JP2018046038A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】微細なバンプピッチでもボイドやはんだフローを抑制することができる半導体の製造方法を提供すること。【解決手段】金属電極が付いた半導体素子の金属電極側に接着剤シートを貼り合わせる工程、該接着剤シートを貼り合わせた半導体素子を１００〜３００℃の温度で０．１秒〜１時間保持する工程、次いで、加熱後の該接着剤シートを貼り合わせた半導体素子と、金属電極が付いた基板を、それぞれの金属電極が対向するように接着剤シートを介して貼り合わせた後、加熱加圧して、半導体素子と基板を機械的かつ電気的に接合させる工程を有する半導体装置の製造方法。【選択図】なし

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関する。より詳しくは、金属電極が付いた半導体素子と金属電極が付いた基板を、金属電極同士を対向させるように接着剤シートを介して貼り合わせ、加熱加圧することにより半導体素子と基板を機械的かつ電気的に接合させる半導体装置の製造方法に関する。

パソコンやサーバー、ゲーム機、携帯端末等に使用される半導体装置は、ＣＰＵやメモリー等の半導体素子と、プリント基板やインターポーザー基板等の基板を、接着剤シートを用いて機械的かつ電気的に接合することにより製造される。近年、半導体素子の高密度化の進展とともに、半導体素子の実装面積を小さくすることが進められている。そのため、従来は２００μｍのはんだボールを用いて半導体素子と基板の金属電極を接合していたものが、４０μｍの銅ポストにはんだを形成したものを用いて接合するなど、これまでにない高密度実装が求められている。従来は、半導体素子と基板の金属電極を電気的に接合した後に、アンダーフィル材を用いて接合部の隙間を埋めることにより、接合部にかかる機械的な応力を緩和したり、隣接する金属接合部間の絶縁性を確保したりしていたが、前述の高密度化により、アンダーフィル材による応力緩和や絶縁性確保が困難となり、半導体装置の信頼性に課題があった。

これに対して、第一の回路部材と第二の回路部材の間に樹脂組成物シートを介在させ、加熱加圧することにより第一の回路部材と第二の回路部材を電気的に接続させる半導体装置の製造方法（例えば、特許文献１参照）や、第一の電極を有する第一の回路部材と、回路接続材料が硬化した硬化物と、第二の電極を有する第二の回路部材とをこの順に備え、第一の回路部材と第二の回路部材とが、第一の電極と第二の電極とが対向するように配置されて接続されている回路部材の接続体（例えば、特許文献２参照）が提案されている。

しかしながら、特許文献１〜２に記載された技術においては、金属電極同士を接合するときに、ボイドが発生すること、金属電極上に形成されたはんだがフローすることなどの課題があった。これらの課題に対して、バンプを有する半導体素子と電極部を有する基板とを接着剤を介して位置合わせする工程と、加熱により接着剤を濡れ広がらせ、バンプと電極部を接触させる予備加熱工程と、バンプと電極部とを溶融接合する電極接続工程とを有する半導体素子の接合方法（例えば、特許文献３参照）、基板に予め熱硬化性樹脂を塗布し、熱硬化性樹脂をガラス転移点以下の所定の温度に予備加熱してから、半導体チップを基板にフリップチップ接合する半導体チップ実装方法（例えば、特許文献４参照）などが提案されている。しかしながら、これらの手法を用いても、ボイドやはんだフローの抑制にはなお不十分であった。

国際公開第２０１３／０８０７０８号 特開２０１１−２３３６３３号公報 特開２０１２−４４０５８号公報 特開２０１５−１９２１０４号公報

本発明は、金属電極が付いた半導体素子と金属電極が付いた基板とを接着剤シートを介して貼り合わせ、半導体素子と基板を機械的電気的に接合させるに際し、ボイドやはんだフローの発生を抑制することができる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、
金属電極が付いた半導体素子の金属電極側に接着剤シートを貼り合わせる工程、
該接着剤シートを貼り合わせた半導体素子を１００〜３００℃の温度で０．１秒〜１時間保持する工程、
次いで、加熱後の該接着剤シートを貼り合わせた半導体素子と、金属電極が付いた基板を、それぞれの金属電極が対向するように接着剤シートを介して貼り合わせた後、加熱加圧して、半導体素子と基板を機械的かつ電気的に接合させる工程
を有する半導体装置の製造方法
である。

