JP5852810B2 - 半導体装置の作製方法 - Google Patents
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Description
本発明は、半導体装置の作製方法および半導体装置への外部配線接続方法に関する。
表示デバイス、太陽電池などの各種半導体装置は、紫外光の入射や物理的な衝撃の付加など、外部からの劣化要因に晒される環境で使用されることがある。このため、これらの半導体装置は外部からの劣化要因を抑制するため、半導体装置表面に保護材料が形成されている。
近年になり様々な分野において装置軽量化が求められており、上記表示デバイスや太陽電池などにおいても装置軽量化は重要な課題の一つである。対策の一つとして保護材料にフィルムなどの可撓性を有する軽量な材質を用いる方法がある（特許文献１、特許文献２参照。）。
半導体装置は一般的に、半導体素子が形成された領域（以下、素子部と呼称する）と、素子部と外部装置間で電力や信号を送受するための外部配線を接続する領域（以下、端子部と呼称する）を有しており、素子部上には素子部を保護するフィルム状の保護材料が備えられている。当該半導体装置は端子部にＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ）などの外部配線を介して、外部装置と電気的に接続した状態で用いることができる。
可撓性を有する保護材料を半導体装置に形成する方法としては、貼り合わせ部材（例えばゴムローラーなど）を用いて素子部に接着する方法（以下、接着処理と呼称する）が知られている（特許文献３参照。）。
半導体装置は外部配線を介して外部装置を接続して用いるため、端子部に保護材料が接着されないようにする必要がある。また、半導体装置に形成されたフィルム状の保護材料は、外部からの劣化要因を抑制するためには素子部上全面を覆うことが望ましい。
しかしながら、保護材料を素子部上に設置する際や接着処理の際に保護材料の位置ズレが生じると、端子部上に保護材料が接着され半導体装置の歩留まりが低下するという問題があった。
本発明は、このような技術背景のもとでなされたのである。したがって、その目的は、保護材料に位置ズレが生じても、半導体装置を高い歩留まりで作製する方法を提供することを課題の一とする。
また、前記半導体装置に対して短時間で外部配線を接続する方法を提供することを課題の一とする。
上記問題を解決するため、本発明は素子部上に段差層を設けた。さらに、端子部の長さと段差層の厚さの関係、および、貼り合わせ部材の硬度に着目した。
具体的には、端子部の長さが５ｍｍ以下の基板において、端子部の長さをＸとした場合、素子部上に厚さ０．３８Ｘ以上２ｍｍ以下の段差層を設ければよい。さらに、表面硬度５０以上１００以下の弾性材料を備えた貼り合わせ部材を用いて保護材料と段差層を接着すればよい。
これにより、保護材料が端子部に重畳しても、端子部と保護材料間には一定の空間が確保される。この状態において接着処理を行う際、定められた硬度の弾性材料を備えた貼り合わせ部材を用いる限り、保護材料が端子部に接着することがない。
すなわち、本発明の一態様は、長さＸの端子部と素子部を備える基板の素子部上に段差層を設け、端子部の長さＸは５ｍｍ以下であり、段差層の厚さは０．３８Ｘ以上２ｍｍ以下であり、素子部を覆うように段差層上に可撓性を有する保護材料を設置し、保護材料を表面硬度５０以上１００以下の弾性材料を備えた貼り合わせ部材を用いて段差層上に接着することを特徴とする半導体装置の作製方法である。
上記本発明の一態様によれば、素子部上に厚さ０．３８Ｘ以上２ｍｍ以下の段差層を設けることにより、端子部に重畳して保護材料が設置された場合においても、保護材料が端子部に接着されることがない。したがって、保護材料に位置ズレが生じても、半導体装置を高い歩留まりで作製できる。
また、本発明の一態様は、保護材料と段差層を溶着させることを特徴とする半導体装置の作製方法である。
上記本発明の一態様によれば、段差層と保護材料の接合界面をなくすことができる。このため、段差層と保護材料をより強固に接着できる。したがって、信頼性の高い半導体装置を作製できる。
また、本発明の一態様は、端子部上に導電材料を設け、外部配線を段差層に接した状態で端子部に重畳して設置し、圧着用治具を用いて外部配線と導電材料に対して加圧処理および加熱処理を行い、導電材料を介して端子部と外部配線を電気的に接続することを特徴とする半導体装置の作製方法である。
