JP5477389B2 - 半導体用接着剤組成物、半導体装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体用接着剤組成物、半導体装置及び半導体装置の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、半導体用接着剤組成物、それを用いた半導体装置及びその製造方法に関する。
複数個のチップが多段に積層されたスタックパッケージ型の半導体装置がメモリーなどの用途に使用されている。半導体装置の製造の際、半導体素子同士もしくは半導体素子と半導体素子搭載用支持部材とを接着するためにフィルム状接着剤が適用されている。近年、電子部品の小型化、低背化に伴い、この半導体用のフィルム状接着剤をさらに薄膜化することが求められるようになってきた。しかし、10μm厚以下のフィルム状接着剤を製造することは、均一な膜厚が得られない、ピンホールが多発するなどの理由により困難であった。また、薄膜化したフィルムはウェハへの貼付性や熱圧着性が低下するため、これを用いた半導体装置の作製が困難であった。更に、上記の不具合による歩留まりの低下によって、製造コストが上昇するといった問題があった。
これらの課題を解決するために、例えば下記特許文献1のように、溶剤を含有した接着剤組成物(樹脂ペースト)を塗布し、塗布された樹脂ペーストを加熱乾燥によりBステージ化する方法が検討されている。
特開2007−110099号公報
しかしながら、溶剤を含有する樹脂ペーストを用いる場合、溶剤を揮発させてBステージ化するために長時間を要したり、溶剤により半導体ウェハが汚染されたりするという問題がある。また、溶剤を揮発させる乾燥のための加熱に起因して、はく離可能な粘着テープ付きウェハに樹脂ペーストを塗布した場合に粘着テープが容易にはく離できなくなったり、ウェハの反りが生じたりするといった問題がある。低温で乾燥すると加熱による不具合はある程度抑制され得るが、その場合は残存溶剤が多くなるために、加熱硬化時にボイドやはく離が発生して、信頼性が低下する傾向があった。また、乾燥温度の低下を目的に低沸点溶剤を用いると、使用中に粘度が大きく変化したり、乾燥時に接着剤表面の溶剤の揮発が進行することによって内部に溶剤が残存するために信頼性が低下したりする傾向があった。
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、信頼性を十分維持しながら、半導体素子同士もしくは半導体素子と半導体素子搭載用支持部材とを接着する接着剤の層を更に薄く形成することができる半導体用接着剤組成物、これを用いた半導体装置の製造方法及び半導体装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために本発明は、(A)放射線重合性化合物、(B)光開始剤、及び(C)熱硬化性樹脂を含む半導体用接着剤組成物であって、(A)成分が、25℃で液状であり且つ分子内に1つの炭素−炭素二重結合を有する化合物を含み、半導体用接着剤組成物が25℃で液状且つ溶剤の含有量が5質量%以下であり、25℃での粘度が10〜30000mPa・sである、半導体用接着剤組成物を提供する。
本発明の半導体用接着剤組成物によれば、上記構成を有することにより、溶剤を使用することなく基材上に塗布することができ、この塗膜に光照射することで薄膜の接着剤層を形成することができ、接着剤層のBステージ化を行なう場合であっても、塗布後に溶剤乾燥のための加熱を必要としないため、熱流動や揮発成分によるピンホール発生を十分抑制することができる。更に、溶剤を含有する従来の樹脂ペーストを用いたときの上記の問題を十分解消することができる。また、本発明の半導体用接着剤組成物は、Bステージ化されたものが熱時流動性に優れることから、被着体に対して良好な熱圧着を行うことができる。本発明によれば、接着性、熱圧着性及び耐熱性に優れ、半導体素子同士もしくは半導体素子と半導体素子搭載用支持部材とを接着する接着剤の層を更に薄く形成することができる半導体用接着剤組成物が実現可能となる。
また、本発明の半導体用接着剤組成物は、溶剤を使用することなく、また加熱を行なわずに短時間で薄膜の接着剤層を形成することが可能であることから、熱エネルギーと揮発性有機化合物(VOC)を低減できる環境への負荷が従来よりも小さい材料となり得る。
本発明の半導体用接着剤組成物は、25℃で液状であり且つ溶剤の含有量が5質量%以下であることが好ましい。
本発明において液状とは、25℃、1atmで流動性を有することを意味する。
本発明において溶剤とは、光反応性基及び熱反応性基を有さず、分子量が500以下且つ25℃において液状である有機化合物を指す。
本発明の半導体用接着剤組成物において、上記放射線重合性化合物がイミド骨格又は水酸基を有する単官能(メタ)アクリレートであることが好ましい。ここで単官能とは、分子内に1つの炭素−炭素二重結合を有することを意味し、それ以外の官能基を有していてもよい。
また、本発明の半導体用接着剤組成物において、露光後の熱時アウトガス低減の観点から、上記化合物の5%重量減少温度が150℃以上であることが好ましい。
更に、本発明の半導体用接着剤組成物において、上記(A)成分の25℃での粘度が1000mPa・s以下であることが好ましい。この場合、固形或いは高粘度の熱硬化性樹脂を配合して接着性を更に向上させることができる。ここでの粘度とは、東京計器製造所製のEHD型回転粘度計を用い、サンプル量0.4mL、3°コーンの条件下、25℃で測定した粘度の値である。
また、本発明の半導体用接着剤組成物において、上記(A)成分を重合して得られる重合体のTgが100℃以下であることが好ましい。この場合、Bステージ化後の低温熱圧着性及び熱時流動性を更に向上させることができる。
本発明の半導体用接着剤組成物は、(D)熱ラジカル発生剤を更に含有することが好ましい。これにより、露光後に未反応で残存している(A)成分を熱硬化の際に重合反応させることができるため、熱硬化時の発泡やその後の熱履歴での発泡やはく離を更に抑制することができる。
接着剤組成物の吐出性向上や接着剤層の薄膜化の観点から、本発明の半導体用接着剤組成物は、25℃での粘度が10〜30000mPa・sであることが好ましい。ここでの粘度とは、東京計器製造所製のEHD型回転粘度計を用い、サンプル量0.4mL、3°コーンの条件下、25℃で測定した粘度の値である。
本発明の半導体用接着剤組成物は、該組成物からなる接着剤層を光照射によりBステージ化したときに5%重量減少温度が150℃以上となるものであることが好ましい。この場合、Bステージ化した接着剤層を被着体に圧着した後の熱硬化時もしくはリフローなどの熱履歴で被着体がはく離することをより確実に防止することができる。
本発明の半導体用接着剤組成物は、熱履歴で被着体がはく離することをより確実に防止する観点から、該組成物からなる接着剤層を光照射によりBステージ化し、更に加熱硬化したときに5%重量減少温度が260℃以上となるものであることが好ましい。
本発明はまた、半導体素子同士及び/又は半導体素子と半導体素子搭載用支持部材とが上記本発明の半導体用接着剤組成物により接着された構造を有する半導体装置を提供する。
本発明の半導体装置は、半導体素子同士及び/又は半導体素子と半導体素子搭載用支持部材とが本発明の半導体用接着剤組成物により接着されたものであることにより、信頼性を十分維持しつつ接着剤層を薄くすることができるため、小型化、低背化が可能となる。
本発明はまた、半導体ウェハの一方面上に、上記本発明の半導体用接着剤組成物を塗布して接着剤層を設ける工程と、この接着剤層に光照射する工程と、光照射された接着剤層とともに半導体ウェハを切断して接着剤層付き半導体素子を得る工程と、接着剤層付き半導体素子と、他の半導体素子又は半導体素子搭載用支持部材とを、接着剤層付き半導体素子の接着剤層を挟んで圧着することにより接着する工程とを備える半導体装置の製造方法を提供する。
本発明はまた、半導体素子に、上記本発明の半導体用接着剤組成物を塗布して接着剤層を設ける工程と、この接着剤層に光照射する工程と、光照射された接着剤層を有する半導体素子と、他の半導体素子又は半導体素子搭載用支持部材とを、光照射された接着剤層を挟んで圧着することにより接着する工程とを備える半導体装置の製造方法を提供する。
本発明はまた、半導体素子搭載用支持部材に、上記本発明の半導体用接着剤組成物を塗布して接着剤層を設ける工程と、この接着剤層に光照射する工程と、光照射された接着剤層を有する半導体素子搭載用支持部材と、半導体素子とを、光照射された接着剤層を挟んで圧着することにより接着する工程とを備える半導体装置の製造方法を提供する。
本発明によれば、信頼性を十分維持しながら、半導体素子同士もしくは半導体素子と半導体素子搭載用支持部材とを接着する接着剤の層を更に薄く形成することができる半導体用接着剤組成物、これを用いた半導体装置の製造方法及び半導体装置を提供することができる。
本発明に係る半導体装置の製造方法の一実施形態を示す模式図である。 本発明に係る半導体装置の製造方法の一実施形態を示す模式図である。 本発明に係る半導体装置の製造方法の一実施形態を示す模式図である。 本発明に係る半導体装置の製造方法の他の実施形態を示す模式図である。 本発明に係る半導体装置の製造方法の一実施形態を示す模式図である。 本発明に係る半導体装置の製造方法の一実施形態を示す模式図である。 本発明に係る半導体装置の製造方法の一実施形態を示す模式図である。 本発明に係る半導体装置の製造方法の一実施形態を示す模式図である。 本発明に係る半導体装置の製造方法の一実施形態を示す模式図である。 本発明に係る半導体装置の製造方法の一実施形態を示す模式図である。 本発明に係る半導体装置の製造方法の一実施形態を示す模式図である。 本発明に係る半導体装置の製造方法の一実施形態を示す模式図である。 本発明に係る半導体装置の製造方法の一実施形態を示す模式図である。
以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
以下、必要に応じて図面を参照しつつ、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。なお、図面中、同一要素には同一符号を付すこととし、重複する説明は省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとし、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。
本発明の半導体用接着剤組成物は、(A)放射線重合性化合物、(B)光開始剤、及び(C)熱硬化性樹脂を含み、(A)成分が、(A1)25℃で液状であり且つ分子内に1つの炭素−炭素二重結合を有する化合物(以下、「A1化合物」という場合もある。)を含むことを特徴とする。
本発明における(A)放射線重合性化合物とは、アルケン類やアルキン類など炭素原子間不飽和結合を有する化合物を意味する。
本発明において放射線とは、電離性放射線や非電離性放射線を指し、例えば、ArF、KrF等のエキシマレーザー光、電子線極端紫外線、真空紫外光、X線、イオンビームやi線やg線等の紫外光が挙げられる。放射線は、量産性の観点から、i線やg線等の紫外光が好ましく用いられる。
本発明の半導体用接着剤組成物は、25℃で液状であり且つ溶剤の含有量が5質量%以下である半導体用無溶剤型接着剤組成物であることが好ましい。上記の「無溶剤型」とは、接着剤組成物中に含有される溶剤量が5質量%以下であることを意味する。
上記の溶剤とは、放射線重合性基やオキシムエステル基、α−アミノアセトフェノン、ホスフィンオキサイドなどの光反応性基、エポキシ基、フェノール性水酸基、カルボキシル基、アミノ基、酸無水物、イソシアネート、パーオキサイド、ジアゾ基、イミダゾール、アルコキシシランなどの熱反応性基を有さず、分子量が500以下でありかつ室温(25℃)において液状である有機化合物を意味する。このような溶剤としては、例えば、ジメチルホルムアミド、トルエン、ベンゼン、キシレン、メチルエチルケトン、テトラヒドロフラン、エチルセロソルブ、エチルセロソルブアセテート、ジオキサン、シクロヘキサノン、酢酸エチル、γ−ブチロラクトン及びN−メチル−ピロリジノンなどが挙げられる。
溶剤量が上記範囲となることで、光照射によってタック低減させることができ、光照射後の取り扱い性が向上する。更に、熱圧着や加熱硬化時の発泡を抑制することができる。
本発明の半導体用接着剤組成物は、25℃で液状であり且つ分子内に1つの炭素−炭素二重結合を有する化合物を必須成分として含有する。分子内に2つ以上の炭素−炭素二重結合を有する化合物を配合した感光性組成物の場合、光照射されると架橋構造が形成された状態となり、その後の熱時に溶融しにくく、またタックも発現しにくいため、熱圧着が困難となる傾向がある。これに対して本発明の半導体用接着剤組成物においては、分子内に1つの炭素−炭素二重結合を有する化合物を含有することによって、熱時流動性を十分得ることができ熱圧着性が向上している。
また、本発明の半導体用接着剤組成物には、25℃で液状であり且つ分子内に1つの炭素−炭素二重結合を有する化合物に加えて、更に固形のアクリレートを配合してもよい。この場合の(A)成分の混合物は、25℃で液状であることが好ましい。
更に高水準の熱時流動性を得る観点から、放射線重合性化合物として、分子内に1つの炭素−炭素二重結合を有する化合物を単独で接着剤組成物に含有させることが好ましい。なお、分子内に1つの炭素−炭素二重結合を有する化合物を単独で使用した場合、光照射後に得られるポリマーの分子量は数万以上にすることができる。ここで、分子内に2つ以上の炭素−炭素二重結合を有する化合物が含まれると分子量が数万以上のポリマー同士のネットワークが形成され熱時の粘着性や流動性が低下する傾向がある。
他方、耐熱性向上や露光後のタック強度低減の目的で、分子内に2つ以上の炭素−炭素二重結合を有する化合物を、分子内に1つの炭素−炭素二重結合を有する化合物に対して0.1〜50質量%の割合で併用することもできる。この場合、併用する分子内に2つ以上の炭素−炭素二重結合を有する化合物としては、熱時流動性の観点から、炭素数10以上の脂肪族系アクリレート、熱時の粘着性の観点から好ましくは官能基当量が200g/eq以上、低応力性の観点から更に好ましくは300g/eq以上の芳香族若しくはイソシアヌル環やシクロヘキシルなどの環状構造を有するアクリレートが好ましい。
上記(A)成分は、上記(B)成分及び(C)成分などの他の成分の溶解性の観点から、25℃での粘度が5000mPa・s以下であることが好ましく、更に薄膜化の観点から、3000mPa・s以下であることがより好ましく、2000mPa・s以下であることが更により好ましく、更に固形や高粘度の熱硬化樹脂を多く配合して接着性を向上させる観点から、1000mPa・s以下であることが最も好ましい。ここでの粘度とは、接着剤組成物に含まれる(A)成分全体の値であり、東京計器製造所製のEHD型回転粘度計を用い、サンプル量0.4mL、3°コーンの条件下、25℃で測定した粘度の値である。
(A)成分の上記粘度が5000mPa・sを超えると、接着剤組成物の粘度が上昇して薄膜化が困難となったり、塗布装置などのノズルから吐出させることが困難となる傾向がある。塗布時のピンホール発生を防止することや耐熱性を確保する観点から、(A)成分の25℃での粘度は10mPa・s以上であることが好ましい。
また、上記(A)成分は、5%重量減少温度が100℃以上であることが好ましく、120℃以上であることがより好ましく、熱硬化時に未反応の(A)成分が揮発することによって生じるはく離やボイドを抑制できる点で150℃以上であることが更により好ましく、180℃以上であることが最も好ましい。ここでの5%質量減少温度とは、接着剤組成物に含まれる(A)成分全体の値であり、(A)成分を示差熱熱重量同時測定装置(エスアイアイ・ナノテクノロジー製:TG/DTA6300)を用いて、昇温速度10℃/min、窒素フロー(400ml/min)下で測定したときの5%重量減少温度である。
