(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線基板上で半導体チップの回路面を下側にして、前記半導体チップと前記配線基板との間を前記配線基板の配線部より高い突起状の半田バンプ電極で接続搭載し、さらに前記半導体チップと前記配線基板との間が室温で固体である熱硬化性の樹脂組成物にて接着されている半導体装置の製造方法において、
前記樹脂組成物がフィルム形状で前記半導体チップまたは前記配線基板に貼り付けることにより、前記樹脂組成物層をあらかじめ前記半導体チップまたは前記配線基板に形成し、半田の融点以下の温度で溶融させ、前記半導体チップと前記配線基板との半田溶融接合時には前記樹脂組成物は溶融状態を保ち、前記半導体チップと前記配線基板とを電気的に接続後、半田の融点温度以下で前記樹脂組成物を硬化させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
配線基板上で半導体チップの回路面を下側にして、前記半導体チップと前記配線基板との間を前記配線基板の配線部より高い突起状の半田バンプ電極で接続搭載し、さらに前記半導体チップと前記配線基板との間が室温で固体である熱硬化性の樹脂組成物にて接着されている半導体装置の製造方法において、
前記樹脂組成物が溶剤を含有し、前記半導体チップまたは前記配線基板に塗布後、乾燥させることにより、前記樹脂組成物層をあらかじめ前記半導体チップまたは前記配線基板に形成し、半田の融点以下の温度で溶融させ、前記半導体チップと前記配線基板との半田溶融接合時には前記樹脂組成物は溶融状態を保ち、前記半導体チップと前記配線基板とを電気的に接続後、半田の融点温度以下で前記樹脂組成物を硬化させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
配線基板上で半導体チップの回路面を下側にして、前記半導体チップと前記配線基板との間を前記配線基板の配線部より高い突起状の半田バンプ電極で接続搭載し、さらに前記半導体チップと前記配線基板との間が室温で固体である熱硬化性の樹脂組成物にて接着されている半導体装置の製造方法において、
前記樹脂組成物層をあらかじめ前記半導体チップまたは前記配線基板に形成し、半田バンプの融点以下の温度で溶融させ、溶融状態で、前記半導体チップと前記配線基板とを前記半田バンプ電極を介して接触させ、前記半田バンプ電極を介して接触状態にある前記半導体チップと前記配線基板との間隔を一定に保持しながら、前記半田バンプの融点以上の温度で半田バンプを溶融させて、前記半導体チップと前記配線基板とを電気的に接続後、半田の融点温度以下で前記樹脂組成物を硬化させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記樹脂組成物がフィルム形状で前記半導体チップまたは前記配線基板に貼り付けることを特徴とする請求項３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記樹脂組成物が溶剤を含有し、前記半導体チップまたは前記配線基板に塗布後、乾燥させることを特徴とする請求項３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記樹脂組成物層をあらかじめ前記半導体チップに形成する際に、半導体ウエハ上に前記樹脂組成物層を形成し、前記半導体ウエハと前記樹脂組成物層を切断して前記半導体チップに分離することを特徴とする請求項１、２、３、４または５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記半田バンプ電極をあらかじめ前記半導体チップ側に形成し、半田を溶融させ前記配線基板と電気的に接続することを特徴とする請求項１、２、３、４、５または６記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記半田バンプ電極をあらかじめ前記配線基板側に形成し、半田を溶融させ前記半導体チップと電気的に接続することを特徴とする請求項１、２、３、４、５または６記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記半田バンプ電極をあらかじめ前記半導体チップ、前記配線基板双方に形成し、半田を溶融させ前記半導体チップと前記配線基板とを電気的に接続させることを特徴とする請求項１、２、３、４、５または６記載の半導体装置の製造方法。 
【請求項１０】
前記樹脂組成物が（ａ）エポキシ樹脂を含むことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８または９記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記樹脂組成物が（ｂ）充填剤を含むことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９または１０記載の半導体装置の製造方法。 
【請求項１２】
