(57)【要約】【課題】半導体チップと配線基板とでフリップチップ接合を行う際に、アンダーフィル樹脂を加熱して硬化させる時に、配線基板が反ってしまうという問題があった。【解決手段】半導体チップ８に形成された導電パンプ７と、それに対応する配線基板５に形成された導電パッド９とを接続する接続工程と、配線基板５を真空吸着１上に真空吸着によって固定する固定工程と、半導体チップ８と、その下方の前記配線基板５との間にアンダーフィル樹脂７を注入する樹脂注入工程と、アンダーフィル樹脂７を加熱することにより硬化させる樹脂硬化工程と、を含む半導体装置の製造方法が提供される。【選択図】      図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の半導体チップに形成された導電パンプと、それに対応する配線基板に形成された導電パッドとを接続する接続工程と、
前記配線基板を矯正治具上に固定する固定工程と、
前記第１の半導体チップと、その下方の前記配線基板との間にアンダーフィル樹脂を注入する樹脂注入工程と、
前記アンダーフィル樹脂を加熱することにより硬化させる樹脂硬化工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記固定工程が、前記接続工程の前に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】
前記固定工程が、前記接続工程の後に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４】
前記固定工程が、真空吸着によって、真空吸着部を有する矯正治具上に前記配線基板を固定する工程であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記固定工程が、
前記矯正治具の上面に、粘着性のある樹脂を塗布する工程と、
前記粘着性のある樹脂上に、前記配線基板を固定する工程と、
を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記真空吸着部が、ポーラスな物質からなることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記真空吸着部が、複数の貫通孔を有する層からなることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記樹脂硬化工程の後に、第２の半導体チップまたはSiスペーサを積層する積層工程を有することを特徴とする、請求項１乃至７のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記積層工程の後に、前記第２の半導体チップに形成された導電パッドと、前記配線基板に形成された導電パッドとを、ボンディングワイヤーで接続するボンディングワイヤー接続工程を有することを特徴とする、請求項８に記載の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し、特に、半導体チップを半導体基板にフリップチップ接合する製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置は、トランジスタ、抵抗、コンデンサ等の多数の回路素子を形成した半導体チップを配線基板等に実装し、要求される回路動作や機能を果たすように、各回路素子間を結線して構成される。半導体チップ-配線基板間の結線方法としては金線によるワイヤーボンディング法、直接回路面を配線基板面に向けて接合するフリップチップ接合法等がある。
【０００３】
従来、フリップチップ接合を行う際に、半導体チップと配線基板間を接合した後に、アンダーフィル（以下、ＵＦと称する）樹脂を注入し、ＵＦ樹脂を加熱することによって硬化させて、固定していた。
【０００４】
以下に、図９乃至図１２を参照して、半導体チップと配線基板間を接合し、ＵＦ樹脂を注入し、固定する製造方法について述べる。
【０００５】
まず、図９に示すように、バンプ電極２７が形成された半導体チップ２８を、パッド電極２９を有する配線基板２５の上方にもってくる。次に、図１０に示すように、半導体チップ２８に形成されたバンプ電極２７と、配線基板２５に形成されたパッド電極２９を、既知の方法を用いて接合する。次に、図１１に示すように半導体チップ２８と配線基板２５との間に、ＵＦ樹脂２６を注入し、半導体チップ２８と配線基板２５との間の空間をＵＦ樹脂２６で充填する。その後、図１２に示すように、加熱ヒータ３０によって、ＵＦ樹脂２６を加熱し、硬化させて、固定させる。このようにして、フリップチップ接合を行っていた。
【０００６】
このようなフリップチップ接合の方法が、例えば、特許文献１（特開２０００−２８６２７６号公報）の段落番号０００２から０００４に記載されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−２８６２７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以下に、図１３および図１４を参照して、上述したフリップチップ接合を行うときの問題点について、以下に説明する。