また、接着剤組成物の低粘度化、塗布後の表面凹凸抑制やBステージ化後の熱時流動性の観点から、有機化合物を主体とした材料設計が好ましいため、上記(A)成分の5%重量減少温度は500℃以下であることが好ましい。
また、上記(A)成分は、Bステージ化後の低温熱圧着性、熱時流動性の観点から、上記(A)成分を重合して得られた重合体のTgが100℃以下となるものが好ましく、Bステージ化後の取り扱い性やピックアップ性の観点から、Tgが20℃以上となるものが好ましい。(A)成分の重合体のTgは、(A)成分に光開始剤であるI−379EG(チバ・ジャパン社製)を組成物全量基準で3質量%となる割合で溶解させた組成物を、PET(ポリエチレンテレフタレート)フィルム上に膜厚30μmとなるように塗布し、この塗膜に空気下25℃で高精度平行露光機(オーク製作所製、商品名:EXM−1172−B−∞)によって1000mJ/cmで露光して得られたフィルムを膜厚150μmとなるように積層した積層体について、粘弾性測定装置(レオメトリックス・サイエンティフィック・エフ・イー(株)製、商品名:ARES)を用いて測定された−50℃〜200℃におけるtanδピーク温度である。なお、測定プレートは、直径8mmの平行プレートを用い、測定条件は、昇温速度5℃/min、測定温度−50℃〜200℃、周波数1Hzとする。
本発明の半導体用接着剤組成物は、被着体との密着性、表面タック低減、ダイシング性、硬化後の高温接着性向上の観点から、光照射されたときに重量平均分子量が50000〜1000000である上記(A)成分の重合体が含まれることが好ましい。また、被着体との熱圧着性の観点から、光照射されたときに重量平均分子量が5000〜500000である上記(A)成分の重合体が含まれることが好ましい。なお、上記重量平均分子量とは、島津製作所社製高速液体クロマトグラフィー「C−R4A」(商品名)を用いて、ポリスチレン換算で測定したときの重量平均分子量を意味する。
(A)成分の重合体の重量平均分子量は、露光条件(酸素濃度、温度、強度)、光開始剤量やチオール、フェノール性水酸基、アミン又はフェノール系重合禁止剤の添加、アクリレートの種類や熱硬化性樹脂の配合量、接着剤組成物の粘度によって調整することができる。
本発明で用いる(A)成分としては、例えば、エチレン性不飽和基を有する化合物が挙げられる。エチレン性不飽和基としては、ビニル基、アリル基、プロパギル基、ブテニル基、エチニル基、フェニルエチニル基、マレイミド基、ナジイミド基、(メタ)アクリル基などが挙げられる。反応性の観点から、(A)成分は、上記A1化合物として、単官能(メタ)アクリレートを含むことが好ましい。ここでいう単官能とは、分子内に1つの炭素−炭素二重結合を有することを意味し、それ以外の官能基を有していてもよい。
単官能(メタ)アクリレートとしては、5%重量減少温度が100℃以上であるものが好ましく、120℃以上であるものがより好ましく、150℃以上であるものが更により好ましく、180℃以上であるものが最も好ましい。また、接着剤組成物の低粘度化、塗布後の表面凹凸抑制やBステージ化後の熱時流動性の観点から、有機化合物を主体とした材料設計が好ましいため、単官能(メタ)アクリレートの5%重量減少温度は500℃以下であることが好ましい。単官能(メタ)アクリレートの5%質量減少温度は、示差熱熱重量同時測定装置(エスアイアイ・ナノテクノロジー製:TG/DTA6300)を用いて、昇温速度10℃/min、窒素フロー(400ml/min)下で測定したときの5%重量減少温度である。
5%重量減少温度が上記の温度範囲にある単官能(メタ)アクリレートを配合することで、露光によってBステージ化した後に残存した未反応単官能(メタ)アクリレートが熱圧着又は熱硬化時に揮発することを抑制できる。
上記A1化合物としての単官能(メタ)アクリレートとしては、例えば、硬化物を強靭化できる点でグリシジル基含有(メタ)アクリレートや4−ヒドロキシフェニルメタクリレートや3,5−ジメチル−4−ヒドロキシベンジルアクリルアミドなどのフェノール性水酸基含有(メタ)アクリレート、2−メタクリロイロキシエチルフタル酸、2−メタクリロイロキシプロピルヘキサヒドロフタル酸、2−メタクリロイロキシメチルヘキサヒドロフタル酸などのカルボキシル基含有(メタ)アクリレートが好ましく、耐熱性を向上できる点でフェノールEO変性(メタ)アクリレート、フェノールPO変性(メタ)アクリレート、ノニルフェノールEO変性(メタ)アクリレート、ノニルフェノールPO変性(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、フェノキシエチレングリコール(メタ)アクリレート、フェノキシジエチレングリコール(メタ)アクリレート、ヒドロキシエチル化フェニルフェノールアクリレート、フェノキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、ノニルフェノキシエチレングリコール(メタ)アクリレート、ノニルフェノキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、ノニルフェノキシポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、2−メタクリロイロキシエチル2−ヒドロキシプロピルフタレート、フェニルフェノールグリシジルエーテルアクリレートなどの芳香族含有(メタ)アクリレートが好ましく、Bステージ化後の密着性や熱硬化後の接着性を付与できる点で2−ヒドロキシ−3−フェノキシプロピル(メタ)アクリレート、O−フェニルフェノールグリシジルエーテル(メタ)アクリレート、2−(メタ)アクリロイロキシ−2−ヒドロキシプロピルフタレート、2−(メタ)アクリロイロキシエチル−2−ヒドロキシエチル−フタル酸、2−ヒドロキシ−3−フェノキシプロピル(メタ)アクリレート、など下記一般式(A−1)又は(A−2)で示される水酸基含有(メタ)アクリレート、2−(1,2−シクロヘキサカルボキシイミド)エチルアクリレートなど、下記一般式(A−3)又は(A−4)で示されるイミド基含有(メタ)アクリレートが好ましく、接着剤組成物を低粘度化できる点でイソボロニル含有(メタ)アクリレート、ジシクロペンタジエニル基含有(メタ)アクリレート、イソボロニル(メタ)アクリレートなどが好ましいものとして挙げられる。
Figure 0005477389
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一般式(A−1)及び(A−2)において、Rは、水素原子又はメチル基を示し、Rは1価の有機基を示し、R及びRはそれぞれ2価の有機基を示す。Rは耐熱性の観点から芳香族基を有することが好ましい。Rは耐熱性の観点から芳香族基を有することが好ましい。
Figure 0005477389
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一般式(A−3)及び(A−4)において、Rは、水素原子又はメチル基を示し、Rは2価の有機基を示し、R、R、R、Rはそれぞれ炭素数1〜30の1価の炭化水素基を示し、R及びRはそれぞれ互いに結合して環を形成してもよく、R及びRはそれぞれ互いに結合して環を形成してもよい。R及びR、並びに、R及びRが環を形成している場合、例えば、ベンゼン環構造、脂環式構造が挙げられる。ベンゼン環構造及び脂環式構造は、カルボキシル基、フェノール性水酸基、エポキシ基などの熱硬化性基を有していてもよく、またアルキル基などの有機基を有していてもよい。
上記一般式(A−3)及び(A−4)で示される化合物は、例えば、単官能酸無水物とエタノールアミンとを反応させて得られるN−ヒドロキシアルキルイミド化合物と、アクリル酸エステル又はアクリル酸エステルとを公知の方法で反応させて合成することができる。この場合、単官能酸無水物として、4−フェニルエチニルフタル酸無水物、無水フタル酸、無水マレイン酸、無水コハク酸、5−ノルボルネン−2,3−ジカルボン酸無水化物、2,5−ノルボルナジエン−2,3−ジカルボン酸無水物、マレイン酸無水物、トリメリット酸無水物、シクロヘキサンジカルボン酸無水物、5−ノルボルネン−2,3−ジカルボン酸無水物、シス−ノルボルネン−エンド−2,3−ジカルボン酸ヘキサヒドロ無水フタル酸無水物、ヘキサヒドロフタル酸無水物、1,2,3,6−テトラヒドロフタル酸無水物、3,4,5,6−テトラヒドロフタル酸無水物、などのジカルボン酸無水物を用いることができる。N−ヒドロキシアルキルイミド化合物としては、例えば、N−ヒドロキシエチルフタルイミド及びN−ヒドロキシエチルコハクイミドなどが挙げられる。
上記一般式(A−3)及び(A−4)で示される化合物としては、保存安定性、Bステージ化後の低タック性、Bステージ化後の密着性、熱硬化後の耐熱性、接着性、信頼性の観点から、下記一般式(A−5)〜(A−9)で示される化合物が好ましいものとして用いることができ、低粘度の観点から、下記一般式(A−5)、(A−7)〜(A−9)で示される化合物がより好ましいものとして用いることができる。
Figure 0005477389
上記式(A−5)〜(A−9)中、R1は、水素原子又はメチル基を示す。
また、単官能(メタ)アクリレートとしては、Bステージ化後の被着体との密着性、硬化後の接着性、耐熱性の観点から、ウレタン基、イソシアヌル基、イミド基、フェノール性水酸基、水酸基のいずれかを有することが好ましく、特に分子内にイミド基又は水酸基を有する単官能(メタ)アクリレートであることが好ましい。
エポキシ基を有する単官能(メタ)アクリレートは、保存安定性、接着性、組立て加熱時及び組立て後のパッケージの低アウトガス性、耐熱・耐湿性の観点から、5%重量減少温度が、フィルム形成時の加熱乾燥による揮発もしくは表面への偏析を抑制できる点で150℃以上であることが好ましく、熱硬化時のアウトガスによるボイド及びはく離や接着性低下を抑制できる点で180℃以上であることが更に好ましく、熱履歴でのボイド及びはく離を抑制できる点で200℃以上であることが更により好ましく、リフロー時に未反応成分が揮発することによるボイド及びはく離を抑制できる点で260℃以上であることが最も好ましい。このようなエポキシ基を有する単官能(メタ)アクリレートとしては分子内に芳香環を有する化合物が好ましい。また、5%重量減少温度が150℃以上の多官能エポキシ樹脂を原料として用いることで上記耐熱性を満足することができる。
エポキシ基を有する単官能(メタ)アクリレートとしては、例えば、グリシジルメタクリレート、グリシジルアクリレート、4−ヒドロキシブチルアクリレートグリシジルエーテル、4−ヒドロキシブチルメタクリレートグリシジルエーテルの他、エポキシ基と反応する官能基及びエチレン性不飽和基を有する化合物と多官能エポキシ樹脂とを反応させて得られる化合物等が挙げられる。上記エポキシ基と反応する官能基としては、特に限定はしないが、イソシアネート基、カルボキシル基、フェノール性水酸基、水酸基、酸無水物、アミノ基、チオール基、アミド基などが挙げられる。これらの化合物は、1種を単独で又は2種類以上を組み合わせて使用することができる。より具体的には、例えば、トリフェニルホスフィンやテトラブチルアンモニウムブロミドの存在下、1分子中に少なくとも2つ以上のエポキシ基を有する多官能エポキシ樹脂と、エポキシ基1当量に対し0.1〜0.9当量の(メタ)アクリル酸とを反応させることによって得られる。また、ジブチルスズジラウレートの存在下、多官能イソシアネート化合物とヒドロキシ基含有(メタ)アクリレート及びヒドロキシ基含有エポキシ化合物とを反応させ、又は多官能エポキシ樹脂とイソシアネート基含有(メタ)アクリレートとを反応させることにより、グリシジル基含有ウレタン(メタ)アクリレート等が得られる。
更に、エポキシ基を有する単官能(メタ)アクリレートとしては、不純物イオンであるアルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン、ハロゲンイオン、特には塩素イオンや加水分解性塩素等を1000ppm以下に低減した高純度品を用いることが、エレクトロマイグレーション防止や金属導体回路の腐食防止の観点から好ましい。例えば、アルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン、ハロゲンイオン等を低減した多官能エポキシ樹脂を原料として用いることで上記不純物イオン濃度を満足することができる。全塩素含量はJIS K7243−3に準じて測定できる。
上記耐熱性と純度を満たすエポキシ基を有する単官能(メタ)アクリレート成分としては、特に限定はしないが、ビスフェノールA型(又はAD型、S型、F型)のグリシジルエーテル、水添加ビスフェノールA型のグリシジルエーテル、エチレンオキシド付加体ビスフェノールA及び/又はF型のグリシジルエーテル、プロピレンオキシド付加体ビスフェノールA及び/又はF型のグリシジルエーテル、フェノールノボラック樹脂のグリシジルエーテル、クレゾールノボラック樹脂のグリシジルエーテル、ビスフェノールAノボラック樹脂のグリシジルエーテル、ナフタレン樹脂のグリシジルエーテル、3官能型(又は4官能型)のグリシジルエーテル、ジシクロペンタジエンフェノール樹脂のグリシジルエーテル、ダイマー酸のグリシジルエステル、3官能型(又は4官能型)のグリシジルアミン、ナフタレン樹脂のグリシジルアミン等を原料としたものが挙げられる。
特に、熱圧着性、低応力性及び接着性を改善するためには、エポキシ基の数が3つ以下であることが好ましい。このような化合物としては特に限定はしないが、下記一般式(A−1)、(A−2)、(A−3)、(A−4)又は(A−5)で表される化合物等が好ましく用いられる。下記一般式(A−1)〜(A−5)において、R12及びR16は水素原子又はメチル基を示し、R10、R11、R13及びR14は2価の有機基を示す。また、R15は、エポキシ基を有する有機基であり、R17及びR18はそれぞれ、1つがエチレン性不飽和基を有する有機基であり、残りがエポキシ基を有する有機基である。更に、(A−4)中のfは、0〜3の整数を示す。
Figure 0005477389
Figure 0005477389
Figure 0005477389
Figure 0005477389
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上記の単官能(メタ)アクリレートの含有量は、(A)成分全量に対して20〜100質量%であることが好ましく、40〜100質量%であることがより好ましく、50〜100質量%であることが最も好ましい。単官能(メタ)アクリレートの配合量を上記範囲とすることでBステージ化後の被着体との密着性及び熱圧着性を向上することができる。
本発明の半導体用接着剤組成物において、25℃で液状であり且つ分子内に1つの炭素−炭素二重結合を有する化合物は、1種を単独で又は2種類以上を組み合わせて配合することができる。
上記A1化合物は、上記(B)成分及び(C)成分などの他の成分の溶解性の観点から、25℃での粘度が5000mPa・s以下であることが好ましく、更に薄膜化の観点から、3000mPa・s以下であることがより好ましく、2000mPa・s以下であることが更により好ましく、更に固形や高粘度の熱硬化樹脂を多く配合して接着性を向上させる観点から、1000mPa・s以下であることが最も好ましい。ここでの粘度とは、A1化合物についての値であり、東京計器製造所製のEHD型回転粘度計を用い、サンプル量0.4mL、3°コーンの条件下、25℃で測定した粘度の値である。
