(57)【要約】【課題】ある温度以下では粘度が上昇し難く、硬化時間が短く、かつボイドの発生を少なくできるアンダーフィル剤、このアンダーフィル剤を用いて作製したフリップチップ型半導体装置、および、このフリップチップ型半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】本アンダーフィル剤は、半導体部品をフリップチップ実装するに際し、半導体部品と基板との間に充填されるアンダーフィル剤であって、アミノメチルフェノール型エポキシを含んでなる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体部品を基板上に実装するに際し、当該半導体部品と当該基板との間に充填されるアンダーフィル剤であって、アミノメチルフェノール型エポキシを含んでなるアンダーフィル剤。
【請求項２】
全エポキシ量を１００重量部とした場合に、アミノメチルフェノール型エポキシを５〜４０重量部含んでなる、請求項１に記載のアンダーフィル剤。
【請求項３】
更に、ビスフェノールＦ型エポキシ、ビフェニル型エポキシ、ナフタレン型エポキシまたはこれらの任意の混合物と、硬化剤と、無機フィラーとを含み、溶媒を実質的に含まない、請求項１または２に記載のアンダーフィル剤。
【請求項４】
前記硬化剤が、１００℃で固体の塩基性硬化剤、マイクロカプセル化した塩基性硬化剤またはこれらの任意の混合物を含んでなる、請求項３に記載のアンダーフィル剤。
【請求項５】
半導体部品がバンプを介して基板上の電極と接続されている半導体装置であって、当該半導体部品と当該基板との間に、アミノメチルフェノール型エポキシを含んでなるアンダーフィル剤を設置し、硬化させてなる半導体装置。
【請求項６】
前記アンダーフィル剤は、更に、ビスフェノールＦ型エポキシ、ビフェニル型エポキシ、ナフタレン型エポキシまたはこれらの任意の混合物と、硬化剤と、無機フィラーとを含み、溶媒を実質的に含まない、請求項５に記載のアンダーフィル剤。
【請求項７】
半導体部品がバンプを介して基板上の電極と接続されている半導体装置の製造方法において、
当該電極を備えた基板を５０℃以上１００℃以下に加熱する工程と、
加熱された当該基板の当該電極を、アミノメチルフェノール型エポキシを含んでなるアンダーフィル剤で覆う工程と、
当該半導体部品を、当該バンプが当該基板の当該電極と対峙するように位置合わせする工程と、
当該アンダーフィル剤を２００℃以上２５０℃以下の温度に加熱して、当該バンプと当該電極とを接合する工程と
を含む、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、半導体部品と基板との接合に用いられる半導体装置用アンダーフィル剤に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体部品を基板に実装して半導体装置を製造する分野では、半導体部品を高密度に実装する要求が高まっており、その要求を満たす方式としてフリップチップ実装方式が注目されている。これは、チップ等の半導体部品と基板との電気的接続をワイヤボンディングを介して達成する従来のフェイスアップ実装に代わるものであり、半導体部品をフェイスダウン実装し、たとえば半導体部品の回路面側に形成したバンプと配線基板の電極との間を電気的および機械的に接続する方式である。
【０００３】
半導体部品に形成されるバンプは、ＬＳＩ回路を形成した側の面に形成された、主に金属で形成した高さ数μｍから１００μｍの突起物であり、ＬＳＩ回路の規模に応じて、数個から数千個形成される。比較的バンプ設置数の多い半導体部品では、回路面側のほぼ全面にバンプが設置される。この場合には、バンプの金属としてはんだが使用される場合が多く、フリップチップ実装で半導体装置が形成される場合が多い。一方、比較的バンプ設置数が少ない半導体部品では、バンプは半導体部品の周辺部に設置されることが多い。この場合には、厚膜の金ピラーや金スタッドがバンプとして設置される。金ピラーは、基板側の電極上に被覆されたスズ膜との界面接合や超音波接合で接合されることが多く、金スタッドは熱圧接や超音波接合で基板側の電極と接合されることが多い。
【０００４】
上記各種のフリップチップ実装において、回路面の保護や、バンプ破断の抑制等のために、接着剤が使用されている。接着剤の使用形態としては、半導体部品と基板との間にアンダーフィル剤として使用される場合（例えば、特許文献１参照。）と、半導体部品全体を覆う封止剤として使用される場合（例えば、特許文献２参照。）とがある。
【０００５】
ここで、アンダーフィル剤として使用する接着剤と、封止剤として使用する接着剤とでは、望まれる特性が異なる場合が多い。封止剤として使用する接着剤は、フリップチップ実装では、回路が形成されていない面を覆うことになるため、アンダーフィル剤ほど、下記に示すような回路保護機能や熱サイクルに対するバンプ破壊防止機能を必要としない。
