JP2006229199A - ホットメルトアンダーフィル組成物およびそれを施す方法 - Google Patents

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Raghunandan R Chaware
ラグナンダン・ラメシュ・チャウェア
Xiping He
シピン・ヘ
David Shenfield
デヴィッド・シェンフィールド
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Abstract

【課題】ウェハーレベルのアンダーフィルを施す方法を提供する。
【解決手段】アンダーフィルを施す前にウェハーを加熱しておき、溶媒を含まないホットメルトアンダーフィル組成物を用意し；アンダーフィルを溶融し；半導体ウェハーのアクティブサイドに均一層内にアンダーフィルを施し；アンダーフィルを固体状態に戻し；場合によって、アンダーフィルをＢ段階処理し；場合によって、ウェハー上のバンプから過剰のアンダーフィルを除去し；ウェハーを個々のダイに切断する。
【選択図】 なし

Description

発明の詳細な説明
発明の分野
本発明はホットメルトであり、溶媒を含まないアンダーフィル組成物およびそのアンダーフィルを堆積する方法、特にシリコン半導体ウェハーを個々のダイに分離する前にそのウェハー上にそのアンダーフィルを堆積する方法に関する。
発明の背景
半導体アセンブリの構築において、半導体ダイまたはチップは基板に電気的且つ機械的に取付けられる。取り付け方法の１つにおいて、電気的端子パッドおよび回路を含むダイの面（アクティブフェース）がソルダーの堆積物によってバンプ処理（bumped）される。これらソルダーバンプは、整列化（aligned）され、基板上の対応する端子と接触させる。ソルダーはその融点または「再流動」温度に加熱されて、半導体ダイおよび基板の間の機械的な支持および電気的な相互接続を可能にするソルダー接合部を形成する。
ダイと基板との間の熱膨張係数（ＣＴＥ）の相違は、ダイと基板との間の空間が一般にアンダーフィルとして知られる強化材で充填されＣＴＥの差異によって生じる応力を吸収するようにすることをしばしば要求する。そのようなアンダーフィル材料は一般に少なくとも３つの異なる方法を使用して施される。
「毛細管流動」として知られる方法において、半導体ダイはソルダー相互接続を通じて基板に取付けられ、半導体ダイおよび基板の間に存在する隙間の端付近にアンダーフィル材料を施す。アンダーフィルは毛細管作用によって隙間へ引き込まれ、その後硬化される。
「非流動」として知られる方法において、アンダーフィル材料は基板上に施され、半導体チップまたはダイが基板上に搭載される。この搭載は、ソルダーの再流動による接続の前にチップ上のソルダーバンプが基板上の対応するパッドと接触するように行われる。典型的には、アンダーフィルはソルダー再流動工程の間に硬化されるが、追加の硬化工程が求められる場合もある。非流動組立はまた熱圧縮接合法を使用して行うこともできる。この方法において非流動アンダーフィルは基板上に施され、ダイが基板上に搭載され、熱および圧力がダイおよび／または基板に施されて再流動および相互接続が完了する。圧力および熱を施すと、アンダーフィルは流動し、フィレット（fillet）となり、ソルダーバンプをパッドと相互接続可能にする。アンダーフィルは追加の硬化工程を要求されてもよい。
毛細管および非流動アンダーフィル法は、それらがダイレベルで行われるという事実に起因して時間を消費する方法となっている。非流動系の別の主要な欠点は、非流動アンダーフィルが充填系である場合、充填材はソルダー処理（soldering）を妨害し得るということである。さらに、非流動法は、今日では標準的である表面搭載技術設備を使用するプロセスに代えて、必要とされている熱圧縮接合法を支持するために新しい工業的な基本設備を必要とする。
「プレアプライド（pre-applied）」として知られる第３の方法は、ソルダーでバンプ処理されたシリコンウェハー全体のアクティブサイド上にアンダーフィルを施し、その段階でウェハーを個々のダイに分離することを含む。ウェハーに施されるそのようなアンダーフィルおよびアンダーフィル法は、標準表面搭載技術を使用でき、プロセス速度が改善され、プロセスにかかるコストも低減している。
重要なことは、プレアプライドアンダーフィルを存在させることは、固体層を形成するために溶媒が除去されおよび／またはアンダーフィルが部分的に硬化されなければならない溶媒に基づく接着系に依存することになる。溶媒が除去されおよび／または部分的に硬化されるこのプロセスは、Ｂ段階処理として知られる。アンダーフィルがＢ段階処理された後、ウェハーは個々のチップに切断される（diced）。あるいは、シリコンを制御された厚さに薄くするための背面研削プロセスを、分離プロセスよりも先に行うことができる。アクティブフェース上のソルダーボールは基板上の端子と整列化され、チップが基板上に配置される。ソルダーが再流動されて電気的相互接続が形成される。ソルダーの再流動の際にアンダーフィルが完全に硬化しない場合、別のアンダーフィル硬化工程を続いて行うことができる。
ダイとウェハーレベルのアンダーフィルとのアセンブリを採用する現在のプロセスを図１に示す。このウェハーレベルのプロセスは、毛細管流動および非流動を超える利点を有するが、それはいくつかの欠点を有する。Ｂ段階処理条件が最適化されていない場合、ウェハーレベルのアンダーフィルにおける残留溶媒が再流動の際に放出され、良好なソルダー接続を妨害し（コールドソルダー接合（cold solder joints）をもたらす）、またはボイド（void）を生成し、これらは潜在的に不良デバイスをもたらし、あるいはアンダーフィルと接触しない領域（ノンウェット（non-wet））を生成し得る。さらに、アンダーフィル層の厚さが２００マイクロメーターを超えて増加するときには、アンダーフィルから溶媒を除去することが非常に困難になる。再流動の際に残留溶媒が気化し、ボイドやノンウェットを生成する。溶媒の除去はプロセスにおける追加の工程であり、除去される溶媒は環境に配慮した方法で処分されなければならない。
