JP2013140895A - 接着剤組成物、接着シート及び半導体装置 - Google Patents

接着剤組成物、接着シート及び半導体装置 Download PDF

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Abstract

【課題】半導体装置の吸湿リフロー耐性を改善すること。
【解決手段】２種以上の酸無水物と２種以上のジアミンとをモノマー単位として含む熱可塑性樹脂と、ビスアリルナジイミドを含む、２個以上の重合性不飽和基を有するイミド化合物と、２官能以上の（メタ）アクリレート化合物と、熱硬化性樹脂と、硬化促進剤と、平均粒径の異なる２種の無機フィラーの混合物と、を含有し、半導体チップ１０を、配線を有し該配線により段差が形成されている被着体５に接着するために用いられる接着剤組成物２。
【選択図】図５

Description

本発明は、接着剤組成物、接着シート及び半導体装置に関する。
半導体チップの小型化及び高性能化に伴い、使用される支持部材にも小型化及び細密化が要求されている。さらに、携帯機器等の小型化及び高密度化の要求に伴って、内部に複数の半導体チップを積層した半導体装置が開発及び量産されている。
従来、半導体チップと半導体チップ搭載用支持部材との接合には、主に、銀ペーストが使用されていた。しかし、銀ペーストによれば、はみ出し又は半導体チップの傾きに起因するワイヤボンディング時の不具合の発生、接着剤層の膜厚制御の困難性、および接着剤層のボイド発生などにより、近年の要求に対処しきれなくなっている。そのため、近年、フィルム状のダイボンディング材（以下、「ダイボンディングフィルム」という。）が使用されるようになってきた。
携帯機器に搭載されるメモリの容量が加速度的に増加していることから、半導体チップを複数積層した半導体パッケージのチップ積層段数が増大する傾向にある。携帯電話及び携帯音楽プレイヤーなどに用いられている半導体パッケージにおいて、パッケージ内部に複数の半導体チップを積層するスタックドパッケージが主流となっている。しかも、携帯機器重量の増加を回避するために、半導体パッケージの容積及び重量を増加させることなく、半導体チップの積層枚数のみを増加する必要がある。その結果、半導体チップが薄肉化する傾向にあり、１００μｍ厚以下の半導体チップが使用されるようになってきた。
直径８インチの半導体ウエハは、一般に、７００μｍ程度の厚みで切り出してから、裏面を研削することで所望の厚みまで薄く加工される。従来、半導体ウエハを薄く研削するバックグラインドの際に、ウエハ回路面を保護するバックグラインドテープを貼付け、研削後にこのバックグラインドテープを剥離してから、半導体ウエハにダイボンディングフィルム等のダイシング基材を貼り付けていた。ところが、半導体ウエハが薄くなるにしたがって、搬送時にウエハが割れるリスクが高まっていることから、バックグラインドテープを剥離せずにダイボンディングフィルムをラミネートし、ラミネート後にバックグラインドテープを剥離する方法が一般的に採用されている。
しかし、バックグラインドテープの耐熱性の上限は８０℃程度であるため、特にダイボンディングフィルムをウエハ裏面に貼付ける際は、８０℃以下のラミネート温度で十分な密着性を確保する必要がある。
ダイボンディングフィルムは、一般に、下記のいずれかの方法により用いられる。
（１）任意のサイズに切り出したダイボンディングフィルムを、配線付基材又は半導体チップに貼り付け、貼り付けられたダイボンディングを介して半導体チップを支持部材等に熱圧着する。
（２）ダイボンディングフィルムを半導体ウエハ裏面全体に貼り付け、次いでダイボンディングフィルムの裏面にダイシング基材を貼り付けた後、半導体ウエハをダイボンディングフィルムとともに回転刃によって個片化する。得られたダイボンディングフィルム付き半導体チップを、ダイシング基材から剥離してピックアップし、ピックアップされた半導体チップを、ダイボンディングフィルムを介して配線付き支持部材又は半導体チップに熱圧着する。
半導体装置作製工程の簡略化を目的として、（２）の方法が採用されることが多い。半導体ウエハの薄肉化に伴って、個片化したダイボンディングフィルム付き半導体チップを割らずにピックアップすることが困難となっている。
特開２００９−０７４０６７号公報
しかしながら、半導体チップの積層段数が増加するにしたがって、半導体装置の特に吸湿時の十分な耐リフロー性を維持することが困難になっており、この点で改善が求められている。
そこで、本発明の主な目的は、半導体装置の吸湿リフロー耐性を改善することにある。
本発明は、半導体素子を、配線を有し該配線により段差が形成されている被着体に接着するために用いられる接着剤組成物に関する。本発明に係る接着剤組成物は、２種以上の酸無水物と２種以上のジアミンとをモノマー単位として含む熱可塑性樹脂と、を含む、２個以上の重合性不飽和基を有するイミド化合物と、２官能以上の（メタ）アクリレート化合物と、イミド化合物及び２官能以上の（メタ）アクリレート化合物とは異なる熱硬化性樹脂と、硬化促進剤と、平均粒径の異なる２種の無機フィラーの混合物とを含有する。
本発明に係る接着剤組成物によれば、半導体装置の吸湿リフロー耐性を改善することができる。
半導体チップを、本発明に係る接着剤組成物からなるフィルム状接着剤を介して被着体に熱圧着し、その後、５０〜１５０℃で０．５〜３時間の加熱により当該接着剤組成物を硬化させたときに、当該接着剤組成物と被着体との間の空隙を実質的に完全に消失させることができることが好ましい。接着剤組成物と被着体との間に残存する空隙を起点として、吸湿後のリフロー処理時に剥離が生じ、半導体装置の吸湿リフロー耐性が低下すると考えられる。半導体装置の配線による段差を確実に充填することにより、半導体装置の吸湿リフロー耐性を更に改善することができる。
