(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子の製造方法であって：
主面および裏面を有するウエハ（１１）を用意する段階（１０）；
前記ウエハの主面上の所定領域に１００μｍ以上の高さを有する複数のバンプ（２１）を形成する段階（２０）；
前記ウエハの主面上であって前記複数のバンプ間に、前記各バンプの融点以下で可塑化する熱可塑性樹脂（３１）を塗布する段階であって、前記熱可塑性樹脂を前記各バンプの頂部が４０μｍ以下露出するように塗布する段階（３０）；
前記ウエハの厚みが３５０μｍ未満となるように前記ウエハの裏面を研削する段階（５０）；
前記ウエハを小片化してチップ（７１）を形成する段階（７０）；
基板（８１）を用意する段階；および
前記チップを前記基板の所定の位置に配置し、前記チップ、前記複数のバンプおよび前記基板を前記熱可塑性樹脂で封止する段階（８０）；
から構成されることを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項２】
前記複数のバンプ間に熱可塑性樹脂を塗布する段階（３０）は、
前記熱可塑性樹脂を加熱する段階；
前記熱可塑性樹脂を前記ウエハの主面上に滴下する段階；および
前記ウエハを高温で保持する段階；
を含むことを特徴とする請求項１記載の半導体素子の製造方法。
【請求項３】
前記チップ，前記複数のバンプおよび前記基板を前記熱可塑性樹脂で封止する段階（８０）は、前記チップ，前記複数のバンプおよび前記基板を加熱することを含むことを特徴とする請求項１または２記載の半導体素子の製造方法。
【請求項４】
前記複数のバンプ（２１）を形成する段階（２０）は、１２０μｍ〜１３０μｍの高さの複数のバンプを形成することを含むことを特徴とする請求項１ないし３の何れか１項に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項５】
前記熱可塑性樹脂は１８３℃以下で可塑化することを含むことを特徴とする請求項１ないし４の何れか１項に記載の半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は一般に半導体素子の製造方法に関し、さらに詳細にはフリップチップ接合からなる半導体素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、プロセス技術の発展に伴い、半導体素子の性能が著しく向上しており、その性能を十二分に生かすインターコネクトの技術として、ワイヤー・ボンディング技術に代わり、フリップ・チップ接合技術が応用される機会が増加している。フリップ・チップ接合とは、チップの能動素子面（主面）を基板に向けて接続する方式をいう。
【０００３】
通常、最初にウエハの主面上に半田バンプを形成する。次に、ウエハの裏面をバックグラインド（裏面研削）する。次に、ダイシングしてウエハを小片（チップ）化する。チップを裏返して基板の位置に合わせた後、半田を溶かして電気的接続を得た後、最後に熱硬化性樹脂でチップを封止する。
【０００４】
バンプはチップの周囲だけでなく、チップの任意の位置に配置できるため、例えば１００×１００マトリックスとした場合は１万個のＩ／Ｏ数が取れる。また、小型携帯情報電子機器やＩＣカード等の分野においては、実装面積の小型化に加え、実装容積の低減が要求され、チップ自体の薄型化の必要がある。
【０００５】
チップの薄型化のためにウエハのバックグラインドが重要な工程となる。従来、ウェハのバックグラインドは、薄い接着層とベースフィルムの二層または三層構造のテープを用いて、ウエハの補強とウエハの主面を保護し実施されていた。
また、電解の金バンプのように１５〜３０μｍの高さのバンプを有するウエハではバンプ形成後に通常の２層または３層構造のテープを用いてバックグラインドを行っていた。
【０００６】
【解決すべき課題】
３０〜４０μｍまでの高さの半田バンプを有するウエハでは、従来の方法でバックグラインドが可能であるが、１００μｍ程度の高さのバンプを有するウエハのバックグラインドでは、バンプのダメージ、厚みおよび厚みむらの制御が困難であった。
【０００７】
一方、チップと基板とのストレスを緩和するため高いバンプを用いるのが有利である。また、封止用の樹脂の注入の容易性を向上するためにも、高いバンプを用いる必要性が増大している。そこで、４０μｍ以上の高いバンプを有するウエハを均一にかつウエハを損傷することなく、所定の厚みにバックグラインドすることは重要な課題である。
【０００８】
また、高いバンプを有する大口径のウエハを薄い接着層とベースフィルムからなる多層構造のテープを用いてバックグラインドすると、ウエハの厚みむら、厚み制御性の低下、バンプの損傷が生じるという問題点があった。
【０００９】
このバンプ損傷の問題点を回避するため、バックグラインド後にバンプを形成する方法があるが、ウエハのハンドリングを考慮すると最終的な厚みに限界があり、この方法ではチップ自体の薄型化を図れないという問題点があった。
【００１０】
したがって、本発明の一目的は、高さが４０μｍ以上、特に１００μｍ以上のバンプを有するウエハを均一にかつウエハへの損傷がなく、目的の厚みにバックグラインドが可能な半導体素子の製造方法を提供することである。
【００１１】
