(57)【要約】【課題】  耐湿信頼性が高く、高温接続条件においてボイド抑制が可能であり、かつフラックス成分を添加することなく、良好なはんだ接合部の形成が可能となる先供給方式に対応した半導体封止充てん用エポキシ樹脂組成物を提供すること。【解決手段】  エポキシ樹脂、酸無水物、硬化促進剤を必須成分としており、酸無水物が下記一般式（１）で表されるコハク酸無水物誘導体である半導体封止充てん用エポキシ樹脂組成物、並びに該半導体封止充てん用エポキシ樹脂組成物を用いた半導体装置の製造方法及び半導体装置。2013071941.tif 000013 ［式（１）中、Ｒは炭素数３以上のアルケニル基を表す。］【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
エポキシ樹脂、酸無水物、硬化促進剤を必須成分としており、前記酸無水物が下記一般式（１）で表されるコハク酸無水物誘導体を含む半導体封止充てん用エポキシ樹脂組成物。
【化１】
2013071941.tif 000012
［式（１）中、Ｒは炭素数３以上のアルケニル基を表す。］
【請求項２】
前記硬化促進剤がテトラアルキルホスホニウム塩又はテトラアリールホスホニウム塩である、請求項１に記載の半導体封止充てん用エポキシ樹脂組成物。
【請求項３】
フィルム状に形成されている、請求項１又は２に記載の半導体封止充てん用エポキシ樹脂組成物。
【請求項４】
さらに無機フィラを含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体封止充てん用エポキシ樹脂組成物。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体封止充てん用エポキシ樹脂組成物を半導体チップ又は基板に供給する第一工程と、
半導体チップと基板とを位置合わせした後、半導体チップと基板とをフリップチップ接続するとともに、半導体チップと基板との間の空隙を前記半導体封止充てん用エポキシ樹脂組成物によって封止充てんする第二工程と、を備える半導体装置の製造方法。
【請求項６】
基板と、該基板と電気的に接続された半導体チップと、請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体封止充てん用エポキシ樹脂組成物の硬化物からなり基板と半導体チップとの間の空隙を封止する封止樹脂と、を備える半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体封止充てん用エポキシ樹脂組成物及びそれを用いた半導体装置の製造方法及びそれを用いた半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の小型化、高機能化の進展に伴って、半導体装置に対して小型化、薄型化及び電気特性の向上(高周波伝送への対応など)が求められており、従来のワイヤーボンディングで半導体チップを基板に実装する方式から、半導体チップにバンプと呼ばれる導電性の突起電極を形成して基板電極と直接接続するフリップチップ接続方式へと移行しつつある。
半導体チップに形成されるバンプとしては、はんだや金で構成されたバンプが用いられているが、近年の微細接続化に対応するために、銅バンプの先端にはんだが形成された構造のバンプが用いられるようになってきている。
また、高信頼性化のために、金属接合による接続が求められており、はんだバンプを用いたＣ４接続や銅バンプの先端にはんだが形成された構造のバンプによるはんだ接合だけでなく、金バンプを用いた場合でも、基板電極側にはんだを形成して、金−はんだ接合させる接続方法が採用されている。
【０００３】
さらに、フリップチップ接続方式では半導体チップと基板の熱膨張係数差に由来する熱応力が接続部に集中して接続部を破壊するおそれがあることから、この熱応力を分散して接続信頼性を高めるために、半導体チップと基板の間の空隙を樹脂で封止充てんする必要がある。一般に、樹脂の封止充てんは、半導体チップと基板をはんだなどを用いて接続した後、空隙に液状封止樹脂を毛細管現象を利用して注入する方式が採用されている。
チップと基板を接続する際には、はんだ表面の酸化膜を還元除去して金属接合を容易にするために、ロジンや有機酸などからなるフラックスが用いられるのが一般的だが、フラックスの残渣が残ると、液状樹脂を注入した場合にボイドと呼ばれる気泡発生の原因になったり、酸成分によって配線の腐食が発生し、接続信頼性が低下することから、残渣を洗浄する工程が必須であった。しかし、微細接続化に伴い、半導体チップと基板の間の空隙が狭くなっているため、フラックス残渣の洗浄が困難になる場合があった。さらに、半導体チップと基板の間の狭い空隙に液状樹脂を注入するのに長時間を要して生産性が低下するという課題があった。
