JP6721317B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
第1絶縁基板に形成された第1電極上に、第1焼結前層を介して半導体素子が仮接着された積層体を得る工程Aと、
前記工程Aの後、前記半導体素子を、前記第1焼結前層とは反対側に設けられた第2焼結前層を介して、第2絶縁基板に形成された第2電極上に仮接着して、半導体装置前駆体を得る工程Bと、
前記工程Bの後、前記第1焼結前層と前記第2焼結前層とを同時に加熱し、前記半導体素子を、前記第1電極及び前記第2電極に接合する工程Cとを含むことを特徴とする。
また、第1焼結前層及び第2焼結前層に仮接着するため、半導体素子の転倒防止用の型枠等を用いる必要がない。その結果、型枠が擦れる等による半導体素子の破損を防止することができる。
また、接合材としての第1焼結前層及び第2焼結前層を用いて仮接着するため、別途に、仮固定用のテープや接着剤を必要としない。従って、経済的に優れる。
半導体ウエハの一方の面に第1焼結前層を形成し、他方の面に第2焼結前層を形成して、両面に焼結前層が形成された半導体ウエハを得る工程X、
前記工程Xで得られた、両面に焼結前層が形成された半導体ウエハを個片化する工程Y。
本実施形態に係る第1焼結前層52(図1、図4参照)は、加熱により焼結層となる層である。
具体的には、ノードソン・アドバンスト・テクノロジー株式会社(旧:デイジ・ジャパン株式会社)製の、ウルトラファインピッチボンディング対応ボンドテスター シリーズ5000を用い、以下に示す条件で測定した値である。
<シェア強度測定条件>
ロードセル:BS250
測定レンジ:250g
試験種類:破壊試験
テストスピード:100μm/s
降下スピード:100μm/s
テスト高さ:100μm
ツール移動量:2000μm
破壊認識点:高(90%)
具体的には、ノードソン・アドバンスト・テクノロジー株式会社(旧:デイジ・ジャパン株式会社)製の、万能型ボンドテスター シリーズ4000を用い、以下に示す条件で測定した値である。
<シェア強度測定条件>
ロードセル:DS100kg
測定レンジ:100kg
試験種類:破壊試験
テストスピード:100μm/s
降下スピード:100μm/s
テスト高さ:100μm
ツール移動量:2000μm
破壊認識点:高(90%)
第1焼結前層52を、10MPaの加圧下で、80℃から300℃まで昇温速度1.5℃/秒にて昇温した後、300℃で2.5分間保持する。
前記硬さは、金属微粒子の種類、含有量、平均粒径、熱分解性バインダーの種類、含有量、低沸点バインダーの種類、含有量、加熱により焼結層を形成する際の加熱条件(例えば、温度、時間、昇温速度等)、焼結層を形成する際の雰囲気(大気雰囲気、窒素雰囲気、又は、還元ガス雰囲気等)によりコントロールすることができる。
第1焼結前層52を、10MPaの加圧下で、80℃から300℃まで昇温速度1.5℃/秒にて昇温した後、300℃で2.5分間保持する。
前記弾性率は、金属微粒子の種類、含有量、平均粒径、熱分解性バインダーの種類、含有量、低沸点バインダーの種類、含有量、加熱により焼結層を形成する際の加熱条件(例えば、温度、時間、昇温速度等)、焼結層を形成する際の雰囲気(大気雰囲気、窒素雰囲気、又は、還元ガス雰囲気等)によりコントロールすることができる。
(1)第1焼結前層52を、10MPaの加圧下で、80℃から300℃まで昇温速度1.5℃/秒にて昇温した後、300℃で2.5分間保持し、変形量計測用の層を得る工程、
(2)前記変形量計測用の層を、ナノインデンターを用いて押し込み深さ2μmで押し込み、押し込みを解除した後の、押し込み前からの変形量を計測する工程。
粘度測定の条件は、下記の通りである。
レオメータ:Thermo SCIENTFIC社製 MER III
治具:パラレルプレート20mmφ、ギャップ100μm、せん断速度 1/秒)
