(57)【要約】【課題】半導体装置の外部接続端子の形成に必要な時間を短くし、かつ製造コストを低くする。【解決手段】まず絶縁層１１０の表層に電極パッド１２０を形成する。次いで電極パッド１２０上に導電粒子２１０を配置する。導電粒子２１０は、樹脂２２０で被覆されている。樹脂２２０は熱可塑性を有しており、表面の少なくとも一部がガラス転移温度または融点まで加熱することによって軟化し、冷却すれば固まる性質を持つ。次いで、樹脂２２０を加熱することにより樹脂２２０を軟化させ、導電粒子２１０と電極パッド１２０を電気的に接続させた後に冷却して固化させることにより、樹脂２２０を用いて導電粒子２１０を電極パッド１２０上に固定し、導電粒子２１０を外部接続端子とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁層の表層に電極パッドを形成する工程と、
前記電極パッド上に、表面の少なくとも一部が熱可塑性の樹脂で被覆された導電粒子を配置する工程と、
前記樹脂を加熱することにより前記樹脂を軟化させ、前記導電粒子と前記電極パッドを電気的に接続させた後に冷却して固化させることにより、前記樹脂を用いて前記導電粒子を前記電極パッド上に固定し、前記導電粒子を外部接続端子とする工程と、
を備える半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記樹脂は、ポリエチレン、ポリプロピレン、アクリル樹脂、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリアセタール、変性ポリフェニレンエーテル、ポリエチレンテレフタレート、芳香族ポリエーテルケトンからなる群から選ばれた少なくとも一つにより形成される半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法において、
前記導電粒子の直径は１μｍ以上５０μｍ以下である半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法において、
前記電極パッド上に前記導電粒子を配置する工程は、
前記導電粒子を帯電させる工程と、
前記電極パッドに前記導電粒子とは逆極性の電圧を印加しつつ、帯電した前記導電粒子を前記絶縁層上に配置し、前記導電粒子と前記電極パッドの間に電気的に引力を働かせることにより前記導電粒子を前記電極パッド上に配置する工程である半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の半導体装置の製造方法において、
前記電極パッドは、静電破壊防止用保護素子を介して前記半導体装置の基板に接続しており、
前記導電粒子を前記電極パッド上に配置する工程では、前記半導体装置を少なくとも表面が導電性のステージ上に載置し、前記ステージの表面に前記逆極性の電圧を印加することにより、前記半導体装置の前記基板及び前記静電破壊防止用保護素子を介して前記電極パッドに前記逆極性の電圧を印加する半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法において、
前記電極パッド上に前記導電粒子を配置する工程の後に、前記樹脂を加熱して軟化させた状態で前記導電粒子を前記電極パッドに押し付ける工程を有する半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法において、
前記電極パッドを形成する工程の前に、前記絶縁層に、平面視で前記電極パッドと重なる凹部を形成する工程を有する半導体装置の製造方法。
【請求項８】
導電粒子と、
前記導電粒子の表面の少なくとも一部を被覆する熱可塑性の樹脂と、
を備えた半導体装置の外部接続端子形成用の粒子。
【請求項９】
請求項８に記載の粒子において、
前記導電粒子の直径は１μｍ以上５０μｍ以下である粒子。
【請求項１０】
請求項８又は９に記載の粒子において、
前記樹脂は、ポリエチレン、ポリプロピレン、アクリル樹脂、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリアセタール、変性ポリフェニレンエーテル、ポリエチレンテレフタレート、芳香族ポリエーテルケトンからなる群から選ばれた少なくとも一つにより形成される粒子。
【請求項１１】
電極パッドと、
前記電極パッド上に設けられた導電粒子と、
前記電極パッドと前記導電粒子とが互いに接触している部分に設けられることにより、前記導電粒子を前記電極パッドに固定している樹脂と、
