(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の半導体素子が形成されたウェハ裏面に単層のフィルム状の熱硬化性接着剤からなる接着剤層を設け接着剤層付ウェハとする工程、接着剤層付ウェハにダイシングテープを接着剤層側に貼り合せて接着剤層とウェハを同時にダイシングすることにより接着剤付き半導体素子とする工程、接着剤付き半導体素子をダイシングテープから剥がし、被着体のインターポーザー基板とダイアタッチする工程を含み、前記フィルム状の熱硬化性接着剤からなる接着剤層の厚さが１００μｍ以上であり、熱硬化性接着剤中に球状シリカが５０〜８０ｗｔ％含有され、かつ熱硬化性接着剤中の球状シリカを除く成分の８０wt％以上がグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、エポキシ樹脂硬化剤及びフェノキシ樹脂からなる必須成分であり、グリシジルエーテル型エポキシ樹脂１００重量部に対し、エポキシ樹脂硬化剤１０〜５０重量部及びフェノキシ樹脂１０〜５０重量部の割合で含むことを特徴とする半導体パッケージの製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の半導体パッケージの製造方法により製造された半導体パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体パッケージの製造方法及びその方法により製造された半導体パッケージに関するものである。
【従来の技術】
【０００２】
半導体パッケージを構成する材料の中で、半導体素子（以下、チップともいう）とインターポーザー基板のような被着体を接着するダイアタッチ材料は、従来Ａｕ−Ｓｉ共晶合金、はんだ、銀ペースト等が使用されてきた。現在、汎用及び大型の半導体パッケージには生産性、放熱性、大型半導体素子適用性、価格等の総合的な判断から銀ペーストによる接着が主流となっている。銀ペーストは、ディスペンス方式でインターポーザー基板のような被着体に塗布し、半導体素子の仮圧着も容易にできることから優れた生産性を示す反面、液状であるために接着厚み、塗布位置、完全充填及びボイド抑制のコントロールが難しいという問題があった。
【０００３】
近年、半導体パッケージは周辺端子配列のクワッドフラットパッケージ（以下、ＱＦＰ）に代わり、面端子配列のチップサイズパッケージ（以下、ＣＳＰ）やボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）が登場し携帯機器の軽薄短小化に大きく貢献しているが、このような方法において使用される基板は、実装するプリント配線基板と区別してインターポーザー基板と呼ばれる。ＣＳＰ等では、半導体素子の大きさと半導体パッケージの外観寸法が限りなく近づく構造設計になることから、半導体素子とインターポーザー基板を接着するときの接着剤層は、はみ出しや未充填が無く、半導体素子とほぼ同じ面積であることを要求されている。
また、形成された接着剤層内部のボイドは耐湿信頼性（長時間放置され吸湿した状態での半導体素子上の配線腐食に対する耐性）や耐吸湿リフロー性（長時間放置され吸湿した状態でリフローソルダリングされることによるパッケージ内部のクラックや剥離に対する耐性）に大きく影響を及ぼすことから、接着剤層のボイドフリー化も求められる。これらのことから、従来のペースト状接着剤並みの生産性で、厚み精度、位置精度が高く、ボイドフリーのフィルム状接着剤が求められていた。
【０００４】
フィルム状の接着剤を使うダイアタッチは、例えば特開昭６３−２８９８２２号公報及び特開平１−１９７３５号公報に示されている。しかし、これらに記載の方法では、始めにフィルム状接着剤を半導体素子の大きさに応じて切断する必要があることから、多種類の金型を準備しなければならなかったり、フィルムの貼付けに際し、専用の高価な装置が必要となる等の欠点があった。更に、半導体素子の大きさへの加工では、廃棄されるフィルム接着剤が多いことやその廃棄フィルムを無くすためには半導体素子の大きさ毎に多品種のスリット品を準備しなければならなかった。
