[関連出願の相互参照] 本出願は、2015年9月23日付の韓国特許出願第10−2015−0134715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全ての内容は本明細書の一部として含まれる。

本発明は、接着フィルム、半導体装置の製造方法および半導体装置に関するものである。

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大きくなることによって半導体チップの大きさがますます大きくなり、集積度の側面からも改善する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漸次増加している。

このようなスタックパッケージ方法としては半導体ペレットの電極部とリードフレームまたはステム上に設置した導体層の間を細い金やアルミニウムなどの金属線で接続するワイヤーボンディング方法や半導体チップを回路基板に付着させる時に金属リード(ワイヤ)のような追加的な連結構造やボールグリッドアレイ(BGA)のような中間媒体を使わずにチップ下面の電極パターンを利用してそのまま融着させるフリップチップ方法などが知られている。

一方、半導体装置での信号伝達の容易性を高めたり半導体素子の作動を制御するために制御用半導体素子(コントローラ)が備えられているが、このような制御用半導体素子を適切に固定できない場合半導体パッケージの信号伝達効率や速度が低下する現象が発生でき、多段のスタックパッケージ過程で半導体素子の構造が不安定になることができ、半導体装置の製造収率や信頼性が低下できる。

したがって、多段のスタックパッケージ方法で半導体素子を容易に固定し埋めるために多様なフィルム形状または液状の接着剤に対する開発が行われているのが実情である。

本発明は、制御用半導体素子の第1半導体素子をより容易に埋めることができ、埋めた後、第2半導体素子の周辺にフィレット(fillet)の流出を防止してワイヤーボンディングをより容易にできるようにし、第2半導体素子の反りを最少化して第2半導体素子上に多段スタックを容易にかつ安定的に構成できるようにし、最終製造される半導体パッケージの信号伝達効率および速度を向上させることが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利用した半導体の製造方法を提供する。

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を提供する。

本明細書では、第2半導体素子の面積に対する第1半導体素子の面積比率が0.65以下である前記第1半導体素子および第2半導体素子を固定するために用いられ、110℃でのチキソトロピック指数(Thixotropic Index)が1.5ないし7.5である、接着フィルムが提供される。

また、本明細書では、第2半導体素子の面積に対する第1半導体素子の面積比率が0.65以下である前記第1半導体素子および第2半導体素子を上述した接着フィルムを利用して固定する段階を含む半導体装置の製造方法が提供される。

また、本明細書では、被着体上に形成された第1半導体素子;および前記接着フィルムを媒介として前記第1半導体素子と結合された第2半導体素子;を含み、前記第2半導体素子の面積に対する第1半導体素子の面積比率が0.65以下である、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よる接着フィルム、半導体装置の製造方法および半導体装置についてより詳細に説明する。

発明の一実施形態によれば、第2半導体素子の面積に対する第1半導体素子の面積比率が0.65以下である前記第1半導体素子および第2半導体素子を固定するために用いられ、110℃でのチキソトロピック指数(Thixotropic Index)が1.5ないし7.5である、接着フィルムが提供される。

本発明者らは、特定のチキソトロピック指数を有する接着フィルムを使って第2半導体素子の面積に対する第1半導体素子の面積比率が0.65以下である前記第1半導体素子および第2半導体素子を固定すれば、前記第1半導体素子をより容易に埋めることができ、埋立後、第2半導体素子の反りを最少化できるので、第2半導体素子上に多段スタックを容易にすることができる。したがって、前記第1半導体素子および第2半導体素子を含む多段のスタックパッケージの構造をより安定にして、最終製造される半導体パッケージの信号伝達効率および速度を向上させることができるという点を実験を通して確認し発明を完成した。

具体的に、110℃でのチキソトロピック指数(Thixotropic Index)が1.5ないし7.5、または3ないし7、または4ないし6である半導体用接着フィルムを用いると、第2半導体素子のボンディング過程で前記接着フィルムが第1半導体素子に接触しながら剪断力が加わる場合、接着フィルムの流動性が増加して前記第1半導体素子をより効果的で効率的に埋めることができ、また、前記埋立後、第2半導体素子の周辺にフィレットの流出を防止して半導体素子が汚染されるのを防止しながらワイヤーボンディングをより容易にすることができる。