【０００６】
これに対し、アンダーフィル剤として使用する接着剤では、回路を水分等から保護する機能、半導体装置が高温または低温になった時に、例えばシリコン半導体部品（熱膨張率：３ｐｐｍ／℃）と、例えばガラスエポキシ基板（熱膨張率：１７ｐｐｍ／℃）との間の熱膨張率の差に起因するバンプ破壊を防止する機能、半導体部品と基板とを接着固定する機能等が望まれる場合が多い。更に、実用上では、アンダーフィル剤の適用時に、半導体部品の上面へのアンダーフィル剤の這い上がりがないこと、アンダーフィル剤の内部にボイドが発生しないこと等の特性が重要である。這い上がりは、装置を汚染し、アンダーフィル剤の内部にボイドが発生すると後述するような回路損傷の原因となり得る。
【０００７】
アンダーフィル剤が使用される手順としては、半導体部品を基板上に接合した後にアンダーフィル剤を半導体部品と基板との間に充填する方法（後入れ方式）と、基板上に先にアンダーフィル剤を設置し、次いで半導体部品を基板にフリップチップ実装する方法（先入れ方式）とがある。アンダーフィル剤を後から充填する方式（後入れ方式）は、半導体部品が既にバンプで接合されているため、アンダーフィル剤の硬化を半導体部品の接合とは別個に多数個纏めて行えるため、短時間で硬化できることに対する要求はそれ程高いものではない。
【０００８】
これに対し、アンダーフィル剤を先に基板上に設置し、次いで半導体部品を基板にフリップチップ実装する方式（先入れ方式）では、高温で半導体部品と基板とを接合する場合に、同時にアンダーフィル剤を硬化させ、温度を下げる前にある程度硬化を進ませる必要があるため、短時間で硬化できることに対する要求は大きい。
【０００９】
しかしながら、先入れ方式には次のようなメリットがある。
【００１０】
すなわち、アンダーフィル剤を後から充填する方式においては、バンプが微細になってくると、アンダーフィル剤を硬化するまでの段階で半導体部品と基板との熱膨張率の差をアンダーフィル剤の機械的強度で吸収できずバンプが破断してしまう場合がある。先入れ方式ではこのような事態を避け得る。更に、先入れ方式は、後述する熱圧接により半導体部品を実装する場合にも使用できる。
【００１１】
先入れ方式では、複数の電極が形成された基板上に、アンダーフィル剤を塗布する。この時点で基板は、例えば５０〜１００℃に加熱されている。次に、基板上に、複数のバンプを形成した半導体部品を位置合わせする。最後に、例えば２００〜２５０℃に加熱した半導体部品を基板に押圧して、電極とバンプとを接合（熱圧接）する。
【００１２】
上記基板を予め５０〜１００℃に加熱しておくのは、最終的に半導体部品と基板とを熱圧接する際の温度（２００〜２５０℃）との温度差を小さくするためである。このため、アンダーフィル剤は、基板上に塗布した状態の５０〜１００℃の温度では硬化が進まず、粘度上昇も少なく、その後に２００〜２５０℃に昇温した時には速やかに硬化する特性が好ましい。特に実用上は、一枚の基板上に複数の半導体部品を実装する場合が多く、基板に塗布した後の一定時間内での粘度の安定性は重要である。また、製造上、アンダーフィル剤は短時間で硬化することが好ましい。これは、硬化に要する時間が長くなると、プロセスコストが高くなる問題があるためである。
【特許文献１】特開２０００−２９７２０１号公報
【特許文献２】特開平７−１６５８７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
このように先入れ方式に使用されるアンダーフィル剤には、ある温度以下では粘度が上昇し難く（あるいは硬化速度が小さく）、ある温度以上では硬化時間が短い（あるいは硬化速度が大きい）ことが課題として存在する。
【００１４】
具体的に言えば、アンダーフィル剤をボンダ上で硬化するに要する時間は、現状で数秒から１０数秒を要するものであり、低コスト化の観点からは、この硬化時間を更に短くできるアンダーフィル剤が望まれている。
【００１５】
更に、先入れ方式では、半導体部品を実装する際に、基板上に設置されているアンダーフィル剤を半導体部品に急速に押し広げていくことになるため、後入れ方式に比べ、ボイドを生じ易くなる問題がある。ボイドが多数発生すると、半導体部品とアンダーフィル剤との間または基板とアンダーフィル剤との間の剥離の起点となる問題や、ボイドに水分が溜まり、回路損傷の原因となる問題があり、先入れ方式用のアンダーフィル剤はボイド発生の少ないことが重要な要求特性である。
【００１６】
ボイドの発生要因は多岐にわたり一概に特定できるものではないが、先入れ方式で実装する場合におけるアンダーフィル剤側の要因としては、半導体部品表層の絶縁膜や基板の表層樹脂との濡れ性が悪いことや、粘度が高過ぎて圧接時に半導体部品に押されて広がる際にボイドを巻き込むことや、粘度が低すぎてボイドを残してしまうこと等がある。
【００１７】
