(57)【要約】【課題】封止層の焼成処理に際して、封止層中にボイドが形成されたり、封止材用フィラーの密度が不均一になることを抑制することができる半導体装置の製造方法、及び、その製造方法に用いる半導体装置の製造装置を提供する。【解決手段】半導体ウエハ２１上面への封止層１７の形成に先立って、半導体ウエハ２１や保護膜１４などに吸着あるいは含有している水分などのガス成分を放出させて除去する脱ガス処理を行う。脱ガス処理は、例えば、窒素濃度を高くした雰囲気下で、かつ、配線１５や外部接続用電極１６などが形成された半導体ウエハ２１の上面側（デバイス面側）を下方に向けた状態（裏返した状態）で、半導体ウエハ２１を所定の温度条件及び時間条件で加熱処理することにより行われる。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
接続パッドと、該接続パッドの所定領域を露出する開口が形成された絶縁膜と、該接続パッドに接続するように該絶縁膜の上方に形成された外部接続用電極とが、一面側に設けられた半導体基板を準備する基板準備工程と、
前記半導体基板を加熱すること、及び、該半導体基板の周囲を大気圧よりも低い圧力に設定することのうちの、少なくとも一方を含む前処理工程と、
前記外部接続用電極に接触するように封止材料を配置してから該封止材料を焼成する封止層形成工程と、
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】
前記前処理工程は、第一の所定温度範囲及び第一の所定時間、前記半導体基板を加熱することを含む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】
前記封止層形成工程は、前記第一の所定温度範囲の上限値よりも高い上限値を有する温度範囲である第二の所定温度範囲及び前記第一の所定時間の上限値よりも高い上限値を有する時間である第二の所定時間、前記半導体基板を加熱することを含むことを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記前処理工程は、前記半導体基板の前記一面側を下方に向けた状態で行うことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記封止層形成工程は、前記封止材料を配置後、前記封止材料の焼成前に、前記封止材料が配置された前記半導体基板の周囲を大気圧よりも低い圧力に設定する脱泡工程を含むことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記前処理工程は、前記脱泡工程におけるよりも長時間、前記半導体基板の周囲を大気圧よりも低い圧力に設定することを含むことを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
処理室内を所定の温度条件で加熱する加熱装置と、
複数の半導体ウエハを、所定の間隔を有して収納するウエハ収納装置と、
を備え、
前記ウエハ収納装置は、少なくとも外部接続用電極が形成された前記半導体ウエハの一面側を下方に向けた状態で、前記半導体ウエハを個別に載置、保持する複数のウエハ支持部を有していることを特徴とする半導体装置の製造装置。
【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、及び、その製造方法に用いる半導体装置の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話機や携帯情報端末、デジタルカメラ、マルチメディアプレーヤ等の携帯型の電子機器の普及が著しい。携帯型の電子機器においては、小型化や高機能化に対する市場の要望が高く、このような要望に応えるため電子機器に搭載される半導体装置の高密度実装技術が重要な役割を担っている。
【０００３】
従来、高密度実装技術を用いた半導体装置としては、半導体装置の大きさを個々の半導体チップの外形寸法と略同じ外形寸法に近づけることができるチップサイズパッケージ（Chip Size Package；以下、「ＣＳＰ」と略記する）と呼ばれるパッケージ構造を備えた半導体装置が知られている。そして、近年においては、このＣＳＰの一形態として、半導体ウエハのサイズを維持した状態で封止層を形成したのち、個々のＣＳＰに個片化して完成されるウエハレベルＣＳＰ（又は、ＷＬＰ；Wafer Level Package）と呼ばれる半導体装置（以下、単に「半導体装置」と略記する）が実用化されている。
【０００４】
この半導体装置は、一対の主面（上面及び下面）間に厚みを有する半導体基板を含み、該一対の主面のうちの一方の主面（以下、上面という。）に所望の半導体素子や集積回路が形成されており、これらの半導体素子等を覆うように、該上面上に絶縁膜が設けられ、該絶縁膜上にさらに再配線が設けられている。再配線は、絶縁膜に設けられた開口部を介して、半導体素子等の接続パッドに接続されている。また、絶縁膜上に形成された再配線のランド上には、外部接続用電極としての柱状電極が設けられている。再配線、絶縁膜、及び、半導体基板の各上面には、樹脂材料からなる封止層が設けられている。柱状電極の上面は封止層の上面に露出し、突起電極（半田バンプ）が柱状電極の上面に接続するように設けられている。これにより、半導体素子等の接続パッドと突起電極が電気的に接続されている。また、半導体基板の上面（すなわち、デバイス面）に形成された半導体素子等が封止層により保護されている。
【０００５】
