JP6784446B2 - 半導体用接着フィルムおよび半導体装置 - Google Patents

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    • H01L2224/29166—Titanium [Ti] as principal constituent
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    • H01L2224/2917—Zirconium [Zr] as principal constituent
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    • H01L2224/29172—Vanadium [V] as principal constituent
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    • H01L2224/29179—Niobium [Nb] as principal constituent
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    • H01L2224/29181—Tantalum [Ta] as principal constituent
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    • H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
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    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
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    • H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32225—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
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    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
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    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
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    • H01L2224/48135—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
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    • H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48225—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H01L2224/48227—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation connecting the wire to a bond pad of the item
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    • H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73201—Location after the connecting process on the same surface
    • H01L2224/73203—Bump and layer connectors
    • H01L2224/73204—Bump and layer connectors the bump connector being embedded into the layer connector
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    • H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
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    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/85—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a wire connector
    • H01L2224/8538—Bonding interfaces outside the semiconductor or solid-state body
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    • H01L2225/00—Details relating to assemblies covered by the group H01L25/00 but not provided for in its subgroups
    • H01L2225/03—All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00
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    • H01L2225/065—All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00 the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L27/00
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    • H01L2225/04—All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00 the devices not having separate containers
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    • H01L2225/00—Details relating to assemblies covered by the group H01L25/00 but not provided for in its subgroups
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Description

関連出願との相互参照
本出願は、２０１６年１１月２９日付の韓国特許出願第１０−２０１６−０１６０３７９号に基づく優先権の利益を主張し、当
該韓国特許出願の文献に開示されたすべての内容は本明細書の一部として含まれる。
本発明は、半導体用接着フィルムおよび半導体装置に関する。
最近、電子機器の小型化、高機能化、大容量化の傾向が拡大し、これに伴う半導体パッケージの高密度化、高集積化に対する必要性が急激に高まるにつれ、半導体チップの大きさが次第に大きくなっており、集積度の側面からも改善のためにチップを多段に積層するスタックパッケージ方法が次第に増加している。
このように多段の半導体スタックパッケージの使用によって、チップの厚さは薄くなり、回路の集積度は高くなっているが、チップ自体のモジュラスは低くなって製造工程や最終製品の信頼性に問題点を引き起こしている。このような問題点を解決するために、半導体パッケージング過程に使用される接着剤の物性を強化させる方法が試みられてきた。
また、最近、半導体チップの厚さが薄くなるにつれ、既存のブレード切削過程でチップが損傷して歩留まりが低下する問題があるが、これを解決するために、ブレードで先に半導体チップを切削した後に研磨する製造過程が提示されている。このような製造過程で接着剤は分断されていないため、レーザを用いて接着剤を切断した後、低温で基材フィルムのエキスパンディング過程により分断している。また、最近は、チップ上の回路を保護するために、レーザを用いずに単に低温エキスパンディング過程と熱収縮過程により接着剤を分断する工程を適用している。
しかし、既存の接着剤は低い延性を有して低温での分断が容易であるだけでなく、このような接着剤は切断後に室温で放置時、低い延性によって再び再粘着されて、結果的に半導体チップの製造歩留まりを低下させる原因になっている。
一方、最近、半導体パッケージが高密度化および高集積化されるにつれ、電磁波の発生量も増加するが、このような電磁波が電子機器の接合部、連結部などを通して漏れて他の電気素子または電子部品の誤作動を誘発したり人体免疫機能を弱めるなどの有害作用をする問題点が現れた。
これにより、半導体パッケージングに使用される製品においても分断性および接着性などを向上させると同時に、電気素子の誤作動を起こし人体に悪影響を及ぼす電磁波を効果的に遮蔽および吸収可能な特性を実現できる方策に対する多様な研究が行われてきた。
本発明は、向上した硬化物性により半導体チップの信頼性を高めることができ、多様な切断方法に大きな制限なく適用され、優れた分断性を実現して半導体パッケージ工程の信頼性および効率を向上させることができ、優れた電磁波吸収性能を実現できる半導体用接着フィルムを提供する。
また、本発明は、前記半導体用接着フィルムを含む半導体装置に関する。
本明細書では、銅、ニッケル、コバルト、鉄、ステンレススチール（ＳＵＳ）、およびアルミニウムからなる群より選択された１種以上の金属を含み、０．０５μｍ以上の厚さを有する導電性層；および前記導電性層の少なくとも一面に形成され、（メタ）アクリレート系樹脂、硬化剤、およびエポキシ樹脂を含む接着層；を含む、半導体用接着フィルムが提供される。
また、本明細書では、前記半導体用接着フィルムと、前記接着フィルムの接着層の一面に接する半導体素子と；を含む半導体装置が提供される。
以下、発明の具体的な実施形態に係る半導体用接着フィルムおよび半導体素子に関してより具体的に説明する。
上述のように、発明の一実施形態によれば、銅、ニッケル、コバルト、鉄、ステンレススチール（ＳＵＳ）、およびアルミニウムからなる群より選択された１種以上の金属を含み、０．０５μｍ以上の厚さを有する導電性層；および前記導電性層の少なくとも一面に形成され、（メタ）アクリレート系樹脂、硬化剤、およびエポキシ樹脂を含む接着層；を含む、半導体用接着フィルムが提供される。
本発明者らは、半導体素子の接着またはパッケージングに使用可能な成分に対する研究を進行させて、前記組成の接着層を備えた半導体用接着フィルムが、向上した硬化物性により半導体チップの信頼性を高めることができ、多様な切断方法に大きな制限なく適用され、優れた分断性を実現して半導体パッケージ工程の信頼性および効率を向上させることができ、同時に、前記導電層が共に含まれて優れた電磁波吸収性能も確保できるという点を、実験を通して確認して、発明を完成した。
特に、前記実施形態の半導体用接着フィルムが上述した特定の金属を含み、所定の数値以上の厚さを有する導電性層を含むことによって、半導体パッケージング過程や最終的に製造された製品で素子の誤作動を起こし人体に悪影響を及ぼす電磁波を効果的に遮蔽および吸収することができる。
より具体的には、銅、ニッケル、コバルト、鉄、ステンレススチール（ＳＵＳ）、およびアルミニウムからなる群より選択された１種以上の金属を含む前記導電性層は０．０５μｍ以上の厚さを有してこそ、電磁波遮蔽効果が実質的に実現できる。前記導電性層が０．０５μｍ未満の厚さを有する場合、前記導電性層が吸収可能な電磁波の全体量がわずかであり、前記導電性層の抵抗が大きく増加して電磁波反射効率が低下することもある。
