JP6514564B2 - 樹脂組成物、裏面研削用テープ一体型シート状樹脂組成物、ダイシングテープ一体型シート状樹脂組成物、半導体装置の製造方法、及び、半導体装置 - Google Patents
樹脂組成物、裏面研削用テープ一体型シート状樹脂組成物、ダイシングテープ一体型シート状樹脂組成物、半導体装置の製造方法、及び、半導体装置 Download PDFInfo
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Description
これを解消する方法としては、保存時に硬化反応が進行しない程度に高温で反応が開始されるような硬化剤を採用する方法が考えられた。しかしながら、このような硬化剤を用いると、半導体装置の製造プロセスにおける硬化反応においてより高温、より長時間の加熱が必要となり、製造効率が低下することとなる。
ラジカル反応性化合物と熱可塑性樹脂と無機充填剤とを含有し、
前記樹脂組成物全体から前記無機充填剤を除いた成分に対する前記ラジカル反応性化合物の割合が18.5重量%以上であることを特徴とする。
また、200℃で5秒加熱した後の熱硬化率が20%以上であると、半導体装置の製造プロセスにおける硬化反応においてそれほど高温ではない条件、且つ、短時間で硬化反応を進行させることができる。その結果、製造効率をより向上させることができる。
半導体チップのバンプ形成面に、前記シート状樹脂組成物が貼り付けられたシート状樹脂組成物付きチップを準備する工程Aと、
電極が形成された実装用基板を準備する工程Bと、
前記実装用基板に、前記シート状樹脂組成物付きチップを、前記シート状樹脂組成物を貼り合わせ面にして貼り付けて、前記半導体チップに形成された前記バンプと前記実装用基板に形成された電極とを対向させる工程Cと、
前記工程Cの後に、前記シート状樹脂組成物を加熱して半硬化させる工程Dと、
前記工程Dの後に、前記工程Dにおける加熱よりも高温で加熱し、前記バンプと前記電極とを接合するとともに、前記シート状組成物を硬化させる工程Eとを含むことを特徴とする。
図1は、本発明の一実施形態に係る裏面研削用テープ一体型シート状樹脂組成物を示す断面模式図である。図1に示すように、本実施形態に係る裏面研削用テープ一体型シート状樹脂組成物100は、裏面研削用テープ12と、裏面研削用テープ12上に積層されたシート状樹脂組成物10とを備える。裏面研削用テープ12は、基材12a及び粘着剤層12bを備え、粘着剤層12bは基材12a上に設けられている。シート状樹脂組成物10は粘着剤層12b上に設けられている。なお、シート状樹脂組成物10は、図1に示したように裏面研削用テープ12の全面に積層されていなくてもよく、半導体ウェハ16(図2参照)との貼り合わせに十分なサイズで設けられていればよい。
シート状樹脂組成物10は、半導体チップ22を実装用基板50(図9参照)に実装する際に、半導体チップ22(本発明の半導体素子に相当)と実装用基板50との間隙(海面)を封止する機能を有する。実装用基板50は、本発明の被着体に相当する。なお、本実施形態では、本発明の被着体が実装用基板50である場合について説明するが、本発明の被着体はこの例に限定されず、例えば、他の半導体素子であってもよい。すなわち、本発明の樹脂組成物は、被着体としての他の半導体素子と該他の半導体素子上にフリップチップ接続された半導体素子との界面封止を行うものであってよい。
なお、前記アクリル樹脂は、本発明の趣旨に反しない範囲において、ヒドロキシル基、エポキシ基以外の他の官能基(例えば、カルボキシル基、アミノ基、イソシアネート基等)を含有することを否定しないが、好ましくは含有しない。
(エポキシ価の測定方法)
試料約3〜4gを100mlのコニカルフラスコに精秤し、クロロホルム10mlを加えて溶解する。さらに、酢酸30ml、テトラエチルアンモニウムブロマイド溶液5ml及びクリスタルバイオレット指示薬4〜6滴を加え、マグネチックスターラーで攪拌しながら、0.1mol/L過塩素酸酢酸規定液で滴定する。また、同様の方法でブランクテストを行う。そして、次式によりエポキシ価が得られる。
