JP2013125787A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】被着物同士の間における空隙の形成を抑制し、吸湿した状態でも十分なリフロー耐性が得られる半導体装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】半導体装置１の製造方法は、凹凸が形成された一方面２ａを有する支持部材２と、他方面３ｂを有する半導体チップ３とを、ダイボンディングフィルム８を介して熱圧着する接着工程を備える。接着工程では、厚さが一方面２ａの凸部Ｐ１と凹部Ｓ１との段差の２倍以上であるダイボンディングフィルム８を一方面２ａ及び他方面３ｂの間に介在させ、ダイボンディングフィルム８の溶融粘度が１０００Ｐａ・ｓ以上２００００Ｐａ・ｓ以下となるように加熱しながら、一方面２ａと他方面３ｂとを熱圧着する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置及びその製造方法に関する。
従来、フィルム状の接着剤であるダイボンディングフィルムによって、半導体チップ等の被着物同士が接着された半導体装置が知られている。このような半導体装置の製造方法として、凹凸が形成された第１の被着面を有する第１の被着物と、第２の被着面を有する第２の被着物とを、ダイボンディングフィルムを介して熱圧着するものが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００９−１３５５０６号公報
上述した半導体装置の製造方法では、ダイボンディングフィルムをなす接着剤が第１の被着面の凹部内に十分に入り込まず、被着物同士の間に空隙が形成される可能性がある。被着物同士の間に多くの空隙が形成されると、リフロー処理によって半導体装置が再加熱されたときに、空隙を起点に被着物同士の剥離が生じ易くなる。このため、半導体装置のリフロー耐性が低下し、特に、半導体装置が吸湿した状態では、十分なリフロー耐性が得られないおそれがある。
本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、被着物同士の間における空隙の形成を抑制し、吸湿した状態でも十分なリフロー耐性が得られる半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明に係る半導体装置の製造方法は、凹凸が形成された第１の被着面を有する第１の被着物と、第２の被着面を有する第２の被着物とを、ダイボンディングフィルムを介して熱圧着する接着工程を備える半導体装置の製造方法であって、接着工程では、厚さが凹凸の段差の２倍以上であるダイボンディングフィルムを第１及び第２の被着面の間に介在させ、ダイボンディングフィルムの溶融粘度が１０００Ｐａ・ｓ以上２００００Ｐａ・ｓ以下となるように加熱しながら、第１の被着物と第２の被着物とを熱圧着することを特徴とする。
このようなダイボンディングフィルムの製造方法によれば、ダイボンディングフィルムの厚さが凹凸の段差の２倍以上であり、且つダイボンディングフィルムの溶融粘度が２００００Ｐａ・ｓ以下となるように加熱されるため、第１の被着面の凹部内に隙間なくダイボンディングフィルムが充填される。また、ダイボンディングフィルムの溶融粘度が１０００Ｐａ以上となるように加熱されるため、被着物同士の間からのダイボンディングフィルムの流出が防止される。従って、被着物同士の間における空隙の形成を抑制し、吸湿した状態でも十分なリフロー耐性が得られる半導体装置を製造することができる。
ここで、半導体チップの電極と支持部材の電極とをボンディングワイヤで接続するワイヤボンディング工程を更に備え、接着工程をワイヤボンディング工程よりも前に行うことが好ましい。この場合、ワイヤボンディング工程で加わる熱によってダイボンディングフィルムが硬化する前に接着工程が行われるため、被着物同士の間における空隙の形成を更に抑制することができる。
また、接着工程の後に、ダイボンディングフィルムに加熱する加熱工程を更に備えることが好ましい。この場合、加熱工程を行うことによって、被着物同士の間における空隙を更に縮小・削減することができる。また、加熱工程によってダイボンディングフィルムが硬化するため、空隙を縮小・削減した状態が定着し、被着物同士の間における空隙の形成を更に抑制することができる。
また、接着工程では、ダイボンディングフィルムの温度が４０℃以上１１０℃以下となるように加熱し、加熱工程では、ダイボンディングフィルムの温度が１００℃以上１８０℃以下となるように加熱することが好ましい。この場合、被着物同士の間における空隙の形成を更に抑制することができる。
また、加熱工程では、ダイボンディングフィルムの温度が０．５時間以上３時間以内に亘って接着工程における温度よりも高くなるように加熱することが好ましい。この場合、被着物同士の間における空隙の形成を更に抑制することができる。
また、接着工程では、接着工程では、１００００以上１０００００以下の重量平均分子量のポリイミド樹脂と、熱硬化性樹脂と、無機フィラーと、を含有するダイボンディングフィルムを介して第１の被着物と第２の被着物とを熱圧着することが好ましい。この場合、被着物同士の間における空隙の形成を更に抑制することができる。
