(57)【要約】【課題】  接合時にバンプや半導体装置に過剰な力が作用するのを防ぐと共に、半導体装置と接合対象物間の安定したギャップ制御性にも優れた半導体装置の接合方法を提供すること。【解決手段】  半導体装置１のバンプ配置面１ａにおけるバンプ２の配置されていない部分と接合対象物４との間に、バンプ２の高さより大きい厚さの樹脂材３を介在させてバンプ２が接合対象物４に接触しない状態で接合対象物４に対して半導体装置１を押し込む工程と、この押し込み時に樹脂材３を介して半導体装置１が受ける反力を検出する工程と、樹脂材３及びバンプ２を加熱溶融させ、反力が検出された位置から所定量だけ半導体装置１を接合対象物４に近づけて溶融したバンプ２をランド５に接合させる工程と、樹脂材３を加熱硬化させる工程と、を有する。【選択図】        図１
2006190830.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置を導電性のバンプを介して接合対象物に接合させる半導体装置の接合方法であって、
前記半導体装置のバンプ配置面における前記バンプの配置されていない部分と前記接合対象物との間に、前記バンプの高さより大きい厚さの樹脂材を介在させて、前記バンプが前記接合対象物に接触しない状態で前記半導体装置を前記接合対象物に押圧させる工程と、
前記押圧時に前記樹脂材を介して前記半導体装置が前記接合対象物から受ける反力を検出する工程と、
前記樹脂材及び前記バンプを加熱して溶融させ、前記反力が検出された位置から所定量だけ前記半導体装置と前記接合対象物とを接近させて、溶融した前記バンプを前記接合対象物に形成された導電性のランドに接合させる工程と、
前記溶融により、前記バンプと前記ランドとの接合部を覆うように前記バンプ配置面と前記接合対象物との間のギャップに広がった前記樹脂材を硬化させる工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の接合方法。
【請求項２】
前記樹脂材が前記半導体装置と前記接合対象物との間に介在される前に、前記樹脂材を前記接合時よりも低い温度に加熱して軟化させておく
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の接合方法。
【請求項３】
半導体装置を導電性のバンプを介して接合対象物に接合させる半導体装置の接合方法であって、
前記半導体装置のバンプ配置面と前記接合対象物との間に、前記バンプの高さより大きい厚さの樹脂材を前記バンプを覆うように介在させて、前記バンプが前記接合対象物に接触しない状態で前記半導体装置を前記接合対象物に押圧させる工程と、
前記押圧時に前記樹脂材を介して前記半導体装置が前記接合対象物から受ける反力を検出する工程と、
前記樹脂材及び前記バンプを加熱して溶融させ、前記反力が検出された位置から所定量だけ前記半導体装置と前記接合対象物とを接近させて、溶融した前記バンプを前記接合対象物に形成された導電性のランドに接合させる工程と、
前記バンプと前記ランドとの接合後に前記樹脂材を硬化させる工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の接合方法。
【請求項４】
前記樹脂材が前記半導体装置と前記接合対象物との間に介在される前に、前記樹脂材を前記接合時よりも低い温度に加熱して軟化させておく
ことを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置を導電性のバンプを介して接合対象物に接合させる半導体装置の接合方法に関し、詳しくは、半導体装置と接合対象物との接合の際にそれら両者の間に樹脂材を介在させるようにした半導体装置の接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ベアチップ等の半導体装置をプリント配線板等の接合対象物に接合させるには、図１２Ａに示すように半導体装置１の一面に配置された導電性のバンプ２を介して行う。接合対象物４には導電性のランド５が形成され、そのランド５上にははんだペースト７が供給されている。半導体装置１は吸着保持具６で保持されて、各バンプ２がそれぞれ対応する各ランド５上に位置するように接合対象物４に対して位置決めされて向き合わされる。
【０００３】
そして、半導体装置１を吸着保持した吸着保持具６を、ステージ上に保持されている接合対象物４に向けて降下させて、図１２Ｂに示すように各バンプ２の先端部をランド５上のはんだペースト７に接触させて半導体装置１を押し込む。通常、実装機にはロードセルが具備され、接合対象物４に対する半導体装置１の押し込み荷重の反力が吸着保持具６を介してロードセルで検出され、上記押し込み荷重が一定になるように制御される（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
次に、実装機に具備されたヒータからの熱を吸着保持具６、半導体装置１、およびバンプ２を通じてはんだペースト７に伝え、はんだペースト７を溶融させる。これにより、図１２Ｃに示すように、はんだペースト７を介してバンプ２とランド５とが接合される。
