JPWO2018159619A1 - 封止シート、および半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
〔封止シート〕
図1には、本実施形態に係る封止シート1の断面図が示される。図1に示すように、本実施形態に係る封止シート1は、接着剤層11と、当該接着剤層11の少なくとも一方の面に積層された剥離シート12とを備える。なお、接着剤層11における剥離シート12とは反対の面に、別の剥離シートがさらに積層されてもよい。ただし、剥離シート12および別の剥離シートは省略されてもよい。
(1)無機フィラー
本実施形態に係る封止シート1では、接着剤組成物に含まれる無機フィラーが表面処理剤により表面処理されている。これにより、接着剤組成物中における無機フィラーの分散性や充填性を改善されるといった所望の性能が付与される。また、接着剤組成物が無機フィラーを含有することにより、硬化層が優れた機械的強度を有するものとなり、得られる半導体装置の信頼性が向上する。
本実施形態に係る封止シート1では、接着剤組成物が熱硬化性樹脂を含有することにより、半導体チップを強固に封止することが可能となる。熱硬化性樹脂としては、接着剤層11の硬化を可能とするものであれば特に限定されず、例えば、封止材に通常含有される樹脂を使用することができる。具体的には、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ベンゾオキサジン樹脂、フェノキシ樹脂、酸無水物化合物、アミン系化合物などが挙げられ、これらは1種を単独でまたは2種以上を組み合わせて用いることができる。これらの中でも、イミダゾール系硬化触媒を使用した硬化に適すという観点から、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、酸無水物化合物およびアミン系化合物を使用することが好ましく、特に、優れた接着性を示すという観点から、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、それらの混合物、またはエポキシ樹脂と、フェノール樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、アミン系化合物および酸無水物系化合物からなる群から選択される少なくとも1種との混合物を使用することが好ましい。
本実施形態に係る封止シート1では、接着剤組成物が熱可塑性樹脂を含有することにより、接着剤層11をシート状に形成することが容易となる。そのため、当該熱可塑性樹脂としては、接着剤層をシート状に形成することを可能とするものであれば特に限定されず、例えば、封止材に通常含有される樹脂を使用することができる。熱可塑性樹脂の例としては、フェノキシ系樹脂、オレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリエステルウレタン系樹脂、アクリル系樹脂、アミド系樹脂、スチレン系樹脂、シラン系樹脂、ゴム系樹脂等が挙げられ、これらは、1種を単独で、または2種以上を組み合わせて用いることができる。
本実施形態に係る封止シート1では、接着剤組成物が、イミダゾール系硬化触媒をさらに含有することが好ましい。これにより、熱硬化性樹脂の硬化反応を効果的に進行させることが可能となり、接着剤層11を良好に硬化することが可能となる。
接着剤組成物は、前述した表面処理剤により表面処理された無機フィラーに加えて、表面処理剤による表面処理が行われていない無機フィラーをさらに含有してもよい。このような未処理の無機フィラーは、アルカリ性溶液の処理によって硬化層から脱離し易いものであることが好ましく、特に、表面にヒドロキシ基等の反応性基を有する無機フィラーであることが好ましい。表面処理剤による表面処理が行われていない無機フィラーを接着剤組成物に含有させる場合、当該無機フィラーの接着剤組成物中における含有量は、接着剤組成物中における無機フィラーの分散性や充填性を損なわない範囲とすることが好ましく、例えば、10質量%以下であることが好ましく、特に5質量%以下であることが好ましい。
