JP4922474B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
更に、特許文献1に記載の半導体装置においては、クラックの発生をより確実に抑制するために、側面被覆部の回路形成面からの高さを所定範囲とすることが提案されている。
更に、特許文献2には、傾斜面と半導体チップの外周側部のなす傾斜角が半導体チップの外周側部の上縁近傍において50度以下であることにより、応力集中によるクラックの発生が抑制もしくは低減され半導体チップ破損が抑制されることが記載されている。
そこで、例えば、接着剤又は接着フィルムにより、複数のバンプを有するウエハ上のバンプが形成された面に接着剤層を形成した後、ウエハを接着剤層ごとダイシングして個々の半導体チップとし、これをバンプを介して他の半導体チップ又は基板にボンディングする先塗布型の実装方法が提案されており、このような先塗布型の実装方法にも適用することができ、かつ、クラックの発生を充分に抑制することのできる新たな接着剤又は接着フィルムが求められている。
以下、本発明を詳述する。
即ち、本発明者らは、半導体チップ接合用接着材料の25℃せん断弾性率及び粘度特性を所定範囲とすることにより、非凸形状のフィレットを形成することができ、これにより、信頼性の高い半導体装置を製造できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
なお、図1及び図2は、半導体チップ接合用接着材料3を用いて、バンプ4を介して基板1上に半導体チップ2をボンディングした状態の一例を示す断面図である。図1は非凸形状のフィレットを形成した状態を示し、図2は凸形状のフィレットを形成した状態を示す。
上記粘弾性測定装置で測定した25℃せん断弾性率Grの好ましい下限は3×106Pa、より好ましい下限は5×106Paである。
上記粘弾性測定装置で測定した25℃せん断弾性率Grのより好ましい上限は5×107Paである。
上記レオメーターで測定したハンダ融点までの最低複素粘度η*minの好ましい上限は4.5×101Pa・s、より好ましい上限は4×101Pa・s、更に好ましい上限は3.0×101Pa・sである。
上記レオメーターで測定したハンダ融点までの最低複素粘度η*minのより好ましい下限は1Pa・sである。
なお、上記ハンダ融点は、例えば、230〜320℃の範囲の温度である。
本発明の半導体チップ接合用接着材料は、上記複素粘度η*(1Hz)が上記複素粘度η*(10Hz)の0.7倍以上であることが好ましく、0.9倍以上であることがより好ましく、1.0倍以上であることが更に好ましく、また、4.3倍以下であることが好ましく、4.0倍以下であることがより好ましい。
なかでも、エポキシ化合物の種類及び配合量、並びに、反応可能な官能基を有する高分子化合物の分子量及び配合量を制御することにより、半導体チップ接合用接着材料における各成分の相互作用又は分子鎖の絡み合いを極限にまで低減することが好ましい。また、無機充填材等の非溶解性成分を加える場合には、エポキシ化合物等に対する親和性を高くしたり、無機充填材の粒子径及び配合量を制御したりすることにより、半導体チップ接合用接着材料における凝集等のネットワーク構造の形成を抑制することが好ましい。
上記軟化点が150℃以下のエポキシ樹脂として、例えば、フェノールノボラックエポキシ樹脂、ビスフェノールAノボラックエポキシ樹脂、クレゾールノボラックエポキシ樹脂、ジシクロペンタジエンフェノールノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニルフェノールノボラックエポキシ樹脂等が挙げられる。なかでも、ジシクロペンタジエンフェノールノボラック型エポキシ樹脂が好ましい。
上記反応可能な官能基を有する高分子化合物は特に限定されず、例えば、アミノ基、ウレタン基、イミド基、水酸基、カルボキシル基、エポキシ基等を有する高分子化合物等が挙げられる。なかでも、エポキシ基を有する高分子化合物が好ましい。
上記エポキシ基を有する高分子化合物を含有することで、得られる半導体チップ接合用接着材料の硬化物は優れた靭性を発現する。即ち、得られる半導体チップ接合用接着材料の硬化物は、上記エポキシ化合物に由来する優れた機械的強度、耐熱性及び耐湿性と、上記エポキシ基を有する高分子化合物に由来する優れた靭性とを兼備することにより、高い接合信頼性及び接続信頼性を発現することができる。
