JP7482112B2 - ドルメン構造を有する半導体装置の製造方法、支持片の製造方法、及び支持片形成用積層フィルム - Google Patents

ドルメン構造を有する半導体装置の製造方法、支持片の製造方法、及び支持片形成用積層フィルム Download PDF

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Description

本開示は、基板と、基板上に配置された第一のチップと、基板上であって第一のチップの周囲に配置された複数の支持片と、複数の支持片によって支持され且つ第一のチップを覆うように配置された第二のチップとを含むドルメン構造を有する半導体装置の製造方法に関する。また、本開示は、支持片の製造方法及び支持片形成用積層フィルムに関する。なお、ドルメン(dolmen、支石墓)は、石墳墓の一種であり、複数の支柱石と、その上に載せられた板状の岩とを備える。ドルメン構造を有する半導体装置において、支持片が「支柱石」に相当し、第二のチップが「板状の岩」に相当する。
近年、半導体装置の分野において、高集積、小型化及び高速化が求められている。半導体装置の一態様として、基板上に配置されたコントローラーチップの上に半導体チップを積層させる構造が注目を集めている。例えば、特許文献1は、コントローラダイと、コントローラダイの上に支持部材によって支持されたメモリダイとを含む半導体ダイアセンブリを開示している。特許文献1の図1Aに図示された半導体アセンブリ100はドルメン構造を有するということができる。すなわち、半導体アセンブリ100は、パッケージ基板102と、その表面上に配置されたコントローラダイ103と、コントローラダイ103の上方に配置されたメモリダイ106a,106bと、メモリダイ106aを支持する支持部材130a,130bとを備える。
特表2017-515306号公報
特許文献1は、支持部材(支持片)として、シリコン等の半導体材料を使用できること、より具体的には半導体ウェハをダイシングして得られる半導体材料の断片を使用できることを開示している(特許文献1の[0012]、[0014]及び図2参照)。半導体チップを使用してドルメン構造用の支持片を製造するには、通常の半導体チップの製造と同様、例えば、以下の各工程が必要である。
(1)半導体ウェハにバックグラインドテープを貼り付ける工程
(2)半導体ウェハをバックグラインドする工程
(3)ダイシングリングとその中に配置されたバックグラインド後の半導体ウェハに対し、粘着層と接着剤層とを有するフィルム(ダイシング・ダイボンディング一体型フィルム)を貼り付ける工程
(4)半導体ウェハからバックグラインドテープを剥がす工程
(5)半導体ウェハを個片化する工程
(6)半導体チップと接着剤片の積層体からなる支持片を粘着層からピックアップする工程
本開示は、ドルメン構造を有する半導体装置の製造プロセスにおいて、支持片を作製する工程を簡略化でき、更には積層される半導体チップを安定的に支持することができる半導体装置の製造方法を提供する。また、本開示は、支持片の製造方法及び支持片形成用積層フィルムを提供する。
本開示の一側面は、基板と、基板上に配置された第一のチップと、基板上であって第一のチップの周囲に配置された複数の支持片と、複数の支持片によって支持され且つ第一のチップを覆うように配置された第二のチップとを含むドルメン構造を有する半導体装置の製造方法に関する。半導体装置の製造方法は以下の工程を含む。
(A)基材フィルムと、粘着層と、支持片形成用フィルムとをこの順序で備える積層フィルムを準備する工程
(B)支持片形成用フィルムを個片化することによって、粘着層の表面上に複数の支持片を形成する工程
(C)粘着層から支持片をピックアップする工程
(D)基板上に第一のチップを配置する工程
(E)基板上であって第一のチップの周囲に複数の支持片を配置する工程
(F)第二のチップと、第二のチップの一方の面上に設けられた接着剤片とを備える接着剤片付きチップを準備する工程
(G)複数の支持片の表面上に接着剤片付きチップを配置することによってドルメン構造を構築する工程
本開示の一側面に係る半導体装置の製造方法によれば、支持片形成用フィルムを個片化して支持片を得ることができる。これによって、支持片として、半導体ウェハをダイシングして得られる半導体材料の断片を使用する従来の製造方法と比較すると、支持片を作製する工程を簡略化できる。すなわち、従来、上述の(1)~(6)の工程を必要としていたのに対し、支持片形成用フィルムは半導体ウェハを含まないため、半導体ウェハのバックグラインドに関する(1)、(2)及び(4)の工程を省略できる。また、樹脂材料と比較して高価な半導体ウェハを使用しないため、コストも削減できる。
また、支持片形成用フィルムの120℃におけるずり粘度は、4000Pa・s以上である。支持片形成用フィルムの120℃におけるずり粘度が4000Pa・s以上であると、支持片形成用フィルムの流動変形の度合いが低くなり、結果として、積層される半導体チップを安定的に支持することができる。支持片形成用フィルムは、熱硬化性樹脂層を含んでいてもよい。
(A)工程で準備する積層フィルムの粘着層は、感圧型であっても、紫外線硬化型であってもよい。すなわち、粘着層は、紫外線照射によって硬化するものであっても、そうでなくてもよく、換言すれば、光反応性を有する炭素-炭素二重結合を有する樹脂を含有しても、含有しなくてもよい。なお、感圧型の粘着層が光反応性を有する炭素-炭素二重結合を有する樹脂を含有してもよい。例えば、粘着層は、その所定の領域に紫外線を照射することによって当該領域の粘着性を低下させたものであってもよく、例えば、光反応性を有する炭素-炭素二重結合を有する樹脂が残存していてもよい。粘着層が紫外線硬化型である場合、(B)工程と(C)工程の間に、粘着層に紫外線を照射する工程を実施することで粘着層の粘着性を低下させることができる。
