(57)【要約】【課題】信頼性の高い半導体装置を効率よく製造する方法を提供する。【解決手段】半導体装置の製造方法は、レベリング処理のされていないボールバンプ２０が形成された半導体チップ１０を用意する工程と、表面に電気的接続部３２が形成された基板３０を用意する工程と、半導体チップ１０を基板３０に搭載して、ボールバンプ２０と電気的接続部３２とを接触させて電気的に接続する工程と、を含む。電気的接続部３２は、はんだ層３６を含む。半導体チップ１０を基板３０に搭載する工程では、ボールバンプ２０をはんだ層３６の融点よりも低い温度に加熱して電気的接続部３２に接触させた後に、ボールバンプ２０及び電気的接続部３２をはんだ層３６の融点よりも高い温度に加熱する。【選択図】図４
2007250999.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レベリング処理のされていないボールバンプが形成された半導体チップを用意する工程と、
表面に電気的接続部が形成された基板を用意する工程と、
前記半導体チップを前記基板に搭載して、前記ボールバンプと前記電気的接続部とを接触させて電気的に接続する工程と、
を含み、
前記電気的接続部は、はんだ層を含み、
前記半導体チップを前記基板に搭載する工程では、
前記ボールバンプを前記はんだ層の融点よりも低い温度に加熱して前記電気的接続部に接触させた後に、前記ボールバンプ及び前記電気的接続部を前記はんだ層の融点よりも高い温度に加熱する半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記半導体チップを前記基板に搭載する工程で、
前記ボールバンプ及び前記電気的接続部を前記はんだ層の融点よりも高い温度に加熱する前に、前記ボールバンプを前記電気的接続部に押し付けて変形させる半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の半導体装置の製造方法において、
前記はんだ層は、前記電気的接続部の最表層に形成されてなる半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記はんだ層は、スズを含む材料で形成されてなる半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記ボールバンプは、金で形成されてなる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、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ボールバンプと呼ばれるバンプが知られている。ボールバンプは、ワイヤの先端を溶融させてボール状にし、これを電極上に接合させて、ワイヤを引きちぎることで形成されるため、複数のバンプを同じ形状（高さ）に形成することが困難である。
【０００３】
ところで、バンプの形状（高さ）にばらつきがあると、配線基板などへの実装が困難になる。そのため、ボールバンプを形成する工程では、バンプの形状をそろえるために、通常、レベリングと呼ばれる処理が行われる。すなわち、レベリング工程を経ることによって、ボールバンプの高さを揃え、配線基板などへの実装が容易な形状に形成することができる。
【特許文献１】特開平３−２６３８９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、ボールバンプを形成する工程でレベリング処理が不要になれば、半導体装置の製造効率を高めることができる。
【０００５】
本発明の目的は、信頼性の高い半導体装置を効率よく製造する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）本発明に係る半導体装置の製造方法は、
レベリング処理のされていないボールバンプが形成された半導体チップを用意する工程と、
表面に電気的接続部が形成された基板を用意する工程と、
前記半導体チップを前記基板に搭載して、前記ボールバンプと前記電気的接続部とを接触させて電気的に接続する工程と、
を含み、
前記電気的接続部は、はんだ層を含み、
前記半導体チップを前記基板に搭載する工程では、
前記ボールバンプを前記はんだ層の融点よりも低い温度に加熱して前記電気的接続部に接触させた後に、前記ボールバンプ及び前記電気的接続部を前記はんだ層の融点よりも高い温度に加熱する。
【０００７】
本発明によると、レベリングのされていないボールバンプが形成された半導体チップを利用して、信頼性の高い半導体装置を製造することができる。そのため、本発明によると、信頼性の高い半導体装置を効率よく製造することができる。
【０００８】
（２）この半導体装置の製造方法において、
前記半導体チップを前記基板に搭載する工程で、
前記ボールバンプ及び前記電気的接続部を前記はんだ層の融点よりも高い温度に加熱する前に、前記ボールバンプを前記電気的接続部に押し付けて変形させてもよい。
【０００９】
（３）この半導体装置の製造方法において、
前記はんだ層は、前記電気的接続部の最表層に形成されていてもよい。
【００１０】
（４）この半導体装置の製造方法において、
前記はんだ層は、スズを含む材料で形成されていてもよい。
【００１１】
（５）この半導体装置の製造方法において、
