JP5837381B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
第1主面に導通部材が形成された半導体チップを準備する工程と、
放射線を透過する支持体上に、放射線硬化型粘着剤層と第1の熱硬化型樹脂層とがこの順で積層された支持構造を準備する工程と、
上記第1の熱硬化型樹脂層と上記半導体チップの第1主面とが対向するように上記第1の熱硬化型樹脂層上に複数の半導体チップを配置する工程と、
上記複数の半導体チップを覆うように第2の熱硬化型樹脂層を上記第1の熱硬化型樹脂層上に積層する工程と、
上記支持体側より放射線を照射して上記放射線硬化型粘着剤層を硬化させることにより、上記放射線硬化型粘着剤層と上記第1の熱硬化型樹脂層との間で剥離を行う工程と
を含む。
第1主面に導通部材が形成された半導体チップを準備する工程と、
放射線を透過する支持体上に、放射線硬化型粘着剤層と第1の熱硬化型樹脂層とがこの順で積層された支持構造を準備する工程と、
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を含む。
半導体チップ準備工程では、第1主面5aに導通部材6が形成された半導体チップ5を準備する(図2(a)参照)。半導体チップ5は従来公知の方法により、表面に回路が形成された半導体ウェハをダイシングして個片化するなどして作製することができる。半導体チップ5の平面視での形状としては目的とする半導体装置に応じて変更すればよく、例えば一辺の長さが1〜15mmの間で独立して選択される正方形又は矩形などであってもよい。
支持構造準備工程では、放射線を透過する支持体4上に、放射線硬化型粘着剤層3と第1の熱硬化型樹脂層1とがこの順で積層された支持構造10を準備する(図1(a)及び(b)参照)。
前記支持体4は支持構造10の強度母体となるものである。支持体4の材質としては、放射線透過性を有し、チップシフト等の抑制の観点から低伸縮性であり、かつハンドリング性の観点から剛性を有する材質が好ましい。そのような材質としてガラスを好適に用いることができる。また、上記特性を備える限り、例えば、低密度ポリエチレン、直鎖状ポリエチレン、中密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、超低密度ポリエチレン、ランダム共重合ポリプロピレン、ブロック共重合ポリプロピレン、ホモポリプロレン、ポリブテン、ポリメチルペンテン等のポリオレフィン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、アイオノマー樹脂、エチレン−(メタ)アクリル酸共重合体、エチレン−(メタ)アクリル酸エステル(ランダム、交互)共重合体、エチレン−ブテン共重合体、エチレン−ヘキセン共重合体、ポリウレタン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリアミド、全芳香族ポリアミド、ポリフェニルスルフィド、アラミド(紙)、ガラス、ガラスクロス、フッ素樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、セルロース系樹脂、シリコーン樹脂、金属(箔)、紙等も用いることができる。
放射線硬化型粘着剤層3は、放射線(紫外線、電子線、X線等)の照射により架橋度を増大させてその粘着力を容易に低下させることができる。
本実施形態に係る第1の熱硬化型樹脂層1は、半導体チップ5の導通部材6(例えば、バンプ等)間の空間を充填するとともに、放射線硬化型粘着剤層3や再配線のための材料からの半導体チップ5への直接の汚染等を防止する機能を有する。第1の熱硬化型樹脂層1の構成材料としては、熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂とを併用したものが挙げられる。また、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂単独でも使用可能である。
本実施形態に係る支持構造の作製方法は、支持体4上に放射線硬化型粘着剤層3を積層する工程と、放射線硬化型粘着剤層3上に第1の熱硬化型樹脂層1を積層する工程とを有する。
