(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パッケージ基板上に所定間隔を隔てて複数のバンプを配置し、前記バンプ上より熱可塑性樹脂を塗布する塗布工程と、この塗布工程後に、その熱可塑性樹脂を加熱し、軟化させて前記バンプ間の前記所定間隔の部分にその熱可塑性樹脂を充填する充填工程と、前記パッケージ基板と対向配置される基板上に前記所定間隔を隔てて複数の配線パッドを形成する配線パッド形成工程と、前記充填工程後において、前記配線パッドと前記バンプとをそれぞれ接続する際に、その熱可塑性樹脂を再度加熱してその熱可塑性樹脂を溶融し、前記パッケージ基板と前記基板との間にその熱可塑性樹脂を充填させて前記パッケージ基板と前記基板とを接着する接着工程とを備えた半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記熱可塑性樹脂は、前記バンプと前記配線パッドとを接続するリフロー時の熱により溶融させる請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
半導体チップ上に複数のバンプを形成するバンプ形成工程と、前記バンプ上より熱可塑性樹脂を塗布する塗布工程と、この塗布工程後に、その熱可塑性樹脂を加熱し、軟化させて前記バンプ間の所定間隔の部分にその熱可塑性樹脂を充填する充填工程と、パッケージ基台上に前記所定間隔を隔てて複数の配線パッドを形成する配線パッド形成工程と、前記充填工程後において、前記配線パッド上に前記バンプを対向配置する位置決め工程と、前記配線パッドと前記バンプとをそれぞれ接続する際に、その熱可塑性樹脂を再度加熱してその熱可塑性樹脂を溶融し、前記パッケージ基台と前記半導体チップとの間にその熱可塑性樹脂を充填させて前記パッケージ基台と前記半導体チップとを接着する接着工程とを備えた半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記熱可塑性樹脂は、前記バンプと前記配線パッドとを接続するフェイスダウンボンデイング時の熱により溶融させる請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
半導体素子に熱可塑性樹脂を塗布する塗布工程と、この塗布工程後に、その熱可塑性樹脂を加熱し、仮硬化状態にさせる仮硬化工程と、この仮硬化工程後に、前記半導体素子を基板上に位置決めする位置決め工程と、この位置決め工程後において、その熱可塑性樹脂を再度加熱してその熱可塑性樹脂を溶融し、前記半導体素子と前記基板との間にその熱可塑性樹脂を充填させて前記半導体素子と前記基板とを接着する接着工程とを備えた半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記熱可塑性樹脂は、前記半導体素子と前記基板とを接続するリフロー時の熱により溶融させ、前記半導体素子の外周部分にフィレットを形成する請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体素子を基板上に接合する半導体装置及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高密度実装化に伴う半導体装置として、半導体チップと同等サイズのＬＳＩパッケージ、即ち、ＣＳＰ（Ｃｈｉｐ  Ｓｃａｌｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）  、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）が注目されている。従来、この種のＣＳＰとして、基板の配線パッドに半導体チップのはんだバンプを位置決め・接合した後、基板と半導体チップとの接合強度を向上させるために、半導体チップの周辺部から熱硬化性樹脂のアンダーフィル剤をはんだバンプ間に充填し、熱硬化させているものが知られている。しかし、かかる熱硬化性樹脂をはんだバンプ間に充填するには、毛細管現象によるため、熱硬化性樹脂を短時間にはんだバンプ間に充填することは難しく、十分に充填するには相当の時間を要するため、生産性の点で問題があるほか、基板と半導体チップとの接続強度にもばらつきを生じ信頼性の点でも問題があった。
【０００３】
一方、従来の半導体チップとパッケージ基台とをフリップチップ接続により接合してなるＣＳＰとして、例えば特開平９−２１３７３５号公報には、半導体チップ及びパッケージ基台の各表面にそれぞれ硬化剤及び主剤を塗布し、半導体チップとパッケージ基台を位置合わせ・フェイス・ダウン接合する際に、硬化剤と主剤を混合して両者の間に接着層を充填することにより、両者の隙間に樹脂を充填することを不要にするものが記載されている。しかし、かかる場合、硬化剤と主剤とを徐々に混合しながら半導体チップとパッケージ基台との間に接着層を充填するために生産性の点で問題があるほか、硬化剤及び主剤の塗布工程とフェイス・ダウン接合工程とが一連であるために工程に制約があり、作業性の点でも問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の半導体装置及びその製造方法は、熱硬化性樹脂をはんだバンプ間に充填するのに相当の時間を要するため、生産性の点で問題があるほか、基板と半導体チップとの接続強度にもばらつきを生じ信頼性の点でも問題があった。また、硬化剤と主剤とを徐々に混合しながら半導体チップとパッケージ基台との間に接着層を充填するために生産性等の点でも問題があった。
