(57)【要約】【課題】本発明は、作業性に優れた一液性エポキシ樹脂組成物、及びそれを絶縁被膜層に用いてなるウエハレベルチップサイズパッケージ用半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】（Ａ）２５℃におけるＩＣＩ粘度が１５Ｐａ・ｓ以下の液状エポキシ樹脂、（Ｂ）固体状脂肪族アミン、（Ｃ）最大粒径が７５μｍ以下の無機充填剤、及び、（Ｄ）カーボンブラックを含み、（Ｃ）成分を１０〜８０質量％含有してなることを特徴とする一液性エポキシ樹脂組成物。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）２５℃におけるＩＣＩ粘度が１５Ｐａ・ｓ以下の液状エポキシ樹脂、
（Ｂ）固体状脂肪族アミン、
（Ｃ）最大粒径が７５μｍ以下の無機充填剤、
及び、
（Ｄ）カーボンブラックを含み、（Ｃ）成分を１０〜８０質量％含有してなることを特徴とする一液性エポキシ樹脂組成物。
【請求項２】
（Ａ）成分が１５Ｐａ・ｓ以下の液状ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂であり、（Ｃ）成分が平均粒径０．３〜１０μｍの球状シリカ及び、比表面積１００ｍ2／ｇ以上の煙霧シリカであることを特徴とする請求項１記載の一液性エポキシ樹脂組成物。
【請求項３】
シリコンウエハに回路を形成後、そのデバイス端子のパッド部に金属ワイヤーでボール電極を形成し、さらにその上面にボール電極の一部が露出するようにして、請求項１又は２記載の一液性エポキシ樹脂組成物を用いて絶縁被膜層を形成することを特徴とするウエハレベルチップサイズパッケージ用半導体装置の製造方法。
【請求項４】
直径１０〜２００μｍの金属ワイヤーを、温度２００〜４００℃、超音波の周波数５０〜１５０ｋＨｚ、時間１０〜１００ｍｓでシリコンウエハの回路上のデバイス端子のパッド部にボンディングして、ボール電極を形成し、その上面にボール電極の一部が露出するように請求項１又は２記載の一液性エポキシ樹脂組成物を用いて絶縁被膜層を形成する請求項３に記載のウエハレベルチップサイズパッケージ用半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項３又は４記載の製造方法により製造されてなるウエハレベルチップサイズパッケージ用半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作業性に優れた一液性エポキシ樹脂組成物、及びそれを絶縁被膜層に用いてなる配線面に電極を有するウエハレベルチップサイズパッケージ用半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話、モバイルコンピュータ、家庭用ビデオカメラ等の電子機器や周辺部品等に関して大容量化、小型軽量化が進展している。これらの動向に伴い、上記電子機器等に使用される半導体チップには、小型化、薄肉化、軽量化、高密度実装化が重要視されている。従来、半導体チップには電極を設け、電極と周辺部に配置される端子リード間をワイヤボンディングで接続し、樹脂で封止（パッケージング）するのが一般的である。
パッケージ周辺に端子リードを配置したＤＩＰ（Ｄｕａｌ  Ｉｎ−ｌｉｎｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）やＱＦＰ（Ｑｕａｄ  Ｆｌａｔ  Ｐａｃｋａｇｅ）が主な半導体パッケージの形態であるが、近年の微細加工技術の進展に伴い半導体チップ自体の電極は狭ピッチ化が進んでおり、このような形態では、電子部品実装の小型高密度化に限界を生じるという問題がある。
これらの問題を解消するために、例えばボール・グリッド・アレイ（ＢＧＡ）と呼ばれる半導体パッケージの形態があり、多数の電極を二次元的に配置できることが可能である。
このＢＧＡとともにウエハレベルチップサイズパッケージ（以下「ＷＬ−ＣＳＰ」と略記することがある）と呼ばれる半導体パッケージ技術があり、従来の半導体パッケージに比べて大幅に実装密度を向上できる技術として注目され、実用化されている。最近では、カード用途などで更なる薄型パッケージが望まれていることから、ＷＬ−ＣＳＰもガラスエポキシ樹脂積層板（ＦＲ−４）等に貼り合わせる方式から、ウエハに貫通電極を設けることでチップを積層させる方式が検討されている。一般的に、貫通孔の深さＬと径Ｄの比率（Ｌ／Ｄ）が大きくなると、貫通孔の形成プロセスがコスト高になるため、ウエハを薄肉化しているが、薄肉化することはウエハ自体の強度低下や反りの発生で割れ易く、取扱いが困難であった。薄肉ウエハの取扱いを改善する為に、あらかじめ上下２枚のウエハを接着剤を介して互いに接合させた後にダイシングして個々に切り離す方法が提案されている（例えば特許文献１を参照）。
