(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱圧着工法により半導体チップと半導体チップ搭載用基板とを接続する工程を有する半導体装置の製造方法であり、
前記熱圧着工法が、半導体チップ搭載用基板を載置するステージと、該ステージの上に載置された半導体チップ搭載用基板と位置合わせされた半導体チップを加熱及び加圧するヘッドと、を備える装置を用いて行われる工法であり、
前記半導体チップ搭載用基板として、その面方向の熱膨張率（αｓ）が、接続する半導体チップの面方向の熱膨張率（αｃ）より、０．２×１０−６／℃以上、１．６×１０−６／℃以下大きく、かつ該半導体チップ搭載用基板の厚さ方向の熱伝導率が０．１Ｗ／ｍＫ以上、１０．０Ｗ／ｍＫ以下であるものを選択し、
前記ステージに載置した前記半導体チップ搭載用基板と、該半導体チップ搭載用基板と位置合わせされた半導体チップと、をはんだにより接続する際に、前記ステージを６０〜１８０℃に加熱すると共に、前記ヘッド側から前記半導体チップを加熱することで、前記半導体チップと前記半導体チップ搭載用基板との接合部の温度を２２０〜２９０℃に加熱する、半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記半導体チップの材質がシリコンであり、前記半導体チップ搭載用基板がホウケイ酸ガラスを含有する材質層を含む、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記ホウケイ酸ガラスを含有する材質層の厚さが、２０〜８００μｍである、請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記半導体チップ搭載用基板が、更に樹脂硬化物層を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記半導体チップ搭載用基板の厚さが、２５〜１０００μｍである、請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記半導体チップ搭載用基板の面方向の熱膨張率（αｓ）が、１．０×１０−６／℃以上、１０．０×１０−６／℃以下である、請求項１〜５のいずれか１項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する。より詳しくは、タクトタイムが短く生産性に優れ、反りが小さい半導体装置を得ることができる、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体チップと基板とのフリップチップ接続は、はんだボールを搭載した半導体チップを、室温にて基板と位置合わせをして搭載し、リフロー装置を用いてはんだボールを溶融することにより行っていた（例えば特許文献１参照）。この工法は一般的にＣ４（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｃｏｌｌａｐｓｅ  Ｃｈｉｐ  Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）工法と呼ばれる。
Ｃ４工法によって半導体チップを実装する場合、十分な量のはんだボールを使用することにより、リフロー時に、溶融したはんだの表面張力による半導体チップのセルフアライメント効果が期待できる。
【０００３】
しかしながら、半導体素子の微細化の進展に伴い、半導体チップと基板とを接続する接続部も微細化が進んでいる。そのため、半導体チップの端子として、従来の丸みを帯びたはんだボールから、柱状の形状を有するはんだ付銅ピラーが用いられるようになっている。該はんだ付銅ピラーは、従来のはんだボールと比較すると、使用するはんだの体積が少ないため、半導体チップのセルフアライメント性が十分に得られない場合があり、Ｃ４工法の適用が困難になってきている。
【０００４】
そこで、近年では、はんだ付銅ピラーの端子を有する半導体チップは、熱圧着（ＴＣＢ：Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ  Ｂｏｎｄｉｎｇ）工法（以下、「ＴＣＢ工法」ともいう）により基板と接続している。
ＴＣＢ工法は、半導体チップの位置合わせをして基板に搭載すると同時に、熱及び圧力を加え、はんだを溶かしながら基板の端子に押し付けることによって、半導体チップと基板とを接続する方法である（例えば特許文献２参照）。
以下、ＴＣＢ工法について、図面を用いて説明する。