また、上記重量平均分子量が1万未満であると、得られる半導体チップ接合用接着材料には低分子量化合物が多く存在するため、ボンディング時にボイドが発生しやすくなることがある。
上記エポキシ基を有する高分子化合物の重量平均分子量のより好ましい上限は15万、更に好ましい上限は10万、更により好ましい上限は5万、特に好ましい上限は2万である。
上記反応可能な官能基を有する高分子化合物の含有量は、上述した範囲の複素粘度の比を達成する観点から、上記エポキシ化合物100重量部に対するより好ましい上限が400重量部である。
上記硬化剤は特に限定されず、例えば、アミン系硬化剤、酸無水物硬化剤、フェノール系硬化剤等が挙げられる。なかでも、酸無水物硬化剤が好ましい。
上記酸無水物硬化剤は特に限定されないが、2官能の酸無水物硬化剤が好ましい。上記2官能の酸無水物硬化剤は特に限定されず、例えば、フタル酸誘導体の無水物、無水マレイン酸等が挙げられる。
上記硬化剤の含有量は、上記エポキシ化合物と、上記反応可能な官能基を有する高分子化合物との合計100重量部に対するより好ましい下限が10重量部、より好ましい上限が140重量部である。
上記硬化促進剤は特に限定されないが、イミダゾール化合物が好ましい。上記イミダゾール化合物は上記エポキシ化合物との反応性が高いことから、上記イミダゾール化合物を含有することで、得られる半導体チップ接合用接着材料は速硬化性が向上する。
上記無機充填材を含有することで、得られる半導体チップ接合用接着材料の硬化物の線膨張率を低下させることができ、接合された半導体チップへの応力の発生及びハンダ等の導通部分のクラックの発生を良好に防止することができる。
上記無機充填材は特に限定されず、例えば、ヒュームドシリカ、コロイダルシリカ等のシリカ、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素、ガラスパウダー、ガラスフリット等が挙げられる。
上記無機充填材が上記炭素数1〜10の炭化水素含有基を表面に有することにより、得られる半導体チップ接合用接着材料において、上記無機充填材の配合量が増えても最低複素粘度の上昇を低減することができる。また、上述した範囲の複素粘度の比を達成することも容易となる。更に、半導体チップ接合用接着材料に上記炭素数1〜10の炭化水素含有基を表面に有する無機充填材を配合することにより、得られる半導体装置の信頼性をより向上させることができる。
なお、上記炭素数1〜10の炭化水素含有基を表面に有さない無機充填材であっても、配合量を調整したり他の成分との配合比を調整したりすることにより上述した範囲の最低複素粘度及び複素粘度の比を達成できれば用いることができる。
上記粒子状の無機充填材の平均粒子径のより好ましい下限は5nm、より好ましい上限は3μmであり、特に好ましい下限は10nm、特に好ましい上限は1μmである。
本明細書中、平均粒子径とは、レーザー回折/散乱式粒子径分布測定装置で測定される%積算径が50%の粒子径を意味する。
上記炭素数1〜10の炭化水素含有基を表面に有する無機充填材の含有量は、上記エポキシ化合物と、上記反応可能な官能基を有する高分子化合物との合計100重量部に対するより好ましい下限は10重量部、より好ましい上限は400重量部、更に好ましい下限は15重量部、更に好ましい上限は300重量部である。
また、本発明の半導体チップ接合用接着材料が上記平均粒子径が10nm以下の無機充填材を含有する場合、上記無機充填材の含有量は特に限定されないが、表面処理の有無にかかわらず、上記エポキシ化合物と、上記反応可能な官能基を有する高分子化合物との合計100重量部に対して50重量部以下であることが好ましい。
上記希釈剤は特に限定されないが、半導体チップ接合用接着材料の加熱硬化時に硬化物に取り込まれる反応性希釈剤が好ましい。なかでも、得られる半導体チップ接合用接着材料の接着信頼性を悪化させないために、1分子中に2以上の官能基を有する反応性希釈剤がより好ましい。
上記1分子中に2以上の官能基を有する反応性希釈剤として、例えば、脂肪族型エポキシ、エチレンオキサイド変性エポキシ、プロピレンオキサイド変性エポキシ、シクロヘキサン型エポキシ、ジシクロペンタジエン型エポキシ、フェノール型エポキシ等が挙げられる。
上記希釈剤の含有量は、上記エポキシ化合物と、上記反応可能な官能基を有する高分子化合物との合計100重量部に対するより好ましい下限が5重量部、より好ましい上限が200重量部である。
