JP2019102568A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体装置の信頼性を向上する。【解決手段】半導体装置は、接着材ＤＢ１と、接着材ＤＢ１よりも弾性率が低く、かつ、平面視において接着材ＤＢ１を内包する接着材ＤＢ２と、接着材ＤＢ１と接着材ＤＢ２とに接する半導体チップＣＨＰとを備える。このとき、平面視において、半導体チップＣＨＰの縁部は、接着材ＤＢ２と重なる位置に配置される。【選択図】図４

Description

本発明は、半導体装置およびその製造技術に関し、例えば、高放熱性を確保しながら、信頼性の高いダイボンド材（接着材）を含む半導体装置およびその製造技術に適用して有効な技術に関する。

特開２０１４−２９８９７号公報（特許文献１）には、端部領域における燒結接合層の空隙率が、中央部領域における燒結接合層の空隙率よりも高い燒結接合層を有する半導体装置に関する技術が記載されている。

特許第５０１２２３９号公報（特許文献２）には、空孔率の異なる複数種類の接合層を有する半導体装置が記載されている。

国際公開第２０１７−０１３８０８号（特許文献３）には、チップ位置ずれを防止する目的で、半導体チップが有する４つの角部のうち、互いに対角に位置する２つの角部に、タック性のある銀ペーストを配置する一方、半導体チップの直下には、タック性のない焼結銀ペーストを配置する技術が記載されている。

特開２０１４−２９８９７号公報 特許第５０１２２３９号公報 国際公開第２０１７−０１３８０８号

半導体装置の温度サイクル試験時や、半導体装置のマザーボードへの実装時において、チップ搭載部と半導体チップとの間の熱膨張率の相違から、半導体チップの縁部に大きな応力が印加される。特に、本発明者の検討によると、半導体装置の熱伝導率に代表される特性を向上するために、高弾性率のダイボンド材を使用すると、半導体チップとダイボンド材（接着材）との界面や、チップ搭載部とダイボンド材との界面に剥離やクラックが生じやすくなることが明らかとなった。このことから、半導体装置の放熱特性を向上しながら、ダイボンド材の信頼性を向上するためには、工夫が必要とされる。

その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

一実施の形態における半導体装置は、第１接着材と、第１接着材よりも弾性率が低く、かつ、平面視において第１接着材を内包する第２接着材と、第１接着材と第２接着材とに接する半導体チップとを備える。このとき、平面視において、半導体チップの縁部は、第２接着材と重なる位置に配置される。

一実施の形態によれば、半導体装置の信頼性を向上することができる。

関連技術における半導体装置に存在する改善の余地を説明する図である。 実施の形態における半導体装置の断面構造を示す図である。 チップ搭載部と、チップ搭載部上に搭載された半導体チップとの平面的な位置関係を模式的に示す図である。 図３において、半導体チップを透視して示す図である。 実施の形態における半導体装置の製造工程を示すフローチャートである。 （ａ）〜（ｄ）は、ダイボンディング工程の詳細を説明する図である。 「低弾性接着材」と「高伝導接着材」と「焼結銀」との構成上の差異を説明する表である。 （ａ）は、「低弾性接着材」の模式的な構成を示す図であり、（ｂ）は、「高伝導接着材」の模式的な構成を示す図であり、（ｃ）は、「焼結銀」の模式的な構成を示す図である。 （ａ）は、「低弾性接着材」に含まれる樹脂の模式的な構成を説明する図であり、（ｂ）は、「高伝導接着材」に含まれる樹脂の模式的な構成を説明する図である。 変形例１において、チップ搭載部と、チップ搭載部上に搭載された半導体チップとの平面的な位置関係を模式的に示す図である。 図１０において、半導体チップを透視して示す図である。 （ａ）〜（ｄ）は、変形例１のダイボンディング工程を説明する図である。 変形例２において、チップ搭載部と、チップ搭載部上に搭載された半導体チップとの平面的な位置関係を模式的に示す図である。 図１３において、半導体チップを透視して示す図である。 （ａ）〜（ｃ）は、変形例２のダイボンディング工程を説明する図である。

以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。

また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。

さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。

同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。

また、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。

＜関連技術に存在する改善の余地＞
まず、関連技術に存在する改善の余地について説明する。本明細書でいう「関連技術」は、新規に発明者が見出した課題を有する技術であって、公知である従来技術ではないが、新規な技術的思想の前提技術（未公知技術）を意図して記載された技術である。

図１は、関連技術における半導体装置に存在する改善の余地を説明する図である。図１に示す半導体装置ＳＡＲは、チップ搭載部ＴＡＢを有し、このチップ搭載部ＴＡＢの上面上には、接着材（ダイボンディング材）ＤＢを介して、半導体チップＣＨＰが搭載されている。そして、この半導体チップＣＨＰとリードＬＤ１とがワイヤＷで電気的に接続されているとともに、半導体チップＣＨＰとリードＬＤ２とがワイヤＷで電気的に接続されている。このとき、チップ搭載部ＴＡＢの側面と上面、接着材ＤＢ、半導体チップＣＨＰ、ワイヤＷ、リードＬＤ１の一部、および、リードＬＤ２の一部は、例えば、樹脂からなる封止体ＭＲで封止されている一方、チップ搭載部ＴＡＢの下面は、封止体ＭＲから露出している。以上のようにして、関連技術における半導体装置ＳＡＲが構成されている。

