JP4957064B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、接着シート及びこれを用いて得られる半導体装置に関する。

近年、半導体パッケージの小型化に伴い、半導体チップと同等のサイズを有するＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｉｚｅ Ｐａｃｋａｇｅ）や、半導体チップを多段に積層したスタックドＣＳＰと呼ばれるタイプの半導体装置が普及している（例えば、特許文献１〜５参照）。
特開２００１−２７９１９７号公報 特開２００２−２２２９１３号公報 特開２００２−３５９３４６号公報 特開２００１−３０８２６２号公報 特開２００４−０７２００９号公報

このようなパッケージは、接着層を有する接着シートを用いた以下のような方法で製造することができる。まず、半導体ウエハ、接着層及びダイシングテープを０℃〜８０℃で貼り合わせた後、これらを回転刃で同時に切断し（ダイシング工程）、洗浄する。次いで、半導体チップを、凹凸表面を有する半導体チップ搭載用の支持部材に接着層を介して接着し、半導体チップを支持部材にワイヤボンディングにより接続する。その後、さらに半導体チップを接着層を介して接着しながら積層して半導体チップを支持部材にワイヤボンディングにより接続する工程を必要に応じて繰り返して行う。これにより半導体チップが多段に積層される。そして、ワイヤボンディングにより接続する工程をすべて終了後、半導体チップを樹脂封止する。

しかしながら、半導体チップの接着の際、支持部材の凹凸表面を接着層によって完全に充填することは困難な場合が多い。特に、半導体チップが２１０μｍより薄い場合、低い荷重で圧着する必要があるため、凹凸表面の充填が極めて困難となる。

この問題に関しては、半導体チップを接着する際には凹凸表面が接着層によって完全には充填されない状態としておき、半導体チップを樹脂封止する工程における圧力により凹凸表面を充填する方法が有効と考えられる。しかし、半導体チップの積層段数が増加すると、樹脂封止の前に、接着層が１７０℃程度の高温に１時間又はそれ以上に長い時間曝されることになる。そのため、半導体チップの積層段数が増加すると、樹脂封止の前に接着層の硬化が進行して高弾性率化し、樹脂封止の工程における圧力により凹凸表面を十分に充填することが困難になるという問題があった。充填が不十分であると、接着層と支持部材との間にボイドが多く発生し、半導体装置の製造歩留まりが低下してしまう。

また、半導体チップの積層数が増加すると、例えば、半導体装置を実装する際の高温加熱（例えば、はんだリフロー処理）により接着層が支持部材から剥離し易くなる傾向にある。この点からも、半導体装置の製造歩留まりが低下し易くなる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、半導体チップ搭載用の支持部材に半導体チップを接着するために用いられたときに、熱履歴を受けた後における凹凸表面への充填性が改善され、また、耐熱性及び耐湿性の点でも優れる接着シートを提供することを目的とする。

本発明に係る接着シートは、１７０℃で５時間の加熱により硬化されたときに、１７０℃における引張弾性率が０．１〜２ＭＰａ、且つ、２００℃における貯蔵弾性率が１〜６ＭＰａとなる接着層を有し、半導体チップ搭載用の支持部材に、接着層を介して、該接着層と支持部材の凹凸表面との間に空隙が残された状態で半導体チップを接着する工程と、支持部材に接着された半導体チップをワイヤボンディングにより支持部材に接続する工程と、支持部材に接続された半導体チップを樹脂封止するとともに該半導体チップと支持部材との間の接着層によって上記空隙を充填する工程と、を備える半導体装置の製造方法に用いられる、接着シートである。

上記製造方法は、支持部材に接続された半導体チップの支持部材と反対側に接着層を介して半導体チップを積層し、該半導体チップをワイヤボンディングにより支持部材に接続する工程を１又は２以上含む工程を更に備えていてもよい。

上記接着シートにおいて、上記接着層が、エポキシ樹脂及びその硬化剤並びにアクリルゴムを含む樹脂と、比表面積が３０〜４００ｍ^２／ｇの粒子と、からなり、樹脂全体量に対して、エポキシ樹脂及びその硬化剤の合計量の割合が２１〜２６質量％、アクリルゴムの割合が７４〜７９質量％であり、樹脂１００質量部に対して、粒子の割合が２〜２０重量部であることが好ましい。

上記製造方法は、半導体ウエハ、接着層及びダイシングテープがこの順で積層された積層体から、半導体チップ、接着層及びダイシングテープがこの順で積層されたチップ積層体を回転刃によって切り出し、ダイシングテープを除去して接着層付き半導体チップを得る工程を更に備えていてもよい。この場合、当該接着層付き半導体チップを支持部材上に載置し、０．００１〜１ＭＰａで加圧することにより支持部材に半導体チップを接着する。