さらに本発明の一目的は、ボンディング工程においてチップをアライメントし、リフローするだけで、樹脂封止されたフリップチップ接合を容易に形成する半導体素子の製造方法を提供することである。
【００１２】
さらに本発明の一目的は、大口径のウエハにおいても上記目的が達成可能な半導体素子の製造方法を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記のおよびその他の目的は、半導体素子の製造方法であって、主面および裏面を有するウエハ（１１）を用意する段階、ウエハの主面上の所定領域に１００μｍ以上の高さを有する複数のバンプ（２１）を形成する段階（２０）、ウエハの主面上であって複数のバンプ間に、各バンプの融点以下で可塑化する熱可塑性樹脂（３１）を塗布する段階であって、熱可塑性樹脂をバンプの頂部が４０μｍ以下露出するように塗布する段階（３０）、ウエハの厚みが３５０μｍ未満となるようにウエハの裏面を研削する段階（５０）、ウエハを小片化してチップ（７１）を形成する段階（７０）、基板（８１）を用意する段階およびチップを基板の所定の位置に配置し、チップ、複数のバンプおよび基板を熱可塑性樹脂で封止する段階（８０）から構成されることを特徴とする半導体素子の製造方法によって実現される。
【００１４】
【実施例】
図１は、本願の一実施例による、ウエハ１１の断面図を示す。ウエハ１１はチップの能動素子面（主面）と裏面を有する。ウエハの口径は問わないが、大口径（８インチ以上のウエハ）であっても本願は適用可能である。
【００１５】
図２は、図１の段階１０のウエハ１１の主面上にバンプ２１を形成した段階２０を示す断面図である。バンプの数は説明の簡略化のために数個とするが、その数に限定はない。バンプの高さは４０μｍ以上、さらには１００μｍ以上が好適である。バンプの高さは、ストレスの緩和、ウエハの信頼性、樹脂注入の容易性のためには高い程よいが、チップの薄型化、バンプの数が制限されることを考慮すると１２０〜１３０μｍが最も好適である。バンプの材質は、一般的にはＰｂ／Ｓｎ系半田であるが、Ａｕ，Ｎｉ，Ｃｕなどをコアとすることも可能であり限定するものではない。さらにはＳｎ／Ａｇ，Ｓｎ／Ｂｉ等の鉛フリーの半田にも適用可能である。半田バンプの接続方法はＣ４（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｃｏｌｌａｐｓｅ  Ｃｈｉｐ  Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）あるいはＣＣＢ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｃｏｌｌａｐｓｅ  Ｂｏｎｄｉｎｇ）と呼ばれる方法が用いられるが、本願を限定するものではない。バンプの構造も本願では特に限定されない。  図３は、図２の段階２０の基板の主面上のバンプ間に樹脂３１を塗布した段階３０を示す断面図である。樹脂の塗布は、共晶Ｐｂ／Ｓｎ半田を用いる場合には、段階２０の基板の主面上に１８３℃以下、好適には１５０℃程度で可塑化する熱可塑性の樹脂をバンプの頭が４０μｍ以下程度露出するように塗布する。塗布は、樹脂に十分な流動性を持たせるため、熱可塑性樹脂をその溶融温度である２４０℃〜２５０℃まで加熱し、基板の主面上に滴下することにより行う。このときバンプが溶けないように基板をバンプの融点（１８３℃）未満に保持することが望ましい。次に熱可塑性樹脂をその可塑化温度以上であってバンプの融点未満（１５０℃〜１８３℃）の高温で暫く放置する。このように温度を制御し、高温で放置することにより、熱可塑性樹脂がバンプ上に被膜することなく基板の主面上に均一に塗布することが可能である。
熱可塑性樹脂とは、加熱によって軟化成型した後、その外力を取り去ってもその外形を保持している樹脂をいう。一般に、線状あるいは分枝状の高分子からなる化学構造をもち、加熱により分子間化学反応を起こさせない樹脂である。本願において例えば、ポリエチレン，ポリスチレン，ポリ塩化ビニル，ポリアドミなどを用いることができる。この樹脂は、ウエハのハンドリングの際やバックグラインドの際の補強材として働くとともにフリップ接合の際には封止材として機能するものである。樹脂の可塑化温度の上限は、バンプの材質により変更可能であり、バンプの材質の融点以下であれば１８３℃に限定されない。バンプの頭の露出する高さは、後述のボンディング段階でチップと基板の接合に適した厚みであれば４０μｍに限定されるものではない。
【００１６】
図４は、図３の段階３０の樹脂３１およびバンプ２１上にテープ４１を貼った段階４０を示す断面図である。テープは従来と同じベースフルムと接着層からなるテープを使用することができる。表面保護，バンプの固定，テープの剥離の容易性のための特殊な多層テープを用いる必要はない。本願では、樹脂を段階３０において既に塗布してあるため樹脂が補強材として機能するため、テープはバックグラインドの際の表面を保護することを主目的として貼るものである。
【００１７】
