JP6729818B2 - バンプ保護膜用感光性樹脂組成物、半導体装置、半導体装置の製造方法および電子機器 - Google Patents
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Description
(1) 熱硬化性樹脂と、
感光剤と、
溶媒と、
を含むバンプ保護膜用感光性樹脂組成物であって、
前記バンプ保護膜用感光性樹脂組成物がシリコン基板上に塗布された後、120℃、3分間の乾燥により得られた厚さ15μmの乾燥膜を、感光性樹脂膜とし、
波長365nmのi線により600mJ/cm2の条件で露光する第1処理、大気雰囲気における80℃、5分間の露光後加熱を行う第2処理、および、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートによる30秒間のスプレー現像を行う第3処理、が順次施された後の前記感光性樹脂膜を、現像後感光膜とし、
窒素雰囲気における170℃、180分間の現像後加熱を行う第4処理が施された後の前記現像後感光膜を、硬化後感光膜としたとき、
前記現像後感光膜に対して、前記現像後感光膜の20質量倍の超純水を用いた125℃、20時間の第1熱水抽出処理を施し、抽出された第1抽出液のpHをpH1とすると、前記pH1が3.0〜5.0であり、
前記硬化後感光膜に対して、前記硬化後感光膜の20質量倍の超純水を用いた125℃、20時間の第2熱水抽出処理を施し、抽出された第2抽出液のpHをpH2とすると、前記pH2が前記pH1より高く、
前記pH1と前記pH2との差が0.1〜1.0であることを特徴とするバンプ保護膜用感光性樹脂組成物。
(3) 前記感光剤は、熱解離性を有する上記(1)または(2)に記載のバンプ保護膜用感光性樹脂組成物。
前記半導体チップ上に設けられ、上記(1)ないし(5)のいずれかに記載のバンプ保護膜用感光性樹脂組成物の硬化物を含む樹脂膜と、
を備えることを特徴とする半導体装置。
前記樹脂膜配置工程の後、前記感光性樹脂膜に露光処理を施す露光工程と、
前記露光工程の後、前記感光性樹脂膜に現像処理を施す現像工程と、
前記現像工程の後、前記感光性樹脂膜に硬化処理を施す硬化工程と、
を有し、
前記バンプ保護膜用感光性樹脂組成物は、
前記バンプ保護膜用感光性樹脂組成物がシリコン基板上に塗布された後、120℃、3分間の乾燥により得られた厚さ15μmの乾燥膜を、前記感光性樹脂膜とし、
波長365nmのi線により600mJ/cm2の条件で露光する第1処理、大気雰囲気における80℃、5分間の露光後加熱を行う第2処理、および、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートによる30秒間のスプレー現像を行う第3処理、が順次施された後の前記感光性樹脂膜を、現像後感光膜とし、
窒素雰囲気における170℃、180分間の現像後加熱を行う第4処理が施された後の前記現像後感光膜を、硬化後感光膜としたとき、
前記現像後感光膜に対して、前記現像後感光膜の20質量倍の超純水を用いた125℃、20時間の第1熱水抽出処理を施し、抽出された第1抽出液のpHをpH1とすると、前記pH1が3.0〜5.0であり、
前記硬化後感光膜に対して、前記硬化後感光膜の20質量倍の超純水を用いた125℃、20時間の第2熱水抽出処理を施し、抽出された第2抽出液のpHをpH2とすると、前記pH2が前記pH1より高く、
前記pH1と前記pH2との差が0.1〜1.0であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
(8) 上記(6)に記載の半導体装置を備えることを特徴とする電子機器。
また、本発明によれば、信頼性の高い電子機器を得ることができる。
まず、バンプ保護膜用感光性樹脂組成物の説明に先立ち、本発明の半導体装置の実施形態について説明する。
図2に示す貫通電極基板2が備える下層配線層24および上層配線層25は、それぞれ絶縁層、配線層および貫通配線等を含んでいる。これにより、下層配線層24および上層配線層25は、内部や表面に配線を含むとともに、有機絶縁層21を貫通する貫通配線221を介して相互の電気的接続が図られる。
次に、図1に示す半導体装置1を製造する方法について説明する。
まず、図4(a)に示すように、基板202と、基板202上に設けられた半導体チップ23および貫通配線221、222と、これらを埋め込むように設けられた有機絶縁層21と、を備えるチップ埋込構造体27を用意する。
