JP5272284B2 - 接着シート、半導体装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、接着シート、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、特許文献１〜５参照）。
スタックドＣＳＰの例として、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Ａ１上にさらに別の半導体チップＡ１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、ウエハ及び接着シートのダイシングによって、得られる半導体チップ端部の破損が大きくなる、糸状のくず（樹脂ばり）が大きくなるという問題があった。
すなわち、通常、ダイシング工程は、ウエハ、接着シート、及びダイシングテープを０℃〜８０℃で貼り合わせた後、これらを回転刃で同時に切断し、洗浄後、接着剤付き半導体チップを得る工程が取られている。この切断後にできたダイシングテープの溝に、接着シートやウエハの切断くずが付着し、それが切断後の洗浄時や半導体チップピックアップ時にダイシングテープから剥離し、糸状のくず（樹脂ばり）が生じ、半導体チップに付着し、電極などを汚染することがあった。
また、凹凸の充てん時に凸部が上部の半導体チップと接触し又は近接しすぎ、絶縁不良を起こすことがあった。これは凸部の高さが高い場合、貼り合わせ圧力が高い場合に顕著であった。特に、凹凸として、アスペクト比が大きい突起または中空配線などに起因する凹凸を充てんした場合、絶縁不良がおきやすかった。
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２００４−０７２００９号公報
本発明は、ダイシング性が優れ、かつ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凸部が上部の半導体チップと接触せず、絶縁性に優れる、さらには耐熱性や耐湿性を満足する接着シート、並びにこれを用いた半導体装置及び半導体装置の製造方法を提供するものである。
本発明の発明者らは、下記の特定の組成を有する接着シートを使用することにより、ダイシング時に樹脂ばりの発生を防ぐことができ、かつ、基板の配線や、半導体チップのワイヤ等に起因する凹凸を充てん（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、また凸部が上部チップに接触しないため、絶縁性にも優れることを見出した。
すなわち、本発明は、１００℃における溶融粘度が１×１０４Ｐａ・ｓ〜１×１０８Ｐａ・ｓである樹脂７０〜９５体積％、嵩密度／真密度が０．２〜０．７である平均粒径０．１〜５μｍの粒子５〜３０体積％、及び嵩密度／真密度が０．２未満である平均粒径０．１μｍ未満の粒子０〜５体積％を含むことを特徴とする接着シートに関する。
また、本発明は、第１の接着剤層及び第２の接着剤層が直接的に又は間接的に積層された構造を有してなる多層接着シートであって、少なくとも第１の接着剤層が前記接着シートからなり、第１の接着剤層のフロー量Ａμｍ、厚さａμｍ、第２の接着剤層のフロー量Ｂμｍ、厚さｂμｍとが、Ａ×３＜Ｂかつａ×２＜ｂの関係を有する多層接着シートに関する。
また、本発明は、ウエハ、接着シート及びダイシングテープを０℃〜８０℃で貼り合わせ、回転刃でウエハ、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に使用する前記接着シートに関する。
また、本発明は、ウエハ、接着シート及びダイシングテープを貼り合せた際に、ウエハに接する側が第１の接着剤層であり、ダイシングテープに接する側が第２の接着剤層である前記接着シートに関する。
また、本発明は、ウエハ、前記接着シート及びダイシングテープを０℃〜８０℃で貼り合わせ、回転刃でウエハ、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方法に関する。
また、本発明は、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接着する際に、凹凸を加熱する前記半導体装置の製造方法に関する。
また、本発明は、凹凸を形成する凸部の高さ／幅が１以上である前記半導体装置の製造方法に関する。
また、本発明は、前記接着シートを用いて半導体チップと基板、又は半導体チップと半導体チップとを接着してなる半導体装置に関する。
本発明の接着シートは、ダイシング性に優れ、かつ配線やワイヤ等に起因する凹凸の充てん性に優れ、また凹凸の充てん時に凸部が上部の半導体チップと接触せず、絶縁性に優れ、さらには耐熱性や耐湿性に優れた接着シートである。また、本発明の半導体装置の製造方法は、ダイシング性に優れ、樹脂ばりの発生が少なく、かつ配線やワイヤ等に起因する凹凸の充てん性に優れた製造方法である。さらに、本発明の半導体装置は、絶縁性、さらには耐熱性や耐湿性に優れた半導体装置である。
