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WO2016158960A1 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法 Download PDF

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WO2016158960A1
WO2016158960A1 PCT/JP2016/060144 JP2016060144W WO2016158960A1 WO 2016158960 A1 WO2016158960 A1 WO 2016158960A1 JP 2016060144 W JP2016060144 W JP 2016060144W WO 2016158960 A1 WO2016158960 A1 WO 2016158960A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
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temperature
thermosetting adhesive
semiconductor device
semiconductor chips
manufacturing
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2016/060144
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English (en)
French (fr)
Inventor
崇之 齋藤
太一 小山
広和 増渕
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dexerials Corp
Original Assignee
Dexerials Corp
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Publication date
Application filed by Dexerials Corp filed Critical Dexerials Corp
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    • H10W74/01—
    • H10W74/10—
    • H10W74/40—
    • H10W90/00—
    • H10W72/073—
    • H10W74/15—
    • H10W90/722—

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device in which a plurality of semiconductor chips are stacked using a thermosetting adhesive.
  • thermosetting adhesive Conventionally, a method of stacking and mounting semiconductor chips each having a through silicon via (TSV) using a thermosetting adhesive is known (for example, see Patent Document 1).
  • the temperature transmitted to the thermosetting adhesive decreases, and the curing is delayed.
  • the frequency of mounting displacement that occurs when the upper and lower electrode displacements occur increases.
  • the bondability tends to deteriorate.
  • the present invention has been proposed in view of such a conventional situation, and suppresses mounting displacement when a stacked semiconductor chip group is pressed with a thermocompression bonding tool, thereby obtaining good bonding properties.
  • a method for manufacturing a semiconductor device is provided.
  • the present inventors have determined a plurality of reaction rates of the thermosetting adhesive at a temperature before solder melting and a reaction rate of the thermosetting adhesive at a temperature after solder melting. It was found that mounting misalignment was suppressed when the stacked semiconductor chip groups were pressed with a thermocompression bonding tool, and good bonding properties were obtained, and the present invention was completed.
  • thermosetting adhesive has a reaction rate of 40% or more and 60% or less when the temperature is raised to 200 ° C. for 5 seconds calculated by the Ozawa method using a differential scanning calorimeter, and is 5 seconds.
  • the reaction rate when the temperature is raised to 250 ° C. is 75% or more and 85% or less.
  • the method for manufacturing a semiconductor device includes an arrangement step in which a plurality of semiconductor chips each including a through electrode and a soldered electrode formed on one surface are disposed via a thermosetting adhesive, And a curing step of curing the thermosetting adhesive by pressing a semiconductor chip group in which a plurality of thermosetting adhesives and the semiconductor chip are stacked with a thermocompression bonding tool having a temperature of 300 ° C. to 400 ° C.
  • the reaction rate when the thermosetting adhesive is raised to a temperature 30 ° C. lower than the melting point of the solder of the soldered electrode at a predetermined heating rate is 40% or more and 60% or less.
  • the reaction rate when the temperature is raised to a temperature 20 ° C. higher than the melting point of the solder at a rate of temperature rise is 75% or more and 85% or less.
  • the reaction rate of the thermosetting adhesive at a temperature before solder melting is 40% or more and 60% or less, and the reaction rate of the thermosetting adhesive at a temperature after solder melting is 75% or more and 85%.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a plurality of semiconductor chips before mounting.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a semiconductor chip group when mounted.
  • FIG. 3 is a graph showing the temperature of the uppermost underfill film (point A) and the temperature of the lowermost underfill film (point B).
  • the manufacturing method of the semiconductor device includes an arrangement step in which a plurality of semiconductor chips each having a through electrode and a soldered electrode formed on one surface are laminated and disposed via a thermosetting adhesive, A curing step of curing a thermosetting adhesive by pressing a semiconductor chip group in which a plurality of curable adhesives and a plurality of semiconductor chips are stacked with a thermocompression bonding tool having a temperature of 300 ° C. to 400 ° C. .
  • thermosetting adhesive has a reaction rate of 40% or more and 60% or less when the temperature is raised to 200 ° C. for 5 seconds calculated by the Ozawa method using a differential scanning calorimeter. Accordingly, the bumps can be fixed to some extent before the solder is melted, and mounting displacement can be suppressed.
  • thermosetting adhesive has a reaction rate of 75% or more and 85% or less when the temperature is raised to 250 ° C. for 5 seconds calculated by the Ozawa method using a differential scanning calorimeter.
  • the initial temperature before raising the temperature is preferably less than the solder melting temperature of the soldered electrode and substantially the same as the lowest melt viscosity attainment temperature of the thermosetting adhesive, specifically 50 ° C. to 150 ° C.
  • the temperature is 60 ° C. to 100 ° C.
  • the melting point of the solder of the soldered electrode is preferably 220 ° C. to 240 ° C.
  • the thermosetting adhesive used in the method of manufacturing a semiconductor device has a reaction rate when the temperature is raised to a temperature 30 ° C. lower than the melting point of the solder at a predetermined temperature increase rate. Is 40% or more and 60% or less, and the reaction rate when the temperature is raised to 20 ° C. higher than the melting point of the solder at a predetermined temperature increase rate is 75% or more and 85% or less.
  • the reaction rate of the thermosetting adhesive before and after melting the solder within a predetermined range, the bumps are fixed to some extent before the solder is melted to suppress mounting displacement, and the solder after the solder is melted Due to the good fluidity and wettability, good bondability can be obtained.
  • the temperature of the thermosetting adhesive of the uppermost layer and the temperature of the thermosetting adhesive of the lowermost layer are The difference is 40 ° C. or higher, preferably 40 ° C. or higher and 60 ° C. or lower, more preferably 40 ° C. or higher and 80 ° C. or lower, and further preferably 40 ° C. or higher and 100 ° C. or lower. As more semiconductor chips are stacked, the difference between the temperature of the uppermost thermosetting adhesive and the temperature of the lowermost thermosetting adhesive increases.
  • thermosetting adhesive in the above-described arrangement process, and the semiconductor chip group including the interposer is pressed with a thermocompression bonding tool in the curing process, and thermosetting is performed.
  • the adhesive may be cured.
  • thermosetting adhesive film may be used as the thermosetting adhesive, and a plurality of semiconductor chips in which the thermosetting adhesive film is bonded to the formation surface of the soldered electrode may be arranged in a stack in the arrangement step.
  • thermosetting adhesive for the first stage and the second stage.
  • thermosetting adhesive contains an acrylic curing system and an epoxy curing system, and the blending ratio of the acrylic curing system and the epoxy curing system is preferably 70:30 to 30:70.
  • the reaction rate of the thermosetting adhesive before and after melting the solder can be set within a predetermined range.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a plurality of semiconductor chips before mounting
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a group of semiconductor chips when mounted.
  • the first to third semiconductor chips 11 to 13 of the intermediate layer and the fourth semiconductor chip 14 of the uppermost layer are formed on the interposer 10 with the first layer. -Laminated and arranged via fourth underfill films 21-24.
  • Stage 1 has a function of holding the interposer 10 and a function of heating the laminated body including the interposer 10.
  • the temperature of the stage 1 is preferably less than the melting temperature of the solder c of the soldered electrode a and substantially the same as the minimum melt viscosity attainment temperature, specifically 50 ° C. to 150 ° C., specifically 60 ° C. More preferably, the temperature is from 100 ° C to 100 ° C.
  • the interposer 10 has a function of mechanically supporting the semiconductor chip and a function of rewiring terminals on the semiconductor chip and electrically connecting them to package terminals (for example, solder balls for mounting on a printed circuit board).
  • the first to third semiconductor chips 11 to 13 of the intermediate layer include a through silicon via (TSV), a soldered electrode a formed on one surface, and an electrode b formed on the other surface. And have.
  • the silicon through electrode is an electrode that vertically penetrates the inside of the semiconductor chip, and connects the upper and lower chips.
  • the soldered electrode a is obtained by plating solder on the top of a Cu pillar, for example.