このように構成されている関連技術における半導体装置ＳＡＲは、例えば、車載向けの用途に使用される。このとき、近年の車載向けの半導体装置ＳＡＲの動向として、低背型の半導体装置ＳＡＲへの需要が多い。このため、車載向けの半導体装置ＳＡＲでは、例えば、図１に示すチップ搭載部ＴＡＢの厚さを薄くすることによって、低背型の半導体装置ＳＡＲが実現されている。一方で、車載向けの半導体装置ＳＡＲにおいては、高機能化や高集積化の要望も大きく、集積回路が形成される半導体チップＣＨＰのサイズの大型化が進んでいる。すなわち、半導体装置ＳＡＲのパッケージサイズ（外形サイズ）は、縮小することが望まれている一方、半導体装置ＳＡＲの内部に搭載される半導体チップＣＨＰのサイズは、高集積化および高機能化を実現するために大型化される傾向がある。この結果、近年の半導体装置ＳＡＲでは、封止体ＭＲ（半導体パッケージ）のサイズに占める半導体チップＣＨＰのサイズ割合が大きくなる傾向にあることになる。

以上のように構成されている半導体装置ＳＡＲでは、チップ搭載部ＴＡＢの薄厚化と半導体チップＣＨＰのサイズの大型化に伴って、チップ搭載部ＴＡＢと半導体チップＣＨＰとの熱膨張率の差が顕著となる。この結果、薄厚化されたチップ搭載部ＴＡＢと、大型サイズの半導体チップＣＨＰとの間の熱膨張率の差に起因する大きな応力が半導体チップＣＨＰの縁部（端部）に加わる。このとき、チップ搭載部ＴＡＢと半導体チップＣＨＰとの間には、接着材（ダイボンディング材）ＤＢが存在することから、接着材ＤＢに大きな応力が加わることになる。接着材ＤＢには、例えば、樹脂材料に銀粒子（原子レベルのサイズではなく、数μｍから５０μｍ程度のフレーク状や球状の粒子）を分散させたものや、銀同士を金属結合させた焼結銀が使用される。ところが、本発明者の検討によると、いずれの接着材ＤＢに対しても、使用環境を想定した信頼性試験において、半導体チップＣＨＰの縁部を起点として、接着材ＤＢに界面剥離や内部クラックに代表される欠陥が発生することが確認されている。そして、このような接着材ＤＢに発生する欠陥が進行すると、半導体装置ＳＡＲのオン抵抗の上昇や熱抵抗の劣化に代表される特性不良を招くことになり、半導体装置ＳＡＲの信頼性が低下することになる。つまり、チップ搭載部ＴＡＢの薄厚化と半導体チップＣＨＰのサイズの大型化が推進される半導体装置ＳＡＲにおいては、半導体装置の信頼性を確保することが困難となるという改善の余地が顕在化する。

そこで、本実施の形態では、関連技術で顕在化する改善の余地に対する工夫を施している。以下では、この工夫を施した本実施の形態における技術的思想について説明する。

＜実施の形態における基本思想＞
上述したように、チップ搭載部ＴＡＢと半導体チップＣＨＰとの熱膨張率の相違に起因する応力によって、チップ搭載部ＴＡＢと半導体チップＣＨＰとを接着する接着材ＤＢにクラックが発生することを防止するために、低弾性率の接着材ＤＢを使用することが考えられる。なぜなら、接着材ＤＢの弾性率が低くなるということは、接着材ＤＢが、チップ搭載部ＴＡＢと半導体チップＣＨＰとの熱膨張率の相違に起因する応力を吸収しやすくなることを意味し、これによって、接着材ＤＢに応力に起因する歪みが発生しにくくなる結果、接着材ＤＢにクラックが発生することを抑制できると考えられるからである。

ただし、低弾性率の接着材ＤＢは、高弾性率の接着材ＤＢよりも熱伝導率や電気伝導率が悪くなる傾向がある。したがって、チップ搭載部ＴＡＢと半導体チップＣＨＰとを接着する接着材ＤＢに低弾性率の接着材ＤＢを使用すると、接着材ＤＢにクラックが発生することを抑制できる一方で、半導体装置のオン抵抗の増加や放熱特性の低下を招くことになるのである。これに対し、チップ搭載部ＴＡＢと半導体チップＣＨＰとを接着する接着材ＤＢに高弾性率の接着材ＤＢを使用すると、半導体装置のオン抵抗の低減や放熱特性の向上を図ることができる一方で、接着材ＤＢへのクラックの発生を抑制できなくなるのである。このように、チップ搭載部ＴＡＢと半導体チップＣＨＰとを接着する接着材ＤＢに低弾性率の接着材ＤＢを使用する場合と、チップ搭載部ＴＡＢと半導体チップＣＨＰとを接着する接着材ＤＢに高弾性率の接着材ＤＢを使用する場合のいずれの場合も、半導体装置のオン抵抗の低減や放熱特性の向上を図りながら、接着材ＤＢへのクラックの発生を抑制することは困難なのである。すなわち、一種類の接着材ＤＢによって、半導体装置のオン抵抗の低減や放熱特性の向上を図りながら、同時に、接着材ＤＢへのクラックの発生を抑制して、半導体装置の信頼性を向上することは難しいのである。

