(57)【要約】  接続部を有する第一の部材と接続部を有する第二の部材とを、熱硬化性の接着剤を介して、第一の部材の接続部の融点及び第二の部材の接続部の融点よりも低い温度で圧着することによって、第一の部材の接続部と第二の部材の接続部とが対向配置されている仮圧着体を得る工程と、仮圧着体を、対向配置された一対の押圧部材の間に挟むことにより、第一の部材の接続部又は第二の部材の接続部のうち少なくとも一方の融点以上の温度に加熱しながら加圧することによって、圧着体を得る工程と、圧着体を、加圧雰囲気下で更に加熱する工程と、を備える、半導体装置を製造する方法が開示される。第一の部材が半導体チップ又は半導体ウエハで、第二の部材が配線回路基板、半導体チップ又は半導体ウエハである。
2019123518.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
接続部を有する第一の部材と接続部を有する第二の部材とを、熱硬化性の接着剤を介して、前記第一の部材の接続部の融点及び前記第二の部材の接続部の融点よりも低い温度で圧着することによって、前記第一の部材の接続部と前記第二の部材の接続部とが対向配置されている仮圧着体を得る工程と、
前記仮圧着体を、対向配置された一対の押圧部材の間に挟むことにより、前記第一の部材の接続部又は前記第二の部材の接続部のうち少なくとも一方の融点以上の温度に加熱しながら加圧することによって、圧着体を得る工程と、
前記圧着体を、加圧雰囲気下で更に加熱する工程と、
を備え、
前記第一の部材が半導体チップ又は半導体ウエハで、前記第二の部材が配線回路基板、半導体チップ又は半導体ウエハである、半導体装置を製造する方法。
【請求項２】
前記仮圧着体を加熱しながら加圧することによって前記圧着体を得る前記工程において、前記熱硬化性の接着剤を部分的に硬化させ、
前記圧着体を加圧雰囲気下で加熱する前記工程において、前記熱硬化性の接着剤を更に硬化させる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記仮圧着体を加熱しながら加圧することによって前記圧着体を得る前記工程において、前記熱硬化性の接着剤を、硬化反応率が３０％以下となるまで硬化させる、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記圧着体を加圧雰囲気下で加熱する前記工程において、前記熱硬化性の接着剤の硬化反応率が８５％以上となるまで更に硬化させる、請求項２又は３に記載の方法。
【請求項５】
前記圧着体を加圧雰囲気下で加熱する前記工程において、複数の前記圧着体を一括して加熱する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記圧着体を加圧雰囲気下で加熱する前記工程における加熱温度が、１３０℃以上３００℃以下である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記熱硬化性の接着剤が、重量平均分子量１００００未満の熱硬化性樹脂と、前記熱硬化性樹脂の硬化剤と、重量平均分子量１００００以上の高分子成分と、を含有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記熱硬化性の接着剤の最低溶融粘度が、３０００Ｐａ・ｓ以下である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法に用いられるための熱硬化性の接着剤であって、
最低溶融粘度が３０００Ｐａ・ｓ以下である、熱硬化性の接着剤。
【請求項１０】
フィルム状である、請求項９に記載の熱硬化性の接着剤。
【請求項１１】
接続部を有する第一の部材と、接続部を有する第二の部材と、これらの間に介在する接着剤層とを備え、前記第一の部材の接続部と前記第二の部材の接続部とが金属接合によって電気的に接続されている、半導体装置であって、
前記接着剤層が、熱硬化性の接着剤の硬化物からなり、
前記熱硬化性の接着剤の最低溶融粘度が、３０００Ｐａ・ｓ以下であり、
前記第一の部材が半導体チップ又は半導体ウエハで、前記第二の部材が配線回路基板、半導体チップ又は半導体ウエハである、半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置、半導体装置の製造方法及び接着剤に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体チップと基板を接続する際には、金ワイヤ等の金属細線を用いるワイヤーボンディング方式が広く適用されてきた。【０００３】
近年、半導体装置に対する高機能、高集積、高速化等の要求に対応するため、半導体チップ又は配線回路基板にバンプと呼ばれる導電性突起を接続部として設け、接続部同士の接続によって半導体チップと配線回路基板又は他の半導体チップとを直接接続するフリップチップ接続方式（ＦＣ接続方式）が広く採用されている。例えば、半導体チップと配線回路基板間の接続であるＣＯＢ（Ｃｈｉｐ  Ｏｎ  Ｂｏａｒｄ）型の接続方式は、ＦＣ接続方式である。ＦＣ接続方式は、半導体チップ上にバンプ又は配線を接続部として設け、半導体チップ間で接続するＣｏＣ（Ｃｈｉｐ  Ｏｎ  Ｃｈｉｐ）型接続方式にも広く用いられている。【０００４】
ＦＣ接続方式においては、一般に、接続部の信頼性の観点から、はんだ、スズ、金、銀、銅等の接続部を金属接合させることが多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２９４３８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＦＣ接続方式の半導体装置の組立では、一般的にまず、ダイシングした半導体ウエハから半導体チップを、コレットでピックアップして押圧装置に供給する。次いで、押圧装置で半導体チップを配線回路基板又は他の半導体チップと圧着する。圧着の際、金属結合が形成されるように、これらの一方又は両方の接続部の金属が融点以上に達するように押圧装置の温度を上昇させる。その後、高温の押圧装置を冷却してから、再び半導体チップを押圧装置に供給する。コレットでピックアップされる半導体チップ上に予め半導体接着剤が供給されていてもよく、その場合、連続して半導体装置を製造するために、押圧装置を、接続部の金属が溶融する高温から、半導体接着剤が供給された半導体チップを供給可能な低温まで冷却する必要がある。【０００７】
そこで、一つの押圧装置で半導体チップを配線回路基板又は他の半導体チップを比較的低温で仮圧着し、得られた仮圧着体を、仮圧着とは別の押圧装置を用いて高温で加熱しながら加圧して、半導体チップが配線回路基板又は他の半導体チップと接着するとともに電気的に接続された接続体を得る方法を採用することにより、押圧装置の昇温と冷却を繰り返す必要がなく、生産効率が向上することが期待される。【０００８】
しかし、このような方法によってもなお、生産効率の点で必ずしも十分ではない。大量の半導体装置を連続的に製造する場合、多数の押圧装置を必要とするため、生産効率の向上には限界があった。【０００９】
本発明者らの検討によれば、第一の押圧装置を用いて半導体チップと基板又は他の半導体チップとを比較的低温で仮圧着する工程と、第一の押圧装置とは別の第二の押圧装置を用いて、半導体チップ又は基板の接続部の金属の融点以上の温度で加熱しながら加圧することで圧着体を得る工程と、圧着体を加熱炉内で更に加熱する工程とを含む方法によって、生産効率の更なる向上を図ることができる。ところが、この方法で特に高密度、薄型化、及び小型化した半導体装置を製造する場合に、接続不良が発生したり、接着剤中にボイドが残存したりする可能性があることが、本発明者らの更なる検討により明らかとなった。ボイドは、信頼性低下の原因になる得るため、ボイドが抑制されることが望ましい。【００１０】
そこで本発明の一側面の目的は、接続部を有する半導体チップ又は半導体ウエハを、接続部を有する他の部材と、接着剤を介して接着するとともに接続部同士を電気的に接続することを含む、半導体装置を製造する方法に関して、接着剤中のボイドの発生を抑制し、且つ適切な電気的接続を確保しながら、多数の半導体装置を効率的に製造することを可能にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一側面は、接続部を有する第一の部材と接続部を有する第二の部材とを、熱硬化性の接着剤を介して、前記第一の部材の接続部の融点及び前記第二の部材の接続部の融点よりも低い温度で圧着することによって、前記第一の部材の接続部と前記第二の部材の接続部とが対向配置されている仮圧着体を得る工程と、仮圧着体を、対向配置された一対の押圧部材の間に挟むことにより、前記第一の部材の接続部又は前記第二の部材の接続部のうち少なくとも一方の融点以上の温度に加熱しながら加圧することによって、圧着体を得る工程と、圧着体を加圧雰囲気下で加熱する工程と、を備える、半導体装置を製造する方法を提供する。前記第一の部材が半導体チップ又は半導体ウエハで、前記第二の部材が配線回路基板、半導体チップ又は半導体ウエハであってもよい。【００１２】
