JP5542848B2 - 封止材積層複合体、封止後半導体素子搭載ウエハ、封止後半導体素子形成ウエハ、半導体装置、及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明の支持ウエハは口径、厚み、材質等に特に制約は無く、封止する対象となる半導体素子を搭載又は形成したウエハに応じて選択することができる。また支持ウエハは、前記半導体素子を搭載又は形成したウエハとの膨張係数差が3ppm以下のものであることが好ましい。より具体的には、室温(25℃±10℃)〜200℃における線膨張係数の差が3ppm/℃以下(即ち、0〜3ppm/℃)のものであることが好ましい。膨張係数の差を3ppm以下とすることで、後に詳述する未硬化樹脂層を硬化させた時の収縮応力を支持ウエハによって十分に抑制することができるため、本発明の封止材積層複合体により大径や薄型のウエハを封止した場合であっても、ウエハの反り、半導体素子の剥離をより確実に抑制できる。
本発明の封止材積層複合体は未硬化樹脂層を有する。該未硬化樹脂層は、前記支持ウエハの片面上に形成された未硬化の熱硬化性樹脂からなるものである。未硬化樹脂層は、封止するための樹脂層となる。
前記エポキシ樹脂としては、特に制限はされないが、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、3,3’,5,5’−テトラメチル−4,4’−ビフェノール型エポキシ樹脂又は4,4’−ビフェノール型エポキシ樹脂のようなビフェノール型エポキシ樹脂、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、ビスフェノールAノボラック型エポキシ樹脂、ナフタレンジオール型エポキシ樹脂、トリスフェニロールメタン型エポキシ樹脂、テトラキスフェニロールエタン型エポキシ樹脂、及びフェノールジシクロペンタジエンノボラック型エポキシ樹脂の芳香環を水素化したエポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂など室温で液状や固体の公知のエポキシ樹脂が挙げられる。また、必要に応じて、上記以外のエポキシ樹脂を一定量併用することができる。
前記シリコーン樹脂としては、熱硬化性のシリコーン樹脂等が使用可能である。特に、シリコーン樹脂からなる未硬化樹脂層は付加硬化型シリコーン樹脂組成物を含むことが望ましい。該付加硬化型シリコーン樹脂組成物としては、(A)非共役二重結合を有する有機ケイ素化合物、(B)オルガノハイドロジェンポリシロキサン、及び(C)白金系触媒を必須成分とするものが特に好ましい。以下、これら(A)〜(C)成分について説明する。
前記(A)非共役二重結合を有する有機ケイ素化合物としては、
一般式(1):R1R2R3SiO−(R4R5SiO)a−(R6R7SiO)b−SiR1R2R3
(式中、R1は非共役二重結合含有一価炭化水素基を示し、R2〜R7はそれぞれ同一又は異種の一価炭化水素基を示し、a及びbは0≦a≦500、0≦b≦250、かつ0≦a+b≦500を満たす整数である。)
で示されるオルガノポリシロキサンが例示される。
前記(B)成分としては、一分子中にケイ素原子に結合した水素原子(SiH基)を2個以上有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンが好ましい。一分子中にケイ素原子に結合した水素原子(SiH基)を2個以上有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンであれば、架橋剤として作用し、(B)成分中のSiH基と(A)成分のビニル基、アルケニル基等の非共役二重結合含有基とが付加反応することにより、硬化物を形成することができる。
前記(C)成分には、白金系触媒が用いられる。(C)白金系触媒としては、例えば塩化白金酸、アルコール変性塩化白金酸、キレート構造を有する白金錯体等が挙げられる。これらは1種単独でも、2種以上の組み合わせでも使用することができる。
