JP7314515B2

JP7314515B2 - 電子部品装置を製造する方法

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Publication number: JP7314515B2
Application number: JP2019012401A
Authority: JP
Inventors: 智章柴田; 剛小川; 欣蓉李
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd; Showa Denko Materials Co Ltd; Resonac Corp
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 2019-01-28
Filing date: 2019-01-28
Publication date: 2023-07-26
Anticipated expiration: 2039-01-28
Also published as: JP2020120083A

Description

本発明は、金属ピラーを有する電子部品装置を製造する方法に関する。

半導体装置の金属ピラーを含む接続端子を形成する技術として、半導体ウェハ上に高耐熱性のフォトレジスト材料によりマスクレジストを形成することと、マスクレジストの開口内に、電解めっき及びそれに続く溶融はんだの注入によってバンプを形成することとを含む方法が開発されている。

JSR TECHNICAL REVIEW, No.124, p.11, 2017

マスクレジストを利用した従来の金属ピラーの形成方法は、電解めっきの工程を含むため、金属ピラー形成のために比較的長い時間を要する。そのため、特に高いアスペクト比の金属ピラーを形成する場合、工程時間をより短縮できることが望ましい。

本発明の一側面は、開口を有するマスクレジストを回路部材上に形成する工程と、前記開口に、複数の金属粒子及び該複数の金属粒子が分散した有機バインダーを含有するピラー前駆体を充填する工程と、前記ピラー前駆体を焼結し、それにより金属ピラーを形成する工程と、前記マスクレジストを除去する工程と、をこの順に備える、電子部品装置を製造する方法に関する。

本発明の方法によれば、回路部材上に高密度に設けられたピラーを有する電子部品装置を、効率的に製造することができる。

電子部品装置を製造する方法の一実施形態を示す工程図である。

以下、本発明のいくつかの実施形態について詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。

図１は、電子部品装置を製造する方法の一実施形態を示す工程図である。図１に示す方法は、主面Ｓを有する回路部材１を準備し、開口３ａを有するマスクレジスト３を主面Ｓ上に形成する工程（図１の（ａ））と、開口３ａにピラー前駆体５を充填する工程（図１の（ｂ））と、ピラー前駆体５を焼結し、それにより金属ピラー５Ａを形成する工程（図１の（ｂ））と、マスクレジスト３を除去する工程（図１の（ｄ））とをこの順に備える。

マスクレジスト３は、フォトレジスト材料を用いて形成することができる。通常のフォトレジスト技術により、微細な開口３ａを高密度で容易に形成することができる。通常、主面Ｓ内には回路部材１の電極が設けられており、開口３ａは、回路部材１の電極が露出する位置に形成される。マスクレジスト３は、ピラー前駆体５を焼結するための加熱の後、回路部材１から剥離が可能な程度の耐熱性を有するものが選択される。例えば、２６０℃で３０秒間の加熱後、剥離液によって回路部材１から剥離できるマスクレジスト３が用いられる。

ピラー前駆体５は、複数の金属粒子及び該複数の金属粒子が分散した有機バインダーを含有するペーストであることができる。ピラー前駆体５の焼結により、複数の金属粒子同士が融合し、それにより金属焼結体を含む金属ピラー５Ａが形成される。

開口３ａに充填されたピラー前駆体５の高さｈ（開口３ａの深さ）及び金属ピラー５Ａの高さは、５～１００μｍ、又は１０～５０μｍであってもよい。開口３ａに充填されたピラー前駆体５の最大幅ｗ（開口３ａの最大幅）及び金属ピラー５Ａの最大幅は、５～５０μｍ、又は１０～３０μｍであってもよい。開口３ａに充填されたピラー前駆体５及び金属ピラー５Ａのアスペクト比ｈ／ｗは、１以上、又は２以上であってもよく、１０以下であってもよい。一実施形態に係る方法によれば、このような大きなアスペクト比の金属ピラーを高い効率で簡易に形成することができる。

ピラー前駆体５は、例えば印刷法によって開口３ａに充填される。印刷方法として、例えば、スクリーン印刷、転写印刷、オフセット印刷、ジェットプリンティング法、ディスペンサー、ジェットディスペンサ、ニードルディスペンサ、カンマコータ、スリットコータ、ダイコータ、グラビアコータ、凸版印刷、凹版印刷、グラビア印刷、ステンシル印刷、ソフトリソグラフ、バーコータ、アプリケータ、粒子堆積法、スプレーコータ、スピンコータ、ディップコータ、又は電着塗装を採用できる。スクリーン印刷又はステンシル印刷によりピラー前駆体５を開口３ａに充填してもよい。この場合、例えば、回路部材１上に、開口３ａの位置に開口を有するメタルマスクを配置し、メタルマスクの開口部分からピラー前駆体５を充填してもよい。

