JPWO2006118033A1 - シート状アンダーフィル材および半導体装置の製造方法 - Google Patents

シート状アンダーフィル材および半導体装置の製造方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、バンプ（５）が形成された半導体ウエハ（６）の回路面に貼付されるシート状アンダーフィル材であって、基材（１）とその上に剥離可能に形成された接着剤層（２）とからなり、バンプ（５）が接着剤層（２）を貫通し、かつ、バンプ頂部が基材（１）内に貫入するように貼付されるものに関する。基材（１）の貯蔵弾性率が１．０×１０６〜４．０×１０９Ｐａ、破断応力が１．０×１０５〜２．０×１０８Ｐａであり、ヤング率が１．０×１０７〜１．１×１０１０Ｐａ、接着剤層（２）の貯蔵弾性率が１．０×１０４〜１．０×１０７Ｐａ、破断応力が１．０×１０３〜３．０×１０７Ｐａである。

Description

本発明は、フリップチップ実装に用いられるシート状アンダーフィル材およびこれを用いた半導体装置の製造方法に関する。
従来、ＭＰＵやゲートアレー等に用いる多ピンのＬＳＩパッケージをプリント配線基板に実装する場合には、半導体チップの接続パッド部に共晶ハンダ、高温ハンダ、金等から成る凸状電極（バンプ）を形成し、所謂フェースダウン方式により、それらのバンプ電極をチップ搭載用基板上の相対応する端子部に対面、接触させ、溶融／拡散接合するフリップチップ実装方法が採用されてきた。しかし、この方法によるときは、温度の周期的変動を受けたとき、半導体チップとチップ搭載用基板の熱膨張係数の違いにより接合部が破断する恐れがあるため、フェースダウンで接続された半導体チップのバンプ電極が設けられた面全体と、相対向するプリント配線基板の間の間隙に液状の熱硬化性樹脂（アンダーフィル材）を注入、硬化させ、バンプ接合部全面をチップ搭載用基板に接合してバンプ電極に集中する熱応力を分散させ、破断を防止する方法が提案されている。しかしながら、フリップチップ実装における半導体チップとチップ搭載用基板の間の空隙は４０〜２００μｍと小さく、そのためアンダーフィル材をボイドなく充填させる工程には相当の時間が掛ること、および、アンダーフィル材のロット間の粘度管理が煩雑なこと等の問題がある。
この解決方法としてシート状の熱硬化性樹脂あるいは熱可塑性樹脂を半導体チップとチップ搭載用基板の間に挟み、熱圧着する技術が、例えば、特開平９−２１３７４１号、特開平１０−２４２２０８号、特開平１０−２７０４９７号などにより提案されている。しかしながら、特開平９−２１３７４１号の技術は、別途封止材によりバンプ部を囲むように封止部を設ける工程が必要であり、工程が煩雑になると同時にボイドの発生を完全に回避することができないという問題がある。また、特開平１０−２４２２０８号の提案では、アンダーフィル樹脂の位置合わせが必要であり、場所によりアンダーフィル樹脂量の過不足が発生したり、逃げ穴によるボイド発生の可能性があることが否めない。また、特開平１０−２７０４９７号では、絶縁接着フィルムに半導体チップのバンプ電極を食い込ませてチップ搭載用基板の端子部に接続させているため、バンプ電極先端には絶縁接着フィルムの被膜が残存し、接続の信頼性を損ねることがあるなど、工程の面、信頼性の面より問題がある。また、近年、半導体パッケージの薄型化の要求拡大により、半導体チップも薄く研削されることが通常に行われている。その目的のため、従来、回路が形成されたウエハのバンプ電極面にバックグラインドテープを圧着し、ウエハの裏面を研削した後、該テープを剥がし、ダイシングにより個片化し接合を行うという煩雑な工程を経て加工されている。さらに研削された薄板化ウエハの搬送やハンドリングの際に破損することが多いという問題も生じている。
これらの問題を解決するため、特許文献１には、装着すべき半導体チップのバンプ高さと同一程度の厚みを有する熱硬化性樹脂層を、合成樹脂フィルムの片面に設けてなる半導体チップ装着用シートが提案されている。この半導体チップ装着用シートのウエハへの貼り合わせは、硬化前の熱硬化性樹脂層の軟化温度以上、硬化温度以下の温度で熱圧着することで行われる。
特開２００２−１１８１４７号公報
特許文献１のような半導体チップ装着シートは、熱硬化性樹脂層の流動性のみでバンプを埋め込み導通を得るので、温度と圧力が流動性に強く影響し操作を困難にする。たとえば、流動性を高めようと温度を上げると熱硬化性樹脂が硬化してしまい、圧力を高めるとバンプの形成されたウエハの局部に過剰な負担がかかる。
ところで、近年、上記のバンプの一種として、先端が鋭利な形状のスタッドバンプと呼ばれるものが採用されている。特許文献１のような手法では、このようなスタッドバンプが対象であっても上記の傾向は変わらず、温度および圧力の緻密な制御を行わなければならない。さらに、スタッドバンプはバンプの径に比してバンプの高さが高いため、バンプ頂部が折れやすく、またバンプの根本に空気を巻き込みやすくボイドが発生しやすい。
