(57)【要約】【課題】半導体素子と回路基板を、接着剤を介して接続する際に、半導体素子と回路基板との接着力を向上することができる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の半導体の製造方法は、半導体素子を、熱硬化性樹脂を主成分とする接着剤を介して、ガラス基板に接続することを含む半導体装置の製造方法において、半導体素子をガラス基板に接続するに先立って、予めガラス基板をカップリング剤により表面処理する。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子を、熱硬化性樹脂を主成分とする接着剤を介して、ガラス基板に接続する工程を含む半導体装置の製造方法において、前記半導体素子を前記ガラス基板に接続するに先立って、予め前記ガラス基板をカップリング剤により表面処理することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記カップリング剤が、シランカップリング剤であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記シランカップリング剤が、エポキシ基またはアミノ基を含有することを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂であることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記接着剤が、異方導電性接着剤であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＣチップ等の半導体素子と回路基板とを、接着剤を介して接続した半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＩＣチップ等の半導体素子と回路基板との接続形態として、種々の方式が知られているが、近年の小型軽量化の要請から、ガラス基板に半導体チップを直接実装するＣＯＧ（チップオングラス）方式が主流になりつつある。そして、このＣＯＧ方式では、一般に、半導体チップを、熱硬化性樹脂を主成分とする接着剤を介して、回路基板上に接続する方法が採用されている。
【０００３】
ここで用いられるガラス基板等の回路基板においては、その表面の凹凸が少ないため、接着剤を介して半導体素子と回路基板とを接続する際に、所謂アンカー効果が殆ど見込めず、回路基板と熱硬化性樹脂との密着性が乏しくなるという問題がある。
【０００４】
そこで、回路基板と熱硬化性樹脂との界面接着力を向上すべく、接着剤にカップリング剤を添加する方法が一般的に行われている。より具体的には、例えば、熱硬化性樹脂としてのエポキシ樹脂を主成分とし、シランカップリング剤と硬化剤を有するエポキシ系絶縁性接着剤や、さらに、金属被覆樹脂粒子を有するエポキシ系異方性導電接着剤を介して、半導体素子と回路基板とを接続する半導体装置の製造方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−３０６９２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記従来の方法においては、回路基板と熱硬化性樹脂との十分な接着力を得るためには、シランカップリング剤を多量に添加する必要があるため、耐熱性低下等の熱硬化性樹脂の物性に悪影響を及ぼすおそれがあり、結果として、半導体素子と回路基板との接着力が低下するという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、半導体素子と回路基板を、接着剤を介して接続する際に、半導体素子と回路基板との接着力を向上することができる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、半導体素子を、熱硬化性樹脂を主成分とする接着剤を介して、ガラス基板に接続する工程を含む半導体装置の製造方法において、半導体素子をガラス基板に接続するに先立って、予めガラス基板をカップリング剤により表面処理することを特徴とする。
【０００８】
請求項１に記載の構成によれば、ガラス基板の表面とカップリング剤の間で強固な化学結合が生じるとともに、接着剤の樹脂成分とカップリング剤の間にも強固な化学結合が生じることになるため、樹脂成分とガラス基板を強固に結びつけることが可能になる。従って、半導体素子とガラス基板を、接着剤を介して接続する際の、半導体素子とガラス基板との接着力を向上させることが可能になる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の半導体装置の製造方法であって、カップリング剤が、シランカップリング剤であることを特徴とする。
