JP2008081734A - 接着シート、一体型シート、半導体装置、及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

接着シート、一体型シート、半導体装置、及び半導体装置の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】配線やワイヤ等に起因する凹凸の充てん性が優れ、また、凹凸の充てん時にチップ端部からの樹脂のはみだしが少ない、さらには耐熱性や耐湿性を満足する接着シート、一体型シート、半導体装置、及び半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】半導体チップと接着シートを積層した接着シート付き半導体チップを、凹凸または中空ワイヤ配線を有する基板または半導体チップに、速度０．０１〜２００ｍｍ／ｓ、荷重０．００１〜１ＭＰａで接着、積層するために使用する、厚さが１０〜１００μｍの接着シートであって、硬化前の７０℃でのずり弾性率測定において、ひずみ量１％の場合の貯蔵弾性率Ｇ’（１％）、ひずみ量１０％の場合の貯蔵弾性率Ｇ’（１０％）の比Ｇ’（１％）／Ｇ’（１０％）が１．２〜１００であり、硬化前の７０℃で剪断速度０．１（ｓ−１）、ひずみ量０．４％の条件で測定した場合の溶融粘度が１００Ｐａ・ｓ〜２５万Ｐａ・ｓである接着シート。
【選択図】なし

Description

本発明は、接着シート、一体型シート、半導体装置、及び半導体装置の製造方法に関する。
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サイズであるＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｉｚｅ Ｐａｃｋａｇｅ）、さらに、半導体チップを多段に積層したスタックドＣＳＰが普及している（例えば、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２００４−７２００９号公報参照）。これらの例として、図１に示す配線４などに起因する凹凸を有する基板３上に半導体チップＡ１を積層したパッケージ、又は、図２に示す同サイズの半導体チップＡ１を２つ以上使用するパッケージであって、ワイヤ２などに起因する凹凸を有する半導体チップ上にさらに別の半導体チップを積層するパッケージなどがある。このようなパッケージには、凹凸を埋込み、かつ上部の半導体チップ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。図１及び図２中、ｂ１は接着剤である。
配線、ワイヤ等の凹凸の充てんには、通常、凹凸の高さより接着シートの厚さを厚くすること、接着シートの溶融粘度を低減し、充てん性を改善することが求められる。しかしながら、一方で、厚さが厚く、溶融粘度が低い接着シートは、積層時にチップ端部から樹脂が流動し、はみだしやすいという問題があった。
以上の点から、配線やワイヤ等に起因する凹凸の充てん性が優れ、また、凹凸の充てん時にチップ端部からの樹脂のはみだしが少ない、さらには耐熱性や耐湿性を満足する接着シートを得ることが望まれている。
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２００４−７２００９号公報
配線やワイヤ等に起因する凹凸の充てん性が優れ、また、凹凸の充てん時にチップ端部からの樹脂のはみだしが少ない、さらには耐熱性や耐湿性を満足する接着シート、一体型シート、半導体装置、及び半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
本発明の発明者らは、特定の物性を有する接着シートは耐熱性や耐湿性を満足する接着シートであり、その接着剤シートを使用することにより、基板の配線や半導体チップのワイヤ等の凹凸を良好に充てん（接着シート中に凸部を埋め込む、又は接着シートで凹部を充填する）でき、凹凸の充てん時にチップ端部からの樹脂のはみだしが少ないことを見出した。
本発明は、（１）硬化前の７０℃でのずり弾性率測定において、ひずみ量１％の貯蔵弾性率Ｇ１、ひずみ量１０％の貯蔵弾性率Ｇ１０の比Ｇ１／Ｇ１０が１．２〜１００であり、硬化前の７０℃での剪断速度０．１（ｓ−１）、ひずみ量０．４％の条件で測定した溶融粘度が１００Ｐａ・ｓ〜２５万Ｐａ・ｓであることを特徴とする接着シートに関する。
また、本発明は、（２）熱硬化性成分及び高分子量成分を合わせて４０〜８５体積％と、フィラー１５〜６０体積％とを含む組成物を含有することを特徴とする前記（１）記載の接着シートに関する。
また、本発明は、（３）樹脂１００重量部とフィラー４０〜１８０重量部とを含む樹脂組成物を含有し、前記樹脂が分子量８００以上のエポキシ樹脂を含む熱硬化性成分６０〜８５重量％と、架橋性官能基を含む重量平均分子量が１０万〜１００万で、かつＴｇが−５０〜５０℃である高分子量成分１５〜４０重量％とを含むことを特徴とする前記（１）記載の接着シートに関する。
また、本発明は、（４）硬化前の７０℃での剪断速度０．１（ｓ−１）、ひずみ量０．４％の条件で測定したずり粘度η１と、剪断速度１００（ｓ−１）、ひずみ量０．４％の条件で測定したずり粘度η２の比η１／η２が５０以下であることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれか一項に記載の接着シートに関する。