前記導電性層は、０．０５μｍ以上、または０．０５μｍ〜１０μｍ、または０．１μｍ〜５μｍの厚さを有することができる。
また、前記導電性層に含まれる金属の種類に応じて、前記導電性層の好ましい範囲が異なっていてもよいが、例えば、
前記導電性層は、０．１μｍ〜１０μｍの銅層、０．１μｍ〜１０μｍのステンレススチール（ＳＵＳ）層、０．１μｍ〜１０μｍのアルミニウム層、０．０５μｍ〜１０μｍのニッケル層、０．０５μｍ〜１０μｍのコバルト層、または０．０５μｍ〜１０μｍの鉄（Ｆｅ）層であってもよい。一方、前記導電性層の好ましい例としては、０．１μｍ〜５μｍの銅層、０．１μｍ〜５μｍのステンレススチール（ＳＵＳ）層、０．１μｍ〜５μｍのアルミニウム層、０．０５μｍ〜２μｍのニッケル層、０．０５μｍ〜２μｍのコバルト層、または０．０５μｍ〜２μｍの鉄（Ｆｅ）層であってもよい。
上述した導電性層は、前記接着層上に上述した金属を蒸着したり、または上述した金属薄膜をラミネートするなどの方法で形成される。
一方、前記実施形態の半導体用接着フィルムは、前記導電性層および接着層の間に形成され、０．００１μｍ〜１μｍの厚さを有するバリア層をさらに含んでもよい。前記バリア層は、前記導電性層内の原子またはイオンが前記接着層に拡散するのを防止する役割を果たすことができる。
前記バリア層は、０．００１μｍ〜１μｍ、または０．００５μｍ〜０．５μｍの厚さを有することができる。前記バリア層が前記厚さを有することによって、前記導電性層の原子またはイオンが接着層に拡散するのを防止しかつ、導電性層の金属がイオン化されるのを防止することができ、これによって、半導体パッケージの信頼性をより高めることができる。
前記バリア層の厚さが薄すぎる場合、上述した導電性層に含有された金属のイオン化を防止しにくいことがある。また、前記バリア層の厚さが厚すぎる場合、前記実施形態の半導体用接着フィルム全体が過度に厚くなり、これによって、微細な厚さの半導体パッケージングに適用されにくかったり、半導体パッケージングの信頼度をむしろ低下させることがあり、製造コストが不必要に上昇しかねない。
具体的には、前記バリア層は、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、ステンレススチール、ニッケル合金、および希土類金属からなる群より選択された１種以上、またはこれらの酸化物、これらの窒化物を含むことができ、好ましくは、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、ネオジム（Ｎｄ）、またはこれらの酸化物、これらの窒化物を含むことができる。前記バリア層は、前記導電性層に含まれる成分と異なる成分を含み、例えば、前記導電性層がステンレススチールを含む場合、前記バリア層は、上述した成分のうちステンレススチール以外の成分を含む。
前記バリア層が上述した遷移金属を含むことによって、上述のように、前記導電性層の原子またはイオンが接着層に拡散するのを防止しかつ、導電性層の金属がイオン化されるのを防止することができ、これによって、半導体パッケージの信頼性をより高めることができる。
前記ニッケル合金は、ニッケルと炭素、マンガン、シリコン、硫黄、鉄、銅、クロム、アルミニウム、チタン、モリブデン、およびコバルトからなる群より選択された１種以上の元素を含む合金を意味し、具体的な合金の種類は、下記表１の通りである。
Figure 0006784446
一方、上述のように、前記半導体用接着フィルムは、向上した硬化物性により半導体チップの信頼性を高めることができ、多様な切断方法に大きな制限なく適用され、優れた分断性を実現して半導体パッケージ工程の信頼性および効率を向上させることができるが、このような効果は上述した接着層に起因すると見られる。
具体的には、前記接着層は、エポキシ系官能基を含む（メタ）アクリレート系繰り返し単位を含む（メタ）アクリレート系樹脂、フェノール樹脂を含む硬化剤、およびエポキシ樹脂を含むことができる。
前記（メタ）アクリレート系樹脂がエポキシ系官能基を含む（メタ）アクリレート系繰り返し単位を含むことによって、前記接着層は、より均一で強固な内部構造を有して極薄ウエハの多段積層時に高い耐衝撃性を確保することができ、半導体製造後の電気的特性を向上させることができる。
前記（メタ）アクリレート系樹脂は、０．１５ｅｑ／ｋｇ以下、または０．１０ｅｑ／ｋｇ以下の水酸基当量を示し、前記樹脂組成物の他の成分、例えば、エポキシ樹脂またはフェノール樹脂と相溶性を阻害することなくエポキシと共により円滑で均一に硬化し、特に、前記樹脂組成物の硬化時により均一で強固な内部構造を有するようにし、向上した初期引張モジュラスを示して、低温で行われるエキスパンディング過程でも高い分断性を実現できる。
前記（メタ）アクリレート系樹脂の水酸基当量が高い場合、例えば、０．１５ｅｑ／ｋｇを超える場合、エポキシ樹脂またはフェノール樹脂などと相溶性が低下して前記樹脂組成物から製造される接着フィルムの外観特性や機械的物性の均一性が低し、特に、前記接着フィルムを常温で初期引張時に高いモジュラスの確保が難しく、また、低温でのエキスパンディング過程で十分な分断性の確保が難しいことがある。
前記（メタ）アクリレート系樹脂は、−１０℃〜２０℃、または−５℃〜１５℃のガラス転移温度を有することができる。上述したガラス転移温度を有する（メタ）アクリレート系樹脂を用いることによって、前記接着層が十分な流動性を有することができ、最終的に製造される接着フィルムの高い接着力を確保することができ、前記接着層を用いて薄膜フィルムなどの形態に製造することが容易である。
また、前記（メタ）アクリレート系樹脂は、芳香族官能基を含む（メタ）アクリレート系繰り返し単位をさらに含んでもよい。
上述のように、前記接着層は、エポキシ系官能基を含む（メタ）アクリレート系繰り返し単位と、芳香族官能基を含む（メタ）アクリレート系繰り返し単位とを含む（メタ）アクリレート系樹脂を含むことができる。
