(57)【要約】【課題】  基板に形成された配線と、半導体素子に形成された回路パターンの接続をより強固に行い、また外的負荷からの影響を低減や配線や回路パターンの腐食の防止を行った半導体装置及び半導体装置の製造方法の提供。【解決手段】  表面に配線２が形成された半導体素子１の表面及び配線２の一部に保護膜４を形成する。次に露出した配線２と保護膜４上に、基板１０に形成された回路パターン１１を設置する。そして配線２と回路パターン１１の接する部分及び保護膜４と回路パターン１１の接する部分にレーザ光２０を照射して、配線２または回路パターン１１を融解させることで接合を行う。【選択図】  図３
2006165440.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性基板と、
前記絶縁性基板表面に形成された回路パターンと、
前記回路パターンに接合された配線と、
前記配線を主面に有する半導体素子と、
前記半導体素子と前記配線間に介在させ、前記配線と前記回路パターンの接合部界面ならびに前記配線と前記半導体素子の接合部及び前記配線の露出面を覆う保護膜と、を有する半導体装置。
【請求項２】
前記絶縁性基板が不透明素材からなり、厚さ方向に貫通孔を有し、
前記回路パターンの前記貫通孔と接する面の裏面に前記配線が接合された請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記絶縁性基板が透明性素材からなる請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記回路パターンが前記レーザによって溶解し、溶解した前記配線と接合するレーザ溶接部と、前記回路パターンが溶解し、前記保護膜に付着して接合する付着部を有する請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記配線がアルミからなり、前記回路パターンが銅箔でメッキされたアルミからなり、前記保護膜が窒化膜からなる請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記回路パターンが、前記溶接部と反対側の面に前記レーザによる溶解によって形成された凹部を有する請求項５に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記保護膜の厚みに対して、前記回路パターンの厚みが２．５〜３倍の厚みを有する請求項６に記載の半導体装置。
【請求項８】
金属の配線を有する半導体素子が回路パターンを有する基板に接続された半導体装置の製造方法において、
半導体素子の上面の一部に金属の配線を設ける工程と、
前記配線の上面の一部をマスクする工程と、
前記配線の露出した面と前記半導体素子の上面に保護膜を形成する工程と、
前記マスクを除去する工程と、
回路パターンを有する基板の前記回路パターンを前記配線と対向配置させ、前記配線のり露出した上面及び前記保護膜上面に搭載する工程と、
レーザ源から出射されたレーザ光を前記回路パターンと前記配線の接する部分に照射する行程と、
前記配線若しくは前記回路パターンを溶融して互いに接合させる工程と、
前記レーザ光を前記回路パターンと前記保護膜の接する部分に照射する工程と、
前記回路パターンを溶融して前記保護膜に付着させる工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記回路パターンと前記配線の接する部分に照射する前記レーザ光の径を１０μｍ〜５０μｍにし、前記レーザ光を前記回路パターンと前記保護膜の接する部分に照射する前記レーザ光の径を６０〜１５０μｍにする請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記回路パターンと前記配線の接する部分に照射するレーザの照射時間に対し、前記レーザ光を前記回路パターンと前記保護膜の接する部分に照射する前記レーザ光の照射時間を２倍にする請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記配線と前記回路パターンの接する部分若しくは前記保護膜と前記回路パターンの接する部分に０．３〜１０Ｎの力で加圧を行い、圧着させる請求項９または１０に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記保護膜がＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4、ポリイミド、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、ＳｉＡｌＯＮ、のいずれかである請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記基板が貫通孔を有し、前記レーザ光を前記貫通孔内を通過させて前記回路パターンと前記配線の接する部分若しくは前記レーザ光を前記回路パターンと前記保護膜の接する部分に照射する請求項１２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記基板が透明性の材料で形成され、前記レーザ光を前記基板内を透過させて前記回路パターンと前記配線の接する部分若しくは前記回路パターンと前記保護膜の接する部分に照射する請求項１３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】
レーザ照射により半導体素子を配線基板に実装した半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体装置の製造方法では、配線上に金属の電極を有するチップ型半導体素子を表面に回路パターンが施された透明基板とをレーザ溶接して接合させていた。
