(57)【要約】【課題】  ＩＣチップに設けられたバンプと、基板に設けられた配線パターンとの接合信頼性を十分に確保することができるようにした半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】  回路面にバンプ２２を有するＩＣチップ２０をボンディング領域の内側から外側にかけて配線パターン１２を有するフィルム基板１０上に取り付けて半導体装置１００を製造する方法であって、フィルム基板１０のボンディング領域上にＮＣＰ樹脂３０を塗布する工程と、ＮＣＰ樹脂３０が塗布されたボンディング領域上にＩＣチップ２０の回路面を押し当てて、ＩＣチップ２０のバンプ２２をフィルム基板１０の配線パターン１２に接合する工程と、を含み、バンプ２２を配線パターン１２に接合する工程では、接合温度を２００［℃］以上、半導体装置１００の耐熱温度値以下とし、かつ、接合荷重を２５［ｋｇｆ／ｍｍ２］以上、半導体装置１００の耐圧荷重値以下とする。【選択図】  図２
2006202897.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路面にバンプを有するＩＣチップを、所定領域の内側から外側にかけて配線パターンを有する基板上に取り付けて半導体装置を製造する方法であって、
前記基板の前記所定領域上に樹脂を塗布する工程と、
前記樹脂が塗布された前記所定領域上に前記ＩＣチップの前記回路面を押し当てて、前記ＩＣチップの前記バンプを前記基板の前記配線パターンに接合する工程と、を含み、
前記バンプを前記配線パターンに接合する工程では、
前記バンプと前記配線パターンとの間の接合温度を２００［℃］以上、前記半導体装置の耐熱温度値以下とし、かつ、
当該間に加えられる接合荷重を２４５［Ｎ／ｍｍ２］以上、前記半導体装置の耐圧荷重値以下とすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記配線パターンの表面には錫（Ｓｎ）メッキが施され、
前記バンプを前記配線パターンに接合する工程では、
前記バンプと前記配線パターンとの間の接合温度を２７０［℃］以上、前記半導体装置の耐熱温度値以下とし、かつ、
当該間に加えられる接合荷重を２９４［Ｎ／ｍｍ２］以上、前記半導体装置の耐圧荷重値以下とす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】
前記配線パターンの表面には金（Ａｕ）メッキが施されてい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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、ＩＣチップの回路面に設けられたバンプと、基板に設けられた配線パターンとの接合強度を高める技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＮＣＰ（ｎｏｎ  ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  ｐａｓｔｅ）方式のＣＯＦ（ｃｈｉｐ  ｏｎ  Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  Ｔａｐｅ）に関する従来技術としては、例えば特許文献１に開示されたものがある。
この特許文献１では、その第１図に示されているように、半導体素子に形成された金属突起を、ＮＣＰ樹脂が塗布された配線基板の配線パターン上に圧接して（即ち、接触させて）、当該間を電気的に接続するようになっている。また、この圧接と共に、ＮＣＰ樹脂に光もしくは熱を加えてＮＣＰ樹脂を硬化させて、半導体素子を配線基板に固定するようになっている。つまり、金属突起と配線パターンとの電気的接続は圧接で行われ、半導体素子と配線基板との固定は硬化したＮＣＰ樹脂によってなされている。
【０００３】
