JP5493327B2 - 封止充てん用樹脂組成物、並びに半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、封止充てん用樹脂組成物、並びに半導体装置及びその製造方法に関する。

近年、電子機器の小型化、高機能化の進展に伴って、半導体装置に対して小型化、薄型化及び電気特性の向上(高周波伝送への対応など)が求められている。そのため、ワイヤーボンディングで半導体チップを基板に実装する従来の方式から、半導体チップにバンプと呼ばれる導電性の突起を形成してこれを基板電極と直接接続するフリップチップ接続方式への移行が進んでいる。フリップチップ接続方式においてバンプと基板電極との接続を得る方法として、はんだやスズなどを用いて金属接合させる方法、超音波振動を印加して金属接合させる方法、樹脂の収縮力を利用して機械的接触を保持する方法などが知られている。中でも、生産性や接続信頼性の観点から、はんだやスズなどを用いて金属接合させる方法が広く用いられている。特にはんだを用いる方法は、高い接続信頼性を示すことからＭＰＵなどの実装のために適用されている。

フリップチップ接続方式では、半導体チップと基板の熱膨張係数差に由来する熱応力が接続部に集中して接続部が破壊する場合がある。これを防いで接続信頼性を高めるために、半導体チップと基板の間の空隙を樹脂で封止充てんし、熱応力を分散する必要がある。一般に、樹脂による封止充てんは、半導体チップと基板をはんだなどを用いて接続した後、空隙に液状封止樹脂を、毛細管現象を利用して注入する方式が採用して行われる。

ところで、半導体チップと基板を接続する際には、はんだなどのバンプ表面の酸化膜を還元除去して金属接合を容易にするために、ロジンや有機酸などを含むフラックスが用いられる。このフラックスの残渣が残ると、液状樹脂を注入したときの気泡発生や、酸成分による配線の腐食の原因となり、接続信頼性が低下する。したがって、フラックス残渣を洗浄する工程が必須であった。しかし、近年の接続ピッチの狭ピッチ化に伴い、半導体チップと基板の間の空隙が狭くなっているため、フラックス残渣の洗浄が困難になる傾向がある。

そこで、はんだなどの金属の表面に存在する酸化膜を還元除去する性質（以下「フラックス活性」と記す。）を示す封止樹脂を用いる方法が提案されている。フラックス活性を示す封止樹脂としては、カルボン酸などの有機酸を配合したものが検討されている（特許文献１〜３）。これらの封止樹脂を基板に供給した後、半導体チップと基板を接続すると同時に、半導体チップと基板の間の空隙が封止樹脂で封止充される。これにより、フラックス残渣の洗浄を省略することができる。
特開２００１−２２３２２７号公報 特開２００５−２７２５４７号公報 特開２００６−１６９４０７号公報

しかし、フラックス活性を付与するために従来用いられている有機酸は、封止樹脂に広く用いられているエポキシ樹脂の硬化剤としても作用することから、反応性の制御や保存安定性の確保が困難であったり、酸成分によって配線の腐食が発生し、絶縁信頼性が低下したりする場合があった。また、液状の封止樹脂をディスペンスなどにより基板に塗布する際に、樹脂粘度の経時変化によって、供給量を安定的に制御することが困難になる場合があった。さらには、半導体チップと基板の間の狭い空隙に液状樹脂を注入するのに長時間を要し、生産性が低下するという問題もあった。

そこで、本発明は、良好なフラックス活性を示すと同時に、接続信頼性に優れた半導体装置の効率的な製造を可能にする封止充てん用の樹脂組成物を提供することを目的とする。また、本発明は、接続信頼性に優れた半導体装置及びこれを良好な生産性で得ることを可能にする方法を提供することを目的とする。

本発明者は、これらの課題を解決するために鋭意検討した結果、エポキシ樹脂及びその硬化剤を含有する樹脂組成物に、アルコール性水酸基を少なくとも２個有するアルコール化合物を添加することによって、絶縁信頼性を大きく損なうことなく優れたフラックス活性が得られることを見出し、係る知見に基づいて本発明を完成させた。

すなわち、本発明は、基板、半導体チップ又は半導体ウエハに貼り付けて用いられる半導体装置封止充てん用フィルム状樹脂組成物であって、エポキシ樹脂と、硬化剤と、２以上のアルコール性水酸基を有するアルコール化合物と、熱可塑性樹脂と、を含有し、前記熱可塑性樹脂がフェノキシ樹脂又はポリイミド樹脂であり、前記アルコール化合物の配合量が、前記エポキシ樹脂及び前記熱可塑性樹脂の合計量１００重量部に対して０．５〜２０重量部であり、前記エポキシ樹脂及び前記熱可塑性樹脂の合計量１００重量部に対して、前記エポキシ樹脂の配合量が５０〜９０重量部であり、かつ前記熱可塑性樹脂の配合量が１０〜５０重量部である、半導体装置封止充てん用フィルム状樹脂組成物に関する。

上記本発明に係る樹脂組成物は、上記特定の成分を組み合わせたことにより、封止充てん用の樹脂として用いられたときに、良好なフラックス活性を示すと同時に、優れた接続信頼性が得られる。

アルコール化合物は、三級窒素原子を有することが好ましい。これにより更に優れたフラックス活性が得られる。

硬化剤は、保存安定性と硬化物の耐熱性に優れるイミダゾール化合物を含むことが好ましい。

本発明に係る樹脂組成物は、無機フィラーを更に含有することが好ましい。

本発明に係る樹脂組成物は、熱可塑性樹脂を更に含有し、フィルム状であることが好ましい。熱可塑性樹脂を樹脂組成物に配合することによって容易に樹脂組成物をフィルム状とすることが可能である。フィルム状の樹脂組成物は取扱扱性や作業性に優れ、これを用いて良好な生産性で接続信頼性に優れた半導体装置を製造することが可能である。

