(57)【要約】【課題】導電性に優れた銀（Ａｇ）を含有する導電性接着剤を用いて配線基板の電極と半導体素子の外部接続端子とを接合して半導体素子を配線基板にフリップチップ実装すると共に、前記銀（Ａｇ）のイオンマイグレーションを防止することができる半導体装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】半導体素子１２の外部接続端子１３と配線基板１１の電極１４とが導電性接着剤２０を介して接合された半導体装置は、前記導電性接着剤２０は、第１導電性接着剤２０−１と、前記第１導電性接着剤２０−１を被覆する第２導電性接着剤２０−２とを含み、前記第１導電性接着剤２０−１は、銀（Ａｇ）を含む導電性フィラーを含有し、前記第２導電性接着剤２０−２は、錫（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、パラジウム（Ｐｄ）、及び白金（Ｐｔ）から構成される群から選択される金属を含む導電性フィラーを含有することを特徴とする。【選択図】図２
2008218643.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子の外部接続端子と配線基板の電極とが導電性接着剤を介して接合された半導体装置であって、
前記導電性接着剤は、第１導電性接着剤と、前記第１導電性接着剤を被覆する第２導電性接着剤とを含み、
前記第１導電性接着剤は、銀（Ａｇ）を含む導電性フィラーを含有し、
前記第２導電性接着剤は、錫（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、パラジウム（Ｐｄ）、及び白金（Ｐｔ）から構成される群から選択される金属を含む導電性フィラーを含有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置であって、
前記導電性接着剤が、前記配線基板の前記電極と接合している面に、前記第１導電性接着剤が露出している箇所が形成されていることを特徴とする半導体装置
【請求項３】
請求項１又は２記載の半導体装置であって、
前記第２導電性接着剤の前記導電性フィラーは、前記錫（Ｓｎ）単体又は前記錫（Ｓｎ）を含有する混合物若しくは合金であることを特徴する半導体装置。
【請求項４】
半導体素子の外部接続端子と配線基板の電極とが導電性接着剤を介して接合される半導体装置の製造方法であって、
前記半導体素子の前記外部接続端子に、銀（Ａｇ）を含む導電性フィラーを含む第１導電性接着剤を形成する工程と、
前記第１導電性接着剤の表面に、錫（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、パラジウム（Ｐｄ）、及び白金（Ｐｔ）から構成される群から選択される金属を含む導電性フィラーを含む第２導電性接着剤を形成する工程と、
前記半導体素子の前記外部接続端子と、前記配線基板に形成された前記電極とを接合する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項４記載の半導体装置の製造方法であって、
前記第１導電性接着剤を形成する工程の後、前記第１導電性接着剤を硬化させる工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項４又は５記載の半導体装置の製造方法であって、
前記第２導電性接着剤を形成する工程の後、前記第２導電性接着剤を硬化させる工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項６記載の半導体装置の製造方法であって、
前記第２導電性接着剤を硬化させる工程は、レベリング処理により加圧しながら加熱を行い、該加圧により、前記導電性接着剤が前記配線基板の前記電極と接合する面に、前記第１導電性接着剤が露出している箇所を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項４乃至７いずれか一項記載の半導体装置の製造方法であって、
前記接合する工程の前に、前記配線基板上にアンダーフィル材を形成する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
請求項４乃至８いずれか一項記載の半導体装置の製造方法であって、
前記接合する工程は、加熱工程を含み、該加熱工程により、前記第２導電性接着剤の外表面に前記第２導電性接着剤に含有される金属の酸化膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項４乃至９いずれか一項記載の半導体装置の製造方法であって、
前記第２導電性接着剤の前記導電性フィラーは、前記錫（Ｓｎ）単体又は前記錫（Ｓｎ）を含有する混合物若しくは合金であることを特徴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、半導体装置及びその製造方法に関し、より具体的には、半導体素子が配線基板にフリップチップ実装された構造を有する半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話やデジタルカメラ等の電子機器の高機能化並びに小型化に伴い、この電子機器に搭載される半導体装置に対して更なる高機能化、高集積化が要求されている。そこで、近年、集積回路チップ等の半導体素子を配線基板上に直接実装することにより、実装面積を小型化して効率的使用を図る態様が提案されている。
【０００３】
具体的には、ガラスエポキシ樹脂等の絶縁性樹脂を基材とし、一方の主面に銅（Ｃｕ）等からなる導電層が選択的に配設された配線基板を用い、前記導電層に於ける電極に、半導体集積回路素子（以下、半導体素子と称する）の主面に形成された電極パッド上に列状に配設されたバンプと称される凸状（突起状）外部接続端子が接続され、一方、前記配線基板の他方の主面には選択的に形成された電極の表面に球状電極端子等の外部接続端子が配設されてなる半導体装置が提案されている。即ち、かかる態様では、半導体素子は所謂フェイスダウン状態で、配線基板に搭載されている。このようなフリップチップ実装構造は、以下の方法によって形成される。
【０００４】
第１の方法は、半導体素子を配線基板に搭載する際に、予め配線基板の主面上に熱硬化性接着剤等のアンダーフィル材を供給しておき、高荷重を印加してアンダーフィル材を介しながら半導体素子を配線基板に搭載することによりアンダーフィル材を押し広げると共に、毛細管現象により半導体素子の全面領域にアンダーフィル材を流動させて充填し、同時に半導体素子を配線基板に搭載する際に付与される熱によりアンダーフィル材を硬化させる方法である。
【０００５】
第１の方法では、アンダーフィル材を硬化させると同時に半導体素子に高荷重が印加されるため、半導体素子の凸状外部接続端子及び配線基板の電極は互いに押し潰されて両者が接合される。
【０００６】
この圧接式の第１の方法では、加熱によりアンダーフィル材が硬化するときの収縮力と、
半導体素子の凸状外部接続端子を押し潰すときの反発力とを利用して、両者の接合を維持することにより、両者の電気的接続が図られている。
【０００７】
第２の方法は、凸状外部接続端子の先端に銀（Ａｇ）ペースト等の導電性接着剤を転写された半導体素子を配線基板に搭載して、半導体素子の凸状外部接続端子と配線基板の電極とを接合して両者を接着させ、次いで、配線基板上における半導体素子の外周部近傍部にアンダーフィル材を塗布し、毛細管現象により半導体素子の全面領域にアンダーフィル材を流動させて充填し、加熱により当該アンダーフィル材を硬化させる方法である。
【０００８】
上述の導電性接着剤においては、導電粒子(導電フィラー)として、体積抵抗率が低く、更に半導体素子の凸状外部接続端子を構成する金（Ａｕ）との接触抵抗の低い銀（Ａｇ）又は銀（Ａｇ）を主成分とする混合物又は合金が一般的に用いられる。
【０００９】
例えば、特許文献１では、配線基板の電極と半導体素子の電極との接続部に２種類の導電性接着剤が用いられる態様が提案されている。より具体的には、配線基板にフェイスダウン状態で実装されるＩＣチップの突起電極であって、銀パラジウム（ＡｇＰｄ）の導電性フィラーからなる第１の導電性接着剤が当該突起電極には、転写され、更に、前記第１の導電性接着剤の外側に、銀（Ａｇ）の導電性フィラーからなる第２の導電性接着剤が転写されてなるＩＣチップの突起電極の構造が提案されている（特許文献１参照）。
【００１０】
