JP2015216229A - 半導体装置の製造方法及び熱硬化性樹脂シート - Google Patents

Abstract

【課題】 ボイドが少ない半導体装置を製造できる半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】 チップ実装基板及びチップ実装基板上に配置された熱硬化性樹脂シートを備える積層物を加熱下で加圧することにより、半導体チップを熱硬化性樹脂シートで覆いつつ、基板と半導体チップのギャップに熱硬化性樹脂シートを充填する工程を含む半導体装置の製造方法に関する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体装置の製造方法及び熱硬化性樹脂シートに関する。

フリップチップ接続方式の半導体装置の製造技術に関して、特許文献１には、半導体チップがフリップチップ接続方式で実装された基板を金型のキャビティ内に配置した後、キャビティ内に溶融状態のエポキシ樹脂組成物を所定の圧力で注入することにより、チップ下のギャップの充填とチップ全体の封止とを一括して行う技術が記載されている。チップ下のギャップの充填とチップ全体の封止とを一括して行う技術は、モールドアンダーフィルと呼ばれることがある。

一方、大面積の有機基板上に配置された多数のチップを一括して封止する技術、シリコンインターポーザー上に配置された多数のチップを一括して封止する技術に対する需要が、近年増している。

特許第５２５６１８５号公報

特許文献１に記載の技術により、大面積の基板上に配置された多数のチップを一括して封止すると、半導体装置内にボイドが生じやすい。キャビティを充填中にエポキシ樹脂組成物の粘度が上昇し、キャビティ全体を充填することが難しいためである。また、特許文献１に記載の技術では、エポキシ樹脂組成物中に配合されたフィラーのうち小粒径のフィラーが流れやすいため、フィラーの偏析が起こりやすい。

本発明は前記課題を解決し、ボイドが少ない半導体装置を製造できる半導体装置の製造方法及び熱硬化性樹脂シートを提供することを目的とする。

本発明は、チップ実装基板及びチップ実装基板上に配置された熱硬化性樹脂シートを備える積層物を加熱下で加圧することにより、半導体チップを熱硬化性樹脂シートで覆いつつ、基板と半導体チップのギャップに熱硬化性樹脂シートを充填する工程を含む半導体装置の製造方法に関する。チップ実装基板は、基板及び基板にフリップチップ実装された半導体チップを備える。チップ実装基板は、半導体チップを複数備えることが好ましい。

本発明では、樹脂シートを使用するため、樹脂を注入する工程が必要がない。したがって、トランスファ成型方式のモールドアンダーフィルに比べて、ボイドが少ない半導体装置を製造できる。また、トランスファ成型方式のモールドアンダーフィルに比べて、フィラーの偏析が生じ難い。

本発明の半導体装置の製造方法は、積層物を加熱下で加圧することにより、半導体チップを熱硬化性樹脂シートで覆いつつ、基板と半導体チップのギャップに熱硬化性樹脂シートを充填する工程を含む限り特に限定されない。本発明の半導体装置の製造方法は、例えば、半導体チップを熱硬化性樹脂シートで覆いつつ、基板と半導体チップのギャップに熱硬化性樹脂シートを充填する工程により得られた封止体を加熱することにより、硬化体を形成する工程、及び硬化体をダイシングすることにより、半導体装置を得る工程などをさらに含むことができる。本発明の半導体装置の製造方法は、例えば、封止体を加熱することにより硬化体を形成する工程、硬化体に再配線層を形成することにより再配線体を形成する工程、及び再配線体をダイシングすることにより半導体装置を得る工程などをさらに含むことができる。

半導体チップを熱硬化性樹脂シートで覆いつつ、基板と半導体チップのギャップに熱硬化性樹脂シートを充填する工程では、圧縮成型用の金型を用いて積層物を加熱下で加圧することが好ましい。すなわち、圧縮成型用の金型の内部に配置された積層物を加熱下で加圧することが好ましい。

基板としては特に限定されず、例えば、有機基板、半導体ウェハ基板、ガラス基板などが挙げられる。半導体ウェハ基板としては、シリコンウェハ基板などが挙げられる。

基板の面積は、好ましくは１００００ｍｍ^２以上である。本発明では１００００ｍｍ^２以上の大面積の基板を採用する場合でも、ボイドが少ない半導体装置を製造できる。基板の面積の上限は特に限定されないが、例えば、２０００００ｍｍ^２である。

基板の形状としては特に限定されない。基板の形状としては、例えば、多角形状、略多角形状、円形状、略円形状などが挙げられる。ここで、基板の形状とは、基板を平面視したときの形状である。

多角形状としては、例えば、長方形状、正方形状などが挙げられる。

略多角形状には、少なくとも一部の角が丸みを帯びた多角形類似形状、少なくとも一部の辺又はその辺の一部が曲線の多角形類似形状などが含まれる。略多角形状としては、略長方形状、略正方形状などが挙げられる。

多角形状の基板又は略多角形状の基板は、少なくとも１辺の長さが好ましくは１００ｍｍ以上である。多角形状の基板又は略多角形状の基板の面積は、好ましくは１００００ｍｍ^２以上である。

略円形状には、楕円形状、周の少なくとも一部に凹凸部が形成された円形類似形状、周の少なくとも一部に線状部（以下、線状部を直線状部ともいう）が形成された円形類似形状、周の少なくとも一部に波線状部が形成された円形類似形状などが含まれる。

円形状の基板又は略円形状の基板は、直径又は短径が好ましくは１５０ｍｍ以上である。

熱硬化性樹脂シートの５０℃〜１５０℃における最低溶融粘度が１０Ｐａ・Ｓ〜５０００Ｐａ・Ｓであることが好ましい。１０Ｐａ・Ｓ以上であると、アウトガスによるボイドの発生を抑えることができる。５０００Ｐａ・Ｓ以下であると、半導体チップに対して熱硬化性樹脂シートを追従させることができる。また、基板と半導体チップのギャップに熱硬化性樹脂シートを容易に充填できる。

熱硬化性樹脂シートは無機充填剤を含むことが好ましい。熱硬化性樹脂シート中の無機充填剤の含有量が７０重量％〜９０重量％であることが好ましい。７０重量％以上であると、熱硬化性樹脂シートの硬化物の熱膨張係数を低下させることが可能で、半導体装置の耐熱サイクル信頼性を高められる。９０重量％以下であると、熱硬化性樹脂シートの流動性を向上させることが可能で、半導体チップに対して熱硬化性樹脂シートを追従させることができる。また、基板と半導体チップのギャップを良好に充填できる。

無機充填剤の最大粒子径が３０μｍ以下であることが好ましい。３０μｍ以下であると、基板と半導体チップのギャップを良好に充填できる。

熱硬化性樹脂シートはエポキシ樹脂を含むことが好ましい。エポキシ樹脂はビスフェノールＡ型エポキシ樹脂を含み、エポキシ樹脂１００重量％中のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂の含有量が２０重量％〜７０重量％であることが好ましい。２０重量％以上であると、熱硬化性樹脂シートの可撓性に優れるため、取扱が容易である。７０重量％以下であると、熱硬化性樹脂シートの硬化物のＴｇを高めることが可能で、耐熱サイクル信頼性を高められる。

熱硬化性樹脂シートはフェノールノボラック型硬化剤及び硬化促進剤を含むことが好ましい。

本発明はまた、積層物を加熱下で加圧することにより、半導体チップを熱硬化性樹脂シートで覆いつつ、基板と半導体チップのギャップに熱硬化性樹脂シートを充填する工程を含む半導体装置の製造方法に使用するための熱硬化性樹脂シートに関する。熱硬化性樹脂シートは、５０℃〜１５０℃における最低溶融粘度が１０Ｐａ・Ｓ〜５０００Ｐａ・Ｓであることが好ましい。

