JP2001093940A - 半導体装置の組立方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造工程の大幅な短縮がはかれ、且つ信頼性
に優れた半導体装置の組立方法を提供するに有る。 【解決手段】すなわち、本発明は、１）電気的接合させ
るための半田バンプを有する多数個の半導体素子が形成
されたウェハーに熱硬化性液状封止樹脂組成物を塗布す
る工程、２）該熱硬化性液状封止樹脂組成物をタックフ
リーにする工程、３）該ウェハーをダイシングし、半導
体素子を個片化する工程、４）個片化した半導体素子と
電気的な配線を有する基板とを電気的に接合し、該熱硬
化性液状封止樹脂組成物を加熱流動させた後冷却する圧
着工程からなる半導体装置の組立方法において、該熱硬
化性液状封止樹脂組成物が２官能以上のエポキシ樹脂、
フラックス作用を有する硬化剤、硬化促進剤からなる半
導体装置の組立方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、バンプ接合方式で
基板と接合する半導体装置の組立方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＩＣチップの高集積化、高密度化とＩＣ
パッケージの小型化という要求からフリップチップ実装
方式が登場した。同実装方式はこれまでのワイヤーボン
ディングによる接続ではなく、ＩＣチップ表面とプリン
ト基板とを金属バンプで電気的に接続することで小型、
薄型化を可能としている。しかしチップ、プリント配線
基板、半田の熱膨張係数が異なるために冷熱衝撃試験時
に熱ストレスが発生する。特にチップ中央から遠いコー
ナー近辺の金属バンプには局所的に熱ストレスが集中す
る。このため接合部位にクラックが生じ、回路の作動信
頼性は大きく低下する。

【０００３】そこで、熱ストレスを緩和する目的から液
状注入封止アンダーフィル材による封止が行われる。し
かしこの方法はチップとプリント配線基板との隙間にア
ンダーフィル材を注入、硬化して封止する方法が採られ
るため工程が煩雑であり、コストもかかる。更にこのよ
うな半導体素子の場合は、ウェハー作製工程、ウェハー
上への電気回路形成工程、個片化工程、バンプ形成工
程、バンプ接合工程、アンダーフィル封止工程が必要で
あり、ここの工程は製造会社又は工場が異なる場合が多
くデリバリーコストがかかってしまうという問題があ
る。

【０００４】そこで提案されたのがウェハーに電気回路
を形成し、個片化せずバンプを形成した後個片化する方
法が考え出された。この方法はウェハー製造から一環の
ラインでバンプ付半導体素子を作ることも可能であり、
大幅に素子のコストが下がる可能性がある。しかしこの
方法であっても信頼性を上げるためにはアンダーフィル
方法による封止工程が必要であり、コストに反映してし
まう問題が残っていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明はバンプ付半導
体素子の前記の新しい組立工程の問題を解決するために
なされたものである。その目的とするところは製造工程
の大幅な短縮がはかれ、且つ信頼性に優れた半導体装置
の組立方法を提供するに有る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、
１）電気的接合させるための半田バンプを有する多数個
の半導体素子が形成されたウェハーに熱硬化性液状封止
樹脂組成物を塗布する工程、２）該熱硬化性液状封止樹
脂組成物をタックフリーにする工程、３）該ウェハーを
ダイシングし、半導体素子を個片化する工程、４）個片
化した半導体素子と電気的な配線を有する基板とを電気
的に接合し、該熱硬化性液状封止樹脂組成物を加熱流動
させた後冷却する圧着工程からなる半導体装置の組立方
法において、該熱硬化性液状封止樹脂組成物が２官能以
上のエポキシ樹脂、フラックス作用を有する硬化剤、硬
化促進剤からなる半導体装置の組立方法である。更に好
ましい形態としては、該熱硬化性液状封止樹脂組成物
が、平均粒径が０．５μｍから１２μｍ、かつ最大粒径
が５０μｍ以下である球状無機フィラーを含み、該熱硬
化性液状封止樹脂組成物におけるフラックス作用を有す
る硬化剤が、ジヒドロキシ安息香酸または／及びジヒド
ロキシナフトエ酸であり、該熱硬化性液状封止樹脂組成
物を塗布する工程がスピンコート法により行われ、該エ
ポキシ樹脂が固形のエポキシ樹脂である半導体装置の組
立方法である。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明について詳細に説明する。
まずウェハー上に電気回路が形成された多数個の半導体
素子にバンプを形成した後、熱硬化性液状封止樹脂組成
物を回路形成面のウェハー全体に塗布する。熱硬化性液
状封止樹脂組成物を塗布する方法は印刷、テ゛ィスヘ゜ンス、ス
ピンコート、転写等従来から知られた方法を用いること
ができる。その中でスピンコート法が好ましい。これは
膜厚を制御しやすく、バンプ上に残る樹脂組成物を極力
少なくすることができ、接合時に接触不良を起こすこと
がないからである。

