JP7647752B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

本開示は半導体装置及びその製造方法に関する。

半導体装置は以下の工程を経て製造される。まず、ダイシング用粘着シートで半導体ウェハを固定し、その状態で半導体ウェハを半導体チップに個片化する。その後、エキスパンド工程、ピックアップ工程、ダイボンディング工程及びリフロー工程等が実施される。

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ダイボンディング用の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接着シートを開示する。

国際公開第２００５／１０３１８０号

本発明者らは、半導体チップ（以下、単に「チップ」と言う。）を多段に積層することによって高容量化した半導体装置（例えば、三次元ＮＡＮＤ型メモリ）を効率的に製造するプロセスの開発を進めている。三次元ＮＡＮＤ用ウェハは、複雑な回路層と、比較的薄い半導体層（例えば、１５～２５μｍ程度）とからなるため、これを個片化して得た半導体素子は反りが生じやすいという課題を有している。

図１７（ａ）は、半導体装置の製造過程における構造体を模式的に示す断面図である。図１７（ａ）に示す構造体３０は、基板１０と、その上に積層された四つのチップＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４とを備える。四つのチップＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４は、ワイヤによる電気的な接続のため、横方向（積層方向と直交する方向）に互いにずれた位置に積層されている。チップＴ１は接着剤片Ａ１によって基板１０に接着されており、半導体素子Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４の間には接着剤片Ａ２，Ａ３，Ａ４が介在している。

本発明者らの検討によると、チップＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４がそれぞれ複雑な回路層（上面側）と比較的薄い半導体層（下面側）とを有するものである場合、図１７（ｂ）に示すように、一段目のチップＴ１と、接着剤片Ａ２との間で剥離が生じやすい。この原因について、本発明者ら以下のとおり推察する。
・複雑な回路層及び薄い半導体層に起因して、上述のとおり、半導体素子Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４が反りやすい性質（反り応力）を有している。
・複数のチップを横方向に位置をずらして積層することでオーバーハング部Ｈが形成されている。
・二段目のチップＴ２をマウントした段階では剥離が起きないことは確認済みであるから、三段目及び四段目のチップＴ２，Ｔ３をマウントすることで、二段目のチップＴ２のオーバーハング部Ｈに上方向の力（一段目のチップＴ１との間で剥離させる方向の反り応力）が増大する。

本開示は、積層された複数のチップを備える半導体装置であって、その内部においてチップの反りに起因する剥離が生じることを十分に抑制できる半導体装置及びこれを効率的に製造する方法を提供する。

本開示の半導体装置の第一の態様は、基板と、基板の表面上に配置された接着部材と、接着部材に第一の接着剤片を介して積層された第一のチップと、第一のチップに第二の接着剤片を介して積層された第二のチップとを備え、上記接着部材が、熱硬化性樹脂組成物の硬化物からなる一対の表面層と、一対の表面層の間に配置された中間層とを含む多層構造を有する。

第一の態様に係る半導体装置によれば、反り応力が集中しやすい界面が接着部材と第一の接着剤片とによって構成されているために十分に高い接着強度が得られ、この界面において剥離が発生することを抑制することができる。また、接着部材が、上記のとおり、熱硬化性樹脂組成物の硬化物からなる一対の表面層と、一対の表面層の間に配置された中間層とを含む多層構造であることで、接着部材を比較的厚くしても、チップの反り自体を抑制できる。すなわち、接着部材の全体が熱硬化性樹脂組成物からなる場合と比較し、厚さ方向に中間層が存在することで、複数のチップを積層していくプロセスにおいて、チップの反り応力に起因して接着部材の厚さが不均一になることを抑制することができる。

本開示の半導体装置の第二の態様は、基板と、基板の表面上に配置されたチップ（例えば、コントローラチップ）と、基板の表面上であって上記チップの周囲に配置された複数の支持片と、複数の支持片によって支持され且つ上記チップを覆うように配置された接着部材と、接着部材に第一の接着剤片を介して積層された第一のチップとを備え、上記接着部材が、熱硬化性樹脂組成物の硬化物からなる一対の表面層と、一対の表面層の間に配置された中間層とを含む多層構造を有する。