前記脂肪族ポリカーボネートとしては、ポリエチレンカーボネート、ポリプロピレンカーボネート等が挙げられる。なかでもシート形成のためのワニス作製における有機溶剤への溶解性の観点から、ポリプロピレンカーボネートが好ましい。
前記芳香族ポリカーボネートとしては、主鎖にビスフェノールA構造を含むもの等が挙げられる。
前記ポリカーボネートの重量平均分子量は、10,000〜1,000,000の範囲内であることが好適である。なお、重量平均分子量は、GPC(ゲル・パーミエーション・クロマトグラフィー)により測定し、ポリスチレン換算により算出された値である。
また、アクリル樹脂のなかでも、200℃〜400℃で熱分解するアクリル樹脂が好ましい。
第2焼結前層54は、第1焼結前層52と同様の構成を採用することができる。第2焼結前層54は、第1焼結前層52と全く同様の構成であってもよく、上記第1焼結前層52の項で説明した範囲内において、第1焼結前層52と異なる構成であってもよい。
図1〜図11は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面模式図である。
本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、
第1絶縁基板に形成された第1電極上に、第1焼結前層を介して半導体素子が仮接着された積層体を得る工程Aと、
前記工程Aの後、前記半導体素子を、前記第1焼結前層とは反対側に設けられた第2焼結前層を介して、第2絶縁基板に形成された第2電極上に仮接着して、半導体装置前駆体を得る工程Bと、
前記工程Bの後、前記第1焼結前層と前記第2焼結前層とを同時に加熱し、前記半導体素子を、前記第1電極及び前記第2電極に接合する工程Cとを少なくとも含む。
本実施形態に係る半導体装置の製造方法においては、まず、図1に示す積層体10を得る。積層体10は、第1絶縁基板22に形成された第1電極24上に、第1焼結前層52を介して半導体素子42が仮接着された構成を有する。
また、積層体10は、第1絶縁基板22の裏面(第1電極24形成面とは反対側の面)に、支持層26を有している。また、複数の第1電極24同士が導通することを防止するために、各第1電極24の外周部分には、カバーレイヤー28が設けられている。カバーレイヤー28は、第1電極24が設けられていない第1絶縁基板22上に設けられている。なお、本実施形態のように、カバーレイヤー28は、第1電極24の外周部分において、一部第1電極24上に被るように形成されていてもよい。
第1絶縁基板22及び第1絶縁基板22上に形成された第1電極24を有する下基板20を準備する工程A−1、
一方の面に第1焼結前層52が積層されており、他方の面に第2焼結前層54が積層されている半導体素子42を準備する工程A−2、及び、
工程A−2で準備した半導体素子42を、第1焼結前層52を介して前記第1電極24に仮接着する工程A−3。
工程A−1では、下基板20を準備する。
ポリイミド系樹脂等の樹脂を用いた場合、第1絶縁基板22に可とう性を持たせることができる。また、セラミックスを用いた場合、第1絶縁基板22を折り曲げできない強固なものとすることができる。
工程A−2では、一方の面に第1焼結前層52が積層されており、他方の面に第2焼結前層54が積層されている半導体素子42を準備する。
半導体ウエハの一方の面に第1焼結前層を形成し、他方の面に第2焼結前層を形成して、両面に焼結前層が形成された半導体ウエハを得る工程X、
前記工程Xで得られた、両面に焼結前層が形成された半導体ウエハを個片化する工程Y。
工程Xでは、図3に示すように、半導体ウエハ40の一方の面に第1焼結前層52を形成し、他方の面に第2焼結前層54を形成して、両面に焼結前層が形成された半導体ウエハを得る。
この場合、シート状の焼結前層は、厚みが比較的均一である。従って、この場合、半導体素子の傾きをより抑制できる。
