(57)【要約】【課題】フリップチップ実装において、製造装置の条件制御によってボイドを除去することは、条件マージンによる制約があるため困難であった。【解決手段】半導体チップ上のバンプと基板上の電極パッドが、接着剤を介して接合された半導体装置であって、前記半導体チップの前記基板と反対側の面における中央部に接する面を基準面として、前記半導体チップの前記基板と反対側の面が、少なくとも１つの断面において中央部から周辺部に向けて前記基準面から前記基板と反対方向に距離が大きくなる形状であることを特徴とする半導体装置。【選択図】図１
2016072332.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップ上のバンプと基板上の電極パッドが、接着剤を介して接合された半導体装置であって、前記半導体チップの前記基板と反対側の面における中央部に接する面を基準面として、前記半導体チップの前記基板と反対側の面が、少なくとも１つの断面において中央部から周辺部に向けて前記基準面から前記基板と反対方向に距離が大きくなる形状であることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記半導体チップの長辺の長さをＤ１、前記半導体チップの前記基板と反対側の面の周辺部における前記基準面からの距離をｄ１として、ｄ１／Ｄ１が、１／２０００〜１／５００であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
半導体チップ上のバンプと基板上の電極パッドを、接着剤を介して接合する半導体装置の製造方法であって、半導体チップ上のバンプを有する面または基板上の電極パッドを有する面に接着剤を配置し、次に半導体チップ上のバンプを有する面および基板上の電極パッドを有する面を対向させ、前記半導体チップのバンプと反対側の面に配置した押圧用部材と、前記基板の電極パッドと反対側の面に配置した支持体により押圧して接合し、かつ前記押圧用部材の前記半導体チップ側の面における中央部に接する面を基準面として、前記押圧用部材の前記半導体チップと接触する面が、少なくとも１つの断面において中央部から周辺部に向けて、前記基準面から前記基板と反対方向に距離が大きくなる形状であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記押圧用部材の前記半導体チップと接触する面の一部または全部が、曲面であることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記押圧用部材の前記半導体チップと接触する面の一部または全部が、階段状であることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記半導体チップの長辺の長さをＤ２、前記押圧用部材の前記半導体チップと接触する面の周辺部における前記基準面からの距離をｄ２として、ｄ２／Ｄ２が、１／２０００〜１／５００であることを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記接着剤が熱硬化性接着剤フィルムであることを特徴とする請求項３〜６のいずれか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、半導体装置および半導体装置の製造方法にかかり、特にＩＣ、ＬＳＩ等の半導体チップをフレキシブル基板、ガラスエポキシ基板、ガラス基板、セラミックス基板、シリコンインターポーザー、シリコン基板などの配線基板にフリップチップ接続する際に適した半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、基板に半導体チップを実装する手法として、フリップチップ実装が使用されるようになってきている。フリップチップ実装は半導体チップの素子面にバンプと呼ばれる突起電極を設け、これを配線基板に対向させて、対応する電極同士を接続するという特徴を持つ。フリップチップ実装では基板と半導体チップ間に接着剤を介した形態をとり、これらを熱圧着することにより半導体装置を製造する方法が一般に知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３０３８５１号公報
