KR20120030443A - 접착제 조성물, 회로 부재 접속용 접착제 시트 및 반도체 장치의 제조 방법 - Google Patents

접착제 조성물, 회로 부재 접속용 접착제 시트 및 반도체 장치의 제조 방법 Download PDF

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KR20120030443A
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adhesive
circuit
film
semiconductor wafer
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KR1020117030695A
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아키라 나가이
게이스케 오오쿠보
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히다치 가세고교 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명은 (A) 열가소성 수지와, (B) 열경화성 수지와, (C) 잠재성 경화제와, (D) 무기 충전재와, (E) 유기 미립자와, (F) 실온에서 고체이며, 최대 입경이 25 ㎛ 이하인 분체 화합물을 포함하고, (F) 성분은 카르복실기를 갖는 화합물, 메틸올기를 갖는 화합물 및 히드라지드 화합물로부터 선택되는 적어도 1종의 화합물인 접착제 조성물에 관한 것이다.

Description

접착제 조성물, 회로 부재 접속용 접착제 시트 및 반도체 장치의 제조 방법 {ADHESIVE COMPOSITION, ADHESIVE SHEET FOR CONNECTION OF CIRCUIT MEMBER, AND PROCESS FOR MANUFACTURE OF SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 발명은 접착제 조성물, 회로 부재 접속용 접착제 시트 및 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 전자 기기의 소형화, 박형화에 따라, 회로 부재에 형성된 회로의 고밀도화가 진전되어, 인접하는 전극과의 간격이나 전극의 폭이 매우 좁아지는 경향이 있다. 이에 따라, 반도체 패키지의 박형화나 소형화에 대한 요구도 높아지고 있다. 그 때문에, 반도체칩 실장 방식으로서, 금속 와이어를 이용하여 접속하는 종래의 와이어 본딩 방식 대신에, 칩 전극 상에 범프라 불리는 돌기 전극을 형성하여, 기판 전극과 칩 전극을 범프를 통해 직접 접속하는 플립 칩 접속 방식이 주목받고 있다.
플립 칩 접속 방식으로는, 땜납 범프를 이용하는 방식, 금 범프와 도전성 접착제를 이용하는 방식, 열압착 방식, 초음파 방식 등이 알려져 있다. 이들 방식에서는, 칩과 기판과의 열팽창 계수차에서 유래하는 열스트레스가 접속 부분에 집중되어 접속 신뢰성이 저하된다는 문제가 있다. 이러한 접속 신뢰성의 저하를 방지하기 위해, 일반적으로 칩과 기판과의 간극을 충전하는 언더필이 수지에 의해 형성된다. 언더필로의 분산에 의해 열스트레스가 완화되기 때문에, 접속 신뢰성을 향상시키는 것이 가능하다.
언더필을 형성하는 방법으로는, 일반적으로 칩과 기판을 접속한 후에 액상 수지를 칩과 기판과의 간극에 주입하는 방법이 알려져 있다(특허문헌 1 참조). 또한, 이방 도전성 접착 필름(이하 ACF라 칭함)이나, 비도전성 접착 필름(이하 NCF라 칭함) 등의 필름상 수지를 이용하여 칩과 기판을 접속하는 공정에서, 언더필 형성도 완료시키는 방법도 알려져 있다(특허문헌 2 참조).
한편, 최근에는 한층 더 고기능화, 고속 동작을 가능하게 하는 것으로서 칩 사이를 최단 거리로 접속하는 3차원 실장 기술인 실리콘 관통 전극(TSV: Through Silicon Via)이 주목받고 있다(비특허문헌 1 참조). 그 결과, 반도체 웨이퍼의 두께는 가능한 한 얇고, 또한 기계적 강도가 저하되지 않은 것이 요구되고 있다.
또한, 반도체 장치의 추가적인 박형화의 요구에 따라, 반도체 웨이퍼를 보다 얇게 하기 위해, 웨이퍼의 이면을 연삭하는, 이른바 백그라인드가 행해지고 있어, 반도체 장치의 제조 공정은 번잡해지고 있다. 따라서, 공정의 간략화에 적합한 방법으로서 백그라인드시에 반도체 웨이퍼를 유지하는 기능과 언더필 기능을 겸비하는 수지의 제안이 이루어져 있다(특허문헌 3, 4 참조).
일본 특허 공개 제2000-100862호 공보 일본 특허 공개 제2003-142529호 공보 일본 특허 공개 제2001-332520호 공보 일본 특허 공개 제2005-028734호 공보
OKI 테크니컬 리뷰 2007년 10월/제211호 VOL.74 No.3
그러나, 반도체 장치의 박막화에 따라, 접속부의 공극이나 단자간의 피치가 보다 한층 좁아지고 있다. 이 때문에, 접속시 필름상 수지의 유동 부족에 의한 계면에의 습윤 부족이나 필름상 수지의 발포에 의한 공극의 발생 등에 의해, 필름상 수지의 피치 사이에의 충전이 불충분해져, 접속 신뢰성을 저하시키는 경우가 있다. 따라서, 회로 부재의 접속에 이용되는 필름상 접착제에는, 접속 신뢰성을 확보한다는 점에서 압착시에 공극이 발생하기 어려워 우수한 매립성을 갖고 있거나, 경화 후의 접착력이 충분히 높은 것이 필요해지고 있다.
또한, 반도체칩의 전극 부분에 땜납 범프를 형성하고, 땜납 접합에 의해 직접 회로 기판에 반도체칩을 접속하는 페이스 다운 본딩 방식에서는, 양호한 전기적 접합을 얻기 위해서, 땜납 표면 및 접속 단자 부분의 금속 표면에 형성되는 산화 피막을 제거하는 것이 요구되고 있다. 그러나, 종래의 접착제에서는, 단시간의 가열로 땜납 접합을 행하는 경우, 땜납 표면 및 접속 단자 부분의 금속 표면의 산화막을 제거하기 위한 플럭스 활성이 얻어지지 않아, 땜납의 습윤이 불충분해지고, 접속 신뢰성을 저하시키는 경우가 있다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 필름상으로 했을 때의 매립성이 충분히 우수할 뿐 아니라, 접속 신뢰성이 우수한 반도체 장치의 제작을 가능하게 하는 접착제 조성물, 그것을 이용한 회로 부재 접속용 접착제 시트 및 반도체 장치의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 (A) 열가소성 수지와, (B) 열경화성 수지와, (C) 잠재성 경화제와, (D) 무기 충전재와, (E) 유기 미립자와, (F) 실온에서 고체이며, 최대 입경이 25 ㎛ 이하인 분체 화합물을 포함하고, (F) 성분은 카르복실기를 갖는 화합물, 메틸올기를 갖는 화합물 및 히드라지드 화합물로부터 선택되는 적어도 1종의 화합물인 접착제 조성물을 제공한다.
본 발명의 접착제 조성물에 따르면, 상기 (A), (B), (C), (D) 및 (E) 성분을 포함함으로써, 접속시 매립성이 우수하고, 공극의 발생을 충분히 감소시킬 수 있으며, (F) 성분이 더 배합됨으로써, 땜납 표면 및 접속 단자 부분의 금속 표면에 형성되는 산화 피막을 제거할 수 있어, 땜납 습윤성이 향상된 필름상 접착제를 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 접착제 조성물에 있어서, 내열성 및 접착성을 향상시키는 관점에서, (B) 성분이 에폭시 수지를 함유하는 것이 바람직하다.
본 발명의 접착제 조성물은, 서로 대향하여 땜납 접합되는 회로 전극을 갖는 회로 부재 사이에 개재시켜서, 회로 부재끼리를 접착하기 위해 사용할 수 있다. 이 경우, 회로 부재끼리 열압착함으로써, 공극 발생을 억제하면서 충분한 접착력으로 접착할 수 있고, 회로 전극끼리 양호하게 땜납 접합할 수 있다. 이에 따라, 접속 신뢰성이 우수한 접속체를 얻을 수 있다.
본 발명의 회로 부재 접속용 접착제 시트는, 지지 기재와, 상기 지지 기재 상에 설치되며 상기 본 발명의 접착제 조성물로 이루어지는 접착제층을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 지지 기재는, 플라스틱 필름과 상기 플라스틱 필름 상에 설치된 점착제층을 구비하고, 상기 접착제층이 점착제층 상에 설치되어 있는 것이 바람직하다. 이에 따라, 본 발명의 회로 부재 접속용 접착제 시트는, 반도체 웨이퍼의 백그라인드시에 반도체 웨이퍼를 안정적으로 유지할 수 있다.