別の側面において、本発明は半導体装置の製造方法に関する。本発明に係る製造方法は、基板とこれにフリップチップ接続される半導体チップとの間を、上記本発明に係る樹脂組成物によって封止充てんする工程を含む。あるいは、本発明に係る製造方法は、基板とこれに接続される半導体パッケージとの間を、上記本発明に係る樹脂組成物によって封止充てんする工程を含む。

上記本発明に係る製造方法によれば、接続信頼性に優れた半導体装置を良好な生産性で得ることが可能である。

更に本発明は、上記本発明に係る製造方法によって得ることのできる半導体装置に関する。本発明に係る半導体装置は優れた接続信頼性を有する。

本発明によれば、良好なフラックス活性を示すと同時に、接続信頼性に優れた封止充てん用の樹脂組成物が提供される。また、本発明によれば、接続信頼性に優れた半導体装置及びこれを良好な生産性で得ることが可能である。

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。

本実施形態に係る樹脂組成物は、熱可塑性樹脂と、エポキシ樹脂と、硬化剤と、２以上のアルコール性水酸基を有するアルコール化合物とを含有する。

エポキシ樹脂としては、２官能以上の各種多官能エポキシ樹脂が用いられる。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、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ハイドロキノン型エポキシ樹脂、ジフェニルスルフィド骨格含有エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型多官能エポキシ樹脂、ナフタレン骨格含有多官能エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン骨格含有多官能エポキシ樹脂、トリフェニルメタン骨格含有多官能エポキシ樹脂、アミノフェノール型エポキシ樹脂及びジアミノジフェニルメタン型エポキシ樹脂からなる群より選ばれるエポキシ樹脂が用いられる。これらのエポキシ樹脂は単独または２種以上を混合して用いてもよい。これらの中でも、低粘度化、低吸水率、高耐熱性の観点から、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、ナフタレン骨格含有多官能エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン骨格含有多官能エポキシ樹脂及びトリフェニルメタン骨格含有多官能エポキシ樹脂が好ましい。エポキシ樹脂は２５℃で液状でも固形でも構わないが、例えばはんだを加熱溶融させて接続する場合、固形のエポキシ樹脂の融点又は軟化点は、はんだの融点よりも低いことが望ましい。

硬化剤としては、イミダゾール化合物、酸無水物、アミン、ヒドラジド化合物、ポリメルカプタン、ルイス酸−アミン錯体などを用いることができる。その中でも、保存安定性と硬化物の耐熱性に優れるイミダゾール化合物が望ましい。商業的に入手可能なイミダゾール化合物としては、例えば、２ＭＺ、Ｃ１１Ｚ、２ＰＺ、２Ｅ４ＭＺ、２Ｐ４ＭＺ、１Ｂ２ＭＺ、１Ｂ２ＰＺ、２ＭＺ−ＣＮ、２Ｅ４ＭＺ−ＣＮ、２ＰＺ−ＣＮ、Ｃ１１Ｚ−ＣＮ、２ＰＺ−ＣＮＳ、Ｃ１１Ｚ−ＣＮＳ、２ＭＺ−Ａ、Ｃ１１Ｚ−Ａ、２Ｅ４ＭＺ−Ａ、２Ｐ４ＭＨＺ、２ＰＨＺ、２ＭＡ−ＯＫ及び２ＰＺ−ＯＫ（四国化成工業株式会社製、製品名）がある。これらのイミダゾール類をエポキシ樹脂と付加させた化合物を用いてもよい。また、これら硬化剤をポリウレタン系、ポリエステル系の高分子物質等で被覆してマイクロカプセル化したものは可使時間が延長されるために好ましい。これらは単独または２種以上を混合して使用することもできる。

本実施形態に係る樹脂組成物は、エポキシ樹脂及び硬化剤の他に、これらとは異なる化合物であって、２以上のアルコール性水酸基を有するアルコール化合物を含有する。アルコール化合物としては、例えば、１，３−ジオキサン−５，５−ジメタノール、１，５−ペンタンジオール、２，５−フランジメタノール、ジエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ペンタエチレングリコール、ヘキサエチレングリコール、１，２，３−ヘキサントリオール、１，２，４−ブタントリオール、１，２，６−ヘキサントリオール、３−メチルペンタン−１，３，５−トリオール、グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、エリトリトール、ペンタエリトリトール、リビトール、ソルビトール、２，４−ジエチル−１，５−ペンタンジオール、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、１，３−ブチレングリコール、２−エチル−１，３−ヘキサンジオール、Ｎ−ブチルジエタノールアミン、Ｎ−エチルジエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、Ｎ，Ｎ−ビス（２−ヒドロキシエチル）イソプロパノールアミン、ビス（２−ヒドロキシメチル）イミノトリス（ヒドロキシメチル）メタン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（２−ヒドロキシエチル）エチレンジアミン、及び１，１’，１’’，１’’’−（エチレンジニトリロ）テトラキス（２−プロパノール）からなる群より選ばれる１種以上を用いることができる。これら中でも、三級窒素原子を有するアルコール化合物、例えば、Ｎ−ブチルジエタノールアミン、Ｎ−エチルジエタノールアミン、トリエタノールアミン、Ｎ，Ｎ−ビス（２−ヒドロキシエチル）イソプロパノールアミン、ビス（２−ヒドロキシメチル）イミノトリス（ヒドロキシメチル）メタン及びＮ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（２−ヒドロキシエチル）エチレンジアミン、１，１’，１’’，１’’’−（エチレンジニトリロ）テトラキス（２−プロパノール）は、その他の化合物に比較して、良好なフラックス活性を示すことから特に好ましい。三級窒素原子を有するアルコール化合物が良好なフラックス活性を示す詳細な理由は明らかではないが、アルコール性水酸基による酸化膜還元能と、３級窒素原子上の不対電子に由来する電子供与性による還元能が相乗的に作用することに起因していると推測される。これらの化合物は単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