請求項２に記載の構成によれば、使用するカップリング剤が金属元素を含まないため、マイグレーションの発生を効果的に抑制することができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の半導体装置の製造方法であって、シランカップリング剤が、エポキシ基またはアミノ基を含有することを特徴とする。
請求項３に記載の構成によれば、エポキシ基またはアミノ基が、接着剤中の樹脂成分と反応することにより、高分子のネットワークに取り込まれるため、接着剤の樹脂成分とガラス基板をより強固に結びつけることが可能になる。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の半導体装置の製造方法であって、前記熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂であることを特徴とする。
請求項４に記載の構成によれば、シランカップリング剤のエポキシ基またはアミノ基が、接着剤中のエポキシ樹脂と反応することにより、高分子のネットワークに取り込まれるため、接着剤中のエポキシ樹脂とガラス基板をより強固に結びつけることが可能になる。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法であって、接着剤が、異方導電性接着剤であることを特徴とする。
請求項５に記載の構成によれば、隣り合う電極間の絶縁を維持して短絡を防止しつつ、多数の電極−バンプ間、もしくは電極−電極間を一度に、かつ各々を独立して導電接続することが可能になる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、半導体素子と回路基板を、接着剤を介して接続する際に、半導体素子と回路基板との接着力を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明の好適な実施形態について説明する。
本発明におけるＩＣチップ等の半導体素子と回路基板であるガラス基板との接続方法としては、上述のＣＯＧ方式が採用され、半導体素子と回路基板との間にエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を主成分とする接着剤を介在させ、加熱加圧を行うことにより、半導体素子を回路基板上に接続させる。
【００１５】
ここで、本発明においては、半導体素子をガラス基板に接続するに先立って、予め、ガラス基板をカップリング剤により表面処理する点に特徴がある。ガラス基板の表面をカップリング剤により処理することにより、ガラス基板の表面とカップリング剤の間で強固な化学結合が生じるとともに、接着剤の樹脂成分とカップリング剤の間にも強固な化学結合が生じることになる。従って、半導体素子とガラス基板を、接着剤を介して接続する際に、接着剤の樹脂成分とガラス基板を強固に結びつけることが可能になる。その結果、半導体素子とガラス基板を、接着剤を介して接続する際の、半導体素子とガラス基板との接着力を向上させることが可能になる。
【００１６】
なお、ガラス基板の表面処理に使用するカップリング剤としては、シランカップリング剤、チタネート系カップリング剤、アルミニウム系カップリング剤などを使用することができるが、これらのカップリング剤のうち、シランカップリング剤は金属元素を含まず、マイグレーションを起こす可能性が低いため好ましい。
【００１７】
また、シランカップリング剤に含まれる有機官能基としては、エポキシ基、アミノ基、ビニル基、アクリル基、メタクリル基、シアノ基等があるが、これらの官能基のうち、エポキシ基、アミノ基が特に好ましい。これらの有機官能基は、接着剤中の樹脂成分と反応することにより、高分子のネットワークに取り込まれるため、接着剤の樹脂成分とガラス基板をより強固に結びつけることができるからである。
【００１８】
本発明に使用される接着剤としては、従来、半導体素子と回路基板の接続に使用されてきた、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を主成分とし、硬化剤を含有する接着剤が使用できる。特に、熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を使用することにより、シランカップリング剤のエポキシ基またはアミノ基が、接着剤中のエポキシ樹脂と反応することにより、高分子のネットワークに取り込まれ、接着剤中のエポキシ樹脂とガラス基板をより強固に結びつけることが可能になる。