上記混合する方法は特に限定されず、例えば、ホモディスパー、万能ミキサー、バンバリーミキサー、ニーダー等を用いて混合する方法等が挙げられる。
本発明の半導体チップ接合用接着材料を用いた半導体装置の製造方法は特に限定されず、例えば、本発明の半導体チップ接合用接着材料に溶剤を添加して調製した接着剤溶液をウエハに塗布し、前記溶剤を乾燥してフィルム化する方法等が挙げられる。このような半導体装置の製造方法もまた、本発明の1つである。
本発明の半導体チップ接合用接着フィルムの厚みは特に限定されないが、好ましい下限は2μm、好ましい上限は500μmである。上記厚みが2μm未満であると、異物の混入によって平滑なフィルムが得られないことがある。上記厚みが500μmを超えると、得られる半導体チップ接合用接着フィルム中に溶剤が残留しやすく、圧接合時及び硬化時に気泡が発生することがある。
上記混合する方法は特に限定されず、例えば、ホモディスパー、万能ミキサー、バンバリーミキサー、ニーダー等を用いて混合する方法等が挙げられる。上記フィルム化する方法は特に限定されず、例えば、溶剤としてメチルエチルケトン等の低沸点溶剤を用いて、ダイコーター、バーコーター、グラビアコーター、スリットコーター等を使用して上記接着剤溶液をセパレーター上に塗工した後、加熱等により溶剤を乾燥する方法等が挙げられる。
本発明の半導体チップ接合用接着フィルムを用いた半導体装置の製造方法は特に限定されず、例えば、本発明の半導体チップ接合用接着フィルムをラミネートによってウエハ又は半導体チップに供給する方法、本発明の半導体チップ接合用接着フィルムを半導体チップのチップサイズに合わせて裁断し、他の半導体チップ又は基板に供給する方法等が挙げられる。このような半導体装置の製造方法もまた、本発明の1つである。
上記半導体チップの側壁と上記フィレットとが成す角度が70°以上であると、凸部に応力が集中して、半導体装置の信頼性が低下する。
表1〜5の組成に従って、ホモディスパーを用いて下記に示す各材料を攪拌混合し、接着剤溶液を調製した。アプリケーターによって接着剤溶液を離型処理されたペットフィルム上に塗工し、溶剤を乾燥して100μm厚の半導体チップ接合用接着フィルムを得た。
・ビフェニル型エポキシ樹脂(商品名「YX−4000」、ジャパンエポキシレジン社製)
・ビスフェノールA型エポキシ樹脂(商品名「1004AF」、ジャパンエポキシレジン社製)
・ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂(商品名「HP−7200HH」、DIC社製)
・ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂(商品名「EP−4088S」、アデカ社製)
・グリシジル基含有アクリル樹脂(重量平均分子量20万、商品名「G−2050M」、日油社製)、
・グリシジル基含有アクリル樹脂(重量平均分子量2万、商品名「G−0250SP」、日油社製)
・グリシジル基含有アクリル樹脂(重量平均分子量8千、商品名「G−0130S」、日油社製)
・グリシジル基含有アクリル化合物(重量平均分子量10万、商品名「G−1010S」、日油社製)
・トリアルキルテトラヒドロ無水フタル酸(商品名「YH−306」、JER社製)
・2,4−ジアミノ−6−[2’−メチルイミダゾリル−(1’)]−エチル−s−トリアジン イソシアヌル酸付加塩(商品名「2MA−OK」、四国化成工業社製)
・表面フェニル処理無機フィラー(シリカ)(商品名「SE−1050−SPT」、アドマテックス社製、平均粒子径300nm)
・表面フェニル処理無機フィラー(シリカ)(商品名「SE−2050−SPJ」、アドマテックス社製、平均粒子径500nm)
・表面フェニル処理無機フィラー(シリカ)(商品名「SS−01」、トクヤマ社製、平均粒子径100nm)
・表面フェニル処理無機フィラー(シリカ)(商品名「YA050−MJF」、アドマテックス社製、平均粒子径50nm)
・表面無処理無機フィラー(シリカ)(商品名「SE−1050」、アドマテックス社製、平均粒子径300nm)
・表面無処理無機フィラー(シリカ)(商品名「SE−2050」、アドマテックス社製、平均粒子径500nm)
・表面無処理無機フィラー(シリカ)(商品名「QS−40」、トクヤマ社製、平均粒子径7nm)
・表面にCH3−Si−O−基を有するシリカ粒子(商品名「MT−10」、トクヤマ社製、平均粒子径15nm)
