JP2011082305A - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof.
表面にソルダーレジスト層が形成された多層配線基板等の基板表面に半導体チップをフリップチップ接続で搭載する際のアンダーフィル樹脂の塗布工程において、アンダーフィル樹脂が基板表面に全体的に大きく濡れ広がったり、局所的に飛び出たりするという問題があった。そのため、従来、アンダーフィル樹脂の濡れ広がりの領域を設ける必要があり、半導体装置のサイズが大きくなるという問題もあった。 In the application process of underfill resin when mounting a semiconductor chip on a substrate surface such as a multilayer wiring board with a solder resist layer formed on the surface by flip chip connection, the underfill resin spreads over the substrate surface as a whole. There was a problem of popping out locally. For this reason, conventionally, it has been necessary to provide a region where the underfill resin wets and spreads, and there is a problem that the size of the semiconductor device increases.
特許文献1(特開2001−110825号公報)には、ボール状半田電極が接続された表面側にフラックスを塗布した半導体チップを配線基板に実装した後、半導体チップと配線基板との間のアンダーフィル樹脂部に洗浄液を強制的に吹き付けてフラックス洗浄を行い、次に配線基板を酸素プラズマ雰囲気にさらしてプラズマ処理を行う半導体装置の製造方法が記載されている。これにより、アンダーフィル樹脂部への樹脂注入時の樹脂の流れ性を改善して、樹脂注入時のアンダーフィル樹脂内のボイドの発生を防止すると共に、樹脂注入時間の短縮を図ることができるとされている。 In Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-110825), a semiconductor chip in which a flux is applied to the surface side to which a ball-shaped solder electrode is connected is mounted on a wiring board, and then an underscore is formed between the semiconductor chip and the wiring board. A method for manufacturing a semiconductor device is described in which a cleaning liquid is forcibly sprayed onto a fill resin portion to perform flux cleaning, and then a plasma treatment is performed by exposing the wiring substrate to an oxygen plasma atmosphere. As a result, it is possible to improve the flowability of the resin at the time of injecting the resin into the underfill resin portion, to prevent generation of voids in the underfill resin at the time of resin injection, and to shorten the resin injection time. Has been.
特許文献2(特開2001−127085号公報)には、多数の電極を有する半導体ペレットと、平面形状が半導体ペレットの外径より径大で半導体ペレットの電極位置に対応して導電パッドを形成した配線基板とを微小距離離隔させて対向させ、ペレットの電極と配線基板の導電パッドとを電気的に接続して、半導体ペレットと配線基板との間に液状樹脂を注入しこの樹脂を硬化させて接着一体化した半導体装置において、上記配線基板は、その周縁と半導体ペレット周縁の中間位置より内方の導電パッドを含む領域に、プラズマ照射面が形成され、このプラズマ照射面内に樹脂を配置したことを特徴とする半導体装置が記載されている。これにより、半導体ペレットと配線基板の接着性が良好で、定量供給した樹脂の半導体ペレットからのはみ出し量も安定し、耐湿性が良好になるとされている。 In Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-127085), a semiconductor pellet having a large number of electrodes and a conductive pad corresponding to the electrode position of the semiconductor pellet having a planar shape larger than the outer diameter of the semiconductor pellet are formed. The wiring board is opposed to the wiring board by a small distance, the pellet electrode and the conductive pad of the wiring board are electrically connected, and a liquid resin is injected between the semiconductor pellet and the wiring board to cure the resin. In the semiconductor device bonded and integrated, the wiring board has a plasma irradiation surface formed in a region including a conductive pad inward from an intermediate position between the peripheral edge and the semiconductor pellet peripheral edge, and a resin is disposed in the plasma irradiation surface. A semiconductor device characterized by this is described. As a result, the adhesiveness between the semiconductor pellet and the wiring board is good, the amount of the resin supplied in a fixed amount from the semiconductor pellet is stable, and the moisture resistance is good.
