特許 7127680 半導体装置及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-08-22

(45)【発行日】2022-08-30

(54)【発明の名称】半導体装置及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/56 20060101AFI20220823BHJP

   H01L 25/065 20060101ALI20220823BHJP

   H01L 25/07 20060101ALI20220823BHJP

   H01L 25/18 20060101ALI20220823BHJP

   H01L 21/52 20060101ALI20220823BHJP

【ＦＩ】

H01L21/56 R

H01L25/08 Y

H01L21/52 A

【請求項の数】 16

(21)【出願番号】P 2020504528

(86)(22)【出願日】2018-03-06

(86)【国際出願番号】 JP2018008565

(87)【国際公開番号】W WO2019171467

(87)【国際公開日】2019-09-12

【審査請求日】2021-02-16

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000004455

【氏名又は名称】昭和電工マテリアルズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100128381

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 義憲

(74)【代理人】

【識別番号】100169454

【弁理士】

【氏名又は名称】平野 裕之

(74)【代理人】

【識別番号】100169063

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 洋平

(72)【発明者】

【氏名】板垣 圭

(72)【発明者】

【氏名】尾崎 義信

(72)【発明者】

【氏名】田澤 強

【審査官】今井 聖和

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－１２０８３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０５０３５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１５７６３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１４／０４２１６５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－１６８８５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１１０４４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２３７６２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－０７７２９３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／５６

Ｈ０１Ｌ ２５／０６５

Ｈ０１Ｌ ２１／５２

Ｈ０１Ｌ ２３／１２

Ｈ０１Ｌ ２５／０７

Ｈ０１Ｌ ２５／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

窪みを有する基板を準備する工程と、
前記基板の窪みに第１の半導体素子を配置する工程と、
熱硬化性樹脂組成物からなるフィルム状接着剤と第２の半導体素子との積層体をダイシングによって準備する工程と、
前記フィルム状接着剤が前記基板における前記窪みを含む領域を覆うとともに前記第１の半導体素子が前記フィルム状接着剤に埋め込まれるように前記積層体を前記基板に対して押圧する工程と、
前記フィルム状接着剤を加熱することで、当該フィルム状接着剤の硬化物によって前記第１の半導体素子を封止する工程と、
を含み、
前記窪みの面積は前記第２の半導体素子の面積よりも小さく、
前記窪みの深さは前記第１の半導体素子の高さに対して１０～３０％である、半導体装置の製造方法。

【請求項2】

前記窪みの面積は前記第２の半導体素子の面積に対して３０～８０％である、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項3】

前記フィルム状接着剤の厚さは６０～１５０μｍである、請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項4】

前記窪みに前記第１の半導体素子を配置した状態において、前記第１の半導体素子と前記窪みの側面との隙間が１．２～５ｍｍである、請求項１～３のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項5】

前記フィルム状接着剤は６０～１５０℃の間のいずれかの温度においてずり粘度が５０００Ｐａ・ｓ以下となる、請求項１～４のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項6】

前記基板は表面に回路パターンを有し、
前記第１の半導体素子と前記回路パターンとを電気的に接続する第１のワイヤボンディング工程を更に含む、請求項１～５のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項7】

前記第２の半導体素子と前記回路パターンとを電気的に接続する第２のワイヤボンディング工程と、
前記第２の半導体素子及び前記第２のワイヤを樹脂組成物で封止する工程と、
を更に含む、請求項６に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項8】

前記第２の半導体素子の上に第３の半導体素子を積層する工程を更に含む、請求項１～７のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項9】

加圧雰囲気下で前記フィルム状接着剤を加熱することで、当該フィルム状接着剤の硬化物によって前記第１の半導体素子を封止する、請求項１～８のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項10】

窪みを有する基板と、
前記窪みに配置された第１の半導体素子と、
前記基板における前記窪みを含む領域を覆うように配置されており、前記第１の半導体素子を封止している第１の封止層と、
前記第１の封止層における前記基板の側と反対側の表面を覆うように配置された第２の半導体素子と、
を備え、
前記第１の封止層が熱硬化性樹脂組成物からなるフィルム状接着剤の硬化物からなり、
前記窪みの面積が前記第２の半導体素子の面積よりも小さく、
前記窪みの深さは前記第１の半導体素子の高さに対して１０～３０％である、半導体装置。

