JP6886030B2 - 半導体デバイスの製造方法および接合部材 - Google Patents
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Description
異方導電性部材は、半導体素子等の電子部品と回路基板との間に挿入し、加圧するだけで電子部品と回路基板間の電気的接続が得られるため、半導体素子等の電子部品等の電気的接続部材、および機能検査を行う際の検査用コネクタ等として広く使用されている。
特に、半導体素子等の電子部品は、ダウンサイジング化が顕著である。従来のワイヤーボンディングのような配線基板を直接接続する方式、フリップチップボンディング、およびサーモコンプレッションボンディング等では、電子部品の電気的な接続の安定性を十分に保証することができないため、電子接続部材として異方導電性部材が注目されている。
接合工程の前に接合部材の電極を露出させる露出工程を有することが好ましい。
露出工程は、切削、研削、研磨、ドライエッチング、およびウェットエッチングのうち、いずれかを用いて電極を露出させる工程であることが好ましい。
接合部材が粘着層が電極よりも突出して配置されている部材であることが好ましい。
接合工程は、粘着層を介して接合部材と異方導電性部材とが接合される工程であることが好ましい。
粘着層は、熱硬化性樹脂を含み、露出工程は、熱硬化性樹脂が熱硬化しない条件で行う工程であることが好ましい。
また、本発明は、上述の半導体デバイスの製造方法で用いられる接合部材を提供するものである。
なお、以下に説明する図は、本発明を説明するための例示的なものであり、以下に示す図に本発明が限定されるものではない。
なお、以下において数値範囲を示す「〜」とは両側に記載された数値を含む。例えば、εが数値α〜数値βとは、εの範囲は数値αと数値βを含む範囲であり、数学記号で示せばα≦ε≦βである。
「直交」等の角度は、特に記載がなければ、該当する技術分野で一般的に許容される誤差範囲を含む。
図1は本発明の実施形態の半導体デバイスの製造方法で製造される半導体デバイスの第1の例を示す模式図であり、本発明の実施形態の半導体デバイスの製造方法で製造される半導体デバイスの第2の例を示す模式図である。
図1に示す半導体デバイス10は、例えば、半導体部材12と半導体部材14とが異方導電性部材15を用いて接合され、かつ電気的に接続されたものである。
半導体部材12、14は、いずれも接合部材であり、これらは同じ構成でもよく、違う構成でもよい。
なお、半導体デバイス10は、少なくとも、半導体部材12または半導体部材14と異方導電性部材15とが接合され、かつ電気的に接続されている形態であればよい。
また、半導体デバイス10は、1つの半導体部材12に対して1つの半導体部材14を接合する形態であるが、これ限定されるものではない。
図2に示す半導体デバイス10のように、異方導電性部材15を用いて、3つの半導体部材12、14、16を接合する形態でもよい。3つの半導体部材12、14、16と2つの異方導電性部材15とにより半導体デバイス10が構成される。
図2に示す半導体デバイス10では、半導体部材12、14、16は、いずれも同じ構成でもよく、違う構成でもよい。
半導体部材12、14、16は、単体で、信号等を伝達する配線、回路またはセンサ等の特定の機能を発揮するものであり、半導体素子、回路素子、およびセンサ素子等を構成として含む。半導体素子には受動素子および能動素子が含まれる。半導体素子のことを半導体チップともいう。これ以外に、半導体部材には、配線基板、およびインターポーザー等の信号の授受、または電圧もしくは電流の授受を行うためのものも含まれる。
異方導電性部材15は、後に詳細に説明するが、絶縁性基材と、絶縁性基材の厚み方向に貫通し、互いに電気的に絶縁された状態で設けられた、複数の導通路とを有するものである。
図3〜図8は本発明の実施形態の半導体デバイスの製造方法の工程順に示す模式図である。図9は本発明の実施形態の半導体デバイスの製造方法で製造される半導体デバイスの一部を拡大して示す模式図である。
まず、図3に示すように半導体部材12を用意する。半導体部材12は、例えば、半導体素子20に、外部との信号のやり取り、または電圧もしくは電流の授受を行うための電極22が複数設けられたものである。各電極22は絶縁層24により電気的に絶縁されている。電極22は、例えば、絶縁層24の表面24aよりも突出している。半導体部材12は、電極22と絶縁層24を覆う粘着層26を有する。粘着層26は、半導体部材12と異方導電性部材15との接合に用いられるものである。また、粘着層26は、例えば、スピンコートにより形成される。
電極22を粘着層26から露出させるとは、粘着層26に対して少なくとも電極22の表面22aに粘着層26がない状態のことをいう。電極22の表面22aは粘着層26の表面26aに対して同一平面に位置していてもよく、突出部に位置していてもよく、凹み部に位置していてもよい。