本発明の接着シートには、１００℃における溶融粘度が１×１０４Ｐａ・ｓ〜１×１０８Ｐａ・ｓの樹脂を使用する。１×１０４Ｐａ・ｓ未満では、流動性が高く、基板の凹凸が容易に貫通するため、絶縁性、バリア性が不足する。１×１０８Ｐａ・ｓを超える場合、ぬれ性が低下し、耐リフロー性が悪化する。樹脂は接着シート中に７０〜９５体積％含まれ、好ましくは７０〜８８体積％含まれる。
なお、樹脂の溶融粘度は、下記の平行平板プラストメータ法により測定、算出した値を用いた。
すなわち、樹脂を厚さ１００〜３００μｍの形状に成形する。これを直径１１．３ｍｍの円形に打ち抜いたものを試料とし、１００℃において、荷重３．０ｋｇｆで５秒間加圧し、加圧前後の試料の厚みから、次式より溶融粘度を算出した。
Figure 0005272284
 （式中、Ｚ０は荷重を加える前の樹脂の厚さ、Ｚは荷重を加えた後の樹脂の厚さ、Ｖは樹脂の体積、Ｆは加えた荷重、ｔは荷重を加えた時間を表す。）
また、本発明の接着シートは、嵩密度／真密度が０．２〜０．７である平均粒径０．１〜５μｍの粒子（ｉ）を５〜３０体積％、嵩密度／真密度が０．２未満である平均粒径０．１μｍ未満の粒子（ii）を０〜５体積％以下含有する。本発明の接着シートに使用する粒子は、嵩密度Ｄｇ／ｃｍ３、真密度Ｅｇ／ｃｍ３の場合、好ましい粒子の嵩密度Ｄｇ／ｃｍ３の範囲は真密度に依存するため、Ｄ／Ｅの範囲で規定されることが好ましい。
接着シートに使用する粒子（ｉ）のＤ／Ｅは０．２〜０．７であり、好ましくはＤ／Ｅは０．３〜０．５である。Ｄ／Ｅ＞０．７の場合、バリア性が不足する。Ｄ／Ｅ＜０．２の場合、流動性、ぬれ性が低下し、耐リフロー性が悪化する。
粒子（ｉ）の平均粒径は０．１〜５μｍであり、好ましくは０．３〜３μｍ、より好ましくは０．３〜１μｍである。粒子の平均粒径は、流動性が優れる点で０．１μｍ以上である。また、５μｍを超える場合、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。
また、粒子の充てん量（Ｃｖｏｌ％）は、接着シートの体積に対し、５〜３０体積％であり、好ましくは１２〜３０体積％である。５体積％未満では、流動性が高く、基板の凹凸が容易に貫通するため、絶縁性、バリア性が不足する。３０体積％を超える場合、ぬれ性が低下し、耐リフロー性が悪化する。
特に（Ｄ／Ｅ）×８０≧Ｃ≧（Ｄ／Ｅ）×２０の範囲にあることが好ましく、（Ｄ／Ｅ）×８０＜Ｃの場合、樹脂の流動性が低く、低温でのラミネート性が不良となりやすく、Ｃ＜（Ｄ／Ｅ）×２０の場合、粒子が流動しやすいためバリア性が不足しやすい。
本発明においては、耐熱性を向上するなどの目的でＤ／Ｅが０．２未満である平均粒径０．１μｍ未満の粒子（ii）を５体積％以下、すなわち、０〜５体積％含有しても良い。充てん量が５体積％を超える場合、ぬれ性が低下し、耐リフロー性が悪化する。好ましくは３〜５体積％である。平均粒径は、好ましくは０．０１μｍ以上０．１μｍ未満である。０．０１μｍ未満であると粘度が大幅に上昇する傾向がある。
嵩密度は川北式タップ密度測定法にてタップ嵩密度として測定することができる。具体的には、体積既知の容器に粉体を一定方法で充填し、上下に容器を振動させるタッピングを１００回行い、その後の粒子間の空隙も含めた体積で、粉体の質量を除した値である。
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）を用いて粒子の平均粒径を測定した。具体的には、粒子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。
なお、本発明の接着シートは、高さ／幅（アスペクト比）が１以上である突起又は中空配線などの凸部に起因する凹凸の充てんに使用する場合に、その充てん性、バリア性の効果が顕著に表れる。その効果は、アスペクト比が１．５以上の場合に特に顕著である。アスペクト比の上限は特に限定されないが、好ましくは１０以下である。アスペクト比が０．５以下の場合は、効果が少ない。突起としては、例えば、基板上に設けられた配線や端子が挙げられ、中空配線としては、例えば、半導体チップと基板上の端子を接続するワイヤが挙げられる。
従来、アスペクト比が大きい場合、より充てんが困難になるが、それを改善するために、溶融粘度を低減すると、接着シート端部の樹脂のはみだしが大きくなり、シート端部付近にある端子などを汚染するなどの問題が生じていた。また、凸部にかかる荷重が大きく、凸部がバリア層を突き抜けやすくなっていた。
なお、高さ／幅は、基板又は半導体チップなどの表面からの凸部の最大高さ、及び、凸部の最大幅を測定して、計算することができる。凸部の最大高さが１０μｍ以上である場合、最大幅は、基板から１０μｍ以上高い部分における最大幅を測定する。図１に凸部の例を示す。
