KR102020084B1 - 반도체 장치의 제조 방법 및 플립 칩 실장용 접착제 - Google Patents
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- H01L2224/16151—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
- H01L2224/16221—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
- H01L2224/16225—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
- H01L2224/16227—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation the bump connector connecting to a bond pad of the item
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- H01L2224/27003—Involving a temporary auxiliary member not forming part of the manufacturing apparatus, e.g. removable or sacrificial coating, film or substrate for holding or transferring the layer preform
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- H01L2224/29—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
- H01L2224/29001—Core members of the layer connector
- H01L2224/29099—Material
- H01L2224/2919—Material with a principal constituent of the material being a polymer, e.g. polyester, phenolic based polymer, epoxy
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- H01L2224/28—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
- H01L2224/29—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
- H01L2224/29001—Core members of the layer connector
- H01L2224/29099—Material
- H01L2224/29198—Material with a principal constituent of the material being a combination of two or more materials in the form of a matrix with a filler, i.e. being a hybrid material, e.g. segmented structures, foams
- H01L2224/29199—Material of the matrix
- H01L2224/2929—Material of the matrix with a principal constituent of the material being a polymer, e.g. polyester, phenolic based polymer, epoxy
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- H01L2224/29198—Material with a principal constituent of the material being a combination of two or more materials in the form of a matrix with a filler, i.e. being a hybrid material, e.g. segmented structures, foams
- H01L2224/29199—Material of the matrix
- H01L2224/29294—Material of the matrix with a principal constituent of the material being a liquid not provided for in groups H01L2224/292 - H01L2224/29291
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- H01L2224/28—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
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- H01L2224/28—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
- H01L2224/29—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
- H01L2224/29001—Core members of the layer connector
- H01L2224/29099—Material
- H01L2224/29198—Material with a principal constituent of the material being a combination of two or more materials in the form of a matrix with a filler, i.e. being a hybrid material, e.g. segmented structures, foams
- H01L2224/29298—Fillers
- H01L2224/29399—Coating material
- H01L2224/2949—Coating material with a principal constituent of the material being a polymer, e.g. polyester, phenolic based polymer, epoxy
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- H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
- H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
- H01L2224/321—Disposition
- H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
- H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
- H01L2224/32225—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
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- H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
- H01L2224/731—Location prior to the connecting process
- H01L2224/73101—Location prior to the connecting process on the same surface
- H01L2224/73103—Bump and layer connectors
- H01L2224/73104—Bump and layer connectors the bump connector being embedded into the layer connector
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- H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
- H01L2224/732—Location after the connecting process
- H01L2224/73201—Location after the connecting process on the same surface
- H01L2224/73203—Bump and layer connectors
- H01L2224/73204—Bump and layer connectors the bump connector being embedded into the layer connector
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- H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
- H01L2224/81—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector
- H01L2224/8112—Aligning
- H01L2224/81121—Active alignment, i.e. by apparatus steering, e.g. optical alignment using marks or sensors
- H01L2224/8113—Active alignment, i.e. by apparatus steering, e.g. optical alignment using marks or sensors using marks formed on the semiconductor or solid-state body
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- H01L2224/81—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector
- H01L2224/8112—Aligning
- H01L2224/81121—Active alignment, i.e. by apparatus steering, e.g. optical alignment using marks or sensors
- H01L2224/81132—Active alignment, i.e. by apparatus steering, e.g. optical alignment using marks or sensors using marks formed outside the semiconductor or solid-state body, i.e. "off-chip"
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- H01L2224/81—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector
- H01L2224/8119—Arrangement of the bump connectors prior to mounting
- H01L2224/81191—Arrangement of the bump connectors prior to mounting wherein the bump connectors are disposed only on the semiconductor or solid-state body
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- H01L2224/81—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector
- H01L2224/812—Applying energy for connecting
- H01L2224/81201—Compression bonding
- H01L2224/81203—Thermocompression bonding, e.g. diffusion bonding, pressure joining, thermocompression welding or solid-state welding
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- H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
- H01L2224/81—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector
- H01L2224/8138—Bonding interfaces outside the semiconductor or solid-state body
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Abstract
본 발명은 보이드를 억제하여 높은 신뢰성을 실현할 수 있는 반도체 장치의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또, 본 발명은 그 반도체 장치의 제조 방법에 사용되는 플립 칩 실장용 접착제를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명은 땜납으로 이루어지는 선단부를 갖는 돌기 전극이 형성된 반도체 칩을, 접착제를 개재하여 기판 상에 위치 맞춤하는 공정 1 과, 상기 반도체 칩을 땜납 용융점 이상의 온도로 가열하여, 상기 반도체 칩의 돌기 전극과 상기 기판의 전극부를 용융 접합시킴과 함께, 상기 접착제를 가접착시키는 공정 2 와, 상기 접착제를 가압 분위기하에서 가열하여 보이드를 제거하는 공정 3 을 갖고, 상기 접착제는 시차 주사 열량 측정 및 오자와법에 의해 구한 활성화 에너지 ΔE 가 100 kJ/㏖ 이하, 260 ℃ 2 초 후에 있어서의 반응률이 20 % 이하, 260 ℃ 4 초 후에 있어서의 반응률이 40 % 이하인 반도체 장치의 제조 방법이다.
Description
본 발명은 보이드를 억제하여 높은 신뢰성을 실현할 수 있는 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다. 또, 본 발명은 그 반도체 장치의 제조 방법에 사용되는 플립 칩 실장용 접착제에 관한 것이다.
반도체 장치의 소형화 및 고밀도화에 수반하여 반도체 칩을 기판에 실장하는 방법으로서, 표면에 다수의 돌기 전극이 형성된 반도체 칩을 사용한 플립 칩 실장이 주목을 받아 급속히 확산되고 있다.
플립 칩 실장에 있어서는, 접합 부분의 접속 신뢰성을 확보하기 위한 방법으로서, 반도체 칩의 돌기 전극과 기판의 전극부를 접합한 후에, 반도체 칩과 기판의 간극에 액상 봉지 접착제 (언더 필) 를 주입하여 경화시키는 것이 일반적인 방법으로서 채택되고 있다. 그러나, 언더 필을 사용한 플립 칩 실장은, 제조 비용이 높고, 언더 필 충전에 시간이 걸리고, 전극간의 거리 및 반도체 칩과 기판의 거리를 좁히는 데에 한계가 있는 등의 문제를 안고 있다.
