JP2006261657A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 ボンディングパットの汚染に起因してワイヤーボンディングができなくなるのを防止し、かつ、基板、リードフレーム又は半導体素子等の被着体に反りが発生するのを防止して、歩留まりを向上させつつ製造工程を簡略化した半導体装置の製造方法、当該方法に使用する接着シート及び当該方法により得られる半導体装置を提供する。
【解決手段】 本発明は、半導体素子１３を被着体１１上に接着シート１２を介して仮固着する仮固着工程と、加熱工程を経ることなく、接合温度８０〜２５０℃の範囲でワイヤーボンディングをするワイヤーボンディング工程とを有し、前記接着シート１２として、硬化前の貯蔵弾性率が８０〜２５０℃の温度範囲で１ＭＰａ以上、又はその温度範囲内の任意の温度に於いて１ＭＰａ以上のものを使用することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体装置の製造方法、当該方法に使用する接着シート及び当該方法により得られる半導体装置に関する。
半導体装置の微細化、高機能化の要求に対応すべく、半導体チップ（半導体素子）主面の全域に配置された電源ラインの配線幅や信号ライン間の間隔が狭くなってきている。この為、インピーダンスの増加や、異種ノードの信号ライン間での信号の干渉が生じ、半導体チップの動作速度、動作電圧余裕度、耐静電破壊強度等に於いて、十分な性能の発揮を阻害する要因となっている。これらの問題を解決する為、例えば、下記特許文献１及び２では、半導体素子を積層したパッケージ構造が開示されている。
一方、半導体素子を基板等に固着する際に使用されるものとしては、熱硬化性ペースト樹脂（例えば、下記特許文献３参照）や、熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂を併用した接着シート（例えば、下記特許文献４及び５参照）等が挙げられる。
従来の半導体装置の製造方法に於いては、半導体素子と、基板、リードフレーム又は半導体素子との接着に際し、接着シート又は接着剤を使用する。接着は、半導体素子と基板等との圧着の後（ダイアタッチ）、接着シート等を加熱工程により硬化させて行う。また、当該製造方法に於いては、半導体素子と基板とを電気的に接続する為のワイヤーボンディングを行い、その後に封止樹脂でモールドし、後硬化して当該封止樹脂により封止することも行われる。
しかしながら、ワイヤーボンディングを行う際、超音波振動や加熱により、基板等上の半導体素子が動く。この為、従来は、ワイヤーボンディングの前に加熱工程を行って熱硬化性ペースト樹脂や熱硬化性接着シートを加熱硬化し、半導体素子が動かない様に固着する必要があった。
更に、熱可塑性樹脂からなる接着シートや、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂を併用した接着シートに於いては、ダイアタッチ後、ワイヤーボンディング前に接着対象物との接着力確保や濡れ性向上の目的で、加熱工程を必要としていた。
しかしながら、ワイヤーボンディングの前に接着シート等の加熱を行うと、接着シート等から揮発ガスが発生する。この揮発ガスがボンディングパットを汚染し、多くの場合、ワイヤーボンディングを行うことができなくなるという問題がある。
また、接着シート等を加熱硬化することにより当該接着シート等の硬化収縮等が生じる。これに伴い、接着シートに応力が発生し、リードフレーム又は基板に（同時に、半導体素子にも）反りが発生するという問題がある。加えて、ワイヤーボンディング工程に於いては、応力に起因して半導体素子にクラックが発生するという問題もある。近年、半導体素子の薄型化・小型化に伴い、半導体素子の厚さが従来の２００μｍからそれ以下へ、更には１００μｍ以下にまで薄層化している現状を勘案すると、基板等の反りや半導体素子のクラックの問題は一層深刻なものであり、その問題解決は益々重要である。
特開昭５５−１１１１５１号公報 特開２００２−２６１２３３号公報 特開２００２−１７９７６９号公報 特開２０００−１０４０４０号公報
本願発明は、前記の問題を考慮してなされたものであり、ボンディングパットの汚染に起因してワイヤーボンディングができなくなるのを防止し、かつ、基板、リードフレーム又は半導体素子等の被着体に反りが発生するのを防止して、歩留まりを向上させつつ製造工程を簡略化した半導体装置の製造方法、当該方法に使用する接着シート及び当該方法により得られる半導体装置を提供することにある。
本願発明者等は、前記従来の問題点を解決すべく、半導体装置の製造方法、当該方法に使用する接着シート及び当該方法により得られる半導体装置について鋭意検討した。その結果、下記構成を採用することにより前記目的を達成できることを見出して、本発明を完成させるに至った。
即ち、本発明に係る半導体装置の製造方法は、前記の課題を解決する為に、半導体素子を被着体上に接着シートを介して仮固着する仮固着工程と、加熱工程を経ることなく、接合温度８０〜２５０℃の範囲でワイヤーボンディングをするワイヤーボンディング工程とを有し、前記接着シートとして、硬化前の貯蔵弾性率が８０〜２５０℃の温度範囲で１ＭＰａ以上、又はその温度範囲内の任意の温度に於いて１ＭＰａ以上のものを使用することを特徴とする。
前記方法であると、硬化前の貯蔵弾性率が８０〜２５０℃の温度範囲で１ＭＰａ以上、又はその温度範囲内の任意の温度に於いて１ＭＰａ以上の接着シートを使用するので、接着シートの加熱工程を省略して、半導体素子が被着体上に仮固着した状態のままでワイヤーボンディング工程に移行しても、当該工程に於ける超音波振動や加熱により、接着シートと被着体との接着面でずり変形を生じることがない。ワイヤーボンディング工程を行う際に、ワイヤーボンドの成功率を向上させることができる。
また、従来の製造方法に於いては、ワイヤーボンディング工程の前に接着シートの加熱を行っており、当該加熱により接着シートから揮発ガスが発生してボンディングパットが汚染されることがあった。しかし本発明は、その様な加熱を不要とするので、接着シートから揮発ガスが発生してボンディングパットが汚染されるのを防止することができる。更に、接着シートを加熱する工程の省略により、基板等に反りが生じたり、半導体素子にクラックが発生したりすることもない。この結果、半導体素子の一層の薄型化も可能となる。
