JP6427791B2 - チップ用樹脂膜形成用シート及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
また、窒化ホウ素などの無機フィラーは、該シートを製造する際に用いる樹脂膜形成用組成物中において分散性が低く、濡れ性や接着性を向上させることが困難であった。その結果、半導体装置の信頼性が低下することがあった。
なお、特許文献4には、接着性を改善するために樹脂組成物中に、ポリシロキサンオリゴマーにシランカップリング剤を付与、縮合させた化合物を添加することが記載されている。
〔1〕支持シートと、該支持シート上に形成された樹脂膜形成層とを有し、
該樹脂膜形成層が、バインダーポリマー成分(A)、硬化性成分(B)、無機フィラー(C)及びシランカップリング剤(D)を含み、
該無機フィラー(C)が窒化物粒子(C1)を含有し、
該シランカップリング剤(D)の分子量が300以上であるチップ用樹脂膜形成用シート。
樹脂膜形成層は、バインダーポリマー成分(A)、硬化性成分(B)、無機フィラー(C)及びシランカップリング剤(D)を含む。
樹脂膜形成層に十分な接着性(半導体ウエハ等への貼付性や転写性)および造膜性(シート形成性)を付与するためにバインダーポリマー成分(A)が用いられる。バインダーポリマー成分(A)としては、従来公知のアクリルポリマー、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、アクリルウレタン樹脂、フェノキシ樹脂、シリコーン樹脂、ゴム系ポリマー、ポリスチレン等を用いることができ、熱硬化性の官能基のような官能基の有無は問わない。
アルキル基の炭素数が1〜18であるアルキル(メタ)アクリレートとしては、具体的にはメチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、ペンチル(メタ)アクリレート、ヘキシル(メタ)アクリレート、へプチル(メタ)アクリレート、オクチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、ノニル(メタ)アクリレート、デシル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、テトラデシル(メタ)アクリレート、オクタデシル(メタ)アクリレートなどが挙げられる。
環状骨格を有する(メタ)アクリレートとしては、具体的にはシクロアルキル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニルオキシエチル(メタ)アクリレート、イミド(メタ)アクリレートなどが挙げられる。
水酸基を有する(メタ)アクリレートとしては、具体的にはヒドロキシメチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレートなどが挙げられる。
エポキシ基を有する(メタ)アクリレートとしては、具体的にはグリシジル(メタ)アクリレートなどが挙げられる。
これらの中では、水酸基を有しているモノマーを重合して得られるアクリルポリマーが、後述する硬化性成分(B)との相溶性が良いため好ましい。また、水酸基を有しているモノマーを含有しているアクリルポリマーを用いた場合には、後述する架橋剤(H)として有機多価イソシアネート化合物等を用いることによりアクリルポリマーを容易に架橋することができ、硬化前の樹脂膜形成層の凝集性を制御することができる。
また、上記アクリルポリマーは、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、酢酸ビニル、アクリロニトリル、スチレンなどが共重合されていてもよい。
エポキシ基を有するモノマーとしては、たとえば上述のグリシジル(メタ)アクリレート等のエポキシ基を有する(メタ)アクリレートの他に、エポキシ基を有するノルボルネン等が挙げられる。
