(57)【要約】      （修正有）【課題】熱、応力等の外的負荷を低減し、加工工程の簡略化を図り、信頼性の高い半導体装置を提供する。【解決手段】金属端子膜４の材料となる液状体を実装基板２上に塗布する塗布工程と、前記実装基板２上に塗布された前記液状体に半導体部材の接続端子５が接触するように、前記実装基板２の上に前記半導体部材を載置する載置工程と、前記液状体を固化する固化工程と、を含む。従って、異方性導電材料等を用いて電気的に接続を行う必要がないので、加工工程を簡略化することができる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属端子膜の材料となる液状体を実装基板上に塗布する塗布工程と、
前記実装基板上に塗布された前記液状体に半導体部材の接続端子が接触するように、前記実装基板上に前記半導体部材を載置する載置工程と、
前記液状体を固化する固化工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記載置工程の前に、
前記液状体を増粘させる増粘工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法において、
前記塗布工程では、
前記液状体を液滴として吐出して、前記実装基板上に前記液状体を塗布することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記塗布工程では、
金属ナノ粒子を含む液状体を塗布することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の半導体装置の製造方法において、
前記塗布工程の前に、前記液状体が塗布される領域を区画する区画部を形成する区画部形成工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項４または５に記載の半導体装置の製造方法において、
前記固化工程では、
１５０〜２００℃／１時間の加熱処理を施すことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法において製造された半導体装置。
【請求項８】
請求項７に記載の半導体装置を搭載した電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置、半導体装置の製造方法および電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯端末等の電子機器の小型化、薄型化、軽量化の要請に伴い、電子機器に搭載する半導体装置の更なる高密度化、高機能化が要請されている。このような要請に応えるために、半導体チップをフェイスダウンして実装基板上に実装するフリップチップ実装した半導体装置が開発されている。このような半導体装置では、例えば、異方性導電材料等を介して、実装基板側の端子と半導体チップ側の端子とを電気的に接続している。（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−３３２１６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の半導体装置の製造方法では、異方性導電材料を配置するとともに、異方性導電材料に含まれる金属微粒子によって実装基板側の端子と半導体チップ側の端子とを電気的に接続させるため、例えば、ヒートツール等を用いて、半導体チップ側を加熱しながら加圧する必要がある。このため、加工工程が複雑化してしまう、という課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００６】
［適用例１］本適用例にかかる半導体装置の製造方法は、金属端子膜の材料となる液状体を実装基板上に塗布する塗布工程と、前記実装基板上に塗布された前記液状体に半導体部材の接続端子が接触するように、前記実装基板上に前記半導体部材を載置する載置工程と、前記液状体を固化する固化工程と、を含むことを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、実装基板の上に半導体を載置した状態で、液状体を固化することにより実装基板の金属端子膜と半導体の接続端子とが電気的に接続される。従って、本願発明では、異方性導電材料等を用いて電気的に接続を行う必要がないので、加工工程を簡略化することができる。
【０００８】
［適用例２］上記の適用例にかかる半導体装置の製造方法において、前記載置工程の前に、前記液状体を増粘させる増粘工程を有することを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、液状体の粘度が高い状態にしてから半導体部材を載置するので、半導体の載置位置のずれ等を防止することができる。