本発明によれば、ボイドが少ない半導体装置を製造できる。

積層物を下型上に配置した様子の概略を示す断面図である。 封止体を形成した様子の概略を示す断面図である。 硬化体の概略断面図である。 硬化体の基板上にバンプを設けた様子の概略を示す断面図である。 硬化体をダイシングすることにより得られた半導体装置の概略断面図である。 積層物を下型上に配置した様子の概略を示す断面図である。 封止体を形成した様子の概略を示す断面図である。 硬化体の概略断面図である。 硬化層を研削した後の硬化体の概略断面図である。 半導体ウェハを研削した後の硬化体の概略断面図である。 再配線体の概略断面図である。 再配線体をダイシングすることにより得られた半導体装置の概略断面図である。 真空加熱接合装置の概略断面図である。 ステージ上に積層体を配置した様子の概略を示す断面図である。 チェンバーを形成した様子の概略を示す断面図である。 チップ実装基板及び熱硬化性樹脂シートを格納する密閉容器を形成した様子の概略を示す断面図である。 密閉容器の外部の圧力を大気圧にした様子の概略を示す断面図である。 密閉容器の内外の圧力差を利用して封止体を形成した様子の概略を示す断面図である。 封止体の横にスペーサーを配置した様子の概略を示す断面図である。 封止体を平板で押さえつけた様子の概略を示す断面図である。 硬化体の概略断面図である。 硬化体の基板上にバンプを設けた様子の概略を示す断面図である。 硬化体をダイシングすることにより得られた半導体装置の概略断面図である。 積層フィルムを枠状押え部に固定することによりチップ実装基板の上方に積層フィルムを配置した様子の概略を示す断面図である。 チェンバーを形成した様子の概略を示す断面図である。 チップ実装基板及び熱硬化性樹脂シートを格納する密閉容器を形成した様子の概略を示す断面図である。 密閉容器の外部の圧力を大気圧にした様子の概略を示す断面図である。 密閉容器の内外の圧力差を利用して封止体を形成した様子の概略を示す断面図である。 封止体の横にスペーサーを配置した様子の概略を示す断面図である。 封止体を平板で押さえつけた様子の概略を示す断面図である。 硬化体の概略断面図である。 硬化体の基板上にバンプを設けた様子の概略を示す断面図である。 硬化体をダイシングすることにより得られた半導体装置の概略断面図である。 ステージ上に積層体を配置した様子の概略を示す断面図である。 チェンバーを形成した様子の概略を示す断面図である。 チップ実装ウェハ及び熱硬化性樹脂シートを格納する密閉容器を形成した様子の概略を示す断面図である。 密閉容器の外部の圧力を大気圧にした様子の概略を示す断面図である。 密閉容器の内外の圧力差を利用して封止体を形成した様子の概略を示す断面図である。 封止体の横にスペーサーを配置した様子の概略を示す断面図である。 封止体を平板で押さえつけた様子の概略を示す断面図である。 硬化体の概略断面図である。 硬化層を研削した後の硬化体の概略断面図である。 半導体ウェハを研削した後の硬化体の概略断面図である。 再配線体の概略断面図である。 再配線体をダイシングすることにより得られた半導体装置の概略断面図である。

以下に実施形態を掲げ、本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態のみに限定されるものではない。

［実施形態１］
（半導体装置４の製造方法）
実施形態１では、圧縮成型用の金型２００を使用する。

図１に示すように、圧縮成型用の金型２００は、下型２００１及び上型２００２を備える。上型２００２は、中部２００２ａ及び中部２００２ａの外周に配置され、中部２００２ａの厚み方向に延びた外周部２００２ｂを備える。金型２００を閉じることにより、下型２００１及び上型２００２に挟まれたキャビティを形成する。

下型２００１及び上型２００２はあらかじめ加熱されている。下型２００１及び上型２００２の温度は、好ましくは７０℃以上、より好ましくは８０℃以上、さらに好ましくは８５℃以上である。７０℃以上であると、熱硬化性樹脂シート１２を流動させた後、硬化させることができる。下型２００１及び上型２００２の温度は好ましくは２００℃以下、より好ましくは１８０℃以下、さらに好ましくは１７０℃以下である。

積層物２０１を下型２００１上に配置する。積層物２０１は、チップ実装基板１１及びチップ実装基板１１上に配置された熱硬化性樹脂シート１２を備える。

チップ実装基板１１は、基板１１ａ、基板１１ａにフリップチップ実装された半導体チップ１１ｂを備える。半導体チップ１１ｂと基板１１ａは、バンプ１１ｃを介して電気的に接続されている。

図２に示すように、金型２００を閉じることにより、積層物２０１を加圧下で加熱して、半導体チップ１１ｂを熱硬化性樹脂シート１２で覆いつつ、基板１１ａと半導体チップ１１ｂのギャップに熱硬化性樹脂シート１２を充填する。これにより、封止体２を得る。

キャビティ内圧力は、好ましくは０．５ＭＰａ以上、より好ましくは１ＭＰａ以上である。０．５ＭＰａ以上であると、充填時に巻き込んだボイドを潰すことができる。キャビティ内圧力は、好ましくは１０ＭＰａ以下、より好ましくは８ＭＰａ以下である。１０ＭＰａ以下であると、半導体チップ１１ｂへのダメージを抑制することが可能で、高い信頼性を確保できる。

封止体２は、チップ実装基板１１及びチップ実装基板１１上に配置された樹脂層２１を備える。樹脂層２１は、基板１１ａと半導体チップ１１ｂの間に挟まれたアンダーフィル部２１ａ、及びアンダーフィル部２１ａの周辺に配置された封止部２１ｂを備える。半導体チップ１１ｂは、封止部２１ｂにより覆われている。

キャビティに封止体２を保持することにより、樹脂層２１を硬化させて、硬化体３を得る。封止体２を保持する温度、保持時間は適宜設定できる。

図３に示すように、硬化体３は、チップ実装基板１１及びチップ実装基板１１上に配置された硬化層３１を備える。硬化層３１は、基板１１ａと半導体チップ１１ｂの間に挟まれた接続保護部３１ａ、及び接続保護部３１ａの周辺に配置されたチップ保護部３１ｂを備える。半導体チップ１１ｂは、チップ保護部３１ｂにより覆われている。

図４に示すように、基板１１ａ上にバンプ３２を設ける。

図５に示すように、硬化体３を個片化（ダイシング）して、半導体装置４を得る。

（熱硬化性樹脂シート１２）
熱硬化性樹脂シート１２について説明する。

熱硬化性樹脂シート１２の５０℃〜１５０℃における最低溶融粘度は、好ましくは１０Ｐａ・Ｓ以上、より好ましくは１５Ｐａ・Ｓ以上である。１０Ｐａ・Ｓ以上であると、アウトガスによるボイドの発生を抑えることができる。熱硬化性樹脂シート１２の５０℃〜１５０℃における最低溶融粘度は、好ましくは５０００Ｐａ・Ｓ以下、より好ましくは４５００Ｐａ・Ｓ以下である。５０００Ｐａ・Ｓ以下であると、半導体チップ１１ｂに対して熱硬化性樹脂シート１２を追従させることができる。また、基板１１ａと半導体チップ１１ｂのギャップに熱硬化性樹脂シート１２を容易に充填できる。
最低溶融粘度は、実施例に記載の方法で測定できる。

熱硬化性樹脂シート１２の最低溶融粘度は、無機充填剤の含有量、無機充填剤の平均粒子径などによりコントロールできる。例えば、無機充填剤を減量すること、平均粒子径の大きい無機充填剤を使用することにより、最低溶融粘度を低減できる。

熱硬化性樹脂シート１２は、熱硬化性樹脂を含むことが好ましい。熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などを好適に使用できる。

エポキシ樹脂としては、特に限定されるものではない。例えば、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、変性ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、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、変性ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂などの各種のエポキシ樹脂を用いることができる。これらエポキシ樹脂は単独で用いてもよいし２種以上併用してもよい。

なかでも、可撓性を付与できるという理由から、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂が好ましく、２３℃で液状のものがより好ましい。ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂のエポキシ当量は、１５０ｇ／ｅｑ〜２５０ｇ／ｅｑが好ましい。

また、低粘度化させることができるという理由から、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂とともに、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂を使用することが好ましい。ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂の軟化点は、好ましくは５０℃以上である。５０℃以上であると、常温でのハンドリング性を向上できる。ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂の軟化点は、好ましくは１００℃以下である。１００℃以下であると、溶融粘度を低下させることができる。ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂のエポキシ当量は、１５０ｇ／ｅｑ〜２５０ｇ／ｅｑが好ましい。

エポキシ樹脂１００重量％中のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂の含有量は、好ましくは２０重量％以上、より好ましくは２５重量％以上である。２０重量％以上であると、熱硬化性樹脂シート１２の可撓性に優れるため、取扱が容易である。エポキシ樹脂１００重量％中のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂の含有量は、好ましくは７０重量％以下、より好ましくは６５重量％以下である。７０重量％以下であると、熱硬化性樹脂シート１２の硬化物のＴｇを高めることが可能で、耐熱サイクル信頼性を高められる。

フェノール樹脂は、エポキシ樹脂との間で硬化反応を生起するものであれば特に限定されるものではない。例えば、フェノールノボラック型硬化剤（以下、フェノールノボラック型硬化剤をフェノールノボラック樹脂ともいう）、フェノールアラルキル樹脂、ビフェニルアラルキル樹脂、ジシクロペンタジエン型フェノール樹脂、クレゾールノボラック樹脂、レゾール樹脂などが用いられる。これらフェノール樹脂は単独で用いてもよいし、２種以上併用してもよい。なかでも、硬化反応性が高いという観点から、フェノールノボラック型硬化剤が好ましい。

エポキシ樹脂との反応性の観点から、フェノール樹脂の水酸基当量は、７０ｇ／ｅｑ〜２５０ｇ／ｅｑが好ましい。フェノール樹脂の軟化点は、好ましくは５０℃以上である。５０℃以上であると、常温でのハンドリング性を向上することができる。フェノール樹脂の軟化点は、好ましくは１２０℃以下である。１２０℃以下であると、溶融粘度を低下させることができる。

