(57)【要約】【課題】ボイドを抑制して高い信頼性を実現でき、かつ半導体装置の製造時間を短縮することのできる半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】半導体チップ同士又は半導体チップと基板とを電気的に接合する半導体装置の製造方法であって、（１）半導体チップに形成されている、半田からなる先端部を有する第１電極と、他の半導体チップ又は基板に形成されている第２電極とを、前記第１電極と前記第２電極との間に熱硬化性接着剤を挟んだ状態で位置合わせする工程と、（２）前記熱硬化性接着剤を加熱して、前記半導体チップと前記他の半導体チップ又は基板とを仮接着する工程と、（３）得られた仮接着体を加圧雰囲気下で前記熱硬化性接着剤の硬化温度より低い温度に加熱する工程と、（４）前記第１電極と前記第２電極とを半田の溶融温度以上の温度に加熱して接合する工程とを有する半導体装置の製造方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップ同士又は半導体チップと基板とを電気的に接合する半導体装置の製造方法であって、
（１）半導体チップに形成されている、半田からなる先端部を有する第１電極と、他の半導体チップ又は基板に形成されている第２電極とを、前記第１電極と前記第２電極との間に熱硬化性接着剤を挟んだ状態で位置合わせする工程と、
（２）前記熱硬化性接着剤を加熱して、前記半導体チップと前記他の半導体チップ又は基板とを仮接着する工程と、
（３）得られた仮接着体を加圧雰囲気下で前記熱硬化性接着剤の硬化温度より低い温度に加熱する工程と、
（４）前記第１電極と前記第２電極とを半田の溶融温度以上の温度に加熱して接合する工程とを有する
ことを特徴とする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、ボイドを抑制して高い信頼性を実現でき、かつ半導体装置の製造時間を短縮することのできる半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ますます進展する半導体装置の小型化、高集積化に対応するために、半田等からなる突起電極（バンプ）を有する半導体チップ（例えば、Ｔｈｒｏｕｇｈ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｖｉａ（ＴＳＶ）チップ）を用いたフリップチップ実装が注目されている。
【０００３】
フリップチップ実装においては、一般的に、半導体チップの突起電極と、他の半導体チップ又は基板の電極とを接合した後、アンダーフィルを注入して樹脂封止を行う方法が用いられている（例えば、特許文献１）。しかしながら、近年、半導体チップの小型化が進行するとともに電極間のピッチもますます狭くなっており、また、これらに伴って半導体チップ同士又は半導体チップと基板との間のギャップが狭くなっていることから、アンダーフィルの注入時に空気が巻き込まれ、ボイドが発生しやすくなっている。
【０００４】
ボイドを抑制するために、電極接合後にアンダーフィルを注入するのではなく、基板又は半導体チップに予めシート状の熱硬化性接着剤を貼りつけておき、加熱により電極接合と熱硬化性接着剤の硬化とを同時に行う方法が用いられている（例えば、特許文献２）。しかしながら、このような方法においても、電極同士を接触させる際に空気が巻き込まれたり、高温に加熱された熱硬化性接着剤からの揮発成分によってボイドが発生したりすることがあった。また、このような方法では、加熱により「電極接合」と「熱硬化性接着剤の硬化」とを同時に行うことから、精度の高い電極接合とボイドの抑制とを両立することは容易ではなかった。更に、１段ずつ半導体チップを重ね順々に電極接合を行うので生産性が低いという問題点もあった。
【０００５】
そこで、「電極接合」及び／又は「熱硬化性接着剤の硬化」のための加熱を加圧雰囲気下で行うことにより、ボイドを小さくする方法が提案されている。具体的には例えば、半導体チップと、他の半導体チップ又は基板とをシート状の熱硬化性接着剤を介して仮接着し、［１］加熱により電極接合を行って接合体を得た後、接合体を加圧雰囲気下で加熱する方法、又は、［２］加圧雰囲気下で加熱することにより電極接合と熱硬化性接着剤の硬化とを同時に行う方法が提案されている（例えば、特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２７８３３４号公報
