JP2013048295A - 樹脂封止型半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 エポキシ基を有する環状オレフィン系樹脂(A)と光酸発生剤(B)を含む感光性樹脂組成物の樹脂層を半導体チップの回路素子形成面上に有し、かつ該半導体チップ上に積層する別の半導体チップの裏面が該樹脂層に直接接触していることを特徴とするスタックド構造のMCPの樹脂封止型半導体装置。
【選択図】図1
Description
そして、マルチチップパッケージには複数の半導体チップを平面的に並べたものと、複数の半導体チップを厚み方向に積層したものとがある。半導体チップを平面的に並べたマルチチップパッケージは広い実装面積を必要とするため、電子機器の小型化への寄与が小さい。このため、半導体チップを積層したスタックド構造のMCP(例えば、特許文献1参照)の開発が盛んに行われている。
しかしながら、従来のスタックド構造のMCPは、積層した半導体チップを接着剤によって相互に接合するようにしており、接着剤の塗布などを必要として工程が煩雑となる。
[2] 環状オレフィン系樹脂がポリノルボルネン系樹脂である[1]記載の樹脂封止型半導体装置。
[3] 酸性基を有する環状オレフィン系樹脂(A)が式(1)で示される繰り返し単位を含むものである[1]又は[2]記載の樹脂封止型半導体装置。
ル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、アラルキル基、又はエステル基を含有する官能基、ケトン基を含有する官能基、エーテル基を含有する官能基、カルボキシル基、フェノール性水酸基、−C(OH)−(CF3)2、 −N(H)−S(O)2−CF3等の酸性
基を含有する官能基のうちいずれであってもよい。R5〜R8は単量体の繰り返しの中で異なっていてもよいが、全繰り返し単位のR5〜R8のうち、少なくとも一つは酸性基を有する。]
アルキル基の具体例としては、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、ドデシル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロオクチル基等が、アルケニル基の具体例としては、ビニル、アリル、ブチニル、シクロヘキシル基等が、アルキニル基の具体例としては、エチニル、1-プロピニル、2-プロピニル、1-ブチニル、2-ブチニル基等が、アリール基の具体例としては、フェニル、ナフチル、アントラセニル基等が、アラルキル基の具体例としてはベンジル、フェネチル基等が、酸性基を含有する官能基としては、カルボキシル基、フェノール性水酸基、−C(OH)−(CF3)2、 −N(H)−S(O)2−CF3がそれぞれ挙げられるが、本発明は何らこれらに限定されない。
エステル基を含有する官能基、ケトン基を含有する官能基を含有する官能基については、これらの基を有している官能基であれば特に構造は限定されない。エーテル基を含有する官能基には、エポキシ基、オキセタン基などの環状エーテルを含む官能基も含まれる。
上記のうち、(1)ノルボルネン型モノマーを付加(共)重合させて得られる付加(共)重合体、(4)ノルボルネン型モノマーの開環(共)重合体、及び必要に応じて該(共)重合体を水素添加した樹脂、が好ましいが、本発明はなんらこれらに限定されるものではない。
配位重合に用いる金属触媒として代表的なニッケルと白金触媒は、PCT WO 9733198とPCT WO 00/20472に述べられている。配位重合用金属触媒の例としては、(トルエン)ビス(パーフルオロフェニル)ニッケル、(メシレン)ビス(パーフルオロフェニル)ニッケル、(ベンゼン)ビス(パーフルオロフェニル)ニッケル、ビス(テトラヒドロ)ビス(パーフルオロフェニル)ニッケル、ビス(エチルアセテート)ビス(パーフルオロフェニル)ニッケル、ビス(ジオキサン)ビス(パーフルオロフェニル)ニッケルなどの公知の金属触媒が挙げられる。
一般的にはラジカル重合はラジカル開始剤の存在下、温度を50℃〜150℃に上げ、モノマーを溶液中で反応させる。ラジカル開始剤としてはアゾビスイソブチロニトリル(AIBN)、過酸化ベンゾイル、過酸化ラウリル、アゾビスイソカプトロニトリル、アゾビスイソレロニトリル、t-ブチル過酸化水素などである。
、マレイン酸、フマール酸、イタコン酸、エンドシス−ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5
−エン−2,3−ジカルボン酸、メチル−エンドシス−ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボン酸などの不飽和カルボン酸化合物、又はこれらのエステル又はアミド、或いは無水マレイン酸、クロロ無水マレイン酸、ブテニル無水コハク酸、テトラヒドロ無水フタル酸、無水シトラコン酸などの不飽和カルボン酸無水物等の極性基含有化合物
と混合して加熱することによって酸性基を有する環状オレフィン系樹脂を得ることができ
る。