前記被着体は、基板、リードフレーム又は半導体素子であることが好ましい。
前記半導体素子を封止樹脂により封止する封止工程と、前記封止樹脂の後硬化を行う後硬化工程とを含み、前記封止工程及び／又は後硬化工程に於いて、加熱により封止樹脂を硬化させると共に、前記接着シートを介して半導体素子と被着体とを固着させることが好ましい。これにより、接着シートを介した半導体素子と被着体との固着を、封止樹脂の硬化と同時に行うことが可能になり、製造工程の簡素化が図れる。
また、前記接着シートとして、熱可塑性樹脂を含むものを使用することが好ましい。
また、前記接着シートとして、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂の双方を含むものを使用することが好ましい。
また、前記熱可塑性樹脂として、アクリル樹脂を使用することが好ましい。また、前記熱硬化性樹脂として、エポキシ樹脂及び／又はフェノール樹脂を使用することが好ましい。これらの樹脂はイオン性不純物が少なく耐熱性が高いので、半導体素子の信頼性を確保できる。
また、本発明に係る接着シートは、前記の課題を解決する為に、半導体装置の製造に用いられる接着シートであって、硬化前の貯蔵弾性率が８０〜２５０℃の温度範囲で１ＭＰａ以上、又はその温度範囲内の任意の温度に於いて１ＭＰａ以上であることを特徴とする。
前記接着シートは熱可塑性樹脂を含むことが好ましい。
また、前記接着シートは熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂の双方を含むことが好ましい。
更に、前記熱可塑性樹脂はアクリル樹脂であることが好ましい。
また、前記熱硬化性樹脂はエポキシ樹脂及び／又はフェノール樹脂であることが好ましい。
前記接着シートには架橋剤が添加されていることが好ましい。
本発明に係る半導体装置は、前記の課題を解決する為に、前記に記載の半導体装置の製造方法により得られたものであることを特徴とする。
本発明は、前記に説明した手段により、以下に述べるような効果を奏する。
即ち、本発明によれば、８０〜２５０℃の温度範囲で、又はその温度範囲内の任意の温度で硬化前の貯蔵弾性率が１ＭＰａ以上の接着シートを使用するので、接着シートの加熱工程を省略してワイヤーボンディング工程に移行しても、接着シートと被着体との接着面でずり変形が生じるのを防止し、該ワイヤーボンディング工程を良好に行える。また、加熱工程を省略できるので、接着シートから揮発ガスが発生することもない。この為、ボンディングパットが汚染されるのを防止することができる。よって本発明は、半導体装置の生産性を向上させると共に、歩留まりの向上を図ることができる。
尚、前記半導体素子の上に１又は２以上の半導体素子を、前記接着シートを介して積層する場合や、必要に応じて、前記半導体素子と半導体素子との間に前記接着シートを介してスペーサを積層する場合にも同様の作用効果を奏する。また、前記の製造工程の簡略化は、複数の半導体素子等の３次元実装に於いて、製造効率の一層の向上を図ることができる。
（実施の形態１）
本発明の実施の形態について、図１を参照しながら説明する。図１は、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する為の工程図である。但し、説明に不要な部分は省略し、また、説明を容易にする為に拡大又は縮小等して図示した部分がある。以上のことは、以下の図面に対しても同様である。
本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、半導体素子１３を基板又はリードフレーム（被着体、以下単に基板等と称する）１１上に接着シート１２で仮固着する仮固着工程と、加熱工程を経ることなく、ワイヤーボンディングをするワイヤーボンディング工程とを有する。更に、半導体素子１３を封止樹脂１５で封止する封止工程と、当該封止樹脂１５をアフターキュアする後硬化工程とを有する。
前記仮固着工程は、図１（ａ）に示すように、半導体素子１３を、接着シート１２を介して基板等１１に仮固着する工程である。半導体素子１３を基板等１１上に仮固着する方法としては、例えば基板等１１上に接着シート１２を積層した後、接着シート１２上に、ワイヤーボンド面が上側となる様にして半導体素子１３を順次積層して仮固着する方法が挙げられる。また、予め接着シート１２が仮固着された半導体素子１３を基板等１１に仮固着して積層してもよい。
前記基板としては、従来公知のものを使用することができる。また、前記リードフレームとしては、ＣＵリードフレーム、４２Ａｌｌｏｙリードフレーム等の金属リードフレームやガラスエポキシ、ＢＴ（ビスマレイミドートリアジン）、ポリイミド等からなる有機基板を使用することができる。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、半導体素子をマウントし、半導体素子と電気的に接続して使用可能な回路基板も含まれる。
前記接着シート１２としては、その硬化前の貯蔵弾性率が８０〜２５０℃の温度範囲で１ＭＰａ以上、又はその温度範囲内の任意の温度で１ＭＰａ以上のものを使用し、より好ましくは１〜１００ＭＰａの範囲内のものを使用する。接着シート１２の貯蔵弾性率が１ＭＰａ以上であると、加熱工程を経ることなくワイヤーボンディング工程を行っても、当該工程に於ける超音波振動や加熱により、接着シート１２と半導体素子１３又は基板等１１との接着面でずり変形を生じることがない。即ち、ワイヤーボンディングの際の超音波振動により半導体素子が動くことがなく、これにより、ワイヤーボンディングの成功率が低下するのを防止し、歩留まりの向上が図れる。尚、接着シート１２については、後段に於いて更に詳述する。