このような構成であると、半導体素子の金属突起と配線基板の配線パターンとは単に圧接しているのみであるから、配線パターンの材質を特定の材料に限定したり、多層構成にしたりする必要がない、という効果を得ることができた。
【特許文献１】特公平０２−００７１８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記公報に開示されたような従来技術、即ち、従来のＮＣＰ方式のＣＯＦにあっては、半導体素子の配線基板に対する固定はＮＣＰ樹脂によってなされており、このＮＣＰ樹脂の収縮応力によって、半導体素子（以下、「ＩＣチップ」という。）の金属突起が配線基板の配線パターン上に押し付けられていた。
ここで、ＮＣＰ樹脂としては、通常、エポキシ樹脂が使用されるが、エポキシ樹脂は他の構成部材と比較し線膨張係数が大きく、加熱・冷却時に伸び縮みが大きい。このため、従来技術では、エポキシ樹脂が伸縮すると、エポキシ樹脂に押されて（又は、引っ張られて）金属突起と配線パターンとが相対的に位置ずれしてしまい、当該間の電気的接続が損なわれてしまうおそれがあった。つまり、金属突起（以下、「バンプ」という。）と配線パターンとの接合信頼性が十分でない可能性があった。
【０００５】
本発明は、このような従来の技術の有する未解決の課題に着目してなされたものであって、ＩＣチップに設けられたバンプと、基板に設けられた配線パターンとの接合信頼性を十分に確保することができるようにした半導体装置の製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
〔発明１〕  上記目的を達成するために、発明１の半導体装置の製造方法は、回路面にバンプを有するＩＣチップを、所定領域の内側から外側にかけて配線パターンを有する基板上に取り付けて半導体装置を製造する方法であって、前記基板の前記所定領域上に樹脂を塗布する工程と、前記樹脂が塗布された前記所定領域上に前記ＩＣチップの前記回路面を押し当てて、前記ＩＣチップの前記バンプを前記基板の前記配線パターンに接合する工程と、を含み、前記バンプを前記配線パターンに接合する工程では、前記バンプと前記配線パターンとの間の接合温度を２００［℃］以上、前記半導体装置の耐熱温度値以下とし、かつ、当該間に加えられる接合荷重を２４５［Ｎ／ｍｍ２］（＝２５［ｋｇｆ／ｍｍ２］）以上、前記半導体装置の耐圧荷重値以下とすることを特徴とするものである。
このような構成であれば、従来技術と比べて、バンプと配線パターンとの接合部分に一定の大きさ以上の接合強度を持たせることができ、十分な接合信頼性を確保することができる。
【０００７】
〔発明２〕  発明２の半導体装置の製造方法は、発明１の半導体装置の製造方法において、前記配線パターンの表面には錫（Ｓｎ）メッキが施され、前記バンプを前記配線パターンに接合する工程では、前記バンプと前記配線パターンとの間の接合温度を２７０［℃］以上、前記半導体装置の耐熱温度値以下とし、かつ、当該間に加えられる接合荷重を２９４［Ｎ／ｍｍ２］（＝３０［ｋｇｆ／ｍｍ２］）以上、前記半導体装置の耐圧荷重値以下とすることを特徴とするものである。
このような構成であれば、バンプと配線パターンとの接合部分に４０［ｇｆ／ｍｍ２］以上の接合強度を持たせることができる。
【０００８】
〔発明３〕  発明３の半導体装置の製造方法は、発明１の半導体装置の製造方法において、前記配線パターンの表面には金（Ａｕ）メッキが施されていることを特徴とするものである。
このような構成であれば、配線パターンにＳｎメッキを施されている場合と比べて、同一の接合温度、かつ同一の接合荷重で、配線パターンとバンプとにより大きな接合強度を持たせることができる。
本発明は、ＮＣＰ方式のＣＯＦに適用して極めて好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら、本発明に係る半導体装置の製造方法について説明する。
（１）実施形態
図１は本発明の実施形態に係る半導体装置１００の構成例を示す断面図である。図１に示すように、この半導体装置１００は、フィルム基板１０と、ＩＣチップ２０と、ＮＣＰ樹脂３０と、を含んだ構成となっている。