그래서, 최근 기판 상에 페이스트상 접착제를 도포한 후, 반도체 칩을 탑재하는 방법, 반도체 웨이퍼 또는 반도체 칩 상에 필름상 또는 페이스트상 접착제를 공급한 후, 접착제가 부착된 반도체 칩을 기판 상에 탑재하는 방법 등의 이른바 선도포형의 플립 칩 실장이 제안되어 있다. 특히 접착제가 부착된 반도체 칩을 기판 상에 탑재하는 경우에는, 반도체 웨이퍼 상에 접착제를 일괄 공급하고, 다이싱에 의해 접착제가 부착된 반도체 칩을 일괄적으로 다량으로 생산할 수 있는 점에서 대폭적인 프로세스 단축이 기대된다.
그러나, 선도포형의 플립 칩 실장에서는, 반도체 칩의 돌기 전극과 기판의 전극부를 접촉시킬 때에, 반도체 칩 또는 기판과 접착제 사이에 공기를 말려들게 하여 보이드를 일으키거나, 반도체 칩을 기판 상에 탑재할 때의 열압착 공정에 있어서 접착제로부터의 휘발 성분에 의해 보이드가 생기거나 하는 경우가 있다. 이와 같은 보이드는, 전극간의 단락을 초래하거나, 접착제 중에 크랙을 발생시키는 요인이 되거나 한다. 또, 선도포형의 플립 칩 실장에서는, 열압착 공정에 있어서 돌기 전극의 접합과 접착제의 열경화를 동시에 실시하는 점에서 정밀도가 높은 돌기 전극의 접합과 보이드의 억제를 동시에 실시하기는 곤란하다.
보이드를 억제하기 위해서, 접착제의 열경화를 가압 분위기하에서 실시함으로써 보이드를 수축시키는 방법, 반도체 칩과 기판을 가접합한 후, 가접합체를 가압 분위기하에서 가열함으로써 보이드를 작게 하는 방법 등이 제안되어 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 ∼ 3). 그러나, 이러한 방법이더라도 특히 접착제가 부착된 반도체 칩을 기판 상에 탑재하는 경우에는 기판의 요철에 의해 공기를 말려들게 하기 쉬운 점에서 보이드를 충분히 억제하는 데에는 이르지 못하였다.
본 발명은 보이드를 억제하여 높은 신뢰성을 실현할 수 있는 반도체 장치의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또, 본 발명은 그 반도체 장치의 제조 방법에 사용되는 플립 칩 실장용 접착제를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 땜납으로 이루어지는 선단부를 갖는 돌기 전극이 형성된 반도체 칩을, 접착제를 개재하여 기판 상에 위치 맞춤하는 공정 1 과, 상기 반도체 칩을 땜납 용융점 이상의 온도로 가열하여, 상기 반도체 칩의 돌기 전극과 상기 기판의 전극부를 용융 접합시킴과 함께, 상기 접착제를 가접착시키는 공정 2 와, 상기 접착제를 가압 분위기하에서 가열하여 보이드를 제거하는 공정 3 을 갖고, 상기 접착제는 시차 주사 열량 측정 및 오자와법에 의해 구한 활성화 에너지 ΔE 가 100 kJ/㏖ 이하, 260 ℃ 2 초 후에 있어서의 반응률이 20 % 이하, 260 ℃ 4 초 후에 있어서의 반응률이 40 % 이하인 반도체 장치의 제조 방법이다.
이하, 본 발명을 상세하게 서술한다.
본 발명자는 정밀도가 높은 돌기 전극의 접합과 보이드의 억제를 양립하기 위해서, 반도체 칩을 땜납 용융점 이상의 온도로 가열하여, 반도체 칩의 돌기 전극과 기판의 전극부를 확실하게 접합시키고, 그 후 접착제를 가압 분위기하에서 가열하여 보이드를 제거하는 방법을 검토하였다. 단, 이와 같은 방법에서는, 가압 분위기하에서 가열했다고 하더라도 돌기 전극을 접합할 때에 접착제의 경화가 지나치게 진행되고 있는 경우에는, 보이드를 충분히 제거할 수 없다.
돌기 전극을 접합할 때의 조건을 조정함으로써 접착제의 경화를 억제하는 것도 생각할 수 있지만, 돌기 전극을 접합하기 위해서는 땜납 용융점 이상의 온도 (240 ∼ 280 ℃ 정도) 에서 유지할 필요가 있기 때문에, 조건의 조정만으로 접착제의 경화를 억제하는 데에는 한계가 있다.
따라서, 접착제로서 돌기 전극을 접합시킬 때의 열이력을 거쳐도 경화가 최대한 억제되는 접착제, 즉 경화 속도 (반응 속도) 가 비교적 느린 접착제를 사용할 필요가 있다. 그러나, 종래 접착제의 반응 속도의 평가 방법은 객관성 또는 정량성이 결여된 것이었다.
한편, 열분석, 반응 속도 해석 등의 분야에서는, 시료의 시차 주사 열량 측정 (DSC 측정, Differential scanning calorimetry) 에 의해 얻어진 데이터로부터 활성화 에너지 ΔE, 및 일정 온도에 있어서의 소정의 반응률에 도달하는 시간을 구하는 「오자와 (사와) 법」이라고 불리는 해석 방법이 알려져 있다.
본 발명자는 반도체 장치의 제조 방법에 사용되는 접착제에 대하여 오자와법을 적용하는 것을 검토하였다. 그 결과, 본 발명자는 시차 주사 열량 측정 및 오자와법에 의해, 접착제를 일정 온도에서 일정 시간 유지했을 경우의 반응률을 보다 객관적 또한 정량적으로 평가할 수 있는 것, 이와 같은 방법에 의해 구한 활성화 에너지 ΔE, 260 ℃ 2 초 후에 있어서의 반응률 및 260 ℃ 4 초 후에 있어서의 반응률이 소정 범위를 만족시키는 접착제를 사용함으로써, 정밀도가 높은 돌기 전극의 접합과 보이드의 억제를 양립할 수 있음을 찾아내고, 본 발명을 완성시키기에 이르렀다.
본 발명의 반도체 장치의 제조 방법에서는, 우선 땜납으로 이루어지는 선단부를 갖는 돌기 전극이 형성된 반도체 칩을, 접착제를 개재하여 기판 상에 위치 맞춤하는 공정 1 을 실시한다.
상기 위치 맞춤하는 공정 1 에서는, 일반적으로 플립 칩 본더 등의 실장용 장치를 이용하여, 반도체 칩의 돌기 전극, 기판의 전극부, 그리고 반도체 칩 및 기판 상에 형성된 얼라인먼트 마크의 위치를 카메라에 인식시킴으로써, X, Y 방향 및 회전 방향 (θ 방향) 으로 자동적으로 위치 맞춤을 실시한다.