【特許文献１】特開平９−１９９５４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上の接合において、必ずしも全バンプ２に均等に押し込み荷重がかかるとは限らない。例えば、図１４に示すようにバンプ２の形状やサイズにばらつきがある場合、また図１５に示すように接合対象物４または半導体装置１に反りが生じている場合、また図１６に示すように吸着保持具６の吸着面と接合対象物４を保持するステージとの平行度が完全ではなく傾いている場合には、一部のバンプ２ａが他より先にランド５に圧接されることになり、そのバンプ２ａ、さらに半導体装置１のバンプ配置面側に形成された保護膜におけるバンプ２ａ近傍部分、さらに半導体装置１の内部におけるバンプ２ａ配置箇所に対応する部分に、集中して過剰な応力がかかるおそれがある。
【０００６】
特に、今後、半導体装置１の高機能化に伴い多ピン・狭ピッチ化が進むと、バンプ２が微細化したり、半導体装置１が薄型化し、上述したような接合時の応力でバンプ２や半導体装置１が破損する可能性が高まる。また、近年、信号伝播速度の高速化のために半導体装置１の保護膜を低誘電率化することが推し進められておりこれに伴って保護膜が脆弱化してきているため、上記接合時の応力により保護膜も損傷を受けやすい状況が今後考えられる。
【０００７】
それを回避する方法として、図１３Ａ〜Ｃに示すように、吸着保持具６及び半導体装置１を通じたバンプ２の加熱溶融タイミングを早めて、バンプ２がランド５に接触する前に（図１３Ａの段階で）バンプ２を溶融させて、接合時にバンプ２や半導体装置１に過剰な応力がかからないようにする方法がある。
【０００８】
しかし、この方法では、バンプ２がランド５に接触した際の上述したロードセルによる反力検出が難しくなる。半導体装置１と接合対象物４との間のギャップの大きさを決める吸着保持具６の降下量は上記反力に基づいて制御していたため、図１３に示す方法では結果的に上記ギャップを所望の大きさに安定して制御することが困難となる。
【０００９】
上記ギャップにばらつきが生じると、接合後にそのギャップに充填されるアンダーフィル材の充填欠陥を誘発して信頼性を低下させる。特に、図１７に示すように溶融したバンプ２のつぶれ量が大きくて半導体装置１と接合対象物４との間に形成されるギャップが小さすぎてしまうとアンダーフィル材が入らなくなってしまう。また、特に狭ピッチバンプでは図１８に示すように、隣接するバンプ２間でブリッジ接続して短絡不良が発生してしまうことも起こり得る。
【００１０】
本発明は上述の問題に鑑みてなされ、その目的とするところは、接合時にバンプや半導体装置に過剰な力が作用するのを防ぐと共に、半導体装置と接合対象物との間の安定したギャップ制御性にも優れた半導体装置の接合方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は前記課題を解決するため以下の構成を採用した。
すなわち、本発明の半導体装置の接合方法は、半導体装置のバンプ配置面におけるバンプの配置されていない部分と接合対象物との間に、バンプの高さより大きい厚さの樹脂材を介在させて、バンプが接合対象物に接触しない状態で半導体装置を接合対象物に押圧させる工程と、この押圧時に樹脂材を介して半導体装置が接合対象物から受ける反力を検出する工程と、樹脂材及びバンプを加熱して溶融させ、反力が検出された位置から所定量だけ半導体装置と接合対象物とを接近させて、溶融したバンプを接合対象物のランドに接合させる工程と、溶融により、バンプとランドとの接合部を覆うようにバンプ配置面と接合対象物との間のギャップに広がった樹脂材を硬化させる工程と、を有する。
【００１２】
また、本発明の半導体装置の接合方法は、半導体装置のバンプ配置面と接合対象物との間に、バンプの高さより大きい厚さの樹脂材をバンプを覆うように介在させて、バンプが接合対象物に接触しない状態で半導体装置を接合対象物に押圧させる工程と、この押圧時に樹脂材を介して半導体装置が接合対象物から受ける反力を検出する工程と、樹脂材及びバンプを加熱して溶融させ、反力が検出された位置から所定量だけ半導体装置と接合対象物とを接近させて、溶融したバンプを接合対象物のランドに接合させる工程と、バンプとランドとの接合後に樹脂材を硬化させる工程と、を有する。
【００１３】
上記樹脂材の厚さはバンプの高さより大きいために、その樹脂材が半導体装置と接合対象物との間に介在された状態でバンプは接合対象物に接触しない。その状態で樹脂材及びバンプを加熱して溶融させれば、樹脂材の溶融により半導体装置と接合対象物とをさらに接近させることが可能になり、溶融したバンプを接合対象物上のランドに接触させて接合させることができる。このとき、バンプは溶融しているので、バンプが半導体装置と接合対象物との間で過剰な力で狭圧されることはなく、バンプや半導体装置に過剰な力は作用せずにそれらの破損を防げる。
【００１４】
また、本発明では上述したようにバンプはランドとの接触前に溶融されるので、半導体装置と接合対象物との間のギャップ制御をバンプの高さによって行うことができない。そこで本発明では上記樹脂材を利用する。すなわち、上記樹脂材がその溶融前に、半導体装置と接合対象物との間に狭圧されている状態で、半導体装置が接合対象物から受ける反力が半導体装置を吸着保持している吸着保持具を介してこれと共に実装機に備えられたロードセル等の荷重検出手段によって検出される。この反力は、予め、半導体装置と接合対象物との間のギャップの大きさと関連付けられており、その反力から上記ギャップの大きさを知ることができる。したがって、予め設定された反力となる位置で半導体装置と接合対象物との接近を停止させておけば安定して所望のギャップを確保できる。そして、この位置から、上述したようにバンプをランドに接触させるべく半導体装置と接合対象物とをさらに接近させるに際しては、上記反力検出位置を基準として予め設定された所定量だけ前記両者を接近させるので、最終的に得られる半導体装置と接合対象物との間のギャップの大きさも安定性よく所望の大きさに制御できる。
