JP4797564B2

JP4797564B2 - 半導体装置の製造方法

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Publication number: JP4797564B2
Application number: JP2005306341A
Authority: JP
Inventors: 佳秀西山
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2005-10-20
Filing date: 2005-10-20
Publication date: 2011-10-19
Anticipated expiration: 2025-10-20
Also published as: JP2007115923A

Description

本発明は、半導体装置の製造方法および半導体装置に関するものである。

電子部品の高密度実装化に対応して、ＣＳＰ（Chip Size Package）やＢＧＡ（Ball Grid Array）と称されるタイプのパッケージＩＣが採用されることがある。かかるタイプのパッケージＩＣでは、その底面に沿ってはんだボール（バンプ）が配置されている。このようなパッケージＩＣは、半導体素子と、この半導体素子に接続された配線とを有し、配線の端部に形成された端子にバンプが形成される。そして、実装基板等に載置されたパッケージＩＣは、リフロー等により、実装される。
ここで、はんだボールが配置されたパッケージＩＣの端子は、通常Ｃｕのような電気伝導率の高い金属材料で構成されている。一方、はんだボールとしては、一般的なＳｎ−Ｐｂ系はんだを始め、近年はＰｂを含まない、いわゆるＰｂフリーはんだも採用されつつある。

これらのはんだボールは、いずれもＳｎを主成分とするものが多い。ところが、Ｃｕは、このＳｎに対して非常に拡散しやすい性質を有する。かかる性質は、端子上にバンプを形成する際や、リフローの際に、端子のＣｕがはんだボール（バンプ）中に拡散する現象、いわゆる銅食われを招き、端子の厚さが減少する。その結果、端子のはんだボールが接合された部分と、接合されていない部分（または、配線）との間に段差が生じ、この段差の程度によっては、端子または配線が断線することもある。

このような銅食われを防止するために、はんだの組成を、Ｃｕの拡散を抑制するような組成に設定することが検討されている（例えば、特許文献１参照）。
このはんだは、例えば、Ｎｉを含んでおり、このＮｉとＣｕとがはんだボールと電極部との界面付近で結合することにより、それ以上Ｃｕがはんだボール側に拡散するのを抑制している。

しかしながら、Ｎｉを含んだはんだボールは、その融点が上昇するため、リフロー温度を高く設定する必要が生じる。その結果、パッケージＩＣが高温に曝されることとなり、パッケージＩＣの機能が損なわれるおそれがある。
また、特殊な組成のはんだボールが必要となるため、はんだボールのコスト上昇、およびパッケージＩＣのコスト上昇を招くことになる。

特開２００２−１１５９２号公報

本発明の目的は、信頼性に優れる半導体装置を容易かつ確実に製造可能な半導体装置の製造方法、かかる半導体装置の製造方法により製造された半導体装置を提供することにある。

上記目的は、下記により達成される。
本発明の半導体装置の製造方法は、半導体素子上に設けられ、該半導体素子に導通し、Ｃｕを主材料として構成された端子上に、Ｓｎを含むバンプ金属で構成されたバンプを形成して半導体装置を製造する半導体装置の製造方法であって、
前記端子上に、溶融状態のバンプ金属が接触することによる前記端子への悪影響を防止または抑制するよう犠牲的に働く犠牲層を形成する第１の工程と、
前記犠牲層上に、前記溶融状態のバンプ金属を付与し、次いで固化して、前記バンプを形成する第２の工程とを有し、
前記第２の工程において、前記溶融状態のバンプ金属に、前記犠牲層を構成する材料のほぼ全てを拡散させることにより、前記犠牲層の原形を消失させることを特徴とする。
これにより、信頼性に優れる半導体装置を容易かつ確実に製造することができる。

本発明の半導体装置の製造方法では、前記犠牲層を構成する材料は、Ｓｎに対する拡散速度がＣｕと同等またはＣｕより大きい金属元素を主成分とするものであることが好ましい。
これにより、犠牲層は、端子中のＣｕがバンプに拡散するのを防止しつつ、徐々にバンプに拡散し、最終的には消失して、バンプと端子とを直接接合することができる。

本発明の半導体装置の製造方法では、前記金属元素は、ＡｇおよびＣｕの少なくとも一方であることが好ましい。
これらの金属元素を主成分とする材料は、電気伝導率が特に高いためバンプと端子との間の電気抵抗の増大を防止し、その結果、半導体装置の消費電力が増大するのを抑制することができる。

本発明の半導体装置の製造方法では、前記端子は、層状をなしており、
前記犠牲層の平均厚さは、前記端子の平均厚さに対して、０．００１〜０．５倍であることが好ましい。
これにより、端子からバンプ金属へのＣｕの拡散を十分に抑制しつつ、犠牲層の原形を確実に消失させることができ、バンプと端子との直接接合がより確実になされる。