第二の態様に係る半導体装置によれば、反り応力が集中しやすい界面が接着部材と第一の接着剤片とによって構成されているために十分に高い接着強度が得られ、この界面において剥離が発生することを抑制することができる。また、第二の態様に係る半導体装置によれば、チップ（例えば、コントローラチップ）を覆うように第一のチップが配置されるため、省スペース化を図ることができる。更に、第一の態様と同様、接着部材が多層構造であることで、チップの反り自体を抑制できる。この半導体装置は、第一のチップに第二の接着剤片を介して積層された第二のチップを更に備えてもよい。

本開示の半導体装置の第三の態様は、基板と、基板の表面上に配置された第一の接着剤片付きチップと、第一の接着剤片付きチップの接着剤片の表面上に配置された接着部材と、接着部材の表面上に配置された第二の接着剤片付きチップとを備え、上記接着部材が、熱硬化性樹脂組成物の硬化物からなる一対の表面層と、一対の表面層の間に配置された中間層とを含む多層構造を有する。この半導体装置によれば、反り応力が集中しやすい界面が接着部材と接着剤片とによって構成されているために十分に高い接着強度が得られ、この界面において剥離が発生することを抑制することができる。また、第一の態様と同様、接着部材が多層構造であることで、チップの反り自体を抑制できる。

本開示に係る半導体装置の製造方法は、接着部材の表面上に第一の接着剤片を介して第一のチップを積層する工程と、第一のチップの表面上に第二の接着剤片を介して第二のチップを積層する工程とを含み、第一及び第二の接着剤片が熱硬化性樹脂組成物からなり、接着部材は、熱硬化性樹脂組成物からなる一対の表面層と、一対の表面層の間に配置された中間層とを含む多層構造を有し、接着部材、第一の接着剤片及び第二の接着剤片の硬化処理を一括して実施する。

上記製造方法によれば、接着部材の表面上に第一の接着剤片を介して第一のチップを積層するため、反り応力が集中しやすい界面を接着部材と第一の接着剤片とによって構成させることができる。このため、その後、第一のチップの上方にチップを積層するにあたり、一つのチップを積層するごとに接着剤片の硬化処理を実施せずに、所定の数のチップを積層した後に一括して硬化処理を実施しても、上記界面において剥離が発生することを十分に抑制することができる。積層された複数のチップの間に介在する複数の接着剤片を一括して硬化処理できることは半導体装置の製造効率向上に寄与する。

本開示において、接着部材の中間層は、強度及び耐熱性等の観点から、例えば、ポリイミド層又は金属層である。

本開示によれば、積層された複数のチップを備える半導体装置であって、その内部においてチップの反りに起因する剥離が生じることを十分に抑制できる半導体装置及びこれを効率的に製造する方法が提供される。

図１は本開示に係る半導体装置の第一実施形態を模式的に示す断面図である。 図２（ａ）は接着部材形成用積層フィルムの一例を模式的に示す平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のｂ－ｂ線における断面図である。 図３は粘着層と接着部材形成用積層フィルムとを貼り合わせる工程を模式的に示す断面図である。 図４（ａ）～図４（ｄ）は接着部材の作製過程を模式的に示す断面図である。 図５は接着剤片付きチップの一例を模式的に示す断面図である。 図６は図１に示す半導体装置を製造する過程を模式的に示す断面図である。 図７は図１に示す半導体装置を製造する過程を模式的に示す断面図である。 図８は図１に示す半導体装置を製造する過程を模式的に示す断面図である。 図９は図１に示す半導体装置を製造する過程を模式的に示す断面図である。 図１０は本開示に係る半導体装置の第二実施形態を模式的に示す断面図である。 図１１（ａ）及び図１１（ｂ）はチップと複数の支持片との位置関係の例を模式的に示す平面図である。 図１２は図１０に示す半導体装置を製造する過程を模式的に示す断面図である。 図１３は図１０に示す半導体装置を製造する過程を模式的に示す断面図である。 図１４は図１０に示す半導体装置を製造する過程を模式的に示す断面図である。 図１５は図１０に示す半導体装置を製造する過程を模式的に示す断面図である。 図１６は本開示に係る半導体装置の第三実施形態を模式的に示す断面図である。 図１７（ａ）は半導体装置を製造する過程を模式的に示す断面図であり、図１７（ｂ）は一段目の半導体素子と二段目の半導体素子との間に剥離が生じている構造体を示す断面図である。

