JP5019060B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関する。

特許文献１には、半導体チップの能動面に樹脂突起を設け、能動面の電極から樹脂突起上に配線を設けて、突起電極を形成することが開示されている。これによれば、樹脂突起によって応力を緩和できるとともに、突起電極を電極とは異なるピッチ及び配列で並べることが可能である。しかしながら、特許文献１には、突起電極と実装基板のリードとの電気的な接続性をどのようにして高めるかが開示されていない。なお、特許文献２には、突起を有するバンプが開示されているが、その形成プロセスは複雑である。
特開２００５−１３６４０２号公報 特開２００７−６７３１６号公報

本発明は、電気的接続について信頼性を向上させることを目的とする。

（１）本発明に係る半導体装置の製造方法は、
（ａ）集積回路及び前記集積回路に電気的に接続された電極を有する半導体基板に、熱硬化性樹脂前駆体を設ける工程と、
（ｂ）前記電極上から、前記熱硬化性樹脂前駆体の表面に至るように、配線を形成する工程と、
（ｃ）前記熱硬化性樹脂前駆体を、熱によって硬化収縮させて表面積を小さくし、前記配線に凸部となるしわを形成する工程と、
を含む。本発明によれば、簡単に配線に凸部を形成することができる。配線を外部端子として利用すると、凸部において接触圧力が高くなるので、電気的接続について信頼性を向上させることができる。
（２）この半導体装置の製造方法において、
前記（ａ）工程後（ｂ）工程前に、前記熱硬化性樹脂前駆体を熱によって半硬化させる工程を含み、
前記（ｃ）工程で、半硬化状態の前記熱硬化性樹脂前駆体を本硬化させてもよい。
（３）この半導体装置の製造方法において、
前記凸部を、前記熱硬化性樹脂前駆体の上面中央に形成してもよい。
（４）この半導体装置の製造方法において、
前記凸部を、前記熱硬化性樹脂前駆体の上面端部に形成してもよい。

（半導体装置）
図１は、本発明の実施の形態で得られる半導体装置を示す平面図である。図２は、図１に示す半導体装置のII-II線断面図である。

半導体装置１は、半導体基板１０を有する。半導体基板１０は、図１では半導体チップであるが、変形例として半導体ウエハであってもよい。半導体チップである半導体基板１０は、矩形の面を有している。半導体基板１０には、集積回路１２（トランジスタ等）が形成されている。半導体基板１０には、集積回路１２に電気的に接続されるように、複数の電極１４が形成されている。複数の電極１４は、１列又は複数列（平行な複数列）に並んでいる。電極１４は、半導体基板１０の矩形の面の辺（例えば長方形の長辺）に沿って（平行に）並んでいる。半導体基板１０が半導体ウエハであれば、複数の集積回路１２が形成され、それぞれの集積回路について複数の電極１４が形成される。電極１４は、内部配線（図示せず）を介して集積回路１２に電気的に接続されている。半導体基板１０には、電極１４の少なくとも一部が露出する様に、電極１４上に位置する開口を有する絶縁膜１６（例えばパッシベーション膜）が形成されている。絶縁膜１６は、例えば、ＳｉＯ_２やＳｉＮ等の無機材料のみで形成されていてもよい。絶縁膜１６は、集積回路１２の上方に形成されている。

半導体基板１０（絶縁膜１６上）には、樹脂突起１８が設けられている。半導体基板１０の矩形の面の辺（例えば長方形の長辺）に沿って（平行に）延びる樹脂突起１８が示されており、複数の樹脂突起１８が平行に配列されている。樹脂突起１８は弾性体からなる。樹脂突起１８の材料としては、例えばポリイミド樹脂、シリコーン変性ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン変性エポキシ樹脂、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ；benzocyclobutene）、ポリベンゾオキサゾール（ＰＢＯ；polybenzoxazole）、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂等を用いてもよい。

樹脂突起１８は長尺状に形成されている。樹脂突起１８は、その延長方向に沿った軸ＡＸ（図１参照）に直交する断面が、図２に示すように弓形（円の弧とその両端を結ぶ弦によってできる図形）をなしている。樹脂突起１８は、その断面において、弓形の弦が絶縁膜１６上に配置されている。樹脂突起１８の表面（半導体基板１０とは反対側を向く面）は、凸曲面になっている。樹脂突起１８の表面は、樹脂突起１８の長手軸を回転軸として、回転軸の周囲に平行に位置する直線を回転させて描かれる回転面である。樹脂突起１８の表面は、円柱を中心軸に平行な平面で切断して得られた形状の曲面（円柱の回転面の一部）の形状をなしている。樹脂突起１８は、上面よりも下面が広くなるように、末広がりの形状になっている。