本発明に係る接着剤組成物は、好ましくは、熱可塑性樹脂を１００重量部と、イミド化合物を２０〜５０重量部と、２官能以上の（メタ）アクリレート化合物を１０〜４０重量部と、熱硬化性樹脂を１０〜２０重量部と、硬化促進剤を２重量部以下と、を含有する。無機フィラーの割合は、当該接着剤組成物の質量を基準として２０〜４５質量％であることが好ましい。
２種の無機フィラーの混合物の平均粒径が０．１〜０．４μｍであり、一方の無機フィラーの平均粒径が０．５〜２μｍであり、他方の無機フィラーの平均粒径が０．１〜０．４μｍであることが好ましい。
未硬化の本発明に係る接着剤組成物の１２０℃における溶融粘度は、好ましくは３００〜２０００Ｐａである。未硬化の本発明に係る接着剤組成物からなるフィルム状接着剤の４０℃におけるタック力は、好ましくは１０〜１００ｇｆである。硬化後の本発明に係る接着剤組成物の弾性率は、好ましくは１〜３０ＭＰａである。
２種以上の酸無水物が、下記式（Ｉ）で表される酸無水物を含むことが好ましい。
Figure 2013140895
２種以上の酸無水物が、下記式（ＩＩ）で表される酸無水物を含むことが好ましい。式（ＩＩ）において、ｎは１以上の整数である。
Figure 2013140895
ビスアリルナジイミドは、下記式（ＩＩＩ）で表される化合物であることが好ましい。
Figure 2013140895
２官能以上の（メタ）アクリレート化合物は、下記式（ＩＶ）で表される化合物であることが好ましい。式（ＩＶ）においてＲ２はアルキル基であり、Ｒ３及びＲ４はそれぞれ独立に水素原子又はメチル基であり、ｎ及びｍはそれぞれ独立に１以上の整数である。
Figure 2013140895
熱可塑性樹脂は好ましくはポリイミド樹脂である。熱可塑性樹脂のガラス転移温度は好ましくは１００℃以下である。熱可塑性樹脂の重量平均分子量は好ましくは２００００〜１５００００である。
被着体が、有機基板及び該有機基板上に設けられた前記配線を有する支持部材であるとき、本発明に係る接着剤組成物は特に有用である。
本発明に係る接着剤組成物は、フィルム状に成形されていることが好ましい。この場合、フィルム状の接着剤組成物と、該接着剤組成物上に積層されたダイシングシートと、を備える接着シートが構成され得る。ダイシングシートは、基材フィルム及び基材フィルム上に設けられた放射線硬化型粘着剤層を有するものであってもよい。ダイシングシートの基材フィルムは、好ましくはポリオレフィンフィルムである。
本発明はまた、１以上の半導体チップと、該半導体チップが搭載された支持部材と、前記半導体チップと前記支持部材との間、及び前記半導体チップ同士の間に形成された接着剤層と、を備える半導体装置に関する。本発明に係る半導体装置において、半導体チップと支持部材との間の接着剤層、及び／又は、半導体チップ同士の間に形成された接着剤層が、本発明に係る接着剤組成物が硬化して形成された層である。本発明に係る半導体装置は、優れた吸湿リフロー耐性を有する。
本発明によれば、半導体装置の吸湿リフロー耐性を改善することができる。
ダイボンディングフィルム付き半導体チップの一実施形態を示す断面図である。 支持部材の一実施形態を示す断面図である。 半導体装置の一実施形態を示す断面図である。 半導体装置の一実施形態を示す断面図である。 半導体装置の一実施形態を示す断面図である。
以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
本実施形態に係る接着剤組成物は、半導体素子を、配線を有し該配線により段差が形成されている被着体に接着するために用いられる。すなわち、本実施形態に係るフィルム状の接着剤組成物は、ダイボンディングフィルムとして用いられる。例えば、半導体チップを、本実施形態に係るダイボンディングフィルムを介して支持部材又は他の半導体チップに熱圧着する工程と、ダイボンディングフィルムを加熱硬化させる工程と、半導体チップを封止樹脂により封止する工程とを主として備える方法により、半導体装置を製造することができる。
図１は、ダイボンディングフィルム付き半導体チップの一実施形態を示す断面図である。図１に示すダイボンディングフィルム付き半導体チップ３は、半導体チップ１１と、半導体チップ１１の回路面上に設けられたチップ側配線１１とを有する配線付き半導体チップと、半導体チップ１１の裏面側に積層されたダイボンディングフィルム２とを有する。
ダイボンディングフィルム付き半導体チップ３は、例えば、半導体ウエハにダイボンディングフィルムを貼り合わせる工程と、半導体ウエハをダイボンディングフィルムとともに半導体チップに切り分ける工程とを含む方法により得ることができる。
半導体ウエハは特に限定されない。吸湿リフロー耐性向上の観点から、ウエハの厚さは１００μｍ以下であることが好ましく、７５μｍ以下であることがより好ましく、５０μｍ以下であることが更に好ましい。
ダイボンディングフィルムと、ダイボンディングフィルム上に積層された粘着剤層を有するダイシングシートを備える接着シートを用いてもよい。その場合、例えば、基材フィルム付きのダイボンディングフィルムを半導体ウエハと貼り合わせた後、基材フィルムを剥がし、半導体ウエハに貼り付けられたダイボンディングフィルムにダイシングシートを貼り合せる方法、又は、基材フィルム付きのダイボンディングフィルムにダイシングシートを貼り合わせた後、基材フィルムを剥がし、ダイボンディングフィルムを半導体ウエハに貼り合せる方法により、ダイボンディングフィルム及びダイシングシートから構成される接着シートが貼り付けられた半導体ウエハを準備することができる。
