(57)【要約】【課題】硬化後の樹脂膜中に気泡が混入することを防止することができる樹脂封止方法を提供する。【解決手段】半導体ウェハ１０の表面に、減圧下で紫外線硬化性および熱硬化性を有する樹脂を塗布して樹脂膜３を形成する樹脂膜形成工程と、減圧下で樹脂膜３を所定の厚みに略平坦化する平坦化工程と、樹脂膜３に所定の照射エネルギーの紫外線を照射することで樹脂膜３を部分的に硬化させる半硬化工程と、半導体ウェハ１０を半導体チップ１に個片化する工程と、回路基板４上に樹脂膜３を介して半導体チップ１を搭載し、樹脂膜３を加圧下で加熱して硬化させることで、回路基板４および半導体チップ１を固着する実装工程と、を備える。半導体ウェハ１０は、表面にバンプ２を複数有しており、樹脂層３はバンプ２の頭頂部が樹脂膜３の表面から突き出るように略平坦化される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一の電子部品素子と他の電子部品素子とを樹脂膜を介して固着する樹脂封止方法であって、
前記一の電子部品素子の表面に、紫外線硬化性および熱硬化性を有する樹脂を塗布して樹脂膜を形成する樹脂膜形成工程と、
前記樹脂膜の表面を所定の厚みに略平坦化する平坦化工程と、
前記樹脂膜に所定の照射エネルギーの紫外線を照射することで前記樹脂膜を部分的に硬化させる半硬化工程と、
前記一の電子部品素子上に前記樹脂膜を介して前記他の電子部品素子を搭載し、前記樹脂膜を加圧下で加熱することで、前記樹脂膜を硬化させて両電子部品素子を固着する実装工程と、を備える樹脂封止方法。
【請求項２】
前記一の電気部品素子は、表面に突起状の電極を複数有しており、
前記平坦化工程において、前記突起状の電極の頭頂部が前記樹脂膜の表面よりも突き出るように前記樹脂膜を略平坦化する請求項１に記載の樹脂封止方法。
【請求項３】
前記樹脂膜の表面を離型フィルムを介して弾力性を有する弾性シート材で覆い、前記弾性シート材を前記樹脂膜に対して押し付けることで、前記樹脂膜を略平坦化する請求項２に記載の樹脂封止方法。
【請求項４】
前記半硬化工程において、前記樹脂膜を１％〜５０％の割合で硬化させる請求項１〜３のいずれかに記載の樹脂封止方法。
【請求項５】
前記平坦化工程において、０．０１ｔｏｒｒ〜３０ｔｏｒｒ程度の圧力下で前記樹脂膜を略平坦化する請求項１〜４のいずれかに記載の樹脂封止方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器内に設けられる各種の半導体装置を製造するに当たり、例えば回路基板に半導体チップのような電子部品素子を実装する際の樹脂封止方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体チップなどの電子部品素子を回路基板に実装する方法として、例えば半導体チップにバンプと呼ばれる突起状の電極を形成することによって半導体チップと回路基板とを電気的に接続するフリップチップ実装が広く採用されている。フリップチップ実装は、半導体チップの複数のパッド電極に対して半田などの材料でバンプを形成し、このバンプを回路基板上に形成された複数の接続用電極に溶融接合することによって、半導体チップと回路基板とを電気接続するものである。このフリップチップ実装においては、半導体チップと回路基板との接合部の接続信頼性を確保するため、半導体チップまたは回路基板の表面に予め液状（ペースト状も含む）樹脂（ＡＣＰ，ＮＣＰ）やフィルム状樹脂（ＡＣＦ，ＮＣＦ）を用いて熱硬化性樹脂による樹脂膜を形成し、半導体チップのバンプと回路基板の接続用電極との溶融接合時にこの樹脂膜を加圧しながら加熱して溶融・硬化させることにより、半導体チップと回路基板とを樹脂で固着（樹脂封止）することが行われている（例えば特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３５７１９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
高密度化が要求されている近年の半導体チップは、多ピン化や狭ギャップ化の傾向にあり、これに伴い、従来の樹脂封止方法においては、例えば液状樹脂を用いて樹脂封止する場合、半導体チップの実装後に、半田の接触不良や硬化後の樹脂膜に気泡が混入している場合がある。この場合、製造される半導体装置においては、導通不良が生じたり、硬化後の樹脂膜の気泡が存在する部位から剥離が生じやすくなるため、半導体装置の品質が低下するという問題があった。また、例えばフィルム状樹脂を用いて樹脂封止する場合、半導体チップの実装時には、バンプがフィルム状樹脂の一部を押し退けることで、回路基板上の接続用電極に接触して導通が図られるが、接続用電極と接触する前に樹脂が硬化する恐れがある上、半田溶融時の加圧状態によっては、半田の接触不良や拡散が生じる恐れがある。また、硬化後の樹脂膜に気泡が混入する恐れもあり、同様に、製造される半導体装置の品質が低下するという問題があった。
