材の間または素子と封止材の間の密着性を向上させ、素子の信頼性の高い半導体装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

第一の実施の形態
図１は、本実施形態に係る半導体装置の工程断面図である。

まず、図１（ａ）に示すように、導電性膜１２０および絶縁樹脂膜１２２により構成された導電性膜付き絶縁樹脂膜１２３の下面をプラズマ処理する。

ここで、導電性膜１２０は、たとえば圧延銅箔等の圧延金属である。絶縁樹脂膜１２２としては、加熱することにより軟化する材料であればどのようなものを用いることもできるが、たとえば、エポキシ樹脂、ＢＴレジン等のメラミン誘導体、液晶ポリマー、ＰＰＥ樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、フェノール樹脂、ポリアミドビスマレイミド等を用いることができる。また、これらの樹脂とともに、適宜、ＳｉＯ_２などのフィラーや添加剤を添加してもよい。

プラズマ照射条件は、優れた界面密着性が発現する表面特性が得られるよう、用いる樹脂材料に応じて適宜設定する。たとえば、絶縁樹脂膜１２２下面に付着した有機物の除去効率が向上するように、プラズマガスにアルゴンなどの不活性ガスが含まれる条件とする。こうすることにより、絶縁樹脂膜１２２下面に付着した有機物の除去効率が向上する。また、アルゴンは窒素ガスや希ガス等の他の不活性ガスを用いてもよい。

本実施形態では、以下の条件を採用した。
プラズマガス：アルゴン１０〜２０ｓｃｃｍ、酸素０ｓｃｃｍ
バイアス（Ｗ）：１００
ＲＦパワー（Ｗ）：５００
圧力（Ｐａ）：２０
処理時間（ｓｅｃ）：２０

次に、図１（ｂ）に示すように、基材１４０上に複数の半導体素子１４２や受動素子１４４等の回路素子を固定する。ここで、基材１４０は接着性を有し、半導体素子１４２および受動素子１４４を表面に固定することのできるテープ基材とすることができ、このような材料として、たとえば、ＰＥＴフィルム、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＡ（ポリアミド）、ＰＥ（ポリエチレン）などを用いることができる。また、半導体素子１４２は、たとえば、トランジスタ、ダイオード、ＩＣチップ等である。また、受動素子１４４は、たとえば、チップコンデンサ、チップ抵抗等である。

図１（ｃ）に示すように、複数の半導体素子１４２および受動素子１４４を固定した状態で、導電性膜１２０および上記プラズマ処理を施した絶縁樹脂膜１２２により構成された導電性膜付き絶縁樹脂膜１２３を基材１４０上に配置し、導電性膜付き絶縁樹脂膜１２３を基材１４０に当接し、絶縁樹脂膜１２２内に半導体素子１４２および受動素子１４４を嵌入する。つづいて、絶縁樹脂膜１２２を真空下または減圧下で加熱して基材１４０に圧着する。これにより、図１（ｄ）に示すように、半導体素子１４２および受動素子１４４が絶縁樹脂膜１２２内に埋め込まれ、半導体素子１４２および受動素子１４４が絶縁樹脂膜１２２内に圧着される。

図１（ｄ）は、本実施形態に係る半導体装置の構造を説明するための断面図である。

この半導体装置は、基材１４０と、基材１４０上に固定された半導体素子１４２および受動素子１４４と、導電性膜付き絶縁樹脂膜１２３とから構成されている。ここで、導電性膜付き絶縁樹脂膜１２３は、導電性膜１２０と下面に上記プラズマ処理が施された絶縁樹脂膜１２３とから構成されている。また、半導体素子１４２および受動素子１４４は絶縁樹脂膜１２２内に埋め込まれ、半導体素子１４２および受動素子１４４が導電性膜付き絶縁樹脂膜１２３内に圧着された構造を有している。このため、絶縁樹脂膜１２２の下面にプラズマ処理が施されていることにより、絶縁樹脂膜１２２と、基材１４０、半導体素子１４２および受動素子１４４との密着性が改善される。

以下、本実施形態において、半導体装置が上記構造を備えることの効果を説明する。

本実施形態において、絶縁樹脂膜１２２の下面にプラズマ処理を施すことにより、絶縁膜１２２の下面に付着した有機物が除去されて清浄化されるとともに、絶縁樹脂膜の下面に微小突起が出現し、密着性に優れる表面に改質される。このため、絶縁膜１２２と、その下に圧着される基材１４０、複数の半導体素子１４２や受動素子１４４等の回路素子との密着性が向上する。この結果、半導体装置の素子信頼性が向上する。

第二の実施形態
第一の実施形態においては、絶縁樹脂膜１２２の下面をプラズマ処理する構成としたが、本実施形態においては、基材１４０、半導体素子１４２、および受動素子１４４の上面をプラズマ処理する構成について説明する。

