JP2005008669A - 半導体装置用接着剤，半導体装置およびそれを用いた表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】薄膜半導体装置を転写・接着して形成することに適する接着剤と、これを用いて製造される薄型の半導体装置を提供する。
【解決手段】珪素および／または無機珪素化合物層との接着強度が５０ｇｆ／ｃｍ以上であり、硬化後の線膨張係数が５０ｐｐｍ／℃以下である半導体装置用接着剤。接着剤がアクリル樹脂、エポキシ樹脂等の架橋性樹脂を含むことが望ましく、また、無機フィラーを含んで成ることも望ましい。本発明は、上記半導体装置用接着剤により、半導体素子がプラスチックフィルム上に接着されており、かつ接着される半導体素子の厚さが５０μｍ以下である半導体装置も含む。

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置用の接着剤に関するものであり、更に詳しくは、半導体素子をプラスチックフィルムに接着することに適する接着剤と、これを用いた薄型の半導体装置を提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、高表示品位なフレキシブルディスプレイや超薄型ＩＣ等を実現するための製造技術としてプラスチックフィルム上への半導体装置の形成方法が種々検討されている。
フィルム上に直接半導体を形成するためには、熱分解温度が高く、かつ線膨張係数も半導体並みに低い特別なプラスチックフィルムを開発するか、又はプラスチックフィルムが使用可能な１００℃〜１５０程度の温度での特殊な半導体製造工程が必要となり、特に移動度の高いシリコンを形成するためには現在量産化されている方法では４００〜６００℃程度の熱工程があることから難しく、研究が進められているが量産可能な段階には至っていない。
【０００３】
一方、ガラス上に薄膜により半導体装置を形成し、半導体装置上面に仮固定フィルムを貼った後にガラスを除去し、最終固定用プラスチックフィルム上に転写する方法が提案されている。（例えば、特許文献１、非特許文献１参照。）
この際、仮固定フィルムを剥離する際や、プラスチックフィルム上へ半導体装置を形成した後の工程で、転写された半導体装置とプラスチックフィルムの間が剥がれてしまうことがあり問題となっている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−７４５３３号公報（第２−３頁、第１０頁）
【非特許文献１】
Ａ．Ａｓａｎｏ ａｎｄ Ｔ．Ｋｉｎｏｓｈｉｔａ，Ｌｏｗ−Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ−ｓｉｌｉｃｏｎ ＴＦＴ Ｃｏｌｏｒ ＬＣＤ Ｐａｎｅｌ Ｍａｄｅ ｏｆ Ｐｌａｓｔｉｃ Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ，ＳＩＤ ０２ ＤＩＧＥＳＴ（２００２）Ｐ．１１９６−１１９９
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的とするところは、上記の課題を解決し、薄膜半導体装置を転写・接着して形成することに適する接着剤と、これを用いて製造される薄型の半導体装置を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、
１．珪素および／または無機珪素化合物層との接着強度が５０ｇｆ／ｃｍ以上であり、硬化後の線膨張係数が５０ｐｐｍ／℃以下である半導体装置用接着剤、
２．接着剤が無機フィラーを含んで成る前記１の半導体装置用接着剤、
３．接着剤が架橋性樹脂を含んで成る前記１〜２の半導体装置用接着剤、
４．架橋性樹脂がアクリル樹脂を含んで成る前記３の半導体装置用接着剤、
５．アクリル樹脂がイソシアヌル酸トリアクリレートを含んで成る前記４の半導体装置用接着剤、
６．架橋性樹脂がエポキシ樹脂を含んで成る前記３の半導体装置用接着剤、
７．エポキシ樹脂がトリグリシジルイソシアヌレートを含んで成る前記６の半導体装置用接着剤、
８．前記１〜７の半導体装置用接着剤により、半導体素子がプラスチックフィルム上に接着されており、かつ接着される半導体素子の厚さが５０μｍ以下である半導体装置、