【００１５】
さらに、上記樹脂材は、その溶融により、バンプとランドとの接合部を覆うように上記ギャップに広がり、その後完全に硬化させれば、上記接合部を保護するいわゆるアンダーフィル材として機能する。半導体装置と接合対象物との接合後にこれらのギャップに後から別途アンダーフィル材を供給する必要がない。もちろん、接合後に上記樹脂材を除去する工程も不要である。また、ギャップが形成された後にアンダーフィルを供給する場合に比べて、本発明ではギャップ形成前の接合時に併せて上記樹脂材が半導体装置と接合対象物との間に介在されるので充填性に優れ、ギャップが狭くても充填欠陥が生じにくい。
【００１６】
以上のように、上記樹脂材は、バンプが半導体装置と接合対象物との間で過剰な力で狭圧されるのを防ぐ役割と、ギャップ制御のための上記反力を上記荷重検出手段に与える役割と、さらに接合部を保護するアンダーフィル材としての役割という３つの役割を果たす。
【００１７】
また、上記樹脂材が半導体装置と接合対象物との間に介在される前に、樹脂材を接合時よりも低い温度に加熱して軟化させておけば、この樹脂材の柔軟性により半導体装置や接合対象物の反りやこれら両者の傾きを吸収して、両者を平行な状態で合わせることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の半導体装置の接合方法によれば、半導体装置のバンプ配置面におけるバンプの配置されていない部分と接合対象物との間に、バンプの高さより大きい厚さの樹脂材を介在させて、バンプが接合対象物に接触しない状態で半導体装置を接合対象物に押圧させる工程と、この押圧時に樹脂材を介して半導体装置が接合対象物から受ける反力を検出する工程と、樹脂材及びバンプを加熱して溶融させ、反力が検出された位置から所定量だけ半導体装置と接合対象物とを接近させて、溶融したバンプを接合対象物のランドに接合させる工程と、溶融により、バンプとランドとの接合部を覆うようにバンプ配置面と接合対象物との間のギャップに広がった樹脂材を硬化させる工程とを有するので、バンプが半導体装置と接合対象物との間で過剰な力で狭圧されることがなく、接合時におけるバンプや半導体装置に過剰な力が作用するのを防げると共に、半導体装置と接合対象物との安定したギャップ制御も行える。この結果、バンプや半導体装置の破損、さらにはバンプ間の短絡を防いで信頼性を高められる。
【００１９】
また、本発明の半導体装置の接合方法によれば、半導体装置のバンプ配置面と接合対象物との間に、バンプの高さより大きい厚さの樹脂材をバンプを覆うように介在させて、バンプが接合対象物に接触しない状態で半導体装置を接合対象物に押圧させる工程と、この押圧時に樹脂材を介して半導体装置が接合対象物から受ける反力を検出する工程と、樹脂材及びバンプを加熱して溶融させ、反力が検出された位置から所定量だけ半導体装置と接合対象物とを接近させて、溶融したバンプを接合対象物のランドに接合させる工程と、バンプとランドとの接合後に樹脂材を硬化させる工程とを有するので、バンプが半導体装置と接合対象物との間で過剰な力で狭圧されることがなく、接合時におけるバンプや半導体装置に過剰な力が作用するのを防げると共に、半導体装置と接合対象物との安定したギャップ制御も行える。この結果、バンプや半導体装置の破損、さらにはバンプ間の短絡を防いで信頼性を高められる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【００２１】
［第１の実施形態］
図１、図２は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の接合工程を示す。
【００２２】
（図１Ａの工程）
半導体装置１のバンプ配置面１ａに、バンプ２の高さより大きい厚さを有する樹脂材３を形成する。ここで、半導体装置１は、ベアチップあるいはベアチップがパッケージングされたものである。バンプ２は、例えば球状のはんだ材料からなる。あるいは、図１１に示すように、基部１２ａと溶融部１２ｂの２つの部分からなる略円柱状のバンプ１２としてもよい。ここで、基部１２ａは半導体装置１の電極パッド上に例えばめっき法で形成された銅やニッケル等の金属または合金からなり、溶融部１２ｂは基部１２ａに続いてめっき法により形成され、例えば錫、銀等を含むはんだ材料からなる。後述する接合工程における加熱温度では基部１２ａは溶融せず、溶融部１２ｂのみが溶融する。
【００２３】
樹脂材３は、バンプ配置面１ａにおいてバンプ２の配置されていない部分（本実施形態では例えばバンプ配置面１ａの中央部）に形成される。樹脂材３はフィルム（シート）状のものを貼り付ける、あるいはペースト状のものをスクリーン印刷する等の方法で形成される。
【００２４】
樹脂材３の主剤樹脂としては、２個以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂を挙げることができ、さらに詳しくは、既存のビスフェノール系ジグリシジルエーテル類、それらの水素添加反応により芳香環を飽和炭化水素化したもの、フェノールノボラックとエピクロールヒドリンとの反応で得られるグリシジルエーテルで常温で液状のもの等、またはそれらを混合したものが一例として挙げられる。
【００２５】