【００１０】
フィルム基板１０は、例えばポリイミド基材１１と、このポリイミド基材１１の表面に形成された配線パターン１２等から構成されている。配線パターン１２は、ポリイミド基材１１の表面に画定されたＩＣチップ２０のボンディング領域の内側から外側にかけて形成されている。この配線パターン１２は、例えば銅パターンの表面上に錫（Ｓｎ）メッキが施されたものである。Ｓｎメッキの総厚は例えば０．２μｍ以上であり、その内の純Ｓｎ層は０．０５μｍ以上である。
【００１１】
ＩＣチップ２０は、その回路面をフィルム基板１０に向けた状態で、フィルム基板１０のボンディング領域上に取り付けられており、その回路面に設けられたバンプ２２は、ボンディング領域内側の配線パターン１２上に接合されている。また、ＮＣＰ樹脂３０は、ＩＣチップ２０の回路面を封止するための絶縁性樹脂であり、例えばエポキシ樹脂からなるものである。このＮＣＰ樹脂３０は、ＩＣチップ２０とフィルム基板１０との間に充填されている。このような形態の半導体装置１００は、ＮＣＰ方式のＣＯＦとも呼ばれている。次に、この半導体装置１００の製造方法について説明する。
【００１２】
図２（Ａ）〜（Ｄ）は、半導体装置１００の製造方法を示す工程図である。
図２（Ａ）に示すように、まず始めに、配線パターン１２を上方向に向けた状態で、フィルム基板１０をボンディング装置の基板固定台（ステージ）１５０上に固定する。固定方法は、例えば真空吸着である。次に、図２（Ｂ）に示すように、フィルム基板１０表面のボンディング領域上にＮＣＰ樹脂３０を塗布する。ＮＣＰ樹脂３０の塗布は、例えば、ステージ１５０上に配置された図示しないノズルから、ステージ１５０上に固定されたフィルム基板１０のボンディング領域上に、ＮＣＰ樹脂３０を滴下させることにより行う。この時点では、ＮＣＰ樹脂３０は所定の流動性を有している。
【００１３】
また、このＮＣＰ樹脂３０の滴下と前後して、または同時に、図２（Ｃ）に示すように、ボンディング装置のＩＣ固定治具（ツール）１６０で、ＩＣチップ２０の回路面の反対側（即ち、ミラー面）を吸着支持する。このとき、ツール１６０の温度を例えば２８０［℃］に設定しておく。そして、図２（Ｄ）に示すように、ＩＣチップ２０を吸着したツール１６０をステージ１５０側に下降させて、ＩＣチップ２０の回路面をフィルム基板１０のボンディング領域上に接触させる。そして、そのまま荷重を加える。
【００１４】
ここで、ＩＣチップ２０はツール１６０によって１、２秒程度の短時間の内に加熱され、バンプ２２の温度は例えば２８０［℃］程度となっている。つまり、ツール１６０と同程度の温度まで加熱されている。また、ツール１６０からＩＣチップ２０及びフィルム基板１０に加える荷重は、例えば３２．５［ｋｇｆ／ｍｍ２］程度である。ステージ１５０の温度は例えば１００［℃］であり、接合時間は例えば３秒である。
【００１５】
このような熱と荷重とを加えたボンディングにより、フィルム基板１０の配線パターン１２上にＩＣチップ２０のバンプ２２を接合して、図１に示した半導体装置１００を完成させる。図２（Ｄ）に示す工程では、ツール１６０からＩＣチップ２０を介してＮＣＰ樹脂３０にも熱が伝わる。そして、この熱によってＮＣＰ樹脂３０は流動性を失い、収縮して硬化する。そのため、図２（Ｄ）の工程以降で、ＮＣＰ樹脂３０を固めるためのプリキュア工程は不要である。
【００１６】
このように本発明の実施形態に係る半導体装置１００の製造方法によれば、バンプ２２を配線パターン１２に接合する工程では、バンプ２２と配線パターン１２との間の接合温度を２００［℃］以上、半導体装置１００の耐熱温度値以下としている。かつ、バンプ２２と配線パターン１２との間に加えられる接合荷重を２５［ｋｇｆ／ｍｍ２］以上、半導体装置１００の耐圧荷重値以下としている。耐熱温度値は例えば５００［℃］であり、耐圧荷重値は例えば本評価仕様では１３８［ｋｇｆ／ｍｍ２］（総荷重５００［Ｎ］）である（耐熱温度値、耐圧荷重値は、半導体装置のバンプや配線パターンの構造及びその材質等によってそれぞれ異なる。）。