【請求項11】

前記窪みの面積は前記第２の半導体素子の面積に対して３０～８０％である、請求項１０に記載の半導体装置。

【請求項12】

前記第１の半導体素子と前記窪みの側面との隙間が１．２～５ｍｍである、請求項１０又は１１に記載の半導体装置。

【請求項13】

前記基板の厚さは９０～１４０μｍである、請求項１０～１２のいずれか一項に記載の半導体装置。

【請求項14】

前記基板の表面に形成された回路パターンと、
前記第１の半導体素子と前記回路パターンとを電気的に接続する第１のワイヤと、
を更に備える、請求項１０～１３のいずれか一項に記載の半導体装置。

【請求項15】

前記第２の半導体素子と前記回路パターンとを電気的に接続する第２のワイヤと、
前記第２の半導体素子及び前記第２のワイヤを封止している第２の封止層と、
を更に備える、請求項１４に記載の半導体装置。

【請求項16】

前記第２の半導体素子の上に積層された第３の半導体素子を更に備える、請求項１０～１５のいずれか一項に記載の半導体装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は半導体装置及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

電子機器の多機能化に伴い、半導体素子が多段に積層された構成のスタックドＭＣＰ（Ｍｕｌｔｉ Ｃｈｉｐ Ｐａｃｋａｇｅ）が普及している。半導体素子の実装にはフィルム状接着剤が用いられている。フィルム状接着剤を使用した多段積層パッケージの一例として、ワイヤ埋込型のパッケージが挙げられる。これは、高流動なフィルム状接着剤を使用して圧着することで、圧着される側の半導体素子に接続しているワイヤを接着剤で覆いながら圧着するパッケージであり、携帯電話、携帯オーディオ機器用のメモリパッケージ等に搭載されている。

【0003】

半導体装置に求められる重要な特性の一つとして接続信頼性が挙げられる。接続信頼性を向上させるために、耐熱性、耐湿性及び耐リフロー性等の特性を考慮したフィルム状接着剤の開発が行われている。例えば、特許文献１には、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む樹脂及びフィラーを含有する、厚さ１０～２５０μｍの接着シートが開示されている。特許文献２には、エポキシ樹脂とフェノール樹脂とを含む混合物及びアクリル共重合体を含む接着剤組成物が開示されている。

【0004】

半導体装置の接続信頼性は、接着面にボイド（空隙）を発生させることなく半導体素子を実装できているか否かによっても大きく左右される。このため、ボイドを発生させずに半導体素子を圧着できるように高流動なフィルム状接着剤を使用する、又は発生したボイドを半導体素子の封止工程で消失させることができるように溶融粘度の低いフィルム状接着剤を使用するなどの工夫がなされている。特許文献３には低粘度且つ低タック強度の接着シートが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】国際公開第２００５／１０３１８０号公報

【文献】特開２００２－２２０５７６号公報

【文献】特開２００９－１２０８３０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、半導体チップ（半導体素子）のサイズが小さいと、熱圧着時に単位面積当たりにかかる力が大きすぎ、接着フィルムが潰れ、電気不良を発生する恐れがある。また、チップ埋め込み型接着フィルムであるＦＯＤ（Ｆｉｌｍ Ｏｖｅｒ Ｄｉｅ）、あるいは、ワイヤ埋め込み型接着フィルムであるＦＯＷ（Ｆｉｌｍ Ｏｖｅｒ Ｗｉｒｅ）を用いて多段積層する際、チップの残留応力によりチップのはく離、パッケージ全体の反りの発生などの問題がある。更に、ＦＯＤ又はＦＯＷを用いる場合、チップ及び／又はワイヤの埋込性が悪化する傾向にある。これによりＦＯＤ又はＦＯＷのはく離、リフロー時のクラック増加に繋がるという問題がある。

【0007】

本開示は熱硬化性樹脂組成物からなるフィルム状接着剤の埋込性向上を図り且つ反り（Ｂｏｗｉｎｇ）の発生を低減するのに有用な構成を有する半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示に係る半導体装置の製造方法は、窪みを有する基板を準備する工程と、基板の窪みに第１の半導体素子を配置する工程と、熱硬化性樹脂組成物からなるフィルム状接着剤と第２の半導体素子との積層体をダイシングによって準備する工程と、フィルム状接着剤が基板における窪みを含む領域を覆うとともに第１の半導体素子がフィルム状接着剤に埋め込まれるように積層体を基板に対して押圧する工程と、フィルム状接着剤を加熱することで、当該フィルム状接着剤の硬化物によって第１の半導体素子を封止する工程とを含み、基板の窪みの面積が第２の半導体素子の面積よりも小さい。