まず、図１に示すとおり、半導体チップ２を接続する基板６を、フリップチップボンダのステージ７に配置する。次に、絶縁性接着フィルムであるＮＣＦ（Ｎｏｎ−ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｆｉｌｍ）３、銅ポスト４、及びはんだ５を備えた半導体チップ２を、加熱及び吸着機構を備えたフリップチップボンダのヘッド１によりピックアップし、基板と半導体チップの位置認識を行い、相互に接続すべき電極が接続できるように位置合わせをする。
次いで、図２に示すとおり、半導体チップ２を基板６上に置き、電極間を接触させた上で、ヘッド１が備える加熱装置により加熱しながら加圧し、はんだを溶融させて、半導体チップ２と基板６とを接続する。
接続後は、図３に示すとおり、次に接続される半導体チップ９を受け渡し可能な温度になるまでヘッドを冷却する。
【０００５】
ここで、半導体チップを基板に実装する際に、反りの発生が問題になることがある。半導体チップと基板とをリフロー装置で接続するＣ４工法においては、はんだ溶融時に半導体チップ及び基板が同じ温度となるため、はんだが凝固した時点から室温までの、半導体チップと基板との熱膨張量の差が反りの原因となる。そのため、はんだが凝固した時点から室温までにおける、半導体チップと基板との平均熱膨張率を同一にすることができれば、原理的に反りを無くすことができる。Ｃ４工法における反りの低減方法としては、例えば、特許文献３に開示される方法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−１１５９５４号公報
【特許文献２】特開２０１２−０３８９７５号公報
【特許文献３】特開２００５−１６６８８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一方、ＴＣＢ工法においては、搭載する半導体チップを、フリップチップボンダのヘッド側から加熱するため、半導体チップの温度が、基板の温度より相対的に高くなり、半導体チップ及び基板は、はんだ溶融時に同じ温度にならない。このため、はんだが凝固した時点から室温までにおける、半導体チップと基板との平均熱膨張率を同一にするのみでは反りを無くすことはできない。
【０００８】
また、Ｃ４工法において、フリップチップボンダを用いる工程は、室温で半導体チップの位置合わせをして、基板に搭載する工程だけであるのに対し、ＴＣＢ工法では、半導体チップの位置合わせ、搭載、加熱及び加圧、並びに半導体チップを受け渡せる温度までヘッドを冷却する工程が必要である。そのため、ＴＣＢ工法のタクトタイムはＣ４工法と比較すると長くなる傾向にあり、タクトタイムの短縮が望まれている。
【０００９】
本発明は、タクトタイムが短く生産性に優れ、反りが小さい半導体装置を得ることができる、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】
【００１０】
本発明者等は上記の課題を解決すべく検討を進めた結果、下記の本発明により当該課題を解決できることを見出した。
すなわち、本発明は、下記［１］〜［６］を提供する。
［１］熱圧着工法により半導体チップと半導体チップ搭載用基板とを接続する工程を有する半導体装置の製造方法であって、
該半導体チップ搭載用基板の面方向の熱膨張率（αｓ）が、接続する半導体チップの面方向の熱膨張率（αｃ）より、０．２×１０-6／℃以上、１．６×１０-6／℃以下大きく、かつ該半導体チップ搭載用基板の厚さ方向の熱伝導率が０．１Ｗ／ｍＫ以上、１０．０Ｗ／ｍＫ以下である、半導体装置の製造方法。
［２］前記半導体チップの材質がシリコンであり、前記半導体チップ搭載用基板がホウケイ酸ガラスを含有する材質層を含む、上記［１］に記載の半導体装置の製造方法。
［３］前記ホウケイ酸ガラスを含有する材質層の厚さが、２０〜８００μｍである、上記［２］に記載の半導体装置の製造方法。
［４］前記半導体チップ搭載用基板が、更に樹脂硬化物層を含む、上記［１］〜［３］のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
［５］前記半導体チップ搭載用基板の厚さが、２５〜１０００μｍである、上記［１］〜［４］のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
