(57)【要約】【課題】薄型化されたパッケージ等を用いた半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】（ａ）パッケージ１０に設けられている搭載部１１に、略半球状のＡｕバンプ２１ｂを設ける。（ｂ）（ｃ）次に、半導体チップ３０を吸着した圧着ツール４０により超音波振動を付与しながら、半導体チップ３０と搭載部１１とをＡｕバンプ２１ｂを介して仮接合を行う。（ｄ）その後、この半導体チップ３０が仮接合されたパッケージ１０を、Ａｕバンプ２１ｂの表面が拡散する温度（１７０〜１８０℃、約１．５時間）で加熱して、半導体チップ３０を搭載部１１に固定する。（ｅ）以上の工程を経た半導体装置１００を提供する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板又はパッケージに設けられている半導体チップの搭載部に、バンプを介して半導体チップを固定する半導体装置の製造方法であって、
前記半導体チップ及び前記搭載部の少なくともいずれか一方に前記バンプを設ける第１の工程と、
前記半導体チップ、及び、前記基板又は前記パッケージ、の少なくともいずれか一方に振動付与手段を用いて振動を付与し、前記半導体チップと、前記搭載部とを、前記バンプを介して仮接合する第２の工程と、
前記半導体チップが接合されている前記基板又は前記パッケージを、前記バンプの表面が拡散する温度で加熱して、前記半導体チップを前記搭載部に固定する第３の工程と、
を少なくとも有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第１の工程で設けられる前記バンプは、略半球状であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記バンプと前記半導体チップ若しくは前記搭載部との固着面に対して、前記バンプの上面は、ほぼ平行な平面部分を有していることを特徴とする請求項１又は２のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記バンプは、導電性を有していることを特徴とする請求項１乃至３の少なくともいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記バンプは、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕの少なくともいずれか１以上を有していることを特徴とする請求項１乃至４の少なくともいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記半導体チップは、電極が設けられており、
前記搭載部は、前記電極に対向する位置に導電部が設けられており、
前記バンプは、前記電極と、前記導電部とを、電気的に接合することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記第２の工程は、バンプシェア強度が１バンプあたり２０乃至６０ｇｆであることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記第２の工程は、前記半導体チップ若しくは前記搭載部に２以上設けられているバンプを結ぶ直線方向に、振動付与手段を用いて振動を付与し仮接合することを特徴とする請求項１又は７のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記振動付与手段は、超音波振動を付与していることを特徴とする請求項１又は８のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記半導体チップが搭載される搭載部の背面側には、前記基板又は前記パッケージを支持する支持部が設けられていることを特徴とする請求項１、６乃至９の少なくともいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記第２の工程は、前記基板又は前記パッケージを、常温以上前記バンプの表面が拡散する温度以下で加熱していることを特徴とする請求項１、７及び８の少なくともいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記第３の工程における前記温度は、前記基板又は前記パッケージの材質の融点よりも低いことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記半導体チップは、フリップチップタイプであることを特徴とする請求項１乃至１２の少なくともいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体チップをボンディングする半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、フリップチップタイプの半導体チップが、半田バンプを介して、基板又はパッケージ（以下、「パッケージ等」という。）上にダイボンディングされている半導体装置が製造されている。この半導体装置のパッケージ等は、セラミック製積層基板、若しくは、ガラスエポキシ基板のような厚みの厚い硬い基板や、厚みの厚い硬いパッケージに半導体チップをダイボンディングしている。このダイボンディングによる半導体装置の製造方法は、半導体チップを、パッケージ等の上方から、加圧して、基板上、又は、パッケージの半導体チップ搭載部に、ボンディングしている。
【０００３】
特に、サイドビュータイプのフリップチップ半導体発光素子を用いる場合、厚みの厚い硬い基板を用いて、半導体装置の製造を行っている。しかし、平板状の基板よりもカップ状のパッケージを用いる方が、光取り出し効率が約２倍になるため、パッケージを用いた半導体装置を使用したいという要望がある。
【０００４】
従来の半導体装置の製造方法を、図面を用いて説明する。
【０００５】