また、本発明は、（５）硬化前の２５℃での動的粘弾性測定による貯蔵弾性率が２００〜３０００ＭＰａであり、８０℃での動的粘弾性測定による貯蔵弾性率が０．１〜１０ＭＰａである前記（１）〜（４）のいずれか一項に記載の接着シートに関する。
また、本発明は、（６）前記（１）〜（５）いずれか一項に記載の接着シートとダイシングテープとを貼り合わせた一体型シートに関する。
また、本発明は、（７）ウエハ、前記（１）〜（５）いずれか一項に記載の接着シート、ダイシングテープの順に０℃〜１２０℃で貼り合わせる工程、ウエハ、接着シート及びダンシングテープを同時に切断し、接着シートとダイシングテープ間ではく離して接着シート付き半導体チップを得る工程、前記接着シート付き半導体チップを凹凸を有する基板又は半導体チップに荷重０．００１〜１ＭＰａで接着する工程とを含む半導体装置の製造方法に関する。
また、本発明は、（８）ウエハと前記（６）に記載の一体型シートの接着シート側とを０℃〜１２０℃で貼り合わせる工程、ウエハと一体型シートを同時に切断し、一体型シートの接着シートとダイシングテープ間で剥離して接着シート付き半導体チップを得る工程、前記接着シート付き半導体チップを凹凸を有する基板または半導体チップに荷重０．００１〜１ＭＰａで接着する工程とを含む半導体装置の製造方法に関する。
また、本発明は、（９）前記（７）又は（８）に記載の半導体装置の製造方法により製造した半導体装置に関する。
本発明により、配線やワイヤ等に起因する凹凸の充てん性が優れ、また、凹凸の充てん時にチップ端部からの樹脂のはみだしが少ない、さらには耐熱性や耐湿性を満足する接着シート、一体型シート、半導体装置、及び半導体装置の製造方法を提供することが可能となった。
本発明の接着シートは硬化前の７０℃でのずり弾性率測定において、ひずみ量１％の貯蔵弾性率Ｇ１、ひずみ量１０％の貯蔵弾性率Ｇ１０の比Ｇ１／Ｇ１０が１．２〜１００である。本発明において、硬化前とは未硬化または半硬化の状態をいう。
接着シート付き半導体チップを凹凸を有する基板又は半導体チップに接着した場合、凹凸に近いほど接着シートにかかる剪断ひずみは大きくなり、凹凸から離れるほど剪断ひずみは小さくなる。前記Ｇ１／Ｇ１０が１．２〜１００であると、凹凸部の充てん性が向上し、半導体チップの端部では樹脂のはみだしが少なくなる。Ｇ１／Ｇ１０は好ましくは１．５〜１００、さらに好ましくは２．３〜１００である。Ｇ１／Ｇ１０が１．２未満の場合は充てん性が低下し、１００超の場合は、ひずみが大きいところのずり弾性率が極端に小さくなるため、樹脂のはみだしが多くなる。本発明における貯蔵弾性率Ｇ１及びＧ１０は、ＴＡインスツルメンツ製ＡＲＥＳを用い、ひずみ量を１％、１０％で測定することが出来る。Ｇ１及びＧ１０の値は、平行円板（直径２５ｍｍ）に厚さ１３０μｍ以上６００μｍ未満の接着シートを挟み、２５℃から７０℃まで昇温速度１０℃／分で上昇させた後、測定した７０℃におけるずり弾性率測定結果のうち、貯蔵弾性率の値である。なお、ひずみ量γは平行平板冶具による測定では、円筒状のサンプルの厚さｔｍｍ、直径２５ｍｍの場合、γ＝２５／ｔで表される。Ｇ１／Ｇ１０はフィラーの配合量や高分子量成分の分子量によりコントロールされる。例えば、Ｇ１／Ｇ１０を大きくするにはフィラーの配合量を増やしたり、高分子量成分の分子量を低くするなどして、分子の絡み合いを低減することが好ましい。Ｇ１／Ｇ１０を１．２〜１００にするには、接着シートが、樹脂１００重量部とフィラー４０〜１８０重量部とを含む樹脂組成物を含有し、前記樹脂が分子量８００以上のエポキシ樹脂を含む熱硬化性成分６０〜８５重量％と、重量平均分子量が１０万〜１００万で、かつＴｇが−５０〜５０℃である架橋性官能基を含む高分子量成分１５〜４０重量％とを含むようにすればよい。
本発明の接着シートは、硬化前の７０℃での剪断速度０．１（ｓ−１）、ひずみ量０．４％の条件で測定した溶融粘度が１００Ｐａ・ｓ〜２５万Ｐａ・ｓ、好ましくは３００Ｐａ・ｓ〜２０万Ｐａ・ｓ、さらに好ましくは５００Ｐａ・ｓ〜１０万Ｐａ・ｓである。溶融粘度を上記範囲に設定することにより凹凸部を良好に充填でき、チップ端部からの樹脂のはみ出しを少なくすることができる。溶融粘度が１００Ｐａ・ｓ未満の場合は、流動性が高くなり過ぎ、チップ端部から樹脂のはみだしが大きくなってしまう。一方、溶融粘度が２５万Ｐａ・ｓ超の場合は、凹凸の充てん性が低下してしまう。溶融粘度を１００Ｐａ・ｓ〜２５万Ｐａ・ｓにするには、接着シートが、樹脂１００重量部とフィラー４０〜１８０重量部とを含む樹脂組成物を含有し、前記樹脂が分子量８００以上のエポキシ樹脂を含む熱硬化性成分６０〜８５重量％と、重量平均分子量が１０万〜１００万で、かつＴｇが−５０〜５０℃である架橋性官能基を含む高分子量成分１５〜４０重量％とを含むようにすればよい。
溶融粘度は、平行平板プレート法によるずり弾性率の測定装置を用いることにより測定することができ、例えば、硬化前の接着シートをＴＡインスツルメンツ製ＡＲＥＳを用いて、７０℃、ひずみ量０．４（％）、剪断速度０．１（ｓ−１）の条件で測定することができる。
本発明の接着シートは、硬化前の７０℃での剪断速度０．１（ｓ−１）、ひずみ量０．４％の条件で測定したずり粘度η１と、剪断速度１００（ｓ−１）、ひずみ量０．４％の条件で測定したずり粘度η２との比η１／η２が５０以下であることが好ましく、４５以下であることがより好ましく、４０以下であることがさらにより好ましい。前記η１／η２が５０超の場合、中空に固定された極細ワイヤのように凹凸周辺部のみに高い剪断速度がかかり、溶融粘度が低下しチップ端部から樹脂がはみ出してしまう傾向がある。
