半導体素子の接合方法
【課題】空気のかみ込みによるボイドの発生を低減して、信頼性の高いバンプ接続を行うことのできる半導体素子の接合方法を提供する。
【解決手段】バンプを有する半導体素子と、電極部を有する基板又は他の半導体素子とを、接着剤を介して接合する半導体素子の接合方法であって、バンプを有する半導体素子と、電極部を有する基板又は他の半導体素子とを、接着剤を介して前記バンプと前記電極部とが対応するように位置合わせする位置合わせ工程（１）と、加熱により前記接着剤を濡れ広がらせ、前記バンプと前記電極部とを接触させる予備加熱工程（２）と、前記バンプと前記電極部とを溶融接合する電極接続工程（３）とを有し、前記予備加熱工程（２）において、前記接着剤のレオメーターにより測定した周波数１Ｈｚ、歪量１ｒａｄにおける複素粘度η＊が２〜１０Ｐａ・ｓとなるように前記接着剤を加熱する半導体素子の接合方法。
【解決手段】バンプを有する半導体素子と、電極部を有する基板又は他の半導体素子とを、接着剤を介して接合する半導体素子の接合方法であって、バンプを有する半導体素子と、電極部を有する基板又は他の半導体素子とを、接着剤を介して前記バンプと前記電極部とが対応するように位置合わせする位置合わせ工程（１）と、加熱により前記接着剤を濡れ広がらせ、前記バンプと前記電極部とを接触させる予備加熱工程（２）と、前記バンプと前記電極部とを溶融接合する電極接続工程（３）とを有し、前記予備加熱工程（２）において、前記接着剤のレオメーターにより測定した周波数１Ｈｚ、歪量１ｒａｄにおける複素粘度η＊が２〜１０Ｐａ・ｓとなるように前記接着剤を加熱する半導体素子の接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気のかみ込みによるボイドの発生を低減して、信頼性の高いバンプ接続を行うことのできる半導体素子の接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ますます進展する半導体装置の小型化、高集積化に対応するために、ハンダ等からなる接続端子（バンプ）を有する半導体チップを用いたフリップチップ接続が多用されている。
【０００３】
フリップチップ接続においては、一般的に、複数のバンプを有する半導体チップを、バンプを介して基板又は他の半導体チップに接続した後、アンダーフィルを充填して封止する方法が用いられている。しかしながら、近年、半導体チップの小型化が進行するとともにバンプ間のピッチもますます狭くなっており、また、これらに伴って半導体チップ同士又は半導体チップと基板との間のギャップが狭くなっていることから、アンダーフィルの充填時に空気のかみ込みによるボイドが発生しやすくなっている。
【０００４】
そこで、接着剤又は接着フィルムにより、複数のバンプを有するウエハ上のバンプが形成された面に接着剤層を形成した後、ウエハを接着剤層ごとダイシングして個々の半導体チップとし、これをバンプを介して基板又は他の半導体チップにボンディングする先塗布型の接続方法が提案されている。また、同様の先塗布型の接続方法として、ウエハ上に接着剤層を形成するのではなく、ダイシング後の半導体チップ上に接着剤層を形成する方法、基板側に接着剤層を形成する方法等も挙げられる。
【０００５】
例えば、特許文献１には、５０〜２５０℃のいずれかの温度で最低溶融粘度が２００Ｐａ・ｓ以下である所定のフィルム状接着剤を用いて、Ｎｉ／Ａｕめっき処理された配線パターンを有するガラスエポキシ基板に貼り付けた後、金スタッドバンプが形成された半導体チップを超音波振動を利用したフリップチップ実装方式によって接続する方法が記載されている。しかしながら、特許文献１に記載されているような先塗布型の接続方法によっても、依然として空気のかみ込みによるボイドの発生を充分に防止することは困難であり、接続信頼性の低下又はボイドを起点とした剥離等が生じることから、充分に高い信頼性を実現することのできる新たな接続方法が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−３０７１６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、空気のかみ込みによるボイドの発生を低減して、信頼性の高いバンプ接続を行うことのできる半導体素子の接合方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、バンプを有する半導体素子と、電極部を有する基板又は他の半導体素子とを、接着剤を介して接合する半導体素子の接合方法であって、バンプを有する半導体素子と、電極部を有する基板又は他の半導体素子とを、接着剤を介して前記バンプと前記電極部とが対応するように位置合わせする位置合わせ工程（１）と、加熱により前記接着剤を濡れ広がらせ、前記バンプと前記電極部とを接触させる予備加熱工程（２）と、前記バンプと前記電極部とを溶融接合する電極接続工程（３）とを有し、前記予備加熱工程（２）において、前記接着剤のレオメーターにより測定した周波数１Ｈｚ、歪量１ｒａｄにおける複素粘度η＊が２〜１０Ｐａ・ｓとなるように前記接着剤を加熱する半導体素子の接合方法である。
以下、本発明を詳述する。
【０００９】
バンプを有する半導体素子と、電極部を有する基板又は他の半導体素子とを、接着剤を介して接合する半導体素子の接合方法においては、接着剤と、接合される基板又は半導体素子とが面−面接触により接触することから、空気の存在下で接合を行う以上、接着剤と、基板又は半導体素子とを接触させる際の空気のかみ込み自体を完全に防止することは困難である。
これに対し、本発明者は、バンプを有する半導体素子と、電極部を有する基板又は他の半導体素子とを、接着剤を介して前記バンプと前記電極部とが対応するように位置合わせする位置合わせ工程（１）の後、加熱により前記接着剤を濡れ広がらせ、前記バンプと前記電極部とを接触させる予備加熱工程（２）を行うことにより、接着剤と、基板又は半導体素子とを接触させる際に空気がかみ込まれた場合であっても、かみ込まれた空気がボイドとして接着剤中に残ることを低減できることを見出した。
【００１０】
更に、空気のかみ込みによるボイドの発生を充分に低減するためには、接合時の接着剤の粘度を上げることが有効であると考えられる。一方で、接合時の接着剤の粘度が高すぎる場合には、バンプが接着剤を充分に排除して電極部に接触することができないことから、信頼性の高いバンプ接続を行うためには、接合時の接着剤の粘度を調整することが重要となる。本発明者は、前記予備加熱工程（２）において、前記接着剤の粘度が所定範囲となるように前記接着剤を加熱することにより、空気のかみ込みによるボイドの発生を充分に低減しながら信頼性の高いバンプ接続を行うことができることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１１】
本発明の半導体素子の接合方法は、バンプを有する半導体素子と、電極部を有する基板又は他の半導体素子とを、接着剤を介して接合する半導体素子の接合方法である。
本明細書中、半導体素子は、半導体ウエハであってもよく、半導体ウエハをダイシングすることにより得られる半導体チップであってもよい。また、本発明の半導体素子の接合方法においては、基板と半導体素子とを接合してもよく、また、例えば、基板に接合された半導体素子等の他の半導体素子と、半導体素子とを接合してもよい。
【００１２】
本発明の半導体素子の接合方法では、まず、バンプを有する半導体素子と、電極部を有する基板又は他の半導体素子とを、接着剤を介して前記バンプと前記電極部とが対応するように位置合わせする位置合わせ工程（１）を行う。
【００１３】
上記位置合わせ工程（１）は、バンプを有する半導体素子と、電極部を有する基板又は他の半導体素子とを、接着剤を介して上記バンプと上記電極部とが対応するように位置合わせすることができれば特に限定されないが、上記バンプを有する半導体素子上のバンプが形成された面に上記接着剤を塗布する工程を有することが好ましい。
また、上記位置合わせ工程（１）が上記バンプを有する半導体素子上のバンプが形成された面に上記接着剤を塗布する工程を有する場合、上記半導体素子は、半導体ウエハであることが好ましい。
【００１４】
上記バンプを有する半導体素子上のバンプが形成された面に上記接着剤を塗布する方法として、例えば、溶剤としてプロピレングリコールメチルエーテルアセテート等の１２０〜２５０℃程度の沸点を有する中沸点溶剤又は高沸点溶剤を用いて、上記接着剤を溶解して接着剤溶液を調製した後、得られた接着剤溶液を、スピンコーター、スクリーン印刷等を使用して上記バンプを有する半導体素子上のバンプが形成された面に直接印刷し、溶剤を乾燥する方法等が挙げられる。
【００１５】