【０００９】
ＵＦ樹脂２６を加熱する時に、半導体チップ２８を上面に積載している配線基板２５が、図１３に示すように、凸に反る場合があり、このときには、半導体チップ中央部における半導体チップ−配線間距離が狭くなる。逆に、半導体チップ２８を上面に積載している配線基板２５が、図１４に示すように、凹に反る場合もあり、このときには、半導体チップ中央部における半導体チップ−配線間距離が広くなる。どちらの場合にも、ＵＦ樹脂２６が硬化後もこの状態が維持される。
【００１０】
このような配線基板の反りが生ずる原因として、以下のことが考えられる。
半導体チップの熱膨張率が、３ｐｐｍ／℃であるのに対して、配線基板の熱膨張率は、１６ｐｐｍ／℃程度である。半導体チップと配線基板間を接合した後に、ＵＦ樹脂を注入し、これを硬化させるために加熱すると、半導体チップと配線基板の熱膨張差により反りが発生する。
【００１１】
配線基板の作製方法、構造、材料によっては、上述した加熱時の配線基板の反りが大きくなり、その後の組立プロセス、信頼性に大きな影響を与えるという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した課題を鑑みて、本発明によれば、半導体チップに形成された導電パンプと、それに対応する配線基板に形成された導電パッドとを接続する接続工程と、配線基板を矯正治具上に固定する固定工程と、前記第１の半導体チップと、その下方の前記配線基板との間にアンダーフィル樹脂を注入する樹脂注入工程と、アンダーフィル樹脂を加熱することにより硬化させる樹脂硬化工程と、を含む半導体装置の製造方法が提供される。
【００１３】
本発明によれば、配線基板を矯正治具上に固定してから、半導体チップとその下方の配線基板との間にアンダーフィル樹脂を注入し、アンダーフィル樹脂を加熱することにより硬化させることによって、加熱に起因する配線基板の反りを抑えることができ、それによって、以下に示す項目に起因して、後続の組立プロセス、信頼性に大きな影響を与えるようなことがなくなる。
【００１４】
１) 中央部の密着力弱化、剥離
半導体チップ中央部の半導体チップ−配線基板間が狭くなる場合に、半導体チップ中央部での密着力が弱くなり、剥離しやすくなってしまう。すなわち、半導体チップ-配線基板間が狭いということはそれだけＵＦが薄くなるということであり、例えば５ｕｍ以下の厚みとなると、後工程で行われる吸湿リフローに耐えるだけの十分な密着強度を確保できない。
【００１５】
２）気泡残留、フィラー偏析の発生
半導体チップ中央部の半導体チップ−配線基板間が狭くなる場合、中央部へのＵＦ樹脂注入性が低下し、ＵＦ樹脂の巻き込みが発生しやすく、また、ＵＦ樹脂に混入されたフィラー径よりも狭くなると、そこにフィラーが入らず、フィラーの偏析が発生する。
【００１６】
３) 正常なフィレット形成が困難
ＵＦ樹脂注入時からＵＦ樹脂キュア時への更なる加熱による基板反りによって、ギャップが狭くなる場合はＵＦ樹脂が溢れ、広くなる場合はＵＦ樹脂引きが発生する。
【００１７】
４）上層チップを積載する時のダイマウントが困難
半導体チップ−基板間のＵＦ樹脂が均一な厚みを確保できず、平面性が悪くなる。また、半導体チップ中央部の半導体チップ−配線基板間が狭くなる場合には気泡を巻き込みやすく、逆に広くなる場合は半導体チップの外周部が浮きやすく、その後のワイヤーボンディング性に影響がある。さらに、半導体チップの外周部が浮いた場合には、モールド封止時に封止樹脂が隙間に入り込むこともある。
【００１８】
５）モールド封止時のチップ上樹脂厚が不均一（チップ曲げ応力集中）
半導体チップ−基板間のＵＦ樹脂が均一な厚みを確保できず、半導体チップ中央部の半導体チップ−配線基板間が狭くなる場合はチップ中央部モールド封止樹脂厚が厚くなり、逆に広くなる場合はチップ中央部モールド封止樹脂厚が薄くなり、応力が偏る。
【００１９】
６）局所的な反りの発生
半導体チップ-基板間のＵＦ樹脂が均一な厚みを確保できず、局所的な反りが発生する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、加熱に起因する配線基板の反りを抑えることができ、それによって、後続の組立プロセス、信頼性に大きな影響を与えるようなことがなくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【第１の実施形態】
【００２２】
図１乃至図５は、本発明の第１の実施形態のフリップチップ接合方法を説明するための工程断面図である。
【００２３】
以下に、図１乃至図５を参照して、本発明の第１の実施形態のフリップチップ接合方法について説明する。
【００２４】