【特許文献２】特開２００３−２３４３７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
半導体装置の製造においては、製造装置の温度や圧力といった条件制御によってボイドの発生を抑制することが一般的である。しかしながら、熱硬化性接着剤を用いたフリップチップ実装においては、半導体チップと基板の接触からヒートツールの加熱および熱硬化性接着剤の硬化に至るまで数秒以内に完了する必要があるため、製造装置の条件制御に許されるマージンは極めて狭い。それゆえ、製造装置の条件制御によりある程度ボイドの発生を抑制することはできるものの、近年求められるレベルにまでボイドの発生を抑制することは困難であった。
【０００５】
上記課題に鑑み本発明は、半導体装置の条件設定のみによらないボイド除去効果を有する半導体装置および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】
【０００６】
本発明は、半導体チップ上のバンプと基板上の電極パッドが、接着剤を介して接合された半導体装置であって、前記半導体チップの前記基板と反対側の面における中央部に接する面を基準面として、前記半導体チップの前記基板と反対側の面が、少なくとも１つの断面において中央部から周辺部に向けて前記基準面から前記基板と反対方向に距離が大きくなる形状であることを特徴とする半導体装置である。
【０００７】
また、本発明の別の態様は、半導体チップ上のバンプと基板上の電極パッドを、接着剤を介して接合する半導体装置の製造方法であって、半導体チップ上のバンプを有する面または基板上の電極パッドを有する面に接着剤を配置し、次に半導体チップ上のバンプを有する面および基板上の電極パッドを有する面を対向させ、前記半導体チップのバンプと反対側の面に配置した押圧用部材と、前記基板の電極パッドと反対側の面に配置した支持体により押圧して接合し、かつ前記押圧用部材の前記半導体チップ側の面における中央部に接する面を基準面として、前記押圧用部材の前記半導体チップと接触する面が、少なくとも１つの断面において中央部から周辺部に向けて、前記基準面から前記基板と反対方向に距離が大きくなる形状であることを特徴とする半導体装置の製造方法である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、半導体装置の半導体チップと基板の間の接着剤層の厚みを中心部と周辺部で僅かに変化させることによって、実装中に圧力勾配を生み出すことが可能となるため、接着剤層内への巻き込まれや揮発によって発生するボイドを、圧力の低い周辺部から半導体装置外に排出する効果が生まれる。その結果、ボイドを抑制するための条件のマージンを広げることが可能となり、絶縁信頼性の高い半導体装置を効率的かつ再現性高く得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明または従来技術による半導体装置を示す図である。（ａ）フリップチップ実装における各部材の初期状態を示す図（ｂ）従来技術によって得られた半導体装置を示す図（ｃ）本発明の半導体装置を示す図
【図２】本発明による半導体装置の製造方法を示す図である。（ａ）フリップチップ実装を行うため半導体装置の製造装置に各部材を配置した状態を示す図（ｂ）熱圧着により半導体装置を製造している状態を示す図
【図３】本発明による半導体装置の製造方法を示す図である。（ａ）フリップチップボンダーおよび押圧用部材によって、半導体チップを基板上にマウントした状態を示す図（ｂ）半導体チップのマウント後に、半導体チップ上に別の押圧用部材を配置した状態を示す図（ｃ）熱圧着により半導体装置を製造している状態を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の半導体装置は、半導体チップ上のバンプと基板上の電極パッドが、接着剤を介して接合された半導体装置であって、前記半導体チップの前記基板と反対側の面における中央部に接する面を基準面として、前記半導体チップの前記基板と反対側の面が、少なくとも１つの断面において中央部から周辺部に向けて前記基準面から前記基板と反対方向に距離が大きくなる形状であることを特徴とする半導体装置である。以下では本発明の半導体装置が特徴として有する前記形状を形状Ａ１と表記する。
【００１１】
