KR102477803B1 - 접착제 조성물 및 반도체 장치의 제조 방법 - Google Patents

접착제 조성물 및 반도체 장치의 제조 방법 Download PDF

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쇼와덴코머티리얼즈가부시끼가이샤
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Abstract

수지 성분과, 열가교제와, 경화제를 함유하고, 수지 성분이 말레이미드기를 갖는 수지를 포함하는, 접착제 조성물이 개시된다.

Description

접착제 조성물 및 반도체 장치의 제조 방법
본 발명은, 접착제 조성물 및 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
종래, 반도체 칩과 기판을 접속하기 위해서는 금 와이어 등의 금속 세선을 이용하는 와이어 본딩 방식이 널리 적용되고 있다. 한편, 반도체 장치에 대한 고기능화, 고집적화, 고속화 등의 요구에 대응하기 위하여, 반도체 칩 또는 기판에 범프라고 불리는 도전성 돌기를 형성하여, 반도체 칩과 기판의 사이에서 직접 접속하는 플립 칩 접속 방식(FC 접속 방식)이 확산되고 있다.
플립 칩 접속 방식으로서는, 예를 들면 땜납, 주석, 금, 은, 구리 등을 이용하여 금속 접합시키는 방법, 초음파 진동을 인가하여 금속 접합시키는 방법, 수지의 수축력에 의하여 기계적 접촉을 유지하는 방법 등이 알려져 있다. 이들 중에서도, 플립 칩 접속 방식은, 접속부의 신뢰성의 관점에서, 땜납, 주석, 금, 은, 구리 등을 이용하여 금속 접합시키는 방법이 일반적이다.
또, 반도체 칩과 기판의 접속에 있어서는, BGA(Ball Grid Array), CSP(Chip Size Package) 등에 활발히 이용되고 있는 COB(Chip On Board)형의 접속 방식도 플립 칩 접속 방식이다. 플립 칩 접속 방식은, 반도체 칩 상에 범프 또는 배선을 형성하여, 반도체 칩끼리의 사이에서 접속하는 COC(Chip On Chip)형의 접속 방식에도 널리 이용되고 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
CPU, MPU 등에 이용되는 에어리어 어레이형의 반도체 패키지에서는, 고기능화가 강하게 요구되고 있다. 구체적인 요구로서는, 반도체 칩의 대형화, 핀(범프, 배선) 수의 증가, 피치 및 갭의 고밀도화 등을 들 수 있다.
가일층의 소형화, 박형화, 또는 고기능화가 강하게 요구되는 반도체 패키지에서는, 상술한 접속 방식을 적층화 또는 다단화한 칩 스택형 패키지, POP(Package On Package), TSV(Through-Silicon Via) 등도 널리 보급하기 시작하고 있다. 이와 같은 적층화 또는 다단화 기술은, 반도체 칩 등을 3차원적으로 배치하는 점에서, 2차원적으로 배치하는 기술과 비교하여 반도체 패키지를 작게 할 수 있다. 또, 이와 같은 기술은, 반도체의 성능 향상, 노이즈의 저감, 실장 면적의 삭감, 전력 절약화 등에도 유효하다는 점에서, 차세대의 반도체 배선 기술로서 주목받고 있다. 이들 기술은, 반도체의 성능 향상, 노이즈의 저감, 실장 면적의 삭감, 전력 절약화 등에도 유효하여, 차세대의 반도체 배선 기술로서 주목받고 있다.
특허문헌 1: 일본 공개특허공보 2008-294382호
반도체 패키지에서는, 고기능화, 고집적화, 고속화 등이 진행됨에 따라, 배선 간의 협(狹)피치화 및 미세 배선화가 필요해진다. 그러나, 협피치화 및 미세 배선화가 진전되고 있는 반도체 패키지에서는, 사용되는 접착제 재료에 기인하여, 전기 에너지가 열이 되어 손실되어 버리는 것이 과제로 되어 있다. 특히, 고주파 신호를 필요로 하는 반도체 패키지에서는, 에너지 손실이 커지고, 비효율화가 현저해진다. 전기 에너지 손실의 정도를 나타내는 지표로서, 유전 정접(DF값)이 알려져 있다. 전기 에너지의 열에 의한 손실을 억제하기 위해서는, 접착제 재료의 유전 정접(DF값)을 저감하는 것이 중요해진다.
따라서, 본 발명은, 유전 정접(DF값)을 충분히 저감 가능한 접착제 조성물을 제공하는 것을 주된 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면은, 수지 성분과, 열가교제와, 경화제를 함유하고, 수지 성분이 말레이미드기를 갖는 수지를 포함하는, 접착제 조성물을 제공한다. 이와 같은 접착제 조성물은, 유전 정접(DF값)을 충분히 저감하는 것이 가능해진다.
열가교제는, 아크릴 수지를 포함하고 있어도 된다. 아크릴 수지는, 25℃에서 고형이어도 된다.
경화제는, 열라디칼 발생제를 포함하고 있어도 된다. 열라디칼 발생제는, 유기 과산화물이어도 된다.
접착제 조성물은, 필름상이어도 된다. 또한, 본 명세서에 있어서, 필름상의 접착제 조성물을 "필름상 접착제"라고 하는 경우가 있다.
접착제 조성물은, 반도체 장치의 제조에 이용되는 것이어도 된다. 본 발명은 추가로, 수지 성분과 열가교제와 경화제를 함유하고, 수지 성분이 말레이미드기를 갖는 수지를 포함하는 조성물의, 반도체 장치의 제조에 이용되는 접착제로서의 응용 또는 접착제의 제조를 위한 응용에 관한 것이어도 된다.
접착제 조성물은, 반도체 칩 및 배선 회로 기판의 각각의 접속부가 서로 전기적으로 접속된 반도체 장치, 또는 복수의 반도체 칩의 각각의 접속부가 서로 전기적으로 접속된 반도체 장치의 제조 방법에 있어서, 접속부의 밀봉에 이용되는 것이어도 된다. 본 발명은 추가로, 수지 성분과 열가교제와 경화제를 함유하고, 수지 성분이 말레이미드기를 갖는 수지를 포함하는 조성물의, 반도체 칩 및 배선 회로 기판의 각각의 접속부가 서로 전기적으로 접속된 반도체 장치, 또는 복수의 반도체 칩의 각각의 접속부가 서로 전기적으로 접속된 반도체 장치의 제조 방법에 있어서, 접속부의 밀봉에 이용되는 접착제로서의 응용 또는 접착제의 제조를 위한 응용에 관한 것이어도 된다.
다른 측면에 있어서, 본 발명은, 반도체 칩 및 배선 회로 기판의 각각의 접속부가 서로 전기적으로 접속된 반도체 장치, 또는 복수의 반도체 칩의 각각의 접속부가 서로 전기적으로 접속된 반도체 장치의 제조 방법으로서, 접속부의 적어도 일부를, 상술한 접착제 조성물을 이용하여 밀봉하는 공정을 구비하는, 반도체 장치의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 유전 정접(DF값)을 충분히 저감 가능한 접착제 조성물을 제공할 수 있다. 또, 이와 같은 접착제 조성물을 이용한 반도체 장치의 제조 방법을 제공할 수 있다. 이와 같은 접착제 조성물을 이용한 반도체 장치는, 내(耐)리플로성이 우수하다.
도 1은 반도체 장치의 일 실시형태를 나타내는 모식 단면도이다.
도 2는 반도체 장치의 다른 실시형태를 나타내는 모식 단면도이다.
도 3은 반도체 장치의 다른 실시형태를 나타내는 모식 단면도이다.
도 4는 반도체 장치의 제조 방법의 일 실시형태를 모식적으로 나타내는 공정 단면도이다.
이하, 경우에 따라 도면을 참조하면서 본 발명의 적합한 실시형태에 대하여 상세하게 설명한다. 또한, 도면 중, 동일 또는 상당 부분에는 동일 부호를 붙여, 중복되는 설명은 생략한다. 또, 상하 좌우 등의 위치 관계는, 특별히 설명하지 않는 한, 도면에 나타내는 위치 관계에 근거하는 것으로 한다. 또한, 도면의 치수 비율은 도시된 비율에 한정되는 것은 아니다.
[접착제 조성물]
본 실시형태에 관한 접착제 조성물은, 수지 성분(이하, "(a) 성분"이라고 하는 경우가 있음)과, 열가교제(이하, "(b) 성분"이라고 하는 경우가 있음)와, 경화제(이하, "(c) 성분"이라고 하는 경우가 있음)를 함유한다. 본 실시형태에 관한 접착제 조성물은, 열경화성이며, 반경화(B스테이지) 상태를 거쳐, 경화 처리 후에 완전 경화물(C스테이지) 상태가 될 수 있다.
