JP2006286853A - Silicon interposer and semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、シリコンインターポーザーおよび半導体装置に関するものである。 The present invention relates to a silicon interposer and a semiconductor device.
近年の電子機器の高機能化並びに軽薄短小化の要求に伴い、電子部品の高密度集積化、さらには高密度実装化が進んできている。これらの電子機器に使用される半導体パッケージは、小型化かつ多ピン化してきており、また、半導体パッケージを含めた電子部品を実装する、実装用基板も小型化してきている。さらには電子機器への収納性を高めるため、リジット基板とフレキシブル基板を積層し一体化して、折り曲げを可能としたリジットフレックス基板が、実装用基板として使われるようになってきている。 With recent demands for higher functionality and lighter, thinner and smaller electronic devices, electronic components have been increasingly integrated and densely packaged. Semiconductor packages used in these electronic devices have been reduced in size and increased in pin count, and mounting substrates on which electronic components including the semiconductor package are mounted have also been reduced in size. Furthermore, in order to improve the storage property in an electronic device, a rigid flex board that can be bent by laminating and integrating a rigid board and a flexible board has been used as a mounting board.
半導体パッケージはその小型化に伴って、従来のようなリードフレームを使用した形態のパッケージでは、小型化に限界がきているため、最近では回路基板上にチップを実装したものとして、BGA(Ball Grid Array)や、CSP(Chip Scale Package)と言った、エリア実装型の新しいパッケージ方式が提案されている。これらの半導体パッケージにおいて、半導体チップの電極と従来型半導体パッケージのリードフレームの機能を有する、半導体パッケージ用基板と呼ばれる、プラスチックやセラミックス等各種材料を使って構成される、サブストレートの端子との電気的接続方法として、ワイヤーボンディング方式やTAB(Tape Automated Bonding)方式、最近では、半導体パッケージの小型化や配線経路の短縮に有利なフリップチップ(FC)接続方式を用いた、BGAやCSPの構造が盛んに提案されている。加えて、1つの半導体パッケージ内部に複数の半導体素子を搭載することにより、半導体パッケージを、小型・高機能化する構造(例えば、特許文献1および特許文献2参照。)も多く提案されている。
With the miniaturization of semiconductor packages, the conventional package using a lead frame has a limit on miniaturization. Therefore, recently, it is assumed that a chip is mounted on a circuit board, and BGA (Ball Grid) is used. Array) and a new area mounting type package system such as CSP (Chip Scale Package) have been proposed. In these semiconductor packages, the electrical connection between the electrodes of the semiconductor chip and the terminals of the substrate, which is made of various materials such as plastics and ceramics, called the semiconductor package substrate, has the function of the lead frame of the conventional semiconductor package. BGA and CSP structures using wire bonding, TAB (Tape Automated Bonding), and recently flip chip (FC) connection, which is advantageous for miniaturization of semiconductor packages and shortening of wiring paths It has been actively proposed. In addition, many structures (see, for example,
しかしながら、電子機器の高機能化に対する要求は半導体パッケージ内部の半導体素子が処理をする信号の高速化を推し進め、半導体パッケージ内部での信号劣化が大きな問題となってきている。 However, the demand for higher functionality of electronic devices has been increasing the speed of signals processed by semiconductor elements in the semiconductor package, and signal degradation inside the semiconductor package has become a major problem.
本発明は、従来のこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、半導体素子が複数搭載された半導体パッケージ内部の高速信号伝送が可能であり、信号劣化の少ない半導体装置を提供することにある。 The present invention has been made in order to solve the above-described conventional problems. The object of the present invention is to enable high-speed signal transmission inside a semiconductor package in which a plurality of semiconductor elements are mounted, and to prevent signal degradation. The object is to provide a small number of semiconductor devices.
発明者らは種々検討の結果、シリコン単結晶ウェーハ上に低誘電率樹脂を絶縁層として配置し、その上に導体回路を形成したインターポーザー上に複数の半導体素子を搭載し、該導体回路を介して複数の半導体素子間を接続することにより半導体素子間の高速信号伝送を可能とすることを見出したものである。 As a result of various studies, the inventors have arranged a low dielectric constant resin as an insulating layer on a silicon single crystal wafer and mounted a plurality of semiconductor elements on an interposer in which a conductor circuit is formed. The present inventors have found that high-speed signal transmission between semiconductor elements is made possible by connecting a plurality of semiconductor elements via a semiconductor device.
即ち、本発明は、
(1) シリコン単結晶ウェーハを構成要素とするインターポーザーであって、前記ウェーハ上に、2.4以上3.2以下の誘電率を有する第1の絶縁樹脂層と、前記インターポーザーに搭載される半導体素子と外部接続端子とを接続するための導体回路を有することを特徴とするシリコンインターポーザー、
(2) 前記導体回路上に、2.4以上3.2以下の誘電率を有する第2の絶縁樹脂層を有する第(1)項に記載のシリコンインターポーザー、
(3) 前記第2の絶縁樹脂層は、前記シリコンインターポーザーに搭載される半導体素子と、外部接続端子とを接続するための開口部を有しているものである第(2)項に記載のシリコンインターポーザー、
(4) 前記第1の絶縁樹脂層と第2の絶縁樹脂層の少なくとも一方は、下記式(1)で示される残留応力の値が60MPa以下10MPa以上の値を有するものである請求項2または3に記載のシリコンインターポーザー、
That is, the present invention
(1) An interposer including a silicon single crystal wafer as a constituent element, and mounted on the interposer with a first insulating resin layer having a dielectric constant of 2.4 or more and 3.2 or less on the wafer. A silicon interposer comprising a conductor circuit for connecting a semiconductor element and an external connection terminal,
(2) The silicon interposer according to item (1), which has a second insulating resin layer having a dielectric constant of 2.4 or more and 3.2 or less on the conductor circuit.
(3) The second insulating resin layer has an opening for connecting a semiconductor element mounted on the silicon interposer and an external connection terminal. Silicon interposer,
(4) At least one of the first insulating resin layer and the second insulating resin layer has a value of residual stress represented by the following formula (1) of 60 MPa or less and 10 MPa or more. Silicon interposer according to 3,
(5) 前記第1の絶縁樹脂層と第2の絶縁樹脂層は、240℃以上のガラス転移点温度を有するものである第(2)項乃至第(5)項のいずれかに記載のシリコンインターポーザー、
(6) 前記第1の絶縁樹脂層と第2の絶縁樹脂層は、−65℃以上150℃以下の温度範囲で、0.005GPa以上1GPa以下の弾性率を有するものである第(2)項乃至第(5)項のいずれかに記載のシリコンインターポーザー、
(7) 第(1)項乃至第(6)項に記載されたシリコンインターポーザー上に、半導体素子が搭載され、前記シリコンインターポーザー上の導体回路と前記半導体素子とが電気的に接続され、且つ前記導体回路を経由して前記半導体素子と外部接続端子とが接続されることを特徴とする半導体装置、
を提供するものである。
(5) The silicon according to any one of (2) to (5), wherein the first insulating resin layer and the second insulating resin layer have a glass transition temperature of 240 ° C. or higher. Interposer,
(6) Item (2), wherein the first insulating resin layer and the second insulating resin layer have an elastic modulus of 0.005 GPa to 1 GPa in a temperature range of −65 ° C. to 150 ° C. Thru | or the silicon interposer in any one of (5) term,
(7) A semiconductor element is mounted on the silicon interposer described in the items (1) to (6), and the conductor circuit on the silicon interposer and the semiconductor element are electrically connected, And the semiconductor device and the external connection terminal are connected via the conductor circuit,
Is to provide.
本発明によれば、半導体素子が複数搭載された半導体パッケージ内部の高速信号伝送が可能であり、信号劣化の少ない半導体装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a semiconductor device capable of high-speed signal transmission inside a semiconductor package on which a plurality of semiconductor elements are mounted and with little signal deterioration.