電極22を粘着層26から露出させる工程が露出工程である。露出工程では、電極22を粘着層26から露出させることができる限りどのような工程を用いてもよく、切削、研削、研磨、ドライエッチングおよびウェットエッチングの少なくともいずれかを含む工程であることが好ましい。
なお、露出工程は、例えば、粘着層26に対して撥液性を示すもので構成することにより電極22の表面22aを粘着層26で覆わない態様とするものであってもよい。また、粘着層26を形成した後に埋め込み等による電極22の形成を行なう態様であってもよい。
また、露出工程後に電極をエッチングすることで、電極高さを低くして粘着層26の表面26aよりも電極高さを低くしてもよい。
次に、半導体部材12と同様に上述の露出工程により、図6に示すように粘着層26から電極32を露出させる。このとき、電極32の表面32aには粘着層26がない。
なお、アライメントマークを用いた位置合せは、例えば、アライメントマークの画像または反射像を取得し、アライメントマークの位置情報を求めることができれば、特に限定されるものではなく、公知の位置合せの手法を適宜利用可能である。
なお、上述の半導体部材12と異方導電性部材15、半導体部材14と異方導電性部材15とを粘着層26を介して接合することが接合工程である。接合工程では、例えば、仮接合した状態で、予め定めた条件にて接合してもよいが、仮接合を省略してもよい。なお、接合工程の接合のことを本接合ともいう。
仮接合プロセスにおける温度条件は特に限定されないが、0℃〜300℃であることが好ましく、10℃〜200℃であることがより好ましく、常温(23℃)〜100℃であることが特に好ましい。
同様に、仮接合プロセスにおける加圧条件は特に限定されないが、10MPa以下であることが好ましく、5MPa以下であることがより好ましく、1MPa以下であることが特に好ましい。
また、本接合における加圧条件は特に限定されないが、30MPa以下であることが好ましく、0.1MPa〜20MPaであることがより好ましい。
また、本接合の時間は特に限定されないが、1秒〜60分であることが好ましく、5秒〜10分であることがより好ましい。
上述の条件で本接合を行うことにより、粘着層26が流動し、電極22、32に残存し難くなる。
また、粘着層26があることにより、上述の仮接合の際に、アライメントのずれが抑制され、半導体部材12と異方導電性部材15との位置合せの精度が高くなる。
なお、半導体部材14と異方導電性部材15においても、半導体部材12と異方導電性部材15の接合と同じく、電極32と導通路42とが直接接触して電気抵抗が小さくなり、かつ絶縁層34と異方導電性部材15の導通路42との間には粘着層26があるため、接合不良が抑制され、接合強度が高くなる。
粘着層26の高さHaは、半導体素子20の表面20aから粘着層の表面26aまでの距離のことである。
電極22の高さHsは、半導体素子20の表面20aから電極22の表面22aまでの距離のことである。
なお、粘着層26の高さHaと電極22の高さHsは、ダイシングにより半導体部材を切断し、半導体部材の断面形状を観察して求めることができる。
半導体部材に用いられる半導体素子は、特に限定されず、具体的に以下のものが挙げられる。半導体素子としては、例えば、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field Programmable Gate Array)、ASSP(Application Specific Standard Product)等のロジック集積回路が挙げられる。また、例えば、CPU(Central Processing Unit)、GPU(Graphics Processing Unit)等のマイクロプロセッサが挙げられる。また、例えば、DRAM(Dynamic Random Access Memory)、HMC(Hybrid Memory Cube)、MRAM(Magnetoresistive Random Access Memory)、PCM(Phase-Change Memory)、ReRAM(Resistance Random Access Memory)、FeRAM(Ferroelectric Random Access Memory)、フラッシュメモリ等のメモリが挙げられる。また、例えば、LED(Light Emitting Diode)、パワーデバイス、DC(Direct Current)−DC(Direct Current)コンバータ、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(Insulated Gate Bipolar Transistor:IGBT)等のアナログ集積回路が挙げられる。また、例えば、加速度センサ、圧力センサ、振動子、ジャイロセンサ等のMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)が挙げられる。