ずり粘度η１とη２は、例えば、ＴＡインスツルメンツ製ＡＲＥＳを用いて、ひずみ量０．４（％）、剪断速度０．１（ｓ−１）または剪断速度１００（ｓ−１）における粘度の周波数依存性を測定することにより求めることができる。
η１／η２の値は、フィラーの配合量、フィラーの平均粒径などで調整することが可能である。η１／η２を５０以下にするには、好ましくは平均粒径が０．１〜５μｍ、さらに好ましくは０．３〜３μｍ以下のフィラーを、接着シートに１０〜７０重量％添加する。そして、最も好ましくは、平均粒径１μｍ以下のフィラーを２５〜５５重量％添加する。フィラーの平均粒径を小さくするとη１／η２は大きくなるが、フィラーの平均粒径が０．１μｍ未満の場合は溶融粘度が上昇しすぎる傾向にある。また、フィラーの平均粒径が５μｍ超である場合はη１／η２が小さくなり、充てん性が悪化する傾向にある。
本発明の接着シートは、硬化前（Ｂステージ状態）の２５℃での動的粘弾性測定による貯蔵弾性率が２００〜３０００ＭＰａであると、ダイシング性が優れる点で好ましく、５００〜２０００ＭＰａであるとダイシング性に優れ、かつウエハとの密着性が優れる点でより好ましい。また、硬化前（Ｂステージ状態）の８０℃での動的粘弾性測定による貯蔵弾性率が０．１〜１０ＭＰａであると、８０℃でウエハにラミネートが可能である点で好ましく、０．５〜５ＭＰａであると、特にウエハへの密着性が高い点でより好ましい。
また、本発明の接着シートは、硬化後（Ｃステージ状態）の１７０℃での動的粘弾性測定による貯蔵弾性率は、良好なワイヤボンディング性を得るために好ましくは２０〜６００ＭＰａであり、より好ましくは４０〜６００ＭＰａ、さらにより好ましくは４０〜４００ＭＰａである。
本発明の接着シートは、２５℃におけるタック強度が８ｇｆ〜３０ｇｆであることが好ましく、４０℃におけるタック強度が４０ｇｆ〜８０ｇｆであることがより好ましい。２５℃におけるタック強度が８ｇｆ未満である場合は、ウエハと接着シート間で剥離が生じやすい傾向にあり、３０ｇｆ超である場合は、接着シートとダイシングテープ間で剥離し難く半導体チップが破損しやすい傾向にある。また４０℃におけるタック強度が４０ｇｆ未満である場合は、接着シート付き半導体チップを凹凸を有する基板又は半導体チップに接着した後に剥離し易い傾向にあり、８０ｇｆ超である場合は、ウエハと接着シートとダイシングテープを張り合わせた状態で１か月以上の長期保管した場合に、接着シートとダイシングテープ間で剥離し難くなる傾向にある。
なお、タック強度は、例えば、Ｂステージ状態の接着シートの塗工した上面のタック強度を、レスカ株式会社製プローブタッキング試験機を用いて、ＪＩＳＺ０２３７−１９９１に記載の方法（プローブ直径５．１ｍｍ、引き剥がし速度１０ｍｍ／ｓ、接触荷重１００ｇｆ／ｃｍ２、接触時間１ｓ）により、２５℃、４０℃で測定した値である。
なお、本発明の接着シートは配線やワイヤに起因する凹凸の充てんのみだけでなく、種々の形状の凹凸部の充てんでも同様の効果を有する。本発明の接着シートの充填性とバリア性は、高さ／幅（アスペクト比）が１以上である凸部または中空配線の充てんに使用する場合に顕著な効果を発揮し、アスペクト比が１．５以上の凸部の充填に使用する場合に特に顕著な効果を発揮する。アスペクト比が大きい凸部の場合、充てんがより困難になるため、溶融粘度を低減すると、接着シート端部での樹脂のはみだしが大きくなり、端部の端子を汚染するなどの問題が生じていた。なお、高さ／幅は凸部の最大幅、基板からの最大高さを測定して、計算する。この場合の幅は基板から１０μｍ以上高い部分での最大値を取る。
また、本発明の接着シートは熱硬化性成分及び高分子量成分を合わせて４０〜８５体積％と、フィラーを１５〜６０体積％含む組成物を含有することが好ましい。フィラー含量が１５体積％未満である場合は、ダイシング時に半導体チップにクラックが多発する傾向にあり、６０体積％超である場合は、接着シートの弾性率が高くなり過ぎ、反りや剥離が生じる傾向にある。なお、本発明において、熱硬化性成分には熱硬化性樹脂と樹脂硬化剤が含まれる。
また、本発明の接着シートは、樹脂１００重量部とフィラー４０〜１８０重量部とを含む樹脂組成物を含有し、前記樹脂が分子量８００以上のエポキシ樹脂を含む熱硬化性成分６０〜８５重量％と、架橋性官能基を含む重量平均分子量が１０万〜１００万で、かつＴｇが−５０〜５０℃である高分子量成分１５〜４０重量％とを含むことが好ましく、所望のタック強度を有しシート状での取扱い性が良好であることから、高分子量成分、熱硬化性成分及びフィラーの他に、硬化促進剤、触媒、添加剤、カップリング剤等を含んでも良い。なお、フィラーは無機フィラーが好ましい。
本発明の接着シートは樹脂及びフィラーを含む樹脂組成物を含有する。樹脂１００重量部に対して、フィラーを好ましくは４０〜１８０重量部、より好ましくは６０〜１２０重量部配合する。フィラーの配合量が１８０重量部超である場合は、流動性が極端に低下する傾向にある。前記樹脂は熱硬化性成分と高分子量成分とを含んでなる。熱硬化性成分と高分子量成分の含有量は、熱硬化性成分が６０〜８５重量％、高分子量成分１５〜４０重量％であることが好ましい。熱硬化性成分が６０重量％未満である場合は粘度が高く、流動性に劣る傾向にあり、逆に８５重量％超では流動性が高すぎる傾向にある。