前記（メタ）アクリレート系樹脂が芳香族官能基を含む（メタ）アクリレート系繰り返し単位を含むことによって、前記接着層は、含まれる成分間のより高い相溶性および結合力を確保し、高い弾性を有することができ、また、ウエハを切断する時に発生する熱によって接着剤が軟化して接着剤の一部でバリ（ｂｕｒｒ）が発生する現象を防止することができる。また、前記接着層は、相対的に向上した初期引張モジュラスを示すが、これによって、低温で行われるエキスパンディング過程でも高い分断性を実現できる。
前記（メタ）アクリレート系樹脂中、芳香族官能基を含む（メタ）アクリレート系官能基の含有量が２〜４０重量％、または３〜３０重量％、または５〜２５重量％であってもよい。
前記（メタ）アクリレート系樹脂中、芳香族官能基を含む（メタ）アクリレート系官能基の含有量が低すぎると、前記エポキシ樹脂またはフェノール樹脂との相溶性が増大する効果がわずかであり得、また、最終的に製造される接着フィルムの吸湿性を低下させる効果がわずかで、前記実施形態の組成物から期待する効果を得にくいことがある。
前記（メタ）アクリレート系樹脂中、芳香族官能基を含む（メタ）アクリレート系官能基の含有量が高すぎると、最終的に製造される接着フィルムの接着力が低下することがある。
前記芳香族官能基は、炭素数６〜２０のアリール基（ａｒｙｌ）；または炭素数６〜２０のアリール基、および炭素数１〜１０のアルキレン基を含むアリールアルキレン基であってもよい。
前記エポキシ系官能基を含む（メタ）アクリレート系繰り返し単位は、エポキシ炭素数３〜２０のシクロアルキルメチル（メタ）アクリレート繰り返し単位を含むことができる。前記「エポキシ炭素数３〜２０のシクロアルキルメチル」は、エポキシ基が結合した炭素数３〜３０のシクロアルキルがメチル基に置換された構造を意味する。前記エポキシ炭素数３〜２０のシクロアルキルメチル（メタ）アクリレートの一例として、グリシジル（メタ）アクリレート、または３，４−エポキシシクロヘキシルメチル（メタ）アクリレートなどが挙げられる。
一方、前記（メタ）アクリレート系樹脂は、反応性官能基を含むビニル系繰り返し単位および炭素数１〜１０のアルキル基を含む（メタ）アクリレート系官能基からなる群より選択された１以上の繰り返し単位をさらに含んでもよい。
前記反応性官能基は、アルコール、アミン、カルボン酸、エポキシド、イミド、（メタ）アクリレート、ニトリル、ノルボルネン、オレフィン、ポリエチレングリコール、チオール、およびビニル基からなる群より選択された１種以上の官能基を含むことができる。
前記（メタ）アクリレート系樹脂が反応性官能基を含むビニル系繰り返し単位および炭素数１〜１０のアルキル基を含む（メタ）アクリレート系官能基からなる群より選択された１以上の繰り返し単位をさらに含む場合、前記（メタ）アクリレート系樹脂は、前記エポキシ系官能基を含む（メタ）アクリレート系繰り返し単位を０．１〜２０重量％、または０．５〜１０重量％含むことができる。
一方、前記実施形態の接着層において、前記（メタ）アクリレート系樹脂、エポキシ樹脂、およびフェノール樹脂の総重量対比、前記（メタ）アクリレート系樹脂の重量の比率が０．５５〜０．９５であってもよい。
前記接着層が前記（メタ）アクリレート系樹脂、エポキシ樹脂、およびフェノール樹脂の総重量対比、前記（メタ）アクリレート系樹脂を上述した範囲に含むことによって、前記接着層は、初期引張時に相対的に高いモジュラスを示しながらも低い引張率を示して、低温でのエキスパンディング過程で高い分断性を実現でき、同時に、高い弾性、優れた機械的物性および高い接着力を実現できる。
前記（メタ）アクリレート系樹脂、エポキシ樹脂、およびフェノール樹脂の総重量対比、前記（メタ）アクリレート系樹脂の重量比が上述した範囲より低い場合、前記接着層の接着性が低減されてウエハでは濡れ性が減少し、これは均一な分断性を期待できないようにし、信頼性の側面からはウエハと接着フィルム界面間の密着力の低下によって接着力の低下をもたらして信頼性が弱くなりうる。
そして、前記（メタ）アクリレート系樹脂、エポキシ樹脂、およびフェノール樹脂の総重量対比、前記（メタ）アクリレート系樹脂の重量比が上述した範囲より高い場合、前記接着層を常温で５％〜１５％伸張時に発生するモジュラスが十分でないことがあり、非常に高くなり、前記接着フィルムが有する常温での引張率は非常に大きく増加し、分断性は低くなって作業性を大きく阻害することがある。
前記接着層におけるエポキシ樹脂およびフェノール樹脂の重量比率は、最終的に製造される製品の特性を考慮して調節可能であり、例えば、１０：１〜１：１０の重量比であってもよい。
一方、前記接着層に含まれる硬化剤は、フェノール樹脂を含むことができ、より具体的には、１００℃以上の軟化点を有するフェノール樹脂を含むことができる。前記フェノール樹脂は、１００℃以上、または１１０℃〜１６０℃、または１１５℃〜１５０℃の軟化点を有することができる。
前記実施形態の接着層は、相対的に高い軟化点を有するフェノール樹脂を含むことができ、このように１００℃以上、または１１０℃〜１６０℃、または１１５℃〜１５０℃の軟化点を有するフェノール樹脂は、前記液状エポキシ樹脂、および前記−１０℃〜３０℃のガラス転移温度を有する熱可塑性樹脂と共に接着成分の基材（またはマトリックス）を形成することができ、前記接着層から製造される接着フィルムが常温でより高い引張モジュラスと優れた接着力を有するようにし、半導体に最適化した流動特性を有するようにする。
これに対し、前記フェノール樹脂の軟化点が上述した範囲未満の場合、前記接着層から製造される接着フィルムが有する常温での引張モジュラスが低くなったり常温引張率が大きく増加することがあり、また、前記フィルムが有する溶融粘度が減少したりまたはモジュラスが低くなり、これによって、ダイシング過程で発生する熱によってバリ（ｂｕｒｒ）がより多く発生したり、分断性やピックアップ効率が低下することがある。また、前記接着フィルムを結合する過程や前記接着フィルムが高温条件に長時間露出する場合にブリードアウト（ｂｌｅｅｄ ｏｕｔ）が多数発生しうる。
