TWI552237B - A semiconductor wafer bonding method, a semiconductor wafer bonding method, a semiconductor device manufacturing method, and a semiconductor device - Google Patents

Description

半導體晶片接合用接著材料、半導體晶片接合用接著膜、半導體裝置之製造方法、及半導體裝置

本發明係關於控制填邊形狀以使其不變成凸形狀，且可製造可靠性高之半導體裝置之半導體晶片接合用接著材料。另外，本發明係關於由該半導體晶片接合用接著材料構成之半導體晶片接合用接著膜、使用該半導體晶片接合用接著材料或該半導體晶片接合用接著膜之半導體裝置之製造方法、及藉由該半導體裝置之製造方法所得之半導體裝置。

近年來，為了應對逐漸發展之半導體裝置之小型化、高積體化，大多係使用利用具有由焊料等所構成之連接端子(凸塊)之半導體晶片之倒裝晶片封裝。

於倒裝晶片封裝中，通常係使用如下方法：將具有數個凸塊之半導體晶片藉由凸塊連接於其他半導體晶片或基板後，填充底部填料。於此種填充底部填料之方法中，於底部填料之硬化收縮時，或者於回焊試驗或冷熱循環試驗時，例如由半導體晶片與基板之間之線性膨脹係數之差等而導致應力集中於底部填料之界面等，有時會產生破裂。

因此，為了抑制破裂之產生，例如於專利文獻1中記載有，於具備半導體元件、搭載該半導體元件之基板、及用以將形成於上述半導體元件之電路形成面加以密封之密封樹脂之半導體裝置中，設置覆蓋半導體元件之外周側面之側面被覆部。覆蓋此種半導體元件之外周側面之側面被覆部通常稱為填邊。

進而於專利文獻1中記載之半導體裝置中提出，為了更加確實地抑制破裂之產生，而將側面被覆部之自電路形成面起之高度設為規定範圍。

另外，於專利文獻2中記載有，於電路基板與半導體晶片之間注入密封樹脂，同時於半導體晶片之外周側部賦予密封樹脂形成填邊部而成之特定倒裝晶片半導體封裝。於專利文獻2中記載之倒裝晶片半導體封裝中，填邊部具有如下構造，該構造係表面形成自半導體晶片之外周側部之上緣起朝向基板向外側延伸之傾斜面。

進而，於專利文獻2中記載有，傾斜面與半導體晶片之外周側部所形成之傾斜角於半導體晶片之外周側部之上緣附近為50度以下，藉此抑制或減少由應力集中所導致之破裂之產生，從而抑制半導體晶片破損。

然而，先前之方法中，問題在於形成填邊之步驟較為煩雜，或藉由形成填邊亦未充分地抑制破裂之產生。

另一方面，近年來，半導體晶片之小型化推進之同時，凸塊間之間距亦逐漸變窄，另外，半導體晶片彼此或半導體晶片與基板之間之間隙亦隨之逐漸變窄，因此問題亦在於未填充底部填料，或填充需要較長時間，或填充時易捲入空氣，而易於產生空隙。

因此，提出有例如以下預先塗佈型之安裝方法：藉由接著劑或接著膜於具有數個凸塊之晶圓上形成有凸塊之面上形成接著劑層後，將晶圓連同接著劑層一起切割而製成各個半導體晶片，再將其藉由凸塊接合於其他半導體晶片或基板；尋求一種可應用於此種預先塗佈型之安裝方法，且可充分地抑制破裂之產生之新型接著劑或接著膜。

專利文獻1：日本特開2000-40775號公報

專利文獻2：國際公開08/018557號手冊

本發明之目的在於提供一種半導體晶片接合用接著材料，其控制填邊形狀，以使其不變成凸形狀，且可製造可靠性高之半導體裝置。另外，本發明之目的在於提供一種由該半導體晶片接合用接著材料構成之半導體晶片接合用接著膜、使用該半導體晶片接合用接著材料或該半導體晶片接合用接著膜之半導體裝置之製造方法、及藉由該半導體裝置之製造方法所得之半導體裝置。

本發明係一種半導體晶片接合用接著材料，以黏彈性測量裝置測得之25℃剪切彈性模數Gr在1×10⁶Pa以上，以流變儀測得至焊料熔點的最低複數黏度η*min在5×10¹Pa‧s以下，於溫度140℃、變形量1rad、頻率1Hz下測得之複數黏度η＊(1Hz)為於溫度140℃、變形量1rad、頻率10Hz下測得之複數黏度η＊(10Hz)的0.5～4.5倍。

以下，詳細敍述本發明。

通常，使用接著劑或接著膜將預先形成接著劑層之半導體晶片接合於其他半導體晶片或基板上時，若欲形成填邊，則該填邊之剖面圖之形狀容易變成如圖2所示之凸形狀。而且，於凸形狀之填邊中，半導體晶片之側邊與填邊所成之角度容易變成70°以上。本發明者等人發現，於此種凸形狀之填邊中，應力集中於凸部而容易產生半導體晶片之剝離或破裂，另一方面，藉由形成如圖1所示之非凸形狀之填邊，可抑制應力集中而製造可靠性高之半導體裝置。

即，本發明者等人發現，藉由使半導體晶片接合用接著材料之25℃之剪切彈性模數及黏度特性處於規定範圍內，可形成非凸形狀之填邊，藉此可製造可靠性高之半導體裝置，以致完成本發明。

本說明書中，所謂凸形狀之填邊，係指於觀察填邊之剖面之情形時，端部具有如圖2中所示之倒U字狀之鼓起部之填邊。另一方面，所謂非凸形狀之填邊，係指於觀察填邊之剖面之情形時，端部沒有如圖2所示之倒U字狀之鼓起部之填邊。