図２（ａ）に示すように、基材１４０、および基材１４０上に固定された複数の半導体素子１４２や受動素子１４４等の回路素子の上面をプラズマ処理する。

プラズマ照射条件は、優れた界面密着性が発現する表面特性が得られるよう、用いる樹脂材料に応じて適宜設定する。たとえば、基材１４０上に固定された複数の半導体素子１４２や受動素子１４４等の回路素子の上面に付着した有機物の除去効率が向上するように、プラズマガスにアルゴンなどの不活性ガスが含まれる条件とする。こうすることにより、基材１４０上に固定された複数の半導体素子１４２や受動素子１４４等の回路素子の上面に付着した有機物の除去効率が向上する。また、アルゴンは窒素ガスや希ガス等の他の不活性ガスを用いてもよい。

本実施形態では、以下の条件を採用した。
プラズマガス：アルゴン１０〜２０ｓｃｃｍ、酸素０ｓｃｃｍ
バイアス（Ｗ）：無印加
ＲＦパワー（Ｗ）：５００
圧力（Ｐａ）：２０
処理時間（ｓｅｃ）：２０

このプラズマ処理により、図２（ｂ）に示すように、上記プラズマ処理を施した基材１４０、複数の半導体素子１４２および受動素子１４４を固定した状態で、導電性膜１２０および絶縁樹脂膜１２２により構成された導電性膜付き絶縁樹脂膜１２３を基材１４０上に配置する。

次に、図２（ｃ）に示すように、導電性膜付き絶縁樹脂膜１２３を基材１４０に当接し、絶縁樹脂膜１２２内に半導体素子１４２および受動素子１４４を嵌入する。つづいて、絶縁樹脂膜１２２を真空下または減圧下で加熱して基材１４０に圧着する。これにより、図２（ｄ）に示すように、半導体素子１４２および受動素子１４４が絶縁樹脂膜１２２内に埋め込まれ、半導体素子１４２および受動素子１４４が絶縁樹脂膜１２２内に圧着される。

図２（ｄ）は、本実施形態に係る半導体装置の構造を説明するための断面図である。

この半導体装置は、プラズマ処理が施された基材１４０と、同様にプラズマ処理が施され、基材１４０上に固定された半導体素子１４２および受動素子１４４と、導電性膜付き絶縁樹脂膜１２３とから構成されている。ここで、導電性膜付き絶縁樹脂膜１２３は、導電性膜１２０と絶縁樹脂膜１２３とから構成されている。また、半導体素子１４２および受動素子１４４は、絶縁樹脂膜１２２内に埋め込まれ、半導体素子１４２および受動素子１４４が導電性膜付き絶縁樹脂膜１２３内に圧着された構造を有している。このため、プラズマ処理が施された基材１４０および複数の半導体素子１４２および受動素子１４４等の上面と、絶縁樹脂膜１２２との密着性が改善される。

以下、本実施形態において、半導体装置が上記構造を有することの効果を説明する。

本実施形態において、基材１４０、および基材１４０上に固定された複数の半導体素子１４２や受動素子１４４等の回路素子の上面をプラズマ処理することにより、基材１４０の上面に微小突起が出現するとともに、複数の半導体素子１４２や受動素子１４４等の回路素子の上面に付着した有機物が除去されて清浄化されることにより、密着性に優れる表面に改質される。このため、基材１４０および複数の半導体素子１４２や受動素子１４４等の回路素子の上面と、その上に圧着される絶縁樹脂膜１２２の下面との密着性が向上する。この結果、半導体装置の素子信頼性が向上する。

第三の実施形態
本実施の形態において、基材１４０として、伸縮可能な材料を用いる点で第一の実施形態および第二の実施形態と異なる。本実施の形態における基材１４０としては、たとえば、ＰＥＴフィルム、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＡ（ポリアミド）、ＰＥ（ポリエチレン）などを用いることができる。

図３は、本実施形態における半導体装置の製造工程を示す断面図である。

図３（ａ）に示すように、基材１４０上に複数の半導体素子１４２および受動素子１４４を固定した後、基材１４０を図中横方向に伸張させる。ここで、基材１４０は、基材１４０の両端を固定具を用いて挟んで、図中横方向に伸ばすことで伸張させる。次に、図３（ｂ）に示すように、基材１４０を図中横方向に伸張させた状態で、第一の実施形態と同様の条件でプラズマ処理が施された導電性膜付き絶縁樹脂膜１２３を基材１４０上に配置し、半導体素子１４２および受動素子１４４を絶縁樹脂膜１２２内に当接し、半導体素子１４２および受動素子１４４が絶縁樹脂膜１２２内に嵌入される。つづいて、固定具を基材１４０から外すことによって、基材１４０を伸張させていた力を除去し、絶縁樹脂膜１２２を真空下または減圧下で加熱して基材１４０に圧着する。