  • the solder c of the soldered electrode a is a so-called Pb-free solder, and examples of the solder c include Sn / Ag / Cu solder (melting point: 220 ° C. to 240 ° C.), Sn / Ag solder (melting point: 220 ° C.), etc. Is mentioned.
  • the electrode b is connected to a soldered electrode of another semiconductor chip, and examples of the electrode b include a Cu pillar.
  • the uppermost fourth semiconductor chip 14 has a soldered electrode a formed on one surface. Similarly to the first to third semiconductor chips 11 to 13 in the intermediate layer, the soldered electrode a is obtained by plating solder on the top of the Cu pillar, for example.
  • first to fourth underfill films 21 to 24 which are thermosetting adhesives, are preliminarily formed on one surface of the first to fourth semiconductor chips 11 to 14 where the soldered electrodes a are formed. It is pasted together. As a result, the number of steps for stacking the semiconductor chips 11 to 14 can be reduced.
  • These first to fourth semiconductor chips 11 to 14 have predetermined temperature, pressure, and time conditions that cause fluidity to occur in the first to fourth underfill films 21 to 24 but do not cause main curing. Are stacked.
  • a semiconductor in which a plurality of first to fourth underfill films 21 to 24 and a plurality of first to fourth semiconductor chips 11 to 14 are stacked in a curing step shown as a specific example The chip group is pressed with a thermocompression bonding tool at a temperature of 300 ° C. to 400 ° C. to cure the first to fourth underfill films 21 to 24.
  • the difference between the temperature of the uppermost fourth underfill film 24 and the temperature of the lowermost first underfill film 21 is preferably 40 ° C. or more. .
  • the difference between the temperature of the fourth underfill film 24 in the uppermost layer and the temperature of the first underfill film 21 in the lowermost layer increases as more semiconductor chips are stacked and arranged.
  • the solder of the soldered electrode is melted to form a metal bond, and 120 ° C. to 200 ° C. Then, the first to fourth underfill films 21 to 24 are completely cured.
  • the first temperature is preferably substantially the same as the lowest melt viscosity attainment temperature of the first to fourth underfill films 21 to 24, and is preferably 50 ° C. or higher and 150 ° C. or lower. Thereby, the hardening behavior of the underfill material can be matched with the bonding conditions, and the generation of voids can be suppressed.
  • the temperature raising rate is preferably 50 ° C./sec or more and 150 ° C./sec or less.
  • the second temperature is preferably 200 ° C. or higher and 280 ° C. or lower, more preferably 220 ° C. or higher and 260 ° C. or lower, although it depends on the type of solder.
  • the soldered electrode a and the electrode b are bonded by the solder c, and the underfill films 21 to 24 are completely cured, and the interposer 10 and the first to fourth semiconductor chips 11 to 14 are electrically connected. Can be mechanically connected.
  • the mounting misalignment when the interposer 10, the first to third semiconductor chips 11 to 13 of the intermediate layer, and the fourth semiconductor chip 14 of the uppermost layer are collectively pressure-bonded. Can be suppressed, and good bondability can be obtained.
  • the mounting tact of, for example, one-step pressing 5 sec ⁇ 4 steps 20 sec
  • the mounting tact of batch pressing 10 sec. can do.
  • this method for example, by mounting for 10 seconds, it is possible to obtain better solderability than conventional.
  • a plurality of first to fourth semiconductor chips 11 to 14 are stacked on the interposer 10 via the underfill films 21 to 24 and are collectively pressed.
  • the interposer 10 and the first semiconductor are bonded together.
  • a plurality of second to fourth semiconductor chips 12 to 14 may be stacked on the first semiconductor chip 11 and collectively pressure-bonded.
  • a plurality of four-stage semiconductor chips are stacked and pressure-bonded together, a plurality of four-stage semiconductor chips are stacked and pressure-bonded together to obtain a stack of eight-stage semiconductor chips. Also good.
  • the underfill film is a film formed from an underfill material which is a thermosetting adhesive.
  • the underfill material contains an acrylic curing system and an epoxy curing system.
  • the blending ratio of the acrylic curing system and the epoxy curing system is preferably 70:30 to 30:70.
  • the acrylic curing system preferably contains (meth) acrylate and an organic peroxide.
  • (meth) acrylate is meant to include acrylic acid ester (acrylate) and methacrylic acid ester (methacrylate).
  • the (meth) acrylate monofunctional (meth) acrylate, bifunctional or higher (meth) acrylate can be used.
  • the monofunctional (meth) acrylate include methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, n-propyl (meth) acrylate, i-propyl (meth) acrylate, and n-butyl (meth) acrylate.
  • Bifunctional or higher (meth) acrylates include fluorene type (meth) acrylate, bisphenol F-EO modified di (meth) acrylate, bisphenol A-EO modified di (meth) acrylate, trimethylolpropane PO modified (meth) acrylate, A polyfunctional urethane (meth) acrylate etc. can be mentioned. These (meth) acrylates may be used alone or in combination of two or more. Among these, in this Embodiment, a fluorene type (meth) acrylate is used suitably.
  • organic peroxides examples include peroxyketals, peroxyesters, hydroperoxides, dialkyl peroxides, diacyl peroxides, and peroxydicarbonates. These organic peroxides may be used alone or in combination of two or more. Among these, peroxyketal is preferably used in the present embodiment.
  • the epoxy curing system preferably contains an epoxy compound and an acid anhydride.
  • the epoxy compound include dicyclopentadiene type epoxy resin, glycidyl ether type epoxy resin, glycidyl amine type epoxy resin, bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, bisphenol S type epoxy resin, spiro ring type epoxy resin, Naphthalene type epoxy resin, biphenyl type epoxy resin, terpene type epoxy resin, tetrabromobisphenol A type epoxy resin, cresol novolac type epoxy resin, phenol novolac type epoxy resin, ⁇ -naphthol novolak type epoxy resin, brominated phenol novolak type epoxy resin And so on.
  • These epoxy compounds may be used alone or in combination of two or more. Among these, in this Embodiment, it is preferable to use a polyfunctional novolak-type epoxy compound from the point of high adhesiveness and heat resistance.
  • the acid anhydride has a flux function for removing the oxide film on the solder surface, excellent connection reliability can be obtained.
  • the acid anhydride include aliphatic acid anhydrides such as tetrapropenyl succinic anhydride and dodecenyl succinic anhydride, alicyclic acid anhydrides such as hexahydrophthalic anhydride and methyltetrahydrophthalic anhydride, phthalic anhydride, and anhydride.
  • aromatic acid anhydrides such as trimellitic acid and pyromellitic anhydride.
  • These epoxy curing agents may be used alone or in combination of two or more.
  • alicyclic acid anhydrides are preferably used.
  • the underfill material preferably contains a film forming resin.
  • the film-forming resin corresponds to a high-molecular weight resin having a weight average molecular weight of 10 ⁇ 10 4 or more, and preferably has a weight average molecular weight of 10 ⁇ 10 4 to 100 ⁇ 10 4 from the viewpoint of film formation.
  • various resins such as an acrylic rubber polymer, a phenoxy resin, an epoxy resin, a modified epoxy resin, and a urethane resin can be used. These film forming resins may be used alone or in combination of two or more. Among these, in the present embodiment, an acrylic rubber polymer is preferably used from the viewpoint of film strength and adhesiveness.
  • the underfill material preferably contains a curing accelerator.
  • curing accelerators include imidazoles such as 2-methylimidazole, 2-ethylimidazole, 2-ethyl-4-methylimidazole, 1,8-diazabicyclo (5,4,0) undecene-7 salt (DBU salt), tertiary amines such as 2- (dimethylaminomethyl) phenol, phosphines such as triphenylphosphine, and metal compounds such as tin octylate.