本発明に係る接着シートは、接着層に貼り合わされたダイシングテープを更に有していてもよい。

本発明に係る半導体装置は、支持部材及びこれの一面側に設けられた１又は２以上の半導体チップを備え、半導体チップと支持部材との間、及び／又は半導体チップ同士の間に、上記いずれかの接着シートの接着層が介在した構成を有する。

本発明によれば、半導体チップ搭載用の支持部材に半導体チップを接着するために用いられたときに、熱履歴を受けた後における凹凸表面への充填性が改善され、また、耐熱性及び耐湿性の点でも優れる接着シートが提供される。

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。

図１は、接着層付き半導体チップ及びこれが接着される支持部材の一実施形態を示す断面図である。本実施形態に係る接着シートが用いられる半導体装置の製造方法は、半導体チップ搭載用の支持部材２０に、接着層１０を介して、接着層１０と支持部材２０の凹凸表面との間に空隙が残された状態で半導体チップＡ１を接着する工程（接着工程）と、支持部材２０に接着された半導体チップＡ１をワイヤボンディングにより支持部材２０に接続する工程（ワイヤボンディング工程）と、支持部材に接続された半導体チップの支持部材と反対側に接着層を介して半導体チップを積層し、該半導体チップをワイヤボンディングにより支持部材に接続する工程を１又は２以上含む工程（積層工程）と、支持部材２０に接続された半導体チップＡ１を樹脂封止するとともに半導体チップＡ１と支持部材２０との間の接着層１０によって上記空隙を充填する工程（封止工程）と、を備える。

本実施形態に係る製造方法の場合、まず、半導体ウエハ、接着層１０及びダイシングテープがこの順で積層された積層体から、半導体チップＡ１、接着層１０及びダイシングテープがこの順で積層されたチップ積層体を回転刃によって切り出し、洗浄及び乾燥して、接着層付き半導体チップ１５を得る。ダイシングテープは適宜除去される。

上記積層体は、例えば、半導体ウエハ、接着層１０及びダイシングテープを０℃〜８０℃で貼り合わせる方法により製造される。接着層は単層であっても多層であってもよい。接着層が単層である場合には、半導体ウエハに接着層を貼り合わせ、次いで接着層にダイシングテープを貼り合わせればよい。多層の接着層を用いる場合には、半導体ウエハに第１の接着剤層、第２の接着剤層のように各層を順に貼り合わせてもよいし、予め第１の接着剤層及び第２の接着剤層等を含む多層の接着層を有する接着シートを作製しておき、これを半導体ウエハに貼り合わせてもよい。あるいは、単層又は多層の接着層と、ダイシングテープとを有するダイシングテープ一体型の接着シートを準備し、これを半導体ウェハに貼り合わせてもよい。

接着層を半導体ウエハに貼り付ける温度、即ちラミネート温度は、好ましくは０〜８０℃であり、より好ましくは１５〜８０℃であり、さらに好ましくは２０〜７０℃である。８０℃を超えると接着層を貼り付けた後の半導体ウエハの反りが大きくなる傾向がある。

次いで、接着層付き半導体チップ１５を支持部材２０上に載置し、０．００１〜１ＭＰａで加圧することにより、支持部材２０に、接着層１０を介して、接着層１０と支持部材２０の凹凸表面との間に空隙が残された状態で半導体チップＡ１を接着する。言い換えると、支持部材の凹凸表面が完全には充填されない状態で支持部材２０に半導体チップＡ１を接着層１０を介して接着する。このとき加えられる荷重は０．０１〜０．５ＭＰａであることが好ましく、０．０１〜０．３ＭＰａであることがより好ましい。荷重が０．００１ＭＰａ未満であると半導体チップが工程中で剥離しやすく、１ＭＰａを超えると半導体チップが破損し易くなる傾向がある。なお、この工程後の凹凸表面が完全に充填されていなくても、そのことによる不都合は発生しないし、むしろ、揮発分が抜けやすいためにふくれが生じにくいという利点がある。

支持部材２０に接着された半導体チップＡ１は、ワイヤボンディングにより支持部材２０に電気的に接続される。

続いて、支持部材２０に接続された半導体チップＡ１の支持部材２０と反対側に接着層１０を介して半導体チップＡ１を積層し、該半導体チップＡ１をワイヤボンディングにより支持部材２０に接続する工程を１又は２以上含む工程により、１又は２以上の半導体チップＡ１が積層された多層構造が形成される。通常、１〜２０個の半導体チップが積層される。この積層の過程において、支持部材２０と半導体チップとの間に介在する最下層の接着層１０は、１５０〜１９０℃で１０分〜３００分間程度の熱履歴を受ける。ただし、支持部材に接着層を介して接着された上記半導体チップのみを有する半導体装置を製造することも可能である。