また、接着工程では、厚さが３μｍ以上６０μｍ以下であるダイボンディングフィルムを介して第１の被着物と第２の被着物とを熱圧着することが好ましい。この場合、被着物同士の間における空隙の形成を更に抑制することができる。
また、本発明に係る半導体装置は、半導体装置の製造方法により製造されたことを特徴とする。このような半導体装置では、被着物同士の間における空隙の形成が抑制されるため、吸湿した状態でも十分なリフロー耐性が得られる。
本発明によれば、被着物同士の間における空隙の形成を抑制し、吸湿した状態でも十分なリフロー耐性が得られる半導体装置及びその製造方法を提供することができる。
本発明に係る半導体装置の一実施形態の断面図である。 支持部材の断面図である。 半導体チップの断面図である。 接着フィルム上に半導体ウェハを設置する過程を示す図である。 図４の半導体ウェハをダイシングする過程を示す図である。 図５の半導体チップをピックアップする過程を示す図である。 半導体チップを支持部材に接着する過程を示す図である。 電極同士をボンディングワイヤで接続する過程を示す図である。
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は、本発明に係る半導体装置の一実施形態の断面図である。図１に示すように、半導体装置１は、板状の支持部材２と、板状の半導体チップ３，３とを有している。
支持部材２（被着物）は、基板４と、基板４の一方面４ａ上に設けられた複数の電極５，５とを有している。一方面４ａ上に電極５，５が設けられていることにより、支持部材２の一方面２ａ（被着面）には凹凸が形成されている。各電極５の一方面５ａは、基板４の一方面４ａから突出した凸部Ｐ１をなしている。一方面４ａのうち電極５，５が設けられていない部分は、一方面５ａから凹んだ凹部Ｓ１をなしている。凸部Ｐ１と凹部Ｓ１との段差は、例えば４μｍ以上１２μｍ以下である。
基板４のうち、電極５と対応する部分には、一方面４ａと他方面４ｂとに開口する貫通孔４ｃが形成されている。各貫通孔４ｃには、電極５の他方面５ｂに接するように半田が充填され、半田部１７が形成されている。各半田部１７は、基板４の他方面４ｂから半球状に膨出している。
各半導体チップ３（被着物）は、チップ本体６と、チップ本体６の一方面６ａ上に設けられた複数の電極７，７とを有している。一方面６ａ上に電極７，７が設けられていることにより、半導体チップ３の一方面３ａ（被着面）には凹凸が形成されている。各電極７の一方面７ａは、チップ本体６の一方面６ａから突出した凸部Ｐ２をなしている。一方面６ａのうち電極７，７が設けられていない部分は、一方面７ａから凹んだ凹部Ｓ２をなしている。凸部Ｐ２と凹部Ｓ２との段差は、例えば４μｍ以上１２μｍ以下である。
複数の半導体チップ３，３は、互いに重なった状態で、支持部材２の一方面２ａ上に配置されている。各半導体チップ３の他方面３ｂは、支持部材２の一方面２ａ又は他の半導体チップ３の一方面３ａにダイボンディングフィルム８を介して貼り合わされている。各半導体チップ３の電極７と、支持部材２の電極５又は他の半導体チップ３の電極７とは、ボンディングワイヤ９によって接続されている。支持部材２の一方面２ａ上には、樹脂を成形したモールド部１０が形成され、各半導体チップ３はモールド部１０内に封入されている。
続いて半導体装置１の製造方法について説明する。
図２は、支持部材の断面図、図３は、半導体チップの断面図である。図４は、接着フィルム上に半導体ウェハを設置する過程を示す図、図５は、図４の半導体ウェハをダイシングする過程を示す図、図６は、図５の半導体チップをピックアップする過程を示す図、図７は、半導体チップを支持部材に接着する過程を示す図、図８は、電極同士をボンディングワイヤで接続する過程を示す図である。
まず、図２及に示す支持部材２を準備する。次に、図３に示すように、半導体チップ３の他方面３ｂにダイボンディングフィルム８が貼り合わされた中間体Ｍを準備する。中間体Ｍは、半導体ウェハと、接着剤からなる接着フィルムとを貼り合わせ、共に切断して個片化することによって得られる。
具体的には、まず、図３に示すように、ダイシング・ダイボンディングシートＧを準備し、ダイシング・ダイボンディングシートＧの上に環状のリングフレーム１１を設置する。また、ダイシング・ダイボンディングシートＧのうち、リングフレーム１１の内側の部分の上に半導体ウェハ１２を設置する。
ダイシング・ダイボンディングシートＧは、ダイシング用の接着剤からなる接着フィルム１３と、ダイシング用の基材フィルム１４とを有する。基材フィルム１４の一方面１４ａには、粘着剤からなる粘着フィルム１５が形成されている。接着フィルム１３の他方面１３ｂは、粘着フィルム１５の一方面１５ａに貼り合わされている。基材フィルム１４及び粘着フィルム１５の外縁は、接着フィルム１３の外縁よりも外側に張り出している。
