半導体装置の製造方法
【課題】
チップの損傷及び反りを抑制し、優れた放熱性を有するフィリップチップ型の半導体装置を製造するための簡便かつ効果的な方法を提供すること。
【解決手段】
本発明による半導体装置の製造方法は、表面に回路が形成された半導体チップの裏面に硬化収縮性材料から構成される反り抑制層を設ける工程と、上記反り抑制層を有する半導体チップをフェースダウンで接着層を介して基板に実装する工程とを有することを特徴とする。
チップの損傷及び反りを抑制し、優れた放熱性を有するフィリップチップ型の半導体装置を製造するための簡便かつ効果的な方法を提供すること。
【解決手段】
本発明による半導体装置の製造方法は、表面に回路が形成された半導体チップの裏面に硬化収縮性材料から構成される反り抑制層を設ける工程と、上記反り抑制層を有する半導体チップをフェースダウンで接着層を介して基板に実装する工程とを有することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フェースダウン型の構造を有する半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から電子機器の分野では、機器の小型化及び軽量化が進められている。これに伴って、半導体装置の分野では、電子機器に搭載する半導体パッケージの小型化及び軽量化に向けて、基板に半導体素子を高密度実装する技術が要求されている。
【０００３】
高密度実装に関する代表的な技術として、現在、フリップチップ型の接続方法が広く適用されている。フリップチップ型の接続方法では、半導体チップの接続用電極と、基板の電極との間に、はんだ、異方導電性フィルム、異方導電性ペースト、ノンフローアンダーフィルフィルム、ノンフローアンダーフィルペースト等の材料を介在させて、両電極を接続する。このようなフリップチップ型の接続方法によれば、半導体パッケージの小型化及び軽量化を図ることができる。しかし、フリップチップ型の接続方法では、半導体素子がフェースダウンで基板に配置されるため、チップ破損等の不具合が発生しやすいという課題がある。
【０００４】
より具体的には、フリップチップ型の接続方法によれば、半導体素子の回路面が半導体の配線基板側に向けられ、パッケージの上部に半導体素子の裏面が露出する配置となる。そのため、パッケージ製造時又はパッケージ搬送時に、半導体チップの端部に欠けが発生しやすい。また、通常、チップの裏面には、製品を識別するためにロットナンバーやメーカー名等の識別情報が印字されている。そのような識別情報の印字は、例えば、印字のパターンが形成された部材をチップに押付けることによって実施されるため、外部からの圧力によってチップが破損しやすい傾向がある。さらに、フリップチップ型の接続方法では、半導体チップを基板に接続するための加熱処理の前後に、半導体チップの反りが発生しやすいという課題がある。半導体チップの反りが生じると、上記接続時に加熱圧着する治具と半導体チップとの接触不良によって加熱が不十分となり、基板との接続不良等の不具合が生じ易くなるため望ましくない。
【０００５】
そこで、フィリップチップ型の半導体装置におけるチップの欠け、及び反りといった不具合を改善する様々な技術が検討されている。例えば、半導体チップの欠けを防止する代表的な技術として、チップの裏面に樹脂をコーティングするか、又はチップを樹脂で封止する方法が知られている。例えば、特許文献１では、半導体チップの裏面に、均一性の高い保護膜を簡便に形成するための保護膜形成用シートを開示している。
【０００６】
フィリップチップ型の半導体装置の代表的な構造では、半導体チップで発生した熱は、半導体チップの裏面から周辺雰囲気中に放出される。放熱効率を向上させるために、チップの裏面には接着層を介してヒートシンク等の放熱部材が設けられることもある。しかし、半導体パッケージの小型化及び軽量化の観点からは、できるだけ小型及び軽量のヒートシンクを使用することが望ましい。そのため、フィリップチップ型の半導体装置の分野では、半導体チップの破損及び反りを抑制し、かつ半導体チップの裏面から効率良く熱を放出する技術が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−２８０３２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
半導体チップ裏面に保護フィルム又は樹脂層を設ける場合、ヒートシンクへの熱伝導性を高める観点から、それら層の厚さはできるだけ薄くすることが好ましい。しかし、それら層の厚さを薄くした場合、半導体チップ搭載時に、チップの破損及び反りを抑制する効果は低減することになり、熱伝導性の向上と破損及び反り抑制効果とを両立することは難しい。また、信頼性の高いフィリップチップ型の半導体装置を効率良く提供するためには、基板、ガラス、ＴＡＢテープ等の支持体に半導体チップを短時間で加熱圧着する必要がある。このような観点からも、加熱時に半導体チップが反らずに平滑な状態を維持できるようにする簡便な方法が望まれている。
【０００９】
したがって、本発明の目的は、チップの損傷及び反りが少なく、優れた放熱性を有するフィリップチップ型の半導体装置を提供することである。また、本発明の他の目的は、各種信頼性に優れたフィリップチップ型の半導体装置を製造するために好適に使用することができる、密着性に優れたフィルム部材を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、上述の状況に鑑みて、フェースダウンで搭載する半導体チップの裏面に設ける層について鋭意検討を行った結果、収縮性を示す材料からなる層（以下、反り抑制層と称す）をチップの裏面に設けることによって、所期の目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は以下に記載の事項に関する。
【００１１】
（１）表面に回路が形成された半導体チップの裏面に硬化収縮性材料から構成される反り抑制層を設ける工程と、上記反り抑制層を有する半導体チップをフェースダウンで接着層を介して基板に実装する工程とを有することを特徴とする、半導体装置の製造方法。
【００１２】
（２）上記硬化収縮性材料が、硬化後に２５℃において６ＧＰａ以上１２ＧＰａ以下の弾性率を有することを特徴とする、上記（１）に記載の半導体装置の製造方法。
【００１３】
（３）上記反り抑制層が、基材層と、上記基材層上に設けられた上記硬化収縮性材料から構成される樹脂層と、上記樹脂層上に設けられた保護フィルムとを有するフィルム部材を用いて形成されることを特徴とする、上記（１）又は（２）のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【００１４】
（４）上記硬化収縮性材料が、エポキシ樹脂を含有する熱硬化性樹脂組成物であることを特徴とする、上記（１）〜（３）のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、半導体チップ裏面に設けられる反り抑制層によって、半導体装置製造時の半導体チップの反りが抑制され、接着信頼性を高めることができる。また、本発明によれば、反り抑制層が半導体チップの保護層及び放熱促進層としても機能するため、チップの損傷が低減され、かつ熱伝導性に優れたフィリップチップ型の半導体装置を提供することができる。さらに本発明によれば、フィルム部材を使用して上記反り抑制層を形成することによって、各種信頼性に優れた半導体装置を効率良く製造することができる。本発明の一実施形態として、上記フィルム部材をダイシングテープとして使用することができ、半導体素子を製造する工程の簡略化を図ることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明による半導体装置の製造方法において、反り抑制層を作製するために使用できるフィルム部材の一実施態様を示す模式的断面図である。
【図２】本発明による半導体装置の製造方法の一実施形態を説明する工程図である。
【図３】本発明による半導体装置の製造方法の一実施形態を説明する工程図である。
【図４】本発明による半導体装置の一実施形態を示す模式的断面図である。
【図５】本発明による半導体装置の一実施形態を示す模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明についてより詳細に説明する。
１．半導体装置の製造方法
本発明による半導体装置の製造方法は、表面に回路が形成された半導体チップの裏面に硬化収縮性材料から構成される反り抑制層を設ける工程と、上記反り抑制層を有する半導体チップをフェースダウンで接着層を介して基板に実装する工程とを有することを特徴とする。通常、半導体チップをフェースダウンで基板に搭載する工程は、半導体チップと基板との間に樹脂組成物から構成される接着層を設け、それらを加熱下で圧着することによって実施される。このような搭載工程では、接着層とチップとは、それぞれ異なる熱膨張係数を有するため、上記加熱後に半導体チップの反りが発生し易くなる。しかし、本発明の製造方法によれば、半導体チップを基板に搭載する工程に先立ち、チップ裏面に硬化収縮性材料から構成される反り抑制層が設けられ、この反り抑制層が搭載時の加熱後に収縮することによって、半導体チップの反りを低減することになる。