請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０または１１記載の半導体装置の製造方法にて作製した半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置の製造方法およびそれを用いた半導体装置に係り、とくにフリップチップ実装したＢＧＡ（ボールグリッドアレー）の半導体装置ならびにその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の樹脂封止型の半導体装置を製造するためには、配線形成面の電極パッド上に突起バンプ電極が形成された半導体チップのバンプ電極を実装基板上に圧着接合した後、チップ配線面と実装基板との間隙部にアンダーフィル樹脂を注入することにより、半導体チップをその配線形成面および突起バンプ電極が樹脂封止された状態で実装基板上に実装する方法が開発されている。しかし、このような製造方法では実装基板上に実装する際の樹脂封止工程に時間を要するばかりでなく、樹脂の流動性、充填剤量等が制約されるため、充分な信頼性の確保が困難になっている。
【０００３】
また、特開平２−９６３４３にはアンダーフィル方式とは異なり、半導体チップと該半導体チップが搭載される被搭載部材との間に固体でかつ板状の熱硬化性樹脂を介して接合する方法が示されている。この方法は、半田を介して半導体チップと被搭載部材との間を電気的に接続するものであるが、半田を溶融接合させる際、間に存在する熱硬化性樹脂を溶融させることはしない。その場合、半導体チップと被搭載部材との距離を一定に保ちながら半田接合を行なうには、半導体チップに大きな荷重をかける必要が生じる。半導体チップに大きな荷重を付加することは、半導体チップの破損といった問題を引き起こすことがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記のようなアンダーフィル樹脂を用いる従来の半導体装置は、半導体チップと配線基板の間隙に封止樹脂を注入する必要があるために工程が複雑であるのと同時に、封止樹脂に関してはボイド無く注入するために必要となる樹脂の流動性、充填剤量の制御が困難である。また、半導体チップと配線基板との間に樹脂組成物層を介する前記従来の方法では、チップに対して大きな荷重をかける必要が生じ、半導体チップの破損といった問題を引き起こす。
【０００５】
本発明は前記の問題点に鑑みてなされたものであり、フリップ接合時に半導体チップに加える荷重を低減でき、半導体装置の製造効率および信頼性の向上を図り得る半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
配線基板上で半導体チップの回路面を下側にして、半導体チップと配線基板との間を配線基板の配線部より高い突起状の半田バンプ電極で接続搭載し、さらに半導体チップと配線基板との間が樹脂組成物にて接着されている半導体装置の製造方法における前記の課題は下記の手段を講じることにより解決することができる。
【０００７】
本発明は、配線基板上で半導体チップの回路面を下側にして、前記半導体チップと前記配線基板との間を前記配線基板の配線部より高い突起状の半田バンプ電極で接続搭載し、さらに前記半導体チップと前記配線基板との間が室温で固体である熱硬化性の樹脂組成物にて接着されている半導体装置の製造方法において、前記樹脂組成物がフィルム形状で前記半導体チップまたは前記配線基板に貼り付けることにより、前記樹脂組成物層をあらかじめ前記半導体チップまたは前記配線基板に形成し、半田の融点以下の温度で溶融させ、前記半導体チップと前記配線基板との半田溶融接合時には前記樹脂組成物は溶融状態を保ち、前記半導体チップと前記配線基板とを電気的に接続後、半田の融点温度以下で前記樹脂組成物硬化をさせることを特徴とする半導体装置の製造方法に関する。
また、本発明は、配線基板上で半導体チップの回路面を下側にして、前記半導体チップと前記配線基板との間を前記配線基板の配線部より高い突起状の半田バンプ電極で接続搭載し、さらに前記半導体チップと前記配線基板との間が室温で固体である熱硬化性の樹脂組成物にて接着されている半導体装置の製造方法において、前記樹脂組成物が溶剤を含有し、前記半導体チップまたは前記配線基板に塗布後、乾燥させることにより、前記樹脂組成物層をあらかじめ前記半導体チップまたは前記配線基板に形成し、半田の融点以下の温度で溶融させ、前記半導体チップと前記配線基板との半田溶融接合時には前記樹脂組成物は溶融状態を保ち、前記半導体チップと前記配線基板とを電気的に接続後、半田の融点温度以下で前記樹脂組成物を硬化させることを特徴とする半導体装置の製造方法に関する。
【０００８】
また、本発明は、配線基板上で半導体チップの回路面を下側にして、前記半導体チップと前記配線基板との間を前記配線基板の配線部より高い突起状の半田バンプ電極で接続搭載し、さらに前記半導体チップと前記配線基板との間が室温で固体である熱硬化性の樹脂組成物にて接着されている半導体装置の製造方法において、前記樹脂組成物層をあらかじめ前記半導体チップまたは前記配線基板に形成し、半田バンプの融点以下の温度で溶融させ、溶融状態で、前記半導体チップと前記配線基板とを前記半田バンプ電極を介して接触させ、前記半田バンプ電極を介して接触状態にある前記半導体チップと前記配線基板との間隔を一定に保持しながら、前記半田バンプの融点以上の温度で半田バンプを溶融させて、前記半導体チップと前記配線基板とを電気的に接続後、半田の融点温度以下で前記樹脂組成物を硬化させることを特徴とする半導体装置の製造方法に関する。
この場合、前記樹脂組成物がフィルム形状で前記半導体チップまたは前記配線基板に貼り付けることが好ましい。
この場合、前記樹脂組成物が溶剤を含有し、前記半導体チップまたは前記配線基板に塗布後、乾燥させることが好ましい。
【０００９】