【０００５】
上記問題のうち、硬化後の樹脂膜に気泡が混入する原因としては、実装前に液状樹脂やフィルム状樹脂を半導体チップや回路基板の表面に設ける際に生じる空気の巻き込みや、実装時に樹脂膜や回路基板に含まれている揮発性成分が揮発することなどが挙げられるが、実装前の空気の巻き込みによる影響が非常に大きい。実装前に樹脂膜に空気が巻き込まれると、液状樹脂を用いた場合には、樹脂膜の加熱溶融時の粘度が低いために、樹脂膜に生じる気泡を実装時に樹脂膜から一定量を排出することは可能であるが完全に排出することはできない。さらに、半導体チップと熱圧着機ヘッドツールとの間に樹脂が這い上がり、それによる半導体チップの汚染や圧着機ヘッドツールの洗浄工程が必要なる。一方で、フィルム状樹脂を用いた場合には、フィルム状樹脂を半導体チップや回路基板の表面にきちんと貼り合わせないと、フィルム状樹脂と半導体チップや回路基板との間に空洞ができやすく、よって、空洞の程度によっては樹脂膜に生じる気泡が実装時に樹脂膜から排出されずに樹脂膜に残るという問題がある。この樹脂膜の気泡を除去するための方法としては、真空雰囲気下で液状樹脂やフィルム状樹脂を半導体チップや回路基板の表面に設ける方法や、実装時の樹脂膜の加熱温度や加熱速度を制御するなどの方法が行われているが、十分な効果が得られていないのが現状である。
【０００６】
本発明は上記した問題に着目してなされたもので、熱硬化性樹脂を用いて回路基板上に半導体チップのような電子部品素子を樹脂封止する際に、硬化後の樹脂膜に気泡が混入することを防止できる樹脂封止方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の上記目的は、一の電子部品素子と他の電子部品素子とを樹脂膜を介して固着する樹脂封止方法であって、前記一の電子部品素子の表面に、紫外線硬化性および熱硬化性を有する樹脂を塗布して樹脂膜を形成する樹脂膜形成工程と、前記樹脂膜の表面を所定の厚みに略平坦化する平坦化工程と、前記樹脂膜に所定の照射エネルギーの紫外線を照射することで前記樹脂膜を部分的に硬化させる半硬化工程と、前記一の電子部品素子上に前記樹脂膜を介して前記他の電子部品素子を搭載し、前記樹脂膜を加圧下で加熱することで、前記樹脂膜を硬化させて両電子部品素子を固着する実装工程と、を備える樹脂封止方法によって達成される。
【０００８】
本発明の好ましい実施態様においては、前記一の電気部品素子は、表面に突起状の電極を複数有しており、前記平坦化工程において、前記突起状の電極の少なくとも頭頂部が前記樹脂膜の表面よりも突き出るように前記樹脂膜を略平坦化することを特徴としている。
【０００９】
本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記樹脂膜の表面を離型フィルムを介して弾力性を有する弾性シート材で覆い、前記弾性シート材を前記樹脂膜に対して押し付けることで、前記樹脂膜を略平坦化することを特徴としている。
【００１０】
本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記半硬化工程において、前記樹脂膜を１％〜５０％の割合で硬化させることを特徴としている。
【００１１】
本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記略平坦化工程において、前記樹脂膜は、０．０１ｔｏｒｒ〜３０ｔｏｒｒ程度の圧力下で略平坦化されることを特徴としている。なお、前記略平坦化工程において、前記樹脂膜形成工程も、０．０１ｔｏｒｒ〜３０ｔｏｒｒ程度の圧力下で行われることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によると、一の電子部品素子と他の電子部品素子とを樹脂封止を用いて実装する際に、硬化後の樹脂膜に気泡が混入することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る樹脂封止方法を用いた半導体装置の製造方法の工程手順の一例を示す。