前記‘埋立’は、前記接着フィルムで半導体素子の外部面が覆われたりコーティングされて外部への露出の部分が実質的に存在しなくなる状態を意味する。

前記接着フィルムを用いることによって、前記第1半導体素子および第2半導体素子を埋立または固定する過程で前記第1半導体素子をより容易に埋めることができ、埋立後、第2半導体素子の周辺にフィレットの流出を防止して半導体素子が汚染されるのを防止しながらワイヤーボンディングをより容易にし、埋立後、第2半導体素子の反りを最少化できるので、第2半導体素子上に多段スタックを容易にすることができる。したがって、前記第1半導体素子および第2半導体素子を含む多段のスタックパッケージの構造をより安定にして、最終製造される半導体パッケージの信号伝達効率および速度を向上させることができ、多段のスタックパッケージがより微細化されたりコンパクト化される。

前記チキソトロピック指数は5rad/sの剪断速度および110℃温度での前記接着フィルムの溶融粘度に対する0.5rad/sの剪断速度および110℃温度での前記接着フィルムの溶融粘度比率である。

前述のように、前記接着フィルムの110℃でのチキソトロピック指数(Thixotropic Index)は1.5ないし7.5、または3ないし7である。前記接着フィルムの110℃でのチキソトロピック指数が1.5未満であれば、前記一実施形態の接着フィルムを利用して第2半導体素子を固定時、接着フィルムが流れることができ、これによって周辺汚染が発生してワイヤーボンディングが難しくなることができ、半導体装置製造の信頼性が大きく低下できる。また、前記接着フィルムの110℃でのチキソトロピック指数が7.5超過であれば、前記一実施形態の接着フィルムを利用してダイボンディング時、初期粘度が非常に高くなって第1半導体素子を埋めにくくなることができ、ダイボンディング以降第2半導体素子の反りが発生することができる。

前記接着フィルムのチキソトロピック指数は接着フィルムに含まれる主要成分の調整または変更する方法、接着フィルムの主要成分と選択的に含まれる無機充填剤の含有量を調節する方法、または接着フィルム製造時にレオロジー(Rheology)変更剤を添加する方法などを通して調節することができる。

一方、前記接着フィルムは、110℃の温度および5rad/sの剪断速度で500ないし10、000Pa・sの溶融粘度を有することができる。高温で前記接着フィルムの有する溶融粘度が低すぎれば、前記接着フィルムを利用して前記第1半導体素子および第2半導体素子をダイボンディングする過程で第2半導体素子の周縁に接着剤が流出(フィレット形成)することができる。また、高温で前記接着フィルムの有する溶融粘度が高すぎれば、流れ性が低下して前記第1半導体素子上におよび第2半導体素子を固定や埋立が難しくなったり、第2半導体素子の反りが激しくなることができて追加的な多段積層が難しくなることができる。

前述のように、前記接着フィルムは第2半導体素子の面積に対する第1半導体素子の面積比率が0.65以下、または0.1ないし0.65である前記第1半導体素子および第2半導体素子を固定するために用いることができる。

前記第2半導体素子の面積に対する第1半導体素子の面積比率が0.65超過である場合には、埋立面積が増加し、埋められる第1半導体素子の周縁部分を満たすことができる接着層の絶対量も不足した理由で前記接着フィルムを利用して前記第1半導体素子の埋立が難しくなることができ、内部にトラップできるボイド(void)の量も増加できる。

前記第1半導体素子および第2半導体素子はそれぞれ10μm乃至500μmの厚さを有することができる。

前記接着フィルムは1μm乃至200μm、または10um乃至180umの厚さを有することができる。前記接着フィルムの厚さが薄すぎる場合素子をモールディングするのに不足したり機械的物性を十分に確保しにくいこともある。また、前記第2接着フィルムの厚さが厚すぎれば前記第1半導体素子および第2半導体素子を固定する工程や他の半導体装置の製造工程で取り扱いが難しかったり効率性が低下することができる。

前記接着フィルムは−10℃乃至30℃のガラス転移温度を有する熱可塑性樹脂;エポキシ樹脂;およびフェノール樹脂を含む硬化剤を含んでもよい。

前記熱可塑性樹脂は特に限定されないが、例えば、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエステルイミド、ポリアミド、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルケトン、ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、フェノキシ、反応性ブタジエンアクリロニトリル共重合ゴム、(メタ)アクリレート系樹脂、これらの2種以上の混合物、またはこれらの2種以上の共重合体が挙げられる。

前記熱可塑性樹脂はエポキシ系作用基を含む(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を含んでもよい。

