WO2010007879A1 - 半導体装置の製造方法及び半導体装置 - Google Patents

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semiconductor chip
semiconductor device
base material
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充浩 高樋
一行 高橋
明照 頼
瀬古　敏春
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シャープ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device and a semiconductor device when a semiconductor chip constituting the semiconductor device is mounted on a package carrier.
  • a method for manufacturing a semiconductor device as a method for electrically connecting a semiconductor chip to a package carrier, for example, a flip chip mounting technique in which a terminal portion of the semiconductor chip is directly connected to a surface of the terminal portion of the package carrier. is there.
  • the flip chip mounting technology has a relatively short mounting time, and further has a configuration in which a semiconductor chip having a terminal portion provided on the chip surface is mounted. Therefore, the size of the package carrier can be reduced.
  • the package carrier is composed of a package carrier base and terminal portions provided on the surface of the package carrier base. Various materials such as organic materials used in flexible substrates (FPC), ceramics, glass, silicon, and the like are used as package carrier materials constituting the package carrier substrate.
  • conventional methods for joining the terminal portion of the semiconductor chip and the terminal portion of the package carrier include, for example, solder bonding, ACF (ACP) bonding, NCF (NCP) bonding, ultrasonic bonding, and the like.
  • ACF, ACP, NCF, and NCP are the abbreviations for Anisotropic Conductive Film, Anisotropic Conductive Paste, Non-Conductive Film, and Non-Conductive Paste, respectively.
  • Solder bonding is to electrically connect the semiconductor chip and the package carrier by bringing the terminal part of the semiconductor chip into contact with the package carrier terminal part and melting the solder bump formed on the semiconductor chip terminal.
  • a semiconductor chip terminal portion 112 having Au bumps and a package carrier terminal portion 122 in which Sn is plated on Cu are joined by Au—Sn eutectic.
  • Au—Sn eutectic in order to join the terminals, it is necessary to apply a temperature of about 300 ° C. to both terminal portions, and in order to prevent the deterioration of the quality of the package carrier substrate due to heat, it does not melt even at 300 ° C. or higher.
  • a heat-resistant polyimide material or the like is used, but generally, a package carrier made of a package material having excellent heat resistance is expensive, and it is difficult to suppress an increase in manufacturing cost.
  • the gap between the semiconductor chip and the package carrier is filled with a heat / photo-curing resin and cured while the terminal part of the semiconductor chip and the terminal part of the package carrier are in contact with each other.
  • the semiconductor chip is electrically connected to the package carrier.
  • the curing temperature of the thermo / photo curable resin generally requires a temperature of about 200 ° C. or more.
  • an inexpensive package base material that is inferior in heat resistance may soften the entire package carrier base material even if it does not reach melting.
  • the bonding between the terminal portion of the semiconductor chip and the terminal portion of the package carrier becomes unstable and the connection resistance increases, which may lead to a deterioration in the quality of the semiconductor device.
  • NCF (NCP) bonding using an insulating resin an insulating resin is interposed between the terminal portion of the semiconductor chip and the terminal portion of the package carrier as compared to the ACF (ACP) bonding using a resin in which conductive metal particles are dispersed. If it enters, the connection resistance value rises, and the connection between the terminal portion of the semiconductor chip and the terminal portion of the package carrier may become unstable, which may cause the quality of the semiconductor device to deteriorate.
  • the ultrasonic bonding in contrast to the solder bonding, the ACF (ACP) bonding, and the NCF (NCP) bonding described above, bumps (bonding portions) are formed on the terminal portions of the semiconductor chip with a bump material such as Au, and ultrasonic vibration is applied.
  • the semiconductor chip and the package carrier are joined.
  • materials that can be bonded are limited to Au—Au, Au—Al, Au—Ag, Au—Pd, and the like. For this reason, Au—Sn generally used for eutectic bonding or the like cannot be used.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to prevent a decrease in the reliability of the joint portion even when a package carrier having a relatively low cost and a low heat-resistant temperature is used.
  • the object is to provide a method for manufacturing a semiconductor device in which materials can be used and an increase in manufacturing cost can be suppressed.
  • a highly reliable semiconductor device is provided while using a package carrier that is relatively inexpensive and has a low heat-resistant temperature.
  • a method of manufacturing a semiconductor device includes a step of applying a temperature at which a package carrier softens to the semiconductor chip when the semiconductor chip is mounted on a package carrier having a softening temperature, and heating A step of softening a package carrier terminal portion in which the package carrier terminal portion is formed by heat conduction by bringing the terminal portion of the semiconductor chip into contact with the package carrier terminal portion, and a package carrier substrate in a peripheral region thereof; With the package carrier substrate in the peripheral area softened, the semiconductor chip terminal portion and the package carrier terminal portion are joined by pressure contact, and the package carrier terminal portion is pushed in from the surface portion of the package carrier substrate toward the inside of the package carrier substrate.
  • Process (terminal connection) A step), the first feature to run.
  • the terminal bonding step is such that the contact surface between the terminal portion of the package carrier and the package carrier substrate is in the direction of the substrate interior from the surface of the package carrier substrate
  • a second feature is that the semiconductor chip in a heated state is pressed against the package carrier so as to be pressed into 2 to 10 ⁇ m.
  • the contact surface between the terminal portion of the package carrier and the package carrier substrate may be formed from the surface of the package carrier substrate.
  • a third feature is that the semiconductor chip in a heated state is pressed against the package carrier so as to be in a state where it is pushed in 5 to 20% with respect to the thickness of the package carrier base material in the inner direction.