発明の概要
本発明は、溶媒を含まない、硬化性の、ホットメルト組成物、ウェハーレベルのアンダーフィルとしての使用に適したそのようなホットメルト組成物を製造する方法、および、半導体ウェハー上にそのホットメルトアンダーフィルを堆積または施す応用法に関する。ホットメルト組成物は室温で固体であるが、温度を上げると溶融し流動する。
溶媒を必要としないことが可及的に望まれる。それによって再流動の際の溶媒の気化に起因するボイドまたはノンウェットが回避される。アンダーフィル層の厚さは専門家によって決定される特定のプロセスに必要な全ての効果的な厚さとすることができる。高いソルダーバンプ構造に対応するために、必要に応じてアンダーフィルの厚い層（＞２００μｍ）が使用できる。全てのＢ段階処理を非常に短くできるのでサイクル時間を有意に減少させることができる。溶媒を処理しまたは処分する必要がない。施用はウェハーレベルで行われ、ダイレベルのアンダーフィルの施用と比較して製造効率が向上している。新しい重要な装置の基本設備も必要ない。
発明の詳細な記述
本発明のホットメルトアンダーフィル組成物は、室温で固体で４０℃〜３００℃の温度範囲内で液体になる、１以上の硬化性または重合性および重合された材料（例えば、モノマー、プレポリマーおよび熱可塑性樹脂）を含む。別の態様において、ホットメルト組成物は、液体樹脂から製造することができ、この液体樹脂はホットメルト技術の専門家に知られている押出または噴霧乾燥によって固化される。
ソルダー接続の前に、これら材料は再流動プロセス（ソルダー接続）の際に溶融できる必要がある。しかし、ソルダー接続後は、これら材料は特定のパッケージおよび／または末端用途に応じて再加工性または非再加工性のいずれでもよい。所望の用途がその材料の再加工性を要求する場合、材料およびソルダーを容易に除去できるようにソルダーの溶融温度以上の温度で、その材料は軟質になり、最小の接着力を有する。末端用途がその材料に再加工性を要求しない場合、その材料は高温でも形状および強度を保持し、再加工性とならない。
あらゆる充填材の存在を除けば、ポリマーは組成物における過半量成分である。アンダーフィル組成物に代表的に使用される他の成分を、専門家の場合による判断で加えることができる。そのような他の成分としては、これに限定されないが、硬化剤、フラクシング剤、湿潤剤、流動制御剤、接着促進剤、空気逃がし剤（air release agent）などが挙げられる。組成物はまた充填材を含むことができ、この場合、充填材は全組成物の９５％以下の量で存在することができる。
これら材料の一次的特徴は、それらが切断されることができるように十分な固体性（solidity）を有することである。それゆえ、アンダーフィルを半導体ウェハーに施した後、ウェハーはあらゆる標準的な半導体切断装置によってブレードに付着することなく個々のダイに分離することができる。
十分な固体性を得るための１つの方法は、室温で固体であり且つ切断操作などの様々な製造操作の際に発生する熱に耐え得る樹脂を選ぶことである。これはまた、樹脂／アンダーフィルがブレードに付着することを防止する。十分な固体性を得るための別の方法は、アンダーフィルをＢ段階処理すること、即ち、切断の際に発生する熱に耐え、変形しない程度に樹脂を前処理することである。Ｂ段階処理の程度は適切な潜在性触媒（latent catalyst）を選ぶことによって制御される。末端用途に応じて、アンダーフィルはそれが再加工性であるように処方される。即ち、アンダーフィルはソルダーが液体状態の温度で最小限の接着力を有する。好適な材料は、室温で固体であり、加工温度範囲内に融点を有するものである。
アンダーフィル組成物に好適なポリマーには熱硬化性樹脂および熱可塑性樹脂が含まれ、例えば、エポキシ樹脂、ポリアミド、フェノキシ樹脂、ポリベンゾキサジン、アクリレート、シアネートエステル、ビスマレイミド、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ベンゾキサジン、ビニルエーテル、ケイ素化オレフィン（siliconized olefin）、ポリオレフィン、ポリベンゾキシゾール、ポリエステル、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリ（ビニルクロライド）、ポリイソブチレン、ポリアクリロニトリル、ポリ（メチルメタクリレート）、ポリ（ビニルアセテート）、ポリ（２−ビニルピリジン）、シス−１，４−ポリイソプレン、３，４−ポリイソプレン、ビニルコポリマー、ポリ（エチレンオキサイド）、ポリ（エチレングリコール）、ポリホルムアルデヒド、ポリアセトアルデヒド、ポリ（ｂ−プロピオールアセトン）、ポリ（１０−デカノエート）、ポリ（エチレンテレフタレート）、ポリカプロラクタム、ポリ（１１−ウンデカノアミド）、ポリ（ｍ−フェニレン−テレフタルアミド）、ポリ（テトラメチレン−ｍ−ベンゼンスルホンアミド）、ポリエステルポリアリーレート、ポリ（フェニレンオキサイド）、ポリ（フェニレンスルフィド）、ポリスルホン、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、フッ素化ポリイミド、ポリイミドシロキサン、ポリ−イオシンドロ−キナゾリジオン、ポリチオエーテルイミド、ポリ−フェニル−キノキサリン、ポリキニキサロン、イミド−アリールエーテル フェニルキノキサリンコポリマー、ポリキノキサリン、ポリベンズイミダゾール、ポリベンゾキサゾール、ポリノルボルネン、ポリ（アリーレンエーテル）類、ポリシラン、パリレン、ベンゾシクロブテン類、ヒドロキシ（ベンゾキサゾール）コポリマー、ポリ（シルアリーレンシロキサン）類、ポリベンズイミダゾールなどが挙げられる。
全ての存在する充填材を除いて、ポリマーは組成物における過半量成分である。一般に、充填材が存在する場合、充填材は全組成物の約９５％以下の量で存在する。
