JP6438340B2 - 半導体接合用接着フィルム及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、大幅にタクトを短縮して生産性を向上させることができ、高い信頼性で接合できる半導体接合用接着フィルム、及び、半導体装置の製造方法に関する。

半導体装置の小型化及び高密度化に伴い、半導体チップを基板に実装する方法として、表面に多数の突起電極が形成された半導体チップを用いたフリップチップ実装が注目され、急速に広まってきている。
フリップチップ実装においては、接合部分の接続信頼性を確保するための方法として、半導体チップの突起電極と基板の電極部とを接合した後に、半導体チップと基板との隙間に液状封止接着剤（アンダーフィル）を注入し、硬化させることが一般的な方法として採られている。しかしながら、アンダーフィルを用いたフリップチップ実装は、製造コストが高い、アンダーフィル充填に時間がかかる、電極間の距離及び半導体チップと基板との距離を狭めるのに限界がある等の問題を抱えている。

そこで、近年、半導体ウエハ又は半導体チップ上にフィルム状接着剤を供給した後、接着剤付き半導体チップを基板上に搭載する、いわゆる先塗布型のフリップチップ実装が提案されている（例えば、特許文献１等）。接着剤付き半導体チップを基板上に搭載する場合には、半導体ウエハ上に接着剤を一括供給し、ダイシングによって接着剤付き半導体チップを一括で多量に生産できることから、大幅なプロセス短縮が期待される。

特開２０１５−１９０１２号公報

フィルム状接着剤を用いたフリップチップ実装においては、接着剤付き半導体チップを基板上に配置して仮接合した後、半田溶融点以下の温度に調整したボンディングヘッドを接触させた樹脂を流動させてから（プリヒート工程）、ボンディングヘッドを半田溶融点以上の温度に昇温して（メインヒート工程）、半田接合させる実装工程が一般的である。しかしながら、このようなプリヒート工程−メインヒート工程を有する実装方法では、実装する度に毎回ボンディングヘッドを冷却／昇温することが必要であり、実装に時間がかかるという問題があった。
これに対して本発明者らは、プリヒート工程を省略して、直接、半田溶融温度以上の温度に加熱したボンディングヘッドを接触させることを検討した。プリヒート工程が省略できれば、実装する度に毎回ボンディングヘッドを冷却／昇温することが不要となり、大幅なタクト短縮による生産性向上が期待できる。しかしながら、従来のフィルム状接着剤では、プリヒート工程を省略して実装すると、接合不良が発生することがあるという問題が生じた。
本発明は、上記現状に鑑み、大幅にタクトを短縮して生産性を向上させることができ、高い信頼性で接合できる半導体接合用接着フィルム、及び、半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、半田電極付き半導体チップの該半田電極を有する面に半導体接合用接着フィルムを供給する工程１と、前記半田電極付き半導体チップを、前記半導体接合用接着フィルムを介して、対抗電極若しくは電極パッドを有する半導体チップ又は回路基板上に半田溶融温度未満の温度で仮接合する工程２と、半田溶融温度以上の温度に加熱したボンディングヘッドを接触させることにより半田接合する工程３を有する半導体装置の製造方法に用いられる半導体接合用接着フィルムであって、少なくとも、熱硬化性樹脂、熱硬化剤及び高分子量化合物を含有し、６０℃〜３００℃の温度範囲における最低溶融粘度（ＶＡ）が１００〜７００Ｐａ・ｓ、かつ、最低溶融粘度到達温度より１０℃高い温度における溶融粘度（ＶＢ）と最低溶融粘度（ＶＡ）との比（ＶＢ／ＶＡ）が１．２以上、２．５未満である半導体接合用接着フィルムである。
以下に本発明を詳述する。

本発明者らは、プリヒート工程を省略して、直接、半田溶融温度以上の温度に加熱したボンディングヘッドを接触させた場合の問題点について検討した。その結果、従来の半導体接合用接着フィルムでは、半田溶融温度以上の温度に加熱したボンディングヘッドを接触させたときに、溶融した半田が樹脂の流動抵抗によって押し流されてしまうことが、接合不良の原因となっていたことを見出した。このような樹脂の流動抵抗を低減させる方法としては、溶融粘度の低い半導体接合用接着フィルムを用いることが考えられた。しかしながら、溶融粘度を低くすると流動抵抗が低減して半田流れは抑制できるとしても、急激な温度上昇によってボイドが発生してしまう。ボイドの発生を防止しようと速硬化性の半導体接合用接着フィルムにすると、半田溶融前に樹脂硬化が進行し、樹脂の噛み込みによる半田接合不良が起きてしまう。