本発明によれば、金属電極が付いた半導体素子と金属電極が付いた基板とを接着剤シートを介して貼り合わせ、半導体素子と基板を機械的電気的に接合させるに際し、ボイドやはんだフローの発生を抑制することができる。本発明の製造方法により、機械的にも電気的にも良好な接合を得ることができるので、信頼性の高い半導体装置を得ることができる。

本発明の半導体装置の製造方法は、
（ａ）金属電極が付いた半導体素子の金属電極側に接着剤シートを貼り合わせる工程（貼り合わせ工程）、
（ｃ）該接着剤シートを貼り合わせた半導体素子を１００〜３００℃の温度で０．１秒〜１時間保持する工程（加熱工程）、および、
（ｄ）加熱後の該接着剤シートを貼り合わせた半導体素子と、金属電極が付いた基板を、それぞれの金属電極が対向するように接着剤シートを介して貼り合わせた後、加熱加圧して、半導体素子と基板を機械的かつ電気的に接合させる工程（接合工程）
を有する。

さらに、
（ｂ）金属電極が付いた基板をステージ上に載置する工程（載置工程）を有してもよく、（ｂ）載置工程は、（ｃ）加熱工程の前に有することが好ましい。

また、（ｃ）加熱工程は、
（ｃ−１）該接着剤シートを貼り合わせた半導体素子を加熱加圧機構付きボンディングヘッドに固定する工程、および、
（ｃ−２）該加熱加圧機構付きボンディングヘッドを１００〜３００℃の温度で０．１秒〜１時間保持する工程
を有することが好ましい。

本発明の半導体装置の製造方法において、（ｄ）接合工程の前に、予め接着剤シートを貼り合わせた半導体素子を１００〜３００℃の温度で０．１秒〜１時間保持すること（加熱工程）を特徴とする。かかる工程を有することにより、ボイドやはんだフローの発生を抑制することができる。従来の半導体装置の製造方法においては、例えば、ボンディング装置を用いて接合する場合、ボンディング装置のボンディングヘッドが半導体素子をピックアップしてから実装を開始するまでに、加熱した状態で一定時間保持することはせず、速やかに次の半導体素子と基板とを接合させる動作を進めていた。本発明の製造方法により、従来の手法と比較してボイドやはんだフローの発生を抑制することができる理由は定かではないが、次のように考えることが可能である。すなわち、接着剤シートには水や残留溶剤、低分子量成分などが含まれており、接合前に接着剤シートが貼り合わされた半導体素子を加熱することにより、これらの成分が揮発するため、接合時の脱ガスによるボイドの発生を抑制することができると考えられる。また、同時に接合前に接着剤シートの熱硬化が進み、硬くなることにより、接合時にはんだフローが抑制されると考えられる。

本発明に用いられる半導体素子としては、ＣＰＵやメモリーなどのトランジスタが高密度に配置されたＬＳＩや、抵抗体やインダクタ、コンデンサなどの受動素子、ＬＥＤやイメージセンサーなどの光学素子などが挙げられる。これら半導体素子はシリコンウエハー上に数百〜数千個形成されており、このウエハーからダイシング装置などを用いて１つ１つを個片化して使用されることが好ましい。

本発明に用いられる基板としては、プリント基板やフレキシブル基板、インターポーザー基板などの、半導体素子を実装して所定の回路上に配置することにより半導体装置としての機能を発現させるための基板などが挙げられる。

上記半導体素子や基板上には、トランジスタや受動回路、金属配線などに加えて、金属電極が設けられており、半導体素子のフリップチップ実装時に、半導体素子と基板の電極が形成された面を密着させたときに電気接合がなされるように、それぞれ対応した位置に電極が配置されている。さらに、半導体素子を多段に積層して電気接合を行うことを目的とした、ＴＳＶ（スルーシリコンビア）と呼ばれる貫通電極を有する半導体素子も用いることができる。

半導体素子や基板上の金属電極としては、銅やアルミニウム、銀、金、クロム、ニッケルなどの金属や合金、はんだなどが挙げられる。これら金属電極はスパッタリングやめっき、金属ペースト印刷などを用いて形成される。

本発明の半導体装置の製造方法の各工程について、接着剤シートを半導体素子に貼り合わせた後、ボンディング装置を用いて半導体素子の基板への実装を行う場合を例に説明する。