【0009】

上記製造方法において、上記積層体はダイシングによって準備されるものであるため、第２の半導体素子の面積とフィルム状接着剤の面積は実質的に同じである。窪みの面積（開口面積）がフィルム状接着剤の面積よりも小さいということは、フィルム状接着剤は窪みの開口面積よりも大きいことを意味する。かかる構成は、熱硬化性樹脂組成物からなるフィルム状接着剤の埋込性向上を図り且つ全体の反りを低減するのに有用である。すなわち、図４（ｂ）に示す状態（第１の半導体素子Ｗａの表面にフィルム状接着剤１５Ｐが当接した状態）から図４（ｃ）に示す状態（第１の半導体素子Ｗａがフィルム状接着剤１５Ｐに埋め込まれた状態）に至るまで、第２の半導体素子Ｗｂの押し込み量を少なくすることができる。これにより、第１及び第２の半導体素子の残留応力を低減でき、半導体装置全体の反りを抑制できると推察される。これに対し、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように窪みを有しない平坦な基板１０Ｂ上に第１の半導体素子Ｗａを配置した場合、図４（ｂ）及び図４（ｃ）に示した態様と比較して第２の半導体素子Ｗｂの押し込み量を多くする必要がある。

【0010】

なお、フィルム状接着剤の面積よりも小さい開口面積を有する窪みに第１の半導体素子を配置した後、これをフィルム状接着剤に埋め込むことで（図４（ｃ）参照）、このような窪みを有しない平坦な基板上に第１の半導体素子を配置した場合（図６（ｂ）参照）と比較してフィルム状接着剤の厚さを過度に厚くしなくても第１の半導体素子と第２の半導体素子の距離を確保でき、両者の接触を十分に抑制できる。フィルム状接着剤の厚さは、埋め込むべき第１の半導体素子の厚さ等に応じて、例えば、６０～１５０μｍの範囲とすればよい。

【0011】

窪みへのフィルム状接着剤の埋込性の観点から、窪みの面積は第２の半導体素子の面積（フィルム状接着剤の面積）に対して３０～８０％であることが好ましく、窪みの深さは第１の半導体素子の高さに対して１０～３０％であることが好ましい。なお、ここでいう第１の半導体素子の高さは、窪みの底面から第１の半導体素子の上面までの高さ（例えば、第１の半導体素子を基板に圧着するための接着剤の厚さを含む）を意味する。

【0012】

フィルム状接着剤として、６０～１５０℃の間のいずれかの温度において、ずり粘度が５０００Ｐａ・ｓ以下となる熱硬化性樹脂組成物を用いることが好ましい。製造される半導体装置の反りを抑制する観点から、基板（窪みの部分を除く）の厚さは、例えば、９０～１４０μｍである。

【0013】

基板としてその表面に回路パターンを有するものを使用する場合、本開示に係る製造方法は、第１の半導体素子と回路パターンとを電気的に接続する第１のワイヤボンディング工程を更に含んでもよい。また、この場合、本開示に係る製造方法は、第２の半導体素子と回路パターンとを電気的に接続する第２のワイヤボンディング工程と、第２の半導体素子及び第２のワイヤを樹脂組成物で封止する工程とを更に含んでもよい。

【0014】

本開示に係る製造方法は、第２の半導体素子の上に第３の半導体素子を積層する工程を更に含んでもよい。本開示に係る製造方法において、加圧雰囲気下でフィルム状接着剤を加熱することで、当該フィルム状接着剤の硬化物によって第１の半導体素子を封止するようにしてもよい。

【0015】

本開示に係る半導体装置は、窪みを有する基板と、窪みに配置された第１の半導体素子と、基板における窪みを含む領域を覆うように配置されており、第１の半導体素子を封止している第１の封止層と、第１の封止層における基板の側と反対側の表面を覆うように配置された第２の半導体素子とを備え、第１の封止層が熱硬化性樹脂組成物からなるフィルム状接着剤の硬化物からなり、窪みの面積が第２の半導体素子の面積よりも小さい。かかる構成は、熱硬化性樹脂組成物からなるフィルム状接着剤の埋込性向上を図り且つ全体の反りを低減するのに有用である。

【0016】

本開示に係る半導体装置は、基板の表面に形成された回路パターンと、第１の半導体素子と回路パターンとを電気的に接続する第１のワイヤとを更に備えてもよい。本開示に係る半導体装置は、第２の半導体素子と回路パターンとを電気的に接続する第２のワイヤと、第２の半導体素子及び第２のワイヤを封止している第２の封止層とを更に備えてもよい。本開示に係る半導体装置は、第２の半導体素子の上に積層された第３の半導体素子を更に備えてもよい。

