JP7456181B2 - 半導体装置及びその製造方法、フィルム状接着剤、並びにダイシング・ダイボンディング一体型フィルム - Google Patents
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Description
図1(a)は、半導体装置の一実施形態を示す模式断面図である。図1(a)に示す半導体装置100は、半導体チップWaと、半導体チップWaを搭載する基板2と、半導体チップWa及び基板2の間に設けられ、半導体チップWaと基板2とを接着する接着部8とを備える。すなわち、半導体チップWaは、接着部8を介して、半導体チップWaを搭載する基板2に接着されている。半導体装置は、例えば、半導体チップWaと基板2とがワイヤーボンドによって電気的に接続されていてもよく、半導体チップWaが樹脂封止材を用いて樹脂封止されていてもよい。半導体装置は、例えば、半導体チップを複数積層する構造の半導体装置であってもよい。このような半導体装置によれば、主に接着部における金属層によって、基板から発生する電磁波ノイズの半導体チップへの影響が充分に低減されたものとなり得る。
(第1の態様)
半導体装置の製造方法の第1の態様は、接着剤層及び接着剤層上に設けられた金属層を有するフィルム状接着剤を用意する工程(以下、(X1)工程という場合がある。)と、半導体チップと基板との間に、接着剤層が基板側になるようにフィルム状接着剤を介在させ、半導体チップと基板とを接着する工程(以下、(X2)工程という場合がある。)とを備える。
本工程では、フィルム状接着剤を用意する。図2は、フィルム状接着剤の一実施形態を示す模式断面図である。図2に示すフィルム状接着剤10は、接着剤層4及び接着剤層4上に設けられた金属層6を少なくとも有する。フィルム状接着剤10は、支持フィルム上に、接着剤層4と支持フィルムとが接するように設けられていてもよい。フィルム状接着剤は、接着剤層4及び金属層6からなる二層構成に限定されるものでなく、接着剤層4及び金属層6の二層構成に対して、金属層6上にさらに接着剤層4が積層された三層構成であってもよく、接着剤層4及び金属層6に対して、接着剤層4と金属層6とがさらに交互積層された四層以上の構成であってもよい。金属層6の数が増えるほど、接着部8は基板から発生する電磁波ノイズの半導体チップへの影響をより一層充分に低減することができる傾向にある。以下では、主に図2に示すフィルム状接着剤10を用いて、図1(a)に示す半導体装置を製造する態様について詳細に説明する。接着剤層4及び金属層6からなる二層構成のフィルム状接着剤10は、例えば、接着剤層4を作製する工程と、接着剤層4上に金属層6を作製する工程とを備える方法によって製造することができる。
(A)成分は、加熱等によって、分子間で三次元的な結合を形成し硬化する性質を有する成分であり、硬化後に接着作用を示す成分である。(A)成分としては、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等が挙げられる。(A)成分の重量平均分子量(Mw)又は分子量は、10000未満であり得る。
(B)成分は、(A)成分の硬化剤として作用する成分である。硬化剤としては、例えば、フェノール系硬化剤、酸無水物系硬化剤、アミン系硬化剤、イミダゾール系硬化剤、ホスフィン系硬化剤、アゾ化合物、有機過酸化物等が挙げられる。(A)成分がエポキシ樹脂である場合、硬化剤は、取り扱い性、保存安定性、及び硬化性の観点から、フェノール系硬化剤とイミダゾール系硬化剤との組み合わせ、酸無水物系硬化剤とイミダゾール系硬化剤との組み合わせ、アミン系硬化剤とイミダゾール系硬化剤との組み合わせ、又はイミダゾール系硬化剤の単独であってよい。(A)成分がアクリル樹脂である場合、硬化剤は、取り扱い性、保存安定性の観点から、アゾ化合物の単独又は有機過酸化物の単独であってよい。