（ａ）貼り合わせ工程において、金属電極が付いた半導体素子の金属電極側に接着剤シートを貼り合わせる。例えば、接着剤シートを所定の大きさに切り出し、金属電極が形成された半導体素子が複数個形成されているシリコンウエハー上に貼り合わせ、次いで、シリコンウエハーをダイシングして個片化して、接着剤シートが貼り合わされた半導体素子を作製する方法が挙げられる。接着剤シートを貼り合わせるための貼り合わせ装置としては、例えば、ロールラミネーターや真空ラミネーターなどが挙げられる。

次に、必要に応じて（ｂ）載置工程において、金属電極が付いた基板をステージ上に載置する。（ｂ）載置工程は、（ａ）貼り合わせ工程と同時に並行して有してもよいし、（ａ）貼り合わせ工程の前に有してもよい。ステージの温度は特に制限はないが、４０〜１５０℃の範囲であることが好ましい。ステージ温度が４０℃以上であると、接合時の基板内部における温度むらが低減するため、接合を均一かつ良好に行うことができる。また、基板内部に含まれる水などの残留揮発成分を接合前に除去することができるため、ボイドの発生をより抑制することができる。ステージ温度は６０℃以上がより好ましい。一方、ステージ温度が１５０℃以下であると、複数個の半導体素子を順次実装する際に、ステージ上に載置した基板の温度が安定するまでの時間を短縮することができ、生産性を向上させることができる。ステージ温度は１２０℃以下がより好ましい。

次に、（ｃ）加熱工程において、（ｃ−１）接着剤シートを貼り合わせた半導体素子を加熱加圧機構付きボンディングヘッドに固定する。例えば、接着剤シートを貼り合わせた半導体素子を、真空吸着などの固定方法により、ボンディング装置の加熱加圧機構付きボンディングヘッドに固定する方法が挙げられる。次いで、ボンディング装置のアライメント機構により、ステージ上の基板とボンディングヘッドに固定された半導体装置のアライメントマークを読み取りながら、それぞれの接合すべき金属電極が対向するようにアライメントを行うことが好ましい。

次に、（ｃ）加熱工程において、接着剤シートを貼り合わせた半導体素子を１００〜３００℃の温度で０．１秒〜１時間保持する。ボンディング装置を用いて半導体素子の基板への実装を行う場合には、（ｃ−２）該加熱加圧機構付きボンディングヘッドを１００〜３００℃の温度で０．１秒〜１時間保持する。

（ｃ）加熱工程における保持温度が１００℃未満であると、接合時のボイドやはんだフローの発生を十分に抑制することができない。保持温度は１５０℃以上が好ましい。一方、保持温度が３００℃を超えると、接着剤シートが過度に熱硬化し、半導体素子と基板における金属電極を接合することが困難となる。保持温度は２５０℃以下が好ましい。

（ｃ）加熱工程における保持時間が０．１秒未満であると、接合時のボイドやはんだフローの発生を十分に抑制することができない。保持時間は１秒以上が好ましい。一方、保持時間が１時間を超えると、接着剤シートが過度に熱硬化し、半導体素子と基板における金属電極を接合することが困難となる。また、接合時に巻き込むボイドの量が増加する。また、実装時間が長くなり生産性が悪化する。保持時間は６０秒以下が好ましく、１０秒以下がより好ましい。

次に、（ｄ）接合工程において、加熱後の接着剤シートを貼り合わせた半導体素子と、金属電極が付いた基板を、それぞれの金属電極が対向するように接着剤シートを介して貼り合わせた後、加熱加圧して、半導体素子と基板を機械的かつ電気的に接合させる。ボンディング装置を用いて半導体素子の基板への実装を行う場合には、半導体素子が固定されたボンディングヘッドをステージ上の基板に接着させて、加熱加圧により接合を行い、基板上に半導体素子が実装された半導体装置を得ることが好ましい。

接合条件は、機械的かつ電気的接合が良好に得られる範囲であれば特に限定されるものではないが、接着剤シートの硬化を行うためには、接合温度は１００℃以上が好ましく、１２０℃以上がより好ましく、１５０℃以上がさらに好ましい。一方、接合温度は３５０℃以下が好ましく、３００℃以下がより好ましい。また、接合圧力は、半導体素子１ｃｍ^２当たり１０Ｎ以上が好ましく、５０Ｎ以上がより好ましい。一方、接合圧力は、半導体素子１ｃｍ^２当たり１０００Ｎ以下が好ましく、５００Ｎ以下がより好ましい。また、接合時間は０．１秒以上が好ましく、１秒以上がより好ましく、２秒以上がさらに好ましい。一方、接合時間は６０秒以下が好ましく、３０秒以下がより好ましい。

