(57)【要約】【課題】簡易な製造工程と追加の材料使用を伴うことなく、半導体装置の基板に対してはんだバンプを電気的に接続した半導体装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】半導体基板の主面上に形成された電極パッドの表面にエッチング処理を施し、前記電極パッドの表面を活性化する工程と、前記電極パッドの前記表面に対して、はんだバンプを直接的に熱圧着により接合させて形成する工程とによって、前記電極パッドの前記表面に対して、はんだバンプを直接的に接合した半導体装置を提供する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の主面上に形成された電極パッドと、
前記電極パッドの表面に対して直接的に接合して形成されたはんだバンプと、
を具えることを特徴とする、半導体装置。
【請求項２】
前記はんだバンプは、Ｓｎ，Ｓｂ，Ｃｕ及びＡｕの少なくとも２以上を母材とし、Ｐを０．０５原子％〜１．０原子％含むことを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
半導体基板の主面上に形成された電極パッドの表面にエッチング処理を施し、前記電極パッドの表面を活性化する工程と、
前記電極パッドの前記表面に対して、はんだバンプを直接的に熱圧着により接合させて形成する工程と、
を具えることを特徴とする、半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記はんだバンプは、Ｓｎ，Ｓｂ，Ｃｕ及びＡｕの少なくとも２以上を母材とし、Ｐを０．０５原子％〜１．０原子％含むことを特徴とする、請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記はんだバンプは、前記電極パッドのパターンに対応した開口部を含むバンプ振込みマスクを用い、前記バンプ振込みマスクの前記開口部を通じて、前記電極パッドの前記表面に配置することを特徴とする、請求項３又は４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、トランジスタ、ダイオード、コンデンサ、及びサイリスタなどの単機能の半導体装置の製造などに好適に用いることのできる半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置を回路基板に接続するには、例えばフリップチップボンディング法によるものがあり、その場合には、はんだバンプとその下地メタライズＢＬＭ(Ball Limiting Metallization)とをウェハプロセスで形成する必要がある。前記はんだバンプは、上述したフリップチップボンディングを行うために直接的に要求されるものであるが、下地メタライズＢＬＭは、前記はんだバンプと前記半導体装置の半導体基板の電極パッドとの電気的な接続不良を補うために要求されるものである。したがって、前記はんだバンプと前記電極パッドとの電気的接続を良好に保持することができれば、前記下地メタライズＢＬＭは省略することができる。
【０００３】
一方、ウエハプロセスで前記下地メタライズＢＬＭを形成するに際しては、数多くの工程が必要となり、前記半導体装置としての製造コストの増大につながる。また、プローブ検査または製品の信頼度検査などの電気検査工程において不良が発生し、製品が不良品として不使用な物となった場合でもはんだバンプとその下地メタライズＢＬＭが形成されていることより、それらの材料が無駄となってしまう。したがって、このようなコストの観点からも前記下地メタライズＢＬＭを形成しないことが望ましい。
【０００４】
特許文献１には、半導体装置を前記回路基板に接続する際に、はんだバンプ表面上にロウ材を形成し、前記接続を確実に行うことが開示されている。しかしながら、このような技術においても、前記はんだバンプに加えてロウ材を形成する工程が加わるので、製造工程数の増大及びロウ材の使用に起因したコスト増につながるという従来の問題を解決するには至っていない。
【特許文献１】特開平７−１４２４９０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、簡易な製造工程と追加の材料使用を伴うことなく、半導体装置の基板に対してはんだバンプを電気的に接続した半導体装置及びそ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】
【０００６】
本発明の一態様は、半導体基板の主面上に形成された電極パッドと、前記電極パッドの表面に対して直接的に接合して形成されたはんだバンプと、を具えることを特徴とする、半導体装置に関する。