本発明の半導体装置の製造方法では、前記第２の工程において、前記犠牲層を構成する材料のほぼ全てが、前記溶融状態のバンプ金属中に拡散するように、前記犠牲層上に、前記溶融状態のバンプ金属を十分な時間接触させることが好ましい。
これにより、犠牲層を構成する材料は、バンプ金属中に確実に拡散して、バンプと端子とをより確実に接合することができる。

本発明の半導体装置の製造方法では、前記第１の工程において、前記犠牲層は、該犠牲層を構成する材料の粒子を含有する液体を、前記端子上に供給して前記粒子の集合物を得た後、該集合物を焼成することにより形成されることが好ましい。
これにより、端子を構成する材料と、液体中の粒子を構成する材料との組み合わせを問わず、端子上に確実に犠牲層を形成することができる。

本発明の半導体装置の製造方法では、前記粒子の平均粒径は、５〜３０ｎｍであることが好ましい。
かかる粒径の金属材料の粒子は、比較的低温かつ短時間で焼結することができる。
本発明の半導体装置の製造方法では、前記液体は、前記粒子を水系の分散媒に分散して調製したものであることが好ましい。
これにより、残留異物による電気抵抗の上昇や、バンプと端子との接合界面における機械的強度の低下が抑制され、消費電力の増大が抑制された半導体装置が得られる。

本発明の半導体装置の製造方法では、前記液体の供給は、インクジェット法または印刷法により行うことが好ましい。
これらの方法によれば、容易かつ確実に液体を供給することができるとともに、液体の消費量を抑制することができる。その結果、半導体装置の生産効率を高めるとともに、製造コストを低減することができる。

本発明の半導体装置の製造方法では、前記焼成に先立って、前記集合物を、前記焼成の温度より低い温度、および／または、前記焼成の時間より短い時間で仮焼成することが好ましい。
これにより、粒子の集合物全体が均一に焼成され、得られる犠牲層全体における焼結の程度のバラツキを抑制することができる。

本発明の半導体装置の製造方法では、前記焼成に先立って、前記液体の供給と前記仮焼成とを繰り返して複数回行うことが好ましい。
これにより、目的とする厚さの犠牲層を容易に得ることができる。
本発明の半導体装置の製造方法では、基板上に、前記半導体素子および前記端子が設けられており、
前記第１の工程に先立って、前記基板上に、前記端子上に前記犠牲層を形成する領域に対応した開口部を有するマスクを形成することが好ましい。
このマスクにより、目的とする位置に犠牲膜を確実に形成することができる。

本発明の半導体装置の製造方法では、前記犠牲層の平均厚さは、前記マスクの平均厚さより小さいことが好ましい。
これにより、開口部の内部には、犠牲層の上面を底面とする凹部が残り、この凹部に、はんだボールを供給することで、はんだボールの移動を規制することができ、高い精度で、はんだボールを所定の位置に配置することができる。

本発明の半導体装置の製造方法では、前記端子は、前記半導体素子に導通した配線の、前記半導体素子と反対側の端部に設けられており、
前記犠牲層は、前記端子と、前記端子から前記配線の前記半導体素子側にはみ出す所定長さの領域とに連続して形成されることが好ましい。
これにより、バンプの一部が端子から配線にはみ出して形成され、バンプに対して水平方向および垂直方向に付与された応力に対する耐久性を高めることができる。

本発明の半導体装置の製造方法では、基板上に、複数個の前記半導体装置に対応する前記半導体素子および前記端子が設けられており、
前記端子上に前記バンプを形成した後、前記基板を分割することにより個別の前記半導体装置を得ることが好ましい。
これにより、製造コストを低減しつつ、特性のバラツキが抑制された半導体装置を製造することができる。
本発明の半導体装置は、本発明の半導体装置の製造方法により製造されたことを特徴とする。
これにより、信頼性の高い半導体装置が得られる。

以下、本発明の半導体装置の製造方法および半導体装置について、好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の半導体装置の実施形態を示す平面図、図２は、図１に示す半導体装置のＡ−Ａ線断面図である。なお、図１では、図が煩雑になるのを避けるため、一部の部材を省略している。また、以下の説明では、図２中の上側を「上」、下側を「下」と言う。

図１および図２に示す半導体装置１は、半導体基板１１と、半導体基板１１上に形成された半導体素子１２と、半導体パッケージ１０とを有している。
この半導体パッケージ１０は、ＢＧＡ（ＢａｌｌＧｒｉｄＡｒｒａｙ）型またはＣＳＰ（ＣｈｉｐＳｉｚｅＰａｃｋａｇｅ）型のパッケージであり、半導体装置１の外部電極であるバンプ１３と、半導体素子１２とバンプ１３とを接続（導通）する層状の配線１４と、配線１４の半導体素子１２と反対側の端部に形成された端子１５とを有している。