熱硬化性樹脂シート１２中のエポキシ樹脂及びフェノール樹脂の合計含有量は、好ましくは５重量％以上、より好ましくは８重量％以上である。５重量％以上であると、充分な硬化物強度が得られる。熱硬化性樹脂シート１２中のエポキシ樹脂及びフェノール樹脂の合計含有量は、好ましくは３０重量％以下、より好ましくは２５重量％以下、さらに好ましくは２０重量％以下、特に好ましくは１５重量％以下である。３０重量％以下であると、硬化物の線膨張係数が小さく、かつ低吸水性が得られやすい。

エポキシ樹脂とフェノール樹脂の配合割合は、硬化反応性という観点から、エポキシ樹脂中のエポキシ基１当量に対して、フェノール樹脂中の水酸基の合計が０．７当量〜１．５当量となるように配合することが好ましく、より好ましくは０．９当量〜１．２当量である。

熱硬化性樹脂シート１２は、無機充填剤を含むことが好ましい。

無機充填剤としては、例えば、石英ガラス、タルク、シリカ（溶融シリカや結晶性シリカなど）、アルミナ（酸化アルミニウム）、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、炭化珪素などが挙げられる。なかでも、熱膨張係数を良好に低減できるという理由から、シリカが好ましい。シリカとしては、流動性に優れるという理由から、溶融シリカが好ましく、球状溶融シリカがより好ましい。また、熱伝導率が高いという理由から、熱伝導性フィラーが好ましく、アルミナ、窒化ホウ素、窒化アルミニウムがより好ましい。なお、無機充填剤としては、電気絶縁性のものが好ましい。

無機充填剤の最大粒子径は、好ましくは３０μｍ以下、より好ましくは２０μｍ以下である。３０μｍ以下であると、基板１１ａと半導体チップ１１ｂのギャップを良好に充填できる。一方、無機充填剤の最大粒子径は、好ましくは５μｍ以上である。
無機充填剤の最大粒子径は、実施例に記載の方法で測定できる。

無機充填剤の粒度分布において、ピークＡ及びピークＢが少なくとも存在することが好ましい。具体的には、０．０１μｍ〜１０μｍの粒径範囲にピークＡが存在し、１μｍ〜１００μｍの粒径範囲にピークＢが存在することが好ましい。これにより、ピークＢを形成する無機充填剤の間に、ピークＡを形成する無機充填剤を充填することが可能となり、無機充填剤を高充填できる。

ピークＡは０．１μｍ以上の粒径範囲に存在することがより好ましい。ピークＡは１μｍ以下の粒径範囲に存在することがより好ましい。

ピークＢは２．５μｍ以上の粒径範囲に存在することがより好ましく、４μｍ以上の粒径範囲に存在することがさらに好ましい。ピークＢは１０μｍ以下の粒径範囲に存在することがより好ましい。

無機充填剤の粒度分布において、ピークＡ及びピークＢ以外のピークが存在してもよい。

なお、無機充填剤の粒度分布は、以下の方法で測定できる。

無機充填剤の粒度分布の測定方法
熱硬化性樹脂シート１２をるつぼに入れ、強熱して熱硬化性樹脂シート１２を灰化させる。得られた灰分を純水中に分散させて１０分間超音波処理し、レーザー回折散乱式粒度分布測定装置（ベックマンコールター社製、「ＬＳ １３ ３２０」；湿式法）を用いて粒度分布（体積基準）を求める。

無機充填剤は、シランカップリング剤により処理（前処理）されていてもよい。これにより、樹脂との濡れ性を向上でき、無機充填剤の分散性を高めることができる。

シランカップリング剤は、分子中に加水分解性基及び有機官能基を有する化合物である。

加水分解性基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基などの炭素数１〜６のアルコキシ基、アセトキシ基、２−メトキシエトキシ基などが挙げられる。なかでも、加水分解によって生じるアルコールなどの揮発成分を除去し易いという理由から、メトキシ基が好ましい。

有機官能基としては、ビニル基、エポキシ基、スチリル基、メタクリル基、アクリル基、アミノ基、ウレイド基、メルカプト基、スルフィド基、イソシアネート基などが挙げられる。なかでも、エポキシ樹脂、フェノール樹脂と反応し易いという理由から、エポキシ基が好ましい。

シランカップリング剤としては、例えば、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシランなどのビニル基含有シランカップリング剤；２−（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、３−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリエトキシシランなどのエポキシ基含有シランカップリング剤；ｐ−スチリルトリメトキシシランなどのスチリル基含有シランカップリング剤；３−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルトリエトキシシランなどのメタクリル基含有シランカップリング剤；３−アクリロキシプロピルトリメトキシシランなどのアクリル基含有シランカップリング剤；Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、３−トリエトキシシリル−Ｎ−（１，３−ジメチル−ブチリデン）プロピルアミン、Ｎ−フェニル−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−（ビニルベンジル）−２−アミノエチル−３−アミノプロピルトリメトキシシランなどのアミノ基含有シランカップリング剤；３−ウレイドプロピルトリエトキシシランなどのウレイド基含有シランカップリング剤；３−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、３−メルカプトプロピルトリメトキシシランなどのメルカプト基含有シランカップリング剤；ビス（トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィドなどのスルフィド基含有シランカップリング剤；３−イソシアネートプロピルトリエトキシシランなどのイソシアネート基含有シランカップリング剤などが挙げられる。

シランカップリング剤により無機充填剤を処理する方法としては特に限定されず、溶媒中で無機充填剤とシランカップリング剤を混合する湿式法、気相中で無機充填剤とシランカップリング剤を処理させる乾式法などが挙げられる。

シランカップリング剤の処理量は特に限定されないが、未処理の無機充填剤１００重量部に対して、シランカップリング剤を０．１重量部〜１重量部処理することが好ましい。

熱硬化性樹脂シート１２中の無機充填剤の含有量は、好ましくは７０重量％以上、より好ましくは７５重量％以上である。７０重量％以上であると、熱硬化性樹脂シート１２の硬化物の熱膨張係数を低下させることが可能で、半導体装置４の耐熱サイクル信頼性を高められる。熱硬化性樹脂シート１２中の無機充填剤の含有量は、好ましくは９０重量％以下、より好ましくは８７重量％以下である。９０重量％以下であると、熱硬化性樹脂シート１２の流動性を向上させることが可能で、半導体チップ１１ｂに対して熱硬化性樹脂シート１２を追従させることができる。また、基板１１ａと半導体チップ１１ｂのギャップを良好に充填できる。

熱硬化性樹脂シート１２は、硬化促進剤を含むことが好ましい。

硬化促進剤としては、エポキシ樹脂とフェノール樹脂の硬化を進行させるものであれば特に限定されず、例えば、トリフェニルホスフィン、テトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレートなどの有機リン系化合物；２−フェニル−４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾール、２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾールなどのイミダゾール系化合物；などが挙げられる。なかでも、良好な保存性が得られるという理由から、２−フェニル−４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾールが好ましい。

硬化促進剤の含有量は、エポキシ樹脂及びフェノール樹脂の合計１００重量部に対して、好ましくは０．１重量部以上、より好ましくは０．５重量部以上である。０．１重量部以上であると、実用的な時間内で硬化が完了する。また、硬化促進剤の含有量は、好ましくは５重量部以下、より好ましくは２重量部以下である。５重量部以下であると、良好な保存性が得られる。

熱硬化性樹脂シート１２は、熱可塑性樹脂を含んでもよい。

熱可塑性樹脂としては、天然ゴム、ブチルゴム、イソプレンゴム、クロロプレンゴム、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−アクリル酸共重合体、エチレン−アクリル酸エステル共重合体、ポリブタジエン樹脂、ポリカーボネート樹脂、熱可塑性ポリイミド樹脂、６−ナイロンや６，６−ナイロンなどのポリアミド樹脂、フェノキシ樹脂、アクリル樹脂、ＰＥＴやＰＢＴなどの飽和ポリエステル樹脂、ポリアミドイミド樹脂、フッ素樹脂、スチレン−イソブチレン−スチレンブロック共重合体、メチルメタクリレート−ブタジエン−スチレン共重合体（ＭＢＳ樹脂）などが挙げられる。

熱可塑性樹脂としては、エラストマーが好ましい。エポキシ樹脂への分散性という理由から、ゴム成分からなるコア層とアクリル樹脂からなるシェル層とを有するコアシェル型アクリル樹脂が特に好ましい。

コア層のゴム成分は特に限定されず、例えば、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、クロロプレンゴム、アクリルゴム、シリコンゴムなどが挙げられる。

コアシェル型アクリル樹脂の平均粒子径は、好ましくは０．１μｍ以上、より好ましくは０．５μｍ以上である。０．１μｍ以上であると、分散性が良好である。コアシェル型アクリル樹脂の平均粒子径は、好ましくは２００μｍ以下、より好ましくは１００μｍ以下である。２００μｍ以下であると、作製したシートの平坦性が良好である。
なお、平均粒子径は、例えば、母集団から任意に抽出される試料を用い、レーザー回折散乱式粒度分布測定装置を用いて測定することにより導き出すことができる。