ホットメルト組成物を製造するための他の好適な材料としては、例えば、モノビニル芳香族炭化水素および共役ジエンのブロックコポリマーなどのゴムポリマーなどが挙げられ、例えば、スチレン−ブタジエン、スチレン−ブタジエン−スチレン（ＳＢＳ）、スチレン−イソプレン−スチレン（ＳＩＳ）、スチレン−エチレン−ブチレン−スチレン（ＳＥＢＳ）、スチレン−エチレン−プロピレン−スチレン（ＳＥＰＳ）などが挙げられる。
ホットメルト組成物を製造するための他の好適な材料としては、例えば、エチレン−ビニルアセテートポリマー、他のエチレンエステルおよびコポリマー（例えば、エチレンメタクリレート、エチレンｎ−ブチルアクリレート、エチレンアクリル酸など）；ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン；ポリビニルアセテートおよびそのランダムコポリマー；ポリアクリレート類；ポリアミド類；ポリエステル類；ポリビニルアルコール類およびそのコポリマーなどが挙げられる。
いくつかの態様において、これらの組成物は接着力を向上し、粘着させるために粘着付与性樹脂を配合する。粘着付与性樹脂としては、例えば、天然に産する樹脂および変性した天然産樹脂；ポリテルペン樹脂；フェノール変性テルペン樹脂；クマロン−インデン樹脂；脂肪族および芳香族の石油炭化水素樹脂；フタレートエステル類；水素化炭化水素、水素化ロジン類、水素化ロジンエステル類などが挙げられる。
いくつかの態様において、他の成分としては、例えば、液体のポリブテン、ポリプロピレンなどの希釈剤；パラフィンなどの石油ワックス、ミクロクリスタリンワックス、ポリエチレングリース、水素化した動物脂肪、魚脂肪および植物脂肪、鉱物油、合成ワックス、ナフテン系またはパラフィン系鉱物油などが挙げられる。
他の場合によって採用される添加剤としては、例えば、安定剤、酸化防止剤、着色剤、充填材などを挙げることができる。
１つの態様において、固体芳香族ビスマレイミド（ＢＭＩ）樹脂粉末がアンダーフィル樹脂の過半部分を形成する。好適な固体ＢＭＩ樹脂は以下の構造：
（式中、Ｘは芳香族基である）
を有する。芳香族基としては、例えば、
などが挙げられる。
Ｘの橋かけ基を有するビスマレイミド樹脂は市販されており、例えば、Sartmer(米国)、HOS-Technic GmbH(オーストリア)などから得られる。
液体樹脂は、通常、完全に硬化することがなく粘着性のない表面を与えることがないので、固体樹脂を使用することが好ましい。しかし、固体樹脂および液体樹脂の組合せも使用できる。この場合、液体樹脂は総樹脂量の４０％以下のレベルで存在させる。
別の方法として、硬化性樹脂は液状であるが、後で本発明の組成物に使用する前に固化できる。液状で入手できる好適な樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、アクリレート樹脂またはメタクリレート樹脂、マレイミド樹脂、ビニルエーテル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリ（ブタジエン）樹脂、シリコン化オレフィン樹脂、シリコーン樹脂、スチレン樹脂、シアネートエステル樹脂などが挙げられる。
別の態様において、マレイミド樹脂は本発明のホットメルト組成物に使用することができ、下記一般構造：
（ここで、ｎは１〜３であり、Ｘ１は脂肪族または芳香族基を含む有機部分である。）
Ｘ１の例としては、例えば、ポリ（ブタジエン）類、ポリ（カーボネート）類、ポリ（ウレタン）類、ポリ（エーテル）類、ポリ（エステル）類、単純炭化水素（simple hydrocarbones）、カルボニル、カルボキシル、アミド、カルバメート、尿素、エーテルなどの官能基を含む単純炭化水素などが挙げられる。これら種類の樹脂は、市販されており、例えば、National Starch and Chemical Company、Dainippon Ink and Chemical, Inc.などから得られる。
さらなる態様において、マレイミド樹脂は
（ここで、Ｃ３６は３６個の炭素原子の（環状部分を伴ってもよく伴わなくてもよい）線状または分枝状鎖を表す。）
および
からなる群から選ばれる。
好適なアクリレート樹脂としては、例えば、一般構造：
（ここで、ｎは１〜６であり、Ｒ１は−Ｈ又は−ＣＨ３であり、Ｘ２は脂肪族又は芳香族の基を含む有機部分である。）
を有するものが挙げられる。Ｘ２の例としては、例えば、ポリ（ブタジエン）類、ポリ（カーボネート）類、ポリ（ウレタン）類、ポリ（エーテル）類、ポリ（エステル）類、単純炭化水素、カルボニル、カルボキシル、アミド、カルバメート、尿素、エーテルなどの官能基を含む単純炭化水素などが挙げられる。商業的に入手できる材料としては、例えば、ブチル（メタ）アクリレート、イソブチル（メタ）アクリレート、２−エチルヘキシル（メタ）アクリレート、イソデシル（メタ）アクリレート、ｎ−ラウリル（メタ）アクリレート、アルキル（メタ）アクリレート、トリデシル（メタ）アクリレート、ｎ−ステアリル（メタ）アクリレート、シクロヘキシル（メタ）アクリレート、テトラヒドロフルフリル（メタ）アクリレート、２−フェノキシエチル（メタ）アクリレート、イソボルニル（メタ）アクリレート、１，４−ブタンジオールジ（メタ）アクリレート、１，６−ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート、１，９−ノナンジオールジ（メタ）アクリレート、パーフルオロオクチルエチル（メタ）アクリレート、１，１０−デカンジオールジ（メタ）アクリレート、ノニルフェノールポリプロポキシレート（メタ）アクリレート、及びポリペントキシレートテトラヒドロフルフリルアクリレート(Kyoeisha Chemical Co., LTDから入手可能）；ポリブタジエンウレタンジメタクリレート(CN302, NTX6513)及びポリブタジエンジメタクリレート(CN301, NTX6039, PRO6270) (Sartomer Company, Inc.