JP4265397B2 - 半導体装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置ならびに半導体装置の製造方法に関する。本発明はまた、半導体チップ搭載用の感光性接着フィルムに関する。

チップサイズパッケージ（ＣＳＰ）は、他の電子部品と一括して実装できるため、近年極めて多く利用されており、日刊工業新聞社発行の表面実装技術１９９７年第３号の記事「実用化に入ったＣＳＰ（ファインピッチＢＧＡ）のゆくえ」に掲載されているように、各種の構造が提案されている。その中でも、インターポーザと呼ばれる配線基板に、テープやキャリア基板を用いた方式の実用化が進められている。このような実装技術は、インターポーザを介するために優れた接続信頼性を有しており、このため、多くのインターポーザが、信学技報ＣＰＭ９６−１２１、ＩＣＤ９６−１６０（１９９６−１２）の「テープＢＧＡタイプＣＳＰの開発」やシャープ技報第６６号（１９９６年１２号）の「チップサイズパッケージ（Chip Size Package）開発」に発表されている。

ＣＳＰの半導体チップとインターポーザとの間には、配線接続時に加熱された際の、それぞれの熱膨張率差から生じる熱応力を低減するような接着フィルムが使われている。この接着フィルムは、はんだリフロー工程でのクラックなどが生じないことが必要であるため、耐湿性や高温耐久性も要求されている。

フレキシブルプリント配線板などに使用されるフィルムタイプの接着剤は、アクリロニトリルブタジエンゴムを主成分とする系が多く用いられている。この系は、接着性に優れるという利点があるものの、耐熱性が低いという問題も残されている。

プリント配線板関連材料としての耐湿性を向上させた接着剤としては、特開昭６０−２４３１８０号公報に、アクリル系樹脂とエポキシ樹脂とポリイソシアネートと無機フィラーとを含む接着剤が、また特開昭６１−１３８６８０号公報に、アクリル系樹脂とエポキシ樹脂と分子中にウレタン結合を有する両末端が第一級アミン化合物と無機フィラーとを含む接着剤が、それぞれ開示されている。

また、特開平８−５３６５５号公報には、分子量１０万以上のエネルギー線硬化型共重合体とエポキシ樹脂と硬化剤とからなる接着剤の発明が開示されている。この発明は、感光性を有する粘接着フィルムの発明であり、表面の粘着性を変更することで剥離性を制御したものである。しかし、接着フィルムの流動性および回路充填性についての改良は触れられておらず、それらの特性は十分とはいえない。

このように、プリント配線板用の接着フィルムには、熱応力の緩和および耐熱性、耐湿性を有することが必要である。それに加え、製造プロセスの点からは、半導体チップに設けられた電気信号出力用の電極部分に接着剤が流出してこないことが必要であり、また、貫通孔付き配線基板を用いた場合には、貫通孔から接着剤が流出してこないことが必要である。電極部分に接着剤が流出すると、電極の接続不良が発生し、また貫通孔から接着剤が流出すると、金型を汚染して不良発生の原因となるからである。さらに、回路と接着剤との間に空隙があると、耐熱性、耐湿性の低下が起こりやすいので、接着フィルムと配線基板に設けられた回路との間には、空隙が残存しないことが必要である。しかしながら、チップ上の回路を破損しない程度の低い圧力や低い温度で熱圧着することが必要な半導体チップの実装においては、これまで公知の接着剤では、接着剤の浸みだし防止と十分な回路充填性を満足することは難しかった。

本発明は、ガラスエポキシ基板またはフレキシブル基板などのインターポーザに熱膨張係数の差が大きい半導体チップを実装する場合に、低弾性と回路充填性を備え、耐熱性、耐湿性を損なうことなく、かつ貫通孔からの浸みだしがない接着フィルムを提供することを目的とする。また、この接着フィルムを備えた半導体搭載用配線基板、ならびに、この接着フィルムを用いて半導体チップと配線基板とを接着させた半導体装置およびその製造方法の提供を目的とする。

本発明の半導体装置は、感光性接着フィルムの第一の面に配線回路付き基板または回路付きフィルムを接着し、第一の面に対向する第二の面に半導体チップを搭載した半導体装置であって、感光性接着フィルムは、重量平均分子量が５０００未満のエポキシ樹脂と、重量平均分子量が１０万〜２００万でＴｇが−５０〜０℃であるエポキシ基を含むアクリルゴムと、光硬化開始剤と、光重合性不飽和モノマーとしてジペンタエリトリトールヘキサクリレートとを含む接着剤から形成され、接着剤の硬化物は、２５℃で２０〜２０００MPa、２６０℃で３〜５０MPaの貯蔵弾性率を有し、かつ感光性接着フィルムは、第一の面のみが光照射され、光照射されない第二の面のタック強度に対する光照射された第一の面のタック強度の比が０．０１〜０．５０であるフィルムであり、半導体チップが、感光性接着フィルムの光照射されない第二の面に搭載され、回路付き基板または回路付きフィルムが、感光性接着フィルムの光照射された第一の面に接着されていることを特徴とするものである。
本発明の半導体装置の製造方法は、感光性接着フィルムであって、重量平均分子量が５０００未満のエポキシ樹脂と、重量平均分子量が１０万〜２００万でＴｇが−５０〜０℃であるエポキシ基を含むアクリルゴムと、光硬化開始剤と、光重合性不飽和モノマーとしてジペンタエリトリトールヘキサクリレートとを含む接着剤から形成され、接着剤の硬化物は、２５℃で２０〜２０００MPa、２６０℃で３〜５０MPaの貯蔵弾性率を有し、かつ感光性接着フィルムは、第一の面のみが光照射されて使用されるものであり、光照射されない第二の面のタック強度に対する光照射後の第一の面のタック強度の比が０．０１〜０．５０となるように適合された感光性接着フィルムを準備する工程と、感光性接着フィルムの第一の面を光照射し次いで第二の面に半導体ウェハをラミネートする工程、又は感光性接着フィルムの第二の面に半導体ウェハをラミネートし次いで第一の面を光照射する工程と、ラミネートした半導体ウェハと感光性接着フィルムとを半導体チップザイズに切断する工程と、感光性接着フィルムの光照射した第一の面に回路付き基板または回路付きフィルムとを接着する工程と、を含む方法である。
さらに、本発明の半導体チップ搭載用の感光性接着フィルムは、重量平均分子量が５０００未満のエポキシ樹脂と、重量平均分子量が１０万〜２００万でＴｇが−５０〜０℃であるエポキシ基を含むアクリルゴムと、光硬化開始剤と、光重合性不飽和モノマーとを含む接着剤から形成され、光照射した第一の面と光照射されていない第一の面に対向する第二の面とを有し、第二の面のタック強度に対する第一の面のタック強度の比が０．０１〜０．５０であり、接着剤の硬化物が、２５℃で２０〜２０００MPa、２６０℃で３〜５０MPaの貯蔵弾性率を有し、半導体チップが前記第二の面に搭載されるように適合していることを特徴とする。