９．プラスチックフィルムの線膨張係数が５０ｐｐｍ／℃以下である前記８の半導体装置、
１０．プラスチックフィルムの波長５５０ｎｍにおける光線透過率が８０％以上である前記８〜９の半導体装置、
１１．プラスチックフィルムの法線方向での位相差が１０ｎｍ以下である前記１０の半導体装置、
１２．前記１１の半導体装置を用いたアクティブマトリクス式表示装置、
である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の半導体装置用接着剤は、珪素および／または無機珪素化合物層との接着強度が５０ｇｆ／ｃｍ以上であるものである。薄膜半導体装置を転写して形成する場合、その接着面は、珪素，酸化珪素，窒化珪素，窒酸化珪素，無アルカリガラスである場合がほとんどであり、珪素および／または無機珪素化合物層との接着強度が５０ｇｆ／ｃｍ以上であることで、工程中での剥離を防ぐことが可能である。接着強度の測定は、珪素および／または無機珪素化合物層をスパッタリング等で成膜したガラス上（ガラスの場合はガラスに直接）にプラスチックフィルムを接着してピール試験を行うことにより行うことができる。
【０００８】
本発明の半導体装置用の基材となるプラスチックフィルムの例を挙げると、ポリエチレンテレフタレート，ポリエチレンナフタレート，ポリカーボネート，芳香族ポリエステル，芳香族ポリアミド，ポリスルホン，ポリエーテルスルホン，ポリシクロオレフィン，トリアセチルセルロース，ポリエチレン，ポリ塩化ビニル，ポリプロピレン，ポリイミド，ポリアミドイミド，ポリベンゾオキサゾール，ポリベンゾチアゾール，エポキシ樹脂，アクリル樹脂，マレイミド樹脂，前記各種ポリマーと無機物の複合材料フィルム等であるがこれらに限定されるものではない。さらに、本発明では、線膨張係数が５０ｐｐｍ／℃以下であることが好ましい。接着する半導体装置は無機物であり線膨張係数が小さいので、基材となるプラスチックフィルムの線膨張係数が小さいほうが、温度変化に対する線膨張量の差による応力が発生しにくくなり、剥離を起こしにくくなるためである。線膨張係数が５０ｐｐｍ／℃以下であるものの例を挙げると、２軸延伸ポリエチレンテレフタレート，２軸延伸ポリエチレンナフタレート，ポリイミド，ポリベンゾオキサゾール，ポリベンゾチアゾール，エポキシ樹脂，アクリル樹脂，マレイミド樹脂，前記各種ポリマーと無機物の複合材料フィルム等である。
更に、光線透過率が８０％以上と高い場合には、アクティブマトリクス式の液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置の駆動用薄膜トランジスタ基板として好適に用いることができる。さらに、偏光を利用した液晶表示装置の場合には、フィルムの位相差が大きい場合にはコントラストの低下や好ましくない着色などが発生するので、フィルムの法線方向での位相差が１０ｎｍ以下であることが好ましい。例を挙げるとエポキシ樹脂，アクリル樹脂，マレイミド樹脂，前記各種ポリマーと無機物の複合材料フィルム等である。
【０００９】
本発明の半導体装置用接着剤としては、基材となるプラスチックフィルムの耐熱温度より低い軟化温度を持つ熱可塑性樹脂や、架橋性樹脂を用いることができる。接着性に優れることから、架橋性樹脂を用いることが好ましい。このような接着剤層の例としては、アクリル樹脂，エポキシ樹脂，ビニル樹脂，不飽和ポリエステル樹脂等が挙げられる。基材となるプラスチック基板が透明である場合は、光硬化性アクリル樹脂や光硬化性エポキシ樹脂等の光硬化性樹脂を用いることができる。これらの光硬化性樹脂としては反応性の高いアクリル樹脂を用いることが好ましく、更にイソシアヌル酸トリアクリレートを含んで成るアクリル樹脂が、耐熱性が高く特に好ましい。また、熱硬化性樹脂を用いることにより基材が不透明な場合でも接着強度が５０ｇｆ／ｃｍ以上である接着層を得ることができる。熱硬化性樹脂としては接着力が高いエポキシ樹脂を用いることが好ましく、更にトリグリシジルイソシアヌレートを含んで成るエポキシ樹脂が、耐熱性が高く特に好ましい。接着剤層の線膨張係数は、硬化後の５０ｐｐｍ／℃以下であることが必要である。線膨張係数が５０ｐｐｍ／℃を超えると、半導体素子層との線膨張量の差による応力が大きくなり、剥離を起こしやすくなる。５０ｐｐｍ／℃以下であるものの例としてはポリイミド，ポリベンゾオキサゾール，ポリベンゾチアゾール，エポキシ樹脂，アクリル樹脂，マレイミド樹脂，前記各種ポリマーと無機フィラーの複合材料等が挙げられるが、接着強度と両立する樹脂を選択しやすいことから接着剤が無機フィラーを含んで成るものが好ましい。この場合、無機フィラーの粒径を可視光の波長より十分に小さくすること等で高い光線透過率とすることができる。