また、上記接合工程の前に、仮圧着工程を有してもよい。仮圧着工程における圧着条件は、温度５０℃以上、圧力１０Ｎ／ｃｍ^２以上、時間０．１秒以上が好ましい。なお、仮圧着工程を有する場合には、仮圧着時の圧力より接合時の圧力を低く設定することが好ましく、はんだフローをより抑制することができる。

さらに、必要に応じ、接合工程の後に、半導体装置を５０〜２００℃の温度で１０秒〜２４時間加熱してもよい。

半導体素子としてＴＳＶを介して両面に金属電極を有するものを用いた場合、基板上に実装した半導体素子のさらに上面に、別の半導体素子を上記の方法で接合して、多段積層半導体実装を行うこともできる。この場合は、多層に接合すべき半導体素子を１つ１つ仮圧着して積み上げた後、全体を接合するために一括で加熱加圧することも可能である。

前記接合方法は、半導体装置の製造の他に液晶や有機ＥＬディスプレイなどのガラス基板と回路基板との接合、圧力感受性導電シートの接合などにも用いることができる。

次に、本発明の半導体装置の製造方法に好ましく用いられる接着剤シートについて説明する。

接着剤シートとしては、バインダーとなる樹脂、樹脂の硬化を促進する硬化促進剤および無機フィラーを含有する組成物からなるシートが好ましい。

接着剤シートの温度に対する粘度特性としては、室温から温度を高くするに従い、接着剤シートは柔らかくなり粘度は低下していき、１００℃前後で粘度は最下点を示し、それ以上の温度では接着剤シートの硬化に伴い粘度は増加する。このときの、最も低い粘度の値を接着剤シートの溶融粘度という。半導体素子と基板を接着剤シートを介して接合する場合、接着剤シートの溶融粘度が低いと半導体素子と基板の金属電極が、容易に接着剤シートを押しのけることによって、電極がより良好に電気的に接合する。また、溶融粘度を示すときの温度が高いと、接着剤シートを１００℃以下の温度で保存したときに硬化が進行しにくいので、接着剤シートの保存安定性がより向上する。接着剤シートの溶融粘度は、例えば、レオメーター（ＴＡインスツルメント社製、ＡＧ−Ｇ２）を使用し、寸法が直径１５ｍｍ、厚さ０．５ｍｍである試料に対し、測定周波数０．５Ｈｚ、昇温速度１０℃／分、測定温度範囲４０℃から１７０℃で測定することができる。接着剤シートの溶融粘度が１０００Ｐａ・ｓ以上であると、接着剤シートを介して半導体素子と基板を接合する際にはんだフローがより抑制されるので好ましい。溶融粘度は５０００Ｐａ・ｓ以上がより好ましい。一方、溶融粘度が１０００００Ｐａ・ｓ以下であると、半導体素子と基板における金属電極が容易に接着剤シートを押しのけるのでより良好な接合が実現でき好ましい。溶融粘度は３００００Ｐａ・ｓ以下がより好ましい。溶融粘度を示す温度が８０℃以上であると接合時の上記（ｃ）加熱工程にて接着剤シートが過度に熱硬化することがなく、半導体素子と基板における金属電極を接合することがより容易となるので好ましい。溶融粘度を示す温度は１００℃以上がより好ましい。一方、溶融粘度を示す温度が２００℃以下であると、接合時のはんだフローがより抑制されるので好ましい。溶融粘度を示す温度は１５０℃以下がより好ましい。

樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、マレイミド樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、オキセタン樹脂、ベンゾオキサジン樹脂、イソシアネート樹脂などが挙げられる。これらを２種以上含有してもよい。エポキシ樹脂、ビスマレイミド樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂および／またはフェノール樹脂を含有することが好ましく、接着剤シートの接着性および強靱性を向上させることができる
エポキシ樹脂としては、室温で固体のものと液体のものを含有することが好ましい。室温で液体であるエポキシ化合物としては、例えば、ｊＥＲ８２８、ｊＥＲ１７５０、ｊＥＲ１５２、ｊＥＲ６３０、ｊＥＲＹＬ９８０（以上商品名、三菱化学（株）製）、“エピクロン”（登録商標）ＨＰ−４０３２（商品名、ＤＩＣ（株）製）などが挙げられる。また、室温で固体であるエポキシ化合物としては、例えば、ｊＥＲ１００２、ｊＥＲ１００１、ｊＥＲ１０３２Ｈ６０、ｊＥＲ１２５６、ＹＸ４０００Ｈ、ｊＥＲ４００４Ｐ、ｊＥＲ５０５０、ｊＥＲ１５４、ｊＥＲ１５７Ｓ７０、ｊＥＲ１８０Ｓ７０、ｊＥＲＹＸ４０００Ｈ（以上商品名、三菱化学（株）製）、“テピック”（登録商標）Ｓ、“テピック”Ｇ、“テピック”Ｐ（以上商品名、日産化学工業（株）製）、“エポトート”（登録商標）ＹＨ−４３４Ｌ（商品名、新日鐵化学（株）製）、ＥＰＰＮ５０２Ｈ、ＮＣ３０００（商品名、日本化薬（株）製）、“エピクロン”（登録商標）Ｎ−６９５、“エピクロン”Ｎ−８６５、“エピクロン”ＨＰ−７２００、“エピクロン”ＨＰ−７２００Ｈ（以上商品名、ＤＩＣ（株）製）などが挙げられる。

ビスマレイミド樹脂としては、例えば、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルエーテル、アミノフェノキシベンゼン、ビス（アミノフェノキシフェニル）プロパン、ビス（アミノフェノキシフェニル）スルホンなどのジアミンと、マレイン酸またはナジック酸などの不飽和基を有するジカルボン酸との反応物などが挙げられる。

ポリイミド樹脂としては、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、溶剤溶解性を有するポリイミドなどが挙げられる。

アクリル樹脂としては、末端や側鎖に重合性の二重結合を有するものが好ましい。

オキセタン樹脂としては、一分子中にオキセタン基を２個以上有するものが好ましい。

イソシアネート樹脂としては、一分子中にイソシアネート基を２個以上有するものが好ましい。

硬化促進剤としては、例えば、イミダゾール類、アミン類、酸無水物類、過酸化物、アゾ化合物などが挙げられる。これらを２種以上含有してもよい。イミダゾール類としては、例えば、２−フェニル−４−エチルイミダゾール、２−メチル−４−エチルイミダゾール、Ｎ−メチルイミダゾール、Ｎ−フェニルイミダゾールなどが挙げられる。アミン類としては、例えば、ジアミノジフェニルスルホン、ジアミノジフェニルエーテル、ジアミノジフェニルメタン、ピリジン、ジメチルピリジン、トリエチルアミン、ＤＢＵなどが挙げられる。酸無水物類としては、例えば、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸などが挙げられる。過酸化物としては、例えば、過酸化ベンゾイル、ベンゾフェノンテトラカルボン酸の過酸化物、ピロメリット酸の過酸化物などが挙げられる。アゾ化合物としては、例えば、ＡＩＢＮなどが挙げられる。また、接着剤シートの保存安定性を高めるために、マイクロカプセル型の硬化促進剤を用いることができる。硬化促進剤が活性化する温度が１００℃以上であると、接合時の上記（ｃ）加熱工程における接着剤シートの過度の熱硬化を抑制し、半導体素子と基板における金属電極を接合することがより容易となるので好ましい。

無機フィラーを含有することにより、接着剤シートの熱膨張率を低くすることができる。
無機フィラーの材質としては、例えば、シリカ、アルミナ、チタニア、窒化ケイ素、窒化硼素、窒化アルミニウム、酸化鉄、ガラスやその他金属酸化物、金属窒化物、金属炭酸塩、硫酸バリウムなどの金属硫酸塩等が挙げられる。これらを２種以上含有してもよい。これらの中でも、低熱膨張性、低吸水性および高分散性の点でシリカが好ましい。

接着剤シート中の無機フィラーの含有量は、４０〜７０重量％であることが好ましい。無機フィラーの含有量が４０重量％以上であると、半導体素子の接合時に発生するボイドをより低減することができる。また、接着剤シートの硬化物の熱膨張率が低くなるため、半導体装置の信頼性をより向上させることができる。一方、無機フィラーの含有量が７０重量％以下である場合は、接着剤シート中における無機フィラーの分散性が向上するため、膜厚むらやピンホール、クラックなどを抑制することができ、半導体装置の信頼性をより向上させることができる。