再者，圖1及圖2係表示使用半導體晶片接合用接著材料3，藉由凸塊4將半導體晶片2接合於基板1上之狀態之一例之剖面圖。圖1表示形成非凸形狀之填邊之狀態，圖2表示形成凸形狀之填邊之狀態。

上述非凸形狀較佳為如圖3所示，半導體晶片之側邊與填邊所成之角度θ未達70°。

本發明之半導體晶片接合用接著材料以黏彈性測量裝置測得之25℃之剪切彈性模數Gr之下限為1×10⁶ Pa。若上述以黏彈性測量裝置測得之25℃之剪切彈性模數Gr未達1×10⁶ Pa，則所得之半導體晶片接合用接著材料容易產生褶皺，產生例如切割時於半導體晶片接合用接著材料上附著切割屑等不良情況。

上述以黏彈性測量裝置測得之25℃之剪切彈性模數Gr之較佳下限為3×10⁶ Pa，更佳下限為5×10⁶ Pa。

上述以黏彈性測量裝置測得之25℃之剪切彈性模數Gr之上限並無特別限定，但較佳上限為1×10⁸ Pa。若上述以黏彈性測量裝置測得之25℃之剪切彈性模數Gr超過1×10⁸ Pa，則有時切割時半導體晶片接合用接著材料之一部分會剝離飛出。

上述以黏彈性測量裝置測得之25℃之剪切彈性模數Gr之更佳上限為5×10⁷ Pa。

本說明書中，所謂以黏彈性測量裝置測得之25℃之剪切彈性模數Gr，係指將本發明之半導體晶片接合用接著材料製成膜狀所測定之值。上述以黏彈性測定裝置測定25℃之剪切彈性模數Gr之方法並無特別限制，例如可例舉使用動態黏彈性測定裝置DVA-200(IT Measurement公司製造)等黏彈性測定裝置，對厚600 μm、寬6 mm、長10 mm之膜進行剪切測定之方法等。

本發明之半導體晶片接合用接著材料以流變儀測得至焊料熔點之最低複數黏度η*min之上限為5×10¹ Pa‧s。若上述以流變儀測得至焊料熔點之最低複數黏度η*min超過5×10¹ Pa‧s，則接合時焊料容易被半導體晶片接合用接著材料擠壓流動，而無法獲得穩定之導通。

上述以流變儀測得至焊料熔點之最低複數黏度η*min之較佳上限為4.5×10¹ Pa‧s，更佳上限為4×10¹ Pa‧s，進而較佳之上限為3.0×10¹ Pa‧s。

上述以流變儀測得至焊料熔點之最低複數黏度η*min之下限並無特別限定，較佳下限為5×10^-1 Pa‧s。若上述以流變儀測得至焊料熔點之最低複數黏度η*min未達5×10^-1 Pa‧s，則有時接合時夾入之空隙(void)會殘留於接著劑層中。

上述以流變儀測得至焊料熔點之最低複數黏度η*min之更佳下限為1 Pa‧s。

本說明書中，所謂以流變儀測得至焊料熔點之最低複數黏度η*min，係指將本發明之半導體晶片接合用接著材料製成膜狀所測定之值。測定上述以流變儀測得至焊料熔點之最低複數黏度η*min之方法並無特別限定，例如，可例舉使用STRESSTECH(REOLOGICA公司製造)等通常之流變儀，以樣本厚600 μm、應變控制(1 rad)、頻率10 Hz、升溫速度20℃/min、測定溫度範圍自60℃起至300℃為止進行測定之方法等。

再者，上述焊料熔點係例如230～320℃之範圍之溫度。

本發明之半導體晶片接合用接著材料以溫度140℃、變形量1 rad、頻率1 Hz測定之複數黏度η*(1 Hz)為以溫度140℃、變形量1 rad、頻率10 Hz測定之複數黏度η*(10 Hz)之0.5～4.5倍。藉由具有此種複數黏度之比，本發明之半導體晶片接合用接著材料藉由接合時之加熱可由自重而形成非凸形狀之填邊，從而可提高所得半導體裝置之可靠性，另外，即便應用於切割等其他步驟中亦不會產生不良情況。

若上述複數黏度η*(1 Hz)未達上述複數黏度η*(10 Hz)之0.5倍，則接合時半導體晶片接合用接著材料之流動性會降低，產生例如妨礙凸塊之接觸等不良情況。若上述複數黏度η*(1 Hz)超過上述複數黏度η*(10 Hz)之4.5倍，則無法形成非凸形狀之填邊，若半導體晶片之側邊與填邊形成之角度變為70°以上，則應力集中於凸部，所得半導體裝置之可靠性降低。

本發明之半導體晶片接合用接著材料較佳為上述複數黏度η*(1 Hz)為上述複數黏度η*(10 Hz)之0.7倍以上，更佳為0.9倍以上，進而較佳為1.0倍以上，另外，較佳為4.3倍以下，更佳為4.0倍以下。

本說明書中，所謂複數黏度η*(1 Hz)及上述複數黏度η*(10 Hz)，係指將本發明之半導體晶片接合用接著材料製成膜狀所測定之值。測定上述複數黏度η*(1 Hz)及上述複數黏度η*(10 Hz)之方法並無特別限定，例如，可例舉使用STRESSTECH(REOLOGICA公司製造)等通常之黏度測定裝置，以樣本厚600 μm、應變控制(1 rad)、頻率1 Hz或10 Hz、溫度140℃進行測定之方法等。

