(57)【要約】【課題】ボイドを抑制して高い信頼性を実現することができる生産効率に優れた半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】マザーウエハ上に複数の半導体チップが搭載された半導体装置を製造する方法であって、半田からなる先端部を有する突起電極が形成された半導体チップを、接合材を介してマザーウエハ上に配置する配置工程と、前記半導体チップを半田溶融点以上の温度に加熱して、前記半導体チップの突起電極と前記マザーウエハの電極部とを溶融接合するとともに、前記接合材をゲル化率４０％以下に仮硬化させる電極接合工程と、全ての半導体チップについて前記配置工程と前記電極接合工程とを行った後、前記マザーウエハを加圧雰囲気下で加熱し、前記接合材に含まれる気泡を除去する気泡除去工程とを有する半導体装置の製造方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
マザーウエハ上に複数の半導体チップが搭載された半導体装置を製造する方法であって、
半田からなる先端部を有する突起電極が形成された半導体チップを、接合材を介してマザーウエハ上に配置する配置工程と、
前記半導体チップを半田溶融点以上の温度に加熱して、前記半導体チップの突起電極と前記マザーウエハの電極部とを溶融接合するとともに、前記接合材をゲル化率４０％以下に仮硬化させる電極接合工程と、
全ての半導体チップについて前記配置工程と前記電極接合工程とを行った後、前記マザーウエハを加圧雰囲気下で加熱し、前記接合材に含まれる気泡を除去する気泡除去工程とを有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
接合材は、２４０℃でのゲルタイムが５秒以上であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
配置工程を行う前に、フィルム状接合材を半導体ウエハの突起電極を有する面に貼り合せる貼付工程と、前記半導体ウエハを加圧雰囲気下で加熱し、前記フィルム状接合材に含まれる気泡を除去するラミボイド除去工程と、前記半導体ウエハをダイシングし、接合材が付着した半導体チップを得るダイシング工程とを有することを特徴とする請求項１又は２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、ボイドを抑制して高い信頼性を実現することができる生産効率に優れた半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ますます進展する半導体装置の小型化、高集積化に対応するために、半田等からなる突起電極（バンプ）を有する半導体チップを用いたフリップチップ実装が多用されている。
フリップチップ実装においては、一般的に、半導体チップの突起電極と、基板、マザーウエハ、他の半導体チップ等の電極部とを溶融接合した後、アンダーフィルを注入して封止を行う方法が用いられている。しかしながら、近年、半導体チップの小型化が進行するとともに突起電極間のピッチもますます狭くなっており、また、これらに伴って半導体チップと、基板、マザーウエハ、他の半導体チップ等との間のギャップが狭くなっていることから、アンダーフィルの注入時に気泡が混入し、ボイドとして残りやすくなっている。
【０００３】
ボイドを抑制するために、例えば、被着体を乾燥させる方法、アンダーフィルの樹脂そのものからの発生ガスを抑える方法、封止工程で真空にすることにより気泡を抜く方法等が検討されている。また、電極接合後にアンダーフィルを注入するのではなく、半導体チップ又はウエハに予め樹脂を塗布、印刷又は貼り合わせておく方法、更には、樹脂を塗布、印刷又は貼り合わせた半導体チップ又はウエハに対して加圧及び加熱を行うことで気泡を除去する方法等も検討されている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、（１）バンプを有するウエハのパターン面にシート状熱硬化性樹脂組成物を貼り合わせる工程、（２）耐圧容器内で、該熱硬化性樹脂組成物の軟化点以上で硬化反応開始温度以下の温度で、気体圧縮による加圧を該ウエハに行う工程、（３）該ウエハをチップに切断する工程、および（４）該チップを配線回路基板に搭載する工程を含む、半導体装置の製造方法が記載されている。
【０００５】
しかしながら、従来の方法では、工程が煩雑になる一方でボイドが残る可能性を充分には排除できていなかった。また、半導体チップ又はウエハに予め樹脂を塗布、印刷又は貼り合わせておく方法では、加熱により電極接合と樹脂硬化とを同時に行うことから、精度の高い電極接合とボイドの抑制とを両立することは容易ではなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４３９７８３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、ボイドを抑制して高い信頼性を実現することができる生産効率に優れた半導体装置の製造方法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】