そして、このような半導体装置の製造方法は、概略、以下のように製造される。まず、半導体基板の上面において区画された複数の半導体素子形成領域の各々に、半導体素子や集積回路が形成された半導体ウエハを準備する。この半導体ウエハに対して、絶縁膜形成、再配線形成、柱状電極形成の各工程からなる配線形成工程を行う。次いで、半導体ウエハの状態で、樹脂封止、樹脂研削、ウエハ下面側研削、突起電極形成の各工程を経た後、ダイシングして個々の半導体チップとして切り出すことにより、半導体装置が完成する。
【０００６】
このような半導体装置によれば、小型・高性能化、実装密度の高密度化、製造プロセスの効率化を図ることができる。なお、半導体装置やその製造方法については、例えば特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−１４７２１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したような半導体装置においては、半導体素子等や絶縁膜、再配線、柱状電極が形成された半導体基板面上に、エポキシ樹脂等からなる封止層を形成することにより、半導体素子等を外部から絶縁するとともに、水分の侵入や物理的圧力等の外的環境から半導体装置を保護している。すなわち、半導体装置の封止構造や封止層を形成する工程は、半導体装置の信頼性を評価するうえで重要な要素として位置付けられている。
【０００９】
この封止層を形成する際に、封止樹脂を加熱によって硬化させる焼成処理を含む場合がある。このような、焼成処理を伴う封止層を形成する工程において、封止層中に微小な空洞や気孔（以下、ボイドと記す）が形成されたり、封止層の材料特性を設定するための封止材用フィラーの密度が不均一になる場合があることが、本願の発明者の検証により判明した。これにより、パッケージを構成する封止層の均一な形成が妨げられ、半導体装置の信頼性の劣化を招く場合があるという問題を有していた。
【００１０】
そこで、本発明は、上述した問題点に鑑み、封止層の焼成処理に際して、封止層中にボイドが形成されたり、封止材用フィラーの密度が不均一になることを抑制することができる半導体装置の製造方法、及び、その製造方法に用いる半導体装置の製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、
接続パッドと、該接続パッドの所定領域を露出する開口が形成された絶縁膜と、該接続パッドに接続するように該絶縁膜の上方に形成された外部接続用電極とが、一面側に設けられた半導体基板を準備する基板準備工程と、
前記半導体基板を加熱すること、及び、該半導体基板の周囲を大気圧よりも低い圧力に設定することのうちの、少なくとも一方を含む前処理工程と、
前記外部接続用電極に接触するように封止材料を配置してから該封止材料を焼成する封止層形成工程と、
を含むことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る半導体装置の製造装置は、
処理室内を所定の温度条件で加熱する加熱装置と、
複数の半導体ウエハを、所定の間隔を有して収納するウエハ収納装置と、
を備え、
前記ウエハ収納装置は、少なくとも外部接続用電極が形成された前記半導体ウエハの一面側を下方に向けた状態で、前記半導体ウエハを個別に載置、保持する複数のウエハ支持部を有していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る半導体装置の製造方法、及び、その製造方法に用いる半導体装置の製造装置によれば、封止層の焼成処理に際して、封止層中にボイドが形成されたり、封止材用フィラーの密度が不均一になることを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る半導体装置の製造方法により製造される半導体装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】本実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示す工程断面図（その１）である。
【図３】本実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示す工程断面図（その２）である。
【図４】本実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示す工程断面図（その３）である。
【図５】本実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示す工程断面図（その４）である。
【図６】本実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示す工程断面図（その５）である。
【図７】本実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示す工程断面図（その６）である。
【図８】本実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示す工程断面図（その７）である。
【図９】比較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１０】本実施形態に係る半導体装置の製造方法に適用される加熱装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図１１】本実施形態に係る加熱装置に適用されるウエハ支持部の一実施形態を示す概略構成図である。
