(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子の回路がファインピッチであり、ウエハーが大口径のウエハーレベルパッケージに用いる（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）硬化剤、及び（Ｃ）無機フィラーを必須成分とする液状樹脂組成物であって、該エポキシ樹脂が式（１）で示されるエポキシ樹脂（ａ）とビスフェノール類（ｂ）との仕込重量における官能基数比［（ａ）のエポキシ基数／（ｂ）の水酸基数］が１．０５〜５の範囲で反応してなる生成物を全エポキシ樹脂中に３０重量％以上含み、無機フィラーの含有率が液状樹脂組成物に対し６０重量％〜９０重量％の範囲であり、該液状樹脂組成物の硬化物の常温における弾性率が５ＧＰａ以下であり、ガラス転移温度以下の線膨張係数（α１）が２０ｐｐｍ以下であり、更に（Ｃ）無機フィラーが最大粒径４０μｍ以下であり、無機フィラーの中に最大粒径をｄ、平均粒径をeとした場合のｄ／ｅが６以下、比表面積が１ｍ2／ｇ以下の球状フィラーを含み、全無機フィラーに対して該球状フィラーを５０重量％以上含むことを特徴とする液状樹脂組成物。
【化１】
0003953827.tif 000006
【請求項２】
硬化剤が式（２）で表される液状フェノール樹脂である請求項１記載の液状樹脂組成物。
【化２】
0003953827.tif 000007
Ri(i＝１,２,３,４)：水素基、炭素数１〜３のアルキル基又はアリル基
【請求項３】
請求項１又は２に記載の液状樹脂組成物を用いて製作された半導体装置。
【請求項４】
複数個の半導体素子が形成されたウエハー上に請求項１又は２に記載の液状樹脂組成物を用いて封止する工程、突起電極を形成する工程、該ウエハーを個片化する工程を含む半導体装置の製造方法。
【請求項５】
複数個の半導体素子が形成されたウエハー上に請求項１又は２に記載の液状樹脂組成物を用いて封止する工程が、該液状樹脂組成物を印刷、ディスペンス又はスピンコート法から選ばれた方法により行われる請求項４記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
ウエハー上の半導体素子の電極部位に金属ポストを形成する工程、液状樹脂組成物で金属ポストを樹脂封止する工程、該液状樹脂組成物層を切削加工して該金属ポストを露出させる工程、金属ポストに半田を形成させる工程を含む請求項４記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項４〜６のいずれかに記載の半導体装置の製造方法により製作された半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、低反り性、信頼性に優れた液状樹脂組成物及びそれを用いた半導体装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年半導体パッケージの小型化、低コスト化の要求によりウエハーレベルパッケージという技術が提唱されている。この技術は、ウエハーの状態で半導体素子を予め樹脂による封止を行い個片化することにより素子を作製する方法である。従来の半導体素子を個片化してから封止する方法に比べ大幅に工程を短縮することができる方法として期待され、一部実用化されている。更にコストダウンをはかるためにウエハーの大きさが大型化する傾向にある。大型化するにつれて樹脂による応力の影響が大きくなり、封止後にそりの発生が大きくなる問題が生じる。この反りは個片化する際にウエハーの割れ等の問題や、樹脂と基材界面への応力の増大による信頼性の低下を引き起こす恐れがある。そのため樹脂組成物に対しては低反り性、低応力性の更なる改善が望まれている。
【０００３】
一般にこれらの特性を発現させるためには、
１）線膨張率を下げる
２）弾性率を下げる
３）硬化収縮を下げる