本発明の接着シートは、樹脂及び粒子を含む。樹脂としては、上述の条件を満たし、接着シートとして使用できるものであればよいが、好ましくは、架橋性官能基を含む重量平均分子量が１０万以上でＴｇが−５０〜５０℃である高分子量成分、及びエポキシ樹脂を主成分とする熱硬化性成分が用いられる。本発明の接着シートは、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、樹脂及び粒子の他に、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。
高分子量成分としてはエポキシ基、アルコール性又はフェノール性水酸基、カルボキシル基等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又はグリシジルメタクリレートなどの官能性モノマを含有するモノマを重合して得た、重量平均分子量が１０万以上であるエポキシ基含有（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、たとえば、（メタ）アクリル酸エステル共重合体、アクリルゴムなどを使用することができ、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。
また、高分子量成分の重量平均分子量は、好ましくは１０万以上１００万以下であり、分子量が１０万未満であるとシートの耐熱性が低下する場合があり、分子量が１００万を超えるとシートのフローが低下する場合がある。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。
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ステージ状態でのフィルムの可撓性が高い点でエポキシ樹脂の分子量が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重量部と、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。
上記の接着シートにおいて、高分子量成分の含有量は、樹脂中に好ましくは５０〜９０重量％さらに好ましくは６０〜８０重量％であり、より好ましくは６５〜７８重量％である。５０重量％未満であると流動性が高すぎるために基板の凸部が樹脂を貫通する場合があり、９０重量％を超えると耐熱性が不足する場合がある。エポキシ樹脂を主成分とする熱硬化性成分の含有量は、樹脂中に好ましくは１０〜５０重量％、さらに好ましくは２０〜４０重量％、より好ましくは２２〜３５重量％である。
さらに、本発明の接着シートに含まれる粒子は無機粒子が好ましく、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。
本発明においては、粒子の比表面積に関しても、粒子の平均粒径と同様に、流動性と表面平滑性の点から２〜４００ｍ２／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、無機粒子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、粒子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、材料を均一に溶解、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、１０〜２５０μｍとする。１０μｍより薄いと応力緩和効果や接着性が乏しくなる傾向があり、２５０μｍ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。なお、接着性が高く、また、半導体装置を薄型化できる点で２０〜１００μｍが好ましく、さらに好ましくは４０〜８０μｍである。
本発明において、硬化前（Ｂステージ状態）の接着シートの２５℃における動的粘弾性測定による貯蔵弾性率が２００〜３，０００ＭＰａであると、ダイシング性が優れる点で好ましい。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５００〜２，０００ＭＰａがより好ましい。また、硬化前（Ｂステージ状態）の接着シートの８０℃における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可能である。特にウエハへの密着性が高い点で、０．５〜５ＭＰａであることがより好ましい。
本発明において、硬化後（Ｃステージ状態）の接着シートの１７０℃における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２０〜６００ＭＰａであることが好ましい。貯蔵弾性率は、より好ましくは４０〜６００ＭＰａ、さらに好ましくは４０〜４００ＭＰａである。
弾性率は、動的粘弾性測定装置（レオロジー社製、ＤＶＥ−Ｖ４）を用いて測定することができる（サンプルサイズ：長さ２０ｍｍ、幅４ｍｍ、温度範囲−３０〜２００℃、昇温速度５℃／ｍｉｎ、引張りモード、１０Ｈｚ、自動静荷重）。