於本發明之半導體晶片接合用接著材料中，達成上述範圍之剪切彈性模數及黏度特性之方法並無特別限定，例如，較佳為藉由適當調配環氧化合物、具有可與該環氧化合物發生反應之官能基之高分子化合物(以下，亦簡稱為具有可發生反應之官能基之高分子化合物)、及視需要之其他添加成分，來調整剪切彈性模數及黏度特性之方法。

其中，較佳為藉由控制環氧化合物之種類及調配量、以及具有可發生反應之官能基之高分子化合物之分子量及調配量，將半導體晶片接合用接著材料中之各成分之相互作用或分子鏈之交聯減少至極限為止。另外，於添加無機填充材料等非溶解性成分之情形時，較佳為藉由提高對環氧化合物等之親和性，或控制無機填充材料之粒徑及調配量，而抑制半導體晶片接合用接著材料中之凝聚等網狀構造之形成。

上述環氧化合物並無特別限定，例如，可列舉軟化點為150℃以下之環氧樹脂、常溫下為液體或結晶性固體之環氧樹脂等。該等環氧化合物可單獨地使用，亦可併用兩種以上。

作為上述軟化點為150℃以下之環氧樹脂，例如可列舉苯酚酚醛清漆環氧樹脂、雙酚A酚醛清漆環氧樹脂、甲酚酚醛清漆環氧樹脂、二環戊二烯苯酚酚醛清漆型環氧樹脂、聯苯苯酚酚醛清漆環氧樹脂等。其中，較佳為二環戊二烯苯酚酚醛清漆型環氧樹脂。

作為上述常溫下為液體或結晶性固體之環氧樹脂，例如可列舉雙酚A型、雙酚F型、雙酚AD型、雙酚S型等雙酚型環氧樹脂，二環戊二烯型環氧樹脂，間苯二酚型環氧樹脂，聯苯型環氧樹脂，蒽型環氧樹脂，萘型環氧樹脂、茀型環氧樹脂等。其中，較佳為蒽型環氧樹脂。

藉由含有上述具有可發生反應之官能基之高分子化合物，本發明之半導體晶片接合用接著材料之硬化物可具有韌性，表現出優異之耐衝擊性。

上述具有可發生反應之官能基之高分子化合物並無特別限定，例如可列舉具有胺基、胺酯基、亞醯胺基、羥基、羧基、環氧基等之高分子化合物等。其中，較佳為具有環氧基之高分子化合物。

藉由含有上述具有環氧基之高分子化合物，所得之半導體晶片接合用接著材料之硬化物表現出優異之韌性。即，所得之半導體晶片接合用接著材料之硬化物藉由兼備來自上述環氧化合物之優異之機械強度、耐熱性及耐濕性與來自上述具有環氧基之高分子化合物之優異之韌性，可表現出較高之接合可靠性及連接可靠性。

上述具有環氧基之高分子化合物只要為於末端及/或側鏈(側位，pendant)上具有環氧基之高分子化合物，則並無特別限定，例如，可列舉含有環氧基之丙烯酸橡膠、含有環氧基之丁二烯橡膠、雙酚型高分子環氧樹脂、含有環氧基之苯氧樹脂、含有環氧基之丙烯酸樹脂、含有環氧基之聚胺酯樹脂、含有環氧基之聚酯樹脂等。其中，由於若較多地含有環氧基，則所得之半導體晶片接合用接著材料之硬化物可表現出優異之機械強度、耐熱性、韌性等，故而較佳為含有環氧基之丙烯酸樹脂。該等具有環氧基之高分子化合物可單獨地使用，亦可併用兩種以上。

於使用上述具有環氧基之高分子化合物，尤其是含有環氧基之丙烯酸樹脂之情形時，該具有環氧基之高分子化合物之重量平均分子量之較佳上限為20萬，較佳下限為1萬。若上述重量平均分子量未達1萬，則使用半導體晶片接合用接著材料製造膜時之造膜性變得不充分，有時無法作為膜而保持形狀。若上述重量平均分子量超過20萬，則於所得之半導體晶片接合用接著材料中，有時無法達成上述範圍之剪切彈性模數與複數黏度之比。

另外，若上述重量平均分子量未達1萬，則所得之半導體晶片接合用接著材料中存在較多之低分子化合物，因此，有時於接合時變得容易產生空隙。

上述具有環氧基之高分子化合物之重量平均分子量之更佳上限為15萬，進而較佳之上限為10萬，進而更佳之上限為5萬，尤佳之上限為2萬。

上述具有環氧基之高分子化合物可單獨地使用，亦可併用具有不同重量平均分子量之兩種以上。例如，亦可併用重量平均分子量為5萬以下之高分子化合物與重量平均分子量超過5萬之高分子化合物。於該情形時，上述重量平均分子量超過5萬之高分子化合物之含量於上述環氧化合物及上述具有可發生反應之官能基之高分子化合物之合計100重量份中所佔之較佳上限為20重量份。若上述重量平均分子量超過5萬之高分子化合物之含量超過20重量份，則於所得之半導體晶片接合用接著材料中，有時上述之最低複數黏度及複數黏度之比會變得過大。

於使用上述具有環氧基之高分子化合物，尤其是含有環氧基之丙烯酸樹脂之情形時，該具有環氧基之高分子化合物之環氧當量之較佳下限為200，較佳上限為1000。若上述環氧當量未達200，則有時所得之半導體晶片接合用接著材料之硬化物會變硬，變脆。若上述環氧當量超過1000，則有時所得之半導體晶片接合用接著材料之硬化物之機械強度、耐熱性等會變得不充分。