また、上記バンプを有する半導体素子上のバンプが形成された面に上記接着剤を塗布する方法としては、例えば、上記接着剤として溶剤を含有しない接着剤を用いて、この接着剤を上記バンプを有する半導体素子上のバンプが形成された面に塗布した後、Ｂステージ化剤又は露光によってフィルム化する方法等も挙げられる。
【００１６】
上記接着剤は、後述する予備加熱工程（２）において加熱されたとき、後述する粘度特性を示すことができ、上記半導体素子のバンプが、上記接着剤を排除しながら上記基板又は他の半導体素子の電極部に接触できるように設計される。
このような接着剤は特に限定されないが、エポキシ化合物、該エポキシ化合物と反応可能な官能基を有する高分子化合物（以下、単に、反応可能な官能基を有する高分子化合物ともいう）、及び、必要に応じて他の添加成分を適宜配合した接着剤が好ましい。
【００１７】
上記エポキシ化合物は特に限定されず、例えば、軟化点が１５０℃以下のエポキシ樹脂、常温で液体又は結晶性固体のエポキシ樹脂等が挙げられる。これらのエポキシ化合物は、単独で用いられてもよく、二種以上が併用されてもよい。
上記軟化点が１５０℃以下のエポキシ樹脂として、例えば、フェノールノボラックエポキシ樹脂、ビスフェノールＡノボラックエポキシ樹脂、クレゾールノボラックエポキシ樹脂、ジシクロペンタジエンフェノールノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニルフェノールノボラックエポキシ樹脂等が挙げられる。なかでも、ジシクロペンタジエンフェノールノボラック型エポキシ樹脂が好ましい。
【００１８】
上記常温で液体又は結晶性固体のエポキシ樹脂として、例えば、ビスフェノールＡ型、ビスフェノールＦ型、ビスフェノールＡＤ型、ビスフェノールＳ型等のビスフェノール型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、レゾルシノール型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、アントラセン型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、フルオレン型エポキシ樹脂等が挙げられる。なかでも、アントラセン型エポキシ樹脂が好ましい。
【００１９】
上記反応可能な官能基を有する高分子化合物を含有することで、上記接着剤の硬化物は靭性をもち、優れた耐衝撃性を発現することができる。
上記反応可能な官能基を有する高分子化合物は特に限定されず、例えば、アミノ基、ウレタン基、イミド基、水酸基、カルボキシル基、エポキシ基等を有する高分子化合物等が挙げられる。なかでも、エポキシ基を有する高分子化合物が好ましい。
上記エポキシ基を有する高分子化合物を含有することで、得られる接着剤の硬化物は優れた靭性を発現する。即ち、得られる接着剤の硬化物は、上記エポキシ化合物に由来する優れた機械的強度、耐熱性及び耐湿性と、上記エポキシ基を有する高分子化合物に由来する優れた靭性とを兼備することにより、高い接合信頼性及び接続信頼性を発現することができる。
【００２０】
上記エポキシ基を有する高分子化合物は、末端及び／又は側鎖（ペンダント位）にエポキシ基を有する高分子化合物であれば特に限定されず、例えば、エポキシ基含有アクリルゴム、エポキシ基含有ブタジエンゴム、ビスフェノール型高分子量エポキシ樹脂、エポキシ基含有フェノキシ樹脂、エポキシ基含有アクリル樹脂、エポキシ基含有ウレタン樹脂、エポキシ基含有ポリエステル樹脂等が挙げられる。なかでも、エポキシ基を多く含み、得られる接着剤の硬化物が優れた機械的強度、耐熱性、靭性等を発現できることから、エポキシ基含有アクリル樹脂が好ましい。これらのエポキシ基を有する高分子化合物は、単独で用いられてもよく、二種以上が併用されてもよい。
【００２１】
上記反応可能な官能基を有する高分子化合物として、上記エポキシ基を有する高分子化合物、特にエポキシ基含有アクリル樹脂を用いる場合、該エポキシ基を有する高分子化合物の重量平均分子量の好ましい下限は１万、好ましい上限は２０万である。上記重量平均分子量が１万未満であると、得られる接着剤を用いてフィルムを製造する際の造膜性が不充分となり、フィルムとして形状を保持することができないことがある。上記重量平均分子量が２０万を超えると、得られる接着剤が後述する粘度特性を達成することができないことがある。
また、上記重量平均分子量が１万未満であると、得られる接着剤には低分子量化合物が多く存在するため、ボイドが発生しやすくなることがある。
【００２２】
上記反応可能な官能基を有する高分子化合物として、上記エポキシ基を有する高分子化合物、特にエポキシ基含有アクリル樹脂を用いる場合、該エポキシ基を有する高分子化合物のエポキシ当量の好ましい下限は２００、好ましい上限は１０００である。上記エポキシ当量が２００未満であると、得られる接着剤の硬化物が堅く、脆くなることがある。上記エポキシ当量が１０００を超えると、得られる接着剤の硬化物の機械的強度、耐熱性等が不充分となることがある。
【００２３】
上記反応可能な官能基を有する高分子化合物の含有量は特に限定されないが、上記エポキシ化合物１００重量部に対する好ましい下限が１重量部、好ましい上限が５００重量部である。上記反応可能な官能基を有する高分子化合物の含有量が１重量部未満であると、得られる接着剤の硬化物は、熱によるひずみが発生する際、靭性が不充分となり、接合信頼性が劣ることがある。上記反応可能な官能基を有する高分子化合物の含有量が５００重量部を超えると、得られる接着剤の硬化物の耐熱性が低下することがある。上記反応可能な官能基を有する高分子化合物の含有量は、上記エポキシ化合物１００重量部に対するより好ましい下限が１０重量部、より好ましい上限が４００重量部である。
【００２４】
上記接着剤は、硬化剤を含有することが好ましい。
上記硬化剤は特に限定されず、例えば、アミン系硬化剤、酸無水物硬化剤、フェノール系硬化剤等が挙げられる。なかでも、酸無水物硬化剤が好ましい。
上記酸無水物硬化剤は特に限定されないが、２官能の酸無水物硬化剤が好ましい。上記２官能の酸無水物硬化剤は特に限定されず、例えば、フタル酸誘導体の無水物、無水マレイン酸等が挙げられる。
【００２５】
また、上記硬化剤として、３官能以上の酸無水物硬化剤粒子を用いてもよい。上記３官能以上の酸無水物硬化剤粒子は特に限定されず、例えば、無水トリメリット酸等の３官能の酸無水物からなる粒子、無水ピロメリット酸、無水ベンゾフェノンテトラカルボン酸、メチルシクロヘキセンテトラカルボン酸無水物、ポリアゼライン酸無水物等の４官能以上の酸無水物からなる粒子等が挙げられる。
【００２６】
上記３官能以上の酸無水物硬化剤粒子の平均粒子径は特に限定されないが、好ましい下限が０．１μｍ、好ましい上限が２０μｍである。上記３官能以上の酸無水物硬化剤粒子の平均粒子径が０．１μｍ未満であると、硬化剤粒子の凝集が生じ、得られる接着剤が後述する粘度特性を達成することができないことがある。上記３官能以上の酸無水物硬化剤粒子の平均粒子径が２０μｍを超えると、得られる接着剤において、硬化時に硬化剤粒子が充分に拡散することができず、硬化不良となることがある。
【００２７】
上記接着剤が上記硬化剤を含有する場合、上記硬化剤の含有量は特に限定されないが、上記エポキシ化合物と、上記反応可能な官能基を有する高分子化合物との合計１００重量部に対する好ましい下限が１０重量部、好ましい上限が８０重量部である。上記硬化剤の含有量が１０重量部未満であると、得られる接着剤が充分に硬化しないことがある。上記硬化剤の含有量が８０重量部を超えると、得られる接着剤の接続信頼性が低下することがある。上記硬化剤の含有量は、上記エポキシ化合物と、上記反応可能な官能基を有する高分子化合物との合計１００重量部に対するより好ましい下限が２０重量部、より好ましい上限が７０重量部である。
【００２８】
また、上記硬化剤が、上記２官能の酸無水物硬化剤と上記３官能以上の酸無水物硬化剤粒子とを含有する場合、これらの配合比は特に限定されないが、上記３官能以上の酸無水物硬化剤粒子の含有量（重量）を上記２官能の酸無水物硬化剤の含有量（重量）で除した値［＝（３官能以上の酸無水物硬化剤粒子の含有量）／（２官能の酸無水物硬化剤の含有量）］の好ましい下限が０．１、好ましい上限が１０である。上記値が０．１未満であると、上記３官能以上の酸無水物硬化剤粒子を添加する効果が充分に得られないことがある。上記値が１０を超えると、得られる接着剤の硬化物が脆くなり、充分な接着信頼性が得られないことがある。上記値のより好ましい下限は０．２、より好ましい上限は８である。
【００２９】
上記接着剤は、硬化促進剤を含有してもよい。
上記硬化促進剤は特に限定されないが、イミダゾール化合物が好ましい。上記イミダゾール化合物は上記エポキシ化合物との反応性が高いことから、上記イミダゾール化合物を含有することで、得られる接着剤は速硬化性が向上する。
【００３０】