しかし、特許文献1や特許文献2に記載された技術でも、アンダーフィル樹脂の濡れ広がりを効果的に抑えることは困難であった。
However, even with the techniques described in
本発明によれば、
一面に電極が形成された基板と、
前記基板の一面に形成され、前記電極を露出させる開口部を有する絶縁層と、
前記基板の一面上に搭載され、前記電極とフリップチップ接続された半導体チップと、を有し、
前記絶縁層の前記基板の一面と接する面と反対側の面には、少なくとも前記半導体チップ外周領域に、
レーザ顕微鏡を用いて分解能0.1μmで50μmの測定範囲で測定したときの線粗さが0.15μm以上1μm以下の第1の凹凸と、
前記第1の凹凸上に、原子間力顕微鏡を用いて水平(X,Y)方向の分解能0.1nmで2μm角の測定範囲で測定したときの平均表面粗さが100nm以上200nm以下となる第2の凹凸と、
が形成された半導体装置が提供される。
また、本発明によれば、
基板の一面に形成された絶縁層上に、レーザ顕微鏡を用いて分解能0.1μmで50μmの測定範囲で測定したときの線粗さが0.15μm以上1μm以下の第1の凹凸を形成する工程と、
前記第1の凹凸上に、原子間力顕微鏡を用いて水平(X,Y)方向の分解能0.1nmで2μm角の測定範囲で測定したときの平均表面粗さが100nm以上200nm以下となる第2の凹凸を形成する工程と、
半導体チップを前記基板上にフリップチップ接続する工程と、
を含む半導体装置の製造方法が提供される。
According to the present invention,
A substrate having an electrode formed on one surface;
An insulating layer formed on one surface of the substrate and having an opening exposing the electrode;
A semiconductor chip mounted on one surface of the substrate and flip-chip connected to the electrodes;
On the surface of the insulating layer opposite to the surface in contact with the one surface of the substrate, at least in the semiconductor chip outer peripheral region,
First irregularities having a line roughness of 0.15 μm or more and 1 μm or less when measured with a laser microscope at a resolution of 0.1 μm and a measurement range of 50 μm;
An average surface roughness of 100 nm or more and 200 nm or less when measured in a measurement range of 2 μm square with a resolution of 0.1 nm in the horizontal (X, Y) direction using an atomic force microscope on the first unevenness. Two irregularities,
A semiconductor device in which is formed is provided.
Moreover, according to the present invention,
A step of forming first irregularities having a line roughness of 0.15 μm or more and 1 μm or less when measured in a measurement range of 50 μm with a resolution of 0.1 μm on an insulating layer formed on one surface of a substrate When,
An average surface roughness of 100 nm or more and 200 nm or less when measured in a measurement range of 2 μm square with a resolution of 0.1 nm in the horizontal (X, Y) direction using an atomic force microscope on the first unevenness. Forming the two irregularities;
Flip chip connecting a semiconductor chip onto the substrate;
A method for manufacturing a semiconductor device is provided.
本発明者は、絶縁層表面に上記のような範囲の凹凸が形成されている場合に、アンダーフィル樹脂の濡れ広がりを効果的に抑えることができることを見出した。この構成によれば、絶縁層の反対側の面に粗い第1の凹凸と微細な第2の凹凸を含む凹凸が形成されているので、これらの凹凸による抵抗により、アンダーフィル樹脂の濡れ広がりが抑制され、濡れ広がりに対し抑制する働きが生じ、一定の範囲内の濡れ広がりの大きさで留まる。これにより、半導体装置のサイズを小さくすることもできる。 The present inventor has found that when the unevenness in the above range is formed on the surface of the insulating layer, wetting and spreading of the underfill resin can be effectively suppressed. According to this configuration, since the unevenness including the rough first unevenness and the fine second unevenness is formed on the opposite surface of the insulating layer, the underfill resin wets and spreads due to the resistance due to these unevennesses. It suppresses and acts to suppress the spread of wetting and stays with the size of the wetting spread within a certain range. Thereby, the size of the semiconductor device can also be reduced.
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。 It should be noted that any combination of the above-described constituent elements and a conversion of the expression of the present invention between a method, an apparatus, and the like are also effective as an aspect of the present invention.
本発明によれば、基板表面におけるアンダーフィル樹脂の濡れ広がりを効果的に抑えることができ、半導体装置のサイズを小さくすることができる。 According to the present invention, wetting and spreading of the underfill resin on the substrate surface can be effectively suppressed, and the size of the semiconductor device can be reduced.
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In all the drawings, similar constituent elements are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.
図1は、本実施の形態における半導体装置の製造途中の段階の構成を示す平面図である。図2は、本実施の形態における半導体装置の製造途中の段階の構成を示す断面図である。図2(a)は、図1のa−a断面図である。図2(b)は、図2(a)の破線で囲った箇所の拡大断面図である。 FIG. 1 is a plan view showing a configuration at a stage during the manufacture of the semiconductor device according to the present embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view showing a configuration at a stage during the manufacture of the semiconductor device according to the present embodiment. FIG. 2A is a cross-sectional view taken along the line aa in FIG. FIG. 2B is an enlarged cross-sectional view of a portion surrounded by a broken line in FIG.