この場合、前記樹脂組成物層をあらかじめ前記半導体チップに形成する際に、半導体ウエハ上に前記樹脂組成物層を形成し、前記半導体ウエハと前記樹脂組成物層を切断して前記半導体チップに分離することが好ましい。
【００１０】
この場合、前記半田バンプ電極をあらかじめ前記半導体チップ側に形成し、半田を溶融させ前記配線基板と電気的に接続することができる。
【００１１】
この場合、前記半田バンプ電極をあらかじめ前記配線基板側に形成し、半田を溶融させ前記半導体チップと電気的に接続することができる。
【００１２】
この場合、前記半田バンプ電極をあらかじめ前記半導体チップ、前記配線基板双方に形成し、半田を溶融させ前記半導体チップと前記配線基板とを電気的に接続させることができる。
【００１５】
この場合、前記樹脂組成物が（ａ）エポキシ樹脂を含むことが好ましい。
【００１６】
この場合、前記樹脂組成物が（ｂ）充填剤を含むことが好ましい。
【００２２】
また、本発明は前記半導体装置の製造方法によって作製した半導体装置に関する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明にかかわる半導体装置の製造方法は、従来の方法とは異なり樹脂組成物層をあらかじめ半導体チップまたは配線基板に形成する。たとえば図１を用いて説明する。図中、１は半導体ウエハ、２は半導体チップ、３は半田バンプ電極、４は樹脂塑性物層、５は配線基板、６は外部バンプ電極である。
【００２４】
樹脂組成物層を形成した半導体チップまたは配線基板を半田の融点以下の温度で溶融させ（工程（ｖ））、半導体チップと配線基板との半田溶融接合時には前記樹脂組成物は溶融状態を保ち、半導体チップと配線基板とを電気的に接続後（工程（ｖｉ））、半田の融点温度以下で樹脂組成物硬化をさせる（工程（ｖｉｉ））ことを特徴とする半導体装置の製造方法である。この半導体チップと配線基板を半田溶融接合する際に（工程（ｖｉ））、樹脂組成物層が溶融状態を保っていることで、半田溶融接合に悪影響を与えない。さらに、樹脂組成物を硬化後に、配線基板に外部バンプ電極を形成することもできる（工程（ｖｉｉｉ））。
【００２５】
工程（ｖ）および工程（ｖｉ）においては、接合後に良好なバンプ形状を得ることができる点で、半導体チップと配線基板との間隔を一定に保持することが好ましい。
【００２６】
本発明に用いる樹脂組成物は、熱硬化性樹脂である。ただし、熱硬化性樹脂に他の樹脂例えば熱可塑性樹脂等を混合したものであってもよい。
【００２７】
本発明に用いることのできる半田バンプ電極の材料としては、錫−鉛系のはんだ、錫−銀系、錫−ビスマス系、錫−亜鉛系等の鉛フリーはんだなどのいずれの導電性材料も適用可能である。中でも、錫−鉛系（錫６３重量％）の共晶半田（融点１８３℃）が信頼性の点から望ましい。また、ほかの導電性材料と前記半田材料とを組み合わせた半田バンプ電極であってもよい。たとえば、金と半田を組み合わせたものがあげられる。
【００２８】
樹脂組成物層をあらかじめ前記半導体チップに形成する際に、分離する前の半導体ウエハ上に樹脂組成物層を形成し、半導体ウエハと樹脂組成物層を切断して前記半導体チップに分離することができる（工程（ｉｖ））。樹脂組成物層が形成された半導体ウエハを分離する方法は、通常の半導体ウエハを分離するのと同様ダンシングソーなどを用いることができる。
【００２９】
半田バンプ電極は、あらかじめ半導体チップ側に形成し、半田を溶融させ配線基板と電気的に接続することも、あらかじめ配線基板側に形成し、半田を溶融させ半導体チップと電気的に接続することもできる（工程（ｉｉ））。また、半田バンプ電極はあらかじめ半導体チップ、配線基板双方に形成し半田を溶融させ、半導体チップと配線基板とを電気的に接続させることも可能である（工程（ｉｉ））。
【００３０】
本発明にかかわる半導体装置の製造方法で用いる樹脂組成物は、フィルム形状で前記半導体チップまたは前記配線基板に貼り付けることができるものが好ましい。このフィルムを半導体チップまたは配線基板に貼り付ける際に、加熱や加圧を行なって貼り付けることもできる。
【００３１】
また、前記樹脂組成物は、樹脂組成物が溶剤を含有し、半導体チップまたは前記配線基板に塗布後、乾燥させることで溶剤を揮発させることができるものが好ましい。前記溶剤としては、従来からのもので樹脂組成物中の無機系材料以外を溶解させるものであればよく、たとえばジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、塩化メチレン、クロロホルム、メチルエチルケトン、アセトン、テトラヒドロフラン、酢酸エチルなどの溶剤単独またはその混合溶剤があげられる。中でも、８０〜１００℃で乾燥でき、樹脂組成物を溶解させることができる点で、メチルエチルケトンまたはその混合溶剤が好ましい。
【００３２】
前記樹脂組成物は、半導体分野での使用実績があり、樹脂組成物に接着性を付与することから、（ａ）エポキシ樹脂を含むことが好ましい。
【００３３】