上記イミダゾール化合物は特に限定されず、例えば、イミダゾールの１位をシアノエチル基で保護した１−シアノエチル−２−フェニルイミダゾール、イソシアヌル酸で塩基性を保護したイミダゾール化合物（商品名「２ＭＡ−ＯＫ」、四国化成工業社製）、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（商品名「２ＭＺ−Ａ」、四国化成工業社製）、２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾール（商品名「２Ｐ４ＭＨＺ」、四国化成工業社製）等が挙げられる。これらのイミダゾール化合物は、単独で用いられてもよく、二種以上が併用されてもよい。
【００３１】
上記接着剤が上記硬化促進剤を含有する場合、上記硬化促進剤の含有量は特に限定されないが、上記エポキシ化合物と、上記反応可能な官能基を有する高分子化合物との合計１００重量部に対する好ましい下限が０．１重量部、好ましい上限が１０重量部である。上記硬化促進剤の含有量が０．１重量部未満であると、得られる接着剤が充分に硬化しないことがある。上記硬化促進剤の含有量が１０重量部を超えると、得られる接着剤において、未反応の硬化促進剤が接着界面に染み出すことにより、接合信頼性が低下することがある。上記硬化促進剤の含有量は、上記エポキシ化合物と、上記反応可能な官能基を有する高分子化合物との合計１００重量部に対するより好ましい下限が０．２重量部、より好ましい上限が８重量部である。
【００３２】
上記接着剤は、無機充填材を含有してもよい。
上記無機充填材を含有することで、得られる接着剤の硬化物の線膨張率を低下させることができ、接合された半導体素子等への応力の発生及びハンダ等の導通部分のクラックの発生を良好に防止することができる。
上記無機充填材は特に限定されず、例えば、ヒュームドシリカ、コロイダルシリカ等のシリカ、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素、ガラスパウダー、ガラスフリット等が挙げられる。
【００３３】
上記無機充填材として粒子状の無機充填材を用いる場合、平均粒子径の好ましい下限は１ｎｍ、好ましい上限は３０μｍである。上記粒子状の無機充填材の平均粒子径が１ｎｍ未満であると、得られる接着剤が後述する粘度特性を達成することができないことがある。上記粒子状の無機充填材の平均粒子径が３０μｍを超えると、上記バンプと上記電極との間に上記無機充填材をかみこむことがある。
【００３４】
上記接着剤が上記無機充填材を含有する場合、上記無機充填材の含有量は特に限定されないが、上記エポキシ化合物と、上記反応可能な官能基を有する高分子化合物との合計１００重量部に対する好ましい下限は５重量部、好ましい上限は５００重量部である。上記無機充填材の含有量が５重量部未満であると、上記無機充填材を添加する効果をほとんど得ることができないことがある。上記無機充填材の含有量が５００重量部を超えると、得られる接着剤の硬化物の線膨張率は低下するものの、同時に引っ張り弾性率が上昇して、接合された半導体素子等への応力及びハンダ等の導通部分のクラックが発生しやすくなることがある。上記無機充填材の含有量は、上記エポキシ化合物と、上記反応可能な官能基を有する高分子化合物との合計１００重量部に対するより好ましい下限は１０重量部、より好ましい上限は４００重量部、更に好ましい下限は１５重量部、更に好ましい上限は３００重量部である。
【００３５】
上記接着剤は、本発明の効果を阻害しない範囲内で希釈剤を含有してもよい。
上記希釈剤は特に限定されないが、接着剤の加熱硬化時に硬化物に取り込まれる反応性希釈剤が好ましい。なかでも、得られる接着剤の接着信頼性を悪化させないために、１分子中に２以上の官能基を有する反応性希釈剤がより好ましい。
上記１分子中に２以上の官能基を有する反応性希釈剤として、例えば、脂肪族型エポキシ、エチレンオキサイド変性エポキシ、プロピレンオキサイド変性エポキシ、シクロヘキサン型エポキシ、ジシクロペンタジエン型エポキシ、フェノール型エポキシ等が挙げられる。
【００３６】
上記接着剤が上記希釈剤を含有する場合、上記希釈剤の含有量は特に限定されないが、上記エポキシ化合物と、上記反応可能な官能基を有する高分子化合物との合計１００重量部に対する好ましい下限は１重量部、好ましい上限は３００重量部である。上記希釈剤の含有量が１重量部未満であると、上記希釈剤を添加する効果をほとんど得ることができないことがある。上記希釈剤の含有量が３００重量部を超えると、得られる接着剤の硬化物が硬く脆くなるため、接着信頼性が劣ることがある。上記希釈剤の含有量は、上記エポキシ化合物と、上記反応可能な官能基を有する高分子化合物との合計１００重量部に対するより好ましい下限が５重量部、より好ましい上限が２００重量部である。
【００３７】
上記接着剤は、必要に応じて、無機イオン交換体を含有してもよい。上記無機イオン交換体のうち、市販品として、例えば、ＩＸＥシリーズ（東亞合成社製）等が挙げられる。上記接着剤が上記無機イオン交換体を含有する場合、上記無機イオン交換体の含有量は特に限定されないが、上記接着剤中の好ましい下限が１重量％、好ましい上限が１０重量％である。
【００３８】
上記接着剤は、その他必要に応じて、ブリード防止剤、シランカップリング剤、イミダゾールシランカップリング剤等の接着性付与剤、増粘剤等の添加剤を含有してもよい。
【００３９】
上記接着剤を製造する方法は特に限定されず、例えば、上記エポキシ化合物、上記反応可能な官能基を有する高分子化合物、及び、必要に応じて他の添加成分を所定量配合して混合する方法等が挙げられる。上記混合する方法は特に限定されず、例えば、ホモディスパー、万能ミキサー、バンバリーミキサー、ニーダー等を用いて混合する方法等が挙げられる。
【００４０】
なお、上記位置合わせ工程（１）においては、上記接着剤をフィルム化することにより得られるフィルム状接着剤を用いてもよい。このようなフィルム状接着剤は、例えば、ラミネート等によって上記バンプを有する半導体素子に供給される。
上記フィルム化する方法は特に限定されず、例えば、溶剤としてメチルエチルケトン等の低沸点溶剤を用いて、上記接着剤を溶解して接着剤溶液を調製した後、得られた接着剤溶液を、ダイコーター、バーコーター、グラビアコーター、スリットコーター等を使用してセパレーター上に塗工し、加熱等により溶剤を乾燥する方法等が挙げられる。
【００４１】
本発明の半導体素子の接合方法においては、次いで、加熱により前記接着剤を濡れ広がらせ、前記バンプと前記電極部とを接触させる予備加熱工程（２）を行う。上記予備加熱工程（２）においては、上記接着剤のレオメーターにより測定した周波数１Ｈｚ、歪量１ｒａｄにおける複素粘度η＊が２〜１０Ｐａ・ｓとなるように上記接着剤を加熱する。
本発明の半導体素子の接合方法においては、このような予備加熱工程（２）を行うことにより、空気のかみ込みによるボイドの発生を充分に低減しながら信頼性の高いバンプ接続を行うことができる。
【００４２】
上記接着剤のレオメーターにより測定した周波数１Ｈｚ、歪量１ｒａｄにおける複素粘度η＊が２Ｐａ・ｓ未満であると、空気のかみ込みによるボイドの発生を充分に低減することができず、信頼性の高いバンプ接続を行うことができない。上記接着剤のレオメーターにより測定した周波数１Ｈｚ、歪量１ｒａｄにおける複素粘度η＊が１０Ｐａ・ｓを超えると、上記接着剤は、上記基板等の表面の凹凸に対して短時間で充分に濡れ広がらないため、上記予備加熱工程（２）に時間がかかりすぎてしまい、また、上記半導体素子のバンプが、上記接着剤を排除しながら上記基板又は他の半導体素子の電極部に充分に接触しにくくなることもある。上記予備加熱工程（２）においては、上記接着剤のレオメーターにより測定した周波数１Ｈｚ、歪量１ｒａｄにおける複素粘度η＊が、２．５〜９Ｐａ・ｓとなるように上記接着剤を加熱することが好ましく、３〜８Ｐａ・ｓとなるように上記接着剤を加熱することがより好ましい。
【００４３】
本発明の半導体素子の接合方法においては、上述したような接着剤を用いることにより、上記予備加熱工程（２）を２〜５秒程度という極めて短時間で行うことができ、かつ、空気のかみ込みによるボイドの発生を充分に低減することができる。
なお、上記接着剤のレオメーターにより測定した周波数１Ｈｚ、歪量１ｒａｄにおける複素粘度η＊が１０Ｐａ・ｓを超えると、上記予備加熱工程（２）に時間がかかりすぎてしまうが、１０秒程度の時間をかけることで空気のかみ込みによるボイドの発生を低減できることがあり、一方、短時間で上記予備加熱工程（２）を行おうとすれば、空気のかみ込みによるボイドが接着剤中に残ることがある。
【００４４】
上記接着剤の粘度が上記範囲となるように上記接着剤を加熱するためには、予め、レオメーターにより上記接着剤の周波数１Ｈｚ、歪量１ｒａｄにおける複素粘度η＊を測定しておき、得られた粘度特性に合わせて上記接着剤を加熱することが好ましい。