を備える半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部接続端子を有する半導体装置の製造方法、粒子、及び半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置には外部と接続するための外部接続端子、例えばバンプが設けられている。バンプは、例えば全体が金などの金属で形成される場合や、主形状を樹脂で形成してこの樹脂の表面に導電膜を形成した所謂樹脂コアバンプとして形成される場合がある。これらのバンプを形成する場合には、フォトリソグラフィ工程などの多くの工程が必要である。
【０００３】
また特許文献１には、電極パッド上に樹脂粒子などの弾性粒子を配置し、この弾性粒子を被覆するように導電部材を形成することによりバンプを形成することが開示されている。この方法においても、フォトリソグラフィ工程などの多くの工程が必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−５５８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記したように従来の外部接続端子の形成工程では、フォトリソグラフィ工程などの多くの工程が必要である。このため、外部接続端子の形成に必要な時間が長くなり、かつ製造コストが高くなっていた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、絶縁層の表層に電極パッドを形成する工程と、
前記電極パッド上に、表面の少なくとも一部が熱可塑性の樹脂で被覆された導電粒子を配置する工程と、
前記樹脂を加熱することにより前記樹脂を軟化させ、前記導電粒子と前記電極パッドを電気的に接続させた後に冷却して固化させることにより、前記樹脂を用いて前記導電粒子を前記電極パッド上に固定し、前記導電粒子を外部接続端子とする工程と、
を備える半導体装置の製造方法が提供される。
【０００７】
この半導体装置の製造方法によれば、表面が熱可塑性の樹脂で被覆された導電粒子を電極パッド上に配置し、この樹脂を加熱して軟化させ、導電粒子と電極パッドを電気的に接続させた後に冷却して固化させるにより、外部接続端子を形成することができる。従って、外部接続端子の形成に必要な工程数が少なくなるため、外部接続端子の形成に必要な時間が短くなり、かつ製造コストが低くなる。
【０００８】
本発明によれば、導電粒子と、
前記導電粒子の表面の少なくとも一部を被覆する熱可塑性の樹脂と、
を備えた半導体装置の外部接続端子形成用の粒子が提供される。
【０００９】
本発明によれば、電極パッドと、
前記電極パッド上に設けられた導電粒子と、
前記電極パッドと前記導電粒子とが互いに接触している部分に設けられることにより、前記導電粒子を前記電極パッドに固定している樹脂と、
を備える半導体装置が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、半導体装置の外部接続端子の形成に必要な時間が短くなり、かつ製造コストが低くなる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図２】第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図３】導電粒子の表面に樹脂２２０を被覆させる方法を示す図である。
【図４】第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。
【図５】電極パッドを帯電させる方法を説明するための図である。
【図６】電極パッドを帯電させる方法の原理を説明するための図である。
【図７】第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図８】第４の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図９】第５の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図１０】第５の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１３】
図１及び図２は、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。この半導体装置の製造方法は、以下の工程を有する。まず絶縁層１１０の表層に電極パッド１２０を形成する。次いで電極パッド１２０上に導電粒子２１０を配置する。導電粒子２１０は、樹脂２２０で被覆されている。樹脂２２０は熱可塑性を有しており、表面の少なくとも一部がガラス転移温度または融点まで加熱することによって軟化し、冷却すれば固まる性質を持つ。次いで、樹脂２２０を加熱することにより樹脂２２０を軟化させ、導電粒子２１０と電極パッド１２０を電気的に接続させた後に冷却して固化させることにより、樹脂２２０を用いて導電粒子２１０を電極パッド１２０上に固定し、導電粒子２１０を外部接続端子とする。以下、詳細に説明する。