半導体基板１０には、複数の配線２０が形成されている。複数の配線２０は、電極１４上から樹脂突起１８上に至るように形成されている。複数の配線２０は、隣同士の間隔をあけて樹脂突起１８の上面に形成されている。１つの樹脂突起１８上に複数の配線２０が形成されている。配線２０は、樹脂突起１８の延長方向に沿った軸ＡＸ（図１参照）に交差するように延びる。配線２０は、電極１４上から、絶縁膜１６上を通って、樹脂突起１８上に至る。樹脂突起１８上では、配線２０の表面は、樹脂突起１８の表面に従った曲面になっている。配線２０と電極１４は直接接触していてもよいし、両者間に導電膜（図示せず）が介在していてもよい。配線２０は、樹脂突起１８の、電極１４とは反対側の端部を越えて、絶縁膜１６上に至るように形成されている。

配線２０は、凸部２２を有する。凸部２２は、配線２０の樹脂突起１８（その上面中央（詳しくは樹脂突起１８の上面であって幅（軸ＡＸに交差する方向の幅）方向の中央））上にある。凸部２２は、配線２０のしわであるということもできる。帯状になった配線２０がその厚み方向に屈曲することで凸部２２が形成されている。凸部２２と樹脂突起１８との間には空間があるが、その空間に樹脂（樹脂突起１８の一部）が入っていてもよい。後者の場合、凸部２２と樹脂突起１８とは完全に密着していてもよい。

（半導体装置の製造方法）
図３及び図４は、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。図３に示すように、半導体基板１０に、熱硬化性樹脂前駆体２４を設ける。熱硬化性樹脂前駆体２４は、感光性を有しており、フォトリソグラフィによってパターニングする。熱硬化性樹脂前駆体２４は、熱によって半硬化させておいてもよいし、形状を維持できるのであれば全く熱を加えなくてもよい。この段階では、熱硬化性樹脂前駆体２４を本硬化させない。

図４に示すように、電極１４上から、熱硬化性樹脂前駆体２４の表面に至るように、配線２０を形成する。なお、配線２０は、スパッタリングによって金属膜（例えばチタンタングステン合金膜及びその上の金の膜）を形成し、この金属膜をエッチングして得られる。その後、熱硬化性樹脂前駆体２４を、熱によって硬化収縮させて表面積を小さくし、配線２０に凸部２２となるしわを形成する（図２参照）。このプロセスは本硬化であってもよい。なお、凸部２２は、配線２０の熱硬化性樹脂前駆体２４の上面中央（詳しくは上面であって幅（軸ＡＸに交差する方向の幅）方向の中央）上に形成される。熱硬化性樹脂前駆体２４は、本硬化によって樹脂突起１８となる。

本実施の形態によれば、簡単に配線２０に凸部２２を形成することができる。配線２０を外部端子として利用すると、凸部２２において接触圧力が高くなるので、電気的接続について信頼性を向上させることができる。

（半導体モジュールの製造方法）
図５〜図６は、本発明の実施の形態に係る半導体装置を使用する半導体モジュールの製造方法を説明する図である。

図５に示すように、上述した半導体装置１を、接着剤２６を介して、ベース基板２８に搭載する。ベース基板２８は、弾性変形する性質を有し、樹脂などからなるフレキシブル基板であってもよい。ベース基板２８には、リード３０が形成されている。リード３０を、樹脂突起１８の延長方向に沿った軸ＡＸ（図１参照）に交差して延びるように配置する。

図６に示すように、半導体装置１及びベース基板２８の間に押圧力を加える。押圧力によって、樹脂突起１８上の複数の配線２０をリード３０に接触させる。詳しくは、配線２０の凸部２２がリード３０に接触し、樹脂突起１８が弾性変形し、配線２０の凸部２２の周囲の部分もリード３０に接触する。ここで、凸部２２が最初に接触するので、配線２０とリード３０との接触圧力は、凸部２２において最も高い。また、凸部２２が、配線２０の、樹脂突起１８の上面中央にあるので、凸部２２の周囲の部分がリード３０から剥離しても、凸部２２とリード３０の接触状態は維持される。したがって、電気的接続について信頼性を向上させることができる。