次に、有機絶縁層21上および半導体チップ23上に、上層配線層25を形成する。
まず、図4(b)に示すように、有機絶縁層21上および半導体チップ23上に感光性樹脂ワニス5を塗布する(配置する)。これにより、図4(c)に示すように、感光性樹脂ワニス5の液状被膜が得られる。感光性樹脂ワニス5については、後に詳述するが、本実施形態に係るバンプ保護膜用感光性樹脂組成物であって、感光性を有するワニスである。
次に、感光性樹脂層2510に露光処理を施す。
その後、必要に応じて、感光性樹脂層2510に露光後加熱処理を施す。
次に、感光性樹脂層2510に現像処理を施す。これにより、マスク412の遮光部に対応した領域に、感光性樹脂層2510を貫通する開口部423が形成される(図5(e)参照)。
現像液としては、例えば、有機系現像液、水溶性現像液等が挙げられる。
現像処理の後、感光性樹脂層2510に対して硬化処理(現像後加熱処理)を施す。硬化処理の条件は、特に限定されないが、160〜250℃程度の加熱温度で、30〜240分程度の加熱時間とされる。これにより、半導体チップ23に対する熱影響を抑えつつ、感光性樹脂層2510を硬化させ、有機絶縁層251を得ることができる。
次に、有機絶縁層251上に配線層253を形成する(図5(f)参照)。配線層253は、例えばスパッタリング法、真空蒸着法等の気相成膜法を用いて金属層を得た後、フォトリソグラフィー法およびエッチング法によりパターニングされることによって形成される。
次に、図5(g)に示すように、第1樹脂膜配置工程S20と同様にして感光性樹脂層2520を得る。感光性樹脂層2520は、配線層253を覆うように配置される。
次に、感光性樹脂層2520に露光処理を施す。処理条件は、例えば第1露光工程S21で記載した条件とされる。
次に、感光性樹脂層2520に現像処理を施す。処理条件は、例えば第1現像工程S22で記載した条件とされる。これにより、感光性樹脂層2510、2520を貫通する開口部424が形成される(図5(h)参照)。
現像処理の後、感光性樹脂層2520に対して硬化処理(現像後加熱処理)を施す。硬化条件は、例えば第1硬化工程S23で記載した条件とされる。これにより、感光性樹脂層2520を硬化させ、有機絶縁層252を得る(図6(i)参照)。
次に、開口部424に対し、図6(i)に示す貫通配線254を形成する。
なお、貫通配線254の形成箇所は、図示の位置に限定されない。
次に、図6(j)に示すように、基板202を剥離する。これにより、有機絶縁層21の下面が露出することとなる。
次に、図6(k)に示すように、有機絶縁層21の下面側に下層配線層24を形成する。下層配線層24は、いかなる方法で形成されてもよく、例えば上述した上層配線層形成工程S2と同様にして形成されてもよい。
次に、図6(L)に示すように、下層配線層24に半田バンプ26を形成する。また、上層配線層25や下層配線層24には、必要に応じてソルダーレジスト層のような保護膜を形成するようにしてもよい。
以上のようにして、貫通電極基板2が得られる。
次に、個片化した貫通電極基板2上に半導体パッケージ3を配置する。これにより、図1に示す半導体装置1が得られる。
次に、半導体装置1を製造する方法に用いられるバンプ保護膜用感光性樹脂組成物(本発明のバンプ保護膜用感光性樹脂組成物)の好適な実施形態について説明する。
なお、バンプ保護膜の具体例としては、例えば電気接続要素の周囲に設けられるパッシベーション膜、オーバーコート膜、層間絶縁膜等が挙げられる。また、樹脂膜は、半導体チップ上に設けられるが、半導体チップに近接して設けられてもよく、再配線層やビルドアップ配線層のように半導体チップから離れた位置に設けられてもよい。
具体的には、現像後感光膜を、窒素雰囲気において170℃で180分間加熱する。これにより、現像後感光膜に第4処理を施す。このようにして第4処理が施された現像後感光膜を、硬化後感光膜とする。
次に、抽出容器の内容物を目開き0.5μmのフィルターでろ過し、ろ液を第1抽出液として回収する。
以上のような評価方法により、pH1およびpH2が得られる。
(b)pH2がpH1より高い。
(c)pH1とpH2との差が0.1〜1.0である。
(熱硬化性樹脂)