【００１７】
このような構成であれば、従来技術と比べて、バンプ２２と配線パターン１２との接合部分に一定の大きさ以上の接合強度を持たせることができ、十分な接合信頼性を確保することができる。
また、〔実験１〕及び〔実験２〕で後述するように、特に、配線パターン１２の表面にＳｎメッキが施されている場合には、接合温度を２７０［℃］以上、半導体装置１００の耐熱温度値以下とし、かつ、接合荷重を３０［ｋｇｆ／ｍｍ２］以上、半導体装置１００の耐圧荷重値以下とすることで、バンプ２２と配線パターン１２との接合部分に４０［ｇｆ／ｍｍ２］以上の接合強度を持たせることができる。
【００１８】
この実施形態では、フィルム基板１０が本発明の「基板」に対応し、ＮＣＰ樹脂３０が本発明の「樹脂」に対応している。また、ボンディング領域が本発明の「所定領域」に対応している。
なお、この実施形態では、配線パターン１２の表面にＳｎメッキを施している場合について説明したが、この表面に施しているメッキはＳｎに限られることはなく、例えば金（Ａｕ）メッキでも良い。〔実験３〕で後述するように、Ａｕメッキの場合には、Ｓｎメッキの場合と比べて、同一の接合温度、かつ同一の接合荷重で、配線パターン１２とバンプ２２とにより大きな接合強度を持たせることができる。
【００１９】
（２）実験及び、その結果
〔実験１〕  本発明の実施形態で説明した配線パターン１２と、バンプ２２との接合温度、接合荷重をそれぞれ変えて、ボンディング後の接合強度を測定した。実験条件は、以下の通りである。
（条件）
ａ）測定方法：図３に示すように、接合後の半導体装置１００において、そのフィルム基板１０を基板固定台（ステージ）１５０に固定しておき、ＩＣチップ２０をＩＣ固定治具（ツール）１６０に固定して、ＩＣチップ２０を上方向に引き上げる。そして、ＩＣチップ２０がフィルム基板１０から離れる（又は、フィルム基板１０が破断する）ときの強度、即ち、接合強度（引き剥がし強度）を測定する。この実験１で得られた測定値はバンプ２２の単位面積当たり［１ｍｍ２］の接合強度であり、ＩＣチップ２０の重量を含まない値である。
【００２０】
ｂ）測定装置：ＰＴＲ−０１（（株）レスカ製）
ｃ）実験条件：ツール設定温度  １５０〜３８０［℃］（可変）
ステージ温度    １００［℃］
接合時間        ３秒
接合荷重        ２２．５〜６２．５［ｋｇｆ／ｍｍ２］（可変）
――――――――――――――――――
引き剥がし速度  １．０ｍｍ／ｓ
――――――――――――――――――
配線パターンのメッキ  Ｓｎメッキ
（結果）
図４（Ａ）及び（Ｂ）は、実験１の結果を示す表図である。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に示した数値をグラフ化したものであり、横軸はツール１６０の設定温度（ツール設定温度）、縦軸は接合強度を示す。図４（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、ツール設定温度が大きいほど、また、接合荷重が大きいほど、接合強度は大きかった。
【００２１】
また、図４（Ａ）において、接合強度０は、ツール１６０によってＩＣチップ２０が持ち上がる前にＩＣチップ２０がフィルム基板１０から離れてしまった（つまり、接合強度は、ＩＣチップ２０の重量よりも小さく、測定不能である）ことを意味している。空欄は未測定を意味している。
このような結果から、接合温度が２００［℃］未満であり、かつ接合荷重が２５［ｋｇｆ／ｍｍ２］未満の場合には、接合強度はＩＣチップ２０の重量よりも小さく、接合強度が十分でないことが分かった。逆に言えば、接合強度を測定可能なレベルまで高めるためには、接合温度は少なくとも２００［℃］以上、接合荷重は２５［ｋｇｆ／ｍｍ２］以上必要であることが分かった。
【００２２】
〔実験２〕