(エポキシ価)=((V−B)×0.1×F)/(W×N)
W:精秤した試料のg数
B:ブランクテストに要した0.1mol/L過塩素酸酢酸規定液のml数
V:試料の滴定に要した0.1mol/L過塩素酸酢酸規定液のml数
F:0.1mol/L過塩素酸酢酸規定液のファクター
N:固形分(%)
また、シート状樹脂組成物10は、200℃で5秒加熱した後の熱硬化率が好ましくは20%以上であり、25%以上であることがより好ましく、30%以上であることがさらに好ましい。シート状樹脂組成物10は、200℃で5秒加熱した後の熱硬化率が20%以上であると、半導体装置の製造プロセスにおける硬化反応においてそれほど高温ではない条件、且つ、短時間で硬化反応をより進行させることができる。その結果、製造効率をより向上させることができる。
シート状樹脂組成物10の120℃で10分加熱した後の熱硬化率、及び、200℃で5秒加熱した後の熱硬化率は、シート状樹脂組成物10に含有する硬化剤の種類や、硬化促進剤の種類、硬化促進剤の含有量、各種の添加剤等によりコントロールすることができる。
次に、所定条件で加熱したサンプルについて、−10℃から昇温速度10℃/分の条件で、350℃(熱硬化反応が完全に完了したと想定される温度)まで昇温した際の発熱量(所定条件で熱硬化させたサンプルの反応熱量)を測定する。その後、以下の式(1)により熱硬化率を得る。なお、発熱量は、示差走査熱量計にて測定される発熱ピークの立ち上がり温度と反応終了温度の2点を結んだ直線とピークで囲まれる面積を用いて求める。
熱硬化率=[{(未硬化サンプルの反応熱量)−(所定条件で熱硬化させたサンプルの反応熱量)}/(未硬化サンプルの反応熱量)]×100(%)
[粘度変化率X1(%)]=[100×{(1ヶ月保存後の120℃での粘度)−(保存前の120℃での粘度)}/(保存前の120℃での粘度)]
裏面研削用テープ12は、基材12aと、基材12a上に積層された粘着剤層12bとを備えている。
裏面研削用テープ一体型シート状樹脂組成物100は、例えば裏面研削用テープ12及びシート状樹脂組成物10を別々に作製しておき、最後にこれらを貼り合わせることにより作成することができる。
次に、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。図2〜図11は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面模式図である。
半導体チップのバンプ形成面にシート状樹脂組成物が貼り付けられたシート状樹脂組成物付きチップを準備する工程Aと、
電極が形成された実装用基板を準備する工程Bと、
前記実装用基板に、前記シート状樹脂組成物付きチップを、前記シート状樹脂組成物を貼り合わせ面にして貼り付けて、前記半導体チップに形成された前記バンプと前記実装用基板に形成された電極とを対向させる工程Cと、
前記工程Cの後に、前記シート状樹脂組成物を加熱して半硬化させる工程Dと、
前記工程Dの後に、前記工程Dにおける加熱よりも高温で加熱し、前記バンプと前記電極とを接合するとともに、前記シート状組成物を硬化させる工程Eとを少なくとも含む。
本実施形態に係る半導体装置の製造方法においては、まず、図8に示すように、シート状樹脂組成物付きチップ40を準備する(工程A)。以下、図2〜図7を参照しながら、シート状樹脂組成物付チップ40の具体的な準備方法について説明する。
本実施形態に係るシート状樹脂組成物付チップの準備方法は、半導体ウェハ16のバンプ18が形成されたバンプ形成面22aと裏面研削用テープ一体型シート状樹脂組成物100のシート状樹脂組成物10とを貼り合わせる貼合せ工程、半導体ウェハ16の裏面16bを研削する研削工程、半導体ウェハ16の裏面16bにダイシングテープ11を貼りつけるウェハ固定工程、裏面研削用テープ12を剥離する剥離工程、半導体ウェハ16をダイシングしてシート状樹脂組成物付き半導体チップ40を形成するダイシング工程、及びシート状樹脂組成物付き半導体チップ40をダイシングテープ11から剥離するピックアップ工程を含む。
