(57)【要約】【課題】半導体チップの焼結接合を経る半導体装置製造方法において、焼結接合用材料のロスを低減しつつ半導体チップへの焼結接合用材料の供給を効率よく行うのに適した手法を提供する。【解決手段】本製造方法は、基材Ｂと焼結接合用シート１０との積層構造を有するシート体Ｘにおける焼結接合用シート１０の側を、加工用テープＴ１上に並ぶ複数のチップＣ（半導体チップ）に対して貼り合わせた後、基材Ｂを焼結接合用シート１０から剥離する工程と、加工用テープＴ１上のチップＣを、焼結接合用シート１０において当該チップＣに密着している部分とともにピックアップして焼結接合用材料層付きチップＣを得る工程と、焼結接合用材料層付きチップＣをその焼結接合用材料層１１を介して基板に仮固定する工程と、仮固定されたチップＣと基板の間に介在する焼結接合用材料層１１から加熱過程を経て焼結層を形成して当該チップＣを基板に接合する工程とを含む。【選択図】図２
2020004781.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粘着面を有する加工用テープの前記粘着面上に複数の半導体チップを配列する工程と、
基材と焼結接合用シートとを含む積層構造を有するシート体における前記焼結接合用シートの側を、前記加工用テープ上の前記複数の半導体チップに対して貼り合わせた後、当該シート体の前記基材を前記焼結接合用シートから剥離する、転写工程と、
加工用テープ上の前記半導体チップを、前記焼結接合用シートにおいて当該半導体チップに密着している部分とともにピックアップして焼結接合用材料層付き半導体チップを得るピックアップ工程と、
前記焼結接合用材料層付き半導体チップをその焼結接合用材料層を介して基板に仮固定する工程と、
仮固定された前記半導体チップと前記基板との間に介在する焼結接合用材料層から、加熱過程を経て焼結層を形成して、当該半導体チップを前記基板に接合する工程と、を含む半導体装置製造方法。
【請求項２】
前記転写工程と前記ピックアップ工程との間にエキスパンド工程を更に含み、当該エキスパンド工程では、前記複数の半導体チップを保持する前記加工用テープを一旦エキスパンドすることによって、前記複数の半導体チップ上の前記焼結接合用シートを割断して前記半導体チップごとの焼結接合用材料層へと小片化する、請求項１に記載の半導体装置製造方法。
【請求項３】
前記転写工程と前記ピックアップ工程との間にブレードダイシング工程を更に含み、当該ブレードダイシング工程では、前記焼結接合用シートに対するブレードダイシングによって、当該焼結接合用シートを前記半導体チップごとの焼結接合用材料層へと小片化する、請求項１に記載の半導体装置製造方法。
【請求項４】
前記転写工程と前記ピックアップ工程との間に曲げ工程を更に含み、当該曲げ工程では、前記複数の半導体チップを保持する前記加工用テープを曲げることによって、前記複数の半導体チップ上の前記焼結接合用シートを割断して前記半導体チップごとの焼結接合用材料層へと小片化する、請求項１に記載の半導体装置製造方法。
【請求項５】
前記焼結接合用シートは、導電性金属含有の焼結性粒子およびバインダー成分を含有する、請求項１から４のいずれか一つに記載の半導体装置製造方法。
【請求項６】
前記焼結層の厚さは、当該焼結層の平均厚さの６０〜１４０％の範囲内にある、請求項１から５のいずれか一つに記載の半導体装置製造方法。
【請求項７】
前記焼結層の平均厚さは５〜２００μｍである、請求項１から６のいずれか一つに記載の半導体装置製造方法。
【請求項８】
前記焼結性粒子は、銀、銅、酸化銀、および酸化銅からなる群より選択される少なくとも一種を含む、請求項１から７のいずれか一つに記載の半導体装置製造方法。
【請求項９】
前記半導体装置はパワー半導体装置である、請求項１から８のいずれか一つに記載の半導体装置製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、いわゆるパワー半導体装置などの半導体装置を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造において、リードフレームや絶縁回路基板など支持基板に対し、半導体チップを支持基板側との電気的接続をとりつつダイボンディングするための手法として、支持基板とチップとの間にＡｕ-Ｓｉ共晶合金層を形成して接合状態を実現する手法や、接合材としてハンダや導電性粒子含有樹脂を利用する手法が、知られている。
【０００３】
一方、電力の供給制御を担うパワー半導体装置の普及が近年では顕著である。パワー半導体装置は、動作時の通電量が大きいことに起因して発熱量が大きい場合が多い。そのため、パワー半導体装置の製造においては、半導体チップを支持基板側との電気的接続をとりつつ支持基板にダイボンディングする手法について、高温動作時にも信頼性の高い接合状態を実現可能であることが求められる。半導体材料としてＳｉＣやＧａＮが採用されて高温動作化の図られたパワー半導体装置においては特に、そのような要求が強い。そして、そのような要求に応えるべく、電気的接続を伴うダイボンディング手法として、焼結性粒子と溶剤等を含有する焼結接合用の組成物を使用する技術が提案されている。
【０００４】
焼結性粒子含有の焼結接合用材料が用いられて行われるダイボンディングでは、まず、支持基板のチップ接合予定箇所に対して半導体チップが焼結接合用材料を介して所定の温度・荷重条件で載置される。その後、支持基板とその上の半導体チップとの間において焼結接合用材料中の溶剤の揮発などが生じ且つ焼結性粒子間で焼結が進行するように、所定の温度・加圧条件での加熱工程が行われる。これにより、支持基板と半導体チップとの間に焼結層が形成されて、支持基板に対して半導体チップが電気的に接続されつつ機械的に接合されることとなる。このような技術は、例えば下記の特許文献１,２に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００８／０６５７２８号
