JP2020107711A - 半導体装置製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】焼結性粒子含有の接合用材料を使用して接合される箇所を有する半導体装置の製造方法において、微小領域に対しても接合用材料の供給を効率よく正確に行うのに適した手法を提供する。【解決手段】本発明の半導体装置製造方法は、転写工程と仮固定工程と接合工程を含む。転写工程では、シート体Ｘにおける焼結性粒子含有の接合用シート１０の側を半導体素子モジュール２０における接合対象部２１に対して貼り合わせた後、接合用シート１０において接合対象部２１に圧着された箇所を接合用材料層１１として当該接合対象部２１上に残し且つ他の箇所を基材Ｂに伴わせつつ、基材Ｂの剥離を行う。仮固定工程では、接合用材料層１１付き接合対象部２１をその接合用材料層１１を介して基板に仮固定する。接合工程では、仮固定された接合対象部２１と基板との間に介在する接合用材料層１１から、加熱過程を経て接合層を形成して、接合対象部２１を基板に接合する。【選択図】図１

Description

本発明は、いわゆるマイクロＬＥＤなど半導体素子を備える半導体装置を製造する方法に関する。
半導体装置の製造において、リードフレームや絶縁回路基板など支持基板に対し、半導体チップを支持基板側との電気的接続をとりつつダイボンディングするための手法として、支持基板とチップとの間にＡｕ-Ｓｉ共晶合金層を形成して接合状態を実現する手法や、接合材としてハンダや導電性粒子含有樹脂を利用する手法が、知られている。
一方、電力の供給制御を担うパワー半導体装置の普及が近年では顕著である。パワー半導体装置は、動作時の通電量が大きいことに起因して発熱量が大きい場合が多い。そのため、パワー半導体装置の製造においては、半導体チップを支持基板側との電気的接続をとりつつ支持基板にダイボンディングする手法について、高温動作時にも信頼性の高い接合状態を実現可能であることが求められる。半導体材料としてＳｉＣやＧａＮが採用されて高温動作化の図られたパワー半導体装置においては特に、そのような要求が強い。そして、そのような要求に応えるべく、電気的接続を伴うダイボンディング手法として、焼結性粒子と溶剤等を含有する焼結性粒子含有のペースト材を使用する技術が提案されている。
焼結性粒子含有ペースト材が用いられて行われる、半導体装置製造過程における接合プロセスでは、まず、支持基板におけるチップ接合予定箇所、または、そこに接合されることとなる半導体チップの接合予定面に対し、焼結性粒子含有ペースト材が塗布される。次に、支持基板のチップ接合予定箇所に対して、半導体チップが、焼結性粒子含有ペースト材を介して所定の温度・荷重条件で載置される。その後、支持基板とその上の半導体チップとの間において焼結性粒子含有ペースト材中の溶剤の揮発などが生じ且つ焼結性粒子間で接合が進行するように、所定の温度・加圧条件での加熱工程が行われる。これにより、支持基板と半導体チップとの間に接合層が形成されて、支持基板に対して半導体チップが電気的に接続されつつ機械的に接合されることとなる。このような技術は、例えば下記の特許文献１,２に記載されている。
特開２０１３−０３９５８０号公報 特開２０１４−１１１８００号公報
焼結性粒子含有ペースト材が用いられて行われる上述のような接合プロセスでは、焼結性粒子含有ペースト材が接合予定箇所ごとに塗布される。しかしながら、このような手法は効率的でない。
また、焼結性粒子含有ペースト材が用いられて行われる上述のような接合プロセスでは、接合予定箇所に対して正確に焼結性粒子含有ペースト材を塗布できないことがあり、その結果、接合対象物間からのペースト材のはみ出しや、はみ出したペースト材のいわゆる回り込みが生ずる場合がある。接合対象物間からはみ出した焼結性粒子含有ペースト材は、はみ出した箇所で乾燥された後、プロセス中に当該箇所から外れて製造目的物である半導体装置の他の箇所に衝突して当該装置の品質を損なうことがある。回り込みを生じた焼結性粒子含有ペースト材の焼結は、製造目的物である半導体装置における短絡の原因となり得る。焼結性粒子含有ペースト材を使用して接合される箇所を伴う半導体装置の製造過程において、接合予定箇所が小さくなるほど、即ち、接合予定箇所に対して正確に焼結性粒子含有ペースト材を塗布することが困難となるほど、これら問題は顕著となる傾向にある。
本発明は、焼結性粒子含有の接合用材料に関する以上のような事情のもとで考え出されたものであって、その目的は、焼結性粒子含有の接合用材料を使用して接合される箇所を有する半導体装置の製造方法において、微小領域に対しても接合用材料の供給を効率よく正確に行うのに適した手法を提供することにある。