そこで、本実施の形態における基本思想は、一種類の接着材ＤＢによって、チップ搭載部ＴＡＢと半導体チップＣＨＰとを接着する構成を採用するのではなく、弾性率の異なる複数種類の接着材ＤＢを使用することによって、チップ搭載部ＴＡＢと半導体チップＣＨＰとを接着する構成を採用する思想である。つまり、本実施の形態における基本思想は、低弾性率の接着材ＤＢと高弾性率の接着材ＤＢの両方を使用することにより、高弾性率の接着材ＤＢによってもたらされる半導体装置のオン抵抗の低減や放熱特性の向上を得ながら、低弾性率の接着材ＤＢによってもたらされる接着材ＤＢへのクラックの発生を抑制する思想である。このような本実施の形態における基本思想によれば、特に、チップ搭載部ＴＡＢの薄厚化と半導体チップＣＨＰのサイズの大型化が推進される半導体装置の特性（放熱特性と電気特性）を向上しながら、接着材ＤＢに発生するクラックに起因する半導体装置の信頼性の低下を抑制することができる。言い換えれば、本実施の形態における基本思想によれば、低背型の半導体パッケージ構造を有し、かつ、高機能化および高集積化が推進された半導体チップを含む半導体装置において、半導体装置の特性（放熱特性と電気特性）の向上と、半導体装置の信頼性向上とを両立することができるという顕著な効果を得ることができる。すなわち、一種類の接着材ＤＢを使用する場合には、トレードオフの関係にある半導体装置の特性向上と半導体装置の信頼性向上とを実現することが困難である。これに対し、低弾性率の接着材ＤＢと高弾性率の接着材ＤＢの両方を使用するという本実施の形態における基本思想は、一種類の接着材ＤＢを使用する場合にはトレードオフの関係にあった半導体装置の特性向上と半導体装置の信頼性向上とを両立できる点で優れた技術的思想であるということができる。

＜半導体装置の構成＞
以下では、本実施の形態における基本思想を具現化した半導体装置の構成について説明する。図２は、本実施の形態における半導体装置ＳＡ１の断面構造を示す図である。図２において、本実施の形態における半導体装置ＳＡ１は、例えば、銅材からなるチップ搭載部ＴＡＢを有し、このチップ搭載部ＴＡＢの上面上には、接着材（ダイボンディング材）ＤＢ１と接着材ＤＢ２とを介して、半導体チップＣＨＰが搭載されている。すなわち、本実施の形態における半導体装置ＳＡ１では、チップ搭載部ＴＡＢと半導体チップＣＨＰとの接着が、高弾性率の接着材ＤＢ１と、この接着材ＤＢ１よりも低弾性率の接着材ＤＢ２の両方によって行なわれている。言い換えれば、本実施の形態における半導体装置ＳＡ１では、チップ搭載部ＴＡＢと半導体チップＣＨＰとの接着が、熱伝導率の低い接着材ＤＢ２と、この接着材ＤＢ２よりも熱伝導率の高い接着材ＤＢ１の両方によって行なわれているということもできる。そして、この半導体チップＣＨＰとリードＬＤ１とがワイヤＷで電気的に接続されているとともに、半導体チップＣＨＰとリードＬＤ２とがワイヤＷで電気的に接続されている。このとき、チップ搭載部ＴＡＢの側面と上面、接着材ＤＢ、半導体チップＣＨＰ、ワイヤＷ、リードＬＤ１の一部、および、リードＬＤ２の一部は、例えば、樹脂からなる封止体ＭＲで封止されている。一方、チップ搭載部ＴＡＢの下面は、封止体ＭＲから露出しているとともに、リードＬＤ１の他部およびリードＬＤ２の他部は、封止体ＭＲから突き出ている。以上のようにして、本実施の形態における半導体装置ＳＡ１が構成されている。

次に、図３は、チップ搭載部ＴＡＢと、チップ搭載部ＴＡＢ上に搭載された半導体チップＣＨＰとの平面的な位置関係を模式的に示す図である。図３に示すように、本実施の形態における半導体装置ＳＡ１は、平面形状が矩形形状のチップ搭載部ＴＡＢを有し、このチップ搭載部ＴＡＢ上に、平面形状が矩形形状の半導体チップＣＨＰが搭載されている。このとき、図３に示すように、平面視において、半導体チップＣＨＰは、チップ搭載部ＴＡＢに内包されるように配置されている。さらに、図３に示すように、平面視において、半導体チップＣＨＰから接着材ＤＢ２がはみ出している一方、平面視において、はみ出している接着材ＤＢ２は、チップ搭載部ＴＡＢに内包されている。なお、図３におけるＡ−Ａ線での断面図は、図２に対応する。