【００１８】
半導体チップの反りを効果的に低減するためには、上記基板の表面に設ける接着層の熱収縮率と半導体チップの裏面に設ける反り抑制層の熱収縮率とがほぼ等しくなることが好ましい。特に限定するものではないが、半導体チップを基板に搭載するために使用される代表的な樹脂組成物を想定した場合、反り抑制層を構成する硬化収縮性材料は、熱硬化時に０．３〜５％、より好ましくは１〜３％の範囲の収縮率を有することが好ましい。上記範囲内の硬化収縮率を有する硬化収縮性材料を半導体チップの裏面に設けることによって、上記接着層の収縮とのバランスがとれ、半導体チップの反りを効果的に抑制することが可能となる。なお、硬化収縮率は、フィルムの硬化前後の寸法を測定するなど、当技術分野で周知の方法によって測定することができる。
【００１９】
上記反り抑制層は、半導体チップの裏面に設けられるため、半導体チップの端部の割れを抑制する保護層として機能させることもできる。半導体チップの破損を抑制する観点からは、上記反り抑制層は、適度な弾性率を有することが好ましい。弾性率が小さすぎると、反り抑制の効果は小さくなる。一方、弾性率が大きすぎると、クラックが発生しやすくなる傾向がある。本発明の一実施形態として、上記硬化収縮性材料は、その硬化後に、２５℃において０．１〜１２ＧＰａの弾性率、好ましくは６〜１２ＧＰａの弾性率を有することが望ましい。
【００２０】
また上記反り抑制層は、熱伝導性に優れることが好ましい。適切な熱伝導率を有する硬化収縮性材料を使用して上記反り抑制層を構成することによって、半導体チップの反りを抑制するとともに、半導体チップから発生した熱を効率良く外部に放出させることができる。本発明の一実施形態として、上記硬化収縮性材料は、好ましくは０．４〜１０W／ｍKの範囲、より好ましくは１〜１０W／ｍKの範囲の熱伝導率を有することが望ましい。
【００２１】
さらに、半導体チップの裏面にレーザーマーキングによって識別情報を印字する工程を想定した場合、上記反り抑制層は、レーザーマーキングによって優れた印字を形成する観点から、波長３００〜１１００ｎｍの領域の光線透過率が１０％以下であることが好ましい。
【００２２】
上記反り抑制層は、表面に回路が形成された半導体チップの裏面に上記硬化収縮性材料を塗布する方法、又は上記硬化収縮性材料から構成されるフィルムを設ける方法によって作製することができる。特に限定するものではないが、均一性の高い反り抑制層を簡便に作製できる点で、後者の方法がより好ましい。後者の方法では、図１に示すように、基材層１０と、上記基材層１０上に設けられた上記硬化収縮性材料から構成される樹脂層１２と、上記樹脂層１２上に設けられた保護フィルム１４とを有するフィルム部材１６を好適に使用することができる。
【００２３】
本発明による半導体装置の製造方法において、上記フィルム部材を使用して反り抑制層を作製する代表的な実施形態として、以下に示す（１）〜（３）の方法が挙げられる。
（１）先ず、フィルム部材の保護フィルムを剥離して、半導体ウェハなどの被着体に積層及び接着する。次に、残った基材層を剥離し、必要に応じて、加熱硬化などの工程を行い、樹脂層をフィルム化することによって、被着体上に反り抑制層を形成する。別法として、基材層の剥離は、加熱硬化などの工程によって樹脂層をフィルム化した後に実施してもよい。
【００２４】
（２）先ず、フィルム部材の基材層を剥離して、半導体ウェハなどの被着体に積層及び接着する。次に、残った保護フィルムを剥離し、必要に応じて、加熱硬化などの工程を行い、樹脂層をフィルム化することによって、被着体上に反り抑制層を形成する。別法として、保護フィルムの剥離は、加熱硬化などの工程によって樹脂層をフィルム化した後に実施してもよい。
【００２５】
（３）先ず、フィルム部材の基材層及び保護フィルムの両方を剥離して、樹脂層を半導体ウェハなどの被着体に積層及び接着する。さらに、必要に応じて、樹脂層の加熱硬化などの工程を行い、樹脂層を硬化しフィルム化することによって、被着体上にフィルムを形成する。
【００２６】
なお、本発明による半導体装置の製造方法では、上記（１）〜（３）のいずれかの方法に従って半導体ウェハの裏面に反り抑制層を形成した後に、必要に応じて、当技術分野で周知の方法に従ってダイシングなどの分割加工、及びレーザーマーキングなどの印字加工などを実施することもできる。なお、レーザーマーキングは、当技術分野で周知の技術を適用して実施することができ、レーザーの種類は特に限定されないが、通常、ＹＡＧレーザーを使用することが多い。そのため、上記樹脂層を構成する硬化性収縮材料中に、着色剤としてＹＡＧレーザーによって揮発し易いカーボンブラックを添加することが好ましい。以上説明した加工工程を含む本発明の実施形態について、以下、図面を参照しながらさらに詳細に説明する。
【００２７】
図２は、本発明による半導体装置の製造方法の一実施形態を説明する工程図である。以下、図２に沿って各工程を説明する。先ず、（ａ）フィルム部材１６の保護フィルム１４を剥離して（図１を参照）、樹脂層１２の面を半導体ウェハＡの回路がない面、すなわち裏面に積層及び接着する。次に、（ｂ）フィルム部材の基材層１０を剥離する。樹脂層１２の加熱硬化工程を経て反り抑制層１２ａを形成した後、（ｃ）反り抑制層１２ａと接するようにダイシングテープ２０をラミネートする。この際、樹脂層１２の加熱硬化は、通常１００〜２２０℃の間で行われる。また、ラミネートは、通常２０℃〜２００℃の間で行われるが、ウェハの反りが少ない点で、２０℃〜１３０℃が好ましい。
【００２８】
（ｄ）続いて、上述の貼着状態で、半導体ウェハＡにダイシング、洗浄、乾燥の工程が加えられる。図２では、ダイシングカッター２２を用いてウェハＡに切込みを設け、半導体素子Ａ１、Ａ２、Ａ３を得るダイシングの実施形態を例示している。さらに、必要に応じて、加熱及び放射線照射の少なくともいずれか一方を行い、ダイシングテープ２０と反り抑制層１２ａとの間の接着力を低下させてもよい。上記加熱条件及び放射線の照射条件は、ダイシングテープ２０と反り抑制層１２ａとの間の接着力が低下して、半導体素子Ａ１、Ａ２、Ａ３を傷つけることなくピックアップできるものであれば特に制限なく、従来公知の手法によって当業者によって適宜定められ得るものであってよい。例えば、照射する放射線は、１５０ｎｍ〜１０００μｍの波長域を持つ活性光線であり、紫外線、遠紫外線、近紫外線、可視光線、電子線、赤外線、近赤外線などであってよい。例えば、低圧水銀灯、中圧水銀灯、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、キセノンランプ、メタルハライドランプを使用して、０．０１〜１００００Ｊ／ｃｍ２の照射することができる。
【００２９】
（ｅ）その後、吸引コレット２４を用いて、半導体素子Ａ１、Ａ２、Ａ３をピックアップする。ピックアップすべき半導体素子Ａ１、Ａ２、Ａ３をダイシングテープ２０の下面から、図中仮想線で示されるように針扞２６により突き上げることもできる。以上の工程において、樹脂層１２を加熱硬化することによって反り抑制層１２ａを形成した後に、さらに反り抑制層１２ａに対してレーザーマーキングによる識別情報を印字する工程を行っても良い。
【００３０】
図３は、本発明による半導体装置の製造方法の別の実施形態を説明する工程図である。以下、図３に沿って各工程を説明する。先ず、（ａ）フィルム部材１６の基材層１０を剥離して（図１を参照）、樹脂層１２の面を半導体ウェハＡの回路のない面、すなわち裏面に積層する。ここで、保護フィルム１４として、樹脂層１２との接合面に粘着剤層（不図示）を有するプラスチックフィルムを使用することによって、ダイシングテープとして機能させることができる。
【００３１】
続いて、上述の貼着状態で（ｂ）半導体ウェハＡにダイシング、洗浄、乾燥の工程が加えられる。半導体ウェハＡは樹脂層１２を介して保護フィルム１４に充分に粘着保持されているので、上記各工程の間に半導体ウェハＡが脱落することはない。図３では、ダイシングカッター２２を用いてウェハＡに切込みを設け、半導体素子Ａ１、Ａ２、Ａ３を得るダイシングの実施形態を例示している。ダイシングした後、必要に応じて、加熱及び放射線照射の少なくともいずれか一方を行い、保護フィルム１４と反り抑制層１２ａとの間の接着力を低下させてもよい。上記加熱条件及び放射線の照射条件は、保護フィルム１４と反り抑制層１２ａとの間の接着力が低下して、半導体素子Ａ１、Ａ２、Ａ３を傷つけることなくピックアップできるものであれば特に制限はなく、従来公知の手法によって当業者によって適宜定められ得るものであってよい。例えば、図２に沿った説明で先に例示した放射線及び照射条件を適用することができる。
【００３２】
