JP5922060B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
[式(1)中、R1及びR2は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基又はフェニル基を示し、フェニル基は、置換基を有していてもよい。]
(a)エポキシ樹脂は、分子内に2個以上のエポキシ基を有するものであることが好ましい。例えば、ビスフェノールA型、ビスフェノールF型、ナフタレン型、フェノールノボラック型、クレゾールノボラック型、フェノールアラルキル型、ビフェニル型、トリフェニルメタン型、ジシクロペンタジエン型、各種多官能エポキシ樹脂が好ましい。これらのエポキシ樹脂の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。
(b)硬化促進剤は、120℃以上の融点を有し、活性領域が120℃以上であるホスフィン類を含むものである。(b)硬化促進剤は、120〜400℃の融点を有し、120〜400℃に活性領域を有するものであることが好ましく、120〜350℃の融点を有し、120〜300℃に活性領域を有するものであることがより好ましい。すなわち、活性領域の温度範囲の下限が120℃以上であり、活性領域の温度範囲の上限が400℃以下であることが好ましい。融点及び/又は活性領域が400℃を超える場合、半導体チップ実装時のフィルム状接着剤の硬化反応が十分に進行しない傾向がある。なお、活性領域とは、エポキシ樹脂と硬化促進剤とを混ぜ合わせ、昇温した時の発熱ピーク温度(最も発熱量が高い温度)であり、例えば、示差走査熱量計(PERKIN−ELMER社製、商品名:DSC−7型、昇温速度:10℃/分)によって測定することができる。120〜400℃に活性領域を有するものは、半導体チップの実装時の温度領域において優れた硬化促進能力を発揮するため、一層優れた接続安定性を有する半導体装置を製造することができる。
本実施形態のフィルム状接着剤は、(c)重量平均分子量10000以上の高分子成分(以下、便宜上「(c)高分子成分」という。)を含むことが好ましい。(c)高分子成分は、(a)エポキシ樹脂とは異なる樹脂であり、例えば、(a)エポキシ樹脂とは異なるエポキシ樹脂、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、フェノール樹脂、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、アクリルゴム等が挙げられる。その中でも、耐熱性及びフィルム形成性に優れるフィルム状接着剤を得る観点から、(a)エポキシ樹脂とは異なるエポキシ樹脂、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、ポリカルボジイミド樹脂、アクリルゴム等が好ましく、(a)エポキシ樹脂とは異なるエポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、ポリイミド樹脂、アクリルゴムがより好ましい。これらの高分子成分は1種を単独で又は2種以上を組み合わせて、或いは2種以上の共重合体として使用することができる。(c)高分子成分の重量平均分子量は、10000〜1000000であることが好ましく、20000〜900000であることがより好ましい。(c)高分子成分の重量平均分子量が10000未満の場合、粘度の制御が困難であり、またフィルム形成性が低下する傾向があり、1000000を超えると、接続信頼性、埋め込み性が低下する傾向がある。
本実施形態のフィルム状接着剤は、(d)ポリイミド樹脂を含有することが好ましい。(d)ポリイミド樹脂は、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。より具体的には、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の比率又はほぼ等モルの比率で配合し(各成分の添加順序は任意)、80℃以下、好ましくは0〜60℃の温度で付加反応させる。反応が進行するにつれて反応液の粘度が徐々に上昇し、ポリイミドの前駆体であるポリアミド酸が生成する。なお、フィルム状接着剤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を施しておくことが好ましい。
図1は、本発明の好適な実施形態に係る半導体装置の製造方法の第1工程を模式的に示す工程断面図である。第1工程では、まず、半導体チップ14と基板16との間に、半導体封止用フィルム状接着剤12を介在させる。
温度計、攪拌機及び塩化カルシウム管を備えた300mLフラスコに、1,12−ジアミノドデカン2.10g(0.035モル)、ポリエーテルジアミン(BASF社製、商品名:ED2000〈分子量:1923〉)17.31g(0.03モル)、1,3−ビス(3−アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン(信越化学工業株式会社製、商品名:LP−7100)2.61g(0.035モル)、及びN−メチル−2−ピロリドン(関東化学株式会社製)150gを仕込んで攪拌を行い、ジアミン溶液を調製した。
次に、フィルム状接着剤製造用の原材料として、以下の化合物を準備した。
・クレゾールノボラック型エポキシ樹脂(東都化成株式会社製、商品名:YDCN−702)
・多官能特殊エポキシ樹脂(株式会社プリンテック製、商品名:VG3101L)
・テトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレート(東京化成工業株式会社製、商品名:TPPK、融点:304〜306℃、活性領域:140〜160℃)