本発明により提供される半導体装置製造方法は、以下のような転写工程、仮固定工程、および接合工程を含み、マイクロＬＥＤなど微小な半導体素子を備える半導体装置を製造するのに適するものである。
転写工程では、まず、焼結性粒子含有の接合用シートと基材とを含む積層構造を有するシート体における接合用シート（接合用材料）の側を、離隔した少なくとも二つの接合対象部を有する半導体素子または半導体素子モジュールにおける少なくとも二つの接合対象部に対して貼り合わせる。接合用シートは、導電性金属含有の焼結性粒子とバインダー成分とを少なくとも含有するシート状の焼結接合用組成物（焼結接合用シート）であってもよいし、導電性金属含有の焼結性粒子を少なくとも一部に含む導電性粒子と樹脂成分とを少なくとも含有するシート状の接着剤（接着シート）であってもよい。半導体素子モジュールとは、マイクロＬＥＤディスプレイ用のマイクロＬＥＤモジュールなど、複数の半導体素子が一体化されたものをいうものとする。半導体素子または半導体素子モジュールにおける隣り合う接合対象部の離隔距離は、例えば１〜５００μｍである。隣り合う接合対象部における離隔方向の長さは、例えば１５０μｍ以下である。隣り合う接合対象部の離隔方向において、接合対象部の配列ピッチに対する各接合対象部の長さの比率は、例えば０.０１〜１である。転写工程では、次に、接合用シートにおいて接合対象部に圧着された箇所を接合用材料層として当該接合対象部上に残し且つ他の箇所をシート体基材に伴わせつつ、基材の剥離を行う。
仮固定工程では、接合用材料層付き接合対象部をその接合用材料層を介して基板に対して圧着して仮固定する。
接合工程では、仮固定された接合対象部と基板との間に介在する接合用材料層から、加熱過程を経て接合層を形成して、当該接合対象部を基板に対して接合する。例えば、上述の転写工程において焼結接合用シートを使用する場合には、この接合工程では接合層として焼結層を形成する。
本半導体装置製造方法における転写工程では、上述のように、半導体素子または半導体素子モジュールにおける少なくとも二つの接合対象部に対する、シート体の接合用シート（接合用材料）側での貼り合わせと、接合用シートにおいて接合対象部に圧着された箇所を当該接合対象部上に残し且つ他の箇所を基材に伴わせつつのシート体基材の剥離とが、行われる。このような構成は、複数の接合対象部のそれぞれへの接合用材料の供給を、一括して効率よく行うのに適する。
加えて、本半導体装置製造方法における転写工程では、接合用シート（接合用材料）において接合対象部に圧着された箇所が当該接合対象部上に残されて転写される。接合対象部に対する接合用材料の圧着作用を利用するこのような供給手法は、接合対象部に対して接合用材料を正確に供給するのに適する。このような手法は、接合対象部が微小な領域であっても、当該接合対象部に接合用材料を正確に供給しやすい。
以上のように、本発明に係る半導体装置製造方法は、微小領域に対しても接合用材料の供給を効率よく正確に行うのに適する。接合対象部に対して接合用材料を正確に供給するのに適する本方法は、接合対象物間からの接合用材料のはみ出しや、はみ出した接合用材料の回り込みを、防止・抑制するのに適する。したがって、本方法は、接合箇所を有する半導体装置を歩留まりよく製造するのに適する。
本発明の一の実施形態に係る半導体装置製造方法における一部の工程を表す。 図１に示す工程の後に続く工程を表す。
図１および図２は、本発明の一の実施形態に係る半導体装置製造方法を表す。本実施形態の半導体装置製造方法は、マイクロＬＥＤなど微小な半導体素子を備える半導体装置を所定の接合プロセスを経て製造する方法であって、以下のような用意工程、転写工程、仮固定工程、および接合工程を含む。
用意工程では、図１（ａ）に示すように、シート体Ｘおよび半導体素子モジュール２０が用意される。シート体Ｘは、基材Ｂと接合用シート１０とを含む積層構造を有する。基材Ｂは、例えばプラスチックフィルムである。接合用シート１０は、導電性金属含有の焼結性粒子とバインダー成分とを少なくとも含むシート状の焼結接合用組成物（焼結接合用シート）、または、導電性金属含有の焼結性粒子を少なくとも一部に含む導電性粒子と樹脂成分とを少なくとも含有するシート状の接着剤（接着シート）である。半導体素子モジュール２０は、本実施形態では、半導体素子である複数のマイクロＬＥＤがアレイ状に配されて一体化されているモジュールであって、例えば、マイクロＬＥＤディスプレイ用のマイクロＬＥＤモジュールである。半導体素子モジュール２０に含まれる各半導体素子は、接合予定箇所である１または２以上の接合対象部２１を有する。マイクロＬＥＤにおいて、接合対象部２１は外部電極またはそれを含む凸部である。