【０００５】
そこで、予めウェハ裏面にフィルム状の接着剤を貼り付けた後、ダイシングして、接着剤付き半導体素子にする方法が、例えば、特開平７−２２４４０号公報や特開平１１−２１９９６２号公報に示されている。しかし、これらの公報に記載されたフィルム状の接着剤に使用される材料は、ポリマー成分比率が高いことが原因で、溶融粘度が高いことから高温でのウェハへのラミネートが必要、ダイシング時の切れ味が悪い、ダイアタッチの際に高温、高圧、長時間を必要とする等の問題があった。低温でのラミネートを可能とするために、接着層にオリゴマー成分を主体とする材料を用いることが考えられ、エポキシ樹脂系などのようなオリゴマー成分を主体とする材料を用いれば、ラミネート、ダイアタッチも低温、低圧、短時間で可能であるが、ダイシング時に発生する樹脂成分の融着によるダイシングブレード汚れの影響で、長時間の連続ダイシングができないという問題が未解決であった。
【０００６】
ところで、ＣＳＰのような半導体パッケージに組み立てられ、プリント配線板に実装された後の耐温度サイクル性を向上させる方法として特開２０００−３１３２７号公報には、接着剤層を１００μｍ以上にすることが示され、例として耐熱性フィルムをベースにして両面に接着剤層を形成する方法が示されているが、この方法は、耐温度サイクル性には優れるが、ポリマーフィルムの影響でダイシング性能が低いことから、ダイシング性能の高い１００μｍ以上の膜厚のフィルム状接着剤が求められていた。
【０００７】
更に、ＣＳＰのような表面実装型半導体パッケージは、プリント配線板の両面に実装されることから、高い温度、高い湿度、長時間の吸湿条件での高い耐吸湿リフロー性が要求されていた。例えば、表面実装技術（ＳＭＴ）として代表的なリフロー炉を使用した実装方法では、赤外線、熱風、レーザ等各種熱源により、はんだを溶かすことで実装することが行われるが、この際の耐リフロー性が要求されていた。
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、ダイシング性に優れ、低温低圧でのダイアタッチが可能で、更にプリント配線板へ実装された後の耐温度サイクル性と耐吸湿リフロー性に優れた半導体パッケージの製造方法及びその方法を用いて製造される半導体パッケージを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者等は、上記課題を達成するために鋭意検討を重ねた結果、特に半導体パッケージの製造方法において使用される接着剤層を調整することで上記課題が解決されることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち、本発明は、多数の半導体素子が形成されたウェハ裏面に単層のフィルム状の熱硬化性接着剤からなる接着剤層を設け接着剤層付ウェハとする工程、接着剤層付ウェハにダイシングテープを接着剤層付ウェハの接着剤層側に貼り合せ、接着剤層とウェハを同時にダイシングすることにより接着剤付き半導体素子とする工程、接着剤付き半導体素子をダイシングテープから剥がし被着体としてのインターポーザー基板とダイアタッチする工程を含み、前記フィルム状の熱硬化性接着剤からなる接着剤層の厚さが１００μｍ以上であり、かつ熱硬化性接着剤中に球状シリカが５０〜８０ｗｔ％含有されていることを特徴とする半導体パッケージの製造方法である。ここで用いられるフィルム状の熱硬化性接着剤は、球状シリカを除く成分の８０wt％以上がグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、エポキシ樹脂硬化剤及びフェノキシ樹脂からなる必須成分であり、グリシジルエーテル型エポキシ樹脂１００重量部に対し、エポキシ樹脂硬化剤１０〜５０重量部及びフェノキシ樹脂１０〜５０重量部の割合で含む。