<(a) 성분: 수지 성분>
(a) 성분은, 바람직하게는 중량 평균 분자량 10000 이상의 성분이다. (a) 성분은, 말레이미드기를 갖는 수지(이하, "(a1) 성분"이라고 하는 경우가 있음)를 포함한다. (a) 성분이, (a1) 성분을 포함함으로써, 얻어지는 접착제 조성물의 경화물에 있어서, 유전 정접(DF값)을 저감할 수 있다.
((a1) 성분: 말레이미드기를 갖는 수지)
(a1) 성분은, 말레이미드기를 갖는 수지이면 특별히 제한되지 않는다. (a1) 성분의 중량 평균 분자량은, 바람직하게는 10000 이상이다. (a1) 성분은, 예를 들면 적어도 2개의 말레이미드기와 2가의 탄화 수소기를 갖는 수지(이하, 당해 수지를 "비스말레이미드 수지"라고 하는 경우가 있음)여도 된다.
비스말레이미드 수지는, 하기 식 (III)으로 나타나는 말레이미드기를 2개 갖는다.
[화학식 1]
Figure 112021021655781-pct00001
비스말레이미드 수지는, 예를 들면 하기 식 (IV)로 나타나는 수지 성분이다.
[화학식 2]
Figure 112021021655781-pct00002
식 (IV) 중, X는, 2가의 탄화 수소기를 포함하는 2가의 연결기를 나타낸다.
X로 나타나는 연결기에 포함되는 2가의 탄화 수소기는, 포화 탄화 수소기 및 불포화 탄화 수소기 중 어느 것이어도 된다. 2가의 탄화 수소기는, 쇄상 및 환상 중 어느 것이어도 되고, 쇄상의 2가의 탄화 수소기는, 직쇄상 및 분기상 중 어느 것이어도 된다. 환상의 불포화 탄화 수소기는, 방향족 탄화 수소기여도 된다. 2가의 연결기는, 이들 2가의 탄화 수소기를 2종 이상 포함하고 있어도 된다.
2가의 탄화 수소기는, 접착제 조성물의 가요성, 및 접착제 조성물로 제작된 필름상 접착제의 취급성(점착성, 균열, 분진 낙하 등) 및 강도를 높이는 것이 가능해지는 점에서, 바람직하게는 쇄상의 탄화 수소기를 포함하고, 보다 바람직하게는 탄소수 4 이상의 주쇄를 갖는 쇄상의 알킬렌기를 포함한다.
탄소수 4 이상의 주쇄를 갖는 쇄상의 알킬렌기는, -(CRaRb)m-으로 나타난다(m은 4 이상의 정수를 나타내고, Ra 및 Rb는 각각 독립적으로 수소 원자 또는 탄소수 m 미만의 알킬기를 나타낸다). 당해 알킬렌기의 주쇄의 탄소수 (m)은, 4 이상 또는 6 이상이어도 되고, 20 이하, 15 이하, 또는 10 이하여도 된다.
2가의 탄화 수소기의 탄소수는, 비스말레이미드 수지의 분자 구조를 3차원화하기 쉽고, 폴리머의 자유 체적을 증대시켜 저밀도화, 즉 저유전율화할 수 있는 관점에서, 8 이상, 10 이상, 또는 15 이상이어도 되고, 300 이하, 250 이하, 200 이하, 100 이하, 70 이하, 또는 50 이하여도 된다. 2가의 탄화 수소기의 탄소수는, 동일한 관점에서, 8~300, 8~250, 8~200, 또는 8~100이어도 된다. 2가의 탄화 수소기는, 탄소수 8~300, 8~250, 8~200 또는 8~100의 분기를 갖고 있어도 되는 알킬렌기, 탄소수 10~70의 분기를 갖고 있어도 되는 알킬렌기, 또는 탄소수 15~50의 분기를 갖고 있어도 되는 알킬렌기여도 된다.
2가의 탄화 수소기는, 일 실시형태에 있어서, 고주파 특성을 보다 효과적으로 높이는 관점에서, 하기 식 (II)로 나타나는 기를 포함한다.
[화학식 3]
Figure 112021021655781-pct00003
식 (II) 중, R2 및 R3은, 각각 독립적으로 알킬렌기를 나타내고, R4 및 R5는, 각각 독립적으로 알킬기를 나타낸다.
R2 및 R3으로 나타나는 알킬렌기의 탄소수는, 유연성의 가일층의 향상 및 합성의 용이성의 관점에서, 4~50, 5~25, 6~10, 또는 7~10이어도 된다. R2 및 R3으로 나타나는 알킬렌기는, 상술한 탄소수 4 이상의 주쇄를 갖는 쇄상의 알킬렌기여도 된다.
R4로 나타나는 알킬기의 탄소수는, 유연성의 가일층의 향상 및 합성의 용이성의 관점에서, 4~50, 5~25, 6~10, 또는 7~10이어도 된다. R5로 나타나는 알킬기의 탄소수는, 유연성의 가일층의 향상 및 합성의 용이성의 관점에서, 2~50, 3~25, 4~10, 또는 5~8이어도 된다.
비스말레이미드 수지는, 고주파 특성 및 신장률을 보다 효과적으로 높이는 관점에서, 2가의 탄화 수소기를 복수 갖고 있어도 된다. 이 경우, 복수의 2가의 탄화 수소기는, 서로 동일해도 되고 달라도 된다. 비스말레이미드 수지는, 2~40개, 2~20개, 또는 2~10개의 2가의 탄화 수소기를 갖고 있어도 된다.
2가의 탄화 수소기는, 예를 들면 노닐렌기, 데실렌기, 운데실렌기, 도데실렌기, 테트라데실렌기, 헥사데실렌기, 옥타데실렌기, 노나데실렌기, 아이코실렌기, 헨아이코실렌기, 도코실렌기, 트라이코실렌기, 테트라코실렌기, 펜타코실렌기, 헥사코실렌기, 헵타코실렌기, 옥타코실렌기, 노나코실렌기, 트라이아콘틸렌기 등의 알킬렌기; 벤질렌기, 페닐렌기, 나프틸렌기 등의 아릴렌기; 페닐렌메틸렌기, 페닐렌에틸렌기, 벤질프로필렌기, 나프틸렌메틸렌기, 나프틸렌에틸렌기 등의 아릴렌알킬렌기; 페닐렌다이메틸렌기, 페닐렌다이에틸렌기 등의 아릴렌다이알킬렌기 등이어도 된다.
X로 나타나는 연결기는, 상기의 2가의 탄화 수소기만으로 되어 있어도 되고, 상기의 2가의 탄화 수소기에 더하여 그 외의 유기기를 포함하고 있어도 된다. 그 외의 유기기로서는, 예를 들면 적어도 2개의 이미드 결합을 갖는 2가의 유기기를 들 수 있다.
적어도 2개의 이미드 결합을 갖는 2가의 유기기는, 예를 들면 하기 식 (I)로 나타나는 기여도 된다.
[화학식 4]
Figure 112021021655781-pct00004
식 (I) 중, R1은, 4가의 유기기를 나타낸다.
R1로 나타나는 4가의 유기기는, 취급성의 관점에서, 예를 들면 탄화 수소기여도 된다. 당해 탄화 수소기의 탄소수는, 예를 들면 1~100, 2~50, 또는 4~30이어도 된다.
당해 탄화 수소기는, 치환기를 갖고 있어도 되고, 예를 들면 치환 또는 비치환의 실록산일기를 포함하고 있어도 된다. 실록산일기로서는, 예를 들면 다이메틸실록세인, 메틸페닐실록세인, 다이페닐실록세인 등에서 유래하는 기를 들 수 있다.
치환기는, 예를 들면 알킬기, 알켄일기, 알카인일기, 수산기, 알콕시기, 머캅토기, 사이클로알킬기, 치환 사이클로알킬기, 헤테로환기, 치환 헤테로환기, 아릴기, 치환 아릴기, 헤테로아릴기, 치환 헤테로아릴기, 아릴옥시기, 치환 아릴옥시기, 할로젠 원자, 할로알킬기, 사이아노기, 나이트로기, 나이트로소기, 아미노기, 아마이드기, -C(=O)H, -C(=O)-, -S-, -S(=O)2-, -OC(=O)-O-, -C(=O)-NRc, -NRcC(=O)-N(Rc)2, -OC(=O)-N(Rc)2, 아실기, 옥시아실기, 카복실기, 카바메이트기, 설폰일기, 설폰아마이드기, 설퓨릴기 등이어도 된다. 여기에서, Rc는, 수소 원자 또는 알킬기를 나타낸다. 이들 치환기는, 목적, 용도 등에 맞추어, 1종류 또는 2종류 이상을 선택할 수 있다.