【０００４】
このような液状封止樹脂の課題を解決するために、半導体チップと基板を接続すると同時に、半導体チップと基板の間の空隙を樹脂で封止充てんする先供給方式と呼ばれる接続方法及びこの方式に対応した封止樹脂が提案されている。さらには、はんだ表面の酸化膜を還元除去する性質（以下フラックス活性と記す）を備える封止樹脂を用いて、はんだによる金属接合を可能にする封止樹脂も提案されている。
【０００５】
例えば、特許文献１、３においてはペースト状またはシート状の封止樹脂を用いて、半導体チップと基板を接続すると同時に半導体チップと基板の間の空隙を樹脂で封止充てんする方法が示されている。
【０００６】
また、例えば、特許文献２においては、フラックス成分としてカルボキシル基及び／又はフェノール性水酸基を少なくとも１つ以上持つ化合物を添加した熱硬化性樹脂を用い、先供給方式ではんだバンプと電極を接続させる方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−９０２２号公報
【特許文献２】特開２０１０−７３８７２号公報
【特許文献３】特開２０１０−２３９１０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、引用文献２等に記載のフラックス成分を含む熱硬化性樹脂を封止樹脂として先供給方式に適用した場合には、はんだ接合を行う際の高温接続条件に封止樹脂がさらされるために、フラックス成分由来の気体が発生する。このフラックス成分由来の気体が封止樹脂中でボイドとなるために、信頼性が低下するという課題がある。
【０００９】
上記事情に鑑み本発明は、高温接続条件においてボイド抑制が可能であり、かつフラックス成分を添加することなく、良好なはんだ接合部の形成が可能となる、先供給方式に対応した半導体封止充てん用エポキシ樹脂組成物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】
【００１０】
本発明は、エポキシ樹脂、酸無水物、硬化促進剤を必須成分としており、酸無水物が下記一般式（１）で表されるコハク酸無水物誘導体である半導体封止充てん用エポキシ樹脂組成物を提供する。
【化１】
2013071941.tif 000002
［式（１）中、Ｒは炭素数３以上のアルケニル基を表す。］
【００１１】
かかる半導体封止充てん用エポキシ樹脂組成物によれば、高い耐湿信頼性と、高温接続条件におけるボイドの発生を充分に抑えることができ、さらに、所定のコハク酸無水物誘導体を用いることで、他のフラックス剤を添加しなくても良好なフラックス性能を得ることができる。
【００１２】
上記硬化促進剤は、保存安定性をより向上させることができる点、及び、硬化物中の塩素イオンなどのイオン性不純物を低減して良好な耐湿信頼性を向上させることができる点から、テトラアルキルホスホニウム塩又はテトラアリールホスホニウム塩であることが好ましい。
【００１３】
上記半導体封止充てん用エポキシ樹脂組成物は、取り扱い性を向上させることができる点から、フィルム状に形成されていることが好ましい。
【００１４】
上記半導体封止充てん用エポキシ樹脂組成物は、低熱膨張化を図るために無機フィラを含むことが好ましい。
【００１５】
本発明はまた、上記半導体封止充てん用エポキシ樹脂組成物を半導体チップ又は基板に供給する第一工程と、半導体チップと基板とを位置合わせした後、半導体チップと基板とをフリップチップ接続するとともに、半導体チップと基板との間の空隙を半導体封止充てん用エポキシ樹脂組成物によって封止充てんする第二工程とを備える半導体装置の製造方法を提供する。かかる半導体装置の製造方法によれば、本発明の半導体封止充てん用エポキシ樹脂組成物を用いているので、高い耐湿信頼性を有し、高温接続条件におけるボイドの発生を充分に抑え、良好なはんだ接続を有する半導体装置を製造することができる。
【００１６】
本発明はさらに、基板と、該基板と電気的に接続された半導体チップと、上記半導体封止充てん用エポキシ樹脂組成物の硬化物からなり基板と半導体チップとの間の空隙を封止する封止樹脂とを備える半導体装置を提供する。かかる半導体装置によれば、本発明の半導体封止充てん用エポキシ樹脂組成物を用いているので、高い耐湿信頼性を有し、高温接続条件におけるボイドの発生を充分に抑え、良好なはんだ接続を有する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、耐湿信頼性が高く、高温接続条件においてボイド抑制が可能であり、且つフラックス成分を添加することなく、良好なはんだ接合部の形成が可能となる先供給方式に対応した半導体封止充てん用エポキシ樹脂組成物、並びにこれを用いた半導体装置の製造方法及び半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る半導体装置の一実施形態を示す模式断面図である。
