JP2013021119A - ウエハーレベルアンダーフィル剤組成物、これを用いた半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半田バンプの位置決めが容易であり、ボイドが無く信頼性の高いアンダーフィルを形成することができる組成物及びそれを用いた半導体装置を提供すること。
【解決手段】シリコンウエハ上に平滑な非粘着性の表面を生成するべくＢ−ステージプロセス中に凝固する、Ｂ−ステージ対応可能な液状ウエハーレベルアンダーフィル剤組成物であって、（Ａ）クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノールノボラック樹脂、（Ｃ）２−フェニルー４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾール、（Ｄ）有機溶剤及び（Ｅ）酸化ジルコニウムを含む、アンダーフィル剤組成物。
【選択図】なし

Description

本発明は、フリップチップ接続におけるアンダーフィル剤組成物、これを用いた半導体装置及びその製造方法に関する。

フリップチップ接続法は、シリコンチップの、電子回路が形成された面（以下「回路面」という）を基板側に向けて、該回路面に設けられた半田バンプを介して、該チップを基板に接続する方法である。アンダーフィル剤は、半田接続部のクラック等を防止して、装置の信頼性を確保するために、シリコンチップと基板の間に施与される。従来、アンダーフィル剤は、基板とシリコンチップの間に、毛細管現象を利用して充填されていた。しかしながら、ダイサイズの一辺が１０ｍｍ、２０ｍｍを超える物も有り、このような大型ダイを用いたフリップチップ半導体装置では、未充填が起き易い。アンダーフィル剤中の充填剤の量を低減すると充填され易くなるが、アンダーフィル剤の熱膨張係数が大きくなる為、アンダーフィル剤とチップ又は基板との界面で剥離が生じる等の問題が起こる。

更に、毛細管現象を利用する工程は、工数が多く製造コストアップの原因になっている。そこで、半導体素子を基板に接続する際に、予めフラックス剤を混合したアンダーフィル剤を基板上に滴下し、その後、半田接続と同時にアンダーフィル剤を硬化させる方法、所謂ノンフロー型アンダーフィルが提案されている（特許文献１）。この方法によれば、製造コストを下げることができる。

また、シリコンウエハにアンダーフィル剤を塗布してＢ−ステージ化し、その後ダイシングする方法が開示されている（特許文献２）。いわゆるＢ−ステージアンダーフィル若しくはウエハーレベルアンダーフィルと呼ばれる手法である。さらに、この改良方法として、アンダーフィル剤を２層とし、半田バンプの周囲にフラックス作用を有するアンダーフィル剤を、基板の接合パッド上に、フィラーを含むアンダーフィル剤を用いることが提案されている（特許文献３）。

さらに、アンダーフィル剤の塗布量を半田ボールの先端が突出する程度の厚みとし、予めＢ−ステージ化した後、半田ボールの先端にフラックスを塗付する方法が知られている（特許文献４）。

また、ウエハーレベルアンダーフィルにおいて、ホットメルトタイプのアンダーフィル剤を、バンプの頂部が露出するまで研削し、その後ダイシングを行なう方法が提案されている（特許文献５）。

特開平０４−２８０４４３号公報 特開２０００−１７４０４４号公報 特開２００３−２４３４４９号公報 特開２００５−２６８７０４号公報 特開２００６−２２９１９９号公報

特許文献１に記載の技術において、フラックス剤はアビエチン酸等のプロトン供与性物質であり、半田バンプ表面の酸化膜を還元する。しかしこの還元反応の際水が生成され、この水が半田リフロー工程で水蒸気となり接続部のボイドとなる場合がある。

特許文献２及び特許文献３に記載の技術に関しては、ウエハと基板の夫々にアンダーフィル剤を施与する工程が必要であり、煩瑣である。また、パッド上でのフラックス成分が不足し、接続不良が生じる場合がある。さらに、フィラーを多く含む層は透明性が悪く、半田バンプの高さを越えて塗布されると、半田バンプの位置を特定することが困難になり、即ち、半田バンプの視認性が悪くなり、ダイシング時や、接続時の位置決めが困難となる。また、フラックス作用を有するアンダーフィル剤が半田バンプの周囲を覆っており、前述した水蒸気によるボイドの発生の問題が起こり易い。

特許文献４に記載の方法はパッケージ個別にアンダーフィル剤を塗布しその後仮硬化を行った後さらに個別のパーケージに対しフラックスを塗布しなければならず工程が煩雑であるし、また塗布するフラックスとアンダーフィル剤が反応することによりアンダーフィル剤のモル比がずれアンダーフィル剤の硬化物物性を低下させる恐れがある。