R1로 나타나는 4가의 유기기는, 예를 들면 벤젠 등의 방향족 탄화 수소로부터 4개의 수소 원자를 제거한 4가의 방향족 탄화 수소기 또는 사이클로헥세인 등의 지환식 탄화 수소로부터 4개의 수소 원자를 제거한 4가의 지환식 탄화 수소기여도 된다. R1로 나타나는 4가의 유기기는, 고주파 특성이 우수한 관점에서, 4가의 방향족 탄화 수소기여도 되고, 벤젠으로부터 4개의 수소 원자를 제거한 4가의 기여도 된다.
적어도 2개의 이미드 결합을 갖는 2가의 유기기는, 하기 식 (V)로 나타나는 기여도 된다.
[화학식 5]
Figure 112021021655781-pct00005
적어도 2개의 이미드 결합을 갖는 2가의 유기기는, 유전 특성이 우수한 관점에서, 하기 식 (VI) 또는 (VII)로 나타나는 기여도 된다.
[화학식 6]
Figure 112021021655781-pct00006
[화학식 7]
Figure 112021021655781-pct00007
비스말레이미드 수지는, 고주파 특성이 우수하고, 접착제 조성물이 그 외의 수지를 더 함유하는 경우에 그 외의 수지와의 상용성이 우수한 관점에서, 적어도 2개의 이미드 결합을 갖는 2가의 유기기를 복수 갖고 있어도 된다. 이 경우, 복수의 당해 2가의 유기기는, 서로 동일해도 되고 달라도 된다. 비스말레이미드 수지는, 2~40개, 2~20개, 또는 2~10개의 당해 2가의 유기기를 갖고 있어도 된다.
비스말레이미드 수지는, 일 실시형태에 있어서, 예를 들면 하기 식 (VIII)로 나타나는 비스말레이미드 수지여도 되고, 하기 식 (IX)로 나타나는 비스말레이미드 수지여도 된다.
[화학식 8]
Figure 112021021655781-pct00008
[화학식 9]
Figure 112021021655781-pct00009
식 (VIII) 및 식 (IX) 중, Z1, Z2, 및 Z3은, 각각 독립적으로 상술한 2가의 탄화 수소기를 나타내고, R1은 식 (I) 중의 R1과 동일한 의미이며, n은 1~10의 정수를 나타낸다. n이 2 이상인 경우, 복수의 Z3은, 서로 동일해도 되고 달라도 된다.
식 (IX)로 나타나는 비스말레이미드 수지의 구체예로서는, 하기 식 (A)로 나타나는 비스말레이미드 수지 등을 들 수 있다. 또, 식 (A)로 나타나는 비스말레이미드 수지는, n이 1~10인 혼합물이어도 된다.
[화학식 10]
Figure 112021021655781-pct00010
(a1) 성분의 중량 평균 분자량(Mw)은, 바람직하게는 10000 이상이다. (a1) 성분의 중량 평균 분자량(Mw)은, 범프, 패드 등의 돌기물이 있는 반도체 웨이퍼, 칩, 기판 등으로의 래미네이팅성 및 보이드 발생의 억제의 관점에서, 12000 이상, 14000 이상, 또는 16000 이상이어도 되고, 100000 이하, 50000 이하, 또는 20000 이하여도 된다.
본 명세서에 있어서, 중량 평균 분자량(Mw)은, 젤 투과 크로마토그래피(GPC)법으로 표준 폴리스타이렌에 따른 검량선을 이용한 폴리스타이렌 환산값을 의미한다.
(a1) 성분의 유리 전이점(Tg)은, 범프, 패드 등의 돌기물이 있는 반도체 웨이퍼, 칩, 기판 등으로의 래미네이팅성 및 보이드 발생의 억제의 관점에서, 160℃ 이하, 140℃ 이하, 120℃ 이하, 또는 100℃ 이하여도 된다. 말레이미드기를 갖는 수지의 유리 전이점(Tg)은, 필름 형성성 및 필름 취급성(필름 점착성)의 관점에서, 40℃ 이상, 50℃ 이상, 또는 60℃ 이상이어도 된다. 여기에서의 유리 전이점(Tg)은, 시차 주사 열량계(DSC)(주식회사 퍼킨엘머재팬제, DSC-7형)를 이용하여, (a1) 성분 10mg, 승온 속도 10℃/분, 공기 분위기하의 조건에서 측정되는 것이다.
(a1) 성분은, 말레이미드기를 갖는 수지를 1종 단독으로 이용해도 되고, 예를 들면 중량 평균 분자량 등의 성상(性狀)이 다른 2종 이상의 말레이미드기를 갖는 수지를 조합하여 이용해도 된다.
(a1) 성분의 함유량은, (a) 성분 전체량을 기준으로 하여, 60질량% 이상, 70질량% 이상, 80질량% 이상, 90질량% 이상, 또는 95질량% 이상이어도 된다. (a1) 성분의 함유량은, (a) 성분 전체량을 기준으로 하여, 60~100질량%, 70~100질량%, 80~100질량%, 90~100질량%, 또는 95~100질량% 이상이어도 된다.
(a) 성분은, 내열성을 부여하여, 필름 형성성을 향상시키는 관점에서, 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위에서, 말레이미드기를 갖지 않는 수지(이하, "(a2) 성분"이라고 하는 경우가 있음)를 포함하고 있어도 된다.
((a2) 성분: 말레이미드기를 갖지 않는 수지)
(a2) 성분은, 말레이미드기를 갖지 않는 수지이면 특별히 제한되지 않지만, 바람직하게는 중량 평균 분자량 10000 이상이다. (a2) 성분으로서는, 예를 들면 에폭시 수지, 페녹시 수지, 폴리이미드 수지, 폴리아마이드 수지, 폴리카보다이이미드 수지, 사이아네이트에스터 수지, 아크릴 수지, 폴리에스터 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리에터설폰 수지, 폴리에터이미드 수지, 폴리바이닐아세탈 수지, 유레테인 수지, 아크릴 고무 등을 들 수 있다. 이들은, 1종을 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 이용해도 된다. 이들 중에서도, (a2) 성분은, 내열성 및 필름 형성성이 보다 우수한 점에서, 에폭시 수지, 페녹시 수지, 폴리이미드 수지, 아크릴 수지, 또는 아크릴 고무를 포함하고 있어도 된다.
(a) 성분이 (a2) 성분을 포함하는 경우, (a2) 성분의 함유량은, (a) 성분 전체량을 기준으로 하여, 40질량% 이하, 30질량% 이하, 20질량% 이하, 10질량% 이하, 또는 5질량% 이하여도 된다.
(a) 성분((a1) 성분 및 (a2) 성분)의 함유량은, (a) 성분 및 (b) 성분의 총량 100질량부를 기준으로 하여, 30~75질량부 또는 40~70질량부여도 된다. (a) 성분의 함유량이, (a) 성분 및 (b) 성분의 총량 100질량부를 기준으로 하여, 30질량부 이상이면, 필름 형성성 및 취급성의 점에 있어서, 보다 우수한 경향이 있다. (a) 성분의 함유량이, (a) 성분 및 (b) 성분의 총량 100질량부를 기준으로 하여, 75질량부 이하이면, 경화물성의 저하에 따른 신뢰성의 저하를 보다 충분히 방지할 수 있는 경향이 있다.
((b) 성분: 열가교제)
(b) 성분은, 열경화성 수지일 수 있다. (b) 성분은, 바람직하게는 중량 평균 분자량 10000 미만의 성분이다. 중량 평균 분자량 10000 미만의 (b) 성분과 후술하는 (c) 성분과 반응함으로써, 접착제 조성물의 경화성이 향상되는 경향이 있다.
(b) 성분으로서는, 예를 들면 아크릴 수지, 에폭시 수지 등을 들 수 있다. (a1) 성분이 중량 평균 분자량 10000 이상의 말레이미드기를 갖는 수지인 경우, 중량 평균 분자량 10000 미만의 말레이미드기를 갖는 수지도 열가교제로서 작용할 수 있다. 이들 중에서도, (b) 성분은, 아크릴 수지를 포함하고 있어도 된다.
아크릴 수지는, 분자 내에 1개 이상의 (메트)아크릴로일기를 갖는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 아크릴 수지로서는, 예를 들면 비스페놀 A형, 비스페놀 F형, 나프탈렌형, 페놀노볼락형, 크레졸노볼락형, 페놀아랄킬형, 바이페닐형, 트라이페닐메테인형, 다이사이클로펜타다이엔형, 플루오렌형, 아다만테인형, 각종 다관능 아크릴 수지 등을 들 수 있다. 이들은, 1종을 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 이용해도 된다. 또, 본 명세서에 있어서, "(메트)아크릴로일기"는 아크릴로일기 또는 메타아크릴로일기 중 어느 하나를 의미하고, 다른 유사 표현도 마찬가지이다.
