(57)【要約】【課題】硬化接着層にボイドを発生させることなく、充填剤のはみ出しが極力少なく、接着性に優れ、かつ十分に硬化した硬化接着層の形成が可能な層間充填剤組成物を提供する。【解決手段】エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）、フィラー（Ｃ）及びフラックス（Ｄ）を含有し、１００〜１５０℃において粘度の極小値を有し、かつ、下記式（１）及び（２）を同時に満たす半導体デバイス用層間充填剤組成物。    １０＜η５０／η１２０＜５００      （１）    １０００  ＜η１５０／η１２０      （２）（但し、η５０、η１２０及びη１５０は、それぞれ５０℃、１２０℃及び１５０℃における該層間充填剤組成物の粘度を示す。）【選択図】図１
2016079404.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）、フィラー（Ｃ）及びフラックス（Ｄ）を含有し、１００〜１５０℃において粘度の極小値を有し、かつ、下記式（１）及び（２）を同時に満たす、半導体デバイス用層間充填剤組成物。
１０＜η５０／η１２０＜５００      （１）
１０００  ＜η１５０／η１２０     （２）
（但し、η５０、η１２０及びη１５０は、それぞれ、５０℃、１２０℃及び１５０℃における該層間充填剤組成物の粘度を示す。）
【請求項２】
１２０℃での粘度が０．１〜１００Ｐａ・ｓである、請求項１に記載の半導体デバイス用層間充填剤組成物。
【請求項３】
さらに、硬化促進剤（Ｅ）を含有する、請求項１又は２に記載の半導体デバイス用層間充填剤組成物。
【請求項４】
硬化剤（Ｂ）の含有量が、エポキシ樹脂（Ａ）の１００重量部あたり、３０〜１５０重量部である、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体デバイス用層間充填剤組成物。
【請求項５】
硬化剤（Ｂ）の含有量が、エポキシ樹脂（Ａ）中のエポキシ基に対する硬化剤（Ｂ）中の官能基の当量比で、０．８〜１．５の範囲である、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体デバイス用層間充填剤組成物。
【請求項６】
硬化剤（Ｂ）が、アミン系硬化剤および酸無水物系硬化剤から選ばれる少なくとも１種の硬化剤を含有する、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の半導体デバイス用層間充填剤組成物。
【請求項７】
半田バンプを有する半導体チップと、電極パッドを有する半導体基板とを、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の層間充填剤組成物を介して、熱圧着接合装置を用いて接合する、半導体デバイスの製造法。
【請求項８】
前記層間充填剤組成物を、半導体チップの面積当たり１〜５０ｍｇ／ｃｍ２使用する、請求項７に記載の半導体デバイスの製造法。
【請求項９】
前記半田バンプを有する半導体チップに前記層間充填剤組成物の層を形成し、前記熱圧着接合装置のステージ温度が１００℃以上、かつヘッド温度が１００℃以下にて半田バンプと電極パッドとを接触させる、請求項７又は請求項８に記載の半導体デバイスの製造法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイス用層間充填剤組成物と、この層間充填剤組成物を用いた半導体デバイスの製造法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイスの更なる性能向上のために、トランジスタや配線の微細化に加えて、半導体デバイス層が形成された半導体基板や、有機基板などの複数の基板を、基板面に対して垂直に積み上げて積層化した積層型半導体装置の研究開発が進められている。
積層型半導体装置には、半導体基板と有機基板とを積層したものなどが知られているが、より具体的には、半導体基板同士が、その基板間において、半田バンプ等の電気信号端子等で接続されると共に、基板間に層間充填剤組成物が充填されており、層間充填剤組成物層により基板同士が接着された構造を有する三次元積層型半導体装置が知られている。
【０００３】
積層型半導体装置の製造方法として、半導体デバイス層を形成したウエハー上に、層間充填剤組成物（ＩＣＦ：Inter  Chip  Fill）からなる層を形成し、必要に応じて加熱してＢステージ化を行い、次いでダイシング（Dicing）によるチップの切り出しを行い、得られた半導体基板を複数積層し、加圧加熱による仮接合を繰り返し、最終的に加圧加熱条件下で本接合を行うプレアプライ法（Pre-applied  process）によるプロセスが提案されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
図１は、プレアプライ法による半導体デバイスの製造方法を示す斜視図であり、ランド端子１Ａとハンダ１Ｂとからなる複数の半田バンプ１が形成された半導体チップ２の上に、塗布ノズル４より層間充填剤組成物３を供給して（図１（ａ））、層間充填剤組成物層５を形成した後（図１（ｂ））、必要に応じて、Ｂステージ化を行い、層間充填剤組成物層５が形成された半導体チップ２を反転させて、熱圧着接合装置のステージ（図示せず）上に載置された、電極パッド６が形成された半導体基板７上に層間充填剤組成物層５側を対向させて、図示しないヘッドにより押圧する（図１（ｃ））。熱圧着接合装置のヘッドとステージ間で、半導体基板７と半導体チップ２とを加熱加圧することにより、層間充填剤組成物を硬化させて、層間充填剤組成物の硬化接着層８を介して半導体チップ２と半導体基板７とが接合された半導体デバイス１０を得ることができる（図１（ｄ））。
【０００５】
積層型半導体装置は、このような工程を繰り返し、図１（ｄ）に示される半導体デバイス１０の半導体チップ２（この場合、半導体チップ２の硬化接着層８とは反対側の面には電極パッドが形成されている。）上に、更に、図１（ｂ）に示す層間充填剤組成物層５を形成した半導体チップ２を接着する工程を繰り返すことにより製造される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】エレクトロニクス実装学会講演論文集（p.61-62, 第23回, 2009年）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
プレアプライ法による半導体デバイスの製造においては、以下のような課題がある。
(1)  硬化接着層にボイド（空隙）が生じる。ボイドの発生は、接合工程や硬化工程の加熱条件下で、層間充填剤組成物中の低分子成分などが揮発することが原因と考えられるが、硬化接着層にボイドが存在すると、電気的接合が損なわれる上に、温度変化などの収縮差などが大きくなり、接着面が剥がれたり割れたりすることで、半導体装置としての性能が損なわれる。
(2)  図１（ａ）に示されるように、半田バンプ１が形成された半導体チップ２上に、層間充填剤組成物３を供給して層間充填剤組成物層を形成する際、層間充填剤組成物３が半田バンプ１，１間の狭い間隙に十分に行きわたらないことによっても、上記(1)と同様、ボイドとなる空隙部が形成され、上記と同様の問題が起こる。
(3)  半導体チップ−基板間、或いは半導体チップ−半導体チップ間の接合時に、層間充填剤組成物が半導体チップの周縁からはみ出し（以下「充填剤のはみ出し」と称す。）、製品の外観を損なう上に、はみ出し分は、接合に関与しないため、はみ出した層間充填剤組成物が無駄となる。
【０００８】
このようなことから、半導体チップ−基板間、或いは半導体チップ−半導体チップ間の接合にあたっては、硬化接着層にボイド（空隙）を発生させることなく、また、充填剤のはみ出しを極力少なくした上で、十分に硬化した、接着性に優れた硬化接着層を形成することが望まれる。
【０００９】
