JP7127680B2 - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents
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Description
本開示は半導体装置及びその製造方法に関する。 The present disclosure relates to a semiconductor device and its manufacturing method.
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。 2. Description of the Related Art Stacked MCPs (Multi Chip Packages), in which semiconductor elements are stacked in multiple stages, have become popular as electronic devices have become multi-functional. Film adhesives are used for mounting semiconductor elements. A wire-embedded package is an example of a multi-layered package using a film-like adhesive. This is a package that is crimped while covering the wires connected to the semiconductor element on the crimped side with a high-flow film-like adhesive, and is used for mobile phones and portable audio equipment. It is installed in a memory package for
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。
One of the important characteristics required for semiconductor devices is connection reliability. In order to improve connection reliability, film adhesives are being developed in consideration of properties such as heat resistance, moisture resistance and reflow resistance. For example,
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。 The connection reliability of the semiconductor device is greatly affected by whether or not the semiconductor element can be mounted without causing voids on the bonding surface. For this reason, a highly fluid film-like adhesive is used so that the semiconductor element can be pressure-bonded without generating voids, or a low melt viscosity is used so that the generated voids can be eliminated in the sealing process of the semiconductor element. Ingenuity such as using a film-like adhesive has been made. Patent Document 3 discloses an adhesive sheet with low viscosity and low tack strength.
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。 By the way, if the size of the semiconductor chip (semiconductor element) is small, the force applied per unit area during thermocompression bonding is too large, and the adhesive film may be crushed, resulting in electrical failure. In addition, when using FOD (Film Over Die), which is a chip-embedded adhesive film, or FOW (Film Over Wire), which is a wire-embedded adhesive film, when stacking multiple layers, the residual stress of the chip causes the chip to detach and the entire package. There is a problem such as occurrence of warpage. Furthermore, the use of FOD or FOW tends to degrade chip and/or wire embeddability. This leads to problems such as peeling of FOD or FOW and an increase in cracks during reflow.
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。 The present disclosure aims to provide a semiconductor device having a configuration useful for improving the embedding property of a film-like adhesive made of a thermosetting resin composition and reducing the occurrence of bowing, and a method for manufacturing the same. aim.
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。 A method for manufacturing a semiconductor device according to the present disclosure includes steps of preparing a substrate having a depression, disposing a first semiconductor element in the depression of the substrate, a film-like adhesive made of a thermosetting resin composition and a first semiconductor device. preparing a laminate with the semiconductor element of 2 by dicing; and applying the laminate to the substrate so that the film-like adhesive covers the region including the recess in the substrate and the first semiconductor element is embedded in the film-like adhesive. and heating the film-like adhesive to seal the first semiconductor element with a cured product of the film-like adhesive. Smaller than the area of the element.
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。
In the manufacturing method described above, since the laminate is prepared by dicing, the area of the second semiconductor element and the area of the film adhesive are substantially the same. The fact that the area of the recess (opening area) is smaller than the area of the film adhesive means that the film adhesive is larger than the opening area of the recess. Such a configuration is useful for improving the embedding property of the film-like adhesive made of the thermosetting resin composition and reducing the overall warpage. That is, from the state shown in FIG. 4B (the state in which the film adhesive 15P is in contact with the surface of the first semiconductor element Wa) to the state shown in FIG. The pressing amount of the second semiconductor element Wb can be reduced until the second semiconductor element Wb is buried in the adhesive 15P. As a result, it is presumed that the residual stress in the first and second semiconductor elements can be reduced, and the warping of the entire semiconductor device can be suppressed. On the other hand, as shown in FIGS. 6A and 6B, when the first semiconductor element Wa is arranged on a
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。 After arranging the first semiconductor element in a recess having an opening area smaller than the area of the film-like adhesive, by embedding this in the film-like adhesive (see FIG. 4(c)), such a recess can be obtained. Compared to the case where the first semiconductor element is arranged on a flat substrate that does not have (see FIG. 6(b)), the first semiconductor element and A distance can be secured between the second semiconductor elements, and contact between the two can be sufficiently suppressed. The thickness of the film-like adhesive may be in the range of 60 to 150 μm, for example, depending on the thickness of the first semiconductor element to be embedded.
