JP6028460B2 - 半導体装置の製造方法及び半導体装置 - Google Patents
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Description
半導体ウェハ30は、特に制限されないが、例えばシリコンウェハである。半導体ウェハ30は、集積回路形成面に集積回路保護用のバックグラインドテープを貼り付け、この状態で半導体ウェハ30の裏面をグラインダで研削し、続いて、この研削によって生じた裏面のダメージ層を、ウエットエッチング、ドライポリッシング、プラズマエッチングなどの方法によって除去することにより、薄くすることが好ましい。
接着層40は、フィルム状、又は、液状材を塗布後に半硬化状態としたものを準備する。フィルム状の接着層40は、後述する各構成成分を含有するワニス(混合物)を調合し、調合したワニスを剥離処理済のセパレートフィルム(例えば、ポリエチレンテレフタレートフィルム)上に塗布して加熱処理することによって作製される。ダイボンディングフィルムとしての使用に際しては、例えば、円形状のフィルムとして用いることができる。なお、後述するダイシングテープ50にフィルム状の接着層40を積層させた一体構造の接着シートとして作製してもよい。
ダイシングテープ50は、基材フィルム51と、基材フィルム51上に積層される粘着層52とを含んだものを準備する。基材フィルム51は、例えば、ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリ塩化ビニルフィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム、エチレン−酢酸ビニル共重合体フィルム、又は、アイオノマー樹脂フィルムを用いることができる。基材フィルム51の厚さは、例えば、15〜200μm程度が好ましく、40〜150μmがより好ましく、60〜120μmがさらに好ましい。
リングフレーム60は、金属製又はプラスチック製の成形体を準備する。リングフレーム60は、例えば、略円環状をなしており、リングフレーム60の外周の一部には、ガイド用の平坦切欠部(図示せず)が形成されている。リングフレーム60は、中央部に開口を有している。リングフレーム60の開口の内径寸法(直径)は、ダイシングされる半導体ウェハ30のウェハ径よりも幾分大きいものが好適に用いられる。リングフレーム60の形状は、円環状のものに限定されず、従来用いられている種々の形状(例えば、矩形環状)のものを用いてもよい。
上述したような半導体ウェハ30等の準備の次に、図4に示されるように、ダイシングテープ50の上に環状のリングフレーム60を設置する。また、ダイシングテープ50のうち、リングフレーム60の内側の部分の上にフィルム状の接着層40を介して半導体ウェハ30を設定する。この際、ダイシングテープ50は、接着層40の外縁よりも外側に張り出している。このような配置により、半導体ウェハ30、接着層40、ダイシングテープ50がこの順に積層された積層体Aが作製(準備)される。
(1)まず、セパレートフィルム付きフィルム状接着層40と半導体ウェハ30とを貼り合わせる。次に、セパレートフィルム付きフィルム状接着層40のセパレートフィルムを剥離し、ダイシングテープ50の粘着層52とフィルム状接着層40とを貼り合わせる。
(2)まず、セパレートフィルム付きフィルム状接着層40と、ダイシングテープ50の粘着層52とを貼り合わせる。次に、セパレートフィルム付きフィルム状接着層40のセパレートフィルムを剥離し、フィルム状接着層40(セパレートフィルムが付いていた側)と半導体ウェハ30とを貼り合わせる。
(3)半導体ウェハ30の裏面30aにワニス(液状ワニス)をスピンコート等により塗布し、加熱又は放射線照射を行うことで半硬化状態とする。その面にダイシングテープ50の粘着層52を貼り合わせることによって積層体Aを得る。
次に、図5に示されるように、上述した積層体Aに含まれる半導体ウェハ30を切断装置(切断手段、ダイサー)の回転刃Bで切断し、複数の個片である複数のチップ本体13へと分割する。また、接着層40にも切断手段によって切り込み(接着層40の一部の切断)が入れられる。図5に示すように、本実施形態の製造方法においては、接着層40を完全に切断せずに一部を残す工法(ハーフカット工法)を用いているため、分割されたチップ本体13は、接着層40によって保持されている。なお、回転刃Bで切断された領域30cの下方には、切断によって生じる接着層40の切断片などからなるバリ(図示せず)が堆積している。