上述具有可發生反應之官能基之高分子化合物之含量並無特別限定，但相對於上述環氧化合物100重量份之較佳下限為1重量份，較佳上限為500重量份。若上述具有可發生反應之官能基之高分子化合物之含量未達1重量份，則所得之半導體晶片接合用接著材料之硬化物產生由熱所致之應變時，有時韌性會變得不充分，接合可靠性會變差。若上述具有可發生反應之官能基之高分子化合物之含量超過500重量份，則於所得之半導體晶片接合用接著材料中，有時上述複數黏度之比會變得過大，另外，有時硬化物之耐熱性會下降。

就可達成上述之範圍之複數黏度之比之觀點而言，上述具有可發生反應之官能基之高分子化合物之含量相對於上述環氧化合物100重量份之更佳上限為400重量份。

本發明之半導體晶片接合用接著材料較佳為含有硬化劑。

上述硬化劑並無特別限定，例如可列舉胺系硬化劑、酸酐硬化劑、酚系硬化劑等，其中，較佳為酸酐硬化劑。

上述酸酐硬化劑並無特別限定，但較佳為2官能之酸酐硬化劑。上述2官能之酸酐硬化劑並無特別限定，例如可列舉鄰苯二甲酸衍生物之酸酐、順丁烯二酸酐等。

另外，作為上述硬化劑，亦可使用3官能以上之酸酐硬化劑粒子。上述3官能以上之酸酐硬化劑粒子並無特別限定，例如可列舉由偏苯三甲酸酐等3官能之酸酐所構成之粒子；焦蜜石酸二酐(pyromellitic anhydride)、二苯甲酮四甲酸酐(benzophenonetetracarboxylic anhydride)、甲基環己烯四甲酸酐、聚壬二酸酐(polyazelaic yanhydride)等4官能以上之酸酐所構成之粒子等。

上述3官能以上之酸酐硬化劑粒子之平均粒徑並無特別限定，但較佳下限為0.1 μm，較佳上限為5 μm。若上述3官能以上之酸酐硬化劑粒子之平均粒徑未達0.1 μm，則有時會產生硬化劑粒子之凝聚，半導體晶片接合用接著材料增黏，無法形成凸形狀之填邊。若上述3官能以上之酸酐硬化劑粒子之平均粒徑超過5 μm，則於所得之半導體晶片接合用接著材料中，有時硬化時硬化劑粒子無法充分地擴散，而硬化不良。

於本發明之半導體晶片接合用接著材料含有上述硬化劑之情形時，上述硬化劑之含量並無特別限定，相對於上述環氧化合物及上述具有可發生反應之官能基之高分子化合物之合計100重量份之較佳下限為5重量份，較佳上限為150重量份。若上述硬化劑之含量未達5重量份，則有時所得之半導體晶片接合用接著材料不會充分硬化。若上述硬化劑之含量超過150重量份，則有時所得之半導體晶片接合用接著材料之連接可靠性會降低。

上述硬化劑之含量相對於上述環氧化合物及上述具有可發生反應之官能基之高分子化合物之合計100重量份之更佳下限為10重量份，更佳上限為140重量份。

另外，於上述硬化劑含有上述2官能之酸酐硬化劑及上述3官能以上之酸酐硬化劑粒子之情形時，該等之調配比並無特別限定，但上述3官能以上之酸酐硬化劑粒子之含量(重量)除以上述2官能之酸酐硬化劑之含量(重量)之值[=(3官能以上之酸酐硬化劑粒子之含量)/(2官能之酸酐硬化劑之含量)]之較佳下限為0.1，較佳上限為10。若上述值未達0.1，則有時無法充分獲得添加上述3官能以上之酸酐硬化劑粒子之效果。若上述值超過10，則有時所得之半導體晶片接合用接著材料之硬化物變脆，無法獲得充分之接著可靠性。上述值之更佳下限為0.2，更佳上限為8。

本發明之半導體晶片接合用接著材料可含有硬化促進劑。

上述硬化促進劑並無特別限定，較佳為咪唑化合物。由於上述咪唑化合物與上述環氧化合物之反應性較高，故而藉由含有上述咪唑化合物，所得之半導體晶片接合用接著材料之速硬化性提高。

上述咪唑化合物並無特別限定，例如可列舉以氰乙基保護咪唑之1位之1-氰乙基-2-苯基咪唑、以異三聚氰酸保護鹼性之咪唑化合物(商品名「2MA-OK」、四國化成工業公司製造)、2,4-二胺基-6-[2'-甲基咪唑基-(1')]-乙基-均三(商品名「2MZ-A」、四國化成工業公司製造)、2-苯基-4-甲基-5-羥甲基咪唑(商品名「2P4MHZ」、四國化成工業公司製造)、FUJICURE7000(富士化成工業)等。該等咪唑化合物可單獨地使用，亦可併用兩種以上。

於本發明之半導體晶片接合用接著材料含有上述硬化促進劑之情形時，上述硬化促進劑之含量並無特別限定，但相對於上述環氧化合物與上述具有可發生反應之官能基之高分子化合物之合計100重量份之較佳下限為0.3重量份，較佳上限為8重量份。若上述硬化促進劑之含量未達0.3重量份，則有時所得之半導體晶片接合用接著材料不會充分地硬化。若上述硬化促進劑之含量超過8重量份，則有時於所得之半導體晶片接合用接著材料中，會由於未反應之硬化促進劑滲出至接著界面，而使接合可靠性下降。