ここで、本明細書において、第一の部材と第二の部材とを熱硬化性の接着剤を介して圧着することによって仮圧着体を得る工程を「第一の圧着工程」ということがある。仮圧着体を第一の部材の接続部又は第二の部材の接続部のうち少なくとも一方の融点以上の温度に加熱しながら加圧することによって圧着体を得る工程を「第二の圧着工程」ということがある。圧着体を加圧雰囲気下で更に加熱する工程を「第三の圧着工程」ということがある。これら３つの圧着工程の組み合わせにより、接着剤中のボイドの発生を抑制し、且つ適切な電気的接続を確保しながら、多数の半導体装置を効率的に製造することができる。【００１３】
仮圧着体を加熱しながら加圧することによって圧着体を得る第二の圧着工程において、熱硬化性の接着剤を部分的に硬化させ、圧着体を加圧雰囲気下で加熱する第三の圧着工程において、熱硬化性の接着剤を更に硬化させてよい。この場合、第二の圧着工程において、熱硬化性の接着剤を硬化反応率が３０％以下となるまで硬化させてよい。また、第三の圧着工程において、熱硬化性の接着剤を硬化反応率が８５％以上となるまで更に硬化させてよい。【００１４】
圧着体を加圧雰囲気下で加熱する第三の圧着工程において、複数の圧着体を一括して加熱してよい。第三の圧着工程における加熱温度が、１３０℃以上３００℃以下であってもよい。【００１５】
熱硬化性の接着剤は、重量平均分子量１００００未満の熱硬化性樹脂と、熱硬化性樹脂の硬化剤と、重量平均分子量１００００以上の高分子成分と、を含有してよい。【００１６】
本発明の別の一側面は、上述した方法に用いられる熱硬化性の接着剤に関する。この接着剤の最低溶融粘度は、３０００Ｐａ・ｓ以下であってもよい。また、熱硬化性の接着剤がフィルム状であってよい。【００１７】
本発明の更に別の一側面は、接続部を有する第一の部材と、接続部を有する第二の部材と、これらの間に介在する接着剤層とを備え、第一の部材の接続部と第二の部材の接続部とが金属接合によって電気的に接続されている、半導体装置を提供する。接着剤層が、熱硬化性の接着剤の硬化物からなり、熱硬化性の接着剤の最低溶融粘度が、３０００Ｐａ・ｓ以下であってもよい。第一の部材が半導体チップ又は半導体ウエハで、第二の部材が配線回路基板、半導体チップ又は半導体ウエハである、半導体装置である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の一側面は、接続部を有する半導体チップ又は半導体ウエハを、接続部を有する他の部材と、接着剤を介して接着するとともに接続部同士を電気的に接続することを含む、半導体装置を製造する方法に関して、接着剤中のボイドの発生を抑制し、且つ適切な電気的接続を確保しながら、多数の半導体装置を効率的に製造することを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第一の部材と第二の部材とを圧着し仮圧着体を得る工程の一実施形態を示す工程図である。
【図２】仮圧着体を加熱及び加圧して圧着体を得る工程の一実施形態を示す工程図である。
【図３】圧着体を加圧雰囲気下で加熱する工程の一実施形態を示す工程図である。
【図４】半導体装置の他の一実施形態を示す模式断面図である。
【図５】半導体装置の他の一実施形態を示す模式断面図である。
【図６】半導体装置の他の一実施形態を示す模式断面図である。
【図７】半導体装置の他の一実施形態を示す模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明のいくつかの実施形態について詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００２１】
（半導体装置の製造方法）
図１、図２及び図３は、半導体装置を製造する方法の一実施形態を示す工程図である。本実施形態に係る方法は、接続部を有する第一の部材と接続部を有する第二の部材とを、熱硬化性の接着剤を介して、第一の部材の接続部の融点及び第二の部材の接続部の融点よりも低い温度で圧着することによって、第一の部材の接続部と第二の部材の接続部とが対向配置されている仮圧着体を得る第一の圧着工程と、仮圧着体を、対向配置された一対の押圧部材の間に挟むことにより、第一の部材の接続部又は第二の部材の接続部のうち少なくとも一方の融点以上の温度に加熱しながら加圧することによって、圧着体を得る第二の圧着工程と、圧着体を加圧雰囲気下で加熱する第三の圧着工程とを含む。
【００２２】
図１は、半導体チップ１（第一の部材）と配線回路基板２（第二の部材）とを圧着し、仮圧着体４を得る第一の圧着工程を示す。まず、図１の（ａ）に示されるように、半導体チップ本体１０、及び接続部としてのバンプ３０を有する半導体チップ１を、基板本体２０、及び接続部としての配線１６を有する配線回路基板２に、これらの間に熱硬化性の接着剤層４０を配置しながら重ねあわせて、積層体３を形成させる。半導体チップ１は、半導体ウエハのダイシングによって形成された後、ピックアップされて配線回路基板２上まで搬送され、接続部としてのバンプ３０と配線１６とが対向配置されるように、位置合わせされる。積層体３は、対向配置された一対の仮圧着用押圧部材としての圧着ヘッド４１及びステージ４２を有する押圧装置４３のステージ４２上で形成される。バンプ３０は、半導体チップ本体１０上に設けられた配線１５上に設けられている。配線回路基板２の配線１６は、基板本体２０上の所定の位置に設けられている。バンプ３０及び配線１６は、それぞれ、金属材料によって形成された表面を有する。
【００２３】
熱硬化性の接着剤層４０は、予め準備されたフィルム状の接着剤を配線回路基板２に貼り付けることによって形成された層であってもよい。フィルム状の接着剤は、加熱プレス、ロールラミネート、真空ラミネート等によって貼り付けることができる。接着剤層の供給面積及び厚みは、半導体チップ１又は配線回路基板２のサイズ、接続部の高さ等に応じて適宜設定される。フィルム状の接着剤を半導体チップ１に貼付してもよい。フィルム状の接着剤を半導体ウエハに貼付し、その後、半導体ウエハをダイシングして半導体ウエハを個片化することによって、フィルム状の接着剤が貼付された半導体チップ１を作製してもよい。
【００２４】
続いて、図１の（ｂ）に示されるように、積層体３を、仮圧着用押圧部材としてのステージ４２及び圧着ヘッド４１の間に挟むことによって加熱及び加圧し、それにより半導体チップ１を配線回路基板２を仮圧着し、仮圧着体４を得る。図１の実施形態の場合、圧着ヘッド４１は、半導体チップ１側に配置され、ステージ４２は、配線回路基板２側に配置されている。ステージ及び圧着ヘッドを有する仮圧着用押圧装置としては、フリップチップボンダー等を用いることができる。
【００２５】
ステージ４２及び圧着ヘッド４１のうち少なくとも一方が、仮圧着のために積層体３を加熱及び加圧する時に、半導体チップ１の接続部としてのバンプ３０の融点、及び配線回路基板２の接続部としての配線１６の融点よりも低い温度に加熱される。本明細書において、「接続部の融点」は、接続部の表面を形成している金属材料の融点を意味する。
【００２６】
仮圧着体を得る工程では、第一の部材としての半導体チップ等をピックアップする際に熱が半導体チップ等へ転写しないように、仮圧着用押圧部材が低温に設定される。仮圧着のために積層体を加熱及び加圧する間、巻き込まれたボイドを排除できる程度に接着剤層の流動性を高めるために、仮圧着用押圧部材をある程度高温に加熱してもよい。冷却時間を短縮するため、半導体チップ等をピックアップする時の押圧部材の温度と、仮圧着体を得るために積層体を加熱及び加圧する時の押圧部材の温度との差は小さくてもよい。この温度差は１００℃以下、又は６０℃以下であってもよい。この温度差は一定であってもよい。温度差が１００℃以下又は６０℃以下であると、仮圧着用押圧部材の冷却にかかる時間を短くすることができる。
【００２７】