前記ボールバンプは、金で形成されていてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を適用した実施の形態について図面を参照して説明する。ただし、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。また、本発明は、以下の内容を自由に組み合わせたものを含むものとする。
【００１３】
図１〜図７（Ｂ）は、本発明を適用した実施の形態に係る半導体装置の製造方法について説明するための図である。
【００１４】
本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、図１に示す、半導体チップ１０を用意することを含む。はじめに、半導体チップ１０の構成について説明する。
【００１５】
半導体チップ１０は、例えばシリコンチップであってもよい。半導体チップ１０は、集積回路１２を有する。集積回路１２の構成は特に限定されないが、例えば、トランジスタ等の能動素子や、抵抗、コイル、コンデンサ等の受動素子を含んでいてもよい。半導体チップ１０は、電極１４を有する。電極１４は、半導体チップ１０の内部と電気的に接続されていてもよい。電極１４は、集積回路１２と電気的に接続されていてもよい。あるいは、集積回路１２に電気的に接続されていない電極を含めて、電極１４と称してもよい。電極１４は、アルミニウム又は銅等で形成されたパッドであってもよい。さらに、半導体チップ１０は、図示しないパッシベーション膜を有してもよい。パッシベーション膜は、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、ポリイミド樹脂等で形成してもよい。パッシベーション膜は、電極１４の少なくとも中央領域を露出させるように形成されてなる。
【００１６】
半導体チップ１０は、さらに、ボールバンプ２０を有する。ボールバンプ２０は、レベリング処理がされていないボールバンプである。ボールバンプ２０は、電極１４上に形成されている。ボールバンプ２０は、電極１４と電気的に接続されている。ボールバンプ２０の材料は特に限定されるものではないが、例えば金（Ａｕ）であってもよい。
【００１７】
以下、図２（Ａ）〜図２（Ｃ）を参照して、半導体チップ１０（電極１４）にボールバンプ２０を形成する工程について説明する。
【００１８】
はじめに、図２（Ａ）に示すように、ワイヤ２２を用意し、その先端にボール２４を形成する。ボール２４は、例えば電気トーチや水素トーチによってワイヤ２２を溶解させることで形成することができる。なお、ワイヤ２２は、ツール２５によって保持されており、ボール２４は、ツール２５よりも外側（先端側）に形成する。ワイヤ２２の材料は特に限定されるものではない。ワイヤ２２は、例えば、金やはんだなどの導電材料で形成されていてもよい。そして、ワイヤ２２の材料が、ボールバンプ２０の材料になる。また、ワイヤ２２の径についても特に限定されるものではない。ただし、ボール２４（ボールバンプ２０）の大きさは、例えば、ワイヤ２２の径によって調整することができる。
【００１９】
そして、ボール２４が電極１４とオーバーラップするように、ツール２５の位置合わせを行い、図２（Ｂ）に示すように、ツール２５を電極１４に近接させて、ボール２４を電極１４に接触させる。このとき、ツール２５の先端によって、ボール２４を電極１４に押し付けてもよい。このとき、同時に、熱や超音波を印加してもよい。これにより、ボール２４と電極１４とを、物理的・電気的に接続することができる。
【００２０】
その後、図２（Ｃ）に示すように、ツール２５を閉じてワイヤ２２を保持し、ツール２２を上昇させる。これにより、ワイヤ２２が引きちぎられて、電極１４上にボールバンプ２０を形成することができる。
【００２１】
なお、これらの工程は、半導体チップに対して行ってもよく、半導体ウエハに対して行ってもよい。半導体ウエハに対してボールバンプ２０を形成する工程を行う場合には、半導体ウエハを個片に切り出す工程をさらに含む。これにより、レベリング処理のされていないボールバンプ２０が形成された半導体チップを用意することができる。
【００２２】
本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、図３に示す、表面に電気的接続部３２が形成された基板３０を用意することを含む。
【００２３】
基板３０の材料や構造は特に限定されず、既に公知となっているいずれかの基板を利用してもよい。基板３０は、フレキシブル基板であってもよく、リジッド基板であってもよい。あるいは、基板３０は、テープ基板であってもよい。基板３０は、積層型の基板であってもよく、あるいは、単層の基板であってもよい。また、基板３０の外形も特に限定されるものではない。
【００２４】