本発明において用いられる高分子量成分としては、エポキシ基、アルコール性水酸基、フェノール性水酸基、カルボキシル基などの架橋性官能基を有するポリイミド樹脂、（メタ）アクリル樹脂、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が、これらに限定されるものではない。高分子量成分として、例えば、グリシジルアクリレートまたはグリシジルメタクリレートなどの官能性モノマと（メタ）アクリル酸モノマを含有するモノマを重合して得た、エポキシ基含有（メタ）アクリル共重合体などが好ましい。エポキシ基含有（メタ）アクリル共重合体としては、例えば、エポキシ基含有（メタ）アクリル酸エステル共重合体、エポキシ基含有アクリルゴムなどを使用することができ、エポキシ基含有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。
高分子量成分の重量平均分子量は、好ましくは１０万〜１００万であり、より好ましくは２０万〜９０万である。高分子量成分の重量平均分子量が１０万未満である場合は、接着シートの耐熱性が低下する傾向にあり、逆に１００万を超えると接着シートのフローが低下する傾向にある。なお、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Ｔｇは、好ましくは−５０〜５０℃、より好ましくは−３０〜２０である。高分子量成分のＴｇが−５０℃未満である場合は、タックが大きすぎるためハンドリングがし難い傾向にあり、逆に５０℃超の場合は、タックが小さすぎるため仮接着などがし難くなる傾向にある。
本発明において、ウエハダイシング時に接着シートが切断しやすく樹脂くずが発生し難い点、また耐熱性が高い点で、Ｔｇが−２０℃〜４０℃で重量平均分子量が１０万〜９０万の高分子量成分が好ましく、Ｔｇが−１０℃〜４０℃で分子量が２０万〜８５万の高分子量成分がより好ましい。
本発明において用いられる熱硬化性成分としては、半導体チップを実装する場合に要求される耐熱性および耐湿性を有するエポキシ樹脂を含むことが好ましい。なお、本発明において、「エポキシ樹脂を主成分とする熱硬化性成分」には、エポキシ樹脂硬化剤も含まれるものとする。エポキシ樹脂は、硬化して接着作用を有するものであれば特に限定されない。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シートの可撓性が高い点で、エポキシ樹脂の分子量は１０００以下であることが好ましく、さらに好ましくは５００以下である。また、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％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％とを併用することが好ましい。
エポキシ樹脂硬化剤としては、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、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。
本発明において用いられるフィラーとしては無機フィラーが好ましく、例えば、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。フィラーの平均粒径は、０．０１μｍ未満であると樹脂組成物の粘度が大幅に上昇する傾向があり、また平均粒径が５μｍを超えると接着シートの薄膜化が困難となり、接着シート表面の平滑性を保つことが難しくなる傾向がある。したがって、接着シートの流動性と表面平滑性の点から、フィラーの平均粒径は、０．０１〜５μｍが好ましい。さらに、接着シートの流動性が優れる点で、フィラーの平均粒径の下限としては、０．１μｍがより好ましく、０．３μｍが特に好ましい。また表面平滑性の点で、フィラーの平均粒径の上限としては、３μｍがより好ましく、１μｍが特に好ましい。
なお、本発明においては、レーザー回折式粒度分布測定装置（日機装製マイクロトラック）を用いてフィラーの平均粒径を測定した。具体的には、フィラー０．１〜１．０ｇを秤取り、超音波により分散した後、粒度分布を測定し、その分布での累積重量が５０％となる粒子径を平均粒径とした。
フィラーの比表面積に関しても、フィラーの平均粒径と同様に、接着シートの流動性と表面平滑性の点から２〜２００ｍ２／ｇが好ましく、さらに流動性の点から比表面積の上限は５０ｍ２／ｇがより好ましく、１０ｍ２／ｇが特に好ましい。
なお、本発明において、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、フィラーに窒素を吸着させてその表面積を測定した値であり、市販されているＢＥＴ装置により測定できる。
本発明の接着シートは、例えば、前記高分子量成分、エポキシ樹脂を主成分とする熱硬化性成分、フィラー、及び他の成分を有機溶媒中で混合、混練してワニスを調製した後、基材フィルム上に上記ワニスの層を形成させ、加熱乾燥した後、基材フィルム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。上記の加熱乾燥の条件は、使用した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６０℃〜２００℃で、０．１〜９０分間加熱して行う。
上記接着シートの製造における上記ワニスの調製に用いる有機溶媒、即ち接着シート調製後の残存揮発分は、接着シートを構成する成分を均一に溶解、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、シクロヘキサノンなどのケトン系溶媒、トルエン、キシレン等が挙げられる。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。