本發明之半導體晶片接合用接著材料亦可含有無機填充材料。

藉由含有上述無機填充材料，可降低所得之半導體晶片接合用接著材料之硬化物之線性膨脹係數，可良好地防止對所接合之半導體晶片之應力之產生及焊料等導通部分之破裂之產生。

上述無機填充材料並無特別限定，例如可列舉煙燻二氧化矽(fumed silica)、膠體二氧化矽等二氧化矽；氧化鋁、氮化鋁、氮化硼、氮化矽、玻璃粉末、玻璃料等。

上述無機填充材料較佳為於表面具有碳數為1～10之含烴之基。

藉由上述無機填充材料於表面具有碳數為1～10之含烴之基，而於所得之半導體晶片接合用接著材料中，上述無機填充材料之調配量即便增加亦可減少最低複數黏度之上升。另外，達成上述之範圍之複數黏度之比亦變得容易。進而，藉由於半導體晶片接合用接著材料中調配上述表面具有碳數1～10之含烴之基的無機填充材料，可進一步提高所得之半導體裝置之可靠性。

再者，即便為於表面不具有上述碳數1～10之含烴之基的無機填充材料，只要藉由調整調配量或調整與其他成分之調配比而達成上述範圍之最低複數黏度與複數黏度之比，則亦可使用。

上述碳數1～10之含烴之基並無特別限定，但較佳為己基、甲基、苯基等。上述碳數1～10之含烴之基，例如可藉由使用骨架中具有上述碳數1～10之含烴之基的矽烷偶合劑等偶合劑，對上述無機填充材料實施表面處理而導入。

於使用粒子狀之無機填充材料作為上述無機填充材料之情形時，平均粒徑之較佳下限為1 nm，較佳上限為5 μm。若上述粒子狀之無機填充材料之平均粒徑未達1 nm，則有時於所得之半導體晶片接合用接著材料中容易產生上述無機填充材料之凝聚，無法達成上述範圍之複數黏度之比，獲得容易形成凸形狀之填邊之半導體晶片接合用接著材料。若上述粒子狀之無機填充材料之平均粒徑超過5 μm，則於使用所得之半導體晶片接合用接著材料進行壓接合時，有時於電極間會夾入上述無機填充材料。

上述粒子狀之無機填充材料之平均粒徑之更佳下限為5 nm，更佳上限為3 μm，尤佳下限為10 nm，尤佳上限為1 μm。

本說明書中，所謂平均粒徑，係指以雷射繞射/散射式粒徑分佈測定裝置所測定之%累計徑為50%之粒徑。

於本發明之半導體晶片接合用接著材料含有表面具有上述碳數1～10之含烴之基的無機填充材料之情形時，上述無機填充材料之含量並無特別限定，但相對於上述環氧化合物與上述具有可發生反應之官能基之高分子化合物之合計100重量份的較佳下限為5重量份，較佳上限為500重量份。若上述無機填充材料之含量未達5重量份，則有時幾乎無法獲得添加上述無機填充材料之效果。若上述無機填充材料之含量超過500重量份，則有時所得之半導體晶片接合用接著材料之硬化物之線性膨脹係數會降低，但同時剪切彈性模數上升而無法形成非凸形狀之填邊。因此，有時容易產生對所接合之半導體晶片之應力及焊料等導通部分之破裂。

上述於表面具有碳數1～10之含烴之基的無機填充材料之含量相對於上述環氧化合物與上述具有可發生反應之官能基之高分子化合物之合計100重量份的更佳下限為10重量份，更佳上限為400重量份，進而較佳之下限為15重量份，進而較佳之上限為300重量份。

另外，於本發明之半導體晶片接合用接著材料含有表面不具有上述碳數1～10之含烴之基之無機填充材料之情形時，上述無機填充材料之含量並無特別限定，但相對於上述環氧化合物與上述具有可發生反應之官能基之高分子化合物之合計100重量份之較佳下限為5重量份，較佳上限為200重量份。

另外，於本發明之半導體晶片接合用接著材料含有上述平均粒徑為10 nm以下之無機填充材料之情形時，上述無機填充材料之含量並無特別限定，無論有無表面處理，較佳為相對於上述環氧化合物與上述具有可發生反應之官能基之高分子化合物之合計100重量份為50重量份以下。

本發明之半導體晶片接合用接著材料亦可於不阻礙本發明之效果之範圍內含有稀釋劑。

上述稀釋劑並無特別限定，但較佳為於半導體晶片接合用接著材料之加熱硬化時進入硬化物之反應性稀釋劑。其中，為了不使所得之半導體晶片接合用接著材料之接著可靠性惡化，更佳為於1分子中具有2個以上官能基之反應性稀釋劑。

作為上述於1分子中具有2個以上官能基之反應性稀釋劑，例如可列舉脂肪族型環氧樹脂、環氧乙烷改質環氧樹脂、環氧丙烷改質環氧樹脂、環己烷型環氧樹脂、二環戊二烯型環氧樹脂、酚型環氧樹脂等。

於本發明之半導體晶片接合用接著材料含有上述稀釋劑之情形時，上述稀釋劑之含量並無特別限定，但相對於上述環氧化合物與上述具有可發生反應之官能基之高分子化合物之合計100重量份的較佳下限為1重量份，較佳上限為300重量份。若上述稀釋劑之含量未達1重量份，則有時幾乎無法獲得添加上述稀釋劑之效果。若上述稀釋劑之含量超過300重量份，則有時由於所得之半導體晶片接合用接著材料之硬化物變硬變脆，故而接著可靠性較低。

上述稀釋劑之含量相對於上述環氧化合物與上述具有可發生反應之官能基之高分子化合物之合計100重量份的更佳下限為5重量份，更佳上限200重量份。

本發明之半導體晶片接合用接著材料視需要亦可含有無機離子交換體。上述無機離子交換體中，作為市售品，例如可例舉IXE系列(東亞合成公司製造)等。於本發明之半導體晶片接合用接著材料含有上述無機離子交換體之情形時，上述無機離子交換體之含量並無特別限定，但本發明之半導體晶片接合用接著材料中之較佳下限為1重量%，較佳上限為10重量%。