（ｃ）その後、吸引コレット２４を用いて、半導体素子Ａ１、Ａ２、Ａ３をピックアップする。この際、吸引コレット２４に換えて又は吸引コレット２４と併用するようにして、ピックアップすべき半導体素子Ａ１、Ａ２、Ａ３を保護フィルム１４の下面から、図中仮想線で示されるように針扞２６により突き上げることもできる。以上の工程において、さらに、樹脂層１２の加熱硬化工程を経て反り抑制層１２ａを形成した後に、反り抑制層１２ａに対してレーザーマーキングによる識別情報を印字する工程を実施してもよい。
【００３３】
以上の説明した実施形態によれば、表面に欠陥のないフィルムからなる反り抑制層によって裏面が保護された半導体チップを容易に得ることができる。また、硬化収縮性材料に着色剤を添加して得られるフィルムから反り抑制層を構成することによって、半導体チップの裏面に容易に認識できるレーザーマークを付与することができる。さらに、このようにして得られた反り抑制層を有する半導体素子を当技術分野で周知の技術に従い配線基板に実装することによって、破損及び反りの発生が抑制され、放熱性に優れたが半導体装置を提供することができる。
【００３４】
本発明の製造方法によって得られる半導体装置の一実施形態を図４に示す。図４に示した半導体装置では、表面３０ａに回路（不図示）が形成された半導体素子３０の裏面３０ｂに、硬化収縮性材料から構成される反り抑制層１２ａが設けられ、半導体チップ３０がフェースダウンで接着層３２を介して配線基板３４に実装されている。半導体チップ表面３０ａに形成された回路（不図示）と配線基板３４とは、導通部３６を介して電気的に接続している。本発明の製造方法によって得られる半導体装置の別の実施形態を図５に示す。図５に示した半導体装置では、図４に沿って先に説明した半導体装置の反り抑制層１２ａの上にさらに放熱部材４０を介して放熱フィン４２が設けられている。
【００３５】
２．フィルム部材
以下、本発明による半導体装置の製造方法において好適に使用できるフィルム部材について説明する。図１に示すように、フィルム部材１６は、基材層１０、樹脂層１２及び保護フィルム１４を必須とし、基材層１０、樹脂層１２及び保護フィルム１４が順次積層される範囲において、各層の上下に任意に追加の層を有していてもよい。本発明による半導体装置の製造方法において上記フィルム部材を使用した場合、上記基材層及び上記保護フィルムは剥離され、上記樹脂層は加熱処理等によって硬化され、反り抑制層を提供する。以下、フィルム部材を構成する必須の層について詳細に説明する。
【００３６】
（基材層）
本発明で使用するフィルム部材における基材層は、樹脂層を保持できるものであれば、特に制限されることなく、従来公知の材料から構成される基材であってよい。
【００３７】
基材層としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレンフィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリメチルペンテンフィルム、ポリイミドフィルムなどのプラスチックフィルム等が挙げられる。また、必要に応じてプライマー塗布、ＵＶ処理、コロナ放電処理、研磨処理、エッチング処理、離型処理等の表面処理を行っても良い。基材層の厚みは、５〜２５０μｍが好ましく、また、基材層は透明であることが好ましい。
【００３８】
上記フィルム部材の使用形態として、基材層を剥離する前に、樹脂層の加熱硬化を行う場合には、基材層として耐熱性のフィルムを用いることが好ましい。
【００３９】
（樹脂層）
本発明で使用するフィルム部材における樹脂層は、反り抑制層を構成するものとなるため、硬化収縮性材料を用いて作製する。硬化収縮性材料は、半導体装置の信頼性の面から熱硬化性成分及び高分子量成分を必須成分として含むことが好ましく、先に説明したように適切な熱膨張係数、弾性率、及び熱伝導性を有することが好ましい。硬化収縮性材料は、熱硬化性成分及び高分子量成分に加えて、必要に応じて、硬化促進剤、触媒、添加剤、カップリング剤等の他の成分を含んでもよい。また、半導体チップの裏面にレーザーマーキングによって識別情報を印字する場合には、上記硬化収縮性材料は、着色剤を含んでもよい。さらに、樹脂層は、取扱い性の観点から、適当なタック強度を有していることが好ましい。
【００４０】
本発明において、上記樹脂層を構成するために使用できる熱硬化性成分として、例えば、エポキシ樹脂、イソシアネート樹脂、フェノール樹脂、及びその硬化剤等が挙げられる。中でも、優れた耐熱性が得られる点で、エポキシ樹脂を使用することが好ましい。エポキシ樹脂は、硬化することによって接着作用を発現するものであれば特に限定されず、周知の各種エポキシ樹脂を使用することができる。例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂など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やクレゾールノボラック型エポキシ樹脂などのノボラック型エポキシ樹脂等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または脂環式エポキシ樹脂等を使用してもよい。
【００４１】
本発明において、上記樹脂層を構成するために使用できる高分子量成分として、例えば、ポリイミド系樹脂、（メタ）アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリフェニレンエーテル系樹脂、ポリエーテルイミド系樹脂、フェノキシ系樹脂、変性ポリフェニレンエーテル系樹脂等が挙げられる。しかし、これらに限定されるものではない。
【００４２】
上記樹脂層をレーザーマーキング可能とするためには、熱硬化性成分及び高分子量成分を含む硬化収縮性材料に着色剤を追加すればよい。着色剤としては、例えば、カーボンブラック、黒鉛、チタンカーボン、二酸化マンガン、フタロシアニン系等の顔料及び染料を用いることができる。着色剤としては、白色以外の着色剤を用いることが好ましく、黒色着色剤を用いることがさらに好ましい。着色剤は、樹脂に直接分散、混合することができる。別法として、予め樹脂及び溶剤等に着色剤を分散させた分散体を樹脂に加えても良い。樹脂層中の着色剤の含有量は、樹脂層を構成する全固形成分の重量を基準として、０．２〜１５重量％が好ましく、より好ましくは０．５〜５重量％である。着色剤の含有量が０．２重量％未満になると、樹脂層の着色が不十分となり、レーザーマーキング後の視認性が悪くなる傾向がある。一方、着色剤の含有量が１５重量％を超えると、イオン性不純物の増加、フィルム延性の低下または半導体素子との接着強度の低下等の問題が発生しやすい傾向がある。
【００４３】
本発明によるフィルム部材の樹脂層を構成する樹脂成分と着色剤は、樹脂層の波長３００〜１１００ｎｍの領域における光線透過率を１０％以下とするために、互いに微細な相分離構造を形成していることが好ましい。光線透過率は、樹脂成分に対する着色剤の分散状態を制御することによって調整することができる。本発明において樹脂層の光線透過率は５％以下であることがより好ましく、不透明であることがさらに好ましい。樹脂層の光線透過率が１０％を超えると、レーザーマーキングによる視認性の低下、また半導体ウェハを透過した光線によって半導体素子上の回路が損傷する等の不具合が生じる場合がある。なお、本発明において、樹脂層の光線透過率は、紫外線分光光度計及び可視光−近赤外線分光光度計によって測定された値である。光線透過率の測定は、透明な基材層の上に樹脂層を積層した状態で行っても、又は基材層と樹脂層とを剥離した状態で行ってもよい。
【００４４】
上記樹脂層は、樹脂の透過率低下と機械的強度の向上、レーザーマーキング性の向上を目的としてフィラーを含有してもよい。フィラーの添加によって、樹脂層の熱伝導率を適切に調整することも可能である。本発明において使用可能なフィラーとしては、例えば、結晶性シリカ、非晶性シリカ、酸化アルミニウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素等が挙げられる。フィラーとしては、白色フィラーを用いることが好ましい。また、フィラーを含有する場合には、フィラーの含有量は樹脂層全体の重量に対し、１〜９０重量％とすることが好ましく、特に、５〜７０重量％とすることが好ましい。フィラーの含有量が１重量％未満になると、レーザーマーキングと周囲とのコントラストが低下し、フィラーの含有量が９０重量％を超えると、樹脂層が脆く放熱促進フィルムの成形性が低下し、シリコンウェハとの接着強度の低下等の問題が発生する場合がある。
【００４５】
樹脂層における着色剤とフィラーとの割合は、特に限定されず、所望の透過率、機械的強度等の特性が達成できる範囲で適宜調整することができる。例えば、マーキングのかすれが生じた場合には、着色剤の含有量を増加させればよい。また、コントラストが不足している場合には、フィラーの含有量を増加させればよい。さらに、レーザーマーキング時にすすが出やすい場合には、着色剤の含有量を低下させればよい。
【００４６】