  • the semiconductor device manufacturing method according to the present invention having any one of the above features is characterized in that the ease of deformation of the semiconductor chip terminal portion due to pressure contact and the ease of deformation of the package carrier terminal portion differ from the fourth feature. To do.
  • the fifth aspect of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention having any one of the above characteristics is that the package carrier material is made of a plastic material having a glass transition temperature region.
  • the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention having any one of the above characteristics is characterized in that the package carrier material is polyethylene resin such as polyethylene terephthalate or polyethylene naphthalate, polyester resin, polyolefin resin, polycarbonate resin, polyamide resin, and polyimide resin.
  • the package carrier material is polyethylene resin such as polyethylene terephthalate or polyethylene naphthalate, polyester resin, polyolefin resin, polycarbonate resin, polyamide resin, and polyimide resin.
  • a sixth feature is that it is configured by any one of the above.
  • a semiconductor device is a semiconductor device manufactured using the method for manufacturing a semiconductor device according to the first to sixth characteristics, wherein the package carrier has a semiconductor chip and a softening temperature. And at least a part of the terminal portion of the package carrier is formed so as to be formed in the package carrier base material inward direction from the surface portion of the package carrier base material.
  • the semiconductor device in order to achieve the above object, at least a part of the surface of the first terminal portion configured to be deformed in the terminal portion of the semiconductor chip and the joint portion of the package carrier is at least partially.
  • the second feature is that the second terminal portion is configured to come into contact with the surface and side surfaces of the second terminal portion.
  • the semiconductor device according to the present invention having the above characteristics is characterized in that the package carrier material is made of a plastic material having a glass transition temperature region.
  • the package carrier material is any one of polyethylene resins such as polyethylene terephthalate and polyethylene naphthalate, polyester resins, polyolefin resins, polycarbonate resins, polyamide resins, and polyimide resins. It is a fourth feature that it is composed of two.
  • the contact surface between the package carrier terminal portion and the package carrier base material is pushed 2 to 10 ⁇ m from the surface of the package carrier base material toward the inside of the base material. This is a fifth feature.
  • the semiconductor device according to the present invention having any one of the above features is characterized in that the contact surface between the terminal portion of the package carrier and the package carrier substrate is in the substrate carrier direction from the surface of the package carrier substrate.
  • the sixth feature is that the material is pushed in by 5 to 20% of the thickness of the material.
  • the semiconductor chip is heated, the heated semiconductor chip terminal portion is brought into contact with the package carrier terminal portion, and the semiconductor chip terminal portion and the package carrier terminal portion are joined by heat conduction. Since the base material of the package carrier terminal portion is softened and the package carrier terminal portion is pushed in toward the inside of the base material, the package carrier is heated only to the terminal portion and its peripheral region. Therefore, in the method of manufacturing a semiconductor device having the above characteristics, even when a package carrier in which the package carrier base is configured with a package carrier material having a relatively low softening temperature, such as a plastic base, is used, the package carrier base is melted.
  • the method of manufacturing a semiconductor device having the above characteristics it is possible to form the junction terminal portion using a general bump material. Furthermore, in the method of manufacturing a semiconductor device having the above characteristics, it is not necessary to form a thin film made of a low melting point metal or the like between the semiconductor chip terminal portion and the package carrier terminal portion. The increase can be suppressed.
  • the semiconductor chip terminal portion and the package carrier terminal portion are configured so that the terminal portion is easily deformed by pressure contact, so that one terminal portion is the other. Since it joins in the state which contacted at least one part of the surface and side surface of a terminal part, it becomes possible to stabilize the joining of a semiconductor chip terminal part and a package carrier terminal part.
  • the ease of deformation is defined by, for example, the hardness of the material of the terminal portion, the shape and thickness of the terminal portion, the applied pressure to the terminal portion, and the like. .
  • Schematic partial cross-sectional view showing a schematic partial configuration example of a semiconductor chip and a package carrier constituting the semiconductor device in each step of the semiconductor device manufacturing method according to the present invention.
  • a graph showing the relationship between the bonding force between the Au bump of the semiconductor chip terminal portion and the Cu film of the package carrier terminal portion with respect to the temperature applied to the semiconductor chip.
  • the top view which shows the example of a relationship between the terminal part of a semiconductor chip, and the junction terminal part of a package carrier in the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention.
  • Schematic partial cross-sectional view showing a schematic partial configuration example of a semiconductor chip and a package carrier constituting a semiconductor device according to the prior art
  • the method of the present invention a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention
  • a semiconductor device manufactured using the method of the present invention hereinafter referred to as “device of the present invention” as appropriate.
  • FIG. 1 shows a schematic partial configuration example of the semiconductor chip 10 and the package carrier 20 in each step of the method of the present invention. Compared with the prior art shown in FIG. Although described as equivalent, it is illustrative and not restrictive. In FIG. 1, for the sake of explanation, the dimensional ratio of each component on the drawing does not necessarily match the actual dimensional ratio.
  • the method of the present invention is executed by an LCD driver constituting a part of the manufacturing apparatus of the semiconductor device 1
  • the method of the present invention may be configured to be executed in another apparatus for mounting the semiconductor chip 10 on the package carrier 20.
  • the semiconductor chip 10 having the terminal portion 12 formed on the semiconductor chip substrate 11 is mounted on the package carrier 20 having the terminal portion 22 formed on the package carrier substrate 21 having the softening temperature by the LCD driver, the semiconductor chip 10 is mounted.
  • the softening step of softening the package carrier substrate 21 in the peripheral region, and the semiconductor chip terminal portion 12 is pressed and bonded to the package carrier terminal portion 22 in a state where the package carrier terminal portion and the package carrier substrate 21 in the peripheral region are softened.