また本発明の半導体装置の製造方法は、半導体チップ上のバンプと基板上の電極パッドを、接着剤を介して接合する半導体装置の製造方法であって、半導体チップ上のバンプを有する面または基板上の電極パッドを有する面に接着剤を配置し、次に半導体チップ上のバンプを有する面および基板上の電極パッドを有する面を対向させ、前記半導体チップのバンプと反対側の面に配置した押圧用部材と、前記基板の電極パッドと反対側の面に配置した支持体により押圧して接合し、かつ前記押圧用部材の前記半導体チップ側の面における中央部に接する面を基準面として、前記押圧用部材の前記半導体チップと接触する面が、少なくとも１つの断面において中央部から周辺部に向けて、前記基準面から前記基板と反対方向に距離が大きくなる形状であることを特徴とする半導体装置の製造方法である。
【００１２】
本発明の半導体装置および半導体装置の製造方法において用いられる半導体チップとしては、例えばＩＣ、ＬＳＩ、トランジスタ、ダイオードなどが挙げられ、特に限定されるものではない。半導体チップ材料としては、シリコン、ゲルマニウムといった半導体や、ガリウム砒素、ガリウム燐、インジウム燐等の化合物半導体を用いることもできる。半導体チップの構造としてはフリップチップもしくはＴＳＶ構造を有し、またバンプと呼ばれる突起電極を有する。バンプの先端部には、はんだを有することが好ましいが、基板上の電極バッドの先端部にはんだを有していてもよい。
【００１３】
本発明において用いられるはんだの材質としては、特に限定されないが、人体や環境への影響の観点から、ＳｎＡｇＣｕ系、ＳｎＣｕ系、ＳｎＡｇ系、ＳｎＡｇＣｕＢｉ系、ＳｎＺｎＢｉ系、ＳｎＡｇＩｎＢｉ系などの鉛フリーはんだを用いることが好ましい。さらには、狭ピッチのバンプに対応するため、本発明の半導体装置および半導体装置の製造方法において用いられるバンプとしては、金属のピラー、特に銅ピラーの先端部にはんだが形成されたバンプであることが好ましい。はんだと金属ピラーとの間に金属の拡散を抑制するためのバリアメタル層を設けることもできる。また、樹脂やフィラーがバンプと電極パッドの間に噛み難いという観点から、はんだの形状は半球状であることが好ましい。
【００１４】
半導体チップにあるバンプの高さはすべて均等に揃っていることが好ましく、バンプ高さのバラつきは５μｍ以下であることが好ましい。バラつきが５μｍ以下であれば、バンプの圧着の際の接続不良をより少なくすることができる。バンプ高さのバラツキを小さくするため、研削加工を施すことも可能である。
【００１５】
本発明の半導体装置および半導体装置の製造方法において用いられる基板としては、ＴＳＶ構造を有する半導体チップや半導体ウェハ、シリコンインターポーザーなどのシリコン基板、セラミックス類、化合物半導体、有機系回路基板、無機系回路基板、およびこれらの基板に回路の構成材料や受動素子が配置されたものが挙げられる。
【００１６】
有機系回路基板の例としては、ガラス布・エポキシ銅張積層板などのガラス基材銅張積層板、ガラス不織布・エポキシ銅張積層板などのコンポジット銅張積層板、ポリエーテルイミド樹脂基板、ポリエーテルケトン樹脂基板、ポリサルフォン系樹脂基板などの耐熱・熱可塑性基板、ポリエステル銅張フィルム基板、ポリイミド銅張フィルム基板などのフレキシブル基板が挙げられる。無機系回路基板としては、アルミナ基板、窒化アルミニウム基板、炭化ケイ素基板などのセラミック基板、アルミニウムベース基板、鉄ベース基板などの金属系基板が例として挙げられる。
【００１７】
回路の構成材料の例は、銀、金、銅、アルミニウムなどの金属を含有する導体、無機系酸化物などを含有する抵抗体、ガラス系材料および／または樹脂などを含有する低誘電体、樹脂や高誘電率無機粒子などを含有する高誘電体、ガラス系材料などを含有する絶縁体などが挙げられる。
【００１８】
本発明の半導体装置および半導体装置の製造方法において用いられる基板には、半導体チップのバンプの位置に対応した電極パッドを有する。電極パッドは、平坦な形状でもよいし、いわゆるピラー形状（柱状）の突起であってもよい。また、円形や、四角形、八角形などの多角形のいずれでもよい。電極パッドの材質に特に制限は無く、アルミニウム、銅、チタン、タングステン、クロム、ニッケル、金、はんだ、それらを用いた合金など、半導体装置において一般的に用い得る金属を使用することができ、複数の金属を積層することもできる。電極パッドもバンプと同様、高さのバラつきは５μｍ以下であることが好ましく、研削加工を施すことも可能である。