本発明の樹脂組成物において用いるエポキシ樹脂（ａ）としては、１分子中に２個以上のエポキシ基をもつエポキシ樹脂で、従来公知のものであればとくに制限はないが、たと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、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡＤ型エポキシ樹脂、ジアリルビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ジアリルビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ジアリルビスフェノールＡＤ型エポキシ樹脂、テトラメチルビフェノール型エポキシ樹脂、ビフェノール型エポキシ樹脂、シクロペンタジエン型エポキシ樹脂、テルペンフェノール型エポキシ樹脂、テトラブロムビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、環式脂肪族エポキシ樹脂、グリシジルエステルエポキシ樹脂および複素環式エポキシ樹脂などがあり、単独またはその混合物があげられる。
【００３４】
前記樹脂組成物は、樹脂組成物の熱膨張係数を小さくし、低吸水性を付与するために（ｂ）充填剤を含むことが好ましい。
【００３５】
本発明において用いることのできる充填剤（ｂ）としては、従来からのもので、本発明の硬化を損なわないものであればよく、たとえば、溶融シリカ、結晶シリカなどのシリカ、アルミナ、チッ化ケイ素、炭酸カルシウム、酸化亜鉛などがあげられる。中でも、得られる樹脂組成物の熱膨張係数を低下させ、機械的強度を向上させるという点から、溶融シリカを用いるのが好ましい。さらに、流動性を付与する点から、球状の溶融シリカを用いるのが望ましい。
【００３６】
本発明の半導体装置の製造方法では、あらかじめ半導体チップまたは配線基板に樹脂組成物層を形成した後、１８０℃に加熱するまでに樹脂組成物が溶融することが好ましい。そのために、樹脂組成物は室温で固体であり、１８０℃以下で溶融すればよい。中でも、樹脂溶融時に樹脂粘度が低くなることから約８０℃で溶融する樹脂組成物が望ましい。
【００３７】
また、あらかじめ前記半導体チップまたは前記配線基板に前記樹脂組成物層を形成した後、好ましくは２３０℃で１０秒以内に前記樹脂組成物がゲル化しないことが好ましい。ここで、樹脂のゲル化とは樹脂が反応により流動性を示さないことをいう。半導体チップと配線基板とを半田バンプ電極を用いて電気的に接続する方法としては、フリップチップボンダーなどの装置を用いることができる。フリップチップボンダーにて半導体チップと配線基板とが接合する前に、樹脂が硬化すると、半田バンプ電極の導通がとれない場合や半田バンプ電極の形状が悪いため信頼性が劣るといった問題が発生する。そのため、フリップチップボンダーにて半導体チップと配線基板とを接合する条件２３０℃で１０秒以内に樹脂がゲル化しないことが必要となる。
【００３８】
また、半導体チップと前記配線基板を接合した後の前記樹脂組成物層が、半田の融点以下の１００〜１８０℃でかつ１２時間以内に硬化することが好ましい。ゲル化を遅くすると硬化時間が長くなるが、製造上の効率から１〜３時間であることが好ましい。
【００３９】
本発明の半導体装置の製造方法では、樹脂組成物が硬化後に、１００〜２００℃のガラス転移温度を有することが好ましい。ここで、ガラス転移温度とは、熱機械分析（ＴＭＡ）により温度−熱膨張曲線の硬化物のガラス領域とゴム領域の直線の延長線の交点からガラス転移温度を求めた。ガラス転移温度が１００℃未満であると半導体装置としての耐湿性や耐熱性等の信頼性に問題が生じる。さらに、高信頼性を要求される場合には、ガラス転移温度が１３０〜２００℃であることが好ましい。
【００４０】
本発明の半導体装置の製造方法では、樹脂組成物が硬化後に、ガラス転移温度以下の熱膨張係数が１０〜３０ｐｐｍ／℃であることが好ましい。ここで、熱膨張係数は熱機械分析（ＴＭＡ）により求めた。半導体装置を使用する際の環境の温度変化により、半導体チップと配線基板との熱膨張係数の差による熱応力が発生し、半田バンプ電極や樹脂組成物層に加わることとなる。この熱応力は半導体チップと配線基板間の電気的接続信頼性を悪化させるため、熱応力を避ける必要が生じる。このためには、樹脂組成物層として、熱膨張係数の小さなもの（半田の熱膨張係数から配線基板の熱膨張に近いもの）が望まれる。充填剤として、溶融シリカを使用した場合、樹脂組成物中に約６０重量％以上含有している樹脂組成物を使用することが望まれる。さらに好ましくは、熱膨張係数が１０〜２０ｐｐｍ／℃であることが好ましい。
【００４１】
以下に、最も好ましい実施の態様についてさらに詳しく説明する。
【００４２】
実施の形態１
本発明の実施の形態１による半導体装置の製造方法を、図８を用いて説明する。図中、７は加熱ステージ、８は加熱ヘッドである。
【００４３】
まず、半導体ウエハ１に半田バンプ電極３を形成する（工程（ｉｉ））。つぎに、樹脂組成物層４を半田バンプ電極３の形成された半導体ウエハ１上に形成する（工程（ｉｉｉ））。つぎに、樹脂組成物層４が形成された半導体ウエハ１をダインシングソーを用いて半導体チップ２に切断分離する（工程（ｉｖ））。
【００４４】
別途配線基板５上にバンプ電極３を形成し、バンプ電極３が形成された配線基板５を所定温度、すなわちバンプ電極３の融点未満に設定した加熱ステージ７に位置決めして固定する。また、切断分離した半導体チップ２を加熱ヘッド８に位置決めして固定する（工程（ｖ））。
【００４５】
加熱ヘッドをバンプ電極３の融点未満でしかも樹脂組成物層４の樹脂組成物の融点以上の温度に加熱しながら、加熱ヘッド８を動かし、加熱ヘッド８に固定した半導体チップ２の半田バンプ電極３と加熱ステージ７に固定した配線基板５のバンプ電極３とを接触させる。半導体チップ２と配線基板５との間隔を両バンプ電極３が接触状態を保つように一定に保持したまま、所定のプロファイルで加熱ヘッド８を昇温してバンプ電極３および樹脂組成物層４を樹脂組成物がゲル化しない範囲で加熱し、樹脂組成物およびバンプ電極３をともに溶融状態として配線基板５と半導体チップ２とを電気的に接続する（工程（ｖｉ））。