【００１０】
［適用例３］上記の適用例にかかる半導体装置の製造方法において、前記塗布工程では、前記液状体を液滴として吐出して、前記実装基板上に前記液状体を塗布することを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、いわゆる液滴吐出法により液状体が塗布される。これにより、膜厚が均一で薄い金属端子膜を形成することができる。
【００１２】
［適用例４］上記の適用例にかかる半導体装置の製造方法において、前記塗布工程では、金属ナノ粒子を含む液状体を塗布することを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、金属ナノ粒子を含む液状体として、例えば、ナノサイズの粒径を有する導電性金属微粒子を含む金属ナノインクを用いることにより、実装基板と半導体との電気的接続を容易に行うことができる。
【００１４】
［適用例５］上記の適用例にかかる半導体装置の製造方法において、前記塗布工程の前に、前記液状体が塗布される領域を区画する区画部を形成する区画部形成工程を有することを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、区画部によって液状体の不要な濡れ広がりを規制することができる。
【００１６】
［適用例６］上記の適用例にかかる半導体装置の製造方法において、前記固化工程では、１５０〜２００℃／１時間の加熱処理を施すことを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、金属ナノ粒子を含む液状体として、例えば、金属ナノインクを用いることにより、比較的低温度かつ短時間で実装基板と半導体部材との電気的接続を確保することができる。
【００１８】
［適用例７］本適用例にかかる半導体装置は、上記の半導体装置の製造方法において製造されたことを特徴とする。
【００１９】
この構成によれば、製造過程において加圧等の外的負荷が少ないので、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【００２０】
［適用例８］本適用例にかかる電子機器は、上記の半導体装置を搭載したことを特徴とする。
【００２１】
この構成によれば、信頼性の高い電子機器を提供することができる。この場合の電子機器としては、例えば、携帯端末機、テレビ受像機、パーソナルコンピュータの他、各種の電子製品がこれに該当する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明を具体化した実施形態について図面を参考にしながら説明する。なお、各図面における各部材は、各図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各部材ごとに縮小を異ならせて図示している。
【００２３】
（半導体装置の構成）
まず、半導体装置の構成について説明する。図１は、半導体装置の構成を示す断面図である。
【００２４】
半導体装置１は、実装側となる実装基板２に対して半導体部材としての半導体チップ３がフリップチップ実装されている。実装基板２の一方面には、金属端子膜４が形成されている。また、半導体チップ３の一方面に接続端子５が形成されている。そして、金属端子膜４と接続端子５とが電気的に接続されている。また、実装基板２の他方面には、外部端子が設けられている。本実施形態では、金属ボール端子６が設けられている。
【００２５】
実装基板２は、例えば、ガラス織布エポキシ樹脂配線基板であり、一層あるいは複数層の金属配線層が設けられている。そして、実装基板２の一方面に形成された金属端子膜４は、金属粒を含む液状体を固化することにより形成される。本実施形態では、金属ナノ粒子を含む液状体（以下、「金属ナノインク」と呼ぶ）を実装基板２上に塗布し、これを固化することにより金属端子膜４が形成される。金属ナノインクは、銀、金、銅、白金、パラジウム、ニッケル、アルミ、これらの主成分とした合金等の少なくとも一種を含む直径１〜１０ｎｍ程度の複数の金属微粒子を被覆剤で被覆して、分散媒に分散させたものである。なお、金属ナノインクを塗布するための塗布装置及び塗布方法については後述する。
【００２６】
半導体チップ３は、シリコン基板に形成された複数の集積回路（ウエハ）を個片に分割したものである。そして、半導体チップ３の一方面に形成された接続端子５は、例えば、ワイヤボンディング装置等を用いて、所定の位置に金バンプを形成し、必要に応じて、バンプの高さを均一に調整（レベラー）したものである。
【００２７】
以下、上記の半導体装置１を製造するための装置及び半導体装置１の製造方法について説明する。