支持片形成用フィルムが熱硬化性樹脂層を含む場合、支持片形成用フィルム又は支持片を加熱して熱硬化性樹脂層又は接着剤片を硬化させる工程は適切なタイミングで実施すればよく、例えば、(G)工程よりも前に実施すればよい。複数の支持片の表面に接するように接着剤片付きチップを配置する段階において、熱硬化性樹脂層が既に硬化していることで接着剤片付きチップの配置に伴って支持片が変形することを抑制できる。なお、熱硬化性樹脂層は他の部材(例えば、基板)に対して接着性を有するため、支持片に接着剤層等を別途設けなくてもよい。
上記支持片形成用フィルムの厚さは、例えば、5~180μm又は20~120μmであってよい。支持片形成用フィルムの厚さがこの範囲であることで、第一のチップ(例えば、コントローラチップ)に対して適度な高さのドルメン構造を構築できる。支持片形成用フィルムは熱硬化性樹脂層を含んでもよい。熱硬化性樹脂層は、例えば、エポキシ樹脂を含み、エラストマを含むことが好ましい。支持片を構成する熱硬化性樹脂層がエラストマを含むことで半導体装置内における応力を緩和できる。
本開示の一側面は、ドルメン構造を有する半導体装置の製造プロセスにおいて使用される支持片の製造方法に関する。支持片の製造方法は以下の工程を含む。
(A)基材フィルムと、粘着層と、支持片形成用フィルムとをこの順序で備える積層フィルムを準備する工程
(B)支持片形成用フィルムを個片化することによって、粘着層の表面上に複数の支持片を形成する工程
(C)粘着層から支持片をピックアップする工程
なお、支持片形成用フィルムの120℃におけるずり粘度は、4000Pa・s以上である。
本開示の一側面は、基板と、基板上に配置された第一のチップと、基板上であって第一のチップの周囲に配置された複数の支持片と、複数の支持片によって支持され且つ第一のチップを覆うように配置された第二のチップとを含むドルメン構造を有する半導体装置の製造プロセスにおいて使用される支持片形成用積層フィルムであって、基材フィルムと、粘着層と、支持片形成用フィルムと、をこの順序で備え、支持片形成用フィルムの120℃におけるずり粘度が、4000Pa・s以上である、支持片形成用積層フィルムに関する。支持片形成用フィルムは、熱硬化性樹脂層を含んでいてもよい。
本開示によれば、ドルメン構造を有する半導体装置の製造プロセスにおいて、支持片を作製する工程を簡略化でき、更には積層される半導体チップを安定的に支持することができる半導体装置の製造方法が提供される。また、本開示によれば、支持片の製造方法及び支持片形成用積層フィルムが提供される。
図1は、半導体装置の第一実施形態を模式的に示す断面図である。 図2(a)、図2(b)、及び図2(c)は、第一のチップと複数の支持片との位置関係の例を模式的に示す平面図である。 図3(a)は、支持片形成用積層フィルムの一実施形態を模式的に示す平面図であり、図3(b)は、図3(a)のb-b線における断面図である。 図4は、粘着層と支持片形成用フィルムとを貼り合わせる工程を模式的に示す断面図である。 図5(a)、図5(b)、図5(c)、及び図5(d)は、支持片の作製過程を模式的に示す断面図である。 図6は、基板上であって第一のチップの周囲に複数の支持片を配置した状態を模式的に示す断面図である。 図7は、接着剤片付きチップの一例を模式的に示す断面図である。 図8は、基板上に形成されたドルメン構造を模式的に示す断面図である。 図9は、半導体装置の第二実施形態を模式的に示す断面図である。 図10(a)は、実施例で使用される支持片付き基板の一例を示す上面図であり、図10(b)は、図10(a)のb-b線における断面図であり、図10(c)は、実施例で使用される積層体の一例を示す断面図である。
以下、図面を参照しつつ、本開示の実施形態について詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。なお、本明細書において、「(メタ)アクリル酸」とは、アクリル酸又はメタクリル酸を意味し、「(メタ)アクリレート」とは、アクリレート又はそれに対応するメタクリレートを意味する。「A又はB」とは、AとBのどちらか一方を含んでいればよく、両方とも含んでいてもよい。
本明細書において「層」との語は、平面図として観察したときに、全面に形成されている形状の構造に加え、一部に形成されている形状の構造も包含される。また、本明細書において「工程」との語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の作用が達成されれば、本用語に含まれる。また、「~」を用いて示された数値範囲は、「~」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。
本明細書において組成物中の各成分の含有量は、組成物中に各成分に該当する物質が複数存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数の物質の合計量を意味する。また、例示材料は特に断らない限り単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。また、本明細書中に段階的に記載されている数値範囲において、ある段階の数値範囲の上限値又は下限値は、他の段階の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本明細書中に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
<第一実施形態>
(半導体装置)
図1は、半導体装置の第一実施形態を模式的に示す断面図である。図1に示す半導体装置100は、基板10と、基板10の表面上に配置されたチップT1(第一のチップ)と、基板10の表面上であってチップT1の周囲に配置された複数の支持片Dcと、チップT1の上方に配置されたチップT2(第二のチップ)と、チップT2と複数の支持片Dcとによって挟まれている接着剤片Tcと、チップT2上に積層されたチップT3,T4と、基板10の表面上の電極(不図示)とチップT1~T4とをそれぞれ電気的に接続する複数のワイヤwと、チップT1とチップT2との隙間等に充填された封止材50とを備える。