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。 From the viewpoint of embedding properties of the film adhesive into the recess, the area of the recess is preferably 30 to 80% of the area of the second semiconductor element (the area of the film adhesive). The height is preferably 10 to 30% of the height of the first semiconductor element. The height of the first semiconductor element here means the height from the bottom surface of the recess to the top surface of the first semiconductor element (for example, the thickness of the adhesive used to pressure-bond the first semiconductor element to the substrate). including).
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。 As the film-like adhesive, it is preferable to use a thermosetting resin composition having a shear viscosity of 5000 Pa·s or less at any temperature between 60 and 150°C. From the viewpoint of suppressing warping of the manufactured semiconductor device, the thickness of the substrate (excluding the recessed portion) is, for example, 90 to 140 μm.
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。 When using a substrate having a circuit pattern on its surface, the manufacturing method according to the present disclosure may further include a first wire bonding step of electrically connecting the first semiconductor element and the circuit pattern. Further, in this case, the manufacturing method according to the present disclosure includes a second wire bonding step of electrically connecting the second semiconductor element and the circuit pattern, and a resin composition for connecting the second semiconductor element and the second wire. and sealing with.
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。 The manufacturing method according to the present disclosure may further include stacking a third semiconductor element on the second semiconductor element. In the manufacturing method according to the present disclosure, the first semiconductor element may be sealed with a cured film adhesive by heating the film adhesive under a pressurized atmosphere.
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。 A semiconductor device according to the present disclosure is arranged to cover a substrate having a recess, a first semiconductor element arranged in the recess, and a region including the recess in the substrate, and seal the first semiconductor element. and a second semiconductor element disposed so as to cover the surface of the first sealing layer opposite to the substrate side, wherein the first sealing layer is thermoset It is made of a cured film adhesive made of a flexible resin composition, and the area of the recess is smaller than the area of the second semiconductor element. Such a configuration is useful for improving the embedding property of the film-like adhesive made of the thermosetting resin composition and reducing the overall warpage.
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。 The semiconductor device according to the present disclosure may further include a circuit pattern formed on the surface of the substrate, and first wires electrically connecting the first semiconductor element and the circuit pattern. A semiconductor device according to the present disclosure includes a second wire that electrically connects a second semiconductor element and a circuit pattern, and a second sealing that seals the second semiconductor element and the second wire. and a layer. The semiconductor device according to the present disclosure may further include a third semiconductor element laminated on the second semiconductor element.
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。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present disclosure, a semiconductor device having a configuration useful for improving embedding properties of a film-like adhesive made of a thermosetting resin composition and reducing overall bowing, and a method for manufacturing the same are provided. be done.
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。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the following embodiment.
<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)。<Semiconductor device>
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a semiconductor device according to this embodiment. The
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。
As shown in FIG. 3A, the
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。
A first semiconductor element Wa is arranged on the
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。
The depth of the
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。
In this embodiment, the first semiconductor element Wa is a controller chip for driving the
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。
From the viewpoint of embedding properties of the film-like adhesive in the
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。 The shape of the second semiconductor element Wb in plan view is, for example, a rectangle (square or rectangle). The length of one side of the second semiconductor element Wb is, for example, 20 mm or less, and may be 2 to 20 mm or 7 to 20 mm.