또한, 본 발명의 회로 부재 접속용 접착제 시트는, 서로 대향하여 땜납 접합되는 회로 전극을 갖는 회로 부재 사이에 개재시켜서, 회로 부재끼리를 접착하기 위해서 사용할 수 있다. 이 경우, 회로 부재끼리 열압착함으로써, 공극 발생을 억제하면서 충분한 접착력으로 접착할 수 있고, 회로 전극끼리를 양호하게 땜납 접합할 수 있다. 이에 따라, 접속 신뢰성이 우수한 접속체를 얻을 수 있다.
본 발명은, 또한 주면의 한쪽에 복수의 회로 전극을 갖는 반도체 웨이퍼를 준비하고, 이 반도체 웨이퍼의 회로 전극이 설치되어 있는 측에, 본 발명의 접착제 조성물로 이루어지는 접착제층을 설치하는 공정과, 반도체 웨이퍼의 회로 전극이 설치되어 있는 측과는 반대측을 연삭하여 반도체 웨이퍼를 박화하는 공정과, 박화한 반도체 웨이퍼 및 접착제층을 다이싱하여 필름상 접착제 부착 반도체 소자에 개편화하는 공정과, 필름상 접착제 부착 반도체 소자의 회로 전극을 반도체 소자 탑재용 지지 부재의 회로 전극에 땜납 접합하는 공정을 구비하는 반도체 장치의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 필름상으로 했을 때의 매립성이 충분히 우수할 뿐 아니라, 접속 신뢰성이 우수한 반도체 장치의 제작을 가능하게 하는 접착제 조성물 및 그것을 이용한 회로 부재 접속용 접착제 시트를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법에 따르면, 접속 신뢰성이 우수한 반도체 장치를 제공할 수 있다.
[도 1] 본 발명에 관한 회로 부재 접속용 접착제 시트의 바람직한 한 실시 형태를 나타내는 모식 단면도이다.
[도 2] 본 발명에 관한 회로 부재 접속용 접착제 시트의 바람직한 한 실시 형태를 나타내는 모식 단면도이다.
[도 3] 본 발명에 관한 반도체 장치의 제조 방법의 한 실시 형태를 설명하기 위한 모식 단면도이다.
[도 4] 본 발명에 관한 반도체 장치의 제조 방법의 한 실시 형태를 설명하기 위한 모식 단면도이다.
[도 5] 본 발명에 관한 반도체 장치의 제조 방법의 한 실시 형태를 설명하기 위한 모식 단면도이다.
[도 6] 본 발명에 관한 반도체 장치의 제조 방법의 한 실시 형태를 설명하기 위한 모식 단면도이다.
[도 7] 본 발명에 관한 반도체 장치의 제조 방법의 한 실시 형태를 설명하기 위한 모식 단면도이다.
도 1은, 본 발명에 관한 회로 부재 접속용 접착제 시트의 바람직한 한 실시 형태를 나타내는 모식 단면도이다. 도 1에 나타내는 회로 부재 접속용 접착제 시트 (10)은, 지지 기재 (3)과, 상기 지지 기재 (3) 상에 설치되고, 본 발명의 접착제 조성물로 이루어지는 접착제층 (2)와, 접착제층 (2)를 피복하는 보호 필름 (1)을 구비하고 있다.
우선, 접착제층 (2)를 구성하는 본 발명의 접착제 조성물에 대해서 설명한다.
본 발명의 접착제 조성물은, (A) 열가소성 수지와, (B) 열경화성 수지와, (C) 잠재성 경화제와, (D) 무기 충전재와, (E) 유기 미립자와, (F) 실온에서 고체이며, 최대 입경이 25 ㎛ 이하인 분체 화합물을 포함한다.
(A) 열가소성 수지로는, 폴리에스테르 수지, 폴리에테르 수지, 폴리아미드 수지, 폴리아미드이미드 수지, 폴리이미드 수지, 폴리비닐부티랄 수지, 폴리비닐포르말 수지, 페녹시 수지, 폴리히드록시폴리에테르 수지, 아크릴 수지, 폴리스티렌 수지, 부타디엔 수지, 아크릴로니트릴?부타디엔 공중합체, 아크릴로니트릴?부타디엔?스티렌 수지, 스티렌?부타디엔 공중합체, 아크릴산 공중합체를 들 수 있다. 이들은 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
(A) 성분은, 접착제 조성물의 필름 형성성을 양호하게 할 수 있다. 필름 형성성이란, 접착제 조성물을 필름상으로 한 경우에, 쉽게 찢어지거나, 깨어지거나, 달라붙거나 하지 않는 기계 특성을 나타내는 것이다. 통상의 상태(예를 들면, 상온)에서 필름으로서의 취급이 용이하면, 필름 형성성이 양호하다고 할 수 있다. 상술한 열가소성 수지 중에서도, 내열성 및 기계 강도가 우수하기 때문에, 폴리이미드 수지나 페녹시 수지를 사용하는 것이 바람직하다.
(A) 성분의 배합량은, 수지 성분인 (A), (B) 및 (C) 성분의 합계 100 질량부에 대하여 10 내지 50 질량부인 것이 바람직하고, 15 내지 40 질량부인 것이 보다 바람직하고, 20 내지 35 질량부인 것이 더욱 바람직하다. (A) 성분의 배합량이 이 범위에 있으면, 접착제 조성물의 필름 형성성을 양호하게 하면서, 열압착시에 유동성을 나타내고, 범프와 회로 전극 사이의 수지 배제성을 양호하게 할 수 있다. (A) 성분의 배합량이 10 질량부 미만이면, 필름 형성성이 저하되거나, 지지 기재와 보호 필름의 옆으로 비어져 나오기도 하는 경향이 있다. 한편, (A) 성분의 배합량이 50 질량부를 초과하면, 열압착시 유동성이 저하되어, 범프와 전극 사이에서의 배제성이 저하되는 경향이 있다.
(A) 성분의 중량 평균 분자량은 2만 내지 80만인 것이 바람직하고, 3만 내지 50만인 것이 보다 바람직하고, 3.5만 내지 10만인 것이 더욱 바람직하고, 4만 내지 8만인 것이 특히 바람직하다. 중량 평균 분자량이 이 범위에 있으면, 시트상 또는 필름상으로 한 접착제층 (2)의 강도, 가요성을 양호하게 균형시키는 것이 용이해질 뿐 아니라, 접착제층 (2)의 플로우성이 양호해지기 때문에, 배선의 회로 충전성(매립성)을 충분히 확보할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 중량 평균 분자량이란, 겔투과 크로마토그래피로 측정하고, 표준 폴리스티렌 검량선을 이용하여 환산한 값을 나타낸다.
또한, 필름 형성성을 유지하면서 경화 전의 접착제층 (2)에 점접착성을 부여하는 관점에서, (A) 성분의 유리 전이 온도는 20 내지 170 ℃인 것이 바람직하고, 25 내지 120 ℃가 보다 바람직하다. (A) 성분의 유리 전이 온도가 20 ℃ 미만이면 실온에서의 필름 형성성이 저하되고, 백그라인드 공정에서의 반도체 웨이퍼의 가공 중에 접착제층 (2)가 변형되기 쉬워지는 경향이 있으며, 170 ℃를 초과하면 접착제층 (2)를 반도체 웨이퍼에 첩부할 때의 첩부 온도를 170 ℃보다도 고온으로 할 필요가 있기 때문에, (B) 성분의 열 경화 반응이 진행되고, 접착제층 (2)의 유동성이 저하되어 접속 불량이 발생하기 쉬워지는 경향이 있다.
(B) 열경화성 수지로는, 예를 들면 에폭시 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 멜라민 수지, 요소 수지, 디알릴프탈레이트 수지, 비스말레이미드 수지, 트리아진 수지, 폴리우레탄 수지, 페놀 수지, 시아노아크릴레이트 수지, 폴리이소시아네이트 수지, 푸란 수지, 레조르시놀 수지, 크실렌 수지, 벤조구아나민 수지, 실리콘 수지, 실록산 변성 에폭시 수지 및 실록산 변성 폴리아미드이미드 수지를 들 수 있다. 이들은 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 내열성 및 접착성을 향상시키는 관점에서, (B) 성분으로서, 에폭시 수지를 함유하는 것이 바람직하다.
상기 에폭시 수지로는, 경화하여 접착 작용을 갖는 것이면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 에폭시 수지 핸드북(신보 마사키편, 닛칸 고교 신문사) 등에 기재되는 에폭시 수지를 널리 사용할 수 있다. 구체적으로는, 예를 들면 비스페놀 A형 에폭시 등의 이관능 에폭시 수지, 페놀노볼락형 에폭시 수지나 크레졸노볼락형 에폭시 수지 등의 노볼락형 에폭시 수지, 트리스페놀메탄형 에폭시 수지를 사용할 수 있다. 또한, 다관능 에폭시 수지, 글리시딜아민형 에폭시 수지, 복소환 함유 에폭시 수지 또는 지환식 에폭시 수지 등, 일반적으로 알려져 있는 것을 적용할 수 있다.