また、本発明の一態様は、半導体基板の主面上に形成された電極パッドの表面にエッチング処理を施し、前記電極パッドの表面を活性化する工程と、前記電極パッドの前記表面に対して、はんだバンプを直接的に熱圧着により接合させて形成する工程と、を具えることを特徴とする、半導体装置の製造方法に関する。
【発明の効果】
【０００７】
上記態様によれば、簡易な製造工程と追加の材料使用を伴うことなく、半導体装置の基板に対してはんだバンプを電気的に接続した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】
【０００８】
以下、本発明の具体的な実施形態について説明する。図１〜図８は、本実施形態における半導体装置の製造方法に係わる順次の工程図である。尚、本実施形態における半導体装置の電極パッドに接続される半導体素子（トランジスタ、ダイオード、コンデンサ、及びサイリスタなど）の具体的構造、及びその具体的構造に関する製造工程については、本実施形態では特に限定されるものではないので説明は省略する。
【０００９】
（半導体基板の表面電極部の活性化）
最初に、主面上がパターン化され、各パターン中に電極部、すなわち電極パッドが形成された例えばシリコンからなる半導体基板１０を準備する。次いで、図１に示すように、半導体基板１０を一対の電極間１１中に配置し、前記電極パッドに対してエッチング処理を施す。このエッチング処理は、前記電極パッド表面に付着した有機物などを除去し、活性な表面を露出するために実施するものである。例えば、半導体基板１０の前記主面が約１０ｎｍ〜３０ｎｍ程度の割合でエッチングされるようにすることによって、上記目的を達成することができる。
【００１０】
図１に示す例では、半導体基板１０を下側の電極上に前記主面が上方を向く（上側の電極と対向する）ように配置することによって、一対の電極１１間にイオンを生成し、このイオンを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）によって上記エッチングを行い、半導体基板１０の前記主面上に形成された前記電極パッド表面を活性化するようにしている。
【００１１】
上述したエッチングはＲＩＥ以外の他の乾式エッチングを用いても良いし、湿式のエッチングをも用いることができる。但し、ＲＩＥ工程は、半導体装置の製造工程における一連の工程中に簡易に含めることができ、また、上記電極パッド表面に付着した有機物を簡易に除去することができる。したがって、本実施形態における半導体装置の製造方法のコストを十分に低減させることができる。
【００１２】
また、ＲＩＥによるエッチングの場合、使用するガスはアルゴンガスなどの不活性ガスを中心として、必要に応じて反応性のガス、例えばフッ素系のガスなどを含ませるようにすることができる。
【００１３】
（半導体基板の表面電極部に対するはんだバンプの接合）
上述のようにして半導体基板１０の電極パッドを活性化させた後、これらの電極パッドに対してはんだボールを接合する。本実施形態では、図２に示すように、最初に前記電極パッドのパターンに対応した開口部１２Ａを含むバンプ振込みマスク１２を用い、このバンプ振込みマスク１２を、開口部１２Ａがはんだバンプを形成しようとする電極パッドの位置に相当するようにして、半導体基板１０の前記主面上に配置する。
【００１４】
その後、バンプ振込みマスク１２の開口部１２Ａ中を通じて、はんだバンプ２０を振り込むとともに、圧着治具１３を用いてはんだバンプ２０を半導体基板１０の前記電極パッドに対して押圧し接合させる。なお、本実施例においては、図示しない加熱装置によって、半導体基板１０を所定温度、例えば２３０℃〜３２０℃に加熱し、このような基板加熱状態において、上記圧着を行う。すなわち、本実施形態では、はんだバンプ２０を半導体基板１０の電極パッドに接合する際に加熱圧着によって実施しているので、接合を強固に行うことができる。
【００１５】
なお、本実施形態のように、はんだバンプ２０と半導体基板１０の電極パッドとを加熱圧着によって接合する場合は、加熱によって半導体基板１０の表面に、電気的特性劣化の原因となる酸化物などが形成されるのを防止すべく、還元性雰囲気で行うことが好ましい。前記還元性雰囲気は、例えば半導体基板１０及びはんだバンプ２０などを窒素ガス中に配置することによって実現することができる。
【００１６】
また、圧着治具１３によるはんだバンプ２０の圧着は、例えば５０グラム重〜１５０グラム重の加重を負荷して行うことができる。
【００１７】
なお、はんだバンプ２０を構成する材料は特に限定されるものではないが、Ｓｎ，Ｓｂ，Ｃｕ及びＡｕの少なくとも２以上を母材とし、Ｐを０．０５原子％〜１．０原子％含むことが好ましい。Ｃｕ及びＡｕは電気的良導体であり、Ｓｎ及びＳｂは比較的融点が低いため、好ましくは、これらの材料のいずれか一方同士を含むように母材を構成することによって、上述した比較的低い加熱温度において、はんだバンプ２０を半導体基板１０の電極パッドに強固に接合することができるとともに、はんだバンプ２０の電気的特性を良好な状態に保持しておくことができる。かかる観点より、より好ましくは、Ｓｎ，Ｓｂ，Ｃｕ及びＡｕの総てを含む合金とする。
