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JP2014146638A - Method of manufacturing semiconductor device - Google Patents

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JP2014146638A
JP2014146638A JP2013012962A JP2013012962A JP2014146638A JP 2014146638 A JP2014146638 A JP 2014146638A JP 2013012962 A JP2013012962 A JP 2013012962A JP 2013012962 A JP2013012962 A JP 2013012962A JP 2014146638 A JP2014146638 A JP 2014146638A
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JP
Japan
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electrode
semiconductor chip
electrode pad
semiconductor device
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JP2013012962A
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Yuta Kobayashi
悠太 小林
Kazuyuki Matsumura
和行 松村
Toshinaka Nonaka
敏央 野中
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Toray Industries Inc
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Toray Industries Inc
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device in which an activation state of an electrode surface on a wiring board is efficiently and easily maintained, and a good electrical connection between an electrode pad of a substrate and a projection electrode of a corresponding semiconductor chip is obtained.SOLUTION: A method of manufacturing a semiconductor device includes a step of activating an electrode 2 of a substrate 1, a step of coating an activated electrode surface of the substrate with an adhesive 5, and a step of bonding a projection electrode 7 on a corresponding semiconductor chip 6, in this order. The substrate coated with the adhesive is transported and stored in the atmosphere.

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に係り、特にIC、LSI等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接着剤を介して接続する半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and in particular, a semiconductor chip such as an IC or LSI is connected to a wiring substrate such as a flexible substrate, a glass epoxy substrate, a glass substrate, a ceramic substrate, a silicon interposer, or a silicon substrate via an adhesive. The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device.

電子材料において、各種の部品、例えば半導体チップやモジュール等の電子部品などを配線基板に実装する際、熱硬化型の接着剤が使用されることが多く、ダイボンディングフィルム(DAF)やノンコンダクティブフィルム(NCF)として知られている。   In electronic materials, thermosetting adhesives are often used when mounting various components such as semiconductor components such as semiconductor chips and modules on wiring boards, and die bonding films (DAF) and non-conductive films are often used. Known as (NCF).

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においては、接合する電極表面の状態が半導体装置の電気的及び機械的な接続信頼性を確保するにあたり問題となる。電極表面が金属酸化膜に覆われた不活性状態である場合、電気的抵抗が増加し、またはんだ接合においては電極表面上でのはんだの濡れ性が劣化することで機械的強度も低下する。このことから実装直前までいかにして電極の活性化状態を保つかが課題となる。   In recent years, flip chip mounting has been used as a method for mounting a semiconductor chip on a substrate. In flip-chip mounting, the state of the electrode surface to be joined becomes a problem in securing the electrical and mechanical connection reliability of the semiconductor device. When the electrode surface is in an inactive state covered with a metal oxide film, the electrical resistance increases, or in soldering, the wettability of the solder on the electrode surface deteriorates and the mechanical strength also decreases. Therefore, how to maintain the activated state of the electrode until just before mounting becomes a problem.

上記の課題を解決するため、基板上の電極を活性化後に不活性ガス雰囲気中で搬送し、実装する装置構成を持つ先行技術が開発されている(特許文献1)。この技術では単一の装置の中に複数の工程を含むため装置が複雑化するため装置導入コストが高価となる課題がある。また、各工程を分離できないため大量生産過程で不都合を生じる可能性がある。   In order to solve the above problems, a prior art having a device configuration in which an electrode on a substrate is transported and mounted in an inert gas atmosphere after activation has been developed (Patent Document 1). In this technique, since a plurality of processes are included in a single apparatus, the apparatus becomes complicated, and there is a problem that the apparatus introduction cost becomes expensive. Moreover, since each process cannot be separated, there is a possibility that inconvenience may occur in a mass production process.

基板と半導体チップ上のそれぞれの電極表面をプラズマ照射により表面の酸化膜を除去して活性化した直後に両電極表面を接着剤フィルムで封止することによって、大気中でも電極の活性化状態を維持する先行技術が開発されている(特許文献2)。この技術においては、基板と半導体チップの両方に接着剤被覆処理を行う必要があるため生産性が低下するという課題がある。   Immediately after the surface of each electrode on the substrate and the semiconductor chip is activated by removing the surface oxide film by plasma irradiation, both electrode surfaces are sealed with an adhesive film to maintain the activated state of the electrodes even in the atmosphere. Prior arts have been developed (Patent Document 2). In this technique, since it is necessary to perform adhesive coating treatment on both the substrate and the semiconductor chip, there is a problem that productivity is lowered.

特開2003−303851号公報JP 2003-303851 A 特開2003−234376号公報JP 2003-234376 A

しかしながら、従来技術では、良好な電気的接続を得るために電極表面を活性化した後、接合するまでに長時間を要する場合は、電極表面の活性化状態を維持しながら電子部品を大気中で保管することは困難であった。また、接合する電子部品の各々に接着剤を被覆する場合、接合後の接着剤のはみ出しによって実装面積が増加するという課題があった。   However, in the prior art, when it takes a long time to join after activating the electrode surface to obtain a good electrical connection, the electronic component is kept in the atmosphere while maintaining the activated state of the electrode surface. It was difficult to store. Further, when an adhesive is coated on each electronic component to be joined, there is a problem that the mounting area increases due to the protruding adhesive after joining.

上記課題に鑑み本発明は、電極の活性化状態を、効率的にかつ簡便に維持し、さらには、活性化後も大気中で長時間保存することを可能とし、電子部品電極間の良好な接続を有し、従来技術より小さい実装面積を有する半導体装置を提供することを目的とする。   In view of the above problems, the present invention can maintain the activation state of the electrode efficiently and simply, and further, can be stored in the atmosphere for a long time after the activation, and the good between the electronic component electrodes It is an object of the present invention to provide a semiconductor device having a connection and a mounting area smaller than that of the related art.