熱硬化性樹脂シート１２中の熱可塑性樹脂の含有量は、１重量％以上が好ましく、２重量％以上がより好ましい。１重量％以上であると、充分な硬化物強度が得られる。熱硬化性樹脂シート１２中の熱可塑性樹脂の含有量は、２０重量％以下が好ましく、１０重量％以下がより好ましい。２０重量％以下であると、硬化物の線膨張係数が小さく、かつ低吸水性が得られやすい。

熱硬化性樹脂シート１２は、前記成分以外にも、封止樹脂の製造に一般に使用される配合剤、例えば、難燃剤成分、顔料などを適宜含有してよい。

熱硬化性樹脂シート１２の製造方法は特に限定されない。例えば、熱硬化性樹脂シート１２を塗工方式で製造することができる。例えば、前記各成分を含有する接着剤組成物溶液を作製し、接着剤組成物溶液を基材セパレータ上に所定厚みとなる様に塗布して塗布膜を形成した後、塗布膜を乾燥させることで、熱硬化性樹脂シート１２を製造できる。

接着剤組成物溶液に用いる溶媒としては特に限定されないが、前記各成分を均一に溶解、混練又は分散できる有機溶媒が好ましい。例えば、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、Ｎ-メチルピロリドン、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノンなどのケトン系溶媒、トルエン、キシレンなどが挙げられる。

基材セパレータとしては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン、ポリプロピレンや、フッ素系剥離剤、長鎖アルキルアクリレート系剥離剤などの剥離剤により表面コートされたプラスチックフィルムや紙などが使用可能である。接着剤組成物溶液の塗布方法としては、例えば、ロール塗工、スクリーン塗工、グラビア塗工などが挙げられる。また、塗布膜の乾燥条件は特に限定されず、例えば、乾燥温度７０〜１６０℃、乾燥時間１〜５分間で行うことができる。

熱硬化性樹脂シート１２の製造方法について、前記各成分（例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、無機充填剤及び硬化促進剤など）を混練して得られる混練物をシート状に塑性加工する方法も好ましい。これにより、無機充填剤を高充填でき、熱膨張係数を低く設計できる。

具体的には、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、無機充填剤及び硬化促進剤などをミキシングロール、加圧式ニーダー、押出機などの公知の混練機で溶融混練することにより混練物を調製し、得られた混練物をシート状に塑性加工する。混練条件として、温度の上限は、１４０℃以下が好ましく、１３０℃以下がより好ましい。温度の下限は、上述の各成分の軟化点以上であることが好ましく、例えば３０℃以上、好ましくは５０℃以上である。混練の時間は、好ましくは１〜３０分である。また、混練は、減圧条件下（減圧雰囲気下）で行うことが好ましく、減圧条件下の圧力は、例えば、１×１０^−４〜０．１ｋｇ／ｃｍ^２である。

溶融混練後の混練物は、冷却することなく高温状態のままで塑性加工することが好ましい。塑性加工方法としては特に制限されず、平板プレス法、Ｔダイ押出法、スクリューダイ押出法、ロール圧延法、ロール混練法、インフレーション押出法、共押出法、カレンダー成形法などが挙げられる。塑性加工温度としては上述の各成分の軟化点以上が好ましく、エポキシ樹脂の熱硬化性および成形性を考慮すると、例えば４０〜１５０℃、好ましくは５０〜１４０℃、さらに好ましくは７０〜１２０℃である。

熱硬化性樹脂シート１２の厚みは特に限定されないが、好ましくは１００μｍ以上、より好ましくは１５０μｍ以上である。また、熱硬化性樹脂シート１２の厚みは、好ましくは２０００μｍ以下、より好ましくは１０００μｍ以下である。上記範囲内であると、半導体チップ１１ｂを良好に封止できる。

熱硬化性樹脂シート１２は、単層構造であってもよいし、２以上の熱硬化性樹脂層を積層した多層構造であってもよい。しかしながら、層間剥離のおそれがなく、シート厚の均一性が高いという理由から、単層構造が好ましい。

（変形例１）
実施形態１では、上型２００２が中部２００２ａ及び外周部２００２ｂを備える。しかし、変形例１では、下型２００１が、中部及び中部の外周に配置され、中部の厚み方向に延びた外周部を備える。

（変形例２）
実施形態１では、積層物２０１を下型２００１上に配置する。しかし、変形例２では、チップ実装基板１１を下型２００１上に配置し、次いで上型２００２に熱硬化性樹脂シート１２を固定する。固定方法としては、例えば、上型２００２に熱硬化性樹脂シート１２を吸着させる方法などがある。

（変形例３）
実施形態１では、積層物２０１を下型２００１上に配置する。しかし、変形例３では、上型２００２に熱硬化性樹脂シート１２を固定し、次いでチップ実装基板１１を下型２００１上に配置する。固定方法としては、例えば、上型２００２に熱硬化性樹脂シート１２を吸着させる方法などがある。

以上のとおり、実施形態１の半導体装置４の製造方法は、積層物２０１を加熱下で加圧することにより、半導体チップ１１ｂを熱硬化性樹脂シート１２で覆いつつ、基板１１ａと半導体チップ１１ｂのギャップに熱硬化性樹脂シート１２を充填する工程を含む。半導体チップ１１ｂを熱硬化性樹脂シート１２で覆いつつ、基板１１ａと半導体チップ１１ｂのギャップに熱硬化性樹脂シート１２を充填する工程では、圧縮成型用の金型２００を用いて積層物２０１を加熱下で加圧する。

実施形態１の半導体装置４の製造方法は、封止体２を加熱することにより、硬化体３を形成する工程、及び硬化体３をダイシングすることにより、半導体装置４を得る工程などをさらに含む。

［実施形態２］

図６に示すように、積層物２０２を下型２００１上に配置する。積層物２０２は、チップ実装ウェハ６１及びチップ実装ウェハ６１上に配置された熱硬化性樹脂シート１２を備える。

チップ実装ウェハ６１は、半導体ウェハ６１ａ及び半導体ウェハ６１ａにフリップチップ実装（フリップチップボンディング）された半導体チップ６１ｂを備える。

半導体ウェハ６１ａは、電極６０１ａ、及び電極６０１ａと電気的に接続された貫通電極６０１ｂを備える。すなわち、半導体ウェハ６１ａは、半導体ウェハ６１ａの厚み方向に延びる貫通電極６０１ｂ、及び貫通電極６０１ｂと電気的に接続された電極６０１ａを備える。半導体ウェハ６１ａは、電極６０１ａが設けられた回路形成面、及び回路形成面に対向した面で両面を定義できる。

半導体チップ６１ｂは回路形成面（活性面）を備える。半導体チップ６１ｂの回路形成面上には、バンプ６２が配置されている。

半導体チップ６１ｂと半導体ウェハ６１ａは、バンプ６２を介して電気的に接続されている。

下型２００１及び上型２００２はあらかじめ加熱されている。下型２００１及び上型２００２の好適な温度は、実施形態１で説明した温度と同様である。

図７に示すように、金型２００を閉じることにより、積層物２０２を加圧下で加熱して、
半導体チップ６１ｂを熱硬化性樹脂シート１２で覆いつつ、半導体ウェハ６１ａと半導体チップ６１ｂのギャップに熱硬化性樹脂シート１２を充填する。これにより、封止体７を得る。

好適な加熱時間は、実施形態１で説明した加熱時間と同様である。好適なキャビティ内圧力は、実施形態１で説明したキャビティ内圧力と同様である。

封止体７は、チップ実装ウェハ６１及びチップ実装ウェハ６１上に配置された樹脂層７１を備える。樹脂層７１は、半導体ウェハ６１ａと半導体チップ６１ｂの間に挟まれたアンダーフィル部７１ａ、及びアンダーフィル部７１ａの周辺に配置された封止部７１ｂを備える。半導体チップ６１ｂは、封止部７１ｂにより覆われている。

キャビティに封止体７を保持することにより、樹脂層７１を硬化させて、硬化体８を得る。封止体７を保持する温度、保持時間は適宜設定できる。

図８に示すように、硬化体８は、チップ実装ウェハ６１及びチップ実装ウェハ６１上に配置された硬化層８１を備える。硬化層８１は、半導体ウェハ６１ａと半導体チップ６１ｂの間に挟まれた接続保護部８１ａ、及び接続保護部８１ａの周辺に配置されたチップ保護部８１ｂを備える。半導体チップ６１ｂは、チップ保護部８１ｂにより覆われている。

硬化体８は、半導体ウェハ６１ａが配置されたウェハ面、及びウェハ面に対向した硬化面で両面を定義できる。硬化面には、硬化層８１が配置されている。

図９に示すように、硬化体８の硬化層８１を研削する。

図１０に示すように、硬化体８の半導体ウェハ６１ａを研削して、貫通電極６０１ｂを露出させる。すなわち、ウェハ面を研削して得られた研削面８２では、貫通電極６０１ｂが露出している。