【００１４】
まず図１（ａ）に示すように、基板１００上に絶縁層１１０を形成する。絶縁層１１０は、基板１００上に形成された多層配線層のうち一番上に位置する層間絶縁層である。次いで、絶縁層１１０上に導電膜を選択的に形成することにより、電極パッド１２０を形成する。電極パッド１２０は、例えばＡｌ合金により形成される。次いで絶縁層１１０上及び電極パッド１２０上に保護絶縁膜１３０、例えば酸化シリコン膜又は窒化シリコン膜、もしくはこれらで形成される多層膜を形成し、保護絶縁膜１３０に電極パッド１２０上に位置する開口を形成する。
【００１５】
次いで保護絶縁膜１３０の開口から露出している電極パッド１２０上に、導電粒子２１０を配置する。この状態において、導電粒子２１０の表面の少なくとも一部（全部であってもよい）は、樹脂２２０で被覆されている。導電粒子２１０の形成方法及び導電粒子２１０の表面に樹脂２２０を被覆する方法については後述する。
【００１６】
導電粒子２１０は、例えばＡｕ、Ａｌ、Ｃｕ、又はＷなどの単体の金属であってもよく、ＴｉＷなどの複合金属（例えば合金）であってもよく、これらの積層膜であってもよい。また樹脂２２０は熱可塑性の樹脂であり、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、アクリル樹脂、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリアセタール、変性ポリフェニレンエーテル、ポリエチレンテレフタレート、芳香族ポリエーテルケトンからなる群から選ばれた少なくとも一つにより形成される。また導電粒子２１０の直径は、例えば１μｍ以上５０μｍ以下であり、導電粒子２１０を被覆している状態の樹脂２２０の厚さは、例えば０．１μｍ以上１０μｍ以下である。
【００１７】
次いで図１（ｂ）に示すように、電極パッド１２０が上方を向いた状態で、ベーク炉内での加熱、赤外線リフロー、又は温風リフローなどで樹脂２２０を、樹脂２２０のガラス転移点より高い温度に加熱する。これにより、樹脂２２０は軟化する。軟化した樹脂２２０は重力により電極パッド１２０上に集まる。導電粒子２１０は、軟化した樹脂２２０より比重が高いため、軟化した樹脂２２０の中に沈み、電極パッド１２０に接触する。
【００１８】
この状態で樹脂２２０をガラス転移点以下の温度に冷却する。これにより樹脂２２０は固化し、導電粒子２１０は電極パッド１２０に接触した状態で、樹脂２２０によって固定される。樹脂２２０は、電極パッド１２０と導電粒子２１０とが互いに接触している部分に設けられている。このようにして導電粒子２１０は外部接続端子として電極パッド１２０上に搭載される。
【００１９】
その後図２に示すように、半導体装置を実装基板３００に実装する。このとき、半導体装置の導電粒子２１０は実装基板３００の電極３１０に接続する。そして半導体装置が有する回路は導電粒子２１０を介して実装基板３００の電極３１０に接続する。実装基板３００は、例えばガラス基板であるが、インターポーザなどの他の基板であっても良い。
【００２０】
図３は、導電粒子２１０の表面の少なくとも一部に樹脂２２０を被覆させる方法を示す図である。図３に示す工程に先立ち、まず導電粒子２１０が形成される。導電粒子は略球状であり、アトマイズ法、回転電極法、メカニカル・アロイング法などの機械的方法、又は金属酸化物や塩化物を還元させるなどの化学的方法を用いて形成される。例えば導電粒子２１０は、金属を溶融後、タンディッシュの底のノズルから流出する溶湯に、不活性ガスのジェット流を吹き付けることで溶湯を粉砕して液滴とし、この液滴を凝固させる噴霧法、所謂ガスアトマイズ法を用いて形成することができる。この手法の特徴は不活性ガスを用いる点にあり、プロセス系内の酸素濃度を制御出来る装置を使うことで、表面に酸化被膜を持たない導電粒子２１０を形成することができる。
【００２１】
このようにして形成された導電粒子２１０は、例えば図３に示すように、密閉された容器４００内に樹脂２２０とともに入れられる。そして樹脂２２０を軟化させた状態で、容器４００を撹拌または振動することにより、導電粒子２１０の表面に樹脂２２０が被覆される。例えば導電粒子２１０がＡｌなどの高活性化金属により形成されている場合は、樹脂２２０としてはエチレンビニルアルコール共重合体等の耐酸素透過性を有する樹脂を用いるとよい。そして上記したように、導電粒子２１０を形成する工程、導電粒子２１０に樹脂２２０を被覆させる工程それぞれを、酸素を排除した環境で行うと、導電粒子２１０の表面が酸化されることが抑制され、導電粒子２１０に起因した抵抗成分を小さくすることができる。
【００２２】