このような方法を用いたフリップチップ実装により、薄型で電気特性に優れた半導体装置を簡易に形成することができる。
【特許文献１】特許第３４０９９５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、半導体素子の高性能化に伴い、凸状外部接続端子のピッチが狭小化しており、これにより凸状外部接続端子のサイズも小さくなる傾向にある。
【００１２】
上述の圧接式の第１の方法では、アンダーフィル材を硬化させると同時に半導体素子に高荷重が印加されるため、半導体素子の凸状外部接続端子は押し潰されるが、半導体素子は配線基板に比し硬いため、半導体素子がフリップチップ実装された配線基板に、その略中央が頂部となる反りが発生する。その結果、凸状外部接続端子と電極とによる半導体素子と配線基板との電気的接続が形成される領域以外の領域において、半導体素子と配線基板の鉛直方向の間隔（隙間）が狭くなる。
【００１３】
そのため、半導体素子と配線基板の鉛直方向の間隔（隙間）に位置するアンダーフィル材中に、半導体装置の製造過程で発生したパーティクル（異物）が浸入して、半導体素子の回路の破損を招くおそれがある。
【００１４】
これを防止するために、半導体素子及び配線基板の接合時に印加される荷重を低くして半導体素子と配線基板の鉛直方向の間隔（隙間）を広く確保しようとすると、半導体素子の凸状外部接続端子と配線基板の電極との接合力の低下を招き、半導体素子及び配線基板間の断線（短絡）を招くおそれがある。即ち、狭ピッチで凸状外部接続端子が形成されている半導体素子の配線基板へのフリップチップ実装に圧接式の第１の方法を適用すると、半導体素子及び配線基板の接合が解かれてしまう接合限界が生じ得る。
【００１５】
更に、リフロー試験や温度サイクル試験などの熱履歴が加わる試験を行う場合には、半導体素子、配線基板、アンダーフィル材、及び導電性接着剤等の熱膨張係数の相違に起因する熱膨張による応力に因り、半導体素子及び配線基板の接合が解かれ、半導体素子及び配線基板間の断線（短絡）を招くおそれがある。
【００１６】
上述の第２の方法では、凸状外部接続端子の先端に銀（Ａｇ）ペースト等の導電性接着剤を転写された半導体素子を配線基板に搭載して、半導体素子の凸状外部接続端子と配線基板の電極とを接合して両者を接着させるため、半導体素子の凸状外部接続端子と配線基板の電極との接合箇所は低弾性体となる。
【００１７】
従って、リフロー試験や温度サイクル試験などの熱履歴が加わる試験を行う場合であっても、半導体素子及び配線基板の接合が解かることはないものの、導電性接着剤に含有される銀（Ａｇ）が電界又は雰囲気等に因りイオン化されて周囲に溶出するイオンマイグレーションが発生し易い。特に、凸状外部接続端子のピッチが狭小となり、半導体素子の凸状外部接続端子と配線基板の電極との接合箇所に銀（Ａｇ）が大量に存在すると、上述のイオンマイグレーションに起因する半導体素子及び配線基板間の断線（短絡）が、より発生し易くなる。
【００１８】
また、特許文献１で提案されている構造においても、銀（Ａｇ）の導電性フィラーからなる第２の導電性接着剤が突起電極の最外周部分に形成されているため、上述の銀のイオンマイグレーションの発生は回避することは困難である。
【００１９】
そこで、本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであって、導電性に優れた銀（Ａｇ）を含有する導電性接着剤を用いて配線基板の電極と半導体素子の外部接続端子とを接合して半導体素子を配線基板にフリップチップ実装すると共に、前記銀（Ａｇ）のイオンマイグレーションを防止することができる半導体装置及びその製造方法を提供することを本発明の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の一観点によれば、半導体素子の外部接続端子と配線基板の電極とが導電性接着剤を介して接合された半導体装置であって、前記導電性接着剤は、第１導電性接着剤と、前記第１導電性接着剤を被覆する第２導電性接着剤とを含み、前記第１導電性接着剤は、銀（Ａｇ）を含む導電性フィラーを含有し、前記第２導電性接着剤は、錫（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、パラジウム（Ｐｄ）、及び白金（Ｐｔ）から構成される群から選択される金属を含む導電性フィラーを含有することを特徴とする半導体装置が提供される。
【００２１】
本発明の別の観点によれば、半導体素子の外部接続端子と配線基板の電極とが導電性接着剤を介して接合される半導体装置の製造方法であって、前記半導体素子の前記外部接続端子に、銀（Ａｇ）を含む導電性フィラーを含む第１導電性接着剤を形成する工程と、前記第１導電性接着剤の表面に、錫（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、パラジウム（Ｐｄ）、及び白金（Ｐｔ）から構成される群から選択される金属を含む導電性フィラーを含む第２導電性接着剤を形成する工程と、前記半導体素子の前記外部接続端子と、前記配線基板に形成された前記電極とを接合する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、導電性に優れた銀（Ａｇ）を含有する導電性接着剤を用いて配線基板の電極と半導体素子の外部接続端子とを接合して半導体素子を配線基板にフリップチップ実装すると共に、前記銀（Ａｇ）のイオンマイグレーションを防止することができる半導体装置及びそ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最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００２４】
説明の便宜上、先ず、本発明の実施の形態に係る半導体装置の構造について説明し、次いで、当該半導体装置の製造方法について説明する。
【００２５】
［半導体装置］
図１は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の断面図である。
【００２６】
図１を参照するに、半導体装置１０は、配線基板１１の一方の主面（上面）上に、半導体集積回路素子（以下、半導体素子と称する）１２がフリップチップ（フェイスダウン）方式をもって搭載・固着されている構造を有する。
【００２７】
配線基板１１は、ガラスエポキシ樹脂、ガラス−ＢＴ（ビスマレイミドトリアジン）、或いはポリイミド等の有機材絶縁性樹脂、又はセラミック、ガラス等の無機材料を基材とし、その表面に銅（Ｃｕ）等からなる図示を省略する配線パターンが選択的に配設された基板である。当該配線基板１１は、インターポーザー又は支持基板と称される場合もある。
【００２８】
配線基板１１の主面のうち、半導体素子１２が搭載される面上には、配線基板１１に搭載される半導体素子１２の凸状（突起状）外部接続端子１３が接続されるボンディング電極１４が形成されている。ボンディング電極１４は、例えば、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）又は金（Ａｕ）から構成されている。
【００２９】
なお、配線基板１１の主面のうち、半導体素子１２が搭載される面と反対側の面には、図示を省略する導電層が設けられ、当該導電層には、半田を主体とする球状電極端子等の外部接続端子１５がグリッド状に複数配設されている。
【００３０】
半導体素子１２は、シリコン（Ｓｉ）半導体基板を用い、周知の半導体製造プロセスをもって形成されている。勿論、半導体基板として、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）等の化合物半導体を適用した半導体素子を具備する半導体装置に対しても本発明を適用することができる。
【００３１】
半導体基板１２の一方の主面上には、選択的に（例えば、当該主面の四辺近傍において当該四辺に沿って、又は対向する二辺近傍において当該二辺に沿って）外部接続端子用パッド１６が列状に配設されている。各外部接続端子用パッド１６上には、ワイヤバンプとも称される凸状（突起状）外部接続端子１３が設けられている。
【００３２】
外部接続端子用パッド１６は、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、又はこれらの合金等をもって形成されている。外部接続端子パッド１６の露出表面（最上層）には、電解めっき法又は蒸着法等により金（Ａｕ）層を形成しておいてもよい。