本発明者らは、更に検討の結果、６０℃〜３００℃の温度範囲における最低溶融粘度（ＶＡ）が１００〜７００Ｐａ・ｓ、かつ、最低溶融粘度到達温度より１０℃高い温度における溶融粘度（ＶＢ）と最低溶融粘度（ＶＡ）との比（ＶＢ／ＶＡ）が１．２以上、２．５未満である半導体接合用接着フィルムであれば、プリヒート工程を省略して、半田溶融温度以上の温度に加熱したボンディングヘッドを直接接触させた場合でも、半田流れによる接合不良、ボイドの発生、及び、樹脂の噛み込みによる半田接合不良を防止して、大幅にタクトを短縮して生産性を向上させることができることを見出し、本発明を完成した。これは、半導体接合用接着フィルムの最低溶融粘度を低くすることにより流動抵抗が低減して半田流れを抑制できるとともに、半導体接合用接着フィルムの硬化速度を適度な範囲内とすることにより、ボイドの発生と樹脂の噛み込みによる半田接合不良の発生とを抑制できるためであると考えられる。

本発明の半導体接合用接着フィルムは、６０℃〜３００℃の温度範囲における最低溶融粘度（ＶＡ）の下限が１００Ｐａ・ｓ、上限が７００Ｐａ・ｓである。最低溶融粘度（ＶＡ）を１００Ｐａ・ｓ以上とすることにより、ボイドの発生を防止することができる。また、最低溶融粘度（ＶＡ）を７００Ｐａ・ｓ以下とすることにより、後述する半導体装置の製造方法の工程３において、半田溶融温度以上の温度に加熱したボンディングヘッドを接触させたときに、樹脂の流動抵抗によって半田が押し流されてしまうことを防止することができ、接合不良の発生を防止することができる。上記最低溶融粘度（ＶＡ）の好ましい下限は１５０Ｐａ・ｓ、好ましい上限は６８０Ｐａ・ｓであり、より好ましい下限は２００Ｐａ・ｓ、より好ましい上限は６５０Ｐａ・ｓである。
ここで６０℃〜３００℃の温度範囲としたのは、上記工程３において半田溶融温度以上の温度に加熱したボンディングヘッドを接触させたときに半導体接合用接着フィルムにかかる温度範囲に対応したものである。
なお、本明細書において６０℃〜３００℃の温度範囲における最低溶融粘度（ＶＡ）とは、回転式レオメーター装置（例えば、レオロジカ社製「ＶＡＲ−１００」）を用いて、昇温速度１０℃／ｍｉｎ、周波数１Ｈｚ、歪０．５％の条件で、測定温度範囲６０℃から３００℃まで測定したときの複素粘度の最低値を意味する。

本発明の半導体接合用接着フィルムは、最低溶融粘度到達温度より１０℃高い温度における溶融粘度（ＶＢ）と最低溶融粘度（ＶＡ）との比（ＶＢ／ＶＡ）が１．２以上、２．５未満である。熱硬化性の半導体接合用接着フィルムは、昇温するに従い樹脂が流動化して粘度が低下していくが、最低溶融粘度に到達した後も更に昇温すると、熱硬化が始まって粘度が上昇していく。ＶＢ／ＶＡは、最低溶融粘度到達温度から１０℃高い温度に達したときに、どの程度熱硬化により粘度が上昇したかを示すものであり、硬化速度の指標となる数値である。ＶＢ／ＶＡが上記範囲内である場合には、半導体接合用接着フィルムの硬化速度が適度な範囲内となって、ボイドの発生と樹脂の噛み込みによる半田接合不良の発生とを抑制することができる。ＶＢ／ＶＡが１．２未満であると、ボイドが発生したり、半田流れが発生することがあり、２．５以上であると、樹脂の噛み込みによる半田接合不良が発生したりすることがある。ＶＢ／ＶＡの好ましい上限は２．０である。
なお、最低溶融粘度到達温度より１０℃高い温度における溶融粘度（ＶＢ）と最低溶融粘度（ＶＡ）は、回転式レオメーター装置（例えば、レオロジカ社製「ＶＡＲ−１００」）を用いて、昇温速度１０℃／ｍｉｎ、周波数１Ｈｚ、歪０．５％の条件で測定することができる。

本発明の半導体接合用接着フィルムは、少なくとも、熱硬化性樹脂、熱硬化剤及び高分子量化合物を含有する。
上記熱硬化性樹脂は特に限定されず、例えば、付加重合、重縮合、重付加、付加縮合、開環重合等の反応により硬化する化合物が挙げられる。
上記熱硬化性樹脂として、具体的には例えば、ユリア樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、レゾルシノール樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリベンズイミダゾール樹脂、ジアリルフタレート樹脂、キシレン樹脂、アルキル−ベンゼン樹脂、エポキシアクリレート樹脂、珪素樹脂、ウレタン樹脂等が挙げられる。なかでも、半導体接合用接着フィルムの硬化物の強度及び接合信頼性を確保する観点から、エポキシ樹脂、アクリル樹脂が好ましい。