A1化合物の上記粘度が5000mPa・sを超えると、接着剤組成物の粘度が上昇して薄膜化が困難となったり、塗布装置などのノズルから吐出させることが困難となる傾向がある。塗布時のピンホール発生を防止することや耐熱性を確保する観点から、A1化合物の25℃での粘度は10mPa・s以上であることが好ましい。
また、A1化合物の上記粘度は、接着剤組成物をノズルなどから吐出する際の吐出性向上、薄膜化の観点から、1000mPa・s以下であることが好ましく、アウトガス低減の観点から、5mPa・s以上であることが好ましい。
また、上記A1化合物は、5%重量減少温度が100℃以上であることが好ましく、120℃以上であることがより好ましく、150℃以上であることが更により好ましく、180℃以上であることが最も好ましい。ここでの5%質量減少温度とは、A1化合物を示差熱熱重量同時測定装置(エスアイアイ・ナノテクノロジー製:TG/DTA6300)を用いて、昇温速度10℃/min、窒素フロー(400ml/min)下で測定したときの5%重量減少温度である。
また、接着剤組成物の低粘度化、塗布後の表面凹凸抑制やBステージ化後の熱時流動性の観点から、有機化合物を主体とした材料設計が好ましいため、上記A1化合物の5%重量減少温度は500℃以下であることが好ましい。
更に、A1化合物は、Bステージ化後の低温熱圧着性、熱時流動性の観点から、A1化合物を重合して得られた重合体のTgが100℃以下となるものが好ましく、Bステージ化後のピックアップ性の観点から、Tgが20℃以上となるものが好ましい。A1化合物の重合体のTgは、A1成分に光開始剤であるI−379EG(チバ・ジャパン社製)をA1成分に対し3質量%となる割合で溶解させた組成物を、PET(ポリエチレンテレフタレート)フィルム上に膜厚30μmとなるように塗布し、この塗膜に、高精度平行露光機(オーク製作所製、商品名:EXM−1172−B−∞)を用いて1000mJ/cmで露光して得られたフィルムを膜厚150μmとなるように積層した積層体について、粘弾性測定装置(レオメトリックス・サイエンティフィック・エフ・イー(株)製、商品名:ARES)を用いて測定された−50℃〜200℃におけるtanδピーク温度である。なお、測定プレートは、直径8mmの平行プレートを用い、測定条件は、昇温速度5℃/min、測定温度−50℃〜200℃、周波数1Hzとする。
本発明の半導体用接着剤組成物は、(A)放射線重合性化合物として、上記A1化合物以外に、2官能以上の(メタ)アクリレートを含有していてもよい。ここでいう2官能以上とは、分子内に2つ以上の炭素−炭素二重結合を有することを意味する。このようなアクリレートとしては、特に制限はしないが、ジエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、テトラエチレングリコールジメタクリレート、トリメチロールプロパンジアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、トリメチロールプロパンジメタクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、1,4−ブタンジオールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、1,4−ブタンジオールジメタクリレート、1,6−ヘキサンジオールジメタクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ペンタエリスリトールトリメタクリレート、ペンタエリスリトールテトラメタクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサメタクリレート、スチレン、ジビニルベンゼン、4−ビニルトルエン、4−ビニルピリジン、N−ビニルピロリドン、2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、1,3−アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロパン、1,2−メタクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロパン、メチレンビスアクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド、N−メチロールアクリルアミド、トリス(β−ヒドロキシエチル)イソシアヌレートのトリアクリレート、下記一般式(A−6)で表される化合物、ウレタンアクリレート若しくはウレタンメタクリレート、及び尿素アクリレート等が挙げられる。
Figure 0005477389
上記一般式(A−6)中、R19及びR20は各々独立に、水素原子又はメチル基を示し、g及びhは各々独立に、1〜20の整数を示す。
また、上記式(A−3)におけるR15が、エチレン性不飽和基を有する有機基である化合物、上記式(A−4)におけるR17のうちの2つ以上がエチレン性不飽和基を有する有機基であり、残りがエポキシ基を有する有機基である化合物、及び、上記式(A−5)におけるR18のうちの2つ以上がエチレン性不飽和基を有する有機基であり、残りがエポキシ基を有する有機基である化合物が挙げられる。
また、本発明に係る接着剤組成物には、露光後のタック低減や接着性向上を目的に、下記構造式で示される単官能マレイミド化合物を含有させることができる。
Figure 0005477389
(A)成分の含有量は、接着剤組成物全量に対して10〜95質量%であることが好ましく、20〜90質量%であることがより好ましく、40〜90質量%であることが最も好ましい。(A)成分の含有量が10質量%未満であると、露光後の表面タック力が大きくなる傾向があり、95質量%を超えると熱硬化後の接着強度が低下する傾向があるため好ましくない。
上記(B)光開始剤としては、波長365nmの光に対する分子吸光係数が、Bステージ化が可能となる点で100ml/g・cm以上であるものが好ましく、露光後のタックをより低減できる点で200ml/g・cm以上であるものがより好ましく、酸素阻害をより低減できる点で400ml/g・cm以上であるものがさらにより好ましく、低露光量、短時間でBステージ化が可能となる点で1000ml/g・cm以上であるものが最も好ましい。なお、Bステージ化に要する時間は60s以内であることが好ましく、より効率的に半導体材料を製造できる点で30s以内であることがより好ましい。上記の分子吸光係数は、サンプルの0.001質量%アセトニトリル溶液を調製し、この溶液について分光光度計(日立ハイテクノロジーズ社製、「U−3310」(商品名))を用いて吸光度を測定することにより求められる。
上記(B)成分としては、例えば、1−ヒドロキシーシクロヘキシルーフェニルーケトン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニループロパンー1−オン、1−[4−(2−ヒドロキシエトキシ)−フェニル]−2−ヒドロキシ−2−メチル−1−プロパン−1−オン、2−ヒドロキシ−1−{4−[4−(2−ヒドロキシ−2−メチループロピオニル)−ベンジル]−フェニル}−2−メチループロパンー1−オン、オキシーフェニルーアセチックアシッド2−[2−オキソー2−フェニルーアセトキシーエトキシ]エチルエステル、フェニルグリオキシリックアシッドメチルエステル、2−ジメチルアミノ−2−(4−メチルーベンジル)−1−(4−モルフォリン−4−イルーフェニル)−ブタンー1−オン、2−エチルヘキシルー4−ジメチルアミノベンゾエート、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルホリノフェニル)−ブタノン−1、2,2−ジメトキシ−1,2−ジフェニルエタン−1−オン、1−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン、2−メチル−1−(4−(メチルチオ)フェニル)−2−モルフォリノプロパノン−1、2,4−ジエチルチオキサントン、2−エチルアントラキノン、フェナントレンキノン等の芳香族ケトン、ベンジルジメチルケタール等のベンジル誘導体、2−(o−クロロフェニル)−4,5−ジフェニルイミダゾール二量体、2−(o−クロロフェニル)−4,5−ジ(m−メトキシフェニル)イミダゾール二量体、2−(o−フルオロフェニル)−4,5−フェニルイミダゾール二量体、2−(o−メトキシフェニル)−4,5−ジフェニルイミダゾール二量体、2−(p−メトキシフェニル)−4,5−ジフェニルイミダゾール二量体、2,4−ジ(p−メトキシフェニル)−5−フェニルイミダゾール二量体、2−(2,4−ジメトキシフェニル)−4,5−ジフェニルイミダゾール二量体等の2,4,5−トリアリールイミダゾール二量体、9−フェニルアクリジン、1,7−ビス(9,9'−アクリジニル)ヘプタン等のアクリジン誘導体、ビス(2,6−ジメトキシベンゾイル)−2,4,4−トリメチル−ペンチルフォスフィンオキサイド、ビス(2,4,6,−トリメチルベンゾイル)−フェニルフォスフィンオキサイド等のビスアシルフォスフィンオキサイドやマレイミドを有する化合物などが挙げられる。これらは単独で又は2種類以上を組み合わせて使用することができる。
上記の光開始剤の中でも、溶剤を含有しない接着剤組成物での溶解性の点で、2,2−ジメトキシ−1,2−ジフェニルエタン−1−オン、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルホリノフェニル)−ブタノン−1、2,2−ジメトキシ−1,2−ジフェニルエタン−1−オン、2−メチル−1−(4−(メチルチオ)フェニル)−2−モルフォリノプロパン−1−オンが好ましく用いられる。
(B)光開始剤は、空気雰囲気下(酸素存在下)中であっても露光によって効率的にBステージ化が可能となる点で、分子内にオキシムエステル骨格、又はモルホリン骨格を有する化合物であることが好ましい。このような化合物としては特に限定はしないが、下記一般式(B−1)で表わされるオキシムエステル基を有する化合物及び/又は下記一般式(B−2)、(B−3)若しくは(B−4)で表わされるモルホリン環を有する化合物であることが好ましい。具体的には、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルホリノフェニル)−ブタノン−1、2,2−ジメトキシ−1,2−ジフェニルエタン−1−オン、2−メチル−1−(4−(メチルチオ)フェニル)−2−モルフォリノプロパン−1−オンが好ましく用いられる。
Figure 0005477389
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Figure 0005477389
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式中、R51及びR52はそれぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜7のアルキル基、又は芳香族系炭化水素基を含む有機基を示し、R53及びR54及びR55は、炭素数1〜7のアルキル基、又は芳香族系炭化水素基を含む有機基を示し、R56及びR57は、芳香族系炭化水素基を含む有機基を示す。
上記芳香族系炭化水素基としては、特に制限はしないが、例えば、フェニル基及びナフチル基、ベンゾイン誘導体、カルバゾール誘導体、チオキサントン誘導体、ベンゾフェノン誘導体などが挙げられる。また、芳香族系炭化水素基は、置換基を有していてもよい。
上記(B)光開始剤として特に好ましいものは、オキシムエステル基及び/又はモルホリン環を有する化合物であって、波長365nmの光に対する分子吸光係数が1000ml/g・cm以上、且つ、5%質量減少温度が150℃以上の化合物である。
このような(B)光開始剤としては、例えば、下記構造式(B−5)〜(B−9)で表わされる化合物が挙げられる。
Figure 0005477389
本発明の半導体用接着剤組成物がエポキシ樹脂を含む場合、(B)成分は、放射線の照射によりエポキシ樹脂の重合及び/又は反応を促進する機能を発現する光開始剤を含有していてもよい。このような光開始剤としては、例えば、放射線照射によって塩基を発生する光塩基発生剤、放射線照射によって酸を発生する光酸発生剤などが挙げられ、光塩基発生剤が特に好ましい。
光塩基発生剤を用いることにより、接着剤組成物の被着体への高温接着性及び耐湿性を更に向上させることができる。この理由としては、光塩基発生剤から生成した塩基がエポキシ樹脂の硬化触媒として効率よく作用することにより、架橋密度をより一層高めることができるため、また生成した硬化触媒が基板などを腐食することが少ないためと考えられる。また、接着剤組成物に光塩基発生剤を含有させることにより、架橋密度を向上させることができ、高温放置時のアウトガスをより低減させることができる。さらに、硬化プロセス温度を低温化、短時間化させることができる。
光塩基発生剤は、放射線照射時に塩基を発生する化合物であればよい。発生する塩基としては、反応性、硬化速度の点から強塩基性化合物が好ましい。
放射線照射時に発生する塩基としては、例えば、イミダゾール、2,4−ジメチルイミダゾール、1−メチルイミダゾール等のイミダゾール誘導体、ピペラジン、2,5−ジメチルピペラジン等のピペラジン誘導体、ピペリジン、1,2−ジメチルピペリジン等のピペリジン誘導体、プロリン誘導体、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリエタノールアミン等のトリアルキルアミン誘導体、4−メチルアミノピリジン、4−ジメチルアミノピリジン等の4位にアミノ基またはアルキルアミノ基が置換したピリジン誘導体、ピロリジン、n−メチルピロリジン等のピロリジン誘導体、ジヒドロピリジン誘導体、トリエチレンジアミン、1,8−ジアザビスシクロ(5,4,0)ウンデセン−1(DBU)等の脂環式アミン誘導体、ベンジルメチルアミン、ベンジルジメチルアミン、ベンジルジエチルアミン等のベンジルアミン誘導体等が挙げられる。
上記のような塩基を放射線照射によって発生する光塩基発生剤としては、例えば、Journal of Photopolymer Science and Technology 12巻、313〜314項(1999年)やChemistry of Materials 11巻、170〜176項(1999年)等に記載されている4級アンモニウム塩誘導体を用いることができる。これらは、活性光線の照射により高塩基性のトリアルキルアミンを生成するため、エポキシ樹脂の硬化には最適である。
光塩基発生剤としては、Journal of American ChemicalSociety 118巻 12925頁(1996年)やPolymer Journal 28巻 795頁(1996年)等に記載されているカルバミン酸誘導体も用いることができる。
放射線照射により塩基を発生する光塩基発生剤としては、2,4−ジメトキシ−1,2−ジフェニルエタン−1−オン、1,2−オクタンジオン,1−[4−(フェニルチオ)―,2−(O−ベンゾイルオキシム)]やエタノン,1−[9−エチル−6−(2−メチルベンゾイル)−9H−カルバゾール−3−イル]−,1−(O−アセチルオキシム)などのオキシム誘導体や光ラジカル発生剤として市販されている2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルホリノフェニル)−ブタノン−1、2,2−ジメトキシ−1,2−ジフェニルエタン−1−オン、2−メチル−1−(4−(メチルチオ)フェニル)−2−モルフォリノプロパン−1−オン、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)−ブタノン−1、ヘキサアリールビスイミダゾール誘導体(ハロゲン、アルコキシ基、ニトロ基、シアノ基等の置換基がフェニル基に置換されていてもよい)、ベンゾイソオキサゾロン誘導体等を用いることができる。