本発明は、温度や圧力の制御が特段不要となるシート状アンダーフィル材およびこれを利用した半導体装置を提供することを目的としている。特にスタッドバンプのような形状においてボイドのないアンダーフィルを形成できるシート状アンダーフィル材およびこれを利用した半導体装置を提供することを目的としている。
上記の課題を解決する本発明は、以下の事項を要旨としている。
（１）半導体のフリップチップ実装工程に用いられるシート状アンダーフィル材であって
基材と、その上に剥離可能に形成された接着剤層を含み、
前記基材の貯蔵弾性率が1.0×106 Pa〜4.0×109Paであり、破断応力が1.0×105 Pa〜2.0×108Paであり、ヤング率が1.0×107 Pa〜1.1×1010Paであり、
前記接着剤層の貯蔵弾性率が1.0×104 Pa〜1.0×107Paであり、破断応力が1.0×103 Pa〜3.0×107Paであるシート状アンダーフィル材。
（２）前記接着剤層が、常温貼付可能な粘接着剤からなり、
前記基材の貯蔵弾性率、破断応力およびヤング率、ならびに前記接着剤層の貯蔵弾性率および破断応力が、常温（２５℃）で測定される値であることを特徴とする（１）に記載のシート状アンダーフィル材。
（３）前記接着剤層が、１００℃以下の貼付温度で貼付可能な熱可塑性接着剤からなり、
前記基材の貯蔵弾性率、破断応力およびヤング率、ならびに前記接着剤層の貯蔵弾性率および破断応力が、当該貼付温度で測定される値であることを特徴とする（１）に記載のシート状アンダーフィル材。
（４）回路面にバンプを有する半導体ウエハの回路面に、（１）〜（３）の何れかに記載のシート状アンダーフィル材を、該バンプが接着剤層を貫通するように貼付する工程、
該半導体ウエハを回路毎に個別のチップに切断分離する工程、
接着剤層面から基材を剥離し、バンプ頂部を露出させる工程、
チップ搭載用基板の所定位置に、チップのバンプ形成面を載置し、チップとチップ搭載用基板との導通を確保しながら、接着剤層を介してチップをチップ搭載用基板に接着固定する工程を含む半導体装置の製造方法。
（５）バンプ頂部を露出させた段階で、バンプ頂部が接着剤層面より２μｍ以上突出していることを特徴とする（４）に記載の半導体装置の製造方法。
（６）バンプがスタッドバンプであることを特徴とする（４）または（５）に記載の半導体装置の製造方法。
本発明に係るフリップチップ実装に用いられるシート状アンダーフィル材およびこれを利用した半導体装置によれば、バンプを有する半導体ウエハに対して、温度や圧力を特段に制御することなしにアンダーフィルを簡便に形成できる。また、バンプがスタッドバンプであってもバンプの根本付近などにボイドが発生することがない。
本発明に係るシート状アンダーフィル材の断面図である。 バンプを形成した半導体ウエハの断面図である。 ウエハにシート状アンダーフィル材を貼付した状態を示す。 接着剤層をバンプが貫通した状態を示す。
符号の説明
１…基材
２…接着剤層
３…剥離フィルム
４…シート状アンダーフィル材
５…バンプ
６…半導体ウエハ
７…半導体チップ
以下、本発明について図面を参照しながらさらに具体的に説明する。
図１に示すように、本発明のフリップチップ実装に用いられるシート状アンダーフィル材（以下、単に「シート状アンダーフィル材４」と記載する）は、基材１と、その片面に形成された接着剤層２とからなり、その使用前には接着剤層２を保護するための剥離フィルム３が接着剤層２上に仮着されている。
本発明のシート状アンダーフィル材４は、温度や圧力の緻密な制御を行うことなく、半導体ウエハ等の被着体に貼付可能であり、特に基材１が下記物性を有することを特徴としている。
すなわち、基材１の貯蔵弾性率は、1.0×106 Pa〜4.0×109Pa、好ましくは1.0×107 Pa〜1.0×109Pa、さらに好ましくは5.0×107 Pa〜5.0×108Paである。また、基材１の破断応力は、1.0×105 Pa〜2.0×108Pa、好ましくは1.0×106 Pa〜1.0×108Pa、さらに好ましくは5.0×106 Pa〜5.0×107Paである。さらに、基材１のヤング率は、1.0×107 Pa〜1.1×1010Pa、好ましくは2.0×107 Pa〜1.0×109Pa、さらに好ましくは5.0×107 Pa〜5.0×108Paである。なお、基材１の貯蔵弾性率、破断強度およびヤング率は、シート状アンダーフィル材を被着体へ貼付する温度において測定される値である。すなわち、常温で貼付を行うシート状アンダーフィル材であれば、上記諸物性の値は常温（２５℃）における値であり、貼付温度が７０℃であれば、７０℃で測定される値である。
基材１の貯蔵弾性率が高すぎると、シート状アンダーフィル材４をバンプ面に貼付し圧力をかけた際に接着剤層２が変形できず、バンプ５の先端は接着剤層２を突き破れなくなる。また、貯蔵弾性率が過小であると、シート状アンダーフィル材４への圧力が接着剤層２で分散しすぎてしまいバンプ５の根本に十分に接着剤を埋めることができなくなる。