ポリマーを構成するモノマーとしてエポキシ基を有するモノマーを含むアクリルポリマーは、文言上後述するエポキシ樹脂の概念に含まれることになるが、本発明ではかかるアクリルポリマーはエポキシ樹脂に含まれないものとする。すなわち、硬化性成分(B)における熱硬化性成分として、かかるアクリルポリマー以外の分子であって、かかる分子中に2官能以上有するエポキシ化合物を樹脂膜形成層に配合する場合に、かかるアクリルポリマーを用いることによる上述の効果が得られることになる。
さらに、アクリルポリマーと混合するポリマーのガラス転移温度を選択することにより、支持シートとの剥離力増大に起因する樹脂膜形成層の転写不良や、樹脂膜形成層とチップとの接着力の低下を抑制することも可能となる。
硬化性成分(B)は、熱硬化性成分および熱硬化剤、またはエネルギー線重合性化合物を用いることができる。また、これらを組み合わせて用いてもよい。熱硬化性成分としては、たとえば、エポキシ樹脂が好ましい。
無機フィラー(C)は窒化物粒子(C1)を含有する。窒化物粒子(C1)を含有する無機フィラー(C)を樹脂膜形成層に配合することにより、樹脂膜形成層の熱伝導率を向上させ、樹脂膜形成層が貼付された半導体チップを実装した半導体装置の発した熱を効率的に拡散することが可能となる。また、硬化後の樹脂膜における熱膨張係数を調整することが可能となり、半導体ウエハ、半導体チップ、リードフレームや有機基板等を被着体として半導体装置の信頼性を向上させることができる。さらにまた、硬化後の樹脂膜の吸湿率を低減させることが可能となり、加熱時に樹脂膜としての接着性を維持し、半導体装置の信頼性を向上させることができる。さらに、樹脂膜にレーザーマーキングを施すことにより、レーザー光により削り取られた部分に無機フィラー(C)が露出して、反射光が拡散するために白色に近い色を呈する。これにより、樹脂膜形成層が後述する着色剤(E)を含有する場合、レーザーマーキング部分と他の部分にコントラスト差が得られ、印字が明瞭になるという効果がある。
窒化物粒子(C1)としては、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化珪素等の粒子が挙げられる。これらのうちでも高い熱伝導率を有する樹脂膜形成層が得られやすい窒化ホウ素粒子が好ましい。
なお、本発明において「窒化物粒子(C1)の長軸方向と樹脂膜形成層の厚み方向とが略同一」とは、具体的には、窒化物粒子(C1)の長軸方向が、樹脂膜形成層の厚み方向に平行な状態を0°としたとき、樹脂膜形成層の厚み方向と窒化物粒子(C1)の長軸方向とがなす角度が−45〜45°の範囲にあることをいう。
他の粒子(C2)としては、シリカ粒子、アルミナ粒子などが挙げられ、アルミナ粒子が特に好ましい。アルミナ粒子を用いることで、窒化物粒子が形成する熱伝導パス以外の部分でも熱伝導性が損なわれず、結果として熱伝導率の高い樹脂膜形成層が得られる。
他の粒子(C2)の形状は、窒化物粒子(C1)の長軸方向と、樹脂膜形成層と平行な方向とが略同一となることを妨げる形状であれば特に限定されず、その具体的な形状は、好ましくは球状である。このような形状の他の粒子(C2)を用いることで、樹脂膜形成層の製造工程において、窒化物粒子(C1)の長軸方向が樹脂膜形成層と平行な方向と略同一となることを抑制し、その長軸方向と樹脂膜形成層の厚み方向とが略同一となった窒化物粒子(C1)の割合を高めることができる。その結果、樹脂膜形成層の厚み方向に優れた熱伝導率を有する樹脂膜形成層が得られる。これは、樹脂膜形成層中に、他の粒子(C2)が存在することにより、窒化物粒子(C1)が他の粒子(C2)に立て掛かるように存在する結果、窒化物粒子(C1)の長軸方向と樹脂膜形成層の厚み方向とが略同一となることに起因する。異方形状の窒化物粒子(C1)のみを用いた場合、樹脂膜形成層の製造工程(例えば塗布工程)中に窒化物粒子(C1)にかかる応力や重力により、その長軸方向が樹脂膜形成層に平行な方向と略同一となる窒化物粒子(C1)の割合が高まり、優れた熱伝導率を有する樹脂膜形成層を得ることが困難になることがある。