前記ワイヤーボンディング工程は、基板等１１の端子部（インナーリード）の先端と半導体素子１３上の電極パッド（図示しない）とをボンディングワイヤー１４で電気的に接続する工程である（図１（ｂ）参照）。本工程は、接着シート１２による固着を行うことなく実行される。また、本工程の過程で接着シート１２により半導体素子１３と基板等１１とが固着することはない。前記ボンディングワイヤー１４としては、例えば金線、アルミニウム線又は銅線等が用いられる。ワイヤーボンディングを行う際、その接合温度は、８０〜２５０℃であることが必要であり、より好ましくは８０〜２２０℃の範囲内である。８０℃未満であると、接合したワイヤーの強度が弱くなるという不都合がある。その一方、２５０℃を超えると、基板に反りが生じ、安定してワイヤーボンディングを行うことができないという不都合がある。また、その加熱時間は数秒〜数分間行われる。
結線は、前記温度範囲内となる様に加熱された状態で、超音波による振動エネルギーと印加加圧による圧着エネルギーの併用により行われる。この様な方法としては、例えば超音波方式や超音波熱圧着方式が挙げられる。尚、熱圧着方式等は、一般に接合温度が３００〜３５０℃で行われるので、本発明に於いては好ましくない。
前記封止工程は、封止樹脂１５により半導体素子１３を封止する工程である（図１（ｃ）参照）。本工程は、基板等１１に搭載された半導体素子１３やボンディングワイヤー１４を保護する為に行われる。本工程は、封止用の樹脂を金型で成型することにより行う。封止樹脂１５としては、例えばエポキシ系の樹脂を使用する。樹脂封止の際の加熱温度は、通常１７５℃で６０〜９０秒間行われるが、本発明はこれに限定されず、例えば１６５〜１８５℃で数分間キュアすることができる。これにより、封止樹脂を硬化させると共に、接着シート１２を介して半導体素子１３と基板等１１とを固着させる。即ち、本発明に於いては、後述する後硬化工程が行われない場合に於いても、本工程では接着シート１２による固着が可能であり、製造工程数の減少及び半導体装置の製造期間の短縮に寄与することができる。
前記後硬化工程に於いては、前記封止工程で硬化不足の封止樹脂１５を完全に硬化させる。封止工程に於いて接着シート１２により固着がされない場合でも、本工程に於いて封止樹脂１５の硬化と共に接着シート１２による固着が可能となる。本工程に於ける加熱温度は、封止樹脂の種類により異なるが、例えば１６５〜１８５℃の範囲内であり、加熱時間は０．５〜８時間程度である。
次に、前記接着シート１２について詳述する。接着シート１２は、８０〜２５０℃の温度範囲で１ＭＰａ以上、又はその温度範囲内の任意の温度に於いて１ＭＰａ以上であれば、その構成は特に限定されない。本実施の形態に於いては、貯蔵弾性率を前記数値範囲内とする為、例えば後述の材料群から適宜必要な材料を選択して、所定の条件下で接着シート１２を作製すればよい。また、接着シート１２の貯蔵弾性率は、例えば熱可塑性樹脂量を増やすことにより低下させることができ、その一方熱硬化性樹脂量を増やすことにより増大させることもできる。
例えば、接着剤層の単層のみからなる接着シートや、コア材料の片面又は両面に接着剤層を形成した多層構造の接着シート等が挙げられる。前記コア材料としては、フィルム（例えばポリイミドフィルム、ポリエステルフィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリエチレンナフタレートフィルム、ポリカーボネートフィルム等）、ガラス繊維やプラスチック製不織繊維で強化された樹脂基板、シリコン基板又はガラス基板等が挙げられる。また、接着シートとダイシングシートとの一体型のものも使用することができる。
前記接着剤層は接着機能を有する層であり、その構成材料としては、熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂とを併用したものが挙げられる。又、熱可塑性樹脂単独でも使用可能である。
前記熱可塑性樹脂としては、天然ゴム、ブチルゴム、イソプレンゴム、クロロプレンゴム、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−アクリル酸共重合体、エチレン−アクリル酸エステル共重合体、ポリブタジエン樹脂、ポリカーボネート樹脂、熱可塑性ポリイミド樹脂、６−ナイロンや６，６ナイロン等のポリアミド樹脂、フェノキシ樹脂、アクリル樹脂、ＰＥＴやＰＢＴ等の飽和ポリエステル樹脂、ポリアミドイミド樹脂又はフッ素樹脂等が挙げられる。これらの熱可塑性樹脂は単独で、又は２種以上を併用して用いることができる。これらの熱可塑性樹脂のうち、イオン性不純物が少なく、耐熱性が高く、半導体素子の信頼性を確保できるアクリル樹脂が特に好ましい。
前記アクリル系樹脂としては、特に限定されるものではなく、炭素数３０以下、特に炭素数４〜１８の直鎖若しくは分岐のアルキル基を有するアクリル酸又はメタクリル酸のエステルの１種又は２種以上を成分とする重合体等が挙げられる。前記アルキル基としては、例えばメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、ｔ−ブチル基、イソブチル基、アミル基、イソアミル基、ヘキシル基、ヘプチル基、シクロヘキシル基、２−エチルヘキシル基、オクチル基、イソオクチル基、ノニル基、イソノニル基、デシル基、イソデシル基、ウンデシル基、ラウリル基、トリデシル基、テトラデシル基、ステアリル基、オクタデシル基、又はドデシル基等が挙げられる。
また、前記重合体を形成する他のモノマーとしては、特に限定されるものではなく、例えばアクリル酸、メタクリル酸、カルボキシエチルアクリレート、カルボキシペンチルアクリレート、イタコン酸、マレイン酸、フマール酸若しくはクロトン酸等の様なカルボキシル基含有モノマー、無水マレイン酸若しくは無水イタコン酸等の様な酸無水物モノマー、（メタ）アクリル酸２−ヒドロキシエチル、（メタ）アクリル酸２−ヒドロキシプロピル、（メタ）アクリル酸４−ヒドロキシブチル、（メタ）アクリル酸６−ヒドロキシヘキシル、（メタ）アクリル酸８−ヒドロキシオクチル、（メタ）アクリル酸１０−ヒドロキシデシル、（メタ）アクリル酸１２−ヒドロキシラウリル若しくは（４−ヒドロキシメチルシクロヘキシル）−メチルアクリレート等の様なヒドロキシル基含有モノマー、スチレンスルホン酸、アリルスルホン酸、２−（メタ）アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸、（メタ）アクリルアミドプロパンスルホン酸、スルホプロピル（メタ）アクリレート若しくは（メタ）アクリロイルオキシナフタレンスルホン酸等の様なスルホン酸基含有モノマー、又は２−ヒドロキシエチルアクリロイルホスフェート等の様な燐酸基含有モノマーが挙げられる。