例えばはんだを加熱溶融させて半導体チップを接続する場合、フラックス活性を付与するために添加するアルコール化合物が、加熱によって分解及び揮発せずに樹脂中に残っている必要がある。そのため、アルコール化合物のＴＧＡ（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｇｒａｖｉｍｅｔｏｒｙ Ａｎａｌｙｓｉｓ）法によって測定される熱重量変化率が０％となる（残存重量が０となる）最低温度が、はんだの溶融温度より高いことが望ましい。また、フラックス活性を付与するためにアルコール化合物が常温で固体状である場合、その溶融温度がはんだの溶融温度より低いことが好ましい。これにより、はんだの溶融温度において化合物が液体状態で存在することから、はんだ表面の酸化膜を均一に除去することができる。

本明細書において「フラックス活性」は、金属表面の酸化膜を還元除去して金属が容易に溶融できるようにし、更には、溶融した金属が濡れ広がるのを阻害せずに金属接合部が形成される状態を達成する性質を意味する。例えば、フラックス活性が十分であれば、はんだボールを銅板上などで加熱溶融させて接続する場合、はんだボールの径が初期よりも大きくなって銅表面に濡れ広がり、溶融後のはんだボールをシェア試験した際に、はんだと銅の界面で破断するのではなく、はんだボールのバルク破壊となる状態を達成できる。また、溶融後のはんだボールの初期径に対する変化率を、後述するはんだ濡れ広がり率として定義すると、良好なフラックス活性を実現するには、はんだ濡れ広がり率が２０％以上であることが好ましく、３０％以上であることがより好ましく、４０％以上であることがさらに好ましい。

熱可塑性樹脂は、例えば、フェノキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカルボジイミド樹脂、シアネートエステル樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ウレタン樹脂及びアクリルゴムからなる群より選ばれる。これらの熱可塑性樹脂は単独または２種以上の混合体や共重合体として使用することもできる。これらの中でも耐熱性およびフィルム形成性に優れるフェノキシ樹脂、ポリイミド樹脂、シアネートエステル樹脂及びポリカルボジイミド樹脂が好ましく、フェノキシ樹脂及びポリイミド樹脂がより好ましい。特に好ましいのは、フルオレン骨格を有するフェノキシ樹脂である。フルオレン骨格を有するフェノキシ樹脂は、ガラス転移点温度が約９０℃と他のフェノキシ樹脂（約６０℃）より高いため、これを用いることによりフィルム状樹脂組成物のガラス点移転温度が向上し、耐熱性の向上が期待できる。

熱可塑性樹脂の重量平均分子量は５０００より大きいことが望ましく、より望ましくは１００００以上であり、さらに望ましくは２００００以上である。重量平均分子量が５０００以下であるとフィルム形成能が低下する傾向がある。なお、この重量平均分子量はＧＰＣ（Ｇｅｌ Ｐｅｒｍｅａｔｉｏｎ Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ）を用いて、ポリスチレン換算で測定した値である。

熱可塑性樹脂の配合量は、熱可塑性樹脂及びエポキシ樹脂の合計量１００重量部に対して、５〜５０重量部であることが好ましく、５〜４０重量部であることがより好ましく、１０〜３５重量部であることが特に好ましい。この配合量が５重量部未満ではフィルム形成が困難となる傾向があり、５０重量部を超えると粘度が高くなって接続不良が発生する可能性がある。

エポキシ樹脂の配合量は、熱可塑性樹脂及びエポキシ樹脂の合計量１００重量部に対して、１０〜９０重量部であることが好ましく、１５〜９０重量部であることがより好ましく、２０〜８０重量部であることがさらに好ましい。この配合量が１０重量部未満では硬化物の耐熱性が低下する傾向があり、９０重量部を超えるとフィルム形成性が低下する傾向がある。

硬化剤の配合量は、当業者には理解されるように、硬化剤の種類に応じて、エポキシ樹脂との当量比等を考慮して適宜調整される。例えば硬化剤がイミダゾール化合物である場合、エポキシ樹脂１００重量部に対して０．１〜２０重量部であることが好ましく、１〜１０重量部であることがより好ましい。この配合量が０．１重量部未満では、十分な硬化が困難となる傾向がある。また２０重量部より多いと硬化物の耐熱性が低下する場合がある。

フラックス活性を付与するためのアルコール化合物の種類および配合量は、フラックス活性の有無だけでなく、フィルム形成性、フィルム製造時の作業性（ワニスの粘度変化など）、フィルムの取扱性（タック性、打ち抜きやスリットなどの加工性など）などを考慮して設定される。具体的には、アルコール化合物の配合量は、熱可塑性樹脂及びエポキシ樹脂の合計量１００重量部に対して、０．５〜２０重量部が好ましく、０．５〜１５重量部がより好ましく、１〜１０重量部がさらに好ましい。この配合量が０．５重量部未満では、フラックス活性向上の効果が小さくなる傾向があり、２０重量部を超えると、フィルム形成性が低下したり、硬化物の耐熱性が低下したりする可能性がある。