【０００８】
本発明は、マザーウエハ上に複数の半導体チップが搭載された半導体装置を製造する方法であって、半田からなる先端部を有する突起電極が形成された半導体チップを、接合材を介してマザーウエハ上に配置する配置工程と、前記半導体チップを半田溶融点以上の温度に加熱して、前記半導体チップの突起電極と前記マザーウエハの電極部とを溶融接合するとともに、前記接合材をゲル化率４０％以下に仮硬化させる電極接合工程と、全ての半導体チップについて前記配置工程と前記電極接合工程とを行った後、前記マザーウエハを加圧雰囲気下で加熱し、前記接合材に含まれる気泡を除去する気泡除去工程とを有する半導体装置の製造方法である。
以下、本発明を詳述する。
【０００９】
本発明者は、電極接合時に接合材を所定のゲル化率以下に仮硬化し、その後、接合材を加圧雰囲気下で加熱して接合材に含まれる気泡を除去する方法によれば、仮に接合材に気泡が混入した場合であっても気泡を除去してボイドを抑制することができ、かつ、電極接合を良好に行い高い信頼性を実現できることを見出した。接合材を加圧雰囲気下で加熱することにより、接合材に含まれる気泡を単に成長させないだけではなく、積極的に除去できるものと考えられる。また、本発明者は、複数個の半導体チップが配置及び電極接合したマザーウエハに対して加圧雰囲気下での加熱を行うことで生産効率を向上させることができることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１０】
本発明の半導体装置の製造方法は、マザーウエハ上に複数の半導体チップが搭載された半導体装置を製造する方法である。なお、複数個とは、２以上の個数であればよく、特に限定されない。
本発明の半導体装置の製造方法では、まず、半田からなる先端部を有する突起電極が形成された半導体チップを、接合材を介してマザーウエハ上に配置する配置工程を行う。この工程では、半導体チップの突起電極とマザーウエハの電極部とが対向するようにして、半導体チップをマザーウエハ上に配置する。上記配置工程は、例えば、従来公知のフリップチップボンダ等のボンディング装置を用いて行うことができる。
【００１１】
上記半導体チップとして、例えば、シリコン、ガリウム砒素等の半導体からなり、半田からなる先端部を有する突起電極が表面に形成された半導体チップが挙げられる。なお、半田からなる先端部を有する突起電極は、半田からなる先端部を有していれば、突起電極全体が半田からなっていてもよい。
【００１２】
上記配置工程では、半導体チップ側に接合材が塗布、印刷又は貼り合わされていてもよいし、マザーウエハ上に接合材が塗布、印刷又は貼り合わされていてもよい。
上記半導体チップ側に接合材を塗布、印刷又は貼り合わせる方法として、例えば、ペースト状接合材を半導体チップの突起電極を有する面に塗布又は印刷する方法、フィルム状接合材を半導体チップの突起電極を有する面に貼り合わせる方法等が挙げられる。また、ペースト状接合材を半導体ウエハの突起電極を有する面に塗布又は印刷して塗膜を形成したり、フィルム状接合材を半導体ウエハの突起電極を有する面に貼り合わせたりした後、半導体ウエハをダイシングし、接合材が付着した半導体チップを得る方法も挙げられる。
【００１３】
上記ペースト状接合材を塗布又は印刷する方法は特に限定されず、例えば、ディスペンサ装置を用いる方法等が挙げられる。
上記フィルム状接合材を貼り合わせる方法は特に限定されず、例えば、常圧ラミネート、真空ラミネート等が挙げられる。なかでも、真空ラミネートでは大型で高価な装置を必要とすることから、常圧ラミネートが好ましい。
【００１４】
特に、本発明の半導体装置の製造方法は、上記配置工程を行う前に、フィルム状接合材を半導体ウエハの突起電極を有する面に貼り合せる貼付工程と、上記半導体ウエハを加圧雰囲気下で加熱し、上記フィルム状接合材に含まれる気泡を除去するラミボイド除去工程と、上記半導体ウエハをダイシングし、接合材が付着した半導体チップを得るダイシング工程とを有することが好ましい。
フィルム状接合材を貼り合せた後で半導体ウエハを加圧雰囲気下で加熱することにより、仮に接合材に気泡が混入した場合であっても気泡を除去してボイド（ラミボイド）を抑制することができる。なお、ラミボイドとは、フィルム状接合材を貼り合わせる際に生じる気泡をいう。
【００１５】
上記半導体ウエハをダイシングする方法として、例えば、従来公知の砥石、レーザー等を用いて切断分離する方法等が挙げられる。