【発明の効果】

【0017】

本開示によれば、熱硬化性樹脂組成物からなるフィルム状接着剤の埋込性向上を図り且つ全体の反り（Ｂｏｗｉｎｇ）を低減するのに有用な構成を有する半導体装置及びその製造方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】図１は本開示に係る半導体装置の一実施形態を模式的に示す断面図である。

【図2】図２はフィルム状接着剤と第２の半導体素子とからなる積層体の一例を模式的に示す断面図である。

【図3】図３（ａ）は窪みを有する基板の一例を模式的に示す断面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）に示す基板の平面図である。

【図4】図４（ａ）～図４（ｃ）は図１に示す半導体装置を製造する過程を模式的に示す断面図である。

【図5】図５（ａ）～図５（ｅ）は、フィルム状接着剤と第２の半導体素子とからなる積層体を製造する過程を模式的に示す断面図である。

【図6】図６（ａ）及び図６（ｂ）は、窪みを有しない基板上に配置された半導体素子をフィルム状接着剤で埋め込む工程を模式的に示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。

【0020】

＜半導体装置＞
図１は本実施形態に係る半導体装置を模式的に示す断面図である。この図に示す半導体装置１００は、窪み１０ａを有する基板１０と、窪み１０ａに配置された第１の半導体素子Ｗａと、第１の半導体素子Ｗａを封止している第１の封止層１５と、第１の半導体素子Ｗａの上方に配置された第２の半導体素子Ｗｂと、第２の半導体素子Ｗｂを封止している第２の封止層２５とを備える。第１の封止層１５はフィルム状接着剤１５Ｐ（図２参照）の硬化物からなる。なお、図２に示すとおり、フィルム状接着剤１５Ｐと第２の半導体素子Ｗｂは実質的に同じサイズである。図２に示す積層体２０は、フィルム状接着剤１５Ｐと第２の半導体素子Ｗｂとからなり、接着剤付き半導体チップとも称される。積層体２０は、後述のとおり、ダイシング工程及びピックアップ工程を経ることによって作製される（図５参照）。

【0021】

図３（ａ）に示すように、基板１０の窪み１０ａは、底面１０ｂと、この底面１０ｂから基板１０の表面１０Ｆ（窪み１０ａ以外の表面）の方向に延びている側面１０ｃとによって構成されている。図３（ｂ）に示すように、平面視における窪み１０ａの形状は矩形（正方形又は長方形）である。製造される半導体装置１００の反りを抑制する観点から、基板１０の厚さ（図３（ａ）に示す厚さＴ）は、例えば、９０～１４０μｍであり、１００～１３０μｍであってもよい。なお、窪み１０ａの形状は、矩形に限らず、円形又は楕円形等の丸みを帯びたものであってもよい。また、窪み１０ａの側面は、フィルム状接着剤の埋込性向上の観点から、例えばテーパ状に形成されていてもよい。

【0022】

窪み１０ａの底面１０ｂ上に第１の半導体素子Ｗａが配置される。窪み１０ａの底面１０ｂのサイズは第１の半導体素子Ｗａのサイズよりも大きい。平面視における第１の半導体素子Ｗａの形状は、例えば矩形（正方形又は長方形）である。第１の半導体素子Ｗａの一辺の長さは、例えば、５ｍｍ以下であり、１～５ｍｍ又は３～５ｍｍであってもよい。半導体装置１００の反りの抑制及び第１の封止層１５の埋込性を高度に両立する観点から、第１の半導体素子Ｗａと窪み１０ａの側面１０ｃとの隙間は１．２～５ｍｍであることが好ましく、２～５ｍｍであることがより好ましく、４～５ｍｍであることが更に好ましい。

【0023】

窪み１０ａの深さ（図３（ａ）に示す深さＤ）は、窪み１０ａへのフィルム状接着剤の埋込性の観点から、例えば、５～６０μｍであり、１０～５０μｍ又は２０～４０μｍであってもよい。窪み１０ａの深さは、窪み１０ａへのフィルム状接着剤の埋込性の観点から、第１の半導体素子Ｗａの高さ（窪み１０ａの底面１０ｂから第１の半導体素子Ｗａの上面までの高さ）に対して１０～３０％であることが好ましく、１５～２５％であることがより好ましい。

【0024】

本実施形態において、第１の半導体素子Ｗａは半導体装置１００を駆動するためのコントローラチップである。第１の半導体素子Ｗａの厚さは、例えば、１０～１７０μｍであり、２０～１００μｍであってもよい。なお、第２の半導体素子Ｗｂの厚さは、例えば、２０～４００μｍであり、５０～２００μｍであってもよい。