［６］前記半導体チップ搭載用基板の面方向の熱膨張率（αｓ）が、１．０×１０-6／℃以上、１０．０×１０-6／℃以下である、上記［１］〜［５］のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、タクトタイムが短く生産性に優れ、反りが小さい半導体装置を得ることができる、半導体装置の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ＴＣＢ工法により半導体チップを接続する場合における、位置合わせを行なっている状態を模式的に示した図である。
【図２】ＴＣＢ工法により半導体チップを接続する場合における、半導体チップと基板との接続（熱圧着）を行なっている状態を模式的に示した図である。
【図３】ＴＣＢ工法により半導体チップを接続する場合における、半導体チップを受け渡せる温度までヘッドを冷却している状態を模式的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
［半導体装置の製造方法］
本発明の製造方法は、熱圧着工法により半導体チップと半導体チップ搭載用基板とを接続する工程を有する半導体装置の製造方法であって、該半導体チップ搭載用基板（以下、単に「基板」ともいう）の面方向の熱膨張率（αｓ）が、接続する半導体チップの面方向の熱膨張率（αｃ）より、０．２×１０-6／℃以上、１．６×１０-6／℃以下大きく、かつ該半導体チップ搭載用基板の厚さ方向の熱伝導率が０．１Ｗ／ｍＫ以上、１０．０Ｗ／ｍＫ以下であることを特徴とする。
【００１４】
本発明の製造方法が、タクトタイムが短く生産性に優れ、反りが小さい半導体装置を得ることができる理由は定かではないが、以下のように考えられる。
ＴＣＢ工法における半導体チップの位置合わせ、及び搭載に要する時間はフリップチップボンダの能力に依存するところが大きい。一方、半導体チップの加熱加圧時間、及び半導体チップを受け渡せる温度までのヘッドの冷却時間は、基板の熱伝導率が影響する。
本発明の製造方法は、用いる基板の厚さ方向の熱伝導率を十分小さくすることにより、フリップチップボンダのステージへ逃げる熱量を低減することができると考えられる。これによって、加熱加圧時のヘッド温度の昇温に要する熱量を最小限に抑えることができるため、加熱時間を最小限にできると共に、半導体チップを受け渡せる温度までのヘッドの冷却時間も最小限にでき、タクトタイムを短縮することができると考えられる。
また、本発明の製造方法に用いる基板は、面方向の熱膨張率（αｓ）が、接続する半導体チップの面方向の熱膨張率（αｃ）より、０．２×１０-6／℃以上、１．６×１０-6／℃以下大きいものである。このように、本発明の製造方法に用いる基板の熱膨張率（αｓ）は、搭載される半導体チップに対して相対的に定義される範囲を有する。一般的に半導体チップに使用されるシリコン結晶は、熱膨張率の結晶方位依存性があり、文献によって２．５×１０-6〜３．４×１０-6／℃の幅がある。そこで、本発明の製造方法では、搭載する半導体チップの熱膨張率（αｃ）を測定し、得られた熱膨張率（αｃ）より特定の範囲大きい熱膨張率（αｓ）を有する基板を用いることにより、ＴＣＢ工法における基板と半導体チップとの熱膨張量を整合させることができ、反りを小さくできるものと考えられる。
【００１５】
＜半導体チップ搭載用基板＞
本発明の製造方法に用いる半導体チップ搭載用基板は、面方向の熱膨張率（αｓ）が、接続する半導体チップの面方向の熱膨張率（αｃ）より、０．２×１０-6／℃以上、１．６×１０-6／℃以下大きく、かつ厚さ方向の熱伝導率が０．１Ｗ／ｍＫ以上、１０．０Ｗ／ｍＫ以下である。
【００１６】
（面方向の熱膨張率（αｓ））
本発明に用いる基板の面方向の熱膨張率（αｓ）は、得られる半導体装置の反りを低減する観点から、接続する半導体チップの面方向の熱膨張率（αｃ）より、０．２×１０-6／℃以上、１．６×１０-6／℃以下大きく、０．３×１０-6／℃以上、１．５×１０-6／℃以下大きいことが好ましく、０．４×１０-6／℃以上、１．４×１０-6／℃以下大きいことがより好ましい。
なお、熱膨張率（αｓ）及び熱膨張率（αｃ）は、同一の装置及び測定方法により測定される値であり、具体的には実施例に記載の方法により測定することができる。
熱膨張率（αｓ）は、上記範囲を満たすものであれば、特に限定されないが、例えば、１．０×１０-6／℃以上、１０．０×１０-6／℃以下、好ましくは２．０×１０-6／℃以上、８．０×１０-6／℃以下、より好ましくは３．０×１０-6／℃以上、６．０×１０-6／℃以下である。
【００１７】
（厚さ方向の熱伝導率）
本発明に用いる基板の厚さ方向の熱伝導率は、タクトタイムを短縮する観点、並びに汎用性及び入手容易性の観点から、０．１Ｗ／ｍＫ以上、１０．０Ｗ／ｍＫ以下であり、０．１５Ｗ／ｍＫ以上、５．０Ｗ／ｍＫ以下が好ましく、０．２Ｗ／ｍＫ以上、３．０Ｗ／ｍＫ以下がより好ましい。