より具体的には、図5に示すように、まず、一方のセパレータ52aを剥離した第1焼結前層52の上に半導体ウエハ40を載置し、その上に、一方のセパレータ54aを剥離した第2焼結前層54を載置する。その後、加圧して貼り付ける。貼り付けは、例えば、図6に示すように、下側加熱板60と上側加熱板62との間に載置し、平板プレスにより行うことができる。貼り付け圧力としては、0.01〜10MPaの範囲内であることが好ましい。また、貼り付けの際の貼り付け温度は特に限定されないが、例えば23〜90℃の範囲内であることが好ましい。
なお、下側加熱板60上に、一方のセパレータを剥離した第1焼結前層52を載置し、次に、その上に半導体ウエハ40を載置し、次に、一方のセパレータを剥離した第2焼結前層54を載置し、最後に、下側加熱板60と上側加熱板62とで、加圧して貼り付けしてもよい。
工程Yでは、図7に示すように、前記工程Xで得られた、両面に焼結前層が形成された半導体ウエハ40を個片化する。
なお、ダイシングテープとしては、従来公知のものを採用できるため、ここでの説明は省略する。また、ダイシング方法としても、従来公知のダイシング装置を用いて、従来公知の方法を採用できるからここでの説明は省略する。例えば、ダイシングブレードを用いた方法や、レーザー照射した後に割断する方法等が挙げられる。
なお、上述の実施形態では、ダイシング前にセパレータ52b及びセパレータ54bを剥離する場合について説明した。しかしながら、セパレータ52b及びセパレータ54bを剥離するタイミングはこの例に限定されない。例えば、ダイシング後にセパレータ52b及びセパレータ54bを剥離することとしてもよい。ただし、ダイシング前にセパレータ52b及びセパレータ54bを剥離する場合は、個片化される前に一括してセパレータ52aとセパレータ52aを剥離できる点で優れる。また、ダイシング後にセパレータ52b及びセパレータ54bを剥離する場合は、仮接着直前まで、焼結前層を保護できる点で優れる。
すなわち、工程Xは、半導体ウエハ40の一方の面に、第1焼結前層を形成するための液状の組成物を塗布して第1焼結前層52を形成し、他方の面に第2焼結前層を形成するための液状の組成物を塗布して第2焼結前層54を形成して、両面に焼結前層が形成された半導体ウエハを得る工程であってもよい。
なお、半導体ウエハ40の一方の面に、焼結前層を形成するための液状の組成物を塗布し、他方の面に、シート状の焼結前層を貼り付けることとしてもよい。
工程A−3では、工程A−2で準備した半導体素子42を、第1焼結前層52を介して下基板20の第1電極24に仮接着する(図1参照)。この工程では、チップマウンター等を用いて、複数の半導体素子42をそれぞれ各第1電極24に仮接着する。仮接着条件としては、圧力0.01MPa〜5MPaにて仮接着することが好ましい。また、仮接着時の温度は特に限定されないが、例えば23〜150℃の範囲内であることが好ましい。また、加圧時間は、0.01〜5秒であることが好ましい。
工程Aの後、半導体素子42を、第1焼結前層52とは反対側に設けられた第2焼結前層54を介して、第2絶縁基板32に形成された第2電極34上に仮接着して、半導体装置前駆体70(図9参照)を得る。
第2絶縁基板32及び第2絶縁基板32上に形成された第2電極34を有する上基板30を準備する工程B−1、
工程Aで得られた積層体10の半導体素子42と、上基板30の第2電極34とを第2焼結前層54を介して仮接着する工程B−2。
工程B−1では、上基板30を準備する。
上基板30の第2電極34と、下基板20の第1電極24とは、半導体装置80(図11参照)が製造されたときに、対向する位置関係になるように配置されており、且つ、複数の半導体素子42を間に挟んだ際に、これら複数の半導体素子42が電気的に直列に接続されるように配置されている。
第2電極34の材質としては、第2電極34の材質としては、と同様のものを用いることができる。