【図２】第１工程を示す図である。
【図３】第２工程を示す図である。
【図４】第３工程を示す図である。
【図５】第４工程を示す図である。
【図６】第５工程を示す図である。
【図７】第６工程を示す図である。
【図８】第６工程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る樹脂封止方法を用いた半導体装置の製造方法の工程手順の一例を示している。
【００１５】
この半導体装置の製造方法においては、まず、半導体ウェハ１が用意される（第１工程＝半導体ウェハ形成工程）。半導体ウェハ１は、例えば、シリコン、ガリウム砒素などの半導体からなり、例えば円板状を有している。図２に示すように、半導体ウェハ１０の一方の面（表面）には、図示しない多数の回路（電子回路）が形成されており、例えば金、銅、銀−錫半田、アルミニウム、ニッケルなどによって形成されたバンプ２が所定のピッチで複数設けられている。バンプ２は、半導体ウェハ１０に形成された電子回路と外部の回路（例えば、回路基板４に形成された電子回路）とを電気接続するための導電性を有する突起状の電極であり、バンプ２が形成される半導体ウェハ１０の表面には、電極パッド９が形成され、バンプ２はこの電極パッド９上に形成される。
【００１６】
次に、この半導体ウェハ１０のバンプ２が設けられた表面上に、図３に示すように、樹脂膜３を形成する作業が行われる（第２工程＝樹脂膜形成工程）。樹脂膜３は、後述する半導体チップ１の回路基板４への実装時に、半導体チップ１と回路基板４との間の空隙を樹脂封止するためのものである。樹脂膜３は、熱硬化性を有するとともに、紫外線および可視光線の照射を受けることで硬化する紫外線硬化性を有する液状の樹脂（ペースト状の樹脂も含む）を、半導体ウェハ１０の表面上に周知の塗布方法によって塗布することによって形成される。
【００１７】
上記した熱硬化性および紫外線硬化性を有する樹脂膜３を形成する材料は、特に限定はされないが例えばビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂などの一般的なエポキシ樹脂や分子構造中にアクリル基もしくはメタクリル基を１官能基以上有している樹脂を主成分に、マイクロカプセル封入アミン、イミダゾール系などの潜在性硬化剤、および、紫外線および可視光線の照射を受けることで重合反応を引き起こすアルイルフェノン系、アシルフォスフィンオキサイド系、カチオン系などの光重合開始剤の他、さらには、必要に応じて適宜、硬化促進剤、難燃剤、充填剤などが配合されたものである。なお、作業環境などの観点からは、無溶剤系、すなわち溶剤を用いずに液状となるものを用いるのが環境上好ましいが、溶剤を用いずに液状とすることができないものについては、反応性希釈剤などにより液状にしてもよい。
【００１８】
次に、半導体ウェハ１０の表面上に塗布された樹脂膜３を平坦化する作業が行われる（第３工程＝平坦化工程）。本実施形態では、図４に示すように、樹脂膜３の表面を離型性を有する透明な離型フィルム（または離型シート）５で覆い、離型フィルム５の上からゴムシートなどの弾力性を有する弾性シート材６で樹脂膜３の表面を押し付けることにより行われる。これにより、液状の樹脂が半導体ウェハ１０の面方向に押し広げられるので所定の厚みの樹脂膜３が形成される。このとき、半導体ウェハ１０の表面上に形成された複数のバンプ２の頭頂部が弾性シート材６にめり込む程度に、圧力をかけながら弾性シート材６を樹脂膜３の表面に押し付ける。これにより、半導体ウェハ１０の表面上に形成される樹脂膜３においては、バンプ２の頭頂部が樹脂膜３の表面から上方に突き出て露出するようにして、樹脂膜３の表面が略平坦化される（図５を参照）。上記した液状の樹脂を塗布して樹脂膜３を形成する際（第２工程）および樹脂膜３を略平坦化する際（第３工程）においては、空気の巻き込みにより樹脂膜３に気泡が混入するのを防止するために、減圧（真空）下で脱気しながら作業を行うことが好ましい。このときの圧力としては、０．０１ｔｏｒｒ〜３０ｔｏｒｒ程度であることが好ましい。なお、離型フィルム（離型シート）５としては、例えば、紙製、または、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレンなどの合成樹脂製からなる基材（図示せず）の表面に、シリコン系などの離型剤が塗布されたものなど、一般に市販されている既存の離型フィルム（離型シート）を用いることができる。
【００１９】