を同時に行なうことが好ましい。線膨張率を下げるためには無機フィラーの充填が効果的ではあるが、一方で弾性率の増加や樹脂粘度の増加を伴う。反りに関与する内部応力は線膨張率と弾性率の積で近似されるため無機フィラーの添加は相反事象になる。そこで樹脂に柔軟な構造を有するものを選択し、弾性率と線膨張係数の適正化を行なうことが検討されているが、効果的な解決策は見出されていなかった。特に、先に述べたウエハーレベルパッケージの製造に関しては、今後より大口径のウエハーが適用されるため適正化だけの改善では不十分である。
【０００４】
また、ウエハーレベルパッケージ技術の例として素子の電極部分に金属ポストを形成し先端に半田を形成して得られる方法が知られているが、この場合、ポストの補強のためにポスト間を樹脂で封止する。また近年のウエハーの大口径化とともに素子のファインピッチ化も進んでいるためポスト間の隙間が小さくなるため樹脂を充填させるには無機フィラーの最大粒径をできるだけ小さくする必要がある。例えば、特開2000―63629号公報に開示されているような最大粒径４５μｍ以下の充填材を使用する技術が開示されている。
しかし、単に最大粒径を規定するだけでは封止樹脂の粘度の増粘を引き起こすためファインピッチに対する樹脂の充填性が著しく低下することが判明した。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ウエハーレベルパッケージに関し、従来の特性を維持しながら、更に硬化物の線膨張率を小さく、硬化物の弾性率を小さく、硬化物の硬化収縮が小さく、封止作業性が良好な大口径のウエハー用に適した樹脂組成物を提供する。特に半導体素子の回路がファインピッチ化された半導体素子に適した樹脂組成物を提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
即ち本発明は、半導体素子の回路がファインピッチであり、ウエハーが大口径のウエハーレベルパッケージに用いる（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）硬化剤、及び（Ｃ）無機フィラーを必須成分とする液状樹脂組成物であって、該エポキシ樹脂が式（１）で示されるエポキシ樹脂（ａ）とビスフェノール類（ｂ）との仕込重量における官能基数比［（ａ）のエポキシ基数／（ｂ）の水酸基数］が１．０５〜５の範囲で反応してなる生成物を全エポキシ樹脂中に３０重量％以上含み、無機フィラーの含有率が液状樹脂組成物に対し６０重量％〜９０重量％の範囲であり、該液状樹脂組成物の硬化物の常温における弾性率が５ＧＰａ以下であり、ガラス転移温度以下の線膨張係数（α１）が２０ｐｐｍ以下であり、更に（Ｃ）無機フィラーが最大粒径４０μｍ以下であり、無機フィラーの中に最大粒径をｄ、平均粒径をeとした場合のｄ／ｅが６以下、比表面積が１ｍ2／ｇ以下の球状フィラーを含み、全無機フィラーに対して該球状フィラーを５０重量％以上含む液状樹脂組成物である。
【化３】
0003953827.tif 000002
【０００７】
更に好ましい形態としては、硬化剤が式（２）で表される液状フェノール樹脂である液状樹脂組成物である。
【化４】
0003953827.tif 000003
Ri(i＝１,２,３,４)：水素基、炭素数１〜３のアルキル基又はアリル基また、液状樹脂組成物がウエハーレベルパッケージ用の液状樹脂組成物であり、前記の液状樹脂組成物を用いて製作された半導体装置である。
【０００８】
複数個の半導体素子が形成されたウエハー上に前記の液状樹脂組成物を用いて封止する工程、突起電極を形成する工程、該ウエハーを個片化する工程を含む半導体装置の製造方法であり、ウエハー上の半導体素子の電極部位に金属ポストを形成する工程、液状樹脂組成物で金属ポストを樹脂封止する工程、該液状樹脂組成物層を切削加工して該金属ポストを露出させる工程、金属ポストに半田を形成させる工程を更に含む半導体装置の製造方法であり、複数個の半導体素子が形成されたウエハー上に前記の液状樹脂組成物を用いて封止する工程が、該液状樹脂組成物を印刷、ディスペンス又はスピンコート法から選ばれた方法により行われる半導体装置の製造方法である。