支持層36としては、支持層26と同様の構成を採用することができる。
カバーレイヤー38としては、カバーレイヤー28と同様の構成を採用することができる。
工程B−2では、図9に示すように、工程Aで得られた積層体10の半導体素子42と、上基板30の第2電極34とを第2焼結前層54を介して仮接着する。
前記工程Bの後、第1焼結前層52と第2焼結前層54とを同時に加熱し、半導体素子54を、第1電極24及び第2電極34に接合する。
なお、半導体素子42が熱電素子である場合、複数の半導体素子42は、それぞれP型熱電素子かN型熱電素子であり、これらが交互に、電気的に直列となるように接続される。
金属微粒子含有ペーストA:応用ナノ粒子研究所製のANP−1(ナノサイズの銀微粒子が低沸点バインダに分散されたペースト)に含まれる低沸点バインダーの量を適宜調整したもの。
熱分解性バインダーA(ポリプロピレンカーボネート樹脂):Empower社製のQPAC40、23℃で固形
熱分解性バインダーB(アクリル樹脂):藤倉化成社製のMM−2002−1、23℃で固形
有機溶剤A:メチルエチルケトン(MEK)
表1に記載の配合比に従い、表1に記載の各成分及び溶媒を、ハイブリッドミキサー(キーエンス製 HM−500)の攪拌釜に入れ、攪拌モード、3分で攪拌・混合した。
得られたワニスを、離型処理フィルム(三菱樹脂(株)製のMRA50)に塗布・乾燥させた。乾燥条件は、表1に記載の通りとした。
下基板として、フレキシブルプリント基板(FPC)を準備した。このフレキシブルプリント基板は、ポリイミドフィルムからなる第1絶縁基板上に、金/(無電解)ニッケル/銅の3層構成の第1電極が形成されたものである。1つの第1電極の形状は、縦3mm、横7mmであり、1つの第1電極に、中央に1mmの間隔をおいて縦2mm、横2mmのチップが2つ搭載されることになる。第1電極は、1mmの間隔をあけて、第1絶縁基板上に、縦10個×横6個配列されている。
また、上基板として、前記下基板と同様のものを準備した。
実施例で作製した焼結前層を、平行平板プレスにて、0.5MPa、10秒、80℃の条件で、テストチップ(半導体チップ、縦2mm×横2mm、厚さ 3mm)に貼り付けた。次に、室温(24℃)でのシェア強度(仮接着時を想定したシェア強度)を測定した。
具体的には、ノードソン・アドバンスト・テクノロジー株式会社(旧:デイジ・ジャパン株式会社)製の、ウルトラファインピッチボンディング対応ボンドテスター シリーズ5000を用い、以下に示す条件で測定した。結果を表1に示す。
なお、本測定では、剥離するより前にテストチップが破壊している。従って、表には破壊時の値を記載している。そのため、実際のシェア強度はこの値より高くなる。また、表には、破壊時の界面がどの部分であったのかも示した。
<シェア強度測定条件>
ロードセル:BS250
測定レンジ:250g
試験種類:破壊試験
テストスピード:100μm/s
降下スピード:100μm/s
テスト高さ:100μm
ツール移動量:2000μm
破壊認識点:高(90%)
実施例で作製した焼結前層を、平行平板プレスにて、0.5MPa、10秒、80℃の条件で、テストチップ(半導体チップ、縦2mm×横2mm、厚さ3mm)に貼り付けた。次に 平行平板プレスにて、1MPa、90秒、300℃の条件で加熱した。これにより、焼結前層を焼結層とした。その後、室温(24℃)でのシェア強度(加熱接合後を想定したシェア強度)を測定した。
具体的には、ノードソン・アドバンスト・テクノロジー株式会社(旧:デイジ・ジャパン株式会社)製の、万能型ボンドテスター シリーズ4000を用い、以下に示す条件で測定した。
なお、本測定では、剥離するより前にテストチップが破壊している。従って、表には破壊時の値を記載している。そのため、実際のシェア強度はこの値より高くなる。また、表には、破壊時の界面がどの部分であったのかも示した。