従って、硬化時間が短く、ボイドの発生の少ない先入れ方式用のアンダーフィル剤が望まれている。
【００１８】
本発明は、上記課題を解決して、ある温度以下では粘度が上昇し難く、硬化時間が短く、ボイドの発生が少ないフリップチップ実装用アンダーフィル剤、そのアンダーフィル剤を用いたフリップチップ型半導体装置やその他のこれに類する半導体装置およびそのような半導体装置の製造方法を提供するものである。このアンダーフィル剤は、先入れ方式用に特に好ましい。
【００１９】
本発明の更に他の目的および利点は、以下の説明から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本明細書は、主にフリップチップ型半導体装置について記載したが、本発明の趣旨に反しない限り他の半導体装置にも使用し得ることは言うまでもない。例えば、以下の態様においては「フリップチップ」または「フリップチップ型」を省いた態様も本発明の範疇に属する。
【００２１】
本発明の一態様によれば、半導体部品を基板上にフリップチップ実装するに際し、当該半導体部品と当該基板との間に充填されるアンダーフィル剤であって、アミノメチルフェノール型エポキシを含んでなるアンダーフィル剤が提供される。
【００２２】
本発明態様により、ある温度以下では粘度が上昇し難く、硬化時間が短く、かつボイドの発生を少なくできるアンダーフィル剤が得られる。
【００２３】
前記アンダーフィル剤が、前記半導体部品と前記基板とを接合する前に、前記半導体部品と前記基板との少なくともいずれか一方に塗布されることが好ましい。前記アンダーフィル剤には、更に、ビスフェノールＦ型エポキシ、ビフェニル型エポキシ、ナフタレン型エポキシまたはこれらの任意の混合物と、硬化剤と、無機フィラーとを含み、溶媒を実質的に含まないことや、前記硬化剤が、１００℃で固体の塩基性硬化剤、マイクロカプセル化した塩基性硬化剤またはこれらの任意の混合物を含んでなることや、更にマイクロカプセル化したイオントラップ剤を含んでなることが好ましい。
【００２４】
量的には全エポキシ量を１００重量部とした場合に、アミノメチルフェノール型エポキシを５〜４０重量部含んでなることが好ましい。
【００２５】
本発明の他の態様によれば、半導体部品がバンプを介して基板上の電極とフリップチップ接続されているフリップチップ型半導体装置であって、当該半導体部品と当該基板との間に、上記のアンダーフィル剤を設置し、硬化させてなるフリップチップ型半導体装置や、半導体部品がバンプを介して基板上の電極とフリップチップ接続されているフリップチップ型半導体装置の製造方法において、当該電極を備えた基板を５０℃以上１００℃以下に加熱する工程と、加熱された当該基板の当該電極を、請求項１〜６のいずれかに記載のアンダーフィル剤で覆う工程と、当該半導体部品を、当該バンプが当該基板の当該電極と対峙するように位置合わせする工程と、当該アンダーフィル剤を２００℃以上２５０℃以下の温度に加熱して、当該バンプと当該電極とを接合する工程とを含む、フリップチップ型半導体装置の製造方法が提供される。
【００２６】
これら二つの発明態様により、半導体部品と基板との接続信頼性の高いフリップチップ型半導体装置や、そのような半導体装置を低コストで製造できる方法を実現できる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明のフリップチップ型半導体装置用アンダーフィル剤によれば、ある温度以下では粘度変化が小さく、半導体部品実装時には硬化時間が短く、かつボイドの発生を少なくできる。このアンダーフィル剤を用いて作製した本発明に係るフリップチップ型半導体装置は、半導体部品と基板との接続信頼性を高めることができる。更に、本発明に係るフリップチップ型半導体装置の製造方法によれば、半導体部品と基板との接続信頼性の高いフリップチップ型半導体装置を低コストで製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下に、本発明の実施の形態を図、実施例等を使用して説明する。なお、これらの図、実施例等および説明は本発明を例示するものであり、本発明の範囲を制限するものではない。本発明の趣旨に合致する限り他の実施の形態も本発明の範疇に属し得ることは言うまでもない。
【００２９】
（アンダーフィル剤）
本発明に係るアンダーフィル剤は、アミノメチルフェノール型エポキシを含んでなる。このアンダーフィル剤は、半導体部品をフリップチップ実装するに際し、半導体部品と基板との間に充填される。
【００３０】