  • imidazoles such as 2-methylimidazole, 2-ethylimidazole, 2-ethyl-4-methylimidazole, 1,8-diazabicyclo (5,4,0) undecene-7 salt (DBU salt)
  • tertiary amines such as 2- (dimethylaminomethyl) phenol
  • phosphines such as triphenylphosphine
  • metal compounds such as tin oct
  • the underfill material preferably contains an inorganic filler.
  • an inorganic filler By containing the inorganic filler, the fluidity of the resin layer at the time of pressure bonding can be adjusted.
  • the inorganic filler silica, talc, titanium oxide, calcium carbonate, magnesium oxide, or the like can be used.
  • epoxy-based, amino-based, mercapto-sulfide-based, ureido-based silane coupling agents may be added as necessary.
  • the underfill material having such a structure has a reaction rate of 40% or more when the temperature is raised to 200 ° C. for 5 seconds calculated by the Ozawa method using a differential scanning calorimeter (DSC).
  • the reaction rate when the temperature is raised to 250 ° C. in 5 seconds is 75% or more and 85% or less.
  • the reaction rate calculation method by DSC-Ozawa method is as follows. First, the calorific value of the entire peak, the peak temperature, and the rate of change to the peak top are calculated from the uniform temperature rise data for the sample. Next, an Ozawa plot is created by taking the common logarithmic value of the heating rate on the vertical axis and the inverse value of the peak temperature on the horizontal axis, and the activation energy, frequency factor, and reaction order for the sample are obtained. Then, by creating a reaction prediction diagram from the activation energy, frequency factor, and reaction order, the reaction rate when the temperature is raised to a predetermined temperature at a predetermined temperature increase rate can be calculated.
  • the underfill material has a reaction rate of 40% or more and 60% or less when the temperature is raised to a temperature 30 ° C. lower than the melting point of the solder at a predetermined temperature increase rate, and at a predetermined temperature increase rate.
  • the reaction rate when the temperature is raised to 20 ° C. higher than the melting point of the solder is 75% or more and 85% or less.
  • Example> Examples of the present invention will be described below.
  • an underfill film was prepared, and the reaction rate when the temperature was increased to a predetermined temperature at a predetermined temperature increase rate by the DSC-Ozawa method was calculated.
  • the three-dimensional mounting body was produced using the underfill film, and the mounting shift
  • the present invention is not limited to these examples.
  • the reaction rate at a predetermined temperature was calculated according to the following procedure. (1) Using a differential scanning calorimeter (DSC), according to the description of the DSC Ozawa Software manual attached to the apparatus, constant speed heating data (heating speed 5 ° C./min for each sample) , 10 ° C./min, 20 ° C./min), the calorific value of the entire peak, the peak temperature, and the rate of change to the peak top were obtained. The rate of change is a value obtained by dividing the amount of heat up to the peak temperature by the amount of heat of the entire peak.
  • DSC differential scanning calorimeter
  • thermocompression bonding tool Pressing and connecting with a through silicon via (TSV), a three-dimensional package was produced. The following were used for the interposer, the intermediate layer semiconductor chip, and the uppermost layer semiconductor chip.
  • three stages of the intermediate layer semiconductor chip bonded with the underfill film and one uppermost layer semiconductor chip bonded with the underfill film are 1 Laminated and arranged in stages.
  • FIG. 3 shows the uppermost layer when a semiconductor chip group including three intermediate semiconductor chips stacked on the interposer and the uppermost semiconductor chip is pressed with a thermocompression bonding tool at a temperature of 350 ° C. for 30 seconds. It is a graph which shows the temperature of the underfill film (point A) of and the temperature of the underfill film (point B) of the lowest layer. Point A and point B correspond to the fourth underfill film 24 and the first underfilm 21 in FIGS. 1 and 2, respectively. Further, the temperature of the underfill film is obtained by measuring the actual temperature with a thermocouple.
  • the temperature of the underfill film at point A between the uppermost semiconductor chip and the intermediate semiconductor chip was about 250 ° C. in 5 seconds.
  • the temperature of the underfill film at point B between the interposer and the semiconductor chip of the intermediate layer was about 200 ° C. in 5 seconds. That is, the temperature difference between the point A and point B under films was about 50 ° C., and this temperature difference hardly changed even after 30 seconds.
  • peeled PET Polyethylene terephthalate
  • underfill film having a thickness of 20 ⁇ m (cover peeled PET (25 ⁇ m) / underfill).
  • Example 1 As shown in Table 1, 40 parts by mass of an acrylic rubber polymer (product name: Teisan Resin SG-P3, manufactured by Nagase ChemteX Corporation), bifunctional fluorene type acrylate (product name: Ogsol EA-0200, Osaka Gas Chemical Co., Ltd.) 68 parts by mass, organic peroxide (product name: Perhexa V, NOF Corporation) 2 parts by mass, novolac type epoxy compound (tetrafunctional) (product name: JER1031S, Mitsubishi Chemical Corporation) 20 parts by mass, alicyclic 10 parts by mass of a formula acid anhydride (product name: JER1031S, Mitsubishi Chemical Co., Ltd.), 1 part by mass of DBU-based tetraphenylborate salt (product name: U-CAT-5002, San Apro Co., Ltd.), and filler (product name: Aerosil) RY200, Nippon Aerosil Co., Ltd.) is blended in 15 parts by mass, and the blending ratio
  • the resin composition of the over fill film was prepared.
  • the reaction rate when the temperature was raised to 200 ° C. in 5 seconds calculated by the DSC-Ozawa method was 60%, and the reaction rate when the temperature was raised to 250 ° C. in 5 seconds was 85%. Except this, it carried out similarly to the comparative example 1, and produced the underfill film.
  • the evaluation of mounting displacement was “good” and the evaluation of bondability was “good”.
  • Example 2 As shown in Table 1, 40 parts by mass of an acrylic rubber polymer (product name: Teisan Resin SG-P3, manufactured by Nagase ChemteX Corporation), bifunctional fluorene type acrylate (product name: Ogsol EA-0200, Osaka Gas Chemical Co., Ltd.) 49 parts by weight, organic peroxide (Product name: Perhexa V, NOF Corporation) 1 part, Novolac epoxy compound (tetrafunctional) (Product name: JER1031S, Mitsubishi Chemical Corporation) 30 parts by weight, alicyclic 20 parts by mass of a formula acid anhydride (product name: JER1031S, Mitsubishi Chemical Co., Ltd.), 1 part by mass of DBU-based tetraphenylborate salt (product name: U-CAT-5002, San Apro Co., Ltd.), and filler (product name: Aerosil) RY200, Nippon Aerosil Co., Ltd.) is blended in an amount of 15 parts by mass, and the blending
  • the reaction rate when the temperature was raised to 200 ° C. in 5 seconds calculated by the DSC-Ozawa method was 50%, and the reaction rate when the temperature was raised to 250 ° C. in 5 seconds was 80%. Except this, it carried out similarly to the comparative example 1, and produced the underfill film.
  • the evaluation of mounting displacement was ⁇ , and the evaluation of bondability was ⁇ .
  • Example 3 As shown in Table 1, 40 parts by mass of an acrylic rubber polymer (product name: Teisan Resin SG-P3, manufactured by Nagase ChemteX Corporation), bifunctional fluorene type acrylate (product name: Ogsol EA-0200, Osaka Gas Chemical Co., Ltd.) 29 parts by mass, 1 part by mass of organic peroxide (product name: Perhexa V, NOF Corporation), 40 parts by mass of novolac type epoxy compound (tetrafunctional) (product name: JER1031S, Mitsubishi Chemical Corporation), alicyclic ring Formula acid anhydride (product name: JER1031S, Mitsubishi Chemical Co., Ltd.) 30 parts by mass, DBU tetraphenylborate salt (product name: U-CAT-5002, San Apro Co., Ltd.) 1 part by mass, and filler (product name: Aerosil) RY200, Nippon Aerosil Co., Ltd.) is blended in an amount of 15 parts by mass, and the blending ratio
  • the reaction rate when the temperature was raised to 200 ° C. in 5 seconds calculated by the DSC-Ozawa method was 40%, and the reaction rate when the temperature was raised to 250 ° C. in 5 seconds was 75%. Except this, it carried out similarly to the comparative example 1, and produced the underfill film.