まず、図１に示すように、バンプ電極７が形成された半導体チップ８を、パッド電極９を有する配線基板５の上方にもってくる。なお、配線基板２５は実装基板との仲介の機能を有するインターポーザであってもよい。
【００２５】
次に、図２に示すように、半導体チップ８に形成されたバンプ電極７と、配線基板５に形成されたパッド電極９とを、既知の方法を用いて接合する。（接続工程）
【００２６】
さらに、図３に示すように、半導体チップ８を積載している配線基板５を、真空吸着治具１の上に載せ、配線基板５を面吸着して、真空吸着治具１上に固定する。この真空吸着治具１は、配線基板５と接する上面にポーラスな物質からなる層２（真空吸着部）が設けられた低膨張矯正治具４からなり、さらに、ポーラスな物質からなる層２の下には、真空ポンプに接続される真空引き用開口部３が形成されている。このような構成により、真空吸着治具１は、ポーラスな物質からなる層２に接している配線基板５を真空吸着することができる。（固定工程）
【００２７】
なお、配線基板５を面吸着して、真空吸着治具１上に固定する工程は、バンプ電極７と、パッド電極９とを接合する工程の前に行ってもよい。すなわち、図１に示す状態で、配線基板５を真空吸着治具１上に固定してもよい。また、層２は、所定の間隔で複数の貫通孔が形成されている層であってもよい。また、低膨張矯正治具４は、熱膨張係数が小さい物質からなることが好ましい。
【００２８】
その後、図４に示すように、配線基板５が真空吸着治具１の上に固定されている状態（すなわち、半導体チップ−配線基板間のギャップを均一に保った状態）で、半導体チップ８と配線基板５との間に、ＵＦ樹脂６を注入する。（樹脂注入工程）
【００２９】
次に、図５に示すように、配線基板５が真空吸着治具１の上に固定されている状態（すなわち、半導体チップ−配線基板間のギャップを均一に保った状態）で、加熱ヒータ１０の上に載せ、加熱ヒータ１０によってＵＦ樹脂６を加熱し、硬化させて、固定させる。（樹脂硬化工程）
【００３０】
その後は、さらに、上層の半導体チップまたはＳｉスペーサを積載することができる。積載された上層の半導体チップは、ワイヤーボンディング法等により前記配線基板と接続
し、最後にトランスファーモールド法等により前記半導体チップ等を封止し、半田ボール
等の外部端子を形成することにより、半導体装置をパッケージングすることができる。
【００３１】
上述したように、本実施形態では、ＵＦ樹脂６を加熱して硬化させるときに、配線基板５は、低膨張矯正治具４からなる真空吸着治具１の上に固定されているので、半導体チップ−配線基板間のギャップを均一に保つことができ、配線基板５の反りを効果的に抑えることができる。
【００３２】
なお、ＵＦ樹脂６を加熱する手段は、加熱ヒータに限定されるものではなく、ＵＦ樹脂６を加熱するできるものであればよい。
【００３３】
次に、本実施形態の効果について説明する。
【００３４】
本実施形態のフリップチップ接合方法によれば、ＵＦ樹脂６を加熱して硬化させる際に生じる配線基板５の反りを効果的に抑えることにより、以下の項目に示すような効果が得られる。
【００３５】
１）半導体チップ−配線基板間のＵＦ樹脂が均一な厚みを確保できるため、十分な密着
力を発揮できる
【００３６】
２）半導体チップ−配線基板間のギャップを均一にできるため、品種によってさまざまなＵＦ樹脂注入方法や、さまざまな基板設計（ＳＲ開口、配線パターン等）を選定することできる。
【００３７】
３）半導体チップ―配線基板間のギャップを均一にできるため、通常ならばＵＦ樹脂注入時からＵＦ樹脂硬化時への更なる加熱による基板反りによって、ギャップが狭くなる場合はＵＦ樹脂が溢れ、広くなる場合はＵＦ樹脂引きが発生するのを防ぐことができる。
【００３８】
４）半導体チップ-配線基板間のＵＦ樹脂が均一な厚みを確保できるため、平面性を向上させることができる。
【００３９】
５）半導体チップ-配線基板間のＵＦ樹脂が均一な厚みを確保できるため、配線基板に対し、平行にフリップチップ接合、チップ積層が可能になる。
【００４０】
６）半導体チップ-配線基板間のＵＦ樹脂が均一な厚みを確保できるため、局所的な反り等を防止することができる。
【第２の実施形態】
【００４１】
次に、図１乃至図２、および図６乃至図８を参照して、本発明の第２の実施形態のフリップチップ接合方法について説明する。本実施形態のフリップチップ接合方法は、第１の実施形態と比較して、配線基板の矯正治具への固定方法が異なっている。
【００４２】
図６乃至図８は、本実施形態のフリップチップ接合方法を説明するための工程断面図である。
【００４３】
まず、第１の実施形態と同様にして、図１および図２に示すように、半導体チップ８に形成されたバンプ電極７と、配線基板５に形成されたパッド電極９とを接合する。（接続工程）
【００４４】
次に、図６に示すように、半導体チップ８を積載している配線基板５を、粘着性のある樹脂１１を塗布した低膨張矯正治具４’に貼り付けることによって、配線基板５を低膨張矯正治具４’に固定する。（固定工程）