基材フィルム１４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、又はポリイミドフィルム等のプラスチックフィルムである。基材フィルム１４の一方面１４ａには、プライマー塗布、ＵＶ処理、コロナ放電処理、研磨処理及びエッチング処理などの表面処理が施されていてもよい。
接着フィルム１３は、半導体ウェハ１２と共に個片化され、ダイボンディングフィルム８に個片化されるフィルムである。接着フィルム１３の厚さは、支持部材２の一方面２ａにおける凸部Ｐ１と凹部Ｓ１との段差の２倍以上であると共に、半導体チップ３の一方面３ａにおける凸部Ｐ２と凹部Ｓ２との段差の２倍以上である。これに加え、接着フィルム１３の厚さは、３μｍ以上６０μｍ以下であることが好ましい。接着フィルム１３の厚さが３μｍ未満であると、成膜性及び取り扱いが低下する傾向がある。６０μｍを超えると、成形性が低下する傾向がある。また、６０μｍを超えると、支持部材２と半導体チップ３との間、及び半導体チップ３同士の間に位置するダイボンディングフィルム８が厚くなるため、半導体装置１の内部に半導体チップ３を多数積層させることが困難となる。更に、６０μｍを超えると経済的にも不利である。これらの観点から、接着フィルム１３の厚みは５μｍ以上４０μｍ以下であることがより好ましく、５μｍ以上２５μｍ以下であることが更に好ましい。
接着フィルム１３の厚さが３μｍ以上６０μｍ以下であるとき、接着フィルム１３の４０℃におけるタック力は、１０００ｍＮ以下であることが好ましく、５００ｍＮ以下であることがより好ましい。これにより、中間体Ｍのピックアップ性が改善される。タック力が過剰であると、ピックアップの際、隣り合う半導体チップ３のダイボンディングフィルム８同士が付着して、複数の半導体チップ３が同時にピックアップされる可能性がある。
接着フィルム１３のタック力は、４０℃のステージにサンプルの測定面を上にして固定し、４０℃のプローブ（直径５．１ｍｍ（φ）のＳＵＳ３０４）を押し付けた後に、プローブを引き剥がす力を測定する方法により求められる。プローブを押し付ける際の押し込み速度は２ｍｍ／秒、プローブを押し付ける荷重は１００ｇｆ／ｃｍ２、プローブを押し付ける時間は１秒、プローブを引き剥がす速度は１０ｍｍ／秒である。
接着フィルム１３のガラス転移温度は、１０℃以上８０℃以下であることが好ましい。ガラス転移温度が１０℃よりも低いと、接着フィルム１３の硬化前（Ｂステージ状態）の溶融粘度が低くなり、ダイボンディングフィルム８の流動性が過剰となる傾向がある。ガラス転移温度が８０℃を超えると、接着フィルム１３の硬化前（Ｂステージ状態）の溶融粘度が高くなり、ダイボンディングフィルム８の流動性が不足する傾向がある。同様の観点から、接着フィルム１３のガラス転移温度は１０℃以上７０℃以下であることがより好ましく、さらに好ましくは１０℃以上６０℃以下であることが更に好ましい。
上述した物性を有する接着フィルム１３は、例えば、キャリアフィルムに接着剤ワニスを塗布し、塗布された接着剤ワニスを乾燥する方法によって得られる。接着剤ワニスは、熱可塑性樹脂と、熱硬化性成分と、無機フィラーとを含有する。
熱可塑性樹脂は、ポリイミド樹脂であることが好ましい。特に、２種以上の酸無水物と３種以上のアミンとから形成されるポリイミド樹脂が好ましい。熱可塑性樹脂の重量平均分子量は１０,０００以上１００,０００以下であることが好ましい。熱可塑性樹脂の重量平均分子量が１００００未満であると、ダイボンディングフィルム８の流動性が増加するものの、加熱されたときに発泡し易くなる可能性がある。熱可塑性樹脂の重量平均分子量が１００,０００を超えると、ダイボンディングフィルム８の粘度が高くなり、支持部材２の一方面２ａの凹部Ｓ１や半導体チップ３の一方面３ａの凹部Ｓ２に隙間なくダイボンディングフィルム８が充填されなくなる可能性がある。これらの観点から、熱可塑性樹脂の重量平均分子量は１０,０００以上７０,０００以下であることがより好ましく、1０,０００以上５０,０００以下であることが更に好ましい。ここでいう重量平均分子量は、ＧＰＣ測定により求められる標準ポリスチレン換算値である。熱可塑性樹脂の含有割合は、接着フィルム１３全体に対して、２０質量％以上５０質量％以下であることが好ましい。
熱硬化性成分は、熱により架橋反応を起こす反応性化合物である熱硬化性樹脂を含む。熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、ビスアリルナジイミド、２官能以上の（メタ）アクリレート化合物、シアネートエステル樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、アルキド樹脂、アクリル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、シリコーン樹脂、レゾルシノールホルムアルデヒド樹脂、キシレン樹脂、フラン樹脂、ポリウレタン樹脂、ケトン樹脂、トリアリルシアヌレート樹脂、ポリイソシアネート樹脂、トリス（２−ヒドロキシエチル）イソシアヌラートを含有する樹脂、トリアリルトリメリタートを含有する樹脂、シクロペンタジエンから合成された熱硬化性樹脂、芳香族ジシアナミドの三量化により形成される熱硬化性樹脂が挙げられる。これらの熱硬化性樹脂は単独又は組み合わせて用いることができる。