また、本発明はこれら半導体パッケージの製造方法により製造された半導体パッケージにも関する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の半導体パッケージの製造方法は、多数の半導体素子が形成されたウェハ裏面に単層のフィルム状の熱硬化性接着剤からなる接着剤層を設け接着剤層付ウェハとする工程、接着剤層付ウェハにダイシングテープを接着剤層付ウェハの接着剤層側に貼り合せ、接着剤層とウェハを同時にダイシングすることにより接着剤付き半導体素子とする工程、接着剤付き半導体素子をダイシングテープから剥がしインターポーザー基板とダイアタッチする工程を含む。
【００１２】
本発明によって製造される半導体パッケージは、インターポーザー基板のような被着体にダイアタッチされた半導体素子が金線により被着体と電気的に接続されたワイヤーボンディングタイプのＣＳＰと呼ばれる半導体パッケージである。このような半導体パッケージは、ウェハからダイシング装置によって半導体素子個片に切り出され、ダイアタッチ用の接着剤を介してインターポーザー基板に接着された後、金線によるワイヤーボンドで半導体素子と被着体とを電気的に結び、トランスファーモールドあるいはポッティングにより樹脂封止された後に、はんだボールを搭載することで製造されるものである。本発明においては、ウェハのダイシング前に予めウェハ裏面に接着剤層を形成させ、接着剤層付きウェハの状態でダイシングすることで、接着剤層がチップサイズに制御可能となる。
【００１３】
まず、半導体素子が形成されたウェハ裏面に単層のフィルム状の熱硬化性接着剤からなる接着剤層を熱圧着し接着剤層付ウェハとする工程について説明する。
ここで使用されるウェハの代表的なものとしては、シリコン製で通常片側に半導体回路の形成されたものでサイズは通常６インチ、８インチ、１２インチのものが挙げられる。
【００１４】
本発明に用いられるフィルム状接着剤層の形成方法としては、ラミネート、スクリーン印刷（メタルマスクを含む）、スピンコート等が挙げられるが、予めフィルム（シート）状に作られた接着剤を常温又は加熱によりラミネートすることが好ましい。ラミネートによる例としては、接着剤層用の組成物を低沸点の溶剤に溶かしワニス状とし、これを離型処理を施したＰＰやＰＥＴ等の基材フィルム上に塗工し、加熱乾燥して溶剤を取り除くことでフィルム（シート）状の接着剤を作ることができる。そして、このフィルム状接着剤をウェハ裏面に設ける場合、通常、熱圧着によることが好ましく、例として耐熱シリコーンゴム製の加熱ラミネーターで７０〜１５０℃程度で０．1〜１MPa・cm（１〜１０kg/cm線圧）の圧力により貼り合せることが挙げられる。
【００１５】
ここで、形成される接着剤層の厚さは、マザーボード実装後の温度サイクル特性向上のためにはできるだけ厚い層であることがよく、０．８mmピッチの０．５mmの大きさのはんだボールを使用した半導体パッケージの−４０℃／１２５℃での耐温度サイクル性で１０００サイクル以上のためには１００μm以上とすることが必要である。なお、接着剤層の厚さが、２００μm以上となると半導体パッケージの厚み設計範囲を超えることになるので、１００〜２００μmの範囲が好ましい。
【００１６】
また、この接着剤層の線膨張率をインターポーザー基板のような被着体の線膨張率とできるだけ一致させることが応力低減のためには好ましい。接着剤層の線膨張率を低下させる方法としては、接着剤剤中にセラミック（シリカやアルミナ）成分を添加することが効果的であるが、樹脂粘度の著しい増加を抑えるためや、ダイシング時のブレードの磨耗低減のためには、球状シリカの添加が好ましく、５０〜８０ｗｔ％含有させることが線膨張率低下の観点からも必要である。
【００１７】