半導体装置100は、一面に電極(不図示)が形成された基板102と、基板102の一面に形成され、電極を露出させる開口部を有するソルダーレジスト膜104(絶縁層)と、基板102の一面上に搭載された半導体チップ150とを含む。基板102は、複数の配線層が接続された多層配線基板とすることができる。本実施の形態において、半導体チップ150は、その接続電極(バンプ)152が、基板102の電極(不図示)と向かい合わせで接続されたFlip Chip(フリップチップ、FC)型となっている。ここで、接続電極152は、平面視で、半導体チップ150の外周に沿って配置される場合(ペリフェラルバンプ)と半導体チップ150のほぼ全面に配置される場合(エリアバンプ)とがある。ここではペリフェラルバンプの例で説明する。
The
ここで、本実施の形態において、ソルダーレジスト膜104の基板102と接する面と反対側の面(図中上面)には、凹凸が形成されている。本実施の形態において、ソルダーレジスト膜104上面の平面視において半導体チップ150と重ならない領域、すなわち半導体チップ150の外周領域には、粗い凹凸(第1の凹凸)面上にさらに微細な凹凸(第2の凹凸)が形成された微細凹凸104aが形成されている。また、ソルダーレジスト膜104上面の平面視で半導体チップ150と重なる箇所には、粗い凹凸のみが形成された粗凹凸104bが形成されている。微細凹凸104aおよび粗凹凸104bの構成については、後述する。
Here, in the present embodiment, unevenness is formed on the surface (upper surface in the drawing) opposite to the surface in contact with the
本実施の形態において、半導体装置100の製造方法は、以下の手順で製造することができる。
ソルダーレジスト膜104の上面に、粗い凹凸(第1の凹凸)を形成する工程、
基板102上の電極(不図示)に半導体チップ150を位置合わせして搭載し、加熱して接続電極(バンプ)152を溶融して基板102と半導体チップ150とを電気的に接続する工程、
粗い凹凸上に、粗い凹凸よりも粗さが小さい微細な凹凸(第2の凹凸)を形成する工程、および
基板102上に接続された半導体チップ150と基板102との間にアンダーフィル樹脂120を注入・硬化する工程。
In the present embodiment, the manufacturing method of the
A step of forming rough irregularities (first irregularities) on the upper surface of the solder resist
A step of positioning and mounting the
A step of forming fine irregularities (second irregularities) having a smaller roughness than the rough irregularities on the rough irregularities; and an
また、粗い凹凸を形成する工程において、ウェットブラスト法により粗い凹凸を形成し、微細な凹凸を形成する工程において、ある程度の時間プラズマを照射するプラズマ処理により、微細な凹凸を形成することができる。本実施の形態において、粗い凹凸を形成する工程の後に、基板102上に半導体チップ150を搭載し、微細な凹凸を形成する工程において、半導体チップ150をマスクとして、ソルダーレジスト膜104表面にプラズマを照射することができる。また、後述する他の例として、微細な凹凸を形成する工程において、半導体チップ150を搭載する箇所をマスクで覆った状態でソルダーレジスト膜104表面にプラズマを照射することもできる。
Further, in the step of forming rough unevenness, the rough unevenness can be formed by wet blasting, and in the step of forming fine unevenness, the fine unevenness can be formed by plasma treatment in which plasma is irradiated for a certain period of time. In this embodiment, after the step of forming rough unevenness, the
次に、図3および図4を参照して、本実施の形態における半導体装置100の具体的な製造手順を説明する。図3は、本実施の形態における半導体装置100の製造途中の段階の構成を示す半導体装置100の断面図である。図4は、本実施の形態における半導体装置の製造途中の段階の構成を示すソルダーレジスト膜104の断面図である。
Next, with reference to FIG. 3 and FIG. 4, a specific manufacturing procedure of the
まず、基板102の一面に、当該一面に形成された電極(不図示)を露出する開口部を有するソルダーレジスト膜104を形成する。このとき、ソルダーレジスト膜104上面には、製造工程で意図せず形成された凹凸を除き、微細凹凸104aや粗凹凸104bのような凹凸は形成されていない(図4(a))。図4(a)では、ソルダーレジスト膜104上面が略平坦であるように示している。
First, a solder resist
つづいて、基板102上の全面に、たとえば、研磨液110を用いたウェットブラスト法によりソルダーレジスト膜104上面を荒らす処理を行う(図3(a))。この処理は、たとえば基板102の製造工程において、残渣除去や層間密着性向上を目的として一般に用いられているウェットブラスト処理と同様とすることができる。これにより、ソルダーレジスト膜104表面には、粗さの粗い粗凹凸104bが形成される(図4(b))。
