CN116195040A - 制造半导体装置的方法及膜状黏合剂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种制造半导体装置的方法，其中，带黏合剂的电路部件通过包括如下步骤的方法来准备：通过将具有半导体芯片或半导体晶圆和膜状黏合剂的层叠体加热至60～100℃并且加压30秒～10分钟，从而贴附于主面。膜状黏合剂在80℃下受到5分钟的热处理时，膜状黏合剂的80℃下的熔融粘度在热处理前为4000Pa·s以上且10000Pa·s以下，在热处理后为11000Pa·s以下。

Description

制造半导体装置的方法及膜状黏合剂
技术领域
本公开涉及一种制造半导体装置的方法及膜状黏合剂。
背景技术
有时采用在半导体芯片或配线电路基板上形成被称作凸块(bump)的导电性突起并将半导体芯片与配线电路基板直接连接的倒装晶片连接方式(FC连接方式)。例如，在半导体芯片与配线电路基板之间的连接中，盛行用于BGA(Ball Grid Array：球栅阵列)、CSP(Chip Size Package：芯片尺寸封装)等的COB(Chip On Board：板上芯片)型的连接方式为FC连接方式。FC连接方式还广泛用于在半导体芯片上形成凸块或配线并在半导体芯片之间连接的COC(Chip On Chip：芯片上芯片)型连接方式。从提高生产性的观点而言，在晶圆上连接半导体芯片并在之后单片化来制作半导体封装件的COW(Chip On Wafer：晶片上芯片)、将晶圆彼此压接并在之后单片化来制作半导体封装件的WOW(Wafer On Wafer：晶片堆叠)也受到关注。
以往技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-294382号公报
发明内容
发明要解决的技术课题
本公开涉及一种方法，其在通过包括如下步骤的方法来制造半导体装置时，抑制孔隙残存于由膜状黏合剂形成的黏合剂层内：将设置于具有连接部的半导体芯片与具有连接部的其他电路部件之间并用于密封连接部的膜状黏合剂贴附于半导体芯片或半导体晶圆。
用于解决技术课题的手段
本公开的一侧面提供一种制造半导体装置的方法，其具备：准备带黏合剂的电路部件的工序，所述带黏合剂的电路部件具有第一电路部件以及膜状黏合剂，所述第一电路部件具有第一主体部及设置于该第一主体部的一个主面上的第一连接部，所述膜状黏合剂贴附于所述第一主体部的所述第一连接部侧的主面；及在具有第二主体部及设置于该第二主体部的主面上的第二连接部的第二电路部件上，以所述膜状黏合剂位于所述第二电路部件侧的朝向重叠所述带黏合剂的电路部件，并通过对具有所述第一电路部件、所述膜状黏合剂及所述第二电路部件的层叠体进行加热及加压来形成接合体的工序，所述接合体具有所述第一电路部件、经固化的所述膜状黏合剂即黏合剂层及所述第二电路部件，所述第一连接部与所述第二连接部接合，所述第一连接部及所述第二连接部由所述黏合剂层密封。
所述第一电路部件为半导体芯片或半导体晶圆，所述第二电路部件为配线电路基板、半导体芯片或半导体晶圆。所述带黏合剂的电路部件通过包括如下步骤的方法来准备：通过将具有具备主体部及设置于该主体部的一个主面上的所述第一连接部的半导体芯片或半导体晶圆和层叠于所述主体部的设置有所述第一连接部的主面上的所述膜状黏合剂的层叠体加热至60～100℃并且加压30秒～10分钟，从而将所述膜状黏合剂贴附于所述主体部的设置有所述第一连接部的主面。
所述膜状黏合剂含有环氧树脂、固化剂及助熔剂。所述膜状黏合剂在80℃下受到5分钟的热处理时，所述膜状黏合剂的80℃下的熔融粘度在所述热处理前为4000Pa·s以上且10000Pa·s以下，在所述热处理后为11000Pa·s以下。
本公开的另一侧面提供一种用于制造半导体装置的方法的膜状黏合剂，所述方法具备：准备带黏合剂的电路部件的工序，所述带黏合剂的电路部件具有第一电路部件以及膜状黏合剂，所述第一电路部件具有第一主体部及设置于该第一主体部的一个主面上的第一连接部，所述膜状黏合剂贴附于所述第一主体部的所述第一连接部侧的主面；及在具有第二主体部及设置于该第二主体部的主面上的第二连接部的第二电路部件上，以所述膜状黏合剂位于所述第二电路部件侧的朝向重叠所述带黏合剂的电路部件，并通过对具有所述第一电路部件、所述膜状黏合剂及所述第二电路部件的层叠体进行加热及加压来形成接合体的工序，所述接合体具有所述第一电路部件、经固化的所述膜状黏合剂即黏合剂层及所述第二电路部件，所述第一连接部与所述第二连接部接合，所述第一连接部及所述第二连接部由所述黏合剂层密封，所述第一电路部件为半导体芯片或半导体晶圆，所述第二电路部件为配线电路基板、半导体芯片或半导体晶圆。换言之，本公开的另一侧面提供一种该膜状黏合剂在用于通过上述方法制造半导体装置的应用或使用。
该膜状黏合剂含有环氧树脂、固化剂及助熔剂。该膜状黏合剂在80℃下受到5分钟的热处理时，该膜状黏合剂的80℃下的熔融粘度在所述热处理前为4000Pa·s以上且10000Pa·s以下，在所述热处理后为11000Pa·s以下。
发明效果
根据本公开的一侧面，提供一种方法，其在通过包括如下步骤的方法来制造半导体装置时，抑制孔隙残存于由膜状黏合剂形成的黏合剂层内：将设置于具有连接部的半导体芯片与具有连接部的其他电路部件之间并用于密封连接部的膜状黏合剂贴附于半导体芯片或半导体晶圆。
附图说明