仮圧着体を得るために積層体を加熱及び加圧する時の仮圧着用押圧部材の温度は、接着剤層の反応開始温度よりも低い温度であってもよい。反応開始温度とは、ＤＳＣ（パーキンエルマー社製、ＤＳＣ−Ｐｙｉｒｓ１）を用いて、接着剤のサンプル量１０ｍｇ、昇温速度１０℃／分、測定雰囲気：空気又は窒素の条件で測定したときに得られるＤＳＣサーモグラムにおけるＯｎ−ｓｅｔ温度をいう。
【００２８】
以上の観点から、仮圧着体を得るために積層体を加熱及び加圧する時のステージ４２及び／又は圧着ヘッド４１の温度は、接着剤が配線回路基板又は半導体ウエハ等に密着し、かつ接着剤の硬化反応が進行しない温度に設定することができる。この観点から、仮圧着体を得るために積層体を加熱及び加圧する時のステージ４２及び／又は圧着ヘッド４１の温度は、１４０℃以下、１１０℃以下、又は８０℃以下であってもよく、２５℃以上であってもよい。このように第一の圧着工程を低温で行ったとしても、これに続く第二の圧着工程及び第三の圧着工程を経ることにより、ボイド抑制及び接続の点で十分な半導体装置を得ることができる。
【００２９】
仮圧着体４を得るために積層体３を加圧するための押圧荷重は、バンプ数、バンプの高さばらつきの吸収、及びバンプ変形量の制御を考慮して適宜設定される。仮圧着体４において、半導体チップ１の接続部（バンプ３０）と配線回路基板２の接続部（配線１６）とが接触していてもよい。これにより、この後の工程において金属結合が形成され易く、また、接着剤の噛み込みが少ない傾向がある。接続部同士を充分に接触させる観点から、仮圧着体４を得るために積層体３を加圧するための押圧荷重は、例えば、半導体チップ１のバンプ３０の１個あたり、０．００９〜０．２Ｎであってもよい。
【００３０】
仮圧着体４を得るために積層体３を加圧する時間は、生産性向上の観点から、５秒以下、３秒以下、又は１秒以下であってもよく、０．５秒以上であってもよい。
【００３１】
図２は、仮圧着体４を加熱しながら加圧することによって、圧着体６を得る第二の圧着工程を示す。図２の（ａ）及び（ｂ）に示されるように、押圧装置４３とは別に準備された、本圧着用押圧部材としての対向配置されたステージ４５及び圧着ヘッド４４を有する押圧装置４６を用いて、仮圧着体４を加熱及び加圧する。仮圧着体４を、ステージ４５及び圧着ヘッド４４で挟むことによって加熱及び加圧する。図２の実施形態の場合、圧着ヘッド４４は、仮圧着体４の半導体チップ１側に配置され、ステージ４５は、仮圧着体４の配線回路基板２側に配置されている。
【００３２】
ステージ４５又は圧着ヘッド４４のうち少なくとも一方が、仮圧着体４を加熱及び加圧するときに、半導体チップ１の接続部としてのバンプ３０の融点、又は配線回路基板２の接続部としての配線１６の融点のうち少なくともいずれか一方の融点以上の温度に加熱される。
【００３３】
第二の圧着工程により、通常、接続部表面の酸化膜が除去されてもよい。したがって、ステージ４５及び／又は圧着ヘッド４４の温度（すなわち、第二の圧着工程における加熱温度）は、接続部表面の酸化膜が効率的に除去される温度以上に設定することができる。係る観点から、第二の圧着工程における加熱温度は、２２０℃以上３３０℃以下であってもよい。接続部の金属材料がはんだを含む場合、第二の圧着工程における加熱温度が２２０℃以上であると、接続部のはんだが溶融して、充分な金属結合が形成され易い。温度が３３０℃以下であると、ボイドが発生し難く、また、はんだが飛散し難い。第二の圧着工程の加熱温度は、接続部の金属材料が融点約２２０℃のＳｎ／Ａｇを含む場合も、２２０℃以上であってもよい。
【００３４】
第二の圧着工程における押圧荷重は、接続部表面の酸化膜除去、バンプの数、バンプの高さばらつきの吸収、及びバンプ変形量の制御等を考慮して適宜設定される。押圧荷重が、大きいと、酸化膜が除去され易い傾向がある。押圧荷重は、例えば、半導体チップの接続部（バンプ）１個あたり、０．００９〜０．２Ｎであってもよい。この押圧荷重が０．００９Ｎ以上であると、接続部に形成された酸化膜が除去され易く、また、接着剤が接続部にトラップされ難い。また、押圧荷重が０．２Ｎ以下であると、はんだ等を含むバンプが潰れたり、飛散したりするといった不具合が生じ難い。
【００３５】
接着剤は、圧着体を加圧雰囲気下で加熱する第三の圧着工程においてある程度流動性を有する程度に、第二の圧着工程によって部分的に硬化されてもよい。第三の圧着工程で接着剤がある程接流動することで、接着剤層中のボイドの残存をより一層抑制することができる。また、第二の圧着工程において接着剤に加えられる熱履歴を硬化反応率が小さく留まる程度にすることで、接続部周囲のフィレットを抑制することもできる。これらの観点から、第二の圧着工程後の接着剤の硬化反応率は、５０％以下、３０％以下、２７％以下、又は２５％以下であってもよい。
【００３６】
第二の圧着工程後の接着剤の硬化反応率は、示差走査熱量測定によって測定される、硬化反応による発熱量の変化に基づいて決定される。第一の圧着工程前の接着剤の硬化反応による発熱量ΔＨ（Ｊ／ｇ）を「ΔＨ０」とし、第二の圧着工程後の硬化反応による発熱量ΔＨ（Ｊ／ｇ）を「ΔＨ２」とし、以下の式で第二の圧着工程後の硬化反応率を算出することができる。ここでは、第一の圧着工程に供される接着剤の硬化反応率が、０％とみなされる。
第二の圧着工程後の硬化反応率（％）＝（ΔＨ０−ΔＨ２）／ΔＨ０×１００
硬化反応による発熱量を測定するための示差走査熱量測定は、昇温速度２０℃／分、３０〜３００℃の温度範囲で行うことができる。実際の圧着工程に代えて、ホットプレート、オーブン等を用いて、第一の圧着工程及び第一の圧着工程と同じ条件で熱履歴を加えた後の接着剤を用いて硬化反応率を測定することにより、第二の圧着工程後の硬化反応率を見積もることができる。
【００３７】
第二の圧着工程後の硬化反応率は、主として、加熱及び加圧の時間に基づいて調節することができる。例えば、第二の圧着工程における加熱及び加圧の時間が３秒以下、又は１秒以下であると、例えば硬化反応率が５０％以下、３０％以下、２７％以下、又は２５％以下になるまで接着剤を硬化させることができる。
【００３８】
仮圧着用押圧部材及び圧着用押圧部材は、２つ以上の別々の装置にそれぞれ設置されていてもよく、両方が１つの装置内に設置されていてもよい。
【００３９】
続いて、図３に示すように、圧着体６を、加熱炉６０内の加圧雰囲気下で加熱する第三の圧着工程を経て、半導体装置１００が得られる。１つの加熱炉６０内で複数の圧着体６を一括して加熱することができる。押圧部材を用いて複数の圧着体を一括して加圧すると、複数の圧着体を均一に加熱することが困難である。これに対して、加熱炉は、多数の圧着体を容易に均一に加熱することができ、これにより生産性が向上する。加熱炉としては、リフロ炉、加圧オーブン等を用いることができる。
【００４０】
圧着体を加圧雰囲気下で加熱すると、圧着体を押圧部材を用いて加熱及び加圧場合と比較して、フィレットが抑制される傾向がある。フィレット抑制は、小型化及び高密度化した半導体装置の製造において、特に重要である。ここで、フィレット抑制とは、フィレット幅を小さく抑制することを意味し、フィレット幅は、半導体装置の外周部にはみ出した接着剤の長さである。フィレット幅は、例えば、半導体装置の外観画像を、デジタルマイクロスコープ（ＫＥＹＥＮＣＥ製、ＶＨＸ−５０００）によって撮影し、得られた画像上で計測することができる。半導体チップの周囲４辺からはみ出した接着剤層の長さ（フィレット幅）を計測し、その平均値がフィレット値として求められる。フィレット値は、半導体ウエハ又は配線回路基板等の上に多くの半導体チップ等を搭載する観点から、１５０μｍ以下であってもよい。
【００４１】
加熱炉６０内を加圧雰囲気とした状態で、圧着体が加熱される。本明細書において、「加圧雰囲気」は、大気圧以上の気圧を有する気体雰囲気を意味する。加熱炉６０内の気圧は０．１ＭＰａ以上０．８ＭＰａ以下、又は０．２ＭＰａ以上０．５ＭＰａ以下であってもよい。気圧が０．１ＭＰａ以上であると、ボイドが特に効果的に消失する。気圧が０．８ＭＰａ以下であると、半導体装置の反りが大きくなる等の不具合が生じ難い。
【００４２】
第三の圧着工程における加熱温度（加熱炉６０内の雰囲気温度）は、接着剤が溶融する温度、又は、接着剤のガラス転移温度（Ｔｇ）以上の温度であってもよく、接着剤の硬化が進行する温度であってもよい。加熱炉６０内の雰囲気温度は、例えば、１３０℃以上３００℃以下、又は１４０℃以上２７０℃以下であってもよい。この温度が１３０℃以上であると、接着剤がある程度流動性を有しながら適切に硬化し易く、加圧によってボイドが特に効果的に抑制される傾向がある。温度が３００℃以下であると、ボイドが特に抑制され、半導体装置の反りが生じ難い。後述のように加熱炉６０内の雰囲気を昇温する場合、最高到達温度が上記範囲内であってもよい。