(B) 성분의 배합량은, 경화 후 접착제의 내열성, 접착성을 유지하고, 고신뢰성을 발현시키기 위해, 수지 성분인 (A), (B) 및 (C) 성분의 합계 100 질량부에 대하여 5 내지 88 질량부인 것이 바람직하고, 20 내지 50 질량부인 것이 보다 바람직하고, 20 내지 40 질량부인 것이 더욱 바람직하다. (B) 성분의 배합량이 5 질량부 미만이면, 경화물의 응집력이 저하되고, 접속 신뢰성이 저하되기 쉬워진다. 한편, (B) 성분의 배합량이 88 질량부를 초과하면, 경화 전의 필름 상태에서의 저분자량 성분이 지나치게 많아져 필름상 형체를 유지하기 어려워진다.
(C) 잠재성 경화제로는, 예를 들면 페놀계, 이미다졸계, 히드라지드계, 티올계, 벤조옥사진, 삼불화붕소-아민 착체, 술포늄염, 아민이미드, 폴리아민의 염, 디시안디아미드 및 유기 과산화물계의 경화제를 들 수 있다. 그런데, 회로 부재 접속용 접착제 시트 (10)은, 반도체 웨이퍼에의 첩부, 반도체 웨이퍼의 연삭시 회로 전극의 보호, 반도체 웨이퍼의 다이싱, 및 얻어진 반도체 소자의 회로 전극에의 접합 등의 반도체 장치의 제조의 일련의 공정에 적용될 때, 장기간 상온 환경하에 노출됨과 동시에, 제조 공정에서의 열, 습도, 광 등에 영향을 받지 않고 회로 전극에의 접합시에 사용 가능한 특성을 유지할 필요가 있다. 이 점에 추가로, 사용 가능한 기간을 연장할 수 있다는 관점에서도, (C)의 잠재성 경화제는, 마이크로 캡슐형의 잠재성 경화제인 것이 바람직하다.
마이크로 캡슐형의 잠재성 경화제로는, 폴리우레탄, 폴리스티렌, 젤라틴 및 폴리이소시아네이트 등의 고분자 물질, 규산칼슘이나 제올라이트 등의 무기물, 또는 니켈이나 구리 등의 금속 박막의 피막에 의해 상기 경화제로 이루어지는 핵이 실질적으로 덮여 있는 것을 들 수 있다.
마이크로 캡슐형의 잠재성 경화제의 평균 입경은, 반응 개시점의 균일 분산과 필름의 평탄성 확보의 관점에서, 10 ㎛ 이하가 바람직하고, 5 ㎛ 이하가 보다 바람직하다. 또한, 평균 입경의 하한값은, 필름 형성시의 바니시에 사용되는 용매에 대한 내용제성 확보의 관점에서 1 ㎛ 이상인 것이 바람직하다.
(C) 성분의 배합량은, 수지 성분인 (A), (B) 및 (C) 성분의 합계 100 질량부에 대하여 2 내지 45 질량부인 것이 바람직하고, 10 내지 40 질량부인 것이 보다 바람직하고, 22 내지 40 질량부인 것이 더욱 바람직하다. (C) 성분의 배합량이 2 질량부 미만이면, 경화 반응이 진행되기 어려워지는 경향이 있다. 한편, (C) 성분의 배합량이 45 질량부를 초과하면, 접착제 조성물의 경화제의 비율이 너무 많아지기 때문에, 상대적으로 열경화성 수지의 비율이 적어져, 내열성이나 접착성 등의 특성을 저하시키는 경향이 있다.
접착제 조성물은 (D) 무기 충전재를 포함함으로써, 경화 후 접착제층 (2)의 흡습률 및 선팽창 계수를 감소시키고, 탄성률을 높게 할 수 있기 때문에, 제작되는 반도체 장치의 접속 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, (D) 성분으로는, 접착제층 (2)에 있어서의 가시광의 산란을 방지하여 가시광 투과율을 향상시키기 때문에, 가시광 투과율을 감소시키지 않는 무기 충전재를 선택할 수 있다. 가시광 투과율의 저하를 억제 가능한 (D) 성분으로서, 가시광의 파장보다도 미세한 입경을 갖는 무기 충전재를 선택하거나, 또는 수지 성분인 (A), (B) 및 (C) 성분으로 이루어지는 수지 조성물(이하, 경우에 따라 "수지 조성물"이라 함)의 굴절률에 근사한 굴절률을 갖는 무기 충전재를 선택하는 것이 바람직하다.
가시광의 파장보다도 미세한 입경을 갖는 무기 충전재로는, 투명성을 갖는 충전재이면 특히 충전재의 조성에 제한은 없으며, 평균 입경 0.3 ㎛ 미만인 것이 바람직하고, 0.1 ㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, 이러한 무기 충전재의 굴절률은 1.46 내지 1.7인 것이 바람직하다.
수지 조성물의 굴절률에 근사한 굴절률을 갖는 무기 충전재로는, (A), (B) 및 (C) 성분으로 이루어지는 수지제 조성물을 제작하여 굴절률을 측정한 후, 상기 굴절률에 근사한 굴절률을 갖는 무기 충전재를 선정할 수 있다. 상기 무기 충전재로서, 접착제층 (2)의 반도체칩과 회로 기판과의 공극에의 충전성의 관점 및 접속 공정에서의 공극의 발생을 억제하는 관점에서, 미세한 충전재를 이용하는 것이 바람직하다. 이러한 무기 충전재의 평균 입경은 0.01 내지 5 ㎛인 것이 바람직하고, 0.1 내지 2 ㎛인 것이 보다 바람직하고, 0.3 내지 1 ㎛인 것이 더욱 바람직하다. 평균 입경이 0.01 ㎛ 미만이면, 입자의 피표면적이 커져 접착제 조성물의 점도가 증가하여, 무기 충전재가 충전하기 어려워지는 경향이 있다.
수지 조성물의 굴절률에 근사한 굴절률을 갖는 무기 충전재의 굴절률은, 수지 조성물의 굴절률 ±0.06의 범위인 것이 바람직하다. 예를 들면, 수지 조성물의 굴절률이 1.60인 경우, 굴절률이 1.54 내지 1.66인 무기 충전재를 바람직하게 사용할 수 있다. 굴절률은, 아베 굴절계를 이용하여 나트륨 D선(589 nm)을 광원으로서 측정할 수 있다. 이러한 무기 충전재로는, 복합 산화물 충전재, 복합 수산화물 충전재, 황산바륨 및 점토 광물을 들 수 있으며, 구체적으로는 코디어라이트, 포르스라이트, 멀라이트, 황산바륨, 수산화마그네슘, 붕산알루미늄, 바륨 또는 실리카 티타니아를 사용할 수 있다.
또한, 상술한 2타입의 무기 충전재는 조합하여 이용할 수도 있다. 다만, 접착제 조성물의 점도 증가를 방해하지 않기 위해서는, 가시광의 파장보다도 미세한 입경을 갖는 무기 충전재의 첨가량을 (D) 성분을 기준으로 하여, 10 질량％ 미만으로 하는 것이 바람직하다.
또한, (D) 성분은 접착제층 (2)의 탄성률을 향상시키는 관점에서, 선팽창 계수가 0 내지 700 ℃의 온도 범위에서 7×10-6/℃ 이하인 것이 바람직하고, 3×10-6/℃ 이하인 것이 보다 바람직하다.
(D) 성분의 배합량은, 수지 성분인 (A), (B) 및 (C) 성분의 합계 100 질량부에 대하여, 25 내지 200 질량부인 것이 바람직하고, 50 내지 150 질량부인 것이 보다 바람직하고, 75 내지 125 질량부인 것이 더욱 바람직하다. (D) 성분의 배합량이 25 질량부 미만이면 접착제 조성물로부터 형성되는 접착제층 (2)의 선팽창 계수의 증대와 탄성률의 저하를 초래하기 쉬워진다. 이 때문에, 압착 후 반도체칩과 기판과의 접속 신뢰성이 저하되기 쉽고, 또한 접속시의 공극 억제 효과도 얻어지기 어려워진다. 한편, (D) 성분의 함유량이 200 질량부를 초과하면, 접착제 조성물의 용융 점도가 증가하고, 반도체칩과 접착제층 (2)의 계면 또는 회로 기판과 접착제층 (2)의 계면의 습윤성이 저하함으로써, 박리 또는 매립 부족에 의한 공극의 잔류가 발생하기 쉬워진다.