接着剤層２を貫通したバンプ５の先端は基材１を部分的に断裂させて基材１の下面に貫入している。基材１の破断応力が高すぎると、バンプ５は基材１を断裂できず接着剤層を貫通できなくなるか、突出したバンプ５の先端が直進できずに折れ曲がり、チップ搭載基板との導通不良となるおそれがある。基材１の破断応力が低すぎれば、貼付時あるいは剥離時などでシート材が切断しやすくなるなど機械的な取り扱い性に劣るようになる。
基材１のヤング率が高すぎると、接着剤層２を貫通したバンプ５の先端が潰れてしまい、導通不良の原因となるおそれがある。ヤング率が低すぎると、シート状アンダーフィル材４をバンプ面に貼付する際のテンションで接着剤層２を含めて伸びてしまい、接着剤で埋められていない楕円形の空隙がバンプ５の貼付方向後方にでき、ボイド発生の原因となる。
基材１としては、上記物性を有する限り特に限定はされないが、たとえば、ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリブテンフィルム、ポリブタジエンフィルム、ポリメチルペンテンフィルム、ポリ塩化ビニルフィルム、塩化ビニル共重合体フィルム、ポリウレタンフィルム、エチレン酢ビフィルム、アイオノマー樹脂フィルム、エチレン・（メタ）アクリル酸共重合体フィルム、エチレン・（メタ）アクリル酸エステル共重合体フィルム、フッ素樹脂フィルム等のフィルムが用いられる。またこれらの架橋フィルムも用いられる。さらにこれらの積層フィルムであってもよい。さらにこれらのフィルムは、透明フィルム、着色フィルムあるいは不透明フィルムであってもよい。
本発明に係る半導体装置の製造方法においては、後述するように、基材１上の接着剤層２を、チップ（ウエハ）の回路面に転写するため、基材１と接着剤層２とは剥離可能なように積層されている。このため、基材１の接着剤層２に接する面の表面張力は、好ましくは４０mN/m 以下、さらに好ましくは３７mN/m 以下、特に好ましくは３５mN/m 以下であることが望ましい。このような表面張力が低いフィルムは、材質を適宜に選択して得ることが可能であるし、またフィルムの表面に、シリコーン樹脂やアルキッド樹脂などの剥離剤を塗布して剥離処理を施すことで得ることもできる。
このような基材１の膜厚は、通常は１０〜５００μｍ、好ましくは１５〜３００μｍ、特に好ましくは２０〜２５０μｍ程度である。
本発明において使用する接着剤層２は、貯蔵弾性率は1.0×104 Pa〜1.0×107Pa、好ましくは2.0×104 Pa〜5.0×106Pa、さらに好ましくは5.0×104 Pa〜1.0×106Paである。また、接着剤層２の破断応力は1.0×103 Pa〜3.0×107Pa、好ましくは1.0×104 Pa〜2.0×107Pa、さらに好ましくは1.0×105 Pa〜8.0×106 Paである。なお、接着剤層２の貯蔵弾性率および破断強度もシート状アンダーフィル材を被着体に貼付する温度において測定される値である。
接着剤層２の貯蔵弾性率が高すぎると、接着剤層２が変形しにくくバンプ５の根本まで接着剤層２に貫入することが困難になる。貯蔵弾性率が低すぎると、バンプ５が接着剤層２を貫通する間に接着剤が付着してバンプ先端を接着剤で覆ってしまい、導通不良となるおそれがある。
接着剤層２の破断応力が高すぎると、バンプ５が接着剤層２の移動で大きな抵抗を受けバンプ５が接着剤層２を貫通することができなくなる。接着剤層２の破断応力が低すぎると、シート状アンダーフィル材をバンプ面に貼付する際に接着剤層２が割れ使用不能となるおそれがある。
このような接着剤としては、上記物性を有する限り、従来公知の接着剤が特に制限されることなく用いられ、接着剤の性質としては熱硬化性であってもよいし熱可塑性であってもよい。熱硬化性の接着剤としては、常温で粘着性を有する粘接着剤であってもよい。接着剤が熱硬化性である場合は、前述した接着剤層の貯蔵弾性率、破断応力は熱硬化前における値である。
接着剤層２を形成する粘接着剤とは、初期状態において常温で粘着性を示し、加熱のようなトリガーにより硬化し強固な接着性を示す接着剤をいう。上記した貯蔵弾性率および破断強度を有する粘接着剤は、常温でバンプの貫通が可能である上、常温のまま被着体に貼付できるので、温度管理は不要であり、圧力の制御も極めて容易である。
