(57)【要約】【課題】５０μｍ以下の微細なバンプを接合することができ、しかも、接合作業の簡素化・効率化を図ることのできる半導体基板のバンプ接合方法を提供する。【解決手段】バンプ形成凹版１０の基材層２に積層されたゴム層３の複数の凹部１１にバンプ材料である金属ペースト１２をそれぞれ充填し、半導体ウェーハ２０にバンプ形成凹版１０の複数の凹部１１に充填された金属ペースト１２を転写してキュア処理し、半導体ウェーハ２０からバンプ形成凹版１０を取り外すことにより、半導体ウェーハ２０に複数のバンプを配列形成する。複数のバンプを印刷法やメッキ法ではなく、転写法により接合するので、５０μｍ程度のバンプを形成することができる他、５０μｍ未満の微細なバンプ、例えば１５μｍ以下の微細なバンプを容易に接合することができる。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バンプ形成凹版の基材層に積層されたゴム層の複数の凹部にペースト状のバンプ材料を充填し、半導体基板にバンプ形成凹版の複数の凹部に充填されたバンプ材料を転写して熱処理し、半導体基板からバンプ形成凹版を取り外すことにより、半導体基板に複数のバンプを配列形成することを特徴とする半導体基板のバンプ接合方法。
【請求項２】
基材層に未硬化のゴム層が積層されたバンプ形成凹版用の中間体と、基板に複数のバンプが配列形成された凸型とを用い、中間体のゴム層に凸型の複数のバンプを圧接して中間体のゴム層を硬化させることにより、ゴム層に複数の凹部が並んだバンプ形成凹版を製造し、その後、バンプ形成凹版の複数の凹部にペースト状のバンプ材料をそれぞれ充填する請求項１記載の半導体基板のバンプ接合方法。
【請求項３】
中間体の未硬化のゴム層を未硬化のミラブル型シリコーンゴムとし、この未硬化のミラブル型シリコーンゴムの可塑度を１００〜５００の範囲とする請求項２記載の半導体基板のバンプ接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェーハ等に半田バンプ等のバンプを接合する半導体基板のバンプ接合方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体の高機能化に伴い、半導体ＩＣの実装面積の減少を図るため、半導体ＩＣの接合がワイヤボンディング方式からフリップチップ方式に移行して来ている。この移行を踏まえ、半導体ウェーハには、半田バンプ等の複数のバンプが必要とされて来ている（特許文献１、２、３参照）。
従来、半導体ウェーハに複数のバンプを接合する場合には図示しないが、バックグラインドで薄化された半導体ウェーハに複数のバンプが印刷法やメッキ法により接合され、配列形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−０８９６１９号公報
【特許文献２】特開２０１２−０４９２０７号公報
【特許文献３】特開２０１１−２３８６６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来における半導体ウェーハは、以上のように複数のバンプが印刷法やメッキ法により接合されるが、バンプの接合にメタルマスクやフォトレジスト膜の形成・剥離等を要するので、５０μｍ程度のバンプを形成することはできるものの、５０μｍ以下の微細なバンプを形成することができず、さらなる半導体ＩＣの小型化や実装面積の減少を図ることは非常に困難である。さらに、メッキ法を採用する場合、ウェット方式にならざるを得ないので、作業が実に煩雑となり、しかも、半導体ウェーハがバックグラインドで薄化されている場合、バンプの形成がさらに困難になるという問題もある。
【０００５】
本発明は上記に鑑みなされたもので、５０μｍ以下の微細なバンプを接合することができ、しかも、接合作業の簡素化・効率化を図ることのできる半導体基板のバンプ接合方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明においては上記課題を解決するため、バンプ形成凹版の基材層に積層されたゴム層の複数の凹部にペースト状のバンプ材料を充填し、半導体基板にバンプ形成凹版の複数の凹部に充填されたバンプ材料を転写して熱処理し、半導体基板からバンプ形成凹版を取り外すことにより、半導体基板に複数のバンプを配列形成することを特徴としている。
【０００７】
なお、基材層に未硬化のゴム層が積層されたバンプ形成凹版用の中間体と、基板に複数のバンプが配列形成された凸型とを用い、中間体のゴム層に凸型の複数のバンプを圧接して中間体のゴム層を硬化させることにより、ゴム層に複数の凹部が並んだバンプ形成凹版を製造し、その後、バンプ形成凹版の複数の凹部にペースト状のバンプ材料をそれぞれ充填することができる。
また、中間体の未硬化のゴム層を未硬化のミラブル型シリコーンゴムとし、この未硬化のミラブル型シリコーンゴムの可塑度を１００〜５００の範囲とすると良い。
【０００８】