本発明は、半導体デバイスの製造において、半導体チップ−基板間、あるいは半導体チップ−半導体チップ間の接合の際に、硬化接着層にボイド（空隙）を発生させることなく、また、充填剤のはみ出しを極力少なくした上で、十分に硬化した、接着性に優れた硬化接着層を形成することができる半導体デバイス用層間充填剤組成物と、この層間充填剤組成物を用いた半導体デバイスの製造法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１１】
すなわち、本発明は以下を要旨とする。
［１］  エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）、フィラー（Ｃ）及びフラックス（Ｄ）を含有し、１００〜１５０℃において粘度の極小値を有し、かつ、下記式（１）及び（２）を同時に満たす、半導体デバイス用層間充填剤組成物。
１０＜η５０／η１２０＜５００      （１）
１０００  ＜η１５０／η１２０     （２）
（但し、η５０、η１２０及びη１５０は、それぞれ、５０℃、１２０℃及び１５０℃における該層間充填剤組成物の粘度を示す。）
【００１２】
［２］  １２０℃での粘度が０．１〜１００Ｐａ・ｓである、上記［１］に記載の半導体デバイス用層間充填剤組成物。
［３］  さらに、硬化促進剤（Ｅ）を含有する、上記［１］又は［２］に記載の半導体デバイス用層間充填剤組成物。
［４］  硬化剤（Ｂ）の含有量が、エポキシ樹脂（Ａ）の１００重量部あたり、３０〜１５０重量部である、上記［１］乃至［３］のいずれかに記載の半導体デバイス用層間充填剤組成物。
［５］  硬化剤（Ｂ）の含有量が、エポキシ樹脂（Ａ）中のエポキシ基に対する硬化剤（Ｂ）中の官能基の当量比で、０．８〜１．５の範囲である、上記［１］乃至［３］のいずれかに記載の半導体デバイス用層間充填剤組成物。
［６］  硬化剤（Ｂ）が、アミン系硬化剤および酸無水物系硬化剤から選ばれる少なくとも１種の硬化剤を含有する、上記［１］乃至［５］のいずれかに記載の半導体デバイス用層間充填剤組成物。
【００１３】
［７］  半田バンプを有する半導体チップと、電極パッドを有する半導体基板とを、上記［１］乃至［６］のいずれかに記載の層間充填剤組成物を介して、熱圧着接合装置を用いて接合する、半導体デバイスの製造法。
［８］  前記層間充填剤組成物を、半導体チップの面積当たり１〜５０ｍｇ／ｃｍ２使用する、上記［７］に記載の半導体デバイスの製造法。
［９］  前記半田バンプを有する半導体チップに前記層間充填剤組成物の層を形成し、前記熱圧着接合装置のステージ温度が１００℃以上、かつヘッド温度が１００℃以下にて半田バンプと電極パッドとを接触させる、上記［７］又は［８］に記載の半導体デバイスの製造法。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、半導体デバイスの製造において、半導体チップ−基板間、あるいは半導体チップ−半導体チップ間の接合の際に、硬化接着層にボイド（空隙）を発生させることなく、また、充填剤のはみ出しを極力少なくした上で、十分に硬化した、接着性に優れた硬化接着層を形成することができ、信頼性に優れた半導体デバイスを製造することができる。
本発明によれば、積層型半導体装置のより一層の高速、高容量化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】プレアプライ法による半導体デバイスの製造法を示す斜視図である。図１（ａ）は半導体チップに層間充填剤組成物を塗布する操作を示した図であり、図１（ｂ）は層間充填剤組成物層を有する半導体チップを示した図であり、図１（ｃ）は層間充填剤組成物層を有する半導体チップを熱圧着接合装置（図示せず）により半導体基板上に加熱加圧接合する操作を示した図であり、図１（ｄ）は層間充填剤組成物の硬化接着層を介して半導体チップと半導体基板とが接合された半導体デバイスの図である。
【図２】図２（ａ）は実施例１１で製造した半導体デバイスの外観写真であり、図２（ｂ）は同断面写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。
【００１７】
〔層間充填剤組成物〕
本発明の半導体デバイス用層間充填剤組成物（以下、「層間充填剤組成物」と称することがある。）は、エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）、フィラー（Ｃ）及びフラックス（Ｄ）を含有し、１００〜１５０℃において粘度の極小値を有し、かつ下記式（１）及び（２）を同時に満たすことを特徴とする。
１０＜η５０／η１２０＜５００      （１）
１０００＜η１５０／η１２０        （２）
但し、η５０、η１２０及びη１５０は、それぞれ５０℃、１２０℃及び１５０℃における該層間充填剤組成物の各粘度を示す。
【００１８】
本発明の層間充填剤組成物は、好ましくは、更に硬化促進剤（Ｅ）を含有し、１２０℃での粘度が０．１〜１００Ｐａ・ｓである。
【００１９】
なお、層間充填剤組成物の粘度については、アントンパール・ジャパン社製の粘弾性測定装置(Ｐｈｙｓｉｃａ  ＭＣＲ１０２)を用いて、以下の通り、層間充填剤組成物の粘度（動的粘弾性測定による複素粘度）を測定した。
まず、測定対象である層間充填剤組成物をパラレルプレートディッシュ（Parallel  Plate  Dish）とパラレルプレート（φ２０ｍｍ）の間に載置し、動的粘弾性測定を行った。
測定条件は、上記サンプルに正弦波歪みを０．５％与え、その歪みの周波数は１（Ｈｚ）とし、１分間に３℃の割合で昇温させる過程での粘度を４０℃〜２００℃まで測定し、粘度の極小値を示す温度（極小値温度）と、その極小値となる粘度値（ηｍｉｎ）、η５０、η１２０、及びη１５０を求めた。
【００２０】
［粘度］
＜極小値＞
本発明の層間充填剤組成物は、１００〜１５０℃の温度範囲において、粘度の極小値を示す。この温度範囲において粘度の極小値（ηｍｉｎ）を示すことによって、半田バンプを有する半導体チップと電極パッドを有する半導体基板の接合時に押し付けやすくなり、接合が良好にできる。好ましくは、粘度の極小値は、１１０〜１４０℃の温度範囲にあることが望ましい。
【００２１】
なお、本発明の層間充填剤組成物の粘度は、極小値が上記温度範囲に存在し、上記の式（１）及び（２）を満たすと共に、好ましくは１２０℃での粘度η１２０が０．１〜１００Ｐａ・ｓであることが好ましい。層間充填剤組成物のη１２０が１００Ｐａ・ｓよりも高いと接合時に層間充填剤組成物が流動しにくくなり、接合不良が生じる場合がある。本発明の層間充填剤組成物のη１２０は、より好ましくは０．１〜５０Ｐａ・ｓ、特に好ましくは０．１〜１０Ｐａ・ｓである。ただし、この粘度が過度に低いとフィレット形成（Fillet  Formation）が難しくなるため、本発明の層間充填剤組成物のη１２０は０．１Ｐａ・ｓ以上であることが好ましい。
【００２２】
本発明の層間充填剤組成物の粘度は、前記式（１）及び式（２）を同時に満たすことを特徴とする。η５０／η１２０が５００以上では塗布時の粘度が高く塗布することが難しくなり、１０以下では接合時に層間充填剤組成物が流動しにくくなり、ボイドや接合不良が生じたり、フィレット形成が難しくなったりする場合がある。
また、特に大きな半導体チップと電極パッドを有する有機半導体基板の接合では、それぞれの線膨張係数の違いによる応力差で、半導体デバイス層の破壊や電気信号接続端子の破断等が起こる場合がある。
【００２３】
式（２）を満たし、η１５０／η１２０が１０００より大きいことにより、接合後に層間充填剤組成物の硬化が進み、厚みの薄い半導体チップや半導体基板を保護することができる。ただし、この値が過度に大きいと、接合される前に硬化が進み接合不良が生じる場合がある。
【００２４】
本発明の層間充填剤組成物の粘度は、なかでも、下記式（１’）、（２’）を満たすことがより好ましい。
２０≦η５０／η１２０≦４００      （１’）
１１００≦η１５０／η１２０        （２’）
【００２５】
［エポキシ樹脂（Ａ）］