【図１２】本実施形態に係る加熱装置に適用されるウエハ支持部への半導体ウエハの保持状態の一例を示す概略図である。
【図１３】本実施形態に係る加熱装置に適用されるウエハ収納装置の組み付け方法の一例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る半導体装置の製造方法、及び、その製造方法に用いる半導体装置の製造装置について、実施形態を示して詳しく説明する。
まず、本発明に係る半導体装置の製造方法を適用して製造される半導体装置について説明する。
【００１６】
（半導体装置）
図１は、本発明に係る半導体装置の製造方法により製造される半導体装置の一実施形態を示す概略構成図である。ここで、図１（ａ）は、半導体装置の平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示した半導体装置におけるＩＢ−ＩＢ線（本明細書においては図１中に示したローマ数字の「１」に対応する記号として便宜的に「Ｉ」を用いる。）に沿った断面を示す図である。
【００１７】
本発明に係る製造方法により製造される半導体装置１０は、例えば図１（ａ）、（ｂ）に示すように、所定の機能を有する集積回路（図示を省略）が上面１１ａ側（図１（ａ）の紙面手前側、及び、図１（ｂ）の上側；一面側）に形成されたシリコン基板１１を備えている。ここで、集積回路は、周知のトランジスタやダイオード、抵抗、コンデンサ等の素子により形成されている。
【００１８】
図１（ａ）、（ｂ）に示すように、シリコン基板１１の上面１１ａには、上記集積回路の各素子に接続されたアルミニウム系金属などからなる複数の接続パッド１２が設けられている。また、シリコン基板１１の上面１１ａには、酸化シリコンや窒化シリコンなどからなるパッシベーション膜１３が設けられている。ここで、パッシベーション膜１３は、シリコン基板１１の上面１１ａの中央部に矩形状または正方形状に形成されている。また、パッシベーション膜１３は、シリコン基板１１の上面１１ａの周縁部の枠状の領域には形成されておらず、該周縁部においてシリコン基板１１の上面１１ａが露出されている。当該パッシベーション膜１３には、各接続パッド１２の中央部を露出させる複数の開口部１３ｈが設けられている。また、パッシベーション膜１３の上面には、ポリイミド系樹脂などからなる保護膜１４が、シリコン基板１１の上面１１ａに関する法線の方向から見て、即ち、シリコン基板１１を平面視して、パッシベーション膜１３と略同一の形状となるように設けられている。パッシベーション膜１３の開口部１３ｈに対応する部分の保護膜１４には、開口部１４ｈが設けられている。すなわち、各接続パッド１２の中央部は、パッシベーション膜１３に設けられた開口部１３ｈ、及び、保護膜１４に設けられた開口部１４ｈを介して露出されている。本実施形態では、複数の接続パッド１２が、シリコン基板１１の上面１１ａの外周縁に沿って、複数の接続パッド１２が全体として略矩形枠状をなすように配列されているが、各接続パッド１２の配列はこれに限られるものではない。
【００１９】
また、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、保護膜１４の上面には、複数の配線１５が設けられている。配線１５は、例えば、保護膜１４の上面に設けられた銅などからなる下地金属層１５−１と、下地金属層１５−１の上面に設けられた銅などからなる上部金属層１５−２との２層構造を有している。各配線１５の一端部１５ａは、パッシベーション膜１３及び保護膜１４の開口部１３ｈ、１４ｈを介して各接続パッド１２に接続され、一方、各配線１５の他端部にはランド１５ｂが形成されている。そして、各配線１５の一端部１５ａと他端部（ランド１５ｂ）の間は、これらと一体的に形成された引き回し線部１５ｃにより接続されている。各配線１５のランド１５ｂの上面には、銅などからなる柱状の外部接続用電極１６が設けられている。
【００２０】
また、図１（ｂ）に示すように、配線１５、保護膜１４及びシリコン基板１１の各上面には、シリカフィラーを含むエポキシ系樹脂などからなる封止層１７が、その上面を平坦化されて設けられている。ここで、封止層１７は、その上面が外部接続用電極１６の上面とほぼ面一となるように設けられている。外部接続用電極１６の上面には、半田バンプ１８が接続されて設けられている。
【００２１】
そして、本実施形態に係る半導体装置１０においては、特に、保護膜１４や配線１５などが設けられ、さらに、所定の加熱処理を施した後のシリコン基板１１上に、上記の封止層１７が設けられていることを特徴としている。以下、本実施形態に係る半導体装置１０の製造方法を示して、具体的に説明する。
【００２２】
（半導体装置の製造方法）
次に、本実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。
図２〜図８は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示す工程断面図である。ここでは、図１（ｂ）に示した断面構造を有する半導体装置について製造方法を説明する。
【００２３】