本發明之半導體晶片接合用接著材料視其他需要亦可含有防滲劑、矽烷偶合劑、咪唑矽烷偶合劑等賦黏劑、增黏劑等添加劑。

製造本發明之半導體晶片接合用接著材料之方法並無特別限定，例如，可例舉調配並混合規定量之上述環氧化合物、上述具有可發生反應之官能基之高分子化合物、上述硬化劑、上述無機填充材料等之方法等。

上述混合之方法並無特別限定，例如可列舉使用均質機、萬能混合機、班伯裏混合機、捏合機等進行混合之方法等。

本發明之半導體晶片接合用接著材料之用途並無特別限定，例如可於將晶圓或半導體晶片封裝於其他晶圓、其他半導體晶片或基板上時使用。其中，本發明之半導體晶片接合用接著材料較佳為用於倒裝晶片封裝，相較於電極接合後填充底部填料之倒裝晶片封裝，更佳為用於在晶圓、半導體晶片或基板上預先搭載接著劑層之倒裝晶片封裝。

由於本發明之半導體晶片接合用接著材料可控制填邊形狀使其不變成凸形狀，故而藉由使用本發明之半導體晶片接合用接著材料，可製造可靠性高之半導體裝置。使用本發明之半導體晶片接合用接著材料之半導體裝置之製造方法並無特別限定，例如，可例舉將於本發明之半導體晶片接合用接著材料中添加溶劑而製備之接著劑溶液塗佈於晶圓上，再使上述溶劑乾燥並膜化之方法等。此種半導體裝置之製造方法亦為本發明之一。

作為上述溶劑，例如可例舉丙二醇甲醚乙酸酯等具有120～250℃左右之沸點之中沸點溶劑或高沸點溶劑等。將於本發明之半導體晶片接合用接著材料中添加溶劑而製備之接著劑溶液塗佈於晶圓之方法並無特別限定，例如可例舉旋塗、網版印刷等。

另外，作為使用本發明之半導體晶片接合用接著材料之半導體裝置之製造方法，於本發明之半導體晶片接用接著材料不含溶劑之情形時，例如可例舉將本發明之半導體晶片接合用接著材料塗佈於晶圓上，並藉由B階段化劑或曝光而膜化之方法等。

由本發明之半導體晶片接合用接著材料所構成之半導體晶片接含用接著膜亦為本發明之一。

本發明之半導體晶片接合用接著膜之厚度並無特別限定，但較佳下限為2 μm，較佳上限為500 μm。若上述厚度未達2 μm，則有時由於異物之混入而無法獲得平滑之膜。若上述厚度超過500 μm，則有時溶劑容易殘留於所得之半導體晶片接合用接著膜中，壓接合時及硬化時產生氣泡。

製造本發明之半導體晶片接合用接著膜之方法並無特別限定，例如可例舉調配並混合規定量之上述環氧化合物、上述具有可發生反應之官能基之高分子化合物、上述硬化劑、上述無機填充材料、溶劑等而製備接著劑溶液後，再膜化之方法等。

上述混合之方法並無特別限定，例如可例舉使用均質機、萬能混合機、班伯裏混合機、捏合機等進行混合之方法等。上述膜化之方法並無特別限定，例如可列舉使用甲基乙基酮等低沸點溶劑作為溶劑，使用模塗機、棒式塗佈機、凹版印刷塗佈機、狹縫式塗佈機等將上述接著劑溶液塗敷於隔板上後，藉由加熱等將溶劑乾燥之方法等。

本發明之半導體晶片接合用接著膜之用途並無特別限定，例如可用於將晶圓或半導體晶片封裝於其他晶圓、其他半導體晶片或基板上時。其中，較佳為將本發明之半導體晶片接合用接著膜用於倒裝晶片封裝，相較於電極接合後填充底部填料之倒裝晶片封裝，更佳為用於在晶圓、半導體晶片或基板上預先搭載接著劑層之倒裝晶片封裝。

由於本發明之半導體晶片接合用接著膜可控制填邊形狀，以使其不變成凸形狀，故而藉由使用本發明之半導體晶片接合用接著膜，可製造可靠性高之半導體裝置。

使用本發明之半導體晶片接合用接著膜之半導體裝置之製造方法並無特別限定，例如可列舉：將本發明之半導體晶片接合用接著膜藉由層壓而供給至晶圓或半導體晶片之方法；將本發明之半導體晶片接合用接著膜根據半導體晶片之晶片尺寸而截斷，再供給至其他半導體晶片或基板之方法等。此種半導體裝置之製造方法亦為本發明之一。

如下半導體裝置亦為本發明之一，其係藉由本發明之半導體裝置之製造方法所得者，其中，半導體晶片與其他半導體晶片或基板藉由接著劑層而接合，形成有爬上該半導體晶片之側邊的填邊，且上述半導體晶片之側邊與上述填邊所成之角度未達70°。

若上述半導體晶片之側邊與上述填邊所成之角度為70°以上，則應力集中於凸部，半導體裝置之可靠性降低。

[發明之效果]

根據本發明，可提供一種控制填邊形狀以使其不變成凸形狀，且可製造可靠性高之半導體裝置之半導體晶片接合用接著材料。另外，根據本發明，可提供一種由該半導體晶片接合用接著材料構成之半導體晶片接合用接著膜、使用該半導體晶片接合用接著材料或該半導體晶片接合用接著膜之半導體裝置之製造方法、及藉由該半導體裝置之製造方法所得之半導體裝置。

以下揭示實施例對本發明之態樣更為詳細地加以說明，但本發明並不僅限於該等實施例。

(實施例1～31及比較例1～18)