ワイヤボンディングによる接続が全て終了した後、複数の半導体チップＡ１を樹脂封止して、封止樹脂によって全体を覆う。同時に、このとき加えられる圧力により、半導体チップＡ１と支持部材２０との間に介在する接着層１０を変形させて、接着層１０と支持部材２０の凹凸表面との間に残されていた空隙を充填する。これにより、支持部材の凹凸表面が実質的に完全に充填される。すなわち、超音波探傷によって検知される程度のサイズの空隙が実質的に消失する。

本発明者らの知見によれば、封止工程において支持部材２０の凹凸表面を十分に充填するためには、熱履歴を受けた後の接着層の引張弾性率及び貯蔵弾性率が所定の範囲内となるように調節することが有効である。具体的には、１７０℃で５時間の加熱により硬化されたときに、１７０℃における引張弾性率が０．１〜２ＭＰａであり、且つ、２００℃における貯蔵弾性率が１〜６ＭＰａとなる接着層を用いる。１７０℃で５時間の加熱により、接着層は硬化度が９５％以上のＣステージ状態となる。接着層に係る特性を付与するための好適な組成については、詳細に後述される。

上記引張弾性率は、好ましくは０．２〜１．５ＭＰａであり、さらに好ましくは０．２〜１ＭＰａである。この引張弾性率が低すぎると耐熱性が低下する傾向があり、大きすぎると樹脂封止時の充填性向上の効果が低下する傾向にある。

２００℃における上記貯蔵弾性率は２〜６Ｍａであることがより好ましく、２．５〜５ＭＰａであることが更に好ましく、２．５〜４ＭＰａであることがより一層好ましい。

ダイシング性に優れる点から、接着層の硬化前（Ｂステージ状態）の２５℃における貯蔵弾性率は２００〜３０００ＭＰａであることが好ましい。更に、ダイシング性に優れ、かつ半導体ウエハとの密着性が優れる点でこの貯蔵弾性率は５００〜２０００ＭＰａであることがより好ましい。また、硬化前（Ｂステージ状態）の接着層の８０℃における貯蔵弾性率は０．１〜１０ＭＰａであることが好ましい。これにより、８０℃程度の温度における半導体ウエハへの良好なラミネート性が得られる。特に半導体ウエハへの密着性が高い点で、８０℃における貯蔵弾性率は０．５〜５ＭＰａであることがより好ましい。

接着層の貯蔵弾性率は、動的粘弾性測定装置（レオロジー社製「ＤＶＥ−Ｖ４」等）を用いて測定することができる。測定条件は、サンプルサイズ：長さ２０ｍｍ、幅４ｍｍ、温度範囲−３０〜２００℃、昇温速度５℃／ｍｉｎ、引張りモード、１０Ｈｚ、自動静荷重とされる。

接着シートにおける接着層の膜厚は、支持部材の配線回路等の凹凸表面を充填するために、３〜２５０μｍであることが好ましい。この膜厚が３μｍより薄いと凹凸表面を充填性向上の効果が低下する他、応力緩和効果や接着性が低下する傾向があり、２５０μｍより厚いと経済的でなくなる上に、半導体装置の小型化の要求に応えることが困難になる傾向がある。この膜厚は、接着性が高く、また、半導体装置を薄型化できる点で２０〜１００μｍがより好ましく、３０〜７０μｍが更に好ましい。

本実施形態に係る接着シートが有する接着層は、樹脂及び粒子からなる。樹脂は、加熱により硬化する熱硬化性成分と、高分子量成分とを含む樹脂組成物から形成されていることが好ましい。接着層を半導体ウェハ又は半導体チップに貼り合わせる段階では、通常、接着層がＢステージ状態にある。

熱硬化性成分は、半導体チップを実装する場合に要求される耐熱性及び耐湿性を接着層に付与するためには、エポキシ樹脂及びその硬化剤を主成分とすることが好ましい。

エポキシ樹脂は、硬化して接着作用を奏するものであれば特に限定されない。具体的には、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型エポキシ樹脂などの二官能エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂やクレゾールノボラック型エポキシ樹脂などのノボラック型エポキシ樹脂などを使用することができる。また、多官能エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、複素環含有エポキシ樹脂または脂環式エポキシ樹脂など、一般に知られているものを適用することができる。