(E) 유기 미립자로는, 예를 들면 아크릴 수지, 실리콘 수지, 부타디엔 고무, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리비닐부티랄, 폴리아릴레이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 아크릴 고무, 폴리스티렌, NBR, SBR, 실리콘 변성 수지 등을 성분으로서 포함하는 공중합체를 들 수 있다. 유기 미립자로는, 접착제 조성물에의 분산성, 응력 완화성, 접착성 향상의 관점에서, 분자량이 100만 이상인 유기 미립자 또는 삼차원 가교 구조를 갖는 유기 미립자가 바람직하다. 이러한 유기 미립자로는, (메트)아크릴산알킬-부타디엔-스티렌 공중합체, (메트)아크릴산알킬-실리콘 공중합체, 실리콘-(메트)아크릴 공중합체 또는 복합체로부터 선택되는 1종 이상을 들 수 있다. 여기서 "분자량이 100만 이상인 유기 미립자 또는 삼차원 가교 구조를 갖는 유기 미립자"란, 초고분자량이기 때문에 용매에 대한 용해성이 부족하거나, 또는 삼차원 메쉬 구조를 갖고 있기 때문에 용매에 대한 용해성이 부족한 것이다. 또한, (E) 성분으로서, 코어셸형 구조를 가지며, 코어층과 셸층으로 조성이 상이한 유기 미립자를 이용할 수도 있다. 코어셸형의 유기 미립자로서, 구체적으로는 실리콘-아크릴 고무를 코어로서 아크릴 수지를 그래프트한 입자, 아크릴 공중합체에 아크릴 수지를 그래프트로 한 입자를 들 수 있다.
(E) 성분은 가교 구조를 갖거나, 초고분자량 수지이기 때문에, 유기 용제에 용해되지 않는다는 점에서, 입자 형상을 유지한 상태에서 접착제 조성물 중에 배합할 수 있다. 이 때문에, 경화 후 접착제층 (2) 중에 (E) 성분을 섬상으로 분산할 수 있고, 접속체의 강도를 높게 유지할 수 있다. (E) 성분은, 응력 완화성을 갖는 내충격 완화제로서의 기능을 갖는 것이다.
(E) 성분은 평균 입경이 0.1 내지 2 ㎛인 것이 바람직하다. (E) 성분의 평균 입경이 0.1 ㎛ 미만이면 접착제 조성물의 용융 점도가 증가하여, 접속시의 땜납 습윤성을 방해하는 경향이 있으며, 2 ㎛를 초과하면 용융 점도의 감소 효과가 줄어들어, 접속시에 공극 억제 효과가 얻어지기 어려운 경향이 있다.
(E) 성분의 배합량은, 접속시의 공극 억제와 접속 후의 응력 완화 효과를 접착제층 (2)에 부여하기 위해, (A), (B) 및 (C) 성분의 합계 100 질량부에 대하여, 5 내지 20 질량부인 것이 바람직하다. (E) 성분의 배합량이 5 질량부 미만이면 접속시의 공극을 억제하는 효과를 발휘하기 어려워질 뿐 아니라 응력 완화 효과도 발현되기 어려워지는 경향이 있고, 20 질량부를 초과하면 유동성이 낮아지기 때문에 땜납 습윤성이 저하되어 잔류 공극의 원인이 될 뿐 아니라 경화물의 탄성률이 지나치게 낮아져 접속 신뢰성이 저하되는 경향이 있다.
(F) 실온에서 고체이며, 최대 입경이 25 ㎛ 이하인 분체 화합물은, 카르복실기를 갖는 화합물, 메틸올기를 갖는 화합물 및 히드라지드 화합물로부터 선택되는 적어도 1종을 함유하는 화합물이다. (F) 성분은, 땜납 습윤성 개질제로서의 기능을 갖는다(이하, (F) 성분을 "땜납 습윤성 개질제"라 함). 즉, (F) 성분은, 땜납의 융점보다도 낮은 온도에 융점을 갖고, 용융한 후에 땜납 표면 및 회로 전극 등의 금속 표면의 산화물을 제거함으로써, 접착제층 (2)의 땜납 습윤성을 개선할 수 있다. (F) 성분으로서, 예를 들면 아세틸살리실산, 벤조산, 벤질산, 아디프산, 아젤라산, 벤질벤조산, 말론산, 2,2-비스(히드록시메틸)프로피온산, 살리실산, m-히드록시벤조산, 숙신산, 2,6-디메톡시메틸파라크레졸, 벤조산히드라지드, 카르보히드라지드, 말론산디히드라지드, 숙신산디히드라지드, 글루타르산디히드라지드, 살리실산히드라지드, 이미노디아세트산디히드라지드, 이타콘산디히드라지드, 시트르산트리히드라지드, 티오카르보히드라지드, 벤조페논히드라존, 4,4'-옥시비스벤젠술포닐히드라지드 및 아디프산디히드라지드를 들 수 있다. 그러나, 실온에서 고체이고, 카르복실기를 갖는 화합물, 메틸올기를 갖는 화합물 또는 히드라지드 화합물이면, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 접착제층 (2)에의 분산성을 향상시키는 관점에서, 이들 화합물을 유발로 으깨어 미분화한 후, 적어도 25 ㎛의 필터로 입경이 큰 것을 제거하여 사용하는 것이 바람직하다. (F) 성분의 최대 입경은 20 ㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, (F) 성분의 최소 입경은 0.01 ㎛ 정도이다.
(F) 성분의 융점은 100 ℃ 이상인 것이 바람직하고, 130 내지 200 ℃인 것이 보다 바람직하고, 140 내지 180 ℃인 것이 더욱 바람직하다. (F) 성분의 융점이 100 ℃ 미만이면, 필름 형성시의 건조 온도에서 분체가 용해되고, 열 경화성 성분과 반응하여 보존성이 손상되는 경향이 있다.
(F) 성분의 배합량은, 접착제 조성물 100 질량부에 대하여, 1 내지 20 질량부인 것이 바람직하고, 1 내지 10 질량부인 것이 보다 바람직하다. (F) 성분의 배합량이 1 질량부 미만이면 땜납 습윤성을 개선하는 효과가 충분하지 않으며, 20 질량부를 초과하여 배합하여도 땜납 습윤성 개선 효과는 포화되기 때문에 과잉 성분이 된다.
접착제 조성물에는, 무기 충전재의 표면을 개질하여 이종 재료 간의 계면 결합을 향상시켜 접착 강도를 증대시키기 위해서, 각종 커플링제를 첨가할 수도 있다. 커플링제로는, 예를 들면 실란계, 티탄계 및 알루미늄계의 커플링제를 들 수 있고, 그 중에서도 효과가 높다는 점에서 실란계 커플링제가 바람직하다.
실란계 커플링제로는, 예를 들면 γ-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, γ-메타크릴옥시프로필메틸디메톡시실란, γ-머캅토프로필트리메톡시실란, γ-머캅토프로필트리에톡시실란, 3-아미노프로필메틸디에톡시실란, 3-우레이도프로필트리에톡시실란, 3-우레이도프로필트리메톡시실란을 들 수 있다. 이들은 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
접착제 조성물에는, 이온성 불순물을 흡착하여 흡습시의 절연 신뢰성을 향상시키기 위해서, 이온 포착제를 첨가할 수도 있다. 이러한 이온 포착제로는 특별히 제한은 없다. 예를 들면, 트리아진티올 화합물, 비스페놀계 환원제 등의 구리가 이온화하여 용출하는 것을 방지하기 위해, 동해 방지제(copper inhibitor)로서 알려진 화합물, 지르코늄계, 안티몬 비스무트계 마그네슘 알루미늄 화합물 등의 무기 이온 흡착제를 들 수 있다.
접착제 조성물은, 반도체칩과 회로 기판을 접속한 후의 온도 변화나 가열 흡습에 의한 팽창 등을 억제하고, 고접속 신뢰성을 달성하기 위해, 경화 후 접착제층 (2)의 40 내지 100 ℃에서의 선팽창 계수가 60×10-6/℃ 이하인 것이 바람직하고, 55×10-6/℃ 이하인 것이 보다 바람직하고, 50×10-6/℃ 이하인 것이 더욱 바람직하다. 경화 후 접착제층 (2)의 선팽창 계수가 60×10-6/℃를 초과하면, 실장 후의 온도 변화나 가열 흡습에 의한 팽창에 의해서 반도체칩의 접속 단자와 회로 기판의 배선 사이에서의 전기적 접속을 유지할 수 없게 되는 경우가 있다. 또한, 회로 부재 접속용 접착제 시트 (10)은, 접착제층 (2)를 구성하는 접착제 조성물에 도전 입자를 함유시켜 이방 도전성 접착 필름(ACF)으로 할 수 있지만, 도전 입자를 함유시키지 않고 비도전성 접착 필름(NCF)으로 하는 것이 바람직하다.