  • the evaluation of mounting displacement was “good” and the evaluation of bondability was “good”.
  • ⁇ Comparative example 2> As shown in Table 1, 40 parts by mass of an acrylic rubber polymer (product name: Teisan Resin SG-P3, manufactured by Nagase ChemteX Corporation), novolac-type epoxy compound (tetrafunctional) (product name: JER1031S, Mitsubishi Chemical Corporation) 60 1 part by mass, 40 parts by mass of alicyclic acid anhydride (product name: MH-700, Shin Nippon Rika Co., Ltd.), 1 part of DBU tetraphenylborate salt (product name: U-CAT-5002, San Apro Co., Ltd.) Part and filler (product name: Aerosil RY200, Nippon Aerosil Co., Ltd.) 15 parts by mass, and a resin composition of an underfill film in which the blending ratio of the acrylic curing system and the epoxy curing system is 0: 100 is prepared.
  • an acrylic rubber polymer product name: Teisan Resin SG-P3, manufactured by Nagase ChemteX Corporation
  • the evaluation of mounting displacement was x, and the evaluation of bondability was ⁇ .
  • the reaction rate when the temperature was raised to 200 ° C. for 5 seconds calculated by the DSC-Ozawa method was 70%, and the reaction rate when the temperature was raised to 250 ° C. for 5 seconds was 95%.
  • the reaction rate when the temperature was raised to 200 ° C. in 5 seconds calculated by the DSC-Ozawa method was 30%, and the reaction rate when the temperature was raised to 250 ° C. in 5 seconds.
  • the ratio is 70%, mounting displacement occurred.
  • the reaction rate when the temperature was raised to 200 ° C. in 5 seconds calculated by the DSC-Ozawa method was 40% to 60%, and the temperature was raised to 250 ° C. in 5 seconds.
  • an underfill film with a reaction rate of 75% to 85% was used, mounting displacement was suppressed and good bondability was obtained.

Landscapes

  • Wire Bonding (AREA)
  • Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

　積層配置された半導体チップ群を熱圧着ツールにて押圧した際の実装ズレを抑制し、良好な接合性を得ることができる半導体装置の製造方法を提供する。熱硬化性接着剤を介して、貫通電極を有する半導体チップを複数積層配置させる配置工程と、熱硬化性接着剤と半導体チップとが複数積層配置された半導体チップ群を３００℃～４００℃の温度の熱圧着ツールにて押圧し、熱硬化性接着剤を硬化させる硬化工程とを有し、熱硬化性接着剤は、示差走査熱量計を用いた小沢法により算出された５秒間に２００℃まで温度を上げたときの反応率が４０％以上６０％以下であり、５秒間に２５０℃まで温度を上げたときの反応率が７５％以上８５％以下である。

Description

半導体装置の製造方法
　本発明は、熱硬化性接着剤を用いて半導体チップを複数積層させる半導体装置の製造方法に関する。本出願は、日本国において２０１５年３月３１日に出願された日本特許出願番号特願２０１５－０７１８９３を基礎として優先権を主張するものであり、この出願は参照されることにより、本出願に援用される。
　従来、熱硬化性接着剤を用いてシリコン貫通電極（TSV：through silicon via）を有する半導体チップを１段ずつ積層実装する方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２０１４－１５４６９７号公報
　半導体チップを１段ずつ積層実装する方法は、生産性が低いため、積層配置された半導体チップ群を一括圧着させる方法が望まれている。
　しかしながら、積層配置された半導体チップ群を一括圧着させる方法は、熱圧着ツールからの距離が長くなるに伴って、熱硬化性接着剤に伝わる温度が低くなり、硬化が遅延する。この結果、上下の電極ズレが生じた状態で実装される実装ズレが発生する頻度が多くなる。また、単純に、実装ズレを抑制するために硬化を早くすると、接合性が悪化してしまう傾向にある。
　本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、積層配置された半導体チップ群を熱圧着ツールにて押圧した際の実装ズレを抑制し、良好な接合性を得ることができる半導体装置の製造方法を提供する。
　本件発明者は、鋭意検討を行った結果、はんだ溶融前の温度における熱硬化性接着剤の反応率と、はんだ溶融後の温度における熱硬化性接着剤の反応率とを規定することにより、複数積層配置された半導体チップ群を熱圧着ツールにて押圧した際の実装ズレを抑制し、良好な接合性が得られることを見出し、本発明を完成させるに至った。
　すなわち、本発明に係る半導体装置の製造方法は、熱硬化性接着剤を介して、貫通電極と一方の面に形成されたはんだ付き電極とを有する半導体チップを複数積層配置させる配置工程と、前記熱硬化性接着剤と前記半導体チップとが複数積層配置された半導体チップ群を３００℃～４００℃の温度の熱圧着ツールにて押圧し、前記熱硬化性接着剤を硬化させる硬化工程とを有し、前記熱硬化性接着剤は、示差走査熱量計を用いた小沢法により算出された５秒間に２００℃まで温度を上げたときの反応率が４０％以上６０％以下であり、５秒間に２５０℃まで温度を上げたときの反応率が７５％以上８５％以下であることを特徴とする。
　また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、熱硬化性接着剤を介して、貫通電極と一方の面に形成されたはんだ付き電極とを有する半導体チップを複数積層配置させる配置工程と、前記熱硬化性接着剤と前記半導体チップとが複数積層配置された半導体チップ群を３００℃～４００℃の温度の熱圧着ツールにて押圧し、前記熱硬化性接着剤を硬化させる硬化工程とを有し、前記熱硬化性接着剤は、所定の昇温速度にて前記はんだ付き電極のはんだの融点より３０℃低い温度まで上げたときの反応率が４０％以上６０％以下であり、前記所定の昇温速度にて前記はんだの融点より２０℃高い温度まで上げたときの反応率が７５％以上８５％以下であることを特徴とする。