【００２８】
（液滴吐出装置の構成）
次に、半導体装置１の製造に用いられる液滴吐出装置の構成について説明する。本実施形態では、実装基板２に金属端子膜４の材料となる液状体としての金属ナノインクを塗布する方法として、金属ナノインクを液滴として吐出する液滴吐出方法を採用し、当該液滴吐出を可能とする液滴吐出装置を例に説明する。図２は、液滴吐出装置の構成を示す斜視図である。
【００２９】
図２において、液滴吐出装置３０は、金属端子膜３の材料となる金属ナノインクを液滴として吐出するヘッド部５０を有するヘッド機構部３２と、ヘッド部５０から吐出された液滴の吐出対象である実装基板２を載置するワーク機構部３３と、ヘッド部５０に金属ナノインクを供給する材料供給部３４と、ヘッド部５０の保守を行うメンテナンス機構部３５と、これら各機構部および供給部を統括的に制御する制御部３６等を備えている。
【００３０】
液滴吐出装置３０は、床上に設置された複数の支持脚４１と、支持脚４１の上側に設置された定盤４２を備えている。定盤４２の上側には、ワーク機構部３３が定盤４２の長手方向（Ｘ軸方向）に延在するように配置されている。ワーク機構部３３の上方には、定盤４２に固定された２本の支持柱５２で支持されているヘッド機構部３２が、ワーク機構部３３と直交する方向（Ｙ軸方向）に延在して配置されている。また、定盤４２の一方の端部には、ヘッド機構部３２のヘッド部５０から連通して金属ナノインクを供給する材料供給部３４が配置されている。そして、ヘッド機構部３２の一方の支持柱５２近傍には、メンテナンス機構部３５がワーク機構部３３と並んでＸ軸方向に延在するように配置されている。さらに、定盤４２の下側には、制御部３６が備えられている。
【００３１】
ヘッド機構部３２は、金属ナノインクを吐出するヘッド部５０と、ヘッド部５０を懸架したヘッドキャリッジ５１と、ヘッドキャリッジ５１のＹ軸方向への移動をガイドするＹ軸ガイド５３と、Ｙ軸ガイド５３の側方にＹ軸ガイド５３と平行に設置されたＹ軸リニアモータ５４等を備えている。
【００３２】
ワーク機構部３３は、ヘッド機構部３２の下方に位置し、ヘッド機構部３２とほぼ同様の構成でＸ軸方向に延在するように配置されており、実装基板２を載置している載置台６１と、載置台６１の移動をガイドするＸ軸ガイド６３と、Ｘ軸ガイド６３の側方にＸ軸ガイド６３と平行に設置されたＸ軸リニアモータ６４等を備えている。
【００３３】
これらの構成により、ヘッド部５０と実装基板２とは、それぞれＹ軸方向およびＸ軸方向に往復自在に移動することができる。最初に、ヘッド部５０の移動について説明する。ヘッド部５０を懸架したヘッドキャリッジ５１は、Ｙ軸ガイド５３に移動可能に取り付けられている。図示しないが、ヘッドキャリッジ５１からＹ軸リニアモータ５４側へ張り出している突起部が、Ｙ軸リニアモータ５４と係合して駆動力を得ることにより、ヘッドキャリッジ５１がＹ軸ガイドに沿って任意の位置に移動する。同様に、載置台６１に搭載された実装基板２もＸ軸方向に自在に移動する。
【００３４】
このように、ヘッド部５０は、Ｙ軸方向の吐出位置まで移動して停止し、下方にある実装基板２のＸ軸方向の移動に同調して、液滴を吐出する構成となっている。Ｘ軸方向に移動する実装基板２と、Ｙ軸方向に移動するヘッド部５０とを相対的に制御することにより、実装基板２上に金属ナノインク液滴として吐出することができる。
【００３５】
ヘッド部５０に金属ナノインクを供給する材料供給部３４は、タンク７５と、ポンプ７４と、タンク７５からポンプ７４を経てヘッド部５０までを接続する流路チューブ７９とを備えている。
【００３６】
メンテナンス機構部３５は、キャッピングユニット８６、ワイピングユニット８７、およびフラッシングユニット８８のメンテナンスユニットを備えている。
【００３７】
次に、ヘッド部５０に備えられた吐出ヘッドの構造について説明する。図３は、吐出ヘッドの構造を示し、図３（ａ）は一部破断した斜視図であり、同図（ｂ）は断面図である。
【００３８】
図３（ａ）において、吐出ヘッド１１０は、振動板１１４と、ノズルプレート１１５を備えている。振動板１１４とノズルプレート１１５との間には、液溜まり１１６が配置され、孔１１８を介して供給される金属ナノインクが常に充填されるようになっている。また、振動板１１４と、ノズルプレート１１５との間には、複数の隔壁１１２が位置している。そして、振動板１１４と、ノズルプレート１１５と、一対の隔壁１１２とによって囲まれた部分がキャビティ１１１である。キャビティ１１１は、ノズル１２０に対応して設けられているため、キャビティ１１１の数とノズル１２０の数とは同じである。キャビティ１１１には、一対の隔壁１１２間に位置する供給口１１７を介して、液溜まり１１６から金属ナノインクが供給される。