상기 반도체 칩으로서, 예를 들어 실리콘, 갈륨비소 등의 반도체로 이루어지고, 땜납으로 이루어지는 선단부를 갖는 돌기 전극이 표면에 형성된 반도체 칩을 들 수 있다. 또한, 땜납으로 이루어지는 선단부를 갖는 돌기 전극은, 선단부가 땜납으로 이루어져 있으면 돌기 전극의 일부가 땜납으로 이루어져 있어도 되고, 돌기 전극 전체가 땜납으로 이루어져 있어도 된다.
상기 접착제를 공급하는 방법은 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 필름상의 접착제를 기판 상 또는 반도체 칩 상에 첩부 (貼付) 하는 방법, 페이스트상의 접착제를 실린지에 충전하여 실린지 선단에 정밀 노즐을 부착하고, 디스펜서 장치를 이용하여 기판 상으로 토출시키는 방법 등을 들 수 있다.
또, 미리 웨이퍼에 필름상의 접착제를 상압 라미네이트, 진공 라미네이트 등에 의해 첩부하거나, 페이스트상의 접착제를 스핀 코트법 등에 의해 도포 또는 인쇄하여 도막을 형성하거나 한 후, 블레이드 다이싱, 레이저 다이싱 등에 의해 반도체 칩으로 개편화하는 방법을 이용할 수도 있다. 상압 라미네이트에서는 공기가 말려들어가는 경우가 있지만, 보이드를 제거하는 공정 3 과 동일한 가압 오븐 (예를 들어, PCO-083TA (NTT 어드밴스 테크놀로지사 제조)) 등을 이용하여 접착제를 가압 분위기하에서 가열하여 보이드를 제거해도 된다.
상기 접착제는, 시차 주사 열량 측정 및 오자와법에 의해 구한 활성화 에너지 ΔE 가 100 kJ/㏖ 이하, 260 ℃ 2 초 후에 있어서의 반응률이 20 % 이하, 260 ℃ 4 초 후에 있어서의 반응률이 40 % 이하이다.
시차 주사 열량 측정 및 오자와법에 의해 구한 활성화 에너지 ΔE, 260 ℃ 2 초 후에 있어서의 반응률 및 260 ℃ 4 초 후에 있어서의 반응률이 상기 범위를 만족시키는 접착제는, 경화 속도 (반응 속도) 가 비교적 느려 반응 속도의 온도 의존성이 작기 때문에, 접착제를 가접착시키는 공정 2 에 있어서 돌기 전극을 접합시킬 때의 열이력을 거쳐도 경화가 최대한 억제되고, 또한 경화의 불균일이 적은 접착제라고 할 수 있다. 이와 같은 접착제를 이용하여 접착제를 가접착시키는 공정 2 에 있어서 돌기 전극을 확실하게 접합시키고, 그 후 보이드를 제거하는 공정 3 을 실시함으로써, 정밀도가 높은 돌기 전극의 접합과 보이드의 억제를 양립할 수 있다.
또한, 시차 주사 열량 측정은 DSC 장치 (예를 들어, DSC6220 (SII·나노테크놀로지사 제조)) 를 이용하여 실시할 수 있다. 또, 오자와법은 반응 속도 해석 소프트 (예를 들어, SII·나노테크놀로지사 제조) 를 이용하여 실시할 수 있고, 하기에 나타내는 해석 방법을 의미한다.
우선, 시료에 대하여 승온 속도가 상이한 시차 주사 열량 측정을 3 회 이상 실시하여, 온도 T 의 역수와 승온 속도 B 의 대수 (logB) 를 플롯한다. 얻어진 직선의 기울기로부터, 하기 식 (1) 에 기초하여 활성화 에너지 ΔE 를 산출한다. 이어서, 활성화 에너지 ΔE 로부터, 하기 식 (2) 의 정온 열화식에 기초하여 260 ℃ 2 초 또는 260 ℃ 4 초 유지했을 경우의 반응률을 산출한다 (오자와 타케오, 열측정 1, 2 (1974), 및 T. Ozawa, Bull. Chem. Soc. Japan 38, 1881 (1965) 참조).
식 (2) 중 τ 은 정온 열화 시간을 나타낸다.
상기 활성화 에너지 ΔE 가 100 kJ/㏖ 을 초과하면, 접착제의 반응 속도의 온도 의존성이 커지고, 접착제를 가접착시키는 공정 2 에 있어서의 온도의 편차, 면내의 온도 분포 등의 영향을 받기 쉬워진다. 그 결과, 보이드의 제어 또는 상하 전극간에 접착제가 말려들어가는 것의 제어가 곤란해진다. 상기 활성화 에너지 ΔE 는 90 kJ/㏖ 이하가 바람직하고, 80 kJ/㏖ 이하가 보다 바람직하다.
상기 활성화 에너지 ΔE 의 하한은 특별히 한정되지 않지만, 바람직한 하한은 50 kJ/㏖ 이다. 상기 활성화 에너지 ΔE 가 50 kJ/㏖ 미만이면, 비교적 저온에서도 접착제의 경화가 진행되기 쉬워져 접착제의 저장 안정성이 저하되는 경우가 있다.
상기 260 ℃ 2 초 후에 있어서의 반응률이 20 % 를 초과하거나, 또는 상기 260 ℃ 4 초 후에 있어서의 반응률이 40 % 를 초과하면, 접착제를 가접착시키는 공정 2 에서 접착제의 경화가 진행되어 버려, 보이드를 제거하는 공정 3 을 실시해도 보이드를 충분히 제거할 수 없거나, 접착제를 가접착시키는 공정 2 에 있어서 돌기 전극이 용융되어 접합하기 전에 접착제의 경화가 진행되어 버려, 상하 전극간에 접착제의 말려들어감이 발생하여 접합 불량이 되거나 한다. 상기 260 ℃ 2 초 후에 있어서의 반응률은 15 % 이하가 바람직하고, 12 % 이하가 보다 바람직하다. 상기 260 ℃ 4 초 후에 있어서의 반응률은 30 % 이하가 바람직하고, 25 % 이하가 보다 바람직하다.
상기 260 ℃ 2 초 후에 있어서의 반응률의 하한은 특별히 한정되지 않지만, 바람직한 하한은 3 % 이다. 상기 260 ℃ 4 초 후에 있어서의 반응률의 하한은 특별히 한정되지 않지만, 바람직한 하한은 10 % 이다. 상기 260 ℃ 2 초 후에 있어서의 반응률이 3 % 미만이거나, 또는 상기 260 ℃ 4 초 후에 있어서의 반응률이 10 % 미만이면, 접착제의 경화에 시간이 걸려 반도체 장치를 단시간에 제조할 수 없는 경우가 있다.