【０００８】塗布後に樹脂をタックフリー化する。その
方法としては、乾燥機、真空乾燥機等既存の方法を用い
ることができる。またウェハー状態で電気的試験をする
場合はこの後バンプについた樹脂を取り除くこともでき
る。その方法としては物理的研磨、プラズマなどによる
アッシンク゛、溶剤等により除去する方法等が挙げられる。

【０００９】次にウェハーをダイシングして素子を個片
化する。更に、塗布された素子を電気的配線を有する基
板、例えば、プリント配線基板等に接合する。その方法
は一般的にリフロー炉を通すことにより行われる。半田
はフラックス作用を有する硬化剤により表面が活性化さ
れ、基板の金属端子と接合する。同時に液状封止樹脂組
成物が溶融して封止も行われる。硬化が不十分な場合は
接合後、ホ゜ストヘ゛―クを行うこともできる。

【００１０】本発明で用いる熱硬化性液状封止樹脂組成
物は、タックフリー化可能な樹脂組成物である。タック
フリーとは、樹脂組成物を塗布した後低い温度で硬化を
進めるか、単に乾燥機や真空乾燥機を用いて乾燥させる
ことで実現できる。ここで用いられる熱硬化性樹脂とし
ては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等が使用できるが
エポキシ樹脂が好ましい。エポキシ樹脂としてはエポキ
シ基が２官能以上のものであれば特に限定されないが、
１）後工程で容易に溶融し封止が可能なこと、２）不純
物特にイオン性不純物が少ないことであり、例えば、加水
分解性塩素は1000ppm以下であること、３）タックフリ
ーが可能なこと、が満たされていることが必須である。
更にエポキシ当量が200以上で且つ固形であることが好
ましい。エポキシ当量が200より小さいとタックフリー
後の樹脂が脆く、ダイシング時に剥離、欠けが生じてし
まうためである。

【００１１】次に半田バンプの場合、接合時に樹脂組成
物中にフラックス作用を付与する必要がある。ここでフ
ラックス作用とは半田の表面の酸化膜を還元し、基板と
接合できる作用のことをいう。フラックス作用を有する
化合物は一般に脂肪族カルボン酸が知られている。カル
ボン酸の中で硬化剤として作用するものは多官能カルボ
ン酸の場合であるが、しかし多官能カルボン酸は官能基
数が多いため液状樹脂組成物の粘度上昇が激しく、更に
タックフリーにした後の作業性も劣るため本用途に使用
することはできない。硬化剤として使用でき且つフラッ
クス作用を示す化合物としては、ジヒドロキシ安息香
酸、ジヒドロキシナフトエ酸が特に好適である。その中
でもカルボン酸が結合した芳香環の炭素の隣接した炭素
に水酸基が結合したものが水酸基のキレート効果により
カルボン酸のフラックスとしての活性度があり好まし
い。

【００１２】本発明で用いる熱硬化性液状封止樹脂組成
物は、半導体素子の封止用途として用いるため高い信頼
性が必要である。特に耐水性、線膨張係数を被着体に近
づけるために無機フィラーを添加することが好ましい。
その形状は接合時に流動性が必要であるため球状が好ま
しい。更にその大きさは平均粒径が０．５μｍから１２
μｍの範囲で且つ最大粒径が５０μｍ以下の球状フィラ
ーであることが好ましい。平均粒径が0.5μｍ未満であ
るとバンプ接合時に溶融してB-ステ―シ゛化された液状封止
樹脂組成物の流動性が不足し、チップの外への樹脂組成
物の浸み出し（フィレット）が不十分となり、接着性不足に
よる信頼性の低下の恐れがある。また平均粒径が12μｍ
を超えると液状封止樹脂組成物を塗布時にバンプ上にフ
ィラーが残存した場合、後のバンプ接合時に接触不良を
起こす恐れがある。また最大粒径に関しては、一般にバ
ンプの高さは100μｍ以下であるため少なくとも液状封
止樹脂組成物の塗布厚みはそのバンプの高さ以下にしな
ければならない。最大粒径が５０μｍを超えると塗布厚
みにばらつきが大きくなりバンプ接合時に接合不良を起
こす恐れがある。