本発明の感光性接着フィルム用の接着剤に使用するエポキシ樹脂は、硬化して接着作用を呈する樹脂であれば特に限定されないが、１分子中にエポキシ基を２個以上含有する二官能以上のエポキシ樹脂で、重量平均分子量が５０００未満のエポキシ樹脂が好ましく、３０００未満のエポキシ樹脂がより好ましい。二官能エポキシ樹脂としては、ビスフェノールＡ型またはビスフェノールＦ型エポキシ樹脂などが例示される。これらは、油化シェルエポキシ株式会社から、商品名：エピコート８０７、エピコート８２７、エピコート８２８として、ダウケミカル日本株式会社から、商品名：Ｄ．Ｅ．Ｒ．３３０、Ｄ．Ｅ．Ｒ．３３１、Ｄ．Ｅ．Ｒ．３６１として、東都化成株式会社から、商品名：ＹＤ８１２５、ＹＤＦ８１７０として、市販されている。

また、本発明のエポキシ樹脂には、１分子中にエポキシ基を３個以上含有する三官能以上の多官能エポキシ樹脂を、併せて用いることもでき、この場合は、二官能エポキシ樹脂５０〜１００重量％と三官能以上の多官能エポキシ０〜５０重量％の混合物を用いることが好ましい。特に、ガラス転移温度（以下Ｔｇという。）を高温化するためには、二官能エポキシ樹脂５０〜９０重量％とともに、三官能以上の多官能エポキシ樹脂を１０〜５０重量％用いることが好ましい。三官能以上の多官能エポキシ樹脂としては、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などが例示される。フェノールノボラック型エポキシ樹脂は、日本化薬株式会社から、商品名：ＥＰＰＮ−２０１として、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂は、住友化学工業株式会社から、商品名：ＥＳＣＮ−１９０、ＥＳＣＮ−１９５として、日本化薬株式会社から、商品名：ＥＯＣＮ１０１２、ＥＯＣＮ１０２５、ＥＯＣＮ１０２７として、東都化成株式会社から、商品名：ＹＤＣＮ７０１、ＹＤＣＮ７０２、ＹＤＣＮ７０３、ＹＤＣＮ７０４として、市販されている。

本発明に使用するエポキシ樹脂を効果的に難燃化するためには、臭素化エポキシ樹脂を用いることが好ましい。臭素化エポキシ樹脂としては、臭素原子を含む二官能エポキシ樹脂やノボラック型の臭素化エポキシ樹脂を使用することができる。臭素原子を含む二官能エポキシ樹脂は、東都化成株式会社から、商品名：ＹＤＢ−３６０、ＹＤＢ−４００として、また、ノボラック型の臭素化エポキシ樹脂は、日本化薬株式会社から、商品名：ＢＲＥＮ−Ｓ、ＢＲＥＮ−１０４、ＢＲＥＮ−３０１として、市販されている。臭素化エポキシ樹脂は、単独でも、また非臭素化エポキシ樹脂と組み合せても使用することができる。

本発明に使用するエポキシ樹脂は、硬化剤を併せて使用することが好ましく、これにはエポキシ樹脂の硬化剤として通常用いられているものを使用することができる。たとえば、アミン、ポリアミド、酸無水物、ポリスルフィド、三フッ化ホウ素またはフェノール性水酸基を１分子中に２個以上有する化合物であるビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、ビスフェノールＳなどが挙げられる。特に、フェノール樹脂であるフェノールノボラック樹脂、ビスフェノールノボラック樹脂またはクレゾールノボラック樹脂などが、吸湿時の耐電食性に優れるので、好ましい。フェノールノボラック樹脂は、大日本インキ化学工業株式会社から、商品名：バーカムＴＤ−２０９０、バーカムＴＤ−２１３１として、変性フェノールノボラック樹脂は、大日本インキ化学工業株式会社から、商品名：プライオーフェンＶＨ４１５０、プライオーフェンＶＨ４１７０として、ビスフェノールノボラック樹脂は、大日本インキ化学工業株式会社から、商品名：フェノライトＬＦ２８８２、フェノライトＬＦ２８２２として、市販されている。

難燃性をさらに向上させるために、臭素化エポキシ樹脂と併せて、二官能以上の臭素化フェノール化合物を硬化剤として用いることが好ましい。臭素化フェノール化合物として、たとえば、テトラブロモビスフェノールＡを用いることができ、これは、帝人化成工業株式会社から、商品名：ファイヤーガードＦＧ２０００として市販されている。

エポキシ樹脂の硬化剤は、エポキシ樹脂のエポキシ基１当量に対して、硬化剤のエポキシ基との反応基が０．６〜１．４当量使用することが好ましく、０．８〜１．２当量使用することがより好ましい。硬化剤の使用量がこの範囲にあると、耐熱性を維持できる。