상기 접착제는 필름상이어도 되고 페이스트상이어도 되지만, 필름상 접착제인 것이 특히 바람직하다.
상기 접착제가 페이스트상인 경우에는, 반도체 칩 1 개마다 상기 접착제를 공급할 필요가 있다. 이에 비하여, 상기 접착제가 필름상인 경우에는, 기판 또는 웨이퍼 상에 상기 접착제를 일괄 공급하고, 다이싱에 의해 접착제가 부착된 반도체 칩을 일괄적으로 다량으로 생산할 수 있는 점에서 대폭적인 프로세스 단축이 기대된다.
또, 일반적으로 필름상의 접착제는 용융 점도가 높기 때문에, 필름상의 접착제를 이용하여 정밀도가 높은 돌기 전극의 접합과 보이드의 억제를 양립하는 것은 곤란하지만, 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법에서는, 시차 주사 열량 측정 및 오자와법에 의해 구한 활성화 에너지 ΔE, 260 ℃ 2 초 후에 있어서의 반응률 및 260 ℃ 4 초 후에 있어서의 반응률이 상기 범위를 만족시키는 접착제를 사용함으로써, 상기 접착제가 필름상이더라도 정밀도가 높은 돌기 전극의 접합과 보이드의 억제를 양립할 수 있다.
상기 접착제는 적어도 열경화성 수지와 열경화제를 함유하는 것이 바람직하고, 나아가 경화 촉진제를 함유하는 것이 바람직하다.
활성화 에너지 ΔE 는 반응계에 고유의 것인 점에서, 예를 들어 조합하는 열경화성 수지, 열경화제, 경화 촉진제 등의 종류를 선택함으로써, 접착제의 활성화 에너지 ΔE 를 상기 범위로 조정할 수 있다. 한편, 반응 속도는 반응계의 농도에도 의존하는 점에서, 예를 들어 각 성분의 함유량, 특히 경화 촉진제의 첨가량을 조정함으로써, 접착제의 반응률을 상기 범위로 조정할 수 있다. 구체적으로는, 경화 촉진제의 첨가량이 많을수록 반응 속도가 올라가고, 적을수록 반응 속도가 떨어지는 경향이 있다. 단, 적절한 경화 촉진제의 첨가량은 개개의 반응계에 따라 상이한 점에서, 접착제의 반응률을 상기 범위로 조정하기 위해서 각 성분의 함유량을 적절히 조정할 필요가 있다.
상기 열경화성 수지는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 부가 중합, 중축합, 중부가, 부가 축합, 개환 중합 등의 반응에 의해 경화되는 화합물을 들 수 있다. 상기 열경화성 수지로서 구체적으로는, 예를 들어 우레아 수지, 멜라민 수지, 페놀 수지, 레조르시놀 수지, 에폭시 수지, 아크릴 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리아미드 수지, 폴리벤즈이미다졸 수지, 디알릴프탈레이트 수지, 자일렌 수지, 알킬-벤젠 수지, 에폭시아크릴레이트 수지, 규소 수지, 우레탄 수지 등을 들 수 있다. 그 중에서도 접착제의 활성화 에너지 ΔE 및 반응률을 상기 범위로 조정하기 쉬운 점, 또 경화물의 물성 등의 점에서 에폭시 수지가 바람직하다.
상기 에폭시 수지는, 관능기 농도가 낮은, 즉 에폭시 당량이 높은 것이 바람직하다. 에폭시 당량이 높은 에폭시 수지는, 열경화제와의 반응 확률이 낮고 반응성이 낮기 때문에, 이와 같은 에폭시 수지를 사용함으로써 접착제의 반응률을 상기 범위로 조정하기 쉬워진다. 상기 에폭시 수지는, 에폭시 당량이 200 이상인 것이 보다 바람직하고, 250 이상인 것이 더욱 바람직하다.
상기 에폭시 수지는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 비스페놀 A 형, 비스페놀 F 형, 비스페놀 AD 형, 비스페놀 S 형 등의 비스페놀형 에폭시 수지, 페놀노볼락형, 크레졸노볼락형 등의 노볼락형 에폭시 수지, 레조르시놀형 에폭시 수지, 트리스페놀메탄트리글리시딜에테르 등의 방향족 에폭시 수지, 나프탈렌형 에폭시 수지, 플루오렌형 에폭시 수지, 시클로펜타디엔형 또는 디시클로펜타디엔형 에폭시 수지, 폴리에테르 변성 에폭시 수지, NBR 변성 에폭시 수지, CTBN 변성 에폭시 수지, 및 이들의 수첨화물 등을 들 수 있다. 그 중에서도 부피가 큰 구조를 갖는 시클로펜타디엔형 또는 디시클로펜타디엔형 에폭시 수지가 바람직하다. 시클로펜타디엔형 또는 디시클로펜타디엔형 에폭시 수지는 입체 장해가 크고 반응성이 낮기 때문에, 이와 같은 에폭시 수지를 사용함으로써 접착제의 반응률을 상기 범위로 조정하기 쉬워진다. 이들 에폭시 수지는 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 병용해도 된다.
상기 에폭시 수지는, 상온에서 액상의 에폭시 수지여도 되고, 상온에서 고체의 에폭시 수지여도 되고, 이들을 적절히 조합하여 사용해도 된다.
상기 상온에서 액상의 에폭시 수지 중 시판품으로서, 예를 들어 EPICLON 840, 840-S, 850, 850-S, EXA-850CRP (이상, DIC 사 제조) 등의 비스페놀 A 형 에폭시 수지, EPICLON 830, 830-S, EXA-830CRP (이상, DIC 사 제조) 등의 비스페놀 F 형 에폭시 수지, EPICLON HP-4032, HP-4032D (이상, DIC 사 제조) 등의 나프탈렌형 에폭시 수지, EPICLON EXA-7015 (DIC 사 제조), EX-252 (나가세켐텍스사 제조) 등의 수첨 비스페놀 A 형 에폭시 수지, EX-201 (나가세켐텍스사 제조) 등의 레조르시놀형 에폭시 수지 등을 들 수 있다.