本発明のシリコンインターポーザーは、シリコン単結晶ウェーハを構成要素とするインターポーザーであって、前記ウェーハ上に、2.4以上3.2以下の誘電率を有する第1の絶縁樹脂層と、前記インターポーザーに搭載される半導体素子と外部接続端子とを接続するための導体回路を有することを特徴とするものであり、これにより得られる半導体装置は高速信号伝送特性に優れ、信号劣化の少ないものとなる。
また、本発明のシリコンインターポーザーは、前記導体回路上に、2.4以上3.2以下の誘電率を有する第2の絶縁樹脂層を有する構造を有し、さらには、前記第2の絶縁樹脂層は、前記シリコンインターポーザーに搭載される半導体素子と、外部接続端子とを接続するための開口部を有しているものであっても良い。
本発明における誘電率としては、ASTMD3380−75に基づく測定方法により測定することができるものであり、測定における周波数として1GHzにおける値を挙げることができる。
また、本発明の半導体装置は、前記シリコンインターポーザー上に、半導体素子が搭載され、前記シリコンインターポーザー上の導体回路と前記半導体素子とが電気的に接続され、且つ前記導体回路を経由して前記半導体素子と外部接続端子とが接続されることを特徴とするものである。
The silicon interposer of the present invention is an interposer having a silicon single crystal wafer as a constituent element, the first insulating resin layer having a dielectric constant of 2.4 or more and 3.2 or less on the wafer, It is characterized by having a conductor circuit for connecting the semiconductor element mounted on the interposer and the external connection terminal, and the resulting semiconductor device has excellent high-speed signal transmission characteristics and little signal deterioration It becomes.
The silicon interposer of the present invention has a structure having a second insulating resin layer having a dielectric constant of 2.4 or more and 3.2 or less on the conductor circuit, and further, the second insulation The resin layer may have an opening for connecting a semiconductor element mounted on the silicon interposer and an external connection terminal.
As a dielectric constant in this invention, it can measure by the measuring method based on ASTMD3380-75, and the value in 1 GHz can be mentioned as a frequency in a measurement.
Further, in the semiconductor device of the present invention, a semiconductor element is mounted on the silicon interposer, a conductor circuit on the silicon interposer and the semiconductor element are electrically connected, and the conductor circuit is connected via the conductor circuit. The semiconductor element and an external connection terminal are connected.
本発明の半導体装置は、プリント配線板に搭載され、電子機器に組み込まれるが、電子機器の使用環境によっては、例えば、温度差を生じる場合、半導体装置の絶縁樹脂層内部に大きな応力が発生するため、前記絶縁樹脂層は、クラックなどを生じ、さらには、これにより、導体回路の破壊を生じることがあることから、応力に対する十分な耐性を持つ必要がある。 The semiconductor device of the present invention is mounted on a printed wiring board and incorporated in an electronic device. Depending on the use environment of the electronic device, for example, when a temperature difference occurs, a large stress is generated inside the insulating resin layer of the semiconductor device. For this reason, the insulating resin layer has cracks and the like, and further may cause destruction of the conductor circuit, so that it needs to have sufficient resistance to stress.
本発明において、前記絶縁樹脂層は、特に、式(1)で示される残留応力の値が、10MPa以上60MPa以下の値を有するものであることにより、電子機器の実用により発生する半導体内部の応力による絶縁樹脂層の破壊や導体回路の破壊を抑制することができるので好ましい。残留応力の値は、前記第1の絶縁樹脂層と第2の絶縁樹脂層のいずれか一方が前記範囲内にあることが好ましいが、両方共に前記範囲内であることが、より好ましい。 In the present invention, the insulating resin layer particularly has a value of the residual stress represented by the formula (1) having a value of 10 MPa or more and 60 MPa or less. This is preferable because it can suppress the destruction of the insulating resin layer and the conductor circuit due to the above. As for the value of the residual stress, either one of the first insulating resin layer and the second insulating resin layer is preferably within the above range, and more preferably both are within the above range.
また、半導体装置の製造工程において、半導体装置が電子機器に組み込まれる際に、半田リフローなどの加熱工程に繰り返し投入されるが、この際に発生する応力を抑制するためには、前記絶縁樹脂層は、特に、240℃以上のガラス転移点温度を有するものであることにより、電子機器に組み込まれる際の熱履歴中に、絶縁樹脂層の熱膨張によるシリコンウェーハとのミスマッチを抑制することができるので好ましい。
本発明におけるガラス転移点温度としては、TMA法により測定された値を用いることができ、この測定値より得られる、材料における熱膨張係数の変化の度合いから計算することができるものである。
Further, in the manufacturing process of the semiconductor device, when the semiconductor device is incorporated into an electronic device, it is repeatedly put into a heating process such as solder reflow. In order to suppress the stress generated at this time, the insulating resin layer In particular, by having a glass transition temperature of 240 ° C. or higher, it is possible to suppress mismatches with the silicon wafer due to thermal expansion of the insulating resin layer during thermal history when incorporated in electronic equipment. Therefore, it is preferable.
As the glass transition temperature in the present invention, a value measured by the TMA method can be used, and it can be calculated from the degree of change in the thermal expansion coefficient of the material obtained from this measured value.
また、半導体装置の小型化などにおいて、シリコンインターポーザーを薄肉化した場合には、前記絶縁樹脂層とシリコンの熱膨張係数の違いにより発生する反りが大きな問題となることがあるが、この場合、前記絶縁樹脂層の弾性率を低くすることにより反りの発生を抑制することができ、具体的には−65℃以上270℃以下の温度領域において前記絶縁樹脂層の弾性率が0.005GPa以上1GPa以下であることが望ましい。
本発明における弾性率としては、DMA法により測定することができるものである。
In addition, when the silicon interposer is thinned in the miniaturization of a semiconductor device or the like, warping caused by the difference in thermal expansion coefficient between the insulating resin layer and silicon may be a big problem. The occurrence of warpage can be suppressed by lowering the elastic modulus of the insulating resin layer. Specifically, the elastic modulus of the insulating resin layer is 0.005 GPa or more and 1 GPa in a temperature range of −65 ° C. or more and 270 ° C. or less. The following is desirable.
The elastic modulus in the present invention can be measured by the DMA method.
このような絶縁樹脂層を形成するものとしては、ポリイミド、ポリベゾオキサゾール、環状オレフィン系樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、及びそれらの変性物などの絶縁樹脂を用いることができ、前記絶縁樹脂の中でも、高速信号伝送特性を得る上で、低誘電率である環状オレフィン樹脂が好ましい。また、絶縁樹脂層は、前記絶縁樹脂を含む樹脂組成物で構成されても良い。 As for forming such an insulating resin layer, an insulating resin such as polyimide, polybezooxazole, cyclic olefin-based resin, benzocyclobutene resin, and modified products thereof can be used. Among the insulating resins, In order to obtain high-speed signal transmission characteristics, a cyclic olefin resin having a low dielectric constant is preferable. The insulating resin layer may be composed of a resin composition containing the insulating resin.
本発明に用いる環状オレフィン系樹脂としては、例えば、シクロヘキセン、シクロオクテン等の単環体、ノルボルネン、ノルボルナジエン、ジシクロペンタジエン、ジヒドロジシクロペンタジエン、テトラシクロドデセン、トリシクロペンタジエン、ジヒドロトリシクロペンタジエン、テトラシクロペンタジエン、ジヒドロテトラシクロペンタジエン等の多環体、これらのモノマーに官能基が結合した置換体などの環状オレフィンモノマーの重合体を挙げることができる。 Examples of the cyclic olefin-based resin used in the present invention include monocyclic compounds such as cyclohexene and cyclooctene, norbornene, norbornadiene, dicyclopentadiene, dihydrodicyclopentadiene, tetracyclododecene, tricyclopentadiene, dihydrotricyclopentadiene, Examples thereof include polymers of cyclic olefin monomers such as polycyclic compounds such as tetracyclopentadiene and dihydrotetracyclopentadiene, and substituted products in which a functional group is bonded to these monomers.
このような環状オレフィンモノマーの重合体には、例えば、環状オレフィンモノマーの(共)重合体、環状オレフィンモノマ−とα−オレフィン類等の共重合可能な他のモノマ−との共重合体、およびこれらの共重合体の水素添加物等が挙げられる。これらの公知の重合体は、ランダム共重合体、ブロック共重合体、交互共重合体等が挙げられる。これら環状オレフィン系樹脂は、公知の重合法により製造することが可能であり、その重合方法には付加重合法と開環重合法とが挙げられる。前記環状オレフィン系樹脂の中でも、一般に、ノルボルネン系樹脂は、その主鎖骨格が脂環構造であるため低吸湿性を有する。 Such polymers of cyclic olefin monomers include, for example, (co) polymers of cyclic olefin monomers, copolymers of cyclic olefin monomers and other monomers capable of copolymerization such as α-olefins, and the like. Examples thereof include hydrogenated products of these copolymers. Examples of these known polymers include random copolymers, block copolymers, and alternating copolymers. These cyclic olefin-based resins can be produced by a known polymerization method, and examples of the polymerization method include an addition polymerization method and a ring-opening polymerization method. Among the cyclic olefin-based resins, generally, norbornene-based resins have low hygroscopicity because their main chain skeleton has an alicyclic structure.