また、硬化剤とともに、硬化促進剤を用いるのが好ましい。硬化促進剤としては、各種イミダゾール類を使用することができる。イミダゾールとしては、２−メチルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾール、１−シアノエチル−２−フェニルイミダゾール、１−シアノエチル−２−フェニルイミダゾリウムトリメリテートなどが挙げられる。イミダゾール類は、四国化成工業株式会社から、２Ｅ４ＭＺ、２ＰＺ−ＣＮ、および２ＰＺ−ＣＮＳが市販されている。

また、フィルムの可使期間が長くなる点で、潜在性硬化促進剤が好ましく、その代表例としては、ジシアンジミド、アジピン酸ジヒドラジドなどのジヒドラジド化合物、グアナミン酸、メラミン酸、エポキシ化合物とイミダゾールの化合物との付加化合物、エポキシ化合物とジアルキルアミン類との付加化合物、アミンとチオ尿素との付加化合物、アミンとイソシアネートとの付加化合物が挙げられる。

これらの中でも、室温での活性を低減できる点で、アダクト型の構造をとる化合物が好ましい。代表的なアダクト型硬化促進剤の例として、アミン−エポキシアダクト系としては、味の素株式会社から、商品名：アミキュアＰＮ−２３、アミキュアＭＹ−２４、アミキュアＭＹ−Ｄ、アミキュアＭＹ−Ｈなどが、エー・シー・アール株式会社から、商品名：ハードナーＸ−３６１５Ｓ、ハードナーＸ−３２９３Ｓなどが、旭化成株式会社から、商品名：ノバキュアＨＸ−３７４８、ノバキュアＨＸ−３０８８などが、パシフィックアンカーケミカル社から、商品名：Ａｎｃａｍｉｎｅ２０１４ＡＳ、Ａｎｃａｍｉｎｅ２０１４ＦＧなどが、市販されている。また、アミン−尿素型アダクト系としては、富士化成株式会社から、商品名：フジキュアＦＸＥ−１０００、フジキュアＦＸＲ−１０３０として市販されている。

前記硬化促進剤の配合量は、エポキシ樹脂と硬化剤の合計１００重量部に対して、好ましくは０．１〜２０重量部、より好ましくは０．５〜１５重量部である。硬化促進剤の配合量がこの範囲にあると、硬化速度が確保でき、また可使期間も保たれるからである。

本発明の感光性接着フィルム用の接着剤に使用する光重合性不飽和モノマーは、光により硬化し、流動性およびタック強度を好ましい範囲にする役割を果たす。光重合性不飽和モノマーとしては、（メタ）アクリル酸、ヒドロキシルエチル（メタ）アクリレート、ヒドロキシルプロピル（メタ）アクリレート、（メタ）アクリル酸メチル、（メタ）アクリル酸ブチル、グリシジル（メタ）アクリレート、エチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ポリプロピレングリコール（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、エトキシ化トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、テトラヒドロフルフリル（メタ）アクリレート、ジペンタエリトリトールヘキサ（メタ）アクリレートが挙げられる。なお、（メタ）アクリル酸とは、アクリル酸またはメタアクリル酸をいずれかを意味し、以下、（メタ）は同じ意味を有するものとする。

光重合性不飽和モノマーの添加量は、エポキシ樹脂と硬化剤の合計１００重量部に対して、０．１〜５０重量部である。この範囲にあると、光照射により樹脂は適度に硬化し、硬化しすぎることがない。また回路充填性が十分に保たれ、樹脂が回路に充填したのちにも、浸みだしが小さく抑えられるからである。

本発明の感光性接着フィルム用の接着剤に使用する光硬化開始剤としては、使用する露光機の紫外線に吸収波長を有する化合物が使用できる。具体的には、アセトフェノン、ベンゾフェノン、４，４ビスジメチルアミノベンゾフェノン、ベンゾインブチルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル、２−ジメトキシ−２−フェニルアセトフェノン、２，４−ジイソプロピルチオキサンソン、メチルベンゾイルホルメート、３，３，４，４−テトラ（ｔ−ブチルペルオキシカルボニル）ベンゾフェノンなどが例示される。これらは、チバガイギー株式会社から、商品名：イルガキュア６５１、イルガキュア３６９、イルガキュア８１９として、市販されている。

本発明の光硬化開始剤の添加量は、エポキシ樹脂と硬化剤の合計１００重量部に対して、０．０１〜１０重量部である。この範囲にあると、光重合性不飽和モノマーの場合と同様に、光照射により樹脂は適度に硬化し、硬化しすぎることがない。また回路充填性が十分に保たれ、樹脂が回路に充填したのちにも、浸みだしが小さく抑えられるからである。

本発明の感光性接着フィルム用の接着剤に使用する高分子量成分は、フィルムの取扱い性を付与し、また接着性を確保する役割を果たしている。この高分子量成分は、官能基を含み、重量平均分子量が１０万以上で、Ｔｇが−５０〜０℃のものである。エポキシ基、カルボキシル基、水酸基などを架橋点として含むゴムを用いることができ、たとえば官能基を含有した、ＮＢＲやアクリルゴムが挙げられる。ここで、アクリルゴムとはアクリル酸エステルを主成分とするゴムであり、主として、ブチルアクリレートとアクリロニトリルなどの共重合体や、エチルアクリレートとアクリロニトリルなどの共重合体などからなるゴムである。

このようなゴムとしては、たとえば、グリシジル基含有（メタ）アクリル反復単位を０．５〜６．０重量％含む、Ｔｇが−５０℃以上で、かつ重量平均分子量が１０万以上のエポキシ基含有アクリル共重合体が挙げられ、帝国化学産業株式会社から市販されている、グリシジルメタクリレートを３重量％含有する、商品名：ＨＴＲ−８６０Ｐ３ＤＲ（Ｃ）を使用することができる。

また、官能基モノマーとして用いるグリシジルアクリレートまたはグリシジルメタクリレートのエポキシ基含有アクリル共重合体への配合比は、耐熱性を確保するために、０．５重量％以上が好ましく、ゴム添加量を低減し、ワニス固形分比を上げるために６．０重量％以下が好ましい。この範囲にあると、分子量が高いにもかかわらず、接着剤ワニスの粘度が適度に保たれ、それにより、フィルム化を容易に行うことができる。したがって、粘度低下を目的とする溶剤の使用を必要とせず、接着剤ワニスの固形分を適切量に維持できるので、生産効率が良好である。