前記熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、アミノ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、又は熱硬化性ポリイミド樹脂等が挙げられる。これらの樹脂は、単独で又は２種以上を併用して用いることができる。これらの熱可塑性樹脂のうち、特に半導体素子を腐食させるイオン性不純物等含有が少ないエポキシ樹脂が好ましい。また、エポキシ樹脂の硬化剤としてはフェノール樹脂が好ましい。
前記エポキシ樹脂は、接着剤組成物として一般に用いられるものであれば特に限定は無く、例えばビスフェノールＡ型、ビスフェノールＦ型、ビスフェノールＳ型、臭素化ビスフェノールＡ型、水添ビスフェノールＡ型、ビスフェノールＡＦ型、ビフェニル型、ナフタレン型、フルオンレン型、フェノールノボラック型、オルソクレゾールノボラック型、トリスヒドロキシフェニルメタン型、テトラフェニロールエタン型等の二官能エポキシ樹脂や多官能エポキシ樹脂、又はヒダントイン型、トリスグリシジルイソシアヌレート型若しくはグリシジルアミン型等のエポキシ樹脂が用いられる。これらは単独で、又は２種以上を併用して用いることができる。これらのエポキシ樹脂のうちノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、トリスヒドロキシフェニルメタン型樹脂又はテトラフェニロールエタン型エポキシ樹脂が特に好ましい。これらのエポキシ樹脂は、硬化剤としてのフェノール樹脂との反応性に富み、耐熱性等に優れるからである。
更に前記フェノール樹脂は、前記エポキシ樹脂の硬化剤として作用するものであり、例えば、フェノールノボラック樹脂、フェノールアラルキル樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ｔｅｒｔ−ブチルフェノールノボラック樹脂、ノニルフエノールノボラック樹脂等のノボラック型フェノール樹脂、レゾール型フェノール樹脂、ポリパラオキシスチレン等のポリオキシスチレン等が挙げられる。これらは単独で、又は２種以上を併用して用いることができる。これらのフェノール樹脂のうちフェノールノボラック樹脂、フェノールアラルキル樹脂が特に好ましい。半導体装置の接続信頼性を向上させることができるからである
前記エポキシ樹脂とフェノール樹脂の配合割合は、例えば、前記エポキシ樹脂成分中のエポキシ基１当量当たりフェノール樹脂中の水酸基が０．５〜２当量になるように配合することが好適である。より好適なのは０．８〜１．２当量である。両者の配合割合が前記範囲を外れると、十分な硬化反応が進まず、エポキシ樹脂硬化物の特性が劣化し易くなるからである。
尚、本発明に於いては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂及びアクリル樹脂を含む接着シートが特に好ましい。これらの樹脂は、イオン性不純物が少なく耐熱性が高いので、半導体素子の信頼性を確保できる。この場合の配合比は、アクリル樹脂成分１００重量部に対して、エポキシ樹脂とフェノール樹脂の混合量が１０〜２００重量部である。
本発明の接着シート１２には、予めある程度架橋をさせておく為、その作製に際し、重合体の分子鎖末端の宮能基等と反応する多官能性化合物を架橋剤として添加させておくのがよい。これにより、高温下での接着特性を向上させ、耐熱性の改善を図る。
前記架橋剤としては、従来公知のものを採用することができる。特に、トリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、ｐ−フェニレンジイソシアネート、１，５−ナフタレンジイソシアネート、多価アルコールとジイソシアネートの付加物等のポリイソシアネート化合物がより好ましい。架橋剤の添加量としては、有機樹脂成分１００重量部に対し、通常０．０５〜７重量部とするのが好ましい。架橋剤の量が７重量部を超えると、接着力が低下するので好ましくない。その一方、０．０５重量部未満であると、凝集力が不足するので好ましくない。また、この様なポリイソシアネート化合物と共に、必要に応じて、エポキシ樹脂等の他の多官能性化合物を一緒に含ませるようにしてもよい
また、本発明の接着シート１２には、その用途に応じて無機充填剤を適宜配合することができる。無機充填剤の配合は、導電性の付与や熱伝導性の向上、弾性率の調節等を可能とする。前記無機充填材としては、例えば、シリカ、クレー、石膏、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、酸化アルミナ、酸化ベリリウム、炭化珪素、窒化珪素等のセラミック類、アルミニウム、銅、銀、金、ニッケル、クロム、鉛、錫、亜鉛、パラジウム、半田などの金属、又は合金類、その他カーボンなどからなる種々の無機粉末が挙げられる。これらは単独で又は２種以上を併用して用いることができる。なかでも、シリカ、特に溶融シリカが好適に用いられる。また、無機充填剤の平均粒径は ０．１〜８０μｍの範囲内であることが好ましい。
前記無機充填剤の配合量は、有機樹脂成分１００重量部に対し０〜８０重量部に設定することが好ましく、０〜７０重量部に設定することがより好ましい。
尚、本発明の接着シート１２には、前記無機充填剤以外に、必要に応じて他の添加剤を適宜に配合することができる。他の添加剤としては、例えば難燃剤、シランカップリング剤又はイオントラップ剤等が挙げられる。
前記難燃剤としては、例えば、三酸化アンチモン、五酸化アンチモン、臭素化エポキシ樹脂等が挙げられる。これらは単独で、又は２種以上を併用して用いることができる。
前記シランカップリング剤としては、例えば、β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン等が挙げられる。これらの化合物は、単独で、又は２種以上を併用して用いることができる。
前記イオントラップ剤としては、例えばハイドロタルサイト類、水酸化ビスマス等が挙げられる。これらは単独で、又は２種以上を併用して用いることができる。
（実施の形態２）
