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JP6129696B2 - アンダーフィル材、及びこれを用いた半導体装置の製造方法 - Google Patents

アンダーフィル材、及びこれを用いた半導体装置の製造方法 Download PDF

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    • H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
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    • H01L2224/32135—Disposition the layer connector connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
    • H01L2224/32145—Disposition the layer connector connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being stacked
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    • 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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    • H01L2224/81—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
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    • H01L2224/81203—Thermocompression bonding, e.g. diffusion bonding, pressure joining, thermocompression welding or solid-state welding
    • H01L2224/81204—Thermocompression bonding, e.g. diffusion bonding, pressure joining, thermocompression welding or solid-state welding with a graded temperature profile
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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
    • H01L2224/8138—Bonding interfaces outside the semiconductor or solid-state body
    • H01L2224/81399—Material
    • H01L2224/814—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/81438—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/81444—Gold [Au] as principal constituent
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    • H01L2224/83—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 layer connector
    • H01L2224/838—Bonding techniques
    • H01L2224/8385—Bonding techniques using a polymer adhesive, e.g. an adhesive based on silicone, epoxy, polyimide, polyester
    • H01L2224/83855—Hardening the adhesive by curing, i.e. thermosetting
    • H01L2224/83862—Heat curing
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    • H01L2224/91—Methods for connecting semiconductor or solid state bodies including different methods provided for in two or more of groups H01L2224/80 - H01L2224/90
    • H01L2224/92—Specific sequence of method steps
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    • H01L2224/92—Specific sequence of method steps
    • H01L2224/921—Connecting a surface with connectors of different types
    • H01L2224/9211—Parallel connecting processes