また、前記の半導体装置の製造方法により製作された半導体装置である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明に用いるエポキシ樹脂は、式（１）で示されるエポキシ樹脂（ａ）とビスフェノール類（ｂ）との仕込重量における官能基数比［（ａ）のエポキシ基数／（ｂ）の水酸基数］が１．０５〜５の範囲で反応してなる生成物を全エポキシ樹脂中に３０重量％以上含むものである。
生成物の合成に用いられるエポキシ樹脂は、式（１）で示されるものがシリコーン鎖長が短く密着性に優れるため好ましい。尚、式（１）で示されるエポキシ樹脂は工業的に入手可能であり、例えば東芝シリコーン社製ＴＳＬ−９９０６等がある。
生成物の合成に用いられるビスフェノール類の例としては、例えば、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、ビスフェノールＳ、テトラメチルビスフェノールＡ、テトラメチルビスフェノールＦ、テトラメチルビスフェノールＳ、ジヒドロキシジフェニルエーテル、ジヒドロキシベンゾフェノン、ｏ−ヒドロキシフェノール、ｍ−ヒドロキシフェノール、ｐ−ヒドロキシフェノール、ビフェノール、テトラメチルビフェノール、エチリデンビスフェノール、メチルエチリデンビス（メチルフェノール）、α−メチルベンジリデンビスフェノール、シクロヘキシリデンビスフェノール等が挙げられ、これらは単独でも混合して用いてもよい。
【００１０】
これらの反応は、好ましくは１００℃以上、1時間以上の条件により反応する。この場合トリフェニルフォスフィン、トリブチルフォスフィン等の有機フォスフィン類、これらの有機ボレート塩、１，８−ジアザビシクロウンデセン等のジアザ化合物の様な反応促進剤を添加しても良い。式（１）のエポキシ樹脂とビスフェノール類の反応の仕込み比はエポキシ基数過剰の下で官能基数比［（ａ）のエポキシ基数／（ｂ）の水酸基数］が１.０５〜５であることが必要である。より好ましくは、１．１〜３の範囲である。官能基数比が上限値を超えると未反応のエポキシ樹脂が多くなり硬化時にアウトガスが多くなり好ましくない。また、官能基数比が下限値を下回ると反応物の粘度が高くなりすぎ最終組成物の粘度の増大を伴い好ましくない。
【００１１】
反応生成物と併用する場合の他のエポキシ樹脂としては、特に限定されないが、好ましくは常温で液状であることが好ましい。例えば、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、ジアリルビスフェノールＡ、フェノールノボラックとエピクロルヒドリンとの反応で得られるジグリシジルエーテル、それらの水添化合物で常温において液状のもの、ビニルシクロヘキセンジオキシド、ジシクロペンタジェンオキシド、アリサイクリックジエポキシド−アジペイトのような脂環式エポキシ等が挙げられる。
全エポキシ樹脂量中の反応生成物の混合量は３０重量％以上で、より好ましくは５０重量％以上である。下限値未満だと封止後のウエハーの反りが急激に大きくなり、低応力性の特徴が生かせなくなる。エポキシ樹脂の形態は液状であることが必要であるが最終的に液状であれば良く、液状樹脂に固形エポキシ樹脂を溶解させたものも用いることができる。
【００１２】
本発明で用いる硬化剤としては、液状樹脂組成物の純度、シェルフライフ、ポットライフを損なわないものであれば、特に限定はされない。例えば、ヘキサヒドロフタール酸無水物、メチルヒドロフタール酸無水物、ナジック酸無水物等の酸無水物、ノボラック型フェノール樹脂、前記のポリフェノール等のフェノール類、及びイミダゾール、ジシアンジアミド、芳香族アミン等のアミン系化合物等が挙げられる。その中で式（２）で表される硬化剤は形態が液状であり、柔軟性に富む硬化物が得られるため本発明に好適である。例えば商品名MEH−８０００（明和化成工業社製）等が工業化されている。