図４（ａ）〜（ｄ）は、半導体装置の製造方法の工程説明図である。図５は、従来のバンプの形成方法を示す工程説明図である。図６は、従来の半導体チップを搭載部に接合する際の工程説明図である。図６（ａ）は、パッケージ１０に形成された搭載部１１に、半導体チップ３０を接合する。図６（ｂ）は、接合された半導体チップ３０を、上方から見た図である。図１及び図２と同一の構成のところは、同符号を用いる。
【０００６】
図４（ａ）は、パッケージ１０に形成された搭載部１１に、半田バンプ２４を設ける工程である。半田バンプ２３ｂの形成方法は、ワイヤ２３の先端に球体のボール２３ａを形成させたのち、キャピラリ２４でボール２３ａをパッケージ１０に設けられた導電部１２に押圧し熱圧着させ、キャピラリ２４を引き上げるとワイヤ２３はボール２３ａに近い中間部で切断される。
【０００７】
以下、前記動作の繰り返しによって、導電部１２の上面には、多数個の半田バンプ２３ｂが形成されることになる。
【０００８】
図４（ｂ）は、振動を付与できる圧着ツール４１を用いて、半導体チップ３０を、搭載部１１に接合する工程である。圧着ツール４１は、半導体チップ３０をパッケージ１０に押圧して圧着させる。該圧着は、超音波振動を付与して、押圧する。
【０００９】
図４（ｃ）は、圧着ツール４１を用いて、半導体チップ３０に振動を付与し、併せて、押圧する工程である。
【００１０】
図４（ｄ）は、製造された従来の半導体装置２００である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の半導体装置の製造方法は、半田バンプを用いているため、半田、フラックスの洗浄工程が必要となり、複雑なプロセスを要している。また、該半田バンプは、鉛を含んでいるため、環境的に好ましくない。また、該半田は、融点が２００℃〜３００℃であるため、熱により熔解して、異種電極どうし、半導体チップのｐ型層とｎ型層、の短絡を引き起こす場合もある。
【００１２】
図４（ａ）の工程、図５の工程により形成される半田バンプ２３ｂは、ワイヤ２３の残部２３ｃが突出し、かつ、固着面２３ｄから残部２３ｃまでの高さにばらつきが生じる。かかる残部２３ｃは、多数個の半田バンプ２３ｂを同時に接続するに際し、半田バンプ２３ｂと導電部１２との押圧力が不均等になりやすくなり、半導体チップ３０を搭載部１１に対して、水平に載置できなくなる。また、図６より、尖端形状を有する残部２３ｃと半導体チップ３０との接触部分は、極めて大きな押圧荷重がかかり、超音波振動を付与するため、半導体チップ３０の電極部分が破れやすくなる。さらに、圧着ツール４１を用いて半導体チップ３０を搭載部１１に押圧して圧着させる際、固着面２３ｄから残部２３ｃまでの高さにばらつきが生じているため、該高さの高い方が、該高さの低い方より先に、半導体チップ３０に接触する。該半導体チップ３０には、超音波振動が付与されているため、この先に接触した半田バンプ２３ｂの残部２３ｃの尖端を軸に、回転を生じる。これにより、半導体チップ３０は、２つの半田バンプ２３ｂを結ぶ直線方向から、所定の角度、回転したものとなる。この回転により半田バンプ２３ｂと半導体チップ３０との接合面積が小さくなり、ダイシェア強度が著しく低下する。さらに、半導体チップ３０に半導体発光素子を用いた場合、この回転による半導体発光素子の位置ズレは、色ズレの原因となる。
【００１３】
また、図４（ｂ）（ｃ）の工程において、従来は、押圧のみにより半導体チップ３０を圧着している。しかし、樹脂製のパッケージを用いた場合、該パッケージはセラミック製積層基板、ガラスエポキシ基板と比べて非常に軟らかいため、撓みが生じ、圧着ツール４１からの押圧力が十分に伝達されない。そのため、押圧力のロスが生じ、接合に要する時間が長くなる。したがって、パッケージ１つ１つの接合に長時間を要するため、半導体装置２００の製造に要する時間の短縮は困難である。さらに、圧着ツール４１からの押圧力が大きくなると、パッケージ１０の破損を生じ、半導体装置２００の歩留まりを低下させるという問題を生じている。
【００１４】
上述のように、パッケージ等に撓みが生ずるため、薄型化されたパッケージ等を用いた半導体装置の製造が困難であるという問題を生じている。
【００１５】
そこで、上記問題点を解決すべく、本発明は、薄型化されたパッケージ等を用いた半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
以上の問題点を鑑みて、鋭意研究した結果、本発明者は、下記の知見を得るに到った。
【００１７】
本発明は、基板又はパッケージに設けられている半導体チップの搭載部に、バンプを介して半導体チップを固定する半導体装置の製造方法であって、前記半導体チップ及び前記搭載部の少なくともいずれか一方に前記バンプを設ける第１の工程と、前記半導体チップ、及び、前記基板又は前記パッケージ、の少なくともいずれか一方に振動付与手段を用いて振動を付与し、前記半導体チップと、前記搭載部とを、前記バンプを介して仮接合する第２の工程と、前記半導体チップが接合されている前記基板又は前記パッケージを、前記バンプの表面が拡散する温度で加熱して、前記半導体チップを前記搭載部に固定する第３の工程と、を少なくとも有することを特徴とする半導体装置の製造方法に関する。従来は、半導体チップを押圧力のみでパッケージ等に固定していたため、高い圧力を有していた（図４参照）。しかし、本発明は、上述のように半導体装置に物理的力が作用するのは、第２の工程で半導体チップをパッケージ等に仮接合するときのみであるため、従来の押圧力よりも低い押圧力で、半導体チップを搭載部に実装することができる。また、半導体チップとパッケージ等とを仮接合するだけの低い押圧力で足りるため、押圧力が分散されず押圧力の伝達性も向上する。このため、押圧力のロスが少なくなる。これにより、撓みが生じやすい樹脂製のパッケージ等を用いた半導体装置の製造方法を提供することができる。また、小型化、薄型化されたパッケージ等を用いて半導体装置の製造方法を提供することができる。さらに、従来は、押圧力のみで半導体チップをパッケージ等に固定していたため、接合に高い押圧力と長時間を要していた。しかし、本発明に係る第２の工程は、仮接合のみであるため極めて短い時間で接合を行い、第３の工程で、数十個乃至数十万個を一度に加熱すればよいため、半導体装置の製造に要する時間の短縮化を図ることができる。明細書において、パッケージにバンプを設け、その後、半導体チップを仮接合してもよいし、半導体チップにバンプを設け、その後、パッケージを仮接合してもよく、パッケージと半導体チップとの両方にバンプを設け、仮接合をしてもよく、さらに、パッケージと半導体チップとを、バンプを介して、ほぼ同時に仮接合を行ってもよい。従って、いずれか一つの製造方法を用いて説明するが、これに限定されない。