本発明で用いるエポキシ樹脂（Ａ）は、本発明の層間充填剤組成物のガラス転移温度を向上させるため、２以上のエポキシ基を有する化合物であることが好ましい。また、本発明の層間充填剤組成物を熱硬化させた硬化物の破壊靭性値Ｋ１ｃ値を高いものとするためには、１分子中に含まれるエポキシ基の範囲は１以上８以下であることが好ましく、より好ましくは２以上３以下である。
【００２６】
本発明の層間充填剤組成物の熱伝導性を向上させるため、本発明で用いるエポキシ樹脂（Ａ）としては、ビスフェノールＡ型骨格、ビスフェノールＦ型骨格、又はビフェニル骨格の芳香環を有するエポキシ化合物を用いることが好ましい。
【００２７】
より具体的には、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、ビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタレン環含有エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン骨格を有するエポキシ樹脂、フェノールノボラック型樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、脂肪族系エポキシ樹脂、脂肪族系エポキシ樹脂と芳香族系エポキシ樹脂の共重合体エポキシ樹脂等が例示される。これらの中でも、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、ビフェニル型エポキシ樹脂又はナフタレン環含有エポキシ樹脂が好ましく、より好ましくは、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、ナフタレン環含有エポキシ樹脂又はビフェニル型エポキシ樹脂が用いられる。
【００２８】
また、層間充填剤組成物を熱硬化させた硬化物の破壊靭性を向上させるため、本発明で用いるエポキシ樹脂（Ａ）としては、多官能エポキシ樹脂も用いられる。
多官能エポキシ樹脂としては、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ノボラック樹脂、ジシクロペンタジエンフェノール樹脂、フェノールアラルキル樹脂、ナフトールノボラック樹脂、ビフェニルノボラック樹脂、テルペンフェノール樹脂、重質油変性フェノール樹脂などのフェノール類や、フェノール類と、ヒドロキシベンズアルデヒド、クロトンアルデヒド、グリオキザールなどのアルデヒド類との縮合反応で得られる多価フェノール樹脂等の各種のフェノール系化合物とエピハロヒドリンとから製造されるエポキシ樹脂等のグリシジルエーテル型多官能エポキシ樹脂が好ましい。
【００２９】
これらのエポキシ樹脂（Ａ）は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で混合して用いてもよい。
【００３０】
［硬化剤（Ｂ）］
本発明で用いる硬化剤（Ｂ）とは、エポキシ樹脂（Ａ）の架橋基間の架橋反応に寄与する物質を示す。
【００３１】
硬化剤（Ｂ）としては特に制限はなく、一般的にエポキシ樹脂硬化剤として知られているものが使用できる。例えば、フェノール系硬化剤、脂肪族アミン、ポリエーテルアミン、脂環式アミン、芳香族アミンなどのアミン系硬化剤、酸無水物系硬化剤、アミド系硬化剤、第３級アミン、イミダゾール若しくはその誘導体、有機ホスフィン類、ホスホニウム塩、テトラフェニルボロン塩、有機酸ジヒドラジド、ハロゲン化ホウ素アミン錯体、ポリメルカプタン系硬化剤、イソシアネート系硬化剤、ブロックイソシアネート系硬化剤等が挙げられる。
【００３２】
フェノール系硬化剤の具体例としては、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、４，４’−ジヒドロキシジフェニルメタン、４，４’−ジヒドロキシジフェニルエーテル、１，４−ビス（４−ヒドロキシフェノキシ）ベンゼン、１，３−ビス（４−ヒドロキシフェノキシ）ベンゼン、４，４’−ジヒドロキシジフェニルスルフィド、４，４’−ジヒドロキシジフェニルケトン、４，４’−ジヒドロキシジフェニルスルホン、４，４’−ジヒドロキシビフェニル、２，２’−ジヒドロキシビフェニル、１０−（２，５−ジヒドロキシフェニル）−１０Ｈ−９−オキサ−１０−ホスファフェナンスレン−１０−オキサイド、フェノールノボラック、ビスフェノールＡノボラック、ｏ−クレゾールノボラック、ｍ−クレゾールノボラック、ｐ−クレゾールノボラック、キシレノールノボラック、ポリ−ｐ−ヒドロキシスチレン、ハイドロキノン、レゾルシン、カテコール、ｔ−ブチルカテコール、ｔ−ブチルハイドロキノン、フルオログリシノール、ピロガロール、ｔ−ブチルピロガロール、アリル化ピロガロール、ポリアリル化ピロガロール、１，２，４−ベンゼントリオール、２，３，４−トリヒドロキシベンゾフェノン、１，２−ジヒドロキシナフタレン、１，３−ジヒドロキシナフタレン、１，４−ジヒドロキシナフタレン、１，５−ジヒドロキシナフタレン、１，６−ジヒドロキシナフタレン、１，７−ジヒドロキシナフタレン、１，８−ジヒドロキシナフタレン、２，３−ジヒドロキシナフタレン、２，４−ジヒドロキシナフタレン、２，５−ジヒドロキシナフタレン、２，６−ジヒドロキシナフタレン、２，７−ジヒドロキシナフタレン、２，８−ジヒドロキシナフタレン、上記ジヒドロキシナフタレンのアリル化物又はポリアリル化物、アリル化ビスフェノールＡ、アリル化ビスフェノールＦ、アリル化フェノールノボラック、アリル化ピロガロール等が例示される。
【００３３】
アミン系硬化剤である、脂肪族アミン類としては、エチレンジアミン、１，３−ジアミノプロパン、１，４−ジアミノプロパン、ヘキサメチレンジアミン、２，５−ジメチルヘキサメチレンジアミン、トリメチルヘキサメチレンジアミン、ジエチレントリアミン、イミノビスプロピルアミン、ビス（ヘキサメチレン）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、ペンタエチレンヘキサミン、Ｎ−ヒドロキシエチルエチレンジアミン、テトラ（ヒドロキシエチル）エチレンジアミン等が例示される。ポリエーテルアミン類としては、トリエチレングリコールジアミン、テトラエチレングリコールジアミン、ジエチレングリコールビス（プロピルアミン）、ポリオキシプロピレンジアミン、ポリオキシプロピレントリアミン類等が例示される。脂環式アミン類としては、イソホロンジアミン、メタセンジアミン、Ｎ−アミノエチルピペラジン、ビス（４−アミノ−３−メチルジシクロヘキシル）メタン、ビス（アミノメチル）シクロヘキサン、３，９−ビス（３−アミノプロピル）−２，４，８，１０−テトラオキサスピロ（５，５）ウンデカン、ノルボルネンジアミン等が例示される。芳香族アミン類としては、テトラクロロ−ｐ−キシレンジアミン、ｍ−キシレンジアミン、ｐ−キシレンジアミン、ｍ−フェニレンジアミン、ｏ−フェニレンジアミン、ｐ−フェニレンジアミン、２，４−ジアミノアニソール、２，４−トルエンジアミン、２，４−ジアミノジフェニルメタン、４，４’−ジアミノジフェニルメタン、４，４’−ジアミノ−１，２−ジフェニルエタン、２，４−ジアミノジフェニルスルホン、４，４’−ジアミノジフェニルスルホン、ｍ−アミノフェノール、ｍ−アミノベンジルアミン、ベンジルジメチルアミン、２−ジメチルアミノメチル）フェノール、トリエタノールアミン、メチルベンジルアミン、α−（ｍ−アミノフェニル）エチルアミン、α−（ｐ−アミノフェニル）エチルアミン、ジアミノジエチルジメチルジフェニルメタン、α，α’−ビス（４−アミノフェニル）−ｐ−ジイソプロピルベンゼン等が例示される。
【００３４】