【０００５】
そこで、この発明はかかる問題点を解決するためになされたものであり、生産性・作業性が高く、基板と半導体チップとの接着強度も良い新規な半導体装置及びそ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】
請求項１に係る半導体装置の製造方法は、パッケージ基板上に所定間隔を隔てて複数のバンプを配置し、前記バンプ上より熱可塑性樹脂を塗布する塗布工程と、この塗布工程後に、その熱可塑性樹脂を加熱し、軟化させて前記バンプ間の前記所定間隔の部分にその熱可塑性樹脂を充填する充填工程と、前記パッケージ基板と対向配置される基板上に前記所定間隔を隔てて複数の配線パッドを形成する配線パッド形成工程と、前記充填工程後において、前記配線パッドと前記バンプとをそれぞれ接続する際に、その熱可塑性樹脂を再度加熱してその熱可塑性樹脂を溶融し、前記パッケージ基板と前記基板との間にその熱可塑性樹脂を充填させて前記パッケージ基板と前記基板とを接着する接着工程とを備えたものである。
【０００７】
請求項２に係る半導体装置の製造方法は、前記熱可塑性樹脂の溶融を、前記バンプと前記配線パッドとを接続するリフロー時の熱により行う請求項１に記載のものである。
【０００８】
請求項３に係る半導体装置の製造方法は、半導体チップ上に複数のバンプを形成するバンプ形成工程と、前記バンプ上より熱可塑性樹脂を塗布する塗布工程と、この塗布工程後に、その熱可塑性樹脂を加熱し、軟化させて前記バンプ間の所定間隔の部分にその熱可塑性樹脂を充填する充填工程と、パッケージ基台上に前記所定間隔を隔てて複数の配線パッドを形成する配線パッド形成工程と、前記充填工程後において、前記配線パッド上に前記バンプを対向配置する位置決め工程と、前記配線パッドと前記バンプとをそれぞれ接続する際に、その熱可塑性樹脂を再度加熱してその熱可塑性樹脂を溶融し、前記パッケージ基台と前記半導体チップとの間にその熱可塑性樹脂を充填させて前記パッケージ基台と前記半導体チップとを接着する接着工程とを備えたものである。
【０００９】
請求項４に係る半導体装置の製造方法は、前記熱可塑性樹脂の溶融を、前記バンプと前記配線パッドとを接続するフェイスダウンボンデイング時の熱により行う請求項３に記載のものである。
【００１０】
請求項５に係る半導体装置の製造方法は、半導体素子に熱可塑性樹脂を塗布する塗布工程と、この塗布工程後に、その熱可塑性樹脂を加熱し、仮硬化状態にさせる仮硬化工程と、この仮硬化工程後に、前記半導体素子を基板上に位置決めする位置決め工程と、この位置決め工程後において、その熱可塑性樹脂を再度加熱してその熱可塑性樹脂を溶融し、前記半導体素子と前記基板との間にその熱可塑性樹脂を充填させて前記半導体素子と前記基板とを接着する接着工程とを備えたものである。
【００１１】
請求項６に係る半導体装置の製造方法は、前記熱可塑性樹脂の溶融を、前記半導体素子と前記基板とを接着させるリフロー時の熱により行い、前記半導体素子の外周部分にフィレットを形成する請求項５に記載のものである。
【００１２】
【発明の実施の形態１】
以下、この発明の実施の形態１に係る半導体装置について説明する。図１（ａ）（ｂ）（ｃ）は、この実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を説明するための製造フロー図である。図１（ａ）において、１はパッケージ基板で、その一主面には半導体チップ２を設け、その他主面には複数のはんだバンプ３が間隔を隔てて設けられている。４は熱可塑性樹脂で、熱により溶ける熱可塑性の構造を採るエポキシ樹脂であり、複数のはんだバンプ３の中央部にノズル５によって塗布する。この熱可塑性樹脂４の塗布量は、図１（ａ）に示すように、はんだバンプ３の上面が出る程度に塗布する。熱可塑性樹脂４をはんだバンプ３上に塗布した後、加熱装置（図示せず）内で熱可塑性樹脂４を１００℃前後の加熱により、この仮硬化時に熱可塑性樹脂４を軟化して複数のはんだバンプ３の間隔に充填させる。このように、熱可塑性樹脂４を仮硬化状態とさせるのは、図１（ａ）に示すアンダーフィル工程は組み立て工程の終盤であることが多いため、熱可塑性樹脂４の未硬化のままであると作業性が悪いためである。
【００１３】
図１（ｂ）において、６は基板で、その上に複数の配線パッド７が設けられている。これらの配線パッド７上にはそれぞれクリームはんだ８が設けられている。基板６上の各配線パッド７及びクリームはんだ８上に半導体チップ２の各はんだバンプ３が配置するように位置決めをする。この位置決めは、半導体チップ２と基板６のターゲットを認識して位置合わせをする。このとき、熱可塑性樹脂４を仮硬化状態としているので、半導体チップ２とパッケージ基板１とは接合され、その後の製造工程で外れることはほとんどない。
【００１４】