【００１８】
前記第１の工程で設けられる前記バンプは、略半球状であることが好ましい。また、前記バンプの高さは、均一であることが好ましい。前記バンプと前記半導体チップ若しくは前記搭載部との固着面に対して、前記バンプの上面は、ほぼ平行な平面部分を有していることが好ましい。バンプの形成方法により、バンプの固着面から上面までの高さをほぼ均一に揃え、略半球状にすることにより、バンプと半導体チップとの接触面積を大きくすることができる。そのため、単位面積あたりのバンプに加わる押圧力が分散され、半導体チップの電極部が破れるのを防止することができる。また、半導体チップを搭載部の固着面に対して、ほぼ水平に載置することができるため、同一物の量産性の向上、及び、歩留まりの向上を図ることができるからである。また、従来のようにバンプの残部が尖端形状を形成していないため、該残部を軸に半導体チップの回転が生じにくい。よって、半導体チップの回転を抑制することができるため、半導体チップとバンプとの接合面積が大きくなり、ダイシェア強度が向上する。
【００１９】
前記バンプは、導電性を有していることが好ましい。これにより、搭載部に設けられた導電部と、半導体チップの電極とを、電気的に接合することができるからである。
【００２０】
前記バンプは、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕの少なくともいずれか１以上を有していることが好ましい。半田は、鉛などの毒性を含んでいるが、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕは、毒性が少ないため、環境面で優れている。また、これらは、導電性を有し、半田よりも高い融点を有していることから、３００℃以下の温度で熔解しないことから、バンプを形成し易いからである。特に、延性に富み、耐腐食性、電導性、耐候性、安定性などに優れていることから、Ａｕが好ましい。さらに、第３の工程でパッケージ１０全体を加熱するが、該加熱により半田が熔解し、その熔解した半田が、半導体チップ３０、電極３１、導電部１２などに流れ込み、短絡を生じるため、半田を用いることは好ましくない。また、該半田が熔解する温度２００℃〜３００℃では、パッケージ１０が軟化し、更に、パッケージ１０の樹脂が熱により変色を起こす。特に、該半田は、バンプ形成時と、本接合時の２回熔解するため、２回パッケージ１０の変色が起きる。また、本接合時の加熱により半田が熔解し、セルフアライメント効果により半導体チップ３０の回転が生じる場合がある。特に、半導体発光素子のように、電極が２つ形成されており、小さくて軽いもの程、回転が生じやすい。加えて、超音波振動の付与においても、半田を用いることは好ましくない。
【００２１】
前記半導体チップは、電極が設けられており、前記搭載部は、前記電極に対向する位置に導電部が設けられており、前記バンプは、前記電極と、前記導電部とを、電気的に接合する半導体装置の製造方法に関する。これにより半導体チップに設けられた電極と、搭載部に設けられた導電部との電気抵抗を低く抑えることができる。
【００２２】
前記第２の工程は、バンプシェア強度が１バンプあたり２０乃至６０ｇｆであることが好ましい。特に、１バンプあたり３０乃至５０ｇｆであることが好ましい。仮接合により半導体チップが位置ズレしない程度に固定されており、また、バンプの材料の拡散が生じやすい程度に固定されていることが好ましいからである。該範囲のバンプシェア強度で仮接合を行うと、第３の工程における加熱で、バンプ材料の拡散が生じ、金属間結合が形成され、半導体チップと搭載部との固定が強固に行われる。これにより、コアのないリードフレームインサートパッケージでも、極めて低い圧力で仮接合を行うことができるため、小型化、薄型化された半導体装置を提供することができる。
【００２３】
前記第２の工程は、前記半導体チップ若しくは前記搭載部に２以上設けられているバンプを結ぶ直線方向に、振動付与手段を用いて振動を付与し仮接合することが好ましい。前記半導体チップ若しくは前記搭載部に２以上設けられているバンプを結ぶ直線方向に対して垂直な方向に振動を付与するよりも、前記直線方向に振動を付与する方が、同じ圧力下で、より強固に仮接合を行うことができるからである。また、前記半導体チップと前記搭載部とが水平になる方向に振動を付与することが好ましい。
【００２４】
前記振動付与手段は、超音波振動を付与していることが好ましい。これにより、半導体チップと搭載部とを、より強固に仮接合を行うことができるからである。
【００２５】
前記半導体チップが搭載される搭載部の背面側には、前記基板又は前記パッケージを支持する支持部が設けられていることが好ましい。該支持部は、搭載部に設けられているのではなく、台座となる支持部の上部に、パッケージを載置して、上方から半導体チップを仮接合する。これにより、パッケージ等の撓みを抑えることができるからである。
【００２６】
前記第２の工程は、前記基板又は前記パッケージを、常温以上前記バンプの表面が拡散する温度以下で加熱していることが好ましい。これにより、仮接合に要する押圧荷重を低減させるができる。また、仮接合に要する時間も短縮することができる。
【００２７】
前記第３の工程における前記温度は、前記基板又は前記パッケージの材質の融点よりも低いことが好ましい。これにより、熱によるパッケージ等の変形を抑制することができる。