【００１６】
上記接合材は、ペースト状であってもフィルム状であってもよく、電極接合時にゲル化率４０％以下に仮硬化されるように設計される。このためには、上記接合材は、比較的長いゲルタイムを有することが好ましく、２４０℃でのゲルタイムが５秒以上であることがより好ましい。
上記ゲルタイムが５秒未満であると、電極接合時に硬化が進行しすぎてしまい、その結果、気泡除去工程を行っても気泡を充分に除去できないことがある。上記ゲルタイムは１０秒以上であることが更に好ましい。なお、接合材のゲルタイムは、ホットプレート上で接合材が硬化して硬くなる時間をスパチュラ等の接触により測定することで求めることができる。
【００１７】
上記接合材の２４０℃でのゲルタイムの上限は特に限定されないが、３０秒以下であることが好ましい。上記ゲルタイムが３０秒を超えると、接合材を完全に硬化するために非常に長い時間を要してしまい、生産性に影響を及ぼすことがある。
【００１８】
上記接合材は、硬化性化合物及び硬化剤を含有することが好ましい。硬化性化合物と硬化剤との組み合わせによって、接合材の硬化性を制御することができる。
上記硬化性化合物は特に限定されず、例えば、付加重合、重縮合、重付加、付加縮合、開環重合等の反応により硬化する化合物が挙げられる。上記硬化性化合物として、具体的には例えば、ユリア樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、レゾルシノール樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリベンズイミダゾール樹脂、ジアリルフタレート樹脂、キシレン樹脂、アルキル−ベンゼン樹脂、エポキシアクリレート樹脂、珪素樹脂、ウレタン樹脂等の熱硬化性化合物が挙げられる。なかでも、半導体装置の信頼性及び接合強度に優れていることから、エポキシ樹脂、アクリル樹脂が好ましく、イミド骨格を有するエポキシ樹脂がより好ましい。
【００１９】
上記エポキシ樹脂は特に限定されず、例えば、ビスフェノールＡ型、ビスフェノールＦ型、ビスフェノールＡＤ型、ビスフェノールＳ型等のビスフェノール型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型、クレゾールノボラック型等のノボラック型エポキシ樹脂、レゾルシノール型エポキシ樹脂、トリスフェノールメタントリグリシジルエーテル等の芳香族エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、フルオレン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ポリエーテル変性エポキシ樹脂、ＮＢＲ変性エポキシ樹脂、ＣＴＢＮ変性エポキシ樹脂、及び、これらの水添化物等が挙げられる。なかでも、粘度の低い接合材が得られることから、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、レゾルシノール型エポキシ樹脂、ポリエーテル変性エポキシ樹脂が好ましい。
【００２０】
上記ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂のうち、市販品として、例えば、ＥＸＡ−８３０−ＬＶＰ、ＥＸＡ−８３０−ＣＲＰ（以上、ＤＩＣ社製）等が挙げられる。また、上記レゾルシノール型エポキシ樹脂のうち、市販品として、例えば、ＥＸ−２０１（ナガセケムテックス社製）等が挙げられる。また、上記ポリエーテル変性エポキシ樹脂のうち、市販品として、例えば、ＥＸ−９３１（ナガセケムテックス社製）、ＥＸＡ−４８５０−１５０（ＤＩＣ社製）、ＥＰ−４００５（アデカ社製）等が挙げられる。
【００２１】
上記硬化性化合物は、吸湿率の好ましい上限が１．５％であり、より好ましい上限が１．１％である。このような吸湿率を有する硬化性化合物として、例えば、ナフタレン型エポキシ樹脂、フルオレン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂等が挙げられる。
【００２２】
上記硬化性化合物は、更に、エポキシ樹脂等と反応可能な官能基を有する高分子化合物（単に、反応可能な官能基を有する高分子化合物ともいう）を含有することが好ましい。このような高分子化合物を含有することにより、熱によるひずみが発生する際の接合信頼性が向上する。
【００２３】