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    • H01L2224/92—Specific sequence of method steps
    • H01L2224/921—Connecting a surface with connectors of different types
    • H01L2224/9212—Sequential connecting processes
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    • H01L2225/03—All the devices being of a type provided for in the same main group of the same subclass of class H10, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L2225/04—All the devices being of a type provided for in the same main group of the same subclass of class H10, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L2225/065—All the devices being of a type provided for in the same main group of the same subclass of class H10
    • H01L2225/06503—Stacked arrangements of devices
    • H01L2225/06513—Bump or bump-like direct electrical connections between devices, e.g. flip-chip connection, solder bumps
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    • H01L2225/00—Details relating to assemblies covered by the group H01L25/00 but not provided for in its subgroups
    • H01L2225/03—All the devices being of a type provided for in the same main group of the same subclass of class H10, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L2225/04—All the devices being of a type provided for in the same main group of the same subclass of class H10, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L2225/065—All the devices being of a type provided for in the same main group of the same subclass of class H10
    • H01L2225/06503—Stacked arrangements of devices
    • H01L2225/06517—Bump or bump-like direct electrical connections from device to substrate
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    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/10—Bump connectors ; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/12—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process
    • H01L24/13—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process of an individual bump connector
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    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/10—Bump connectors ; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/15—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
    • H01L24/16—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
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Description

本発明は、半導体チップの実装に用いられるアンダーフィル材、及びこれを用いた半導体装置の製造方法に関する。