有機溶媒の使用量は、接着シート調製後の残存揮発分が全重量基準で０．０１〜３重量％であれば特に制限はないが、耐熱信頼性の観点からは全重量基準で０．０１〜２重量％が好ましく、全重量基準で０．０１〜１．５重量％がさらに好ましい。
接着シートの膜厚は、基板の配線回路や下層の半導体チップに付設された金ワイヤ等の凹凸を充てん可能とするため、１０〜１００μｍとすることが好ましい。接着シートの膜厚が１０μｍより薄い場合は、応力緩和効果や接着性が乏しくなる傾向があり、逆に１００μｍ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られない可能性がある。なお、接着性が高く、また、半導体装置を薄型化できる点で、接着シートの膜厚はより好ましくは２０〜１００μｍ、さらにより好ましくは４０〜８０μｍである。
本発明の接着シートを多層構造を有する多層接着シートとして用いても良く、例えば、上述した接着シートを２枚以上ラミネートしたもの、本発明の接着シートとそれ以外の接着シートを複数ラミネートしたものとして用いても良い。
また、本発明の接着シートは、それ自体で用いても構わないが、一実施態様として、本発明の接着シートと従来公知のダイシングテープを張り合わせた一体型シートとして用いることもできる。この場合、ウエハへのラミネート工程が一回で済む点で、作業の効率化が可能である。この際、接着シートを予めウエハ形状に形成することが好ましい。ウエハ形状に形成する方法としては、予め別のフィルム上にワニスを塗工、乾燥しフィルム状接着剤を形成し、これをウエハ形状に打ち抜き加工する方法が挙げられる。
本発明に使用する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。また、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良い。ダイシングテープは粘着性を有することが好ましく、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良いし、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。これは、樹脂組成物において特に液状成分の比率、高分子量成分のＴｇを調整すること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。
また、接着シートを半導体装置を製造する際に用いた場合、ダイシング時には半導体チップが飛散しない粘着力を有し、その後ピックアップ時にはダイシングテープから接着シート付き半導体チップを剥離することが望まれる。たとえば、接着シート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、接着シートのタック強度を調節することが好ましく、その方法としては、接着シート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も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も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方法としては、可塑剤の含有量を増加する、粘着付与剤の含有量を増加する等の方法がある。逆にフローを低下させる方法としては、前記可塑剤、粘着付与剤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シートを積層する方法としては、印刷のほか、予め作成した接着シートをダイシングテープ上にプレス、ホットロールラミネートする方法が挙げられるが、連続的に製造でき、効率が良い点でホットロールラミネートする方法が好ましい。
尚、ダイシングテープの膜厚は、特に制限はなく、接着シートの膜厚やダイシングテープ一体型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６０〜１５０μｍ、好ましくは７０〜１３０μｍである。
本発明の接着シートは、好ましくは半導体装置の製造に用いられ、より好ましくはウエハ、接着シート及びダイシングテープの順に０℃〜１２０℃で貼り合わせる工程、ウエハ、接着シート及びダイシングテープを同時に切断し、接着シートとダイシングテープ間で剥離して接着シート付き半導体チップを得る工程、前記接着シート付き半導体チップを凹凸を有する基板又は半導体チップに荷重０．００１〜１ＭＰａで接着する工程とを含む半導体装置の製造に用いられる。
本発明において、ウエハとしては、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使用される。
ウエハに接着シートを貼り合わせた後、次いで接着シート面にダイシングテープを貼り合わせる。本発明の接着シート又は多層接着シート、及びダイシングテープを備える一体型シートを用いることにより、半導体装置を製造することもできる。接着シートとダイシングテープとを貼り合わせた一体型シートを用いる場合は、上記ウエハ、接着シート及びダイシングテープの順に０℃〜１２０℃で貼り合わせる工程を、ウエハと一体型シートの接着シート側とを０〜１２０℃で貼り合わせる工程に置き換えればよい。接着シートをウエハに貼り付ける温度、即ちラミネート温度は、通常０〜１２０℃であり、好ましくは１５〜８０℃であり、さらに好ましくは２０〜７０℃である。１２０℃を超え場合は、接着シートを貼り付け後のウエハの反りが大きくなる傾向がある。ダイシングテープ又は一体型シートを貼り付ける際にも、上記温度で行うことが好ましい。