貼合せ工程では、半導体ウェハ16のバンプ18が形成されたバンプ形成面22aと裏面研削用テープ一体型シート状樹脂組成物100のシート状樹脂組成物10とを貼り合わせる(図2参照)。
研削工程では、半導体ウェハ16のバンプ形成面22aとは反対側の面(すなわち、裏面)16bを研削する(図3参照)。半導体ウェハ16の裏面研削に用いる薄型加工機としては特に限定されず、例えば研削機(バックグラインダー)、研磨パッドなどを例示できる。また、エッチングなどの化学的方法にて裏面研削を行ってもよい。裏面研削は、半導体ウェハ16が所望の厚さ(例えば、20〜700μm)になるまで行われる。
研削工程後、半導体ウェハ16の裏面16bにダイシングテープ11を貼りつける(図4参照)。なお、ダイシングテープ11は、基材11a上に粘着剤層11bが積層された構造を有する。基材11a及び粘着剤層11bとしては、裏面研削用テープ12の基材12a及び粘着剤層12bの項で示した成分及び製法を用いて好適に作製することができる。
次いで、裏面研削用テープ12を剥離する(図5参照)。これにより、シート状樹脂組成物10が露出した状態となる。
ダイシング工程では、図6に示すように半導体ウェハ16及びシート状樹脂組成物10をダイシングしてダイシングされたシート状樹脂組成物付き半導体チップ40を形成する。ダイシングは、半導体ウェハ16のシート状樹脂組成物10を貼り合わせたバンプ形成面22aから常法に従い行われる。例えば、ダイシングテープ11まで切込みを行うフルカットと呼ばれる切断方式などを採用できる。本工程で用いるダイシング装置としては特に限定されず、従来公知のものを用いることができる。
図7に示すように、シート状樹脂組成物付き半導体チップ40をダイシングテープ11から剥離する(シート状樹脂組成物付き半導体チップ40をピックアップする)。ピックアップの方法としては特に限定されず、従来公知の種々の方法を採用できる。
また、図9に示すように、表面50aに電極52が形成された実装用基板50を準備する(工程B)。
また、実装用基板50として半導体ウエハを用いることもできる。
前記工程A及び前記工程Bの後、図10に示すように、実装用基板50に、シート状樹脂組成物付きチップ40を、シート状樹脂組成物10を貼り合わせ面にして貼り付けて、半導体チップ22に形成されたバンプ18と実装用基板50に形成された電極52とを対向させる(工程C)。具体的には、まず、シート状樹脂組成物付きチップ40のシート状樹脂組成物10を実装用基板50に対向させて配置し、次に、フリップチップボンダーを用い、シート状樹脂組成物付きチップ40側から圧力を加える。これにより、バンプ18と電極52とは、シート状樹脂組成物10に埋め込まれながら、対向される。貼り合わせ時の温度は、100〜200℃が好ましく、より好ましくは150〜190℃である。ただし、ハンダの融点よりも低い温度であることが好ましい。また、貼り合わせ時の圧力は0.01〜10MPaが好ましく、より好ましくは0.1〜1MPaである。
貼り合わせの温度が150℃以上であると、シート状樹脂組成物10の粘度が低下し、凹凸を空隙なく充填できる。また、貼り合わせの温度が、200℃以下であると、シート状樹脂組成物10の硬化反応を抑制したまま貼り合わせが可能となる。
この際、シート状樹脂組成物10の200℃未満における最低溶融粘度が10Pa・s〜5000Pa・sの範囲内にあると、半導体チップ22に形成されたバンプ18と実装用基板50に形成された電極52とを容易にシート状樹脂組成物10に埋め込みながら、対向させることができる。