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。
例えば、第１の接着剤層及び第２の接着層剤が直接的又は間接的に積層された構造を有してなる多層接着シートであって、少なくとも第１の接着剤層が本発明の接着シートからなり、かつ、第１の接着剤層のフロー量Ａ、厚さａμｍと、第２の接着剤層のフロー量Ｂ、厚さｂμｍとが、Ａ×３＜Ｂかつａ×２＜ｂの関係を有する多層接着シートとして用いることができる。多層接着シートは、ウエハ、接着シート及びダイシングテープを貼り合せた際に、ウエハに接する側が第１の接着剤層であり、ダイシングテープに接する側が第２の接着剤層であることが好ましい。
このような２層シートにすることで、Ａ又はＢの絶対値に応じて、接着時に適宜圧力・温度・時間（中でも特に圧力）を選択することにより、第２層は凹凸を埋め込み、第１層は凹凸により突き破られないように接着することが可能である。つまり、配線やワイヤの充てん性と、配線やワイヤと上部半導体チップとの絶縁性を確保することができる。Ａ×３≧Ｂの場合、第１の接着剤層が配線やワイヤの侵入を妨げる効果が低く、凹凸を形成する基板上の回路やワイヤの上部に位置する半導体チップと接し、絶縁が確保されない傾向があり、またａ×２≧ｂの場合、凹凸やワイヤの充てん性が低下し、ボイドができやすくなる傾向がある。
本発明において、フロー量は、硬化前の接着シートとＰＥＴフィルムを１×２ｃｍの短冊状に打ち抜いたサンプルについて、熱圧着試験装置（テスター産業（株）製）を用いて熱板温度１００℃、圧力１ＭＰａで１８秒間プレスした後、サンプルの端部からはみだした樹脂の長さを光学顕微鏡で測定して得ることができる。
なお、Ａ、Ｂ、ａ、ｂはそれぞれ適当な範囲内にあることが好ましく、Ａは５０〜４００μｍ、Ｂは３００〜３０００μｍが好ましい。低すぎると充てん性が悪化し、大きすぎると半導体チップ端部からの樹脂の浸みだしが大きくなる傾向がある。またａは５〜３０μｍ、ｂは１０〜２５０μｍであることが好ましい。
第１の接着剤層としては、本発明の接着シートを使用することができる。第２の接着剤層としては、特願２００５−１２２４４７、特願２００４−３５１６０５、又は特願２００４−１２４１１８に記載の接着シートなどを用いることができる。
第２の接着剤層に用いられる接着シートは、好ましくは、架橋性官能基を含む重量平均分子量が１０万以上かつＴｇが−５０〜５０℃である高分子量成分１５〜４０重量％及びエポキシ樹脂を主成分とする熱硬化性成分６０〜８５重量％を含む樹脂１００重量部と、フィラー（粒子）４０〜１８０重量部とを含むことが好ましい。さらに、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。高分子量成分が樹脂の１５〜４０重量％含まれる場合に充てん性が良好となり、高分子量成分の含有量は、さらに好ましくは２０〜３７重量％であり、より好ましくは２５〜３５重量％である。フィラーを樹脂１００重量部に対して、４０〜１８０重量部含むことが、ダイシング性が向上する点、ワイヤボンディング性が良好となる点で好ましく、６０〜１６０重量部であることがより好ましく、６０〜１２０重量部であることがさらに好ましい。また、第２の接着剤層に用いられる接着シートの厚さは、１０〜２５０μｍであることが好ましい。高分子量成分、熱硬化性成分、及びフィラー（粒子）としては、上述の第１の接着剤層に用いられる接着シートと同様のものを用いることができる。
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を従来公知のダイシングテープ上に積層したダイシングテープ一体型接着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。
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場合には、可塑剤の含有量の増加、粘着付与材含有量の増加等の方法がある。逆にフローを低下させる場合には、前記化合物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接着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、接着シート及びダイシングテープを同時に切断し、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。
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。
接着シートを単層で用いる場合には、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ればよい。また接着シートを多層で用いる場合には、ウエハに第１の接着剤層、第２の接着剤層を順に貼り合わせてもよいし、予め第１の接着剤層及び第２の接着剤層を含む多層接着シートを作成しておき、当該多層接着シートをウエハに貼り合わせてもよい。