上述した半導体装置１０の製造方法は、まず、図２（ａ）に示すように、ウエハ状態のシリコン基板（以下、半導体ウエハ２１と記す；半導体基板）の上面２１ａに、アルミニウム軽金属などからなる接続パッド１２、酸化シリコンなどからなるパッシベーション膜１３、及び、ポリイミド系樹脂などからなる保護膜１４が形成され、接続パッド１２の中央部がパッシベーション膜１３及び保護膜１４の各開口部１３ｈ、１４ｈを介して露出されたものを予め準備する。ここで、半導体ウエハ２１の厚さは、図１（ｂ）に示したシリコン基板１１の厚さよりも厚く設定されている。なお、図２（ａ）において、符号２２で示す領域は、ダイシングストリートである。ここで、ダイシングストリート２２及びその両側の近傍領域におけるパッシベーション膜１３及び保護膜１４は、予め除去されている。
【００２４】
次いで、図２（ｂ）に示すように、パッシベーション膜１３及び保護膜１４の各開口部１３ｈ、１４ｈを介して露出された接続パッド１２の上面、保護膜１４の上面、並びに、ダイシングストリート２２及びその両側の近傍領域に対応する部分における半導体ウエハ２１の上面２１ａに、下地金属層１５−１を形成する。ここで、下地金属層１５−１は、例えば、無電解メッキにより形成された銅層のみであってもよく、また、スパッタ法により形成された銅層のみであってもよく、さらには、スパッタ法により形成されたチタンなどの薄膜層上にスパッタ法により銅層を形成したものであってもよい。
【００２５】
次いで、図３（ａ）に示すように、下地金属層１５−１の上面にポジ型の液状レジストからなる第１のメッキレジスト膜２３をパターン形成する。ここで、後述する上部金属層１５−２の形成領域に対応する部分における第１のメッキレジスト膜２３には、開口部２３ｈが形成されている。次いで、図３（ｂ）に示すように、下地金属層１５−１をメッキ電流路とした銅の電解メッキを行なうことにより、第１のメッキレジスト膜２３の開口部２３ｈ内の下地金属層１５−１の上面に上部金属層１５−２が形成される。その後、下地金属層１５−１の上面から第１のメッキレジスト膜２３が剥離される。
【００２６】
次いで、図４（ａ）に示すように、上部金属層１５−２及び下地金属層１５−１の各上面に、ネガ型のドライフィルムレジストからなる第２のメッキレジスト膜２４をパターン形成する。ここで、上部金属層１５−２のランド（後述する外部接続用電極１６の形成領域）に対応する部分における第２のメッキレジスト膜２４には、開口部２４ｈが形成されている。
【００２７】
次いで、図４（ｂ）に示すように、下地金属層１５−１をメッキ電流路とした銅の電解メッキを行なうことにより、第２のメッキレジスト膜２４の開口部２４ｈ内の上部金属層１５−２のランド上面に外部接続用電極１６が形成される。このように形成された外部接続用電極１６は、上部金属層１５−２及び下地金属層１５−１を介して接続パッド１２に電気的に接続されている。その後、図５（ａ）に示すように、上部金属層１５−２及び下地金属層１５−１の各上面から第２のメッキレジスト膜２４が剥離される。なお、この状態では、外部接続用電極１６の高さは、図１（ｂ）に示した外部接続用電極１６の高さよりも高くなるように設定されている。
【００２８】
次いで、図５（ｂ）に示すように、上部金属層１５−２をマスクとして、当該上部金属層１５−２の形成領域直下の領域以外の下地金属層１５−１をエッチングして除去することにより、上部金属層１５−２の直下にのみ下地金属層１５−１を残存させる。これにより、上部金属層１５−２とその直下に残存する下地金属層１５−１からなる２層構造の配線１５が形成される（基板準備工程）。この配線１５の形成工程においては、さらに、酸素プラズマ法などを用いて、下地金属層１５−１がエッチング除去された領域の保護膜１４や半導体ウエハ２１などに対して、アッシング処理を行うものであってもよい。これによれば、保護膜１４や半導体ウエハ２１上に残存する下地金属層１５−１の残渣を除去することができるとともに、後述する樹脂層形成工程において、保護膜１４や半導体ウエハ２１と封止層１７との密着性を向上させることができる。
【００２９】
次いで、図６（ａ）に示すように、配線１５や外部接続用電極１６などが形成された半導体ウエハ２１に対して加熱処理を行うことにより（前処理工程）、半導体ウエハ２１や保護膜１４などに吸着あるいは含有している水分などのガス成分が除去される。本実施形態に係る半導体装置の製造方法に適用される加熱処理工程においては、例えば、後述する加熱処理装置を用いて、窒素濃度を高くした雰囲気下で、かつ、配線１５や外部接続用電極１６などが形成された半導体ウエハ２１の上面側（すなわち、デバイス面側；一面側）を下方に向けた状態（裏返した状態）で加熱処理が実行される。これにより、ガス成分を良好に除去することができるとともに、半導体ウエハ２１の上面に不純物の粒子や異物が付着しないようにすることができる。ここで、半導体ウエハ２１の加熱処理は、例えば、概ね８０℃〜１５０℃の温度（第一の所定温度範囲）で、３０分〜１時間程度（第一の所定時間）実行される。すなわち、半導体ウエハ２１の加熱処理は、後述する封止層１７を形成する際に行われる焼成処理における温度よりも低く、かつ、短い時間となるように処理条件が設定される。また、この加熱処理においては、半導体ウエハ２１における温度偏差を抑制し、かつ、半導体ウエハ２１の上面（デバイス面）から放出されたガス成分を良好に排出するために、加熱処理装置の処理室内に、ファン等を用いて気流が作られている。なお、本実施形態に用いられる加熱処理装置（半導体装置の製造装置）の具体的な構造については後述する。
【００３０】