本実施形態においては、複数の支持片Dcと、チップT2と、支持片DcとチップT2との間に位置する接着剤片Tcとによって基板10上にドルメン構造が構成されている。チップT1は、接着剤片Tcと離間している。支持片Dcの厚さを適宜設定することで、チップT1の上面と基板10とを接続するワイヤwのためのスペースを確保することができる。
基板10は、有機基板であってもよく、リードフレーム等の金属基板であってもよい。基板10は、半導体装置100の反りを抑制する観点から、基板10の厚さは、例えば、90~300μmであり、90~210μmであってもよい。
チップT1は、例えば、コントローラーチップであり、接着剤片Tcによって基板10に接着され且つワイヤwによって基板10と電気的に接続されている。平面視におけるチップT1の形状は、例えば矩形(正方形又は長方形)である。チップT1の一辺の長さは、例えば、5mm以下であり、2~5mm又は1~5mmであってもよい。チップT1の厚さは、例えば、10~150μmであり、20~100μmであってもよい。
チップT2は、例えば、メモリチップであり、接着剤片Tcを介して支持片Dcの上に接着されている。平面視でチップT2は、チップT1よりも大きいサイズを有する。平面視におけるチップT2の形状は、例えば、矩形(正方形又は長方形)である。チップT2の一辺の長さは、例えば、20mm以下であり、4~20mm又は4~12mmであってもよい。チップT2の厚さは、例えば、10~170μmであり、20~120μmであってもよい。なお、チップT3,T4も、例えば、メモリチップであり、接着剤片Tcを介してチップT2の上に接着されている。チップT3,T4の一辺の長さは、チップT2と同様であればよく、チップT3,T4の厚さもチップT2と同様であればよい。
支持片Dcは、チップT1の周囲に空間を形成するスペーサーの役割を果たす。支持片Dcは、支持片形成用フィルムの硬化物(熱硬化性樹脂組成物の硬化物)を含む。支持片形成用フィルムの120℃におけるずり粘度は、後述のとおり、4000Pa・s以上である。なお、図2(a)に示すように、チップT1の両側の離れた位置に、二つの支持片Dc(形状:長方形)を配置してもよいし、図2(b)に示すように、チップT1の角に対応する位置にそれぞれ一つの支持片Dc(形状:正方形、計4個)を配置してもよいし、図2(c)に示すように、チップT1の辺に対応する位置にそれぞれ一つの支持片Dc(形状:長方形、計4個)を配置してもよい。平面視における支持片Dcの一辺の長さは、例えば、20mm以下であり、1~20mm又は1~12mmであってもよい。支持片Dcの厚さ(高さ)は、例えば、10~180μmであり、20~120μmであってもよい。
(支持片の製造方法)
支持片の製造方法の一例について説明する。本実施形態に係る製造方法は、以下の(A)~(C)の工程を含む。
(A)基材フィルム1と、粘着層2と、支持片形成用フィルムDとをこの順序で備える支持片形成用積層フィルム20(以下、場合により「積層フィルム20」という。)を準備する工程(図3、図4参照)
(B)支持片形成用フィルムDを個片化することによって、粘着層2の表面上に複数の支持片Daを形成する工程(図5(b)参照)
(C)粘着層2から支持片Daをピックアップする工程(図5(d)参照)
なお、図1に示す支持片Dcは、これに含まれる接着剤片(熱硬化性樹組成物)が硬化した後のものである。一方、支持片Daは、これに含まれる接着剤片(熱硬化性樹組成物)が完全に硬化する前の状態のものである(例えば、図5(b)参照)。
(A)~(C)の工程は、複数の支持片Daを製造するプロセスである。以下、図3~5を参照しながら、(A)~(C)工程について説明する。
[(A)工程]
(A)工程は、積層フィルム20を準備する工程である。積層フィルム20は、基材フィルム1と、粘着層2と、支持片形成用フィルムDとを備える。基材フィルム1は、例えば、ポリエチレンテレフタレートフィルム(PETフィルム)である。粘着層2は、パンチング等によって円形に形成されている(図3(a)参照)。粘着層2は、感圧型の粘着剤からなるものであっても、紫外線硬化型の粘着剤からなるものであってもよい。粘着層2が紫外線硬化型の粘着剤からなるものである場合、粘着層2は紫外線が照射されることによって粘着性が低下する性質を有する。支持片形成用フィルムDは、パンチング等によって円形に形成されており、粘着層2よりも小さい直径を有する(図3(a)参照)。支持片形成用フィルムDは、熱硬化性樹脂組成物からなる熱硬化性樹脂層5を含んでいてもよい。
支持片形成用フィルムDにおける熱硬化性樹脂層5を構成する熱硬化性樹脂組成物は、半硬化(Bステージ)状態を経て、その後の硬化処理によって完全硬化物(Cステージ)状態となり得るものである。熱硬化性樹脂組成物は、ずり粘度を所定の範囲に調整し易いことから、エポキシ樹脂と、硬化剤と、エラストマ(例えば、アクリル樹脂)とを含み、必要に応じて、無機フィラー及び硬化促進剤等を更に含むものであってよい。支持片形成用フィルムDにおける熱硬化性樹脂層5を構成する熱硬化性樹脂組成物の詳細については後述する。
支持片形成用フィルムDの厚さは、例えば、5~180μm又は20~120μmであってよい。支持片形成用フィルムの厚さがこの範囲であることで、第一のチップ(例えば、コントローラチップ)に対して適度な高さのドルメン構造を構築できる。
支持片形成用フィルムDの120℃におけるずり粘度は、4000Pa・s以上である。支持片形成用フィルムDの120℃におけるずり粘度は、4500Pa・s以上、5000Pa・s以上、7000Pa・s以上、10000Pa・s以上、15000Pa・s以上、18000Pa・s以上、20000Pa・s以上、又は23000Pa・s以上であってもよい。支持片形成用フィルムDの120℃におけるずり粘度が4000Pa・s以上であると、支持片形成用フィルムの流動変形の度合いが低くなり、結果として、半導体チップの支持安定性を向上させることができる。支持片形成用フィルムDの120℃におけるずり粘度の上限は、特に制限されないが、100000Pa・s以下、70000Pa・s以下、又は50000Pa・s以下であってもよい。支持片形成用フィルムDの120℃におけるずり粘度は、例えば、後述の熱硬化性樹脂組成物の含有成分の種類、含有量等を適宜調整することによって、調整することができる。