아크릴 수지는, 실온(25℃)에서 고형이어도 된다. 액상에 비하여 고형인 편이, 보이드가 발생하기 어렵고, 경화 전의 B스테이지 상태의 접착제 조성물의 점성(택킹)이 작기 때문에, 취급이 우수한(필름상으로 형성하기 쉬운) 경향이 있다. 아크릴 수지는, 예를 들면 실온(25℃)에서 고형인 플루오렌형 아크릴 수지여도 된다.
아크릴 수지가 갖는 관능기((메트)아크릴로일기)의 수는, 1분자당 3 이하여도 되고, 2 혹은 3이어도 된다. 관능기의 수가 1분자당 3 이하이면, 단시간에서의 경화가 충분히 진행되어, 경화 반응률이 향상된다(경화의 네트워크가 적절히 진행되기 때문에, 미반응기가 잔존하는 것을 억제할 수 있는 경향이 있다).
에폭시 수지는, 분자 내에 2개 이상의 에폭시기를 갖는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 에폭시 수지로서는, 예를 들면 비스페놀 A형, 비스페놀 F형, 나프탈렌형, 페놀노볼락형, 크레졸노볼락형, 페놀아랄킬형, 바이페닐형, 트라이페닐메테인형, 다이사이클로펜타다이엔형, 각종 다관능 에폭시 수지 등을 들 수 있다. 이들은, 1종을 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 이용해도 된다.
(a) 성분에 대한 (b) 성분의 질량비((b) 성분의 질량/(a) 성분의 질량)는, 특별히 제한되지 않지만, 0.01~10, 0.05~5, 또는 0.1~5여도 된다. (a) 성분에 대한 (b) 성분의 질량비가 0.01 이상이면, 경화성이 향상되고, 접착력이 보다 향상되는 경향이 있으며, 10 이하이면, 필름 형성성이 보다 우수한 경향이 있다.
((c) 성분: 경화제)
(c) 성분은, 주로 (b) 성분의 경화제로서 작용하는 것이면 특별히 제한되지 않는다. (c) 성분으로서는, 예를 들면 열라디칼 발생제(열에 의하여 라디칼을 발생하는 화합물), 광라디칼 발생제(광에 의하여 라디칼을 발생하는 화합물) 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 취급성의 관점에서, (c) 성분은, 열라디칼 발생제를 포함하고 있어도 된다.
열라디칼 발생제로서는, 예를 들면 유기 과산화물, 아조 화합물 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 취급성 및 보존 안정성의 관점에서, 열라디칼 발생제는, 유기 과산화물이어도 된다.
유기 과산화물로서는, 예를 들면 케톤퍼옥사이드, 퍼옥시케탈, 하이드로퍼옥사이드, 다이알킬퍼옥사이드, 다이아실퍼옥사이드, 퍼옥시다이카보네이트, 퍼옥시에스터 등을 들 수 있다. 이들은, 1종을 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 이용해도 된다. 유기 과산화물은, 보존 안정성의 관점에서, 하이드로퍼옥사이드, 다이알킬퍼옥사이드, 또는 퍼옥시에스터여도 된다. 또한, 유기 과산화물은, 내열성의 관점에서, 하이드로퍼옥사이드 또는 다이알킬퍼옥사이드여도 된다. 다이알킬퍼옥사이드로서는, 예를 들면 다이큐밀퍼옥사이드, 다이-tert-뷰틸퍼옥사이드 등을 들 수 있다.
(b) 성분이 에폭시 수지를 포함하는 경우, (c) 성분은, 예를 들면 페놀노볼락, 크레졸노볼락, 페놀아랄킬 수지 등의 페놀 수지계 경화제, 메틸사이클로헥세인테트라카복실산 이무수물, 무수 트라이멜리트산, 무수 파이로멜리트산 등의 산무수물계 경화제, 다이사이안다이아마이드 등의 아민계 경화제, 2-페닐이미다졸, 2-페닐-4-메틸이미다졸, 1-벤질-2-메틸이미다졸, 1-벤질-2-페닐이미다졸 등의 이미다졸계 경화제, 트라이페닐포스핀, 테트라페닐포스포늄테트라페닐보레이트, 테트라페닐포스포늄테트라(4-메틸페닐)보레이트 등의 포스핀계 경화제 등이어도 된다.
(c) 성분의 함유량은, (b) 성분의 전체 질량을 기준으로 하여, 0.5~10질량% 또는 1~5질량%여도 된다. (c) 성분의 함유량이 0.5질량% 이상이면, 충분히 경화가 진행되는 경향이 있고, (c) 성분의 함유량이 10질량% 이하이면, 경화가 급격하게 진행되어 반응점이 많아져, 분자쇄가 짧아지거나, 미반응기가 잔존하거나 하는 것을 억제할 수 있는 경향이 있다.
접착제 조성물은, 플럭스제(이하, "(d) 성분"이라고 하는 경우가 있음), 필러(이하, "(e) 성분"이라고 하는 경우가 있음) 등을 더 함유하고 있어도 된다.
((d) 성분: 플럭스제)
(d) 성분은, 플럭스 활성(산화물 및 불순물을 제거하는 활성)을 나타내는 화합물이다. (d) 성분으로서는, 예를 들면 이미다졸류, 아민류 등의 비공유 전자쌍을 갖는 함질소 화합물, 카복실산류, 페놀류, 알코올류 등을 들 수 있다. 이들은, 1종을 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 이용해도 된다. 이들 중에서도, 플럭스제는, 플럭스 활성을 강하게 발현하여, 접속성이 향상되는 점에서, 카복실산류여도 된다. 카복실산류는, 모노카복실산(카복실기를 1개 갖는 화합물), 다이카복실산(카복실기를 2개 갖는 화합물), 또는 카복실기를 3개 이상 갖는 화합물이어도 된다. 이들 중에서도, 카복실산류는, 글루타르산 등의 다이카복실산이어도 된다.
(d) 성분의 함유량은, (a) 성분 및 (b) 성분의 총량 100질량부에 대하여, 0.5~10질량부 또는 1~7질량부여도 된다. (d) 성분의 함유량이, (a) 성분 및 (b) 성분의 총량 100질량부에 대하여, 0.5질량부 이상이면, 플럭스 활성이 보다 충분히 발현하기 쉬운 경향이 있다. (d) 성분의 함유량이, (a) 성분 및 (b) 성분의 총량 100질량부에 대하여, 10질량부 이하이면, 신뢰성의 저하를 보다 충분히 방지할 수 있는 경향이 있다.
((e) 성분: 필러)
(e) 성분에 의하여, 접착제 조성물의 점도, 접착제 조성물의 경화물의 물성 등을 제어할 수 있다. 보다 구체적으로는, 접속 시의 보이드 발생의 억제, 접착제 조성물의 경화물의 흡습률의 저감 등을 도모할 수 있다. (e) 성분으로서는, 예를 들면 무기 필러, 수지 필러, 위스커 등을 들 수 있다. 이들은, 1종을 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 이용해도 된다. (e) 성분은, 절연성이어도 된다.
무기 필러로서는, 예를 들면 유리, 실리카, 알루미나, 산화 타이타늄, 카본블랙, 마이카, 질화 붕소 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 무기 필러는, 실리카, 알루미나, 산화 타이타늄, 또는 질화 붕소여도 되며, 실리카, 알루미나, 또는 질화 붕소여도 된다. 무기 필러는, 후술하는 수지 필러와 비교하여 열팽창률이 작기 때문에, 접착제 조성물의 저열팽창률화가 가능해진다. 또, 무기 필러에는 범용품으로 입경 제어된 것이 많기 때문에, 점도 조정의 점에 있어서도 바람직하다.
수지 필러로서는, 예를 들면 폴리유레테인, 폴리이미드 등의 수지로 이루어지는 필러 등을 들 수 있다. 수지 필러는, 유기 성분(수지 성분, 열가교제, 경화제 등)과 비교하여 열팽창률이 작기 때문에 접속 신뢰성의 향상 효과가 우수하다. 또, 수지 필러를 이용함으로써, 접착제 조성물의 점도 조정을 용이하게 행할 수 있다. 또, 수지 필러는, 무기 필러와 비교하여 응력을 완화하는 기능이 우수한 경향이 있다.
위스커로서는, 예를 들면 붕산 알루미늄, 타이타늄산 알루미늄, 산화 아연, 규산 칼슘, 황산 마그네슘, 질화 붕소 등을 들 수 있다.
이들 중에서도, (e) 성분은, 무기 필러 또는 수지 필러여도 된다. (e) 성분은, 용도에 따라 어느 일방을 이용해도 되고, 양방을 혼합하여 이용해도 된다.