具体的に、前記(メタ)アクリレート系樹脂はエポキシ系作用基を含む(メタ)アクリレート系繰り返し単位を含み、−10℃乃至30℃のガラス転移温度を有する(メタ)アクリレート系樹脂でありうる。

前記(メタ)アクリレート系樹脂はエポキシ系作用基を含む(メタ)アクリレート系繰り返し単位0.1重量%乃至25重量%を含んでもよい。前記エポキシ系作用基はエポキシ基またはグリシジル基を含んでもよい。

前記エポキシ樹脂は100ないし1、000の平均エポキシ当量を有することができる。

一方、前記エポキシ樹脂として固形エポキシ樹脂および液状エポキシ樹脂を共に使うのが上述した接着フィルムの特性を実現するのにより望ましい。

前記固形エポキシ樹脂および液状エポキシ樹脂を共に用いることによって、前記接着フィルムの硬化度調節が容易で接着性能を高めることができるだけでなく、上述した110℃で前記接着層が有するチキソトロピック指数を1.5ないし7.5に調節することができる。

また、前記固形エポキシ樹脂および液状エポキシ樹脂を共に用いることによって、前記接着フィルムは適正な流動性を有することができ、例えば前記接着フィルムは110℃の温度および5rad/sの剪断速度で500ないし10、000Pa・sの溶融粘度を有することができる。

前記液状エポキシ樹脂は、前記−10℃乃至30℃のガラス転移温度を有する熱可塑性樹脂およびフェノール樹脂を含む硬化剤と一緒に接着成分の基材(またはマトリックス)を形成することができ、前記接着フィルムが相対的に低い粘度を有しながらも優れた接着力と半導体に最適化した流動特性を有するようにし、同時に高い破断強度および低い破断伸び率を有するようにする。

前記フェノール樹脂は50℃以上、または60℃乃至160℃の軟化点を有することができる。

前述のように、50℃以上の軟化点を有するフェノール樹脂を用いることによって、前記液状エポキシ樹脂および前記−10℃乃至30℃のガラス転移温度を有する熱可塑性樹脂とともに接着成分の基材(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持つ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。

前記液状エポキシ樹脂の具体的な種類および物性は特に限定されるものではないが、例えば前記液状エポキシ樹脂は25℃で500mPa・s乃至20、000mPa・sの粘度を有することができる。また、前記液状エポキシ樹脂は100ないし1、000のエポキシ当量を有することができる。

特に、前記接着フィルムから前記フェノール樹脂対比前記液状エポキシ樹脂の重量比が0.3ないし1.5でありうる。

前記フェノール樹脂対比前記液状エポキシ樹脂の重量比が高すぎれば、前記接着フィルムの溶融粘度が低くなって常温で粘着特性を持つようになり、常温での引張モジュラスが低くなり引張率が大きく増加してウェハダイシング時に前記接着フィルムの再粘着が発生することができる。また、前記フェノール樹脂対比前記液状エポキシ樹脂の重量比が低すぎれば、常温で伸張時に発生するモジュラスが高すぎたり常温での引張率が大きく低下して最終製品の製造収率が大きく低下することができ、また、前記接着フィルムがウェハに対して十分な密着力を有さないので、製造工程中にウェハと接着フィルムの間の浮き上がり現象が発生することができる。

前記エポキシ樹脂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種以上を含んでもよい。

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。

前記半導体接着用樹脂組成物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半導体接着用樹脂組成物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するものと知られている硬化触媒を特に制限なしに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。

前述のように、前記接着フィルムのチキソトロピック指数は接着フィルム製造時にレオロジー(Rheology)変更剤を添加する方法でも調節することができる。前記レオロジー変更剤を用いることによって、剪断力が加わらない時には素材が化学的結合を行わなくても網構造を形成して形状を維持でき、剪断力が加わる場合には網構造が崩れる現象を示すことができる。そのため、前記接着フィルムはダイボンディング前またはダイボンディング後に剪断力が加わらない場合流れずに形態を維持でき、ダイボンディング時に接着樹脂に剪断力が加わる場合流動性が増加して埋立性に有利な物性および性能を有することができる。