なお、上記接着剤のレオメーターにより測定した周波数１Ｈｚ、歪量１ｒａｄにおける複素粘度η＊とは、通常のレオメーター、例えば、ＳＴＲＥＳＳＴＥＣＨ（ＲＥＯＬＯＧＩＣＡ社製）等を用いて、サンプル厚み６００μｍ、周波数１Ｈｚ、歪量１ｒａｄ、昇温速度２０℃／ｍｉｎ、測定温度範囲６０℃から３００℃までの条件で測定を行うことにより得られる複素粘度η＊をいう。
【００４５】
上記予備加熱工程（２）における加熱温度として、例えば、６０〜２４０℃程度の上記半導体素子のバンプの溶融温度以下の温度が挙げられる。
また、上記予備加熱工程（２）において、上記接着剤の温度は、上記接着剤に熱電対を挿入することにより測定することができる。
【００４６】
上記予備加熱工程（２）においては、上記バンプを有する半導体素子を押圧してもよい。上記押圧する際の荷重は特に限定されず、例えば、１０〜２００Ｎ程度の荷重が挙げられる。
【００４７】
本発明の半導体素子の接合方法においては、次いで、前記バンプと前記電極部とを溶融接合する電極接続工程（３）を行う。
上記バンプと上記電極部とを溶融接合する温度として、例えば、２４０〜２８０℃程度の温度が挙げられる。
【００４８】
上記電極接続工程（３）を行うことにより、上記半導体素子のバンプと、上記基板又は他の半導体素子の電極部とが溶融接合するとともに、上記接着剤が硬化して、上記バンプを有する半導体素子と、上記電極部を有する基板又は他の半導体素子とを、上記接着剤を介して接合することができる。
【発明の効果】
【００４９】
本発明によれば、空気のかみ込みによるボイドの発生を低減して、信頼性の高いバンプ接続を行うことのできる半導体素子の接合方法を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
以下に実施例を掲げて本発明の態様を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されない。
【００５１】
（実施例１〜３、比較例１〜４）
（１）接着フィルムの製造
表１の組成に従って、ホモディスパーを用いて下記に示す各材料を攪拌混合し、接着剤溶液を調製した後、アプリケーターによって接着剤溶液を離型処理されたペットフィルム上に塗工し、溶剤を乾燥して１００μｍ厚の接着フィルムを得た。
次いで、得られた接着フィルムについて、レオメーター（ＳＴＲＥＳＳＴＥＣＨ、ＲＥＯＬＯＧＩＣＡ社製）を用いて、サンプル厚み６００μｍ、周波数１Ｈｚ、歪量１ｒａｄ、昇温速度２０℃／ｍｉｎ、測定温度範囲６０℃から３００℃までの条件で複素粘度η＊の測定を行った。
【００５２】
１．エポキシ化合物
ビフェニル型エポキシ樹脂（商品名「ＹＸ−４０００Ｈ」、ジャパンエポキシレジン社製）
ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂（商品名「ＨＰ−７２００ＨＨ」、ＤＩＣ社製）
【００５３】
２．反応可能な官能基を有する高分子化合物
グリシジル基含有アクリル樹脂（重量平均分子量２万、商品名「Ｇ−０２５０ＳＰ」、日油社製）
【００５４】
３．硬化剤
３，４−ジメチルー６−（２−メチル−１−プロペニル）−４−シクロヘキセンー１，２−ジカルボン酸無水物、他（商品名「ＹＨ−３０７」、ＪＥＲ社製）
【００５５】
４．硬化促進剤
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塩（商品名「２ＭＡ−ＯＫ」、四国化成工業社製）
【００５６】
５．その他
シランカップリング剤（商品名「ＫＢＭ−５７３」、信越化学工業社製）
【００５７】
（２）接合体の製造
（２−１）冷熱サイクル試験（以下、ＴＣ試験）用接合体の製造
得られた接着フィルムを、ハンダボール（高さ８５μｍ）が１５０μｍ間隔でチップ全面に３１３６個形成されたフルアレイのＴＥＧチップ（１０ｍｍ×１０ｍｍ×厚み７２５μｍ）にラミネートした後、チップサイズに合わせて接着フィルムを裁断し、接着剤付ＴＥＧチップを得た。
次いで、得られた接着剤付ＴＥＧチップを、この接着剤付ＴＥＧチップのハンダと１本のデイジーチェーンとなるように配線されたハンダプリコート付ガラスエポキシＴＥＧ基板に、接着剤付ＴＥＧチップのハンダと、ガラスエポキシＴＥＧ基板の電極部とが対応するように位置合わせした後、１００〜１８０℃、１０Ｎ、３秒のボンディングによって予備加熱工程を行った。予備加熱工程における、接着剤に熱電対を挿入することにより測定した接着剤の温度、及び、その温度における接着剤の複素粘度η＊を表１に示した。
その後、荷重は１０Ｎのままで、２８０℃まで２秒で昇温し、２８０℃に３秒保持した後、１５０℃まで冷却して、接着剤付ＴＥＧチップのハンダと、ガラスエポキシＴＥＧ基板の電極部とを溶融接することにより、ＴＣ試験用接合体を得た。
【００５８】
（２−２）高温高湿バイアス試験（以下、ＴＨＢ試験）用接合体の製造
一方、上記（２−１）のＴＣ試験用接合体の場合と同様にして得られた接着剤付ＴＥＧチップを、この接着剤付ＴＥＧチップのハンダと２本のデイジーチェーンを形成し、その２本のデイジーチェーンが櫛歯状となるように配線されたハンダプリコート付ガラスエポキシＴＥＧ基板に、接着剤付ＴＥＧチップのハンダと、ガラスエポキシＴＥＧ基板の電極部とが対応するように位置合わせしたこと以外は、上記（２−１）のＴＣ試験用接合体の場合と同様にして、ＴＨＢ試験用接合体を得た。
【００５９】
＜評価＞
実施例及び比較例で得られた接合体について、以下の評価を行った。結果を表１に示す。
【００６０】
（１）リフロー試験
得られたＴＣ試験用接合体について、予め導通抵抗値（以下、初期抵抗値とする）を測定しておき、６０℃、６０％ＲＨで４０時間吸湿させ、ピーク温度２６０℃のリフローオーブンに３回通してリフロー試験を行った後、再び導通抵抗値を測定した。リフロー試験後の導通抵抗値が初期抵抗値から１０％以上変化した場合を不良として、８つのＴＣ試験用接合体について不良個数を評価し、不良個数が０であった場合を○、１以上であった場合を×とした。
一方、得られたＴＨＢ試験用接合体について、６０℃、６０％ＲＨで４０時間吸湿させ、ピーク温度２６０℃のリフローオーブンに３回通してリフロー試験を行った後、櫛歯状に形成された２本のデイジーチェーン間で非導通であるか否かを評価した。導通つまりショートしていた場合を不良として、８つのＴＨＢ試験用接合体について不良個数を評価し、不良個数が０であった場合を「無」、１以上であった場合を「有」とした。
【００６１】
（２）冷熱サイクル試験（ＴＣ試験）
上記（１）にてリフロー試験を行ったＴＣ試験用接合体について、−５５〜１２５℃（３０分／１サイクル）、１０００サイクルのＴＣ試験を行った後、導通抵抗値を測定した。ＴＣ試験後の導通抵抗値が初期抵抗値から１０％以上変化した場合を不良として、８つのＴＣ試験用接合体について不良個数を評価し、不良個数が０であった場合を「ＯＫ」、１以上であった場合を「ＮＧ」とした。
なお、上記（１）のリフロー試験にて不良となったＴＣ試験用接合体については、本評価は行わなかった。
【００６２】
（３）高温高湿バイアス試験（ＴＨＢ試験）
上記（１）にてリフロー試験を行ったＴＨＢ試験用接合体について、８５℃／８５％ＲＨ／３．７Ｖ、１０００ｈのＴＨＢ試験を行った後、櫛歯状に形成された２本のデイジーチェーン間で非導通であるか否かを評価した。導通つまりショートしていた場合を不良として、８つのＴＨＢ試験用接合体について不良個数を評価し、不良個数が０であった場合を「ＯＫ」、１以上であった場合を「ＮＧ」とした。
なお、上記（１）のリフロー試験にて不良となったＴＨＢ試験用接合体については、本評価は行わなかった。
【００６３】
なお、上記の実施例においては、作製した接着フィルムを半導体チップにラミネートすることで接着剤層を形成したが、半導体ウエハ等に接着剤を塗布、乾燥することにより接着剤層を形成した場合にも同様の効果が得られることは明らかである。
【００６４】
【表１】
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明によれば、空気のかみ込みによるボイドの発生を低減して、信頼性の高いバンプ接続を行うことのできる半導体素子の接合方法を提供することができる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気のかみ込みによるボイドの発生を低減して、信頼性の高いバンプ接続を行うことのできる半導体素子の接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ますます進展する半導体装置の小型化、高集積化に対応するために、ハンダ等からなる接続端子（バンプ）を有する半導体チップを用いたフリップチップ接続が多用されている。
【０００３】