積層フィルム20は、例えば、基材フィルム1とその表面上に粘着層2とを有する第1の積層フィルムと、カバーフィルム3とその表面上に支持片形成用フィルムDとを有する第2の積層フィルムとを貼り合わせることによって作製することができる(図4参照)。第1の積層フィルムは、基材フィルム1の表面上に粘着層を塗工によって形成する工程と、粘着層をパンチング等によって所定の形状(例えば、円形)に加工する工程を経て得られる。第2の積層フィルムは、カバーフィルム3(例えば、PETフィルム又はポリエチレンフィルム)の表面上に支持片形成用フィルムを塗工によって形成する工程と、支持片形成用フィルムをパンチング等によって所定の形状(例えば、円形)に加工する工程を経て得られる。積層フィルム20を使用するに際し、カバーフィルム3は適当なタイミングで剥がされる。
[(B)工程]
(B)工程は、支持片形成用フィルムDを個片化することによって、粘着層2の表面上に複数の支持片Daを形成する工程である。図5(a)に示されるように、積層フィルム20にダイシングリングDRを貼り付ける。すなわち、積層フィルム20の粘着層2にダイシングリングDRを貼り付け、ダイシングリングDRの内側に支持片形成用フィルムDが配置された状態にする。支持片形成用フィルムDをダイシングによって個片化する(図5(b)参照)。これによって、支持片形成用フィルムDから多数の支持片Daが得られる。
[(C)工程]
(C)工程は、粘着層2から支持片Daをピックアップする工程である。図5(c)に示されるように、基材フィルム1をエキスパンドすることで、支持片Daを互いに離間させる。次いで、図5(d)に示されるように、支持片Daを突き上げ治具42で突き上げることによって粘着層2から支持片Daを剥離させるとともに、吸引コレット44で吸引して支持片Daをピックアップする。
(半導体装置の製造方法)
半導体装置100の製造方法について説明する。本実施形態に係る製造方法は、(A)~(C)の工程を含み、更に以下の(D)~(H)の工程を含む。
(D)基板10上に第一のチップT1を配置する工程
(E)基板10上であって第一のチップT1の周囲に複数の上記の製造方法によって得られる支持片Da(少なくとも金属片6pを含む支持片Da)を配置する工程(図6参照)
(F)第二のチップT2と、第二のチップT2の一方の面上に設けられた接着剤片Taとを備える接着剤片付きチップT2aを準備する工程(図7参照)
(G)複数の支持片Dcの表面上に接着剤片付きチップT2aを配置することによってドルメン構造を構築する工程(図8参照)
(H)チップT1とチップT2との隙間等を封止材50で封止する工程(図1参照)
(D)~(H)工程は、複数の支持片Daを使用してドルメン構造を基板10上に構築していくプロセスである。以下、図6~8を参照しながら、(D)~(H)工程について説明する。
[(D)工程]
(D)工程は、基板10上に第一のチップT1を配置する工程である。例えば、まず、基板10上の所定の位置に接着剤層T1cを介してチップT1を配置する。その後、チップT1はワイヤwで基板10と電気的に接続される。
[(E)工程]
(E)工程は、基板10上であって第一のチップT1の周囲に複数の支持片Daを配置する工程である。この工程を経て、図6に示す構造体30が作製される。構造体30は、基板10と、その表面上に配置されたチップT1と、複数の支持片Daとを備える。支持片Daの配置は圧着処理によって行えばよい。圧着処理は、例えば、80~180℃、0.01~0.50MPaの条件で、0.5~3.0秒間にわたって実施することが好ましい。なお、支持片Daは、これに含まれる接着剤片5pが(E)工程の時点で完全に硬化して支持片Dcとなっていてもよく、この時点では完全硬化していなくてもよい。支持片Daに含まれる接着剤片5pは(G)工程の開始前の時点で完全硬化して接着剤片5cとなっていることが好ましい。
[(F)工程]
(F)工程は、図7に示す接着剤片付きチップT2aを準備する工程である。接着剤片付きチップT2aは、チップT2と、その一方の表面に設けられた接着剤片Taとを備える。接着剤片付きチップT2aは、例えば、半導体ウェハ及びダイシング・ダイボンディング一体型フィルムを使用し、ダイシング工程及びピックアップ工程を経て得ることができる。
[(G)工程]
(G)工程は、複数の支持片Dcの上面に接着剤片Taが接するように、チップT1の上方に接着剤片付きチップT2aを配置する工程である。具体的には、支持片Dcの上面に接着剤片Taを介してチップT2を圧着する。この圧着処理は、例えば、80~180℃、0.01~0.50MPaの条件で、0.5~3.0秒間にわたって実施することが好ましい。次に、加熱によって接着剤片Taを硬化させる。この硬化処理は、例えば、60~175℃、0.01~1.0MPaの条件で、5分間以上にわたって実施することが好ましい。これによって、接着剤片Taが硬化して接着剤片Tcとなる。この工程を経て、基板10上にドルメン構造が構築される(図8参照)。
(G)工程後であって(H)工程前に、チップT2の上に接着剤片を介してチップT3を配置し、更に、チップT3の上に接着剤片を介してチップT4を配置する。接着剤片は上述の接着剤片Taと同様の熱硬化性樹脂組成物であればよく、加熱硬化によって接着剤片Tcとなる(図1参照)。他方、チップT2,T3,T4と基板10とをワイヤwで電気的にそれぞれ接続する。なお、チップT1の上方に積層するチップの数は本実施形態の三つに限定されず、適宜設定すればよい。
[(H)工程]
(H)工程は、チップT1とチップT2との隙間等を封止材50で封止する工程である。この工程を経て図1に示す半導体装置100が完成する。
(熱硬化性樹脂組成物)