また、特許文献５に記載の方法は、アンダーフィル剤の硬化収縮により、接続部にボイドが形成され易く、また、チップ周囲を覆うフィレットも形成され難い。さらに、半田露出部には酸化膜が形成され易く、接続工程において、市販のフラックス剤を基板等に塗布することになるが、通常の市販フラックスは希釈剤（溶剤）を大量に含んでいるため、ボイドの原因となり易い。

また、アンダーフィル剤の塗布方法は、フィルム法、スピンコート法、印刷方法などが一般的であるが、フィルム法や印刷法は、作業性が良く実用的である反面、薄膜特に２０μｍ以下の薄膜を形成することが困難である。一方スピンコート法は、薄膜成型に有効であるが、薄膜製作に要する液剤量に対する廃棄液剤量の比率が多く問題となっている。

本発明は、半田バンプの位置決めが容易であり、ボイドが無く信頼性の高いアンダーフィルを形成することができる組成物及びそれを用いた半導体装置を提供することを目的とする。

本発明は下記に関する。
＜１＞
シリコンウエハ上に平滑な非粘着性の表面を生成するべくＢ−ステージプロセス中に凝固する、Ｂ−ステージ対応可能な常温で液状のウエハーレベルアンダーフィル剤組成物であって、
（Ａ）クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、
（Ｂ）フェノールノボラック樹脂、
（Ｃ）２−フェニルー４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾール、
（Ｄ）有機溶剤、及び
（Ｅ）酸化ジルコニウム
を含む、アンダーフィル剤組成物。
＜２＞
前記（Ｅ）酸化ジルコニウムの平均粒径が０．０５〜１０μｍである、上記＜１＞に記載のアンダーフィル剤組成物。
＜３＞
固形分が３０〜７５質量％である、上記＜１＞又は＜２＞に記載のアンダーフィル剤組成物。
＜４＞
前記（Ｂ）フェノールノボラック樹脂の含有量が、前記（Ａ）クレゾールノボラック型エポキシ樹脂中のエポキシ基に対する、該（Ｂ）フェノールノボラック樹脂におけるフェノール性水酸基のモル比が０．９５以上１．２５以下となる量である、上記＜１＞〜＜３＞のいずれか１に記載のアンダーフィル剤組成物。
＜５＞
（１）フリップチップ接続用の半田バンプを備えたシリコンウエハの、該半田バンプを備えた表面上に、常温で液状のウエハーレベルアンダーフィル剤組成物を塗布し、次いで、塗付されたウエハーレベルアンダーフィル剤組成物をＢ−ステージ化する工程、
（２）前記Ｂ−ステージ化工程（１）で得られたシリコンウエハを切断して個片化する工程、
（３）前記個片化工程（２）で得られた個片を、基板上の接続すべき位置に、位置決めする工程、及び
（４）前記位置決め工程（３）で得られた個片を、前記半田バンプを溶融して基板に接続する工程、
を含む半導体装置の製造方法であって、前記アンダーフィル剤組成物が上記＜１＞〜＜４＞のいずれか１に記載のアンダーフィル剤組成物である、半導体装置の製造方法。
＜６＞
前記位置決め工程（３）が、表面が液状となる温度に基板及び個片の少なくとも一方を加熱して、基板に圧着する工程を含む上記＜５＞に記載の半導体装置の製造方法。
＜７＞
前記Ｂ−ステージ化工程（１）の後かつ前記個片化工程（２）の前に、ＵＶまたはプラズマで前記半田バンプ表面をクリーニングする工程を含む上記＜５＞又は＜６＞に記載の半導体装置の製造方法。
＜８＞
上記＜５＞〜＜７＞のいずれか１に記載の製造方法により製造される半導体装置。

本発明によれば、アンダーフィル剤をウエハ上に連続的に施与可能であると共に、半田バンプの位置合わせに支障が無い。また、アンダーフィル剤にフラックス性能の高い物質を配合すれば、パッドと半田バンプとの接続性がさらに高められる。更に薄膜形成が容易にできるため、狭いギャップやファインピッチのフリップチップデバイスに対応できる。

本発明の製造方法を示すフロー図である。 本発明の製造方法を示すフロー図である。

＜アンダーフィル剤組成物＞
本発明のＢ−ステージ対応可能な常温で液状のウエハーレベルアンダーフィル剤組成物（以下「本発明のアンダーフィル剤組成物」とも記載する。）は、（Ａ）クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノールノボラック樹脂、（Ｃ）２−フェニルー４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾール、（Ｄ）有機溶剤及び（Ｅ）酸化ジルコニウムを含有する。なお、本願発明において、常温（又は室温）とは、２３℃±１０℃を意味する（以下同様）。

