JP2001085470A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は半導体素子を基板にフェイスダウン
実装した構造を有する半導体装置及びその製造方法に関
し、バンプと突起電極との接続信頼性の向上を図ると共
に製造効率の向上を図ることを課題とする。 【解決手段】複数の半田バンプ１２が形成された半導体
素子１１と、上面に突起電極２７が突出形成されると共
に下面に実装端子となる半田ボール１６が配設されてお
り半導体素子１１がフェイスダウン接続されて半田バン
プ１２と突起電極２７とが接続される基板２０と、半導
体素子１１と基板２０との間に介装されたアンダーフィ
ルレジン１７とを具備する半導体装置において、突起電
極２７を半田バンプ１２内に嵌入すると共に、半田バン
プ１２と突起電極２７との界面に半田バンプ１２の材質
と突起電極２７の材質との合金層１８が形成された構成
とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置及びその
製造方法に係り、特に半導体素子を基板にフェイスダウ
ン実装した構造を有する半導体装置及びその製造方法に
関する。例えば、ＢＧＡ(Ball Grid Array) 構造を有し
た半導体装置は、基板の上面に半導体素子を搭載し樹脂
封止すると共に、基板の下面に実装端子となる半田ボー
ルを有した構成とされている。この半導体素子を基板に
搭載する方法としては、半導体素子をフェイスアップで
基板に搭載すると共にワイヤを用いて半導体素子と基板
を電気的に接続する方法と、半導体素子をフェイスダウ
ンで基板に実装する方法が知られている。

【０００２】特に、半導体素子をフェイスダウンで基板
に実装する方法では、ワイヤを配設する空間部を装置内
に設ける必要がないため、半導体装置の小型化及び高周
波特性の向上を図ることができる。一方、高密度化によ
り半導体素子の端子数も増大する傾向にあるため、半導
体素子と基板を高い信頼性をもってフェイスダウンボン
ディングする必要がある。

【０００３】

【従来の技術】図１は、半導体素子に設けられるバンプ
として半田バンプを用いると共に、この半導体素子を基
板にフェイスダウンで実装する方法を用いた従来の半導
体装置の製造方法の一例を示している。この方法で半導
体装置を製造するには、先ず半導体素子上に半田バンプ
を蒸着等により形成すると共に、基板のパッドにフラッ
クスを塗布しておく。そして、図中ステップ１０（図で
は、ステップをＳと略称している）に示すように、半田
バンプがパッド上に搭載されるよう半導体素子を基板に
フェイスダウンボンディングする。これにより、半導体
素子はフラックスにより基板に仮止めされた構成とな
る。

【０００４】続いて、半田バンプがフラックスを介して
パッド上に搭載された半導体素子及び基板をリフロー炉
に入れ、半田バンプを溶融してパッドに固定するリフロ
ー処理を実施する（ステップ１１）。このリフロー処理
が終了すると、フラックスの洗浄及び乾燥処理（ステッ
プ１２）が実施される。このステップ１１，１２の処理
を実施することにより、半導体素子は基板に固定され
る。

【０００５】ステップ１２の処理が終了すると、続いて
半導体素子と基板との間に形成されている間隙内に例え
ばエポキシ樹脂等よりなるアンダーフィルレジンが装填
され（ステップ１３）、その後にこのアンダーフィルレ
ジンの硬化処理が行われる（ステップ１４）。続いて、
基板の下面（半導体素子が搭載される面と反対側の面）
に形成されている外部端子に半田ボールが付けられ（ス
テップ１５）、この半田ボールをリフローすることによ
り半田ボールを外部端子に接合する（ステップ１６）。

【０００６】従来では、以上のステップ１０〜ステップ
１６の処理を実施することにより、バンプとして半田バ
ンプを用いた半導体装置は製造されていた。一方、図２
は半導体素子に設けられるバンプとして金バンプを用い
ると共に、この半導体素子を基板にフェイスダウンで実
装する方法を用いた従来の半導体装置の製造方法の一例
を示している。