環状オレフィン系樹脂の付加重合体としては、例えば、(1)ノルボルネン系モノマーを付加(共)重合して得られるノルボルネン型モノマーの付加(共)重合体、(2)ノルボルネン系モノマーとエチレンやα−オレフィン類との付加共重合体、(3)ノルボルネン系モノマーと非共役ジエン、および必要に応じて他のモノマーとの付加共重合体が挙げられる。これらの樹脂は公知のすべての重合方法で得ることができる。このうち、ノルボルネン系モノマーを重合(特に、付加(共)重合)することによって得られたポリマーが好ましいが、本発明はなんらこれに限定されるものではない。 Examples of addition polymers of cyclic olefin resins include (1) addition (co) polymers of norbornene monomers obtained by addition (co) polymerization of norbornene monomers, (2) norbornene monomers and ethylene or α -Addition copolymers with olefins, (3) addition copolymers with norbornene monomers and nonconjugated dienes, and other monomers as required. These resins can be obtained by all known polymerization methods. Among these, polymers obtained by polymerizing norbornene-based monomers (particularly addition (co) polymerization) are preferred, but the present invention is not limited thereto.
このような環状オレフィン系樹脂の付加重合体は、金属触媒による配位重合またはラジカル重合によって得られる。このうち、配位重合においては、モノマーを、遷移金属触媒存在下、溶液中で重合することによってポリマーが得られる(NiCOLE R. GROVE et al. Journal of Polymer Science:part B,Polymer Physics, Vol.37, 3003−3010(1999))。
配位重合に用いる金属触媒として代表的なニッケルと白金触媒は、PCT WO 9733198とPCT WO 00/20472に述べられている。配位重合用金属触媒の例としては、(トルエン)ビス(パーフルオロフェニル)ニッケル、(メシレン)ビス(パーフルオロフェニル)ニッケル、(ベンゼン)ビス(パーフルオロフェニル)ニッケル、ビス(テトラヒドロ)ビス(パーフルオロフェニル)ニッケル、ビス(エチルアセテート)ビス(パーフルオロフェニル)ニッケル、ビス(ジオキサン)ビス(パーフルオロフェニル)ニッケル等の公知の金属触媒が挙げられる。
Such an addition polymer of a cyclic olefin resin is obtained by coordination polymerization or radical polymerization using a metal catalyst. Among them, in coordination polymerization, a polymer is obtained by polymerizing monomers in a solution in the presence of a transition metal catalyst (NiCOLE R. GROVE et al. Journal of Polymer Science: part B, Polymer Physics, Vol. 1). 37, 3003-3010 (1999)).
Representative nickel and platinum catalysts as metal catalysts for coordination polymerization are described in PCT WO 9733198 and PCT WO 00/20472. Examples of metal catalysts for coordination polymerization include (toluene) bis (perfluorophenyl) nickel, (mesylene) bis (perfluorophenyl) nickel, (benzene) bis (perfluorophenyl) nickel, bis (tetrahydro) bis ( Known metal catalysts such as perfluorophenyl) nickel, bis (ethyl acetate) bis (perfluorophenyl) nickel, and bis (dioxane) bis (perfluorophenyl) nickel may be mentioned.
また、ラジカル重合技術については、Encyclopedia of Polymer Science, John Wiley & Sons,13,708(1998)に述べられている。
一般的にはラジカル重合はラジカル開始剤の存在下、温度を50℃〜150℃に上げ、モノマーを溶液中で反応させる。ラジカル開始剤としてはアゾビスイソブチロニトリル(AIBN)、過酸化ベンゾイル、過酸化ラウリル、アゾビスイソカプトロニトリル、アゾビスイソレロニトリル、t−ブチル過酸化水素等である。
The radical polymerization technique is described in Encyclopedia of Polymer Science, John Wiley & Sons, 13, 708 (1998).
Generally, in radical polymerization, the temperature is raised to 50 ° C. to 150 ° C. in the presence of a radical initiator, and the monomer is reacted in a solution. Examples of the radical initiator include azobisisobutyronitrile (AIBN), benzoyl peroxide, lauryl peroxide, azobisisocapronitrile, azobisisoleronitrile, t-butyl hydrogen peroxide, and the like.
環状オレフィン系樹脂の開環重合体としては、例えば、(4)ノルボルネン系モノマーの開環(共)重合体、および必要に応じて該(共)重合体を水素添加した樹脂、(5)ノルボルネン系モノマーとエチレンやα−オレフィン類との開環共重合体、および必要に応じて該(共)重合体を水素添加した樹脂、(6)ノルボルネン系モノマーと非共役ジエン、または他のモノマーとの開環共重合体、および必要に応じて該(共)重合体を水素添加した樹脂が挙げられる。これらの樹脂は公知のすべての重合方法で得ることができる。 Examples of the ring-opening polymer of the cyclic olefin resin include, for example, (4) a ring-opening (co) polymer of a norbornene-based monomer, and a resin obtained by hydrogenating the (co) polymer if necessary, (5) norbornene A ring-opening copolymer of an ethylene monomer and ethylene or α-olefins, and a resin obtained by hydrogenating the (co) polymer if necessary, (6) a norbornene monomer and a non-conjugated diene, or another monomer And a resin obtained by hydrogenating the (co) polymer if necessary. These resins can be obtained by all known polymerization methods.
このような環状オレフィン系樹脂の開環重合体は、公知の開環重合法により、チタンやタングステン化合物を触媒として、少なくとも一種以上のノルボルネン系モノマ−を開環(共)重合して開環(共)重合体を製造し、次いで、必要に応じて、通常の水素添加方法により、前記開環(共)重合体中の炭素−炭素二重結合を水素添加して、熱可塑性飽和ノルボルネン系樹脂を製造することによって得られる。 Such a ring-opening polymer of a cyclic olefin resin is formed by ring-opening (co) polymerizing at least one or more norbornene monomers using a known ring-opening polymerization method using titanium or a tungsten compound as a catalyst. A co-polymer is produced, and then, if necessary, a carbon-carbon double bond in the ring-opened (co) polymer is hydrogenated by a conventional hydrogenation method to obtain a thermoplastic saturated norbornene resin. It is obtained by manufacturing.
前記付加重合および開環重合に用いる重合溶媒としては、炭化水素や芳香族溶媒が挙げられる。炭化水素溶媒の例としては、ペンタン、ヘキサン、ヘプタンやシクロヘキサンなどであるがこれに限定されない。芳香族溶媒の例としては、ベンゼン、トルエン、キシレンやメシチレンなどであるがこれに限定されない。ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、エチルアセテート、エステル、ラクトン、ケトンやアミドも使用できる。これら溶剤を単独や混合しても重合溶媒として使用できる。 Examples of the polymerization solvent used for the addition polymerization and ring-opening polymerization include hydrocarbons and aromatic solvents. Examples of the hydrocarbon solvent include pentane, hexane, heptane, and cyclohexane, but are not limited thereto. Examples of the aromatic solvent include, but are not limited to, benzene, toluene, xylene and mesitylene. Diethyl ether, tetrahydrofuran, ethyl acetate, esters, lactones, ketones and amides can also be used. These solvents can be used alone or as a polymerization solvent.
本発明における環状オレフィン系樹脂の分子量は、開始剤とモノマーの比を変えたり、重合時間を変えたりすることにより制御することができる。上記の配位重合が用いられる場合、米国特許No.6,136,499に開示されるように、分子量を連鎖移動触媒の使用により制御することができる。この発明においては、エチレン、プロピレン、1−ヘキサン、1−デセンや4−メチル−1−ペンテン、などα−オレフィンが分子量制御するのに適当である。 The molecular weight of the cyclic olefin resin in the present invention can be controlled by changing the ratio of the initiator and the monomer or changing the polymerization time. When the above coordination polymerization is used, US Pat. As disclosed in US Pat. No. 6,136,499, the molecular weight can be controlled through the use of a chain transfer catalyst. In the present invention, α-olefins such as ethylene, propylene, 1-hexane, 1-decene and 4-methyl-1-pentene are suitable for controlling the molecular weight.