基板３０の表面には、電気的接続部３２が形成されてなる。なお、電気的接続部３２は、半導体チップ１０に形成されたボールバンプ２０との電気的な接続に利用される部分である。電気的接続部３２の構造や材料は、特に限定されず、既に公知となっているいずれかの配線を利用してもよい。電気的接続部３２は、例えば多層構造をなしていてもよい。このとき、電気的接続部３２は、コア部材３４にはんだ層３６が形成された構造をなしていてもよい。このとき、コア部材３４は、銅（Ｃｕ）、クローム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタンタングステン（Ｔｉ−Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケルバナジウム（ＮｉＶ）、タングステン（Ｗ）のうちのいずれかの材料で形成されていてもよい。なお、コア部材３４は、単層の金属層であってもよく、複数層の金属層であってもよい。また、はんだ層３６は、スズ（Ｓｎ）を含むはんだ層であってもよい。そして、はんだ層３６は、電気的接続部３２の最表層を構成していてもよい。なお、電気的接続部３２は、基板３０に形成された配線パターンの一部であってもよい。
【００２５】
本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、基板３０に半導体チップ１０を搭載することを含む。本工程で、ボールバンプ２０と電気的接続部３２とを接触させて電気的に接続する。以下、図４（Ａ）〜図５を参照して、基板３０に半導体チップ１０を搭載する工程について説明する。
【００２６】
はじめに、図４（Ａ）に示すように、半導体チップ１０を基板３０の上方に配置して、ボールバンプ２０（電極１４）と電気的接続部３２とが対向するように、半導体チップ１０と基板３０との位置合わせをする。半導体チップ１０は、例えば、図示しないボンディングツールによって保持してもよい。このとき、該ボンディングツールは、加熱機構を備えていてもよい。
【００２７】
そして、半導体チップ１０と基板３０とを近接させて、図４（Ｂ）に示すように、ボールバンプ２０と電気的接続部３２（はんだ層３６）とを接触させる。本工程は、ボールバンプ２０を、はんだ層３６の融点よりも低い温度に加熱した状態で行う。例えば、ボンディングツールに備わった加熱機構を制御することによって、ボールバンプ２０を加熱してもよい。
【００２８】
なお、本工程で、ボールバンプ２０を、コア部材３４に接触させてもよい。先に説明したように、本実施の形態では、ボールバンプ２０はレベリングされておらず、先端部が尖っている。そのため、ボールバンプ２０の先端ではんだ層３６を貫通することができ、ボールバンプ２０とコア部材３４とを容易に接触させることができる。
【００２９】
本実施の形態では、半導体チップ１０と基板３０とをさらに近接させて、図４（Ｃ）に示すように、ボールバンプ２０を電気的接続部３２（コア部材３４）に押し付けて変形させてもよい。なお、本工程は、ボールバンプ２０が、はんだ層３６の材料の融点よりも低い温度に加熱された状態で行う。そのため、本工程で、はんだ層３６が溶融することを防止することができる。
【００３０】
なお、これらの工程は、半導体チップ１０及び基板３０の少なくとも一方に超音波振動を印加しながら行ってもよい。
【００３１】
そして、ボールバンプ２０及び電気的接続部３２を、はんだ層３６の融点よりも高い温度まで加熱する。例えば、ボンディングツールの温度を高くすることで、ボールバンプ２０及び電気的接続部３２の温度を高めることができる。これにより、はんだ層３６が溶融し、ボールバンプ２０及びはんだ層３６によって合金（共晶合金）が生成され、図５に示すように、合金層３８が形成される。すなわち、本工程では、ボールバンプ２０及びはんだ層３６を、共晶合金が生成される温度よりも高い温度まで加熱してもよい。また、本工程についても、半導体チップ１０及び基板３０の少なくとも一方に超音波振動を印加しながら行ってもよい。
【００３２】
以上の工程によって、あるいは、半導体チップ１０と基板３０との間に図示しない樹脂層を形成する工程や、検査工程などをさらに経て、半導体装置を製造してもよい。以上に示した製造方法によると、ボールバンプ２０（電極１４）と電気的接続部３２（コア部材３４）との電気的な接続信頼性が高く、かつ、外力に対する信頼性の高い半導体装置を効率よく製造することができる。以下、その効果について説明する。
【００３３】
先に説明した通り、ボールバンプ２０は、ワイヤ２２を切断することによって形成される。そのため、複数のボールバンプ２０を均一な形状に形成することが困難であり、例えば図６（Ａ）に示すように、先端がだれたボールバンプ４０が形成されることがある。このボールバンプ４０と電気的接続部３２とを接近させると、図６（Ｂ）に示すように、ボールバンプ４０は、はじめに、電気的接続部３２の中心からずれた位置に接触する。このとき、ボールバンプ４０がはんだ層３６の融点よりも高い温度に加熱されていれば、はんだ層３６とボールバンプ４０との接点からはんだ層３６の溶解が始まり、溶解したはんだが、はんだ層３６とボールバンプ４０との接点を中心に分布する。そして、はんだ層３６とボールバンプ４０との間で共晶合金が生成されれば、図６（Ｃ）に示すように、電気的接続部３２（コア部材３４）の中心からずれた位置に、共晶合金層４２が形成される（共晶合金４２が偏析する）。そのため、ボールバンプ４０と電気的接続部３２とを均一に囲むように共晶合金層４２を形成することが困難になり、ボールバンプ４０と電気的接続部３２（コア部材３４）との物理的・電気的な接続信頼性を確保することが難しくなる。
【００３４】