【図２】実施例１の半導体封止充てん用エポキシ樹脂組成物を用いて製造した半導体装置のボイド状況を超音波探傷装置で観察した観察像である。
【図３】実施例１の半導体封止充てん用エポキシ樹脂組成物を用いて製造した半導体装置の接続部の断面写真である。
【図４】比較例１の半導体封止充てん用エポキシ樹脂組成物を用いて製造した半導体装置の接続部の断面写真である。
【図５】比較例４の半導体封止充てん用エポキシ樹脂組成物を用いて製造した半導体装置の接続部の断面写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の半導体封止充てん用エポキシ樹脂組成物（以下、単に「エポキシ樹脂組成物」ともいう。）は、エポキシ樹脂、酸無水物、硬化促進剤を必須成分としており、酸無水物としてコハク酸無水物誘導体を用いることを特徴とする。
【００２０】
上記エポキシ樹脂としては、２官能以上であれば特に限定されず、例えばビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、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、ハイドロキノン型エポキシ樹脂、ジフェニルスルフィド骨格含有エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型多官能エポキシ樹脂、ナフタレン骨格含有多官能エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン骨格含有多官能エポキシ樹脂、トリフェニルメタン骨格含有多官能エポキシ樹脂、アミノフェノール型エポキシ樹脂、ジアミノジフェニルメタン型エポキシ樹脂、その他各種多官能エポキシ樹脂などを用いることができる。これらの中でも、低粘度化、低吸水率、高耐熱性の観点から、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、ナフタレン骨格含有多官能エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン骨格含有多官能エポキシ樹脂、トリフェニルメタン骨格含有多官能エポキシ樹脂などを用いることが望ましい。また、これらのエポキシ樹脂の性状としては２５℃で液状でも固形でも構わないが、固形のエポキシ樹脂では、例えばはんだを加熱溶融させて接続する場合、その融点又は軟化点がはんだの融点よりも低いものを用いることが望ましい。また、これらのエポキシ樹脂は単独又は２種以上を混合して用いてもよい。
【００２１】
上記酸無水物は下記一般式（１）で表されるコハク酸無水物誘導体である。一般式（１）中において、Ｒは炭素数３以上のアルケニル基を示す。例えば、Ｒとして、式（２）のようなアリル基、式（３）のようなオクテニル基、式（４）、式（５）のようなドデセニル基（以下、本願においては炭素数が１２であるアルケニル基はドデセニル基と呼ぶ）、式（６）のようなヘキサデセニル基、式（７）のようなオクタデセニル基が挙げられる。なお、式（１）のＲのアルケニル基における炭素数の上限は特に限定されないが、例えば２０以下とすることができる。
【化２】
2013071941.tif 000003
【化３】
2013071941.tif 000004
【化４】
2013071941.tif 000005
【化５】
2013071941.tif 000006
【化６】
2013071941.tif 000007
【化７】
2013071941.tif 000008
これらは、単独で用いてもよいし、２種類以上を混合して用いてもよい。また、室温において、固形でも液状でも構わないが、エポキシ樹脂組成物作製時の作業性を向上させるために、液状であることが望ましい。
【００２２】
酸無水物の配合量としては、エポキシ樹脂との当量比（エポキシ基の数と酸無水物から発生するカルボキシル基の数の比：エポキシ基の数／カルボキシル基の数）が０．５〜１．５となるように配合することが好ましく、より好ましくは０．７〜１．２である。当量比が０．５より小さい場合、カルボキシル基が過剰に残存し、吸水率が上昇したり、耐湿信頼性が低下するおそれがあり、当量比が１．５より大きい場合、硬化が十分進行しないおそれがある。
【００２３】
硬化促進剤としては、イミダゾール類や４級ホスホニウム塩を用いることができるが、硬化物中の塩素イオンなどのイオン性不純物を低減して良好な耐湿信頼性を実現できる４級ホスホニウム塩を用いることが望ましい。
【００２４】