半導体チップ上の突起電極であって先端部にはんだを有するものと、基板上の電極パッドであって表面に酸化膜が形成されているものを接合する半導体装置の製造方法であって、
(A)前記基板の電極パッド表面に形成されている酸化膜を除去する工程、
(B)接着剤を前記基板の電極パッドを有する面に被覆する工程、
(C)前記基板の電極パッドと前記半導体チップの突起電極を位置合わせした後で、前記接着剤を介して前記基板の電極パッドと前記半導体チップの突起電極を接触させる工程および
(D)前記基板と前記半導体チップの間のはんだを溶融させ、前記電極パッドと前記突起電極を接合する工程をこの順に有しており、
かつ前記工程(A)と前記工程(B)の間および/または前記工程(B)と前記工程(C)の間において、大気中で前記半導体チップおよび前記基板を搬送または保存することを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device for joining a protruding electrode on a semiconductor chip having solder at the tip and an electrode pad on a substrate having an oxide film formed on the surface,
(A) removing the oxide film formed on the electrode pad surface of the substrate;
(B) a step of covering the surface having the electrode pad of the substrate with an adhesive;
(C) after aligning the electrode pad of the substrate and the protruding electrode of the semiconductor chip, and contacting the electrode pad of the substrate and the protruding electrode of the semiconductor chip via the adhesive; and (D) the substrate And melting the solder between the semiconductor chip and having the step of joining the electrode pad and the protruding electrode in this order,
The semiconductor chip and the substrate are transported or stored in the atmosphere between the step (A) and the step (B) and / or between the step (B) and the step (C). A method for manufacturing a semiconductor device.

本発明によれば、電子部品の電極接続に至るまで電極の活性化状態を維持するにあたり、大気中での保管を可能とするため、効率的かつ簡便に基板の電極パッドと半導体チップの突起電極の間で良好な電気的接続を有する半導体装置を得ることができる。   According to the present invention, in order to maintain the activated state of the electrode until the electrode connection of the electronic component, it is possible to store it in the air, so that the electrode pad of the substrate and the protruding electrode of the semiconductor chip can be efficiently and easily performed. A semiconductor device having good electrical connection can be obtained.

本発明による半導体装置の製造方法を示す図である。(a)基板の初期状態を示す図(b)基板上の電極パッドの活性化を行っている状態を示す図(c)基板の保管形態を示す図(d)フリップチップボンダーで位置あわせを行った状態を示す図(e)半導体チップの突起電極と基板上の電極パッドが接合された状態を示す図It is a figure which shows the manufacturing method of the semiconductor device by this invention. (A) The figure which shows the initial state of a board | substrate (b) The figure which shows the state which is activating the electrode pad on a board | substrate (c) The figure which shows the storage form of a board | substrate (d) Position alignment with a flip chip bonder The figure which shows the state (e) The figure which shows the state by which the bump electrode of the semiconductor chip and the electrode pad on a board | substrate were joined 本発明によって得られた半導体装置の接合部位のひとつを示す図である。It is a figure which shows one of the junction parts of the semiconductor device obtained by this invention. 本発明の実施例に係る、基板上の電極パッド、半導体チップ及び熱硬化性接着剤フィルムの位置関係を示す図である。(a)基板上の電極パッド及びアライメントマークの配置の概略を示す斜視図(b)熱硬化性接着剤フィルムと、半導体チップのボンディング位置の関係を示す斜視図It is a figure which shows the positional relationship of the electrode pad on a board | substrate, a semiconductor chip, and a thermosetting adhesive film based on the Example of this invention. (A) Perspective view showing outline of arrangement of electrode pads and alignment mark on substrate (b) Perspective view showing relationship between bonding position of thermosetting adhesive film and semiconductor chip 本発明の比較例に係る、熱硬化性接着剤フィルムがラミネートされた半導体チップの状態を示す図である。It is a figure which shows the state of the semiconductor chip which the thermosetting adhesive film based on the comparative example of this invention was laminated.

本発明の半導体装置の製造方法は、半導体チップ上の突起電極であって先端部にはんだを有するものと、基板上の電極パッドであって表面に酸化膜が形成されているものを接合する半導体装置の製造方法であって、
(A)前記基板の電極パッド表面に形成されている酸化膜を除去する工程、
(B)接着剤を前記基板の電極パッドを有する面に被覆する工程、
(C)前記基板の電極パッドと前記半導体チップの突起電極を位置合わせした後で、前記接着剤を介して前記基板の電極パッドと前記半導体チップの突起電極を接触させる工程および
(D)前記基板と前記半導体チップの間のはんだを溶融させ、前記電極パッドと前記突起電極を接合する工程をこの順に有しており、
かつ前記工程(A)と前記工程(B)の間および/または前記工程(B)と前記工程(C)の間において、大気中で前記半導体チップおよび前記基板を搬送または保存することを特徴とする半導体装置の製造方法、である。
The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a semiconductor that joins a protruding electrode on a semiconductor chip having solder at the tip and an electrode pad on a substrate having an oxide film formed on the surface. A device manufacturing method comprising:
(A) removing the oxide film formed on the electrode pad surface of the substrate;
(B) a step of covering the surface having the electrode pad of the substrate with an adhesive;
(C) after aligning the electrode pad of the substrate and the protruding electrode of the semiconductor chip, and contacting the electrode pad of the substrate and the protruding electrode of the semiconductor chip via the adhesive; and (D) the substrate And melting the solder between the semiconductor chip and having the step of joining the electrode pad and the protruding electrode in this order,
The semiconductor chip and the substrate are transported or stored in the atmosphere between the step (A) and the step (B) and / or between the step (B) and the step (C). A method for manufacturing a semiconductor device.

本発明の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。半導体チップの接続方法としてはフリップチップもしくはTSV構造を有し、また先端部にはんだを有する突起電極を持つ半導体チップを用いる。   Examples of the semiconductor chip used in the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention include IC, LSI, transistor, diode and the like, and are not particularly limited. As a semiconductor chip material, a semiconductor such as silicon or germanium, or a compound semiconductor such as gallium arsenide, gallium phosphide, or indium phosphide can be used. As a method for connecting the semiconductor chip, a semiconductor chip having a flip chip or TSV structure and having a protruding electrode having solder at the tip is used.

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、はんだバンプは金属のピラー、特に銅ピラー上に形成されていることが好ましい。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、樹脂やフィラーが突起電極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。   The material of the solder used in the present invention is not particularly limited, but lead-free solders such as SnAgCu-based, SnCu-based, SnAg-based, SnAgCuBi-based, SnZnBi-based, SnAgInBi-based are used from the viewpoint of influence on the human body and the environment. It is preferable. Furthermore, in order to deal with a narrow pitch bump, the solder bump is preferably formed on a metal pillar, particularly a copper pillar. A barrier metal layer for suppressing metal diffusion can also be provided between the solder and the metal pillar. Moreover, it is preferable that the shape of the solder is hemispherical from the viewpoint that the resin or filler is difficult to bite between the protruding electrode and the electrode pad.

