JPH0311756A - 半導体表面保護用樹脂組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野１ 本発明は、半導体集積回路を封止する前の工程における
半導体表面保護膜形成に使用する樹脂組成物に関する。

［従来の技術］ 基板ヘボンディングされたトランジスターｒｃ、ＬＳＩ
等半導体素子（チップ）を水分、熱、温度、衝撃、その
他の外部的要因から、物理的、化学的に保護し、チップ
の特性劣化を防ぐため封止（パッケージング）が行われ
る。

封止方法には、大別して二つの方法がとられており、そ
の一つはセラミックス、金属で封止される気密封止であ
り、他の一つは主としてトランスファー成形による樹脂
封止である。

最近は、生産性の高さと低コストのため樹脂封止が主流
となっている。

一方、半導体素子の表面は雰囲気の湿度や不純物に非常
に敏感で、活性であるため半導体素子の表面をシリコン
酸化膜やシリコンナイトライド膜等の無機パッシベーシ
ョン膜で半導体表面の不活性化を図っている。

しかし、近年、半導体素子の集積度の向上とチップサイ
ズの大型化、そしてパッケージの小型化等の影響で、半
導体表面をさらに保護する膜形成の要求が高まってきた
。このため、有機材料であるポリイミド等で無機パッシ
ベーション膜の上にさらに保護する有機パッシベーショ
ン膜を形成し、信頼性を向上させる試みがなされている
。

これらの工程の後、前述の封止材により、パッケージを
形成することが一般化してきている。

［発明が解決しようとする課題１ 本発明は、上記の有機パブシベーション膜を形成する樹
脂組成物に関するものであるが、従来は特開昭５８−２
１８１２７に開示されている様に無機質充填材を含有し
ていないため、この場合、樹脂硬化時の収縮応力が問題
となり、下層の無機パッシベーション膜および、上層の
封止層との密着性や応力による素子へ悪影響を及ぼすこ
とがあった。

とはいっても、特開昭５０−１０３４０に開示されてい
る様な従来の封止用樹脂組成物、すなわち粉砕石英ガラ
ス扮、ジルコン扮、アルミナ粉を含有する樹脂組成物を
使用した場合、半導体素子、無機パッシベーション膜の
表面に破砕粉末の角により傷をつけ、そこに応力が集中
し、クラックを発生させ、本来要求される高信頼性に反
するものになったりする。

また、特開昭６０−１１５６４１に開示されている溶融
シリカを含有したものや、特開昭６２−８７４０９や特
平昭１−１２６２１５に開示されている粒径が粗く、粒
度分布が広い合成シリカを含有する封止用樹脂組成物を
使用した場合、樹脂組成物のレオロジーをコントロール
することは不可能である。

これらの組成物の充填材を現在の分級技術により分級し
ても粒度分布を厳密に整えることはできず、樹脂組成物
の粘度、チクソ性の再現性を得ることはできない。

従来の充填材を含有していない有機パッシベーション膜
用樹脂組成物では、均一でしかも厚い膜の形成は困難で
、膜の周辺部のたれ、成膜上のピンホールの発生があり
、これらをなくすための膜形成時の粘度、チクソ性の限
定や制限、さらに硬化収縮時の応力発生のため膜厚とし
て、５〜１ＯＪｊ　Ｉｌｌが限界であり、それ以上の膜
厚を形成することは困難であった。

［課題を解決するための手段１ 本発明者は、上記の問題点を解決すべく、有機パッシベ
ーション膜を形成する樹脂組成物を検討した結果１粒径
０．０１−１０μｍの高純度球状シリカ微粒子と樹脂と
からなる半導体表面保護膜用樹脂組成物を見出した。