本実施形態に係る樹脂組成物は、無機フィラーを含有してもよい。無機フィラーとしては、特に限定されないが、例えば、ガラス、二酸化ケイ素（シリカ）、酸化アルミニウム（アルミナ）、酸化チタン（チタニア）、酸化マグネシウム（マグネシア）、カーボンブラック、マイカ及び硫酸バリウムが挙げられる。これらは単独または２種以上を混合して使用してもよい。また、無機フィラーは２種類以上の金属酸化物を含む複合酸化物（２種類以上の金属酸化物が単に混合されてなるものではなく、金属酸化物同士が化学的に結合して分離不能な状態となっているもの）であってもよい。例えば、二酸化ケイ素と酸化チタン、二酸化ケイ素と酸化アルミニウム、酸化ホウ素と酸化アルミニウム、二酸化ケイ素と酸化アルミニウムと酸化マグネシウムなどの組み合わせによって構成される複合酸化物が挙げられる。無機フィラーの平均粒径は、フリップチップ接続時に無機フィラーが接続部に捕捉されて電気的な接続を阻害することを防止するため、１０μｍ以下であることが望ましい。さらに、粘度や硬化物の物性を調整するために、粒径の異なる無機フィラーを２種以上組み合わせて用いてもよい。

無機フィラーの配合量は、熱可塑性樹脂及びエポキシ樹脂の合計量１００重量部に対して、２００重量部以下であることが好ましく、１５０重量部以下であることがより好ましい。この配合量が２００重量部より多いと、樹脂組成物の粘度が高くなり、接続不良が起きる可能性があり、また、フィルム状樹脂組成物の可とう性が低下して脆くなる傾向がある。

本実施形態に係る樹脂組成物は、硬化促進剤、シランカップリング剤、チタンカップリング剤、酸化防止剤、レベリング剤、及びイオントラップ剤などの添加剤をさらに含有してもよい。これらは単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせてもよい。配合量については、各添加剤の効果が発現するように調整すればよい。

樹脂組成物の１５０℃における粘度は、望ましくは５０Ｐａ・ｓ以下、より望ましくは４０Ｐａ・ｓ以下、さらに望ましくは３０Ｐａ・ｓ以下である。この粘度が５０Ｐａ・ｓより高いと、溶融した金属が濡れ広がることが阻害され、接続不良が発生する可能性がある。樹脂組成物の粘度は、例えば、ずり粘弾性測定装置（例えば、ティーエーインスツルメント株式会社製 ＡＲＥＳ）を用いて、直径８〜２５ｍｍの平行円板間にフィルム状樹脂組成物をみ、所定の温度において、周波数1〜１０Ｈｚの条件下で測定される。測定は全自動で行われる。また、円形に打ち抜いたフィルム状樹脂組成物をガラス板間に挟み、所定の温度において、所定の圧力で所定の時間加圧した際の加圧前後の樹脂厚みの変化から粘度を計算する方法を採用してもよい。この場合、次式（１）（平行板間の１軸圧縮流動に関するヒーリーの式）によって、粘度を算出できる。

η：粘度（Ｐａ・ｓ）
Ｆ：荷重（Ｎ）
ｔ：加圧時間（ｓ）
Ｚ：加圧後の樹脂厚み（ｍ）
Ｚ_０：加圧前の樹脂厚み（ｍ）
Ｖ：樹脂の体積（ｍ^３）

樹脂組成物の２６０℃におけるゲル化時間は、望ましくは１〜６０秒、より望ましくは３〜４０秒、さらに望ましくは５〜３０秒である。ゲル化時間が１秒より短いと、はんだなどが溶融する前に硬化してしまい、接続不良が発生する可能性があり、６０秒より長いと生産性が低下したり、硬化が不充分になって信頼性が低下したりする傾向がある。ゲル化時間は、フィルム状樹脂組成物を２６０℃に設定した熱板上に置き、スパチュラなどで攪拌し、攪拌不能になるまでの時間を指す。

本実施形態に係る樹脂組成物は、通常、フィルム状に成形された状態で封止充てん用樹脂として半導体装置の製造に用いられる。フィルム状樹脂組成物は、例えば、熱可塑性樹脂、エポキシ樹脂、硬化剤、アルコール化合物及び必要に応じて無機フィラー等の他の成分をトルエン、酢酸エチル、メチルエチルケトンなどの有機溶媒中で混合することによってワニスを作製する工程と、ワニスを、ナイフコーターやロールコーターを用いて、離型処理が施されたポリエチレンテレフタレート樹脂フィルムなどのフィルム基材上に塗布する工程と、フィルム基材上に塗布されたワニスから有機溶媒を除去する工程とを含む方法によって、製造することができる。

図１は、半導体装置の一実施形態を示す端面図である。図１に示す半導体装置１０１は、回路基板３と、回路基板３に搭載された半導体チップ５と、回路基板３と半導体チップ５の間隙を充てんする封止充てん層１０ａとを備える半導体パッケージである。半導体チップ５の回路基板３側の主面上にバンプ５０が設けられている。回路基板３は、インターポーザー３１と、インターポーザー３１の半導体チップ５側の主面上に設けられた配線３３と、インターポーザー３１の半導体チップ５とは反対側の主面上に設けられた電極パッド３５と、電極パッド３５上に設けられたはんだボール３７とを有する。回路基板３の配線３３と半導体チップ５のバンプ５０とが接合されている。

図２も、半導体装置の一実施形態を示す端面図である。図２に示す半導体装置１０２は、マザーボード２と、マザーボード２上に搭載された半導体パッケージ１０１と、マザーボード２と半導体パッケージ１０１との間の間隙を充てんする封止充てん層１０ｂとを備える。マザーボード２は、絶縁基板２１と、絶縁基板２１の半導体パッケージ１０１側の主面上に設けられた配線２２と、絶縁基板２１の内部に設けられた内部配線２７と、絶縁基板２１の表面に設けられた導電性のビア２３とを有する。ビア２３の一部は、絶縁基板２１内に形成された貫通孔２５の壁面上に形成されている。マザーボード２の配線２２と半導体パッケージ１０１のはんだボール１とが接合されている。