上記エポキシ樹脂は特に限定されず、例えば、ビスフェノールＡ型、ビスフェノールＦ型、ビスフェノールＡＤ型、ビスフェノールＳ型等のビスフェノール型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型、クレゾールノボラック型等のノボラック型エポキシ樹脂、レゾルシノール型エポキシ樹脂、トリスフェノールメタントリグリシジルエーテル等の芳香族エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、フルオレン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、ポリエーテル変性エポキシ樹脂、ＮＢＲ変性エポキシ樹脂、ＣＴＢＮ変性エポキシ樹脂、及び、これらの水添化物等が挙げられる。これらのエポキシ樹脂は、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

上記エポキシ樹脂は、常温で液状のエポキシ樹脂であっても、常温で固体のエポキシ樹脂であってもよく、これらを適宜組み合わせて用いてもよい。
上記常温で液状のエポキシ樹脂のうち、市販品として、例えば、ＥＰＩＣＬＯＮ ８４０、８４０−Ｓ、８５０、８５０−Ｓ、ＥＸＡ−８５０ＣＲＰ（以上、ＤＩＣ社製）、ＥＰ−４１００ＨＦ（アデカ社製）等のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ＥＰＩＣＬＯＮ ８３０、８３０−Ｓ、ＥＸＡ−８３０ＣＲＰ（以上、ＤＩＣ社製）ＥＰ−４９００ＨＦ（アデカ社製）等のビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ＥＰ−４０００Ｓ、ＥＰ−４０００Ｌ、ＥＰ−４００３Ｓ、ＥＰ−４０１０Ｓ、ＥＰ−４０１０Ｌ（以上、アデカ社製）等のビスフェノールＡ−ＰＯ型エポキシ樹脂、ＥＰＩＣＬＯＮ ＨＰ−４０３２、ＨＰ−４０３２Ｄ（以上、ＤＩＣ社製）等のナフタレン型エポキシ樹脂、ＥＰＩＣＬＯＮ ＥＸＡ−７０１５（ＤＩＣ社製）、ＥＸ−２５２（ナガセケムテックス社製）等の水添ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ＥＸ−２０１（ナガセケムテックス社製）等のレゾルシノール型エポキシ樹脂、ＥＰ−４０８８Ｓ、ＥＰ−４０８８Ｌ（以上、アデカ社製）等のジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ＥＰ−３３００Ｅ、ＥＰ−３３００Ｓ（以上、アデカ社製）等のベンゾフェノン型エポキシ樹脂、ＥＰ−３９００Ｓ、ＥＰ−３９５０Ｌ、ＥＰ−３９８０Ｓ（以上、アデカ社製）、ＪＥＲ−６３０、６０４（三菱化学社製）等のグリシジルアミン型エポキシ樹脂、ＪＥＲ−８２５、８２７、８２８、８０６、８０７、１５２、６３０、８７１、ＹＸ８０００、ＹＸ８０３４、ＹＬ９８０、ＹＬ９８３（以上、三菱化学社製）等の液状エポキシ樹脂等が挙げられる。

上記常温で固体のエポキシ樹脂のうち、市販品として、例えば、ＥＰＩＣＬＯＮ ８６０、１０５５０、１０５５（以上、ＤＩＣ社製）等のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ＥＰＩＣＬＯＮ ＥＸＡ−１５１４（ＤＩＣ社製）等のビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、ＪＥＲ−４００４Ｐ、４００５Ｐ、４００７Ｐ、４０１０Ｐ（以上、三菱化学社製）等のビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ＥＰＩＣＬＯＮ ＨＰ−４７００、ＨＰ−４７１０、ＨＰ−４７７０（以上、ＤＩＣ社製）等のナフタレン型エポキシ樹脂、ＥＰＩＣＬＯＮ ＨＰ−７２００シリーズ（ＤＩＣ社製）等のジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ＥＰＩＣＬＯＮ ＨＰ−５０００、ＥＸＡ−９９００（以上、ＤＩＣ社製）等のクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ＪＥＲ−１００１、１００２、１００３、１０５５、１００４、１００５、１００６、１００７、１００９、１０１０、１５４、１５７Ｓ７０、１０３１Ｓ、１０３２Ｈ６０、ＹＬ６８１０、ＹＬ７７００、ＹＸ８８００、ＹＸ４０００、ＹＬ６１２１Ｈ、ＹＸ７３９９（以上、三菱化学社製）等の固形エポキシ樹脂等が挙げられる。

上記熱硬化剤は特に限定されず、従来公知の熱硬化剤を上記熱硬化性樹脂に合わせて適宜選択することができる。上記熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を用いる場合、上記熱硬化剤として、例えば、酸無水物系硬化剤、フェノール系硬化剤、アミン系硬化剤、ジシアンジアミド等の潜在性硬化剤、カチオン系触媒型硬化剤、ケチミン硬化剤、チオール系硬化剤等が挙げられる。これらの熱硬化剤は、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。なかでも、硬化速度、硬化物の物性等に優れることから、酸無水物系硬化剤が好ましい。