【特許文献２】特開２０１３−０３９５８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
焼結接合によるダイボンディングがなされる半導体装置製造過程においては、従来、焼結性粒子含有のペースト状組成物が半導体チップごとに塗布されることがある。しかしながら、このような手法は効率的でない。
【０００７】
一方、焼結接合によるダイボンディングがなされる半導体装置製造過程においては、複数の半導体素子が既に作り込まれている半導体ウエハに対して焼結性粒子含有の焼結接合用材料シートを貼り合わせた後、このシートを伴う半導体ウエハをブレードダイシングによって個片化することが考えられる。しかしながら、このような手法は、半導体ウエハ内に作り込まれる素子の歩留まりによっては、焼結接合用材料のロスが大きい。半導体材料としてＳｉＣやＧａＮが採用されるパワー半導体装置の製造においては例えば、そのような半導体材料のウエハ内に作り込まれる半導体素子について充分に高い歩留まりが達成されない場合があり、そのような場合、半導体チップへの個片化前の半導体ウエハに対して焼結接合用材料シートを貼り合わせる手法では、焼結接合用材料のロスは比較的に大きい。不良チップ上にも焼結接合用材料が供給されるからである。半導体ウエハ内に作り込まれる素子の歩留まりが低いほど、焼結接合用材料のロスは増大する傾向にある。
【０００８】
本発明は、以上のような事情のもとで考え出されたものであって、その目的は、焼結接合用材料のロスを低減しつつ半導体チップへの焼結接合用材料の供給を効率よく行うのに適した、半導体チップ焼結接合箇所を備える半導体装置の製造方法を、提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の側面により提供される半導体装置製造方法は、以下のような配列工程、転写工程、ピックアップ工程、仮固定工程、および焼結接合工程を含む。本方法は、半導体チップの焼結接合箇所を備えるパワー半導体装置などの半導体装置を製造するのに適する。
【００１０】
配列工程では、粘着面を有する加工用テープの粘着面上に複数の半導体チップを配列する。隣り合う半導体チップの間の距離は、本製造方法にて使用される焼結接合用シートの粘度や厚さ等に応じて、例えば５０〜２０００μｍであり、好ましくは５０〜１０００μｍ、より好ましくは５０〜７００μｍである。
【００１１】
転写工程では、まず、基材と焼結接合用シートとを含む積層構造を有するシート体における焼結接合用シートの側を、加工用テープ上の複数の半導体チップに対して圧着して貼り合わせる。焼結接合用シートは、好ましくは、導電性金属含有の焼結性粒子とバインダー成分とを少なくとも含有する。次に、焼結接合用シートを半導体チップ側に残しつつ、当該焼結接合用シートから基材を剥離する。
【００１２】
ピックアップ工程では、加工用テープ上の半導体チップを、焼結接合用シートにおいて当該半導体チップに密着している部分とともにピックアップして焼結接合用材料層付き半導体チップを得る。焼結接合用シートを小片化するための工程がピックアップ工程よりも前に実施されない場合、ピックアップ工程において、焼結接合用シートは半導体チップごとの焼結接合用材料層へと小片化することとなる。
【００１３】
仮固定工程では、焼結接合用材料層付き半導体チップをその焼結接合用材料層を介して基板に対して圧着して仮固定する。
【００１４】
焼結接合工程では、仮固定された半導体チップと基板の間に介在する焼結接合用材料層から、加熱過程を経て焼結層を形成して、当該半導体チップを基板に対して焼結接合する。
【００１５】
本半導体装置製造方法は、上記のような配列工程を含む。この配列工程では、半導体チップについて、作製プロセス後に諸検査を経て良品と認定されるもの、即ちＫＧＤ（Known Good Die）を選別して加工用テープ上に配列することができる。そのため、本製造方法では、半導体チップとしては複数のＫＧＤのみを保持する加工用テープを転写工程に付して、当該転写工程にてそれら半導体チップ（ＫＧＤ）に対して焼結接合用材料である焼結接合用シートを一括的に転写することが可能である。このような本製造方法は、複数の半導体チップへの焼結接合用材料の一括的な供給にあたり、良品とは認定されない半導体チップへの焼結接合用材料の供給を回避するのに適し、従って、焼結接合用材料のロスを低減するのに適する。
【００１６】
また、本製造方法の転写工程では、上述のように、加工用テープ上の複数の半導体チップに対する、シート体の焼結接合用シート（焼結接合用材料）側での貼り合わせと、焼結接合用シートを加工用テープ上ないし複数の半導体チップ上に残しつつのシート体基材の剥離とが、行われる。このような構成は、複数の半導体チップのそれぞれへの焼結接合用材料の供給を、一括して効率よく行うのに適する。
【００１７】
加えて、本製造方法では、その転写工程の基材剥離時に焼結接合用シートが複数の半導体チップ上に残るように、上述の配列工程において加工用テープ上に配列される半導体チップのチップ間距離、即ち、隣り合う半導体チップの間の距離が、短く設定される。そのチップ間距離は、上述のように例えば５０〜２０００μｍであり、好ましくは５０〜１０００μｍ、より好ましくは５０〜７００μｍである。基材と焼結接合用シートとを含む積層構造を有するシート体における焼結接合用シートの側を加工用テープ上の複数の半導体チップに対して貼り合わせた後、シート体基材の剥離を行う工程を、チップ間距離が過度に長い状態で実施する場合、シート体基材の剥離時に焼結接合用シートの一部は基材に伴って除去される。焼結接合用シートにおけるこの除去部分は、焼結接合用材料のロスとなる。本製造方法では、転写工程において焼結接合用シートのそのような除去が生じない程度に、使用される焼結接合用シートの粘度や厚さ等に応じて、配列工程において加工用テープ上に配列される半導体チップのチップ間距離が設定される。このような構成は、焼結接合用材料のロスを低減するのに適する。