近年、半導体チップの実装方法において、工程短縮を目的に、半導体ＩＣ（Integrated Circuit）電極上にアンダーフィルフィルムを貼り付ける「先供給型アンダーフィルフィルム（ＰＵＦ：Pre-applied Underfill Film）」の使用が検討されている。
この先供給型アンダーフィルフィルムを使用した実装方法は、例えば、以下のように行われる（例えば、特許文献１参照。）。
工程Ａ：ウエハにアンダーフィルフィルムを貼り付け、ダイシングして半導体チップを得る。
工程Ｂ：アンダーフィルフィルムが貼り合わされた状態で、半導体チップを位置合わせして搭載する。
工程Ｃ：半導体チップを熱圧着し、ハンダバンプの金属結合による導通確保、及びアンダーフィルフィルムの硬化による接着を行う。
アンダーフィル材は、温度が上がるにつれて、反応開始までは粘度が低下（液状化）し、反応開始点を境に粘度が上昇し、硬化物となる。このような粘度変化により、ボイドが抜け易くなる反面、圧力を変えるタイミングを間違えるとボイドが残り易い。タイミング良く圧力を掛けるために、実装のプロファイルで調整することが一般的である。圧力を掛けるタイミングとアンダーフィル材の粘度から最適条件が決まるため、実際のチップを用いた実装などで、最適実装条件を見つける必要がある。
これらを検討するのに、レオメータのデータを使用することが一般的である。例えば、図１０に示す溶融粘度カーブにおいて、ＮＣＦ１は低温短時間の実装に適し、ＮＣＦ３は高温長時間実装に適している。しかしながら、レオメータの昇温速度と実装における昇温速度が大きく異なることから、レオメータデータのみでボイドレス実装に適しているかを判断することは困難である。
ボイドレス実装では、実際の実装品の形状／熱伝導などに影響されることから、ボイドレスを実現するアンダーフィル材は、一品一様になり易い。また、アンダーフィル材は、一般に決められた実装プロファイルでのみしか良好な実装を行うことができず、実装マージンが狭い。
特開２００５−２８７３４号公報
本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、広い実装マージンを可能とするアンダーフィル材、及びこれを用いた半導体装置の製造方法を提供する。
前述した課題を解決するために、本発明は、ハンダ付き電極が形成された半導体チップを、ハンダ付き電極と対向する対向電極が形成された電子部品に搭載する前に、半導体チップに予め貼り合わされるアンダーフィル材であって、エポキシ樹脂と、エポキシ硬化剤と、シクロデカン骨格を有する２官能（メタ）アクリレートを含むアクリル樹脂と、有機過酸化物とを含有し、５℃／ｍｉｎ以上５０℃／ｍｉｎ以下の昇温速度条件で溶融粘度を測定したときの最低溶融粘度到達温度が１００℃以上１５０℃以下であり、最低溶融粘度が１００Ｐａ・ｓ以上５０００Ｐａ・ｓ以下であることを特徴とする。
また、本発明は、ハンダ付き電極が形成された半導体チップを、ハンダ付き電極と対向する対向電極が形成された電子部品に搭載する前に、半導体チップに予め貼り合わされるアンダーフィル材であって、エポキシ樹脂と、エポキシ硬化剤と、アクリル樹脂と、有機過酸化物とを含有し、５℃／ｍｉｎ以上５０℃／ｍｉｎ以下の昇温速度条件で溶融粘度を測定したときの最低溶融粘度到達温度が１００℃以上１５０℃以下であり、最低溶融粘度が１００Ｐａ・ｓ以上５０００Ｐａ・ｓ以下であり、１０℃／ｍｉｎの昇温速度条件で溶融粘度を測定したときの最低溶融粘度到達温度が１００℃以上１１０℃以下であることを特徴とする。
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、ハンダ付き電極が形成され、該電極面にアンダーフィル材が貼り合わされた半導体チップを、前記ハンダ付き電極と対向する対向電極が形成された電子部品に搭載する搭載工程と、前記半導体チップと前記電子部品とを熱圧着する熱圧着工程とを有し、前記アンダーフィル材は、エポキシ樹脂と、エポキシ硬化剤と、シクロデカン骨格を有する２官能（メタ）アクリレートを含むアクリル樹脂と、有機過酸化物とを含有し、５℃／ｍｉｎ以上５０℃／ｍｉｎ以下の昇温速度条件で溶融粘度を測定したときの最低溶融粘度到達温度が１００℃以上１５０℃以下であり、最低溶融粘度が１００Ｐａ・ｓ以上５０００Ｐａ・ｓ以下であることを特徴とする。
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、ハンダ付き電極が形成され、該電極面にアンダーフィル材が貼り合わされた半導体チップを、前記ハンダ付き電極と対向する対向電極が形成された電子部品に搭載する搭載工程と、前記半導体チップと前記電子部品とを熱圧着する熱圧着工程とを有し、前記アンダーフィル材は、エポキシ樹脂と、エポキシ硬化剤と、アクリル樹脂と、有機過酸化物とを含有し、５℃／ｍｉｎ以上５０℃／ｍｉｎ以下の昇温速度条件で溶融粘度を測定したときの最低溶融粘度到達温度が１００℃以上１５０℃以下であり、最低溶融粘度が１００Ｐａ・ｓ以上５０００Ｐａ・ｓ以下であり、１０℃／ｍｉｎの昇温速度条件で溶融粘度を測定したときの最低溶融粘度到達温度が１００℃以上１１０℃以下であることを特徴とする。
本発明によれば、異なる昇温温度条件で測定したときの最低溶融粘度到達温度の変化が小さいため、熱圧着時の温度プロファイルを厳密にコントロールしなくても、ボイドレス実装及び良好なハンダ接合性を実現することができ、広い実装マージンを実現することができる。