上記酸無水物系硬化剤のうち、市販品として、例えば、ＹＨ−３０６、ＹＨ−３０７（以上、三菱化学社製、常温（２５℃）で液状）、ＹＨ−３０９（三菱化学社製、常温（２５℃）で固体）等が挙げられる。

上記熱硬化剤の含有量は特に限定されず、上記熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を用い、エポキシ基と等量反応する熱硬化剤を用いる場合、上記熱硬化剤の含有量は、半導体接合用接着フィルム中に含まれるエポキシ基の総量に対する好ましい下限が６０当量、好ましい上限が１１０当量である。含有量が６０当量未満であると、半導体接合用接着フィルムを充分に硬化させることができないことがある。含有量が１１０当量を超えても、特に半導体接合用接着フィルムの硬化性には寄与せず、過剰な熱硬化剤が揮発することによってボイドの原因となることがある。含有量のより好ましい下限は７０当量、より好ましい上限は１００当量である。

上記高分子量化合物は、特に限定されず、例えば、ユリア樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、レゾルシノール樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリベンズイミダゾール樹脂、ジアリルフタレート樹脂、キシレン樹脂、アルキル−ベンゼン樹脂、エポキシアクリレート樹脂、珪素樹脂、ウレタン樹脂等の公知の高分子量化合物が挙げられる。なかでも、エポキシ基を有する高分子量化合物が好ましい。

上記エポキシ基を有する高分子量化合物を添加することで、半導体接合用接着フィルムの硬化物は、優れた可撓性を発現する。即ち、半導体接合用接着フィルムの硬化物は、上記熱硬化性樹脂としてのエポキシ樹脂に由来する優れた機械的強度、耐熱性及び耐湿性と、上記エポキシ基を有する高分子量化合物に由来する優れた可撓性とを兼備することとなるので、耐冷熱サイクル性、耐ハンダリフロー性、寸法安定性等に優れるものとなり、高い接合信頼性及び高い導通信頼性を発現することとなる。

上記エポキシ基を有する高分子量化合物は、末端及び／又は側鎖（ペンダント位）にエポキシ基を有する高分子量化合物であれば特に限定されず、例えば、エポキシ基含有アクリルゴム、エポキシ基含有ブタジエンゴム、ビスフェノール型高分子量エポキシ樹脂、エポキシ基含有フェノキシ樹脂、エポキシ基含有アクリル樹脂、エポキシ基含有ウレタン樹脂、エポキシ基含有ポリエステル樹脂等が挙げられる。なかでも、エポキシ基を多く含む高分子量化合物を得ることができ、硬化物の機械的強度及び耐熱性がより優れたものとなることから、エポキシ基含有アクリル樹脂が好ましい。これらのエポキシ基を有する高分子量化合物は、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

上記高分子量化合物として、上記エポキシ基を有する高分子量化合物、特に、エポキシ基含有アクリル樹脂を用いる場合、上記エポキシ基を有する高分子量化合物の重量平均分子量の好ましい下限は１万、好ましい上限は１００万である。重量平均分子量が１万未満であると、半導体接合用接着フィルムの製膜性が不充分となったり、半導体接合用接着フィルムの硬化物の可撓性が充分に向上しなかったりすることがある。重量平均分子量が１００万を超えると、高分子量化合物は、溶媒への溶解性が低下して取扱い性が低下することがある。

上記高分子量化合物として、上記エポキシ基を有する高分子量化合物、特に、エポキシ基含有アクリル樹脂を用いる場合、上記エポキシ基を有する高分子量化合物のエポキシ当量の好ましい下限が２００、好ましい上限が１０００である。エポキシ当量が２００未満であると、半導体接合用接着フィルムの硬化物の可撓性が充分に向上しないことがある。エポキシ当量が１０００を超えると、半導体接合用接着フィルムの硬化物の機械的強度又は耐熱性が不充分となることがある。

本発明の半導体接合用接着フィルムにおける上記高分子量化合物の含有量は特に限定されず、本発明の半導体接合用接着フィルムにおける好ましい下限は３重量％、好ましい上限は３０重量％である。

本発明の半導体接合用接着フィルムは、硬化速度、硬化物の物性等を調整する目的で、更に、硬化促進剤を含有してもよい。
上記硬化促進剤は特に限定されず、例えば、イミダゾール系硬化促進剤、３級アミン系硬化促進剤等が挙げられる。なかでも、硬化速度、硬化物の物性等の調整をするための反応系の制御をしやすいことから、イミダゾール系硬化促進剤が好ましい。