本発明に係るアンダーフィル剤を使用すると、ある温度以下では粘度上昇が小さく、硬化時間が短く、かつボイドの発生を少なくできる。このため、このアンダーフィル剤を用いて作製した本発明に係るフリップチップ型半導体装置は、半導体部品と基板との接続信頼性を高めることができる。ある温度以下では粘度が上昇し難いため、半導体装置製造上のプロセスマージンを確保することができる。硬化時間が短く、ボイドの発生に起因する不良品の発生率を低下できるため、フリップチップ型半導体装置を低コストで製造できるようになる。硬化時間が短く、かつボイドの発生を少なくできると言う特性から、本発明に係るアンダーフィル剤は、特に先入れ方式に適しているが、後入れ方式にも適用できることは言うまでもない。先入れ方式とは、半導体部品と基板とを接合する前に、半導体部品と基板との少なくともいずれか一方にアンダーフィル剤が塗布される方式である。なお、ほとんどの場合基板にアンダーフィル剤が塗布される。
【００３１】
このアンダーフィル剤は使用条件下において流動性を有することが必要である。どの程度の流動性が必要かは使用される条件に基づいて適宜選択することができるが、常温で２０００〜１０００００センチポイズ以下であることを目安とすることが実用的であり、好ましい場合が多い。なお、本明細書では、室温とは２５℃をいう。
【００３２】
上記の流動性等の性質は、本発明に係るアンダーフィル剤が全体として有していれば十分である。従って、各種の成分から本発明に係るアンダーフィル剤を作製する場合には、個々の成分が液体であるか固体であるかは問題ではない。
【００３３】
アミノメチルフェノール型エポキシは、アミノメチルフェニル構造を骨格として，これにエポキシ基が付与されているエポキシであり、特にアミノメチルフェノールのトリグリシジルエーテルが好ましい。このエポキシは、分子量が小さく、多官能であるため、硬化速度が大きいとともに、窒素を有する構造であるため、２００〜２５０℃の温度に昇温した時の揮発量が小さく、揮発に起因するボイドの発生が少ないためである。
【００３４】
本発明のアンダーフィル剤には、本発明の趣旨に反しない限り、アミノメチルフェノール型エポキシの他に、他のエポキシ樹脂、他の硬化性樹脂、硬化剤、フィラー等、各種の物質を共存させることができる。
【００３５】
他の硬化性樹脂については、本発明の趣旨に反しない限り、本発明の用途に使用できるどのような公知の硬化性樹脂を採用してもよい。
【００３６】
上記「他のエポキシ樹脂」については特に制限はなく、公知のものから適宜選択することができるが、ビスフェノールＦ型エポキシ、ビフェニル型エポキシ、ナフタレン型エポキシまたはこれらの任意の混合物を好ましく例示することができる。ビスフェノールＦ型エポキシ、ビフェニル型エポキシ、ナフタレン型エポキシまたは上記の混合物は、接合信頼性が高く、室温で液状のアンダーフィル剤を製造することができるため好ましい。
【００３７】
なお、ビスフェノールＦ型エポキシ、ビフェニル型エポキシ、ナフタレン型エポキシとは、それぞれ、ビスフェノール基、ビフェニル基、ナフタレン基を有するエポキシを意味する。ビスフェノール基、ビフェニル基、ナフタレン基およびエポキシ基以外の基を含んでいてもよい場合もある。これらのエポキシの重合度には、特に制限はなく、使用時の粘度や昇温した時の揮発量を勘案して適宜定めることができるが、一般的には数平均重合度で１〜４が好ましい。
【００３８】
具体的には、ビスフェノールＦ型エポキシとして、ＥＰ−４９０１，ＥＰ−４９０１Ｅ，ＥＰ−４９５０（株式会社ＡＤＥＫＡ），ＲＥ−３０３Ｓ（日本化薬株式会社），８０６，８０６Ｌ，８０７（ジャパンエポキシレジン株式会社），８３０−Ｓ，ＥＸＡ−８３０ＣＲＰ，ＥＸＡ−８３５ＬＶ（大日本インキ化学工業株式会社）等を、ビフェニル型エポキシとして、ＮＣ−３０００Ｐ（日本化薬株式会社），ＹＸ４０００，ＹＬ６１２１Ｌ，ＹＬ６６４０，ＹＬ６６７７（ジャパンエポキシレジン株式会社）等を、ナフタレン型エポキシとして、ＮＣ−７０００Ｌ，ＮＣ−７３００（日本化薬株式会社），ＨＰ−４０３２，ＨＰ−４０３２Ｄ（大日本インキ化学工業株式会社）等を、それぞれ挙げることができる。
【００３９】
本発明に係るアンダーフィル剤中の全エポキシ量に対する上記アミノメチルフェノール型エポキシの割合には特に制限はなく、実情に応じて任意に定めればよいが、全エポキシ１００重量部に対し、５〜４０重量部が好ましい。この範囲であれば、アンダーフィル剤の硬化時間を短くすることができ、架橋密度が高くなりすぎることによって脆性が高くなることもないからである。
【００４０】
本発明のアンダーフィル剤は、半導体部品と基板との間に設置されるため、溶媒を実質的に含まないことが望ましい。ここで、「実質的に」とは溶媒が、０．１重量％以上存在しないことを意味する。なお、ここでいう溶媒とは、単独で反応することのないまたは他の成分と反応することのない、室温で液状でエポキシ樹脂と相溶性を有する物質を意味する。
【００４１】
硬化剤についても特に制限はなく、公知のものから適宜選択することができるが、実用上からは１００℃で固体の塩基性硬化剤やマイクロカプセル化した塩基性硬化剤を好ましく挙げることができる。
【００４２】