光塩基発生剤としては、高分子の主鎖及び/又は側鎖に塩基を発生する基を導入した化合物を用いてもよい。この場合の分子量としては、接着剤としての接着性、流動性及び耐熱性の観点から、重量平均分子量1000〜100000が好ましく、5000〜30000であることがより好ましい。
上記の光塩基発生剤は、露光しない状態ではエポキシ樹脂と反応性を示さないため、室温での貯蔵安定性が非常に優れる。
(B)光開始剤の含有量は、(A)成分100質量部に対して0.1〜20質量部であることが好ましく、Bステージ化のタクトやBステージ化後のタックの観点から、0.5〜10質量部であることがより好ましい。この含有量が20質量部を超えると、アウトガスが多くなり接着性が低下したり、保存安定性が低下する傾向がある。一方、上記含有量が0.1質量部未満であると、Bステージ化が困難となる傾向がある。
本発明の半導体用接着剤組成物においては、必要に応じて増感剤を併用することができる。この増感剤としては、例えば、カンファーキノン、ベンジル、ジアセチル、ベンジルジメチルケタール、ベンジルジエチルケタール、ベンジルジ(2−メトキシエチル)ケタール、4,4’−ジメチルベンジル−ジメチルケタール、アントラキノン、1−クロロアントラキノン、2−クロロアントラキノン、1,2−ベンズアントラキノン、1−ヒドロキシアントラキノン、1−メチルアントラキノン、2−エチルアントラキノン、1−ブロモアントラキノン、チオキサントン、2−イソプロピルチオキサントン、2−ニトロチオキサントン、2−メチルチオキサントン、2,4−ジメチルチオキサントン、2,4−ジエチルチオキサントン、2,4−ジイソプロピルチオキサントン、2−クロロ−7−トリフルオロメチルチオキサントン、チオキサントン−10,10−ジオキシド、チオキサントン−10−オキサイド、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、イソプロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル、ベンゾフェノン、ビス(4−ジメチルアミノフェニル)ケトン、4,4’−ビスジエチルアミノベンゾフェノン、アジド基を含む化合物などが挙げられる。これらは単独で又は2種類以上併用して使用することができる。
上記(C)熱硬化性樹脂としては、熱により架橋反応を起こす反応性化合物からなる成分であれば特に限定されることはなく、例えば、エポキシ樹脂、シアネートエステル樹脂、マレイミド樹脂、アリルナジイミド樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、アルキド樹脂、アクリル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、シリコーン樹脂、レゾルシノールホルムアルデヒド樹脂、キシレン樹脂、フラン樹脂、ポリウレタン樹脂、ケトン樹脂、トリアリルシアヌレート樹脂、ポリイソシアネート樹脂、トリス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌラートを含有する樹脂、トリアリルトリメリタートを含有する樹脂、シクロペンタジエンから合成された熱硬化性樹脂、芳香族ジシアナミドの三量化による熱硬化性樹脂等が挙げられる。中でも、高温での優れた接着力を持たせることができる点で、エポキシ樹脂、マレイミド樹脂、及びアリルナジイミド樹脂が好ましい。なお、熱硬化性樹脂は、単独で又は二種類以上を組み合わせて用いることができる。
エポキシ樹脂としては、分子内に少なくとも2個以上のエポキシ基を含むものが好ましく、熱圧着性や硬化性、硬化物特性の点から、フェノールのグリシジルエーテル型のエポキシ樹脂がより好ましい。このような樹脂としては、例えば、ビスフェノールA型(又はAD型、S型、F型)のグリシジルエーテル、水添加ビスフェノールA型のグリシジルエーテル、エチレンオキシド付加体ビスフェノールA型のグリシジルエーテル、プロピレンオキシド付加体ビスフェノールA型のグリシジルエーテル、フェノールノボラック樹脂のグリシジルエーテル、クレゾールノボラック樹脂のグリシジルエーテル、ビスフェノールAノボラック樹脂のグリシジルエーテル、ナフタレン樹脂のグリシジルエーテル、3官能型(又は4官能型)のグリシジルエーテル、ジシクロペンタジエンフェノール樹脂のグリシジルエーテル、ダイマー酸のグリシジルエステル、3官能型(又は4官能型)のグリシジルアミン、ナフタレン樹脂のグリシジルアミン等が挙げられる。これらは単独で又は2種類以上を組み合わせて使用することができる。
また、エポキシ樹脂としては、不純物イオンである、アルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン、ハロゲンイオン、特に塩素イオンや加水分解性塩素等を300ppm以下に低減した高純度品を用いることが、エレクトロマイグレーション防止や金属導体回路の腐食防止の観点から好ましい。
マレイミド樹脂としては、例えば、下記一般式(I)で表されるビスマレイミド樹脂、下記一般式(II)で表されるノボラック型マレイミド樹脂などが挙げられる。
Figure 0005477389
[式(I)中、Rは芳香族環及び/又は直鎖、分岐若しくは環状脂肪族炭化水素を含む2価の有機基を示す。]
Figure 0005477389
[式(II)中、nは0〜20の整数を示す。]
中でも、接着フィルムの硬化後の耐熱性及び高温接着力を付与できる点で、下記構造式(III)で示されるビスマレイミド樹脂、及び/又は上記一般式(II)で表されるノボラック型マレイミド樹脂が好ましく用いられる。
Figure 0005477389
上記のマレイミド樹脂の硬化のために、アリル化ビスフェノールA、シアネートエステル化合物などを併用、又は過酸化物などの触媒を添加することもできる。上記化合物及び触媒の添加量、及び添加の有無については、目的とする特性を確保できる範囲で適宜調整される。
アリルナジイミド樹脂としては、分子内にアリルナイミド基を2個以上含む化合物を用いることができ、例えば、下記一般式(IV)で表されるビスアリルナジイミド樹脂が挙げられる。
Figure 0005477389
[式(IV)中、Rは芳香族環及び/又は直鎖、分岐若しくは環状脂肪族炭化水素を含む2価の有機基を示す。]
中でも、下記構造式(V)で示される液状のヘキサメチレン型ビスアリルナジイミド、及び、下記構造式(VI)で示される低融点(融点:40℃)固体状のキシリレン型ビスアリルナジイミドが、良好な熱時流動性を付与できる点で好ましい。また、固体状のキシリレン型ビスアリルナジイミドは、良好な熱時流動性に加えて、Bステージ化後の粘着性の上昇を抑制でき、取り扱い性、及びピックアップ時のダイシングテープとの易はく離性、ダイシング後の切断面の再融着の抑制の点で、より好ましい。
Figure 0005477389
上記のビスアリルナジイミドは単独で、又は二種類以上を組み合わせて用いることができる。
なお、上記のアリルナジイミド樹脂は、無触媒下での単独硬化では、250℃以上の硬化温度が必要で、実用化に際しては大きな障害となっており、また、触媒を用いる系においても、強酸やオニウム塩など、電子材料においては重大な欠点となる金属腐食性の触媒しか使用できず、かつ最終硬化には250℃前後の温度が必要であるが、上記のアリルナジイミド樹脂と2官能以上のアクリレート化合物、又はメタクリレート化合物、又はマレイミド樹脂のいずれかを併用することによって、200℃以下の低温で硬化が可能である(文献:A.Renner,A.Kramer,“Allylnadic−Imides:A New Class of Heat−Resistant Thermosets”,J.Polym.Sci.,Part A Polym.Chem.,27,1301(1989))。
(C)熱硬化性樹脂は、室温で液状、固形を問わず使用することができる。液状熱硬化性樹脂の場合は、より低粘度化が可能となり、固形熱硬化性樹脂の場合は、光照射後のタックをより低減することができる。また、液状熱硬化性樹脂と固形熱硬化性樹脂を併用してもよい。
液状の熱硬化性樹脂を用いる場合、その粘度は10000mPa・s以下であることが好ましく、5000mPa・s以下であることがより好ましく、3000mPa・s以下であることが更により好ましく、2000mPa・s以下であることが最も好ましい。粘度が10000mPa・sを超えると接着剤組成物の粘度が上昇し、薄膜化が困難となる傾向がある。このような液状の熱硬化性樹脂としては、特に限定はしないが、接着性、耐熱性の観点からエポキシ樹脂が好ましく、特に3官能型(又は4官能型)のグリシジルアミンやビスフェノールA型(又はAD型、S型、F型)のグリシジルエーテルが好ましく用いられる。
固形の熱硬化性樹脂を用いる場合、例えば、(A)成分に溶解させて用いることができる。固形熱硬化性樹脂としては、特に限定はしないが、熱圧着性と粘度の観点から、分子量が2000以下、好ましくは1000以下であることが好ましく、また軟化点が100℃以下、好ましくは80℃以下であることが好ましい。また、接着性、耐熱性の観点から3官能以上のエポキシ樹脂が好ましい。このようなエポキシ樹脂としては、例えば、下記構造のエポキシ樹脂が好ましく用いられる。
Figure 0005477389
Figure 0005477389
nは、0〜10の整数を示す。
また、(C)熱硬化性樹脂は、5%重量減少温度が150℃以上であるものが好ましく、180℃以上であるものがより好ましく、200℃以上であるものが更により好ましい。ここで、熱硬化性樹脂の5%質量減少温度とは、熱硬化性樹脂を示差熱熱重量同時測定装置(エスアイアイ・ナノテクノロジー製:TG/DTA6300)を用いて、昇温速度10℃/min、窒素フロー(400ml/min)下で測定したときの5%重量減少温度である。5%重量減少温度が高い熱硬化性樹脂を適用することで、熱圧着又は熱硬化時に揮発することを抑制できる。このような耐熱性を有する熱硬化性樹脂としては、分子内に芳香族基を有するエポキシ樹脂が挙げられ、接着性、耐熱性の観点から特に3官能型(又は4官能型)のグリシジルアミン、ビスフェノールA型(又はAD型、S型、F型)のグリシジルエーテルが好ましく用いられる。
(C)熱硬化性樹脂の含有量は、(A)成分100質量部に対して1〜100質量部であることが好ましく、2〜50質量部であることがより好ましい。この含有量が100質量部を超えると、露光後のタックが上昇する傾向がある。一方、上記含有量が2質量部未満であると、十分な高温接着性が得られなくなる傾向がある。
本発明の半導体用接着剤組成物においては、硬化促進剤を更に含有することが好ましい。硬化促進剤としては、加熱によってエポキシ樹脂の硬化/重合を促進する化合物あれば特に制限はなく、例えば、フェノール系化合物、脂肪族アミン、脂環族アミン、芳香族ポリアミン、ポリアミド、脂肪族酸無水物、脂環族酸無水物、芳香族酸無水物、ジシアンジアミド、有機酸ジヒドラジド、三フッ化ホウ素アミン錯体、イミダゾール類、ジシアンジアミド誘導体、ジカルボン酸ジヒドラジド、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、2−エチル−4−メチルイミダゾール−テトラフェニルボレート、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセン−7−テトラフェニルボレート、第3級アミン等が挙げられる。これらの中でも溶剤を含有しないときの溶解性、分散性の観点からイミダゾール類が好ましく用いられる。硬化促進剤の含有量は、エポキシ樹脂100質量部に対して0.01〜50質量部が好ましい。また、接着性、耐熱性、保存安定性の観点からもイミダゾール類が特に好ましい。
イミダゾール類としては、反応開始温度が50℃以上であることが好ましく、80℃以上であることがより好ましい。反応開始温度が50℃以下であると保存安定性が低下するため、樹脂組成物の粘度が上昇し膜厚の制御が困難となるため好ましくない。
イミダゾール類としては、エポキシ樹脂に溶解するイミダゾールを用いることが好ましい。このようなイミダゾールを用いることで凹凸が少ない塗布膜を得ることができる。このようなイミダゾール類としては、特に限定はしないが、2−ウンデシルイミダゾール、2−ヘプタデシルイミダゾール、1,2−ジメチルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾール、1−ベンジル−2−メチルイミダゾール、1−ベンジル−2−フェニルイミダゾール、1−シアノエチル−2−メチルイミダゾール、1−シアノエチル−2−エチル−4−メチルイミダゾール、1−シアノエチル−2−フェニルイミダゾールなどが挙げられる。保存安定性、接着性、耐熱性の観点から、1−ベンジル−2−フェニルイミダゾールが特に好ましく用いられる。
また、イミダゾール類としては、好ましくは平均粒径10μm以下、より好ましくは8μm以下、最も好ましくは5μm以下に粉砕した化合物を使用することができる。このような粒径のイミダゾール類を用いることで接着剤組成物の粘度変化を抑制することができ、またイミダゾール類の沈降を抑制することができる。また、薄膜形成した際には、表面の凹凸を低減することができ、これにより均一な膜を得ることができる。更に、硬化時には樹脂中の硬化を均一に進行させることができるため、アウトガスを低減することができる。
また、本発明の半導体用接着剤組成物は、硬化剤としてフェノール系化合物を含有していてもよい。フェノール系化合物としては分子中に少なくとも2個以上のフェノール性水酸基を有するフェノール系化合物がより好ましい。このような化合物としては、例えばフェノールノボラック、クレゾールノボラック、t−ブチルフェノールノボラック、ジシクロペンタジエンクレゾールノボラック、ジシクロペンタジエンフェノールノボラック、キシリレン変性フェノールノボラック、ナフトール系化合物、トリスフェノール系化合物、テトラキスフェノールノボラック、ビスフェノールAノボラック、ポリ−p−ビニルフェノール、フェノールアラルキル樹脂等が挙げられる。これらの中でも、数平均分子量が400〜4000の範囲内のものが好ましい。これにより、半導体装置組立加熱時に、半導体素子又は装置等の汚染の原因となる加熱時のアウトガスを抑制できる。上記フェノール系化合物は液状であることが好ましく、アリル変性フェノールノボラックが、液状かつ高耐熱であるために好適に用いられる。
フェノール系化合物の含有量は、熱硬化性樹脂100質量部に対して50〜100質量部であることが好ましく、60〜95質量部であることがより好ましい。
本発明の半導体用接着剤組成物は、(D)熱ラジカル発生剤を更に含有することができる。熱ラジカル発生剤としては、有機過酸化物であることが好ましい。有機過酸化物としては、1分間半減期温度が80℃以上であるものが好ましく、100℃以上であるものがより好ましく、120℃以上であることが最も好ましい。有機過酸化物は、接着剤組成物の調製条件、製膜温度、圧着、硬化条件、その他プロセス条件、貯蔵安定性等を考慮して選択される。使用可能な過酸化物としては、特に限定はしないが、例えば、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシへキサン)、ジクミルパーオキサイド、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサネート、t−ヘキシルパーオキシ−2−エチルヘキサネート、1,1−ビス(t−ブチルパーオキシ)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、1,1−ビス(t−ヘキシルパーオキシ)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、ビス(4−t−ブチルシクロヘキシル)パーオキシジカーボネートなどが挙げられ、これらのうちの1種を単独で、又は2種以上を混合して用いることができる。上記の有機過酸化物を含有させることで、露光後に残存している未反応の放射線重合性化合物を反応させることができ、低アウトガス化、高接着化を図ることができる。
