JPWO2019026266A1 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
最初に、上記第1の封止シートおよび上記第2の封止シートとして使用できる封止シートについて説明する。当該封止シートは、硬化性の樹脂組成物層を少なくとも備える。ここで、樹脂組成物層が硬化性を有するとは、樹脂組成物層が硬化し得ることをいい、言い換えれば、樹脂組成物層は、封止シートを構成している状態では未硬化である。樹脂組成物層は、熱硬化性であってもよく、エネルギー線硬化性であってもよいが、熱硬化性であることが好ましい。樹脂組成物層が熱硬化性であることにより、積層された樹脂組成物層に対してエネルギー線を照射し難い場合であっても、当該樹脂組成物層を加熱することで良好に硬化することができる。また、封止シートは、上記樹脂組成物層の少なくとも一方の面に積層された剥離シートをさらに備えてもよい。
上記樹脂組成物層は、熱硬化性樹脂を含有する樹脂組成物から形成されたものであることが好ましい。樹脂組成物が熱硬化性樹脂を含有することで、形成される樹脂組成物層は、所望の硬化性を有し易くなる。樹脂組成物層を硬化してなる硬化層は、絶縁性を示すことが好ましい。当該硬化層が絶縁性を示すことにより、得られる半導体装置では、短絡等の不具合が抑制され、優れた性能を得ることができる。特に、第1の硬化層および第2の硬化層の両方が、絶縁性を有することが好ましい。
上記樹脂組成物が熱硬化性樹脂を含有することにより、得られる樹脂組成物層によって電子部品を封止する際に、当該電子部品を強固に封止し易くなる。熱硬化性樹脂としては、樹脂組成物層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、ナフトール系樹脂、活性エステル系樹脂、ベンゾオキサジン系樹脂、シアネートエステル系樹脂などが挙げられ、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。
また、樹脂組成物は、熱可塑性樹脂を含有していてもよい。上記樹脂組成物が熱可塑性樹脂を含有することにより、樹脂組成物層をシート状に形成することが容易となり、ハンドリング性が向上する。また樹脂組成物層を硬化してなる硬化層の低応力性が効果的に得られる。そのため、当該熱可塑性樹脂としては、樹脂組成物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−イソブチレン−スチレン共重合体(SIS)等のスチレン系樹脂、シラン系樹脂、ゴム系樹脂、ポリビニルアセタール系樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、ポリスルホン系樹脂、フッ素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。なお、電極形成性の観点から、熱可塑性樹脂としては、フェノキシ系樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ポリビニルブチラール樹脂からなる群から選択される少なくとも1種を使用することが好ましい。
また、樹脂組成物は、無機フィラーを含有していてもよい。上記樹脂組成物が無機フィラーを含有することにより、樹脂組成物層が硬化してなる硬化層が優れた機械的強度を有するものとなり、さらに、熱膨張率を低く抑えることができるため、得られる半導体装置の信頼性が向上する。かかる無機フィラーとしては、例えば、シリカ、アルミナ、ガラス、酸化チタン、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、ほう酸アルミウイスカ、窒化ほう素、結晶性シリカ、非晶性シリカ、ムライト、コージェライト等の複合酸化物、モンモリロナイト、スメクタイト、ベーマイト、タルク、酸化鉄、炭化珪素、酸化ジルコニウム等を材料とするフィラーを例示することができ、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。これらの中でもシリカフィラー、アルミナフィラーを使用することが好ましく、特にシリカフィラーを使用することが好ましい。
上記樹脂組成物は、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、樹脂組成物層を良好に硬化することが可能となる。硬化触媒としては、例えば、イミダゾール系硬化触媒、アミン系硬化触媒、リン系硬化触媒等が挙げられる。
上記樹脂組成物は、さらに、可塑剤、安定剤、粘着付与材、着色剤、カップリング剤、帯電防止剤、酸化防止剤等を含有してもよい。