図１１に示すように、セミアディティブ法などを利用して、研削面８２上に再配線層８３を形成して、再配線体８４を形成する。再配線層８３は、再配線８３ａを備える。次いで、再配線層８３上にバンプ８５を形成する。バンプ８５は再配線８３ａ、貫通電極６０１ｂ、電極６０１ａ及びバンプ６２を介して半導体チップ６１ｂと電気的に接続している。

図１２に示すように、再配線体８４を個片化（ダイシング）して、半導体装置９を得る。

（変形例１）
実施形態２では、上型２００２が中部２００２ａ及び外周部２００２ｂを備える。しかし、変形例１では、下型２００１が、中部及び中部の外周に配置され、中部の厚み方向に延びた外周部を備える。

（変形例２）
実施形態２では、積層物２０２を下型２００１上に配置する。しかし、変形例２では、チップ実装ウェハ６１を下型２００１上に配置し、次いで上型２００２に熱硬化性樹脂シート１２を固定する。固定方法としては、例えば、上型２００２に熱硬化性樹脂シート１２を吸着させる方法などがある。

（変形例３）
実施形態２では、積層物２０２を下型２００１上に配置する。しかし、変形例３では、上型２００２に熱硬化性樹脂シート１２を固定し、次いでチップ実装ウェハ６１を下型２００１上に配置する。固定方法としては、例えば、上型２００２に熱硬化性樹脂シート１２を吸着させる方法などがある。

（変形例４）
実施形態２では、硬化体８の硬化層８１を研削するが、変形例４では、硬化層８１を研削しない。

以上のとおり、実施形態２の半導体装置９の製造方法は、積層物２０２を加熱下で加圧することにより、半導体チップ６１ｂを熱硬化性樹脂シート１２で覆いつつ、半導体ウェハ６１ａと半導体チップ６１ｂのギャップに熱硬化性樹脂シート１２を充填する工程を含む。半導体チップ６１ｂを熱硬化性樹脂シート１２で覆いつつ、半導体ウェハ６１ａと半導体チップ６１ｂのギャップに熱硬化性樹脂シート１２を充填する工程では、圧縮成型用の金型２００を用いて積層物２０２を加熱下で加圧する。

実施形態２の半導体装置９の製造方法は、封止体７を加熱することにより硬化体８を形成する工程、硬化体８に再配線層８３を形成することにより再配線体８４を形成する工程、及び再配線体８４をダイシングすることにより半導体装置９を得る工程などをさらに含む。

［実施形態３］
まず、真空加熱接合装置（以下、真空熱加圧装置ともいう）について説明する。真空加熱接合装置としては、例えば、特開２０１３−５２４２４号公報に記載の真空加熱接合装置などを好適に使用できる。

（真空加熱接合装置）
図１３に示すように、真空熱加圧装置においては、基台１０１上に加圧シリンダ下板１０２が配置され、加圧シリンダ下板１０２の上にはスライド移動テーブル１０３がスライドシリンダ１０４によって真空熱加圧装置内外を移動可能に配置されている。スライド移動テーブル１０３の上方には、下ヒータ板１０５が配置されており、下ヒータ板１０５の上面には下板部材１０６が配置され、下板部材１０６の上面にはステージ（以下、基板置台ともいう）１０７が配置されている。

加圧シリンダ下板１０２の上には複数の支柱１０８が配置立設され、支柱１０８の上端部には加圧シリンダ上板１０９が固定されている。加圧シリンダ上板１０９の下方には支柱１０８を通して中間移動部材（中間部材）１１０が配置されており、中間移動部材１１０の下方には断熱板を介して上ヒータ板１１１が固定され、上ヒータ板１１１の下面の外周部には上枠部材１１２が気密に固定され下方に延びている。また、上ヒータ板１１１の下面で上枠部材１１２の内方には内方枠体１１３が固定されている。また、上ヒータ板１１１の下面上で内方枠体１１３の内方には平板１１７が固定されている。

内方枠体１１３は、下端部の枠状押え部１１３ａとそれから上方に延びるロッド１１３ｂとを備え、ロッド１１３ｂの周りにはスプリングが配置され、ロッド１１３ｂは上ヒータ板１１１の下面に断熱固定されている。枠状押え部１１３ａはロッド１１３ｂに対してスプリングにより下方に付勢されている。枠状押え部１１３ａは、ステージ１０７との間にフィルム１３を気密に保持できる。

加圧シリンダ上板１０９の上面には加圧シリンダ１１４が配置され、加圧シリンダ１１４のシリンダロッド１１５は加圧シリンダ上板１０９を通って中間移動部材１１０の上面に固定され、加圧シリンダ１１４によって、中間移動部材１１０と上ヒータ板１１１と上枠部材１１２とが上下に一体的に移動可能となっている。図１において、Ｓは、加圧シリンダ１１４による中間移動部材１１０と上ヒータ板１１１と上枠部材１１２の下方の移動を規制するストッパーであり、下降して加圧シリンダ１１４本体の上面のストッパープレートに当接するようになっている。加圧シリンダ１１４としては、油圧シリンダ、空圧シリンダ、サーボシリンダなどが使用される。

加圧シリンダ１１４が上枠部材１１２を引き上げた状態から下降させ、上枠部材１１２の下端部が下板部材１０６の外周部端部に設けた段差部に気密に摺動し、そこで一旦加圧シリンダ１１４を停止させる。これにより、上ヒータ板１１１、上枠部材１１２及び下板部材１０６を備える格納容器が形成される。なお、上枠部材１１２には格納容器の内部（以下、チェンバーともいう）を真空引きし、加圧するための真空・加圧口１１６が設けられている。

チェンバーを開いた状態で、スライドシリンダ１０４によって、スライド移動テーブル１０３、下ヒータ板１０５、下板部材１０６及びステージ１０７を一体として外部に引き出すことができる。これらを引き出した状態で、ステージ１０７の上に、積層体１などを配置できる。

（半導体装置４の製造方法）
次に、半導体装置４の製造方法について説明する。

図１４に示すように、積層体１をステージ１０７上に配置する。積層体１は、チップ実装基板１１、チップ実装基板１１上に配置された熱硬化性樹脂シート１２及び熱硬化性樹脂シート１２上に配置されたフィルム１３を備える。

熱硬化性樹脂シート１２の外形寸法は、半導体チップ１１ｂを封止可能な大きさである。

フィルム１３は、熱硬化性樹脂シート１２と接する中央部１３ａ及び中央部１３ａの周辺に配置された周辺部１３ｂを備える。フィルム１３の外形寸法は、チップ実装基板１１及び熱硬化性樹脂シート１２を覆うことが可能な大きさである。

フィルム１３としては特に限定されず、例えば、フッ素系フィルム、ポリオレフィン系フィルム、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムなどが挙げられる。

フィルム１３の２３℃における引張破断伸びは好ましくは３０％以上、より好ましくは４０％以上である。３０％以上であると、成型時の凹凸追従性が良い。フィルム１３の２３℃における引張破断伸びは好ましくは３００％以下、より好ましくは１００％以下である。３００％以下であると、剥離作業がし易い。
引張破断伸びは、ＡＳＴＭ Ｄ８８２に従って測定できる。

フィルム１３の軟化温度は特に限定されないが、好ましくは８０℃以下、より好ましくは６０℃以下である。８０℃以下であると、成型時の凹凸追従性が良い。また、フィルム１３の軟化温度は、好ましくは０℃以上である。
なお、引っ張り弾性率が３００ＭＰａとなる温度を軟化温度とする。

フィルム１３の厚さは特に限定されないが、好ましくは１０μｍ〜２００μｍである。

ステージ１０７はあらかじめ加熱されている。ステージ１０７の温度は、好ましくは７０℃以上、より好ましくは８０℃以上、さらに好ましくは８５℃以上である。７０℃以上であると、熱硬化性樹脂シート１２を溶融させ、流動させることが可能である。ステージ１０７の温度は好ましくは１２０℃以下、より好ましくは１１０℃以下である。１２０℃以下であると、熱硬化性樹脂シート１２の熱硬化の進行を抑制することが可能で、粘度上昇を抑えることができる。

図１５に示すように、上ヒータ板１１１及び上枠部材１１２を下降させ、上枠部材１１２の下端部を下板部材１０６の外縁部に沿って気密に摺動させ、上ヒータ板１１１、上枠部材１１２及び下板部材１０６によって気密に囲われたチェンバーを形成する。チェンバーを形成した段階で、上ヒータ板１１１及び上枠部材１１２の下降を停止する。