具体的に、前記接着フィルムは無機充填剤およびレオロジー(Rheology)変更剤からなる群より選択された1種以上をさらに含んでもよい。

前記接着フィルムに含むことができる無機充填剤の種類は特に制限はなく、一般的な有機充填剤または無機充填剤を使用することができ、好ましくは無機充填剤を使用することができる。前記無機充填剤の具体的な例としては、100nm以上の直径を有するシリカ(例えば、100nm以上の直径を有する湿式シリカ)、アルミナ、硫酸バリウムなどを使用することができ、イオン性不純物を吸着して信頼性を向上させることができるイオン吸着剤を無機充填剤として使用することもできる。このようなイオン吸着剤としては特に制限はなく、水酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、ケイ酸マグネシウム、酸化マグネシウムのようなマグネシウム系、ケイ酸カルシウム、炭酸カルシウム、酸化カルシウムのようなカルシウム系、アルミナ、水酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、ほう酸アルミニウムホイスカーのようなアルミニウム系、そしてジルコニウム系、アンチモンビスマス系などをイオン吸着剤として用いることができ、これらの2種以上を混合して使用することもできる。

前記接着フィルムに含むことができるレオロジー変更剤としては関連技術分野において知られている成分を用いることができ、例えば、100nm未満の直径を有するシリカ(例えば、100nm未満の直径を有する乾式シリカ)などの合成微分シリカ系、ベントナイト系、極微細沈降性炭酸カルシウム、有機ベントナイト系、表面処理炭酸カルシウム系、金属石鹸系、水添ヒマシ油、ポリアマイドワックス、酸化ポリエチレン系、植物油系、重合油系、亜麻仁重合油、二量体脂肪酸、またはこれらの2種以上の混合物を使用することができる。

このようなレオロジー変更剤のより具体的な例としては、米国、マサチューセッツ州、ボストン所在のキャボットコーポレーション(Cabot Corp.)から商標名“カブ−オ−シル(CAB−O−SIL)”やドイツ、エッセン所在のエボニックインダストリーズ(Evonik Industries)の商標名“エアロシル(AEROSIL)”などが挙げられる。

前記接着フィルムが無機充填剤を含む場合、接着フィルムのチキソトロピック指数、流動性および埋立性などを考慮して無機充填剤を適正含有量で含むことができ、例えば前記接着フィルムは無機充填剤10ないし50重量%を含んでもよい。ただし、前記接着フィルム中に無機充填剤の含有量が過多となる場合前記接着フィルムが常温で容易に壊れることができ、ウェハラミネーション工程時にウェハに対する粘着特性の低下が発生することができる。

また、前記接着フィルムがレオロジー変更剤を含む場合にも、接着フィルムのチキソトロピック指数、流動性および埋立性などを考慮してレオロジー変更剤を適正含有量で含むことができ、例えば前記接着フィルムはレオロジー変更剤0.1ないし15重量%を含んでもよい。ただし、前記接着フィルム中にレオロジー変更剤の含有量が過多となる場合コーティング溶液の製造時に未分散状態が発生するだけでなく、前記接着フィルムの粘度が急激に高くなり埋立性が大きく低下できる。

また、前記接着フィルムが無機充填剤およびレオロジー変更剤を共に含む場合、無機充填剤およびレオロジー変更剤の重量の和が接着フィルム中に5ないし50重量%でありうる。

一方、発明の他の実施形態によれば、第2半導体素子の面積に対する第1半導体素子の面積比率が0.65以下である前記第1半導体素子および第2半導体素子を上述した接着フィルムを利用して固定する段階を含む半導体装置の製造方法が提供される。

前記固定は前記第1半導体素子および第2半導体素子の間に前記接着フィルムを位置した状態で50℃乃至200℃の温度で0.01ないし1.0MPaの圧力を加える段階を通して遂行できる。

一方、前記半導体装置の製造方法は、被着体上に前記第1半導体素子をワイヤーボンディングまたはフリップチップ方式を通して固定する段階をさらに含んでもよい。

このような被着体上に前記第1半導体素子をワイヤーボンディングまたはフリップチップ方式を通して固定する段階の具体的な内容は以下の通りである。

第1半導体素子をボンディングするための素材としては、基板やリードフレーム、他の半導体素子などが挙げられる。基板としては、印刷配線基板などの従来公知の基板を使用することができる。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使用することができる。しかし、第1半導体素子をボンディングするための素材が前記に限定されるものではなく、半導体素子をマウントして半導体素子と電気的に接続して使用可能な回路基板は特に制限なく使用することができる。