【００４３】
第三の圧着工程における加熱及び加圧の時間は、接着剤の硬化が十分に進行する程度に、設定される。例えば、加熱炉６０内の雰囲気温度が１３０℃以上３００℃以下である時間が、１分以上１２０分以下、又は５分以上６０分以下であってもよい。
【００４４】
第三の圧着工程の間、加熱炉６０内の雰囲気を昇温してもよい。その場合の昇温速度は、特に制限はないが、５℃／分以上３００℃／分以下、又は１０℃／分以上２５０℃／分以下であってもよい。昇温速度が５℃／分以上であると、生産性が向上するとともに、ボイドが特に効果的に消失する傾向がある。昇温速度が３００℃／分以下であると、急昇温によるボイド発生等の不具合が生じ難い。
【００４５】
第三の圧着工程によって接着剤を更に硬化させて、半導体チップ１（第一の部材）と配線回路基板２（第二の部材）とが硬化した接着剤層４０によって強固に接着された接続体（半導体装置１００）を形成することができる。第三の圧着工程後の接着剤の硬化反応率は、８０％以上、８５％以上、又は９０％以上であってもよい。第三の圧着工程後の接着剤の硬化反応率が８０％以上であると、スプリングバック等に起因するボイドの発生をより効果的に抑制することができる。
【００４６】
第三の圧着工程後の接着剤の硬化反応率も、示差走査熱量測定によって測定される、硬化反応による発熱量の変化に基づいて決定される。第一の圧着工程前の接着剤の硬化反応による発熱量ΔＨ（Ｊ／ｇ）を「ΔＨ０」とし、第三の圧着工程後の硬化反応による発熱量ΔＨ（Ｊ／ｇ）を「ΔＨ３」とし、以下の式で第二の圧着工程後の硬化反応率を算出することができる。
第三の圧着工程後の硬化反応率（％）＝（ΔＨ０−ΔＨ３）／ΔＨ０×１００
示差走査熱量測定の条件は、第二の圧着工程後の硬化反応率の決定方法と同様である。
【００４７】
加熱炉６０内の雰囲気は、特に制限はないが、空気、窒素、又は蟻酸等であってもよい。
【００４８】
生産性向上の観点から、第一の部材又は第二の部材のうち少なくとも一方として半導体ウエハを用いてもよい。その例としては、半導体ウエハに半導体チップを接続した後に個片化するＣｏＷ（Ｃｈｉｐ  Ｏｎ  Ｗａｆｅｒ）、半導体ウエハ同士を圧着した後に個片化するＷｏＷ（Ｗａｆｅｒ  Ｏｎ  Ｗａｆｅｒ）がある。
【００４９】
（半導体装置）
図４、図５、図６及び図７は、それぞれ、上述の実施形態に係る方法によって製造することができる半導体装置の他の一実施形態を示す断面図である。
【００５０】
図４に示す半導体装置２００は、半導体チップ本体１０を有する半導体チップ１（第一の部材）と、基板本体２０を有する配線回路基板２（第二の部材）と、これらの間に介在する接着剤層４０とを備える。半導体装置２００の場合、半導体チップは、接続部として、半導体チップの配線回路基板２側の面に配置されたバンプ３２を有する。配線回路基板２は、接続部として、基板本体２０の半導体チップ側の面上に配置されたバンプ３３を有する。半導体チップ１のバンプ３２と、配線回路基板２のバンプ３３とは、金属接合によって電気的に接続されている。すなわち、半導体チップ１及び配線回路基板２は、バンプ３２，３３によりフリップチップ接続されている。バンプ３２，３３は、接着剤層４０によって封止されることで、外部環境から遮断されている。
【００５１】
図５及び図６は、半導体チップ同士が接続された接続体であるＣｏＣ型の半導体装置を示す。図５に示す半導体装置３００の構成は、２つの半導体チップが第一の部材及び第二の部材として、配線１５及びバンプ３０を介してフリップチップ接続されている点を除き、半導体装置１００と同様である。図６に示す半導体装置４００の構成は、２つの半導体チップ１がバンプ３２を介してフリップチップ接続されている点を除き、半導体装置２００と同様である。
【００５２】
図３〜図６に示される半導体装置１００、２００、３００、及び４００において、配線１５、バンプ３２等の接続部は、パッドと呼ばれる金属膜（例えば、金めっき）であってもよく、ポスト電極（例えば、銅ピラー）であってもよい。例えば、図２の（ｂ）において、一方の半導体チップが接続部として銅ピラー及び接続バンプ（はんだ：スズ−銀）を有し、他方の半導体チップが接続部として金めっきを有していてもよい。この場合、接続部が、接続部の表面を形成している金属材料のうち最も融点が低いはんだの融点以上の温度に達すればよい。
【００５３】
半導体チップ本体１０としては、特に制限はなく、シリコン、ゲルマニウム等の同一種類の元素から構成される元素半導体、ガリウムヒ素、インジウムリン等の化合物半導体などの各種半導体を用いることができる。
【００５４】
配線回路基板２としては、特に制限はなく、ガラスエポキシ、ポリイミド、ポリエステル、セラミック、エポキシ、ビスマレイミドトリアジン等を主な成分とする絶縁基板を基板本体として有し、その表面に形成された金属層の不要な箇所をエッチング除去して配線（配線パターン）が形成された回路基板、上記絶縁基板の表面に金属めっき等によって配線（配線パターン）が形成された回路基板、上記絶縁基板の表面に導電性物質を印刷して配線（配線パターン）が形成された回路基板などを用いることができる。
【００５５】
配線１５及び１６、バンプ３０、バンプ３２及び３３等の接続部の材質としては、主成分として、金、銀、銅、はんだ（主成分は、例えば、スズ−銀、スズ−鉛、スズ−ビスマス、スズ−銅、スズ−銀−銅）、スズ、ニッケル等が用いられる。接続部は単一の成分のみで構成されていてもよく、複数の成分から構成されていてもよい。接続部は、これらの金属が積層された構造を有していてもよい。金属材料のうち、銅、はんだが、比較的安価である。接続信頼性の向上及び反り抑制の観点から、接続部がはんだを含んでいてもよい。
【００５６】
パッドの材質としては、主成分として、金、銀、銅、はんだ（主成分は、例えば、スズ−銀、スズ−鉛、スズ−ビスマス、スズ−銅、スズ−銀−銅）、スズ、ニッケル等が用いられる。パッドは単一の成分のみで構成されていてもよく、複数の成分から構成されていてもよい。パッドは、これらの金属が積層された構造を有していてもよい。接続信頼性の観点から、パッドが金又ははんだを含んでいてもよい。
【００５７】
配線１５，１６（配線パターン）の表面には、金、銀、銅、はんだ（主成分は、例えば、スズ−銀、スズ−鉛、スズ−ビスマス、スズ−銅）、スズ、ニッケル等を主成分とする金属層が形成されていてもよい。この金属層は単一の成分のみで構成されていてもよく、複数の成分から構成されていてもよい。金属層が複数の金属層が積層された構造を有していてもよい。金属層が、比較的安価な銅又ははんだを含んでいてもよい。接続信頼性の向上及び反り抑制の観点から、金属層が、はんだを含んでいてもよい。
【００５８】
半導体装置１００、２００、３００、４００のような半導体装置（パッケージ）を積層して、金、銀、銅、はんだ（主成分は、例えば、スズ−銀、スズ−鉛、スズ−ビスマス、スズ−銅、スズ−銀−銅）、スズ、ニッケル等で電気的に接続してもよい。接続するための金属は、比較的安価な銅又ははんだであってもよい。例えば、ＴＳＶ技術で見られるような、接着剤層を半導体チップ間に介して、フリップチップ接続又は積層し、半導体チップを貫通する孔を形成し、パターン面の電極とつなげてもよい。
【００５９】
図７は、半導体装置の他の一実施形態を示す断面図である。図７に示す半導体装置５００は、複数の半導体チップが積層されたＴＳＶ構造を有する。図７に示す半導体装置５００では、配線回路基板としてのインターポーザー本体５０上に形成された配線１５が半導体チップ１のバンプ３０と接続されることにより、半導体チップ１とインターポーザー５とがフリップチップ接続されている。半導体チップ１とインターポーザー５との間には接着剤層４０が介在している。半導体チップ１におけるインターポーザー５と反対側の表面上に、配線１５、バンプ３０及び接着剤層４０を介して半導体チップ１が繰り返し積層されている。半導体チップ１の表裏におけるパターン面の配線１５は、半導体チップ本体１０の内部を貫通する孔内に充填された貫通電極３４により互いに接続されている。貫通電極３４の材質としては、銅、アルミニウム等を用いることができる。
【００６０】
図７に例示されるようなＴＳＶ（Ｔｈｒｏｕｇｈ−Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｖｉａ）構造の半導体装置によれば、通常は使用されない半導体チップの裏面からも信号を取得することができる。更には、半導体チップ１内に貫通電極３４を垂直に通すため、対向する半導体チップ１間、並びに、半導体チップ１及びインターポーザー５間の距離を短くし、柔軟な接続が可能である。