上記イミダゾール系硬化促進剤は特に限定されず、例えば、フジキュアー７０００（Ｔ＆Ｋ ＴＯＫＡ社製、常温（２５℃）で液状）、イミダゾールの１位をシアノエチル基で保護した１−シアノエチル−２−フェニルイミダゾール、イソシアヌル酸で塩基性を保護したイミダゾール系硬化促進剤（商品名「２ＭＡ−ＯＫ」、四国化成工業社製、常温（２５℃）で固体）、２ＭＺ、２ＭＺ−Ｐ、２ＰＺ、２ＰＺ−ＰＷ、２Ｐ４ＭＺ、Ｃ１１Ｚ−ＣＮＳ、２ＰＺ−ＣＮＳ、２ＰＺＣＮＳ−ＰＷ、２ＭＺ−Ａ、２ＭＺＡ−ＰＷ、Ｃ１１Ｚ−Ａ、２Ｅ４ＭＺ−Ａ、２ＭＡＯＫ−ＰＷ、２ＰＺ−ＯＫ、２ＭＺ−ＯＫ、２ＰＨＺ、２ＰＨＺ−ＰＷ、２Ｐ４ＭＨＺ、２Ｐ４ＭＨＺ−ＰＷ、２Ｅ４ＭＺ・ＢＩＳ、ＶＴ、ＶＴ−ＯＫ、ＭＡＶＴ、ＭＡＶＴ−ＯＫ（以上、四国化成工業社製）等が挙げられる。これらのイミダゾール系硬化促進剤は、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

上記硬化促進剤の含有量は特に限定されず、熱硬化剤１００重量部に対する好ましい下限が２重量部、好ましい上限が５０重量部である。含有量が２重量部未満であると、半導体接合用接着フィルムの熱硬化のために高温で長時間の加熱を必要とすることがある。含有量が５０重量部を超えると、半導体接合用接着フィルムの貯蔵安定性が不充分となったり、過剰な硬化促進剤が揮発することによってボイドの原因となったりすることがある。含有量のより好ましい下限は３重量部、より好ましい上限は３０重量部である。

本発明の半導体接合用接着フィルムは、更に、無機フィラーを含有してもよい。
上記無機フィラーは特に限定されず、例えば、シリカ、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化珪素、炭化珪素、酸化マグネシウム、酸化亜鉛等が挙げられる。これらの無機フィラーは単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。なかでも、流動性に優れることから球状シリカが好ましく、メチルシランカップリング剤、フェニルシランカップリング剤、ビニルシランカップリング剤、メタクリルシランカップリング剤等で表面処理された球状シリカがより好ましい。

上記無機フィラーの平均粒子径は特に限定されないが、半導体接合用接着フィルムの透明性、流動性、接合信頼性等の観点から、０．０１〜１μｍ程度が好ましい。
上記無機フィラーの含有量特に限定されず、上記熱硬化性樹脂１００重量部に対する好ましい下限は１０重量部、好ましい上限は７０重量部である。

本発明の半導体接合用接着フィルムは、必要に応じて、更に、希釈剤、チキソトロピー付与剤、溶媒、無機イオン交換体、ブリード防止剤、イミダゾールシランカップリング剤等の接着性付与剤、密着性付与剤、ゴム粒子等の応力緩和剤等のその他の添加剤を含有してもよい。

例えば、上記高分子量化合物と熱硬化性樹脂との配合比、液状の熱硬化性樹脂の含有量、無機フィラーの含有量を調整することにより、本発明の半導体接合用接着フィルムの６０℃〜３００℃の温度範囲における最低溶融粘度（ＶＡ）を所期の範囲内とし、最低溶融粘度到達温度より１０℃高い温度における溶融粘度（ＶＢ）と最低溶融粘度（ＶＡ）との比（ＶＢ／ＶＡ）を所期の範囲内とすることができる。
より具体的には例えば、高分子量化合物／液状の熱硬化性樹脂の重量比を１〜３に調整したり、無機フィラーの含有量を２０〜６０重量部の範囲に調整したりする方法が挙げられる。
また、熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂である場合、含窒素化合物がエポキシ樹脂の架橋反応において触媒的な働きを示すことから、半導体接合用接着フィルム中の含窒素化合物の含有量を調整することも考えられる。含窒素化合物として、具体的には、例えば、熱硬化性樹脂としてグリシジルアミン型エポキシ樹脂、硬化剤又は硬化促進剤としてアミン系硬化剤又は硬化促進剤、ジシアンジアミド、イミダゾール系硬化促進剤等が挙げられる。より具体的には例えば、半導体接合用接着フィルム中の含窒素化合物の含有量を２〜１２重量％に調整する方法が挙げられる。

本発明の半導体接合用接着フィルムの厚みは特に限定されないが、好ましい下限は５μｍ、好ましい上限は６０μｍであり、より好ましい下限は１０μｍ、より好ましい上限は５０μｍである。

本発明の半導体接合用接着フィルムを製造する方法は特に限定されず、例えば、熱硬化性樹脂、熱硬化剤及び高分子量化合物に、必要に応じてその他の添加剤を所定量配合して混合し、得られた樹脂組成物を離型フィルム上に塗工し、乾燥させてフィルムを製造する方法等が挙げられる。上記混合の方法は特に限定されず、例えば、ホモディスパー、万能ミキサー、バンバリーミキサー、ニーダー等を使用する方法が挙げられる。