イミダゾール類としては、例えば、２ＭＺ、Ｃ１１Ｚ、２ＰＺ、２Ｅ４ＭＺ、２Ｐ４ＭＺ、１Ｂ２ＭＺ、１Ｂ２ＰＺ、２ＭＺ−ＣＮ、２Ｅ４ＭＺ−ＣＮ、２ＰＺ−ＣＮ、Ｃ１１Ｚ−ＣＮ、２ＰＺ−ＣＮＳ、Ｃ１１Ｚ−ＣＮＳ、２ＭＺ−Ａ、Ｃ１１Ｚ−Ａ、２Ｅ４ＭＺ−Ａ、２Ｐ４ＭＨＺ、２ＰＨＺ、２ＭＡ−ＯＫ、２ＰＺ−ＯＫ(四国化成工業株式会社製、製品名)などや、これらのイミダゾール類をエポキシ樹脂と付加させた化合物が挙げられる。また、これら硬化促進剤をポリウレタン系、ポリエステル系の高分子物質等で被覆してマイクロカプセル化したものは可使時間が延長されるために好ましい。これらは単独又は２種以上を混合して使用することもできる。
【００２５】
４級ホスホニウム塩としては、テトラメチルホスホニウム塩、テトラエチルホスホニウム塩、テトラブチルホスホニウム塩のようなテトラアルキルホスホニウム塩やテトラフェニルホスホニウム塩のようなテトラアリールホスホニウム塩、トリアリールホスフィン類やトリアルキルホスフィン類と１，４−ベンゾキノンの付加体などを用いることができる。例えば、テトラフェニルホスホニウムブロマイド、テトラ（ｎ−ブチル）ホスホニウムブロマイド、テトラ（４−メチルフェニル）ホスホニウムブロマイド、メチルトリフェニルホスホニウムブロマイド、エチルトリフェニルホスホニウムブロマイド、メトキシメチルトリフェニルホスホニウムクロライド、ベンジルトリフェニルホスホニウムクロライド、テトラ（ｎ−ブチル）ホスホニウムテトラフルオロボレート、ｎ−ヘキサドデシルトリ（ｎ−ブチル）ホスホニウムテトラフルオロボレート、テトラフェニルホスホニウムテトラフルオロボレート、テトラ（ｎ−ブチル）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、テトラフェニルホスホニウムテトラ（４−フルオロフェニル）ボレート、テトラ（ｎ−ブチル）ホスホニウムベンゾトリアゾレート、テトラ（ｎ−ブチル）ホスホニウムジエチルホスホトジチオエート、トリフェニルホスフィンと１，４−ベンゾキノンの付加体、トリ（４−メチルフェニル）ホスフィンと１，４−ベンゾキノンの付加体、トリ（ｎ−ブチル）ホスフィンと１，４−ベンゾキノンの付加体、トリ（シクロヘキシル）ホスフィンと１，４−ベンゾキノンの付加体などが挙げられる。これらの中でも、不純物イオンや保存安定性の観点から、テトラ（ｎ−ブチル）ホスホニウムテトラフルオロボレート、ｎ−ヘキサドデシルトリ（ｎ−ブチル）ホスホニウムテトラフルオロボレート、テトラフェニルホスホニウムテトラフルオロボレート、テトラ（ｎ−ブチル）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、テトラフェニルホスホニウムテトラ（４−フルオロフェニル）ボレートなどが好適である。これらは単独又は２種以上を混合して使用することもできる。
【００２６】
これら硬化促進剤の配合量は、エポキシ樹脂と酸無水物の総量１００質量部に対して、０．０１〜１０質量部が望ましく、より好ましくは０．１〜５質量部である。配合量が０．０１質量部より少ないと硬化性が低下して接続信頼性が低下するおそれがあり、１０質量部より多いと保存安定性が低下するおそれがある。
【００２７】
上記エポキシ樹脂組成物は、室温においてペースト状であってもフィルム状であってもよいが、取り扱い性の観点からフィルム状に形成されていることが好ましい。
【００２８】
フィルム状とするために、上記エポキシ樹脂組成物は熱可塑性樹脂を含んでいてもよい。熱可塑性樹脂としては、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、フェノール樹脂、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、ポリビニルブチラール樹脂、ウレタン樹脂、ポリウレタンイミド樹脂、アクリルゴム等が挙げられ、その中でも耐熱性及びフィルム形成性に優れるフェノキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリウレタンイミド樹脂、アクリルゴム等が望ましく、耐加水分解性の観点からフェノキシ樹脂、ポリイミド樹脂がより好ましい。重量平均分子量としては５０００より大きいことが望ましいが、より望ましくは１００００以上であり、さらに望ましくは２００００以上であり、５０００以下の場合にはフィルム形成能が低下する場合がある。また、溶剤への溶解性の観点から１０００００以下であることが好ましい。なお、重量平均分子量はＧＰＣ（Ｇｅｌ  Ｐｅｒｍｅａｔｉｏｎ  Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ）を用いて、ポリスチレン換算で測定した値である。また、これらの熱可塑性樹脂は単独又は２種以上の混合体や共重合体として使用することもできる。