から入手可能）；ポリカーボネートウレタンジアクリレート(ArtResin UN9200A) (Negami Chemical Industries Co., LTDから入手可能）；アクリレート化脂肪族ウレタンオリゴマー(Ebecryl 230, 264, 265, 270, 284, 4830, 4833, 4834, 4835, 4866, 4881, 4883, 8402, 8800-20R, 8803, 8804) (Radcure Specialities, Incから入手可能)；ポリエステルアクリレートオリゴマー(Ebecryl 657, 770, 810, 830, 1657, 1810, 1830) (Radcure Specialities, Inc.から入手可能)；及びエポキシアクリレート樹脂(CN104, 111, 112, 115, 116, 117, 118, 119, 120, 124, 136) (Sartomer Company, Inc.から入手可能)などが挙げられる。一つの態様において、アクリレート樹脂は、イソボルニルアクリレート、イソボルニルメタクリレート、ラウリルアクリレート、ラウリルメタクリレート、アクリレート官能基を有するポリ（ブタジエン）及びメタクリレート官能基を有するポリ（ブタジエン）からなる群から選ばれる。
好適なビニルエーテル樹脂としては、例えば、一般構造：
（ここで、ｎは１〜６であり、Ｘ３は脂肪族又は芳香族の基を含む有機部分である。）
を有するものが挙げられる。Ｘ３の例としては、例えば、ポリ（ブタジエン）類、ポリ（カーボネート）類、ポリ（ウレタン）類、ポリ（エーテル）類、ポリ（エステル）類、単純炭化水素（simple hydrocarbon）、カルボニル、カルボキシル、アミド、カルバメート、尿素、エーテルなどの官能基を含む単純炭化水素などが挙げられる。商業的に入手可能な樹脂としては、例えば、シクロヘキサンジメタノールジビニルエーテル、ドデシルビニルエーテル、シクロヘキシルビニルエーテル、２−エチルヘキシルビニルエーテル、ジプロピレングリコールジビニルエーテル、ヘキサンジオールジビニルエーテル、オクタデシルビニルエーテル、及びブタンジオールジビニルエーテル（International Speciality Products (ISP)から入手可能）；Vectomer 4010, 4020, 4030, 4040, 4051, 4210, 4220, 4230, 4060, 5015（Sigma-Aldrich, Inc.から入手可能）などが挙げられる。
好適なポリ(ブタジエン)樹脂としては、例えば、ポリ(ブタジエン)類、エポキシ化ポリ(ブタジエン)類、マレイン酸ポリ(ブタジエン)類、アクリレート化ポリ(ブタジエン)類、ブタジエン−スチレンコポリマー、ブタジエン−アクルロニトリルコポリマーなどが挙げられる。商業的に入手可能な材料としては、例えば、ホモポリマーブタジエン(Ricon 130, 131, 134, 142, 150, 152, 153, 154, 156, 157, P30D) (Sartomer Company, Inc.から入手可能);ブタジエン及びスチレンのランダムコポリマー(Ricon 100, 181, 184) (Sartomer Company Inc.から入手可能)；マレイン化ポリ(ブタジエン) (Ricon 130MA8, 130MA13, 130MA20, 131MA5, 131MA10, 131MA17, 131MA20, 156MA17) (Sartomer Company, Inc.から入手可能)；アクリレート化ポリ(ブタジエン)類 (CN302, NTX6513, CN301, NTX6039, PR06270, Ricacryl 3100, Ricacryl 3500) (Sartomer Inc.から入手可能)；エポキシ化ポリ(ブタジエン)類 (Polybd 600, 605) (Sartomer Company Inc.から入手可能)及びEpolead PB3600 (Daicel Chemical Industries, Ltd.から入手可能)；及びアクリロニトリル及びブタジエンのコポリマー (Hycar CTBNシリーズ, ATBNシリーズ, VTBNシリーズ及びETBNシリーズ) (Hanse Chemicalから入手可能)などが挙げられる。
好適なエポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノール、ナフタレン及び脂肪族系エポキシ樹脂等が挙げられる。商業的に入手できる材料としては、例えば、Dainippon Ink & Chemicals, Inc.から入手できるビスフェノール系エポキシ樹脂(Epiclon 830LVP, 830CRP, 835LV, 850CRP); Dainippon Ink & Chemicals, Inc.から入手できるナフタレン系エポキシ樹脂(Epiclon HP4032);脂肪族系エポキシ樹脂（(Ciba Specialty Chemicalsから入手できるAraldite CY179, 184, 192, 175, 179), (Union Carbide Corporation から入手できるEpoxy 1234, 249, 206)及び(Daicel Chemical Industries, Ltd.から入手できるEHPE-3150)）等が挙げられる。他の好適なエポキシ樹脂としては、例えば、脂環族エポキシ樹脂、ビスフェノールＡタイプエポキシ樹脂、ビスフェノールＦタイプエポキシ樹脂、エポキシノボラック樹脂、ビフェニルタイプエポキシ樹脂、ナフタレンタイプエポキシ樹脂、ジシクロペンタジエンフェノールタイプエポキシ樹脂等が挙げられる。
好適なケイ素化オレフィン樹脂はシリコーン樹脂とジビニル材料の選択的ヒドロシレーション反応によって得られ、以下の構造を有する。
（式中、ｎ１は２以上であり、ｎ２は１以上であり、ｎ１＞ｎ２である。）これら材料は商業的に入手でき、例えば、Natonal Starch and Chemical Companyから得られる。
好適なシリコーン樹脂としては、例えば、以下の構造を有する反応性シリコーン樹脂等が挙げられる。