［エポキシ樹脂］
（Ａ）クレゾールノボラック型エポキシ樹脂：
本発明のアンダーフィル剤組成物は、エポキシ樹脂としてクレゾールノボラック型エポキシ樹脂を含む。クレゾールノボラック型エポキシ樹脂としては、ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ｍ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、及びｐ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂のいずれであってもよいが、特にｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂が好ましい。また、これらの樹脂中のエポキシ基としては、それぞれ対応するクレゾールノボラック樹脂中のフェノール性水酸基をグリシドキシ基（下記化学式）で置換したものが好ましい。

また、Ｂ−ステージ状態で、タックフリー、即ち表面が粘着性で無いこと、が後工程で望ましいため、常温で固形である材料が望ましい。常温で液状の材料を用いると、Ｂ−ステージ状態で粘着性が残り、タックフリーとするために加熱して半硬化すると、半田接続時に低粘度にならず、半田接続性を阻害する恐れがある。より好ましくは、不純物の少ない、特にイオン性不純物が少ないグレードの樹脂を使用する。

［硬化剤］
（Ｂ）フェノールノボラック樹脂：
本発明のアンダーフィル剤組成物は、フェノールノボラック樹脂を含有する。このフェノールノボラック樹脂は、アンダーフィル剤において硬化剤として機能する。

フェノールノボラック樹脂の含有量としては、フェノールノボラック樹脂における反応性官能基すなわち上記（Ａ）クレゾールノボラック型エポキシ樹脂中のエポキシ基と反応するフェノール性水酸基と、上記（Ａ）のクレゾールノボラック型エポキシ樹脂中のエポキシ基のモル比（フェノールノボラック樹脂中のフェノール性水酸基のモル量／エポキシ基のモル量）が０．９５〜１．２５の範囲であることが望ましく、特に望ましくは０．９５〜１．１である。上記範囲内であればフェノールノボラック樹脂の硬化物物性が低下せず、また、硬化の際に揮発ガスの増大を招くおそれがないため、硬化物中にボイドが発生せず好ましい。また上記範囲内であれば、フラックス作用によるボイド発生のおそれがなく好ましい。
上記モル比は、例えば、下記式により算出できる。
（フェノールノボラック樹脂の含有量（質量）／フェノール当量）÷（クレゾールノボラック型エポキシ樹脂の含有量（質量）／エポキシ当量）

［触媒］
（Ｃ）２−フェニルー４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾール：
本発明のアンダーフィル剤組成物は、硬化触媒として２−フェニルー４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾールを含有する。２−フェニルー４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾールの含有量は、樹脂１００質量部（特には、（Ａ）成分と（Ｂ）成分との合計１００質量部）に対して０．０５〜０．５質量部であることが好ましい。含有量が上記範囲であればバンプ接合時に樹脂組成物が低粘度になり、接合した後十分に硬化するため好ましい。

［溶剤］
（Ｄ）有機溶剤：
本発明のアンダーフィル剤組成物は、溶剤として有機溶剤を含有する。（Ｄ）成分の有機溶剤としては、アルコール類及びグリコール類から選ばれる少なくとも１種のアルコール性有機溶剤を含有することが好ましく、該アルコール性有機溶剤として、特にジエチレングリコールモノエーテルアセテート（ＥＤＧＡＣ）を含有することが好ましい。

上記に加えて、塗布工程における作業性を向上するために各種揮発性溶剤を添加してもよい。各種揮発性溶剤としては、ケトン、エステル、アルコール、エーテル、γ−ブチロラクトン、プロピレングリコールメチルエチルアセテート（ＰＧＭＥＡ）及びそれらの混合物を含む溶剤等を用いることができる。（Ｄ）成分の有機溶剤の配合量は、組成物全体（即ち、（Ａ）〜（Ｅ）成分の合計、又は、（Ａ）〜（Ｅ）成分と後述する任意成分との合計）に対して、２５〜７０質量％、特に２５〜５０質量％程度が好ましい。

［充填剤］
（Ｅ）酸化ジルコニウム：
本発明のアンダーフィル剤組成物は、充填剤として酸化ジルコニウムを含有する。充填剤は、アンダーフィル剤の機械的強度の向上及び熱膨張係数の低減、また樹脂組成物の透明性維持のために配合される。酸化ジルコニウムを充填剤として含有することにより、充填剤を高充填化した際にも透明性を確保することができ、チップをデバイスに実装する際に必要とされるいわゆるアライメント性が向上する。Ｂステージ状態での透明性を確保できるのは、酸化ジルコニウムが特定の屈折率（ｎ^２５ _Ｄ２．３５〜２．５５）を有するためと考えられる。