また、例えば、GPS(Global Positioning System)、FM(Frequency Modulation)、NFC(Near Field Communication)、RFEM(RF Expansion Module)、MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit)、WLAN(Wireless Local Area Network)等のワイヤレス素子、ディスクリート素子、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)、CMOSイメージセンサー、CCD(Charge Coupled Device)イメージセンサー、カメラモジュール、Passiveデバイス、SAW(Surface Acoustic Wave)フィルタ、RF(Radio Frequency)フィルタ、IPD(Integrated Passive Devices)等が挙げられる。
半導体部材は複数の電極を有することが好ましく、電極の直径は5〜15μmであることが好ましく、電極同士のピッチは10〜25μmであることが好ましい。電極のアスペクト比は1.0〜1.8であることが好ましい。また、電極の材質は電気伝導性の観点から、銅、金、アルミニウム、およびニッケルが好ましく、銅および金がより好ましい。
異方導電性部材を介して互いに電気的に接続された電極の組が100万乃至500万個であることが好ましい。この場合、ダイあたりの接続密度が高く、微細化を促進することができる。また、接続率90%以上であることが好ましい。この場合、信頼性を高めることができる。
インターポーザーの構成は、上述の機能を実現することができれば、その構成は特に限定されるものではなく、公知のものを含め適宜利用可能である。インターポーザーは、例えば、ポリイミド等の有機材料、ガラス、セラミックス、金属、シリコン、および多結晶シリコン等を用いて構成することができる。
〔粘着層〕
粘着層は接続対象に対して接合性を付与するものであり、半導体部材に設けられ、電極が露出している。
粘着層は、例えば、50℃〜200℃の温度範囲で流動性を示し、200℃以上で硬化するものであることが好ましい。
以下、粘着層の組成について説明する。粘着層は、高分子材料を含有するものである。粘着層は酸化防止材料を含有してもよい。
ここで、粘着層を形成する方法としては、例えば、酸化防止材料、高分子材料、溶媒(例えば、メチルエチルケトン等)等を含有する樹脂組成物を上述の半導体部材の表面に塗布し、乾燥させ、必要に応じて焼成する方法等が挙げられる。
上述の樹脂組成物の塗布方法は特に限定されず、例えば、スピンコート法、グラビアコート法、リバースコート法、ダイコート法、ブレードコート法、ロールコート法、エアナイフコート法、スクリーンコート法、バーコート法、カーテンコート法等、従来公知のコーティング方法が使用できる。
また、塗布後の乾燥方法は特に限定されず、例えば、大気下において0〜100℃の温度で、数秒〜数十分間保持する処理、または減圧下において0〜80℃の温度で、十数分〜数時間保持する処理等が挙げられる。また、乾燥後の焼成方法は、使用する高分子材料により異なるため、特に限定されないが、例えば、160〜240℃の温度で2分間〜1時間保持する処理、および30〜80℃の温度で2〜60分間保持する処理等が挙げられる。
粘着層に含まれる高分子材料としては特に限定されないが、半導体部材と異方導電性部材との隙間を効率よく埋めることができ、半導体部材との密着性がより高くなる理由から、熱硬化性樹脂であることが好ましい。
熱硬化性樹脂としては、具体的には、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ビスマレイミド樹脂、メラミン樹脂、イソシアネート系樹脂、アクリル樹脂等が挙げられる。
なかでも、絶縁信頼性がより向上し、耐薬品性に優れる理由から、ポリイミド樹脂および/またはエポキシ樹脂を用いるのが好ましい。
粘着層に含まれる酸化防止材料としては、具体的には、例えば、1,2,3,4−テトラゾール、5−アミノ−1,2,3,4−テトラゾール、5−メチル−1,2,3,4−テトラゾール、1H−テトラゾール−5−酢酸、1H−テトラゾール−5−コハク酸、1,2,3−トリアゾール、4−アミノ−1,2,3−トリアゾール、4,5−ジアミノ−1,2,3−トリアゾール、4−カルボキシ−1H−1,2,3−トリアゾール、4,5−ジカルボキシ−1H−1,2,3−トリアゾール、1H−1,2,3−トリアゾール−4−酢酸、4−カルボキシ−5−カルボキシメチル−1H−1,2,3−トリアゾール、1,2,4−トリアゾール、3−アミノ−1,2,4−トリアゾール、3,5−ジアミノ−1,2,4−トリアゾール、3−カルボキシ−1,2,4−トリアゾール、3,5−ジカルボキシ−1,2,4−トリアゾール、1,2,4−トリアゾール−3−酢酸、1H−ベンゾトリアゾール、1H−ベンゾトリアゾール−5−カルボン酸、ベンゾフロキサン、2,1,3−ベンゾチアゾール、o−フェニレンジアミン、m−フェニレンジアミン、カテコール、o−アミノフェノール、2−メルカプトベンゾチアゾール、2−メルカプトベンゾイミダゾール、2−メルカプトベンゾオキサゾール、メラミン、およびこれらの誘導体が挙げられる。