前記工程Cの後、シート状樹脂組成物10を加熱して半硬化させる(工程D)。前記工程Dにおける加熱温度は、100〜230℃であることが好ましく、150〜210℃であることがより好ましい。前記工程Dにおける加熱温度は、ハンダの融点よりも低い温度であることが好ましい。また、加熱時間は、1〜300秒の範囲内であることが好ましく、3〜120秒の範囲内であることがより好ましい。
この際、シート状樹脂組成物10の200℃で5秒加熱した後の熱硬化率が20%以上であると、工程Cの後、工程Dの半硬化工程までに大きく温度を上げなくても、硬化反応が始まりより早期に終了する。工程Dを速やかに終了させることができるため、半導体装置の製造プロセスの効率化が図れる。
前記工程Dの後、前記工程Dにおける加熱よりも高温で加熱し、図11に示すように、バンプ18と電極52とを接合するとともに、シート状組成物10を硬化させる(工程E)。図11では、バンプ18がハンダで構成され、バンプ18が溶融することによりバンプ18と電極52とが接合(電気的に接続)されている様子を示している。
この際の加熱温度は、180〜400℃であることが好ましく、200〜300℃であることがより好ましい。また、加熱時間は、1〜300秒の範囲内であることが好ましく、3〜120秒の範囲内であることがより好ましい。
その後、この工程Eにおいて、前記工程Dにおける加熱よりも高温で加熱し、バンプ18と電極52とをハンダを溶融させて接合するとともに、シート状組成物10を硬化させる。工程Eの段階では、すでにシート状樹脂組成物10は半硬化しているため、シート状樹脂組成物10を構成する樹脂が流れ難くなっている。従って、バンプ18と電極52との接合のためにハンダを溶融させてもシート状樹脂組成物10の流れに伴ってハンダが流れることは、抑制されている。その結果、ハンダ流れによる短絡や接触不良が発生することをさらに抑制することができる。
具体的に、当該シート状樹脂組成物付チップの準備方法は、半導体ウェハのバンプが形成されたバンプ形成面とダイシングテープ一体型シート状樹脂組成物のシート状樹脂組成物とを貼り合わせる貼合せ工程、半導体ウェハをダイシングしてシート状樹脂組成物付き半導体チップを形成するダイシング工程、及びシート状樹脂組成物付き半導体チップをダイシングテープから剥離するピックアップ工程を含む。
具体的に、単体のシート状樹脂組成物を用いたシート状樹脂組成物付チップの準備方法は、例えば、半導体ウェハのバンプが形成されたバンプ形成面とシート状樹脂組成物とを貼り合わせる貼合せ工程、シート状樹脂組成物の半導体ウエハ貼り合わせ面とは反対側の面に裏面研削用テープを貼り合わせる工程、半導体ウェハの裏面を研削する研削工程、半導体ウェハの裏面にダイシングテープを貼りつけるウェハ固定工程、裏面研削用テープを剥離する剥離工程、半導体ウェハをダイシングしてシート状樹脂組成物付き半導体チップを形成するダイシング工程、及びシート状樹脂組成物付き半導体チップをダイシングテープから剥離するピックアップ工程を含む。
また、単体のシート状樹脂組成物を用いたシート状樹脂組成物付き半導体チップを準備する工程Aの他の例としては、半導体ウェハのバンプが形成されたバンプ形成面とシート状樹脂組成物とを貼り合わせる貼合せ工程、シート状樹脂組成物の半導体ウエハ貼り合わせ面とは反対側の面にダイシングテープを貼り合わせる工程、半導体ウェハをダイシングしてシート状樹脂組成物付き半導体チップを形成するダイシング工程、及びシート状樹脂組成物付き半導体チップをダイシングテープから剥離するピックアップ工程を含む。
以下の成分を表1に示す割合でメチルエチルケトンに溶解して、固形分濃度が25.4〜60.6重量%となる接着剤組成物の溶液を調製した。
ヒドロキシル基含有アクリルポリマー:アクリル酸エチル−メチルメタクリレートを主成分とするヒドロキシル基を含有するアクリル酸エステル系ポリマー(商品名「パラクロンW−197C」、根上工業株式会社製、重量平均分子量:4×105)
エポキシ基含有ポリマー1:アクリル酸エチル−アクリル酸ブチル−アクリロニトリルを主成分とする、エポキシ基を含有するアクリル酸エステル系ポリマー(商品名「テイサンレジンSG−P3」、ナガセケムテックス株式会社製、エポキシ価:0.21eq/kg、重量平均分子量:8.5×105)