접착제 조성물로부터 형성되는 접착제층 (2)는, 250 ℃ 10 초간 가열한 후, 시차 주사 열량 측정(이하, "DSC"라 함)에서 측정되는 반응률이 60 ％ 이상인 것이 바람직하고, 70 ％ 이상인 것이 보다 바람직하다. 또한, 회로 부재 접속용 조성물 시트를 실온에서 14일간 보관한 후, DSC에서 측정되는 접착제층 (2)의 반응률이 10 ％ 미만인 것이 바람직하다. 이에 따라, 본 발명의 접착제 조성물을 이용함으로써, 접속시 반응성이 충분히 우수하며, 보존 안정성도 우수한 필름상 접착제를 얻을 수 있다.
접착제층 (2)는 미경화시 가시광 투과율이 5 ％ 이상인 것이 바람직하고, 가시광 투과율이 8 ％ 이상인 것이 보다 바람직하고, 가시광 투과율이 10 ％ 이상인 것이 더욱 바람직하다. 가시광 투과율이 5 ％ 미만이면 플립 칩 본더에서의 인식 마크 식별이 불가능하여, 위치 정렬 작업이 불가능해지는 경향이 있다. 한편, 가시광 투과율의 상한에 관해서는 특별히 제한은 없다.
가시광 투과율은, 히다치 제조 U-3310형 분광 광도계를 이용하여 측정할 수 있다. 예를 들면, 막 두께 50 ㎛의 데이진 듀퐁 제조 PET 필름(퓨렉스, 555 nm에서의 투과율 86.03 ％)을 기준 물질로서 베이스 라인 보정 측정을 행한 후, PET 필름에 25 ㎛의 두께로 접착제층 (2)를 형성한 후, 400 내지 800 nm의 가시광 영역의 투과율을 측정한다. 플립 칩 본더에서 사용되는 할로겐 광원과 라이트 가이드의 파장 상대 강도에 있어서 550 내지 600 nm가 가장 강하기 때문에, 본 명세서에서는 555 nm에서의 투과율을 이용하여 접착제층 (2)의 투과율의 비교를 행하였다.
접착제층 (2)는, 상술한 본 발명에 관한 접착제 조성물을 용제에 용해 또는 분산시켜 바니시로 하고, 이 바니시를 보호 필름(이하, 경우에 따라 "제1 필름"이라 함) (1) 상에 도포하고, 가열에 의해 용제를 제거함으로써 형성할 수 있다. 그 후, 접착제층 (2)에 지지 기재 (3)을 상온 내지 60 ℃에서 적층하여, 본 발명의 회로 부재 접속용 접착제 시트 (10)을 얻을 수 있다. 또한, 접착제층 (2)는, 상기 바니시를 지지 기재 (3) 상에 도포하고, 가열에 의해 용제를 제거함으로써 형성할 수도 있다.
이용하는 용제는 특별히 한정되지 않지만, 접착제층 형성시의 휘발성 등을 비점으로부터 고려하여 결정하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 예를 들면 메탄올, 에탄올, 2-메톡시에탄올, 2-에톡시에탄올, 2-부톡시에탄올, 메틸에틸케톤, 아세톤, 메틸이소부틸케톤, 톨루엔, 크실렌 등의 비교적 저비점의 용매는 접착제층 형성시에 접착제층의 경화가 진행되기 어렵다는 점에서 바람직하다. 이들 용매는 1종을 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
보호 필름 (1)로는, 예를 들면 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리테트라플루오로에틸렌 필름, 폴리에틸렌 필름, 폴리프로필렌 필름, 폴리메틸펜텐 필름 등의 플라스틱 필름을 사용할 수 있다. 박리성의 관점에서, 보호 필름 (1)로서, 폴리테트라플루오로에틸렌 필름과 같은 불소 수지로 이루어지는 표면 에너지가 낮은 필름을 이용하는 것도 바람직하다.
보호 필름 (1)의 박리성을 향상시키기 위해서, 보호 필름 (1)의 접착제층 (2)를 형성하는 면을 실리콘계 박리제, 불소계 박리제, 장쇄 알킬아크릴레이트계 박리제 등의 이형제로 처리하는 것이 바람직하다. 시판되고 있는 것으로서, 예를 들면 데이진 듀퐁 필름사 제조의 "A-63"(이형 처리제: 변성 실리콘계)이나, "A-31"(이형 처리제: Pt계 실리콘계)을 입수할 수 있다.
보호 필름 (1)은, 두께가 10 내지 100 ㎛인 것이 바람직하고, 10 내지 75 ㎛인 것이 보다 바람직하고, 25 내지 50 ㎛인 것이 특히 바람직하다. 이 두께가 10 ㎛ 미만이면 도공시에 보호 필름이 찢어지는 경향이 있고, 100 ㎛를 초과하면 염가성(廉價性)이 떨어지는 경향이 있다.
상기 바니시를 보호 필름 (1)(또는 지지 기재 (3)) 상에 도포하는 방법으로는, 나이프 코팅법, 롤 코팅법, 스프레이 코팅법, 그라비아 코팅법, 바 코팅법, 커튼 코팅법 등, 일반적으로 주지된 방법을 들 수 있다.
접착제층 (2)의 두께는 특별히 제한은 없지만 5 내지 200 ㎛가 바람직하고, 7 내지 150 ㎛인 것이 보다 바람직하고, 10 내지 100 ㎛인 것이 더욱 바람직하다. 두께가 5 ㎛보다 작으면, 충분한 접착력을 확보하는 것이 곤란해져, 회로 기판의 볼록 전극을 매립할 수 없게 되는 경향이 있고, 200 ㎛보다 두꺼우면 비경제적일 뿐 아니라, 반도체 장치의 소형화의 요구에 응하는 것이 곤란해진다.
지지 기재 (3)으로는, 예를 들면 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름, 폴리테트라플루오로에틸렌 필름, 폴리에틸렌 필름, 폴리프로필렌 필름, 폴리메틸펜텐 필름, 폴리비닐아세테이트 필름, 폴리염화비닐 필름, 폴리이미드 필름 등의 플라스틱 필름을 들 수 있다. 또한, 지지 기재 (3)은 상기한 재료로부터 선택되는 2종 이상이 혼합된 것, 또는 상기한 필름이 복층화된 것일 수도 있다.
지지 기재 (3)의 두께는 특별히 제한은 없지만, 5 내지 250 ㎛가 바람직하다. 두께가 5 ㎛보다 얇으면, 반도체 웨이퍼의 연삭(백그라인드)시에 지지 기재가 끊어질 가능성이 있고, 250 ㎛보다 두꺼우면 경제적이지 않기 때문에 바람직하지 않다.
지지 기재 (3)은 광 투과성이 높은 것이 바람직하고, 구체적으로는 500 내지 800 nm의 파장 영역에서의 최소 광투과율이 10 ％ 이상인 것이 바람직하다.
또한, 지지 기재 (3)으로서 상기 플라스틱 필름(이하, 경우에 따라 "제2 필름"이라 함) 상에 점착제층이 적층된 것을 사용할 수 있다.
도 2는, 본 발명에 관한 회로 부재 접속용 접착제 시트의 바람직한 한 실시 형태를 나타내는 모식 단면도이다. 도 2에 나타내는 회로 부재 접속용 접착제 시트 (11)은, 플라스틱 필름 (3b)와 상기 플라스틱 필름 (3b) 상에 설치된 점착제층 (3a)를 갖는 지지 기재 (3)과, 상기 점착제층 (3a) 상에 설치되며 본 발명의 접착제 조성물로 이루어지는 접착제층 (2)와, 접착제층 (2)를 피복하는 보호 필름 (1)을 구비하고 있다.
제2 필름 (3b)와 점착제층 (3a)와의 밀착성을 향상시키기 위해서, 제2 필름의 표면에는 크롬산 처리, 오존 폭로, 화염 폭로, 고압 전격 폭로, 이온화 방사선 처리 등의 화학적 또는 물리적 처리를 실시할 수도 있다.
점착제층 (3a)는 실온에서 점착력이 있고, 피착체에 대한 필요한 밀착력을 갖는 것이 바람직하고, 방사선 등의 고에너지선이나 열에 의해 경화하는(즉, 점착력을 저하시키는) 특성을 구비하는 것이 바람직하다. 점착제층 (3a)는, 예를 들면 아크릴계 수지, 각종 합성 고무, 천연 고무, 폴리이미드 수지를 이용하여 형성할 수 있다. 점착제층 (3a)의 두께는, 통상 5 내지 20 ㎛ 정도이다.
상술한 회로 부재 접속용 접착제 시트 (10 및 11)은, 서로 대향하여 땜납 접합되는 회로 전극을 갖는 회로 부재와 반도체 소자 사이 또는 반도체 소자끼리 사이에 개재시켜서, 회로 부재와 반도체 소자 또는 반도체 소자끼리를 접착하기 위해서 사용할 수 있다. 이 경우, 회로 부재와 반도체 소자 또는 반도체 소자끼리를 열압착함으로써, 공극 발생을 억제하면서 충분한 접착력으로 접착할 수 있으며, 회로 전극끼리를 양호하게 땜납 접합할 수 있다. 이에 따라, 접속 신뢰성이 우수한 접속체를 얻을 수 있다. 또한, 회로 부재 접속용 접착제 시트 (10 및 11)은, 실리콘 관통 전극을 이용한 적층 기술에 있어서의 접착제로서 이용하는 것도 가능하다.