本発明の半導体接合用接着フィルムは、半田電極付き半導体チップの該半田電極を有する面に半導体接合用接着フィルムを供給する工程１と、前記半田電極付き半導体チップを、前記半導体接合用接着フィルムを介して、対抗電極若しくは電極パッドを有する半導体チップ又は回路基板上に半田溶融温度未満の温度で仮接合する工程２と、半田溶融温度以上の温度に加熱したボンディングヘッドを接触させることにより半田接合する工程３を有する半導体装置の製造方法に用いられるものである。

上記半導体装置の製造方法では、まず、半田電極付き半導体チップの該半田電極を有する面に半導体接合用接着フィルムを供給する工程１を行う。
上記半田電極付き半導体チップは、例えば、シリコン、ガリウム砒素等の半導体からなり、半田からなる先端部を有する突起電極が表面に形成された半導体チップが挙げられる。なお、半田からなる先端部を有する突起電極は、先端部が半田からなっていれば、突起電極の一部が半田からなっていても、突起電極全体が半田からなってもよい。

上記工程１において半導体接合用接着フィルムを供給する方法は特に限定されず、例えば、
半導体接合用接着フィルムを上記半田電極付き半導体チップ上に貼付する方法等が挙げられる。また、予め半田電極付き半導体ウエハに半導体接合用接着フィルムを常圧ラミネート、真空ラミネート等により貼付した後、ブレードダイシング、レーザーダイシング等により半導体チップに個片化する方法を用いることもできる。

上記半導体装置の製造方法では、次いで、半田電極付き半導体チップを、半導体接合用接着フィルムを介して、対抗電極若しくは電極パッドを有する半導体チップ又は回路基板上に半田溶融温度未満の温度で仮接合する工程２を行う。工程２において複数の半田電極付き半導体チップを仮固定した後、工程３において一括して半田接合することにより、大幅なプロセスを短縮することができる。特に、半導体チップを多段で積層する場合や、複数の半導体チップを一括接続する場合は、高生産性という点でこの工法が非常に有効である。
上記工程２は、例えば、フリップチップボンダ等の実装用装置を用いて行うことができる。
なお、半田溶融点は、通常、２１５〜２３５℃程度であり、工程２における仮固定は該半田溶融点未満の温度で行う。該半田溶融点未満の温度としては、１００〜２００℃程度であることが好ましい。

上記半導体装置の製造方法では、次いで、半田溶融温度以上の温度に加熱したボンディングヘッドを接触させることにより半田接合する工程３を行う。
一般的に行われるプリヒート工程を行わずに、直接、半田溶融温度以上の温度に加熱したボンディングヘッドを接触させることにより、実装する度に毎回ボンディングヘッドを冷却／昇温することが不要となり、大幅なタクトが短縮して生産性が向上する。ここで、本発明の半導体接合用接着フィルムを用いることにより、半田溶融温度以上の温度に加熱したボンディングヘッドを直接接触させた場合でも、半田流れによる接合不良、ボイドの発生、及び、樹脂の噛み込みによる半田接合不良を防止することができる。

半田溶融点は、通常、２１５〜２３５℃程度であることから、工程３においてボンディングヘッドは、２２０〜３００℃に加熱することが好ましい。２２０℃未満であると、突起電極が充分に溶融せず、電極接合が形成されないことがあり、３００℃を超えると、接着剤から揮発成分が発生してボイドを増加させることがある。

上記工程３において半田溶融温度以上の温度に加熱したボンディングヘッドを接触させた後の保持時間としては、好ましい下限が０．１秒、好ましい上限が１０秒である。保持時間が０．１秒未満であると、突起電極が充分に溶融せず、電極接合が形成されないことがある。保持時間が１０秒を超えると、長タクトとなり生産性が低下することがある。
上記工程３では、半導体チップに対して圧力をかけることが好ましい。圧力は、電極接合が形成される圧力であれば特に限定されないが、０．１〜４ＭＰａが好ましい。

上記半導体装置の製造方法では、更に、上記工程３の後に、加圧雰囲気下で加熱してボイドを除去する工程４を行ってもよい。工程４を行うことにより、仮に半導体接合用接着フィルムに空気が巻き込まれた場合であっても、ボイドを除去することができる。
なお、加圧雰囲気下とは、常圧（大気圧）より高い圧力雰囲気下を意味する。

上記工程４において加圧雰囲気下で加熱する方法として、例えば、加圧オーブン（例えば、ＰＣＯ−０８３ＴＡ（ＮＴＴアトバンステクノロジ社製））を用いる方法等が挙げられる。
上記加圧オーブンの圧力の好ましい下限は０．２ＭＰａ、好ましい上限は１０ＭＰａである。圧力が０．２ＭＰａ未満であると、ボイドを充分に除去できないことがある。圧力が１０ＭＰａを超えると、半導体接合用接着フィルムの変形が生じ、半導体装置の信頼性に悪影響を及ぼすことがある。圧力のより好ましい下限は０．３ＭＰａ、より好ましい上限は１ＭＰａである。