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。以下の説明では、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。更に、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。なお、本明細書における「（メタ）アクリル」の記載は、「アクリル」及びそれに対応する「メタクリル」を意味する。

＜第一実施形態＞
［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、例えば、三次元ＮＡＮＤ型メモリである。半導体装置１００は、基板１０と、基板１０の表面上に配置されたコントローラーチップＴｃと、基板１０の表面上に配置された接着部材１５と、接着部材１５の表面上に積層された五つのチップＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５と、基板１０の表面上の電極１０ａ，１０ｂとチップを電気的に接続するワイヤＷａ，Ｗｂと、これらを封止している封止層５０とを備える。接着部材１５とチップＴ１（第一のチップ）の間に接着剤片Ａ１（第一の接着剤片）が配置されている。チップＴ１とチップＴ２（第二のチップ）の間に接着剤片Ａ２（第二の接着剤片）が配置されている。チップＴ２とチップＴ３の間に接着剤片Ａ３が配置されている。チップＴ３とチップＴ４の間に接着剤片Ａ４が配置されている。チップＴ４とチップＴ５の間に接着剤片Ａ５が配置されている。図１に示すように、チップＴ１の側部（周縁部の一部）は接着部材１５よりも側方に張り出している。また、上段のチップ（例えば、チップＴ２）の側部（周縁部の一部）はその下段のチップ（例えば、チップＴ１）よりも側方に張り出している。これらにより、オーバーハング部Ｈが構成される。

基板１０は、有機基板であってもよく、リードフレーム等の金属基板であってもよい。基板１０は、半導体装置１００の反りを抑制する観点から、基板１０の厚さは、例えば、９０～３００μｍであり、９０～２１０μｍであってもよい。

コントローラーチップＴｃは、接着剤片Ａｃによって基板１０に接着され且つワイヤＷａによって電極１０ａと電気的に接続されている。平面視におけるコントローラーチップＴｃの形状は、例えば矩形（正方形又は長方形）である。コントローラーチップＴｃの一辺の長さは、例えば、５ｍｍ以下であり、２～５ｍｍ又は１～５ｍｍであってもよい。コントローラーチップＴｃの厚さは、例えば、１０～１５０μｍであり、２０～１００μｍであってもよい。接着剤片Ａｃの厚さは、例えば、５～４０μｍであり、１０～２５μｍであってもよい。コントローラーチップＴｃの厚さと接着剤片Ａｃの厚さの合計（基板１０の上面からコントローラーチップＴｃの上面までの距離）は、例えば、２５～１９０μｍであり、３０～１２５μｍであってもよい。

接着部材１５は、一対の表面層１５ａ，１５ａと、これらの間に配置された中間層１５ｂとを含む三層構造を有する。一対の表面層１５ａ，１５ａはいずれも、接着性を有する熱硬化性樹脂組成物の硬化物からなる。表面層１５ａが接着剤片Ａ１を介してチップＴ１を基板１０に接着している。本実施形態においては、反りの応力が生じやすい界面が接着部材１５と接着剤片Ａ１とによって構成されているため、この界面において剥離が発生することを十分に抑制することができる。接着部材１５が多層構造であることで、接着部材１５を比較的厚くしても、チップの反り自体を抑制できる。すなわち、接着部材の全体が熱硬化性樹脂組成物からなる場合と比較し、厚さ方向に中間層１５ｂが存在することで、チップＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５を順次積層していくプロセスにおいてチップＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５の反り応力に起因して接着部材１５の厚さが不均一になることを抑制することができる。