１００℃で固体のエポキシ硬化剤やマイクロカプセル化した硬化剤が好ましいのは、半導体部品と基板との最終加熱前の段階の基板の設定温度である１００℃以下、より具体的には例えば５０〜１００℃の温度範囲において硬化剤が反応開始するのを抑制し、アンダーフィル剤の粘度の上昇を抑制できるからである。このようなエポキシ硬化剤として塩基性硬化剤が好ましいのは、塩基性硬化剤が酸無水物硬化剤より反応性が大きく、最終加熱の段階の設定温度である２００℃以上、より具体的には例えば２００〜２５０℃において、通常２〜１０秒程度の短時間で硬化が可能となるからである。「マイクロカプセル化した硬化剤」のマイクロカプセルは、エポキシの硬化時に破壊され、機能を発現するようになっているものを選択する。
【００４３】
エポキシ硬化剤として用いられる１００℃で固体の塩基性硬化剤としては、アジンアダクトされたイミダゾールを挙げることができる。アジンアダクトされたイミダゾールとしては、例えば、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）−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物、またはこれらの任意の混合物等が使用できる。
【００４４】
「マイクロカプセル化した塩基性硬化剤」用の塩基性硬化剤としては、ポリアミン、またはイミダゾールを挙げることができる。マイクロカプセルに充填されるポリアミンとしては、例えば、イソホロンジアミン、Ｎ−アミノエチルピペラジン、３，９−ビス（３−アミノプロピル）−２，４，８，１０−テトラオキシスピロ−（５，５）−ウンデカンアダクト、ビス（４−アミノ−３−メチルシクロヘキシル）メタン、ｍ−キシレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン、ｍ−フェニレンジアミン、ジアミノジフェニルスルホン、メンセンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミンまたはこれらの任意の混合物等が使用できる。
【００４５】
また、上記マイクロカプセルに充填されるイミダゾールとしては、上述のアジンアダクトされたイミダゾールおよびアジンアダクトされていないイミダゾールのいずれもが使用できる。
【００４６】
上記エポキシ硬化剤の含有量は、上記エポキシ樹脂１００重量部に対して、１０重量部以上４０重量部以下であることが好ましい。この範囲内であれば、速硬化性を維持しつつ、１００℃以下におけるアンダーフィル剤の粘度の上昇を抑制できるからである。
【００４７】
本発明のアンダーフィル剤にフィラーを共存させると、アンダーフィル剤と、半導体部品および基板との間の熱膨張率の差を小さくすることができ、好ましい。アンダーフィル剤の流動性や硬化物の機械的強度を変えることができるため好ましい場合もある。このフィラーについては特に制限はなく、公知のものから適宜選択することができるが、熱膨張率低減の点で無機フィラーが好ましい。
【００４８】
無機フィラーとしては、シリカ、アルミナ、窒化硼素、窒化アルミニウム、窒化珪素等が使用できるが、平均粒子径０．５〜２０μｍのシリカ粉末およびアルミナ粉末から選ばれる少なくとも１種が好ましい。これらは、耐熱性がより高いからである。
【００４９】
アンダーフィル剤における上記無機フィラーの含有量は、基板の材質、半導体部品の大きさ、バンプ数、バンプ径等に依存するため、特に限定されないが、アンダーフィル剤の全重量を１００重量部とした場合に、１重量部以上７０重量部以下であることが好ましく、１重量部以上５０重量部以下がより好ましい。この範囲内であれば、接着性の低下が少ないからである。
【００５０】
本発明のアンダーフィル剤は、カップリング剤を更に含むことが好ましい。これにより、アンダーフィル剤に含まれる各成分の結合がより向上するからである。カップリング剤としては、例えば、シラン系カップリング剤、チタン系カップリング剤等を用いることができる。カップリング剤の添加量は、上記エポキシ樹脂１００重量部に対して、０．１重量部以上７重量部以下とすることができる。
【００５１】
本発明のアンダーフィル剤には、アンダーフィル剤がチップと基板に充填された後、基板等から侵入するフリーイオンをトラップする目的で、イオントラップ剤を使用してもよい。フリーイオンとしては、カリウムイオン、ナトリウムイオン、カルシウムイオン、塩素イオン、臭素イオン等がある。これらのイオンは、高温高湿試験時のマイグレーションの原因となる可能性のあるものであり、アンダーフィル剤中には存在しないことが好ましい。イオントラップ剤は、本発明で使用する硬化剤に対しては反応性を有さないことが好ましい。この例としては，IXE-100，IXE-600，IXE-633，IXE-800（東亜合成株式会社）等がある。またイオントラップ剤をマイクロカプセルで被覆し、エポキシの硬化時に被覆が破壊され、機能を発現するものであってもよい。