【００２８】
前記半導体チップは、フリップチップタイプであることが好ましい。フリップチップタイプは、同一面側に電極を有しているため、半導体チップをパッケージの搭載部にボンディングするだけで、導電性を得ることができるため、製造工程の簡略化を図ることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る半導体装置及びその製造方法を、実施の形態及び実施例を用いて説明する。だたし、本発明は、この実施の形態及び実施例に限定されない。
【００３０】
図１（ａ）〜（ｅ）は、本発明に係る半導体装置の製造方法の工程説明図である。図１の半導体装置は、概略断面図である。図２（ａ）〜（ｇ）は、バンプの形成方法を示す工程説明図である。本発明の実施の形態は、基板又はパッケージに設けられている半導体チップの搭載部に、バンプを介して半導体チップを実装するものである。
【００３１】
図１（ａ）は、パッケージ１０に形成された搭載部１１に、バンプ２１ｂを設ける工程である。半導体チップ３０を搭載するものとして、パッケージ１０を用いる。該パッケージ１０には、半導体チップ３０を搭載するカップ状の搭載部１１が形成されている。該搭載部１１には、導電性を有する導電部１２が形成されている。該導電部１２は、バンプ２１ｂを介して、半導体チップ３０に形成された電極３１と、導通させるものである。但し、半導体チップ３０と搭載部１１との電気的導電性を有することなく搭載部１１に実装する場合は、導電部１２を省略することができる。パッケージ１０の材質は、熱硬化性樹脂、例えば、シリコン樹脂、エポキシ樹脂、エポキシ変性樹脂などのほか、熱可塑性樹脂を用いることができる。パッケージ１０は、射出成形等により成形を行う。パッケージ１０の搭載部１１の背面側は、凹部形状となっている。パッケージ１０には、リードフレーム１３が設けられている。該リードフレーム１３は、導電部１２と連接されている。特に、リードフレームインサート成形されたパッケージが好ましい。
【００３２】
バンプ２１ｂは、導電性を有するものが好ましい。これは、半導体チップ３０の電極３１と、搭載部１１の導電部１２とを、電気的に接合するためである。該導電部１２は、リードフレーム１３と連接されている。バンプ２１ｂには、Ａｕを用いることが好ましい。半田は、実装後の洗浄が必要なこと、接合材料として鉛を含むこと、という問題点がある。これに対し、Ａｕは、延性に富み、耐腐食性、電導性、耐候性、安定性などに優れているからである。また、Ａｕは、融点が高く、半田のように、比較的低温で熔解しないため、Ａｕが熔解して、導電部１２どうし、電極３１どうし、ｐ型層とｎ型層、の短絡を引き起こさない。バンプ２１ｂとしては、Ａｕ以外にも、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ等の良導体や、Ａｕと他の金属との合金なども用いることができる。さらに、導電部１２、電極３１との接合性がよい材料も用いることができる。
【００３３】
導電部１２は、Ａｇが好ましい。Ａｕバンプとの金属接合性が良好だからである。Ａｇの他に、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｕなども使用することができる。ここで、半導体チップに、半導体発光素子を用いる場合、該半導体発光素子からの光取り出し効率が重要となる。Ａｕの反射率は、６００ｎｍのとき９１．９％、５５０ｎｍのとき８１．７％であるが、５００ｎｍのとき４７．７％と短波長になるにしたがって、反射率が低くなる。これに対し、Ａｇ、Ａｌの反射率は、長波長側から可視光の短波長領域３８０ｎｍ近傍まで、９２％以上と極めて高い（理化学年表、物理／化学、光学的性質から抜粋）。そのため、光取り出し効率の観点からＡｇ、Ａｌが好ましい。
【００３４】
図２において、パッケージ１０の搭載部１１に、バンプ２１ｂを形成する。但し、バンプ２１ｂは、パッケージ１０の搭載部１１だけでなく、半導体チップ３０にも形成することができる。
【００３５】
バンプ２１ｂの形成方法について、図面を用いて説明するが、詳しくは特開２００２−１１８１３７号公報に記載されている。概略を説明すると、図２（ａ）において、例えば、Ａｕからなるワイヤ２１をキャピラリ２２の細穴に通し、ワイヤ２１の先端をキャピラリ２２の先端から突出させる。そのワイヤ２１の先端を放電端子（図示せず）との間で放電させることにより、ワイヤ２１の先端を溶融させてボール２１ａを形成する。図２（ｂ）において、キャピラリ２２を加工させて導電部１２の所定の位置にボール２１ａを接触させて加圧することにより、バンプ２１ｂを形成する。図２（ｃ）〜（ｅ）において、キャピラリ２２を引き上げた後、キャピラリ２２バンプ２１ｂの上からずらすように下降させる。このように小さなループを形成し、キャピラリ２２を下降させることによりバンプ２１ｂとワイヤ２１とが切り離される。図２（ｆ）において、キャピラリ２２を導電部１２に対してほぼ水平に少なくとも１往復運動させることにより、キャピラリ２２の先端をバンプ２１ｂの上を摺動（スクラブ）させる。バンプ２１ｂの固着面２１ｄから上面２１ｃまでの高さは、所定の高さとする。この所定の高さを揃えることにより、半導体チップ３０を搭載部１１に水平に載置することができるからである。
【００３６】
ここで、バンプシェア強度が１バンプあたり２０乃至６０ｇｆとなるように加圧する。バンプシェア強度が１バンプあたり１００ｇｆ以上となるとバンプの拡散が生じにくくなり、第３の工程であるパッケージの加熱で、バンプ２１ｂと半導体チップ３０、バンプ２１ｂと搭載部１１との金属間接合が促進しなくなるためである。よって、１バンプあたり２０乃至６０ｇｆとすることにより、該金属間接合が極めて良好に促進する。
【００３７】
また、パッケージ１０の代わりに、基板を用いることもできる。該基板は、平面状のものの他、基板の表面に凹凸を設けたもの、ディンプル形状のものなど、種々の形状のものを使用することができる。基板は、サファイヤ基板、ＳｉＣ基板、セラミック基板、ガラスエポキシ基板など種々のものが使用できる。