Subsequently, a process for roughening the upper surface of the solder resist
次いで、ソルダーレジスト膜104上に半導体チップ150を搭載する。このとき、半導体チップ150の接続電極152を基板102の一面に露出した電極と向かい合わせで接続したFlip Chip(フリップチップ、FC)接続を行う(図3(b))。
Next, the
その後、基板102上の全面に、プラズマ112を照射する(図3(c))。このとき、後述するように、プラズマ112の照射時間が短すぎると、単にソルダーレジスト膜104表面の不純物が除去されるだけで、微細な凹凸が形成されず、アンダーフィル樹脂120の濡れ広がりを沮止できないおそれがある。そのため、プラズマ112の照射は、ソルダーレジスト膜104表面に、後述する所望の粗さ範囲の微細凹凸104aが形成される程度に充分な時間行う必要がある。これによりソルダーレジスト膜104上面がさらに荒らされ、粗凹凸104b面上にさらに微細な凹凸が形成され、微細凹凸104aが形成される(図4(c))。この処理は、アンダーフィル樹脂塗布前に表面洗浄・樹脂密着向上として一般的に用いられているプラズマ処理と同様とすることができる。これにより、洗浄処理と同時に加工をすることもできる。
Thereafter, the entire surface of the
このとき、ソルダーレジスト膜104上面の半導体チップ150が搭載された領域では、半導体チップ150がマスクとなるため、外部よりも、プラズマ112照射の影響が小さくなる。そのため、図2に示したように、ソルダーレジスト膜104上面において、平面視で半導体チップ150と重なる領域では、粗さが粗い粗凹凸104bのままで、半導体チップ150と重ならない領域、すなわち半導体チップ150の外周領域では、さらに微細な凹凸が形成された微細凹凸104aが形成される。つまり、本実施の形態において、ソルダーレジスト膜104上面には、半導体チップ150の接続電極152の内周では粗い粗凹凸104bが形成され、接続電極152の外周では粗い凹凸と微細な凹凸を含む微細凹凸104aが形成されている。
At this time, in the region where the
ここで、微細凹凸104aは、
レーザ顕微鏡を用いて分解能0.1μmで50μmの測定範囲で測定(測定条件1)したときの線粗さが0.15μm以上1μm以下の第1の凹凸と、
原子間力顕微鏡(AFM:Atomic Force Microscope)を用いて水平(X,Y)方向の分解能0.1nmで2μm角の測定範囲で測定(測定条件2)したときの平均面粗さが100nm以上200nm以下の第2の凹凸とを含む構成とすることができる。
Here, the
First irregularities having a line roughness of 0.15 μm or more and 1 μm or less when measured in a measurement range of 50 μm with a resolution of 0.1 μm using a laser microscope;
An average surface roughness of 100 nm or more and 200 nm when measured in a measurement range of 2 μm square with a resolution of 0.1 nm in the horizontal (X, Y) direction using an atomic force microscope (AFM) (measurement condition 2). It can be set as the structure containing the following 2nd unevenness | corrugations.
ここで、測定条件1の測定は、たとえば、レーザ顕微鏡を用いて以下の条件で行うことができる。
測定装置:VK−9500(キーエンス社)
測定条件:×3000倍視野、重み平均±8スムージング処理
測定領域:50μm/線粗さ測定
測定分解能:0.02μm
Here, the measurement of the
Measuring device: VK-9500 (Keyence Corporation)
Measurement conditions: x3000 field of view, weighted average ± 8 smoothing treatment Measurement area: 50 μm / line roughness measurement Measurement resolution: 0.02 μm
また、測定条件2の測定は、たとえば、AFMを用いて以下の条件で行うことができる。
測定装置:L−traceII/NanoNaviステーション(SII−NT社)
測定条件:SISモードスキャナー,90μmピエゾ素子
測定領域:2μm2/平均面粗さ(Ra)測定
測定分解能:0.01nm
Moreover, the measurement of the
Measuring device: L-traceII / NanoNavi station (SII-NT)
Measurement conditions: SIS mode scanner, 90 μm piezo element measurement area: 2 μm 2 / average surface roughness (Ra) measurement measurement resolution: 0.01 nm
一方、粗凹凸104bは、微細凹凸104aよりも表面粗さが粗い構成とすることができる。粗凹凸104bは、レーザ顕微鏡を用いて分解能0.1μmで50μmの測定範囲で測定(測定条件1)したときの線粗さが、微細凹凸104aと同様、0.15μm以上1μm以下の第1の凹凸を有する構成とすることができる。しかし、粗凹凸104bは、原子間力顕微鏡(AFM:Atomic Force Microscope)を用いて水平(X,Y)方向の分解能0.1nmで2μm角の測定範囲で測定(測定条件2)したときの平均面粗さが100nm以上200nm以下の第2の凹凸を含まない構成となる。