【００６１】
図７の半導体装置５００の場合、複数の半導体チップ１を一つずつ積み重ねて順次仮圧着し、その後、第二の圧着工程によって圧着体を得て、最後に一括で複数の半導体チップを加圧雰囲気下で加熱してもよい。
【００６２】
多層の半導体チップを有する半導体装置の他の例として、チップスタック型パッケージ、ＰＯＰ（Ｐａｃｋａｇｅ  Ｏｎ  Ｐａｃｋａｇｅ）もあり、これもＴＳＶと同様の方法により製造することができる。
【００６３】
これらは半導体装置のさらなる小型化及び薄型化による実装面積の削減、高機能化、ノイズ低減、省電力化にも有効である。
【００６４】
（接着剤）
以下、上述の半導体装置の製造方法で用いることのできる接着剤（熱硬化性の接着剤）について説明する。
【００６５】
一実施形態に係る接着剤は、熱硬化性樹脂、及びその硬化剤を含有する。接着剤は、重量平均分子量１００００以上の高分子成分を更に含有してもよい。
【００６６】
＜熱硬化性樹脂＞
熱硬化性樹脂の重量平均分子量は、１００００未満であってもよい。重量平均分子量１００００未満の熱硬化性樹脂が硬化剤と反応することで、接着剤の硬化性が向上する。また、ボイドの抑制、及び耐熱性の点でも有利である。
【００６７】
熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、及びアクリル樹脂が挙げられる。
【００６８】
エポキシ樹脂は、分子内に２個以上のエポキシ基を有するものであれば特に制限はない。エポキシ樹脂としては、ビスフェノールＡ型、ビスフェノールＦ型、ナフタレン型、フェノールノボラック型、クレゾールノボラック型、フェノールアラルキル型、ビフェニル型、トリフェニルメタン型、ジシクロペンタジエン型、各種多官能エポキシ樹脂等を用いることができる。これらは単独又は２種以上の混合体として用いることができる。
【００６９】
アクリル樹脂は、分子内に１個以上の（メタ）アクリル基を有するものであれば特に制限はない。アクリル樹脂として、例えば、ビスフェノールＡ型、ビスフェノールＦ型、ナフタレン型、フェノールノボラック型、クレゾールノボラック型、フェノールアラルキル型、ビフェニル型、トリフェニルメタン型、ジシクロペンタジエン型、フルオレン型、アダマンタン型、各種多官能アクリル樹脂等を用いることができる。これらは単独又は２種以上の混合体として用いることができる。本明細書において、「（メタ）アクリル基」はアクリル基又はメタクリル基のいずれかを意味する用語として用いられる。
【００７０】
アクリル樹脂は、室温（２５℃）で固形であってもよい。液状に比べて固形の方が、ボイドが発生しにくく、また、硬化前のＢステージの接着剤の粘性（タック）が小さく、取り扱いに優れる傾向がある。
【００７１】
アクリル樹脂が有する（メタ）アクリル基の数は、１分子当たり３以下であってもよい。（メタ）アクリル基の数が３以下であると、未反応基の残存が少なくなるまで短時間で硬化が十分に進行し易い傾向がある。
【００７２】
接着剤における熱硬化性樹脂の含有量は、接着剤の全体質量（溶剤以外の成分の質量）１００質量部に対して、例えば１０〜５０質量部である。熱硬化性樹脂の含有量が１０質量部以上であると、硬化後の接着剤の流動を容易に制御することができる傾向がある。熱硬化性樹脂の含有量が５０質量部以下であると、半導体装置の反りが抑制される傾向がある。
【００７３】
＜硬化剤＞
硬化剤は、熱硬化性樹脂と反応する化合物、熱硬化性樹脂の硬化反応の触媒として機能する化合物、又はこれらの組み合わせであることができる。硬化剤の例としては、フェノール樹脂系硬化剤、酸無水物系硬化剤、アミン系硬化剤、イミダゾール系硬化剤、ホスフィン系硬化剤、アゾ化合物、及び有機過酸化物が挙げられる。これらの中でも、イミダゾール系硬化剤を用いてもよい。
【００７４】
フェノール樹脂系硬化剤は、分子内に２個以上のフェノール性水酸基を有するものであれば特に制限はなく、その例としては、フェノールノボラック、クレゾールノボラック、フェノールアラルキル樹脂、クレゾールナフトールホルムアルデヒド重縮合物、トリフェニルメタン型多官能フェノール及び各種多官能フェノール樹脂が挙げられる。これらは単独で又は２種以上の混合物として用いることができる。
【００７５】
熱硬化性樹脂に対するフェノール樹脂系硬化剤の当量比（フェノール性水酸基／エポキシ基、モル比）は、良好な硬化性、接着性及び保存安定性の観点から、０．３〜１．５、０．４〜１．０、又は０．５〜１．０であってもよい。当量比が０．３以上であると、硬化性が向上し接着力が向上する傾向があり、１．５以下であると未反応のフェノール性水酸基が過剰に残存することがなく、吸水率が低く抑えられ、絶縁信頼性が向上する傾向がある。
【００７６】
酸無水物系硬化剤としては、例えば、メチルシクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物及びエチレングリコールビスアンヒドロトリメリテートが挙げられる。これらは単独で又は２種以上の混合物として用いることができる。
【００７７】
熱硬化性樹脂に対する酸無水物系硬化剤の当量比（酸無水物基／エポキシ基、モル比）は、良好な硬化性、接着性及び保存安定性の観点から、０．３〜１．５、０．４〜１．０、又は０．５〜１．０であってもよい。当量比が０．３以上であると、硬化性が向上し接着力が向上する傾向があり、１．５以下であると未反応の酸無水物が過剰に残存することがなく、吸水率が低く抑えられ、絶縁信頼性が向上する傾向がある。
【００７８】
アミン系硬化剤としては、例えば、ジシアンジアミドを用いることができる。
【００７９】
熱硬化性樹脂に対するアミン系硬化剤の当量比（アミン／エポキシ基、モル比）は、良好な硬化性、接着性及び保存安定性の観点から０．３〜１．５、０．４〜１．０、又は０．５〜１．０であってもよい。当量比が０．３以上であると、硬化性が向上し接着力が向上する傾向があり、１．５以下であると未反応のアミンが過剰に残存することがなく、絶縁信頼性が向上する傾向がある。
【００８０】
イミダゾール系硬化剤としては、例えば、２−フェニルイミダゾール、２−フェニル−４−メチルイミダゾール、１−ベンジル−２−メチルイミダゾール、１−ベンジル−２−フェニルイミダゾール、１−シアノエチル−２−ウンデシルイミダゾール、１−シアノ−２−フェニルイミダゾール、１−シアノエチル−２−ウンデシルイミダゾールトリメリテイト、１−シアノエチル−２−フェニルイミダゾリウムトリメリテイト、２，４−ジアミノ−６−［２’−メチルイミダゾリル−（１’）］−エチル−ｓ−トリアジン、２，４−ジアミノ−６−［２’−ウンデシルイミダゾリル−（１’）］−エチル−ｓ−トリアジン、２，４−ジアミノ−６−［２’−エチル−４’−メチルイミダゾリル−（１’）］−エチル−ｓ−トリアジン、２，４−ジアミノ−６−［２’−メチルイミダゾリル−（１’）］−エチル−ｓ−トリアジンイソシアヌル酸付加体、２−フェニルイミダゾールイソシアヌル酸付加体、２−フェニル−４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾール、２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾール、及び、エポキシ樹脂とイミダゾール類の付加体が挙げられる。優れた硬化性、保存安定性及び接続信頼性の観点から、１−シアノエチル−２−ウンデシルイミダゾール、１−シアノ−２−フェニルイミダゾール、１−シアノエチル−２−ウンデシルイミダゾールトリメリテイト、１−シアノエチル−２−フェニルイミダゾリウムトリメリテイト、２，４−ジアミノ−６−［２’−メチルイミダゾリル−（１’）］−エチル−ｓ−トリアジン、２，４−ジアミノ−６−［２’−エチル−４’−メチルイミダゾリル−（１’）］−エチル−ｓ−トリアジン、２，４−ジアミノ−６−［２’−メチルイミダゾリル−（１’）］−エチル−ｓ−トリアジンイソシアヌル酸付加体、２−フェニルイミダゾールイソシアヌル酸付加体、２−フェニル−４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾール及び２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾールからイミダゾール系硬化剤を選択してもよい。これらは単独で又は２種以上を併用して用いることができる。これらを含むマイクロカプセルを潜在性硬化剤として用いることもできる。
【００８１】