接着部材１５の全体の厚さは、例えば、３５～１５０μｍであり、７０～９０μｍ又は４０～６０μｍであってもよい。接着部材１５は、コントローラーチップＴｃの厚さと接着剤片Ａｃの厚さの合計よりも厚いことが好ましい。これにより、基板１０の表面上であってチップＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５のオーバーハング部Ｈ側の近くにコントローラーチップＴｃを配置し且つワイヤＷａで電極１０ａと接続することができる。

表面層１５ａの厚さは、例えば、５～４０μｍであり、５～２５μｍ又は５～２０μｍであってもよい。二つの表面層１５ａの厚さは同じであってもよいし、異なっていてもよい。表面層１５ａは熱硬化性樹脂組成物からなる。熱硬化性樹脂組成物は、半硬化（Ｂステージ）状態を経て、その後の硬化処理によって完全硬化物（Ｃステージ）状態となり得るものである。熱硬化性樹脂組成物は、エポキシ樹脂と、硬化剤と、エラストマ（例えば、アクリル樹脂）とを含み、必要に応じて、無機フィラー及び硬化促進剤等を更に含む。二つの表面層１５ａの組成は同じであってもよいし、異なっていてもよい。

中間層１５ｂの厚さは、例えば、５～７５μｍであり、１０～７５μｍ又は１０～５０μｍであってもよい。中間層１５ｂは、十分に機械的強度が高い材質からなることが好ましい。材質の具体例として、ポリイミド及びポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の樹脂、並びに、銅及びアルミニウム等の金属が挙げられる。中間層１５ｂを構成する材質の引張弾性率は、例えば、８．０ＭＰａ以上であり、９．０ＭＰａ以上又は１０．０ＭＰａ以上であってもよい。なお、中間層１５ｂが樹脂材料からなる場合、中間層１５ｂは表面層１５ａを構成する樹脂材料と異なる材質で構成されている。接着部材１５が互いに異なる材質からなる複数の層を有することで、各層に機能を分担させることができ、同じ材質の複数の層からなるものと比較して接着部材の高機能化を図ることができる。

（接着部材の作製方法）
接着部材の作製方法の一例について説明する。なお、図１に示す表面層１５ａは、これを構成する熱硬化性樹組成物が硬化した後のものである。一方、表面層１５Ｐ及びこれを個片化して得られる表面層１５ｐは、これらに含まれる熱硬化性樹組成物が完全に硬化する前の状態のものである（図２（ｂ）及び図４（ｂ）参照）。

まず、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示す接着部材形成用積層フィルム２０（以下、場合により「積層フィルム２０」という。）を準備する。積層フィルム２０は、基材フィルム１と、粘着層２と、接着フィルム１５Ｆとを備える。基材フィルム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。粘着層２は、パンチング等によって円形に形成されている（図２（ａ）参照）。粘着層２は、例えば、紫外線硬化型の粘着剤からなる。この粘着層２は紫外線が照射されることによって粘着性が低下する性質を有する。接着フィルム１５Ｆは、パンチング等によって円形に形成されており、粘着層２よりも小さい直径を有する（図２（ａ）参照）。