フリップチップ接続においては、一般的に、複数のバンプを有する半導体チップを、バンプを介して基板又は他の半導体チップに接続した後、アンダーフィルを充填して封止する方法が用いられている。しかしながら、近年、半導体チップの小型化が進行するとともにバンプ間のピッチもますます狭くなっており、また、これらに伴って半導体チップ同士又は半導体チップと基板との間のギャップが狭くなっていることから、アンダーフィルの充填時に空気のかみ込みによるボイドが発生しやすくなっている。
【０００４】
そこで、接着剤又は接着フィルムにより、複数のバンプを有するウエハ上のバンプが形成された面に接着剤層を形成した後、ウエハを接着剤層ごとダイシングして個々の半導体チップとし、これをバンプを介して基板又は他の半導体チップにボンディングする先塗布型の接続方法が提案されている。また、同様の先塗布型の接続方法として、ウエハ上に接着剤層を形成するのではなく、ダイシング後の半導体チップ上に接着剤層を形成する方法、基板側に接着剤層を形成する方法等も挙げられる。
【０００５】
例えば、特許文献１には、５０〜２５０℃のいずれかの温度で最低溶融粘度が２００Ｐａ・ｓ以下である所定のフィルム状接着剤を用いて、Ｎｉ／Ａｕめっき処理された配線パターンを有するガラスエポキシ基板に貼り付けた後、金スタッドバンプが形成された半導体チップを超音波振動を利用したフリップチップ実装方式によって接続する方法が記載されている。しかしながら、特許文献１に記載されているような先塗布型の接続方法によっても、依然として空気のかみ込みによるボイドの発生を充分に防止することは困難であり、接続信頼性の低下又はボイドを起点とした剥離等が生じることから、充分に高い信頼性を実現することのできる新たな接続方法が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−３０７１６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、空気のかみ込みによるボイドの発生を低減して、信頼性の高いバンプ接続を行うことのできる半導体素子の接合方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、バンプを有する半導体素子と、電極部を有する基板又は他の半導体素子とを、接着剤を介して接合する半導体素子の接合方法であって、バンプを有する半導体素子と、電極部を有する基板又は他の半導体素子とを、接着剤を介して前記バンプと前記電極部とが対応するように位置合わせする位置合わせ工程（１）と、加熱により前記接着剤を濡れ広がらせ、前記バンプと前記電極部とを接触させる予備加熱工程（２）と、前記バンプと前記電極部とを溶融接合する電極接続工程（３）とを有し、前記予備加熱工程（２）において、前記接着剤のレオメーターにより測定した周波数１Ｈｚ、歪量１ｒａｄにおける複素粘度η＊が２〜１０Ｐａ・ｓとなるように前記接着剤を加熱する半導体素子の接合方法である。
以下、本発明を詳述する。
【０００９】
バンプを有する半導体素子と、電極部を有する基板又は他の半導体素子とを、接着剤を介して接合する半導体素子の接合方法においては、接着剤と、接合される基板又は半導体素子とが面−面接触により接触することから、空気の存在下で接合を行う以上、接着剤と、基板又は半導体素子とを接触させる際の空気のかみ込み自体を完全に防止することは困難である。
これに対し、本発明者は、バンプを有する半導体素子と、電極部を有する基板又は他の半導体素子とを、接着剤を介して前記バンプと前記電極部とが対応するように位置合わせする位置合わせ工程（１）の後、加熱により前記接着剤を濡れ広がらせ、前記バンプと前記電極部とを接触させる予備加熱工程（２）を行うことにより、接着剤と、基板又は半導体素子とを接触させる際に空気がかみ込まれた場合であっても、かみ込まれた空気がボイドとして接着剤中に残ることを低減できることを見出した。
【００１０】
更に、空気のかみ込みによるボイドの発生を充分に低減するためには、接合時の接着剤の粘度を上げることが有効であると考えられる。一方で、接合時の接着剤の粘度が高すぎる場合には、バンプが接着剤を充分に排除して電極部に接触することができないことから、信頼性の高いバンプ接続を行うためには、接合時の接着剤の粘度を調整することが重要となる。本発明者は、前記予備加熱工程（２）において、前記接着剤の粘度が所定範囲となるように前記接着剤を加熱することにより、空気のかみ込みによるボイドの発生を充分に低減しながら信頼性の高いバンプ接続を行うことができることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１１】
本発明の半導体素子の接合方法は、バンプを有する半導体素子と、電極部を有する基板又は他の半導体素子とを、接着剤を介して接合する半導体素子の接合方法である。
本明細書中、半導体素子は、半導体ウエハであってもよく、半導体ウエハをダイシングすることにより得られる半導体チップであってもよい。また、本発明の半導体素子の接合方法においては、基板と半導体素子とを接合してもよく、また、例えば、基板に接合された半導体素子等の他の半導体素子と、半導体素子とを接合してもよい。
【００１２】
本発明の半導体素子の接合方法では、まず、バンプを有する半導体素子と、電極部を有する基板又は他の半導体素子とを、接着剤を介して前記バンプと前記電極部とが対応するように位置合わせする位置合わせ工程（１）を行う。
【００１３】
上記位置合わせ工程（１）は、バンプを有する半導体素子と、電極部を有する基板又は他の半導体素子とを、接着剤を介して上記バンプと上記電極部とが対応するように位置合わせすることができれば特に限定されないが、上記バンプを有する半導体素子上のバンプが形成された面に上記接着剤を塗布する工程を有することが好ましい。
また、上記位置合わせ工程（１）が上記バンプを有する半導体素子上のバンプが形成された面に上記接着剤を塗布する工程を有する場合、上記半導体素子は、半導体ウエハであることが好ましい。
【００１４】
上記バンプを有する半導体素子上のバンプが形成された面に上記接着剤を塗布する方法として、例えば、溶剤としてプロピレングリコールメチルエーテルアセテート等の１２０〜２５０℃程度の沸点を有する中沸点溶剤又は高沸点溶剤を用いて、上記接着剤を溶解して接着剤溶液を調製した後、得られた接着剤溶液を、スピンコーター、スクリーン印刷等を使用して上記バンプを有する半導体素子上のバンプが形成された面に直接印刷し、溶剤を乾燥する方法等が挙げられる。
【００１５】
また、上記バンプを有する半導体素子上のバンプが形成された面に上記接着剤を塗布する方法としては、例えば、上記接着剤として溶剤を含有しない接着剤を用いて、この接着剤を上記バンプを有する半導体素子上のバンプが形成された面に塗布した後、Ｂステージ化剤又は露光によってフィルム化する方法等も挙げられる。
【００１６】
上記接着剤は、後述する予備加熱工程（２）において加熱されたとき、後述する粘度特性を示すことができ、上記半導体素子のバンプが、上記接着剤を排除しながら上記基板又は他の半導体素子の電極部に接触できるように設計される。
このような接着剤は特に限定されないが、エポキシ化合物、該エポキシ化合物と反応可能な官能基を有する高分子化合物（以下、単に、反応可能な官能基を有する高分子化合物ともいう）、及び、必要に応じて他の添加成分を適宜配合した接着剤が好ましい。
【００１７】
上記エポキシ化合物は特に限定されず、例えば、軟化点が１５０℃以下のエポキシ樹脂、常温で液体又は結晶性固体のエポキシ樹脂等が挙げられる。これらのエポキシ化合物は、単独で用いられてもよく、二種以上が併用されてもよい。
上記軟化点が１５０℃以下のエポキシ樹脂として、例えば、フェノールノボラックエポキシ樹脂、ビスフェノールＡノボラックエポキシ樹脂、クレゾールノボラックエポキシ樹脂、ジシクロペンタジエンフェノールノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニルフェノールノボラックエポキシ樹脂等が挙げられる。なかでも、ジシクロペンタジエンフェノールノボラック型エポキシ樹脂が好ましい。
【００１８】
上記常温で液体又は結晶性固体のエポキシ樹脂として、例えば、ビスフェノールＡ型、ビスフェノールＦ型、ビスフェノールＡＤ型、ビスフェノールＳ型等のビスフェノール型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、レゾルシノール型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、アントラセン型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、フルオレン型エポキシ樹脂等が挙げられる。なかでも、アントラセン型エポキシ樹脂が好ましい。
【００１９】
上記反応可能な官能基を有する高分子化合物を含有することで、上記接着剤の硬化物は靭性をもち、優れた耐衝撃性を発現することができる。