  • a terminal joining step for the state from Yaria substrate 21 surface portion are pushed into the package carrier base 21 inside direction, is configured to run.
  • FIG. 1A shows a schematic partial configuration example of the semiconductor chip 10 and the package carrier 20 at the start of execution of the method of the present invention.
  • the semiconductor chip 10 used in the method of the present invention has Au bumps 12 having a thickness L1 of about 15 ⁇ m as terminal portions for mounting on the package carrier 20.
  • the package carrier 20 used in the method of the present invention includes a package carrier substrate 21 made of a tape-like thin film having a thickness L3 of about 50 ⁇ m.
  • the package carrier material is assumed to be a plastic material having a glass transition point (corresponding to the softening temperature), and the plastic material is assumed to be polyethylene naphthalate having a softening temperature of about 160 ° C. I will explain.
  • the terminal part 22 of the package carrier 20 is composed of a Cu film 22 having a thickness L2 of about 10 ⁇ m, as shown in FIG.
  • the Cu film 22 is preferably plated with Sn or the like to prevent oxidation.
  • the package carrier terminal width L4 of the present embodiment is configured to be larger than the semiconductor chip terminal width L3.
  • the LCD driver heats the semiconductor chip 10 in order to join the semiconductor chip 10 and the package carrier 20 in the execution of the semiconductor chip 10 heating process.
  • the heating temperature of the semiconductor chip 10 is set based on the glass transition temperature region of the plastic material that constitutes the package carrier 20.
  • FIG. 2 shows the relationship of the bonding force F between the Au bump 12 of the semiconductor chip 10 and the Cu film 22 of the package carrier 20 with respect to the heating temperature T of the semiconductor chip 10.
  • the heating temperature T is set to a temperature Ti that maximizes the bonding force F even in the glass transition temperature region.
  • the LCD driver starts execution of the terminal bonding process, applies a load to the semiconductor chip 10 and bonds with the package carrier 20.
  • the heated Au bump 12 of the semiconductor chip terminal portion is brought into contact with the Cu film 22 of the package carrier terminal portion.
  • the heat applied to the Au bumps 12 of the semiconductor chip 10 is first a package carrier substrate in which the Cu film 22 of the package carrier 20 is in contact with the Cu film 22. Heat conduction to the region 21 and to the package carrier substrate region around the package carrier terminal portion Cu film 22 is sequentially performed.
  • the package carrier terminal portion 22 and the package carrier substrate 21 in the peripheral region are softened by applying a temperature in the glass transition point region.
  • the Cu material of the package carrier terminal part is harder than the Au material of the semiconductor chip terminal part, so that the Cu film 22 is indented into the Au bump 12 and is joined to FIG.
  • the package carrier base material 21 is softened, the package carrier terminal portion Cu film 22 is pushed into the inside of the package carrier base material 21.
  • the state in which the contact surface between the Cu film 22 of the package carrier terminal portion and the package carrier base material 21 in this embodiment is pushed in from the package carrier surface toward the inside of the package carrier base material is the package carrier terminal portion. Is not melted into the package carrier base material to form a new contact surface with the package base material, but the original contact surface has moved from the surface of the package carrier base material toward the inside of the base material. .
  • the temperature of the glass transition point region of the package carrier substrate is applied to the package carrier substrate to soften the substrate, and the pushing amount L6 of the Cu film 22 toward the inside of the package substrate is the thickness L5 of the package carrier substrate 21.
  • the semiconductor chip 10 is pressed against the package carrier 20 so as to be 5 to 20% or 2 to 10 ⁇ m.
  • the package carrier terminal width L4 is larger than the semiconductor chip terminal width L3 as shown in FIG. 1A
  • FIG. As shown in c) the Cu film 22 of the package carrier terminal portion of the portion larger than the semiconductor chip terminal width L3 in the package carrier terminal width L4 is in contact with the side surface portion of the Au bump 12, and the Cu of the package carrier terminal portion is formed.
  • the film 22 is in contact with not only the surface portion of the Au bump 12 but also the side surface portion.
  • the package carrier substrate 21 is cured in a state in which the Cu film 22 of the package carrier terminal portion is pushed inward of the package carrier substrate 21, and FIG. In the state shown in (c), the semiconductor chip 10 and the package carrier 20 are joined.
  • the Cu film 22 of the package carrier terminal portion is configured to be in pressure contact with not only the surface portion of the Au bump 12 which is the terminal portion of the semiconductor chip 10 but also the side surface portion.
  • the plastic material is polyethylene naphthalate.
  • the present invention is not limited to this.
  • the plastic material may include polyethylene resins such as polyethylene terephthalate, polyester resins, polyolefin resins, polycarbonate resins, polyamide resins, and polyimide resins.
  • the terminal portion of the semiconductor chip 10 is composed of the Au bump 12 and the terminal portion of the package carrier 20 is composed of the Cu film 22 has been described.
  • the present invention is not limited to this. is not.
  • the terminal part is a metal
  • the type is not limited, and the semiconductor chip terminal part and the package carrier terminal part may be made of the same kind of metal as well as different metals.
  • the Cu film 22 of the package carrier terminal portion is brought into pressure contact with not only the surface portion of the Au bump 12 as the semiconductor chip terminal portion but also the side surface portion.
  • (A) to (n) are top views showing the positional relationship between the Cu film 22 in the package carrier terminal portion and the Au bump 12 in the semiconductor chip terminal portion. As shown in FIG.
  • the bonding region at the time of bonding increases, and the Cu film 22 region
  • the reliability of the semiconductor device can be improved.