酸化ジルコニウムの粒径は半田バンプ間を良く充填させるため、平均粒径（例えば累積重量平均径Ｄ_５０又はメジアン径）が０．０５〜１０μｍであることが好ましい。また最大粒径（Ｄ_９０）は、バンプの高さの１／２以下とすることが望ましい。平均粒径は、遠心沈降法、レーザー回折法により、最大粒径は篩法により、夫々測定することができる。

酸化ジルコニウムは、アンダーフィル剤組成物の固形分、即ち揮発分を除いた分の総質量（特には（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｅ）成分の合計質量）において、２５〜７５質量％となるように配合されることが好ましく、より好ましくは３０〜７５質量％である。２５質量％以上であれば熱膨張係数が増大することなく信頼性を維持することができ、７５質量％以下であればバンプへの噛み込みが発生するおそれがなく好ましい。

微粉充填剤：
また、均一な厚みのアンダーフィル剤層が形成されるように、アンダーフィル剤組成物は高チクソ性であることが好ましく、（Ｅ）成分の酸化ジルコニウムに加えて、平均粒径が０．００５μｍ以上０．２μｍ未満の微粉充填剤を必要に応じて、さらに含むことが好ましい。かかる微粉充填剤としては、特に、微粉シリカが好ましく、具体的にはアエロジル１３０、アエロジル２００、アエロジル３００、アエロジル３８０（全て日本アエロジル（株）製、比表面積は順に１３０、２００、３００、３８０ｍ^２／ｇ）等のヒュームドシリカ、沈降シリカ、焼成シリカ等が挙げられ、また、これらシリカ微粉末はトリメチルシリル基等のオルガノシリル基で表面疎水化処理したものを用いることが好ましい。

また、平均粒径が０．００５μｍ以上０．２μｍ未満の微粉充填剤は、アンダーフィル剤組成物の固形分、即ち揮発分を除いた分の総質量（特には（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｅ）成分及び微粉充填剤の合計質量）において２０質量％以下（０〜２０質量％）が好ましく、５質量％〜２０質量％であることがより好ましい。５質量％以上であれば薄膜成形性が良好で、２０質量％以下であれば粘度上昇が起こらずスプレー塗布性が良好である。

［その他］
フラックス成分：
本発明のアンダーフィル剤組成物は、良好な半田接続を形成するため、フラックス剤及びフラックス性能を有する硬化剤のうち少なくとも一方（以下「フラックス成分」という）を含むことが好ましい。該フラックス成分は、半田表面の酸化膜を還元する性能を有する物質であり、代表的にはプロトン供与性の物質である。プロトン供与性のフラックス剤としては、例えばアビエチン酸、デヒドロアビエチン酸、ジヒドロアビエチン酸、テトラヒドロアビエチン酸、ネオアビエチン酸、イソピマール酸、ピマール酸、レボピマール酸、パラストリン酸、後者では安息香酸、ステアリン酸、乳酸、クエン酸、シュウ酸、コハク酸、アジピン酸、セバシン酸等を挙げることができる。

フラックス性能を有する硬化剤としては、例えば、フェノール樹脂、酸無水物、アミン系硬化剤等が挙げられ、これらとアビエチン酸等の混合物であってもよい。
フラックス成分の含有量としては、樹脂分（特には、（Ａ）、（Ｂ）成分の合計量）１００質量部に対し３質量部以下（０〜３質量部）が好ましく、０．５〜３質量部程度がより好ましい。前記下限値以上であればフラックス性能が良好で、また上限値以下であれば樹脂硬化物の物性が低下する恐れがない。また、硬化剤としての作用があるフェノール樹脂や酸無水物を用いる場合は、（Ｂ）フェノールノボラック樹脂の欄にて上述のとおり、フェノール性水酸基又は酸無水物基の量／エポキシ基の量のモル比が０．９５〜１．２５の範囲とすることが望ましい（ただし、酸無水物基１モルは２当量に相当する）。前記下限値以上であればフラックス性能が良好で接続性が低下する恐れがない。また前記モル比が１．０以下の場合はアビエチン酸等のフラックス剤を併用することが望ましい。

本発明のアンダーフィル剤組成物は、ダイシング時の機械的強度を向上するため、熱可塑性ポリマーを添加することも可能である。その他、重合触媒、シランカップリング剤、イオントラップ剤等を、本発明の目的を阻害しない範囲で添加してよい。