隣り合う接合対象部２１の離隔距離Ｄは、例えば１〜５００μｍであり、好ましくは１〜３００μｍ、より好ましくは１〜２００μｍである。隣り合う接合対象部２１におけるその離隔方向の長さＬは、例えば１５０μｍ以下であり、好ましく１００μｍ以下、より好ましくは５０μｍ以下、より好ましくは３０μｍ以下である。長さＬは、例えば１μｍ以上である。隣り合う接合対象部２１の離隔方向において、接合対象部２１の配列ピッチＰに対する各接合対象部２１の長さＬの比率（Ｌ／Ｐ）は、例えば０.０１〜１である。接合用シート１０をなす接合用材料について後記の転写工程でのロス（接合対象部２１上に転写されない部分）を低減するという観点からは、配列ピッチＰ（＝Ｄ＋Ｌ）に対する長さＬの比率（Ｌ／Ｐ）は、好ましくは０.０５以上、より好ましくは０.１以上である。接合対象部２１の長さＬに対して相応の離隔距離Ｄを確保して、接合用シート１０をなす接合用材料について後記の転写工程での転写のしやすさを確保するという観点からは、配列ピッチＰ（＝Ｄ＋Ｌ）に対する長さＬの比率（Ｌ／Ｐ）は、好ましくは０.７以下、より好ましくは０.５以下である。
転写工程では、まず、図１（ｂ）に示すように、半導体素子モジュール２０またはその半導体素子における接合対象部２１に対してシート体Ｘを貼り合わせる。具体的には、シート体Ｘの接合用シート１０の側を複数の接合対象部２１に対して圧着して貼り合わせる。貼り合わせのための押圧手段としては、例えば圧着ロールが挙げられる。貼合せ温度は例えば室温から２００℃までの範囲にあり、貼合せのための荷重は例えば０.０１〜１０ＭＰａである。
転写工程では、次に、図１（ｃ）に示すように、接合用シート１０において接合対象部２１に圧着された箇所を接合用材料層１１として当該接合対象部２１上に残し且つ他の箇所を基材Ｂに伴わせつつ、基材Ｂの剥離を行う。本工程において、接合対象部２１のそれぞれに対して接合用材料を一括的に供給することができる。
接合用シート１０が焼結接合用シートである場合、接合用シート１０は、上述のように、導電性金属含有の焼結性粒子とバインダー成分とを少なくとも含むシート状の焼結接合用組成物である。
接合用シート１０をなすための焼結接合用シートの焼結性粒子は、導電性金属元素を含有して焼結可能な粒子である。導電性金属元素としては、例えば、金、銀、銅、パラジウム、スズ、およびニッケルが挙げられる。このような焼結性粒子の構成材料としては、例えば、金、銀、銅、パラジウム、スズ、ニッケル、および、これらの群から選択される二種以上の金属の合金が挙げられる。焼結性粒子の構成材料としては、酸化銀や、酸化銅、酸化パラジウム、酸化スズなどの金属酸化物も挙げられる。また、焼結性粒子は、コアシェル構造を有する粒子であってもよい。例えば、焼結性粒子は、銅を主成分とするコアと、金や銀などを主成分とし且つコアを被覆するシェルとを有する、コアシェル構造の粒子であってもよい。本実施形態において、焼結性粒子は、好ましくは銀粒子、銅粒子、酸化銀粒子、および酸化銅粒子からなる群より選択される少なくとも一種を含む。このような構成は、焼結接合用シートを使用して焼結接合される接合対象物間に強固な焼結層を形成するうえで好ましい。また、形成される焼結層において高い導電性および高い熱伝導性を実現するという観点からは、焼結性粒子としては銀粒子および銅粒子が好ましい。加えて耐酸化性の観点からは、銀粒子は扱いやすくて好ましい。例えば、銀めっき付銅基板への半導体素子モジュールの焼結接合において、焼結性粒子として銅粒子を含む焼結材を用いる場合には、窒素雰囲気下など不活性環境下で焼結プロセスを行う必要があるものの、銀粒子が焼結性粒子をなす焼結材を用いる場合には、空気雰囲気下であっても適切に焼結プロセスを実行することが可能である。以上のような焼結性粒子は、球状、偏平状、針状、フレーク状など各種形状を有していてもよい。また、接合用シート１０は、一種類の焼結性粒子を含有してもよいし、二種類以上の焼結性粒子を含有してもよい。
用いられる焼結性粒子の平均粒径は、接合用シート１０の表面の平坦性を確保するという観点からは、好ましくは３０００ｎｍ以下、より好ましくは１０００ｎｍ以下、より好ましくは５００ｎｍ以下である。上記焼結接合用シートないしそれを形成するための組成物における焼結性粒子について良好な分散性を実現するという観点からは、焼結性粒子の平均粒径は、好ましくは１ｎｍ以上、より好ましくは１０ｎｍ以上、より好ましくは５０ｎｍ以上である。焼結性粒子の平均粒径は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を使用して行う観察によって計測することが可能である。