  • FIG. 3 shows the bonding form in a state where even a part of the Cu film 22 region of the package carrier terminal portion protrudes from the Au bump 12 region of the semiconductor chip terminal portion, but this is not restrictive. Even if the Au bump 12 region of the semiconductor chip terminal portion is a part, the bonding form in a state of protruding from the Cu film 22 region of the package carrier terminal portion may be used.

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Abstract

　比較的安価で軟化温度の低いパッケージキャリアを用いた場合でも、接合部の信頼性低下を防止し、一般的なバンプ材料を利用でき、製造コストの増大を抑制できる半導体装置の製造方法を提供する。半導体チップ（１０）の端子部（１２）とパッケージキャリア（２０）の端子部（２２）を接合する際、半導体チップにパッケージキャリア基材（２１）が軟化する温度を印加し、加熱された半導体チップの端子部をパッケージキャリアの端子部に接触させ熱伝導によりパッケージキャリア端子部及びその周辺領域のパッケージキャリア基材を軟化させ、パッケージキャリア端子部及びその周辺領域のパッケージキャリア基材が軟化した状態で半導体チップ端子部をパッケージキャリア端子部に押圧し接合させると共に、パッケージキャリアの端子部をパッケージキャリア基材表面より内部方向に押し込まれている状態にする。

Description

半導体装置の製造方法及び半導体装置
　本発明は、半導体装置の製造方法、特に、半導体装置を構成する半導体チップをパッケージキャリアに搭載する際の半導体装置の製造方法および半導体装置に関する。
　半導体装置の製造方法において、半導体チップをパッケージキャリアに電気的に接続する方法としては、例えば、半導体チップの端子部を、直接的に、パッケージキャリアの端子部の表面と接続するフリップチップ実装技術がある。
　フリップチップ実装技術は、比較的実装時間が短く、更に、端子部がチップ表面に設けられている半導体チップを実装する構成であることから、パッケージキャリアの大きさを小さくすることができる。尚、パッケージキャリアは、パッケージキャリア基材と、パッケージキャリア基材の表面に設けられた端子部で構成されている。パッケージキャリア基材を構成するパッケージキャリア材料には、フレキシブル基板（ＦＰＣ）等で用いられる有機材料、セラミックス、ガラス、シリコン等の様々な材料が用いられている。
　フリップチップ実装技術において、半導体チップの端子部とパッケージキャリアの端子部とを接合するための従来の方法としては、例えば、はんだ接合、ＡＣＦ（ＡＣＰ）接合、ＮＣＦ（ＮＣＰ）接合、超音波接合等がある。但し、ＡＣＦ、ＡＣＰ、ＮＣＦ、ＮＣＰは夫々、Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ　Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ　Ｆｉｌｍ、Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ　Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ　Ｐａｓｔｅ、Ｎｏｎ－Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ　Ｆｉｌｍ、　Ｎｏｎ－Ｃｏｎｄｕｔｉｖｅ　Ｐａｓｔｅの略である。
　はんだ接合は、パッケージキャリア端子部に半導体チップの端子部を接触させ、半導体チップ端子に形成されたはんだバンプを溶融させることで半導体チップとパッケージキャリアを電気的に接続するものである。また図４に示す半導体装置１００は、Ａｕバンプを備えた半導体チップ端子部１１２とＣｕにＳｎめっきしたパッケージキャリア端子部１２２がＡｕ－Ｓｎ共晶により接合されている。端子同士を接合させるためには、いずれにしても３００℃程度の温度を両端子部に印加する必要があり、熱によるパッケージキャリア基材の品質劣化を防止するために３００℃以上でも溶融せず耐熱性があるポリイミド材等が使われているが、一般的に、耐熱性に優れるパッケージ材料で構成されたパッケージキャリアは高価であり、製造コストの増大を抑えることが困難である。
　ＡＣＦ（ＡＣＰ）接合及びＮＣＦ（ＮＣＰ）接合では、半導体チップの端子部とパッケージキャリアの端子部を接触させた状態で、半導体チップとパッケージキャリアの間隙に熱／光硬化樹脂を充填し硬化させることにより、半導体チップをパッケージキャリアに電気的に接続する。熱／光硬化樹脂の硬化温度は、一般的に、約２００℃強の温度が必要である。はんだ接合に比べ低温で端子同士が接続できるが、耐熱性に劣る安価なパッケージ基材では溶融まで至らないにしてもパッケージキャリア基材全体を軟化させる可能性がある。半導体チップの端子部とパッケージキャリアの端子部との接合が不安定になり、接続抵抗が大きくなることにより、半導体装置の品質低下を招く可能性がある。
　更に、光硬化樹脂を硬化させるために、キャリアパッケージ越しに紫外線を照射する必要がある。即ち、光硬化樹脂の硬化度合いがキャリアパッケージの光吸収特性に依存することから、光吸収特性が低く十分に光硬化樹脂を硬化させることができない場合、半導体チップの端子部とパッケージキャリア端子部との接合が不安定になる可能性がある。また、絶縁樹脂を用いるＮＣＦ（ＮＣＰ）接合では、導電金属粒子を分散させた樹脂を用いるＡＣＦ（ＡＣＰ）接合に比べ、半導体チップの端子部とパッケージキャリアの端子部の間に絶縁体の樹脂が入り込むと、接続抵抗値が上昇して、半導体チップの端子部とパッケージキャリアの端子部との接続が不安定になる可能性があり、半導体装置の品質低下を招く可能性がある。