【００１３】本発明で用いる無機フィラーの種類は、窒
化アルミ、アルミナ、シリカなどがあるが、熱放散性と
コストの面からシリカ粒子が好ましく、低放射線性であ
ればより好ましい。形状は球状、破砕状、フレーク状等
があるが、フィラーの高充填化により線膨張係数の低減
化が図られる為球状であることが必要である。球状無機
フィラーの添加量は、全組成物に対して10〜80重量％が
望ましい。10重量％未満だと耐湿性や硬化物の線膨張係
数が大きくなり、80重量％を越えると結果として得られ
る組成物の粘度が高くなり過ぎ、流動特性が悪化するた
め好ましくない。

【００１４】エポキシ樹脂が固形である場合には、溶剤
でエポキシ樹脂を溶解する。溶剤はエポキシ樹脂を溶解
できるものであれば特に限定されない。しかし、タック
フリー化するとき残存残存溶剤を極力少なくするために
沸点は１５０℃以下のものが好ましい。溶剤の例として
はケトン、エステル、アルコール、エーテル、アミド、
ラクトン等がある。

【００１５】また、ダイシング時の剥離、欠けを防ぐた
め本発明で用いる液状封止樹脂組成物に可塑性ポリマー
を添加することもできる。

【００１６】本発明で用いる熱硬化性液状封止樹脂組成
物の製造方法は、例えば、エポキシ樹脂（固形の場合は
溶剤で溶解させる）、フラックス作用を有する硬化剤、
その他の添加剤を秤量し、ロール混練等により均一に分
散させ、さらに脱泡して作製する。尚、半導体素子の製
作、半田バンプの形成方法、その他本発明以外の工程の
半導体装置の製作は従来の公知の方法を用いることがで
きる。

【００１７】また液状封止樹脂組成物には、前記の必須
成分の他に必要に応じて他の樹脂や反応を促進するため
の触媒、希釈剤、顔料、カップリング剤、難燃剤、レベ
リング剤、消泡剤等の添加物を用いても差し支えない。

【００１８】

【実施例】＜実施例１＞ビスフェノールＡエポキシ樹脂
（エポキシ当量250）70重量部を溶剤として30重量部のメ
チルイソフ゛チルケトンに溶解させたワニス100重量部、フラックス
作用を有する硬化剤として2,5ジヒドロキシ安息香酸15
重量部、硬化促進剤として2-フェニル-4-エチルイミタ゛ソ゛―ル 0.5
重量部、フィラーとして球状シリカ（平均粒径0.8μ
ｍ、最大粒径20μｍ）80重量部を秤量し３本ロールにて
混練・分散後、真空脱泡処理を行い液状封止樹脂組成物
を作製した。作製した液状封止樹脂組成物を、高さ50μ
ｍの半田バンプが形成されたウェハー（直径６インチ、
厚み350μｍ）にト゛ロッヒ゜ンク゛し、スピンコーターを用いて
均一にウェハー上に樹脂組成物を塗布した。その後5tor
rで真空乾燥を１時間行いタックフリー化を行った。最
終的な塗布厚みは35μｍになるように制御した。次にダ
イシングソ―を用いてウェハーを素子毎に個片化した
（チップサイズ6x6mm）。カット面付近にタックフリー
化した液状封止樹脂組成物層に剥離、クラックは見られ
なかった。次に最高温度220℃、最低温度１８３℃で６
０秒のＩＲリフロ―炉に通し有機基板に素子を仮圧着し
た。半田ボールの基板への接合と同時に行うことができ
た。更にホ゜ストヘ゛―クとして１５０℃、１時間硬化させ
た。樹脂は素子の外側まで流動しフィレットが形成されてい
た。また硬化物中のホ゛イト゛は見られなかった。更に、タ
ックフリー化した後１ヶ月常温にて保存したものを同様
に接合を行い、初期と同様に樹脂組成物封止と接合を同
時に行うことができた。接続は断面研磨により光学顕微
鏡により接合状態を観察した。

【００１９】＜実施例2＞フェノ―ルノホ゛ラックとシ゛シクロヘ゜ンタシ゛エン
の重付加物をク゛リシシ゛ル化したエポキシ樹脂（エポキシ当
量264、EXA-7200）70重量部を溶剤として30重量部のメチル
イソフ゛チルケトンに溶解させたワニス100重量部、フラックス作
用を有する硬化剤として2,5ジヒドロキシ安息香酸14重
量部、硬化促進剤として2-フェニル-4-エチルイミタ゛ソ゛―ル 0.5重
量部、フィラーとして球状シリカ（平均粒径0.8μｍ、
最大粒径20μｍ）80重量部を秤量し３本ロールにて混練
・分散後、真空脱泡処理を行い液状封止樹脂組成物を作
製し、この樹脂を用いて実施例１と同様に評価を行っ
た。