【００３８】
図１（ｂ）は、振動を付与できる圧着ツール４０を用いて、半導体チップ３０を、搭載部１１に仮接合する工程である。
【００３９】
半導体チップ３０は、半導体発光素子やトランジスタなどの電子部品を用いることができる。半導体チップ３０は、熱に弱いものが多いため、比較的低温で基板又はパッケージに実装することを要する。半導体チップ３０には、導電部１２が形成されている。該導電部１２は、半導体チップ３０の同一平面側にあるフリップチップタイプのものを使用することができる。フリップチップタイプのものは、同一平面側に電極３１を有しているため、短絡を防止することを要する。
【００４０】
電極３１は、銅膜状に金メッキを施したものを使用できる。電極３１としては、これ以外にもアルミニウムなどの良導体を用いたもの、接合性のよいものであれば使用することができる。
【００４１】
この工程は、パッケージ１０を、常温以上前記バンプ２１ｂの表面が拡散する温度以下で加熱している。バンプ２１ｂの拡散を促進するためである。但し、バンプ２１ｂの拡散を促進する雰囲気であれば、該範囲に限定されない。
【００４２】
パッケージ１０の搭載部１１にバンプ２１ｂが形成されている。該バンプ２１ｂは、電極３１に位置合わせされており、この状態で圧着ツール４０を用いて、半導体チップ３０とバンプ２１ｂとを仮接合する。圧着ツール４０は、半導体チップ３０を吸引する吸引手段を備えている。圧着ツール４０には、振動を付与する振動付与手段を備えている。該圧着ツール４０により、搭載部１１に対して、ほぼ水平方向に振動を付与する。この振動の付与と併せて、半導体チップ３０をバンプ２１ｂに押圧させる。このときの押圧荷重や押圧時間及び超音波振動の条件は、バンプ２１ｂが電極３１の表面に対して摩擦されて表面の酸化膜が部分的に破壊され、これらのバンプ２１ｂの幾つかが電極３１と接合させるような条件に設定される。すなわち、この過程での超音波圧接は、バンプ２１ｂの表面の酸化膜の部分的除去、及び半導体チップ３０をパッケージ１０に仮固定するために幾つかのバンプ２１ｂを接合する目的で行われるものである。従来の超音波圧接のみで完全な接合を行うために必要とされるような厳格な接合条件を満たす必要はない。そのため、仮接合に要する時間も短時間で済み、パッケージの撓みや破損も生じない。さらに、製造設備も仮接合するのみであるので、高機能、高性能のものが要求されず簡便なものでよい。
【００４３】
図１（ｃ）は、超音波振動を付与して半導体チップ３０を搭載部１１に仮接合する工程である。
【００４４】
圧着ツール４０は、振動付与手段を備えている。圧着ツール４０は、半導体チップ３０を圧着して、搭載部１１に仮接合する。圧着ツール４０による振動の付与は、半導体チップ３０を圧着した後、振動を付与して搭載部１１に仮接合するまで振動を付与し続けるか、若しくは、半導体チップ３０を圧着して、搭載部１１に載置した後、振動を付与して搭載部１１に仮接合するまで振動を付与し続けることもできる。該振動付与手段は、超音波振動を用いることが好ましい。但し、バンプの加熱と振動付与とを同時に行う場合などは、超音波振動に限られず、半導体チップ３０が搭載部１１に仮接合できるものであればよい。
【００４５】
圧着ツール４０は、２つのバンプ２１ｂを結ぶ直線方向で、かつ、パッケージ１０と半導体チップ３０とが、ほぼ水平となる方向に、振動を付与する。圧着ツール４０に吸着された半導体チップ３０に振動を付与して、半導体チップ３０とバンプ２１ｂとを接合しているが、半導体チップ３０を固定しておき、パッケージ１０側に振動を付与して、半導体チップ３０とバンプ２１ｂとを接合してもよい。また、半導体チップ３０側とパッケージ１０側の両方に、振動を付与してもよい。
【００４６】
ここで、仮接合は、半導体チップ３０の電極３１の幾つかと、搭載部１１に設けられたバンプ２１ｂの幾つかとが、接合されていれば良い。仮接合の後、パッケージ１０を加熱するため、半導体チップ３０が位置ズレを起こさない程度に接合されていることを要する。
【００４７】
圧着ツール４０を用いて、半導体チップ３０を押圧して、パッケージ１０に固定するとき、ダイシェア強度が１バンプあたり６０乃至１００ｇｆとなるように加圧することが好ましい。但し、この範囲には限定されない。従って、圧着ツール４０による加圧力は、常に一定ではなく、バンプ、パッケージ、半導体チップの材料により異なるため、バンプシェア強度が所定の範囲となるように押圧を行う。
【００４８】
ここでダイシェア強度は、半導体チップの剥離を発生させないため、常温及び高温で、半導体チップを真横から押し、せん断強度を測定する。このせん断剥離試験（Shear test method）の規格は、MIL-STD-883C method 2019.2に半導体チップ面積に対する強度規格が規定されている。具体的には、接触工具を用いて、２つのバンプを結ぶ直線に対して垂直な方向で、パッケージの搭載部に水平な方向に押し出す。このせん断強度を測定した結果、１バンプあたり６０ｇｆ乃至１００ｇｆが好ましい。
【００４９】
図３は、半導体チップ３０を接触工具を用いて真横から剥離させた後の導電部１２を示す写真である。図３（ａ）は、第３の工程の前のバンプを剥がしたときの導電部１２の写真である。一方、図３（ｂ）は、（３）の工程の後のバンプを剥がしたときの導電部１２の写真である。半導体チップ３０を剥離させた結果、図３（ａ）に示すように、バンプ２１ｂと導電部１２との剥離が生じた。このときバンプ２１ｂと半導体チップ３０との接合の方が、バンプ２１ｂと導電部１２との接合よりも強固である。また、図３（ｂ）の上図に示すように、バンプ２１ｂと半導体チップ３０との剥離が生じた。このときバンプ２１ｂと導電部１２との接合の方が、バンプ２１ｂと半導体チップ３０との接合よりも強固である。これに対し、図３（ｂ）の下図に示すように、バンプ２１ｂの剥離が生じた。このときバンプ２１ｂと導電部１２との接合、バンプ２１ｂと半導体チップ３０との接合は、ともにほぼ等しい。このうち、図３（ｂ）の下図に示すようにバンプ２１ｂの剥離が最も好ましい。これは、ダイシェア強度が最も高く、バンプ２１ｂの拡散が十分に行われているからである。