搭載前の半導体チップと回路基板とを模式的に示す断面図である。 搭載時の半導体チップと回路基板とを模式的に示す断面図である。 熱圧着後の半導体チップと回路基板とを模式的に示す断面図である。 各昇温温度条件における溶融粘度カーブを示すグラフである。 本実施の形態における半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。 ウエハ上にアンダーフィルフィルムを貼り付ける工程を模式的に示す斜視図である。 ウエハをダイシングする工程を模式的に示す斜視図である。 半導体チップをピックアップする工程を模式的に示す斜視図である。 実装時の温度プロファイルを示すグラフである。 溶融粘度カーブの一例を示すグラフである。
以下、本発明の実施の形態について、下記順序にて詳細に説明する。
１．アンダーフィル材
２．半導体装置の製造方法
３．実施例
＜１．アンダーフィル材＞
本実施の形態に係るアンダーフィル材は、ハンダ付き電極が形成された半導体チップを、ハンダ付き電極と対向する対向電極が形成された電子部品に搭載する前に、半導体チップに予め貼り合わされるものである。
図１は、搭載前の半導体チップと回路基板とを模式的に示す断面図、図２は、搭載時の半導体チップと回路基板とを模式的に示す断面図、及び、図３は、熱圧着後の半導体チップと回路基板とを模式的に示す断面図である。
図１〜図３に示すように、本実施の形態におけるアンダーフィル材２０は、ハンダ付き電極が形成された半導体チップ１０の電極面に予め貼り合わされて使用され、アンダーフィル材２０が硬化した接着層２１により半導体チップ１０と、ハンダ付き電極と対向する対向電極が形成された回路基板３０とを接合する。
半導体チップ１０は、シリコンなどの半導体１１表面に集積回路が形成され、バンプと呼ばれる接続用のハンダ付き電極を有する。ハンダ付き電極は、銅などからなる電極１２上にハンダ１３を接合したものであり、電極１２の厚みとハンダ１３の厚みとを合計した厚みを有する。
ハンダとしては、Ｓｎ−３７Ｐｂ共晶ハンダ（融点１８３℃）、Ｓｎ−Ｂｉハンダ（融点１３９℃）、Ｓｎ−３．５Ａｇ（融点２２１℃）、Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕ（融点２１７℃）、Ｓｎ−５．０Ｓｂ（融点２４０℃）などを用いることができる。
回路基板３０は、例えばリジット基板、フレキシブル基板などの基材３１に回路が形成されている。また、半導体チップ１０が搭載される実装部には、半導体チップ１０のハンダ付き電極と対向する位置に所定の厚みを有する対向電極３２が形成されている。
アンダーフィル材２０は、膜形成樹脂と、エポキシ樹脂と、酸無水物と、アクリル樹脂と、有機過酸化物とを含有する。
膜形成樹脂は、平均分子量が１００００以上の高分子量樹脂に相当し、フィルム形成性の観点から、１００００〜１０００００程度の平均分子量であることが好ましい。膜形成樹脂としては、フェノキシ樹脂、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、アクリルゴム等の種々の樹脂を用いることができる。これらの膜形成樹脂は、１種を単独で用いても、２種類以上を組み合わせて用いても良い。これらの中でも、本実施の形態では、膜形成状態、接続信頼性等の観点からフェノキシ樹脂が好適に用いられる。
エポキシ樹脂としては、例えば、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、グリシジルエーテル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、スピロ環型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、テルペン型エポキシ樹脂、テトラブロムビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、α−ナフトールノボラック型エポキシ樹脂、臭素化フェノールノボラック型エポキシ樹脂などを挙げることができる。これらのエポキシ樹脂は、１種を単独で用いても、２種類以上を組み合わせて用いても良い。これらの中でも、本実施の形態では、高接着性、耐熱性の点から、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂を用いることが好ましい。
酸無水物は、ハンダ表面の酸化膜を除去するフラックス機能を有するため、優れた接続信頼性を得ることができる。酸無水物としては、例えばテトラプロペニル無水コハク酸、ドデセニル無水コハク酸、などの脂肪族酸無水物、ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸などの脂環式酸無水物、無水フタル酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸などの芳香族酸無水物などを挙げることができる。これらのエポキシ硬化剤は、１種を単独で用いても、２種類以上を組み合わせて用いても良い。これらのエポキシ硬化剤の中でもこれらのうちハンダ接続性の点から、脂肪族酸無水物を用いることが好ましい。
また、硬化促進剤を添加することが好ましい。硬化促進剤の具体例としては、２−メチルイミダゾール、２−エチルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾールなどのイミダゾ−ル類、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７塩（ＤＢＵ塩）、２−（ジメチルアミノメチル）フェノールなどの第３級アミン類、トリフェニルホスフィンなどのホスフィン類、オクチル酸スズなどの金属化合物などが挙げられる。