图1是表示制造半导体装置的方法的一例的示意剖视图。
图2是表示半导体装置的一例的示意剖视图。
图3是表示半导体装置的一例的示意剖视图。
图4是表示半导体装置的一例的示意剖视图。
具体实施方式
本发明并不限定于以下说明的例子。在附图中，有时对相同或相当部分标注相同符号，并省略重复说明。只要没有特别指定，则上下左右等位置关系基于图式所示的位置关系。附图的尺寸比率并不限于图示的比率。
半导体装置的制造方法
图1是示意性地表示制造半导体装置的方法的一例的工序剖视图。
首先，如图1的(a)所示，准备具有第一主体部10A和设置于第一主体部10A的主面10S上的第一连接部10B的第一电路部件10，该第一主体部10A具有基板1及设置于基板1上的配线3。第一电路部件10可以为半导体芯片或半导体晶圆。在图1的例子中，第一连接部10B为焊球凸块。
基板1为半导体基板，可以为含有由硅、锗等相同种类的元素构成的元素半导体或砷化镓、磷化铟等化合物半导体的基板。
如图1的(b)所示，通过在第一主体部10A的第一连接部10B侧的主面10S上贴附膜状黏合剂40来形成带黏合剂的电路部件15。膜状黏合剂40例如通过将具有第一电路部件10和层叠于主面10S上的膜状黏合剂40的层叠体加热至60～100℃并且加压30秒～10分钟，从而贴附于第一主体部10A的第一连接部10B侧的主面10S，该第一电路部件10为具有第一主体部10A及设置于第一主体部10A的一个主面10S上的第一连接部10B的半导体芯片或半导体晶圆。膜状黏合剂40例如能够通过加热压制、辊式层压机或真空层压机贴附于主面10S。被供给的膜状黏合剂40的面积及膜状黏合剂40的厚度根据第一电路部件10的尺寸及第一连接部10B的高度等适当设定。
用于将膜状黏合剂40贴附于第一主体部10A的加热温度可以为60～90℃。用于将膜状黏合剂40贴附于第一主体部10A的加压时间可以为1分钟以上，且可以为9分钟以下、8分钟以下、7分钟以下、6分钟以下或5分钟以下。根据包含这些加热温度及加压时间的贴附条件，使用显示出后述的熔融粘度的膜状黏合剂40，能够使伴随贴附的孔隙难以产生，并且抑制膜状黏合剂40的固化反应的进行。用于将膜状黏合剂40贴附于第一主体部10A的加压的压力例如可以为0.01～1.0MPa。
当第一电路部件10为半导体芯片时，可以通过包括如下步骤的方法来形成具备具有单片化的第一主体部10A的半导体芯片(第一电路部件10)及膜状黏合剂40的带黏合剂的电路部件15：将具有具备主体部及设置于主体部的一个主面上的第一连接部10B的半导体晶圆和层叠于主体部的设置有第一连接部10B的主面上的膜状黏合剂40的层叠体加热至60～100℃并且加压30秒～10分钟，从而将膜状黏合剂40贴附于主体部的设置有第一连接部10B的主面；及将半导体晶圆的主体部与膜状黏合剂40一同切割。或者，可以在通过切割而单片化的半导体芯片上贴附膜状黏合剂40。
接着，于具有第二主体部20A及设置于第二主体部20A的主面上的第二连接部20B的第二电路部件20上，以膜状黏合剂40位于第二电路部件20侧的朝向重叠带黏合剂的电路部件15，并通过对具有第一电路部件10、膜状黏合剂40及第二电路部件20的层叠体进行加热及加压，来形成具有第一电路部件10、黏合剂层40a及第二电路部件20的接合体即半导体装置101。黏合剂层40a为经固化的膜状黏合剂。在半导体装置101中，第一连接部10B和第二连接部20B以电连接的方式金属接合。第一连接部10B及第二连接部20B由黏合剂层40a密封。换言之，通过作为膜状黏合剂的固化物的黏合剂层40a来填充第一电路部件10与第二电路部件20之间的空隙。
第二电路部件20可以为配线电路基板、半导体芯片或半导体晶圆。
当第二电路部件20为配线电路基板时，第二主体部20A例如可以为含有玻璃环氧树脂、聚酰亚胺、聚酯、陶瓷、环氧树脂、双马来酰亚胺三嗪等作为主要成分的绝缘基板。第二连接部20B可以为通过蚀刻去除金属膜的一部分而形成的配线。
第一连接部10B及第二连接部20B之类的连接部例如可以为含有选自金、银、铜、焊料、镍、锡及铅中的一种以上的金属的金属层。焊料的主成分例如可以为锡-银、锡-铅、锡-铋、锡-铜或锡-银-铜。构成连接部的金属可以为金、银、铜或焊料，也可以为银、铜或焊料，也可以为铜或焊料，也可以为焊料。连接部可以为通过镀敷而形成的金属层。连接部可以为单层，也可以包含多个金属层。
用于形成接合体的加压的荷载考虑第一连接部10B的数量及高度的偏差、由加压引起的第一连接部10B及第二连接部20B的变形量来设定。用于形成接合体的加热温度设定为由第一连接部10B和第二连接部20B形成金属接合的温度，该温度通常为第一连接部10B的熔点以上。例如，当第一连接部10B为焊球凸块时，加热温度可以为230℃以上或240℃以上，且可以为300℃以下。
例如，当第一连接部10B的表面由焊料形成时，用于形成接合体的加热及加压的时间可以为20秒以下、10秒以下或5秒以下。当第一连接部10B与第二连接部20B的连接为铜-铜或铜-金的金属连接时，加热及加压的时间可以为60秒以下。加热及加压的时间通常为1秒以上。
用于形成接合体的加热温度可以高于膜状黏合剂的反应开始温度。通过在用于形成接合体的加热及加压期间促进膜状黏合剂的固化，在孔隙抑制及连接性的观点上可获得更进一步优异的效果。
所形成的接合体可以在烘箱等中进一步进行加热。通过该加热，能够进一步提高连接可靠性及绝缘可靠性。为此目的的加热的温度及时间设定为使膜状黏合剂的固化充分进行。