ここで、特許請求の範囲におけるバンプ形成凹版の基材層としては、線膨張係数が４ｐｐｍ／℃以下の樹脂フィルムが好ましく、特にポリイミド樹脂製のフィルムが最適である。また、半導体基板には、少なくとも各種の半導体ウェーハや半導体パッケージ用の基板が含まれる。ミラブル型シリコーンゴムとは、可塑性で測定されるような高粘度のシリコーンゴムコンパウンドからなり、硬化剤を配合して加熱硬化するシリコーンゴムをいう。
【０００９】
本発明によれば、半導体基板にバンプ形成凹版を押し付け、半導体基板にバンプ形成凹版のバンプ材料を転写し、熱処理して半導体基板に複数のバンプを配列形成する。複数のバンプを印刷法やメッキ法ではなく、転写法により接合するので、大きさが５０μｍ程度のバンプを形成することができる他、大きさが１５μｍ未満の微細なバンプをも接合することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、５０μｍ程度のバンプを接合することができる他、５０μｍ未満の微細なバンプを接合することができ、しかも、バンプ接合作業の簡素化・効率化を図ることができるという効果がある。
【００１１】
請求項２記載の発明によれば、中間体のゴム層に凸型の複数のバンプを圧接して中間体のゴム層を硬化させれば、複数の凹部が所定のパターンで並んだバンプ形成凹版を容易に製造することができる。
【００１２】
請求項３記載の発明によれば、ゴム層がミラブル型シリコーンゴムなので、連続使用温度が２００℃以上の耐熱性に優れるゴム層を得ることが可能になる。また、機械的強度を向上させ、高温下ではフッ素ゴムを凌ぐ機械的強度を得ることが可能になる。また、高温から低温まで幅広い温度範囲に亘って安定したゴム特性を維持することが可能になる。さらに、硫黄加硫ではないので、異臭の少ないゴム層を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る半導体基板のバンプ接合方法の実施形態における凸型を模式的に示す断面説明図である。
【図２】本発明に係る半導体基板のバンプ接合方法の実施形態における中間体と凸型とを模式的に示す断面説明図である。
【図３】本発明に係る半導体基板のバンプ接合方法の実施形態における中間体のゴム層の加硫状態を模式的に示す断面説明図である。
【図４】本発明に係る半導体基板のバンプ接合方法の実施形態におけるバンプ形成凹版を模式的に示す断面説明図である。
【図５】図４のバンプ形成凹版の複数の凹部に金属ペーストをそれぞれ充填し、ゴム層の表面をスキージした状態を模式的に示す断面説明図である。
【図６】図５の半導体ウェーハのパターン回路面にバンプ形成凹版の金属ペーストを転写し、キュア処理した状態を模式的に示す断面説明図である。
【図７】半導体ウェーハに複数のバンプを配列形成した状態を模式的に示す断面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態を説明すると、本実施形態における半導体基板のバンプ接合方法は、図１ないし図７に示すように、バンプ形成凹版１０のゴム層３の複数の凹部１１にバンプ材料である金属ペースト１２を充填し、半導体ウェーハ２０にバンプ形成凹版１０の金属ペースト１２を転写して熱処理し、半導体ウェーハ２０からバンプ形成凹版１０を取り外すことにより、半導体ウェーハ２０に複数のバンプ２１を配列形成するようにしている。
【００１５】
半導体ウェーハ２０に複数のバンプ２１を配列形成するには、先ず、バンプ形成凹版１０を製造する。このバンプ形成凹版１０を製造するため、可撓性を有する基材層２の表裏両面のうち、少なくとも片面の表面に未硬化のゴム層３が積層されたバンプ形成凹版用の中間体１と、半導体ウェーハ５に転写用の複数のバンプ６が所定のパターンで接合された凸型４とを用意する（図１、図２参照）。
【００１６】
中間体１の基材層２としては、特に限定されるものではないが、例えば絶縁性のポリイミド樹脂やポリエチレンテレフタレート樹脂製等のフィルムがあげられる。これらの中でも、耐薬品性、耐熱性、機械的強度に優れるポリイミド樹脂製造のフィルムが最適である。
【００１７】
未硬化のゴム層３としては、耐熱性、難燃性、圧縮永久歪みに優れ、しかも、ゴムからブリードするオイルにより、優れた転写性、離型性が期待できる未硬化のミラブル型シリコーンゴム等があげられ、この粘度状のミラブル型シリコーンゴムが基材層２の表面にカレンダー法等により分出しして積層される。
【００１８】
ミラブル型シリコーンゴムは、生ゴム、充填剤、硬化剤、触媒、特性向上剤等を含有し、ロールミルを用いて成形加工される扱い易いシリコーンゴムである。このミラブル型シリコーンゴムの可塑度は、ゴム層３の良好な弾性や復元性を確認する実験結果等から、１００〜５００、好ましくは２００〜３００、より好ましくは２１０〜２３０、さらに好ましくは２１５〜２２５の範囲が最適である。
【００１９】
シリコーンゴムの可塑度は、国際規格ＩＳＯ７３２３やＪＩＳ  Ｋ６２４９等に基づき、並行板可塑度計を用い、この並行板可塑度計の並行板に挟持される試験片の大きさや荷重等、所定の条件で測定される。
【００２０】