接着剤層11の厚さは、封止の用途や、封止後の硬化した接着剤層11の厚さ等を考慮して設定することができるが、例えば、5μm以上であることが好ましく、特に15μm以上であることが好ましく、さらには20μm以上であることが好ましい。また、当該厚さは、1mm以下であることが好ましく、500μm以下であることがより好ましく、特に300μm以下であることが好ましく、さらには200μm以下であることが好ましい。接着剤層11の厚さが5μm以上、1mm以下であることで、封止後のチップを保護する効果を良好に得ることができ、半導体チップの周囲に効果的に埋め込むことができる。
本実施形態に係る封止シート1は、剥離シート12を備えていてもよい。剥離シート12の構成は任意であり、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステルフィルム、ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィンフィルムなどのプラスチックフィルムが挙げられる。これらの剥離面(封止シート1の接着剤層11と接する面)には、剥離処理が施されていることが好ましい。剥離処理に使用される剥離剤としては、例えば、シリコーン系、フッ素系、長鎖アルキル系等の剥離剤が挙げられる。
本実施形態に係る封止シート1では、接着剤層11が硬化してなる硬化層上に対して、無電解銅メッキおよびそれに続く電解銅メッキにより形成された、厚さ30μmの銅メッキ層を硬化層から剥がす際のピール強度が、2N/10mm以上であることが好ましく、特に4N/10mm以上であることが好ましい。本実施形態に係る封止シート1では、無機フィラーが前述した表面処理剤により表面処理されていることにより、硬化層がアルカリ性溶液に晒されたときに、無機フィラーが硬化層から脱離し易い。そのため、硬化層に対してメッキ処理した際に、硬化層における無機フィラーが脱離した部位に金属メッキが侵入し易くなり、硬化層に対するメッキの密着性が優れたものとなり、上述のような高いピール強度を達成することができる。その結果、メッキの膨れが抑制される。なお、上記ピール強度の上限値については特に限定はない。上記ピール強度の測定方法の詳細は、後述する試験例に記載する通りである。
本実施形態に係る封止シート1は、従来の封止シートと同様に製造することができる。例えば、接着剤組成物、および所望によりさらに溶媒または分散媒を含有する塗工液を調製し、剥離シート12の剥離面上に、ダイコーター、カーテンコーター、スプレーコーター、スリットコーター、ナイフコーター等によりその塗工液を塗布して塗膜を形成し、当該塗膜を乾燥させることにより封止シート1を製造することができる。塗工液は、塗布を行うことが可能であればその性状は特に限定されず、接着剤層11を形成するための成分を溶質として含有する場合もあれば、分散質として含有する場合もある。剥離シート12は工程材料として剥離してもよいし、封止に使用するまでの間、接着剤層11を保護していてもよい。
本実施形態に係る封止シート1を使用して、半導体装置を製造することができる。特に、この製造方法は、封止シート1を使用して半導体チップを封止する工程、および当該封止により得られた封止体をアルカリ性溶液により処理する工程を含む。このような半導体装置の製造方法の例としては、基板内に内蔵される半導体チップを封止する工程を含む、チップ内蔵基板を製造する方法、粘着シート上において半導体チップを封止する工程を含む方法、封止体の表面に凹凸を形成する工程を含む方法等が挙げられる。具体的には、以下に説明する第1の態様、第2の態様および第3の態様に係る半導体装置の製造方法が挙げられる。
第1の態様に係る半導体装置の製造方法は、基材の少なくとも一方の面上に1または2以上の半導体チップを設ける工程(以下、第1の態様に係る製造方法について「準備工程」という場合がある。)、少なくとも当該半導体チップを覆うように、本実施形態に係る封止シート1における接着剤層11を積層する工程(以下、当該方法について「積層工程」という場合がある。)、および当該接着剤層11を硬化することで、当該接着剤層11が硬化してなる硬化層と、当該硬化層により封止された半導体チップと、基材とを備える封止体を得る工程(以下、当該方法について「硬化工程」という場合がある。)、硬化層における基材とは反対側の面から、硬化層と半導体チップとの界面までを貫通する孔を形成する工程(以下、当該方法について「孔形成工程」という場合がある。)、当該孔が形成された封止体をアルカリ性溶液に晒すことで、当該孔をデスミア処理する工程(以下、当該方法について「アルカリ処理工程」という場合がある。)、および当該孔を通じて半導体チップに電気的に接続された電極を形成することで、チップ内蔵基板を得る工程(以下、当該方法について「電極形成工程」という場合がある。)を含む。