また、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ダイシングテープ一体型接着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。
接着シートをウエハに貼り付ける温度、即ちラミネート温度は、０〜８０℃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。８０℃を超えると接着シート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ダイシングテープ一体型接着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の断面図を示し、また、図４に、本発明の一実施態様である多層接着シートｃ、半導体ウエハＡ、及びダイシングテープ１の断面図を示す。図４中、ｂ’は第１の接着剤層、ａは第２の接着剤層を示す。
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、乾燥することにより、接着剤付き半導体チップを得ることができる。
さらに、他の実施態様として、本発明の接着シートは、それ自体がダイシングテープとしての役割を果たしても良い。このような接着シートは、ダイシングダイボンド一体型接着シートなどと呼ばれ、一つのシートでダイシングテープとしての役割と、接着シートとしての役割を果たす。
接着シートにこのような機能を持たせるには、例えば、接着シートが、光硬化性高分子量成分、光硬化性モノマ、光開始剤等の光硬化性成分を含んでいれば良い。
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。
得られた接着剤付き半導体チップ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、接着剤ｂ１を介して荷重０．００１〜１ＭＰａで接着され、接着剤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未満であるとボイドが発生し耐熱性が低下する傾向があり、１ＭＰａを超えると半導体チップが破損する傾向がある。
図５は、接着剤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、接着剤付き半導体チップを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の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。６０℃未満であると接着性が低下する傾向があり、２４０℃を超えると基板が変形し、反りが大きくなる傾向がある。加熱方法としては、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、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、熱風を吹きかける等の方法が挙げられる。
本発明においては、特定の組成を有する接着シートは配線回路及びワイヤなどに起因する凹凸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などに起因する凹凸の充てん性が良好であり、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の切断性が優れるため、ダイシングの速度を早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）
第１の接着剤層
エポキシ樹脂としてＹＤＣＮ−７０３（東都化成（株）製商品名、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、エポキシ当量２１０）５５重量部；フェノール樹脂としてミレックスＸＬＣ−ＬＬ（三井化学（株）製商品名、フェノール樹脂）４５重量部；シランカップリング剤としてＡ−１１６０（日本ユニカー（株）製商品名）０．７重量部、Ａ−１８９（日本ユニカー（株）製商品名）０．７部；シリカフィラー（粒子）としてアドマファインＳ０−Ｃ２（株式会社アドマテック製商品名、比重（真密度）：２．２ｇ／ｃｍ３、嵩密度０．７ｇ／ｃｍ３、平均粒径０．５μｍ、比表面積６．０ｍ２／ｇ）１００重量部；からなる組成物に、シクロヘキサノンを加えて攪拌混合し、更にビーズミルを用いて９０分混練した。
これにグリシジルアクリレート又はグリシジルメタクリレート２〜６重量％を含むアクリルゴムＨＴＲ−８６０Ｐ−３（ナガセケムテックス（株）製商品名、重量平均分子量８０万）を２００重量部、硬化促進剤としてキュアゾール２ＰＺ−ＣＮ（四国化成（株）製商品名、１−シアノエチル−２−フェニルイミダゾール）０．５重量％を加えて、攪拌混合した。