常温で粘着性を有する粘接着剤としては、たとえば常温で感圧接着性を有するバインダー樹脂と熱硬化性樹脂との混合物が挙げられる。常温で感圧接着性を有するバインダー樹脂としては、たとえばアクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリビニルエーテル、ウレタン樹脂、ポリアミド等が挙げられる。熱硬化性樹脂は、一般的にはエポキシ、フェノキシ、フェノール、レゾルシノール、ユリア、メラミン、フラン、不飽和ポリエステル、シリコーン等であり、適当な硬化促進剤と組み合わせて用いられる。このような熱硬化性樹脂は種々知られており、本発明においては特に制限されることなく公知の様々な熱硬化性樹脂を用いることができる。また粘接着剤には基材１との剥離性を制御するため、ウレタン系アクリレートオリゴマーなどのエネルギー線硬化性樹脂を配合することが好ましい。エネルギー線硬化性樹脂を配合すると、エネルギー線照射前は基材１とよく密着し、エネルギー線照射後は基材１から剥離しやすくなる。この場合、被着体貼付時点でエネルギー線照射は行われていないので、接着剤層２の貯蔵弾性率および破断強度はエネルギー線硬化前の状態で測定される値である。照射するエネルギー線としては、紫外線や電子線等があげられる。
上記のような各成分からなる粘接着剤は、エネルギー線硬化性と加熱硬化性とを有し、基材１に密着してウエハの固定に寄与し、マウントの際にはチップとチップ搭載用基板とを接着する接着剤として使用することができる。そして熱硬化を経て最終的には耐衝撃性の高い硬化物を与えることができ、しかも剪断強度と剥離強度とのバランスにも優れ、厳しい熱湿条件下においても充分な接着物性を保持しうる。
また、接着剤層２は熱可塑性の接着剤から形成されてもよい。熱可塑性の接着剤は常温で非粘着性であり、加温加圧することにより被着体との接着が可能になる。本発明に使用される熱可塑性の接着剤としては、貼付可能な温度で上記した貯蔵弾性率および破断強度となるものであり、貼付温度が１００℃以下であるものが好ましい。このような熱可塑性の接着剤としてはポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルブチラール、ポリアミド樹脂等の各種の熱可塑性樹脂を主成分とした接着フィルムが用いられる。これらの中でも特に耐熱性の高いポリイミド樹脂系の接着剤が好ましく用いられる。具体的には、たとえば宇部興産（株）から市販されているUL２７（商品名）などを用いることができる。ポリイミド樹脂系の接着剤としては、熱可塑性ポリアミドイミド樹脂であってもよい。
このような接着剤層２の膜厚は、通常は１０〜５００μｍ、好ましくは１５〜３００μｍ、特に好ましくは２０〜２５０μｍ程度である。
この際、ボイドの発生なく回路面を覆い、かつバンプが接着剤層を貫通するため、バンプの平均高さ（ＨB）と、接着剤層の厚み（ＴA）との比（ＨB／ＴA）が１．０／０．３〜１．０／０．９５、好ましくは１．０／０．５〜１．０／０．９、さらに好ましくは１．０／０．６〜１．０／０．８５、特に好ましくは１．０／０．７〜１．０／０．８の範囲にある。バンプの平均高さ（ＨB）は、図２に示しように、チップ表面（バンプを除く回路面）からバンプ頂部までの高さであり、バンプが複数ある場合には、これらの算術平均による。
接着剤層の厚みに対して、バンプ高さが高すぎると、チップ表面（バンプを除く回路面）とチップ搭載用基板との間隔があき、ボイド発生の原因となる。一方、接着剤層が厚すぎると、バンプが接着剤層を貫通しないため、導通不良の原因となる。
また、シート状アンダーフィル材４における 基材の厚み（ＴS）と、接着剤層の厚み（ＴA）との比（ＴS／ＴA）は、好ましくは０．５以上、さらに好ましくは１．０以上、特に好ましくは２．０以上の範囲にある。
接着剤層の厚みに対して、基材の厚みが薄過ぎると、バンプが接着剤層を貫通せずに導通不良の原因となることがある。これは、基材がある程度厚いと、クッション的な役割を果たし、貫通したバンプ先端が基材内にめりこむためバンプが貫通しやすくなるのに対し、基材が薄過ぎるとかかるクッション作用を期待しがたいためと考えられる。
上記のようなシート状アンダーフィル材４は、回路面にバンプを有する半導体ウエハの回路面に、貼付すると同時に、該バンプが接着剤層を貫通し、バンプ頂部を基材内に貫入する工程を含む半導体装置の製造方法、特に後述する本発明に係る半導体装置の製造方法において好ましく使用される。
また、本発明のシート状アンダーフィル材４の接着剤層２の体積抵抗は、好ましくは1010Ω・cm以上、特に好ましくは1012Ω・cm以上である。接着剤層２がこのような体積抵抗率を有していれば、フリップチップボンドしたデバイスのバンプ間が確実に絶縁性となり、リークの発生はなくなる。
本発明のシート状アンダーフィル材４の使用前には、前述したように、接着剤層２を保護するために、剥離フィルム３が仮着されていてもよい。このような剥離フィルムとしては、従来から粘着テープ類に使用されてきた種々の剥離フィルムが特に制限されることなく使用できる。
次に本発明のシート状アンダーフィル材４を利用した半導体装置の製造方法について説明する。
まず、図２に示すように、回路面にバンプ５を有する半導体ウエハ６を準備する。回路やバンプの形成は、常法により行われる。バンプの形状は、特に限定はされないが、本発明のシート状アンダーフィル材は、スタッドバンプのように鋭利な先端頂部を有するバンプに特に好適に適用できる。