【００１８】
また、本実施形態では、はんだバンプ２０を構成する母材中にＰを０．０５原子％〜１．０原子％含んでいるが、これはＰ添加によってキャリア濃度を増大させ、はんだバンプ２０の電気的特性をさらに向上させるためのものである。
【００１９】
（半導体基板の裏面研削）
次いで、図３に示すように、半導体基板１０のはんだバンプ２０が接合された主面をマスキングテープ１４に貼付した後、半導体基板１０の裏面を半導体基板１０が所定の厚さとなるまで研削する。この研削は機械研削やＣＭＰなどによって行うことができるが、最終的には研磨加工によって鏡面仕上げをする。例えば、研磨面、すなわち半導体基板１０の裏面の表面粗さＲａが０．０２μｍ以下となるようにする。
【００２０】
（半導体基板の個片化）
次いで、図４に示すように、半導体基板１０の研削後の裏面に対して例えばレーザダイシングを順次に行い、後にへき開及び個片化する際の基点（基準線）となる改質痕１０Ｂを格子状に形成する。レーザダイシングは、例えば図４の矢印で示すように、図中左側から右側に向けて行うことができる。
【００２１】
上記レーザダイシングを行うためのレーザ光源の構成は特に限定されるものではなく、発振するレーザ光の強度及び波長などは必要に応じて適宜に設定することができる。換言すれば、要求するレーザ光の強度及び波長などに依存して最適なレーザ光源を適宜に選択する。例えば、半導体基板１０がシリコン半導体からなる場合、使用するレーザ光の波長は１０６４ｎｍとすることが好ましい。これによって、後のへき開による個片化を簡易に実施できるような改質痕１０Ｂを形成することができる。
【００２２】
次いで、図５に示すように、半導体基板１０をマスキングテープ１４から剥離し、耐熱テープ１５上に貼付する。この場合も、加工面である半導体基板１０の裏面が露出するように、はんだバンプ２０が形成された主面側を耐熱テープ１５に対して貼付する。なお、耐熱テープ１５の周辺部はテープ支持リング１６によって支持する。
【００２３】
次いで、図６に示すように、半導体基板１０の裏面側にＲＩＥ及びＣＤＥ（Chemical Dry Etching）などの前処理（図中矢印で示す）を行い、前記裏面上に形成された酸化生成物などを除去する。次いで、半導体基板１０の前記裏面に対してスパッタリング及び蒸着などの汎用の膜形成手段を用いて、図７に示すような裏面電極膜１７を形成する。
【００２４】
次いで、半導体基板１０を耐熱テープ１５から剥離した後、エキスパンドテープ１８上に半導体基板１０の裏面側を貼付し、図８に示すように、エキスパンドテープ１８を伸長させることによって、半導体基板１０を改質痕１０Ｂを基点としてへき開し、個片化する。エキスパンドテープ１８の伸長は、２次元的に行い、横及び縦方向の伸長が互いに同一となるように行うことができる。
【００２５】
上述のようにして個片化された半導体チップ１９は、それぞれ所定の用途に供され、例えばトランジスタ、ダイオード、コンデンサ、及びサイリスタなどの単機能の半導体装置の製造工程などに供されるようになる。
【００２６】
以上、本発明を上記具体例に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記具体例に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】実施形態における半導体装置の製造方法における最初の工程を示す図である。
【図２】図１に示す工程の次の工程を示す図である。
【図３】図２に示す工程の次の工程を示す図である。
【図４】図３に示す工程の次の工程を示す図である。
【図５】図４に示す工程の次の工程を示す図である。
【図６】図５に示す工程の次の工程を示す図である。
【図７】図６に示す工程の次の工程を示す図である。
【図８】図７に示す工程の次の工程を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０  半導体基板
１１  一対の電極
１２  バンプ振込みマスク
１３  圧着治具
１４  マスキングテープ
１５  耐熱テープ
１６  テープ支持リング
１７  裏面電極膜
１８  エキスパンドテープ
１９  半導体チップ
２０  はんだバンプ
【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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