【００３３】
また、前記外部接続端子用パッド１６上に形成された凸状外部接続端子１３は、例えば、ワイヤボンディング技術を用いた所謂ボールボンディング法によって金（Ａｕ）ボールが圧接固着・接続されて台座部が形成され、更に当該台座部上に突出する部位からなる凸状外部接続端子１３が一体に形成されている。
【００３４】
なお、凸状外部接続端子１３は、上述の例に限定されず、例えば、銅（Ｃｕ）、銅（Ｃｕ）と金（Ａｕ）の合金、又は半田等から構成されていてもよい。
【００３５】
上述のように、半導体素子１２の凸状外部接続端子１３は、配線基板１１のボンディング電極１４に接続されているが、凸状外部接続端子１３には、導電性接着剤２０が設けられている。導電性接着剤２０によって、半導体素子１２の凸状外部接続端子１３の少なくとも前記突出部分とこれに対応するボンディング電極１４とは共通に被覆され、機械的・電気的に接続されている。
【００３６】
ここで、図２を参照して、かかる導電性接着剤２０の配設構造について説明する。図２は、図１において点線Ａで囲んだ部分の拡大図である。
【００３７】
図２に示されるように、導電性接着剤２０は、第１導電性接着剤２０−１と第２導電性接着剤２０−２とから構成される２層構造を有している。より具体的には、凸状外部接続端子１３の台座部１３−ａ上に位置する突出部１３−ｂの周囲に、第１導電性接着剤２０−１から成る層があり、当該第１導電性接着剤２０−１の外側に第１導電性接着剤２０−１の外周面を被覆するように第２導電性接着剤２０−２が形成されている。
【００３８】
第１導電性接着剤２０−１及び第２導電性接着剤２０−２は何れも、バインダ樹脂中に、導電性フィラーとして金属粒子が分散され、有機溶媒が含有された接着剤である。バインダ樹脂として、例えば、エポキシ組成物、アクリル組成物、ビニル組成物、末端に水酸基を有する組成物等の熱硬化性組成物、溶剤に可溶な樹脂組成物又はこれらの混合物等が用いられる。バインダ樹脂としてのエポキシ組成物にあっては、エポキシ主剤及びエポキシ硬化剤を必須成分とし、界面活性剤又は溶剤等が添加されてもよい。
【００３９】
第１導電性接着剤２０−１として、体積抵抗率が低く、半導体素子１２の凸状外部接続端子１３の構成材料として用いられる金（Ａｕ）との接触抵抗が低い銀（Ａｇ）単体又は銀パラジウム（ＡｇＰｄ）等の銀（Ａｇ）を主成分とする混合物（金属間化合物）や合金を導電性フィラーとして上述のバインダ樹脂中に分散させた接着剤を用いる。例えば、平均粒径１μｍ以下の銀（Ａｇ）粒子を，バインダ樹脂中に重量比３０ｗｔ％以上分散して成る接着剤を、第１導電性接着剤２０−１として用いてもよい。
【００４０】
第２導電性接着剤２０−２として、錫（Ｓｎ）単体又は錫（Ｓｎ）を主成分とする混合物（金属間化合物）や合金を導電性フィラーとして上述のバインダ樹脂中に分散させた接着剤を用いる。例えば、平均粒径０．１μｍ以下の錫（Ｓｎ）粒子を，バインダ樹脂中に重量比３０ｗｔ％以上分散して成る接着剤を、第２導電性接着剤２０−２として用いてもよい。
【００４１】
第２導電性接着剤２０−２は、錫（Ｓｎ）単体又は錫（Ｓｎ）を主成分とする混合物（金属間化合物）や合金を導電性フィラーとして上述のバインダ樹脂中に分散させて成るため、半導体素子１２の凸状外部接続端子１６を配線基板１１のボンディング電極１４に接合する際に印加される熱に因り、当該第２導電性接着剤２０−２が雰囲気中の酸素（Ｏ２）を取り込み、その外表面に薄い錫（Ｓｎ）の酸化膜が形成される。
【００４２】
即ち、半導体素子１２の凸状外部接続端子１６と配線基板１１のボンディング電極１４とを接続する導電性接着剤２０は、第１導電性接着剤２０−１と第２導電性接着剤２０−２とから構成される２層構造を有している。従って、銀（Ａｇ）単体又は銀（Ａｇ）を主成分とする混合物（金属間化合物）や合金を導電性フィラーとする第１導電性接着剤２０−１に含有される銀（Ａｇ）がイオンとして溶出しても、第２導電性接着剤２０−２の外表面に形成される錫（Ｓｎ）の酸化膜によって、配線基板１１や後述するアンダーフィル材１７から供給される水酸化物イオン（ＯＨ−）が過剰に第１導電性接着剤２０−１に取り込まれることを防止することができる。
【００４３】
よって、本例では、特許文献１に記載されている態様等、銀（Ａｇ）が半導体素子の凸状外部接続端子の最外周部分に形成されている場合に比し、銀イオン（Ａｇ＋）と水酸化物イオン（ＯＨ−）が会合する確率を減少でき、イオンマイグレーションの要因となるデンドライト生成を抑制することができる。従って、銀（Ａｇ）のイオンマイグレーションに起因する半導体素子１２及び配線基板１１間の断線（短絡）を防止することができる。
【００４４】
なお、上述の例では、第２導電性接着剤２０−２は、錫（Ｓｎ）単体又は錫（Ｓｎ）を主成分とする混合物（金属間化合物）や合金を導電性フィラーとしてバインダ樹脂中に分散させて成る接着剤が用いられているが、本発明はかかる例に限定されない。第２導電性接着剤２０−２の導電性フィラーとして、例えば、錫（Ｓｎ）単体又は錫（Ｓｎ）を主成分とする混合物（金属間化合物）の代わりに、亜鉛（Ｚｎ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、パラジウム（Ｐｄ）若しくは白金（Ｐｔ）又はこれらを含む合金をバインダ樹脂中に重量比３０ｗｔ％以上分散して成る接着剤を、第２導電性接着剤２０−２として用いてもよく、この場合であっても、上述の例と同様の効果を奏することができる。
【００４５】
ところで、第１導電性接着剤２０−１と第２導電性接着剤２０−２とから構成される２層構造を有する本例の導電性接着剤２０においては、第１導電性接着剤２０−１の外側に第１導電性接着剤２０−１の外周面を被覆するように第２導電性接着剤２０−２が形成されているが、当該導電性接着剤２０が配線基板１１のボンディング電極１４と接合している面においては、第１導電性接着剤２０−１が露出している。
【００４６】
この構造について、図３を参照して説明する。ここで、図３は、図２に示す導電性接着剤２０を、ボンディング電極１４の上面（即ち、ボンディング電極１４が導電性接着剤２０と接合している面）側から見たときの図である。
【００４７】
図３に示すように、導電性接着剤２０が配線基板１１のボンディング電極１４と接合している面の略中央において、第１導電性接着剤２０−１が、第２導電性接着剤２０−２に囲繞された状態で露出している。
【００４８】
かかる構造の下、錫（Ｓｎ）単体又は錫（Ｓｎ）を主成分とする混合物（金属間化合物）や合金を導電性フィラーとして上述のバインダ樹脂中に分散させて成る第２導電性接着剤２０−２の体積抵抗率が高くても、半導体素子１２の凸状外部接続端子１３の構成材料として用いられる金（Ａｕ）との接触抵抗が低い銀（Ａｇ）単体又は銀（Ａｇ）を主成分とする混合物（金属間化合物）や合金を導電性フィラーとして上述のバインダ樹脂中に分散させた接着剤たる第１導電性接着剤２０−１が、配線基板１１のボンディング電極１４と接合している面の略中央において露出しているため、半導体素子１２の凸状外部接続端子１３と配線基板１１のボンディング電極１４との導通を確実に図ることができる。
【００４９】
図１を再度参照するに、半導体素子１２と配線基板１１の一方の主面（上面）との間には、例えばエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、シリコン樹脂、或いは他の熱硬化性の絶縁性樹脂等の接着剤であるアンダーフィル材１７が、ディスペンス法、印刷法、或いは転写法等により、充填されている。なお、アンダーフィル材１７には、銀（Ａｇ）、はんだ、ニッケル（Ｎｉ）等の導電性微粒子が添加されてもよい。
【００５０】
以上説明したように、本実施の形態に係る半導体装置１０にあっては、図２及び図３を参照して説明した導電性接着剤２０の配設構造を有し、半導体素子１２が、配線基板１１の一方の主面上にフリップチップ（フェイスダウン）方式をもって搭載・固着されている。
【００５１】
第１導電性接着剤２０−１と第２導電性接着剤２０−２とから構成される２層構造を有し、半導体素子１２の凸状外部接続端子１３と配線基板１１のボンディング電極１４とを接続する本例の導電性接着剤２０において、第１導電性接着剤２０−１の外側に第１導電性接着剤２０−１の外周面を被覆するように第２導電性接着剤２０−２が形成され、当該導電性接着剤２０が配線基板１１のボンディング電極１４と接合している面においては、第１導電性接着剤２０−１が露出している。