次いで、真空引きを行い、チェンバー内を減圧状態とする。チェンバー内の圧力は、好ましくは５００Ｐａ以下である。

図１６に示すように、枠状押え部１１３ａを下降させることにより、フィルム１３の外周部１３ｂをステージ１０７に押さえつけて、密閉容器１２１を形成する。密閉容器１２１は、ステージ１０７及びフィルム１３を備える。密閉容器１２１の内部には、チップ実装基板１１及びチップ実装基板１１上に配置された熱硬化性樹脂シート１２が配置されている。なお、チェンバー内を減圧状態にした後に密閉容器１２１を形成するため、密閉容器１２１の内部及び外部は減圧状態である。

図１７に示すように、真空・加圧口１１６を開放することにより、チェンバー内の圧力を大気圧にする。すなわち、密閉容器１２１の外部の圧力を大気圧にする。

図１８に示すように、真空・加圧口１１６にガスを導入することによりチェンバー内の圧力を高める。すなわち、密閉容器１２１の外部の圧力を大気圧よりも高める。これにより、半導体チップ１１ｂを熱硬化性樹脂シート１２で覆いつつ、基板１１ａと半導体チップ１１ｂのギャップに熱硬化性樹脂シート１２を充填する。これにより、封止体２を得る。

ガスとしては特に限定されず、空気、窒素などが挙げられる。

ガス導入後の密閉容器１２１の外部の圧力は、好ましくは０．５ＭＰａ以上、より好ましくは０．６ＭＰａ以上、さらに好ましくは０．７ＭＰａ以上である。密閉容器１２１の外部の圧力の上限は特に限定されないが、好ましくは０．９９ＭＰａ以下、より好ましくは０．９ＭＰａ以下である。

封止体２は、フィルム１３と接している。

図１９に示すように、封止体２の横にスペーサー１３１を配置する。

図２０に示すように、平板１１７をスペーサー１３１に当たるまで下降させることにより、封止体２をプレスし、封止体２の厚みを調整する。これにより、封止体２の厚みを均一化することができる。平板１１７で封止体２を押す際の圧力としては、０．１ＭＰａ〜８０ＭＰａが好ましい。

次いで、フィルム１３を取り除く。

次いで、封止部２１ｂのうち基板１１ａから側方にはみ出した部分を切り離す。

図２１に示すように、封止体２を加熱することで樹脂層２１を硬化させて、硬化体３を形成する。

加熱温度は、好ましくは１００℃以上、より好ましくは１２０℃以上である。一方、加熱温度の上限は、好ましくは２００℃以下、より好ましくは１８０℃以下である。加熱時間は、好ましくは１０分以上、より好ましくは３０分以上である。一方、加熱時間の上限は、好ましくは１８０分以下、より好ましくは１２０分以下である。

図２２に示すように、基板１１ａ上にバンプ３２を設ける。

図２３に示すように、硬化体３を個片化（ダイシング）して、半導体装置４を得る。

（変形例１）
実施形態３では、積層体１をステージ１０７上に配置するが、変形例１では、チップ実装基板１１をステージ１０７上に配置し、次いでチップ実装基板１１上に熱硬化性樹脂シート１２を配置し、次いで熱硬化性樹脂シート１２上にフィルム１３を配置する。

（変形例２）
実施形態３では、積層体１をステージ１０７上に配置するが、変形例２では、チップ実装基板１１及びチップ実装基板１１上に配置された熱硬化性樹脂シート１２を備える積層物２０１をステージ１０７上に配置し、次いで積層物２０１上にフィルム１３を配置する。

（変形例３）
実施形態３では、平板１１７で封止体２をプレスするが、変形例３では封止体２をプレスしない。

以上のとおり、実施形態３の半導体装置４の製造方法は、積層物２０１を加熱下で加圧することにより、半導体チップ１１ｂを熱硬化性樹脂シート１２で覆いつつ、基板１１ａと半導体チップ１１ｂのギャップに熱硬化性樹脂シート１２を充填する工程を含む。

半導体チップ１１ｂを熱硬化性樹脂シート１２で覆いつつ、基板１１ａと半導体チップ１１ｂのギャップに熱硬化性樹脂シート１２を充填する工程は、積層体１の外周部１３ｂをステージ１０７に押し付けることにより、密閉容器１２１を形成するステップと、密閉容器１２１の外部の圧力を密閉容器１２１の内部の圧力より高めることにより、半導体チップ１１ｂを熱硬化性樹脂シート１２で覆いつつ、基板１１ａと半導体チップ１１ｂのギャップに熱硬化性樹脂シート１２を充填するステップとを含む。

実施形態３の半導体装置４の製造方法は、封止体２を加熱することにより、硬化体３を形成する工程、及び硬化体３をダイシングすることにより、半導体装置４を得る工程などをさらに含む。

［実施形態４］
図２４に示すように、積層フィルム１０を枠状押え部１１３ａに固定する。積層フィルム１０は、熱硬化性樹脂シート１２及び熱硬化性樹脂シート１２上に配置されたフィルム１３を備える。固定方法としては、例えば、枠状押え部１１３ａに積層フィルム１０を吸着させる方法、接着剤で枠状押え部１１３ａに積層フィルム１０を固定する方法、枠状押え部１１３ａにフィルム１３を巻きつける方法などがある。次いで、チップ実装基板１１をステージ１０７上に配置する。

ステージ１０７はあらかじめ加熱されている。ステージ１０７の好適な温度条件は、実施形態３で説明した温度条件と同様である。

図２５に示すように、上ヒータ板１１１及び上枠部材１１２を下降させ、上枠部材１１２の下端部を下板部材１０６の外縁部に沿って気密に摺動させ、上ヒータ板１１１、上枠部材１１２及び下板部材１０６によって気密に囲われたチェンバーを形成する。チェンバーを形成した段階で、上ヒータ板１１１及び上枠部材１１２の下降を停止する。

次いで、真空引きを行い、チェンバー内を減圧状態とする。チェンバー内の圧力は、好ましくは５００Ｐａ以下である。

枠状押え部１１３ａを下降させることにより、積層フィルム１０をチップ実装基板１１上に配置して、積層体１を形成する。

図２６に示すように、積層体１を形成した後も枠状押え部１１３ａの下降を続けることにより、フィルム１３の外周部１３ｂをステージ１０７に押さえつけて、密閉容器１２１を形成する。密閉容器１２１は、ステージ１０７及びフィルム１３を備える。密閉容器１２１の内部には、チップ実装基板１１及びチップ実装基板１１上に配置された熱硬化性樹脂シート１２が配置されている。なお、チェンバー内を減圧状態にした後に密閉容器１２１を形成するため、密閉容器１２１の内部及び外部は減圧状態である。

図２７に示すように、真空・加圧口１１６を開放することにより、チェンバー内の圧力を大気圧にする。すなわち、密閉容器１２１の外部の圧力を大気圧にする。

図２８に示すように、真空・加圧口１１６にガスを導入することによりチェンバー内の圧力を高める。すなわち、密閉容器１２１の外部の圧力を大気圧よりも高める。これにより、半導体チップ１１ｂを熱硬化性樹脂シート１２で覆いつつ、基板１１ａと半導体チップ１１ｂのギャップに熱硬化性樹脂シート１２を充填する。これにより、封止体２を得る。

ガスとしては特に限定されず、空気、窒素などが挙げられる。

密閉容器１２１の外部の好適な圧力は、実施形態３で説明した圧力と同様である。

図２９に示すように、封止体２の横にスペーサー１３１を配置する。

図３０に示すように、平板１１７をスペーサー１３１に当たるまで下降させることにより、封止体２をプレスし、封止体２の厚みを調整する。これにより、封止体２の厚みを均一化することができる。平板１１７で封止体２を押す際の圧力としては、０．１ＭＰａ〜８０ＭＰａが好ましい。

次いで、フィルム１３を取り除く。

次いで、封止部２１ｂのうち基板１１ａから側方にはみ出した部分を切り離す。

図３１に示すように、封止体２を加熱することで樹脂層２１を硬化させて、硬化体３を形成する。

好適な加熱温度は、実施形態３で説明した加熱温度と同様である。好適な加熱時間は、実施形態３で説明した加熱時間と同様である。

図３２に示すように、基板１１ａ上にバンプ３２を設ける。

図３３に示すように、硬化体３を個片化（ダイシング）して、半導体装置４を得る。

（変形例１）
実施形態４では、積層フィルム１０を枠状押え部１１３ａに固定した後、チップ実装基板１１をステージ１０７上に配置するが、変形例１では、チップ実装基板１１をステージ１０７上に配置した後、積層フィルム１０を枠状押え部１１３ａに固定する。

（変形例２）
実施形態４では、平板１１７で封止体２をプレスするが、変形例２では封止体２をプレスしない。

以上のとおり、実施形態４の半導体装置４の製造方法は、積層物２０１を加熱下で加圧することにより、半導体チップ１１ｂを熱硬化性樹脂シート１２で覆いつつ、基板１１ａと半導体チップ１１ｂのギャップに熱硬化性樹脂シート１２を充填する工程を含む。

