JP2014103187A - 繊維含有樹脂基板、封止後半導体素子搭載基板及び封止後半導体素子形成ウエハ、半導体装置、及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

繊維含有樹脂基板、封止後半導体素子搭載基板及び封止後半導体素子形成ウエハ、半導体装置、及び半導体装置の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】半導体素子を搭載した基板の半導体素子搭載面、又は半導体素子を形成したウエハの半導体素子形成面をウエハーレベルで一括封止でき、かつ封止後には耐熱性や耐湿性等の封止性能に優れ、非常に汎用性が高い繊維含有樹脂基板を提供する。
【解決手段】半導体素子３を搭載した基板５の半導体素子搭載面、又は半導体素子３を形成したウエハ７の半導体素子形成面を一括封止するための繊維含有樹脂基板であって、繊維基材に熱硬化性樹脂を含浸させて、該熱硬化性樹脂を半硬化又は硬化させ、Ｘ−Ｙ方向の線膨張係数が３ｐｐｍより小さい樹脂含浸繊維基材１と、該樹脂含浸繊維基材１の片面上に形成された未硬化の熱硬化性樹脂からなる未硬化樹脂層２とを有するものであることを特徴とする繊維含有樹脂基板１０。
【選択図】図１

Description

本発明はウエハーレベルで一括封止が可能な封止材に関し、特に基板状の封止材に関し、また、該基板状の封止材により封止された半導体素子搭載基板及び半導体素子形成ウエハ、該半導体素子搭載基板及び該半導体素子形成ウエハを個片化した半導体装置、及び前記基板状の封止材を用いた半導体装置の製造方法に関する。
従来から半導体素子を搭載した基板の半導体素子搭載面、又は半導体素子を形成したウエハの半導体素子形成面のウエハーレベルの封止は種々の方式が提案、検討されており、スピンコ−ティングによる封止、スクリ−ン印刷による封止（特許文献１）、フィルム支持体に熱溶融性エポキシ樹脂をコ−ティングさせた複合シ−トを用いた方法が例示される（特許文献２及び特許文献３）。
なかでも、半導体素子を搭載した基板の半導体素子搭載面のウエハーレベルの封止方法としては、金属、シリコンウエハ、又はガラス基板等の上部に両面接着層を有するフィルムを貼り付け、又は接着剤をスピンコート等で塗布した後、該基板上に半導体素子を配列し接着、搭載させ半導体素子搭載面とし、その後、液状エポキシ樹脂やエポキシモールディングコンパウンド等で加熱下、加圧成形し封止することで、該半導体素子搭載面を封止する方法が最近量産化されつつある（特許文献４）。また、同様に、半導体素子を形成したウエハの半導体素子形成面のウエハーレベルの封止方法としても、液状エポキシ樹脂やエポキシモールディングコンパウンド等で加熱下、加圧成形し封止することで、該半導体素子搭載面を封止する方法が最近量産化されつつある。
しかしながら、以上のような方法では、２００ｍｍ（８インチ）程度の小径ウエハや金属等の小径基板を使用した場合は現状でも大きな問題もなく封止できるが、３００ｍｍ（１２インチ）以上の半導体素子を搭載した大口径基板や半導体素子を形成した大口径ウエハを封止した場合では、封止硬化時のエポキシ樹脂等の収縮応力により基板やウエハに反りが生じたりウエハが破損してしまうことが大きな問題であった。また、半導体素子を搭載した大口径基板の半導体素子搭載面をウエハーレベルで封止する場合には、封止硬化時のエポキシ樹脂等の収縮応力により半導体素子が金属等の基板から剥離するといった問題が発生するため量産化できないことが大きな問題であった。特に大口径で薄いウエハを封止する場合にウエハが割れ易いので問題であった。
このような半導体素子を搭載した基板や半導体素子を形成したウエハの大口径化に伴う問題を解決する方法として、フィラーを封止用樹脂組成物に９０質量％近く充填することや、封止用樹脂組成物の低弾性化で硬化時の収縮応力を小さくすることが挙げられる（特許文献１、２、３）。
しかし、フィラーを９０質量％近く充填すると封止用樹脂組成物の粘度が上昇し、封止用樹脂組成物を流し込み成型、封止する時に基板に搭載された半導体素子に力が加わり、半導体素子が基板から剥離するといった問題が新たに発生する。また、封止用樹脂を低弾性化すると、封止された半導体素子を搭載した基板や半導体素子を形成したウエハの反りは改善されるが耐熱性や耐湿性等の封止性能の低下が新たに発生する。そのため、これらの解決方法では根本的な解決に至っていなかった。以上より、大口径ウエハや金属等の大口径基板を封止した場合であっても、基板やウエハに反りが生じたり、半導体素子が金属等の基板から剥離したりすることなく、半導体素子を搭載した基板の半導体素子搭載面、又は半導体素子を形成したウエハの半導体素子形成面をウエハーレベルで一括封止でき、かつ封止後には耐熱性や耐湿性等の封止性能に優れる封止材が求められていた。
特開２００２−１７９８８５号公報 特開２００９−６０１４６号公報 特開２００７−００１２６６号公報 特表２００４−５０４７２３号公報
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、大口径ウエハや金属等の大口径基板を封止した場合、特には薄いものを封止する場合であっても、基板やウエハの反り、基板からの半導体素子の剥離、ウエハの破損を抑制でき、半導体素子を搭載した基板の半導体素子搭載面、又は半導体素子を形成したウエハの半導体素子形成面をウエハーレベルで一括封止でき、かつ封止後には耐熱性や耐湿性等の封止性能に優れ、非常に汎用性が高い繊維含有樹脂基板を提供することを目的とする。また、該繊維含有樹脂基板により封止された封止後半導体素子搭載基板及び封止後半導体素子形成ウエハ、該封止後半導体素子搭載基板及び該封止後半導体素子形成ウエハを個片化した半導体装置、及び前記繊維含有樹脂基板を用いた半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、半導体素子を搭載した基板の半導体素子搭載面、又は半導体素子を形成したウエハの半導体素子形成面を一括封止するための繊維含有樹脂基板であって、繊維基材に熱硬化性樹脂を含浸させて、該熱硬化性樹脂を半硬化又は硬化させ、Ｘ−Ｙ方向の線膨張係数（ｐｐｍ／℃）が３ｐｐｍより小さい樹脂含浸繊維基材と、該樹脂含浸繊維基材の片面上に形成された未硬化の熱硬化性樹脂からなる未硬化樹脂層とを有するものであることを特徴とする繊維含有樹脂基板が提供される。
このような繊維含有樹脂基板であれば、膨張係数の非常に小さな樹脂含浸繊維基材が、封止硬化時の樹脂層の収縮応力を強く抑制することができるため、大口径ウエハや金属等の大口径基板を封止した場合であっても、基板やウエハの反り、基板からの半導体素子の剥離、ウエハの破損を抑制でき、半導体素子を搭載した基板の半導体素子搭載面、又は半導体素子を形成したウエハの半導体素子形成面をウエハーレベルで一括封止でき、かつ封止後には耐熱性や耐湿性等の封止性能に優れ、非常に汎用性が高い繊維含有樹脂基板となる。
このとき、前記未硬化樹脂層の厚みが２０ミクロン以上２０００ミクロン以下であることが好ましい。
このように、厚みが２０ミクロン以上であれば、半導体素子を搭載した基板の半導体素子搭載面、又は半導体素子を形成したウエハの半導体素子形成面を封止するのに充分であり、薄すぎることによる充填性の不良が生じることを抑制でき、２０００ミクロン以下であれば封止された封止後半導体素子搭載基板及び封止後半導体素子形成ウエハが厚くなり過ぎることを抑制できる。
また、前記未硬化樹脂層が、５０℃未満で固形化し、かつ５０℃以上１５０℃以下で溶融する熱硬化性樹脂であることが好ましい。
このようなものであれば、５０℃未満にて積層時に未硬化樹脂層が変形することなく、厚みを一定に保つことができ、大口径ウエハや大型基板への積層が可能であり、汎用性が高い繊維含有樹脂基板となる。
また、本発明によれば、封止後半導体素子搭載基板であって、本発明の繊維含有樹脂基板の未硬化樹脂層により半導体素子を搭載した基板の半導体素子搭載面を被覆し、該未硬化樹脂層を加熱、硬化することで、前記繊維含有樹脂基板により一括封止されたものであることを特徴とする封止後半導体素子搭載基板が提供される。
このような封止後半導体素子搭載基板であれば、基板に反りが生じたり、基板から半導体素子が剥離したり、基板が破損することが抑制された封止後半導体素子搭載基板となる。