【０００３】
また、ウエハに貫通電極を設けるために、ウエハ上に形成された回路のデバイス端子を露出させるように開口部を開けたレジスト層を形成し、電解メッキでこの開口部をメッキ金属で充填するが、メッキに要する時間が数時間もかかるとともに電極の信頼性も十分ではない。これを改善するために、接続端子を、絶縁体からなる突起部の表面に金属層を形成したものに代えることが提案されている（例えば特許文献２を参照）。
さらに、突起電極が配設された複数の半導体素子が形成されたウエハ面に、封止樹脂で樹脂層を形成してから電極先端を露出させることが提案されている（例えば特許文献３、４を参照）。
しかし、いずれの方法も耐湿絶縁性等の十分な特性を有するウエハレベルチップサイズパッケージを得ることは困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２７７６８２号公報
【特許文献２】特開２００１−２９８１２０号公報
【特許文献３】特開平１０−７９３６２号公報
【特許文献４】特開２０００−２９９３３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、電極を容易に形成することができる耐湿絶縁性に優れたウエハレベルチップサイズパッケージ用半導体装置の製造方法に用いる一液性エポキシ樹脂組成物、及び前記の性状を有するウエハレベルチップサイズパッケージ用半導体装置を提供しようというものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者等は、上記の目的を達成しようと鋭意研究を重ねた結果、特定の組成を有するエポキシ樹脂組成物が、一液性エポキシ樹脂として、その目的に適合し得ること、そして、シリコンウエハ上の回路のデバイス端子に金属ワイヤを用いてワイヤボンディングすることによりボール電極を形成し、さらにその上面に前記の一液型エポキシ樹脂組成物を使用して絶縁被覆膜を形成することにより耐湿絶縁性に優れたウエハレベルチップサイズパッケージ用半導体装置が容易に得られることを見出し、本発明を完成したものである。
【０００７】
すなわち、本発明は、
１．（Ａ）２５℃におけるＩＣＩ粘度が１５Ｐａ・ｓ以下の液状エポキシ樹脂、
（Ｂ）固体状脂肪族アミン、
（Ｃ）最大粒径が７５μｍ以下の無機充填剤、
及び、
（Ｄ）カーボンブラックを含み、（Ｃ）成分を１０〜８０質量％含有してなることを特徴とする一液性エポキシ樹脂組成物。
２．（Ａ）成分が１５Ｐａ．ｓ以下の液状ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂であり、（Ｃ）成分が平均粒径０．３〜１０μｍの球状シリカ及び、比表面積１００ｍ2／ｇ以上の煙霧シリカを組み合わせたものである上記１記載の一液性エポキシ樹脂組成物。
３．シリコンウエハに回路を形成後、そのデバイス端子のパッド部に金属ワイヤーでボール電極を形成し、さらにその上面にボール電極の一部が露出するようにして、上記１又は２記載の一液性エポキシ樹脂組成物を用いて絶縁被膜層を形成することを特徴とするウエハレベルチップサイズパッケージ用半導体装置の製造方法。
４．直径１０〜２００μｍの金属ワイヤーを、温度２００〜４００℃、超音波の周波数５０〜１５０ｋＨｚ、時間１０〜１００ｍｓでシリコンウエハの回路上のデバイス端子のパッド部にボンディングして、ボール電極を形成し、その上面にボール電極の一部が露出するように上記１又は２記載の一液性エポキシ樹脂組成物を用いて絶縁被膜層を形成する上記３に記載のウエハレベルチップサイズパッケージ用半導体装置の製造方法。
５．上記３又は４記載の製造方法により製造されてなるウエハレベルチップサイズパッケージ用半導体装置。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、シリコンウエハ上の回路のデバイス端子に金属ワイヤを用いてワイヤボンディングすることによりボール電極を形成し、さらにその上面に特定の組成からなる一液性エポキシ樹脂組成物を使用して絶縁被覆膜を形成することにより耐湿絶縁性に優れたウエハレベルチップサイズパッケージ用半導体装置が容易に得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の半導体装置の製造方法により得られるダイシング前の半導体装置の一例を示す断面概略図である。