次いで、図６（ｂ）に示すように、配線１５、外部接続用電極１６及び保護膜１４の各上面、並びに、ダイシングストリート２２及びその両側の近傍領域における半導体ウエハ２１の上面に、スクリーン印刷法やコンプレッションモールドなどによりシリカフィラーを含むエポキシ系樹脂などからなる液状の封止材料が、外部接続用電極１６に接触するように、かつ、外部接続用電極１６を覆うようにして、塗布される。その後、半導体ウエハ２１の周囲を大気圧よりも低くすることによって、封止材料に含まれるガス成分を減圧雰囲気下で除去（脱泡）した後、所定の焼成条件（焼成温度及び焼成時間）で焼成処理を行うことにより、封止層１７が形成される（封止層形成工程）。ここで、封止層１７を形成する際の焼成処理は、例えば１８０℃〜２５０℃程度の温度（第二の所定温度範囲）で、１〜３時間程度（第二の所定時間）実行される。なお、具体的な焼成条件は、封止材料の種類や特性などにより適宜設定される。また、封止層１７は、図６（ｂ）に示すように、外部接続用電極１６に接触するように形成され、かつ、その厚さは、外部接続用電極１６の上面を被覆するように、外部接続用電極１６の高さよりもやや厚くなるように設定される。
【００３１】
次いで、図７（ａ）に示すように、封止層１７の上面側、及び、外部接続用電極１６の上部を機械的に研削して除去することにより、図中の研削面ＣＳ１において、外部接続用電極１６の上面を露出させるとともに、外部接続用電極１６の上面を封止層１７の上面とほぼ面一に形成する。これにより、半導体ウエハ２１が載置、固定されたステージ（図示を省略）の基準面（半導体ウエハ２１の下面に相当する）から研削面ＣＳ１までの高さ、すなわち、外部接続用電極１６の上面までの高さが、任意の寸法に設定される。なお、この機械的な研削により外部接続用電極１６の上面にバリが生じた場合には、このバリをウェットエッチングなどにより除去し、さらにこの後の酸化を防止するため、外部接続用電極１６の上面に無電解メッキによりニッケル層を形成するなどの表面処理を行うようにしてもよい。
【００３２】
次いで、図７（ｂ）に示すように、半導体ウエハ２１の下面側を、図中の研削面ＣＳ２まで機械的に研削することにより、半導体ウエハ２１の厚さを薄くする。ここでは、半導体ウエハ２１の上面側をステージ（図示を省略）上に載置、固定した状態で、半導体ウエハ２１の下面側を機械的に研削することにより、ステージの基準面（図７（ａ）に示した半導体ウエハ２１の上面側の研削面ＣＳ１に相当する）から研削面ＣＳ２までの高さ、すなわち、半導体装置１０全体の厚みが、任意の寸法に設定される。なお、半導体ウエハ２１の下面側を研削する際には、半導体ウエハ２１のうちの半導体素子や集積回路が形成された上面側を、テープで覆った状態で行うことが好ましい。
【００３３】
次いで、図８（ａ）に示すように、外部接続用電極１６の上面に半田バンプ１８を形成する。ここでは、半田バンプ１８として半田ボールを形成する場合について説明したが、ランドグリッドアレイ（Land grid array；ＬＧＡ）型のパッケージに適用されるような、半田印刷による突起状の電極パッドを形成するものであってもよい。なお、図７（ｂ）に示した、半導体ウエハ２１の下面側を研削する工程に先立って、外部接続用電極１６の上面に半田バンプ１８を形成した後に、半導体ウエハ２１の下面側を研削するようにしてもよい。次いで、図８（ｂ）に示すように、封止層１７及び半導体ウエハ２１をダイシングストリート２２に沿って切断して個片化することにより、図１（ａ）、（ｂ）に示した半導体装置１０が複数個得られる。
【００３４】
次に、上述した実施形態に係る半導体装置の製造方法の作用効果について、比較例と比較して説明する。
図９は、比較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。ここでは、本実施形態に係る半導体装置の製造方法との対比を簡易にするために、同等の構成については同一の符号を付して示す。
【００３５】
比較例に係る半導体装置の製造方法においては、半導体ウエハ上に絶縁膜や配線、外部接続用電極（柱状電極）を形成した後、加熱処理を行うことなく、封止樹脂を印刷し、焼成処理を行って封止層を形成する樹脂層形成工程を行うものとする。この場合、本願の発明者が種々検証した結果、印刷された封止樹脂を焼成する際に、封止層１７との境界付近にボイド２５が形成されたり（図９参照）、封止材用フィラー（シリカフィラー）の密度が不均一になる場合があることが確認された。そのため、パッケージを構成する封止層１７の均一な形成が妨げられ、半導体装置の信頼性の劣化を招く場合があることが判明した。
【００３６】
本願の発明者は、上述の焼成処理において封止層中にボイドが形成されたり、封止材用フィラーの密度が不均一になるのは、封止層が形成される下地の半導体ウエハや絶縁膜、配線あるいは、これらの層の界面からガスが発生することが、原因の一つであると考察した。そこで、本実施形態に係る半導体装置１０の製造方法においては、半導体装置の製造プロセスにおいて、樹脂層形成工程に先立って、半導体ウエハ２１に対して加熱処理を行うことによって、半導体ウエハ２１や保護膜１４などに吸着あるいは含有している水分などのガス成分を放出させる（脱ガス処理）ことを特徴としている。このように、樹脂層形成工程前に、所定の温度条件及び時間条件で加熱処理を行うことにより、樹脂層形成工程において塗布された封止材料の焼成処理中に発生するガスが大幅に抑制されることが、発明者の検証により判明した。したがって、本実施形態に係る半導体装置の製造方法によれば、封止層におけるボイドの形成やフィラー密度の不均一化を抑制して、均一な封止層を形成することができるので、信頼性の高い半導体装置を実現することができる。さらに、本実施形態においては、半導体ウエハの上面（デバイス面）を下方に向けた状態で加熱処理を行うことを特徴としている。これによれば、加熱処理中に、半導体ウエハの上面への不純物や異物の付着を防止することができるので、より均一な封止層を形成することができ、半導体装置のパッケージとして安定した信頼性を得ることができる。