特にＢステージ状態での接着層の可撓性を高くすることができる点で、エポキシ樹脂の分子量は１０００以下であることが好ましく、５００以下であることがより好ましい。Ｂステージ状態での可撓性に優れる分子量５００以下のビスフェノールＡ型又はビスフェノールＦ型エポキシ樹脂５０〜９０重量部と、硬化物の耐熱性に優れる分子量が８００〜３０００の多官能エポキシ樹脂１０〜５０重量部とを併用することが好ましい。

エポキシ樹脂の硬化剤としては、通常用いられている公知の硬化剤を使用することができる。例えば、アミン類、ポリアミド、酸無水物、ポリスルフィド、三フッ化ホウ素、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、ビスフェノールＳのようなフェノール性水酸基を１分子中に２個以上有するビスフェノール類、フェノールノボラック樹脂、ビスフェノールＡノボラック樹脂又はクレゾールノボラック樹脂等のフェノール樹脂などが挙げられる。

エポキシ樹脂及びその硬化剤を含む硬化性成分の合計量の割合は１０〜３０質量％であることが好ましい。この割合の下限は１７質量％であることが好ましく、２１質量％であることがより好ましい。また、上限は２６質量％であることが好ましく、２５質量％であることがより好ましい。

接着層中の高分子量成分は、エポキシ基、アルコール性又はフェノール性水酸基、カルボキシル基等の架橋性官能基を有することが好ましい。架橋性官能基を有する高分子量成分としては、（メタ）アクリル共重合体（（メタ）アクリル樹脂）、ポリイミド樹脂、、ウレタン樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、フェノキシ樹脂、変性ポリフェニレンエーテル樹脂等が挙げられる。これらの中でも、（メタ）アクリル基を有するモノマーを重合して得られる（メタ）アクリル共重合体が好ましい。

（メタ）アクリル共重合体としては、（メタ）アクリル酸エステル共重合体、アクリルゴムなどを使用することができ、アクリルゴムがより好ましい。アクリルゴムは、アクリル酸エステルを主成分とし、主として、ブチルアクリレートとアクリロニトリルなどの共重合体や、エチルアクリレートとアクリロニトリルなどの共重合体などからなるゴムである。

（メタ）アクリル共重合体は、グリシジルアクリレート又はグリシジルメタクリレートなどの、エポキシ基を有するアクリルモノマーをモノマー単位として有することが好ましい。すなわち、（メタ）アクリル共重合体（好ましくはアクリルゴム）はエポキシ基を有することが好ましい。この場合、エポキシ基を有するアクリルモノマーの割合は、（メタ）アクリル共重合体の全体量に対して２〜５質量％が好ましい。この割合が大きくなると、架橋密度が大きくなって、樹脂封止時の充填性が低下する傾向にあり、小さすぎると耐熱性が低下する傾向にある。

高分子量成分の重量平均分子量は、好ましくは１０万以上１００万以下である。この分子量が１０万未満であると接着層の硬化後の耐熱性が低下する傾向があり、分子量が１００万を超えると接着層のフローが低下する傾向がある。なお、上記重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー法（ＧＰＣ）で標準ポリスチレンによる検量線を用いたポリスチレン換算値である。

高分子量成分のガラス転移温度（Ｔｇ）は−５０〜５０℃であることが好ましい。特に、半導体ウエハダイシング時に接着シートの切断が容易になり、切断の際に樹脂くずが発生し難くなる点、及び耐熱性が高くなる点から、高分子量成分は、ガラス転移温度（Ｔｇ）が−２０℃〜４０℃で重量平均分子量が１０万〜９０万であることが好ましく、Ｔｇが−１０℃〜４０℃で重量分子量が２０万〜８５万であることがより好ましい。

高分子量成分の割合は、樹脂全体量に対して７０〜９０質量％であることが好ましい。この割合の下限は７４質量％であることが好ましく、７５質量％であることがより好ましい。また、上限は８３質量％であることが好ましく、７９質量％であることがより好ましい。高分子量成分の割合が７０質量％未満であると硬化後の弾性率が高すぎるため、樹脂封止時の圧力で凹凸表面を充填することが困難になる傾向があり、９０質量％を超えると耐熱性が不足する傾向がある。