半導体チップ配置工程では、上記第1の熱硬化型樹脂層1と上記半導体チップの第1主面5aとが対向するように上記第1の熱硬化型樹脂層1上に複数の半導体チップ5を配置する(図2(a)参照)。半導体チップ5の配置には、フリップチップボンダーやダイボンダーなどの公知の装置を用いることができる。
第2の熱硬化型樹脂層の積層工程では、上記複数の半導体チップ5を覆うように第2の熱硬化型樹脂層2を上記第1の熱硬化型樹脂層1上に積層する(図2(b)参照)。この第2の熱硬化型樹脂層2は、半導体チップ5及びそれに付随する要素を外部環境から保護するための封止樹脂として機能する。
第2の熱硬化型樹脂層を形成する樹脂組成物は、チップの封止に利用可能なものであれば、特に限定されないが、例えば以下のA成分からE成分を含有するエポキシ樹脂組成物が好ましいものとして挙げられる。
A成分:エポキシ樹脂
B成分:フェノール樹脂
C成分:エラストマー
D成分:無機充填剤
E成分:硬化促進剤
エポキシ樹脂(A成分)としては、特に限定されるものではない。例えば、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、変性ビスフェノールA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、変性ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂等の各種のエポキシ樹脂を用いることができる。これらエポキシ樹脂は単独で用いてもよいし2種以上併用してもよい。
フェノール樹脂(B成分)は、エポキシ樹脂(A成分)との間で硬化反応を生起するものであれば特に限定されるものではない。例えば、フェノールノボラック樹脂、フェノールアラルキル樹脂、ビフェニルアラルキル樹脂、ジシクロペンタジエン型フェノール樹脂、クレゾールノボラック樹脂、レゾール樹脂、等が用いられる。これらフェノール樹脂は単独で用いてもよいし、2種以上併用してもよい。
エポキシ樹脂(A成分)及びフェノール樹脂(B成分)とともに用いられるエラストマー(C成分)は、第2の熱硬化型樹脂層をシート状にした場合の半導体チップ5の封止に必要な可撓性をエポキシ樹脂組成物に付与するものであり、このような作用を奏するものであれば特にその構造を限定するものではない。例えば、ポリアクリル酸エステル等の各種アクリル系共重合体、スチレンアクリレート系共重合体、ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、エチレン−酢酸ビニルコポリマー(EVA)、イソプレンゴム、アクリロニトリルゴム等のゴム質重合体を用いることができる。中でも、エポキシ樹脂(A成分)へ分散させやすく、またエポキシ樹脂(A成分)との反応性も高いために、得られる第2の熱硬化型樹脂層の耐熱性や強度を向上させることができるという観点から、アクリル系共重合体を用いることが好ましい。これらは単独で用いてもよいし、2種以上併せて用いてもよい。
無機質充填剤(D成分)は、特に限定されるものではなく、従来公知の各種充填剤を用いることができ、例えば、石英ガラス、タルク、シリカ(溶融シリカや結晶性シリカ等)、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素等の粉末が挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、2種以上併用してもよい。
硬化促進剤(E成分)は、エポキシ樹脂とフェノール樹脂の硬化を進行させるものであれば特に限定されるものではないが、硬化性と保存性の観点から、トリフェニルホスフィンやテトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレート等の有機リン系化合物や、イミダゾール系化合物が好適に用いられる。これら硬化促進剤は、単独で用いても良いし、他の硬化促進剤と併用しても構わない。
また、エポキシ樹脂組成物には、A成分からE成分に加えて、難燃剤成分を加えてもよい。難燃剤組成分としては、例えば水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、水酸化鉄、水酸化カルシウム、水酸化スズ、複合化金属水酸化物等の各種金属水酸化物を用いることができる。比較的少ない添加量で難燃性を発揮できる点や、コスト的な観点から水酸化アルミニウム又は水酸化マグネシウムを用いることが好ましく、水酸化アルミニウムを用いることが特に好ましい。