図５は、図４の段階４０のウエハ１１の裏面をバックグラインドした段階５０を示す断面図である。段階２０でバンプを形成済みであり、さらに段階４０で、バンプは樹脂で十分に固定され、ウエハは補強されているため、所望の厚みまでウエハをバックグラインドすることが可能である。従来技術では高いバンプを形成した場合も、ウエハはテープのベースフィルム層で補強されるのみなので、ウエハの厚みのむら、厚みの制御性、バンプの損傷等の問題が発生し、３５０μｍの厚みですら、うまく制御してバックグラインドすることができなかった。一方、本願の一実施例では、８インチウエハにバンプ高が１３０μｍの半田バンプを形成した場合であっても、樹脂が補強材として働くため、バンプを損傷させることなく、均一の厚みで１００μｍ程度までバックグラインドすることが可能である。このように、高さの高いバンプを用いても、ウエハを従来より薄くバックグラインド可能なため、最終的には従来よりチップの薄型化を図ることができる。
【００１８】
図６は、図５の段階５０にテープを剥離した段階６０を示す断面図である。本願では従来のテープと同一のテープを用いても、バンプ間には樹脂を塗布してあるため、バンプを損傷することなく、テープを容易に剥離することが可能である。ただし、紫外線感光層を有するテープを用い、紫外線（ＵＶ）照射によりテープの剥離をさらに容易にすることも可能である。
【００１９】
図７は、図６の段階６０をダイシング（小片化）する段階７０を示す断面図およびそのダイシング後のチップ７１の拡大断面図である。ダイシングは、ウエハを個々のチップに分離する工程である。図７では、説明のため一方向のダイシングのみを示すが、Ｘ方向のダイシングが終了すると、ウエハを９０°回転し、Ｙ方向のダイシングを行い、個々のチップに分離する。チップ７１は、ウエハ１１に対し上下逆方向にして裏面を上向きにした状態を示す。
【００２０】
図８は、チップ７１を基板８１にフリップチップボンディングした段階９０を示す断面図である。ボンディング後、外部力や湿気、汚染物などの環境からチップを保護する。従来技術では、この段階においてチップ表面に熱硬化性樹脂を封止する。この熱硬化性樹脂は一般低粘度の液体であり、毛細管現象を利用してチップと基板の間に注入後、加熱して硬化させる。本願では、段階３０において熱可塑性樹脂を予め塗布してあり、この熱可塑性樹脂は工程中の補強材として働くほか、封止材として機能する。従って、この段階においてチップに熱硬化性樹脂で封止する必要はない。バンプの先端に半田ペーストを転写するか、基板上のフラックスをディスペンスした後、チップをアライメントし、リフローするだけで、樹脂封止されたフリップチップ接合が容易に形成される。さらに、本願では熱可塑性樹脂を用いるため、リフローの際、熱可塑性樹脂から露出したバンプの頭部のみならず熱可塑性樹脂自身も柔らかくなり、バンプにストレスをかけることなく樹脂封止が可能である。
【００２１】
【発明の効果】
本発明は、以下に記載されるような効果を奏する。
【００２２】
本発明は、高さが４０μｍ以上、特に１００μｍ以上のバンプを有するウエハを均一にかつウエハへの損傷がなく、目的の厚みにバックグラインドが可能な半導体素子の製造方法を提供することができる。
【００２３】
さらに本発明は、補強材と封止材を兼ねる熱可塑性樹脂を用いることにより、ボンディング工程においてチップをアライメントし、リフローするだけで、樹脂封止されたフリップチップ接合を容易に形成することが可能である。
【００２４】
さらに本発明は、大口径のウエハにおいても上記目的が達成可能である。
【００２５】
ここでは特定の実施例について本発明の構造を説明してきたが、当該技術分野に通じたものであれば本発明の構造を変形、変更することができるであろう。しかしながら、本発明の構造はここで開示された特定の実施例に限定されるものではない。例えば、マッシュルーム型，ストレートウォール型等のバンプの形状、熱可塑性樹脂の種類についても特定を意図するものではない。さらにソルダレジスト層やその他の保護層の形成の段階等の説明は、説明の簡略化のために省略しているが、本願を限定する意図ではない。そのような記載のないフリップチップボンディングの製造工程は通常の方法により行うものとする。そのような変形、変更されたものも本発明の技術思想の範疇であり、特許請求の範囲に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願の一実施例による、ウエハ１１の断面図を示す。
【図２】図１の段階１０のウエハ１１の主面上にバンプ２１を形成した段階２０を示す断面図である。
【図３】図２の段階２０の基板の主面上のバンプ間に樹脂３１を塗布した段階３０を示す断面図である。
【図４】図３の段階３０のソルダレジスト層上にテープ４１を貼った段階４０を示す断面図である。
【図５】図４の段階４０のウエハ１１の裏面をバックグラインドした段階５０を示す断面図である。
【図６】図５の段階５０にテープを剥離した段階６０を示す断面図である。
【図７】図６の段階６０をダイシング（小片化）する段階７０を示す断面図およびそのダイシング後のチップ７１の拡大図である。
【図８】チップ７１を基板８１にフリップチップボンディングした段階８０を示す断面図である。
【符号の説明】
１１  ウエハ
２１  バンプ
３１  熱可塑性樹脂
４１  テープ
７１  チップ
８１  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】
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【図８】
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