本発明のアンダーフィル剤組成物は上記各材料をロール混練機等を用いて混練することによって調製することができる。

本発明のアンダーフィル剤組成物は、室温で液状であることが好ましい。固体であると流動性を有する温度で加熱しなければならなく、組成物の硬化が促進する恐れがある。そして、組成物における固形分の割合が３０〜７５質量％であることが好ましく、５０〜７５質量％であることがさらに好ましい。なお、該固形分の割合とは、溶剤等の揮発成分を除いた分の割合、特には、（Ａ）〜（Ｅ）成分の合計質量に対する（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｅ）成分の合計質量の割合、又は（Ａ）〜（Ｅ）成分に微粉充填剤及び／又はフラックス成分を加えた合計質量に対する（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｅ）成分に微粉充填剤及び／又はフラックス成分を加えた合計質量の割合である。固形分の割合が上記範囲内であれば室温において液状で扱いやすく、揮発分が少なくなるためＢ−ステージの時間を短縮できたり、厚みによるＢ−ステージ化への影響（溶剤が完全に揮発しないなど）を受けにくいため好ましい。

＜半導体装置の製造方法＞
本発明のアンダーフィル剤組成物は半導体装置の製造に利用することができる。この半導体装置の製造方法には、本発明のアンダーフィル剤組成物により単層のアンダーフィル剤層を形成する方法（製造方法１）と、アンダーフィル剤層を本発明のアンダーフィル剤組成物と、これとは異なる組成のアンダーフィル剤組成物とにより２層のアンダーフィル剤層を形成する方法（製造方法２）とが含まれる。アンダーフィル剤層を単層とすることにより、工程を減らすことができ、それにより作業効率及び生産性が向上する。また、アンダーフィル剤層を２層とすることにより、単層としての厚みでは透明性に欠ける樹脂を厚さの薄い第２層（即ち、基板側の層）として塗布することができる。

＜製造方法１＞
本発明の半導体装置の製造方法１を、図１を参照しながら説明する。先ず、シリコンウエハ１を準備する。該ウエハは、複数の個片（チップ）に区切るスクライブが形成されており、各個片には回路と、フリップチップ接続用の複数の半田バンプ２が備えられている。工程（１）において、シリコンウエハ１の半田バンプ２を備えた表面すなわち回路面に、本発明のアンダーフィル剤組成物をスプレー噴射装置等の塗布手段を用いて塗布する。スプレー噴射による塗布は効率よく薄膜成型が可能であり、特に２０ｕｍ以下の成型には不可欠な方法である。また、近年ウエハーサイズの大型化により大面積を塗布する方法としてもスプレー法が適している。使用するスプレー噴射装置は、公知、既存の装置を用いることができる。薄膜作成における厚みの最適化の為の条件は、スプレー塗布部がウエハまでの距離、移動範囲、ピッチ、速度、塗布量、エアー圧、塗布時間などで調整、設定することにより容易に可能である。

次に、塗布されたアンダーフィル剤組成物をＢ−ステージ状態、即ち、組成物が流動性の無い状態であるが、完全には硬化していない状態にする。Ｂ−ステージ化は、加熱して溶剤を揮発させることによって行なう。この加熱は、アンダーフィル剤の硬化を進行させないよう、硬化開始温度より充分低い温度、好ましくは硬化開始温度（オンセット温度）から４０℃程度以上低い温度で行う。

Ｂ−ステージ化した後は、半田バンプの頂上が現れるまで、研削又はアッシング等によりエッチングすることが好ましい。この工程を加えると、半田接続性、半田バンプの視認性が向上する。

得られたＢ−ステージ状態のアンダーフィル剤層３の厚みは、半田バンプの高さの１．０倍〜１．３倍であることが好ましい。厚みが下限値以上であれば半田接続部を保護する性能が十分であり、上限値以下であれば、半田バンプの接続性及び工程（４）で接続する際の半田バンプへの無機充填剤の噛み込みが起こりにくい。また、上限値以下であれば、アンダーフィル剤が半導体素子上面に回りこむことがなく、半導体素子を汚染することがないため好ましい。また、フィレットが小さくなり、素子の高密度化を図ることができる。

工程（２）では、シリコンウエハを個片化（ダイシング）する。ダイシングは、公知のダイサーを用いて行なってよい。この際、Ｂ−ステージ状態のアンダーフィル剤層も個片化される。

次いで、工程（３）で、個片４（以下「チップ」とも記載する）がピックアップされて、回路基板上の該チップを接続すべきパッドに位置決めされる。位置決めは、公知のフリップチップボンダーを用い、下記工程（４）と連続して行なってよい。

工程（４）で、半田バンプを溶融して、チップ４を基板５に半田接続する。半田接続は、パルスヒート型のフリップチップボンダーを用い２００℃以上に急速加熱を行ない上記位置決めと、半田接続を同一装置で行なう方法、アンダーフィル剤層３の表面が液状となる程度の温度に基板５及び／又はチップ４を加熱して、該アンダーフィル剤表面を基板に圧着し、その後、ＩＲリフロー装置において、半田接続を行なう方法等で行なうことができる。加熱によって、アンダーフィル剤が低粘度になって、半田バンプと基板とのパッドが接触して半田接続されると共に、アンダーフィル剤の硬化が開始する。硬化触媒を選択する等によって、硬化性を高め、半田接続終了と同時に樹脂の硬化過程を終了するようにできる。また、反応性の遅いアンダーフィル剤の場合は、半田接続後にさらにオーブン等で加熱し硬化を完了させることも可能である。
このようにして、半導体装置１０が製造される。