酸無水物系硬化剤の具体例としては、ドデセニル無水コハク酸、ポリアジピン酸無水物、ポリアゼライン酸無水物、ポリセバシン酸無水物、ポリ（エチルオクタデカン二酸）無水物、ポリ（フェニルヘキサデカン二酸）無水物、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、無水メチルハイミック酸、テトラヒドロ無水フタル酸、トリアルキルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルシクロヘキセンジカルボン酸無水物、メチルシクロヘキセンテトラカルボン酸無水物、無水フタル酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸無水物、エチレングリコールビストリメリテート二無水物、無水ヘット酸、無水ナジック酸、無水メチルナジック酸、５−（２，５−ジオキソテトラヒドロ−３−フラニル）−３−メチル−３−シクロヘキサン−１，２−ジカルボン酸無水物、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、３，４−ジカルボキシ−１，２，３，４−テトラヒドロ−１−ナフタレンコハク酸二無水物、１−メチル−ジカルボキシ−１，２，３，４−テトラヒドロ−１−ナフタレンコハク酸二無水物等が例示される。
【００３５】
アミド系硬化剤としては、ジシアンジアミド、ポリアミド樹脂等が例示される。
【００３６】
第３級アミンとしては、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７、トリエチレンジアミン、ベンジルジメチルアミン、トリエタノールアミン、ジメチルアミノエタノール、トリス（ジメチルアミノメチル）フェノール等が例示される。
【００３７】
イミダゾール若しくはその誘導体としては、１−シアノエチル−２−フェニルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール、２−エチル−４（５）−メチルイミダゾール、２−フェニル−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、１−ベンジル−２−フェニルイミダゾール、１−シアノエチル−２−ウンデシルイミダゾール、１−シアノ−２−フェニルイミダゾール、１−シアノエチル−２−ウンデシルイミダゾールトリメリテイト、１−シアノエチル−２−フェニルイミダゾリウムトリメリテイト、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’−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体、２−フェニルイミダゾールイソシアヌル酸付加体、２−フェニル−４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾール、２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾール、エポキシ樹脂と上記イミダゾール類との付加体等が例示される。
【００３８】
有機ホスフィン類としては、トリブチルホスフィン、メチルジフェニルホスフイン、トリフェニルホスフィン、ジフェニルホスフィン、フェニルホスフィン等が例示される。ホスホニウム塩としては、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・エチルトリフェニルボレート、テトラブチルホスホニウム・テトラブチルボレート等が例示される。テトラフェニルボロン塩としては、２−エチル−４−メチルイミダゾール・テトラフェニルボレート、Ｎ−メチルモルホリン・テトラフェニルボレート等が例示される。
【００３９】
これらの硬化剤（Ｂ）は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で混合して用いてもよい。
【００４０】
本発明の層間充填剤組成物における硬化剤（Ｂ）の含有量は、エポキシ樹脂（Ａ）の１００重量部当たり、３０〜１５０重量部が好ましく、５０〜１２０重量部がより好ましい。
また、硬化剤（Ｂ）がフェノール系硬化剤、アミン系硬化剤、酸無水物系硬化剤の場合は、エポキシ樹脂（Ａ）中のエポキシ基と硬化剤（Ｂ）中の官能基との当量比で、０．８〜１．５の範囲となるように用いることが好ましく、０．８〜１．２の範囲となるように用いることがより好ましい。この範囲外であると、未反応のエポキシ基や硬化剤の官能基が残留し、所望の物性が得られないことがある。
【００４１】
また、硬化剤（Ｂ）がアミド系硬化剤、第３級アミン、イミダゾール若しくはその誘導体、有機ホスフィン類、ホスホニウム塩、テトラフェニルボロン塩、有機酸ジヒドラジド、ハロゲン化ホウ素アミン錯体、ポリメルカプタン系硬化剤、イソシアネート系硬化剤、ブロックイソシアネート系硬化剤等の場合は、エポキシ樹脂（Ａ）１００重量部に対して、０．１〜２０重量部の範囲で用いることが好ましく、０．５〜１０重量部の範囲となるように用いることがより好ましい。
【００４２】
また、ジシアンジアミン化合物の場合は、エポキシ樹脂（Ａ）１００重量部に対して、０．１〜１０重量部の範囲で用いることが好ましく、０．５〜６重量部の範囲となるように用いることがより好ましい。
【００４３】
［フィラー（Ｃ）］
フィラー（Ｃ）は、熱伝導性の向上と線膨張係数の制御を目的に添加されるものであり、特に線膨張係数の制御が主目的である。
【００４４】
フィラー（Ｃ）としては、金属、炭素、金属炭化物、金属酸化物及び金属窒化物からなる群から選ばれる少なくとも１種の粒子が挙げられる。
炭素の例としては、カーボンブラック、炭素繊維、グラファイト、フレーレン、ダイヤモンドなどが挙げられる。金属炭化物の例としては、炭化ケイ素、炭化チタン、炭化タングステンなどが挙げられる。金属酸化物の例としては、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化カルシウム、酸化亜鉛、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化セリウム、酸化イッテルビウム、サイアロン（ケイ素、アルミニウム、酸素及び窒素からなるセラミックス）等が挙げられる。金属窒化物の例としては、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等が挙げられる。
【００４５】
フィラー（Ｃ）の形状について制限はなく、粒子状、ウィスカー状、繊維状、板状、又はそれらの凝集体であってもよい。
【００４６】
積層型半導体装置用の層間充填剤組成物においては、絶縁性が要求される場合が多いことから、フィラー（Ｃ）の中でも、酸化物又は窒化物が好ましい。このようなフィラー（Ｃ）として、より具体的には、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、シリカ（ＳｉＯ２）などが挙げられ、なかでも、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＢＮ又はＳｉＯ２が好ましく、とりわけＡｌ２Ｏ３、ＢＮ又はＳｉＯ２が好ましい。
ＢＮ系フィラーとしては、特開２０１３−２４１３２１号公報に開示されるものが、好ましく用いられる。
【００４７】
これらのフィラー（Ｃ）は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で混合して用いてもよい。
【００４８】
近年、三次元集積回路は、更なる高速化・高容量化などの性能向上のために、各チップ間の距離が１０〜５０μｍ程度にまで小さくなっているが、チップ間の層間充填層において、配合されるフィラーの最大粒子径は層間充填層の厚みの１／３以下程度にすることが好ましい。
フィラー（Ｃ）の最大粒子径が１０μｍを超えると、硬化した後の層間充填層の表面にフィラー（Ｃ）が突出して、層間充填層の表面形状が悪化する傾向になる。
フィラー（Ｃ）の最大粒子径としては、５μｍが好ましく、より好ましくは３μｍである。
【００４９】
本発明の層間充填剤組成物のフィラー（Ｃ）の含有量は、エポキシ樹脂（Ａ）及び硬化剤（Ｂ）の総和１００重量部当たり、１０〜５００重量部が好ましく、２０〜４００重量部がより好ましい。フィラー（Ｃ）の含有量がエポキシ樹脂（Ａ）及び硬化剤（Ｂ）の総和１００重量部当たり、１０重量部未満であると、フィラー（Ｃ）の添加効果が小さくなり、目的とする線膨張係数や熱伝導性が得られない場合があり、５００重量部を超えるとフィラー（Ｃ）の存在が、接合性を阻害することがある。
【００５０】
［フラックス（Ｄ）］
