JP2013021119A - ウエハーレベルアンダーフィル剤組成物、これを用いた半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】シリコンウエハ上に平滑な非粘着性の表面を生成するべくB−ステージプロセス中に凝固する、B−ステージ対応可能な液状ウエハーレベルアンダーフィル剤組成物であって、(A)クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、(B)フェノールノボラック樹脂、(C)2−フェニルー4,5−ジヒドロキシメチルイミダゾール、(D)有機溶剤及び(E)酸化ジルコニウムを含む、アンダーフィル剤組成物。
【選択図】なし
Description
<1>
シリコンウエハ上に平滑な非粘着性の表面を生成するべくB−ステージプロセス中に凝固する、B−ステージ対応可能な常温で液状のウエハーレベルアンダーフィル剤組成物であって、
(A)クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、
(B)フェノールノボラック樹脂、
(C)2−フェニルー4,5−ジヒドロキシメチルイミダゾール、
(D)有機溶剤、及び
(E)酸化ジルコニウム
を含む、アンダーフィル剤組成物。
<2>
前記(E)酸化ジルコニウムの平均粒径が0.05〜10μmである、上記<1>に記載のアンダーフィル剤組成物。
<3>
固形分が30〜75質量%である、上記<1>又は<2>に記載のアンダーフィル剤組成物。
<4>
前記(B)フェノールノボラック樹脂の含有量が、前記(A)クレゾールノボラック型エポキシ樹脂中のエポキシ基に対する、該(B)フェノールノボラック樹脂におけるフェノール性水酸基のモル比が0.95以上1.25以下となる量である、上記<1>〜<3>のいずれか1に記載のアンダーフィル剤組成物。
<5>
(1)フリップチップ接続用の半田バンプを備えたシリコンウエハの、該半田バンプを備えた表面上に、常温で液状のウエハーレベルアンダーフィル剤組成物を塗布し、次いで、塗付されたウエハーレベルアンダーフィル剤組成物をB−ステージ化する工程、
(2)前記B−ステージ化工程(1)で得られたシリコンウエハを切断して個片化する工程、
(3)前記個片化工程(2)で得られた個片を、基板上の接続すべき位置に、位置決めする工程、及び
(4)前記位置決め工程(3)で得られた個片を、前記半田バンプを溶融して基板に接続する工程、
を含む半導体装置の製造方法であって、前記アンダーフィル剤組成物が上記<1>〜<4>のいずれか1に記載のアンダーフィル剤組成物である、半導体装置の製造方法。
<6>
前記位置決め工程(3)が、表面が液状となる温度に基板及び個片の少なくとも一方を加熱して、基板に圧着する工程を含む上記<5>に記載の半導体装置の製造方法。
<7>
前記B−ステージ化工程(1)の後かつ前記個片化工程(2)の前に、UVまたはプラズマで前記半田バンプ表面をクリーニングする工程を含む上記<5>又は<6>に記載の半導体装置の製造方法。
<8>
上記<5>〜<7>のいずれか1に記載の製造方法により製造される半導体装置。
本発明のB−ステージ対応可能な常温で液状のウエハーレベルアンダーフィル剤組成物(以下「本発明のアンダーフィル剤組成物」とも記載する。)は、(A)クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、(B)フェノールノボラック樹脂、(C)2−フェニルー4,5−ジヒドロキシメチルイミダゾール、(D)有機溶剤及び(E)酸化ジルコニウムを含有する。なお、本願発明において、常温(又は室温)とは、23℃±10℃を意味する(以下同様)。
(A)クレゾールノボラック型エポキシ樹脂:
本発明のアンダーフィル剤組成物は、エポキシ樹脂としてクレゾールノボラック型エポキシ樹脂を含む。クレゾールノボラック型エポキシ樹脂としては、o−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、m−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、及びp−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂のいずれであってもよいが、特にo−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂が好ましい。また、これらの樹脂中のエポキシ基としては、それぞれ対応するクレゾールノボラック樹脂中のフェノール性水酸基をグリシドキシ基(下記化学式)で置換したものが好ましい。