基材フィルムは特に限定されず、例えば、ポリテトラフルオロエチレンフィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリメチルペンテンフィルム及びポリイミドフィルムなどのプラスチックフィルムから選ばれる。必要に応じて、ダイシングシートに対して、プライマー塗布、ＵＶ処理、コロナ放電処理、研磨処理及びエッチング処理などの表面処理が施されていてもよい。
ダイボンディングフィルムが貼り付けられた半導体ウエハは、ダイシングにより半導体チップに切り分けられる。ダイシングは、例えば、切断装置（ダイサー）の回転刃により所望の大きさのチップに切断する方法により行われる。ダイシングにおいて、ダイボンディングフィルムは完全に切断されてもよいが、一部が切断されずに残っていてもよい。ダイボンディングフィルムを完全に切断する工法をフルカット、ダイボンディングフィルムを完全に切断せず一部を残す工法をハーフカットと記す。
ハーフカット工法の場合、切断されずに残ったダイボンディングフィルムは、次工程の半導体チップのピックアップの際に、ダイシングシートを引き伸ばすこと（以下、「エキスパンド」という。）、及び、／又は、突き上げ針などの治具で押し上げることにより、切込みが形成された部分を起点として分割することもできる。
ダイボンディングフィルムを切断する際に使用するダイサーや回転刃（ブレード）は一般に上市されているものから適宜選択することができる。例えば、ダイサーは、株式会社ディスコ製のフルオートマチックダイシングソー６０００シリーズ及びセミオートマチックダイシングソー３０００シリーズなどが、ブレードは、株式会社ディスコ製のダイシングブレードＮＢＣ−ＺＨ０５シリーズ及びＮＢＣ−ＺＨシリーズなどが使用できる。
半導体ウエハをダイボンディングフィルムとともに切断する工程において、株式会社ディスコ製のフルオートマチックダイシングソー６０００シリーズのような回転刃を用いて切断するダイサーだけではなく、株式会社ディスコ製のフルオートマチックレーザソー７０００シリーズのようなレーザを用いて切断する方法、すなわち、レーザーアブレーション加工又はステルスダイシング加工も適用可能である。
未硬化のダイボンディングフィルム（接着剤組成物）の１２０℃における溶融粘度は、好ましくは３００〜２０００Ｐａである。この溶融粘度が２０００Ｐａ・ｓを超えると、熱圧着工程のみで支持部材表面の配線段差を十分に充填されずに、完成した半導体装置内部に空隙が残存し易くなる傾向がある。
ダイボンディングフィルムの溶融粘度は、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ （１７） Ｐ４５８ （１９４６）に示される、平行平板プラストメータ法により測定される。例えば、直径６ｍｍの円形のダイボンディングフィルムを厚さ１５０μｍの２枚のスライドガラスで挟んで試験用サンプルを準備し、この試験用サンプルに対して、ダイボンディングフィルムを所定の温度まで加熱しながら、所定の圧力（例えば１ＭＰａ）を例えば３秒間付加し、加圧前後のダイボンディングフィルムの厚さから、下記式にしたがって、所定の温度におけるダイボンディングフィルムの溶融粘度（η）を求めることができる。
Figure 2013140895
Ｚ０（μｍ）：加圧前のダイボンディングフィルムの厚さ
Ｚ（μｍ）：加圧後のダイボンディングフィルムの厚さ
Ｖ（μｍ３）：ダイボンディングフィルムの体積
Ｆ（ＭＰａ）：加えた荷重の大きさ
ｔ（ｓ）：荷重を加えた時間
１００〜１２０℃におけるＢステージ又はＣステージ状態のダイボンディングフィルムのずり粘度は、好ましくは５０００Ｐａ・ｓ以下、より好ましくは３０００Ｐａ・ｓ以下である。ずり粘度がこのような範囲内にあることにより、熱圧着の後、封止の前にダイボンディングフィルムを加熱硬化させる工程において、熱圧着において未充填であった部位を容易に埋め込むことができる。ずり粘度の下限値は特に限定されないが、ずり粘度が低すぎると、加熱時にフィルムが発泡したり、フィルムの硬化が遅くなり生産性が低下する可能性があるため、ずり粘度は５００Ｐａ・ｓ以上であることが好ましい。
ダイボンディングフィルムのずり粘度は、複数のダイボンディングフィルムを積層して総厚３００±５０μｍの多層フィルムを準備し、この多層フィルムから１３±１ｍｍ角の試験片を切り出す工程と、試験片を平行円板（例えば直径１２ｍｍ）に挟み、周波数１Ｈｚ、ひずみ１％、昇温速度５℃／分及び測定温度３０〜２００℃の条件で粘弾性測定を行い、１００〜１２０℃における複素粘度の値（Ｐａ・ｓ）をずり粘度として記録する工程とを含む方法により、測定される。
ダイボンディングフィルムの厚さは、３〜８０μｍであることが好ましい。ダイボンディングフィルムの厚さが５μｍ未満であると、成膜性及び取り扱いが低下する傾向があり、８０μｍを超えると、経済的に不利であるとともに、成形性が低下する傾向がある。同様の観点から、ダイボンディングフィルムの厚みはより好ましくは５〜６０μｍ、更に好ましくは５〜４０μｍである。
ダイボンディングフィルムの厚みが５〜８０μｍであるとき、加熱硬化される前のダイボンディングフィルム（接着剤組成物）の４０℃におけるタック力は、好ましくは１０〜１００ｇｆである。これにより、ダイボンディングフィルム付き半導体チップのピックアップ性が更に改善される。タック力が大きすぎると、ピックアップの際、隣り合うチップのダイボンディングフィルム同士が付着して、複数のチップが同時にピックアップされ易くなる傾向がある。