半導体チップ１１ｂを熱硬化性樹脂シート１２で覆いつつ、基板１１ａと半導体チップ１１ｂのギャップに熱硬化性樹脂シート１２を充填する工程は、減圧雰囲気下で積層フィルム１０をチップ実装基板１１上に配置することにより、積層体１を形成するステップと、積層体１の外周部１３ｂをステージ１０７に押し付けることにより、密閉容器１２１を形成するステップと、密閉容器１２１の外部の圧力を密閉容器１２１の内部の圧力より高めることにより、半導体チップ１１ｂを熱硬化性樹脂シート１２で覆いつつ、基板１１ａと半導体チップ１１ｂのギャップに熱硬化性樹脂シート１２を充填するステップとを含む。減圧雰囲気下で積層フィルム１０をチップ実装基板１１上に配置するので、半導体チップ１１ｂ周辺にボイドが生じることを防止できる。

実施形態４の半導体装置４の製造方法は、封止体２を加熱することにより、硬化体３を形成する工程、及び硬化体３をダイシングすることにより、半導体装置４を得る工程などをさらに含む。

［実施形態５］
図３４に示すように、積層体６をステージ１０７上に配置する。積層体６は、チップ実装ウェハ６１、チップ実装ウェハ６１上に配置された熱硬化性樹脂シート１２及び熱硬化性樹脂シート１２上に配置されたフィルム１３を備える。

フィルム１３は、熱硬化性樹脂シート１２と接する中央部１３ａ及び中央部１３ａの周辺に配置された周辺部１３ｂを備える。

ステージ１０７はあらかじめ加熱されている。ステージ１０７の好適な温度条件は、実施形態３で説明した温度条件と同様である。

図３５に示すように、加圧シリンダ１１４により上ヒータ板１１１及び上枠部材１１２を下降させ、上枠部材１１２の下端部を下板部材１０６の外縁部に沿って気密に摺動させ、上ヒータ板１１１、上枠部材１１２及び下板部材１０６によって気密に囲われたチェンバーを形成する。チェンバーを形成した段階で、上ヒータ板１１１及び上枠部材１１２の下降を停止する。

次いで、真空引きを行い、チェンバー内を減圧状態とする。チェンバー内の圧力は、好ましくは５００Ｐａ以下である。

図３６に示すように、枠状押え部１１３ａを下降させることにより、フィルム１３の外周部１３ｂをステージ１０７に押さえつけて、密閉容器１２１を形成する。密閉容器１２１は、ステージ１０７及びフィルム１３を備える。密閉容器１２１の内部には、チップ実装ウェハ６１及びチップ実装ウェハ６１上に配置された熱硬化性樹脂シート１２が配置されている。なお、真空チェンバー内を減圧状態にした後に密閉容器１２１を形成するため、密閉容器１２１の内部及び外部は減圧状態である。

図３７に示すように、真空・加圧口１１６を開放することにより、チェンバー内の圧力を大気圧にする。すなわち、密閉容器１２１の外部の圧力を大気圧にする。

図３８に示すように、真空・加圧口１１６にガスを導入することによりチェンバー内の圧力を高める。すなわち、密閉容器１２１の外部の圧力を大気圧よりも高める。これにより、半導体チップ６１ｂを熱硬化性樹脂シート１２で覆いつつ、半導体ウェハ６１ａと半導体チップ６１ｂのギャップに熱硬化性樹脂シート１２を充填する。これにより、封止体７を得る。

ガスとしては特に限定されず、空気、窒素などが挙げられる。

密閉容器１２１の外部の好適な圧力は、実施形態３で説明した圧力と同様である。

封止体７は、フィルム１３と接している。

図３９に示すように、封止体２の横にスペーサー１３１を配置する。

図４０に示すように、平板１１７をスペーサー１３１に当たるまで下降させることにより、封止体２をプレスし、封止体２の厚みを調整する。これにより、封止体２の厚みを均一化することができる。平板１１７で封止体２を押す際の圧力としては、０．１ＭＰａ〜８０ＭＰａが好ましい。

次いで、フィルム１３を取り除く。

次いで、封止部７１ｂのうち半導体ウェハ６１ａから側方にはみ出した部分を切り離す。

図４１に示すように、封止体７を加熱することで樹脂層７１を硬化させて、硬化体８を形成する。

好適な加熱温度は、実施形態３で説明した加熱温度と同様である。好適な加熱時間は、実施形態３で説明した加熱時間と同様である。

図４２に示すように、硬化体８の硬化層８１を研削する。

図４３に示すように、硬化体８の半導体ウェハ６１ａを研削して、貫通電極６０１ｂを露出させる。すなわち、ウェハ面を研削して得られた研削面８２では、貫通電極６０１ｂが露出している。

図４４に示すように、セミアディティブ法などを利用して、研削面８２上に再配線層８３を形成して、再配線体８４を形成する。再配線層８３は、再配線８３ａを備える。次いで、再配線層８３上にバンプ８５を形成する。バンプ８５は再配線８３ａ、貫通電極６０１ｂ、電極６０１ａ及びバンプ６２を介して半導体チップ６１ｂと電気的に接続している。

図４５に示すように、再配線体８４を個片化（ダイシング）して、半導体装置９を得る。

（変形例１）
実施形態５では、積層体６をステージ１０７上に配置するが、変形例１では、チップ実装ウェハ６１をステージ１０７上に配置し、次いでチップ実装ウェハ６１上に熱硬化性樹脂シート１２を配置し、次いで熱硬化性樹脂シート１２上にフィルム１３を配置する。

（変形例２）
実施形態５では、積層体６をステージ１０７上に配置するが、変形例２では、チップ実装ウェハ６１及びチップ実装ウェハ６１上に配置された熱硬化性樹脂シート１２を備える積層物２０２をステージ１０７上に配置し、次いで積層物２０２上にフィルム１３を配置する。

（変形例３）
実施形態５では、平板１１７で封止体２をプレスするが、変形例３では封止体２をプレスしない。

（変形例４）
実施形態５では、硬化体８の硬化層８１を研削するが、変形例４では、硬化層８１を研削しない。

以上のとおり、実施形態５の半導体装置４の製造方法は、積層物２０２を加熱下で加圧することにより、半導体チップ６１ｂを熱硬化性樹脂シート１２で覆いつつ、半導体ウェハ６１ａと半導体チップ６１ｂのギャップに熱硬化性樹脂シート１２を充填する工程とを含む。

半導体チップ６１ｂを熱硬化性樹脂シート１２で覆いつつ、半導体ウェハ６１ａと半導体チップ６１ｂのギャップに熱硬化性樹脂シート１２を充填する工程は、積層体６の外周部１３ｂをステージ１０７に押し付けることにより、密閉容器１２１を形成するステップと、密閉容器１２１の外部の圧力を密閉容器１２１の内部の圧力より高めることにより、半導体チップ６１ｂを熱硬化性樹脂シート１２で覆いつつ、半導体ウェハ６１ａと半導体チップ６１ｂのギャップに熱硬化性樹脂シート１２を充填するステップとを含む。

実施形態５の半導体装置９の製造方法は、封止体７を加熱することにより硬化体８を形成する工程、硬化体８に再配線層８３を形成することにより再配線体８４を形成する工程、及び再配線体８４をダイシングすることにより半導体装置９を得る工程などをさらに含む。

以下に、この発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている材料や配合量などは、特に限定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

熱硬化性樹脂シートを作製するために使用した成分について説明する。
エポキシ樹脂Ａ：三菱化学社製のＥＰ８２８（ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、エポキン当量１８４ｇ／ｅｑ〜１９４ｇ／ｅｑ、２３℃で液状）
エポキシ樹脂Ｂ：新日鐵化学社製のＹＳＬＶ−８０ＸＹ（ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、エポキン当量：２００ｇ／ｅｑ、軟化点：８０℃）
エポキシ樹脂Ｃ：日本化薬社製のＥＰＰＮ−５０１ＨＹ（フェノールノボラック変性型エポキシ樹脂、エポキン当量：１６９ｇ／ｅｑ、軟化点：６０℃）
フェノールノボラック型硬化剤Ａ：明和化成社製のＭＥＨ−７５００−３Ｓ（フェノールノボラック型硬化剤、水酸基当量１０３ｇ／ｅｑ、軟化点８３℃）
フェノールノボラック型硬化剤Ｂ：明和化成社製のＨ−４（フェノールノボラック型硬化剤、水酸基当量１０５ｇ／ｅｑ、軟化点７１℃）
アクリル樹脂：三菱レイヨン社製のメタブレン Ｊ-５８００（コアシェル型アクリル樹脂、平均粒子径１μｍ）
無機充填剤Ａ：電気化学工業社製のＦＢ−５ＳＤＣ（溶融球状シリカ、平均粒子径５μｍ、最大粒子径２０μｍ）
無機充填剤Ｂ：アドマテックス社製のＳＯ−２５Ｒ（溶融球状シリカ、平均粒子径０．５μｍ、最大粒子径５μｍ）
無機充填剤Ｃ：電気化学工業社製のＦＢ−３ＳＤＣ（溶融球状シリカ、平均粒子径３μｍ、最大粒子径１０μｍ）
硬化促進剤：四国化成工業社製の２ＰＨＺ−ＰＷ（２−フェニル−４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾール）
カーボンブラック：三菱化学社製の＃２０（粒子径５０ｎｍ）