上記工程４において加圧雰囲気下で加熱する際の加熱温度の好ましい下限は６０℃、好ましい上限は１５０℃である。ただし、加圧雰囲気下で加熱する際には、一定温度及び一定圧力で保持してもよいし、昇温及び／又は昇圧しながら段階的に温度及び／又は圧力を変化させてもよい。
また、ボイドをより確実に除去するためには、加圧雰囲気下で加熱する際の加熱時間は、１０分以上であることが好ましい。

上記半導体装置の製造方法では、更に、工程３（又は必要に応じて工程４）を行った後、半導体接合用接着フィルムを完全に硬化させる工程５を行ってもよい。
上記半導体接合用接着フィルムを完全に硬化させる方法として、例えば、工程４を行った後に加圧雰囲気下でそのまま温度を上げて半導体接合用接着フィルムを完全に硬化させる方法、常圧下で加熱して完全に硬化させる方法等が挙げられる。上記半導体接合用接着フィルムを完全に硬化させる際の加熱温度は特に限定されないが、１５０〜２００℃程度が好ましい。

半田電極付き半導体チップの該半田電極を有する面に半導体接合用接着フィルムを供給する工程１と、上記半田電極付き半導体チップを、上記半導体接合用接着フィルムを介して、対抗電極若しくは電極パッドを有する半導体チップ又は回路基板上に半田溶融温度未満の温度で仮接合する工程２と、半田溶融温度以上の温度に加熱したボンディングヘッドを接触させることにより半田接合する工程３を有する半導体装置の製造方法であって、上記半導体接合用接着フィルムは、少なくとも、熱硬化性樹脂、熱硬化剤及び高分子量化合物を含有し、６０℃〜３００℃の温度範囲における最低溶融粘度（ＶＡ）が１００〜７００Ｐａ・ｓ、かつ、最低溶融粘度到達温度より１０℃高い温度における溶融粘度（ＶＢ）と最低溶融粘度（ＶＡ）との比（ＶＢ／ＶＡ）が１．２以上、２．５未満であるものである半導体装置の製造方法もまた、本発明の１つである。

本発明によれば、大幅にタクトを短縮して生産性を向上させることができ、高い信頼性で接合できる半導体接合用接着フィルム、及び、半導体装置の製造方法を提供することができる。

以下に実施例を挙げて本発明の態様を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例にのみ限定されるものではない。

（実施例１〜６、比較例１〜４）
（１）半導体接合用接着フィルムの作製
表１に記載の各材料を、表２記載の配合組成に従って溶媒としてのＭＥＫに添加し、ホモディスパーを用いて攪拌混合することにより接着剤溶液を製造した。得られた接着剤溶液を、アプリケーターを用いて離型ＰＥＴフィルム上に乾燥後の厚みが３０μｍとなるように塗工し、乾燥させることにより、接着フィルムを製造した。使用時まで、得られた接着剤層の表面を離型ＰＥＴフィルム（保護フィルム）で保護した。

（２）半導体装置の製造
先端部が半田からなるバンプが５０μｍピッチでペリフェラル状に形成されたウエハ（ＷＡＬＴＳ−ＴＥＧ ＭＢ５０−０１０１ＪＹ、半田溶融点２３５℃、ウォルツ社製）を用意した。接着フィルムの片面の保護フィルムを剥がし、真空ラミネーター（ＡＴＭ−８１２Ｍ、タカトリ社製）を用いて、ステージ温度８０℃、真空度１００Ｐａでウエハのバンプが形成された面に接着フィルムを貼り合わせた。

接着フィルムの他面の離型ＰＥＴフィルムを剥がし、露出した接着剤面に、研削用保護テープ（エレップホルダーＢＴ３１００Ｐ、日東電工社製）をラミネートした。次いで、研削装置（ＤＦＧ８５６０、ディスコ社製）を用いて、厚みが１００μｍとなるまでウエハの裏面を研削した。ウエハの研削した面にダイシングテープを貼り付け、研削用保護テープを剥離した。その後、ダイシング装置（ＤＦＤ６５１、ディスコ社製）を用いて、送り速度２０ｍｍ／秒でウエハをダイシングして、厚みが３０μｍの接着剤層が付着した接着剤層付き半導体チップ（７．６ｍｍ×７．６ｍｍ）を得た。

Ｎｉ／Ａｕ電極を有する基板（ＷＡＬＴＳ−ＫＩＴ ＭＢ５０−０１０１ＪＹ、ウォルツ社製）を用意した。フリップチップボンダ（ＦＣ−３０００、東レエンジニアリング社製）を用いて、ボンディングステージ温度１００℃の条件下で、接触温度１００℃、実装温度１００℃、実装荷重１．７ＭＰａで５秒間荷重をかけ、得られた接着剤層付き半導体チップを基板上に仮圧着した。その後さらに、基板上に仮圧着した半導体チップにおいて、フリップチップボンダ（ＦＣ−３０００、東レエンジニアリング社製）を用いて、ボンディングステージ温度１００℃の条件下で、接触温度２８０℃、実装温度２８０℃、実装荷重１．７ＭＰａで５秒間荷重をかけ、本圧着を行った。その後、常圧１９０℃オーブンで３０分間保持することにより、接着剤層を完全に硬化させて、半導体装置を得た。