【０００７】この方法で半導体装置を製造するには、先
ず金バンプ先端に銀ペースト等の導電性樹脂を転写する
（ステップ２０）。続いて、半導体素子に熱および荷重
を印加しつつ、半導体素子を基板にフェイスダウンボン
ディングする（ステップ２１）。ステップ２１の処理に
より半導体素子が基板にボンディングされると、続いて
半導体素子と基板との間に形成されている間隙内に例え
ばエポキシ樹脂等よりなるアンダーフィルレジンが装填
され（ステップ２２）、その後にこのアンダーフィルレ
ジンの硬化処理が行われる（ステップ２３）。

【０００８】続いて、図１に示した処理と同様に、基板
の下面に形成されている外部端子に半田ボールが付けら
れ（ステップ２４）、この半田ボールをリフローするこ
とにより半田ボールを外部端子に接合する（ステップ２
５）。以上のステップ１０〜ステップ１６の処理を実施
することにより、バンプとして金バンプを用いた半導体
装置は製造されていた。

【０００９】更に、特開平１０−３０３２５２号公報に
は、基板に形成したパッド電極に、半導体素子のバンプ
電極より小径の凸部を形成し、この凸部をバンプ電極に
圧入させることにより、パッド電極とバンプ電極との接
続強度を向上させた構成が開示されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、半導体素子
上のバンプの材質として半田を使用した場合では、半田
バンプを溶融させると共にその溶融したバンプを基板に
被着させる時間が必要であり、また半田バンプの形状を
安定させるためにリフロー炉を通す必要もある。更に、
フラックスを用いて半田バンプを基板のパッドに仮付け
するため、リフロー処理の終了した後にフラックスの洗
浄を行う必要もある。このため、半導体装置を製造する
のに長い時間を要し、効率の良い製造を行うことができ
ず、これに伴い製品コストも上昇してしまうという問題
点があった。

【００１１】また、金バンプに銀ペースト転写し基板に
接続する場合も、接続時に銀ペーストが硬化するための
加熱時間が必要であり、この製造方法も半導体装置を製
造するのに長い時間を要してしまう。更に、半導体素子
の高密度化によりバンプ数は増大する傾向にあるが、バ
ンプ数が増大するに伴い個々のバンプは小型化してしま
う。このようにバンプが小型化すると、半導体素子を基
板に実装した時点で、半導体素子と基板との間の間隙が
小さくなり、アンダーフィルレジンを確実に装填するこ
とが困難となる。半導体素子と基板との間にアンダーフ
ィルレジンを確実に装填されないと、半導体素子と基板
との熱膨張差に起因した応力がバンプに印加され、バン
プが剥がれる等の不都合が発生し、半導体装置の歩留り
及び信頼性が低下してしまうという問題点も生じる。

【００１２】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
あり、バンプと突起電極との接続信頼性の向上を図るこ
とができると共に製造効率の向上を図りうる半導体装置
及びその製造方法を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴
とするものである。請求項１記載の発明は、複数のバン
プが形成された半導体素子と、前記バンプの配列に対応
した複数の突起電極が上面に突出形成されると共に下面
に実装端子となるボールが配設されており、前記半導体
素子がフェイスダウン接続され前記バンプと前記突起電
極とが接続される基板と、前記半導体素子と前記基板と
の間に介装された絶縁樹脂と、を具備する半導体装置で
あって、前記突起電極を前記バンプ内に嵌入すると共
に、前記バンプと前記突起電極との界面に前記バンプの
材質と前記突起電極の材質との合金層が形成されてなる
ことを特徴とするものである。

【００１４】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の半導体装置において、前記バンプの融点と前記ボー
ルの融点が略同一温度であることを特徴とするものであ
る。また、請求項３記載の発明は、請求項１または２記
載の半導体装置において、前記バンプの材質を前記突起
電極の材質に対して軟質な材質としたことを特徴とする
ものである。

【００１５】また、請求項４記載の発明は、請求項１乃
至３のいずれかに記載の半導体装置において、前記突起
電極の先端部の直径寸法は、前記バンプの直径寸法より
小さくなるよう構成されていることを特徴とする半導体
装置。更に、請求項５記載の発明は、請求項１記載の半
導体装置の製造方法において、前記半導体素子に形成さ
れた前記バンプを前記基板に形成された前記突起電極に
嵌入する嵌入工程と、前記半導体素子と前記基板との間
隙に、前記絶縁樹脂を配設する樹脂配設工程と、前記バ
ンプ及び前記ボールの融点以上の熱を印加し、前記バン
プと前記突起電極の界面に前記合金層を形成すると同時
に、前記ボールを前記基板に配設する加熱工程とを含む
ことを特徴とするものである。