다음으로, 회로 부재 접속용 접착제 시트 (10)을 이용하여 반도체 장치를 제조하는 방법에 대해서 설명한다.
도 3 내지 도 7은, 본 발명에 관한 반도체 장치의 제조 방법의 바람직한 한 실시 형태를 설명하기 위한 모식 단면도이다. 본 실시 형태의 반도체 장치의 제조 방법은,
(a) 주면의 한쪽에 복수의 회로 전극을 갖는 반도체 웨이퍼를 준비하고, 이 반도체 웨이퍼의 회로 전극이 설치되어 있는 측에 본 발명의 접착제 조성물로 이루어지는 접착제층을 설치하는 공정과,
(b) 반도체 웨이퍼의 회로 전극이 설치되어 있는 측과는 반대측을 연삭하여 반도체 웨이퍼를 박화하는 공정과,
(c) 박화한 반도체 웨이퍼 및 접착제층을 다이싱하여 필름상 접착제 부착 반도체 소자에 개편화하는 공정과,
(d) 필름상 접착제 부착 반도체 소자의 회로 전극을 반도체 소자 탑재용 지지 부재의 회로 전극에 땜납 접합하는 공정
을 구비한다.
본 실시 형태에서의 (a) 공정에서는, 상술한 회로 부재 접속용 접착제 시트 (10)의 접착제층 (2)를 반도체 웨이퍼의 회로 전극이 설치되어 있는 측에 첩부함으로써 접착제층이 설치된다. 또한, 본 실시 형태에서의 (d) 공정에서는 가열에 의해 땜납 접합이 행해짐과 동시에, 반도체 소자와 반도체 소자 탑재용 지지 부재 사이에 개재하는 필름상 접착제의 경화도 행해진다. 이하, 도면을 참조하면서, 각 공정에 대해서 설명한다.
(a) 공정
우선, 회로 부재 접속용 접착제 시트 (10)을 소정의 장치에 배치하고, 보호 필름 (1)을 박리한다. 이어서, 주면의 한쪽에 복수의 회로 전극 (20)을 갖는 반도체 웨이퍼 (A)를 준비하고, 반도체 웨이퍼 (A)의 회로 전극이 설치되어 있는 측에 접착제층 (2)를 첩부하여, 지지 기재 (3)/접착제층 (2)/반도체 웨이퍼 (A)가 적층된 적층체를 얻는다(도 3을 참조). 회로 전극 (20)에는, 땜납 접합용 땜납이 도포된 범프가 설치되어 있다. 또한, 반도체 소자 탑재용 지지 부재의 회로 전극에 땜납을 설치할 수도 있다.
상기 (a) 공정에서, 지지 기재 (3)/접착제층 (2)/반도체 웨이퍼 (A)가 적층된 적층체를 얻는 방법으로는, 시판되고 있는 필름 첩부 장치 또는 라미네이터를 사용할 수 있다. 반도체 웨이퍼 (A)에 공극의 권입없이 접착제층 (2)를 첩부하기 위해, 첩부 장치에는 가열 기구 및 가압 기구가 구비되어 있는 것이 바람직하고, 진공 흡인 기구가 구비되어 있는 것이 보다 바람직하다. 또한 회로 부재 접속용 접착제 시트 (10)의 형상은 첩부 장치에서 작업할 수 있는 형상이면 되고, 롤상 또는 시트상일 수도 있으며, 반도체 웨이퍼 (A)의 외형에 맞춰 가공된 것일 수도 있다.
반도체 웨이퍼 (A)와 접착제층 (2)와의 라미네이트는 접착제층 (2)가 연화하는 온도에서 행하는 것이 바람직하다. 라미네이트 온도는 40 내지 80 ℃가 바람직하고, 50 내지 80 ℃가 보다 바람직하고, 60 내지 80 ℃가 더욱 바람직하다. 접착제층 (2)가 연화하는 온도 미만에서 라미네이트하는 경우, 반도체 웨이퍼 (A)가 돌출된 회로 전극 (20) 주변으로의 매립 부족이 발생하여, 공극이 권입된 상태가 된다. 이 경우, 다이싱시의 접착제층의 박리, 픽업시의 접착제층의 변형, 위치 정렬시의 인식 마크 식별 불량, 나아가서는 공극에 의한 접속 신뢰성의 저하가 발생하기 쉬워진다.
(b) 공정
다음으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 반도체 웨이퍼 (A)의 회로 전극 (20)이 설치되어 있는 측과는 반대측을 그라인더 (4)에 의해 연삭하여, 반도체 웨이퍼를 박화한다. 반도체 웨이퍼의 두께는, 예를 들면 10 내지 300 ㎛로 할 수 있다. 반도체 장치의 소형화, 박형화의 관점에서, 반도체 웨이퍼의 두께를 20 내지 100 ㎛로 하는 것이 바람직하다.
(b) 공정에서, 반도체 웨이퍼 (A)의 연삭은 일반적인 백그라인드(B/G) 장치를 이용하여 행할 수 있다. B/G 공정에서 반도체 웨이퍼 (A)를 두께 불균일 없이 균일하게 연삭하기 위해서는, (a) 공정에서 접착제층 (2)를 공극의 권입없이 균일하게 첩부하는 것이 바람직하다.
(c) 공정
다음으로, 도 5(a)에 도시된 바와 같이, 적층체의 반도체 웨이퍼 (A)에 다이싱 테이프 (5)를 첩부하고, 이것을 소정의 장치에 배치하여 지지 기재 (3)을 박리한다. 이 때, 지지 기재 (3)이 점착제층 (3a)를 구비하고 있으며, 점착제층 (3a)가 방사선 경화성인 경우에는, 지지 기재 (3)측으로부터 방사선을 조사함으로써 점착제층 (3a)를 경화시켜 접착제층 (2)와 지지 기재 (3) 사이의 접착력을 저하시킬 수 있다. 여기서 사용되는 방사선으로는, 예를 들면 자외선, 전자선, 적외선 등을 들 수 있다. 이에 따라 지지 기재 (3)을 용이하게 박리할 수 있다. 지지 기재 (3)의 박리 후, 도 5(b)에 도시된 바와 같이, 반도체 웨이퍼 (A) 및 접착제층 (2)를 다이싱소(dicing saw) (6)에 의해 다이싱한다. 이와 같이 하여, 반도체 웨이퍼 (A)는 복수의 반도체 소자 (A')으로 분할되고, 접착제층 (2)는 복수의 필름상 접착제 (2a)로 분할된다.
다음으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 다이싱 테이프 (5)를 익스팬딩(확장)함으로써, 상기 다이싱에 의해 얻어진 각 반도체 소자 (A')을 서로 이격시키면서, 다이싱 테이프 (5)측으로부터 니들로 밀어 올린 반도체 소자 (A') 및 필름상 접착제 (2a)를 포함하는 필름상 접착제 부착 반도체 소자 (12)를 흡인 콜릿 (7)로 흡인하여 픽업한다. 필름상 접착제 부착 반도체 소자 (12)는, 트레이 포장하여 회수할 수도 있고, 그대로 플립 칩 본더로 회로 기판에 실장할 수도 있다.
(c) 공정에서, 연삭된 반도체 웨이퍼 (A)에 다이싱 테이프 (5)를 접합하는 작업은, 일반적인 웨이퍼 마운터를 사용하여 다이싱 프레임에의 고정과 동일한 공정에서 실시할 수 있다. 다이싱 테이프 (5)는 시판되고 있는 다이싱 테이프를 적용할 수 있으며, UV 경화형일 수도 있고, 감압형일 수도 있다.
(d) 공정
다음으로, 도 7에 도시된 바와 같이, 필름상 접착제 (2a)가 부착된 반도체 소자 (A')의 회로 전극 (20)과, 반도체 소자 탑재용 지지 부재 (8)의 회로 전극 (22)를 위치 정렬하고, 필름상 접착제 부착 반도체 소자 (12)와 반도체 소자 탑재용 지지 부재 (8)을 열압착한다. 이 열압착에 의해, 회로 전극 (20)과 회로 전극 (22)가 땜납 접합에 의해 전기적 또한 기계적으로 접속됨과 동시에, 반도체 소자 (A')과 반도체 소자 탑재용 지지 부재 (8) 사이에 필름상 접착제 (2a)의 경화물이 형성된다.