【０００３】
図６に従来の半導体装置の製造方法を示す。まず回路パターン１１を上にして配置された透明基板１０に配線２を下に向けて半導体素子１を搭載する。次にレーザ５を透明基板１０の下側から照射し、透明基板１０を透過させて配線２に照射する。配線２にレーザ光２０を照射することで配線２を融解させて、半導体素子１を透明基板１０の回路パターン１１に金属−金属接合させていた。この方法によって製造される半導体装置は図に示すように配線２と回路パターン１１と、その接合部界面が露出した構成となっていた（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平５-１０９８２４号公報（第２頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
以上に述べたような半導体装置とその製造方法では、接合を行った電極や回路パターン、電極と回路パターンの接合部界面が露出しているため、配線若しくは電極に使用している金属が腐食するという問題があった。
【０００５】
また、半導体素子と透明基盤の接合を、融解した電極が配線と接する部分のみで行っているため、接合強度が弱い、外的負荷による影響を受けやすい等の問題もあった。
【０００６】
本発明は、このような従来の半導体の製造方法が有していた問題を解決しようとするものであり、配線と回路パターンの接合を強固に行い、接合部の封止を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による半導体装置の製造方法は、周囲に保護膜が形成された金属の配線を有する半導体素子の配線と、金属の回路パターンを有する基板の回路パターンを対向配置させ、回路パターンを配線上に搭載し、基板の下からレーザを照射して配線若しくは回路パターンにレーザ光を照射して融解させることで、半導体素子と基板を接合させる。
【０００８】
また、絶縁性基板と、絶縁性基板表面に形成された回路パターンと、回路パターンに接合された配線と、配線を主面に有する半導体素子と、半導体素子と配線間に介在させ、配線と回路パターンの接合部界面ならびに配線と半導体素子の接合部及び配線の露出面を覆う保護膜とを有する構成とする。
【０００９】
また、半導体素子の上面の一部に金属の配線を設ける工程と、配線の上面の一部をマスクする工程と、配線の露出した面と半導体素子の上面に保護膜を形成する工程と、マスクを除去する工程と、回路パターンを有する基板の回路パターンを配線と対向配置させ、配線の露出した上面及び保護膜上面に搭載する工程と、レーザ源から出射されたレーザ光を回路パターンと配線の接する部分に照射する行程と、配線若しくは回路パターンを溶融して互いに接合させる工程と、レーザ光を回路パターンと保護膜の接する部分に照射する工程と、回路パターンを溶融して保護膜に付着させる工程とを有する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の半導体装置の製造方法及び半導体装置は、配線と回路パターンの接合部の封止を行うことができ、配線若しくは回路パターンの腐食を防止することができる。また、接合部の周囲を保護膜で覆っているため、外的負荷からの影響を低減することもできる。
【００１１】
また更に、半導体素子と基板の接続を配線と回路パターンを融解させて接合させるだけでなく、融解した回路パターンと配線を保護膜に付着させることでも行うため、より強固な接合を行うという効果を発揮するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図５に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１は本発明の実施例１における半導体素子の平面図である。回路パターンを接合する前の半導体素子を示す図であり、半導体素子１の上面に複数の配線２が配置されている。
【００１４】
図２は本発明の実施例１における半導体装置を上面から見た図である。半導体素子１に回路パターン４を有する基板１が接合されている。
【００１５】
また、図３は本発明の実施例１における半導体装置の製造方法を示す図である。（ａ）は図１のＡ-Ａ方向の断面図である。
【００１６】
まず、（ａ）に示すように半導体素子１の上面に金属の配線２を設ける。配線２の材料はアルミニウムを用いるのが好ましい。
【００１７】
次に（ｂ）に示すように配線２の上面の一部にレジスト３をマスクする。
【００１８】
次に（ｃ）に示すように基板１と配線２の上面から保護膜４を形成する。保護膜４の材料としては無機物を使用する。好ましくはＳｉＯ2やＳｉ3Ｎ4やポリイミドを使用する。また、保護膜４の形成方法としてはＣＶＤ法やスパッタ法などによる成膜、もしくは塗布や吹付けによる成膜、またはロールコートやスプレーコートやスピンコートなどのコーティングによる成膜を行う。
【００１９】
次に（ｄ）に示すようにマスク３の除去を行う。
【００２０】
次に（ｅ）に示すように基板１０に接続された回路パターン１１と配線２の位置合せを行い配線２の露出した部分に回路パターン１１を設置する。このとき、回路パターン１１の材料はアルミニウムや銅を用いる。そして回路パターン１１の裏面からレーザ光２０を配線２と回路パターン１１の接する部分に照射する。このときレーザ光２０は１０Ｗ出力のレーザを用い、溶解径を１０〜５０μｍにして光源の３０〜５０％の強度で１ｍsecほど照射を行う。これにより回路パターン１１もしくは配線２を溶解させてＡｌ−Ａｌの金属接合を行う。このとき保護膜４の厚みが７〜８μｍであるのに対して、回路パターンの厚みは約２０μｍの厚みのものを使用している。このような厚みの比率を保つことで配線２と保護膜４で囲まれた凹部に溶解した回路パターン１１が隙間なく入り込ませることができる。
【００２１】