前記混成樹脂に含まれるエポキシ樹脂とシリコーン樹脂としては、前述のエポキシ樹脂と前述のシリコーン樹脂が挙げられる。
本発明に係る未硬化樹脂層には無機充填剤を配合することができる。配合される無機充填剤としては、例えば、溶融シリカ、結晶性シリカ等のシリカ類、アルミナ、窒化珪素、窒化アルミニウム、アルミノシリケート、ボロンナイトライド、ガラス繊維、三酸化アンチモン等が挙げられる。これら無機充填剤の平均粒径や形状は特に限定されない。
本発明の封止材積層複合体の断面図の一例を図1に示す。本発明の封止材積層複合体10は、前述の支持ウエハ1と、該支持ウエハの片面上に形成された未硬化の熱硬化性樹脂からなる未硬化樹脂層2とを有するものである。
本発明の封止材積層複合体を作製する方法として、支持ウエハの片面上に減圧又は真空下で、印刷やディスペンス等で液状エポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の熱硬化性樹脂を塗布し、加熱することで、50℃以下で固形の未硬化樹脂層を形成することができる。
本発明の封止材積層複合体は半導体素子を搭載したウエハの半導体素子搭載面、及び半導体素子を形成したウエハの半導体素子形成面を一括封止するための封止材積層複合体である。ここで用いられるウエハとしては、シリコン(Si)ウエハ、SiCウエハ等が一般的であり、特にシリコンウエハが好適である。半導体素子を搭載したウエハとしては、例えば図2(a)中の一個以上の半導体素子3を接着剤4でウエハ5上に搭載したものが挙げられる。また、半導体素子を形成したウエハとしては、例えば図2(b)中のウエハ7上に半導体素子6が形成されたウエハが挙げられる。なお、前記半導体素子を搭載したウエハとは、半導体素子を多層に搭載し配列等したウエハを含むものである。
本発明の封止材積層複合体により封止された封止後半導体素子搭載ウエハ及び封止後半導体素子形成ウエハの断面図の一例を図2(a)及び(b)に示す。本発明の封止後半導体素子搭載ウエハ11は、前記封止材積層複合体10の未硬化樹脂層2(図1参照)により半導体素子3を搭載したウエハ5の半導体素子搭載面を被覆し、該未硬化樹脂層2(図1参照)を加熱、硬化することで硬化後の樹脂層2’とし、前記封止材積層複合体10により一括封止されたものである(図2(a))。また、本発明の封止後半導体素子形成ウエハ12は、前記封止材積層複合体10の未硬化樹脂層2(図1参照)により半導体素子6を形成したウエハ7の半導体素子形成面を被覆し、該未硬化樹脂層2(図1参照)を加熱、硬化することで硬化後の樹脂層2’とし、前記封止材積層複合体10により一括封止されたものである(図2(b))。
本発明の半導体装置の一例を図3(a)、(b)に示す。本発明の半導体装置13は前記封止後半導体素子搭載ウエハ11(図2参照)又は前記封止後半導体素子形成ウエハ12(図2参照)をダイシングして、個片化したものである。このように、耐熱性や耐湿性等の封止性能に優れる封止材積層複合体により封止され、かつウエハの反り、半導体素子3の剥離が抑制された封止後半導体素子搭載ウエハ11(図2参照)又は封止後半導体素子形成ウエハ12(図2参照)をダイシングし、個片化して作製された半導体装置13、14は高品質な半導体装置となる。前記封止後半導体素子搭載ウエハ11(図2(a)参照)をダイシングして個片化した場合、半導体装置13はウエハ5上に接着剤4を介して半導体素子3が搭載され、その上から硬化後の樹脂層2’と支持ウエハ1からなる封止材積層複合体10により封止された半導体装置となる(図3(a))。また、前記封止後半導体素子形成ウエハ12(図2(b)参照)をダイシングして個片化した場合、半導体装置14はウエハ7に半導体素子6が形成され、その上から硬化後の樹脂層2’と支持ウエハ1からなる封止材積層複合体10により封止された半導体装置となる(図3(b))。
