ナノフィラーを含む熱硬化性樹脂の分子設計と次世代集積回路への応用

含纳米填料热固性树脂的分子设计及其在下一代集成电路中的应用

• 批准号: 17760245
• 负责人: 福島 誉史
• 金额: $ 2.3万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17760245/
• 关键词: ナノフィラー; 熱硬化性樹脂; 半導体微細加工技術; システムオンチップ; システムインパッケージ; 三次元集積回路; 耐熱性樹脂; アンダーフィル

Si基板上に塗布・硬化後に発生する反りの測定から、粒径50nmのナノフィラーを含むエポキシ樹脂の熱膨張係数(CTE)は、粒径の大きな(200-2000nm)フィラーを含むエポキシ樹脂のそれと比較して大きな差はないことが判明した。CTE値はフィラー含有率に依存するが、フィラー含有率の増大により樹脂の粘度が著しく上昇する。また、ナノサイズのフィラーは樹脂の硬化を阻害するため、樹脂のガラス転移温度を低下させる。次世代集積回路として注目されている三次元積層型チップのアンダーフィル剤として使用するには、約4μmの間隙に粘性の樹脂を流し込む必要がある。そのためには、樹脂に混合するフィラーの粒径はナノサイズにすることが必要であるが、樹脂粘性の増大を抑制することが必要不可欠である。本研究では、積層型チップ間の狭ギャップに低粘性の樹脂を短時間で注入し且つ、反りの発生を最小限に抑えることができるように樹脂の分子設計を行った。ここで用いた樹脂の特徴を以下に示す。1.樹脂A:エポキシ樹脂、粘度:400cPs、表面張力:45mN/m2.樹脂B:シリコーン樹脂、粘度:1000cPs、表面張力:20mN/mシリコーン樹脂の塗布膜厚が30μmの時の反り量は低く約5μmであったが、アンダーフィル後の研磨、CMP工程ではその低弾性率(約50MPa)が信頼性に欠ける。一方、発生する反り量は、樹脂膜厚に強く依存し、エポキシ樹脂の膜厚が10μmの場合、反り量は+15μmであった。このエポキシ樹脂を用いて注入を行った結果、Peripheral bumpを形成した5mm角チップの充填に要する時間は約110秒であり、計算式から求めた理論注入時間150秒より短い。この理由は、注入前、チップ端に滴下する樹脂の容量に強く依存するためである。適量な樹脂を滴下することにより十分に実用的な時間内で注入できることが分かった。

通过对硅基板上涂覆和固化后发生的翘曲的测量，发现含有粒径为 50 nm 的纳米填料的环氧树脂的热膨胀系数 (CTE) 与含有填料的环氧树脂的热膨胀系数 (CTE) 相同与大粒径（200-2000 nm）相比，没有显着差异。尽管CTE值取决于填料含量，但增加填料含量会显着增加树脂的粘度。此外，纳米级填料抑制树脂的固化，从而降低树脂的玻璃化转变温度。为了将其用作作为下一代集成电路而备受关注的三维堆叠芯片的底部填充剂，需要将粘性树脂注入约4μm的间隙中。为此，需要使混入树脂中的填料的粒径为纳米尺寸，但必须抑制树脂粘度的增加。在这项研究中，我们设计了树脂分子，以便能够在短时间内将低粘度树脂注入堆叠芯片之间的狭窄间隙中，并最大限度地减少翘曲的发生。这里使用的树脂的特性如下所示。 1.树脂A：环氧树脂，粘度：400cPs，表面张力：45mN/m2。树脂B：硅树脂，粘度：1000cPs，表面张力：20mN/m当硅树脂涂层厚度为30μm时，翘曲量低。它约为 5 μm，但其弹性模量较低（约 50 MPa），在底部填充后的抛光和 CMP 工艺中缺乏可靠性。另一方面，产生的翘曲量强烈依赖于树脂膜厚，环氧树脂膜厚为10μm时，翘曲量为+15μm。使用该环氧树脂进行注入的结果是，填充形成有周边凸块的5mm见方的芯片所需的时间约为110秒，这比根据计算公式确定的理论注入时间150秒要短。其原因是，它很大程度上取决于注射前滴在芯片末端的树脂量。已经发现，通过滴加适量的树脂，可以在足够实用的时间内实现注射。

项目成果

New three-dimensional integration technology using chip-to-wafer bonding to achieve ultimate super-chip integration

• DOI: 10.1143/jjap.45.3030
• 发表时间: 2006-04-01
• 期刊: JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS PART 1-REGULAR PAPERS BRIEF COMMUNICATIONS & REVIEW PAPERS
• 作者: Fukushima, Takafumi;Yamada, Yusuke;Koyanagi, Mitsumasa
• 通讯作者: Koyanagi, Mitsumasa

Characteristics of Silicon-on-Low k Insulator Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor with Metal Back Gate

带金属背栅的低k绝缘体上硅金属氧化物半导体场效应晶体管的特性

• 发表时间: 2006
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics (JJAP) 45(4B)
• 作者: 浅倉邦彦;小栗栖修;真田博文;鈴木正清;小柳 光正;Takafumi Fukushima;Mitsumasa Koyanagi;Hirokazu KIKUCHI;Yusuke YAMADA
• 通讯作者: Yusuke YAMADA

Ultimate Super-Chip Integration Based on Chip-to-Wafer Three-Dimensional Integration Technology

基于芯片到晶圆三维集成技术的终极超级芯片集成

• 发表时间: 2006
• 期刊: Manuscript of International Conference on Electronics Packaging (ICEP)
• 作者: 浅倉邦彦;小栗栖修;真田博文;鈴木正清;小柳 光正;Takafumi Fukushima;Mitsumasa Koyanagi;Hirokazu KIKUCHI;Yusuke YAMADA;Takafumi Fukushima
• 通讯作者: Takafumi Fukushima

New three-dimensional integration technology using self-assembly technique

• DOI: 10.1109/iedm.2005.1609347
• 发表时间: 2005-12
• 期刊: IEEE InternationalElectron Devices Meeting, 2005. IEDM Technical Digest.
• 作者: T. Fukushima;Yusuke Yamada;H. Kikuchi;M. Koyanagi

Three-dimensional integration technology based on wafer bonding with vertical buried interconnections

• DOI: 10.1109/ted.2006.884079
• 发表时间: 2006-11-01
• 期刊: IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES
• 影响因子: 3.1
• 作者: Koyanagi, Mitsumasa;Nakamura, Tomonori;Kurino, Hiroyuki
• 通讯作者: Kurino, Hiroyuki