プト-2-エン-5-イル)エチルアルコール、1,1-ビストリフルオロメチル-3-(ビシクロ[2.2.1]ヘプト-2-エン-5-イル)プロピルアルコール、1,1-ビストリフルオロメチル-4-(ビシクロ[2.2.1]ヘプト-2-エン-5-イル)ブチルアルコール、1,1-ビストリフルオロメチル-5-(ビシクロ[2.2.1]ヘプト-2-エン-5-イル)ペンチルアルコール、1,1-ビストリフルオロメチル-6-(ビシクロ[2.2.1]ヘプト-2-エン-5-イル)ヘキシルアルコール、8-メトキシカルボニルテトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデック-3-エン、8-エトキシカルボニルテトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデック-3-エン、8-n-プロピルカルボニルテトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデック-3-エン、8-i-プロピルカルボニルテトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデック-3-エン、8-n-ブトキシカルボニルテトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデック-3-エン、8-(2-メチルプロポキシ)カルボニルテトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデック-3-エン、8-(1-メチルプロポキシ)カルボニルテトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデック-3-エン、8-t-ブトキシカルボニルテトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデック-3-エン、8-シクロヘキシロキシカルボニルテトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデック-3-エン、8-(4'-t-ブチルシクロヘキシロキシ)カルボニルテトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデック-3-エン、8-フェノキシカルボニルテトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデック-3-エン、8-テトラヒドロフラニロキシカルボニルテトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]-3-ドデセン、8-テトラヒドロピラニロキシカルボニルテトラシク
ロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデック-3-エン、8-メチル-8-メトキシカルボニルテトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデック-3-エン、8-メチル-8-エトキシカルボニルテトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデック-3-エン、8-メチル-8-n-プロポキシカルボニルテトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデック-3-エン、8-メチル-8-i-プロポキシカルボニルテトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデック-3-エン、8-メチル-8-n-ブトキシカルボニルテトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデック-3-エン、8-メチル-8-(2-メチルポロポキシ)カルボニルテトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデック-3-エン、8-メチル-8-(1-メチルポロポキシ)カルボニルテトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデック-3-エン、8-メチル-8-t-ブトキシカルボニルテトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデック-3-エン、8-メチル-8-シクロヘキシロキシカルボニルテトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデック-3-エン、8-メチル-8-(4'-t-ブチルシクロヘキシロキシ)カルボニルテトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデック-3-エン、8-メチル-8-フェノキシカルボニルテトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデック-3-エン、8-メチル-8-テトラヒドロフラニロキシカルボニルテトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデック-3-エン、8-メチル-8-テトラヒドロピラニロキシカルボニルテトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]-3-ドデセン、8-メチル-8-アセトキシテトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデック-3-エン、8,9-ジ(メトキシカルボニル)テトラシクロ[4.4.