フラックス（Ｄ）とは、具体的には、金属端子の半田接合時において、半田バンプ等の金属電気信号端子及びランド（Land）の表面酸化膜の溶解除去や、半田バンプのランド表面における濡れ広がり性の向上、更には半田バンプの金属端子表面の再酸化防止などの機能を有する化合物である。
【００５１】
本発明で用いるフラックス（Ｄ）としては、蓚酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、リンゴ酸、酒石酸、クエン酸、乳酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、オレイン酸、ステアリン酸などの脂肪族カルボン酸；安息香酸、サリチル酸、フタル酸、トリメリト酸、トリメリト酸無水物、トリメシン酸、ベンゼンテトラカルボン酸などの芳香族カルボン酸若しくはその酸無水物；アビエチン酸、ロジンなどのテルペン系カルボン酸などの有機カルボン酸；有機カルボン酸をアルキルビニルエーテル類と反応して変換したヘミアセタールエステルである有機カルボン酸エステル；グルタミン酸塩酸塩、アニリン塩酸塩、ヒドラジン塩酸塩、臭化セチルピリジン、フェニルヒドラジン塩酸塩、テトラクロルナフタレン、メチルヒドラジン塩酸塩、メチルアミン塩酸塩、エチルアミン塩酸塩、ジエチルアミン塩酸塩、ブチルアミン塩酸塩などの有機ハロゲン化合物；尿素、ジエチレントリアミンヒドラジンなどのアミン類；エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、グリセリンなどの多価アルコール類；塩酸、フッ酸、燐酸、ホウフッ化水素酸などの無機酸；フッ化カリウム、フッ化ナトリウム、フッ化アンモニウム、フッ化銅、フッ化ニッケル、フッ化亜鉛などのフッ化物；塩化カリウム、塩化ナトリウム、塩化第一銅、塩化ニッケル、塩化アンモニウム、塩化亜鉛、塩化第一錫などの塩化物；臭化カリウム、臭化ナトリウム、臭化アンモニウム、臭化錫、臭化亜鉛などの臭化物；などが挙げられる。これらの化合物は、そのまま用いても、また有機ポリマーや無機化合物等による被覆剤を用いてマイクロカプセル化したものを用いても良い。これらの化合物は１種を単独で用いてもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で混合して用いてもよい。
【００５２】
本発明の層間充填剤組成物中のフラックス（Ｄ）の含有量は、エポキシ樹脂（Ａ）及び硬化剤（Ｂ）の総和１００重量部当たり、好ましくは０．１〜１０重量部、より好ましくは０．５〜５重量部である。フラックス（Ｄ）の含有量がエポキシ樹脂（Ａ）及び硬化剤（Ｂ）の総和１００重量部当たり０．１重量部未満では、酸化膜除去性低下による半田接続不良の恐れがあり、また１０重量部を超えると組成物の粘度上昇による接続不良の恐れがでてくる。
【００５３】
［硬化促進剤（Ｅ）］
本発明の層間充填剤組成物は、硬化温度を下げ、硬化時間を短くするために硬化剤（Ｂ）とともに、硬化促進剤（Ｅ）を含有していてもよい。
硬化促進剤（Ｅ）の例としては、三級アミノ基を含有する化合物、イミダゾール若しくはその誘導体、有機ホスフィン類、ジメチル尿素、有機ポリマーや無機化合物等による被覆剤を用いて上記化合物をマイクロカプセル化したものなどが挙げられる。
【００５４】
三級アミノ基を含有する化合物としては、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７、トリエチレンジアミン、ベンジルジメチルアミン、トリエタノールアミン、ジメチルアミノエタノール、トリス（ジメチルアミノメチル）フェノール等が例示される。
【００５５】
イミダゾール及びその誘導体としては、１−シアノエチル−２−フェニルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール、２−エチル−４（５）−メチルイミダゾール、２−フェニル−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、１−ベンジル−２−フェニルイミダゾール、１−シアノエチル−２−ウンデシルイミダゾール、１−シアノ−２−フェニルイミダゾール、１−シアノエチル−２−ウンデシルイミダゾールトリメリテイト、１−シアノエチル−２−フェニルイミダゾリウムトリメリテイト、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’−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体、２−フェニルイミダゾールイソシアヌル酸付加体、２−フェニル−４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾール、２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾール、エポキシ樹脂と上記イミダゾール類との付加体、２−フェニル−４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾール、２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾール等が例示される。
【００５６】
有機ホスフィン類としては、トリブチルホスフィン、メチルジフェニルホスフイン、トリフェニルホスフィン、ジフェニルホスフィン、フェニルホスフィン等が例示される。ホスホニウム塩としては、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・エチルトリフェニルボレート、テトラブチルホスホニウム・テトラブチルボレート等が例示される。テトラフェニルボロン塩としては、２−エチル−４−メチルイミダゾール・テトラフェニルボレート、Ｎ−メチルモルホリン・テトラフェニルボレート等が例示される。
【００５７】
これらのうち、比較的長いポットライフ、中温域での高い硬化性、硬化樹脂の高い耐熱性などの特徴から、イミダゾール化合物（イミダゾール若しくはその誘導体）、及び有機ポリマーや無機化合物等による被覆剤を用いて上記化合物をマイクロカプセル化したものを用いることが好ましい。
【００５８】
これらの硬化促進剤（Ｅ）は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で混合して用いてもよい。
【００５９】
本発明の層間充填剤組成物中に硬化促進剤（Ｅ）を含有する場合、硬化促進剤（Ｅ）の含有量は、エポキシ樹脂（Ａ）及び硬化剤（Ｂ）の総和１００重量部当たり、０．００１〜１５重量部であることが好ましく、より好ましくは０．０１〜１０重量部である。硬化促進剤（Ｅ）の含有量がエポキシ樹脂（Ａ）及び硬化剤（Ｂ）の総和１００重量部当たり０．００１重量部未満であると、硬化促進効果が不十分になるおそれがあり、１５重量部を超えると触媒硬化反応が支配的となり、ボイドの低減が達成できない場合がある。
【００６０】
［分散剤（Ｆ）］
本発明の層間充填剤組成物は、フィラー（Ｃ）の分散性を高めるために、分散剤（Ｆ）を含有することが好ましい。分散剤（Ｆ）としては、特に制限はなく、従来、層間充填剤組成物に配合される分散剤として公知のものをいずれも用いることができる。
【００６１】
本発明の層間充填剤組成物において、分散剤（Ｆ）の含有量は、本発明の課題を解決できるものであれば、いかなる比率であっても構わないが、前記フィラー（Ｃ）を１００重量部としたときに、分散剤（Ｆ）が、０．１〜４重量部であることが好ましく、０．１〜２重量部であることがより好ましい。
【００６２】
［その他の添加剤］
本発明の層間充填剤組成物は、その機能性の更なる向上を目的として、本発明の効果を損なわない範囲において、上記したもの以外の各種の添加剤を含んでいてもよい。
添加剤の例としては、接合性やエポキシ樹脂（Ａ）とフィラー（Ｃ）との接合性向上のためのカップリング剤、保存安定性向上のための紫外線防止剤、酸化防止剤、可塑剤、難燃剤、着色剤、流動性改良剤、基材との密着性向上剤(例えば、熱可塑性のオリゴマー類)等が挙げられる。
【００６３】