前記環状オレフィン系樹脂は、側鎖に重合可能な官能基を有しているものを用いることができる。また、前記重合可能な官能基は、これらの官能基を含む有機基であっても良く、例えば、前記官能基と、アルキル基、エーテル基およびエステル基などの基で構成される基が挙げられる。これにより、樹脂層を形成した場合に基材との密着性や耐熱性などの特性を向上することができる。
前記官能基としては、例えば、ヒドロキシル基、カルボキシル基、エステル基、アクリロイル基、メタクリロイル基、シリル基、エポキシ基(グリシジルエーテル基)等が挙げられる。前記側鎖に重合可能な官能基を有している環状オレフィン系樹脂は、下記に記載の側鎖に重合可能な官能基を有する環状オレフィンモノマーの重合体、またはそれと他の環状オレフィンモノマーとの共重合体であっても良い。
As the cyclic olefin resin, one having a polymerizable functional group in the side chain can be used. Further, the polymerizable functional group may be an organic group containing these functional groups, and examples thereof include a group composed of the functional group and a group such as an alkyl group, an ether group, and an ester group. . Thereby, when a resin layer is formed, characteristics, such as adhesiveness with a base material and heat resistance, can be improved.
Examples of the functional group include a hydroxyl group, a carboxyl group, an ester group, an acryloyl group, a methacryloyl group, a silyl group, and an epoxy group (glycidyl ether group). The cyclic olefin-based resin having a polymerizable functional group in the side chain is a polymer of a cyclic olefin monomer having a polymerizable functional group in the side chain described below, or other cyclic olefin monomer. A copolymer may also be used.
前記側鎖に重合可能な官能基を有する環状オレフィンモノマーとしては、具体的に、5−ノルボルネン−2−メタノール、酢酸5−ノルボルネン−2−メチルエステル、プロピオン酸5−ノルボルネン−2−メチルエステル、酪酸5−ノルボルネン−2−メチルエステル、吉草酸5−ノルボルネン−2−メチルエステル、カプロン酸5−ノルボルネン−2−メチルエステル、カプリル酸5−ノルボルネン−2−メチルエステル、カプリン酸5−ノルボルネン−2−メチルエステル、ラウリン酸5−ノルボルネン−2−メチルエステル、ステアリン酸5−ノルボルネン−2−メチルエステル、オレイン酸5−ノルボルネン−2−メチルエステル、リノレン酸5−ノルボルネン−2−メチルエステル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸、5−ノルボルネン−2−カルボン酸メチルエステル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸エチルエステル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸t−ブチルエステル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸i−ブチルエステル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸トリメチルシリルエステル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸トリエチルシリルエステル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸イソボニルエステル、5−ノルボルネン−2−カルボン酸2−ヒドロキシエチルエステル、5−ノルボルネン−2−メチル−2−カルボン酸メチルエステル、ケイ皮酸5−ノルボルネン−2−メチルエステル、5−ノルボルネン−2−メチルエチルカルボネ−ト、5−ノルボルネン−2−メチルn−ブチルカルボネ−ト、5−ノルボルネン−2−メチルt−ブチルカルボネ−ト、5−メトキシ−2−ノルボルネン、(メタ)アクリル酸5−ノルボルネン−2−メチルエステル、(メタ)アクリル酸5−ノルボルネン−2−エチルエステル、(メタ)アクリル酸5−ノルボルネン−2−n−ブチルエステル、(メタ)アクリル酸5−ノルボルネン−2−n−プロピルエステル、(メタ)アクリル酸5−ノルボルネン−2−i−ブチルエステル、(メタ)アクリル酸5−ノルボルネン−2−i−プロピルエステル、(メタ)アクリル酸5−ノルボルネン−2−ヘキシルエステル、(メタ)アクリル酸5−ノルボルネン−2−オクチルエステル、(メタ)アクリル酸5−ノルボルネン−2−デシルエステル、5−トリメトキシシリル−2−ノルボルネン、5−トリエトキシシリル−2−ノルボルネン、5−(2−トリメトキシシリルエチル)−2−ノルボルネン、5−(2−トリエトキシシリルエチル)−2−ノルボルネン、5−(3−トリメトキシプロピル)−2−ノルボルネン、5−(4−トリメトキシブチル)−2−ノルボルネン、5−トリメチルシリルメチルエーテル−2−ノルボルネン、5−メチルグリシジルエーテル−2−ノルボルネンなどが挙げられる。これらの環状オレフィンモノマーを重合した付加重合体、およびこれらの環状オレフィンモノマーと他の環状オレフィンモノマーとの付加共重合体が最も好ましい。これにより、より耐熱性に優れることができる。 Specific examples of the cyclic olefin monomer having a polymerizable functional group in the side chain include 5-norbornene-2-methanol, acetic acid 5-norbornene-2-methyl ester, propionic acid 5-norbornene-2-methyl ester, Butyric acid 5-norbornene-2-methyl ester, valeric acid 5-norbornene-2-methyl ester, caproic acid 5-norbornene-2-methyl ester, caprylic acid 5-norbornene-2-methyl ester, capric acid 5-norbornene-2 -Methyl ester, lauric acid 5-norbornene-2-methyl ester, stearic acid 5-norbornene-2-methyl ester, oleic acid 5-norbornene-2-methyl ester, linolenic acid 5-norbornene-2-methyl ester, 5- Norbornene-2-carboxylic acid, 5-no Boronene-2-carboxylic acid methyl ester, 5-norbornene-2-carboxylic acid ethyl ester, 5-norbornene-2-carboxylic acid t-butyl ester, 5-norbornene-2-carboxylic acid i-butyl ester, 5-norbornene- 2-carboxylic acid trimethylsilyl ester, 5-norbornene-2-carboxylic acid triethylsilyl ester, 5-norbornene-2-carboxylic acid isobornyl ester, 5-norbornene-2-carboxylic acid 2-hydroxyethyl ester, 5-norbornene-2 -Methyl-2-carboxylic acid methyl ester, cinnamic acid 5-norbornene-2-methyl ester, 5-norbornene-2-methylethyl carbonate, 5-norbornene-2-methyl n-butyl carbonate, 5- Norbornene-2-methyl t-butyl Carbonate, 5-methoxy-2-norbornene, (meth) acrylic acid 5-norbornene-2-methyl ester, (meth) acrylic acid 5-norbornene-2-ethyl ester, (meth) acrylic acid 5-norbornene-2 -N-butyl ester, (meth) acrylic acid 5-norbornene-2-n-propyl ester, (meth) acrylic acid 5-norbornene-2-i-butyl ester, (meth) acrylic acid 5-norbornene-2-i -Propyl ester, (meth) acrylic acid 5-norbornene-2-hexyl ester, (meth) acrylic acid 5-norbornene-2-octyl ester, (meth) acrylic acid 5-norbornene-2-decyl ester, 5-trimethoxy Silyl-2-norbornene, 5-triethoxysilyl-2-norbornene, 5- (2 -Trimethoxysilylethyl) -2-norbornene, 5- (2-triethoxysilylethyl) -2-norbornene, 5- (3-trimethoxypropyl) -2-norbornene, 5- (4-trimethoxybutyl)- Examples include 2-norbornene, 5-trimethylsilylmethyl ether-2-norbornene, and 5-methylglycidyl ether-2-norbornene. Most preferred are addition polymers obtained by polymerizing these cyclic olefin monomers, and addition copolymers of these cyclic olefin monomers with other cyclic olefin monomers. Thereby, it can be more excellent in heat resistance.