第1接着フィルムは厚さが5um乃至50umの既存のダイボンディングフィルムを使ってもよい。まず、第1半導体素子に第1接着フィルムを付着して被着体にダイボンドする。その後、半硬化状態の第1接着フィルムを所定の条件下で熱処理を行うことによって、第1接着フィルムを熱硬化させて第1半導体素子を被着体上に固定させる。熱処理を行う際の温度は50ないし200℃、0.01ないし1.0MPaの圧力で行うのが好ましく、90℃乃至180℃、0.1ないし0.8MPaで行うのがさらに好ましい。また、熱処理時間は0.1ないし10時間で行うのが好ましく、0.5ないし7時間で行うのがより好ましい。

第1ワイヤーボンディング工程は、被着体の端子部の先端と第1半導体素子上の電極パッドをボンディングワイヤーで電気的に接続する工程である。ボンディングワイヤーとしては、例えば金線、アルミニウム線または銅線などが用いられる。ワイヤーボンディングを行う際の温度は、70ないし240℃、好ましくは80ないし220℃の範囲内で行われる。また、その加熱時間は数秒乃至数分間行われる。結線は、前記温度範囲内となるように加熱された状態で、超音波による振動エネルギーと印加加圧による圧着エネルギーの併用によって行われる。

第1半導体素子を埋立する工程には、埋立用接着フィルムの第2接着フィルムを第2半導体素子に付着させ第1半導体素子上にダイボンディングを進行する。この工程で第2接着フィルムは第1半導体素子をモールディングすると同時に第1半導体素子の周面部には被着体と接触している。第2接着フィルムの厚さは1um乃至200umが好ましく、10um乃至180umがさらに好ましい。前記第2接着フィルムの厚さが薄すぎる場合素子をモールディングするのに不足したり機械的物性を十分に確保しにくいこともある。また、前記第2接着フィルムの厚さが厚すぎると前記第1半導体素子および第2半導体素子を固定する工程や他の半導体装置製造工程で取り扱いが難しかったり効率性が低下できる。

熱処理を行う際の温度は50ないし200℃、0.01ないし1.0MPaの圧力で行うのが好ましく、90℃乃至180℃、0.1ないし0.8MPaで行うのがより好ましい。また、熱処理時間は0.1ないし10時間で行うのが好ましく、0.5ないし7時間で行うのがより好ましい。

第2ワイヤーボンディング工程は、被着体の端子部の先端と第2半導体素子上の電極パッドをボンディングワイヤーで電気的に接続する工程である。ボンディングワイヤーとしては、例えば金線、アルミニウム線または銅線などが用いられる。ワイヤーボンディングを行う際の温度は、70ないし240℃、好ましくは80ないし220℃の範囲内で行われる。また、その加熱時間は数秒乃至数分間行われる。結線は、前記温度範囲内となるように加熱された状態で、超音波による振動エネルギーと印加加圧による圧着エネルギーの併用によって行われる。

第3固定工程では、前記第2半導体素子上に前記第2半導体素子と同種または異種の第3半導体素子を固定する。第3半導体素子は第3接着フィルムを付着して第2半導体素子上にダイボンドして固定する。第3接着フィルムとしては、第1固定工程での第1接着フィルムと同様のものを適切に使用することができる。第3接着フィルムは他の半導体素子の埋立が不要であるので、厚さを3μm乃至60μm程度に薄くして用いればよい。この後、積層は一般にパッケージを製作する工程で進行して要求される層の数ほど積層およびワイヤーボンディングを進行することができる。所望の数の半導体素子を積層した後、半導体装置全体を樹脂封止する封止工程を行ってもよい。

封止工程は封止樹脂によって半導体装置を封止する工程である。このような封止工程は、被着体に搭載された半導体素子やボンディングワイヤーを保護するために行われれ、例えば封止用樹脂を金型で成形することにより行う。封止樹脂としては、例えばエポキシ系の樹脂を使用する。樹脂封止の際の加熱温度は、通常175℃で60ないし90秒間行われるが、例えば165ないし185℃で、数分間硬化することができる。また、本工程においては樹脂封止の際に加圧してもよい。この場合、加圧する圧力は1ないし15MPaであるのが好ましく、3ないし10MPaであるのがより好ましい。

前記封止工程後に、封止樹脂を後硬化する後硬化工程を行ってもよい。前記封止工程で硬化不足の封止樹脂を完全に硬化させることもできる。前記封止工程では、加熱温度は封止樹脂の種類によって異なるが、例えば165ないし185℃の範囲内であり、加熱時間は0.5ないし8時間程度である。封止工程または後硬化工程を経ることによって半導体パッケージを製作することができる。