・表面にCH3−Si−O−基を有するシリカ粒子(商品名「SE−2050−STJ」、アドマテックス社製、平均粒子径500nm)
・表面にCH3−Si−O−基を有するシリカ粒子(商品名「SE−1050−STT」、アドマテックス社製、平均粒子径300nm)
・表面ヘキサメチルジシラザン処理無機フィラー(シリカ)(商品名「HM−20L」、トクヤマ社製、平均粒子径12nm)
・表面シリコーンオイル処理無機フィラー(シリカ)(商品名「PM−20L」、トクヤマ社製、平均粒子径12nm)
・表面エポキシシラン処理無機フィラー(シリカ)(商品名「SE−1050−SET」、アドマテックス社製、平均粒子径300nm)
・表面メタクリル処理無機フィラー(シリカ)(商品名「SE−1050−SMT」、アドマテックス社製、平均粒子径300nm)
シランカップリング剤(商品名「KBM−573」、信越化学工業社製)
溶剤 メチルエチルケトン(MEK、和光純薬工業社製)
実施例及び比較例で得られた半導体チップ接合用接着フィルムについて、以下の評価を行った。結果を表1〜5に示す。
得られた半導体チップ接合用接着フィルムについて、動的粘弾性測定装置(DVA−200、アイティー計測器社製)を用いて、厚み600μm、幅6mm、長さ10mmの半導体チップ接合用接着剤フィルムについて、−20℃から80℃までせん断測定することにより、25℃せん断弾性率Gr(MPa)を求めた。
得られた半導体チップ接合用接着フィルムについて、レオメーター(STRESSTECH、REOLOGICA社製)を用いて、サンプル厚み600μm、歪制御(1rad)、周波数10Hz、昇温速度20℃/min、測定温度範囲60℃から300℃まで測定を行い、測定中に最も複素粘度が低下した値をハンダ融点までの最低複素粘度η*min(Pa・s)とした。
得られた半導体チップ接合用接着フィルムについて、STRESSTECH(REOLOGICA社製)を用いて、サンプル厚み600μm、歪制御(1rad)、周波数1Hz又は10Hz、温度140℃で測定を行うことにより、{複素粘度η*(1Hz)}/{複素粘度η*(10Hz)}の値を求めた。
得られた半導体チップ接合用接着フィルムを、ハンダボール(高さ85μm)が150μm間隔でチップ全面に3136個形成されたフルアレイのTEGチップ(10mm×10mm×厚み725μm)にラミネートした後、チップサイズに合わせて半導体チップ接合用接着フィルムを裁断し、樹脂付TEGチップを得た。次いで、得られた樹脂付TEGチップのハンダとデイジーチェーンとなるように配線されたハンダプリコート付ガラスエポキシTEG基板に、ステージ温度120℃、ヘッド温度140℃20秒、280℃5秒、ヘッド圧100Nで樹脂付TEGチップをフリップチップボンディングした。その後、190℃30分でポストキュア(後硬化)を行い、積層体を得た。
得られた積層体を冷間樹脂で埋め込んだ後、チップ辺の中央付近の部分まで断面研磨を行い、TEGチップの側壁とフィレットとが成す角度(フィレット角度)を測定した。
上記(4)にて得られた積層体について、あらかじめ導通抵抗値(以下、初期抵抗とする)を測定しておき、60℃、60%RHで40時間吸湿させ、ピーク温度260℃のリフローオーブンに3回通してリフロー試験を行った後、再び導通抵抗値を測定した。リフロー試験後の導通抵抗値が初期抵抗値から10%以上変化した場合を不良とし、8つの積層体を作製して不良個数を評価した。
上記(5)にてリフロー試験を行った積層体について、−55〜125℃(30分/1サイクル)、1000サイクルの冷熱サイクル試験を行った後、導通抵抗値を測定した。冷熱サイクル試験後の導通抵抗値が初期抵抗値から10%以上変化した場合を不良とし、8つの積層体を作製して不良個数を評価した。
不良個数が0個であった場合を○、1個であった場合を△、2個以上であった場合を×とした。
上記(5)にてリフロー試験を行った積層体について、−55〜125℃(30分/1サイクル)、3000サイクルの冷熱サイクル試験を行った後、導通抵抗値を測定した。冷熱サイクル試験後の導通抵抗値が初期抵抗値から10%以上変化した場合を不良とし、8つの積層体を作製して不良個数を評価した。
不良個数が2個以下であった場合を◎、3〜4個であった場合を○、5〜6個であった場合を△、7個以上であった場合を×とした。
2 半導体チップ
3 半導体チップ接合用接着材料
4 バンプ
Claims (5)