根據表1～5之組成，使用均質機將下文中所示之各材料攪拌混合，製備接著劑溶液。藉由敷料器將接著劑溶液塗敷於經脫模處理之PET膜上，並使溶劑乾燥而獲得100 μm厚之半導體晶片接合用接著膜。

(1)環氧化合物

‧聯苯型環氧樹脂(商品名「YX-4000」、Japan Epoxy Resins公司製造)

‧雙酚A型環氧樹脂(商品名「1004AF」、Japan Epoxy Resins公司製造)

‧二環戊二烯型環氧樹脂(商品名「HP-7200HH」、DIC公司製造)

‧二環戊二烯型環氧樹脂(商品名「EP-4088S」、Adeka公司製造)

(2)具有可發生反應之官能基之高分子化合物

‧含有環氧丙基之丙烯酸樹脂(重量平均分子量20萬、商品名「G-2050M」、日油公司製造)

‧含有環氧丙基之丙烯酸樹脂(重量平均分子量2萬、商品名「G-0250SP」、日油公司製造)

‧含有環氧丙基之丙烯酸樹脂(重量平均分子量8千、商品名「G-0130S」、日油公司製造)

‧含有環氧丙基之丙烯酸樹脂(重量平均分子量10萬、商品名「G-1010S」、日油公司製造)

(3)硬化劑

‧三烷基四氫鄰苯二甲酸酐(商品名「YH-306」、JER公司製造)

(4)硬化促進劑

‧2,4-二胺基-6-[2'-甲基咪唑基-(1')]-乙基-均三之異三聚氰酸加成鹽(商品名「2MA-OK」、四國化成工業公司製造)

(5)無機填充材料

‧表面苯基處理無機填料(二氧化矽)(商品名「SE-1050-SPT」、Admatechs公司製造、平均粒徑300 nm)

‧表面苯基處理無機填料(二氧化矽)(商品名「SE-2050-SPJ」、Admatechs公司製造、平均粒徑500 nm)

‧表面苯基處理無機填料(二氧化矽)(商品名「SS-01」、Tokuyama公司製造、平均粒徑100 nm)

‧表面苯基處理無機填料(二氧化矽)(商品名「YA050-MJF」、Admatechs公司製造、平均粒徑50 nm)

‧表面無處理無機填料(二氧化矽)(商品名「SE-1050」、Admatechs公司製造、平均粒徑300 nm)

‧表面無處理無機填料(二氧化矽)(商品名「SE-2050」、Admatechs公司製造、平均粒徑500 nm)

‧表面無處理無機填料(二氧化矽)(商品名「QS-40」、Tokuyama公司製造、平均粒徑7 nm)

‧表面具有CH₃-Si-O-基之二氧化矽粒子(商品名「MT-10」、Tokuyama公司製造、平均粒徑15 nm)

‧表面具有CH₃-Si-O-基之二氧化矽粒子(商品名「SE-2050-STJ」、Admatechs公司製造、平均粒徑500 nm)

‧表面具有CH₃-Si-O-基之二氧化矽粒子(商品名「SE-1050-STT」、Admatechs公司製造、平均粒徑300 nm)

‧表面六甲基二矽氮烷處理無機填料(二氧化矽)(商品名「HM-20L」、Tokuyama公司製造、平均粒徑12 nm)

‧表面聚矽氧油處理無機填料(二氧化矽)(商品名「PM-20L」、Tokuyama公司製造、平均粒徑12 nm)

‧表面環氧矽烷處理無機填料(二氧化矽)(商品名「SE-1050-SET」、Admatechs公司製造、平均粒徑300 nm)

‧表面甲基丙烯酸處理無機填料(二氧化矽)(商品名「SE-1050-SMT」、Admatechs公司製造、平均粒徑300 nm)

(6)其他

矽烷偶合劑(商品名「KBM-573」、信越化學工業公司製造)

溶劑　甲基乙基酮(MEK、和光純藥工業公司製造)

(評價)

針對實施例及比較例中所得之半導體晶片接合用接著膜，進行以下評價。將結果示於表1～5中。

(1)25℃剪切彈性模數Gr之測定

針對所得之半導體晶片接合用接著膜，使用動態黏彈性測定裝置(DVA-200、IT Measurement公司製造)，針對厚度600 μm、寬6 mm、長10 mm之半導體晶片接合用接著劑膜，藉由自-20℃至80℃為止進行剪切測定，而求得25℃剪切彈性模數Gr(MPa)。

(2)至焊料熔點之最低複數黏度η*min之測定

針對所得之半導體晶片接合用接著膜，使用流變儀(STRESSTECH、REOLOGIGA公司製造)，以樣本厚600 μm、應變控制(1 rad)、頻率10 Hz、升溫速度20℃/min、測定溫度範圍自60℃起至300℃為止進行測定，將測定中複數黏度最低之值設為至焊料熔點之最低複數黏度η*min(Pa‧s)。

(3){複數黏度η*(1 Hz)}/{複數黏度η*(10 Hz)}之測定

針對所得之半導體晶片接合用接著膜，使用STRESSTECH(REOLOGICA公司製造)，以樣本厚600 μm、應變控制(1 rad)、頻率1 Hz或10 Hz、溫度140℃進行測定，藉此求得{複數黏度η*(1 Hz)}/{複數黏度η*(10 Hz)}之值。