＜製造方法２＞
本発明の半導体装置の製造方法２を、図２を参照しながら説明する。本実施形態では、アンダーフィル剤層を形成する工程（１）が、１層目を形成する工程（ｉ）と２層目を形成する工程（ｉｉ）とを含む点以外は、製造方法１と同様である。工程（ｉ）において、シリコンウエハ１の半田バンプ２を備えた表面すなわち回路面に、本発明のアンダーフィル剤組成物を第１アンダーフィル剤組成物としてスプレー噴射装置等の塗布手段を用いて塗布する。使用するスプレー噴射装置、条件は製造方法１と同様である。次いで、製造方法１と同様にＢステージ化を行い、第１アンダーフィル剤層３Ａを形成する。Ｂステージ状態の第１アンダーフィル剤層３Ａの厚みは、半田バンプ２の高さの０．５〜１．０倍の厚みとする。

次いで、工程（ｉｉ）において、常温で液状の第２アンダーフィル剤組成物を、第１アンダーフィル剤に関して述べたのと同様のスプレー噴射法で、Ｂ−ステージ状態の第１アンダーフィル剤層３Ａの上に塗布する。次いで、第２アンダーフィル剤をＢ−ステージ化して、Ｂ−ステージ状態の第１アンダーフィル剤層３Ａと第２アンダーフィル剤層３Ｂの合計の厚みが、半田バンプ２の高さの１．０〜１．３倍、好ましくは１．１〜１．２倍である２層構造のアンダーフィル剤層を得る。アンダーフィル剤層全体の厚みが前記下限値を下回ると、工程（４）の半田接続時に、アンダーフィル剤が流動して広がることによって、シリコンチップと基板の間を満たさず、ボイドが生じる恐れがある。一方、前記上限値を超えると、アンダーフィル剤が半導体素子上面に回りこみ、該素子を汚染し、また、フィレットが大きくなり、素子の高密度化を妨げる。

（第２アンダーフィル剤組成物）
第２アンダーフィル剤組成物は、エポキシ樹脂と、フラックス剤及びフラックス性能を有する硬化剤のうち少なくとも一方と、を含有する。
エポキシ樹脂としては、２官能性以上であれば特に限定されない。例としては、ビスフェノール型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂等のノボラック型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、シクロペンタジエン型エポキシ樹脂等が挙げられる。これらのエポキシ樹脂は１種単独で又は２種以上混合して用いることができる。

フラックス剤及びフラックス性能を有する硬化剤のうち少なくとも一方（以下「フラックス成分」という）のうち、フラックス剤は、本発明のアンダーフィル剤組成物の説明で述べたものを使用することができる。フラックス性能を有する硬化剤としては、例えば、フェノール樹脂、酸無水物、アミン系硬化剤等が挙げられる。なお、第２アンダーフィル剤組成物と第１アンダーフィル剤組成物とで含まれるフラックス成分は同一でも異なっていてもよい。

第２アンダーフィル剤は硬化剤を含んでいてもよい。硬化剤としてはフェノールノボラック樹脂等のフェノール樹脂が良好である。

第２アンダーフィル剤は充填剤を含んでもよい。例えば平均粒径が０．００５μｍ以上０．２μｍ未満の微粉充填剤、特に好ましくは本発明のアンダーフィル剤組成物において説明した微粉シリカが挙げられる。微粉充填剤は、第２アンダーフィル剤組成物の固形分、即ち、揮発分を除いた分の質量に対して、５質量％以上配合されることが好ましい。５質量％以上であれば、薄膜成形性が良好である。また、位置合わせ工程（３）におけるバンプの視認性及び半田接続性の観点から、固形分の２０質量％以下、より好ましくは１０質量％以下配合されることが好ましい。２０質量％を超えると、第２アンダーフィル剤の透明性が低下し、基板に対し半導体素子を位置決めする際に半田バンプの認識が困難となる。またフィラー噛み込みのため半田接続性が低下する。２０質量％以下であれば粘度上昇が起こりにくく、スプレー塗布性が良好である。