【００１８】
本発明に用いる基板の材質は、熱膨張率（αｓ）及び厚さ方向の熱伝導率が上記範囲を満たすものであれば特に限定されるものではない。半導体チップの材質としてシリコンを用いた半導体装置である場合、基板としては、例えば、ホウケイ酸ガラス、ムライトを含有する材質層（以下、単に「材質層」ともいう）を有することが好ましい。また、熱膨張率（αｓ）を上記範囲に調整した、ガラス繊維基材と熱硬化性樹脂組成物とを含有する複合材を硬化してなる材質層を有することも好ましい。
ホウケイ酸ガラスを含有する材質層の厚さは、基板の薄型化、加工性、及び取扱いの容易性の観点から、好ましくは２０〜８００μｍ、より好ましくは３０〜６００μｍ、さらに好ましくは５０〜４００μｍである。
また、ホウケイ酸ガラスを含有する材質層中のホウケイ酸ガラスの含有量は、好ましくは８０質量％以上、より好ましくは９０質量％以上、さらに好ましくは９５質量％以上、特に好ましくは１００質量％である。すなわち、材質層はホウケイ酸ガラスからなることが特に好ましい。
これらの基板は、半導体装置として十分な信頼性を有する微細配線を形成する観点から、材質層の片面又は両面に樹脂硬化物層が形成されていてもよい。
【００１９】
（樹脂硬化物層）
樹脂硬化物層は、例えば、熱硬化性樹脂組成物を層形成した後、熱硬化することにより形成される層である。
樹脂硬化物層の厚さは、特に限定されないが、好ましくは１〜１００μｍ、より好ましくは２〜５０μｍ、さらに好ましくは３〜３０μｍである。
【００２０】
熱硬化性樹脂組成物に用いられる熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和イミド樹脂、シアネート樹脂、イソシアネート樹脂、ベンゾオキサジン樹脂、オキセタン樹脂、アミノ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アリル樹脂、ジシクロペンタジエン樹脂、シリコーン樹脂、トリアジン樹脂、メラミン樹脂等が挙げられる。これらの中でも、成形性及び電気絶縁性に優れる点から、エポキシ樹脂が好ましい。
エポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦノボラック型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、トリアジン骨格含有エポキシ樹脂、フルオレン骨格含有エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、キシリレン型エポキシ樹脂、ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、多官能フェノール類及びアントラセン等の多環芳香族類のジグリシジルエーテル化合物などが挙げられる。また、これらエポキシ樹脂にリン化合物を導入したリン含有エポキシ樹脂が挙げられる。これらのエポキシ樹脂は単独で又は２種類以上を組み合わせて用いることができる。
【００２１】
また、熱硬化性樹脂と耐熱樹脂とを併用することが好ましい。耐熱樹脂としては、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリベンゾオキサゾール樹脂、ポリベンゾイミダゾール樹脂、及びこれらの何れかの樹脂の化学構造を有する共重合体等が挙げられる。これらは、例えば、ポリブタジエン骨格を含んでいてもよく、熱硬化性樹脂（例えばエポキシ樹脂のエポキシ基）と反応するフェノール性水酸基、アミド基等を含有していてもよい。これらの耐熱樹脂は、単独で又は２種類以上を組み合わせて用いてもよい。
耐熱樹脂としては、市販品を用いてもよく、市販品としては、例えば、日本化薬株式会社製の可溶性ポリアミド「ＢＰＡＭ−０１」及び「ＢＰＡＭ−１５５」、新日本理化株式会社製の可溶性ポリイミド「リカコ−ト（登録商標）ＳＮ２０」及び「リカコート（登録商標）ＰＮ２０」、日本ＧＥプラスチックス株式会社製の可溶性ポリエーテルイミド「ウルテム（登録商標）」、東洋紡株式会社製の可溶性ポリアミドイミド「バイロマックス（登録商標）ＨＲ１１ＮＮ」及び「バイロマックス（登録商標）ＨＲ１６ＮＮ」等が挙げられる。
【００２２】
熱硬化性樹脂組成物中の熱硬化性樹脂の含有量は、全樹脂成分１００質量部に対して、好ましくは１０〜８０質量部、より好ましくは２０〜６０質量部である。
また、熱硬化性樹脂組成物中の耐熱樹脂の含有量は、熱硬化性樹脂１００質量部に対して、好ましくは１０〜３００質量部、より好ましくは２０〜２５０量部である。
【００２３】
熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を用いる場合、エポキシ樹脂用硬化剤を用いることが好ましく、必要に応じて硬化促進剤を用いてもよい。
エポキシ樹脂用硬化剤としては、例えば、フェノールノボラック、クレゾールノボラック等の多官能フェノール化合物、ジシアンジアミド、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルフォン等のアミン化合物、無水フタル酸、無水ピロメリット酸、無水マレイン酸、無水マレイン酸共重合体等の酸無水物、ポリイミドなどを用いることができる。これらの硬化剤は、単独で又は２種類以上を組み合わせて用いることができる。
熱硬化性樹脂組成物中のエポキシ樹脂用硬化剤の含有量は、エポキシ樹脂１００質量部に対して、好ましくは１０〜１００質量部、より好ましくは２０〜５０質量部である。硬化促進剤としては、例えば、エポキシ樹脂の硬化促進剤として、イミダゾール類及びその誘導体、有機リン系化合物、第二級アミン類、第三級アミン類、及び第四級アンモニウム塩等が挙げられる。
硬化促進剤の含有量は、エポキシ樹脂１００質量部に対して、好ましくは０．１〜５．０質量部、より好ましくは０．２〜３．０質量部である。
【００２４】
熱硬化性樹脂組成物は、無機充填材を含有していてもよい。
無機充填材としては、例えば、シリカ、アルミナ、硫酸バリウム、タルク、クレー、雲母粉、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、酸化マグネシウム、窒化ホウ素、ホウ酸アルミニウム、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ビスマス、酸化チタン、ジルコン酸バリウム、ジルコン酸カルシウム等が挙げられる。
無機充填材の含有量は、全樹脂成分１００質量部に対して、好ましくは１〜３５質量部、より好ましくは３〜１０質量部である。
【００２５】
樹脂硬化物層は、例えば、前記熱硬化性樹脂組成物を含有するワニスを、材質層に公知のコーター等を用いて塗布、乾燥、及び硬化する方法、前記熱硬化性樹脂組成物からなる樹脂フィルムを材質層へラミネート又はプレスして貼着した後、硬化する方法等により、好適に形成することができる。
【００２６】
本発明に用いる基板の厚さは、基板の薄型化、加工性、及び取扱いの容易性の観点から、好ましくは２５〜１０００μｍ、より好ましくは４０〜８００μｍ、さらに好ましくは５０〜５００μｍである。
【００２７】
本発明に用いる基板は少なくとも一方の面に配線が設けられてなるものであり、複数の配線層が含まれた構成（多層プリント配線板）であってもよい。
配線層は、用途に応じて、従来公知の方法により形成すればよい。
以下、基板に配線パターンを形成する方法の一態様について説明するが、これらに限定されるものではない。
【００２８】
（ビアホールの形成）
本発明に用いる基板は、必要に応じて、穴あけを行い、ビアホール、スルーホール等を形成してもよい。穴あけは、ドリル、レーザー、プラズマ、又はこれらの組み合わせ等の方法により行うことができる。レーザーとしては、炭酸ガスレーザー、ＹＡＧレーザー、ＵＶレーザー、エキシマレーザー等が一般的に用いられる。
ビアホール等の形成後、酸化剤を用いてデスミア処理してもよい。酸化剤としては、過マンガン酸塩（過マンガン酸カリウム、過マンガン酸ナトリウム等）、重クロム酸塩、オゾン、過酸化水素／硫酸、硝酸が好ましく、過マンガン酸カリウム、過マンガン酸ナトリウム等の水酸化ナトリウム水溶液（アルカリ性過マンガン酸水溶液）がより好ましい。
【００２９】
（配線パターンの形成）
導体層を形成する方法としては、スパッタ法等の乾式めっき、無電界めっき、電界めっき等の湿式めっきなどによる方法が挙げられる。
その後のパターン形成の方法として、例えば、公知のサブトラクティブ法、セミアディティブ法等を用いることができる。
【００３０】
（多層プリント配線板）
本発明に用いる基板の一形態として、上記のようにして配線パターンを形成した積層板を複数積層して、多層プリント配線板としたものであってもよい。
この多層プリント配線板を製造するには、上記の配線パターンを形成した積層板を、接着フィルム等を介して複数積層することによって多層化する。その後、ドリル加工又はレーザー加工によるスルーホール又はブラインドビアホールの形成と、めっき又は導電性ペーストによる層間配線の形成を行う。このようにして、多層プリント配線板を製造することができる。
【００３１】
＜半導体チップ＞
