(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体チップのフリップチップ実装法において、封止樹脂にボイドの発生させない半導体搭載用基板および半導体装置を提供する。【解決手段】バンプ１１１が形成された半導体チップ１１０を、封止樹脂１３０を介してフリップチップ実装するための半導体搭載用基板１２０であって、前記バンプ１１１に対応する位置にパッド１２２が形成されており、前記封止樹脂１３０と接する面にガスバリア膜１２１が形成されていることを特徴とする半導体搭載用基板１２０である。前記封止樹脂１３０と接する面のうち、前記パッド１１１が露出している部分以外にガスバリア膜１２１が形成されてなる。前記半導体搭載用基板１２０に、バンプ１１１が形成された半導体チップ１１０を、封止樹脂１３０を介してフリップチップ実装した半導体装置１００。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バンプが形成された半導体チップを、封止樹脂を介してフリップチップ実装するための半導体搭載用基板であって、前記バンプに対応する位置にパッドが形成されており、前記封止樹脂と接する面にガスバリア膜が形成されていることを特徴とする半導体搭載用基板。
【請求項２】
前記封止樹脂と接する面のうち、前記パッドが露出している部分以外にガスバリア膜が形成されてなる請求項１記載の半導体搭載用基板。
【請求項３】
前記封止樹脂と接する面が有機物および無機物から構成され、少なくとも有機物からなる面にはガスバリア膜が形成されてなる請求項１または２に記載の半導体搭載用基板。
【請求項４】
前記ガスバリア膜が、無機物からなる請求項１〜３のいずれかに記載の半導体搭載用基板。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の半導体搭載用基板に、バンプが形成された半導体チップを、封止樹脂を介してフリップチップ実装した半導体装置。
【請求項６】
前記バンプが、金または半田を含んでなる請求項５記載の半導体装置。
【請求項７】
前記封止樹脂が、表面清浄化機能を有してなる請求項５または６に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体搭載用基板および半導体装置に関するものである。更に詳しくは、半導体チップを、封止樹脂を介して、フリップチップ実装するための半導体搭載用基板、および、それに半導体チップを実装した半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体チップを半導体搭載用基板上に実装する方法として、フリップチップ実装法が注目されている。フリップチップ実装法とは、チップ電極に、半田パンプを設け、更に、半田バンプ上に、半田ボールを有する半導体チップを、フェースダウンにて、半導体搭載用基板の配線パターンの半田バンプ又は半田ランド上に、直接、半田接合する方法である。フリップチップ実装法による電極接合では、半田接合を適用したＣ４（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｃｏｌｌａｐｓｅ  Ｃｈｉｐ  Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）プロセスが代表的な工法として挙げられる。
【０００３】
Ｃ４プロセスによるフリップチップ実装では、半導体チップと半導体搭載用基板との半田接合部を、外部環境から遮断して保護するために、かつ、半導体チップと半導体搭載用基板の線膨張係数の差により発生する熱応力が、半田接合部に集中するのを防ぐために、半田接合部封止用の樹脂が、半導体チップと半導体搭載用基板の間隙に充填され、半田接合部を封止している。
【０００４】