樹脂材３に含まれる硬化剤としては、１分子あたり少なくとも２個以上のフェノール性水酸基と１分子あたり少なくとも１個以上のカルボキシル基を有する化合物が好ましい。例として、ジヒドロキシ安息香酸、没食子酸、ナフトエ酸、フェノールフタリン、ジフェノール酸等が挙げられる。
【００２６】
また、エポキシ樹脂と硬化剤に硬化促進剤を加えてもよい。一般的にエポキシ樹脂の硬化促進剤として用いられるものであり、例えば、イミダゾール化合物、リン化合物、ジアザ化合物、第三級アミン等を挙げることができる。
【００２７】
半導体装置１は、バンプ配置面１ａの反対面が実装機の吸着保持具６に真空吸着されて保持され、バンプ配置面１ａが接合対象物４に向き合わされて位置合わせされる。接合対象物４は、例えば樹脂材料からなる基板に導電性のランド５や配線パターン等の回路が形成されたプリント配線板である。あるいは、他の半導体装置であってもよい。すなわち、本発明は半導体装置と半導体装置との接合にも適用できる。各バンプ２はそれぞれ対応する各ランド５に位置決めされる。接合対象物４は図示しないステージ上に保持されている。
【００２８】
（図１Ｂの工程）
吸着保持具６を降下させて半導体装置１を接合対象物４に近づけていく。ここで、前工程で形成した樹脂材３の厚さがバンプ２の高さより大きいため、バンプ２よりも先に樹脂材３の下面が接合対象物４に接触し、さらに吸着保持具６は下降を続け、半導体装置１を接合対象物４に対して押し込んで下降は停止される。この押し込み荷重は、樹脂材３を介して半導体装置１が接合対象物４から受ける反力として、吸着保持具６を介して実装機に具備されたロードセルで検出される。そのロードセルの検出荷重は、予め、半導体装置１と接合対象物４との間のギャップの大きさと関連付けられており、検出荷重から上記ギャップの大きさ（高さ）がわかる。ロードセルの検出荷重と上記ギャップとの相関関係は、樹脂材３が変われば当然変わる。また、樹脂材３の厚さによっても変わる。
【００２９】
また、樹脂材３が接合対象物４に接触する前に吸着保持具６及び半導体装置１を通じて、実装機に具備されたヒータからの熱を樹脂材３に伝えて樹脂材３を適度に軟化させて柔軟性を与えることで、上記反力を樹脂材３が吸収して半導体装置１に過剰な力が作用するのを抑制できる。特に、薄型の半導体装置１にとって有効である。また、半導体装置１と接合対象物４とが平行ではなく傾いて向き合わせられてしまった場合には、樹脂材３の柔軟性により両者を平行にすることができる。これにより、各バンプ２と各ランド５との間の距離を一定にすることができ後述する工程でのバンプ２とランド５との接合の不良を防げる。
【００３０】
（図１Ｃの工程）
吸着保持具６及び半導体装置１を通じて、実装機に具備されたヒータからの熱を樹脂材３及びバンプ２に伝えて、これらを加熱する。樹脂材３及びバンプ２が、例えば２５０℃の加熱を数秒間受けるようにする。なおこのとき、吸着保持具６及び半導体装置１側の温度に対して接合対象物４側の温度があまりに小さく両者の温度差が大きいと、熱が半導体装置１側から接合対象物４を支持するステージに逃げていき、樹脂材３及びバンプ２が所望の温度に安定するまで時間がかかるので、接合対象物４側も加熱しておくことが好ましい。例えば、接合対象物４が有機材料からなる場合には６０℃〜８０℃程度に、シリコンからなる場合には１５０℃〜２００℃程度になるようにステージに具備されたヒータによって加熱しておく。
【００３１】
（図２Ｄの工程）
上記加熱を受けて、樹脂材３は粘度が低下し溶融して液化または半液化する。この樹脂材３の溶融と同時に、もしくはやや遅れたタイミングでバンプ２が溶融する。
【００３２】
（図２Ｅの工程）
樹脂材３の溶融により、吸着保持具６及びこれに吸着保持された半導体装置１をさらに接合対象物４に対して降下させることが可能になる。そこで、吸着保持具６を所定量降下させて、溶融したバンプ２を接合対象物４のランド５に接触させて接合させる。これにより、バンプ２を介して半導体装置１と接合対象物４に形成された回路とが電気的に接続される。
【００３３】
上記所定量降下の基準位置は、図１Ｂの工程において上記反力を検出して半導体装置１の降下が停止された位置であり、その位置から、ギャップが所望の大きさとなるべく、かつバンプ２先端部がランド５に接触するべく所定量、吸着保持具６及び半導体装置１が降下される。吸着保持具６及び半導体装置１はその所定量降下した後降下が停止される。
【００３４】
すなわち、本実施形態では上記ギャップの大きさをバンプ２の高さで決めているのではなく、図１Ｂの工程における上記反力の検出により得られるギャップの大きさを基準として、ここから予め設定された上記所定量だけギャップを狭めることで決めているので、バンプ２がランド５との接触前に溶融していても、半導体装置１と接合対象物４との間のギャップをばらつきなく安定して一定に制御できる。
【００３５】
上記降下の際にバンプ２がランド５にぶつかるときにはバンプ２は溶融しており、バンプ２および半導体装置１に負荷を与える力はほとんどかからず、バンプ２や、バンプ配置面１ａに形成された保護膜も含む半導体装置１の破損を防げる。
【００３６】
以上の接合の際に、液化または半液化した樹脂材３はバンプ２とランド５との接合部の界面部位から速やかに周辺部に押し出され、バンプ２とランド５との接触を阻害しない。そして、樹脂材３は、接合部のまわりを覆うように半導体装置１と接合対象物４との間のギャップに広がって接合部を大気から遮断し、接合中における接合部の酸化を防止する。これにより、接合部の電気抵抗の増大を抑えることができ、接合信頼性を向上できる。
【００３７】