これを防止するために、ボールバンプには、レベリングと呼ばれる処理が施されることが一般的である。レベリング処理によって、複数のボールバンプの形状（高さ）をそろえるとともに、その先端が平坦面になり、先端を電気的接続部３２の中心に接触させやすくなる。そのため、溶融したはんだが一部の場所に集中することを防止することができ、バンプと電気的接続部３２との接合状態を確保することが可能になる。
【００３５】
しかし、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法によると、ボールバンプ２０に対してレベリング処理を行わずに、半導体チップ１０を基板３０に搭載する工程を行う。ただし、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法では、ボールバンプ２０をはんだ層３６の融点よりも低い温度で加熱して、電気的接続部３２（はんだ層３６）に接触させる。そのため、ボールバンプ２０が接触した直後に、はんだ層３６が溶融することを防止することができる。すなわち、図７（Ａ）に示すように、はんだ層３６を溶融させることなく、ボールバンプ４０を変形させることができる。
【００３６】
そして、ボールバンプ４０が変形した後にはんだ層３６を溶融させれば、図７（Ｂ）に示すように、ボールバンプ４０及びコア部材３４を均一に囲むように共晶合金層４４を形成することができる。すなわち、共晶合金層の偏析を防止することができる。そのため、ボールバンプ２０（電極１４）と電気的接続部３０（コア部材３４）とが、物理的・電気的に強固に接合された、信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
【００３７】
また、この方法によると、ボールバンプ２０毎に高さが不均一な場合でも、すべてのボールバンプ２０が電気的接続部３２に接触してから、はんだ層３６を溶融させることができる。そのため、ボールバンプ毎に接合強度のばらつきが発生することを防止することができる。
【００３８】
さらに、この方法によると、先端が尖ったボールバンプ２０を利用することができる。そのため、電気的接続部３２（はんだ層３６）の表面に酸化膜が形成されていた場合でも、ボールバンプ２０によってこれを突き破ることができる。そのため、はんだ層３６の新生面とボールバンプ２０とを接触させることができ、はんだ層３６とボールバンプ２０とのぬれ性を高めることができる。そのため、はんだ層３６とボールバンプ２０との間で安定して共晶合金を生成することが可能になり、信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
【００３９】
以上のことから、本発明によると、レベリング処理が行われていないボールバンプ２０を利用した場合でも（複数のボールバンプ２０の形状が不均一な場合でも）、すべてのボールバンプ２０（電極１４）と電気的接続部３２（コア部材３４）とが物理的・電気的に強固に接合された、信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
【００４０】
特に、ボールバンプ２０及び電気的接続部３２をはんだ層３６の融点よりも高い温度に加熱する前に、ボールバンプ２０を電気的接続部３２に押し付けて変形させる場合には、さらに信頼性の高い半導体装置を製造することが可能になる。
【００４１】
また、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法によると、ボールバンプ２０に対してレベリング処理が不要になる。そのため、信頼性の高い半導体装置を効率よく製造することができる。
【００４２】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。
【図２】本発明に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。
【図３】本発明に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。
【図４】本発明に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。
【図５】本発明に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。
【図６】従来例に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。
【図７】本発明に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０…半導体チップ、  １２…集積回路、  １４…電極、  ２０…ボールバンプ、  ２２…ワイヤ、  ２４…ボール、  ２５…ツール、  ３０…基板、  ３２…電気的接続部、  ３４…コア部材、  ３６…はんだ層、  ３８…合金層、  ４０…ボールバンプ、  ４２…共晶合金層、  ４４…共晶合金層
【図１】
2007250999.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2007250999.tif 000007
【図６】
2007250999.tif 000008
【図７】
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