半導体チップにある突起電極の高さはすべて均等に揃っていることが好ましく、突起電極高さのバラつきは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、突起電極の圧着の際に接続不良なく半導体チップを搭載することができる。突起電極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。   The heights of the protruding electrodes on the semiconductor chip are preferably all uniform, and the variation in the protruding electrode height is preferably 5 μm or less. If the variation is 5 μm or less, the semiconductor chip can be mounted without connection failure when the protruding electrode is crimped. In order to reduce the variation in the height of the protruding electrode, it is possible to perform grinding.

本発明の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、シリコン基板、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、半導体基板やセラミックス類、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。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。   As a substrate used in the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, a silicon substrate, a semiconductor chip or semiconductor wafer having a TSV structure, a silicon substrate such as a silicon interposer, a semiconductor substrate or ceramics, a compound semiconductor, an organic circuit substrate, Examples thereof include inorganic circuit boards, and those in which circuit constituent materials and passive elements are arranged on these boards. Examples of organic circuit boards include glass-based copper-clad laminates such as glass cloth / epoxy copper-clad laminates, composite copper-clad laminates such as glass nonwoven fabrics / epoxy copper-clad laminates, polyetherimide resin substrates, Examples include heat-resistant / thermoplastic substrates such as ether ketone resin substrates and polysulfone resin substrates, polyester copper-clad film substrates, and polyimide copper-clad film substrates. Examples of the inorganic circuit board include ceramic substrates such as an alumina substrate, an aluminum nitride substrate, and a silicon carbide substrate, and metal substrates such as an aluminum base substrate and an iron base substrate.

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。   Examples of circuit constituent materials include conductors containing metals such as silver, gold, copper, and aluminum, resistors containing inorganic oxides, low dielectrics and resins containing glass materials and / or resins, etc. And high dielectric materials containing high dielectric constant inorganic particles, insulators containing glass-based materials, and the like.

本発明の半導体装置の製造方法において用いられる基板には、半導体チップの突起電極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、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。電極パッドも突起電極と同様、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。   The substrate used in the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention has an electrode pad corresponding to the position of the protruding electrode of the semiconductor chip. The electrode pad may be flat or may be a so-called pillar-shaped (columnar) protrusion. Moreover, any of polygons, such as a circle, a rectangle, and an octagon, may be sufficient. There are no particular restrictions on the material of the electrode pad, and metals that can be generally used in semiconductor devices, such as aluminum, copper, titanium, tungsten, chromium, nickel, gold, solder, and alloys using them, can be used. These metals can also be laminated. Similarly to the protruding electrode, the electrode pad preferably has a height variation of 5 μm or less, and can be ground.

本発明で用いられる接着剤は電気的絶縁性を有する熱硬化性接着剤フィルムであることが好ましいが、絶縁性樹脂のみからなるものであってもよいし、絶縁性樹脂に他の成分が含まれているものであってもよい。また、複数の種類の絶縁性樹脂を混合してもよい。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、接着剤は液状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。絶縁性樹脂としては、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。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。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。   The adhesive used in the present invention is preferably a thermosetting adhesive film having electrical insulation, but it may be composed of only an insulating resin, or other components are included in the insulating resin. It may be what is. A plurality of types of insulating resins may be mixed. As long as it is possible to maintain the state of covering the electrode pad surface on the substrate, the adhesive may be liquid or film-like, and the state is not particularly limited. As the insulating resin, a polyimide resin, an epoxy resin, an acrylic resin, a phenoxy resin, a polyethersulfone resin, or the like can be used, but is not limited thereto. You may further contain a hardening | curing agent, a hardening accelerator, etc. A well-known thing can be used as a hardening | curing agent and a hardening accelerator. The adhesive preferably contains an insulating inorganic filler from the viewpoint of insulating reliability and reliability with respect to temperature cycle. As the insulating inorganic filler, silica, silicon nitride, alumina, aluminum nitride, titanium oxide, titanium nitride, barium titanate, or the like can be used. Moreover, a crosslinking agent, surfactant, a dispersing agent, etc. may be contained in the adhesive if necessary. The adhesive preferably contains a thermosetting resin, a thermoplastic resin or a mixture thereof from the viewpoint of process efficiency.

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。   In the case of using a thermosetting adhesive film, for example, a resin composition disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-319823, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-94870, Japanese Patent No. 3995022, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-262227, or the like is used. be able to.

次に、本発明の半導体装置の製造方法について説明する。本発明の半導体装置の製造方法は、半導体チップ上の突起電極であって先端部にはんだを有するものと、基板上の電極パッドであって表面に酸化膜が形成されているものを接合する半導体装置の製造方法であって、
(A)前記基板の電極パッド表面に形成されている酸化膜を除去する工程、
(B)接着剤を前記基板の電極パッドを有する面に被覆する工程、
(C)前記基板の電極パッドと前記半導体チップの突起電極を位置合わせした後で、前記接着剤を介して前記基板の電極パッドと前記半導体チップの突起電極を接触させる工程および
(D)前記基板と前記半導体チップの間のはんだを溶融させ、前記電極パッドと前記突起電極を接合する工程をこの順に有しており、
かつ前記工程(A)と前記工程(B)の間および/または前記工程(B)と前記工程(C)の間において、大気中で前記半導体チップおよび前記基板を搬送または保存することを特徴とする半導体装置の製造方法、である。
Next, a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention will be described. The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a semiconductor that joins a protruding electrode on a semiconductor chip having solder at the tip and an electrode pad on a substrate having an oxide film formed on the surface. A device manufacturing method comprising:
(A) removing the oxide film formed on the electrode pad surface of the substrate;
(B) a step of covering the surface having the electrode pad of the substrate with an adhesive;
(C) after aligning the electrode pad of the substrate and the protruding electrode of the semiconductor chip, and contacting the electrode pad of the substrate and the protruding electrode of the semiconductor chip via the adhesive; and (D) the substrate And melting the solder between the semiconductor chip and having the step of joining the electrode pad and the protruding electrode in this order,
The semiconductor chip and the substrate are transported or stored in the atmosphere between the step (A) and the step (B) and / or between the step (B) and the step (C). A method for manufacturing a semiconductor device.