　上述したはんだ接合、ＡＣＦ（ＡＣＰ）接合及びＮＣＦ（ＮＣＰ）接合に対し、超音波接合では、半導体チップの端子部に、Ａｕ等のバンプ材料でバンプ（接合部）を形成し、超音波振動により、半導体チップとパッケージキャリアとを接合する。超音波接合では、半導体チップとパッケージキャリアを接合する際に熱を印加しないので、熱を印加することによるパッケージキャリアのダメージを防止することが可能になる。しかし、超音波接合では、接合可能な材料が、Ａｕ－Ａｕ、Ａｕ－Ａｌ、Ａｕ－Ａｇ、Ａｕ－Ｐｄ等に限定される。このため、共晶接合等で一般的に用いられているＡｕ－Ｓｎを利用することができない。
　また、半導体チップ端子とパッケージキャリア端子とを低温で接合する方法として、半導体チップの端子部とパッケージキャリア端子部との間に、インジュウム等で構成された低融点金属を構成する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
　しかしながら、上記特許文献１に記載の方法では、半導体チップ端子とパッケージキャリア端子との間に、低融点金属を形成するので、製造工程の工程数が増大すると共に端子と低融点金属間の接着性が課題である。また、インジュウム等の低融点金属は、一般的に高価であることから、製造コストが増大する可能性がある。
特開平５－２０６２０５号公報
　上述したように、はんだ接合、ＡＣＦ（ＡＣＰ）接合及びＮＣＦ（ＮＣＰ）接合では、熱が印加されることで、パッケージキャリアが溶解し損傷する可能性や、半導体チップの端子部とパッケージキャリアの端子部との接合が不安定になり、半導体装置の信頼性が維持できない可能性があることから、半導体装置の品質等の観点上、耐熱性に劣る比較的安価なプラスチック基材を用いることが困難である。
　これに対し、超音波接合では、使用可能な端子部の材料が制限され、上記特許文献１に記載の方法では、インジュウム等の比較的高価な低融点金属を用いることによる製造工程の増大及び製造コストの増大を抑えることが困難である。
　即ち、従来は、フリップチップ実装技術において、比較的安価なプラスチック基材等の耐熱性の低いパッケージキャリアを用いた場合に、熱を印加することによる半導体装置の信頼性低下の防止、Ａｕ－Ｓｎ等の一般的な共晶接合材料の利用、及び、製造コストの増大防止の全てを実現できる半導体装置の製造方法は提案されていない。比較的耐熱性の低いパッケージキャリア基材を用いた場合に、一般的な端子材料により半導体装置とパッケージキャリアが安定的に接合した信頼性の高い半導体装置が求められている。
　本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、比較的安価で耐熱温度が低いパッケージキャリアを用いた場合でも、接合部の信頼性の低下を防止し、一般的な端子材料を利用可能であり、且つ、製造コストの増大を抑えることができる半導体装置の製造方法を提供する点にある。また、比較的安価で耐熱温度が低いパッケージキャリアを用いながら、信頼性の高い半導体装置を提供する。
　上記目的を達成するための本発明に係る半導体装置の製造方法は、軟化温度を有するパッケージキャリアへ半導体チップを実装する際、パッケージキャリアが軟化する温度を半導体チップに印加する工程と、加熱された半導体チップの端子部をパッケージキャリア端子部に接触させることで熱伝導によりパッケージキャリア端子部が形成されるパッケージキャリア端子部及びその周辺領域のパッケージキャリア基材を軟化させる工程と、パッケージキャリア端子部及びその周辺領域のパッケージキャリア基材が軟化した状態で半導体チップ端子部とパッケージキャリア端子部を圧接により接合させパッケージキャリア端子部をパッケージキャリア基材表面部よりパッケージキャリア基材内部方向に押し込まれている状態にする工程（端子接合工程）と、を実行することを第１の特徴とする。
　上記特徴の本発明に係る半導体装置の製造方法は、前記端子接合工程が、前記パッケージキャリアの端子部と前記パッケージキャリア基材との接触面が前記パッケージキャリア基材の表面より基材内部方向に２～１０μｍ押し込まれた状態となるように、加熱状態の前記半導体チップを前記パッケージキャリアに押圧することを第２の特徴とする。
　上記何れかの特徴の本発明に係る半導体装置の製造方法は、前記端子接合工程が、前記パッケージキャリアの端子部と前記パッケージキャリア基材との接触面が前記パッケージキャリア基材の表面より基材内部方向に、前記パッケージキャリア基材の厚さに対し５～２０％押し込まれた状態となるように、加熱状態の前記半導体チップを前記パッケージキャリアに押圧することを第３の特徴とする。
　上記何れかの特徴の本発明に係る半導体装置の製造方法は、圧接による前記半導体チップ端子部の変形し易さと、前記パッケージキャリア端子部の変形し易さが、異なることを第４の特徴とする。
　上記何れかの特徴の本発明に係る半導体装置の製造方法は、前記パッケージキャリア材料が、ガラス転移温度領域を有するプラスチック材料で構成されていることを第５の特徴とする。
　上記何れかの特徴の本発明に係る半導体装置の製造方法は、前記パッケージキャリア材料が、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエチレン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、及び、ポリイミド樹脂の内の何れか１つで構成されることを第６の特徴とする。
　上記目的を達成するための本発明に係る半導体装置は、上記第１～第６の特徴の半導体装置の製造方法を用いて製造された半導体装置であって、半導体チップと軟化温度を有するパッケージキャリアを備え、前記パッケージキャリアの端子部の少なくとも一部が、前記パッケージキャリア基材表面部よりパッケージキャリア基材内部方向に形成されるように構成されていることを第１の特徴とする。