アクリル樹脂としては、単官能（メタ）アクリレート、２官能以上の（メタ）アクリレートを使用可能である。単官能（メタ）アクリレートとしては、メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、ｎ−プロピル（メタ）アクリレート、ｉ−プロピル（メタ）アクリレート、ｎ−ブチル（メタ）アクリレート等が挙げられる。２官能以上の（メタ）アクリレートとしては、ビスフェノールＦ―ＥＯ変性ジ（メタ）アクリレート、ビスフェノールＡ―ＥＯ変性ジ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパンＰＯ変性（メタ）アクリレート、多官能ウレタン（メタ）アクリレート等を挙げることができる。これらのアクリル樹脂は、単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中でも、本実施の形態では、２官能（メタ）アクリレートが好適に用いられる。
有機過酸化物としては、例えば、パーオキシエステル、パーオキシケタール、ハイドロパーオキサイド、ジアルキルパーオキサイド、ジアシルパーオキサイド、パーオキシジカーボネート等を挙げることができる。これらの有機過酸化物は、単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中でも、本実施の形態では、パーオキシエステルが好適に用いられる。
また、その他の添加組成物として、無機フィラーを含有することが好ましい。無機フィラーを含有することにより、圧着時における樹脂層の流動性を調整することができる。無機フィラーとしては、シリカ、タルク、酸化チタン、炭酸カルシウム、酸化マグネシウム等を用いることができる。
さらに、必要に応じて、エポキシ系、アミノ系、メルカプト・スルフィド系、ウレイド系などのシランカップリング剤を添加してもよい。
このように硬化反応の比較的遅いエポキシ系と、硬化反応の比較的速いアクリル系とを併用することにより、異なる昇温温度条件で測定したときの最低溶融粘度到達温度の変化を小さくすることが可能となり、広い実装マージンを実現することができる。
具体的には、図４に示すように５℃／ｍｉｎ以上５０℃／ｍｉｎ以下の昇温速度条件で溶融粘度を測定したときの最低溶融粘度到達温度が１００℃以上１５０℃以下であり、最低溶融粘度が１００Ｐａ・ｓ以上５０００Ｐａ・ｓ以下である。これにより、熱圧着時の温度プロファイルを厳密にコントロールしなくても、ボイドレス実装及び良好なハンダ接合性を実現することができる。
また、最低溶融粘度は、１０００Ｐａ・ｓ以上２０００Ｐａ・ｓ以下であることが好ましい。これにより、熱圧着時のボイドの発生を抑制することができる。
また、アクリル樹脂と有機過酸化物との合計質量と、エポキシ樹脂と酸無水物との合計質量との比は、７：３〜４：６であることが好ましい。これにより、ボイドレス実装及び良好なハンダ接合性を実現するアンダーフィル材を得ることができる。
次に、前述したアンダーフィル材が膜状に形成された先供給型アンダーフィルフィルムの製造方法について説明する。先ず、膜形成樹脂と、エポキシ樹脂と、酸無水物と、アクリル樹脂と、有機過酸化物とを含有する接着剤組成物を溶剤に溶解させる。溶剤としては、トルエン、酢酸エチルなど、又はこれらの混合溶剤を用いることができる。樹脂組成物を調整後、バーコーター、塗布装置などを用いて剥離基材上に塗布する。
剥離基材は、例えば、シリコーンなどの剥離剤をＰＥＴ（Poly Ethylene Terephthalate）、ＯＰＰ（Oriented Polypropylene）、ＰＭＰ（Poly-4-methylpentene-1）、ＰＴＦＥ（Polytetrafluoroethylene）などに塗布した積層構造からなり、組成物の乾燥を防ぐとともに、組成物の形状を維持するものである。
次に、剥離基材上に塗布された樹脂組成物を熱オーブン、加熱乾燥装置などにより乾燥させる。これにより、所定の厚さの先供給型アンダーフィルフィルムを得ることができる。
＜２．半導体装置の製造方法＞
次に、前述した先供給型アンダーフィルフィルムを用いた半導体装置の製造方法について説明する。
図５は、本実施の形態における半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。図５に示すように、本実施の形態における半導体装置の製造方法は、アンダーフィルフィルム貼付工程Ｓ１と、ダイシング工程Ｓ２と、半導体チップ搭載工程Ｓ３と、熱圧着工程Ｓ４とを有する。
図６は、ウエハ上にアンダーフィルフィルムを貼り付ける工程を模式的に示す斜視図である。図６に示すように、アンダーフィルフィルム貼付工程Ｓ１では、ウエハ１の直径よりも大きな直径を有するリング状又は枠状のフレームを有する治具３によりウエハ１を固定し、ウエハ１上にアンダーフィルフィルム２を貼り付ける。アンダーフィルフィルム２は、ウエハ１のダイシング時にウエハ１を保護・固定し、ピックアップ時に保持するダイシングテープとして機能する。なお、ウエハ１には多数のＩＣ（Integrated Circuit）が作り込まれ、ウエハ１の接着面には、図１に示すようにスクライブラインによって区分される半導体チップ１０毎にハンダ付き電極が設けられている。
図７は、ウエハをダイシングする工程を模式的に示す斜視図である。図７に示すように、ダイシング工程Ｓ２では、ブレード４をスクライブラインに沿って押圧してウエハ１を切削し、個々の半導体チップに分割する。
図８は、半導体チップをピックアップする工程を模式的に示す斜視図である。図８に示すように、各アンダーフィルフィルム付き半導体チップ１０は、アンダーフィルフィルムに保持されてピックアップされる。