【００５０】
該工程において、圧着ツール４０を用いて半導体チップ３０をパッケージ１０の搭載部１１に圧着させる際、該搭載部１１の背面側に、パッケージ１０を支持する支持部５０を設けることが好ましい。搭載部１１の背面側は、凹部形状となっているため、該部分が圧着ツール４０の押圧により撓む。そのため、該凹部形状となる位置に支持部５０を設け、パッケージ１０の撓みを最小限に抑えることができる。特に、パッケージ１０の材質は、金属と比べると非常に柔らかい樹脂であるが、支持部５０を設けることにより、パッケージ１０の撓みを最小限に抑えることができる。該支持部５０は、該凹部形状に相当する大きさ及び形とする。
【００５１】
図１（ｄ）は、パッケージ１０を加熱して、半導体チップ３０と搭載部１１とを固定する工程である。本工程は、半導体チップ３０と搭載部１１とをバンプ２１ｂを介して仮接合を行ったパッケージ１０を、所定の温度で加熱して、半導体チップ３０を搭載部１１に固定する。ここで、該所定の温度は、バンプ２１ｂの表面が拡散する温度である。この所定の温度は、バンプ２１ｂの材質によって異なる。例えば、バンプに金を用いる場合は、１３０℃〜２００℃で３０分〜５時間が好ましい。金は、硬さ（モース）が約２．５と柔らかいため、融点よりも低い温度で表面の拡散が生じる。金の融点は、１０６４℃であるが、この温度まで加熱すると、パッケージ１０自体が熱により融解してしまう。また、半導体チップ３０も熱に弱いため、この温度まで加熱すると、半導体チップ３０が機能しなくなる。そのため、所定の温度で、所定の時間、パッケージ１０を加熱する。これにより、金の拡散が進む。このバンプ２１ｂの拡散に伴い、半導体チップ３０とバンプ２１ｂ、バンプ２１ｂと搭載部１１との固着が強固になる。また、バンプ２１ｂに合金を用いる場合は、融点、硬さ（モース）等の化学的、物理的性質が変わるため、所定の温度も変化する。よって、バンプ２１ｂの材質によって、バンプ２１ｂの表面が軟化する温度及び所要時間が異なるため、所定の温度をその都度、設定することを要する。なお、パッケージ１０は、金バンプ２１ｂの融点まで、昇温を行わず、該金バンプ２１ｂの表面が軟化するだけであるため、電極３１どうし、導電部１２どうしの短絡は生じない。
【００５２】
図１（ｅ）は、製造された半導体装置１００である。従来の半導体装置２００は、図４（ｃ）の工程で固定を行うため、該固定に要する時間は、図１（ｃ）の工程で仮接合に要する時間よりも、長い時間要していた。通常、パッケージ１０は、１シート辺り数百から数千個単位で、製造されている。そのため、本工程では、数シートから数百シートを同時に加熱すればよいため、１万個製造するのに要する時間は、本工程の方が従来の工程よりも、極めて短時間に半導体装置を製造することができる。従って、半導体装置の製造時間の短縮化を図ることができる。
【００５３】
ここで、軟らかい材質、若しくは、厚みの薄いパッケージ１０を用いて、半導体チップ３０を、バンプ２１ｂを介して、リードフレーム１３に接合する。このとき物理的力は、仮接合の際の押圧力のみであり、該押圧力は、支持部５０を設けることにより、伝達性が向上する。そのため、製造工程中で、パッケージ１０の撓みは少ない。この押圧力の伝達性の向上は、半導体装置の製造工程に要する時間の短縮化を図ることができる。さらに、ダイシェア強度の高い半導体装置を提供することができ、バンプ２１ｂの剥離を低減することができる。
【００５４】
【実施例】
以下、本発明に係る半導体装置の実施例について、説明する。図１を参照する。
【００５５】
＜実施例１＞
半導体装置１００は、以下の工程により製造する。
【００５６】
（１）パッケージ１０の搭載部１１に、バンプ２１ｂを設ける。
【００５７】
（２）圧着ツール４０を用いて、搭載部１１に半導体チップ３０を仮接合する。
【００５８】
（３）半導体チップ３０が仮接合されたパッケージ１０を、所定の温度で加熱して半導体チップ３０を搭載部１１に固定する。
【００５９】
以上の工程により、半導体装置１００を製造する。
【００６０】
詳述すると、（１）は、射出成形で成形した所定のパッケージ１０を用いる。該パッケージ１０は、搭載部１１の背面側が凹部形状を成している。該搭載部１１には、異種の導電部１２を備えている。搭載部１１は、カップ形状を形成している。該カップは、半導体チップ３０の大きさに応じて、形状、大きさなどを変更している。半導体チップ３０に半導体発光素子を用いる場合は、該カップの内面を、反射率の高い材質でコートする。
【００６１】
該パッケージ１０にバンプ２１ｂを設ける。バンプ２１ｂは、金を用いる。バンプ２１ｂは、略半球状で、バンプ２１ｂの上面２２が平面形状になるように形成する。搭載部１１に２個のバンプ２１ｂを形成する。このバンプ２１ｂの形成時に、バンプ２１ｂの固着面２３から上面２２までの高さを揃える。
【００６２】
ここで、バンプシェア強度は、５０ｇｆ以下である。
【００６３】
（２）は、半導体チップ３０にフリップチップタイプの半導体発光素子を用いる。該半導体発光素子は、ｐ型電極とｎ型電極を同一平面側に有している。圧着ツール４０で半導体チップ３０を吸着して、超音波振動を付与しながら、搭載部１１に載置する。超音波振動を付与する時間及び押圧力は、バンプの種類に応じて変更する。この超音波圧接は、仮接合と酸化膜除去を目的として行われるものである。仮接合は、（２）から（３）の工程へ移る際、半導体チップ３０とバンプ２１ｂとが位置ズレを起こさない程度に接合されていれば良い。搭載部１１の背面側には、パッケージ１０の凹部形状に相当する支持部５０を設けている。該支持部５０と搭載部１１の背面側は、接触しており、超音波圧接のときに、パッケージ１０の撓みを生じないように支持している。
【００６４】