【００１８】
以上のように、本発明に係る半導体装置製造方法は、焼結接合用材料のロスを低減しつつ各半導体チップへの焼結接合用材料の供給を効率よく行うのに適するのである。
【００１９】
本製造方法は、好ましくは、転写工程とピックアップ工程との間にエキスパンド工程を更に含む。このエキスパンド工程では、焼結接合用シートが一括的に貼り合わされている複数の半導体チップを保持する加工用テープを一旦エキスパンドすることによって、複数の半導体チップ上の焼結接合用シートを割断して半導体チップごとの焼結接合用材料層へと小片化する。このような構成は、ピックアップ工程において、隣の焼結接合用材料層とは既に分離している焼結接合用材料層を伴う半導体チップチップを適切にピックアップするうえで好ましい。
【００２０】
本製造方法は、好ましくは、転写工程とピックアップ工程との間にブレードダイシング工程を更に含む。このブレードダイシング工程では、加工用テープによって保持されている複数の半導体チップに密着している焼結接合用シートに対するブレードダイシングによって、当該焼結接合用シートを半導体チップごとの焼結接合用材料層へと小片化する。このような構成は、ピックアップ工程において、隣の焼結接合用材料層とは既に分離している焼結接合用材料層を伴う半導体チップチップを適切にピックアップするうえで好ましい。
【００２１】
本製造方法は、好ましくは、転写工程とピックアップ工程との間に曲げ工程を更に含む。この曲げ工程では、焼結接合用シートが一括的に貼り合わされている複数の半導体チップを保持する加工用テープを曲げることによって、複数の半導体チップ上の焼結接合用シートを割断して半導体チップごとの焼結接合用材料層へと小片化する。加工用テープを曲げることには、加工用テープを屈曲させることや湾曲させることが含まれる。このような構成は、ピックアップ工程において、隣の焼結接合用材料層とは既に分離している焼結接合用材料層を伴う半導体チップチップを適切にピックアップするうえで好ましい。
【００２２】
焼結接合工程にて形成される焼結層の厚さは、当該焼結層の平均厚さの好ましくは６０〜１４０％の範囲内、より好ましくは８０〜１２０％の範囲内、より好ましくは９０〜１１０％の範囲内にある。焼結層の厚さが均一なほど、焼結層において高い接合信頼性を得やすい。また、焼結接合工程にて形成される焼結層の平均厚さは、好ましくは５〜２００μｍ、より好ましくは１０〜１５０μｍである。このような構成は、焼結層において熱ストレスに起因する内部応力を緩和して十分な熱衝撃信頼性を確保するとともに、焼結接合に関するコスト、ひいては半導体装置の製造コストを抑制するうえで、好ましい。
【００２３】
本製造方法で使用される焼結接合用シート中の焼結性粒子は、好ましくは、銀、銅、酸化銀、および酸化銅からなる群より選択される少なくとも一種を含む。このような構成は、焼結接合される基板と半導体チップとの間に強固な焼結層を形成するうえで好適である。また、焼結接合用シート中のバインダー成分は、好ましくは熱分解性の高分子バインダーである。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一の実施形態に係る半導体装置製造方法における一部の工程を表す。
【図２】図１に示す工程の後に続く工程を表す。
【図３】図２に示す工程の後に続く工程を表す。
【図４】図３に示す工程の後に続く工程を表す。
【図５】図４に示す工程の後に続く工程を表す。
【図６】図５に示す工程の後に続く工程を表す。
【図７】本発明の一の実施形態に係る半導体装置製造方法における一部の工程を表す。
【図８】本発明の一の実施形態に係る半導体装置製造方法における一部の工程を表す。
【図９】本発明の一の実施形態に係る半導体装置製造方法における一部の工程を表す。
【図１０】本発明の一の実施形態に係る半導体装置製造方法における一部の工程を表す。
【図１１】本発明の一の実施形態に係る半導体装置製造方法における一部の工程を表す。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１から図６は、本発明の一の実施形態に係る半導体装置製造方法を表す。本実施形態の半導体装置製造方法は、半導体チップの焼結接合箇所を備えるパワー半導体装置などの半導体装置を製造するための方法であって、以下のような配列工程、転写工程、ピックアップ工程、仮固定工程、および焼結接合工程を含む。
【００２６】
配列工程では、図１に示すように、加工用テープＴ１の上に複数のチップＣを配列する。加工用テープＴ１は、例えば基材と粘着剤層との積層構造を有し、粘着剤層のなす粘着面Ｔ１ａを片面に有する。加工用テープＴ１の粘着面Ｔ１ａの周縁部には、リングフレームＲが貼り付けられている。リングフレームＲは、加工用テープＴ１に貼り付けられた状態において、搬送アームなど搬送機構がワーク搬送時に機械的に当接する部材である。チップＣは、諸検査を経て良品であることを確認されたＫＧＤとしての半導体チップであって加工用テープＴ１の粘着面Ｔ１ａに貼着されており、半導体素子が作り込まれている側の主面（図１中下面）とこれとは反対の裏面（図１中上面）を有する。裏面には、外部電極としての平面電極（図示略）が形成されている。チップＣのチップ本体をなすための構成材料としては、例えば、炭化ケイ素（ＳｉＣ）や窒化ガリウム（ＧａＮ）など、パワー半導体装置用の半導体材料が挙げられる。チップＣの厚さは例えば２０〜１０００μｍである。
【００２７】