半導体チップ搭載工程Ｓ３では、図２に示すように、アンダーフィルフィルム付き半導体チップ１０と回路基板３０とをアンダーフィルフィルムを介して配置する。また、アンダーフィルフィルム付き半導体チップ１０をハンダ付き電極と対向電極３２とが対向するように位置合わせして配置する。そして、加熱ボンダーによって、アンダーフィルフィルムに流動性は生じるが、本硬化は生じない程度の所定の温度、圧力、時間の条件で加熱押圧し、搭載する。
搭載時の温度条件は、３０℃以上１５５℃以下であることが好ましい。また、圧力条件は５０Ｎ以下であることが好ましく、より好ましくは４０Ｎ以下である。また、時間条件は０．１秒以上１０秒以下であることが好ましく、より好ましくは０．１秒以上１．０秒以下である。これにより、ハンダ付き電極が溶融せずに回路基板３０側の電極と接している状態とすることができ、アンダーフィルフィルムが完全硬化していない状態とすることができる。また、低い温度で固定するため、ボイドの発生を抑制し、半導体チップ１０へのダメージを低減することができる。
次の熱圧着工程Ｓ４では、例えば第１の温度から第２の温度まで所定の昇温速度で昇温させるボンディング条件で、ハンダ付き電極のハンダを溶融させて金属結合を形成させるとともに、アンダーフィルフィルムを完全硬化させる。
また、ボンダーヘッドは、搭載後のアンダーフィルフィルムの溶融開始温度まで樹脂の弾性率により一定の高さに保たれた後、昇温に伴う樹脂溶融により一気に下降し、ヘッドの最下点に達する。この最下点は、ヘッドの下降速度と樹脂の硬化速度との関係により決まる。樹脂硬化がさらに進行した後、樹脂とヘッドの熱膨張により徐々に上昇する。
第１の温度は、アンダーフィル材の最低溶融粘度到達温度と略同一であることが好ましく、５０℃以上１５０℃以下であることが好ましい。これによりアンダーフィル材の硬化挙動をボンディング条件に合致させることができ、ボイドの発生を抑制することができる。また、昇温速度は、５０℃／ｓｅｃ以上１５０℃／ｓｅｃ以下であることが好ましい。また、第２の温度は、ハンダの種類にもよるが、２００℃以上２８０℃以下であることが好ましく、より好ましくは２２０℃以上２６０℃以下である。これにより、ハンダ付き電極と基板電極とを金属結合させるとともに、アンダーフィルフィルムを完全硬化させ、半導体チップ１０の電極と回路基板３０の電極とを電気的、機械的に接続させることができる。
このように本実施の形態における半導体装置の製造方法は、エポキシ樹脂と、酸無水物と、アクリル樹脂と、有機過酸化物とを含有し、エポキシ樹脂と、酸無水物と、アクリル樹脂と、有機過酸化物とを含有し、５℃／ｍｉｎ以上５０℃／ｍｉｎ以下の昇温速度条件で溶融粘度を測定したときの最低溶融粘度到達温度が１００℃以上１５０℃以下であり、最低溶融粘度が１００Ｐａ・ｓ以上５０００Ｐａ・ｓ以下であるアンダーフィル材２０を、ハンダ付き電極が形成された半導体チップ１０に予め貼り合わせることにより、熱圧着時の温度プロファイルを厳密にコントロールしなくても、ボイドレス実装及び良好なハンダ接合性を実現することができる。
なお、前述の実施の形態では、アンダーフィルフィルムをダイシングテープとして機能させることとしたが、これに限られるものではなく、ダイシングテープを別に用い、ダイシング後にアンダーフィルフィルムを使用してフリップチップ実装を行ってもよい。
［他の実施の形態］
また、本技術は、半導体チップに設けた小さな孔に金属を充填することによって、サンドイッチ状に積み重ねた複数のチップ基板を電気的に接続するＴＳＶ（Through Silicon Via）技術にも適用可能である。
すなわち、ハンダ付き電極が形成された第１の面と、第１の面の反対側にハンダ付き電極と対向する対向電極が形成された第２の面を有する複数のチップ基板を積層する半導体装置の製造方法にも適用可能である。
この場合、第１のチップ基板の第１の面側にアンダーフィルフィルムを貼り付けた状態で、第２のチップ基板の第２の面に搭載する。その後、第１のチップ基板の第１の面と第２のチップ基板の第２の面とをハンダ付き電極のハンダの融点以上の温度で熱圧着することにより、複数のチップ基板を積層した半導体装置を得ることができる。
＜３．実施例＞
以下、本発明の実施例について説明する。本実施例では、先供給型のアンダーフィルフィルムを作製し、５℃／ｍｉｎ以上５０℃／ｍｉｎ以下の昇温速度条件で溶融粘度を測定した。そして、アンダーフィルフィルムを用いてハンダ付き電極を有するＩＣチップと、これに対向する電極を有するＩＣ基板とを接続させて実装体を作製し、ボイド及びハンダ接合を評価した。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
溶融粘度の測定、実装体の作製、ボイドの評価、及びハンダ接合の評価は、次のように行った。
［溶融粘度の測定］
各アンダーフィルフィルムについて、レオメータ（ＴＡ社製ＡＲＥＳ）を用いて、５℃／ｍｉｎ、１Ｈｚの条件Ａ、１０℃／ｍｉｎ、１Ｈｚの条件Ｂ、２０℃／ｍｉｎ、１Ｈｚの条件Ｃ、３０℃／ｍｉｎ、１Ｈｚの条件Ｄ、４０℃／ｍｉｎ、１Ｈｚの条件Ｅ、及び５０℃／ｍｉｎ、１Ｈｚの条件Ｆで、サンプルの最低溶融粘度及び最低溶融粘度到達温度を測定した。
［実装体の作製］
アンダーフィルフィルムをウエハ上にプレス機にて、５０℃−０．５ＭＰａの条件で貼り合わせ、ダンシングしてハンダ付き電極を有するＩＣチップを得た。
