(57)【要約】【課題】フリップチップ接合と樹脂封止とを一括して同時に行う工程において超音波振動を用いてチップに形成されたバンプを配線基板のパッドに電気的に接続するとともに前記チップと前記配線基板との間を樹脂封止する際に導通不良をなくして信頼性を向上させる。【解決手段】超音波振動を用いてチップ１に形成されたバンプ３もしくはパッドを配線基板１０のパッド４もしくはパッド上のバンプにフリップチップ接合すると共に、前記チップと前記配線基板との間に樹脂封止体６を形成する際にバンプ３を硬化前の低粘度領域にして樹脂封止用樹脂５に貫通させる。バンプを樹脂封止用樹脂から貫通させた後にパッドに接続することによりその接続性が十分に確保される。【選択図】                      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップと配線基板とをバンプ電極を介して電気的に接続するフリップチップ接合及び樹脂封止を一括して行う半導体装置の製造方法において、超音波振動により樹脂封止用樹脂の粘度を制御して前記バンプ電極を前記樹脂封止用樹脂に貫通させると共に、前記超音波振動を用いて前記バンプ電極を前記半導体チップもしくは前記配線基板の他のバンプ電極に、あるいは前記半導体チップの接続電極もしくは前記配線基板の接続電極のいずれかに電気的に接続することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
半導体チップと配線基板とをバンプ電極を介して電気的に接続するフリップチップ接合及び樹脂封止を一括して行う半導体装置の製造方法において、加熱処理により樹脂封止用樹脂の粘度を制御して前記バンプ電極を前記樹脂封止用樹脂に貫通させると共に、前記超音波振動を用いて前記バンプ電極を前記半導体チップもしくは前記配線基板の他のバンプ電極に、あるいは前記半導体チップの接続電極もしくは前記配線基板の接続電極のいずれかに電気的に接続することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記樹脂封止用樹脂の粘度は、０．００１Ｐａ・ｓ〜１００Ｐａ・ｓであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記超音波振動の強さは、１００Ｈｚ〜１００ｋＨｚであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記フリップチップ接合と前記樹脂封止とは２０℃から前記樹脂封止用樹脂の反応率が５０％になる温度の範囲内で実施されることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記半導体チップに形成されたバンプ電極のチップ表面からの高さ及び前記配線基板の接続電極の配線基板表面からの高さの和は、前記フリップチップ接合及び樹脂封止後の封止用樹脂の厚さより大きいことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記超音波振動は、前記配線基板側から印加することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記超音波振動は、前記半導体チップ側から印加することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記超音波振動は、前記配線基板側と前記半導体チップ側との両方から印加することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記配線基板側から加熱することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記半導体チップ側から加熱することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記配線基板側と前記半導体チップ側との両方から加熱することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記バンプ電極は、予め前記配線基板に形成されてい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１４】
前記バンプ電極は、予め前記半導体チップに形成されてい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１５】
前記バンプ電極は、予め前記配線基板及び半導体チップに形成されてい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。