また、本発明によれば、封止後半導体素子形成ウエハであって、本発明の繊維含有樹脂基板の未硬化樹脂層により半導体素子を形成したウエハの半導体素子形成面を被覆し、該未硬化樹脂層を加熱、硬化することで、前記繊維含有樹脂基板により一括封止されたものであることを特徴とする封止後半導体素子形成ウエハが提供される。
このような封止後半導体素子形成ウエハであれば、反りやウエハの破損が抑制された封止後半導体素子形成ウエハとなる。
このとき、上記ウエハの厚みを３０ミクロン以上１００ミクロン以下であり、その直径を３００ミリ以上とすることができる。
このような大口径薄膜状のウエハを用いる場合であっても、本発明の繊維含有樹脂基板を用いることによってウエハの破損が抑制されたものとなる。
また、本発明によれば、半導体装置であって、前記封止後半導体素子搭載基板、又は前記封止後半導体素子形成ウエハをダイシングして、個片化したものであることを特徴とする半導体装置が提供される。
このような半導体装置であれば、耐熱性や耐湿性等の封止性能に優れる繊維含有樹脂基板により封止され、かつ反りが抑制された基板やウエハから半導体装置を製造できるため、高品質な半導体装置となる。
また、本発明によれば、本発明の繊維含有樹脂基板の未硬化樹脂層により半導体素子を搭載した基板の半導体素子搭載面、又は半導体素子を形成したウエハの半導体素子形成面を被覆する被覆工程、該未硬化樹脂層を加熱、硬化することで、前記半導体素子を搭載した基板の半導体素子搭載面又は前記半導体素子を形成したウエハの半導体素子形成面を一括封止し、封止後半導体素子搭載基板又は封止後半導体素子形成ウエハとする封止工程、及び該封止後半導体素子搭載基板又は該封止後半導体素子形成ウエハをダイシングし、個片化することで、半導体装置を製造する個片化工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
このような半導体装置の製造方法であれば、被覆工程においては本発明の繊維含有樹脂基板の未硬化樹脂層により簡便に、充填不良なく半導体素子搭載面又は半導体素子形成面を被覆することができる。また、上記した繊維含有樹脂基板を使用するので、樹脂含浸繊維基材が未硬化樹脂層の硬化時の収縮応力を抑制できるため、封止工程においては該半導体素子搭載面又は半導体素子形成面を一括封止することができ、薄型で大口径ウエハや金属等の大口径基板を封止した場合であっても、基板やウエハの反り、基板からの半導体素子の剥離、ウエハの破損が抑制された封止後半導体素子搭載基板又は封止後半導体素子形成ウエハを得ることができる。さらに、個片化工程においては耐熱性や耐湿性等の封止性能に優れる繊維含有樹脂基板により封止され、かつ反りが抑制された該封止後半導体素子搭載基板又は該封止後半導体素子形成ウエハから半導体装置をダイシングし、個片化することができるため、高品質な半導体装置を製造することができる半導体装置の製造方法となる。
以上説明したように、本発明の繊維含有樹脂基板であれば、樹脂含浸繊維基材が封止硬化時の未硬化樹脂層の収縮応力を抑制することができるので、大口径ウエハや金属等の大口径基板を封止した場合であっても、基板やウエハに反りが生じたり、半導体素子が金属等の基板から剥離したり、ウエハが破損することを抑制でき、半導体素子を搭載した基板の半導体素子搭載面、又は半導体素子を形成したウエハの半導体素子形成面をウエハーレベルで一括封止でき、かつ封止後には耐熱性や耐湿性等の封止性能に優れ、非常に汎用性が高い繊維含有樹脂基板となる。
さらに、該繊維含有樹脂基板により封止された封止後半導体素子搭載基板及び封止後半導体素子形成ウエハは、基板やウエハに反りが生じたり、半導体素子が金属等の基板から剥離したり、ウエハが破損することが抑制されたものとなる。さらに、耐熱性や耐湿性等の封止性能に優れる繊維含有樹脂基板により封止され、かつ反りが抑制された該封止後半導体素子搭載基板及び該封止後半導体素子形成ウエハを個片化した半導体装置は高品質なものとなる。また、前記繊維含有樹脂基板を用いた半導体装置の製造方法により、高品質な半導体装置を製造することができる。
本発明の繊維含有樹脂基板の断面図の一例である。 本発明の繊維含有樹脂基板により封止された（ａ）封止後半導体素子搭載基板及び（ｂ）封止後半導体素子形成ウエハの断面図の一例である。 （ａ）封止後半導体素子搭載基板から作製された本発明の半導体装置、及び（ｂ）封止後半導体素子形成ウエハから作製された本発明の半導体装置の断面図の一例である。 本発明の繊維含有樹脂基板を用いて半導体素子を搭載した基板から半導体装置を製造する方法のフロー図の一例である。
以下、本発明の繊維含有樹脂基板、該繊維含有樹脂基板により封止された封止後半導体素子搭載基板及び封止後半導体素子形成ウエハ、該封止後半導体素子搭載基板及び該封止後半導体素子形成ウエハを個片化した半導体装置、及び前記繊維含有樹脂基板を用いた半導体装置の製造方法について詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
前述のように、半導体素子を搭載した金属等の大口径基板や半導体素子を形成した大口径ウエハを封止した場合であっても、基板やウエハに反りが生じたり、半導体素子が金属等の基板から剥離したり、ウエハが破損したりすることが抑制でき、半導体素子を搭載した基板の半導体素子搭載面、又は半導体素子を形成したウエハの半導体素子形成面をウエハーレベルで一括封止でき、かつ封止後には耐熱性や耐湿性等の封止性能に優れる汎用性の高い封止材が求められていた。
本発明者らは、上記課題を達成するため鋭意検討を重ねた結果、繊維基材に熱硬化性樹脂を含浸させて、該熱硬化性樹脂を半硬化又は硬化させ、Ｘ−Ｙ方向の線膨張係数（ｐｐｍ／℃）が３ｐｐｍより小さい樹脂含浸繊維基材と、該樹脂含浸繊維基材の片面上に形成された未硬化の熱硬化性樹脂からなる未硬化樹脂層とを有するものであれば、膨張係数が非常に小さな樹脂含浸繊維基材が樹脂層の硬化時の収縮応力を抑制することができるので、この収縮応力の抑制作用により基板やウエハの反りを抑制でき、上記ウエハーレベルでの一括封止や優れた封止性能の課題を達成できることを見出した。さらに、一般的にウエハに用いられているシリコンの線膨張係数は３ｐｐｍ程度であるが、特にウエハの口径が３００ミリ以上で厚みが１００マイクロ以下の大口径薄膜状のウエハを用いる場合には、樹脂含浸繊維基材の上記線膨張係数を３ｐｐｍより小さくすることにより、ウエハの破損を確実に抑制できることを見出し、本発明の繊維含有樹脂基板を完成させた。
また、本発明者らは、本発明の繊維含有樹脂基板により一括封止された封止後半導体素子搭載基板及び封止後半導体素子形成ウエハであれば、基板やウエハの反り、基板からの半導体素子の剥離、ウエハの破損が抑制されたものとなり、さらに、このように反りや半導体素子の剥離、ウエハの破損が抑制された封止後半導体素子搭載基板及び封止後半導体素子形成ウエハを個片化することで、高品質の半導体装置が得られることを見出し、本発明の封止後半導体素子搭載基板、封止後半導体素子形成ウエハ、及び半導体装置を完成させた。
さらに、本発明者らは、本発明の繊維含有樹脂基板を用いることで簡便に半導体素子搭載面又は半導体素子形成面を被覆及び一括封止することができ、さらに、このように封止性能に優れる本発明の繊維含有樹脂基板により封止され、反り、半導体素子の剥離、ウエハの破損が抑制された封止後半導体素子搭載基板又は封止後半導体素子形成ウエハをダイシングし、個片化することで、高品質な半導体装置を製造することができることを見出して、本発明の半導体装置の製造方法を完成させた。
＜樹脂含浸繊維基材＞
本発明の繊維含有樹脂基板は樹脂含浸繊維基材を有する。該樹脂含浸繊維基材は、繊維基材に熱硬化性樹脂を含浸させて、該熱硬化性樹脂を半硬化又は硬化したものである。樹脂含浸繊維基材のＸ−Ｙ方向の線膨張係数（ｐｐｍ／℃）が３ｐｐｍより小さく、後に詳述する未硬化樹脂層を硬化させた時の収縮応力を抑制することができるため、本発明の繊維含有樹脂基板により大径ウエハや金属等の大径基板を封止した場合であっても、基板やウエハの反り、基板からの半導体素子の剥離、特にウエハの口径が３００ミリ以上で厚みが１００マイクロ以下の大口径薄膜状のウエハの破損を抑制できるものである。なお、Ｘ−Ｙ方向とは前記樹脂含浸繊維基材の面方向をいう。また、Ｘ−Ｙ方向の線膨張係数は、前記樹脂含浸繊維基材の面方向に任意にＸ軸、Ｙ軸をとって測定した線膨張係数をいう。