熱硬化性樹脂としては、例えば、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のようなノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールナフトール型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、ナフタレン骨格型エポキシ樹脂、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールAジグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールFジグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、ビスフェノールSジグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、グリシジルエーテル型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、芳香族多官能エポキシ樹脂、脂肪族エポキシ樹脂、脂肪族多官能エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、多官能脂環式エポキシ樹脂等のエポキシ樹脂;ユリア(尿素)樹脂、メラミン樹脂等のトリアジン環を有する樹脂;不飽和ポリエステル樹脂;ビスマレイミド化合物等のマレイミド樹脂;ポリウレタン樹脂;ジアリルフタレート樹脂;シリコーン系樹脂;ベンゾオキサジン樹脂;ポリイミド樹脂;ポリアミドイミド樹脂;ベンゾシクロブテン樹脂、ノボラック型シアネート樹脂、ビスフェノールA型シアネート樹脂、ビスフェノールE型シアネート樹脂、テトラメチルビスフェノールF型シアネート樹脂等のシアネート樹脂等のシアネートエステル樹脂等が挙げられる。また、熱硬化性樹脂では、これらの中の1種類を単独で用いてもよいし、異なる重量平均分子量を有する2種類以上を併用してもよく、1種類または2種類以上と、それらのプレポリマーとを併用してもよい。
また、熱硬化性樹脂は、特に、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、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、およびテトラメチルビスフェノールF型エポキシ樹脂からなる群より選択される1種以上のエポキシ樹脂を含むことが好ましく、ノボラック型エポキシ樹脂を含むことがより好ましい。このような熱硬化性樹脂は、多官能でかつ芳香族化合物からなるエポキシ樹脂であるため、硬化性が良好で耐熱性が高く、熱膨張係数の比較的低い有機絶縁層251、252が得られる。
バンプ保護膜用感光性樹脂組成物は、必要に応じて、常温で液状を呈する液状エポキシ樹脂を含んでいてもよい。液状エポキシ樹脂は成膜助剤(フィルム化剤)として機能するため、有機絶縁層251、252の脆性を抑えることができる。
また、バンプ保護膜用感光性樹脂組成物は、さらに熱可塑性樹脂を含んでいてもよい。これにより、バンプ保護膜用感光性樹脂組成物の硬化物の可撓性をより高めることができる。その結果、熱応力等が発生しにくい有機絶縁層251、252が得られる。
感光剤としては、例えば光酸発生剤を用いることができる。これにより、光酸発生剤から発生した酸を触媒として利用する化学増幅型のバンプ保護膜用感光性樹脂組成物が得られる。かかる化学増幅型のバンプ保護膜用感光性樹脂組成物は、感度が高いことから、より微細なパターニングを高いスループットで実現可能となる。
また、R6〜R9は、炭素数1〜8のアルキル基または炭素数6〜14のアリール基であり、R10およびR11は、水素原子、炭素数1〜8のアルキル基または炭素数6〜14のアリール基である。
また、Eは、元素周期表の15族〜17族の原子価nの元素を表し、nは1〜3の整数である。
また、R5はEに結合している有機基であり、R5の個数はn+1であり、n+1個のR5はそれぞれ互いに同一であっても異なっていてもよく、2個以上のR5が互いに直接または-O-、-S-、-SO-、-SO2-、-NH-、-CO-、-COO-、-CONH-、アルキレン基もしくはフェニレン基を介して元素Eを含む環構造を形成していてもよい。]
なお、上述した作用効果は、オニウムガレート塩を用いた場合に限らず、熱解離性を有する対アニオンを含む光酸発生剤(熱解離性を有する光酸発生剤)を用いた場合にも同様にして得られる。
バンプ保護膜用感光性樹脂組成物は、必要に応じて、カップリング剤を含んでいてもよい。