本発明の製造方法に用いる半導体チップは、従来公知のものを使用することができる。
なお、本発明において、半導体チップとは、トランジスタ、抵抗、コンデンサー等の回路素子から構成される集積回路が表面に形成されたウェハを切断して形成した半導体片を意味する。
本発明の製造方法に用いる半導体チップの材質としては、従来公知の半導体チップ用ウェハを用いることができ、例えば、シリコン、ゲルマニウム等の同一種類の元素から構成される元素半導体、ガリウムヒ素、ガリウムリン、インジウムリン、炭化珪素等の化合物半導体などを用いることができる。
【００３２】
本発明の製造方法に用いる半導体チップには、基板の電極と接続するためのバンプが形成されている。
バンプとしては、狭ピッチ化に対応する観点から、金属のピラー、特に銅ピラー上にはんだが形成されたバンプが好ましい。はんだの材質としては、特に限定されず、ＳｎＡｇＣｕ系、ＳｎＣｕ系、ＳｎＡｇ系、ＳｎＡｇＣｕＢｉ系、ＳｎＺｎＢｉ系、ＳｎＡｇＩｎＢｉ系等の鉛フリーはんだが好ましく挙げられる。はんだの形状は半球状であることが好ましい。
【００３３】
半導体チップと基板との接合部分の接続信頼性を確保するための方法として、半導体チップ上に形成されたバンプと回路基板の電極とを接合した後に、半導体チップと回路基板との隙間に液状封止接着剤を注入し硬化させることが一般的な方法として採られている。
またＬＣＤパネル用途等、実装回路基板上に半導体チップを搭載する接着剤として異方性導電フィルム（ＡＣＦ：  Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｆｉｌｍ）、非導電性接着フィルム（ＮＣＦ：  Ｎｏｎ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｆｉｌｍ）非導電性接着ペースト（ＮＣＰ：  Ｎｏｎ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｐａｓｔｅ）等が用いられている。
特にバンプが狭ピッチ化した場合、バンプ間の絶縁性を保つ観点からＮＣＦを用いることが好ましい。ＮＣＦを用いた場合の接続に際しては、ボンディング時の加熱で接着剤が軟化し、基板上の電極と半導体チップ上のバンプとが接触してから高速に硬化できることが好ましく、さらにはバンプ、基板の電極等の凹凸によく追従し、空隙が少ない状態で密着させることができる特性を有することが好ましい。
【００３４】
本発明の製造方法は、半導体チップと基板との接続に、ＴＣＢ工法を用いる。
ＴＣＢ工法に用いる装置としては、従来公知のフリップチップボンダを用いることができ、例えば、パナソニック ファクトリーソリューションズ株式会社製「ＦＣＢ３」が好適である。
半導体チップと基板とを接続する際の加熱及び加圧条件は、用いる半導体チップ及び基板の形状、材質等に応じて適宜調整すればよい。
加熱温度は、はんだの融点以上であれば特に限定されない。生産性の観点から、ＳｎＡｇＣｕ系はんだを使用することが好ましく、その場合は接合部の温度が、好ましくは２２０〜２９０℃、より好ましくは２３０〜２８０℃、さらに好ましくは２４０〜２７０℃である。
また、はんだの融点以上で保持する時間としては、例えば、３〜２０秒である。
加熱はフリップチップボンダのヘッドにより行うが、基板の温度を一定に保つ観点から、基板を載置するステージを、例えば、６０〜１８０℃程度に加熱してもよい。
加圧条件としては、半導体チップにクラック等のダメージを発生させずに、十分な接合強度を得る観点から、好ましくは０．０１〜３０Ｎ／ｍｍ2、より好ましくは０．０５〜１０Ｎ／ｍｍ2、さらに好ましくは０．１〜３Ｎ／ｍｍ2である。
【実施例】
【００３５】
次に実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３６】
［接着フィルムの製造］
（ポリアミドイミド樹脂の合成）
熱電対、撹拌機、窒素吹込口を取り付けた５００ｍｌセパラブルフラスコに約２５０ｍｌ／分の窒素を流しながら両末端にアミノ基を有するシリコーンオイル（信越化学工業株式会社製、商品名：Ｘ−２２−１６１Ａ）３２．０ｇ、４，４'−ジアミノジシクロヘキシルメタン（新日本理化株式会社製、商品名：ワンダミンＨＭ（ＷＨＭ））０．９３５ｇ、ポリオキシプロピレンジアミン（三井化学ファイン株式会社、商品名：ジェファーミンＤ２０００）４０．０ｇ、トリメリット酸無水物（以下、「ＴＭＡ」ともいう）１７．９ｇ及びＮ−メチル−２−ピロリドン２５０ｇを加え撹拌し、溶解した。この溶液にトルエン１００ｇを加え、１５０℃以上の温度で６時間の脱水還流によるイミド環閉環反応を行った。次いで、トルエンを留去し、冷却後４，４'−ジフェニルメタンジイソシアネート１３．４ｇを加え、１５０℃にて２時間反応させた。その後、ＴＭＡを１．６ｇ加え、８０℃にて１時間撹拌し、ポリアミドイミド樹脂を合成した。