【００５２】
従って、半導体素子１２の凸状外部接続端子１３の構成材料として用いられる金（Ａｕ）との接触抵抗が低い銀（Ａｇ）単体又は銀（Ａｇ）を主成分とする混合物（金属間化合物）や合金を導電性フィラーとして上述のバインダ樹脂中に分散させた接着剤たる第１導電性接着剤２０−１が、配線基板１１のボンディング電極１４と接合している面の略中央において露出しているため、半導体素子１２の凸状外部接続端子１３と配線基板１１のボンディング電極１４との導通を確実に図ることができる。
【００５３】
更に、第２導電性接着剤２０−２の外表面に形成される錫（Ｓｎ）の酸化膜によって、配線基板１１やアンダーフィル材１７から供給される水酸化物イオン（ＯＨ−）が過剰に第１導電性接着剤２０−１に取り込まれることを防止することにより、銀（Ａｇ）のイオンマイグレーションを抑制することができる。
【００５４】
よって、半導体素子の凸状外部接続端子の狭ピッチ接続が不可避な半導体装置であっても高い信頼性を確保することができ、当該半導体装置が搭載される電子機器の高機能化に寄与することができる。
【００５５】
［半導体装置の製造方法］
次に、上述の構造を有する本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。ここでは２種類の製造方法について説明する。
【００５６】
１．半導体装置の第１の製造方法
図４乃至図７は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の第１の製造方法を説明するための図（その１）乃至（その４）である。
【００５７】
本発明の実施の形態に係る半導体装置の第１の製造方法においては、図４（ａ）に示すフリップチップボンダ３０が用いられる。フリップチップボンダ３０は、配線基板１１が載置されるボンディングステージ３１、半導体素子１２を吸着保持して矢印で示す方向に搬送することができる吸着ツール３２、後述する工程において用いられる転写ステージ３３（３３−１、３３−２）、例えばフッ素樹脂コート等が施されたガラス製のレベリングステージ３４等を有する。
【００５８】
なお、本発明の発明者は、フリップチップボンダ３０として、パナソニックファクトリーエンジニアリング社製のＦＣＢ２Ｍを用いて本製造方法を検証した。
【００５９】
図４（ｂ）には、吸着ツール３２に吸着保持される半導体素子１２を拡大して示す。半導体素子１２は、シリコン（Ｓｉ）半導体基板を用い、周知の半導体製造プロセスをもって形成されている。半導体素子１２の外部接続端子用パッド１６上には、凸状外部接続端子１３が形成されている。
【００６０】
凸状外部接続端子１３は、例えば、ワイヤボンディング技術を用いた所謂ボールボンディング法によって金（Ａｕ）ボールが圧接固着・接続されて台座部が形成され、更に当該台座部上に突出する部位からなる凸状外部接続端子１３が一体に形成される。凸状外部接続端子１３の突出部分の頂部は必要に応じて平坦化処理がなされる。
【００６１】
なお、本発明の発明者は、半導体素子１２として、１辺が６．５ｍｍの矩形状の平面形状を有し、高さが３０μｍの金（Ａｕ）から成る凸状外部接続端子１３が５０μｍ間隔で３６０個形成された半導体素子を用いて本製造方法を検証した。
【００６２】
かかる構造を有する半導体素子１２を、凸状外部接続端子１３が形成された面を下にして、吸着ツール３２により吸着保持して第１転写ステージ３３−１上方に移動する。この状態を図４（ｃ）に示す。
【００６３】
第１転写ステージ３３−１には、第１導電性接着剤２０−１が、第１転写ステージ３３−１にコーティングされており、白抜きの矢印で示す方向に移動自在なスキージ(ブレード)３５−１により第１導電性接着剤２０−１の厚さが所定の厚さ、例えば、約１０μｍの厚さとなるように、厚さギャップ調整がされる。
【００６４】
第１導電性接着剤２０−１として、体積抵抗率が低く、半導体素子１２の凸状外部接続端子１３の構成材料として用いられる金（Ａｕ）との接触抵抗が低い銀（Ａｇ）単体又は銀パラジウム（ＡｇＰｄ）等の銀（Ａｇ）を主成分とする混合物（金属間化合物）や合金を導電性フィラーとして、エポキシ組成物、アクリル組成物、ビニル組成物、末端に水酸基を有する組成物等の熱硬化性組成物、溶剤に可溶な樹脂組成物又はこれらの混合物等のバインダ樹脂中に分散させた接着剤が用いられる。バインダ樹脂としてのエポキシ組成物にあっては、エポキシ主剤及びエポキシ硬化剤を必須成分とし、界面活性剤又は溶剤等が添加されてもよい。
【００６５】
なお、本発明の発明者は、平均粒径１００ｎｍの銀（Ａｇ）粒子をエポキシ樹脂(例えば、ＡＤＥＫＡ製のアデカハードナーＥＨシリーズ)に分散させて成る接着剤を第１導電性接着剤２０−１として第１転写ステージ３３−１にコーティングし、スキージ(ブレード)３５−１により第１導電性接着剤２０−１の厚さが約１０μｍの厚さとなるように、厚さギャップを調整して本製造方法を検証した。
【００６６】
かかる状態で、半導体素子１１を吸着保持する吸着ツール３２を下降させて、半導体素子１１を約４．９Ｎの荷重で第１転写ステージ３３−１上に押し付け、半導体素子１１を第１導電性接着剤２０−１内に浸漬する。その結果、半導体素子１２の凸状外部接続端子１３に第１導電性接着剤２０−１が転写される。
【００６７】
半導体素子１２の凸状外部接続端子１３に第１導電性接着剤２０−１を転写した後、当該第１導電性接着剤２０−１を、半導体素子１２を吸着保持する吸着ツール３２により、所定の温度、例えば７０乃至２４０℃に加熱し、第１導電性接着剤２０−１を仮硬化させる。
【００６８】
なお、本発明の発明者は、本製造方法の検証にあたり、この工程では吸着ツール３２により第１導電性接着剤２０−１を１８０℃で９０秒間加熱した。
【００６９】
このようにして、短時間で第１導電性接着剤２０−１を仮硬化させた後、生産性を向上させるべく、図５（ｄ）に示すように、仮硬化状態の第１導電性接着剤２０−１が設けられた凸状外部接続端子１３を備えた半導体素子３２を回収して、窒素（Ｎ２）雰囲気の炉３６内に収容し、所定の温度、例えば２００℃で６０分加熱し、第１導電性接着剤２０−１を硬化させる。
【００７０】
なお、本発明の発明者は、窒素（Ｎ２）雰囲気の炉３６として、ヤマト科学製のイナートオーブンを用いて２００℃で６０分加熱して本製造方法を検証した。例えば、第１導電性接着剤２０−１として、ＡＢＬＥＢＯＮＤ社の導電性接着剤８４−１ＬＭＩＳＲ４を用いた場合、当該硬化後の貯蔵弾性率は約４Ｇｐａとなる。
【００７１】
なお、図５（ｄ）では、説明の便宜に鑑み、上述の半導体素子１２を拡大して示している。
【００７２】
次に、硬化状態の第１導電性接着剤２０−１が設けられた凸状外部接続端子１３を備えた半導体素子３２を、凸状外部接続端子１３が形成された面を下にして、吸着ツール３２により吸着保持して、第２転写ステージ３３−２上方に移動する。この状態を図５（ｅ）に示す。なお、図５（ｅ）では、図面を見やすくするために、凸状外部接続端子１３に形成された第１導電性接着剤２０−１の図示を省略している。
【００７３】
第２転写ステージ３３−２には、第２導電性接着剤２０−２がコーティングされており、白抜きの矢印で示す方向に移動自在なスキージ(ブレード)３５−２により第２導電性接着剤２０−２の厚さが所定の厚さ、例えば、約１５μｍの厚さとなるように、厚さギャップ調整がされる。
【００７４】
第２導電性接着剤２０−２として、錫（Ｓｎ）単体又は錫（Ｓｎ）を主成分とする混合物（金属間化合物）や合金を導電性フィラーとして、エポキシ組成物、アクリル組成物、ビニル組成物、末端に水酸基を有する組成物等の熱硬化性組成物、溶剤に可溶な樹脂組成物又はこれらの混合物等のバインダ樹脂中に分散させた接着剤が用いられる。バインダ樹脂としてのエポキシ組成物にあっては、エポキシ主剤及びエポキシ硬化剤を必須成分とし、界面活性剤又は溶剤等が添加されてもよい。
【００７５】
また、第２導電性接着剤２０−２の導電性フィラーとして、例えば、錫（Ｓｎ）単体又は錫（Ｓｎ）を主成分とする混合物（金属間化合物）の代わりに、亜鉛（Ｚｎ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、パラジウム（Ｐｄ）若しくは白金（Ｐｔ）又はこれらを含む合金をバインダ樹脂中に重量比３０ｗｔ％以上分散して成る接着剤を、第２導電性接着剤２０−２として用いてもよい。
【００７６】