焼結接合用シートにおける焼結性粒子の含有割合は、信頼性の高い焼結接合を実現するという観点からは、好ましくは６０〜９９質量％、より好ましくは６５〜９８質量％、より好ましくは７０〜９７質量％である。
接合用シート１０をなすための焼結接合用シート中のバインダー成分は、本実施形態では、高分子バインダーと低分子バインダーとを少なくとも含み、可塑剤など他の成分を更に含んでもよい。
焼結接合用シート中の高分子バインダーは、好ましくは、熱分解性高分子バインダーである。熱分解性高分子バインダーは、焼結接合用の高温加熱過程で熱分解され得るバインダー成分であり、当該加熱過程前までにおいて、焼結接合用シートのシート形状の保持に寄与する要素である。本実施形態では、シート形状保持機能を担保するという観点から、熱分解性高分子バインダーは常温（２３℃）で固形の材料である。そのような熱分解性高分子バインダーとしては、例えば、ポリカーボネート樹脂およびアクリル樹脂を挙げることができる。焼結接合用シートは、高分子バインダーないし熱分解性高分子バインダーとして、好ましくはポリカーボネート樹脂および／またはアクリル樹脂を含む。
上記ポリカーボネート樹脂としては、例えば、主鎖の炭酸エステル基（-Ｏ-ＣＯ-Ｏ-）間にベンゼン環など芳香族化合物を含まずに脂肪族鎖からなる脂肪族ポリカーボネート、および、主鎖の炭酸エステル基（-Ｏ-ＣＯ-Ｏ-）間に芳香族化合物を含む芳香族ポリカーボネートが挙げられる。脂肪族ポリカーボネートとしては、例えば、ポリエチレンカーボネートおよびポリプロピレンカーボネートが挙げられる。芳香族ポリカーボネートとしては、主鎖にビスフェノールＡ構造を含むポリカーボネートが挙げられる。
上記アクリル樹脂としては、例えば、炭素数４〜１８の直鎖状または分岐状のアルキル基を有するアクリル酸エステルおよび／またはメタクリル酸エステルの重合体が挙げられる。以下では、「(メタ)アクリル」をもって「アクリル」および／または「メタクリル」を表し、「(メタ)アクリレート」をもって「アクリレート」および／または「メタクリレート」を表す。熱分解性高分子バインダーとしてのアクリル樹脂をなすための(メタ)アクリル酸エステルのアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ｎ-ブチル基、ｔ-ブチル基、イソブチル基、アミル基、イソアミル基、ヘキシル基、へプチル基、シクロヘキシル基、２-エチルヘキシル基、オクチル基、イソオクチル基、ノニル基、イソノニル基、デシル基、イソデシル基、ウンデシル基、ラウリル基、トリデシル基、テトラデシル基、ステアリル基、およびオクタデシル基が挙げられる。
上記アクリル樹脂は、上記(メタ)アクリル酸エステル以外の他のモノマーに由来するモノマーユニットを含む重合体であってもよい。そのような他のモノマーとしては、例えば、カルボキシ基含有モノマー、酸無水物モノマー、ヒドロキシ基含有モノマー、スルホン酸基含有モノマー、およびリン酸基含有モノマーが挙げられる。具体的に、カルボキシ基含有モノマーとしては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、カルボキシエチルアクリレート、カルボキシペンチルアクリレート、イタコン酸、マレイン酸、フマル酸、およびクロトン酸が挙げられる。酸無水物モノマーとしては、例えば、無水マレイン酸や無水イタコン酸が挙げられる。ヒドロキシ基含有モノマーとしては、例えば、(メタ)アクリル酸２-ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸２-ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸４-ヒドロキシブチル、(メタ)アクリル酸６-ヒドロキシヘキシル、(メタ)アクリル酸８-ヒドロキシオクチル、(メタ)アクリル酸１０-ヒドロキシデシル、(メタ)アクリル酸１２-ヒドロキシラウリル、および、(メタ)アクリル酸４-(ヒドロキシメチル)シクロヘキシルメチルが挙げられる。スルホン酸基含有モノマーとしては、例えば、スチレンスルホン酸、アリルスルホン酸、２-(メタ)アクリルアミド-２-メチルプロパンスルホン酸、(メタ)アクリルアミドプロパンスルホン酸、スルホプロピル(メタ)アクリレート、および(メタ)アクリロイルオキシナフタレンスルホン酸が挙げられる。リン酸基含有モノマーとしては、例えば２-ヒドロキシエチルアクリロイルホスフェートが挙げられる。
焼結接合用シートに含まれる高分子バインダーないし熱分解性高分子バインダーの重量平均分子量は、好ましくは１００００以上である。熱分解性高分子バインダーの重量平均分子量は、ゲル・パーミエーション・クロマトグラフィー（ＧＰＣ）により測定してポリスチレン換算により算出される値とする。