【００１９】
本発明で用いられる接着剤は、基板上の電極パッド表面を被覆した状態を維持することが可能であれば、液状のものであってもフィルム状であっても、よく特に状態は限定されないが熱硬化性接着剤フィルムであることが好ましい。また熱硬化性接着剤フィルムは単一の樹脂のみからなるものであってもよいし、複数の樹脂が含まれていてもよい。熱硬化性接着剤フィルムに用いられる樹脂としては、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノキシ樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂などを用いることができるが、これらに限らない。また硬化剤、硬化促進剤などをさらに含有していてもよい。硬化剤、硬化促進剤としては公知のものを用いることができる。
【００２０】
また接着剤は絶縁信頼性や温度サイクルに対する信頼性の観点から絶縁性無機フィラーを含むものが好ましい。ここでいう絶縁性無機フィラーとしては、シリカ、窒化ケイ素、アルミナ、窒化アルミ、酸化チタン、窒化チタン、チタン酸バリウムなどを用いることができる。また、必要に応じ架橋剤、界面活性剤、分散剤などが接着剤に含まれていてもよい。接着剤にはプロセス効率の観点から熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂もしくはそれらの混合物を含有することが好ましい。
【００２１】
熱硬化性接着剤フィルムを用いる場合、例えば特開２００４−３１９８２３号公報、特開２００８−９４８７０号公報、特許３９９５０２２号公報、特開２００９−２６２２２７号公報などに開示されている樹脂組成物を用いることができる。
【００２２】
次に、本発明の半導体装置について説明する。本発明の半導体装置は、半導体チップ上のバンプと基板上の電極パッドが、接着剤を介して接合された半導体装置であって、前記半導体チップの前記基板と反対側の面における中央部に接する面を基準面として、前記半導体チップの前記基板と反対側の面が、少なくとも１つの断面において中央部から周辺部に向けて前記基準面から前記基板と反対方向に距離が大きくなる形状であることを特徴とする半導体装置である。これにより、実装中に圧力勾配を生み出すことが可能となるため、接着剤層内への巻き込まれや揮発によって発生するボイドを、圧力の低い周辺部から半導体装置外に排出する効果が生まれる。その結果、ボイドを抑制するための条件のマージンを広げることが可能となり、絶縁信頼性の高い半導体装置を効率的かつ再現性高く得ることができる。なお以下では、上記基準面を面Ｓ０と表記する。また前記半導体チップの前記基板と反対側の面を面Ｓ１と表記する。
【００２３】
本発明の半導体装置を、図１を例に説明する。図１においては、面Ｓ１は半導体チップの非アクティブ面として記載されている面であって、前記基板に接着されていない面である。面Ｓ１は半導体チップ加工の電極作製前に形成された面である。
【００２４】
図１（ｂ）に示される従来技術による半導体装置では、前記半導体チップの面Ｓ１と前記基準面Ｓ０はほぼ一致する。一方、図１（ｃ）に示される本発明の半導体装置では、前記面Ｓ１が前記半導体チップの外周方向へ向かうにつれて基準面Ｓ０から離れていく前記形状Ａ１となる。
【００２５】
このときの前記半導体装置上の前記半導体チップの面Ｓ１は、その一部または全部が曲面であることが好ましく、球面に沿う形状であることがより好ましいが、半導体チップが破損せず、電気的特性および機械特性に影響しない限り、球面以外の曲面であっても良い。また、前記半導体チップの面Ｓ１が基準面Ｓ０と接する範囲は、中心での点接触に限らず、面で接していても良い。このときの前記半導体チップの面Ｓ１と基準面Ｓ０の接触面積は前記半導体チップの面Ｓ１の面積の半分以下であることが好ましい。
【００２６】
また前記半導体チップの長辺の長さをＤ１、前記半導体チップの前記基板と反対側の面の周辺部における前記基準面Ｓ０からの距離をｄ１として、ｄ１／Ｄ１が、１／２０００〜１／５００であることが好ましい。この範囲であることにより、実装中の半導体チップと基板との間の接着剤層内に中央から外周へ向かう動径方向に圧力勾配が生じ、ボイドの排出力が高まる。またバンプの先端部にはんだを有する場合、接着剤の過剰な流動によるはんだ流出を抑えることができる。ここで半導体チップが長方形でない場合は、長辺の長さとは半導体チップの周辺部間で最も距離が大きくなる長さをいう。