　上記目的を達成するための本発明に係る半導体装置は、前記半導体チップの端子部及び前記パッケージキャリアの接合部の内、変形するように構成された第１端子部の表面が、少なくとも一部において、他方の第２端子部の表面及び側面と接触するように構成されていることを第２の特徴とする。
　上記特徴の本発明に係る半導体装置は、前記パッケージキャリア材料が、ガラス転移温度領域を有するプラスチック材料で構成されていることを第３の特徴とする。
　上記特徴の本発明に係る半導体装置は、前記パッケージキャリア材料が、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエチレン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、及び、ポリイミド樹脂の内の何れか１つで構成されることを第４の特徴とする。
　上記何れかの特徴の本発明に係る半導体装置は、前記パッケージキャリア端子部と前記パッケージキャリア基材との接触面が、前記パッケージキャリア基材の表面より基材内部方向に２～１０μｍ押し込まれていることを第５の特徴とする。
　上記何れかの特徴の本発明に係る半導体装置は、前記パッケージキャリアの端子部と前記パッケージキャリア基材との接触面が、前記パッケージキャリア基材の表面より基材内部方向に、前記パッケージキャリア基材の厚さに対し５～２０％押し込まれていることを第６の特徴とする。
　上記特徴の半導体装置の製造方法によれば、半導体チップを加熱し、加熱された半導体チップ端子部をパッケージキャリア端子部に接触させて熱伝導により、半導体チップ端子部とパッケージキャリア端子部を接合し、パッケージキャリア端子部の基材を軟化させ基材内部方向にパッケージキャリア端子部を押し込むように構成したので、パッケージキャリアは、端子部及びその周辺領域にのみ加熱されることになる。従って、上記特徴の半導体装置の製造方法では、プラスチック基材等、軟化温度が比較的低いパッケージキャリア材料でパッケージキャリア基材が構成されたパッケージキャリアを用いた場合でも、パッケージキャリア基材を溶融、損傷させることがなく、端子部の接合不安定による半導体装置の品質低下をより効果的に防止できる。また、上記特徴の半導体装置の製造方法では、一般的なバンプ材料を用いて接合端子部を形成することが可能である。更に、上記特徴の半導体装置の製造方法では、半導体チップ端子部とパッケージキャリア端子部との間に、低融点金属等で構成された薄膜を構成する必要がなく、製造工程の増大や製造コストの増大を抑えることができる。
　上記第４の特徴の半導体装置の製造方法によれば、圧接による端子部の変形し易さが異なるように、半導体チップ端子部とパッケージキャリア端子部を構成するので、一方の端子部が他方の端子部の表面及び側面の少なくとも一部と接触した状態で接合されるので、半導体チップ端子部とパッケージキャリア端子部の接合をより安定させることが可能になる。尚、上記第４の特徴の半導体装置の製造方法において、変形し易さは、例えば、端子部の材料の堅さ、端子部の形状や厚さ、端子部への印加圧力等によって規定される。
本発明に係る半導体装置の製造方法の各工程において、半導体装置を構成する半導体チップ及びパッケージキャリアの概略部分構成例を示す概略部分断面図 本発明に係る半導体装置の製造方法において、半導体チップに印加された温度に対する半導体チップ端子部のＡｕバンプとパッケージキャリア端子部のＣｕ膜の接合力の関係を示すグラフ 本発明に係る半導体装置の製造方法において、半導体チップの端子部とパッケージキャリアの接合端子部の関係例を示す上面視図 従来技術に係る半導体装置を構成する半導体チップ及びパッケージキャリアの概略部分構成例を示す概略部分断面図
　以下、本発明に係る半導体装置の製造方法（以下、適宜「本発明方法」と略称する）、及び、本発明方法を用いて製造された半導体装置（以下、適宜「本発明装置」と称する）の実施形態を図面に基づいて説明する。
　〈第１実施形態〉
　本発明方法及び本発明装置の第１実施形態について、図１及び図２を基に説明する。ここで、図１は、本発明方法の各工程における半導体チップ１０及びパッケージキャリア２０の概略部分構成例を示しており、図４で示した従来技術と比較しパッケージキャリア基材以外の構成材料は同等として説明するが例示であって制限的なものではない。尚、図１では、説明のために、図面上の各構成の寸法比は、実際の寸法比とは必ずしも一致していない。
　本発明方法は、本実施形態では、半導体装置１の製造装置の一部を構成するＬＣＤドライバによって実行される場合について説明する。尚、本発明方法は、半導体チップ１０をパッケージキャリア２０に実装するための他の装置において実行するように構成しても良い。
　ＬＣＤドライバにて、半導体チップ基材１１に端子部１２が形成された半導体チップ１０を、軟化温度を有するパッケージキャリア基材２１に端子部２２が形成されたパッケージキャリア２０に実装する際に、半導体チップ１０にパッケージキャリア基材２１が軟化する温度を印加する加熱工程と、加熱された半導体チップ１０の端子部１２をパッケージキャリア端子部２２に接触させることで熱伝導によりパッケージキャリア端子部２２及びその周辺領域のパッケージキャリア基材２１を軟化させる軟化工程と、パッケージキャリア端子部及びその周辺領域のパッケージキャリア基材２１が軟化した状態で半導体チップ端子部１２をパッケージキャリア端子部２２に押圧し接合させると共に、パッケージキャリア端子部２２をパッケージキャリア基材２１表面部よりパッケージキャリア基材２１内部方向に押し込まれている状態にする端子接合工程と、を実行するように構成されている。
　ここで、図１（ａ）は、本発明方法の実行開始時における半導体チップ１０及びパッケージキャリア２０の概略部分構成例を示している。
　本発明方法で用いられる半導体チップ１０は、図１（ａ）に示すように、パッケージキャリア２０に実装するために端子部として厚さＬ１が約１５μｍのＡｕバンプ１２が形成されている。