また、樹脂材３として、液状の状態で酸化膜除去機能（フラックス機能）を有し、完全硬化されると３次元架橋される性質のものを用いてもよく、この場合には、その樹脂材３のフラックス機能により接合部のぬれ性を高めてよりいっそうの接合品質及び接合安定性の向上を図ることが可能である。このような樹脂材として、例えば、少なくとも１つ以上のフェノール性水酸基を有する化合物と、硬化剤として作用するエポキシ樹脂やイソシアネート樹脂を含む組成物が挙げられる。
【００３８】
（図２Ｆの工程）
バンプ２とランド５との接合後、樹脂材３を完全硬化させる。例えば加熱炉の中に、半導体装置１と接合対象物４との接合体を入れて、１５０℃〜１８０℃の温度で数時間加熱する。このように樹脂材３に含まれる硬化剤の反応速度は比較的遅く、硬化反応に要する時間は数時間であるため、上記図１Ｃ〜図２Ｄの工程で行われる数秒程度の加熱では樹脂材３は硬化せずに溶融する。
【００３９】
完全硬化された樹脂材３は、半導体装置１と接合対象物４との間を充填しており、いわゆるアンダーフィル材として機能する。すなわち、樹脂材３によってバンプ２とランド５との接合部が覆われ、使用環境下での湿度やごみ等などから接合部を保護することで信頼性が確保できる。
【００４０】
また、接合時におけるバンプ２への応力回避のためにクッション材として用いた樹脂材３がそのままアンダーフィル材としても機能するので、半導体装置１と接合対象物４との接合後に両者のギャップに別途アンダーフィル材用の樹脂材を供給する工程を省くことができる。特に、バンプ２間のピッチが狭ピッチであったり、半導体装置１と接合対象物４との間が狭ギャップの場合には、接合後にアンダーフィル材を供給する方法では充填欠陥が生じやすいのに対して、本実施形態では、接合前の狭いギャップが形成される前に半導体装置１と接合対象物４との間に樹脂材３が介在されるので充填性に優れている。
【００４１】
［第２の実施形態］
次に、図５、図６は、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の接合工程を示す。なお、第１の実施形態と同じ構成部分には同一の符号を付しその詳細な説明は省略する。
【００４２】
（図５Ａの工程）
半導体装置１のバンプ配置面１ａにおいてバンプ２の配置されていない部分に、バンプ２の高さより大きい厚さを有する樹脂材１３を形成する。樹脂材１３は、例えば、バンプ２を覆うようにバンプ配置面１ａの全面に形成された後、フォトリソグラフィによるパターニングの後にバンプ２配置部の部分がエッチングにより除去される。あるいは、スクリーン印刷によりバンプ２の配置されていない部分に選択的に形成してもよい。樹脂材１３の構成及び機能は第１の実施形態の樹脂材３と同じである。
【００４３】
（図５Ｂの工程）
吸着保持具６を降下させて半導体装置１を接合対象物４に近づけていく。ここで、前工程で形成した樹脂材１３の厚さがバンプ２の高さより大きいため、バンプ２よりも先に樹脂材１３の下面が接合対象物４に接触し、さらに吸着保持具６は下降を続け、半導体装置１を接合対象物４に対して押し込んで下降は停止される。この押し込み荷重は、樹脂材１３を介して半導体装置１が接合対象物４から受ける反力として、吸着保持具６を介して実装機に具備されたロードセルで検出される。そのロードセルの検出荷重は、予め、半導体装置１と接合対象物４との間のギャップの大きさと関連付けられており、検出荷重から上記ギャップの大きさ（高さ）がわかる。
【００４４】
また、樹脂材１３が接合対象物４に接触する前に吸着保持具６及び半導体装置１を通じて、実装機に具備されたヒータからの熱を樹脂材１３に伝えて樹脂材１３を適度に軟化させて柔軟性を与えることで、上記反力を樹脂材１３が吸収して半導体装置１に過剰な力が作用するのを抑制できる。特に、薄型の半導体装置１にとって有効である。また、半導体装置１と接合対象物４とが平行ではなく傾いて向き合わせられてしまった場合には、樹脂材１３の柔軟性により両者を平行にすることができる。これにより、各バンプ２と各ランド５との間の距離を一定にすることができ後述する工程でのバンプ２とランド５との接合の不良を防げる。
【００４５】
（図５Ｃの工程）
吸着保持具６及び半導体装置１を通じて、実装機に具備されたヒータからの熱を樹脂材１３及びバンプ２に伝えて、これらを加熱する。樹脂材１３及びバンプ２が、例えば２５０℃の加熱を数秒間受けるようにする。
【００４６】
（図６Ｄの工程）
上記加熱を受けて、樹脂材１３は粘度が低下し溶融して液化または半液化する。この樹脂材１３の溶融と同時に、もしくはやや遅れたタイミングでバンプ２が溶融する。
【００４７】
（図６Ｅの工程）
樹脂材１３の溶融により、吸着保持具６及びこれに吸着保持された半導体装置１をさらに接合対象物４に対して降下させることが可能になる。そこで、吸着保持具６を所定量降下させて、溶融したバンプ２を接合対象物４のランド５に接触させて接合させる。これにより、バンプ２を介して半導体装置１と接合対象物４に形成された回路とが電気的に接続される。
【００４８】
上記所定量降下の基準位置は、図５Ｂの工程において上記反力を検出して半導体装置１の降下が停止された位置であり、その位置から、ギャップが所望の大きさとなるべく、かつバンプ２先端部がランド５に接触するべく所定量、吸着保持具６及び半導体装置１が降下される。吸着保持具６及び半導体装置１はその所定量降下した後降下が停止される。
【００４９】