本発明の半導体装置の製造方法は、前記封止材積層複合体の未硬化樹脂層により半導体素子を搭載したウエハの半導体素子搭載面、又は半導体素子を形成したウエハの半導体素子形成面を被覆する被覆工程、該未硬化樹脂層を加熱、硬化することで、前記半導体素子搭載面又は前記半導体素子形成面を一括封止し、封止後半導体素子搭載ウエハ又は封止後半導体素子形成ウエハとする封止工程、及び該封止後半導体素子搭載ウエハ又は該封止後半導体素子形成ウエハをダイシングし、個片化することで、半導体装置を製造する個片化工程を有する。以下、図4を用いて本発明の半導体装置の製造方法について説明する。
本発明の半導体装置の製造方法に係る被覆工程は、支持ウエハ1と未硬化樹脂層2を有する封止材積層複合体10の未硬化樹脂層2により、接着剤4を介して半導体素子3を搭載したウエハ5の半導体素子搭載面、又は半導体素子(不図示)を形成したウエハ(不図示)の半導体素子形成面を被覆する工程である(図4(A))。
本発明の半導体装置の製造方法に係る封止工程は、前記封止材積層複合体10の未硬化樹脂層2を加熱、硬化して硬化後の樹脂層2’とすることで、前記半導体素子3を搭載したウエハ5の半導体素子搭載面又は前記半導体素子(不図示)を形成したウエハ(不図示)の半導体素子形成面を一括封止し、封止後半導体素子搭載ウエハ11又は封止後半導体素子形成ウエハ(不図示)とする工程である(図4(B))。
本発明の半導体装置の製造方法に係る個片化工程は、前記封止後半導体素子搭載ウエハ11又は前記封止後半導体素子形成ウエハ(不図示)をダイシングし、個片化することで、半導体装置13、14(図3(b)参照)を製造する工程である(図4(C)、(D))。
<合成例1>
−非共役二重結合を有する有機ケイ素化合物(A1)−
PhSiCl3で示されるオルガノシラン:27mol、ClMe2SiO(Me2SiO)33SiMe2Cl:1mol、MeViSiCl2:3molをトルエン溶媒に溶解後、水中に滴下し、共加水分解し、更に水洗、アルカリ洗浄にて中和、脱水後、溶剤をストリップし、非共役二重結合を有する有機ケイ素化合物(A1)を合成した。この化合物は、構成する単位の構成比が式:[PhSiO3/2]0.27[−SiMe2O−(Me2SiO)33−SiMe2O−]0.01[MeViSiO2/2]0.03で示される。この化合物の重量平均分子量は62,000、融点は60℃であった。なお、ここで組成式中のViは(−CH=CH2)で示されるビニル基を示し、Me、Phはそれぞれメチル基、フェニル基を示す(以下、同様)。
<合成例2>
−オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B1)−
PhSiCl3で示されるオルガノシラン:27mol、ClMe2SiO(Me2SiO)33SiMe2Cl:1mol、MeHSiCl2:3molをトルエン溶媒に溶解後、水中に滴下し、共加水分解し、更に水洗、アルカリ洗浄にて中和、脱水後、溶剤をストリップし、オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B1)を合成した。この樹脂は、構成する単位の構成比が式:[PhSiO3/2]0.27[−SiMe2O−(Me2SiO)33−SiMe2O−]0.01[MeHSiO2/2]0.03で示される。この樹脂の重量平均分子量は58,000、融点は58℃であった。
[未硬化の熱硬化性樹脂からなる未硬化樹脂層を形成するための組成物の作製]
前述の非共役二重結合を有する有機ケイ素化合物(A1):50質量部、オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B1):50質量部、反応抑制剤としてアセチレンアルコール系のエチニルシクロヘキサノール:0.2質量部、塩化白金酸のオクチルアルコール変性溶液:0.1質量部を加えた組成物に対して、さらに平均粒径5μmの球状シリカを350質量部加え60℃に加温したプラネタリーミキサーでよく撹拌して、シリコーン樹脂組成物(I−a)を調製した。この組成物は、室温(25℃)で固体であった。