（式中、ｎは０又は整数であり、Ｘ４及びＸ５は水素、メチル、アミン、エポキシ、カルボキシル、ヒドロキシ、アクリレート、メタクリレート、メルカプト、フェノール又はビニル官能性の基であり、Ｒ２及びＲ３は−Ｈ、−ＣＨ３、ビニル、フェニル又は２より多い炭素を有する炭化水素構造であり得る。）商業的に入手できる材料としては、例えば、Shin-Etsu Silicone International Trading (Shanghai) Co., Ltd.から入手できるKF8012, KF8002, KF8003, KF-1001, X-22-3710, KF6001, X-22-164C, KF2001, X-22-170DX, X-22-173DX, X-22-174DX, X-22-176DX, KF-857, KF862, KF8001, X-22-3367, X-22-3939A等が挙げられる。
好適なスチレン樹脂としては、例えば、以下の一般構造を有する樹脂が挙げられる。
（式中、ｎは１以上であり、Ｒ４は−Ｈ又は−ＣＨ３であり、Ｘ６は脂肪族基である。）Ｘ６としては、例えば、ポリ（ブタジエン）類、ポリ（カーボネート）類、ポリ（ウレタン）類、ポリ（エーテル）類、ポリ（エステル）類、単純炭化水素、カルボニル、カルボキシル、アミド、カルバメート、尿素、エーテル等の官能基を含む単純炭化水素等が挙げられる。これら樹脂は商業的に入手でき、例えば、Natonal Starch and Chemical Company又はSigma-Aldrich Co.から得られる。
好適なシアネートエステル樹脂としては、例えば、以下の一般構造を有する樹脂が挙げられる。
（式中、ｎは１以上であり、Ｘ７は炭化水素及び芳香族基を含む有機部分である。）Ｘ７としては、例えば、ビスフェノール、フェノール又はクレゾールノボラック、ジシクロペンタジエン、ポリブタジエン、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリエーテル、ポリエステル等が挙げられる。商業的に入手できる材料としては、例えば、Huntsman LLC から入手できるAroCy L-10, AroCy XU366, AroCy XU371, AroCy XU378, XU71787.02L,及びXU 71787.07L; Lonza Group Limitedから入手できるPrimaset PT30, Primaset PT30 S75, Primaset PT60, Primaset PT60S, Primaset BADCY, Primaset DA230S, Primaset MethylCy,及びPrimaset LECY; Oakwood Products, Inc.から入手できる、2-アリルフェノールシアネートエステル、4-メトキシフェノールシアネートエステル、2,2-ビス(4-シアナトフェノール)-l,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロプロパン、ビスフェノールAシアネートエステル、ジアリルビスフェノールAシアネートエステル、4-フェニルフェノールシアネートエステル、1,1,1-トリス(4-シアナトフェニル)エタン、4-クミルフェノールシアネートエステル、1,1-ビス(4-シアネートフェニル)エタン、2,2,3,4,4,5,5,6,6,7,7-ドデカフルオロ-オクタンジオールジシアネートエステル、及び4,4'-ビスフェノールシアネートエステル等が挙げられる。
硬化剤が必要な場合、それは使用されるポリマーの化学的性質及び採用される加工条件に応じて選ばれる。硬化剤は、樹脂材料の過剰な硬化の進行を防ぐために、加工及び保存条件（アンダーフィルの配合及び混合、ウェハーへの塗布及びダイ取付前の保存）において十分に不活性でなければならない。そのような硬化剤はしばしは潜在性触媒と呼ばれる。過剰な硬化の進行は、アンダーフィル系の粘度が高くなりすぎてウェハーへの塗布及び／又は半導体ダイを基材に効果的に接着することができなくなるという事態をもたらす。
硬化剤としては、組成に芳香族アミン類、脂環族アミン類、脂肪族アミン類、トリアジン類、金属塩、芳香族ヒドロキシル化合物を使用してもよい。そのような触媒としては、例えば、イミダゾール類（例えば、2-メチルイミダゾール、2-ウンデシルイミダゾール、2-ヘプタデシルイミダゾール、2-フェニルイミダゾール、2-エチル4-メチルイミダゾール、1-ベンジル-2-メチルイミダゾール、1-プロピル-2-メチルイミダゾール、1-シアノエチル-2-メチルイミダゾール、1-シアノエチル-2-エチル-4-メチルイミダゾール、1-シアノエチル-2-ウンデシルイミダゾール、1-シアノエチル-2-フェニルイミダゾール、1-グアナミノエチル-2-メチルイミダゾール、イミダゾール類及びトリメリト酸の付加生成物など）; 第三アミン類（例えば、N,N-ジメチルベンジルアミン、N,N-ジメチルアニリン、N,N-ジメチルトルイジン、N,N-ジメチル-p-アニシジン、p-ハロゲノ-N,N-ジメチルアニリン、2-N-エチルアニリノエタノール、トリ-n-ブチルアミン、ピリジン、キノリン、N-メチルモルホリン、トリエタノールアミン、トリエチレンジアミン、N,N,N',N'-テトラメチルブタンジアミン、N-メチルピペリジンなど）;フェノール類（例えば、フェノール、クレゾール、キシレノール、レゾルシン、フロログルシンなど）; 有機金属塩（例えば、鉛ナフテネート、鉛ステアレート、亜鉛ナフテネート、亜鉛オクトエート、錫オレアート、ジブチル錫マレエート、マンガンナフテネート、コバルトナフテネート、アセチルアセトン鉄など）; 無機金属塩（例えば、塩化第二錫、塩化亜鉛、塩化アルミニウムなど）; 過酸化物（例えば、ベンゾイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、オクタノイルパーオキサイド、アセチルパーオキサイド、パラ-クロロベンゾイルパーオキサイド、ジ-t-ブチルジペルフタレートなど）; 酸無水物（例えば、マレイン酸無水物、フタル酸無水物、ラウリン酸無水物、ピロメリト酸無水物、トリメリト酸無水物、ヘキサヒドロフタル酸無水物、ヘキサヒドロピロメリト酸無水物、ヘキサヒドロトリメリト酸無水物など）; アゾ化合物（例えば、アゾイソブチロニトリル、2,2'-アゾビスプロパン、m,m'-アゾキシスチレン、ヒドロゾン類; これらの混合物等が挙げられる。