図１（ｃ）において、半導体チップ２のはんだバンプ３が基板６の配線パッド７にそれぞれ接続するリフロー時の熱により、上記仮硬化状態の熱可塑性樹脂４を再度溶融させ、パッケージ基板１と基板６との間に充填させる。このとき、溶融した熱可塑性樹脂４は、半導体チップ２の外周部分でフィレットを形成してパッケージ基板１と基板６との接着強度を確保される。
【００１５】
ここに、図１（ａ）において、熱可塑性樹脂４の塗布量が多すぎると、はんだバンプ３と基板６の配線パッド７及びクリームはんだ８との間に熱可塑性樹脂４が入り込んで、これらの間をはんだ接合できない場合が起こりうる。一方、この塗布量が少なすぎると、パッケージ基板１と基板６との間においてはんだバンプ３間に十分に熱可塑性樹脂４を充填することができず、また、半導体チップ２の外周部分でフィレットを形成しないため、十分な接合強度も得られない。このため、熱可塑性樹脂４の塗布量は精密に制御する必要があるが、はんだバンプ３の径及び配列ピッチによって最適な塗布量は異なる。ここでは、図１（ａ）に示すように、はんだバンプ３の上面がやや出る程度とする。
【００１６】
【発明の実施の形態２】
以下、この発明の実施の形態２に係る半導体装置について説明する。図２（ａ）（ｂ）（ｃ）は、この実施の形態２に係る半導体装置の製造方法を説明するための製造フロー図である。図２（ａ）において、１０は半導体チップ（半導体素子）で、一主面に複数の金バンプ１１を形成する。ノズル５によって金バンプ１１の上面から熱可塑性樹脂１２を塗布する。この塗布量は、実施の形態１の場合と同様である。また、熱可塑性樹脂１２は、実施の形態１と同様なエポキシ樹脂等である。次いで、半導体チップ１０上に熱可塑性樹脂１２を充填した側を上向きにして、図示しない支持装置及び搬送装置により、上記加熱装置に搬入して熱可塑性樹脂１２を約１００℃の加熱により軟化させ、金バンプ１１の間隔に充填させて仮硬化状態とする。
【００１７】
図２（ｂ）において、半導体チップ１０の仮硬化状態とした熱可塑性樹脂１２を下向きにして、パッケージ基台１３上に形成された配線パッド１４側に配置し、半導体チップ１０の金バンプ１１がパッケージ基台１３の配線パッド１４上になるように位置決めする。この位置決め工程は、実施の形態１の場合と同様である。
【００１８】
図２（ｃ）において、半導体チップ１０の金バンプ１１をパッケージ基台１３の配線パッド１４に接続するフェイスダウンボンデイング時の加圧及び加熱（約２００℃で、約１５秒間）により、仮硬化された熱可塑性樹脂１２を溶融し、半導体チップ１０とパッケージ基台１３との間に充填する。熱可塑性樹脂１２は、半導体チップ１０の外周部分でフィレットを形成してこれらの接合強度を確保している。
【００１９】
【発明の実施の形態３】
以下、この発明の実施の形態３に係る半導体装置の製造方法について図３を用いて説明する。図３（ａ）（ｂ）（ｃ）は半導体装置の製造フロー図である。図３（ａ）において、１５は受動体素子等の半導体素子で、その一主面に熱可塑性樹脂１６をノズル５によって塗布する。この塗布された熱可塑性樹脂１６を加熱により仮硬化させる。この仮硬化させる条件は、実施の形態１及び２の場合と同様である。
【００２０】
図３（ｂ）において、半導体素子１５の熱可塑性樹脂１６を下向きにして基板１７上に配置・位置決めする。このとき、かかる半導体素子１５を基板１７上に複数個配置・位置決めする。このように熱可塑性樹脂１６を仮硬化させるのは、熱可塑性樹脂１６が未硬化のままであると、実装工程において複数の半導体素子１５及び実装部品等を取り扱うので、作業性が極めて悪いためである。
【００２１】
次いで、図３（ｃ）において、仮硬化させた熱可塑性樹脂１６をリフロー時の加熱により溶融させて、半導体素子１５と基板１７との間に充填させる。なお、同様な方法によって一個の半導体素子１５を基板１７上に接合させることも可能である。また、リフロー時の加熱により溶融した熱可塑性樹脂１６は、半導体素子１５の外周部分でフィレットを形成して接合強度が確保される。
【００２２】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、半導体チップに接着樹脂を塗布して仮硬化状態にさせて基板の配線パッドに接合するため作業性が向上するほか、リフロー時の加熱により仮硬化状態を溶融状態として半導体チップと基板との間に接着樹脂を充填するため、従来の実装組み立て時におけるアンダーフィル工程が不要となり、しかも両者間の接合強度も確保できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る半導体装置の製造フロー図である。
【図２】この発明に係る半導体装置の製造フロー図である。
【図３】この発明に係る半導体装置の製造フロー図である。
【符号の説明】
１…パッケージ基板、２、１０…半導体チップ、３…はんだバンプ、４、１２、１６…熱可塑性樹脂、６…基板、７、１４…配線パッド、１１…金バンプ、１３…パッケージ基台、１５…半導体素子、１７…基板
【図１】
0003565092.tif 000002
【図２】
0003565092.tif 000003
【図３】
0003565092.tif 000004