支持片形成用フィルムDにおける熱硬化性樹脂層5を構成する熱硬化性樹脂組成物は、上述のとおり、ずり粘度を所定の範囲に調整し易いことから、エポキシ樹脂と、硬化剤と、エラストマとを含み、必要に応じて、無機フィラー及び硬化促進剤等を更に含むものであってよい。本発明者らの検討によると、支持片Da及び硬化後の支持片Dcは以下の特性を更に有することが好ましい。
・特性1:基板10の所定の位置に支持片Daを熱圧着したとき位置ずれが生じ難いこと
・特性2:半導体装置100内において接着剤片5cが応力緩和性を発揮すること(熱硬化性樹脂組成物がエラストマ(ゴム成分)を含むこと)
・特性3:接着剤片付きチップの接着剤片Tcとの接着強度が充分に高いこと(接着剤片Tcに対する接着剤片5c(すなわち、熱硬化性樹脂層からなるフィルムの硬化物)のダイシェア強度(シェア強度)が、例えば、2.0~7.0Mpa又は3.0~6.0Mpaであること)
・特性4:硬化に伴う収縮率が充分に小さいこと
・特性5:ピックアップ工程においてカメラによる支持片Daの視認性が良いこと(熱硬化性樹脂組成物が、例えば、着色料を含んでいること)
・特性6:接着剤片5cが充分な機械的強度を有すること
[エポキシ樹脂]
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型エポキシ樹脂等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、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂等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、脂環式エポキシ樹脂等、一般に知られているものを適用することができる。これらは一種を単独で使用してもよいし、二種以上を併用してもよい。
[硬化剤]
硬化剤としては、例えば、フェノール樹脂、エステル化合物、芳香族アミン、脂肪族アミン、酸無水物等が挙げられる。これらのうち、高いダイシェア強度(シェア強度)を達成する観点から、フェノール樹脂が好ましい。フェノール樹脂の市販品としては、例えば、DIC株式会社製のLF-4871(商品名、BPAノボラック型フェノール樹脂)、エア・ウォーター株式会社製のHE-100C-30(商品名、フェニルアラキル型フェノール樹脂)、DIC株式会社製のフェノライトKA及びTDシリーズ、三井化学株式会社製のミレックスXLC-シリーズとXLシリーズ(例えば、ミレックスXLC-LL)、エア・ウォーター株式会社製のHEシリーズ(例えば、HE100C-30)、明和化成株式会社製のMEHC-7800シリーズ(例えば、MEHC-7800-4S)、JEFケミカル株式会社製のJDPPシリーズ、群栄化学工業株式会社製のPSMシリーズ(例えば、PSM-4326)等が挙げられる。これらは一種を単独で使用してもよいし、二種以上を併用してもよい。
エポキシ樹脂とフェノール樹脂の配合量は、高いダイシェア強度(シェア強度)を達成する観点から、それぞれエポキシ当量と水酸基当量の当量比が0.6~1.5であることが好ましく、0.7~1.4であることがより好ましく、0.8~1.3であることが更に好ましい。配合比が上記範囲内であることで、硬化性及び流動性の両方を充分に高水準に達成し易い。
[エラストマ]
エラストマとして、例えば、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、ポリブタジエン、アクリロニトリル、エポキシ変性ポリブタジエン、無水マレイン酸変性ポリブタジエン、フェノール変性ポリブタジエン及びカルボキシ変性アクリロニトリルが挙げられる。
フィルムの成形性の観点から、エラストマとしてアクリル系樹脂が好ましく、更に、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等のエポキシ基又はグリシジル基を架橋性官能基として有する官能性モノマーを重合して得たエポキシ基含有(メタ)アクリル共重合体等のアクリル系樹脂がより好ましい。アクリル系樹脂のなかでもエポキシ基含有(メタ)アクリル酸エステル共重合体及びエポキシ基含有アクリルゴムが好ましく、エポキシ基含有アクリルゴムがより好ましい。エポキシ基含有アクリルゴムは、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等の共重合体、エチルアクリレートとアクリロニトリル等の共重合体などからなる、エポキシ基を有するゴムである。なお、アクリル系樹脂は、エポキシ基だけでなく、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していてもよい。
アクリル樹脂の市販品としては、ナガセケムテック株式会社製のSG-70L、SG-708-6、WS-023 EK30、SG-280 EK23、SG-P3溶剤変更品(商品名、アクリルゴム、重量平均分子量:80万、Tg:12℃、溶剤:シクロヘキサノン)、SG-P3低分子量品(商品名、ナガセケムテックス株式会社製、アクリルゴム、重量平均分子量:30万、Tg:12℃、溶剤:シクロヘキサノン)等が挙げられる。
アクリル樹脂のガラス転移温度(Tg)は、フィルムの成形性の観点から、-50~50℃であることが好ましく、-30~30℃であることがより好ましい。アクリル樹脂の重量平均分子量(Mw)は、フィルムの成形性の観点から、10万~300万であることが好ましく、50万~200万であることがより好ましい。ここで、Mwは、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)で測定し、標準ポリスチレンによる検量線を用いて換算した値を意味する。なお、分子量分布の狭いアクリル樹脂を用いることによって、高弾性の接着剤片を形成できる傾向にある。
熱硬化性樹脂組成物に含まれるアクリル樹脂の量は、高いダイシェア強度(シェア強度)を達成する観点から、エポキシ樹脂及びエポキシ樹脂硬化剤の合計100質量部に対して10~200質量部であることが好ましく、20~100質量部であることがより好ましい。