半導体素子１２上には、半導体素子１２に電通する電極パッド１６が形成され、この電極パッド１６を介して、半導体素子１２と配線１４とが接続されている。
また、バンプ１３の下方の領域においては、半導体素子１２と配線１４との間に応力緩和層１７が介挿されている。この領域では、配線１４が、応力緩和層１７の側面および上面に沿って形成されている。

さらに、これらの半導体パッケージ１０の各構成部分上を覆うように、レジスト層１８が形成されている。なお、レジスト層１８は、端子１５の上方で開口して開口部１８ａを形成しており、この開口部１８ａにおいてバンプ１３と端子１５とが接触している。
半導体基板１１は、例えば、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＮ、ＳｉＧｅ等の半導体材料で構成されている。また、半導体基板１１は、単層で構成されたもののみならず、複数の層の積層体で構成されたものでもよい。

半導体基板１１の上面には、集積回路が形成され、半導体素子１２を構成している。
この半導体素子１２は、例えば、トランジスタ、ダイオード、センサ等の素子、およびこれらを接続する配線等により構成された回路が集積したものである。
また、電極パッド１６は、この半導体素子１２の一部に接触するように配設されている。この電極パッド１６は、例えば、Ａｌ、Ａｌ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ、Ｃｕ等の導電性材料で構成されている。

バンプ１３は、端子１５上、すなわち端子１５の半導体基板１１と反対側の面に接合して形成され、半導体装置１の外部電極として機能する。
このバンプ１３は、レジスト層１８の上面から突出して形成され、突出した部分がほぼ球状をなしている。
このようなバンプ１３は、Ｓｎを含んだはんだ（バンプ金属）で構成されている。はんだは、熱を付与することにより溶融し、この溶融物に接触する複数の部材を接続することができる。したがって、バンプ１３が、半導体装置１を実装する実装用基板の配線部に接触するように配置し、これらに熱を付与（リフロー）することにより、半導体装置１の端子１５と実装用基板の配線とを電気的に接続することができる。

具体的には、このはんだ（バンプ金属）としては、Ｐｂ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ｉｎ等のうちの１種または２種以上の元素とＳｎとを含むものが挙げられる。
配線１４は、Ｃｕを主材料として構成されている。Ｃｕは、電気伝導率が高く、比較的安価であることから、配線１４の構成材料として好適である。
端子１５は、図１に示すように、配線１４の半導体素子と反対側の端部を円盤状（円形状の層状）に拡張したもの（いわゆるランド）である。

ここで、バンプ１３を形成する際や、リフローの際に、バンプ１３を構成するはんだを溶融するが、その際に、従来は、溶融状態のはんだが端子１５に対して種々の悪影響を及ぼしていた。そして、この悪影響の中でも、特に、端子１５中のＣｕがバンプ１３中に拡散して、端子１５の厚さが減少する現象、いわゆる銅食われが問題となっていた。
この銅食われは、はんだが含有するＳｎに対して、Ｃｕが、拡散し易いために生じるものである。このため、溶融状態のはんだに接触した端子１５中のＣｕは、非常に短時間にはんだ中に拡散する。

そして、この銅食われが進行すると、端子１５のバンプ１３が接合している部分と接合していない部分（配線１４）との境界に、厚さの違い（段差）が生じることとなる。これにより、この段差部には、半導体装置１の各部の熱膨張率差に伴う応力が集中し易くなる。このため、段差部の段差の程度によっては、端子１５や配線１４が断線することもあった。

そこで、このはんだによる銅食われを防止する方法として、以前より、種々の方法が検討されてきた。
例えば、はんだの組成を、Ｃｕの拡散を抑制するような組成に設定する方法が検討された。しかしながら、はんだ中にＳｎを含んでいる限り、Ｃｕの拡散を十分に抑制することができず、段差部の形成を確実に防止することができないという問題があった。
また、これとは別の方法として、端子とバンプとの間に、Ｃｕの拡散を抑制するバリア層を介挿する方法が検討された。この方法では、Ｃｕの拡散を抑制することができるものの、端子とバリア層との界面や、バンプとバリア層との界面に剥離等が生じ易いという問題があった。