第1の封止シートにおける第1の樹脂組成物層の厚さは、封止の用途や、封止後の硬化した樹脂組成物層の厚さ等を考慮して設定することができ、特に限定されない。第1の封止シートにおける第1の樹脂組成物層の厚さは、50μm以上であることが好ましく、特に60μm以上であることが好ましく、さらには70μm以上であることが好ましい。また、第1の樹脂組成物層の厚さは、1000μm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。第1の樹脂組成物層の厚さが50μm以上であることで、第1積層工程において、電子部品が第1の樹脂組成物層に良好に埋め込まれるとともに、第1の樹脂組成物層を硬化してなる第1の硬化層によって電子部品を保護する効果を良好に得ることができる。また、第1の樹脂組成物層の厚さが1000μm以下であることにより、第1の樹脂組成物層を硬化してなる第1の硬化層の硬化収縮の発生を低減でき、封止体の反りの発生を抑制することができる。
上記封止シートは、剥離シートを備えていてもよい。剥離シートを備えることで、封止シートの保管時や、第1積層工程および第2積層工程における取り扱い性が優れたものとなる。剥離シート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、アルキド系、フッ素系、長鎖アルキル系等の剥離剤が挙げられる。
上記封止シートにおいて、上記樹脂組成物層を構成する材料は、硬化前における90℃での溶融粘度(以下、「90℃溶融粘度」ということがある。)が、上限値として1.0×105Pa・s以下であることが好ましく、特に1.0×104Pa・s以下であることが好ましい。90℃溶融粘度の上限値が上記であると、第1積層工程において、加熱下で第1の樹脂組成物層に電子部品が良好に埋め込まれ、これにより、電部品の周囲におけるボイドの発生を効果的に抑制することができる。また、90℃溶融粘度は、下限値として1.0Pa・s以上であることが好ましく、特に10Pa・s以上であることが好ましい。90℃溶融粘度の下限値が上記であると、第1積層工程において、加熱下で樹脂組成物層を電子部品に積層したときに、樹脂組成物層を構成する材料がフローし過ぎることがなく、装置の汚染やチップシフトを防止することができる。
本実施形態に係る半導体装置の製造方法に使用される封止シートは、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、上述の樹脂組成物、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、樹脂組成物層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、樹脂組成物層を保護していてもよい。
続いて、本実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。図1〜図4には、本実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例を説明する断面図が示される。最初に、図1(a)に示されるように、電子部品載置工程として、粘着シート1の粘着面上に1または2以上の電子部品2を載置する。粘着シート1上に電子部品2を載置する手法は特に限定されず、一般的な手法を採用することができる。
熱可塑性樹脂としてのビスフェノールA型フェノキシ樹脂(三菱化学社製,製品名「jER1256」)5.1部(固形分換算,以下同じ)と、熱硬化性樹脂としてのビスフェノールA型エポキシ樹脂(三菱化学社製,製品名「jER828」)5.7部と、熱硬化性樹脂としてのビフェニル型エポキシ樹脂(日本化薬社製,製品名「NC−3000−L」)5.7部と、熱硬化性樹脂としてのナフタレン型エポキシ樹脂(DIC社製,製品名「HP−4700」)4.1部と、熱硬化性樹脂としてのビフェニル型フェノール(明和化成社製,製品名「MEHC−7851−SS」)14.3部と、イミダゾール系硬化触媒としての2−エチル−4−メチルイミダゾール(四国化成社製,製品名「2E4MZ」)0.1部と、無機フィラーとしての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〕65部とを、メチルエチルケトン中にて混合して、固形分濃度が50質量%である樹脂組成物の塗工液を得た。当該塗工液を、厚さ38μmのポリエチレンテレフタレートフィルムの片面にアルキッド系剥離剤層を設けてなる剥離フィルム(リンテック社製,製品名「SP−PET38AL−5」)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50μmの樹脂組成物層と剥離フィルムとからなる封止シートを作製し、これを第1の樹脂組成物層と剥離フィルムとからなる第1の封止シートとした。
樹脂組成物層の厚さを20μmに変更したこと以外は、製造例1と同様にして、厚さ20μmの樹脂組成物層と剥離フィルムとからなる封止シートを作製し、これを第2の樹脂組成物層と剥離フィルムとからなる第2の封止シートとした。
アクリル酸エステル共重合体(アクリル酸2−エチルヘキシル92.8質量%と、アクリル酸2−ヒドロキシエチル7.0質量%と、アクリル酸0.2質量%との共重合体)40質量部と、粘着付与材としての両末端水酸基水素化ポリブタジエン(日本曹達社製,製品名「GI−1000」)5質量部と、架橋剤としてのヘキサメチレンジイソシアネートを有する脂肪族系イソシアネート(日本ポリウレタン工業社製,製品名「コロネートHX」)3.5質量部とを、メチルエチルケトン中にて混合し、固形分濃度が30質量%である粘着剤組成物の塗工液を調製した。