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。
As shown in FIG. 1, the
<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。<Method for manufacturing a semiconductor device>
A method for manufacturing the
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。
Next, as shown in FIGS. 4(b) and 4(c), the film-like adhesive 15P of the laminate 20 prepared separately is pressed against the
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。
The film-like adhesive 15P is a thermosetting resin composition, and has a shear viscosity of 5000 Pa s or less (preferably 200 ~4000 Pa·s). From the viewpoint of embeddability, the shear viscosity of the
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)。
Next, the film adhesive 15P is cured by heating. As a result, the first semiconductor element Wa is sealed with the cured film adhesive 15P (the first sealing layer 15). The curing treatment of the film-like adhesive 15P may be performed under a pressurized atmosphere from the viewpoint of reducing voids. After electrically connecting the second semiconductor element Wb and the circuit pattern C2 with the
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。
An example of a method for manufacturing the laminate 20 shown in FIG. 2 will now be described with reference to FIGS. 5(a) to 5(e). First, a dicing die bonding integrated tape 8 (hereinafter simply referred to as "
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。
As shown in FIG. 5(c), the semiconductor wafer W, the
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。
Next, when the
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。
Although the embodiments of the present disclosure have been described above in detail, the present invention is not limited to the above embodiments. For example, in the above-described embodiment, the
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。 EXAMPLES The present disclosure will be described below with reference to Examples and Comparative Examples, but the scope of the present invention is not limited by these.
[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。[Examples 1a-1c]
<Preparation of Laminate Consisting of First Semiconductor Element and Film Adhesive>
A semiconductor wafer (silicon wafer, thickness 775 μm) was prepared. Using a fully automatic grinder polisher DGP-8761 (manufactured by Disco Co., Ltd.), this semiconductor wafer was ground to a thickness of 30 μm. A dicing die bonding integrated film (manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd., adhesive layer thickness: 10 μm, adhesive layer thickness: 110 μm) was attached to the semiconductor wafer. This attachment was performed using a fully automatic multi-wafer mounter DFM-2800 (manufactured by Disco Co., Ltd.) at a stage temperature of 70.degree.
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×3mmThe semiconductor wafer was diced under the following conditions. As a result, a first laminate composed of the first semiconductor element (controller chip) and the film-like adhesive was obtained.
・Apparatus used: 12-inch dual dicer DFD-6361 (manufactured by Disco Co., Ltd.)
・Cutting method: Single cut method ・Blade: ZH05-SD4800-N1-70-BB (manufactured by Disco Co., Ltd.)
・Blade rotation speed: 50000 rpm
・Cutting speed: 30mm/sec
・Chip size 3mm x 3mm
<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。<Preparation of Laminate Consisting of Second Semiconductor Element and Film Adhesive>
A semiconductor wafer (silicon wafer, thickness 775 μm) was prepared. Using a stealth laser dicer DFL-7361 (manufactured by Disco Co., Ltd.), a modified layer was formed on a semiconductor wafer by a laser so as to obtain a semiconductor device having a size of 10 mm×10 mm. Subsequently, using a fully automatic grinder polisher DGP-8761 (manufactured by Disco Co., Ltd.), this semiconductor wafer was ground to a thickness of 60 μm. A dicing die bonding integrated film (manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd., adhesive layer thickness: 110 μm, adhesive layer thickness: 20 μm) was attached to the semiconductor wafer. This attachment was performed using a fully automatic multi-wafer mounter DFM-2800 (manufactured by Disco Co., Ltd.) at a stage temperature of 70.degree. The adhesive layer of the dicing-die-bonding integrated film is made of a thermosetting resin composition having a relatively high elastic modulus (approximately 90 to 120 MPa) at 260° C. after curing.
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/cm2、照射量150mJ/cm2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。Subsequently, using a cooling expansion device DDS2300 (manufactured by Disco Co., Ltd.), the semiconductor wafer and the adhesive layer are singulated by expanding under the following conditions, and the obtained laminate (second semiconductor and film adhesive) was picked up.
・Temperature: -15℃
・Holding time in the cooling chamber: 90 sec
・Push-up amount: 9mm
・Push-up speed: 300mm/sec
The heat shrink conditions were as follows: push-up amount of 7 mm, push-up speed of 30 mm/sec, holding time of 15 sec, and dryer temperature of 220°C. After washing and drying, the adhesive layer was irradiated with UV. The UV conditions were an illuminance of 100 mW/cm 2 and a dose of 150 mJ/cm 2 . As a result, a second laminate comprising the second semiconductor wafer and the film-like adhesive was obtained.