続いて、図４は、図３において、半導体チップＣＨＰを透視して示す図である。図４において、半導体チップＣＨＰは、破線で囲む領域として示されている。図４において、チップ搭載部ＴＡＢは、接着材ＤＢ２を内包しており、この接着材ＤＢ２は、半導体チップＣＨＰを内包している。言い換えれば、平面視において、接着材ＤＢ２は、半導体チップＣＨＰからはみ出した部分を有する。そして、図４に示すように、平面視において、接着材ＤＢ１は、半導体チップＣＨＰに内包されている。このとき、半導体チップＣＨＰは、接着材ＤＢ２に内包されていることから、必然的に、平面視において、接着材ＤＢ１は、接着材ＤＢ２に内包されているということができる。このように、半導体チップＣＨＰは、平面視において、接着材ＤＢ２に内包され、かつ、接着材ＤＢ１を内包していることから、必然的に、平面視において、半導体チップＣＨＰの縁部は、接着材ＤＢ２と重なることになる。ここで、半導体チップＣＨＰの縁部には、矩形形状をした半導体チップＣＨＰの角部（４つの角部）と半導体チップＣＨＰの端辺（４つの端辺）とが含まれる。なお、図４におけるＡ−Ａ線での断面図は、図２に対応する。

＜半導体装置の製造方法＞
本実施の形態における半導体装置ＳＡ１は、上記のように構成されており、以下に、その製造方法について、図面を参照しながら説明することにする。

図５は、本実施の形態における半導体装置ＳＡ１を製造する工程の流れを示すフローチャートである。まず、前工程によって、半導体ウェハの複数のチップ領域のそれぞれに、例えば、電界効果トランジスタと配線とを含む集積回路が形成される。その後、まず、半導体ウェハをダイシングすることにより、複数のチップ領域を個片化して、複数の半導体チップを取得する（Ｓ１０１）。そして、ペーストを介して、チップ搭載部（リードフレームの一部分）上に半導体チップを搭載した後（Ｓ１０２）、ペーストを硬化させる（Ｓ１０３）。これにより、ペーストを硬化させることにより形成された接着材によって、チップ搭載部上に半導体チップが接着する。次に、プラズマ洗浄処理を実施した後（Ｓ１０４）、半導体チップのパッドとリード（リードフレームの一部分）とをワイヤで接続する（Ｓ１０５）、続いて、樹脂からなる封止体で、半導体チップを封止する（Ｓ１０６）。そして、リードフレームに存在するタイバーを切断した後（Ｓ１０７）、封止体から露出するチップ搭載部の下面およびリードの一部分にめっき膜を形成する（Ｓ１０８）。その後、封止体の表面にマーキングを施した後（Ｓ１０９）、封止体をリードフレームから切断し、封止体から突出するリードの一部分を成型する（Ｓ１１０）。次に、外観検査を実施した後（Ｓ１１１）、良品と判断された半導体装置が出荷される（Ｓ１１２）。以上のようにして、本実施の形態における半導体装置を製造することができる。

次に、図５に示すダイボンディング工程（Ｓ１０２）の詳細を図６で説明する。図６（ａ）に示すチップ搭載部ＴＡＢの上面に対して、ディスペンサＤＰ１によって、ペーストＰＳＴ１を滴下する（図６（ｂ））。その後、図６（ｃ）に示すように、チップ搭載部ＴＡＢの上面に塗布されたペーストＰＳＴ１の外側に、ディスペンサＤＰ２によって、ペーストＰＳＴ２を滴下する。その後、図６（ｄ）に示すように、ペーストＰＳＴ１とペーストＰＳＴ２とが滴下されたチップ搭載部ＴＡＢ上に半導体チップＣＨＰを搭載する。その後、ペーストＰＳＴ１およびペーストＰＳＴ２を硬化させるための硬化ベーク処理を実施する。このとき、後述する「焼結銀」を形成する場合には、必要に応じて加圧処理も実施される。

このようにして、例えば、図２〜図４に示すように、ペーストＰＳＴ１を硬化することによって形成された高弾性率の接着材ＤＢ１と、ペーストＰＳＴ２を硬化することによって形成され、かつ、接着材ＤＢ１よりも低弾性率の接着材ＤＢ２の両方によって、チップ搭載部ＴＡＢと半導体チップＣＨＰとの接着が行なわれる。

＜接着材の種類＞
続いて、本実施の形態で使用する接着材に種類について説明する。本実施の形態で使用する接着材は、「低弾性接着材」と、「高伝導接着材」と、「焼結銀」とに区別される。図７は、「低弾性接着材」と「高伝導接着材」と「焼結銀」との構成上の差異を説明する表である。まず、図７において、本明細書でいう「低弾性接着材」とは、樹脂（エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、シロキサン樹脂やその混合型樹脂など）に分散された銀を含み、不揮発分が８０重量％〜９５重量％であり、かつ、硬化前銀含有量が６０重量％〜９０重量％であり、かつ、硬化後銀含有量が６０重量％〜９０重量％である接着材である。一方、図７において、本明細書でいう「高伝導接着材」とは、エポキシ樹脂に分散された銀を含み、不揮発分が８５重量％〜９５重量％であり、かつ、硬化前銀含有量が８０重量％〜９０重量％であり、かつ、硬化後銀含有量が９０重量％〜９５重量％である接着材である。さらに、図７において、本明細書でいう「燒結銀」とは、金属結合した銀を含み、不揮発分が９０重量％以上であり、かつ、硬化前銀含有量が８５重量％以上であり、かつ、硬化後銀含有量が９０重量％以上である接着材である。