イミダゾール系硬化剤の含有量は、熱硬化性樹脂１００質量部に対して、０．１〜２０質量部、又は０．１〜１０質量部であってもよい。イミダゾール系硬化剤の含有量が０．１質量部以上であると硬化性が向上する傾向があり、２０質量部以下であると金属接合が形成される前に接着剤が硬化することがなく、接続不良が発生しにくい傾向がある。
【００８２】
ホスフィン系硬化剤としては、例えば、トリフェニルホスフィン、テトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレート、テトラフェニルホスホニウムテトラ（４−メチルフェニル）ボレート及びテトラフェニルホスホニウム（４−フルオロフェニル）ボレートが挙げられる。
【００８３】
ホスフィン系硬化剤の含有量は、熱硬化性樹脂１００質量部に対して、０．１〜１０質量部、又は０．１〜５質量部であってもよい。ホスフィン系硬化剤の含有量が０．１質量部以上であると硬化性が向上する傾向があり、１０質量部以下であると金属接合が形成される前に接着剤が硬化することがなく、接続不良が発生しにくい傾向がある。
【００８４】
フェノール樹脂系硬化剤、酸無水物系硬化剤及びアミン系硬化剤は、それぞれ１種を単独で又は２種以上の混合物として用いることができる。イミダゾール系硬化剤及びホスフィン系硬化剤はそれぞれ単独で用いてもよいが、フェノール樹脂系硬化剤、酸無水物系硬化剤又はアミン系硬化剤と共に用いてもよい。
【００８５】
有機過酸化物としては、例えば、ケトンパーオキサイド、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イト、パーオキシエステル等が挙げられる。保存安定性の観点から、ハイドロパーオキサイド、ジアルキルパーオキサイド、又はパーオキシエステルを選択してもよい。さらに、耐熱性の観点から、ハイドロパーオキサイド、又はジアルキルパーオキサイドを選択してもよい。これらは単独又は２種以上の混合体として用いることができる。
【００８６】
有機過酸化物の含有量は、アクリル樹脂に対して０．５〜１０質量％、又は１〜５質量％であってもよい。有機過酸化物の含有量が０．５質量％以上であると、十分に硬化が進行し易い傾向がある。有機過酸化物の含有量が１０質量％以下であると、硬化後の分子鎖が短くなったり、未反応基が残存したりすることによる信頼性の低下を抑制できる傾向がある。
【００８７】
エポキシ樹脂又はアクリル樹脂と組み合わせられる硬化剤は、硬化が進行すれば特に制限はない。エポキシ樹脂と組み合わせられる硬化剤は、取り扱い性、保存安定性、硬化性の観点から、フェノール樹脂系硬化剤及びイミダゾール系硬化剤の組み合わせ、酸無水物系硬化剤及びイミダゾール系硬化剤の組み合わせ、アミン系硬化剤及びイミダゾール系硬化剤の組み合わせ、又はイミダゾール系硬化剤単独であってもよい。短時間で接続すると生産性が向上することから、速硬化性に優れたイミダゾール系硬化剤を単独で用いてもよい。短時間で硬化すると低分子成分等の揮発分が抑制できることから、ボイド発生抑制も可能である。なお、アクリル樹脂と組み合わせられる硬化剤は、取り扱い性、保存安定性の観点から、有機過酸化物であってもよい。
【００８８】
＜重量平均分子量１００００以上の高分子成分＞
重量平均分子量１００００以上の高分子成分は、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂又はこれらの組み合わせであることができる。高分子成分の例としては、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカルボジイミド樹脂、シアネートエステル樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ウレタン樹脂、アクリルゴム等が挙げられる。耐熱性およびフィルム形成性に優れるエポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、アクリルゴム、シアネートエステル樹脂、又はポリカルボジイミド樹脂を選択してもよい。耐熱性、フィルム形成性に優れるエポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、又はアクリルゴムを選択してもよい。これらの高分子成分は単独又は２種以上の混合体又は共重合体として用いることもできる。重量平均分子量１００００以上の高分子成分は、硬化剤と反応する熱硬化性樹脂であってもよい。
【００８９】
高分子成分と上述の熱硬化性樹脂としてのエポキシ樹脂との質量比は、特に制限されない。接着剤がフィルム状の形態を保持するために、高分子成分に対するエポキシ樹脂の質量比は、０．０１〜５、０．０５〜４、又は０．１〜３であってもよい。この質量比が０．０１以上であると硬化性が向上し、接着力がより向上する傾向がある。この質量比が５以下であると、良好なフィルム形成性が得られ易い。
【００９０】
高分子成分と上述の熱硬化性樹脂としてのアクリル樹脂の質量比は、特に制限されない。高分子成分に対するアクリル樹脂の質量比は、０．０１〜１０、０．０５〜５、又は０．１〜５であってもよい。この質量比が０．０１以上であると硬化性が向上し、接着力がより向上する傾向がある。この質量比が１０以下であると、良好なフィルム形成性が得られ易い。
【００９１】
高分子成分のガラス転移温度（Ｔｇ）は、接着剤の配線回路基板又は半導体チップへの貼付性に優れる観点から、５０℃以上２００℃以下であってもよい。高分子成分のＴｇが５０℃以上であると、接着剤のタック（粘性）力が適度に弱くなる傾向がある。高分子成分のＴｇが２００℃以下であると、半導体チップのバンプ、配線回路基板に形成された電極及び配線パターン等の凹凸を接着剤が埋め込み易く、ボイド抑制の効果が相対的に大きくなる傾向がある。ここでのＴｇは、ＤＳＣ（株式会社パーキンエルマー社製、ＤＳＣ−７型）を用いて、サンプル量１０ｍｇ、昇温速度１０℃／分、空気雰囲気下の条件で測定される。
【００９２】
高分子成分の重量平均分子量は、１００００以上である。単独で良好なフィルム形成性を示すために、高分子成分の重量平均分子量は３００００以上、４００００以上、又は５００００以上であってもよく、５０００００以下であってもよい。本明細書において、重量平均分子量とは、ゲル浸透クロマトグラフィー（ＧＰＣ）で測定される、標準ポリスチレン換算の値を意味する。
【００９３】
接着剤は、フラックス活性（酸化物及び不純物を除去する活性）を示す化合物であるフラックス活性剤を含有することができる。フラックス活性剤としては、イミダゾール類及びアミン類のように非共有電子対を有する含窒素化合物、カルボン酸類、フェノール類及びアルコール類が挙げられる。アルコール等に比べて有機酸の方がフラックス活性を強く発現し、接続性が向上する。
【００９４】
フラックス活性剤として用いられ得る有機酸は、エポキシ樹脂等と反応することで接着剤中に酸が残存し難いことから、カルボン酸であってもよい。カルボン酸は、耐熱性の観点から、固形であってもよい。カルボン酸の融点は、安定性及び取り扱い性の観点から、７０℃以上１５０℃以下であってもよい。
【００９５】
粘度及び硬化物の物性を制御するため、並びに、半導体チップ同士又は半導体チップと配線回路基板とを接続した際のボイドの発生及び吸湿率の抑制のために、接着剤がフィラを含有してもよい。フィラは絶縁性無機フィラであってもよくその例としては、ガラス、シリカ、アルミナ、酸化チタン、カーボンブラック、マイカ、窒化ホウ素等が挙げられる。これらの中でも、シリカ、アルミナ、酸化チタン、及び窒化ホウ素、又は、シリカ、アルミナ、及び窒化ホウ素から選ばれるフィラを用いてもよい。フィラはウィスカーであってもよく、その例としては、ホウ酸アルミニウム、チタン酸アルミニウム、酸化亜鉛、珪酸カルシウム、硫酸マグネシウム、窒化ホウ素が挙げられる。フィラは樹脂フィラであってもよく、その例としては、ポリウレタン、ポリイミド、メタクリル酸メチル樹脂、メタクリル酸メチル−ブタジエン−スチレン共重合樹脂（ＭＢＳ）が挙げられる。これらのフィラは単独又は２種以上の組み合わせとして用いることもできる。フィラの形状、粒径、および含有量については、特に制限されない。
【００９６】
樹脂フィラは無機フィラに比べて、２６０℃等の高温で柔軟性を付与することができるため、耐リフロ性向上に適している。樹脂フィラは、フィルム形成性向上の点でも有利である。
【００９７】
絶縁信頼性の観点から、フィラは絶縁性であってもよい。接着剤は、銀フィラ、はんだフィラ等導電性の金属フィラを実質的に含有していなくてもよい。