0.12,5.17,10]ドデック-3-エン、8,9-ジ(エトキシカルボニル)テトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデック-3-エン、8,9-ジ(n-プロポキシカルボニル)テトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデック-3-エン、8,9-ジ(i-プロポキシカルボニル)テトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデック-3-エン、8,9-ジ(n-ブトキシカルボニル)テトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデック-3-エン、8,9-ジ(t-ブトキシカルボニル)テトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデック-3-エン、8,9-ジ(シクロへキシロキシカルボニル)テトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデック-3-エン、8,9-ジ(フェノキシロキシカルボニル)テトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデック-3-エン、8,9-ジ(テトラヒドロフラニロキシカルボニル)テトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]-3-ドデセン、8,9-ジ(テトラヒドロピラニロキシカルボニル)テトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]-3-ドデセン、テトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデック-3-エン-8-カルボン酸、8-メチルテトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデック-3-エン-8-カルボン酸、などが挙げられるが、本発明では何らこれらに限定されるものではない。
はルイス酸を生成する物質であって、例えばオニウム塩、ハロゲン化有機化合物、キノン
ジアジド化合物、α,α-ビス(スルホニル)ジアゾメタン系化合物、α-カルボニル-α-スルホニル-ジアゾメタン系化合物、スルホン化合物、有機酸エステル化合物、有機酸アミド
化合物、有機酸イミド化合物等が挙げられる。本発明では、キノンジアジド化合物を用いることが好ましい。
化合物(C)としては、例えば、フェニルグリシジルエーテル、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、グリシジロキシプロピルトリメトキシシラン、ポリメチル(グリシジロキシプロピル)シロキサン等のエポキシ基含有シリコーン、2-メチル-2-オキサゾリン、2-エチル-2-オキサゾリン、1,3-ビス(2-オキサゾリン-2-イル)ベンゼン、1,4-ビス(2-オキサゾリン-2-イル)ベンゼン、2,2'-ビス(2-オキサゾリン)、2,6-ビス(4-イソプロピル-2-オキサゾリン-2-イル)ピリジン、2,6-ビス(4-フェニル-2-オキサゾリン-2-イル)ピリジン、2,2'-イソプロピリデンビス(4-フェニル-2-オキサゾリン)、(S,S)-(-)-2,2'-イソプロピリデンビス(4-tert-ブチル-2-オキサゾリン)、ポリ(2-プロペニル-2-オキサゾリン)などのオキサゾリン環含有ポリマー、N-メチロールアクリルアミド、N-メチロールメタクリルアミド、フルフリルアルコール、ベンジルアルコール、サリチルアルコール、1,2-ベンゼンジメタノール、1,3-ベンゼンジメタノール、1,4-ベンゼンジメタノール、レゾール型フェノール樹脂などを挙げることができるが、本発明は何らこれらに限定されない。これらは単独でも、2種以上を混合して使用してもよい。
これらの中では、高い溶解性と揮散により後硬化時に除去しやすい点より、プロピレング
リコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、γ-ブチロラクトン、シクロヘキサノンの使用が好ましい。
リンス後、加熱硬化することにより樹脂層を完成させる。即ち、加熱によって樹脂中に存在し、光加工時にアルカリ可溶性の発現に寄与していた酸性基を、酸性基と反応可能な官能基を有する化合物中の該官能基と反応させることによって消失させ、加工後の樹脂層の誘電率や耐湿信頼性等の信頼性に酸性基由来の悪影響が残るのを防止するのとともに、樹脂中に強固な架橋構造を形成し、熱硬化後の樹脂の特性を向上させることが、本発明の特徴である。熱硬化温度は、最高200℃〜250℃で加熱処理を行い、現像液やリンス液を除去し、さらに上記反応が完了し耐熱性に富む最終パターンを得る。また、この熱硬化工程の一部または全部は、後述の、半導体チップの上に該半導体チップより小さいサイズの半導体チップを乗せて、加圧接着後に行うこともできる。
その半導体チップの上に該半導体チップより小さいサイズの半導体チップを乗せ、加圧接着した。金線により第2の半導体チップとプリント配線板を接続した。このようにして半導体チップが2個積層して搭載されたプリント配線板は半導体チップ面を半導体封止樹脂により封止され、半田ボールを搭載し、BGAパッケージとした。