本発明の樹脂組成物内に入れ使用される高純度球状シリ
カは次の様なゾルゲル法にて造られる。

すなわち、 Ｓｉ　（ＯＲ１，又はｆＲ０１３Ｓｉ［ＱＳｉｆＯＲ’
）ｚｌ、、０５ｔｆＯＲ”１３（Ｒ，Ｒ’、Ｒ”　：ア
ルキル基、ｎ　＝　０．１．　、ｌ！＋＋＋−１で表わ
されるアルキルシリケート、特にアルキルシリケートの
反応性、工業規模での人手の容易さ等からアルキル基の
炭素数は１〜３のアルキルシリケー　ト、すなわちメチ
ルシリケート、エチルシリケート、プロピルシリケート
等を有機溶剤に溶解させた後、それを温度一定条件下に
て撹拌しながら、アンモニア水、アンモニウム塩、有機
アミン類等を触媒にして加水分解し、ゾル状態を経てゲ
ル体が形成されるものである。この際、アルキルシリケ
ートを溶解させる有機溶剤はアルキルシリケートを溶解
するものであれば良（、脂肪族炭化水素および芳香族炭
化水素のほとんどの化合物が使用できる。そのうちでも
更に好ましくは、水と任意の混合割合でも溶解し合う有
機溶剤で炭素数１〜５のアルキルアルコールおよびケト
ン類で、メタノール、エタノール、プロパツール等のア
ルコールおよびアセトン等である。

アルキルシリケートに対するアンモニア水の添加混合割
合は、目的の球状シリカ粒子の大きさ、あるいはその他
の加水分解条件によって変わりつるが、単分散性の良好
な球状シリカ粒子が得られるのは、アルキルシリケート
に対し、アンモニア水に含まれる水が加水分解に必要な
化学量論の等量以上混合される様にする。

この様にゾルゲル法にて造られる高純度球状シリカは、
粒子径が揃っているのが特徴で、粒子径の変動係数（Ｇ
　／　ｄ　ｓｏ）　Ｘ　　１００は２０％以下で、いわ
ゆる単分散性の優れた球状シリカである。

また、加水分解条件により、粒度分布を持つ球状シリカ
も造れるが、この様な多分散の球状シリカも本発明には
使用することができる。しかし。

単分散性の優れた球状シリカの方が樹脂に含有された組
成物の粘度やチクソ性を再現よく調整することがより容
易にできるため、有機パッシベーション膜用の樹脂組成
物に含有されて充填材の粒度分布を持たす場合、いくつ
かの粒径の単分散球状シリカを混合して、その結果とし
て粒度分布を持たす方がよい。

アルキルシリケートの加水分解後のゲル体の高純度球状
シリカを分離、乾燥し、本発明の樹脂組成物の充填材と
して供してもよいし、シリカ表面の水または水酸基を軽
減するために、５００〜１４００℃程度で加熱処理した
ものを充填材として使用してもよい。また、充填材の使
用状況により、有機シラン系等の表面処理を施して充填
材として使用してもよい。

この様にして造られたゲル状態、および仮焼後の球状シ
リカは、真球度が高く、そのため、その粒子の大きさが
微細であるにもかかわらず、各粒子は一次粒子状態で存
在し、凝集状態をほとんど呈さないで単独粒として安定
に樹脂内に均一に良好に分散する。

そして、有機パッシベーション膜用の樹脂組成物の粘性
や流動性に関係する粘度やチクソ性の制御が容易となり
、半導体の表面保護に良好な結果をもたらす。

また、市販のアルキルシリケートを原料として使用する
か、さらに純化することにより、ソフトエラーの原因と
なるα線発生源であるウラン、トリウムの含有量をそれ
ぞれ十分に０．１ｐｐｂ以下を確保できるとともに、Ｎ
ａ等のアルカリ金属の含有量も１　ｐｐｍ以下にするこ
とが可能であり、半導体表面保護用の樹脂組成物の充填
材として良材料である。

次に本発明に用いられる樹脂としては、高純度で耐熱性
、耐湿性及び接着性に優れた樹脂が好ましく、エポキシ
樹脂、ポリイミド樹脂、ポリイミド変性エポキシ樹脂あ
るいはシリコーン樹脂が用いられるが特にこれらに限定
するものではない。

また、これらの樹脂に感光性を持たせ、例えば感光性ポ
リイミド樹脂を用いてもよい。

本発明の有機パッシベーション膜用樹脂組成物は、ボン
ディングされたＩＣチップおよびウェハー状の半導体表
面に使用する。

チップの場合にはＴ　Ａ　Ｂ　（Ｔａｐｅ　Ａｕｔｏｒ
ａａｔｅｄＢｏｎｄｉｎｇ）でボンディングされたチッ
プの表面には印刷法により、またＴＡＢ若しくはワイヤ
ーボンディングされたチップの表面にはボッティング法
により有機保護膜を形成する。