封止充てん層１０ａ及び１０ｂは、上述の実施形態に係るフィルム状樹脂組成物を硬化することによって形成されている。言い換えると、封止充てん層１０ａ及び１０ｂは、フィルム状樹脂組成物の硬化物である。本実施形態に係るフィルム状樹脂組成物は、良好なフラックス活性を示すことから、はんだ等によって形成された導電性突起を介して半導体チップを基板にフリップチップ接続するときに特に好適に用いられる。

半導体チップ５としては、特に限定はなく、シリコン、ゲルマニウムなどの元素半導体、ガリウムヒ素、インジウムリンなどの化合物半導体等、各種半導体を用いることができる。

回路基板３は、例えば、ガラスエポキシ、ポリイミド、ポリエステル、セラミックなどの絶縁基板表面に形成された銅などの金属層の不要な個所をエッチングにより除去して配線パターンを形成する方法、絶縁基板表面に銅めっきなどによって配線パターンを形成する方法、又は絶縁基板表面に導電性物質を印刷して配線パターンを形成する方法によって得られる。配線パターンの表面には、低融点はんだ、高融点はんだ、スズ、インジウム、金、ニッケル、銀、銅、パラジウムなどからなる金属層が形成されていてもよく、この金属層は単一の成分のみで構成されていても、複数の成分から構成されていてもよい。また、複数の金属層が積層された構造をしていてもよい。回路基板３に代えて、半導体チップ３とは別の半導体チップを用いてもよい。

導電性突起であるバンプ５０の材質は、例えば、低融点はんだ、高融点はんだ、スズ、インジウム、金、銀及び銅から選ばれる。バンプ５０は単一の成分のみで構成されていても、複数の成分から構成されていてもよい。また、バンプ５０はこれらの金属が積層された構造をなすように形成されていてもよい。バンプは半導体チップに形成されていてもよいし、基板に形成されていてもよいし、半導体チップと基板の両方に形成されていてもよい。

半導体パッケージとしては、例えばＣＳＰ（チップサイズパッケージ）やＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）が挙げられる。また、半導体チップの電極部を半導体チップ表面上で再配線することによって、インターポーザーを用いないで基板に搭載可能とした半導体パッケージである、ウエハーレベルパッケージと呼ばれるものもある。

図３は、半導体装置の製造方法の一実施形態を示す工程図である。図３においては、半導体チップ５とこれに接続される回路基板３との間の間隙を、フィルム状樹脂組成物１によって封止充てんする工程が端面図によって示されている。

絶縁基板（インターポーザー）３１及び配線３３を有する回路基板３を準備し、回路基板３の配線３３側の面にフィルム状樹脂組成物１を貼り付ける。貼り付けは加熱プレス、ロールラミネート、真空ラミネートなどによって行うことができる。フィルム状樹脂組成物１の供給量は貼付面積とフィルム厚みによって設定され、半導体チップの大きさ、バンプ高さなどによって規定される。粘度等の経時変化が起きても、供給量を容易に制御することができる。また、フィルム状樹脂組成物は半導体チップに貼り付けられてもよく、半導体ウエハにフィルム状樹脂組成物を貼り付けた後、ダイシングして、半導体チップに個片化することによって、フィルム状樹脂組成物を貼り付けた半導体チップを作製することもできる。

続いて、半導体チップ５と回路基板３とを、ステージ７１及び接続ヘッド７２を有するフリップチップボンダーなどの接続装置を用いて位置合わせし、半導体チップ５と回路基板３をはんだバンプの融点以上の温度で加熱しながら押し付けて、半導体チップ５と回路基板３を接続するとともに、溶融したフィルム状樹脂組成物１によって半導体チップ５と回路基板３の間の空隙を封止充てんする。加熱及び加圧により封止充てん層１０が形成されて、半導体装置１０３が得られる。この際、フィルム状樹脂組成物１のフラックス活性によって、バンプ（はんだバンプ）５０表面の酸化膜が還元除去され、バンプ５０が溶融し、金属接合による接続部が形成される。また、半導体チップと基板を位置合わせして、はんだバンプが溶融しない温度で加熱しながら押し付けることによってフィルム状樹脂組成物を溶融させて、半導体チップのバンプと基板電極の間の樹脂を除去するとともに、半導体チップと基板間の空隙を封止充てんして、半導体チップと基板を仮固定した後、リフロー炉で加熱処理することによってはんだバンプを溶融させて半導体チップと基板を接続することによって半導体装置を製造してもよい。

さらに、接続信頼性を高めるために、半導体装置を加熱オーブンなどで加熱処理し、フィルム状樹脂組成物の硬化をさらに進行させてもよい。

基板を個片化する前に、複数の基板がつながった状態において、基板全体にフィルム状樹脂組成物を貼り付け、半導体チップを接続した後、個片化してもよい。また、半導体チップに個片化する前の半導体ウエハにフィルム状接着剤を貼り付け、ダイシングによって半導体チップに個片化してもよい。