【００４６】
なお、樹脂のゲル化とは、樹脂が反応により流動性を示さないことをいう。
【００４７】
配線基板５と半導体チップ２との間隔を一定にしたまま、所定のプロファイルで加熱ヘッドを降温して配線基板５、半導体チップ２、バンプ電極３、および樹脂組成物層４の樹脂組成物の融点未満の温度に冷却する。樹脂組成物およびバンプ電極３は共に固化する。
【００４８】
接合された半導体装置をバンプ電極３の融点未満でしかも樹脂組成物層４の樹脂組成物が硬化可能な所定温度に設定したオーブンに樹脂組成物が硬化するまで所定時間置いて、樹脂組成物を硬化させる（工程（ｖｉｉ））。さらに、樹脂組成物の硬化後に、配線基板５に外部バンプ電極６を形成することもできる（工程（ｖｉｉｉ））。
【００４９】
前記のような接続方法によれば、従来の狭間隙間に樹脂を流し込むアンダーフィル方式を用いるのに比較して、時間の短縮、工程の削減ができ、アンダーフィル方式では困難とされる超狭間隙に対しても、あらかじめ樹脂組成物層４を形成することにより可能となる。
【００５０】
また、配線基板５と半導体チップ２とを電気的に接続する際に、樹脂組成物層４の樹脂組成物が溶融しないプロセスであると、配線基板５と半導体チップ２との間隔を一定に保つには、高荷重を半導体チップ２に負荷する必要がある。一方、本発明にかかわるプロセスでは、配線基板５と半導体チップ２とを電気的に接続する際、樹脂組成物層４の樹脂組成物が溶融状態であるため、半導体チップ２に対して低荷重で、電気的接続後のバンプ電極形状が良好な形態を得ることができるよう配線基板５と半導体チップ２との間隔を一定に保つことができる。
【００５１】
実施の形態２
本発明の実施の形態２による半導体装置の製造方法を図９を用いて説明する。
【００５２】
まず、配線基板５に半田バンプ電極３を形成する（工程（ｉｉ））。つぎに、樹脂組成物層４を半田バンプ電極３の形成された配線基板５上に形成する（工程（ｉｉｉ））。
【００５３】
樹脂組成物４が形成された配線基板５を所定温度すなわち半田バンプ電極３の融点未満に設定した加熱ステージ７に位置決めして固定する。また、半導体チップ２を加熱ヘッド８に位置決めして固定する（工程（ｖ））。
【００５４】
加熱ヘッドを半田バンプ電極３の融点未満でしかも樹脂組成物層４の樹脂組成物の融点以上の温度に加熱しながら、加熱ヘッド８を動かし、加熱ヘッド８に固定した半導体チップ２のパッド部分と加熱ステージ７に固定した配線基板５の半田バンプ電極３とを接触させる。半導体チップ２と配線基板５との間隔を半田バンプ電極３と半導体チップ２のパッド部分とが接触状態を保つように一定に保持したまま、所定のプロファイルで加熱ヘッド８を昇温して半田バンプ電極３および樹脂組成物層４を樹脂組成物層４の樹脂組成物がゲル化しない範囲で加熱し、樹脂組成物および半田バンプ電極３を共に溶融状態として配線基板５と半導体チップ２とを電気的に接続する（工程（ｖｉ））。
【００５５】
以下、実施の形態１と同様に樹脂硬化を行ない、外部バンプ形成も行なうことができる。
【００５６】
実施の形態３
本発明の実施の形態３による半導体装置の製造方法を図１０を用いて説明する。
【００５７】
まず、配線基板５に半田バンプ電極３を形成する（工程（ｉｉ））。つぎに、樹脂組成物層４を半田バンプ電極３の形成された配線基板５上に形成する（工程（ｉｉｉ））。
【００５８】
樹脂組成物層４が形成された配線基板５を所定温度すなわち半田バンプ電極３の融点未満に設定した加熱ステージ７に位置決めして固定する。また、別途半田バンプ電極３を形成した半導体チップ２を加熱ヘッド８に位置決めして固定する（工程（ｖ））。
【００５９】
加熱ヘッドをバンプ電極３の融点未満でしかも樹脂組成物層４の樹脂組成物の融点以上の温度に加熱しながら、加熱ヘッド８を動かし、加熱ヘッド８に固定した半導体チップ２の半田バンプ電極３と加熱ステージ７に固定した配線基板５の半田バンプ電極３とを接触させる。半導体チップ２と配線基板５との間隔を両バンプ電極３が接触状態を保つように一定に保持したまま、所定のプロファイルで加熱ヘッド８を昇温してバンプ電極３および樹脂組成物層４を樹脂組成物がゲル化しない範囲で加熱し、樹脂組成物およびバンプ電極３を共に溶融状態として配線基板５と半導体チップ２とを電気的に接続する（工程（ｖｉ））。
【００６０】
以下、実施の形態１と同様に樹脂硬化を行ない、外部バンプ形成も行なうことができる。
【００６１】
【実施例】
以下、添付図面に基づいて本発明にかかわる半導体装置の製造方法を詳細に説明する。
【００６２】
本発明に用いる樹脂組成物として、表１に示す（Ａ）エポキシ樹脂系フィルム、（Ｂ）溶剤入りエポキシ樹脂系ペースト、（Ｃ）溶剤入りエポキシ樹脂系ペースト、（Ｄ）溶剤入りエポキシ樹脂系ペーストの４種類を用いた。なお、ゲル化時間は熱板上にて測定した。ガラス転移温度および熱膨張係数は熱機械分析装置（ＴＭＡ）を用いて測定した。
【００６３】
【表１】
0003558576.tif 000002
【００６４】
実施例１