【００１０】
本発明の半導体装置用接着剤を用いて、接着層上に膜状の半導体回路や半導体層を貼り、加工することにより半導体装置を製造することができる。半導体素子部分の厚さが厚いと屈曲時に割れが起こるため、厚さは５０μｍ以下であることが好ましい。半導体装置の例としては、超薄型ＩＣ，ＴＦＴ液晶表示装置やＴＦＴ有機ＥＬ表示装置等のアクティブマトリクス表示装置用のＴＦＴ基板等が挙げられる。
【００１１】
以下本発明を実施例、比較例によって説明する。
《実施例１》
１Ｌセパラブルフラスコ中に、平均粒径３０ｎｍのシリカ３０重量％を分散したメタノール５００ｇ，ジプロピレングリコールモノメチルエーテル１００ｇ，トリグリシジルイソシアヌレート１５０ｇを入れ、均一になるまで攪拌した。その後、温度５０℃でエバポレートしてメタノールを取り除いた。続いて、アジピン酸ジヒドラジド１５ｇを加えて攪拌し、半導体装置用接着剤とした。
この接着剤を離型処理を施したポリエチレンテレフタレートフィルム上にアプリケーターを用いて塗布した。続いて９０℃のオーブン中で３０分間プリベークし、１５０℃のオーブン中で９０分間硬化を行った。硬化した接着剤をポリエチレンテレフタレートフィルムから離型して２５℃から１００℃の範囲で線膨張係数を測定したところ、４５ｐｐｍ／℃であった。
次に、接着剤をシリコンウエハ上にアプリケーターを用いて塗布した。続いて９０℃のオーブン中で３０分間プリベークし、厚さ５０μｍのポリイミドフィルムをラミネートした後、１５０℃のオーブン中で９０分間硬化を行った。ポリイミドフィルムに幅１ｃｍづつカッターで切れ目を入れ、幅１ｃｍでのピール強度を測定した。ピール強度は１１０ｇｆ／ｃｍであった。
用いたポリイミドフィルムの線膨張係数は７ｐｐｍ／℃であり、５５０ｎｍにおける光線透過率は１８％であった。また、法線方向での位相差は１０〜２０ｎｍであった。本フィルムは透過型表示装置の基板には適さないがＩＣ製造には適するものであることから、次のように半導体装置を作成した。
ＩＣを形成した厚さ０．５ｍｍのシリコンウエハの素子面に、シリコンウエハの切断時に用いるＵＶ照射により剥離可能な粘着フィルム（ダイシングフィルム）を貼り合わせ、裏面から研磨を行い、厚さを１０μｍとした。この面に前記接着剤を塗布して９０℃のオーブン中で３０分間プリベークし、ポリイミドフィルムをラミネートした後、ダイシングフィルムにＵＶを露光した。続いて１５０℃のオーブン中で９０分間硬化を行った後、ダイシングフィルムを剥離し、ポリイミド上にＩＣが接着された半導体装置を得た。シリコン層の剥離や割れは無く、良好に作製が可能であった。
【００１２】
《実施例２》
１Ｌセパラブルフラスコ中に、平均粒径３０ｎｍのシリカ３０重量％を分散したメタノール５００ｇ，プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート１００ｇ，イソシアヌル酸トリアクリレート１２０ｇとペンタエリスリトールトリアクリレート１０ｇを入れ、均一になるまで攪拌した。その後、温度５０℃でエバポレートしてメタノールを取り除いた。続いて、光開始剤として１−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン１．５ｇを加えて攪拌し、半導体装置用接着剤とした。
この接着剤を、離型処理を施したポリエチレンテレフタレートフィルム上にアプリケーターを用いて塗布した。続いて９０℃のオーブン中で１０分間プリベークし、高圧水銀灯を用いてＵＶ光を照射し硬化を行った。照射量は２０００ｍＪ／ｃｍ^２とした。硬化した接着剤をポリエチレンテレフタレートフィルムから離型して２５℃から１００℃の範囲で線膨張係数を測定したところ、４３ｐｐｍ／℃であった。