配列工程では、具体的には、加工用テープＴ１の粘着面Ｔａ上に、複数のチップＣが隣接チップ間に空隙を伴って配列される。後述のピックアップ工程においてピックアップ対象のチップＣが隣のチップＣと接触することを回避または抑制するという観点からは、隣り合うチップＣの間の距離、即ちチップ間距離は、好ましくは５０μｍ以上、より好ましくは１００μｍ以上である。後述の転写工程において焼結接合用材料の除去によるロスを回避するという観点からは、チップ間距離は、後記の焼結接合用シートの粘度や厚さ等に応じて、例えば２０００μｍ以下であり、好ましくは１０００μｍ以下、より好ましくは７００μｍ以下である。
【００２８】
本半導体装置製造方法では、次に、図２に示すように転写工程が行われる。本工程では、まず、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、加工用テープＴ１上の複数のチップＣに対してシート体Ｘを貼り合わせる。シート体Ｘは、基材Ｂと焼結接合用シート１０とを含む積層構造を有する。基材Ｂは、例えばプラスチックフィルムである。焼結接合用シート１０は、導電性金属含有の焼結性粒子とバインダー成分とを少なくとも含むシート状の焼結接合用組成物である。本工程では、このようなシート体Ｘの焼結接合用シート１０の側を複数のチップＣに対して圧着して貼り合わせる。貼り合わせのための押圧手段としては、例えば圧着ロールが挙げられる。貼合せ温度は例えば室温から２００℃までの範囲にあり、貼合せのための荷重は例えば０.０１〜１０ＭＰａである。貼り合わせの後、図２（ｃ）に示すように、焼結接合用シート１０をチップＣ側に残しつつ、その焼結接合用シート１０から基材Ｂを剥離する。本工程において、チップＣのそれぞれに対して焼結接合用材料を一括的に供給することができる。
【００２９】
焼結接合用シート１０は、接合対象物間を焼結接合するのに使用するためのものであって、上述のように、導電性金属含有の焼結性粒子とバインダー成分とを少なくとも含むシート状の焼結接合用組成物である。
【００３０】
焼結接合用シート１０中の焼結性粒子は、導電性金属元素を含有して焼結可能な粒子である。導電性金属元素としては、例えば、金、銀、銅、パラジウム、スズ、およびニッケルが挙げられる。このような焼結性粒子の構成材料としては、例えば、金、銀、銅、パラジウム、スズ、ニッケル、および、これらの群から選択される二種以上の金属の合金が挙げられる。焼結性粒子の構成材料としては、酸化銀や、酸化銅、酸化パラジウム、酸化スズなどの金属酸化物も挙げられる。また、焼結性粒子は、コアシェル構造を有する粒子であってもよい。例えば、焼結性粒子は、銅を主成分とするコアと、金や銀などを主成分とし且つコアを被覆するシェルとを有する、コアシェル構造の粒子であってもよい。本実施形態において、焼結性粒子は、好ましくは銀粒子、銅粒子、酸化銀粒子、および酸化銅粒子からなる群より選択される少なくとも一種を含む。形成される焼結層において高い導電性および高い熱伝導性を実現するという観点からは、焼結性粒子としては銀粒子および銅粒子が好ましい。加えて耐酸化性の観点からは、銀粒子は扱いやすくて好ましい。例えば、銀めっき付銅基板への半導体チップの焼結接合において、焼結性粒子として銅粒子を含む焼結材を用いる場合には、窒素雰囲気下など不活性環境下で焼結プロセスを行う必要があるものの、銀粒子が焼結性粒子をなす焼結材を用いる場合には、空気雰囲気下であっても適切に焼結プロセスを実行することが可能である。
【００３１】
用いられる焼結性粒子の平均粒径は、焼結性粒子について低い焼結温度を実現するなどして良好な焼結性を確保するという観点からは、好ましくは２０００ｎｍ以下、より好ましくは８００ｎｍ以下、より好ましくは５００ｎｍ以下である。焼結接合用シート１０ないしそれを形成するための組成物における焼結性粒子について良好な分散性を実現するという観点からは、焼結性粒子の平均粒径は、好ましくは１ｎｍ以上、より好ましくは１０ｎｍ以上、より好ましくは５０ｎｍ以上である。焼結性粒子の平均粒径は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を使用して行う観察によって計測することが可能である。
【００３２】
焼結接合用シート１０における焼結性粒子の含有割合は、信頼性の高い焼結接合を実現するという観点からは、好ましくは６０〜９９質量％、より好ましくは６５〜９８質量％、より好ましくは７０〜９７質量％、より好ましくは７０〜９５質量％である。
【００３３】
焼結接合用シート１０中のバインダー成分は、本実施形態では、熱分解性高分子バインダーと低沸点バインダーとを少なくとも含み、可塑剤など他の成分を更に含んでもよい。熱分解性高分子バインダーは、焼結接合用の高温加熱過程で熱分解され得るバインダー成分であり、当該加熱過程前までにおいて、焼結接合用シート１０のシート形状の保持に寄与する要素である。本実施形態では、シート形状保持機能を担保するという観点から、熱分解性高分子バインダーは常温（２３℃）で固形の材料である。そのような熱分解性高分子バインダーとしては、例えば、ポリカーボネート樹脂およびアクリル樹脂を挙げることができる。
【００３４】
熱分解性高分子バインダーとしてのポリカーボネート樹脂としては、例えば、主鎖の炭酸エステル基（-Ｏ-ＣＯ-Ｏ-）間にベンゼン環など芳香族化合物を含まずに脂肪族鎖からなる脂肪族ポリカーボネート、および、主鎖の炭酸エステル基（-Ｏ-ＣＯ-Ｏ-）間に芳香族化合物を含む芳香族ポリカーボネートが挙げられる。脂肪族ポリカーボネートとしては、例えば、ポリエチレンカーボネートおよびポリプロピレンカーボネートが挙げられる。芳香族ポリカーボネートとしては、主鎖にビスフェノールＡ構造を含むポリカーボネートが挙げられる。
【００３５】