【００１９】
なお、使用するエポキシ樹脂は、特に制限はないが、例えば、ビスフェノールＡ型、Ｆ型またはＳ型のエポキシ樹脂等を使用することができる。また、硬化剤についても、特に制限はないが、例えば、イミダゾール系、アミン系、ジシアンジアミド系、メラミン系、ケチミン系、酸無水物系およびフェノール系からなる群より選ばれる１種以上を選択して使用することができる。
【００２０】
また、導電性粒子を含まない絶縁性接着剤を使用することができるが、導電性粒子を含む異方導電性接着剤も使用することができる。ここで、異方導電性接着剤の導電性粒子としては、金属粉末が使用でき、例えば、球状の金属粒子や金属でメッキされた球状の樹脂粒子を使用することができるが、微細な金属粒が多数、直鎖状に繋がった形状、または針形状である、所謂アスペクト比が大きい形状を有するものを使用することもできる。そして、これらの粒子は、異方導電性接着剤を形成する時点で異方導電性接着剤の厚み方向にかけた磁場の中を通過させることにより、厚み方向（磁場方向）に配向させて用いるのが好ましい。このような配向することにより、異方導電性接着剤の面方向における高い導電抵抗によって隣り合う電極間の絶縁を維持して短絡を防止しつつ、異方導電性接着剤の厚み方向における低い導電抵抗によって多数の電極−バンプ間、もしくは電極−電極間を一度に、かつ各々を独立して導電接続することが可能になる。
【００２１】
従って、用いる金属粉末は、その一部に磁性金属が含まれるものが良く、磁性を有する金属単体、磁性を有する２種類以上の合金、磁性を有する金属と他の金属との合金および磁性を有する金属を含む複合体のいずれかであることが好ましい。これは、磁性を有する金属が、互いに引き合うことにより、溶融流動時に導電性物質が電極間に挟まれた導電性物質に集合しやすいためである。例えば、Ｎｉ、鉄、コバルトおよびこれらのうち２種類以上の合金等を挙げることができる。
【実施例】
【００２２】
以下に、本発明を実施例、比較例に基づいて説明する。なお、本発明は、これらの実施例に限定されるものではなく、これらの実施例を本発明の趣旨に基づいて変形、変更することが可能であり、それらを本発明の範囲から除外するものではない。
【００２３】
（実施例１）
（接着剤の作製）
導電性粒子として３μｍから１１μｍまでの鎖長分布を有する直鎖状ニッケル微粒子を用いた。樹脂としては、ビスフェノールＡ型の固形エポキシ樹脂〔ジャパンエポキシレジン（株）製、商品名エピコート１２５６およびエピコート１００２〕、ビスフェノールＡ型の液状エポキシ樹脂〔ジャパンエポキシレジン（株）製、商品名エピコート８２８ＵＳ〕と、マイクロカプセル型イミダゾール系硬化剤〔旭化成エポキシ（株）製、商品名ノバキュアＨＸ３９４１〕とを重量比で４０／２０／４０／３５の割合で用いた。
【００２４】
これらの樹脂および硬化剤を酢酸ブチルに溶解後、三本ロールによる混練を行い、樹脂濃度が４０重量％である溶液を作製した。この溶液に、固形分の総量（Ｎｉ粉末＋樹脂）に占める割合で表される金属充填率が、１体積％となるように上記Ｎｉ粉末を添加した後、遠心攪拌ミキサーを用いて攪拌することによりＮｉ粉末を均一に分散し、接着剤用の複合材料を作製した。次いで、この複合材料を離型処理したＰＥＴフィルム上にドクターナイフを用いて塗布した後、磁束密度１００ｍＴの磁場中、６０℃で３０分間、乾燥、固化させることにより、膜中の直鎖状粒子が磁場方向に配向した、厚さ２５μｍの異方導電性接着剤を作製した。
【００２５】
（ガラス基板の表面処理）
分子内にエポキシ基を有するシランカップリング剤であるγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン〔信越化学工業（株）製、商品名ＫＢＭ４０３〕１ｇを、エタノール：水＝９８：２の混合溶媒に溶解し、表面処理用溶液を調整した。また、ガラス基板としては、幅２０μｍ、長さ１００μｍ、高さ０．１５μｍのＩＴＯ電極が１０μｍ間隔で７２６個形成されたものを用意し、当該ガラス基板を、上記表面処理用溶液中に室温下で３時間浸漬させた。その後、ガラス基板を表面処理用溶液から取り出し、１００℃の恒温槽中で１時間乾燥させることにより、上記シランカップリング剤とガラス表面との化学反応を完全に進行させ、ガラス基板に表面処理を施した。
【００２６】
（抵抗評価）