共重合体中のグリシジル基含有（メタ）アクリル反復単位以外の反復単位として、エチルもしくはブチル（メタ）アクリル反復単位、またはこれらの混合物であることができる。混合物における各組成の混合比は、共重合体のＴｇを考慮して決定する。共重合体のＴｇは−５０〜０℃であることが必要である。Ｔｇがこの範囲にあると、Ｂステージ状態での接着フィルムのタック性が適性範囲に収まり、取扱性が良好に維持できるとともに、室温での可撓性が十分にあるので、フィルムの取り扱いに際して破断しにくくなる。重合方法はパール重合、溶液重合などが挙げられ、これらにより得ることができる。

本発明の高分子量成分の重量平均分子量は、１０万以上が必要である。重量平均分子量が１０万以上であると、シート状またはフィルム状での強度や可撓性が高く、タック性の増大を防止できる。しかし、分子量が大きくなるにつれて、フロー性が小さくなり、配線の回路充填性が低下してくるので、高分子量成分の重量平均分子量は、２００万以下であることが好ましい。なお、本発明において、重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーによって、標準ポリスチレンの検量線を用いて測定したものである。

上記高分子量成分の配合量は、エポキシ樹脂と硬化剤の合計１００重量部に対して、１０〜３００重量部である。高分子量成分の配合量がこの範囲にあると、弾性率が低減し、成形時のフロー性も付与されるとともに、フィルムを貼り付ける際の貼付荷重が小さい場合であっても、流動性および回路充填性が十分に保たれるからである。より好ましくは、４０〜８０重量部である。

本発明の感光性接着フィルム用の接着剤には、異種材料間の界面結合をよくするために、カップリング剤を配合することもできる。カップリング剤としては、シラン系カップリング剤、チタネート系カップリング剤、アルミニウム系カップリング剤が挙げられ、その中でもシランカップリング剤が好ましい。配合量は、添加による効果や耐熱性およびコストから、エポキシ樹脂および樹脂硬化剤の総量１００重量部に対し、０．１〜１０重量部を配合するのが好ましい。

シラン系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−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−ウレイド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などが挙げられる。これらのシラン系カップリング剤は、日本ユニカー株式会社から、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランとして商品名：ＮＵＣ Ａ−１８７、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシランとして商品名：ＮＵＣ Ａ−１８９、γ−アミノプロピルトリエトキシシランとして商品名：ＮＵＣ Ａ−１１００、γ−ウレイドプロピルトリエトキシシランとして商品名：ＮＵＣ Ａ−１１６０、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として商品名：ＮＵＣ Ａ−１１２０が、各々市販されている。

さらに、本発明の感光性接着フィルム用の接着剤には、イオン性不純物を吸着して吸湿時の絶縁信頼性をよくするために、イオン捕捉剤を配合することができる。イオン捕捉剤の配合量は、添加による効果や耐熱性、コストを考慮して、エポキシ樹脂、樹脂硬化剤および高分子成分の合計１００重量部に対し、１〜１０重量部が好ましい。イオン捕捉剤としては、銅がイオン化して溶け出すのを防止するための銅害防止剤として知られる化合物、たとえば、トリアジンチオール化合物、ビスフェノール系還元剤を配合することもできる。

ビスフェノール系還元剤としては、２，２′−メチレン−ビス−（４−メチル−６−第３−ブチルフェノール）、４，４′−チオ−ビス−（３−メチル−６−第３−ブチルフェノール）などが挙げられる。トリアジンチオール化合物を成分とする銅害防止剤は、三協製薬株式会社から、商品名：ジスネットＤＢとして、ビスフェノール系還元剤を成分とする銅害防止剤は、吉富製薬株式会社から、商品名：ヨシノックスＢＢとして、市販されている。また、無機イオン吸着剤を配合することもでき、ジルコニウム系化合物、アンチモンビスマス系化合物、マグネシウムアルミニウム系化合物などが挙げられる。無機イオン吸着剤は、東亜合成化学工業株式会社から、商品名：ＩＸＥとして市販されている。

さらに、本発明の感光性接着フィルム用の接着剤には、接着剤の取扱性の向上、熱伝導性の向上、溶融粘度の調整、チクソトロピック性の付与などを目的として、無機フィラーを配合することが好ましい。無機フィラーとしては、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、アルミナ、窒化アルミニウム、ほう酸アルミウイスカ、窒化ホウ素、結晶性シリカ、非晶性シリカ、アンチモン酸化物などが挙げられる。

熱伝導性向上を目的として無機フィラーを使用する場合は、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、結晶性シリカ、非晶性シリカなどが好ましい。溶融粘度の調整やチクソトロピック性の付与の目的には、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、アルミナ、結晶性シリカ、非晶性シリカなどが好ましい。また、耐湿性を向上させるためには、アルミナ、シリカ、水酸化アルミニウム、アンチモン酸化物が好ましい。

無機フィラーの配合量は、エポキシ樹脂、樹脂硬化剤および高分子成分の合計１００体積部に対して、１〜２０体積部が好ましい。フィラー配合量がこの範囲にあると、配合の効果が得られるとともに、フィラー配合にともなう接着剤の貯蔵弾性率の上昇、接着性の低下、ボイド残存による電気特性の低下などの問題を回避できるからである。

乾燥後の接着剤の硬化度は、示差走査型熱容量測定装置（ＤＳＣ：Differential Scanning Calorimeter、デュポン社製９１２型ＤＳＣ）を用いて、昇温速度１０℃／分の条件で測定した場合、硬化度０〜４０％、すなわち全硬化発熱量の０〜４０％の発熱を終えた状態、であることが好ましい。