【００５２】
（フリップチップ型半導体装置）
本発明に係る半導体装置は、半導体部品がバンプを介して基板上の電極とフリップチップ接続されているフリップチップ型半導体装置であって、半導体部品と基板との間に、上記で説明したアンダーフィル剤を設置し、硬化させてなる。これにより、半導体部品と基板上の電極との接合部にボイドの発生がなく、半導体部品と基板との間の接続信頼性が高いフリップチップ型半導体装置が得られる。なお、本発明における半導体部品には、ＩＣチップや光半導体チップ等の半導体チップ、ウエハ等が該当し、基板には配線基板等が該当する。本明細書ではバンプは半導体部品に設けられている場合についてのみ説明してあるが、本発明においては、半導体部品と基板とのいずれの側にバンプを設けてもよい。
【００５３】
（フリップチップ型半導体装置の製造方法）
上記フリップチップ型半導体装置は、半導体部品がバンプを介して基板上の電極とフリップチップ接続されているが、このような構造は、
当該電極を備えた基板を５０℃以上１００℃以下に加熱する工程と、
加熱された当該基板の当該電極を、上記のアンダーフィル剤で覆う工程と、
当該半導体部品を、当該バンプが当該基板の当該電極と対峙するように位置合わせする工程と、
当該アンダーフィル剤を２００℃以上２５０℃以下の温度に加熱して、当該バンプと当該電極とを接合する工程と
を含む方法で製造することができる。
【００５４】
これにより、半導体部品と基板との接続信頼性の高いフリップチップ型半導体装置を低コストで製造できる。
【００５５】
基板を５０℃以上１００℃以下に加熱する方法、電極をアンダーフィル剤で覆う方法、半導体部品を、バンプが当該基板の当該電極と対峙するように位置合わせする方法、および、アンダーフィル剤を２００℃以上２５０℃以下の温度に加熱して、バンプと電極とを接合する方法については、特に制限はなく、公知の方法を適宜採用することができる。
【００５６】
アンダーフィル剤を２００℃以上２５０℃以下の温度に加熱する際には、他に差し支えなければ、半導体部品や基板をも加熱してもよく、一般的にそのようにされる（図２，３の説明参照）。
【００５７】
上記接合は、上記バンプと上記電極とを相互に押圧することにより行うことができる。この接合は、いわゆる熱圧接による接合であり、この方法では製造設備を簡略化できる。また、上記接合は、上記バンプと上記電極とに超音波を印加して行うことができる。この接合は、いわゆる超音波接合による接合であり、この方法では接合部の信頼性をより高めることができる。
【００５８】
以下、本発明のフリップチップ型半導体装置とその製造方法の実施形態を図面に基づき説明する。図１〜４は、本発明のフリップチップ型半導体装置の製造方法の一例を示す工程断面図である。なお、図１〜４では、理解を容易にするため図面の一部を断面にしていない。
【００５９】
本実施形態の製造方法では、まず図１に示すように、５０〜１００℃に加熱された基板ステージ１１に基板１２を載置する。基板１２の主面には、複数の電極パッド１３が形成されている。次に、同じく図１に示すように、基板１２の主面の中央部および電極パッド１３を覆うように、本発明のアンダーフィル剤１４を塗布する。以上により、基板１２およびアンダーフィル剤１４は、５０〜１００℃に加熱される。但し、この時点ではアンダーフィル剤１４は硬化せず、粘度の上昇もほとんどない。
【００６０】
次に、図２に示すように、複数のバンプ１５を備えた半導体部品１６を、２００〜２５０℃に加熱されたボンディングヘッド１７に保持して、半導体部品１６のバンプ１５が、基板１２の電極パッド１３の真上で対峙するように位置合わせを行う。この時点で半導体部品１６も２００〜２５０℃に加熱されている。
【００６１】
次に、図３に示すように、半導体部品１６のバンプ１５と、基板１２の電極パッド１３とを相互に押圧しながら接合する。この際、加熱された半導体部品１６によってアンダーフィル剤１４も２００〜２５０℃の温度に加熱されて直ちに硬化する。アンダーフィル剤１４は、硬化する直前まで流動性を維持しているので、ボイドの発生を僅少にして硬化することができる。
【００６２】
以上により、図４に示すように、半導体部品１６が基板１２に熱圧接によりフリップチップ実装された半導体装置１８が完成する。本実施形態の半導体装置１８は、その接合部におけるボイドが僅少であるため、半導体部品１６と基板１２との接続信頼性が高い。
【００６３】
なお、図１〜４では、熱圧接による接合を説明したが、超音波接合の場合も超音波を印加する工程を除いて、図１〜４の工程とほぼ同様の工程で行うことができる。
【実施例】
【００６４】
次に本発明の実施例および比較例を詳述する。
【００６５】
［実施例１］
＜アンダーフィル剤の作製＞