上記反応可能な官能基を有する高分子化合物として、上記硬化性化合物としてエポキシ樹脂を用いる場合には、例えば、アミノ基、ウレタン基、イミド基、水酸基、カルボキシル基、エポキシ基等を有する高分子化合物等が挙げられる。なかでも、エポキシ基を有する高分子化合物が好ましい。上記エポキシ基を有する高分子化合物を添加することで、接合材の硬化物は、優れた可撓性を発現する。即ち、上記接合材の硬化物は、上記硬化性化合物としてのエポキシ樹脂に由来する優れた機械的強度、耐熱性及び耐湿性と、上記エポキシ基を有する高分子化合物に由来する優れた可撓性とを兼備することとなるので、耐冷熱サイクル性、耐ハンダリフロー性、寸法安定性等に優れるものとなり、高い接合信頼性又は高い導通信頼性を発現することとなる。
【００２４】
上記エポキシ基を有する高分子化合物は、末端及び／又は側鎖（ペンダント位）にエポキシ基を有する高分子化合物であれば特に限定されず、例えば、エポキシ基含有アクリルゴム、エポキシ基含有ブタジエンゴム、ビスフェノール型高分子量エポキシ樹脂、エポキシ基含有フェノキシ樹脂、エポキシ基含有アクリル樹脂、エポキシ基含有ウレタン樹脂、エポキシ基含有ポリエステル樹脂等が挙げられる。なかでも、エポキシ基を多く含む高分子化合物を得ることができ、硬化物の機械的強度又は耐熱性がより優れたものとなることから、エポキシ基含有アクリル樹脂が好ましい。これらのエポキシ基を有する高分子化合物は、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００２５】
上記反応可能な官能基を有する高分子化合物として、上記エポキシ基を有する高分子化合物、特に、エポキシ基含有アクリル樹脂を用いる場合、上記エポキシ基を有する高分子化合物の重量平均分子量の好ましい下限が１万である。重量平均分子量が１万未満であると、接合材の造膜性が不充分となって、接合材の硬化物の可撓性が充分に向上しないことがある。
【００２６】
上記反応可能な官能基を有する高分子化合物として、上記エポキシ基を有する高分子化合物、特に、エポキシ基含有アクリル樹脂を用いる場合、上記エポキシ基を有する高分子化合物のエポキシ当量の好ましい下限が２００、好ましい上限が１０００である。エポキシ当量が２００未満であると、接合材の硬化物の可撓性が充分に向上しないことがある。エポキシ当量が１０００を超えると、接合材の硬化物の機械的強度又は耐熱性が不充分となることがある。
【００２７】
上記反応可能な官能基を有する高分子化合物の配合量は特に限定されないが、上記硬化性化合物１００重量部中の好ましい下限が１重量部、好ましい上限が４０重量部である。上記反応可能な官能基を有する高分子化合物の配合量が１重量部未満であると、熱ひずみに対する充分な信頼性が得られないことがある。上記反応可能な官能基を有する高分子化合物の配合量が４０重量部を超えると、接合材の耐熱性が低下することがある。
【００２８】
上記硬化剤は特に限定されず、従来公知の硬化剤を上記硬化性化合物に合わせて適宜選択することができる。上記硬化性化合物としてエポキシ樹脂を用いる場合、上記硬化剤として、例えば、トリアルキルテトラヒドロ無水フタル酸等の加熱硬化型酸無水物系硬化剤、フェノール系硬化剤、アミン系硬化剤、ジシアンジアミド等の潜在性硬化剤、カチオン系触媒型硬化剤等が挙げられる。これらの硬化剤は、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００２９】
上記硬化剤の配合量は特に限定されないが、上記硬化性化合物の官能基と等量反応する硬化剤を用いる場合、上記硬化性化合物の官能基量に対して、６０〜１００当量であることが好ましい。また、触媒として機能する硬化剤を用いる場合、上記硬化剤の配合量は、上記硬化性化合物１００重量部に対して好ましい下限が１重量部、好ましい上限が４０重量部である。
【００３０】
上記接合材は、硬化速度、硬化物の物性等を調整するために、上記硬化剤に加えて硬化促進剤を含有してもよい。
上記硬化促進剤は特に限定されず、例えば、イミダゾール系硬化促進剤、３級アミン系硬化促進剤等が挙げられる。なかでも、硬化速度、硬化物の物性等の調整をするための反応系の制御をしやすいことから、イミダゾール系硬化促進剤が好ましい。これらの硬化促進剤は、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００３１】
上記イミダゾール系硬化促進剤は特に限定されず、例えば、イミダゾールの１位をシアノエチル基で保護した１−シアノエチル−２−フェニルイミダゾール、イソシアヌル酸で塩基性を保護したイミダゾール系硬化促進剤（商品名「２ＭＡ−ＯＫ」、四国化成工業社製）、２ＭＺ、２ＭＺ−Ｐ、２ＰＺ、２ＰＺ−ＰＷ、２Ｐ４ＭＺ、Ｃ１１Ｚ−ＣＮＳ、２ＰＺ−ＣＮＳ、２ＰＺＣＮＳ−ＰＷ、２ＭＺ−Ａ、２ＭＺＡ−ＰＷ、Ｃ１１Ｚ−Ａ、２Ｅ４ＭＺ−Ａ、２ＭＡＯＫ−ＰＷ、２ＰＺ−ＯＫ、２ＭＺ−ＯＫ、２ＰＨＺ、２ＰＨＺ−ＰＷ、２Ｐ４ＭＨＺ、２Ｐ４ＭＨＺ−ＰＷ、２Ｅ４ＭＺ・ＢＩＳ、ＶＴ、ＶＴ−ＯＫ、ＭＡＶＴ、ＭＡＶＴ−ＯＫ（以上、四国化成工業社製）等が挙げられる。これらのイミダゾール系硬化促進剤は、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００３２】