また、樹脂膜形成層の全質量中における窒化物粒子(C1)の質量割合は、好ましくは40質量%以下、より好ましくは20〜40質量%、特に好ましくは20〜30質量%である。窒化物粒子(C1)の質量割合を上記範囲とすることで、効率的な熱伝導パスが形成され、樹脂膜形成層の熱伝導率を向上させることができる。
無機物と反応する官能基および有機官能基と反応する官能基を有し、分子量が300以上であるシランカップリング剤(D)を樹脂膜形成層に配合することで、樹脂膜形成層の被着体に対する接着性を向上させることができる。また、シランカップリング剤(D)を使用することで、樹脂膜形成層を硬化して得られる樹脂膜の耐熱性を損なうことなく、その耐水性を向上することができる。なお、以下において、上記「無機物と反応する官能基」を「反応性官能基A」と、上記「有機官能基と反応する官能基」を「反応性官能基B」と記載することがある。
反応性官能基Aとしては、アルコキシ基が好ましい。また、反応性官能基Bとしては、バインダーポリマー成分(A)や硬化性成分(B)などが有する官能基と反応するものが好ましく、このようなものとして、エポキシ基、アミノ基、(メタ)アクリロイル基、(メタ)アクリロイル基中のビニル基を除くビニル基、メルカプト基が挙げられ、これらの中でも、エポキシ基が好ましい。なお、アルコキシ当量は化合物の単位重量当たりに含まれるアルコキシ基の絶対数を示す。
このようなシランカップリング剤(D)を用いることにより、樹脂膜形成層の熱伝導率を維持しつつ、所定の剥離強度を有する樹脂膜形成層を得ることが容易になる。
樹脂膜形成層は、上記バインダーポリマー成分(A)、硬化性成分(B)、無機フィラー(C)及びシランカップリング剤(D)に加えて下記成分を含むことができる。
樹脂膜形成層には、着色剤(E)を配合することができる。着色剤を配合することで、半導体装置を機器に組み込んだ際に、周囲の装置から発生する赤外線等による半導体装置の誤作動を防止することができる。このような効果は、特に樹脂膜を保護膜として用いた場合に有用である。着色剤としては、有機または無機の顔料または染料が用いられる。
染料としては、酸性染料、反応染料、直接染料、分散染料、カチオン染料等のいずれの染料であっても用いることが可能である。また、顔料も、特に制限されず、公知の顔料から適宜選択して用いることができる。
これらの中でも電磁波や赤外線遮蔽性の点から黒色顔料が好ましい。黒色顔料としては、カーボンブラック、酸化鉄、二酸化マンガン、アニリンブラック、活性炭等が用いられるが、これらに限定されることはない。半導体装置の信頼性を高める観点からは、カーボンブラックが特に好ましい。着色剤(E)は1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併せて用いてもよい。
着色剤(E)の配合量は、着色剤(E)を除く樹脂膜形成層を構成する全固形分100質量部に対して、好ましくは0.1〜35質量部、さらに好ましくは0.5〜25質量部、特に好ましくは1〜15質量部である。
硬化促進剤(F)は、樹脂膜形成層の硬化速度を調整するために用いられる。硬化促進剤(F)は、特に、硬化性成分(B)として、少なくとも熱硬化性成分および熱硬化剤を用いる場合において、エポキシ樹脂と熱硬化剤とを併用するときに好ましく用いられる。
樹脂膜形成層が、硬化性成分(B)として、エネルギー線重合性化合物を含有する場合には、その使用に際して、紫外線等のエネルギー線を照射して、エネルギー線重合性化合物を硬化させる。この際、樹脂膜形成層を構成する組成物中に光重合開始剤(G)を含有させることで、重合硬化時間ならびに光線照射量を少なくすることができる。
樹脂膜形成層の初期接着力および凝集力を調節するために、架橋剤を添加することもできる。架橋剤(H)としては有機多価イソシアネート化合物、有機多価イミン化合物などが挙げられる。
樹脂膜形成層には、上記の他に、必要に応じて各種添加剤が配合されてもよい。各種添加剤としては、レベリング剤、可塑剤、帯電防止剤、酸化防止剤、イオン捕捉剤、ゲッタリング剤、連鎖移動剤などが挙げられる。