【特許文献２】特開２０１１−２９３９２号公報
【特許文献３】特開２０１３−３３９５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の方法でボイドを小さくするには限界があり、依然として、充分にボイドを抑制して高い信頼性を実現するには至っていない。
本発明は、ボイドを抑制して高い信頼性を実現でき、かつ半導体装置の製造時間を短縮することのできる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、半導体チップ同士又は半導体チップと基板とを電気的に接合する半導体装置の製造方法であって、（１）半導体チップに形成されている、半田からなる先端部を有する第１電極と、他の半導体チップ又は基板に形成されている第２電極とを、前記第１電極と前記第２電極との間に熱硬化性接着剤を挟んだ状態で位置合わせする工程と、（２）前記熱硬化性接着剤を加熱して、前記半導体チップと前記他の半導体チップ又は基板とを仮接着する工程と、（３）得られた仮接着体を加圧雰囲気下で前記熱硬化性接着剤の硬化温度より低い温度に加熱する工程と、（４）前記第１電極と前記第２電極とを半田の溶融温度以上の温度に加熱して接合する工程とを有する半導体装置の製造方法である。
以下、本発明を詳述する。
【０００９】
本発明者は、これまでの「電極接合」及び／又は「熱硬化性接着剤の硬化」のための加熱を加圧雰囲気下で行う方法では充分にボイドを抑制して高い信頼性を実現するには至っていない理由を、以下のように分析した。
即ち、［１］加熱により電極接合を行って接合体を得た後、接合体を加圧雰囲気下で加熱する方法では、電極接合時に長時間、高温に晒されるため、熱硬化性接着剤の一部で反応が進んでしまい、電極接合後の熱硬化性接着剤の溶融粘度がその都度変わってしまっていた。そのために、このような接合体を加圧雰囲気下で加熱したのではボイドの除去率が安定しないことがあった。また、［２］加圧雰囲気下で加熱することにより電極接合と熱硬化性接着剤の硬化とを同時に行う方法では、上記のようなボイドの除去率が安定しないことに加えて、ＴＳＶチップの厚み又は突起電極の高さのばらつきに起因して、ボンディングツールの加熱プレートに挟まれた半導体チップ等のそれぞれが、ボンディング温度に設定された加熱プレートに均一に接触できないことがあり、均一に加熱できず歩留りが低下することもあった。
これらの分析結果をもとに、本発明者は、半導体チップと、他の半導体チップ又は基板とを仮接着し、加圧雰囲気下で加熱した後で電極接合を行う方法によれば、加圧雰囲気下での加熱までに熱硬化性接着剤が長時間、高温に晒されることを回避することができるため、ボイドの除去率を安定させることができることを見出した。また、このような方法では、必要に応じて電極接合後に熱硬化性接着剤を完全に硬化させればよく、電極接合と熱硬化性接着剤の硬化とを同時に行うために一挙に加熱する必要がないため、ＴＳＶチップの厚み又は突起電極の高さのばらつきに起因して均一に加熱できず歩留りが低下するという問題を防ぐこともできる。本発明者は、このような方法によれば、ボイドを抑制して高い信頼性を実現することができ、かつ半導体装置の製造時間を短縮できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１０】
本発明の半導体装置の製造方法は、半導体チップ同士又は半導体チップと基板とを電気的に接合するものである。
本発明の半導体装置の製造方法では、まず、（１）半導体チップに形成されている、半田からなる先端部を有する第１電極と、他の半導体チップ又は基板に形成されている第２電極とを、上記第１電極と上記第２電極との間に熱硬化性接着剤を挟んだ状態で位置合わせする工程（位置合わせ工程）を行う。
【００１１】
上記半導体チップは、半田からなる先端部を有する電極（第１電極という）を有していれば特に限定されない。上記半田からなる先端部を有する電極は、半田からなる先端部を有していれば、先端部のみが半田からなっていても電極全体が半田からなっていてもよい。
上記半導体チップとして、具体的には例えば、シリコン、ガリウム砒素等の半導体からなり、半田からなる先端部を有する突起電極が表面に形成されている半導体チップ（例えば、ＴＳＶチップ）が挙げられる。
【００１２】
上記他の半導体チップ又は基板は特に限定されず、例えば、フリップチップ実装に一般的に使用される、電極（第２電極という）が表面に形成されているものが挙げられる。また、上記他の半導体チップとしては、上記半導体チップと同様のものを用いることができる。