上記硬化促進剤の配合量は特に限定されず、上記硬化性化合物１００重量部に対して好ましい下限が１重量部、好ましい上限が１０重量部である。
【００３３】
上記硬化性化合物としてエポキシ樹脂を用い、かつ、上記硬化剤と上記硬化促進剤とを併用する場合、用いる硬化剤の配合量は、用いるエポキシ樹脂中のエポキシ基に対して理論的に必要な当量以下とすることが好ましい。上記硬化剤の配合量が理論的に必要な当量を超えると、接合材を硬化して得られる硬化物から、水分によって塩素イオンが溶出しやすくなることがある。即ち、硬化剤が過剰であると、例えば、接合材の硬化物から熱水で溶出成分を抽出した際に、抽出水のｐＨが４〜５程度となるため、エポキシ樹脂から塩素イオンが多量溶出することがある。従って、接合材の硬化物１ｇを、１００℃の純水１０ｇで２時間浸した後の純水のｐＨが６〜８であることが好ましく、ｐＨが６．５〜７．５であることがより好ましい。
【００３４】
上記接合材は、粘度を低減させるために希釈剤を含有してもよい。
上記希釈剤は、エポキシ基を有することが好ましく、１分子中のエポキシ基数の好ましい下限が２、好ましい上限が４である。１分子中のエポキシ基数が２未満であると、接合材の硬化後に充分な耐熱性が発現しないことがある。１分子中のエポキシ基数が４を超えると、硬化によるひずみが発生したり、未硬化のエポキシ基が残存したりすることがあり、これにより、接合強度の低下又は繰り返しの熱応力による接合不良が発生することがある。上記希釈剤の１分子中のエポキシ基数のより好ましい上限は３である。
また、上記希釈剤は、芳香環及び／又はジシクロペンタジエン構造を有することが好ましい。
【００３５】
上記希釈剤は、１２０℃での重量減少量及び１５０℃での重量減少量の好ましい上限が１％である。１２０℃での重量減少量及び１５０℃での重量減少量が１％を超えると、接合材の硬化中又は硬化後に未反応物が揮発してしまい、生産性又は半導体装置の性能に悪影響を与えることがある。
また、上記希釈剤は、他の硬化性化合物よりも硬化開始温度が低く、硬化速度が大きいものであることが好ましい。
【００３６】
上記接合材における希釈剤の配合量の好ましい下限は１重量％、好ましい上限は２０重量％である。上記希釈剤の配合量が上記範囲外であると、接合材の粘度を充分に低減できないことがある。
【００３７】
上記接合材は、更に、チキソトロピー付与剤を含有することが好ましい。上記チキソトロピー付与剤を含有することにより、接合材は所望の粘度挙動を達成することができる。
上記チキソトロピー付与剤は特に限定されず、例えば、金属微粒子、炭酸カルシウム、ヒュームドシリカ、酸化アルミニウム、窒化硼素、窒化アルミニウム、硼酸アルミ等の無機微粒子等が挙げられる。なかでも、ヒュームドシリカが好ましい。また、上記チキソトロピー付与剤として、必要に応じて、表面処理を行ったチキソトロピー付与剤を用いることができる。特に、上記チキソトロピー付与剤として、表面に親水基を有する粒子を用いることが好ましい。上記表面に親水基を有する粒子として、具体的には例えば、表面に親水基を有するヒュームドシリカ等が挙げられる。
【００３８】
上記チキソトロピー付与剤として、粒子状のチキソトロピー付与剤を用いる場合、平均粒子径の好ましい上限は１μｍである。上記チキソトロピー付与剤の平均粒子径が１μｍを超えると、接合材が所望のチキソトロピー性を発現できないことがある。
【００３９】
上記接合材における上記チキソトロピー付与剤の配合量は特に限定されないが、好ましい下限が０．５重量％、好ましい上限が２０重量％である。上記チキソトロピー付与剤の配合量が０．５重量％未満であると、接合材に充分なチキソトロピー性を付与することができないことがある。上記チキソトロピー付与剤の配合量が２０重量％を超えると、接合材の排除性が低下することがある。上記チキソトロピー付与剤の配合量のより好ましい下限は３重量％、より好ましい上限は１０重量％である。
【００４０】
上記接合材は、更に、表面処理されたシリカフィラーを含有することが好ましい。上記表面処理されたシリカフィラーは特に限定されないが、フェニルシランカップリング剤で表面処理されたシリカフィラーが好ましい。
【００４１】
上記表面処理されたシリカフィラーの配合量は特に限定されないが、上記硬化性化合物１００重量部に対し、好ましい下限が３０重量部、好ましい上限が４００重量部である。上記表面処理されたシリカフィラーの配合量が３０重量部未満であると、接合材が充分な信頼性を保持することができないことがある。上記表面処理されたシリカフィラーの配合量が４００重量部を超えると、接合材の粘度が高くなりすぎて、塗布安定性が低下することがある。
【００４２】
上記接合材は、必要に応じて、溶媒を含有してもよい。