<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<Die bonding of the first semiconductor element>
Three types of substrates (E-700G, manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.) having depressions on the surface were prepared. The three types of substrates have different pit sizes, which are 5 mm×5 mm, 7.1 mm×7.1 mm and 8.7 mm×8.7 mm, respectively, and the depth is 10 μm. rice field. The first laminate was press-bonded to the center of the depression of each substrate under the following conditions.
・Equipment: Die bonder DB-830plus+ (manufactured by FASFORD TECHNOLOGY)
・Crimp conditions: temperature 120°C,
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。The film adhesive of the first laminate was cured under the following conditions.
・Device: fully automatic pressure oven PCOA-01T (manufactured by NTT Advance)
- Curing conditions: temperature of 90°C, pressure of 0.3 MPa, hold for 3 minutes, then 140°C, 0.7 MPa, hold for 35 minutes.
<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<Die bonding of the second semiconductor element>
The second laminate was press-bonded under the following conditions onto the substrate after the die-bonding of the first semiconductor element.
- Position: The second stacked body was aligned so that the center of the first semiconductor element and the center of the second semiconductor element were aligned.
・Crimp conditions: temperature 120°C, time 1.5 seconds, pressure 1.5 MPa
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。 Three types of structures (Examples 1a to 1c) having different sizes of recesses after the second semiconductor element was pressure-bonded were evaluated as described below. Hereinafter, Examples 1a to 1c may be collectively referred to as Example 1.
[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。[Comparative Example 1]
Structures for evaluation (Comparative Examples 1a to 1c) were obtained in the same manner as in Example 1, except that the first semiconductor element was pressure-bonded to the surface of a substrate having no depression on the surface.
[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。[Example 2]
A structure for evaluation was obtained in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the first semiconductor element was set to 40 μm instead of 30 μm. Three types of structures (Examples 2a to 2c) having different sizes of recesses after the second semiconductor element was pressure-bonded were evaluated as described below. Hereinafter, Examples 2a to 2c may be collectively referred to as Example 2.
[Comparative Example 2]
Structures for evaluation (Comparative Examples 2a to 2c) were obtained in the same manner as in Example 2, except that the first semiconductor element was pressure-bonded to the surface of a substrate having no depression on the surface.
[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。[Example 3]
A structure for evaluation was obtained in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the first semiconductor element was set to 50 μm instead of 30 μm. Three types of structures (Examples 3a to 3c) having different sizes of recesses after the second semiconductor element was pressure-bonded were evaluated as described below. Hereinafter, Examples 3a to 3c may be collectively referred to as Example 3.
[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。[Comparative Example 3]
Structures for evaluation (Comparative Examples 3a to 3c) were obtained in the same manner as in Example 3, except that the first semiconductor element was pressure-bonded to the surface of a substrate having no depression on the surface.
<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<Evaluation of bowing>
The structures according to Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 are assumed to be chip-embedded semiconductor devices. The amount of warpage of these structures was measured as follows. That is, using a digimatic indicator ID-H0530 (manufactured by Mitutoyo), the five points of the upper left, upper right, center, lower left and lower right of the structure placed on the plane were measured, and the maximum value to the minimum value of the measurement result was measured. The value obtained by subtracting the value was taken as the amount of warpage. The improvement rate of the amount of warpage due to the use of the substrate having the recesses was calculated by the following formula.
・ Improvement rate (%) of Example 1 = (Warp amount of Comparative Example 1 - Warp amount of Example 1) / Warp amount of Comparative Example 1 x 100
・ Improvement rate (%) of Example 2 = (Warp amount of Comparative Example 2 - Warp amount of Example 2) / Warp amount of Comparative Example 2 x 100
・ Improvement rate (%) of Example 3 = (Warp amount of Comparative Example 3 - Warp amount of Example 3) / Warp amount of Comparative Example 3 x 100
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。 Tables 1 to 3 show the evaluation results of the amount of warpage. As shown in Tables 1 to 3, except for Example 1-1 (indentation size of 5 mm×5 mm), the improvement rate of the amount of warpage was a positive value. Although the structure according to Example 1-1 had a negative value for the improvement rate of the amount of warpage, the difference in the amount of warpage from the comparative example was 0.7 μm (=26 μm−25.3 μm). It can be evaluated that it is a level that can withstand practical use.