ピラー前駆体５は、遷移的液相焼結が可能な複数の金属粒子を含んでいてもよい。ここで、「遷移的液相焼結」とは、ＴｒａｎｓｉｅｎｔＬｉｑｕｉｄＰｈａｓｅＳｉｎｔｅｒｉｎｇ（ＴＬＰＳ）とも称され、一般に、低融点金属の粒子界面における加熱による液相への転移と、形成された液相への高融点金属の反応拡散により進行する焼結をいう。遷移的液相焼結によれば、形成される金属焼結体の融点が、焼結のための加熱温度を上回ることができる。焼結のための加熱温度が低いと、焼結後に剥離が可能なマスクレジスト３を形成するためのフォトレジスト材料を、より広い選択肢から選択することができる。

遷移的液相焼結が可能な複数の金属粒子は、高融点の金属と低融点の金属との組み合わせを含んでいてもよい。複数の金属粒子が、高融点の金属粒子を含む第１の金属粒子及び低融点の金属を含む第２の金属粒子を別々に含んでいてもよいし、高融点の金属及び低融点の金属が１個の金属粒子中に含まれていてもよい。

ピラー前駆体５が遷移的液相焼結が可能な複数の金属粒子を含む場合、ピラー前駆体５を複数の金属粒子の液相転移温度以上に加熱することによって、金属ピラー５Ａを形成することができる。液相転移温度は、ＤＳＣ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｓｃａｎｎｉｎｇｃａｌｏｒｉｍｅｔｒｙ、示差走査熱量測定）により、５０ｍｌ／分の窒素気流下にて、１０℃／分の昇温速度で２５℃から３００℃まで複数の金属粒子を加熱する条件で測定することができる。金属粒子が複数種の金属を含む場合、最も低い温度で観測される液相転移の温度が、金属粒子の液相転移温度とみなされる。例えば、Ｓｎ－３．０Ａｇ－０．５Ｃｕ合金の液相転移温度は２１７℃である。

遷移的液相焼結が可能な複数の金属粒子が高融点の金属を含む第１の金属粒子と低融点の金属を含む第２の金属粒子との組み合わせを含む場合、第２の金属粒子に対する第１の金属粒子の質量比が、２．０～４．０、又は２．２～３．５であってもよい。

高融点の金属及び低融点の金属を含有する金属粒子は、例えば、一方の金属を含む金属粒子の表面に、めっき、蒸着等により他方の金属を含む層を形成することにより得ることができる。一方の金属を含む金属粒子と他方の金属を含む金属粒子とを衝突等により複合化してもよい。

高融点の金属は、Ａｕ，Ｃｕ、Ａｇ、Ｃｏ及びＮｉからなる群より選ばれる少なくとも１種であってもよい。低融点の金属は、Ｉｎ、Ｓｎ又はこれらの組み合わせであってもよい。高融点の金属と低融点の金属との組み合わせの例としては、ＡｕとＩｎとの組み合わせ、ＣｕとＳｎとの組み合わせ、ＡｇとＳｎとの組み合わせ、ＣｏとＳｎとの組み合わせ及びＮｉとＳｎとの組み合わせが挙げられる。

ＣｕとＳｎとの組み合わせは、焼結によって銅－錫金属化合物（Ｃｕ_６Ｓｎ_５）を生成する。この反応は２５０℃付近で進行するため、ＣｕとＳｎとを組み合わせを含むピラー前駆体は、リフロー炉等の一般的な設備を用いた加熱によって焼結することができる。Ｓｎは、Ｓｎ金属単体として、又はＳｎを含む合金として金属粒子に含まれることができる。Ｓｎを含む合金の例としては、Ｓｎ－３．０Ａｇ－０．５Ｃｕ合金が挙げられる。Ｓｎ－３．０Ａｇ－０．５Ｃｕ合金は、合金の質量を基準として、３．０質量％のＡｇ及び０．５質量％のＣｕを含む。

ピラー前駆体５における金属粒子の含有量は、ピラー前駆体５の質量を基準として、８０質量％以上、８５質量％以上、又は８８質量％以上であってもよく、９８質量％以下であってもよい。ここでの含有量は、ピラー前駆体５が後述の溶剤を含む場合、溶剤以外の成分の合計質量を基準とする割合である。