樹脂層の厚みは、特に制限はないが、５〜２５０μｍであることが好ましく、１０〜１００μｍであることがさらに好ましい。５μｍよりも薄くなると半導体素子の保護効果が乏しくなる傾向がある。また、２５０μｍよりも厚くなると経済的でなくなる上に、半導体装置の小型化の要求に応えることが困難となる。
【００４７】
特に限定するものではないが、本発明の一実施形態において、フィルム部材の樹脂層は、多官能エポキシ樹脂及び／又は２官能エポキシ樹脂を含むエポキシ樹脂、フェノールノボラック樹脂を含む硬化性樹脂組成物から構成されることが好ましい。エポキシ樹脂を含む硬化性樹脂組成物がより好ましい。このような硬化性樹脂組成物は、硬化後に適度に収縮するだけでなく、半導体製造において好ましい弾性率及び熱伝導率を有する。したがって、上記硬化性樹脂組成物から反り抑制層を構成することによって、半導体チップの反りを効果的に抑制するとともに、半導体チップの破損を効果的に抑制し、半導体チップから発生した熱を効率良く放出することができる。また、上記硬化性樹脂組成物はレーザーマーキングに適した透過率を有するため、半導体チップの裏面への印字として、反り抑制層に識別性に優れたレーザーマーキングを施すことができる。
【００４８】
（保護フィルム）
本発明による熱伝導促進フィルムの保護フィルムとしては、特に限定されず、各種プラスチック材料からなるフィルムを使用することができる。本発明において使用可能なフィルムとして、例えば、ポリテトラフルオロエチレンフィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリメチルペンテンフィルム、ポリイミドフィルム等が挙げられる。本発明では、必要に応じて、保護フィルムに、プライマー塗布、ＵＶ処理、コロナ放電処理、研磨処理、エッチング処理、離型処理等の表面処理を行っても良い。
【００４９】
（フィルム部材の製造方法）
本発明で使用するフィルム部材は、基材層上に、従来公知の手法に従って、樹脂層を積層し、さらに樹脂層上に保護フィルムを積層することによって形成することができる。樹脂層は、例えば、基材層上に直接、樹脂層組成物を塗布及び乾燥することによって設けることができる。樹脂層上に保護フィルムを積層する方法として、保護フィルムをラミネートする方法を挙げることができる。ラミネートの条件としては２０℃〜１４０℃、圧力０．０１〜１００ＭＰａであることが好ましい。ホットロールラミネータで積層する場合には、２０℃〜１４０℃、線圧０．１〜５００Ｎ／ｃｍで実施することが好ましい。
【実施例】
【００５０】
以下、本発明を実施例によってより詳細に説明する。しかし、本発明は、以下の実施例によって限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において広範に異なる実施形態を構成することができることは明白である。
【００５１】
（実施例１）
エポキシ樹脂としてビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（エポキシ当量１７５、東都化成株式会社製の商品名「ＹＤ−８１２５」）６０重量部、フェノールノボラック型のエポキシ樹脂（東都化成株式会社製の商品名「ＹＤＣＮ−７０３」）５重量部、硬化剤としてビスフェノールＡノボラック樹脂（大日本インキ製の商品名「ＬＦ−２８８２」）３５重量部、高熱伝導フィラーとして粒径０．７μｍのアルミナフィラー（株式会社アドマテックス製の商品名「アドマファインＡＯ−８０２」４００重量部及び溶剤としてシクロヘキサノン３０重量部を、ビーズミルによって混合し、混合物を得た。次いで、上記混合物に、エポキシ基含有アクリル系共重合体としてエポキシ基含有アクリルゴム（分子量１００万、帝国化学産業株式会社製の商品名「ＨＴＲ−８６０Ｐ−３」）２０重量部、硬化促進剤として１−シアノエチル−２−フェニルイミダゾール（四国化成工業株式会社製の商品名「キュアゾール２ＰＺ−ＣＮ」）０．５重量部、さらに溶剤としてシクロヘキサノン１７００重量部を加えて、攪拌混合することによって、ワニスを得た。
【００５２】
次に、得られたワニスを、離型剤付きの基材層（帝人（株）製の商品名「ピューレックスＡ３１」）上に塗布し、次いで１３０℃、１０分で乾燥することにより、乾燥後の厚みが１５μｍの樹脂層を得た。次に、樹脂層をシリコンウェハの裏面に８０℃でラミネートすることによって、シリコンウェハ上に樹脂層が積層された積層体を形成した。この積層体をダイシングし、１５ｍｍ四方の樹脂層付きチップを作製した。さらに得られた樹脂層付きチップを１７０℃で１時間にわたって加熱処理することによって、樹脂層を硬化させた。
【００５３】
（比較例１）
アルミナフィラー（株式会社アドマテックス製の商品名「アドマファインＡＯ−８０２」の配合量を１００重量部とした以外は全て実施例１と同様にしてワニスを調製した。次に、得られたワニスを用い、実施例１と同様にして、１５ｍｍ四方の樹脂層付きチップを作製し、樹脂層を硬化させた。
【００５４】
（比較例２）
シリコンウェハ上に接着層を形成しないことを除き、全て実施例１と同様にして、１５ｍｍ四方のチップを作製した。
【００５５】
＜各種評価＞
以下に示す方法に従って、実施例１、比較例１及び２で得た各々のチップの反り、耐熱性を評価した。結果を表１に示す。
（チップの反り）
反り抑制層を設けたチップにおける反り抑制層の表面の高さを測定し、チップ端部と中央部との高さの差を反りとした。
【００５６】
（耐リフロークラック性）
耐リフロークラック性の試験では、先の実施例１、比較例１及び２で得た１５ｍｍ四方のチップの表面に接着剤として日立化成工業（株）製のアニソルム（商品名）を設け、次いでＦＲ−４の基板にフリップチップ実装することによって作製したサンプルを使用した。各サンプルの表面が最高温度２６０℃で２０秒間保持されるように温度設定されたＩＲリフロー炉にサンプルを通し、その後、室温下で放置して冷却する工程を２回繰り返した。このような工程を経て得たサンプル１０個について、樹脂層のクラックを目視及び超音波顕微鏡によって観察し、以下の基準に従って評価した。
評価基準：
良好（○）：サンプル１０個の全てについてクラックの発生が確認できない。
不可（×）：サンプル１０個のうち１個以上でクラックの発生が確認された。
【００５７】
（耐温度サイクル性）
耐温度サイクル性の試験では、実施例１、比較例１及び２で得た１５ｍｍ四方のチップの表面に接着剤として日立化成工業（株）製のアニソルム（商品名）を設け、次いでＦＲ−４の基板にフリップチップ実装することによって作製したサンプルを使用した。上記サンプルを−５５℃の雰囲気下に３０分間放置し、その後１２５℃の雰囲気下に３０分放置する工程を１サイクルとし、このような一連の工程を１０００サイクル繰り返した。このような工程を経て得たサンプル１０個について、超音波顕微鏡を用いて樹脂層の剥離やクラック等の破壊の有無について観察し、以下の基準に従って評価した。
評価基準：
良好（○）：サンプル１０個の全てについてクラックの発生が確認できない。
不可（×）：サンプル１０個のうち１個以上でクラックの発生が確認された。
【００５８】
【表１】
【００５９】
以上の結果から、実施例１のように本発明の樹脂層を備えた半導体装置は、比較例１及び２と比較して、チップの反りが小さく、耐リフロークラック性及び耐温度サイクル性に優れることが分かる。また、本発明の半導体装置は、熱伝導率が高いため、チップで発生する熱を外部に容易に逃がすことでき、半導体装置の暴走などの故障を防止することができることが分かる。
【符号の説明】
【００６０】
１０：基材、１２：樹脂層、１２ａ：反り抑制層
１４：保護フィルム、１６：フィルム部材
２０：ダイシングテープ、２２：ダイシングカッター
２４：吸引コレット、２６：針扞
３０：半導体素子、３０ａ：表面、３０ｂ：裏面、
３２：接着層、３４：配線基板、３６：導通部
４０：放熱部材、４２：放熱フィン
Ａ：ウェハ、Ａ１，Ａ２，Ａ３：半導体素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フェースダウン型の構造を有する半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から電子機器の分野では、機器の小型化及び軽量化が進められている。これに伴って、半導体装置の分野では、電子機器に搭載する半導体パッケージの小型化及び軽量化に向けて、基板に半導体素子を高密度実装する技術が要求されている。
【０００３】
高密度実装に関する代表的な技術として、現在、フリップチップ型の接続方法が広く適用されている。フリップチップ型の接続方法では、半導体チップの接続用電極と、基板の電極との間に、はんだ、異方導電性フィルム、異方導電性ペースト、ノンフローアンダーフィルフィルム、ノンフローアンダーフィルペースト等の材料を介在させて、両電極を接続する。このようなフリップチップ型の接続方法によれば、半導体パッケージの小型化及び軽量化を図ることができる。しかし、フリップチップ型の接続方法では、半導体素子がフェースダウンで基板に配置されるため、チップ破損等の不具合が発生しやすいという課題がある。