これに対し、本発明では、バンプ１３の形成に先立って、端子１５上に犠牲層を設けることに特徴を有する。この犠牲層は、溶融状態のはんだ（バンプ金属）に接触することによる端子１５への悪影響を防止または抑制するよう犠牲的に働く層である。具体的には、この犠牲層を構成する材料が、バンプ１３中に拡散して、犠牲層自身が犠牲になることにより、端子１５中のＣｕがバンプ１３中に拡散するのを抑制することができる。これにより、バンプ１３と端子１５とを直接接合させることができる。また、前記段差部の段差が十分に小さく、かつ、バンプ１３と端子１５との密着性に優れる半導体装置を実現することができる。この犠牲層の構成については、後に詳述する。
このようにして得られた半導体装置は、段差部に生じる応力を、端子１５や配線１４の断線に至らない程度に低減することができ、半導体装置１の信頼性をより高めることができる。

応力緩和層１７は、半導体装置１の各部の熱膨張率差に応じて、特に端子１５とバンプ１３との接続部、配線１４と電極パッド１６との接続部等の各接続部や、半導体素子１２に集中する応力を緩和して、各接続部の破損による断線を防止したり、半導体素子１２の破損を防止するためのものである。
すなわち、配線１４は、図２に示すように、応力緩和層１７の側面および上面に沿って立体的に形成されている。これにより、配線１４が平面的に形成されている場合に比べて、配線１４の応力に対する許容性が高まり、各接続部の破損をより確実に防止することができる。

このような応力緩和層１７の構成材料としては、特に限定されないが、ポリイミドのような各種樹脂材料等が挙げられる。
本実施形態のレジスト層１８は、図１に示すように、端子１５の中央部付近のみが露出するように被覆している。これにより、配線１４、端子１５等の導電部同士の短絡をより確実に防止している。

レジスト層１８の平均厚さは、特に限定されないが、１〜２０μｍ程度であるのが好ましく、３〜１０μｍ程度であるのがより好ましい。
なお、このようなレジスト層１８は、後述する半導体装置１の製造方法において、端子１５上に犠牲膜を形成する際のマスクとしても機能する。このマスクにより、目的とする位置に犠牲膜を確実に形成することができる。

図３は、レジスト層の他の構成例を示す図である。
図３に示すレジスト層１８は、端子１５のみでなく、その周辺部も露出するような開口部１８ｂを有している。
かかる構成のレジスト層１８は、例えば、端子１５のサイズが小さいため、開口部１８ａが小さくなり過ぎて、バンプ１３と端子１５との間で十分な接触面積を確保できない場合等に、好適に用いられる。

すなわち、後述するバンプ１３を製造する際に、バンプ１３の位置を高い精度で規制することは難しいが、端子１５の全領域をバンプ１３との接合に寄与させることができるため、端子１５のサイズが小さい場合でも、バンプ１３と端子１５とを確実に接触させることができる。
なお、応力緩和層１７およびレジスト層１８は、必要に応じて設ければよく、省略することもできる。

また、半導体素子１２上には、必要に応じて、図示しないパッシベーション膜を有していてもよい。パッシベーション膜は、半導体素子１２と、配線１４および電極パッド１６との絶縁性を向上させ、半導体素子１２から生じる漏れ電流を低減することができる。
このようなパッシベーション膜の構成材料としては、例えば、ＳｉＯ₂、ＳｉＮ等が挙げられる。

次に、本発明の半導体装置の製造方法について説明する。
図４は、図１および図２に示す半導体装置の製造方法を説明するための図である。なお、以下の説明では、図４中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
本発明の半導体装置の製造方法は、半導体素子１２と、端子１５を備えた配線１４とを有する半導体基板１１を用意する工程と、レジスト層１８を形成する工程と、端子１５の上面（半導体基板１１と反対側の面）に犠牲層を形成する工程と、この犠牲層の上面にバンプ１３を形成して半導体装置１を得る工程とを有している。

［１］まず、図４（ａ）に示すように、半導体素子１２と、端子１５を備えた配線１４と、電極パッド１６と、応力緩和層１７とを有する半導体基板１１を用意する。
半導体素子１２は、通常の半導体製造プロセスにより、半導体基板１１上に形成することができる。
また、配線１４、端子１５および電極パッド１６は、例えば、スパッタリング、真空蒸着、イオンプレーティング等の物理蒸着法（ＰＶＤ）によりＣｕの膜を形成し、この膜を、所定の形状にパターニングして形成することができる。

応力緩和層１７は、例えば、半導体素子１２上に、各種樹脂材料の前駆体を含む液体を供給して液状被膜を形成し、この前駆体を樹脂材料に変化させるとともに、所定の形状にパターニングして形成することができる。
なお、前駆体を樹脂材料に変化させる方法としては、電磁波（紫外線、可視光線、Ｘ線等）または電子線の照射、加熱等が挙げられる。

