(57)【要約】【課題】支持部材の厚みを容易にコントロールすることができ、熱歪による応力を安定的に低減させ、出力特性を向上した半導体装置を容易に製造できる、半導体を装置の製造方法を提供する。【解決手段】基板上に、支持部材を介して半導体素子が搭載されてなる半導体装置の製造方法であって、基板１０において、半導体素子２０を搭載する領域内に、少なくとも３つの互いに独立してなる凹部  を形成する工程と、基板とは異なる材料からなる液状の第一樹脂を、凹部に塗布する工程と、第一樹脂を硬化させることにより、凹部内を満たすとともに基板表面から略ドームに盛り上がった形状の、少なくとも３つの独立した第一支持部材１２を凹部ごとに形成する工程と、凹部ごとに設けた第一支持部材をすべて覆うように、基板上に液状の第二期脂を塗布する工程と、第二樹脂上に半導体素子を搭載する工程と、第二樹脂を硬化させて第二支持部材１３を形成する工程と、を含む。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、支持部材を介して半導体素子が搭載されてなる半導体装置の製造方法であって、
前記基板において、前記半導体素子を搭載する領域内に、少なくとも３つの互いに独立してなる凹部を形成する工程と、
前記基板とは異なる材料からなる液状の第一樹脂を、前記凹部に塗布する工程と、
前記第一樹脂を硬化させることにより、前記凹部内を満たすとともに前記基板表面から略ドーム状に盛り上がった形状の、少なくとも３つの独立した第一支持部材を前記凹部ごとに形成する工程と、
前記凹部ごとに設けた前記第一支持部材を全て覆うように、前記基板上に液状の第二樹脂を塗布する工程と、
前記第二樹脂上に半導体素子を搭載する工程と、
前記第二樹脂を硬化させて第二支持部材を形成する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記基板と、前記第一樹脂及び前記第二樹脂とは、ヤング率の異なる材料からなること、を特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記第一樹脂を塗布する工程において、ディスペンス法を用いることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記第一樹脂及び前記第二樹脂が、シリコーン樹脂であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記基板が、セラミック基板であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記半導体素子が、内部に拡散抵抗が形成された、圧力センサまたは温度センサであること、を特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法によって製造されたことを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力センサなどの半導体素子に関して、支持部材の厚みをコントロールすることによって、半導体素子に加わる応力を安定的に低減させ、その出力特性を向上させるものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子、特に拡散抵抗の抵抗値変化から出力値を得る圧力センサや温度センサなどの半導体素子においては、素子自体と基板との間の熱膨張係数差により生じる歪みが、素子の出力特性に影響を及ぼす。詳細には、半導体素子に形成された拡散抵抗の抵抗値がピエゾ抵抗効果により変化するので、半導体素子の出力特性が悪化する。
特許文献１では、第一の樹脂層（接着剤硬化層）を周知の厚膜印刷法を用いて形成、熱硬化後に、第二の樹脂層（接着剤硬化層）をさらに形成して半導体素子を接着することにより、半導体素子下に形成する応力緩和のための樹脂層を形成し、その厚さをコントロールする工法が記されている。半導体素子下に形成される樹脂層は、応力緩和層としての役割を担うものであり、その樹脂層の厚さは重要である。
【０００３】
また、特許文献２では、低弾性率（例えば１ＭＰａ以下）の樹脂を用いた場合、特許文献２中図２が示すようにチップが傾いてしまい、ワイヤボンダビリティが低下するということが開示されており、その対策としてレジスト、ガラスなどから成るスペーサを形成する方法が紹介されている。
【０００４】