【０００４】
より具体的には、フリップチップ型の接続方法によれば、半導体素子の回路面が半導体の配線基板側に向けられ、パッケージの上部に半導体素子の裏面が露出する配置となる。そのため、パッケージ製造時又はパッケージ搬送時に、半導体チップの端部に欠けが発生しやすい。また、通常、チップの裏面には、製品を識別するためにロットナンバーやメーカー名等の識別情報が印字されている。そのような識別情報の印字は、例えば、印字のパターンが形成された部材をチップに押付けることによって実施されるため、外部からの圧力によってチップが破損しやすい傾向がある。さらに、フリップチップ型の接続方法では、半導体チップを基板に接続するための加熱処理の前後に、半導体チップの反りが発生しやすいという課題がある。半導体チップの反りが生じると、上記接続時に加熱圧着する治具と半導体チップとの接触不良によって加熱が不十分となり、基板との接続不良等の不具合が生じ易くなるため望ましくない。
【０００５】
そこで、フィリップチップ型の半導体装置におけるチップの欠け、及び反りといった不具合を改善する様々な技術が検討されている。例えば、半導体チップの欠けを防止する代表的な技術として、チップの裏面に樹脂をコーティングするか、又はチップを樹脂で封止する方法が知られている。例えば、特許文献１では、半導体チップの裏面に、均一性の高い保護膜を簡便に形成するための保護膜形成用シートを開示している。
【０００６】
フィリップチップ型の半導体装置の代表的な構造では、半導体チップで発生した熱は、半導体チップの裏面から周辺雰囲気中に放出される。放熱効率を向上させるために、チップの裏面には接着層を介してヒートシンク等の放熱部材が設けられることもある。しかし、半導体パッケージの小型化及び軽量化の観点からは、できるだけ小型及び軽量のヒートシンクを使用することが望ましい。そのため、フィリップチップ型の半導体装置の分野では、半導体チップの破損及び反りを抑制し、かつ半導体チップの裏面から効率良く熱を放出する技術が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−２８０３２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
半導体チップ裏面に保護フィルム又は樹脂層を設ける場合、ヒートシンクへの熱伝導性を高める観点から、それら層の厚さはできるだけ薄くすることが好ましい。しかし、それら層の厚さを薄くした場合、半導体チップ搭載時に、チップの破損及び反りを抑制する効果は低減することになり、熱伝導性の向上と破損及び反り抑制効果とを両立することは難しい。また、信頼性の高いフィリップチップ型の半導体装置を効率良く提供するためには、基板、ガラス、ＴＡＢテープ等の支持体に半導体チップを短時間で加熱圧着する必要がある。このような観点からも、加熱時に半導体チップが反らずに平滑な状態を維持できるようにする簡便な方法が望まれている。
【０００９】
したがって、本発明の目的は、チップの損傷及び反りが少なく、優れた放熱性を有するフィリップチップ型の半導体装置を提供することである。また、本発明の他の目的は、各種信頼性に優れたフィリップチップ型の半導体装置を製造するために好適に使用することができる、密着性に優れたフィルム部材を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、上述の状況に鑑みて、フェースダウンで搭載する半導体チップの裏面に設ける層について鋭意検討を行った結果、収縮性を示す材料からなる層（以下、反り抑制層と称す）をチップの裏面に設けることによって、所期の目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は以下に記載の事項に関する。
【００１１】
（１）表面に回路が形成された半導体チップの裏面に硬化収縮性材料から構成される反り抑制層を設ける工程と、上記反り抑制層を有する半導体チップをフェースダウンで接着層を介して基板に実装する工程とを有することを特徴とする、半導体装置の製造方法。
【００１２】
（２）上記硬化収縮性材料が、硬化後に２５℃において６ＧＰａ以上１２ＧＰａ以下の弾性率を有することを特徴とする、上記（１）に記載の半導体装置の製造方法。
【００１３】
（３）上記反り抑制層が、基材層と、上記基材層上に設けられた上記硬化収縮性材料から構成される樹脂層と、上記樹脂層上に設けられた保護フィルムとを有するフィルム部材を用いて形成されることを特徴とする、上記（１）又は（２）のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【００１４】
（４）上記硬化収縮性材料が、エポキシ樹脂を含有する熱硬化性樹脂組成物であることを特徴とする、上記（１）〜（３）のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、半導体チップ裏面に設けられる反り抑制層によって、半導体装置製造時の半導体チップの反りが抑制され、接着信頼性を高めることができる。また、本発明によれば、反り抑制層が半導体チップの保護層及び放熱促進層としても機能するため、チップの損傷が低減され、かつ熱伝導性に優れたフィリップチップ型の半導体装置を提供することができる。さらに本発明によれば、フィルム部材を使用して上記反り抑制層を形成することによって、各種信頼性に優れた半導体装置を効率良く製造することができる。本発明の一実施形態として、上記フィルム部材をダイシングテープとして使用することができ、半導体素子を製造する工程の簡略化を図ることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明による半導体装置の製造方法において、反り抑制層を作製するために使用できるフィルム部材の一実施態様を示す模式的断面図である。
【図２】本発明による半導体装置の製造方法の一実施形態を説明する工程図である。
【図３】本発明による半導体装置の製造方法の一実施形態を説明する工程図である。
【図４】本発明による半導体装置の一実施形態を示す模式的断面図である。
【図５】本発明による半導体装置の一実施形態を示す模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明についてより詳細に説明する。
１．半導体装置の製造方法
本発明による半導体装置の製造方法は、表面に回路が形成された半導体チップの裏面に硬化収縮性材料から構成される反り抑制層を設ける工程と、上記反り抑制層を有する半導体チップをフェースダウンで接着層を介して基板に実装する工程とを有することを特徴とする。通常、半導体チップをフェースダウンで基板に搭載する工程は、半導体チップと基板との間に樹脂組成物から構成される接着層を設け、それらを加熱下で圧着することによって実施される。このような搭載工程では、接着層とチップとは、それぞれ異なる熱膨張係数を有するため、上記加熱後に半導体チップの反りが発生し易くなる。しかし、本発明の製造方法によれば、半導体チップを基板に搭載する工程に先立ち、チップ裏面に硬化収縮性材料から構成される反り抑制層が設けられ、この反り抑制層が搭載時の加熱後に収縮することによって、半導体チップの反りを低減することになる。
【００１８】
半導体チップの反りを効果的に低減するためには、上記基板の表面に設ける接着層の熱収縮率と半導体チップの裏面に設ける反り抑制層の熱収縮率とがほぼ等しくなることが好ましい。特に限定するものではないが、半導体チップを基板に搭載するために使用される代表的な樹脂組成物を想定した場合、反り抑制層を構成する硬化収縮性材料は、熱硬化時に０．３〜５％、より好ましくは１〜３％の範囲の収縮率を有することが好ましい。上記範囲内の硬化収縮率を有する硬化収縮性材料を半導体チップの裏面に設けることによって、上記接着層の収縮とのバランスがとれ、半導体チップの反りを効果的に抑制することが可能となる。なお、硬化収縮率は、フィルムの硬化前後の寸法を測定するなど、当技術分野で周知の方法によって測定することができる。
【００１９】
上記反り抑制層は、半導体チップの裏面に設けられるため、半導体チップの端部の割れを抑制する保護層として機能させることもできる。半導体チップの破損を抑制する観点からは、上記反り抑制層は、適度な弾性率を有することが好ましい。弾性率が小さすぎると、反り抑制の効果は小さくなる。一方、弾性率が大きすぎると、クラックが発生しやすくなる傾向がある。本発明の一実施形態として、上記硬化収縮性材料は、その硬化後に、２５℃において０．１〜１２ＧＰａの弾性率、好ましくは６〜１２ＧＰａの弾性率を有することが望ましい。
【００２０】
また上記反り抑制層は、熱伝導性に優れることが好ましい。適切な熱伝導率を有する硬化収縮性材料を使用して上記反り抑制層を構成することによって、半導体チップの反りを抑制するとともに、半導体チップから発生した熱を効率良く外部に放出させることができる。本発明の一実施形態として、上記硬化収縮性材料は、好ましくは０．４〜１０W／ｍKの範囲、より好ましくは１〜１０W／ｍKの範囲の熱伝導率を有することが望ましい。