［２］次に、図４（ｂ）に示すように、端子１５の上面（半導体基板１１と反対側の面）において、後述する工程で犠牲層を形成する領域（本実施形態では、端子１５の中央部付近）に対応して開口する開口部１８ａを有するレジスト層１８を形成する。
このレジスト層１８は、前述の応力緩和層１７と同様にして形成することができる。
［３］次に、図４（ｃ）に示すように、開口部１８ａにおいて露出した端子１５の上面に、犠牲層２０を形成する（第１の工程）。
本実施形態では、この犠牲層２０は、後述するバンプ１３の形成の際に、バンプ１３中に拡散・消失して、自身が犠牲となることにより、端子１５中のＣｕがバンプ１３中に拡散するのを防止または抑制する。すなわち犠牲層２０は、銅食われを防止または抑制する機能を有するものである。これにより、接合されたバンプ１３と端子１５との接合部と、接合部以外の部分（例えば、配線１４）との間に段差が生じるのを防止または抑制することができ、端子１５や配線１４が段差部で断線する確率を低減するとともに、半導体装置１の信頼性を高めることができる。

このような犠牲層２０は、Ａｇを主材料として構成できる他、Ｓｎに対する拡散速度がＣｕと同等またはＣｕより大きい金属元素を主成分とする材料で構成されているのが好ましい。かかる犠牲層２０は、端子１５よりもバンプ１３側にあるため、前述の金属元素がＣｕよりも先にバンプ１３中に拡散する。このとき、この金属元素は、Ｃｕと同等かＣｕよりも大きい速度でバンプ１３中に拡散するため、端子１５中のＣｕがバンプ１３に拡散するのを防止しつつ、最終的には、この犠牲層２０は消失して、バンプ１３と端子１５とを直接接合することができる。

また、このような金属元素は、ＡｇおよびＣｕの少なくとも一方であるのが好ましい。これらの金属元素を主成分とする材料は、電気伝導率が特に高いためバンプ１３と端子１５との間の電気抵抗の増大を防止し、その結果、半導体装置１の消費電力が増大するのを抑制することができる。
さらに、前記金属元素は、Ａｇであるのがより好ましい。Ａｇは、バンプ１３中に拡散して、はんだ中のＡｇの濃度が上昇すると、より機械的強度に優れた高強度はんだに変化する。これにより、バンプ１３と端子１５との接合強度を高めることができる。
また、この犠牲層２０は、バンプ１３の端子１５と接合する部分に拡散するが、その反対側にはほとんど拡散しないため、バンプ１３を構成するはんだの融点が著しく上昇するおそれがない。したがって、この半導体装置１を実装基板に実装する際のリフローの温度が上昇するのを防止することもできる。

なお、レジスト層１８が図３に示すような形状である場合には、犠牲層２０を、端子１５と、端子１５から配線１４の半導体素子１２側にはみ出す所定の長さの領域とに連続して形成するのが好ましい。これにより、バンプ１３の一部が端子１５から配線１４にはみ出して形成され、バンプ１３に対して水平方向および垂直方向に付与された応力に対する耐久性を高めることができる。その結果、配線１４が断線することを、より確実に防止することができる。
このような犠牲層２０は、次の工程［３−１］〜［３−５］により形成することができる。
なお、以下では、前記金属元素としてＡｇを用いた場合を例に説明する。

［３−１］
まず、Ａｇを主成分とする粒子を含有する液体を調製する。
この液体は、前記粒子と、この粒子を分散させる分散剤と、分散媒とを有する。
粒子の平均粒径は、５〜３０ｎｍ程度であるのが好ましく、１０〜２０ｎｍ程度であるのがより好ましい。かかる粒径の金属材料の粒子は、比較的低温かつ短時間で焼結することができる。このため、後述する工程において、この粒子を含有する液体を端子１５上に供給して焼成する際に、熱の影響で、半導体素子１２の機能が失われるのをより確実に防止することができる。
また、粒子の粒径が前記範囲内であれば、液体の流動性が比較的高いものとなるため、小径の端子１５に対しても液体を精度よく供給することができる。

分散剤としては、分散媒に溶解し分散効果を示すものであれば特に限定されず、例えば、クエン酸三ナトリウム、クエン酸三カリウム、クエン酸三リチウム、リンゴ酸二ナトリウム、酒石酸二ナトリウム、グリコール酸ナトリウムのようなイオン性化合物、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、オレイン酸ナトリウム、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、パーフルオロアルキルエチレンオキシド付加物のような界面活性剤、ゼラチン、アラビアゴム、アルブミン、ポリエチレンイミン、ポリビニルセルロース類、アルカンチオール類のような高分子物質等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。