また、他の第1半導体素子としてフリップチップを活用して半導体装置を製造することができるが、これはワイヤーボンディング用第1半導体素子の固定工程だけを除いて、残りは同一方式で進行される。前記フリップチップを活用する場合、第1半導体素子を被着体にフリップチップ接続によって固定し、また、第1半導体素子の回路面が被着体と対向するいわゆるフェイスダウン実装される。第1半導体素子にはバンプなどの突起電極が複数設置されており、突起電極と被着体上の電極が接続されている。また、被着体と第1半導体素子の間にはアンダーフィル材が充填されている。

前記接続方法としては特に限定されず、従来公知のフリップチップボンダによって接続することができる。例えば、第1半導体素子に形成されているバンプなどの突起電極を、被着体の接続パッドに被着された接合用の導電材(半田など)に接触させて押圧しながら導電材を溶融させることにより、第1半導体素子と被着体との電気的導通を確保し、第1半導体素子を被着体に固定させることができる(フリップチップボンディング)。一般に、フリップチップ接続の際の加熱条件としては240ないし300℃であり、加圧条件としては0.5ないし490Nである。

前記突起電極としてバンプを形成する際の材質としては、特に限定されず、例えば、錫−鉛系金属材、スズ−銀系金属材、スズ−銀−銅系金属材、錫−亜鉛系金属材、錫−亜鉛−ビスマス系金属材などの半田類(合金)や、金系金属材、銅系金属材などが挙げられる。アンダーフィル材としては、従来公知の液状またはフィルム形状のアンダーフィル材を使用することができる。

前記第1半導体素子を埋立する工程には、埋立用接着フィルムの第2接着フィルムを第2半導体素子に付着させ第1半導体素子上にダイボンディングを進行する。前記工程で第2接着フィルムは第1半導体素子をモールディングすると同時に第1半導体素子の周面部には被着体と接触している。第1半導体素子はフリップチップ素子であるため、ボンディングワイヤーがないのでモールディングに必要な第2接着フィルムの厚さが低くなることができるので、第2接着フィルムの厚さは1um乃至200umが適切で、10um乃至180umがより好ましい。前記第2接着フィルムの厚さが低ければ素子をモールディングするのに不足し、厚すぎれば工程性が悪くなる。前記第2半導体素子を積層した後、熱処理を進行して第2半導体素子が次に連結されるワイヤーボンディングで動かないように固定させる。

前記熱処理を行う際の温度は50ないし200℃、0.01ないし1.0MPaの圧力で行うのが好ましく、90℃乃至180℃、0.1ないし0.8MPaで行うのがより好ましい。また、熱処理時間は0.1ないし10時間で行うのが好ましく、0.5ないし7時間で行うのがより好ましい。

前記第2ワイヤーボンディング工程は、被着体の端子部の先端と第2半導体素子上の電極パッドをボンディングワイヤーで電気的に接続する工程である。前記ボンディングワイヤーとしては、例えば金線、アルミニウム線または銅線などが用いられる。ワイヤーボンディングを行う際の温度は、70ないし240℃、好ましくは80ないし220℃の範囲内で行われる。また、その加熱時間は数秒乃至数分間行われる。結線は、前記温度範囲内となるように加熱された状態で、超音波による振動エネルギーと印加加圧による圧着エネルギーの併用によって行われる。

一方、第3固定工程では、前記第2半導体素子上に前記第2半導体素子と同種または異種の第3半導体素子を固定する。第3半導体素子は第3接着フィルムを付着して第2半導体素子上にダイボンドして固定する。第3接着フィルムとしては、第1固定工程での第1接着フィルムと同様のものを適切に使用することができる。第3接着フィルムは他の半導体素子の埋立が不要であるので、厚さを3μm乃至60μm程度に薄くして用いればよい。この後、積層は、一般にパッケージを製作する工程で進行して要求される層の数ほど積層およびワイヤーボンディングを進行することができる。所望の数の半導体素子を積層した後、半導体装置全体を樹脂封止する封止工程を行ってもよい。

前記封止工程は封止樹脂によって半導体装置を封止する工程で、被着体に搭載された半導体素子やボンディングワイヤーを保護するために行われる。前記封止工程は、例えば封止用樹脂を金型で成形することにより行う。封止樹脂としては、例えばエポキシ系の樹脂を使用する。樹脂封止の際の加熱温度は通常175℃、60ないし90秒間行われるが、例えば165ないし185℃で、数分間硬化することができる。