On the other hand, the
次に、アンダーフィル樹脂120の塗布工程を説明する。図5は、アンダーフィル樹脂120を塗布する手順を示す断面図である。まず、ニードル200からアンダーフィル樹脂120を供給する(図5(a))。このとき、アンダーフィル樹脂120は、ソルダーレジスト膜104上面の半導体チップ150の接続電極152の外周に滴下する。
Next, the application process of the
ここで、本実施の形態において、ソルダーレジスト膜104上面には、凹凸が形成されており、さらに、ソルダーレジスト膜104上面の半導体チップ150の接続電極152の内周と外周とで粗さの差がある。ソルダーレジスト膜104上面に粗さの粗い粗凹凸104bと粗い凹凸と微細な凹凸を含む微細凹凸104aとを形成すると、それぞれ以下の変化が生じる。
Here, in this embodiment, the upper surface of the solder resist
粗凹凸104bが形成された箇所では、表面積の増加によって濡れ性が増加するため、アンダーフィル樹脂120塗布時に毛細管現象によって樹脂が浸透しようとする力が増加する。また、濡れ性が増加するため、チップを囲う樹脂(フィレット)の形状が安定する。一方、微細凹凸104aが形成された箇所では、微細凹凸104aによる抵抗が大きいため、抵抗によりアンダーフィル樹脂の広がりを抑制することができる。
Since the wettability is increased by increasing the surface area at the portion where the
本実施の形態において、ソルダーレジスト膜104上面の半導体チップ150の接続電極152の内周に粗い粗凹凸104bが形成されているので、接続電極152の内周側では、毛細管現象によってアンダーフィル樹脂が浸透しやすくなる。そのため、アンダーフィル樹脂120の一部は、半導体チップ150の下に広がり反対側へも広がり、ある大きさまで濡れ広がる。
In this embodiment, since rough
一方、ソルダーレジスト膜104上面の半導体チップ150の接続電極152の外周には粗い凹凸と微細な凹凸を含む微細凹凸104aが形成されている。そのため、粗い凹凸の存在のために濡れ性が良好となり安定した形状で均等に広がるとともに、微細な凹凸による抵抗が生じ、濡れ広がりが抑制され、濡れ広がりに対し抑制する働きが生じ、一定の範囲内の濡れ広がりの大きさで留まる。本実施の形態において、単に微細凹凸104aの形成により濡れ広がりが抑制されるだけでなく、粗凹凸104bの形成により、半導体チップ150下方におけるアンダーフィル樹脂120の浸透を促進することができるので、ソルダーレジスト膜104上面の半導体チップ150の接続電極152の外周へのアンダーフィル樹脂の濡れ広がりを効果的に抑制することができる。
On the other hand,
この後、アンダーフィル樹脂120をベークして硬化させる。以上により、半導体チップ150かアンダーフィル樹脂120により、基板102に接着される(図6および図7)。図7は、図6のb−b断面図である。図6および図7に示すように、本実施の形態において、アンダーフィル樹脂120の濡れ広がりを一定の大きさ以内に収めることができる。
Thereafter, the
なお、アンダーフィル樹脂120の供給は、図8に示すように、ジェットディスペンサ210を用いて行うこともできる。これにより、アンダーフィル樹脂120の濡れ広がりをより小さくすることができる。
The
(他の例)
また、以上の実施の形態においては、微細凹凸104aを、平面視で半導体チップ150と重ならない外周にのみ形成する例を説明した。しかし、微細凹凸104aをソルダーレジスト膜104上面全面に形成するようにすることもできる。つまり、以上の実施の形態においては、微細凹凸104aを形成するためのプラズマ112の照射を、基板102上に半導体チップ150を接続した後に行う例を示したが、プラズマ112の照射を半導体チップ150を搭載する前に、基板102上全面に行うこともできる。
(Other examples)
Moreover, in the above embodiment, the example which formed the fine unevenness | corrugation 104a only in the outer periphery which does not overlap with the
この手順においても、アンダーフィル樹脂120の供給は、図5や図8を参照して説明した手順で行ってもよいが、以下のようにすることもできる。以下の手順は、基板102上に先にアンダーフィル樹脂120を塗布する一般的に先樹脂と呼ばれる方式である。以下、図9および図10を参照して説明する。
Also in this procedure, the supply of the
図9において、ソルダーレジスト膜104上面には全面にわたって粗い凹凸と微細な凹凸を含む微細凹凸104aが形成されている。ここでは、半導体チップ150を搭載する前に、アンダーフィル樹脂120を基板102上に供給しておく(図9(a))。ここで、アンダーフィル樹脂120は、NCP(Non Conductive Paste)、ACP(Anisotropic Conductive Paste)、およびフラックス機能を有する活性樹脂等の液状樹脂とすることができる。その後、アンダーフィル樹脂120上に半導体チップ150を加熱しながら搭載し、基板102上の電極(不図示)との接合を完了する(図9(b))。この例においても、ソルダーレジスト膜104の表面には微細凹凸104aが形成されているので、ソルダーレジスト膜104の濡れ広がりを抑制することができる(図9(c))。
In FIG. 9,
また、アンダーフィル樹脂120は、図10に示したように、NCF(Non Conductive Film)、ACF(Anisotropic Conductive Film)等とのフィルム状とすることもできる。この場合も、図9に示したのと同様の手順とすることができる。