　本発明によれば、はんだ溶融前の温度における熱硬化性接着剤の反応率が４０％以上６０％以下であり、はんだ溶融後の温度における熱硬化性接着剤の反応率が７５％以上８５％以下であることにより、複数積層配置された半導体チップ群を熱圧着ツールにて押圧した際の実装ズレを抑制し、良好な接合性を得ることができる。
図１は、搭載前の複数の半導体チップを模式的に示す断面図である。 図２は、搭載時の半導体チップ群を模式的に示す断面図である。 図３は、最上層のアンダーフィルフィルム（ポイントＡ）の温度、及び最下層のアンダーフィルフィルム（ポイントＢ）の温度を示すグラフである。
　以下、本発明の実施の形態について、下記順序にて詳細に説明する。
１．半導体装置の製造方法
２．実施例
　＜１．半導体装置の製造方法＞
　本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、熱硬化性接着剤を介して、貫通電極と一方の面に形成されたはんだ付き電極とを有する半導体チップを複数積層配置させる配置工程と、熱硬化性接着剤と半導体チップとが複数積層配置された半導体チップ群を３００℃～４００℃の温度の熱圧着ツールにて押圧し、熱硬化性接着剤を硬化させる硬化工程とを有するものである。
　また、熱硬化性接着剤は、示差走査熱量計を用いた小沢法により算出された５秒間に２００℃まで温度を上げたときの反応率が４０％以上６０％以下である。これにより、はんだ溶融前に、バンプをある程度固定させることができ、実装ズレを抑制することができる。
　また、熱硬化性接着剤は、示差走査熱量計を用いた小沢法により算出された５秒間に２５０℃まで温度を上げたときの反応率が７５％以上８５％以下である。これにより、はんだ溶融後のはんだの良好な流動性及び濡れ性が得られ、良好な接合性を得ることができる。
　温度を上げる前の初期温度は、はんだ付き電極のはんだの溶融温度未満、且つ熱硬化性接着剤の最低溶融粘度到達温度と略同一であることが好ましく、具体的には５０℃～１５０℃であることが好ましく、６０℃～１００℃であることがより好ましい。また、はんだ付き電極のはんだの融点は、２２０℃～２４０℃であることが好ましい。
　このような半導体装置の製造方法によれば、積層配置された半導体チップ群を、例えば１０秒間、一括圧着することにより、良好なはんだ接合性を実現することができるとともに、より高信頼性の半導体積層パッケージを得ることができる。
　以上を換言すれば、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法に使用される熱硬化性接着剤は、所定の昇温速度にてはんだの融点より３０℃低い温度まで上げたときの反応率が４０％以上６０％以下であり、所定の昇温速度にてはんだの融点より２０℃高い温度まで上げたときの反応率が７５％以上８５％以下である。このようにはんだの溶融前及び溶融後の熱硬化性接着剤の反応率を所定範囲とすることにより、はんだ溶融前に、バンプをある程度固定させて実装ズレを抑制するとともに、はんだ溶融後のはんだの良好な流動性及び濡れ性により、良好な接合性を得ることができる。
　また、積層配置された半導体チップ群を３００℃～４００℃の温度の熱圧着ツールにて押圧した際、最上層の熱硬化性接着剤の温度と最下層の熱硬化性接着剤の温度との差は、４０℃以上、好ましくは４０℃以上６０℃以下、より好ましくは４０℃以上８０℃以下、さらに好ましくは４０℃以上１００℃以下である。多くの半導体チップを積層配置させるほど、最上層の熱硬化性接着剤の温度と最下層の熱硬化性接着剤の温度との差は大きくなる。
　また、前述の配置工程において、熱硬化性接着剤を介して、インターポーザ上に半導体チップを複数積層配置させ、硬化工程において、インターポーザを含む半導体チップ群を熱圧着ツールにて押圧し、熱硬化性接着剤を硬化させてもよい。
　また、熱硬化性接着剤として、フィルム状の熱硬化性接着フィルムを用い、配置工程において、熱硬化性接着フィルムがはんだ付き電極の形成面に貼り合わされた半導体チップを複数積層配置させてもよい。
　また、配置工程において、同じ熱硬化性接着剤を使用して半導体チップを複数積層配置させてもよい。これにより、例えば、１段目用、２段目用といった熱硬化性接着剤の管理を行わなくてもよい。
　また、熱硬化性接着剤は、アクリル硬化系とエポキシ硬化系とを含有し、アクリル硬化系とエポキシ硬化系との配合比が、７０：３０～３０：７０であることが好ましい。速硬化のアクリル硬化系と、遅硬化のエポキシ硬化系とを配合することにより、はんだの溶融前及び溶融後の熱硬化性接着剤の反応率を所定範囲とすることができる。
　［具体例］
　以下、半導体チップを４段積層実装させる具体例について、図１及び図２を用いて説明する。図１は、搭載前の複数の半導体チップを模式的に示す断面図であり、図２は、搭載時の半導体チップ群を模式的に示す断面図である。
　図１に示すように、具体例として示す配置工程において、インターポーザ１０上に、中間層の第１～第３の半導体チップ１１～１３と、最上層の第４の半導体チップ１４とを、第１～第４のアンダーフィルフィルム２１～２４を介して積層配置させる。
　ステージ１は、インターポーザ１０を保持する機能を有するとともに、インターポーザ１０を含む積層体を加熱する機能を有する。ステージ１の温度は、はんだ付き電極ａのはんだｃの溶融温度未満、且つの最低溶融粘度到達温度と略同一であることが好ましく、具体的には５０℃～１５０℃であることが好ましく、６０℃～１００℃であることがより好ましい。
　インターポーザ１０は、半導体チップを機械的に支持する機能と、半導体チップ上の端子を再配線してパッケージの端子（例えば、プリント基板実装用のはんだボール）に電気的に接続する機能とを有する。
　中間層の第１～第３の半導体チップ１１～１３は、シリコン貫通電極（TSV：through silicon via）と、一方の面に形成されたはんだ付き電極ａと、他方の面に形成された電極ｂとを有する。シリコン貫通電極は、半導体チップの内部を垂直に貫通する電極であり、上下のチップ同士の接続を行う。はんだ付き電極ａは、例えばＣｕピラー頂上にはんだをメッキしたものである。はんだ付き電極ａのはんだｃは、所謂Ｐｂフリーはんだであり、はんだｃとしては、例えば、Ｓｎ／Ａｇ／Ｃｕはんだ（融点：２２０℃～２４０℃）、Ｓｎ／Ａｇはんだ（融点：２２０℃）などが挙げられる。電極ｂは、他の半導体チップのはんだ付き電極と接続されるものであり、電極ｂとしては、例えばＣｕピラーなどが挙げられる。
　最上層の第４の半導体チップ１４は、一方の面に形成されたはんだ付き電極ａを有する。はんだ付き電極ａは、中間層の第１～第３の半導体チップ１１～１３と同様、例えばＣｕピラー頂上にはんだをメッキしたものである。
　また、第１～第４の半導体チップ１１～１４のはんだ付き電極ａが形成された一方の面には、それぞれ熱硬化性接着剤である第１～第４のアンダーフィルフィルム２１～２４が予め貼り合わされている。これにより、半導体チップ１１～１４を積層配置する工程数を削減することができる。
　これらの第１～第４の半導体チップ１１～１４は、第１～第４のアンダーフィルフィルム２１～２４に流動性は生じるが、本硬化は生じない程度の所定の温度、圧力、時間の条件で積層配置される。
　次に、図２に示すように、具体例として示す硬化工程において、第１～第４のアンダーフィルフィルム２１～２４と第１～第４の半導体チップ１１～１４とが複数積層配置された半導体チップ群を３００℃～４００℃の温度の熱圧着ツールにて押圧し、第１～第４のアンダーフィルフィルム２１～２４を硬化させる。
　半導体チップ群を熱圧着ツールにて押圧した際、最上層の第４のアンダーフィルフィルム２４の温度と最下層の第１のアンダーフィルフィルム２１の温度との差は４０℃以上であることが好ましい。多くの半導体チップを積層配置させるほど、最上層の第４のアンダーフィルフィルム２４の温度と最下層の第１のアンダーフィルフィルム２１の温度との差は大きくなる。
　この硬化工程では、例えば第１の温度から第２の温度まで所定の昇温速度で昇温させるボンディング条件で、はんだ付き電極のはんだを溶融させて金属結合を形成させるとともに、１２０℃～２００℃の温度条件でキュアし、第１～第４のアンダーフィルフィルム２１～２４を完全硬化させる。
　第１の温度は、第１～第４のアンダーフィルフィルム２１～２４の最低溶融粘度到達温度と略同一であることが好ましく、５０℃以上１５０℃以下であることが好ましい。これによりアンダーフィル材の硬化挙動をボンディング条件に合致させることができ、ボイドの発生を抑制することができる。