前記封止工程においては樹脂封止の際に加圧してもよい。この場合、加圧する圧力は1ないし15MPaであるのが好ましく、3ないし10MPaであるのがより好ましい。

前記封止工程後に、封止樹脂を後硬化する後硬化工程を行ってもよい。前記後硬化工程においては、前記封止工程で硬化不足の封止樹脂を完全に硬化させる。前記後硬化工程での加熱温度は、封止樹脂の種類によって異なるが、例えば165ないし185℃の範囲内であり、加熱時間は0.5ないし8時間程度である。封止工程または後硬化工程を経ることによって半導体パッケージを製作することができる。

一方、発明のまた他の実施形態によれば、被着体上に形成された第1半導体素子、および上述した接着フィルムを媒介として前記第1半導体素子と結合された第2半導体素子を含み、前記第2半導体素子の面積に対する第1半導体素子の面積比率が0.65以下である、半導体装置が提供される。

前記接着フィルムは前記第1半導体素子を埋めたてることができる。

前記第1半導体素子はワイヤーボンディングまたはフリップチップ方式を通して前記被着体に結合される。

本発明によれば、制御用半導体素子の第1半導体素子をより容易に埋めることができ、埋立後、第2半導体素子の周辺にフィレットの流出を防止してワイヤーボンディングをより容易にできるようにし、第2半導体素子の反りを最少化して第2半導体素子上に多段スタックを容易で安定的に構成できるようにし、最終製造される半導体パッケージの信号伝達効率および速度を向上させることができる半導体用接着フィルムと、前記半導体用接着フィルムを利用した半導体の製造方法と、前記半導体用接着フィルムを含む半導体装置が提供される。

前記半導体用接着フィルムを用いると、多段の半導体パッケージで制御用半導体素子をより容易に埋めることができ、最終製造される半導体パッケージの信号伝達効率および速度を向上させることができ、前記第1半導体素子および第2半導体素子を含む多段のスタックパッケージの構造がより安定的に維持される。

発明を以下の実施例でより詳細に説明する。但し、以下の実施例は本発明を例示するためのものであって、本発明の内容が以下の実施例によって限定されるものではない。

[製造例:熱可塑性アクリレート樹脂の製造] トルエン100gにブチルアクリレート40g、アクリル酸エチル60g、アクリロニトリル15g、グリシジルメタクリレート10gを混合して80℃で約12時間反応してグリシジル基が分枝鎖に導入されたアクリレート系樹脂(重量平均分子量約70万、ガラス転移温度10℃)を合成した。

[実施例1ないし5および比較例1ないし3:半導体接着用樹脂組成物および半導体用接着フィルムの製造]

実施例1 (1)半導体接着用樹脂組成物溶液の製造 エポキシ樹脂の硬化剤のフェノール樹脂KH−6021(DIC社製、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:133℃)50g、エポキシ樹脂EOCN−104S(日本化薬(株)製、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:92℃)38g、液状エポキシ樹脂RE−310S(日本化薬(株)製、ビスフェノールAエポキシ樹脂、エポキシ当量180g/eq)50g、前記製造例1で得られた熱可塑性アクリレート樹脂40g、シランカップリング剤A−187(GE東芝シリコン製、減摩−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン)5g、硬化促進剤2PZ(四国化成工業(株)製、2−フェニルイミダゾール)0.1gおよび充填剤SC−2050((株)アドマテックス製、球状シリカ、平均粒径約400nm)100gをメチルエチルケトン溶媒に混合して半導体接着用樹脂組成物溶液(固形分40重量%濃度)を得た。

(2)半導体用接着フィルムの製造 前記製造された半導体接着用樹脂組成物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110μm厚さの半導体用接着フィルムを得た。

(3)半導体装置の製造 実施例1の組成の接着フィルムを厚さ20μmで製作し、第1半導体素子の接着フィルムとした。それぞれ温度70℃の条件下で、4mm角、厚さ50μmの第1半導体素子に貼り付けた。また、接着フィルム付き第1半導体素子をBGA基板に接着した。その際の条件は、温度125℃、圧力1kg、1秒とした。また、第1半導体素子が接着されたBGA基板を、乾燥機で125℃、1時間熱処理し接着フィルムを熱硬化させた。次いで、ワイヤーボンダー((株)新川、商品名「UTC−1000」)を使用して以下の150℃条件で直径23μmワイヤを100μmピッチでコントローラチップに対してワイヤーボンディングを進行した。