これらのうち、ベンゾトリアゾールおよびその誘導体が好ましい。
ベンゾトリアゾール誘導体としては、ベンゾトリアゾールのベンゼン環に、ヒドロキシル基、アルコキシ基(例えば、メトキシ基、エトキシ基等)、アミノ基、ニトロ基、アルキル基(例えば、メチル基、エチル基、ブチル基等)、ハロゲン原子(例えば、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素等)等を有する置換ベンゾトリアゾールが挙げられる。また、ナフタレントリアゾール、ナフタレンビストリアゾール、と同様に置換された置換ナフタレントリアゾール、置換ナフタレンビストリアゾール等も挙げることができる。
粘着層は、粘着層に含有し得る金属イオン、ハロゲンイオン、ならびに半導体素子および半導体ウエハに由来する金属イオンをトラップすることによって絶縁信頼性がより向上する理由から、マイグレーション防止材料を含有しているのが好ましい。
ここで、陽イオン交換体および陰イオン交換体は、それぞれ、例えば、後述する無機イオン交換体および有機イオン交換体の中から適宜選択することができる。
無機イオン交換体としては、例えば、含水酸化ジルコニウムに代表される金属の含水酸化物が挙げられる。
金属の種類としては、例えば、ジルコニウムのほか、鉄、アルミニウム、錫、チタン、アンチモン、マグネシウム、ベリリウム、インジウム、クロム、ビスマス等が知られている。
これらの中でジルコニウム系のものは、陽イオンのCu2+、Al3+について交換能を有している。また、鉄系のものについても、Ag+、Cu2+について交換能を有している。
同様に、錫系、チタン系、アンチモン系のものは、陽イオン交換体である。
一方、ビスマス系のものは、陰イオンのCl-について交換能を有している。
また、ジルコニウム系のものは条件に製造条件によっては陰イオンの交換能を示す。アルミニウム系、錫系のものも同様である。
これら以外の無機イオン交換体としては、リン酸ジルコニウムに代表される多価金属の酸性塩、モリブドリン酸アンモニウムに代表されるヘテロポリ酸塩、不溶性フェロシアン化物等の合成物が知られている。
これらの無機イオン交換体の一部は既に市販されており、例えば、東亜合成株式会社の商品名イグゼ「IXE」における各種のグレードが知られている。
なお、合成品のほか、天然物のゼオライト、またはモンモリロン石のような無機イオン交換体の粉末も使用可能である。
有機イオン交換体には、陽イオン交換体としてスルホン酸基を有する架橋ポリスチレンが挙げられ、そのほかカルボン酸基、ホスホン酸基またはホスフィン酸基を有するものも挙げられる。
また、陰イオン交換体として四級アンモニウム基、四級ホスホニウム基または三級スルホニウム基を有する架橋ポリスチレンが挙げられる。
電子素子の製造工程では加熱するプロセスを含むため、無機イオン交換体が好ましい。
粘着層は、無機充填剤を含有しているのが好ましい。
無機充填剤としては特に制限はなく、公知のものの中から適宜選択することができ、例えば、カオリン、硫酸バリウム、チタン酸バリウム、酸化ケイ素粉、微粉状酸化ケイ素、気相法シリカ、無定形シリカ、結晶性シリカ、溶融シリカ、球状シリカ、タルク、クレー、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム、マイカ、窒化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化イットリウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素等が挙げられる。
無機充填剤の平均粒子径は、30nm〜10μmであることが好ましく、80nm〜1μmであることがより好ましい。
ここで、平均粒子径は、レーザー回折散乱式粒子径測定装置(日機装(株)製マイクロトラックMT3300)で測定される、一次粒子径を平均粒子径とする。
粘着層は、硬化剤を含有していてもよい。
硬化剤を含有する場合、接続対象の異方導電性部材の表面形状との接合不良を抑制する観点から、常温で固体の硬化剤を用いず、常温で液体の硬化剤を含有しているのがより好ましい。
ここで、「常温で固体」とは、25℃で固体であることをいい、例えば、融点が25℃より高い温度である物質をいう。
粘着層の厚みTs(図10参照)は、2〜500nmであることが好ましい。粘着層の厚みTsは、ダイシングにより半導体部材を切断し、半導体部材の断面形状を観察して求めることができる。
図11は本発明の実施形態の半導体デバイスの製造方法に用いられる異方導電性部材の一例を示す模式的平面図であり、図12は本発明の実施形態の半導体デバイスの製造方法に用いられる異方導電性部材の一例を示す模式的断面図である。
ここで、「互いに電気的に絶縁された状態」とは、絶縁性基材の内部に存在している各導通路が絶縁性基材の内部において互いに各導通路間の導通性が十分に低い状態であることを意味する。