半導体ウェハ30の切断工程が終了すると、次に、図6に示すように、回転刃Bで個片化された積層体A(複数のチップ本体13)に対して、半導体ウェハ30(チップ本体13)の上面側(接着層40が配置されていない側)から放射線Lを照射する。すなわち、ダイシング工程で切り込みを入れた方向から、個片化されたチップ本体13に対して放射線Lを放射線源Rから照射する。この照射された放射線Lは、チップ本体13の下に位置する部分ではチップ本体13によって遮られるが、切断によって形成された領域30c内を通過し、接着層40の切り込み部付近を照射する。
放射線を照射して接着層40の切り込み部を硬化させた後は、図7に示すように、ダイシングテープ50と接着層40との界面で剥離し、接着層14付きの半導体チップ10が図示矢印に示す方向にピックアップされる。これにより、複数の半導体チップ10が取得される。なお、図7に示す半導体チップ10では、放射線硬化部14aや切断工程によるバリの発生等を強調するため、切断による段差を図示しているが、認識できない程度に略平坦となっていてもよい。
複数の半導体チップ10が取得されると、次に、図8に示すように、半導体チップ10は支持基材2(配線付き基板)又は他の半導体チップ10上にマウントされる。そして、接着層14付きの半導体チップ10と支持基材2又は他の半導体チップ10とを、半導体チップ10の接着層14を介して、60〜150℃で加熱圧着して圧着体Cを得ることができる(図9参照)。加熱圧着には、例えば、ゴム製、金属製の圧着冶具を用いることができる。加熱温度が60℃以上であれば、被着体との良好な密着性を確保することができ、150℃以下であれば、圧着時の接着層14のブリードアウト過多を抑制できる。このような観点から、本工程における加熱温度は70〜140℃がより好ましく、80〜130℃がさらに好ましい。また、製造にかかる時間短縮と被着体との密着性両立の観点から、加熱圧着時間は0.5〜5.0秒が好ましく、0.5〜4.0秒がより好ましく、0.5〜3.0秒がさらに好ましい。
上記の工程により得られた圧着体Cを加熱し、半導体チップ10における接着層14を硬化してもよい。昇温及び保温には、例えば、一般的に市販されているクリーンオーブンのようなオーブンを用いることができる。昇温及び保温の温度及び時間は、接着層14を硬化できれば特に制限されず、例えば昇温は、80〜150℃で10分〜1時間が好ましく、90〜140℃で20〜50分がより好ましい。また、例えば保温は、80〜150℃で30分〜2時間が好ましく、90〜140℃で50〜90分がより好ましい。
また、放射線Lの照射により、積層体の切断部分は周辺部より硬化が進行した状態となるため、接着層14の端部のタック性が低下することから、半導体チップ10をピックアップする際に、隣接する接着層14同士が熱によって繋がってピックアップされる現象(ダブルダイピックアップ)も抑制される。
また、流動性の高い材料を使用した場合でも、放射線Lの照射により、接着層14の端部(端面)は硬化が進行した状態になるため、接着層14の端面が半導体チップ10の端面の内側に引けることを抑制できる。逆に、接着層14の過剰なはみ出しの抑制も可能となる。さらに、半導体チップの薄型化が進行すると、半導体チップが凸状に反りやすくなり、上述した引けが顕著になるが、本製造方法によれば係る問題は生じにくくなる。
また、接着層14の硬化した端部は封止樹脂侵入抑制部として機能する。つまり、封止樹脂を封入しても、空気が引けによる窪みに閉じ込められることがなく、また窪んだ部分に封止樹脂が侵入することによって、半導体チップ表面へダメージを及ぼすなどの問題も抑制できる。
半導体装置用のフィルム状接着層(接着フィルム)を作製するための各材料を以下の通り準備した。
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、製品名: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、製品名:BY16−871EG)5g(0.5mol)及びN−メチル−2−ピロリドン30gを仕込んだ反応液を攪拌した。その後、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N−メチル−2−ピロリドンを50%共沸除去し、ポリイミド樹脂(ベース樹脂)を得た。得られたポリイミド樹脂をGPC(ゲル浸透クロマトグラフィー)で測定したところ、ポリスチレン換算で重量平均分子量(Mw)が52,800であった。GPC測定における機器等は以下のとおりである。
使用機器:日立L−6000型(日立製作所(株)製)
検出器:L−40000UV(日立製作所(株)製)