(C)成分の重量平均分子量(Mw)又は分子量は、10000以上であり得る。(A)成分、(B)成分等の、(C)成分以外の成分の重量平均分子量又は分子量は、通常、10000未満であり得る。(C)成分としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカルボジイミド樹脂、シアネートエステル樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ウレタン樹脂、アクリルゴム等が挙げられる。これらは、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。(C)成分は、耐熱性及びフィルム形成性の観点から、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、アクリルゴム、シアネートエステル樹脂、又はポリカルボジイミド樹脂であってよく、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、又はアクリルゴムであってもよい。
(D)成分としては、例えば、無機フィラー、樹脂フィラー等が挙げられる。無機フィラーとしては、例えば、ガラス、シリカ、アルミナ、酸化チタン、カーボンブラック、マイカ、窒化ホウ素等の絶縁性無機フィラーが挙げられる。樹脂フィラーとしては、例えば、ポリウレタン、ポリイミド、メタクリル酸メチル樹脂、メタクリル酸メチル-ブタジエン-スチレン共重合樹脂(MBS)等が挙げられる。これらは、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いてもよく、無機フィラー及び樹脂フィラーを組み合わせて用いてもよい。(D)成分の形状及び粒径は特に制限されない。
熱硬化性樹脂組成物は、その他の成分として、イオン捕捉剤、酸化防止剤、シランカップリング剤、チタンカップリング剤、抗酸化剤、レオロジーコントロール剤、レベリング剤等をさらに含有していてもよい。これらの成分の含有量は、熱硬化性樹脂組成物全量を基準として、0.01~3質量%であってよい。
本工程では、(X1)工程で得られたフィルム状接着剤を用いて、半導体チップと基板とを接着する工程である。図1(a)に示す半導体装置は、例えば、半導体チップWaと基板2との間に、接着剤層4が基板2側になるようにフィルム状接着剤10を介在させ、これらを加熱圧着し、半導体チップWaと基板2とを接着することによって得ることができる。加熱圧着における加熱温度は、通常、20~250℃、荷重は、通常、0.1~200Nであり、加熱時間は、通常、0.1~300秒間である。なお、このような加熱圧着によって、接着剤層4は、接着剤硬化物層4cとなり得る。
図3は、半導体装置の製造方法の一実施形態を説明するための模式断面図であり、図3(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、及び(f)は、各工程を示す模式断面図である。半導体装置の製造方法の第2の態様は、基材層及び基材層上に設けられた粘着剤層を有するダイシングテープと、接着剤層及び接着剤層上に設けられた金属層を有するフィルム状接着剤とを備え、基材層、粘着剤層、接着剤層、及び金属層がこの順に配置されているダイシング・ダイボンディング一体型フィルムを用意する工程(以下、(Y1)工程という場合がある。)と、半導体ウェハに、ダイシング・ダイボンディング一体型フィルムのフィルム状接着剤を貼り付ける工程(以下、(Y2)工程という場合がある。図3(a)、(b)参照。)と、半導体ウェハ及びフィルム状接着剤を個片化し、接着剤層片及び金属層片を有する半導体チップを作製する工程(以下、(Y3)工程という場合がある。図3(c)参照。)と、接着剤層片及び金属層片を有する半導体チップを粘着剤層からピックアップする工程(以下、(Y4)工程という場合がある。図3(e)参照。)と、接着剤層片及び金属層片を有する半導体チップを用いて、接着剤層片及び金属層片を介して、半導体チップと基板とを接着する工程(以下、(Y5)工程という場合がある。図3(f)参照。)とを備える。以下では、主にフィルム状接着剤として、図2に示すフィルム状接着剤10を用いて、図1(a)に示す半導体装置を製造する態様について詳細に説明する。