このように、「低弾性接着材」と「高伝導接着材」と「焼結銀」とは、成分の相違があり、この成分の相違に起因して、弾性率が相違することになる。具体的に、図７に示すように、「低弾性接着材」の弾性率は、４ＧＰａよりも小さく、かつ、「高伝導接着材」の弾性率は、４ＧＰａ以上２０ＧＰａ以下であり、かつ、「焼結銀」の弾性率は、１０ＧＰａ以上２５ＧＰａ以下である。さらに、「低弾性接着材」と「高伝導接着材」と「焼結銀」とは、成分の相違に起因して、電気伝導率や熱伝導率が相違することになる。例えば、「低弾性接着材」の電気伝導率や熱伝導率は、「高伝導接着材」の電気伝導率や熱伝導率よりも低く、かつ、「焼結銀」の電気伝導率や熱伝導率よりも低い。

図８（ａ）には、「低弾性接着材」の模式的な構成が示されており、図８（ｂ）には、「高伝導接着材」の模式的な構成が示されており、図８（ｃ）には、「焼結銀」の模式的な構成が示されている。図８（ａ）においては、「低弾性接着材」における樹脂と銀（数μｍから５０μｍ程度の銀粒子）との分散状況が示されている。一方、図８（ｂ）においては、「高伝導接着材」における樹脂と銀（数μｍから５０μｍ程度の銀粒子）との分散状況が示されている。また、図８（ｃ）においては、「焼結銀」における樹脂と銀（数μｍから５０μｍ程度の銀粒子）との分散状況が示されている。

ここで、図９（ａ）および図９（ｂ）は、「低弾性接着材」に含まれる樹脂と、「高伝導接着材」に含まれる樹脂との相違を模式的に説明するための図である。特に、図９（ａ）には、「低弾性接着材」に含まれる樹脂の模式的な構成が示されている一方、図９（ｂ）には、「高伝導接着材」に含まれる樹脂の模式的な構成が示されている。

図９（ａ）に示すように、「低弾性接着材」では、エポキシ樹脂を接合する架橋点が少なく、エポキシ樹脂の伸縮性の自由度が高い。この結果、「低弾性接着材」の弾性率は、小さくなる。一方、「低弾性接着材」は、エポキシ樹脂に分散されている銀粒子の密度が小さいため、電気伝導率や熱伝導率は低くなる。

一方、図９（ｂ）に示すように、「高伝導接着材」では、エポキシ樹脂を接合する架橋点が多く、エポキシ樹脂の伸縮性の自由度が小さい。この結果、「高伝導接着材」の弾性率は、「低弾性接着材」の弾性率よりも高くなる。一方、「高伝導接着材」は、「低弾性接着材」よりも、エポキシ樹脂に分散されている銀粒子の密度が大きいため、電気伝導率や熱伝導率は高くなる。

＜実施の形態における特徴＞
次に、本実施の形態における特徴点について説明する。本実施の形態における第１特徴点は、一種類の接着材によって、チップ搭載部と半導体チップとを接着する構成を採用するのではなく、弾性率の異なる複数種類の接着材を使用することによって、チップ搭載部と半導体チップとを接着する構成を採用する基本思想を具現化する点にある。具体的に、本実施の形態における第１特徴点は、例えば、図４に示すように、チップ搭載部ＴＡＢ上に形成された接着材ＤＢ１と、チップ搭載部ＴＡＢ上に形成され、かつ、接着材ＤＢ１よりも弾性率が低く、かつ、平面視において接着材ＤＢ１を内包する接着材ＤＢ２とを備えることを前提として、平面視において、半導体チップＣＨＰの縁部は、接着材ＤＢ２と重なる点にある。これにより、まず、半導体チップＣＨＰの縁部が、弾性率の低い接着材ＤＢ２と重なることから、最も応力が加わる半導体チップＣＨＰの縁部に接する接着材ＤＢ２にクラックが発生することを効果的に抑制することができる。なぜなら、本実施の形態では、半導体チップＣＨＰの縁部と接する接着材ＤＢ２として、例えば、図７に示す「低弾性接着材」を使用しているからである。つまり、本実施の形態では、クラックが最も発生しやすい半導体チップＣＨＰの縁部と接する位置に、弾性率の小さな「低弾性接着材」が接するように構成されているため、クラックの発生を効果的に抑制することができる。