カラム:日立化成工業製Gelpack GL−S300MDT−5(計2本)
試料濃度:5mg/ml
溶離液DMF/TFH=1/1+リン酸0.06M+臭化リチウム0.06M
また、得られたポリイミド樹脂のTgを粘弾性ピークから算出されるtanδにより測定したところ、72℃であった。粘弾性測定条件は以下のとおりである。
測定装置:ティー・エイ・インスツルメント社製粘弾性アナライザー「RSA−3」(商品名)
測定温度範囲:−50℃〜300℃
周波数:1HZ
昇温:5℃/min
2−[4−(2,3エポキシプロポキシ)フェニル]−2−[4−[1,1−ビス[4−([2,3エポキシプロポキシ]フェニル)]エチル]フェニル]プロパン(製品名:VG3101L、(株)プリンテック製)
4,4’−(1−(4−(1−(4−ヒドロキシフェニル)−1−メチルエチル)−フェニル)−エチリデン)−ビスフェノ−ル(製品名:TrisP−PA−MF、本州化学工業(株)製)
2−フェニル−4−メチルイミダゾ−ル(製品名:2P4MZ、四国化成工業(株)製)
酸化ケイ素(平均粒径5μm)(製品名:H26、CIKナノテック製)
酸化ケイ素(平均粒径0.5μm)(製品名:H27、CIKナノテック製)
ナジイミド樹脂:下記一般式(1)で示す構造を有するキシリレン型ビスアリルナジイミド(製品名:BANI−X、丸善石油化学製)
(2,4,6−トリオキソ−1,3,5−トリアジン−1,3,5(2H,4H,6H)−トリイル)トリ−2,1−エタンジイルトリアクリラ−ト(製品名:A9300、新中村化学工業(株)製)
1,1−ビス(tert−ブチルペルオキシ)シクロヘキサン(製品名:トリゴノックス22−70E、化薬アクゾ(株)製)
まず、主モノマーとして2−エチルヘキシルアクリレートとメチルメタクリレートを用い、官能基モノマーとしてヒドロキシエチルメタクリレートとアクリル酸を用いて、溶液重合法にてアクリル共重合体を得た。この合成したアクリル共重合体の重量平均分子量は40万であり、Tgは−38℃であった。このアクリル共重合体100重量部に対し、多官能イソシアネート架橋剤(三菱化学株式会社製)を15重量部配合した粘着剤溶液を調製し、シリコーン系離型剤を塗布したニ軸延伸ポリエステルフィルムセパレータ(厚さ38μm)の上に乾燥時の粘着剤厚さが10μmになるよう塗工乾燥した。更に、ポリオレフィンフィルム(厚さ100μm)を粘着剤面にラミネートした。この多層フィルムを室温で1週間放置し、十分にエージングを行った後、試験に使用した。
半導体ウェハ表面に、回路保護層としてワニス(日立化成デュポンマイクロシステムズ社製、製品名:HD−8820)を製膜した。まず、直径12インチの半導体ウェハ表面にワニスを10g滴下し、1000rpmで10秒、続いて2000rpmで30秒回転させ、ウェハ表面全体にワニスを塗布した。次に、120℃で3分プリベークを行い、光洋サーモシステムズ社製イナートガスオーブンINH−9CD−Sを用いて、窒素雰囲気下、320℃で60分加熱して硬化させ、厚さ7μmの回路保護層付き半導体ウェハを得た。次に、裏面仕上げをドライポリッシュとし、回路保護層を含めた半導体ウェハを50μmまで研削し(仕上げ厚み)、評価用ウェハとした。
上記のようにして得られた各半導体装置用接着フィルムと評価用ウェハとを、ホットロールラミネータ(株式会社JCM社製、製品名:DM−300−H)を用いて60℃で貼り合わせた。そして、接着フィルムのPETフィルムを剥離し、接着フィルムとダイシングテープの粘着層とを貼り合わせ、サンプル(半導体装置製造用接着シート付き半導体ウェハ)を得た。
次に、株式会社ディスコ社製のフルオートダイサー「DFD−6361」を用いて、各サンプルを切断した。サンプルの切断では、直径250mmの開口を有する円環状のリングフレームを用いた。また、ブレード1枚で加工が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「NBC−ZH104F−SE 27HDBB」をブレードとして用いた。切断条件は、ブレード回転数45,000rpm、切断速度50mm/sにて行った。切断時のブレードハイトは、接着フィルムを0〜25μm切り込む設定(110〜135μm)とした。半導体ウェハは10×10mmのサイズに切断し、接着フィルム付き半導体チップを得た。
本ダイシング工程において、ダイシング後のダイシングテープから接着フィルム付のチップを剥離し、ダイシングテープ表面及び接着フィルム付チップの側面を、電子顕微鏡(フィリップス社製、製品名:XL30)を用いて観察し、バリが無いものを良好(A)、あるものを不良(B)とした。