本発明の感光性接着フィルムは、片面に光照射して、光照射した面の流動性を低くする必要がある。なお、接着フィルムの各面の流動性を個別に測定することは難しいが、タック強度でそれぞれの面の流動性を代表させることができる。タック強度は、ＪＩＳＺ０２３７−１９９１に準じたプローブタックテスタ（株式会社レスカ製タックテスタ）を用い、プローブ径５．１mm、接触早さ２mm／秒、引き剥がし速さ１０mm／秒、接触荷重１００gf/cm²、接触時間１秒で評価する。接着フィルムの光照射した面のタック強度は、光照射しないもう一方の面のタック強度の０．０１〜０．９５倍が好ましく、０．０１〜０．５倍がより好ましい。

本発明の感光性接着フィルム用の接着剤の残存溶媒量は、６重量％以下であることが好ましい。また、半導体チップと配線基板であるインターポーザとの熱膨張係数の差によって発生する熱応力を緩和させる効果として、接着フィルムの貯蔵弾性率が重要な特性である。貯蔵弾性率は、接着フィルムに用いる接着剤の硬化物を動的粘弾性測定装置で測定して得ることができ、２５℃で２０〜２０００MPa、２６０℃で３〜５０MPaであることが好ましい。なお、貯蔵弾性率の測定は、接着剤硬化物に引張り荷重をかけて、周波数１０Hz、昇温速度５〜１０℃／分で−５０℃から３００℃まで測定する温度依存性測定モードで行う。貯蔵弾性率が、各温度で上記範囲にあると、半導体チップと配線基板であるインターポーザとの熱膨張係数の差によって発生する熱応力を緩和させる効果が確保でき、また、接着剤の取扱性や接着剤層の厚み精度も問題がなく、リフロークラックの発生を抑えることができる。

本発明の感光性接着フィルム用の接着剤は、接着剤をキャリアフィルム上に形成させて得ることができる。たとえば、接着剤を構成する各成分を溶剤に溶解または分散させてワニスとし、このワニスをキャリアフィルム上に塗布後、加熱して、溶剤を除去することにより、接着剤層をキャリアフィルム上に形成することができる。キャリアフィルムとしては、ポリテトラフルオロエチレンフィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム、離型処理したポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリメチルペンテンフィルム、ポリイミドフィルムなどのプラスチックフィルムを使用することができる。

本発明で用いるキャリアフィルムとしては、市販の製品を利用でき、たとえば、ポリイミドフィルムは、東レ・デュポン株式会社から商品名：カプトンとして、鐘淵化学工業株式会社から商品名：アピカルとして、市販されている。またポリエチレンテレフタレートフィルムは、東レ・デュポン株式会社から商品名：ルミラーとして、帝人株式会社から商品名：ピューレックスとして、市販されている。

ワニス化するための溶剤は、メチルエチルケトン、アセトン、メチルイソブチルケトン、２−エトキシエタノール、トルエン、ブチルセルソルブ、メタノール、エタノール、２−メトキシエタノールなどを用いることができる。また、塗膜性を向上するなどの目的で、高沸点溶剤を加えても良い。高沸点溶剤としては、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、メチルピロリドン、シクロヘキサノンなどが挙げられる。

ワニスの製造は、無機フィラーの分散を考慮して、らいかい機、３本ロールもしくはビーズミルなどを用いて、またはこれらを組み合わせて行なうことができる。フィラーと低分子量物をあらかじめ混合した後、高分子量物を配合することにより、混合に要する時間を短縮することも可能になる。また、ワニスとした後、真空脱気によりワニス中の気泡を除去することが好ましい。

接着剤層、すなわち感光性接着フィルムの厚みは、１０〜２００μm が好ましいが、これに限定されるものではない。接着剤層の厚みがこの範囲にあると、応力緩和効果が保たれ、コスト競争力にも優れる。

本発明の感光性接着フィルムは、コア材の両方の面に接着剤層を積層したものであってもよい。コア材の厚みは５〜２００μm の範囲内であることが好ましいが、これに限定されるものではない。コア材の両面に形成される接着剤の厚みは、各々１０〜２００μm の範囲が好ましい。この範囲にあると、応力緩和効果が保たれ、コスト競争力にも優れる。

本発明でコア材に用いられるフィルムとしては、耐熱性ポリマ、液晶ポリマ、またはフッ素系ポリマなどを用いる耐熱性熱可塑フィルムが好ましく、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン、全芳香族ポリエステル、ポリテトラフルオロエチレン、エチレンテトラフルオロエチレンコポリマー、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレンコポリマー、テトラフルオロエチレン−ペルフルオロアルキルビニルエーテルコポリマーなどが好適に用いられる。また、コア材は、接着フィルムの弾性率を低減させるために多孔質フィルムを用いることもできる。ただし、軟化点温度が２６０℃未満の熱可塑性フィルムをコア材として用いた場合は、はんだリフロー時などの高温時に接着剤との剥離を起こす場合があるので、気を付ける必要がある。

ポリイミドフィルムは、宇部興産株式会社から商品名：ユーピレックスとして、東レ・デュポン株式会社から商品名：カプトンとして、鐘淵化学工業株式会社から商品名：アピカルとして、各々市販されている。ポリテトラフルオロエチレンフィルムは、三井・デュポンフロロケミカル株式会社から商品名：テフロンとして、ダイキン工業株式会社から商品名：ポリフロンとして、各々市販されている。エチレンテトラフルオロエチレンコポリマーフィルムは、旭硝子株式会社から商品名：アフロンＣＯＰとして、ダイキン工業株式会社から商品名：ネオフロンＥＴＦＥとして、各々市販されている。テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレンコポリマーフィルムは、三井・デュポンフロロケミカル株式会社から商品名：テフロンＦＥＰとして、ダイキン工業株式会社から商品名：ネオフロンＦＥＰとして、テトラフルオロエチレン−ペルフルオロアルキルビニルエーテルコポリマーフィルムは、三井・デュポンフロロケミカル株式会社から商品名：テフロンＰＦＡとして、ダイキン工業株式会社から商品名：ネオフロンＰＦＡとして、市販されている。液晶ポリマフィルムは、株式会社クラレから商品名：ベクトラとして、さらに、多孔質ポリテトラフルオロエチレンフィルムは、住友電気工業株式会社から商品名：ポアフロンとして、ジャパンゴアテックス株式会社から商品名：ゴアテックスとして、市販されている。