本発明のように接着剤付きウェハとすることのメリットは、接着剤の厚み、大きさを精度良く一定にできることであり、半導体パッケージの信頼性が向上することである。信頼性とは、半導体パッケージがプリント配線板に実装された後の耐温度サイクル特性や実装される前の吸湿によるリフローソルダリング時のパッケージ内部のクラックや剥離である。本発明の特徴の１つに、半導体素子とインターポーザー基板との低温低圧でのダイアタッチと優れた長期連続ダイシング特性を両立させたことが挙げられる。この特徴は、接着剤層中の樹脂成分のオリゴマー成分比率が高く、更に球状シリカ成分を５０〜８０ｗｔ％含有することで発現できる。
【００１８】
次に、接着剤層付ウェハにダイシングテープを接着剤層付ウェハの接着剤層側に貼り合せ、接着剤層とウェハをダイシングすることにより接着剤付き半導体素子とする工程について説明する。フィルム状接着剤層付ウェハにダイシングテープを貼り合せる際には、ウェハの接着剤層と金属製の型枠に支持されたダイシングテープの粘着剤層が接するように貼り合せられる。ダイシングテープはＵＶ硬化型または非ＵＶ硬化型の公知のものを用いることができ、必要に応じて熱、圧力下に積層してもよい。
【００１９】
本発明において、接着剤層とウェハのダイシングは、ダイシングの対象が接着層剤付ウェハとなっていることから同時に行われる。ダイシングは、シングルブレードタイプのダイシング装置でも問題なくダイシングできるが、ツインブレードタイプのダインシグ装置によってウェハ層と接着剤層を別々にダイシングすることが好ましい。
【００２０】
このようにして形成された接着剤付き半導体素子は、ダイシングテープから剥がしインターポーザー基板のような被着体とダイアタッチされる。ダイアタッチは、通常のダイアタッチ装置が使用できるが、低温、低圧のダイアタッチのためには、ダイアタッチステージが加熱できるものであることが好ましい。
【００２１】
ダイアタッチ工程を経た半導体素子は、通常ワイヤーボンドされ、更に樹脂封止される。ワイヤーボンドは、通常のワイヤーボンディング装置を使用できるが、加熱と超音波により金線を溶かして接合できるものが低温、短時間接合の為に好ましい。また、樹脂封止は、トランスファーモールド、ポッティング、印刷等の通常の半導体パッケージに使用される封止方法であれば何れの方法も利用できる。
【００２２】
前記した接着剤層についてさらに詳述すれば、その厚さは１００μｍ以上であることが必要であるが、加えて、接着剤層中の球状シリカの含有割合を調整することで、ダイシング特性等が良好となり、更に好ましい半導体パッケージの提供が可能となる。
【００２３】
本発明に用いられる球状シリカは、球状の溶融シリカ粉末が好ましいものとして挙げられる。球状シリカの含有割合は、５０〜８０ｗｔ％の範囲であることが必要であり、６０〜７５ｗｔ％の範囲がより好ましい。球状シリカの含有割合をこの範囲にすることで、前記した線膨張率を制御しやすい他、低温、低圧、短時間でのダイアタッチ特性をも良好なものとすることができる。また、ダイシング時にブレード汚れやブレード磨耗を起こすこと無く長時間連続してダイシング可能なものとすることができる。球状シリカが５０ｗｔ％より少ない場合は、樹脂成分がブレードに融着して長時間連続したダイシングが出来ず、また球状シリカが８０ｗｔ％を超える場合は、バインダーとして働く樹脂成分の不足により硬くて脆い接着層となり、ダイシングの時に割れや欠けが発生するおそれがあり、熱圧着性能を著しく低下させる。本発明に用いられる球状のシリカは天然珪石を原料として高温下で溶射する方法、四塩化ケイ素を原料としたヒュームドシリカを溶融球状化する方法、金属シリコンを爆発燃焼する方法、アルコキシシランを原料とするゾルーゲル法から加熱溶融する方法で作られた溶融シリカ粉末が好ましいものとして挙げられる。球状シリカの平均粒径は、０．１〜３０μmのものを使用することが好ましいが、例えば平均粒径５μｍと平均粒径０．５μｍのように平均粒径の異なる複数の球状シリカを組み合わせてブロードな粒度分布にすることがより好ましい。
【００２４】