（３）は、パッケージ１０を所定の温度で加熱している。該加熱は、パッケージ１０全体を加熱することが好ましい。そのほか、バンプ２１ｂの部分が特に加熱するようにリフローすることもできる。また、パッケージ１０の搭載部１１の下部から加熱することもできる。
【００６５】
所定の温度は、１７０〜１８０℃で約１．５時間、加熱を行った。この加熱温度及び加熱時間はバンプ２１ｂの種類、パッケージ１０の材質などの諸条件によって決まるため、適宜変更する。
【００６６】
この（３）の工程で、バンプ２１ｂの金拡散が進むため、接合強度が向上する。
【００６７】
この（３）の工程は、大気中で加熱を行うこともできるが、窒素雰囲気下で実施することが好ましい。これは、樹脂製のパッケージ１０の酸化を防ぐことができ、該樹脂の変色を防ぐことができるからである。また、半導体チップ３０に、半導体発光素子を用いる場合は、樹脂の変色を防ぐことにより、光取りだし効率の向上を図ることができるからである。
【００６８】
以上の工程により、半導体装置１００が製造された。
【００６９】
表１は、実施例１と実施例２のダイシェア強度を測定した結果である。
【００７０】
【表１】
2004214259.tif 000003
実施例１と実施例２は、（１）のバンプ形成時の接合条件を変えている。ここで、（１）のバンプ形成時の接合条件を変えた以外は同条件で、上記工程を繰り返して、８個の半導体装置１００を製造し、該半導体装置１００のダイシェア強度を測定した。
【００７１】
仮接合時では、実施例２の方が、実施例１よりもダイシェア強度が高い。しかし、仮接合のあと、加熱（本接合）することにより、搭載部１１と半導体チップ３０との接合強度が向上する。そして、最終的な半導体装置１００が作られた場合、ダイシェア強度は、実施例１の方が、実施例２よりもダイシェア強度が高い。具体的には、実施例１のダイシェア強度の平均値は、２４４ｇｆであるのに対し、実施例２のダイシェア強度の平均値は、１８０ｇｆである。これより、最大値で１０５ｇｆ、平均値で約６４ｇｆものダイシェア強度の向上を図ることができる。これは、バンプ形成時のバンプシェア強度が５０ｇｆ以下であると、パッケージ１０の加熱により、バンプ２１ｂの金の拡散が進み、ダイシェア強度が向上するためである。これに対し、バンプ形成時のバンプシェア強度が１００ｇｆ以上を越えると、パッケージ１０を加熱しても、バンプ２１ｂ自体の金の拡散が進行せず、ダイシェア強度が大幅には向上しない。また、バンプシェア強度が１００ｇｆ以上と高いため、（２）の超音波振動を付与すると、バンプ２１ｂが搭載部１１から剥離する傾向にある。このことからも、バンプシェア強度が高すぎないことが必要となる。
【００７２】
半導体装置１００は、半導体チップ３０の電極３１と、パッケージ１０の搭載部１１に形成された導電部１２とを、金バンプ２１ｂを介して、電気的に接合されている。
【００７３】
半導体装置１００は、薄型化及び小型化された半導体装置１００を提供することができる。また、半導体装置１００の製造工程の、簡略化、短時間化を図ることができる。
【００７４】
＜実施例２＞
実施例２は、実施例１と、ほぼ同様の工程により半導体装置を製造した。
【００７５】
（１）パッケージ１０の搭載部１１に、バンプ２１ｂを設ける。
【００７６】
（２）圧着ツール４０を用いて、搭載部１１に半導体チップ３０を仮接合する。
【００７７】
（３）半導体チップ３０が仮接合されたパッケージ１０を、所定の温度で加熱して半導体チップ３０を搭載部１１に固定する。
【００７８】
以上の工程により、半導体装置１００を製造する。（１）のバンプ形成時の接合以外は、実施例１と同様であるため、説明を省略する。
【００７９】
（１）において、パッケージ１０の搭載部１１に、バンプ２１ｂを形成する接合は、実施例１の場合よりも高い圧力で超音波振動を付与している。このとき、実施例２におけるバンプシェア強度は、１００ｇｆ以上である。つまり（１）のバンプ形成時の接合では、実施例１よりも高いバンプシェア強度を有している。
【００８０】
これにより、半導体装置１００が製造された。
【００８１】
表１より、（１）のバンプ形成した後のバンプシェア強度が１００ｇｆ以上であった場合、本接合を行った後のダイシェア強度は、１８０ｇｆである。
【００８２】
＜実施例３＞
実施例３は、実施例１と、ほぼ同様の工程により半導体装置を製造した。
【００８３】
（１）パッケージ１０の搭載部１１に、バンプ２１ｂを設ける。
【００８４】
（２）圧着ツール４０を用いて、搭載部１１に半導体チップ３０を仮接合する。
【００８５】
（３）半導体チップ３０が仮接合されたパッケージ１０を、所定の温度で加熱して半導体チップ３０を搭載部１１に固定する。
【００８６】
以上の工程により、半導体装置１００を製造する。実施例１と同じところは、説明を省略する。
【００８７】
（１）において、バンプシェア強度は、５０ｇｆ以下のものを使用する。
【００８８】
（３）において、加熱に要する所定の時間及び温度は、１７０〜１８０℃で、約１．５時間、加熱する。
【００８９】
これにより、半導体装置１００が製造された。
【００９０】
表２は、（３）の加熱の前と後とのダイシェア強度を測定した結果である。
【００９１】
【表２】
2004214259.tif 000004
ここで、上記工程を繰り返して、７個の半導体装置１００を製造し、該半導体装置１００のダイシェア強度を測定した。
【００９２】
本接合前のダイシェア強度の平均値は、１５９ｇｆである。本接合後のダイシェア強度の平均値は、２４８ｇｆである。このことから、本接合の前後では、ダイシェア強度が平均して８９ｇｆ向上している。特に、本接合後のダイシェア強度の最大値は、２７９ｇｆである。
【００９３】