接着層中の樹脂は、以上のような成分の他に、硬化促進剤、触媒、添加剤、カップリング剤等を含んでもよい。

接着層中の粒子の比表面積は、３０〜４００ｍ^２／ｇであることが好ましい。これにより、接着層の流動性と表面平滑性が特に良好なものとなる。また、微細な粒子を少量添加すると、高温の弾性率が上昇するとともに充填性も良好となることから、比表面積は３０〜２００ｍ^２／ｇであることがより好ましく、７０〜１４０ｍ^２／ｇであることが更に好ましい。なお、上記比表面積（ＢＥＴ比表面積）は、ブルナウアー・エメット・テーラー（Ｂｒｕｎａｕｅｒ−Ｅｍｍｅｔｔ−Ｔｅｌｌｅｒ）式により、粒子に窒素を吸着させてその表面積を測定した値である。このＢＥＴ比表面積は市販されているＢＥＴ装置により測定できる。

粒子の割合は、樹脂の全体量１００重量部に対して２〜２０重量部であることが好ましい。粒子の含有量が低いと耐熱性が低下する傾向があり、大きすぎると樹脂封止時の充填性向上の効果が低下する傾向がある。

上記粒子は無機粒子であることが好ましい。無機粒子としては、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、アルミナ、窒化アルミニウム、ほう酸アルミウイスカ、窒化ホウ素、結晶性シリカ、非晶性シリカ、アンチモン酸化物などが挙げられる。熱伝導性向上のためには、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、結晶性シリカ、非晶性シリカ等が好ましい。溶融粘度の調整やチクソトロピック性の付与の目的には、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、アルミナ、結晶性シリカ、非晶性シリカ等が好ましい。また、ダイシング性を向上させるためにはアルミナ、シリカが好ましい。

本実施形態に係る接着シートは、例えば、上記樹脂及び粒子等の成分を有機溶媒中で混合、混練してワニスを調製し、このワニスの層を基材フィルム上に形成させ、加熱により乾燥した後、基材を除去して得ることができる。上記の混合、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。乾燥のための加熱の条件は、使用した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６０℃〜２００℃で、０．１〜９０分間加熱して行う。

上記ワニスの調製に用いる有機溶媒は、材料を均一に溶解、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、シクロヘキサノンなどのケトン系溶媒、トルエン、キシレン等が挙げられる。これらの中でも、乾燥速度が速く、価格が安い点でメチルエチルケトン、シクロヘキサノンなどを使用することが好ましい。これら有機溶剤の一部は、通常、接着シート中の接着層に揮発分として残存する。

接着層中に揮発分として残存する有機溶媒は、接着層全質量基準で０．０１〜３重量％であることが好ましい。耐熱信頼性向上の観点からは、この割合は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。

接着シートは、接着層のみから構成されていてもよいし、支持体等の他の部材と組合わせた構成を有していてもよい。例えば、１又は２以上の接着層を従来公知のダイシングテープ上に積層したダイシングテープ一体型の接着シートが好適に用いられる。このダイシングテープ一体型の接着シートを用いると、半導体ウエハへのラミネート工程が一回で済むため、作業の更なる効率化が可能である。

上記ダイシングテープとしては、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、ポリイミドフィルムなどのプラスチックフィルム等が挙げられる。これらのフィルムに対して、必要に応じてプライマー塗布、ＵＶ処理、コロナ放電処理、研磨処理、エッチング処理等の表面処理を行ってもよい。

ダイシングテープは粘着性を有することが好ましい。そのため、上述のプラスチックフィルムに粘着性を付与したものを用いてもよいし、上述のプラスチックフィルムの片面に粘着剤層を設けても良い。粘着剤層は、液状成分の比率、高分子量成分のＴｇを調整すること等によって得られる適度なタック強度を有する樹脂組成物を塗布乾燥することで形成可能である。

接着シートを半導体装置を製造する際に用いる場合、接着層は、ダイシングの際には半導体チップが飛散しない粘着力を有し、その後のピックアップの際にはダイシングテープから容易に剥離することが望まれる。例えば、接着層の粘着性が高すぎるとピックアップが困難になることがある。そのため、適宜、接着層のタック強度を調節することが好ましい。そのためには、接着層の室温におけるフローを上昇させることにより、粘着強度及びタック強度が上昇する傾向があり、フローを低下させれば粘着強度及びタック強度が低下する傾向があることを利用すればよい。

例えば、フローを上昇させるためには、可塑剤の含有量の増加、粘着付与材含有量の増加等の方法がある。逆にフローを低下させるためには、前記化合物の含有量を減らせばよい。前記可塑剤としては、例えば、単官能のアクリルモノマー、単官能エポキシ樹脂、液状エポキシ樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系のいわゆる希釈剤等が挙げられる。

ダイシングテープ上に接着層を積層する方法としては、印刷のほか、予め作成した接着層をダイシングテープ上にプレスやホットロールによってラミネートする方法が挙げられる。特に、連続的に製造でき、効率が良い点でホットロールによってラミネートする方法が好ましい。