また、前記フェノール樹脂は、８０ｇ／ｅｑ〜４００ｇ／ｅｑの水酸基当量、または９０ｇ／ｅｑ〜２５０ｇ／ｅｑの水酸基当量、または１００ｇ／ｅｑ〜１７８ｇ／ｅｑの水酸基当量、または２１０〜２４０ｇ／ｅｑの水酸基当量を有することができる。前記フェノール樹脂が上述した水酸基当量範囲を有することによって、短い硬化時間でも硬化度を高めることができ、これによって、前記接着層が常温でより高い引張モジュラスと優れた接着力の特性を付与できる。
前記フェノール樹脂は、ビスフェノールＡノボラック樹脂およびビフェニルノボラック樹脂からなる群より選択された１種以上を含むことができる。
一方、前記エポキシ樹脂は、前記接着層の硬化度の調節や接着性能などを高める役割を果たすことができる。
前記エポキシ樹脂の具体例としては、ビフェニル系エポキシ樹脂、ビスフェノールＡエポキシ樹脂、ビスフェノールＦエポキシ樹脂、クレゾールノボラックエポキシ樹脂、フェノールノボラックエポキシ樹脂、４官能性エポキシ樹脂、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、アルキル変性トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、およびジシクロペンタジエン変性フェノール型エポキシ樹脂からなる群より選択された１種以上の高分子樹脂が挙げられる。
前記エポキシ樹脂の軟化点は、５０℃〜１２０℃であってもよい。前記エポキシ樹脂の軟化点が低すぎると、前記接着層の粘着力が高くなってダイシング後のチップのピックアップ性が低下することがあり、前記エポキシ樹脂の軟化点が高すぎると、前記接着層の流動性が低下し、前記接着層の接着力が低下することがある。
前記エポキシ樹脂のエポキシ当量は、１００〜３００ｇ／ｅｑであってもよい。
前記硬化剤は、アミン系硬化剤、および酸無水物系硬化剤からなる群より選択された１種以上の化合物をさらに含んでもよい。前記硬化剤の使用量は、最終的に製造される接着フィルムの物性などを考慮して適切に選択することができ、例えば、前記エポキシ樹脂１００重量部を基準として１０〜７００重量部、または３０〜３００重量部使用できる。
前記接着層は、硬化触媒をさらに含んでもよい。
前記硬化触媒は、前記硬化剤の作用や前記接着層の硬化を促進させる役割を果たし、半導体接着フィルムなどの製造に使用されると知られた硬化触媒を大きな制限なく使用することができる。例えば、前記硬化触媒としては、リン系化合物、ホウ素系化合物、およびリン−ホウ素系化合物、およびイミダゾール系化合物からなる群より選択された１種以上を使用することができる。前記硬化触媒の使用量は、最終的に製造される接着フィルムの物性などを考慮して適切に選択することができ、例えば、前記液状および固状エポキシ樹脂、（メタ）アクリレート系樹脂、およびフェノール樹脂の総和１００重量部を基準として０．５〜１０重量部使用できる。
前記接着層は、ジルコニウム、アンチモン、ビスマス、マグネシウム、およびアルミニウムからなる群より選択された１種以上の金属を含む金属酸化物；多孔性シリケート；多孔性アルミノシリケート；またはゼオライトを含むイオン捕捉剤をさらに含んでもよい。
前記ジルコニウム、アンチモン、ビスマス、マグネシウム、およびアルミニウムからなる群より選択された１種以上の金属を含む金属酸化物の例としては、酸化ジルコニウム、アンチモンの酸化物、ビスマスの酸化物、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、アンチモンビスマス系酸化物、ジルコニウムビスマス系酸化物、ジルコニウムマグネシウム系酸化物、マグネシウムアルミニウム系酸化物、アンチモンマグネシウム系酸化物、アンチモンアルミニウム系酸化物、アンチモンジルコニウム系酸化物、ジルコニウムアルミニウム系酸化物、ビスマスマグネシウム系酸化物、ビスマスアルミニウム系酸化物、またはこれらの２種以上の混合物が挙げられる。
前記イオン捕捉剤は、前記接着層またはこれから製造される接着フィルムの内部に存在する金属イオンまたはハロゲンイオンなどを吸着する役割を果たすことができ、これによって、前記接着フィルムと接触する配線の電気的信頼性を増進させることができる。
前記接着層中のイオン捕捉剤の含有量が大きく制限されるわけではないが、遷移金属イオンとの反応性、作業性および前記樹脂組成物から製造される接着フィルムなどの物性を考慮して、前記半導体用接着組成物の全体固形重量を基準として０．０１〜２０重量％、好ましくは０．０１〜１０重量％含まれる。
前記接着層は、有機溶媒１０重量％〜９０重量％をさらに含んでもよい。前記有機溶媒の含有量は、前記接着層の物性や最終的に製造される接着フィルムの物性や製造工程を考慮して決定可能である。
前記接着層は、カップリング剤および無機充填剤からなる群より選択された１種以上の添加剤をさらに含んでもよい。前記カップリング剤および無機充填剤の具体例が限定されるものではなく、半導体パッケージング用接着剤に使用できると知られた成分を大きな制限なく使用することができる。
一方、前記接着層は、常温で０．３ｍｍ／ｓｅｃの速度で５％まで引張時のモジュラスが１００ＭＰａ以上であってもよい。また、前記接着層を常温で０．３ｍｍ／ｓｅｃの速度で１０％伸張時に発生するモジュラスが５５ＭＰａ以上であり、１５％伸張時に発生するモジュラスが４０ＭＰａ以上であってもよい。
常温で前記接着層の引張率が３００％以下であってもよい。
前記接着層は、初期引張時に相対的に高いモジュラスを示しながらも低い引張率を示して、低温でのエキスパンディング過程で高い分断性を実現でき、同時に、高い弾性、優れた機械的物性および高い接着力を実現できる。
また、前記接着層は、半導体チップの多段積層構造のパッケージに適用され、より安定した構造および優れた耐熱性および耐衝撃性などの機械的物性を実現し、また、リフロー亀裂などを防止することができ、特に、半導体製造過程で適用される高温条件に長時間露出してもボイド（ｖｏｉｄ）が実質的に発生しない。
さらに、前記接着層は、高い破断強度および低い破断伸び率を有し、刃を用いたウエハ切断方法だけでなく、その他の非接触式接着剤切断方法、例えば、ＤＢＧ（Ｄｉｃｉｎｇ Ｂｅｆｏｒｅ Ｇｒｉｎｄｉｎｇ）にも適用可能であり、また、低温でも分断性に優れ、切断後、室温に放置しても再粘着の可能性が低くて半導体製造工程の信頼性および効率を高めることができる。