図１は本発明の実施例１の製造工程を示したものである。まず、半導体ウエハ１上に集積回路を形成した複数の半導体チップ２上に配設した多数の錫−鉛系（錫６３重量％）の共晶半田バンプ電極３形成した（工程（ｉｉ））。つぎに半導体ウエハ上にフィルム状の樹脂組成物（Ａ）を加熱加圧（８０℃、１０秒、０．１ｋｇｆ／ｍｍ２）して樹脂組成物層４を形成した（工程（ｉｉｉ））。なお、この加熱加圧によって、樹脂組成物（Ａ）は溶融し、加熱加圧ののち、室温に戻すとフィルムは固化していた。
【００６５】
ダイシングソー等を用い、半導体ウエハ１と樹脂組成物層４とともに個々の半導体チップ２に分離した（工程（ｉｖ））。分離された半導体チップ２は回路面を下面にして、配線基板５とフリップチップボンダー等を用いて電気的に接続した（２３０℃、１０秒）（工程（ｖ）、（ｖｉ））。この際、樹脂組成物層は半田の溶融時には溶融しており、半田接合に悪影響を与えなかった。その後、半田の融点以下の温度にて、樹脂組成物層の硬化（１７０℃、２時間）を行なった（工程（ｖｉｉ））。最後に配線基板５に対して外部バンプ電極６の形成を行ない半導体装置を得た（工程（ｖｉｉｉ））。
【００６６】
実施例２
図２は本発明の実施例２の製造工程を示したものである。実施例１と同様に半導体ウエハ１上に集積回路を形成した複数の半導体チップ２上に配設した多数の錫−鉛系（錫６３重量％）の共晶半田バンプ電極３形成した（工程（ｉｉ））。つぎに半導体ウエハ１上に溶剤の含有した樹脂組成物（Ｂ）層４を印刷機等を用いて形成した（工程（ｉｉ）−１）。その後、樹脂組成物層を乾燥させた（８０℃、１０分）（工程（ｉｉ）−２）。
【００６７】
乾燥後の樹脂組成物層を形成した半導体ウエハは実施例１と同様の工程にて、分離、接合、硬化、外部バンプ電極形成を行ない半導体装置を得た（工程（ｉｖ）〜（ｖｉｉｉ））。
【００６８】
実施例３
図３は本発明の実施例３の製造工程を示したものである。まず、半導体ウエハ１上に集積回路を形成した複数の半導体チップ２上に配設した多数の錫−鉛系（錫６３重量％）の共晶半田バンプ電極３形成した（工程（ｉｉ））。ダイシングソー等を用い、半導体ウエハ１を個々の半導体チップ２に分離した（工程（ｉｖ））。別に、配線基板５にフィルム状の樹脂組成物（Ａ）を加熱加圧（８０℃、１０秒、０．１ｋｇｆ／ｍｍ２）して樹脂組成物層４を形成した（工程（ｉｉｉ））。なお、この加熱加圧によって、樹脂組成物（Ａ）は溶融し、加熱加圧ののち、室温に戻すとフィルムは固化していた。
【００６９】
分離された半導体チップ２は回路面を下面にして、配線基板５とフリップチップボンダー等を用いて電気的に接続した（２３０℃、１０秒）（工程（ｖ）、（ｖｉ））。以後、実施例１と同様の工程にて、硬化、外部バンプ電極形成を行ない半導体装置を得た（工程（ｖｉｉ）、（ｖｉｉｉ））。
【００７０】
実施例４
図４は本発明の実施例４の製造工程を示したものである。配線基板５上に錫−鉛系（錫６３重量％）の共晶半田バンプ電極３形成した（工程（ｉｉ））。つぎにフィルム状の樹脂組成物（Ａ）を加熱加圧（８０℃、１０秒、０．１ｋｇｆ／ｍｍ２）して樹脂組成物層４を形成した（工程（ｉｖ））。なお、この加熱加圧によって、樹脂組成物（Ａ）は溶融し、加熱加圧ののち、室温に戻すとフィルムは固化していた。
【００７１】
分離された半導体チップ２は回路面を下面にして、配線基板５とフリップチップボンダー等を用いて電気的に接続した（２３０℃、１０秒）（工程（ｖ）、（ｖｉ））。以後、実施例１と同様の工程にて、硬化、外部バンプ電極形成を行ない半導体装置を得た（工程（ｖｉｉ）、（ｖｉｉｉ））。
【００７２】
実施例５
図５は本発明の実施例５の製造工程を示したものである。まず、半導体ウエハ１上に集積回路を形成した複数の半導体チップ２上に配設した多数の錫−鉛系（錫６３重量％）の共晶半田バンプ電極３形成した（工程（ｉｉ））。ダイシングソー等を用い、半導体ウエハ１を個々の半導体チップ２に分離した（工程（ｉｖ））。別に、配線基板５上にも錫−鉛系（錫６３重量％）の共晶半田バンプ電極３形成する（工程（ｉｉ））。つぎにフィルム状の樹脂組成物（Ａ）を加熱加圧（８０℃、１０秒、０．１ｋｇｆ／ｍｍ２）して樹脂組成物層４を形成した（工程（ｉｖ））。なお、この加熱加圧によって、樹脂組成物（Ａ）は溶融し、加熱加圧ののち、室温に戻すとフィルムは固化していた。
【００７３】
分離された半導体チップ２は回路面を下面にして、配線基板５とフリップチップボンダー等を用いて電気的に接続した（２３０℃、１０秒）（工程（ｖ）、（ｖｉ））。以後、実施例１と同様の工程にて、硬化、外部バンプ電極形成を行ない半導体装置を得た（工程（ｖｉｉ）、（ｖｉｉｉ））。
【００７４】
実施例６
図６は本発明の実施例６の製造工程を示したものである。まず、配線基板５上に錫−鉛系（錫６３重量％）の共晶半田バンプ電極３形成した（工程（ｉｉ））。つぎに配線基板５上に溶剤の含有した樹脂組成物（Ｂ）層４を印刷機等を用いて形成した（工程（ｉｉｉ）−１）。その後、樹脂組成物層を乾燥させた（８０℃、１０分）（工程（ｉｉｉ）−２）。分離された半導体チップ２は回路面を下面にして、乾燥後の樹脂組成物層を形成した配線基板５とフリップチップボンダー等を用いて電気的に接続した（２３０℃、１０秒）（工程（ｖ）、（ｖｉ））。
【００７５】
以後、実施例１と同様の工程にて、硬化、外部バンプ電極形成を行ない半導体装置を得た（工程（ｖｉｉ）、（ｖｉｉｉ））。
【００７６】
実施例７
樹脂組成物として（Ｃ）溶剤入りエポキシ樹脂系ペーストを用い、実施例６と同様の方法で半導体装置を得た。
【００７７】
実施例８
樹脂組成物として（Ｄ）溶剤入りエポキシ樹脂系ペーストを用い、実施例６と同様の方法で半導体装置を得た。