図３に、本発明の一実施態様である接着シートｂ、半導体ウエハＡ、及びダンシングテープ１の断面図を示す。
次いで、接着シート、ダイシングテープが貼り付けられた半導体ウエハを、ダイシングカッターを用いてダイシング、さらに洗浄、乾燥した後、図８に示すようにピックアップなどにより接着シートとダイシングテープ間で剥離して、接着シート付き半導体チップを得ることができる。
また、他の実施態様として、本発明の接着シートは、図６に示すように基材フィルム５の上に接着シートｂを設けた基材フィルム付き接着シートとして用いてもよい。このようにすれば、接着シート単体では扱いにくい場合でも便利であり、例えば、図６に示す構造の基材フィルム付き接着シートの接着シートｂと上述のダイシングテープ１を貼り合わせた後、基材フィルム５を剥離し、接着シートｂと半導体ウエハＡを貼り合わせることで、容易に図３のような構造とすることができる。
上記基材フィルム５としては、特に制限はなく、例えば、ポリエステルフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリイミドフィルム、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、メチルペンテンフィルム等が用いられる。
ダイシングダイボンド一体型の接着シートは、好ましくはウエハ、接着シート及び基材フィルムを０℃〜８０℃で貼り合わせた後、回転刃でウエハ、接着シート及び基材フィルムを同時に切断し、接着剤付き半導体チップを得た後、当該接着剤付き半導体チップを凹凸を有する基板又は半導体チップに荷重０．００１〜１ＭＰａで接着し、接着剤で凹凸を充てんする工程を含む半導体装置の製造に用いられる。
得られた接着シート付き半導体チップＡ１は、配線４に起因する凹凸を有する基板３又はワイヤ２に起因する凹凸を有する半導体チップに、接着シートｂ１を介して荷重０．００１〜１ＭＰａで接着され、接着シートにより凹凸が充てんされる（図５）。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未満である場合は、ボイドが発生し耐熱性が低下する傾向があり、１ＭＰａを超える場合は、半導体チップが破損する傾向がある。
図５は、接着シート付き半導体チップをワイヤボンディングされた半導体チップに接着する際の工程の一例を示す概略図である。
本発明においては、接着シート付き半導体チップを凹凸を有する基板又は半導体チップに接着する際に、基板の配線、半導体チップのワイヤ等に起因する凹凸を加熱することが好ましい。加熱温度は６０〜２４０℃であることが好ましく、１００〜１８０℃であることがより好ましい。加熱温度が６０℃未満である場合は、接着性が低下する傾向があり、２４０℃を超える場合は、基板が変形し、反りが大きくなる傾向がある。加熱方法としては、凹凸を有する基板又は半導体チップを予め加熱した熱板に接触させる方法、凹凸を有する基板又は半導体チップに赤外線又はマイクロ波を照射する方法、凹凸を有する基板又は半導体チップに熱風を吹きかける方法等が挙げられる。
本発明においては、特定の樹脂組成を有する接着シートは配線回路及びワイヤの充てん性と上下の半導体チップとの絶縁性に優れる。
また、本発明の接着シートは、配線回路及びワイヤの凹凸部の充てん性が良好であり、また、半導体装置の製造において、ウエハと接着シートを同時に切断するダイシング工程でダイシングの速度を速くすることができる。そのため、本発明の接着シートによれば、半導体装置の歩留の向上、製造速度の向上をはかることが可能となる。
さらに、本発明の接着シートは、半導体装置の製造における半導体チップと基板や下層の半導体チップなどの支持部材との接着工程において、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。即ち、本発明の接着シートは、半導体搭載用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、かつ作業性に優れるものである。
［接着シートの組成と製造方法］
（実施例１）
エポキシ樹脂としてビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（エポキシ当量１６０、分子量３２０、東都化成株式会社製、商品名ＹＤ−８１７０Ｃを使用）２９重量部、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（エポキシ当量２１０、分子量８００〜１５００、東都化成株式会社製、商品名ＹＤＣＮ−７０３を使用）９．７重量部；エポキシ樹脂の硬化剤としてフェノールノボラック樹脂（大日本インキ化学工業株式会社製、商品名プライオーフェンＬＦ２８８２を使用）２７．４重量部；エポキシ基含有アクリル系共重合体としてエポキシ基含有アクリルゴム（ゲル パーミエーション クロマトグラフィーによる重量平均分子量８０万、グリシジルメタクリレート３重量％、Ｔｇは−７℃、ナガセケムテックス株式会社製、商品名ＨＴＲ−８６０Ｐ−３ＤＲを使用）２８．３重量部；硬化促進剤としてイミダゾール系硬化促進剤（四国化成工業株式会社製、キュアゾール２ＰＺ−ＣＮを使用）０．１重量部；シリカフィラー（アドマファイン株式会社製、Ｓ０−Ｃ２（比重：２．２ｇ／ｃｍ３、モース硬度７、平均粒径０．５μｍ、比表面積６．０ｍ２／ｇ））を使用）９４．４重量部；シランカップリング剤として（日本ユニカー株式会社製、商品名Ａ−１８９を使用）０．２５重量部および（日本ユニカー株式会社製、商品名Ａ−１１６０を使用）０．５重量部；からなる組成物に、シクロヘキサノンを加えて撹拌混合し、真空脱気して接着剤ワニスを得た。