加熱硬化される前のＢステージ状態のダイボンディングフィルムのタック力は、押し込み速度：２ｍｍ／秒、引き上げ速度：１０ｍｍ／秒、停止加重：１００ｇｆ／ｃｍ２、停止時間：１秒の条件で、４０℃のステージにサンプルの測定面を上にして固定し、４０℃のプローブ（直径５．１ｍｍ（φ）のＳＵＳ３０４）に対するタック強度を測定する方法により求めることができる。測定面は、ダイシングシートが貼り付られる面である。
加熱硬化される前のダイボンディングフィルムのガラス転移温度は、好ましくは１０〜８０℃である。このガラス転移温度が６０℃を超えると、ダイボンディングフィルムの硬化前（Ｂステージ状態）の溶融粘度が高くなり、加熱時のフィルムの流動性が不足する傾向がある。同様の観点から、ダイボンディングフィルムのガラス転移温度はより好ましくは１０〜７０℃、さらに好ましくは１０〜６０℃である。
硬化後のダイボンディングフィルム（接着剤組成物）である接着剤層の弾性率は、好ましくは１〜３０ＭＰａである。
以上のような物性を有するダイボンディングフィルムは、例えば、基材フィルムに接着剤ワニスを塗布し、塗布された接着剤ワニスを乾燥する方法により、得ることができる。接着剤は、好ましくは以下に説明するような組成を有する。
本実施形態に係る接着剤組成物は、熱可塑性樹脂と、２個以上の重合性不飽和基を有するイミド化合物と、２官能以上の（メタ）アクリレート化合物と、熱硬化性樹脂と、平均粒径の異なる２種の無機フィラーの混合物とを含有する。
熱可塑性樹脂の重量平均分子量は２００００〜１５００００であることが好ましい。熱可塑性樹脂の重量平均分子量が２００００未満であると、接着剤の流動性が増加するものの、硬化時の熱で発泡が発生し易くなる可能性がある。熱可塑性樹脂の重量平均分子量が１５００００を超えると、接着剤の粘度が増加し、ダイボンディング直後及びフィルムの加熱硬化後に支持部材の配線段差を十分に充填できなくなる可能性がある。同様の観点から、熱可塑性樹脂の重量平均分子量はより好ましくは２００００〜７００００、更に好ましくは２００００〜５００００である。ここでいう重量平均分子量は、ＧＰＣ測定により求められる標準ポリスチレン換算値である。
熱可塑性樹脂のガラス転移温度は好ましくは１０〜１００℃である。
熱可塑性樹脂は、好ましくは、酸無水物及びジアミンに由来するモノマー単位を含むポリイミド樹脂である。特に、２種以上の酸無水物と２種以上のジアミンとから形成されるポリイミド樹脂が好ましく、２種以上の酸無水物と３種以上のジアミンとから形成されるポリイミド樹脂が好ましい。
ポリイミド樹脂を構成する酸無水物は、下記式（Ｉ）で表される酸無水物（酸無水物（ａ））及び下記式（ＩＩ）で表される酸無水物（酸無水物（ｂ））を含むことが好ましい。式（ＩＩ）において、ｎは１以上の整数であり、好ましくは５〜１０の整数である。酸無水物（ａ）及び酸無水物（ｂ）の合計量を基準として、酸無水物（ａ）の割合が７０モル％以上で、酸無水物（ｂ）の割合が３０モル％以下であることが好ましい。
Figure 2013140895
Figure 2013140895
ポリイミド樹脂を構成する２種以上のジアミンは、例えば、ポリオキシプロピレンジアミン及び１，３−ビス（３−アミノプロピル）−１，１，３，３−テトラメチルジシロキサンである。
２個以上の重合性不飽和基を有するイミド化合物は、例えば、ビスマレイミド及びビスアリルナジイミドから選ばれる。ビスアリルナジイミドが好ましい。ビスアリルナジイミドは、下記式（ＩＩＩ）で表されるキシリレン型ビスアリルナジイミドであることが好ましい。
Figure 2013140895
上記イミド化合物の含有割合は、熱可塑性樹脂１００重量部に対して、好ましくは２０〜５０重量部である。
２官能以上の（メタ）アクリレート化合物は、２個以上の（メタ）アクリレート基を有する。「（メタ）アクリレート」は、アクリレート又はメタクリレートを意味する。２官能以上の（メタ）アクリレート化合物は、下記式（ＩＶ）で表される化合物であることが好ましい。
Figure 2013140895
式（ＩＶ）においてＲ２はアルキレン基（メチレン基等）であり、Ｒ３及びＲ４はそれぞれ独立に水素原子又はメチル基であり、ｎ及びｍはそれぞれ独立に１以上の整数である。ｎ＋ｍが２〜６であることが好ましい。
２官能以上の（メタ）アクリレート化合物の含有割合は、熱可塑性樹脂１００重量部に対して、好ましくは１０〜４０重量部である。
熱硬化性樹脂は、熱により架橋反応を起こす反応性化合物であって、２個以上の重合性不飽和結合を有するイミド樹脂及び２官能以上の（メタ）アクリレート化合物とは異なるものである。熱硬化性樹脂は、例えば、エポキシ樹脂、シアネートエステル樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、アルキド樹脂、アクリル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、シリコーン樹脂、レゾルシノールホルムアルデヒド樹脂、キシレン樹脂、フラン樹脂、ポリウレタン樹脂、ケトン樹脂、トリアリルシアヌレート樹脂、ポリイソシアネート樹脂、トリス（２−ヒドロキシエチル）イソシアヌラートを含有する樹脂、トリアリルトリメリタートを含有する樹脂、シクロペンタジエンから合成された熱硬化性樹脂、芳香族ジシアナミドの三量化により形成される熱硬化性樹脂から選ばれる。これら熱硬化性樹脂は単独で又は二種類以上を組み合わせて用いることができる。