これにより、図３（ｃ）に示すように、半導体素子１４２および受動素子１４４が絶縁樹脂膜１２２内に埋め込まれ、半導体素子１４２および受動素子１４４が絶縁樹脂膜１２２内に圧着される。

本実施の形態において、半導体素子１４２および受動素子１４４が固定された基材１４０を伸張させた状態で半導体素子１４２および受動素子１４４を絶縁樹脂膜１２２内に嵌入させることにより、絶縁樹脂膜１２２内に半導体素子１４２および受動素子１４４を嵌入する際に、素子間の間隔が広くなり、素子間に絶縁樹脂膜１２２が嵌入されやすくなる。そのため、半導体素子１４２および受動素子１４４と、プラズマ処理が施された絶縁樹脂膜１２２との密着性をより向上させることができ、半導体装置の素子信頼性がより向上する。

本実施形態においては、導電性膜付き絶縁樹脂膜１２３にプラズマ処理を施した形態について説明したが、第二の実施形態と同様の条件で、基材１４０、複数の半導体素子１４２および受動素子１４４にプラズマ処理を施してもよい。

以上、発明の好適な実施の形態を説明した。しかし、本発明は上述の実施の形態に限定されず、当業者が本発明の範囲内で上述の実施の形態を変形可能なことはもちろんである。

たとえば、半導体素子１４２および受動素子１４４などの回路素子が固定された基材１４０と、導電性膜付き絶縁樹脂膜１２３とを圧着する際に、支持部材を用いてもよい。こうすることにより、基材１４０、半導体素子１４２および受動素子１４４などの回路素子と、絶縁樹脂膜１２２との間の密着性をより向上させることができ、半導体装置の素子信頼性がより向上する。

また、上記実施形態においては、絶縁樹脂膜１２２は一つの膜により構成されていたが、二つの膜を重ね合わせてもよい。ここで、二つの膜は同種の材料でもよいし、異種材料でもよい。

また、図４および図５に示すように、第一の実施形態と同様の条件でプラズマ処理を施した絶縁樹脂膜１２２と、第二の実施形態と同様の条件でプラズマ処理を施した半導体素子１４２および受動素子１４４とを圧着してもよい。こうすることにより、半導体素子１４２および受動素子１４４などの半導体チップと、絶縁樹脂膜１２２との密着性をより向上させることができ、半導体装置の素子信頼性がより向上する。

また、上記実施形態においては、導電性膜１２０を上面に備える絶縁樹脂膜１２２を用いる形態について説明したが、導電性膜１２０を備えていない絶縁樹脂膜を用いてもよい。

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。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。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。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。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。一般的なＢＧＡの概略構成を示す図である。

符号の説明

１２０導電性膜、１２２絶縁樹脂膜、１２３導電性膜付き絶縁樹脂膜、１４０基材、１４２半導体素子、１４４受動素子。

Claims

基材と、
該基材上に設けられた素子と、
前記基材上に設けられ、前記素子を封止する封止材と、
を備え、
前記基材と前記封止材とが接し、
前記素子と前記封止材とが接し、
前記封止材の前記基材と接する側の面、または前記封止材の前記素子と接する側の面がプラズマ処理面であるとともに、
前記封止材は、絶縁樹脂膜と、前記封止材の前記基材とは反対側に導電性膜とを備えていることを特徴とする半導体装置。
請求項１に記載の半導体装置において、
前記封止材の前記基材と接する側の面、または前記封止材の前記素子と接する側の面に微小突起群が形成されていることを特徴とする半導体装置。
基材と、
該基材上に設けられた素子と、
前記基材上に設けられ、前記素子を封止する封止材と、
を備え、
前記素子と前記封止材とが接し、
前記素子の前記封止材と接する側の面がプラズマ処理面であるとともに、
前記封止材は、絶縁樹脂膜と、前記封止材の前記基材とは反対側に導電性膜とを備えていることを特徴とする半導体装置。
請求項１または２に記載の半導体装置において、
前記素子の前記封止材と接する側の面がプラズマ処理面であることを特徴とする半導体装置。
基材と、
該基材上に設けられた素子と、
前記基材上に設けられ、前記素子を封止するとともに、絶縁樹脂膜と、前記封止材の前記基材とは反対側に導電性膜とを備えた封止材と、
からなる半導体装置の製造方法であって、
前記封止材の一方の面に対し、プラズマ処理を行う工程と、
前記プラズマ処理された面に前記基材または前記素子を接着する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
基材と、
該基材上に設けられた素子と、
前記基材上に設けられ、前記素子を封止するとともに、絶縁樹脂膜と、前記封止材の前記基材とは反対側に導電性膜とを備えた封止材とからなる半導体装置の製造方法であって、
前記素子の一方の面に対し、プラズマ処理を行う工程と、
前記プラズマ処理された面に前記封止材を接着する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
請求項５に記載の半導体装置の製造方法において、
前記素子の一方の面に対し、プラズマ処理を行う工程を、
さらに含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。