次に、半導体ウエハ６の回路面に、上述した本発明に係るシート状アンダーフィル材４の接着剤層２を貼付する。シート状アンダーフィル材４は長尺のテープ状で供給されてもよいし、ウエハ形状に打ち抜かれたシート状アンダーフィル材４が剥離フィルム３上に連続的に貼合された状態で供給されてもよい。シート状アンダーフィル材４は長尺のテープ状で供給された場合は、シート状アンダーフィル材４の貼付が完了した後、半導体ウエハ６の外周に沿ってシート状アンダーフィル材４が切断される。
回路面（バンプ面）にシート状アンダーフィル材４を貼付する方法としては、金属製やゴム製などのラミネートローラーで加圧しながら行われる。貼付装置は、シート状アンダーフィル材４や半導体ウエハ６の加圧の際に加熱可能となるように、ラミネートローラーおよび／またはウエハを支持するテーブルにヒーター等の加熱機構が付属した構造であってもよい。なお、接着剤層２が粘接着剤であれば常温粘着性を有するため、シート状アンダーフィル材４の貼付に際しては加熱を行う必要はなくなる。
シート状アンダーフィル材４の貼付工程において、バンプ５が接着剤層２を貫通しやすくなるように、シート状アンダーフィル材４と半導体ウエハ６を強圧してもよく、シート状アンダーフィル材４にある程度のテンションを付加しながら加圧してもよい。このようにして、シート状アンダーフィル材４を貼付すると、バンプ５が接着剤層２を貫通し、またバンプ頂部が基材１内に貫入する。
この結果、図３に示すように、半導体ウエハ６の回路面およびバンプがシート状アンダーフィル材４に保護された状態となる。この状態で、半導体ウエハ６の裏面研削や、その他の裏面加工を行ってもよい。
次いで、半導体ウエハ６を回路毎に個別のチップに切断分離する。ウエハ６の切断分離法は、特に限定されず、従来より公知の種々の方法により行われる。たとえば、ウエハ６の裏面側に通常のダイシングテープを貼着し、これを介してリングフレームに固定して、ダイシング装置を用いてウエハを切断分離し、チップを得ることができる。また、レーザーダイシング等の種々のダイシング法を採用することもできる。
また、シート状アンダーフィル材４をウエハ回路面に貼付するに先立ってウエハの回路面側から所定深さの溝を形成した後、回路面上にシート状アンダーフィル材４を貼付してその裏面側から研削し、溝の底部を除去することで、ウエハをチップ化することもできる。この方法は、「先ダイシング法」とも呼ばれ、極薄チップを得る上で有効な手段となっている。さらに半導体ウエハに切断起点となる脆弱部を形成しておき、ウエハに熱的あるいは機械的衝撃を与えることで、切断起点から割断を起こさせて、ウエハをチップ化してもよい。切断起点は、たとえば、レーザー光をウエハ内部に集光し、ウエハ内部に部分的に改質部を形成したり、あるいは溝を削成することで形成できる。
次いで、接着剤層２面から基材１を剥離し、バンプ頂部を露出させる。なお、基材１の剥離は、上述したチップ化工程後でもよく、またチップ化工程の前であってもよい。また、接着剤層２がエネルギー線硬化性を有する場合には、基材１の剥離に先立ち、接着剤層のエネルギー線照射を行い、粘着力を低下させた後に基材１を剥離することが好ましい。
このような工程を経ることで、図４に示すように、回路面が接着剤層で覆われ、かつバンプ頂部が接着剤層を貫通し、バンプ頂部が接着剤層２から突出したチップ７が得られる。なお、本発明では、バンプ頂部が露出した段階で、該バンプ頂部が接着剤層面より好ましくは２μｍ以上、さらに好ましくは４μｍ以上、特に好ましくは６〜２０μｍ突出させる。以下、接着剤層表面からバンプ頂部までの高さをバンプの貫通量と呼ぶ。バンプの貫通量は、バンプ高さ（ＨB）と、接着剤層の厚み（ＴA）との比（ＨB／ＴA）や、シート状アンダーフィル材の貼付条件を適宜に選択することで、好適な範囲に制御することができる。一般的には、ＨB／ＴAが大きい程、バンプの貫通量も大きくなり、またシート状アンダーフィル材の貼付時の圧力が高い程、バンプの貫通出量が大きくなる。
次いで、チップ７のバンプが、チップ搭載用基板の電極部に相対するように位置合わせをし、チップとチップ搭載用基板との導通を確保するように、チップをチップ搭載用基板に載置する。その後、接着剤層２を熱硬化することで、チップとチップ搭載用基板とを強固に接着できる。
その後、樹脂封止などの公知の工程を経ることで半導体装置が得られる。
本発明に係るシート状アンダーフィル材によれば、バンプを有する半導体ウエハに対して、温度や圧力を特段に制御することなしにアンダーフィルを簡便に形成できる。また、スタッドバンプのような特異な形状なバンプであっても、ボイドが発生することがない。このためプロセスが簡略化され、半導体装置の製造コストの削減に寄与できる。
（実施例）
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
なお、以下の実施例および比較例において、「バンプ貫通量」は次のように評価した。
「バンプ貫通量」
ウエハ上の所定位置にバンプボンダー（SBB4（新川社製））を用い金ボールハンダを形成し、これを溶融、引き伸ばし、高さ６５μｍのバンプを形成した。