異方導電性部材15は、導通路42が互いに電気的に絶縁されており、絶縁性基材40の厚み方向D(図12参照)と直交する方向xには導電性が十分に低く、厚み方向Dに導電性を有する。このように異方導電性部材15は異方導電性を示す部材である。
さらに、導通路42は、図12に示すように、絶縁性基材40の表面40aから厚み方向Dに突出した突出部分42a、および裏面40bから厚み方向Dに突出した突出部分42bを有する。異方導電性部材15は、さらに、絶縁性基材40の表面40aおよび裏面40bに設けられた樹脂層43を具備してもよい。樹脂層43は、突出部分42aの先端部、突出部分42bの先端部に接していないことが好ましい。
突出部分42aの高さHdおよび突出部分42bの高さHdは、6nm以上であることが好ましく、より好ましくは30nm〜500nmである。
突出部分42aの高さHdは、絶縁性基材40の表面40aからの長さである。突出部分42bの高さHdは、絶縁性基材40の裏面40bからの長さである。
樹脂層から導通路を突出させる方法としてはエッチングがあり、ドライエッチングとウェットエッチングのどちらでもよい。ウェットエッチングによる導通路を突出させる方法の例としては粘着層の溶媒を用い、枚葉現像と同様の方法で導通路上部の粘着層を除去する方法が挙げられる。また、ドライエッチングによる方法の例としては粘着層を酸素プラズマにより除去し、導通路上部の粘着層を除去する方法が挙げられる。
同様に、図12の導通路42は両端に突出部分42aおよび突出部分42bがあるが、これに限定されるものではなく、絶縁性基材40の少なくとも樹脂層43を有する側の表面に突出部分を有する構成でもよい。
ここで、異方導電性部材15の厚みhは、厚みhに相当する領域について10点測定した平均値のことである。
異方導電性部材15の厚みhの好ましい測定方法としては、電解放出形走査型電子顕微鏡により20万倍の倍率で観察し、異方導電性部材15の輪郭形状を取得し、輪郭形状において異方導電性部材15を厚みhに相当する領域を10点測定し、10点の測定値の平均値を求める方法が挙げられる。
また、異方導電性部材15のTTV(Total Thickness Variation)は、異方導電性部材15をダイシングで支持体47ごと切断し、異方導電性部材15の断面形状を観察して求めた値である。
支持体47は、異方導電性部材15を支持するものであり、例えば、シリコン基板で構成されている。支持体47としては、シリコン基板以外に、例えば、SiC、SiN、GaNおよびアルミナ(Al2O3)等のセラミックス基板、ガラス基板、繊維強化プラスチック基板、ならびに金属基板を用いることができる。繊維強化プラスチック基板には、プリント配線基板であるFR−4(Flame Retardant Type 4)基板等も含まれる。
ここで、透明とは、位置合せに使用する波長の光で透過率が80%以上であることをいう。このため、波長400〜800nmの可視光全域で透過率が低くてもよいが、波長400〜800nmの可視光全域で透過率が80%以上であることが好ましい。透過率は、分光光度計により測定される。
剥離剤46には、例えば、日東電工社製リバアルファ(登録商標)、およびソマール株式会社製ソマタック(登録商標)等を用いることができる。
〔絶縁性基材〕
絶縁性基材は、無機材料からなり、従来公知の異方導電性フィルム等を構成する絶縁性基材と同程度の電気抵抗率(1014Ω・cm程度)を有するものであれば特に限定されない。
なお、「無機材料からなり」とは、後述する樹脂層を構成する高分子材料と区別するための規定であり、無機材料のみから構成された絶縁性基材に限定する規定ではなく、無機材料を主成分(50質量%以上)とする規定である。
ここで、バルブ金属としては、具体的には、例えば、アルミニウム、タンタル、ニオブ、チタン、ハフニウム、ジルコニウム、亜鉛、タングステン、ビスマス、アンチモン等が挙げられる。これらのうち、寸法安定性がよく、比較的安価であることからアルミニウムの陽極酸化膜(基材)であることが好ましい。
ここで、各導通路の間隔とは、隣接する導通路間の幅wをいい、異方導電性部材の断面を電解放出形走査型電子顕微鏡により20万倍の倍率で観察し、隣接する導通路間の幅を10点で測定した平均値をいう。
複数の導通路は、導電材からなる。
<導電材>
導通路を構成する導電材は、電気抵抗率が103Ω・cm以下の材料であれば特に限定されず、その具体例としては、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、マグネシウム(Mg)、ニッケル(Ni)、インジウムがドープされたスズ酸化物(ITO)等が好適に例示される。
中でも、電気伝導性の観点から、銅、金、アルミニウム、およびニッケルが好ましく、銅および金がより好ましい。
異方導電性部材と電極とを圧着等の手法により電気的接続、または物理的に接合する際に、突出部分が潰れた場合の面方向の絶縁性を十分に確保できる理由から、導通路の突出部分のアスペクト比(突出部分の高さ/突出部分の直径)が0.5以上50未満であることが好ましく、0.8〜20であることがより好ましく、1〜10であることがさらに好ましい。