フリップチップ実装用の封止樹脂を、半導体チップと半導体搭載用基板との間隙に充填する際に、Ｃ４プロセスで広く使用されている封止樹脂の充填方式は、キャピラリ・フロー法と圧縮フロー法とに大別される。最近では、生産性を向上させる充填方法として、圧縮フロー法が注目されている。圧縮フロー法による例としては、まず、熱硬化性樹脂にフラックス剤を含有させたフラックス剤含有樹脂を、フリップチップ実装用の封止樹脂として使用する。圧縮フロー法では、半導体チップを半導体搭載用基板上に搭載する前に、熱硬化性樹脂にフラックス剤を添加したフラックス剤含有樹脂を、半導体搭載用基板上に塗布する。次いで、半導体チップを半導体搭載用基板上に配置し、その際、半導体チップを押圧することにより、熱硬化性樹脂の塗布層を押し拡げる。次いで、半導体チップと半導体搭載用基板とを、リフロー炉に入れ、熱硬化性樹脂中のフラックス剤で、半田バンプ及び半田ボールの酸化皮膜を除去すると共に、半田をリフローさせて半田接合させる。同時に、半導体チップと半導体搭載用基板との間隙に充填された熱硬化性樹脂を硬化させる。これにより、半導体チップの半田バンプと半導体搭載用基板の半田バンプとが半田接合されて、半田接合部が形成されると共に、半導体チップと半導体搭載用基板都の間の間隙が封止樹脂で充填され、半田接合部が封止される（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
一方、他のフリップチップ実装法として、圧接工法と呼ばれる方法が注目されている。この工法の特徴は、半田、導電性樹脂等の接合材料を供給する必要がなく、半導体素子の電極と半導体搭載用基板上のパッドとを、半導体素子と半導体搭載用基板の間に充填する封止樹脂の収縮力により、機械的な接触のみで、電気的に接続させるものである。この工法では、まず、半導体搭載用基板上の半導体素子搭載部に、封止樹脂を供給し、この上に、半導体素子を搭載し、この状態で加熱・加圧して、封止樹脂を硬化させ、電極同士の接続を得ている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平４−２８０４４３号公報（第６頁、第１図、第２図）
【特許文献２】
特開９−０９７８１６号公報（第６頁、第１図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の工法においては、半導体チップを半導体搭載用基板に実装する際に、半導体搭載用基板の絶縁樹脂に含まれる吸湿による水分、絶縁樹脂に含まれる熱硬化性樹脂の未硬化成分、絶縁樹脂に含まれる加熱による樹脂の分解成分、あるいは、絶縁樹脂がシアネート樹脂を含む場合には、シアネート樹脂の加水分解成分が、封止樹脂に拡散してボイドになるという問題があった。このボイド発生現象は、封止樹脂が流動状態あるいは軟化状態となるときに、最も発生しやすいが、封止樹脂が封止・接着機能を発現するためには、封止樹脂が流動状態あるいは軟化状態にならざるを得ない。
【０００８】
本発明は、半導体チップのフリップチップ実装法における、このような現状の問題点に鑑み、封止樹脂にボイドの発生させない半導体搭載用基板および半導体装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、
１．  バンプが形成された半導体チップを、封止樹脂を介してフリップチップ実装するための半導体搭載用基板であって、前記バンプに対応する位置にパッドが形成されており、前記封止樹脂と接する面にガスバリア膜が形成されていることを特徴とする半導体搭載用基板、
２．  前記封止樹脂と接する面のうち、前記パッドが露出している部分以外にガスバリア膜が形成されてなる第１項記載の半導体搭載用基板、
３．  前記封止樹脂と接する面が有機物および無機物から構成され、少なくとも有機物からなる面にはガスバリア膜が形成されてなる第１項または第２項に記載の半導体搭載用基板、
４．  前記ガスバリア膜が、無機物からなる第１項〜第３項のいずれかに記載の半導体搭載用基板、
５．  第１項〜第４項のいずれかに記載の半導体搭載用基板に、バンプが形成された半導体チップを、封止樹脂を介してフリップチップ実装した半導体装置、
６．  前記バンプが、金または半田を含んでなる第５項記載の半導体装置、