【００１３】
上記熱硬化性接着剤は、ペースト状であってもよいが、シート状であることが好ましい。上記熱硬化性接着剤は、硬化性化合物及び硬化剤を含有することが好ましい。上記硬化性化合物は特に限定されず、例えば、付加重合、重縮合、重付加、付加縮合、開環重合等の反応により硬化する化合物が挙げられる。上記硬化性化合物として、具体的には例えば、ユリア樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、レゾルシノール樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリベンズイミダゾール樹脂、ジアリルフタレート樹脂、キシレン樹脂、アルキル−ベンゼン樹脂、エポキシアクリレート樹脂、珪素樹脂、ウレタン樹脂等の熱硬化性化合物が挙げられる。
【００１４】
上記エポキシ樹脂は特に限定されず、例えば、軟化点が１５０℃以下のエポキシ樹脂、常温で液体又は結晶性固体のエポキシ樹脂等が挙げられる。これらのエポキシ樹脂は、単独で用いられてもよく、二種以上が併用されてもよい。
【００１５】
上記エポキシ樹脂を含有する場合、上記熱硬化性接着剤は、更に、上記エポキシ樹脂と反応可能な官能基を有する高分子化合物（以下、単に、高分子化合物ともいう）を含有してもよい。上記高分子化合物は、造膜成分としての役割を果たす。また、上記高分子化合物を含有することで、上記熱硬化性接着剤の硬化物は靭性をもち、優れた耐衝撃性を発現することができる。
【００１６】
上記高分子化合物は特に限定されず、例えば、アミノ基、ウレタン基、イミド基、水酸基、カルボキシル基、エポキシ基等を有する高分子化合物等が挙げられる。なかでも、エポキシ基を有する高分子化合物が好ましい。上記エポキシ基を有する高分子化合物を含有することで、上記熱硬化性接着剤の硬化物は、上記エポキシ樹脂に由来する優れた機械的強度、耐熱性及び耐湿性と、上記エポキシ基を有する高分子化合物に由来する優れた靭性とを兼備することにより、高い接合信頼性及び接続信頼性を発現することができる。
【００１７】
上記エポキシ基を有する高分子化合物は、末端及び／又は側鎖（ペンダント位）にエポキシ基を有する高分子化合物であれば特に限定されず、例えば、エポキシ基含有アクリルゴム、エポキシ基含有ブタジエンゴム、ビスフェノール型高分子量エポキシ樹脂、エポキシ基含有フェノキシ樹脂、エポキシ基含有アクリル樹脂、エポキシ基含有ウレタン樹脂、エポキシ基含有ポリエステル樹脂等が挙げられる。
【００１８】
上記硬化剤は特に限定されず、例えば、フェノール系硬化剤、チオール系硬化剤、アミン系硬化剤、酸無水物系硬化剤等が挙げられる。
【００１９】
上記硬化剤の含有量は特に限定されないが、上記硬化性化合物と上記高分子化合物との合計１００重量部に対する好ましい下限が５重量部、好ましい上限が１５０重量部である。上記硬化剤の含有量が５重量部未満であると、ボイドを充分に抑制できないことがある。上記硬化剤の含有量が１５０重量部を超えると、上記熱硬化性接着剤の接合信頼性が低下することがある。上記硬化剤の含有量のより好ましい下限は１０重量部、より好ましい上限は１４０重量部である。
【００２０】
上記熱硬化性接着剤は、更に、硬化促進剤を含有してもよい。
上記硬化促進剤は特に限定されないが、イミダゾール化合物が好ましい。上記イミダゾール化合物は上記エポキシ樹脂との反応性が高いことから、上記エポキシ樹脂と上記イミダゾール化合物とを含有することで、上記熱硬化性接着剤の速硬化性が向上する。
【００２１】
上記熱硬化性接着剤は、無機充填剤を含有することが好ましい。上記無機充填剤を含有することで、上記熱硬化性接着剤の硬化後の線膨張率が低下し、半導体チップ等への応力の発生及び半田等の導通部分のクラックの発生を良好に防止することができる。上記無機充填剤は特に限定されず、例えば、ヒュームドシリカ、コロイダルシリカ等のシリカ、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素、ガラスパウダー、ガラスフリット等が挙げられる。
【００２２】
上記無機充填剤として粒子状の無機充填剤を用いる場合、平均粒子径の好ましい下限は１ｎｍ、好ましい上限は３０μｍである。上記粒子状の無機充填剤の平均粒子径が１ｎｍ未満であると、上記熱硬化性接着剤の流動性が低下し、適切な電極接合が行われないことがある。上記粒子状の無機充填剤の平均粒子径が３０μｍを超えると、電極間に上記無機充填剤を噛み込むことがある。