また、ウェハーの場合には、印刷法若しくはスピンコー
ド法によって膜形成を行なう。

印刷法による場合は、球状シリカの含有量をｌＯ〜７０
　ｖｏ１％とし、粘度を１万〜３０万ＣＰにした樹脂組
成物を使用し、乾燥硬化後の膜厚は１０〜１００μｍの
範囲であることが好ましい。

次に、ボッティング法による場合は、球状シリカの含有
量を３〜２０　ｖｏ１％とし、粘度を１千〜数万ＣＰに
した樹脂組成物を使用し、乾燥硬化後の膜厚は数百ＬＬ
１１程度にすることが好ましい。また、スピンコード法
の場合には、球状シリカの含有量を１０　ｖｏ１％以下
で、粘度を百〜数千６Ｐにした樹脂組成物を使用し、乾
燥硬化後の膜厚は１〜１０μｍ程度にすることが好まし
い。

これらの成膜方法で球状シリカの含有量の範囲は異なる
が上記の数値未満の場合には、有機パッシベーション膜
の所定の膜厚を得ることは困難となり、また、含有量範
囲の上限の数値を越えると成膜時の作業性に困難をきた
す。

本発明の有機パッシベーション膜用樹脂組成物に含有さ
れる高純度球状シリカ微粒子の粒径は０．０ｌ−１ｏμ
Ｉの範囲で最大径ｌＯμｌのものが使用され、さらに望
ましい粒径としては０．Ｏ１〜５μＩの範囲で最大径５
μ■でなければならない。

０．０１ｕｍ未満の粒径の球状シリカでは、樹脂混合状
態での分散性が劣り、樹脂組成物の粘度やチクソ性の再
現性の良好な調整は困難である。

また、粒径が１０μｍを越えるとスピンコード法には適
した膜厚からして使用することができず、印刷法による
場合にも、レオロジーのコントロールが困難となり、成
膜された膜の解像度を使用に耐える性能にするためにも
、球状シリカの粒径は１０μｍを越えてはならず、より
望ましい粒径としては５μ■以下である。

球状シリカ微粒子と樹脂との混合の方法としては、撹拌
機、ディスパーザ−によるほか、ボールミル法がある。

本発明の樹脂組成物は、印刷法による封止にも使用する
ことができるものである。

次に、本発明に使用する球状シリカの分散性が優れてい
ることについて、不規則形状シリカと比較して述べる。

特願昭６３−３２９９７５の実施例１に開示された高純
度球状シリカは、ＳＥＭによる粒度測定の結果、平均粒
子径ｄ　ｓｏ”　０．５５ｇ　ｍ　、単分散性ａ１＝１
＋（ａ　／　ｄ　ｓｏ）　＝　１．０４であるが、これ
を水に０．００２豐ｔ％の濃度で分散させ、それをマイ
クロトラック粒度測定器により分散性を調べた結果、ｄ
　、ｏ：１．３２μｓ　、　ｄｓｏ＝３．１３μｍおよ
びｄ＊ｏ＝７．８９μｍであった。

この球状シリカに対し、同程度の粒度で形状が球状でな
く、不規則な形状のシリカを下記の様に造り分散性を比
較した。不規則形状シリカの造り方としては、３５．１
　ｇのエチルシリケート４０をアセトン５０　ｍ２と　
２５Ｏｒｐｍにて撹拌し、均一混合した。１５℃にてこ
の混合液に２８％アンモニア水１５２．７ｇを投入し加
水分解を行なった。反応時間は１時間とし、得られたス
ラリーを遠心分離処理し、８０℃にて２４時間乾燥し、
不規則形状のシリカ微粉末を得た。この微粉末のＳＥＸ
による粒度測定の結果、平均粒子径ｄ　ｓｏ＝　０．３
０ｕ　Ｉｌｌであった。これを実施例１と同様に水に濃
度口、　００２ｗｔ％で分散され、マイクロトラック粒
度測定器にて分散性を調べた結果、ｄ　＋ｏ＝２．８８
ｇｍ　、　ｄｓｏ＝７．０７ｕ　ｍ　％ｄ　９Ｇ＝　１
６．１１μｒａであった。

前述の球状シリカの結果と比較して一次粒子径としては
粒度が粗い球状シリカの方が、分散性としては数段優れ
ていることがわかる。このことは、樹脂中でも球状シリ
カの方が分散性が優れていることを物語っている。