第2の熱硬化型樹脂の作製方法について、第2の熱硬化型樹脂層がシート状熱硬化型樹脂層である場合の手順を以下に説明する。
放射線硬化型粘着剤層剥離工程では、上記支持体4側より放射線を照射して上記放射線硬化型粘着剤層3を硬化させることにより、上記放射線硬化型粘着剤層3と上記第1の熱硬化型樹脂層1との間で剥離を行う(図2(c)参照)。上記放射線硬化型粘着剤層3に放射線を照射し、放射線硬化型粘着剤層3の架橋度を増大させてその粘着力を低下させておくことで、放射線硬化型粘着剤層3と第1の熱硬化型樹脂層1との界面7での剥離を容易に行うことができる。
本実施形態ではさらに再配線形成工程を含むことが好ましい。再配線形成工程では、上記放射線硬化型粘着剤層3の剥離後、上記露出した導通部材6と接続する再配線8を上記第1の熱硬化型樹脂層1上に形成する(図2(d)参照)。
次いで、形成した再配線8上にバンプを形成するバンピング加工を行ってもよい(図2(e)参照)。バンピング加工は、半田ボールや半田メッキなど公知の方法で行うことができる。バンプの材質は、半導体チップ準備工程で説明した導通部材の材質を好適に用いることができる。
最後に、第1の熱硬化型樹脂層1、半導体チップ5、第2の熱硬化型樹脂層2及び再配線8などのその他の要素からなる積層体のダイシングを行う(図2(f)参照)。これにより、チップ領域の外側に配線を引き出した半導体装置11を得ることができる。ダイシングは、通常、従来公知のダイシングシートにより上記積層体を固定した上で行う。切断箇所の位置合わせは赤外線(IR)を用いた画像認識により行ってもよい。
半導体装置11は、図2(f)に示したように、第2の熱硬化型樹脂層2内に埋め込まれた半導体チップ5と、第2の熱硬化型樹脂層2上に設けられた第1の熱硬化型樹脂層1と、第1の熱硬化型樹脂層1上に形成され導通部材6と接続する再配線8と、再配線8のI/Oパッド上に設けられた半田バンプ9とを備えている。
冷却管、窒素導入管、温度計、及び撹拌装置を備えた反応容器に、アクリル酸−2−エチルヘキシル(以下、「2EHA」ともいう。)86.4部、アクリル酸−2−ヒドロキシエチル(以下、「HEA」ともいう。)13.6部、過酸化ベンゾイル0.2部、及びトルエン65部を入れ、窒素気流中で61℃にて6時間重合処理をし、アクリル系ポリマーAを得た。
エポキシ当量185g/eqのビスフェノールA型エポキシ樹脂(油化シェルエポキシ社製、製品名:YL−980)5部、エポキシ当量198g/eqのクレゾールノボラック型エポキシ樹脂(東都化成社製、製品名:KI−3000−4)15部、フェノール当量175g/eqのアラキラル型フェノール樹脂(明和化成(株)社製、製品名:MEHC−7851H)22.3部、アクリル酸ブチル−アクリロニトリル−アクリル酸エチル共重合体(ナガセケムテックス(株)社製、製品名:SG−70L)227.5部、及び硬化触媒としてのトリフェニルホスフィン(四国化成工業(株)製)1部をメチルエチルケトンに溶解し、無機充填剤((株)アドマッテクス社製、製品名:SE2050MC、平均粒径0.5μm)83部を添加して、固形分濃度が32重量%となる接着剤組成物の溶液を調製した。
エポキシ当量185g/eqのビスフェノールA型エポキシ樹脂(油化シェルエポキシ社製、製品名:YL−980)15部、エポキシ当量198g/eqのクレゾールノボラック型エポキシ樹脂(東都化成社製、製品名:KI−3000−4)5部、フェノール当量175g/eqのアラキラル型フェノール樹脂(明和化成(株)社製、製品名:MEHC−7851H)23.1部、アクリル酸ブチル−アクリロニトリル−アクリル酸エチル共重合体(ナガセケムテックス(株)社製、製品名:SG−70L)7.65部、及び硬化触媒としてのトリフェニルホスフィン(四国化成工業(株)製)0.25部をメチルエチルケトンに溶解し、無機充填剤((株)アドマッテクス社製、製品名:SE2050MC、平均粒径0.5μm)34部を添加して、固形分濃度が32重量%となる接着剤組成物の溶液を調製した。