［繊維基材］
前記繊維基材として使用することができるものとしては、例えば炭素繊維、ガラス繊維、石英ガラス繊維、金属繊維等の無機繊維、芳香族ポリアミド繊維、ポリイミド繊維、ポリアミドイミド繊維等の有機繊維、さらには炭化ケイ素繊維、炭化チタン繊維、ボロン繊維、アルミナ繊維等が例示され、製品特性に応じていかなるものも使用することができる。また、最も好ましい繊維基材としてはガラス繊維、石英繊維、炭素繊維等が例示される。中でも絶縁性の高いガラス繊維や石英ガラス繊維が繊維基材として好ましい。
前記繊維基材の形態としては、例えば長繊維フィラメントを一定方向に引きそろえたロービング、繊維クロス、不織布等のシート状のもの、更にはチョップストランドマット等が例示されるが、積層体を形成することができるものであれば特に制限はされない。
［熱硬化性樹脂］
前記樹脂含浸繊維基材の熱硬化性樹脂としては、下記に例示するエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、フェノ−ル樹脂、シアネ−ト樹脂、エポキシ樹脂とシリコーン樹脂からなる混成樹脂が例示されるが、通常半導体素子の封止に使用される熱硬化性の樹脂であれば特に制限はされない。
［樹脂含浸繊維基材の作製方法］
前記繊維基材に前記熱硬化性樹脂を含浸させる方法としては、溶剤法とホットメルト法のいずれの方法でも実施できる。溶剤法とは前記熱硬化性樹脂を有機溶剤に溶解した樹脂ワニスを調整し、該樹脂ワニスを前記繊維基材に含浸させる方法であり、ホットメルト法とは固形の前記熱硬化性樹脂を加熱して溶かし前記繊維基材に含浸させる方法である。
前記繊維基材に含浸した前記熱硬化性樹脂を半硬化する方法としては、特に制限はされないが、前記繊維基材に含浸した前記熱硬化性樹脂を加熱により脱溶媒等して半硬化する方法等が例示される。前記繊維基材に含浸した前記熱硬化性樹脂を硬化する方法としては、特に制限はされないが、前記繊維基材に含浸した前記熱硬化性樹脂を加熱により硬化する方法等が例示される。
繊維基材に熱硬化性樹脂を含浸させて、該熱硬化性樹脂を半硬化又は硬化した樹脂含浸繊維基材の厚みは使用する繊維クロス等の繊維基材の厚みによって決まり、厚い樹脂含浸繊維基材を作製する場合は繊維クロス等の繊維基材の使用枚数を多くし、積層して作製する。
本発明において半硬化とは、ＪＩＳ Ｋ ６８００「接着剤・接着用語」に定義されているようなＢ−ステージ（熱硬化性樹脂の硬化中間体、この状態での樹脂は加熱すると軟化し、ある種の溶剤に触れると膨潤するが、完全に溶融、溶解することはない）状態をいうものである。
前記樹脂含浸繊維基材の厚みは、繊維基材に含浸させた熱硬化性樹脂を半硬化及び硬化したいずれの場合も５０ミクロン〜１ｍｍであることが好ましく、より好ましくは５０ミクロン〜５００ミクロンのものが望ましい。５０ミクロン以上であれば薄すぎて変形しやすくなることを抑制できるため好ましく、また１ｍｍ以下であれば半導体装置そのものが厚くなることを抑制できるため好ましい。
前記樹脂含浸繊維基材は半導体素子を搭載した基板の半導体素子搭載面、又は半導体素子を形成したウエハの半導体素子形成面を一括封止したあとの反りを低減させ、一個以上の半導体素子を配列、接着させた基板を補強するために重要である。そのため、硬くて剛直な樹脂含浸繊維基材であることが望ましい。
＜未硬化の樹脂層＞
本発明の繊維含有樹脂基板は未硬化樹脂層を有する。該未硬化樹脂層は前記樹脂含浸繊維基材の片面上に形成された未硬化の熱硬化性樹脂からなるものである。未硬化樹脂層は、半導体素子を封止するための樹脂層となる。
前記未硬化樹脂層の厚みは２０ミクロン以上２０００ミクロン以下であることが好ましい。２０ミクロン以上であれば半導体素子を搭載した基板の半導体素子搭載面、又は半導体素子を形成したウエハの半導体素子形成面を封止するのに充分であり、薄すぎることによる充填性の不良が生じることを抑制できるため好ましく、２０００ミクロン以下であれば封止された封止後半導体素子搭載基板及び封止後半導体素子形成ウエハが厚くなり過ぎることが抑制できるため好ましい。
前記未硬化樹脂層は、特に制限はされないが、通常半導体素子の封止に使用される液状エポキシ樹脂や固形のエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、又はエポキシ樹脂とシリコーン樹脂からなる混成樹脂からなる未硬化樹脂層であることが好ましい。特に、前記未硬化樹脂層は、５０℃未満で固形化し、かつ５０℃以上１５０℃以下で溶融するエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、及びエポキシシリコーン混成樹脂のいずれかを含むものであることが好ましい。
［エポキシ樹脂］
前記エポキシ樹脂としては、特に制限はされないが、例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂等のビスフェノール型エポキシ樹脂、３，３’，５，５’−テトラメチル−４，４’−ビフェノール型エポキシ樹脂又は４，４’−ビフェノール型エポキシ樹脂のようなビ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、ビスフェノールＡ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、ナフタレンジオール型エポキシ樹脂、トリスフェニロールメタン型エポキシ樹脂、テトラキスフェニロールエタン型エポキシ樹脂、及びフェノールジシクロペンタジエンノボラック型エポキシ樹脂の芳香環を水素化したエポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂など室温（２５℃）で液状や固体の公知のエポキシ樹脂が挙げられる。また、必要に応じて、上記以外のエポキシ樹脂を一定量併用することができる。
前記エポキシ樹脂からなる未硬化樹脂層は、半導体素子を封止する樹脂層となることから塩素等のハロゲンイオン、またナトリウム等のアルカリイオンは極力減らしたものであることが好ましい。イオン交換水５０ｍｌに試料１０ｇを添加し、密封して１２０℃のオーブン中に２０時間静置した後、加熱抽出する１２０℃での抽出でいずれのイオンも１０ｐｐｍ以下であることが望ましい。
エポキシ樹脂からなる未硬化樹脂層にはエポキシ樹脂の硬化剤を含めることができる。該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、各種アミン誘導体、酸無水物や酸無水物基を一部開環させカルボン酸を生成させたものなどを使用することができる。なかでも本発明の繊維含有樹脂基板を用いて製造される半導体装置の信頼性を確保するためにフェノールノボラック樹脂が望ましい。特に、前記エポキシ樹脂と該フェノールノボラック樹脂の混合比をエポキシ基とフェノール性水酸基の比率が１：０．８〜１．３となるように混合することが好ましい。
更に、前記エポキシ樹脂と前記硬化剤の反応を促進するため、反応促進剤としてイミダゾール誘導体、フォスフィン誘導体、アミン誘導体、有機アルミニウム化合物などの金属化合物等を使用しても良い。
エポキシ樹脂からなる未硬化樹脂層には、更に必要に応じて各種の添加剤を配合することができる。例えば、樹脂の性質を改善する目的で種々の熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー、有機合成ゴム、シリコーン系等の低応力剤、ワックス類、ハロゲントラップ剤等の添加剤を添加配合することができる。
［シリコーン樹脂］
前記シリコーン樹脂としては、熱硬化性のシリコーン樹脂等が使用可能である。特に、シリコーン樹脂からなる未硬化樹脂層は付加硬化型シリコーン樹脂組成物を含むことが望ましい。該付加硬化型シリコーン樹脂組成物としては、（Ａ）非共役二重結合を有する有機ケイ素化合物、（Ｂ）オルガノハイドロジェンポリシロキサン、及び（Ｃ）白金系触媒を必須成分とするものが特に好ましい。以下、これら（Ａ）〜（Ｃ）成分について説明する。
（Ａ）成分：非共役二重結合を有する有機ケイ素化合物
前記（Ａ）非共役二重結合を有する有機ケイ素化合物は、シリコーン樹脂組成物のベースポリマー（主剤）として作用するものであり、この（Ａ）成分としては、
一般式（１）：Ｒ１Ｒ２Ｒ３ＳｉＯ−（Ｒ４Ｒ５ＳｉＯ）ａ−（Ｒ６Ｒ７ＳｉＯ）ｂ−ＳｉＲ１Ｒ２Ｒ３