なお、本発明の発明者は、第２導電性接着剤２０−２として、平均粒径０．１μｍ以下の錫（Ｓｎ）粒子を，上述のバインダ樹脂中に重量比３０ｗｔ％以上分散して成る接着剤を用いて、本製造方法を検証した。
【００７７】
かかる状態で、半導体素子１１を吸着保持する吸着ツール３２を下降させて、半導体素子１１を約４．９Ｎの荷重で転写ステージ３３−２上に押し付け、半導体素子１１を第２導電性接着剤２０−２内に浸漬する。その結果、第１導電性接着剤２０−１で被覆された半導体素子１２の凸状外部接続端子１３に第２導電性接着剤２０−２が転写される。
【００７８】
このときの状態を、図５（ｆ）に示す。この時点では、図５（ｄ）に示す工程を経て第１導電性接着剤２０−１は硬化しているものの、第２導電性接着剤２０−２については硬化しておらず、ペースト状にある。
【００７９】
なお、図５（ｆ）では、説明の便宜に鑑み、上述の半導体素子１２を拡大して示している。
【００８０】
次に、第１導電性接着剤２０−１が被覆された凸状外部接続端子１３に第２導電性接着剤２０−２が転写された半導体素子を、凸状外部接続端子１３が形成された面を下にして、吸着ツール３２により吸着保持して、レベリングステージ３４上方に移動し、吸着ツール３２を下降させて、半導体素子１１を約４．９Ｎの荷重で、又は単位凸状外部接続端子１３当たり約０．０１乃至１０ｇｆの荷重で加圧して、レベリングステージ３４上に半導体素子１１を押し付ける。
【００８１】
この状態を図６（ｇ）に示す。なお、図６（ｇ）では、図面を見やすくするために、凸状外部接続端子１３に形成された第１導電性接着剤２０−１及び第２導電性接着剤２０−２の図示を省略している。
【００８２】
半導体素子１２を吸着保持する吸着ツール３２により、所定の温度、例えば５０乃至１８０℃に加熱し、第１導電性接着剤２０−１が被覆された凸状外部接続端子１３に転写された第２導電性接着剤２０−２のレベリング処理を行い、当該第２導電性接着剤２０−２に含有される有機溶媒を蒸発して第２導電性接着剤２０−２の流動性を低下させる。この状態を図６（ｈ）に示す。図６（ｈ）では、説明の便宜に鑑み、上述の半導体素子１２を拡大して示している。
【００８３】
なお、本発明の発明者は、本製造方法の検証にあたり、このレベリング処理にあたり吸着ツール３２により１２０℃で３０秒間加熱した。
【００８４】
図６（ｈ）に示されるように、本工程により、導電性接着剤２０は、第１導電性接着剤２０−１と第２導電性接着剤２０−２とから構成される２層構造を有する。より具体的には、凸状外部接続端子１３の台座部１３−ａ上に位置する突出部１３−ｂの周囲に、第１導電性接着剤２０−１から成る層があり、当該第１導電性接着剤２０−１の外側に第１導電性接着剤２０−１の外周面を被覆するように第２導電性接着剤２０−２が形成されている。
【００８５】
また、第２導電性接着剤２０−２は硬化していないため、レベリング処理においてレベリング荷重を印加するに従い、第２導電性接着剤２０−２の下側（凸状外部接続端子１３の先端側）の箇所は外側に排除され、印加される荷重が所定の荷重以上になると、図６（ｉ）に示すように、第２の接着剤に囲繞された状態で、第１導電性接着剤２０−１の下面、即ち、後述する工程で配線基板１１のボンディング電極１４と接合される面が露出する。ここで、図６（ｉ）は、レベリング処理された導電性接着剤２０を、矢印Ａで示す方向から見たときの図である。
【００８６】
このように、錫（Ｓｎ）単体又は錫（Ｓｎ）を主成分とする混合物（金属間化合物）や合金を導電性フィラーとして上述のバインダ樹脂中に分散させて成る第２導電性接着剤２０−２の体積抵抗率が高くても、半導体素子１２の凸状外部接続端子１３の構成材料として用いられる金（Ａｕ）との接触抵抗が低い銀（Ａｇ）単体又は銀（Ａｇ）を主成分とする混合物（金属間化合物）や合金を導電性フィラーとして上述のバインダ樹脂中に分散させた接着剤たる第１導電性接着剤２０−１が、配線基板１１のボンディング電極１４と接合している面の略中央において露出しているため、後述する半導体素子１２と配線基板１１とを接合する工程において、半導体素子１２の凸状外部接続端子１３と配線基板１１のボンディング電極１４との導通を確実に図ることができる。
【００８７】
次に、第１導電性接着剤２０−１と第２導電性接着剤２０−２とから構成される２層構造が形成された半導体素子１２の凸状外部接続端子１６と、配線基板１１のボンディング電極１４とを接合して、半導体素子１２と配線基板１１とを接続する。
【００８８】
図７（ｊ）に示すように、ボンディングステージ３１上に載置・固定された配線基板３１上には、ペースト状のアンダーフィル材１７が塗布配設されている。アンダーフィル材として、例えばエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、シリコン樹脂、或いは他の熱硬化性の絶縁性樹脂等の接着剤を用いることができ、その塗布配設には、ディスペンス法、印刷法、或いは転写法等を用いてもよい。なお、アンダーフィル材１７には、銀（Ａｇ）、はんだ、ニッケル（Ｎｉ）等の導電性微粒子が添加されてもよい。
【００８９】
このとき、上述のボンディングステージを加熱することにより、配線基板１１を所定の温度に加熱しておいてもよく、これにより配線基板１１上に塗布したアンダーフィル材１７の粘度が低下し、当該アンダーフィル材４５の流動性を高めることができる。
【００９０】
なお、本発明の発明者は、本製造方法の検証にあたり、アンダーフィル材１７として、エマーソン&カミング社製のＥ−１２０６を用いた。
【００９１】
アンダーフィル材１７が塗布された配線基板１１の主面と、半導体素子１２の主面とが平行になるように半導体素子１２を吸着保持する吸着ツール３２（図７（ｊ）では図示を省略）を降下させ、当該吸着ツール３２の加熱を維持したまま荷重を付与して、半導体素子１２を、アンダーフィル材１７を介して配線基板１１に固着する。この状態を図７（ｋ）に示す。図７（ｋ）では、説明の便宜に鑑み、上述の半導体素子１２を拡大して示している。
【００９２】
なお、本発明の発明者は、本製造方法の検証にあたり、アンダーフィル材１７が塗布されている配線基板１１のボンディング電極１４に２４．５Ｎの荷重を付与し、２２０℃で６０秒間、上記加熱を施した。
【００９３】
上述のように、第２導電性接着剤２０−２は、錫（Ｓｎ）単体又は錫（Ｓｎ）を主成分とする混合物（金属間化合物）や合金を導電性フィラーとして上述のバインダ樹脂中に分散させて成るため、半導体素子１２の凸状外部接続端子１６を配線基板１１のボンディング電極１４に接合する際に印加される上記加熱に因り、当該第２導電性接着剤２０−２が雰囲気中の酸素（Ｏ２）を取り込み、その外表面に薄い錫（Ｓｎ）の酸化膜が形成される。
【００９４】
従って、銀（Ａｇ）単体又は銀（Ａｇ）を主成分とする混合物（金属間化合物）や合金を導電性フィラーとする第１導電性接着剤２０−１に含有される銀（Ａｇ）がイオンとして溶出しても、第２導電性接着剤２０−２の外表面に形成される錫（Ｓｎ）の酸化膜によって、配線基板１１やアンダーフィル材１７から供給される水酸化物イオン（ＯＨ−）が過剰に第１導電性接着剤２０−１に取り込まれることを防止することができる。
【００９５】
よって、本例では、特許文献１に記載されている態様等、銀（Ａｇ）が半導体素子の凸状外部接続端子の最外周部分に形成されている場合に比し、銀イオン（Ａｇ＋）と水酸化物イオン（ＯＨ−）が会合する確率が減少し、イオンマイグレーションの要因となるデンドライト生成を抑制することができる。
【００９６】
このようにして、配線基板１１の一方の主面上に、半導体素子１２がフリップチップ（フェイスダウン）方式をもってアンダーフィル材１７を介して搭載・固着され、半導体素子１２の凸状外部接続端子１６の少なくとも突出部分と、これに対応する配線基板１１上のボンディング電極１４とが、上述の２層構造を有する導電性接着剤２０によって共通に被覆され機械的・電気的に接続された構造が形成されると、吸着ツール３２による半導体素子１２の吸着を解除して、吸着ツール３２を上昇させる。
【００９７】
しかる後、複数個の半導体素子１２が搭載・固着された配線基板１１の他方の主面（裏面）に対し、錫（Ｓｎ）−銀（Ａｇ）半田、或いは錫（Ｓｎ）−銀（Ａｇ）−銅（Ｃｕ）半田等から成る半田ボール電極等の外部接続電極１５（図１参照）を複数グリッド状に配設する。その後、ダイシングブレード等を用いて、配線基板１１を、半導体素子１２の搭載箇所を単位として切断し、個片化する。これにより、図１に示す、配線基板１１上に半導体素子１２がフリップチップ方式をもって搭載された半導体装置１０が形成される。