상기 상온에서 고체의 에폭시 수지 중 시판품으로서, 예를 들어 EPICLON 860, 10550, 1055 (이상, DIC 사 제조) 등의 비스페놀 A 형 에폭시 수지, EPICLON EXA-1514 (DIC 사 제조) 등의 비스페놀 S 형 에폭시 수지, EPICLON HP-4700, HP-4710, HP-4770 (이상, DIC 사 제조) 등의 나프탈렌형 에폭시 수지, EPICLON HP-7200 시리즈 (DIC 사 제조) 등의 디시클로펜타디엔형 에폭시 수지, EPICLON HP-5000, EXA-9900 (이상, DIC 사 제조) 등의 크레졸노볼락형 에폭시 수지 등을 들 수 있다.
상기 열경화제는 특별히 한정되지 않고, 종래 공지된 열경화제를 상기 열경화성 수지에 맞추어 적절히 선택할 수 있다. 상기 열경화성 수지로서 에폭시 수지를 사용하는 경우, 상기 열경화제로서, 예를 들어 산무수물계 경화제, 페놀계 경화제, 아민계 경화제, 디시안디아미드 등의 잠재성 경화제, 카티온계 촉매형 경화제 등을 들 수 있다. 이들 열경화제는 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 병용해도 된다. 그 중에서도 경화물의 물성 등이 우수한 점에서 산무수물계 경화제가 바람직하다.
상기 산무수물계 경화제 중 시판품으로서, 예를 들어 YH-306, YH-307 (이상, 미츠비시 화학사 제조, 상온 (25 ℃) 에서 액상), YH-309 (미츠비시 화학사 제조, 산무수물계 경화제, 상온 (25 ℃) 에서 고체) 등을 들 수 있다.
상기 열경화제의 함유량은 특별히 한정되지 않고, 상기 열경화성 수지로서 에폭시 수지를 이용하고, 에폭시기와 등량 반응하는 열경화제를 이용하는 경우, 상기 열경화제의 함유량은, 접착제 중에 함유되는 에폭시기의 총량에 대한 바람직한 하한이 60 당량, 바람직한 상한이 110 당량이다. 함유량이 60 당량 미만이면, 접착제를 충분히 경화시킬 수 없는 경우가 있다. 함유량이 110 당량을 초과해도, 특별히 접착제의 경화성에는 기여하지 않고, 과잉의 열경화제가 휘발됨으로써 보이드의 원인이 되는 경우가 있다. 함유량의 보다 바람직한 하한은 70 당량, 보다 바람직한 상한은 100 당량이다.
상기 경화 촉진제는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 이미다졸계 경화 촉진제, 3 급 아민계 경화 촉진제 등을 들 수 있다. 그 중에서도 접착제의 반응률을 상기 범위로 조정하기 쉬운 점, 또 경화물의 물성 등의 조정을 하기 위한 반응계의 제어를 하기 쉬운 점에서 이미다졸계 경화 촉진제가 바람직하다.
상기 이미다졸계 경화 촉진제는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 후지큐어-7000 (T&K TOKA 사 제조, 상온 (25 ℃) 에서 액상), 이미다졸의 1 위치를 시아노에틸기로 보호한 1-시아노에틸-2-페닐이미다졸, 이소시아누르산으로 염기성을 보호한 이미다졸계 경화 촉진제 (상품명 「2MA-OK」, 시코쿠 화성 공업사 제조, 상온 (25 ℃) 에서 고체), 2MZ, 2MZ-P, 2PZ, 2PZ-PW, 2P4MZ, C11Z-CNS, 2PZ-CNS, 2PZCNS-PW, 2MZ-A, 2MZA-PW, C11Z-A, 2E4MZ-A, 2MAOK-PW, 2PZ-OK, 2MZ-OK, 2PHZ, 2PHZ-PW, 2P4MHZ, 2P4MHZ-PW, 2E4MZ·BIS, VT, VT-OK, MAVT, MAVT-OK (이상, 시코쿠 화성 공업사 제조) 등을 들 수 있다. 이들 이미다졸계 경화 촉진제는 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 병용해도 된다.
상기 경화 촉진제의 함유량은 특별히 한정되지 않지만, 열경화제 100 중량부에 대한 바람직한 하한이 0.5 중량부, 바람직한 상한이 50 중량부이다. 함유량이 0.5 중량부 미만이면, 접착제의 열경화로 인해 고온에서 장시간의 가열을 필요로 하는 경우가 있다. 함유량이 50 중량부를 초과하면, 접착제의 저장 안정성이 불충분해지거나, 과잉의 경화 촉진제가 휘발됨으로써 보이드의 원인이 되거나 하는 경우가 있다. 함유량의 보다 바람직한 하한은 1 중량부, 보다 바람직한 상한은 30 중량부이다.
상기 접착제는 필름상의 접착제인 경우에는, 추가로 고분자량 화합물을 함유하는 것이 바람직하다. 상기 고분자량 화합물을 사용함으로써, 접착제에 제막성, 가요성 등을 부여함과 함께, 접착제의 경화물에 강인성을 갖게 하여 높은 접합 신뢰성을 확보할 수 있다.
상기 고분자량 화합물은 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 우레아 수지, 멜라민 수지, 페놀 수지, 레조르시놀 수지, 에폭시 수지, 아크릴 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리아미드 수지, 폴리벤즈이미다졸 수지, 디알릴프탈레이트 수지, 자일렌 수지, 알킬-벤젠 수지, 에폭시아크릴레이트 수지, 규소 수지, 우레탄 수지 등의 공지된 고분자량 화합물을 들 수 있다. 그 중에서도 에폭시기를 갖는 고분자량 화합물이 바람직하다.
상기 에폭시기를 갖는 고분자량 화합물을 첨가함으로써, 접착제의 경화물은 우수한 가요성을 발현한다. 즉, 상기 접착제의 경화물은, 상기 열경화성 수지로서의 에폭시 수지에서 유래하는 우수한 기계적 강도, 내열성 및 내습성과, 상기 에폭시기를 갖는 고분자량 화합물에서 유래하는 우수한 가요성을 겸비하게 되므로, 내냉열 사이클성, 내땜납 리플로우성, 치수 안정성 등이 우수한 것이 되어 높은 접합 신뢰성 및 높은 도통 신뢰성을 발현하게 된다.
상기 에폭시기를 갖는 고분자량 화합물은, 말단 및/또는 측사슬 (팬던트 위치) 에 에폭시기를 갖는 고분자량 화합물이면 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 에폭시기 함유 아크릴 고무, 에폭시기 함유 부타디엔 고무, 비스페놀형 고분자량 에폭시 수지, 에폭시기 함유 페녹시 수지, 에폭시기 함유 아크릴 수지, 에폭시기 함유 우레탄 수지, 에폭시기 함유 폴리에스테르 수지 등을 들 수 있다. 그 중에서도 에폭시기를 많이 함유하는 고분자 화합물을 얻을 수 있고, 경화물의 기계적 강도 및 내열성이 보다 우수한 것이 되는 점에서 에폭시기 함유 아크릴 수지가 바람직하다. 이들 에폭시기를 갖는 고분자량 화합물은 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 병용해도 된다.