ビスフェノールＦ型エポキシ（大日本インキ化学工業社製の“ＥＸＡ８３０ＣＲＰ”）１００重量部、アミノメチルフェノールのトリグリシジルエーテル１５重量部、アジンアダクトされたイミダゾール系硬化剤（四国化成社製の“キュアゾールＣ１１Ｚ−Ａ”、融点：約１８４℃）７．５重量部、マイクロカプセル型イミダゾール系硬化剤（旭化成社製の“ノバキュアＨＸ３７２１”）７．５重量部、アルミナ粉末（アドマテックス製）６５重量部を混合、撹拌して、アンダーフィル剤を作製した。
【００６６】
＜半導体装置の製造＞
半導体部品として、サイズが８．５×８．５ｍｍで周辺に約１２０個の金バンプを設置した素子を準備し、基板として、半導体部品の金バンプと同じ配置電極を有する４０×４０ｍｍのＢＴレジン基板を準備した。次に、基板の電極が設置されている部位に上記アンダーフィル剤を塗布し、６０℃に設定したボンダ装置の基板ステージに設置した。約１０分間放置した後、ボンダ装置のチップ加熱ツールに半導体部品を保持し、フェイスダウンの半導体部品の金バンプと基板の電極との位置合わせを行い、ボンダ装置のチップ加熱ツールを用い、アンダーフィル剤の温度が２２０℃以上となる時間を３秒とする条件で加熱し、半導体部品を基板に接合して、フリップチップ型半導体装置を作製した。
【００６７】
＜接続部の評価＞
上記半導体装置の基板側の引き出し配線を用いて接合部の導通を試験した結果、全ての接合部について導通していることが確認できた。また、日立建機ファインテック社製の超音波顕微鏡を用いて硬化したアンダーフィル剤の内部のボイド面積比を測定した結果、アンダーフィル剤の面積に対するボイドの面積は２％以下であった。
【００６８】
［実施例２］
実施例１の基板と同様の電極配置を２０パターン備えた基板を準備した。基板の半導体部品が搭載される位置２０箇所に、実施例１で作製したアンダーフィル剤を塗布した。この基板を６０℃に設定したボンダ装置の基板ステージに設置した。約１５分間放置した後、基板上の各素子実装位置に、実施例１と同じ接合条件で、半導体部品を実装した。その後、基板を半導体部品搭載部ごとにカットして、フリップチップ型半導体装置を作製した。
【００６９】
次に、実施例１と同様にして、接合部の導通を試験した結果、全ての接合部について導通を確認できた。また、ボイド面積比を実施例１と同様にして測定した結果、すべてのサンプルでアンダーフィル剤の面積に対するボイドの面積は２％以下であった。
【００７０】
［実施例３］
ビスフェノールＦ型エポキシ（大日本インキ化学工業社製の“ＥＸＡ８３０ＣＲＰ”）８０重量部、ビフェニル型エポキシ（YX4000，ジャパンエポキシレジン株式会社製）２０重量部、アミノメチルフェノールのトリグリシジルエーテル２０重量部、アジンアダクトされたイミダゾール系硬化剤（四国化成社製の“キュアゾール２ＭＺＡ−ＰＷ”、融点：約２４８℃）７．５重量部、マイクロカプセル型イミダゾール系硬化剤（旭化成社製の“ノバキュアＨＸ３７２１”）７．５重量部、シランカップリング剤（信越化学製の“ＫＢＭ４０３”）１．５重量部、アルミナ粉末（アドマテックス製）８５重量部を混合、撹拌して、アンダーフィル剤を作製した。
【００７１】
次に、本実施例で作製した上記アンダーフィル剤を用いた以外は、実施例２と同様にしてフリップチップ型半導体装置を作製し、実施例１と同様にして、接合部の導通を試験した。その結果、全ての接合部について導通を確認できた。また、ボイド面積比を実施例１と同様にして測定した結果、すべてのサンプルでアンダーフィル剤の面積に対するボイドの面積は１％以下であった。
【００７２】
［実施例４］
ビスフェノールＦ型エポキシ（ＥＸＡ８３０ＣＲＰ，大日本インキ化学工業社製）７０重量部、ナフタレン型エポキシ（ＨＰ４０３２，大日本インキ化学工業社製）３０重量部，アミノメチルフェノールのトリグリシジルエーテル１５重量部、アジンアダクトされたイミダゾール系硬化剤（キュアゾールＣ１１Ｚ−Ａ，四国化成工業株式会社製）７．５重量部、マイクロカプセル型イミダゾール系硬化剤（ノバキュアＨＸ３７２１，旭化成株式会社製）７．５重量部、イオントラップ剤（IXE-633，東亜合成株式会社製）２．５重量部，アルミナ粉末（アドマテックス製）６５重量部を混合、撹拌して、アンダーフィル剤を作製した。
【００７３】
これを用い実施例１と同様にして，半導体部品と基板を接合し，半導体装置を作製した。実施例１と同様にして接合部の導通を試験した結果、全ての接合部について導通していることが確認できた。
【００７４】
［実施例５］
アンダーフィル剤の温度が２２０℃以上となる時間を２．５秒とした以外は、実施例３と同様にしてフリップチップ型半導体装置を作製し、実施例１と同様にして、接合部の導通を試験した。その結果、全ての接合部について導通を確認できた。
【００７５】
［比較例１］
ビスフェノールＡ型エポキシ（油化シェルエポキシ社製の“エピコート８２８”）１５重量部、ビスフェノールＦ型エポキシ（大日本インキ化学工業社製の“ＥＸＡ８３０ＬＶＰ”）８５重量部、アジンアダクトされたイミダゾール系硬化剤（四国化成社製の“キュアゾールＣ１１Ｚ−Ａ”、融点：約１８４℃）１５重量部、シランカップリング剤（信越化学製の“ＫＢＭ４０３”）２重量部、アルミナ粉末（アドマテックス製）１３２重量部を混合、撹拌して、アンダーフィル剤を作製した。