熱硬化性樹脂の含有量は、低アウトガス性とフィルム形成性（靭性）との両立、及び硬化後の耐熱性当の観点から、適宜調整される。熱硬化性樹脂の含有割合は、熱可塑性樹脂１００重量部に対して、好ましくは１０〜２０重量部である。
熱硬化性樹脂の硬化のために、接着剤組成物は、硬化剤又は触媒を含むことができる。必要に応じて、硬化剤と硬化促進剤、又は触媒と助触媒を併用することができる。熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂であるとき、硬化促進剤としては、テトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボラート等が好適である。硬化促進剤の含有割合は、熱可塑性樹脂１００重量部に対して、好ましくは０．５〜２重量部である。
無機フィラーは、例えば、酸化ケイ素フィラー及び窒化ホウ素フィラーから選ばれる。無機フィラーは、平均粒径の異なる２種のフィラーの混合物であることが好ましい。その場合、２種の無機フィラーの混合物の平均粒径が０．１〜０．４μｍであり、一方の無機フィラーの平均粒径が０．５〜２μｍであり、他方の無機フィラーの平均粒径が０．１〜０．４μｍであることが好ましい。無機フィラーの含有割合は、接着剤組成物の質量を基準として、好ましくは２０〜４５質量％である。
接着剤組成物は、以上のような各成分を有機溶媒中で混合及び混練することにより、接着剤ワニスとして調製することができる。ワニスの調製に用いる有機溶媒は、各成分を均一に溶解、混練又は分散できるものであれば制限はなく、従来公知のものを使用することができる。このような溶剤としては、例えば、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、Ｎ―メチルピロリドン、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン系溶媒、トルエン、キシレン等が挙げられる。これらのなかでも、乾燥速度が速く、価格が安い点でメチルエチルケトン及びシクロヘキサノンが好ましい。
ワニスの調製に用いられる有機溶媒の量に特に制限はない。有機溶媒は加熱乾燥等によりダイボンディングフィルムから除去される。ダイボンディングフィルム作製後の有機溶媒量（残存揮発分）は、全質量基準で０．０１〜３質量％であることが好ましく、耐熱信頼性の観点からは全重量基準で、０．０１〜２質量％であることがより好ましく、０．０１〜１．５質量％であることがさらに好ましい。
ワニスの調製のための混合及び混練は、通常の撹拌機、らいかい機、三本ロール、ボールミル等の分散機を適宜、組み合わせて行うことができる。
ワニスが塗布される基材フィルムとしては、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリイミドフィルム、ポリエステルフィルム、ポリオレフィンフィルム（ポリプロピレンフィルム等）、ポリエーテルイミドフィルム、ポリエーテルナフタレートフィルム及びメチルペンテンフィルム等が挙げられる。基材フィルムは、２種以上のフィルムから構成される多層フィルムであってもよい。基材フィルムの表面がシリコーン系、シリカ系等の離型剤などで処理されていてもよい。
ワニスの塗布は、例えばアプリケータ自動塗工機を用いて行うことができる。塗工厚みは、最終的なダイボンディングフィルムの厚さを考慮して決定されるが、好ましくは３〜１００μｍである。
塗布されたワニスの加熱乾燥の条件は、ワニス中の有機溶媒が充分に揮散する条件であれば特に制限はないが、通常、５０〜２００℃、０．１〜９０分間の加熱によりワニスが乾燥される。
加熱乾燥後、基材フィルムを除去してダイボンディングフィルム（Ｂステージ状態のフィルム）を得ることができる。
ダイボンディングフィルムは、通常は、基材フィルム上に設けられた状態で供給される。同一又は異なる２枚以上のダイボンディングフィルムが積層されていてもよい。
ダイボンディングフィルム付き半導体チップ３は、例えば一般に上市されているピックアップダイボンダーを用いてピックアップされて、図２に示す支持部材５に対して、ダイボンディングフィルムを間に挟んで熱圧着される。例えば、ルネサス東日本セミコンダクタ社製のフレキシブルダイボンダーＤＢ−７３０又はＤＢ−７００、株式会社新川製のダイボンダーＳＰＡ−３００又はＳＰＡ−４００、キャノンマシナリ株式会社製ＢＥＳＴＥＭ−Ｄ０２を使用して、半導体チップをピックアップすることができる。
支持部材５は、基板（好ましくは有機基板）５０と、基板５０を貫通するはんだボール等の端子５１と、端子５１に接続された配線５２とから構成される。支持部材５の一方の主面には、配線５２に起因する段差が形成されている。
支持部材５に半導体チップを熱圧着した後、図３に示すように更に他の半導体チップを熱圧着して、支持部材５及び支持部材５に搭載された複数の半導体チップから構成される構造体が得られる。
半導体チップを熱圧着するための加熱温度（支持部材の温度）は、６０〜１５０℃が好ましく、８０〜１３０℃がより好ましく、８０〜１１０℃がさらに好ましい。圧着温度が６０℃より下回るとフィルムの粘度が下がらず配線段差を埋め込むことが難しくなる可能性がある。圧着温度が１５０℃を超えると、支持部材側の反りが増大し、ダイボンダーなどにより構造体を搬送することが難しくなる可能性がある。荷重は０．０１〜１ＭＰａ、加熱時間は０．１〜３秒の範囲で熱圧着が通常行われる。