焼結接合用シートに含まれる高分子バインダーないし熱分解性高分子バインダーの含有割合は、上述のシート形状保持機能を適切に発揮させるという観点からは、好ましくは０.１〜２０質量％、より好ましくは０.５〜１８質量％、より好ましくは１〜１５質量％である。
焼結接合用シート中の低分子バインダーは、好ましくは、低沸点バインダーである。低沸点バインダーは、熱分解性高分子バインダーなど高分子バインダーの熱分解開始温度よりも沸点が低いバインダー成分である。本実施形態では、低沸点バインダーは、動的粘弾性測定装置（商品名「ＨＡＡＫＥ ＭＡＲＳ III」，Ｔｈｅｒｍｏ Ｆｉｓｈｅｒ Ｓｃｉｅｎｔｆｉｃ社製）を使用して測定される２３℃での粘度が１×１０5Ｐａ・ｓ以下を示す液状または半液状であるものとする。本粘度測定においては、治具として２０ｍｍφのパラレルプレートを使用し、プレート間ギャップを１００μｍとし、回転せん断におけるせん断速度を１ｓ-1とする。
上述の低沸点バインダーとしては、例えば、テルペンアルコール類、テルペンアルコール類を除くアルコール類、アルキレングリコールアルキルエーテル類、および、アルキレングリコールアルキルエーテル類を除くエーテル類が、挙げられる。テルペンアルコール類としては、例えば、イソボルニルシクロヘキサノール、シトロネロール、ゲラニオール、ネロール、カルベオール、およびα-テルピネオールが挙げられる。テルペンアルコール類を除くアルコール類としては、例えば、ペンタノール、ヘキサノール、ヘプタノール、オクタノール、１-デカノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、および２,４-ジエチル-１,５ペンタンジオールが挙げられる。アルキレングリコールアルキルエーテル類としては、例えば、エチレングリコールブチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエーテル、ジエチレングリコールエチルエーテル、ジエチレングリコールブチルエーテル、ジエチレングリコールイソブチルエーテル、ジエチレングリコールヘキシルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、ジエチレングリコールブチルメチルエーテル、ジエチレングリコールイソプロピルメチルエーテル、トリエチレングリコールメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールブチルメチルエーテル、プロピレングリコールプロピルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエーテル、ジプロピレングリコールエチルエーテル、ジプロピレングリコールプロピルエーテル、ジプロピレングリコールブチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、トリプロピレングリコールメチルエーテル、およびトリプロピレングリコールジメチルエーテルが挙げられる。アルキレングリコールアルキルエーテル類を除くエーテル類としては、例えば、エチレングリコールエチルエーテルアセテート、エチレングリコールブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールブチルエーテルアセテート、およびジプロピレングリコールメチルエーテルアセテートが挙げられる。接合用シート１０中の成分として、一種類の低沸点バインダーを用いてもよいし、二種類以上の低沸点バインダーを用いてもよい。接合用シート１０中の低沸点バインダーは、常温での安定性という観点からは、好ましくはテルペンアルコール類であり、より好ましくはイソボルニルシクロヘキサノールである。
焼結接合用シートにおける低沸点バインダーなど低分子バインダーの含有割合は、当該シートの表面において良好なタック性を確保するという観点からは、例えば１〜５０質量％である。
焼結接合用シートないしこれをなす焼結接合用組成物の７０℃での粘度は、例えば５×１０3〜１×１０7Ｐａ・ｓであり、好ましくは１×１０4〜１×１０6Ｐａ・ｓである。
焼結接合用シートは、例えば、上述の各成分を溶剤中にて混合してワニスを調製し、基材Ｂの上に当該ワニスを塗布して塗膜を形成し、その塗膜を乾燥させることによって、作製することができる。ワニス調製用の溶剤としては有機溶剤やアルコール溶剤を用いることができる。
接合用シート１０が接着シートである場合、接合用シート１０は、上述のように、導電性金属含有の焼結性粒子を少なくとも一部に含む導電性粒子と樹脂成分とを少なくとも含有するシート状の接着剤である。