パッケージを作製するために使用した部品について説明する。
半導体チップ：チップ厚み ２００μｍ、チップサイズ １０ｍｍ×１０ｍｍ、はんだバンプピッチ ４００μｍ（フルアレイ）、はんだ径 １００μｍの半導体チップ
チップ実装基板Ａ：有機基板（基板サイズ ２４０ｍｍ×１９０ｍｍ、基板厚み ２４０μｍの有機基板）及び有機基板にフリップチップ実装された４８個の半導体チップを備えるチップ実装基板
チップ実装基板Ｂ：シリコンウェハ基板（基板サイズ ８インチ直径（２００ｍｍ直径）、基板厚み ２００μｍのシリコンウェハ基板）及びシリコンウェハ基板にフリップチップ実装された４０個の半導体チップを備えるチップ実装基板

チップ実装基板Ａにおいて、半導体チップと有機基板のギャップは７５μｍであった。
チップ実装基板Ｂにおいて、半導体チップとシリコンウェハ基板のギャップは７５μｍであった。

［実施例１〜５及び実施例７〜９］
（熱硬化性樹脂シートの作製）
表１に記載の配合比に従い、各成分をミキサーにてブレンドし、２軸混練機により１２０℃で２分間溶融混練し、続いてＴダイから押出しすることにより、厚さ４００μｍの熱硬化性樹脂シートを作製した。

（パッケージの作製）
圧縮成型機（アピックヤマダ社製の ＷＣＭ−３００）に圧縮成型用の金型を取り付けた。金型を表１に示す温度に予備加熱した。下型上にチップ実装基板Ａを配置し、次いでチップ実装基板Ａ上に熱硬化性樹脂シート（縦２３０ｍｍ×横１８０ｍｍ×厚さ４００μｍの熱硬化性樹脂シート）を配置した。次いで、１８０秒間、表１に示す圧力で型締めすることにより、封止体を得た。６時間、１７５℃で封止体を保持することにより、パッケージを得た。なお、パッケージは、チップ実装基板Ａ及びチップ実装基板Ａ上に配置された硬化層を備える。硬化層は、基板と半導体チップの間に挟まれた接続保護部、及び接続保護部の周辺に配置されたチップ保護部を備える。

［実施例６］
（熱硬化性樹脂シートの作製）
実施例１と同様の方法で、熱硬化性樹脂シートを作製した。

（パッケージの作製）
圧縮成型機（アピックヤマダ社製の ＷＣＭ−３００）に圧縮成型用の金型を取り付けた。金型を表１に示す温度に予備加熱した。下型上にチップ実装基板Ｂを配置し、次いでチップ実装基板Ｂ上に熱硬化性樹脂シート（８インチ直径、厚さ４００μｍの熱硬化性樹脂シート）を配置した。次いで、１８０秒間、表１に示す圧力で型締めすることにより、封止体を得た。６時間、１７５℃で封止体を保持することにより、パッケージを得た。

［比較例１］
（粉末状の熱硬化性樹脂の作製）
実施例１と同様の方法で、熱硬化性樹脂シートを作製した。得られた熱硬化性樹脂シートを冷凍粉砕し、粉末状の熱硬化性樹脂を得た。

（パッケージの作製）
粉末状の熱硬化性樹脂を用い、以下の条件でトランスファー成型を行うことにより、パッケージを得た。
金型温度：１７５℃
注入圧力：６．０ＭＰａ
成形時間：１８０秒
後硬化：１７５℃で６時間保持

［評価］
熱硬化性樹脂シート、粉末状の熱硬化性樹脂及びパッケージについて、以下の評価を行った。結果を表１に示す。

（無機充填剤の最大粒子径）
熱硬化性樹脂シートを１５０℃で１時間保持することにより、硬化シートを得た。硬化シートをＩＰ（イオンポリッシュ）法により研磨した。次いで、硬化シートの断面をＳＥＭで観察することにより、無機充填剤の最大粒子の径を測定した。

（最低溶融粘度）
ロールラミネーターを用いて、厚み４００μｍの熱硬化性樹脂シートを９０℃にて２枚積層し、厚み８００μｍの積層シートを得た。積層シートを直径２５ｍｍに打ち抜くことにより、直径２５ｍｍの試験片を得た。試験片について、レオメーター（サーモフィッシャーサイエンティフィック社製のＭａｒｓ ＩＩＩ）を用いて、１Ｈｚ、歪み５％、昇温速度１０℃／分で５０℃〜１５０℃で粘度を測定した。測定された粘度の最低値を最低溶融粘度とした。

（充填性）
流動性、充填性を評価するために、超音波探査装置を用いて、チップ下ギャップのボイドの有無を調べた。全パッケージについてボイドの有無を調べて、ボイドがあったパッケージの個数をカウントした。

２００ 金型
２００１ 下型
２００２ 上型
２００２ａ 中部
２００２ｂ 外周部
２０１ 積層物
１１ チップ実装基板
１１ａ 基板
１１ｂ 半導体チップ
１１ｃ バンプ
１２ 熱硬化性樹脂シート
２ 封止体
２１ 樹脂層
２１ａ アンダーフィル部
２１ｂ 封止部
３ 硬化体
３１ 硬化層
３１ａ 接続保護部
３１ｂ チップ保護部
３２ バンプ
４ 半導体装置

２０２ 積層物
６１ チップ実装ウェハ
６１ａ 半導体ウェハ
６０１ａ 電極
６０１ｂ 貫通電極
６１ｂ 半導体チップ
６２ バンプ
７ 封止体
７１ 樹脂層
７１ａ アンダーフィル部
７１ｂ 封止部
８ 硬化体
８１ 硬化層
８１ａ 接続保護部
８１ｂ チップ保護部
８２ 研削面
８３ 再配線層
８３ａ 再配線
８４ 再配線体
８５ バンプ
９ 半導体装置

１ 積層体
１３ フィルム
１３ａ 中央部
１３ｂ 周辺部

１０１ 基台
１０２ 加圧シリンダ下板
１０３ スライド移動テーブル
１０４ スライドシリンダ
１０５ 下ヒータ板
１０６ 下板部材
１０７ ステージ
１０８ 支柱
１０９ 加圧シリンダ上板
１１０ 中間移動部材
１１１ 上ヒータ板
１１２ 上枠部材
１１３ 内方枠体
１１３ａ 枠状押え部
１１３ｂ ロッド
１１４ 加圧シリンダ
１１５ シリンダロッド
１１６ 真空・加圧口
１１７ 平板
Ｓ ストッパー
１２１ 密閉容器
１３１ スペーサー

６ 積層体

Claims (10)

1. 基板及び前記基板にフリップチップ実装された半導体チップを備えるチップ実装基板並びに前記チップ実装基板上に配置された熱硬化性樹脂シートを備える積層物を加熱下で加圧することにより、前記半導体チップを前記熱硬化性樹脂シートで覆いつつ、前記基板と前記半導体チップのギャップに前記熱硬化性樹脂シートを充填する工程を含む半導体装置の製造方法。
2. 前記チップ実装基板は、前記半導体チップを複数備える請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記熱硬化性樹脂シートの５０℃〜１５０℃における最低溶融粘度が１０Ｐａ・Ｓ〜５０００Ｐａ・Ｓである請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記熱硬化性樹脂シートは無機充填剤を含む請求項１〜３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
5. 前記熱硬化性樹脂シート中の前記無機充填剤の含有量が７０重量％〜９０重量％である請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
6. 前記無機充填剤の最大粒子径が３０μｍ以下である請求項４又は５に記載の半導体装置の製造方法。
7. 前記熱硬化性樹脂シートはエポキシ樹脂を含む請求項１〜６のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
8. 前記エポキシ樹脂はビスフェノールＡ型エポキシ樹脂を含み、
   前記エポキシ樹脂１００重量％中の前記ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂の含有量が２０重量％〜７０重量％である請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
9. 前記熱硬化性樹脂シートはフェノールノボラック型硬化剤及び硬化促進剤を含む請求項１〜８のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
10. ５０℃〜１５０℃における最低溶融粘度が１０Ｐａ・Ｓ〜５０００Ｐａ・Ｓであり、
    基板及び前記基板にフリップチップ実装された半導体チップを備えるチップ実装基板並びに前記チップ実装基板上に配置された熱硬化性樹脂シートを備える積層物を加熱下で加圧することにより、前記半導体チップを前記熱硬化性樹脂シートで覆いつつ、前記基板と前記半導体チップのギャップに前記熱硬化性樹脂シートを充填する工程を含む半導体装置の製造方法に使用するための熱硬化性樹脂シート。

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