バンプ保護膜用感光性樹脂組成物には、必要に応じて、その他の添加剤が添加されていてもよい。その他の添加剤としては、例えば、酸化防止剤、シリカ等の充填材、界面活性剤、増感剤、フィルム化剤等が挙げられる。
バンプ保護膜用感光性樹脂組成物は、溶媒を含む。この溶媒としては、バンプ保護膜用感光性樹脂組成物の各構成成分を溶解可能であり、かつ、各構成成分と反応しない溶媒であれば特に制限なく用いられる。
次に、実施形態に係る半導体装置の変形例について説明する。
まず、第1変形例について説明する。
図7は、実施形態に係る半導体装置の第1変形例を示す部分拡大断面図である。
以下、第1変形例について説明するが、以下の説明では、図1、2に示す実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。なお、図1、2と同様の構成については、図7において同じ符号を付している。
次に、第2変形例について説明する。
図8は、実施形態に係る半導体装置の第2変形例を示す部分拡大断面図である。
以下、第2変形例について説明するが、以下の説明では、図1、2に示す実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。なお、図1、2と同様の構成については、図8において同じ符号を付している。
本実施形態に係る電子機器は、前述した本実施形態に係る半導体装置を備えている。
1.pH評価用試験片の作製
(実施例1)
まず、表1、2に示す原料を混合し、溶液を調製した。
これにより、複数の現像後感光膜が形成されたpH評価用試験片を得た。
これにより、硬化後感光膜が形成されたpH評価用試験片を得た。
pH評価用試験片の作製条件を表1、2に示すように変更した以外は、実施例1と同様にしてpH評価用試験片を得た。
pH評価用試験片の作製条件を表1、2に示すように変更した以外は、実施例1と同様にしてpH評価用試験片を得た。
各実施例および各比較例で得られた現像後感光膜を、前述した第1熱水抽出処理に供した。これにより、第1抽出液を得た。そして、前述したpH測定方法により、pH1を求めた。
このようにして求めたpH1およびpH2を表2に示す。
また、pH1とpH2との差を算出し、算出結果を表2に示す。
まず、基材として耐熱塩化ビニル樹脂シートを用意し、その上に、幅30μm、ピッチ20μm、厚さ10〜15μmの櫛歯型のCuめっき膜(Cu電極)を形成した。これにより、Cu配線基板を得た。
次に、Cu配線基板を、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート中に20秒間浸漬した。
4.1 パターニング性(感度)の評価
まず、調製されたバンプ保護膜用感光性樹脂組成物を、8インチシリコンウエハー上にスピンコーターを用いて塗布した。塗布後、大気中でホットプレートにて120℃で3分間プリベークし、膜厚約9.0μmの塗膜を得た。
求めた感度を表2に示す。
4.2.1 Bias−HAST試験(試験時間:100時間)
まず、パターン評価用試験片を、B−HAST装置内に配置した。そして、装置の配線とCu電極とを半田接続した。なお、B−HAST装置は、バイアス付き高度加速ストレス試験装置である。
<リーク発生時間の評価基準>
A:リーク発生時間が100時間以上である
B:リーク発生時間が50時間以上100時間未満である
C:リーク発生時間が50時間未満である
評価結果を表2に示す。
まず、前述した4.2.1の評価を終えたパターン評価用試験片について、さらに50時間のBias−HAST試験を追加した。
その後、パターン評価用試験片についてリークが発生したか否かを評価した。なお、この評価は、以下の評価基準に照らして評価した。
<リーク発生の評価基準>
A:リークが発生していない
B:リークが発生した
その後、パターン評価用試験片についてリークが発生したか否かを評価した。なお、この評価は、上記評価基準に照らして評価した。
以上の評価結果を表2に示す。
また、各実施例および各比較例で得られたバンプ保護膜用感光性樹脂組成物を用いて、図1に示すような半導体装置を作成したところ、各試験片の評価結果と同様に、各実施例のバンプ保護膜用感光性樹脂組成物を用いて形成された半導体装置は、絶縁信頼性が高かった。一方、各比較例のバンプ保護膜用感光性樹脂組成物を用いて形成された半導体装置は、絶縁信頼性が低かった。
(a)pH1が3.0〜5.0である。
(b)pH2がpH1より高い。
(c)pH1とpH2との差が0.1〜1.0である。