熱硬化性成分の含有量は、低アウトガス性とフィルム形成性（靭性）との両立、及び硬化後の耐熱性当の観点から、適宜調整される。熱硬化性成分の含有割合は、接着フィルム１３全体に対して、１０質量％以上４０質量％以下であることが好ましい。
熱硬化性成分は、熱硬化性樹脂を硬化させるために、硬化剤又は触媒を含んでいてもよい。必要に応じて、硬化剤と硬化促進剤とを併用し、又は触媒と助触媒とを併用することができる。
無機フィラーとしては、例えば、酸化ケイ素フィラー及び窒化ホウ素フィラーが挙げられる。無機フィラーは、粒径の異なる２種のフィラーから構成されていてもよい。無機フィラーの含有割合は、接着フィルム１３全体に対して、２０質量％以上５０質量％以下であることが好ましい。
これらの各成分を有機溶媒中で混合及び混練することにより、接着剤ワニスとして調製することができる。接着剤ワニスの調製のための混合及び混練は、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。
接着剤ワニスの調製に用いる有機溶媒は、各成分を均一に溶解、混練又は分散できるものであればよく、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、シクロヘキサノン等のケトン系溶媒、トルエン、キシレン等が挙げられる。これらのなかでも、乾燥速度が速く、価格が安い点でメチルエチルケトン及びシクロヘキサノンが好ましい。接着剤ワニスの調製に用いられる有機溶媒の量に特に制限はない。
キャリアフィルムは、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、ポリエステルフィルム、ポリプロピレンフィルム、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及びメチルペンテンフィルム等である。キャリアフィルムは、２種以上のフィルムから構成される多層フィルムであってもよい。キャリアフィルムの表面がシリコーン系、シリカ系等の離型剤などで処理されていてもよい。
接着剤ワニスがキャリアフィルムに塗布された後、有機溶媒が加熱乾燥等により除去され、接着フィルム１３が得られる。ワニスの塗布には、例えばアプリケータ自動塗工機を用いることができる。塗工厚みは、最終的なダイボンディングフィルムの厚さを考慮して決定されるが、３μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。
接着フィルム１３に残存する有機溶媒量（残存揮発分）は、接着フィルム１３全体に対して、０．０１質量％以上３質量％以下であることが好ましい。耐熱信頼性の観点からは全重量基準で、０．０１質量％以上２質量％以下であることが好ましく、０．０１質量％以上１．５質量％以下であることがより好ましい。接着剤ワニスの加熱乾燥の条件は、接着剤ワニス中の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、５０℃以上２００℃以下、０．１分間以上９０分間以下の温度に加熱することで乾燥される。
このようにして、接着フィルム１３が形成される。接着フィルム１３は、通常は、キャリアフィルムと共に供給される。接着フィルム１３は、複数の層からなるものであってもよい。
リングフレーム１１の他方面１１ｂは、粘着フィルム１５の一方面１５ａのうち、接着フィルム１３よりも外側の部分に貼り合わされている。半導体ウェハ１２の他方面１２ｂは、リングフレーム１１の内側において、接着フィルム１３の一方面１３ａに貼り合わされている。半導体ウェハ１２の一方面１２ａには、半導体チップ３の電極７に対応する電極（不図示）が形成されている。
半導体ウェハ１２の厚さは、１００μｍ以下であることが好ましく、７５μｍ以下であることがより好ましく、５０μｍ以下であることが更に好ましい。これにより、吸湿した状態でのリフロー耐性を向上させることができる。半導体ウェハ１２の他方面１２ｂは、ドライポリッシュ又は、ゲッタリングドライポリッシュによって研削された面であることが好ましい。これにより、ハンドリング性や接着フィルム１３との密着性が向上すると共に、抗折強度が高くなる。
次に、図５に示すように、回転刃等のブレード１６によって半導体ウェハ１２及び接着フィルム１３を切断し、複数の半導体チップ３及びダイボンディングフィルム８に個片化する（ダイシング工程）。ダイシング工程には、市販されているダイサーを使用することができる。ダイサーとしては、例えば、株式会社ディスコ社製のフルオートマチックダイシングソー６０００シリーズやセミオートマチックダイシングソー３０００シリーズ等が挙げられる。ブレード１６としては、例えば、株式会社ディスコ社製のダイシングブレードＮＢＣ−ＺＨ０５シリーズやＮＢＣ−ＺＨシリーズ等が挙げられる。