上記反応可能な官能基を有する高分子化合物は特に限定されず、例えば、アミノ基、ウレタン基、イミド基、水酸基、カルボキシル基、エポキシ基等を有する高分子化合物等が挙げられる。なかでも、エポキシ基を有する高分子化合物が好ましい。
上記エポキシ基を有する高分子化合物を含有することで、得られる接着剤の硬化物は優れた靭性を発現する。即ち、得られる接着剤の硬化物は、上記エポキシ化合物に由来する優れた機械的強度、耐熱性及び耐湿性と、上記エポキシ基を有する高分子化合物に由来する優れた靭性とを兼備することにより、高い接合信頼性及び接続信頼性を発現することができる。
【００２０】
上記エポキシ基を有する高分子化合物は、末端及び／又は側鎖（ペンダント位）にエポキシ基を有する高分子化合物であれば特に限定されず、例えば、エポキシ基含有アクリルゴム、エポキシ基含有ブタジエンゴム、ビスフェノール型高分子量エポキシ樹脂、エポキシ基含有フェノキシ樹脂、エポキシ基含有アクリル樹脂、エポキシ基含有ウレタン樹脂、エポキシ基含有ポリエステル樹脂等が挙げられる。なかでも、エポキシ基を多く含み、得られる接着剤の硬化物が優れた機械的強度、耐熱性、靭性等を発現できることから、エポキシ基含有アクリル樹脂が好ましい。これらのエポキシ基を有する高分子化合物は、単独で用いられてもよく、二種以上が併用されてもよい。
【００２１】
上記反応可能な官能基を有する高分子化合物として、上記エポキシ基を有する高分子化合物、特にエポキシ基含有アクリル樹脂を用いる場合、該エポキシ基を有する高分子化合物の重量平均分子量の好ましい下限は１万、好ましい上限は２０万である。上記重量平均分子量が１万未満であると、得られる接着剤を用いてフィルムを製造する際の造膜性が不充分となり、フィルムとして形状を保持することができないことがある。上記重量平均分子量が２０万を超えると、得られる接着剤が後述する粘度特性を達成することができないことがある。
また、上記重量平均分子量が１万未満であると、得られる接着剤には低分子量化合物が多く存在するため、ボイドが発生しやすくなることがある。
【００２２】
上記反応可能な官能基を有する高分子化合物として、上記エポキシ基を有する高分子化合物、特にエポキシ基含有アクリル樹脂を用いる場合、該エポキシ基を有する高分子化合物のエポキシ当量の好ましい下限は２００、好ましい上限は１０００である。上記エポキシ当量が２００未満であると、得られる接着剤の硬化物が堅く、脆くなることがある。上記エポキシ当量が１０００を超えると、得られる接着剤の硬化物の機械的強度、耐熱性等が不充分となることがある。
【００２３】
上記反応可能な官能基を有する高分子化合物の含有量は特に限定されないが、上記エポキシ化合物１００重量部に対する好ましい下限が１重量部、好ましい上限が５００重量部である。上記反応可能な官能基を有する高分子化合物の含有量が１重量部未満であると、得られる接着剤の硬化物は、熱によるひずみが発生する際、靭性が不充分となり、接合信頼性が劣ることがある。上記反応可能な官能基を有する高分子化合物の含有量が５００重量部を超えると、得られる接着剤の硬化物の耐熱性が低下することがある。上記反応可能な官能基を有する高分子化合物の含有量は、上記エポキシ化合物１００重量部に対するより好ましい下限が１０重量部、より好ましい上限が４００重量部である。
【００２４】
上記接着剤は、硬化剤を含有することが好ましい。
上記硬化剤は特に限定されず、例えば、アミン系硬化剤、酸無水物硬化剤、フェノール系硬化剤等が挙げられる。なかでも、酸無水物硬化剤が好ましい。
上記酸無水物硬化剤は特に限定されないが、２官能の酸無水物硬化剤が好ましい。上記２官能の酸無水物硬化剤は特に限定されず、例えば、フタル酸誘導体の無水物、無水マレイン酸等が挙げられる。
【００２５】
また、上記硬化剤として、３官能以上の酸無水物硬化剤粒子を用いてもよい。上記３官能以上の酸無水物硬化剤粒子は特に限定されず、例えば、無水トリメリット酸等の３官能の酸無水物からなる粒子、無水ピロメリット酸、無水ベンゾフェノンテトラカルボン酸、メチルシクロヘキセンテトラカルボン酸無水物、ポリアゼライン酸無水物等の４官能以上の酸無水物からなる粒子等が挙げられる。
【００２６】
上記３官能以上の酸無水物硬化剤粒子の平均粒子径は特に限定されないが、好ましい下限が０．１μｍ、好ましい上限が２０μｍである。上記３官能以上の酸無水物硬化剤粒子の平均粒子径が０．１μｍ未満であると、硬化剤粒子の凝集が生じ、得られる接着剤が後述する粘度特性を達成することができないことがある。上記３官能以上の酸無水物硬化剤粒子の平均粒子径が２０μｍを超えると、得られる接着剤において、硬化時に硬化剤粒子が充分に拡散することができず、硬化不良となることがある。
【００２７】
上記接着剤が上記硬化剤を含有する場合、上記硬化剤の含有量は特に限定されないが、上記エポキシ化合物と、上記反応可能な官能基を有する高分子化合物との合計１００重量部に対する好ましい下限が１０重量部、好ましい上限が８０重量部である。上記硬化剤の含有量が１０重量部未満であると、得られる接着剤が充分に硬化しないことがある。上記硬化剤の含有量が８０重量部を超えると、得られる接着剤の接続信頼性が低下することがある。上記硬化剤の含有量は、上記エポキシ化合物と、上記反応可能な官能基を有する高分子化合物との合計１００重量部に対するより好ましい下限が２０重量部、より好ましい上限が７０重量部である。
【００２８】
また、上記硬化剤が、上記２官能の酸無水物硬化剤と上記３官能以上の酸無水物硬化剤粒子とを含有する場合、これらの配合比は特に限定されないが、上記３官能以上の酸無水物硬化剤粒子の含有量（重量）を上記２官能の酸無水物硬化剤の含有量（重量）で除した値［＝（３官能以上の酸無水物硬化剤粒子の含有量）／（２官能の酸無水物硬化剤の含有量）］の好ましい下限が０．１、好ましい上限が１０である。上記値が０．１未満であると、上記３官能以上の酸無水物硬化剤粒子を添加する効果が充分に得られないことがある。上記値が１０を超えると、得られる接着剤の硬化物が脆くなり、充分な接着信頼性が得られないことがある。上記値のより好ましい下限は０．２、より好ましい上限は８である。
【００２９】
上記接着剤は、硬化促進剤を含有してもよい。
上記硬化促進剤は特に限定されないが、イミダゾール化合物が好ましい。上記イミダゾール化合物は上記エポキシ化合物との反応性が高いことから、上記イミダゾール化合物を含有することで、得られる接着剤は速硬化性が向上する。
【００３０】
上記イミダゾール化合物は特に限定されず、例えば、イミダゾールの１位をシアノエチル基で保護した１−シアノエチル−２−フェニルイミダゾール、イソシアヌル酸で塩基性を保護したイミダゾール化合物（商品名「２ＭＡ−ＯＫ」、四国化成工業社製）、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（商品名「２ＭＺ−Ａ」、四国化成工業社製）、２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾール（商品名「２Ｐ４ＭＨＺ」、四国化成工業社製）等が挙げられる。これらのイミダゾール化合物は、単独で用いられてもよく、二種以上が併用されてもよい。
【００３１】
上記接着剤が上記硬化促進剤を含有する場合、上記硬化促進剤の含有量は特に限定されないが、上記エポキシ化合物と、上記反応可能な官能基を有する高分子化合物との合計１００重量部に対する好ましい下限が０．１重量部、好ましい上限が１０重量部である。上記硬化促進剤の含有量が０．１重量部未満であると、得られる接着剤が充分に硬化しないことがある。上記硬化促進剤の含有量が１０重量部を超えると、得られる接着剤において、未反応の硬化促進剤が接着界面に染み出すことにより、接合信頼性が低下することがある。上記硬化促進剤の含有量は、上記エポキシ化合物と、上記反応可能な官能基を有する高分子化合物との合計１００重量部に対するより好ましい下限が０．２重量部、より好ましい上限が８重量部である。
【００３２】
上記接着剤は、無機充填材を含有してもよい。
上記無機充填材を含有することで、得られる接着剤の硬化物の線膨張率を低下させることができ、接合された半導体素子等への応力の発生及びハンダ等の導通部分のクラックの発生を良好に防止することができる。
上記無機充填材は特に限定されず、例えば、ヒュームドシリカ、コロイダルシリカ等のシリカ、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素、ガラスパウダー、ガラスフリット等が挙げられる。
【００３３】
上記無機充填材として粒子状の無機充填材を用いる場合、平均粒子径の好ましい下限は１ｎｍ、好ましい上限は３０μｍである。上記粒子状の無機充填材の平均粒子径が１ｎｍ未満であると、得られる接着剤が後述する粘度特性を達成することができないことがある。上記粒子状の無機充填材の平均粒子径が３０μｍを超えると、上記バンプと上記電極との間に上記無機充填材をかみこむことがある。