接着フィルム１５Ｆは、熱硬化性樹脂層からなる一対の表面層１５Ｐと、これらに挟まれた中間層１５Ｂとによって構成されている。表面層１５Ｐの厚さは、上述の表面層１５ａと実質的に同じであり、例えば、５～４０μｍであり、５～２５μｍ又は５～２０μｍあってもよい。中間層１５Ｂの厚さは、上述の中間層１５ｂと同じであり、例えば、５～７５μｍであり、１０～７５μｍ又は１０～５０μｍであってもよい。中間層１５Ｂの引張弾性率は、例えば、８．０ＭＰａ以上であり、９．０ＭＰａ以上又は１０．０ＭＰａ以上であってもよい。中間層１５Ｂの引張弾性率が８．０ＭＰａ以上であることで、接着部材１５をピックアップする工程において（図４（ｄ）参照）、中間層１５ｂがバネ板のような役割を果たし、優れたピックアップ性を達成できる。なお、中間層１５Ｂの引張弾性率の上限値は材料の入手のしやすさの点から１５ＭＰａ程度である。中間層１５Ｂを構成する材質としては、例えば、ポリイミド及びポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）が挙げられる。中間層１５Ｂは引張弾性率が上記範囲となるように硬化処理が施された熱硬化性樹脂組成物又は光硬化性樹脂組成物からなる層であってもよい。

積層フィルム２０は、例えば、基材フィルム１とその表面上に粘着層２とを有する第１の積層フィルムと、カバーフィルム３とその表面上に接着フィルム１５Ｆとを有する第２の積層フィルムとを貼り合わせることによって作製することができる（図３参照）。第１の積層フィルムは、基材フィルム１の表面上に粘着層を塗工によって形成する工程と、粘着層をパンチング等によって所定の形状（例えば、円形）に加工する工程を経て得られる。第２の積層フィルムは、カバーフィルム３（例えば、ＰＥＴフィルム又はポリエチレンフィルム）の表面上に表面層１５Ｐを塗工によって形成する工程と、表面層１５Ｐの表面に中間層１５Ｂを形成する工程と、中間層１５Ｂの表面上に表面層１５Ｐを塗工によって形成する工程と、これらの工程を経て形成された接着フィルムをパンチング等によって所定の形状（例えば、円形）に加工する工程を経て得られる。積層フィルム２０を使用するに際し、カバーフィルム３は適当なタイミングで剥がされる。

図４（ａ）に示されたように、積層フィルム２０にダイシングリングＤＲを貼り付ける。すなわち、積層フィルム２０の粘着層２にダイシングリングＤＲを貼り付け、ダイシングリングＤＲの内側に接着フィルム１５Ｆが配置された状態にする。接着フィルム１５Ｆをダイシングによって個片化する（図４（ｂ）参照）。これにより、接着フィルム１５Ｆから多数の接着部材１５が得られる。その後、例えば、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と接着部材１５との間の粘着力を低下させる。紫外線照射後、図４（ｃ）に示されるように、基材フィルム１をエキスパンドすることで、接着部材１５を互いに離間させる。すなわち、基材フィルム１におけるダイシングリングＤＲの内側領域をリングＲａで突き上げることによって基材フィルム１に張力を付与し、接着部材１５を互いに離間させる。図４（ｄ）に示されるように、接着部材１５を突き上げ治具４２で突き上げることによって粘着層２から接着部材１５を剥離させるとともに、吸引コレット４４で吸引して接着部材１５をピックアップする。なお、ダイシング前の接着フィルム１５Ｆ又はピックアップ前の接着部材１５を加熱することによって、熱硬化性樹脂の硬化反応を進行させておいてもよい。ピックアップする際に接着部材１５が適度に硬化していることで優れたピックアップ性を達成し得る。個片化のための切り込みは接着部材１５の外縁まで形成されていることが好ましい。接着フィルム１５Ｆの直径は、例えば、３００～３１０ｍｍ又は３００～３０５ｍｍであってもよい。接着フィルム１５Ｆの平面視における形状は、図２（ａ）に示す円形に限られず、矩形（正方形又は長方形）であってもよい。