为了形成接合体，可以利用气压对层叠体进行加压。当利用压接机形成接合体时，压接机的热难以传达到溢出于连接部的侧面的黏合剂(内圆角(fillet))，因此为了使黏合剂的固化充分进行，有时需要对接合体进一步进行加热。通过将接合体利用气压进行加压并且加热，从而能够更进一步有效地抑制孔隙的残存。当如后述那样经过临时压接体形成接合体时，基于气压的加压在能够对多个临时压接体统括进行加热及加压的观点上也有利。基于气压的加压从抑制内圆角的观点而言也优异。抑制内圆角对于半导体装置的小型化及高密度化的倾向而言是非常重要的。用于加压的气压例如可以超过大气压且1MPa以下或0.05～0.5MPa。
作为用于基于气压的加压的装置的例子，可以举出加压回流炉及加压烘箱。用于加压的氛围并不受特别限制，例如可以为包含空气、氮、甲酸等的氛围。
利用压接机形成的接合体可以利用气压进行加压并且进一步加热。为此目的的加热温度可以高于第一连接部10B的熔点或第二连接部20B的熔点中至少一侧的温度。
形成接合体的工序可以包括：通过将具有第一电路部件10、膜状黏合剂40及第二电路部件20的层叠体加热至低于第一连接部10B的熔点及第二连接部20B的熔点的温度并且进行加压，从而形成临时压接体；及通过将临时压接体加热至高于第一连接部10B的熔点或第二连接部20B的熔点中至少一侧的温度的温度并且进行加压，从而形成接合体。
在临时压接工序中，例如拾取具有在切割带上单片化的半导体芯片的带黏合剂的电路部件，使其吸附于压接机的压接工具，并临时压接于第二电路部件。在临时压接体中，对置的第一连接部10B与第二连接部20B可以接触。若在临时压接后连接部彼此接触，则在用于形成接合体的压接中容易形成连接部彼此的金属结合，并且具有膜状黏合剂40的咬入少的倾向。用于临时压接的荷载例如在每一个第一连接部10B中可以为0.009～0.2N。若压力在该范围内，则可尤其有效地抑制孔隙的残存。用于临时压接的加压时间例如可以为5秒以下、3秒以下或2秒以下。
为了在形成临时压接体之后进行用于形成接合体的加热及加压，可以使用倒装芯片接合器等压接机。也可以使用与为了形成临时压接体而使用的压接机不同的压接机。用于形成接合体的加压的荷载例如在每一个第一连接部10B中可以为0.009～0.2N。
当如TSV结构的半导体装置那样多个半导体芯片立体地层叠时，可以一片一片地堆叠多个半导体芯片而临时压接，其后，通过对层叠的多个半导体芯片统括进行加热及加压来形成接合体。
＜半导体装置＞
图2、图3及图4是表示能够通过例示的上述方法制造的半导体装置的另一例的示意剖视图。
图2所示的半导体装置102(接合体)与图1的半导体装置101的不同点在于，第一连接部10B为印刷凸块。图3所示的半导体装置103与图1的半导体装置101的不同点在于，第二电路部件20为配线电路基板，其第二主体部20A具有设置于基板1上的阻焊剂7。
图4所示的半导体装置200为采用了TSV(Through-Silicon Via：硅穿孔)技术的半导体装置的一例。半导体装置200具备电路部件21以及依次层叠于电路部件21上的第1层的电路部件11、第2层的电路部件12及第3层的电路部件13，该电路部件21具有中介层(interposer)及形成于其一个主面上的配线。第二主体部21A为中介层，第二连接部21B为设置于中介层上的配线。电路部件11、12及13分别为具有主体部10A以及连接部10B的半导体芯片，该主体部10A具有基板1、贯通基板1的贯通电极5及设置于贯通电极5上的配线3，该连接部10B设置于主体部10A的一个主面上。通过电路部件21的连接部21B(配线)与作为第1层的半导体芯片的电路部件11的连接部连接，第1层的半导体芯片(电路部件11)与电路部件21被倒装芯片连接。在第1层的半导体芯片(电路部件11)与中介层(主体部21A)之间的空隙中填充有经固化的膜状黏合剂即黏合剂层40a。第1层的半导体芯片(电路部件11)与第2层的半导体芯片(电路部件12)经由连接部连接。第2层的半导体芯片(电路部件12)与第3层的半导体芯片(电路部件13)经由连接部连接。设置于各个半导体芯片的表面和背面的配线3通过贯通基板1的贯通电极5相互连接。贯通电极5的材质例如可以为铜或铝。在半导体芯片彼此之间的间隙中填充有经固化的膜状黏合剂即黏合剂层40a。这种层叠有多个半导体芯片的半导体装置例如能够通过包括如下步骤的方法来制造：将第1层的半导体芯片用作第一电路部件，将具有中介层的电路部件用作第二电路部件，通过上述例的方法来形成接合体；及将两个半导体芯片用作第一电路部件或第二电路部件，通过上述例的方法来形成接合体。
＜膜状黏合剂＞
膜状黏合剂的一例含有环氧树脂、固化剂及助熔剂。该膜状黏合剂能够用作上述例的膜状黏合剂40。
膜状黏合剂在80℃下受到5分钟的热处理时，膜状黏合剂的80℃下的熔融粘度在热处理前为4000Pa·s以上且10000Pa·s以下，在热处理后为11000Pa·s以下。
此处的熔融粘度为，将厚度400±50μm的膜状黏合剂的试验片夹在直径8mm的圆形的平行板之间，以频率10Hz赋予1％的应变并且以10℃/分钟的升温速度从35℃升温至150℃的同时，测量熔融粘度(复态黏度)，通过从表示所获得的熔融粘度与温度的关系的图表读取80℃下的熔融粘度的方法来测量的值。试验片可以为由两片以上的膜状黏合剂形成的层叠体。