上記本発明の一態様によれば、外部配線を段差層に接した状態とすることにより、外部配線の端子部長さ方向およびθ方向の位置調整が完了する。このため、外部配線接続時の位置調整作業が簡略化された、工程作業時間の短縮された半導体装置を作製できる。
なお、本明細書において、Ａの上にＢが形成されている、あるいは、Ａ上にＢが形成されている、と明示的に記載する場合は、Ａの上にＢが直接接して形成されていることに限定されない。直接接してはいない場合、つまり、ＡとＢとの間に別の対象物が介在する場合も含むものとする。ここで、Ａ、Ｂは、対象物（例えば装置、素子、回路、配線、電極、端子、膜、または層など）であるとする。
従って、例えば層Ａの上または層Ａ上に層Ｂが形成されていると明示的に記載されている場合は、層Ａの上に直接接して層Ｂが形成されている場合と、層Ａの上に直接接して別の層（例えば層Ｃや層Ｄなど）が形成されていて、その上に直接接して層Ｂが形成されている場合とを含むものとする。なお、別の層（例えば層Ｃや層Ｄなど）は、単層でもよいし、複層でもよい。
本発明によれば、保護材料に位置ズレが生じても、半導体装置を高い歩留まりで作製できる。
また、前記半導体装置に対して短時間で外部配線を接続できる。
実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。
（実施の形態１）
保護材料を素子部上に設置する際や接着処理の際に保護材料に位置ズレが生じても、半導体装置を高い歩留まりで作製できる方法を、図１乃至図２を用いて説明する。
保護材料を素子部上に設置する際や接着処理の際に保護材料に位置ズレが生じても、半導体装置を高い歩留まりで作製できる方法を、図１乃至図２を用いて説明する。
まず、素子部１０２および端子部１０４が形成された基板１００を準備する（図１（Ａ）参照。）。
基板１００としては、例えば、ガラス基板、セラミック基板、石英基板、サファイア基板などを用いることができる。また、シリコンや炭化シリコンなどの単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウムなどの化合物半導体基板、ＳＯＩ基板などを適用することも可能である。なお、素子部１０２および端子部１０４の形成に温度に耐えうる素材であれば、各種プラスチック基板を用いてもよい。
インクジェットなどの液滴吐出やスクリーン印刷などで金属粒子を含む材料を形成し、低温での加熱や機械的負荷を加えることにより金属薄膜を得る研究や、高分子材料を用いて半導体膜を得る研究が進んでいる。このため、素子部１０２および端子部１０４を低温で形成することにより、例えば、基板１００として、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリイミド（ＰＩ）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、などの各種エンジニアリングプラスチックや汎用プラスチックを用いることもできる。
素子部１０２は、少なくとも１つ以上のダイオードおよび配線を有している。なお、配線は半導体装置内での信号損失や電力損失の観点から鑑みると、配線形成後において５×１０−３（Ω・ｃｍ）以下の抵抗率を備えることが望ましい。
端子部１０４は、少なくとも素子部１０２と外部装置間で電力や信号を送受するための配線を有しており、その長さ（図１における端子部１０４のＡ１−Ａ２方向の長さ）は５ｍｍ以下である。端子部１０４が長いほど半導体装置中に占める素子部１０２の面積が小さくなるため、半導体装置の面積を変えずに性能を維持するためには、素子部１０２に形成されるダイオードや配線のサイズを小さくして集積度を向上させる必要があり、集積度を向上させるほど半導体装置の歩留まりが低下する可能性が高くなる。したがって、端子部１０４の長さは５ｍｍ以下、好ましくは３ｍｍ以下、さらに好ましくは２ｍｍ以下が望ましい。
次に、素子部１０２上に段差層１０６を形成する。なお、段差層１０６は、端子部１０４の長さをＸとした場合、０．３８Ｘ以上２ｍｍ以下の厚さとする（図１（Ｂ）参照。）。段差層１０６の厚さが０．３８Ｘより薄いと、後の工程にて貼り合わせ部材を用いて段差層１０６上に保護材料を接着する際に、段差層から端子部側への保護材料のはみ出し量が大きくなると、端子部１０４上の一部に保護材料が接着される可能性がある。また、段差層の厚さが２ｍｍより厚いと、後の工程にて貼り合わせ部材を用いて段差層１０６と保護材料を接着する際に、貼り合わせ部材により付加する力が段差層端部の角部分に集中し、この箇所を基点として段差層１０６に変形や破壊が生じる可能性がある。