次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。本実施形態によれば、表面が熱可塑性の樹脂２２０で被覆された導電粒子２１０を電極パッド１２０上に配置し、樹脂２２０を加熱して軟化させ、導電粒子２１０と電極パッド１２０を電気的に接続させた後に冷却して固化させることにより、導電粒子２１０により外部接続端子を形成することができる。従って、外部接続端子の形成に必要な工程数が少なくなるため、外部接続端子の形成に必要な時間が短くなり、かつ製造コストが低くなる。またこの方法では、外部接続端子を形成するときにフォトリソグラフィ工程を必要としないため、特に外部接続端子の形成に必要な時間が短くなり、かつ製造コストが低くなる。
【００２３】
図４は、第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。本実施形態は、電極パッド１２０上に導電粒子２１０を配置するときに帯電を用いる点を除いて、第１の実施形態と同様である。
【００２４】
具体的には、まず、樹脂２２０で被覆された導電粒子２１０の表面を、例えばイオナイザーなどの装置を使って第１の極性、例えば−極性に帯電させる（ステップＳ１０）。そして、電極パッド１２０に導電粒子２１０とは逆極性、例えば＋極性の電圧を印加しつつ、帯電した導電粒子２１０を絶縁層１３０上に散りばめる。このとき、電極パッド１２０上に位置した導電粒子２１０と電極パッド１２０の間には電気的に引力が働く。そして、電極パッド１２０上に位置していない導電粒子２１０を除去する。これにより、導電粒子２１０が電極パッド１２０上に配置される（ステップＳ２０）。その後、熱処理を行って樹脂２２０を軟化させることにより、導電粒子２１０を電極パッド１２０上に固定する（ステップＳ３０）。ステップＳ３０及びその後の工程は、第１の実施形態と同様である。
【００２５】
図５は、電極パッド１２０を帯電させる方法を説明するための図であり、図６は、その原理を説明するための図である。図６に示すように、半導体装置の基板１００には静電破壊防止用保護素子としてのダイオード１４０が形成されている。ダイオード１４０は、半導体装置の基板１００と電極パッド１２０とを、基板１００から電極パッド１２０に向かう方向が順方向となるように接続している。ダイオード１４０は、電極パッド１２０が電源ライン並びに入力又は出力ラインのいずれに接続している場合においても、ダイオード１４０を介して基板１００に接続している。
【００２６】
このため、ステージ５００の表面又は全体に導電性を持たせた上で、図５に示すように、半導体装置を基板１００の裏面をステージ５００に接触させ、基板１００をステージ５００に真空吸着させた状態で、ステージ５００の表面に電源５２０を用いて＋の電位を印加すると、基板１００及びダイオード１４０を介して電極パッド１２０に＋極性の電圧を印加することができる。
【００２７】
この状態で基板１００の表面に−極性で帯電された導電粒子２１０を散りばめると、静電気力により両者が互いに引き合い、電極パッド１２０上に導電粒子２１０が吸着する。この時、各々の導電粒子２１０は反発し合い、互いに吸着することはないため、１つの導電粒子２１０が１つの電極パッド１２０上に吸着される。
【００２８】
導電粒子２１０は表面が樹脂２２０によって被覆されているため、静電誘導による帯電が行われる。このため、静電分極となる非導電物質で作られた粒子に比べて、電荷保持時間を長く、且つ樹脂２２０の厚さを薄くすることでその電荷量を大きくできる。従って、電極パッド１２０への吸着力及び他の導電粒子２１０との反発力を強くすることが可能となり、より確実に１つの電極パッド１２０上に１つの導電粒子２１０を配置することができる。
【００２９】
その後、ステージ５００の振動や傾斜、ガスの吹きかけによる風力等の外力を与えると、電極パッド１２０上にない余分な導電粒子２１０は基板１００の表面から転がり落ちる。
【００３０】
以上、本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果が得られる、また、電気的な引力により導電粒子２１０を電極パッド１２０上に配置するため、導電粒子２１０を電極パッド１２０上に配置する工程を省力化できる。
【００３１】
図７は、第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。この半導体装置の製造方法は、以下の点を除いて、第１の実施形態又は第２の実施形態に係る半導体装置と同様の構成である。
【００３２】
まず、半導体装置を実装基板３００に実装するために導電粒子２１０を電極３１０に接合するときに、半導体装置と実装基板３００の接合部分すなわち樹脂２２０を含む領域を、樹脂２２０のガラス転移点温度以上に加熱して樹脂２２０を軟化する。そして実装基板３００を用いて導電粒子２１０を電極パッド１２０に向けて押し付ける。そしてこの状態で樹脂２２０をガラス転移点未満に冷却する。これにより、導電粒子２１０は電極パッド１２０及び電極３１０それぞれの間で挟まれて変形し、これらとの接触面積が大きくなる。