硬化剤は、ラジカル又はイオン性硬化樹脂のいずれが選択されるかによってフリーラジカル開始剤またはカチオン性開始剤のいずれかとすることができる。フリーラジカル開始剤が使用される場合、それは効果的な量で存在させる。典型的には、効果的な量は有機化合物（全ての充填材を除く）の０．１〜１０重量％である。好適なフリーラジカル開始剤としては、例えば、過酸化物（例えば、ブチルパーオクトエート、ジクミルパーオキサイドなど）；アゾ化合物（例えば、2,2'-アゾビス(2-メチル-プロパンニトリル)、2,2'-アゾビス(2-メチル-ブタンニトリル)）等が挙げられる。
カチオン性開始剤が使用される場合、それは効果的な量で存在させる。典型的には、効果的な量は有機化合物（全ての充填材を除く）の０．１〜１０重量％である。好適なカチオン性硬化剤としては、例えば、ジシアンジアミド、フェノールノボラック、アジピックジヒドラジド、ジアリルメラミン、ジアミノマルコニトリル、BF3-アミン錯体、アミン塩、変性イミダゾール化合物等が挙げられる。
一つの態様において、硬化促進剤は硬化剤を補うために使用されることができる。その場合、好適な硬化促進剤は、トリフェニルホスフィン、アルキル置換イミダゾール類、イミダゾリウム塩、オニウム、ボレート類、金属キレート類、又はそれらの混合物からなる群から選ばれる。
金属化合物もシアネートエステル系のための硬化促進剤として採用することができ、例えば、金属ナフテネート類、金属アセチルアセトネート類（キレート類）、金属オクトエート類、金属アセテート類、金属ハライド類、金属イミダゾール錯体、金属アミン錯体などが挙げられるが、これらに限定されない。
幾つかの場合において、１より多い硬化タイプを使用することが望ましい場合がある。例えば、カチオン性開始剤及びフリーラジカル開始剤の両方が望ましい場合がある。この場合、イオン性硬化樹脂及びフリーラジカル硬化樹脂の両方が組成物中で使用されることができる。そのような組成物によれば、例えば、ＵＶ照射によってカチオン性の硬化プロセスの開始を行い、その後の加工工程で加熱することによってフリーラジカル硬化プロセスの開始を行い、硬化プロセスを完了することが可能になる。
好ましくは、硬化は再流動の間に起こるようにするべきである。しかし、硬化が十分でない場合、そしてアンダーフィルが十分な強度と構造を有しない場合、その反応をさらに進行させるために再流動後の硬化工程が必要になる。再流動後に硬化を行わないとしても、硬化剤はさらに使用することができる。例えば、幾つかの場合において、時間及び温度が全ての反応が起こらないようになっているかもしれない。その場合、別の硬化工程必要になる。
硬化工程が用いられる場合、硬化温度は一般的に８０℃〜２５０℃の範囲内であり、硬化は特定の樹脂の化学的性質及び選ばれた硬化剤に応じて数秒〜１２０分の範囲内で起こる。各接着性組成物のための時間及び温度の硬化プロフィールは変化し、それぞれの組成物は特定の工業的生産方法に適した硬化プロフィールを与えるように設計されることができる。
末端用途によって、１以上の充填材を組成物に含ませることができ、通常、レオロジー的性質及び応力低減のために添加される。アンダーフィル用途のために充填材は非導電性である。好適な非導電性充填材としては、例えば、アルミナ、水酸化アルミニウム、シリカ、バーミキュライト、マイカ、ウォラストナイト、炭酸カルシウム、チタニア、砂、ガラス、硫酸バリウム、ジルコニウム、カーボンブラック、有機充填材、ハロゲン化エチレンポリマー（例えば、テトラフルオロエチレン、トリフルオロエチレン、ビニリデンフルオライド、ビニルフルオライド、ビニリデンクロライド、ビニルクロライドなど）等が挙げられる。充填材粒子はナノサイズから数ｍｍの範囲の適当なサイズのものを採用できる。特定の末端用途のためのそのようなサイズは当業者の専門性の範囲内で選ばれることができる。充填材は組成物全体の０〜９５重量％の量で存在させることができる。
末端用途に応じてフラクシング剤を組成物に含ませることができる。フラクシング剤は用いられる樹脂の化学的性質に応じて選ばれる。しかし、フラクシング剤の鍵となる要件のいくつかを挙げると、エポキシ樹脂の硬化に影響するべきではないこと、腐食性でないこと、再流動の際にガスを多量に発生しないこと、樹脂と相溶性であること、及び／又はフラックス残渣が樹脂と相溶性であること、である。
好適なフラクシング剤としては、例えば、１以上のヒドロキシル基(-OH)を含む化合物（例えば、有機カルボン酸、無水物、アルコール類など（例えば、ヘキサヒドロフタル酸無水物、メチルヘキサヒドロフタル酸無水物、エチレングリコール、グリセロール、3-[ビス(グリシジロキシメチル)メトキシ]-1,2-プロパンジオール、D-リボース、D-セロビオース、セルロース、3-シクロヘキセン-1,1-ジメタノールなど））; アミンフラクシング剤（例えば、１〜１０の炭素原子を有する脂肪族アミン類など（例えば、トリメチルアミン、トリエチルアミン、n-プロピルアミン、n-ブチルアミン、イソブチルアミン、sec-ブチルアミン、t-ブチルアミン、n-アミルアミン、sec-アミルアミン、2-エチルブチルアミン、n-ヘプチルアミン、2-エチルヘキシルアミン、n-オクチルアミン、t-オクチルアミンなど）; フラクシング性を有する架橋剤を採用したエポキシ樹脂等が挙げられる。フラクシング剤は効果的な量で存在させる。典型的には、効果的な量は１〜３０重量％である。
別の態様において、カップリング剤を組成物に添加することができる。典型的には、カップリング剤は、シラン類、例えば、エポキシ系シランカップリング剤、アミン系シランカップリング剤、メルカプト系シランカップリング剤などである。カップリング剤が使用される場合、それは効果的な量で使用される。典型的な効果的な量は５重量％以下の量である。