また、ダイシング工程には、ブレード１６の代わりにレーザを用いることができる。レーザを用いた切断方式としては、レーザーアブレーション加工又はステルスダイシング加工が挙げられる。レーザ式のダイサーとしては、例えば、株式会社ディスコ社製のフルオートマチックレーザソー７０００シリーズ等が挙げられる。
次に、図６に示すように、半導体チップ３及びダイボンディングフィルム８の各対をピックアップする。これにより、中間体Ｍが得られる。中間体Ｍにおいて、ダイボンディングフィルム８の厚さは、支持部材２の一方面２ａにおける凸部Ｐ１と凹部Ｓ１との段差の２倍以上であると共に、半導体チップ３の一方面３ａにおける凸部Ｐ２と凹部Ｓ２との段差の２倍以上である。ピックアップには、市販されているピックアップダイボンダーを用いることができる。ピックアップダイボンダーとしては、例えば、ルネサス東日本セミコンダクタ社製のフレキシブルダイボンダーＤＢ−７３０又はＤＢ−７００、株式会社新川製のダイボンダーＳＰＡ−３００又はＳＰＡ−４００、キャノンマシナリ株式会社製ＢＥＳＴＥＭ−Ｄ０２が挙げられる。
なお、あらかじめ個片化された半導体ウェハ１２を接着フィルム１３に貼り合わせたのち、接着フィルム１３を半導体チップ３に合わせて個片化してもよい（先ダイシング工法）。この場合、接着フィルム１３は、レーザによる切断や、冷却エキスパンドによって個片化することができる。
次に、図７に示すように、支持部材２の一方面２ａ上に中間体Ｍを積層し、ダイボンディングフィルム８の他方面８ｂを一方面２ａに貼り合わせる。このとき、ダイボンディングフィルム８の溶融粘度が１０００Ｐａ・ｓ以上２００００Ｐａ・ｓ以下となるように加熱しながら、支持部材２と半導体チップ３とを熱圧着する（接着工程）。更に、他の中間体Ｍを順次積層し、積層の度にダイボンディングフィルム８の他方面８ｂを半導体チップ３の一方面３ａに貼り合わせる。このとき、ダイボンディングフィルム８の溶融粘度が１０００Ｐａ・ｓ以上２００００Ｐａ・ｓ以下となるように加熱しながら、半導体チップ３同士を熱圧着する（接着工程）。熱圧着の圧力は、例えば０．０１ＭＰａ以上１ＭＰａである。熱圧着の加圧時間は、例えば０．１秒以上３秒以下である。
ダイボンディングフィルム８の溶融粘度は、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ （１７） Ｐ４５８ （１９４６）に示される平行平板プラストメータ法により測定される。例えば、直径６ｍｍの円形のダイボンディングフィルム８を厚さ１５０μｍの２枚のスライドガラスで挟んで試験用サンプルを準備し、この試験用サンプルに対して、ダイボンディングフィルム８を所定の温度まで加熱しながら、所定の圧力（例えば１ＭＰａ）を例えば３秒間付加し、加圧前後のダイボンディングフィルム８の厚さから、下記式にしたがって、所定の温度におけるダイボンディングフィルム８の溶融粘度η（Pa・ｓ）を求めることができる。
Figure 2013125787
Ｚ０（ｍ）：加圧前のダイボンディングフィルムの厚さ
Ｚ（ｍ）：加圧後のダイボンディングフィルムの厚さ
Ｖ（ｍ３）：ダイボンディングフィルムの体積
Ｆ（Ｐａ）：加えた荷重の大きさ
ｔ（秒）：荷重を加えた時間
ダイボンディングフィルム８の溶融粘度を１０００Ｐａ・ｓ以上２００００Ｐａ・ｓ以下とするには、ダイボンディングフィルム８の温度が４０℃以上１１０℃以下となるように加熱することが好ましい。ダイボンディングフィルム８の温度が４０℃よりも低いと、ダイボンディングフィルム８の溶融粘度が下がらず、支持部材２の一方面２ａの凹部Ｓ１や半導体チップ３の一方面３ａの凹部Ｓ２に隙間なくダイボンディングフィルム８が充填されなくなる可能性がある。ダイボンディングフィルム８の温度が１１０℃を超えると、支持部材２や半導体チップ３の反りが増大する可能性がある。これらの観点から、ダイボンディングフィルム８の温度が５５℃以上９５℃以下となるように加熱することがより好ましく、５５℃以上８５℃以下となるように加熱することが更に好ましい。
ダイボンディングフィルム８を上述した温度範囲とする加熱方法として、支持部材２を介してダイボンディングフィルム８に加熱する方法が挙げられる。支持部材２を介してダイボンディングフィルム８に加熱する場合、支持部材２の温度が６０℃以上１４０℃以下となるように加熱することが好ましく、７０℃以上１３０℃以下となるように加熱することがより好ましく、８０℃以上１２０℃以下となるように加熱することが更に好ましい。
ここで、中間体Ｍを積層する際には、支持部材２の一方面２ａや半導体チップ３の一方面３ａの凹凸に起因して、一方面２ａ，３ａとダイボンディングフィルム８の他方面８ｂとの間に空隙Ｖが生じる可能性がある。これに対し、ダイボンディングフィルム８の厚さが一方面２ａの凸部Ｐ１と凹部Ｓ１との段差及び一方面３ａの凸部Ｐ２と凹部Ｓ２との段差の２倍以上であり、且つダイボンディングフィルム８の溶融粘度が２００００Ｐａ・ｓ以下となるように加熱されるため、一方面２ａの凹部Ｓ１内及び一方面３ａの凹部Ｓ２内に隙間なくダイボンディングフィルム８が充填される。また、ダイボンディングフィルム８の溶融粘度が１０００Ｐａ以上となるように加熱されるため、支持部材２と半導体チップ３との間及び半導体チップ３同士の間からのダイボンディングフィルム８の流出が防止される。