上記溶媒は特に限定されず、例えば、芳香族炭化水素類、塩化芳香族炭化水素類、塩化脂肪族炭化水素類、アルコール類、エステル類、エーテル類、ケトン類、グリコールエーテル（セロソルブ）類、脂環式炭化水素類、脂肪族炭化水素類等が挙げられる。
【００４３】
上記接合材は、必要に応じて、無機イオン交換体を含有してもよい。
上記無機イオン交換体のうち、市販品としては、例えば、ＩＸＥシリーズ（東亞合成社製）等が挙げられる。上記接合材における上記無機イオン交換体の配合量の好ましい上限は１０重量％、好ましい下限は１重量％である。
【００４４】
上記接合材は、必要に応じて、ブリード防止剤、イミダゾールシランカップリング剤等の接着性付与剤、密着性付与剤等のその他の添加剤を含有してもよい。
【００４５】
上記接合材は、常温から半田溶融点までの温度域における最低溶融粘度の好ましい下限が０．１Ｐａ・ｓ、好ましい上限が１０４Ｐａ・ｓである。最低溶融粘度が０．１Ｐａ・ｓ未満であると、フィレットのはみ出しが多すぎて、他デバイスを汚染してしまうことがある。最低溶融粘度が１０４Ｐａ・ｓを超えると、ボイドを充分に抑制できないことがある。
なお、常温から半田溶融点までの温度域における最低溶融粘度は、レオメーターを用いて測定することができる。
【００４６】
上記接合材を製造する方法は特に限定されず、例えば、硬化性化合物及び硬化剤に、必要に応じて硬化促進剤、反応可能な官能基を有する高分子化合物、チキソトロピー付与剤、その他の添加剤等を所定量配合して混合する方法が挙げられる。上記混合の方法は特に限定されず、例えば、ホモディスパー、万能ミキサー、バンバリーミキサー、ニーダー等を使用する方法が挙げられる。
【００４７】
本発明の半導体装置の製造方法では、次いで、上記半導体チップを半田溶融点以上の温度に加熱して、上記半導体チップの突起電極と上記マザーウエハの電極部とを溶融接合するとともに、上記接合材をゲル化率４０％以下に仮硬化させる電極接合工程を行う。
このような工程を行い、次いで、気泡除去工程を行うことにより、仮に接合材に気泡が混入した場合であっても気泡を除去してボイドを抑制することができ、かつ、電極接合を良好に行うことができる。上記電極接合工程は、例えば、従来公知のフリップチップボンダ等のボンディング装置を用いて行うことができる。
【００４８】
上記マザーウエハとして、例えば、シリコン、ガリウム砒素等の半導体からなり、半田からなる電極部又は表面処理（ＯＳＰ、Ａｕ／Ｎｉ、Ｓｎめっき等）されたＣｕ電極が表面に形成されたウエハが挙げられる。
【００４９】
上記半導体チップを半田溶融点以上の温度に加熱して、上記半導体チップの突起電極と上記マザーウエハの電極部とを溶融接合する方法として、例えば、半導体チップを半田溶融点以上の温度に加熱しながら半導体チップに荷重を付与する方法等が挙げられる。なお、半田溶融点は、通常、２２５〜２３５℃程度である。
上記半導体チップを加熱する温度は特に限定されないが、好ましい下限は２４０℃、好ましい上限は４００℃である。上記半導体チップに付与する荷重は特に限定されないが、好ましい下限は１０Ｎ、好ましい上限は２００Ｎである。
【００５０】
上記接合材のゲル化率が４０％を超えると、ボイドを充分に抑制することができない。上記接合材のゲル化率は３０％以下であることが好ましい。
上記接合材のゲル化率の下限は特に限定されないが、３％以上であることが好ましい。上記接合材のゲル化率が３％未満であると、突起電極の保持性が低下するため、絶縁層間膜としてＬｏｗ−ｋ材等の脆性材料を用いた場合には、絶縁層間膜の加熱後の応力緩和が不足して、突起電極直下の絶縁層間膜が破壊又は剥離することがある。
なお、接合材のゲル化率（％）とは、下記式（１）により求められる値を意味する。
接合材のゲル化率（％）＝（１−Ｄｈ／Ｄｉ）×１００  （１）
式（１）中、Ｄｉは示差走査熱量計にて算出される接合材の初期状態の発熱量を表し、Ｄｈは示差走査熱量計にて算出される接合材の加熱処理後の発熱量を表す。
【００５１】
本発明の半導体装置の製造方法では、次いで、全ての半導体チップについて上記配置工程と上記電極接合工程とを行った後、上記マザーウエハを加圧雰囲気下で加熱し、上記接合材に含まれる気泡を除去する気泡除去工程を行う。
加圧雰囲気下とは、常圧（大気圧）より高い圧力雰囲気下を意味する。このような工程を行うことにより、仮に接合材に気泡が混入した場合であっても気泡を除去してボイドを抑制することができる。ここでは、接合材に含まれる気泡を単に成長させないだけではなく、積極的に除去できるものと考えられる。
【００５２】
上記マザーウエハを加圧雰囲気下で加熱する方法として、例えば、加圧キュアオーブン（例えば、ＮＴＴアトバンステクノロジ社製のＰＣＯ−０８３ＴＡ等）を用いる方法等が挙げられる。上記加圧キュアオーブンは大気雰囲気であってもよいが、窒素等の不活性気体雰囲気であることが好ましい。