さらなる態様において、界面活性剤を組成物に添加することができる。好適な界面活性剤としては、例えば、シリコーン類、ポリオキシエチレン／ポリオキシプロピレンブロックコポリマー類、エチレンジアミンに基づくポリオキシエチレン／ポリオキシプロピレンブロックコポリマー類、ポリオールに基づくポリオキシアルキレン類、脂肪アルコールに基づくポリオキシアルキレン、脂肪アルコールポリオキシアルキレンアルキルエーテル類などが挙げられる。界面活性剤が使用される場合、それは効果的な量で使用される。典型的な効果的な量は５重量％以下の量である。
採用されるプロセスの条件によっては、湿潤剤を組成物に含ませることができる。湿潤剤はその用途の要件及び用いる樹脂の化学的性質に応じて選ばれる。湿潤剤が使用される場合、それは効果的な量で使用される。典型的な効果的な量は５重量％以下の量である。好適な湿潤剤としては、例えば、3Mから入手できるFluorad FC-4430 フルオロ界面活性剤； Rhom and Haas から入手できるClariant Fluowet OTN, BYK W-990, Surfynol 104 界面活性剤, Crompton Silwet L-7280, Triton X100；240より大きい好ましいMwを有するプロピレングリコール、ガンマ-ブチロラクトン、ひまし油、グリセリン、他の脂肪酸、シラン類等が挙げられる。
採用されるプロセスの条件によっては、流動制御剤を組成物に含ませることができる。流動制御剤はその用途の要件及び用いる樹脂の化学的性質に応じて選ばれる。流動制御剤が使用される場合、それは効果的な量で使用される。典型的な効果的な量は５重量％以下の量である。好適な流動制御剤としては、例えば、Cabot から入手できるCab-O-Sil TS720、Degussaから入手できるAerosil R202又はR972、ヒュームドシリカ類、ヒュームドアルミナ類、煙霧金属酸化物等が挙げられる。
末端用途の要件及び用いる樹脂の化学的性質に応じて、接着促進剤を組成物に含ませることができる。接着促進剤は、その用途の要件及び用いる樹脂の化学的性質に応じて選ばれる。接着促進剤が使用される場合、それは効果的な量で使用される。典型的な効果的な量は５重量％以下の量である。好適な接着促進剤としては、例えば、Dow Corningから入手できるZ6040 エポキシシラン又はZ6020 アミンシラン; OSI Silquestから入手できるA186シラン, A187シラン, A174シラン又はA1289; Degussaから入手できるオルガノシランS1264; Johoku Chemicalから入手できるJohoku Chemical CBT-1 カルボベンゾトリアゾール; 官能性ベンゾトリアゾール類; チアゾール類等が挙げられる。
用いられるアンダーフィル製造法及び塗布法に応じて空気逃がし剤（消泡剤）を用いることができる。空気逃がし剤は、その用途の要件及び用いる樹脂の化学的性質に応じて選ばれる。空気逃がし剤が使用される場合、それは効果的な量で使用される。典型的な効果的な量は５重量％以下の量である。空気逃がし剤としては、例えば、Dow Corningから入手できるAntifoam 1400、DuPont Modoflow、BYK A-510等が挙げられる。
希釈剤、安定剤、衝撃改質剤などの他の添加剤も、当業界で知られる種類及び量で添加することができる。
さらなる態様において、本発明はアンダーフィル組成物が施された半導体チップを製造する方法である。その方法は、ホットメルトアンダーフィル組成物を用意し、アンダーフィルをそれが溶融するまでその溶融温度より高い温度に加熱し、溶融したアンダーフィルを半導体ウェハーのアクティブサイドに均一層に施し、アンダーフィルを冷却して固体状態に戻し、場合によって、アンダーフィルをＢ段階処理し（溶媒を除去するために加熱又はそれを固化する）、場合によって、ウェハー上のバンプから過剰のアンダーフィルを除去し、ウェハーを個々のダイに切断することを含む。
本発明のアンダーフィルプロセスは図２ａ及び図２ｂに示されている。
アンダーフィルを組成物の融点より高い温度に加熱してウェハー上にアンダーフィルの溶融コーティングを形成可能にする工程は、別個の工程でもよいし、製造プロセスの集積された部分でもよく、採用される塗布法による。採用される製造法はウェハー上に溶融したアンダーフィルが実質的に均一な厚さで均一な組成を有する層状となるように分布するものでなければならない。溶融アンダーフィル組成物を均一な層に塗布するためには１以上の技術が必要である。通常の技術としては、ステンシル印刷、スクリーン印刷、「ホットメルト」印刷、噴射、スピンコーティング、粉末コーティング、射出成形、トランスファー成形、フィルムラミネーション等が挙げられる。用いる塗布方法に応じてウェハーは室温に置かれ、或いは室温と接着剤の塗布温度との間の温度に加熱される。
アンダーフィルの固化は、アンダーフィルの融点未満の温度にコートされたウェハーを冷却することによって、即ち、それを周囲条件又は冷却された環境に曝露することによって達成される。
用いられる樹脂の配合に応じて、固化後のアンダーフィルの粘着性を最小にするためにポリマーを部分的に硬化する別個のＢ段階処理操作を場合によって採用することができる。Ｂ段階処理条件は用いる樹脂の配合及び所望の硬化度による。通常、Ｂ段階処理は５秒〜１２０分の時間、５０℃〜１７５℃の温度範囲内のある温度あるいはある温度範囲で行う。
ウェハー上にアンダーフィルがバンプの高さよりも高くコートされた場合、バンプから過剰のアンダーフィルを除去して、バンプが基板上の端子を濡らし、電気的相互接続を形成できるようにすることが必要である。この除去操作は、機械的な削摩などの当業界で知られている多くの方法によって達成できる。アンダーフィルを除去する別の可能な方法は、化学的エッチングである。化学的エッチングでは、バンプの頂部のアンダーフィル材料は適切な溶媒を使用することによって選択的に除去／エッチングされる。溶媒は使用する樹脂の種類に応じて選ばれる。機械的研削と化学的エッチングプロセスを組み合わせたプロセスもまたバンプの頂部のアンダーフィルを除去するために使用できる。別の可能な方法としてプラズマクリーニングがある。
ウェハーの切断（dicing）は当業者に知られている標準的な切断技術及び装置を使用することによって達成される。