熱分解性高分子バインダーとしてのアクリル樹脂としては、例えば、炭素数４〜１８の直鎖状または分岐状のアルキル基を有するアクリル酸エステルおよび／またはメタクリル酸エステルの重合体が挙げられる。以下では、「(メタ)アクリル」をもって「アクリル」および／または「メタクリル」を表し、「(メタ)アクリレート」をもって「アクリレート」および／または「メタクリレート」を表す。熱分解性高分子バインダーとしてのアクリル樹脂をなすための(メタ)アクリル酸エステルのアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ｎ-ブチル基、ｔ-ブチル基、イソブチル基、アミル基、イソアミル基、ヘキシル基、へプチル基、シクロヘキシル基、２-エチルヘキシル基、オクチル基、イソオクチル基、ノニル基、イソノニル基、デシル基、イソデシル基、ウンデシル基、ラウリル基、トリデシル基、テトラデシル基、ステアリル基、およびオクタデシル基が挙げられる。
【００３６】
熱分解性高分子バインダーとしてのアクリル樹脂は、上記(メタ)アクリル酸エステル以外の他のモノマーに由来するモノマーユニットを含む重合体であってもよい。そのような他のモノマーとしては、例えば、カルボキシ基含有モノマー、酸無水物モノマー、ヒドロキシ基含有モノマー、スルホン酸基含有モノマー、およびリン酸基含有モノマーが挙げられる。具体的に、カルボキシ基含有モノマーとしては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、カルボキシエチルアクリレート、カルボキシペンチルアクリレート、イタコン酸、マレイン酸、フマル酸、およびクロトン酸が挙げられる。酸無水物モノマーとしては、例えば、無水マレイン酸や無水イタコン酸が挙げられる。ヒドロキシ基含有モノマーとしては、例えば、(メタ)アクリル酸２-ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸２-ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸４-ヒドロキシブチル、(メタ)アクリル酸６-ヒドロキシヘキシル、(メタ)アクリル酸８-ヒドロキシオクチル、(メタ)アクリル酸１０-ヒドロキシデシル、(メタ)アクリル酸１２-ヒドロキシラウリル、および、(メタ)アクリル酸４-(ヒドロキシメチル)シクロヘキシルメチルが挙げられる。スルホン酸基含有モノマーとしては、例えば、スチレンスルホン酸、アリルスルホン酸、２-(メタ)アクリルアミド-２-メチルプロパンスルホン酸、(メタ)アクリルアミドプロパンスルホン酸、スルホプロピル(メタ)アクリレート、および(メタ)アクリロイルオキシナフタレンスルホン酸が挙げられる。リン酸基含有モノマーとしては、例えば２-ヒドロキシエチルアクリロイルホスフェートが挙げられる。
【００３７】
熱分解性高分子バインダーの重量平均分子量は、好ましくは１００００以上である。熱分解性高分子バインダーの重量平均分子量は、ゲル・パーミエーション・クロマトグラフィー（ＧＰＣ）により測定してポリスチレン換算により算出される値とする。
【００３８】
焼結接合用シート１０における熱分解性高分子バインダーの含有割合は、上述のシート形状保持機能を適切に発揮させるという観点からは、好ましくは０.５〜１０質量％、より好ましくは０.８〜８質量％、より好ましくは１〜６質量％である。
【００３９】
焼結接合用シート１０中の低沸点バインダーは、動的粘弾性測定装置（商品名「ＨＡＡＫＥ ＭＡＲＳ III」，Ｔｈｅｒｍｏ Ｆｉｓｈｅｒ Ｓｃｉｅｎｔｆｉｃ社製）を使用して測定される２３℃での粘度が１×１０5Ｐａ・ｓ以下を示す液状または半液状であるものとする。本粘度測定においては、治具として２０ｍｍφのパラレルプレートを使用し、プレート間ギャップを１００μｍとし、回転せん断におけるせん断速度を１ｓ-1とする。
【００４０】
上述の低沸点バインダーとしては、例えば、テルペンアルコール類、テルペンアルコール類を除くアルコール類、アルキレングリコールアルキルエーテル類、および、アルキレングリコールアルキルエーテル類を除くエーテル類が、挙げられる。テルペンアルコール類としては、例えば、イソボルニルシクロヘキサノール、シトロネロール、ゲラニオール、ネロール、カルベオール、およびα-テルピネオールが挙げられる。テルペンアルコール類を除くアルコール類としては、例えば、ペンタノール、ヘキサノール、ヘプタノール、オクタノール、１-デカノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、および２,４-ジエチル-１,５ペンタンジオールが挙げられる。アルキレングリコールアルキルエーテル類としては、例えば、エチレングリコールブチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエーテル、ジエチレングリコールエチルエーテル、ジエチレングリコールブチルエーテル、ジエチレングリコールイソブチルエーテル、ジエチレングリコールヘキシルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、ジエチレングリコールブチルメチルエーテル、ジエチレングリコールイソプロピルメチルエーテル、トリエチレングリコールメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールブチルメチルエーテル、プロピレングリコールプロピルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエーテル、ジプロピレングリコールエチルエーテル、ジプロピレングリコールプロピルエーテル、ジプロピレングリコールブチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、トリプロピレングリコールメチルエーテル、およびトリプロピレングリコールジメチルエーテルが挙げられる。アルキレングリコールアルキルエーテル類を除くエーテル類としては、例えば、エチレングリコールエチルエーテルアセテート、エチレングリコールブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールブチルエーテルアセテート、およびジプロピレングリコールメチルエーテルアセテートが挙げられる。焼結接合用シート１０中の成分として、一種類の低沸点バインダーを用いてもよいし、二種類以上の低沸点バインダーを用いてもよい。焼結接合用シート１０中の低沸点バインダーとしては、常温での安定性という観点からは、テルペンアルコール類が好ましく、イソボルニルシクロヘキサノールがより好ましい。