Further, as shown in FIG. 10, the
図11は、本実施の形態における半導体装置100のまた他の製造手順を示す工程断面図である。
ここでは、まず、図3(a)に示したように、ソルダーレジスト膜104上面全面にウェットブラスト法により粗凹凸104bを形成する。次いで、基板102上の後に半導体チップ150が搭載される領域を保護するマスク160を形成し、マスク160を用いて基板102上の全面に、プラズマ112を照射する(図11(a))。これにより、半導体チップ150が搭載されていない基板102においても、ソルダーレジスト膜104上面に微細凹凸104aと粗凹凸104bとを形成することができる(図11(b))。
FIG. 11 is a process cross-sectional view showing still another manufacturing procedure of the
Here, as shown in FIG. 3A, first,
この後、ニードル200やジェットディスペンサ210等を用いて、基板102上にアンダーフィル樹脂120を滴下する(図11(c))。ここで、ソルダーレジスト膜104上面には、凹凸が形成されており、さらに、ソルダーレジスト膜104上面の半導体チップ150の接続電極152の内周と外周とで粗さの差がある。そのため、図5を参照して説明したのと同様の効果を得ることができる(図11(d)、図11(e))。この後、図9および図10を参照して説明したのと同様に、基板102上に半導体チップ150を搭載する。
Thereafter, the
次に、本実施の形態における半導体装置100効果を説明する。
本実施の形態における半導体装置100によれば、ソルダーレジスト膜104上面に粗い凹凸と微細な凹凸を含む所望の表面粗さ範囲の微細凹凸104aを形成することにより、アンダーフィル樹脂120を塗布する工程において、樹脂濡れ広がりを抑制することができる。よって、濡れ広がりのために設計上確保しなければならない領域を狭めることができ、半導体装置を小型化することができる。
Next, the effect of the
According to the
図12は、ソルダーレジスト膜104上面にウェットブラスト法の処理、およびプラズマ照射処理を行った場合の表面粗さと、アンダーフィル樹脂の濡れ広がりとの測定結果を示す図である。図12の「判定」欄は、アンダーフィル樹脂の濡れ広がりの程度を示したものである。×は不良、△は不良が生じ得る、○は良好、◎はより良好である。
試料1:ソルダーレジスト膜104上面に粗凹凸104bを形成するためのウェットブラスト法の処理を行い、プラズマを照射する処理を行わなかった。
試料2〜8:ソルダーレジスト膜104上面に粗凹凸104bを形成するためのウェットブラスト法の処理を同様に行い、その後にプラズマを照射する処理を行った。
プラズマの照射は、酸素ガス雰囲気下で、ガス圧力26Pa、パワー300W、プラズマ照射時間を試料2:30秒、試料3:60秒、試料4:90秒、試料5:120秒、試料6:150秒、試料7:180秒、試料8:210秒の条件とした。
試料9:ソルダーレジスト膜104上面に粗凹凸104bを形成するためのウェットブラスト法の処理を行わず、その後にプラズマを照射する処理を、試料6と同じ条件で150秒行った。
FIG. 12 is a diagram showing the measurement results of the surface roughness and the underfill resin wetting and spreading when wet blast processing and plasma irradiation processing are performed on the upper surface of the solder resist
Sample 1: The wet blasting process for forming the
Plasma irradiation is performed under an oxygen gas atmosphere, gas pressure of 26 Pa, power of 300 W, plasma irradiation time of sample 2:30 seconds, sample 3: 60 seconds, sample 4: 90 seconds, sample 5: 120 seconds, sample 6: 150. Second, sample 7: 180 seconds, sample 8: 210 seconds.
Sample 9: The wet blasting process for forming the
ここで、レーザ顕微鏡測定粗さは以下の条件で行った。
測定装置:VK−9500(キーエンス社)
測定条件:×3000倍視野、重み平均±8スムージング処理
測定領域:50μm/線粗さ測定
測定分解能:0.02μm
Here, laser microscope measurement roughness was performed under the following conditions.
Measuring device: VK-9500 (Keyence Corporation)
Measurement conditions: x3000 field of view, weighted average ± 8 smoothing treatment Measurement area: 50 μm / line roughness measurement Measurement resolution: 0.02 μm
また、AFM測定粗さは以下の条件で行った。
測定装置:L−traceII/NanoNaviステーション(SII−NT社)
測定条件:SISモードスキャナー,90μmピエゾ素子
測定領域:2μm2/平均面粗さ(Ra)測定
測定分解能:0.01nm
AFM measurement roughness was performed under the following conditions.