これより、パッケージ１０に撓みが生じることなく、半導体チップ３０と搭載部１１との固定を強固に行うことができる。図３は、半導体チップ３０を接触工具を用いて真横から剥離させた後の導電部１２を示す写真である。図３（ａ）は、（３）の工程の前のバンプを剥がしたときの導電部１２の写真である。一方、図３（ｂ）は、（３）の工程の後のバンプを剥がしたときの導電部１２の写真である。この図３（ｂ）に示すように、物理的力を加えることなく加熱のみにより本接合した後の方が、本接合する前よりも、ダイシェア強度が高い。このことからも、バンプ剥がれモードにおいて本接合のバンプ剥がれ状態の方が、仮接合のときよりも、金の拡散が進んでいることが実証された。
【００９４】
＜実施例４＞
実施例４は、実施例１と、ほぼ同様の工程により半導体装置を製造した。
【００９５】
（１）パッケージ１０の搭載部１１に、バンプ２１ｂを設ける。
【００９６】
（２）圧着ツール４０を用いて、搭載部１１に半導体チップ３０を仮接合する。
【００９７】
（３）半導体チップ３０が仮接合されたパッケージ１０を、所定の温度で加熱して半導体チップ３０を搭載部１１に固定する。
【００９８】
以上の工程により、半導体装置１００を製造する。実施例１と同じところは、説明を省略する。
【００９９】
（１）において、バンプシェア強度は、５０ｇｆ以下のものを使用する。
【０１００】
（３）において、加熱に要する所定の時間及び温度は、１４０〜１５０℃で、約１．５時間、加熱する。
【０１０１】
これにより、半導体装置１００が製造された。
【０１０２】
表３は、実施例４のダイシェア強度を測定した結果である。
【０１０３】
【表３】
2004214259.tif 000005
ここで、上記工程を繰り返して、６個の半導体装置１００を製造し、該半導体装置１００のダイシェア強度を測定した。
【０１０４】
本接合後のダイシェア強度の平均値は、２２０ｇｆである。特に、本接合後のダイシェア強度の最大値は、２５４ｇｆである。
【０１０５】
これより、半導体チップ３０と搭載部１１との固定を強固に行うことができる。また、実施例３よりも低い温度で本接合を行うため、熱に弱い半導体チップ３０を用いる場合に有用である。また、半導体装置１００の製造時間の短縮化を図ることもできる。
【０１０６】
＜実施例５＞
実施例５は、実施例１及び実施例４と、ほぼ同様の工程により半導体装置を製造した。
【０１０７】
（１）パッケージ１０の搭載部１１に、バンプ２１ｂを設ける。
【０１０８】
（２）圧着ツール４０を用いて、搭載部１１に半導体チップ３０を仮接合する。
【０１０９】
（３）半導体チップ３０が仮接合されたパッケージ１０を、所定の温度で加熱して半導体チップ３０を搭載部１１に固定する。
【０１１０】
以上の工程により、半導体装置１００を製造する。実施例１及び実施例４と同じところは、説明を省略する。
【０１１１】
（３）において、加熱に要する所定の時間及び温度は、１４０〜１５０℃で、約３時間、加熱する。実施例４及び実施例５は、同じリフロー工程を経ており、本接合の加熱時間のみ異なる。
【０１１２】
これにより、半導体装置１００が製造された。
【０１１３】
表４は、実施例５のダイシェア強度を測定した結果である。
【０１１４】
【表４】
2004214259.tif 000006
ここで、上記工程を繰り返して、６個の半導体装置１００を製造し、該半導体装置１００のダイシェア強度を測定した。
【０１１５】
本接合後のダイシェア強度の平均値は、２８３ｇｆである。特に、本接合後のダイシェア強度の最大値は、３３９ｇｆである。
【０１１６】
これより、パッケージ１０に撓みが生じることなく、半導体チップ３０と搭載部１１との固定を強固に行うことができる。また、実施例３よりも低い温度で本接合を行うため、熱に弱い半導体チップ３０を用いる場合に有用である。さらに、ダイシェア強度の極めて高い半導体装置１００を提供することができる。
【０１１７】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明は、半導体チップとパッケージ等とのバンプを介する接合を、極めて短時間に行える。また、該接合に要する物理的力を抑制することができるため、パッケージに加わる押圧力を分散でき、押圧力の伝達性を高めることができる。また、必要以上の物理的力を加えることがないため、樹脂などの柔らかい材質を用いたパッケージ等や、薄型化、又は、小型化されたパッケージ等を用いることができる。さらに、物理的力を必要以上に加えないため、超音波振動を用いることに伴う半導体チップの回転を抑制することができ、半導体チップとパッケージの搭載部との接合の際の位置ズレを防止することができる。この位置ズレを防止することにより、ダイシェア強度の向上を図ることができる。本発明は、以上のような技術的意義を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｅ）は、本発明に係る半導体装置の製造方法の工程説明図である。
【図２】バンプの形成方法を示す工程説明図である。
【図３】半導体チップを剥離させた後の導電部を示す写真である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、従来の半導体装置の製造方法の工程説明図である。
【図５】従来のバンプの形成方法を示す工程説明図である。
【図６】従来の半導体チップを搭載部に接合する際の工程説明図である。
【符号の説明】
１０    パッケージ
１１    搭載部
１２    導電部
１３    リードフレーム
２１    ワイヤ
２１ａ  ボール
２１ｂ  バンプ
２１ｃ  上面
２１ｄ  固着面
２２    キャピラリ
２３    ワイヤ
２３ａ  ボール
２３ｂ  半田バンプ
２３ｃ  残部
２３ｄ  固着面
３０    半導体チップ
３１    電極
４０    圧着ツール
５０    支持部
１００  半導体装置
２００  従来の半導体装置
【図１】
2004214259.tif 000007
【図２】
2004214259.tif 000008
【図３】
2004214259.tif 000009
【図４】
2004214259.tif 000010
【図５】
2004214259.tif 000011
【図６】
2004214259.tif 000012