本発明の感光性接着フィルムを備えた半導体搭載用配線基板に用いる配線基板には、セラミック基板や有機基板など、基板材質に限定されることなく用いることができる。セラミック基板としては、たとえば、アルミナ基板、窒化アルミ基板などを用いることができる。また、有機基板としては、ガラスクロスにエポキシ樹脂を含浸させたＦＲ−４基板、ビスマレイミド−トリアジン樹脂を含浸させたＢＴ基板、さらにはポリイミドフィルムを基材として用いたポリイミドフィルム基板などを用いることができる。

配線の形状としては、片面配線、両面配線、多層配線いずれの構造でもよく、必要に応じて電気的に接続された貫通孔、非貫通孔を設けてもよい。さらに、配線が半導体装置の外部表面に現われる場合には、保護樹脂層を設けることが好ましい。

接着フィルムを配線基板へ張り付ける方法としては、接着フィルムを所定の形状に切断し、その切断した接着フィルムを配線基板の所望の位置に、光照射した面が配線板に接するように配設し、熱圧着する方法が一般的ではあるが、これに限定されるものではない。

半導体チップと配線基板とを接着した半導体装置は、半導体チップと配線基板の間に、接着フィルムを光照射した面が配線基板側の面になるように配設し、熱圧着することによって製造することができる。また、前記の接着フィルムを備えた半導体搭載用配線基板に半導体チップを載せ、熱圧着することもできる。半導体ウエハに接着フィルム、およびダイシングテープをラミネートした後、ウエハおよび接着フィルムをチップに切断し、その後、回路付き基板または回路付きフィルムとチップを、接着フィルムを介して接着する半導体装置の製造工程は、チップ毎の接着フィルム貼付の工程を省くことができる点で好ましい。

本発明の半導体装置の構造としては、半導体チップの電極と配線基板とがワイヤボンディングで接続されている構造、半導体チップの電極と配線基板とがテープオートメーテッドボンディング（ＴＡＢ）のインナーリードボンディングで接続されている構造などがある。

半導体チップと回路付き基板または回路付きフィルムを、接着フィルムを介して接着する半導体装置の製造工程において、熱圧着の条件は、配線板の回路を空隙を残存させないように埋め込み、十分な接着性を発現する程度の温度、荷重、時間で貼りつければよい。チップの破損を起こし難くする観点から、荷重は１９６kPa以下であることが好ましく、９８kPa以下がより好ましい。

本発明の感光性接着フィルム、これを貼着した半導体塔載用配線基板、半導体装置を図１〜３に示す。

図１（ａ）は、本発明による感光性接着フィルムを示す断面図であり、接着剤１からなる。図１（ｂ）は、本発明によるコア材２の両面に接着剤層を備えた感光性接着フィルムを示す断面図であり、コア材（耐熱性熱可塑フィルム）２の両面に接着剤１が積層されてなる。

図２（ａ）は、図１（ａ）に示した感光性接着フィルムを用いた半導体搭載用配線基板を示す断面図であり、配線３を備えた配線基板４に感光性接着フィルムを配設してなる。図２（ｂ）は、図１（ｂ）に示した感光性接着フィルムを用いた半導体搭載用配線基板を示す断面図であり、配線３を備えた配線基板４に感光性接着フィルムを配設してなる。

図３（ａ）は、図１（ａ）に示した感光性接着フィルムを用いて半導体チップ５と配線基板を接着させ、半導体チップのパッドと基板上の配線とをボンディングワイヤ６で接続し、封止用樹脂７で封止して外部接続端子８を設けた半導体装置の断面図であり、図３（ｂ）は、図１（ｂ）に示した感光性接着フィルムを用いて半導体チップ５と配線基板を接着させ、半導体チップのパッドと基板上の配線とをボンディングワイヤ６で接続し、封止用樹脂７で封止して外部接続端子８を設けた半導体装置の断面図である。また、図３（ｃ）は、図１（ａ）に示した感光性接着フィルムを用いて半導体チップ５と配線基板を接着させ、半導体チップ５のパッドに基板のインナーリード６′をボンディングし、封止用樹脂７で封止して外部接続端子８を設けた半導体装置の断面図であり、図３（ｄ）は、図１（ｂ）に示した感光性接着フィルムを用いて半導体チップ５と配線基板を接着させ、半導体チップ５のパッドに基板のインナーリード６′をボンディングし、封止用樹脂７で封止して外部接続端子８を設けた半導体装置の断面図である。

感光性接着フィルムは、いずれも配線基板に接する面が光照射した面になるようにする。図１（ａ）に示すように、フィルム状の接着剤単層のみからなる接着フィルムでも、図１（ｂ）に示すように、コア材の両面に接着剤を備えた接着フィルムであっても良く、図２（ａ）、（ｂ）に示す配線を形成した配線基板の配線側に、所定の大きさに切り抜いた接着フィルムを熱圧着して接着フィルムを備えた半導体搭載用配線基板を得ることができる。また、接着フィルムを挟む形で配線基板と半導体チップ５を熱圧着し、加熱して接着フィルムの接着剤層を硬化させた後、図３（ａ）、（ｂ）では、半導体チップのパッドと配線基板上の配線とをボンディングワイヤで接続し、図３（ｃ）、（ｄ）では、半導体チップのパッドと基板のインナーリードとをボンディングして、封止用樹脂で封止、外部接続端子であるはんだボールを設けて半導体装置を得ることができる。また、図２に示した半導体搭載用配線基板や図３に示した半導体装置のように、配線基板に接する接着剤の接着後の厚さが配線基板の回路厚より厚い場合は、十分な回路充填性を得ることができる点で好ましい。