【００１６】上記した各手段は、次のように作用する。
請求項１記載の発明によれば、突起電極をバンプ内に嵌
入することにより、バンプの表面に酸化膜等の絶縁膜が
形成されていたとしても、突起電極はこの絶縁膜を破っ
てバンプの内部に嵌入する。よって、絶縁膜により突起
電極とバンプの電気的接続性が劣化するようなことはな
い。また、バンプと突起電極との界面にバンプの材質と
突起電極の材質との合金層が形成されることにより、機
械的接合性及び電気的接続性を共に向上させることがで
きる。

【００１７】また、請求項２記載の発明によれば、バン
プの融点とボールの融点を略同一温度としたことによ
り、ボールを基板に配設するためにボールを溶融する際
にバンプも溶融する。また、バンプが溶融することによ
り、突起電極との界面には合金層が形成される。よっ
て、バンプと突起電極との界面に合金層を形成する処理
と、ボールを基板の下面に配設する処理を同時に行うこ
とが可能となる。

【００１８】また、請求項３記載の発明によれば、バン
プの材質を突起電極の材質に対して軟質な材質としたこ
とにより、バンプに対し突起電極は嵌入し易くなり、半
導体素子を基板に向け押圧するだけの処理で突起電極を
バンプ内に嵌入させることができる。また、請求項４記
載の発明によれば、突起電極の先端部の直径寸法が、バ
ンプの直径寸法より小さくなるよう構成したことによ
り、突起電極をバンプ内に確実に嵌入させることができ
る。

【００１９】更に、請求項５記載の発明によれば、嵌入
工程において、半導体素子に形成されたバンプを基板に
形成された突起電極に嵌入する。この際、加熱処理等を
行うことはなく、単に荷重（押圧力）を印加することに
より機械的にバンプを突起電極に嵌入することにより、
バンプと突起電極は仮接合される。このように、半導体
素子と基板のフェイスダウンボンデイングは加熱時間を
必要としないため、ボンディングに要する時間を短縮す
ることができる。

【００２０】また突起電極がバンプ内に嵌入する際、バ
ンプの表面に酸化膜等の絶縁膜が形成されていたとして
も、嵌入時において突起電極はこの絶縁膜を破ってバン
プの内部に嵌入する。このため、バンプ表面に絶縁膜が
形成されていたとしても、この絶縁膜により突起電極と
バンプの電気的接続性が劣化するようなことはなく、信
頼性の高い接続を行うことができる。

【００２１】また、樹脂配設工程では、半導体素子と基
板との間隙に絶縁樹脂を配設することにより、この絶縁
樹脂により半導体素子と基板は固定され、また突起電極
とバンプとの嵌入部位も補強される。また、加熱工程で
は、バンプ及びボールの融点以上の熱を印加することに
より、バンプと突起電極の界面に合金層を形成する処理
とボールを基板に配設する処理を同時に行うため、全体
の工程として時間及び手番の短縮が可能となり、製造コ
ストが安くなり、高性能な半導体装置を安価に市場に供
給することが可能となる。

【００２２】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面と共に説明する。図１は、本発明の一実施例であ
る半導体装置１０を示す断面図である。同図に示す半導
体装置１０はＢＧＡ(Ball Grid Array) タイプの半導体
装置であり、大略すると半導体素子１１，半田ボール１
６，アンダーフィルレジン１７，及び基板２０等より構
成されている。

【００２３】半導体素子１１は高密度化された素子であ
り、その能動面（図中、下面）には複数の半田バンプ１
２が形成されている。この半田バンプ１２は、例えば蒸
着法により半導体素子１１の能動面に形成された電極部
に形成されている。尚、本実施例ではバンプの材質とし
て半田（錫−鉛系合金）を用いているが、半田に代えて
鉛−錫系，錫−銀系，錫−銀−銅系，錫−銀−銅−ビス
マス系，錫−銀−ビスマス系，或いは錫−ビスマス系の
組成の合金を用いることも可能である。