特許文献１では、第一の樹脂層を周知の厚膜印刷法を用いて形成するとしているが、平坦な面に対して厚い樹脂膜を均一に形成するためには、樹脂の粘度やチキソ性、印刷条件等の調整を綿密に調整する必要があり、安定的に同じ膜厚を得ることは困難である。また、印刷後の経時変化により樹脂が流動したり、熱硬化させる際に熱ダレしたりするなど、形状変化が起こりやすいことも構造的、プロセス的な課題であると言える。
【０００５】
また、特許文献１では、第一の樹脂層を一箇所に形成しているが、第一の樹脂層を一箇所に形成してしまうと、第二の樹脂層を塗布した際に第一の樹脂層の外側に大きく第二の樹脂層が濡れ広がってしまい、その濡れ広がった樹脂が例えば半導体素子を搭載する基板側のボンディングパッドまで濡れ広がるなどの不良が発生し易い。樹脂がボンディングパッドまで濡れ広がると、ボンディングパッドの表面が汚染され、ワイヤボンドができなくなるなどの不具合が発生する。さらには、第一の樹脂層が一箇所だと、搭載したチップが傾いて固着してしまう不具合が起こりやすく、チップが傾いた状態だと前記した特許文献２中図２が示す課題と同様に、ワイヤボンダビリティの低下が問題となってくる。
【０００６】
特許文献２では、スペーサを形成してワイヤボンダビリティを改善しているが、レジストやガラスのような高弾性率の材料をスペーサとして使用すると、素子自体と基板などとの間の熱膨張係数差により生じる熱歪による応力の緩和効果が小さくなってしまい、その結果デバイス（センサなど）の特性が悪化してしまうため、不適である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第２８００４６３号公報
【特許文献２】特開２０１２−７３２３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、このような従来の実情に鑑みて考案されたものであり、支持部材の厚みを容易にコントロールすることができ、熱歪による応力を安定的に低減させ、出力特性を向上した半導体装置を容易に製造できる、半導体を装置の製造方法を提供することを第一の目的とする。
また、本発明は、支持部材の厚みをコントロールすることで、熱歪による応力を安定的に低減させ、出力特性を向上した半導体装置を提供することを第二の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の請求項１に記載の半導体装置の製造方法は、基板上に、支持部材を介して半導体素子が搭載されてなる半導体装置の製造方法であって、前記基板において、前記半導体素子を搭載する領域内に、少なくとも３つの互いに独立した凹部を形成する工程と、前記基板とは異なる材料からなる液状の第一樹脂を、前記凹部に塗布する工程と、前記第一樹脂を硬化させることにより、前記基板表面から略ドーム状に盛り上がった形状の、少なくとも３つの独立した第一支持部材を前記凹部ごとに形成する工程と、前記凹部ごとに設けた前記第一支持部材をすべて覆うように、前記基板上に液状の第二樹脂を塗布する工程と、前記第二樹脂上に半導体素子を搭載する工程と、前記第二樹脂を硬化させて第二支持部材を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
本発明の請求項２に記載の半導体装置の製造方法は、前記基板と、前記第一樹脂及び前記第二樹脂とは、ヤング率の異なる材料からなることを特徴とする。
本発明の請求項３に記載の半導体装置の製造方法は、請求項１または２において、前記第一樹脂を塗布する工程において、ディスペンス法を用いることを特徴とする。
本発明の請求項４に記載の半導体装置の製造方法は、請求項１乃至３のいずれか一項において、前記第一樹脂及び前記第二樹脂が、シリコーン樹脂であることを特徴とする。
本発明の請求項５に記載の半導体装置の製造方法は、請求項１乃至４のいずれか一項において、前記基板が、セラミック基板であることを特徴とする。
本発明の請求項６に記載の半導体装置の製造方法は、請求項１乃至５のいずれか一項において、前記半導体素子が、内部に拡散抵抗が形成された、圧力センサまたは温度センサであることを特徴とする。