【００４１】
焼結接合用シート１０の２３℃での厚さは、好ましくは５μｍ以上、より好ましくは１０μｍ以上であり、且つ、好ましくは３００μｍ以下、より好ましくは１５０μｍ以下である。また、焼結接合用シート１０ないしこれをなす焼結接合用組成物の７０℃での粘度は、例えば５×１０3〜１×１０7Ｐａ・ｓであり、好ましくは１×１０4〜１×１０6Ｐａ・ｓである。
【００４２】
焼結接合用シート１０は、その分離予定ラインに沿って切り込みが入れられていてもよい。切り込みの深さ（焼結接合用シート１０における基材Ｂとは反対の側の表面からの深さ）は、焼結接合用シート１０の厚さの例えば２０〜１００％である。焼結接合用シート１０の切り込みに関するこのような構成は、焼結接合用シート１０についての後述の焼結接合用材料層への小片化を適切に行ううえで好ましい。
【００４３】
焼結接合用シート１０は、例えば、上述の各成分を溶剤中にて混合してワニスを調製し、基材Ｂの上に当該ワニスを塗布して塗膜を形成し、その塗膜を乾燥させることによって、作製することができる。ワニス調製用の溶剤としては有機溶剤やアルコール溶剤を用いることができる。
【００４４】
本半導体装置製造方法では、次に、図３に示すように、チップＣを、焼結接合用シート１０において当該チップＣに密着している部分とともに加工用テープＴ１からピックアップして、焼結接合用材料層付きチップＣを得る（ピックアップ工程）。本実施形態のピックアップ工程では、具体的には、ピックアップ対象のチップＣについて、加工用テープＴ１の図中下側においてピックアップ機構のピン部材２１を上昇させて加工用テープＴ１を介して突き上げる。この時、ピックアップ対象のチップＣ上において焼結接合用シート１０が部分的に小片化されて焼結接合用材料層１１が形成される。このような突き上げの後、焼結接合用材料層１１側への吸着作用により当該チップＣを吸着コレット２２によって吸着保持する。このようにして、焼結接合用材料層付きチップＣのピックアップを行うことができる。
【００４５】
本実施形態では、次に、図４に示すように、焼結接合用材料層付きチップＣをピックアップした吸着コレット２２から、別の吸着コレット２３へと当該チップＣを受け渡す。吸着コレット２３は、焼結接合用材料層付きチップＣのチップ側への吸着作用により当該チップＣを保持する。
【００４６】
次に、図５（ａ）に示すように、焼結接合用材料層付きチップＣをその焼結接合用材料層１１を介して支持基板Ｓに対して圧着して仮固定する（仮固定工程）。具体的には、例えばチップマウンターを使用して、焼結接合用材料層付きチップＣをその焼結接合用材料層１１を介して支持基板Ｓに対して押圧して仮固定する。支持基板Ｓとしては、例えば、銅配線など配線を表面に伴う絶縁回路基板、および、リードフレームが挙げられる。支持基板Ｓにおけるチップ搭載箇所は、銅配線やリードフレームなどの素地表面であってもよいし、素地表面上に形成されためっき膜の表面であってもよい。当該めっき膜としては、例えば、金めっき膜、銀めっき膜、ニッケルめっき膜、パラジウムめっき膜、および白金めっき膜が挙げられる。本工程において、仮固定用の温度条件は、例えば室温から３００℃までの範囲にあり、押圧に係る荷重は例えば０.０１〜５０ＭＰａであり、接合時間は例えば０.０１〜３００秒間である。
【００４７】
次に、図５（ｂ）に示すように、仮固定されたチップＣと支持基板Ｓの間に介在する焼結接合用材料層１１から、加熱過程を経て焼結層１２を形成して、チップＣを支持基板Ｓに対して焼結接合する（焼結接合工程）。具体的には、所定の高温加熱過程を経ることによって、支持基板ＳとチップＣとの間において、焼結接合用材料層１１中の低沸点バインダーを揮発させ、熱分解性高分子バインダーを熱分解させて揮散させ、そして、焼結性粒子の導電性金属を焼結させる。これにより、支持基板Ｓと各チップＣとの間に焼結層１２が形成されて、支持基板Ｓに対してチップＣが支持基板Ｓ側との電気的接続がとられつつ接合されることとなる。本工程において、焼結接合の温度条件は、例えば１５０〜４００℃の範囲にあり、好ましくは２５０〜３５０℃の範囲にある。焼結接合のための圧力は、例えば６０ＭＰａ以下であり、好ましくは４０ＭＰａ以下である。また、焼結接合の接合時間は、例えば０.３〜３００分間であり、好ましくは０.５〜２４０分間である。例えばこれら条件の範囲内において、焼結接合工程を実施するための温度プロファイルや圧力プロファイルが適宜に設定される。以上のような焼結接合工程は、加熱と加圧とを同時に行える装置を使用して行うことができる。そのような装置としては、例えばフリップチップボンダーおよび平行平板プレス機が挙げられる。また、焼結接合に関与する金属の酸化防止の観点からは、本工程は、窒素雰囲気下、減圧下、または還元ガス雰囲気下で行われるのが好ましい。
【００４８】
焼結接合工程にて形成される焼結層１２の厚さは、本実施形態では、焼結層１２の平均厚さの好ましくは６０〜１４０％の範囲内、より好ましくは８０〜１２０％の範囲内、より好ましくは９０〜１１０％の範囲内にある。焼結層１２の厚さが均一なほど、焼結層１２において高い接合信頼性を得やすい。また、焼結層１２の平均厚さは、好ましくは５〜２００μｍ、より好ましくは１０〜１５０μｍである。このような構成は、焼結層１２において熱ストレスに起因する内部応力を緩和して十分な熱衝撃信頼性を確保するとともに、焼結接合に関するコスト、ひいては半導体装置の製造コストを抑制するうえで、好ましい。