<シェア強度測定条件>
ロードセル:DS100kg
測定レンジ:100kg
試験種類:破壊試験
テストスピード:100μm/s
降下スピード:100μm/s
テスト高さ:100μm
ツール移動量:2000μm
破壊認識点:高(90%)
裏面にNi層(厚さ2〜5μm(平均:約3.5μm))とAu層(厚さ50nm)とがこの順で形成された半導体チップ(ビスマス−テルル合金(BiTe)チップ)を準備した。半導体チップの厚さは、500μm、縦5mm、横5mmである。準備した半導体チップのAu層面に実施例の焼結前層をそれぞれ貼り合わせた。
貼り合わせ条件は、平行平板プレスにて0.5MPa、10秒、80℃とした。
10MPaの加圧(平板プレス)下で、80℃から300℃まで昇温速度1.5℃/秒にて昇温した後、300℃で2.5分間保持した。その後、170℃になるまで空冷し、その後、80℃になるまで水冷した。なお、水冷は、加圧板内に付設された水冷式冷却板によるものである。
<包埋条件>
SCANDIPLEX A:SCANDIPLEX B=9:4(体積比)
45℃で、1〜2時間放置
<粗研磨条件>
耐水研磨紙:Struers社、SiC Foil #220
円盤回転数:150rpm
<精密研磨条件>
耐水研磨紙:Struers社、SiC Foil #220, #1000
円盤回転数:100rpm
荷重:200〜500g
<イオンポリッシング条件>
加速電圧 5〜6kV
加工時間 8〜10時間
遮蔽板からの飛び出し量 25〜50μm
<押し込み条件>
使用圧子:Berkovich[三角錐型])
測定方法:単一押し込み測定モード
測定温度:25℃(室温)
押し込み深さ設定:2μm
20 下基板
22 第1絶縁基板
24 第1電極
26 支持層
28 カバーレイヤー
30 上基板
32 第2絶縁基板
34 第2電極
36 支持層
38 カバーレイヤー
40 半導体ウエハ
42 半導体素子
52 第1焼結前層
52a、52b セパレータ
54 第2焼結前層
54a、54b セパレータ
70 半導体装置前駆体
80 半導体装置
Claims (3)
- 第1絶縁基板に形成された第1電極上に、第1焼結前層を介して半導体素子が仮接着された積層体を得る工程Aと、
前記工程Aの後、前記半導体素子を、前記第1焼結前層とは反対側に設けられた第2焼結前層を介して、第2絶縁基板に形成された第2電極上に仮接着して、半導体装置前駆体を得る工程Bと、
前記工程Bの後、前記第1焼結前層と前記第2焼結前層とを同時に加熱し、前記半導体素子を、前記第1電極及び前記第2電極に接合する工程Cとを含み、
前記工程Aは、
第1絶縁基板及び前記第1絶縁基板上に形成された第1電極を有する下基板を準備する工程A−1、
一方の面に第1焼結前層が積層されており、他方の面に第2焼結前層が積層されている半導体素子を準備する工程A−2、及び、
前記工程A−2で準備した半導体素子を、前記第1焼結前層を介して前記第1電極に仮接着する工程A−3を含み、
前記工程A−2は、
半導体ウエハの一方の面にシート状の第1焼結前層を積層し、他方の面にシート状の第2焼結前層を積層して、両面に焼結前層が形成された半導体ウエハを得る工程X、及び、
前記工程Xで得られた、両面に焼結前層が形成された半導体ウエハを個片化する工程Yを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記第1焼結前層及び前記第2焼結前層は、金属系化合物を含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記半導体素子は、熱電素子であることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置の製造方法。
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