第２アンダーフィル剤組成物は上記各成分に加えて、塗布工程における作業性を向上するために、各種揮発性溶剤を含有してもよい。溶剤としては、ケトン、エステル、アルコール、エーテル、γ‐ブチロラクトン、プロピレングリコールメチルエチルアセテート（ＰＧＭＥＡ）及びジエチレングリコールモノエチルエーテルアセタート（ＥＤＧＡＣ）及びそれらの混合物を含む溶剤を用いることができる。
その他、第２アンダーフィル剤組成物には、ダイシング時の機械的強度を向上するため、熱可塑性ポリマーを添加することも可能である。その他、重合触媒、シランカップリング剤、イオントラップ材等を、本発明の目的を阻害しない範囲で、添加してよい。

工程１によりＢステージ状態のアンダーフィル剤層を形成した後は、上述の製造方法１における工程（２）〜（４）と同様に各工程に供する。
このようにして、半導体装置２０が製造される。

以下に実施例及び比較例を用いて、本発明を詳細に説明するが、本発明は下記実施例に制限されるものではない。なお、平均粒子径はレーザー光回折法による累積重量平均径Ｄ_５０であり、最大粒径は篩法によるものであり、屈折率はｎ^２５ _Ｄ値を示す。
表１に示す質量部で、各成分を室温で、プラネタリーミキサーで混合した後、３本ロールを通過させ、再度プラネタリーミキサーで混合して、アンダーフィル剤組成物ａ〜ｅを得た。
（Ａ）エポキシ樹脂：
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂(ＥＯＣＮ１０５０（５５）エポキシ当量２００、室温で固形)
（Ｂ）硬化剤：
フェノールノボラック樹脂（ＭＥＨＣ７８００−４Ｓ、フェノール当量１７０、室温で固形)
（Ｃ）イミダゾール触媒：
２−フェニル−４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾール（２ＰＨＺ、四国化成製）
（Ｄ）溶剤：
ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセタート
（Ｅ）充填剤：
（Ｅ１）平均粒子径０．８μｍ、最大粒径５μｍの真球状シリカ（屈折率１．４５）、
（Ｅ２）平均粒子径０．０５μｍ、最大粒径１μｍの酸化ジルコニウム（屈折率２．４）、
（Ｅ３）平均粒子径０．８μｍ、最大粒径１０μｍのアルミナ（屈折率１．７６）、
（Ｅ４）平均粒子径０．５μｍ、最大粒径１０μｍのフッ化カルシウム（屈折率１．４３）、
（Ｅ５）平均粒子径０．３μｍ、最大粒径１０μｍのルチル型酸化チタン（屈折率２．７１）、
（Ｅ６）平均粒子径０．０５μｍ、最大粒径１μｍの微粉シリカ（屈折率１．４５）
（その他）熱可塑性樹脂：
質量平均分子量１００００のフェノキシ樹脂

評価用の半導体チップとしては、半田バンプが５７６個搭載された日立超ＬＳＩシステムズ社製フリップチップキットのＪＴＥＧ Ｐｈａｓｅ２Ｅ１７５鉛フリー仕様、バンプ高さ７０μｍ（以下「評価用ＴＥＧ」と記載する）を用いた。基板として同社製ＪＫＩＴ ＴＹＰＥ−ＩＩＩを用いた。この半導体チップと基板は両者の接続によりデイジーチェーンを構成し、チップ内の全ての半田バンプが接続されたときに導通が可能となるものである。即ち５７６個のバンプの内１個でも接続できなければ導通試験で絶縁性を示し、接続性が良好な実装方法を用いなければ接続が困難である。

（実施例１）
アンダーフィル剤組成物として組成物ｂを用い、個片化する前、即ちウエハの状態である評価用ＴＥＧに、スプレー法を用いて塗布した。装置は、ノードソン（株）ファインスワールスプレーガンを用いた。Ｂステージ後の厚み設定は、２０ｕｍ、４０μｍ、６０μｍでＸ軸速度（ｍｍ／ｓ）、Ｙ軸ピッチ速度（ｍｍ／ｓ）、スプレーガン距離（ｍｍ）、マイクロ開度（ｍｍ）、霧化エア圧力（ＭＰａ）、スワールエア圧力（ＭＰａ）を調整した。その後、ウエハを１１０℃のオーブンに１０分投入し、溶剤を除去して、Ｂ−ステージ状態にした。Ｂ−ステージ状態での平均膜厚を膜厚計で測定したところ、設定通り２０±５ｕｍ、４０±７μｍ、６０±１０μｍであった。