【００２３】
上記無機充填剤の含有量は特に限定されないが、上記硬化性化合物と上記高分子化合物との合計１００重量部に対する好ましい下限は５重量部、好ましい上限は５００重量部である。上記無機充填剤の含有量が５重量部未満であると、上記無機充填剤を添加する効果をほとんど得ることができないことがある。上記無機充填剤の含有量が５００重量部を超えると、上記熱硬化性接着剤の硬化後の線膨張率は低下するものの、引張り弾性率が上昇し、半導体チップ等への応力及び半田等の導通部分のクラックが発生しやすくなることがある。上記無機充填剤の含有量のより好ましい下限は１０重量部、より好ましい上限は４００重量部、更に好ましい下限は１５重量部、更に好ましい上限は３００重量部である。
【００２４】
上記熱硬化性接着剤は、本発明の効果を阻害しない範囲内で希釈剤を含有してもよい。上記希釈剤は特に限定されないが、上記熱硬化性接着剤の硬化系に取り込まれる反応性希釈剤が好ましい。なかでも、上記熱硬化性接着剤の接合信頼性を悪化させないために、１分子中に２以上の官能基を有する反応性希釈剤がより好ましい。
【００２５】
上記希釈剤の含有量は特に限定されないが、上記硬化性化合物と上記高分子化合物との合計１００重量部に対する好ましい下限は１重量部、好ましい上限は３００重量部である。上記希釈剤の含有量が１重量部未満であると、上記希釈剤を添加する効果をほとんど得ることができないことがある。上記希釈剤の含有量が３００重量部を超えると、上記熱硬化性接着剤の硬化物が硬く脆くなるため、接合信頼性が劣ることがある。上記希釈剤の含有量のより好ましい下限は５重量部、より好ましい上限は２００重量部である。
【００２６】
上記熱硬化性接着剤は、必要に応じて、無機イオン交換体を含有してもよい。上記熱硬化性接着剤が上記無機イオン交換体を含有する場合、上記無機イオン交換体の含有量は特に限定されないが、上記熱硬化性接着剤中の好ましい下限が１重量％、好ましい上限が１０重量％である。
上記熱硬化性接着剤は、その他必要に応じて、ブリード防止剤、シランカップリング剤、フラックス剤や増粘剤等の添加剤を含有してもよい。
【００２７】
上記熱硬化性接着剤は、硬化温度の好ましい下限が１００℃、好ましい上限が３００℃である。硬化温度が１００℃未満であると、後述する仮接着工程（２）において実装用装置のステージ上で熱硬化性接着剤が硬化してしまい、適切な仮接着が行われないことがある。硬化温度が３００℃を超えると、後述する電極接合工程（４）後に電極接合工程（４）の温度以下で上記熱硬化性接着剤を硬化させる際に、上記熱硬化性接着剤が充分に硬化しないことがある。硬化温度のより好ましい下限は１２０℃、より好ましい上限は２５０℃である。
なお、熱硬化性接着剤の硬化温度とは、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）を用いて１０℃／分で測定した発熱ピークにおけるピークトップの温度を意味する（表１の「熱硬化性接着剤の硬化温度（ＤＳＣピーク温度）」に相当する）。
【００２８】
上記熱硬化性接着剤は、常温から半田溶融温度までの温度域における最低溶融粘度の好ましい下限が１Ｐａ・ｓ、好ましい上限が１０５Ｐａ・ｓである。最低溶融粘度が１Ｐａ・ｓ未満であると、フィレットのはみ出しが多すぎて、他デバイスを汚染してしまうことがある。最低溶融粘度が１０５Ｐａ・ｓを超えると、後述する加圧工程（３）を行ってもボイドを充分に抑制できないことがある。
なお、常温から半田溶融温度までの温度域における最低溶融粘度は、レオメーターを用いて測定することができる。
【００２９】
上記熱硬化性接着剤を製造する方法は特に限定されず、例えば、硬化性化合物及び硬化剤に、必要に応じて硬化促進剤、高分子化合物、無機充填剤、溶剤、その他の添加剤等を所定量配合して混合し、得られた樹脂組成物を離型フィルム上に塗工し、乾燥させて、シート状の熱硬化性接着剤を製造する方法等が挙げられる。上記混合の方法は特に限定されず、例えば、ホモディスパー、万能ミキサー、バンバリーミキサー、ニーダー等を使用する方法が挙げられる。
【００３０】
上記第１電極と上記第２電極とを、上記第１電極と上記第２電極との間に上記熱硬化性接着剤を挟んだ状態で位置合わせする方法として、例えば、上記熱硬化性接着剤を上記半導体チップ、或いは、上記他の半導体チップ又は基板に供給した後、フリップチップボンダ等の実装用装置を用いて上記第１電極と上記第２電極とを位置合わせする方法等が挙げられる。