実施例１１〜２０および比較例３〜４でバンプ付きチップに貼付したシート状アンダーフィル材において、接着剤層表面側に全てのバンプ頂部が突出したか、ピックアップ後のチップを電子顕微鏡（（株）日立製作所製、日立走査電子顕微鏡S-2360）を用いて観察した。続いて、広視野コンフォーカル顕微鏡（レーザーテック（株）製、HD100D）を用いて接着剤層表面側に突出したバンプの高さ（単位：μｍ、接着剤層表面からバンプ頂点までの距離）を計測（ｎ＝１０）し、その平均値をバンプ貫通量とした。
また、基材の貯蔵弾性率、破断応力およびヤング率は、次のように測定した。
「基材の貯蔵弾性率」
基材を４mm×３０mmの大きさに切り取り（つかみ間距離：約２０mm）、動的粘弾性測定用のサンプルとした。動的粘弾性測定装置（（株）オリエンテック社製、RHEOVIBRON DDV-II-EP）により周波数１１Hzで貯蔵弾性率を測定した。
「基材の破断応力」および「基材のヤング率」
実施例および比較例のシート材に用いた基材をJIS K-7127に基づき、それぞれの破断応力およびヤング率を測定した。
また、硬化前の接着剤層の貯蔵弾性率および破断応力は、次にように測定した。
「接着剤層の貯蔵弾性率」
接着剤層を厚さ３mmとなるように積層し、動的粘弾性測定用のサンプルとした。動的粘弾性測定装置（レオメトリックス社製、RDA-II）により周波数１Hzで貯蔵弾性率を測定した。
「接着剤層の破断応力」
接着剤層を厚さ２００μｍとなるように積層し、１５mm×５０mmの大きさに切り取り、引張試験用のサンプル（つかみ間距離：３０mm）とした。引張試験機（（株）オリエンテック社製、テンシロンRTA-100）により引張速度２００mm／分で破断するまで引張り、破断応力を測定した。
また、実施例および比較例において、粘接着剤を構成する成分として、バインダー樹脂（アクリル系共重合体（Ａ１〜Ａ３）、ブチラール樹脂（Ａ４））、熱硬化性樹脂（Ｂ）、熱活性型潜在性硬化剤（Ｃ）、エネルギー線重合性化合物（Ｄ）、光重合開始剤（Ｅ）、架橋剤（Ｆ）、および熱可塑性接着剤を構成する成分としてポリイミド樹脂（Ｇ１、Ｇ２）は以下のものを用いた。
（Ａ）バインダー樹脂
Ａ１：ブチルアクリレート５５重量部、メチルメタクリレート１０重量部、グリシジルメタクリレート２０重量部と２−ヒドロキシエチルアクリレート１５重量部とを共重合してなる重量平均分子量３０万の共重合体を有機溶媒（トルエン／酢酸エチル＝６／４）に溶解した溶液（固形濃度５０％）
Ａ２：ブチルアクリレート５５重量部、メチルメタクリレート１０重量部、グリシジルメタクリレート２０重量部と２−ヒドロキシエチルアクリレート１５重量部とを共重合してなる重量平均分子量８０万の共重合体を有機溶媒（トルエン／酢酸エチル＝６／４）に溶解した溶液（固形濃度３５％）
Ａ３：ブチルアクリレート３０重量部、メチルメタクリレート１０重量部、グリシジルメタクリレート１０重量部、２−ヒドロキシエチルアクリレート１５重量部、酢酸ビニル３５重量部を共重合してなる重量平均分子量７８万の共重合体を有機溶媒（トルエン／酢酸エチル＝６／４）に溶解した溶液（固形濃度３５％）
Ａ４：ブチラール樹脂（電気化学工業（株）製、デンカブチラール♯６０００−Ｃ）を有機溶媒（メチルエチルケトン／トルエン／酢酸エチル＝２／１／１）に溶解した溶液（固形分が３０％）
（Ｂ）熱硬化性樹脂（エポキシ樹脂）
ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン（株）社製、エピコート828、エポキシ当量１８０〜２００eq/g）２２重量部と、固形ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン（株）製、エピコート1055、エポキシ当量８００〜９００eq/g）を有機溶媒（メチルエチルケトン）に溶解した溶液（固形濃度が６０％）の固形分量で４４重量部相当と、o-クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（日本化薬（株）社製、EOCN-104S、エポキシ当量２１０〜２３０g/eq）を有機溶媒（メチルエチルケトン）に溶解した溶液（固形濃度が７０％）の固形分量で１４重量部相当との混合物
（Ｃ）熱活性型潜在性硬化剤
ジシアンジアミド（旭電化工業（株）製、ハードナー3636AS）１重量部と2-フェニル-4,5-ヒドロキシメチルイミダゾール（四国化成工業（株）製、キュアゾール2PHZ）１重量部の混合物を、有機溶媒（メチルエチルケトン）に溶解した溶液（固形濃度が３０％）
（Ｄ）エネルギー線硬化性樹脂
ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート
（Ｅ）光重合開始剤
イルガキュア１８４（チバスペシャリティケミカルズ社製）を有機溶媒（トルエン）に溶解した溶液（固形濃度が３０％）
（Ｆ）イソシナネート系架橋剤