次に（ｆ）に示すように回路パターン１１の裏面からレーザ光２０を保護膜４と回路パターン１１の接する部分も含めて照射を行う。このときレーザ光２０は１０Ｗ出力のレーザを用い、溶解径を６０〜１５０μｍにして光源の６０〜８０％の強度で２ｍsecほど照射を行う。レーザの径を広げるためには凹レンズを用いてデフォーカスを行う。このように回路パターン１１を溶解させて保護膜４に付着させる。
【００２２】
以上のように（ｅ）の工程におけるレーザの強度に対して（ｆ）の工程におけるレーザの強度を高くすることで、より強固な接合を行うことができる。好ましくは１．５〜３倍程度にする。また、接合を行う方法として、（ｅ）の工程におけるレーザの照射時間に対して（ｆ）の工程におけるレーザの照射時間を２倍程度にすることも有効である。
【００２３】
（ｇ）は回路パターンの接合を行った半導体装置であり、図２のＢ−Ｂ方向の断面図である。
【００２４】
以上述べてきたように回路パターン１１が溶解して凹部に隙間無く入り込み、配線２と回路バターン１１の接合部界面と配線２の周囲を保護膜４で覆うことで封止を行い、腐食しやすい材質で形成されている配線２及び回路パターン１１の露出を防ぐ。
【００２５】
また、配線２と回路パターン１１の接する部分及び保護膜４と回路パターン１１の接する部分の２ヶ所を接合することで、より強固な接合を行う。
【実施例２】
【００２６】
図４は本発明の実施例２における半導体装置の製造方法を示す図である。
【００２７】
まず、実施例１と同様に（ａ）〜（ｄ）の工程を行う。
【００２８】
次に（ｅ）に示すように基板１０に接続された回路パターン１１と配線２の位置合せを行い配線２の露出した部分に回路パターン１１を設置する。基板１０は透明な絶縁性材料で形成されている。基板１０の裏面からこの基板１０を透過させてレーザ光２０を配線２と回路パターン１１の接する部分に照射する。
このときレーザ光２０は１０Ｗ出力のレーザを用い、溶解径を１０μｍ〜５０μｍにして光源の３０〜５０％の強度で１ｍsecほど照射を行う。これにより回路パターン１１若しくは配線２を溶解させてＡｌ−Ａｌの金属接合を行う。
【００２９】
次に（ｆ）に示すように基板１０の裏面からこの基板１０を透過させてレーザ光２０を保護膜４と回路パターン１１の接する部分に照射する。このときレーザ光２０は１０Ｗ出力のレーザを用い、溶解径を６０μｍ〜１５０μｍにして光源の約６０〜８０％の強度で２ｍsecほど照射を行う。これにより回路パターン１１を溶解させて保護膜４に付着させる。
【００３０】
本実施例においては、レーザ光が透明素材を透過するため、透明素材によってレーザ光が微量に吸収される。そのため、吸収される光量を考慮して強度を上げるのが望ましい。本実施例における透明素材の光の吸収率は５%程度であったため、レーザ光の強度を実施例１に対して５%〜１０%上げたところ、好ましい接合を行うことができた。
【００３１】
以上述べてきたように基板がガラスなどの透明材料からなる場合、回路パターン１１を挟んで半導体素子と対向する側に基板を配置することができる。
【実施例３】
【００３２】
図５は本発明の実施例２における半導体装置の製造方法を示す図である。
【００３３】
まず、実施例１と同様に（ａ）〜（ｄ）の工程を行う。
【００３４】
次に（ｅ）に示すように基板１０に接続された回路パターン１１と配線２の位置合せを行い配線２の露出した部分に回路パターン１１を設置する。基板１０は貫通孔１２を有している。そして基板１０の裏面からこの基板１０の貫通孔を通過させてレーザ光２０を配線２と回路パターン１１の接する部分に照射する。このときレーザ光２０は１０Ｗ出力のレーザを用い、溶解径を２０μｍにして光源の約５０％の強度で１ｍsecほど照射を行う。これにより回路パターン１１若しくは配線２を溶解させてＡｌ−Ａｌの金属接合を行う。
【００３５】
次に（ｆ）に示すように透明基板１０の裏面からこの透明基板１０を透過させてレーザ光２０を保護膜４と回路パターン１１の接する部分に照射する。このときレーザ光２０は１０Ｗ出力のレーザを用い、溶解径を１００μｍにして光源の約８０％の強度で２ｍsecほど照射を行う。これにより回路パターン１１を溶解させて保護膜４に付着させる。
【００３６】
以上述べてきたように基板１０のレーザを通過させたい部分には貫通孔を設けることで、回路パターン１１を挟んで半導体素子と対向する側に基板を配置することができる。
【００３７】
以上述べた、配線２の材料及び保護膜４の材料及びレーザ光２０の出力と溶解径と強度と照射時間はその他の材料または条件でも実施可能であり、実施例１〜３で示した例に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】実施例１における半導体素子の上面から見た図
【図２】実施例１における半導体装置の上面から見た図
【図３】実施例１における半導体装置の製造方法を示す図
【図４】実施例２における半導体装置の製造方法を示す図
【図５】実施例３における半導体装置の製造方法を示す図
【図６】従来技術を説明する図
【符号の説明】
【００３９】
１    半導体素子
２    配線
３    マスク
４    保護膜
１０    基板
１１    回路パターン
１２    貫通孔
２０    レーザ光
【図１】
2006165440.tif 000003
【図２】
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【図３】
2006165440.tif 000005
【図４】
2006165440.tif 000006
【図５】
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【図６】
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