・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体(四国化成工業株式会社製、商品名:2MAOK−PW、融点:260℃、活性領域:130〜145℃)
・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(四国化成工業株式会社製、商品名:2MZA−PW、融点:250℃付近、活性領域:130〜150℃)
・フェノール樹脂(クレゾールナフトールホルムアルデヒド重縮合物)(日本化薬株式会社製、商品名:カヤハードNHN、重量平均分子量:750)
・上記合成例1で合成したポリイミド樹脂(以下、「合成ポリイミド」という)
・窒化ホウ素(水島合金鉄株式会社製、商品名:HPP1−HJ、平均粒子径:1.0μm、最大粒子径:5.1μm)
・シリカフィラー(日本アエロジル株式会社製、商品名:R972、平均粒子径:20nm)
<半導体封止用フィルム状接着剤の作製方法>
20mLのガラス製スクリュー管に、合成ポリイミド樹脂1.62g(固形分換算)、エポキシ樹脂(商品名:YDCN−702)0.18g、エポキシ樹脂(商品名:VG3101L)を0.18g、フェノール樹脂(商品名:カヤハードNHN)0.13g、シリカフィラー(商品名:R972)0.11g、窒化ホウ素(商品名:HPP1−HJ)0.70g、硬化促進剤0.0036g及びN−メチル−2−ピロリドン(関東化学株式会社製)4.4gを仕込み、撹拌・脱泡装置「AR−250」(株式会社シンキー製、商品名)で撹拌・脱泡を行って樹脂ワニスを得た。
図3は、溶融粘度測定用の試料Aの作製方法を説明するための説明図である。まず、作製したフィルム状接着剤12を、所定のサイズ(直径6mm、厚み約0.1mm)に切断して厚み0.7mmのガラスチップ11(サイズ:15mm×15mm)上に貼付した。その後、図3に示すように、厚み0.12〜0.17mmのカバーガラス13(サイズ:18mm×18mm)を被せて、ガラスチップ11、フィルム状接着剤12及びカバーガラス13が順次積層された試料Aを作製した。
μ:溶融粘度(Pa・s)
F:荷重(N)
t:加熱加圧時間(秒)
Z0:初期厚み(m)
Z:加圧後厚み(m)
V:樹脂体積(m3)
図4(A)は接続抵抗の評価に用いた半導体装置を上方(半導体チップ側)から撮影した写真であり、図4(B)は接続抵抗の評価に用いた半導体装置の断面を撮影した写真である。接続抵抗評価用の半導体装置は次の通りにして作製した。
図5は、ボイド発生率測定用の試料Bの作製方法を説明するための説明図である。作製したフィルム状接着剤を所定のサイズ(5mm×5mm×厚み0.03mm)に切断し、図5に示すように、フィルム状接着剤12をガラスチップ11(15mm×15mm×厚み0.7mm)上に貼付した。フィルム状接着剤12の上に、金バンプ15が形成されたチップ14(4.26mm×4.26mm×厚み0.27mm、バンプ高さ:0.02mm)を被せて、試料Bを作製した。
図6は、絶縁信頼性試験に用いた試料Cを上方から撮影した写真である。試料Cは以下の通りにして作製した。
使用した原材料の組成を下記の表1に示したように変更したことを除いては、上記の半導体封止用フィルム状接着剤の作製方法と同様にして、半導体封止用フィルム状接着剤を作製した。半導体封止用フィルム状接着剤の原材料の配合量(質量部)と評価結果とをまとめて表1に示す。
Claims (4)
- バンプを有する半導体チップと、金属配線を有する基板とを備える半導体装置の製造方法であって、
前記半導体チップと前記基板とを、半導体封止用フィルム状接着剤を介して前記バンプと前記金属配線とが互いに対向するように配置し、
前記半導体チップと前記基板とを対向する方向に加圧するとともに加熱して前記半導体封止用フィルム状接着剤を硬化させ、前記バンプと前記金属配線とを電気的に接続する接続工程を有し、
前記半導体封止用フィルム状接着剤が、
(a)1気圧、25℃で固形であるエポキシ樹脂と、(b)硬化促進剤と、(c)重量平均分子量10000以上の高分子成分とを含有しており、
前記(b)硬化促進剤は、前記半導体封止用フィルム状接着剤の組成に応じて、350℃で5秒間以上圧着した際のボイド発生率が5%以下を示すように選定した、120℃以上の融点を有し、活性領域が120℃以上であるホスフィン類を含み、かつ、前記ホスフィン類が、下記一般式(1)で表される化合物であり、
前記接続工程では、前記半導体チップと前記基板とを対向する方向に加圧するとともに300℃以上に加熱して、金を含有する前記バンプとスズめっき層を有する前記金属配線との間に金−スズ共晶を形成し、前記バンプと前記金属配線とを電気的に接続する、製造方法。
[式(1)中、R1及びR2は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基又はフェニル基を示し、前記フェニル基は、置換基を有していてもよい。] - 前記高分子成分が、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、フェノール樹脂、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、アクリルゴム及びこれらの2種以上の共重合体からなる群より選ばれる少なくとも1種の樹脂である、請求項1記載の製造方法。
- 前記一般式(1)で表される化合物における前記R1及びR2の少なくとも一方がフェニル基である、請求項1又は2記載の製造方法。
- 前記一般式(1)で表される化合物における前記R1及びR2がフェニル基である、請求項3記載の製造方法。
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