(57)【要約】【課題】  半導体素子のパッド電極上に弾性高分子物質よりなる導電素子が形成されてなる半導体装置を、簡単な工程で確実に製造することができる方法を提供する。【解決手段】  半導体素子におけるパッド電極が形成された表面に、水溶性樹脂よりなる樹脂層を形成し、この樹脂層に、前記半導体素子におけるパッド電極に対応するパターンに従って複数の貫通孔を形成し、当該樹脂層の各貫通孔内に、硬化されて弾性高分子物質となる高分子物質形成材料中に磁性を示す導電性粒子が含有されてなる導電素子用材料層を形成し、当該導電素子用材料層の各々に対し、その厚み方向に磁場を作用させると共に硬化処理を行うことにより、当該樹脂層の各貫通孔内に導電素子を形成し、その後、樹脂層を水によって除去する工程を有する。【選択図】  図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のパッド電極を有する半導体素子と、この半導体素子におけるパッド電極上に一体的に設けられた、弾性高分子物質中に導電性粒子が含有されてなる導電素子とを有してなる半導体装置の製造方法であって、
半導体素子におけるパッド電極が形成された表面に、水溶性樹脂よりなる樹脂層を形成し、この樹脂層に、前記半導体素子におけるパッド電極に対応するパターンに従って複数の貫通孔を形成し、当該樹脂層の各貫通孔内に、硬化されて弾性高分子物質となる高分子物質形成材料中に磁性を示す導電性粒子が含有されてなる導電素子用材料層を形成し、当該導電素子用材料層の各々に対し、その厚み方向に磁場を作用させると共に硬化処理を行うことにより、当該樹脂層の各貫通孔内に導電素子を形成し、その後、樹脂層を水によって除去する工程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】
水溶性樹脂がポリビニルアルコールで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】
半導体素子がウエハの状態であることを特徴とする請求項１または請求項２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、半導体素子のパッド電極上に弾性高分子物質よりなる導電素子が形成されてなる半導体装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体素子においては、その高機能化、高容量化に伴って電極数が増加し、パッド電極の配列ピッチすなわち隣接するパッド電極の中心間距離が小さくなって高密度化する傾向にある。そのため、このような半導体素子を回路基板上に実装する場合には、半導体素子のパッド電極と回路基板の端子電極との電気的接続を確実に達成することが極めて重要である。
【０００３】
従来、半導体素子を回路基板上に実装する方法としては、フリップチップ実装法が知られている。このフリップチップ実装法においては、半導体素子（半導体チップ）のパッド電極上に、半田よりなる接続用の突起状電極（以下、「半田バンプ」という。）が形成されてなる半導体装置が用いられている。そして、この半導体装置を回路基板上に、当該半導体装置の半田バンプの各々がこれに対応する回路基板の端子電極上に位置するよう配置し、この状態で、半田バンプを溶融させることにより、回路基板の端子電極に接合した後、半導体素子と回路基板との間の間隙内に例えば熱硬化性樹脂材料を注入してこれを硬化させることにより、当該半導体素子と回路基板との間に封止部を形成し、以て、半導体素子が回路基板上に実装される。
このようなフリップチップ実装法によれば、広い範囲にわたってパッド電極が形成された半導体素子であっても、回路基板上に実装することができる点、半導体素子のパッド電極の各々を対応する回路基板の端子電極の各々に一括して接続することができる点、半導体素子の実装面積を小さくすることができる点で有利である。
【０００４】
しかしながら、フリップチップ実装法により、半導体素子を回路基板上に実装する場合には、以下のような問題がある。
フリップチップ実装法に用いられる半導体装置を得るためには、（ａ）半導体素子におけるパッド電極が形成された表面全体に、半田メッキのための電極となる金属薄膜を形成するプロセス、（ｂ）この金属薄膜の表面に、パッド電極の各々が位置する個所に開口を有するレジスト層を形成するプロセス、（ｃ）金属薄膜におけるパッド電極の各々が位置する個所の表面に半田バンプ用の半田メッキ層を形成するプロセス、（ｄ）レジスト層を除去するプロセス、（ｅ）半田メッキ層が形成された部分以外の金属薄膜を除去するプロセスが必要であり、半田バンプを形成する工程は極めて煩雑なものとなる。