エポキシ基含有ポリマー2:エポキシ基を含有するアクリル酸エステル系ポリマー(エポキシ価:0.7eq/kg、重量平均分子量: 9.3 ×105)
エポキシ基含有ポリマー3:エポキシ基を含有するアクリル酸エステル系ポリマー(エポキシ価:0.88eq/kg、重量平均分子量:9.3×105)
エポキシ樹脂1:商品名「エピコート1004」、JER株式会社製
エポキシ樹脂2:商品名「エピコート828」、JER株式会社製
エポキシ樹脂3::商品名「DA−MGIC」、四国化成株式会社製
フェノール系硬化剤:商品名「MEH−7851H」、明和化成株式会社製
ラジカル反応性化合物1(エポキシアクリレート樹脂:商品名「CN-104NS」、Sartomer社製、エポキシ基を有していない。重量平均分子量10000以下。)
ラジカル反応性化合物2(エポキシアクリレート樹脂:商品名「ユニディック V−5500」、DIC株式会社製、エポキシ基を有していない。重量平均分子量10000以下。)
ラジカル反応性化合物3(マレイミド樹脂:商品名「BMI―2300」、大和化成工業社製、重量平均分子量10000以下。)
フラックス:2−フェノキシ安息香酸
無機充填剤:球状シリカ(商品名「SO−25R」、株式会社アドマテックス製、平均粒径:500nm)
熱硬化促進剤:イミダゾール系硬化促進剤(商品名「2PHZ−PW」、四国化成株式会社製)
ラジカル発生剤:有機過酸化物(商品名「パークミルD」、日油社製)
実施例、比較例のシート状樹脂組成物について、以下のようにして、120℃で10分加熱した後の熱硬化率を測定した。測定には、ティー・エイ・インスツルメント社製の示差走査熱量計、製品名「Q2000」を用いた。
まず、熱硬化処理をしていないシート状樹脂組成物を−10℃から昇温速度10℃/分の条件で、350℃(熱硬化反応が完全に完了したと想定される温度)まで昇温した際の発熱量(未硬化サンプルの反応熱量)を測定した。なお、この際、発熱ピーク温度についても読み取った。この値を表1に示した。
また、シート状樹脂組成物を120℃で10分加熱したサンプルを準備し、−10℃から昇温速度10℃/分の条件で、350℃(熱硬化反応が完全に完了したと想定される温度)まで昇温した際の発熱量(200℃で10秒間加熱したサンプルの反応熱量)を測定した。その後、以下の式(1a)により熱硬化率を得た。
式(1a):
熱硬化率=[{(未硬化サンプルの反応熱量)−(120℃で10分加熱したサンプルの反応熱量)}/(未硬化サンプルの反応熱量)]×100(%)
なお、発熱量は、示差走査熱量計にて測定される発熱ピークの立ち上がり温度と反応終了温度の2点を結んだ直線とピークで囲まれる面積を用いて求める。
結果を表1に示す。
実施例、比較例のシート状樹脂組成物について、以下のようにして、200℃で5秒加熱した後の熱硬化率を測定した。測定には、ティー・エイ・インスツルメント社製の示差走査熱量計、製品名「Q2000」を用いた。
まず、熱硬化処理をしていないシート状樹脂組成物を−10℃から昇温速度10℃/分の条件で、350℃(熱硬化反応が完全に完了したと想定される温度)まで昇温した際の発熱量(未硬化サンプルの反応熱量)を測定した。
また、シート状樹脂組成物を200℃で5秒加熱したサンプルを準備し、−10℃から昇温速度10℃/分の条件で、350℃(熱硬化反応が完全に完了したと想定される温度)まで昇温した際の発熱量(200℃で10秒間加熱したサンプルの反応熱量)を測定した。その後、以下の式(1b)により熱硬化率を得た。
式(1b):
熱硬化率=[{(未硬化サンプルの反応熱量)−(200℃で5秒加熱したサンプルの反応熱量)}/(未硬化サンプルの反応熱量)]×100(%)
なお、発熱量は、示差走査熱量計にて測定される発熱ピークの立ち上がり温度と反応終了温度の2点を結んだ直線とピークで囲まれる面積を用いて求める。