従って、空隙Ｖの形成は十分に抑制される。具体的には、ダイボンディングフィルム８の断面積と空隙Ｖの断面積との和に対して、ダイボンディングフィルム８の断面積が占める割合は、９０％以上であることが好ましく、９５％以上であることがより好ましく、１００％であることが最も好ましい。この割合が９０％よりも低いと、後述の加熱工程によって空隙Ｖを十分に縮小・削減することが困難になる可能性がある。
次に、ダイボンディングフィルム８の温度が１８０℃以下となるように加熱する（加熱工程）。ダイボンディングフィルム８の温度が８０℃以上１５０℃以下となるように加熱することがより好ましく、ダイボンディングフィルム８の温度が１００℃以上１２０℃以下となるように加熱することがさらに好ましい。また、ダイボンディングフィルム８の温度が、０．５時間以上３時間以下に亘って上記温度範囲となるように加熱することが好ましく、０．５時間以上１時間以下に亘って上記温度範囲となるように加熱することが更に好ましい。
加熱工程を行うことによって、空隙Ｖを更に縮小・削減することができる。また、加熱工程によってダイボンディングフィルム８が硬化するため、空隙Ｖを縮小・削減した状態が定着し、空隙Ｖの形成を更に抑制することができる。
次に、半導体チップ３の電極７と、支持部材２の電極５又は他の半導体チップ３の電極７とをボンディングワイヤ９で接続する（ワイヤボンディング工程）。ワイヤボンディング工程においても、ダイボンディングフィルム８に熱が伝わるためダイボンディングフィルム８の硬化が進行する。このとき、既に接着工程が行われているため、空隙Ｖの形成は抑制されている。また、加熱工程も行われているため、空隙Ｖの形成は更に抑制されている。したがって、ワイヤボンディング工程においてダイボンディングフィルム８の硬化が進行しても、空隙Ｖの形成の抑制に悪影響はない。
次に、支持部材２の一方面２ａ上にモールド部１０を形成し、各半導体チップ３をモールド部１０内に封入する。その他、仕上げ工程等を経て半導体装置１が完成する。この状態において、空隙Ｖは十分に縮小・削減されていることが好ましい。具体的には、ダイボンディングフィルム８の断面積と空隙Ｖの断面積との和に対して、ダイボンディングフィルム８の断面積が占める割合は、９５％以上であることが好ましく、９８％以上であることがより好ましく、１００％であることが最も好ましい。この割合が９５％よりも低いと、半導体装置１が吸湿した状態で、リフロー処理によって半導体装置１が再加熱されたときに、空隙を起点に半導体チップ３と支持部材２との剥離や、半導体チップ３同士の剥離が生じ易くなる。
以上半導体装置及びその製造方法の好適な実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。例えば、中間体Ｍを積層する度に熱圧着を行うのではなく、全ての中間体Ｍを積層した後にまとめて熱圧着を行ってもよい。
続いて、本実施形態の実施例について説明する。
[接着フィルムの準備]
表１に示す配合比率の接着剤組成物を溶剤に溶解し、接着剤ワニスを調整した。溶剤としてＮ−メチル−２−ピロリドンを用いた。実施例及び比較例の接着剤ワニスを、それぞれキャリアフィルム（離型剤で表面処理したポリエチレンテレフタレートフィルム）上に、２０μｍの厚さで塗布した。接着剤ワニスの塗布には、アプリケータ自動塗工機を用いた。塗布された接着剤ワニスを、１２０℃のオーブンで１０分間加熱して乾燥させた。乾燥後、キャリアフィルムを除去して接着フィルム１３（Ｂステージ状態のフィルム）を得た。
表１に示す各成分の詳細は、以下のとおりである。
（１）ベース樹脂Ａ
温度計、攪拌機、冷却管、及び窒素流入管を装着した３００ｍＬフラスコ中に、４，４’-オキシジフタル酸二無水物(マナック社製、ＯＤＰＡ−Ｍ）７．６ｇ（０．７ｍｏｌ）、デカメチレンビストリメリテート二無水物（黒金化成社製）６．５ｇ（０．３ｍｏｌ）、１，３−ビス（３−アミノプロピル）−１，１，３，３−テトラメチルジシロキサン（東レダウコーニングシリコーン社製、ＢＹ１６−８７１ＥＧ）５ｇ（０．５ｍｏｌ）及びＮ−メチル−２−ピロリドン３０ｇを仕込んで反応液を調製した。反応液を攪拌し、窒素ガスを吹き込みながら１８０℃で加熱することにより、水と共に５０％のＮ−メチル−２−ピロリドンを共沸除去し、「ベース樹脂Ａ」としてのポリイミド樹脂を得た。得られたポリイミド樹脂のＧＰＣを測定したところ、標準ポリスチレン換算の重量平均分子量（Ｍｗ）が５２８００であった。得られたポリイミド樹脂のガラス転移温度（Ｔｇ）は、７２℃であった。
（２）ベース樹脂Ｂ
温度計、攪拌機、冷却管、及び窒素流入管を装着した３００ｍＬフラスコ中に、デカメチレンビストリメリテート二無水物（黒金化成社製）３８６ｇ（１．０ｍｏｌ）、２，２−ビス（４−アミノフェノキシフェニル）プロパン（ＢＡＰＰ：和歌山精化）１５３ｇ（０．５ｍｏｌ）、４，９−ジオキサデカン−１，１２−ジアミン（Ｂ−１２：ＢＡＳＦ）７６．５ｇ（０．５ｍｏｌ）及びＮ−メチル−２−ピロリドン５００ｇを仕込んで反応液を調製した。反応液を攪拌し、窒素ガスを吹き込みながら１８０℃で加熱することにより、水と共に５０％のＮ−メチル−２−ピロリドンを共沸除去し、「ベース樹脂Ｂ」としてのポリイミド樹脂を得た。得られたポリイミド樹脂のＧＰＣを測定したところ、標準ポリスチレン換算の重量平均分子量（Ｍｗ）が５３８００であった。得られたポリイミド樹脂のガラス転移温度（Ｔｇ）は、３８℃であった。