上記条件を満足するバンプ保護膜用感光性樹脂組成物では、熱硬化性樹脂の反応が促進され、感光膜のパターニング性が良好となる。さらに、感光膜に含まれる配線層等の金属の劣化が抑制され、感光膜の絶縁性の低下を抑制することができる。そのため、係るバンプ保護膜用感光性樹脂組成物を用いることによって、パターニング性が良好でかつ金属の劣化を抑制し得る感光膜(有機絶縁層)を形成可能となる。したがって、本発明は、産業上の利用可能性を有する。
Claims (6)
- 熱硬化性樹脂と、
オニウムガレート塩で構成された光酸発生剤を含む感光剤と、
溶媒と、
を含むバンプ保護膜用感光性樹脂組成物であって、
前記バンプ保護膜用感光性樹脂組成物がシリコン基板上に塗布された後、120℃、3分間の乾燥により得られた厚さ15μmの乾燥膜を、感光性樹脂膜とし、
波長365nmのi線により600mJ/cm2の条件で露光する第1処理、大気雰囲気における80℃、5分間の露光後加熱を行う第2処理、および、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートによる30秒間のスプレー現像を行う第3処理、が順次施された後の前記感光性樹脂膜を、現像後感光膜とし、
窒素雰囲気における170℃、180分間の現像後加熱を行う第4処理が施された後の前記現像後感光膜を、硬化後感光膜としたとき、
前記現像後感光膜に対して、前記現像後感光膜の20質量倍の超純水を用いた125℃、20時間の第1熱水抽出処理を施し、抽出された第1抽出液のpHをpH1とすると、前記pH1が3.4〜4.0であり、
前記硬化後感光膜に対して、前記硬化後感光膜の20質量倍の超純水を用いた125℃、20時間の第2熱水抽出処理を施し、抽出された第2抽出液のpHをpH2とすると、前記pH2が、前記pH1より高く、かつ、3.6以上であり、
前記pH1と前記pH2との差が0.1〜0.8であることを特徴とするバンプ保護膜用感光性樹脂組成物。 - 前記熱硬化性樹脂は、多官能エポキシ樹脂を含む請求項1に記載のバンプ保護膜用感光性樹脂組成物。
- さらに、熱可塑性樹脂を含む請求項1または2に記載のバンプ保護膜用感光性樹脂組成物。
- 半導体チップと、
前記半導体チップ上に設けられ、請求項1ないし3のいずれか1項に記載のバンプ保護膜用感光性樹脂組成物の硬化物を含む樹脂膜と、
を備えることを特徴とする半導体装置。 - 半導体チップ上に、熱硬化性樹脂と、オニウムガレート塩で構成された光酸発生剤を含む感光剤と、溶媒と、を含むバンプ保護膜用感光性樹脂組成物を配置し、感光性樹脂膜を得る樹脂膜配置工程と、
前記樹脂膜配置工程の後、前記感光性樹脂膜に露光処理を施す露光工程と、
前記露光工程の後、前記感光性樹脂膜に現像処理を施す現像工程と、
前記現像工程の後、前記感光性樹脂膜に硬化処理を施す硬化工程と、
を有し、
前記バンプ保護膜用感光性樹脂組成物は、
前記バンプ保護膜用感光性樹脂組成物がシリコン基板上に塗布された後、120℃、3分間の乾燥により得られた厚さ15μmの乾燥膜を、前記感光性樹脂膜とし、
波長365nmのi線により600mJ/cm2の条件で露光する第1処理、大気雰囲気における80℃、5分間の露光後加熱を行う第2処理、および、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートによる30秒間のスプレー現像を行う第3処理、が順次施された後の前記感光性樹脂膜を、現像後感光膜とし、
窒素雰囲気における170℃、180分間の現像後加熱を行う第4処理が施された後の前記現像後感光膜を、硬化後感光膜としたとき、
前記現像後感光膜に対して、前記現像後感光膜の20質量倍の超純水を用いた125℃、20時間の第1熱水抽出処理を施し、抽出された第1抽出液のpHをpH1とすると、前記pH1が3.4〜4.0であり、
前記硬化後感光膜に対して、前記硬化後感光膜の20質量倍の超純水を用いた125℃、20時間の第2熱水抽出処理を施し、抽出された第2抽出液のpHをpH2とすると、前記pH2が、前記pH1より高く、かつ、3.6以上であり、
前記pH1と前記pH2との差が0.1〜0.8であることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項4に記載の半導体装置を備えることを特徴とする電子機器。
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