熱硬化性樹脂組成物に含まれるアクリル樹脂の量は、高いずり粘度を達成する観点から、エポキシ樹脂及びエポキシ樹脂硬化剤の合計100質量部に対して50質量部以上であることが好ましい。
[無機フィラー]
無機フィラーとしては、例えば、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、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、ホウ酸アルミウィスカ、窒化ホウ素、結晶性シリカ、非晶性シリカ等が挙げられる。これらは一種を単独で使用してもよいし、二種以上を併用してもよい。
無機フィラーの平均粒径は、高いダイシェア強度(シェア強度)を達成する観点から、0.005μm~1.0μmが好ましく、0.05~0.5μmがより好ましい。無機フィラーの表面は、高いダイシェア強度(シェア強度)を達成する観点から、化学修飾されていることが好ましい。表面を化学修飾する材料としては、例えば、シランカップリング剤等が挙げられる。シランカップリング剤の官能基の種類としては、例えば、ビニル基、アクリロイル基、エポキシ基、メルカプト基、アミノ基、ジアミノ基、アルコキシ基、エトキシ基等が挙げられる。
高いダイシェア強度(シェア強度)を達成する観点から、熱硬化性樹脂組成物の樹脂成分100質量部に対して、無機フィラーの含有量は20~200質量部であることが好ましく、30~100質量部であることがより好ましい。
[硬化促進剤]
硬化促進剤としては、例えば、イミダゾール類及びその誘導体、有機リン系化合物、第二級アミン類、第三級アミン類、第四級アンモニウム塩等が挙げられる。高いダイシェア強度(シェア強度)を達成する観点から、イミダゾール系の化合物が好ましい。イミダゾール類としては、例えば、2-メチルイミダゾール、1-ベンジル-2-メチルイミダゾール、1-シアノエチル-2-フェニルイミダゾール、1-シアノエチル-2-メチルイミダゾール等が挙げられる。これらは一種を単独で使用してもよいし、二種以上を併用してもよい。
熱硬化性樹脂組成物における硬化促進剤の含有量は、高いダイシェア強度(シェア強度)を達成する観点から、エポキシ樹脂及びエポキシ樹脂硬化剤の合計100質量部に対して0.04~3質量部が好ましく、0.04~0.2質量部がより好ましい。
<第二実施形態>
図9は、半導体装置の第二実施形態を模式的に示す断面図である。第一実施形態に係る半導体装置100はチップT1が接着剤片Tcと離間している態様であるのに対し、本実施形態に係る半導体装置200はチップT1が接着剤片Tcと接している。つまり、接着剤片Tcは、チップT1の上面及び支持片Dcの上面に接している。例えば、支持片形成用フィルムDの厚さを適宜設定することで、チップT1の上面の位置と支持片Dcの上面の位置を一致させることができる。
半導体装置200においては、チップT1が基板10に対し、ワイヤボンディングではなく、フリップチップ接続されている。なお、チップT2とともに接着剤片付きチップT2aを構成する接着剤片Taに埋め込まれる構成とすれば、基板10にチップT1がワイヤボンディングされた態様であっても、チップT1が接着剤片Tcと接した状態とすることができる。
以下、実施例により本開示について説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
[支持片形成用フィルムの作製]
<ワニスの調製>
表1に示す材料を表1に示す組成比(単位:質量部)で使用した。エポキシ樹脂、フェノール樹脂、及び無機フィラーに対して、シクロヘキサノンを加え、撹拌混合した。シクロヘキサノンの含有量は、最終的に得られるワニスにおいて、固形分割合が40質量%となるように調整した。これに、エラストマを加え、更に、カップリング剤及び硬化促進剤を加えて、各成分が均一になるまで撹拌してワニスA~Eを調製した。
表1に示す各成分の詳細は、以下のとおりである。
・エポキシ樹脂:YDCN-700-10(商品名、新日鉄住金化学株式会社製、o-クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、エポキシ当量:209g/eq)
・EXA-830CRP(商品名、DIC株式会社製、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、エポキシ当量:159g/eq)
・フェノール樹脂(硬化剤):HE-100C-30(商品名、エア・ウォーター株式会社製、フェノールノアラルキル型フェノール樹脂、水酸基当量:170g/eq)
・フェノール樹脂(硬化剤):PSM-4326(商品名、群栄化学工業株式会社製、フェノールノボラック型フェノール樹脂、水酸基当量:105g/eq)
・無機フィラー:アエロジルR972(商品名、日本アエロジル株式会社製、シリカ、平均粒径0.016μm)
・無機フィラー:SC2050-HLG(商品名、株式会社アドマテックス製、シリカフィラー分散液、平均粒径0.50μm)
・エラストマ:SG-P3溶剤変更品(商品名、ナガセケムテックス株式会社製、アクリルゴム、重量平均分子量:80万、Tg:12℃、溶剤:シクロヘキサノン)
・エラストマ:SG-P3低分子量品(商品名、ナガセケムテックス株式会社製、アクリルゴム、重量平均分子量:30万、Tg:12℃、溶剤:シクロヘキサノン)
・カップリング剤:A-189(商品名、GE東芝株式会社製、γ-メルカプトプロピルトリメトキシシラン)
・カップリング剤:A-1160(商品名、GE東芝株式会社製、γ-ウレイドプロピルトリエトキシシラン)
・硬化促進剤:キュアゾール2PZ-CN(商品名、四国化成工業株式会社製、1-シアノエチル-2-フェニルイミダゾール)
Figure 0007482112000001
<支持片形成用フィルムの作製>
(実施例1)