【００２１】
さらに、半導体チップの裏面にレーザーマーキングによって識別情報を印字する工程を想定した場合、上記反り抑制層は、レーザーマーキングによって優れた印字を形成する観点から、波長３００〜１１００ｎｍの領域の光線透過率が１０％以下であることが好ましい。
【００２２】
上記反り抑制層は、表面に回路が形成された半導体チップの裏面に上記硬化収縮性材料を塗布する方法、又は上記硬化収縮性材料から構成されるフィルムを設ける方法によって作製することができる。特に限定するものではないが、均一性の高い反り抑制層を簡便に作製できる点で、後者の方法がより好ましい。後者の方法では、図１に示すように、基材層１０と、上記基材層１０上に設けられた上記硬化収縮性材料から構成される樹脂層１２と、上記樹脂層１２上に設けられた保護フィルム１４とを有するフィルム部材１６を好適に使用することができる。
【００２３】
本発明による半導体装置の製造方法において、上記フィルム部材を使用して反り抑制層を作製する代表的な実施形態として、以下に示す（１）〜（３）の方法が挙げられる。
（１）先ず、フィルム部材の保護フィルムを剥離して、半導体ウェハなどの被着体に積層及び接着する。次に、残った基材層を剥離し、必要に応じて、加熱硬化などの工程を行い、樹脂層をフィルム化することによって、被着体上に反り抑制層を形成する。別法として、基材層の剥離は、加熱硬化などの工程によって樹脂層をフィルム化した後に実施してもよい。
【００２４】
（２）先ず、フィルム部材の基材層を剥離して、半導体ウェハなどの被着体に積層及び接着する。次に、残った保護フィルムを剥離し、必要に応じて、加熱硬化などの工程を行い、樹脂層をフィルム化することによって、被着体上に反り抑制層を形成する。別法として、保護フィルムの剥離は、加熱硬化などの工程によって樹脂層をフィルム化した後に実施してもよい。
【００２５】
（３）先ず、フィルム部材の基材層及び保護フィルムの両方を剥離して、樹脂層を半導体ウェハなどの被着体に積層及び接着する。さらに、必要に応じて、樹脂層の加熱硬化などの工程を行い、樹脂層を硬化しフィルム化することによって、被着体上にフィルムを形成する。
【００２６】
なお、本発明による半導体装置の製造方法では、上記（１）〜（３）のいずれかの方法に従って半導体ウェハの裏面に反り抑制層を形成した後に、必要に応じて、当技術分野で周知の方法に従ってダイシングなどの分割加工、及びレーザーマーキングなどの印字加工などを実施することもできる。なお、レーザーマーキングは、当技術分野で周知の技術を適用して実施することができ、レーザーの種類は特に限定されないが、通常、ＹＡＧレーザーを使用することが多い。そのため、上記樹脂層を構成する硬化性収縮材料中に、着色剤としてＹＡＧレーザーによって揮発し易いカーボンブラックを添加することが好ましい。以上説明した加工工程を含む本発明の実施形態について、以下、図面を参照しながらさらに詳細に説明する。
【００２７】
図２は、本発明による半導体装置の製造方法の一実施形態を説明する工程図である。以下、図２に沿って各工程を説明する。先ず、（ａ）フィルム部材１６の保護フィルム１４を剥離して（図１を参照）、樹脂層１２の面を半導体ウェハＡの回路がない面、すなわち裏面に積層及び接着する。次に、（ｂ）フィルム部材の基材層１０を剥離する。樹脂層１２の加熱硬化工程を経て反り抑制層１２ａを形成した後、（ｃ）反り抑制層１２ａと接するようにダイシングテープ２０をラミネートする。この際、樹脂層１２の加熱硬化は、通常１００〜２２０℃の間で行われる。また、ラミネートは、通常２０℃〜２００℃の間で行われるが、ウェハの反りが少ない点で、２０℃〜１３０℃が好ましい。
【００２８】
（ｄ）続いて、上述の貼着状態で、半導体ウェハＡにダイシング、洗浄、乾燥の工程が加えられる。図２では、ダイシングカッター２２を用いてウェハＡに切込みを設け、半導体素子Ａ１、Ａ２、Ａ３を得るダイシングの実施形態を例示している。さらに、必要に応じて、加熱及び放射線照射の少なくともいずれか一方を行い、ダイシングテープ２０と反り抑制層１２ａとの間の接着力を低下させてもよい。上記加熱条件及び放射線の照射条件は、ダイシングテープ２０と反り抑制層１２ａとの間の接着力が低下して、半導体素子Ａ１、Ａ２、Ａ３を傷つけることなくピックアップできるものであれば特に制限なく、従来公知の手法によって当業者によって適宜定められ得るものであってよい。例えば、照射する放射線は、１５０ｎｍ〜１０００μｍの波長域を持つ活性光線であり、紫外線、遠紫外線、近紫外線、可視光線、電子線、赤外線、近赤外線などであってよい。例えば、低圧水銀灯、中圧水銀灯、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、キセノンランプ、メタルハライドランプを使用して、０．０１〜１００００Ｊ／ｃｍ２の照射することができる。
【００２９】
（ｅ）その後、吸引コレット２４を用いて、半導体素子Ａ１、Ａ２、Ａ３をピックアップする。ピックアップすべき半導体素子Ａ１、Ａ２、Ａ３をダイシングテープ２０の下面から、図中仮想線で示されるように針扞２６により突き上げることもできる。以上の工程において、樹脂層１２を加熱硬化することによって反り抑制層１２ａを形成した後に、さらに反り抑制層１２ａに対してレーザーマーキングによる識別情報を印字する工程を行っても良い。
【００３０】
図３は、本発明による半導体装置の製造方法の別の実施形態を説明する工程図である。以下、図３に沿って各工程を説明する。先ず、（ａ）フィルム部材１６の基材層１０を剥離して（図１を参照）、樹脂層１２の面を半導体ウェハＡの回路のない面、すなわち裏面に積層する。ここで、保護フィルム１４として、樹脂層１２との接合面に粘着剤層（不図示）を有するプラスチックフィルムを使用することによって、ダイシングテープとして機能させることができる。
【００３１】
続いて、上述の貼着状態で（ｂ）半導体ウェハＡにダイシング、洗浄、乾燥の工程が加えられる。半導体ウェハＡは樹脂層１２を介して保護フィルム１４に充分に粘着保持されているので、上記各工程の間に半導体ウェハＡが脱落することはない。図３では、ダイシングカッター２２を用いてウェハＡに切込みを設け、半導体素子Ａ１、Ａ２、Ａ３を得るダイシングの実施形態を例示している。ダイシングした後、必要に応じて、加熱及び放射線照射の少なくともいずれか一方を行い、保護フィルム１４と反り抑制層１２ａとの間の接着力を低下させてもよい。上記加熱条件及び放射線の照射条件は、保護フィルム１４と反り抑制層１２ａとの間の接着力が低下して、半導体素子Ａ１、Ａ２、Ａ３を傷つけることなくピックアップできるものであれば特に制限はなく、従来公知の手法によって当業者によって適宜定められ得るものであってよい。例えば、図２に沿った説明で先に例示した放射線及び照射条件を適用することができる。
【００３２】
（ｃ）その後、吸引コレット２４を用いて、半導体素子Ａ１、Ａ２、Ａ３をピックアップする。この際、吸引コレット２４に換えて又は吸引コレット２４と併用するようにして、ピックアップすべき半導体素子Ａ１、Ａ２、Ａ３を保護フィルム１４の下面から、図中仮想線で示されるように針扞２６により突き上げることもできる。以上の工程において、さらに、樹脂層１２の加熱硬化工程を経て反り抑制層１２ａを形成した後に、反り抑制層１２ａに対してレーザーマーキングによる識別情報を印字する工程を実施してもよい。
【００３３】
以上の説明した実施形態によれば、表面に欠陥のないフィルムからなる反り抑制層によって裏面が保護された半導体チップを容易に得ることができる。また、硬化収縮性材料に着色剤を添加して得られるフィルムから反り抑制層を構成することによって、半導体チップの裏面に容易に認識できるレーザーマークを付与することができる。さらに、このようにして得られた反り抑制層を有する半導体素子を当技術分野で周知の技術に従い配線基板に実装することによって、破損及び反りの発生が抑制され、放熱性に優れたが半導体装置を提供することができる。
【００３４】
本発明の製造方法によって得られる半導体装置の一実施形態を図４に示す。図４に示した半導体装置では、表面３０ａに回路（不図示）が形成された半導体素子３０の裏面３０ｂに、硬化収縮性材料から構成される反り抑制層１２ａが設けられ、半導体チップ３０がフェースダウンで接着層３２を介して配線基板３４に実装されている。半導体チップ表面３０ａに形成された回路（不図示）と配線基板３４とは、導通部３６を介して電気的に接続している。本発明の製造方法によって得られる半導体装置の別の実施形態を図５に示す。図５に示した半導体装置では、図４に沿って先に説明した半導体装置の反り抑制層１２ａの上にさらに放熱部材４０を介して放熱フィン４２が設けられている。
【００３５】
２．フィルム部材