エポキシ当量185g/eqのビスフェノールA型エポキシ樹脂(油化シェルエポキシ社製、製品名:YL−980)5部、エポキシ当量198g/eqのクレゾールノボラック型エポキシ樹脂(東都化成社製、製品名:KI−3000−4)15部、フェノール当量175g/eqのアラキラル型フェノール樹脂(明和化成(株)社製、製品名:MEHC−7851H)22.3部、アクリル酸ブチル−アクリロニトリル−アクリル酸エチル共重合体(ナガセケムテックス(株)社製、製品名:SG−70L)124.4部、及び硬化触媒としてのトリフェニルホスフィン(四国化成工業(株)製)1部をメチルエチルケトンに溶解し、無機充填剤((株)アドマッテクス社製、製品名:SE2050MC、平均粒径0.5μm)124.4部を添加して、固形分濃度が34重量%となる接着剤組成物の溶液を調製した。
エポキシ当量142g/eqのナフタレン型エポキシ樹脂(DIC社製、製品名:HP4032D)31.6部、エポキシ当量169g/eqのトリスヒドロキシフェニルメタン型エポキシ樹脂(大日本インキ社製、製品名:EPPN501HY)7.9部、フェノール当量175g/eqのアラキラル型フェノール樹脂(明和化成(株)社製、製品名:MEHC−7851S)11.8部、フェノール当量175g/eqのアラキラル型フェノール樹脂(明和化成(株)社製、製品名:MEHC−7851H)35.5部、アクリル酸ブチル−アクリロニトリル−メタクリル酸グリシジル共重合体(ナガセケムテックス(株)社製、製品名:SG−28GM)12部、及び硬化触媒としてのトリフェニルホスフィン(四国化成工業(株)製)1部をメチルエチルケトンに溶解し、無機充填剤((株)アドマッテクス社製、製品名:SE2050MC、平均粒径0.5μm)100部を添加して、固形分濃度が35重量%となる接着剤組成物の溶液を調製した。
エポキシ当量185g/eqのビスフェノールA型エポキシ樹脂(油化シェルエポキシ社製、製品名:YL−980)5部、エポキシ当量198g/eqのクレゾールノボラック型エポキシ樹脂(東都化成社製、製品名:KI−3000−4)15部、フェノール当量175g/eqのアラキラル型フェノール樹脂(明和化成(株)社製、製品名:MEHC−7851H)22.3部、アクリル酸ブチル−アクリロニトリル−アクリル酸エチル共重合体(ナガセケムテックス(株)社製、製品名:SG−70L)342部、及び硬化触媒としてのトリフェニルホスフィン(四国化成工業(株)製)1部をメチルエチルケトンに溶解し、無機充填剤((株)アドマッテクス社製、製品名:SE2050MC、平均粒径0.5μm)149.5部を添加して、固形分濃度が32重量%となる接着剤組成物の溶液を調製した。
支持体として厚さ725μmのガラス板を用意し、これに上記で作製した放射線硬化型樹脂層をラミネーターにて転写した。なお、ラミネートの条件は下記の通りである。
<ラミネート条件>
ラミネーター装置:ロールラミネーター
ラミネート速度:1m/min
ラミネーター温度:45℃
<ラミネート条件>
ラミネーター装置:ロールラミネーター
ラミネート速度:3m/min
ラミネーター温度:75℃
支持構造の第1の熱硬化型樹脂層からセパレータを剥離し、以下の条件にてフリップチップボンダーを用いて第1の熱硬化型樹脂層上に半導体チップを配置した。この際、半導体チップのバンプ形成面と第1の熱硬化型樹脂層とが対向するように配置した。
半導体チップサイズ:7.3mm□
バンプ材質:Cu 30μm、Sn−Ag 15μm厚み
バンプ数:544バンプ
バンプピッチ:50μm
チップ数:16個(4個×4個)
装置:パナソニック電工(株)製
ボンディング条件:150℃、49N、10sec
以下のA成分からE成分までをロール混練り機により、80℃で10分間溶融混練し、混練物を調製した。
B成分(フェノール樹脂):ビフェニルアラルキル骨格を有するフェノール樹脂(明和化成社製、MEH7851SS(水酸基当量203g/eq.、軟化点67℃))
6.0部
C成分(エラストマー):アクリル系熱可塑性樹脂((株)クラレ社製、製品名:LA−2140) 3.6部
D成分(無機充填剤):球状溶融シリカ粉末(電気化学工業社製、FB−9454、平均粒子径20μm) 88部
E成分(硬化促進剤):硬化触媒としてのイミダゾール系触媒(四国化成工業(株)製2PHZ−PW) 0.14部
表1に示した組み合わせで、上記混練物を押出成形し、半導体チップを覆うように押出成形物を上記第1の熱硬化型樹脂層上に減圧プレスにて積層して厚さ1mmの第2の熱硬化型樹脂層を形成した。以上より、実施例及び比較例に係る放射線硬化型粘着剤層、第1の熱硬化型樹脂層、半導体チップ及び第2の熱硬化型樹脂層の積層体を作製した。