【００２７】
また本発明の半導体装置の製造方法は、半導体チップ上のバンプと基板上の電極パッドを、接着剤を介して接合する半導体装置の製造方法であって、半導体チップ上のバンプを有する面または基板上の電極パッドを有する面に接着剤を配置し、次に半導体チップ上のバンプを有する面および基板上の電極パッドを有する面を対向させ、前記半導体チップのバンプと反対側の面に配置した押圧用部材と、前記基板の電極パッドと反対側の面に配置した支持体により押圧して接合し、かつ前記押圧用部材の前記半導体チップ側の面における中央部に接する面を基準面として、前記押圧用部材の前記半導体チップと接触する面が、少なくとも１つの断面において中央部から周辺部に向けて、前記基準面から前記基板と反対方向に距離が大きくなる形状であることを特徴とする半導体装置の製造方法である。なお以下では、この押圧用部材の形状を以下では形状Ａ２とする。また上記基準面を面Ｓ２と表記する。また前記押圧用部材の前記半導体チップと接触する面を面Ｓ３と表記する。
【００２８】
また本発明の半導体装置の製造方法は、（ｉ）半導体チップ上のバンプを有する面または基板上の電極パッドを有する面に接着剤を配置し、次に（ｉｉ）半導体チップ上のバンプを有する面および基板上の電極パッドを有する面を対向させ、（ｉｉｉ）前記半導体チップのバンプと反対側の面に配置した押圧用部材と、前記基板の電極パッドと反対側の面に配置した支持体により押圧して接合する。
【００２９】
本発明の半導体装置の製造方法においては、（ｉ）半導体チップ上のバンプを有する面または基板上の電極パッドを有する面に接着剤を配置する。前記接着剤はスループットの観点から接着剤フィルムであることが好ましい。より好ましくは熱硬化性接着剤フィルムである。また、ボイドが抑制され、かつ効率的に基板に接着剤を被覆できるため、接着剤の配置は真空ラミネーターを用いて接着剤フィルムを真空中で加熱しながら加圧ラミネートするのが好ましい。ラミネート温度は、貼り合わせ面の凹凸への追従性の点から６０℃以上が好ましい。また、貼り付け時の接着剤フィルムの硬化を防ぐために、貼り付け温度は１００℃以下とすることが好ましい。この温度範囲において接着剤フィルムの動的粘度は、５０〜５０００Ｐａ・ｓであることが好ましい。接着剤フィルムの動的粘度が５０Ｐａ・ｓ以上であると取り扱いが容易であり、５０００Ｐａ・ｓ以下であるとバンプが接着剤フィルム中に埋まりやすく、低圧力でのラミネートが可能となる。ラミネートする接着剤フィルムの厚さは、バンプの平均高さ以上であることが好ましい。より好ましくはバンプの平均高さ以上かつバンプの平均高さと基板上の電極パッド平均高さを足し合わせた厚さの１．５倍以下である。さらにより好ましくは、バンプの平均高さ以上かつバンプの平均高さと基板上の電極パッド平均高さを足し合わせた厚さ以下である。なお、バンプの高さや電極パッドの高さは、それぞれ半導体チップや基板の表面の形状を測定し、その一番低い高さを基準（０μｍ）として高さのピーク値を測定することにより得ることができる。バンプの平均高さおよび電極パッド平均高さは、それぞれ半導体チップの全てのバンプや基板上の全ての電極パッドの高さの平均値であり、例えばコンフォーカル顕微鏡（レーザーテック（株）製、Ｈ１２００）で測定することができる。接着剤フィルムの厚さがバンプの平均高さ以上であると、ボンディング後の接着剤フィルムと基板との間にボイドが発生しにくく、接着力が低下したりする場合や信頼性に影響する場合が少なくなる。また、接着剤フィルムの厚さがバンプの平均高さと基板上の電極パッド平均高さを足し合わせた厚さの１．５倍以下であれば、経済性に優れるだけでなく、接着剤フィルムのはみ出し量が少なくなるため実装面積が少なくなり、またはみ出した接着剤フィルムが半導体チップ上部にまで回り込みボンディング装置の押圧用部材を汚染してしまうことが少なくなる。
【００３０】
本発明の半導体装置の製造方法においては、次に（ｉｉ）半導体チップ上のバンプを有する面および基板上の電極パッドを有する面を対向させ、（ｉｉｉ）前記半導体チップのバンプと反対側の面に配置した押圧用部材と、前記基板の電極パッドと反対側の面に配置した支持体により押圧して接合する。