（３）エポキシ樹脂
下記構造を有する多官能エポキシ樹脂（ＶＧ−３０１０：三井化学）を用いた。
Figure 2013125787
（４）硬化促進剤
テトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボラートナジイミド樹脂（ＴＰＰＫ：東京化成）を用いた。
（５）ナジイミド樹脂
下記構造を有するキシリレン型ビスアリルナジイミド（ＢＡＮＩ−Ｘ：丸善石油化学）を用いた。
Figure 2013125787
（６）アクリレート
エトキシ化ビスフェノールＦジアクリレート（Ｒ−７１２：日本化薬）を用いた。
（７）硬化剤
フェノール樹脂（クレゾールナフトールホルムアルデヒド重縮合物）（カヤハードＮＨＮ：日本化薬）を用いた。
（８）ビスマレイミド
２，２’−ビス［４−（４−マレイミドフェノキシ）フェニル］プロパン（ＢＭＩ−８０：ケイ・アイ化成）を用いた。
（９）フィラー
酸化ケイ素（平均粒径５μｍ）（Ｈ２６：ＣＩＫナノテック）と酸化ケイ素（平均粒径０．５μｍ）（Ｈ２７：ＣＩＫナノテック）とを１：２の比率で用いた。
Figure 2013125787
[中間体の準備]
ダイシング・ダイボンディングシートＧに、厚さ５０μｍの半導体ウェハ１２をホットプレート上でラミネートして、半導体ウェハ１２とダイシング・ダイボンディングシートＧとで構成されるダイシングサンプルを作製した。ラミネート時のホットプレート表面温度は６０〜８０℃に設定した。得られたダイシングサンプルを、株式会社ディスコ社製、商品名フルオートマチックダイシングソーＤＦＤ−６３６１を用いて切断した。ブレード１枚で加工を完了するシングルカット方式を採用し、株式会社ディスコ社製のダイシングブレードＺＨ０５−ＳＤ４８００−Ｎ１−７０−ＢＢをブレード１６として用いた。ブレード１６の回転数を３５０００ｒｐｍ、ブレード１６の送り速度を３０ｍｍ／秒とした。また、基材フィルム１４に深さ２５μｍで切り込むようにブレードハイトを設定した。このようにして、半導体ウェハ１２及び接着フィルム１３を７．５ｍｍ×７．５ｍｍの半導体チップ３及びダイボンディングフィルム８に個片化した。半導体チップ３及びダイボンディングフィルム８の各対をピックアップし、中間体Ｍを得た。
[接着フィルムの溶融粘度の評価]
厚さ１００μｍの未硬化の接着フィルム１３から、打ち抜き型を用いて直径６ｍｍのサンプルを切り出した。サンプルの両面に厚さ１５０μｍのスライドガラスを貼り付けて試験サンプルを作製した。この試験サンプルをＣＯＢボンダ（日立化成工業株式会社製、ＡＣ−ＳＣ−４００Ｂ）を用いて熱圧着した。このとき、試験サンプルに８０〜１４０℃のホットプレートで加熱した。また、熱圧着の圧力を１ＭＰａとし、加圧時間を３秒とした。加圧前後のサンプルをスキャナで取り込み、画像解析ソフトで面積を計算し、圧着前後の接着フィルム１３の厚さを算出した。算出された値から、上述の計算式に従って、接着フィルム１３の溶融粘度（η）を求めた。
[充填性の評価]
「中間体の準備」で得られた中間体Ｍを、一方面２ａにおける凸部Ｐ１と凹部Ｓ１との段差が４〜１２μｍである支持部材２に積層し、熱圧着した（接着工程）。積層には、株式会社ルネサス東日本セミコンダクタ製、商品名フレキシブルダイボンダーＤＢ−７３０を用いた。熱圧着のときには、８０〜１２０℃のホットプレートで支持部材２に加熱することで、支持部材２を介してダイボンディングフィルム８に加熱した。熱圧着の圧力を０．１ＭＰａとし、加圧時間を１秒とした。
熱圧着の後、ダイボンディングフィルム８を、超音波映像診断システム（インサイト（株）社製 Ｉｎｓｉｇｈｔ−３００ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＡＭ）を用いて観察して、ダイボンディングフィルム８と支持部材２との界面近傍における空隙の有無に基づいて、充填性を評価した。観察には周波数１８０ＭＨｚ、焦点距離５．９ｍｍのプローブを用いた。
実施例及び比較例のそれぞれにサンプルを１２個ずつ作製し、各サンプルについて充填姓を評価した。超音波映像診断システムによる観察画像を画像解析ソフトによって解析することで、ダイボンディングフィルム８の断面積と空隙Ｖの断面積との和に対し、ダイボンディングフィルム８の断面積が占める割合（％）を算出し、充填性を評価した。この割合が９５％以上であるものを充填性「良好」、１サンプルでも９０％未満であったものを充填性「不良」と判定した。
[リフロー耐性の評価]