本発明の請求項７に記載の半導体装置は、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法によって製造されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明では、支持部材を、基板に形成された凹部に液状の第一樹脂を塗布し、前記基板表面からドーム状に盛り上がった形状の、少なくとも３つの独立した第一支持部材を形成している。そして、前記第一支持部材をすべて覆うように、液状の第二樹脂を塗布することで、支持部材の厚みを容易にコントロールすることができる。これにより歪みによる応力を安定的に低減させ、出力特性を向上した半導体装置を容易に製造可能な、半導体装置の製造方法を提供することができる。また、本発明では、基板に形成した凹部内に液状の第一樹脂を塗布しているので、第一樹脂の濡れ広がりが抑えられ、良好にワイヤボンディングを行うことができる。
また、本発明では、支持部材を、前記基板表面からドーム状に盛り上がった形状の、少なくとも３つの独立した第一支持部材と、前記第一支持部材をすべて覆うように、形成した第二支持部材とから構成することで、支持部材の厚みを容易にコントロールすることができる。これにより歪みによる応力を安定的に低減させ、出力特性を向上した半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】半導体装置の製造方法を工程順に示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図。
【図２】図１の次工程を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図。
【図３】図２の次工程を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図。
【図４】図３の次工程を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図。
【図５】図４の次工程を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係る半導体装置の一実施形態について、図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１〜図５は、本発明に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
本発明の半導体装置の製造方法は、基板１０上に、支持部材を介して半導体素子２０が搭載されてなる、半導体装置の製造方法である。
そして、本発明の半導体装置の製造方法は、前記基板１０において、前記半導体素子２０を搭載する領域α内に、少なくとも３つの互いに独立してなる凹部１１を形成する工程と、前記基板１０とは異なる材料からなる液状の第一樹脂１２ａを、前記凹部１１に塗布する工程と、前記第一樹脂１２ａを硬化させることにより、前記凹部１１内を満たすとともに前記基板１０表面から略ドーム状に盛り上がった形状の、少なくとも３つの独立した第一支持部材１２を前記凹部１１ごとに形成する工程と、前記凹部１１ごとに設けた前記第一支持部材１２をすべて覆うように、前記基板１０上に液状の第二樹脂１３ａを塗布する工程と、前記第二樹脂１３ａ上に半導体素子２０を搭載する工程と、前記第二樹脂１３ａを硬化させて第二支持部材１３を形成する工程と、を含む。
以下、工程順に説明する。
【００１４】
（１）まず、図１に示すようなパッケージ基板１０を作製する。
パッケージ基板１０の材料としては、本実施形態ではアルミナのようなセラミック基板を想定する。基板材料としては、他に、エポキシやポリイミドのような樹脂を用いることもできる。セラミック基板は、本実施形態では、基板１０ａ，１０ｂ，１０ｃが積層されてなる三層構造の積層基板となっており、三層を重ね合わせて焼成することにより作製する。
【００１５】
パッケージ基板１０には、機能部品とパッケージ基板１０を接続するためのボンディングパッド２と、パッケージ基板１０を実装する際に使用する外部接続電極３を少なくとも形成する。ボンディングパッド２と外部接続電極３は、図示しないが、パッケージ基板１０のいずれかの部位で接続される。また、ボンディングパッドと外部接続電極は一体化されていても良い。ボンディングパッド及び外部接続電極は、例えばＮｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕなどの金属材料を組み合わせた積層体を用いることができる。ボンディングパッドや外部接続電極は、印刷法、電界または無電界めっき法により形成する。
【００１６】
（２）基板１０において、半導体素子２０を搭載する領域α内に、少なくとも３つの互いに独立してなる凹部１１を形成する。
そして図１に示すように、三層構造の最上層１０ｃに、後で半導体素子２０を搭載する領域α内に、少なくとも３つの凹部１１を形成する。図１に示す例では４つの凹部１１を形成している。これらの凹部１１は、互いに独立している。