以下、本発明による半導体装置の製造方法において好適に使用できるフィルム部材について説明する。図１に示すように、フィルム部材１６は、基材層１０、樹脂層１２及び保護フィルム１４を必須とし、基材層１０、樹脂層１２及び保護フィルム１４が順次積層される範囲において、各層の上下に任意に追加の層を有していてもよい。本発明による半導体装置の製造方法において上記フィルム部材を使用した場合、上記基材層及び上記保護フィルムは剥離され、上記樹脂層は加熱処理等によって硬化され、反り抑制層を提供する。以下、フィルム部材を構成する必須の層について詳細に説明する。
【００３６】
（基材層）
本発明で使用するフィルム部材における基材層は、樹脂層を保持できるものであれば、特に制限されることなく、従来公知の材料から構成される基材であってよい。
【００３７】
基材層としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレンフィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリメチルペンテンフィルム、ポリイミドフィルムなどのプラスチックフィルム等が挙げられる。また、必要に応じてプライマー塗布、ＵＶ処理、コロナ放電処理、研磨処理、エッチング処理、離型処理等の表面処理を行っても良い。基材層の厚みは、５〜２５０μｍが好ましく、また、基材層は透明であることが好ましい。
【００３８】
上記フィルム部材の使用形態として、基材層を剥離する前に、樹脂層の加熱硬化を行う場合には、基材層として耐熱性のフィルムを用いることが好ましい。
【００３９】
（樹脂層）
本発明で使用するフィルム部材における樹脂層は、反り抑制層を構成するものとなるため、硬化収縮性材料を用いて作製する。硬化収縮性材料は、半導体装置の信頼性の面から熱硬化性成分及び高分子量成分を必須成分として含むことが好ましく、先に説明したように適切な熱膨張係数、弾性率、及び熱伝導性を有することが好ましい。硬化収縮性材料は、熱硬化性成分及び高分子量成分に加えて、必要に応じて、硬化促進剤、触媒、添加剤、カップリング剤等の他の成分を含んでもよい。また、半導体チップの裏面にレーザーマーキングによって識別情報を印字する場合には、上記硬化収縮性材料は、着色剤を含んでもよい。さらに、樹脂層は、取扱い性の観点から、適当なタック強度を有していることが好ましい。
【００４０】
本発明において、上記樹脂層を構成するために使用できる熱硬化性成分として、例えば、エポキシ樹脂、イソシアネート樹脂、フェノール樹脂、及びその硬化剤等が挙げられる。中でも、優れた耐熱性が得られる点で、エポキシ樹脂を使用することが好ましい。エポキシ樹脂は、硬化することによって接着作用を発現するものであれば特に限定されず、周知の各種エポキシ樹脂を使用することができる。例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂など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やクレゾールノボラック型エポキシ樹脂などのノボラック型エポキシ樹脂等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または脂環式エポキシ樹脂等を使用してもよい。
【００４１】
本発明において、上記樹脂層を構成するために使用できる高分子量成分として、例えば、ポリイミド系樹脂、（メタ）アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリフェニレンエーテル系樹脂、ポリエーテルイミド系樹脂、フェノキシ系樹脂、変性ポリフェニレンエーテル系樹脂等が挙げられる。しかし、これらに限定されるものではない。
【００４２】
上記樹脂層をレーザーマーキング可能とするためには、熱硬化性成分及び高分子量成分を含む硬化収縮性材料に着色剤を追加すればよい。着色剤としては、例えば、カーボンブラック、黒鉛、チタンカーボン、二酸化マンガン、フタロシアニン系等の顔料及び染料を用いることができる。着色剤としては、白色以外の着色剤を用いることが好ましく、黒色着色剤を用いることがさらに好ましい。着色剤は、樹脂に直接分散、混合することができる。別法として、予め樹脂及び溶剤等に着色剤を分散させた分散体を樹脂に加えても良い。樹脂層中の着色剤の含有量は、樹脂層を構成する全固形成分の重量を基準として、０．２〜１５重量％が好ましく、より好ましくは０．５〜５重量％である。着色剤の含有量が０．２重量％未満になると、樹脂層の着色が不十分となり、レーザーマーキング後の視認性が悪くなる傾向がある。一方、着色剤の含有量が１５重量％を超えると、イオン性不純物の増加、フィルム延性の低下または半導体素子との接着強度の低下等の問題が発生しやすい傾向がある。
【００４３】
本発明によるフィルム部材の樹脂層を構成する樹脂成分と着色剤は、樹脂層の波長３００〜１１００ｎｍの領域における光線透過率を１０％以下とするために、互いに微細な相分離構造を形成していることが好ましい。光線透過率は、樹脂成分に対する着色剤の分散状態を制御することによって調整することができる。本発明において樹脂層の光線透過率は５％以下であることがより好ましく、不透明であることがさらに好ましい。樹脂層の光線透過率が１０％を超えると、レーザーマーキングによる視認性の低下、また半導体ウェハを透過した光線によって半導体素子上の回路が損傷する等の不具合が生じる場合がある。なお、本発明において、樹脂層の光線透過率は、紫外線分光光度計及び可視光−近赤外線分光光度計によって測定された値である。光線透過率の測定は、透明な基材層の上に樹脂層を積層した状態で行っても、又は基材層と樹脂層とを剥離した状態で行ってもよい。
【００４４】
上記樹脂層は、樹脂の透過率低下と機械的強度の向上、レーザーマーキング性の向上を目的としてフィラーを含有してもよい。フィラーの添加によって、樹脂層の熱伝導率を適切に調整することも可能である。本発明において使用可能なフィラーとしては、例えば、結晶性シリカ、非晶性シリカ、酸化アルミニウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素等が挙げられる。フィラーとしては、白色フィラーを用いることが好ましい。また、フィラーを含有する場合には、フィラーの含有量は樹脂層全体の重量に対し、１〜９０重量％とすることが好ましく、特に、５〜７０重量％とすることが好ましい。フィラーの含有量が１重量％未満になると、レーザーマーキングと周囲とのコントラストが低下し、フィラーの含有量が９０重量％を超えると、樹脂層が脆く放熱促進フィルムの成形性が低下し、シリコンウェハとの接着強度の低下等の問題が発生する場合がある。
【００４５】
樹脂層における着色剤とフィラーとの割合は、特に限定されず、所望の透過率、機械的強度等の特性が達成できる範囲で適宜調整することができる。例えば、マーキングのかすれが生じた場合には、着色剤の含有量を増加させればよい。また、コントラストが不足している場合には、フィラーの含有量を増加させればよい。さらに、レーザーマーキング時にすすが出やすい場合には、着色剤の含有量を低下させればよい。
【００４６】
樹脂層の厚みは、特に制限はないが、５〜２５０μｍであることが好ましく、１０〜１００μｍであることがさらに好ましい。５μｍよりも薄くなると半導体素子の保護効果が乏しくなる傾向がある。また、２５０μｍよりも厚くなると経済的でなくなる上に、半導体装置の小型化の要求に応えることが困難となる。
【００４７】
特に限定するものではないが、本発明の一実施形態において、フィルム部材の樹脂層は、多官能エポキシ樹脂及び／又は２官能エポキシ樹脂を含むエポキシ樹脂、フェノールノボラック樹脂を含む硬化性樹脂組成物から構成されることが好ましい。エポキシ樹脂を含む硬化性樹脂組成物がより好ましい。このような硬化性樹脂組成物は、硬化後に適度に収縮するだけでなく、半導体製造において好ましい弾性率及び熱伝導率を有する。したがって、上記硬化性樹脂組成物から反り抑制層を構成することによって、半導体チップの反りを効果的に抑制するとともに、半導体チップの破損を効果的に抑制し、半導体チップから発生した熱を効率良く放出することができる。また、上記硬化性樹脂組成物はレーザーマーキングに適した透過率を有するため、半導体チップの裏面への印字として、反り抑制層に識別性に優れたレーザーマーキングを施すことができる。
【００４８】
（保護フィルム）
本発明による熱伝導促進フィルムの保護フィルムとしては、特に限定されず、各種プラスチック材料からなるフィルムを使用することができる。本発明において使用可能なフィルムとして、例えば、ポリテトラフルオロエチレンフィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリメチルペンテンフィルム、ポリイミドフィルム等が挙げられる。本発明では、必要に応じて、保護フィルムに、プライマー塗布、ＵＶ処理、コロナ放電処理、研磨処理、エッチング処理、離型処理等の表面処理を行っても良い。
【００４９】
（フィルム部材の製造方法）