【００９８】
分散性及び接着力向上の観点から、フィラは、表面処理されていてもよい。フィラは、例えばグリシジル系（エポキシ系）、アミン系、フェニル系、フェニルアミノ系また、（メタ）アクリル系、ビニル系の表面処理剤によって表面処理される。分散性、流動性、接着力の観点から、グリシジル系、フェニルアミノ系、又は（メタ）アクリル系の表面処理剤によってフィラが表面処理されていてもよい。保存安定性の観点から、表面処理剤はフェニル系、アクリル系、又は（メタ）アクリル系であってもよい。表面処理のし易さから、表面処理剤はエポキシシラン系、アミノシラン系、アクリルシラン系等のシラン化合物であってもよい。
【００９９】
フィラの平均粒径は、フリップチップ接続時のかみ込み防止の観点から、１．５μｍ以下であってもよく、視認性及び透明性の観点から、１．０μｍ以下であってもよい。
【０１００】
フィラの含有量は、接着剤の固形分質量（溶剤以外の成分の質量）を基準として、３０〜９０質量％、又は４０〜８０質量％であってもよい。フィラの含有量が３０質量％以上であると、放熱性が高く、また、ボイド発生、吸湿率が小さくなる傾向がある。フィラの含有量が９０質量％以下であると、接着剤が適度な流動性を有し、接続部へのフィラの噛み込み（トラッピング）による接続信頼性の低下が抑制される傾向がある。
【０１０１】
接着剤は、イオントラッパー、酸化防止剤、シランカップリング剤、チタンカップリング剤、及びレベリング剤等の他の成分を更に含んでもよい。これらは１種を単独で用いてもよいし、２種以上組み合わせて用いてもよい。これらの配合量については、各添加剤の効果が発現するように適宜調整すればよい。
【０１０２】
接着剤の最低溶融粘度は、ボイド抑制の観点から、３０００Ｐａ・ｓ以下、又は２７００Ｐａ・ｓ以下であってもよく、３００Ｐａ・ｓ以上であってもよい。接着剤の最低溶融粘度は、昇温速度１０℃／分、周波数１０Ｈｚ、回転モードの条件で、３０〜３００℃の温度範囲で接着剤の粘弾性を測定したときに得られる粘度（複素粘性率）と温度との関係において、最も粘度の低い粘度の値である。粘弾性測定の試験片として、例えば、複数のフィルム状の接着剤を厚さが３００〜４５０μｍになるように積層して得られる積層体を用いてもよい。粘度測定装置として、例えばＴＡ製、ＡＲＥＳ  Ｇ２を用いることができる。
【０１０３】
接着剤は、半導体装置の生産効率向上の観点から、フィルム状であってもよい。フィルム状の接着剤は、熱硬化性樹脂、硬化剤、及び必要によりその他の成分を含む樹脂ワニスを機材フィルムに塗布し、塗膜を乾燥する方法によって製造することができる。
【０１０４】
樹脂ワニスは、熱硬化性樹脂硬化剤、及び必要によりその他の成分を有機溶媒と混合し、それらを攪拌又は混錬により溶解又は分散させて、調製される。樹脂ワニスは、離型処理を施した基材フィルム上に、例えばナイフコーター、ロールコーター、アプリケーター、ダイコーター、又はコンマコーターを用いて塗布される。その後、加熱により樹脂ワニスの塗膜から有機溶媒を減少させて、すなわち塗膜を乾燥させて、基材フィルム上にフィルム状の接着剤を形成する。樹脂ワニスの膜を半導体ウエハ等の上にスピンコート等の方法によって形成し、その後、塗膜を乾燥する方法で、半導体ウエハ上にフィルム状の接着剤を形成してもよい。
【０１０５】
基材フィルムとしては、有機溶媒を揮発させる際の加熱条件に耐え得る耐熱性を有するものであれば特に制限はなく、ポリエステルフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリイミドフィルム、ポリエーテルイミドフィルム、ポリエーテルナフタレートフィルム、メチルペンテンフィルム等が例示できる。基材フィルムは、これらのフィルムからなる単層のものに限られず、２種以上の材料からなる多層フィルムであってもよい。
【０１０６】
塗布後の樹脂ワニスから有機溶媒を揮発させる際の条件は、具体的には、５０〜２００℃、０．１〜９０分間の加熱であってもよい。実装後のボイド及び粘度調製に実質的に影響しない範囲で、残存量が１．５質量％以下になるまで有機溶媒を除去してもよい。
【実施例】
【０１０７】
以下、本発明を実施例を挙げてより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。【０１０８】
検討１
（１−１）フィルム状接着剤
以下に示す材料を用いて、表１に示す組成を有するフィルム状接着剤（厚さ０．０４５ｍｍ）を作製した。
（ｉ）重量平均分子量１００００未満の熱硬化性樹脂
（エポキシ樹脂）
・トリフェノールメタン骨格含有多官能固形エポキシ樹脂（三菱ケミカル株式会社製、製品名：ＥＰ１０３２Ｈ６０、重量平均分子量：８００〜２０００）
・ビスフェノールＦ型液状エポキシ樹脂（三菱ケミカル株式会社製、製品名：ＹＬ９８３Ｕ、重量平均分子量：約３３６）
・可とう性半固形状エポキシ樹脂（三菱ケミカル株式会社製、製品名：ＹＬ７１７５−１０００、重量平均分子量：１０００〜５０００）
（ｉｉ）硬化剤
・２，４−ジアミノ−６−［２’−メチルイミダゾリル−（１’）］−エチル−ｓ−トリアジンイソシアヌル酸付加体（四国化成工業株式会社製、製品名：２ＭＡＯＫ−ＰＷ）
（ｉｉｉ）重量平均分子量１００００以上の高分子成分
・フェノキシ樹脂（新日鉄住金化学株式会社製、製品名：ＺＸ１３５６−２、Ｔｇ：約７１℃、重量平均分子量：約６３０００、以下「ＺＸ１３５６」という。）
（ｉｖ）フラックス剤（カルボン酸）
・２−メチルグルタル酸（シグマ−アルドリッチ製、融点約７７℃）
（ｖ）フィラ
（無機フィラ）
・シリカフィラ（株式会社アドマテックス製、製品名：ＳＥ２０５０、平均粒径０．５μｍ）
・フィニル表面処理ナノシリカフィラ（株式会社アドマテックス製、製品名：ＹＡ０５０Ｃ−ＳＰ（以下「ＳＰナノシリカ」という。）、平均粒径約５０ｎｍ）
（樹脂フィラ）
・有機フィラ（ダウ・ケミカル日本株式会社製、製品名：ＥＸＬ−２６５５、コアシェルタイプ有機微粒子）【０１０９】
【表１】
2019123518.tif 000003
【０１１０】
（１−２）半導体装置の作製
（実施例１）
第一の圧着工程
作製したフィルム状接着剤を切り抜き、８ｍｍ×８ｍｍ×厚さ０．０４５ｍｍのサイズを有するフィルム状接着剤を準備した。これを半導体チップ（１０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍ、接続部金属：Ａｕ、製品名：ＷＡＬＴＳ−ＴＥＧ  ＩＰ８０、ＷＡＬＴＳ製）に貼付した。そこに、はんだバンプ付き半導体チップ（チップサイズ：７．３ｍｍ×７．３ｍｍ×厚み０．０５ｍｍ、はんだバンプ融点：約２２０℃、バンプ高さ：銅ピラーとはんだの合計で約４５μｍ、バンプ数１０４８ピン、ピッチ８０ｕｍ、製品名：ＷＡＬＴＳ−ＴＥＧ  ＣＣ８０、ＷＡＬＴＳ製）を貼付し、積層体を得た。積層体を、ステージ及び圧着ヘッドを有するフリップチップボンダー（ＦＣＢ３、パナソニック株式会社製）のステージ上に設置し、ステージ及び圧着ヘッドで挟む熱プレスにより、１秒間、２５Ｎの荷重で積層体を加圧しながら８０℃に加熱して、仮圧着体を得た。【０１１１】
第二の圧着工程
得られた仮圧着体を、別のフリップチップボンダー（ＦＣＢ３、パナソニック株式会社製）のステージ上に移動させ、ステージ及び圧着ヘッドで挟むことにより、２５Ｎの荷重で加圧しながら２３０℃で１秒間加熱する熱プレスにより、圧着体を得た。【０１１２】
第三の圧着工程
圧着体を加圧リフロ装置（シンアペックス製、製品名：ＶＳＵ２８）のオーブン内に設置した。オーブン内の圧力を０．４ＭＰａに設定し、室温から昇温速度２０℃／分で１７５℃まで昇温した。次いで圧力及び温度を維持しながら圧着体を加圧雰囲気下で１０分間加熱して、評価用の半導体装置サンプルを得た。【０１１３】
（実施例２）
圧着体を加圧リフロ装置のオーブン内で加熱する際の加熱温度を１７５℃から２６０℃に変更したこと以外は、実施例１と同様にして、評価用の半導体装置サンプルを得た。【０１１４】
（比較例１）
実施例１と同様にして仮圧着体を得た。得られた仮圧着体を、オーブン装置（ヤマト科学株式会社製、製品名：ＤＫＮ４０２）内で、大気圧下、１７５℃で１０分間加熱して、評価用の半導体装置サンプルを得た。【０１１５】
（比較例２）
仮圧着体を大気圧下で加熱する際の加熱温度を１７５℃から２６０℃に変更したこと以外は、比較例１と同様にして、評価用の半導体装置サンプルを得た。【０１１６】
（比較例３）
実施例１と同様の条件で圧着体を得た。得られた圧着体をオーブン装置（ヤマト科学株式会社製、製品名：ＤＫＮ４０２）内で、大気圧下、１７５℃で１０分間加熱して、評価用の半導体装置サンプルを得た。【０１１７】