열압착시의 온도는, 땜납 접합의 관점에서 200 ℃ 이상인 것이 바람직하고, 220 내지 260 ℃인 것이 보다 바람직하다. 열압착 시간은 1 내지 20 초간으로 할 수 있다. 열압착의 압력은 0.1 내지 5 MPa로 할 수 있다.
플립 칩 본더를 이용한 회로 기판에의 실장에서는, 반도체칩의 회로면에 형성된 얼라인먼트 마크를 반도체칩의 회로면에 형성된 필름상 접착제층 (2a)를 투과하여 확인하고, 회로 기판에 대한 탑재 위치를 확인하여 실시할 수 있다.
이상의 공정을 거쳐 반도체 장치 (30)이 얻어진다. 본 발명에 관한 접착제 조성물로 이루어지는 필름상 접착제는, 매립성 및 경화 후의 접착력이 우수할 뿐 아니라, 단시간의 땜납 접합에 있어서도 땜납 표면에 형성되는 산화 피막을 제거할 수 있어 땜납 습윤성을 향상시킬 수 있다. 이 때문에, 반도체 장치 (30)은, 공극의 발생이 충분히 억제되어, 회로 전극끼리 양호하게 땜납 접합되고, 반도체 소자 (A')과 반도체 소자 탑재용 지지 부재가 충분한 접착력으로 접착되어, 내리플로우 균열성이나 접속 신뢰성이 우수한 것이 될 수 있다.
[실시예]
이하, 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 단, 본 발명이 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.
(지지 기재의 준비)
우선, 주단량체로서 2-에틸헥실아크릴레이트와 메틸메타크릴레이트를 이용하여, 관능기 단량체로서 히드록시에틸아크릴레이트와 아크릴산을 이용한 용액 중합법에 의해 아크릴 공중합체를 합성하였다. 얻어진 아크릴 공중합체의 중량 평균 분자량은 40만, 유리 전이점은 -38 ℃였다. 이 아크릴 공중합체 100 질량부에 대하여, 다관능 이소시아네이트 가교제(닛본 폴리우레탄 고교 가부시끼가이샤 제조, 상품명 "콜로네이트 HL") 10 질량부를 배합하여 점착제 조성물 용액을 제조하였다.
얻어진 점착제 조성물 용액을 폴리올레핀 필름(오까모또 가부시끼가이샤 제조, 상품명 "WNH-2110", 두께: 100 ㎛) 상에 건조시의 점착제층의 두께가 10 ㎛가 되도록 도포하여 건조하였다. 또한, 제2 필름인 실리콘계 이형제로 표면 처리한 2축 연신 폴리에스테르 필름(데이진 듀퐁 필름사 제조, 상품명 "A3170", 두께: 25 ㎛)을 점착제층면에 라미네이트하였다. 이 점착제층 부착 적층체를 실온에서 1주간 방치하여 충분히 에이징을 행한 후, 폴리올레핀 필름을 박리한 것을 지지 기재로서 사용하였다.
(실시예 1)
<접착제 조성물의 제조>
"ZX1356-2"(도토 가세이 가부시끼가이샤 제조 상품명, 페녹시 수지) 100 질량부, "1032H60"(재팬 에폭시 레진 가부시끼가이샤 제조 상품명, 에폭시 수지) 100 질량부, "에피코트 828"(재팬 에폭시 레진사 제조 상품명, 액상 에폭시 수지) 60 질량부 및 "HX3941HP"(아사히 가세이 일렉트로닉스 가부시끼가이샤 제조 상품명, 마이크로 캡슐형 잠재성 경화제) 140 질량부를 톨루엔과 아세트산에틸과의 혼합 용매 중에 용해시켰다. 이 용액에 "KW-4426"(미츠비시 레이온 가부시끼가이샤 제조 상품명, 코어셸 타입의 유기 미립자) 40 질량부, 5 ㎛의 분급 처리를 행한 평균 입경 1 ㎛ 코디어라이트 입자(2MgO?2Al2O3?5SiO2, 비중 2.4, 선팽창 계수: 1.5×10-6/℃, 굴절률: 1.57) 400 질량부, 10 ㎛의 분급 처리를 행한 "ADH"(오오쓰카 가가꾸사 제조 상품명, 아디프산디히드라지드) 40 질량부를 분산시켜 접착제 바니시를 얻었다.
<회로 부재 접속용 접착제 시트의 제작>
얻어진 접착제 바니시를, 제1 필름인 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름(데이진 듀퐁 필름사 제조, 상품명 "AH-3", 두께: 50 ㎛) 상에 롤 코터를 이용하여 도포하고, 70 ℃의 오븐에서 10 분간 건조시켜 두께 25 ㎛의 접착제층을 형성하였다. 다음으로, 접착제층과 상기 지지 기재에서의 점착제층면을 상온에서 접합시켜, 회로 부재 접속용 접착제 시트를 얻었다.
(실시예 2)
접착제 바니시의 제조에 있어서의 "KW-4426" 대신에 "EXL2655"(롬 앤 하스사 제조 상품명)를 배합한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 회로 부재 접속용 접착제 시트를 얻었다.
(실시예 3)
접착제 바니시의 제조에 있어서의 "ADH" 대신에 "2,2-비스(히드록시메틸)프로피온산"(도쿄 가세이 고교사 제조, 이하 "BHPA"라 함)에 배합한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 회로 부재 접속용 접착제 시트를 얻었다.
(실시예 4)
접착제 바니시의 제조에 있어서의 "KW-4426" 대신에 "EXL2655"를, "ADH" 대신에 "BHPA"를 각각 배합한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 회로 부재 접속용 접착제 시트를 얻었다.
(실시예 5)
접착제 바니시의 제조에 있어서의 "ADH" 대신에 "2,6-디메톡시메틸파라크레졸"(아사히 유끼자이사 제조 상품명, "26DMPC")에 배합한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 회로 부재 접속용 접착제 시트를 얻었다.
(실시예 6)
접착제 바니시의 제조에 있어서의 "KW-4426" 대신에 "EXL2655"를 배합하고, "ADH" 대신에 "26DMPC"를 배합한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 회로 부재 접속용 접착제 시트를 얻었다.
(비교예 1)
접착제 바니시의 제조에 있어서의 "ADH"를 배합하지 않은 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 회로 부재 접속용 접착제 시트를 얻었다.
(비교예 2)
접착제 바니시의 제조에 있어서의 "KW-4426" 대신에 "EXL2655"를 배합하고, "ADH"를 배합하지 않은 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 회로 부재 접속용 접착제 시트를 얻었다.
[접착제층의 평가]
(선팽창 계수 측정)
실시예 및 비교예에서 얻어진 회로 부재 접속용 접착제 시트를 180 ℃로 설정한 오븐에 3 시간 동안 방치하여, 가열 경화 처리를 행하였다. 가열 경화 후 접착제층을 지지 기재로부터 박리하고, 30 mm×2 mm 크기의 시험편을 제작하였다. 세이코 인스트루먼츠사 제조 "TMA/SS6100"(상품명)을 이용하여, 상기 시험편을 처크간 20 mm가 되도록 장치 내에 부착하고, 측정 온도 범위: 20 내지 300 ℃, 승온 속도: 5 ℃/분, 하중 조건: 시험편의 단면적에 대하여 0.5 MPa 압력이 되는 조건으로 인장 시험 모드로 열기계 분석을 행하여 선팽창 계수를 측정하였다.
(반응률 측정)
실시예 및 비교예에서 얻어진 회로 부재 접속용 접착제 시트에서의 접착제층을 알루미늄제 측정 용기에 2 내지 10 mg 칭량투입하고, 퍼킨 엘마사 제조 DSC(Differential Scaning Calorimeter) "Pylis1"(상품명)을 이용하여, 승온 속도 20 ℃/분으로 30 내지 300 ℃까지 승온하여 발열량을 측정하여, 이를 초기 발열량으로 하였다. 이어서, 열압착 장치의 가열 헤드를 세퍼레이터에 끼운 열전대로 온도 확인을 행하여 10 초 후에 250 ℃에 도달하는 온도로 설정하였다. 이 가열 헤드 설정으로 회로 부재 접속용 접착제 시트를 세퍼레이터에 끼워 20 초간 가열하여, 열압착시와 동등한 가열 처리가 실시된 상태의 접착제층을 얻었다. 가열 처리 후의 접착제층에 대해서도 마찬가지로 발열량을 측정하여, 이를 가열 후의 발열량으로 하였다. 또한, 회로 부재 접속용 접착제 시트를 실온(20 내지 25 ℃)에서 14일간 보관한 후의 접착제층에 대해서도 마찬가지로 발열량을 측정하여, 이를 보관 후의 발열량으로 하였다. 얻어진 발열량으로부터 다음 식으로 반응률(％)을 산출하였다.