【００１７】
凹部１１の形成方法としては、特に限定されるものではないが、例えば、具体的には、積層基板を焼成する前の段階で最上層の凹部１１を打ち抜き加工等により形成しておき、その後焼成する方法を挙げることができる。
本実施形態では、各基板１０ａ，１０ｂ，１０ｃの厚さは１００μｍ程度とし、三層合わせて３００μｍほどの厚さとするが、層数や厚さは任意に選んで良い。凹部１１の寸法は、第一支持部材１２の盛り上がり部の高さをどの程度にしたいかによって任意に設計するが、本実施形態では、例えば２００μｍ〜４００μｍ程度とする。
【００１８】
また、凹部１１の形状は、図１では四角形状のものを示しているが、これに限定されるものではなく、円形であっても良いし、その他の形状であっても問題ない。ただし、凹部１１はそれぞれ独立して形成されている必要がある。さらに、凹部１１のそれぞれは、凹部の形状が（深さや幅）が同一に形成されている必要がある。
さらに、凹部１１の数としても、本実施形態では４箇所に凹部１１を形成したが、最低３点形成してあれば本発明の効果は得られる。また、５箇所以上であっても良く、各凹部１１が独立して形成してあれば良い。
【００１９】
（３）基板１０とは異なる材料からなる液状の第一樹脂１２ａを、凹部１１に塗布する。
次に、図２に示すように、基板１０の４箇所に形成した凹部１１に対して、第一樹脂１２ａを塗布する。第一樹脂１２ａの塗布方法としては、特に限定されるものではないが、例えばディスペンス法を用いることが好ましい。
【００２０】
第一樹脂１２ａには、基板１０とヤング率の異なる材料を用いる。第一樹脂１２ａは応力緩和性が高くヤング率の小さいシリコーン樹脂が最も適する。
第一樹脂１２ａのヤング率としては、応力緩和効果とワイヤボンダビリティの両方を考慮すると、５ＭＰａ〜２０ＭＰａ程度のものが好ましい。ヤング率が小さすぎるとワイヤボンドが困難となり、逆にヤング率が高すぎると応力緩和効果が小さくなってしまう。本実施形態においては、第一樹脂１２ａとして熱硬化性のシリコーン樹脂を用いている。
【００２１】
第一樹脂１２ａをディスペンス塗布する際、凹部１１の体積よりも十分大きく、かつ凹部１１から樹脂が流れ出ない量の樹脂を調整して流し込むことが好ましい。さらに、凹部１１ごとにディスペンス塗布する第一樹脂１２ａの塗布量は同一であるとよい。これにより凹部１１の縁からドーム状に盛り上がった樹脂形状を得ることができる。これは、液状樹脂の表面張力の効果によるもので、表面張力により形状が維持され易く、経時変化や熱ダレなどの不具合を抑制することが可能である。
【００２２】
（４）第一樹脂１２ａを硬化させることにより、凹部１１内を満たすとともに基板１０表面から略ドーム状に盛り上がった形状の、少なくとも３つの独立した第一支持部材１２を凹部１１ごとに形成する。
このように塗布した第一樹脂１２ａに対して所定の熱（例えば１５０℃１ｈｒなど）を印加することで、第一樹脂１２ａを硬化させる。これにより、凹部１１内を満たすとともに基板１０表面から略ドーム状に盛り上がった形状の、少なくとも３つの独立した第一支持部材１２が凹部１１ごとに形成される。この凹部１１ごとに形成される第一支持部材１２は、凹部１１のサイズが同一であり、凹部１１に塗布する樹脂の量が同一であるため、硬化後における第一支持部材１２のサイズ（高さや径）は揃った状態で形成される。
【００２３】
なお、第一支持部材１２の盛り上がりの高さは、基板１０の最上層の表面から１０μｍ〜５０μｍ程度の範囲であることが望ましい。
【００２４】
（５）凹部１１ごとに設けた前記第一支持部材１２をすべて覆うように、基板１０上に第二期脂を塗布する。
次に、図３に示すように、熱硬化させた第一支持部材１２の上に、さらに液状の第二樹脂１３ａを塗布する。第二樹脂１３ａの塗布方法は、第一樹脂１２ａと同様にディスペンス法が適するが、転写ピンを用いた転写法を用いても良い。
【００２５】
第二樹脂１３ａには、基板１０とヤング率の異なる材料を用いる。第二樹脂１３ａについても、第一樹脂１２ａと同様、応力緩和性が高くヤング率の小さいシリコーン樹脂が最も適する。
第二樹脂１３ａのヤング率としては、応力緩和効果とワイヤボンダビリティの両方を考慮すると、５ＭＰａ〜２０ＭＰａ程度のものが好ましい。ヤング率が小さすぎるとワイヤボンドが困難となり、逆にヤング率が高すぎると応力緩和効果が小さくなってしまうためである。なお、第一樹脂１２ａと第二樹脂１３ａは同じ材料を用いても良い。