ＩＣチップは、その大きさが６ｍｍ□、厚み２００μｍであり、厚み２０μｍのＣｕからなる電極の先端に厚み１６μｍのハンダ（Ｓｎ−３．５Ａｇ、融点２２１℃）が形成されたペリフェラル配置のバンプ（７５μｍピッチ、３８４ピン）を有するものであった。
また、これに対向するＩＣ基板は、同様に、その大きさは８ｍｍ□、厚み１００μｍであり、厚み２０μｍのＣｕからなる電極にＮｉ／Ａｕめっきが施されたペリフェラル配置のバンプ（７５μｍピッチ、３８４ピン）を有するものであった。
次に、フリップチップボンダーを用いて、６０℃−０．５秒−３０Ｎの条件でＩＣ基板上にＩＣチップを搭載した。
その後、フリップチップボンダーを用いて、図９に示す温度プロファイル１〜３で熱圧着を行った。温度プロファイル１は、６０℃から１５０℃まで１５０℃／ｓｅｃの昇温速度で圧着した後、１５０℃から２５０℃まで１５０℃／ｓｅｃの昇温速度で圧着する２段階圧着（２０Ｎの一定荷重）である。温度プロファイル２は、６０℃から２５０℃まで１５０℃／ｓｅｃの昇温速度で圧着する１段階圧着（２０Ｎの一定荷重）である。温度プロファイル３は、６０℃から２５０℃まで５０℃／ｓｅｃの昇温速度で圧着する１段階圧着（２０Ｎの一定荷重）である。
熱圧着後、さらに１５０℃−２時間の条件でキュアし、実装体を得た。なお、フリップチップボンダー使用時における温度は、熱電対によりサンプルの実温を測定したものである。
［ボイドの評価］
温度プロファイル１〜３で熱圧着した実装体をＳＡＴ（Scanning Acoustic Tomograph, 超音波映像装置）を用いて観察した。ボイドがＩＣチップ面積の５％以下であるものを「○」、ボイドがＩＣチップ面積の５％超であるものを「×」と評価した。一般的に、ボイドが生じると、長期信頼性に悪影響を及ぼす可能性が高くなる。
［ハンダ接合の評価］
温度プロファイル１〜３で熱圧着した実装体の導通抵抗を測定した。導通抵抗が６５Ω以上７０Ω以下であるものを「○」と評価し、これ以外を「×」と評価した。
［総合評価］
ボイドの評価及びハンダ接合の評価の両者が「○」の場合を「○」と評価し、これ以外を「×」と評価した。
＜実施例＞
表１に示すように、フェノキシ樹脂（品名：ＰＫＨＨ、ユニオンカーバイド社製）を１３．７質量部、エポキシ樹脂（品名：ＨＰ７２００Ｈ、大日本インキ化学社製）を１５．１質量部、酸無水物（品名：ＭＨ−７００、新日本理化社製)を８．９質量部、イミダゾール（品名：２ＭＺ−Ａ、四国化成工業社製）を０．１質量部、アクリル樹脂（品名：ＤＣＰ、新中村化学社製）を１１．６質量部、開始剤（品名：パーブチルＺ、日本油脂社製）を０．６質量部、フィラーＡ（品名：ＳＯ−Ｅ５、アドマテックス社製）を４４．５質量部、及びフィラーＢ（品名：アエロジルＲＹ２００、日本アエロジル社製）を５．５質量部配合し、アンダーフィルフィルムの樹脂組成物を調製した。これを、剥離処理されたＰＥＴ（Polyethylene terephthalate）にバーコーターを用いて塗布し、８０℃のオーブンで３分間乾燥させ、厚み５０μｍのアンダーフィルフィルムを作製した（カバー剥離ＰＥＴ（２５μｍ）／アンダーフィルフィルム（５０μｍ）／ベース剥離ＰＥＴ（５０μｍ））。
表２に、各昇温速度で測定した最低溶融粘度及び最低溶融粘度到達温度を示す。５℃／ｍｉｎで測定した最低溶融粘度は１３００Ｐａ・ｓであり、最低溶融粘度到達温度は１００℃であった。１０℃／ｍｉｎで測定した最低溶融粘度は１３３０Ｐａ・ｓであり、最低溶融粘度到達温度は１０５℃であった。２０℃／ｍｉｎで測定した最低溶融粘度は１３６０Ｐａ・ｓであり、最低溶融粘度到達温度は１１０℃であった。３０℃／ｍｉｎで測定した最低溶融粘度は１４００Ｐａ・ｓであり、最低溶融粘度到達温度は１１４℃であった。４０℃／ｍｉｎで測定した最低溶融粘度は１４４０Ｐａ・ｓであり、最低溶融粘度到達温度は１２３℃であった。５０℃／ｍｉｎで測定した最低溶融粘度は１４８０Ｐａ・ｓであり、最低溶融粘度到達温度は１３０℃であった。
また、表３に、温度プロファイル１〜３により得られた実装体のボイドの評価及びハンダ接合の評価を示す。温度プロファイル１により得られた実装体のＩＣチップの面積に対するボイドの割合は０％、導通抵抗は６８．５Ωであり、総合評価は○でった。温度プロファイル２により得られた実装体のＩＣチップの面積に対するボイドの割合は０％、導通抵抗は６８．２Ωであり、総合評価は○でった。温度プロファイル３により得られた実装体のＩＣチップの面積に対するボイドの割合は０％、導通抵抗は６８．１Ωであり、総合評価は○でった。
＜比較例＞
表１に示すように、フェノキシ樹脂（品名：ＰＫＨＨ、ユニオンカーバイド社製）を１３．７質量部、エポキシ樹脂（品名：ＨＰ７２００Ｈ、大日本インキ化学社製）を２０．６質量部、酸無水物（品名：ＭＨ−７００、新日本理化社製)を１２．１質量部、イミダゾール（品名：２ＭＺ−Ａ、四国化成工業社製）を０．１質量部、アクリル樹脂（品名：ＤＣＰ、新中村化学社製）を３．３質量部、開始剤（品名：パーブチルＺ、日本油脂社製）を０．２質量部、フィラーＡ（品名：ＳＯ−Ｅ５、アドマテックス社製）を４４．５質量部、及びフィラーＢ（品名：アエロジルＲＹ２００、日本アエロジル社製）を５．５質量部配合し、アンダーフィルフィルムの樹脂組成物を調製した。これを、剥離処理されたＰＥＴ（Polyethylene terephthalate）にバーコーターを用いて塗布し、８０℃のオーブンで３分間乾燥させ、厚み５０μｍのアンダーフィルフィルムを作製した（カバー剥離ＰＥＴ（２５μｍ）／アンダーフィルフィルム（５０μｍ）／ベース剥離ＰＥＴ（５０μｍ））。