1分間半減期温度が80℃以上である熱ラジカル発生剤としては、例えば、パーヘキサ25B(日油社製)、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシへキサン)(1分間半減期温度:180℃)、パークミルD(日油社製)、ジクミルパーオキサイド(1分間半減期温度:175℃)などが挙げられる。
(D)熱ラジカル発生剤の含有量は、(A)放射線重合性化合物全量に対して、0.01〜20質量%が好ましく、0.1〜10質量%が更に好ましく、0.5〜5質量%が最も好ましい。熱ラジカル発生剤の含有量が0.01質量%未満であると、硬化性が低下し、添加効果が小さくなり、5質量%を超えると、アウトガス量増加、保存安定性低下が見られる。
本発明の半導体用接着剤組成物は、塗布後の膜厚均一性、Bステージ化後の熱圧着性、熱硬化後の低応力性、被着体との密着性を向上させる点から、(E)熱可塑性樹脂を更に含有してもよい。
(E)成分のTgは150℃以下であることが好ましく、120℃以下であることがより好ましく、100℃以下であることがさらにより好ましく、80℃以下であることが最も好ましい。このTgが150℃を超える場合、接着剤組成物の粘度が上昇する傾向がある。また、被着体に熱圧着する際に150℃以上の高温を要し、半導体ウェハに反りが発生しやすくなる傾向がある。
ここで、(E)成分の「Tg」とは、(E)成分をフィルム化したときの主分散ピーク温度を意味する。具体的には、(E)成分のフィルムについて、レオメトリックス社製粘弾性アナライザー「RSA−2」(商品名)を用いて、フィルム厚100μm、昇温速度5℃/min、周波数1Hz、測定温度−150〜300℃の条件で測定し、Tg付近のtanδピーク温度をTgとして求める。
(E)成分の重量平均分子量は、5000〜500000の範囲内で制御されていることが好ましい。更に、(E)成分の重量平均分子量は、熱圧着性と高温接着性とを高度に両立できる点で、10000〜300000であることがより好ましい。ここで、「重量平均分子量」とは、島津製作所社製高速液体クロマトグラフィー「C−R4A」(商品名)を用いて、ポリスチレン換算で測定したときの重量平均分子量を意味する。
(E)成分としては、例えば、ポリエステル樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリウレタンイミド樹脂、ポリウレタンアミドイミド樹脂、シロキサンポリイミド樹脂、ポリエステルイミド樹脂、これらの共重合体、これらの前駆体(ポリアミド酸等)の他、ポリベンゾオキサゾール樹脂、フェノキシ樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、重量平均分子量が1万〜100万の(メタ)アクリル共重合体、ノボラック樹脂、フェノール樹脂などが挙げられる。これらは1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。また、これらの樹脂の主鎖及び/又は側鎖に、エチレングリコール、プロピレングリコールなどのグリコール基、カルボキシル基及び/又は水酸基が付与されたものであってもよい。
これらの中でも、高温接着性、耐熱性の観点から、(E)成分はイミド基を有する樹脂であることが好ましい。イミド基を有する樹脂としては、例えば、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリウレタンイミド樹脂、ポリウレタンアミドイミド樹脂、シロキサンポリイミド樹脂、ポリエステルイミド樹脂、これらの共重合体、イミド基を有するモノマーの重合体が挙げられる。
ポリイミド樹脂及び/又はポリアミドイミド樹脂は、例えば、テトラカルボン酸二無水物とジアミンとを公知の方法で縮合反応させて得ることができる。すなわち、有機溶媒中で、テトラカルボン酸二無水物とジアミンとを等モルで、又は、必要に応じてテトラカルボン酸二無水物の合計1.0molに対して、ジアミンの合計を好ましくは0.5〜2.0mol、より好ましくは0.8〜1.0molの範囲で組成比を調整(各成分の添加順序は任意)し、反応温度80℃以下、好ましくは0〜60℃で付加反応させる。反応が進行するにつれ反応液の粘度が徐々に上昇し、ポリイミド樹脂の前駆体であるポリアミド酸が生成する。なお、樹脂組成物の諸特性の低下を抑えるため、上記のテトラカルボン酸二無水物は無水酢酸で再結晶精製処理したものであることが好ましい。
上記縮合反応におけるテトラカルボン酸二無水物とジアミンとの組成比については、テトラカルボン酸二無水物の合計1.0molに対して、ジアミンの合計が2.0molを超えると、得られるポリイミド樹脂に、アミン末端のポリイミドオリゴマーの量が多くなる傾向があり、ポリイミド樹脂の重量平均分子量が低くなり、樹脂組成物の耐熱性を含む種々の特性が十分でなくなる傾向がある。一方、テトラカルボン酸二無水物の合計1.0molに対してジアミンの合計が0.5mol未満であると、酸末端のポリイミド樹脂オリゴマーの量が多くなる傾向があり、ポリイミド樹脂及び/又はポリアミドイミド樹脂の重量平均分子量が低くなり、樹脂組成物の耐熱性を含む種々の特性が十分でなくなる傾向がある。
ポリイミド樹脂及び/又はポリアミドイミド樹脂は、上記反応物(ポリアミド酸)を脱水閉環させて得ることができる。脱水閉環は、加熱処理する熱閉環法、脱水剤を使用する化学閉環法等で行うことができる。
ポリイミド樹脂の原料として用いられるテトラカルボン酸二無水物としては、例えば、ピロメリット酸二無水物、線膨張係数を低下できる点で3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,2’,3,3’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,3,3’,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、3,4,3’,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物などのビフェニル骨格を有する酸二無水物、1,2,5,6−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、1,4,5,8−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、2,3,6,7−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、1,2,4,5−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物などのナフチル骨格を有する酸二無水物が好ましく用いられる。また、Bステージ化の感度を向上できる点で、3,4,3’,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、2,3,2’,3’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3,3,3’,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物などのベンゾフェノン骨格を有する酸二無水物が好ましく用いられる。また、透明性の観点から1,2,3,4−ブタンテトラカルボン酸二無水物、デカヒドロナフタレン−1,4,5,8−テトラカルボン酸二無水物、4,8−ジメチル−1,2,3,5,6,7−ヘキサヒドロナフタレン−1,2,5,6−テトラカルボン酸二無水物、シクロペンタン−1,2,3,4−テトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、ビス(エキソ−ビシクロ[2,2,1]ヘプタン−2,3−ジカルボン酸二無水物、ビシクロ−[2,2,2]−オクト−7−エン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物などの脂環式骨格を有する酸二無水物や2,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン二無水物、2,2−ビス[4−(3,4−ジカルボキシフェニル)フェニル]ヘキサフルオロプロパン二無水物、1,4−ビス(2−ヒドロキシヘキサフルオロイソプロピル)ベンゼンビス(トリメリット酸無水物)、1,3−ビス(2−ヒドロキシヘキサフルオロイソプロピル)ベンゼンビス(トリメリット酸無水物)などのフルオロアルキル基を有する酸二無水物が好ましく用いられる。
また、365nmに対する透明性の観点から下記一般式(1)で表されるテトラカルボン酸二無水物等が好ましく用いられる。下記一般式(1)中、aは2〜20の整数を示す。
Figure 0005477389
上記一般式(1)で表されるテトラカルボン酸二無水物は、例えば、無水トリメリット酸モノクロライド及び対応するジオールから合成することができ、具体的には1,2−(エチレン)ビス(トリメリテート無水物)、1,3−(トリメチレン)ビス(トリメリテート無水物)、1,4−(テトラメチレン)ビス(トリメリテート無水物)、1,5−(ペンタメチレン)ビス(トリメリテート無水物)、1,6−(ヘキサメチレン)ビス(トリメリテート無水物)、1,7−(ヘプタメチレン)ビス(トリメリテート無水物)、1,8−(オクタメチレン)ビス(トリメリテート無水物)、1,9−(ノナメチレン)ビス(トリメリテート無水物)、1,10−(デカメチレン)ビス(トリメリテート無水物)、1,12−(ドデカメチレン)ビス(トリメリテート無水物)、1,16−(ヘキサデカメチレン)ビス(トリメリテート無水物)、1,18−(オクタデカメチレン)ビス(トリメリテート無水物)等が挙げられる。これらの化合物は耐熱性を損なうことなくTgを低下させることができる。
また、テトラカルボン酸二無水物としては、(A)成分への良好な溶解性、365nm光に対する透明性、熱圧着性を付与する観点から、下記一般式(2)又は(3)で表されるテトラカルボン酸二無水物が好ましい。
Figure 0005477389
以上のようなテトラカルボン酸二無水物は、1種を単独で又は2種類以上を組み合わせて使用することができる。
(E)成分は、さらに、接着強度を上昇させる点でカルボキシル基及び/又はフェノール性水酸基含有ポリイミド樹脂を用いることができる。上記カルボキシル基及び/又は水酸基含有ポリイミド樹脂の原料として用いられるジアミンは、下記一般式(4)、(5)、(6)又は(7)で表される芳香族ジアミンを含むことが好ましい。
Figure 0005477389
上記ポリイミド樹脂の原料として用いられるその他のジアミンとしては特に限定されないが、ポリマのTg及び溶解性を調整するために以下のジアミンを用いることができる。例えば、耐熱性及び接着性を向上できる点で、o−フェニレンジアミン、m−フェニレンジアミン、p−フェニレンジアミン、ビス(4−アミノ−3,5−ジメチルフェニル)メタン、ビス(4−アミノ−3,5−ジイソプロピルフェニル)メタン、2,2−ビス(3−アミノフェニル)プロパン、2,2’−(3,4’−ジアミノジフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−アミノフェニル)プロパン、1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,4−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、3,3’−(1,4−フェニレンビス(1−メチルエチリデン))ビスアニリン、3,4’−(1,4−フェニレンビス(1−メチルエチリデン))ビスアニリン、4,4’−(1,4−フェニレンビス(1−メチルエチリデン))ビスアニリン、2,2−ビス(4−(3−アミノフェノキシ)フェニル)プロパン、2,2−ビス(4−アミノフェノキシフェニル)プロパンが好ましく用いられる。線膨張係数を低下できる点で3,3’−ジアミノジフェニルエーテル、3,4’−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、3,3’−ジアミノジフェニルメタン、3,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルエーテメタン、3,3’−ジアミノジフェニルスルフォン、3,4’−ジアミノジフェニルスルフォン、4,4’−ジアミノジフェニルスルフォン、ビス(4−(3−アミノエノキシ)フェニル)スルフォン、ビス(4−(4−アミノエノキシ)フェニル)スルフォン、3,3’−ジヒドロキシ−4,4’−ジアミノビフェニルが好ましく用いられる。金属などの被着体との密着性を向上できる点で、3,3’−ジアミノジフェニルスルフィド、3,4’−ジアミノジフェニルスルフィド、4,4’−ジアミノジフェニルスルフィド、ビス(4−(3−アミノエノキシ)フェニル)スルフィド、ビス(4−(4−アミノエノキシ)フェニル)スルフィド好ましく用いられる。また、Tgを低下させることができるジアミンとして、1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、下記一般式(8)で表される脂肪族エーテルジアミン、下記一般式(9)で表されるシロキサンジアミン等が挙げられる。
Figure 0005477389
一般式(8)中、R、R及びRは各々独立に、炭素数1〜10のアルキレン基を示し、bは2〜80の整数を示す。
Figure 0005477389
一般式(9)中、R及びRは各々独立に、炭素数1〜5のアルキレン基又は置換基を有してもよいフェニレン基を示し、R、R、R及びRは各々独立に、炭素数1〜5のアルキル基、フェニル基又はフェノキシ基を示し、dは1〜5の整数を示す。
上記ジアミンの中でも、他成分との相溶性を付与する点で、一般式(8)で表される脂肪族エーテルジアミンが好ましく、エチレングリコール及び/又はプロピレングリコール系ジアミンがより好ましい。
このような脂肪族エーテルジアミンとして具体的には、サンテクノケミカル(株)製ジェファーミンD−230,D−400,D−2000,D−4000,ED−600,ED−900,ED−2000,EDR−148、BASF(製)ポリエーテルアミンD−230,D−400,D−2000等のポリオキシアルキレンジアミン等の脂肪族ジアミンが挙げられる。これらのジアミンは、全ジアミンの20モル%以上であることが好ましく、(A)放射線重合性化合物や(C)熱硬化性樹脂などの他配合成分との相溶性、また熱圧着性と高温接着性とを高度に両立できる点で50モル%以上であることがより好ましい。
また、上記ジアミンとしては、室温での密着性、接着性を付与する点で、上記一般式(9)で表されるシロキサンジアミンが好ましい。
これらのジアミンは、全ジアミンの0.5〜80モル%とすることが好ましく、熱圧着性と高温接着性とを高度に両立できる点で1〜50モル%とすることが更に好ましい。0.5モル%を下回るとシロキサンジアミンを添加した効果が小さくなり、80モル%を上回ると他成分との相溶性、高温接着性が低下する傾向がある。
上述したジアミンは、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