コロネートＬ（日本ポリウレタン工業（株）製）を有機溶媒（トルエン）に溶解した溶液（固形濃度が３８％）
（Ｇ）熱可塑性樹脂（ポリイミド系樹脂）
Ｇ１：ＵＬ２７（商品名、宇部興産（株）社製）
Ｇ２：ＵＬ００４（商品名、宇部興産（株）社製）
（実施例１）
上記成分を固形重量比で、（Ａ１）２０重量部、（Ｂ）８０重量部、（Ｃ）２重量部、（Ｄ）１０重量部、（Ｅ）０．３重量部、（Ｆ）０．３重量部を混合し、メチルエチルケトンを固形濃度が５５％になるように混合して粘接着剤組成物を得た。剥離フィルム（リンテック（株）製、SP-PET3811、厚さ３８μｍ）の剥離処理面にこの粘接着剤組成物を、乾燥後の塗布厚が５０μｍになるように塗布し、１００℃で１分間乾燥した。次に低密度ポリエチレンフィルム（厚さ１１０μｍ、表面張力３４ｍＮ／ｍ）に貼合し、シート状アンダーフィル材を得た。
（実施例２）
上記成分を固形重量比で、（Ａ２）４０重量部、（Ｂ）８０重量部、（Ｃ）２重量部、（Ｄ）１０重量部、（Ｅ）０．３重量部、（Ｆ）０．３重量部を混合し、メチルエチルケトンを固形濃度が５５％になるように混合して粘接着剤組成物を得た。剥離フィルム（SP-PET3811）の剥離処理面にこの粘接着剤組成物を、乾燥後の塗布厚が５０μｍになるように塗布し、１００℃で１分間乾燥した。次に低密度ポリエチレンフィルム（厚さ１１０μｍ）に貼合し、シート状アンダーフィル材を得た。
（実施例３）
上記成分を固形重量比で、（Ａ２）２０重量部、（Ｂ）８０重量部、（Ｃ）２重量部、（Ｄ）５重量部、（Ｅ）０．１５重量部、（Ｆ）０．３重量部を混合し、メチルエチルケトンを固形濃度が５５％になるように混合して粘接着剤組成物を得た。剥離フィルム（SP-PET3811）の剥離処理面にこの粘接着剤組成物を、乾燥後の塗布厚が５０μｍになるように塗布し、１００℃で１分間乾燥した。次に低密度ポリエチレンフィルム（厚さ１１０μｍ）に貼合し、シート状アンダーフィル材を得た。
（実施例４）
上記成分を固形重量比で、（Ａ３）２０重量部、（Ｂ）８０重量部、（Ｃ）２重量部、（Ｄ）１０重量部、（Ｅ）０．３重量部、（Ｆ）０．３重量部を混合し、メチルエチルケトンを固形濃度が４５％になるように混合して粘接着剤組成物を得た。剥離フィルム（SP-PET3811）の剥離処理面にこの粘接着剤組成物を、乾燥後の塗布厚が５０μｍになるように塗布し、１００℃で１分間乾燥した。次に低密度ポリエチレンフィルム（厚さ１１０μｍ）に貼合し、シート状アンダーフィル材を得た。
（実施例５）
上記成分を固形重量比で、（Ａ２）１５重量部、（Ａ４）５重量部、（Ｂ）８０重量部、（Ｃ）２重量部、（Ｄ）１０重量部、（Ｅ）０．３重量部、（Ｆ）０．３重量部を混合し、メチルエチルケトンを固形濃度が４５％になるように混合して粘接着剤組成物を得た。剥離フィルム（SP-PET3811）の剥離処理面にこの粘接着剤組成物を、乾燥後の塗布厚が５０μｍになるように塗布し、１００℃で１分間乾燥した。次に低密度ポリエチレンフィルム（厚さ１１０μｍ）に貼合し、シート状アンダーフィル材を得た。
（実施例６）
上記成分（Ｇ１）を剥離フィルム（SP-PET3811）の剥離処理面に、乾燥後の塗布厚が５０μｍになるように塗布し、１３０℃で１分間乾燥した。次に低密度ポリエチレンフィルム（厚さ１１０μｍ）に貼合し、シート状アンダーフィル材を得た。
（実施例７）
実施例１で得られた粘接着剤組成物を、剥離フィルム（SP-PET3811）の剥離処理面に、乾燥後の塗布厚が５０μｍになるように塗布し、１００℃で１分間乾燥した。次に直鎖低密度ポリエチレンフィルム（厚さ１００μｍ、表面張力３４ｍＮ／ｍ）に貼合し、シート状アンダーフィル材を得た。
（実施例８）
実施例１で得られた粘接着剤組成物を、剥離フィルム（SP-PET3811）の剥離処理面に、乾燥後の塗布厚が５０μｍになるように塗布し、１００℃で１分間乾燥した。次にエチレン／メタクリル酸共重合体フィルム（厚さ８０μｍ、エチレン／メタクリル酸＝９１／９（重量比）、表面張力３５ｍＮ／ｍ）に貼合し、シート状アンダーフィル材を得た。
（実施例９）
実施例１で得られた粘接着剤組成物を、剥離フィルム（SP-PET3811）の剥離処理面に、乾燥後の塗布厚が５０μｍになるように塗布し、１００℃で１分間乾燥した。次に塩化ビニルフィルム（厚さ９０μｍ、表面張力４０ｍＮ／ｍ）に貼合し、シート状アンダーフィル材を得た。
（実施例１０）
実施例１で得られた粘接着剤組成物を、剥離フィルム（SP-PET3811）の剥離処理面に、乾燥後の塗布厚が５０μｍになるように塗布し、１００℃で１分間乾燥した。次に剥離処理したポリプロピレンフィルム（厚さ８０μｍ、表面張力３５ｍＮ／ｍ）に貼合し、シート状アンダーフィル材を得た。
（比較例１）
上記成分（Ｇ２）を、剥離処理したポリエチレンナフタレートフィルム（厚さ３８μｍ）の剥離処理面に、乾燥後の塗布厚が５０μｍになるように塗布し、１３０℃で１分間乾燥した。次に低密度ポリエチレンフィルム（厚さ１１０μｍ、表面張力３５ｍＮ／ｍ）に貼合し、シート状アンダーフィル材を得た。