ダイシングテープの膜厚は、特に制限はなく、接着層の膜厚や接着シートの用途によって適宜、当業者の知識に基づいて定められるものであるが、経済性がよく、フィルムの取扱い性が良い点で好ましくは６０〜１５０μｍ、より好ましくは７０〜１３０μｍである。

さらに他の実施形態として、接着層自体がダイシングテープとしての役割を果たしても良い。このような接着層を有する接着シートは、ダイシングダイボンド一体型接着シートなどと呼ばれ、一つのシートでダイシングテープとしての役割と、接着シートとしての役割をともに果たす。接着シートにこのような機能を持たせるには、例えば、接着層が、光硬化性高分子量成分、光硬化性モノマ、光開始剤等の光硬化性成分を含んでいればよい。

本実施形態に係る接着シートを用いた半導体装置の製造において用いられる半導体ウェハとしては、単結晶シリコンの他、多結晶シリコン、各種セラミック、ガリウム砒素などの化合物半導体などが挙げられる。

本実施形態に係る接着シートは、配線回路に起因して形成された凹凸表面の充填性が良好であり、半導体装置の製造における半導体チップと支持部材との間や半導体チップ同士の間を接着するための工程において、接着信頼性に優れる接着シートとして使用することができる。本実施形態に係る接着シートは、半導体素子搭載用の支持部材に半導体チップを実装する場合に必要な耐熱性、耐湿性、絶縁性を有し、かつ作業性にも優れる。

図２は、本発明に係る半導体装置の一実施形態を示す断面図である。図２に示す半導体装置１００は、同サイズの半導体チップを２つ以上備えるパッケージであって、いわゆるスタックドＣＳＰと称されるものである。半導体装置１００は、支持部材２０及び支持部材２０の一面側において積層された３個の半導体チップＡ１を備えている。そして、半導体チップＡ１と支持部材２０との間、及び半導体チップＡ１同士の間に、上記実施形態に係る接着シートを用いて形成された接着層１０ａが介在している。接着層１０ａにおいては、上記樹脂中の熱硬化性成分が硬化している。

支持部材２０は、基板３と、基板３の一面上に設けられた配線４と、配線４の下方において基板３を貫通する貫通孔を通って基板３の他方面側に導出された端子５とから主として構成される。支持部材２０の配線４側の面は、配線４が形成されているために凹凸表面が形成されている。各半導体チップＡ１は、ワイヤ２を介して配線４と接続されている。

このような構成を有する半導体装置１００の製造において、支持部材２０の凹凸表面を埋込み、かつ上部の半導体チップＡ１との絶縁性を確保することが可能な接着シートが求められている。

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。

（実施例１）
エポキシ樹脂「ＹＤＣＮ−７０３」（東都化成（株）製商品名、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、エポキシ当量２１０）３６重量部と、エポキシ樹脂の硬化剤としてのフェノール樹脂「ミレックスＸＬＣ−ＬＬ」（三井化学（株）製商品名、フェノール樹脂）３０．１重量部と、シランカップリング剤である「Ａ−１１６０」（日本ユニカー（株）製商品名）２．１重量部及び「Ａ−１８９」（日本ユニカー（株）製商品名）１．１重量部と、シリカフィラー（粒子）である「アエロジルＲ９７２」（日本アエロジル株式会社、平均粒径：０．０１６μｍ、比表面積１２０ｍ^２／ｇ）２１．２重量部とからなる組成物にシクロヘキサノンを加え、攪拌混合してからビーズミルを用いて更に９０分混練した。

これにグリシジルアクリレート又はグリシジルメタクリレートに由来するモノマー単位を３質量％含むアクリルゴムである「ＨＴＲ−８６０Ｐ−３」（ナガセケムテックス（株）製商品名、重量平均分子量８０万）を２００重量部、及び硬化促進剤としての「キュアゾール２ＰＺ−ＣＮ」（四国化成（株）製商品名、１−シアノエチル−２−フェニルイミダゾール）０．０７５重量部を加え、攪拌混合して、接着剤組成物のワニスを得た。

このワニスを、基材上に塗布し、９０℃１０分間、１２０℃で５分間加熱することにより乾燥して、Ｂステージ状態の接着層（膜厚４０μｍ）がポリエチレンテレフタレートフィルム上に形成された接着シートを得た。この接着層のフローは２２０μｍであった。基材は、厚さ５０μｍの離型処理したポリエチレンテレフタレートフィルムを用いた。