また、半導体素子を回路基板に実装した後、接続不良等が確認された場合において、当該半導体素子を再利用するときには、半田パンプを除去することが必要となるが、半導体素子に損傷を与えずに半田パンプを除去することは極めて困難であり、半導体素子を再利用することができない。
【０００５】
このような問題を解決するため、最近においては、半導体素子のパッド電極上に、弾性高分子物質中に導電性粒子が含有されてなる導電素子が形成されてなる半導体装置が提案されている（特許文献１参照）。
このような半導体装置によれば、簡単な工程で、半導体素子のパッド電極上に導電素子を形成することができ、また、加圧によって半導体素子のパッド電極と回路基板の端子電極との電気的接続が達成されるので、半導体素子を再利用することが可能となる。
しかしながら、このような半導体装置の製造工程においては、導電素子を形成する際に、溶剤や薬品等を使用することが必要となるため、得られる導電素子を構成する弾性高分子物質が劣化しやすく、従って、所期の導電素子を得ることが困難である。
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−１５１８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、半導体素子のパッド電極上に弾性高分子物質よりなる導電素子が形成されてなる半導体装置を、簡単な工程で確実に製造することができる方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の半導体装置の製造方法は、複数のパッド電極を有する半導体素子と、この半導体素子におけるパッド電極上に一体的に設けられた、弾性高分子物質中に導電性粒子が含有されてなる導電素子とを有してなる半導体装置の製造方法であって、
半導体素子におけるパッド電極が形成された表面に、水溶性樹脂よりなる樹脂層を形成し、この樹脂層に、前記半導体素子におけるパッド電極に対応するパターンに従って複数の貫通孔を形成し、当該樹脂層の各貫通孔内に、硬化されて弾性高分子物質となる高分子物質形成材料中に磁性を示す導電性粒子が含有されてなる導電素子用材料層を形成し、当該導電素子用材料層の各々に対し、その厚み方向に磁場を作用させると共に硬化処理を行うことにより、当該樹脂層の各貫通孔内に導電素子を形成し、その後、樹脂層を水によって除去する工程を有することを特徴とする。
【０００９】
本発明の半導体装置の製造方法においては、水溶性樹脂がポリビニルアルコールであることが好ましい。
また、半導体素子がウエハの状態であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の製造方法によれば、半導体素子の表面に形成された水溶性樹脂よりなる樹脂層の貫通孔内に導電素子を形成し、その後、水によって樹脂層を溶解して除去するため、簡単な工程により、導電素子を形成することができると共に、溶剤や薬品を使用することがないため、所期の導電素子を確実に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の製造方法によって得られる半導体装置の一例における構成を示す説明用断面図である。
この半導体装置１は、一面に例えばアルミニウムよりなる複数のパッド電極１１を有する半導体素子（半導体チップ）１０を有し、この半導体素子１０における各パッド電極１１上には、導電素子２０が一体的に設けられている。
導電素子２０の各々においては、図２に拡大して示すように、絶縁性の高分子物質中に導電性粒子Ｐが厚み方向に並ぶよう配向した状態で含有されている。
導電素子２０の厚みは、通常１０〜３００μｍ、好ましくは２０〜１００μｍである。
【００１２】
導電素子２０を構成する弾性高分子物質としては、架橋構造を有する高分子物質を用いることが好ましく、耐久性、成形加工性およひ電気特性の観点から、シリコーンゴムを用いることがより好ましい。
【００１３】
導電性粒子Ｐとしては、後述する方法によって厚み方向に配向させることができる点で、磁性を示すものが用いられる。このような導電性粒子Ｐの具体例としては、鉄、コバルト、ニッケルなどの磁性を有する金属の粒子若しくはこれらの合金の粒子またはこれらの金属を含有する粒子、またはこれらの粒子を芯粒子とし、当該芯粒子の表面に金、銀、パラジウム、ロジウムなどの導電性の良好な金属のメッキを施したもの、あるいは非磁性金属粒子若しくはガラスビーズなどの無機物質粒子またはポリマー粒子を芯粒子とし、当該芯粒子の表面に、ニッケル、コバルトなどの導電性磁性金属のメッキを施したものなどが挙げられる。
これらの中では、ニッケル粒子を芯粒子とし、その表面に導電性の良好な金または銀のメッキを施したものを用いることが好ましい。