【００３４】
上記接着剤が上記無機充填材を含有する場合、上記無機充填材の含有量は特に限定されないが、上記エポキシ化合物と、上記反応可能な官能基を有する高分子化合物との合計１００重量部に対する好ましい下限は５重量部、好ましい上限は５００重量部である。上記無機充填材の含有量が５重量部未満であると、上記無機充填材を添加する効果をほとんど得ることができないことがある。上記無機充填材の含有量が５００重量部を超えると、得られる接着剤の硬化物の線膨張率は低下するものの、同時に引っ張り弾性率が上昇して、接合された半導体素子等への応力及びハンダ等の導通部分のクラックが発生しやすくなることがある。上記無機充填材の含有量は、上記エポキシ化合物と、上記反応可能な官能基を有する高分子化合物との合計１００重量部に対するより好ましい下限は１０重量部、より好ましい上限は４００重量部、更に好ましい下限は１５重量部、更に好ましい上限は３００重量部である。
【００３５】
上記接着剤は、本発明の効果を阻害しない範囲内で希釈剤を含有してもよい。
上記希釈剤は特に限定されないが、接着剤の加熱硬化時に硬化物に取り込まれる反応性希釈剤が好ましい。なかでも、得られる接着剤の接着信頼性を悪化させないために、１分子中に２以上の官能基を有する反応性希釈剤がより好ましい。
上記１分子中に２以上の官能基を有する反応性希釈剤として、例えば、脂肪族型エポキシ、エチレンオキサイド変性エポキシ、プロピレンオキサイド変性エポキシ、シクロヘキサン型エポキシ、ジシクロペンタジエン型エポキシ、フェノール型エポキシ等が挙げられる。
【００３６】
上記接着剤が上記希釈剤を含有する場合、上記希釈剤の含有量は特に限定されないが、上記エポキシ化合物と、上記反応可能な官能基を有する高分子化合物との合計１００重量部に対する好ましい下限は１重量部、好ましい上限は３００重量部である。上記希釈剤の含有量が１重量部未満であると、上記希釈剤を添加する効果をほとんど得ることができないことがある。上記希釈剤の含有量が３００重量部を超えると、得られる接着剤の硬化物が硬く脆くなるため、接着信頼性が劣ることがある。上記希釈剤の含有量は、上記エポキシ化合物と、上記反応可能な官能基を有する高分子化合物との合計１００重量部に対するより好ましい下限が５重量部、より好ましい上限が２００重量部である。
【００３７】
上記接着剤は、必要に応じて、無機イオン交換体を含有してもよい。上記無機イオン交換体のうち、市販品として、例えば、ＩＸＥシリーズ（東亞合成社製）等が挙げられる。上記接着剤が上記無機イオン交換体を含有する場合、上記無機イオン交換体の含有量は特に限定されないが、上記接着剤中の好ましい下限が１重量％、好ましい上限が１０重量％である。
【００３８】
上記接着剤は、その他必要に応じて、ブリード防止剤、シランカップリング剤、イミダゾールシランカップリング剤等の接着性付与剤、増粘剤等の添加剤を含有してもよい。
【００３９】
上記接着剤を製造する方法は特に限定されず、例えば、上記エポキシ化合物、上記反応可能な官能基を有する高分子化合物、及び、必要に応じて他の添加成分を所定量配合して混合する方法等が挙げられる。上記混合する方法は特に限定されず、例えば、ホモディスパー、万能ミキサー、バンバリーミキサー、ニーダー等を用いて混合する方法等が挙げられる。
【００４０】
なお、上記位置合わせ工程（１）においては、上記接着剤をフィルム化することにより得られるフィルム状接着剤を用いてもよい。このようなフィルム状接着剤は、例えば、ラミネート等によって上記バンプを有する半導体素子に供給される。
上記フィルム化する方法は特に限定されず、例えば、溶剤としてメチルエチルケトン等の低沸点溶剤を用いて、上記接着剤を溶解して接着剤溶液を調製した後、得られた接着剤溶液を、ダイコーター、バーコーター、グラビアコーター、スリットコーター等を使用してセパレーター上に塗工し、加熱等により溶剤を乾燥する方法等が挙げられる。
【００４１】
本発明の半導体素子の接合方法においては、次いで、加熱により前記接着剤を濡れ広がらせ、前記バンプと前記電極部とを接触させる予備加熱工程（２）を行う。上記予備加熱工程（２）においては、上記接着剤のレオメーターにより測定した周波数１Ｈｚ、歪量１ｒａｄにおける複素粘度η＊が２〜１０Ｐａ・ｓとなるように上記接着剤を加熱する。
本発明の半導体素子の接合方法においては、このような予備加熱工程（２）を行うことにより、空気のかみ込みによるボイドの発生を充分に低減しながら信頼性の高いバンプ接続を行うことができる。
【００４２】
上記接着剤のレオメーターにより測定した周波数１Ｈｚ、歪量１ｒａｄにおける複素粘度η＊が２Ｐａ・ｓ未満であると、空気のかみ込みによるボイドの発生を充分に低減することができず、信頼性の高いバンプ接続を行うことができない。上記接着剤のレオメーターにより測定した周波数１Ｈｚ、歪量１ｒａｄにおける複素粘度η＊が１０Ｐａ・ｓを超えると、上記接着剤は、上記基板等の表面の凹凸に対して短時間で充分に濡れ広がらないため、上記予備加熱工程（２）に時間がかかりすぎてしまい、また、上記半導体素子のバンプが、上記接着剤を排除しながら上記基板又は他の半導体素子の電極部に充分に接触しにくくなることもある。上記予備加熱工程（２）においては、上記接着剤のレオメーターにより測定した周波数１Ｈｚ、歪量１ｒａｄにおける複素粘度η＊が、２．５〜９Ｐａ・ｓとなるように上記接着剤を加熱することが好ましく、３〜８Ｐａ・ｓとなるように上記接着剤を加熱することがより好ましい。
【００４３】
本発明の半導体素子の接合方法においては、上述したような接着剤を用いることにより、上記予備加熱工程（２）を２〜５秒程度という極めて短時間で行うことができ、かつ、空気のかみ込みによるボイドの発生を充分に低減することができる。
なお、上記接着剤のレオメーターにより測定した周波数１Ｈｚ、歪量１ｒａｄにおける複素粘度η＊が１０Ｐａ・ｓを超えると、上記予備加熱工程（２）に時間がかかりすぎてしまうが、１０秒程度の時間をかけることで空気のかみ込みによるボイドの発生を低減できることがあり、一方、短時間で上記予備加熱工程（２）を行おうとすれば、空気のかみ込みによるボイドが接着剤中に残ることがある。
【００４４】
上記接着剤の粘度が上記範囲となるように上記接着剤を加熱するためには、予め、レオメーターにより上記接着剤の周波数１Ｈｚ、歪量１ｒａｄにおける複素粘度η＊を測定しておき、得られた粘度特性に合わせて上記接着剤を加熱することが好ましい。
なお、上記接着剤のレオメーターにより測定した周波数１Ｈｚ、歪量１ｒａｄにおける複素粘度η＊とは、通常のレオメーター、例えば、ＳＴＲＥＳＳＴＥＣＨ（ＲＥＯＬＯＧＩＣＡ社製）等を用いて、サンプル厚み６００μｍ、周波数１Ｈｚ、歪量１ｒａｄ、昇温速度２０℃／ｍｉｎ、測定温度範囲６０℃から３００℃までの条件で測定を行うことにより得られる複素粘度η＊をいう。
【００４５】
上記予備加熱工程（２）における加熱温度として、例えば、６０〜２４０℃程度の上記半導体素子のバンプの溶融温度以下の温度が挙げられる。
また、上記予備加熱工程（２）において、上記接着剤の温度は、上記接着剤に熱電対を挿入することにより測定することができる。
【００４６】
上記予備加熱工程（２）においては、上記バンプを有する半導体素子を押圧してもよい。上記押圧する際の荷重は特に限定されず、例えば、１０〜２００Ｎ程度の荷重が挙げられる。
【００４７】
本発明の半導体素子の接合方法においては、次いで、前記バンプと前記電極部とを溶融接合する電極接続工程（３）を行う。
上記バンプと上記電極部とを溶融接合する温度として、例えば、２４０〜２８０℃程度の温度が挙げられる。
【００４８】
上記電極接続工程（３）を行うことにより、上記半導体素子のバンプと、上記基板又は他の半導体素子の電極部とが溶融接合するとともに、上記接着剤が硬化して、上記バンプを有する半導体素子と、上記電極部を有する基板又は他の半導体素子とを、上記接着剤を介して接合することができる。
【発明の効果】
【００４９】
本発明によれば、空気のかみ込みによるボイドの発生を低減して、信頼性の高いバンプ接続を行うことのできる半導体素子の接合方法を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
以下に実施例を掲げて本発明の態様を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されない。
【００５１】
（実施例１〜３、比較例１〜４）
（１）接着フィルムの製造
表１の組成に従って、ホモディスパーを用いて下記に示す各材料を攪拌混合し、接着剤溶液を調製した後、アプリケーターによって接着剤溶液を離型処理されたペットフィルム上に塗工し、溶剤を乾燥して１００μｍ厚の接着フィルムを得た。