【００９８】
尚、前記半導体素子１２に対して気密封止処理が必要な場合には、例えば前記個片化処理の前に、配線基板１１の半導体素子１２搭載面に対して樹脂封止処理を行う。かかる樹脂封止処理の後、半導体素子１２の搭載箇所を単位として、配線基板１１及び封止用樹脂部をその厚さ方向に切断分離して、樹脂封止され且つ個片化された半導体装置が形成される。
【００９９】
このように、本製造方法により形成された半導体装置１０には、第１導電性接着剤２０−１の外側に第１導電性接着剤２０−１の外周面を被覆するように第２導電性接着剤２０−２が形成された２層構造を有する接着剤２０が配設され、当該導電性接着剤２０が配線基板１１のボンディング電極１４と接合している面においては、第１導電性接着剤２０−１が露出している。従って、半導体素子１２の凸状外部接続端子１３と配線基板１１のボンディング電極１４との導通を確実に図ることができる。
【０１００】
更に、第２導電性接着剤２０−２の外表面に形成される錫（Ｓｎ）の酸化膜によって、配線基板１１やアンダーフィル材１７から供給される水酸化物イオン（ＯＨ−）が過剰に第１導電性接着剤２０−１に取り込まれることを防止することにより、銀（Ａｇ）のイオンマイグレーションを抑制することができる。
【０１０１】
よって、半導体素子の凸状外部接続端子の狭ピッチ接続が不可避な半導体装置であっても高い信頼性を確保することができ、当該半導体装置が搭載される電子機器の高機能化に寄与することができる。
【０１０２】
本発明の発明者による検証によれば、本製造方法を用いて製造された半導体装置において、１０００時間経過後の絶縁抵抗は１×１０１０Ω以上であり、銀（Ａｇ）のイオンマイグレーションが抑制され、半導体装置の高信頼性が確保されていることが確認できた。
【０１０３】
なお、上述の説明において、加熱温度等の加熱条件は、第１導電性接着剤２０−１及び第２導電性接着剤２０−２を構成する材料によって適宜定められ、上述の加熱条件に拘束されるものではない。
【０１０４】
２．半導体装置の第２の製造方法
図８乃至図１０は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の第２の製造方法を説明するための図（その１）乃至（その３）である。
【０１０５】
本発明の実施の形態に係る半導体装置の第２の製造方法においても、上述の本発明の実施の形態に係る半導体装置の第１の製造方法において用いられるフリップチップボンダ３０（図４（ａ）参照）が用いられる。但し、本製造方法においては、上述の本発明の実施の形態に係る半導体装置の第１の製造方法において用いられるレベリングステージ３４は用いられない。
【０１０６】
なお、本製造方法においても、本発明の実施の形態に係る半導体装置の第１の製造方法と同様に、本発明の発明者は、フリップチップボンダ３０として、パナソニックファクトリーエンジニアリング社製のＦＣＢ２Ｍを用いて本製造方法を検証した。
【０１０７】
図８（ａ）には、吸着ツール３２に吸着保持される半導体素子１２を拡大して示す。半導体素子１２は、シリコン（Ｓｉ）半導体基板を用い、周知の半導体製造プロセスをもって形成されている。半導体素子１２の外部接続端子用パッド１６上には、凸状外部接続端子１３が形成されている。
【０１０８】
凸状外部接続端子１３は、例えば、ワイヤボンディング技術を用いた所謂ボールボンディング法によって金（Ａｕ）ボールが圧接固着・接続されて台座部が形成され、更に当該台座部上に突出する部位からなる凸状外部接続端子１３が一体に形成される。凸状外部接続端子１３の突出部分の頂部は必要に応じて平坦化処理がなされる。
【０１０９】
なお、本発明の発明者は、半導体素子１２として、１辺が６．５ｍｍの矩形状の平面形状を有し、高さが３０μｍの金（Ａｕ）から成る凸状外部接続端子１３が５０μｍ間隔で３６０個形成された半導体素子を用いて本製造方法を検証した。
【０１１０】
かかる構造を有する半導体素子１２を、凸状外部接続端子１３が形成された面を下にして、吸着ツール３２により吸着保持して第１転写ステージ３３−１上方に移動する。この状態を図８（ｂ）に示す。
【０１１１】
第１転写ステージ３３−１には、第１導電性接着剤２０−１が、第１転写ステージ３３−１にコーティングされており、白抜きの矢印で示す方向に移動自在なスキージ(ブレード)３５−１により第１導電性接着剤２０−１の厚さが所定の厚さ、例えば、約１０μｍの厚さとなるように、厚さギャップ調整がされる。
【０１１２】
第１導電性接着剤２０−１として、体積抵抗率が低く、半導体素子１２の凸状外部接続端子１３の構成材料として用いられる金（Ａｕ）との接触抵抗が低い銀（Ａｇ）単体又は銀パラジウム（ＡｇＰｄ）等の銀（Ａｇ）を主成分とする混合物（金属間化合物）や合金を導電性フィラーとして、エポキシ組成物、アクリル組成物、ビニル組成物、末端に水酸基を有する組成物等の熱硬化性組成物、溶剤に可溶な樹脂組成物又はこれらの混合物等のバインダ樹脂中に分散させた接着剤が用いられる。バインダ樹脂としてのエポキシ組成物にあっては、エポキシ主剤及びエポキシ硬化剤を必須成分とし、界面活性剤又は溶剤等が添加されてもよい。
【０１１３】
なお、本発明の発明者は、平均粒径１００ｎｍの銀（Ａｇ）粒子をエポキシ樹脂(例えば、ＡＤＥＫＡ製のアデカハードナーＥＨシリーズ)に分散させて成る接着剤を第１導電性接着剤２０−１として第１転写ステージ３３−１にコーティングし、スキージ(ブレード)３５−１により第１導電性接着剤２０−１の厚さが約１０μｍの厚さとなるように、厚さギャップを調整して本製造方法を検証した。
【０１１４】
かかる状態で、半導体素子１１を吸着保持する吸着ツール３２を下降させて、半導体素子１１を約４．９Ｎの荷重で第１転写ステージ３３−１上に押し付け、半導体素子１１を第１導電性接着剤２０−１内に浸漬する。その結果、半導体素子１２の凸状外部接続端子１３に第１導電性接着剤２０−１が転写される。
【０１１５】
半導体素子１２の凸状外部接続端子１３に第１導電性接着剤２０−１を転写した後、当該第１導電性接着剤２０−１を、半導体素子１２を吸着保持する吸着ツール３２により、所定の温度、例えば７０乃至２４０℃に加熱し、第１導電性接着剤２０−１を仮硬化させる。
【０１１６】
なお、本発明の発明者は、本製造方法の検証にあたり、この工程では吸着ツール３２により第１導電性接着剤２０−１を１８０℃で９０秒間加熱した。
【０１１７】
このようにして、短時間で第１導電性接着剤２０−１を仮硬化させた後、生産性を向上させるべく、図８（ｃ）に示すように、仮硬化状態の第１導電性接着剤２０−１が設けられた凸状外部接続端子１３を備えた半導体素子３２を回収して、窒素（Ｎ２）雰囲気の炉３６内に収容し、所定の温度、例えば２００℃で６０分加熱し、第１導電性接着剤２０−１を硬化させる。
【０１１８】
なお、本発明の発明者は、窒素（Ｎ２）雰囲気の炉３６として、ヤマト科学製のイナートオーブンを用いて２００℃で６０分加熱して本製造方法を検証した。例えば、第１導電性接着剤２０−１として、ＡＢＬＥＢＯＮＤ社の導電性接着剤８４−１ＬＭＩＳＲ４を用いた場合、当該硬化後の貯蔵弾性率は約４Ｇｐａとなる。
【０１１９】
なお、図８（ｃ）では、説明の便宜に鑑み、上述の半導体素子１２を拡大して示している。
【０１２０】
次に、硬化状態の第１導電性接着剤２０−１が設けられた凸状外部接続端子１３を備えた半導体素子３２を、凸状外部接続端子１３が形成された面を下にして、吸着ツール３２により吸着保持して、第２転写ステージ３３−２上方に移動する。この状態を図９（ｄ）に示す。なお、図９（ｄ）では、図面を見やすくするために、凸状外部接続端子１３に形成された第１導電性接着剤２０−１の図示を省略している。
【０１２１】
第２転写ステージ３３−２には、第２導電性接着剤２０−２がコーティングされており、白抜きの矢印で示す方向に移動自在なスキージ(ブレード)３５−２により第２導電性接着剤２０−２の厚さが所定の厚さ、例えば、約１５μｍの厚さとなるように、厚さギャップ調整がされる。
【０１２２】
第２導電性接着剤２０−２として、錫（Ｓｎ）単体又は錫（Ｓｎ）を主成分とする混合物（金属間化合物）や合金を導電性フィラーとして、エポキシ組成物、アクリル組成物、ビニル組成物、末端に水酸基を有する組成物等の熱硬化性組成物、溶剤に可溶な樹脂組成物又はこれらの混合物等のバインダ樹脂中に分散させた接着剤が用いられる。バインダ樹脂としてのエポキシ組成物にあっては、エポキシ主剤及びエポキシ硬化剤を必須成分とし、界面活性剤又は溶剤等が添加されてもよい。
