JP6870724B2 - ネガ型感光性樹脂組成物、半導体装置および電子機器 - Google Patents
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Description
(1) 熱硬化性樹脂と、
光重合開始剤と、
官能基として酸無水物を含有するカップリング剤と、
を含むことを特徴とするネガ型感光性樹脂組成物。
(4) 前記多官能エポキシ樹脂の含有量は、前記感光性樹脂組成物の不揮発成分に対して40〜80質量%である上記(3)に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
(8) 前記ネガ型感光性樹脂組成物は、前記溶剤に溶解されてワニス状をなす上記(7)に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
前記半導体チップ上に設けられている、上記(1)ないし(8)のいずれかに記載のネガ型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。
また、本発明によれば、上記半導体装置を備える電子機器が得られる。
1.半導体装置
図1は、本発明の半導体装置の第1実施形態を示す縦断面図である。また、図2は、図1の鎖線で囲まれた領域の部分拡大図である。なお、以下の説明では、図1中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
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、貫通配線を介して厚さ方向に貫通するように電気的接続が図られる。
次に、有機絶縁層21について特に詳述する。
上述した本実施形態の半導体装置1は、例えば、以下のようにして製造することができる。
図3、4は、それぞれ図1に示す半導体装置1を製造する方法の一例を示す図である。
まず、図3(a)に示すように、基板202を用意する。
次に、図3(b)に示すように、基板202上に半導体チップ23を配置する。本製造方法では、一例として、複数の半導体チップ23を互いに離間させつつ配置する。複数の半導体チップ23は、互いに同じ種類のものであってもよいし、互いに異なる種類のものであってもよい。
次に、図3(c)に示すように、半導体チップ23を埋め込むようにして基板202上に感光性樹脂層210を配置する。感光性樹脂層210としては、後述する感光性樹脂組成物または感光性樹脂フィルムが用いられる。
次に、図3(d)に示すように、感光性樹脂層210上の所定の領域にマスク41を配置する。そして、マスク41を介して光(活性放射線)を照射する。これにより、マスク41のパターンに応じて感光性樹脂層210に露光処理が施される。
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。
次に、図4(f)に示すように、開口部42(図3(e)参照)に貫通配線22を形成する。
なお、貫通配線22の形成箇所は、図示の位置に限定されない。例えば、半導体チップ23上に被っている感光性樹脂層210を貫通する位置に設けられていてもよい。
次に、図4(g)に示すように、有機絶縁層21の上面側に上層配線層25を形成する。上層配線層25は、例えば、フォトリソグラフィー法およびめっき法を用いて形成される。
次に、図4(h)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4(i)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、例えば、フォトリソグラフィー法およびめっき法を用いて形成される。このようにして形成された下層配線層24は、貫通配線22を介して上層配線層25と電気的に接続される。
次に、図4(j)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。
なお、図4(j)に示す貫通電極基板2は、複数の領域に分割可能になっている。したがって、例えば図4(j)に示す一点鎖線に沿って貫通電極基板2を個片化することにより、複数の貫通電極基板2を効率よく製造することができる。なお、個片化には、例えばダイヤモンドカッター等を用いることができる。
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、本発明の半導体装置の第2実施形態について説明する。
第2実施形態の半導体装置1では、有機絶縁層21に形成される貫通配線の構成が異なる点、および、上層配線層25が後述する感光性樹脂組成物を用いて形成されている点で前述した第1実施形態の半導体装置と異なるが、それ以外は、前述した第1実施形態の半導体装置1と同様である。
また、本実施形態の半導体装置1は、貫通配線221の他に、半導体チップ23の上面に位置する有機絶縁層21を貫通するように設けられた貫通配線222も備えている。これにより、半導体チップ23の上面と上層配線層25との電気的接続を図ることができる。
また、上層配線層25は、後述する感光性樹脂組成物を用いて形成されており、感光性樹脂組成物の樹脂膜中に配線層253が埋設された構成を有する。このような半導体装置1では、配線層253に対する上層配線層25の密着性が良好であるため、信頼性が高くなる。