【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（以下、チップという）を配線基板にフリップチップ接続するタイプの半導体装置において、フリップチップ接合と樹脂封止とを一括して行う半導体装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体装置の製造方法には次のような製造工程が知られている。
まず、シリコンなどのウェーハに、周知のプロセスにより半導体素子を形成する。次に、半導体素子を形成したウェーハの主表面にこの半導体素子に電気的に接続されたバンプ電極（以下、バンプという）を形成する。次に、ウェーハ主表面に表面保護用テープを貼り付けてから裏面研削を行ってウェーハを薄厚化する。その後、薄厚化されたウェーハの素子形成面（主表面）にダイシングテープを貼り付け、ダイヤモンドブレードやレーザブレード等により裏面側からダイシング（フルカットダイシング）してチップ化する。次に、各チップの裏面を吸着ツール（コレット）を用いてピックアップする。これと並行して配線基板に樹脂封止用樹脂を貼り付けた後（樹脂封止用樹脂は、予めチップに貼り付けておいても良い。）、この樹脂を貼り付けた配線基板にチップを貼り付けてフリップチップ接合及び樹脂封止を行って実装する。
【０００３】
従来、半導体チップを配線基板にフリップチップ接合すると共にチップと配線基板との間を樹脂封止したタイプの半導体装置においては、以上のような製造工程を利用する場合が多い。
このチップを配線基板にフリップチップ接合すると共にチップと配線基板との間を樹脂封止する工程の１つは、通常、配線基板の接続電極（以下、パッドもしくはパッド電極という）及びチップのパッドとをバンプを挟み加熱することによって両者を接続し、その後チップと配線基板間に樹脂を充填させて樹脂封止体を形成する。この場合、バンプは予めチップに取り付けられていても良い。あるいは配線基板に取り付けられていても良い。さらに、配線基板とチップの双方に取り付けられていても良い。この場合、それぞれに取り付けられたバンプが一体化されて１つのバンプになる。
【０００４】
さらに、工程を簡略化するために、フリップチップ接合前に樹脂封止用樹脂をチップと配線基板の間に介在させて置く方法がある。ペースト状あるいはフィルム状の樹脂を挟むように、チップ（あるいは配線基板）に取り付けたバンプと配線基板（あるいはチップ）のパッドとを対向させる。対向させるものはチップと配線基板のそれぞれに取り付けたバンプ同士を対向させる。そして、バンプとパッドあるいはバンプ同士を接触させて両者を加熱圧着させることにより、フリップチップ接合と樹脂封止を一括して行っていた。
さらに、確実に効率良くフリップチップ接合を行うために超音波振動による接合技術が導入された。従来の超音波振動を用いたフリップチップ接合技術では、配線基板は、ステージと呼ばれる加熱可能な固定治具へ吸着され、チップは、ツールと呼ばれる加圧及び超音波印加機構もしくは加熱を併用出来る機構を有する装置に吸着されて実装が行われる。この際、チップのパッド上に形成されたバンプと、配線基板の配線に接続されるように形成されたメッキバンプあるいはスタットバンプとを接合するために、チップの素子形成面と配線基板の配線及びパッド形成面とを対向させて、ツールからチップに超音波振動を印加しながら加重を加えている（特許文献１）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−４５９９４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のフリップチップ接合と樹脂封止を一括して行う工程では、高温でフリップチップ接合と樹脂封止を行うと、バンプが樹脂を貫通出来ず、バンプと配線基板上のパッドとの間に樹脂を挟んでしまって導通不良を起こしてしまう場合がある。図９は、従来のバンプとパッドとの接続状態を説明する写真図であり、パッドとバンプとの間には樹脂が挟まれてしまっている。また、チップ及び配線基板と樹脂封止体との間及び配線基板と樹脂封止体との間にボイドが発生して半導体装置の信頼性が損なわれる。
本発明は、このような事情によりなされたものであり、フリップチップ接合と樹脂封止を一括して行う工程において、導通不良のないフリップチップ接合と信頼性の高い樹脂封止が一括して同時に行うことができる半導体装置の製造方法を提供する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、フリップチップ接合と樹脂封止とを同時に行う半導体装置の製造方法において、バンプ接続の接続性を確保するためにバンプを樹脂から貫通させた後に、超音波振動を用いてチップ又は配線基板もしくは両方に形成されたバンプを配線基板又はチップのパッドに電気的に接続するとともにチップと配線基板との間を樹脂封止することを特徴としている。バンプが樹脂を貫通させてから接合を行うので接続不良が低減される。チップ−樹脂間及び配線基板−樹脂間のボイド発生を防いで信頼性不良が低減される。