図１に示すチップＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５は、例えば、メモリチップである。平面視におけるチップＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５の形状は、例えば矩形（正方形又は長方形）である。チップＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５の一辺の長さは、例えば、１２ｍｍ以下であり、６～１０ｍｍ又は２～４ｍｍであってもよい。これらのチップの形状が長方形である場合、短辺の長さＡに対する長辺の長さＢの比Ｂ／Ａは、例えば、１．５～４であり、１．８～３．５又は２．１～３．２であってもよい。チップＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５の厚さは、例えば、１０～１７０μｍであり、１０～３０μｍであってもよい。これらのチップは、複雑な回路層（図１における上面側）と、比較的薄い半導体層（図１における下面側）とを有する。チップの全体の厚さに占める半導体層の厚さの比率が小さくなるにしたがって、チップはスマイル側の反りが生じやすくなる（図１７参照）。例えば、この比率が８０％以下の場合、スマイル側の反りが生じやすい。なお、五つのチップＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５の一辺の長さは同じであっても、互いに異なっていてもよく、厚さについても同様である。スマイル方向の反りは、チップが下に凸となるように反ることを意味する。

チップＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５は、例えば、回路面を有する半導体ウェハに、ダイシング・ダイボンディング一体型フィルムを貼り付けた後、ダイシング工程及びピックアップ工程等を経て作製することができる。この場合、ダイボンディングが個片化されてなる接着剤片と、半導体ウェハが個片化されてなるチップとの多数の積層体（接着剤片付きチップ）が得られる。図５は接着剤片付きチップの一例を模式的に示す断面図である。この図に示す接着剤片付きチップ３１は、チップＴ１と、チップＴ１の回路面とは反対側の面に積層された接着剤片Ａ１（硬化前）とによって構成されている。なお、図５におけるチップＴ１の下面はチップの裏面に相当する。近年のチップの裏面は凹凸が形成されていることが多い。チップＴ１の裏面の実質的全体が接着剤片Ａ１で覆われていることで、チップＴ１にクラック又は割れが生じることを抑制できる。

［半導体装置の製造方法］
半導体装置１００は以下の工程を経て製造される。
（Ａ１）基板１０の表面上にコントローラーチップＴｃを配置する工程（図６参照）。
（Ｂ１）基板１０の表面上に接着部材１５を配置する工程（図７参照）。なお、（Ａ１）工程の後に（Ｂ１）工程を実施してもよいし、（Ｂ１）工程の後に（Ａ１）工程を実施してもよい
（Ｃ１）接着部材１５の表面上に接着剤片付きチップ３１を積層する工程（図８参照）。
（Ｄ１）チップＴ１の表面上に複数の接着剤片付きチップ３２，３３，３４，３５を積層する工程（図９参照）。上述のとおり、接着部材１５の存在により、チップの反り自体を抑制できる。このため、チップの表面上に接着剤片付きチップを圧着する際、チップの反りに起因したトラップボイドが生じることを十分に抑制できる。
（Ｅ１）接着部材１５及び複数の接着剤片Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ５の硬化処理を一括して実施する工程。
（Ｆ１）基板１０の表面上のチップ及びワイヤ等を封止材に封止する工程（図１参照）。

上記製造方法によれば、接着部材の表面上に第一の接着剤片を介して第一のチップを積層するため、反り応力が集中しやすい界面を接着部材と第一の接着剤片とによって構成させることができる。このため、その後、第一のチップの上方にチップを積層するにあたり、一つのチップを積層するごとに接着剤片の硬化処理を実施せずに、所定の数のチップを積層した後に一括して硬化処理を実施しても、上記界面において剥離が発生することを十分に抑制することができる。積層された複数のチップの間に介在する複数の接着剤片を一括して硬化処理できることは半導体装置の製造効率向上に寄与する。