　また、昇温速度は、５０℃／ｓｅｃ以上１５０℃／ｓｅｃ以下であることが好ましい。また、第２の温度は、はんだの種類にもよるが、２００℃以上２８０℃以下であることが好ましく、より好ましくは２２０℃以上２６０℃以下である。これにより、はんだ付き電極ａと電極ｂとをはんだｃにより結合させるとともに、アンダーフィルフィルム２１～２４を完全硬化させ、インターポーザ１０と、第１～第４の半導体チップ１１～１４とを電気的、機械的に接続させることができる。
　このような半導体装置の製造方法によれば、インターポーザ１０と、中間層の第１～第３の半導体チップ１１～１３と、最上層の第４の半導体チップ１４とを一括圧着した際の実装ズレを抑制し、良好な接合性を得ることができる。
　また、従来のように半導体チップを１段ずつ圧着実装する方法では、例えば１段圧着５ｓｅｃ×４段＝２０ｓｅｃの実装タクトであったのに対し、本法では、例えば一括圧着１０ｓｅｃの実装タクトとすることができる。また、本法では、例えば１０ｓｅｃの実装とすることにより、従来よりも良好なはんだ付け性を得ることができる。
　なお、具体例では、アンダーフィルフィルム２１～２４を介して、インターポーザ１０上に第１～第４の半導体チップ１１～１４を複数積層配置させ、一括圧着させたが、インターポーザ１０と第１の半導体チップ１１とを圧着させた後、第１の半導体チップ１１上に、第２～第４の半導体チップ１２～１４を複数積層配置させ、一括圧着させるようにしてもよい。また、例えば４段の半導体チップを複数積層配置させて一括圧着させた後、さらに、４段の半導体チップを複数積層配置させて一括圧着させ、８段の半導体チップの積層体を得るようにしてもよい。
　［アンダーフィルフィルム］
　次に、前述した具体例として示す半導体装置の製造方法に用いられるアンダーフィルフィルムについて説明する。アンダーフィルフィルムは、熱硬化性接着剤であるアンダーフィル材をフィルム状に成形したものである。
　アンダーフィル材は、アクリル硬化系とエポキシ硬化系とを含有する。また、アクリル硬化系とエポキシ硬化系との配合比は、７０：３０～３０：７０であることが好ましい。速硬化のアクリル硬化系と、遅硬化のエポキシ硬化系とを配合することにより、はんだの溶融前及び溶融後の熱硬化性接着剤の反応率を所定範囲とすることができる。
　アクリル硬化系は、（メタ）アクリレートと、有機過酸化物とを含有することが好ましい。なお、本明細書において、（メタ）アクリレートとは、アクリル酸エステル（アクリレート）とメタクリル酸エステル（メタクリレート）とを包含する意味である。
　（メタ）アクリレートとしては、単官能（メタ）アクリレート、２官能以上の（メタ）アクリレートを使用可能である。単官能（メタ）アクリレートとしては、メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、ｎ－プロピル（メタ）アクリレート、ｉ－プロピル（メタ）アクリレート、ｎ－ブチル（メタ）アクリレートなどが挙げられる。２官能以上の（メタ）アクリレートとしては、フルオレン型（メタ）アクリレート、ビスフェノールＦ―ＥＯ変性ジ（メタ）アクリレート、ビスフェノールＡ－ＥＯ変性ジ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパンＰＯ変性（メタ）アクリレート、多官能ウレタン（メタ）アクリレートなどを挙げることができる。これらの（メタ）アクリレートは、単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中でも、本実施の形態では、フルオレン型（メタ）アクリレートが好適に用いられる。
　有機過酸化物としては、例えば、パーオキシケタール、パーオキシエステル、ハイドロパーオキサイド、ジアルキルパーオキサイド、ジアシルパーオキサイド、パーオキシジカーボネートなどを挙げることができる。これらの有機過酸化物は、単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中でも、本実施の形態では、パーオキシケタールが好適に用いられる。
　エポキシ硬化系は、エポキシ化合物と、酸無水物とを含有することが好ましい。エポキシ化合物としては、例えば、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、グリシジルエーテル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、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、スピロ環型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、テルペン型エポキシ樹脂、テトラブロムビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、α－ナフトールノボラック型エポキシ樹脂、臭素化フェノールノボラック型エポキシ樹脂などを挙げることができる。これらのエポキシ化合物は、１種を単独で用いても、２種類以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中でも、本実施の形態では、高接着性、耐熱性の点から、多官能ノボラック型エポキシ化合物を用いることが好ましい。
　酸無水物は、はんだ表面の酸化膜を除去するフラックス機能を有するため、優れた接続信頼性を得ることができる。酸無水物としては、例えば、テトラプロペニル無水コハク酸、ドデセニル無水コハク酸などの脂肪族酸無水物、ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸などの脂環式酸無水物、無水フタル酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸などの芳香族酸無水物などを挙げることができる。これらのエポキシ硬化剤は、１種を単独で用いても、２種類以上を組み合わせて用いてもよい。これらの酸無水物の中でも、脂環式酸無水物を用いることが好ましい。
　また、アンダーフィル材は、膜形成樹脂を含有することが好ましい。膜形成樹脂は、重量平均分子量が１０×１０４以上の高分子量樹脂に相当し、フィルム形成性の観点から、１０×１０４～１００×１０４の重量平均分子量であることが好ましい。膜形成樹脂としては、アクリルゴムポリマー、フェノキシ樹脂、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、ウレタン樹脂等の種々の樹脂を用いることができる。これらの膜形成樹脂は、１種を単独で用いても、２種類以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中でも、本実施の形態では、膜強度及び接着性の観点から、アクリルゴムポリマーが好適に用いられる。
　また、アンダーフィル材は、硬化促進剤を含有することが好ましい。硬化促進剤の具体例としては、２－メチルイミダゾール、２－エチルイミダゾール、２－エチル－４－メチルイミダゾールなどのイミダゾ－ル類、１，８－ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン－７塩（ＤＢＵ塩）、２－（ジメチルアミノメチル）フェノールなどの第３級アミン類、トリフェニルホスフィンなどのホスフィン類、オクチル酸スズなどの金属化合物などが挙げられる。
　また、アンダーフィル材は、無機フィラーを含有することが好ましい。無機フィラーを含有することにより、圧着時における樹脂層の流動性を調整することができる。無機フィラーとしては、シリカ、タルク、酸化チタン、炭酸カルシウム、酸化マグネシウム等を用いることができる。
　また、その他の添加組成物として、必要に応じて、エポキシ系、アミノ系、メルカプト・スルフィド系、ウレイド系などのシランカップリング剤を添加してもよい。
　このような構成からなるアンダーフィル材は、示差走査熱量計（ＤＳＣ：Differential Scanning Calorimeter）を用いた小沢法により算出された５秒間に２００℃まで温度を上げたときの反応率が４０％以上６０％以下であり、５秒間に２５０℃まで温度を上げたときの反応率が７５％以上８５％以下である。これにより、はんだ溶融前に、バンプをある程度固定させることができ、実装ズレを抑制するとともに、はんだ溶融後のはんだの良好な流動性及び濡れ性が得られるため、良好な接合性を得ることができる。