【００２４】基板２０は、例えばフィルム状の有機系絶
縁基板２１に導電性金属よりなる突起電極２７が上方
（即ち、搭載される半導体素子１１と対向する方向）に
向け突出された構成とされている。有機系絶縁基板２１
はシート状の基板であり、その材質としてはポリイミド
等の有機系樹脂が選定されている。前記の突起電極２７
は、この有機系絶縁基板２１を貫通して上面２１ａから
上方に突出しており、また有機系絶縁基板２１の下面２
１ｂには突起電極２７と電気的に接続された配線層２８
（図３には図示せず。図９（Ｇ），（Ｈ）参照）が形成
されている。

【００２５】尚、この有機系絶縁基板２１の材質は、有
機系樹脂に限定されるものではなく、例えばプリント基
板等の有機系基板、またはアルミナ，ガラスセラミツ
ク，窒化アルミ等の無機系基板等を用いることも可能で
ある。突起電極２７は後述するように例えばメッキ法を
用いて有機系絶縁基板２１に形成されるものであり、そ
の材質としては例えば銅，ニッケル，金の何れかが選定
されている。この突起電極２７となるいずれの材質も、
前記した半田バンプ１２よりも硬質な材質が選定されて
いる。

【００２６】また、突起電極２７の形状は、上方に向け
てその径寸法が小さくなる円錐台状，円錐形状等の先が
尖った形状とされている。そして、その少なくとも先端
部の直径寸法は、前記半田バンプ１２の直径寸法より小
さくなるよう構成されており、かつその高さは有機系絶
縁基板２１の上面２１ａから１０μｍ以上の高さとなる
よう構成されている。

【００２７】上記構成とされた突起電極２７は、半導体
素子１１に形成された半田バンプ１２の位置と対応する
よう配設されており、また後に詳述するように半田バン
プ１２に嵌入することにより半田バンプ１２と電気的に
接続する構成とされている。半田ボール１６は、実装端
子として機能するものである。この半田ボール１６は前
記した半田バンプ１２と同材質とされており、よって半
田ボール１６と半田バンプ１２の融点は等しくなってい
る。また、半田ボール１６は基板２０の下面２１ｂに形
成された配線層２８に接合されており、これにより半田
ボール１６は突起電極２７と電気的に接続された構成と
なっている。

【００２８】アンダーフィルレジン１７は、半導体素子
１１と基板２０との間の間隙に介装されており、半田バ
ンプ１２と突起電極２７との接続位置（嵌入位置）を保
護する機能を奏するものである。即ち、半導体素子１１
と基板２０との間には熱膨張差が存在するため、仮にア
ンダーフィルレジン１７を設けない構成とすると、熱印
加時においてこの熱膨張差に起因した応力が半田バンプ
１２と突起電極２７との接続位置に集中的に印加され破
損するおそれがある。しかるに、アンダーフィルレジン
１７を設けることにより、半田バンプ１２と突起電極２
７との接続位置に上記の応力が集中的に印加されること
を防止でき、よって半導体装置１０の信頼性を向上させ
ることができる。

【００２９】尚、このアンダーフィルレジン１７の材質
としては、熱硬化型のエポキシ、サイアネートエステ
ル、ポリイミド、シリコーン等の有機系絶縁樹脂を用い
ることができる。ここで、上記構成とされた半導体装置
１０の半田バンプ１２と突起電極２７との接続位置（嵌
入位置）に注目し、以下説明する。

【００３０】図４は、半田バンプ１２と突起電極２７と
の接続位置（嵌入位置）を拡大して示す図である。同図
に示すように、本実施例では突起電極２７を半田バンプ
１２内に嵌入することにより、半田バンプ１２と突起電
極２７とを電気的に接続した構成としている。前記した
ように半田バンプ１２は半導体素子１１に形成される
が、この形成の際の加熱処理により、半田バンプ１２の
表面には酸化膜が形成される。この酸化膜は絶縁性の膜
であり、単に半田バンプ１２と突起電極２７とを接触さ
せただけでは、電気的接続性が劣化してしまう。