若在80℃下5分钟的热处理前的膜状黏合剂的80℃下的熔融粘度为4000Pa·s以上且10000Pa·s以下，则在膜状黏合剂的贴附工序中，膜状黏合剂能够埋入包含连接部的凹凸表面，由此可抑制孔隙的残存。
若在80℃下5分钟的热处理后的膜状黏合剂的80℃下的熔融粘度为11000Pa·s以下，则受到用于贴附的热履历之后的膜状黏合剂维持适度的流动性，由此，能够抑制用于形成接合体的加热及加压工序中的孔隙的残存。从相同的观点而言，在80℃下5分钟的热处理后的膜状黏合剂的80℃下的熔融粘度可以为10500Pa·s以下，且可以为4000Pa·s以上或5000Pa·s以上。
膜状黏合剂在80℃下5分钟的热处理后的80℃下的熔融粘度相对于膜状黏合剂在80℃下5分钟的热处理前的80℃下的熔融粘度的增加率可以为50％以下。通过由热处理引起的熔融粘度的增加率小，能够更进一步明显地抑制用于形成接合体的加热及加压工序中的孔隙的残存。80℃下的熔融粘度的增加率也可以为1％以上或5％以上。当膜状压敏胶黏剂的80℃下的熔融粘度在热处理前为η0且热处理后为η1时，80℃下的熔融粘度的增加率由下述式算出。
熔融粘度的增加率＝{(η1-η0)/η0}×100
在80℃下5分钟的热处理后的膜状黏合剂的固化反应率可以为1％以下。由此，能够更进一步明显地抑制用于形成接合体的加热及加压工序中的孔隙的残存。若固化反应率为1％以下，则80℃的熔融粘度的增加率容易成为50％以下。固化反应率可以为0％以上或0.1％以上。
此处的固化反应率为，当热处理前的膜状黏合剂中的由固化反应产生的发热量为ΔH1(J/g)且热处理后的膜状黏合剂中的由固化反应产生的发热量为ΔH2(J/g)时，由下述式：
固化反应率(％)＝{(ΔH1-ΔH2)/ΔH1}×100
算出的值。ΔH1及ΔH2通过升温速度20℃/分钟、温度范围30～300℃的条件的差示扫描热量测量来求出。测量氛围可以为空气或氮。ΔH2使用如下膜状黏合剂的样品来测量，该膜状黏合剂使用真空层压机在80℃下施加5分钟0.5MPa的压力并且进行了热处理。样品的量例如可以为10mg左右。
膜状黏合剂中所含的环氧树脂例如选自双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、萘型环氧树脂、苯酚酚醛清漆型环氧树脂、甲酚酚醛清漆型环氧树脂、苯酚芳烷基型环氧树脂、联苯型环氧树脂、三苯基甲烷型环氧树脂、二环戊二烯型环氧树脂及各种多官能环氧树脂。这些可以单独使用或者将两种以上组合使用。环氧树脂的重均分子量通常小于10000。
环氧树脂的含量以膜状黏合剂的整体质量为基准，例如可以为5～75质量％、10～50质量％或15～35质量％。
膜状黏合剂中所含的固化剂例如包括选自咪唑系固化剂、酚醛树脂系固化剂、酸酐系固化剂、胺系固化剂及膦系固化剂中的至少一种。咪唑系固化剂、酚醛树脂系固化剂、酸酐系固化剂及胺系固化剂显示出抑制在连接部产生氧化膜的助熔活性，能够有助于提高连接可靠性及绝缘可靠性。根据固化剂的种类及含量，能够控制在80℃下5分钟的热处理后的膜状黏合剂的80℃下的熔融粘度及固化反应率和由热处理引起的熔融粘度的增加率。
作为咪唑系固化剂的例子，可以举出2-苯基咪唑、2-苯基-4-甲基咪唑、1-苄基-2-甲基咪唑、1-苄基-2-苯基咪唑、1-氰基乙基-2-十一烷基咪唑、1-氰基-2-苯基咪唑、1-氰基乙基-2-十一烷基咪唑偏苯三酸盐、1-氰基乙基-2-苯基咪唑鎓偏苯三酸盐、2,4-二氨基-6-[2’-甲基咪唑基-(1’)]-乙基-s-三嗪、2,4-二氨基-6-[2’-十一烷基咪唑基-(1’)]-乙基-s-三嗪、2,4-二氨基-6-[2’-乙基-4’-甲基咪唑基-(1’)]-乙基-s-三嗪、2,4-二氨基-6-[2’-甲基咪唑基-(1’)]-乙基-s-三嗪异三聚氰酸加成物、2-苯基咪唑异三聚氰酸加成物、2-苯基-4,5-二羟基甲基咪唑、2-苯基-4-甲基-5-羟基甲基咪唑、及环氧树脂与咪唑化合物的加成物。若咪唑系固化剂为2,4-二氨基-6-[2’-甲基咪唑基-(1’)]-乙基-s-三嗪异三聚氰酸、2-苯基-4,5-二羟基甲基咪唑或这些的组合，则可容易适度抑制由热处理引起的膜状黏合剂的熔融粘度的增加。咪唑系固化剂也可以为经微胶囊化的潜在性固化剂。
若咪唑系固化剂的含量少，则容易适度抑制由热处理引起的膜状黏合剂的熔融粘度的增加。因此，例如，咪唑系固化剂的含量相对于环氧树脂的含量100质量份，可以为5质量份以下或4质量份以下，且可以为1质量份以上。也可以将咪唑系固化剂与酚醛树脂系固化剂、酸酐系固化剂或胺系固化剂组合。
酚醛树脂系固化剂为具有两个以上的酚性羟基的化合物，作为其例子，可以举出苯酚酚醛清漆树脂、甲酚酚醛清漆树脂、苯酚芳烷基树脂、甲酚萘酚甲醛缩聚物、三苯基甲烷型多官能酚树脂及各种多官能酚树脂。这些可以单独使用或者将两种以上组合使用。
从良好的固化性、黏合性及保存稳定性的观点而言，酚醛树脂系固化剂相对于环氧树脂的当量比(酚性羟基/环氧基、摩尔比)可以为0.3～1.5、0.4～1.0或0.5～1.0。若当量比为0.3以上，则具有固化性提高且黏合力提高的倾向。若当量比为1.5以下，则具有未反应的酚性羟基不会过度残存，吸水率被抑制为较低，绝缘可靠性提高的倾向。
作为酸酐系固化剂的例子，可以举出甲基环己烷四羧酸二酐、偏苯三酸酐、均苯四酸酐、二苯甲酮四羧酸二酐及乙二醇双偏苯三酸酐。这些可以单独使用或者将两种以上组合使用。