導通路の突出部分の高さは、異方導電性部材の断面を電解放出形走査型電子顕微鏡により2万倍の倍率で観察し、導通路の突出部分の高さを10点で測定した平均値をいう。
導通路の突出部分の直径は、異方導電性部材の断面を電解放出形走査型電子顕微鏡により観察し、導通路の突出部分の直径を10点で測定した平均値をいう。
導通路は柱状であり、導通路の直径dは、突出部分の直径と同様、5nm超10μm以下であることが好ましく、20nm〜1000nmであることがより好ましく、100nm以下であることがさらに好ましい。
樹脂層は、例えば、絶縁性基材の表面および裏面に設けられ、上述の導通路を埋設してもよい。樹脂層は、上述の粘着層と同じものを用いることができる。このため、樹脂層も粘着層と同様に接合する機能を有する部材があってもよい。
<形状>
導通路を保護する理由から、樹脂層の厚みは、導通路の突出部の高さより大きく、1μm〜5μmであることが好ましい。
本実施例では、下記に示す異方導電性部材を用いて半導体部材を接合し、以下に示す実施例1〜実施例6ならびに比較例1および比較例2の半導体デバイスを作製し、導通性と接合強度を評価した。
<TEGチップ>
Cuパッドを有するTEGチップ(Test Element Group chip)とインターポーザーを用意した。これらの内部には、導通抵抗を測定するデイジーチェインパターンと絶縁抵抗を測定する櫛歯パターンを含む。これらの、絶縁層はSiNである。TEGチップは、チップサイズが8mm四方であり、チップ面積に対する電極面積(銅ポスト)の比率が25%のチップを用意した。電極は直径5μm、高さ7μmとし、電極間に存在する絶縁層の厚みを2μmとした。TEGチップが半導体部材に相当する。インターポーザーは周囲に取出し配線を含むためチップサイズは10mm四方のものを用意した。
次いで、TEGチップ、異方導電性部材およびインターポーザーをこの順で積層するように、チップボンダー(DB250、澁谷工業株式会社製)を用いて温度270℃、10分の条件で接合した。この際TEGチップとインターポーザーのCuパッドの位置がズレないよう予めチップの角に形成したアライメントマークにより位置を合わせて接合した。
本実施例では、以下に説明するように、TEGチップの電極を半導体部材の電極として、TEGチップの表面に、以下に示す粘着層を設けた。
[異方導電性部材]
<アルミニウム基板の作製>
Si:0.06質量%、Fe:0.30質量%、Cu:0.005質量%、Mn:0.001質量%、Mg:0.001質量%、Zn:0.001質量%、Ti:0.03質量%を含有し、残部はAlと不可避不純物のアルミニウム合金を用いて溶湯を調製し、溶湯処理およびろ過を行った上で、厚さ500mm、幅1200mmの鋳塊をDC(Direct Chill)鋳造法で作製した。
次いで、表面を平均10mmの厚さで面削機により削り取った後、550℃で、約5時間均熱保持し、温度400℃に下がったところで、熱間圧延機を用いて厚さ2.7mmの圧延板とした。
さらに、連続焼鈍機を用いて熱処理を500℃で行った後、冷間圧延で、厚さ1.0mmに仕上げ、JIS 1050材のアルミニウム基板を得た。
アルミニウム基板を、直径200mm(8インチ)のウエハ状に形成した後、以下に示す各処理を施した。
上述のアルミニウム基板に対して、以下組成の電解研磨液を用いて、電圧25V、液温度65℃、液流速3.0m/分の条件で電解研磨処理を施した。
陰極はカーボン電極とし、電源は、GP0110−30R(株式会社高砂製作所社製)を用いた。また、電解液の流速は渦式フローモニターFLM22−10PCW(アズワン株式会社製)を用いて計測した。
(電解研磨液組成)
・85質量%リン酸(和光純薬社製試薬)・・・660mL
・純水・・・160mL
・硫酸・・・150mL
・エチレングリコール・・・30mL
次いで、電解研磨処理後のアルミニウム基板に、特開2007−204802号公報に記載の手順にしたがって自己規則化法による陽極酸化処理を施した。
電解研磨処理後のアルミニウム基板に、0.50mol/Lシュウ酸の電解液で、電圧40V、液温度16℃、液流速3.0m/分の条件で、5時間のプレ陽極酸化処理を施した。
その後、プレ陽極酸化処理後のアルミニウム基板を、0.2mol/L無水クロム酸、0.6mol/Lリン酸の混合水溶液(液温:50℃)に12時間浸漬させる脱膜処理を施した。
その後、0.50mol/Lシュウ酸の電解液で、電圧40V、液温度16℃、液流速3.0m/分の条件の条件で、3時間45分の再陽極酸化処理を施し、膜厚30μmの陽極酸化膜を得た。
なお、プレ陽極酸化処理および再陽極酸化処理は、いずれも陰極はステンレス電極とし、電源はGP0110−30R(株式会社高砂製作所製)を用いた。また、冷却装置にはNeoCool BD36(ヤマト科学株式会社製)、かくはん加温装置にはペアスターラー PS−100(EYELA東京理化器械株式会社製)を用いた。さらに、電解液の流速は渦式フローモニターFLM22−10PCW(アズワン株式会社製)を用いて計測した。
