JP2002368024A - 半導体用層間絶縁材料及びその製法 - Google Patents
半導体用層間絶縁材料及びその製法Info
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Abstract
きる低応力絶縁材料を提供する。 【解決手段】熱膨張係数が1×10E−6から1×10
E−5(1/℃)の薄膜を形成する無機化合物と有機化
合物より成る半導体用層間絶縁材料。無機化合物は金属
元素の酸化物、窒化物、炭化物及びその誘導体、有機化
合物は複数の官能基及び置換基を持つ柔軟性を有する共
有結合分子が好ましい。両化合物とも水酸基、アルコキ
シ基、カルビノール基、カルボキシル基、シリル基、メ
ルカプト基、アミノ基、エポキシ基、アクリル基を有す
ることが好ましい。最大粒径10μm以下の球状無機化
合物を有機化合物によって物理的又は化学的に結合した
構造が好ましい。製法としては球状無機化合物前駆体を
生成し有機化合物で連結する方法が好ましい。
Description
再配線用絶縁材料に関するものである。ここでいう再配
線とは、半導体素子の表面に電気回路を形成し独立した
装置にするものである。
して、電子機器の性能向上、小型化、軽量化及び低コス
ト化が強く求められている。これらの要望を満たすた
め、電子機器の心臓部である半導体装置の高密度化が必
須のものとなっている。半導体装置の高密度化は、CS
P(チップ・スケール・パッケージ)等の装置自体を小
さくする方法や装置を積層する3D技術等によりその実
現が図られている。
る)に搭載し他の電子機器と電気的に接続することによ
りその機能を発揮する。通常、半導体素子(素子と称す
る)の接続箇所は外周部に設置されており半導体装置も
外周部で接続する構造(DIP、QFP等)が一般的で
ある。又、任意の箇所で接続する場合には中継基板(子
基板と称する)を介して接続する構造(PGA、BGA
等)が採用されている。即ち、従来の再配線は金属バン
プ(金、半田、銅等)を介して素子と子基板を電気接続
するものであった。
せず素子の表面に電気回路を配線し母基板や他の電子部
品と接続する技術が検討され始めた。現在は、素子表面
をポリイミド樹脂及び銅で被覆し、その後電気回路を形
成する方法が主流である。しかしながら、大きな素子の
場合には有機化合物であるポリイミド樹脂と無機化合物
である素子や銅との熱膨張率の違いにより重大な応力問
題が発生し実用化には至っていない。従来の子基板で
は、素子と子基板の間隙やバンプ自体が応力緩衝の働き
をし問題とはならなかった。
や化学的方法があるが、一長一短があり平滑な絶縁層を
形成することは難しい。又、成膜条件より使用できない
方法も多い。物理的方法としては、PVD法(スパッタ
リング、真空蒸着、イオンプレーティング)、スプレー
法、熔射法、電気泳動法、超急冷法等が知られている。
又、化学的方法としては、CVD、不均等化反応法、ゾ
ルゲル法、陽極酸化法、焼成法等が知られている。
の再配線化に対応できる絶縁材料を提供するものであ
る。この材料は、素子及び電気配線材料との熱歪みが小
さく、接着性や耐熱性に優れるものであり、再配線半導
体装置の高信頼性をできるものである。
布し絶縁性薄膜を形成する材料を提供するものであり、
該薄膜の熱膨張係数が1×10E−6から1×10E−
5(1/℃)の範囲にある無機化合物と有機化合物の複
合組成物である。
ものであり、無機化合物としては金属元素の酸化物、窒
化物、炭化物及びその誘導体、有機化合物は複数の官能
基及び置換基を持つ柔軟性を有する共有結合分子を挙げ
るものである。
を限定するものあり、水酸基、アルコキシ基、カルビノ
ール基、カルボキシル基、シリル基、メルカプト基、ア
ミノ基、エポキシ基、アクリル基を挙げるものである。
であり、最大粒径10μm以下の球状無機化合物を有機
化合物によって物理的又は化学的に結合した。
金属塩を加水分解重合し球状無機化合物前駆体を生成す
る工程、無機化合物前駆体の分散液を水から有機溶媒に
置換する工程、無機化合物前駆体と反応する有機化合物
を添加し混合する工程、加熱等の操作により無機化合物