これらのその他の添加剤は、いずれも１種を単独で用いてもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で混合して用いてもよい。
【００６４】
その他の添加剤の配合量には特に制限はなく、必要な機能性が得られる程度に、通常の樹脂組成物の配合量で用いられるが、その他の添加剤成分の配合量は、エポキシ樹脂（Ａ）及び硬化剤（Ｂ）の総和１００重量部当たり、１０重量部以下が好ましく、特に５重量部以下であることがより好ましい。
【００６５】
上記カップリング剤としては、シランカップリング剤、チタネートカップリング剤等が挙げられる。
【００６６】
シランカップリング剤としては、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン等のエポキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−β（アミノエチル）γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−β（アミノエチル）γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−ウレイドプロピルトリエトキシシラン等のアミノシラン、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン等のメルカプトシラン、ｐ−スチリルトリメトキシシラン、ビニルトリクロルシラン、ビニルトリス（β−メトキシエトキシ）シラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン等のビニルシラン、さらに、エポキシ系、アミノ系、ビニル系の高分子タイプのシラン等が挙げられる。
【００６７】
チタネートカップリング剤としては、イソプロピルトリイソステアロイルチタネート、イソプロピルトリ（Ｎ−アミノエチル・アミノエチル）チタネート、ジイソプロピルビス（ジオクチルホスフェート）チタネート、テトライソプロピルビス（ジオクチルホスファイト）チタネート、テトラオクチルビス（ジトリデシルホスファイト）チタネート、テトラ（２，２−ジアリルオキシメチル−１−ブチル）ビス（ジトリデシル）ホスファイトチタネート、ビス（ジオクチルパイロホスフェート）オキシアセテートチタネート、ビス（ジオクチルパイロホスフェート）エチレンチタネート等が挙げられる。
【００６８】
これらのカップリング剤は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で混合して用いてもよい。
【００６９】
本発明の層間充填剤組成物がカップリング剤を含む場合、その含有量は、層間充填剤組成物中の全固形分に対して０．１〜２．０重量％程度とすることが好ましい。カップリング剤の配合量が少ないと、カップリング剤を配合したことによるマトリックス樹脂であるエポキシ樹脂（Ａ）とフィラー（Ｃ）との密着性の向上効果を十分に得ることができず、多過ぎると得られる硬化物からカップリング剤がブリードアウトする問題がある。
【００７０】
本発明の層間充填剤組成物は、成形時の流動性改良及び基材との密着性向上のために、熱可塑性のオリゴマー類を含んでいてもよい。熱可塑性のオリゴマー類としては、Ｃ５系若しくはＣ９系の石油樹脂、スチレン樹脂、インデン樹脂、インデン・スチレン共重合樹脂、インデン・スチレン・フェノール共重合樹脂、インデン・クマロン共重合樹脂、インデン・ベンゾチオフェン共重合樹脂等が例示される。これらは、１種を単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。
【００７１】
本発明の層間充填剤組成物がこれらの熱可塑性のオリゴマー類を含む場合、その含有量は、通常、エポキシ樹脂（Ａ）１００重量部に対して２〜３０重量部、好ましくは５〜２０重量部である。
【００７２】
本発明の層間充填剤組成物は、更に、界面活性剤、乳化剤、低弾性化剤、希釈剤、消泡剤、イオントラップ剤等を含有していてもよい。
【００７３】
界面活性剤としては、従来公知のアニオン系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤、及びカチオン系界面活性剤のいずれも使用できる。
例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル類、ポリオキシエチレンアルキルアリールエーテル類、ポリオキシエチレンアルキルエステル類、ソルビタンアルキルエステル類、モノグリセリドアルキルエステル類、アルキルベンゼンスルホン酸塩類、アルキルナフタレンスルホン酸塩類、アルキル硫酸塩類、アルキルスルホン酸塩類、スルホコハク酸エステル塩類、アルキルベタイン類、アミノ酸類などが挙げられる。
また、これら界面活性剤において、Ｃ−Ｈ結合の一部又は全てがＣ−Ｆ結合となったフッ素界面活性剤も好ましく用いることができる。
本発明の層間充填剤組成物がこれらの界面活性剤を含む場合、その含有量は、通常、エポキシ樹脂（Ａ）及び硬化剤（Ｂ）の総和１００重量部に対して０．００１〜０．１重量部、好ましくは０．００３〜０．０５重量部の範囲である。
【００７４】
更に、本発明の層間充填剤組成物には、有機溶媒を添加することもできる。
有機溶媒としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、メチルイソブチルケトン、メチルアミルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類、酢酸エチル等のエステル類、エチレングリコールモノメチルエーテル等のエーテル類、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド等のアミド類、メタノール、エタノール等のアルコール類、ヘキサン、シクロヘキサン等のアルカン類、トルエン、キシレン等の芳香族類などが挙げられる。
【００７５】
これらのうち、樹脂の溶解性及び有機溶媒の沸点等を勘案すると、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類、エステル類又はエーテル類が好ましく、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類を用いることが特に好ましい。
これらの有機溶媒は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で混合して用いてもよい。
【００７６】
ただし、有機溶媒を用いると、接合工程において有機溶媒が揮発することで、硬化接着層にボイドが形成され易くなるため、本発明の層間充填剤組成物は、有機溶媒を含まないことが好ましい。
【００７７】
［層間充填剤組成物の製造方法］
本発明の層間充填剤組成物は、通常、エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）、フィラー（Ｃ）、フラックス（Ｄ）、必要に応じて用いられる硬化促進剤（Ｅ）、分散剤（Ｆ）及びその他の添加剤成分をミキサー等によって均一に混合した後、加熱ロール、ニーダー等によって混練して製造される。これらの成分の配合順序には特に制限はない。また、混練後にプレス機などを用いてフィルム化することも可能である。更には、混練後に溶融混練物の粉砕を行い、パウダー化することやタブレット化することも可能である。
【００７８】
〔半導体デバイスの製造法〕
以下、本発明の層間充填剤組成物を用いる、本発明の半導体デバイスの製造法について説明する。
本発明の半導体デバイスの製造法では、熱圧着接合装置を用いて、上記の本発明の層間充填剤組成物を介して、半田バンプを有する半導体チップと電極パッドを有する半導体基板とを接合する。
【００７９】