次に、接着剤を二酸化珪素を主成分とする無アルカリガラス基板上にアプリケーターを用いて塗布した。続いて９０℃のオーブン中で１０分間プリベークし、厚さ１５０μｍのポリカーボネートフィルムをラミネートした後、ポリカーボネートフィルム側より、高圧水銀灯を用いてＵＶ光を照射し硬化を行った。照射量は２０００ｍＪ／ｃｍ^２とした。ポリカーボネートフィルムに幅１ｃｍづつカッターで切れ目を入れ、幅１ｃｍでのピール強度を測定した。ピール強度は８０ｇｆ／ｃｍであった。
用いたポリカーボネートフィルムの線膨張係数は７５ｐｐｍ／℃であり、５５０ｎｍにおける光線透過率は９０％であった。また、法線方向での位相差は１〜３ｎｍであった。本フィルムは透過型表示装置の基板に適するものであることから、次のように半導体装置を作成した。
液晶表示装置用ＴＦＴ素子を形成した無アルカリガラス基板の素子面に、実施例１と同様のダイシングフィルムを貼り合わせ、裏面から研磨を行い、厚さを２０μｍとした。この面に前記接着剤を塗布して９０℃のオーブン中で１０分間プリベークし、ポリカーボネートフィルムをラミネートした後、ダイシングフィルム側およびポリカーボネートフィルム側からＵＶを露光した。照射量は各面とも２０００ｍＪ／ｃｍ^２とした。ダイシングフィルムを剥離し、ポリカーボネート上にＴＦＴ素子が接着された半導体装置を得た。ＴＦＴ素子層の剥離や割れは無く、良好に作製が可能であった。
【００１３】
《実施例３》
平均投影円相当直径約５μｍ，平均厚さ約０．１μｍであるＥガラス（屈折率１．５６０）の平板状フィラー９０重量部を、ジシクロペンタジエニルジアクリレート（架橋後の屈折率１．５２７）５８重量部，ビス［４−（アクリロイロキシエトキシ）フェニル］スルフィド（架橋後の屈折率１．６０６）４２重量部，光重合開始剤である１−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン０．５重量部とから成る樹脂（架橋後の屈折率１．５６０）に分散し、脱泡した。これを、厚さ１００μｍのポリエステルフィルムをスペーサーとしてガラス板に挟み込んで両面から約５００ｍＪ／ｃｍ^２のＵＶ光を照射して硬化させた。さらに、ガラス板から取り出し、真空オーブン中１００℃で３時間加熱後、さらに２５０℃で３時間加熱し、厚さ９５μｍの透明複合体のフィルムを得た。
このフィルムの線膨張係数は２８ｐｐｍ／℃であり、５５０ｎｍにおける光線透過率は８９％であった。また、法線方向での位相差は０．１〜０．５ｎｍであった。
ポリカーボネートの代わりにこのフィルムを用いた以外は実施例２と同様にしてＴＦＴ素子が接着された半導体装置を得た。ＴＦＴ素子層の剥離や割れは無く、良好に作製が可能であった。
【００１４】
《実施例４》
５Ｌセパラブルフラスコ中に、乾燥したＮ−メチル−２−ピロリドン４０００ｇを入れ、２，５−ジアミノ−ｐ−キシレン１２２．５７ｇ（０．９モル）と１，３−ビス（３−アミノフェノキシ）ベンゼン２９．２３ｇ（０．１モル）を分散させた。このセパラブルフラスコを２０℃に設定したウォーターバスにより冷却を行いながらビフェニルテトラカルボン酸３３０．２５ｇを投入して６時間攪拌を行いポリアミド酸溶液を得た。この溶液３０００ｇを１０Ｌ攪拌槽中に入れ、Ｎ−メチル−２−ピロリドン２５００ｇとプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート５００ｇを加えて接均一になるまで攪拌し、半導体装置用接着剤とした。
この接着剤を離型処理を施したポリエチレンテレフタレートフィルム上にアプリケーターを用いて塗布した。続いて１２０℃のオーブン中で３０分間乾燥し、さらに２５０℃の窒素オーブン中で１時間硬化した。硬化した接着剤をポリエチレンテレフタレートフィルムから離型して２５℃から１００℃の範囲で線膨張係数を測定したところ、２８ｐｐｍ／℃であった。
次に、この半導体装置用プラスチックフィルムに二酸化珪素を主成分とする無アルカリガラス基板を１３０℃で熱圧着した後、２５０℃の窒素オーブン中で１時間硬化した。フィルムに幅１ｃｍづつカッターで切れ目を入れ、幅１ｃｍでのピール強度を測定した。ピール強度は６５ｇｆ／ｃｍであった。