本発明に形態２に係る半導体装置の製造方法について、図２を参照しながら説明する。図２は、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する為の工程図である。
本実施の形態に係る半導体装置は、前記実施の形態１に係る半導体装置と比較して、複数の半導体素子を積層して３次元実装とした点が異なる。より詳細には、半導体素子の上に他の半導体素子を、前記接着シートを介して積層する工程を含む点が異なる。
先ず、図２（ａ）に示すように、所定のサイズに切り出した少なくとも１つ以上の接着シート１２を被着体である基板等１１に仮固着する。次に、接着シート１２上に半導体素子１３を、ワイヤーボンド面が上側となる様にして仮固着する（図２（ｂ）参照）。更に、半導体素子１３上に、その電極パッド部分を避けて接着シート１４を仮固着する（図２（ｃ）参照）。更に、接着シート１４上に、ワイヤーポンド面が上側となる様にして半導体素子１３を形成する（図２（ｄ）参照）。
次に、加熱工程を行うことなく、図２（ｅ）に示すように、ワイヤーボンディング工程を行う。これにより、半導体素子１３に於ける電極パッドと基板等１１とをボンディングワイヤー１６で電気的に接続する。
続いて、封止樹脂により半導体素子１３を封止する封止工程を行い、封止樹脂を磁化させると共に、接着シート１２・１４により基板等１１と半導体素子１３との間、及び半導体素子１３同士の間を固着させる。また、封止工程の後、後硬化工程を行ってもよい。
本実施の形態によれば、半導体素子の３次元実装の場合に於いても、接着シート１２・１４の加熱による加熱処理を行わないので、製造工程の簡素化及び歩留まりの向上が図れる。また、基板等１１に反りが生じたり、半導体素子１３にクラックが発生したりすることもないので、半導体素子の一層の薄型化が可能となる。
（実施の形態３）
本実施の形態の３に係る半導体装置の製造方法について、図３を参照しながら説明する。図３は、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する為の工程図である。
本実施の形態に係る半導体装置は、前記実施の形態２に係る半導体装置と比較して、積層した半導体素子間にスペーサを介在させた点が異なる。より詳細には、半導体素子と半導体素子との間に、接着シートを介してスペーサを積層する工程を含む点が異なる。
先ず、図３（ａ）〜３（ｃ）に示すように、前記実施の形態２と同様にして、基板等１１上に接着シート１２、半導体素子１３及び接着シート１４を順次積層して仮固着する。更に、接着シート１４上に、スペーサ２１、接着シート１４及び半導体素子１３を順次積層して仮固着する（図３（ｄ）〜３（ｆ）参照）。
次に、加熱工程を行うことなく、図３（ｇ）に示すように、ワイヤーボンディング工程を行う。これにより、半導体素子１３に於ける電極パッドと基板等１１とをボンディシグワイヤー１６で電気的に接続する。
続いて、封止樹脂により半導体素子１３を封止する封止工程を行い、封止樹脂を硬化させると共に、接着シート１２・１４により基板等１１と半導体素子１３との間、及び半導体素子１３とスペーサ２１との間を固着させる。また、封止工程の後、後硬化工程を行ってもよい。以上の製造工程を行うことにより、本実施の形態に係る半導体装置を得ることができる。
尚、前記スペーサとしては、特に限定されるものではなく、例えば従来公知のシリコンチップ、ポリイミドフィルム等を用いることができる。
（実施の形態４）
本実施の形態４に係る半導体装置の製造方法について、図４を参照しながら説明する。図４は、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する為の工程図である。
先ず、図４（ａ）に示すように、接着シート１２’を半導体ウェハ１３’の裏面に貼り付けて接着シート付きの半導体ウェハを作製する。次に、半導体ウェハ１３’にダイシングテープ３３に仮固着する（図４（ｂ）参照）。更に、接着シート付きの半導体ウェハを所定の大きさとなる様にダイシングしてチップ状にし（図４（ｃ）参照）、ダイシングテープ３３から接着剤が付いたチップを剥離する。
次に、図４（ｄ）に示すように、接着シート１２が付いた半導体素子１３を、ワイヤーボンド面が上側となる様にして基板等１１上に仮固着する。更に、接着シート３１が付いた大きさの異なる半導体素子３２を、ワイヤーボンド面が上側となる様にして半導体素子１３上に仮固着する。
次に、加熱工程を行うことなく、図４（ｅ）に示すように、ワイヤーボンディング工程を行う。これにより、半導体素子１３・３２に於ける電極パッドと基板等１１とをボンディングワイヤー１６で電気的に接続する。
次に、封止樹脂により半導体素子を封止する封止工程を行い、封止樹脂を硬化させると共に、接着シート１２・３１により基板等１１と半導体素子１３との間、及び半導体素子１３と半導体素子３２との間を固着させる。また、封止工程の後、後硬化工程を行ってもよい。以上の製造工程を行うことにより、本実施の形態に係る半導体装置を得ることができる。
（実施の形態５）
本実施の形態５に係る半導体装置の製造方法について、図５を参照しながら説明する。図５は、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する為の工程図である。
本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、前記実施の形態４に係る半導体装置の製造方法と比較して、ダイシングテープ３３上に接着シート１２’を積層した後、更に接着シート１２’上に半導体ウェハ１３’を積層した点が異なる。
先ず、図５（ａ）に示すように、ダイシングテープ３３上に接着シート１２’を積層する。更に、接着シート１２’上に半導体ウェハ１３’を積層する（図５（ｂ）参照）。更に、接着シート付きの半導体ウェハを所定の大きさとなる様にダイシングしてチップ状にし（図５（ｃ）参照）、ダイシングテープ３３から接着剤が付いたチップを剥離する。
次に、図５（ｄ）に示すように、接着シート１２が付いた半導体素子１３を、ワイヤーボンド面が上側となる様にして基板等１１上に仮固着する。更に、接着シート３１が付いた大きさの異なる半導体素子３２を、ワイヤーボンド面が上側となる様にして半導体素子１３上に仮固着する。この際、半導体素子３２の固着は、下段の半導体素子１３の電極パッド部分を避けて行われる。