前記接着フィルムは、リードフレームまたは基板とダイとを接着したり、ダイとダイとを接着するダイアタッチフィルム（ＤＡＦ）として使用できる。これによって、前記接着フィルムは、ダイボンディングフィルムまたはダイシングダイボンディングフィルムなどの形態で加工できる。
一方、前記半導体用接着フィルムにおいて、前記接着層は、０．１μｍ〜３００μｍの厚さを有することができる。
そして、前記接着層対比の前記導電性層の厚さは、０．００１〜０．８、または０．００２〜０．５であってもよい。前記半導体用接着フィルムにおいて、前記接着層対比の前記導電性層の厚さが０．００１〜０．８、または０．００２〜０．５の比率で形成されることによって、前記接着フィルムが安定した電磁波遮蔽効率を確保しながらも高い接着力を実現できる。
前記導電性層および接着層それぞれの厚さは、１つの層の厚さであってもよいし、または１以上の導電性層全体の厚さであるか、１以上の接着層全体の厚さであってもよい。
前記半導体用接着フィルムは、前記導電性層および前記接着層それぞれ１以上を含むことができる。例えば、前記半導体用接着フィルムは、前記導電性層の両面に前記接着層２つが形成された構造を有することもでき、また、前記導電性層および接着層が順次に積層された構造を有することができる。
一方、発明の他の実施形態によれば、半導体用接着フィルムと、前記接着フィルムの接着層の一面に接する半導体素子と；を含む半導体装置が提供される。
上述のように、前記半導体用接着フィルムは、前記接着層の向上した硬化物性により半導体チップの信頼性を高めることができ、多様な切断方法に大きな制限なく適用され、優れた分断性を実現して半導体パッケージ工程の信頼性および効率を向上させることができ、同時に、前記導電層が共に含まれて優れた電磁波吸収性能も確保することができる。
前記接着フィルムの最外角に位置する接着層は、前記半導体素子の一面に接着される。
また、前記接着フィルムの他の最外角に位置する他の接着層は、基板などの被着体に結合される。
前記被着体の具体例が限定されるものではなく、例えば、前記被着体は、回路基板またはリードフレームであってもよい。具体的には、前記回路基板としては、プリント配線基板などの従来公知の基板を用いることができる。また、前記リードフレームとしては、Ｃｕリードフレーム、４２Ａｌｌｏｙリードフレームなどの金属リードフレームや、ガラスエポキシ、ＢＴ（ビスマレイミド−トリアジン）、ポリイミドなどを含んでなる有機基板を用いることができる。
上述のように、前記半導体用接着フィルムは、前記導電性層および前記接着層それぞれ１以上を含むことができる。例えば、前記半導体用接着フィルムは、前記導電性層の両面に前記接着層２つが形成された構造を有することもでき、また、前記導電性層および接着層が順次に積層された構造を有することができる。
また、前記半導体装置は、半導体用接着フィルムと半導体素子を１つ以上含むことができる。例えば、前記半導体装置は、上述した被着体上に前記半導体用接着フィルムおよび半導体素子が順次にそれぞれ１以上積層された構造を有することができる。
より具体的には、前記半導体装置は、ワイヤボンディングまたはフリップチップ方式により前記半導体素子と結合する被着体をさらに含んでもよいし、前記半導体用接着フィルムは、前記被着体および半導体素子の間に形成されるか、前記半導体用接着フィルムは、前記半導体素子と前記被着体とが結合した面の反対面に形成される。
また、前記半導体装置は、２以上の半導体素子を含み、前記２以上の半導体素子の少なくとも２つは、前記半導体用接着フィルムを介して結合される。
前記実施形態の半導体装置の例は、図１〜図３に示す通りである。ただし、前記実施形態の半導体装置の具体的な内容がこれに限定されるものではない。
例えば、前記半導体装置は、図１に示されるように、パッケージ基板１１０上に回路パターン１１６が形成され、その上に信号パッド１１２および接地コンタクト１１４が設けられ、前記信号パッドまたは接地コンタクトがボンディングパッド１２２と導電性ワイヤ１２５を介して半導体素子１２０が結合され、前記半導体素子と前記回路パターンまたはパッケージ基板との間に上述した半導体接着フィルムが形成される。前記半導体素子は、モールディング部材１３０に埋め込まれる。
また、前記半導体装置は、図２に示されるように、パッケージ基板２００上に第１半導体素子２０１および第２半導体素子２０２が積層された構造であってもよいし、前記第１半導体素子および第２半導体素子は、導電性ワイヤ２０４を介して接地部２０３に連結され、前記パッケージ基板と第１半導体素子との間と第１半導体素子および第２半導体素子の間には、それぞれ第１半導体接着フィルム２１０および第２半導体接着フィルム２２０が形成される。前記第１半導体素子、第２半導体素子、および導電性ワイヤは、モールディング部材２０５に埋め込まれる。
さらに、前記半導体装置は、図３に示されるように、パッケージ基板３００上に第１半導体素子３０１がワイヤボンディングまたはフリップチップ方式で結合され、前記第１半導体素子上にはＦＯＷ（Ｆｉｌｍ Ｏｖｅｒ Ｗｉｒｅ）３０８が形成され、
前記ＦＯＷ上に第２半導体素子３０２、第３半導体素子３０３、第４半導体素子３０４、第５半導体素子３０５が順次に積層され、前記第２半導体素子３０２、第３半導体素子３０３、第４半導体素子３０４、および第５半導体素子３０５の間には、それぞれ第１半導体接着フィルム３１０、第２半導体接着フィルム３２０、および第３半導体接着フィルム３３０が形成される。前記第２半導体素子３０２、第３半導体素子３０３、第４半導体素子３０４、および第５半導体素子３０５は、それぞれまたは同時に導電性ワイヤ３０７を介して接地部３０６に連結され、また、これらすべてがモールディング部材に埋め込まれる。
本発明によれば、向上した硬化物性により半導体チップの信頼性を高めることができ、多様な切断方法に大きな制限なく適用され、優れた分断性を実現して半導体パッケージ工程の信頼性および効率を向上させることができ、優れた電磁波吸収性能を実現できる半導体用接着フィルムおよび前記接着フィルムが備えられた半導体装置が提供される。