この接着剤ワニスを、厚さ３５μｍの離型処理したポリエチレンテレフタレートフィルム上に塗布し、９０℃で１０分間、１２０℃で５分間加熱乾燥して膜厚が６０μｍの塗膜とし、Ｂステージ状態の接着シートを作製した。
（実施例２〜４）
下記表１に示す配合を用いて、実施例１と同様に接着シートを作製した。なお、実施例４においては実施例１で用いたエポキシ基含有アクリル系共重合体としてエポキシ基含有アクリルゴムの分子量低減品（ゲル パーミエーション クロマトグラフィーによる重量平均分子量３０万、グリシジルメタクリレート３重量％、Ｔｇは−７℃、ナガセケムテックス株式会社製）を用いた。
（比較例１〜３）
下記表１に示す配合を用いて、実施例１と同様に接着シートを作製した。
実施例１〜４及び比較例１〜３で作製した接着シートに関し、以下の評価項目について評価を行った。
［評価項目］
（１）貯蔵弾性率の比Ｇ１/Ｇ１０の測定方法
硬化前の接着シートを７０℃でずり弾性率測定試験に供した。ＴＡインスツルメンツ製ＡＲＥＳを用い、一定周波数１．０（ｓ−１）で、ひずみ量１（％）における貯蔵弾性率Ｇ１とひずみ量１０（％）における貯蔵弾性率Ｇ１０（％）を測定し、貯蔵弾性率の比Ｇ１/Ｇ１０を求めた。
（２）ずり粘度の比η１／η２の測定方法
硬化前の接着シートをＴＡインスツルメンツ製ＡＲＥＳを用いて、７０℃、ひずみ量０．４（％）、剪断速度０．１（ｓ−１）の条件でずり粘度η１を測定し、ひずみ量０．４（％）、剪断速度１００（ｓ−１）の条件でずり粘度η２を測定し、ずり粘度の比η１／η２を求めた。
（３）タック強度の測定方法
Ｂステージ状態の基材フィルム付き接着シートの塗工した上面のタック強度を、レスカ株式会社製プローブタッキング試験機を用いて、ＪＩＳ Ｚ０２３７−１９９１に記載の方法（プローブ直径５．１ｍｍ、引き剥がし速度１０ｍｍ／ｓ、接触荷重１００ｇｆ／ｃｍ２、接触時間１ｓ）により測定した。
（４）ラミネート性
ホットロールラミネータ（６０℃、０．３ｍ／分、０．３ＭＰａ）で幅１０ｍｍの接着シートとウエハを貼り合わせ、その後、接着シートをＴＯＹＯＢＡＬＷＩＮ製ＵＴＭ−４−１００型テンシロンを用いて、２５℃の雰囲気中で、９０°の角度で、５０ｍｍ／分の引張り速度で剥がしたときの９０°ピール強度を求めた。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。
（５）吸湿耐リフロークラック性、耐温度サイクル性、ワイヤ充てん性
半導体ウエハ（厚さ８０μｍ）に接着シートを６０℃でラミネートし、端部を切断した。ダイシングテープ（古河電工株式会社製、商品名ＵＣ３００４Ｍ−８０、膜厚１００μｍ）を接着シート側に積層し、ホットロールラミネータ（Ｄｕ Ｐｏｎｔ製、Ｒｉｓｔｏｎ）で２５℃でラミネートした。次いで、ダイシングカッターを用いてダイシングし、さらに洗浄、乾燥を行った後、ピックアップによりダイシングテープを剥離して接着シート付き半導体チップを得た。接着シート付き半導体チップと、厚み２５μｍのポリイミドフィルムを基材に用いた高さ１０μｍの凹凸を有する配線基板を０．０５ＭＰａ、１秒、１３０℃の条件で貼り合せた半導体装置サンプル（片面にはんだボールを形成）を作製し、吸湿耐リフロークラック性、耐温度サイクル性を調べた。
（吸湿耐リフロークラック性）
吸湿耐リフロークラック性の評価は、半導体装置サンプルを８５℃相対湿度６０％の環境に１６８時間放置した後、サンプル表面の最高温度が２６０℃でこの温度を２０秒間保持するように温度設定したＩＲリフロー炉にサンプルを通し、室温で放置することにより冷却する処理を２回繰り返したサンプル中のクラックを、目視と超音波顕微鏡で視察した。試料１０個すべてでクラックの発生していないものを○とし、１個以上発生していたものを×とした。
（耐温度サイクル性）
耐温度サイクル性は、サンプルを−５５℃雰囲気に３０分間放置し、その後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サイクル後において超音波顕微鏡を用いて剥離やクラック等の破壊が試料１０すべてで発生していないものを○、１個以上発生したものを×とした。
（ワイヤ充てん性）
前記により作製された半導体チップ付き接着シートと、半導体チップ上に高さ５０μｍになるように金ワイヤ（直径２５μｍ）を布線した半導体チップとを０．４ＭＰａあるいは０．０８ＭＰａの圧力で１秒、１３０℃の条件で貼り合せたサンプルについて充てん性を評価した。半導体チップ中央部の断面を研磨し、光学顕微鏡でボイドの有無を調査した。直径３００μｍ以上のボイドのないものを○、あるものを×とした。
また、チップ端部からの樹脂のはみだしが１５０μｍ超のものを×、１５０μｍ以下のものを○とした。
サンプルの作製方法について詳しく説明すると、接着シート単体の厚みが１００μｍ未満である場合は、接着シートを複数枚数貼り合わせて１００〜３００μｍの厚さにする。厚さが１００〜３００μｍであれば測定値が再現性よく得られるためである。例えば接着シート単体の厚みが４０μｍである場合は、接着シートを３〜７枚貼り合わせればよい。また、貼り合わせる条件はサンプルによって異なるが、測定中に貼り合わせ面において剥離が生じないようにすればよく、通常その接着シートの硬化が進まない条件で貼り合わせる。
評価結果を下記表１に示した。
Figure 2008081734