【００５３】
上記加圧キュアオーブンの圧力の好ましい下限は０．１ＭＰａ、好ましい上限は１０ＭＰａである。圧力が０．１ＭＰａ未満であると、気泡を充分に除去できないことがある。圧力が１０ＭＰａを超えると、接合材自体の変形が生じ、半導体装置の信頼性に悪影響を及ぼすことがある。圧力のより好ましい下限は０．３ＭＰａ、より好ましい上限は１ＭＰａである。
上記加圧キュアオーブンの温度は、接合材の最低溶融粘度を目安に設定することが好ましく、具体的には、接合材が最低溶融粘度を示す温度の±２０℃の範囲内であることが好ましい。
【００５４】
本発明の半導体装置の製造方法では、全ての半導体チップについて上記配置工程と上記電極接合工程とを行った後、複数個の半導体チップが配置及び電極接合したマザーウエハに対して加圧雰囲気下での加熱を行うことから、本発明の半導体装置の製造方法は生産効率に優れた方法となる。
【００５５】
上記気泡除去工程では上記接合材の硬化も進行するが、上記接合材を完全に硬化してもよいし、途中段階まで硬化し、その後更に、上記接合材を完全に硬化する硬化工程を行ったのでもよい。
上記接合材を完全に硬化する方法として、例えば、上記加圧キュアオーブンの温度を上昇させて上記接合材を加熱し、完全に硬化する方法、常圧下で上記接合材を加熱し、完全に硬化する方法等が挙げられる。なかでも、工程数の観点から、上記加圧キュアオーブンの温度を上昇させて上記接合材を加熱し、完全に硬化する方法が好ましい。
【００５６】
本発明の半導体装置の製造方法によれば、仮に接合材に気泡が混入した場合であっても気泡を除去してボイドを抑制することができ、かつ、電極接合を良好に行い高い信頼性を実現することができる。また、本発明の半導体装置の製造方法によれば、複数個の半導体チップが配置及び電極接合したマザーウエハに対して加圧雰囲気下での加熱を行うことから、生産効率を向上させることができる。
本発明の半導体装置の製造方法によって製造されるマザーウエハ上に複数の半導体チップが搭載された半導体装置は、例えば、電極から再配線されたり、半導体チップごと又は一括して封止され、必要に応じてマザーウエハのバックグラインド工程を経た後、半導体チップごとにダイシングにより個片化され、更なる電子部品の製造に用いられたりする。
【発明の効果】
【００５７】
本発明によれば、ボイドを抑制して高い信頼性を実現することのできる生産効率に優れた半導体装置の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００５８】
以下に実施例を掲げて本発明の態様を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されない。
【００５９】
（実施例１）
（１）フィルム状接合材の製造
表１に記載の組成に従って、各材料を溶媒としてのＭＥＫに添加し、ホモディスパーを用いて攪拌混合することにより接合材組成物を製造した。得られた接合材組成物をアプリケーターを用いて離型ＰＥＴ上に乾燥後の厚みが２０μｍとなるように塗工し、乾燥することによりフィルム状接合材を製造した。得られた接合材について、２４０℃でのゲルタイムを測定すると、１０秒であった。なお、接合材のゲルタイムは、ホットプレート上で接合材が硬化して硬くなる時間をスパチュラ等の接触により測定することで求めた。
【００６０】
（２）半導体装置の製造
（２−１）貼付工程、ダイシング工程
５０μｍピッチでペリフェラル状に突起電極（３０μｍ□、高さ１５μｍ（Ｃｕ１０μｍ、半田５μｍ））が形成された半導体ウエハ（２００ｍｍφサイズ、７２５μｍ厚み）を用意した。
得られたフィルム状接合材を、常圧加熱ラミネーターを用いて、常圧下、８０℃で半導体ウエハの突起電極を有する面に貼り合わせた（貼付工程）。次いで、研削装置（ＤＦＧ８５６０、ディスコ社製）を用いて、厚みが５０μｍとなるまで半導体ウエハの裏面を研削した。半導体ウエハの研削した面にダイシングテープを貼り付け、ダイシング装置（ＤＦＤ６５１、ディスコ社製）を用いて、送り速度２０ｍｍ／秒で半導体ウエハをダイシングし、得られた半導体チップをピックアップしてトレイ詰めして、厚みが２０μｍの接合材が付着した半導体チップ（７．６ｍｍ□）を得た（ダイシング工程）。
【００６１】
（２−２）配置工程、電極接合工程
電極部（２５μｍ□、表面Ａｕ／Ｎｉ処理、高さ５μｍ）が形成されたマザーウエハ（２００ｍｍφサイズ、７２５μｍ厚み）を用意した。
フリップチップボンダ（ＦＣ−３０００、東レエンジニアリング社製）を用いて、得られた接合材が付着した半導体チップを、接合材を介してマザーウエハ上に配置し（配置工程）、１６０℃接触で２８０℃昇温、２０Ｎで２秒間荷重、ステージ温度１２０℃で、半導体チップの突起電極とマザーウエハの電極部とを溶融接合した（電極接合工程）。この操作を１６個の半導体チップに対して繰り返し、１６個の半導体チップを順にマザーウエハ上に配置及び電極接合させた。