【００４５】
なお、配線基板５を粘着性のある樹脂１１を介して低膨張矯正治具４’上に固定する工程は、バンプ電極７と、パッド電極９とを接合する工程の前に行ってもよい。すなわち、図１に示す状態で、配線基板５を低膨張矯正治具４’上に固定してもよい。また、低膨張矯正治具４’は、熱膨張係数が小さい物質からなることが好ましい。また、粘着性のある樹脂１１は、高温においても粘着性を失わない物質からなることが好ましい。
【００４６】
その後、図７に示すように、配線基板５が低膨張矯正治具４’の上に固定されている状態（すなわち、半導体チップ−配線基板間のギャップを均一に保った状態）で、半導体チップ８と配線基板５との間に、ＵＦ樹脂６を注入する。（樹脂注入工程）
【００４７】
次に、図８に示すように、配線基板５が低膨張矯正治具４’の上に固定されている状態（すなわち、半導体チップ−配線基板間のギャップを均一に保った状態）で、加熱ヒータ１０の上に載せ、加熱ヒータ１０によってＵＦ樹脂６を加熱し、硬化させて、固定させる。（樹脂硬化工程）
【００４８】
その後は、さらに、上層の半導体チップまたはＳｉスペーサを積載することができる。積載された上層の半導体チップは、ワイヤーボンディング法等により前記配線基板と接続
し、最後にトランスファーモールド法等により前記半導体チップ等を封止し、半田ボール
等の外部端子を形成することにより、半導体装置をパッケージングすることができる。
【００４９】
上述したように、本実施形態においても、ＵＦ樹脂６を加熱して硬化させるときに、配線基板５は、低膨張矯正治具４’の上に固定されているので、半導体チップ−配線基板間のギャップを均一に保つことができ、配線基板５の反りを効果的に抑えることができる。さらに、本実施形態では、粘着性のある樹脂１１を介して、矯正治具に固定しているので、矯正治具として真空吸着機能を有する真空吸着治を使っている実施形態１と比較して、矯正治具の構造を簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の第１の実施形態の工程断面を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の工程断面を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の工程断面を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態の工程断面を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態の工程断面を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態の工程断面を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施形態の工程断面を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施形態の工程断面を示す図である。
【図９】従来のフリップチップ接合方法の工程断面を示す図である。
【図１０】従来のフリップチップ接合方法の工程断面を示す図である。
【図１１】従来のフリップチップ接合方法の工程断面を示す図である。
【図１２】従来のフリップチップ接合方法の工程断面を示す図である。
【図１３】従来のフリップチップ接合方法の問題点を示す図である。
【図１４】従来のフリップチップ接合方法の問題点を示す図である。
【符号の説明】
【００５１】
１    真空吸着治具
２    ポーラスな物質からなる層
３    真空引き用開口部
４    低膨張矯正治具
５    配線基板
６    ＵＦ樹脂
７    バンプ電極
８    半導体チップ
９    パッド電極
１０  加熱ヒータ
１１  粘着性のある樹脂
２５  配線基板
２６  ＵＦ樹脂
２７  バンプ電極
２８  半導体チップ
２９  パッド電極
３０  加熱ヒータ
【図１】
2007096087.tif 000003
【図２】
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【図３】
2007096087.tif 000005
【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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【図９】
2007096087.tif 000011
【図１０】
2007096087.tif 000012
【図１１】
2007096087.tif 000013
【図１２】
2007096087.tif 000014
【図１３】
2007096087.tif 000015
【図１４】
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