　また、本発明方法で用いられるパッケージキャリア２０は、本実施形態では、厚さＬ３が約５０μｍのテープ状の薄膜フィルムで構成されたパッケージキャリア基材２１を備えて構成されている。パッケージキャリア材料は、本実施形態では、ガラス転移点（軟化温度に相当）を有するプラスチック材料である場合を想定しており、プラスチック材料としては、軟化温度が約１６０℃のポリエチレンナフタレートを想定して説明する。
　パッケージキャリア２０の端子部２２は、図１（ａ）に示すように、厚さＬ２が約１０μｍのＣｕ膜２２で構成されている。尚、Ｃｕ膜２２は酸化防止のためＳｎ等のメッキが施されていることが望ましい。更に、本実施形態のパッケージキャリア端子幅Ｌ４は、半導体チップ端子幅Ｌ３に比べ大きくなるように構成されている。
　ＬＣＤドライバは、半導体チップ１０加熱工程の実行において、半導体チップ１０とパッケージキャリア２０を接合するために、半導体チップ１０を加熱する。尚、半導体チップ１０の加熱温度は、パッケージキャリア２０を構成するプラスチック材料のガラス転移温度領域に基づいて設定されている。
　ここで、図２は、半導体チップ１０の加熱温度Ｔに対し、半導体チップ１０のＡｕバンプ１２とパッケージキャリア２０のＣｕ膜２２との接合力Ｆの関係を示している。尚、本実施形態では、図２に示すグラフより、加熱温度Ｔは、ガラス転移温度領域でも接合力Ｆが最大となる温度Ｔｉに設定されている。
　続いて、ＬＣＤドライバは、端子接合工程の実行を開始し、半導体チップ１０に荷重を印加しパッケージキャリア２０と接合を図る。図１（ｂ）に示すように加熱された半導体チップ端子部のＡｕバンプ１２をパッケージキャリア端子部のＣｕ膜２２に接触させる。半導体チップ１０のＡｕバンプ１２に印加されている熱が、図１（ｂ）の図中矢印に示すように、先ずパッケージキャリア２０のＣｕ膜２２に、続いてＣｕ膜２２が接するパッケージキャリア基材領域２１に、そしてパッケージキャリア端子部Ｃｕ膜２２周辺のパッケージキャリア基材領域に熱伝導し順に加熱される。パッケージキャリア端子部２２及びその周辺領域のパッケージキャリア基材２１がガラス転移点領域の温度が印加されることで軟化する。
　このとき、半導体チップ１０には荷重が印加されているので半導体チップ端子部１２とパッケージキャリア端子部２２が接触後も接触面には押し合う圧力が生じる。端子部材料の硬度としては、半導体チップ端子部のＡｕ材料よりパッケージキャリア端子部のＣｕ材料の方が硬いことからＡｕバンプ１２にＣｕ膜２２がめり込む形で接合すると共に、図１（ｃ）に示すように、パッケージキャリア基材２１が軟化するのでパッケージキャリア端子部Ｃｕ膜２２がパッケージキャリア基材２１内部方向へ押し込まれる形となる。
　ここで、本実施形態でのパッケージキャリア端子部のＣｕ膜２２とパッケージキャリア基材２１との接触面がパッケージキャリア表面よりパッケージキャリア基材内部方向へ押し込まれている状態とは、パッケージキャリア端子部がパッケージキャリア基材中に溶け込んでパッケージ基材との新たな接触面を形成しているのでは無く、元来の接触面がパッケージキャリア基材の表面より基材内部方向に移動した状態である。パッケージキャリア基材のガラス転移点領域の温度をパッケージキャリア基材に印加し基材を軟化させ、Ｃｕ膜２２のパッケージ基材内部方向への押し込み量Ｌ６が、パッケージキャリア基材２１の厚さＬ５の５～２０％、または２～１０μｍとなるように、半導体チップ１０をパッケージキャリア２０に押圧する。
　図１（ａ）に示したようにパッケージキャリア端子幅Ｌ４が半導体チップ端子幅Ｌ３に比べ大きくなるように構成されている本実施形態では、前述のＬＣＤドライバによる圧接工程を実行すると、図１（ｃ）に示すように、パッケージキャリア端子幅Ｌ４の内、半導体チップ端子幅Ｌ３より大きい部分のパッケージキャリア端子部のＣｕ膜２２がＡｕバンプ１２の側面部に接する状態となり、パッケージキャリア端子部のＣｕ膜２２は、Ａｕバンプ１２の表面部のみならず側面部にも接する状態となる。
　その後、パッケージキャリア基材２１の温度が軟化温度領域以下になるとパッケージキャリア端子部のＣｕ膜２２がパッケージキャリア基材２１内部方向に押し込まれた状態で、パッケージキャリア基材２１が硬化し、図１（ｃ）に示す状態で、半導体チップ１０とパッケージキャリア２０が接合される。このとき、本実施形態では、パッケージキャリア端子部のＣｕ膜２２が、半導体チップ１０の端子部であるＡｕバンプ１２の表面部のみならず側面部にも圧接するように構成されることとなり、接合領域が増すことで半導体チップ１０とパッケージキャリア２０をより安定的に接合することが可能になる。
　〈別実施形態〉
　〈１〉上記第１実施形態では、プラスチック材料がポリエチレンナフタレートである場合を想定して説明したが、これに限られるものではない。プラスチック材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート等のポリエチレン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂及びポリイミド樹脂等であっても良い。
　〈２〉上記第１実施形態では、半導体チップ１０の端子部がＡｕバンプ１２で、パッケージキャリア２０の端子部がＣｕ膜２２で構成されている場合を想定して説明したが、これに限るものではない。端子部は金属であれば種類を選ばず、半導体チップ端子部とパッケージキャリア端子部は異種金属のみならず同種金属で構成されても良い。
　〈３〉上記第１実施形態で説明した、パッケージキャリア端子部のＣｕ膜２２が、半導体チップ端子部であるＡｕバンプ１２の表面部のみならず側面部にも圧接させる種々の形態として、図３（ａ）～（ｎ）にパッケージキャリア端子部のＣｕ膜２２と半導体チップ端子部のＡｕバンプ１２の位置関係を示す上面視図を示す。図３に示したようにパッケージキャリア端子部のＣｕ膜２２領域が一部でも半導体チップ端子部のＡｕバンプ１２領域からはみ出した状態で形成することで接合時の接合領域が増し、Ｃｕ膜２２領域をＡｕバンプ１２領域からはみ出さずに接合させた場合に比べ、半導体チップ１０とパッケージキャリア２０をより安定的に接合させることができ、半導体装置の信頼性の向上を図ることが可能になる。