Measuring device: L-traceII / NanoNavi station (SII-NT)
Measurement conditions: SIS mode scanner, 90 μm piezo element measurement area: 2 μm 2 / average surface roughness (Ra) measurement measurement resolution: 0.01 nm
試料1(プラズマ処理時間0秒(プラズマ照射なし))において、レーザ顕微鏡測定粗さ(線粗さ)が0.203μm、AFM測定粗さ(平均面粗さ)が61nmとなった。この場合、アンダーフィル樹脂120の濡れ広がりの平均値およびばらつきの双方とも大きかった。
In sample 1 (
試料2(プラズマ処理時間30秒)において、レーザ顕微鏡測定粗さ(線粗さ)が0.203μm、AFM測定粗さ(平均面粗さ)が63.5nmとなった。試料2では、プラズマ照射を行っているが、試料1よりもアンダーフィル樹脂120の濡れ広がりが大きくなっている。これは、プラズマ照射により、表面の不純物が除去されることにより、試料1よりも表面が滑らかになり、アンダーフィル樹脂120が濡れ広がりやすくなったためと考えられる。
In sample 2 (
試料7(プラズマ処理時間180秒)および試料8(プラズマ処理時間210秒)では、レーザ顕微鏡測定粗さ(線粗さ)は測定できたものの、AFM測定粗さ(平均面粗さ)は正確に測定することができなかった。これは、基板の表面が削られすぎて基板のソルダーレジスト屑等が測定面に再付着する現象が生じるためである。アンダーフィル樹脂120の濡れ広がりについては、表面凹凸が増加しすぎて、樹脂濡れ広がりの抑制力が強く働き、樹脂が外に広がることができずに半導体チップ端面近傍に留まってしまう。そのため、当該樹脂は半導体チップの裏面側に這い上がってしまう場合がある。また、ブリードが発生したり、基板表面が劣化する場合がある。
With sample 7 (
また、試料9(ウェットブラスト法の処理なし、プラズマ処理時間150秒)において、レーザ顕微鏡測定粗さ(線粗さ)が0.118μm、AFM測定粗さ(平均面粗さ)が150nmであった。この場合も、アンダーフィル樹脂120の濡れ広がりの平均値は小さくなっているが、ばらつきが大きかった。
Further, in sample 9 (no treatment by wet blasting,
一方、試料3(プラズマ処理時間60秒)および試料4(プラズマ処理時間90秒)において、レーザ顕微鏡測定粗さ(線粗さ)が0.15μm以上、AFM測定粗さ(平均面粗さ)が100nm以上(200nm以下)となった。このような微細凹凸104aが形成されることにより、アンダーフィル樹脂120の濡れ広がりの平均値をある程度小さくするとともに、ばらつきもある程度小さくすることができた。
On the other hand, in sample 3 (
さらに、試料5(プラズマ処理時間120秒)および試料6(プラズマ処理時間150秒)において、レーザ顕微鏡測定粗さ(線粗さ)が0.15μm以上、AFM測定粗さ(平均面粗さ)が120nm以上(200nm以下)となった。このような微細凹凸104aが形成されることにより、アンダーフィル樹脂120の濡れ広がりの平均値をさらに小さくするとともに、ばらつきも小さくすることができた。
Further, in sample 5 (
以上の結果から、基板表面におけるアンダーフィル樹脂の濡れ広がりを効果的に抑えるためには、レーザ顕微鏡測定粗さ(線粗さ)の下限については、マージンを考慮し、0.15μm程度以上とすることができ、より好ましくは、0.20μm程度以上とすることができる。また、レーザ顕微鏡測定粗さ(線粗さ)の上限については、マージンを考慮し、1μm程度以下とすることができる。また、ソルダーレジスト中のフィラーの露出を抑えるために、レーザ顕微鏡測定粗さ(線粗さ)の上限は、より好ましくは、0.30μm程度以下とすることができる。 From the above results, in order to effectively suppress the wetting and spreading of the underfill resin on the substrate surface, the lower limit of the laser microscope measurement roughness (line roughness) is set to about 0.15 μm or more in consideration of the margin. More preferably, it can be about 0.20 μm or more. Further, the upper limit of the roughness measured by the laser microscope (line roughness) can be set to about 1 μm or less in consideration of a margin. Further, in order to suppress the exposure of the filler in the solder resist, the upper limit of the laser microscope measurement roughness (line roughness) is more preferably about 0.30 μm or less.