【００３９】
図３（ｂ）に示すように、振動板１１４上には、それぞれのキャビティ１１１に対応して振動子１１３が取り付けられている。振動子１１３は、ピエゾ素子１１３ｃと、ピエゾ素子１１３ｃを挟む一対の電極１１３ａ、１１３ｂを有する。この一対の電極１１３ａ、１１３ｂに駆動電圧を与えることで、対応するノズル１２０から金属ナノインクが液滴１２１となって吐出される。なお、金属ナノインクを吐出させるために、振動子１１３の代わりに電気熱変換素子を用いてもよく、電気熱変換素子による金属ナノインクの熱膨張を利用して、液滴として吐出することができる。
【００４０】
これらの構成により、ヘッド部５０と実装基板２とは、それぞれＹ軸方向およびＸ軸方向に往復自在に移動することができる。
【００４１】
次に、以上述べた構成を制御する制御部３６の構成について説明する。図４は、制御部３６の構成を示すブロック図である。制御部３６は、指令部１３０と駆動部１４０とを備え、指令部１３０は、ＣＰＵ１３２、記憶手段としてのＲＯＭ１３３、ＲＡＭ１３４および入出力インターフェース１３１からなり、ＣＰＵ１３２が入出力インターフェース１３１を介して入力される各種信号を、ＲＯＭ１３３、ＲＡＭ１３４のデータに基づき処理し、入出力インターフェース１３１を介して駆動部１４０へ制御信号を出力する。
【００４２】
駆動部１４０は、ヘッドドライバ１４１、モータドライバ１４２、ポンプドライバ１４３及びメンテドライバ１４５から構成されている。モータドライバ１４２は、指令部１３０の制御信号により、Ｘ軸リニアモータ６４、Ｙ軸リニアモータ５４を制御し、実装基板２、ヘッド部５０の移動を制御する。さらに、メンテモータ８３を制御してメンテナンス機構部３５の必要なユニットをメンテナンス位置へ移動させる。ヘッドドライバ１４１は、吐出ヘッド１１０からの金属ナノインクの吐出を制御し、モータドライバ１４２の制御と同調して、実装基板２上に所定位置に吐出などが行えるようにする。また、ポンプドライバ１４３は、金属ナノインクの吐出状態に対応してポンプ７４を制御し、吐出ヘッド１１０への供給を最適に制御する。そして、メンテドライバ１４５は、メンテナンス機構部３５のキャッピングユニット８６、ワイピングユニット８７およびフラッシングユニット８８を制御する。
【００４３】
（半導体装置の製造方法）
次に、半導体装置の製造方法について説明する。図５は、半導体装置の製造方法を示す工程図である。
【００４４】
図５（ａ）の塗布工程では、実装基板２の上に金属端子膜４の材料となる液状体を塗布する。本実施形態では、金属端子膜４の材料となる液状体として金属ナノインクを用いている。また、金属ナノインクは、後述する固化工程において比較的低温処理ができることからＡｇ（銀）の微粒子を含む金属ナノインクを用いている。金属ナノインクの塗布にあたっては、前述の液滴吐出装置３０を用いる。まず、実装基板２を液滴吐出装置３０の載置台６１に載置するとともに位置調整等を行う。そして、図５（ａ）に示すように、実装基板２に向けて、金属ナノインクを液滴１２１として吐出して、実装基板２上に金属ナノインク４ａを塗布する。
【００４５】
図５（ｂ）の増粘工程では、塗布された金属ナノインク４ａを増粘させ、増粘した金属ナノインク４ｂを形成する。この増粘処理は、金属ナノインク４ａが固化しない程度に増粘させる。増粘させる方法としては、熱乾燥処理にて、例えば、８０〜１５０℃の雰囲気に数分から数十分間放置する。これにより、金属ナノインクに含まれる溶媒分が揮発し、粘度の高い金属ナノインク４ｂが形成される。
【００４６】
図５（ｃ）の載置工程では、接続端子５を備えた半導体部材としての半導体チップ３を用意し、金属ナノインク４ｂが形成された実装基板２の面と接続端子５が形成された半導体チップ３の面とを対向させ、金属ナノインク４ｂと接続端子５とを接触させる。この際、金属ナノインク４ｂは液状の状態であるので、半導体チップ３を無加圧あるいは低加圧で容易に互いを接触させることができる。
【００４７】
図５（ｄ）の固化工程では、実装基板２の上に半導体チップ３を載置した状態で、金属ナノインク４ｂを固化する。例えば、加熱処理を行うことにより固化することができる。この場合における加熱条件としては、１５０〜２００℃の雰囲気で１時間程度放置する。これにより、金属ナノインク４ｂに含まれる溶媒分が完全に揮発されるとともに、金属粒子（銀）を被覆した被覆剤が溶融分解され、Ａｇ（銀）を主成分とする導電性を有する金属端子膜４が形成される。さらに、上記加熱処理により、接続端子（Ａｕ）と金属端子膜（Ａｇ）とが拡散し、Ａｕ−Ａｇの金属間化合物が成形され、接合強度及び電気的接続が確保される。従って、本固化工程では、金属ナノインクを焼成するとともに、異なる金属間の結合を可能とする。