【００７６】
次に、本比較例で作製した上記アンダーフィル剤を用いた以外は、実施例２と同様にしてフリップチップ型半導体装置を作製し、実施例１と同様にして、導通とボイド面積比を測定した。その結果、導通のない接合部が存在し、アンダーフィル剤の面積に対するボイドの面積は約７％であった。導通のない接合部は、エポキシが十分硬化できなかったために生じたものと考えられる。
【００７７】
［比較例２］
ビスフェノールＦ型エポキシ（大日本インキ化学工業社製の“ＥＸＡ８３０ＬＶＰ”）１００重量部、室温で液状の脂肪族エポキシ（共栄化学社製の“エポライト４０Ｅ”、平均分子量：約１７０）１５重量部、室温で液状のイミダゾール系硬化剤（四国化成社製の“キュアゾール２Ｅ４ＭＺ）１５重量部、シランカップリング剤（信越化学製の“ＫＢＭ４０３”）２重量部、アルミナ粉末（アドマテックス製）１３２重量部を混合、撹拌して、アンダーフィル剤を作製した。
【００７８】
＜粘度上昇率の測定＞
実施例１〜４および比較例１，２で作製したアンダーフィル剤を６０℃のプレート上に放置した場合の粘度上昇率を東機産業社製のＥ型回転粘度計で測定した。その結果、実施例１〜４のアンダーフィル剤では、いずれも１時間放置後の粘度上昇率は１０％以下であった。一方、同様にして測定した比較例１のアンダーフィル剤では１０％以下、比較例２のアンダーフィル剤では約１６０％の粘度上昇率となった。
【００７９】
なお、上記に開示した内容から、下記の付記に示した発明が導き出せる。
【００８０】
（付記１）
半導体部品を基板上に実装するに際し、当該半導体部品と当該基板との間に充填されるアンダーフィル剤であって、アミノメチルフェノール型エポキシを含んでなるアンダーフィル剤。
【００８１】
（付記２）
全エポキシ量を１００重量部とした場合に、アミノメチルフェノール型エポキシを５〜４０重量部含んでなる、付記１に記載のアンダーフィル剤。
【００８２】
（付記３）
更に、ビスフェノールＦ型エポキシ、ビフェニル型エポキシ、ナフタレン型エポキシまたはこれらの任意の混合物と、硬化剤と、無機フィラーとを含み、溶媒を実質的に含まない、付記１または２に記載のアンダーフィル剤。
【００８３】
（付記４）
前記硬化剤が、１００℃で固体の塩基性硬化剤、マイクロカプセル化した塩基性硬化剤またはこれらの任意の混合物を含んでなる、付記３に記載のアンダーフィル剤。
【００８４】
（付記５）
更にマイクロカプセル化したイオントラップ剤を含んでなる、付記１〜４のいずれかに記載のアンダーフィル剤。
【００８５】
（付記６）
半導体部品がバンプを介して基板上の電極と接続されている半導体装置であって、当該半導体部品と当該基板との間に、アミノメチルフェノール型エポキシを含んでなるアンダーフィル剤を設置し、硬化させてなる半導体装置。
【００８６】
（付記７）
前記アンダーフィル剤は、更に、ビスフェノールＦ型エポキシ、ビフェニル型エポキシ、ナフタレン型エポキシまたはこれらの任意の混合物と、硬化剤と、無機フィラーとを含み、溶媒を実質的に含まない、付記６に記載のアンダーフィル剤。
【００８７】
（付記８）
半導体部品がバンプを介して基板上の電極と接続されている半導体装置の製造方法において、
当該電極を備えた基板を５０℃以上１００℃以下に加熱する工程と、
加熱された当該基板の当該電極を、アミノメチルフェノール型エポキシを含んでなるアンダーフィル剤で覆う工程と、
当該半導体部品を、当該バンプが当該基板の当該電極と対峙するように位置合わせする工程と、
当該アンダーフィル剤を２００℃以上２５０℃以下の温度に加熱して、当該バンプと当該電極とを接合する工程と
を含む、半導体装置の製造方法。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明に係る製造方法の一段階を示す、フリップチップ型半導体装置の模式的横断面図である。
【図２】本発明に係る製造方法の一段階を示す、フリップチップ型半導体装置の模式的横断面図である。
【図３】本発明に係る製造方法の一段階を示す、フリップチップ型半導体装置の模式的横断面図である。
【図４】本発明に係る製造方法の一段階を示す、フリップチップ型半導体装置の模式的横断面図である。
【符号の説明】
【００８９】
１１  基板ステージ
１２  基板
１３  電極パッド
１４  アンダーフィル剤
１５  バンプ
１６  半導体部品
１７  ボンディングヘッド
１８  半導体装置
【図１】
2008189760.tif 000003
【図２】
2008189760.tif 000004
【図３】
2008189760.tif 000005
【図４】
2008189760.tif 000006