無機フィラーの平均粒子径は１〜３００ｎｍであることが好ましい。平均粒子径が１ｎｍ以上であると、接着剤シートの加熱時の溶融粘度が低く保たれるので、半導体素子の実装時の金属電極の接合性を向上させることができる。一方、平均粒子径が３００ｎｍ以下であると、接着剤シートの光線透過率が高くなり、半導体素子の接着面に形成されたアライメントマークが接着剤シートを通して良好に視認できる。ここで、接着剤シート中の無機フィラーの平均粒子径は、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）により無作為に選択した１００個の無機フィラーの粒子径を測定し、その数平均値を算出することにより求めることができる。

接着剤シートには、さらに、金属電極の接合部を良好な状態にするためのフラックスやイオン不純物を除去するためのイオン捕捉剤、機械的接合力を高めるためのシランカップリング剤などを含有することができる。

フラックスとしては、例えば、酸変性ロジン、アジピン酸、ジフェノール酸などが挙げられる。この中で酸変性ロジンを用いると半導体素子の接合時のボイド発生が少なくなるので好ましい。フラックスの含有量は、はんだの濡れ性をより向上させ、ボイドをより抑制する点から、接着剤シート中１〜２０重量％であることが好ましい。

本発明に用いられる接着剤シートは、前述の原料を混合し、ベースフィルム上に塗布し、乾燥することにより得ることができる。乾燥後にカバーフィルムを貼り合わせて、接着剤シート表面を保護してもよい。以下に例を挙げて説明する。

まず、前述の樹脂と硬化促進剤、無機フィラーなどの接着剤シートを構成する成分と、溶剤を所定量混合して、接着剤シート形成用の接着剤ペーストを作製することが好ましい。接着剤ペーストを作製する際に用いられる溶剤としては、ケトン系溶剤のアセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、アセチルアセトン；エーテル系溶剤の１，４−ジオキサン、テトラヒドロフラン、ジグライム；グリコールエーテル系溶剤のメチルセロソルブ、エチルセロソルブ、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エチルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート；その他ベンジルアルコール、Ｎ−メチルピロリドン、γ−ブチロラクトン、酢酸エチル、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミドなどが挙げられる。これらを２種以上含有してもよい。混合装置としては、例えば、ホモジナイザー、ボールミル、ビーズミルなどが挙げられる。

次に、接着剤ペーストを剥離性基材などのベースフィルムに塗布した後、溶剤などの揮発成分を除去することが好ましい。塗布方法としては、例えば、バーコーター、スクリーン印刷、ブレードコーター、ダイコーター、コンマコーターなどの装置を用いた方法が挙げられる。ベースフィルムとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリエステルフィルム、ポリ塩化ビニルフィルム、ポリイミドフィルム、ポリテトラフルオロエチレンフィルム等のフッ素樹脂フィルム、ポリフェニレンサルファイドフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリエチレンフィルム等が挙げられる。また、ベースフィルムは離型剤により表面処理が施されていてもよい。離型剤としては、例えば、シリコーン系、長鎖アルキル系、フッ素系、脂肪族アミド系離型剤が挙げられる。

溶剤などの揮発成分を除去する方法としては、加熱処理や減圧処理が好ましい。加熱処理装置としては、例えば、オーブン、ホットプレート、赤外線やマイクロ波などの電磁波による加熱処理装置などが挙げられる。減圧処理装置としては、真空乾燥装置などが挙げられる。

接着剤シートのベースフィルムを有する面とは反対側の面にカバーフィルムを貼り合わせて、接着剤表面を保護してもよい。カバ−フィルムとしては、ベースフィルムとして先に例示したものを用いることができる。ベースフィルムとカバーフィルムとは同一のものであってもよい。

以下実施例および技術をあげて本発明を説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。なお、実施例中の測定、評価は以下の方法により行った。

（１）接着剤シートの溶融粘度の測定
接着剤シートの溶融粘度を以下の方法で測定した。まず、複数の接着剤シートを真空ラミネーター（（株）名機製作所製、ＭＶＬＰ６００）を用いて、厚さが０．５ｍｍとなるように重ねて貼り合わせた。次に、接着剤シートを直径１５ｍｍの円形に切断し、レオメーター（ＴＡインスツルメント社製、ＡＧ−Ｇ２）を用いて、測定周波数０．５Ｈｚ、昇温速度１０℃／分で、温度範囲４０℃から１７０℃における複素粘性率を測定した。値が最も低い複素粘性率を溶融粘度として読み取り、また、そのときの温度も記録した。