一方、本実施の形態における第１特徴点では、「低弾性接着材」に内包される位置に「高伝導接着材」や「焼結銀」からなる接着材ＤＢ１が形成されている。この場合、例えば、図４に示すように、「高伝導接着材」や「焼結銀」からなる接着材ＤＢ１は、クラックの最も発生しやすい半導体チップＣＨＰの縁部とは重ならないように配置されている結果、弾性率の高い「高伝導接着材」や「焼結銀」からなる接着材ＤＢ１を使用しても、クラックの発生は顕在化しにくくなる。一方、図４に示すように、平面視において、電気伝導率と熱伝導率の高い「高伝導接着材」や「焼結銀」からなる接着材ＤＢ１は、半導体チップＣＨＰに内包される。この結果、本実施の形態における第１特徴点によれば、半導体チップＣＨＰとチップ搭載部ＴＡＢとの間のオン抵抗の低減を図ることができるとともに、半導体チップＣＨＰで発生した熱を封止体ＭＲから露出するチップ搭載部ＴＡＢの下面から効率良く放散させることができる。このように、本実施の形態における第１特徴点では、例えば、図４に示すように、平面視において、半導体チップＣＨＰの縁部は、「低弾性接着材」からなる接着材ＤＢ２と重なり、かつ、半導体チップＣＨＰの縁部の内側は、「高伝導接着材」や「焼結銀」からなる接着材ＤＢ１と重なるように構成される。この結果、本実施の形態における第１特徴点によれば、基本思想が具現化されて、一種類の接着材を使用する場合にはトレードオフの関係にあった半導体装置の特性向上と半導体装置の信頼性向上とを両立できるという顕著な効果を得ることができる。

具体的に、本実施の形態における第１特徴点では、接着材ＤＢ１として、「高伝導接着材」や「焼結銀」が採用される一方、接着材ＤＢ２として、「低弾性接着材」が採用される結果、接着材ＤＢ１の弾性率は、４ＧＰａ以上であり、かつ、接着材ＤＢ２の弾性率は、４ＧＰａよりも小さいという構成が実現される。例えば、接着材ＤＢ１として、「焼結銀」を採用する場合、接着材ＤＢ１は、金属結合した銀を含み、接着材ＤＢ１の銀含有量は、９０重量％以上であるという構成になる。一方、例えば、接着材ＤＢ１として、「高伝導接着材」を採用する場合、接着材ＤＢ１は、樹脂に分散された銀を含み、接着材ＤＢ１の銀含有量は、９０重量％以上９５重量％以下であるという構成になる。

さらに、例えば、本実施の形態における第１特徴点では、接着材ＤＢ１として、「高伝導接着材」が採用され、かつ、接着材ＤＢ２として、「低弾性接着材」が採用される場合、接着材ＤＢ１は、銀を含み、接着材ＤＢ２は、銀を含み、接着材ＤＢ１の銀含有率は、接着材ＤＢ２の銀含有率よりも大きいという構成になる。この構成を言い換えれば、接着材ＤＢ１は、樹脂と銀とを含み、接着材ＤＢ２は、樹脂と銀とを含み、接着材ＤＢ１の樹脂含有率は、接着材ＤＢ２の樹脂含有率より小さいと表現することができる。

ここで、半導体装置の特性向上と半導体装置の信頼性向上とを両立できる本実施の形態における第１特徴点を前提として、半導体装置の特性向上（例えば、オン抵抗の低減と放熱効率の向上）を優先させる観点からは、以下の第２特徴点を有していることが望ましい。すなわち、図４に示すように、平面視において、半導体チップＣＨＰの縁部と接着材ＤＢ２とが重なるようにすることを前提としながらも、平面視において、接着材ＤＢ１の平面積を、半導体チップＣＨＰに内包される接着材ＤＢ２の部分の平面積よりも大きくすることが望ましい。なぜなら、この場合、電気伝導率および熱伝導率の高い接着材ＤＢ１と半導体チップＣＨＰとの接触面積が大きくなる結果、さらなる半導体装置の特性向上を図ることができるからである。

＜変形例１＞
続いて、本実施の形態における変形例１について説明する。図１０は、本変形例１において、チップ搭載部ＴＡＢと、チップ搭載部ＴＡＢ上に搭載された半導体チップＣＨＰとの平面的な位置関係を模式的に示す図である。図１０に示すように、本変形例１における半導体装置ＳＡ１は、平面形状が矩形形状のチップ搭載部ＴＡＢを有し、このチップ搭載部ＴＡＢ上に、平面形状が矩形形状の半導体チップＣＨＰが搭載されている。このとき、図１０に示すように、平面視において、半導体チップＣＨＰは、チップ搭載部ＴＡＢに内包されるように配置されている。さらに、図１０に示すように、平面視において、半導体チップＣＨＰから接着材ＤＢ２がはみ出している一方、平面視において、はみ出している接着材ＤＢ２は、チップ搭載部ＴＡＢに内包されている。

続いて、図１１は、図１０において、半導体チップＣＨＰを透視して示す図である。図１１において、半導体チップＣＨＰは、破線で囲む領域として示されている。図１１において、チップ搭載部ＴＡＢは、接着材ＤＢ２を内包しており、この接着材ＤＢ２は、半導体チップＣＨＰを内包している。言い換えれば、平面視において、接着材ＤＢ２は、半導体チップＣＨＰからはみ出した部分を有する。そして、図１１に示すように、平面視において、接着材ＤＢ１は、半導体チップＣＨＰに内包されている。