【図２】本発明の半導体装置の製造工程を示す断面概略図である。
【図３】本発明の半導体装置の製造工程の他の例を示す断面概略図である。
【図４】本発明により得られるボール電極が外部電極となったシリコンウエハの概略斜視図である。
【図５】半導体装置の導電、絶縁試験のための一例を示す配線概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の半導体装置に関して実施形態を説明する。
本発明のウエハレベルチップサイズパッケージ用半導体装置の製造工程は、図２の断面概略図に示すように、まず、シリコンウエハ１に形成された配線回路２１のデバイス端子のパッド２にワイヤーボンディング装置を用い、直径１０〜２００μｍ程度の金属ワイヤーを、温度２００〜４００℃程度、超音波の周波数５０〜１５０ＫＨＺ程度、時間１０〜１００ｍｓ程度の条件にて、ワイヤーボンディングによって、必要とされる径と長さのボール電極３を形成する。このとき、後で封止する封止樹脂の厚みに合わせて、ボールの上にもう一度ボールを形成させるいわゆる２段ボール、３段ボールにしても良い。
図３に示すように、シリコンウエハ１に、裏面パッド２２と貫通電極５を設けた半導体装置も積み重ねて使用する用途に好適に使用できる。裏面パッド２２と、貫通電極５を設ける方法は公知の方法により形成することができる。
【００１１】
上記ワイヤーボンディングによる方法で、ボール電極３を形成した後、絶縁材料によって表面を被覆する。被覆の方法は、一液型の液状あるいはペースト状のエポキシ樹脂組成物にて、電極を覆わないようにディスペンスまたはスクリーン印刷塗布した後に樹脂を硬化させる方法や、液状又はペースト状樹脂にて、ディスペンス又はスクリーン印刷塗布した後に、圧縮成形により硬化させる方法等が挙げられる。この圧縮成形法であれば、封止樹脂量を適量にすれば圧縮成形後に電極が樹脂に埋まることがなく、１工程で外部電極として被膜上に電極頭部３１を露出できる。図４は上記方法により得られたダイシング前の半導体装置（ウエハ）の概略斜視図であり、シリコンウエハ１の被膜上に電極頭部３１が多数露出している状態を示している。
【００１２】
上述した半導体装置の製造方法に好適に使用できる絶縁材料の詳細について以下に記載する。
絶縁材料である一液性エポキシ樹脂組成物は、（Ａ）成分：エポキシ樹脂、（Ｂ）成分：固体状脂肪族アミン、（Ｃ）成分：無機充填剤、及び（Ｄ）成分：カーボンブラックを必須成分とする必要がある。
使用する（Ａ）成分のエポキシ樹脂は２５℃におけるＩＣＩ粘度が１５Ｐａ・ｓ以下ので、分子内に２個以上のエポキシ基を有するものであれば、液状エポキシ樹脂、固体状エポキシ樹脂等、特に制限なく使用されることが出来る。
ここで、ＩＣＩ粘度は、ＩＣＩコーンプレート回転粘度計を用いて測定した値である。
エポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールＡジグリシジルエーテル、ビスフェノールＦジグリシジルエーテル、ノボラック型エポキシ樹脂、ポリカルボン酸のジグリシジルエステル、シロキサン誘導体のエポキシ化によって得られるエポキシ樹脂等が挙げられ、これらは単独または２種以上混合して使用されることが出来る。
【００１３】
また、この他に、必要に応じて反応性希釈剤である液状のモノエポキシ化合物等を併用成分として使用することができ、さらに、柔軟性を付与しようとする場合には、ゴム変性やシリコン変性のエポキシ樹脂を使用することも出来る。
（Ｂ）成分の固体状脂肪族アミンは、融点或いは軟化点が７０〜１５０℃のものが好ましく、具体的には、フェノール塩であるＡＤＥＫＡ社製「アデカハードナー  ＥＨ４０７０Ｓ」（融点８０℃）や、アミド結合を有する化合物である富士化成社製「フジキュアー  ＦＸＲ−１０２０」（軟化点１２０℃）等が挙げられる。融点或いは軟化点が低いもの、もしくは液状脂肪族アミンでは、エポキシ樹脂組成物のフロアライフ（室温での可使時間）が極端に低下してしまい、作業性が著しく劣化する。また、融点或いは軟化点が成形温度より高いと架橋反応に寄与しないため、成形温度を上げなければならないが、成形温度が高すぎると成形後のウエハの反りが大きくなる。