本プロセスは、例えば、錫-鉛共融混合物（eutectic）、リードフリー(Sn/Ag/Cu, Sn/Ag, Sn/Cu)、銅、金、Au/Sn、Au/Ge、インジウムなどのあらゆるバンプ又はスタッドの冶金学と共に使用することができる。
別の態様において、本発明はホットメルトアンダーフィル組成物を製造する方法である。アンダーフィル組成物は樹脂及び他の成分を樹脂の溶融温度以上の温度で混合できるプロセスを使用して製造される。好ましくは、組成物の成分は、組成物の硬化反応が進行しない加工条件の時に硬化剤が添加されるように、添加される。一般に、存在する全ての硬化剤が高温に晒される時間の長さを制御することが好ましい。これは、樹脂の硬化度又は硬化の進行度がその用途に適当な制限内で制御されることを可能にする。
製造方法はまた、「脱気」可能なものでなければならない。即ち、それは発生した或いは混合の際に接着性組成物内に閉じ込められている可能性があるガスを除去する工程を含まなければならない。脱気は混合の際に減圧を施すことによって行うことができる。
好適な製造方法としては、例えば、各成分を高剪断混合し、次いで固体組成物を研削する方法、液体の固体ペレットへの一軸又は二軸押出、等が挙げられる。
実施例
本発明のプロセスに従ってダイが製造された。二つの異なるアンダーフィル配合物が調製された。実施例１および２として示す。
実施例１
以下の組成を有する実施例１の配合物が当業者に知られる標準的な接着剤混合技術を用いて調製された。
Epon 1001F ビスフェノールA／エピクロロヒドリンエポキシ 47.6重量％
非晶質シリカ充填材 47.6重量％
ポリセバシックポリアンハイドライド 4.76重量％
実施例２
以下の組成を有する実施例２の配合物が当業者に知られる標準的な接着剤混合技術を用いて調製された。
Epiclon HP-7200H エポキシ樹脂 41.7重量％
非晶質シリカ充填材 41.7重量％
ドデカンジオイックアシッド フラックス 10.0重量％
Epiclon 830S ビスフェノールＦエポキシ 4.17重量％
Hypox RM20 ゴム変性エポキシ 1.9重量％
HRJ1166 ノボラックフェノール樹脂 0.48重量％
アミノ芳香族アミド 0.11重量％
各組成物は、８００ミクロンのピッチで４５０ミクロンの高いバンプを有するシリコンウェハー上に別々に印刷された。バンプ処理されたウェハーよりもやや厚いアルミニウムステンシルが印刷に使用されて、材料がバンプを完全にカバーした。このことは、バンプが印刷の際にスキージー（squeegee）によって傷つかないことを保証する。ウェハーはホットプレート上のステンシルの内側に置かれた。過剰量の固体アンダーフィルがステンシルおよびウェハーの一端で、ホットプレート上に置かれた。ステンシル、ウェハーおよび固体アンダーフィルは、アンダーフィルが溶融する温度である１３０℃に加熱された。アンダーフィルは、その後、金属製のスキージーを使用してステンシルを通じてウェハー上に印刷された。印刷後、コートされたウェハーは室温に放冷された。室温でウェハーレベルのアンダーフィルが固体になり、DAD320 Disco ソーイング（sawing）装置を使用して個々のダイに切断された。切断条件を以下に示す。
鋸のタイプ− NBC-ZH 2050-SE 27 HEEE
シャープ ハブ エッジ タイプ
鋸の外径− 55.56mm
鋸の内径− 19.05mm
露出− 0.890-1.020mm
切溝の幅− 0.035-0.040mm
切断深さ− 0.8382mm
スピンドル回転数− 30krpm
供給速度− 25.4mm/sec
Ｚ軸降下速度− 5mm/sec
冷却剤のタイプ− 水道水
切断モード− Ａ（降下切断）
テープ− 0.0889mm厚−Unitron Systems, Inc
ブレード高さ− 0.3048mm
各実施例によって、固体アンダーフィル接着材でコートされたバンプ処理ダイが得られた。バンプを光学的顕微鏡法で検査したところ、実施例１および実施例２のいずれにおいてもバンプは完全にカバーされ、傷ついていないことがわかった。さらに、ダイは切断され、その切断面光学的顕微鏡法で検査した。両実施例に関してバンプは完全にカバーされ、傷ついていなかった。実施例２の配合物を使用して本発明のプロセスに従って製造したダイの写真を図３に示す。実施例２の配合物を使用して本発明のプロセスに従って製造したダイの断面の写真を図４に示す。
図１はダイとウェハーレベルのアンダーフィルとのアセンブリに採用される本プロセスの概略図である。 図２ａは本発明のアンダーフィルプロセスの概略図である。 図２ｂは本発明のアンダーフィルプロセスの概略図である。 図３はウェハーレベルのアンダーフィルでコートされたバンプ処理ダイの写真である。 図４はウェハーレベルのアンダーフィルでコートされたバンプ処理ダイの断面の写真である。

Claims (8)

  1. （ｉ）溶媒を含まないホットメルトアンダーフィル組成物を用意し、
    （ｉｉ）アンダーフィルを溶融し、
    （ｉｉｉ）半導体ウェハーのアクティブサイドに均一層にアンダーフィルを施し、
    （ｉｖ）アンダーフィルを固体状態に戻し、
    （ｖ）ウェハーを個々のダイに切断する、
    ことを含むウェハーレベルのアンダーフィルを施す方法。
  2. アンダーフィルが、室温で固体であり４０℃〜３００℃の温度範囲で液体である１以上の硬化性、重合性または重合された材料を含む、請求項１の方法。
  3. アンダーフィルがエポキシ樹脂を含む、請求項２の方法。
  4. アンダーフィルが少なくとも２０重量％の充填材を含む、請求項２の方法。
  5. アンダーフィルがステンシル印刷によって施される、請求項１の方法。
  6. アンダーフィルを施す前にウェハーを加熱することをさらに含む請求項１の方法。
  7. 過剰のアンダーフィルが機械的研削によって除去される、請求項１の方法。
  8. アンダーフィルが＞２００μｍの厚さに施される、請求項２の方法。
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