と有機化合物を結合させる工程、必要に応じて他成分
(触媒、接着成分等)を添加する工程より製造される。
化合物との複合材料(ハイブリッド材料)である。高密
度半導体装置の主要部材である素子や金属箔と冷熱時寸
法伸縮を整合させるため無機化合物を主成分とし、これ
を有機化合物で柔軟に結合することにより変形時の脆さ
にも対応できる材料である。
シリコン等(熱膨張係数2〜30×E−7/℃)、金属
箔の素材は銅、アルミニウム等(熱膨張係数1〜3×E
−5/℃)である。これら素材を絶縁する材料の熱膨張
はこれら素材の中間にあることが好ましい。ある一方に
著しく偏ると強度の弱い片方が反ったり破壊され半導体
装置として。
ーン樹脂(熱膨張係数>5×E−5/℃)であり、これ
らの熱膨張は素子の構成素材に比べてはるかに大きく金
属箔に比べても大きい。又、無機系の絶縁材料は加工条
件が厳しい(例えば、加工温度が高い>200℃)もの
が多く現実性がなかった。
化物、炭化物及びこれらの誘導体であることが好まし
い。例えば、酸化硅素、窒化硅素、炭化硅素、窒化アル
ミニウム、酸化アルミニウム等を挙げることができる。
又、表面には反応性及び又は接着性の官能基を有するこ
とが好ましい。
成され、複数種の官能基(反応性、接着性)及び置換基
を複数個有することが好ましい。環境変化に対して安定
な基本骨格を持ち適度の柔軟性及び結合性を発揮するた
めである。
シ基、カルビノール基、カルボキシル基、シリル基、メ
ルカプト基、アミノ基、エポキシ基、アクリル基が好ま
しい。本発明では、これら官能基で無機化合物の表面を
変性したり、これら官能基を有する有機化合物(炭化水
素系樹脂、シリコーン系樹脂等)を使用する。
の球状無機化合物を主成分とすることが好ましい。半導
体用途、特に再配線用途では粗大性、異方性は悪影響を
与えることが公知である(電子通信学会要旨集、2−2
44、1985年)。又、これら球状無機化合物を適度
な柔軟性を有する有機化合物で結合することがこのまし
い。
物)を有し適切な柔軟物質で連結することにより、小さ
な熱伸縮特性と柔軟性の両立が可能となるものである。
小さな無機化合物及び有機化合物を結合し成膜してもひ
び割れや多孔質の状態となり再配線の下地として使用で
きない。
し、これに適切な有機化合物を添加し結合させることに
より、球状無機化合物骨格を有するハイブリッド絶縁材
料を製造することが好ましい。
成膜させるものである。塗布方法としてはスピンコー
ト、ブレードコート、スプレーコート等が一般的であ
る。成膜時には絶縁材料の種類や絶縁する領域により必
要な加工を施す。例えば、乾燥による分散剤除去、加熱
硬化や紫外線硬化、導電部のレジスト加工等である。
他の成分(接着剤、希釈剤、柔軟剤等)を添加しても良
い。
体装置を模式的に示す断面図である。半導体素子1に絶
縁材料2が成膜されている。3は再配線、4は保護材
料、7は半田バンプ、8はリードバンプである。尚、本
発明の絶縁材料は表面保護材料としても使用できる。
的に説明する。
平10−26511に準じて正硅酸メチルを加水分解し
平均粒径2μmの球状シリカ前駆体(表面に水酸基)を
含有するスラリーを生成した。このスラリーの分散液を
芳香族系溶媒に置換し、アルコキシ基を有するシラン系
オリゴマー(信越化学工業)を加え、次に加熱しその後
濃縮し更に他の補助成分を添加し絶縁材料を試作した。
本材料は剛直な球状シリカを柔軟なシロキサン結合で連
結された構造を有している。本材料(硬化物)の熱膨張
係数は4×E−6/℃であった。
電子)を用いて測定した。
をスピンコートし乾燥後5μm厚の薄膜を形成した。バ
ンプ表面を露出した後銅箔をラミネートし通常の方法で
電気回路を描いた。この模擬半導体装置の信頼性試験を
実施したところ1000時間まで不良は発生しなかっ
た。
の通りである。 素子 :櫛形アルミ電気回路、パッシベーションなし 前処理:125℃・100%・24時間+260℃・1
0秒3回加熱 条件 :125℃・100%環境下にて放置
ル、シラン系オリゴマー芳香族系溶媒及びその他添加物
を配合し別の絶縁材料を試作した。この材料を用いて実