前記重合可能な官能基の置換量は、特に限定されないが、前記環状オレフィン系樹脂全体の3〜70モル%が好ましく、特に5〜40モル%が好ましい。置換量が前記範囲内であると、特に誘電率に優れる。また、このような側鎖に重合可能な官能基を有する環状オレフィン系樹脂は、例えば、1)前記環状オレフィン系樹脂に重合開始可能な官能基を有する化合物を変性反応により導入することによって、2)重合開始可能な官能基を有する単量体を重合することによって、3)重合開始可能な官能基を有する単量体を共重合体成分として他の成分と共重合することによって、または4)エステル基等の重合可能な官能基を有する単量体を共重合成分として共重合した後、エステル基を加水分解することによって得ることができる。 The substitution amount of the polymerizable functional group is not particularly limited, but is preferably 3 to 70 mol%, particularly preferably 5 to 40 mol%, based on the entire cyclic olefin resin. When the substitution amount is within the above range, the dielectric constant is particularly excellent. In addition, the cyclic olefin-based resin having a functional group polymerizable in such a side chain is, for example, 1) by introducing a compound having a functional group capable of initiating polymerization into the cyclic olefin-based resin by a modification reaction. By polymerizing a monomer having a functional group capable of initiating polymerization, 3) by copolymerizing a monomer having a functional group capable of initiating polymerization with other components as a copolymer component, or 4) It can be obtained by copolymerizing a monomer having a polymerizable functional group such as an ester group as a copolymerization component and then hydrolyzing the ester group.
さらに、環状オレフィンモノマーと共重合可能な不飽和モノマーとしては、エチレン、プロピレン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、3−メチル−1−ブテン、3−メチル−1−ペンテン、3−エチル−1−ペンテン、4−メチル−1−ペンテン、4−メチル−1−ヘキセン、4,4−ジメチル−1−ヘキセン、4,4−ジメチル−1−ペンテン、4−エチル−1−ヘキセン、3−エチル−1−ヘキセン、1−オクテン、1−デセン、1−ドデセン、1−テトラデセン、1−ヘキサデセン、1−オクタデセンおよび1−エイコセン等の炭素数2〜20のエチレン又はα−オレフィン、1,4−ヘキサジエン、4−メチル−1,4−ヘキサジエン、5−メチル−1,4−ヘキサジエンおよび1,7−オクタジエン等の非共役ジエン等が挙げられる。 Further, unsaturated monomers copolymerizable with cyclic olefin monomers include ethylene, propylene, 1-butene, 1-pentene, 1-hexene, 3-methyl-1-butene, 3-methyl-1-pentene, 3- Ethyl-1-pentene, 4-methyl-1-pentene, 4-methyl-1-hexene, 4,4-dimethyl-1-hexene, 4,4-dimethyl-1-pentene, 4-ethyl-1-hexene, Ethylene or α-olefin having 2 to 20 carbon atoms such as 3-ethyl-1-hexene, 1-octene, 1-decene, 1-dodecene, 1-tetradecene, 1-hexadecene, 1-octadecene and 1-eicocene; Non-conjugated dienes such as 1,4-hexadiene, 4-methyl-1,4-hexadiene, 5-methyl-1,4-hexadiene and 1,7-octadiene And the like.
次に、ノルボルネン系樹脂の付加(共)重合体について説明する。
前記側鎖に重合可能な官能基を有しているノルボルネン系樹脂は、具体的には下記式(1)で表される繰り返し単位を有していることが好ましい。
Next, the addition (co) polymer of norbornene resin will be described.
Specifically, the norbornene-based resin having a polymerizable functional group in the side chain preferably has a repeating unit represented by the following formula (1).
式(1)中のXは、それぞれ独立して−CH2−、−CH2CH2−または−O−を示す。R1〜R4は、それぞれ独立して水素、または、ヒドロキシル基、カルボキシル基、エステル基、アクリロイル基、メタクリロイル基、シリル基、エポキシ基およびこれらの官能基を含む有機基から選ばれた1種以上の基を示し、少なくとも1つは官能基または該官能基を含む有機基を示す。nは0〜5の整数を示し、その繰り返しは異なっていても良い。上記官能基を含む有機基としては、前記官能基と、アルキル基、エーテル基、エステル基などの基で構成される基が挙げられる。 X in the formula (1) independently represents —CH 2 —, —CH 2 CH 2 — or —O—. R 1 to R 4 are each independently one selected from hydrogen or a hydroxyl group, carboxyl group, ester group, acryloyl group, methacryloyl group, silyl group, epoxy group, and an organic group containing these functional groups. The above groups are shown, and at least one of them represents a functional group or an organic group containing the functional group. n represents an integer of 0 to 5, and the repetition may be different. Examples of the organic group containing the functional group include groups composed of the functional group and groups such as an alkyl group, an ether group, and an ester group.
また、前記側鎖に重合可能な官能基を有しているノルボルネン系樹脂は、さらに、側鎖に重合可能な官能基を有するノルボルネン型モノマーと、下記式(2)で表されるモノマーとの付加共重合体であることが好ましい。これにより、密着性と電気特性とのバランスが特に優れる樹脂層を得ることができる。 The norbornene-based resin having a polymerizable functional group in the side chain further includes a norbornene-type monomer having a polymerizable functional group in the side chain and a monomer represented by the following formula (2): An addition copolymer is preferred. Thereby, it is possible to obtain a resin layer that is particularly excellent in the balance between adhesion and electrical characteristics.
式(2)中のXは、それぞれ独立して−CH2−、−CH2CH2−または−O−を示す。R1〜R4は、それぞれ独立して、水素原子、炭素数1〜12の直鎖もしくは分岐したアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、ビニル基、アリル基、アラルキル基、環状脂肪族基またはアリール基から選ばれた1種以上の置換基を示す。nは0〜5の整数を示し、その繰り返しは異なっていても良い。 X in formula (2) independently represents —CH 2 —, —CH 2 CH 2 — or —O—. R 1 to R 4 are each independently a hydrogen atom, a linear or branched alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, an alkenyl group, an alkynyl group, a vinyl group, an allyl group, an aralkyl group, a cyclic aliphatic group, or an aryl group. 1 or more substituents selected from a group are shown. n represents an integer of 0 to 5, and the repetition may be different.
前記アルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基およびドデシル基等が挙げられ、アルケニル基の具体例としては、ビニル基、アリル基、ブチニル基およびシクロヘキセニル基等が挙げられ、アルキニル基の具体例としては、エチニル基、1−プロピニル基、2−プロピニル基、1−ブチニル基および2−ブチニル基等が挙げられ、前記環状脂肪族基の具体例としては、シクロヘキシル基、シクロペンチル基およびメチルシクロヘキシル基等が挙げられ、アリール基の具体例としては、フェニル基、ナフチル基およびアントラセニル基等が挙げられ、アラルキル基の具体例としてはベンジル基およびフェネチル基等が挙げられるが、本発明は何らこれらに限定されない。 Specific examples of the alkyl group include methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, butyl group, pentyl group, hexyl group, heptyl group, octyl group, nonyl group, decyl group and dodecyl group. Specific examples of the group include vinyl group, allyl group, butynyl group and cyclohexenyl group. Specific examples of the alkynyl group include ethynyl group, 1-propynyl group, 2-propynyl group, 1-butynyl group and the like. 2-butynyl group and the like, specific examples of the cycloaliphatic group include cyclohexyl group, cyclopentyl group and methylcyclohexyl group, and specific examples of the aryl group include phenyl group, naphthyl group and anthracenyl group. Specific examples of the aralkyl group include a benzyl group and a phenethyl group. But are lower, the present invention is in no way limited thereto.
前記環状オレフィン系樹脂の重量平均分子量は、特に限定されないが、1,000〜1,000,000が好ましく、特に5,000〜500,000が好ましく、最も10,000〜250,000が好ましい。重量平均分子量(Mw)が前記範囲内であると、耐熱性、成形物表面の平滑性等の特性がバランスに優れる。
前記重量平均分子量は、例えば、シクロヘキサン又はトルエンを有機溶剤とするゲル・パーミエーション・クロマトグラフィー(GPC)で測定されるポリスチレン換算で評価することができる。
The weight average molecular weight of the cyclic olefin resin is not particularly limited, but is preferably 1,000 to 1,000,000, particularly preferably 5,000 to 500,000, and most preferably 10,000 to 250,000. When the weight average molecular weight (Mw) is within the above range, the properties such as heat resistance and smoothness of the surface of the molded article are excellent in balance.
The weight average molecular weight can be evaluated, for example, in terms of polystyrene measured by gel permeation chromatography (GPC) using cyclohexane or toluene as an organic solvent.