金属粒子の平均粒径は、０．５μｍ～８０μｍ、１μｍ～５０μｍ、又は１μｍ～３０μｍであってもよい。ここでの平均粒径は、レーザー回折式粒度分布計（例えば、ベックマン・コールター株式会社、ＬＳ１３３２０型レーザー散乱回折法粒度分布測定装置）によって測定される体積平均粒径をいう。

ピラー前駆体５中の有機バインダーは、熱可塑性樹脂を含んでいてもよい。熱可塑性樹脂が、金属粒子の液相転移温度よりも低い軟化点を有していてもよい。熱可塑性樹脂の軟化点は、熱機械分析法により測定される値をいう。熱機械的分析法によって測定される軟化点は、熱可塑性樹脂を成膜して得た厚み１００μｍフィルムを、昇温速度１０℃／分にて加熱しながら、４９ｍＮの応力で厚み方向に圧縮したときに、８０μｍの変位が観測された時点の温度である。測定装置としては、例えば熱機械的分析装置（ＴＭＡ８３２０、株式会社リガク製、測定用プローブ：圧縮加重法標準型）が用いられる。

熱可塑性樹脂の軟化点は、金属粒子の液相転移温度よりも５℃以上低い温度、１０℃以上低い温度、又は１５℃以上低い温度であってもよい。熱可塑性樹脂の軟化点は、４０℃以上、５０℃以上、又は６０℃以上であってもよい。

熱可塑性樹脂は、例えば、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂及びポリウレタン樹脂からなる群より選択される少なくとも１種を含んでもよい。熱可塑性樹脂が、ポリオキシアルキレン基又はポリシロキサン基を含んでいてもよい。ポリオキシアルキレン基は、ポリオキシエチレン基、ポリオキシプロピレン基又はこれらの組み合わせであってもよい。

熱可塑性樹脂が、ポリオキシアルキレン鎖又はポリシロキサン鎖を含む、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂及びポリウレタン樹脂からなる群より選択される少なくとも１種の樹脂であってもよい。例えば、ポリオキシアルキレン基若しくはポリシロキサン基を有するジアミン化合物、又はポリオキシアルキレン基若しくはポリシロキサン基を有するジオール化合物を単量体として用いることにより、これら樹脂中にポリオキシアルキレン基又はポリシロキサン基を導入することができる。

ピラー前駆体５における熱可塑性樹脂の含有量は、ピラー前駆体５の質量を基準として、５～３０質量％、６～２８質量％、又は８～２５質量％であってもよい。ここでの含有量は、ピラー前駆体５が後述の溶剤を含む場合、溶剤以外の成分の合計質量を基準とする割合である。

有機バインダーは、溶剤を含んでいてもよく、溶剤及び熱可塑性樹脂を含んでいてもよい。溶剤は極性溶媒であってもよい。溶剤の沸点は２００℃以上であってもよく、３００℃以下であってもよい。

溶剤の例としては、テルピネオール、ステアリルアルコール、トリプロピレングリコールメチルエーテル、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールモノエチルエーテル（エトキシエトキシエタノール）、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコール－ｎ－プロピルエーテル、ジプロピレングリコール－ｎ－ブチルエーテル、トリプロピレングリコール－ｎ－ブチルエーテル、１，３－ブタンジオール、１，４－ブタンジオール、プロピレングリコールフェニルエーテル、及び２－（２－ブトキシエトキシ）エタノール等のアルコール；クエン酸トリブチル、γ－ブチロラクトン、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、及びグリセリントリアセテート等のエステル；イソホロン等のケトン；Ｎ－メチル－２－ピロリドン等のラクタム；フェニルアセトニトリル等のニトリル；４－メチル－１，３－ジオキソラン－２－オン；並びにスルホランを挙げることができる。溶剤は、１種類を単独で又は２種類以上を組み合わせて使用してもよい。

溶剤の含有量は、ピラー前駆体５の質量を基準として、０．１～１０質量％、２～７質量％、又は３～５質量％であってもよい。

ピラー前駆体５中の有機バインダーは、熱硬化性樹脂、ロジン、活性剤、チキソ剤等のその他の成分を更に含んでいてもよい。

熱硬化性樹脂の例としては、例えば、エポキシ樹脂、オキサジン樹脂、ビスマレイミド樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂及びシリコーン樹脂が挙げられる。エポキシ樹脂の例としては、ビスフェノールＡ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Ｓ型エポキシ樹脂、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、ナフタレン型エポキシ樹脂、ビフェノール型エポキシ樹脂、ビフェニルノボラック型エポキシ樹脂及び環式脂肪族エポキシ樹脂が挙げられる。