上記熱硬化性接着剤を上記半導体チップ、或いは、上記他の半導体チップ又は基板に供給する方法は特に限定されず、例えば、シート状の熱硬化性接着剤を上記半導体チップにラミネートする方法、シート状の熱硬化性接着剤を半導体ウエハにラミネートした後、半導体ウエハに個片化する方法等が挙げられる。
【００３１】
本発明の半導体装置の製造方法では、次いで、（２）上記熱硬化性接着剤を加熱して、上記半導体チップと上記他の半導体チップ又は基板とを仮接着する工程（仮接着工程）を行う。
【００３２】
上記熱硬化性接着剤を加熱する方法は特に限定されず、例えば、フリップチップボンダ等の実装用装置を用いて、所定温度（仮接着温度ともいう）で所定時間（仮接着時間ともいう）加熱する方法等が挙げられる。
仮接着温度及び時間を制御することより、上記熱硬化性接着剤を完全には硬化させずに、上記半導体チップと上記他の半導体チップ又は基板とをある程度接着（即ち、仮接着）させることができる。なお、このような仮接着された状態において、上記第１電極と上記第２電極とはまだ半田接合していない。上記第１電極と上記第２電極との半田接合は、後述する電極接合工程（４）において行われる。
【００３３】
上記仮接着温度は特に限定されず、上記半導体チップと上記他の半導体チップ又は基板とを仮接着可能な温度で上記熱硬化性接着剤の硬化温度より低い温度を採用すればよいが、上記熱硬化性接着剤の硬化温度との差の好ましい下限が１０℃、好ましい上限が２００℃である。硬化温度との差が１０℃未満であると、後述する加圧工程（３）を行ってもボイドを充分に抑制できないことがある。硬化温度との差が２００℃を超えると、上記熱硬化性接着剤が溶融せず、仮接着が行われないことがある。硬化温度との差のより好ましい下限は１５℃、より好ましい上限は１５０℃である。
【００３４】
上記仮接着温度は、具体的には、好ましくは４０〜２００℃程度、より好ましくは６０〜１８０℃程度である。
【００３５】
上記仮接着時間は、好ましくは０．１〜６０秒である。
【００３６】
上記仮接着工程（２）で得られた仮接着体において、上記熱硬化性接着剤の硬化率の好ましい上限は６０％である。
上記硬化率が６０％を超えると、後述する加圧工程（３）において上記仮接着体の加圧を行う効果が充分に得られず、ボイドを充分に抑制できないことがある。上記硬化率のより好ましい上限は４０％である。上記硬化率の下限は特に限定されず、０％であってもよい。
なお、仮接着工程（２）で得られた仮接着体における熱硬化性接着剤の硬化率（％）とは、下記式（１）により求められる値を意味し、例えば、仮接着温度又はその時間を制御することより、調節される。
仮接着工程（２）で得られた仮接着体における熱硬化性接着剤の硬化率（％）
＝（１−Ｄｈ／Ｄｉ）×１００          （１）
式（１）中、Ｄｉは示差走査熱量測定（ＤＳＣ）にて算出される熱硬化性接着剤の初期状態（仮接着工程（２）前）の発熱量を表し、Ｄｈは示差走査熱量計にて算出される熱硬化性接着剤の仮接着工程（２）における加熱処理後の発熱量を表す。
【００３７】
なお、本発明の半導体装置の製造方法では、上述した位置合わせ工程（１）及び仮接着工程（２）を繰り返し行うことで上記半導体チップを複数積層した仮接着体を作製し、この仮接着体に対して後述する加圧工程（３）及び電極接合工程（４）を行ってもよい。このような方法によれば、複数の半導体チップに対してまとめて電極接合を行うことができ、１段ずつ半導体チップを重ね順々に電極接合を行う場合と比較して、生産性を向上させることができる。更に、後述する加圧工程（３）及び電極接合工程（４）を複数個の仮接着体に対してまとめて行うことで、生産性を更に向上させることもできる。
【００３８】
本発明の半導体装置の製造方法では、次いで、（３）得られた仮接着体を加圧雰囲気下で上記熱硬化性接着剤の硬化温度より低い温度に加熱する工程（加圧工程）を行う。
この加圧工程（３）において仮接着体を加圧雰囲気下で上記熱硬化性接着剤の硬化温度より低い温度に加熱することにより、仮に熱硬化性接着剤に空気が巻き込まれた場合であってもボイドをつぶして除去することができ、また、熱硬化性接着剤中にボイドが発生すること自体を抑制することもできる。
本発明の半導体装置の製造方法では、この加圧工程（３）までに上記熱硬化性接着剤が長時間、高温に晒されることを回避することができるため、ボイドの除去率を安定させることができる。
【００３９】