次いで、得られた接着フィルムについて、レオメーター（ＳＴＲＥＳＳＴＥＣＨ、ＲＥＯＬＯＧＩＣＡ社製）を用いて、サンプル厚み６００μｍ、周波数１Ｈｚ、歪量１ｒａｄ、昇温速度２０℃／ｍｉｎ、測定温度範囲６０℃から３００℃までの条件で複素粘度η＊の測定を行った。
【００５２】
１．エポキシ化合物
ビフェニル型エポキシ樹脂（商品名「ＹＸ−４０００Ｈ」、ジャパンエポキシレジン社製）
ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂（商品名「ＨＰ−７２００ＨＨ」、ＤＩＣ社製）
【００５３】
２．反応可能な官能基を有する高分子化合物
グリシジル基含有アクリル樹脂（重量平均分子量２万、商品名「Ｇ−０２５０ＳＰ」、日油社製）
【００５４】
３．硬化剤
３，４−ジメチルー６−（２−メチル−１−プロペニル）−４−シクロヘキセンー１，２−ジカルボン酸無水物、他（商品名「ＹＨ−３０７」、ＪＥＲ社製）
【００５５】
４．硬化促進剤
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塩（商品名「２ＭＡ−ＯＫ」、四国化成工業社製）
【００５６】
５．その他
シランカップリング剤（商品名「ＫＢＭ−５７３」、信越化学工業社製）
【００５７】
（２）接合体の製造
（２−１）冷熱サイクル試験（以下、ＴＣ試験）用接合体の製造
得られた接着フィルムを、ハンダボール（高さ８５μｍ）が１５０μｍ間隔でチップ全面に３１３６個形成されたフルアレイのＴＥＧチップ（１０ｍｍ×１０ｍｍ×厚み７２５μｍ）にラミネートした後、チップサイズに合わせて接着フィルムを裁断し、接着剤付ＴＥＧチップを得た。
次いで、得られた接着剤付ＴＥＧチップを、この接着剤付ＴＥＧチップのハンダと１本のデイジーチェーンとなるように配線されたハンダプリコート付ガラスエポキシＴＥＧ基板に、接着剤付ＴＥＧチップのハンダと、ガラスエポキシＴＥＧ基板の電極部とが対応するように位置合わせした後、１００〜１８０℃、１０Ｎ、３秒のボンディングによって予備加熱工程を行った。予備加熱工程における、接着剤に熱電対を挿入することにより測定した接着剤の温度、及び、その温度における接着剤の複素粘度η＊を表１に示した。
その後、荷重は１０Ｎのままで、２８０℃まで２秒で昇温し、２８０℃に３秒保持した後、１５０℃まで冷却して、接着剤付ＴＥＧチップのハンダと、ガラスエポキシＴＥＧ基板の電極部とを溶融接することにより、ＴＣ試験用接合体を得た。
【００５８】
（２−２）高温高湿バイアス試験（以下、ＴＨＢ試験）用接合体の製造
一方、上記（２−１）のＴＣ試験用接合体の場合と同様にして得られた接着剤付ＴＥＧチップを、この接着剤付ＴＥＧチップのハンダと２本のデイジーチェーンを形成し、その２本のデイジーチェーンが櫛歯状となるように配線されたハンダプリコート付ガラスエポキシＴＥＧ基板に、接着剤付ＴＥＧチップのハンダと、ガラスエポキシＴＥＧ基板の電極部とが対応するように位置合わせしたこと以外は、上記（２−１）のＴＣ試験用接合体の場合と同様にして、ＴＨＢ試験用接合体を得た。
【００５９】
＜評価＞
実施例及び比較例で得られた接合体について、以下の評価を行った。結果を表１に示す。
【００６０】
（１）リフロー試験
得られたＴＣ試験用接合体について、予め導通抵抗値（以下、初期抵抗値とする）を測定しておき、６０℃、６０％ＲＨで４０時間吸湿させ、ピーク温度２６０℃のリフローオーブンに３回通してリフロー試験を行った後、再び導通抵抗値を測定した。リフロー試験後の導通抵抗値が初期抵抗値から１０％以上変化した場合を不良として、８つのＴＣ試験用接合体について不良個数を評価し、不良個数が０であった場合を○、１以上であった場合を×とした。
一方、得られたＴＨＢ試験用接合体について、６０℃、６０％ＲＨで４０時間吸湿させ、ピーク温度２６０℃のリフローオーブンに３回通してリフロー試験を行った後、櫛歯状に形成された２本のデイジーチェーン間で非導通であるか否かを評価した。導通つまりショートしていた場合を不良として、８つのＴＨＢ試験用接合体について不良個数を評価し、不良個数が０であった場合を「無」、１以上であった場合を「有」とした。
【００６１】
（２）冷熱サイクル試験（ＴＣ試験）
上記（１）にてリフロー試験を行ったＴＣ試験用接合体について、−５５〜１２５℃（３０分／１サイクル）、１０００サイクルのＴＣ試験を行った後、導通抵抗値を測定した。ＴＣ試験後の導通抵抗値が初期抵抗値から１０％以上変化した場合を不良として、８つのＴＣ試験用接合体について不良個数を評価し、不良個数が０であった場合を「ＯＫ」、１以上であった場合を「ＮＧ」とした。
なお、上記（１）のリフロー試験にて不良となったＴＣ試験用接合体については、本評価は行わなかった。
【００６２】
（３）高温高湿バイアス試験（ＴＨＢ試験）
上記（１）にてリフロー試験を行ったＴＨＢ試験用接合体について、８５℃／８５％ＲＨ／３．７Ｖ、１０００ｈのＴＨＢ試験を行った後、櫛歯状に形成された２本のデイジーチェーン間で非導通であるか否かを評価した。導通つまりショートしていた場合を不良として、８つのＴＨＢ試験用接合体について不良個数を評価し、不良個数が０であった場合を「ＯＫ」、１以上であった場合を「ＮＧ」とした。
なお、上記（１）のリフロー試験にて不良となったＴＨＢ試験用接合体については、本評価は行わなかった。
【００６３】
なお、上記の実施例においては、作製した接着フィルムを半導体チップにラミネートすることで接着剤層を形成したが、半導体ウエハ等に接着剤を塗布、乾燥することにより接着剤層を形成した場合にも同様の効果が得られることは明らかである。
【００６４】
【表１】
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明によれば、空気のかみ込みによるボイドの発生を低減して、信頼性の高いバンプ接続を行うことのできる半導体素子の接合方法を提供することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バンプを有する半導体素子と、電極部を有する基板又は他の半導体素子とを、接着剤を介して接合する半導体素子の接合方法であって、
バンプを有する半導体素子と、電極部を有する基板又は他の半導体素子とを、接着剤を介して前記バンプと前記電極部とが対応するように位置合わせする位置合わせ工程（１）と、
加熱により前記接着剤を濡れ広がらせ、前記バンプと前記電極部とを接触させる予備加熱工程（２）と、
前記バンプと前記電極部とを溶融接合する電極接続工程（３）とを有し、
前記予備加熱工程（２）において、前記接着剤のレオメーターにより測定した周波数１Ｈｚ、歪量１ｒａｄにおける複素粘度η＊が２〜１０Ｐａ・ｓとなるように前記接着剤を加熱する
ことを特徴とする半導体素子の接合方法。
【請求項２】
位置合わせ工程（１）は、バンプを有する半導体素子上のバンプが形成された面に接着剤を塗布する工程を有し、前記半導体素子は、半導体ウエハであることを特徴とする請求項１記載の半導体素子の接合方法。
【請求項１】
バンプを有する半導体素子と、電極部を有する基板又は他の半導体素子とを、接着剤を介して接合する半導体素子の接合方法であって、
バンプを有する半導体素子と、電極部を有する基板又は他の半導体素子とを、接着剤を介して前記バンプと前記電極部とが対応するように位置合わせする位置合わせ工程（１）と、
加熱により前記接着剤を濡れ広がらせ、前記バンプと前記電極部とを接触させる予備加熱工程（２）と、
前記バンプと前記電極部とを溶融接合する電極接続工程（３）とを有し、
前記予備加熱工程（２）において、前記接着剤のレオメーターにより測定した周波数１Ｈｚ、歪量１ｒａｄにおける複素粘度η＊が２〜１０Ｐａ・ｓとなるように前記接着剤を加熱する
ことを特徴とする半導体素子の接合方法。
【請求項２】
位置合わせ工程（１）は、バンプを有する半導体素子上のバンプが形成された面に接着剤を塗布する工程を有し、前記半導体素子は、半導体ウエハであることを特徴とする請求項１記載の半導体素子の接合方法。
【公開番号】特開２０１２−４４０５８（Ｐ２０１２−４４０５８Ａ）
【公開日】平成２４年３月１日（２０１２．３．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８５３２５（Ｐ２０１０−１８５３２５）
【出願日】平成２２年８月２０日（２０１０．８．２０）
【出願人】（０００００２１７４）積水化学工業株式会社 (5,781)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月１日（２０１２．３．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２０日（２０１０．８．２０）
【出願人】（０００００２１７４）積水化学工業株式会社 (5,781)
【Ｆターム（参考）】
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