接着層を半導体ウエハ（厚さ８０μｍ）に８０℃に加熱しながらラミネートし、端部を切断した。次いで、接着層上にダイシングテープを載置し、ホットロールラミネータ（Ｄｕ Ｐｏｎｔ製Ｒｉｓｔｏｎ）を用いて２５℃でラミネートした。ダイシングテープは古河電工（株）製「ＵＣ３００４Ｍ−８０」（膜厚１００μｍ）を用いた。

（実施例２、３）
配合比を表１の実施例２、３に示すように変更した以外は、実施例１と同様の工程を経て接着シートを作製した。

（比較例１〜６）
配合比を表１の比較例１〜６に示すように変更した以外は、実施例１と同様の工程を経て接着シートを作製した。

なお、実施例１〜３、及び比較例１〜３で用いた樹脂の溶融粘度（厚さ５００μｍ）を測定したところ、２０〜１００万Ｐａ・ｓであった。

（評価）
実施例１〜３及び比較例１〜７で得られた接着シートを用いて以下に示す評価項目について評価を行った。

（１）ラミネート性
ホットロールラミネータ（６０℃、０．３ｍ／分、０．３ＭＰａ）により、幅１０ｍｍの接着層を半導体ウエハに貼り合わせた。次いで、２５℃の雰囲気中、引張速度５０ｍｍ／分で９０°の角度で剥がしたときの応力を測定して、９０°ピール強度を求めた。測定装置はＴＯＹＯＢＡＬＷＩＮ製ＵＴＭ−４−１００型テンシロンを用いた。この場合の９０°ピール強度が３０Ｎ／ｍ以上の場合はラミネート性良好、９０°ピール強度が３０Ｎ／ｍ未満の場合はラミネート性不良とした。

（２）充填性、耐リフロークラック性及び耐温度サイクル性
接着シートを半導体ウェハに貼り合せ、基材を剥離して、接着層に市販の紫外線硬化型ダイシングテープ（古河電工（株）製、商品名：ＵＣ−３３４ ＥＰ−１１０）を貼り合せた。このダイシングテープは基材上に粘着層が形成されたものであり、貼り合わせの際には、粘着層と接着層とが接合するようにした。続いて、ダイサーを用いて半導体ウェハ及び接着層をダイシングしてから、ダイシングテープの基材側から紫外線を照射（５００Ｊ／ｃｍ^２）した。照射後、接着層からダイシングテープを剥離して、接着層付き半導体チップを得た。

得られた接着層付き半導体チップを、配線が設けられた支持部材（凹凸５μｍのガラスエポキシ基板）上に接着層が支持部材と密着する向きで載せ、１５０℃に加熱しながら０．４×９．８Ｎに３秒間加圧して、半導体チップを支持部材に圧着した。その後、１７０℃のホットプレート上で１時間又は５時間加熱する高温加熱処理により、ワイヤボンディングと同等の熱履歴を与えた。また、この高温加熱処理を行わなかったサンプルも準備した。

次に、エポキシ封止樹脂（日立化成工業（株）製、商品名：ＣＥＬ−９７００ＨＦ）を用いて１８０℃、６．７５ＭＰａ、９０秒の条件で樹脂封止して、半導体装置のサンプルを作製した。得られた半導体装置を、JEDEC（Joint Electron Device Engineering Council)で規定されるレベル２（吸湿条件：85℃/60%RH、168 h）の条件で加湿処理した。

Ｐｂフリーはんだ実装に対応した高温リフロー試験として、サンプル表面の最高温度が２６０℃に２０秒間保持されるように温度設定したＩＲリフロー炉にサンプルを通し、室温放置により冷却する処理を２回繰り返した。

リフロー試験前後の各サンプルについて、超音波探査映像装置を用いて、接着層が支持部材から剥離しているか否かを確認した。サンプル１０個すべてでクラック、ボイド、未充填部が発生しなかった場合に「良」とし、１個以上発生した場合に「不良」とした。なお、上記評価の結果のうち、リフロー試験前は充填性に、リフロー試験後は耐リフロー性にそれぞれ対応する。

また、耐温度サイクル性の評価のため、−５５℃雰囲気に３０分間放置した後１２５℃の雰囲気に３０分間放置する工程を１サイクルとして、１０００サイクルの熱履歴を各サンプルに与えた。そして、超音波探査映像装置を用いて剥離の状態を測定した。サンプル１０個すべてで剥離が発生していなかった場合に「良」とし、１個以上発生した場合に「不良」とした。