接着シート中の焼結性粒子としては、例えば、焼結接合用シート中の焼結性粒子として上述した焼結性粒子を用いることができる。接着シート中の導電性粒子としては、当該焼結性粒子に加えてカーボンブラックおよびカーボンナノチューブが挙げられる。接着シートにおける導電性粒子の含有割合は例えば５０〜９５質量％である。
接合用シート１０をなすための接着シート中の樹脂成分は、本実施形態では、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂とを少なくとも含み、可塑剤など他の成分を更に含んでもよい。
前記熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アミノ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、および熱硬化性ポリイミド樹脂が挙げられる。接着シートは、一種類の熱硬化性樹脂を含んでもよいし、二種類以上の熱硬化性樹脂を含んでもよい。
上記のエポキシ樹脂としては、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、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、臭素化ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡＦ型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、フルオレン型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、トリスヒドロキシフェニルメタン型エポキシ樹脂、およびテトラフェニロールエタン型エポキシ樹脂などの二官能エポキシ樹脂や多官能エポキシ樹脂が挙げられる。接着シートは、一種類のエポキシ樹脂を含有してもよいし、二種類以上のエポキシ樹脂を含有してもよい。
接合用シート１０をなすための接着シート中の熱硬化性樹脂の含有割合は、接着シートにおいて熱硬化型接着剤としての機能を適切に発現させるという観点からは、例えば１〜５０質量％である。
接着シートのための熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂が用いられる場合、そのエポキシ樹脂に熱硬化性を発現させるための硬化剤としては、フェノール樹脂が好ましい。
エポキシ樹脂の硬化剤として作用しうるフェノール樹脂としては、例えば、ノボラック型フェノール樹脂、レゾール型フェノール樹脂、および、ポリパラオキシスチレン等のポリオキシスチレンが挙げられる。ノボラック型フェノール樹脂としては、例えば、フェノールノボラック樹脂、フェノールアラルキル樹脂、クレゾールノボラック樹脂、tert-ブチルフェノールノボラック樹脂、およびノニルフェノールノボラック樹脂が挙げられる。接着シートは、一種類のフェノール樹脂を含有してもよいし、二種類以上のフェノール樹脂を含有してもよい。
接着シート中の熱可塑性樹脂は例えばバインダー機能を担うものであり、接着シート中の熱可塑性樹脂としては、例えば、アクリル樹脂、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-ナイロンなどポリアミド樹脂、フェノキシ樹脂、ポリエチレンテレフタレートやポリブチレンテレフタレートなど飽和ポリエステル樹脂、ポリアミドイミド樹脂、およびフッ素樹脂が挙げられる。接着シートは、一種類の熱可塑性樹脂を含んでもよいし、二種類以上の熱可塑性樹脂を含んでもよい。アクリル樹脂は、イオン性不純物が少なく且つ耐熱性が高いことから、接着シート中の熱可塑性樹脂として好ましい。接着シートにおける熱可塑性樹脂の含有割合は、例えば１〜５０質量％である。
接着シートが熱可塑性樹脂としてアクリル樹脂を含む場合の当該アクリル樹脂は、好ましくは、(メタ)アクリル酸エステルに由来するモノマーユニットを質量割合で最も多く含む。「(メタ)アクリル」は、「アクリル」および／または「メタクリル」を意味するものとする。