前記環状オレフィン系樹脂の分子量分布[重量平均分子量:Mwと、数平均分子量:Mnとの比(Mw/Mn)]は、特に限定されないが、5以下が好ましく、特に4以下が好ましく、特に1〜3が好ましい。分子量分布が前記範囲内であると、電気特性に特に優れる。
前記分子量分布を測定する方法としては、例えば、シクロヘキサンまたはトルエンを有機溶剤とするGPCで測定することができる。
また、上記方法で、重量平均分子量や分子量分布が測定できない環状オレフィン系樹脂の場合には、通常の溶融加工法により、樹脂層を形成し得る程度の溶融粘度や重合度を有するものを使用することができる。前記環状オレフィン系樹脂のガラス転移温度は、使用目的に応じて適宜選択できるが、通常50℃以上、好ましくは70℃以上、より好ましくは100℃以上、さらに好ましくは125℃以上である。
The molecular weight distribution of the cyclic olefin-based resin [the ratio of the weight average molecular weight: Mw to the number average molecular weight: Mn (Mw / Mn)] is not particularly limited, but is preferably 5 or less, particularly preferably 4 or less, particularly 1 ~ 3 is preferred. When the molecular weight distribution is within the above range, the electrical characteristics are particularly excellent.
As a method for measuring the molecular weight distribution, for example, it can be measured by GPC using cyclohexane or toluene as an organic solvent.
In addition, in the case of a cyclic olefin resin in which the weight average molecular weight and molecular weight distribution cannot be measured by the above method, those having a melt viscosity and a degree of polymerization that can form a resin layer are used by a normal melt processing method. be able to. Although the glass transition temperature of the said cyclic olefin resin can be suitably selected according to a use purpose, it is 50 degreeC or more normally, Preferably it is 70 degreeC or more, More preferably, it is 100 degreeC or more, More preferably, it is 125 degreeC or more.
前記一般式(1)で表される構造を有するノルボルネン系樹脂において、置換基R1、R2、R3、およびR4は、目的に応じて、その置換基の種類と該置換基を有する繰り返し単位の割合を調整することにより、特性を好ましいものとすることができ、特に上記付加共重合体とすると好ましいものを得ることができる。例えば、前記一般式(1)を用いて説明すると、Xは−CH2−とし、R1〜R3は水素とし、nは0の場合、R4として、例えば、n−ブチル基およびデシル基などの前記アルキル基を導入した繰返し単位を有する場合、可とう性に優れるノルボルネン系樹脂フィルムを得ることができるので好ましい。また、これらの置換基として、重合可能な官能基である、グリシジル基、グリシジルエーテル基およびグリシジルメチルエーテル基などのエポキシ基、トリメトキシシリル基およびトリエトキシシリル基などのシリル基を導入した繰返し単位を有する場合、銅などの金属との密着性が向上するので好ましい。エポキシ基を有するノルボルネンの繰返し単位の場合の割合としては、5〜95モル%が好ましく、より好ましくは、20〜80モル%、さらに好ましくは30〜70モル%であり、トリエトキシシリル基および/またはトリメトキシシリル基を有するノルボルネンの繰り返し単位の場合の割合としては、5〜80モル%が好ましく、さらに好ましくは5〜50モル%である。 In the norbornene-based resin having the structure represented by the general formula (1), the substituents R 1 , R 2 , R 3 , and R 4 have the type of the substituent and the substituent depending on the purpose. By adjusting the proportion of the repeating unit, the characteristics can be made preferable, and particularly when the above addition copolymer is used, a preferable one can be obtained. For example, when using General Formula (1), X is —CH 2 —, R 1 to R 3 are hydrogen, and n is 0, R 4 is, for example, an n-butyl group or a decyl group. It is preferable to have a repeating unit into which the alkyl group is introduced, because a norbornene resin film having excellent flexibility can be obtained. Moreover, as these substituents, a repeating unit having a polymerizable functional group introduced, such as epoxy groups such as glycidyl group, glycidyl ether group and glycidyl methyl ether group, and silyl groups such as trimethoxysilyl group and triethoxysilyl group It is preferable because it has improved adhesion to a metal such as copper. The proportion in the case of the repeating unit of norbornene having an epoxy group is preferably 5 to 95 mol%, more preferably 20 to 80 mol%, still more preferably 30 to 70 mol%, and the triethoxysilyl group and / or Or as a ratio in the case of the repeating unit of norbornene which has a trimethoxysilyl group, 5-80 mol% is preferable, More preferably, it is 5-50 mol%.
前記絶縁樹脂層を構成する樹脂組成物においては、前記絶縁樹脂以外の成分として、必要に応じてフィラーを添加することもでき、また、光および/または熱硬化剤、開始剤、紫外線吸収剤、光安定剤、酸化防止剤などの添加剤を添加することができる。 In the resin composition constituting the insulating resin layer, as a component other than the insulating resin, a filler can be added as necessary, and a light and / or thermosetting agent, an initiator, an ultraviolet absorber, Additives such as light stabilizers and antioxidants can be added.
次に、本発明のシリコンインターポーザーの製造方法の例について、図面を用いて説明する。
まず、シリコン単結晶ウェーハ101上に、第1の絶縁樹脂層102を形成する(図1(a)〜図1(b))。
絶縁樹脂層の形成方法としては、上記絶縁樹脂組成物を用いて、スピンコート法、カーテンコート法、スクリーン印刷法、ラミネート法等の既存の方法により形成することができる。
絶縁樹脂層の厚みとしては、それぞれの樹脂の物性に応じて選択できるが、電気的絶縁性を確保するためには2μm以上であることが望ましく、半導体パッケージの総厚を抑制するためには100μm以下であることが望ましい。
また、樹脂の物性としては、高速信号伝達時の信号劣化を抑制するため誘電率の低い絶縁層を選択する必要がある。
具体的には誘電率が3.2以下であり、低ければ低いほど良好な信号劣化抑制効果を示すが、絶縁層がもろくなる傾向があり、絶縁層の形成プロセスに対する適合性や後の工程でのハンドリング性を考慮すると2.4以上であることが好ましい。
Next, an example of a method for manufacturing the silicon interposer of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, the first insulating
As a method for forming the insulating resin layer, the insulating resin composition can be used to form the insulating resin layer by an existing method such as a spin coating method, a curtain coating method, a screen printing method, or a laminating method.
The thickness of the insulating resin layer can be selected according to the physical properties of each resin, but is preferably 2 μm or more in order to ensure electrical insulation, and 100 μm in order to suppress the total thickness of the semiconductor package. The following is desirable.
In addition, as a physical property of the resin, it is necessary to select an insulating layer having a low dielectric constant in order to suppress signal deterioration during high-speed signal transmission.
Specifically, the dielectric constant is 3.2 or less, and the lower the value, the better the effect of suppressing signal degradation. However, the insulating layer tends to be brittle, and the compatibility with the formation process of the insulating layer and the subsequent steps In view of the handling property, it is preferably 2.4 or more.
次に、上記で形成された第1の絶縁樹脂層102上に、導体回路105を形成する(図1(c)〜図1(g))。
導体回路の形成方法としては、その設計ルールに適合するいかなる方法を用いても良い。具体的には、アディティブ法、サブトラクティブ法およびインクジェット法など方法が挙げられる。図面においては、絶縁樹脂層102上に、スパッタリングによりスパッタ膜103を形成し(図1(c))、更に導体回路がパターニングされたメッキレジスト104を施し(図1(d))、パターン開口部にメッキを施して導体回路105パターンを形成し(図1(e))、次いで、前記メッキレジスト104を除去した後(図1(f))、スパッタ膜103を除去することにより導体回路105を形成する例(図1(g))を示している。ここで、必要に応じて、上記絶縁樹脂層を形成する工程と、導体回路を形成する工程を繰り返すことにより、導体回路層を多層化することもできる(図示せず。)。
導体回路の材質としては、アルミ、金および銅などの電気抵抗の低い材料を選択することが好ましく、電気抵抗及びハンドリング性を考慮すれば、銅を用いることがより好ましい。
Next, the
As a method for forming the conductor circuit, any method that conforms to the design rule may be used. Specific examples include an additive method, a subtractive method, and an ink jet method. In the drawing, a sputtered
As a material of the conductor circuit, it is preferable to select a material having a low electrical resistance such as aluminum, gold, and copper, and it is more preferable to use copper in consideration of electrical resistance and handling properties.