実施例２で得た半導体用接着剤の変わりにこの半導体装置用接着剤を用い、ポリカーボネートの代わりに実施例３で得たフィルムを用いた以外は実施例２と同様にしてＴＦＴ素子が接着された半導体装置を得た。ＴＦＴ素子層の剥離や割れは無く、良好に作製が可能であった。
【００１５】
《比較例》
１Ｌセパラブルフラスコ中に、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート３００ｇ，ペンタエリスリトールテトラアクリレート２００ｇを入れ、均一になるまで攪拌した。続いて、光開始剤として１−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン１．５ｇを加えて攪拌し、半導体装置用接着剤とした。
この接着剤を離型処理を施したポリエチレンテレフタレートフィルム上にアプリケーターを用いて塗布した。続いて９０℃のオーブン中で１０分間プリベークし、高圧水銀灯を用いてＵＶ光を照射し硬化を行った。照射量は２０００ｍＪ／ｃｍ^２とした。硬化した接着剤をポリエチレンテレフタレートフィルムから離型して２５℃から１００℃の範囲で線膨張係数を測定したところ、６３ｐｐｍ／℃であった。
次に、この接着剤を二酸化珪素を主成分とする無アルカリガラス基板上にアプリケーターを用いて塗布した。続いて９０℃のオーブン中で１０分間プリベークし、ポリエチレンテレフタレートフィルムをラミネートした後、ポリエチレンテレフタレートフィルム側より、高圧水銀灯を用いてＵＶ光を照射し硬化を行った。照射量は２０００ｍＪ／ｃｍ^２とした。ポリエチレンテレフタレートフィルムに幅１ｃｍづつカッターで切れ目を入れ、幅１ｃｍでのピール強度を測定した。ピール強度は１５ｇｆ／ｃｍであった。
液晶表示装置用ＴＦＴ素子を形成した無アルカリガラス基板の素子面に、実施例１と同様のダイシングフィルムを貼り合わせ、裏面から研磨を行い、厚さを２０μｍとした。この面に前記接着剤を塗布して９０℃のオーブン中で１０分間プリベークし、ポリエチレンテレフタレートフィルムをラミネートした後、ダイシングフィルム側およびポリエチレンテレフタレートフィルム側からＵＶを露光した。照射量は各面とも２０００ｍＪ／ｃｍ^２とした。ダイシングフィルムを剥離し、ポリエチレンテレフタレート上にＴＦＴ素子が接着された半導体装置を得たが、ＴＦＴ素子層に剥離している部分が見られた。
【００１６】
【発明の効果】
本発明の半導体装置用接着剤は、接着力に優れるとともに硬化後の低線膨張係数が低く、薄層の半導体の接着に優れるため、例えば、転写法を用いて製造される超薄型ＩＣや、液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置（特にアクティブマトリックスタイプ）の製造に好適に用いることができるものである。

Claims (12)

1. 珪素および／または無機珪素化合物層との接着強度が５０ｇｆ／ｃｍ以上であり、硬化後の線膨張係数が５０ｐｐｍ／℃以下である半導体装置用接着剤。
2. 接着剤が無機フィラーを含んで成る請求項１記載の半導体装置用接着剤。
3. 接着剤が架橋性樹脂を含んで成る請求項１または２記載の半導体装置用接着剤。
4. 架橋性樹脂がアクリル樹脂を含んで成る請求項３記載の半導体装置用接着剤。
5. アクリル樹脂がイソシアヌル酸トリアクリレートを含んで成る請求項４記載の半導体装置用接着剤。
6. 架橋性樹脂がエポキシ樹脂を含んで成る請求項３記載の半導体装置用接着剤
7. エポキシ樹脂がトリグリシジルイソシアヌレートを含んで成る請求項６記載の半導体装置用接着剤。
8. 請求項１〜７何れか一項記載の半導体装置用接着剤により、半導体素子がプラスチックフィルム上に接着されており、かつ接着される半導体素子の厚さが５０μｍ以下である半導体装置。
9. プラスチックフィルムの線膨張係数が５０ｐｐｍ／℃以下である請求項８記載の半導体装置。
10. プラスチックフィルムの波長５５０ｎｍにおける光線透過率が８０％以上である請求項８または９記載の半導体装置。
11. プラスチックフィルムの法線方向での位相差が１０ｎｍ以下である請求項１０記載の半導体装置。
12. 請求項１１記載の半導体装置を用いたアクティブマトリクス式表示装置。