上記アクリル系ポリマーのモノマーユニットをなすための(メタ)アクリル酸エステル、即ち、アクリル系ポリマーの構成モノマーである(メタ)アクリル酸エステルとしては、例えば、(メタ)アクリル酸アルキルエステル、(メタ)アクリル酸シクロアルキルエステル、および(メタ)アクリル酸アリールエステルが挙げられる。(メタ)アクリル酸アルキルエステルとしては、例えば、(メタ)アクリル酸のメチルエステル、エチルエステル、プロピルエステル、イソプロピルエステル、ブチルエステル、イソブチルエステル、ｓ-ブチルエステル、ｔ-ブチルエステル、ペンチルエステル、イソペンチルエステル、ヘキシルエステル、ヘプチルエステル、オクチルエステル、２-エチルヘキシルエステル、イソオクチルエステル、ノニルエステル、デシルエステル、イソデシルエステル、ウンデシルエステル、ドデシルエステル、トリデシルエステル、テトラデシルエステル、ヘキサデシルエステル、オクタデシルエステル、およびエイコシルエステルが挙げられる。(メタ)アクリル酸シクロアルキルエステルとしては、例えば、(メタ)アクリル酸のシクロペンチルエステルおよびシクロヘキシルエステルが挙げられる。(メタ)アクリル酸アリールエステルとしては、例えば、(メタ)アクリル酸フェニルおよび(メタ)アクリル酸ベンジルが挙げられる。アクリル系ポリマーの構成モノマーとして、一種類の(メタ)アクリル酸エステルが用いられてもよいし、二種類以上の(メタ)アクリル酸エステルが用いられてもよい。また、アクリル樹脂なすためのアクリル系ポリマーは、それを形成するための原料モノマーを重合して得ることができる。重合手法としては、例えば、溶液重合、乳化重合、塊状重合、および懸濁重合が挙げられる。
上記アクリル系ポリマーは、例えばその凝集力や耐熱性の改質のために、(メタ)アクリル酸エステルと共重合可能な一種類の又は二種類以上の他のモノマーを構成モノマーとして含んでもよい。そのようなモノマーとしては、例えば、カルボキシ基含有モノマー、酸無水物モノマー、ヒドロキシ基含有モノマー、スルホン酸基含有モノマー、リン酸基含有モノマー、アクリルアミド、およびアクリロニトリルが挙げられる。カルボキシ基含有モノマーとしては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、(メタ)アクリル酸カルボキシエチル、(メタ)アクリル酸カルボキシペンチル、イタコン酸、マレイン酸、フマル酸、およびクロトン酸が挙げられる。酸無水物モノマーとしては、例えば、無水マレイン酸および無水イタコン酸が挙げられる。ヒドロキシ基含有モノマーとしては、例えば、(メタ)アクリル酸２-ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸２-ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸４-ヒドロキシブチル、(メタ)アクリル酸６-ヒドロキシヘキシル、(メタ)アクリル酸８-ヒドロキシオクチル、(メタ)アクリル酸１０-ヒドロキシデシル、(メタ)アクリル酸１２-ヒドロキシラウリル、および(メタ)アクリル酸(４-ヒドロキシメチルシクロヘキシル)メチルが挙げられる。スルホン酸基含有モノマーとしては、例えば、スチレンスルホン酸、アリルスルホン酸、２-(メタ)アクリルアミド-２-メチルプロパンスルホン酸、(メタ)アクリルアミドプロパンスルホン酸、および(メタ)アクリロイルオキシナフタレンスルホン酸が挙げられる。リン酸基含有モノマーとしては、例えば、２-ヒドロキシエチルアクリロイルホスフェートが挙げられる。
接合用シート１０の２３℃での厚さは、本実施形態では、好ましくは１μｍ以上、より好ましくは５μｍ以上であり、且つ、好ましくは１００μｍ以下、より好ましくは５０μｍ以下である。
本半導体装置製造方法では、次に、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、接合用材料層１１付き接合対象部２１をその接合用材料層１１を介して基板Ｓに対して圧着して仮固定する（仮固定工程）。基板Ｓは、本実施形態では、電極パッド部を含む配線（図示略）を表面に伴うマイクロＬＥＤモジュール用の回路基板である。本工程では、半導体素子モジュール２０側の接合対象部２１と、基板Ｓないしその電極パッド部とを、接合用材料層１１を介して仮固定する。本工程において、仮固定用の温度条件は、例えば室温から３００℃までの範囲にあり、押圧に係る荷重は例えば０.０１〜５０ＭＰａであり、接合時間は例えば０.０１〜３００秒間である。
次に、図２（ｃ）に示すように、仮固定された接合対象部２１と基板Ｓの間に介在する接合用材料層１１から、加熱過程を経て接合層１２を形成して、接合対象部２１を基板Ｓに対して接合する（接合工程）。
接合用シート１０が上述の焼結接合用シートである場合、接合工程では、具体的には、所定の高温加熱過程を経ることによって、基板Ｓと接合対象部２１との間において、接合用材料層１１（焼結接合用材料層）中の低分子バインダーを揮発させ、高分子バインダーを熱分解させて揮散させ、そして、焼結性粒子の導電性金属を焼結させる。これにより、基板Ｓと各接合対象部２１との間に接合層１２として焼結層が形成されて、基板Ｓに対して接合対象部２１が基板Ｓ側との電気的接続がとられつつ接合されることとなる。