上記方法で作製した各接着フィルム付き半導体チップを、ルネサス東日本セミコンダクタ社製「フレキシブルダイボンダーDB−730」を使用し、ピックアップ性評価を行った。
上記ピックアップ性評価にて得られた接着層付き半導体装置(半導体チップ)を、配線付き基板に積層した。具体的には、フレキシブルダイボンダー(日立ハイテク社製、製品名:DB−730)を用い、熱板表面温度80〜120℃、荷重10N(0.1MPa)、時間1秒にて積層(圧着)を行った(未硬化サンプル)。更に、積層した未硬化サンプルをクリーンオーブン(ESPEC社製、製品名:CLEAN OVEN PVHC−211)を用いて加熱処理し、接着層硬化サンプルを作製した。接着層を硬化させる条件は室温から120℃まで30分で昇温後、120℃で1時間保持する条件とした。各実施例及び比較例の硬化サンプル及び未硬化サンプルについて、環境対応型電子顕微鏡(フィリップス社製、製品名:XL−30)を用いてチップ側面部を観察し、接着層がチップ端部より内側まで引けているもの(未硬化サンプルについて圧着時の引け、硬化サンプルについては硬化時の引け)を不良(B)、チップ端部より適度にはみ出しているもの(未硬化サンプルについて圧着時のはみ出し、硬化サンプルについては硬化時のはみ出し)を良好(A)とした。
半導体ウェハ、フィルム状接着層及びダイシングテープを上から順に積層し、回転刃にてフィルム状接着層の一部まで切断する条件(フィルム状接着層へ3μm切り込む)で切断後、半導体チップ側から紫外線を2,000mJ/cm2照射した。その後、熱板表面温度100℃で基板に圧着した。
半導体ウェハ、フィルム状接着層及びダイシングテープを上から順に積層し、回転刃にてフィルム状接着層の一部まで切断する条件(フィルム状接着層へ19μm切り込む)で切断後、半導体チップ側から紫外線を2,000mJ/cm2照射した。その後、熱板表面温度100℃で、基板に圧着した。
半導体ウェハ、フィルム状接着層及びダイシングテープを上から順に積層し、回転刃にてフィルム状接着層の一部まで切断する条件(フィルム状接着層へ15μm切り込む)で切断後、半導体チップ側から紫外線を2,000mJ/cm2照射した。その後、熱板表面温度100℃で、基板に圧着した。
半導体ウェハ、フィルム状接着層及びダイシングテープを上から順に積層し、回転刃にてフィルム状接着層の一部まで切断する条件(フィルム状接着層へ15μm切り込む)で切断後、半導体チップ側から紫外線を2,000mJ/cm2照射した。その後、熱板表面温度120℃で、基板に圧着した。
半導体ウェハ、フィルム状接着層及びダイシングテープを上から順に積層し、回転刃にてフィルム状接着層の一部まで切断する条件(フィルム状接着層へ15μm切り込む)で切断後、半導体チップ側から紫外線を2,000mJ/cm2照射した。その後、熱板表面温度80℃で、基板に圧着した。
紫外線を照射しないこと以外は実施例1と同様とした。
紫外線を照射しないこと以外は実施例2と同様とした。
紫外線を照射しないこと以外は実施例3と同様とした。
紫外線を照射しないこと以外は実施例4と同様とした。
Claims (8)
- 放射線硬化成分を含む接着層を半導体ウェハの一方の面に積層した積層体を準備する工程と、
前記積層体の前記半導体ウェハを切断手段によって複数の個片に切断し、且つ、前記接着層に切り込みを入れる工程と、
前記半導体ウェハの他方の面側から前記積層体に放射線を照射する工程と、
複数に切断され且つ放射線を照射された前記半導体ウェハの個片及び当該個片に積層した前記接着層の一部を有する半導体チップを、前記積層体から取得する工程と、
当該半導体チップを含む半導体装置を製造する工程と、
を備えた半導体装置の製造方法。 - 前記積層体を準備する工程において、前記接着層の一方の面にダイシングテープを積層する、請求項1に記載の製造方法。
- 前記接着層の切り込みは、前記接着層の厚みの1〜99%である、請求項1又は2に記載の製造方法。
- 前記接着層の厚みは1〜150μmである、請求項1〜3の何れか一項記載の製造方法。
- 前記接着層がフィルム状である、請求項1〜4の何れか一項記載の製造方法。
- 前記半導体ウェハの仕上げ厚みは15〜200μmである、請求項1〜5の何れか一項記載の製造方法。
- 前記切断手段が回転刃である、請求項1〜6の何れか一項記載の製造方法。
- 前記半導体装置を製造する工程において、前記半導体チップを支持基材に加熱圧着すると共に、封止樹脂によって前記半導体チップを封止する、請求項1〜7の何れか一項に記載の製造方法。
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