(B)フェノールノボラック樹脂:
本発明のアンダーフィル剤組成物は、フェノールノボラック樹脂を含有する。このフェノールノボラック樹脂は、アンダーフィル剤において硬化剤として機能する。
上記モル比は、例えば、下記式により算出できる。
(フェノールノボラック樹脂の含有量(質量)/フェノール当量)÷(クレゾールノボラック型エポキシ樹脂の含有量(質量)/エポキシ当量)
(C)2−フェニルー4,5−ジヒドロキシメチルイミダゾール:
本発明のアンダーフィル剤組成物は、硬化触媒として2−フェニルー4,5−ジヒドロキシメチルイミダゾールを含有する。2−フェニルー4,5−ジヒドロキシメチルイミダゾールの含有量は、樹脂100質量部(特には、(A)成分と(B)成分との合計100質量部)に対して0.05〜0.5質量部であることが好ましい。含有量が上記範囲であればバンプ接合時に樹脂組成物が低粘度になり、接合した後十分に硬化するため好ましい。
(D)有機溶剤:
本発明のアンダーフィル剤組成物は、溶剤として有機溶剤を含有する。(D)成分の有機溶剤としては、アルコール類及びグリコール類から選ばれる少なくとも1種のアルコール性有機溶剤を含有することが好ましく、該アルコール性有機溶剤として、特にジエチレングリコールモノエーテルアセテート(EDGAC)を含有することが好ましい。
(E)酸化ジルコニウム:
本発明のアンダーフィル剤組成物は、充填剤として酸化ジルコニウムを含有する。充填剤は、アンダーフィル剤の機械的強度の向上及び熱膨張係数の低減、また樹脂組成物の透明性維持のために配合される。酸化ジルコニウムを充填剤として含有することにより、充填剤を高充填化した際にも透明性を確保することができ、チップをデバイスに実装する際に必要とされるいわゆるアライメント性が向上する。Bステージ状態での透明性を確保できるのは、酸化ジルコニウムが特定の屈折率(n25 D2.35〜2.55)を有するためと考えられる。
また、均一な厚みのアンダーフィル剤層が形成されるように、アンダーフィル剤組成物は高チクソ性であることが好ましく、(E)成分の酸化ジルコニウムに加えて、平均粒径が0.005μm以上0.2μm未満の微粉充填剤を必要に応じて、さらに含むことが好ましい。かかる微粉充填剤としては、特に、微粉シリカが好ましく、具体的にはアエロジル130、アエロジル200、アエロジル300、アエロジル380(全て日本アエロジル(株)製、比表面積は順に130、200、300、380m2/g)等のヒュームドシリカ、沈降シリカ、焼成シリカ等が挙げられ、また、これらシリカ微粉末はトリメチルシリル基等のオルガノシリル基で表面疎水化処理したものを用いることが好ましい。
フラックス成分:
本発明のアンダーフィル剤組成物は、良好な半田接続を形成するため、フラックス剤及びフラックス性能を有する硬化剤のうち少なくとも一方(以下「フラックス成分」という)を含むことが好ましい。該フラックス成分は、半田表面の酸化膜を還元する性能を有する物質であり、代表的にはプロトン供与性の物質である。プロトン供与性のフラックス剤としては、例えばアビエチン酸、デヒドロアビエチン酸、ジヒドロアビエチン酸、テトラヒドロアビエチン酸、ネオアビエチン酸、イソピマール酸、ピマール酸、レボピマール酸、パラストリン酸、後者では安息香酸、ステアリン酸、乳酸、クエン酸、シュウ酸、コハク酸、アジピン酸、セバシン酸等を挙げることができる。
フラックス成分の含有量としては、樹脂分(特には、(A)、(B)成分の合計量)100質量部に対し3質量部以下(0〜3質量部)が好ましく、0.5〜3質量部程度がより好ましい。前記下限値以上であればフラックス性能が良好で、また上限値以下であれば樹脂硬化物の物性が低下する恐れがない。また、硬化剤としての作用があるフェノール樹脂や酸無水物を用いる場合は、(B)フェノールノボラック樹脂の欄にて上述のとおり、フェノール性水酸基又は酸無水物基の量/エポキシ基の量のモル比が0.95〜1.25の範囲とすることが望ましい(ただし、酸無水物基1モルは2当量に相当する)。前記下限値以上であればフラックス性能が良好で接続性が低下する恐れがない。また前記モル比が1.0以下の場合はアビエチン酸等のフラックス剤を併用することが望ましい。
本発明のアンダーフィル剤組成物は半導体装置の製造に利用することができる。この半導体装置の製造方法には、本発明のアンダーフィル剤組成物により単層のアンダーフィル剤層を形成する方法(製造方法1)と、アンダーフィル剤層を本発明のアンダーフィル剤組成物と、これとは異なる組成のアンダーフィル剤組成物とにより2層のアンダーフィル剤層を形成する方法(製造方法2)とが含まれる。アンダーフィル剤層を単層とすることにより、工程を減らすことができ、それにより作業効率及び生産性が向上する。また、アンダーフィル剤層を2層とすることにより、単層としての厚みでは透明性に欠ける樹脂を厚さの薄い第2層(即ち、基板側の層)として塗布することができる。