<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)<Evaluation of Embedability>
The embeddability of the first semiconductor element in the structures according to Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 was evaluated as follows.
・Equipment: Ultrasound digital diagnostic imaging device IS-350 (manufactured by Insight Co., Ltd.)
・Measurement: transmission (probe 35 MHz, scan length (X: 100 mm, Y: 50 mm), pitch: 0.1 mm)
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×100In order to quantitatively evaluate the embeddability of the first semiconductor element by the film adhesive, the obtained image was edited using image editing software (Photoshop (registered trademark) manufactured by Adobe Systems Incorporated) and the void ratio was calculated. was calculated. That is, the portion embedded with the film-like adhesive was displayed in white, and the portion not embedded (void) was displayed in black, and the ratio of voids (void ratio) was calculated. The void rate improvement rate due to the use of a substrate having depressions was calculated by the following formula.
・ Improvement rate (%) of Example 1 = (void rate of Comparative Example 1 - void rate of Example 1) / void rate of Comparative Example 1 x 100
・ Improvement rate (%) of Example 2 = (void rate of Comparative Example 2 - void rate of Example 2) / void rate of Comparative Example 2 x 100
・ Improvement rate (%) of Example 3 = (void rate of Comparative Example 3 - void rate of Example 3) / void rate of Comparative Example 3 x 100
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。 Tables 1 to 3 show the evaluation results of the void fraction. As shown in Tables 1 to 3, except when the size of the dent is 5 mm × 5 mm (Example 1-1, Example 2-1 and Example 3-1), the improvement rate of the void ratio is a positive value. Met. When the size of the depression was 5 mm×5 mm, the gap between the side surface of the depression and the first semiconductor element (size 3 mm×3 mm) was only 1 mm. It is speculated that
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。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present disclosure, a semiconductor device having a configuration useful for improving embedding properties of a film-like adhesive made of a thermosetting resin composition and reducing overall bowing, and a method for manufacturing the same are provided. be done.
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
DESCRIPTION OF
Claims (16)
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。 providing a substrate having depressions;
disposing a first semiconductor element in the recess of the substrate;
a step of preparing a laminate of a film-like adhesive made of a thermosetting resin composition and a second semiconductor element by dicing;
a step of pressing the laminate against the substrate such that the film-like adhesive covers the region of the substrate including the recess and the first semiconductor element is embedded in the film-like adhesive;
a step of sealing the first semiconductor element with a cured film adhesive by heating the film adhesive;
including
the area of the recess is smaller than the area of the second semiconductor element;
The method of manufacturing a semiconductor device , wherein the depth of the recess is 10 to 30% of the height of the first semiconductor element .
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。 The substrate has a circuit pattern on its surface,
6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1 , further comprising a first wire bonding step of electrically connecting said first semiconductor element and said circuit pattern.
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。 a second wire bonding step of electrically connecting the second semiconductor element and the circuit pattern;
a step of encapsulating the second semiconductor element and the second wire with a resin composition;
7. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6 , further comprising:
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。 a substrate having a depression;
a first semiconductor element disposed in the recess;
a first sealing layer arranged to cover a region including the recess in the substrate and sealing the first semiconductor element;
a second semiconductor element arranged to cover a surface of the first sealing layer opposite to the substrate;
with
The first sealing layer is made of a cured film adhesive made of a thermosetting resin composition,
the area of the recess is smaller than the area of the second semiconductor element;
The semiconductor device, wherein the depth of the recess is 10 to 30% of the height of the first semiconductor element .
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。 a circuit pattern formed on the surface of the substrate;
a first wire electrically connecting the first semiconductor element and the circuit pattern;
14. The semiconductor device according to any one of claims 10 to 13 , further comprising:
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。 a second wire electrically connecting the second semiconductor element and the circuit pattern;
a second encapsulation layer encapsulating the second semiconductor element and the second wire;
15. The semiconductor device of claim 14 , further comprising:
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