상기 고분자량 화합물로서 상기 에폭시기를 갖는 고분자량 화합물, 특히 에폭시기 함유 아크릴 수지를 사용하는 경우, 상기 에폭시기를 갖는 고분자량 화합물의 중량 평균 분자량의 바람직한 하한은 1 만, 바람직한 상한은 100 만이다. 중량 평균 분자량이 1 만 미만이면, 접착제의 제막성이 불충분해지거나, 접착제의 경화물의 가요성이 충분히 향상되지 않거나 하는 경우가 있다. 중량 평균 분자량이 100 만을 초과하면, 위치 맞춤하는 공정 1 에 있어서 접착제를 일정한 두께로 공급하는 것이 곤란해지거나, 보이드를 제거하는 공정 3 에 있어서 접착제의 용융 점도가 지나치게 높아져 유동성이 저하되어 보이드를 충분히 제거할 수 없거나 하는 경우가 있다.
상기 고분자량 화합물로서 상기 에폭시기를 갖는 고분자량 화합물, 특히 에폭시기 함유 아크릴 수지를 사용하는 경우, 상기 에폭시기를 갖는 고분자량 화합물은, 관능기 농도가 낮은, 즉 에폭시 당량이 높은 것이 바람직하다. 에폭시 당량이 높은 고분자량 화합물은 반응성이 낮기 때문에, 이와 같은 고분자량 화합물을 사용함으로써 접착제의 반응률을 상기 범위로 조정하기 쉬워진다. 상기 에폭시기를 갖는 고분자량 화합물은, 에폭시 당량이 200 이상인 것이 보다 바람직하고, 250 이상인 것이 더욱 바람직하다.
상기 접착제에 있어서의 상기 고분자량 화합물의 함유량은 특별히 한정되지 않지만, 바람직한 하한은 3 중량%, 바람직한 상한은 30 중량% 이다. 함유량이 3 중량% 미만이면, 열변형에 대한 충분한 신뢰성이 얻어지지 않는 경우가 있다. 함유량이 30 중량% 를 초과하면, 접착제의 내열성이 저하되는 경우가 있다.
상기 접착제는 추가로 무기 필러를 함유하는 것이 바람직하다. 상기 무기 필러의 함유량은 60 중량% 이하인 것이 바람직하다. 함유량이 60 중량% 를 초과하면, 보이드를 제거하는 공정 3 에 있어서 접착제의 유동성이 저하되어 보이드를 충분히 제거할 수 없는 경우가 있다.
상기 접착제에 있어서의 상기 무기 필러의 함유량의 하한은 특별히 한정되지 않지만, 접착제의 경화물의 강도 및 접합 신뢰성을 확보하는 관점에서 바람직한 하한은 10 중량% 이다.
상기 무기 필러는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 실리카, 알루미나, 질화알루미늄, 질화붕소, 질화규소, 탄화규소, 산화마그네슘, 산화아연 등을 들 수 있다. 그 중에서도 유동성이 우수한 점에서 구상 실리카가 바람직하고, 메틸실란커플링제, 페닐실란커플링제 등으로 표면 처리된 구상 실리카가 보다 바람직하다. 표면 처리된 구상 실리카를 사용함으로써 접착제의 증점을 억제할 수 있어, 보이드를 제거하는 공정 3 에 있어서 매우 효율적으로 보이드를 제거할 수 있다.
상기 무기 필러의 평균 입자경은 특별히 한정되지 않지만, 접착제의 투명성, 유동성, 접합 신뢰성 등의 관점에서 0.01 ∼ 1 ㎛ 정도가 바람직하다.
상기 접착제는 필요에 따라 추가로, 희석제, 틱소트로피 부여제, 용매, 무기 이온 교환체, 블리드 방지제, 이미다졸실란커플링제 등의 접착성 부여제, 밀착성 부여제, 고무 입자 등의 응력 완화제 등의 그 밖의 첨가제를 함유해도 된다.
상기 접착제를 제조하는 방법은 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 열경화성 수지 및 열경화제에 필요에 따라 경화 촉진제, 고분자량 화합물, 무기 필러 및 그 밖의 첨가제를 소정량 배합하여 혼합하는 방법을 들 수 있다. 상기 혼합 방법은 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 호모 디스퍼, 만능 믹서, 밴버리 믹서, 니더, 비즈 밀, 호모지나이저 등을 사용하는 방법을 들 수 있다.
상기 접착제는, 상온에서 땜납 용융점까지의 온도역에 있어서의 최저 용융 점도의 바람직한 하한이 10 Pa·s, 바람직한 상한이 104 Pa·s 이다. 최저 용융 점도가 10 Pa·s 미만이면, 필렛의 비어져나옴이 지나치게 많아 다른 디바이스를 오염시켜 버리는 경우가 있다. 최저 용융 점도가 104 Pa·s 를 초과하면, 보이드를 충분히 제거할 수 없는 경우가 있다.
또한, 상온에서 땜납 용융점까지의 온도역에 있어서의 최저 용융 점도는 레오 미터를 이용하여 측정할 수 있다.
본 발명의 반도체 장치의 제조 방법에서는, 이어서 상기 반도체 칩을 땜납 용융점 이상의 온도로 가열하여, 상기 반도체 칩의 돌기 전극과 상기 기판의 전극부를 용융 접합시킴과 함께, 상기 접착제를 가접착시키는 공정 2 를 실시한다.
상기 접착제를 가접착시키는 공정 2 도 또한 일반적으로 플립 칩 본더 등의 실장용 장치를 이용하여 이루어진다.
땜납 용융점은 통상 215 ∼ 235 ℃ 정도이다. 상기 땜납 용융점 이상의 온도의 바람직한 하한은 240 ℃, 바람직한 상한은 300 ℃ 이다. 온도가 240 ℃ 미만이면, 돌기 전극이 충분히 용융되지 않아 전극 접합이 형성되지 않는 경우가 있다. 온도가 300 ℃ 를 초과하면, 접착제로부터 휘발 성분이 발생하여 보이드를 증가시키는 경우가 있다. 또, 접착제의 경화가 진행되어 버려, 보이드를 제거하는 공정 3 에 있어서 접착제의 유동성이 저하되어 보이드를 충분히 제거할 수 없는 경우가 있다.