【0025】

窪み１０ａへのフィルム状接着剤の埋込性の観点から、図１に示すとおり、窪み１０ａのサイズは第２の半導体素子Ｗｂのサイズよりも小さい。より具体的には、基板１０の表面１０Ｆにおける窪み１０ａの開口面積は第２の半導体素子Ｗｂの面積より小さい。そして、窪み１０ａを覆うように基板１０上に積層体２０（図３（ｂ）において破線で示す。）をフィルム状接着剤１５Ｐが下を向くようにして配置したとき、フィルム状接着剤１５Ｐの周縁部１５ａが基板１０の表面１０Ｆに当接する。窪み１０ａの面積（表面１０Ｆにおける開口面積）は、窪み１０ａへのフィルム状接着剤１５Ｐの埋込性の観点から、第２の半導体素子Ｗｂの面積（フィルム状接着剤１５Ｐの面積）に対して３０～８０％であることが好ましく、５０～７５％であることがより好ましい。

【0026】

平面視における第２の半導体素子Ｗｂの形状は、例えば矩形（正方形又は長方形）である。第２の半導体素子Ｗｂの一辺の長さは、例えば、２０ｍｍ以下であり、２～２０ｍｍ又は７～２０ｍｍであってもよい。

【0027】

図１に示すとおり、基板１０は回路パターンＣ１，Ｃ２を有する。回路パターンＣ１は窪み１０ａの底面１０ｂ上に形成されている。回路パターンＣ２は基板１０の表面１０Ｆ上に形成されている。第１の半導体素子Ｗａは、回路パターンＣ１上に接着剤５を介して圧着されており、第１のワイヤ１１を介して回路パターンＣ２に接続されている。第２の半導体素子Ｗｂは、第１の半導体素子Ｗａの全体と回路パターンＣ２の一部とが覆われるように第１の封止層１５を介して基板１０上に搭載されている。第２の半導体素子Ｗｂは、第２のワイヤ１２を介して回路パターンＣ２に接続されるとともに封止層２５により封止されている。

【0028】

＜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。まず、図４（ａ）に示す構造体３０を作製する。すなわち、基板１０の窪み１０ａに第１の半導体素子Ｗａを配置する。その後、第１の半導体素子Ｗａと回路パターンＣ２とを第１のワイヤ１１で電気的に接続する。

【0029】

次に、図４（ｂ）及び図４（ｃ）に示すように、別途準備した積層体２０のフィルム状接着剤１５Ｐを基板１０に対して押圧する。これによって、第１の半導体素子Ｗａ及び第１のワイヤ１１をフィルム状接着剤１５Ｐに埋め込む。フィルム状接着剤１５Ｐの厚さは、第１の半導体素子Ｗａの厚さ及び窪み１０ａの容量等に応じて適宜設定すればよく、例えば、６０～１５０μｍの範囲であればよく、７０～１３０μｍ又は９０～１２０μｍであってもよい。フィルム状接着剤１５Ｐの厚さを上記範囲とすることで、第１の半導体素子Ｗａと第２の半導体素子Ｗｂの間隔（図１における距離Ｇ）を十分に確保することができる。距離Ｇは、例えば２０～１２０μｍであり、３０～１００μｍ又は４０～８０μｍであってもよい。フィルム状接着剤１５Ｐを基板１０に対して押圧する際の温度は例えば８０～１６０℃である。

【0030】

フィルム状接着剤１５Ｐは、熱硬化性樹脂組成物であって、例えば、６０～１５０℃（好ましくは８０～１４０℃）の間のいずれかの温度においてずり粘度が５０００Ｐａ・ｓ以下（好ましくは２００～４０００Ｐａ・ｓ）となるものからなることが好ましい。埋込性の観点から、フィルム状接着剤１５Ｐの８０℃におけるずり粘度は５００Ｐａ・ｓ以上であることが好ましく、８００Ｐａ・ｓ以上であることが好ましく、１０００Ｐａ・ｓ以上であることがより好ましい。

【0031】

次に、加熱によってフィルム状接着剤１５Ｐを硬化させる。これにより、フィルム状接着剤１５Ｐの硬化物（第１の封止層１５）で第１の半導体素子Ｗａが封止される。フィルム状接着剤１５Ｐの硬化処理は、ボイドの低減の観点から、加圧雰囲気下で実施してもよい。第２の半導体素子Ｗｂと回路パターンＣ２とを第２のワイヤ１２で電気的に接続した後、第２の封止層２５によって第２の半導体素子Ｗｂを封止することによって半導体装置１００が完成する（図１参照）。