このとき、接合材のゲル化率は５％であった。なお、接合材のゲル化率（％）は、ゲル化率を測定するためのサンプルを別途、同条件で作製し、得られたサンプルから半導体チップを剥がして接合材の一部をかきとり、ＤＳＣ６２２０（Ｓｅｉｋｏ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製）により測定した発熱量から、式（１）により求めた。
【００６２】
（２−３）気泡除去工程
得られた１６個の半導体チップが配置及び電極接合したマザーウエハを、加圧キュアオーブン（ＰＣＯ−０８３ＴＡ、ＮＴＴアドバンステクノロジ社製）に投入し、以下の加圧、加熱条件により気泡を除去するとともに接合材を硬化させて（気泡除去工程）、１６個の半導体チップが搭載された半導体装置を得た。
＜加圧、加熱条件＞
ＳＴＥＰ１：２５℃から８０℃まで１０分で一定昇温、０．５ＭＰａ
ＳＴＥＰ２：８０℃で６０分保持、０．５ＭＰａ
ＳＴＥＰ３：８０℃から１７０℃まで一定昇温、０．５ＭＰａ
ＳＴＥＰ４：１７０℃で１０分保持、０．５ＭＰａ
ＳＴＥＰ５：１７０℃から２５℃まで３０分で降温、０．５ＭＰａ
ＳＴＥＰ６：室温まで６０分で一定降温、０．５ＭＰａ
【００６３】
（２−４）パッケージ個片化工程
得られた１６個の半導体チップが搭載された半導体装置について、モールド樹脂により半導体チップ部分を封止した後、１つの基板サイズ（１５ｍｍ□）にダイシングし、１６個のパッケージを得た。
【００６４】
（実施例２）
電極接合工程での条件を１６０℃接触で２８０℃昇温、２０Ｎで５秒間荷重、ステージ温度１２０℃に変更し、このときの接合材のゲル化率を３５％としたこと以外は実施例１と同様にして、１６個のパッケージを得た。
【００６５】
（実施例３）
貼付工程での条件を８０Ｐａ、８０℃での真空ラミネーション（ＡＴＭ−８１２Ｍ  タカトリ社製）に変更したこと以外は実施例１と同様にして、１６個のパッケージを得た。
【００６６】
（実施例４）
気泡除去工程での条件を以下の加圧、加熱条件に変更したこと以外は実施例１と同様にして、１６個のパッケージを得た。
＜加圧、加熱条件＞
ＳＴＥＰ１：２５℃から１００℃まで１０分で一定昇温、０．５ＭＰａ
ＳＴＥＰ２：１００℃で６０分保持、０．５ＭＰａ
ＳＴＥＰ３：１００℃から１７０℃まで一定昇温、０．５ＭＰａ
ＳＴＥＰ４：１７０℃で１０分保持、０．５ＭＰａ
ＳＴＥＰ５：１７０℃から２５℃まで３０分で降温、０．５ＭＰａ
ＳＴＥＰ６：室温まで６０分で一定降温、０．５ＭＰａ
【００６７】
（比較例１）
気泡除去工程での条件を以下の加圧、加熱条件に変更したこと（加圧は行わなかった）以外は実施例１と同様にして、１６個のパッケージを得た。
＜加圧、加熱条件＞
ＳＴＥＰ１：２５℃から８０℃まで１０分で一定昇温、０．１ＭＰａ（１ａｔｍ）
ＳＴＥＰ２：８０℃で６０分保持、０．１ＭＰａ（１ａｔｍ）
ＳＴＥＰ３：８０℃から１７０℃まで一定昇温、０．１ＭＰａ（１ａｔｍ）
ＳＴＥＰ４：１７０℃１０分保持、０．１ＭＰａ（１ａｔｍ）
ＳＴＥＰ５：１７０℃から２５℃まで３０分で降温、０．１ＭＰａ（１ａｔｍ）
ＳＴＥＰ６：室温まで６０分で一定降温、０．１ＭＰａ（１ａｔｍ）
【００６８】
（比較例２）
電極接合工程での条件を１６０℃接触で２８０℃昇温、２０Ｎで１０秒間荷重、ステージ温度１２０℃に変更し、このときの接合材のゲル化率を５０％としたこと以外は実施例１と同様にして、１６個のパッケージを得た。
【００６９】
（評価）
実施例及び比較例で得られた半導体装置又はパッケージについて、以下の評価を行った。結果を表１に示した。
【００７０】
（１）ボイドの有無
超音波探査映像装置（Ｃ−ＳＡＭ  Ｄ９５００、日本バーンズ社製）を用いて、気泡除去工程を行う前後の半導体装置のボイドを観察し、ボイドの有無を評価した。
【００７１】
（２）接続信頼性
得られた１６個のパッケージについて、温度サイクル試験を行うことにより接続信頼性を評価した。温度サイクル試験は、プリコンディション条件をＪＥＤＥＣ  ＬＥＶＥＬ３  テストコンディションＢとし、−５５℃〜１２５℃、１０００サイクルの条件とした。試験後の抵抗値が初期値の±５％以内で導通していることを良品の基準として、１６個のパッケージのうちの良品率を求めることで評価した。
【００７２】
【表１】
2013214619.tif 000002
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明によれば、ボイドを抑制して高い信頼性を実現することができる生産効率に優れた半導体装置の製造方法を提供することができる。