７．  前記封止樹脂が、表面清浄化機能を有してなる第５項または第６項に記載の半導体装置、
を提供するものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
従来の実施形態（図示せず）においては、加熱する際に半導体搭載用基板の絶縁樹脂に含まれる吸湿による水分、熱硬化性樹脂の未硬化成分、樹脂の加熱による分解成分などが、流動状態あるいは軟化状態になる封止樹脂に拡散してボイドになることがあったが、本発明の実施形態（図１参照）においては、ガスバリア膜１２１によって、半導体搭載用基板に含まれるボイド発生成分の封止樹脂１３０への拡散が抑制されるためボイドは発生しない。
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について具体的に説明するが、本発明はこれによって何ら限定されるものではない。
【００１２】
図１は、本発明の実施形態である半導体装置の製造方法の一例を説明するための図で、図１（ｂ）は得られる半導体装置の構造を示す断面図である。また、図１（ａ）には本発明の半導体搭載用基板の構造を示す断面図も記載されている。
【００１３】
本発明に用いる半導体チップ１１０は、チップの電極上に、半導体搭載用基板のパッド１２２と電気的接続をするためのバンプ１１１が形成されたものである。前記バンプ１１１の材質は、パッド１２２に熱圧着することで、適度に変形して、パッド１２２に熱拡散しやすい金、または、パッド１２２と金属接合可能な半田を含むことが好ましい。金を含むバンプ１１１を形成する方法としては、電解めっきや無電解めっきによる方法の他に、ワイヤーボンダーを利用したスタッドバンプ方式などが挙げられる。半田の材質としては、パッド１１１と金属接合可能な金属であればどのようなものでもよいが、ＳｎやＩｎ、もしくはＳｎ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｐｄ、Ｓｂ、Ｐｂ、Ｉｎ、Ａｕの少なくとも二種からなる半田を使用することが好ましい。より好ましくは、環境に優しいＰｂフリー半田である。半田を含むバンプ１１１を形成する方法としては、電解めっきや無電解めっきによる方法の他に、蒸着による方法、半田ペーストを印刷してリフローする方法などが挙げられる。一方で、パッド１２２上に半田被膜または半田バンプが形成されている場合には、半導体チップ１１０に形成されたバンプ１１１の材質に関係なく、その半田被膜または半田バンプにより、半導体チップと半導体搭載用基板との電気的接続を得ることができる。
【００１４】
本発明の半導体搭載用基板１２０は、主として絶縁樹脂等の有機物からなる基材１２４上に、少なくとも前記半導体チップのバンプに相対する位置にパッド１２２が形成され、前記半導体チップを実装する際に用いる封止樹脂に接する面にはガスバリア膜１２１が形成されたものである。好ましくは、パッド１２２の必要箇所が露出するように、有機物であるソルダーレジスト１２３が形成されており、ソルダーレジスト１２３の表面にはガスバリア膜１２１が形成されたものである。さらに好ましくは、半導体搭載用基板１２０にはパッド１２２を含む導体回路が形成されているとともに、導体回路や絶縁樹脂層が多層構造を有するものであり、封止樹脂に接する面にはガスバリア膜１２１が形成されたものである。より具体的には、ガラスエポキシなどを基材とする銅張積層板を加工して得られるリジッド回路基板、そのようなリジッド回路基板をコア基板として両面あるいは片面にビルドアップ層を形成したビルドアップ基板、絶縁層と導体回路と層間を接続するための導体ポストを有する単層基板を複数枚積層して得られる多層回路基板、ポリイミドなどを基材とするフレキシブル材を加工して得られるフレキシブル回路基板などの各種回路基板を用いて、封止樹脂に接する面にガスバリア膜１２１を形成することで、本発明の半導体搭載用基板１２０を得ることができる。
【００１５】