（比較例２）
実施例１で得られた粘接着剤組成物を、剥離フィルム（SP-PET3811）の剥離処理面に、乾燥後の塗布厚が５０μｍになるように塗布し、１００℃で１分間乾燥した。次にアルキッド樹脂からなる剥離剤で剥離処理したポリエチレンテレフタレートフィルム（厚さ５０μｍ、表面張力３８ｍＮ／ｍ）に貼合し、シート状アンダーフィル材を得た。
各接着剤層の組成を表１に記載し、結果を表２にまとめる。
（半導体装置の製造工程）
バンプボンダー（（株）新川製、ＳＢＢ４）を用いてシリコンウエハ（６インチ、厚さ３００μｍ）の所定位置に金ボールハンダを形成し、これを溶融引き延ばし切断した。これにより高さ６５μｍのスタッドバンプを形成したウエハを用意した。
貼付装置（リンテック（株）製、RAD3500m/8）を用いて、貼付速度３ｍｍ／秒、荷重３ＭＰａ、ゴム製ラミネートローラー（ゴム硬度５０）でウエハのバンプ面に、実施例１〜１０および比較例１、２のシート状アンダーフィル材を貼付した。なお、ラミネートローラー温度およびテーブル温度は、実施例６および比較例１を除きそれぞれ２５℃で行い、実施例６は７０℃、比較例１は１００℃で行った。続いて、実施例６および比較例１を除き、紫外線照射装置（リンテック（株）製、RAD2000m/8）を用いて紫外線照射（光量１１０ｍＪ／ｃｍ2、照度１５０ｍＷ／ｃｍ2）を行い接着剤層を硬化させた。
実施例および比較例のシート状アンダーフィル材の基材側にダイシングテープを貼付し、ダイシング装置（（株）ディスコ製、DFG-2H/6T）を使用して、シート状アンダーフィル材の接着剤層を完全切断するような深さでウエハを切断分離し、チップを得た。次いで、チップのバンプ面に接着剤層を残存させた状態でシート状アンダーフィル材の基材層よりチップをピックアップし、チップトレーに収納した。
次いで、フリップチップボンダー（九州松下電器産業（株）製、FB30T-M）を用い、バンプの位置に対応する配線パターンを有する評価用のチップ搭載用基板に実装した。フリップチップボンダーのステージ温度は６０℃、ヘッド温度は１３０℃、荷重は２０Ｎ、時間は６０秒とした。
実装後、実施例６および比較例１を除き１５０℃のオーブン中で６０分保持し、粘接着剤層を完全に硬化させ半導体装置を得た。得られた半導体装置の各端子間の抵抗値を低抵抗率計（三菱化学（株）製、Loresta-GP MCP-T600）を用いて測定し、実施例１〜１０について導通すべき端子間が導通状態であること、その他の端子間では絶縁であることを確認した。また、比較例１，２については、いずれの端子間でも絶縁であった。
Figure 2006118033
Figure 2006118033

Claims (6)

  1. 半導体のフリップチップ実装工程に用いられるシート状アンダーフィル材であって
    基材と、その上に剥離可能に形成された接着剤層を含み、
    前記基材の貯蔵弾性率が1.0×106 Pa〜4.0×109Paであり、破断応力が1.0×105 Pa〜2.0×108Paであり、ヤング率が1.0×107 Pa〜1.1×1010Paであり、
    前記接着剤層の貯蔵弾性率が1.0×104 Pa〜1.0×107Paであり、破断応力が1.0×103 Pa〜3.0×107Paであるシート状アンダーフィル材。
  2. 前記接着剤層が、常温貼付可能な粘接着剤からなり、
    前記基材の貯蔵弾性率、破断応力およびヤング率、ならびに前記接着剤層の貯蔵弾性率および破断応力が、常温（２５℃）で測定される値であることを特徴とする請求項１に記載のシート状アンダーフィル材。
  3. 前記接着剤層が、１００℃以下の貼付温度で貼付可能な熱可塑性接着剤からなり、
    前記基材の貯蔵弾性率、破断応力およびヤング率、ならびに前記接着剤層の貯蔵弾性率および破断応力が、当該貼付温度で測定される値であることを特徴とする請求項１に記載のシート状アンダーフィル材。
  4. 回路面にバンプを有する半導体ウエハの回路面に、請求項１〜３の何れかに記載のシート状アンダーフィル材を、該バンプが接着剤層を貫通するように貼付する工程、
    該半導体ウエハを回路毎に個別のチップに切断分離する工程、
    接着剤層面から基材を剥離し、バンプ頂部を露出させる工程、
    チップ搭載用基板の所定位置に、チップのバンプ形成面を載置し、チップとチップ搭載用基板との導通を確保しながら、接着剤層を介してチップをチップ搭載用基板に接着固定する工程を含む半導体装置の製造方法。
  5. バンプ頂部を露出させた段階で、バンプ頂部が接着剤層面より２μｍ以上突出していることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
  6. バンプがスタッドバンプであることを特徴とする請求項４または５に記載の半導体装置の製造方法。
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