（２）ボイドの評価
各実施例および比較例により得られた半導体装置について、超音波映像装置（（株）日立パワーソリューションズ製、ＦＳ３００ＩＩＩ）を用いて、評価チップ全面の範囲（０．７５ｃｍ×０．７５ｃｍ）におけるボイドの有無を観察し、直径１０μｍ以上のボイドの数を数え、次の基準により評価した。ボイドが全くないものをＡ、ボイドの個数が１〜９個のものをＢ、ボイドの個数が１０〜９９個のものをＣ、ボイドの個数が１００個以上のものをＤとした。

（３）はんだフローの評価
各実施例および比較例により得られた半導体装置について、Ｘ線観察装置（松定プレシジョン（株）製、μｎＲａｙ７８００）を用いて、はんだフロー状態を観察し、はんだが流れて金属電極位置からはみ出す量から、次の基準によりはんだフローを評価した。全ての金属電極において、隣接する電極間の中間位置よりはみ出し量が少なければＡ、中間位置を越えているが隣接する電極には到達していなければＢ、１箇所でも隣接する金属電極まではみ出したはんだが到達していればＣとした。

（４）接合部の評価
各実施例および比較例により得られた半導体装置について、基板の断面を研磨して、金属接合部の断面形状をＳＥＭ（日本電子（株）製、ＪＳＭ−６５１０Ａ）を用いて観察し、次の基準により評価した。チップと基板の金属接合部の界面に樹脂残りがあるものを×、樹脂残りがないものを○とした。

各実施例および比較例で用いた（Ａ）成分のポリイミドは以下のとおり合成した。

合成例１ ポリイミドの合成
乾燥窒素気流下、１，３−ビス（３−アミノフェノキシ）ベンゼン ４．８２ｇ（０．０１６５モル）、３，３’−ジアミノ−４，４’−ジヒドロキシジフェニルスルホン ３．０８ｇ（０．０１１モル）、１，３−ビス（３−アミノプロピル）テトラメチルジシロキサン ４．９７ｇ（０．０２モル）、および、末端封止剤としてアニリン０．４７ｇ（０．００５モル）をＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）１３０ｇに溶解した。ここに２，２−ビス｛４−（３，４−ジカルボキシフェノキシ）フェニル｝プロパン二無水物 ２６．０２ｇ（０．０５モル）をＮＭＰ２０ｇとともに加えて、２５℃で１時間反応させ、次いで５０℃で４時間撹拌した。その後、１８０℃で５時間撹拌した。撹拌終了後、溶液を水３Ｌに投入し、ろ過して沈殿を回収し、水で３回洗浄した後、真空乾燥機を用いて８０℃２０時間乾燥した。得られたポリマー固体の赤外吸収スペクトルを測定したところ、１７８０ｃｍ^−１付近、１３７７ｃｍ^−１付近にポリイミドに起因するイミド構造の吸収ピークが検出された。また、得られたポリイミドの重量平均分子量は１８０００であった。

その他に、各実施例および比較例で用いた（Ｂ）〜（Ｅ）成分は、以下のとおりである。
（Ｂ）エポキシ樹脂
ｊＥＲＹＬ−９８０（商品名、液体エポキシ化合物、三菱化学（株）製）
ｊＥＲ１２５６（商品名、固体エポキシ樹脂、三菱化学（株）製）
Ｎ−８６５（商品名、固体エポキシ化合物、ＤＩＣ（株）製）
ｊＥＲ１０３２Ｈ６０（商品名、固体エポキシ化合物、三菱化学（株）製）
（Ｃ）フラックス
ＫＲ−１２０（商品名、酸変性ロジン、荒川化学工業（株）製）
ＫＲ−１４０（商品名、酸変性ロジン、荒川化学工業（株）製）
アジピン酸
（Ｄ）無機フィラー
Ｓｃｉｑａｓ０．１５μｍ（商品名、シリカ、平均粒子径１５０ｎｍ、フェニルシラン表面処理、堺化学工業（株）製）
ＹＡ０５０Ｃ（商品名、シリカ、平均粒子径５０ｎｍ、メタクリルシラン表面処理、（株）アドマテックス製）
（Ｅ）硬化促進剤
Ｃ１１Ｚ−Ａ（商品名、イミダゾール系硬化促進剤、硬化開始温度１１５℃、四国化成工業（株）製）
２ＭＡＯＫ−ＰＷ（商品名、イミダゾール系硬化促進剤、硬化開始温度１２０℃、四国化成工業（株）製）
２Ｐ４ＭＺ（商品名、イミダゾール系硬化促進剤、硬化開始温度１００℃、四国化成工業（株）製）。