次に、加熱工程を行うことなく、図５（ｅ）に示すように、ワイヤーボンディング工程を行う。これにより、半導体素子１３・３２に於ける電極パッドと基板等１１に於ける内部接続用ランドとをボンディングワイヤー１６で電気的に接続する。
続いて、封止樹脂により半導体素子１３、３２を封止する封止工程を行い、封止樹脂を硬化させると共に、接着シート１２・３１により基板等１１と半導体素子１３との間、及び半導体素子１３と半導体素子３２との間を固着させる。また、封止工程の後、後硬化工程を行ってもよい。以上の製造工程を行うことにより、本実施の形態に係る半導体装置を得ることができる。
（実施の形態６）
本実施の形態６に係る半導体装置の製造方法について、図６及び図７を参照しながら説明する。図６は、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する為の工程図である。図７は、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法により得られた半導体装置の概略を示す断面図である。
本実施の形態に係る半導体装置は、前記実施の形態３に係る半導体装置と比較して、スペーサとしてコア材料を採用した点が異なる。
先ず、前記実施の形態５と同様にして、ダイシングテープ３３上に接着シート１２’を積層する。更に、接着シート１２’上に半導体ウェハ１３’を積層する。更に、接着シート付きの半導体ウェハを所定の大きさとなる様にダイシングしてチップ状にし、ダイシングテープ３３から接着剤が付いたチップを剥離する。これにより、接着シート１２を備えた半導体素子１３を得る。
他方、ダイシングテープ３３の上に接着シート４１を形成し（図６（ａ）参照）、該接着シート４１上にコア材料４２を貼り付ける（図６（ｂ）参照）。更に、所定のサイズとなる様にダイシングしてチップ状にし（図６（ｃ）参照）、ダイシングテープ３３から接着剤が付いたチップを剥離する。これにより、接着シート４１’を備えたチップ状のコア材料４２’を得る。
次に、前記半導体素子１３を、ワイヤーボンド面が上側となる様に、基板等１１上に接着シート１２を介して仮固着する。更に、半導体素子１３上に接着シート４１’を介してコア材料４２’を仮固着する。更に、コア材料４２’上に接着シート１２を介して半導体素子１３を、ワイヤーボンド面が上側となる様に仮固着する。
続いて、加熱工程を行うことなく、ワイヤーボンディング工程を行う。これにより、半導体素子１３に於ける電極パッドと基板等１１に於ける内部接続用ランドとをボンディングワイヤー１６で電気的に接続する（図７参照）。
次に、封止樹脂により半導体素子を封止する封止工程を行い、封止樹脂を硬化させると共に、接着シート１２・４１’により基板等１１と半導体素子１３との間、及び半導体素子１３とコア材料４２’との間を固着させる。以上の製造工程を行うことにより、本実施の形態に係る半導体装置を得ることできる。尚、封止工程の後に、後硬化工程を行ってもよい。
前記コア材料としては特に限定されるものではなく、従来公知のものを用いることができる。具体的には、フィルム（例えばポリイミドフィルム、ポリエステルフィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリエチレンナフタレートフィルム、ポリカーボネートフィルム等）、ガラス繊維やプラスチック製不織繊維で強化された樹脂基板、ミラーシリコンウェハ、シリコン基板又はガラス基板等を使用できる。
（実施の形態７）
本実施の形態７に係る半導体装置の製造方法について、図８を参照しながら説明する。図８は、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する為の工程図である。
本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、前記実施の形態６に係る半導体装置の製造方法と比較して、コア材料のダイシングに替えて、打ち抜き等によりチップ化した点が異なる。
先ず、前記実施の形態６と同様にして、接着シート１２を備えた半導体素子１３を得る。他方、接着シート４１上にコア材料４２を貼り付ける。更に、所定のサイズとなる様に打ち抜き等によりチップ状にし、接着シート４１’を備えたチップ状のコア材料４２’を得る。
次に、前記実施の形態６と同様にして、接着シート１２・４１’を介してコア材料４２’及び半導体素子１３を順次積層して仮固着する。
更に、ワイヤーボンディング工程、封止工程、必要に応じて後硬化工程を行い、本実施の形態に係る半導体装置を得ることができる。
（その他の事項）
以上の説明に於いては、本発明の最も好適な実施態様について説明した。しかし、本発明は当該実施態様に限定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一の範囲で種々の変更が可能である。
即ち、前記基板等上に半導体素子を３次元実装する場合、半導体素子の回路が形成される面側には、バッファーコート膜が形成されていてもよい。当該バッファーコート膜としては、例えば窒化珪素膜やポリイミド樹脂等の耐熱樹脂からなるものが挙げられる。
また、半導体素子の３次元実装の際に、各段で使用される接着シートは同一組成からなるものに限定されるものではなく、製造条件や用途等に応じて適宜変更可能である。
また、前記実施の形態に於いて述べた積層方法は例示的に述べたものであって、必要に応じて適宜変更が可能である。例えば、前記実施の形態２に係る半導体装置の製造方法に於いては、２段目以降の半導体素子を前記実施の形態３に於いて述べた積層方法で積層することも可能である。
また、前記実施の形態に於いては、基板等に複数の半導体素子を積層させた後に、一括してワイヤーボンディング工程を行う態様について述べたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、半導体素子を基板等の上に積層する度にワイヤーボンディング工程を行うことも可能である。