また、上記ポリイミド樹脂は、1種を単独で又は必要に応じて2種以上を混合(ブレンド)して用いることができる。
また、上述のように、ポリイミド樹脂の組成を決定する際には、そのTgが150℃以下となるように設計することが好ましく、ポリイミド樹脂の原料であるジアミンとして、上記一般式(8)で表される脂肪族エーテルジアミンを用いることが特に好ましい。
上記ポリイミド樹脂の合成時に、下記一般式(10)、(11)又は(12)で表される化合物のような単官能酸無水物及び/又は単官能アミンを縮合反応液に投入することにより、ポリマー末端に酸無水物又はジアミン以外の官能基を導入することができる。また、これにより、ポリマーの分子量を低くし、接着剤樹脂組成物の粘度を低下させ、熱圧着性を向上させることができる。
Figure 0005477389
(E)熱可塑性樹脂は、その主鎖及び/又は側鎖に、イミダゾールなどのエポキシ樹脂の硬化を促進する機能を有する官能基を有していてもよい。イミダゾール含有のポリイミドは、例えば、上記に示したジアミン成分として、その一部を下記構造式に示されるようなイミダゾール基含有のジアミンを用いて得ることができる。このようなイミダゾールを側鎖に有するポリマーは相溶性や保存安定性を向上できるため好ましい。
Figure 0005477389
Figure 0005477389
上記ポリイミド樹脂は、均一にBステージ化できる点から、30μmに成形した時の365nmに対する透過率が10%以上であることが好ましく、より低露光量でBステージ化できる点で20%以上であることがより好ましい。このようなポリイミド樹脂は、例えば、上記一般式(2)で表される酸無水物と、上記一般式(8)で表される脂肪族エーテルジアミン及び/又は上記一般式(9)で表されるシロキサンジアミンとを反応させることで合成することができる。
また、(E)熱可塑性樹脂としては、粘度上昇を抑制し、更に接着剤組成物中のとけ残りを低減する点で、常温(25℃)で液状である液状熱可塑性樹脂を用いることが好ましい。このような熱可塑性樹脂は溶剤を用いることなく、加熱して反応させることが可能となり本発明のような溶剤を適用しない接着剤組成物では溶剤除去の工程削減、残存溶剤の低減、再沈殿工程の削減の点で有用である。また液状熱可塑性樹脂は、反応炉からの取り出しも容易である。このような液状熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリブタジエン、アクリロニトリル・ブタジエンオリゴマー、ポリイソプレン、ポリブテンなどのゴム状ポリマー、ポリオレフィン、アクリルポリマー、シリコーンポリマー、ポリウレタン、ポリイミド、ポリアミドイミドなどが挙げられる。中でもポリイミド樹脂が好ましく用いられる。
液状のポリイミド樹脂は、例えば、上記の酸無水物と、脂肪族エーテルジアミンやシロキサンジアミンとを反応させることによって得られる。合成方法としては、溶剤を加えずに、脂肪族エーテルジアミンやシロキサンジアミン中に酸無水物を分散させ、加熱する方法が挙げられる。
(E)熱可塑性樹脂の含有量は、(A)成分に対して、0.1〜50質量%が好ましく、成膜性や膜厚均一性、粘度上昇抑制の観点から0.5〜20質量%がより好ましい。熱可塑性樹脂の含有量が0.1質量%未満であると、添加の効果が見られなくなる傾向があり、50質量%を超えると、溶け残りなどによって膜厚均一性が低下したり、粘度が上昇し薄膜化が困難となる傾向がある。
本発明の半導体用接着剤組成物には、保存安定性、プロセス適応性又は酸化防止性を付与するために、キノン類、多価フェノール類、フェノール類、ホスファイト類、イオウ類等の重合禁止剤又は酸化防止剤を、硬化性を損なわない範囲で更に添加してもよい。
また、本発明の半導体用接着剤組成物には、適宜フィラーを含有させることもできる。フィラーとしては、例えば、銀粉、金粉、銅粉、ニッケル粉等の金属フィラー、アルミナ、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、結晶性シリカ、非晶性シリカ、窒化ホウ素、チタニア、ガラス、酸化鉄、セラミック等の無機フィラー、カーボン、ゴム系フィラー等の有機フィラー等が挙げられ、種類・形状等にかかわらず特に制限なく使用することができる。
上記フィラーは、所望する機能に応じて使い分けることができる。例えば、金属フィラーは、接着剤組成物に導電性、熱伝導性、チキソ性等を付与する目的で添加され、非金属無機フィラーは、接着剤層に熱伝導性、低熱膨張性、低吸湿性等を付与する目的で添加され、有機フィラーは接着剤層に靭性等を付与する目的で添加される。
これら金属フィラー、無機フィラー又は有機フィラーは、1種を単独で又は2種類以上を組み合わせて使用することができる。中でも、半導体装置用接着材料に求められる、導電性、熱伝導性、低吸湿特性、絶縁性等を付与できる点で、金属フィラー、無機フィラー、又は絶縁性のフィラーが好ましく、無機フィラー又は絶縁性フィラーの中では、接着剤組成物に対する分散性が良好でかつ、熱時の高い接着力を付与できる点でシリカフィラーがより好ましい。
上記フィラーは、平均粒子径が10μm以下、且つ、最大粒子径が30μm以下であることが好ましく、平均粒子径が5μm以下、且つ、最大粒子径が20μm以下であることがより好ましい。平均粒子径が10μmを超える、または、最大粒子径が30μmを超えると、破壊靭性向上の効果が十分に得られない傾向がある。また、平均粒子径及び最大粒子径の下限は特に制限はないが、どちらも0.001μm以上であることが好ましい。
上記フィラーの含有量は、付与する特性又は機能に応じて決められるが、フィラーを含む接着剤組成物全量に対して50質量%以下となることが好ましく、1〜40質量%がより好ましく、3〜30質量%がさらに好ましい。フィラーを増量させることにより、低アルファ化、低吸湿化、高弾性率化が図れ、ダイシング性(ダイサー刃による切断性)、ワイヤボンディング性(超音波効率)、熱時の接着強度を有効に向上させることができる。フィラーを必要以上に増量させると、粘度が上昇したり、熱圧着性が損なわれる傾向にあるため、フィラーの含有量は上記の範囲内に収めることが好ましい。求められる特性のバランスをとるべく、最適フィラー含有量を決定することができる。フィラーを用いた場合の混合・混練は、通常の撹拌機、らいかい機、三本ロール、ボールミル等の分散機を適宜、組み合わせて行うことができる。
本発明の半導体用接着剤組成物には、異種材料間の界面結合を良くするために、各種カップリング剤を添加することもできる。カップリング剤としては、例えば、シラン系、チタン系、アルミニウム系等が挙げられ、中でも効果が高い点で、シラン系カップリング剤が好ましく、エポキシ基などの熱硬化性基やメタクリレート及び/又はアクリレートなどの放射線重合性基を有する化合物がより好ましい。
また、上記シラン系カップリング剤の沸点及び/又は分解温度は150℃以上であることが好ましく、180℃以上であることより好ましく、200℃以上であることがさらにより好ましい。特に、200℃以上の沸点及び/又は分解温度で、かつエポキシ基などの熱硬化性基やメタクリレート及び/又はアクリレートなどの放射線重合性基を有するシラン系カップリング剤が最も好ましく用いられる。
上記カップリング剤の使用量は、その効果や耐熱性及びコストの面から、接着剤組成物100質量部に対して、0.01〜20質量部とすることが好ましい。
本発明の半導体用接着剤組成物には、イオン性不純物を吸着して、吸湿時の絶縁信頼性を良くするために、イオン捕捉剤を更に添加することもできる。このようなイオン捕捉剤としては、特に制限はなく、例えば、トリアジンチオール化合物、フェノール系還元剤等の銅がイオン化して溶け出すのを防止するための銅害防止剤として知られる化合物、粉末状のビスマス系、アンチモン系、マグネシウム系、アルミニウム系、ジルコニウム系、カルシウム系、チタン系、ズズ系及びこれらの混合系等の無機化合物が挙げられる。具体例としては、東亜合成(株)製の無機イオン捕捉剤、商品名、IXE−300(アンチモン系)、IXE−500(ビスマス系)、IXE−600(アンチモン、ビスマス混合系)、IXE−700(マグネシウム、アルミニウム混合系)、IXE−800(ジルコニウム系)、IXE−1100(カルシウム系)等がある。これらは単独あるいは2種以上混合して用いることができる。上記イオン捕捉剤の使用量は、添加による効果や耐熱性、コスト等の点から、接着剤組成物100質量部に対して、0.01〜10質量部が好ましい。
本発明の半導体用接着剤組成物は、イミド基を有する化合物を含有することが好ましい。イミド基を有する化合物は、例えば、上記A1化合物として挙げたイミド基を有する単官能(メタ)アクリレート等の低分子化合物や、上記(E)成分として挙げたポリイミド樹脂などのイミド基を有する樹脂を含有させることができる。
本発明の半導体用接着剤組成物は、接着剤組成物の吐出性向上、薄膜化の観点から25℃での粘度が10〜30000mPa・sであることが好ましく、30〜20000mPa・sであることがより好ましく、接着剤組成物の耐熱性や硬化後の接着性、塗布時の膜厚均一性の観点から50〜10000mPa・sであることがさらにより好ましく、100〜5000mPa・sであることが最も好ましい。上記粘度が10mPa・s未満であると、接着剤組成物の保存安定性や耐熱性の低下や、接着剤組成物を塗布したときにピンホールが生じやすくなる傾向がある。また、露光によるBステージ化が困難となる傾向がある。上記粘度が30000mPa・sを超えると、塗布時に薄膜化が困難となる傾向やノズルからの吐出が困難となる傾向がある。ここでの粘度とは、東京計器製造所製のEHD型回転粘度計を用い、サンプル量0.4mL、3°コーンの条件下、25℃で測定した粘度の値である。
本発明の半導体用接着剤組成物は、薄膜の接着剤層を形成することができる。この場合、接着剤組成物を温度25℃で塗布し、露光した後の膜厚が50μm以下であることが好ましく、低応力化の観点から30μm以下であることがより好ましく、膜厚均一性の観点から20μm以下であることがさらにより好ましく、パッケージを更に薄くできることから10μm以下であることが最も好ましい。また、良好な熱圧着性と接着性を確保するために上記膜厚は0.5μm以上であることが好ましく、ダストやダイシング時の切断カスによるボイドなどの圧着不良低減のために1μm以上であることがより好ましい。
また、本発明の半導体用接着剤組成物を用いて半導体ウェハ上に接着剤層を形成する場合、チップの取り扱い性、反りなどの応力、熱圧着時のチップ歪み(基材に対して平行に圧着可能であること)、硬化時のチップ保持性(硬化時の熱溶融による歪み)の観点から、ウェハの厚みxと接着剤層の厚みyとの関係がx≧yを満たすことが好ましく、x≧2×yを満たすことがより好ましい。
ここでの膜厚は以下の方法によって測定できる。接着剤組成物をシリコンウェハ上にスピンコートによって塗布し、得られた塗膜に、離型処理したPETフィルムをラミネートし、高精度平行露光機(オーク製作所製、「EXM−1172−B−∞」(商品名))により1000mJ/cmで露光を行なう。その後、表面粗さ測定器(小坂研究所製)を用いて接着剤層の厚みを測定する。
本発明の半導体用接着剤組成物は、光照射によりBステージ化された接着剤組成物の5%重量減少温度が150℃以上であることが好ましく、180℃以上であることが更に好ましく、200℃以上であることが最も好ましい。5%重量減少温度が150℃を下回ると、被着体圧着後の熱硬化時もしくはリフローなどの熱履歴時に被着体がはく離する傾向があり、熱圧着前に加熱乾燥が必要となる。また、接着剤組成物の低粘度化、塗布後の表面凹凸抑制やBステージ化後の熱時流動性の観点から、有機化合物を主体とした材料設計が好ましいため、5%重量減少温度は500℃以下であることが好ましい。5%重量減少温度をこのような範囲とするためには、接着剤組成物に含まれる溶剤量が5質量%以下であることが好ましく、3質量%以下であることがより好ましく、1質量%以下であることが最も好ましい。
ここでの5%重量減少温度とは以下のように測定した値である。接着剤組成物をシリコンウェハ上にスピンコート(2000rpm/10s、4000rpm/20s)によって塗布し、得られた塗膜に、離型処理したPETフィルムを室温でハンドローラーを用いてラミネートし、高精度平行露光機(オーク製作所製、「EXM−1172−B−∞」(商品名))により1000mJ/cmで露光を行なう。その後、Bステージ化した接着剤を示差熱熱重量同時測定装置(エスアイアイ・ナノテクノロジー社製、商品名「TG/DTA6300」)を用いて、昇温速度10℃/min、窒素フロー(400ml/分)下で5%重量減少温度を測定する。
本発明の半導体用接着剤組成物のBステージ化は、取り扱い性の観点から、接着剤組成物を基材上に塗布し、露光した後、30℃での表面タック力が200gf/cm以下となることが好ましく、熱圧着時の粘着性の観点から150gf/cm以下であることがより好ましく、ダイシングテープのはく離性の観点から100gf/cm以下であることがさらにより好ましく、ピックアップ性の観点から50gf/cm以下であることが最も好ましい。また、ダイシング時のチップ飛びなどを抑制するために表面タック力が0.1gf/cm以上であることが好ましい。上記30℃での表面タック力が200gf/cmを超えると、得られる接着剤層の室温における表面の粘着性が高くなり、取扱い性が悪くなる傾向にある。また、ダイシング時に接着剤と被着体の界面に水が浸入してチップ飛びが発生する、ダイシング後のダイシングシートとのはく離性が低下しピックアップ性が低下する、といった問題が生じやすくなる傾向にあるため好ましくない。
ここでの表面タック力は以下のように測定した値である。接着剤組成物をシリコンウェハ上にスピンコート(2000rpm/10s、4000rpm/20s)によって塗布し、得られた塗膜に、離型処理したPETフィルムをラミネートし、高精度平行露光機(オーク製作所製、「EXM−1172−B−∞」(商品名))により1000mJ/cmで露光を行なう。その後、30℃及び120℃での表面のタック強度をレスカ社製のプローブタッキング試験機を用いて、プローブ直径:5.1mm、引き剥がし速度:10mm/s、接触荷重:100gf/cm、接触時間:1sにより、30℃におけるタック力を5回測定し、その平均値を算出する。
本発明の半導体用接着剤組成物は、高精度平行露光機(オーク製作所製、「EXM−1172−B−∞」(商品名))を用いて露光した後、20℃〜300℃における最低溶融粘度が30000Pa・s以下であるものが好ましい。
ここでの最低溶融粘度とは、光量1000mJ/cmで露光した後のサンプルを、粘弾性測定装置ARES(レオメトリックス・サイエンティフィック・エフ・イー(株)製)を用いて測定したときの20℃〜300℃における溶融粘度の最低値を示す。なお、測定プレートは直径8mmの平行プレート、測定条件は昇温5℃/min、測定温度は20℃〜300℃、周波数は1Hzとする。
上記最低溶融粘度は、熱圧着性の観点から10000Pa・s以下であることがより好ましく、薄膜形成時に熱圧着できる点で5000Pa・s以下であることが更に好ましく、より低温かつ短時間で熱圧着できる点で3000Pa・s以下であることが特に好ましい。上記範囲内の最低溶融粘度を有することにより、十分な低温熱圧着性を確保することができ、凹凸がある基板などに対しても良好な密着性を付与することができる。上記最低溶融粘度の下限値は特に設けないが、取り扱い性や熱時の粘着性付与等の点で10Pa・s以上であることが望ましい。
本発明の半導体用接着剤組成物は、光照射によりBステージ化され、更に加熱硬化を行なった後の5%重量減少温度が、熱履歴によってはく離を抑制する点で260℃以上であることが好ましく、熱履歴によるボイドを抑制する点で280℃以上であることがより好ましく、耐吸湿リフロー性の観点から300℃以上であることが最も好ましい。5%重量減少温度が260℃未満であると、リフロー工程などの熱履歴によってはく離が生じる傾向がある。