前記工程(A)では図1(a)に示す電極パッド表面の酸化膜に対して選択的にエッチングを行う。このとき、フラックス、ギ酸、酢酸、アクリル酸、プロピオン酸、シュウ酸等の溶液もしくはアルゴン、キセノン、水素、ヘリウム等といったガスのプラズマによるエッチングを用いることができるが、金属酸化膜に対するエッチャントはこれらに限らない。スループットや基板乾燥の観点からプラズマエッチングを用いることが好ましい。プラズマエッチングによって電極パッドを活性化する場合は、処理中の過熱による変形や融解、大気開放時の金属酸化膜形成を抑制するために、処理装置内の基板設置箇所を冷却水等によって冷却してもよい。実装時の加熱による基板からの脱ガスによって接着剤中にボイドが取り込まれることを防止するため、前記工程(A)の前に基板を乾燥する工程を追加してもよい。また、電極表面に付着した有機物も金属酸化膜と同様に電子部品間の良好な接続の妨げとなるため、この有機物を除去する目的で、前記工程(A)の前に酸素プラズマによるアッシングを行ってもよい。不活性ガスを用いたプラズマエッチングにおいては、基板を構成する材料の選択によっては、エッチング対象となる電極以外の部分との選択比を大きくすることが困難であるため、電極表面の金属酸化膜を十分除去できる処理時間以上の処理を行わないことが望ましい。プラズマエッチングの処理時間[sec]は、対象となる金属酸化膜の厚さ[nm]およびエッチングレート[nm/sec]から計算され、金属酸化膜の厚さ[nm]/エッチングレート[nm/sec]×1.2とするのが好ましい。上記の処理条件のひとつ、もしく複数の組み合わせにより電極パッド表面が酸化膜等に覆われず、完全に露出した基板を得る(図1(b))。   In the step (A), the oxide film on the electrode pad surface shown in FIG. At this time, etching using a plasma of a gas such as flux, formic acid, acetic acid, acrylic acid, propionic acid, oxalic acid, or a gas such as argon, xenon, hydrogen, helium, etc. can be used. Not exclusively. Plasma etching is preferably used from the viewpoint of throughput and substrate drying. When the electrode pad is activated by plasma etching, the substrate installation location in the processing apparatus is cooled with cooling water or the like in order to suppress deformation and melting due to overheating during processing and formation of a metal oxide film when the atmosphere is released. Also good. In order to prevent voids from being taken into the adhesive by degassing from the substrate due to heating during mounting, a step of drying the substrate may be added before the step (A). In addition, since the organic matter adhering to the electrode surface also hinders good connection between the electronic components like the metal oxide film, ashing with oxygen plasma is performed before the step (A) for the purpose of removing this organic matter. May be. In plasma etching using an inert gas, it is difficult to increase the selectivity with respect to a portion other than the electrode to be etched depending on the selection of the material constituting the substrate. It is desirable not to perform processing longer than the processing time that can be sufficiently removed. The plasma etching processing time [sec] is calculated from the thickness [nm] of the target metal oxide film and the etching rate [nm / sec], and the thickness [nm] of the metal oxide film / etching rate [nm / sec]. ] × 1.2 is preferable. By one of the above processing conditions or a combination of a plurality of conditions, an electrode pad surface is not covered with an oxide film or the like, and a completely exposed substrate is obtained (FIG. 1B).

前記工程(A)から前記工程(B)に移動する間は基板を大気中で搬送または保存できる。前記工程(A)から前記工程(B)への移動は、酸化膜の再形成を防止する観点から24時間以内に行うのが好ましい。   While moving from the step (A) to the step (B), the substrate can be transported or stored in the atmosphere. The movement from the step (A) to the step (B) is preferably performed within 24 hours from the viewpoint of preventing re-formation of the oxide film.

前記工程(B)では、スループットの観点から、使用する接着剤はフィルム状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、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熱硬化性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。熱硬化性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以下であると突起電極が熱硬化性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。ラミネートする熱硬化性接着剤フィルムの厚さは、突起電極の平均高さ以上であることが好ましい。より好ましくは突起電極の平均高さ以上かつ突起電極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、突起電極の平均高さ以上かつ突起電極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、突起電極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。突起電極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突起電極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。熱硬化性接着剤フィルムの厚さが突起電極の平均高さ以上であると、ボンディング後の熱硬化性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、熱硬化性接着剤フィルムの厚さが突起電極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、熱硬化性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、またはみ出した熱硬化性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ヒートツールを汚染し、ヒートツールと半導体チップが接着してしまうことが少なくなる。   In the step (B), the adhesive to be used is preferably in the form of a film from the viewpoint of throughput. More preferably, it is a thermosetting adhesive film. Moreover, since a void is suppressed and an adhesive agent can be efficiently coated on a substrate, it is preferable to press laminate while heating the adhesive film in a vacuum using a vacuum laminator. The laminating temperature is preferably 60 ° C. or higher from the viewpoint of the ability to follow the unevenness of the bonded surface. Moreover, in order to prevent hardening of the adhesive film at the time of affixing, it is preferable that affixing temperature shall be 100 degrees C or less. In this temperature range, the dynamic viscosity of the thermosetting adhesive film is preferably 50 to 5000 Pa · s. When the dynamic viscosity of the thermosetting adhesive film is 50 Pa · s or more, it is easy to handle, and when it is 5000 Pa · s or less, the protruding electrode is easily embedded in the thermosetting adhesive film, and lamination at a low pressure. Is possible. The thickness of the thermosetting adhesive film to be laminated is preferably equal to or higher than the average height of the protruding electrodes. More preferably, it is not less than the average height of the protruding electrodes and not more than 1.5 times the thickness obtained by adding the average height of the protruding electrodes and the average height of the electrode pads on the substrate. Even more preferably, the thickness is equal to or greater than the average height of the protruding electrodes and equal to or less than the sum of the average height of the protruding electrodes and the average height of the electrode pads on the substrate. The height of the protruding electrode and the height of the electrode pad are obtained by measuring the shape of the surface of the semiconductor chip and the substrate, respectively, and measuring the peak value of the height with the lowest height as a reference (0 μm). be able to. The average height of the protruding electrodes and the average height of the electrode pads are the average values of all the protruding electrodes of the semiconductor chip and all the electrode pads on the substrate, respectively, for example, a confocal microscope (made by Lasertec Corporation, H1200). When the thickness of the thermosetting adhesive film is equal to or higher than the average height of the protruding electrodes, voids are unlikely to occur between the thermosetting adhesive film after bonding and the substrate, and the adhesive strength is reduced. And the impact on reliability is reduced. In addition, if the thickness of the thermosetting adhesive film is 1.5 times or less the sum of the average height of the protruding electrodes and the average height of the electrode pads on the substrate, not only is it excellent in economic efficiency, As the amount of protrusion of the thermosetting adhesive film decreases, the mounting area decreases, or the protruding thermosetting adhesive film wraps around the top of the semiconductor chip and contaminates the heat tool of the bonding device. Less sticking.