このとき、半導体装置の特性向上と半導体装置の信頼性向上とを両立できる実施の形態における第１特徴点を前提として、半導体装置の信頼性向上（例えば、接着材におけるクラックの発生の抑制）を優先させる観点からは、以下の特徴点を有していることが望ましい。すなわち、図１１に示すように、平面視において、半導体チップＣＨＰの縁部と接着材ＤＢ２とが重なるようにすることを前提として、平面視において、接着材ＤＢ１の平面積を、半導体チップＣＨＰに内包される接着材ＤＢ２の部分の平面積よりも小さくすることが望ましい。この場合、弾性率も小さな接着材ＤＢ２と半導体チップＣＨＰとの接触面積が大きくなる結果、半導体チップＣＨＰの縁部以外の箇所を起点とするクラックの発生も充分に抑制できるからである。

このような本変形例１の構成を実現するダイボンディング工程を説明する。図１２（ａ）に示すチップ搭載部ＴＡＢの上面に対して、ディスペンサＤＰ１によって、ペーストＰＳＴ１を滴下する（図１２（ｂ））。その後、図１２（ｃ）に示すように、チップ搭載部ＴＡＢの上面に塗布されたペーストＰＳＴ１の外側に、ディスペンサＤＰ２によって、ペーストＰＳＴ２を滴下する。その後、図１２（ｄ）に示すように、ペーストＰＳＴ１とペーストＰＳＴ２とが滴下されたチップ搭載部ＴＡＢ上に半導体チップＣＨＰを搭載する。その後、ペーストＰＳＴ１およびペーストＰＳＴ２を硬化させるための硬化ベーク処理を実施する。これにより、例えば、図１１に示すように、ペーストＰＳＴ１を硬化することによって形成された高弾性率の接着材ＤＢ１と、ペーストＰＳＴ２を硬化することによって形成され、かつ、接着材ＤＢ１よりも低弾性率の接着材ＤＢ２の両方によって、チップ搭載部ＴＡＢと半導体チップＣＨＰとの接着が行なわれる。このとき、図１２（ａ）〜図１２（ｄ）に示すダイボンディング工程を実施することにより、本変形例１の特徴点である接着材ＤＢ１の平面積を、半導体チップＣＨＰに内包される接着材ＤＢ２の部分の平面積よりも小さくする構成が実現される。

＜変形例２＞
次に、本実施の形態における変形例２について説明する。図１３は、本変形例２において、チップ搭載部ＴＡＢと、チップ搭載部ＴＡＢ上に搭載された半導体チップＣＨＰとの平面的な位置関係を模式的に示す図である。図１３に示すように、本変形例２における半導体装置ＳＡ１は、平面形状が矩形形状のチップ搭載部ＴＡＢを有し、このチップ搭載部ＴＡＢ上に、平面形状が矩形形状の半導体チップＣＨＰが搭載されている。このとき、図１３に示すように、平面視において、半導体チップＣＨＰは、チップ搭載部ＴＡＢに内包されるように配置されている。さらに、図１３に示すように、平面視において、半導体チップＣＨＰから接着材ＤＢ３がはみ出している一方、平面視において、はみ出している接着材ＤＢ３は、チップ搭載部ＴＡＢに内包されている。

続いて、図１４は、図１３において、半導体チップＣＨＰを透視して示す図である。図１４において、半導体チップＣＨＰは、破線で囲む領域として示されている。図１４において、チップ搭載部ＴＡＢは、接着材ＤＢ３を内包しており、この接着材ＤＢ３は、半導体チップＣＨＰを内包している。言い換えれば、平面視において、接着材ＤＢ３は、半導体チップＣＨＰからはみ出した部分を有する。そして、図１４に示すように、平面視において、接着材ＤＢ２は、半導体チップＣＨＰに内包されている。さらに、図１４に示すように、平面視において、接着材ＤＢ１は、接着材ＤＢ２に内包されている。

このように、本変形例２では、異なる成分を有する３種類の接着材ＤＢ１〜ＤＢ３を使用している。このとき、接着材ＤＢ１は、図７に示す「焼結銀」から構成され、かつ、接着材ＤＢ２は、図７に示す「高伝導接着材」から構成され、かつ、接着材ＤＢ３は、図７に示す「低弾性接着材」から構成される。このように構成されている本変形例２によれば、異なる成分を有する２種類の接着材ＤＢ１〜ＤＢ２を使用する場合に比べて、よりきめ細やかに、半導体装置の特性向上を確保しながら、半導体装置の確実な信頼性向上を図ることができるという顕著な効果が得られる。

このような本変形例２の構成を実現するダイボンディング工程を説明する。まず、図１５（ａ）に示すように、チップ搭載部ＴＡＢの上面に対して、ディスペンサＤＰ１によって、ペーストＰＳＴ１を滴下する。その後、図１５（ｂ）に示すように、チップ搭載部ＴＡＢの上面に塗布されたペーストＰＳＴ１の外側に、ディスペンサＤＰ２によって、ペーストＰＳＴ２を滴下する。その後、図１５（ｃ）に示すように、チップ搭載部ＴＡＢの上面に塗布されたペーストＰＳＴ２の外側に、ディスペンサＤＰ３によって、ペーストＰＳＴ３を滴下する。次に、ペーストＰＳＴ１とペーストＰＳＴ２とペーストＰＳＴ３とが滴下されたチップ搭載部ＴＡＢ上に半導体チップＣＨＰを搭載する。その後、ペーストＰＳＴ１およびペーストＰＳＴ２とペーストＰＳＴ３とを硬化させるための硬化ベーク処理と加圧処理とを実施する。これにより、図１４に示すように、ペーストＰＳＴ１を硬化することによって形成された高弾性率の接着材ＤＢ１と、ペーストＰＳＴ２を硬化することによって形成され、かつ、接着材ＤＢ１よりも低弾性率の接着材ＤＢ２と、ペーストＰＳＴ３を硬化することによって形成され、かつ、接着材ＤＢ２よりも低弾性率の接着材ＤＢ３とによって、チップ搭載部ＴＡＢと半導体チップＣＨＰとの接着が行なわれる。このとき、図１５（ａ）〜図１５（ｃ）に示すダイボンディング工程を実施することにより、本変形例２の特徴点である異なる成分を有する３種類の接着材ＤＢ１〜ＤＢ３でチップ搭載部ＴＡＢに半導体チップＣＨＰを接着する構成が実現される。