球状シリカが含有される接着剤の組成は、球状シリカの他にグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、エポキシ樹脂硬化剤、フェノキシ樹脂を必須成分とすることが好ましい。より好ましくは、球状シリカを除く成分の５０wt％以上、好ましくは８０wt％以上がこれらの必須成分であることがよい。また、グリシジルエーテル型エポキシ樹脂１００重量部に対し、エポキシ樹脂硬化剤１０〜５０重量部及びフェノキシ樹脂１０〜５０重量部の割合とすることが有利である。
【００２５】
グリシジルエーテル型エポキシ樹脂は、単独あるいは複数の混合物を使用することが可能である。使用できるグリシジルエーテル型エポキシ樹脂としては、分子量が２０００以下のものが好ましい。例としては、フェノールノボラックグリシジルエーテル型、オルソクレゾールノボラックグリシジルエーテル型、フルオレンビスフェノールグリシジルエーテル型、トリアジン型ナフトールグリシジルエーテル型、ナフタレンジオールグリシジルエーテル型、トリフェニルグリシジルエーテル型、テトラフェニルグリシジルエーテル型、ビスフェノールＡグルシジルエーテル型、ビスフェノールＦグルシジルエーテル型、ビスフェノールＡＤグルシジルエーテル型、ビスフェノールＳグルシジルエーテル型、トリメチロールメタングルシジルエーテル型等が挙げられる。これらの中でも、分子内に２個以上のグルシジルエーテル基を持つものが好ましい。
【００２６】
エポキシ樹脂硬化剤には、アミン類、酸無水物類、多価フェノール類等の公知の硬化剤を使用することができるが、所定の温度で硬化性を発揮し、しかも速硬化性を発揮する潜在性硬化剤が好ましい。潜在性硬化剤としては、ジシアンジアミド、イミダゾール類、ヒドラジド類、三弗化ホウ素−アミン錯体、アミンイミド、ポリアミン塩及びこれらの変性物、更にマイクロカプセル型のものが例示される。これらは、単独あるいは２種以上併用してもよい。潜在性硬化剤を使用することで室温での長期保存も可能な高い保存安定性の熱硬化性接着層を提供できる。
【００２７】
フェノキシ樹脂は、公知のフェノキシ樹脂を用いることができる。フェノキシ樹脂は、例えば、ビスフェノールＡのようなビスフェノールとエピクロロヒドリンとから得られる通常、分子量が１０,０００以上の熱可塑性樹脂である。このフェノキシ樹脂は、エポキシ樹脂と構造が類似していることから相溶性がよく、また、接着性もよいという特徴を示す。好ましいフェノキシ樹脂は、主骨格がビスフェノールＡ型のものであるが、その他にビスフェノールＡ／Ｆ混合型フェノキシ樹脂や臭素化フェノキシ樹脂等市販のフェノキシ樹脂が好ましいものとして挙げられる。
【００２８】
本発明の接着剤には上記した必須成分の他、本発明の接着剤層の特性を損なわない範囲で他の樹脂成分や添加剤等を含有させることができるが、球状シリカを除いた際の組成物の軟化点が６０〜９０℃の範囲にあることが好ましい。軟化点の範囲をこの範囲に制御することで、球状シリカを含有させフィルム状接着剤とした際のフィルム特性とダイシング特性を両立させることができる。
【００２９】
【実施例】
実施例１
エポキシ樹脂としてｏ−クレゾールノボラック型の固形エポキシ樹脂（Ｍｎ＝約１０００）６０部とビスフェノールＡ型の液状エポキシ樹脂（Ｍｗ＝約４００）４０部、更に主骨格がビスフェノールＡ型のフェノキシ樹脂（Ｍｗ＝約５０、０００）３０部を所定の比率で混ぜ、軟化点７０℃の樹脂混合物を得て、これを溶剤のメチルイソブチルケトンに加熱溶解させた。得られた樹脂ワニス中の固形分１３０部に対して球状シリカ（平均粒径６μｍ）を２６０部添加し、プラネタリーミキサーで３０分混練した。更に、潜在性硬化剤としてＨＸ−３７４２（旭チバ製）を２５部添加し、均一に攪拌した後、減圧脱泡し接着剤ワニスを得た。この接着剤ワニスを離型処理された５０μｍ厚のＰＥＴフィルム上に乾燥後１２０μｍの厚みになるように塗工し、１００℃、１０分乾燥することで接着剤シート（ＰＥＴフィルム付フィルム状接着剤）を作製した。
【００３０】