すなわち、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体チップと配線基板とを少なくとも１つのバンプ電極を介して電気的に接続するフリップチップ接合及び樹脂封止を一括して同時に行う半導体装置の製造方法において、超音波振動により樹脂封止用樹脂の粘度を制御して前記バンプ電極を前記樹脂封止用樹脂に貫通させると共に、前記超音波振動を用いて前記バンプ電極を前記半導体チップもしくは前記配線基板の他のバンプ電極に、あるいは前記半導体チップの接続電極もしくは前記配線基板の接続電極のいずれかに電気的に接続することを特徴としている。
【０００８】
また、半導体チップと配線基板とを少なくとも１つのバンプ電極を介して電気的に接続するフリップチップ接合及び樹脂封止を一括して同時に行う半導体装置の製造方法において、加熱処理により樹脂封止用樹脂の粘度を制御して前記バンプ電極を前記樹脂封止用樹脂に貫通させると共に、前記超音波振動を用いて前記バンプ電極を前記半導体チップもしくは前記配線基板の他のバンプ電極に、あるいは前記半導体チップの接続電極もしくは前記配線基板の接続電極のいずれかに電気的に接続することを特徴としている。前記樹脂封止用樹脂の粘度は、０．００１Ｐａ・ｓ〜１００Ｐａ・ｓであるようにしても良い。前記超音波振動の強さは、１００Ｈｚ〜１００ｋＨｚであるようにしても良い。前記フリップチップ接合と前記樹脂封止とは２０℃から前記樹脂封止用樹脂の反応率が５０％になる温度の範囲内で実施されるようにしても良い。このように実施温度を低温から高温迄広い範囲にすることが出来るのは、樹脂粘度を調整することが可能であるからである。前記半導体チップに形成されたバンプ電極のチップ表面からの高さ及び前記配線基板の接続電極の配線基板表面からの高さの和は、前記フリップチップ接合及び樹脂封止後の封止用樹脂の厚さより大きくしても良い。
【０００９】
前記超音波振動は、前記配線基板側から、又は前記半導体チップ側から、もしくは前記配線基板側と前記半導体チップ側の両方から印加するようにしても良い。前記配線基板側から又は前記半導体チップ側からもしくは前記配線基板側と前記半導体チップ側の両方から加熱するようにしても良い。前記バンプ電極は、予め前記配線基板に、又は前記半導体チップに、もしくは前記配線基板及び半導体チップに形成されているようにしても良い。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して発明の実施の形態を説明する。
本発明の実施の形態では、超音波振動を用いて一括接続、樹脂封止を行う工程を温度１００℃の条件で実施する。樹脂封止用樹脂を軟化させて、バンプが樹脂封止用樹脂を完全に貫通させてから後にバンプと配線基板上に形成されたパッドとの接触を行って接合する。この接合温度及び樹脂封止温度を維持するために、樹脂封止用樹脂を十分に溶融させ、粘度が最も低下する温度を選定しておく。このようにしてバンプを樹脂封止用樹脂から貫通させることが出来る。
【００１１】
図５は、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂などからなる樹脂封止用樹脂の硬化前の樹脂粘度の温度依存性を示す特性図である。縦軸は、樹脂粘度（Ｐａ・ｓ）を表し、横軸は、樹脂温度（ＴＥＭＰ（℃））を表している。樹脂粘度の温度曲線Ａ〜Ｅは、超音波振動の周波数に依存し、それぞれ温度曲線Ａは、周波数１Ｈｚの場合、温度曲線Ｂは、１０Ｈｚの場合、温度曲線Ｃは、５０Ｈｚの場合、温度曲線Ｄは、７９Ｈｚの場合、温度曲線Ｅは、０．１Ｈｚの場合である。図に示される様に、樹脂の硬化前の樹脂粘度は、温度によって変化し、１６０〜１８０℃の範囲で示される硬化開始の温度領域（硬化開始領域）以上の温度領域では急速に硬化していく（粘度が高くなる）。硬化開始領域の直前の温度はそれより低温の領域より粘度が低くなっている。この領域は低粘度領域という。本発明は、この低粘度領域で行われるのが好ましいが、この領域に限定する必要はない。超音波振動によっても粘度は変化するからである。温度曲線Ａ〜Ｅに示す様に、周波数が高くなると樹脂粘度は低下する。したがって、超音波振動の周波数を制御することによって樹脂粘度を調整することが出来る。
【００１２】