本発明の接着フィルムを用いて半導体チップと配線基板を接着させた半導体装置は、耐リフロー性、温度サイクルテスト、耐湿性（耐ＰＣＴ性）などに優れていた。さらに接着剤の可使期間が長く、２５℃で３ヶ月保管後のものを用いて作製した半導体装置も、初期とほぼ同等の特性を示していた。

以下に本発明を実施例を用いて具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。

（接着剤ワニス）
エポキシ樹脂として、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（エポキシ当量１７５、東都化成株式会社製、商品名：ＹＤ−８１２５）４５重量部とクレゾールノボラック型エポキシ樹脂（エポキシ当量２１０、東都化成株式会社製、商品名：ＹＤＣＮ−７０３）１５重量部、エポキシ樹脂の硬化剤として、フェノールノボラック樹脂（大日本インキ化学工業株式会社製、商品名：プライオーフェンＬＦ２８８２）４０重量部、エポキシ基含有アクリル共重合体として、エポキシ基含有アクリルゴム（分子量１００万、グリシジルメタクリレート３重量％、Ｔｇ−７℃、帝国化学産業株式会社製、商品名：ＨＴＲ−８６０Ｐ−３ＤＲ（Ｃ））７５重量部、光硬化開始剤（チバガイギー株式会社製、商品名：イルガキュア６５１）０．３重量部、多不飽和アクリレートとして、ジペンタエリトリトールヘキサアクリレート（日本化薬株式会社製、商品名：ＤＰＣＡ）４重量部、硬化促進剤（四国化成工業株式会社製、商品名：２ＰＺ−ＣＮ）０．５重量部からなる組成物に、メチルエチルケトンを加えて撹拌混合し、真空脱気して接着剤ワニスを得た。この接着剤ワニスを、厚さ７５μm の離型処理したポリエチレンテレフタレートフィルム上に塗布し、１４０℃で５分間加熱乾燥して、膜厚が８０μm の塗膜とし、接着フィルムを作製した。

露光機で、上記の接着フィルムの片面に、３００mJ/cm² の紫外線を照射した。光照射した面ともう一方の光照射していない面のタック強度を、ＪＩＳＺ０２３７−１９９１に準じたプローブタックテスタ（株式会社レスカ製タックテスタ）を用い、プローブ径５．１mm、接触早さ２mm／秒、引き剥がし速さ１０mm／秒、接触荷重１００gf/cm²、接触時間１秒の条件で評価した。光照射した面のタック強度は３０gfであり、もう一方の光照射していない面のタック強度は１００gfであった。

この片面を光照射した接着フィルムを、１７０℃で１時間加熱硬化させて、その貯蔵弾性率を動的粘弾性測定装置（レオロジ社製、ＤＶＥ−Ｖ４）を使用し、長さ２０mm、幅４mm、膜厚８０μmの試験片を用いて、昇温速度５℃／分、引張りモード１０Hz、自動静荷重の条件で測定した。貯蔵弾性率は、２５℃で６００MPa、２６０℃で５MPaであった。

なおこの状態での接着剤の硬化度は、ＤＳＣ（デュポン社製９１２型ＤＳＣ）を用いて、昇温速度１０℃／分で測定したところ、全硬化発熱量の２０％の発熱を終えた状態であった。残存溶媒量は、１．４重量％であった。

得られた接着フィルムを用いて、半導体チップと厚み２５μmのポリイミドフィルムを基材に用いた配線基板とを、表１に示した温度、圧力の条件で５秒間熱圧着し、１７０℃で１時間加熱して接着フィルムの接着剤を硬化させて貼り合せた半導体装置サンプル（片面にはんだボールを形成）を作製した。このとき、実施例１、２については、接着フィルムのうち光照射した面が回路付き基板に接するようにした。また、比較例１については光照射した面が半導体チップに接するようにした。また比較例２は光照射しなかったものである。

この半導体装置サンプルについて、耐熱性、耐湿性、発泡の有無を調べた。その結果を表１に示す。なお、各特性の評価方法は、以下のとおりである。

耐熱性の評価は、耐リフロークラック性と耐温度サイクル性で行った。
耐リフロークラック性の評価は、サンプル表面の最高温度が２４０℃で、この温度を２０秒間保持するように温度設定したＩＲリフロー炉にサンプルを通したのち、室温で放置して冷却する、加熱冷却サイクルを２回繰り返したサンプル中に発生するクラックを目視と超音波顕微鏡で観察した。クラックの発生していないものを○、発生していたものを×とした。また、耐温度サイクル性は、サンプルを−５５℃雰囲気に３０分間放置し、その後１２５℃の雰囲気に３０分間放置する工程を１サイクルとして、１０００サイクル経過後のサンプルにおける剥離やクラックなどの破壊の発生を、超音波顕微鏡を用いて観察した。剥離やクラックなどの破壊が発生していないものを○、発生したものを×とした。

耐湿性評価は、サンプルを温度１２１℃、湿度１００％、２気圧の雰囲気（プレッシャークッカーテスト：ＰＣＴ処理）で７２時間処理後に、目視で剥離を観察することにより行った。接着フィルムの剥離の認められなかったものを○、剥離のあったものを×とした。

発泡の有無は、上記方法で作製した半導体装置サンプルについて、超音波顕微鏡を用いて確認し、接着フィルムに発泡が認められなかったものを○、発泡のあったものを×とした。また、埋め込み性の評価は、作製した半導体装置サンプルにおける接着剤の回路への埋め込み性を、光学顕微鏡を用いて確認した。可使期間の評価は、接着フィルムを２５℃で３ヶ月保管したものを用いて半導体装置サンプルを作製し、埋め込み性を確認した。配線基板に設けられた回路との間に空隙がなかったものを○、空隙が認められたものを×とした。

貫通孔、端部からの樹脂浸みだし性は、光学顕微鏡を用いて樹脂の浸みだしを確認し、浸みだしがないものを○、浸みだしがあるものを×とした。

表１に示す結果から明らかなように、本発明の接着フィルムを使用して作製した半導体装置は、樹脂浸みだし性、耐熱性、耐湿性が、比較例に比べて、著しく向上している。

以上説明したように、本発明の感光性接着フィルムは、低い荷重で接着しても回路の埋め込み性が良好であり、貫通孔、端部からの樹脂の浸みだしがない。また耐熱性、耐湿性が良好である。これらの効果により、優れた信頼性を発現する半導体装置に必要な接着材料を効率良く提供することができる。