液状樹脂組成物中における硬化剤の配合量は特に限定されないが、エポキシ樹脂に対して５０〜１２０重量％である。配合量が下限値を下回ると硬化物性の低下が起こる又は密着性が損なうという問題が発生する可能性があり、上限値を上回ると耐湿性が低下するという問題が発生する可能性がある。
【００１３】
本発明で用いる無機フィラーの例としては、例えば、炭酸カルシウム、シリカ、アルミナ等の絶縁フィラーが挙げられ、より好ましい材料としてはシリカが挙げられる。用途によりこれらを複数混合してもよい。更に、フィラーの形状は半導体素子面の回路のダメージを避けるため球状であることが必要であり、無機フィラーの最大粒径が４０μm以下、その中で最大粒径をｄ、平均粒径をeとしたときｄ／ｅが６以下、且つ比表面積が１m2／ｇ以下の球状フィラーを５０重量％含むことが必須である。
最大粒径が上限値を超えると封止時にスジ状の不良が生じたり、バンプのピッチ間隔が狭い場合充填不良を起こす恐れがある。またｄ／ｅが上限値を超えると微細フィラー成分が増大するため液状樹脂組成物の粘度の上昇を起こし作業性に支障がでる恐れがある。
これ以外のフィラーに関しては、最大粒径４０μｍ以下であれば特に制限はないが前記フィラーに比べ平均粒径が小さいほうが好ましい。全無機フィラーの最大粒径としては３５μｍ以下がより好ましい。ここで最大粒径、平均粒径はレーザー回析法等で、比表面積はBET法等で測定することができる。
【００１４】
無機フィラーの添加量は液状樹脂組成物に対し６０重量％以上９０重量％以下の範囲である。下限値を下回ると弾性率は低くなるが、線膨張係数が大きくなり、半導体素子の熱衝撃試験等の信頼性頼性低下につながる。上限値を上回ると樹脂の粘度が高すぎるため塗布作業性に支障をきたす。
【００１５】
液状樹脂組成物の硬化物の特性としては、弾性率が５ＧＰａ以下、好ましくは３ＧＰａ以下である。上限値を上回るとウエハーでの反りの増大を伴う。また線膨張係数は硬化物のガラス転移温度以下において２０ｐｐｍ以下であることが必要である。上限値を上回るとパッケージ信頼性が著しく低下してしまう。線膨張係数はTMA(Thermal mechanical analysis)等により測定できる。TMAによる測定はガラス転移温度以下の温度−線膨張曲線において最も安定した直線状の範囲の傾きにより求めることができる。
【００１６】
本発明の半導体装置の製造方法は、ウエハーレベルパッケージの製造方法であり、複数個の半導体素子が形成されたウエハー上に上記の液状樹脂組成物で封止する工程、突起電極を形成する工程、該ウエハーを個片化する工程を含む製造方法である。本方法により低コストで信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
更に、半導体素子と接合する基板との間の応力緩和のために、ウエハーに形成された半導体素子の電極部位にメッキ法等によって、金属ポストを形成した後、金属ポストが隠れるまで上記の液状樹脂組成物で封止する。次にポスト上の被覆された樹脂を切削加工により取り除きポストを露出させる。更に露出したポストの先端に半田を形成し、半田を形成した半導体素子と基板を接合させる方法が挙げられる。
液状樹脂組成物のウエハーへの塗布方法に関しては特に限定されないが、印刷法、ディスペンス法、スピンコーター法が、汎用性があり好ましい。その中で印刷法が塗布膜の均一性という点で好ましい。
尚、本発明は別の応用として複数個の素子が搭載された回路基板に本発明の液状樹脂組成物で一括封止し、個片化して得られる半導体素子の製造方法にも適用することができる。
【００１７】
本発明の液状樹脂組成物は、反応生成物、又はこれらを含むエポキシ樹脂混合物と硬化剤、無機フィラー、必要に応じて硬化促進剤、顔料、染料、消泡剤等の添加剤を予備混合し、三本ロール等を用いて混練し、真空脱泡することにより製造することができる。
本発明の液状樹脂組成物を用いて半導体装置を製造する方法は本願の方法以外は公知の方法を用いることができる。
【００１８】
【実施例】
＊反応生成物の製造例１