次に、上記で形成された導体回路105及び第1の絶縁樹脂層102上に、第2の絶縁樹脂層106を形成する。
ここで、第2の絶縁樹脂層を形成する絶縁樹脂組成物としては、上記第1の絶縁樹脂層と同様の絶縁樹脂組成物を用いて、上記同様にして形成することができる。
Next, the second insulating
Here, the insulating resin composition for forming the second insulating resin layer can be formed in the same manner as described above using the same insulating resin composition as that for the first insulating resin layer.
次に、上記で形成された第2の絶縁樹脂層106において、導体回路上の所定の部位を開口し、搭載用半導体素子と接続するための外部接続端子を設けることにより、本発明のシリコンインターポーザー107を形成する(図1(h))。
これにより、本発明のシリコンインターポーザーに搭載される半導体素子と導体回路105及び該導体回路105と半導体装置の外部との電気的接合が可能となる。
上記第2の絶縁樹脂層を開口する方法としては、フォトリソグラフィー法、レーザードリリング法などの既存の方法を挙げることができる。
第2の絶縁樹脂層の厚みとしては、それぞれの樹脂の物性に応じて選択できるが、電気的絶縁性を確保するためには2μm以上であることが望ましく、半導体パッケージの総厚を抑制するためには100μm以下であることが望ましい。
Next, in the second insulating
As a result, the semiconductor element mounted on the silicon interposer of the present invention, the
Examples of the method for opening the second insulating resin layer include existing methods such as a photolithography method and a laser drilling method.
The thickness of the second insulating resin layer can be selected according to the physical properties of each resin, but is preferably 2 μm or more in order to ensure electrical insulation, and to suppress the total thickness of the semiconductor package. Is preferably 100 μm or less.
次に本発明の半導体装置の例について、図面を用いて説明する。
本発明の半導体装置は、上記で得たシリコンインターポーザー107の導体回路105と、複数の半導体素子を搭載し、電気的に接合して得られる。
半導体素子の搭載・接続方法としては、フリップチップ法やワイヤーボンド法などが挙げられるが、配線経路を最短にするためには、フリップチップ工法により接続することが望ましい。ワイヤーボンド法を用いる場合には極力ワイヤー長さを短くし配線経路を短くすることが必要である。
フリップチップ法を用いた場合の例について説明すると、この場合、半導体素子は半田ボール付き半導体素子108を用い、該半導体素子の半田ボールとシリコンインターポーザーの外部端子とを位置あわせして、搭載する(図2(i))。このとき、半導体素子とシリコンインターポーザーとの接合部を保護するため、半導体素子とシリコンインターポーザーとの間にアンダーフィル樹脂109を充填する(図2(j))。さらに、外部接続用の半田ボール110を搭載して、本発明の半導体装置111を得ることができる(図2(k))。
アンダーフィル樹脂を充填する方法としては、キャピラリーによる充填方式、半導体素子搭載前に半導体素子もしくはインターポーザー上に樹脂を供給しておき半導体素子搭載と同時に半導体素子とインターポーザー間のギャップに樹脂を充填する事前供給方式を用いることができる。
一方、半導体素子の搭載・接続において、ワイヤーボンド法を用いた場合は、少なくともワイヤー部及び半導体素子部を樹脂などで保護する必要があり、このためには既存の封止樹脂、封止方法を用いることができる。
Next, an example of the semiconductor device of the present invention will be described with reference to the drawings.
The semiconductor device of the present invention is obtained by mounting and electrically joining the
As a method for mounting and connecting a semiconductor element, a flip chip method, a wire bond method, and the like can be cited. In order to minimize the wiring path, it is desirable to connect by a flip chip method. When using the wire bond method, it is necessary to shorten the wire length as much as possible to shorten the wiring path.
An example in the case of using the flip chip method will be described. In this case, the semiconductor element is a
As a method of filling the underfill resin, a filling method using a capillary, a resin is supplied onto the semiconductor element or the interposer before mounting the semiconductor element, and the resin is filled into the gap between the semiconductor element and the interposer simultaneously with the mounting of the semiconductor element. A pre-feeding scheme can be used.
On the other hand, when the wire bonding method is used in mounting / connecting semiconductor elements, it is necessary to protect at least the wire part and the semiconductor element part with a resin or the like. For this purpose, existing sealing resins and sealing methods are used. Can be used.
以下に、本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。なお、本発明は、これにより限定されるものではない。 Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described in detail. In addition, this invention is not limited by this.
まず、絶縁樹脂層に用いられる樹脂を下記の方法で合成する。
合成に用いる全てのガラス機器は、60℃で0.1トル下で18時間乾燥した。その後、ガラス機器をグローボックスに移し、グローボックスに備え付けた。まず、エチルアセテート(917g)、シクロヘキサン(917g)、デシルノルボルネン(192g、0.82mol)とグリシジルメチルエーテルノルボルネン(62g、0.35mol)を反応フラスコに加えた。次いで、反応フラスコをグローボックスから取り出し、乾燥窒素ガスを導入した。反応中間体は、30分間溶液中に窒素ガスを通して脱気した。グローボックス中で、ニッケル触媒、すなわち、ビストルエンビスパーフルオロフェニルニッケル9.36g(19.5mmol)をトルエン15mlに溶解して、この溶液を25mlのシリンジに入れ、グローボックスから取り出し、上記の反応フラスコに加え、20℃にて5時間攪拌して反応を終了した。次に、過酢酸溶液(975mmol)を加え18時間攪拌した。攪拌を止めると水相と溶媒相に分離した。水相を分離した後、1lの蒸留水を加え、20分間攪拌した。再度、水相が分離するので取り除いた。さらに、溶媒相を1lの蒸留水で3回洗浄を行った。その後、溶媒相に生成したポリマーをメタノールに投入、沈殿物を濾集し、水で充分洗浄した後、真空下で乾燥した。乾燥後、243g(収率96%)のポリマーを回収した。得られたポリマーの分子量は、GPCによる測定で、Mw=115,366 Mn=47,000、単分散性=2.43であった。ポリマー組成は、H−NMRからデシルノルボルネンの繰返し単位が70モル%、エポキシノルボルネンの繰返し単位が30モル%であった。
First, the resin used for the insulating resin layer is synthesized by the following method.
All glass equipment used for synthesis was dried at 60 ° C. under 0.1 torr for 18 hours. Then, the glass equipment was moved to the glow box and installed in the glow box. First, ethyl acetate (917 g), cyclohexane (917 g), decyl norbornene (192 g, 0.82 mol) and glycidyl methyl ether norbornene (62 g, 0.35 mol) were added to the reaction flask. The reaction flask was then removed from the glow box and dry nitrogen gas was introduced. The reaction intermediate was degassed by passing nitrogen gas through the solution for 30 minutes. In a glow box, a nickel catalyst, ie, 9.36 g (19.5 mmol) of bistoluenebisperfluorophenylnickel was dissolved in 15 ml of toluene, and this solution was put into a 25 ml syringe, taken out of the glow box, and the above reaction. In addition to the flask, the reaction was terminated by stirring at 20 ° C. for 5 hours. Next, a peracetic acid solution (975 mmol) was added and stirred for 18 hours. When the stirring was stopped, the aqueous phase and the solvent phase were separated. After separating the aqueous phase, 1 l of distilled water was added and stirred for 20 minutes. Again, the aqueous phase separated and was removed. Furthermore, the solvent phase was washed 3 times with 1 l of distilled water. Thereafter, the polymer produced in the solvent phase was put into methanol, and the precipitate was collected by filtration, sufficiently washed with water, and then dried under vacuum. After drying, 243 g (yield 96%) of polymer was recovered. The molecular weight of the obtained polymer was Mw = 115,366 Mn = 47,000 and monodispersity = 2.43 as measured by GPC. The polymer composition was 70 mol% decylnorbornene repeating units and 30 mol% epoxynorbornene repeating units from H-NMR.