次に、図５に示すように、半導体ウェハ１０上の表面が略平坦化された樹脂膜３に紫外線を照射することで、樹脂膜３を部分的に硬化させる作業が行われる（第４工程＝半硬化工程）。この工程では、樹脂膜３に所定の照射エネルギーの紫外線を所定の時間照射することで、樹脂膜３をＢステージ化している。Ｂステージ化とは、樹脂膜３を完全に硬化した状態（３次元の無限架橋が形成された状態）にするのではなく、ある程度樹脂膜３の硬化を進行させて、加熱による反応によって樹脂膜３中の樹脂の分子量が増大して加熱時には液状（溶融状態）となるが、常温（２５℃程度）では固体となる状態、つまり、硬化反応を中断した状態にすることをいう。このように、樹脂膜３をＢステージ化することにより、常温で機械的な外圧に耐えられ、変形、粘着、剥離、および割れなどを生じない状態にすることができる。なお、樹脂層３に紫外線を照射するに当たっては、紫外線照射装置、例えば、高圧水銀灯やメタルハライドランプ、ＬＥＤランプなどを用いて、１０ｍＪ／ｓ〜１０００ｍＪ／ｓ、好ましくは５０ｍＪ／ｓ〜５００ｍＪ／ｓの照射エネルギーで紫外線を照射するのが好ましい。また、このときの樹脂膜３の反応率として、樹脂膜３が１％〜５０％の割合、より好ましくは２％〜４０％の割合で硬化するように、照射時間を調整して紫外線を照射するのが望ましい。
【００２０】
樹脂膜３を半硬化（Ｂステージ化）させた後は、図６に示すように、樹脂膜３から離型フィルム５および弾性シート材６を剥離する。そして、半導体ウェハ１０の裏面を研磨して、半導体ウェハ１０を薄型化した後、半導体ウェハ１０を樹脂膜３も含めてダイシングして複数の半導体チップ１に個片化する作業が行われる（第５工程＝半導体チップ形成工程）。なお、ダイシングは、従来公知のダイシング装置８を用いる方法や、レーザを用いたレーザダイシング方法を用いることができる。
【００２１】
最後に、このようにして形成された半導体チップ１を、回路基板４に実装する作業が行われる（第４工程＝実装工程）。具体的には、半導体チップ１のバンプ２が回路基板４の接続用電極７と対向するように半導体チップ１を回路基板４上に搭載した後、１つのバンプ２あたり１ｇｆ〜２０ｇｆの圧力が加わるように加圧しながら１５０℃〜２７０℃の温度で加熱する状態を１秒〜２０秒程度保つ。これにより、半導体チップ１のバンプ２と回路基板４の接続用電極７とが接合して電気的に接続されると同時に、Ｂステージ状態にある樹脂膜３が加熱によって溶融した後で完全に硬化し、半導体チップ１と回路基板４との間の空隙が樹脂膜３によって樹脂封止され、両者が固着される。
【００２２】
上記した本実施形態に係る樹脂封止方法では、まず、樹脂膜３の形成工程（第２工程）において、半導体ウェハ１の表面に液状の樹脂を塗布することにより、樹脂膜３が形成されるので、半導体ウェハ１のように、樹脂膜３を形成する電子部品素子の表面積が大きく、また、表面に形成されているバンプ２が狭ピッチであっても、多数個のバンプ２を一括して１回の樹脂の塗布により樹脂膜３で覆うことができる。よって、この工程を短時間で済ませることができるとともに、工程管理も容易になる。また、樹脂膜３の形成工程（第２工程）および樹脂膜３の平坦化工程（第３工程）において、減圧（真空）下で脱気しながら樹脂膜３を形成して所定の厚みに成膜しているので、当該工程において樹脂膜３に気泡が混入するのが効果的に防止されている。
【００２３】
また、液状の樹脂膜３に紫外線を照射することにより樹脂膜３を半硬化状態（Ｂステージの状態）として、常温時に樹脂の表面が強い粘着性を有しない所謂タックフリーの固体にすることで、半導体チップ形成工程（第５工程）において半導体ウェハ１０を各半導体チップ１に個片化（ダイシング）する際に、その加工が容易となり、かつ、樹脂が周囲に流れて周辺を汚染したり、拡散したりすることを防止できる。よって、工程管理が容易になる上、半導体ウェハ１０に予め樹脂膜３を形成していても、半導体チップ１への分割が可能になる結果、半導体ウェハ１０から分割された半導体チップ１に樹脂膜３を形成する場合と較べて、当該工程における手間が省け、生産性を向上させることができる。また、加熱ではなく紫外線照射により樹脂膜３をＢステージ状態にすることで、比較的短時間で樹脂膜３をＢステージ状態とすることができる。また、加熱によりＢステージ状態とするタイプの樹脂膜３は大半が溶剤希釈タイプであるため、紫外線照射により樹脂膜３をＢステージ状態にすることで、溶剤の回収装置を導入する必要もない。
【００２４】