(e) 성분은, 분산성 및 접착력 향상의 관점에서, 표면 처리제로 표면 처리가 실시되어 있어도 된다. 표면 처리제는, 예를 들면 실레인 커플링제여도 된다. 실레인 커플링제의 관능기로서는, 예를 들면 글리시딜기(에폭시기), 아미노기, 페닐기, 페닐아미노기, (메트)아크릴로일기, 바이닐기 등을 들 수 있다. 실레인 커플링제의 관능기는, 분산성, 유동성, 및 접착력의 관점에서, 글리시딜기, 페닐아미노기, 또는 (메트)아크릴로일기여도 되고, 보존 안정성의 관점에서, 페닐기 또는 (메트)아크릴로일기여도 된다.
필러의 평균 입경은, 플립 칩 접속 시의 말려 들어감 방지의 관점에서, 1.5μm 이하여도 되고, 시인성(투명성)의 관점에서, 1.0μm 이하여도 된다.
(e) 성분의 함유량은, (a) 성분 및 (b) 성분의 총량 100질량부에 대하여, 10~400질량부 또는 40~150질량부여도 된다. (e) 성분의 함유량이, (a) 성분 및 (b) 성분의 총량 100질량부에 대하여, 10질량부 이상이면, 필름 형성성 및 경화물성(열팽창률 등)이 보다 향상되는 경향이 있다. (e) 성분의 함유량이, (a) 성분 및 (b) 성분의 총량 100질량부에 대하여, 400질량부 이하이면, 수지 유동성의 저하 등에 따른 보이드 등의 불량 발생을 보다 충분히 방지할 수 있는 경향이 있다.
접착제 조성물은, 이온 포착제, 산화 방지제, 실레인 커플링제, 타이타늄 커플링제, 레벨링제, 이온트랩제 등의 첨가제를 더 함유하고 있어도 된다. 이들은, 1종을 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 이용해도 된다. 이들의 함유량은, 각 첨가제의 효과가 발현하는 범위에서 적절히 설정할 수 있다.
접착제 조성물을 200℃에서 5초간 유지했을 때의 경화 반응률은, 50% 이상, 80% 이상, 또는 90% 이상이어도 된다. 200℃는, 땜납 용융 온도보다 낮은 온도이다. 경화 반응률이 50% 이상이면, 땜납 용융 온도보다 높은 온도에서 접속했을 때에 있어서도, 땜납이 비산 또는 유동하여 접속 신뢰성이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 경화 반응률은, 알루미늄 팬에 넣은 미처리 및 열처리 후(200℃에서 5초 유지한 후)의 접착제 조성물 10mg에 대하여, DSC(퍼킨엘머사제 DSC-7형)를 이용한 승온 속도 20℃/분, 30~300℃의 온도 범위의 시차 주사 열량 측정을 행함으로써, 구할 수 있다. 경화 반응률은, 예를 들면 시차 주사 열량 측정에 있어서 미처리의 샘플의 경화 반응에 따른 발열량 ΔH(J/g)를 "ΔH1", 핫플레이트 상에서 200℃, 5초간 유지한 후의 샘플의 경화 반응에 따른 발열량 ΔH(J/g)를 "ΔH2"라고 하여, 이하의 식으로 경화 반응률을 산출할 수 있다.
경화 반응률(%)=(ΔH1-ΔH2)/ΔH1×100
본 실시형태에 관한 접착제 조성물은, 유기 용매로 희석된 접착제 바니시로서 이용해도 된다. 유기 용매로서는, 예를 들면 톨루엔, 자일렌, 메시틸렌, 큐멘, p-사이멘 등의 방향족 탄화 수소; 헥세인, 헵테인 등의 지방족 탄화 수소; 메틸사이클로헥세인 등의 환상 알케인; 테트라하이드로퓨란, 1,4-다이옥세인 등의 환상 에터; 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸아이소뷰틸케톤, 사이클로헥산온, 4-하이드록시-4-메틸-2-펜탄온 등의 케톤; 아세트산 메틸, 아세트산 에틸, 아세트산 뷰틸, 락트산 메틸, 락트산 에틸, γ-뷰티로락톤 등의 에스터; 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트 등의 탄산 에스터; N,N-다이메틸폼아마이드, N,N-다이메틸아세트아마이드, N-메틸-2-피롤리돈 등의 아마이드 등을 들 수 있다. 이들은, 1종을 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 이용해도 된다. 이들 중에서도, 유기 용매는, 용해성 및 비점의 관점에서, 톨루엔, 자일렌, 메틸에틸케톤, 메틸아이소뷰틸케톤, 또는 사이클로헥세인이어도 된다.
접착제 바니시 내의 고형 성분 농도는, 접착제 바니시의 전체 질량을 기준으로 하여, 10~80질량%여도 된다.
접착제 바니시는, (a) 성분, (b) 성분, (c) 성분, 그 외의 성분과 첨가제, 및 유기 용매를 혼합, 혼련함으로써 조제할 수 있다. 혼합 및 혼련은, 통상의 교반기, 믹서, 3개롤, 볼 밀, 비즈 밀 등의 분산기를 적절히, 조합하여 행할 수 있다. 또, 접착제 바니시를 조제한 후, 진공 탈기 등에 의하여 접착제 바니시 내의 기포를 제거해도 된다.
접착제 조성물은, 필름상이어도 된다(필름상 접착제). 필름상 접착제는, 반경화(B스테이지) 상태여도 된다. 이와 같은 필름상 접착제는, 접착제 조성물을 기재 필름에 도포함으로써 형성할 수 있다. 접착제 바니시를 이용하는 경우는, 접착제 바니시를 지지 필름에 도포하고, 유기 용매를 가열 건조하여 제거함으로써 필름상 접착제를 형성할 수 있다.
기재 필름으로서는, 유기 용매를 휘발시킬 때의 가열 조건에 견디는 것이면 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면 폴리에스터 필름, 폴리프로필렌 필름, 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름, 폴리이미드 필름, 폴리에터이미드 필름, 폴리에터나프탈레이트 필름, 폴리메틸펜텐 필름 등을 들 수 있다. 기재 필름은, 이들 필름 중에서도, 1종만으로 이루어지는 단층의 필름이어도 되고, 2종 이상의 필름으로 이루어지는 다층 필름이어도 된다.
접착제 바니시를 기재 필름에 도포하는 방법으로서는, 공지의 방법을 이용할 수 있으며, 예를 들면, 나이프 코트법, 롤 코트법, 스프레이 코트법, 그라비어 코트법, 바 코트법, 커튼 코트법 등을 들 수 있다. 유기 용매의 가열 건조의 조건은, 사용한 유기 용매가 충분히 휘발하는 조건이면 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면 온도 50~200℃, 시간 0.1~90분간이어도 된다. 실장 후의 보이드 또는 점도 조정에 영향이 없는 것이면, 필름상 접착제에 있어서의 유기 용매의 잔존율이 1.5질량% 이하가 될 때까지 휘발시키는 것이 바람직하다.
필름상 접착제의 두께는, 용도에 맞추어, 적절히 조정할 수 있다. 필름상 접착제의 두께는, 반도체 패키지의 범프의 높이 등에 따라 적절히 설정된다.
본 실시형태에 관한 접착제 조성물은, 200℃ 이상의 고온에서의 압착이 가능해진다. 또, 본 실시형태에 관한 접착제 조성물은, 땜납 등의 금속을 용융시켜 접속을 형성하는 플립 칩 패키지에 있어서, 더 우수한 경화성이 발현된다.
본 실시형태에 관한 접착제 조성물은, 반도체 장치의 제조에 적합하게 이용할 수 있다. 본 실시형태에 관한 접착제 조성물은, 특히 반도체 칩 및 배선 회로 기판의 각각의 접속부가 서로 전기적으로 접속된 반도체 장치, 또는 복수의 반도체 칩의 각각의 접속부가 서로 전기적으로 접속된 반도체 장치의 제조 방법에 있어서, 접속부의 밀봉에 적합하게 이용할 수 있다.
[반도체 장치]
본 실시형태에 관한 접착제 조성물을 이용하여 제조되는 반도체 장치에 대하여 이하 설명한다. 본 실시형태에 관한 반도체 장치에 있어서의 접속부는, 범프와 배선의 금속 접합, 및 범프와 범프의 금속 접합 중 어느 하나여도 된다. 본 실시형태에 관한 반도체 장치에서는, 예를 들면 접착제 조성물을 통하여 전기적인 접속을 얻는 플립 칩 접속을 채용할 수 있다.