【００３１】
前記押圧用部材には窒化アルミニウムのような耐熱性、熱伝導性および剛性の高いセラミックス材料、鉄、銅、アルミニウムのような金属材料、もしくは前記半導体チップを熱圧着する際に前記半導体装置の形状Ａ１を形成するのに十分な剛性を有するゴムや樹脂といった弾性体を用いることができるが、前記押圧用部材を構成する材質はこれに限らない。
【００３２】
また前記支持体は、押圧用部材と同様の材料を用いることができ、基板を設置する面は平面であることが好ましい。また、複数の吸着孔および吸着溝を備えていることによって基板の固定力が向上し、熱膨張による基板の反りを抑え、高い精度で位置あわせすることが可能となる。
【００３３】
（ｉｉ）半導体チップ上のバンプを有する面および基板上の電極パッドを有する面を対向させる工程において、押圧用部材の温度は、接着剤の粘度を下げて粘着性を上げ、所定の位置に半導体チップが固定されるよう、また接着剤の硬化が進まないよう５０〜２００℃の温度範囲、および１０秒以下の時間が好ましい。より好ましくは、８０〜１８０℃、３秒以下である。また圧力は０．０１〜２．０ＭＰａの範囲が好ましい。この熱圧着工程は、常圧下で行っても良いし、気泡の噛み込みなどを防ぐため真空中で実施しても良い。なお、ここでの温度とは、熱硬化性接着剤フィルム中の温度であり、例えば、温度レコーダ（（株）キーエンス製、ＮＲ１００）に熱電対を接続して求めることができる。
【００３４】
（ｉｉｉ）前記半導体チップのバンプと反対側の面に配置した押圧用部材と、前記基板の電極パッドと反対側の面に配置した支持体により押圧して接合する工程において、押圧用部材表面の温度は２００℃以上が好ましい。接着剤からの脱ガスによるボイド発生を抑制するため、温度は２７０℃以下とすることが好ましい。より好ましくは２５０℃以下である。加熱状態における保温時間は良好な機械的強度及び電気的接続を得るため、昇温に要する時間は２秒以下であることが好ましい。熱圧着後も前記半導体装置の形状Ａ１を保持する必要があるため、前記接着剤が十分に硬化するまで加熱する必要がある。この加熱条件は２００℃以上で２秒以上が好ましい。
【００３５】
また本発明の半導体装置の製造方法では、上記の工程（ｉｉｉ）の後、追加キュアを行ってもよい。追加キュアの条件は、用いる接着剤の特性に応じて任意に設定することができる。
【００３６】
本発明の半導体装置の製造方法においては、前記押圧用部材の前記半導体チップと接触する面Ｓ３が、少なくとも１つの断面において中央部から周辺部に向けて、前記基準面Ｓ２から前記基板と反対方向に距離が大きくなる形状であることを特徴とする。半導体チップと基板の間の接着剤層の厚みを中心部と周辺部で僅かに変化させることによって、実装中に圧力勾配を生み出すことが可能となるため、接着剤層内への巻き込まれや揮発によって発生するボイドを、圧力の低い周辺部から半導体装置外に排出する効果が生まれる。その結果、ボイドを抑制するための条件のマージンを広げることが可能となり、絶縁信頼性の高い半導体装置を効率的かつ再現性高く得ることができる。
【００３７】
また押圧用部材の面Ｓ３は、その一部または全部が曲面であることが好ましく、球面に沿う形状であることがより好ましい。曲面であることにより、実装中の半導体チップと基板との間の接着剤層内に中央から外周へ向かう動径方向に圧力勾配が生じ、ボイドの排出力が高まる。またバンプの先端部にはんだを有する場合、接着剤の過剰な流動によるはんだ流出を抑えることができる。また押圧用部材の面Ｓ３は、その一部または全部が、面Ｓ２と平行で距離が異なる複数の平面を組み合わせた階段状であってもよい。階段状であれば押圧用部材をより簡単なプロセスで製造することができる。
【００３８】
前記押圧用部材の面Ｓ３が基準面Ｓ２と接する範囲は、中心での点接触に限らず、面で接していても良い。このときの前記押圧用部材の面Ｓ３と基準面Ｓ２の接触面積は前記半導体チップの面Ｓ１の面積の半分以下であることが好ましい。
【００３９】