【００３１】しかるに、本実施例では突起電極２７を半
田バンプ１２内に嵌入する構成としているため、半田バ
ンプ１２の表面に酸化膜等の絶縁膜が形成されていたと
しても、突起電極２７はこの絶縁膜を破って半田バンプ
１２の内部に嵌入する。よって、絶縁膜により半田バン
プ１２と突起電極２７との電気的接続性が劣化するよう
なことはなく、半田バンプ１２と突起電極２７とを確実
に電気的に接続することが可能となる。

【００３２】また、前記のように半田バンプ１２は、突
起電極２７に対して軟質な材質により構成されている。
このため、半田バンプ１２に対し突起電極２７は嵌入し
易くなっており、よって半導体素子１１を基板２０に向
け押圧するだけの処理で、突起電極２７を半田バンプ１
２内に確実に嵌入させることができる。よって、これに
よっても半田バンプ１２と突起電極２７の電気的接続を
確実に行うことができる。

【００３３】また、前記のように突起電極２７をメッキ
法により形成したメッキバンプ構造とすることにより、
比較的高さを有する突起電極２７を容易かつ短時間で形
成することができる。また、メッキバンプは、例えばペ
ーストを焼結して形成したバンプ等に比べて硬度が高い
ため、半田バンプ１２に対し突起電極２７を確実に嵌入
することができる。

【００３４】また、ボンデイング後の半導体素子１１と
基板２０の間隙距離（図中、矢印Ｈ２で示す）は、突起
電極２７に半田バンプ１２を嵌入するため、半田バンプ
を直接基板にボンディングする構成に比べて長くするこ
とができる。即ち、図４において半田バンプ１２を直接
基板２０にボンディングした構成を想定すると、半導体
素子１１と基板２０の間隙距離は、最大で半田バンプ１
２の高さ寸法（図中、矢印Ｈ１で示す）となり、本実施
例で形成される離間距離Ｈ２に比べて小さくなってしま
う（Ｈ２＜Ｈ１）。

【００３５】従って、本実施例の構成によれば、半導体
素子１１が高密度化し半田バンプ１２のピッチが狭くな
っても、従来の平坦な電極（基板に形成された電極）に
フェイスダウンボンデイングするよりも半導体素子１１
と基板２０の間隙距離Ｈ２を大きくとることができ、よ
ってこの間隙にアンダーフィルレジン１７を確実に装填
することが可能となる。よって、半導体素子１１が高密
度化しても、半田バンプ１２と突起電極２７との接続を
確実に維持でき、半導体装置１０の信頼性を向上させる
ことができる。

【００３６】尚、突起電極２７はメッキ法により形成し
たメッキバンプに限定されるものではなく、ワイヤボン
ディング装置を利用したスタッドバンプとすることも可
能である。突起電極２７をスタッドバンプとした場合に
は、上記のメッキバンプに比べて形成時間を更に短縮す
ることができる。また、その高さも複数のスタッドバン
プを積層する等により任意に設定することができる。

【００３７】ここで、更に半田バンプ１２と突起電極２
７との界面に注目すると、半田バンプ１２と突起電極２
７との界面には合金層１８が形成されている。この合金
層１８は、半田ボール１６が配設される時に印加される
熱により半田バンプ１２が溶融することにより形成され
る合金である。即ち、上記したように本実施例では、半
田バンプ１２と半田ボール１６を同一材質としたことに
より、両者の融点は略同一温度となっている。よって、
半田ボール１６を基板２０に配設するために半田ボール
１６を加熱溶融すると、この熱により半田バンプ１２も
溶融し、よって半田バンプ１２内に嵌入している突起電
極２７との間に合金層１８が形成される。

【００３８】このように、半田バンプ１２と突起電極２
７との界面に、半田バンプ１２の材質と突起電極２７の
材質との合金層１８が形成されることにより、半田バン
プ１２と突起電極２７との機械的接合性及び電気的接続
性を共に向上させることができる。また、前記のように
突起電極２７は、半田バンプ１２の表面に形成さたれ絶
縁膜を破って半田バンプ１２内に嵌入しているため、半
田バンプ１２と突起電極２７との界面に形成される合金
層１８は、不純物を含まない合金となっている。よっ
て、これによっても半田バンプ１２と突起電極２７との
機械的接合性及び電気的接続性は高めることができる。