段差層１０６としては、例えば、光硬化型樹脂、反応硬化型樹脂、又は熱硬化型樹脂などの樹脂を用いればよく、材料に応じた処理（例えば、光硬化型樹脂であれば、硬化波長に応じた光の照射）を行い十分に硬化させればよい。なお、後の工程にて段差層１０６上に保護材料を接着する際に、保護材料として熱可塑性を有する基材を用い、段差層１０６と保護材料を溶着する場合は、溶着を行う際に加える温度より融点が低い材料を、段差層１０６として用いることが望ましい。
なお、上記段差層１０６に用いる材料中に吸湿性材料を混合してもよい。これにより、外部から素子部に浸入する水分を抑制できるため、素子部が水分に弱い性質を有する半導体装置では、信頼性を向上できる。
本実施の形態では、素子部１０２表面全体に段差層１０６を設けているが、これに限定されることはない。素子部１０２と端子部１０４の境界部に沿って所定厚さの段差層１０６が形成されていれば、端子部１０４に保護材料が貼り合わされる事がないため、例えば、素子部１０２の一部に段差層１０６が形成されない箇所が存在してもよい。
次に、段差層１０６上に、素子部１０２の全面を覆う状態に、基材１１２および接着材料１１４を有する保護材料１１０を設置する。
なお、段差層１０６上に保護材料１１０を設置する際に生じる保護材料１１０の位置ズレ量がＡである場合、保護材料１１０は、素子部１０２の端部よりＡ以上外側に端部を有するように設置することが望ましい。これにより、保護材料設置時にズレ量Ａが生じても、素子部上全面を覆うことができるため、半導体装置の信頼性を向上できる。
基材１１２としては、例えば、樹脂薄膜、表面に保護膜が形成された樹脂薄膜、金属薄膜などを用いればよい。
上記樹脂薄膜としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ナイロン、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリイミド（ＰＩ）のうち少なくとも１種類以上を構成成分として含むフィルムを用いることができる。
本実施の形態では単層の基材１１２を用いる例を示しているが、基材１１２に保護膜を形成してもよい。保護膜としては、例えば、酸化珪素（ＳｉＯ２）、窒化珪素（ＳｉＮ）、酸化窒化珪素（ＳｉＯＮ）、窒化酸化珪素（ＳｉＮＯ）などの無機薄膜や、アルミ（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、ベリリウム（Ｂｅ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉄（Ｆｅ）、鉛（Ｐｂ）、スズ（Ｓｎ）またはこれらの合金からなる薄膜を用いることができる。特に水蒸気透過性、ガス透過性、紫外線透過性の低い膜を用いることが好ましい。
接着材料１１４としては、光硬化型接着材料、反応硬化型接着材料、熱硬化型接着材料、または嫌気型接着材料など各種硬化型接着材料を用いることができる。これらの接着材料の材質としてはエポキシ樹脂やアクリル樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂などを用いることができる。なお、基材１１２として繊維体に有機樹脂が含浸された構造体（プリプレグとも言われる。以下、プリプレグと呼称する）を用いてもよい。基材１１２としてプリプレグを用いた場合には、接着材料を用いず直接基材１１２を段差層１０６に接着させることができる。この際、当該構造体の有機樹脂としては、反応硬化型、熱硬化型、紫外線硬化型など追加処理を施すことによって硬化が進行するものを用いると良い。
なお、本実施の形態では、保護材料１１０は、基材１１２と接着材料１１４の積層構造からなるが（図１（Ｃ）参照。）、基材１１２が接着材料１１４の機能を備える場合、例えば、加熱処理により基材１１２を一部溶融させて段差層１０６に接着（所謂、溶着）する場合では、保護材料１１０は基材１１２のみの単層構造でもよい。基材１１２と段差層１０６を溶着することにより、段差層と保護材料をより強固に接着された信頼性の高い半導体装置を作製できる。
次に、表面硬度５０以上１００以下の弾性材料を備えた貼り合わせ部材１１６を用いて、段差層１０６上に保護材料１１０を接着する。（図２（Ａ）参照。）。
段差層１０６上に保護材料１１０を接着する方法は、接着材料１１４の種類により適宜選択することが好ましい。例えば、接着材料１１４として熱硬化型接着材料を用いる場合は、接着材料が硬化するだけの温度に加熱された貼り合わせ部材１１６を押し当てて、段差層１０６と保護材料１１０を接着すればよい。