この接着剤ワニスを、厚さ５０μｍ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℃１０分間、１２０℃で５分間加熱乾燥して膜厚が１５μｍの塗膜とし、Ｂステージ状態の接着シート（第１の接着剤層）を作製した。このフィルムのフローは１３０μｍであった。
なお、嵩密度は、体積２００ｃｍ３の容器に粉体１００ｃｍ３を一定方法で充填し、上下に容器を振動させるタッピングを１００回行い、その後の粒子間の空隙も含めた体積で、粉体の質量を除して求めた値である。
第２の接着剤層
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、東都化成株式会社製商品名ＹＤＦ−８１７０Ｃを使用）３０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、東都化成株式会社製商品名ＹＤＣＮ−７０３を使用）１０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−３を使用）１５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商品名キュアゾール２ＰＺ−ＣＮを使用）０．１重量部；シリカフィラー（株式会社アドマテック製商品名アドマファインＳ０−Ｃ２（比重（真密度）：２．２ｇ／ｃｍ３、嵩密度０．７ｇ／ｃｍ３、平均粒径０．５μｍ、比表面積６．０ｍ２／ｇを使用）６０重量部；シランカップリング剤（日本ユニカー株式会社製商品名Ａ−１８９を使用）０．２５重量部及び（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、接着剤ワニスを得た。
この接着剤ワニスを、厚さ５０μｍ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℃１０分間、１２０℃で１０分間加熱乾燥して膜厚が５０μｍの塗膜とし、Ｂステージ状態の接着シート（第２の接着剤層）を作製した。このフィルムのフローは２３６０μｍであった。
第１、第２の接着剤層を６０℃でラミネートし、第１及び第２の接着剤層を有する多層接着シートを作製した。
加工すべき半導体ウエハＡ（厚さ８０μｍ）に、第１の接着剤層が半導体ウエハＡに接するように多層接着シートを６０℃でラミネートし、端部を切断した。これにダイシングテープ１を、ダイシングテープ１上に第２の接着剤層ａが積層されるように配置し、これらを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（図４）。この際ダイシングテープには古河電工（株）製（ＵＣ３００４Ｍ−８０）を用いた。ダイシングテープの膜厚は、１００μｍであった。
（実施例２、３）
配合を表１の実施例２、３に示すように変更した以外は、実施例１と同様の工程を経て接着シートを作製した。なお、実施例２では、さらにシリカフィラーＲ９７２（日本アエロジル（株）製、比重（真密度）：２．１ｇ／ｃｍ３、嵩密度０．０５ｇ／ｃｍ３、平均粒径０．０１６〜０．０３μｍ、比表面積１３０ｍ２／ｇ）を用いた。
（比較例１〜３）
配合を表１の比較例１〜３に示すように変更した以外は、実施例１と同様の工程を経て接着シートを作製した。
なお、実施例１〜３、及び比較例１〜３で用いた樹脂の溶融粘度を上述の方法により測定（厚さ５００μｍ）したところ、１００万Ｐａ・ｓであった。
［評価］
実施例１〜３及び比較例１〜３で得られた多層接着シートを用いて以下に示す評価項目について評価を行った。なお、接着シートは、ウエハ又は半導体チップに接する側が第１の接着剤層、基板に接する側が第２の接着剤層となるように使用した。
（１）接着力
１２０℃のホットプレート上で、半導体チップ（５ｍｍ角）を金めっき基板（銅箔付フレキ基板電解金めっき（Ｎｉ：５μｍ、Ａｕ：０．３μｍ））上に接着シートを用いて接着し、１３０℃、３０ｍｉｎ＋１７０℃で１時間キュアした。この試料について８５℃／８５％ＲＨ、４８時間吸湿後の２６０℃での剪断強度を測定した。
（２）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。
（３）フロー
接着シートとＰＥＴフィルムを１×２ｃｍの短冊状に打ち抜いたサンプルについて、熱圧着試験装置（テスター産業（株）製）を用いて熱板温度１００℃、圧力１ＭＰａで１８秒間プレスした後、サンプルの端部からはみだした樹脂の長さを光学顕微鏡で測定し、これをフロー量とした。
（４）ダイシング性
接着シート、ダイシングテープの付いた半導体ウエハに、ダイシングカッターを用いてダイシング、さらに洗浄、乾燥を行い接着シート付き半導体チップを得た。その際、半導体チップの側面のクラックの最大高さと樹脂のばりの長さを測定し、それらが、３０μｍ以下の場合は○、３０μｍ超の場合は×とした。
（５）充てん性、耐リフロークラック性及び耐温度サイクル性