以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の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種々変更可能であることは言うまでもない。

ＣＨＰ 半導体チップ
ＤＢ１ 接着材
ＤＢ２ 接着材
ＤＢ３ 接着材
ＭＲ 封止体
ＰＳＴ１ ペースト
ＰＳＴ２ ペースト
ＰＳＴ３ ペースト
ＴＡＢ チップ搭載部

Claims (15)

1. チップ搭載部と、
   前記チップ搭載部上に形成された第１接着材と、
   前記チップ搭載部上に形成され、かつ、前記第１接着材よりも弾性率が低く、かつ、平面視において前記第１接着材を内包する第２接着材と、
   前記第１接着材と前記第２接着材とに接する半導体チップと、
   を備え、
   平面視において、前記半導体チップの縁部は、前記第２接着材と重なる、半導体装置。
2. 請求項１に記載の半導体装置において、
   前記第１接着材の弾性率は、４ＧＰａ以上であり、
   前記第２接着材の弾性率は、４ＧＰａよりも小さい、半導体装置。
3. 請求項１に記載の半導体装置において、
   前記第１接着材は、金属結合した銀を含み、
   前記第１接着材の銀含有量は、９０重量％以上である、半導体装置。
4. 請求項１に記載の半導体装置において、
   前記第１接着材は、樹脂に分散された銀を含み、
   前記第１接着材の銀含有量は、９０重量％以上９５重量％以下である、半導体装置。
5. 請求項１に記載の半導体装置において、
   前記第２接着材は、樹脂に分散された銀を含み、
   前記第２接着材の銀含有量は、６０重量％以上９０重量％未満である、半導体装置。
6. 請求項１に記載の半導体装置において、
   前記第１接着材の熱伝導率は、前記第２接着材の熱伝導率よりも高い、半導体装置。
7. 請求項１に記載の半導体装置において、
   平面視において、前記第１接着材は、前記半導体チップに内包される、半導体装置。
8. 請求項１に記載の半導体装置において、
   平面視において、前記第２接着材は、前記半導体チップからはみ出した部分を有する、半導体装置。
9. 請求項１に記載の半導体装置において、
   前記第１接着材は、銀を含み、
   前記第２接着材は、銀を含み、
   前記第１接着材の銀含有率は、前記第２接着材の銀含有率よりも大きい、半導体装置。
10. 請求項１に記載の半導体装置において、
    前記第１接着材は、樹脂と銀とを含み、
    前記第２接着材は、樹脂と銀とを含み、
    前記第１接着材の樹脂含有率は、前記第２接着材の樹脂含有率より小さい、半導体装置。
11. 請求項１に記載の半導体装置において、
    前記半導体チップの前記縁部は、前記半導体チップの角部と前記半導体チップの端辺とを含む、半導体装置。
12. 請求項１に記載の半導体装置において、
    平面視において、前記第１接着材の平面積は、前記半導体チップに内包される前記第２接着材の部分の平面積よりも大きい、半導体装置。
13. 請求項１に記載の半導体装置において、
    前記半導体装置は、前記半導体チップを封止する封止体を有し、
    前記チップ搭載部は、前記封止体から露出する部分を有する、半導体装置。
14. 第１接着材と、前記第１接着材よりも弾性率が低く、かつ、平面視において前記第１接着材を内包する第２接着材と、前記第１接着材と前記第２接着材とに接する半導体チップと、を含み、平面視において、前記半導体チップの縁部は、前記第２接着材と重なる、半導体装置の製造方法であって、
    （ａ）チップ搭載部上に銀を含む第１ペーストを塗布する工程、
    （ｂ）前記チップ搭載部上に銀を含む第２ペーストを塗布する工程、
    （ｃ）前記（ａ）工程および前記（ｂ）工程を実施した後、前記第１ペーストと前記第２ペーストとに接するように前記半導体チップを配置する工程、
    （ｄ）前記（ｃ）工程の後、熱処理を施すことにより、前記第１ペーストを硬化させて前記第１接着材を形成し、かつ、前記第２ペーストを硬化させて前記第２接着材を形成する工程、
    を備える、半導体装置の製造方法。
15. 請求項１４に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記（ｄ）工程では、前記半導体チップを押圧しながら、前記熱処理を施す、半導体装置の製造方法。

Images