幅１５μｍ、長さ１００μｍ、高さ１６μｍのＡｕメッキバンプが１５μｍ間隔で７２６個配列されたＩＣチップと、上述の表面処理が施されたガラス基板とを用意した。そして、このＩＣチップとガラス基板の間に作製した接着剤を挟み、１８０℃に加熱しながら、１バンプあたり２０ｇｆの圧力で３０秒間加圧して接着させ、ＩＣチップとガラス基板の接合体を得た。次いで、この接合体の７２６個の電極のうち、ＩＴＯ電極、接着剤、およびＡｕバンプを介して接続された連続する３２個の電極の抵抗値を四端子法により求め、求めた値を３２で除することにより、１電極あたりの接続抵抗を求めた。そして、この評価を１０回繰り返し、接続抵抗の平均値を求めた。また、耐熱・耐湿試験として、上記のＩＣチップとガラス基板の接合体を、温度を６０℃、湿度を９０％に設定した恒温恒湿槽中に１００時間放置した後、接合体を恒温恒湿槽から取り出し、再び抵抗値を測定した。その結果を表１に示す。
【００２７】
（接着力評価）
幅１５μｍ、長さ１００μｍ、高さ１６μｍのＡｕメッキバンプが１５μｍ間隔で７２６個配列されたＩＣチップと、上述の表面処理が施されたガラス基板とを用意した。そして、このＩＣチップとガラス基板の間に作製した接着剤を挟み、１８０℃に加熱しながら、１バンプあたり２０ｇｆの圧力で３０秒間加圧して接着させ、ＩＣチップとガラス基板の接合体を得た。次いで、シェア強度テスタ（デイジー製２４００ＰＣ）を用いて接着力を測定した。また、耐熱・耐湿試験として、上記のＩＣチップとガラス基板の接合体を、温度を６０℃、湿度を９０％に設定した恒温恒湿槽中に１００時間放置した後、接合体を恒温恒湿槽から取り出し、再び接着力を測定した。その結果を表１に示す。
【００２８】
（実施例２）
表面処理剤として、分子内にアミノ基を有するシランカップリング剤であるγ−アミノプロピルトリメトキシシラン〔信越化学工業（株）製、商品名ＫＢＭ９０３〕を用いたこと以外は、上述の実施例１と同様にして、ＩＣチップとガラス基板の接合体を得た。その後、上述の実施例１と同一条件により、抵抗評価、および接着力評価を行った。以上の結果を表１に示す。
【００２９】
（実施例３）
ガラス基板として、ＡｌとＴｉの合金で電極が形成されたものを用いたこと以外は、上述の実施例１と同様にして、ＩＣチップとガラス基板の接合体を得た。その後、上述の実施例１と同一条件により、抵抗評価、および接着力評価を行った。以上の結果を表１に示す。
【００３０】
（実施例４）
表面処理剤として、分子内にアミノ基を有するシランカップリング剤であるγ−アミノプロピルトリメトキシシラン〔信越化学工業（株）製、商品名ＫＢＭ９０３〕を用いたこと以外は、上述の実施例３と同様にして、ＩＣチップとガラス基板の接合体を得た。その後、上述の実施例１と同一条件により、抵抗評価、および接着力評価を行った。以上の結果を表１に示す。
【００３１】
（比較例１）
ガラス基板に対して表面処理を行わなかったこと以外は、上述の実施例１と同様にして、ＩＣチップとガラス基板の接合体を得た。その後、上述の実施例１と同一条件により、抵抗評価、および接着力評価を行った。以上の結果を表１に示す。
【００３２】
【表１】
2006319051.tif 000002
【００３３】
表１に示すように、実施例１〜４においては、比較例１に比し、初期接着力が良いものの、実施例１〜４、および比較例１のいずれの場合においても、初期接続抵抗に殆ど差がなかった。しかし、温度を６０℃、湿度を９０％に設定した恒温恒湿槽中に１００時間放置した後は、実施例１〜４のいずれの場合においても、比較例１に比し、接着力が良く、接続抵抗が小さいことが判る。これは、実施例１〜４においては、ガラス基板の表面をカップリング剤により処理しているため、ＩＣチップとガラス基板を、接着剤を介して接続する際に、ガラス基板の表面とカップリング剤の間で強固な化学結合が生じ、さらに、接着剤の樹脂成分であるエポキシ樹脂とカップリング剤の間にも強固な化学結合が生じたため、当該エポキシ樹脂とガラス基板の結合が強固になったためであると考えられる。また、実施例１〜４においては、特に、エポキシ基、アミノ基を官能基とするカップリング剤により処理しているため、これらの官能基が、接着剤の樹脂成分であるエポキシ樹脂または硬化剤と反応し、これらの樹脂とガラス基板をより強固に結びつけたためであると考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明の活用例としては、ＩＣチップ等の半導体素子と回路基板とを、接着剤を介して接続した半導体装置の製造方法が挙げられる。