施例同様に素子表面への成膜化を検討した。しかしなが
ら、多くのひび割れが生じ目的とする薄膜は形成できな
かった。これは、原料類が体積収縮を伴う縮合反応によ
り架橋するため連続的な被膜ができなかったものと考え
られる。
脂(東レ)を用いて実施例同様に再配線半導体装置を試
作した。この装置の信頼性試験を実施しようとしたとこ
ろ前処理段階で再配線が部分剥離した。これは、吸湿半
田処理時に絶縁材料と素子及び銅箔との間で大きな寸法
歪みが生じたためと考えられる。
絶縁材料を提供するものである。低熱膨張と高強度及び
柔軟性を両立する強靱な材料であり、本発明の絶縁材料
を使用し製造した再配線半導体装置は信頼性の高いもの
である。
Claims (6)
- 【請求項1】半導体素子の表面に塗布し絶縁性の薄膜を
形成する材料であり、無機化合物と有機化合物の複合組
成物であり、該薄膜の熱膨張係数が1×10E−6から
1×10E−5(1/℃)の範囲にある半導体用層間絶
縁材料。 - 【請求項2】無機化合物が金属元素の酸化物、窒化物、
炭化物及びその誘導体より選ばれた少なくとも1種であ
ることを特徴とする請求項1に記載の半導体用層間絶縁
材料。 - 【請求項3】有機化合物が2個以上の反応性及び又は接
着性の官能基、及び複数の炭化水素系置換基を有してお
り、該骨格が2個以上の共有結合元素(炭素、窒素、酸
素、硅素、リン、硫黄等)より成る分子鎖より構成され
ていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の
半導体用層間絶縁材料。 - 【請求項4】無機化合物及び又は有機化合物が水酸基、
アルコキシ基、カルビノール基、カルボキシル基、シリ
ル基、メルカプト基、アミノ基、エポキシ基、アクリル
基より選ばれた1種以上の反応性及び又は接着性の官能
基を有していることを特徴とする請求項1から請求項3
のいずれか1項に記載の半導体用層間絶縁材料。 - 【請求項5】複合組成物の主成分が最大粒径10μm以
下の球状無機化合物であり、該無機化合物同士が有機化
合物によって物理的又は化学的に結合された構造を有す
ることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1
項に記載の半導体用絶縁材料。 - 【請求項6】次の工程により製造された半導体用層間絶
縁材料。 1)有機金属塩を加水分解重合し球状無機化合物前駆体
を生成する。 2)無機化合物前駆体の分散液を水から有機溶媒に置換
する。 3)無機化合物前駆体と反応する有機化合物を添加し混
合する。 4)加熱等の操作により無機化合物と有機化合物を結合
させる。 5)必要に応じて他成分(触媒、接着成分等)を添加す
る。
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---|---|---|---|
JP2001171167A JP2002368024A (ja) | 2001-06-06 | 2001-06-06 | 半導体用層間絶縁材料及びその製法 |
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Publications (1)
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ID=19012978
Family Applications (1)
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JP2001171167A Pending JP2002368024A (ja) | 2001-06-06 | 2001-06-06 | 半導体用層間絶縁材料及びその製法 |
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2001
- 2001-06-06 JP JP2001171167A patent/JP2002368024A/ja active Pending
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