前記工程(B)を経た基板は、図1(c)に示すように、接着剤によって基板上の電極パッド表面が完全に被覆されており、大気中で搬送または保存できる。その際、接着剤汚染防止のため接着剤表面にプラスチックフィルムを付着して保護してもよい。前記工程(B)を経た基板を保管する温度として、接着剤の保存安定性が向上し、実装接続性が良好となる点から好ましくは40℃以下であり、より好ましくは10℃以下である。また、保存後の取扱い時の容易性の点から−60℃以上が好ましい。   As shown in FIG.1 (c), the board | substrate which passed through the said process (B) has coat | covered the electrode pad surface on a board | substrate completely with an adhesive agent, and can be conveyed or preserve | saved in air | atmosphere. At that time, a plastic film may be attached to the surface of the adhesive to protect the adhesive. The temperature at which the substrate subjected to the step (B) is stored is preferably 40 ° C. or lower, more preferably 10 ° C. or lower from the viewpoint that the storage stability of the adhesive is improved and the mounting connectivity is improved. Moreover, -60 degreeC or more is preferable from the point of the ease at the time of the handling after a preservation | save.

前記工程(C)では、フリップチップボンダーを用いる(図1(d))。フリップチップボンダーは、前記工程(D)への移行の効率を高めるため半導体チップのピックアップ面もしくは基板の吸着面にヒートツールを有していることが好ましい。半導体チップの突起電極を基板の電極に接触させる際のヒートツールの温度は、はんだ融点以下の温度で熱硬化性接着剤フィルム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、また熱硬化性接着剤フィルムの硬化が進まないよう60〜180℃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、60〜150℃、3秒以下である。また圧力は0.01〜0.5MPaの範囲が好ましい。0.01MPa以上であれば、図1(e)に示すように、十分に前記工程(C)の目的を達成することができ、0.5MPa以下であれば、突起電極が大きく変形することなく圧着できる。前記工程(C)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。   In the step (C), a flip chip bonder is used (FIG. 1D). The flip chip bonder preferably has a heat tool on the pick-up surface of the semiconductor chip or the suction surface of the substrate in order to increase the efficiency of the transition to the step (D). The temperature of the heat tool when the protruding electrode of the semiconductor chip is brought into contact with the electrode of the substrate is lower than the melting point of the solder, the viscosity of the thermosetting adhesive film is lowered to increase the adhesiveness, and the semiconductor chip is fixed at a predetermined position. In order to prevent the curing of the thermosetting adhesive film, a temperature range of 60 to 180 ° C. and a time of 10 seconds or less are preferable. More preferably, it is 60-150 degreeC and 3 seconds or less. The pressure is preferably in the range of 0.01 to 0.5 MPa. If it is 0.01 MPa or more, as shown in FIG.1 (e), the objective of the said process (C) can fully be achieved, and if it is 0.5 MPa or less, a protruding electrode will not deform | transform greatly. Can be crimped. The step (C) may be performed under normal pressure, or may be performed in a vacuum in order to prevent entrapment of bubbles. Here, the temperature is a temperature in the thermosetting adhesive film, and can be obtained by connecting a thermocouple to a temperature recorder (NR100, manufactured by Keyence Corporation), for example.

前記工程(D)では、フリップチップボンダーに搭載のヒートツールを用いて加圧および加熱することが好ましい。加熱温度ははんだの融点以上であり、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、加熱温度は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。熱硬化性接着剤フィルムの硬化前に、はんだを溶融させ電極表面上で濡れ広がりを持たせることで、電極接続界面の接触面積を増加させ、良好な機械的強度及び電気的接続を得ることが可能であるため、昇温に要する時間は2秒以下であることが好ましい。半導体チップの突起電極と基板の電極パッド間の距離は、前記工程(C)及び、前記工程(D)におけるはんだ溶融時の圧力、によって制御されるため、前記工程(C)及び、前記工程(D)でそれぞれ任意に圧着圧力を設定してよい。   In the step (D), it is preferable to pressurize and heat using a heat tool mounted on the flip chip bonder. The heating temperature is higher than the melting point of the solder, and preferably 200 ° C. or higher. In order to suppress generation of voids due to degassing from the adhesive, the heating temperature is preferably 270 ° C. or lower. More preferably, it is 250 degrees C or less. What is the heat retention time in the heated state? Before curing the thermosetting adhesive film, the solder can be melted and wetted and spread on the electrode surface to increase the contact area of the electrode connection interface and obtain good mechanical strength and electrical connection. Since it is possible, it is preferable that the time required for temperature increase is 2 seconds or less. Since the distance between the protruding electrode of the semiconductor chip and the electrode pad of the substrate is controlled by the pressure at the time of melting the solder in the step (C) and the step (D), the step (C) and the step ( In D), the compression pressure may be arbitrarily set.

本発明の半導体装置の製造方法では、上記の工程の後、追加キュアを行ってもよい。追加キュアの条件は、用いる熱硬化性接着剤フィルムの特性に応じて任意に設定することができる。   In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, additional curing may be performed after the above steps. The conditions for the additional curing can be arbitrarily set according to the characteristics of the thermosetting adhesive film to be used.

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1〜2に用いた材料と評価方法を下記に示す。   Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples and the like, but the present invention is not limited to these examples. The materials and evaluation methods used in Examples 1-2 and Comparative Examples 1-2 are shown below.