また、基板表面におけるアンダーフィル樹脂の濡れ広がりを効果的に抑えるためには、AFM測定粗さ(平均面粗さ)の下限については、100nm程度以上、より好ましくは120nm程度以上とすることができる。また、AFM測定粗さ(平均面粗さ)の上限については、200nm程度以下とすることができる。 In order to effectively suppress the wetting and spreading of the underfill resin on the substrate surface, the lower limit of the AFM measurement roughness (average surface roughness) can be about 100 nm or more, more preferably about 120 nm or more. . The upper limit of the AFM measurement roughness (average surface roughness) can be about 200 nm or less.
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described with reference to drawings, these are the illustrations of this invention, Various structures other than the above are also employable.
100 半導体装置
102 基板
104 ソルダーレジスト膜
104a 微細凹凸
104b 粗凹凸
110 研磨液
112 プラズマ
120 アンダーフィル樹脂
150 半導体チップ
152 接続電極
160 マスク
200 ニードル
210 ジェットディスペンサ
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記基板の一面に形成され、前記電極を露出させる開口部を有する絶縁層と、
前記基板の一面上に搭載され、前記電極とフリップチップ接続された半導体チップと、を有し、
前記絶縁層の前記基板の一面と接する面と反対側の面には、少なくとも前記半導体チップ外周領域に、
レーザ顕微鏡を用いて分解能0.1μmで50μmの測定範囲で測定したときの線粗さが0.15μm以上1μm以下の第1の凹凸と、
前記第1の凹凸上に、原子間力顕微鏡を用いて水平(X,Y)方向の分解能0.1nmで2μm角の測定範囲で測定したときの平均表面粗さが100nm以上200nm以下となる第2の凹凸と、
が形成された半導体装置。 A substrate having an electrode formed on one surface;
An insulating layer formed on one surface of the substrate and having an opening exposing the electrode;
A semiconductor chip mounted on one surface of the substrate and flip-chip connected to the electrodes;
On the surface of the insulating layer opposite to the surface in contact with the one surface of the substrate, at least in the semiconductor chip outer peripheral region,
First irregularities having a line roughness of 0.15 μm or more and 1 μm or less when measured with a laser microscope at a resolution of 0.1 μm and a measurement range of 50 μm;
An average surface roughness of 100 nm or more and 200 nm or less when measured in a measurement range of 2 μm square with a resolution of 0.1 nm in the horizontal (X, Y) direction using an atomic force microscope on the first unevenness. Two irregularities,
A semiconductor device in which is formed.
前記第1の凹凸は、レーザ顕微鏡を用いて分解能0.1μmで50μmの測定範囲で測定したときの線粗さが0.20μm以上1μm以下であって、
前記第2の凹凸は、原子間力顕微鏡を用いて水平(X,Y)方向の分解能0.1nmで2μm角の測定範囲で測定したときの平均表面粗さが120nm以上200nm以下である半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
The first unevenness has a line roughness of 0.20 μm or more and 1 μm or less when measured in a measurement range of 50 μm with a resolution of 0.1 μm using a laser microscope,
The second unevenness is a semiconductor device having an average surface roughness of 120 nm or more and 200 nm or less when measured in a measurement range of 2 μm square with a resolution of 0.1 nm in the horizontal (X, Y) direction using an atomic force microscope. .
前記半導体チップと前記基板との間には、アンダーフィル樹脂が形成された半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1 or 2,
A semiconductor device in which an underfill resin is formed between the semiconductor chip and the substrate.
前記第1の凹凸上に、原子間力顕微鏡を用いて水平(X,Y)方向の分解能0.1nmで2μm角の測定範囲で測定したときの平均表面粗さが100nm以上200nm以下となる第2の凹凸を形成する工程と、
半導体チップを前記基板上にフリップチップ接続する工程と、
を含む半導体装置の製造方法。 A step of forming first irregularities having a line roughness of 0.15 μm or more and 1 μm or less when measured in a measurement range of 50 μm with a resolution of 0.1 μm on an insulating layer formed on one surface of a substrate When,
An average surface roughness of 100 nm or more and 200 nm or less when measured in a measurement range of 2 μm square with a resolution of 0.1 nm in the horizontal (X, Y) direction using an atomic force microscope on the first unevenness. Forming the two irregularities;
Flip chip connecting a semiconductor chip onto the substrate;
A method of manufacturing a semiconductor device including:
前記第1の凹凸を形成する工程において、ウェットブラスト法により前記第1の凹凸を形成し、
前記第2の凹凸を形成する工程において、プラズマを照射することにより前記第2の凹凸を形成する半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 4,
In the step of forming the first unevenness, the first unevenness is formed by a wet blast method,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein in the step of forming the second unevenness, the second unevenness is formed by irradiating plasma.
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