ロジンの例としては、デヒドロアビエチン酸、ジヒドロアビエチン酸、ネオアビエチン酸、ジヒドロピマル酸、ピマル酸、イソピマル酸、テトラヒドロアビエチン酸、及びパラストリン酸が挙げられる。

活性剤の例としては、アミノデカン酸、ペンタン－１，５－ジカルボン酸、トリエタノールアミン、ジフェニル酢酸、セバシン酸、フタル酸、安息香酸、ジブロモサリチル酸、アニス酸、ヨードサリチル酸、及びピコリン酸が挙げられる。

チキソ剤の例としては、１２－ヒドロキシステアリン酸、１２－ヒドロキシステアリン酸トリグリセリド、エチレンビスステアリン酸アマイド、ヘキサメチレンビスオレイン酸アマイド、及びＮ，Ｎ’－ジステアリルアジピン酸アマイドが挙げられる。

ピラー前駆体５は、金属粒子と、有機バインダーを構成する成分とを混合することにより得ることができる。混合のための装置は、例えば、３本ロールミル、プラネタリーミキサ、遊星式ミキサ、自転公転型撹拌装置、らいかい機、二軸混練機、又は薄層せん断分散機であってもよい。

マスクレジスト３の開口３ａに充填されたピラー前駆体５が、加熱により焼結される。焼結のための加熱温度は、金属粒子の液相転移温度等を考慮して調整される。例えば、加熱温度が２００℃以上、２２０℃以上、又は２４０℃以上であってもよく、３００℃以下、又は２８０℃以下であってもよい。焼結のための加熱時間は、１０秒以上、又は２０秒以上であってもよく、３分以内、又は２分以内であってもよい。

金属ピラー５Ａが形成された後、マスクレジスト３が除去される。マスクレジスト３は、剥離液によって除去することができる。剥離液は、マスクレジストを除去するために通常用いられているものから選択できるが、その例としては、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）水溶液などの有機アルカリ水溶液、並びに、水酸化カリウム水溶液及び水酸化ナトリウム水溶液などの無機アルカリ水溶液が挙げられる。例えば、剥離液の吹き付け、又は、剥離液への浸漬により、マスクレジスト３が除去される。

回路部材１上に形成された金属ピラー５Ａと、他の回路部材の電極とを接続することにより、２つの回路部材と、それらを電気的に接続する金属ピラー５Ａとを有する接合体（電子部品装置）を得ることができる。回路部材１及び他の回路部材は、配線を含む電子デバイスである。回路部材１は、半導体ウエハ、半導体チップ、又は配線板であってもよい。回路部材１と接続される他の回路部材が、配線板、半導体ウエハ、又は半導体チップであってもよい。

接合体の２つの回路部材の間を充填し、金属ピラー５Ａを封止する封止層を形成してもよい。封止層を形成するための封止材としては、例えば、コンプレッションモールド用封止材、液状封止材、トランスファーモールド封止材、又はアンダーフィル用封止材を用いることができる。

１…回路部材、３…マスクレジスト、３ａ…開口、５…ピラー前駆体、５Ａ…金属ピラー。

Claims

開口を有するマスクレジストを回路部材上に形成する工程と、
前記開口に、複数の金属粒子及び該複数の金属粒子が分散した有機バインダーを含有するピラー前駆体を充填する工程と、
前記ピラー前駆体を焼結し、それにより金属ピラーを形成する工程と、
前記マスクレジストを除去する工程と、
をこの順に備え、
前記金属ピラーのアスペクト比ｈ／ｗが２以上１０以下であり、ｈが前記金属ピラーの高さで、ｗが前記金属ピラーの最大幅であり、ｗが５～５０μｍであり、
前記ピラー前駆体が焼結されたときに、前記複数の金属粒子が、遷移的液相焼結により金属焼結体を形成し、それにより前記金属焼結体を含む前記金属ピラーが形成され、
前記有機バインダーが熱可塑性樹脂を含み、前記熱可塑性樹脂が、前記複数の金属粒子の液相転移温度よりも低い軟化点を有する、
電子部品装置を製造する方法。
前記ピラー前駆体を２００～３００℃に加熱することによって焼結する、請求項１に記載の方法。