【００４９】
本半導体装置製造方法においては、次に、図６（ａ）に示すように、チップＣの端子部（図示略）と支持基板Ｓの有する端子部（図示略）とを必要に応じてボンディングワイヤーＷを介して電気的に接続する（ワイヤーボンディング工程）。チップＣの端子部や支持基板Ｓの端子部とボンディングワイヤーＷとの結線は、例えば、加熱を伴う超音波溶接によって実現される。ボンディングワイヤーＷとしては、例えば金線、アルミニウム線、または銅線を用いることができる。ワイヤーボンディングにおけるワイヤー加熱温度は、例えば８０〜２５０℃であり、好ましくは８０〜２２０℃である。また、その加熱時間は数秒〜数分間である。
【００５０】
次に、図６（ｂ）に示すように、支持基板Ｓ上のチップＣやボンディングワイヤーＷを保護するための封止樹脂Ｍを形成する（封止工程）。本工程では、例えば、金型を使用して行うトランスファーモールド技術によって封止樹脂Ｍが形成される。封止樹脂Ｍの構成材料としては、例えばエポキシ系樹脂を用いることができる。本工程において、封止樹脂Ｍを形成するための加熱温度は例えば１６５〜１８５℃であり、加熱時間は例えば６０秒〜数分間である。本封止工程で封止樹脂Ｍの硬化が充分には進行しない場合には、本工程の後に封止樹脂Ｍを完全に硬化させるための後硬化工程が行われる。
【００５１】
以上のようにして、半導体チップの焼結接合箇所を備える半導体装置を製造することができる。
【００５２】
本半導体装置製造方法では、図２を参照して上述した転写工程の後、ピックアップ工程より前に、次のような反転工程を行ってもよい。反転工程では、図７（ａ）に示すように、転写工程後のワーク（複数のチップＣ，焼結接合用シート１０）に対する、粘着面Ｔ２ａを有する加工用テープＴ２の貼り合わせと、当該ワークからの加工用テープＴ１の剥離とが行われる。加工用テープＴ２の粘着面Ｔ２ａの粘着力は、加工用テープＴ１の粘着面Ｔ１ａの粘着力と同等またはそれ以上である。本工程では、例えば、転写工程後のワークにおける焼結接合用シート１０の側に加工用テープＴ２がその粘着面Ｔ２ａ側で貼り合わされた後、当該ワークから加工用テープＴ１が剥離される。
【００５３】
このような反転工程が行われる場合、ピックアップ工程は、図７（ｂ）に示すような態様で行われる。具体的には、ピックアップ対象のチップＣについて、加工用テープＴ２の図中下側においてピックアップ機構のピン部材２１を上昇させて加工用テープＴ２を介して突き上げる。この時、焼結接合用シート１０においてピックアップ対象のチップＣに密着している部分が小片化されて焼結接合用材料層１１が形成される。このような突き上げの後、当該チップＣを吸着コレット２２によって吸着保持する。こうして得られる焼結接合用材料層付きチップＣは、図５（ａ）を参照して上述したような仮固定工程に供されることとなる。
【００５４】
以上のような半導体装置製造方法において、図１を参照して上述した配列工程では、チップＣについて、作製プロセス後に諸検査を経て良品と認定されるもの、即ちＫＧＤ（Known Good Die）を選別して加工用テープＴ１上に配列することができる。そのため、本製造方法では、複数のＫＧＤのみをチップＣとして保持する加工用テープＴ１を転写工程に付して、当該転写工程にてそれらチップＣ（ＫＧＤ）に対して焼結接合用材料である焼結接合用シート１０を一括的に転写することが可能である。このような本製造方法は、複数のチップＣへの焼結接合用材料の一括的な供給にあたり、良品とは認定されないチップＣへの焼結接合用材料の供給を回避するのに適し、従って、焼結接合用材料のロスを低減するのに適する。
【００５５】
また、本製造方法の転写工程では、図２を参照して上述したように、加工用テープＴ１上の複数のチップＣに対する、シート体Ｘの焼結接合用シート１０（焼結接合用材料）側での貼り合わせと、焼結接合用シート１０を加工用テープＴ１上ないし複数のチップＣ上に残しつつの基材Ｂの剥離とが、行われる。このような構成は、複数のチップＣのそれぞれへの焼結接合用材料の供給を、一括して効率よく行うのに適する。
【００５６】
加えて、本製造方法では、その転写工程の基材Ｂ剥離時に焼結接合用シート１０が複数のチップＣ上に残るように、配列工程において加工用テープＴ１上に配列されるチップＣのチップ間距離が短く設定される。基材と焼結接合用シートとを含む積層構造を有するシート体における焼結接合用シートの側を加工用テープ上の複数のチップに対して貼り合わせた後、シート体基材の剥離を行う工程を、チップ間距離が過度に長い状態で実施する場合、シート体基材の剥離時に焼結接合用シートの一部は基材に伴って除去される。焼結接合用シートにおけるこの除去部分は、焼結接合用材料のロスとなる。これに対し、本製造方法では、上述の転写工程において焼結接合用シート１０のそのような除去が生じない程度に、使用される焼結接合用シート１０の粘度や厚さ等に応じて、上述の配列工程において加工用テープＴ１上に配列されるチップＣのチップ間距離が設定される。このような構成は、焼結接合用材料のロスを低減するのに適する。
【００５７】
以上のように、本半導体装置製造方法は、焼結接合用材料のロスを低減しつつ各チップＣへの焼結接合用材料の供給を効率よく行うのに適するのである。
【００５８】
本半導体装置製造方法では、図２を参照して上述した転写工程と上述のピックアップ工程との間において、図８に示すように、ワーク（複数のチップＣ，焼結接合用シート１０）を保持する加工用テープＴ１を一旦エキスパンドする工程を行ってもよい。図７（ａ）を参照して上述した反転工程が行われる場合には、図２を参照して上述した転写工程とその反転工程との間において、図８に示すように、ワークを保持する加工用テープＴ１を一旦エキスパンドする工程を行ってもよい。
【００５９】