도 1은, 반도체 장치의 일 실시형태(반도체 칩 및 배선 회로 기판의 COB형의 접속 양태)를 나타내는 모식 단면도이다. 도 1의 (a)에 나타내는 반도체 장치(100)는, 반도체 칩(1) 및 기판(2)(배선 회로 기판)과, 이들 사이에 개재되는 접착제층(40)을 구비한다. 반도체 장치(100)의 경우, 반도체 칩(1)은, 반도체 칩 본체(10)와, 반도체 칩 본체(10)의 기판(2) 측의 면 상에 배치된 배선(15)과, 배선(15) 상에 배치된 접속부로서의 접속 범프(30)를 갖는다. 기판(2)은, 기판 본체(20)와, 기판 본체(20)의 반도체 칩(1) 측의 면 상에 배치된 접속부로서의 배선(16)을 갖는다. 반도체 칩(1)의 접속 범프(30)와, 기판(2)의 배선(16)은, 금속 접합에 의하여 전기적으로 접속되어 있다. 반도체 칩(1) 및 기판(2)은, 배선(16) 및 접속 범프(30)에 의하여 플립 칩 접속되어 있다. 배선(15, 16) 및 접속 범프(30)는, 접착제층(40)에 의하여 밀봉됨으로써, 외부 환경으로부터 차단되어 있다. 접착제층(40)은, 본 실시형태에 관한 접착제 조성물의 경화물이어도 된다.
도 1의 (b)에 나타내는 반도체 장치(200)는, 반도체 칩(1)과, 기판(2)과, 이들 사이에 개재되는 접착제층(40)을 구비한다. 반도체 장치(200)의 경우, 반도체 칩(1)은, 접속부로서, 반도체 칩(1)의 기판(2) 측의 면에 배치된 접속 범프(32)를 갖는다. 기판(2)은, 접속부로서, 기판 본체(20)의 반도체 칩(1) 측의 면 상에 배치된 접속 범프(33)를 갖는다. 반도체 칩(1)의 접속 범프(32)와, 기판(2)의 접속 범프(33)는, 금속 접합에 의하여 전기적으로 접속되어 있다. 반도체 칩(1) 및 기판(2)은, 접속 범프(32, 33)에 의하여 플립 칩 접속되어 있다. 접속 범프(32, 33)는, 접착제층(40)에 의하여 밀봉됨으로써, 외부 환경으로부터 차단되어 있다. 접착제층(40)은, 본 실시형태에 관한 접착제 조성물의 경화물이어도 된다.
도 2의 (a)에 나타내는 반도체 장치(300)의 구성은, 2개의 반도체 칩(1)이 배선(15) 및 접속 범프(30)를 통하여 플립 칩 접속되어 있는 점을 제외하고, 반도체 장치(100)와 동일하다. 도 2의 (b)에 나타내는 반도체 장치(400)의 구성은, 2개의 반도체 칩(1)이 접속 범프(32)를 통하여 플립 칩 접속되어 있는 점을 제외하고, 반도체 장치(200)와 동일하다.
반도체 칩 본체(10)로서는, 특별히 제한은 없고, 실리콘, 저마늄 등의 동일 종류의 원소로 구성되는 원소 반도체, 갈륨 비소, 인듐 인 등의 화합물 반도체 등의 각종 반도체를 이용할 수 있다.
기판(2)으로서는, 배선 회로 기판이면 특별히 제한은 없고, 유리 에폭시, 폴리이미드, 폴리에스터, 세라믹, 에폭시, 비스말레이미드트라이아진 등을 주된 성분으로 하는 절연 기판의 표면에 마련되는 금속층의 불필요한 개소를 에칭 제거하여 배선(배선 패턴)이 마련된 회로 기판, 상기 절연 기판의 표면에 금속 도금 등에 의하여 배선(배선 패턴)이 마련된 회로 기판, 상기 절연 기판의 표면에 도전성 물질을 인쇄하여 배선(배선 패턴)이 마련된 회로 기판 등을 이용할 수 있다.
배선(15 및 16), 접속 범프(30), 접속 범프(32 및 33) 등의 접속부의 재질로서는, 주성분으로서, 금, 은, 구리, 땜납(주성분은, 예를 들면 주석-은, 주석-납, 주석-비스무트, 주석-구리, 주석-은-구리), 주석, 니켈 등을 들 수 있다. 접속부는, 단일의 성분만으로 구성되어 있어도 되고, 복수의 성분으로 구성되어 있어도 된다. 접속부는, 이들 금속이 적층된 구조를 갖고 있어도 된다. 접속부의 금속재료는, 비교적 저가인 점에서, 구리 또는 땜납이어도 된다. 접속부는, 접속 신뢰성의 향상 및 휨 억제의 관점에서, 땜납을 포함하고 있어도 된다.
배선(15, 16)(배선 패턴)의 표면에는, 금, 은, 구리, 땜납(주성분은, 예를 들면 주석-은, 주석-납, 주석-비스무트, 주석-구리), 주석, 니켈 등을 주성분으로 하는 금속층이 형성되어 있어도 된다. 금속층은, 단일의 성분만으로 구성되어 있어도 되고, 복수의 성분으로 구성되어 있어도 된다. 금속층은, 복수의 금속층이 적층된 구조를 갖고 있어도 된다. 금속층은, 비교적 저가의 구리 또는 땜납을 포함하고 있어도 된다. 금속층은, 접속 신뢰성의 향상 및 휨 억제의 관점에서, 땜납을 포함하고 있어도 된다.
도 1 또는 도 2에 나타내는 바와 같은 반도체 장치(패키지)를 적층하고, 금, 은, 구리, 땜납(주성분은, 예를 들면 주석-은, 주석-납, 주석-비스무트, 주석-구리, 주석-은-구리), 주석, 니켈 등으로 전기적으로 접속해도 된다. 접속하기 위한 금속은, 비교적 저가의 구리 또는 땜납이어도 된다. 전기적인 접속은, 예를 들면 TSV 기술에서 볼 수 있는 바와 같이, 접착제층을 반도체 칩 사이에 개재시켜, 플립 칩 접속 또는 적층하고, 반도체 칩을 관통하는 구멍을 형성하여, 패턴면의 전극과 연결함으로써 행해도 된다.
도 3은, 반도체 장치의 다른 실시형태(반도체 칩 적층형의 양태(TSV))를 나타내는 모식 단면도이다. 도 3에 나타내는 반도체 장치(500)에서는, 기판으로서의 인터포저 본체(50) 상에 마련된 배선(15)이 반도체 칩(1)의 접속 범프(30)와 접속됨으로써, 반도체 칩(1)과 인터포저(5)가 플립 칩 접속되어 있다. 반도체 칩(1)과 인터포저(5)의 사이에는 접착제층(40)이 개재되어 있다. 상기 반도체 칩(1)에 있어서의 인터포저(5)와 반대 측의 표면 상에, 배선(15), 접속 범프(30) 및 접착제층(40)을 개재하여 반도체 칩(1)이 반복하여 적층되어 있다. 반도체 칩(1)의 표리에 있어서의 패턴면의 배선(15)은, 반도체 칩 본체(10)의 내부를 관통하는 구멍 내에 충전된 관통 전극(34)에 의하여 서로 접속되어 있다. 관통 전극(34)의 재질로서는, 예를 들면 구리, 알루미늄 등을 이용할 수 있다. 접착제층(40)은, 본 실시형태에 관한 접착제 조성물의 경화물이어도 된다.
이와 같은 TSV 기술에 의하여, 통상은 사용되지 않는 반도체 칩의 이면으로부터도 신호를 취득할 수 있다. 나아가서는, 반도체 칩(1) 내에 관통 전극(34)을 수직으로 통과시키기 때문에, 대향하는 반도체 칩(1)끼리의 사이, 및 반도체 칩(1)과 인터포저(5) 사이의 거리를 짧게 하여, 유연한 접속이 가능해진다. 접착제층(40)은, 이와 같은 TSV 기술에 있어서, 대향하는 반도체 칩(1)끼리의 사이, 및 반도체 칩(1)과 인터포저(5) 사이의 밀봉 재료로서 적용할 수 있다.
또, 에어리어 범프 칩 기술 등의 자유도가 높은 범프 형성 방법에서는, 인터포저를 통하지 않고 그대로 반도체 칩을 머더보드에 직접 실장하는 것이 가능해진다. 본 실시형태에 관한 접착제 조성물은, 이와 같은 반도체 칩을 머더보드에 직접 실장하는 경우에 있어서도 적용할 수 있다. 또한, 본 실시형태에 관한 접착제 조성물은, 2개의 배선 회로 기판을 적층하는 경우에, 기판 간의 공극을 밀봉할 때에 있어서도 적용할 수 있다.
[반도체 장치의 제조 방법]
본 실시형태의 반도체 장치의 제조 방법은, 반도체 칩 및 배선 회로 기판의 각각의 접속부가 서로 전기적으로 접속된 반도체 장치, 또는 복수의 반도체 칩의 각각의 접속부가 서로 전기적으로 접속된 반도체 장치의 제조 방법으로서, 접속부의 적어도 일부를, 본 실시형태에 관한 접착제 조성물을 이용하여 밀봉하는 공정을 구비한다.