（式中、Ｒ１は非共役二重結合含有一価炭化水素基を示し、Ｒ２〜Ｒ７はそれぞれ同一又は異種の一価炭化水素基を示し、ａ及びｂは０≦ａ≦５００、０≦ｂ≦２５０、かつ０≦ａ＋ｂ≦５００を満たす整数である。）
で示される分子鎖両末端にアルケニル基等の非共役二重結合を有する直鎖状のオルガノポリシロキサンが例示される。
上記一般式（１）中、Ｒ１は非共役二重結合含有一価炭化水素基であり、好ましくは炭素数２〜８、特に好ましくは炭素数２〜６のアルケニル基で代表される脂肪族不飽和結合を有する非共役二重結合含有一価炭化水素基である。
上記一般式（１）中、Ｒ２〜Ｒ７はそれぞれ同一又は異種の一価炭化水素基であり、好ましくは炭素数１〜２０、特に好ましくは炭素数１〜１０のアルキル基、アルケニル基、アリール基、アラルキル基等が挙げられる。また、このうちＲ４〜Ｒ７は、より好ましくは脂肪族不飽和結合を除く一価炭化水素基であり、特に好ましくはアルケニル基等の脂肪族不飽和結合を持たないアルキル基、アリール基、アラルキル基等が挙げられる。さらに、このうちＲ６、Ｒ７は芳香族一価炭化水素基であることが好ましく、フェニル基やトリル基等の炭素数６〜１２のアリール基等であることが特に好ましい。
上記一般式（１）中、ａ及びｂは０≦ａ≦５００、０≦ｂ≦２５０、かつ０≦ａ＋ｂ≦５００を満たす整数であり、ａは１０≦ａ≦５００、特に１０≦ａ≦２５０であることが好ましく、ｂは０≦ｂ≦１５０、特に０≦ｂ≦１００であることが好ましく、またａ＋ｂは１０≦ａ＋ｂ≦５００、特に１０≦ａ＋ｂ≦２５０を満たすことが好ましい。
上記一般式（１）で示されるオルガノポリシロキサンは、例えば、環状ジフェニルポリシロキサン、環状メチルフェニルポリシロキサン等の環状ジオルガノポリシロキサンと、末端基を構成するジフェニルテトラビニルジシロキサン、ジビニルテトラフェニルジシロキサン等のジシロキサンとのアルカリ平衡化反応によって得ることができるが、この場合、アルカリ触媒（特にＫＯＨ等の強アルカリ）による平衡化反応においては、少量の触媒で不可逆反応で重合が進行するため、定量的に開環重合のみが進行し、末端封鎖率も高いため、通常、シラノール基及びクロル分は含有されない。
上記一般式（１）で示されるオルガノポリシロキサンとしては、具体的に下記のものが例示される。
Figure 2014103187
 （上記式において、ｋ、ｍは、０≦ｋ≦５００、特には５≦ｋ≦２５０、０≦ｍ≦２５０、特には０≦ｍ≦１００、かつ０≦ｋ＋ｍ≦５００を満足する整数であり、好ましくは５≦ｋ＋ｍ≦２５０、より好ましくは１０≦ｋ＋ｍ≦２５０、かつ０≦ｍ／（ｋ＋ｍ）≦０．５を満足する整数である。）
（Ａ）成分としては、上記一般式（１）で示される直鎖構造を有するオルガノポリシロキサンの他、必要に応じて、３官能性シロキサン単位、４官能性シロキサン単位等の分岐構造を含む三次元網目構造を有するオルガノポリシロキサンを併用することもできる。（Ａ）非共役二重結合を有する有機ケイ素化合物は１種単独で用いても２種以上を混合して用いてもよい。
（Ａ）非共役二重結合を有する有機ケイ素化合物中の非共役二重結合を有する基（Ｓｉ原子に結合する二重結合を有する一価炭化水素基）の量は、全一価炭化水素基（Ｓｉ原子に結合する全ての一価炭化水素基）のうち１〜５０モル％であることが好ましく、より好ましくは２〜４０モル％、特に好ましくは５〜３０モル％である。非共役二重結合を有する基の量が１モル％以上であれば硬化させたときに良好な硬化物を得ることができ、５０モル％以下であれば硬化させたときの機械的特性が良いため好ましい。
また、（Ａ）非共役二重結合を有する有機ケイ素化合物はフェニル基等に代表されるアリール基などの芳香族一価炭化水素基（Ｓｉ原子に結合する芳香族一価炭化水素基）を有することが好ましく、芳香族一価炭化水素基の含有量は、全一価炭化水素基（Ｓｉ原子に結合する全ての一価炭化水素基）の０〜９５モル％であることが好ましく、より好ましくは１０〜９０モル％、特に好ましくは２０〜８０モル％である。芳香族一価炭化水素基は樹脂中に適量含まれた方が、硬化させたときの機械的特性が良く製造もしやすいという利点がある。
（Ｂ）成分：オルガノハイドロジェンポリシロキサン
前記（Ｂ）成分はシリコーン樹脂組成物の架橋剤（硬化剤）として作用するものであり、この（Ｂ）成分のオルガノハイドロジェンポリシロキサンとしては、一分子中にケイ素原子に結合した水素原子（ＳｉＨ基）を２個以上、特には３個以上、とりわけ３〜１００個程度有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンが好ましい。一分子中にケイ素原子に結合した水素原子（ＳｉＨ基）を２個以上有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンであれば、架橋剤として作用し、（Ｂ）成分中のＳｉＨ基と（Ａ）成分のビニル基、アルケニル基等の非共役二重結合含有基とが付加反応することにより、硬化物を形成することができる。
また、（Ｂ）オルガノハイドロジェンポリシロキサンは、芳香族一価炭化水素基、特にはフェニル基等のアリール基を有することが好ましい。このように、芳香族一価炭化水素基を有する（Ｂ）オルガノハイドロジェンポリシロキサンであれば、前記（Ａ）成分との相溶性を高めることができる。（Ｂ）オルガノハイドロジェンポリシロキサンは１種単独で用いても２種以上を混合して用いてもよく、例えば、芳香族炭化水素基を有する（Ｂ）オルガノハイドロジェンポリシロキサンを（Ｂ）成分の一部又は全部として含ませることができる。
（Ｂ）オルガノハイドロジェンポリシロキサンとしては、これに限られるものではないが、１，１，３，３−テトラメチルジシロキサン、１，３，５，７−テトラメチルシクロテトラシロキサン、トリス（ジメチルハイドロジェンシロキシ）メチルシラン、トリス（ジメチルハイドロジェンシロキシ）フェニルシラン、１−グリシドキシプロピル−１，３，５，７−テトラメチルシクロテトラシロキサン、１，５−グリシドキシプロピル−１，３，５，７−テトラメチルシクロテトラシロキサン、１−グリシドキシプロピル−５−トリメトキシシリルエチル−１，３，５，７−テトラメチルシクロテトラシロキサン、両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンポリシロキサン、両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体、両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン、両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体、両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンシロキサン・ジフェニルシロキサン共重合体、両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンシロキサン・ジフェニルシロキサン・ジメチルシロキサン共重合体、トリメトキシシラン重合体、（ＣＨ３）２ＨＳｉＯ１／２単位とＳｉＯ４／２単位とからなる共重合体、（ＣＨ３）２ＨＳｉＯ１／２単位とＳｉＯ４／２単位と（Ｃ６Ｈ５）ＳｉＯ３／２単位とからなる共重合体等が挙げられる。
また、下記構造で示される単位を使用して得られるオルガノハイドロジェンポリシロキサンも用いることができる。
Figure 2014103187
また、（Ｂ）オルガノハイドロジェンポリシロキサンとしては下記のものが挙げられる。
Figure 2014103187
 （Ｂ）オルガノハイドロジェンポリシロキサンの分子構造は、直鎖状、環状、分岐状、三次元網状構造のいずれであってもよいが、一分子中のケイ素原子の数（又は重合体の場合は重合度）は２以上が好ましく、より好ましくは２〜１，０００、特に好ましくは２〜３００程度のものを使用することができる。
（Ｂ）オルガノハイドロジェンポリシロキサンの配合量は、（Ａ）成分のアルケニル基等の非共役二重結合を有する基１個当たり（Ｂ）成分中のケイ素原子結合水素原子（ＳｉＨ基）が０．７〜３．０個となる量であることが好ましい。
（Ｃ）成分：白金系触媒
前記（Ｃ）成分には、白金系触媒が用いられる。（Ｃ）白金系触媒としては、例えば塩化白金酸、アルコール変性塩化白金酸、キレート構造を有する白金錯体等が挙げられる。これらは１種単独でも、２種以上の組み合わせでも使用することができる。