装置:ミカドテクノス(株)製
プレス条件:99.3Pa(減圧)、80℃、1.7kNで1分プレスした後、8.5kNで2分プレスした。
放射線硬化型粘着剤層との貼り合わせの前の段階で、各第1の熱硬化型樹脂層(熱硬化前)の最低溶融粘度を測定した。最低溶融粘度の測定は、レオメーター(HAAKE社製、RS−1)を用いて、パラレルプレート法により測定した値である。より詳細には、ギャップ100μm、回転コーン直径20mm、回転速度10s−1の条件にて、50℃から200℃の範囲で溶融粘度を測定し、その際に得られる溶融粘度の最低値を最低溶融粘度とした。結果を表1に示す。
第2の熱硬化型樹脂層を第1の熱硬化型樹脂層上に積層する際に、第1の熱硬化型樹脂層上での半導体チップの位置が変位しているか否かを測長顕微鏡(キーエンス社製、倍率:500倍)により確認した。各半導体チップの位置ズレ量のうちの最大値が50μm以下である場合を「○」、50μmを超える場合を「×」として評価した。位置ズレ量としては、各半導体チップの平面視での頂点の観察前後での変位量を用いた。結果を表1に示す。
実施例及び比較例に係る上記積層体において、放射線硬化型粘着剤層と第1の熱硬化性樹脂層との間での剥離力を測定した。まず、支持体側から紫外線を照射し、放射線硬化型粘着剤層を硬化させた。紫外線照射には、紫外線照射装置(製品名:ΜM810、製造元:日東精機(株)製)用い、紫外線放射量は、400mJ/cm2とした。その後、放射線硬化型粘着剤層と第1の熱硬化型樹脂層との剥離力(N/20mm)を測定した。具体的には、引張試験として、商品名「オートグラフAGS−H」((株)島津製作所製)を用い、温度23±2℃、剥離角度180°、剥離速度300mm/min、チャック間距離100mmの条件下で、型剥離試験(JIS K6854−3)を行った。剥離力が20N/20mm以下である場合を「○」、20N/20mmを超える場合を「×」として評価した。結果を表1に示す。
Claims (6)
- 半導体チップを備える半導体装置の製造方法であって、
第1主面に導通部材が形成された半導体チップを準備する工程と、
放射線を透過する支持体上に、放射線硬化型粘着剤層と第1の熱硬化型樹脂層とがこの順で積層された支持構造を準備する工程と、
上記第1の熱硬化型樹脂層と上記半導体チップの第1主面とが対向するように上記第1の熱硬化型樹脂層上に複数の半導体チップを配置する工程と、
上記複数の半導体チップを覆うように第2の熱硬化型樹脂層を上記第1の熱硬化型樹脂層上に積層する工程と、
上記支持体側より放射線を照射して上記放射線硬化型粘着剤層を硬化させることにより、上記放射線硬化型粘着剤層と上記第1の熱硬化型樹脂層との間で剥離を行う工程と
を含み、
上記第1の熱硬化型樹脂層の50℃から200℃における最低溶融粘度が5×10 2 Pa・s以上1×10 4 Pa・s以下である半導体装置の製造方法。 - 上記第2の熱硬化型樹脂層が、シート状熱硬化型樹脂層である請求項1記載の半導体装置の製造方法。
- 上記第2の熱硬化型樹脂層が、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、フィラー及びエラストマーにより形成されている請求項2記載の半導体装置の製造方法。
- 上記複数の半導体チップの上記第1の熱硬化型樹脂層上への配置の際に、上記導通部材が上記第1の熱硬化型樹脂層と上記放射線硬化型粘着剤層との界面にまで露出している請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 上記放射線硬化型粘着剤層の剥離後、上記第1の熱硬化型樹脂層の上記半導体チップとは反対側の表面から上記導通部材を露出させる工程をさらに含む請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 上記放射線硬化型粘着剤層の剥離後、上記露出した導通部材と接続する再配線を上記第1の熱硬化型樹脂層上に形成する工程をさらに含む請求項4又は5に記載の半導体装置の製造方法。
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