从良好的固化性、黏合性及保存稳定性的观点而言，酸酐系固化剂相对于环氧树脂的当量比(酸酐基/环氧基、摩尔比)可以为0.3～1.5、0.4～1.0或0.5～1.0。若当量比为0.3以上，则具有固化性提高且黏合力提高的倾向。若当量比为1.5以下，则具有未反应的酸酐不会过度残存，吸水率被抑制为较低，绝缘可靠性提高的倾向。
作为胺系固化剂，例如可以使用二氰二胺。
从良好的固化性、黏合性及保存稳定性的观点而言，胺系固化剂相对于环氧树脂的当量比(胺/环氧基、摩尔比)可以为0.3～1.5、0.4～1.0或0.5～1.0。若当量比为0.3以上，则具有固化性提高且黏合力提高的倾向。若当量比为1.5以下，则具有未反应的胺不会过度残存，绝缘可靠性提高的倾向。
作为膦系固化剂的例子，可以举出三苯基膦、四苯基鏻四苯基硼酸盐、四苯基鏻四(4-甲基苯基)硼酸盐及四苯基鏻(4-氟苯基)硼酸盐。
膦系固化剂的含量相对于环氧树脂100质量份，可以为0.1～10质量份或0.1～5质量份。若膦系固化剂的含量为0.1质量份以上，则具有固化性提高的倾向。若膦系固化剂的含量为10质量份以下，则在形成金属接合之前黏合剂难以固化，具有不易产生连接不良的倾向。也可以将膦系固化剂与酚醛树脂系固化剂、酸酐系固化剂或胺系固化剂组合。
膜状黏合剂中所含的助熔剂例如可以为具有式(1)所表示的基的化合物单独一种或为两种以上的组合。
Figure BDA0004113545110000111
式(1)中，R1表示给电子基团。作为给电子基团的例子，可以举出烷基、羟基、氨基、烷氧基及烷基氨基。给电子基团可以为烷基、羟基或烷氧基，也可以为烷基。
烷基可以为碳原子数1～10的烷基或碳原子数1～5的烷基。烷基可以为直链状或支链状，也可以为直链状。当烷基为直链状时，从立体阻碍(steric hindrance)的观点而言，烷基的碳原子数可以为含有羧酸的主链的碳原子数以下。
烷氧基可以为碳原子数1～10的烷氧基或碳原子数1～5的烷氧基。烷氧基的烷基部分可以为直链状或支链状，也可以为直链状。当烷氧基的烷基部分为直链状时，从立体阻碍的观点而言，其碳原子数可以为含有羧酸的主链的碳原子数以下。
烷基氨基可以为单烷基氨基或二烷基氨基。单烷基氨基可以为碳原子数1～10的单烷基氨基或碳原子数1～5的单烷基氨基。单烷基氨基的烷基部分可以为直链状或支链状，也可以为直链状。二烷基氨基可以为碳原子数1～20的二烷基氨基或碳原子数1～10的二烷基氨基。二烷基氨基的烷基部分可以为直链状或支链状，也可以为直链状。
助熔剂可以为具有两个羧基的二羧酸化合物。与具有一个羧基的单羧酸相比，二羧酸化合物即使在连接时的高温下也不易挥发，能够进一步抑制孔隙的产生。若使用二羧酸化合物，则与使用具有3个以上羧基的化合物的情况相比，能够进一步抑制保管时·连接作业时等的黏合剂的粘度上升。其结果，能够进一步提高半导体装置的连接可靠性。
助熔剂可以含有下述式(2)所表示的二羧酸化合物。根据含有下述式(2)所表示的二羧酸化合物的助熔剂，则能够进一步提高半导体装置的耐回流性及连接可靠性。
Figure BDA0004113545110000121
式(2)中，R1表示给电子基团，R2表示氢原子或给电子基团，n表示0～10的整数。
式(2)中的n可以为2～10的整数或0～8的整数。若n为10以下，则在更短时间内显现出助熔活性，尤其在连接时间短的情况下，可得到进一步优异的连接可靠性。若n为2以上，则即使在连接时的高温下也不易挥发，能够进一步抑制孔隙的产生。
R2可以为氢原子或给电子基团。若R2为氢原子，则具有熔点降低的倾向，有时连接可靠性(焊料润湿性)变良好。例如，R1及R2为甲基的助熔剂的熔点具有高于R1或R2中的一方为甲基的助熔剂的熔点的倾向。
助熔剂的熔点可以为150℃以下、140℃以下或130℃以下。若助熔剂的熔点低，则在产生环氧树脂与固化剂的固化反应之前容易充分显现助熔活性，由此，能够获得连接可靠性进一步优异的半导体装置。助熔剂的熔点可以为25℃以上或50℃以上。助熔剂化合物的熔点例如能够使用将装满试料的毛细管安装于双重管式温度计上的装置，通过在温浴中进行加温的方法来测量。
助熔剂例如可以含有选自由琥珀酸、2-甲基戊二酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、十一烷二酸及十二烷二酸组成的组中的至少一种化合物。
助熔剂的含量以膜状黏合剂的整体质量为基准，可以为0.5～10质量％或0.5～5质量％。
膜状黏合剂根据需要可以进一步含有高分子成分。含有高分子成分的膜状黏合剂的耐热性及膜形成性进一步优异。
作为高分子成分的例子，可以举出苯氧基树脂、聚酰亚胺树脂、聚酰胺树脂、聚碳化二亚胺树脂、氰酸酯树脂、丙烯酸树脂、聚酯树脂、聚乙烯树脂、聚醚砜树脂、聚醚酰亚胺树脂、聚乙烯醇缩醛树脂、胺酯树脂及丙烯酸橡胶。在这些之中，从耐热性及膜形成性优异的观点而言，高分子量成分可以为苯氧基树脂、聚酰亚胺树脂、丙烯酸酯橡胶、氰酸酯树脂或聚碳化二亚胺树脂，也可以为苯氧基树脂、聚酰亚胺树脂或丙烯酸橡胶。这些高分子成分可以单独使用或者将两种以上组合使用。在本说明书中，高分子成分不包括上述环氧树脂。
从膜状黏合剂对电路部件的贴附性的观点而言，高分子成分的玻璃化转变温度(Tg)可以为200℃以下、180℃以下或150℃以下，且可以为50℃以上。若高分子成分的Tg超过200℃，则难以利用黏合剂将半导体芯片的凸块、形成于基板的电极及配线图案等的凹凸埋入，因此孔隙抑制效果有可能相对变小。此处的Tg为使用DSC(PerkinElmer公司制造的DSC-7型)在样品量10mg、升温速度10℃/分钟、测量氛围：空气的条件下测量的Tg。