（比較例１）
アンダーフィル剤として組成物ｃを用いた以外は実施例１と同様に薄膜設定を行いＢステージ後の薄膜を測定した。

（比較例２）
アンダーフィル剤として組成物ｄを用いた以外は実施例１と同様に薄膜設定を行いＢステージ後の薄膜を測定した。

（比較例３）
アンダーフィル剤として組成物ｅを用いた以外は実施例１と同様に薄膜設定を行いＢステージ後の薄膜を測定した。

（比較例４）
アンダーフィル剤として組成物ａを用いた以外は実施例１と同様に薄膜設定を行いＢステージ後の薄膜を測定した。

各ウエハにつき、以下の評価を行なった。
（１）薄膜安定性
Ｂ−ステージ状態での平均膜厚を膜厚計で測定した。設定値からのずれが５０％未満であれば良好と評価した。
（２）位置決め性
ダイシングにより得られた個片を、フリップチップボンダー（アスリート社製 ＣＢ−５０１）を用い、各膜厚（２０μｍ、４０μｍ、６０μｍ）において困難なく基板上のパッドと位置合わせできるかどうかを評価した。
（３）半田接続性
フリップチップボンダーで位置決めして、チップを配置した後、チップマンターツール温度を２６０℃で設定し、１〜１０Ｎでチップアタッチを行った。次いで、１５０℃のオーブンに４時間入れて、アンダーフィル剤を硬化させ、半導体装置を得た。得られた半導体装置１０個につき、テスターを用い導通性を確認した。
（４）信頼性
試験（３）で得られた半導体装置を、熱サイクル試験（ＴＣＴ）（−５５℃〜１２５℃）を１０００サイクル行なった後、テスターを用い導通性を確認した。

表２に上記４項目の評価結果を示す。

無機充填剤が酸化ジルコニウムでない比較例１〜４は、フリップチップボンダーで位置決めをする際、バンプが認識されず、位置決め不能であったため、接続性、信頼性試験を行なうことができなかった。これらに対して、無機充填剤として酸化ジルコニウムを使用した実施例１の半導体装置は、全ての項目で良好であった。

本発明の方法によれば、アンダーフィル剤の薄膜成型が可能であり、半田接続性、ボイド発生の低減が容易であり、信頼性の高い半田接続部を備える半導体装置を作ることができる。

１ シリコンウエハ
２ 半田バンプ
３ アンダーフィル剤層
３Ａ 第１アンダーフィル剤層
３Ｂ 第２アンダーフィル剤層
４ 個片（チップ）
５ 基板
１０、２０ 半導体装置

Claims (8)

1. シリコンウエハ上に平滑な非粘着性の表面を生成するべくＢ−ステージプロセス中に凝固する、Ｂ−ステージ対応可能な常温で液状のウエハーレベルアンダーフィル剤組成物であって、
   （Ａ）クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、
   （Ｂ）フェノールノボラック樹脂、
   （Ｃ）２−フェニルー４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾール、
   （Ｄ）有機溶剤、及び
   （Ｅ）酸化ジルコニウム
   を含む、アンダーフィル剤組成物。
2. 前記（Ｅ）酸化ジルコニウムの平均粒径が０．０５〜１０μｍである、請求項１に記載のアンダーフィル剤組成物。
3. 固形分が３０〜７５質量％である、請求項１又は２に記載のアンダーフィル剤組成物。
4. 前記（Ｂ）フェノールノボラック樹脂の含有量が、前記（Ａ）クレゾールノボラック型エポキシ樹脂中のエポキシ基に対する、該（Ｂ）フェノールノボラック樹脂におけるフェノール性水酸基のモル比が０．９５以上１．２５以下となる量である、請求項１〜３のいずれか１項に記載のアンダーフィル剤組成物。
5. （１）フリップチップ接続用の半田バンプを備えたシリコンウエハの、該半田バンプを備えた表面上に、常温で液状のウエハーレベルアンダーフィル剤組成物を塗布し、次いで、塗付されたウエハーレベルアンダーフィル剤組成物をＢ−ステージ化する工程、
   （２）前記Ｂ−ステージ化工程（１）で得られたシリコンウエハを切断して個片化する工程、
   （３）前記個片化工程（２）で得られた個片を、基板上の接続すべき位置に、位置決めする工程、及び
   （４）前記位置決め工程（３）で得られた個片を、前記半田バンプを溶融して基板に接続する工程、
   を含む半導体装置の製造方法であって、前記アンダーフィル剤組成物が請求項１〜４のいずれか１項に記載のアンダーフィル剤組成物である、半導体装置の製造方法。
6. 前記位置決め工程（３）が、表面が液状となる温度に基板及び個片の少なくとも一方を加熱して、基板に圧着する工程を含む請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
7. 前記Ｂ−ステージ化工程（１）の後かつ前記個片化工程（２）の前に、ＵＶまたはプラズマで前記半田バンプ表面をクリーニングする工程を含む請求項５又は６に記載の半導体装置の製造方法。
8. 請求項５〜７のいずれか１項に記載の製造方法により製造される半導体装置。

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