＜評価＞
実施例、比較例で得られた半導体装置について以下の評価を行った。
結果を表２に示した。

（１）初期導通の評価
半導体チップと基板の電気端子間に形成されたデイジーテェインについて、抵抗計（３５４１、ＨＩＯＩＫＩ社製）を用いて４端子法により導通確認を行った。４辺のペリフェラル電極のうち、４辺とも導通が確認できたものを良品として「○」と、４辺のうち１辺以上において導通が確認できなかったものを不良品として「×」と評価した。

（２）半田流れの評価
半導体装置の半田接合部をＸ透過装置（ＭＦ１００Ｃ、日立エンジニアリング・アンド・サービス社製）により観察し、半田流れの有無を確認した。半田が半田接合部にのみ存在した場合を良品として「○」と、接合時に押し流された半田が、半田接合部以外の箇所に島状に存在した場合を不良品として「×」と評価した。

（３）半田接合性の評価
研磨機を用いて半導体装置を断面研磨し、マイクロスコープを用いて半田接合部の接合状態を観察した。上下電極間に樹脂（接着剤）の噛み込み及び半田流れによる半田流失がなく、接合状態が良好であった場合を良品として「○」と、上下電極間にわずかに樹脂（接着剤）の噛み込みがあるものの、半田流れによる半田流失がなく、接合状態が比較的良好であった場合を一応の良品として「△」と、上下電極間に樹脂（接着剤）の噛み込み又は半田流れによる半田流失があり、上下電極が全く接合していなかった場合を不良品として「×」と評価した。

（４）ボイドの評価
研磨機を用いて半導体装置を水平研磨（半導体チップ面に対して水平に研磨）し、マイクロスコープを用いてボイドの観察を行った。ペリフェラルバンプよりも内側の面内にボイドが無く、またペリフェラルバンプ近傍の基板レジスト開口部にもボイドが観察されなかったものを良品として「○」と、ペリフェラルバンプよりも内側の面内にボイドは無いが、ペリフェラルバンプ近傍の基板レジスト開口部に僅かにボイドが観察されたものを一応の良品として「△」と、ペリフェラルバンプよりも内側の面内にボイドが存在し、ペリフェラルバンプ近傍の基板レジスト開口部にもボイドが多数観察されたものを不良品として「×」と評価した。

本発明によれば、大幅にタクトを短縮して生産性を向上させることができ、高い信頼性で接合できる半導体接合用接着フィルム、及び、半導体装置の製造方法を提供することができる。

Claims (2)

1. 半田電極付き半導体チップの該半田電極を有する面に半導体接合用接着フィルムを供給する工程１と、前記半田電極付き半導体チップを、前記半導体接合用接着フィルムを介して、対抗電極若しくは電極パッドを有する半導体チップ又は回路基板上に半田溶融温度未満の温度で仮接合する工程２と、半田溶融温度以上の温度に加熱したボンディングヘッドを接触させることにより半田接合する工程３を有する半導体装置の製造方法に用いられる半導体接合用接着フィルムであって、
   少なくとも、熱硬化性樹脂、熱硬化剤及び高分子量化合物を含有し、
   ６０℃〜３００℃の温度範囲における最低溶融粘度（ＶＡ）が１００〜７００Ｐａ・ｓ、かつ、最低溶融粘度到達温度より１０℃高い温度における溶融粘度（ＶＢ）と最低溶融粘度（ＶＡ）との比（ＶＢ／ＶＡ）が１．２以上、２．５未満である
   ことを特徴とする半導体接合用接着フィルム。
2. 半田電極付き半導体チップの該半田電極を有する面に半導体接合用接着フィルムを供給する工程１と、前記半田電極付き半導体チップを、前記半導体接合用接着フィルムを介して、対抗電極若しくは電極パッドを有する半導体チップ又は回路基板上に半田溶融温度未満の温度で仮接合する工程２と、半田溶融温度以上の温度に加熱したボンディングヘッドを接触させることにより半田接合する工程３を有する半導体装置の製造方法であって、
   前記半導体接合用接着フィルムは、少なくとも、熱硬化性樹脂、熱硬化剤及び高分子量化合物を含有し、６０℃〜３００℃の温度範囲における最低溶融粘度（ＶＡ）が１００〜７００Ｐａ・ｓ、かつ、最低溶融粘度到達温度より１０℃高い温度における溶融粘度（ＶＢ）と最低溶融粘度（ＶＡ）との比（ＶＢ／ＶＡ）が１．２以上、２．５未満である
   ことを特徴とする半導体装置の製造方法。