結果を表1に示す。
まず、熱硬化処理をしていないシート状樹脂組成物の静的粘度を、回転式粘度計(サーモフィッシャーサイエンティフィック社製、製品名「HAAKE MARSIII」)にて測定した。測定条件は、ギャップ100μm、回転プレート直径20mm、昇温速度10℃/min、せん断速度5(1/s)とし、80℃〜230℃における粘度を測定した。
また、温度:25℃の条件で、1ヶ月の期間放置(保存)したシート状樹脂組成物について、上記と同様に粘度を測定した。
保存前と保存後の120℃における測定粘度を比較し、保存前の粘度を基準とし、保存後の粘度が200%以下の場合を〇、200%より大きい場合を×として評価した。評価基準を上記のように設定した理由は、前記の粘度変化が200%以下であると、実装時の接合が良好となるためである。結果を表1に示す。なお、表1には、保存前と保存後の120℃における測定粘度も合わせて示した。
また、温度:25℃の条件で、1ヶ月保存した後の120℃での粘度と、保存前における120℃での粘度との粘度変化率X1も表1に示した。粘度変化率X1は、下記式により得られる値の絶対値である。
[粘度変化率X1(%)]=[100×{(1ヶ月保存後の120℃での粘度)−(保存前の120℃での粘度)}/(保存前の120℃での粘度)]
(株)ウォルツ社のテストビークル(厚さ725μmのウエハに、高さ40μmのバンプが形成されたもの)に、厚さ40μmのシート状樹脂組成物を貼り付けた。貼付条件は、真空度:100Paの条件下において、温度:60℃、貼り付け圧力:0.5Mpaとした。これにより図8に示すような形態のサンプルAを得た。
18 バンプ
22 半導体チップ
22a バンプ形成面
40 シート状樹脂組成物付きチップ
50 実装用基板
52 電極
60 半導体装置
Claims (8)
- 被着体と前記被着体上にフリップチップ接続された半導体素子との界面封止に用いられる樹脂組成物であって、
ラジカル反応性化合物と熱可塑性樹脂と無機充填剤とを含有し、
前記樹脂組成物全体から前記無機充填剤を除いた成分に対する前記ラジカル反応性化合物の割合が18.5重量%以上であり、
120℃で10分加熱した後の熱硬化率が40%以下であり、
200℃で5秒加熱した後の熱硬化率が20%以上であることを特徴とする樹脂組成物。 - エポキシ樹脂を含有することを特徴とする請求項1に記載の樹脂組成物。
- 前記熱可塑性樹脂は、ヒドロキシル基、又は、エポキシ基を有するアクリル樹脂であることを特徴とする請求項1又は2に記載の樹脂組成物。
- シート状であることを特徴とする請求項1又は2に記載の樹脂組成物。
- 請求項4に記載のシート状の樹脂組成物が、裏面研削用テープ上に積層されていることを特徴とする裏面研削用テープ一体型シート状樹脂組成物。
- 請求項4に記載のシート状の樹脂組成物が、ダイシングテープ上に積層されていることを特徴とするダイシングテープ一体型シート状樹脂組成物。
- 半導体チップのバンプ形成面に、請求項4に記載のシート状の樹脂組成物が貼り付けられたシート状樹脂組成物付きチップを準備する工程Aと、
電極が形成された実装用基板を準備する工程Bと、
前記実装用基板に、前記シート状樹脂組成物付きチップを、前記シート状樹脂組成物を貼り合わせ面にして貼り付けて、前記半導体チップに形成された前記バンプと前記実装用基板に形成された電極とを対向させる工程Cと、
前記工程Cの後に、前記シート状樹脂組成物を加熱して半硬化させる工程Dと、
前記工程Dの後に、前記工程Dにおける加熱よりも高温で加熱し、前記バンプと前記電極とを接合するとともに、前記シート状組成物を硬化させる工程Eとを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項4に記載のシート状の樹脂組成物を用いて製造された半導体装置。
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