(電子部品載置工程)
まず、製造例3において作製した粘着シートから剥離フィルムを剥離して露出した粘着面上に、複数の開口部を有する枠状部材(銅製,厚さ:130μm,開口部のサイズ:8mm×8mm)を貼着した。次いで、複数の半導体チップ(5mm×5mm,厚さ:130μm)を準備し、枠状部材における各々の開口部の所定位置に、半導体チップを1つずつ載置した。
次いで、製造例1で作製した第1の封止シートにおける第1の樹脂組成物層側の面を、90℃に加熱した状態で、半導体チップ及び枠状部材を覆うように粘着シート上に積層して、仮付けした。次いで、第1の封止シートを、真空ラミネータ装置を用いて、2hPa以下に減圧した状態に置き、その後90℃、圧力0.1MPaで耐熱ゴムを用いて10秒間プレスした後、90℃、圧力0.3MPaで耐熱ゴムを用いて30秒間プレスした。
その後、積層された第1の封止シートから、剥離フィルムを剥離し、第1の樹脂組成物層を100℃(T1)で30分間熱硬化した後、180℃(T2)で60分間熱硬化し、第1の硬化層を形成した。次いで、第1の硬化層から粘着シートを剥離角度180°で剥離した。
次いで、粘着シートを剥離して露出した、半導体チップおよび第1の硬化層の露出面に対して、製造例2で作製した第2の封止シートの第2の樹脂組成物層を積層した。当該積層は、真空ラミネータ装置を用いて、2hPa以下に減圧した状態に置き、その後90℃、圧力0.3MPaで耐熱ゴムを用いて10秒間プレスした後、90℃、圧力0.3MPaで耐熱ゴムを用いて30秒間プレスした。
その後、積層された第2の封止シートから、剥離フィルムを剥離し、第2の樹脂組成物層を100℃(T1)で30分間熱硬化した後、180℃(T2)で60分間熱硬化し、第2の硬化層を形成した。これにより、第1の硬化層および第2の硬化層により封止された半導体チップを備える封止体を得た。
得られた封止体における第2の硬化層側の面に対して、CO2レーザー加工機を使用してレーザーを照射して、封止体表面における直径が100μmであり、半導体チップに達するビアホールを形成した。
次いで、封止体における第1の硬化層側の面(ビアホールが形成された第2の硬化層の面とは反対側の面)を保護テープで全面カバーした後、グリコールエーテル系溶媒とエチレングリコールモノブチルエーテルとが混合されてなるアルカリ性の膨潤液中に、60℃で5分間浸漬した後、粗化液(アルカリ性過マンガン酸水溶液)に80℃で15分間浸漬し、最後に、硫酸の水溶液に40℃で5分間浸漬して中和し、その後80℃で5分間乾燥した。
続いて、封止体を、無電解メッキ用溶液に40℃で6分間浸漬し、次に無電解銅メッキ液に25℃で18分間浸漬し、その後、150℃にて30分間アニール処理を行った。その後、封止体におけるビアホールが形成された面にめっき用レジスト層を貼りあわせ、露光、現像により、当該めっき用レジスト層における所定のパターンを有する領域を除去した。その後、硫酸銅電解めっきを行って、上記除去した領域に、10μmの厚さの銅からなる層を形成した。次に、残っためっき用レジスト層を剥離し、フラッシュエッチングにより不要な無電解銅めっき部分を除去することで、配線の形状を有する電極を得た。当該配線の配線パターンは、配線幅(L)が50μmであり配線間隔(S)が50μmである配線パターン1、および配線幅(L)が10μmであり配線間隔(S)が10μmである配線パターン2であった。最後に、保護テープを剥離し、アニール処理を190℃にて60分間行うことで、第2の硬化層面に電極が形成された封止体を得た。
第1の硬化層側の面に電極を形成したこと以外は、実施例1と同様にして、封止体を得た。すなわち、第2の硬化層側の面には電極が形成されておらず、第1の硬化層側の面のみに電極が形成された封止体を得た。
第1の封止シートの硬化工程および第2の封止シートの硬化工程のそれぞれにおいて、硬化条件として180℃(T1)で60分間の一度の加熱処理により熱硬化したこと以外は、実施例1と同様にして、封止体を得た。
第1の封止シートの硬化工程および第2の封止シートの硬化工程のそれぞれにおいて、硬化条件として100℃(T1)で30分間熱硬化した後、150℃(T2)で30分間熱硬化したこと以外は、実施例1と同様にして、封止体を得た。
製造例1と同様に作製した第1の封止シートについて、剥離フィルムを剥離して得た第1の樹脂組成物層を、下記条件の示差走査熱量計(DSC)に供し、第1の樹脂組成物の熱硬化による発熱量(積分量)を測定した。これにより測定された発熱量をΔH0(kJ)とした。
示差走査熱量計(DSC)
装置:TAインスツルメント社製
昇温速度:10℃/min
温度範囲:50℃〜300℃
反応率(%)=(ΔH0−ΔH1)/ΔH0×100
実施例1〜4の製造方法における第2の封止シートの硬化工程において得られ、孔形成工程を行う前における封止体(第1の硬化層および第2の硬化層により封止された半導体チップを備える封止体)において、第1の硬化層および第2の硬化層の表面について、JIS B0601−1994に準拠して、接触型粗さ計(ミツトヨ社製,製品名「SV3000S4」)を用いて、算術平均粗さRa(μm)を測定した。結果を表1に示す。