芯粒子の表面に導電性金属を被覆する手段としては、特に限定されるものではないが、例えば化学メッキまたは電解メッキ法、スパッタリング法、蒸着法などが用いられている。
【００１４】
導電性粒子Ｐとして、芯粒子の表面に導電性金属が被覆されてなるものを用いる場合には、良好な導電性が得られることから、粒子表面における導電性金属の被覆率（芯粒子の表面積に対する導電性金属の被覆面積の割合）が４０％以上であることが好ましく、さらに好ましくは４５％以上、特に好ましくは４７〜９５％である。
また、導電性金属の被覆量は、芯粒子の０．５〜５０質量％であることが好ましい。
また、導電性粒子Ｐの数平均粒子径は、３〜２０μｍであることが好ましく、より好ましくは５〜１５μｍである。
また、導電性粒子Ｐの粒子径分布（Ｄｗ／Ｄｎ）は、１〜１０であることが好ましく、より好ましくは１．０１〜７、さらに好ましくは１．０５〜５、特に好ましくは１．１〜４である。
また、導電性粒子Ｐの形状は、特に限定されるものではないが、高分子物質形成材料中に容易に分散させることができる点で、球状のもの、星形状のものあるいはこれらが凝集した２次粒子であることが好ましい。
【００１５】
このような導電性粒子Ｐは、導電素子２０中に体積分率で１０〜４０％、特に１５〜３５％となる割合で含有されていることが好ましい。この割合が過小である場合には、厚み方向に十分に高い導電性を有する導電素子２０が得られないことがある。一方、この割合が過大である場合には、得られる導電素子２０は脆弱なものとなりやすく、必要な弾性が得られないことがある。
【００１６】
本発明においては、上記の半導体装置１が以下のようにして製造される。
先ず、図３に示すように、ウエハ１５の状態の半導体素子１０を用意し、図４に示すように、半導体素子１０におけるパッド電極１１が形成された表面に、水溶性樹脂よりなる樹脂層３０を形成し、その後、図５に示すように、樹脂層３０に、半導体素子１０におけるパッド電極のパターンに対応するパターンに従って複数の貫通孔３１を形成する。
以上において、樹脂層３０を形成する方法としては、水溶性樹脂の溶液を半導体素子１０の表面に塗布して乾燥する方法、水溶性樹脂よりなるフィルムを半導体素子１０の表面に接着する方法などが挙げられる。
樹脂層３０に貫通孔３１を形成する方法としては、レーザー加工法を用いることができ、レーザー装置としては、炭酸ガスレーザー装置などを利用することができる。
樹脂層３０を形成する水溶性樹脂としては、容易に水に溶解し、かつ、レーザー加工時の加熱による変形が少ない点で、ポリビニルアルコールを好適に用いることができる。
ポリビニルアルコールとしては、水に対する溶解性の点で、重量平均重合度が１００〜５０００、特に１０００〜２０００のものが好ましい。
樹脂層３０の厚みは、形成すべき導電素子２０の厚みに応じて設定される。
【００１７】
次いで、樹脂層３０の各貫通孔３１内に、硬化されて弾性高分子物質となる高分子物質形成材料中に磁性を示す導電性粒子が含有されてなる導電素子用材料を充填することにより、図６に示すように、樹脂層３０の各貫通孔３１内に導電素子用材料層２０Ａを形成する。
その後、導電素子用材料層２０Ａの各々に対し、例えば電磁石によって、当該導電素子用材料層２０Ａの厚み方向に磁場を作用させる。その結果、導電素子用材料層２０Ａにおいては、当該導電素子用材料層２０Ａ中に分散されている導電性粒子が厚み方向に並ぶよう配向する。そして、この状態でにおいて、導電素子用材料層２０Ａを硬化処理することにより、図７に示すように、樹脂層３０の各貫通孔３１内には、導電素子２０が半導体素子１０のパッド電極１１に一体的に接着された状態で形成される。その後、樹脂層３０を水によって溶解して除去し、更に、ウエハ１５をダイシングすることにより、半導体装置１が得られる。
【００１８】
以上において、樹脂層３０の各貫通孔３１内に導電素子用材料を充填する方法としては、減圧下に、スクリーン印刷によって、樹脂層３０の各貫通孔３１に導電素子用材料を塗布し、その後、常圧にすることによって樹脂層３０の各貫通孔３１に導電素子用材料を充填する方法を好適に利用することができる。
導電素子用材料層２０Ａの硬化処理は、磁場を作用させたままの状態で行うこともできるが、磁場の作用を停止させた後に行うこともできる。
導電素子用材料層２０Ａに作用される磁場の強度は、平均で０．０２〜２．５テスラとなる大きさが好ましい。
導電素子用材料層２０Ａの硬化処理は、使用される材料によって適宜選定されるが、通常、加熱処理によって行われる。具体的な加熱温度および加熱時間は、導電性素子用材料層２０Ａを構成する高分子物質用材料などの種類、導電性粒子Ｐの移動に要する時間などを考慮して適宜選定される。
【００１９】