上記仮接着体を加圧雰囲気下で上記熱硬化性接着剤の硬化温度より低い温度に加熱する方法は特に限定されず、例えば、耐圧容器内に上記仮接着体を設置して加圧流体を導入し、耐圧容器の内圧を大気圧（常圧）よりも高くした雰囲気下で所定温度に加熱する方法等が挙げられる。
【００４０】
加圧雰囲気下で加熱する温度は、上記熱硬化性接着剤の硬化温度よりも低い温度であれば特に限定されず、一定温度であってもよいし、変動する温度プロファイルであってもよく、通常２０〜１５０℃、好ましくは２５〜１２０℃である。
加圧雰囲気下で加熱する温度の最大温度は、上記熱硬化性接着剤の硬化温度との差の好ましい下限が３０℃、好ましい上限が２００℃である。硬化温度との差が３０℃未満であると、上記熱硬化性接着剤の流動性が低下し、後述する電極接合工程（４）において適切な電極接合が行われないことがある。硬化温度との差が２００℃を超えても、ボイドを充分に抑制できないことがある。硬化温度との差のより好ましい下限は５０℃、より好ましい上限は１５０℃である。
【００４１】
加圧雰囲気下で加熱する時間は特に限定されないが、通常５〜５０分、好ましくは１０〜３０分である。
【００４２】
圧力の上昇は、一段階で行っても、多段階で行ってもよい。上記加圧流体は特に限定されないが、窒素ガス、アルゴンガス、空気等の気体が好ましく、利便性が高いため空気が特に好ましい。また、上記加圧流体として、液体を用いることもできる。
加圧雰囲気下としたときの圧力（耐圧容器の内圧）の好ましい下限は０．１５ＭＰａ、好ましい上限は１０ＭＰａである。圧力が０．１５ＭＰａ以上であることで、仮に熱硬化性接着剤に空気が巻き込まれた場合であってもボイドをつぶして除去することができ、また、熱硬化性接着剤中にボイドが発生すること自体を抑制することもできる。圧力が１０ＭＰａ以下であれば、耐圧容器が大型化又は複雑化することがない。圧力のより好ましい下限は０．５ＭＰａ、より好ましい上限は８ＭＰａである。
なお、加圧雰囲気下としたときの圧力（耐圧容器の内圧）は、大気圧を０．１ＭＰａとしたときの圧力である。
【００４３】
本発明の半導体装置の製造方法では、次いで、（４）上記第１電極と上記第２電極とを半田の溶融温度以上の温度に加熱して接合する工程（電極接合工程）を行う。
【００４４】
上記第１電極と上記第２電極とを半田溶融温度以上の温度に加熱する方法は特に限定されず、例えば、フリップチップボンダ等の実装用装置を用いて、６０〜２２０℃程度の接触温度（電極を接触させる温度）で０．１〜６０秒程度加熱した後、２３０〜３００℃程度の半田溶融温度以上の温度で０．１〜６０秒程度加熱する方法等が挙げられる。
加熱条件を制御することより、上記第１電極と上記第２電極とを良好に接合することができる。また、加熱条件によっては上記熱硬化性接着剤を完全に硬化させて上記半導体チップと上記他の半導体チップ又は基板とを良好に接着することもできる。
【００４５】
上記第１電極と上記第２電極とを半田溶融温度以上の温度に加熱する際には、上記半導体チップに対し押圧し、上記第１電極と上記第２電極とを接合するとともに上記熱硬化性接着剤を封止領域に充填することが好ましい。
上記押圧する際の圧力は特に限定されないが、１〜１００Ｎが好ましい。また、電極１つ当たりの圧力は、０．０００１〜１Ｎが好ましい。上記電極１つ当たりの圧力が０．０００１Ｎ未満であると、電極同士が接触しないことがある。上記電極１つ当たりの圧力が１Ｎを超えると、突起電極がつぶれすぎて隣の突起電極と接触し、ショートすることがある。
【００４６】
上記電極接合工程（４）では、上記熱硬化性接着剤が硬化温度以上の温度に加熱されれば上記熱硬化性接着剤は硬化を開始するが、電極接合の際に上記熱硬化性接着剤が完全に硬化してもよいし、途中段階まで硬化していてもよい。
電極接合の際に上記熱硬化性接着剤が完全に硬化せず途中段階まで硬化している場合には、電極接合後に上記熱硬化性接着剤を完全に硬化させる２段階の加熱を行ってもよい。
【００４７】
本発明の半導体装置の製造方法では、更に、（５）上記熱硬化性接着剤を完全に硬化させる工程（硬化工程）を別途行ってもよい。
本発明の半導体装置の製造方法では、必要に応じて電極接合後に熱硬化性接着剤を完全に硬化させればよく、電極接合と熱硬化性接着剤の硬化とを同時に行うために一挙に加熱する必要がないため、ＴＳＶチップの厚み又は突起電極の高さのばらつきに起因して均一に加熱できず歩留りが低下するという問題を防ぐことができる。
【発明の効果】
【００４８】