図２で示すように単一の押圧用部材８ａのみを用いてフリップチップ実装を完了することが好ましいが、平面の押圧用部材によって半導体チップを基板上にマウントし（図３（ａ））、その後に半導体チップの上に前記形状Ａ２を有する別の押圧用部材を配置した後に（図３（ｂ））、再度熱圧着するというように（図３（ｃ））、フリップチップ実装の途中で前記形状Ａ２を有する押圧用部材を用いて前記形状Ａ１を有する半導体装置を作製することもできる。単一の押圧用部材のみを用いてフリップチップ実装を完了するためには、押圧用部材には半導体チップを吸着するための吸着孔が備えていることが好ましい。また、この場合には押圧用部材は前記基準面Ｓ２に平行な平面を有し、この平面上に吸着孔を備えていることが好ましい。
【００４０】
本発明の半導体装置の製造方法においては、前記半導体チップの長辺の長さをＤ２、前記押圧用部材の前記半導体チップと接触する面の周辺部における前記基準面からの距離をｄ２として、ｄ２／Ｄ２が、１／２０００〜１／５００であることが好ましい。この範囲であることにより、実装中の半導体チップと基板との間の接着剤層内に中央から外周へ向かう動径方向に圧力勾配が生じ、ボイドの排出力が高まる。またバンプの先端部にはんだを有する場合、接着剤の過剰な流動によるはんだ流出を抑えることができる。ここで半導体チップが長方形でない場合は、長辺の長さとは半導体チップの周辺部間で最も距離が大きくなる長さをいう。
【実施例】
【００４１】
以下実施例等をあげて本発明を説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。実施例１〜２、比較例１に用いた材料と評価方法を下記に示す。
【００４２】
＜熱硬化性接着剤フィルム＞
以下に記載した（ａ）ポリイミド、（ｂ）エポキシ樹脂、（ｃ）硬化促進剤、（ｄ）フラックス、（ｅ）絶縁性フィラーを混合し、さらに（ｆ）溶剤を塗布膜厚が均一になるよう適宜調整しながら加えて離型のプラスチックフィルム（ポリエチレンテレフタレートフィルム）上に塗布および乾燥することにより、熱硬化性接着剤フィルムを作製した。（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）それぞれ重量比で４：５：６：５：３０となるよう混合した。作製した熱硬化性接着剤フィルムの厚さは４７μｍだった。
【００４３】
なお、（ｃ）はマイクロカプセル型硬化促進剤がエポキシ樹脂に分散されたものであり、その重量比はマイクロカプセル型硬化促進剤／エポキシ樹脂＝３３／６７であるが、上記の割合については（ｃ）の割合は（ｃ）全体の量を基準に算出しており、また、（ｂ）の割合には（ｃ）中のエポキシ樹脂は含めていない。
【００４４】
（ａ）ポリイミド
下記プロセスで合成した有機溶剤可溶性ポリイミドを用いた。
【００４５】
まず、乾燥窒素気流下、２，２−ビス（３−アミノ−４−ヒドロキシフェニル）ヘキサフルオロプロパン２４．５４ｇ（０．０６７モル）、１，３−ビス（３−アミノプロピル）テトラメチルジシロキサン４．９７ｇ（０．０２モル）、末端封止剤として、３−アミノフェノール２．１８ｇ（０．０２モル）をＮ−メチル−２−ピロリドン（以下、ＮＭＰとする。）８０ｇに溶解させた。ここにビス（３，４−ジカルボキシフェニル）エーテル二無水物３１．０２ｇ（０．１モル）をＮＭＰ２０ｇとともに加えて、２０℃で１時間反応させ、次いで５０℃で４時間撹拌した。その後、キシレンを１５ｇ添加し、水をキシレンとともに共沸させながら、１８０℃で５時間攪拌した。攪拌終了後、溶液を水３Ｌに投入して白色沈殿したポリマーを得た。この沈殿をろ過して回収し、水で３回洗浄した後、真空乾燥機を用いて８０℃、２０時間乾燥した。
【００４６】
（ｂ）エポキシ樹脂
変性ノボラック型多官能エポキシ樹脂「ＥＰＩＣＬＯＮ  Ｎ−８６５」（商品名、ＤＩＣ社製）を用いた。
【００４７】
（ｃ）硬化促進剤
マイクロカプセル型硬化促進剤（旭化成ケミカルズ（株）製、ノバキュアＨＸ−３９４１ＨＰ）を使用した。
【００４８】
（ｄ）フラックス
ロジン誘導体（荒川化学（株）製、ＫＲ−１２０）を使用した。
【００４９】
（ｅ）絶縁性無機フィラー
球状シリカ粒子Ｓｃｉｑａｓ（商品名、堺化学工業（株）製、平均粒子径０．０５μｍ）を用いた。
【００５０】
（ｆ）溶剤
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを用いた。
【００５１】
＜ボイド評価＞
本実施例に従って作成された半導体装置の接着剤層内部のボイド評価を行った。
【００５２】
評価には超音波探傷装置（日立パワーソリューションズ（株）製、ＦＳ３００ＩＩＩ）を使用した。半導体チップ直下の接着剤層内を観察し、直径１０μｍ以上の円もしくはそれ以上の面積を有する未充填領域をボイドと定義し、その個数を評価した。