凸型４の半導体ウェーハ５は、限定されるものではないが、例えば入手の容易なシリコンウェーハ等があげられる。また、転写用のバンプ６としては、ニッケル製のバンプ等があげられ、このニッケル製の複数のバンプが半導体ウェーハ５表面のＸＹ方向に間隔をおいて配列形成される（図１参照）。バンプ６は、半導体ウェーハ２０のバンプ２１の配列を考慮して配列される。
【００２１】
中間体１と凸型４とを用意したら、中間体１のゴム層３表面に凸型４の複数のバンプ６を上方から圧接（図２参照）し、この圧接した状態で中間体１のゴム層３を加圧・加熱して硬化させる（図３参照）。このゴム層３の硬化後、ゴム層３から凸型４を引き離せば、硬化したゴム層３の平坦な表面に複数の凹部１１が所定のパターンで並んだバンプ形成凹版１０を製造することができる（図４参照）。
【００２２】
次いで、製造したバンプ形成凹版１０の凹んだ複数の凹部１１にバンプ材料である金属ペースト１２をそれぞれ充填し、ゴム層３の表面をスキージして余分な金属ペースト１２を除去する（図５参照）。金属ペースト１２としては、例えば半田用のＳｎＡｇ、ＳｎＢｉ、Ｓｎ、ＡｕＳｎ等が該当する。
【００２３】
ゴム層３をスキージして表面を整えたら、用意した薄い半導体ウェーハ２０にバンプ形成凹版１０を上方から位置決めして圧接し、半導体ウェーハ２０のパターン回路面の電極にバンプ形成凹版１０の金属ペースト１２を転写するとともに、所定温度の熱を加えてキュア処理し、金属ペースト１２をバンプ２１に形成する（図６参照）。薄い半導体ウェーハ２０としては、バックグラインド工程やストレスリリーフ工程を経た厚さ１００μｍ以下のφ１５０、２００、３００ｍｍのシリコンウェーハ等があげられる。
【００２４】
金属ペースト１２の転写作業の際、バンプ形成凹版１０のゴム層３が離型性に優れるシリコーンゴムなので、金属ペースト１２の確実な転写が大いに期待できる。また、キュア処理では、半導体ウェーハ２０に対する金属ペースト１２の転写効率を向上させるため、１５０℃〜３００℃、好ましくは１８０℃〜２８０℃、より好ましくは２００℃〜２６０℃程度の熱が加えられる。
【００２５】
係るキュア処理の際、半導体ウェーハ２０がシリコンウェーハの場合、バンプ形成凹版１０の基材層２として、線膨張係数が４ｐｐｍ／℃以下のポリイミド樹脂製のフィルムを選択すれば、基材層２の線膨張係数が半導体ウェーハ２０の線膨張係数に対応するので、キュア処理時の基材層２の剥離や損傷等を有効に防止することができる。キュア処理を施した後、薄化された半導体ウェーハ２０のパターン回路面からバンプ形成凹版１０を取り外せば、薄化された半導体ウェーハ２０のＸＹ方向に複数のバンプ２１を配列形成することができる（図７参照）。
【００２６】
上記によれば、複数のバンプ２１を印刷法やメッキ法ではなく、メタルマスクやフォトレジスト膜を必要としない転写法により接合するので、バンプ径が５０μｍ程度のバンプ２１を形成することができる他、バンプ径が５０μｍ未満の微細なバンプ、例えばバンプ高が５μｍ程度、バンプ径が１４μｍ以下のきわめて微細なバンプ２１を容易に形成することができる。
【００２７】
したがって、微細なバンプ２１の形成により、半導体ＩＣのさらなる小型化や実装面積の減少を図ることができる。また、バンプ２１の形成方法が煩雑なウェット方式ではないので、接合作業の簡素化、効率化、容易化を図ることができる。また、バンプ２１の形成にメッキ法を要しないので、例え半導体ウェーハ２０が薄化され、脆く撓みやすくなっていても、微細なサイズのバンプ２１を確実に形成することができる。さらに、バンプ形成凹版１０のゴム層３がミラブル型シリコーンゴムなので、長期に亘り安定して使用することができ、ランニングコストの削減が期待できる。
【００２８】
なお、上記実施形態では基材層２の表面に未硬化のゴム層３が積層されたバンプ形成凹版用の中間体１を示したが、何らこれに限定されるものではなく、基材層２の表裏両面に未硬化のゴム層３がそれぞれ積層された中間体１を用いても良い。また、半導体ウェーハ２０ではなく、各種の半導体パッケージ（例えば、ＦＢＧＡ、ＰＢＧＡ、ＦＣＢＧＡ等）を構成する半導体基板（回路基板）にバンプ形成凹版１０を上方から位置決めして圧接し、半導体基板の電極にバンプ形成凹版１０の金属ペースト１２を転写するとともに、所定温度の熱を加えてキュア処理し、金属ペースト１２をバンプ２１に形成しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明に係る半導体基板のバンプ接合方法は、半導体の製造分野で使用される。
【符号の説明】
【００３０】
１          中間体
２          基材層
３          ゴム層
４          凸型
５          半導体ウェーハ
６          バンプ
１０        バンプ形成凹版
１１        凹部
１２        金属ペースト（バンプ材料）
２０        半導体ウェーハ（半導体基板）
２１        バンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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