（ａ）は本発明による接着剤単層からなる接着フィルムを示す断面図、（ｂ）は本発明によるコア材の両面に接着剤を備えた接着フィルムを示す断面図である。 （ａ）は本発明による接着剤単層からなる接着フィルムを用いた半導体搭載用配線基板を示す断面図、（ｂ）は本発明によるコア材の両面に接着剤を備えた接着フィルムを用いた半導体搭載用配線基板を示す断面図である。 （ａ）は本発明による接着剤単層からなる接着フィルムを用いて半導体チップと配線基板を接着させ、半導体チップのパッドと基板上の配線とをボンディングワイヤで接続した半導体装置の断面図、（ｂ）は本発明によるコア材の両面に接着剤を備えた接着フィルムを用いて半導体チップと配線基板を接着させ、半導体チップのパッドと基板上の配線とをボンディングワイヤで接続した半導体装置の断面図、（ｃ）は本発明による接着剤単層からなる接着フィルムを用いて半導体チップと配線基板を接着させ、半導体チップのパッドに基板のインナーリードをボンディングした半導体装置の断面図、（ｄ）は本発明によるコア材の両面に接着剤を備えた接着フィルムを用いて半導体チップと配線基板を接着させ、半導体チップのパッドに基板のインナーリードをボンディングした半導体装置の断面図である。

符号の説明

１ 接着剤
２ コア材（耐熱性熱可塑フィルム）
３ 配線
４ 配線基板
５ 半導体チップ
６ ボンディングワイヤ
６′インナーリード
７ 封止用樹脂
８ 外部接続端子

Claims (3)

1. 感光性接着フィルムの第一の面に配線回路付き基板または回路付きフィルムを接着し、前記第一の面に対向する第二の面に半導体チップを搭載した半導体装置であって、
   前記感光性接着フィルムは、重量平均分子量が５０００未満のエポキシ樹脂と、重量平均分子量が１０万〜２００万でＴｇが−５０〜０℃であるエポキシ基を含むアクリルゴムと、光硬化開始剤と、光重合性不飽和モノマーとしてジペンタエリトリトールヘキサクリレートとを含む接着剤から形成され、
   前記接着剤の硬化物は、２５℃で２０〜２０００MPa、２６０℃で３〜５０MPaの貯蔵弾性率を有し、かつ
   前記感光性接着フィルムは、前記第一の面のみが光照射され、光照射されない前記第二の面のタック強度に対する前記光照射された第一の面のタック強度の比が０．０１〜０．５０であるフィルムであり、
   前記半導体チップが、前記感光性接着フィルムの光照射されない前記第二の面に搭載され、
   前記回路付き基板または回路付きフィルムが、前記感光性接着フィルムの前記光照射された第一の面に接着されている半導体装置。
2. 感光性接着フィルムであって、
   重量平均分子量が５０００未満のエポキシ樹脂と、重量平均分子量が１０万〜２００万でＴｇが−５０〜０℃であるエポキシ基を含むアクリルゴムと、光硬化開始剤と、光重合性不飽和モノマーとしてジペンタエリトリトールヘキサクリレートとを含む接着剤から形成され、
   前記接着剤の硬化物は、２５℃で２０〜２０００MPa、２６０℃で３〜５０MPaの貯蔵弾性率を有し、かつ
   前記感光性接着フィルムは、第一の面のみが光照射されて使用されるものであり、光照射されない第二の面のタック強度に対する光照射後の前記第一の面のタック強度の比が０．０１〜０．５０となるように適合された感光性接着フィルムを準備する工程と、
   前記感光性接着フィルムの前記第一の面を光照射し次いで前記第二の面に半導体ウェハをラミネートする工程、又は前記感光性接着フィルムの前記第二の面に半導体ウェハをラミネートし次いで前記第一の面を光照射する工程と、
   前記ラミネートした前記半導体ウェハと前記感光性接着フィルムとを半導体チップザイズに切断する工程と、
   前記感光性接着フィルムの前記光照射した第一の面に回路付き基板または回路付きフィルムとを接着する工程と、
   を含む半導体装置の製造方法。
3. 感光性接着フィルムであって、
   重量平均分子量が５０００未満のエポキシ樹脂と、重量平均分子量が１０万〜２００万でＴｇが−５０〜０℃であるエポキシ基を含むアクリルゴムと、光硬化開始剤と、光重合性不飽和モノマーとしてジペンタエリトリトールヘキサクリレートとを含む接着剤から形成され、
   前記接着剤の硬化物は、２５℃で２０〜２０００MPa、２６０℃で３〜５０MPaの貯蔵弾性率を有し、かつ
   前記感光性接着フィルムは、第一の面のみが光照射されて使用されるものであり、光照射されない第二の面のタック強度に対する光照射後の前記第一の面のタック強度の比が０．０１〜０．５０となるように適合された感光性接着フィルムを準備する工程と、
   前記感光性接着フィルムの第二の面に半導体ウェハを、前記第一の面にテープまたはダイシングテープをラミネートする工程と、
   前記ラミネートした前記半導体ウェハと前記感光性接着フィルムとテープ若しくはダイシングテープとを半導体チップザイズに切断し、次いで前記テープ若しくはダイシングテープを通して前記感光性接着フィルムの前記第一の面を光照射する工程、又は前記テープ若しくはダイシングテープを通して前記感光性接着フィルムの前記第一の面を光照射し、次いで前記ラミネートした前記半導体ウェハと前記感光性接着フィルムとテープ若しくはダイシングテープとを半導体チップザイズに切断する工程と、
   前記テープまたはダイシングテープを剥離する工程と、
   前記光照射した感光性接着フィルムの第一の面に回路付き基板または回路付きフィルムを接着する工程と、
   を含む半導体装置の製造方法。

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