半導体チップを熱圧着により積層した後、樹脂による封止の前は、図３に示すように、ダイボンディングフィルムと支持部材との界面近傍に、空隙７が残存することがある。図４に示すように、ダイボンディングフィルム２を雰囲気７０下で加熱硬化させることにより、空隙７を消失させて、配線段差を十分に埋め込むことができる。
雰囲気７０は、例えばオーブン７中に形成される。雰囲気７０は、大気であってもよいし、窒素ガス雰囲気であってもよい。
雰囲気７０の温度は、好ましくは室温〜１７０℃、より好ましくは８０〜１５０℃、更に好ましくは１００〜１２０℃である。加熱の際の昇温速度は１．０〜５．０℃／分が好ましく、１．５〜３．５℃／分がより好ましく、１．７〜２．５℃／分がさらに好ましい。
続いて、各半導体チップをワイヤボンド８により支持部材５の配線に接続した後、半導体チップが封止樹脂９により封止して、半導体装置が得られる。図５は、半導体装置の一実施形態を示す断面図である。図５に示す半導体装置１００は。支持部材４と、支持部材４上に積層された複数の半導体チップ１０と、半導体チップ１０と支持部材４との間及び半導体チップ１０同士の間にそれぞれ介在し、これらを接着する接着剤層２と、半導体チップ１０を封止する封止樹脂９とを主として備える。接着剤層２は、ダイボンディングフィルム２が、半導体チップの熱圧着及びその後の加熱により、硬化して形成された層である。
図５に本発明の半導体装置の一態様の断面図を示す。支持部材４の配線６面上に、半導体チップ１が、硬化したダイボンディングフィルム（接着剤層）２によって接着されている。半導体チップ１と支持部材４の配線６とは、ボンディングワイヤ８によって電気的に接続されている。支持部材４の配線６面、半導体チップ１及びボンディングワイヤ８は、封止用樹脂９によって封止されている。支持部材４の外面には、はんだボール等の端子５が設けられている。
半導体チップ１０を、接着剤組成物からなるダイボンディングフィルム２を介して支持部材５に熱圧着し、その後、５０〜１５０℃で０．５〜３時間の加熱により接着剤組成物を硬化させたときに、当該接着剤組成物と支持部材との間の空隙２０を実質的に完全に消失させることができることが好ましい。より具体的には、半導体チップの主面の垂線方向から見たときに、ダイボンディングフィルムのうち空隙以外の部分の面積の、半導体チップ全体の面積に対する割合（充填率）は、９５％以上であることが好ましく、９８％以上であることがより好ましく、１００％であることがさらに好ましい。この割合が９５％未満であると、残存する空隙が起点となって吸湿リフロー時に剥離が生じてしまい、信頼性が損なわれる可能性が高い。
以下、実施例を挙げて本発明についてより具体的に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
＜ダイボンディングフィルムの作製＞
熱可塑性樹脂であるベース樹脂Ａ、Ｂ及びＣを以下に示す手順で準備し、それらを他の成分とともに用いて、表１、２の配合表に示す組成を有する接着剤ワニスを調合した。ワニスの溶媒としてＮ−メチル−２−ピロリドンを用いた。
１．熱可塑性成分
ベース樹脂Ａ
エポキシ基含有アクリルゴム（ＨＴＲ−８６０Ｐ−３、ナガセケムテックス社製）
ベース樹脂Ｂ
温度計、攪拌機、冷却管、及び窒素流入管を装着した３００ｍＬフラスコ中に、デカメチレンビストリメリテート二無水物（黒金化成社製DBTA）3．7ｇ（1.0ｍｏｌ）、２，２−ビス（４−アミノフェノキシフェニル）プロパン（和歌山製化社製ＢＡＰＰ）１．５（０．５ｍｏｌ）、４，９−ジオキサデカン−１，１２−ジアミン（ＢＡＳＦ製 Ｂ−１２）０．８ｇ（０．５ｍｏｌ）及びＮ−メチル−２−ピロリドン２０ｇを仕込んで反応液を調製した。反応液を攪拌し、窒素ガスを吹き込みながら１８０℃で加熱することにより、水と共に５０％のＮ−メチル−２−ピロリドンを共沸除去し、「ベース樹脂Ｂ」としてのポリイミド樹脂を得た。得られたポリイミド樹脂のＧＰＣを測定したところ、標準ポリスチレン換算の重量平均分子量（Ｍｗ）が１０３８００であった。得られたポリイミド樹脂のガラス転移温度（Ｔｇ）は、３８℃であった。
ベース樹脂Ｃ
温度計、攪拌機、冷却管、及び窒素流入管を装着した３００ｍＬフラスコ中に、４，４’−オキシジフタル酸二無水物（マナック社製、ＯＤＰＡ−Ｍ）１０．０ｇ（０．７ｍｏｌ）、デカメチレンビストリメリテート二無水物（黒金化成社製）７．２ｇ（０．３ｍｏｌ）、ポリオキシプロピレンジアミン（三井化学ファイン社製、Ｄ４００）７．４ｇ（０．４８ｍｏｌ）、１，３−ビス（３−アミノプロピル）−１，１，３，３−テトラメチルジシロキサン（東レダウコーニングシリコーン社製、ＢＹ１６−８７１ＥＧ）６．７ｇ（０．５８ｍｏｌ）、４，９−ジオキサデカン−１，１２−ジアミン（ＢＡＳＦ製 Ｂ−１２）０．５ｇ（０．０４ｍｏｌ）及びＮ−メチル−２−ピロリドン３０ｇを仕込んで反応液を調製した。反応液を攪拌し、窒素ガスを吹き込みながら１８０℃で加熱することにより、水と共に５０％のＮ−メチル−２−ピロリドンを共沸除去し、「ベース樹脂Ｃ」としてのポリイミド樹脂を得た。得られたポリイミド樹脂のＧＰＣを測定したところ、標準ポリスチレン換算の重量平均分子量（Ｍｗ）が５３８００であった。得られたポリイミド樹脂のガラス転移温度（Ｔｇ）は、３８℃であった。
２．熱硬化成分
エポキシ樹脂
ＶＧ−３０１０：三井化学、下記構造を有する多官能エポキシ樹脂
Figure 2013140895
硬化促進剤
ＴＰＰＫ：東京化成、下記構造を有するテトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボラート
Figure 2013140895
ナジイミド樹脂