次いで、上述の陽極酸化処理と同様の処理液および処理条件で、電圧を40Vから0Vまで連続的に電圧降下速度0.2V/secで降下させながら電解処理(電解除去処理)を施した。
その後、5質量%リン酸に30℃、30分間浸漬させるエッチング処理(エッチング除去処理)を施し、陽極酸化膜のマイクロポアの底部にあるバリア層を除去し、マイクロポアを介してアルミニウムを露出させた。
また、バリア層除去工程後の陽極酸化膜の平均厚みは80μmであった。なお、平均厚みは、陽極酸化膜を厚さ方向に対してFIB(Focused Ion Beam)で切削加工し、その断面をFE−SEMにより表面写真(倍率50000倍)を撮影し、10点測定した平均値として算出した。
また、陽極酸化膜に存在するマイクロポアの密度は、約1億個/mm2であった。なお、マイクロポアの密度は、特開2008−270158号公報の<0168>および<0169>段落に記載された方法で測定し、算出した。
また、陽極酸化膜に存在するマイクロポアの規則化度は、92%であった。なお、規則化度は、FE−SEMにより表面写真(倍率20000倍)を撮影し、特開2008−270158号公報の<0024>〜<0027>段落に記載された方法で測定し、算出した。
次いで、アルミニウム基板を陰極にし、白金を正極にして電解めっき処理を施した。
具体的には、以下に示す組成の銅めっき液を使用し、定電流電解を施すことにより、マイクロポアの内部に銅が充填された金属充填微細構造体を作製した。
ここで、定電流電解は、株式会社山本鍍金試験器社製のめっき装置を用い、北斗電工株式会社製の電源(HZ−3000)を用い、めっき液中でサイクリックボルタンメトリを行って析出電位を確認した後に、以下に示す条件で処理を施した。
(銅めっき液組成および条件)
・硫酸銅 100g/L
・硫酸 50g/L
・塩酸 15g/L
・温度 25℃
・電流密度 10A/dm2
また、マイクロポアに金属を充填した後の陽極酸化膜を厚さ方向に対してFIBで切削加工し、その断面をFE−SEMにより表面写真(倍率50000倍)を撮影し、マイクロポアの内部を確認したところ、封孔されたマイクロポアにおいては、その内部が金属で完全に充填されていることが分かった。
次いで、20質量%塩化水銀水溶液(昇汞)に20℃、3時間浸漬させることによりアルミニウム基板を溶解して除去することにより、金属充填微細構造体を作製した。
基板除去工程後の金属充填微細構造体を、水酸化ナトリウム水溶液(濃度:5質量%、液温度:20℃)に浸漬させ、突出部分の高さが500nmとなるように浸漬時間を調整してアルミニウムの陽極酸化膜の表面を選択的に溶解し、次いで、水洗し、乾燥して、導通路である銅の円柱を突出させた異方導電性部材を作製した。
実施例1は、TEGチップの電極の全面に粘着層を形成した後、切削により、電極の表面と粘着層の表面とを同一面にして電極を露出させたものを用いた。切削後の電極高さは4μmとした。以下に示す配合でメチルエチルケトン(MEK)に溶解した液を上述のTEGチップの表面にスピンコートで塗布し、温度130℃で2分間ベークして厚み5μmの粘着層を形成した。粘着層の厚みは、溶媒(MEK:methyl ethyl ketone メチルエチルケトン)の量で調整した。
<塗布液組成>
・エラストマー:アクリル酸ブチルーアクリロニトリルを主成分とするアクリル酸エステル系ポリマー(商品名:SG−28GM、長瀬ケムテックス株式会社製)・・・5重量部
・エポキシ樹脂1:jER(登録商標)828(三菱化学株式会社製)・・・33質量部
・エポキシ樹脂2:jER(登録商標)1004(三菱化学株式会社製)・・・11質量部
・フェノール樹脂:ミレックスXLC−4L(三井化学株式会社製)・・・44質量部
・有機酸:o−アニス酸(オルトアニス酸、東京化成工業株式会社製)・・・0.5質量部
・硬化剤:イミダゾール触媒(2PHZ−PW、四国化成工業株式会社製)・・・0.5質量部
切削装置としてはDISCO社製Surface Planerを使用した。回転数を1500rpm(revolution per minute)とし、送り速度を0.5mm/secとして電極の表面と粘着層の表面を同一にした。
実施例2は、実施例1に比して、切削後にウェットエッチングにより、粘着層の高さを電極の高さよりも500nm低くした点以外は、実施例1と同じとした。
エッチング液としてはMEK(メチルエチルケトン)を用い、枚葉現像装置を用いてスプレー法によりウェットエッチングを行った。エッチング液吐出圧は0.5mL/sec/mm2とし、エッチング時間は20secで行った。
(実施例3)
実施例3は、実施例1に比して、切削後にウェットエッチングにより、電極を200nmエッチングして電極の高さを粘着層の高さよりも低くした点以外は、実施例1と同じとした。
電極のエッチング液およびエッチング条件は下記の通りとした。