Ｅ実施例〕 以下、本発明を実施例にて詳しく説明する。

実施例１〜２、比較例１〜２ ｄ　ｓｏ”　０−５５ｕ　ｒｅ　、　ａ　ｘ　＝　１．
０４の球状シリカＡ（前述）　、ｄ５ｏ＝２．０２ｕｍ
　、　ａｘ　＝Ｌ１６の球状シワ力Ｂおよび前述のｄ５
゜＝Ｑ、３０４ｚｎ＋の不規則形状シリカ並びにｄ、。

＝３．０μｍの溶融シリカの粉砕、分級品の４種類につ
きそれぞれ６５ｗｔ％の充填材濃度になる様に 表・ｌ 型の分子量２．２万のポリアミド酸のＮ−メチル−２ピ
ロリドン溶液（樹脂：溶剤＝　９　：　３０）に配合し
た。

この４種の樹脂組成物につき、流動性をチッソ性をもっ
て評価した。

チッソ性の測定法は、回転粘度計にて０．５ｒｐｍと１
．Ｏｒｐ■の時の粘度を測定しその値の比をもってチッ
ソ性とした。

チッソ性の測定結果を表・ｌに示す。

このチッソ性は膜形成時における膜の断面形状および解
像度に関係し、このチッソ性の値が大きい程、膜の端部
が流れにくく、均一な厚さの膜を得ることが容易となる
。

（以下余白） 実施例３、比較例３ 実施例Ｉに示した基本構造をもつポリアミド酸のＮ−メ
チル−２−ピロリドン溶液（ｔ＃４脂：溶剤＝９：３０
）に対し、平均粒径が同じ球状シリカ粉末および不規則
形状シリカ粉末の各３Ｌｏｔにつき混合比率を３水準変
えたときの樹脂組成物の粘度のバラツキを図・ｌに示す
。

球状シリカ粉末は平均粒径ｄ　Ｓｏ＝　０．５５μｌ、
単分散性ａ　ｘ　＝　１．０４の特性を有する３　Ｌｏ
ｔ及び不規則形状シリカ粉末は平均粒径ｄ６゜＝０．３
０ＬＬｍの３Ｌｏｔを樹脂溶液に配合した。

図・ｌかられかる様に粉末特性として同じＬｏｔ品であ
っても球状シリカの方が粘度のバラツキが少なく、シリ
カ粉末含有量の１％の差も再現性よく粘度の差として表
われ、有機パッシベーション膜用の樹脂組成物の粘度の
調整が容易であることがわかる。

粘度の再現性がよいことは樹脂組成物のレオロジーの管
理上優位な点の一つであるとともに、所定の樹脂組成物
の粘度を得るために、球状シリカ粉末の含有量、粒径に
よって任意に再現性よく、樹脂組成物としての配合を設
定できることになる。

実施例４ 実施例３に示したポリアミド酸の溶液に対し、平均粒径
１．３μｍ　、　ａ、　＝１．０５の球状シリカを含有
１１６３ｗｔ％になる様に配合した。この混合液の粘度
は１９２，０ＯＯＣＰで、チクソ性はｌゴであった。

スクリーンマスクの開口率７０％、スクリーン厚さ　１
２０μ眉にて膜厚７０μｍになる様にＳｉウェハー上に
スクリーン印刷した。

膜形成後、遠赤外オーブンにて、　１２０℃で３０分間
乾燥し、３００℃で１時間焼成を行ない硬化した。

その膜のＳｉウェハーに対し断面としてなす角は５０°
であり、スクリーン印刷法での膜形状としては驚異的な
値で印刷膜のたれが少ないことを示す。

また、膜の表面粗さは±７μｍであった。

更に印刷による解像度を調べた結果、５０μｍ幅のファ
インラインの印刷ができた。

［発明の効果］ 本発明の半導体表面保護用樹脂組成物により従来得られ
なかった厚い膜厚で残留応力のない有機パッシベーショ
ン膜を再現性よく得られるものである。

【図面の簡単な説明】

図・１は、平均粒径が同じ球状シリカ粉末および不規則
形状シリカ粉末の各３　Ｌｏｔにつき、混合比率を３水
準変えたときの樹脂組成物の粘度のバラツキを示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 粒径０．０１〜１０μｍの高純度球状シリカ微粒子と樹
   脂とからなる半導体表面保護用樹脂組成物。