図６は、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂などからなる樹脂封止用樹脂の硬化前の樹脂粘度の超音波振動の周波数依存性を示す特性図である。縦軸は、樹脂粘度（Ｐａ・ｓ）を表し、横軸は、超音波振動の周波数（ＵＳ（Ｈｚ））を表している。特性線ａは、処理温度１２０℃における樹脂粘度−周波数特性線であり、特性線ｂは、処理温度１００℃（以下の実施例で実施される温度である）における樹脂粘度−周波数特性線である。また、ペーストが示す粘度は、チップを配線基板にフリップチップ接合した場合の両者間の樹脂封止体をペーストを用いて形成する場合のペースト粘度であり、アンダーフィルが示す粘度は、フリップチップ接合したチップと配線基板との間に樹脂を流し込む時の樹脂粘度である。図に示すように、超音波振動の周波数によってほぼ直線的に粘度は変化している。ペーストによる形成時の樹脂粘度やアンダーフィル形成時の樹脂粘度以下であれば本発明の半導体装置の製造方法を実施し得るものであるから、本発明の超音波振動の周波数範囲は、１００Ｈｚ〜１００ｋＨｚが適当である。この範囲であれば樹脂封止用樹脂の樹脂粘度を本発明を実施するに最適な値に調整することが可能になる。１００Ｈｚより小さい値で本発明を実施しても所定の樹脂粘度を得ることが少ない。実施温度を４０℃や７０温度など比較的低い温度にすると樹脂粘度はさらに高くなる。以下の実施例では約２０〜３０ｋＨｚの範囲（ＵＳ−ＦＣゾーン）で実施している。
【００１３】
次に、図１乃至図４及び図７を参照して第１の実施の形態を説明する。
図１は、チップと配線基板の断面図、図２乃至図４は、配線基板に樹脂を貼り付けた後、フリップチップを行う工程を説明する断面図、図７は、この実施例によるバンプとパッドとの接続状態を説明する写真図である。
フリップチップ型半導体装置は、外部接続端子を備えたプリント基板などの配線基板と、この配線基板にフリップチップ接続された半導体チップと、半導体チップ／配線基板間に充填された樹脂封止体から構成されている。半導体素子もしくは集積回路が作り込まれたチップ１は、シリコンなどの半導体ウェーハをダイシングして得られ、半導体素子や集積回路の層間絶縁などにはシリコン酸化膜やシリコン窒化膜、ＬｏｗＫ膜といわれる低誘電率絶縁膜などの絶縁膜が用いられ、その上にはパッシベーション膜が形成されている。パッシベーション膜の間から端子となるはんだなどのバンプ３が露出している。バンプ３は、図示はしないが内部の半導体素子もしくは集積回路と電気的に接続されており、チップ１の表面に形成されたアルミニウムなどのパッド２の上に形成されている。
【００１４】
一方、チップ１を支持するプリント配線板などの配線基板１０には配線及び配線と電気的に接続されたアルミニウムなどのパッド４が形成されている。配線基板１０のチップ１を搭載する面にはパッド４が形成され、チップ１に形成されたバンプ３が接続されている。また、配線基板１０の他の面には図示しないパッドを介してバンプが取り付けられている。このバンプは、半導体装置の外部接続端子として用いられる。また、この配線基板１０のパッド４が形成された面には樹脂封止用樹脂５がペースト状あるいはフィルム状に形成されている。
次に、図２乃至図４を参照して、配線基板に樹脂を貼り付けた後、フリップチップを行う工程を説明する。
吸着面が多孔質材で形成されたステージ７にはチップ１の素子形成面とは反対側の裏面が吸着されて固定されている。チップ１の素子形成面にはパッド２とその上のバンプ３が形成されている。また、ツール８には、配線基板１０のパッド形成面とは反対側の裏面が吸着されている。このツール８には、加熱、加圧及び超音波振動印加機構が設けられている。配線基板１０の樹脂５に被覆されたパッド４は、チップ１のバンプ３に対向して配置されている。
【００１５】
次に、ステージ７とツール８とを位置合わせしてバンプ３とパッド４とを合わせる。そして、ツール８を下降させて配線基板１０をフェイスダウンする。この状態で、加圧及び超音波印加機構を用いて加圧しながら超音波振動を印加する。このとき、ツール８は、１００℃を維持する様にしておく（図２）。さらに、超音波振動を与え続けて樹脂封止用樹脂５を軟化させて、バンプ３が樹脂封止用樹脂５を完全に貫通させてから、バンプ３と配線基板１０上に形成されたパッド４との接触を行って接合する。この接合及び樹脂封止温度を維持するために、樹脂封止用樹脂５を十分に溶融させ、粘度が最も低下する温度を選定しておく。このようにしてバンプ３を樹脂封止用樹脂５から貫通させることが出来る（図３）。さらに、超音波振動を与え続けて配線基板１０のパッド４とバンプ３とを接合し、両者を電気的に接続するとともに、樹脂５を硬化させてチップ１と配線基板１０との間に樹脂封止体６を形成する。
【００１６】
以上のように、この実施の形態によれば、バンプにより樹脂を貫通させることが出来るので接続不良が低減される。図７に示す様に、バンプとパッドとの間には樹脂が介在しないので良好な接続が得られる。チップ−樹脂間及び配線基板−樹脂間のボイド発生を防ぎ、信頼性不良が低減される。また、低温での一括接続と封止ができるのでパッケージの反りが低減する。