「充填性の評価」用のサンプルと同様のサンプルを作成し、リフロー耐性を評価した。具体的には、室温から１２０℃まで３０分間で昇温した後、１２０℃で１時間加熱する条件によりダイボンディングフィルム８に加熱し、ダイボンディングフィルム８を硬化させた（加熱工程）。支持部材２の一方面２ａ上に、日立化成工業株式会社製の封止材（商品名ＣＥＬ−９７５０ＺＨＦ）を成形し、１７５℃で５時間の硬化処理を行い、モールド部１０を形成した。これにより、半導体装置１のサンプルを作成した。超音波映像診断システム（インサイト（株）社製、Ｉｎｓｉｇｈｔ−３００ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＡＭ）により、サンプル内部の剥離や空隙の有無を観察した後、１２５℃で１２時間乾燥した。
乾燥後の半導体装置１のサンプルに対し、８５℃、６０％ＲＨ、１６８時間の条件で吸湿処理を行った。その後、最大温度２６５℃、３０秒の設定でリフロー処理を３回行った。リフロー処理後のサンプルを再度、超音波映像診断システムで観察し、サンプル内部の剥離や空隙の有無を観察した。
実施例及び比較例のそれぞれにサンプルを１２個ずつ作製し、各サンプルについてリフロー処理後の剥離や空隙の有無を観察した。リフロー処理後に剥離又は空隙が存在しなかったものをリフロー耐性「良好」、１サンプルでも剥離又は空隙が存在したものをリフロー耐性「不良」と判定した。
[評価結果]
以上の評価結果を表２に示す。実施例１〜６では、充填性及びリフロー耐性は共に良好であった。比較例１，２，４〜５，８，１０では、ダイボンディングフィルム８の厚さが凸部Ｐ１と凹部Ｓ１との段差の２倍以上であるが、ダイボンディングフィルム８の溶融粘度が２００００Ｐａ・ｓを超えているため、充填性が不良であった。そのため、リフロー耐性も不良であった。
比較例３では、ダイボンディングフィルム８の溶融粘度が２００００Ｐａ・ｓを超え、且つダイボンディングフィルム８の厚さが凸部Ｐ１と凹部Ｓ１との段差の２倍よりも小さいため、充填性が不良であった。
比較例６〜７，９，１１では、熱圧着中に達する温度におけるダイボンディングフィルム８の溶融粘度が２００００Ｐａ・ｓ以下であるが、ダイボンディングフィルム８の厚さが凸部Ｐ１と凹部Ｓ１との段差の２倍よりも小さいため、充填性が不良であった。
Figure 2013125787
１…半導体装置、２…支持部材（被着物）、２ａ…一方面（被着面）、３…半導体チップ（被着物）、３ａ…一方面（被着面）、８…ダイボンディングフィルム、９…ボンディングワイヤ、Ｐ１，Ｐ２…凸部、Ｓ１，Ｓ２…凹部。

Claims (8)

  1. 凹凸が形成された第１の被着面を有する第１の被着物と、第２の被着面を有する第２の被着物とを、ダイボンディングフィルムを介して熱圧着する接着工程を備える半導体装置の製造方法であって、
    前記接着工程では、厚さが前記凹凸の段差の２倍以上である前記ダイボンディングフィルムを前記第１及び第２の被着面の間に介在させ、前記ダイボンディングフィルムの溶融粘度が１０００Ｐａ・ｓ以上２００００Ｐａ・ｓ以下となるように加熱しながら、前記第１の被着物と前記第２の被着物とを熱圧着することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 前記半導体チップの電極と前記支持部材の電極とをボンディングワイヤで接続するワイヤボンディング工程を更に備え、
    前記接着工程を前記ワイヤボンディング工程よりも前に行うことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
  3. 前記接着工程の後に、前記ダイボンディングフィルムに加熱する加熱工程を更に備えることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体装置の製造方法。
  4. 前記接着工程では、前記ダイボンディングフィルムの温度が４０℃以上１１０℃以下となるように加熱し、
    前記加熱工程では、前記ダイボンディングフィルムの温度が１００℃以上１８０℃以下となるように加熱することを特徴とする請求項３記載の半導体装置の製造方法。
  5. 前記加熱工程では、前記ダイボンディングフィルムの温度が０．５時間以上３時間以内に亘って前記接着工程における温度よりも高くなるように加熱することを特徴とする請求項３又は４記載の半導体装置の製造方法。
  6. 前記接着工程では、１００００以上１０００００以下の重量平均分子量のポリイミド樹脂と、熱硬化性樹脂と、無機フィラーと、を含有する前記ダイボンディングフィルムを介して前記第１の被着物と第２の被着物とを熱圧着することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
  7. 前記接着工程では、厚さが３μｍ以上６０μｍ以下である前記ダイボンディングフィルムを介して前記第１の被着物と第２の被着物とを熱圧着することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
  8. 請求項１〜７のいずれか一項記載の半導体装置の製造方法により製造されたことを特徴とする半導体装置。
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