- 粘弾性測定装置で測定した25℃せん断弾性率Grが1×106Pa以上、レオメーターで測定したハンダ融点までの最低複素粘度η*minが5×101Pa・s以下であり、温度140℃、歪量1rad、周波数1Hzで測定した複素粘度η*(1Hz)が温度140℃、歪量1rad、周波数10Hzで測定した複素粘度η*(10Hz)の0.5〜4.5倍である半導体チップ接合用接着材料に溶剤を添加して調製した接着剤溶液をウエハに塗布し、前記溶剤を乾燥してフィルム化する半導体装置の製造方法により得られる半導体装置であって、
前記接着剤溶液の溶剤を乾燥してフィルム化してなる接着剤層を有するウエハをダイシングしてなる半導体チップと、他の半導体チップ又は基板とが前記接着剤層を介してボンディングされており、
前記半導体チップの側壁に這い上がるフィレットが形成されており、
前記半導体チップの側壁と前記フィレットとが成す角度が70°未満である
ことを特徴とする半導体装置。 - 粘弾性測定装置で測定した25℃せん断弾性率Grが1×106Pa以上、レオメーターで測定したハンダ融点までの最低複素粘度η*minが5×101Pa・s以下であり、温度140℃、歪量1rad、周波数1Hzで測定した複素粘度η*(1Hz)が温度140℃、歪量1rad、周波数10Hzで測定した複素粘度η*(10Hz)の0.5〜4.5倍である半導体チップ接合用接着材料に溶剤を添加して調製した接着剤溶液をスピンコート又はスクリーン印刷によってウエハに塗布し、前記溶剤を乾燥してフィルム化する半導体装置の製造方法により得られる半導体装置であって、
前記接着剤溶液の溶剤を乾燥してフィルム化してなる接着剤層を有するウエハをダイシングしてなる半導体チップと、他の半導体チップ又は基板とが前記接着剤層を介してボンディングされており、
前記半導体チップの側壁に這い上がるフィレットが形成されており、
前記半導体チップの側壁と前記フィレットとが成す角度が70°未満である
ことを特徴とする半導体装置。 - 粘弾性測定装置で測定した25℃せん断弾性率Grが1×106Pa以上、レオメーターで測定したハンダ融点までの最低複素粘度η*minが5×101Pa・s以下であり、温度140℃、歪量1rad、周波数1Hzで測定した複素粘度η*(1Hz)が温度140℃、歪量1rad、周波数10Hzで測定した複素粘度η*(10Hz)の0.5〜4.5倍である半導体チップ接合用接着材料からなる半導体チップ接合用接着フィルムをラミネートによってウエハ又は半導体チップに供給する半導体装置の製造方法により得られる半導体装置であって、
前記半導体チップ接合用接着フィルムからなる接着剤層を有するウエハをダイシングしてなる半導体チップ又は前記半導体チップ接合用接着フィルムからなる接着剤層を有する半導体チップと、他の半導体チップ又は基板とが接着剤層を介してボンディングされており、
前記半導体チップの側壁に這い上がるフィレットが形成されており、
前記半導体チップの側壁と前記フィレットとが成す角度が70°未満である
ことを特徴とする半導体装置。 - 粘弾性測定装置で測定した25℃せん断弾性率Grが1×106Pa以上、レオメーターで測定したハンダ融点までの最低複素粘度η*minが5×101Pa・s以下であり、温度140℃、歪量1rad、周波数1Hzで測定した複素粘度η*(1Hz)が温度140℃、歪量1rad、周波数10Hzで測定した複素粘度η*(10Hz)の0.5〜4.5倍である半導体チップ接合用接着材料からなる半導体チップ接合用接着フィルムを半導体チップのチップサイズに合わせて裁断し、他の半導体チップ又は基板に供給する半導体装置の製造方法により得られる半導体装置であって、
半導体チップと、他の半導体チップ又は基板とが前記チップサイズに合わせて裁断された半導体チップ接合用接着フィルムからなる接着剤層を介してボンディングされており、
前記半導体チップの側壁に這い上がるフィレットが形成されており、
前記半導体チップの側壁と前記フィレットとが成す角度が70°未満である
ことを特徴とする半導体装置。 - 半導体チップ接合用接着材料は、エポキシ化合物、及び、前記エポキシ化合物と反応可能な官能基を有する高分子化合物を含有し、前記エポキシ化合物と反応可能な官能基を有する高分子化合物の重量平均分子量が5万以下であることを特徴とする請求項1、2、3又は4記載の半導体装置。
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