以下に、この発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但し、この実施例に記載されている材料や配合量等は、特に限定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではなく、単なる説明例に過ぎない。また各例中、部及び％は特記がない限りいずれも重量基準である。
（実施例１）
アクリル酸エチル−メチルメタクリレートを主成分とするアクリル酸エステル系ポリマー（根上工業（株）製、パラクロンＷ−１９７ＣＭ）１００部に対して、多官能イソシアネート系架橋剤３部、エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン（株）製、エピコート１００４）２３部、フェノール樹脂（三井化学（株）製、ミレックス ×ＬＣ−ＬＬ）６部をメチルエチルケトンに溶解させ、濃度２０％の接着剤組成物の溶液を調製した。
この接着剤組成物の溶液を、剥離ライナーとしてシリコーン離型処理したポリエチレンテレフタレートフィルム（厚さ５０μｍ）からなる離型処理フィルム上に塗布した。更に、１２０℃で３分間乾燥させたことにより、厚さ２５μｍの本実施例１に係る接着シートを作製した。
（実施例２）
本実施例２に於いては、実施例１で使用したアクリル酸エステル系ポリマーに替えて、ブチルアクリレートを主成分としたポリマー（根上工業（株）製、パラクロンＳＮ−７１０）を用いた以外は、前記実施例１と同様にして、本実施例２に係る接着シート（厚さ２５μｍ）を作製した。
（比較例１）
アクリル酸エチル−メチルメタクリレートを主成分とするアクリル酸エステル系ポリマー（根上工業（株）製、パラクロンＷ−１９７ＣＭ）１００部に対して、エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン（株）製、エピコート１００４）２３部、フェノール樹脂（三井化学（株）製、ミレックス ＸＬＣ−ＬＬ）６部をメチルエチルケトンに溶解させ、濃度２０％の接着剤組成物の溶液を調整した。
この接着剤組成物の溶液を、剥離ライナーとしてシリコーン離型処理したポリエチレンテレフタレートフィルム（厚さ５０μｍ）からなる離型処理フィルム上に塗布した。更に、１２０℃で３分間乾燥させたことにより、比較例１に係る接着シート（厚さ２５μｍ）を作製した。
（比較例２）
比較例２に於いては、前記比較例１にて使用したアクリル酸エステル系ポリマーに替えて、ブチルアクリレートを主成分としたポリマー（根上工業（株）製、パラクロンＳＮ−７１０）を用いた以外は、比較例１と同様にして、比較例２に係る接着シート（厚さ２５μｍ）を作製した。
〔貯蔵弾性率測定〕
前記実施例及び比較例に於いて作製した接着シートについて、硬化前の貯蔵弾性率を以下の通り測定した。
測定装置は、動的粘弾性測定装置（ＲＳＡｎ、Ｒｅｏｍｅｔｒｉｃ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ 社製）を用いて測定される。測定条件は、シートを縦１０ｍｍ×横５ｍｍに切断し、引張モードで、一定の周波数（１０Ｈｚ）で、温度を１０℃／分で昇温させ、３０〜２８０℃での測定を行い、その８０〜２５０℃での貯蔵弾性率を決定した。
それらの結果を下記表１に示す。
Figure 2006261657
表１に示す様に、実施例１及び２に係る接着シートは、何れの熱板温度に於いても、１．０ＭＰａ以上の貯蔵弾性率を示した。その一方、比較例１及び２に係る接着シートの剪断接着力は、０．２ＭＰａ以下であった。尚、比較例１及び２に於ける１００〜２５０℃での貯蔵弾性率は、測定限界（０．１ＭＰａ）より小さかった。
〔ワイヤーボンディング性〕
実施例及び比較例の接着シートを用い、半導体素子とリードフレーム、基板、半導体素子を用いた場合のワイヤーボンディング性を評価した。
先ず、基板、リードフレーム及び半導体素子について各種試料を作製した。
即ち、基板（ＵｎｉＭｉｃｒｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ 製、商品面：ＦＴＢＧＡ１６Ｘ１６（２２１６−００１Ａ０１））の場合に於いては、得られた接着シートをセパレーターから剥離した後、６ｍｍ□に切断したものを用いた。一方、アルミ蒸着ウェハをダイシングして、縦６ｍｍ×横６ｍｍ×厚さ１００μｍのチップを作製した。このチップを、基板にダイアタッチして試験片を作製した。ダイアタッチは、１２０℃の温度下で荷重（０．２５ＭＰａ）をかけ、１秒間加熱するという条件下で、ダイボンダー（（株）新川製ＳＰＡ−３００）を用いて行った。
また、リードフレーム（新光電気株式会社製、品名ＣＡ−Ｆ３１３（ＭＦ２０２））の場合に於いては、接着シートをセパレーターから剥離した後、７．５ｍｍ□に切断したものを用いた。一方、アルミ蒸着ウェハをダイシングして、縦７．５ｍｍ×横７．５ｍｍ×厚さ１００μｍのチップを作製した。このチップを、基板にダイアタッチして試験片を作製した。ダイアタッチは、基板の場合と同様の条件で行った。
また、半導体素子の場合に於いては、得られた接着シートをセパレーターから剥離した後、６ｍｍ□に切断したものを用いた。リードフレーム（新光電気株式会社製、品名ＣＡ−Ｆ３１３（ＭＦ２０２））のダイパッドに、評価用モデルパターンが形成された評価用素子（フェニックス・セミコンダクター（株）製 型番：ＮＴ−１０３ パシベーション層Ｓｉ３Ｎ４／５０００Å厚み）を縦６ｍｍ×横６ｍｍ×厚さ１００μｍにダイシングしたものをダイアタッチした。この評価用素子を第１の半導体素子とする。次に、前記接着シートを５ｍｍ□に切断したものを用い、アルミ蒸着ウェハから縦５ｍｍ×横５ｍｍ×厚さ１００μｍにダイシングしたチップを前記評価用素子の上にダイアタッチして試験片を作製した。このチップを第２の半導体素子とする。尚、各試料はそれぞれ２０個ずつ作製した。
次に、各種試料について、超音波熱圧着法によりワイヤーボンド用金線（直径２５μｍ）をボンディングした。試料１個当たりのワイヤーボンド数は８０点とした。ワイヤーボンディング条件は、超音波出力時間１０ｍｓ、超音波出力１２０、ボンド荷重９８０ｍＮ、ステージ温度は８０℃、１７５℃、２５０℃とした。また、ワイヤーボンディング装置としては、ＵＴＣ−３００（（株）新川製）を使用した。また、ワイヤーポンド成功率の評価は、テンションゲージによるプル強度評価で５ｇ以上とした場合を成功とした。尚、ダイアタッチ後に試料の加熱工程は行っていない。また、半導体素子の場合に於いては、第２の半導体素子とリードフレームとの間でワイヤーボンドを施した。