本発明によれば、ボイドを抑制して高い信頼性を実現でき、かつ半導体装置の製造時間を短縮することのできる半導体装置の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
以下に実施例を掲げて本発明の態様を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されない。
【００５０】
（シート状の熱硬化性接着剤の製造）
表１に記載の組成に従って、下記に示す材料を溶媒に添加して攪拌混合し、熱硬化性接着剤溶液を調製した。得られた熱硬化性接着剤溶液を離型フィルム上に塗工し、乾燥させて、シート状の熱硬化性接着剤を得た。得られたシート状の熱硬化性接着剤の硬化温度（ＤＳＣピーク温度）を、ＤＳＣを用いて測定した。
１．エポキシ樹脂
ビスフェノールＡ固形エポキシ樹脂（１００４ＡＦ、三菱化学社製）
ビスフェノールＡ液状エポキシ樹脂（８２８ＥＬ、三菱化学社製）
２．高分子化合物
フェノキシ樹脂（ＹＰ−５０、新日鉄化学社製）
３．硬化剤及び硬化促進剤
酸無水物（ＹＨ−３０６、三菱化学社製）
イミダゾール（２ＭＡＯＫ−ＰＷ、四国化成工業社製）
４．無機充填剤
球状シリカ（ＳＥ−１０５０、アドマテックス社製、平均粒子径０．３μｍ）
【００５１】
（シリコンチップの準備）
シリコンチップＡ１、Ａ２、Ａ３（厚みは５０μｍｔで、片面にφ２０μｍ、高さ１０μｍのＮｉ／Ａｕめっきされたパッドが形成されており、もう一方の面にφ２０μｍ、高さ１０μｍの銅バンプが形成され、その上に厚み５μｍのＳｎ−３．５Ａｇ半田層が形成されているＴＳＶチップ）と、シリコンチップＢ（片面にφ２０μｍ、高さ１０μｍのＮｉ／Ａｕめっきされたパッドが形成されており、もう一方の面にはパッドやバンプは形成されていないチップ）とを準備した。
シリコンチップＡ１、Ａ２、Ａ３の半田層を有する銅バンプが形成されている面に、シート状の熱硬化性接着剤を真空ラミネーター（ＡＴＭ−８１２Ｍ、タカトリ社製）を用いてステージ温度８０℃、真空度１００Ｐａ・ｓの条件下でラミネートし、その後、チップからはみ出した余分なシート状の熱硬化性接着剤をカッターで切断除去した。
【００５２】
（実施例１）
＜位置合わせ工程（１）、仮接着工程（２）＞
下記に示す方法により、１０個の仮接着体を作製した。
フリップチップボンダ（ＦＣ３０００Ｓ、東レエンジニアリング社製）を用いて、シリコンチップＡ１のシート状の熱硬化性接着剤が付着した面を、シリコンチップＢに対してステージ温度６０℃、ボンディングツール温度（仮接着温度）１００℃で２秒間、２０Ｎで仮接着させた。次に、シリコンチップＡ２のシート状の熱硬化性接着剤が付着した面を、同じ条件でシリコンチップＡ１のシート状の熱硬化性接着剤が付着していない面に対して仮接着させた。更に、シリコンチップＡ３のシート状の熱硬化性接着剤が付着した面を、同じ条件でシリコンチップＡ２のシート状の熱硬化性接着剤が付着していない面に対して仮接着させた。これにより、シリコンチップＢのパッドが形成されている面側にシート状の熱硬化性接着剤を介してシリコンチップＡ１、Ａ２、Ａ３が３段積層された仮接着体を作製した。なお、この時点ではそれぞれのシリコンチップの半田層を有する銅バンプはまだ半田接合していない。
【００５３】
＜加圧工程（３）＞
得られた１０個の仮接着体を耐圧容器内（ＰＣＯ−０８３ＴＡ、ＮＴＴ−ＡＴ社製）に設置して２５℃に設定し、空気を導入することにより耐圧容器の内圧を０．５ＭＰａの圧力とし、以下の温度条件１で加熱した。
（温度条件１）
１．１０分間で２５℃から８０℃まで昇温
２．８０℃で１０分間維持
３．１０分間で８０℃から２０℃まで降温
【００５４】
＜電極接合工程（４）、硬化工程（５）＞
次いで、１０個の仮接着体を大気圧下、以下の温度条件２で加熱してそれぞれのシリコンチップの半田層を有する銅バンプを半田接合した。その後、１７０℃で３０分間加熱し、シート状の熱硬化性接着剤を完全に硬化させ、１０個の半導体装置を得た。
（温度条件２）
１．１００℃で５秒間加熱
２．５秒間で１００℃から２８０℃まで昇温
３．２８０℃で５秒間維持
４．５秒間で２８０℃から１００℃まで降温
【００５５】
（実施例２）
加圧工程（３）における耐圧容器内の内圧を１．０ＭＰａの圧力としたこと以外は実施例１と同様にして、１０個の半導体装置を得た。
【００５６】
（比較例１）
加圧工程（３）を行わず（加圧も加熱も行わず）、電極接合工程（４）において加圧容器を用いて０．５ＭＰａの加圧環境下で仮接着体を１個ずつ半田接合したこと以外は実施例１と同様にして、１０個の半導体装置を得た。