　また、図３ではパッケージキャリア端子部のＣｕ膜２２領域が一部でも半導体チップ端子部のＡｕバンプ１２領域からはみ出した状態での接合形態を示したが、これに限るものではない。半導体チップ端子部のＡｕバンプ１２領域が一部でもパッケージキャリア端子部のＣｕ膜２２領域からはみ出した状態での接合形態でも良い。
１　　　本発明に係る半導体装置
１０　　半導体チップ
１２　　Ａｕバンプ（半導体チップの端子部）
２０　　パッケージキャリア
２１　　パッケージキャリア基材
２２　　Ｃｕ膜（パッケージキャリアの端子部）
１００　従来技術に係る半導体装置
１１０　半導体チップ
１１２　半導体チップ端子部
１２０　パッケージキャリア
１２１　パッケージキャリア基材
１２２　パッケージキャリア端子部
 

Claims (14)

  1. 　半導体チップをパッケージキャリアへ実装する際、パッケージキャリア基材が軟化する温度をパッケージキャリア端子部に印加し、前記パッケージキャリア端子部及びその周辺領域の前記パッケージキャリア基材が軟化した状態で半導体チップ端子部と前記パッケージキャリア端子部を圧接により接合させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 　前記パッケージキャリア基材が軟化する温度を半導体チップに印加し、加熱された半導体チップ端子部をパッケージキャリア端子部に接触させることで熱伝導によりパッケージキャリア端子部及びその周辺領域のパッケージキャリア基材を軟化させ、半導体チップ端子部とパッケージキャリア端子部を圧接により接合させ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。
  3. 　フリップチップ実装により半導体チップをパッケージキャリアへ実装す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。
  4. 　前記半導体チップ端子部と前記パッケージキャリア端子部の圧接により前記パッケージキャリア端子部が前記パッケージキャリア基材の内部方向に押し込まれ、前記パッケージキャリア端子部と前記パッケージキャリア基材の接触面が前記パッケージキャリア基材の表面より２～１０μｍ基材内部方向に在る状態にす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。
  5. 　前記半導体チップ端子部と前記パッケージキャリア端子部の圧接により前記パッケージキャリア端子部が前記パッケージキャリア基材の内部方向に押し込まれ、前記パッケージキャリア端子部と前記パッケージキャリア基材の接触面が前記パッケージキャリア基材の表面より基材厚みの５～２０％基材内部方向に在る状態にす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。
  6. 　前記半導体チップ端子部と前記パッケージキャリア端子部の圧接により、接合部での前記半導体チップ端子部の変形し易さと、前記パッケージキャリア端子部の変形し易さが、異な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。
  7. 　前記パッケージキャリア材料が、ガラス転移温度領域を有するプラスチック材料で構成されてい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。
  8. 　前記パッケージキャリア材料が、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエチレン樹脂、またはポリエステル樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、及び、ポリイミド樹脂の内の何れか１つで構成されることを特徴とする請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
  9. 　半導体チップが実装されたパッケージキャリアにおいて半導体チップ端子部と接合したパッケージキャリア端子部での端子部とパッケージキャリア基材との接触面が前記パッケージキャリア基材の表面より基材内部方向に形成されていることを特徴とする半導体装置。
  10. 　前記半導体チップ端子部と接合した前記パッケージキャリア端子部での端子部と前記パッケージキャリア基材との接触面が前記パッケージキャリア基材の表面より２～１０μｍ基材内部方向に形成されていることを特徴とする請求項９に記載の半導体装置。
  11. 　前記半導体チップ端子部と接合した前記パッケージキャリア端子部での端子部と前記パッケージキャリア基材との接触面が前記パッケージキャリア基材の表面より基材厚みの５～２０％基材内部方向に形成されていることを特徴とする請求項９に記載の半導体装置。
  12. 　接合した前記半導体チップ端子部と前記パッケージキャリア端子部の内、変形するように構成された第１端子部の表面が、少なくとも一部において、他方の第２端子部の表面及び側面と接触するように構成されていることを特徴とする請求項９に記載の半導体装置。
  13. 　前記パッケージキャリア材料が、ガラス転移温度領域を有するプラスチック材料で構成されていることを特徴とする請求項９に記載の半導体装置。
  14. 　前記パッケージキャリア材料が、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエチレン樹脂、またはポリエステル樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、及び、ポリイミド樹脂の内の何れか１つで構成されることを特徴とする請求項９に記載の半導体装置。
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