【0032】

なお、ここで図２に示す積層体２０の製造方法の一例について、図５（ａ）～（ｅ）を参照しながら説明する。まず、ダイシングダイボンディング一体型テープ８（以下、単に「テープ８」という。）を所定の装置（不図示）に配置する。テープ８は、基材層１と粘着層２と接着層１５Ａとをこの順序で備える。図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、半導体ウエハＷの一方の面に接着層１５Ａが接するようにテープ８を貼り付ける。基材層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。半導体ウエハＷは、例えば、厚さ１０～１００μｍの薄型半導体ウエハである。半導体ウエハＷは、単結晶シリコンであってもよいし、多結晶シリコン、各種セラミック、ガリウム砒素等の化合物半導体であってもよい。

【0033】

図５（ｃ）に示すように、半導体ウエハＷ、粘着層２及び接着層１５Ａをダイシングする。これにより、半導体ウエハＷが個片化されて半導体素子Ｗｂとなる。接着層１５Ａも個片化されてフィルム状接着剤１５Ｐとなる。なお、半導体ウエハＷのダイシングに先立って半導体ウエハＷを研削することによって薄膜化してもよい。

【0034】

次に、粘着層２が例えばＵＶ硬化型である場合、図５（ｄ）に示すように、粘着層２に対して紫外線を照射することにより粘着層２を硬化させ、粘着層２とフィルム状接着剤１５Ｐとの間の粘着力を低下させる。紫外線照射後、図５（ｅ）に示されるように、基材層１をエキスパンドすることによって半導体素子Ｗｂを互いに離間させつつ、ニードル４２で突き上げることによって粘着層２から積層体２０のフィルム状接着剤１５Ｐを剥離させるとともに、積層体２０を吸引コレット４４で吸引してピックアップする。このようにして得られた積層体２０は、図４（ｂ）に示すとおり、半導体装置１００の製造に供される。

【0035】

以上、本開示の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態においては、一つの窪み１０ａを有する基板１０を使用して半導体装置１００を製造する場合を例示したが、複数の窪みを有する基板を使用し、それぞれの窪みに半導体装置が配置された半導体装置を製造してもよい。また、上記実施形態においては、二つの半導体素子Ｗａ，Ｗｂが積層された態様のパッケージを例示したが、第２の半導体素子Ｗｂの上方に第３の半導体素子が積層されていてもよいし、その上方に更に一つ又は複数の半導体素子が積層されていてもよい。

【実施例】

【0036】

以下、本開示について、実施例及び比較例によって説明するが、本発明の範囲はこれらによって限定されるものではない。

【0037】

［実施例１ａ～１ｃ］
＜第１の半導体素子とフィルム状接着剤とからなる積層体の作製＞
半導体ウエハ（シリコンウエハ、厚さ７７５μｍ）を準備した。フルオートグラインダーポリッシャーＤＧＰ－８７６１（（株）ディスコ製）を使用して、この半導体ウエハを厚さ３０μｍとなるまで削った。半導体ウエハにダイシングダイボンディング一体型フィルム（日立化成（株）製、接着層の厚さ１０μｍ、粘着層の厚さ１１０μｍ）を貼り付けた。この貼り付けは、フルオートマルチウエハマウンターＤＦＭ－２８００（（株）ディスコ製）を使用して行い、ステージ温度は７０℃とした。

【0038】

上記半導体ウエハを以下の条件でダイシングした。これにより、第１の半導体素子（コントローラチップ）とフィルム状接着剤とからなる第１の積層体を得た。
・使用装置：１２インチデュアルダイサーＤＦＤ－６３６１（（株）ディスコ製）
・切断方式：シングルカット方式
・ブレード：ＺＨ０５－ＳＤ４８００－Ｎ１－７０－ＢＢ（（株）ディスコ製）
・ブレード回転数：５００００ｒｐｍ
・切断速度：３０ｍｍ／ｓｅｃ
・チップサイズ３ｍｍ×３ｍｍ