【００１４】
（Ｂ）成分には、本発明の目的に反しない限度において、公知のジシアンジアミド、芳香族ジアミンなどのアミン系硬化剤、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ビスフェノールＡ型ノボラック樹脂、トリアジン変性フェノールノボラック樹脂等のフェノール系硬化剤、あるいは、通常エポキシ樹脂の硬化促進剤に使用されている２−エチル−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等のイミダゾール化合物、三フッ化ホウ素アミン錯体、トリフェニルホスフィン等と併用することができる。この（Ｂ）成分は一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよいが、その含有量は、（Ａ）成分の硬化性及び硬化物の他の性能に関する観点から、（Ａ）成分１００質量部に対して５質量部以下が好ましく、２質量部以下がより好ましい。
【００１５】
（Ｃ）成分は、最大粒径７５μｍ以下の無機充填剤であり、最大粒径７５μｍを超えるものでは、無機充填剤が露出するという問題がある。好ましい最大粒径は４５μｍ以下である。粒径の測定方法は湿式篩により測定することができる。この無機充填剤としては平均粒径０．１〜１５μｍ、好ましくは０．３〜１０μｍの溶融球状シリカが充填性、耐湿信頼性の点から好ましく使用できる。具体的には、龍森社製「ＭＳＲ−０６」や、アドマテックス社製「ＳＯ−２５Ｒ」等が挙げられる。
さらに、比表面積１００ｍ2／ｇ以上、好ましくは２００〜５００ｍ2／ｇの煙霧シリカを併用することにより塗布後に樹脂が流れすぎる現象を防止できるダレ特性が向上する。この（Ｃ）成分の含有量は、樹脂組成物の粘度や硬化樹脂組成物の硬化性能等の観点から、組成物全量に基づき５〜９０質量％であり、好ましくは１０〜８０質量％である。
カーボンブラック（Ｄ）は、粒径が小さいとともに、着色力が高く、また不純物の混入が低いものであればいずれも用いることが出来る。カーボンブラック（Ｄ）の含有量は、組成物全量に基づき、通常０．１〜１．０質量％程度、好ましくは０．２〜０．８質量％である。
【００１６】
樹脂組成物は、ペースト状あるいは液状で使用する場合は、塗布性、広がり性、膜厚によって適宜粘度、チクソ性を調製する。本発明のウエハレベルチップサイズパッケージ用半導体装置は、貫通電極を形成させた後に、前述のワイヤーボンディングのボール電極で外部電極を形成し、絶縁材料によって封止することにより、両面電極を持つ電子部品を得ることも出来る。
【実施例】
【００１７】
次に、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定されるものではない。
なお、各例で用いる液状エポキシ樹脂の２５℃におけるＩＣＩ粘度は、ＩＣＩコーンプレート回転粘度計［東機産業社製、機種名「ＴＶ−２２」］を用いて測定した値である。
［実施例１］
直径６インチのテストチップウエハ（Phase０：（株）ウェル製）を用意し、新川社製ボンダー（ＳＷＢ−ＦＡ−ＵＴＡＣ）を用いて、直径５０μｍの金線を使用して、温度３８０℃、超音波の周波数６０ｋＨｚ、時間５０ｍｓでデバイス端子のパッド部にワイヤーボンディングを行い、高さ０．２ｍｍのボール電極を形成した。
次に、表１の封止樹脂１に記載の組成比率でペースト状樹脂を製造し、先に製造した電極付きウエハ上に、膜厚２００μｍになるようにスクリーン印刷塗布用樹脂組成物をウエハの回路面側に１５０μｍスペーサを使用して、１０ＭＰａ、１５０℃で１０分の離型フィルムアシスト圧縮成形して、厚さ１５０μｍの絶縁被膜層を形成した。このとき、０．２ｍｍ高さの電極は、圧縮成形により押し潰されるが、絶縁被膜層表面にそれぞれの電極の導通状態を図５に示した測定器にて調べた結果、導通を確認できた。図５は測定装置の一例であり、図に示したように、樹脂封止面を内側にして対向させ、ボール電極の頭部を互いに接触させて接続用配線６と測定器（抵抗）７により回路を形成して導通状態を確認するとともに、絶縁被膜層の絶縁状態を確認できるようにした。
なお、表１に示した配合組成に使用した材料の内容は次の通りである。
【００１８】
使用した材料の内容：
・ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（２５℃  ＩＣＩ粘度  １４Ｐａ・ｓ）……三井化学社製「エポミックＲ−１４０」
・ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（２５℃  ＩＣＩ粘度  ２０Ｐａ・ｓ）……東都化成社製「エポトートＹＤ−１２８Ｓ」
・脂肪族固体状アミン  （ＳＰ１２０℃）……富士化成社製「フジキュアー  ＦＸＲ−  １０２０」
・脂肪族固体状アミン（ＭＰ８０℃）……ＡＤＥＫＡ社製「アデカハードナー  ＥＨ４０７０Ｓ」
・芳香族固体状アミン  （ＳＰ１００℃）……東都化成社製「ＴＨ−１０００」
・変形脂肪族液状アミン……ＤＩＣ社製「ラッカマイド  ＷＮ−１０５」
・ジシアンジアミド……ジャパンエポキシレジン社製「ＤＩＣＹ７」
・潜在性イミダゾール（イミダゾール３７質量％含有）……三和化学社製「ＬＨ２１０」
・微細球状シリカ粉末(平均粒径７μｍ）……龍森社製「ＭＳＲ−０６」
・微細球状シリカ粉末(平均粒径０．５μｍ）……アドマテックス社製「ＳＯ−２５Ｒ」
・合成煙霧シリカ粉末(比表面積３８０ｍ2／ｇ）……日本アエロジル社製「アエロジル３８０」
・カーボンブラック……三菱化学社製「三菱カーボンブラックＭＡ１００」
・γ-フェニルアミノプロピルトリメトキシシラン……信越化学社製「ＫＢＭ−５７３」
【００１９】
［実施例２］
ワイヤ材質を直径１００μｍのアルミワイヤに変更し、表１に示した封止樹脂１で厚さが４００μｍの絶縁被覆層を有する樹脂封止ウエハを実施例１と同様の方法で作製した。電極の導通状態を測定器にて調べた結果、導通を確認できた。
【００２０】
［実施例３］
ワイヤ材質を直径５０μｍの銅ワイヤに変更し、表１に示した封止樹脂１で厚さが２００μｍの絶縁被覆層を有する樹脂封止ウエハを実施例１と同様の方法で作製した。電極の導通状態を測定器にて調べた結果、導通を確認できた。
【００２１】
［実施例４］
直径６インチの貫通電極テストチップウエハ（金バンプ加工：（株）ウェル製）を用意し、直径２５μｍの金線を使用して、実施例１と同様に、表１に示した封止樹脂１を用いて厚さ１００μｍの絶縁被膜層を有する樹脂封止ウエハを作成し、それを積層してスタックパッケージを作製した。
電極の導通状態を測定器にて調べた結果、導通を確認できた。また、耐湿絶縁性の評価（８５℃、８５％ＲＨの雰囲気下、５００Ｖ印加での表面抵抗値が１．０×１０7Ω／□以下になるまでの時間）は、４２時間と良好であった。
【００２２】
［実施例５］
表１に示した封止樹脂２を用いた以外は実施例４と同様の方法により、スタックパッケージを作製した。電極の導通状態を測定器にて調べた結果、導通を確認できた。また、耐湿絶縁性の評価は、４０時間と良好であった。
【００２３】
［比較例１］
表１に示した封止樹脂３を用いた以外は実施例４と同様の方法により、スタックパッケージを作製した。電極の導通状態を測定器にて調べた結果、導通を確認できた。しかしながら、耐湿絶縁性の評価は、５時間と不良であった。
【００２４】
［比較例２］
表１に示した封止樹脂４を用いた以外は実施例４と同様の方法により、スタックパッケージを作製した。しかし、材料の流動性が著しく悪いため、スクリーン印刷時にカスレが発生し、封止が完全にできなかった。
【００２５】
［比較例３］
表１に示した封止樹脂５を用いた以外は実施例４と同様の方法により、スタックパッケージを作製した。しかし、フロアライフが極端に短く、スクリーン印刷時にカスレが発生し、封止が完全にできなかった。
【００２６】
［比較例４］
表１に示した封止樹脂６を用いた以外は実施例４と同様の方法により、スタックパッケージを作製した。しかし、フロアライフが極端に短く、スクリーン印刷時にカスレが発生し、封止が完全にできなかった。
【００２７】
【表１】
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【符号の説明】
【００２８】
１…シリコンウエハ
２…パッド
２１…配線回路
３…ボール電極
３１…電極頭部
４…絶縁被膜層
５…貫通電極
６…接続用配線
７…測定器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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