本発明の半導体装置の製造方法1を、図1を参照しながら説明する。先ず、シリコンウエハ1を準備する。該ウエハは、複数の個片(チップ)に区切るスクライブが形成されており、各個片には回路と、フリップチップ接続用の複数の半田バンプ2が備えられている。工程(1)において、シリコンウエハ1の半田バンプ2を備えた表面すなわち回路面に、本発明のアンダーフィル剤組成物をスプレー噴射装置等の塗布手段を用いて塗布する。スプレー噴射による塗布は効率よく薄膜成型が可能であり、特に20um以下の成型には不可欠な方法である。また、近年ウエハーサイズの大型化により大面積を塗布する方法としてもスプレー法が適している。使用するスプレー噴射装置は、公知、既存の装置を用いることができる。薄膜作成における厚みの最適化の為の条件は、スプレー塗布部がウエハまでの距離、移動範囲、ピッチ、速度、塗布量、エアー圧、塗布時間などで調整、設定することにより容易に可能である。
このようにして、半導体装置10が製造される。
本発明の半導体装置の製造方法2を、図2を参照しながら説明する。本実施形態では、アンダーフィル剤層を形成する工程(1)が、1層目を形成する工程(i)と2層目を形成する工程(ii)とを含む点以外は、製造方法1と同様である。工程(i)において、シリコンウエハ1の半田バンプ2を備えた表面すなわち回路面に、本発明のアンダーフィル剤組成物を第1アンダーフィル剤組成物としてスプレー噴射装置等の塗布手段を用いて塗布する。使用するスプレー噴射装置、条件は製造方法1と同様である。次いで、製造方法1と同様にBステージ化を行い、第1アンダーフィル剤層3Aを形成する。Bステージ状態の第1アンダーフィル剤層3Aの厚みは、半田バンプ2の高さの0.5〜1.0倍の厚みとする。
第2アンダーフィル剤組成物は、エポキシ樹脂と、フラックス剤及びフラックス性能を有する硬化剤のうち少なくとも一方と、を含有する。
エポキシ樹脂としては、2官能性以上であれば特に限定されない。例としては、ビスフェノール型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂等のノボラック型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、シクロペンタジエン型エポキシ樹脂等が挙げられる。これらのエポキシ樹脂は1種単独で又は2種以上混合して用いることができる。
その他、第2アンダーフィル剤組成物には、ダイシング時の機械的強度を向上するため、熱可塑性ポリマーを添加することも可能である。その他、重合触媒、シランカップリング剤、イオントラップ材等を、本発明の目的を阻害しない範囲で、添加してよい。
このようにして、半導体装置20が製造される。
表1に示す質量部で、各成分を室温で、プラネタリーミキサーで混合した後、3本ロールを通過させ、再度プラネタリーミキサーで混合して、アンダーフィル剤組成物a〜eを得た。
(A)エポキシ樹脂:
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂(EOCN1050(55)エポキシ当量200、室温で固形)
(B)硬化剤:
フェノールノボラック樹脂(MEHC7800−4S、フェノール当量170、室温で固形)
(C)イミダゾール触媒:
2−フェニル−4,5−ジヒドロキシメチルイミダゾール(2PHZ、四国化成製)
(D)溶剤:
ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセタート
(E)充填剤:
(E1)平均粒子径0.8μm、最大粒径5μmの真球状シリカ(屈折率1.45)、
(E2)平均粒子径0.05μm、最大粒径1μmの酸化ジルコニウム(屈折率2.4)、
(E3)平均粒子径0.8μm、最大粒径10μmのアルミナ(屈折率1.76)、
(E4)平均粒子径0.5μm、最大粒径10μmのフッ化カルシウム(屈折率1.43)、
(E5)平均粒子径0.3μm、最大粒径10μmのルチル型酸化チタン(屈折率2.71)、
(E6)平均粒子径0.05μm、最大粒径1μmの微粉シリカ(屈折率1.45)
(その他)熱可塑性樹脂:
質量平均分子量10000のフェノキシ樹脂