実施例１〜５および比較例１〜６
表１に示される（Ａ）〜（Ｅ）成分と、溶剤としてシクロヘキサノンを混合して接着剤ペーストを作製した。ここで、（Ａ）〜（Ｅ）の配合量は表１に示すとおりとし、溶剤以外の成分の濃度が５３重量％となるように調合した。

作製した接着剤ペーストを、カバーフィルムである厚さ３８μｍのポリエチレンテレフタレートフィルム上に、乾燥後の厚みが３０μｍとなるように塗布し、１００℃で１０分間乾燥を行った。得られた厚み３０μｍの接着剤シート上に、ベースフィルムであるダイシングテープ（Ｔ１９０２−９０、ポリオレフィン基材、古河電気工業（株）製）の粘着面を貼り合わせ、２つの剥離性基材に挟まれた構造の接着剤フィルムを得た。次に、ポリエチレンテレフタレートフィルムを剥離して、ダイシングテープと接着剤シートとの積層体とした。

まず、得られた接着剤シートの溶融粘度を測定した。結果を表１に示す。

次に、得られた積層体を、真空ラミネーター（（株）名機製作所製、ＭＶＬＰ６００）を用いて、半導体素子である、銅ピラーバンプ付きＴＥＧチップ（（株）ウォルツ製、ＷＡＬＴＳ−ＴＥＧ ＣＣ８０−０１０１ＪＹ）の銅ピラーバンプ形成面に貼り合わせた。その後、ベースフィルムを剥離し、接着剤シート付きの評価チップを１０個ずつ作製した。その後、フリップチップボンディング装置（東レエンジニアリング（株）製、ＦＣ−３０００ＷＳ）を用いて、基板（（株）ウォルツ製、ＷＡＬＴＳ−ＫＩＴ ＣＣ８０−０１０２ＪＹ［ＭＡＰ］ＭｏｄｅｌＩ（Ｃｕ＋ＯＳＰ仕様））にフリップチップボンディングを行った。まず、基板を１４０℃に加熱されたボンディングステージ上に置き、次に、ボンディングヘッドで評価チップを５０℃でピックアップした後、評価チップと基板のアライメント行った。次に、表１に示す所定の温度と時間で、評価チップをボンディングヘッドで保持した後、表１に示す所定の温度と時間で仮圧着と接合を行い、半導体装置を製造した。

得られた半導体について、前述の方法により評価した結果を表１に示す。なお、評価チップの面積は０．５３３ｃｍ^２であるので、半導体素子１ｃｍ^２当たりの接合時の圧力は、５０Ｎのときに９３．８Ｎ／ｃｍ^２、１５０Ｎのときに２８１Ｎ／ｃｍ^２である。

Claims (3)

1. 金属電極が付いた半導体素子の金属電極側に接着剤シートを貼り合わせる工程、
   該接着剤シートを貼り合わせた半導体素子を１００〜３００℃の温度で０．１秒〜１時間保持する工程、
   次いで、加熱後の該接着剤シートを貼り合わせた半導体素子と、金属電極が付いた基板を、それぞれの金属電極が対向するように接着剤シートを介して貼り合わせた後、加熱加圧して、半導体素子と基板を機械的かつ電気的に接合させる工程
   を有する半導体装置の製造方法。
2. 金属電極が付いた半導体素子の金属電極側に接着剤シートを貼り合わせる工程、
   金属電極が付いた基板をステージ上に載置する工程、
   該接着剤シートを貼り合わせた半導体素子を加熱加圧機構付きボンディングヘッドに固定する工程、
   該加熱加圧機構付きボンディングヘッドを１００〜３００℃の温度で０．１秒〜１時間保持する工程、
   次いで、加熱後の該接着剤シートを貼り合わせた半導体素子と、該金属電極が付いた基板を、それぞれの金属電極が対向するように接着剤シートを介して貼り合わせた後、加熱加圧して、半導体素子と基板を機械的かつ電気的に接合させる工程
   を有する半導体装置の製造方法。
3. 接着剤シートがエポキシ樹脂、ビスマレイミド樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂および／またはフェノール樹脂を含有する請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。