（Ｃ）白金系触媒の配合量は、硬化有効量であり所謂触媒量でよく、通常、前記（Ａ）成分及び（Ｂ）成分の総質量１００質量部あたり、白金族金属の質量換算で０．１〜５００ｐｐｍであることが好ましく、特に０．５〜１００ｐｐｍの範囲であることが好ましい。
前記シリコーン樹脂からなる未硬化樹脂層は、半導体素子を封止する樹脂層となることから塩素等のハロゲンイオン、またナトリウム等のアルカリイオンは極力減らしたものであることが好ましい。通常、１２０℃での抽出でいずれのイオンも１０ｐｐｍ以下であることが望ましい。
［エポキシ樹脂とシリコーン樹脂からなる混成樹脂］
前記混成樹脂に含まれるエポキシ樹脂とシリコーン樹脂としては、前述のエポキシ樹脂と前述のシリコーン樹脂が挙げられる。
前記混成樹脂からなる未硬化樹脂層は、半導体素子を封止する樹脂層となることから塩素等のハロゲンイオン、またナトリウム等のアルカリイオンは極力減らしたものであることが好ましい。通常、１２０℃での抽出でいずれのイオンも１０ｐｐｍ以下であることが望ましい。
［無機充填剤］
本発明に係る未硬化樹脂層には無機充填剤を配合することができる。配合される無機充填剤としては、例えば、溶融シリカ、結晶性シリカ等のシリカ類、アルミナ、窒化珪素、窒化アルミニウム、アルミノシリケート、ボロンナイトライド、ガラス繊維、三酸化アンチモン等が挙げられる。これら無機充填剤の平均粒径や形状は特に限定されない。
特にエポキシ樹脂からなる未硬化樹脂層に添加する前記無機充填剤としては、エポキシ樹脂と無機充填剤との結合強度を強くするため、シランカップリング剤（例えば、アルケニル基、エポキシ基、（メタ）アクリロキシ基、メルカプト基、アミノ基、ウレイド基等の官能性基で置換された１価炭化水素基を含有するアルコキシシラン及び／又はこれらの部分加水分解縮合物）、チタネートカップリング剤等のカップリング剤で予め表面処理したものを配合してもよい。
このようなカップリング剤としては、例えば、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン等のエポキシ官能性アルコキシシラン、Ｎ−β（アミノエチル）−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン等のアミノ官能性アルコキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン等のメルカプト官能性アルコキシシラン等を用いることが好ましい。なお、表面処理に用いるカップリング剤の配合量及び表面処理方法については特に制限されるものではない。
前記シリコーン樹脂組成物からなる未硬化樹脂層に添加する場合も、前記無機質充填材の表面を上記のようなカップリング材で処理したものを配合しても良い。
前記無機充填剤の配合量は、エポキシ樹脂組成物やシリコーン樹脂組成物中の樹脂の総質量１００質量部に対し、１００〜１３００質量部が好ましく、特に２００〜１０００質量部が好ましい。１００質量部以上であれば十分な強度を得ることができ、１３００質量部以下であれば増粘による流動性の低下が抑制され、流動性低下による充填性の不良が抑制され、結果としてウエハに形成された半導体素子及び基板上に配列・搭載された半導体素子を良好に封止することができる。なお、この無機充填剤は、未硬化樹脂層を構成する組成物全体の５０〜９５質量％、特に６０〜９０質量％の範囲で含有することが好ましい。
＜繊維含有樹脂基板＞
本発明の繊維含有樹脂基板の断面図の一例を図１に示す。本発明の繊維含有樹脂基板１０は、繊維基材に熱硬化性樹脂を含浸させて、該熱硬化性樹脂を半硬化又は硬化させ、Ｘ−Ｙ方向の線膨張係数が３ｐｐｍより小さい上述の樹脂含浸繊維基材１と、該樹脂含浸繊維基材の片面上に形成された未硬化の熱硬化性樹脂からなる上述の未硬化樹脂層２とを有するものである。
［繊維含有樹脂基板の作製方法］
繊維基材に熱硬化性樹脂を含浸させて、該熱硬化性樹脂を半硬化した樹脂含浸繊維基材を使用して本発明の繊維含有樹脂基板を作製する場合は、樹脂含浸繊維基材の片面上に、減圧又は真空下で、印刷やディスペンス等で熱硬化性の液状エポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の熱硬化性樹脂を更に塗布し、加熱することで、５０℃以下で固形な未硬化樹脂層を形成し、繊維含有樹脂基板を作製する。
繊維基材に含浸させる熱硬化性樹脂として熱硬化性エポキシ樹脂を用い、該熱硬化性樹脂を半硬化した樹脂含浸繊維基材を使用して本発明の繊維含有樹脂基板を作製する場合、該樹脂含浸繊維基材の片面上に形成される未硬化の熱硬化性樹脂もエポキシ樹脂であることが好ましい。このように、樹脂含浸繊維基材に含浸させて半硬化とした熱硬化性樹脂と、未硬化樹脂層の熱硬化性樹脂とが同種の熱硬化性樹脂であれば、半導体素子を搭載した基板の半導体素子搭載面、又は半導体素子を形成したウエハの半導体素子形成面を一括封止するときに同時に硬化をさせることができ、それにより一層強固な封止機能が達成されるため好ましい。繊維基材に含浸させる熱硬化性樹脂としてシリコーン樹脂を用いた場合も同様に、未硬化の熱硬化性樹脂がシリコーン樹脂であることが好ましい。
前記繊維基材に前記熱硬化性樹脂を含浸させて、該熱硬化性樹脂を硬化した樹脂含浸繊維基材を使用して本発明の繊維含有樹脂基板を作製する場合は、該樹脂含浸繊維基材の片面上に未硬化の熱硬化性樹脂をプレス成形、印刷するなど、従来のエポキシ熱硬化性樹脂やシリコーン熱硬化性樹脂等で用いられてきた各種の方法で未硬化樹脂層を形成することができる。形成後、通常では１８０℃程度の温度で４〜８時間ポストキュアさせることが好ましい。
その他、前記樹脂含浸繊維基材の片面上に未硬化の熱硬化性樹脂からなる未硬化樹脂層を形成する方法としては、室温で固体のエポキシ熱硬化性樹脂やシリコーン熱硬化性樹脂等を加熱しながら加圧する方法やエポキシ樹脂組成物にアセトン等の極性溶剤を適量添加することで液状化し印刷などで薄膜を形成し、溶剤を減圧下で加熱するなどの方法で除去することで均一に樹脂含浸繊維基材の片面上に未硬化樹脂層を形成することができる。
いずれの方法でも樹脂含浸繊維基材の片面上に、ボイドや揮発成分のない、厚みが２０〜２０００ミクロン程度の未硬化の熱硬化性樹脂からなる未硬化樹脂層を形成することができる。
［半導体素子を搭載した基板及び半導体素子を形成したウエハ］
本発明の繊維含有樹脂基板は半導体素子を搭載した基板の半導体素子搭載面、及び半導体素子を形成したウエハの半導体素子形成面を一括封止するための繊維含有樹脂基板である。半導体素子を搭載した基板としては、例えば図２（ａ）中の一個以上の半導体素子３を接着剤４で無機、金属あるいは有機基板５上に搭載した基板が挙げられる。また、半導体素子を形成したウエハとしては、例えば図２（ｂ）中のウエハ７上に半導体素子６が形成されたウエハが挙げられる。なお、前記半導体素子を搭載した基板とは、半導体素子を搭載し配列等した半導体素子アレイを含むものである。
＜封止後半導体素子搭載基板及び封止後半導体素子形成ウエハ＞
本発明の繊維含有樹脂基板により封止された封止後半導体素子搭載基板及び封止後半導体素子形成ウエハの断面図の一例を図２（ａ）及び（ｂ）に示す。本発明の封止後半導体素子搭載基板１１は、前記繊維含有樹脂基板１０の未硬化樹脂層２（図１参照）により半導体素子３を搭載した基板５の半導体素子搭載面を被覆し、該未硬化樹脂層２（図１参照）を加熱、硬化することで硬化後の樹脂層２’とし、前記繊維含有樹脂基板１０により一括封止されたものである（図２（ａ））。また、本発明の封止後半導体素子形成ウエハ１２は、前記繊維含有樹脂基板１０の未硬化樹脂層２（図１参照）により半導体素子６を形成したウエハ７の半導体素子形成面を被覆し、該未硬化樹脂層２（図１参照）を加熱、硬化することで硬化後の樹脂層２’とし、前記繊維含有樹脂基板１０により一括封止されたものである（図２（ｂ））。
このように、前記繊維含有樹脂基板の未硬化樹脂層により、半導体素子を搭載した基板の半導体素子搭載面又は半導体素子を形成したウエハの半導体素子形成面を被覆し、該未硬化樹脂層を加熱、硬化することで、前記繊維含有樹脂基板により一括封止された封止後半導体素子搭載基板又は封止後半導体素子形成ウエハであれば、基板やウエハの反りが生じたり、基板から半導体素子が剥離したりすることが抑制された封止後半導体素子搭載基板又は封止後半導体素子形成ウエハとなる。また、ウエハの口径が３００ミリ以上で厚みが例えば２０ミクロン以上１００ミクロン以下といった大口径薄膜状のウエハを用いても破損の少ないものとなる。