実験１と同一の実験サンプルを用いて、温度サイクル試験と、高温放置試験との各試験を行った。これらの試験の条件は、以下の通りである。
（条件）
温度サイクル試験：−６５［℃］⇔＋１５０［℃］  ３００サイクル
高温放置試験    ：＋１５０［℃］  １０００時間
（結果）
図５は、実験２の結果を示す表である。図５の太線が信頼性試験に合格した条件と、不合格である条件とを区別している。即ち、太線枠内の条件（ツール設定温度、接合荷重）でボンディングされた半導体装置１００は、上記温度サイクル試験と、上記高温放置試験とにそれぞれ合格したものである。図５の表内の数値は、実験１で得られた数値をそのまま記載したものである。
【００２３】
このような結果から、接合強度が凡そ４０［ｇｆ／ｍｍ２］以上あれば、上記両信頼性試験に合格することができることがわかった。配線パターン１２のメッキがＳｎの場合には、接合温度を２７０［℃］以上、半導体装置１００の耐熱温度値以下とし、かつ、接合荷重を３０［ｋｇｆ／ｍｍ２］以上、半導体装置１００の耐圧荷重値以下とすることで、バンプ２２と配線パターン１２との接合部分に４０［ｇｆ／ｍｍ２］以上の接合強度を持たせることができる。
【００２４】
〔実験３〕  
本発明の実施形態で説明した半導体装置１００において、その表面にＡｕメッキを施した場合について、その接合強度を測定した。実験条件は、以下の通りである。
（条件）
ａ）測定方法：実験１と同様に、接合後の半導体装置１００において、そのフィルム基板１０をステージ１５０に固定しておき、ＩＣチップ２０をツール１６０に固定して、ＩＣチップ２０を上方向に引き上げる。そして、ＩＣチップ２０がフィルム基板１０から離れる（又は、フィルム基板１０が破断）するときの強度を測定する。（図３参照。）。この実験３で得られた測定値は、ＩＣチップ２０の重量を含まない値である。
【００２５】
ｂ）測定装置：ＰＴＲ−０１（レスカ）
ｃ）実験条件：ツール設定温度  ２５〜３８０［℃］（可変）
ステージ温度    １００［℃］
接合時間        ３秒
接合荷重        ３２．５［ｋｇｆ／ｍｍ２］（固定）
――――――――――――――――――
引き剥がし速度  １．０ｍｍ／ｓ
――――――――――――――――――
配線パターンのメッキ：Ｓｎメッキ、Ａｕメッキ
（結果）
図６は、実験３の結果を示す図である。図６の横軸はツール設定温度、縦軸は接合強度を示す。図６に示すように、Ａｕメッキの場合も、Ｓｎメッキの場合と同様に、ツール温度が大きいほど、また、接合荷重が大きいほど、接合強度（引き剥がし強度）は大きかった。
【００２６】
また、少なくともツール設定温度が２８０〜３８０［℃］の範囲では、Ｓｎメッキと比べて、Ａｕメッキの方が、同一のツール設定温度（接合温度）、かつ同一の接合荷重で、接合強度が大きかった。例えば、ツール設定温度が２８０［℃］のときには、Ａｕメッキの接合強度はＳｎメッキの約８倍であった。
このような結果から、ＳｎメッキよりもＡｕメッキの方が、接合強度の向上に効果的であると言える。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】実施形態に係る半導体装置１００の構成例を示す断面図。
【図２】半導体装置１００の製造方法を示す工程図。
【図３】半導体装置１００における接合強度の測定方法を示す図。
【図４】実験１の結果を示す表図。
【図５】実験２の結果を示す表。
【図６】実験３の結果を示す図。
【符号の説明】
【００２８】
１０  フィルム基板、１１  ポリイミド基材、１２  配線パターン、２０  ＩＣチップ、２２  バンプ、３０  ＮＣＰ樹脂、１００  半導体装置、１５０  ステージ、１６０  ツール  
【図１】
2006202897.tif 000003
【図２】
2006202897.tif 000004
【図３】
2006202897.tif 000005
【図４】
2006202897.tif 000006
【図５】
2006202897.tif 000007
【図６】
2006202897.tif 000008