(4)填邊之剖面形狀

將所得之半導體晶片接合用接著膜層壓於以150 μm之間隔於晶片整個面上形成有3136個焊球(高85 μm)之全陣列的TEG(Thermal Electric Generator，熱電發生器)晶片(10 mm×10 mm×厚725 μm)上後，根據晶片尺寸將半導體晶片接合用接著膜截斷，獲得帶有樹脂之TEG晶片。繼而，於以成為所得之帶有樹脂之TEG晶片的焊料及菊鏈(daisy chain)之方式而配線的帶有焊料預塗佈之環氧玻璃TEG基板上，以平臺溫度(stage temperature)120℃、頭溫度(head temperature)140℃ 20秒、280℃ 5秒、頭壓力(head pressure)100 N將帶有樹脂之TEG晶片倒裝晶片接合。此後，以190℃進行30分鐘後硬化(Post Cure)，獲得積層體。

將所得之積層體以冷樹脂埋入後，進行剖面研磨直至晶片邊之中央附近之部分為止，測定TEG晶片之側邊與填邊所成之角度(填邊角度)。

(5)回焊試驗

針對上述(4)中所得之積層體，預先測定導通電阻值(以下稱為初始電阻)，以60℃、60%RH使其吸濕40小時，通過峰值溫度260℃之回焊爐3次進行回焊試驗後，再次測定導通電阻值。將回焊試驗後之導通電阻值自初始電阻值起變化10%以上之情形設為不良，製作8個積層體並評價不良個數。

(6)冷熱循環試驗1

針對上述(5)中已進行回焊試驗之積層體，以-55～125℃(30分鐘/1循環)進行1000循環之冷熱循環試驗後，測定導通電阻值。將冷熱循環試驗後之導通電阻值自初始電阻值起變化10%以上之情形設為不良，製作8個積層體並評價不良個數。

將不良個數為0個之情形記為○，為1個之情形記為△，為2個以上之情形記為×。

(7)冷熱循環試驗2

針對上述(5)中已進行回焊試驗之積層體，以-55～125℃(30分鐘/1循環)進行3000循環之冷熱循環試驗後，測定導通電阻值。將冷熱循環試驗後之導通電阻值自初始電阻值起變化10%以上之情形設為不良，製作8個積層體並評價不良個數。

將不良個數為2個以下之情形記為◎，為3～4個之情形記為○，為5～6個之情形記為△，為7個以上之情形記為×。

[產業上之可利用性]

根據本發明，可提供一種控制填邊形狀以使其不變成凸形狀，可製造可靠性高之半導體裝置之半導體晶片接合用接著材料。另外，根據本發明，可提供一種由該半導體晶片接合用接著材料構成之半導體晶片接合用接著膜、使用該半導體晶片接合用接著材料或該半導體晶片接合用接著膜之半導體裝置之製造方法、及藉由該半導體裝置之製造方法所得之半導體裝置。

1．．．基板

2．．．半導體晶片

3．．．半導體晶片接合用接著材料

4．．．凸塊

圖1係表示使用本發明之半導體晶片接合用接著材料將半導體晶片接合於基板上，形成非凸形狀之填邊的狀態之一例之剖面圖。

圖2係表示使用先前之半導體晶片接合用接著材料將半導體晶片接合於基板上，形成凸形狀之填邊的狀態之一例之剖面圖。

圖3係表示使用本發明之半導體晶片接合用接著材料將半導體晶片接合於基板上，且形成半導體晶片之側邊與填邊所成之角度θ未達70°之填邊的狀態之一例之剖面圖。

Claims (9)

1. 一種半導體晶片接合用接著材料，以黏彈性測量裝置測得之25℃剪切彈性模數Gr在1×10⁶Pa以上，以流變儀測得至焊料熔點的最低複數黏度η*min在5×10¹Pa‧s以下，於溫度140℃、變形量1rad、頻率1Hz下測得之複數黏度η＊(1Hz)為於溫度140℃、變形量1rad、頻率10Hz下測得之複數黏度η＊(10Hz)的0.5～4.5倍。
2. 如申請專利範圍第1項之半導體晶片接合用接著材料，其含有環氧化合物及具有可與該環氧化合物反應之官能基的高分子化合物，具有可與該環氧化合物反應之官能基的高分子化合物的重量平均分子量在5萬以下。
3. 如申請專利範圍第1或2項之半導體晶片接合用接著材料，其係使用於預先將接著劑層形成在晶圓、半導體晶片或基板之覆晶構裝。
4. 一種半導體裝置之製造方法，其使用有申請專利範圍第1、2或3項之半導體晶片接合用接著材料，係將溶劑添加於申請專利範圍第1、2或3項之半導體晶片接合用接著材料製備而成之接著劑溶液塗布在晶圓後，使該溶劑乾燥而成膜。
5. 如申請專利範圍第4項之半導體裝置之製造方法，其中，係藉由旋塗或網板印刷，將溶劑添加於申請專利範圍第1、2或3項之半導體晶片接合用接著材料製備而成之接著劑溶液塗布在晶圓。
6. 一種半導體晶片接合用接著膜，其係由申請專利範圍第1、2或3項之半導體晶片接合用接著材料構成。
7. 一種半導體裝置之製造方法，其使用有申請專利範圍第6項之半導體晶片接合用接著膜，係藉由疊層，將申請專利範圍第6項之半導體晶片接合用接著膜供應於晶圓或半導體晶片。
8. 一種半導體裝置之製造方法，其使用有申請專利範圍第6項之半導體晶片接合用接著膜，係將申請專利範圍第6項之半導體晶片接合用接著膜配合半導體晶片之晶片尺寸加以裁切後，供應至其他半導體晶片或基板。
9. 一種半導體裝置，係由申請專利範圍第4、5、7或8項之半導體裝置之製造方法而得，半導體晶片與其他半導體晶片或半導體晶片與基板藉由接著劑層接合在一起，形成有爬上該半導體晶片之側邊的填邊(fillet)，該半導體晶片之側邊與該填邊所形成之角度未達70°。