本発明で使用するフィルム部材は、基材層上に、従来公知の手法に従って、樹脂層を積層し、さらに樹脂層上に保護フィルムを積層することによって形成することができる。樹脂層は、例えば、基材層上に直接、樹脂層組成物を塗布及び乾燥することによって設けることができる。樹脂層上に保護フィルムを積層する方法として、保護フィルムをラミネートする方法を挙げることができる。ラミネートの条件としては２０℃〜１４０℃、圧力０．０１〜１００ＭＰａであることが好ましい。ホットロールラミネータで積層する場合には、２０℃〜１４０℃、線圧０．１〜５００Ｎ／ｃｍで実施することが好ましい。
【実施例】
【００５０】
以下、本発明を実施例によってより詳細に説明する。しかし、本発明は、以下の実施例によって限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において広範に異なる実施形態を構成することができることは明白である。
【００５１】
（実施例１）
エポキシ樹脂としてビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（エポキシ当量１７５、東都化成株式会社製の商品名「ＹＤ−８１２５」）６０重量部、フェノールノボラック型のエポキシ樹脂（東都化成株式会社製の商品名「ＹＤＣＮ−７０３」）５重量部、硬化剤としてビスフェノールＡノボラック樹脂（大日本インキ製の商品名「ＬＦ−２８８２」）３５重量部、高熱伝導フィラーとして粒径０．７μｍのアルミナフィラー（株式会社アドマテックス製の商品名「アドマファインＡＯ−８０２」４００重量部及び溶剤としてシクロヘキサノン３０重量部を、ビーズミルによって混合し、混合物を得た。次いで、上記混合物に、エポキシ基含有アクリル系共重合体としてエポキシ基含有アクリルゴム（分子量１００万、帝国化学産業株式会社製の商品名「ＨＴＲ−８６０Ｐ−３」）２０重量部、硬化促進剤として１−シアノエチル−２−フェニルイミダゾール（四国化成工業株式会社製の商品名「キュアゾール２ＰＺ−ＣＮ」）０．５重量部、さらに溶剤としてシクロヘキサノン１７００重量部を加えて、攪拌混合することによって、ワニスを得た。
【００５２】
次に、得られたワニスを、離型剤付きの基材層（帝人（株）製の商品名「ピューレックスＡ３１」）上に塗布し、次いで１３０℃、１０分で乾燥することにより、乾燥後の厚みが１５μｍの樹脂層を得た。次に、樹脂層をシリコンウェハの裏面に８０℃でラミネートすることによって、シリコンウェハ上に樹脂層が積層された積層体を形成した。この積層体をダイシングし、１５ｍｍ四方の樹脂層付きチップを作製した。さらに得られた樹脂層付きチップを１７０℃で１時間にわたって加熱処理することによって、樹脂層を硬化させた。
【００５３】
（比較例１）
アルミナフィラー（株式会社アドマテックス製の商品名「アドマファインＡＯ−８０２」の配合量を１００重量部とした以外は全て実施例１と同様にしてワニスを調製した。次に、得られたワニスを用い、実施例１と同様にして、１５ｍｍ四方の樹脂層付きチップを作製し、樹脂層を硬化させた。
【００５４】
（比較例２）
シリコンウェハ上に接着層を形成しないことを除き、全て実施例１と同様にして、１５ｍｍ四方のチップを作製した。
【００５５】
＜各種評価＞
以下に示す方法に従って、実施例１、比較例１及び２で得た各々のチップの反り、耐熱性を評価した。結果を表１に示す。
（チップの反り）
反り抑制層を設けたチップにおける反り抑制層の表面の高さを測定し、チップ端部と中央部との高さの差を反りとした。
【００５６】
（耐リフロークラック性）
耐リフロークラック性の試験では、先の実施例１、比較例１及び２で得た１５ｍｍ四方のチップの表面に接着剤として日立化成工業（株）製のアニソルム（商品名）を設け、次いでＦＲ−４の基板にフリップチップ実装することによって作製したサンプルを使用した。各サンプルの表面が最高温度２６０℃で２０秒間保持されるように温度設定されたＩＲリフロー炉にサンプルを通し、その後、室温下で放置して冷却する工程を２回繰り返した。このような工程を経て得たサンプル１０個について、樹脂層のクラックを目視及び超音波顕微鏡によって観察し、以下の基準に従って評価した。
評価基準：
良好（○）：サンプル１０個の全てについてクラックの発生が確認できない。
不可（×）：サンプル１０個のうち１個以上でクラックの発生が確認された。
【００５７】
（耐温度サイクル性）
耐温度サイクル性の試験では、実施例１、比較例１及び２で得た１５ｍｍ四方のチップの表面に接着剤として日立化成工業（株）製のアニソルム（商品名）を設け、次いでＦＲ−４の基板にフリップチップ実装することによって作製したサンプルを使用した。上記サンプルを−５５℃の雰囲気下に３０分間放置し、その後１２５℃の雰囲気下に３０分放置する工程を１サイクルとし、このような一連の工程を１０００サイクル繰り返した。このような工程を経て得たサンプル１０個について、超音波顕微鏡を用いて樹脂層の剥離やクラック等の破壊の有無について観察し、以下の基準に従って評価した。
評価基準：
良好（○）：サンプル１０個の全てについてクラックの発生が確認できない。
不可（×）：サンプル１０個のうち１個以上でクラックの発生が確認された。
【００５８】
【表１】
【００５９】
以上の結果から、実施例１のように本発明の樹脂層を備えた半導体装置は、比較例１及び２と比較して、チップの反りが小さく、耐リフロークラック性及び耐温度サイクル性に優れることが分かる。また、本発明の半導体装置は、熱伝導率が高いため、チップで発生する熱を外部に容易に逃がすことでき、半導体装置の暴走などの故障を防止することができることが分かる。
【符号の説明】
【００６０】
１０：基材、１２：樹脂層、１２ａ：反り抑制層
１４：保護フィルム、１６：フィルム部材
２０：ダイシングテープ、２２：ダイシングカッター
２４：吸引コレット、２６：針扞
３０：半導体素子、３０ａ：表面、３０ｂ：裏面、
３２：接着層、３４：配線基板、３６：導通部
４０：放熱部材、４２：放熱フィン
Ａ：ウェハ、Ａ１，Ａ２，Ａ３：半導体素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に回路が形成された半導体チップの裏面に硬化収縮性材料から構成される反り抑制層を設ける工程と、
前記反り抑制層を有する半導体チップをフェースダウンで接着層を介して基板に実装する工程と、
を有することを特徴とする、半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記硬化収縮性材料が、硬化後に２５℃において６ＧＰａ以上１２ＧＰａ以下の弾性率を有することを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記反り抑制層が、基材層と、前記基材層上に設けられた前記硬化収縮性材料から構成される樹脂層と、前記樹脂層上に設けられた保護フィルムとを有するフィルム部材を用いて形成されることを特徴とする、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】
前記硬化収縮性材料が、エポキシ樹脂を含有する熱硬化性樹脂組成物であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１】
表面に回路が形成された半導体チップの裏面に硬化収縮性材料から構成される反り抑制層を設ける工程と、
前記反り抑制層を有する半導体チップをフェースダウンで接着層を介して基板に実装する工程と、
を有することを特徴とする、半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記硬化収縮性材料が、硬化後に２５℃において６ＧＰａ以上１２ＧＰａ以下の弾性率を有することを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記反り抑制層が、基材層と、前記基材層上に設けられた前記硬化収縮性材料から構成される樹脂層と、前記樹脂層上に設けられた保護フィルムとを有するフィルム部材を用いて形成されることを特徴とする、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】
前記硬化収縮性材料が、エポキシ樹脂を含有する熱硬化性樹脂組成物であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−５４２９３（Ｐ２０１２−５４２９３Ａ）
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１９３７８５（Ｐ２０１０−１９３７８５）
【出願日】平成２２年８月３１日（２０１０．８．３１）
【出願人】（０００００４４５５）日立化成工業株式会社 (4,649)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月３１日（２０１０．８．３１）
【出願人】（０００００４４５５）日立化成工業株式会社 (4,649)
【Ｆターム（参考）】
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