＊１：エポキシ基含有アクリルゴム（ゲル パーミエーション クロマトグラフィーによる重量平均分子量８０万、グリシジルメタクリレート３重量％、Ｔｇは−７℃、ナガセケムテックス株式会社製、商品名ＨＴＲ−８６０Ｐ−３ＤＲを使用）
＊２：エポキシ基含有アクリルゴムの分子量低減品（ゲル パーミエーション クロマトグラフィーによる重量平均分子量３０万、グリシジルメタクリレート３重量％、Ｔｇは−７℃、ナガセケムテックス株式会社製）
＊３：アクリルゴムの含有率（ｗｔ％）はアクリルゴム、エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤及びシリカフィラーの総重量に対するアクリルゴムの割合を示す。
＊４：フィラーの含有率（ｗｔ％）はアクリルゴム、エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤及びシリカフィラーの総重量に対するシリカフィラーの割合を示す。
＊５：樹脂中のアクリルゴムの含有率（ｗｔ％）はアクリルゴム、エポキシ樹脂、硬化剤の総重量に対するアクリルゴムの割合を示す。
実施例１〜４は、充てん性、吸湿耐リフロークラック性、耐温度サイクル性が良好である。比較例１〜３はいずれも不良である。
以上、本発明について実施例を用いて説明してきたが、以下の作用効果を奏することがわかった。本発明の接着シートを用いた場合は、半導体チップと凹凸を有する基板、ワイヤ付き半導体チップとの接着工程において、充てん性に優れ、また半導体搭載用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、耐湿性を有し、かつ作業性に優れる。このことから、本発明の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、歩留の向上をはかることが可能となる。
ＣＳＰの一実施態様を示す断面図である。 スタックドＣＳＰの一実施態様を示す断面図である。 本発明の接着シート、半導体ウエハ、及びダンシングテープの一実施態様を示す断面図である。 本発明の多層接着シート、半導体ウエハ、及びダイシングテープの一実施態様を示す断面図である。 本発明の接着シートを用いた接着剤付き半導体チップを、ワイヤボンディングされたチップに接着する際の工程の一実施態様を示す概略図である。 本発明の基材フィルム付き接着シートの一実施態様を示す断面図である。 本発明の基材フィルム付き多層接着シートの一実施態様を示す断面図である。 本発明の接着剤付き半導体チップの一実施態様を示す断面図である。
符号の説明
Ａ 半導体ウエハ
Ａ１ 半導体チップ
ａ 第１の接着剤層
ｂ 接着シート
ｂ’ 第２の接着剤層
ｂ１ 接着剤
ｃ 多層接着シート
１ ダイシングテープ
２ ワイヤ
３ 基板
４ 配線
５ 基材フィルム

Claims (9)

  1. 硬化前の７０℃でのずり弾性率測定において、ひずみ量１％の貯蔵弾性率Ｇ１、ひずみ量１０％の貯蔵弾性率Ｇ１０の比Ｇ１／Ｇ１０が１．２〜１００であり、硬化前の７０℃での剪断速度０．１（ｓ−１）、ひずみ量０．４％の条件で測定した溶融粘度が１００Ｐａ・ｓ〜２５万Ｐａ・ｓであることを特徴とする接着シート。
  2. 熱硬化性成分及び高分子量成分を合わせて４０〜８５体積％と、フィラー１５〜６０体積％とを含む組成物を含有することを特徴とする請求項１記載の接着シート。
  3. 樹脂１００重量部とフィラー４０〜１８０重量部とを含む樹脂組成物を含有し、前記樹脂が分子量８００以上のエポキシ樹脂を含む熱硬化性成分６０〜８５重量％と、重量平均分子量が１０万〜１００万で、かつＴｇが−５０〜５０℃である架橋性官能基を含む高分子量成分１５〜４０重量％とを含むことを特徴とする請求項１記載の接着シート。
  4. 硬化前の７０℃での剪断速度０．１（ｓ−１）、ひずみ量０．４％の条件で測定したずり粘度η１と、剪断速度１００（ｓ−１）、ひずみ量０．４％の条件で測定したずり粘度η２との比η１／η２が５０以下であることを特徴とする請求項１〜３いずれか一項に記載の接着シート。
  5. 硬化前の２５℃での動的粘弾性測定による貯蔵弾性率が２００〜３０００ＭＰａであり、８０℃での動的粘弾性測定による貯蔵弾性率が０．１〜１０ＭＰａである請求項１〜４いずれか一項に記載の接着シート。
  6. 請求項１〜５いずれか一項に記載の接着シートとダイシングテープとを貼り合わせた一体型シート。
  7. ウエハ、請求項１〜５いずれか一項に記載の接着シート、ダイシングテープの順に０℃〜１２０℃で貼り合わせる工程、
    ウエハ、接着シート及びダンシングテープを同時に切断し、接着シートとダイシングテープ間ではく離して接着シート付き半導体チップを得る工程、
    前記接着シート付き半導体チップを凹凸を有する基板又は半導体チップに荷重０．００１〜１ＭＰａで接着する工程と、
    を含む半導体装置の製造方法。
  8. ウエハと請求項６に記載の一体型シートの接着シート側とを０℃〜１２０℃で貼り合わせる工程、
    ウエハと一体型シートを同時に切断し、一体型シートの接着シートとダイシングテープ間で剥離して接着シート付き半導体チップを得る工程、
    前記接着シート付き半導体チップを凹凸を有する基板又は半導体チップに荷重０．００１〜１ＭＰａで接着する工程と、
    を含む半導体装置の製造方法。
  9. 請求項７又は８に記載の半導体装置の製造方法により製造した半導体装置。
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