すなわち、本実施形態においても上記第１の実施形態と同様に、上記ギャップの大きさをバンプ２の高さで決めているのではなく、図５Ｂの工程における上記反力の検出により得られるギャップの大きさを基準として、ここから予め設定された上記所定量だけギャップを狭めることで決めているので、バンプ２がランド５との接触前に溶融していても、半導体装置１と接合対象物４との間のギャップをばらつきなく安定して一定に制御できる。
【００５０】
上記降下の際にバンプ２がランド５にぶつかるときにはバンプ２は溶融しており、バンプ２および半導体装置１に負荷を与える力はほとんどかからず、バンプ２や、バンプ配置面１ａに形成された保護膜も含む半導体装置１の破損を防げる。
【００５１】
以上の接合の際に、液化または半液化した樹脂材１３はバンプ２とランド５との接合部の界面部位から速やかに周辺部に押し出され、バンプ２とランド５との接触を阻害しない。そして、樹脂材１３は、接合部のまわりを覆うように半導体装置１と接合対象物４との間のギャップに広がって接合部を大気から遮断し、接合中における接合部の酸化を防止する。これにより、接合部の電気抵抗の増大を抑えることができ、接合信頼性を向上できる。
【００５２】
（図６Ｆの工程）
バンプ２とランド５との接合後、樹脂材１３を完全硬化させる。例えば加熱炉の中に、半導体装置１と接合対象物４との接合体を入れて、１５０℃〜１８０℃の温度で数時間加熱する。このように樹脂材１３に含まれる硬化剤の反応速度は比較的遅く、硬化反応に要する時間は数時間であるため、上記図５Ｃ〜図６Ｄの工程で行われる数秒程度の加熱では樹脂材１３は硬化せずに溶融する。
【００５３】
完全硬化された樹脂材１３は、半導体装置１と接合対象物４との間を充填しており、いわゆるアンダーフィル材として機能する。すなわち、樹脂材１３によってバンプ２とランド５との接合部が覆われ、使用環境下での湿度やごみ等などから接合部を保護することで信頼性が確保できる。
【００５４】
また、接合時におけるバンプ２への応力回避のためにクッション材として用いた樹脂材１３がそのままアンダーフィル材としても機能するので、半導体装置１と接合対象物４との接合後に両者のギャップに別途アンダーフィル材用の樹脂材を供給する工程を省くことができる。特に、バンプ２間のピッチが狭ピッチであったり、半導体装置１と接合対象物４との間が狭ギャップの場合には、接合後にアンダーフィル材を供給する方法では充填欠陥が生じやすいのに対して、本実施形態では、接合前の狭いギャップが形成される前に半導体装置１と接合対象物４との間に樹脂材１３が介在されるので充填性に優れている。
【００５５】
［第３の実施形態］
次に、図３、図４は、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の接合工程を示す。なお、第１の実施形態と同じ構成部分には同一の符号を付しその詳細な説明は省略する。
【００５６】
（図３Ａの工程）
半導体装置１のバンプ配置面１ａの全面にバンプ２を覆うように、バンプ２の高さより大きい厚さを有する樹脂材２３を形成する。樹脂材２３は、フィルム（シート）状のものを貼り付ける、あるいはペースト状のものをスクリーン印刷する等の方法で形成される。樹脂材２３の構成及び機能は第１の実施形態の樹脂材３と同じである。
【００５７】
（図３Ｂの工程）
吸着保持具６を降下させて半導体装置１を接合対象物４に近づけていく。ここで、前工程で形成した樹脂材２３の厚さがバンプ２の高さより大きいため、バンプ２よりも先に樹脂材２３の下面が接合対象物４に接触し、さらに吸着保持具６は下降を続け、半導体装置１を接合対象物４に対して押し込んで下降は停止される。この押し込み荷重は、樹脂材２３を介して半導体装置１が接合対象物４から受ける反力として、吸着保持具６を介して実装機に具備されたロードセルで検出される。そのロードセルの検出荷重は、予め、半導体装置１と接合対象物４との間のギャップの大きさと関連付けられており、検出荷重から上記ギャップの大きさ（高さ）がわかる。
【００５８】
また、樹脂材２３が接合対象物４に接触する前に吸着保持具６及び半導体装置１を通じて、実装機に具備されたヒータからの熱を樹脂材２３に伝えて樹脂材２３を適度に軟化させて柔軟性を与えることで、上記反力を樹脂材２３が吸収して半導体装置１に過剰な力が作用するのを抑制できる。特に、本実施形態では、樹脂材２３はバンプ２を覆っており、接合対象物４上への搭載時に半導体装置１とランド５との間に直接狭圧された状態とはならないが、バンプ２は樹脂材２３からある程度の応力は受けるので、樹脂材２３を軟化させて柔軟性を持たせておくことは有効である。
【００５９】
また、半導体装置１と接合対象物４とが平行ではなく傾いて向き合わせられてしまった場合には、樹脂材２３の柔軟性により両者を平行にすることができる。これにより、各バンプ２と各ランド５との間の距離を一定にすることができ後述する工程でのバンプ２とランド５との接合の不良を防げる。また、半導体装置１と接合対象物４の一方に反りや歪みがあっても、樹脂材２３の柔軟性で反りや歪みのない他方に前記一方を追従させて反りや歪みを緩和するることができる。
【００６０】
（図３Ｃの工程）
吸着保持具６及び半導体装置１を通じて、実装機に具備されたヒータからの熱を樹脂材２３及びバンプ２に伝えて、これらを加熱する。樹脂材２３及びバンプ２が、例えば２５０℃の加熱を数秒間受けるようにする。
【００６１】
（図４Ｄの工程）
上記加熱を受けて、樹脂材２３は粘度が低下し溶融して液化または半液化する。この樹脂材２３の溶融と同時に、もしくはやや遅れたタイミングでバンプ２が溶融する。
【００６２】