樹脂膜形成層は、上記各成分を適宜の割合で混合してなる樹脂膜形成用組成物を、支持シート上に塗布乾燥して得られる。また、支持シートとは別の工程フィルム上に樹脂膜形成用組成物を塗布、乾燥して成膜し、これを支持シート上に転写してもよい。混合に際しては、各成分を予め分散媒や溶媒を用いて希釈しておいてもよく、また混合時に分散媒や溶媒を加えてもよい。上記各成分を均一に混合できる観点から溶媒を用いることが好ましい。溶媒としては、例えば、トルエン、キシレン、メタノール、エタノール、イソブタノール、n−ブタノール、酢酸エチル、メチルエチルケトン、アセトン、テトラヒドロフラン、イソプロパノール、ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドンなどが挙げられる。これらは、1種単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
次に本発明に係るチップ用樹脂膜形成用シートの利用方法について、該シートを半導体装置の製造方法に適用した場合を例にとって説明する。
工程(1):樹脂膜形成層または樹脂膜と、支持シートとを剥離、
工程(2):樹脂膜形成層を硬化し樹脂膜を得る、
工程(3):半導体ウエハと、樹脂膜形成層または樹脂膜とをダイシング。
その際、樹脂膜形成層が室温ではタック性を有しない場合は適宜加温しても良い(限定するものではないが、40〜80℃が好ましい)。
次いで、樹脂膜形成層に硬化性成分(B)としてエネルギー線重合性化合物が配合されている場合には、樹脂膜形成層に支持シート側からエネルギー線を照射し、樹脂層形成層を予備的に硬化し、樹脂膜形成層の凝集力を上げ、樹脂膜形成層と支持シートとの間の接着力を低下させておいてもよい。
その後、ダイシングソーなどの切断手段を用いて、上記の半導体ウエハを切断し半導体チップを得る。この際の切断深さは、半導体ウエハの厚みと、樹脂膜形成層の厚みとの合計およびダイシングソーの磨耗分を加味した深さにする。
なお、エネルギー線照射は、半導体ウエハの貼付後、半導体チップの剥離(ピックアップ)前のいずれの段階で行ってもよく、たとえばダイシングの後に行ってもよく、また下記のエキスパンド工程の後に行ってもよいが、半導体ウエハの貼付後であってダイシング前に行うことが好ましい。さらにエネルギー線照射を複数回に分けて行ってもよい。
チップ用樹脂膜形成用シートの樹脂膜形成層上に、厚み350μmのシリコンウエハを載置し、70℃で熱ラミネートした。次いで、チップ用樹脂膜形成用シートの支持シートを剥離した。その後、10mm幅の銅箔(厚み150μm)を樹脂膜形成層上に70℃で熱ラミネートし、加熱オーブン内で熱硬化(130℃、2時間)した後、汎用の引張試験機(SHIMADZU製 AG-IS MS)を用いて90°ピール試験を行い、銅箔の剥離強度を測定した。剥離強度が3.5〜10N/10mmであった場合を「良好」、それ以外の場合を「不良」と評価した。
(硬化前)
樹脂膜形成層(厚さ:40μm)を、裁断して各片が1cmの正方形の試料を得た。次いで、熱伝導率測定装置(ai-phase社製 アイフェイズ・モバイル1u)を用いて、温度熱分析法で該試料の厚み方向における熱伝導率を測定した。熱伝導率が2W/(m・K)以上の場合を「良好」、それ以外の場合を「不良」と評価した。
(硬化後)
樹脂膜形成層(厚さ:40μm)を、裁断して各片が1cmの正方形の試料を得た。次いで、該試料を加熱(130℃、2時間)して硬化させた後、熱伝導率測定装置(ai−phase社製 アイフェイズ・モバイル1u)を用いて、該試料の熱伝導率を測定した。熱伝導率が2W/(m・K)以上の場合を「良好」、それ以外の場合を「不良」と評価した。
樹脂膜形成層を構成する各成分を下記に示す。
(A)バインダーポリマー成分:メタクリル酸メチル85質量部とアクリル酸2−ヒドロキシエチル15質量部との共重合体(重量平均分子量:40万、ガラス転移温度:6℃)