【００３９】更に、上記したように合金層１８は、半田
ボール１６の配設時に印加される熱により半田バンプ１
２が溶融することにより形成される。よって、半田バン
プ１２と突起電極２７との界面に合金層１８を形成する
処理と、半田ボール１６を基板２０の下面２１ｂに配設
する処理を同時に行うことができ、半導体装置１０の製
造工程の簡略化を図ることができる。

【００４０】続いて、上記構成とされた半導体装置１０
の製造方法について説明する。図５は、本発明の一実施
例である半導体装置１０の製造方法を示す工程図であ
り、図６乃至図９は具体的な半導体装置１０の製造方法
を示している。半導体装置１０を製造するには、図６に
示されるように、先ず半導体素子１１に半田バンプ１２
を蒸着等により形成すると共に、突起電極２７が形成さ
れた基板２０を用意する。ここで、突起電極２７が形成
された基板２０の製造方法について、図９を用いて説明
する。

【００４１】基板２０を製造するには、図９（Ａ）に示
すように、有機絶縁基板２１とフィルム状接着剤２２を
用意し、図９（Ｂ）に示すように、フィルム状接着剤２
２を有機絶縁基板２１に接着する。続いて、レーザ加工
装置を用いて有機絶縁基板２１側から開口部２３を形成
する。この際、開口部２３の形状は、図９（Ｃ）に示す
ように、円錐台形状となるよう形成する。

【００４２】上記のように開口部２３が形成されると、
次に図９（Ｄ）に示すように、フィルム状接着剤２２上
に金属層２５を接着する。この金属層２５は導電性金属
膜（例えば、銅膜）であり、開口部２３を覆うよう配設
される。このようにフィルム状接着剤２２上に金属層２
５が接着された有機絶縁基板２１は、図示しなすメッキ
槽に浸漬され、金属層２５を電極として電界メッキが実
施される。

【００４３】これにより開口部２３内にビア２６をメッ
キ形成する。この際、メッキするビア２６の材質として
は、前記のように銅，ニッケル，金の何れかが選定され
ている。また、形成されるビア２６の形状は、開口部２
３の形状に沿って、円錐台形状となる。上記のように開
口部２３の内部にビア２６が形成されると、続いて図９
（Ｆ）に示すように金属層２５が除去され、これにより
突起電極２７が形成される（本実施例では、配線層２５
が除去されたビア２６を突起電極というものとする）。
続いて図９（Ｇ）に示すように、有機絶縁基板２１の下
面に所定のパターンで配線層２８が形成される。この配
線層２８は、突起電極２７に接続されると共に、後に述
べる加熱工程において半田ボール１６が配設される。

【００４４】上記のように有機絶縁基板２１の下面に配
線層２８が形成されると、続いてフィルム状接着剤２２
が除去される。これにより、有機絶縁基板２１の表面か
ら突起電極２７が突出した基板２０が製造される。本実
施例に係る半導体装置１０の製造方法では、上記のよう
に製造された基板２０を用いている。ここで、図５及び
図６に戻り、半導体装置１０の製造方法の説明を続け
る。

【００４５】上記した半導体素子１１は、基板２０にフ
ェイスダウンボンディングされる。これにより、図７に
示すように、半導体素子１１に形成された半田バンプ１
２には、基板２０に突出形成された突起電極２７が嵌入
する（ステップ３０。尚、この処理を嵌入工程とい
う）。この際、半田バンプ１２は突起電極２７よりも軟
質な材質で形成されているため、半導体素子１１を基板
２０に向け所定の押圧力（荷重）で押圧することによ
り、容易に突起電極２７を半田バンプ１２内に嵌入させ
ることができる。また、突起電極２７が半田バンプ１２
内に嵌入することにより、半導体素子１１は基板２０に
仮固定された構成となる。