次に、合成したポリマー228gをメシチレン342gに溶解した後、4−メチルフェニル−4−(1−メチルエチル)フェニルヨードニウム テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート)(0.2757g、2.71x10-4mol)1−クロロ−4−プロポロキシ−9H−チオキサントン(0.826g、2.71x10-4mol)、フェノチアジン(0.054g、2.71x10-4mol)、3,5−ジt−ブチル−4−ヒドロキシヒドロシンナメート(0.1378g、2.60x10-4mol)、を加えて溶解した後、0.2μmの孔径を有するフッ素樹脂製フィルターで濾過し、感光性樹脂組成物を得た。 Next, 228 g of the synthesized polymer was dissolved in 342 g of mesitylene, and then 4-methylphenyl-4- (1-methylethyl) phenyliodonium tetrakis (pentafluorophenyl) borate) (0.2757 g, 2.71 × 10 −4 mol). 1-chloro-4-propoxy-9H-thioxanthone (0.826 g, 2.71 × 10 −4 mol), phenothiazine (0.054 g, 2.71 × 10 −4 mol), 3,5-di-t-butyl-4-hydroxy Hydrocinnamate (0.1378 g, 2.60 × 10 −4 mol) was added and dissolved, and then filtered through a fluororesin filter having a pore size of 0.2 μm to obtain a photosensitive resin composition.
上記で得られた樹脂組成物を用いて、誘電率、ガラス転移温度および弾性率について、下記の測定法により評価を行った。
[誘電率・ガラス転移温度・弾性率の測定方法]
誘電率:試料単体をASTMD3380−75に基づく共振法により測定した。
ガラス転移点:TMA法 引っ張りモードにより測定した。
弾性率:DMA法 引っ張りモードにより測定した。
Using the resin composition obtained above, the dielectric constant, glass transition temperature and elastic modulus were evaluated by the following measurement methods.
[Measurement method of dielectric constant, glass transition temperature and elastic modulus]
Dielectric constant: A single sample was measured by a resonance method based on ASTM D3380-75.
Glass transition point: TMA method Measured by the tensile mode.
Elastic modulus: DMA method Measured by tensile mode.
上記作製したこの感光性樹脂組成物を、シリコン単結晶ウェーハ上に、スピンコーターを用いて塗布した後、ホットプレートにて100℃で10分乾燥し、膜厚約10μmの第一の絶縁樹脂層を得た。この塗膜に、i線ステッパー露光機NSR−4425i(ニコン(株)製)によりレチクルを通して300mJ/cm2で露光を行った。その後、ホットプレートにて115℃で15分間、露光部の架橋反応を促進させるため加熱した。
その後、200℃、60分で硬化し、架橋反応を完結させた。
The photosensitive resin composition prepared above was applied onto a silicon single crystal wafer using a spin coater, and then dried on a hot plate at 100 ° C. for 10 minutes to form a first insulating resin layer having a thickness of about 10 μm. Got. This coating film was exposed at 300 mJ / cm 2 through a reticle using an i-line stepper exposure machine NSR-4425i (manufactured by Nikon Corporation). Then, it heated at 115 degreeC with a hot plate for 15 minutes in order to promote the crosslinking reaction of an exposure part.
Thereafter, it was cured at 200 ° C. for 60 minutes to complete the crosslinking reaction.
次に、スパッタ装置により第一の絶縁樹脂層全面に、チタンを2000Å、銅を3000Åの厚さになるように製膜したのち、ドライフィルムメッキレジスト(東京応化製AR−320)を、スパッタ膜上にラミネートした。このドライフィルムメッキレジストは、紫外線露光装置(オーク製作所製HMW−201GX)により所定部位を露光し、未露光部を1.5%炭酸ナトリウム水溶液により溶解除去した。このようにして得られた開口部に、銅を5μm、ニッケルを3μm、Auを0.1μmの厚みとなるように、電解メッキにより導体層を形成した。この後、メッキレジストは3%水酸化ナトリウム水溶液により剥離除去し、次に、スパッタ膜をエッチング液(Cuエッチング液:メルテックス製エンプレート、AD−485Tiエッチング液:ダイキン工業製BHF120)によりエッチングし、導体回路を得た。 Next, after forming a film of titanium with a thickness of 2000 mm and copper with a thickness of 3000 mm on the entire surface of the first insulating resin layer by a sputtering apparatus, a dry film plating resist (AR-320 manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) is formed on the sputtered film. Laminated on top. The dry film plating resist was exposed at a predetermined site with an ultraviolet exposure device (HMW-201GX manufactured by Oak Manufacturing Co., Ltd.), and the unexposed portion was dissolved and removed with a 1.5% sodium carbonate aqueous solution. A conductor layer was formed by electrolytic plating in the openings thus obtained so as to have a thickness of 5 μm for copper, 3 μm for nickel, and 0.1 μm for Au. Thereafter, the plating resist is stripped and removed with a 3% aqueous sodium hydroxide solution, and then the sputtered film is etched with an etching solution (Cu etching solution: Entex made by Meltex, AD-485Ti etching solution: BHF120 made by Daikin Industries). A conductor circuit was obtained.
次に、上記で得た感光性樹脂組成物を、再度、導体回路が形成されたシリコンウェーハ上に、スピンコーターを用いて塗布した後、ホットプレートにて100℃で10分乾燥し、膜厚約10μmの塗膜を得た。この塗膜にi線ステッパー露光機NSR−4425i(ニコン(株)製)により、レチクルを通して300mJ/cm2で所定の部位の露光を行った。その後、ホットプレートにて115℃で15分間、露光部の架橋反応を促進させるため加熱した。
次に、リモネンに60秒浸漬することによって未露光部を溶解除去した後、イソプロピルアルコールで20秒間リンスした。その後、ウェーハを所定のサイズに裁断することにより、個片かされたシリコンインターポーザーを得た。
Next, the photosensitive resin composition obtained above was applied again on a silicon wafer on which a conductor circuit was formed using a spin coater, and then dried at 100 ° C. for 10 minutes on a hot plate, A coating film of about 10 μm was obtained. A predetermined portion of the coating film was exposed through a reticle at 300 mJ / cm 2 using an i-line stepper exposure machine NSR-4425i (manufactured by Nikon Corporation). Then, it heated at 115 degreeC with a hot plate for 15 minutes in order to promote the crosslinking reaction of an exposure part.
Next, the unexposed portion was dissolved and removed by dipping in limonene for 60 seconds, and then rinsed with isopropyl alcohol for 20 seconds. Thereafter, the wafer was cut into a predetermined size to obtain individual silicon interposers.
このようにして得られたシリコンインターポーザーに、150μm厚で10×10mmのサイズの半導体素子2個をフリップチップ工法により接続した。上記半導体素子に形成された接続用バンプは錫、銀からなる鉛フリー半田であり、サイズはφ100μm、バンプピッチは200μmであった。フリップチップ工法により接続された半導体素子とシリコンインターポーザーの間の空隙には、キャピラリー充填法によりアンダーフィル(住友ベークライト製CRP−4152D1)を充填し硬化させた。さらに、半導体素子搭載部外周に設けた導体パッド上に、φ500μmの半田ボールを所定個数形成することにより、2個の半導体素子を搭載した半導体パッケージを得た。 Two semiconductor elements having a thickness of 150 μm and a size of 10 × 10 mm were connected to the silicon interposer thus obtained by a flip chip method. The connection bumps formed on the semiconductor element were lead-free solder made of tin and silver, the size was φ100 μm, and the bump pitch was 200 μm. An underfill (CRP-4152D1 manufactured by Sumitomo Bakelite Co., Ltd.) was filled in the gap between the semiconductor element connected by the flip chip method and the silicon interposer by a capillary filling method and cured. Furthermore, a predetermined number of φ500 μm solder balls were formed on conductor pads provided on the outer periphery of the semiconductor element mounting portion, thereby obtaining a semiconductor package on which two semiconductor elements were mounted.
このようにして得られた半導体パッケージは、所定のプリント配線板に搭載され半導体装置としての動作確認試験に供せられ半導体装置としての動作に何の問題も無いことが確認された。 The semiconductor package thus obtained was mounted on a predetermined printed wiring board and subjected to an operation confirmation test as a semiconductor device, and it was confirmed that there was no problem in operation as a semiconductor device.
101 シリコン単結晶ウェーハ
102 第1の絶縁樹脂層
103 スパッタ膜
104 メッキレジスト
105 導体回路
106 第2の絶縁樹脂層
107 シリコンインターポーザー
108 半田ボール付き半導体素子
109 アンダーフィル樹脂109
110 外部接続用の半田ボール
111 半導体装置
101 Silicon
110 Solder balls for
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