【０１２３】
また、第２導電性接着剤２０−２の導電性フィラーとして、例えば、錫（Ｓｎ）単体又は錫（Ｓｎ）を主成分とする混合物（金属間化合物）の代わりに、亜鉛（Ｚｎ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、パラジウム（Ｐｄ）若しくは白金（Ｐｔ）又はこれらを含む合金をバインダ樹脂中に重量比３０ｗｔ％以上分散して成る接着剤を、第２導電性接着剤２０−２として用いてもよい。
【０１２４】
なお、本発明の発明者は、第２導電性接着剤２０−２として、平均粒径０．１μｍ以下の錫（Ｓｎ）粒子を，上述のバインダ樹脂中に重量比３０ｗｔ％以上分散して成る接着剤を用いて、本製造方法を検証した。
【０１２５】
かかる状態で、半導体素子１１を吸着保持する吸着ツール３２を下降させて、半導体素子１１を約４．９Ｎの荷重で転写ステージ３３−２上に押し付け、半導体素子１１を第２導電性接着剤２０−２内に浸漬する。その結果、第１導電性接着剤２０−１で被覆された半導体素子１２の凸状外部接続端子１３に第２導電性接着剤２０−２が転写される。
【０１２６】
このときの状態を、図９（ｅ）に示す。この時点では、図８（ｃ）に示す工程を経て第１導電性接着剤２０−１は硬化しているものの、第２導電性接着剤２０−２については硬化しておらず、ペースト状にある。なお、図９（ｅ）では、説明の便宜に鑑み、上述の半導体素子１２を拡大して示している。
【０１２７】
次に、第１導電性接着剤２０−１で被覆された半導体素子１２の凸状外部接続端子１３に第２導電性接着剤２０−２が転写された半導体素子１２の凸状外部接続端子１６と、配線基板１１のボンディング電極１４とを接合して、半導体素子１２と配線基板１１とを接続する。
【０１２８】
具体的には、ボンディングステージ３１上に載置された配線基板１１の主面と、半導体素子１２の主面とが平行になるように半導体素子１２を吸着保持する吸着ツール３２を降下させる。当該吸着ツール３２の加熱を維持したまま荷重を付与して加圧し、半導体素子１２を配線基板１１に載置する。この状態を図９（ｆ）に示す。
【０１２９】
なお、図９（ｆ）では、説明の便宜に鑑み、上述の半導体素子１２を拡大して示している。
【０１３０】
このとき、ボンディングステージ３１を所定の温度で加熱することにより配線基板１１を加熱しておいてもよい。これにより後の工程で配線基板１１に塗布するアンダーフィル材１７の粘度を低下させその流動性を高めることができる。
【０１３１】
なお、本発明の発明者は、本製造方法の検証にあたり、半導体素子１２を配線基板１１のボンディング電極１４上に、吸着ツール３２の加熱温度を４０℃にし、４．９Ｎの荷重をかけた状態で１０秒間保持し、次いで、２４．５Ｎの荷重を加え、２２０℃で６０秒加熱した。
【０１３２】
上述のように、第２導電性接着剤２０−２は、錫（Ｓｎ）単体又は錫（Ｓｎ）を主成分とする混合物（金属間化合物）や合金を導電性フィラーとして上述のバインダ樹脂中に分散させて成るため、半導体素子１２の凸状外部接続端子１６を配線基板１１のボンディング電極１４に接合する際に印加される上記加熱に因り、当該第２導電性接着剤２０−２が雰囲気中の酸素（Ｏ２）を取り込み、その外表面に薄い錫（Ｓｎ）の酸化膜が形成される。
【０１３３】
従って、銀（Ａｇ）単体又は銀（Ａｇ）を主成分とする混合物（金属間化合物）や合金を導電性フィラーとする第１導電性接着剤２０−１に含有される銀（Ａｇ）がイオンとして溶出しても、第２導電性接着剤２０−２の外表面に形成される錫（Ｓｎ）の酸化膜によって、配線基板１１や後の工程で配設されるアンダーフィル材１７から供給される水酸化物イオン（ＯＨ−）が過剰に第１導電性接着剤２０−１に取り込まれることを防止することができる。
【０１３４】
よって、本例では、特許文献１に記載されている態様等、銀（Ａｇ）が半導体素子の凸状外部接続端子の最外周部分に形成されている場合に比し、銀イオン（Ａｇ＋）と水酸化物イオン（ＯＨ−）が会合する確率が減少し、イオンマイグレーションの要因となるデンドライト生成を抑制することができる。
【０１３５】
また、第１導電性接着剤２０−１で被覆された半導体素子１２の凸状外部接続端子１３に第２導電性接着剤２０−２が転写された半導体素子１２の凸状外部接続端子１６と、配線基板１１のボンディング電極１４とを接合する際には、第２導電性接着剤２０−２は硬化していないため、当該接合の際に吸着ツール３２から荷重が印加されるに従い、第２導電性接着剤２０−２の下側（凸状外部接続端子１３の先端側）の箇所は外側に排除され、印加される荷重が所定の荷重以上になると、図１０（ｇ）に示すように、第２の接着剤に囲繞された状態で、第１導電性接着剤２０−１の下面、即ち、後述する工程で配線基板１１のボンディング電極１４と接合される面が露出する。ここで、図１０（ｇ）は、図９（ｆ）に示す導電性接着剤２０を、ボンディング電極１４の上面（即ち、ボンディング電極１４が導電性接着剤２０と接合している面）側から見たときの図である。
【０１３６】
このように、錫（Ｓｎ）単体又は錫（Ｓｎ）を主成分とする混合物（金属間化合物）や合金を導電性フィラーとして上述のバインダ樹脂中に分散させて成る第２導電性接着剤２０−２の体積抵抗率が高くても、半導体素子１２の凸状外部接続端子１３の構成材料として用いられる金（Ａｕ）との接触抵抗が低い銀（Ａｇ）単体又は銀（Ａｇ）を主成分とする混合物（金属間化合物）や合金を導電性フィラーとして上述のバインダ樹脂中に分散させた接着剤たる第１導電性接着剤２０−１が、配線基板１１のボンディング電極１４と接合している面の略中央において露出しているため、半導体素子１２と配線基板１１とを接合すると、半導体素子１２の凸状外部接続端子１３と配線基板１１のボンディング電極１４との導通接続を確保することができる。
【０１３７】
しかる後、図１０（ｈ）に示すように、ボンディングステージ３１上に載置・固定された配線基板１１上に、ディスペンサ３７を用いて、ペースト状のアンダーフィル材１７を、配線基板１１と半導体素子１２との間に充填・塗布し加熱して硬化させる。アンダーフィル材１７として、例えばエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、シリコン樹脂、或いは他の熱硬化性の絶縁性樹脂等の接着剤を用いることができ、銀（Ａｇ）、はんだ、ニッケル（Ｎｉ）等の導電性微粒子が添加されてもよい。
【０１３８】
なお、本発明の発明者は、本製造方法の検証にあたり、アンダーフィル材１７としてエマーソン&カミング社製のＥ−１２１６を用いて配線基板１１と半導体素子１２との間を充填し、窒素（Ｎ２）雰囲気の炉内で１５０℃で１時間加熱して、当該アンダーフィル材１７を硬化させた。
【０１３９】
このようにして、配線基板１１の一方の主面上に、半導体素子１２がフリップチップ（フェイスダウン）方式をもってアンダーフィル材１７を介して搭載・固着され、半導体素子１２の凸状外部接続端子１６の少なくとも突出部分と、これに対応する配線基板１１上のボンディング電極１４とが、上述の２層構造を有する導電性接着剤２０によって共通に被覆され機械的・電気的に接続された構造が形成されると、吸着ツール３２による半導体素子１２の吸着を解除して、吸着ツール３２を上昇させる。
【０１４０】
しかる後、第１の製造方法と同様に、複数個の半導体素子１２が搭載・固着された配線基板１１の他方の主面（裏面）に対し、半田ボール電極等の外部接続電極１５（図１参照）を複数グリッド状に配設し、ダイシングブレード等を用いて、配線基板１１を、半導体素子１２の搭載箇所を単位として切断し、個片化することにより、図１に示す、配線基板１１上に半導体素子１２がフリップチップ方式をもって搭載された半導体装置１０が形成される。尚、前記半導体素子１２に対して気密封止処理が必要な場合には、例えば前記個片化処理の前に、配線基板１１の半導体素子１２搭載面に対して樹脂封止処理を行う。
【０１４１】
このように、本製造方法により形成された半導体装置１０には、第１導電性接着剤２０−１の外側に第１導電性接着剤２０−１の外周面を被覆するように第２導電性接着剤２０−２が形成された２層構造を有する接着剤２０が配設され、当該導電性接着剤２０が配線基板１１のボンディング電極１４と接合している面においては、第１導電性接着剤２０−１が露出している。従って、半導体素子１２の凸状外部接続端子１３と配線基板１１のボンディング電極１４との導通を確実に図ることができる。
【０１４２】