【００４６】また、本実施例では、このフェイスダウン
ボンディングを行う際に加熱処理は実施しない。即ち、
単に押圧力（荷重）を印加することにより、機械的に半
田バンプ１２内に突起電極２７は嵌入し、半導体素子１
１と基板２０は仮接合される。このように、半導体素子
１１と基板２０のフェイスダウンボンデイングに加熱処
理を実施しないことにより、加熱に要する時間を短縮で
き、短時間でフェイスダウンボンディングを行うことが
できる。

【００４７】ステップ３０の処理が終了すると、続いて
半導体素子１１と基板２０との間に形成された間隙内
に、アンダーフィルレジン１７が装填される（ステップ
３１）、その後にこのアンダーフィルレジン１７の硬化
処理が行われる（ステップ３２）。以下、このステップ
３１及びステップ３２の処理を樹脂配設工程という。こ
の樹脂配設工程を実施することにより、アンダーフィル
レジン１７により半導体素子１１と基板２０はより強固
に固定され、また突起電極２７と半田バンプ１２との接
合力も補強される。

【００４８】続いて、基板２０の下面（半導体素子１１
が搭載される面と反対側の面）に形成されている配線層
２８（図９（Ｈ）参照）に半田ボール１６が付けられ
（ステップ３３）、この半田ボール１６をリフローする
ことにより半田ボール１６を配線層２８に接合する（ス
テップ３４）。以下、ステップ３３及びステップ３４の
処理を加熱工程という。

【００４９】この加熱工程では、半田ボール１６をリフ
ローする（加熱する）ことにより、前記のように半田バ
ンプ１２も溶融し、半田バンプ１２と突起電極２７の界
面に合金層１８が形成される。また、半田バンプ１２が
溶融しても、樹脂配設工程において半田バンプ１２と突
起電極２７との接合位置はアンダーフィルレジン１７で
覆われているため、半田バンプ１２が溶融してもの形状
が変形してしまうようなことはない。

【００５０】上記のように加熱工程では、半田バンプ１
２と突起電極２７の界面に合金層１８を形成する処理
と、半田ボール１６を基板２０に配設する処理を同時に
行うため、全体の工程として時間及び手番の短縮が可能
となり、製造コストが安くなり、高性能な半導体装置を
安価に市場に供給することが可能となる。また、図５に
示した本実施例による製造工程と、先に図１に示した従
来の製造工程を比べると、従来必要とされたリフロー工
程（ステップ１１）フラックスの洗浄及び乾燥工程（ス
テップ１２）が本実施例では不要となり、製造工程の簡
略化を図ることができる。また、図５に示した本実施例
による製造工程と、先に図２に示した従来の製造工程を
比べると、従来必要とされたバンプへの導電性樹脂の転
写工程（ステップ２０），フェイスダウンボンディング
工程時の加熱処理（ステップ２１）が本実施例では不要
となり、製造工程の簡略化を図ることができる。

【００５１】尚、上記した実施例では、半田バンプ１２
と半田ボール１６を同一材質とした例を示したが、バン
プ１２とボール１６の材質は必ずしも同一である必要は
なく、融点が略同一の材質であれば他の材質を用いるこ
とも可能である。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、以
下のような効果が得られる。請求項１記載の発明によれ
ば、バンプの表面に酸化膜等の絶縁膜が形成されていた
としても、突起電極はこの絶縁膜を破ってバンプの内部
に嵌入するため、絶縁膜により突起電極とバンプの電気
的接続性が劣化することを防止できる。

【００５３】また、バンプと突起電極との界面にバンプ
の材質と突起電極の材質との合金層が形成されることに
より、機械的接合性及び電気的接続性を共に向上させる
ことができる。また、請求項２記載の発明によれば、バ
ンプと突起電極との界面に合金層を形成する処理と、ボ
ールを基板の下面に配設する処理を同時に行うことが可
能となり、製造工程の簡略化を図ることができる。

【００５４】また、請求項３記載の発明によれば、バン
プの材質を突起電極の材質に対して軟質な材質としたこ
とにより、バンプに対し突起電極は嵌入し易くなり、半
導体素子を基板に向け押圧するだけの処理で突起電極を
バンプ内に嵌入させることができ、半導体素子の基板へ
の実装処理を容易に行うことができる。また、請求項４
記載の発明によれば、突起電極の先端部の直径寸法がバ
ンプの直径寸法より小さくなるよう構成したことによ
り、突起電極をバンプ内に確実に嵌入させることができ
る。