＜半導体装置＞
本発明の半導体装置の一例を図３（ａ）、（ｂ）に示す。本発明の半導体装置１３は前記封止後半導体素子搭載基板１１（図２参照）又は前記封止後半導体素子形成ウエハ１２（図２参照）をダイシングして、個片化したものである。このように、耐熱性や耐湿性等の封止性能に優れる繊維含有樹脂基板により封止され、かつ基板やウエハの反り、基板からの半導体素子３の剥離が抑制された封止後半導体素子搭載基板１１（図２参照）又は封止後半導体素子形成ウエハ１２（図２参照）をダイシングし、個片化して作製された半導体装置１３、１４は高品質な半導体装置となる。前記封止後半導体素子搭載基板１１（図２（ａ）参照）をダイシングして個片化した場合、半導体装置１３は基板５上に接着剤４を介して半導体素子３が搭載され、その上から硬化後の樹脂層２’と樹脂含浸繊維基材１からなる繊維含有樹脂基板１０により封止された半導体装置となる（図３（ａ））。また、前記封止後半導体素子形成ウエハ１２（図２（ｂ）参照）をダイシングして個片化した場合、半導体装置１４はウエハ７に半導体素子６が形成され、その上から硬化後の樹脂層２’と樹脂含浸繊維基材１からなる繊維含有樹脂基板１０により封止された半導体装置となる（図３（ｂ））。
＜半導体装置の製造方法＞
本発明は、半導体装置を製造する方法であって、
前記繊維含有樹脂基板の未硬化樹脂層により半導体素子を搭載した基板の半導体素子搭載面、又は半導体素子を形成したウエハの半導体素子形成面を被覆する被覆工程、
該未硬化樹脂層を加熱、硬化することで、前記半導体素子を搭載した基板の半導体素子搭載面又は前記半導体素子を形成したウエハの半導体素子形成面を一括封止し、封止後半導体素子搭載基板又は封止後半導体素子形成ウエハとする封止工程、及び
該封止後半導体素子搭載基板又は該封止後半導体素子形成ウエハをダイシングし、個片化することで、半導体装置を製造する個片化工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法を提供する。以下、図４を用いて本発明の半導体装置の製造方法について説明する。
［被覆工程］
本発明の半導体装置の製造方法に係る被覆工程は、樹脂含浸繊維基材１と未硬化樹脂層２を有する繊維含有樹脂基板１０の未硬化樹脂層２により、接着剤４を介して半導体素子３を搭載した基板５の半導体素子搭載面、又は半導体素子（不図示）を形成したウエハ（不図示）の半導体素子形成面を被覆する工程である（図４（Ａ））。
［封止工程］
本発明の半導体装置の製造方法に係る封止工程は、前記繊維含有樹脂基板１０の未硬化樹脂層２を加熱、硬化して硬化後の樹脂層２’とすることで、前記半導体素子３を搭載した基板５の半導体素子搭載面又は前記半導体素子（不図示）を形成したウエハ（不図示）の半導体素子形成面を一括封止し、封止後半導体素子搭載基板１１又は封止後半導体素子形成ウエハ（不図示）とする工程である（図４（Ｂ））。
［個片化工程］
本発明の半導体装置の製造方法に係る個片化工程は、前記封止後半導体素子搭載基板１１又は前記封止後半導体素子形成ウエハ（不図示）をダイシングし、個片化することで、半導体装置１３、１４（図３（ｂ）参照）を製造する工程である（図４（Ｃ）、（Ｄ））。
以下、より具体的に説明する。前記被覆工程、封止工程においては、ソルダーレジストフィルムや各種絶縁フィルム等のラミネーションに使用されている真空ラミネータ装置等を使用することで、ボイドも反りもない被覆、封止を行うことができる。ラミネーションの方式としてはロールラミネーションやダイアフラム式真空ラミネーション、エアー加圧式ラミネーション等いずれの方式も使用することができる。なかでも、真空ラミネーションとエアー加圧式の併用が好ましい。
ここでは例として、ニチゴーモートン社製の真空ラミネーション装置を用いて、厚み５０ミクロンのガラスクロス（繊維基材）にシリコーン樹脂を含浸したシリコーン樹脂含浸繊維基材と片面に厚み５０ミクロンの未硬化の熱硬化性シリコーン樹脂からなる未硬化樹脂層を有する繊維含有樹脂基板で、厚み７０ミクロン、直径３００ｍｍ（１２インチ）のシリコンウエハを封止する場合について説明する。
上下にヒーターが内蔵され１５０℃に設定されたプレートのうち、上側プレートにはダイアフラムラバーが減圧された状態でヒーターと密着している。下側プレート上に３００ｍｍ（１２インチ）のシリコンウエハをセットし、その上に片面に前記繊維含有樹脂基板を未硬化樹脂層面をシリコンウエハの半導体形成面に合わせてセットする。その後、下側プレートが上昇し、下側プレート上にセットされたシリコンウエハを囲むように設置されたＯリングにより上下のプレートが密着して真空チャンバーが形成され、該真空チャンバー内が減圧される。真空チャンバー内が十分に減圧されたら、上側プレートのダイアフラムラバーとヒーターの間から真空ポンプにつながる配管の弁を閉じ、圧縮空気を送り込む。それにより、上側のダイアフラムラバーが膨張しシリコンウエハと繊維含有樹脂基板を上側のダイアフラムラバーと下側のプレートで挟み、真空ラミネーションを行うと同時に熱硬化性シリコーン樹脂からなる樹脂層の硬化が進行し、封止が完了する。硬化時間としては３〜２０分程度あれば十分である。真空ラミネーションが完了したら真空チャンバー内を常圧に戻し、下側プレートを下降させ、封止したシリコンウエハを取り出す。上記工程によりボイドや反りのないウエハの封止を行うことができる。取り出したシリコンウエハは通常、１５０〜１８０℃の温度で１〜４時間ポストキュアすることで電気特性や機械特性を安定化させることができる。
上記の真空ラミネーション装置を用いた被覆、封止工程は例示したシリコーン樹脂に限らず、エポキシ樹脂やエポキシとシリコーンの混成樹脂の場合にも用いることができる。
このような半導体装置の製造方法であれば、被覆工程においては前記繊維含有樹脂基板の未硬化樹脂層により簡便に、充填不良なく半導体素子搭載面又は半導体素子形成面を被覆することができる。また、前記繊維含有樹脂基板を使用するので、樹脂含浸繊維基材が未硬化樹脂層の硬化時の収縮応力を抑制できるため、封止工程においては該半導体素子搭載面又は半導体素子形成面を一括封止することができ、薄型の大口径ウエハや金属等の大口径基板を封止した場合であっても、基板やウエハの反り、基板からの半導体素子の剥離が抑制された封止後半導体素子搭載基板又は封止後半導体素子形成ウエハを得ることができる。さらに、個片化工程においては耐熱性や耐湿性等の封止性能に優れる繊維含有樹脂基板により封止され、かつ反りが抑制された該封止後半導体素子搭載基板又は該封止後半導体素子形成ウエハから半導体装置をダイシングし、個片化することができるため、高品質な半導体装置を製造することができる半導体装置の製造方法となる。
以下、本発明の実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
［実施例１］
［樹脂含浸繊維基材の作製］
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（ＥＯＣＮ１０２０ 日本化薬製）６０質量部、フェノールノボラック樹脂（Ｈ−４ 群栄化学製）３０質量部をプラネタリ−ミキサ−にてＭＥＫ（メチルエチルケトン）４００重量部に溶解後、球状シリカ（龍森製平均粒径７ミクロン）７００質量部、イミダゾ−ル触媒（２Ｅ４ＭＺ 四国化成工業製）０．６質量部、シランカップリング剤（ＫＢＭ４０３ 信越化学工業製）０．５質量部を添加して十分撹拌させてエポキシ樹脂組成物のＭＥＫ分散液を得た。
このエポキシ樹脂組成物のＭＥＫ分散液に繊維基材として石英ガラスクロス（信越石英製、厚さ：５０μｍ）を浸漬することにより、該ＭＥＫ分散液を該ガラスクロスに含浸させた。該ガラスクロスを６０℃で２時間放置することによりＭＥＫを揮発させた。ＭＥＫを揮発させた後の石英ガラスクロスの両面には、室温（２５℃）で固体の皮膜が形成されていた。該ガラスクロスを熱プレス機にて１５０℃で１０分間加圧成型して成型品を得、更にこれを１５０℃で１時間２次硬化させて、含浸させた熱硬化性樹脂を硬化させたエポキシ樹脂含浸繊維基材（Ｉ−ａ−１）を得た。得られた樹脂含浸繊維基材のＸ−Ｙ方向の線膨張係数（ｐｐｍ／℃）は２ｐｐｍであった。