ガスバリア膜１２１としては、ボイド発生成分の封止樹脂１３０への拡散抑制効果の高い無機物からなることが好ましい。より具体的には、珪素酸化物、ホウ素酸化物、りん酸化物、ナトリウム酸化物、カリウム酸化物、鉛酸化物、チタン酸化物、マグネシウム酸化物、バリウム酸化物などの無機物が挙げられる。また、ガスバリア膜１２１の形成方法としては、プラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤ、光ＣＶＤなどのＣＶＤ（化学的気相成長法）や、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティングなどのＰＶＤ（物理的気相成長法）のようなドライプロセスによるものだけでなく、スプレー、溶射法、ウエット・オン・ウエット法、液相析出法、ゾルゲル法などのウエットプロセスによる方法が挙げられる。
【００１６】
半導体搭載用基板１２０の封止樹脂と接する面の必要箇所にのみに、選択的にガスバリア膜１２１を形成する方法としては、（１）全面にガスバリア膜を形成して、レーザーにより不要箇所のガスバリア膜を除去する方法、（２）全面にガスバリア膜を形成して、その上に感光性レジストを形成して不要箇所のガスバリア膜をエッチングなどにより除去し、最後に感光性レジストを除去する方法、（３）薄膜の感光性レジストを形成しておき、その上に全面ガスバリア膜を形成した後に、感光性レジストを除去する方法、（４）メカニカルマスクを介して、ガスバリア膜を形成することで予め必要箇所にのみガスバリア膜を形成する方法などが挙げられる。
【００１７】
本発明に用いる封止樹脂１３０を構成する樹脂としては、一般的に、加熱工程における最高温度において、流動状態または軟化状態となる特性を有するものであり、常温での状態は任意でよく、流動状態とする以外にも、常温時にフィルム状にして、加熱時に軟化状態とするなどが挙げられる。
これら封止樹脂１３０に用いる樹脂としては、エポキシ、フェノール、ポリイミド、ポリアミドイミドなど、耐熱性と絶縁性が良好な樹脂を用いることができる。さらには、封止樹脂が、表面清浄化機能を有し、かつ、絶縁信頼性の高い樹脂（以下、金属接合樹脂と呼ぶ）であることが好ましい。表面清浄化機能としては、例えば、半田表面やパッド表面に存在する酸化膜の除去機能や、酸化膜の還元機能である。この表面清浄化機能により、半田と接続するための表面との濡れ性が十分に高まり、半田の濡れ拡がりの力により、金属接合部における金属接合樹脂が排除され、金属接合樹脂を用いた金属接合には、樹脂残りが発生しにくく、且つその電気的接続信頼性は高いものとなる。
【００１８】
金属接合樹脂としては、少なくとも１つ以上のフェノール性水酸基を有する樹脂（Ａ）と、その硬化剤として作用する樹脂（Ｂ）とを必須成分する接着剤や、エポキシ樹脂（Ｃ）と、イミダゾール環を有し且つエポキシ樹脂（Ｃ）の硬化剤として作用する化合物（Ｄ）とを必須成分とする接着剤が好ましい。
【００１９】
第１の好ましい金属接合樹脂において、フェノール性水酸基を有する樹脂（Ａ）の、フェノール性水酸基は、その表面清浄化機能により、半田および金属表面の酸化物などの汚れの除去あるいは、酸化物を還元し、金属接合のフラックスとして作用する。更に、その硬化剤として作用する樹脂（Ｂ）により、良好な硬化物を得ることができるため、金属接合後の洗浄除去が必要なく、高温、多湿雰囲気でも電気絶縁性を保持し、接合強度、信頼性の高い金属接合を可能とする。
【００２０】
本発明において第１の好ましい金属接合樹脂に用いる、少なくとも１つ以上のフェノール性水酸基を有する樹脂（Ａ）としては、フェノールノボラック樹脂、アルキルフェノールノボラック樹脂、レゾール樹脂、クレゾールノボラック樹脂および、ポリビニルフェノール樹脂から選ばれるのが好ましく、これらの１種以上を用いることができる。
【００２１】
また、硬化剤として作用する樹脂（Ｂ）としては、エポキシ樹脂やイソシアネート樹脂などが用いられる。具体的にはいずれも、ビスフェノール系、フェノールノボラック系、アルキルフェノールノボラック系、ビフェノール系、ナフトール系やレソルシノール系などのフェノールベースのものや、脂肪族、環状脂肪族や不飽和脂肪族などの骨格をベースとして変性されたエポキシ化合物やイソシアネート化合物が挙げられる。