高分子成分的重均分子量通常为10000以上。为了单独显示出良好的膜形成性，高分子成分的重均分子量可以为30000以上、40000以上或50000以上。在本说明书中，重均分子量是指利用凝胶渗透色谱法(GPC)测量的标准聚苯乙烯换算的值。
当膜状黏合剂含有高分子成分时，环氧树脂的含量Ca相对于高分子成分的含量Cd之比Ca/Cd(质量比)可以为0.01～5或0.05～3、0.1～2。若比Ca/Cd为0.01以上，则可获得更良好的固化性及黏合力。若比Ca/Cd为5以下，则可获得更良好的膜形成性。
膜状黏合剂根据需要可以含有填料。利用填料，例如能够实现更进一步抑制连接时的孔隙产生、降低黏合剂的固化物的吸湿率等。
填料例如可以为绝缘性无机填料、晶须、树脂填料或这些的组合。作为绝缘性无机填料的例子，可以举出玻璃、二氧化硅、氧化铝、氧化钛、炭黑、云母及氮化硼。绝缘性无机填料可以为选自二氧化硅、氧化铝、氧化钛及氮化硼中的至少一种，也可以为选自二氧化硅、氧化铝及氮化硼中的至少一种。作为晶须的例子，可以举出硼酸铝、钛酸铝、氧化锌、硅酸钙、硫酸镁及氮化硼。作为树脂填料的例子，例如可以举出由聚氨酯、聚酰亚胺等树脂形成的填料。
填料的形状、粒径及含量并不受特别限制。填料可以通过表面处理适当调整物性。
填料的含量以膜状黏合剂的整体质量为基准，可以为10～80质量％或15～60质量％。
膜状黏合剂除了以上例示的成分以外，可以含有抗氧化剂、硅烷偶联剂、钛偶联剂、流平剂、离子捕捉剂等添加剂。这些可以单独使用一种或者将两种以上组合使用。
膜状黏合剂例如能够通过包括如下步骤的方法来获得：将含有环氧树脂、固化剂、助熔剂及根据需要添加的其他成分和有机溶剂的树脂清漆涂布于实施了脱模处理的基材膜上；及通过加热从涂膜中去除有机溶剂来在基材膜上形成膜状黏合剂。
作为用于制备树脂清漆的有机溶剂的例子，可以举出二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基亚砜、二乙二醇二甲醚、甲苯、苯、二甲苯、甲基乙基酮、四氢呋喃、乙赛璐苏、乙酸乙赛璐苏、丁赛璐苏、二噁烷、环己酮及乙酸乙酯。这些有机溶剂可以单独使用或者将两种以上组合使用。制备树脂清漆时的搅拌混合及混炼例如能够使用搅拌机、研砵机(mortar machine)、三辊、球磨机、珠磨机或均质分散机来进行。
作为基材膜，只要具有能够承受使有机溶剂挥发时的加热条件的耐热性，则没有特别限制，例如可以为聚丙烯膜及聚甲基戊烯膜等聚烯烃膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯膜及聚萘二甲酸乙二酯膜等聚酯膜、聚酰亚胺膜或聚醚酰亚胺膜。基材膜可以为由这些膜形成的单层，也可以为由两种以上的膜构成的多层膜。
使有机溶剂从树脂清漆的涂膜中挥发时的干燥条件例如可以为在50～200℃的温度下0.1～90分钟的加热。有机溶剂以膜状黏合剂的整体质量为基准，可以去除至1.5质量％以下。
实施例
本发明并不限定于以下例示的实施例。
1.原材料
为了制作膜状黏合剂而使用的原材料如下。
(a)环氧树脂
·含有三酚甲烷骨架的多官能固体环氧树脂(Japan Epoxy Resin Co.,Ltd.制造，商品名“EP1032H60”)
·双酚F型液状环氧树脂(Japan Epoxy Resin Co.,Ltd.制造，商品名“YL983U”)
·柔性环氧树脂(Japan Epoxy Resin Co.,Ltd.制造，商品名“YL7175”)
(b)固化剂
·2,4-二氨基-6-[2’-甲基咪唑基-(1’)]-乙基-s-三嗪异三聚氰酸加成物(SHIKOKU CHEMICALS CORPORATION制造，商品名“2MAOK-PW”)
·2-苯基-4,5-二羟基甲基咪唑(SHIKOKU CHEMICALS CORPORATION制造，商品名“2PHZ-PW”)
(c)助熔剂
·戊二酸(Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.制造，熔点：约98℃)
(d)重均分子量Mw为10000以上的高分子成分
·苯氧基树脂(Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.制造，商品名“ZX1356”，Tg：约71℃，Mw：约63000)
·苯氧基树脂(Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.制造，商品名“FX-293”，Tg：约163℃，Mw：约43700)
(e)填料
(e-1)无机填料
·二氧化硅填料(Admatechs Co.,Ltd.制造，商品名“SE2050”，平均粒径0.5μm)
·环氧硅烷处理二氧化硅填料(Admatechs Co.,Ltd.制造，商品名“SE2050-SEJ”，平均粒径0.5μm)
·丙烯酸表面处理纳米二氧化硅填料(Admatechs Co.,Ltd.制造，商品名“YA050C-SM”，平均粒径约50nm)
(e-2)树脂填料
·有机填料(Rohm and Haas Japan K.K.制造，商品名“EXL-2655”，核壳型有机微粒子)