【００７８】
比較例１
樹脂組成物として表１中に示した（Ｅ）エポキシ樹脂系フィルム用い、実施例４と同様の方法で半導体装置を得た。
【００７９】
比較例２
図７は比較例２の製造工程を以下に示したものである。配線基板５上に錫−鉛系（錫６３重量％）の共晶半田バンプ電極３を形成した（工程（ｉｉ））。つぎにフィルム状の樹脂組成物（Ｅ）を加熱加圧（８０℃、１０秒、０．１ｋｇｆ／ｍｍ２）して樹脂組成物層４を形成した（工程（ｉｖ））。
【００８０】
分離された半導体チップ２は回路面を下面にして、配線基板５とフリップチップボンダー等を用いて圧接した（１５０℃、５０秒、０．５ｋｇｆ／ｍｍ２）（工程（ｖ）、（ｖｉ））。つぎに、半田バンプ電極を溶融させるため、リフロー工程を行なった（２６０℃、１０ｓ）（工程（ｖｉｉ））。
【００８１】
実施例１〜８ならびに比較例１〜２で作製した半導体装置の半導体チップと配線基板間との電気的な接続抵抗を評価した結果、実施例１〜８に基づいて作製した半導体装置は半導体チップと配線基板間の電気的な接合は問題なく確保されているのに対し、比較例１〜２により作製した半導体装置は初期から電気的な接合は確保されていなかった。さらに、実施例１〜８に基づいて作製した半導体装置は−４０℃〜１２５℃の温度サイクル試験１０００サイクルの半導体装置においても接続抵抗の変化は認められなかった。また、ＰＣＴ試験（１２１℃、２気圧）１６８時間においても変化は認められなかった。
【００８２】
実施例９
図８の工程にしたがって半導体装置を製造した。まず、半導体ウエハ１上に集積回路を形成した複数の半導体チップ２上に配設した多数の錫−鉛系（錫６３重量％）の高さ１００ミクロンの共晶半田バンプ電極３形成した（工程（ｉｉ））。
【００８３】
この半導体ウエハ１上に厚み１２０ミクロンのフィルム状の樹脂組成物（Ａ）を加熱加圧（８０℃、１０秒、０．１ｋｇｆ／ｍｍ２）して樹脂組成物層４を形成した（工程（ｉｉｉ））。
【００８４】
ダイシングソーを用い、半導体ウエハ１と樹脂組成物層４とともに個々の半導体チップ２に分離する分離工程を行なった（工程（ｉｖ））。
【００８５】
配線基板５上に高さ１００ミクロンの共晶半田バンプ電極３を形成し、この配線基板５をフリップチップボンダ上で、所定温度（１５０℃）に設定した加熱ステージ７に位置決めして固定した。また、分離した半導体チップ２を加熱ヘッド８に位置決めして固定した（工程（ｖ））。
【００８６】
加熱ヘッド８を動かし、加熱ヘッド８に固定した半導体チップ２の半田バンプ電極３と加熱ステージ７に固定した配線基板５上の半田バンプ電極３とを接触させた。つぎに半導体チップ２と配線基板５との間隔を両バンプ電極３を接触させた状態で一定（９０ミクロン）に保持したまま、加熱ヘッド８を５秒で２３０℃まで昇温した後、２３０℃で１０秒間保持し、バンプ電極３および樹脂組成物層４を加熱した。バンプ電極３および樹脂組成物層４は共に溶融状態となり半導体チップ２と配線基板５がバンプ電極３を介して電気的接続された（工程（ｖｉ））。
【００８７】
半導体チップ２と配線基板５との間隔を保持したまま、所定のプロファイルで加熱ヘッドを降温して半導体チップ２、配線基板５、バンプ電極３および樹脂組成物を６０℃まで冷却した。するとバンプ電極３は固化し、フリップチップボンダ上から取り出して室温で放置することで樹脂組成物層４も固化した。
【００８８】
接合された半導体チップ２と配線基板５を、バンプ電極３の溶融温度（１８３℃）より低い１７０℃に設定したオーブン中で２時間放置して、樹脂組成物層４の硬化を行なった（工程（ｖｉｉ））。
【００８９】
最後に、配線基板５に外部バンプ電極６を形成して半導体装置を得た（工程（ｖｉｉｉ））。
【００９０】
実施例１０
図９の工程にしたがって半導体装置を製造した。
【００９１】
配線基板５上に高さ１１０ミクロンの半田バンプ電極３を形成し（工程（ｉｉ））、厚み１００ミクロンのフィルム状の樹脂組成物（Ａ）を加熱加圧（８０℃、１０秒、０．１ｋｇｆ／ｍｍ２）して樹脂組成物層４を形成した（工程（ｉｉｉ））。
【００９２】
一方、半導体ウエハ１を半導体チップ２に切断分離する（工程（ｉｉｉ））。
【００９３】
配線基板５をフリップチップボンダ上で、所定温度（１５０℃）に設定した加熱ステージ７に位置決めして固定した。また、分離した半導体チップ２を加熱ヘッド８に位置決めして固定した（工程（ｖ））。
【００９４】
加熱ヘッド８を動かし、加熱ヘッド８に固定した半導体チップ２のパット部分と加熱ステージ７に固定した配線基板５上の半田バンプ電極３とを接触させた。半導体チップ２と配線基板５との間隔を、半田バンプ電極３を接触させた状態で一定（７０ミクロン）に保持したまま、加熱ヘッド８を５秒で２３０℃まで昇温した後、２３０℃で１０秒間保持し、半田バンプ電極３および樹脂組成物層４を加熱した。半田バンプ電極３および樹脂組成物層４の樹脂組成物は共に溶融状態となり、半導体チップ２と配線基板５が半田バンプ電極３を介して電気的接続された（工程（ｖｉ））。
【００９５】
以下、実施例９と同様に樹脂硬化、外部バンプ形成を行ない、半導体装置を得た。
【００９６】
実施例１１
実施例９と同様の工程にて、樹脂組成物層４としてペースト状樹脂組成物（Ｂ）を用いた。なお、半田バンプ電極３を形成した半導体ウエハ１上への樹脂組成物層４の形成方法は、以下の通りである。
【００９７】