【００２９】
これら熱可塑性樹脂の配合量としては、エポキシ樹脂と酸無水物の総量１００質量部に対して、５〜２００質量部であることが好ましく、より好ましいのは、低熱膨張化の観点から１５〜１７５質量部であり、さらに好ましいのは、硬化物の強靭化の観点から２５〜１５０質量部である。５質量部より少ないと、フィルム形成性が低下し、取り扱いが困難になるおそれがあり、２００質量部を超えると耐熱性や信頼性が低下するおそれがある。
【００３０】
さらに、上記エポキシ樹脂組成物は粘度調整や硬化物の物性制御のためにフィラを含んでいてもよい。フィラとしては有機フィラ、無機フィラのいずれでも構わないが、低熱膨張化を図るために無機フィラを含んでいることが好ましい。
【００３１】
無機フィラとしては、例えば、ガラス、二酸化ケイ素（シリカ）、酸化アルミニウム（アルミナ）、酸化チタン（チタニア）、酸化マグネシウム（マグネシア）、カーボンブラック、マイカ、硫酸バリウムなどが挙げられる。これらは単独又は２種以上を混合して使用してもよい。また、２種類以上の金属酸化物を含む複合酸化物（２種類以上の金属酸化物が単に混合されてなるものではなく、金属酸化物同士が化学的に結合して分離不能な状態となっているもの）であってもよく、例えば、二酸化ケイ素と酸化チタン、二酸化ケイ素と酸化アルミニウム、酸化ホウ素と酸化アルミニウム、二酸化ケイ素と酸化アルミニウムと酸化マグネシウムなどからなる複合酸化物が挙げられる。
【００３２】
フィラの形状は破砕状、針状、リン片状、球状と特に限定されないが、分散性や粘度制御の観点から、球状のものを用いることが好ましい。また、フィラのサイズは、フリップチップ接続した際の半導体チップと基板の間の空隙よりも平均粒径が小さいものであればよいが、充てん密度や粘度制御の観点から、平均粒径０．０１μｍ以上１０μｍ以下のものが好ましく、０．０１μｍ以上５μｍ以下のものがより好ましく、０．０１μｍ以上３μｍ以下のものが特に好ましい。さらに、粘度や硬化物の物性を調整するために、粒径の異なるものを２種以上組み合わせて用いてもよい。
【００３３】
本発明におけるフィラの配合量は、エポキシ樹脂と酸無水物の総量１００質量部に対して、１５質量部以上２００質量部以下とすることが望ましく、低吸水率化の観点から５０質量部以上１７５質量部以下とすることがより望ましく、低熱膨張化の観点から７５質量部以上１５０質量部以下であることが特に好ましい。この配合量が２００質量部より多いと、樹脂組成物の粘度が高くなり、接続信頼性が低下するおそれがある。また、この配合量が１５質量部より少ないと、フィルム状の場合、表面タックが増大して取り扱い性が低下するおそれがある。
【００３４】
さらに、上記エポキシ樹脂組成物には、シランカップリング剤、チタンカップリング剤、酸化防止剤、レベリング剤、イオントラップ剤などの添加剤を配合してもよい。これらは単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせてもよい。配合量については、各添加剤の効果が発現するように調整すればよい。
【００３５】
上記エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂、酸無水物、硬化促進剤をプラネタリーミキサー、らいかい機、ビーズミルなどを用いて攪拌混合して使用することができる。また、フィラを配合する場合、３本ロールを用いて混練し、フィラを樹脂組成物中に分散させることができる。
【００３６】
上記エポキシ樹脂組成物は、例えば以下に示す方法により室温（２５℃）でフィルム状（フィルム状樹脂組成物）とすることができる。
熱可塑性樹脂、エポキシ樹脂、酸無水物、フラックス剤、硬化促進剤、フィラ及びその他添加剤をトルエン、酢酸エチル、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、Ｎ−メチルピロリドンなどの有機溶媒中でプラネタリーミキサーやビーズミルを用いて混合することによってワニスを調製する。そのワニスを、ナイフコーターやロールコーターを用いて、離型処理が施されたポリエチレンテレフタレート樹脂などのフィルム基材上に塗布した後、有機溶媒を乾燥除去することによってフィルム状樹脂組成物が得られる。
【００３７】
次に、本発明のエポキシ樹脂組成物を用いて製造される半導体装置について説明する。
【００３８】