2.膜状黏合剂的制作
(实施例1)
将含有由环氧树脂3g(“EP1032”2.4g、“YL983”0.45g、“YL7175”0.15g)、固化剂“2PHZ”0.1g、戊二酸0.1g(0.76mmol)、无机填料1.9g(“SE2050”0.38g、“SE2050-SEJ”0.38g、“YA050C-SM”1.14g)及树脂填料(EXL-2655)0.25g形成的固体成分、使固体成分浓度成为63质量％的量的甲基乙基酮及与固体成分相同重量的珠子(直径0.8mm的珠子及直径2.0mm的珠子)的混合物，用珠磨机(Fritsch Japan Co.,Ltd.，行星型微粉碎机P-7)搅拌了30分钟。在搅拌后的混合物中加入苯氧基树脂(ZX1356)1.7g，将混合物再次用珠磨机搅拌了30分钟。其后，通过过滤来去除用于搅拌中的珠子，获得了树脂清漆。用小型精密涂布装置(Yasui Seiki Inc.)，将所获得的树脂清漆涂布于基材膜(Teijin DuPont Films JapanLimited制造，商品名“Purex A53”)上，并将涂膜通过使用洁净烘箱(ESPEC制造)的在70℃下的10分钟的加热进行干燥，获得了膜状黏合剂。
(实施例2～4及比较例1～3)
除了如下述表1中所记载那样变更所使用的原材料的种类及调配量以外，以与实施例1相同的方式制作出实施例2～4及比较例1～3的膜状黏合剂。
4.熔融粘度
热处理前的熔融粘度
将膜状黏合剂加热至80℃并且进行层叠，从而制作出厚度400μm的试验片。将该试验片夹在直径8cm的两片平行板之间，使用旋转式粘弹性测量装置(TA Instruments Co.,Ltd.制造，ARES)测量了试验片的熔融粘度(复态黏度)。关于熔融粘度，在Dynamictemperature ramp的测量模式下以频率10Hz赋予1％的应变并且以10℃/分钟的升温速度从35℃升温至150℃来进行了测量。从表示所获得的熔融粘度与温度的关系的图表求出了80℃下的熔融粘度。
热处理后的熔融粘度
将膜状黏合剂加热至80℃并且进行层叠，从而制作出厚度400μm的试验片。使用真空层压机(Nikko-Materials Co.,Ltd.制造)，将试验片在在80℃下5分钟的条件下施加压力0.5Mpa并且进行了热处理。利用与热处理前的熔融粘度相同的方法测量了热处理后的试验片的80℃下的熔融粘度。
5.热处理后的固化反应率
将膜状黏合剂的样品10mg放入铝盘中，使用差示扫描热量计(PerkinElmer公司制造的DSC-7型)，在升温速度20℃/分钟、温度范围30～300℃的条件下进行了差示扫描热量测量。从所获得的DSC热谱图(thermogram)求出了热处理前的膜状黏合剂中的由固化反应产生的发热量ΔH1(J/g)。使用真空层压机(Nikko-Materials Co.,Ltd.制造)，将膜状黏合剂在在80℃下5分钟的条件下施加压力0.5Mpa并且进行热处理，并使用经热处理的膜状黏合剂的样品在相同的条件下进行差示扫描热量测量，求出了热处理后的膜状黏合剂中的由固化反应产生的发热量ΔH2(J/g)。通过下述式算出固化反应率。
固化反应率(％)＝{(ΔH1-ΔH2)/ΔH1}×100
3.接合体的制作
将切成8mm见方、厚度0.045mm的尺寸的膜状黏合剂使用真空层压机CV130(Nikko-Materials Co.,Ltd.制造)施加压力0.5Mpa并且在80℃、5分钟的条件下贴附于具有作为连接部的焊料凸块的半导体芯片(芯片尺寸：7.3mm×7.3mm，厚度0.05mm，凸块(连接部)高度：约45μm(铜柱与焊料的合计)，凸块数：1048针，间距80μm，产品名：WALTS-TEG CC80，WALTS制造)。
使用倒装晶片接合器，在其他半导体芯片(芯片尺寸：10mm×10mm，厚度0.1mm厚，连接部金属：Au，产品名：WALTS-TEG IP80，WALTS制造)上，以膜状黏合剂夹在半导体芯片彼此之间的朝向重叠贴附有膜状黏合剂的半导体芯片，并通过在80℃的载物台上进行加热并且以25N的压力加压3秒钟来将半导体芯片彼此临时压接，从而获得了临时压接体。利用倒装芯片接合器，将临时压接体在80℃的载物台上加热至260℃并且以压力25N加压5秒钟，从而获得了连接部彼此接合的接合体。
利用超声波影像诊断装置(Insight-300，Insight Co.,Ltd.制造)拍摄了接合体的外观图像。用扫描仪GT-9300UF(EPSON公司制造)从所获得的图像读取了半导体芯片之间的黏合剂层(经固化的膜状黏合剂)的图像。在所读取的图像中，使用图像处理软件(AdobePhotoshop(商品名))，通过色调校正、二灰阶化来识别孔隙部分，并利用直方图算出了孔隙部分所占的比例。将包含孔隙部分的黏合剂层整体的面积设为100面积％。将孔隙的面积比例为5％以下设为“A”，将孔隙的面积比例多于5％的情况设为“B”。
[表1]
Figure BDA0004113545110000181
热处理：80℃×5分钟
在使用实施例1～4的膜状黏合剂来形成的接合体中，确认到实质上未残存有孔隙。在比较例1及2的情况下，由于贴附的同时在80℃下受到5分钟的热履历之后的熔融粘度高，因此确认到残存有很多孔隙。在比较例3的情况下，由于受到热履历之前的80℃的熔融粘度高，因此确认到残存有很多孔隙。
符号说明