【００５５】更に、請求項５記載の発明によれば、嵌入
工程において半導体素子に形成されたバンプを基板に形
成された突起電極に嵌入する際、加熱処理等を行うこと
はなく、単に荷重（押圧力）を印加することにより機械
的にバンプを突起電極に嵌入することができるため、半
導体素子と基板のフェイスダウンボンデイングに要する
時間を短縮することができる。

【００５６】また、突起電極がバンプ内に嵌入する際、
突起電極はバンプ表面に形成されている絶縁膜を破って
バンプの内部に嵌入するため、この絶縁膜により突起電
極とバンプの電気的接続性が劣化することを防止するこ
とができる。また、加熱工程ではバンプと突起電極の界
面に合金層を形成する処理とボールを基板に配設する処
理を同時に行うため、全体の工程として時間及び手番の
短縮が可能となり、製造コストが安くなり、高性能な半
導体装置を安価に市場に供給することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の一例である半導体装置の製造方法を示す
工程図である（その１）。

【図２】従来の一例である半導体装置の製造方法を示す
工程図である（その２）。

【図３】本発明の一実施例である半導体装置の断面図で
ある。

【図４】半田バンプと突起電極との接合部を拡大して示
す図である。

【図５】本発明の一実施例である半導体装置の製造方法
を示す工程図である。

【図６】本発明の一実施例である半導体装置の製造方法
の嵌入工程を説明するための図である（その１）。

【図７】本発明の一実施例である半導体装置の製造方法
の嵌入工程を説明するための図である（その２）。

【図８】本発明の一実施例である半導体装置の製造方法
の樹脂配設工程を説明するための図である。

【図９】本発明の一実施例である半導体装置を製造する
際に用いる基板の製造方法の一例を説明するための図で
ある。

【符号の説明】

１０ 半導体装置 １１ 半導体素子 １２ 半田バンプ １６ 半田ボール １７ アンダーフィルレジン １８ 合金層 ２０ 基板 ２１ 有機絶縁基板 ２２ フィルム状接着剤 ２３ 開口 ２５ 金属層 ２６ ビア ２７ 突起電極 ２８ 配線層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上野 清治 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内 (72)発明者 森岡 宗知 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内 Ｆターム(参考） 5F044 KK01 KK17 KK18 LL01 LL11 QQ03

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のバンプが形成された半導体素子
   と、 前記バンプの配列に対応した複数の突起電極が上面に突
   出形成されると共に下面に実装端子となるボールが配設
   されており、前記半導体素子がフェイスダウン接続され
   前記バンプと前記突起電極とが接続される基板と、 前記半導体素子と前記基板との間に介装された絶縁樹脂
   と、を具備する半導体装置であって、 前記突起電極を前記バンプ内に嵌入すると共に、前記バ
   ンプと前記突起電極との界面に前記バンプの材質と前記
   突起電極の材質との合金層が形成されてなることを特徴
   とする半導体装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の半導体装置において、 前記バンプの融点と前記ボールの融点が略同一温度であ
   ることを特徴とする半導体装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の半導体装置にお
   いて、 前記バンプの材質を前記突起電極の材質に対して軟質な
   材質としたことを特徴とする半導体装置。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれかに記載の半導
   体装置において、 前記突起電極の先端部の直径寸法は、前記バンプの直径
   寸法より小さくなるよう構成されていることを特徴とす
   る半導体装置。
5. 【請求項５】 請求項１記載の半導体装置の製造方法に
   おいて、 前記半導体素子に形成された前記バンプを前記基板に形
   成された前記突起電極に嵌入する嵌入工程と、 前記半導体素子と前記基板との間隙に、前記絶縁樹脂を
   配設する樹脂配設工程と、 前記バンプ及び前記ボールの融点以上の熱を印加し、前
   記バンプと前記突起電極の界面に前記合金層を形成する
   と同時に、前記ボールを前記基板に配設する加熱工程と
   を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。