<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、(e)絶縁性フィラーを混合し、さらに(d)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)、(e)それぞれ重量比で25:10:25:50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。
<Thermosetting adhesive film>
The following (a) polyimide, (b) epoxy resin, (c) curing accelerator, (e) insulating filler are mixed, and (d) the solvent is appropriately adjusted so that the coating film thickness becomes uniform. In addition, a thermosetting adhesive film was prepared by coating and drying on a release plastic film (polyethylene terephthalate film). (A), (b), (c), and (e) were mixed at a weight ratio of 25: 10: 25: 50. The thickness of the produced thermosetting adhesive film was 47 μm.

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。   (C) is a microcapsule type curing accelerator dispersed in an epoxy resin, and the weight ratio is microcapsule type curing accelerator / epoxy resin = 33/67. The proportion of c) is calculated based on the total amount of (c), and the epoxy resin in (c) is not included in the proportion of (b).

(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。
(A) Polyimide An organic solvent-soluble polyimide synthesized by the following process was used.

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。   First, 24.54 g (0.067 mol) of 2,2-bis (3-amino-4-hydroxyphenyl) hexafluoropropane and 1,3-bis (3-aminopropyl) tetramethyldisiloxane under a dry nitrogen stream 4.97 g (0.02 mol) and 2.18 g (0.02 mol) of 3-aminophenol as an end-capping agent were dissolved in 80 g of N-methyl-2-pyrrolidone (hereinafter referred to as NMP). . Here, 31.02 g (0.1 mol) of bis (3,4-dicarboxyphenyl) ether dianhydride was added together with 20 g of NMP, reacted at 20 ° C. for 1 hour, and then stirred at 50 ° C. for 4 hours. Thereafter, 15 g of xylene was added, and the mixture was stirred at 180 ° C. for 5 hours while water was azeotroped with xylene. After the stirring was completed, the solution was poured into 3 L of water to obtain a white precipitated polymer. The precipitate was collected by filtration, washed with water three times, and then dried at 80 ° C. for 20 hours using a vacuum dryer.

(b)エポキシ樹脂
固形のエポキシ化合物(ジャパンエポキシレジン(株)製、エピコート157S70)を使用した。
(B) Epoxy resin A solid epoxy compound (Japan Epoxy Resin Co., Ltd., Epicoat 157S70) was used.

(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。
(C) Curing accelerator A microcapsule-type curing accelerator (manufactured by Asahi Kasei Chemicals Corporation, NovaCure HX-3941HP) was used.

(d)溶剤
メチルエチルケトン/トルエン=4/1(重量比)を使用した。
(D) Solvent Methyl ethyl ketone / toluene = 4/1 (weight ratio) was used.

(e)絶縁性無機フィラー
SO−E2(商品名、アドマテックス(株)製、球形シリカ粒子、平均粒子径0.5μm)を用いた。
(E) Insulating inorganic filler SO-E2 (trade name, manufactured by Admatechs Co., Ltd., spherical silica particles, average particle size 0.5 μm) was used.

<実装性評価>
半導体チップの突起電極と基板の電極パッドがはんだを介して接続された接続部位において、はんだと電極パッドの接触面積評価および金属間化合物生成量評価を行った。
<Mountability evaluation>
At the connection part where the protruding electrode of the semiconductor chip and the electrode pad of the substrate were connected via solder, the contact area evaluation of the solder and the electrode pad and the evaluation of the amount of generated intermetallic compound were performed.

実装後に得られた半導体装置を直径3cmの円柱状の型を用いて、エポキシ樹脂内に包埋した後、研磨によって、半導体チップと垂直であり、前記の接続部位の中央を通るような断面を形成した。   A semiconductor device obtained after mounting is embedded in an epoxy resin using a cylindrical mold having a diameter of 3 cm, and then polished so that a cross section that is perpendicular to the semiconductor chip and passes through the center of the connection portion is formed. Formed.

接触面積評価及び金属間化合物生成量評価は光学顕微鏡を用いて以下の条件に該当する接続部位20箇所を対象に行った。対象となる接続部位は、突起電極先端のはんだと、位置あわせされて対応した電極パッドが接触しており、それぞれの中心線のずれが3μm以内であり、突起電極と電極パッド先端との距離が4μm以内のもののうち無作為に選択した20箇所である。   The contact area evaluation and the evaluation of the amount of intermetallic compound production were performed on 20 connection sites corresponding to the following conditions using an optical microscope. In the target connection part, the solder at the tip of the protruding electrode is in contact with the corresponding electrode pad that is aligned, the deviation of each center line is within 3 μm, and the distance between the protruding electrode and the tip of the electrode pad is 20 points randomly selected from within 4 μm.

接触面積評価は、得られた断面内の、評価対象の接続部位(図2)において、基板の電極パッドとはんだが接触している長さと、突起電極の幅との割合(基板の電極パッドとはんだが接触している長さ/突起電極の幅)が0.9以上であるものが18箇所以上の場合を○、18箇所未満のとき×とした。   In the contact area evaluation, the ratio between the length of the contact between the electrode pad of the substrate and the solder and the width of the protruding electrode in the connection portion (FIG. 2) to be evaluated in the obtained cross section (the electrode pad of the substrate) The case where the length of the contacted solder / the width of the bump electrode) is 0.9 or more is 18 or more, and the case where it is less than 18 is x.

金属間化合物評価は、得られた断面内の、評価対象の接続部位(図2)において、基板の電極パッドとはんだが接触している辺のうち、界面に金属間化合物が生成している長さの割合(界面に金属間化合物が生成している長さ/基板の電極パッドとはんだが接触している辺の長さ)が0.9以上のものが18箇所以上の場合を○、18箇所未満のとき×とした。   In the intermetallic compound evaluation, the length of the intermetallic compound generated at the interface in the side where the electrode pad of the substrate is in contact with the solder in the connection portion (FIG. 2) to be evaluated in the obtained cross section. When the ratio of the length (the length at which the intermetallic compound is formed at the interface / the length of the side where the electrode pad of the substrate is in contact with the solder) is 0.9 or more is 18 or more, 18 When it was less than a place, it was set as x.