接合用シート１０が上述の接着シートである場合、接合工程では、所定の加熱過程を経ることによって、基板Ｓと接合対象部２１との間に接合層１２として導電性接着剤層を形成する。接合用シート１０が接着シートである場合に形成される接合層１２では、導電性粒子間の焼結接合によって導電経路が形成されていてもよいし、導電性粒子間の単純接触によって導電経路が形成されていてもよいし、トンネル効果に因る通電が可能なほどに導電性粒子どうしが近距離に位置して導電経路が形成されていてもよい。基板Ｓと各接合対象部２１との間に接合層１２として導電性接着剤層が形成されて、基板Ｓに対して接合対象部２１が基板Ｓ側との電気的接続がとられつつ接合されることとなる。
本工程において、接合の温度条件は、例えば１５０〜４００℃の範囲にあり、好ましくは２５０〜３５０℃の範囲にある。接合のための圧力は、例えば６０ＭＰａ以下であり、好ましくは４０ＭＰａ以下である。また、接合時間は、例えば０.３〜３００分間であり、好ましくは０.５〜２４０分間である。例えばこれら条件の範囲内において、接合工程を実施するための温度プロファイルや圧力プロファイルが適宜に設定される。以上のような接合工程は、加熱と加圧とを同時に行える装置を使用して行うことができる。そのような装置としては、例えばフリップチップボンダーおよび平行平板プレス機が挙げられる。また、接合に関与する金属の酸化防止の観点からは、本工程は、窒素雰囲気下、減圧下、または還元ガス雰囲気下で行われるのが好ましい。
以上のようにして、焼結性粒子含有の接合用材料を使用して接合される箇所を有する半導体装置として、半導体素子モジュール２０と基板Ｓとのアセンブリを、製造することができる。
図１（ｂ）および図１（ｃ）を参照して上述した転写工程では、半導体素子モジュール２０またはそれに含まれる半導体素子における接合対象部２１に対する、シート体Ｘの接合用シート１０（接合用材料）側での貼り合わせと、接合用シート１０において接合対象部２１に圧着された箇所を当該接合対象部２１上に残し且つ他の箇所を基材Ｂに伴わせつつの基材Ｂの剥離とが、行われる。このような構成は、複数の接合対象部２１のそれぞれへの接合用材料の供給を、一括して効率よく行うのに適する。
加えて、図１（ｂ）および図１（ｃ）を参照して上述した転写工程では、接合用シート１０（接合用材料）において接合対象部２１に圧着された箇所が当該接合対象部２１上に残されて転写される。接合対象部２１に対する接合用材料の圧着作用を利用するこのような供給手法は、接合対象部２１に対して接合用材料を正確に供給するのに適する。このような手法は、接合対象部２１が微小な領域であっても、当該接合対象部２１に接合用材料を正確に供給しやすい。
以上のように、本実施形態の半導体装置製造方法は、微小な接合対象部２１に対しても接合用材料の供給を効率よく正確に行うのに適する。接合対象部２１に対して接合用材料を正確に供給するのに適する本方法は、接合対象物間からの接合用材料のはみ出しや、はみ出した接合用材料の回り込みを、防止・抑制するのに適する。したがって、本方法は、接合箇所を有する半導体装置を歩留まりよく製造するのに適する。
Ｘ シート体
Ｂ 基材
１０ 接合用シート
１１ 接合用材料層
１２ 接合層
２０ 半導体素子モジュール
２１ 接合対象部
Ｐ 配列ピッチ
Ｌ 長さ（配列ピッチと同方向の長さ）
Ｄ 離隔距離（配列ピッチと同方向の距離）
Ｓ 基板

Claims (4)

  1. 焼結性粒子含有の接合用シートと基材とを含む積層構造を有するシート体における前記接合用シートの側を、離隔した少なくとも二つの接合対象部を有する半導体素子または半導体素子モジュールにおける前記少なくとも二つの接合対象部に対して貼り合わせた後、前記接合用シートにおいて前記接合対象部に圧着された箇所を接合用材料層として当該接合対象部上に残し且つ他の箇所を前記基材に伴わせつつ、前記基材の剥離を行う、転写工程と、
    前記接合用材料層付き接合対象部をその接合用材料層を介して基板に仮固定する工程と、
    仮固定された前記接合対象部と前記基板との間に介在する接合用材料層から、加熱過程を経て接合層を形成して、当該接合対象部を前記基板に接合する工程と、を含む半導体装置製造方法。
  2. 隣り合う接合対象部の離隔方向において、接合対象部の配列ピッチに対する各接合対象部の長さの比率は、０.０１〜１である、請求項１に記載の半導体装置製造方法。
  3. 隣り合う接合対象部における離隔方向の長さは１〜１５０μｍである、請求項１または２に記載の半導体装置製造方法。
  4. 隣り合う接合対象部の離隔距離は１〜５００μｍである、請求項１から３のいずれか一つに記載の半導体装置製造方法。
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