본 실시형태의 반도체 장치의 제조 방법에 대하여, 도 4를 이용하여 이하 설명한다. 도 4는, 반도체 장치의 제조 방법의 일 실시형태를 모식적으로 나타내는 공정 단면도이다.
먼저, 도 4의 (a)에 나타내는 바와 같이, 배선(16)과 기판 본체(20)를 구비하는 기판(2) 상에, 접속 범프(30)가 형성되는 위치에 개구부를 갖는 솔더 레지스트(60)를 형성한다. 이 솔더 레지스트(60)는 반드시 마련할 필요는 없지만, 기판(2) 상에 솔더 레지스트를 마련함으로써, 배선 간의 브리지의 발생을 억제하여, 접속 신뢰성 및 절연 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 솔더 레지스트(60)는, 예를 들면 시판 중인 패키지용 솔더 레지스트 잉크를 이용하여 형성할 수 있다. 시판 중인 패키지용 솔더 레지스트 잉크로서는, 구체적으로는, SR 시리즈(히타치 가세이 주식회사, 상품명), PSR4000-AUS 시리즈(다이요 잉크 세이조 주식회사, 상품명) 등을 들 수 있다.
다음으로, 도 4의 (a)에 나타내는 바와 같이, 솔더 레지스트(60)의 개구부에 접속 범프(30)를 형성한다. 그리고, 도 4의 (b)에 나타내는 바와 같이, 접속 범프(30) 및 솔더 레지스트(60)가 마련된 기판(2) 상에, 예를 들면 필름상 접착제(41)를 첩부한다. 필름상 접착제(41)의 첩부는, 가열 프레스, 롤 래미네이트, 진공 래미네이트 등에 의하여 행할 수 있다. 필름상 접착제(41)의 공급 면적과 두께는, 후술하는 반도체 칩(1)과 기판(2)의 사이즈, 및 접속 범프(30)의 높이에 따라 적절히 설정된다.
상기와 같이, 필름상 접착제(41)를 기판(2)에 첩부한 후, 배선(15)과 반도체 칩 본체(10)를 구비하는 반도체 칩의 배선(15)과 접속 범프(30)를 플립 칩 본더 등의 접속 장치를 이용하여, 위치 맞춤한다. 계속해서, 반도체 칩(1)과 기판(2)을 접속 범프(30)의 융점 이상의 온도에서 가열하면서 압착하여, 도 4의 (c)에 나타내는 바와 같이, 반도체 칩(1)과 기판(2)을 접속함과 함께, 필름상 접착제(41)의 경화물인 접착제층(40)에 의하여, 반도체 칩(1) 및 기판(2) 간의 공극이 밀봉되어 있는 반도체 장치(600)를 얻을 수 있다.
본 실시형태의 반도체 장치의 제조 방법에서는, 위치 맞춤을 한 후에 가고정하여(필름상 접착제를 개재하고 있는 상태), 리플로 노(爐)에서 가열 처리함으로써, 접속 범프(30)를 용융시켜 반도체 칩(1)과 기판(2)을 접속해도 된다. 가고정의 단계에서는, 금속 접합을 형성하는 것이 반드시 필요하지는 않기 때문에, 상기의 가열하면서 압착하는 방법에 비하여 저하중, 단시간, 저온도에 의한 압착이면 되며, 생산성이 향상됨과 함께 접속부의 열화를 억제할 수 있다.
또, 반도체 칩(1)과 기판(2)을 접속한 후, 오븐 등으로 가열 처리를 행하여, 접속 신뢰성 및 절연 신뢰성을 더 높여도 된다. 가열 온도는, 필름상 접착제의 경화가 진행되는 온도이면 특별히 제한되지 않고, 완전하게 경화되는 온도여도 된다. 가열 온도, 가열 시간 등의 가열 조건은 적절히 설정된다.
본 실시형태의 반도체 장치의 제조 방법에서는, 필름상 접착제(41)를 반도체 칩(1)에 첩부한 후에 기판(2)을 접속해도 된다. 또, 반도체 칩(1)의 배선(15) 및 기판(2)의 배선(16)을 접속 범프(30)에 의하여 접속한 후, 반도체 칩(1) 및 기판(2) 간의 공극에 접착제 조성물을 충전하여, 경화시켜도 된다.
생산성이 향상되는 관점에서, 복수의 반도체 칩(1)이 연결된 반도체 웨이퍼에 접착제 조성물을 공급한 후, 다이싱하여 개편화(個片化)함으로써, 반도체 칩(1) 상에 접착제 조성물이 공급된 구조체를 얻어도 된다. 또, 접착제 조성물이 페이스트상인 경우는, 특별히 제한되는 것은 아니지만, 스핀 코트 등의 도포 방법에 의하여, 반도체 칩(1) 상의 배선 또는 범프를 매립하여, 두께를 균일화시키면 된다. 이 경우, 수지의 공급량이 일정해지기 때문에 생산성이 향상됨과 함께, 매립 부족에 따른 보이드의 발생 및 다이싱성의 저하를 억제할 수 있다. 한편, 접착제 조성물이 필름상인 경우는, 특별히 제한되는 것은 아니지만, 가열 프레스, 롤 래미네이트 및 진공 래미네이트 등의 첩부 방식에 의하여 반도체 칩(1) 상의 배선 또는 범프를 매립하도록 필름상의 접착제 조성물을 공급하면 된다. 이 경우, 수지의 공급량이 일정해지기 때문에 생산성이 향상되어, 매립 부족에 따른 보이드의 발생 및 다이싱성의 저하를 억제할 수 있다.
페이스트상의 접착제 조성물을 스핀 코트하는 방법과 비교하여, 필름상의 접착제 조성물을 래미네이팅하는 방법에 의하면, 공급 후의 접착제 조성물의 평탄성이 양호해지는 경향이 있다. 그 때문에, 접착제 조성물의 형태로서는, 필름상이 바람직하다. 또, 필름상 접착제는, 다양한 프로세스로의 적용성, 취급성 등도 우수하다.
또, 필름상 접착제를 래미네이팅함으로써 접착제 조성물을 공급하는 방법에서는, 반도체 장치의 접속성이 한층 확보하기 쉬워지는 경향이 있다.
접속 하중은, 접속 범프(30)의 수 및 높이의 편차, 가압에 따른 접속 범프(30), 또는 접속부의 범프를 수용하는 배선의 변형량을 고려하여 설정된다. 접속 온도는, 접속부의 온도가 접속 범프(30)의 융점 이상이어도 되지만, 각각의 접속부(범프 또는 배선)의 금속 접합이 형성되는 온도이면 된다. 접속 범프(30)가 땜납 범프인 경우는, 접속 온도는 약 240℃ 이상이어도 된다.
접속 시의 접속 시간은, 접속부의 구성 금속에 따라 다르지만, 생산성이 향상되는 관점에서 단시간인 편이 바람직하다. 접속 범프(30)가 땜납 범프인 경우, 접속 시간은 20초 이하, 10초 이하, 또는 5초 이하여도 된다. 구리-구리 또는 구리-금의 금속 접속인 경우는, 접속 시간은 60초 이하여도 된다.
실시예
이하, 본 발명에 대하여 실시예를 들어 보다 구체적으로 설명한다. 단, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 및 비교예에서 사용한 성분은 이하와 같다.
(a) 수지 성분
(a1) 말레이미드기를 갖는 수지
SFR2300(상품명)(상기 식 (A)로 나타나는 비스말레이미드 수지(n=1~10인 혼합물), 히타치 가세이 주식회사, 유리 전이점(Tg): 75~80℃, 중량 평균 분자량(Mw): 약 17000)
(a2) 말레이미드기를 갖지 않는 수지
FX293(상품명)(페녹시 수지, 히타치 가세이 주식회사, 유리 전이점(Tg): 약 163℃, 중량 평균 분자량(Mw): 약 44000)
(b) 열가교제
EA0200(상품명)(플루오렌 골격을 갖는 플루오렌형 아크릴 수지, 25℃에서 고형, 오사카 가스 케미컬 주식회사, 관능기수: 2)
(c) 경화제
퍼큐밀 D(상품명)(다이큐밀퍼옥사이드, 니치유 주식회사)
(d) 플럭스제
글루타르산(시그마 알드리치 재팬 합동회사, 융점: 약 98℃)
(e) 필러
SE2050(상품명)(실리카 필러(무기 필러), 주식회사 아드마텍스, 평균 입경: 0.5μm)
YA050C-SM(상품명)(메타크릴 표면 처리 나노실리카 필러(무기 필러), 주식회사 아드마텍스, 평균 입경: 50nm)
EXL-2655(상품명)(코어 셸 타입 유기 미립자(수지 필러), 롬 앤드 하스 재팬 주식회사)
<필름상 접착제의 제작>
(실시예 1)
비즈 밀(유성형 미분쇄기, 프리츠 재팬 주식회사, 상품명: P-7)의 용기에, 열가교제(EA0200) 30질량부, 플럭스제(글루타르산) 0.5질량부, 무기 필러(SE2050 및 YA050C-SM) 75질량부(SE2050: 30질량부, YA050C-SM: 45질량부), 수지 필러(EXL-2655) 10질량부, 및 사이클로헥산온(고형분량이 60질량%가 되는 양)을 투입하고, 추가로 직경 1.0mm의 비즈 및 직경 2.0mm의 비즈를 고형분과 동일 질량 첨가했다. 이것을 비즈 밀로 30분 교반한 후, 말레이미드기를 갖는 수지 성분(SFR2300) 30질량부를 첨가하여, 비즈 밀로 추가로 30분 교반했다. 그 후, 경화제(퍼큐밀 D) 0.5질량부를 첨가하여, 비즈 밀로 교반하고, 교반에 이용한 비즈를 여과에 의하여 제거함으로써 접착제 바니시를 얻었다.