【００３７】
（ワニスの調製）
固形分７０ｇのポリアミドイミド樹脂溶液にジシクロペンタジエンフェノール型エポキシ樹脂（大日本インキ化学工業株式会社製、商品名：ＨＰ７２００）２０ｇ、トリスフェノールメタン型エポキシ樹脂（日本化薬株式会社製、商品名：ＥＰＰＮ−５０２Ｈ）１０ｇ、１−シアノエチル−２−エチル−４−メチルイミダゾール（四国化成工業株式会社製、商品名：２Ｅ４ＭＺ−ＣＮ）０．１５ｇを加え、固形分濃度３０％になるようにＮ−メチル−２−ピロリドンにて希釈し、ワニスを調製した。
【００３８】
（接着フィルムの形成）
調製したワニスを、厚さ３８μｍの離型処理ポリエチレンテレフタラート（以下、「ＰＥＴ」ともいう）フィルム（リンテック株式会社製、商品名：ＰＥＴ−３８Ｘ）の離型処理面にバーコーターを用いて、乾燥後の厚さが５μｍになるように塗布し、１４０℃で１５分間乾燥させて樹脂組成物層を形成し、接着フィルムを得た。
【００３９】
［配線形成用樹脂フィルムの製造］
フェノール性水酸基含有ポリブタジエン変性ポリアミド（日本化薬株式会社製、商品名：ＢＰＡＭ−１５５）１０．２ｇに、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（以下、「ＤＭＡｃ」ともいう）を９１．４ｇ配合した後、ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂（日本化薬株式会社製、商品名：ＮＣ−３０００Ｈ）４０．０ｇ、ビスフェノールＡノボラック（三菱化学株式会社製、商品名：ＹＬＨ１２９）１２．６ｇ、硬化促進剤として２−フェニルイミダゾール（四国化成工業株式会社製、商品名：２ＰＺ）０．４ｇ、ヒュームドシリカ（日本アエロジル株式会社製、商品名：Ｒ９７２）３．６ｇを添加した後、ＤＭＡｃ及びメチルエチルケトン（以下、「ＭＥＫ」ともいう）からなる混合溶剤（ＭＥＫ／ＤＭＡｃ＝７／３（質量比））で希釈した（固形分濃度約２５質量％）。その後、分散機（吉田機械興業株式会社製、商品名：ナノマイザー）を用いて、配線形成用樹脂ワニスを得た。
配線形成用樹脂ワニスを、厚さ２０μｍの銅箔（古河電気工業株式会社製、商品名：ＮＣ箔）の光沢面にバーコーターを用いて、乾燥後の配線形成用樹脂層の厚さが５μｍになるように塗布し、１４０℃で１０分間乾燥させて、銅箔の一方の面に配線形成用樹脂層を有する配線形成用樹脂フィルムを作製した。
【００４０】
［半導体チップ搭載用基板の製造］
製造例１
（樹脂硬化物層／材質層（ホウケイ酸ガラス）／樹脂硬化物層）
材質層として、ガラスフィルム（日本電気硝子株式会社製、商品名：ＯＡ−１０Ｇ、厚さ４００μｍ）を用いた。
このガラスフィルムの両面上に、作製した接着フィルムを樹脂組成物層がガラスフィルムに当接するように配置し、バッチ式の真空加圧ラミネーター（名機株式会社製、商品名：ＭＶＬＰ−５００）を用いてラミネートによって積層した。この際の真空度は３０ｍｍＨｇ以下であり、温度は１２０℃、圧力は０．５ＭＰａの設定とした。室温に冷却後、離型処理ＰＥＴフィルムを剥がし、材質層の両面に樹脂組成物層を有する基板を得た。
次いで、該基板の両面に、配線形成用樹脂フィルムを、配線形成用樹脂層が上記で形成した樹脂組成物層に当接するように配置した後、熱プレスにて１８５℃、３ＭＰa、１時間の条件で熱圧着した。その後、配線形成用樹脂フィルムの銅箔をエッチングして材質層の両面に樹脂硬化物層を有する半導体チップ搭載用基板Ａを得た。
【００４１】
製造例２
（シリコン基板）
シリコン基板（ウォルツ社製、商品名：ＩＰ８０−０１０１ＪＹ、厚さ４００μｍ）を、基板Ｂとした。
【００４２】
製造例３
（有機基材を使用した基板）
ガラス繊維基材と熱硬化性樹脂組成物を含有する複合材を硬化してなる基板である、銅張積層板（日立化成株式会社製、商品名：Ｅ−７０５Ｇ、厚さ４００μｍ）の銅箔をエッチングしたものを、基板Ｃとした。
【００４３】
［半導体装置の製造］
実施例１、比較例１及び２
半導体チップとして、シリコンウェハ（ウォルツ社製、商品名：ＣＣ８０−０１０１ＪＹ、厚さ１５０μｍ、ピラー高さ４５μｍ、ピラー形状３８μｍ×３８μｍ、最小ピラーピッチ８０μｍ）に０．０４ｍｍ厚のＮＣＦ（日立化成株式会社製）を貼り付け、これを７．３ｍｍ×７．３ｍｍにダイシングしたものを準備した。
また、基板として、表１に示す基板を１４ｍｍ×１４ｍｍに切り出したものを準備した。