それらの結果を下記表２に示す。
Figure 2006261657
表２に示す様に、実施例１及び２に係る接着シートについては、何れの熱板温度に於いても成功率１００％であった。その一方、比較例１及び２に係る接着シートについては、０％であった。実施例１及び２に係る接着シートについての成功率が１００％だったのは、各々十分な貯蔵弾性率を有していたことによりチップずれが生じなかった為である。
本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を説明する為の工程図である。 本発明の実施の形態２に係る半導体装置の製造方法を説明する為の工程図である。 本発明の実施の形態３に係る半導体装置の製造方法を説明する為の工程図である。 本発明の実施の形態４に係る半導体装置の製造方法を説明する為の工程図である。 本発明の実施の形態５に係る半導体装置の製造方法を説明する為の工程図である。 本発明の実施の形態６に係る半導体装置の製造方法を説明する為の工程図である。 前記実施の形態６に係る半導体装置の製造方法により得られた半導体装置の概略を示す断面図である。 本発明の実施の形態７に係る半導体装置の製造方法を説明する為の工程図である。
符号の説明
１１ 基板等（彼着体）
１２、３１、４１ 接着シート
１３ 半導体素子
１４、１６ボンディングワイヤー
１５ 封止樹脂
２１ スペーサ
３２ 半導体素子
３３ ダイシングテープ

Claims (15)

  1. 半導体素子を被着体上に接着シートを介して仮固着する仮固着工程と、
    加熱工程を経ることなく、接合温度８０〜２５０℃の範囲でワイヤーボンディングをするワイヤーボンディング工程とを有し、
    前記接着シートとして、硬化前の貯蔵弾性率が８０〜２５０℃の温度範囲で１ＭＰａ以上、又はその温度範囲内の任意の温度に於いて１ＭＰａ以上のものを使用することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 前記請求項１に記載の半導体装置の製造方法であって、
    前記被着体は、基板、リードフレーム又は半導体素子であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  3. 前記請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法であって、
    前記半導体素子を封止樹脂により封止する封止工程と、
    前記封止樹脂の後硬化を行う後硬化工程とを含み、
    前記封止工程及び／又は後硬化工程に於いて、加熱により封止樹脂を硬化させると共に、前記接着シートを介して半導体素子と被着体とを固着させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  4. 前記請求項１〜３の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法であって、
    前記接着シートとして、熱可塑性樹脂を含むものを使用することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  5. 前記請求項１〜３の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法であって、
    前記接着シートとして、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂の双方を含むものを使用することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  6. 前記請求項４又は５に記載の半導体装置の製造方法であって、
    前記熱可塑性樹脂として、アクリル樹脂を使用することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  7. 前記請求項５に記載の半導体装置の製造方法であって、
    前記熱硬化性樹脂として、エポキシ樹脂及び／又はフェノール樹脂を使用することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  8. 前記請求項４〜７の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法であって、
    前記接着シートとして、架橋剤が添加されているものを使用することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  9. 半導体装置の製造に用いられる接着シートであって、硬化前の貯蔵弾性率が８０〜２５０℃の温度範囲で１ＭＰａ以上、又はその温度範囲内の任意の温度に於いて１ＭＰａ以上であることを特徴とする接着シート。
  10. 前記請求項９に記載の接着シートであって、
    前記接着シートは熱可塑性樹脂を含むことを特徴とする接着シート。
  11. 前記請求項９に記載の接着シートであって、
    前記接着シートは熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂の双方を含むことを特徴とする接着シート。
  12. 前記請求項１０又は１１に記載の接着シートであって、
    前記熱可塑性樹脂はアクリル樹脂であることを特徴とする接着シート。
  13. 前記請求項１１に記載の接着シートであって、
    前記熱硬化性樹脂はエポキシ樹脂及び／又はフェノール樹脂であることを特徴とする接着シート。
  14. 前記請求項９〜１３の何れか１項に記載の接着シートであって、
    前記接着シートには架橋剤が添加されていることを特徴とする接着シート。
  15. 前記請求項１〜８の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法により得られたものであることを特徴とする半導体装置。
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