次いで、各実施例および比較例で製作した各接着フィルムをそれぞれ温度70℃の条件下で、8.8mm角、厚さ80μmの半導体チップに貼り付けた。また、接着フィルム付き第2半導体素子を第1半導体素子およびBGA基板に貼り付けながら第1半導体素子を埋めた。その際の条件は、温度110℃、圧力2kg、1秒とした。

実施例2ないし5 下記表1に記載された成分および使用量を適用した点を除いて、実施例1と同様な方法で半導体接着用樹脂組成物溶液(固形分40重量%濃度)および110μm厚さの半導体用接着フィルムを得た。

比較例1ないし2 下記表1に記載された成分および使用量を適用した点を除いて、実施例1と同様な方法で半導体接着用樹脂組成物溶液(固形分40重量%濃度)および110μm厚さの半導体用接着フィルムを得た。

比較例3 実施例1に記載の成分使用量を適用し、7.5mm角、厚さ50μmの第1半導体素子を使ったのを除いて、実施例1と同様な方法で半導体接着用樹脂組成物溶液(固形分40重量%濃度)および110μm厚さの半導体用接着フィルムを得た。

[実験例:半導体用接着フィルムの物性評価]

実験例1:溶融粘度の測定 前記実施例および比較例でそれぞれ得られた接着フィルムを厚さ660μmとなるまで重畳して積層した後、60℃のロールラミネーターを利用してラミネートした。以降、各試片を直径8mmの円形に成形した以後、TA社のadvanced rheometric expansion system(ARES)を利用して5rad/sの剪断速度で、20℃/分の昇温速度を適用して温度に応じた溶融粘度を測定した。

実験例2:第2接着層の第1半導体素子のモールディング特性測定 前記半導体装置製造の例のように、第2半導体素子が接着されたBGA基板を、加圧乾燥機で135℃、1時間、7気圧条件で熱処理し接着フィルムを熱硬化させて半導体装置を製作した。製作した半導体装置を切断し、切断面を光学顕微鏡(200倍)を使用して観察し、第1半導体素子の周辺にボイドなしによく埋めている場合を「○」、第1半導体素子の周辺にボイドが観察された場合を「×」として評価した。

実験例3:ボンディングワイヤーモールディング特性測定 前記実験例2のように半導体装置を製作した後、X−ray inspection設備を活用してボンディングワイヤーのダメージの有無を判別した。半導体装置内部のボンディングワイヤーが一定の間隔で互いに離れている場合、ワイヤモールディング特性良好「○」、ボンディングワイヤーが互いに重なって短絡が発生した部分がある場合不良「×」として評価した。

実験例4:フィレット(fillet)量測定 前記実験例2のように半導体装置を製作した後、第2半導体素子の周辺に拡散して出た接着剤の量を測定し、素子1個当たりの最もたくさん出た長さを測定して200um以内である場合、フィレット特性良好「○」、200um超過である場合、フィレット特性不良「×」として評価した

前記表2から確認されるように、110℃でのチキソトロピック指数(Thixotropic Index)が1.5ないし7.5の範囲内である実施例1ないし5の半導体素子用接着フィルムを利用して前記第1半導体素子および第2半導体素子を固定する場合(第2半導体素子の面積に対する第1半導体素子の面積比率が0.65以下である)、制御用半導体素子の第1半導体素子をより容易に埋めることができ、埋立後、第2半導体素子の反りを最少化して第2半導体素子上に多段スタックを容易にすることができる。

また、前記実施例1ないし5の半導体素子用接着フィルムを利用する場合、第2半導体チップが硬化温度で接着剤が流れてしまう現象や半導体素子の周縁に接着剤が流出してフィレットを形成する現象を防止することができる。

これに反し、110℃でのチキソトロピック指数(Thixotropic Index)が7.5超過の比較例1の接着フィルムは第1半導体素子を埋める性能が低く、ボンディングワイヤーが互いに重なって短絡が発生した部分が示し、110℃でのチキソトロピック指数が1.5未満の比較例2の接着フィルムでは第2半導体素子の周縁に接着剤が過多に流出してフィレットを形成した点が確認された。

そして、第2半導体素子の面積に対する第1半導体素子の面積比率が0.65超過の比較例3の前記半導体装置の製造過程では、第1半導体素子を埋める過程でボイドが発生したり第2半導体素子の周縁に接着剤が過多に流出してフィレットが形成された。