本エキスパンド工程では、エキスパンド装置が使用され、まず、図８（ａ）に示すように、ワーク（複数のチップＣ，焼結接合用シート１０）とリングフレームＲとを粘着面Ｔ１ａに伴う加工用テープＴ１がエキスパンド装置の保持具３１に固定される。次に、図８（ｂ）に示すように、エキスパンド装置の備える中空円柱形状の突き上げ部材３２が、加工用テープＴ１に対してその下側から当接されて上昇され、ワークを保持する加工用テープＴ１が、そのワーク保持領域の径方向および周方向を含む二次元方向に引き伸ばされるようにエキスパンドされる。これにより、各チップＣ上に密着している焼結接合用シート１０は、割断されて、チップＣごとの焼結接合用材料層１１へと小片化される。エキスパンド時の温度条件は例えば−２０〜７０℃である。この後、図８（ｃ）に示すように、突き上げ部材３２が下降されて、加工用テープＴ１におけるエキスパンド状態が解除される。エキスパンドの後、加工用テープＴ１におけるワーク保持領域より外側の部分を加熱して収縮させてもよい。その加熱の温度は例えば１００〜３００℃である。このような構成は、エキスパンド後にチップＣ間の離間距離が狭まることを抑制するうえで好ましい。
【００６０】
本工程では、上述のように、焼結接合用シート１０が一括的に貼り合わされている複数のチップＣを保持する加工用テープＴ１を一旦エキスパンドすることによって、複数のチップＣ上の焼結接合用シート１０を割断してチップＣごとの焼結接合用材料層１１へと小片化する。このような構成は、後に行われるピックアップ工程において、隣の焼結接合用材料層１１とは既に分離している焼結接合用材料層１１を伴うチップＣを適切にピックアップするうえで好ましい。
【００６１】
本半導体装置製造方法では、図２を参照して上述した転写工程と上述のピックアップ工程との間において、図９に示すように、焼結接合用シート１０を切断するためのブレードダイシング工程を行ってもよい。図７（ａ）を参照して上述した反転工程が行われる場合には、図２を参照して上述した転写工程とその反転工程との間において、図９に示すように、焼結接合用シート１０を切断するためのブレードダイシング工程を行ってもよい。
【００６２】
本ブレードダイシング工程では、具体的には、回転ブレードを備えるダイシング装置が使用され、加工用テープＴ１によって保持されている複数のチップＣ上の焼結接合用シート１０を、その切断予定箇所に沿って回転ブレードによって切断し、焼結接合用シート１０をチップＣごとの焼結接合用材料層１１へと小片化する。図９では、回転ブレードによる切断箇所を模式的に太線で表す。このような構成は、後に行われるピックアップ工程において、隣の焼結接合用材料層１１とは既に分離している焼結接合用材料層１１を伴うチップＣを適切にピックアップするうえで好ましい。
【００６３】
本半導体装置製造方法では、図７（ａ）を参照して上述した反転工程が行われる場合、その反転工程と図７（ｂ）を参照して上述したピックアップ工程との間において、図１０に示すように、焼結接合用シート１０を切断するためのブレードダイシング工程を行ってもよい。
【００６４】
本ブレードダイシング工程では、具体的には、回転ブレードを備えるダイシング装置が使用され、加工用テープＴ２によって複数のチップＣとともに保持されている焼結接合用シート１０を、その切断予定箇所に沿って回転ブレードによって切断し、焼結接合用シート１０をチップＣごとの焼結接合用材料層１１へと小片化する。図１０では、回転ブレードによる切断箇所を模式的に太線で表す。このような構成は、後に行われるピックアップ工程において、隣の焼結接合用材料層１１とは既に分離している焼結接合用材料層１１を伴うチップＣを適切にピックアップするうえで好ましい。
【００６５】
本半導体装置製造方法では、図２を参照して上述した転写工程と上述のピックアップ工程との間において、図１１に示すように、ワーク（複数のチップＣ，焼結接合用シート１０）を保持する加工用テープＴ１を一旦曲げる工程を行ってもよい。図７（ａ）を参照して上述した反転工程が行われる場合には、図２を参照して上述した転写工程とその反転工程との間において、図１１に示すように、ワークを保持する加工用テープＴ１を一旦曲げる工程を行ってもよい。加工用テープＴ１を曲げることには、加工用テープＴ１を屈曲させることや湾曲させることが含まれる。
【００６６】
本曲げ工程では、例えば図１１（ａ）に示すように、焼結接合用シート１０が一括的に貼り合わされている複数のチップＣを保持する加工用テープＴ１を曲げることによって、複数のチップＣ上の焼結接合用シート１０を割断してチップＣごとの焼結接合用材料層１１へと小片化する。その後、図１１（ｂ）に示すように、加工用テープＴ１の変形状態が解除される。このような構成は、後に行われるピックアップ工程において、隣の焼結接合用材料層１１とは既に分離している焼結接合用材料層１１を伴うチップＣを適切にピックアップするうえで好ましい。
【符号の説明】
【００６７】
Ｘ            シート体
Ｂ            基材
１０          焼結接合用シート
１１          焼結接合用材料層
１２          焼結層
Ｔ１，Ｔ２    加工用テープ
Ｃ            チップ（半導体チップ）
Ｓ            支持基板（基板）
【図１】
2020004781.tif 000003
【図２】
2020004781.tif 000004
【図３】
2020004781.tif 000005
【図４】
2020004781.tif 000006
【図５】
2020004781.tif 000007
【図６】
2020004781.tif 000008
【図７】
2020004781.tif 000009
【図８】
2020004781.tif 000010
【図９】
2020004781.tif 000011
【図１０】
2020004781.tif 000012
【図１１】
2020004781.tif 000013