フィルム状接着剤を基板または半導体チップに貼り付けた後、個片化する方法においては、個片化する位置や基板と半導体チップの位置合わせを行うための位置合わせマークをフィルム状樹脂組成物を通して認識するため、フィルム状樹脂組成物の透過率は、波長５５５ｎｍの光に対して、１５％以上あることが望ましい。フィルム状樹脂組成物が無機フィラーを含有している場合、無機フィラーと樹脂の屈折率をほぼ同一にすることによって、前述の透過率を達成できる。例えば、樹脂としてエポキシ樹脂を用いる場合、無機フィラーの屈折率はエポキシ樹脂の屈折率約１．６に対して、１．５３〜１．６５であることが望ましい。このような屈折率を示す無機フィラーとしては、硫酸バリウム、酸化マグネシウム、二酸化ケイ素と酸化チタンからなる複合酸化物、二酸化ケイ素と酸化アルミニウムからなる複合酸化物、酸化ホウ素と酸化アルミニウムからなる複合酸化物、二酸化ケイ素と酸化アルミニウムと酸化マグネシウムからなる複合酸化物などが挙げられる。

以下、参考例、実施例及び比較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、本発明の範囲はこれらによって限定されるものではない。

（参考例）
（ａ）熱可塑性樹脂として、フェノキシ樹脂ＦＸ２９３（東都化成株式会社製、製品名）２５重量部、（ｂ）エポキシ樹脂として、固形多官能エポキシ樹脂ＥＰ１０３２Ｈ６０（ジャパンエポキシレジン製、製品名）３０重量部及び液状ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂ＥＰ８２８（ジャパンエポキシレジン製、製品名）４５重量部、（ｄ）アルコール性水酸基を有する化合物として、表１に示す化合物を５重量部、球状シリカフィラーとしてＳＥ６０５０（株式会社アドマテックス製、製品名、平均粒径２μｍ）１００重量部を、トルエン−酢酸エチル溶媒中に固形分濃度が６０〜７０重量％になるように溶解して、ワニスを作製した。このワニスをセパレータフィルム（ＰＥＴフィルム）上にナイフコーターを用いて塗布し、その後７０℃のオーブンで１０分間乾燥させることによって、厚さ４０〜４５μｍの参考例１〜１２のフィルム状樹脂組成物を作製した。得られたフィルム状樹脂組成物をホットロールラミネータにて２枚重ね合わせることにより合計の厚さが８０〜９０μｍとなるように調整し、これを下記評価において使用した。

（フラックス活性評価方法）
２５ｍｍ角に切断した両面銅はく付きガラスエポキシ基板（ＭＣＬ−Ｅ−６７９Ｆ、日立化成工業株式会社製、製品名、厚み０．３ｍｍ、脱脂及び酸洗処理済み）の銅表面に、１０ｍｍ角に切り出したフィルム状樹脂組成物を貼り付け、セパレータフィルムをはく離した。次いで、フィルム状樹脂組成物の上に、はんだボール（Ｍ７０５（Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ）、千住金属工業株式会社製、製品名、ボール径０．４ｍｍ、融点２１７〜２２０℃）を５個配置し、さらに、カバーガラス（サイズ１８ｍｍ角、厚み０．１７ｍｍ）を置いて評価用サンプルを得た。各参考例のフィルム状樹脂組成物について評価用サンプルを２個ずつ準備した。この評価用サンプルを、１６０℃に加熱した熱板上に３０秒置き、引き続いて２６０℃に加熱した熱板上に３０秒置いてから室温（２５℃）に戻した。その後、評価用サンプルをメチルエチルケトン中に浸漬して、フィルム状樹脂組成物を溶解により除去した。フィルム状樹脂組成物の除去後、ガラスエポキシ基板の表面に残ったはんだボールの数および直径を計測した。計測結果から、「はんだ濡れ広がり率」を次式（２）に従って算出した。
はんだ濡れ広がり率（％）＝（基板表面に残ったはんだボールの直径−初期はんだボール直径）／初期はんだボール直径×１００ ・・・式（２）

さらに、ガラスエポキシ基板の表面に残ったはんだボールについて、シェア試験を実施した。シェア試験の際の破壊モードを、はんだボールと銅はくの界面で破断した場合をＡモード、はんだボールのバルク破壊となった場合をＢモードに分類し、Ｂモードを合格と判断した。なお、シェア試験はデイジ社製ボンドテスターシリーズ４０００（製品名）を用いて、室温（２５℃）において、シェア高さ５０μｍ、シェア速度１００μｍ／ｓの条件で行った。

（揮発終了温度の測定）
化合物の揮発終了温度（熱重量変化率が０％となる最低温度）の測定は、セイコーインスツルメント社製ＴＧ／ＤＴＡ６３００（製品名）を用いて、昇温速度１０℃／ｍｉｎ、エア流量２００ｍｌ／ｍｉｎ、測定温度範囲３０〜３００℃、サンプル重量５〜１０ｍｇで行った。

フラックス活性及び揮発終了温度の評価結果を表１に示す。表中、備考欄にアルコール化合物等の製造メーカを記した。

アルコール化合物を添加しなかった参考例１では、フェノキシ樹脂やエポキシ樹脂中に存在するアルコール性水酸基に起因すると思われるフラックス活性が認められるが、その効果は不充分である。アルコール性水酸基を１個有する１−ドデカノールを用いた参考例２も、充分なフラックス活性は示さなかった。参考例３〜１１のように、アルコール性水酸基を２以上有するアルコール化合物を添加することによって、参考例１、２と比較して、はんだボール残存率及びはんだ濡れ広がり率が向上した。また、シェア試験の破壊モードがはんだボールのバルク破壊（Ｂモード）となった。このように、参考例３〜１１は、有機酸である２，５−ジヒドロキシ安息香酸と同等のフラックス活性を示すことが分かる。