本発明の半導体装置の製造方法によれば、半導体素子１０の表面に形成された水溶性樹脂よりなる樹脂層３０の貫通孔３１内に導電素子２０を形成し、その後、水によって樹脂層３０を溶解して除去するため、簡単な工程により、導電素子２０を形成することができると共に、溶剤や薬品を使用することがないため、所期の導電素子２０を確実に得ることができる。
【００２０】
図８は、本発明の製造方法によって得られる半導体装置を使用した実装構造体の一例における構成を示す説明用断面図である。
この実装構造体においては、半導体素子１０のパッド電極１１のパターンと対掌なパターンに従って複数の端子電極４１が形成された回路基板４０を有し、この回路基板４０上に、半導体装置１がその導電素子２０の各々が端子電極４１上に位置するよう配置され、更に半導体素子１０と回路基板４０との間には、封止部４５が形成されている。
このような実装構造体は、回路基板４０上に半導体装置１を位置合わせして配置し、半導体装置１を回路基板４０に向かって加圧した状態で、半導体素子１０と回路基板４０との間に封止部形成材料を注入して硬化させることによって得られる。
このような実装構造体によれば、半導体素子１０のパッド電極１１と回路基板４０の端子電極４１とが、弾性高分子物質中に導電性粒子が含有されてなる導電素子２０を介して電気的に接続されているため、半導体素子１０のパッド電極１１上に半田パンプを形成することが不要である。また、温度変化による熱履歴を受けた場合にも、半導体素子１０、封止部４５回路基板の各々の構成材料の熱膨張係数の差に起因して、導電素子２０に相当に大きい応力が作用しても、導電素子２０は、弾性を有するために破損することがなく、従って、温度変化などの環境の変化に対しても、半導体素子と回路基板との良好な電気的接続を安定に維持することができる。
【００２１】
図９は、本発明の製造方法によって得られる半導体装置を使用した実装構造体の他の例における構成を示す説明用断面図である。
この実装構造体においては、半導体素子１０のパッド電極１１のパターンと対掌なパターンに従って複数の端子電極４１が形成された回路基板４０を有し、この回路基板４０上に、半導体装置１がその導電素子２０の各々が端子電極４１上に位置するよう配置され、更に半導体装置１が回路基板４０に向かって加圧された状態で、固定部材４６によって固定されている。
このような実装構造体によれば、固定部材４６によって半導体素子装置１と回路基板４０が固定されているため、接続不良等が確認された場合にも、半導体素子１０を再利用することができる。
【００２２】
本発明の半導体装置の製造方法は、上記の実施の形態に限定されず、種々の変更を加えることができる。
例えば半導体素子の表面に樹脂層を形成する工程においては、ウエハの状態の半導体素子ではなく、チップ化された半導体素子に対して行うこともできる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の製造方法によって得られる半導体装置の一例における構成を示す説明用断面図である。
【図２】図１に示す半導体装置における導電素子を拡大して示す説明用断面図である。
【図３】ウエハの状態の半導体素子の要部を示す説明用断面図である。
【図４】半導体素子の表面に樹脂層が形成された状態を示す説明用断面図である。
【図５】樹脂層に貫通孔が形成された状態を示す説明用断面図である。
【図６】樹脂層の貫通孔内に導電素子用材料層が形成された状態を示す説明用断面図である。
【図７】樹脂層の貫通孔内に導電素子が形成された状態を示す説明用断面図である。
【図８】本発明の製造方法によって得られる半導体装置を使用した実装構造体の一例における構成を示す説明用断面図である。
【図９】本発明の製造方法によって得られる半導体装置を使用した実装構造体の他の例における構成を示す説明用断面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  半導体装置
１０  半導体素子
１１  パッド電極
１５  ウエハ
２０  導電素子
２０Ａ  導電素子用材料層
３０  樹脂層
３１  貫通孔
４０  回路基板
４１  端子電極
４５  封止部
４６  固定部材
Ｐ  導電性粒子
【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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【図８】
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【図９】
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