【００２０】＜実施例３＞実施例１においてフラックス
作用を有する硬化剤として１，４ジヒドロキシナフトエ
酸１５重量部とした以外は実施例１と同様に液状封止樹
脂を調製し同様の試験を行った。

【００２１】＜比較例１＞実施例の硬化剤の代わりにフェ
ノ―ルノホ゛ラック（水酸基等量105）29重量部とした以外は実
施例１と同様に液状封止樹脂組成物を作成し同様の評価
を行った。

【００２２】＜比較例２＞実施例の硬化剤の代わりにメ
チルヘキサヒト゛ロフタル酸無水物45重量部とした以外は実施例１
と同様に液状封止樹脂組成物を作製し同様の評価を行っ
た。

【００２３】＜評価方法＞ ダイシング性：実施例に示したウェハーをダイシングし
たときのタックフリー化した樹脂組成物層の状態 接続性１：液状封止樹脂をタックフリー化した直後にダ
イシング−接続を行ったときの半田接合性（光学顕微鏡
による断面観察） 接続性２：液状封止樹脂をタックフリー化した後に常
温、１ヶ月保管し、ダイシング-接続を行ったときの半
田接合性（光学顕微鏡による断面観察）フィレット 形成性１：液状封止樹脂をタックフリー化した直
後にダイシング−接続を行ったときの素子外部に封止樹
脂が流動しすべての側面が封止されているかどうか目視
で判定した。フィレット 形成性２：液状封止樹脂をタックフリー化した後
常温、１ヶ月保管しダイシング−接続を行ったときの素
子外部に封止樹脂が流動しすべての側面が封止されてい
るかどうか目視で判定した。 ボイド１：タックフリー化した直後液状封止樹脂を硬化
した後ホ゛イト゛の発生を超音波探傷装置で観察した。 ボイド２：タックフリー化した後常温、１ヶ月保管しダ
イシング−接続を行ったときの液状封止樹脂中のホ゛イト゛
の発生を超音波探傷装置で観察した。

【００２４】評価結果を表１に示す。

【表１】

【００２５】

【発明の効果】本発明の組立方法に従うと従来の個片素
子をアンダーフィル材で充填する方法に比べ一度でアン
ダーフィル材を塗布できるため製造工程を大幅に短縮化
することができ、また、ウェハー工程の一環としてウェ
ハー上への樹脂形成も可能となる。更に実施例で示され
たように本発明のタックフリー化した樹脂組成物は従来
の硬化剤を用いた場合に比べ半田接合と樹脂封止が同時
に行える。また途中工程での長期保存も可能となため工
業的メリットは大きい。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １）電気的接合させるための半田バンプ
   を有する多数個の半導体素子が形成されたウェハーに熱
   硬化性液状封止樹脂組成物を塗布する工程、２）該熱硬
   化性液状封止樹脂組成物をタックフリーにする工程、
   ３）該ウェハーをダイシングし、半導体素子を個片化す
   る工程、４）個片化した半導体素子と電気的な配線を有
   する基板とを電気的に接合し、該熱硬化性液状封止樹脂
   組成物を加熱流動させた後冷却する圧着工程からなる半
   導体装置の組立方法において、該熱硬化性液状封止樹脂
   組成物が２官能以上のエポキシ樹脂、フラックス作用を
   有する硬化剤、硬化促進剤からなることを特徴とする半
   導体装置の組立方法。
2. 【請求項２】 該熱硬化性液状封止樹脂組成物が、平均
   粒径が０．５μｍから１２μｍ、かつ最大粒径が５０μ
   ｍ以下である球状無機フィラーを含む請求項１記載の半
   導体装置の組立方法。
3. 【請求項３】 該熱硬化性液状封止樹脂組成物における
   フラックス作用を有する硬化剤が、ジヒドロキシ安息香
   酸または／及びジヒドロキシナフトエ酸である請求項１
   記載の半導体装置の組立方法。
4. 【請求項４】 該熱硬化性液状封止樹脂組成物を塗布す
   る工程がスピンコート法により行われる請求項１記載の
   半導体装置の組立方法。
5. 【請求項５】 該熱硬化性液状封止樹脂組成物のエポキ
   シ樹脂が固形エポキシ樹脂である請求項１記載の半導体
   装置の組立方法。