図１は、本発明に係る半導体装置の一実施形態を示す模式断面図である。図１に示される半導体装置１０は、回路基板７と、半導体チップ５と、回路基板７と半導体チップ５との間に配置された封止樹脂６とを備える。封止樹脂６は、本発明のエポキシ樹脂組成物の硬化物からなり回路基板７と半導体チップ５との間の空隙を封止している。回路基板７は、インターポーザー等の基板と、この基板の一方の面上に設けられた配線４とを備える。回路基板７の配線４と半導体チップ５とは、複数のバンプ３（導電性突起）によって電気的に接続されている。また、回路基板７は、配線４が設けられた面と反対側の面に電極パッド２と、電極パッド２上に設けられたはんだボール１とを有しており、他の回路部材との接続が可能となっている。
【００３９】
半導体チップ５としては、特に限定はなく、シリコン、ゲルマニウムなどの元素半導体、ガリウムヒ素、インジウムリンなどの化合物半導体等、各種半導体を用いることができる。
【００４０】
回路基板７としては、通常の回路基板でもよく、また、半導体チップでもよい。回路基板の場合、ガラスエポキシ、ポリイミド、ポリエステル、セラミックなどの絶縁基板表面に形成された銅などの金属層の不要な個所をエッチング除去して配線パターンが形成されたもの、絶縁基板表面に銅めっきなどによって配線パターンを形成したもの、絶縁基板表面に導電性物質を印刷して配線パターンを形成したものなどを用いることができる。配線パターンの表面には、低融点はんだ、高融点はんだ、スズ、インジウム、金、ニッケル、銀、銅、パラジウムなどからなる金属層が形成されていてもよく、この金属層は単一の成分のみで構成されていても、複数の成分から構成されていてもよい。また、複数の金属層が積層された構造をしていてもよい。
【００４１】
バンプ３の材質としては、低融点はんだ、高融点はんだ、スズ、インジウム、金、銀、銅などからなるものが用いられ、単一の成分のみで構成されていても、複数の成分から構成されていてもよい。また、これらの金属が積層された構造をなすように形成されていてもよい。特に広く用いられているものとしては、はんだバンプ、銅バンプ、銅ピラーの先端にはんだが形成されたバンプ、金バンプなどが挙げられる。バンプは半導体チップに形成されていてもよいし、基板に形成されていてもよいし、半導体チップと基板の両方に形成されていてもよい。
【００４２】
本発明に係る半導体装置としては、図１に示す半導体パッケージのように、インターポーザーと呼ばれる基板上に半導体チップが搭載され、樹脂封止されたものが挙げられ、具体的には、ＣＳＰ（チップサイズパッケージ）やＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）などが挙げられる。また、別の半導体パッケージとしては、半導体チップの電極部を半導体チップ表面上で再配線することによって、インターポーザーを用いないで基板に搭載可能としたものが挙げられ、具体的には、ウエハーレベルパッケージと呼ばれるものが挙げられる。半導体パッケージを搭載する基板としては、通常の回路基板が挙げられ、この基板は、インターポーザーに対してマザーボードと呼ばれるものを指す。
【００４３】
次に、本発明における半導体装置の製造方法について、はんだバンプが形成された半導体チップを用いた一例に基づいて以下に示す。
（１）エポキシ樹脂組成物を供給する第一工程
エポキシ樹脂組成物がペースト状の場合は、ディスペンサーを用いて所定の位置に塗布する。フィルム状の場合は加熱プレス、ロールラミネート、真空ラミネートなどによって貼り付ける。エポキシ樹脂組成物の供給量は、半導体チップの大きさ、バンプ高さなどによって規定され、半導体チップと基板の間の空隙を隙間なく充てん可能で、かつフリップチップ接続時に半導体チップの側壁を樹脂が伝わって接続装置に付着しないような量に適宜設定される。また、フィルム状の場合、フィルム状樹脂組成物は半導体チップに貼り付けられてもよく、半導体ウエハにフィルム状樹脂組成物を貼り付けた後、ダイシングして、半導体チップに個片化することによって、フィルム状樹脂組成物を貼り付けた半導体チップを作製することができる。
（２）半導体チップと基板をフリップチップ接続する第二工程
半導体チップと基板をフリップチップボンダーなどの接続装置を用いて位置合わせした後、半導体チップと基板をはんだバンプの融点以上の温度で加熱しながら押し付けて、半導体チップと基板を接続するとともに、溶融したフィルム状樹脂組成物によって半導体チップと基板の間の空隙を封止充てんする。この際、本発明のエポキシ樹脂組成物中に含まれるコハク酸無水物誘導体が開環して発生するカルボン酸によって、はんだバンプ表面の酸化膜が還元除去されるために、はんだバンプの溶融が容易に起こり、金属接合による接続部が形成される。また、半導体チップと基板を位置合わせして、はんだバンプが溶融しない温度で加熱しながら押し付けることによって、半導体チップのバンプと基板電極の間の樹脂を排除して半導体チップと基板間の空隙を封止充てんした後、再度はんだの融点以上の温度に加熱してはんだバンプを溶融させて半導体チップと基板を接続してもよい。再度はんだの融点以上の温度に加熱する際には、フリップチップボンダーを用いてもよいし、リフロー炉で加熱処理を行ってもよい。