（実施例１〜４、及び比較例1〜３）
（ａ）熱可塑性樹脂として、フェノキシ樹脂ＦＸ２９３（東都化成株式会社製、製品名）２５重量部、（ｂ）エポキシ樹脂として、固形多官能エポキシ樹脂ＥＰ１０３２Ｈ６０（ジャパンエポキシレジン製、製品名）３０重量部及び液状ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂ＥＰ８２８（ジャパンエポキシレジン製、製品名）４５重量部、（ｃ）硬化剤として、２，４−ジヒドロキシメチル−５−フェニルイミダゾール２ＰＨＺ（四国化成株式会社製、製品名）３重量部、（ｄ）表２に示すアルコール化合物又は有機酸を５重量部、球状シリカフィラーとしてＳＥ６０５０（株式会社アドマテックス製、製品名）１００重量部を、トルエン−酢酸エチル溶媒中に固形分濃度が６０〜７０重量％になるように溶解して、ワニスを作製した。このワニスをセパレータフィルム（ＰＥＴフィルム）上にナイフコーターを用いて塗布し、その後７０℃のオーブンで１０分間乾燥させることによって、厚さ４０〜４５μｍの実施例１〜４及び比較例１〜３のフィルム状樹脂組成物を作製した。得られたフィルム状樹脂組成物をホットロールラミネータにて２枚重ね合わせることにより合計の厚さが８０〜９０μｍとなるように調整し、これを下記評価において使用した。

（比較例４）
フィラーの配合量を２２０重量部にしたこと以外は比較例３と同様にして、フィルム状樹脂組成物を作製した。

フィルム状樹脂組成物の硬化物の物性を、以下のようにして測定した。
（平均線膨張係数の測定）
フィルム状樹脂組成物を２００℃、１時間の加熱条件で硬化し、硬化後のフィルムから３．０ｍｍ×２５ｍｍの大きさを有する試験片を切り出した。セイコーインスツルメント社製ＴＭＡ／ＳＳ６０００（製品名）を用いて、チャック間距離１５ｍｍ、測定温度範囲２０〜３００℃、昇温速度５℃／ｍｉｎ、試験片断面積に対して０．５ＭＰａとなる引っ張り荷重の条件で測定を行なった。測定結果から、４０〜１００℃の温度範囲における平均線膨張係数を算出した。

（弾性率及びガラス転移温度（Ｔｇ）の測定）
フィルム状樹脂組成物を２００℃、１時間の加熱条件で硬化し、硬化後のフィルムから５．０ｍｍ×４５ｍｍの大きさを有する試験片を切り出した。セイコーインスツルメント社製ＤＭＳ６１００（製品名）を用いて、チャック間距離２０ｍｍ、周波数１Ｈｚ、測定温度範囲２０〜３００℃、昇温速度５．０℃／ｍｉｎの条件で、貯蔵弾性率、損失弾性率、及びｔａｎδの測定を行い、４０℃での貯蔵弾性率、およびＴｇ（ｔａｎδのピーク温度）を読み取った。

（粘度測定）
１５ｍｍ角（厚さ０．７ｍｍ）のガラス板の上に直径４ｍｍの円形に打ち抜いたフィルム状樹脂組成物を貼り付け、セパレーターフィルムをはく離し、そこに、フィルム状樹脂組成物を覆うカバーガラス（サイズ１８ｍｍ角、厚さ０．１７ｍｍ）を載せて、評価用サンプルを準備した。これを、フリップチップボンダーＦＣＢ３（パナソニックファクトリーソリューションズ製、製品名）に配置し、ヘッド温度１８５℃、ステージ温度５０℃、荷重１２．６Ｎ、加圧時間１ｓ（到達１５０℃）の条件で加熱及び加圧した。樹脂体積を一定と仮定すると式（３）の関係が成立することから、加圧後の半径を顕微鏡で測定し、前述した式（１）に従い、１５０℃での粘度を算出した。
Ｚ／Ｚ_０＝（ｒ_０／ｒ）^２ 式（３）
Ｚ_０：加圧前の樹脂厚み
Ｚ：加圧後の樹脂厚み
ｒ_０：加圧前の樹脂の半径（直径４ｍｍで打ち抜いているので、２ｍｍ）
ｒ：加圧後の樹脂の半径

（ゲル化時間測定）
２６０℃の熱板上にセパレーターをはく離したフィルム状樹脂組成物を置き、スパチュラで攪拌した。フィルム状樹脂組成物を置いてからスパチュラで攪拌不能になるまでの時間をゲル化時間とした。

（接続サンプル作製）
銅配線表面にＳｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕの受けはんだ層が形成されたプリント基板ＪＫＩＴ ＴＹＰＥ ＩＩＩ（日立超ＬＳＩシステムズ製、製品名）のチップ搭載領域に、１０ｍｍ角に切り出したフィルム状樹脂組成物を８０℃／５０Ｎ／５ｓの条件で貼り付け、セパレータフィルムをはく離した。次いで、高融点はんだバンプ（９５Ｐｂ−５Ｓｎ）が形成されたチップＰｈａｓｅ２Ｅ１７５（日立超ＬＳＩシステムズ製、製品名、サイズ１０ｍｍ角、厚み５５０μｍ、バンプ数８３２、バンプピッチ１７５μｍ）とプリント基板とを、荷重５Ｎで加圧しながら、１８０℃／５〜３０ｓ＋２３０〜２８０℃／５ｓの温度プロファイルで加熱して接続した。位置合わせはフリップチップボンダーＦＣＢ３（パナソニックファクトリーソリューションズ製、製品名）を用いて行った。その後、さらに１６５℃のオーブンで２時間加熱処理を行い、接続サンプルを作製した。

（はんだ接合性）
接続サンプルの導通検査を行い、導通が確認されたものについて、接続部の断面を観察した。バンプと受けはんだ層が均一に濡れて接合されているものを合格と判定した（合格：Ａ、不合格：Ｂ）。