例えば、図１（ａ）に示すように、ランド端子１Ａとハンダ１Ｂとからなる複数の半田バンプ１が形成された半導体基板（半導体チップ）２の上に、塗布ノズル４より本発明の層間充填剤組成物３を供給することにより、図１（ｂ）に示すように、層間充填剤組成物層５を形成した後、必要に応じて、Ｂステージ化を行う。その後、層間充填剤組成物層５が形成された半導体チップ２を上下反転させて、図１（ｃ）に示すように、熱圧着接合装置のステージ（図示せず）上に載置された、電極パッド６が形成された半導体基板７上に、層間充填剤組成物層５側を対向させて、図示しないヘッドにより押圧する。熱圧着接合装置のヘッドとステージ間で、半導体基板７と半導体チップ２とを加熱加圧することにより、層間充填剤組成物を硬化させて、図１（ｄ）に示すように、層間充填剤組成物の硬化接着層８を介して半導体チップ２と半導体基板７とが接合された半導体デバイス１０を得る。
【００８０】
積層型半導体装置は、このような工程を繰り返し、図１（ｄ）に示される半導体デバイス１０の半導体チップ２（この場合、半導体チップ２の硬化接着層８とは反対側の面には電極パッドが形成されている。）上に更に、図１（ｂ）に示す層間充填剤組成物層５を形成した半導体チップ２を接着する工程を繰り返すことにより製造することができる。
【００８１】
本発明における半導体基板としては、集積回路の製造において基板として用いることができる任意の材質のものを用いることができるが、シリコン基板が好ましく使用される。シリコン基板としては、口径に応じた基板膜厚のまま用いてもよいし、バックサイドエッチング（Backside  Etching）やバックグラインド（Backgrinding）等の裏面研磨により、１００μｍ以下に薄膜化した後に用いてもよい。
【００８２】
半田バンプの形成には微細な半田ボールを用いてもよいし、リソグラフィーにて開口部を形成後、開口部の下地に直接、又はニッケルや銅のポストを形成した上に半田めっきを施して、レジスト材を除去後、加熱処理により半田バンプを形成してもよい。半田の組成としては特に限定されないが、電気的な接合性及び低温接合性を勘案して、錫を主要成分として含有する半田が好ましく用いられる。
【００８３】
ランド端子は半導体基板上にＰＶＤ（Physical  Vapor  Deposition）等を用いて薄膜を成膜した後、リソグラフィーによるレジスト膜形成、及びドライ又はウエットエッチイングにより、不要部を除去することにより形成することができる。ランド端子の材料としては、半田バンプと接合可能なものであれば特に限定はされないが、半田との接合性及び信頼性等を勘案して、金、銅、ニッケルなどを好ましく用いることができる。
【００８４】
プレアプライ法による層間充填剤組成物層は、従来公知の形成法、例えば、ディップ法、スピンコート法、スプレーコート法、ブレード法、その他の任意の方法で形成することができる。層間充填剤組成物層は、半田バンプを有する半導体チップと電極パッドを有する半導体基板のどちら側に塗布してもよいし、両側に塗布してもよいが、半導体チップの半田バンプを有する面に形成されることが好ましい。
【００８５】
半導体チップへの層間充填剤組成物の供給量は、半導体チップの面積当たり、１〜５０ｍｇ／ｃｍ２、特に２〜３０ｍｇ／ｃｍ２であることが好ましい。半導体基板側へ層間充填剤組成物を供給する場合や、半導体チップと半導体基板の両方に層間充填剤組成物を供給して層間充填剤組成物層を形成する場合も、この程度の供給量となるように、層間充填剤組成物を塗布すればよい。
【００８６】
半導体チップ（及び／又は半導体基板）上に層間充填剤組成物層を形成した後に、層間充填剤組成物中に含まれる低分子量成分などを除去するために、５０〜１５０℃の任意の温度、好ましくは６０〜１３０℃の任意の温度でベーキング処理を行い、Ｂステージ化処理を行ってもよい。
この際、一定の温度においてベーキング処理を行ってもよいが、組成物中の揮発成分除去を円滑に進めるために、減圧条件下にてベーキング処理を行ってもよい。また、樹脂の硬化が進行しない範囲で、段階的な昇温によるベーキング処理を行ってもよい。例えば、初めに６０℃、次に８０℃、更に１２０℃で各５〜９０分程度のべーキング処理を実施することができる。
【００８７】
層間充填剤組成物層を形成した後に、接合対象の基板と仮接合を行ってもよい。仮接合の温度としては、８０〜１５０℃の温度で行うことが好ましい。半導体基板の接合が複数層の場合には、前記仮接合を基板の層数分繰り返してもよいし、基板を複数層重ね合わせた後に、加熱してまとめて仮接合させてもよい。仮接合の際には、必要に応じて基板間に、好ましくは１ｇｆ／ｃｍ２〜５０Ｋｇｆ／ｃｍ２、より好ましくは１０ｇｆ／ｃｍ２〜１０Ｋｇｆ／ｃｍ２の荷重をかけて実施することが好ましい。
【００８８】
仮接合の後には本接合を行う。仮接合させた積層基板を２００℃以上、好ましくは２２０℃以上で加圧接合することにより、層間充填材層に含まれる組成物の溶融粘度を低下させて、基板間の電気端子の接続を促進すると同時に、半導体基板間の半田接合を実現することができる。なお、加熱温度の上限は、使用するエポキシ化合物（Ａ）が分解、変質しない温度であれば、適宜決定してかまわないが、通常３００℃以下で行われる。
また、加圧接合の際には、必要に応じて基板間に、好ましくは０．１〜５０Ｋｇｆ／ｃｍ２、より好ましくは０．１〜１０Ｋｇｆ／ｃｍ２の荷重をかけて実施することが好ましい。
【００８９】
本発明において、このような接合工程のうち、半田バンプを有する半導体チップに層間充填剤組成物の層を形成し、半田バンプを有する半導体チップと電極パッドを有する半導体基板を、熱圧着接合装置のステージ温度を１００℃以上、かつヘッド温度１００℃以下で押し付けて接触させた後に、加熱加圧接合することが好ましい。本発明の半導体デバイスの製造法では、このような温度条件の接合工程を行うことが好ましく、前述の粘度特性を有する本発明の層間充填剤組成物を用いて、このような温度条件で熱圧着接合装置による接合を行うことで、加熱加圧接合前の層間充填剤組成物の硬化による粘度上昇を抑制することにより、ボイドの発生を抑制し良好な接続をすることができ、本発明の層間充填剤組成物のη５０／η１２０をコントロールすることにより、充填剤のはみ出しを防止することができ、また、本発明の層間充填剤組成物のη１５０／η１２０をコントロールすることにより、層間充填剤組成物を十分に硬化させて、接着性に優れた硬化接着層を形成することができる。
ここで、ヘッド温度とは、熱圧着接合装置のヘッドのヒータの温度であり、ステージ温度とは、熱圧着接合装置のステージのヒータの温度である。
【００９０】
加熱加圧接合前の接触工程において、ステージ温度が１００℃未満であると加熱加圧接合時にヘッド温度を高くする必要がありボイドが発生しやすくなり、ヘッド温度が１００℃を超えると層間充填剤組成物の硬化の進行が速くなりすぎる。また、ステージ温度が１００℃以上であってもヘッド温度が１００℃を超えると層間充填剤組成物の硬化の進行が速くなりすぎ、ヘッド温度が１００℃以下であっても、ステージ温度が１００℃未満であると加熱加圧接合時にヘッド温度を高くする必要がありボイドが発生しやすくなる。
ただし、ステージ温度が高過ぎると半田バンプを有する半導体チップと電極パッドを有する半導体基板を押し付ける時に層間充填剤組成物が硬化してしまうので、ステージ温度は２００℃以下であることが好ましい。
また、ヘッド温度が低過ぎると半田バンプを有する半導体チップと電極パッドを有する半導体基板を押し付ける時に層間充填剤組成物の粘度が高く、半田バンプと電極パッドが接触しにくくなるので、ヘッド温度は４０℃以上であることが好ましい。
ステージ温度は１００〜２００℃、特に１００〜１６０℃で、ヘッド温度は４０〜１００℃、特に６０〜１００℃であることが好ましい。
また、上記の特定のステージ温度及びヘッド温度での接合工程における加圧力は０．１〜５０Ｋｇｆ／ｃｍ２、特に０．１〜１０Ｋｇｆ／ｃｍ２で、加熱加圧時間は０．１〜３０秒、特に０．５〜１０秒時間とすることが好ましい。
【実施例】
【００９１】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例により何ら限定されるものではない。
【００９２】
以下において、層間充填剤組成物の調製に用いた配合成分は次の通りである。
＜エポキシ樹脂（Ａ）＞
エポキシ樹脂（Ａ１）：ダイソーケミカル社製、品名「ＬＸ−０１」（ビスフェノールＡ型グリシジルエーテルエポキシ樹脂、エポキシ当量１８１ｇ／当量、２５℃での粘度１０Ｐａ・ｓ）