第2の態様に係る半導体装置の製造方法は、粘着シートの粘着面上に1または2以上の半導体チップを設ける工程(以下、第2の態様に係る製造方法について「準備工程」という場合がある。)、少なくとも当該半導体チップを覆うように、本実施形態に係る封止シート1における接着剤層11を積層する工程(以下、当該方法について「接着剤層積層工程」という場合がある。)、当該接着剤層11を硬化することで、当該接着剤層11が硬化してなる硬化層と、当該硬化層により封止された半導体チップとを備える封止体を得る工程(以下、当該方法について「硬化工程」という場合がある。)、当該封止体から当該粘着シートを剥離する工程(以下、当該方法について「剥離工程」という場合がある。)、当該粘着シートの剥離により露出した封止体の面に、層間絶縁膜を積層する工程(以下、当該方法について「層間絶縁膜積層工程」という場合がある。)、層間絶縁膜における封止体とは反対側の面から、層間絶縁膜と半導体チップとの界面までを貫通する孔を形成する工程(以下、当該方法について「孔形成工程」という場合がある。)、孔が形成された層間絶縁膜が積層された封止体をアルカリ性溶液に晒すことで、孔をデスミア処理する工程(以下、当該方法について「アルカリ処理工程」という場合がある。)、および孔を通じて半導体チップに電気的に接続された電極を形成する工程(以下、当該方法について「電極形成工程」という場合がある。)を含む。
第3の態様に係る半導体装置の製造方法は、基材の少なくとも一方の面上または粘着シートの粘着面上に1または2以上の半導体チップを設ける工程(以下、第3の態様に係る製造方法について「準備工程」という場合がある。)、少なくとも当該半導体チップを覆うように、本実施形態に係る封止シート1における接着剤層11を積層する工程(以下、当該方法について「積層工程」という場合がある。)、当該接着剤層11を硬化することで、当該接着剤層11が硬化してなる硬化層と、当該硬化層により封止された半導体チップとを備える封止体を得る工程(以下、当該方法について「硬化工程」という場合がある。)、および、当該封止体をアルカリ性溶液に晒すことで、当該封止体の表面に凹凸を形成する工程(以下、当該方法について「アルカリ処理工程」という場合がある。)を含む。
表1に示す構成成分を混合し、メチルエチルケトンにて希釈して、固形分濃度が40質量%である接着剤組成物塗工液を得た。当該塗工液を、片面がシリコーン剥離処理された剥離フィルム(リンテック社製,製品名「SP−PET381031」)の剥離面上に塗布し、得られた塗膜をオーブンにて100℃で1分間乾燥することで、厚さ25μmの接着剤層と剥離フィルムとからなる封止シートを得た。
実施例および比較例で作製した封止シートを銅張り積層板上にラミネートした後、100℃で60分間加熱し、さらに170℃で60分間加熱することにより、接着剤層を硬化させた。硬化後の接着剤層を含む封止シートと銅張り積層板との積層体を、過マンガン酸カリウムおよび濃度15%の水酸化ナトリウム水溶液をそれぞれ所定量、水に添加することで作製したアルカリ性溶液(45g/Lの過マンガン酸カリウムおよび1.5%の水酸化ナトリウムを含有する水溶液,pH:12.7)中に80℃で15分間浸漬した。当該浸漬後の測定用サンプルの表面を、走査型電子顕微鏡(日立製作所社製,製品名「S−4700」)を用いて、加速電圧5kVまたは10kV、傾斜角30度、倍率10000倍の条件で撮影した。得られた写真を図6〜9に示す。ここで、図6には実施例1に係る写真が、図7には実施例2に係る写真が、図8には比較例1に係る写真が、図9には比較例2に係る写真がそれぞれ示される。
実施例および比較例で作製した封止シートの接着剤層側の面を、コア材(日立化成社製,製品名「MCL−E−679FG」)の片面に、真空ラミネーター(ニッコー・マテリアルズ社製,製品名「V130」)を使用して、90℃および0.3MPaの条件にてラミネートし、その後、接着剤層から剥離シートを剥離した。続いて、100℃で60分間加熱した後、さらに170℃で60分間加熱して、接着剤層を熱硬化させた。これにより、コア材と、接着剤層が硬化してなる硬化層とからなる積層体を得た。