なお、ステージ７は、必要に応じて加熱機構又は超音波振動印加機構の少なくとも一方を設けても良い。この様に構成することにより、配線基板とチップの両方に超音波振動を与えながらフリップチップ接合を行うことが出来る。また、この実施例ではバンプをチップ上のパッドに形成しているが、本発明においては、配線基板のパッドに形成しても良く、また、チップと配線基板の両方に形成しても良い。
【００１７】
次に、図８を参照して第２の実施の形態を説明する。
図８は、チップに樹脂を貼り付けた後、フリップチップを行う工程を説明する断面図である。吸着面が多孔質材で形成されたステージ２７には配線基板２０のパッド形成面とは反対側の裏面が吸着されて固定されている。配線基板２０のパッド形成面にはパッド２４が形成されている。また、ツール２８には、チップ１の素子形成面とは反対側の裏面が吸着されている。このツール２８には、加熱、加圧及び超音波振動印加機構が設けられている。配線基板２０のパッド２４は、チップ２１のパッド２２上のバンプ２３に対向して配置されている。
【００１８】
次に、ステージ２７とツール２８とを位置合わせしてバンプ２３とパッド２４とを合わせる。そして、ツール２８を下降させてチップ１をフェイスダウンする。この状態で、加圧及び超音波印加機構を用いて加圧しながら超音波振動を印加する。このとき、ツール２８は、１００℃を維持する様にしておく。さらに、超音波振動を与え続けて樹脂封止用樹脂２５を軟化させて、バンプ２３が樹脂封止用樹脂２５を完全に貫通させてから、バンプ２３と配線基板２０上に形成されたパッド４との接触を行って接合する。この接合及び樹脂封止温度を維持するために、樹脂封止用樹脂２５を十分に溶融させ、粘度が最も低下する温度を選定しておく（図５に示す低粘度領域が好ましい）。このようにしてバンプ２３を樹脂封止用樹脂２５から貫通させることが出来る。さらに、超音波振動を与え続けて配線基板２０上のパッド２４とチップ１上のバンプ２３とを接合し両者を電気的に接続するとともに、樹脂２５を硬化させてチップ２１と配線基板２０との間に樹脂封止体２６を形成する。
【００１９】
以上のように、この実施の形態によれば、バンプにより樹脂を貫通させることが出来るので接続不良が低減される。また、チップ−樹脂間及び配線基板−樹脂間のボイド発生を防ぎ、信頼性不良が低減される。また、低温での一括接続と封止ができるのでパッケージの反りが低減する。
【００２０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、バンプにより樹脂を貫通させることが出来るので接続不良が低減され、チップ−樹脂間及び配線基板−樹脂間のボイド発生を防いで信頼性不良が低減される。低温でフリップチップ接合と樹脂封止とを一括して実施することができるのでパッケージの反りを低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態のチップと配線基板の断面図。
【図２】本発明の一実施の形態において、配線基板に樹脂を貼り付けた後、フリップチップ接合を行う工程を説明する断面図。
【図３】本発明の一実施の形態において、配線基板に樹脂を貼り付けた後、フリップチップ接合を行う工程を説明する断面図。
【図４】本発明の一実施の形態において、配線基板に樹脂を貼り付けた後、フリップチップ接合を行う工程を説明する断面図。
【図５】本発明の一実施の形態において、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂などからなる樹脂封止用樹脂の硬化前における樹脂粘度の温度依存性を示す特性図。
【図６】本発明の一実施の形態において、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂などからなる樹脂封止用樹脂の硬化前における樹脂粘度の超音波振動の周波数依存性を示す特性図。
【図７】本発明の一実施の形態におけるバンプとパッドとの接続状態を説明する写真図。
【図８】本発明の一実施の形態のチップに樹脂を貼り付けた後、フリップチップを行う工程を説明する断面図。
【図９】従来のバンプとパッドとの接続状態を説明する写真図。
【符号の説明】
１、２１・・・チップ
２、４、２２、２４・・・パッド
３、２３・・・バンプ
５、２５・・・樹脂封止用樹脂
６、２６・・・樹脂封止体
７、２７・・・ステージ
８、２８・・・ツール
１０、２０・・・配線基板
【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】
2004335916.tif 000009
【図８】
2004335916.tif 000010
【図９】
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