【0039】

＜第２の半導体素子とフィルム状接着剤とからなる積層体の作製＞
半導体ウエハ（シリコンウエハ、厚さ７７５μｍ）を準備した。ステルスレーザーダイサーＤＦＬ－７３６１（（株）ディスコ製）を使用し、サイズ１０ｍｍ×１０ｍｍの半導体素子が得られるように、半導体ウエハにレーザーで改質層を形成した。続いて、フルオートグラインダーポリッシャーＤＧＰ－８７６１（（株）ディスコ製）を使用して、この半導体ウエハを厚さ６０μｍとなるまで削った。半導体ウエハにダイシングダイボンディング一体型フィルム（日立化成（株）製、接着層の厚さ１１０μｍ、粘着層の厚さ２０μｍ）を貼り付けた。この貼り付けは、フルオートマルチウエハマウンターＤＦＭ－２８００（（株）ディスコ製）を使用して行い、ステージ温度は７０℃とした。なお、上記ダイシングダイボンディング一体型フィルムの接着層は、硬化後の２６０℃における弾性率が比較的高い（９０～１２０ＭＰａ程度）熱硬化性樹脂組成物からなるものである。

【0040】

続いて、冷却エキスパンド装置ＤＤＳ２３００（（株）ディスコ製）を使用して、以下の条件でエキスパンドすることによって半導体ウエハ及び接着層を個片化するとともに、得られた積層体（第２の半導体及びフィルム状接着剤）をピックアップした。
・温度：－１５℃
・冷却室内保持時間：９０ｓｅｃ
・突き上げ量：９ｍｍ
・突き上げ速度：３００ｍｍ/ｓｅｃ
なお、ヒートシュリンク条件は、突き上げ量７ｍｍ、突き上げ速度３０ｍｍ/ｓｅｃ、保持時間１５ｓｅｃ、ドライヤー温度２２０℃とした。洗浄及び乾燥を実施した後、粘着層に対してＵＶを照射した。ＵＶ条件は照度１００ｍＷ/ｃｍ^２、照射量１５０ｍＪ/ｃｍ^２とした。これにより、第２の半導体ウエハとフィルム状接着剤とからなる第２の積層体を得た。

【0041】

＜第１の半導体素子のダイボンディング＞
表面に窪みを有する三種類の基板（日立化成（株）製、Ｅ－７００Ｇ）を準備した。三種類の基板は窪みのサイズが互いに異なるものであり、窪みのサイズはそれぞれ５ｍｍ×５ｍｍ、７．１ｍｍ×７．１ｍｍ及び８．７ｍｍ×８．７ｍｍであり、深さはいずれも１０μｍであった。各基板の窪みの中心に以下の条件で第１の積層体を圧着した。
・装置：ダイボンダＤＢ－８３０ｐｌｕｓ＋（ＦＡＳＦＯＲＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ社製）
・圧着条件：温度１２０℃、時間１秒間、圧力１．０ＭＰａ

【0042】

第１の積層体のフィルム状接着剤を以下の条件で硬化させた。
・装置：全自動加圧オーブンＰＣＯＡ－０１Ｔ（ＮＴＴアドバンス社製）
・硬化条件：温度９０℃、圧力０．３ＭＰａ、３分間保持させた後、１４０℃、０．７ＭＰａ、３５分間保持した。

【0043】

＜第２の半導体素子のダイボンディング＞
第１の半導体素子をダイボンディングした後の基板上に第２の積層体を以下の条件で圧着させた。
・位置：第１の半導体素子の中心と第２の半導体素子の中心が一致するように、第２の積層体の位置合わせを行った。
・圧着条件：温度１２０℃、時間１．５秒間、圧力１.５ＭＰａ

【0044】

第２の半導体素子を圧着後の構造体であって、窪みのサイズが互いに異なる三種類の構造体（実施例１ａ～１ｃ）を後述の評価の対象とした。以下、実施例１ａ～１ｃをまとめて実施例１ということがある。

【0045】

［比較例１］
表面に窪みを有しない基板の表面に第１の半導体素子を圧着したことの他は、実施例１と同様にして評価用の構造体（比較例１ａ～１ｃ）を得た。

【0046】

［実施例２］
第１の半導体素子の厚さを３０μｍとする代わりに、４０μｍとしたことの他は実施例１と同様にして評価用の構造体を得た。第２の半導体素子を圧着後の構造体であって、窪みのサイズが互いに異なる三種類の構造体（実施例２ａ～２ｃ）を後述の評価の対象とした。以下、実施例２ａ～２ｃをまとめて実施例２ということがある。
［比較例２］
表面に窪みを有しない基板の表面に第１の半導体素子を圧着したことの他は、実施例２と同様にして評価用の構造体（比較例２ａ～２ｃ）を得た。