実施例にて製造した封止体における配線パターン1(L/S=50μm/50μm)および配線パターン2(L/S=10μm/10μm)を、デジタル顕微鏡(キーエンス社製,製品名「VHX−100」)を用いて観察し、以下の基準により電極形成性を評価した。
A:意図した配線パターンが形成されている。
B:意図した配線パターンからの逸脱が部分的に生じている。
C:意図した配線パターンからの逸脱が生じ、配線間の接触(ショート)も生じている。
2…電子部品
3…第1の樹脂組成物層
3’…第1の硬化層
4…第2の樹脂組成物層
4’…第2の硬化層
5…封止体
6…孔
7…電極
Claims (14)
- 粘着シートの粘着面上に1または2以上の電子部品を載置する電子部品載置工程、
少なくとも前記電子部品を覆うように、少なくとも硬化性の第1の樹脂組成物層を備える第1の封止シートにおける前記第1の樹脂組成物層を積層する第1積層工程、
前記電子部品および前記第1の樹脂組成物層から前記粘着シートを剥離する剥離工程、
前記粘着シートの剥離により露出した前記電子部品の露出面を覆うように、少なくとも硬化性の第2の樹脂組成物層を備える第2の封止シートを積層する第2積層工程、
前記第1の樹脂組成物層が硬化してなる第1の硬化層と、前記第2の樹脂組成物層が硬化してなる第2の硬化層と、前記第1の硬化層および前記第2の硬化層により封止された前記電子部品とを備える封止体を得る硬化工程、
前記第1の硬化層および前記第2の硬化層の少なくとも一方を貫通する孔であって、前記電子部品の表面の一部を露出させる孔を形成する孔形成工程、
前記孔が形成された前記封止体をデスミア処理するデスミア工程、および
前記孔を通じて前記電子部品に電気的に接続された電極を形成する電極形成工程
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記第1の樹脂組成物層の硬化は、前記第1積層工程と前記剥離工程との間の段階において行われることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1の硬化層および前記第2の硬化層の少なくとも一方は、絶縁性を示すことを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1の樹脂組成物層および前記第2の樹脂組成物層の少なくとも一方における硬化は、加熱処理により行われ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半導体装置の製造方法。
- 前記加熱処理は、複数回の加熱処理により段階的に行われ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。
- 前記加熱処理は、温度T1で熱硬化させる第1の加熱処理と、温度T1よりも高い温度T2にて熱硬化させる第2の加熱処理とにより行われることを特徴とする請求項5に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1の樹脂組成物層の硬化は、前記第1の硬化層の反応率が85%以上になるように行うことを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第2の樹脂組成物層の硬化は、前記第2の硬化層の反応率が85%以上になるように行うことを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1の樹脂組成物層および前記第2の樹脂組成物層の少なくとも一方は、熱硬化性樹脂を含有する樹脂組成物から形成されたもの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半導体装置の製造方法。
- 前記樹脂組成物は、無機フィラーを含有することを特徴とする請求項9に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記無機フィラーは、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ていることを特徴とする請求項10に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1の樹脂組成物層および前記第2の樹脂組成物層は、同一の組成を有する前記樹脂組成物から形成されたものであることを特徴とする請求項9〜11のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第2の樹脂組成物層の厚さは、1μm以上、100μm以下であることを特徴とする請求項1〜12のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1の樹脂組成物層の厚さは、50μm以上、1000μm以下であることを特徴とする請求項1〜13のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
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