該シリコーン樹脂組成物(I−a)を、直径300mm(12インチ)のシリコンウエハ(支持ウエハ)とフッ素樹脂コートしたPETフィルム(剥離フィルム)との間に挟み、熱プレス機を用いて80℃で5tの圧力下で5分間圧縮成型を行い、厚さ50μmの未硬化の熱硬化性樹脂からなる未硬化樹脂層をシリコンウエハ(支持ウエハ)の片面上に形成した封止材積層複合体(I−b)を作製した。
次に、ニチゴーモートン社製のプレート温度を130℃に設定した真空ラミネーション装置を用いて被覆、封止した。まず、下側プレートに直径300mm(12インチ)で厚みが125ミクロンの、半導体素子を形成したシリコンウエハをセットし、その上に剥離フィルムを除去した封止材積層複合体(I−b)の未硬化樹脂層であるシリコーン樹脂組成物(I−a)面をシリコンウエハ面に合わせて被覆した。その後、プレートを閉じ5分間真空圧縮成形することで硬化封止した。硬化封止後、封止材積層複合体(I−b)により封止されたシリコンウエハを更に150℃で2時間ポストキュアして、封止後半導体素子形成ウエハ(I−c)を得た。
[半導体素子が搭載されたウエハ]
直径300mm(12インチ)で厚みが200ミクロンのシリコンウエハ上に、高温で接着力が低下する接着剤を介して、個片化した半導体素子である400個のシリコンチップ(形状:5mm×7mm 厚み125ミクロン)を整列し搭載した。
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂(EOCN1020 日本化薬製)60質量部、フェノールノボラック樹脂(H−4 群栄化学製)30質量部、球状シリカ(龍森製平均粒径7ミクロン)400質量部、触媒TPP(トリフェニルホスフィン 北興化学工業製)0.2質量部、シランカップリング材(KBM403 信越化学工業製)0.5質量部を高速混合装置で十分混合した後、連続混練装置で加熱混練してシート化し冷却した。シートを粉砕し顆粒状の粉末としてエポキシ樹脂組成物(II−a)を得た。
直径300mm(12インチ)のシリコンウエハ(支持ウエハ)を減圧下で加熱圧縮できる圧縮成形装置の下金型上にセットし、その上にエポキシ樹脂組成物(II−a)の顆粒粉末を均一に分散させた。上下の金型温度を80℃にし、上金型にはフッ素樹脂コートしたPETフィルム(剥離フィルム)をセットして金型内を真空レベルまで減圧し、シリコンウエハ(支持ウエハ)に樹脂厚みが300ミクロンになるように3分間圧縮成形して封止材積層複合体(II−b)を作製した。
次に、ニチゴーモートン社製のプレート温度を170℃に設定した真空ラミネーション装置を用いて被覆、封止した。まず、下側プレートに上記半導体素子が搭載されたウエハをセットし、その上に剥離フィルムを除去した封止材積層複合体(II−b)の未硬化樹脂層であるエポキシ樹脂組成物(II−a)面を半導体素子搭載シリコンウエハ上の半導体素子搭載面に合わせて被覆した。その後、プレートを閉じ5分間真空圧縮成形することで硬化封止した。硬化封止後、170℃で4時間ポストキュアして、封止後半導体素子搭載ウエハ(II−c)を得た。
[封止用シートの作製]
実施例1と同様にして調製したシリコーン樹脂組成物(I−a)を、PETフィルム(加圧用ベースフィルム)とフッ素樹脂コートしたPETフィルム(剥離フィルム)との間に挟み、熱プレス機を用いて80℃で5tの圧力下で5分間圧縮成型を行い、厚さ50μmのフィルム状に成形し、シリコーン樹脂組成物(I−a)のみからなる封止用シート(III−b)を作製した。成形後、直径300mm(12インチ)の円板状に切断した。
次に、ニチゴーモートン社製のプレート温度を130℃に設定した真空ラミネーション装置を用いて被覆、封止した。まず、下側プレートに300mm(12インチ)で厚みが125ミクロンの、半導体素子を形成したシリコンウエハをセットし、その上に剥離フィルムを除去したシリコーン樹脂組成物(I−a)のみからなる封止用シート(III−b)を積層した。その後、PETフィルム(加圧用ベースフィルム)も剥離した後、プレートを閉じ5分間真空圧縮成形することで硬化封止した。硬化封止後、150℃で2時間ポストキュアして、封止後半導体素子形成ウエハ(III−c)を得た。