ＢＡＮＩ−Ｘ：丸善石油化学、下記構造を有するキシリレン型ビスアリルナジイミド
Figure 2013140895
２官能アクリレート
Ｒ−７１２：日本化薬、下記構造を有するエトキシ化ビスフェノールＦジアクリレート
Figure 2013140895
硬化剤
カヤハードＮＨＮ：日本化薬、下記構造を有するフェノール樹脂（クレゾールナフトールホルムアルデヒド重縮合物）
Figure 2013140895
ビスマレイミド
ＢＭＩ−８０：ケイ・アイ化成、下記構造を有する２，２’−ビス［４−（４−マレイミドフェノキシ）フェニル］プロパン
Figure 2013140895
３．フィラー
Ｈ２６：ＣＩＫナノテック、酸化ケイ素（平均粒径５μｍ）
Ｈ２７：ＣＩＫナノテック、酸化ケイ素（平均粒径０．５μｍ）
実施例及び比較例の接着剤ワニスを、それぞれ基材フィルム（剥離剤で処理したポリエチレンテレフタレートフィルム）上に、２０μｍの厚さでアプリケータ自動塗工機を用いて塗布した。塗布されたワニスを、オーブン中での１２０℃で１０分間の加熱により乾燥した。乾燥後、基材フィルムを除去してダイボンディングフィルム（Ｂステージ状態のフィルム）を得た。
配線段差の埋込性（充填率）
Ｂステージ状態のダイボンディングフィルムから打ち抜いた直径２１０ｍｍのフィルムを、厚さ８０μｍのダイシングテープ（電気化学工業株式会社製、商品名Ｔ−８０ＭＷ）に、ダイアタッチフィルムマウンター（株式会社ジェーシーエム製、商品名ＤＭ−３００−Ｈ）を用いて室温（２５℃）で貼り合わせた。塗工時の開放面（ポリエチレンテレフタレートフィルムの逆側）とダイシングテープとが貼り合わされた、ダイボンディングフィルム・ダイシングテープ積層品を得た。
ダイボンディングフィルム・ダイシングテープ積層品に、１００μｍ厚の半導体ウエハを熱板上でラミネートして、半導体ウエハとダイボンディングフィルム・ダイシングテープ積層品から構成されるダイシングサンプルを作製した。ラミネート時の熱板表面温度は６０〜１２０℃に設定した。得られたダイシングサンプルを、株式会社ディスコ社製、商品名フルオートマチックダイシングソーＤＦＤ−６３６１を用いて切断した。ダイシングサンプルの切断は、ブレード１枚で加工を完了するシングルカット方式で、株式会社ディスコ社製、商品名ダイシングブレードＮＢＣ−ＺＨ１０４Ｆ−ＳＥ ２７ＨＤＢＢを用い、ブレード回転数４５０００ｍｉｎ−１、切断速度５０ｍｍ／秒の条件で行った。切断時のブレードハイトは、ダイシングテープを２０μｍ切り込む設定（６０μｍ）とした。半導体ウエハのサイズが７．５×７．５ｍｍとなるようにダイシングサンプルを切断して、ダイボンディングフィルム付き半導体チップを得た。
得られたダイボンディングフィルム付き半導体チップを、株式会社ルネサス東日本セミコンダクタ製、商品名フレキシブルダイボンダーＤＢ−７３０を使用して、表面段差１０μｍの配線付き支持部材に圧着した。圧着条件は、熱板温度８０〜１２０℃、荷重０．１ＭＰａ、時間１秒とした。その後、５ＭＰａの加圧雰囲気下で、室温から１２０℃まで３０分間で昇温した後、１２０℃で１時間加熱する条件によりダイボンディングフィルムを硬化した。比較例５では、加圧雰囲気下ではなく、常圧雰囲気下でダイボンディングフィルムを硬化させた。
半導体チップ及び支持部材を接着しているダイボンディングを、超音波映像診断システム（インサイト（株）社製 Ｉｎｓｉｇｈｔ−３００ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＡＭ）を用いて観察して、ダイボンディングフィルムと支持部材との界面近傍におけるボイドの有無に基づいて、配線段差の埋込性を評価した。圧着後及びフィルム硬化後のサンプルをそれぞれ１２個ずつ作製し、それらサンプルについて配線段差の埋込性を評価した。ＳＡＭ画像を画像解析ソフトを用いて解析し、ダイボンディングフィルムの主面の垂線方向から見たときに、ダイボンディングフィルムのうち空隙以外の部分の面積の、半導体チップ全体の面積に対する割合（％）を段差埋込性とした。
吸湿リフロー耐性
「配線段差の埋込性」の評価において作製した、支持部材及びこれに搭載された半導体チップから構成される積層体上に、日立化成工業株式会社製の封止材（商品名ＣＥＬ−９７５０ＺＨＦ）を成型し、１７５℃で５時間の硬化処理を行い、半導体パッケージを得た。
超音波映像診断システム（インサイト（株）社製、Ｉｎｓｉｇｈｔ−３００ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＡＭ）により、半導体パッケージ内部の剥離、ボイドの有無を観察した後、１２５℃で１２時間乾燥した。
乾燥後の半導体パッケージを８５℃、６０％ＲＨ及び１６８時間の吸湿処理を行った後、最大温度２６５℃、３０秒の設定でリフロー処理を３回行った。リフロー処理後の半導体パッケージを再度、超音波映像診断システムで観察し、半導体パッケージ内部の剥離、ボイドの有無を観察した。リフロー処理後について、１２パッケージを観察し、半導体パッケージ内部の剥離、ボイドが存在しなかったものを吸湿リフロー耐性「良好」、１パッケージでも剥離、ボイドが存在したものを吸湿リフロー耐性「不良」と判定した。
Figure 2013140895
Figure 2013140895
１…配線付き半導体チップ、２…ダイボンディングフィルム、３…ダイボンディングフィルム付き半導体チップ、５…支持部材、８…ボンディングワイヤ、９…封止樹脂。１０…半導体チップ、１１…チップ側配線、２０…空隙、５０基板、５１…端子、５２…支持部材側配線、１００…半導体装置。

Claims (18)