実装面積評価は、ボンディング前に半導体チップ直下に存在し、ボンディングによって半導体チップの端部から排出された熱硬化性接着剤フィルムの体積(排出体積)を基に評価した。図3は接着剤被覆前の基板及び電極(図3(a))、熱硬化性接着剤フィルムのラミネート位置、半導体チップのボンディング位置の関係と、ボンディングによって熱硬化性接着剤フィルムが排出される半導体チップ直下の領域(図3(b))を示した図である。排出体積[mm]は半導体チップの面積[mm]×(熱硬化性接着剤フィルムの厚さ[mm]−実装後の半導体チップと基板の表面の距離[mm])で求められ、排出体積が1.5mm未満のものを○、1.5mm以上のものを×とした。 The mounting area was evaluated based on the volume (discharge volume) of the thermosetting adhesive film that existed immediately below the semiconductor chip before bonding and was discharged from the end of the semiconductor chip by bonding. FIG. 3 shows the relationship between the substrate and electrodes (FIG. 3A) before adhesive coating, the lamination position of the thermosetting adhesive film, the bonding position of the semiconductor chip, and the thermosetting adhesive film is discharged by bonding. It is the figure which showed the area | region (FIG.3 (b)) just under a semiconductor chip. The discharge volume [mm 3 ] is determined by the area [mm 2 ] of the semiconductor chip × (the thickness of the thermosetting adhesive film [mm] −the distance between the semiconductor chip after mounting and the surface of the substrate [mm]). A sample having a volume of less than 1.5 mm 3 was evaluated as ◯, and a sample having a volume of 1.5 mm 3 or more was evaluated as ×.

実施例1
<半導体チップの構造>
使用した半導体チップ((株)ウォルツ製CC80−0101JY)で観察対象としたペリフェラル部の突起電極は38μm、高さ30μmの四角柱状Cuピラーとその先端に高さ15μmの半球形のSnAgはんだを有する。
Example 1
<Semiconductor chip structure>
The protruding electrode of the peripheral part to be observed on the used semiconductor chip (CC80-0101JY manufactured by Waltz Co., Ltd.) has a square columnar Cu pillar with a height of 38 μm and a height of 30 μm and a hemispherical SnAg solder with a height of 15 μm. .

チップサイズは7.3mm×7.3mm、チップ厚は100μmである。   The chip size is 7.3 mm × 7.3 mm, and the chip thickness is 100 μm.

<基板の構造>
使用した基板((株)ウォルツ製CC80−0102JY)で観察対象としたペリフェラル部の電極パッドは32μm幅、高さ15μmの無垢Cu配線を有する。
<Substrate structure>
The electrode pad of the peripheral part to be observed on the substrate used (CC80-0102JY manufactured by Waltz Co., Ltd.) has a solid Cu wiring having a width of 32 μm and a height of 15 μm.

基板サイズは17.0mm×17.0mm、基板厚は356μmである。   The substrate size is 17.0 mm × 17.0 mm, and the substrate thickness is 356 μm.

<電極パッド表面に形成されている酸化膜の除去>
酸化膜除去にはプラズマ発生装置((株)日立ハイテクインスツルメンツ製、SPC−100B)を用いた。処理条件は、Ar(アルゴン)流量20sccm、出力600W、チャンバ圧15Pa、により発生させたプラズマによって60秒間エッチングした。
<Removal of oxide film formed on electrode pad surface>
A plasma generator (manufactured by Hitachi High-Tech Instruments, SPC-100B) was used for removing the oxide film. The processing conditions were etching for 60 seconds with plasma generated by an Ar (argon) flow rate of 20 sccm, an output of 600 W, and a chamber pressure of 15 Pa.

<接着剤の被覆>
電極パッドへの、上記の熱硬化性接着剤フィルムの被覆には真空ラミネーター(ニチゴーモートン(株)製、CVP300T)を使用した。基板上のアライメントマークを避け、すべての電極を被覆できる位置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。
<Adhesive coating>
A vacuum laminator (manufactured by Nichigo Morton Co., Ltd., CVP300T) was used for covering the electrode pad with the thermosetting adhesive film. Lamination was performed by avoiding alignment marks on the substrate and placing a thermosetting adhesive film at a position where all the electrodes could be covered. Lamination conditions were a temperature of 90 ° C., a chamber pressure of 2.0 Pa, and a lamination pressure of 0.4 MPa.

<搬送及び保管条件>
前記電極パッド表面に形成されている酸化膜の除去工程(A)から、前記接着剤の被覆工程(B)へ移動する際、23℃の大気中で1時間を要した。
<Conveyance and storage conditions>
When moving from the removal step (A) of the oxide film formed on the electrode pad surface to the coating step (B) of the adhesive, it took 1 hour in the atmosphere at 23 ° C.

前記接着剤の被覆工程(B)から、下記ボンディング工程(C)に移動するまでの間、23℃の大気中で4日間の保管を行った。また、下記工程(C)に移動する直前に80℃で1時間の乾燥を行った。   From the adhesive coating step (B) to the bonding step (C) described below, storage was performed in the atmosphere at 23 ° C. for 4 days. Moreover, it dried for 1 hour at 80 degreeC just before moving to the following process (C).

<ボンディング>
使用したフリップチップボンダー(東レエンジニアリング(株)製、FC3000WS)では、まず、80℃に保たれたステージ上に熱硬化性接着剤フィルムによって被覆された基板を、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突起電極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突起電極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。
<Bonding>
In the used flip chip bonder (FC3000WS, manufactured by Toray Engineering Co., Ltd.), first, a substrate covered with a thermosetting adhesive film on a stage maintained at 80 ° C. is installed with the surface having the electrode pad as the upper side. The opposite surface was vacuum-adsorbed. Next, the semiconductor chip stored in the chip tray was picked up by a pickup tool, and the surface of the chip was inverted. Next, a heat tool set at 50 ° C. vacuum-sucks the surface of one semiconductor chip that does not have a protruding electrode, and transports it to above the substrate placed on a stage maintained at 80 ° C. Next, the alignment recognition camera entered between the semiconductor chip and the substrate so that the protruding electrode of the semiconductor chip and the electrode pad on the substrate overlapped with each other, and each alignment mark was detected.

アライメントマークの検出後、下記条件にてボンディングを行った。
温度:150℃、0.5秒間→250℃、20秒間
圧力:70N
実装に用いたヒートツールのアタッチメントの表面温度は、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。
After the alignment mark was detected, bonding was performed under the following conditions.
Temperature: 150 ° C., 0.5 seconds → 250 ° C., 20 seconds Pressure: 70N
The surface temperature of the attachment of the heat tool used for mounting was calibrated in advance using a temperature recorder (manufactured by Keyence Corporation, NR100) and a K thermocouple.