상기 접착제가 부착된 반도체 칩을 땜납 용융점 이상의 온도로 가열하는 시간 (유지 시간) 은, 바람직한 하한이 0.1 초, 바람직한 상한이 5 초이다. 유지 시간이 0.1 초 미만이면, 돌기 전극이 충분히 용융되지 않아 전극 접합이 형성되지 않는 경우가 있다. 유지 시간이 5 초를 초과하면, 접착제로부터 휘발 성분이 발생하여 보이드를 증가시키는 경우가 있다. 또, 접착제의 경화가 진행되어 버려, 보이드를 제거하는 공정 3 에 있어서 접착제의 유동성이 저하되어 보이드를 충분히 제거할 수 없는 경우가 있다.
상기 접착제를 가접착시키는 공정 2 에서는, 상기 반도체 칩에 대하여 압력을 가하는 것이 바람직하다. 압력은 전극 접합이 형성되는 압력이면 특별히 한정되지 않지만, 0.3 ∼ 3 ㎫ 이 바람직하다.
본 발명의 반도체 장치의 제조 방법에서는, 이어서 상기 접착제를 가압 분위기하에서 가열하여 보이드를 제거하는 공정 3 을 실시한다.
가압 분위기하란, 상압 (대기압) 보다 높은 압력 분위기하를 의미한다. 상기 보이드를 제거하는 공정 3 에서는, 보이드를 단순히 성장시키지 않을 뿐만 아니라, 적극적으로 제거할 수 있는 것으로 생각되는 점에서, 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법에서는, 가령 접착제에 공기가 말려들어간 경우라도 보이드를 제거할 수 있다.
상기 접착제를 가압 분위기하에서 가열하는 방법으로서, 예를 들어 가압 오븐 (예를 들어, PCO-083TA (NTT 어드밴스 테크놀로지사사 제조)) 을 사용하는 방법 등을 들 수 있다.
상기 가압 오븐의 압력의 바람직한 하한은 0.2 ㎫, 바람직한 상한은 10 ㎫ 이다. 압력이 0.2 ㎫ 미만이면, 보이드를 충분히 제거할 수 없는 경우가 있다. 압력이 10 ㎫ 을 초과하면, 접착제 자체의 변형이 생겨 반도체 장치의 신뢰성에 악영향을 미치는 경우가 있다. 압력의 보다 바람직한 하한은 0.3 ㎫, 보다 바람직한 상한은 1 ㎫ 이다.
상기 접착제를 가압 분위기하에서 가열할 때의 가열 온도의 바람직한 하한은 60 ℃, 바람직한 상한은 150 ℃ 이다. 단, 상기 접착제를 가압 분위기하에서 가열할 때에는, 일정 온도 및 일정 압력으로 유지해도 되고, 승온 및/또는 승압시키면서 단계적으로 온도 및/또는 압력을 변화시켜도 된다.
또, 보이드를 보다 확실하게 제거하기 위해서는, 상기 접착제를 가압 분위기하에서 가열할 때의 가열 시간은 10 분 이상인 것이 바람직하다.
본 발명의 반도체 장치의 제조 방법에서는, 보이드를 제거하는 공정 3 을 실시한 후, 접착제를 완전히 경화시키는 공정 4 를 실시해도 된다.
상기 접착제를 완전히 경화시키는 방법으로서, 예를 들어 보이드를 제거하는 공정 3 을 실시한 후, 가압 분위기하에서 그대로 온도를 올려 접착제를 완전히 경화시키는 방법, 상압하에서 접착제를 가열하여 완전히 경화시키는 방법 등을 들 수 있다. 상기 접착제를 완전히 경화시킬 때의 가열 온도는 특별히 한정되지 않지만, 150 ∼ 200 ℃ 정도가 바람직하다.
본 발명의 반도체 장치의 제조 방법에서는, 시차 주사 열량 측정 및 오자와법에 의해 구한 활성화 에너지 ΔE, 260 ℃ 2 초 후에 있어서의 반응률 및 260 ℃ 4 초 후에 있어서의 반응률이 상기 범위를 만족시키는 접착제를 이용하여, 접착제를 가접착시키는 공정 2 에 있어서 돌기 전극을 확실하게 접합시키고, 그 후 보이드를 제거하는 공정 3 을 실시함으로써, 정밀도가 높은 돌기 전극의 접합과 보이드의 억제를 양립할 수 있다. 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법에 이용되고, 시차 주사 열량 측정 및 오자와법에 의해 구한 활성화 에너지 ΔE, 260 ℃ 2 초 후에 있어서의 반응률 및 260 ℃ 4 초 후에 있어서의 반응률이 상기 범위를 만족시키는 플립 칩 실장용 접착제도 또한 본 발명 중의 하나이다.
본 발명에 의하면, 보이드를 억제하여 높은 신뢰성을 실현할 수 있는 반도체 장치의 제조 방법을 제공할 수 있다. 또, 본 발명에 의하면, 그 반도체 장치의 제조 방법에 사용되는 플립 칩 실장용 접착제를 제공할 수 있다.
이하에 실시예를 들어 본 발명의 양태를 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에만 한정되지 않는다.
(실시예 1 ∼ 5 및 비교예 1 ∼ 5)
(1) 접착제의 제조
표 1 에 기재된 각 재료를, 표 2 에 기재된 배합 조성에 따라 용매로서의 MEK 에 첨가하고, 호모 디스퍼를 이용하여 교반 혼합함으로써 접착제 용액을 제조하였다. 얻어진 접착제 용액을, 어플리케이터를 이용하여 이형 PET 필름 상에 건조 후의 두께가 30 ㎛ 가 되도록 도공하고, 건조시킴으로써, 필름상의 접착제를 제조하였다. 사용시까지 얻어진 접착제층의 표면을 이형 PET 필름 (보호 필름) 으로 보호하였다.
(2) 시차 주사 열량 측정 및 오자와법
얻어진 접착제에 대하여 승온 속도 1, 2, 5, 10 ℃/min 의 4 조건으로 시차 주사 열량 측정을 실시하여, 온도 T 의 역수와 승온 속도 B 의 대수 (logB) 를 플롯하였다. 얻어진 직선의 기울기로부터, 상기 식 (1) 에 기초하여 활성화 에너지 ΔE 를 산출하였다. 이어서, 활성화 에너지 ΔE 로부터, 상기 식 (2) 의 정온 열화식에 기초하여, 260 ℃ 2 초 또는 260 ℃ 4 초 유지했을 경우의 반응률을 산출하였다.