本工程では、ダイシング・ダイボンディング一体型フィルムを用意する。図3(a)に示すとおり、ダイシング・ダイボンディング一体型フィルム20は、基材層12及び基材層12上に設けられた粘着剤層14を有するダイシングテープ16と、接着剤層4及び接着剤層4上に設けられた金属層6を有するフィルム状接着剤10とを備え、基材層12、粘着剤層14、接着剤層4、及び金属層6がこの順に配置されている。ダイシング・ダイボンディング一体型フィルム20は、フィルム状接着剤10に支持フィルムが備えられていてもよい。
本工程では、まず、ダイシング・ダイボンディング一体型フィルム20を所定の装置に配置する。続いて、ダイシング・ダイボンディング一体型フィルム20のフィルム状接着剤10の金属層6(金属層6の表面6A)を半導体ウェハWの表面Wsに貼り付ける(図3(a)、(b)参照。)。半導体ウェハWとしては、例えば、シリコン、ゲルマニウム等の同一種類の元素から構成される元素半導体から構成される半導体ウェハ、ガリウムヒ素、インジウムリン等の化合物半導体から構成される半導体ウェハなどが挙げられる。半導体ウェハWの回路面は、表面Wsとは反対側の面に設けられていることが好ましい。
本工程では、半導体ウェハW及びフィルム状接着剤10を少なくともダイシングする(図3(c)参照。)。これによって、半導体ウェハを所定のサイズに切断して、複数の個片化された接着剤層片及び金属層片を有する半導体チップを作製することができる。ダイシング方式としては、例えば、ダイシングテープまで切込みを行なうフルカットと呼ばれる切断方式、半導体ウェハに半分切込みを入れて冷却化引っ張ることによって分断する方式、レーザーによる切断方式等が挙げられる。ダイシング装置としては、特に限定されず、従来公知のものを用いることができる。
本工程では、接着剤層片及び金属層片を有する半導体チップ30を粘着剤層14又は粘着剤層14がダイシングによって個片化された粘着剤層片14aからピックアップする。以下に、ピックアップの一例について説明する。まず、基材層12をエキスパンドすることによって、ダイシングされた接着剤層片及び金属層片を有する半導体チップ30を互いに離間させつつ、基材層12側からニードル32で突き上げられた接着剤層片及び金属層片を有する半導体チップ30を吸引コレット34で吸引して粘着剤層14(粘着剤層片14a)からピックアップする(図3(e)参照。)。なお、接着剤層片及び金属層片を有する半導体チップ30は、接着剤層片4aと、金属層片6aと、半導体チップWaとから構成され得る。接着剤層片4aは接着剤層4がダイシングによって個片化されたものであり、金属層片6aは金属層6がダイシングによって個片化されたものであり、半導体チップWaは半導体ウェハWがダイシングによって個片化されたものである。粘着剤層14又は粘着剤層片14aは、接着剤層片及び金属層片を有する半導体チップ30をピックアップする際に基材層12上に残存し得る。ピックアップ工程では、必ずしも基材層12をエキスパンドすることは必ずしも必要ないが、基材層12をエキスパンドすることによってピックアップ性をより向上させることができる。
本工程では、接着剤層片及び金属層片を有する半導体チップ30を用いて、接着剤層片4aを基板2の表面2Aに貼り付け、加熱圧着して半導体チップWaと基板2とを接着する。加熱圧着の条件は、第1の態様の加熱圧着条件と同様であってよい。なお、このような加熱圧着によって、接着剤層片4aは、接着剤硬化物層片4acとなり得る。このようにして、半導体装置120を製造することができる。
(実施例1)
<熱硬化性樹脂組成物のワニスの調製>
各成分を表1に示す組成比(単位:質量部)で、(A)成分(熱硬化性樹脂)、(B)成分(硬化剤)、及び(D)成分(フィラー)に対して、溶剤としてのシクロヘキサノンを加え、撹拌混合することによって混合物を得た。当該混合物に、(C)成分(高分子成分)を加えて、各成分が均一になるまで撹拌して、熱硬化性樹脂組成物のワニスを調製した。
(A)成分:熱硬化性樹脂