  1. ２種以上の酸無水物と２種以上のジアミンとをモノマー単位として含む熱可塑性樹脂と、
    ビスアリルナジイミドを含む、２個以上の重合性不飽和基を有するイミド化合物と、
    ２官能以上の（メタ）アクリレート化合物と、
    前記イミド化合物及び前記２官能以上の（メタ）アクリレート化合物とは異なる熱硬化性樹脂と、
    硬化促進剤と、
    平均粒径の異なる２種の無機フィラーの混合物と、
    を含有し、
    半導体素子を、配線を有し該配線により段差が形成されている被着体に接着するために用いられる接着剤組成物。
  2. 前記半導体チップを、当該接着剤組成物からなるフィルム状接着剤を介して前記被着体に熱圧着し、その後、５０〜１５０℃で０．５〜３時間の加熱により当該接着剤組成物を硬化させたときに、当該接着剤組成物と前記被着体との間の空隙を実質的に完全に消失させることができる、請求項１に記載の接着剤組成物。
  3. 前記熱可塑性樹脂を１００重量部と、
    前記イミド化合物を２０〜５０重量部と、
    前記２官能以上の（メタ）アクリレート化合物を１０〜４０重量部と、
    前記熱硬化性樹脂を１０〜２０重量部と、
    前記硬化促進剤を２重量部以下と、
    を含有し、
    前記無機フィラーの割合が当該接着剤組成物の質量を基準として２０〜４５質量％である、請求項１又は２に記載の接着剤組成物。
  4. 前記２種の無機フィラーの混合物の平均粒径が０．１〜０．４μｍであり、一方の前記無機フィラーの平均粒径が０．５〜２μｍであり、他方の前記無機フィラーの平均粒径が０．１〜０．４μｍである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の接着剤組成物。
  5. 未硬化の当該接着剤組成物の１２０℃における溶融粘度が３００〜２０００Ｐａであり、未硬化の当該接着剤組成物からなるフィルム状接着剤の４０℃におけるタック力が１０〜１００ｇｆであり、硬化後の当該接着剤組成物の弾性率が１〜３０ＭＰａである、請求項１〜４のいずれか一項に記載の接着剤組成物。
  6. 前記２種以上の酸無水物が、下記式（Ｉ）で表される酸無水物を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の接着剤組成物。
    Figure 2013140895
  7. 前記２種以上の酸無水物が、下記式（ＩＩ）で表される酸無水物を含み、式（ＩＩ）においてｎが１以上の整数である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の接着剤組成物。
    Figure 2013140895
  8. 前記ビスアリルナジイミドが、下記式（ＩＩＩ）で表される化合物である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の接着剤組成物。
    Figure 2013140895
  9. 前記２官能以上の（メタ）アクリレート化合物が、下記式（ＩＶ）で表される化合物であり、式（ＩＶ）においてＲ２がアルキル基であり、Ｒ３及びＲ４がそれぞれ独立に水素原子又はメチル基であり、ｎ及びｍがそれぞれ独立に１以上の整数である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の接着剤組成物。
    Figure 2013140895
  10. 前記熱可塑性樹脂がポリイミド樹脂である、請求項１〜９のいずれか一項に記載の接着剤組成物。
  11. 前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度が１００℃以下である、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の接着剤組成物。
  12. 前記熱可塑性樹脂の重量平均分子量が２００００〜１５００００である、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の接着剤組成物。
  13. 前記被着体が、有機基板及び該有機基板上に設けられた前記配線を有する支持部材である、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の接着剤組成物。
  14. フィルム状に成形されている、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の接着剤組成物。
  15. 請求項１４に記載の接着剤組成物と、該接着剤組成物上に積層されたダイシングシートと、を備える接着シート。
  16. 前記ダイシングシートが、基材フィルム及び該基材フィルム上に設けられた放射線硬化型粘着剤層を有する、請求項１５に記載の接着シート。
  17. 前記基材フィルムが、ポリオレフィンフィルムである、請求項１６に記載の接着シート。
  18. １以上の半導体チップと、該半導体チップが搭載された支持部材と、前記半導体チップと前記支持部材との間、及び前記半導体チップ同士の間に形成された接着剤層と、を備え、
    前記半導体チップと前記支持部材との間の前記接着剤層、及び／又は、前記半導体チップ同士の間に形成された前記接着剤層が、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の接着剤組成物が硬化して形成された層である、半導体装置。
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