【００５３】
実施例１
＜半導体チップ＞
（株）ウォルツ製ＣＣ８０−０１０１ＪＹを用いた。バンプ部分として、縦横３８μｍ、高さ３０μｍの四角柱状Ｃｕピラーの先端部に高さ１５μｍの半球形のＳｎＡｇはんだを有する。またチップサイズは７．３ｍｍ×７．３ｍｍ、チップ厚は１００μｍである。
【００５４】
＜基板＞
（株）ウォルツ製ＣＣ８０−０１０２ＪＹを用いた。電極パッド部分として、３２μｍ幅、高さ１５μｍの無垢Ｃｕ配線を有する。また基板サイズは１７．０ｍｍ×１７．０ｍｍ、基板厚は３５６μｍである。
【００５５】
＜工程＞
（Ａ）接着剤の被覆
真空ラミネーター（ニチゴーモートン（株）製、ＣＶＰ３００Ｔ）を用いて、半導体チップのバンプ側の面全体を被覆するように熱硬化性接着剤フィルムを配置してラミネートを行った。ラミネート条件は、温度９０℃、チャンバ圧２．０Ｐａ、ラミネート圧力０．４ＭＰａとした。ラミネート後、離型のプラスチックフィルムを剥離して、熱硬化性接着剤フィルムで被覆された半導体チップを得た。
【００５６】
（Ｂ）ボンディング
フリップチップボンダーとして、「東レエンジニアリング（株）製、ＦＣ３０００ＷＳ」を用いた。まず、８０℃に保たれたステージ上に基板を、電極パッドを有する面を上側として設置し、その反対の面を真空吸着した。次いで、チップトレイに収納された熱硬化性接着剤フィルムで被覆された半導体チップをピックアップツールで取り上げチップの面を反転させた。次に、５０℃に設定されたヒートツールが１つの半導体チップのバンプを有していない面を真空吸着し、８０℃に保たれたステージ上に置かれた基板の上方まで搬送した。次に半導体チップのバンプと基板上の電極パッドが所定の位置に重なるようにアライメント認識カメラが半導体チップと基板の間に入り、それぞれのアライメントマークの検出を行った。
【００５７】
アライメントマークの検出後、下記条件にて押圧用部材８ｂを用いて半導体チップのマウントを行い（図３（ａ））、ボンダーのヘッドが半導体チップから離れた状態で押圧用部材８ａを半導体チップ上に配置し（図３（ｂ））、熱圧着を行った（図３（ｃ））。
押圧用部材の形状：曲面、基準面Ｓ２からの距離は中心から５ｍｍ（チップ角部）で１０μｍである（図３（ｂ）、（ｃ）で示す押圧用部材８ａの形状）。
マウント条件：１７０℃、１秒間／荷重：１５０Ｎ
熱圧着条件：２５０℃、８秒間／荷重：１５０Ｎ
上記によって作製される半導体装置の内部温度は、あらかじめ温度レコーダ（（株）キーエンス製、ＮＲ１００）とＫ熱電対を用いて校正を行った。
【００５８】
＜実装性評価＞
得られた半導体装置について、上記の方法でボイド評価を行ったが、半導体チップ下の領域においてボイドは確認されなかった。結果を表１に示す。
【００５９】
実施例２
押圧用部材の形状を下記のように変更した以外は実施例１と同様にして半導体装置を作製し、評価を行った。
押圧用部材の形状：中心から半径１．５ｍｍの距離が基準面Ｓ２に平行な平面で、それ以外では基準面Ｓ２からの距離が１０μｍである。また基準面Ｓ２からの距離が１０μｍの部分の外形は、半導体チップと同様に７．３ｍｍ×７．３ｍｍである。
【００６０】
得られた半導体装置について、上記の方法でボイド評価を行ったが、半導体チップ下の領域においてボイドは確認されなかった。結果を表１に示す。
【００６１】
比較例１
押圧用部材の形状を下記のように変更した以外は実施例１と同様に評価を行った。
押圧用部材の形状：平面であって、外形は半導体チップと同様に７．３ｍｍ×７．３ｍｍである。
【００６２】
得られた半導体装置について、上記の方法でボイド評価を行ったところ、半導体チップ下の領域においてボイドが確認された。結果を表１に示す。
【００６３】
【表１】
2016072332.tif 000003
【符号の説明】
【００６４】
１  半導体チップ
２  バンプ
３  はんだ
４  接着剤
５  基板
６  電極パッド
７  ボイド
８ａ  押圧用部材
８ｂ  押圧用部材
９  支持体
１０  ボンダーヘッド
【図１】
2016072332.tif 000004
【図２】
2016072332.tif 000005
【図３】
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