【0047】

［実施例３］
第１の半導体素子の厚さを３０μｍとする代わりに、５０μｍとしたことの他は実施例１と同様にして評価用の構造体を得た。第２の半導体素子を圧着後の構造体であって、窪みのサイズが互いに異なる三種類の構造体（実施例３ａ～３ｃ）を後述の評価の対象とした。以下、実施例３ａ～３ｃをまとめて実施例３ということがある。

【0048】

［比較例３］
表面に窪みを有しない基板の表面に第１の半導体素子を圧着したことの他は、実施例３と同様にして評価用の構造体（比較例３ａ～３ｃ）を得た。

【0049】

＜反り（Ｂｏｗｉｎｇ）の評価＞
実施例１～３及び比較例１～３に係る構造体は、チップ埋め込み型の半導体装置を想定したものである。これらの構造体の反り量を以下のようにして測定した。すなわち、デジマチックインジケータＩＤ－Ｈ０５３０（Ｍｉｔｕｔｏｙｏ社製）を使用し、平面上に置いた構造体の左上、右上、中心、左下及び右下の５点を測定点とし、測定結果の最大値から最小値を引いた値を反り量とした。窪みを有する基板を使用したことによる反り量の改善率を以下の式で算出した。
・実施例１の改善率（％）＝（比較例１の反り量－実施例１の反り量）／比較例１の反り量×１００
・実施例２の改善率（％）＝（比較例２の反り量－実施例２の反り量）／比較例２の反り量×１００
・実施例３の改善率（％）＝（比較例３の反り量－実施例３の反り量）／比較例３の反り量×１００

【0050】

表１～３に反り量の評価結果を示す。表１～３に示すように、実施例１－１（窪みのサイズが５ｍｍ×５ｍｍ）を除き、反り量の改善率はプラスの値であった。なお、実施例１－１に係る構造体は、反り量の改善率がマイナスの値であるものの、その反り量は比較例との差が０．７μｍ（＝２６μｍ－２５．３μｍ）であり、実用に耐え得る程度であると評価できる。

【0051】

＜埋込性の評価＞
実施例１～３及び比較例１～３に係る構造体における第１の半導体素子の埋込性を以下のようにして評価した。
・装置：超音波デジタル画像診断装置ＩＳ－３５０（インサイト株式会社製）
・測定：透過（プローブ３５ＭＨｚ、スキャン長さ（Ｘ：１００ｍｍ、Ｙ：５０ｍｍ）、ピッチ：０．１ｍｍ）

【0052】

フィルム状接着剤による第１の半導体素子の埋込性を定量的に評価するため、得られた画像を画像編集ソフト（アドビシステムズ社製フォトショップ（登録商標））を用いて編集してボイド率を算出した。すなわち、フィルム状接着剤で埋め込まれている部分を白、埋め込まれていない部分（ボイド）を黒で表示し、ボイドの割合（ボイド率）を算出した。窪みを有する基板を使用したことによるボイド率の改善率を以下の式で算出した。
・実施例１の改善率（％）＝（比較例１のボイド率－実施例１のボイド率）／比較例１のボイド率×１００
・実施例２の改善率（％）＝（比較例２のボイド率－実施例２のボイド率）／比較例２のボイド率×１００
・実施例３の改善率（％）＝（比較例３のボイド率－実施例３のボイド率）／比較例３のボイド率×１００

【0053】

表１～３にボイド率の評価結果を示す。表１～３に示すように、窪みのサイズが５ｍｍ×５ｍｍである場合（実施例１－１、実施例２－１及び実施例３－１）を除き、ボイド率の改善率はプラスの値であった。なお、窪みのサイズが５ｍｍ×５ｍｍである場合、窪みの側面と第１の半導体素子（サイズ３ｍｍ×３ｍｍ）との隙間が１ｍｍしかなかったため、この隙間に接着剤が入り込みにくく、ボイド率が高かったと推察される。

【0054】

【表1】

【0055】

【表2】

【0056】

【表3】

【産業上の利用可能性】

【0057】

本開示によれば、熱硬化性樹脂組成物からなるフィルム状接着剤の埋込性向上を図り且つ全体の反り（Ｂｏｗｉｎｇ）を低減するのに有用な構成を有する半導体装置及びその製造方法が提供される。

【符号の説明】

【0058】

１０…基板、１０ａ…窪み、１１…第１のワイヤ、１２…第２のワイヤ、１５…第１の封止層（フィルム状接着剤の硬化物）、１５Ｐ…フィルム状接着剤、２０…積層体、１００…半導体装置、Ｃ１，Ｃ２…回路パターン、Ｗａ…第１の半導体素子、Ｗｂ…第２の半導体素子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】