式（１）のエポキシ樹脂（エポキシ基当量１８１）１００ｇ、ビスフェノールF（水酸基当量１００）４０ｇに触媒としてトリフェニルフォスフィン１ｇを添加し、窒素気流下でフラスコ内で１８０℃、３時間反応させた。この生成物を反応生成物（１）とする。（エポキシ基数／フェノール基数＝１．３８）
【００１９】
＊反応生成物の製造例２
式（１）のエポキシ樹脂１００ｇ、ビフェノールA（水酸基当量１１４）２０ｇに触媒としてトリフェニルフォスフィン１ｇを添加し、製造例１と同様に反応を行った。この生成物を反応生成物（２）とする。（エポキシ基数／フェノール基数＝３．１５）
【００２０】
本発明を実施例で具体的に説明する。
＜実施例１＞
反応生成物（１）９０ｇ、他のエポキシ樹脂としてアリル化ビスフェノールAのジグリシジルエーテル１０ｇ（商品名：NME-810、日本化薬工業社製）、に硬化剤として液状フェノール樹脂（PR-51470、住友デュレズ社製）２０ｇ、２−フェニル−４−メチルイミダゾール（２Ｐ４ＭＩ）１ｇ、希釈剤としてブチルセロソルブアセテート（BCSA）２０ｇ、カップリング材としてγ−グリシドオキシプロピルトリメトキシシラン（GPTS）３ｇ、フィラーとして平均粒径８μｍ、最大粒径４０μm、比表面積０．５ｇ／ｍ2の球状シリカフィラー４９６ｇを配合し、三本ロールで混練し、脱泡後液状樹脂組成物を得た。
【００２１】
樹脂特性は以下のようにして測定した
・粘度；E-型粘度計（3°コーン、直径  28mmφ）、25℃、２．５回転時の粘度を測定した。
・弾性率；10mmX140mmX0.1mmのサイズの硬化物フィルムを作製し、オリエンテック社製テンシロンにて、サンプル間長100mm,テスト速度1mm／sの条件で、引張弾性率を測定した。
・線膨張係数；4mmX50mmX0.1mmのサイズの硬化物フィルムを作製し、TMA(セイコーインスツルメンツ社製)にて、サンプル間長10mm、引張荷重10gの条件の下、線膨張係数（Tg以下）を測定した
・反り；１０mm角半導体素子（電極配列ペリフェラル、ポスト間ピッチ；250μｍ、500μｍの２種類）が形成されたに電極部位に、100μmの銅ポストをめっき法により形成した8インチウエハーに印刷により約120μmの厚みに全面に製作された液状樹脂組成物を用いて樹脂層を形成し、所定の硬化条件（120℃１時間＋150℃２時間(ステップ硬化)）にて硬化した。次にウエハーの片末端を定盤に固定し浮上したウエハーの最大高さをそりとした。
・信頼性；次いで反りの測定に用いたサンプルを切削法により樹脂表面を研磨して銅ポストを露出させ、共晶半田を形成した。次にダイシングによりチップを個片化した後15mm角のFR-4基板に半田を接合させた。得られたパッケージを以下の条件の下で信頼性を調べた。
a)耐半田クラック性；30℃／60%／48hrの処理を施した後、最大温度235℃の  リフロー炉に通した。
b)耐T／C性；｛ (−40℃／15min)〜(125℃／15min) ｝× 400cycle
c)耐PCT性；121℃／100%／500hr
・歩留まり；素子の組み立てにおいて、樹脂を塗布する際の歩留まりを調べた。その際の不良としては、封止後スジ状の線が入り切削後も残る、充填不良等があれば欠点とした。
【００２２】
＜実施例２〜１０、比較例１〜８＞
表１の配合に従い、実施例１と同様にして液状樹脂組成物を調整し、実施例１と同様の試験を行った。測定結果を表１に示す。
【００２３】
上記の測定結果を表１及び表２に示す。
【表１】
0003953827.tif 000004
【００２４】
【表２】
0003953827.tif 000005
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、ウエハーレベルパッケージに関し、従来の特性を維持しながら、更に硬化物の線膨張率が小さく、硬化物の弾性率が小さく、硬化物の硬化収縮が小さく、樹脂による封止作業性が良好な大口径のウエハー用に適した液状樹脂組成物を得ることができる。特に半導体素子の回路がファインピッチ化された半導体素子に適した液状樹脂組成物を得ることができる。