ワニスAを100メッシュのフィルターでろ過するとともに真空脱泡した。基材フィルムとして、厚さ38μmの離型処理を施したポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムを用意し、真空脱泡後のワニスAをPETフィルム上に塗布した。塗布したワニスAを、90℃で5分間、続いて130℃で5分間の2段階で加熱乾燥し、Bステージ状態にある実施例1の支持片形成用フィルムを得た。ワニスAの塗布量は、厚さ50μmになるよう調整した。
(実施例2)
ワニスAをワニスBに変更した以外は、実施例1と同様にして、実施例2の支持片形成用フィルムを得た。
(実施例3)
ワニスAをワニスCに変更した以外は、実施例1と同様にして、実施例3の支持片形成用フィルムを得た。
(比較例1)
ワニスAをワニスDに変更した以外は、実施例1と同様にして、比較例1の支持片形成用フィルムを得た。
(比較例2)
ワニスAをワニスEに変更した以外は、実施例1と同様にして、比較例2の支持片形成用フィルムを得た。
[支持片形成用フィルムの評価]
<ずり粘度の測定>
実施例1~3及び比較例1、2の支持片形成用フィルムをそれぞれ(厚さ50μm)を所定のサイズに切断し、四枚のフィルム片を準備した。四枚のフィルム片を60℃のホットプレート上でゴムロールを使用してラミネートすることによって、厚さ200μmの試料を作製した。得られた試料をφ9mmのポンチで打ち抜き、ずり粘度計(ティー・エイ・インスツルメント・ジャパン株式会社製、商品名:ARES-G2)を使用し、以下の条件において、各支持片形成用フィルムの測定温度120℃におけるずり粘度を測定した。結果を表1に示す。
・測定周波数:1Hz
・昇温速度:5℃/分
・測定温度:35~130℃
・アキシャルフォース:100gf(0.98N)
<支持安定性の評価>
(支持片付き基板の作製)
実施例1~3及び比較例1、2の支持片形成用フィルム(厚さ50μm)をそれぞれ、基材フィルムと粘着層とを有する粘着フィルム(粘着層の厚さ10μm、日立化成株式会社製)に貼り付けて、積層フィルムを作製した。得られた積層フィルムをフルオートダイサーDFD-6361(株式会社ディスコ製)を用いて個片化した。ダイシングブレードZH05-SD4000-N1-xx-BB(いずれも株式会社ディスコ製)を用いた。切断条件は、ブレード回転数4000rpm、切断速度50mm/秒、サイズ6mm×3mmとした。次いで、ピックアップ用コレットを用いて、支持片をピックアップした。
続いて、得られた二つの支持片をソルダーレジスト基板(太陽ホールディングス株式会社、商品名:AUS-308)上に配置し、熱圧着することによって、実施例1~3及び比較例1、2の支持片付き基板を得た。熱圧着条件は、温度120℃、時間1秒、圧力0.1MPaとした。図10(a)は、実施例で使用される支持片付き基板の一例を示す上面図であり、図10(b)は、図10(a)のb-b線における断面図である。図10に示すように、支持片付き基板300は、基板310と、基板310の対向する両辺に接するように基板310上に配置された二つの支持片Daとを備えている。
(接着剤片付きチップの作製)
フィルム状接着剤及び粘着フィルムを備えるダイシング・ダイボンディング一体型接着フィルム(フィルム状接着剤:厚さ50μm、粘着フィルム:厚さ110μm、日立化成株式会社製)及び厚さが400μmであるシリコンウェハを用意した。ダイシング・ダイボンディング一体型接着フィルムのフィルム状接着剤に、シリコンウェハを、ステージ温度70℃でラミネートすることによって、ダイシングサンプルを作製した。
フルオートダイサーDFD-6361(株式会社ディスコ製)を用いて、得られたダイシングサンプルを切断した。切断には、2枚のブレードを用いるステップカット方式で行い、ダイシングブレードZH05-SD3500-N1-xx-DD及びZH05-SD4000-N1-xx-BB(いずれも株式会社ディスコ製)を用いた。切断条件は、ブレード回転数4000rpm、切断速度50mm/秒、チップサイズ6mm×12mmとした。切断は、シリコンウェハが200μm程度残るように1段階目の切断を行い、次いで、粘着フィルムに20μm程度の切り込みが入るように2段階目の切断を行った。次いで、ピックアップ用コレットを用いて、チップをピックアップすることによって、接着剤片付きチップを得た。
(評価サンプルの作製)
実施例1~3及び比較例1、2の支持片付き基板の支持片上にそれぞれ接着剤片付きチップの接着剤片を、支持片付き基板の基板と接着剤片付きチップのチップとが重なるように配置して、熱圧着した。熱圧着条件は、温度120℃、時間1秒、圧力0.1MPaとした。図10(c)は、実施例で使用される積層体の一例を示す断面図である。図10(c)に示すように、積層体400は、支持片付き基板300と、接着剤片Ta及びチップT300からなる接着剤片付きチップT300aと、支持片付き基板300と接着剤片付きチップT300aとの間に配置される二つの支持片Daとを備えている。続いて、熱圧着によって得られた積層体を乾燥機に入れ、170℃で、1時間加熱硬化させることによって、実施例1~3及び比較例1、2の評価サンプルを得た。
(顕微鏡による断面観察)
作製した実施例1~3及び比較例1、2の評価サンプルの断面を顕微鏡で観察し、支持片の高さのばらつきを評価した。支持片が変形又は収縮せずに、基板とチップとが平行のまま維持されていたものを「A」と評価し、支持片が変形又は収縮して、基板とチップとが平行でなくなったものを「B」と評価した。結果を表2に示す。
Figure 0007482112000002
表2に示すように、120℃におけるずり粘度が4000Pa・s以上である支持片形成用フィルムを用いた実施例1~3の評価サンプルは、120℃におけるずり粘度が4000Pa・s未満である支持片形成用フィルムを用いた比較例1、2の評価サンプルに比べて、支持片の高さのばらつきが抑制されていた。以上より、本発明の半導体装置の製造方法が、積層される半導体チップを安定的に支持することができる半導体装置を製造可能であることが確認された。
