[发明专利]作为底部填充密封剂用于含有低K电介质的半导体装置的可固化树脂组合物

说明书

技术领域

本发明涉及用于倒装式芯片(“FC”)的底部填充密封剂材料的热固性树脂组合物，其中半导体芯片通过焊料电性互连直接安装在电路上。相似地，所述组合物可用于安装在电路板半导体装置上，例如芯片尺寸或芯片大小封装(“CSPs”)、球栅阵列封装(“BGAs”)、平面栅格阵列封装(“LGAs”)等，其各自在载体衬底上具有半导体芯片，例如大规模集成电路(“LSI”)。

背景技术

低介电常数(“低k”)的介电材料(或层间介电层“ILD's”)在未来的先进集成电路制造发展中继续起着重要的作用，其使得在低于0.18微米的制造工艺中使用铜互连件。低-k的ILDs用于集成电路制造中以使铜互连件与它们的周围绝缘，确保互连件之间更少的串扰。串扰是集成电路制造中常见的问题，由于它造成电路故障。随着集成电路的尺寸继续缩小，串扰变得更加显著。用于集成电路制造的常规层间材料的介电常数通常在>3.0的范围。但是，随着在单一芯片上的输入/输出密度的继续提高，对串扰的关注也增加。

由此，介电常数低于约2.5的低-K的ILD's是集成电路设计的一个重要方面以使越来越紧凑的集成电路的效率最大化。一种该类材料被称为Black Diamond，并由Applied Materials市售。

在工业界，已报道了表示使用低-K的ILD's的0.09微米，甚至0.065微米的芯片制造工艺趋势的宣告。但目前为止，就这方面的进展已受阻碍，由于芯片生产商受困于达到可接受的封装水平可靠性。

当工业界继续寻求用于电路板的先进材料(从陶瓷至复合材料)时，尽管具有更大的计算能力、更微小的间距、更大的焊球位置密度和更小的焊球本身直径，但半导体芯片固有地更易碎(由于它们的越来越薄的厚度)，且在目前设计的半导体封装中观察到比以前增高的回流温度(由于含铅焊料向无铅焊料的转变)、更大的应力(由于翘曲)和电击（shock）。

常规的市售底部填充密封剂材料，例如低热膨胀系数(“CTE”)、高模量的基于环氧树脂的底部填充密封剂材料似乎不能提供必要的对封装应力的保护以防止易碎的低-K的ILD’s的损坏。性质易碎的低-K的ILD’s通常比常规的ILD材料例如氧化硅、氮化硅、氟硅玻璃等更脆弱且更易碎，并由此在热偏差中因诱导应力而导致破裂和裂缝。

因此希望提供适于先进应用的电子封装材料，如用于FC底部填充材料的热固性树脂组合物，其与低K的ILD’s的使用相容，并减少导致ILD破裂失效的内部封装应力。此外，希望提供使用该类热固性树脂组合物组装的电子封装物，提供制造提供增强的物理性质的该类电子封装物的方法，并提供制备热固性树脂组合物的方法，其在降低的模量和CTE方面具有物理性质特征，该特征使得该类组合物特别对于半导体封装中的高应力FC底部填充密封剂应用而引人瞩目。

发明内容

广义来说，本发明提供了在电子封装物上的降低的内部封装应力，例如，如下所述。

通过将低模量和低CTE结合而达到半导体封装中的应力降低。这些物理性质迄今在FC底部填充密封剂材料中是没有的。

本发明提供能够显著降低使用低-K的ILD's组装的半导体封装中产生的内应力的热固性树脂组合物，其在室温下显示出6000-10000MPa的模量，例如约7000MPa和9000MPa，以及7-20ppm的CTEα1，例如约10ppm和20ppm。能够固化并耐受无铅焊料回流特征(例如经过2-5分钟的时间段，温度达到240-260°C)的FC底部填充密封剂材料的该物理性质组合显示出克服在目前的半导体封装工业中明显阻碍之一的希望。

这些性能特点在半导体装置封装技术中特别重要，例如其中：

使用具有铜电性互连件和至少一层的低K的ILD的半导体芯片；

大尺寸的半导体芯片，通常一侧大于2.5cm；

相对于目前约350微米的标称厚度的半导体芯片，使用相对薄的半导体芯片，例如低于100微米；和

相对于目前75微米的标称胶层厚度(bond line thickness，“BLT”)的底部填充层，使用相对薄的，例如低于20微米的底部填充层。