また、本発明の半導体用接着剤組成物は、Bステージ化後、140℃で1時間、次いで180℃で3時間オーブンで加熱した時(加熱硬化時)のアウトガス量が、はく離を抑制できる点で10%以下であることが好ましく、ボイドを抑制できる点で7%以下であることがより好ましく、硬化後の熱履歴によるボイドやはく離を更に抑制できる点で5%以下であることが最も好ましい。上記アウトガス量が10%を超えると、加熱硬化時にボイドやはく離が発生する傾向がある。
ここでのアウトガス量とは以下のように測定した値である。接着剤組成物をシリコンウェハ上にスピンコート(2000rpm/10s、4000rpm/20s)によって塗布し、得られた塗膜に、離型処理したPETフィルムを室温でハンドローラーを用いてラミネートし、高精度平行露光機(オーク製作所製、「EXM−1172−B−∞」(商品名))により1000mJ/cmで露光を行なう。その後、Bステージ化した接着剤を示差熱熱重量同時測定装置(エスアイアイ・ナノテクノロジー社製、商品名「TG/DTA6300」)を用いて、窒素フロー(400ml/分)下で、昇温速度50℃/minで140℃に昇温させ、140℃で1時間ホールドし、更に昇温速度50℃/minで180℃に昇温させ、180℃で3時間ホールドするプログラムとした時の5%重量減少温度の値である。
本発明の半導体用接着剤組成物は、Bステージ化及び熱圧着後、100〜150℃で5〜120分の熱硬化処理が施されるように用いられることが好ましい。このような熱硬化処理により、170℃以上の高温熱履歴工程によるボイドやはく離を抑制でき、高信頼性の半導体装置を得ることができる。
本発明の半導体用接着剤組成物は、接着剤組成物からなる接着剤層を被着体上に形成し、半導体素子を接着した段階での260℃におけるせん断接着強度が、熱履歴によってはく離を抑制する点で0.2MPa以上であることが好ましく、0.5MPa以上であることがより好ましく、耐吸湿リフロー性の観点から1.0MPa以上であることが最も好ましい。また、上記せん断接着強度は50MPa以下であることが好ましい。260℃におけるせん断接着強度を50MPa以上とするためには、熱硬化成分や無機粒子を多量に配合する必要があり、塗布後の膜厚均一性や接着剤組成物の保存安定性が損なわれ、また熱硬化後の応力が増大する傾向がある。
ここでのせん断接着強度とは、膜厚測定時と同様、接着剤組成物を形成したシリコンウェハを用意し、接着フィルム全面を露光し、3×3mm角にシリコンウェハを切り出す。切り出した接着剤付きシリコンチップを予め5×5mm角に切り出したシリコンチップ上に載せ、200gfで加圧しながら、120℃で2秒間圧着する。その後、140℃、1時間、次いで180℃、3時間オーブンで加熱し、接着サンプルを得る。得られたサンプルについて、せん断接着力試験機「Dage−4000」(商品名)を用いて260℃でのせん断接着力を測定し、これをせん断接着強度の値とする。
以下、本発明の半導体用接着剤組成物を用いて製造される半導体装置及びその製造方法について、図面を用いて具体的に説明する。近年は様々な構造の半導体装置が提案されており、本発明の半導体用接着剤組成物の用途は、以下に説明する構造の半導体装置及びその製造方法に限定されるものではない。
図1〜13は、半導体装置の製造方法の一実施形態を示す模式図である。本実施形態に係る製造方法は、以下の工程を備える。
工程1:半導体ウェハ1内に形成された半導体チップ(半導体素子)2の回路面S1上にはく離可能な粘着テープ(バックグラインドテープ)4を積層する(図1を参照)。
工程2:半導体ウェハ1を回路面S1とは反対側の面(裏面)S2から研磨して半導体ウェハ1を薄くする(図2を参照)。
工程3:半導体ウェハ1の回路面S1とは反対側の面S2に本発明の半導体用接着剤組成物5を塗布する(図3及び4を参照)。
工程4:塗布された接着剤組成物からなる接着剤層5側から露光を行い、接着剤層5をBステージ化する(図5を参照)。
工程5:接着剤層5上にはく離可能な粘着テープ(ダイシングテープ)6を積層する(図6を参照)。
工程6:はく離可能な粘着テープ4をはく離する(図7を参照)。
工程7:半導体ウェハ1をダイシングにより複数の半導体チップ(半導体素子)2に切り分ける(図8を参照)。
工程8:半導体チップ2をピックアップして半導体装置用の支持部材(半導体素子搭載用支持部材)7または半導体チップに圧着(マウント)する(図9、10、11を参照)。
工程9:マウントされた半導体チップを、ワイヤ16を介して支持部材7上の外部接続端子と接続する(図12を参照)。
工程10:複数の半導体チップ2を含む積層体を封止材17によって封止して、半導体装置100を得る(図13を参照)。
以下、(工程1)〜(工程10)について詳述する。
(工程1)
表面に回路を形成した半導体ウェハ1の回路面S1側にはく離可能な粘着テープ4を積層する。粘着テープ4の積層は、予めフィルム状に成形されたフィルムをラミネートする方法により行なうことができる。
(工程2)
半導体ウェハ1の粘着テープ4とは反対側の面S2を研磨して、半導体ウェハ1を所定の厚さまで薄くする。研磨は、粘着テープ4によって半導体ウェハ1を研磨用の治具に固定した状態で、グラインド装置8を用いて行う。
(工程3)
半導体ウェハ1の回路面S1とは反対側の面S2に本発明の半導体用接着剤組成物5を塗布する。塗布は、ボックス20内で、粘着テープ4が貼り付けられた半導体ウェハ1を治具21に固定した状態で行うことができる。塗布方法は、印刷法、スピンコート法、スプレーコート法、ジェットディスペンス法及びインクジェット法などから選ばれる。これらの中でも、薄膜化及び膜厚均一性の観点から、スピンコート法(図3)やスプレーコート法(図4)が好ましい。スピンコート装置が有する吸着台には穴が形成されていてもよいし、吸着台がメッシュ状であってもよい。吸着痕が残りにくい点から、吸着台はメッシュ状であることが好ましい。スピンコート法による塗布は、ウェハのうねり、及びエッジ部の盛り上がりを防止するために、500〜5000rpmの回転数で行うことが好ましい。同様の観点から、回転数は1000〜4000rpmがさらに好ましい。接着剤組成物の粘度を調整する目的でスピンコート台に温度調節器を備えることもできる。
接着剤組成物はシリンジなどで保存することができ、スピンコート装置のシリンジセット部分に温度調節器が備えられていてもよい。
半導体ウェハに接着剤組成物を例えばスピンコート法によって塗布する際、半導体ウェハのエッジ部分に不要な接着剤組成物が付着する場合がある。このような不要な接着剤をスピンコート後に溶剤などで洗浄して除去することができる。洗浄方法は特に限定されないが、半導体ウェハをスピンさせながら、不要な接着剤が付着した部分にノズルから溶剤を吐出させる方法が好ましい。洗浄に使用する溶剤は接着剤を溶解させるものであればよく、例えば、メチルエチルケトン、アセトン、イソプロピルアルコール及びメタノールから選ばれる低沸点溶剤が用いられる。
(工程4)
塗布により本発明の半導体用接着剤組成物から形成された接着剤層5側から活性光線(典型的には紫外線)を照射して、接着剤組成物をBステージ化する。これにより接着剤層5が半導体ウェハ1上に固定されるとともに、接着剤層5表面のタックを低減することができる。露光は、真空下、窒素下、空気下などの雰囲気下で行なうことができる。酸素阻害を低減するために、離形処理されたPETフィルムやポリプロピレンフィルムなどの基材を接着剤層5上に積層した状態で、露光することもできる。また、ポリ塩化ビニル、ポリオレフィンや粘着テープ(ダイシングテープ)6を接着剤層5上に積層した状態で露光することにより工程5を簡略化することもできる。また、パターニングされたマスクを介して露光を行うこともできる。パターニングされたマスクを用いることにより、熱圧着時の流動性が異なる接着剤層を形成させることができる。露光量は、タック低減及びタクトタイムの観点から、20〜2000mJ/cmが好ましい。また、Bステージ化後のタック低減及びアウトガス低減を目的に、露光後100℃以下の温度で加熱を行なってもよい。
露光した後の膜厚は50μm以下であることが好ましく、低応力化の観点から30μm以下であることがより好ましく、膜厚均一性の観点から20μm以下であることがさらにより好ましく、パッケージを更に薄くできることから10μm以下であることが最も好ましい。また、良好な熱圧着性と接着性を確保するために上記膜厚は0.5μm以上であることが好ましく、ダストやダイシング時の切断カスによるボイドなどの圧着不良低減のために1μm以上であることがより好ましい。膜厚の測定は上述と同様にして行うことができる。
また、チップの取り扱い性、反りなどの応力、熱圧着時のチップ歪み(基材に対して平行に圧着可能であること)、硬化時のチップ保持性(硬化時の熱溶融による歪み)の観点から、ウェハの厚みxと接着剤層の厚みyとの関係がx≧yを満たすことが好ましく、x≧2×yを満たすことがより好ましい。
また、露光した後、30℃での表面タック力が200gf/cm以下となることが好ましく、熱圧着時の粘着性の観点から150gf/cm以下であることがより好ましく、ダイシングテープのはく離性の観点から100gf/cm以下であることがさらにより好ましく、ピックアップ性の観点から50gf/cm以下であることが最も好ましい。また、ダイシング時のチップ飛びなどを抑制するために表面タック力が0.1gf/cm以上であることが好ましい。表面タック力の測定は上述と同様にして行うことができる。
(工程5)
露光後、接着剤層5にダイシングテープなどのはく離可能な粘着テープ6を貼り付ける。粘着テープ6は、予めフィルム状に成形された粘着テープをラミネートする方法により貼り付けることができる。
(工程6)
続いて、半導体ウェハ1の回路面に貼り付けられた粘着テープ4をはく離する。例えば、活性光線(典型的には紫外線)を照射することによって粘着性が低下する粘着テープを使用し、粘着テープ4側から露光した後、これをはく離することができる。
(工程7)
ダイシングラインDに沿って半導体ウェハ1を接着剤層5とともに切断する。このダイシングにより、半導体ウェハ1が、それぞれの裏面に接着剤層5が設けられた複数の半導体チップ2に切り分けられる。ダイシングは、粘着テープ(ダイシングテープ)6によって全体をフレーム(ウェハリング)10に固定した状態でダイシングブレード11を用いて行われる。
(工程8)
ダイシングの後、切り分けられた半導体チップ2を、ダイボンド装置12によって接着剤層5とともにピックアップし、すなわち接着剤層付き半導体素子をピックアップし、半導体装置用の支持部材(半導体素子搭載用支持部材)7または他の半導体チップ2に圧着(マウント)する。圧着は加熱しながら行なうことが好ましい。
半導体チップと支持部材又は他の半導体チップとの260℃におけるせん断接着強度は、熱履歴によってはく離を抑制する点で0.2MPa以上であることが好ましく、0.5MPa以上であることがより好ましく、耐吸湿リフロー性の観点から1.0MPa以上であることが最も好ましい。また、上記せん断接着強度は50MPa以下であることが好ましい。せん断接着強度の測定は上述と同様にして行うことができる。
(工程9)
工程8の後、それぞれの半導体チップ2はそのボンディングパッドに接続されたワイヤ16を介して支持部材7上の外部接続端子と接続される。
(工程10)
半導体チップ2を含む積層体を封止材17によって封止することにより、半導体装置100が得られる。
以上のような工程を経て、本発明の半導体用接着剤組成物によって、半導体素子同士、及び/又は、半導体素子と半導体素子搭載用支持部材とが接着された構造を有する半導体装置を製造することができる。半導体装置の構成及び製造方法は、以上の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更が可能である。
例えば、工程1〜7の順序を必要により入れ替えることが可能である。より具体的には、予めダイシングされた半導体ウェハの裏面に本発明の半導体用接着剤組成物を塗布し、その後、活性光線(典型的には紫外線)を照射して接着剤組成物をBステージ化することもできる。このとき、パターニングされたマスクを用いることもできる。
塗布された接着剤組成物を、露光前又は露光後に120℃以下、好ましくは100℃以下、より好ましくは80℃以下に加熱してもよい。これにより、残存している溶剤、水分を低減することができ、また露光後のタックをより低減することができる。
以下、実施例を挙げて本発明についてより具体的に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
<(E)成分:熱可塑性樹脂の調製>。
(PI−1)
撹拌機、温度計及び窒素置換装置を備えたフラスコ内に、ジアミンであるMBAA(和歌山精化製、商品名「MBAA」、分子量286)5.72g(0.02mol)、「D−400」(商品名「D−400」(分子量:433)、BASF製)13.57g(0.03mol)、1,1,3,3−テトラメチル−1,3−ビス(3−アミノプロピル)ジシロキサン(商品名「BY16−871EG」、東レ・ダウコーニング(株)製)2.48g(0.01mol)、及び1,4−ブタンジオール ビス(3−アミノプロピル)エーテル(商品名「B−12」、東京化成製、分子量204.31)8.17g(0.04mol)と、溶媒であるNMP110gを仕込み、撹拌してジアミンを溶媒に溶解させた。
上記フラスコを氷浴中で冷却しながら、酸無水物である4,4’−オキシジフタル酸二無水物(以下「ODPA」と略す。)29.35g(0.09mol)及び無水トリメリット酸(TAA)3.84g(0.02mol)を、フラスコ内の溶液に少量ずつ添加した。添加終了後、室温で5時間撹拌した。その後、フラスコに水分受容器付きの還流冷却器を取り付け、キシレン70.5gを加え、窒素ガスを吹き込みながら溶液を180℃に昇温させて5時間保温し、水と共にキシレンを共沸除去して、ポリイミド樹脂(PI−1)を得た。(PI−1)のGPC測定を行ったところ、ポリスチレン換算でMw=21000であった。また、(PI−1)のTgは55℃であった。
得られたポリイミドワニスを純水を用いて3回再沈殿精製を行ない、真空オーブンを用いて60℃で3日間加熱乾燥し、ポリイミド固形物を得た。
(PI−2)
撹拌機、温度計及び窒素置換装置(窒素流入管)を備えた500mLフラスコ内に、ジアミンであるポリオキシプロピレンジアミン(商品名「D−2000」(分子量:約2000)、BASF製)140g(0.07mol)、及び1,1,3,3−テトラメチル−1,3−ビス(3−アミノプロピル)ジシロキサン(商品名「BY16−871EG」、東レ・ダウコーニング(株)製)3.72g(0.015mol)に、ODPA31.0g(0.1mol)を、フラスコ内の溶液に少量ずつ添加した。添加終了後、室温で5時間撹拌した。その後、フラスコに水分受容器付きの還流冷却器を取り付け、窒素ガスを吹き込みながら溶液を180℃に昇温させて5時間保温し水を除去して、液状ポリイミド樹脂(PI−2)を得た。(PI−2)のGPC測定を行ったところ、ポリスチレン換算で重量平均分子量(Mw)=40000であった。また、(PI−2)のTgは20℃以下であった。
<接着剤組成物の調製>
上記で得られたポリイミド樹脂(PI−1)及び(PI−2)を用いて、下記表1〜3に示す組成比(単位:質量部)にて各成分を配合し、実施例1〜18の接着剤組成物及び比較例1〜4の接着剤組成物(接着剤層形成用組成物)を得た。
表1〜3において、各記号は下記のものを意味する。