[半導体素子が搭載されたウエハ]
直径300mm(12インチ)で厚みが200ミクロンのシリコンウエハ上に、高温で接着力が低下する接着剤を介して、個片化した半導体素子である400個のシリコンチップ(形状:5mm×7mm 厚み125ミクロン)を整列し搭載した。
この半導体素子が搭載されたウエハを減圧下で加熱圧縮できる圧縮成形装置の下金型上にセットし、その上に実施例2と同様にして作製したエポキシ樹脂組成物(II−a)の顆粒粉末を均一に分散させた。上下の金型温度を170℃にし、上金型にはフッ素樹脂コートしたPETフィルム(剥離フィルム)をセットして金型内を真空レベルまで減圧し、樹脂厚みが300ミクロンになるように3分間圧縮成形し、硬化封止した。硬化封止後、170℃で4時間ポストキュアして、封止後半導体素子搭載ウエハ(IV−c)を得た。
Claims (8)
- 半導体素子を搭載したウエハの半導体素子搭載面又は半導体素子を形成したウエハの半導体素子形成面を一括封止するための封止材積層複合体であって、
支持ウエハと、該支持ウエハの片面上に形成された未硬化の熱硬化性樹脂からなる未硬化樹脂層とからなるものであることを特徴とする封止材積層複合体。 - 前記支持ウエハは、前記半導体素子を搭載したウエハ又は前記半導体素子を形成したウエハとの膨張係数の差が3ppm以下のものであることを特徴とする請求項1に記載の封止材積層複合体。
- 前記未硬化樹脂層の厚みが20ミクロン以上2000ミクロン以下であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の封止材積層複合体。
- 前記未硬化樹脂層が、50℃未満で固形化し、かつ50℃以上150℃以下で溶融するエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、及びエポキシシリコーン混成樹脂のいずれかを含むものであることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の封止材積層複合体。
- 封止後半導体素子搭載ウエハであって、
請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の封止材積層複合体の未硬化樹脂層により半導体素子を搭載したウエハの半導体素子搭載面を被覆し、該未硬化樹脂層を加熱、硬化することで、前記封止材積層複合体により一括封止されたものであることを特徴とする封止後半導体素子搭載ウエハ。 - 封止後半導体素子形成ウエハであって、
請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の封止材積層複合体の未硬化樹脂層により半導体素子を形成したウエハの半導体素子形成面を被覆し、該未硬化樹脂層を加熱、硬化することで、前記封止材積層複合体により一括封止されたものであることを特徴とする封止後半導体素子形成ウエハ。 - 半導体装置であって、
請求項5に記載の封止後半導体素子搭載ウエハ、又は請求項6に記載の封止後半導体素子形成ウエハをダイシングして、個片化したものであることを特徴とする半導体装置。 - 半導体装置を製造する方法であって、
請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の封止材積層複合体の未硬化樹脂層により半導体素子を搭載したウエハの半導体素子搭載面、又は半導体素子を形成したウエハの半導体素子形成面を被覆する被覆工程、
該未硬化樹脂層を加熱、硬化することで、前記半導体素子搭載面又は前記半導体素子形成面を一括封止し、封止後半導体素子搭載ウエハ又は封止後半導体素子形成ウエハとする封止工程、及び
該封止後半導体素子搭載ウエハ又は該封止後半導体素子形成ウエハをダイシングし、個片化することで、半導体装置を製造する個片化工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
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