また、分散媒は、水系のものが好ましい。水系の分散媒は、後述する工程で、この分散媒を含む液体を焼成した際に、揮発・除去され易く、焼成後の犠牲層２０中に残留し難いものである。このため、最終的に得られる半導体装置１では、この残留異物による電気抵抗の上昇や、バンプ１３と端子１５との接合界面における機械的強度の低下が抑制され、その結果、消費電力の増大を抑制することができる。

このような水系の分散媒としては、例えば、水の他、水を主成分とし、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノールのような低級アルコール類、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、グリセリン、ポリグリセリンのような多価アルコール類、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールアセテート、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテルのような多価アルコール誘導体、ポリグリセリンのようなエチレンオキシド付加物、アセトン、メチルエチルケトンのようなケトン類、ジエチルエーテル、イソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン、１，４−ジオキサンのようなエーテル類、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エステル、酪酸エステル、ε−カプロラクトン、ε−カプロラクタムのようなエステル類、尿素、ピロリドン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、オクチルピロリドンのような窒素含有化合物等の１種または２種以上を混合した混合液を用いることができる。
なお、液体は、液体の物性を変化させるその他の添加剤を含んでいてもよい。

［３−２］
次に、端子１５上（半導体基板１１と反対側）のレジスト層１８の開口部１８ａに、前記液体を供給し、必要に応じて乾燥する。これにより、端子１５上に粒子の集合物が得られる。
液体を供給する方法としては、例えば、インクジェット法（液滴吐出法）の他、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法のような各種印刷法、浸漬法、スピンコート法、キャスティング法、グラビアコート法、バーコート法、ロールコート法、スプレーコート法のような各種塗布法等が挙げられる。
このうち、前記液体の供給は、インクジェット法または印刷法により行うのが好ましい。これらの方法によれば、容易かつ確実に液体を供給することができるとともに、液体の消費量を抑制することができる。その結果、半導体装置１の生産効率を高めるとともに、製造コストを低減することができる。

［３−３］
次に、必要に応じて、粒子の集合物を仮焼成する。これにより、被膜が得られる。このような仮焼成を行うことにより、後述する焼成において、急激に分散媒が揮発し、犠牲層２０中にボイドが生じたり、犠牲層２０の表面粗さが粗くなるのを防止することができる。

この仮焼成は、例えば、粒子の集合物に熱風を付与したり、粒子の集合物を形成した半導体基板１１を炉内で加熱したりすること等により行うことができる。
また、この仮焼成は、後述する焼成の温度より低い温度、および／または、焼成の時間より短い時間で行われるのが好ましい。これにより、仮焼成では、分散媒が揮発するものの、粒子同士は完全な焼結には至らない。したがって、後述する焼成において、被膜全体が均一に焼成され、得られる犠牲層２０全体における焼結の程度のバラツキを抑制することができる。

［３−４］
次に、必要に応じて、前記工程［３−３］で得られた被膜上に、再度、前記工程［３−２］のようにして前記液体を供給して粒子の集合物を形成した後、前記［３−３］のようにして前記粒子の集合物を仮焼成する。これにより、仮焼成状態の２層の被膜が得られる。このように前記［３−２］の工程と前記［３−３］の工程とを繰り返して複数回行うことにより、目的とする厚さの犠牲層２０を容易に得ることができる。

なお、本工程［３−４］で得られた２層の被膜は、いずれも仮焼成状態の被膜であるため、後述する焼成において、各被膜の界面でも粒子同士が焼結し、得られる犠牲層２０は接合界面が消失したものとなる。すなわち、仮焼成を行うことにより、単一相の犠牲層２０が得られる。かかる単一相の犠牲層２０は、後述するバンプ１３と端子１５とを接合する工程において、ダンプ１３内により速やかに拡散・消失する。

［３−５］
次に、端子１５上に形成された被膜（または、粒子の集合物）を焼成する。これにより、被膜中の材料の粒子同士が焼結して、犠牲層２０が得られる。
焼成の温度は、前記粒子の粒径や、前記工程［３−３］の仮焼成の温度等に応じても異なるが、１５０〜２５０℃程度であるのが好ましく、１７０〜２３０℃程度であるのがより好ましい。これにより、熱の影響による半導体素子１２の機能消失を確実に防止しつつ、粒子同士を十分に焼結させることができる。

また、焼成の時間は、焼成の温度等によっても若干異なるが、１〜１２０分程度であるのが好ましく、３〜６０分程度であるのがより好ましい。これにより、必要かつ十分に被膜を焼成することができる。
また、焼成の雰囲気としては、金属元素に応じても異なるが、窒素、アルゴンのような不活性雰囲気、大気、酸素のような酸化雰囲気等が挙げられる。