【００３７】
（半導体装置の製造装置）
次に、本実施形態に係る半導体装置の製造方法に適用される、半導体装置の製造装置としての加熱装置（前処理装置）について説明する。
【００３８】
図１０は、上述した実施形態に係る半導体装置の製造方法に適用される加熱装置の一実施形態を示す概略構成図である。図１０（ａ）は、加熱装置の一例を示す概略図であり、図１０（ｂ）は、加熱装置に適用されるウエハ収納装置の一例を示す概略図である。
【００３９】
図１１は、本実施形態に係る加熱装置に適用されるウエハ支持部の一実施形態を示す概略構成図である。図１１（ａ）は、ウエハ支持部の一例を示す平面図であり、図１１（ｂ）は、ウエハ支持部の側面図である。また、図１１（ｃ）は、図１１（ａ）に示したウエハ支持部におけるXIＣ−XIＣ線（本明細書においては図１１中に示したローマ数字の「１１」に対応する記号として便宜的に「XI」を用いる。）に沿った断面を示す図である。
【００４０】
図１２は、本実施形態に係る加熱装置に適用されるウエハ支持部への半導体ウエハの保持状態の一例を示す概略図である。図１２（ａ）は、半導体ウエハを保持したウエハ支持部の一例を示す平面図であり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）に示したウエハ支持部におけるXIIＢ−XIIＢ線（本明細書においては図１２中に示したローマ数字の「１２」に対応する記号として便宜的に「XII」を用いる。）に沿った断面を示す図である。
【００４１】
図１０（ａ）に示すように、本実施形態に係る半導体装置の製造方法に適用される加熱装置３０は、例えばオーブン（加熱装置）３１と、ウエハ収納装置４０と、を備えている。オーブン３１は、図示を省略した制御装置により、処理室３２内が任意の温度に設定され、任意の時間保持されるように制御される。また、処理室３２内には、上述した加熱処理の際に、所望の気流が生じるようにファン等が設けられている。
【００４２】
ウエハ収納装置４０は、複数枚の半導体ウエハ２１を各々所定の間隔を有して収納する。ウエハ収納装置４０は、具体的には、例えば図１０（ｂ）に示すように、各々矩形形状を有する天板４１と底板４２が、四隅に垂直に設けられた支柱４４を介して、対向するように組み付けられている。天板４１及び底板４２は、支柱４４の両端部にビス４５により平行に固定されている。また、天板４１と底板４２との間には、半導体ウエハ２１を１枚ずつ載置、保持する複数のウエハ支持部５０が、所定の間隔を有して、平行に配置されるように組み付けられている。ウエハ支持部５０相互の間隔は、例えば支柱４４に嵌合するように挿入されたスペーサ４３の厚みにより任意に設定され、例えば１０ｍｍや２０ｍｍに設定される。
【００４３】
ウエハ支持部５０は、例えば図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、アルミニウムやその合金、ステンレスなどの熱伝導性の高い金属材料からなる矩形の支持プレート５１により構成されている。支持プレート５１は、中央部に半導体ウエハ２１の外形寸法に対応した開口部５２と、該開口部５２を支持プレート５１の特定の一辺に連通する切り欠き部５３と、四隅近傍に配置され、支柱４４が貫通する貫通孔５４と、を有している。
【００４４】
開口部５２の平面形状は、例えば図１１（ａ）に示すように、半導体ウエハ２１の外形形状と同様の円形状を有するとともに、その断面形状は、例えば図１１（ｃ）に示すように、一部が曲線的又は直線的なテーパ部５２ｔを有している。より具体的には、図１１（ａ）、（ｃ）に示すように、開口部５２を形成する円弧の直径Ｄ１は、半導体ウエハ２１の外形寸法よりも小さく、かつ、テーパ部５２ｔを形成する円弧の最大直径Ｄ２は、半導体ウエハ２１の外形寸法よりも大きくなるように設定されている。
【００４５】
これにより、図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、ウエハ支持部５０に半導体ウエハ２１を載置、保持した状態では、開口部５２に設けられたテーパ部５２ｔの傾斜面と半導体ウエハ２１の外周端部が線接触又は点接触することになるので、相互の接触面積を極力小さくすることができる。特に、本実施形態に係る加熱処理においては、図６（ａ）に示したように、半導体ウエハ２１のデバイス面を下方に向けた状態で、所定の時間、加熱処理を行うので、半導体ウエハ２１とウエハ支持部５０との接触面積を極力小さくすることにより、半導体ウエハ２１のデバイス面への異物の付着を防止しつつ、良好に加熱処理を行うことができる。また、この加熱処理に際して、半導体ウエハ２１や保護膜１４などに吸着あるいは含有している水分などのガス成分を十分に放出させることができる。
【００４６】
開口部５２に設けられるテーパ部５２ｔの断面形状は、図１１（ｃ）、図１２（ｂ）に示したように、支持プレート５１の上面に対して下方に凸となる曲線的な形状（すなわちテーパ部５２ｔが凹状の曲面）を有している。
【００４７】
また、ウエハ支持部５０に載置される半導体ウエハ２１は、開口部５２において少なくとも３箇所（又は３点）以上で支持すれば、ウエハ支持部５０に保持することができるが、半導体ウエハ２１の載置時の位置精度等により、半導体ウエハ２１が落下する事故を防止するため、開口部５２の平面形状は、図１１（ａ）、図１２（ａ）に示したような円形状又は円弧状であることが好ましい。