なお、本実施の形態では、保護材料１１０に対して貼り合わせ部材１１６を押し当てているが、これに限定されることはなく、基板１００を貼り合わせ部材１１６を押し当ててもよい。
貼り合わせ部材１１６に用いる弾性材料としては、例えば、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、ニトリルブタジエンゴム、ブチルゴム、クロロプレンアクリロゴム、エチレンプロピレンゴム、ウレタンゴム、シリコンゴム、フッ素ゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、塩素化ポリエチレンゴム、アクリル酸エステル共重合体ゴム、エピクロロヒドリン共重合体ゴム、有機ポリスルフィドゴムなどのような、産業用ゴムローラーに使用されているゴムを硬度調整（例えば、カーボンなどのような硬度調整剤を混合）して用いればよい。
なお、貼り合わせ部材１１６に用いる弾性材料の表面硬度は５０以上１００以下、より好ましくは５０以上８０以下であることが望ましい。
表面硬度を５０以上１００以下とすることにより、厚さ０．３８Ｘの段差層１０６上に保護材料１１０を接着する際、保護材料１１０が端子部１０４に重畳して設けられた状態で接着処理を行っても、保護材料１１０が端子部に接着することがない（図２（Ｂ）参照。）。これにより、保護材料１１０が端子部１０４に重畳して接着処理が行われても、端子部１０４上に保護材料１１０が接着されない半導体装置が作製できる。
貼り合わせ部材１１６については、さらに表面硬度を５０以上８０以下とすることにより、パーティクルなどの異物混入により素子部上に段差が存在しても、貼り合わせ部材により負荷が加えられた際に、貼り合わせ部材１１６が段差の形状に追随して変形する。このため、段差部への負荷集中を抑制できる。したがって、段差層１０６に保護材料１１０を接着する際に生じる歩留まり低下を抑制できる。
また、表面硬度が５０より小さい、つまり弾性材料が柔らかいと、接着処理を行った際に段差層１０６の角部分によって弾性材料に強い力が加わり、貼り合わせ部材１１６に傷が生じる可能性がある。このため、表面硬度が５０より小さい弾性材料は、貼り合わせ部材１１６への使用は不向きである。
なお、本実施の形態では、保護材料１１０は段差層１０６の表面のみに接着されているが、これに限定されることはなく、端子部１０４に保護材料１１０が接着されていなければよい。例えば、保護材料１１０が基板１００に接着されてもよい。
この場合、端子部１０４周辺において基板１００と保護材料１１０が接着される場合がある。このままの状態では後の工程で外部配線を接続できないため、図２（Ｃ）のように、保護材料１１０のうち端子部１０４に重畳する領域の一部に開口部１１８を設ければよい。
なお、図２（Ｃ）のように保護材料１１０が基板１００に接着されることにより、両者が接着された箇所においては、外部からの劣化要因（例えば、水分やガス成分など）の浸入を抑制することができる。このため、信頼性の高い半導体装置を作製できる。
以上の方法により半導体装置を作製することにより、保護材料に位置ズレが生じても、端子部上に保護材料が接着されることがない。
このため、高い歩留まりで半導体装置を作製できる。
なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１にて作製した半導体装置を用い、一軸方向の位置調整のみで外部接続端子と外部配線の位置調整を行うことができる半導体装置への外部配線接続方法を、図３を用いて説明する。
本実施の形態では、実施の形態１にて作製した半導体装置を用い、一軸方向の位置調整のみで外部接続端子と外部配線の位置調整を行うことができる半導体装置への外部配線接続方法を、図３を用いて説明する。
まず、実施の形態１にて作製した半導体装置を準備し、端子部１０４上に導電材料３０２を設けた後に、端子部１０４と保護材料１１０の間に形成された空間に、外部配線３００を挿入する（図３（Ａ）参照）。この際、外部配線３００の端面を段差層１０６の端面に接して設けることにより、外部配線３００のＸ軸およびθ軸の位置ズレを補正することができる。