【００２２】
フェノール性水酸基を有する樹脂（Ａ）は、接合強度と信頼性から、金属接合樹脂中に、２０ｗｔ％以上８０ｗｔ％以下で含まれることが好ましい。更に好ましい上限値は、６０ｗｔ％である。一方、硬化剤として作用する樹脂（Ｂ）は、金属接合樹脂中に、２０ｗｔ％以上８０ｗｔ％以下で含まれることが好ましい。また、金属接合樹脂に、着色料や、硬化触媒、無機充填材、各種のカップリング剤、溶媒などを添加しても良い。
【００２３】
第２の好ましい金属接合樹脂において、化合物（Ｄ）のイミダゾール環は、三級アミンの不対電子に起因する表面清浄化機能により、半田および金属表面の酸化物などの汚れの除去あるいは、酸化膜を還元し、金属接合のフラックスとして作用する。更に、イミダゾール環は、エポキシ樹脂（Ｃ）をアニオン重合する際の硬化剤としても作用するため、良好な硬化物を得ることができ、半田接合後の洗浄除去が必要なく、高温、多湿雰囲気でも電気絶縁性を保持し、接合強度、信頼性の高い金属接合を可能とする。化合物（Ｄ）の添加量は、金属接合の強度や信頼性から１ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下であることが好ましい。より好ましい上限値としては５ｗｔ％である。
【００２４】
イミダゾール環を有し且つエポキシ樹脂（Ｃ）の硬化剤として作用する化合物（Ｄ）としては、イミダゾール、２−メチルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール、１−ベンジル−２−メチルイミダゾール、２−ウンデシルイミダゾール、２−フェニル−４−メチルイミダゾール、ビス（２−エチル−４−メチル−イミダゾール）、２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾール、２−フェニル−４、５−ジヒドロキシメチルイミダゾール、１−シアノエチル−２−エチル−４−メチルイミダゾール、１−シアノエチル−２−メチルイミダゾール、１−シアノエチル−２−フェニルイミダゾール、あるいはトリアジン付加型イミダゾール等が挙げられる。また、これらをエポキシアダクト化したものや、マイクロカプセル化したものも使用できる。これらは単独で使用しても２種類以上を併用しても良い。
【００２５】
また、化合物（Ｄ）と組合わせて用いるエポキシ樹脂（Ｃ）としては、ビスフェノール系、フェノールノボラック系、アルキルフェノールノボラック系、ビフェノール系、ナフトール系やレソルシノール系などの、フェノールベースのエポキシ樹脂や、脂肪族、環状脂肪族や不飽和脂肪族などの骨格をベースとして変性されたエポキシ化合物が挙げられる。
【００２６】
エポキシ樹脂（Ｃ）の配合量は、金属接合樹脂全体の３０〜９９ｗｔ％が好ましい。３０ｗｔ％未満であると、十分な硬化物が得られなくなる恐れがある。エポキシ樹脂（Ｃ）とその硬化剤として作用する化合物（Ｄ）以外の成分としては、金属接合樹脂に用いる樹脂に、シアネート樹脂、アクリル酸樹脂、メタクリル酸樹脂、マレイミド樹脂等の熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂を配合しても良い。また、金属接合樹脂に、着色料や、硬化触媒、無機充填材、各種のカップリング剤、溶媒などを添加しても良い。
【００２７】
金属接合樹脂の調製方法は、例えば、固形のフェノール性水酸基を有する樹脂（Ａ）と固形の硬化剤として作用する樹脂（Ｂ）を溶媒に溶解して調製する方法、固形のフェノール性水酸基を有する樹脂（Ａ）を液状の硬化剤として作用する樹脂（Ｂ）に溶解して調製する方法、固形の硬化剤として作用する樹脂（Ｂ）を液状のフェノール性水酸基を有する樹脂（Ａ）に溶解して調製する方法、固形のエポキシ樹脂（Ｃ）を溶媒に溶解した溶液に、イミダゾール環を有し且つエポキシ樹脂（Ｃ）の硬化剤として作用する化合物（Ｄ）を分散もしくは溶解する方法、液状のエポキシ樹脂（Ｃ）にイミダゾール環を有し且つエポキシ樹脂（Ｃ）の硬化剤として作用する化合物（Ｄ）を分散もしくは溶解する方法等が挙げられる。