【００４８】
切り欠き部５３は、ウエハ搬送用ロボットアーム（図示を省略）により、ウエハ収納装置４０の各ウエハ支持部５０に半導体ウエハ２１を搬入して載置、保持させる場合や、各ウエハ支持部５０から半導体ウエハ２１を搬出する場合に、当該ロボットアームとウエハ支持部５０との干渉を回避するために設けられたものである。なお、ロボットアームとウエハ支持部５０が干渉しない場合には、切り欠き部５３を設ける必要はない。
【００４９】
次に、本実施形態に係る加熱装置に適用されるウエハ収納装置の組み付け方法について説明する。
図１３は、本実施形態に係る加熱装置に適用されるウエハ収納装置の組み付け方法の一例を示す概略図である。図１３（ａ）、（ｃ）、（ｅ）、（ｇ）、（ｉ）は、ウエハ収納装置の各組み付け状態における平面図を示し、図１３（ｂ）、（ｄ）、（ｆ）、（ｈ）、（ｊ）は、ウエハ収納装置の各組み付け状態における側面図を示す。
【００５０】
ウエハ収納装置４０の組み付け方法は、まず、図１３（ａ）、（ｂ）に示すように、底板４２の四隅に支柱４４の一方の端部をビス４５により固定して、底板４２の平面に対して垂直に４本の支柱４４を組み付ける。次いで、図１３（ｃ）、（ｄ）に示すように、各支柱４４に円筒状のスペーサ４３を嵌合するように挿入する。次いで、図１３（ｅ）、（ｆ）に示すように、ウエハ支持部５０の四隅に設けられた各貫通孔５４を支柱４４に貫通させて、ウエハ支持部５０をスペーサ４３の上面に密着させる。次いで、図１３（ｇ）、（ｈ）に示すように、さらに各支柱４４に円筒状のスペーサ４３を嵌合するように挿入する。以下、ウエハ支持部５０とスペーサ４３を交互に支柱４４に貫通させて積み重ね、最後に、図１３（ｉ）、（ｊ）に示すように、支柱４４の他方の端部を天板４１の四隅にビス４５により固定して、ウエハ収納装置４０が完成する。
【００５１】
このようなウエハ収納装置４０によれば、複数のウエハ支持部５０を多段に重ね合わせた構成を有しているので、オーブン３１の処理室３２内で、多数の半導体ウエハ２１を一時に、かつ、均一に加熱処理を行うことができ、また、この加熱処理に際して、半導体ウエハ２１や保護膜１４などに吸着あるいは含有している水分などのガス成分を十分に放出させることができるので、処理効率を高めつつ、均一な封止層１７を有する半導体装置１０を製造することができる。
【００５２】
また、このようなウエハ収納装置４０によれば、複数のウエハ支持部５０をスペーサ４３を介して多段に組み付けた構成を有しているので、各ウエハ支持部５０をアルミニウム等の平板から加工性良く製造することができる。また、支柱４４の長さやスペーサ４３の厚み、ウエハ支持部５０の開口部５２の大きさを任意に設定することにより、ウエハ支持部５０の段数（すなわち、加熱処理する半導体ウエハ２１の枚数）を簡易に変更したり、半導体ウエハ２１のサイズの変更に適宜対応することができるので、生産性の向上や生産コストの削減に寄与することができる。
【００５３】
なお、上述した実施形態に示した半導体装置の製造方法においては、樹脂層形成工程に先立って、半導体ウエハを所定の温度条件及び時間条件で加熱処理することによって、上述した脱ガス処理を行う方法を説明した。この脱ガス処理の手法は、実施形態を説明するための一例を示したものに過ぎず、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、例えば、減圧装置（前処理装置）を用いて、半導体ウエハを減圧装置内に搬入後、所定の時間、半導体ウエハの周囲を大気圧よりも低く（例えば、１Ｐａ以下）することによって、即ち、半導体ウエハを所定の気圧条件及び時間条件で減圧処理することによって、脱ガスを行うものであってもよいし（前処理工程）、さらには、減圧加熱装置（前処理装置）を用いて、上述した加熱処理と減圧処理を所定の条件で併用して行うことによって、脱ガス処理を行うものであってよい（前処理工程）。これらの脱ガス処理を適用した場合であっても、上述した実施形態と同様の作用効果が得られる。なお、上述したように、封止層形成工程においても、半導体ウエハ２１の周囲を所定時間だけ大気圧よりも低くするのであるが、前処理工程においては、封止層の焼成処理に際して、封止層中にボイドが形成されたり、封止材用フィラーの密度が不均一になることを確実に抑制するために、この封止層形成工程におけるよりも長い時間、半導体ウエハ２１の周囲を大気圧よりも低くすることが好ましい。また、これら変形例に係る脱ガス処理に際しても、上述した実施形態に示したようなウエハ収納装置を備える、半導体装置の製造装置を用いることができる。これによって、これら変形例に係る脱ガス処理に際しても、半導体ウエハ２１や保護膜１４などに吸着あるいは含有している水分などのガス成分を十分に放出させることができる。
【００５４】
また、上述した実施形態に示した半導体装置においては、接続パッド１２と外部接続用電極１６に接続される配線１５として、下地金属層１５−１と上部金属層１５−２からなる２層構造の配線を有している場合について説明した。この配線構造は、実施形態を説明するための一例を示したものに過ぎず、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明に係る半導体装置の製造方法により製造される半導体装置に適用される配線は、例えば、単層の金属層又は導電層からなるものであってもよいし、３層以上の複数層の金属層又は導電層が積層された配線構造を有するものであってもよい。