なお、ベース基板２８も弾性変形させてもよい。また、樹脂突起１８の隣同士の配線２０の間の部分と、ベース基板２８とを、相互に弾性力を以て密着させてもよい。押圧力によって、半導体装置１及びベース基板２８の間で接着剤２６を流動させる（例えば排出する）。熱によって、接着剤２６を硬化収縮させ、接着剤２６が硬化するまで押圧力を維持する。接着剤２６が硬化したら押圧力を解除する。こうして、半導体モジュールを製造する。なお、半導体モジュールを有する電子機器として、ノート型パーソナルコンピュータ又は携帯電話などが挙げられる。

（変形例）
図７〜図８は、本発明の実施の形態に係る半導体モジュールの製造方法の変形例を説明する図である。図７に示すように、凸部１２２は、樹脂突起１８の上面端部（詳しくは上面であって幅（軸ＡＸ（図１参照）に交差する方向の幅）方向の両端部）に形成されている。なお、樹脂突起１８は、熱硬化性樹脂前駆体から形成され、その詳細は上述した通りである。

この変形例でも、図８に示すように、ベース基板２８に半導体装置２を搭載し、配線１２０の凸部１２２とリード３０を圧接させる。詳しくは、一対の凸部１２２がリード３０に接触し、凸部１２２が押圧されて変形し、さらに樹脂突起１８も変形し、配線１２０の一対の凸部１２２間の部分がリード３０に接触する。この例でも、凸部１２２とリード３０との接触圧力が他の部分よりも高い。その他の構造及び製造法については、上述した実施の形態で説明した内容が該当する。本変形例でも、電気的接続について信頼性を向上させることができる。

本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び結果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

図１は、本発明の実施の形態で得られる半導体装置を示す平面図である。 図２は、図１に示す半導体装置のII-II線断面図である。 図３は、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。 図４は、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。 図５は、本発明の実施の形態で製造された半導体装置を使用する半導体モジュールの製造方法を説明する図である。 図６は、本発明の実施の形態で製造された半導体装置を使用する半導体モジュールの製造方法を説明する図である。 図７は、本発明の実施の形態に係る半導体モジュールの製造方法の変形例を説明する図である。 図８は、本発明の実施の形態に係る半導体モジュールの製造方法の変形例を説明する図である。

符号の説明

１…半導体装置、 ２…半導体装置、 １０…半導体基板、 １２…集積回路、 １４…電極、 １６…絶縁膜、 １８…樹脂突起、 ２０…配線、 ２２…凸部、 ２４…熱硬化性樹脂前駆体、 ２６…接着剤、 ２８…ベース基板、 ３０…リード、 １２０…配線、 １２２…凸部

Claims (3)

1. （ａ）集積回路及び前記集積回路に電気的に接続された電極を有する半導体基板に、熱硬化性樹脂前駆体を設ける工程と、
   （ｂ）前記電極上から、前記熱硬化性樹脂前駆体の表面に至り、前記熱硬化性樹脂前駆体の前記電極とは反対側の端部を越えて、前記半導体基板の上方に至るように、配線を形成する工程と、
   （ｃ）前記熱硬化性樹脂前駆体を、熱によって硬化収縮させて表面積を小さくし、前記配線の前記熱硬化性樹脂前駆体上に形成された部分に凸部となるしわを形成する工程と、
   を含む半導体装置の製造方法。
2. 請求項１に記載された半導体装置の製造方法において、
   前記（ａ）工程後（ｂ）工程前に、前記熱硬化性樹脂前駆体を熱によって半硬化させる工程を含み、
   前記（ｃ）工程で、半硬化状態の前記熱硬化性樹脂前駆体を本硬化させる半導体装置の製造方法。
3. 請求項１又は２に記載された半導体装置の製造方法において、
   前記熱硬化性樹脂前駆体は長尺状に形成されており、前記熱硬化性樹脂前駆体の延長方向と直行する方向における前記熱硬化性樹脂前駆体の断面形状は、弓形をなし、
   前記凸部を、前記熱硬化性樹脂前駆体の上面中央に形成する半導体装置の製造方法。

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