スタックド構造のMCPについては、複数個の半導体チップを積層することも可能であり、上記以外の公知の方法により作製することができる。また、上記方法に限定されるものではない。
ポリマーの合成
《合成例1》
1,1-ビストリフルオロメチル-2-(ビシクロ[2.2.1]ヘプト-2-エン-5-イル)エチルアルコール/5-ノルボルネン-2-カルボン酸=75/25コポリマーの共重合体(A-1)の例を挙げる。
すべてのガラス機器は60℃で0.1トル下で18時間乾燥する。その後ガラス機器は内部の酸素濃度と湿度がそれぞれ1%以内に抑えられたグローブボックス内に移され、グローブボックスに備え付けられる。酢酸エチル(1000g)、シクロヘキサン(1000g)、ヒドロキシヘキサフルオロイソプロピルノルボルネン(65.9g、0.240mol)と5-ノルボルネン-2-カルボン酸トリメチルシリルエステル(43.3g、0.240mol)が反応フラスコに加えられた。反応フラスコはグローボックスから取り出し、乾燥窒素ガスを導入した。反応中間体は30分間溶液中に窒素ガスを通して脱気した。グローブボックス中でパラジウム触媒すなわち(アリル)パラジウム(トリシクロヘキシルホスフィン)トリフルオロアセテート0.058g(0.077mmol)が塩化メチレン16mlに溶解されて、25mlのシリンジに入れ、グローボックスから取り出し、リチウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート0.340gがトルエン1000gに溶解された助触媒溶液と共に反応フラスコに加えられた。さらに1-ヘキセン(25.9g、0.308mol)を添加し20℃にて5時間攪拌して反応を終了した。
次にポリマーをメタノールに投入、沈殿物を濾集し水で充分洗浄した後、真空下で乾燥した。乾燥後77.5g(収率71%)のポリマーを回収した。得られたポリマーの分子量
はGPCによりMw=52,200 Mn=26,100、単分散性=2.00であった。TgはDMAによると180℃であった。ポリマー組成は1H-NMRから1,1-ビストリフルオロメチル-2-(ビシクロ[2.2.1]ヘプト-2-エン-5-イル)エチルアルコールが73モル%、5-ノルボルネン-2-カルボン酸が27モル%であった。また、この樹脂の酸性基は、ポリマー1gあたり0.0042モルであった。
1,1-ビストリフルオロメチル-2-(ビシクロ[2.2.1]ヘプト-2-エン-5-イル)エチルアルコール/5-ノルボルネン-2-カルボン酸=50/50コポリマーの開環メタセシス共重合体(A-2)の例を挙げる。
すべてのガラス機器は60℃で0.1トル下で18時間乾燥する。その後ガラス機器は内部の酸素濃度と湿度がそれぞれ1%以内に抑えられたグローブボックス内に移され、グローブボックスに備え付けられる。トルエン(917g)、シクロヘキサン(917g)、ヒドロキシヘキサフルオロイソプロピルノルボルネン(151g、0.55mol)と5-ノルボルネン-2-カルボン酸トリメチルシリルエステル(99.1g、0.55mol)、1-ヘキセン(368g、2.2mol)が反応フラスコに加えられた。反応フラスコはグローボックスから取り出し、乾燥窒素ガスを導入した。反応中間体は30分間溶液中に窒素ガスを通して脱気した。グローブボックス中で五塩化タングステンのt-ブチルアルコール/メタノール(モル比0.35/0.3)溶液(0.05モル/l)を調製し、この3.78gをトリエチルアルミニウム0.011gがトルエン25gに溶解された助触媒溶液0.634gと共に反応フラスコに加えられた。20℃にて5時間攪拌して反応を終了した。
次にこの溶液をオートクレーブに入れ、RuHCl(CO)[P(C5H5)3]340.02gを加え、内圧が100kg/cm2になるまで水素を導入し、165℃で3時間加熱攪拌を行った。加熱終了後室温まで放冷し、反応物をメタノール(975mmol)に加え18時間攪拌した。攪拌を止めると水層と溶媒層に分離した。水層を分離した後、1lの蒸留水を加え、20分間攪拌した。水層が分離するので取り除いた。1lの蒸留水で3回洗浄を行った。その後ポリマーをメタノールに投入、沈殿物を濾集し水で充分洗浄した後、真空下で乾燥した。乾燥後320g(収率85%)のポリマーを回収した。得られたポリマーの分子量はGPCによりMw=16,000 Mn=8,400、単分散性=1.9であった。TgはDMAによると130℃であった。ポリマー組成は1H-NMRから1,1-ビストリフルオロメチル-2-(ビシクロ[2.2.1]ヘプト-2-エン-5-イル)エチルアルコール48モル%、5-ノルボルネン-2-カルボン酸が52モル%であった。
また、この樹脂の酸性基は、ポリマー1gあたり0.0049モルであった。
得られた樹脂(A-1)5g、プロピレングリコールモノエチルエーテル15g、ビスフェノールAタイプポリオール型エポキシ樹脂(YD-716、東都化成(株)製)0.8g、及びトリス(4-ヒドロキシフェニル)メタンの1,2-ナフトキノン-2-ジアジド-5-スルホン酸エステル0.5gを混合し、均一な感光性樹脂組成物(1)を得た。
作製したこの感光性樹脂組成物(1)をシリコンウエハー上にスピンコーターを用いて塗布した後、ホットプレートにて120℃で5分乾燥し、膜厚約10μmの塗膜を得た。この塗膜にi線ステッパー露光機NSR-4425i(ニコン(株)製)によりレチクルを通して300mJ/cm2で露光を行った。