10、11、12-第一电路部件，20、21-第二电路部件，10A-第一主体部，10B-第一连接部，10S-主面，15-带黏合剂电路部件，20B、21B-第二连接部(配线)，40-膜状黏合剂，40a-黏合剂层，101、102、103、200-半导体装置(接合体)。

Claims (12)

1.一种制造半导体装置的方法，其具备：
准备带黏合剂的电路部件的工序，所述带黏合剂的电路部件具有第一电路部件以及膜状黏合剂，所述第一电路部件具有第一主体部及设置于所述第一主体部的一个主面上的第一连接部，所述膜状黏合剂贴附于所述第一主体部的所述第一连接部侧的主面；及
在具有第二主体部及设置于所述第二主体部的主面上的第二连接部的第二电路部件上，以所述膜状黏合剂位于所述第二电路部件侧的朝向重叠所述带黏合剂的电路部件，并通过对具有所述第一电路部件、所述膜状黏合剂及所述第二电路部件的层叠体进行加热及加压来形成接合体的工序，所述接合体具有所述第一电路部件、经固化的所述膜状黏合剂即黏合剂层及所述第二电路部件，所述第一连接部与所述第二连接部接合，所述第一连接部及所述第二连接部由所述黏合剂层密封，
所述第一电路部件为半导体芯片或半导体晶圆，所述第二电路部件为配线电路基板、半导体芯片或半导体晶圆，
所述带黏合剂的电路部件通过包括如下步骤的方法来准备：通过将具有具备主体部及设置于所述主体部的一个主面上的所述第一连接部的半导体芯片或半导体晶圆和层叠于所述主体部的设置有所述第一连接部的主面上的所述膜状黏合剂的层叠体加热至60～100℃并且加压30秒～10分钟，从而将所述膜状黏合剂贴附于所述主体部的设置有所述第一连接部的主面，
所述膜状黏合剂含有环氧树脂、固化剂及助熔剂，
所述膜状黏合剂在80℃下受到5分钟的热处理时，所述膜状黏合剂的80℃下的熔融粘度在所述热处理前为4000Pa·s以上且10000Pa·s以下，在所述热处理后为11000Pa·s以下。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，
所述第一电路部件为半导体芯片，
准备所述带黏合剂的电路部件的方法包括：
通过将具有具备主体部及设置于所述主体部的一个主面上的所述第一连接部的半导体晶圆和层叠于所述主体部的设置有所述第一连接部的主面上的所述膜状黏合剂的层叠体加热至60～100℃并且加压30秒～10分钟，从而将所述膜状黏合剂贴附于所述主体部的设置有所述第一连接部的主面；及
通过将所述主体部与所述膜状黏合剂一同切割来形成具有具备单片化的所述第一主体部的半导体芯片及所述膜状黏合剂的所述带黏合剂的电路部件，。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，
所述膜状黏合剂的固化反应率在所述热处理后为1％以下。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，
所述膜状黏合剂的所述热处理后的80℃下的熔融粘度相对于所述膜状黏合剂的所述热处理前的80℃下的熔融粘度的增加率为50％以下。
5.一种膜状黏合剂，其用于制造半导体装置的方法，所述方法具备：
准备带黏合剂的电路部件的工序，所述带黏合剂的电路部件具有第一电路部件以及膜状黏合剂，所述第一电路部件具有第一主体部及设置于所述第一主体部的一个主面上的第一连接部，所述膜状黏合剂贴附于所述第一主体部的所述第一连接部侧的主面；及
在具有第二主体部及设置于所述第二主体部的主面上的第二连接部的第二电路部件上，以所述膜状黏合剂位于所述第二电路部件侧的朝向重叠所述带黏合剂的电路部件，并通过对具有所述第一电路部件、所述膜状黏合剂及所述第二电路部件的层叠体进行加热及加压来形成接合体的工序，所述接合体具有所述第一电路部件、经固化的所述膜状黏合剂即黏合剂层及所述第二电路部件，所述第一连接部与所述第二连接部接合，所述第一连接部及所述第二连接部由所述黏合剂层密封，
所述第一电路部件为半导体芯片或半导体晶圆，所述第二电路部件为配线电路基板、半导体芯片或半导体晶圆，其中，
该膜状黏合剂含有环氧树脂、固化剂及助熔剂，
该膜状黏合剂在80℃下受到5分钟的热处理时，该膜状黏合剂的80℃下的熔融粘度在所述热处理前为4000Pa·s以上且10000Pa·s以下，在所述热处理后为11000Pa·s以下。
6.根据权利要求5所述的膜状黏合剂，其中，
所述膜状黏合剂的固化反应率在所述热处理后为1％以下。
7.根据权利要求5或6所述的膜状黏合剂，其中，
所述膜状黏合剂的所述热处理后的80℃下的熔融粘度相对于所述膜状黏合剂的所述热处理前的80℃下的熔融粘度的增加率为50％以下。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的膜状黏合剂，其中，
所述环氧树脂包括具有小于10000的重均分子量的环氧树脂。
9.根据权利要求5至8中任一项所述的膜状黏合剂，其进一步含有具有10000以上的重均分子量的高分子成分。
10.根据权利要求9所述的膜状黏合剂，其中，
所述高分子成分的重均分子量为30000以上，所述高分子成分的玻璃化转变温度为200℃以下。
11.根据权利要求5至10中任一项所述的膜状黏合剂，其中
所述固化剂包括咪唑系固化剂。
12.根据权利要求11所述的膜状黏合剂，其中，
所述咪唑系固化剂的含量相对于所述环氧树脂的含量100质量份为5质量份以下。
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