導電材料３０２としては、例えば、導電性粒子と有機樹脂を有する材料を用いる。具体的には、粒径が数ｎｍから数十μｍの導電性粒子を有機樹脂に溶解または分散させた材料を用いる。導電性粒子としては、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、アルミ（Ａｌ）、カーボン（Ｃ）のいずれか一つ以上の金属粒子、絶縁粒子（例えばガラス粒子や有機樹脂粒子など）の表面に、前記いずれか一つ以上の金属膜が形成された粒子、ハロゲン化銀の微粒子、または分散性ナノ粒子を用いることができる。また、有機樹脂としては、金属粒子のバインダ、溶媒、分散剤および被覆材として機能する有機樹脂から選ばれた一つまたは複数を用いることができる。代表的には、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等の有機樹脂が挙げられる。一般的には、異方性導電フィルム（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｆｉｌｍ）や異方性導電ペースト（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｐａｓｔｅ）などが用いられる。
外部配線３００としては特に限定はないが、端子部と接続する箇所以外が絶縁層に覆われた構造であることが好ましく、例えば、ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）などを用いればよい。
次に、外部配線３００に対して、Ｙ軸方向について位置合わせ処理を行う（図３（Ｂ）参照。）。位置合わせ処理に用いる装置に特段の限定はなく、外部配線３００の材質（厚さ、堅さなど）により適宜最適な装置を使いればよい。なお、端子部１０４と外部配線３００がＹ軸方向に保護材料１１０の位置がズレる事に起因した接続不良を抑制するためには、装置の位置合わせ精度は２００μｍ以下が望ましく、より好ましくは５０μｍ以下が望ましい。
なお、本実施の形態では端子部１０４上に導電材料３０２を設けた後に、外部配線３００を段差層１０６に接して設置しているが、外部配線３００に導電材料３０２を設けた後に、外部配線３００を段差層１０６に接して設置してもよい。
次に、圧着用治具３０４を用い、保護材料１１０、外部配線３００、導電材料３０２および端子部１０４に対して加圧処理および加熱処理を行う。これにより、端子部１０４と外部配線３００は、導電材料３０２を介して電気的に接続される（図３（Ｃ）参照。）。
以上の方法により、実施の形態１にて作製した半導体装置を用い、一軸方向の位置調整のみで外部接続端子と外部配線の位置調整を行うことができる。
このため、外部配線接続時の位置調整作業が簡略化された、工程作業時間の短縮された半導体装置を作製できる。
なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
１００ 基板
１０２ 素子部
１０４ 端子部
１０６ 段差層
１１０ 保護材料
１１２ 基材
１１４ 接着材料
１１６ 貼り合わせ部材
１１８ 開口部
３００ 外部配線
３０２ 導電材料
３０４ 圧着用治具
１０２ 素子部
１０４ 端子部
１０６ 段差層
１１０ 保護材料
１１２ 基材
１１４ 接着材料
１１６ 貼り合わせ部材
１１８ 開口部
３００ 外部配線
３０２ 導電材料
３０４ 圧着用治具
Claims (2)
- 基板上に、長さＸ（Ｘは５ｍｍ以下）の端子部と素子部とを形成し、
前記素子部上に、前記素子部を覆うように段差層を形成し、
前記段差層上に、前記素子部を覆うように可撓性を有する保護部材を設置し、
前記保護部材と、張り合わせ部材とを押し当てることで、前記保護部材を前記段差層に接着させ、
前記段差層の厚さは、０．３８Ｘ以上２ｍｍ以下であり、
前記張り合わせ部材は、表面硬度は５０以上１００以下の弾性材料であることを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 基板上に、長さＸ（Ｘは５ｍｍ以下）の端子部と素子部とを形成し、
前記素子部上に、前記素子部を覆うように段差層を形成し、
前記段差層上に、前記素子部を覆うように可撓性を有する保護部材を設置し、
前記保護部材と、張り合わせ部材とを押し当てることで、前記保護部材を前記段差層に溶着させ、
前記段差層の厚さは、０．３８Ｘ以上２ｍｍ以下であり、
前記張り合わせ部材は、表面硬度は５０以上１００以下の弾性材料であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
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