また、実装工程（第６工程）では、半硬化状態（Ｂステージの状態）の樹脂膜３を回路基板４に接触させ、加圧しながら半硬化状態（Ｂステージの状態）の樹脂膜３を加熱により完全硬化させて半導体素子チップ１と回路基板４とを樹脂封止するので、樹脂膜３はＢステージの状態という粘度の高い状態から加熱・溶融が開始されることになる結果、樹脂膜３に混入している気泡が実装時に樹脂膜３から排出されやすくなる。よって、実装時の樹脂膜３の加圧加熱により、内包される気泡が効果的に除去され、硬化後の樹脂膜３は気泡の混入がほとんどない状態となるので、多ピン化や狭ギャップ化の半導体チップ１についても、硬化後の樹脂膜に気泡が混入することを防止することができる。さらに、バンプ２の頭頂部が樹脂膜３の表面より突き出て露出しているので、バンプ２を回路基板４の接続用電極７に良好に接合することができる。これにより、製造される半導体装置においてバンプ２と接続用電極７との電気接続が不良となる不具合を防止することができる。以上の結果、製造される半導体装置の品質を向上でき、高い信頼性を得ることができる。
【００２５】
以上のとおり、本実施形態に係る樹脂封止方法によると、紫外線硬化性および熱硬化性を有する液状（ペースト状も含む）の樹脂により、半導体ウェハ１０などの一の電子部品素子の表面に所定の厚みの樹脂膜３を形成し、その際に頭頂部などのバンプ２の少なくとも一部を樹脂膜３の表面から露出させ、樹脂膜３に紫外線を照射することで樹脂膜３をＢステージ状態とした後、回路基板４などの他の電子部品素子に実装することによって、両電子部品素子を気泡を含まない樹脂膜３で固着することができ、かつ、両電子部品素子を良好に電気接続できることが見出された。
【００２６】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、樹脂膜３の形成工程（第２工程）および樹脂膜３の平坦化工程（第３工程）が減圧下で行われているが、常圧下で行うようにしてもよい。また、上記実施形態では、樹脂膜３を半導体ウェハ１０上に予め形成しかつＢステージ状態とした後に半導体チップ１へと分割しているが、半導体ウェハ１０上に樹脂膜３を形成する前に半導体ウェハ１０を半導体チップ１へと分割し、分割された半導体チップ１に対して、上記実施形態と同様に、樹脂膜３の形成工程（第２工程）、樹脂膜３の平坦化工程（第３工程）、および樹脂膜３の半硬化工程（第４工程）を行うようにしてもよい。
【００２７】
また、上記実施形態では、バンプ２が形成された半導体ウェハ１０（または半導体チップ１）の表面に樹脂膜３が形成されるが、回路基板４の表面に樹脂膜３を形成し、これに対してバンプ２が形成された半導体チップ１を実装するようにしてもよいし、バンプ２が形成された回路基板４の表面に樹脂膜３を形成し、これに対して半導体チップ１を実装するようにしてもよい。さらに、半導体チップ１と回路基板４との電気接続を、バンプレスにて電気接続する、例えば、導電性粒子を含んだ樹脂膜３により電気接続するようにしてもよい。
【００２８】
また、樹脂膜３の平坦化工程（第３工程）においては、バンプ２の頭頂部が樹脂膜３の表面から上方に突き出るようにして、樹脂膜３を略平坦化しているが、樹脂膜３がバンプ２を覆うように樹脂膜３を略平坦化してもよい。なお、この場合には、樹脂膜３の表面の高さとバンプ２の頭頂部の高さとが略一致するのが好ましい。また、離型フィルム５および弾性シート材６を用いて樹脂膜３を平坦化しているが、樹脂膜３を平坦かつ均一な厚みを有するように成膜する方法としては、他に、孔版印刷方法を採用してもよい。この孔版印刷方法は、孔が形成された印刷孔版を半導体ウェハ１０などの上方に配置し、印刷孔版上に液状の封止樹脂を滴下し、スキージを印刷孔版の面に対して摺動させて孔版に形成された孔を介して樹脂を塗布することにより樹脂膜３を形成する方法である。
【００２９】
また、上記実施形態では、半導体チップ１と回路基板４とを樹脂により封止しているが、本発明に係る樹脂封止方法は、回路基板と半導体チップとの樹脂封止のほか、例えば、回路基板に接続された他の半導体チップなどと、半導体チップとを樹脂封止する場合にも用いることができる。
【符号の説明】
【００３０】
１  半導体チップ
２  バンプ
３  樹脂膜
４  回路基板
５  離型フィルム
６  弾性シート材
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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