また、前記ＭＥＫ分散液を該ガラスクロスに含浸させて、該ガラスクロスを６０℃で２時間放置することによりＭＥＫを揮発させて、含浸させた熱硬化性樹脂を半硬化させたエポキシ樹脂含浸繊維基材（Ｉ−ａ−２）を得た。ＤＭＦを揮発させた後の石英ガラスクロスの両面には、室温（２５℃）で固体の皮膜が形成されていた。
［未硬化の熱硬化性樹脂からなる未硬化樹脂層を形成するための組成物の作製］
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（ＥＯＣＮ１０２０ 日本化薬製）６０質量部、フェノールノボラック樹脂（Ｈ−４ 群栄化学製）３０質量部、球状シリカ（龍森製平均粒径７ミクロン）４００質量部、触媒ＴＰＰ（トリフェニルホスフィン 北興化学工業製）０．２質量部、シランカップリング剤（ＫＢＭ４０３ 信越化学工業製）０．５質量部を高速混合装置で十分混合した後、連続混練装置で加熱混練してシート化し冷却した。シートを粉砕し顆粒状の粉末としてエポキシ樹脂組成物（Ｉ−ｂ）を得た。
［繊維含有樹脂基板の作製］
半硬化させたエポキシ樹脂含浸繊維基材（Ｉ−ａ−２）を減圧下で加熱圧縮できる圧縮成形装置の下金型上にセットし、その上にエポキシ樹脂組成物（Ｉ−ｂ）の顆粒粉末を均一に分散させた。上下の金型温度を８０℃にし、上金型にはフッ素樹脂コートしたＰＥＴフィルム（剥離フィルム）をセットして金型内を真空レベルまで減圧し、樹脂厚みが８０ミクロンになるように３分間圧縮成形して繊維含有樹脂基板（Ｉ−ｃ）を作製した。成形後、直径３００ｍｍ（１２インチ）の円板状に切断した。
［半導体素子が形成されたウエハの被覆及び封止］
次に、ニチゴーモートン社製のプレート温度を１３０℃に設定した真空ラミネーション装置を用いて被覆、封止した。まず、下側プレートに３００ｍｍ（１２インチ）で厚みが７０ミクロンのシリコンウエハをセットし、その上に剥離フィルムを除去した繊維含有樹脂基板（Ｉ−ｃ）の未硬化樹脂層であるエポキシ樹脂組成物（Ｉ−ｂ）面をシリコンウエハ面に合わせて被覆した。その後、プレートを閉じ５分間真空圧縮成形することで硬化封止した。硬化封止後、繊維含有樹脂基板（Ｉ−ｃ）により封止されたシリコンウエハを更に１５０℃で２時間ポストキュアして、封止後半導体素子形成ウエハ（Ｉ−ｄ）を得た。
［実施例２］
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（ＥＯＣＮ１０２０ 日本化薬製）６０質量部、フェノールノボラック樹脂（Ｈ−４ 群栄化学製）３０質量部、球状シリカ（龍森製平均粒径７ミクロン）３００質量部、触媒ＴＰＰ（トリフェニルホスフィン 北興化学工業製）０．２質量部、シランカップリング剤（ＫＢＭ４０３ 信越化学工業製）０．５質量部を高速混合装置で十分混合した後、連続混練装置で加熱混練してシート化し冷却した。シートを粉砕し顆粒状の粉末としてエポキシ樹脂組成物（ＩＩ−ｂ）を得た。
［繊維含有樹脂基板の作製］
実施例１と同様にして作製した半硬化させたエポキシ樹脂含浸繊維基材（ＩＩ−ａ）を減圧下で加熱圧縮できる圧縮成形装置の下金型上にセットし、その上にエポキシ樹脂組成物（ＩＩ−ｂ）の顆粒粉末を均一に分散させた。上下の金型温度を８０℃にし、上金型にはフッ素樹脂コートしたＰＥＴフィルム（剥離フィルム）をセットして金型内を真空レベルまで減圧し、樹脂厚みが８０ミクロンになるように３分間圧縮成形して繊維含有樹脂基板（ＩＩ−ｃ）を作製した。成形後、直径３００ｍｍ（１２インチ）の円板状に切断した。
［半導体素子が形成されたウエハの被覆及び封止］
次に、ニチゴーモートン社製のプレート温度を１３０℃に設定した真空ラミネーション装置を用いて被覆、封止した。まず、下側プレートに３００ｍｍ（１２インチ）で厚みが７０ミクロンのシリコンウエハをセットし、その上に剥離フィルムを除去した繊維含有樹脂基板（ＩＩ−ｃ）の未硬化樹脂層であるエポキシ樹脂組成物（Ｉ−ｂ）面をシリコンウエハ面に合わせて被覆した。その後、プレートを閉じ５分間真空圧縮成形することで硬化封止した。硬化封止後、繊維含有樹脂基板（ＩＩ−ｃ）により封止されたシリコンウエハを更に１５０℃で２時間ポストキュアして、封止後半導体素子形成ウエハ（ＩＩ−ｄ）を得た。
［実施例３］
［樹脂含浸繊維基材の作製］
繊維基材としてガラスクロスを含み、粒径が０．３ミクロンの球状シリカを添加し線膨張係数（ｘ、ｙ軸）を２．９ｐｐｍに調整した厚み７０ミクロンのＢＴ（ビスマレイミドトリアジン）樹脂基板（ガラス転移温度１８５℃）を樹脂含浸繊維基材（ＩＩＩ−ａ）として準備した。
［未硬化の熱硬化性樹脂からなる未硬化樹脂層を形成するための組成物の作製］
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（ＥＯＣＮ１０２０ 日本化薬製）６０質量部、フェノールノボラック樹脂（Ｈ−４ 群栄化学製）３０質量部、球状シリカ（龍森製平均粒径７ミクロン）４００質量部、触媒ＴＰＰ（トリフェニルホスフィン 北興化学工業製）０．２質量部、シランカップリング剤（ＫＢＭ４０３ 信越化学工業製）０．５質量部を高速混合装置で十分混合した後、連続混練装置で加熱混練してシート化し冷却した。シートを粉砕し顆粒状の粉末としてエポキシ樹脂組成物（ＩＩＩ−ｂ）を得た。
［繊維含有樹脂基板の作製］
樹脂含浸繊維基材（ＩＩＩ−ａ）を減圧下で加熱圧縮できる圧縮成形装置の下金型上にセットし、その上にエポキシ樹脂組成物（ＩＩＩ−ｂ）の顆粒粉末を均一に分散させた。上下の金型温度を８０℃にし、上金型にはフッ素樹脂コートしたＰＥＴフィルム（剥離フィルム）をセットして金型内を真空レベルまで減圧し、樹脂厚みが８０ミクロンになるように３分間圧縮成形して繊維含有樹脂基板（ＩＩＩ−ｃ）を作製した。成形後、直径３００ｍｍ（１２インチ）の円板状に切断した。
［半導体素子が形成されたウエハの被覆及び封止］
次に、ニチゴーモートン社製のプレート温度を１７０℃に設定した真空ラミネーション装置を用いて被覆、封止した。まず、下側プレートに３００ｍｍ（１２インチ）で厚みが１００ミクロンの金属基板上に高温で接着力が低下する接着剤を介して、個片化した半導体素子である４００個のシリコンチップ（形状：５ｍｍ×７ｍｍ 厚み１００ミクロン）を整列し搭載したシリコンウエハをセットし、その上に剥離フィルムを除去した繊維含有樹脂基板（ＩＩＩ−ｃ）の未硬化樹脂層であるエポキシ樹脂組成物（ＩＩＩ−ｂ）面をシリコンウエハ面に合わせて被覆した。その後、プレートを閉じ５分間真空圧縮成形することで硬化封止した。硬化封止後、１７０℃で４時間ポストキュアして、封止後半導体素子形成ウエハ（ＩＩＩ−ｄ）を得た。
［比較例１］
［樹脂含浸繊維基材の作製］
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（ＥＯＣＮ１０２０ 日本化薬製）６０質量部、フェノールノボラック樹脂（Ｈ−４ 群栄化学製）３０質量部をプラネタリ−ミキサ−にてＭＥＫ（メチルエチルケトン）４００重量部に溶解後、球状シリカ（龍森製平均粒径７ミクロン）４００質量部、イミダゾ−ル触媒（２Ｅ４ＭＺ 四国化成工業製）０．６質量部、シランカップリング剤（ＫＢＭ４０３ 信越化学工業製）０．５質量部を添加して十分撹拌させてエポキシ樹脂組成物のＭＥＫ分散液を得た。
このエポキシ樹脂組成物のＭＥＫ分散液に繊維基材として石英ガラスクロス（信越石英製、厚さ：５０μｍ）を浸漬することにより、該ＭＥＫ分散液を該ガラスクロスに含浸させた。該ガラスクロスを６０℃で２時間放置することによりＭＥＫを揮発させた。ＭＥＫを揮発させた後の石英ガラスクロスの両面には、室温（２５℃）で固体の皮膜が形成されていた。該ガラスクロスを熱プレス機にて１５０℃で１０分間加圧成型して成型品を得、更にこれを１５０℃で１時間２次硬化させて、含浸させた熱硬化性樹脂を硬化させたエポキシ樹脂含浸繊維基材（ＩＶ−ａ）を得た。このエポキシ樹脂含浸繊維基材（ＩＶ−ａ）のＸ−Ｙ方向の線膨張係数は１６ｐｐｍであった。
［未硬化の熱硬化性樹脂からなる未硬化樹脂層を形成するための組成物の作製］
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（ＥＯＣＮ１０２０ 日本化薬製）６０質量部、フェノールノボラック樹脂（Ｈ−４ 群栄化学製）３０質量部、球状シリカ（龍森製平均粒径７ミクロン）４００質量部、触媒ＴＰＰ（トリフェニルホスフィン 北興化学工業製）０．２質量部、シランカップリング剤（ＫＢＭ４０３ 信越化学工業製）０．５質量部を高速混合装置で十分混合した後、連続混練装置で加熱混練してシート化し冷却した。シートを粉砕し顆粒状の粉末としてエポキシ樹脂組成物（ＩＶ−ｂ）を得た。