その後、2.38%水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液に樹脂層を30秒間浸漬現像し、次いでイオン交換水で20秒間リンスすることにより、露光部の樹脂層は溶解し、パターン化された樹脂層を得ることができた。この時の残膜率(現像後の膜厚/現像前の膜厚)は99.0%と非常に高い値を示した。また形成後のパターンにおいて、微細パターン剥がれは全く観察されず、現像時の密着性が優れていることが確認できた。その後160℃、60分で硬化し、架橋反応を完結させた。この硬化膜の吸水率は0.6%であった。
得られた半導体チップをダイアタッチ用接着フィルム(住友ベークライト(株)製 IBF-3021)を用いて、ボンディングフィンガーとその裏面に半田ボール搭載用のランドを持つプリント配線板に搭載され、金線により半導体チップとプリント配線板を接続した。
さらに、その半導体チップの上に該半導体チップより小さいサイズの第2の半導体チップを乗せ、1秒加圧(0.1MPa)接着した。金線により第2の半導体チップとプリント配線板を接続した。このようにして半導体チップが2個積層して搭載されたプリント配線板は半導体チップ面を半導体封止樹脂(住友ベークライト(株)製 EME-7730L)により封止され、半田ボールを搭載し、BGAパッケージの半導体装置とした。
チップサイズ:8mm×10mm、6mm×8mm
得られた樹脂(A-2)5g、プロピレングリコールモノエチルエーテル15g、ビスフェノールAタイプポリオール型エポキシ樹脂(YD-716、東都化成(株)製)0.8g、及びトリス(4-ヒドロキシフェニル)メタンの1,2-ナフトキノン-2-ジアジド-5-スルホン酸エステル0.5gを混合し、均一な感光性樹脂組成物(2)を得た。
この感光性樹脂組成物(2)を用いて実施例1と同様にシリコンウエハー上に硬化膜を作製したところ、この硬化膜の吸水率は0.5%であった。実施例1と同様に、せん断強度、半田リフロー試験、実際の動作確認を行った。せん断強度については、10MPaで、良好であった。半田リフロー試験では、5個のサンプルについてクラックの発生を確認し0/5であった。動作確認では、実際にプリント基板に実装され、半導体装置としての動作に支障のないことが確認された。
ポリイミド樹脂(住友ベークライト(株)製 CRC-6061)と接着剤(住友ベークライト(株)製 IBF-3021)をもちいた従来の構造の半導体装置での評価した。実施例1と同様に、せん断強度、半田リフロー試験、実際の動作確認を行った。せん断強度については、8.0MPaで、良好であった。半田リフロー試験では、5個のサンプルについてクラックの発生を確認し0/5であった。動作確認では、実際にプリント基板に実装され、半導体装置としての動作に支障のないことが確認された。結果は、良好であったが、接着剤や接着剤の半導体チップへの貼り付け工程が必要であり、実施例1よりも工程が多くなった。
《比較例2》
実施例1で環状オレフィン系樹脂をポリイミド樹脂(住友ベークライト(株)製 CRC-6061)に変更した半導体装置で評価した。実施例1と同様に、せん断強度、半田リフロー試験、実際の動作確認を行った。せん断強度については、密着強度が弱すぎるため測定不可能であった。半田リフロー性試験では、5個のサンプルについてクラックの発生を確認し4/5であった。動作確認では、実際にプリント基板に実装され、半導体装置として正常に動作しないことが確認された。
2 半導体チップ、
3 感光性樹脂組成物の硬化物
4 プリント配線板、
5 半田ボール、
6 ダイアタッチ用接着フィルム
7 積層した半導体チップ
8 封止樹脂
9 ポリイミド樹脂
10 接着剤
Claims (4)
- 半導体素子表面保護膜用樹脂組成物であって、酸性基を有する環状オレフィン系樹脂(A)と、光酸発生剤(B)と、130℃以上の温度で(A)の酸性基と結合しうる反応基を有する化合物(C)、を含む感光性樹脂組成物の硬化物よりなる樹脂層を半導体チップの回路素子形成面上に有し、かつ該半導体チップ上に積層する別の半導体チップの裏面が該樹脂層に直接接触していることを特徴とするスタックド構造のMCP(マルチチップパッケージ)の樹脂封止型半導体装置
- 環状オレフィン系樹脂がポリノルボルネン系樹脂である請求項1記載の樹脂封止型半導体装置。
- 酸性基を有する環状オレフィン系樹脂(A)が式(1)で示される繰り返し単位を含むものである請求項1又は2記載の樹脂封止型半導体装置。
- 酸性基を有する環状オレフィン系樹脂(A)が式(2)で示される繰り返し単位を含むも
のである請求項1〜2記載の樹脂封止型半導体装置。
キル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、アラルキル基、又はエステル基を含有する官能基、ケトン基を含有する官能基、エーテル基を含有する官能基、カルボキシル基、フェノール性水酸基、―C(OH)−(CF3)2、 −N(H)−S(O)2−CF3等の酸
性基を含有する官能基のうちいずれであってもよい。R5〜R8は単量体の繰り返しの中で異なっていてもよいが、全繰り返し単位のR5〜R8のうち、少なくとも一つは酸性基を有する。]
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