（耐湿信頼性）
接続サンプルを温度１３０℃／相対湿度８５％に設定した試験槽内に１００時間放置した後、導通検査を行い、放置前の接続抵抗と比較して、抵抗変化率が±１０％以内であるものを合格とした（合格：Ａ）。

（絶縁信頼性）
配線幅２０μｍ、配線間距離４０μｍで形成された銅配線の櫛型パターンを有するポリイミド基板に、フィルム状樹脂組成物を８０℃／１００Ｎ／５ｓの条件で櫛型パターンを覆うように貼り付けて、セパレータフィルムをはがした。次いで１６５℃のオーブンで２時間加熱処理を行い、評価用サンプルを作製した。このサンプルを温度１３０℃／相対湿度８５％に設定した試験槽内に５Ｖの直流電圧を印加しながら放置し、ＩＭＶ社製マイグレーションテスターＭＩＧ−８６００（製品名）にて試験槽内における絶縁抵抗を連続測定した。１００時間の測定中に１０^６Ω以上の絶縁抵抗を保持しているものを合格とした（合格：Ａ）。

評価結果を表２に示す。

表２に示す結果から分かるように、実施例は良好なはんだ接合性及び信頼性を示した。また、フラックス活性を付与するためのアルコール化合物を添加しても、添加していない比較例１とほぼ同等の物性が維持された。比較例１及び２では、断面観察においてバンプと受けはんだが均一に濡れておらず、フラックス活性が不充分であった。比較例３では、はんだ接合性は良好であったものの、絶縁信頼性評価において不良が発生した。比較例４では、バンプと受けはんだが均一に濡れておらず、フィルム状樹脂組成物の粘度が高いために、溶融したはんだが濡れ広がることが阻害されたと考えられる。

以上に説明した実験結果等から明らかなように、本発明によって、良好なフラックス活性を示すと同時に、接続信頼性に優れたフィルム状樹脂組成物を得ることができる。また、本発明のフィルム状樹脂組成物を用いることによって、金属接合が容易となり、接続信頼性に優れた半導体装置を得ることが可能となる。さらに、良好な生産性を実現することが可能となる。

半導体装置（半導体パッケージ）の一実施形態を示す端面図である。 半導体装置の一実施形態を示す端面図である。 半導体装置の製造方法の一実施形態を示す工程図である。

符号の説明

１…フィルム状樹脂組成物、２…マザーボード、３…回路基板、５…半導体チップ、１０，１０ａ，１０ｂ…封止充てん層、２１…絶縁基板、２２…配線、２３…ビア、２７…内部配線、３１…基板（インターポーザー）、３３…配線、３５…電極パッド、３７…はんだボール、５０…バンプ、７１…ステージ、７２…接続ヘッド、１０１，１０２，１０３…半導体装置。

Claims (12)

1. 基板、半導体チップ又は半導体ウエハに貼り付けて用いられる半導体装置封止充てん用フィルム状樹脂組成物であって、
   エポキシ樹脂と、
   硬化剤と、
   ２以上のアルコール性水酸基を有するアルコール化合物と、
   熱可塑性樹脂と、
   を含有し、前記熱可塑性樹脂がフェノキシ樹脂又はポリイミド樹脂であり、前記アルコール化合物の配合量が、前記エポキシ樹脂及び前記熱可塑性樹脂の合計量１００重量部に対して０．５〜２０重量部であり、前記エポキシ樹脂及び前記熱可塑性樹脂の合計量１００重量部に対して、前記エポキシ樹脂の配合量が５０〜９０重量部であり、かつ前記熱可塑性樹脂の配合量が１０〜５０重量部である、半導体装置封止充てん用フィルム状樹脂組成物。
2. 前記熱可塑性樹脂が、フルオレン骨格を有するフェノキシ樹脂である、請求項１に記載の半導体装置封止充てん用フィルム状樹脂組成物。
3. 前記アルコール化合物が三級窒素原子を有する、請求項１又は２に記載の半導体装置封止充てん用フィルム状樹脂組成物。
4. 前記硬化剤がイミダゾール化合物を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体装置封止充てん用フィルム状樹脂組成物。
5. 無機フィラーを更に含有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体装置封止充てん用フィルム状樹脂組成物。
6. 前記無機フィラーの配合量が、前記熱可塑性樹脂及び前記エポキシ樹脂の合計量１００重量部に対して２００重量部以下である、請求項５に記載の半導体装置封止充てん用フィルム状樹脂組成物。
7. 基板とこれにフリップチップ接続される半導体チップとの間を、請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体装置封止充てん用フィルム状樹脂組成物によって封止充てんする工程を含む、半導体装置の製造方法。
8. 前記半導体装置封止充てん用フィルム状樹脂組成物を前記基板又は前記半導体チップに貼り付ける工程を含む、請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
9. 前記半導体チップが、半導体ウエハに前記半導体装置封止充てん用フィルム状樹脂組成物を貼り付け、ダイシングによって個片化して得られる前記半導体装置封止充てん用フィルム状樹脂組成物を貼り付けた半導体チップである、請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
10. 基板とこれに接続される半導体パッケージとの間を、請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体装置封止充てん用フィルム状樹脂組成物によって封止充てんする工程を含む、半導体装置の製造方法。
11. 前記半導体パッケージが回路基板及び半導体チップを有し、
    前記半導体装置封止充てん用フィルム状樹脂組成物を前記基板又は前記回路基板に貼り付ける工程を含む、請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
12. 請求項７〜１１のいずれか一項に記載の製造方法によって得ることのできる半導体装置。

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