（比較例４）
オーブン装置を用いて圧着体を加熱する際の加熱温度を１７５℃から２６０℃に変更したこと以外は比較例３と同様にして、評価用の半導体装置サンプルを得た。【０１１８】
（１−３）接続評価
マルチメータ（ＡＤＶＡＮＴＥＳＴ製、製品名：Ｒ６８７１Ｅ）を用いてサンプルの初期導通の可否を測定した。以下の基準で接続性を判定した。結果を表２に示した。
Ａ：ペリフェラル部分の初期接続抵抗値が３０Ω以上３５Ω以下
Ｂ：初期接続抵抗値が３０Ω未満若しくは３５Ωを超える、又は未接続【０１１９】
（１−４）ボイド評価
超音波映像診断装置（製品名：Ｉｎｓｉｇｈｔ−３００、インサイト製）により、サンプルの外観画像を撮影した。得られた画像から、スキャナ（製品名：ＧＴ−９３００ＵＦ、セイコーエプソン株式会社製）でチップ上の接着剤層の部分を取り込んだ。画像処理ソフトＡｄｏｂｅ  Ｐｈｏｔｏｓｈｏｐを用いて、色調補正、二階調化によりボイド部分を識別し、接着剤層の面積を１００％として、ヒストグラムによりボイド部分の占める割合（ボイド発生率）を算出した。以下の基準によりボイドの発生状態を評価した。結果を表２に示した。
Ａ：ボイド発生率が５％以下
Ｂ：ボイド発生率が５％より多い【０１２０】
【表２】
2019123518.tif 000004
【０１２１】
実施例１及び２は、いずれもボイド抑制と、接続確保の点で良好な結果を示した。すなわち、本発明の方法によれば、ボイド抑制と接続確保の両立が可能であることが確認された。【０１２２】
検討２
（２−１）フィルム状接着剤
検討１のフィルム状接着剤作製に用いた材料と同様の材料を用いて、表３に示す組成を有するフィルム状接着剤（厚さ０．０４０〜０．０４５ｍｍ）を作製した。【０１２３】
【表３】
2019123518.tif 000005
【０１２４】
（２−２）半導体装置の作製とその評価
実施例１と同様の条件で、評価用の半導体装置サンプルを得た。得られたサンプルの接続及びボイドを検討１と同様の方法で評価した。結果を表４に示した。【０１２５】
（２−３）最低溶融粘度
フィルム状接着剤を、ロールラミネータ（（株）ラミーコーポレーション製、ＨＯＴ  ＤＯＧ  Ｌｅｏｎ  １３ＤＸ）を用いて、６０℃に加熱しながら、全体の厚さが３００〜４５０μｍになるように複数枚積層した。得られた積層体を試験片として、回転式レオメータ（ＴＡ製、ＡＲＥＳ  Ｇ２）を用いて、昇温速度１０℃／分、周波数：１０Ｈｚ、回転モードの条件で、２０℃〜３００℃の温度範囲における粘度（複素粘性率）の変化を測定した。測定された粘度変化における粘度の最小値を最低溶融粘度とした。【０１２６】
（２−６）第三の圧着工程後の硬化反応率
第一の圧着工程に用いられる前のフィルム状接着剤から１０ｍｇのサンプルを採取し、ＤＳＣ（パーキンエルマー社製ＤＳＣ−７型）を用いて、昇温速度２０℃／分で、３０〜３００℃の温度範囲の示差走査熱量測定を行った。得られたＤＳＣサーモグラムから、初期の硬化反応による発熱量ΔＨ０（Ｊ／ｇ）を求めた。
フィルム状接着剤に、ホットプレート及びオーブンを用いて、実施例１と同様の第一、第二及び第三の圧着工程に相当する熱履歴を加えた。その後、フィルム状接着剤から採取したサンプルを用いた上記と同様の条件の示差走査熱量測定により、第三の圧着工程後に相当する接着剤の硬化反応による発熱量ΔＨ３（Ｊ／ｇ）を求めた。得られたΔＨ０及びΔＨ３から、第三の圧着工程後の硬化反応率を以下の式で算出した。
第三の圧着工程後の硬化反応率（％）：（ΔＨ０−ΔＨ３）／ΔＨ０×１００【０１２７】
【表４】
2019123518.tif 000006
【０１２８】
実施例３及び４は、いずれもボイド抑制と、接続確保の点で良好な評価結果を示した。【０１２９】
検討３
（３−１）フィルム状接着剤
検討１のフィルム状接着剤作製において用いた材料と同様の材料を用いて、表５に示す組成を有するフィルム状接着剤（厚さ０．０４５ｍｍ）を作製した。【０１３０】
【表５】
2019123518.tif 000007
【０１３１】
（３−２）半導体装置の作製
（実施例５）
第一の圧着工程において積層体を加熱及び加圧する時間を３秒に変更したこと以外は実施例１と同様にして、評価用の半導体装置サンプルを得た。【０１３２】
（実施例６）
第一の圧着工程において積層体を加熱及び加圧する時間を３秒間に変更し、第三の圧着工程においてオーブン内の圧力を０．８ＭＰａに変更したこと以外は実施例１と同様にして、評価用の半導体装置サンプルを得た。【０１３３】
（比較例５）
フィルム状接着剤を切り抜き、８ｍｍ×８ｍｍ×厚さ０．０４５ｍｍのサイズを有するフィルム状接着剤を準備した。これを半導体チップ（１０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍ厚、接続部金属：Ａｕ、製品名：ＷＡＬＴＳ−ＴＥＧ  ＩＰ８０、ＷＡＬＴＳ製）上に貼付した。そこに、はんだバンプ付き半導体チップ（チップサイズ：７．３ｍｍ×７．３ｍｍ×厚さ０．０５ｍｍ、バンプ融点：約２２０℃バンプ高さ：銅ピラーとはんだの合計で約４５μｍ、バンプ数１０４８ピン、ピッチ８０ｕｍ、製品名：ＷＡＬＴＳ−ＴＥＧ  ＣＣ８０、ＷＡＬＴＳ製）を貼付し、積層体を得た。積層体を、ステージ及び圧着ヘッドを有するフリップチップボンダー（ＦＣＢ３、パナソニック株式会社製）のステージ上に設置した。ステージ及び圧着ヘッドで挟むことにより、３秒間、２５Ｎの荷重で加圧しながら温度８０℃で加熱する熱プレスにより、仮圧着体を得た。得られた仮圧着体を別のフリップチップボンダー（ＦＣＢ３、パナソニック株式会社製）のステージ上に移動した。仮圧着体をステージ及び圧着ヘッドで挟むことにより、５秒間、２５Ｎの荷重で加圧しながら温度２６０℃で加熱して、評価用の半導体装置サンプルを得た。【０１３４】
（３−３）評価
検討１と同様の方法により、得られた半導体装置サンプルの接続及びボイドを評価した。結果を表６に示した。【０１３５】
（３−４）第二の圧着工程後の硬化反応率
第一の圧着工程に用いられる前のフィルム状接着剤から１０ｍｇのサンプルを採取し、ＤＳＣ（パーキンエルマー社製ＤＳＣ−７型）を用いて、昇温速度２０℃／分で、３０〜３００℃の温度範囲の示差走査熱量測定を行った。得られたＤＳＣサーモグラムから、初期の硬化反応による発熱量ΔＨ０（Ｊ／ｇ）を求めた。
フィルム状接着剤に、ホットプレート及びオーブンを用いて、実施例５及び６と同様の第一及び第二の圧着工程に相当する熱履歴を加えた。その後、フィルム状接着剤から採取したサンプルを用いた上記と同様の条件の示差走査熱量測定により、第二の圧着工程後に相当する接着剤の硬化反応による発熱量ΔＨ２（Ｊ／ｇ）を求めた。得られたΔＨ０及びΔＨ２から、第二の圧着工程後の硬化反応率を以下の式で算出した。
第二の圧着工程後の硬化反応率（％）：（ΔＨ０−ΔＨ２）／ΔＨ０×１００【０１３６】
（３−５）フィレット評価
半導体装置サンプルの外観画像を、デジタルマイクロスコープ（ＫＥＹＥＮＣＥ製、ＶＨＸ−５０００）によって撮影した。得られた画像より、半導体チップの周囲４辺それぞれからはみ出した接着剤層の長さ（半導体チップの主面に平行な方向における長さ）を計測し、計測値の平均値をフィレット値として記録した。【０１３７】
【表６】
2019123518.tif 000008
【０１３８】
実施例１及び２は、いずれもボイド抑制と、接続確保の点で良好な評価結果を示した。
【符号の説明】
【０１３９】
１…半導体チップ、２…配線回路基板、３…積層体、４…仮圧着体、５…インターポーザー、６…圧着体、１０…半導体チップ本体、１５，１６…配線、２０…基板本体、３０，３２，３３…バンプ、３４…貫通電極、４０…接着剤層、４１，４４…圧着ヘッド、４２，４５…ステージ、４３，４６…押圧装置、５０…インターポーザー本体、６０…加熱炉、１００，２００，３００，４００，５００…半導体装置。
【図１】
2019123518.tif 000009
【図２】
2019123518.tif 000010
【図３】
2019123518.tif 000011
【図４】
2019123518.tif 000012
【図５】
2019123518.tif 000013
【図６】
2019123518.tif 000014
【図７】
2019123518.tif 000015
【国際調査報告】
2019123518.tif 000016
2019123518.tif 000017
2019123518.tif 000018
2019123518.tif 000019