アンダーフィル剤組成物として組成物bを用い、個片化する前、即ちウエハの状態である評価用TEGに、スプレー法を用いて塗布した。装置は、ノードソン(株)ファインスワールスプレーガンを用いた。Bステージ後の厚み設定は、20um、40μm、60μmでX軸速度(mm/s)、Y軸ピッチ速度(mm/s)、スプレーガン距離(mm)、マイクロ開度(mm)、霧化エア圧力(MPa)、スワールエア圧力(MPa)を調整した。その後、ウエハを110℃のオーブンに10分投入し、溶剤を除去して、B−ステージ状態にした。B−ステージ状態での平均膜厚を膜厚計で測定したところ、設定通り20±5um、40±7μm、60±10μmであった。
アンダーフィル剤として組成物cを用いた以外は実施例1と同様に薄膜設定を行いBステージ後の薄膜を測定した。
アンダーフィル剤として組成物dを用いた以外は実施例1と同様に薄膜設定を行いBステージ後の薄膜を測定した。
アンダーフィル剤として組成物eを用いた以外は実施例1と同様に薄膜設定を行いBステージ後の薄膜を測定した。
アンダーフィル剤として組成物aを用いた以外は実施例1と同様に薄膜設定を行いBステージ後の薄膜を測定した。
(1)薄膜安定性
B−ステージ状態での平均膜厚を膜厚計で測定した。設定値からのずれが50%未満であれば良好と評価した。
(2)位置決め性
ダイシングにより得られた個片を、フリップチップボンダー(アスリート社製 CB−501)を用い、各膜厚(20μm、40μm、60μm)において困難なく基板上のパッドと位置合わせできるかどうかを評価した。
(3)半田接続性
フリップチップボンダーで位置決めして、チップを配置した後、チップマンターツール温度を260℃で設定し、1〜10Nでチップアタッチを行った。次いで、150℃のオーブンに4時間入れて、アンダーフィル剤を硬化させ、半導体装置を得た。得られた半導体装置10個につき、テスターを用い導通性を確認した。
(4)信頼性
試験(3)で得られた半導体装置を、熱サイクル試験(TCT)(−55℃〜125℃)を1000サイクル行なった後、テスターを用い導通性を確認した。
2 半田バンプ
3 アンダーフィル剤層
3A 第1アンダーフィル剤層
3B 第2アンダーフィル剤層
4 個片(チップ)
5 基板
10、20 半導体装置
Claims (8)
- シリコンウエハ上に平滑な非粘着性の表面を生成するべくB−ステージプロセス中に凝固する、B−ステージ対応可能な常温で液状のウエハーレベルアンダーフィル剤組成物であって、
(A)クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、
(B)フェノールノボラック樹脂、
(C)2−フェニルー4,5−ジヒドロキシメチルイミダゾール、
(D)有機溶剤、及び
(E)酸化ジルコニウム
を含む、アンダーフィル剤組成物。 - 前記(E)酸化ジルコニウムの平均粒径が0.05〜10μmである、請求項1に記載のアンダーフィル剤組成物。
- 固形分が30〜75質量%である、請求項1又は2に記載のアンダーフィル剤組成物。
- 前記(B)フェノールノボラック樹脂の含有量が、前記(A)クレゾールノボラック型エポキシ樹脂中のエポキシ基に対する、該(B)フェノールノボラック樹脂におけるフェノール性水酸基のモル比が0.95以上1.25以下となる量である、請求項1〜3のいずれか1項に記載のアンダーフィル剤組成物。
- (1)フリップチップ接続用の半田バンプを備えたシリコンウエハの、該半田バンプを備えた表面上に、常温で液状のウエハーレベルアンダーフィル剤組成物を塗布し、次いで、塗付されたウエハーレベルアンダーフィル剤組成物をB−ステージ化する工程、
(2)前記B−ステージ化工程(1)で得られたシリコンウエハを切断して個片化する工程、
(3)前記個片化工程(2)で得られた個片を、基板上の接続すべき位置に、位置決めする工程、及び
(4)前記位置決め工程(3)で得られた個片を、前記半田バンプを溶融して基板に接続する工程、
を含む半導体装置の製造方法であって、前記アンダーフィル剤組成物が請求項1〜4のいずれか1項に記載のアンダーフィル剤組成物である、半導体装置の製造方法。 - 前記位置決め工程(3)が、表面が液状となる温度に基板及び個片の少なくとも一方を加熱して、基板に圧着する工程を含む請求項5に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記B−ステージ化工程(1)の後かつ前記個片化工程(2)の前に、UVまたはプラズマで前記半田バンプ表面をクリーニングする工程を含む請求項5又は6に記載の半導体装置の製造方法。
- 請求項5〜7のいずれか1項に記載の製造方法により製造される半導体装置。
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