얻어진 접착제 바니시를, 기재 필름(이형 처리를 실시한 폴리에스터 필름, 데이진 필름 솔루션 주식회사, 상품명: 퓨렉스 A53) 상에, 소형 정밀 도공 장치(주식회사 야스이 세이키)로 도공하며, 클린 오븐(에스펙 주식회사)을 이용하여 100℃에서 5분간 건조하고, 실시예 1의 필름상 접착제를 얻었다.
(실시예 2 및 비교예 1)
사용한 성분의 조성을 표 1에 나타내는 것으로 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여, 실시예 2 및 비교예 1의 필름상 접착제를 얻었다.
<유전 정접(DF값)의 측정>
실시예 및 비교예에서 제작한 필름상 접착제를 175℃에서 2시간 가열함으로써 경화시켜, 소정의 사이즈(100mm(세로)×100mm(가로)×200μm(두께))의 측정 샘플을 제작했다. SPDR 유전체 공진기(애질런트·테크놀로지 주식회사)를 이용하여, 측정 샘플의 유전 정접(DF값)을 주파수 10GHz로 측정했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
<반도체 장치의 제작>
실시예 및 비교예에서 제작한 필름상 접착제를 소정의 사이즈(7.3mm(세로)×7.3mm(가로)×0.045mm(두께))로 잘라내고, 잘라낸 필름상 접착제를 땜납 범프 부착 반도체 칩(칩 사이즈: 7.3mm(세로)×7.3mm(가로)×0.05mm(두께), 범프 높이(구리 필러와 땜납의 합계의 높이): 약 45μm, 범프수: 1048핀, 피치: 80μm, 주식회사 왈츠, 상품명: WALTS-TEGCC80) 상에 진공 래미네이터(닛코·머티리얼즈 주식회사, 상품명: V-130)를 이용하여 래미네이트 온도 80℃, 래미네이트 압력 0.5MPa, 래미네이트 시간 60초로 래미네이팅했다. 그 후, 필름상 접착제를 래미네이팅한 땜납 범프 부착 반도체 칩에 있어서의 필름상 접착제를, 반도체 칩(칩 사이즈: 10mm×10mm×0.1mm, 접속부 금속: Ni/Au, 주식회사 왈츠, 상품명: WALTS-TEG IP80)에, 플립 실장 장치(파나소닉 주식회사, 상품명: FCB3)를 이용하여 실장했다. 실장 조건은, 압착력 75N으로 하고, 압착 온도 80℃, 압착 시간 0.5초로 압착하고 나서, 압착한 상태로 계속하여, 추가로 압착 온도 260℃, 압착 시간 3초로 압착했다. 이어서, 실장 후의 반도체 칩을 클린 오븐(에스펙 주식회사) 내에서 애프터 큐어(175℃, 2시간)함으로써, 실시예 1, 실시예 2, 및 비교예 1의 반도체 장치를 제작했다.
<초기 접속성의 평가>
상기에서 제작한 반도체 장치의 접속 저항값을, 멀티 미터(주식회사 어드밴테스트, 상품명: R6871E)를 이용하여 측정하고, 실장 후의 초기 도통을 평가했다. 반도체 장치의 페리페럴 부분의 초기 접속 저항값이 30~35Ω였던 경우를 "A", 초기 접속 저항값이 30Ω 미만이었던 경우, 35Ω를 초과한 경우, 또는 접속 불량에 의하여 저항값이 표시되지 않는 경우를 "B"라고 평가했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
<보이드의 평가>
상기에서 제작한 반도체 장치에 대하여, 초음파 영상 진단 장치(인사이트 주식회사, 상품명: Insight-300)에 의하여, 외관 화상을 촬영하고, 스캐너(세이코 엡슨 주식회사, 상품명: GT-9300UF)로 반도체 칩 상의 필름상 접착제로 이루어지는 층의 화상을 판독하여, 화상 처리 소프트웨어(어도비 시스템즈 주식회사, 상품명: Adobe Photoshop(등록 상표))를 이용하여, 색조 보정 및 2계조화에 의하여 보이드 부분을 식별하고, 히스토그램에 의하여 보이드 부분이 차지하는 비율을 산출했다. 반도체 칩 상의 접착제 부분의 면적을 100%로 하고, 보이드 발생률이 5면적% 이하였던 경우를 "A", 보이드 발생률이 5면적%를 초과한 경우를 "B"라고 평가했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
<내리플로성의 평가>
상기에서 제작한 반도체 장치를, JEDEC level 1의 조건으로 고온 흡습 후, 리플로 노(주식회사 다무라 세이사쿠쇼)에 반도체 장치를 3회 통과시켰다. 리플로 후의 반도체 장치의 접속성에 대하여, 상기 초기 접속성의 평가와 동일한 방법으로 평가하여, 박리가 없고, 접속 양호한 경우를 "A", 박리 또는 접속 불량이 발생한 경우를 "B"라고 평가했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
[표 1]
Figure 112021021655781-pct00011
표 1에 나타내는 바와 같이, 실시예 1 및 2의 접착제 조성물의 경화물은, 비교예 1의 접착제 조성물의 경화물보다 유전 정접(DF값)이 낮았다. 또, 실시예 1 및 2의 접착제 조성물의 경화물을 구비하는 실시예 1 및 2의 반도체 장치는, 각 평가에 있어서 우수했다.
이상의 결과로부터, 본 발명의 접착제 조성물이, 유전 정접(DF값)을 충분히 저감 가능한 것이 확인되었다.
1…반도체 칩
2…기판
10…반도체 칩 본체
15, 16…배선
20…기판 본체
30, 32, 33…접속 범프
34…관통 전극
40…접착제층
41…필름상 접착제
50…인터포저 본체
100, 200, 300, 400, 500, 600…반도체 장치

Claims (9)

  1. 수지 성분과, 열가교제와, 경화제를 함유하고,
    상기 수지 성분이 말레이미드기를 갖는 수지를 포함하고,
    상기 열가교제가 아크릴 수지를 포함하고,
    상기 말레이미드기를 갖는 수지가 식(IX)로 나타나는 비스말레이미드 수지인 것인, 접착제 조성물.
    Figure 112022109063636-pct00016

    [(IX) 중, Z2 및 Z3은, 각각 독립적으로 2가의 탄화 수소기를 나타내고, R1은 4가의 유기기를 나타내고, n은 1~10의 정수를 나타낸다. n이 2 이상인 경우, 복수의 Z3은, 서로 동일해도 되고 달라도 된다.]
  2. 제1항에 있어서,
    상기 아크릴 수지가 25℃에서 고형인, 접착제 조성물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 경화제가 열라디칼 발생제를 포함하는, 접착제 조성물.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 열라디칼 발생제가 유기 과산화물인, 접착제 조성물.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    필름상인, 접착제 조성물.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    반도체 장치의 제조에 이용되는, 접착제 조성물.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    반도체 칩 및 배선 회로 기판의 각각의 접속부가 서로 전기적으로 접속된 반도체 장치, 또는 복수의 반도체 칩의 각각의 접속부가 서로 전기적으로 접속된 반도체 장치의 제조 방법에 있어서, 상기 접속부의 밀봉에 이용되는, 접착제 조성물.
  8. 반도체 칩 및 배선 회로 기판의 각각의 접속부가 서로 전기적으로 접속된 반도체 장치, 또는 복수의 반도체 칩의 각각의 접속부가 서로 전기적으로 접속된 반도체 장치의 제조 방법으로서,
    상기 접속부의 적어도 일부를, 제1항 또는 제2항에 기재된 접착제 조성물을 이용하여 밀봉하는 공정을 구비하는, 반도체 장치의 제조 방법.
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