반응률(％)=(초기 발열량-가열 후의 발열량 또는 보관 후의 발열량)/(초기 발열량)×100
<반도체 장치의 제작 및 평가>
상기에서 얻어진 회로 부재 접속용 접착제 시트를 이용하고, 하기의 절차에 따라 반도체 장치를 제작하여 평가하였다. 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
(반도체 웨이퍼에의 첩부)
JCM 제조의 다이어 터치 필름 마운터의 80 ℃로 가열된 흡착 스테이지 상에, 금도금 범프가 형성된 반도체 웨이퍼(6인치 직경, 두께 725 ㎛)를 범프측을 위로 향하게 하여 올려놓았다. 회로 부재 접속용 접착제 시트를 200 mm×200 mm로 절단하여 보호 필름인 제1 필름을 제외한 접착제층을 반도체 웨이퍼의 범프측으로 향하게 하고, 에어를 권입하지 않도록 반도체 웨이퍼의 끝으로부터 다이어 터치 마운터의 첩부 롤러로 압박하여 라미네이트하였다. 라미네이트 후, 웨이퍼의 외형을 따라 접착제의 비어져 나오는 부분을 절단하였다.
(반도체 웨이퍼 이면의 백그라인드 및 지지 기재의 박리)
상기 회로 부재 접속용 접착제 시트와 반도체 웨이퍼(두께 625 ㎛)와의 적층체를 가부시끼가이샤 디스코 제조 백그라인드 장치로 두께가 150 ㎛가 될 때까지 반도체 웨이퍼의 이면을 백그라인드하였다. 그 후, 백그라인드한 반도체 웨이퍼를 위로 향하게 한 상태에서 JCM 제조의 다이어 터치 필름 마운터의 흡착 스테이지에 설치하고, 실온으로 다이싱 프레임과 동시에 아데카 제조 다이싱 테이프 "AD80H"를 첩부하였다. 이어서, 지지 기재 상에 니토 덴꼬 제조 백그라인드 테이프 박리 테이프를 첩부하고, 180도 필 박리로 지지 기재만을 박리하였다.
(다이싱)
상술한 다이싱 프레임에 고정된 접착제층 부착 반도체 웨이퍼를 가부시끼가이샤 디스코 제조 풀오토매틱 다이싱소 "DFD6361"로 10 mm×10 mm로 다이싱하였다. 다이싱 후 세정하고, 수분을 비산한 후, 다이싱 테이프측으로부터 UV 조사를 행한 후, 개편화된 접착제 부착 반도체칩을 픽업하였다.
(압착)
접착제 부착 반도체칩을, 범프에 대향하는 위치에 SnAgCu를 구성 성분으로 하는 땜납이 형성된 회로를 갖는 유리 에폭시 기판에, 마쓰시타 덴끼 산교 제조 플립 칩 본더 "FCB3"으로 위치 정렬을 행한 후, 250 ℃, 0.5 MPa로 10 초간 열압착하여 반도체 장치를 얻었다.
상술한 바와 같이 하여 제작한 반도체 장치에서의 필름상 접착제의 매립성 및 접속 저항을 평가하였다. 이어서, 제작한 반도체 장치를 85 ℃, 60 ％RH의 항온 항습기에 168 시간 동안 방치하여 흡습시키고, 260 ℃로 설정한 리플로우로에 3회 폭로하였다. 폭로 후, 접속 저항 및 접속 부분의 계면 상태를 확인하였다.
<압착 후의 매립성>
접착제층의 첩부 상태를 히다치 겐끼 제조 초음파 탐상 장치(SAT)로 시찰하고, 하기의 기준에 기초하여 평가하였다.
A: 박리, 공극이 관찰되지 않음
B: 박리, 공극이 관찰됨
<리플로우 후의 접속성>
접착제층의 리플로우 후의 접속 상태를 히다치 겐끼 제조 초음파 탐상 장치(SAT)로 시찰하고, 하기의 기준에 기초하여 평가하였다.
A: 박리가 관찰되지 않음
B: 박리가 관찰됨
<접속 저항>
제작한 반도체 장치에 대하여, 압착 후의 접속 저항 및 리플로우 후의 접속 저항을 디지털 멀티미터(어드밴티스트사 제조, 상품명)를 이용하여 측정하고, 하기의 기준에 기초하여 평가하였다.
(압착 후의 접속 저항)
A: 시험에 적용한 실장 TEG의 전체 단자(176 단자) 연결에서의 저항값이 7 내지 10 Ω
B: 전체 단자 연결에서의 저항이 얻어지지 않거나 또는 전체 단자 연결에서의 저항값이 10 Ω보다도 큼
(리플로우 후의 접속 저항)
A: 압착 후의 접속 저항값에 대하여 20 ％ 이내의 저항 상승
B: 압착 후의 접속 저항값에 대하여 20 ％를 초과하는 저항 상승
<온도 사이클 시험>
상기 리플로우 후의 반도체 장치를 -55 ℃에서 30 분간 및 125 ℃에서 30 분간을 1 사이클로 하는 온도 사이클 시험에 투입하고, 시험기 내에서의 접속 저항이 유지되는지의 여부를 평가하였다. 통전 가능하던 사이클수를 표 1에 나타내었다.
Figure pct00001
표 1에 나타낸 바와 같이, 실시예 1 내지 6에서 얻어진 회로 부재 접속용 접착제 시트를 이용한 경우, 공극 발생이 없고, 리플로우 후에도 양호한 접속성을 나타내며, 온도 사이클 시험에서 1000 사이클 이상 도통 가능하였다. 이에 대하여, 비교예 1, 2에서 얻어진 회로 부재 접속용 접착제 시트를 이용한 경우, 공극 발생이 없어, 리플로우 후에도 양호한 접속성을 나타내지만, 온도 사이클 시험 300 사이클에서 접속 불량이 발생하여, 땜납 습윤성이 불충분하기 때문에 땜납 접합이 불충분해져 접속 신뢰성이 떨어지는 것이 확인되었다.
1… 보호 필름, 2… 접착제층, 3… 지지 기재, 3a… 점착제층, 3b… 플라스틱 필름, 4… 그라인더, 5… 다이싱 테이프, 6… 다이싱소, 7… 흡인 콜릿, 8… 반도체 소자 탑재용 지지 부재, 10… 회로 부재 접속용 접착제 시트, 11… 회로 부재 접속용 접착제 시트, 12… 필름상 접착제 부착 반도체 소자, 20… 회로 전극, 30… 반도체 장치, A… 반도체 웨이퍼

Claims (7)

  1. (A) 열가소성 수지와,
    (B) 열경화성 수지와,
    (C) 잠재성 경화제와,
    (D) 무기 충전재와,
    (E) 유기 미립자와,
    (F) 실온에서 고체이며, 최대 입경이 25 ㎛ 이하인 분체 화합물
    을 포함하고,
    상기 (F) 성분은, 카르복실기를 갖는 화합물, 메틸올기를 갖는 화합물 및 히드라지드 화합물로부터 선택되는 적어도 1종의 화합물인 접착제 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 (B) 성분이 에폭시 수지를 함유하는, 접착제 조성물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 서로 대향하여 땜납 접합되는 회로 전극을 갖는 회로 부재 사이에 개재시켜서, 상기 회로 부재끼리를 접착하기 위해서 이용되는 접착제 조성물.
  4. 지지 기재와, 상기 지지 기재 상에 설치되며 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 접착제 조성물로 이루어지는 접착제층을 구비하는, 회로 부재 접속용 접착제 시트.
  5. 제4항에 있어서, 상기 지지 기재가 플라스틱 필름과 상기 플라스틱 필름 상에 설치된 점착제층을 구비하고, 상기 접착제층이 상기 점착제층 상에 설치되어 있는 회로 부재 접속용 접착제 시트.
  6. 제5항에 있어서, 서로 대향하여 땜납 접합되는 회로 전극을 갖는 회로 부재 사이에 개재시켜서, 상기 회로 부재끼리를 접착하기 위해서 이용되는 회로 부재 접속용 접착제 시트.
  7. 주면의 한쪽에 복수의 회로 전극을 갖는 반도체 웨이퍼를 준비하고, 이 반도체 웨이퍼의 상기 회로 전극이 설치되어 있는 측에, 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 접착제 조성물로 이루어지는 접착제층을 설치하는 공정과,
    상기 반도체 웨이퍼의 상기 회로 전극이 설치되어 있는 측과는 반대측을 연삭하여 상기 반도체 웨이퍼를 박화하는 공정과,
    상기 박화한 반도체 웨이퍼 및 상기 접착제층을 다이싱하여 필름상 접착제 부착 반도체 소자에 개편화하는 공정과,
    상기 필름상 접착제 부착 반도체 소자의 상기 회로 전극을 반도체 소자 탑재용 지지 부재의 회로 전극에 땜납 접합하는 공정
    을 구비하는 반도체 장치의 제조 방법.
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