試験例2にて得られた、厚さ30μmのメッキ層が形成された積層体を10mm幅にカットし、万能型引張試験機(島津製作所製,製品名「オートグラフAG−IS」)を用いて、ピール角度90°およびピール速度50mm/minの条件で、硬化層に接する側のメッキ層を、当該硬化層から剥がし、その時のピール強度(N/10mm)を測定した。結果を表1に示す。なお、メッキ層が硬化層から容易に剥がれてしまい、測定できなかった場合には、「測定不可」とした。
試験例1で得られた、実施例および比較例に係る写真において、5μm×5μmの領域を任意に選択し、当該領域に含まれるくぼみのうち、内部に無機フィラーが存在しておらず、且つ、硬化層表面においてくぼみが形成する開口の最小寸法が0.3μm以上であるくぼみの数を計測した。結果を表1に示す。
[熱可塑性樹脂]
BisA型フェノキシ樹脂:ビスフェノールA型フェノキシ樹脂(三菱化学社製,製品名「jER1256」)
[熱硬化性樹脂]
BisA型エポキシ樹脂:ビスフェノールA型エポキシ樹脂(三菱化学社製,製品名「jER828」)
ビフェニル型エポキシ樹脂:ビフェニル型エポキシ樹脂(日本化薬社製,製品名「NC−3000−L」)
ナフタレン型エポキシ樹脂:ナフタレン型エポキシ樹脂(DIC社製,製品名「HP−4700」)
ビフェニル型フェノール:ビフェニル型フェノール(明和化成社製,製品名「MEHC−7851−SS」)
[硬化触媒]
イミダゾール系熱硬化触媒:2−エチル−4−メチルイミダゾール(四国化成社製,製品名「2E4MZ」)
[無機フィラー]
エポキシシラン処理シリカフィラー:シリカフィラー(アドマテックス社製,製品名「SO−C2」,平均粒径:0.5μm,最大粒径:2μm,形状:球状)を、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学社製,製品名「KBM−403」,最小被覆面積:330m2/g)を用いて表面処理したもの
ビニルシラン処理シリカフィラー:シリカフィラー(アドマテックス社製,製品名「SO−C2」,平均粒径:0.5μm,最大粒径:2μm,形状:球状)を、ビニルトリメトキシシラン(信越化学社製,製品名「KBM−1003」,最小被覆面積:515m2/g)を用いて表面処理したもの
シラザン処理シリカフィラー:シリカフィラー(アドマテックス社製,製品名「SO−C2」,平均粒径:0.5μm,最大粒径:2μm,形状:球状)を、1,1,1,3,3,3−ヘキサメチルジシラザン(信越化学社製,製品名「SZ−31」,最小被覆面積:967m2/g)を用いて表面処理したもの
ジメチルジメトキシシラン処理シリカフィラー:シリカフィラー(アドマテックス社製,製品名「SO−C2」,平均粒径:0.5μm,最大粒径:2μm,形状:球状)を、ジメチルジメトキシシラン(信越化学社製,製品名「KBM−22」,最小被覆面積:649m2/g)を用いて表面処理したもの
11…接着剤層
11’…硬化層
12…剥離シート
2…半導体チップ
3…基材
4…封止体
5…孔
6…電極
7…チップ内蔵基板
8…粘着シート
9…層間絶縁膜
Claims (12)
- アルカリ性溶液を用いた処理工程を有する半導体装置の製造方法において、基板内に内蔵される半導体チップの封止または粘着シート上における半導体チップの封止に用いられる封止シートであって、
前記封止シートは、少なくとも硬化性の接着剤層を備え、
前記接着剤層は、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、および最小被覆面積が550m2/g未満である表面処理剤により表面処理された無機フィラーを含有する接着剤組成物から形成されたものであることを特徴とする封止シート。 - 前記表面処理剤は、エポキシシランおよびビニルシランの少なくとも1種であることを特徴とする請求項1に記載の封止シート。
- 前記無機フィラーは、シリカフィラーまたはアルミナフィラーであることを特徴とする請求項1または2に記載の封止シート。