【００５５】
また、上述した実施形態に示した加熱装置においては、ウエハ支持部５０とスペーサ４３を別個の部材として構成して、多段に重ね合わせたウエハ収納装置４０を適用した場合について説明した。この組み付け構造は、実施形態を説明するための一例を示したものに過ぎず、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明に係る加熱装置に適用されるウエハ収納装置４０は、ウエハ支持部５０とスペーサ４３が予め一体的に構成されたものであってもよい。また、ウエハ収納装置４０の構成についても、多数の半導体ウエハ２１を一時に、かつ、均一に加熱処理を行うことができるものであれば、他の構成を有するものであってもよいことはいうまでもない。
【００５６】
以上、本発明のいくつかの実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲を含むものである。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
【００５７】
（付記）
請求項１に記載の発明は、
接続パッドと、該接続パッドの所定領域を露出する開口が形成された絶縁膜と、該接続パッドに接続するように該絶縁膜の上方に形成された外部接続用電極とが、一面側に設けられた半導体基板を準備する基板準備工程と、
前記半導体基板を加熱すること、及び、該半導体基板の周囲を大気圧よりも低い圧力に設定することのうちの、少なくとも一方を含む前処理工程と、
前記外部接続用電極に接触するように封止材料を配置してから該封止材料を焼成する封止層形成工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法である。
【００５８】
請求項２に記載の発明は、
前記前処理工程は、第一の所定温度範囲及び第一の所定時間、前記半導体基板を加熱することを含む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である。
【００５９】
請求項３に記載の発明は、
前記封止層形成工程は、前記第一の所定温度範囲の上限値よりも高い上限値を有する温度範囲である第二の所定温度範囲及び前記第一の所定時間の上限値よりも高い上限値を有する時間である第二の所定時間、前記半導体基板を加熱することを含むことを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法である。
【００６０】
請求項４に記載の発明は、
前記前処理工程は、前記半導体基板の前記一面側を下方に向けた状態で行うことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の半導体装置の製造方法である。
【００６１】
請求項５に記載の発明は、
前記封止層形成工程は、前記封止材料を配置後、前記封止材料の焼成前に、前記封止材料が配置された前記半導体基板の周囲を大気圧よりも低い圧力に設定する脱泡工程を含むことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の半導体装置の製造方法である。
【００６２】
請求項６に記載の発明は、
前記前処理工程は、前記脱泡工程におけるよりも長時間、前記半導体基板の周囲を大気圧よりも低い圧力に設定することを含むことを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法である。
【００６３】
請求項７に記載の発明は、
処理室内を所定の温度条件で加熱する加熱装置と、
複数の半導体ウエハを、所定の間隔を有して収納するウエハ収納装置と、
を備え、
前記ウエハ収納装置は、少なくとも外部接続用電極が形成された前記半導体ウエハの一面側を下方に向けた状態で、前記半導体ウエハを個別に載置、保持する複数のウエハ支持部を有していることを特徴とする半導体装置の製造装置である。
【符号の説明】
【００６４】
１０    半導体装置
１１    シリコン基板
１２    接続パッド
１３    パッシベーション膜（絶縁膜）
１４    保護膜（絶縁膜）
１５    配線
１６    外部接続用電極
１７    封止層
１８    半田バンプ
２１    半導体ウエハ
２２    ダイシングストリート
３０    加熱装置（前処理装置）
３１    オーブン
４０    ウエハ収納装置
５０    ウエハ支持部
５１    支持プレート
【図１】
2012186408.tif 000003
【図２】
2012186408.tif 000004
【図３】
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【図４】
2012186408.tif 000006
【図５】
2012186408.tif 000007
【図６】
2012186408.tif 000008
【図７】
2012186408.tif 000009
【図８】
2012186408.tif 000010
【図９】
2012186408.tif 000011
【図１０】
2012186408.tif 000012
【図１１】
2012186408.tif 000013
【図１２】
2012186408.tif 000014
【図１３】
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