(B)硬化性成分:
(B1)ビスフェノールA型エポキシ樹脂(エポキシ当量180〜200g/eq)
(B2)ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂(DIC株式会社製 エピクロンHP−7200HH)
(B3)ジシアンジアミド(旭電化製 アデカハードナー3636AS)
(C)無機フィラー:
(C1)窒化ホウ素粒子(昭和電工(株)製 UHP−2、形状:板状、平均粒子径11.8μm、アスペクト比11.2、長軸方向の熱伝導率200W/(m・K)、密度2.3g/cm3)
(C2)アルミナフィラー(昭和電工(株)製 CB−A20S、形状:球状、平均粒子径20μm、密度4.0g/cm3)
(C3)シリカフィラー(溶融石英フィラー、平均粒子径3μm)
(D)シランカップリング剤:
(D1)オリゴマータイプシランカップリング剤(信越化学工業株式会社製 X−41−1056 アルコキシ当量17.1mmol/g、分子量500〜1500)
(D2)モノマータイプシランカップリング剤(γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、信越化学工業株式会社製 KBE−402 アルコキシ当量10.8mmol/g、分子量248.4)
(E)着色剤:黒色顔料(カーボンブラック、三菱化学社製 #MA650、平均粒子径28nm)
(F)硬化促進剤:2−フェニル−4,5−ジヒドロキシメチルイミダゾール(四国化成工業社製 キュアゾール2PHZ−PW)
上記各成分を表1に記載の量で配合し、樹脂膜形成用組成物を得た。得られた組成物のメチルエチルケトン溶液(固形濃度61重量%)を、シリコーンで剥離処理された支持シート(リンテック株式会社製 SP−PET381031、厚さ38μm)の剥離処理面上に乾燥後40μmの厚みになるように塗布、乾燥(乾燥条件:オーブンにて110℃、1分間)して、支持シート上に樹脂膜形成層を形成し、チップ用樹脂膜形成用シートを得た。
Claims (9)
- 支持シートと、該支持シート上に形成された樹脂膜形成層とを有し、
該樹脂膜形成層が、バインダーポリマー成分(A)、硬化性成分(B)、無機フィラー(C)及びシランカップリング剤(D)を含み、
該無機フィラー(C)が、板状の窒化物粒子(C1)及び前記窒化物粒子(C1)以外の他の球状の粒子(C2)を含有し、
該シランカップリング剤(D)の分子量が300以上であり、アルコキシ当量が10〜40mmol/gであり、
該樹脂膜形成層の銅箔からの剥離強度が3.5〜10N/10mmであり、
該樹脂膜形成層の熱伝導率が2W/(m・K)以上であるチップ用樹脂膜形成用シート。 - 該樹脂膜形成層の全質量中におけるシランカップリング剤(D)の質量割合が0.3〜2質量%である請求項1に記載のチップ用樹脂膜形成用シート。
- 該樹脂膜形成層の全質量中における窒化物粒子(C1)の質量割合が40質量%以下である請求項1または2に記載のチップ用樹脂膜形成用シート。
- 該樹脂膜形成層の全質量中における無機フィラー(C)の質量割合が30〜60質量%である請求項1〜3のいずれかに記載のチップ用樹脂膜形成用シート。
- 窒化物粒子(C1)が窒化ホウ素粒子である請求項1〜4のいずれかに記載のチップ用樹脂膜形成用シート。
- 他の粒子(C2)の平均粒子径が20μm以上である請求項1〜5のいずれかに記載のチップ用樹脂膜形成用シート。
- 無機フィラー(C)における窒化物粒子(C1)と他の粒子(C2)との重量比率(C1:C2)が1:5〜5:1である請求項1〜5のいずれかに記載のチップ用樹脂膜形成用シート。
- 他の粒子(C2)の平均粒子径が、樹脂膜形成層の厚みの0.01〜0.65倍である請求項1〜4、6〜7のいずれかに記載のチップ用樹脂膜形成用シート。
- 請求項1〜8のいずれかに記載のチップ用樹脂膜形成用シートを用いる半導体装置の製造方法。
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