なお、犠牲層２０のような層の形成方法（成膜方法）としては、一般に、真空蒸着、スパッタリング、メッキ等の方法がある。しかしながら、従来のこれらの方法では、成膜する母材の構成材料と、層の構成材料との組み合わせによっては、成膜が困難な場合があった。これは、各構成材料中の元素に起因した相互作用等に起因したものであると考えられる。

これに対し、上記の方法によれば、前記相互作用をある程度無視することができる。これは、層の構成材料を含む液体を供給することにより層を形成するため、液体の効果によって、前記の相互作用を比較的受け難いことに起因すると考えられる。このため、上記の方法によれば、端子１５を構成する材料（Ｃｕ）と、液体中の粒子を構成する材料との組み合わせを問わず、端子１５上に確実に犠牲層２０を形成することができる。

［４］
次に、犠牲層２０上にバンプ１３を形成する（第２の工程）。これにより、図４（ｄ）に示す半導体装置１が得られる。
バンプ１３の形成は、例えば、はんだボールを開口部１８ａから露出する犠牲層２０上に配置するとともに、熱を付与して、はんだボールの一部を溶融した後、固化させることにより行う。これにより、はんだボールと犠牲層２０との界面において、犠牲層２０中のＡｇがはんだボール中に徐々に拡散して、最終的には、犠牲層２０のほぼ全てが拡散して、犠牲層２０の原形の消失に至る。これにより、はんだボール（バンプ１３）と端子１５とが直接接合され、バンプ１３と端子１５との接合部の機械的強度に優れた半導体装置１を得ることができる。

この際、犠牲層２０中のＡｇのほぼ全てが、溶融状態のはんだボール中に拡散するように、犠牲層２０上に溶融状態のはんだボールを十分な時間接触させるのが好ましい。これにより、犠牲層２０中のＡｇは、はんだボール中に確実に拡散して、バンプ１３と端子１５とをより確実に接合することができる。
このような犠牲層２０の平均厚さは、端子１５が層状をなしている場合、端子１５の平均厚さに対して、０．００１〜０．５倍程度であるのが好ましく、０．００５〜０．２倍程度であるのがより好ましい。これにより、端子１５からはんだボールへのＣｕの拡散を十分に抑制しつつ、犠牲層２０の原形を確実に消失させることができ、バンプ１３と端子１５との直接接合がより確実になされる。

また、半導体装置１がレジスト層１８を有している場合、犠牲層２０の平均厚さは、レジスト層（マスク）１８の厚さより薄いのが好ましい。これにより、開口部１８ａの内部には、犠牲層２０の上面を底面とする凹部が残る。この凹部に、はんだボールを供給することで、はんだボールの移動を規制することができ、高い精度で、はんだボールを所定の位置に配置することができる。
なお、はんだボールに代えて、はんだペーストを用いるようにしてもよい。
また、はんだボールと犠牲層２０とを接合する方法は、熱の付与に限定されず、例えば、赤外線のような電磁波の照射等の方法で代替するようにしてもよい。

なお、本実施形態では、一単位の半導体装置１に対応する半導体素子１２や配線１４等を形成することにより、一単位の半導体装置１を製造する場合について説明したが、これらは、複数個を同時に製造するようにしてもよい。すなわち、半導体基板１１上に、複数個の半導体装置１に対応する半導体素子１２および配線１４等を設け、各配線１４に形成された端子１５に、それぞれバンプ１３を形成した後、半導体基板１１を分割することにより、個別の半導体装置１を得るようにしてもよい。
この場合、半導体基板１１として、例えばＳｉウェハーを用い、Ｓｉウェハー上を格子状に区画して、各区画に、それぞれ半導体素子１２や配線１４等を形成する。

そして、最終的に、Ｓｉウェハーを各区画に切断することにより、半導体装置１の個片を得ることができる。
Ｓｉウェハーを切断・分割する方法としては、特に限定されないが、ダイシングソー、ワイヤーソーのような機械加工、レーザ加工、ウォータージェット加工、衝撃による割断、エッチング等の各種方法が挙げられる。
以上のようにすれば、製造コストを低減しつつ、半導体装置１を製造することができる。

また、個別の半導体装置１は、それぞれ、ほぼ同等の製造条件で製造されるため、各半導体装置１の特性のバラツキを抑制する効果もある。
以上のような本発明の半導体装置の製造方法によれば、信頼性に優れる半導体装置を容易かつ確実に製造することができる。
以上、本発明の半導体装置の製造方法および半導体装置について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。
例えば、第１の工程と第２の工程との間に、任意の工程を追加してもよい。

次に、本発明の具体的実施例について説明する。
１．半導体装置の製造
（実施例１）
まず、図４（ａ）に示す集積回路（半導体素子）と、端子（厚さ：６μｍ）を備えた配線（厚さ：６μｍ）と、電極パッドと、応力緩和層とが、それぞれ多数形成されたＳｉ基板を用意した。