次いで、半導体チップと基板とを、フリップチップボンダ（パナソニック ファクトリーソリューションズ株式会社製、商品名：ＦＣＢ３）を用いて、ＴＣＢ工法により接合した。この時、ＮＣＦと基板の間に直径０．０５ｍｍのＫ型熱電対を設置して温度を測定した。なお、接合条件は下記のとおりとした。
＜接合条件＞
・熱電対温度：２６０℃
・加熱時間：７秒
・ステージ加熱温度：１５０℃
・加圧圧力：０．４７Ｎ／ｍｍ2
【００４４】
［物性評価］
実施例及び比較例で用いた基板及び半導体チップの物性、並びに半導体装置のタクトタイム及び反りは、以下の方法により測定した。結果を表１に示す。
【００４５】
（１）熱膨張率の測定
各実施例及び比較例で用いた基板の面方向の熱膨張率（αｓ）、及び半導体チップの面方向の熱膨張率（αｃ）は、熱機械分析装置（セイコーインスツル株式会社製、商品名：ＴＭＡ／ＳＳ６１００）を用いて、下記条件により測定し、４０℃から２５０℃までの平均熱膨張率を算出し、これを熱膨張率の値とした。また、各サンプルはサンプル作製時の残留応力を緩和するため、２５０℃に加熱した恒温槽に１分以上５分以下置いた後、２０分以上かけて室温まで冷却して使用した。
＜測定条件＞
・基板のサンプル形状：１４ｍｍ（長さ）×４ｍｍ（幅）×０．４ｍｍ（厚さ）
・半導体チップのサンプル形状：７．３ｍｍ（長さ）×４ｍｍ（幅）×０．１５ｍｍ（厚さ）
・測定温度領域：室温〜２６０℃
・昇温速度：５℃／ｍｉｎ
・測定モード：引張モード
・荷重：２ｇ
【００４６】
（２）熱伝導率の測定
各実施例及び比較例で用いた基板の熱伝導率は、下記式により算出した。
熱伝導率（Ｗ／ｍＫ）＝熱拡散率（ｍ2／ｓ）×比熱（Ｊ／Ｋｇ・Ｋ）×比重（Ｋｇ／ｍ3）
なお、熱拡散率、比熱、及び比重は以下の方法により測定した。
【００４７】
＜熱拡散率の測定条件＞
・測定装置：熱拡散率測定装置（ＮＥＴＺＳＣＨ社製、商品名：ＬＦＡ４４７  ＮａｎｏＦｌａｓｈ）
・測定方法：キセノンフラッシュ法
・サンプルサイズ：１０ｍｍ（長さ）×１０ｍｍ（幅）×０．４ｍｍ（厚さ）
＜比熱の測定条件＞
・測定装置：ＤＳＣ装置（ＰｅｒｋｉｎＥｌｍｅｒ社製、商品名：Ｐｙｒｉｓ１）
・基準物質：サファイア
・サンプル量：約２０ｍｇ
＜比重の測定条件＞
・測定装置：電子比重計（アルファミラージュ株式会社製、商品名：ＳＤ２００Ｌ）
・測定方法：アルキメデス法
・サンプルサイズ：１０ｍｍ（長さ）×１０ｍｍ（幅）×０．４ｍｍ（厚さ）
【００４８】
（３）反りの測定
各実施例及び比較例で用いた基板の形状を、反り測定装置（ＡＫＲＯＭＥＴＲＩＸ社製、商品名：ＴＨＥＲＭＯＩＲＥ  ＰＳ２００）を用いて測定し、変位の最大値と最小値を求め、その差の値を初期形状値とした。
次に、各実施例及び比較例で得られた半導体装置のチップ非接続面の形状を前記と同様の装置を用いて測定し、変位の最大値と最小値を求め、その差の値を実装形状値として、実装形状値から初期形状値を引いた値を反りとした。
【００４９】
（４）タクトタイムの測定
各実施例及び比較例における製造条件で自動運転を行い、１サイクルにかかる時間を測定して、タクトタイムとした。なお、自動運転における条件は下記のとおりとした。
＜自動運転条件＞
・ヘッドの冷却温度：６０℃（受け渡し可能な温度と同じ）
・チップのピックアップ条件：チップのバックグラインド面のエッジ２箇所検知
・チップの形状認識：チップピラー面のアライメントマーク２箇所
・基板の認識：なし
【００５０】
【表１】
0006455036.tif 000002
【００５１】
表１から明らかなように、実施例１で得られた半導体装置は比較例１及び２で得られた半導体装置と比べて、反りが最も小さい。またタクトタイムは比較例２と同等であり、比較例１と比べると約２０％短い。
以上の結果から、本発明の製造方法によると、反りが小さい半導体装置を得ることができ、本発明の製造方法が、タクトタイムを短く、生産性に優れることがわかる。
【符号の説明】
【００５２】
１    フリップチップボンダのヘッド
２    半導体チップ
３    ＮＣＦ
４    銅ポスト
５    はんだ
６    半導体チップを接続する基板
７    フリップチップボンダのステージ
８    次に接続される半導体チップを接続する基板
９    次に接続される半導体チップ
１０  受け渡し可能な温度まで冷却中のフリップチップボンダのヘッド
【図１】
0006455036.tif 000003
【図２】
0006455036.tif 000004
【図３】
0006455036.tif 000005