- 前記無機フィラーの平均粒径は、0.01μm以上、3.0μm以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の封止シート。
- 前記無機フィラーの最大粒径は、0.05μm以上、5.0μm以下であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の封止シート。
- 前記接着剤組成物中における前記無機フィラーの含有量は、30質量%以上、90質量%以下であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の封止シート。
- 前記無機フィラーは、球状であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の封止シート。
- 前記接着剤組成物は、イミダゾール系硬化触媒をさらに含有することを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の封止シート。
- 前記接着剤層を100℃で60分間加熱し、さらに170℃で60分間加熱することで硬化してなる硬化層について、45g/Lの過マンガン酸カリウムおよび1.5%の水酸化ナトリウムを含有する水溶液中に80℃で15分間浸漬した後、当該硬化層の表面の5μm×5μmの領域に存在するくぼみであって、当該くぼみの内部に前記無機フィラーが存在しておらず且つ当該くぼみが前記表面に形成する開口の最小寸法が0.3μm以上であるくぼみの数は、10個以上、100個以下であることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の封止シート。
- 基材の少なくとも一方の面上に1または2以上の半導体チップを設ける工程、
少なくとも前記半導体チップを覆うように、請求項1〜9のいずれか一項に記載の封止シートにおける前記接着剤層を積層する工程、
前記接着剤層を硬化することで、前記接着剤層が硬化してなる硬化層と、前記硬化層により封止された前記半導体チップと、前記基材とを備える封止体を得る工程、
前記硬化層における前記基材とは反対側の面から、前記硬化層と前記半導体チップとの界面までを貫通する孔を形成する工程、
前記孔が形成された前記封止体をアルカリ性溶液に晒すことで、前記孔をデスミア処理する工程、および
前記孔を通じて前記半導体チップに電気的に接続された電極を形成することで、チップ内蔵基板を得る工程
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 粘着シートの粘着面上に1または2以上の半導体チップを設ける工程、
少なくとも前記半導体チップを覆うように、請求項1〜9のいずれか一項に記載の封止シートにおける前記接着剤層を積層する工程、
前記接着剤層を硬化することで、前記接着剤層が硬化してなる硬化層と、前記硬化層により封止された前記半導体チップとを備える封止体を得る工程、
前記封止体から前記粘着シートを剥離する工程、
前記粘着シートの剥離により露出した前記封止体の面に、層間絶縁膜を積層する工程、
前記層間絶縁膜における前記封止体とは反対側の面から、前記層間絶縁膜と前記半導体チップとの界面までを貫通する孔を形成する工程、
前記孔が形成された前記層間絶縁膜が積層された前記封止体をアルカリ性溶液に晒すことで、前記孔をデスミア処理する工程、および
前記孔を通じて前記半導体チップに電気的に接続された電極を形成する工程
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 基材の少なくとも一方の面上または粘着シートの粘着面上に1または2以上の半導体チップを設ける工程、
少なくとも前記半導体チップを覆うように、請求項1〜9のいずれか一項に記載の封止シートにおける前記接着剤層を積層する工程、
前記接着剤層を硬化することで、前記接着剤層が硬化してなる硬化層と、前記硬化層により封止された前記半導体チップとを備える封止体を得る工程、および
前記封止体をアルカリ性溶液に晒すことで、前記封止体の表面に凹凸を形成する工程
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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