（３）引張弾性率
１７０℃で１時間又は５時間の加熱により硬化した接着層から５×３０ｍｍの大きさに切り出した試験片に、２０ｍｍの間隔で２箇所に印を付し、その一端に荷重（Ｗ）のおもりを取り付けて吊り下げた状態で１７０℃の高温槽に投入した。投入から６０秒後におけるフィルムの伸び量ΔＬを測定し、その部分の断面積Ｓ（＝１００／（２０＋ΔＬ））を求めた。そして、高温弾性率Ｅ’をＥ’＝２０×Ｗ／（ΔＬ×Ｓ）の関係から算出した。なお、試験片の伸び量が５ｍｍ未満になるようにおもりの荷重を調整した。

（４）貯蔵弾性率
１７０℃で１時間又は５時間の加熱により硬化した接着層について、動的粘弾性測定装置（レオロジー社製、ＤＶＥ−Ｖ４）を用いた動的粘弾性測定により、２００℃における貯蔵弾性率を測定した。動的粘弾性測定は、サンプルサイズ：長さ２０ｍｍ、幅４ｍｍ、温度範囲−３０℃〜２００℃、昇温速度５℃／ｍｉｎ、引張りモード、１０Ｈｚ、自動静荷重の条件で行った。

（５）ピール強度（硬化後）
接着層の両面にポリイミドフィルム（ユーピレックスＳ、厚さ５０μｍ）を積層し、１７０℃で５時間の加熱により接着層を硬化した試験片を作製した。この試験片を幅１０ｍｍに切断し、２５℃の雰囲気下でポリイミドフィルムの両端を５０ｍｍ／ｍｉｎの速度で１８０°ピール強度を測定した。

表１に示される結果から明らかなように、実施例１〜３の接着シートは、高いピール強度を発現するとともに、樹脂封止における凹凸表面への充填性や、耐リフロー性も良好であることがわかる。これに対して、比較例１〜７の接着シートは、いずれも充填性又は耐リフロー性が十分でないことがわかる。

以上の結果より、本発明によれば以下の作用効果が奏されることが確認された。すなわち、本発明に係る接着シートは、支持部材の凹凸表面を樹脂封止後に十分に充填することが可能であり、また、支持部材に半導体チップを実装するために必要な耐熱性及び耐湿性の点でも優れることが確認された。すなわち、本発明に係る接着シートによれば、半導体装置の信頼性の向上と共に、半導体装置の加工速度、歩留の向上を図ることが可能となる。

接着層付き半導体チップ及びこれが接着される支持部材の一実施形態を示す断面図である。 本発明に係る半導体装置の一実施形態を示す断面図である。

符号の説明

Ａ１…半導体チップ、２…ワイヤ、３…基板、４…配線、５…端子、１０…接着層、１０ａ…接着層（硬化後）、２０…支持部材、１００…半導体装置。

Claims (4)

1. 半導体チップ搭載用の支持部材に、１７０℃で５時間の熱履歴を受けたときに、１７０℃における引張弾性率が０．１〜２ＭＰａ、且つ、２００℃における貯蔵弾性率が１〜６ＭＰａとなる接着層を介して、該接着層と前記支持部材の凹凸表面との間に空隙が残された状態で半導体チップを接着する工程と、
   前記支持部材に接着された半導体チップをワイヤボンディングにより前記支持部材に接続する工程と、
   前記支持部材に接続された半導体チップを樹脂封止するとともに該半導体チップと前記支持部材との間の接着層によって前記空隙を充填する工程と、を備え、
   前記接着層が、エポキシ樹脂及びその硬化剤並びにアクリルゴムを含む樹脂と、比表面積が３０〜４００ｍ ^２ ／ｇである粒子と、からなり、前記硬化剤がフェノール樹脂で、前記粒子がシリカ粒子であり、
   前記樹脂全体量に対して、エポキシ樹脂及びその硬化剤の合計量の割合が２１〜２６質量％、アクリルゴムの割合が７４〜７９質量％であり、
   前記樹脂１００重量部に対して、前記粒子の割合が１．８〜２０重量部である、
   半導体装置の製造方法。
2. 前記支持部材に接続された半導体チップの前記支持部材と反対側に接着層を介して半導体チップを積層し、該半導体チップをワイヤボンディングにより前記支持部材に接続する工程を１又は２以上含む工程を更に備える、請求項１記載の製造方法。
3. 半導体ウエハ、接着層及びダイシングテープがこの順で積層された積層体から、半導体チップ、接着層及びダイシングテープがこの順で積層されたチップ積層体を回転刃によって切り出し、ダイシングテープを除去して接着層付き半導体チップを得る工程を更に備え、
   当該接着層付き半導体チップを前記支持部材上に載置し、０．００１〜１ＭＰａで加圧することにより前記支持部材に半導体チップを接着する、請求項１又は２に記載の製造方法。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の製造方法により得られる、半導体装置。

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