なお、仮接着体を１個ずつ半田接合するたびに容器内を加圧するために２０秒、接合後に除圧するために１０秒要した。
【００５７】
（比較例２）
加圧工程（３）を行わず（加圧も加熱も行わず）、電極接合工程（４）において加圧容器を用いて０．５ＭＰａの加圧環境下で仮接着体を１０個まとめて半田接合したこと以外は実施例１と同様にして、１０個の半導体装置を得た。
【００５８】
（比較例３）
加圧工程（３）を行わなかった（加圧も加熱も行わなかった）こと以外は実施例１と同様にして、１０個の半導体装置を得た。
【００５９】
（比較例４）
加圧工程（３）を行わず（加圧も加熱も行わず）、硬化工程（５）において加圧容器を用いて０．５ＭＰａの加圧環境下でシート状の熱硬化性接着剤の硬化を行ったこと以外は実施例１と同様にして、１０個の半導体装置を得た。
【００６０】
（比較例５）
加圧工程（３）を大気圧下（０．１ＭＰａ）で行い（加圧を行わず）、電極接合工程（４）において加圧容器を用いて０．５ＭＰａの加圧環境下で仮接着体を１個ずつ半田接合したこと以外は実施例１と同様にして、１０個の半導体装置を得た。
なお、仮接着体を１個ずつ半田接合するたびに容器内を加圧するために２０秒、接合後に除圧するために１０秒要した。
【００６１】
（比較例６）
加圧工程（３）を大気圧下（０．１ＭＰａ）で行い（加圧を行わず）、電極接合工程（４）において加圧容器を用いて０．５ＭＰａの加圧環境下で仮接着体を１０個まとめて半田接合したこと以外は実施例１と同様にして、１０個の半導体装置を得た。
【００６２】
（比較例７）
加圧工程（３）を大気圧下（０．１ＭＰａ）で行った（加圧を行わなかった）こと以外は実施例１と同様にして、１０個の半導体装置を得た。
【００６３】
（比較例８）
加圧工程（３）を大気圧下（０．１ＭＰａ）で行い（加圧を行わず）、硬化工程（５）において加圧容器を用いて０．５ＭＰａの加圧環境下でシート状の熱硬化性接着剤の硬化を行ったこと以外は実施例１と同様にして、１０個の半導体装置を得た。
【００６４】
（評価）
得られた半導体装置について、下記の評価を行った。結果を表１に示した。
【００６５】
（１）仮接着工程（２）で得られた仮接着体における熱硬化性接着剤の硬化率
仮接着工程（２）までを同じ方法で別途行って得られた仮接着体の各シリコンチップを物理的に除去し、回収された熱硬化性接着剤の示差走査熱量測定（ＤＳＣ）測定を行い、下記式（１）により、仮接着工程（２）で得られた仮接着体における熱硬化性接着剤の硬化率を求めた。
仮接着工程（２）で得られた仮接着体における熱硬化性接着剤の硬化率（％）
＝（１−Ｄｈ／Ｄｉ）×１００          （１）
式（１）中、Ｄｉは示差走査熱量測定（ＤＳＣ）にて算出される熱硬化性接着剤の初期状態（仮接着工程（２）前）の発熱量を表し、Ｄｈは示差走査熱量計にて算出される熱硬化性接着剤の仮接着工程（２）における加熱処理後の発熱量を表す。
【００６６】
（２）ボイドの有無
超音波探査映像装置（Ｃ−ＳＡＭ  Ｄ９５００、日本バーンズ社製）を用いて、得られた半導体装置のボイドを観察し、１０個の半導体装置のうち最もボイドが観察されたものについて下記の基準で評価した。
○  ボイドがほとんど観察されなかった
△  ボイドがわずかに観察された
×  ボイドによる目立った剥離が観察された
【００６７】
（３）電極接合の状態
得られた半導体装置について、接合された電極を切断して断面を研磨したサンプルを１０個作製し、それぞれのサンプルの断面を観察し、下記の基準で評価した。
○  すべてのサンプルで接合面に合金層が形成されていた
△  少なくとも１つのサンプルで接合面に合金層が形成されていない箇所が見られた
×  すべてのサンプルで接合面に合金層が形成されていなかった
【００６８】
（４）電極接合工程（４）における１半導体装置あたりの半田接合時間
○  １半導体装置あたりの半田接合時間が３０秒未満であった
△  １半導体装置あたりの半田接合時間が３０秒以上６０秒未満であった
×  １半導体装置あたりの半田接合時間が６０秒以上であった
【００６９】
【表１】
2015126120.tif 000002
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明によれば、ボイドを抑制して高い信頼性を実現でき、かつ半導体装置の製造時間を短縮することのできる半導体装置の製造方法を提供することができる。