半田バンプ電極３を形成した半導体ウエハ１上に印刷法にて約１５０ミクロンの厚みで樹脂組成物層４を形成した。その後、この半導体ウエハを１００℃のオーブン中にて、溶剤を揮発させた。以下の工程は、実施例９と同様である。
【００９８】
実施例１２
図１０の工程にしたがって半導体装置を製造した。まず、配線基板５上に錫−鉛系（錫６３重量％）の高さ１００ミクロンの共晶半田バンプ電極３を形成した（工程（ｉｉ））。
【００９９】
この配線基板５上に厚み１２０ミクロンのフィルム状の樹脂組成物（Ａ）を加熱加圧（８０℃、１０秒、０．１ｋｇｆ／ｍｍ２）して樹脂組成物層４を形成した（工程（ｉｉｉ））。
【０１００】
一方、半導体ウエハ１上に高さ１００ミクロンの共晶半田バンプ電極３を形成し（工程（ｉｉ））、ダンシングソーにて半導体チップ２に切断分離を行なった（工程（ｉｖ））。
【０１０１】
半田バンプ電極３および樹脂組成物層４を形成した配線基板５をフリップチップボンダ上で、所定温度（１５０℃）に設定した加熱ステージ７に位置決めして固定した。また、分離した半導体チップ２を加熱ヘッド８に位置決めして固定した（工程（ｖ））。
【０１０２】
以下、実施例９と同様に接合、樹脂硬化、外部バンプ形成を行ない、半導体装置を得た。
【０１０３】
実施例１３
実施例１２と同様の工程にて、樹脂組成物層４の樹脂組成物としてペースト状樹脂組成物（Ｂ）を用いた。なお、半田バンプ電極３を形成した配線基板５上への樹脂組成物層の形成方法は、以下の通りである。
【０１０４】
半田バンプ電極３を形成した配線基板５上に印刷法にて約１５０ミクロンの厚みで樹脂組成物層４を形成した。その後、この配線基板５を１００℃のオーブン中にて、溶剤を揮発させた。以下の工程は、実施例１２と同様とした。
【０１０５】
実施例９〜１３で作製した半導体装置の樹脂組成物層４に存在するボイドを確認するため、超音波顕微鏡および表面研磨による観察を行なった。その結果、実施例９〜１３に基づいて作製した半導体装置の樹脂組成物層４には、ボイドは観察されなかった。
【０１０６】
つぎに、実施例９〜１３に基づいて作製した半導体装置について、１サイクルが−４０℃／３０分〜１２５℃／３０分である温度サイクル試験を１０００サイクル行なった。その結果、実施例９〜１３に基づいて作製した半導体装置において接続抵抗の変化は認められなかった。
【０１０７】
【発明の効果】
請求項１〜３、６〜９および１２にかかわる半導体装置ならびに半導体装置の製造方法によれば、狭間隙間に樹脂を流し込むアンダーフィル樹脂を用いるのに比較して、時間の短縮、工程の削減ができ、アンダーフィル方式では樹脂を流し込むことは困難とされる超狭間隙に対しても、あらかじめフィルムの貼り付けや樹脂の塗布により可能となる。
【０１０８】
また、アンダーフィル樹脂では粘度上昇のため、充填剤の添加量が制限されていたが、本発明の方法では、アンダーフィル樹脂より充填剤量の添加量を多くすることができ、温度サイクルによる応力発生に対しても、大きく改善することができる。
【０１０９】
請求項４および５にかかわる半導体装置の製造方法によれば、前記樹脂組成物がフィルム形状であるため、または溶剤を含有するため、アンダーフィル方式では樹脂を流し込むことは困難とされる超狭間隙に対しても、あらかじめフィルム半導体ウエハ上に前記樹脂組成物層を形成することができる。
【０１１０】
請求項１０にかかわる半導体装置の製造方法によれば、樹脂組成物がエポキシ樹脂を含むため、樹脂組成物に接着性を付与することができる。
【０１１１】
請求項１１にかかわる半導体装置の製造方法によれば、樹脂組成物が充填剤を含有するため、樹脂組成物の熱膨張係数を小さくし、半導体装置内に発生する応力を低減でき、さらに低吸水性を付与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１にかかわる半導体装置の製造方法の説明図である。
【図２】実施例２にかかわる半導体装置の製造方法の説明図である。
【図３】実施例３にかかわる半導体装置の製造方法の説明図である。
【図４】実施例４および比較例１にかかわる半導体装置の製造方法の説明図である。
【図５】実施例５にかかわる半導体装置の製造方法の説明図である。
【図６】実施例６、７および８にかかわる半導体装置の製造方法の説明図である。
【図７】比較例２にかかわる半導体装置の製造方法の説明図である。
【図８】実施例９にかかわる半導体装置の製造方法の説明図である。
【図９】実施例１０、１１および１２にかかわる半導体装置の製造方法の説明図である。
【図１０】実施例１３にかかわる半導体装置の製造方法の説明図である。
【符号の説明】
１  半導体ウエハ、２  半導体チップ、３  半田バンプ電極、４  樹脂組成物層、５  配線基板、６  外部バンプ電極、７  加熱ステージ、８  加熱ヘッド。
【図１】
0003558576.tif 000003
【図２】
0003558576.tif 000004
【図３】
0003558576.tif 000005
【図４】
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【図５】
0003558576.tif 000007
【図６】
0003558576.tif 000008
【図７】
0003558576.tif 000009
【図８】
0003558576.tif 000010
【図９】
0003558576.tif 000011
【図１０】
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