［繊維含有樹脂基板の作製］
樹脂含浸繊維基材（ＩＶ−ａ）を減圧下で加熱圧縮できる圧縮成形装置の下金型上にセットし、その上にエポキシ樹脂組成物（ＩＶ−ｂ）の顆粒粉末を均一に分散させた。上下の金型温度を８０℃にし、上金型にはフッ素樹脂コートしたＰＥＴフィルム（剥離フィルム）をセットして金型内を真空レベルまで減圧し、樹脂厚みが８０ミクロンになるように３分間圧縮成形して繊維含有樹脂基板（ＩＶ−ｃ）を作製した。成形後、直径３００ｍｍ（１２インチ）の円板状に切断した。
［半導体素子が形成されたウエハの被覆及び封止］
次に、ニチゴーモートン社製のプレート温度を１３０℃に設定した真空ラミネーション装置を用いて被覆、封止した。まず、下側プレートに３００ｍｍ（１２インチ）で厚みが７０ミクロンのシリコンウエハをセットし、その上に剥離フィルムを除去した繊維含有樹脂基板（ＩＶ−ｃ）の未硬化樹脂層であるエポキシ樹脂組成物（ＩＶ−ｂ）面をシリコンウエハ面に合わせて被覆した。その後、プレートを閉じ５分間真空圧縮成形することで硬化封止した。硬化封止後、繊維含有樹脂基板（ＩＶ−ｃ）により封止されたシリコンウエハを更に１５０℃で２時間ポストキュアして、封止後半導体素子形成ウエハ（ＩＶ−ｄ）を得た。
［比較例２］
［半導体素子が搭載された基板］
直径３００ｍｍ（８インチ）で厚みが５００ミクロンの金属基板上に、高温で接着力が低下する接着剤を介して、個片化した半導体素子である４００個のシリコンチップ（形状：５ｍｍ×７ｍｍ 厚み１２５ミクロン）を整列し搭載した。
［半導体素子が搭載された基板の被覆及び封止］
この基板を減圧下で加熱圧縮できる圧縮成形装置の下金型上にセットし、その上に実施例３と同様にして作製したエポキシ樹脂組成物（Ｖ−ｂ）の顆粒粉末を均一に分散させた。上下の金型温度を１７０℃にし、上金型にはフッ素樹脂コートしたＰＥＴフィルム（剥離フィルム）をセットして金型内を真空レベルまで減圧し、樹脂厚みが５０ミクロンになるように３分間圧縮成形し、硬化封止した。硬化封止後、１７０℃で４時間ポストキュアして、封止後半導体素子搭載基板（Ｖ−ｄ）を得た。
以上、実施例１〜３、比較例１〜２において封止された封止後半導体素子形成ウエハ（Ｉ−ｄ）〜（ＩＶ−ｄ）、及び封止後半導体素子搭載基板（Ｖ−ｄ）の反り、外観、樹脂と基板の接着状態、金属基板からの半導体素子の剥離の有無を調査した。その結果を表１に示す。ここで、外観についてはボイド、未充填の有無をしらべ、これらがなければ良好とした。また、接着状態については成型時に剥離がなければ良好とした。
Figure 2014103187
また、上記実施例１〜３、及び比較例１〜２の封止後半導体素子搭載基板及び封止後半導体素子形成ウエハをダイシングして、個片化し以下の耐熱性試験と耐湿性試験を行った。耐熱性試験では、この試験片に対してヒートサイクル試験（−２５℃で１０分保持、１２５℃で１０分保持を１０００サイクル繰り返す）を行い、試験後にも導通がとれるかを評価した。また、耐湿性試験では、この試験片に対して温度８５℃、相対湿度８５％の条件下で回路の両極に１０Ｖの直流電圧を印加し、マイグレーションテスター（ＩＭＶ社製、ＭＩＧ−８６）を用いて短絡が生じるかを評価した。その結果、実施例１〜３は優れた耐熱性、耐湿性を有することが明らかとなった。
一方、本発明に係る樹脂含浸繊維基材を用いない比較例１〜２において示されるように、これら比較例において半導体素子を搭載した基板の半導体素子搭載面、又は半導体素子を形成したウエハの半導体素子形成面を一括封止した場合には、作製される封止後半導体素子形成ウエハ（ＩＶ−ｄ）、及び封止後半導体素子搭載基板（Ｖ−ｄ）の反りは大きく、また封止後半導体素子形成ウエハ（ＩＶ−ｄ）ではウエハの破損が、封止後半導体素子搭載基板（Ｖ−ｄ）では基板からの半導体素子の剥離があることが明らかとなった（表１）。さらに、比較例１、２では、ヒートサイクル試験において半導体素子の部分剥離が発生してしまった。
これに対し、実施例１−３において示されるように、本発明の繊維含有樹脂基板を用いて封止された、封止後半導体素子形成ウエハ（Ｉ−ｄ）〜（ＩＩＩ−ｄ）は反りが著しく抑制されており、ウエハの破損もなく、外観、接着状態が良好でボイドや未充填なども生じないことが明らかとなった。以上により、本発明に係る樹脂含浸繊維基材は未硬化樹脂層を硬化させた時の収縮応力を抑制することができ、それにより薄い基板やウエハの反り、基板からの半導体素子の剥離、薄いウエハの破損が抑制されることが示された。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
１…樹脂含浸繊維基材、 ２…未硬化樹脂層、 ２’…硬化後の樹脂層、 ３…半導体素子、 ４…接着剤、 ５…基板、 ６…半導体素子、 ７…ウエハ、 １０…繊維含有樹脂基板、 １１…封止後半導体素子搭載基板、 １２…封止後半導体素子形成ウエハ、 １３、１４…半導体装置。

Claims (8)

  1. 半導体素子を搭載した基板の半導体素子搭載面、又は半導体素子を形成したウエハの半導体素子形成面を一括封止するための繊維含有樹脂基板であって、
    繊維基材に熱硬化性樹脂を含浸させて、該熱硬化性樹脂を半硬化又は硬化させ、Ｘ−Ｙ方向の線膨張係数が３ｐｐｍより小さい樹脂含浸繊維基材と、該樹脂含浸繊維基材の片面上に形成された未硬化の熱硬化性樹脂からなる未硬化樹脂層とを有するものであることを特徴とする繊維含有樹脂基板。
  2. 前記未硬化樹脂層の厚みが２０ミクロン以上２０００ミクロン以下であることを特徴とする請求項１に記載の繊維含有樹脂基板。
  3. 前記未硬化樹脂層が、５０℃未満で固形化し、かつ５０℃以上１５０℃以下で溶融する熱硬化性樹脂であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の繊維含有樹脂基板。
  4. 封止後半導体素子搭載基板であって、
    請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の繊維含有樹脂基板の未硬化樹脂層により半導体素子を搭載した基板の半導体素子搭載面を被覆し、該未硬化樹脂層を加熱、硬化することで、前記繊維含有樹脂基板により一括封止されたものであることを特徴とする封止後半導体素子搭載基板。
  5. 封止後半導体素子形成ウエハであって、
    請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の繊維含有樹脂基板の未硬化樹脂層により半導体素子を形成したウエハの半導体素子形成面を被覆し、該未硬化樹脂層を加熱、硬化することで、前記繊維含有樹脂基板により一括封止されたものであることを特徴とする封止後半導体素子形成ウエハ。
  6. 上記ウエハの厚みが３０ミクロン以上１００ミクロン以下であり、その直径が３００ミリ以上であることを特徴とする請求項５に記載の半導体素子形成ウエハ。
  7. 半導体装置であって、
    請求項４に記載の封止後半導体素子搭載基板、又は請求項５及び請求項６に記載の封止後半導体素子形成ウエハをダイシングして、個片化したものであることを特徴とする半導体装置。
  8. 半導体装置を製造する方法であって、
    請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の繊維含有樹脂基板の未硬化樹脂層により半導体素子を搭載した基板の半導体素子搭載面、又は半導体素子を形成したウエハの半導体素子形成面を被覆する被覆工程、
    該未硬化樹脂層を加熱、硬化することで、前記半導体素子を搭載した基板の半導体素子搭載面又は前記半導体素子を形成したウエハの半導体素子形成面を一括封止し、封止後半導体素子搭載基板又は封止後半導体素子形成ウエハとする封止工程、及び
    該封止後半導体素子搭載基板又は該封止後半導体素子形成ウエハをダイシングし、個片化することで、半導体装置を製造する個片化工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。

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