【００４８】
その後、図５（ｅ）に示すように、必要に応じて、外部端子を形成する。本実施形態では、他の電子部品や配線基板等に対する接続を容易にするため、実装基板２の金属端子膜４が形成された面と反対の面に、金属ボール端子６を形成する。
【００４９】
上記の工程を経ることより、半導体装置１を製造することができる。なお、半導体装置１としては、上記の構成に限定されず、例えば、半導体チップ３が積層された構造や、半導体装置１が積層された構造や、例えば、半導体チップ３をエポキシ樹脂等で覆う構造であってもよい。
【００５０】
（電子機器の構成）
次に、電子機器の構成について説明する。図６は、電子機器としての携帯端末の構成を示す斜視図であり、図６において、携帯端末１８０の内部に半導体装置１が搭載されている。なお、半導体装置１が搭載される電子機器としては、携帯端末の他、テレビ受像機やパーソナルコンピュータ等にも搭載することができる。
【００５１】
従って、本実施形態によれば、以下に示す効果がある。
【００５２】
（１）金属ナノインク４ｂが液状の状態で、半導体チップ３を実装基板２に載置するので、半導体チップ３に過度の圧力を加える必要がない。そして、金属ナノインク４ｂを固化することで、金属端子膜４を形成するとともに、接続端子５と金属端子膜４とを電気的に接続することができる。従って、半導体チップ３を実装基板２に接続する加工処理を容易に行うことができる。
【００５３】
（２）さらに、金属ナノインクを用いることにより、比較的低温で実装することができるので、熱的、応力的に外的負荷が少ないので、信頼性の高い半導体装置１を提供することができる。
【００５４】
なお、上記の実施形態に限定されるものではなく、以下のような変形例が挙げられる。
【００５５】
（変形例１）上記の実施形態では、塗布工程の後に、塗布された金属ナノインク４ａを増粘させるために、固化しない程度に乾燥処理を行ったが、増粘させるための乾燥処理を省き、粘度が低い金属ナノインク４ａの状態で、半導体チップ３を載置してもよい。このようにしても、金属ナノインク４ａの表面張力によって半導体チップ３の接続端子５との接触を確保することができる。
【００５６】
（変形例２）上記の実施形態の塗布工程では、実装基板２の上に金属ナノインクを液滴１２１として吐出したが、図７に示すように、金属ナノインクの塗布領域を区画する区画部７を形成し、区画された領域に向けて液滴１２１を吐出してもよい。このようにすれば、塗布された金属ナノインクの濡れ広がりを規制することができる。さらに、区画部７の高さを規定するとともに、区画部７の頂部面と半導体チップ３の面とを接触させることにより、半導体チップ３の実装基板２に方向への自重を規制し、半導体チップ３の実装基板２の面からの高さを均一にすることができる。
【００５７】
（変形例３）上記の実施形態では、個片された個々の実装基板２に半導体チップ３をフリップチップ実装したが、これに限定されない。例えば、実装基板２が複数形成された大判の基板状態で、半導体チップ３を実装してもよい。さらに、実装基板２が複数形成された大判の基板状態で、半導体チップ３が複数形成されたウエハ状態で実装する方法を採用してもよい。このような方法を採用した場合には、固化工程の後で、適正な大きさに個片に分割すればよい。このようにすれば、一時期に多くの半導体装置１が製造でき、さらに量産化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】半導体装置の構成を示す断面図。
【図２】液滴吐出装置の構成示す斜視図。
【図３】吐出ヘッドの構造を示し、（ａ）は一部破断した斜視図、（ｂ）は断面図。
【図４】液滴吐出装置の制御部の構成を示すブロック図。
【図５】半導体装置の製造方法を示す工程図。
【図６】電子機器としての携帯端末の構成を示す斜視図。
【図７】変形例にかかる半導体装置の構成を示す断面図。
【符号の説明】
【００５９】
１，１’…半導体装置、２…実装基板、３…半導体部材としての半導体チップ、４…金属端子膜、４ａ…液状体としての金属ナノインク、４ｂ…増粘された金属ナノインク、５…接続端子、６…金属ボール端子、７…区画部、３０…液滴吐出装置、１１０…吐出ヘッド、１２１…液滴、１８０…電子機器としての携帯端末。
【図１】
2010098156.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2010098156.tif 000007
【図６】
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【図７】
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