【００４４】
さらに、接続信頼性を高めるために、前記半導体装置を加熱オーブンなどで加熱処理し、エポキシ樹脂組成物の硬化をさらに進行させてもよい。
【実施例】
【００４５】
以下、実施例及び比較例によって本発明を説明するが、本発明の範囲はこれらによって限定されるものではない。
【００４６】
表１及び表２に示す組成に基づいて、各材料をメチルエチルケトン溶媒中に樹脂組成物濃度が５０〜７０％になるように溶解混合してワニスを作製した。このワニスをφ１ｍｍのジルコニアボールとともにビーズミルで６００ｒｐｍの条件で３０分間混合した後、ジルコニアボールをろ別した。得られたワニスをセパレータフィルム（ＰＥＴフィルム）上にナイフコーターを用いて塗布した後、７０℃のオーブンで１０分間乾燥させることによって、厚さ２５〜３０μｍのフィルム状樹脂組成物を作製した。なお、表１及び表２中の数値の単位は、エポキシと酸無水物の当量比以外は全て質量部である。
【００４７】
【表１】
2013071941.tif 000009
【００４８】
【表２】
2013071941.tif 000010
【００４９】
（原材料）
フェノキシ樹脂１：ε−カプロラクトン変性フェノキシ樹脂ＰＫＣＰ８０（Ｉｎｃｈｅｍ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製、製品名、分子量４７０００）
フェノキシ樹脂２：ビスフェノールＡ／Ｆ共重合型フェノキシ樹脂ＺＸ１３５６−２（新日鐵化学株式会社製、製品名、分子量６２０００）
エポキシ樹脂：トリスフェノールメタン型多官能エポキシ樹脂ＥＰ１０３２Ｈ６０（三菱化学株式会社製、製品名）
酸無水物１：３−ドデセニルコハク酸無水物ＤＤＳＡ（新日本理化株式会社製、製品名）
酸無水物２：メチル−３，６エンドメチレン−１，２，３，６−テトラヒドロ無水フタル酸（無水メチルハイミック酸）ＭＨＡＣ−Ｐ（日立化成工業株式会社製、製品名）
酸無水物３：３−メチルヘキサヒドロ無水フタル酸と４−メチルヘキサヒドロ無水フタル酸の混合物ＨＮ−５５００（日立化成工業株式会社製、製品名）
酸無水物４：３，４−ジメチル−６−（２−メチル−１−プロペニル）−４−シクロヘキセン−１，２−ジカルボン酸無水物ＹＨ３０６（三菱化学株式会社製、製品名）
酸無水物５：３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物ＢＴＤＡ（ダイセル化学工業株式会社製、製品名）
フラックス剤：アジピン酸（シグマアルドリッチ製、製品名、融点１５２℃）
硬化促進剤１：テトラ（ｎ−ブチル）ホスホニウムテトラフェニルボレートＰＸ−４ＰＢ（日本化学工業株式会社製、製品名）
硬化促進剤２：テトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレートＴＰＰＫ（北興化学工業株式会社製、製品名）
フィラ：球状シリカＳＥ２０５０（アドマテックス株式会社製、製品名）
カップリング剤：γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランＳＨ６０４０（東レダウコーニングシリコーン株式会社製、製品名）
【００５０】
（半導体チップと基板の接続）
銅ピラー先端に鉛フリーはんだ層（Ｓｎ−３．５Ａｇ：融点２２１℃）を有する構造のバンプが形成された半導体チップとして、日立超ＬＳＩシステムズ製ＪＴＥＧ  ＰＨＡＳＥ１１_８０（サイズ７．３ｍｍ×７．３ｍｍ、バンプピッチ８０μｍ、バンプ数３２８、厚み０．５５ｍｍ、商品名）、基板としてプリフラックス処理によって防錆皮膜を形成した銅配線パターンを表面に有するガラスエポキシ基板を準備した。続いて、実施例１〜５及び比較例１〜６のフィルム状樹脂組成物を９ｍｍ×９ｍｍに切り出し、基板上の半導体チップが搭載される領域に８０℃／０．５ＭＰａ／５秒の条件で貼り付けた後、セパレータフィルムを剥離した。フリップチップボンダーＦＣＢ３（パナソニックファクトリーソリューションズ製、製品名）の４０℃に設定したステージ上にフィルム状樹脂組成物が貼り付けられた基板を吸着固定し、半導体チップと位置合わせした後、仮固定工程として、接続部の温度が９０℃となるように、あらかじめフリップチップボンダーのヘッド温度を１００℃に設定し、荷重２５Ｎで５秒間圧着を行い、半導体チップを基板上に仮固定した。次いで、接続部の温度が鉛フリーはんだの融点より低い１８０℃となるようにヘッド温度をあらかじめ２１０℃に設定し、荷重２５Ｎで１０秒間圧着を行った後、加圧状態を保持したまま、接続部の温度が鉛フリーはんだの融点より高い２５０℃となるようにヘッド温度をあらかじめ２９０℃に設定し、引き続き、荷重２５Ｎで１０秒間の圧着を行った。なお、接続部の温度は、Ｋ型熱電対を半導体チップと基板の間に挟んだものを別途作成して測定した。