(A-1)トリフェノールメタン骨格含有多官能固形エポキシ樹脂(製品名:EP1032H60、ジャパンエポキシレジン株式会社製、重量平均分子量:800~2000)
(A-2)ビスフェノールF型液状エポキシ樹脂(製品名:YL983U、ジャパンエポキシレジン株式会社製、分子量:約336)
(A-3)可とう性半固形状エポキシ樹脂(製品名:YL7175-1000、ジャパンエポキシレジン株式会社製、重量平均分子量:1000~5000)
(B)成分:硬化剤
(B-1)2,4-ジアミノ-6(2’-メチルイミダゾール(1’))エチル-s-トリアジンイソシアヌル酸付加物(製品名:2MAOK-PW、四国化成株式会社製)
(C)成分:高分子成分
(C-1)フェノキシ樹脂(製品名:ZX1356-2、東都化成株式会社製、Tg:約71℃、Mw:約63000)
(D)成分:フィラー
(D-1)無機フィラー
(D-1-1)シリカ(製品名:SE2050、株式会社アドマテックス製、平均粒径:0.5μm)
(D-1-2)フェニル表面処理ナノシリカ(製品名:YA050C-SP、株式会社アドマテックス製、平均粒径:約50nm)
(D-2)樹脂フィラー
(D-2-1)コアシェルタイプ有機微粒子(製品名:EXL-2655、ロームアンドハースジャパン株式会社製)
調製した熱硬化性樹脂組成物のワニスを100メッシュのフィルターでろ過し、真空脱泡した。支持フィルムとして、厚さ38μmの離型処理を施したポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムを用意し、真空脱泡後の熱硬化性樹脂組成物のワニスをPETフィルム上に塗布した。塗布した熱硬化性樹脂組成物のワニスを、90℃で5分間、続いて130℃で5分間の2段階で加熱乾燥し、Bステージ状態にある接着剤層を得た。接着剤層においては、熱硬化性樹脂組成物のワニスの塗布量によって、厚さ20μmになるように調整した。
金属層として、厚さ35μmの銅箔(VLP銅箔、古河電気工業株式会社製)を用意した。上記で得られた接着剤層と金属層とを100℃でロールラミネータ(製品名:ラミネータホットドック、株式会社ラミーコーポレーション製)を用いて、貼り合わせた。続いて、金属層上にさらに接着剤層を同様の方法で貼り合わせることによって、接着剤層/金属層/接着剤層の三層構成を有する実施例1のフィルム状接着剤(厚さ:75μm)を得た。
実施例1のフィルム状接着剤の一方の接着剤層上に金属層をさらに設けて、接着剤層/金属層/接着剤層/金属層の四層構成を有する実施例2のフィルム状接着剤(厚さ:110μm)を得た。
実施例2のフィルム状接着剤の金属層上に、接着剤層及び金属層をさらに設けて、接着剤層/金属層/接着剤層/金属層/接着剤層/金属層の六層構成を有する実施例3のフィルム状接着剤(厚さ:165μm)を得た。
上記で得られた接着剤層をそのまま比較例1のフィルム状接着剤として用いた。比較例1のフィルム状接着剤は、接着剤層のみの一層構成を有するものであり、金属層を有しないものである。
<電磁波遮蔽性の評価>
150mm×150mmの実施例1~3及び比較例1のフィルム状接着剤をサンプルとして用意した。これらのサンプルを用いて、KEC法によって測定した。測定は、電界及び磁界で行い、周波数100kHzにおける、電界シールド値(単位:dB)及び磁界シールド値(単位:dB)を求めた。測定においては、スペクトルアナライザー(製品名:N9010A、アジレント・テクノロジー株式会社製)及び信号発生器(製品名:N5183A、アジレント・テクノロジー株式会社製)を用いた。電磁波遮蔽性は、数値が高いほど良好といえる。結果を表2に示す。
Claims (11)
- 半導体チップと、
前記半導体チップを搭載する基板と、
前記半導体チップ及び前記基板の間に設けられ、前記半導体チップと前記基板とを接着する接着部と、
を備え、