次に、図5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8(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8(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8(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は、後述する感光性樹脂組成物のワニスである。
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9(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9(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9(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9(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10(i)参照)。
次に、開口部424に対し、図10(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10(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10(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10(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5に示す半導体装置1が得られる。
次に、本実施形態に係るネガ型感光性樹脂組成物(以下、単に「感光性樹脂組成物」ともいう。)の各成分について説明する。なお、本発明の感光性樹脂組成物は、ワニス状の溶液でも、フィルム状であってもよい。
熱硬化性樹脂は、例えば常温(25℃)において半硬化(固形)の熱硬化性樹脂を含むことが好ましい。このような熱硬化性樹脂は、成形時に加熱、加圧されることによって溶融し、所望の形状に成形されつつ硬化に至る。これにより、熱硬化性樹脂の特性を活かした有機絶縁層21、251、252が得られる。
エポキシ樹脂としては、例えば1分子中にエポキシ基が2個以上である多官能エポキシ樹脂が挙げられる。多官能エポキシ樹脂は1分子中に複数のエポキシ基を有しているため、光重合開始剤との反応性が高い。そのため、感光性樹脂組成物の樹脂膜に対して比較的少量、短時間の露光処理を行う場合でも、十分に樹脂膜を硬化させることができる。また、多官能エポキシ樹脂は単独で用いても、上述した複数の各種熱硬化性樹脂と組み合わせて用いてもよい。
多官能エポキシ樹脂としては、特に限定されないが、例えば、2−[4−(2,3−エポキシプロポキシ)フェニル]−2−[4−[1,1−ビス[4−(2,3−エポキシプロポキシ)フェニル]エチル]フェニル]プロパン、フェノールノボラック型エポキシ、テトラキス(グリシジルオキシフェニル)エタン、α−2,3−エポキシプロポキシフェニル−ω−ヒドロポリ(n=1〜7){2−(2,3−エポキシプロポキシ)ベンジリデン−2,3−エポキシプロポキシフェニレン}、1−クロロ−2,3−エポキシプロパン・ホルムアルデヒド・2,7−ナフタレンジオール重縮合物、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂等が挙げられる。これらは単独で用いても複数組み合わせて用いてもよい。
また、本発明の感光性樹脂組成物は、硬化剤を含んでいてもよい。硬化剤としては、熱硬化性樹脂の重合反応を促進させるものであれば特に限定されないが、例えば、熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂を含む場合には、フェノール性水酸基を有する硬化剤が用いられる。具体的には、フェノール樹脂を用いることができる。
また、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、感光性樹脂組成物の成形性をより高めることができるとともに、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21、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。光酸発生剤としては、紫外線等の活性光線の照射により酸を発生して、上述した硬化性樹脂の光重合開始剤として機能する光酸発生剤を含有する。
特に、感光剤として、ボレートアニオンを対アニオンとするトリアリールスルホニウム塩を用いることが好ましい。係るトリアリールスルホニウム塩は、金属に対して低腐食性のボレートアニオンを対アニオンとして含有しているため、貫通配線22、221、222および配線層253等の金属材料が腐食するのをより長期間にわたって防止することができる。その結果、半導体装置1の信頼性をより高くすることができる。
本実施形態に係る感光性樹脂組成物は、官能基として酸無水物を含有するカップリング剤を有する。このような感光性樹脂組成物は、無機材料および金属材料に対する密着性が良好な樹脂膜の形成を可能にする。これにより、例えば貫通配線22、221、222、配線層253や半導体チップ23に対する密着性が良好な有機絶縁層21、251、252が得られる。