【００５１】
（導通検査）
半導体チップと基盤を接続した半導体装置について、３２８バンプのデイジーチェーン接続が確認できたものを合格（○）として、デイジーチェーン接続が確認できなかったものを不合格（×）として評価した。
【００５２】
（ボイド評価）
半導体チップと基板を接続した半導体装置を超音波探傷装置（日立建機製ＦｉｎｅＳＡＴ）で観察し、チップ面積に対してボイドが占める面積が１％以下となるものを合格（○）として、１％を超えるものを不合格（×）として評価した。
なお、実施例１のフィルム状樹脂組成物を用いて製造した半導体装置のボイド状況を超音波探傷装置で観察した観察像を図２に示す。この図から明らかであるように、実施例１の半導体装置において、ボイドがほとんど観察されない。
【００５３】
（接続状態評価）
半導体チップと基板を接続した半導体装置の接続部を断面研磨することによって露出させ、光学顕微鏡で観察した。接続部にトラッピングが見られず、はんだが配線に十分濡れているものを合格（○）として、それ以外のものを不合格（×）として評価した。
なお、実施例１、並びに比較例１及び４のフィルム状樹脂組成物を用いて製造した半導体装置の接続部の断面写真をそれぞれ図３〜５に示す。実施例１の接続部においては、トラッピングが観察されず、はんだが配線に充分濡れている。一方、比較例１及び４の接続部においては、一部トラッピングが見られ、はんだが配線に充分濡れていない。
【００５４】
（接着破壊モード評価）
実施例１〜５及び比較例１〜４のフィルム状樹脂組成物の耐湿信頼性を評価するために、以下の条件下で接着破壊モード評価を行った。サイズ５ｍｍ×５ｍｍ、厚さ５５０μｍの酸化膜形成シリコンチップの酸化膜面に、５ｍｍ×５ｍｍに切り出した実施例１〜５及び比較例１〜４のフィルム状エポキシ樹脂組成物を８０℃/０．５ＭＰａ/３秒の条件で貼り付けた後、セパレータフィルムを剥離したものを準備した。次に、ソルダーレジストが表面に形成されたＦＲ−４基板に、上記フィルム状樹脂組成物が貼り付けられたシリコンチップを、フィルム状樹脂組成物とソルダーレジストが接するように重ねた後、接続部の温度が１８０℃となるようにヘッド温度をあらかじめ２１０℃に設定し、荷重１３Ｎで１０秒間圧着を行い、一旦加圧を開放した後、接続部の温度が２５０℃となるようにヘッド温度を２９０℃に再設定して、荷重１３Ｎで１０秒間の圧着を行った。圧着したサンプルを１７５℃/２時間の条件で加熱処理し、引き続き８５℃、相対湿度６５%の恒温恒湿槽内に２４時間放置した後、Ｄａｇｙ社製ボンドテスターＤａｇｙ４０００でシェア速度０．０５ｍｍ／秒、シェア高さ０．０５ｍｍ、測定温度２６０℃の条件でシェア試験を行った。破壊モードとして、ＦＲ−４基板が破壊されたものを合格（○）とし、フィルム状樹脂組成物とシリコンチップ又はソルダーレジストの界面で剥離したものを不合格（×）とした。
【００５５】
実施例１〜５及び比較例１〜４について、導通状態、ボイドの有無、接続状態及び接着破壊モードを評価した結果を表３に示す。
【００５６】
【表３】
2013071941.tif 000011
【００５７】
表３の結果から、実施例１〜５及び比較例１〜４において、コハク酸誘導体以外の酸無水物を含む比較例１〜４では、はんだが配線に十分濡れておらず、従来技術のようにアジピン酸のような固形有機酸をフラックス成分として配合する必要がある。一方、実施例１〜５では、フラックス成分を含まず、かつ酸無水物がコハク酸誘導体を含み、溶融したはんだが配線に十分濡れて良好な接続状態であった。さらに、接着力評価における破壊モードは、実施例１〜５において、全て基板の破壊となっており、フィルム状樹脂組成物とシリコンチップ又はソルダーレジストとの界面剥離は見られなかった。
【００５８】
以上に説明したとおり、本発明のエポキシ樹脂組成物を用いることによって、フラックス成分を配合しなくても、溶融したはんだが配線に十分濡れて、良好なはんだ接続部の形成が可能になるとともに、吸湿後の高温接着力に優れ、高い接続信頼性を実現できる。
【符号の説明】
【００５９】
１…はんだボール、２…電極パッド、３…はんだバンプ、４…配線、５…半導体チップ、６…封止樹脂（エポキシ樹脂組成物）、７…回路基板、１０…半導体装置。
【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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