表２に、各昇温速度で測定した最低溶融粘度及び最低溶融粘度到達温度を示す。５℃／ｍｉｎで測定した最低溶融粘度は１３００Ｐａ・ｓであり、最低溶融粘度到達温度は８０℃であった。１０℃／ｍｉｎで測定した最低溶融粘度は１３５０Ｐａ・ｓであり、最低溶融粘度到達温度は１００℃であった。２０℃／ｍｉｎで測定した最低溶融粘度は１４００Ｐａ・ｓであり、最低溶融粘度到達温度は１２０℃であった。３０℃／ｍｉｎで測定した最低溶融粘度は１４５０Ｐａ・ｓであり、最低溶融粘度到達温度は１４０℃であった。４０℃／ｍｉｎで測定した最低溶融粘度は１５００Ｐａ・ｓであり、最低溶融粘度到達温度は１６０℃であった。５０℃／ｍｉｎで測定した最低溶融粘度は１５５０Ｐａ・ｓであり、最低溶融粘度到達温度は１８０℃であった。
また、表３に、温度プロファイル１〜３により得られた実装体のボイドの評価及びハンダ接合の評価を示す。温度プロファイル１により得られた実装体のＩＣチップの面積に対するボイドの割合は０％、導通抵抗はオープンであり、総合評価は×でった。温度プロファイル２により得られた実装体のＩＣチップの面積に対するボイドの割合は３０％、導通抵抗は６７．５Ωであり、総合評価は×でった。温度プロファイル３により得られた実装体のＩＣチップの面積に対するボイドの割合は１０％、導通抵抗は６９．２Ωであり、総合評価は×でった。
比較例では、５℃／ｍｉｎの測定時の最低溶融粘度到達温度が低く、４０℃／ｍｉｎ及び５０℃／ｍｉｎの測定時の最低溶融粘度到達温度が高く、昇温速度の変化に対して最低溶融粘度到達温度の変化が大きいため、異なる温度プロファイルの実装に対応できなかった。一方、実施例では、昇温速度の変化に対して最低溶融粘度到達温度の変化が小さいため、熱圧着時の温度プロファイルを厳密にコントロールしなくても、ボイドレス実装及び良好なハンダ接合性を実現することができ、広い実装マージンを実現することができた。
１ ウエハ、 ２ アンダーフィルフィルム、 ３ 治具、 ４ ブレード、 １０ 半導体チップ、１１ 半導体、１２ 電極、１３ ハンダ、２０ アンダーフィル材、２１ 第１の接着剤層、２２ 第２の接着剤層、 ３０ 回路基板、３１ 基材、３２ 対向電極

Claims (8)

  1. ハンダ付き電極が形成された半導体チップを、ハンダ付き電極と対向する対向電極が形成された電子部品に搭載する前に、半導体チップに予め貼り合わされるアンダーフィル材であって、
    エポキシ樹脂と、エポキシ硬化剤と、シクロデカン骨格を有する２官能（メタ）アクリレートを含むアクリル樹脂と、有機過酸化物とを含有し、
    ５℃／ｍｉｎ以上５０℃／ｍｉｎ以下の昇温速度条件で溶融粘度を測定したときの最低溶融粘度到達温度が１００℃以上１５０℃以下であり、最低溶融粘度が１００Ｐａ・ｓ以上５０００Ｐａ・ｓ以下であるアンダーフィル材。
  2. 前記最低溶融粘度が、１０００Ｐａ・ｓ以上２０００Ｐａ・ｓ以下である請求項１記載のアンダーフィル材。
  3. 前記エポキシ樹脂が、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂であり、
    前記エポキシ硬化剤が、脂肪族酸無水物である請求項１又は２に記載のアンダーフィル材。
  4. 前記有機過酸化物が、パーオキシエステルである請求項１乃至３のいずれか１項に記載のアンダーフィル材。
  5. ハンダ付き電極が形成され、該電極面にアンダーフィル材が貼り合わされた半導体チップを、前記ハンダ付き電極と対向する対向電極が形成された電子部品に搭載する搭載工程と、
    前記半導体チップと前記電子部品とを熱圧着する熱圧着工程とを有し、
    前記アンダーフィル材は、エポキシ樹脂と、エポキシ硬化剤と、シクロデカン骨格を有する２官能（メタ）アクリレートを含むアクリル樹脂と、有機過酸化物とを含有し、５℃／ｍｉｎ以上５０℃／ｍｉｎ以下の昇温速度条件で溶融粘度を測定したときの最低溶融粘度到達温度が１００℃以上１５０℃以下であり、最低溶融粘度が１００Ｐａ・ｓ以上５０００Ｐａ・ｓ以下である半導体装置の製造方法。
  6. 前記熱圧着工程では、第１の温度から第２の温度まで５０℃／ｓｅｃ以上１５０℃／ｓｅｃ以下の昇温速度で昇温させる請求項５記載の半導体装置の製造方法。
  7. ハンダ付き電極が形成された半導体チップを、ハンダ付き電極と対向する対向電極が形成された電子部品に搭載する前に、半導体チップに予め貼り合わされるアンダーフィル材であって、
    エポキシ樹脂と、エポキシ硬化剤と、アクリル樹脂と、有機過酸化物とを含有し、
    ５℃／ｍｉｎ以上５０℃／ｍｉｎ以下の昇温速度条件で溶融粘度を測定したときの最低溶融粘度到達温度が１００℃以上１５０℃以下であり、最低溶融粘度が１００Ｐａ・ｓ以上５０００Ｐａ・ｓ以下であり、１０℃／ｍｉｎの昇温速度条件で溶融粘度を測定したときの最低溶融粘度到達温度が１００℃以上１１０℃以下であるアンダーフィル材。
  8. ハンダ付き電極が形成され、該電極面にアンダーフィル材が貼り合わされた半導体チップを、前記ハンダ付き電極と対向する対向電極が形成された電子部品に搭載する搭載工程と、
    前記半導体チップと前記電子部品とを熱圧着する熱圧着工程とを有し、
    前記アンダーフィル材は、エポキシ樹脂と、エポキシ硬化剤と、アクリル樹脂と、有機過酸化物とを含有し、５℃／ｍｉｎ以上５０℃／ｍｉｎ以下の昇温速度条件で溶融粘度を測定したときの最低溶融粘度到達温度が１００℃以上１５０℃以下であり、最低溶融粘度が１００Ｐａ・ｓ以上５０００Ｐａ・ｓ以下であり、１０℃／ｍｉｎの昇温速度条件で溶融粘度を測定したときの最低溶融粘度到達温度が１００℃以上１１０℃以下である半導体装置の製造方法。
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