次に、表面にアルミ配線の施された３００μｍ厚の６インチサイズのシリコンウェハの裏面に上記接着剤シートをウェハ裏面と接着剤層とが接するようにＰＥＴフィルムと共に１００℃、０．２MPa・cm、２m/minの条件で加熱ラミネートして、接着剤層付きウェハを得た。
その後、ＰＥＴフィルムを剥がし、この接着剤層付きウェハにＵＶ硬化型ダイシングテープを型枠とともにラミネートし、そのままツインブレードタイプのダイシング装置で８．０×８．０mmのサイズにダイシングして、接着剤付き半導体素子とした。この接着剤付き半導体素子を、片側に回路加工されたポリイミド系インターポーザー基板に対して、ダイアタッチ装置により１５０℃、５００ｇ、０．５秒でダイアタッチした。樹脂封止は、トランスファーモールド装置により行なった。最終的にパッケージ裏面に０．５mm径のはんだボールを載せ、検討用のチップサイズパッケージとした。
【００３１】
比較例１〜２
球状シリカの配合量を、６５０部又は１３０部にした以外は、実施例１と全て同じ条件で行ない、検討用のチップサイズパッケージとした。
【００３２】
比較例３
接着剤シート厚みを６０μｍにした以外は、実施例１と全て同じ条件で行ない、検討用のチップサイズパッケージとした。
【００３３】
比較例４
実施例１と比較例１〜３では、予めシリコンウェハに接着剤シートを貼り合わせたが、比較例４では、接着剤シートを予めインターポーザー基板に貼り付けて、その接着剤シート上に半導体素子（チップ）をダイアタッチすることで、パッケージ製造方法の違いによる実施例１との特性の比較を行なった。
実施例１に記載した方法により厚さ１２０μｍの接着剤シートを作製し、これを８．５mm×８．５mmのサイズに切り出して、ほぼ半導体素子の大きさとし、これを１００℃、０．２MPa・cm、３secの条件でポリイミド系インターポーザー基板に加熱圧着し、その後、ＰＥＴフィルムを剥がし、この接着剤面に検討用の８．０×８．０mmのサイズのチップをダイアタッチ装置にて１５０℃、５００ｇ、２秒でダイアタッチし、その後は実施例記載の方法で検討用のチップサイズパッケージを作製した。
【００３４】
なお、実施例及び比較例において、特性の評価は以下の評価方法により行い、その結果を接着剤の配合組成と共に表１に記載した。
［連続ダイシング性評価］
接着層付きウェハを５００ラインダイシングし、ブレードに付着した樹脂を顕微鏡観察で評価した。また、ダイシング時に割れや欠けが発生しないかについては目視で評価した。
［ダイアタッチ性］
１５０℃、５００ｇの条件に固定し、圧着時間を変化させたときの圧着状態を顕微鏡で観察した。
【００３５】
［耐温度サイクル性］
各実施例、比較例で得られたチップサイズパッケージを厚さ１．６mmのＦＲ−４基板に実装し、−４０℃／１２５℃（保持時間３０分）の条件で温度サイクル試験を行い、故障発生開始サイクルで評価した。
【００３６】
［耐吸湿リフロー性：JEDEC；L-2a］
上記チップサイズパッケージを６０℃、６０％で１２０Ｈ吸湿し、ＩＲリフローを３回通した後に超音波探傷装置（ＳＡＴ）により観察することで、内部のクラック、剥離の確認を行なった。
【００３７】
【表１】
0004537555.tif 000002
【００３８】
表１に示すように、球状シリカが５０〜８０ｗｔ％の範囲内にあるときには、接着剤層の厚みに関わらず、優れた連続ダイシング性を示し、優れたダイアタッチ性を示した。また、接着剤層の厚みが１００μｍ以上の時には１０００サイクル以上の優れた耐温度サイクル性を示した。更に、比較例４より予め基板にフィルム状の熱硬化性接着剤を貼り付けるよりも、予めウェハにフィルム状の熱硬化性接着剤を貼り付ける方が優れた耐吸湿リフロー性を示すことも判った。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、単層の接着剤層をダイシング前のウェハに予め形成させ、その接着剤層中に適量の球状シリカを含有させることで、耐温度サイクル性や耐吸湿リフロー性等の信頼性とダイアタッチ特性や連続ダイシング特性等のような作業性（量産性）を両立させた半導体パッケージの製造が可能である。