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。
感光性樹脂組成物は、溶剤を含んでいてもよい。この溶剤としては、感光性樹脂組成物の各構成成分を溶解可能なもので、かつ、各構成成分と反応しないものであれば特に制限なく用いることができる。
感光性樹脂組成物は、ワニス状をなしていてもよい。
次に、本実施形態に係る感光性樹脂フィルムについて説明する。
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.感光性樹脂組成物の作製
(実施例1)
まず、表1、2に示す原料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(PGMEA)に溶解させ、溶液を調製した。
原料を表1、2に示すように変更した以外は、実施例1と同様にして感光性樹脂組成物を得た。
原料を表1、2に示すように変更した以外は、実施例1と同様にして感光性樹脂組成物を得た。
2.1 試験片の作製
まず、サイズが8インチ、厚さ725μmのシリコンウエハーを用意した。
次に、得られた塗膜に対して、700mJ/cm2で全面露光した。
次に、200℃で90分間加熱して、硬化膜を有する試験片を得た。
2.2.1 シリコン密着試験(常温)
次に、得られた試験片について、以下のようにしてJIS K 5600−5−6:1999に規定されたクロスカット法に準ずる密着試験を行った。
数えた結果を、表2に示す。
得られた試験片を下記の条件で高温高湿下に置いた後、2.2.1と同様にして密着試験を行った。評価結果を表2に示す。
・相対湿度85%
・試験時間:24時間
2.1のシリコンウエハーを、Tiで下地処理したのち膜厚300nmの銅を蒸着したシリコンウエハーに変更した試験片を用いるようにした以外は、2.2.1と同様にして常温での密着試験を行った。評価結果を表2に示す。
2.1のシリコンウエハーを、Tiで下地処理したのち膜厚300nmの銅を蒸着したシリコンウエハーに変更した試験片を用いるようにした以外は、2.2.2と同様にして高温での密着試験を行った。評価結果を表2に示す。
まず、2.1に示すようにしてワニス状の感光性樹脂組成物をシリコンウエハー上にスピンコーターで塗布した。これにより、厚さ10μmの液状被膜を得た。
次に、ネガ型パターン用マスクを介し、塗膜に対してi線ステッパー(ニコン社製、NSR−4425i)を用いて露光処理を行った。その後、70℃で5分の露光後加熱処理を施した。
○:未露光部が溶解することでパターンを得ることができた
×:全溶解または不溶によりパターンを得ることができなかった
評価結果を表2に示す。
Claims (11)
- 熱硬化性樹脂と、
フェノキシ樹脂と、
光重合開始剤と、
官能基として酸無水物を含有するカップリング剤と、を含むネガ型感光性樹脂組成物であって、
前記熱硬化性樹脂は、常温で固形状のエポキシ樹脂を含有し、
前記常温で固形状のエポキシ樹脂の含有量は、前記ネガ型感光性樹脂組成物の固形分全体の75〜80質量%であり、
前記光重合開始剤が、活性光線の照射および加熱による分解によりフッ化水素の発生がないトリアリールスルホニウム塩であることを特徴とするネガ型感光性樹脂組成物。 - 前記フェノキシ樹脂は、常温で固形状の成分を含む請求項1に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
- 前記フェノキシ樹脂は、分子鎖両末端にエポキシ基を有する成分を含む請求項1または2に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
- 前記フェノキシ樹脂の添加量は、前記熱硬化性樹脂100質量部に対して10質量部以上90質量部以下である請求項1ないし3のいずれか1項に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
- 前記カップリング剤は、アルコキシシリル基を含むコハク酸無水物である請求項1ないし4のいずれか1項に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
- 前記光重合開始剤が、ボレートアニオンを対アニオンとするトリアリールスルホニウム塩である請求項1ないし5のいずれか1項に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
- 前記ネガ型感光性樹脂組成物は、さらに溶剤を含む請求項1ないし6のいずれか1項に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
- 前記ネガ型感光性樹脂組成物は、前記溶剤に溶解されてワニス状をなす請求項7に記載のネガ型感光性樹脂組成物。
- 半導体チップと、
前記半導体チップ上に設けられている、請求項1ないし8のいずれか1項に記載のネガ型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。 - 前記樹脂膜中に、前記半導体チップと電気的に接続される再配線層が埋設されている請求項9に記載の半導体装置。
- 請求項9または10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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