接着剤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５０μｍ、幅４０μｍ、アスペクト比１．２５の凹凸を有する配線基板を０．１ＭＰａ、１ｓ、１６０℃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、充てん性、耐熱性を調べた。充てん性の評価は、チップの断面を研磨し、光学顕微鏡で配線基板の凹凸付近などを観察し、直径５μｍ以上の空隙の有無を調査することにより行った。直径５μｍ以上の空隙のないものを○、あるものを×とした。耐熱性の評価方法には、耐リフロークラック性と耐温度サイクル試験を適用した。
耐リフロークラック性の評価は、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。
（６）バリア性
（５）で作製したサンプルの断面を観察し、凸部と半導体チップ間の最小距離を測定した。凸部と半導体チップが接触しているもの及び距離が５μｍ未満のものを×、５μｍから２０μｍのものを○と判定した。
上記の評価結果を表１に示す。
Figure 0005272284
表１から明らかなように、実施例１〜３の接着シートは、ラミネート性が良好であり、基板やワイヤの凹凸の充てん性、バリア性も良好であることがわかる。これに対して、比較例１〜３の接着シートは、いずれもバリア性又はラミネート性が不良であることがわかる。
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、半導体装置を製造する際のダイシング工程において、ウエハと接着シートを良好に切断可能である。
また、ダイシング時の半導体チップ飛びも無く、ピックアップ性も良好である。
さらに、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。
（ａ）は凸部として基板から離れて存在する中空配線を有する基板の一例を示す断面図、（ｂ）及び（ｃ）は凸部として基板に密着した突起（配線）を有する基板の一例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。
符号の説明
Ａ 半導体ウエハ
Ａ１ 半導体チップ
ｂ’ 第１の接着剤層
ｂ 接着シート
ａ 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
ｘ 最大幅
ｙ 最大高さ

Claims (7)

  1. 第１の接着剤層及び第２の接着剤層が直接的に又は間接的に積層された構造を有してなる多層接着シートであって、
    少なくとも第１の接着剤層が、１００℃における溶融粘度が１×１０ ４ 〜１×１０ ８ Ｐａ・ｓである樹脂７０〜９５体積％、嵩密度／真密度が０．２〜０．７である平均粒径０．１〜５μｍの粒子５〜３０体積％、及び嵩密度／真密度が０．２未満である平均粒径０．１μｍ未満の粒子０〜５体積％を含む接着シートからなり、
    前記樹脂が、架橋性官能基を含む重量平均分子量が１０万以上でＴｇが−５０〜５０℃である高分子量成分と、エポキシ樹脂を主成分とする熱硬化性成分とを含有し、
    前記粒子が無機粒子を含有し、
    厚さａμｍの第１の接着剤層及び厚さｂμｍの第２の接着剤層のそれぞれとポリエチレンテレフタレートフィルムとを積層したサンプルを、温度１００℃、圧力１ＭＰａで１８秒間プレスした後、サンプルの端部からはみだした接着剤の長さを、それぞれフロー量Ａ及びフロー量Ｂとした場合、第１の接着剤層のフロー量Ａμｍ、厚さａμｍ、第２の接着剤層のフロー量Ｂμｍ、厚さｂμｍとが、Ａ×３＜Ｂかつａ×２＜ｂの関係を有する多層接着シート。
  2. ウエハ、多層接着シート及びダイシングテープを０℃〜８０℃で貼り合わせ、回転刃でウエハ、多層接着シート及びダンシングテープを同時に切断し、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に使用する請求項１記載の多層接着シート。
  3. ウエハ、多層接着シート及びダイシングテープを貼り合せた際に、ウエハに接する側が第１の接着剤層であり、ダイシングテープに接する側が第２の接着剤層である請求項１又は２記載の多層接着シート。
  4. ウエハ、請求項１〜３のいずれかに記載の多層接着シート及びダイシングテープを０℃〜８０℃で貼り合わせ、回転刃でウエハ、多層接着シート及びダンシングテープを同時に切断し、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方法。
  5. 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接着する際に、凹凸を加熱する請求項４記載の半導体装置の製造方法。
  6. 凹凸を形成する凸部の高さ／幅が１以上である請求項４又は５記載の半導体装置の製造方法。
  7. 請求項１〜３のいずれかに記載の多層接着シートを用いて半導体チップと基板、又は半導体チップと半導体チップとを接着してなる半導体装置。
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