（図４Ｅの工程）
樹脂材２３の溶融により、吸着保持具６及びこれに吸着保持された半導体装置１をさらに接合対象物４に対して降下させることが可能になる。そこで、吸着保持具６を所定量降下させて、溶融したバンプ２を接合対象物４のランド５に接触させて接合させる。これにより、バンプ２を介して半導体装置１と接合対象物４に形成された回路とが電気的に接続される。
【００６３】
上記所定量降下の基準位置は、図３Ｂの工程において上記反力を検出して半導体装置１の降下が停止された位置であり、その位置から、ギャップが所望の大きさとなるべく、かつバンプ２先端部がランド５に接触するべく所定量、吸着保持具６及び半導体装置１が降下される。吸着保持具６及び半導体装置１はその所定量降下した後降下が停止される。
【００６４】
すなわち、本実施形態においても上記第１の実施形態と同様に、上記ギャップの大きさをバンプ２の高さで決めているのではなく、図３Ｂの工程における上記反力の検出により得られるギャップの大きさを基準として、ここから予め設定された上記所定量だけギャップを狭めることで決めているので、バンプ２がランド５との接触前に溶融していても、半導体装置１と接合対象物４との間のギャップをばらつきなく安定して一定に制御できる。
【００６５】
上記降下の際にバンプ２がランド５にぶつかるときにはバンプ２は溶融しており、バンプ２および半導体装置１に負荷を与える力はほとんどかからず、バンプ２や、バンプ配置面１ａに形成された保護膜も含む半導体装置１の破損を防げる。
【００６６】
以上の接合の際に、液化または半液化した樹脂材２３はバンプ２とランド５との接合部の界面部位から速やかに周辺部に押し出され、バンプ２とランド５との接触を阻害しない。そして、樹脂材２３は、接合部のまわりを覆うように半導体装置１と接合対象物４との間のギャップに広がって接合部を大気から遮断し、接合中における接合部の酸化を防止する。これにより、接合部の電気抵抗の増大を抑えることができ、接合信頼性を向上できる。
【００６７】
（図４Ｆの工程）
バンプ２とランド５との接合後、樹脂材２３を完全硬化させる。例えば加熱炉の中に、半導体装置１と接合対象物４との接合体を入れて、１５０℃〜１８０℃の温度で数時間加熱する。このように樹脂材２３に含まれる硬化剤の反応速度は比較的遅く、硬化反応に要する時間は数時間であるため、上記図３Ｃ〜図４Ｄの工程で行われる数秒程度の加熱では樹脂材２３は硬化せずに溶融する。
【００６８】
完全硬化された樹脂材２３は、半導体装置１と接合対象物４との間を充填しており、いわゆるアンダーフィル材として機能する。すなわち、樹脂材２３によってバンプ２とランド５との接合部が覆われ、使用環境下での湿度やごみ等などから接合部を保護することで信頼性が確保できる。
【００６９】
また、接合時におけるバンプ２への応力回避のためにクッション材として用いた樹脂材２３がそのままアンダーフィル材としても機能するので、半導体装置１と接合対象物４との接合後に両者のギャップに別途アンダーフィル材用の樹脂材を供給する工程を省くことができる。特に、バンプ２間のピッチが狭ピッチであったり、半導体装置１と接合対象物４との間が狭ギャップの場合には、接合後にアンダーフィル材を供給する方法では充填欠陥が生じやすいのに対して、本実施形態では、接合前の狭いギャップが形成される前に半導体装置１と接合対象物４との間に樹脂材２３が介在されるので充填性に優れている。特に、本実施形態では、第１、第２の実施形態と異なり、樹脂材２３はバンプ配置面１ａの全面に形成された後、半導体装置１と接合対象物４との間に介在されて、その状態で溶融された後完全硬化されるので、上記ギャップへの充填性が非常に良い。
【００７０】
［第４の実施形態］
次に、図７は、本発明の第４の実施形態に係る半導体装置の接合工程を示す。第４の実施形態では、樹脂材３を半導体装置１のバンプ配置面１ａではなく、接合対象物４に形成している点で上記第１の実施形態と異なる。
【００７１】
すなわち、図７に示すように、樹脂材３を、接合対象物４においてバンプ２と接合するランド５が配置されていない部分（図示の例では中央部）に形成した後、吸着保持具６を降下させて半導体装置１を接合対象物４に近づけていく。ここで、樹脂材３の厚さがバンプ２の高さより大きいため、図１Ｂに示すように、バンプ２はランド５に接触せず、樹脂材３の上面が半導体装置１のバンプ配置面１ａにおいてバンプ２の配置されていない中央部分に接触し、さらに吸着保持具６を下降させて、半導体装置１を接合対象物４に対して押し込んで下降は停止される。以降の工程は上記第１の実施形態と同じである。
【００７２】
［第５の実施形態］
次に、図８は、本発明の第５の実施形態に係る半導体装置の接合工程を示す。第５の実施形態では、樹脂材１３を半導体装置１のバンプ配置面１ａではなく、接合対象物４に形成している点で上記第２の実施形態と異なる。
【００７３】
図８に示すように、樹脂材１３を、接合対象物４においてバンプ２と接合するランド５が配置されていない部分に形成した後、吸着保持具６を降下させて半導体装置１を接合対象物４に近づけていく。ここで、樹脂材１３の厚さがバンプ２の高さより大きいため、図５Ｂに示すように、バンプ２はランド５に接触せず、樹脂材１３の上面が半導体装置１のバンプ配置面１ａにおいてバンプ２の配置されていない部分に接触し、さらに吸着保持具６を下降させて、半導体装置１を接合対象物４に対して押し込んで下降は停止される。以降の工程は上記第２の実施形態と同じである。なお、この第５実施形態の場合、半導体装置１を接合対象物４に近づけていく際に、バンプ２が樹脂材１３にぶつからないようにするため、半導体装置１と接合対象物４とを高精度に位置合わせする必要がある。