エポキシ樹脂（Ａ２）：三菱化学社製、品名「ｊＥＲ  １０３２Ｈ６０」（トリス（ヒドロキシフェニル）メタン型固形エポキシ樹脂、エポキシ当量１６９ｇ／当量、融点５６〜６２℃）
【００９３】
＜硬化剤（Ｂ）＞
酸無水物系硬化剤（Ｂ１）：三菱化学社製、品名「ｊＥＲキュア  ＹＨ３０６」（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、酸無水物当量１１７ｇ／当量、２５℃での粘度０．１Ｐａ・ｓ）
アミン系硬化剤（Ｂ２）：イハラケミカル工業社製、品名「エラスマー２５０Ｐ」（ポリテトラメチレンオキシビス−４−アミノベンゾエート、アミン価２３５ｇ／当量、融点６０℃、２５℃での粘度１００Ｐａ・ｓ）
アミン系硬化剤（Ｂ３）：和歌山精化工業社製、品名「セイカキュアＳ」（アミン価１２４ｇ／当量、融点１７７℃）
【００９４】
＜フィラー（Ｃ）＞
無機フィラー（Ｃ１）：住友化学社製、品名「ＡＡ−３」（アルミナ）
無機フィラー（Ｃ２）：住友化学社製、品名「ＡＡ−０７」（アルミナ）
無機フィラー（Ｃ３）：龍森社製、品名「ＰＬＶ−４」（溶融シリカ）
無機フィラー（Ｃ４）：龍森社製、品名「ＭＵＦ−２ＢＶ」（溶融シリカ）
無機フィラー（Ｃ５）：日新リフラテック社製、品名「ＲＢＮ」（窒化ホウ素）
無機フィラー（Ｃ６）：アドマテックス社製、品名「ＳＥ−４０５０−ＳＥＣ」（溶融シリカ）
無機フィラー（Ｃ７）：アドマテックス社製、品名「ＡＥ９１０４−ＳＸＥ」（アルミナ）
無機フィラー（Ｃ８）：龍森社製、品名「ＴＳ−ＡＰ−９」（アルミナ）
【００９５】
＜フラックス（Ｄ）＞
フラックス（Ｄ１）：日油社製、品名「サンタシッドＩ」（モノアルキルビニルエーテルブロック２官能カルボン酸）
フラックス（Ｄ２）：和光純薬社製、品名「アジピン酸」
フラックス（Ｄ３）：和光純薬社製、品名「ピメリン酸」
フラックス（Ｄ４）：和光純薬社製、品名「グルタル酸」
フラックス（Ｄ５）：日油社製、品名「サンタシッドＧ」（ジアルキルビニルエーテルブロック２官能ポリマー型カルボン酸）
【００９６】
＜硬化促進剤（Ｅ）＞
硬化促進剤（Ｅ１）：旭化成イーマテリアルズ社製、品名「ノバキュアＨＸＡ３７９２」（マイクロカプセル化されたアミン系硬化剤及びビスフェノールＡ型液状エポキシ樹脂の混合物）
【００９７】
層間充填剤組成物のボイド及び電気抵抗値による接合性の評価は、以下の方法で評価した。
【００９８】
（１）ボイド
製造された半導体デバイスについて、日立パワーソリューションズ社製の超音波探査映像装置（ＦＳ３００III）を用いて、接合チップ間のバンプとバンプの間におけるボイドの有無を観察した。ボイドが１０個以下の場合を「○」と評価し、ボイドが１１個以上のものを「×」とした。
【００９９】
（２）抵抗値
１．Ｓｉ−Ｓｉ接合の場合
製造された半導体デバイス内部のデイジーチェイン（Daisy  Chain）の電気抵抗をデジタルマルチメーターにより四端子法にて測定した。ペリフェラル（Peripheral）部の外周の抵抗値Ｒ１＝７０Ω、内周の抵抗値Ｒ２＝２７Ωに対して、±５％に収まっている場合を「○」と評価し、±５％を超える場合を「×」とした。
２．Ｓｉ−有機基板接合の場合
製造された半導体デバイス内部のデイジーチェインの電気抵抗をデジタルマルチメーターにより四端子法にて測定した。ペリフェラル部の外周の抵抗値Ｒ１＝１５Ωに対して、±５％に収まっている場合を「○」と評価し、±５％を超える場合を「×」とした。
【０１００】
［実施例１〜１０、比較例１〜４］
表１に示す層間充填剤組成物の配合成分を、表１に示す配合重量割合として、自転公転ミキサーで混合して層間充填剤組成物を調製した。
調製された層間充填剤組成物について、粘度の極小値を示す温度（極小値温度）と、その極小値となる粘度値（ηｍｉｎ）、η５０、η１２０、及びη１５０をそれぞれ測定し、結果を表２に示した。
【０１０１】
１．Ｓｉ−Ｓｉ接合の場合
調製された層間充填材組成物を表３に示す通り、ＷＡＬＴＳ社製のインターポーザ（ＩＰ８０ＭｏｄｅｌＩ、１０ｍｍ角）もしくはシリコン製はんだバンプ基板（ＣＣ８０ＭｏｄｅｌＩ、７．３ｍｍ角）に、７０℃に加熱しながら約１０ｍｇ塗布した。
このインターポーザ（ＩＰ８０ＭｏｄｅｌＩ）をステージ側にし、シリコン製はんだバンプ基板（ＣＣ８０ＭｏｄｅｌＩ、７．３ｍｍ角）をヘッド側にし、東レエンジニアリング社製の熱圧着接合装置「フリップチップボンダ（ＦＣ３０００Ｓ）」を用い、表３に示した、インターポーザとシリコン製はんだバンプ基板が接触した時のヘッド温度及びステージ温度と、接合時のヘッド温度、ステージ温度及び加圧力で、接合を行った。
【０１０２】
２．Ｓｉ−有機基板接合の場合
調製された層間充填材組成物を表３に示す通り、ＫＩＴ（ＣＣ８０−１０３ＪＹ  ＭｏｄｅｌＩ、１７ｍｍ角）もしくはシリコン製はんだバンプ基板（ＣＣ８０ＭｏｄｅｌＩ、７．３ｍｍ角）に、７０℃に加熱しながら約１０ｍｇ塗布した。
この有機基板ＫＩＴ（ＣＣ８０−１０３ＪＹ  ＭｏｄｅｌＩ）をステージ側にし、シリコン製はんだバンプ基板（ＣＣ８０ＭｏｄｅｌＩ、７．３ｍｍ角）をヘッド側にし、東レエンジニアリング社製の熱圧着接合装置「フリップチップボンダ（ＦＣ３０００Ｓ）」を用い、表３に示した、ＫＩＴとシリコン製はんだバンプ基板が接触した時のヘッド温度及びステージ温度と、接合時のヘッド温度、ステージ温度及び加圧力で、接合を行った。
【０１０３】
（１）ボイド及び（２）接合性の評価
上記１．Ｓｉ−Ｓｉ接合、及び２．Ｓｉ−有機基板の接合で得られた半導体デバイスについて、前述の評価を行い、結果を表３に示した。
【０１０４】
（３）硬化性の評価
調製された層間充填材組成物を、上記１．Ｓｉ−Ｓｉ接合、及び２．Ｓｉ−有機基板の接合時に、それぞれインターポーザ及びＫＩＴを裏返して、表３に示す条件にて、上記と同様に接合した。得られた半導体デバイスのシリコン製はんだバンプ基板を横から押して剥がれなかった場合を○、剥がれた場合を×とした。結果を表３に示した。
【０１０５】
【表１】
2016079404.tif 000003
【０１０６】
【表２】
2016079404.tif 000004
【０１０７】
【表３】
2016079404.tif 000005
【０１０８】
［実施例１１］
実施例４で用いた層間充填材組成物を、それぞれ、株式会社ＷＡＬＴＳ社製のインターポーザ（ＣＣ８０ＭｏｄｅｌＩ、１０ｍｍ角）に７０℃に加熱しながら約３ｍｇ塗布（有効面積当たり約６ｍｇ／ｃｍ２）した。
この層間充填材組成物を塗布したインターポーザ（ＩＰ８０ＭｏｄｅｌＩ）およびシリコン製ＴＳＶチップ（ＣＣ８０ＴＳＶ−２、７．３ｍｍ角）を東レエンジニアリング社製熱圧着接合装置「フリップチップボンダ（ＦＣ３０００Ｓ）」を用いて、ヘッド温度２５０℃、ステージ温度２５０℃、接合時間５秒、接合圧力２０Ｎ（３．８Ｋｇｆ／ｃｍ２）にて加熱圧着接合した。
その後、層間充填剤組成物を上記接合した基板に７０℃に加熱しながら約８ｍｇ塗布（有効面積当たり約１６ｍｇ／ｃｍ２）し、更にシリコン製はんだバンプチップ（ＣＣ８０ＭｏｄｅｌＩ、７．３ｍｍ角）を、同条件で加熱圧着接合した。その後、１８０℃で１時間加熱硬化させて、半導体デバイスを製造した。
その結果、ボイドは存在せず、電気的導通も確認できた。得られた半導体デバイスの外観形状と断面写真を図２に示す。
【０１０９】
実施例１〜１１及び比較例１〜４の結果から、本発明によれば、良好な接合性が得られることが分かった。
【産業上の利用可能性】
【０１１０】
本発明の層間充填剤組成物を用いてなる積層型半導体装置は、信頼性に優れ、半導体デバイスの高速化・高容量化に有用である。
【符号の説明】
【０１１１】
１  半田バンプ
２  半導体基板（半導体チップ）
３  層間充填剤組成物
５  層間充填剤組成物層
６  電極パッド
７  半導体基板
８  硬化接着層
１０  半導体デバイス
１１  貫通電極（ＴＳＶ）
【図１】
2016079404.tif 000006
【図２】
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