次に、図４（ｂ）に示すように、各端子の中央部付近で開口した開口部を有するレジスト層（厚さ：５μｍ）を形成した。
次に、この開口部に、Ａｇ粒子（平均粒径：１５ｎｍ）、オレイン酸ナトリウム（分散剤）および尿素＋水（分散媒）を含有する液体を、インクジェット法により供給し、端子の上面にＡｇ粒子の集合物を形成した。
続いて、Ａｇ粒子の集合物に対して、１７０℃の熱風を１０分間吹き付けることにより仮焼成して、被膜を得た。

次に、この被膜に対して、２００℃の熱風を１時間吹き付けることにより、被膜を焼成して、犠牲層（平均厚さ：０．２μｍ）を得た。
次に、はんだボール（組成：Ｓｎ_３Ａｇ_０．５Ｃｕ）をレジスト層の開口部に配置し、熱を付与することによりはんだボールの一部を溶解させ、はんだボールと犠牲層とを接合した。これにより、バンプを形成した。
次に、Ｓｉ基板をダイヤモンドカッターで切断し、半導体装置の個片を得た。これにより、図１および図２に示す半導体装置を製造した。

（実施例２）
Ａｇ粒子に代えて、Ａｕ粒子を用いるようにした以外は、前記実施例１と同様にして半導体装置を製造した。
（実施例３）
Ａｇ粒子に代えて、Ｃｕ粒子を用いるようにした以外は、前記実施例１と同様にして半導体装置を製造した。

（実施例４）
Ａｇ粒子の集合物の形成および仮焼成を５回繰り返した以外は、前記実施例１と同様にして半導体装置を製造した。
なお、得られた犠牲層の平均厚さは、１μｍである。
（実施例５）
レジスト層および犠牲層の形状を、図３に示すような形状にした以外は、前記実施例１と同様にして半導体装置を製造した。
（比較例）
犠牲層の形成を省略した以外は、前記実施例１と同様にして半導体装置を製造した。

２．評価
各実施例および比較例で製造した半導体装置について、それぞれバンプと端子との接合界面を走査型電子顕微鏡で観察した。
そして、バンプが接合している領域の端子の厚さを計測した。
この評価結果を表１に示す。

表１からも明らかなように、各実施例で製造した半導体装置では、それぞれ、バンプと接合されている領域の端子の厚さは５．１〜５．８μｍと、十分な厚さを有していた。
一方、比較例で製造した半導体装置では、バンプと接合されている領域の端子の厚さは３．６μｍであった。これは、犠牲層が省略されたため、端子中のＣｕがはんだボール中に拡散したためと考えられる。

本発明の半導体装置の実施形態を示す平面図である。図１に示す半導体装置のＡ−Ａ線断面図である。レジスト層の他の構成例を示す図である。図１および図２に示す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‥‥半導体パッケージ１１‥‥半導体基板１２‥‥半導体素子１３‥‥バンプ１４‥‥配線１５‥‥端子１６‥‥電極パッド１７‥‥応力緩和層１８‥‥レジスト層１８ａ、１８ｂ‥‥開口部２０‥‥犠牲層

Claims

ＡｇおよびＣｕの少なくとも一方を主成分とする材料で構成された、平均粒径が５〜３０ｎｍの粒子を、水系の分散媒に分散した液体を調製する工程と、
基板上に、複数個の半導体装置に対応する半導体素子を形成する工程と、
前記半導体素子上に設けられ、前記半導体素子に導通してＣｕを主材料として構成された端子上に、開口部を有するマスクを形成する工程と、
インクジェット法または印刷法により、前記液体を前記端子上に供給する工程と、
前記液体を乾燥させて前記粒子の集合物を形成する工程と、
前記集合物から後記犠牲層を形成する焼成に先立って、前記焼成の温度より低い温度、または、前記焼成の時間より短い時間で前記集合物の仮焼成を行う工程と、
前記仮焼成後に前記集合物を前記焼成することで、溶融状態のＳｎを含む金属で構成されたバンプ金属が接触することによる前記端子への悪影響を防止または抑制するように働く、前記マスクの厚さより小さい犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層上に、前記溶融状態の前記バンプ金属を付与する工程と、
前記犠牲層を構成する前記材料が、前記溶融状態の前記バンプ金属中に拡散するように、前記犠牲層に前記溶融状態の前記バンプ金属を十分な時間接触させる工程と、
前記基板を分割することにより個別の前記半導体装置を得る工程と、
を含み、
前記犠牲層は、前記端子からはみ出す所定の領域に連続して形成される、
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記焼成の温度は、１５０〜２５０℃の範囲であり、前記焼成の時間は、１〜１２０分の範囲である、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。