【００３３】
このため、本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果が得られるほか、導電粒子２１０を、電極パッド１２０及び電極３１０それぞれに確実に接続させることができる。
【００３４】
図８は、第４の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。この半導体装置の製造方法は、以下の点を除いて、第１の実施形態又は第２の実施形態と同様の構成である。
【００３５】
まず、導電粒子２１０を電極パッド１２０上に配置する。そして樹脂２２０を軟化させて導電粒子２１０を電極パッド１２０に固定するときに、樹脂２２０が軟化している間に、押付冶具６００を用いて導電粒子２１０を電極パッド１２０に向けて押し付ける。そしてこの状態で樹脂２２０をガラス転移点未満に冷却する。これにより、導電粒子２１０は電極パッド１２０に固定される。この後の工程は、第１の実施形態又は第２の実施形態と同様である。
【００３６】
本実施形態によれば、第１の実施形態又は第２の実施形態と同様の効果が得られる。また導電粒子２１０を変形させて電極パッド１２０との接触面積を広げ、導電粒子２１０を電極パッド１２０に確実に接続させることができる。この実施形態は、導電粒子２１０を電極３１０に接合するときに半導体装置と実装基板３００の接合部分を樹脂２２０のガラス転移点温度以上に加熱できないときに、特に有効である。
【００３７】
図９及び図１０は、第５の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。本実施形態は、電極パッド１２０を形成する工程の前に、絶縁層１１０に、平面視で電極パッド１２０と重なる凹部１１２を形成する工程を有する点を除いて、第１〜第４の実施形態のいずれかと同様である。以下、詳細に説明する。
【００３８】
まず図９（ａ）に示すように、絶縁層１１０を形成する。次いで絶縁層１１０上にレジストパターン１５０を形成し、このレジストパターン１５０を用いて絶縁層１１０を等方性エッチング、例えばウェットエッチングする。これにより、絶縁層１１０には凹部１１２が形成される。凹部１１２は、平面視で電極パッド１２０と重なる領域に位置している。
【００３９】
なお図９（ａ）に示した工程は、絶縁層１１０にビアを埋め込むための接続孔を形成する場合、この接続孔を形成する工程の前に行われてもよいし、後で行われても良い。
【００４０】
次いで図９（ｂ）に示すように、絶縁層１１０上に導電膜を例えばスパッタリング法を用いて成膜し、この導電膜を選択的に除去する。これにより、絶縁層１１０上には電極パッド１２０が形成される。上記したように絶縁層１１０には、電極パッド１２０と重なる領域に凹部１１２が形成されている。このため、電極パッド１２０の表面にも凹部が形成される。その後、保護絶縁膜１３０及び電極パッド１２０上に位置する開口を形成する。
【００４１】
次いで図１０（ａ）に示すように、電極パッド１２０上に、樹脂２２０で被覆された導電粒子２１０を配置する。上記したように、電極パッド１２０の表面には凹部が形成されている。このため、導電粒子２１０は電極パッド１２０上に配置されやすくなる。
【００４２】
その後図１０（ｂ）に示すように、樹脂２２０を樹脂２２０のガラス転移点以上の温度に加熱し、その後冷却する。これにより、導電粒子２１０は樹脂２２０を用いて電極パッド１２０上に固定される。
【００４３】
その他の工程は、第１〜第４の実施形態のいずれかと同様である。
【００４４】
本実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また電極パッド１２０の表面には凹部が形成されているため、導電粒子２１０を電極パッド１２０上に配置する工程において、導電粒子２１０を電極パッド１２０上に配置しやすい。また、導電粒子２１０と電極パッド１２０の接触面積が増えるため、両者の電気的接続を確実に確保できる。
【００４５】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【符号の説明】
【００４６】
１００ 基板
１１０ 絶縁層
１１２ 凹部
１２０ 電極パッド
１３０ 保護絶縁膜
１４０ ダイオード
１５０ レジストパターン
２１０ 導電粒子
２２０ 樹脂
３００ 実装基板
３１０ 電極
４００ 容器
５００ ステージ
５２０ 電源
６００ 押付冶具
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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