　ＤＳＣ－小沢法による反応率の算出方法は、次の通りである。先ず、サンプルについての等速昇温データよりピーク全体の熱量、ピーク温度及びピークトップまでの変化率を算出する。次に、昇温スピードの常用対数値を縦軸にとり、ピーク温度の逆数値を横軸にとることにより小沢プロットを作成し、サンプルについての活性化エネルギー、頻度因子、及び反応次数を求める。そして、活性エネルギー、頻度因子及び反応次数より反応予測図を作成することにより、所定の昇温速度にて所定温度まで上げたときの反応率を算出することができる。
　以上を換言すれば、アンダーフィル材は、所定の昇温速度にてはんだの融点より３０℃低い温度まで上げたときの反応率が４０％以上６０％以下であり、所定の昇温速度にてはんだの融点より２０℃高い温度まで上げたときの反応率が７５％以上８５％以下である。このようにはんだの溶融前及び溶融後の熱硬化性接着剤の反応率を所定範囲とすることにより、はんだ溶融前に、バンプをある程度固定させて実装ズレを抑制するとともに、はんだ溶融後のはんだの良好な流動性及び濡れ性により、良好な接合性を得ることができる。
　＜２．実施例＞
　以下、本発明の実施例について説明する。本実施例では、アンダーフィルフィルムを作製し、ＤＳＣ－小沢法により所定の昇温速度で所定温度まで温度を上げたときの反応率を算出した。そして、アンダーフィルフィルムを用いて３次元実装体を作製し、３次元実装体の実装ズレ、及び接合性について評価した。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
　アンダーフィルフィルムの反応率の算出、３次元実装体の作製、実装ズレの評価、及び接合性の評価は、次のように行った。
　［所定温度における反応率の算出］
　所定温度における反応率の算出は、以下の手順により算出した。
（１）示差走査熱量計（ＤＳＣ）を使用して、同装置に添付されているＤＳＣ小沢法ソフトウエアのマニュアルの記述に従い、各試料についての等速昇温データ（昇温スピード５℃／ｍｉｎ，１０℃／ｍｉｎ，２０℃／ｍｉｎ）よりピーク全体の熱量、ピーク温度、及びピークトップまでの変化率を求めた。変化率は、ピーク温度までの熱量をピーク全体の熱量で除した値である。
（２）昇温スピードの常用対数値を縦軸にとり、ピーク温度の逆数値を横軸にとることにより小沢プロットを作成後、各試料についての活性化エネルギー、頻度因子、反応次数を求めた。
（３）（２）で求めた活性エネルギー、頻度因子及び反応次数より反応予測図を作成し、この図より、５秒間に８０℃から２００℃まで温度を上げたときの反応率、及び５秒間に８０℃から２５０℃まで温度を上げたときの反応率を算出した。
　［３次元実装体の作製］
　図１及び図２に示すように、アンダーフィルフィルムを用いて、インターポーザ上に積層配置された中間層の３個の半導体チップと最上層の半導体チップとを含む半導体チップ群を熱圧着ツールにて押圧し、シリコン貫通電極（TSV：through silicon via）にて接続させ、３次元実装体を作製した。インターポーザ、中間層の半導体チップ、及び最上層の半導体チップは、次のものを使用した。
インターポーザ（Ｓｉ）
　大きさ：８×８ｍｍ□、厚み：２００μｍ
　バンプ仕様：Ｃｕピラー（７μｍ）、Ｎｉ／Ａｕメッキ、φ２０μｍ、バンプ数１０００ｐｉｎ
中間層の半導体チップ
　大きさ：６×６ｍｍ□、厚み：５０μｍ
　上側バンプ仕様：Ｃｕピラー（７μｍ）、φ２０μｍ、バンプ数１０００ｐｉｎ
　下側バンプ仕様：Ｃｕピラー（７μｍ）＋Ｓｎ／Ａｇはんだ（５μｍ）、φ２０μｍ、バンプ数１０００ｐｉｎ、
　アンダーフィル厚み：２０μｍ
最上層の半導体チップ
　大きさ：６×６ｍｍ□、厚み：５０μｍ
　バンプ仕様：Ｃｕピラー（７μｍ）＋Ｓｎ／Ａｇはんだ（５μｍ）、φ２０μｍ、バンプ数１０００ｐｉｎ
　アンダーフィル厚み：２０μｍ
　フリップチップボンダーを用いて、８０℃のステージに保持されたインターポーザ上に、アンダーフィルフィルムが貼り合わされた中間層の半導体チップを３段、及びアンダーフィルフィルムが貼り合わされた最上層の半導体チップを１段、順次積層配置した。
　そして、実装装置（ＦＣＢ３、Ｐａｎａｓｏｎｉｃ（株））を用いて、３５０℃－１０秒の条件にて押圧した。さらに、１７０℃－２時間の条件でキュアし、３次元実装体を作製した。
　図３は、インターポーザ上に積層配置された中間層の３個の半導体チップと最上層の半導体チップとを含む半導体チップ群を３５０℃の温度の熱圧着ツールにて３０秒間押圧したときの最上層のアンダーフィルフィルム（ポイントＡ）の温度、及び最下層のアンダーフィルフィルム（ポイントＢ）の温度を示すグラフである。なお、ポイントＡ及びポイントＢは、図１及び図２において、それぞれ第４のアンダーフィルフィルム２４及び第１のアンダーフィルム２１に対応する。また、アンダーフィルフィルムの温度は、熱電対により実温を測定したものである。
　最上層の半導体チップと中間層の半導体チップとの間にあるポイントＡのアンダーフィルフィルムの温度は、５秒において約２５０℃であった。また、インターポーザと中間層の半導体チップとの間にあるポイントＢのアンダーフィルフィルムの温度は、５秒において約２００℃であった。すなわち、ポイントＡとポイントＢのアンダーフィルムの温度差は約５０℃であり、この温度差は、３０秒でもほとんど変わらなかった。
　［実装ズレの評価］
　バンプ部分をＸ線観察し、実装後のバンプのズレが１０μｍ以上あった場合の評価を「×」とし、実装後のバンプのズレが１０μｍ未満である場合の評価を「○」とした。
　［接合性の評価］
　デジタルマルチメーター（商品名：デジタルマルチメーター７５６１、横河電機社製）を用いて、実装後のバンプのズレが１０μｍ未満である３次元実装体の導通抵抗（Ω）を測定した。導通抵抗が７０Ω±２０％未満の場合の評価を「○」、それ以外の場合の評価を「×」とした。
　＜比較例１＞
　表１に示すように、アクリルゴムポリマー（品名：テイサンレジンＳＧ－Ｐ３、ナガセケムテックス社製）を４０質量部、２官能フルオレン型アクリレート（品名：オグソールＥＡ－０２００、大阪ガスケミカル（株））を９８質量部、有機過酸化物（品名：パーヘキサＶ、日油（株））２質量部、ＤＢＵ系テトラフェニルボレート塩（品名：Ｕ－ＣＡＴ－５００２、サンアプロ（株））を１質量部、及びフィラー（品名：アエロジルＲＹ２００、日本アエロジル（株））を１５質量部配合し、アクリル硬化系とエポキシ硬化系との配合比が、１００：０であるアンダーフィルフィルムの樹脂組成物を調製した。ＤＳＣ－小沢法により算出された５秒間で２００℃まで温度をあげたときの反応率は７０％であり、５秒間で２５０℃まで温度をあげたときの反応率は９５％であった。
　これを、剥離処理されたＰＥＴ（Polyethylene terephthalate）にバーコーターを用いて塗布し、８０℃のオーブンで３分間乾燥させ、厚み２０μｍのアンダーフィルフィルムを作製した（カバー剥離ＰＥＴ（２５μｍ）／アンダーフィルフィルム（２０μｍ）／ベース剥離ＰＥＴ（５０μｍ））。
　比較例１のアンダーフィルフィルムを用いて３次元実装体を作製したところ、実装ズレの評価は○、及び接合性の評価は×であった。
　＜実施例１＞
　表１に示すように、アクリルゴムポリマー（品名：テイサンレジンＳＧ－Ｐ３、ナガセケムテックス社製）を４０質量部、２官能フルオレン型アクリレート（品名：オグソールＥＡ－０２００、大阪ガスケミカル（株））を６８質量部、有機過酸化物（品名：パーヘキサＶ、日油（株））２質量部、ノボラック型エポキシ化合物（４官能）（品名：ＪＥＲ１０３１Ｓ、三菱化学（株））２０質量部、脂環式酸無水物（品名：ＪＥＲ１０３１Ｓ、三菱化学（株））１０質量部、ＤＢＵ系テトラフェニルボレート塩（品名：Ｕ－ＣＡＴ－５００２、サンアプロ（株））を１質量部、及びフィラー（品名：アエロジルＲＹ２００、日本アエロジル（株））を１５質量部配合し、アクリル硬化系とエポキシ硬化系との配合比が、７０：３０であるアンダーフィルフィルムの樹脂組成物を調製した。ＤＳＣ－小沢法により算出された５秒間で２００℃まで温度をあげたときの反応率は６０％であり、５秒間で２５０℃まで温度をあげたときの反応率は８５％であった。これ以外は、比較例１と同様にして、アンダーフィルフィルムを作製した。実施例１のアンダーフィルフィルムを用いて３次元実装体を作製したところ、実装ズレの評価は○、及び接合性の評価は○であった。