発明の一例の半導体用接着フィルムが設けられた半導体装置の一例を示すものである。 発明の一例の半導体用接着フィルムが設けられた半導体装置の他の一例を示すものである。 発明の一例の半導体用接着フィルムが設けられた半導体装置のさらに他の一例を示すものである。
発明の具体的な実施形態を下記の実施例でより詳細に説明する。ただし、下記の実施例は発明の具体的な実施形態を例示するものに過ぎず、本発明の内容が下記の実施例によって限定されるものではない。
［実施例１〜５：接着層および半導体用接着フィルムの製造］
実施例１
（１）接着層溶液の製造
エポキシ樹脂の硬化剤であるフェノール樹脂ＫＨ−６０２１（ＤＩＣ社製品、ビスフェノールＡノボラック樹脂、水酸基当量１２１ｇ／ｅｑ、軟化点：１２５℃）５７ｇ、エポキシ樹脂ＥＯＣＮ−１０４Ｓ（日本化薬製品、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、エポキシ当量２１４ｇ／ｅｑ、軟化点：８３℃）８５ｇ、アクリレート樹脂（ＫＧ−３０１５Ｐ）４２５ｇ、Ｒ９７２ ６１．７ｇ、ＤＩＣＹ０．９６ｇ、および２ＭＡＯＫ０．１１ｇをメチルエチルケトン溶媒に混合して、接着層溶液（固形分２０重量％濃度）を得た。
（２）半導体用接着フィルムの製造
前記製造された接着層溶液を離型処理されたポリエチレンテレフタレートフィルム（厚さ３８μｍ）上に塗布した後、１１０℃で３分間乾燥して、約９μｍの厚さの接着フィルムを得た。
そして、約２μｍの厚さの銅ｆｏｉｌの両面に前記接着フィルムをラミネートして、約２０μｍの厚さの半導体用接着フィルムを製造した。
実施例２
アクリレート樹脂をＫＧ−３０１５Ｐの代わりにＫＧ−３０８２を用いた点を除けば、前記実施例１と同様の方法で接着層溶液（固形分２０重量％濃度）を得て、これを用いて実施例１と同様の方法で約２μｍの厚さの銅ｆｏｉｌの両面に前記接着フィルムをラミネートして、約２０μｍの厚さの半導体用接着フィルムを製造した。
実施例３
約２μｍの厚さの銅ｆｏｉｌの一面にスパッタリング蒸着法を利用して約０．０５μｍの厚さのニオブ（Ｎｂ）酸化物層を成膜した。そして、前記ニオブ（Ｎｂ）酸化物層上に、前記実施例１で得られた約９μｍの厚さの接着フィルムをラミネートした。
そして、前記約２μｍの厚さの銅ｆｏｉｌの他の一面に同様にスパッタリング蒸着法を利用して約０．０５μｍの厚さのニオブ（Ｎｂ）酸化物層を成膜し、前記実施例１で得られた約９μｍの厚さの接着フィルムをラミネートした。
比較例１
前記実施例１で製造された接着層溶液を離型処理されたポリエチレンテレフタレートフィルム（厚さ３８μｍ）上に塗布した後、１１０℃で３分間乾燥して、約２０μｍの厚さの接着フィルムを得た。
比較例２
前記実施例１で得られた約９μｍの厚さの接着フィルム上にスパッタリング蒸着法を利用して０．０４μｍの厚さの銅層を形成し、前記銅層上に前記約９μｍの厚さの接着フィルムを再度ラミネートして、約１８．４μｍの厚さの半導体用接着フィルムを製造した。
Figure 0006784446
ＫＨ−６０２１：ビスフェノールＡノボラック樹脂（ＤＩＣ社、軟化点：約１２５℃、水酸基当量：１１８ｇ／ｅｑ）
ＥＯＣＮ−１０４Ｓ：クレゾールノボラックエポキシ（日本化薬（株）、エポキシ当量：１８０ｇ／ｅｑ、軟化点：９０℃）
＜充填剤＞
Ｒ９７２：エボニックインダストリーズ、ヒュームドシリカ、平均粒径１７ｎｍ
＜アクリレート樹脂＞
ＫＧ−３０１５Ｐ：ブチルアクリレート：エチルアクリレート：アクリロニトリル：メチルメタクリレート；グリシジルメタクリレート＝４１：２４：３０：２：３の組成比で合成したアクリル樹脂（重量平均分子量約９０万、ガラス転移温度１７℃）
ＫＧ−３０８２：ブチルアクリレート：アクリロニトリル：グリシジルメタクリレート：ベンジルメタクリレート＝４６：２０：６：２８の組成比で合成したアクリル樹脂（重量平均分子量約６６万、ガラス転移温度１４℃、水酸基当量約０．０５ｅｑ／ｋｇ）
＜添加剤＞
ＤＩＣＹ：Ｄｉｃｙａｎｄｉａｍｉｄｅ
２ＭＡＯＫ：Ｉｍｉｄａｚｏｌｅ−ｂａｓｅｄ ｈａｒｄｅｎｉｎｇ ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ
［実験例：半導体用接着フィルムの電磁波遮蔽効果の評価］
（１）半導体装置の製造
前記実施例および比較例それぞれから得られた半導体用接着フィルムを、温度７０℃の条件下、一辺が１０ｍｍの四角形、厚さ８０μｍの第１半導体素子に付着させた。前記接着フィルムが付着した第１半導体素子を、温度１２５℃、圧力１ｋｇ、時間１秒の条件下、ＢＧＡ基板に付着させた。
そして、前記第１半導体素子が接着されたＢＧＡ基板を、乾燥機で１２５℃、１時間熱処理して接着フィルムを熱硬化させた。続いて、ワイヤボンダ（（株）新川、商品名「ＵＴＣ−１０００」）を用いて、以下の１５０℃の条件下、直径２３μｍのワイヤを１００μｍのピッチで第１半導体素子に対してワイヤボンディングを進行させた。
（２）電磁波遮蔽効果の評価
前記製造された半導体装置にＳｉｇｎａｌ Ｓｏｕｒｃｅを介して電力を印加し、Ｎｅａｒ Ｆｉｅｌｄ Ａｎｔｅｎｎａを半導体装置上に位置させた後、Ｓｐｅｃｔｒｕｍ Ａｎａｌｙｚｅｒにより２Ｄスキャンで前記Ａｎｔｅｎｎａから得られる電磁波の量（ｄＢｍ）を周波数約１ＭＨｚ〜８ＧＨｚの範囲で測定した。測定結果は下記表３に記載した。
Figure 0006784446
実施例の接着フィルムは、初期引張時に高いモジュラスを示してから、引張率が高くなるほどモジュラスが相対的に低くなる特徴を有し、常温で低い引張率を有することによって、低温でのエキスパンディング過程で高い分断性を実現できるが、前記表３から確認されるように、優れた電磁波吸収性能も実現できるという点が確認された。特に、実施例２の接着フィルムの場合、実施例１に比べて初期引張時により高いモジュラスおよび常温でのより低い引張率を有することによって、低温でのエキスパンディング過程で向上した分断性を実現できる。
より具体的には、前記表３から確認されるように、実施例１〜３の半導体用接着フィルムは、２μｍの厚さを有する銅層が接着層の間に位置することによって、比較例に対比して、１ＭＨｚ〜８ＧＨｚの周波数領域帯で約６〜１４ｄＢｍの電磁波遮蔽性能の向上があったことが確認された。