【００７４】
［第６の実施形態］
次に、図９は、本発明の第６の実施形態に係る半導体装置の接合工程を示す。第６の実施形態では、樹脂材２３を半導体装置１のバンプ配置面１ａではなく、接合対象物４に形成している点で上記第３の実施形態と異なる。
【００７５】
図９に示すように、樹脂材２３を、接合対象物４においてバンプ２と接合するランド５を覆うように形成した後、吸着保持具６を降下させて半導体装置１を接合対象物４に近づけていく。ここで、樹脂材２３の厚さがバンプ２の高さより大きいため、図３Ｂに示すように、バンプ２はランド５に接触する位置には至らず、樹脂材２３の上面が半導体装置１のバンプ配置面１ａに接触する。さらに、このとき、樹脂材２３の中にバンプ２が入り込むことができるように樹脂材２３を加熱して軟らかくしておく必要がある。この樹脂材２３の加熱方法としては、バンプ２の先端部が樹脂材２３の上面に接触したときに吸着保持部６及び半導体装置１を通じて実装機に備えられたヒータからバンプ２に伝わる熱を樹脂材２３に伝える方法、あるいは接合対象物１を保持するステージに内蔵されたヒータによって接合対象物４上の樹脂材２３を加熱する方法がある。半導体装置１は接合対象物４に対して押圧されて下降が停止される。以降の工程は上記第３の実施形態と同じである。
【００７６】
また、この第６の実施形態の方法では、図１０に示すように、紫外線硬化性の樹脂材３３を用いることも有効である。その樹脂材３３におけるランド５上に位置する部分３３ａにマスク（図示せず）を形成して、その他の部分３３ｂを露出させた状態で紫外線を照射する。これにより、マスクで覆われていない部分３３ｂのみが硬化する（図１０Ａ）。
【００７７】
そして、マスクを除去した後、未硬化のままとなっている部分３３ａにその未硬化の樹脂材を押し退けるようにしてバンプ２を入り込ませて、半導体装置１を接合対象物４上に樹脂材３３を介在させて搭載する（図１０Ｂ）。
【００７８】
以上の各実施形態では、接合対象物４に対して半導体装置１を移動させて近づけていくとして説明したが、逆に、半導体装置１に対して接合対象物４を移動させて両者を近づけてもよい。もちろん、半導体装置１と接合対象物４との両方を互いに接近させるべく移動させてもよい。
【００７９】
また、樹脂材３、１３、２３として熱可塑性樹脂を用いた場合には、加熱することなく常温で完全硬化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の接合工程を示す断面図である。
【図２】図１に続く工程を示す断面図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の接合工程を示す断面図である。
【図４】図３に続く工程を示す断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の接合工程を示す断面図である。
【図６】図５に続く工程を示す断面図である。
【図７】本発明の第４の実施形態に係る半導体装置の接合方法を示す断面図である。
【図８】本発明の第５の実施形態に係る半導体装置の接合方法を示す断面図である。
【図９】本発明の第６の実施形態に係る半導体装置の接合方法を示す断面図である。
【図１０】本発明の変形例に係る半導体装置の接合方法を示す断面図である。
【図１１】バンプの変形例を示す断面図である。
【図１２】従来例の半導体装置の接合工程を示す断面図である。
【図１３】他従来例の半導体装置の接合工程を示す断面図である。
【図１４】バンプの大きさにばらつきがある場合の半導体装置と接合対象物との接合を示す断面図である。
【図１５】接合対象物に反りが生じている場合の半導体装置と接合対象物との接合を示す断面図である。
【図１６】半導体装置と接合対象物とが傾いて位置合わせされた場合の半導体装置と接合対象物との接合を示す断面図である。
【図１７】図１３に示す従来方法でバンプがつぶれた状態を示す断面図である。
【図１８】図１３に示す従来方法でバンプのブリッジが生じた状態の断面図である。
【符号の説明】
【００８１】
１…半導体装置、１ａ…バンプ配置面、２…バンプ、３…樹脂材、４…接合対象物、５…ランド、６…吸着保持具、１３…樹脂材、２３…樹脂材、３３…樹脂材。
【図１】
2006190830.tif 000003
【図２】
2006190830.tif 000004
【図３】
2006190830.tif 000005
【図４】
2006190830.tif 000006
【図５】
2006190830.tif 000007
【図６】
2006190830.tif 000008
【図７】
2006190830.tif 000009
【図８】
2006190830.tif 000010
【図９】
2006190830.tif 000011
【図１０】
2006190830.tif 000012
【図１１】
2006190830.tif 000013
【図１２】
2006190830.tif 000014
【図１３】
2006190830.tif 000015
【図１４】
2006190830.tif 000016
【図１５】
2006190830.tif 000017
【図１６】
2006190830.tif 000018
【図１７】
2006190830.tif 000019
【図１８】
2006190830.tif 000020