　＜実施例２＞
　表１に示すように、アクリルゴムポリマー（品名：テイサンレジンＳＧ－Ｐ３、ナガセケムテックス社製）を４０質量部、２官能フルオレン型アクリレート（品名：オグソールＥＡ－０２００、大阪ガスケミカル（株））を４９質量部、有機過酸化物（品名：パーヘキサＶ、日油（株））１質量部、ノボラック型エポキシ化合物（４官能）（品名：ＪＥＲ１０３１Ｓ、三菱化学（株））３０質量部、脂環式酸無水物（品名：ＪＥＲ１０３１Ｓ、三菱化学（株））２０質量部、ＤＢＵ系テトラフェニルボレート塩（品名：Ｕ－ＣＡＴ－５００２、サンアプロ（株））を１質量部、及びフィラー（品名：アエロジルＲＹ２００、日本アエロジル（株））を１５質量部配合し、アクリル硬化系とエポキシ硬化系との配合比が、５０：５０であるアンダーフィルフィルムの樹脂組成物を調製した。ＤＳＣ－小沢法により算出された５秒間で２００℃まで温度をあげたときの反応率は５０％であり、５秒間で２５０℃まで温度をあげたときの反応率は８０％であった。これ以外は、比較例１と同様にして、アンダーフィルフィルムを作製した。実施例２のアンダーフィルフィルムを用いて３次元実装体を作製したところ、実装ズレの評価は○、及び接合性の評価は○であった。
　＜実施例３＞
　表１に示すように、アクリルゴムポリマー（品名：テイサンレジンＳＧ－Ｐ３、ナガセケムテックス社製）を４０質量部、２官能フルオレン型アクリレート（品名：オグソールＥＡ－０２００、大阪ガスケミカル（株））を２９質量部、有機過酸化物（品名：パーヘキサＶ、日油（株））１質量部、ノボラック型エポキシ化合物（４官能）（品名：ＪＥＲ１０３１Ｓ、三菱化学（株））４０質量部、脂環式酸無水物（品名：ＪＥＲ１０３１Ｓ、三菱化学（株））３０質量部、ＤＢＵ系テトラフェニルボレート塩（品名：Ｕ－ＣＡＴ－５００２、サンアプロ（株））を１質量部、及びフィラー（品名：アエロジルＲＹ２００、日本アエロジル（株））を１５質量部配合し、アクリル硬化系とエポキシ硬化系との配合比が、３０：７０であるアンダーフィルフィルムの樹脂組成物を調製した。ＤＳＣ－小沢法により算出された５秒間で２００℃まで温度をあげたときの反応率は４０％であり、５秒間で２５０℃まで温度をあげたときの反応率は７５％であった。これ以外は、比較例１と同様にして、アンダーフィルフィルムを作製した。実施例３のアンダーフィルフィルムを用いて３次元実装体を作製したところ、実装ズレの評価は○、及び接合性の評価は○であった。
　＜比較例２＞
　表１に示すように、アクリルゴムポリマー（品名：テイサンレジンＳＧ－Ｐ３、ナガセケムテックス社製）を４０質量部、ノボラック型エポキシ化合物（４官能）（品名：ＪＥＲ１０３１Ｓ、三菱化学（株））６０質量部、脂環式酸無水物（品名：ＭＨ－７００、新日本理化（株））４０質量部、ＤＢＵ系テトラフェニルボレート塩（品名：Ｕ－ＣＡＴ－５００２、サンアプロ（株））を１質量部、及びフィラー（品名：アエロジルＲＹ２００、日本アエロジル（株））を１５質量部配合し、アクリル硬化系とエポキシ硬化系との配合比が、０：１００であるアンダーフィルフィルムの樹脂組成物を調製した。ＤＳＣ－小沢法により算出された５秒間で２００℃まで温度をあげたときの反応率は３０％であり、５秒間で２５０℃まで温度をあげたときの反応率は７０％であった。これ以外は、比較例１と同様にして、アンダーフィルフィルムを作製した。比較例２のアンダーフィルフィルムを用いて３次元実装体を作製したところ、実装ズレの評価は×、及び接合性の評価は○であった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　比較例１のようにＤＳＣ－小沢法により算出された５秒間で２００℃まで温度をあげたときの反応率が７０％であり、５秒間で２５０℃まで温度をあげたときの反応率が９５％であるアンダーフィルフィルムを用いた場合、良好な接合性が得られなかった。また、比較例２のようにＤＳＣ－小沢法により算出された５秒間で２００℃まで温度をあげたときの反応率が３０％であり、５秒間で２５０℃まで温度をあげたときの反応率が７０％である場合、実装ズレが生じた。
　一方、実施例１～３のように、ＤＳＣ－小沢法により算出された５秒間で２００℃まで温度をあげたときの反応率が４０％～６０％であり、５秒間で２５０℃まで温度をあげたときの反応率が７５％～８５％であるアンダーフィルフィルムを用いた場合、実装ズレを抑制し、良好な接合性が得られた。
　１　ステージ、１０　インターポーザ、１１　第１の半導体チップ、１２　第２の半導体チップ、１３　第３の半導体チップ、１４　第４の半導体チップ、２１　第１のアンダーフィルフィルム、２２　第２のアンダーフィルフィルム、２３　第３のアンダーフィルフィルム、２４　第４のアンダーフィルフィルム

Claims (9)

  1. 　熱硬化性接着剤を介して、貫通電極と一方の面に形成されたはんだ付き電極とを有する半導体チップを複数積層配置させる配置工程と、
    　前記熱硬化性接着剤と前記半導体チップとが複数積層配置された半導体チップ群を３００℃～４００℃の温度の熱圧着ツールにて押圧し、前記熱硬化性接着剤を硬化させる硬化工程とを有し、
    　前記熱硬化性接着剤は、示差走査熱量計を用いた小沢法により算出された５秒間に２００℃まで温度を上げたときの反応率が４０％以上６０％以下であり、５秒間に２５０℃まで温度を上げたときの反応率が７５％以上８５％以下である半導体装置の製造方法。
  2. 　前記半導体チップ群を前記熱圧着ツールにて押圧した際、最上層の熱硬化性接着剤の温度と最下層の熱硬化性接着剤の温度との差が４０℃以上である請求項１記載の半導体装置の製造方法。
  3. 　前記はんだ付き電極のはんだの融点が、２２０℃～２４０℃である請求項１又は２記載の半導体装置の製造方法。
  4. 　前記熱硬化性接着剤が、アクリル硬化系とエポキシ硬化系とを含有し、
    　前記アクリル硬化系と前記エポキシ硬化系との配合比が、７０：３０～３０：７０である請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
  5. 　前記アクリル硬化系が、フルオレン型（メタ）アクリレートと、有機過酸化物とを含有し、
    　前記エポキシ硬化系が、多官能エポキシ化合物と、酸無水物とを含有する請求項４記載の半導体装置の製造方法。
  6. 　前記配置工程では、熱硬化性接着剤を介して、インターポーザ上に前記半導体チップを複数積層配置させ、
    　前記硬化工程では、前記インターポーザを含む半導体チップ群を前記熱圧着ツールにて押圧し、前記熱硬化性接着剤を硬化させる請求項１乃至５のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
  7. 　前記熱硬化性接着剤が、フィルム状の熱硬化性接着フィルムであり、
    　前記配置工程では、前記熱硬化性接着フィルムが前記はんだ付き電極の形成面に貼り合わされた半導体チップを複数積層配置させる請求項１乃至６のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
  8. 　前記配置工程では、同じ熱硬化性接着剤を使用して半導体チップを複数積層配置させる請求項１乃至７のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
  9. 　熱硬化性接着剤を介して、貫通電極と一方の面に形成されたはんだ付き電極とを有する半導体チップを複数積層配置させる配置工程と、
    　前記熱硬化性接着剤と前記半導体チップとが複数積層配置された半導体チップ群を３００℃～４００℃の温度の熱圧着ツールにて押圧し、前記熱硬化性接着剤を硬化させる硬化工程とを有し、
    　前記熱硬化性接着剤は、所定の昇温速度にて前記はんだ付き電極のはんだの融点より３０℃低い温度まで上げたときの反応率が４０％以上６０％以下であり、前記所定の昇温速度にて前記はんだの融点より２０℃高い温度まで上げたときの反応率が７５％以上８５％以下である半導体装置の製造方法。
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