更に、第２導電性接着剤２０−２の外表面に形成される錫（Ｓｎ）の酸化膜によって、配線基板１１やアンダーフィル材１７から供給される水酸化物イオン（ＯＨ−）が過剰に第１導電性接着剤２０−１に取り込まれることを防止することにより、銀（Ａｇ）のイオンマイグレーションを抑制することができる。
【０１４３】
よって、半導体素子の凸状外部接続端子の狭ピッチ接続が不可避な半導体装置であっても高い信頼性を確保することができ、当該半導体装置が搭載される電子機器の高機能化に寄与することができる。
【０１４４】
本発明の発明者による検証によれば、本製造方法を用いて製造された半導体装置において、１０００時間経過後の絶縁抵抗は１×１０１０Ω以上であり、銀（Ａｇ）のイオンマイグレーションが抑制され、半導体装置の高信頼性が確保されていることが確認できた。
【０１４５】
なお、上述の説明において、加熱温度等の加熱条件は、第１導電性接着剤２０−１及び第２導電性接着剤２０−２を構成する材料によって適宜定められ、上述の加熱条件に拘束されるものではない。
【０１４６】
以上、本発明の実施の形態について詳述したが、本発明は特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。
【０１４７】
以上の説明に関し、更に以下の項を開示する。
（付記１）
半導体素子の外部接続端子と配線基板の電極とが導電性接着剤を介して接合された半導体装置であって、
前記導電性接着剤は、第１導電性接着剤と、前記第１導電性接着剤を被覆する第２導電性接着剤とを含み、
前記第１導電性接着剤は、銀（Ａｇ）を含む導電性フィラーを含有し、
前記第２導電性接着剤は、錫（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、パラジウム（Ｐｄ）、及び白金（Ｐｔ）から構成される群から選択される金属を含む導電性フィラーを含有することを特徴とする半導体装置。
（付記２）
付記１記載の半導体装置であって、
前記第２導電性接着剤は更に、樹脂を含有することを特徴とする半導体装置。
（付記３）
付記１又は２記載の半導体装置であって、
前記導電性接着剤が、前記配線基板の前記電極と接合している面に、前記第１導電性接着剤が露出している箇所が形成されていることを特徴とする半導体装置。
（付記４）
付記１乃至３いずれか一項記載の半導体装置であって、
前記第１導電性接着剤の前記導電性フィラーは、前記銀（Ａｇ）単体又は前記銀（Ａｇ）を含有する混合物若しくは合金であることを特徴する半導体装置。
（付記５）
付記１乃至４いずれか一項記載の半導体装置であって、
前記第２導電性接着剤の前記導電性フィラーは、前記錫（Ｓｎ）単体又は前記錫（Ｓｎ）を含有する混合物若しくは合金であることを特徴する半導体装置。
（付記６）
半導体素子の外部接続端子と配線基板の電極とが導電性接着剤を介して接合される半導体装置の製造方法であって、
前記半導体素子の前記外部接続端子に、銀（Ａｇ）を含む導電性フィラーを含む第１導電性接着剤を形成する工程と、
前記第１導電性接着剤の表面に、錫（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、パラジウム（Ｐｄ）、及び白金（Ｐｔ）から構成される群から選択される金属を含む導電性フィラーを含む第２導電性接着剤を形成する工程と、
前記半導体素子の前記外部接続端子と、前記配線基板に形成された前記電極とを接合する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
（付記７）
付記６記載の半導体装置の製造方法であって、
前記第１導電性接着剤を形成する工程の後、前記第１導電性接着剤を硬化させる工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
（付記８）
付記６又は７記載の半導体装置の製造方法であって、
前記第２導電性接着剤を形成する工程の後、前記第２導電性接着剤を硬化させる工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
（付記９）
付記８記載の半導体装置の製造方法であって、
前記第２導電性接着剤を硬化させる工程は、レベリング処理により加圧しながら加熱を行い、該加圧により、前記導電性接着剤が前記配線基板の前記電極と接合する面に、前記第１導電性接着剤が露出している箇所を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
（付記１０）
付記６乃至９いずれか一項記載の半導体装置の製造方法であって、
前記接合する工程の前に、前記配線基板上にアンダーフィル材を形成する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
（付記１１）
付記６乃至９いずれか一項記載の半導体装置の製造方法であって、
前記接合する工程の後に、前記半導体素子と前記配線基板との隙間にアンダーフィル材を充填する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
（付記１２）
付記６乃至１０いずれか一項記載の半導体装置の製造方法であって、
前記接合する工程は、加熱工程を含み、該加熱工程により、前記第２導電性接着剤の外表面に前記第２導電性接着剤に含有される金属の酸化膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
（付記１３）
付記６乃至１２いずれか一項記載の半導体装置の製造方法であって、
前記第１導電性接着剤の前記導電性フィラーは、前記銀（Ａｇ）単体又は前記銀（Ａｇ）を含有する混合物若しくは合金であることを特徴する半導体装置の製造方法。
（付記１４）
付記６乃至１３いずれか一項記載の半導体装置の製造方法であって、
前記第２導電性接着剤の前記導電性フィラーは、前記錫（Ｓｎ）単体又は前記錫（Ｓｎ）を含有する混合物若しくは合金であることを特徴する半導体装置の製造方法。
【図面の簡単な説明】
【０１４８】
【図１】本発明の実施の形態に係る半導体装置の断面図である。
【図２】図１において点線Ａで囲んだ部分の拡大図である。
【図３】図２に示す導電性接着剤を、ボンディング電極の上面側から見たときの図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る半導体装置の第１の製造方法を説明するための図（その１）である。
【図５】本発明の実施の形態に係る半導体装置の第１の製造方法を説明するための図（その２）である。
【図６】本発明の実施の形態に係る半導体装置の第１の製造方法を説明するための図（その３）である。
【図７】本発明の実施の形態に係る半導体装置の第１の製造方法を説明するための図（その４）である。
【図８】本発明の実施の形態に係る半導体装置の第２の製造方法を説明するための図（その１）である。
【図９】本発明の実施の形態に係る半導体装置の第２の製造方法を説明するための図（その２）である。
【図１０】本発明の実施の形態に係る半導体装置の第２の製造方法を説明するための図（その３）である。
【符号の説明】
【０１４９】
１０                    半導体装置
１１                    配線基板
１２                    半導体素子
１３                    凸状外部接続端子
１４                    ボンディング電極
１７                    アンダーフィル材
２０−１                第１導電性接着剤
２０−２                第２導電性接着剤
３０                    フリップチップボンダ
３１                    ボンディングステージ
３２                    吸着ツール
３３−１、３３−２      転写ステージ
３４                    レベリングステージ
【図１】
2008218643.tif 000003
【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】
2008218643.tif 000009
【図８】
2008218643.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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