前記接着部が、第一の接着剤硬化物層と、前記第一の接着剤硬化物層上に設けられた第一の金属層とを有し、前記第一の接着剤硬化物層が前記基板上に設けられており、前記第一の接着剤硬化物層及び前記第一の金属層の二層に対して、接着剤硬化物層と金属層とがさらに交互積層され、四層以上十層以下の構成を有する、半導体装置。 - 前記第一の接着剤硬化物層及び前記接着剤硬化物層が、熱硬化性樹脂、硬化剤、及び高分子成分を含有する熱硬化性樹脂組成物の硬化物からなる層である、請求項1に記載の半導体装置。
- 前記第一の金属層及び前記金属層を構成する金属が40×106S/m以上の0℃における電気伝導率を示す金属である、請求項1又は2に記載の半導体装置。
- 前記第一の金属層及び前記金属層を構成する金属が金、銀、及び銅からなる群より選ばれる少なくとも1種の金属である、請求項1又は2に記載の半導体装置。
- 請求項1~4のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法であって、
第一の接着剤層及び前記第一の接着剤層上に設けられた第一の金属層を有し、前記第一の接着剤層及び前記第一の金属層の二層に対して、接着剤層と金属層とがさらに交互積層され、四層以上十層以下の構成を有する、フィルム状接着剤を用意する工程と、
前記半導体チップと前記基板との間に、前記第一の接着剤層が前記基板側になるように前記フィルム状接着剤を介在させ、前記半導体チップと前記基板とを接着する工程と、
を備える、半導体装置の製造方法。 - 請求項1~4のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法であって、
基材層及び前記基材層上に設けられた粘着剤層を有するダイシングテープと、第一の接着剤層及び前記第一の接着剤層上に設けられた金属層を有し、前記第一の接着剤層及び前記第一の金属層の二層に対して、接着剤層と金属層とがさらに交互積層され、四層以上十層以下の構成を有する、フィルム状接着剤とを備え、前記基材層、前記粘着剤層、前記第一の接着剤層、前記第一の金属層、及び接着剤層と金属層とがさらに交互積層された層がこの順に配置されているダイシング・ダイボンディング一体型フィルムを用意する工程と、
半導体ウェハに、前記ダイシング・ダイボンディング一体型フィルムの前記フィルム状接着剤を貼り付ける工程と、
前記半導体ウェハ及び前記フィルム状接着剤を個片化し、第一の接着剤層片、第一の金属層片、接着剤層片、及び金属層片を有する半導体チップを作製する工程と、
前記第一の接着剤層片、第一の金属層片、接着剤層片、及び金属層片を有する半導体チップを前記粘着剤層からピックアップする工程と、
前記第一の接着剤層片、第一の金属層片、接着剤層片、及び金属層片を有する半導体チップを用いて、前記第一の接着剤層片、前記第一の金属層片、前記接着剤層片、及び前記金属層片を介して、前記半導体チップと前記基板とを接着する工程と、
を備える、半導体装置の製造方法。 - 半導体チップと基板とを接着するためのフィルム状接着剤であって、
第一の接着剤層と、前記第一の接着剤層上に設けられた第一の金属層とを有し、前記第一の接着剤層及び前記第一の金属層の二層に対して、接着剤層と金属層とがさらに交互積層され、四層以上十層以下の構成を有する、フィルム状接着剤。 - 前記第一の接着剤層及び前記接着剤層が、熱硬化性樹脂、硬化剤、及び高分子成分を含有する熱硬化性樹脂組成物からなる層である、請求項7に記載のフィルム状接着剤。
- 前記第一の金属層及び前記金属層を構成する金属が40×106S/m以上の0℃における電気伝導率を示す金属である、請求項7又は8に記載のフィルム状接着剤。
- 前記第一の金属層及び前記金属層を構成する金属が金、銀、及び銅からなる群より選ばれる少なくとも1種の金属である、請求項7又は8に記載のフィルム状接着剤。
- 基材層及び前記基材層上に設けられた粘着剤層を有するダイシングテープと、
請求項7~10のいずれか一項に記載のフィルム状接着剤と、
を備え、
前記基材層、前記粘着剤層、前記第一の接着剤層、前記第一の金属層、及び接着剤層と金属層とがさらに交互積層された層がこの順に配置されている、ダイシング・ダイボンディング一体型フィルム。
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