또한, DSC6220 (SII·나노테크놀로지사 제조) 및 반응 속도 해석 소프트 (SII·나노테크놀로지사 제조) 를 사용하였다.
(3) 반도체 장치의 제조
(3-1) 위치 맞춤하는 공정 1, 및 접착제를 가접착시키는 공정 2
땜납으로 이루어지는 선단부를 갖는 돌기 전극이 형성된 반도체 칩 (WALTS MB50-0101JY, 땜납 용융점 235 ℃, 두께 100 ㎛, 왈츠사 제조) 과 Ni/Au 전극을 갖는 기판 (WALTS-KIT MB50-0101JY, 왈츠사 제조) 을 준비하였다. 접착제의 편면의 보호 필름을 벗기고, 진공 라미네이터 (ATM-812M, 타카토리사 제조) 를 이용하여, 스테이지 온도 80 ℃, 진공도 80 Pa 로 반도체 칩 상에 첩부하였다. 플립 칩 본더 (FC-3000S, 토레 엔지니어링사 제조) 를 이용하여, 반도체 칩을 접착제를 개재하여 기판 상에 위치 맞춤하고 (공정 1), 본딩 스테이지 온도 120 ℃ 의 조건하에서, 160 ℃ 접촉으로 260 ℃ 까지 승온시키고, 0.8 ㎫ 로 2 초간 하중을 가하여 반도체 칩의 돌기 전극과 기판의 전극부를 용융 접합시킴과 함께, 접착제를 가접착시켰다 (공정 2).
(3-2) 보이드를 제거하는 공정 3
얻어진 가접착체를 가압 오븐 (PCO-083TA, NTT 어드밴스 테크놀로지사 제조) 에 투입하고, 이하의 가압, 가열 조건에 의해 접착제를 가압 분위기하에서 가열하여 보이드를 제거함과 함께 (공정 3), 접착제를 완전히 경화시켜 반도체 장치를 얻었다.
<가압, 가열 조건>
STEP1 : 25 ℃ 에서 80 ℃ 까지 10 분에 걸쳐 일정 승온, 0.5 ㎫
STEP2 : 80 ℃ 에서 60 분 유지, 0.5 ㎫
STEP3 : 80 ℃ 에서 170 ℃ 까지 일정 승온, 0.5 ㎫
STEP4 : 170 ℃ 에서 10 분 유지, 0.5 ㎫
STEP5 : 170 ℃ 에서 25 ℃ 까지 30 분에 걸쳐 강온, 0.5 ㎫
STEP6 : 실온까지 60 분에 걸쳐 일정 강온, 0.5 ㎫
<평가>
실시예 및 비교예에서 얻어진 반도체 장치에 대하여 이하의 평가를 실시하였다. 결과를 표 2 에 나타내었다.
(1) 보이드의 유무
초음파 탐사 영상 장치 (C-SAM D9500, 니혼 반즈사 제조) 를 이용하여, 보이드를 제거하는 공정 3 전후의 반도체 장치의 보이드를 관찰하여 보이드의 유무를 평가하였다. 반도체 칩 면적에 대한 보이드 발생 부분의 면적이 1 % 미만인 경우를 ○, 1 % 이상 5 % 미만인 경우를 △, 5 % 이상이인 경우를 × 로 하였다.
(2) 전극 접합 상태
연마기를 이용하여 반도체 장치를 단면 연마하고, 마이크로스코프를 이용하여 전극 접합부의 전극 접합 상태를 관찰하였다. 상하 전극간에 접착제의 말려들어감이 없어 전극 접합 상태가 양호한 경우를 ○, 상하 전극간에 약간 접착제의 말려들어감이 있기는 하지만, 상하 전극이 접합된 경우를 △, 상하 전극간에 접착제의 말려들어감이 있어 상하 전극이 전혀 접합되지 않은 경우를 × 로 하였다.
(3) 신뢰성 평가 (TCT 시험)
반도체 장치에 대하여 -55 ℃ ∼ 125 ℃ (30 분/사이클) 의 냉열 사이클 시험을 실시하여, 100 사이클마다 도통 저항값을 측정하였다. 도통 저항값이 냉열 사이클 시험 전의 초기 도통 저항값에 비하여 5 % 이상 변화된 시점을 NG 판정으로 하고, 5 % 미만의 도통 저항값이 유지된 사이클수를 평가하였다. 사이클수가 1000 사이클 이상인 경우를 ○, 300 사이클 이상 1000 사이클 미만인 경우를 △, 300 사이클 미만인 경우를 × 로 하였다.
산업상 이용가능성
본 발명에 의하면, 보이드를 억제하여 높은 신뢰성을 실현할 수 있는 반도체 장치의 제조 방법을 제공할 수 있다. 또, 본 발명에 의하면, 그 반도체 장치의 제조 방법에 사용되는 플립 칩 실장용 접착제를 제공할 수 있다.
Claims (6)
- 땜납으로 이루어지는 선단부를 갖는 돌기 전극이 형성된 반도체 칩을, 접착제를 개재하여 기판 상에 위치 맞춤하는 공정 1 과,
상기 반도체 칩을 땜납 용융점 이상의 온도로 가열하여, 상기 반도체 칩의 돌기 전극과 상기 기판의 전극부를 용융 접합시킴과 함께, 상기 접착제를 가접착시키는 공정 2 와,
상기 접착제를 가압 분위기하에서 가열하여 보이드를 제거하는 공정 3 을 갖고,
상기 접착제는 시차 주사 열량 측정 및 오자와법에 의해 구한 활성화 에너지 ΔE 가 100 kJ/㏖ 이하, 260 ℃ 2 초 후에 있어서의 반응률이 20 % 이하, 260 ℃ 4 초 후에 있어서의 반응률이 40 % 이하인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
접착제는 적어도 열경화성 수지와 열경화제를 함유하고, 상기 열경화성 수지는 에폭시 수지인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
접착제는 추가로 경화 촉진제를 함유하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
접착제는 추가로 무기 필러를 함유하고, 상기 무기 필러의 함유량이 60 중량% 이하인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
접착제는 필름상 접착제인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법. - 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항, 제 4 항 또는 제 5 항에 기재된 반도체 장치의제조 방법에 이용되고, 시차 주사 열량 측정 및 오자와법에 의해 구한 활성화 에너지 ΔE 가 100 kJ/㏖ 이하, 260 ℃ 2 초 후에 있어서의 반응률이 20 % 이하, 260 ℃ 4 초 후에 있어서의 반응률이 40 % 이하인 것을 특징으로 하는 플립 칩 실장용 접착제.
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