【００２６】
（６）第二樹脂１３ａ上に半導体素子２０を搭載する。そして、第二樹脂１３ａを硬化させて第二支持部材１３を形成する。
さらに、図４に示すように、第二樹脂１３ａの上に半導体素子２０を接着させる。これにより、第二支持部材１３上に半導体素子２０を接着し固定する。第一支持部材１２の高さが揃って形成されているため、第二支持部材１３の上に固定される半導体素子２０は、基板１０に対して水平な状態で固定されている。
半導体素子２０は、特に限定されるものではなく、例えば圧力センサや温度センサなど、拡散抵抗を有しており、その拡散抵抗値の変化量から出力値を得る半導体素子であれば、本発明の作用効果を得ることができる。例えば、圧力センサと、圧力センサの温度特性を補正するための温度センサを有する信号処理ＩＣとを、同一基板上に設置した圧力センサパッケージにおいて、圧力センサと信号処理ＩＣとの両方に対して本発明を適用しても良い。
【００２７】
ここで、第一支持部材１２が半導体素子２０の四隅に各々独立して設けてあることにより、半導体素子２０の直下と半導体素子２０の外部とを繋ぐ通路が形成され、これにより第二樹脂１３ａが半導体素子２０の各辺を跨いで流動できる状態となる。
このような構造に対して、第二樹脂１３ａを塗布し、その上に半導体素子２０を搭載すると、四隅の第一支持部材１２をスペーサとして半導体素子２０と基板１０が作るわずかな隙間に第二樹脂１３ａが流れ込む（一種の毛細管現象）ため、さらに樹脂厚が安定できると共に、半導体素子２０の外部に第二樹脂１３ａがはみ出す不具合を抑制することができる。
【００２８】
また、各凹部１１に形成されている第一支持部材１２はドーム状に形成されるが、その上に搭載される半導体素子２０を、傾き無く高さを安定させるためには、最低３点の凹部１１に対して第一支持部材１２が形成されている必要がある。
このような状態でさらに所定の熱（例えば１５０℃、１ｈｒなど）を印加し、第二樹脂１３ｂを硬化させることで、半導体素子２０と基板１０とを接着させる。
【００２９】
（７）次に、図５に示すように、ワイヤボンドを行う。
半導体素子２０のＡｌパッド２１と、パッケージ基板１０のボンディングパッド２とを、Ａｕワイヤ４を用いてワイヤボンディングにより、電気的に接続する。
この際、第二樹脂１３ａが、パッケージ基板１０側のボンディングパッド２まで濡れ広がっているとワイヤの接着不良が発生してしまうという問題があるが、本発明の構造と工程を経ることにより、樹脂を塗布する際の液ダレが抑制されるので、良好にワイヤボンディングを行うことができ不良が低減される。
以上のようにして、半導体装置１が作製される。
【００３０】
なお、図示しないが、半導体素子２０を覆うように保護基板を貼り付けることにより、半導体素子２０を保護しても良い。また、半導体素子２０のみでなく、同一パッケージ内に信号処理ＩＣを配しても良い。さらに、半導体素子２０内部に信号処理回路が形成されていても良い。
【００３１】
このように、本発明では、支持部材を、基板１０に形成された凹部１１に第一樹脂１２ａを塗布し、当該凹部１１内を満たすとともに前記基板１０表面から略ドーム状に盛り上がった形状の、少なくとも３つの独立した第一支持部材１２を形成している。そして、前記第一支持部材１２をすべて覆うように、第二樹脂１３ａを塗布することで、支持部材の厚みを容易にコントロールすることができる。これにより熱歪による応力を安定的に低減させ、出力特性を向上した半導体装置を容易に製造することができる。また、本発明では、基板１０に形成した凹部１１内に樹脂を塗布しているので、樹脂の液ダレもなく、良好にワイヤボンディングを行うことができる。
【００３２】
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説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、半導体装置の製造方法および半導体装置に広く適用可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１０  基板、１１  凹部、１２ａ  第一樹脂、１２  第一支持部材、１３ａ  第二樹脂、１３  第二支持部材、２０  半導体素子。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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