・エッチング液:0.1% 過酸化水素、0.1% イミノ二酢酸及び99.8% 超純水
・エッチング条件(浸漬時間):20sec
実施例4は、実施例3に比して、電極のウェットエッチング時間を100secとすることにより、粘着層の高さと電極の高さの差を1000nmとし、導通路の突出部の高さよりも500nm長くした点以外は、実施例3と同じとした。
(実施例5)
実施例5は、TEGチップの電極間に絶縁膜がないものを使用し、切削後の電極高さを3μmとした点以外は実施例1と同じとした。
(実施例6)
実施例6は粘着層を下記のものを使用した点以外は実施例1と同じとした。
<塗布液組成>
・フェノキシ樹脂(YP−50、新日鉄住金化学(株))60質量部
・ジエポキシビシクロヘキシル(セロキサイド8000、(株)ダイセル)10質量部
・低極性オキセタン化合物(OXBP、宇部興産(株))20質量部
・第4級アンモニウム塩系熱酸発生剤(商品名CXC−1612、楠本化成(株))2質量部
粘着層の厚みは、溶媒(MEK:methyl ethyl ketone メチルエチルケトン)の量で調整した。
比較例1は、TEGチップの電極の全面に粘着層を形成し、電極を露出させていない点以外は、実施例1と同じとした。電極上の粘着層高さは5μmになるように希釈倍率を調整し、塗布を行った。
(比較例2)
比較例2はTEGチップに粘着層を設けず、異方導電部材に粘着層を設けた点以外は実施例1と同じとした。異方導電部材上の粘着層高さは5μmになるように希釈倍率を調整し、塗布を行った。
導通性は、導通抵抗を用いて評価した。導通抵抗について説明する。
<導通性の評価>
インターポーザーのデイジーチェインパターン部分の引出し配線パッドにプローブを接触させ、大気中で導通評価を行った。測定装置としてケースレー社ソースメーターを用い、抵抗値の測定を行った。
抵抗値の結果に基づき、以下に示す評価基準にて評価した。評価結果を下記表1の導通性の欄に示す。
「A」:抵抗値が設計抵抗の10倍未満
「B」:抵抗値が設計抵抗の10倍以上100倍未満
「C」:抵抗値が設計抵抗の100倍以上1000倍未満
「D」:抵抗値が設計抵抗の1000倍以上
接合強度は、得られた破壊荷重から半導体素子の面積当たりの接合強度値を求めた。接合強度は、以下に示す評価基準により評価した。
「A」:20MPa≦接合強度
「B」:10MPa≦接合強度<20MPa
「C」:接合強度<10MPa
また、実施例4のように、粘着層の高さと電極の高さの差よりも、導通路の突出部が長いと、導通性および接合強度がいずれも、とても優れたものとなる。
12、14、16 半導体部材
15 異方導電性部材
20 半導体素子
22、32 電極
20a、22a、24a、26a、32a、34a 表面
24 絶縁層
26 粘着層
30 インターポーザー基板
34 絶縁層
40 絶縁性基材
40a 表面
40b 裏面
41 貫通孔
42 導通路
42a、42b 突出部分
43 樹脂層
44 剥離層
45 支持層
46 剥離剤
47 支持体
D 厚み方向
Ha 粘着層の高さ
Hd 突出部分の高さ
Hs 電極の高さ
h 厚み
p 中心間距離
x 方向
Claims (8)
- 電極及び粘着層を有し、前記電極が前記粘着層から露出している接合部材と、
絶縁性基材、及び、前記絶縁性基材の厚み方向に貫通し、互いに電気的に絶縁された状態で設けられた複数の導通路、を有する異方導電性部材と、を接合する接合工程を有し、
前記異方導電性部材が前記粘着層を有しない、半導体デバイスの製造方法。 - 前記接合工程の前に前記接合部材の前記電極を露出させる露出工程を有する、請求項1に記載の半導体デバイスの製造方法。
- 前記露出工程は、切削、研削、研磨、ドライエッチング、およびウェットエッチングのうち、いずれかを用いて前記電極を露出させる工程である、請求項2に記載の半導体デバイスの製造方法。
- 前記接合部材が、前記電極が前記粘着層よりも突出して配置されている部材である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体デバイスの製造方法。
- 前記導通路は前記絶縁性基材から前記厚み方向に突出しており、
前記導通路の突出した突出部分の高さをHdとし、前記粘着層の高さをHaとし、前記電極の高さをHsとするとき、Hd≧Ha−Hsである、請求項4に記載の半導体デバイスの製造方法。 - 前記接合工程は、前記粘着層を介して前記接合部材と前記異方導電性部材とが接合する工程である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の半導体デバイスの製造方法。
- 前記粘着層は、熱硬化性樹脂を含み、
前記露出工程は、前記熱硬化性樹脂が熱硬化しない条件で行う工程である、請求項2または3に記載の半導体デバイスの製造方法。 - 請求項1〜7のいずれか1項に記載の半導体デバイスの製造方法に用いられる接合部材。
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