本開示によれば、ドルメン構造を有する半導体装置の製造プロセスにおいて、支持片を作製する工程を簡略化でき、更には積層される半導体チップを安定的に支持することができる半導体装置の製造方法が提供される。また、本開示によれば、支持片の製造方法及び支持片形成用積層フィルムが提供される。
1…基材フィルム、2…粘着層、5…熱硬化性樹脂層、10,310…基板、20…支持片形成用積層フィルム、50…封止材、100,200…半導体装置、300…支持片付き基板、400…積層体、D…支持片形成用フィルム、Da…支持片、Dc…支持片(硬化物)、T1…第一のチップ、T2…第二のチップ、T300…チップ、T2a,T300a…接着剤片付きチップ、Ta…接着剤片、Tc…接着剤片(硬化物)。

Claims (6)

  1. 基板と、前記基板上に配置された第一のチップと、前記基板上であって前記第一のチップの周囲に配置された複数の支持片と、前記複数の支持片によって支持され且つ前記第一のチップを覆うように配置された第二のチップとを含むドルメン構造を有する半導体装置の製造方法であって、
    (A)基材フィルムと、粘着層と、支持片形成用フィルムとをこの順序で備える積層フィルムを準備する工程と、
    (B)前記支持片形成用フィルムを個片化することによって、前記粘着層の表面上に複数の支持片を形成する工程と、
    (C)前記粘着層から前記支持片をピックアップする工程と、
    (D)基板上に第一のチップを配置する工程と、
    (E)前記基板上であって前記第一のチップの周囲に複数の前記支持片を配置する工程と、
    (F)第二のチップと、前記第二のチップの一方の面上に設けられた接着剤片とを備える接着剤片付きチップを準備する工程と、
    (G)複数の前記支持片の表面上に前記接着剤片付きチップを配置することによってドルメン構造を構築する工程と、
    を含み、
    前記支持片形成用フィルムは、以下の方法によって120℃におけるずり粘度を測定したときに、4000Pa・s以上を示す、半導体装置の製造方法。
    120℃におけるずり粘度の測定方法:厚さ50μmの前記支持片形成用フィルムを切断して、四枚のフィルム片を準備し、前記四枚のフィルム片を60℃のホットプレート上でゴムロールを使用してラミネートすることによって、厚さ200μmの試料を作製し、前記試料をφ9mmのポンチで打ち抜き、ずり粘度計(ティー・エイ・インスツルメント・ジャパン株式会社製、商品名:ARES-G2)を使用し、測定周波数1Hz、アキシャルフォース100gf(0.98N)、昇温速度5℃/分、及び測定温度35℃~130℃の条件で、打ち抜かれた前記試料の120℃におけるずり粘度を測定する。
  2. 前記支持片形成用フィルムが、熱硬化性樹脂層を含み、
    (G)工程よりも前に、前記支持片形成用フィルム又は前記支持片を加熱する工程を含む、請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
  3. 基板と、前記基板上に配置された第一のチップと、前記基板上であって前記第一のチップの周囲に配置された複数の支持片と、前記複数の支持片によって支持され且つ前記第一のチップを覆うように配置された第二のチップとを含むドルメン構造を有する半導体装置の製造プロセスにおいて使用される支持片の製造方法であって、
    (A)基材フィルムと、粘着層と、支持片形成用フィルムとをこの順序で備える積層フィルムを準備する工程と、
    (B)前記支持片形成用フィルムを個片化することによって、前記粘着層の表面上に複数の支持片を形成する工程と、
    (C)前記粘着層から前記支持片をピックアップする工程と、
    を含み、
    前記支持片形成用フィルムは、以下の方法によって120℃におけるずり粘度を測定したときに、4000Pa・s以上を示す、支持片の製造方法。
    120℃におけるずり粘度の測定方法:厚さ50μmの前記支持片形成用フィルムを切断して、四枚のフィルム片を準備し、前記四枚のフィルム片を60℃のホットプレート上でゴムロールを使用してラミネートすることによって、厚さ200μmの試料を作製し、前記試料をφ9mmのポンチで打ち抜き、ずり粘度計(ティー・エイ・インスツルメント・ジャパン株式会社製、商品名:ARES-G2)を使用し、測定周波数1Hz、アキシャルフォース100gf(0.98N)、昇温速度5℃/分、及び測定温度35℃~130℃の条件で、打ち抜かれた前記試料の120℃におけるずり粘度を測定する。
  4. 前記支持片形成用フィルムが、熱硬化性樹脂層を含む、請求項3に記載の支持片の製造方法。
  5. 基板と、前記基板上に配置された第一のチップと、前記基板上であって前記第一のチップの周囲に配置された複数の支持片と、前記複数の支持片によって支持され且つ前記第一のチップを覆うように配置された第二のチップとを含むドルメン構造を有する半導体装置の製造プロセスにおいて使用される支持片形成用積層フィルムであって、
    基材フィルムと、
    粘着層と、
    支持片形成用フィルムと、
    をこの順序で備え、
    前記支持片形成用フィルムは、以下の方法によって120℃におけるずり粘度を測定したときに、4000Pa・s以上を示す、支持片形成用積層フィルム。
    120℃におけるずり粘度の測定方法:厚さ50μmの前記支持片形成用フィルムを切断して、四枚のフィルム片を準備し、前記四枚のフィルム片を60℃のホットプレート上でゴムロールを使用してラミネートすることによって、厚さ200μmの試料を作製し、前記試料をφ9mmのポンチで打ち抜き、ずり粘度計(ティー・エイ・インスツルメント・ジャパン株式会社製、商品名:ARES-G2)を使用し、測定周波数1Hz、アキシャルフォース100gf(0.98N)、昇温速度5℃/分、及び測定温度35℃~130℃の条件で、打ち抜かれた前記試料の120℃におけるずり粘度を測定する。
  6. 前記支持片形成用フィルムが、熱硬化性樹脂層を含む、請求項5に記載の支持片形成用積層フィルム。
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