<実装性評価>
接触面積評価、金属間化合物評価、実装面積評価いずれも○であった。結果を表1に示す。
<Mountability evaluation>
The contact area evaluation, intermetallic compound evaluation, and mounting area evaluation were all “good”. The results are shown in Table 1.

実施例2
前記工程(B)から前記工程(C)へ移動するまで、実施例1において23℃の大気中で4日間であった保管条件を、実施例2では5℃の大気中で21日間とした。前記保管条件以外は実施例1と同様に評価を行った。
Example 2
The storage conditions, which were 4 days in the atmosphere at 23 ° C. in Example 1 until moving from the process (B) to the process (C), were 21 days in the atmosphere at 5 ° C. in Example 2. Evaluation was performed in the same manner as in Example 1 except for the storage conditions.

接触面積評価、金属間化合物評価、実装面積評価いずれも○であった。結果を表1に示す。   The contact area evaluation, intermetallic compound evaluation, and mounting area evaluation were all “good”. The results are shown in Table 1.

比較例1
最初に基板前処理として基板を180℃で30分間加熱し、前記工程(A)を行わないことによって、基板の電極表面に酸化膜が確実に形成された状態とした。前記工程(B)から前記工程(C)へ移動するまでの保管条件は23℃の大気中で1時間とした。前記変更点以外は実施例1と同様に評価を行った。
Comparative Example 1
First, as a substrate pretreatment, the substrate was heated at 180 ° C. for 30 minutes, and the step (A) was not performed, so that an oxide film was reliably formed on the electrode surface of the substrate. The storage conditions from the process (B) to the process (C) were 1 hour in the atmosphere at 23 ° C. Evaluation was performed in the same manner as in Example 1 except for the above changes.

接触面積評価、金属間化合物評価いずれも×であった。実装面積評価は○であった。結果を表1に示す。   Both contact area evaluation and intermetallic compound evaluation were x. The evaluation of the mounting area was ○. The results are shown in Table 1.

比較例2
半導体チップとして、突起電極を有する面に実施例1で用いたものと同様の熱硬化性樹脂フィルムを、真空ラミネーターを用いてラミネートしたものを用意した(図4)。このとき、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。前記の変更点以外は実施例1と同様に評価を行った。接触面積評価、金属間化合物評価はいずれも○であった。実装面積評価は×であった。結果を表1に示す。
Comparative Example 2
A semiconductor chip prepared by laminating a thermosetting resin film similar to that used in Example 1 on a surface having a protruding electrode using a vacuum laminator was prepared (FIG. 4). At this time, the lamination conditions were a temperature of 90 ° C., a chamber pressure of 2.0 Pa, and a lamination pressure of 0.4 MPa. Evaluation was performed in the same manner as in Example 1 except for the above-described changes. The contact area evaluation and the intermetallic compound evaluation were both good. The mounting area evaluation was x. The results are shown in Table 1.

Figure 2014146638
Figure 2014146638

1 基板
2 電極パッド
3 金属酸化膜
4 エッチャント
5 熱硬化性接着剤フィルム
6 半導体チップ
7 突起電極
8 はんだ
9 ヒートツール
10 ステージ
11 金属間化合物
12 アライメントマーク
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Electrode pad 3 Metal oxide film 4 Etchant 5 Thermosetting adhesive film 6 Semiconductor chip 7 Projection electrode 8 Solder 9 Heat tool 10 Stage 11 Intermetallic compound 12 Alignment mark

Claims (4)

半導体チップ上の突起電極であって先端部にはんだを有するものと、基板上の電極パッドであって表面に酸化膜が形成されているものを接合する半導体装置の製造方法であって、
(A)前記基板の電極パッド表面に形成されている酸化膜を除去する工程、
(B)接着剤を前記基板の電極パッドを有する面に被覆する工程、
(C)前記基板の電極パッドと前記半導体チップの突起電極を位置合わせした後で、前記接着剤を介して前記基板の電極パッドと前記半導体チップの突起電極を接触させる工程および
(D)前記基板と前記半導体チップの間のはんだを溶融させ、前記電極パッドと前記突起電極を接合する工程をこの順に有しており、
かつ前記工程(A)と前記工程(B)の間および/または前記工程(B)と前記工程(C)の間において、大気中で前記半導体チップおよび前記基板を搬送または保存することを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device for joining a protruding electrode on a semiconductor chip having solder at the tip and an electrode pad on a substrate having an oxide film formed on the surface,
(A) removing the oxide film formed on the electrode pad surface of the substrate;
(B) a step of covering the surface having the electrode pad of the substrate with an adhesive;
(C) after aligning the electrode pad of the substrate and the protruding electrode of the semiconductor chip, and contacting the electrode pad of the substrate and the protruding electrode of the semiconductor chip via the adhesive; and (D) the substrate And melting the solder between the semiconductor chip and having the step of joining the electrode pad and the protruding electrode in this order,
The semiconductor chip and the substrate are transported or stored in the atmosphere between the step (A) and the step (B) and / or between the step (B) and the step (C). A method for manufacturing a semiconductor device.
前記工程(B)と前記工程(C)の間において、−60〜10℃で前記半導体チップおよび前記基板を保存す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。 The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor chip and the substrate are stored at −60 to 10 ° C. between the step (B) and the step (C). 前記工程(D)において前記電極パッドと前記突起電極の接合を、ヒートツールで加圧および加熱して行うことを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置の製造方法。 3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein in the step (D), the electrode pad and the protruding electrode are joined by pressing and heating with a heat tool. 前記接着剤が、電気的絶縁性を有する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1〜3のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the adhesive is a thermosetting adhesive film having electrical insulation.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2016162985A (en) * 2015-03-05 2016-09-05 ルネサスエレクトロニクス株式会社 Semiconductor device manufacturing method
JP2016225461A (en) * 2015-05-29 2016-12-28 株式会社東芝 Frictional sliding joining method of a plurality of members, joined body obtained using the same, and semiconductor element
JP2017112199A (en) * 2015-12-16 2017-06-22 新光電気工業株式会社 Wiring board and semiconductor device

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