M−140:東亜合成社製、2−(1,2−シクロヘキサカルボキシイミド)エチルアクリレート(イミド基含有単官能アクリレート、5%重量減少温度:200℃、25℃での粘度:450mPa・s)。
AMP−20GY:新中村化学工業社製、フェノキシジエチレングリコールアクリレート(単官能アクリレート、5%重量減少温度:175℃、25℃での粘度:16mPa・s)。
702A:新中村化学工業社製、2−ヒドロキシ−3−フェノキシプロピルアクリレート(水酸基含有単官能アクリレート、5%重量減少温度:175℃、粘度:160mPa・s)。
401P:新中村化学工業社製、o−フェニルフェノールグリシジルエーテルアクリレート(水酸基含有単官能アクリレート、5%重量減少温度:160℃、粘度:10000mPa・s)。
HOA−MPE:共栄社化学社製、2−メタクリロイロキシエチル−2−ヒドロキシエチル−フタル酸(水酸基含有単官能アクリレート、5%重量減少温度:175℃、粘度:1200mPa・s)。
HO−MPP:共栄社化学社製、2−メタクリロイロキシエチル−2−ヒドロキシプロピルフタレート(水酸基含有単官能アクリレート、5%重量減少温度:175℃、粘度:1000mPa・s)。
PQMA::昭和高分子社製、4−ヒドロキシフェニルメタクリレート(水酸基含有単官能アクリレート、5%重量減少温度:>260℃、固形)。
A−BPE4:新中村化学工業社製、エトキシ化ビスフェノールA型アクリレート(2官能アクリレート、5%重量減少温度:330℃、25℃での粘度:980mPa・s)。
I−651:チバ・ジャパン社製、2,2−ジメトキシ−1,2−ジフェニルエタン−1−オン(5%重量減少温度:170℃、i線吸光係数:400ml/gcm)。
I−379EG:チバ・ジャパン社製、2−ジメチルアミノ−2−(4−メチルーベンジル)−1−(4−モルフォリン−4−イルーフェニル)−ブタンー1−オン(5%重量減少温度:260℃、i線吸光係数:8000ml/gcm)。
I−907:チバ・ジャパン社製、2−メチル−1−(4−(メチルチオ)フェニル)−2−モルフォリノプロパン−1―オン(5%重量減少温度:220℃、365nmでの分子吸光係数:450ml/g・cm)。
I−OXE02:チバ・ジャパン社製、エタノン,1−[9−エチル−6−(2−メチルベンゾイル)−9H−カルバゾール−3−イル]−,1−(o−アセチルオキシム)、(5%重量減少温度:370℃、365nmでの分子吸光係数:7700ml/g・cm)。
YDF−8170C:東都化成社製、ビスフェノールF型ビスグリシジルエーテル(5%重量減少温度:270℃、25℃での粘度:1300mPa・s)。
630LSD:ジャパンエポキシレジン社製、グリシジルアミン型エポキシ樹脂(5%重量減少温度:240℃、25℃での粘度:600mPa・s)。
1032H60:ジャパンエポキシレジン社製、トリス(ヒドロキシフェニル)メタン型固形エポキシ樹脂(5%重量減少温度:350℃、固形、融点60℃)。
2PHZ−PW:四国化成社製、2−フェニル−4,5−ジヒドロキシメチルイミダゾール(平均粒子径:約3μm)。
1B2PZ:四国化成社製、1−ベンジル−2−フェニルイミダゾール。
パークミルD:日油社製、ジクミルパーオキサイド(1分間半減期温度:175℃)。
<イミド基含有単官能アクリレートA―1の合成>
300Lセパラブルフラスコに、5−ノルボルネン−2,3−ジカルボン酸無水物(日立化成工業(株)製、商品名:無水ハイミック酸)100gとトルエン130gを入れ、攪拌機、窒素導入管、滴下ろうと、温度計を設置した。ここに窒素を40ml/分で導入、攪拌しながら、モノエタノールアミン38.4gを滴下ろうとを用いて滴下した。滴下終了後、滴下ろうとをDean−Stark水分定量器に替えて加温を開始し、液温が100℃となるようにして3時間還流した。
上記反応後、メタクリル酸エチル91.5g、重合禁止剤としてメトキノン0.088gを入れて精留塔を設置し、窒素を40ml/分で導入しながら液温が75℃になるように調節して、系内の水分を除去した。系内の水分が300ppm以下であることを確認した後、触媒としてのチタンテトライソプロポキシド0.8gを入れ、反応温度が90℃になるように制御した。反応液を加熱還流し、生成するエタノールとメタクリル酸エチル及びトルエンを75℃で4時間共沸させた。
反応液をガスクロマトグラフィ分析し、エステル転換率が99%となったところで、反応終了とした。次に、17質量%食塩水1gを加えて触媒(チタンテトライソプロポキシド)を加水分解した。15分静置した後、デカンテーションにより有機層をナス型フラスコにとり、ロータリーエバポレータを用いて、過剰なメタクリル酸エチル及びトルエンを減圧下留去してから、吸引ろ過によりナスフラスコ内液をろ過して、ハイミック酸イミドエチルメタクリレートを143g得た。得られたハイミック酸イミドエチルメタクリレートの純度は99%であり、5%重量減少温度は220℃、25℃での粘度は1200mPa・sであった。
上記の5%重量減少温度は、サンプルを示差熱熱重量同時測定装置(エスアイアイ・ナノテクノロジー社製、商品名「TG/DTA6300」)を用いて、昇温速度10℃/min、窒素フロー(400ml/分)下で測定した。
上記の粘度は、東京計器製造所製のEHD型回転粘度計を用い、サンプル量0.4mL、3°コーンの条件下、25℃で測定した。
Figure 0005477389
Figure 0005477389
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上記で得られた接着剤組成物について、下記の方法にしたがって粘度、(A)成分重合体のTg、膜厚、光照射後のタック、空気下で光照射した後のタック、最低溶融粘度、熱圧着性、光照射後の5%重量減少温度、及び260℃接着強度を評価した。
<(A)成分の粘度及び接着剤組成物の粘度>
東京計器製造所製のEHD型回転粘度計を用い、サンプル量0.4mL、3°コーンの条件下、25℃における粘度を測定した。
<(A)成分重合体のTg>
(A)成分にI−379EG(チバ・ジャパン社製)を組成物全量基準で3質量%となる割合で溶解させた組成物を、PET(ポリエチレンテレフタレート)フィルム上に膜厚30μmとなるように塗布し、この塗膜に、高精度平行露光機(オーク製作所製、商品名:EXM−1172−B−∞)によって1000mJ/cmで露光して得られたフィルムを膜厚150μmとなるように積層して得られた積層体について、粘弾性測定装置(レオメトリックス・サイエンティフィック・エフ・イー(株)製、商品名:ARES)を用いて−50℃〜200℃におけるtanδピーク温度を測定し、(A)成分の重合体のTgを求めた。なお、測定プレートは、直径8mmの平行プレートを用い、測定条件は、昇温速度5℃/min、測定温度−50℃〜200℃、周波数1Hzとした。
<膜厚>
接着剤組成物をシリコンウェハ上にスピンコート(2000rpm/10s、更に4000rpm/20s)によって塗布し、得られた塗膜に、離型処理したPETフィルムをラミネートし、高精度平行露光機(オーク製作所製、「EXM−1172−B−∞」(商品名))により1000mJ/cmで露光を行なう。その後、表面粗さ測定器(小坂研究所製)を用いて接着剤層の厚みを測定した。
<光照射後のタック(表面タック力)>
接着剤組成物をシリコンウェハ上にスピンコート(2000rpm/10s、更に4000rpm/20s)によって塗布し、得られた塗膜に、離型処理したPETフィルムをラミネートし、高精度平行露光機(オーク製作所製、「EXM−1172−B−∞」(商品名)、強度:13mW/cm)により1000mJ/cmで露光を行なう。その後、30℃での表面のタック強度をレスカ社製のプローブタッキング試験機を用いて、プローブ直径:5.1mm、引き剥がし速度:10mm/s、接触荷重:100gf/cm、接触時間:1sにより、30℃におけるタック力を5回測定し、その平均値を算出した。
<空気下で光照射した後のタック(表面タック力)>
接着剤組成物をシリコンウェハ上にスピンコート(2000rpm/10s、更に4000rpm/20s)によって塗布した。得られた塗膜に、室温空気下で高精度平行露光機(オーク製作所製、「EXM−1172−B−∞」(商品名))により1000mJ/cmで露光を行なった。その後、レスカ社製のプローブタッキング試験機を用いて、プローブ直径:5.1mm、引き剥がし速度:10mm/s、接触荷重:100gf/cm、接触時間:1sにより、30℃での接着剤層表面のタック強度を5回測定し、その平均値を算出した。
<最低溶融粘度>
接着剤組成物をPETフィルム上に膜厚50μmとなるように塗布する。得られた塗膜に、室温空気下で高精度平行露光機(オーク製作所製、「EXM−1172−B−∞」(商品名))により1000mJ/cmで露光を行なった。得られた接着シートをテフロン(登録商標)シート上に、接着剤層をテフロン(登録商標)シート側にしてロール(温度60℃、線圧4kgf/cm、送り速度0.5m/分)で加圧することによって厚みが約200μmとなるように積層した。得られたサンプルを粘弾性測定装置(レオメトリックス・サイエンティフィック・エフ・イー株式会社製、商品名:ARES)を用いて測定した。測定プレートは直径25mmの平行プレート、測定条件は昇温10℃/min、周波数1Hzに設定した。20℃〜200℃での溶融粘度の最低値を最低溶融粘度とした。
<熱圧着性>
接着剤組成物をシリコンウェハ上にスピンコート(2000rpm/10s、更に4000rpm/20s)によって塗布した。得られた塗膜に、離型処理したPETフィルムをラミネートし、高精度平行露光機(オーク製作所製、「EXM−1172−B−∞」(商品名))により1000mJ/cmで露光を行なった後、3×3mm角にシリコンウェハを切り出した。切り出した接着剤付きシリコンチップを予め5×5mm角に切り出したシリコンチップ上に載せ、200gfで加圧しながら、120℃で2秒間圧着した。得られたサンプルについて、せん断接着力試験機「Dage−4000」(商品名)を用いて室温でのせん断接着力を測定し、1MPa以上であるものを「A」、1MPaを下回るものを「C」とした。
<光照射後の5%重量減少温度>
接着剤組成物をシリコンウェハ上にスピンコート(2000rpm/10s、更に4000rpm/20s)によって塗布した。得られた塗膜に、離型処理したPETフィルムをラミネートし、高精度平行露光機(オーク製作所製、「EXM−1172−B−∞」(商品名))により1000mJ/cmで露光を行なう。その後、得られた接着剤を示差熱熱重量同時測定装置(エスアイアイ・ナノテクノロジー社製、商品名「TG/DTA6300」)を用いて、昇温速度10℃/min、窒素フロー(400ml/分)下で5%重量減少温度を測定した。
<260℃接着強度(せん断接着強度)>
接着剤組成物をシリコンウェハ上にスピンコート(2000rpm/10s、更に4000rpm/20s)によって塗布した。得られた塗膜に、離型処理したPETフィルムをラミネートし、高精度平行露光機(オーク製作所製、「EXM−1172−B−∞」(商品名))により1000mJ/cmで露光を行なった後、3×3mm角にシリコンウェハを切り出した。切り出した接着剤付きシリコンチップを予め5×5mm角に切り出したシリコンチップ上に載せ、100gfで加圧しながら、120℃で2秒間圧着した。その後、140℃、1時間、次いで180℃、3時間オーブンで加熱し接着サンプルを得た。得られたサンプルについて、せん断接着力試験機「Dage−4000」(商品名)を用いて260℃でのせん断接着力を測定した。これをせん断接着強度の値とした。
1…半導体ウェハ、2…半導体チップ、4…粘着テープ(バックグラインドテープ)、5…接着剤組成物(接着剤層)、6…粘着テープ(ダイシングテープ)、7…支持部材、8…グラインド装置、9…露光装置、10…ウェハリング、11…ダイシングブレード、12…ダイボンド装置、14,15…熱盤、16…ワイヤ、17…封止材、18…接続端子、100…半導体装置、S1…半導体ウェハの回路面、S2…半導体ウェハの裏面。

Claims (13)

  1. (A)放射線重合性化合物、(B)光開始剤、及び(C)熱硬化性樹脂、を含む半導体用接着剤組成物であって、
    前記(A)成分が、25℃で液状であり且つ分子内に1つの炭素−炭素二重結合を有する化合物を含み、
    前記半導体用接着剤組成物が25℃で液状であり且つ溶剤の含有量が5質量%以下であり、25℃での粘度が10〜30000mPa・sである、半導体用接着剤組成物。
  2. 前記(A)成分がイミド基又は水酸基を有する単官能(メタ)アクリレートである、請求項1に記載の半導体用接着剤組成物。
  3. 前記(A)成分の5%重量減少温度が150℃以上である、請求項1又は2に記載の半導体用接着剤組成物。
  4. 前記(A)成分の25℃での粘度が1000mPa・s以下である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の半導体用接着剤組成物。
  5. 前記(A)成分を重合して得られる重合体のTgが100℃以下である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の半導体用接着剤組成物。
  6. (D)熱ラジカル発生剤を更に含有する、請求項1〜5のいずれか一項に記載の半導体用接着剤組成物。
  7. 前記半導体用接着剤組成物が、前記(A)成分として単官能(メタ)アクリレートを(A)成分全量に対して20〜100質量%の割合で含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載の半導体用接着剤組成物。
  8. 前記半導体用接着剤組成物が、該組成物からなる接着剤層を光照射によりBステージ化したときに5%重量減少温度が150℃以上となるものである、請求項1〜7のいずれか一項に記載の半導体用接着剤組成物。
  9. 前記半導体用接着剤組成物が、該組成物からなる接着剤層を光照射によりBステージ化し、更に加熱硬化したときに5%重量減少温度が260℃以上となるものである、請求項1〜8のいずれか一項に記載の半導体用接着剤組成物。
  10. 半導体素子同士及び/又は半導体素子と半導体素子搭載用支持部材とが請求項1〜9のいずれか一項に記載の半導体用接着剤組成物により接着された構造を有する、半導体装置。
  11. 半導体ウェハの一方面上に、請求項1〜9のいずれか一項に記載の半導体用接着剤組成物を塗布して接着剤層を設ける工程と、
    前記接着剤層に光照射する工程と、
    光照射された前記接着剤層とともに前記半導体ウェハを切断して接着剤層付き半導体素子を得る工程と、
    前記接着剤層付き半導体素子と、他の半導体素子又は半導体素子搭載用支持部材とを、前記接着剤層付き半導体素子の接着剤層を挟んで圧着することにより接着する工程と、を備える、半導体装置の製造方法。
  12. 半導体素子に、請求項1〜9のいずれか一項に記載の半導体用接着剤組成物を塗布して接着剤層を設ける工程と、
    前記接着剤層に光照射する工程と、
    光照射された前記接着剤層を有する前記半導体素子と、他の半導体素子又は半導体素子搭載用支持部材とを、光照射された前記接着剤層を挟んで圧着することにより接着する工程と、を備える、半導体装置の製造方法。
  13. 半導体素子搭載用支持部材に、請求項1〜9のいずれか一項に記載の半導体用接着剤組成物を塗布して接着剤層を設ける工程と、
    前記接着剤層に光照射する工程と、
    光照射された前記接着剤層を有する前記半導体素子搭載用支持部材と、半導体素子とを、光照射された前記接着剤層を挟んで圧着することにより接着する工程と、を備える、半導体装置の製造方法。
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