これに対して、０．０４μｍの厚さを有する銅層が接着層の間に位置した構造の、比較例２の半導体用接着フィルムは、１ＭＨｚ〜８ＧＨｚの周波数領域帯で電磁波遮蔽性能が比較例と大して差がないという点が確認され、これによって、電磁波遮蔽性能の向上のためには、所定の数値以上の厚さを有する導電性層が必要であることが分かる。
これによって、実施例１〜３の半導体用接着フィルムは、多様な薄膜が積層される半導体パッケージング過程で素子の誤作動を起こし人体に悪影響を及ぼす電磁波を効果的に遮蔽および吸収可能な特性を実現できるという点が確認された。
（３）イオン転移（ｍｉｇｒａｔｉｏｎ）の評価
前記実施例１および３の半導体用接着フィルムを７５μｍの間隔をおいて設けられた２つの銅電極上にラミネートし、その状態で１２５℃で１時間熱処理して前記接着フィルムを熱硬化した。その後、８５℃、相対湿度８５ＲＨ％の条件下、銅電極に５．５Ｖの電圧を印加して水分の短時間に電気的抵抗値が急激に低下する時点（ｓｈｏｒｔ発生）までの時間を測定した。
前記時間の測定結果、前記実施例１の半導体用接着フィルムは、ｓｈｏｒｔ発生まで１９０時間がかかり、前記実施例３の半導体用接着フィルムは、ｓｈｏｒｔ発生まで２２０時間がかかるという点が確認され、前記実施例の半導体用接着フィルムは、前記接着層の特性によって前記導電性層の原子またはイオンの接着層への拡散が相対的に容易でないという点が確認され、特に、実施例２の半導体用接着フィルムは、銅箔層の両面に形成されたニオブ酸化物層の存在によって原子またはイオンが接着層に拡散する現象を防止でき、導電性層の金属がイオン化される現象を改善できるという点が確認された。
１１０：パッケージ基板
１１２：信号パッド
１１４：接地コンタクト
１１６：回路パターン
１２０：半導体素子
１２２：ボンディングパッド
１２５：導電性ワイヤ
１３０：モールディング部材
１４０：半導体接着フィルム
２００：パッケージ基板
２０１：第１半導体素子
２０２：第２半導体素子
２０３：接地部
２０４：導電性ワイヤ
２０５：モールディング部材
２１０：第１半導体接着フィルム
２２０：第２半導体接着フィルム
３００：パッケージ基板
３０１：第１半導体素子
３０２：第２半導体素子
３０３：第３半導体素子
３０４：第４半導体素子
３０５：第５半導体素子
３０６：接地部
３０７：導電性ワイヤ
３０８：ＦＯＷ（Ｆｉｌｍ Ｏｖｅｒ Ｗｉｒｅ）
３１０：第１半導体接着フィルム
３２０：第２半導体接着フィルム
３３０：第３半導体接着フィルム

Claims (15)

  1. 銅、ニッケル、コバルト、鉄、ステンレススチール（ＳＵＳ）、およびアルミニウムからなる群より選択された１種以上の金属を含み、０．０５μｍ以上の厚さを有する導電性層；および
    前記導電性層の少なくとも一面に形成され、（メタ）アクリレート系樹脂、硬化剤、およびエポキシ樹脂を含む接着層；を含み、
    前記接着層は、エポキシ系官能基を含む（メタ）アクリレート系繰り返し単位および芳香族官能基を含む（メタ）アクリレート系繰り返し単位を含む（メタ）アクリレート系樹脂、フェノール樹脂を含む硬化剤、およびエポキシ樹脂を含む接着層；を含む、半導体用接着フィルム。
  2. 前記導電性層は、０．０５μｍ〜１０μｍの厚さを有する、請求項１に記載の半導体用接着フィルム。
  3. 前記導電性層は、０．１μｍ〜１０μｍの銅層、０．１μｍ〜１０μｍのステンレススチール（ＳＵＳ）層、０．１μｍ〜１０μｍのアルミニウム層、０．０５μｍ〜１０μｍのニッケル層、０．０５μｍ〜１０μｍのコバルト層、または０．０５μｍ〜１０μｍの鉄（Ｆｅ）層である、請求項１に記載の半導体用接着フィルム。
  4. 前記導電性層および接着層の間に形成され、０．００１μｍ〜１μｍの厚さを有するバリア層をさらに含む、請求項１に記載の半導体用接着フィルム。
  5. 前記バリア層は、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、ステンレススチール（ＳＵＳ）、ニッケル合金、および希土類金属からなる群より選択された１種以上、またはこれらの酸化物、これらの窒化物を含む、請求項４に記載の半導体用接着フィルム。
  6. 前記（メタ）アクリレート系樹脂の水酸基当量が０．１５ｅｑ／ｋｇ以下である、請求項１に記載の半導体用接着フィルム。
  7. 前記（メタ）アクリレート系樹脂は、芳香族官能基を含む（メタ）アクリレート系繰り返し単位２〜４０重量％を含む、請求項１に記載の半導体用接着フィルム。
  8. 前記（メタ）アクリレート系樹脂、エポキシ樹脂、およびフェノール樹脂の総重量対比、前記（メタ）アクリレート系樹脂の重量の比率が０．５５〜０．９５である、請求項１に記載の半導体用接着フィルム。
  9. 前記フェノール樹脂は、１００℃以上の軟化点を有する、請求項１に記載の半導体用接着フィルム。
  10. 前記エポキシ樹脂の軟化点は、５０℃〜１２０℃である、請求項１に記載の半導体用接着フィルム。
  11. 前記接着層は、０．１μｍ〜３００μｍの厚さを有し、
    前記接着層対比の前記導電性層の厚さの比率は、０．００１〜０．８である、請求項１に記載の半導体用接着フィルム。
  12. 請求項１に記載の半導体用接着フィルムと、前記接着フィルムの接着層の一面に接する半導体素子と；を含む半導体装置。
  13. 前記半導体装置は、ワイヤボンディングまたはフリップチップ方式により前記半導体素子と結合する被着体をさらに含む、請求項１２に記載の半導体装置。
  14. 前記半導体用接着フィルムは、前記被着体および半導体素子の間に形成されるか、
    前記半導体用接着フィルムは、前記半導体素子と前記被着体とが結合した面の反対面に形成される、請求項１３に記載の半導体装置。
  15. 前記半導体装置は、２以上の半導体素子を含み、
    前記２以上の半導体素子の少なくとも２つは、前記半導体用接着フィルムを介して結合される、請求項１２に記載の半導体装置。
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