【００２８】
金属接合樹脂の調整に使用する溶媒としては、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、トルエン、メシチレン、キシレン、ヘキサン、イソブタノール、ｎ−ブタノール、１−メトキシ，２−プロパノールアセテート、ブチルセルソルブ、エチルセルソルブ、メチルセルソルブ、セルソルブアセテート、乳酸エチル、酢酸エチル、フタル酸ジメチル、フタル酸ジエチル、フタル酸ジブチル、ジエチレングリコール、安息香酸−ｎ−ブチル、Ｎ−メチルピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、γ−ブチルラクトン、アニソール等が挙げられる。好ましくは、沸点が２００℃以下の溶媒である。
【００２９】
本発明の半導体装置を製造する方法の例としては、まず、バンプ１１１に対応する位置にパッド１２２が形成された半導体搭載用基板１２０の上に封止樹脂１３０を適量供給し、バンプ１１１とパッド１２２の位置が合うように半導体チップ１１０を位置決めしておく（図１（ａ））。
【００３０】
前記封止樹脂１２０の供給方法としては、封止樹脂１３０が流動状態であれば、ディスペンサにより供給すればよい。封止樹脂１３０がフィルム状であれば、フィルムマウンターなどの加圧・加熱できる装置を用いて、貼り付ければよい。
【００３１】
続いて、半導体チップ１１０を半導体搭載用基板１２０に搭載し、加熱して、バンプ１１１とパッド１２２とを、溶融して、接続させて、半導体装置１００を得る（図１（ｂ））。加熱する温度は、封止樹脂１３０の特性や、バンプ１１１およびパッド１２２の材質などに応じて決めればよい。また、封止樹脂１３０を硬化させるために、さらに加熱工程を加えてもよい。さらには、必要に応じて加圧工程を加えても良い。
【００３２】
加熱する方法としては、半導体装置１００をリフロー炉に入れ、適切な温度プロファイルで処理する方法が挙げられる。特に、バンプ１１１が半田を含む場合には、最高加熱温度が半田の融点以上となるように、温度プロファイルを設定することが好ましい。また、パッド１２２上に半田被膜または半田バンプが形成されている場合には、その半田の融点以上となるような温度プロファイルにて加熱処理することで、半導体チップ１１０に形成されたバンプ１１１の材質に関係なく、その半田被膜または半田バンプにより、半導体チップと半導体搭載用基板との電気的接続を得ることができる。あるいは、フリップチップボンダーなどのように加熱・加圧機構を有する装置を用いて、適切な加熱・加圧条件にてプレスする方法が挙げられる。
【００３３】
図１においては、半導体搭載用基板１２０の表面に封止樹脂１３０を供給した例を示したが、場合によっては、半導体チップ１１０側に封止樹脂１３０を供給しても構わない。あるいは、封止樹脂１３０を単独のフィルム状にすることができるのであれば、半導体チップ１１０と半導体搭載用基板１２０の間にフィルム状の封止樹脂１３０を挟み込んでも構わない。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、封止樹脂を介して半導体搭載用基板に半導体チップを実装した半導体装置において、ガスバリア膜の効果により封止樹脂にボイドが発生することがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態である半導体装置の製造方法の一例を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１００：半導体装置
１１０：半導体チップ
１１１：バンプ
１２０：半導体搭載用基板
１２１：ガスバリア膜
１２２：パッド
１２３：ソルダーレジスト
１２４：基材
【図１】
2004296917.tif 000003