（熱硬化性樹脂組成物）
以下、接着部材１５の表面層１５ｐの形成に使用する熱硬化性樹脂組成物について説明する。熱硬化性樹脂組成物は、上述のとおり、エポキシ樹脂と、硬化剤と、エラストマとを含み、必要に応じて、無機フィラー及び硬化促進剤等を更に含む。表面層１５ｐ及び硬化後の表面層１５ａは以下の特性を有することが好ましい。
・特性１：基板１０の所定の位置に接着部材１５を熱圧着したとき位置ずれが生じにくいこと（１２０℃における表面層１５ｐの溶融粘度が、例えば、４３００～５００００Ｐａ・ｓ又は５０００～４００００Ｐａ・ｓであること）
・特性２：半導体装置１００内において表面層１５ａが応力緩和性を発揮すること（熱硬化性樹脂組成物がエラストマ（ゴム成分）を含むこと）
・特性３：表面層１５ａが接着剤片Ａ１に対する高い接着強度を有すること（接着剤片Ａ１に対する表面層１５ａのダイシェア強度が、例えば、２．０～７．０Ｍｐａ又は３．０～６．０Ｍｐａであること）
・特性４：硬化に伴う収縮率が十分に小さいこと
・特性５：ピックアップ工程においてカメラによる接着部材１５の視認性が良いこと（熱硬化性樹脂組成物が、例えば、着色料を含んでいること）
・特性６：表面層１５ａが十分な機械的強度を有すること

［エポキシ樹脂］
エポキシ樹脂は、硬化して接着作用を有するものであれば特に限定されない。ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂等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、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂等のノボラック型エポキシ樹脂など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など、一般に知られているものを適用することができる。これらは一種を単独で使用してもよいし、二種以上を併用してもよい。

［硬化剤］
硬化剤として、例えば、フェノール樹脂、エステル化合物、芳香族アミン、脂肪族アミン及び酸無水物が挙げられる。これらのうち、高いダイシェア強度を達成する観点から、フェノール樹脂が好ましい。フェノール樹脂の市販品として、例えば、ＤＩＣ（株）製のＬＦ－４８７１（商品名、ＢＰＡノボラック型フェノール樹脂）、エア・ウォーター（株）製のＨＥ－１００Ｃ－３０（商品名、フェニルアラキル型フェノール樹脂）、ＤＩＣ（株）製のフェノライトＫＡ及びＴＤシリーズ、三井化学（株）製のミレックスＸＬＣ－シリーズとＸＬシリーズ（例えば、ミレックスＸＬＣ－ＬＬ）、エア・ウォーター（株）製のＨＥシリーズ（例えば、ＨＥ１００Ｃ－３０）、明和化成（株）製のＭＥＨＣ－７８００シリーズ（例えばＭＥＨＣ－７８００－４Ｓ）、ＪＥＦケミカル（株）製のＪＤＰＰシリーズが挙げられる。これらは一種を単独で使用してもよいし、二種以上を併用してもよい。

エポキシ樹脂とフェノール樹脂の配合量は、高いダイシェア強度を達成する観点から、それぞれエポキシ当量と水酸基当量の当量比が０．６～１．５であることが好ましく、０．７～１．４であることがより好ましく、０．８～１．３であることが更に好ましい。配合比が上記範囲内であることで、硬化性及び流動性の両方を十分に高水準に達成しやすい。

［エラストマ］
エラストマとして、例えば、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、ポリブタジエン、アクリロニトリル、エポキシ変性ポリブタジエン、無水マレイン酸変性ポリブタジエン、フェノール変性ポリブタジエン及びカルボキシ変性アクリロニトリルが挙げられる。

高いダイシェア強度を達成する観点から、エラストマとしてアクリル系樹脂が好ましく、更に、グリシジルアクリレート又はグリシジルメタクリレート等のエポキシ基又はグリシジル基を架橋性官能基として有する官能性モノマーを重合して得たエポキシ基含有（メタ）アクリル共重合体等のアクリル系樹脂がより好ましい。アクリル系樹脂のなかでもエポキシ基含有（メタ）アクリル酸エステル共重合体及びエポキシ基含有アクリルゴムが好ましく、エポキシ基含有アクリルゴムがより好ましい。エポキシ基含有アクリルゴムは、アクリル酸エステルを主成分とし、主として、ブチルアクリレートとアクリロニトリル等の共重合体、エチルアクリレートとアクリロニトリル等の共重合体などからなる、エポキシ基を有するゴムである。なお、アクリル系樹脂は、エポキシ基だけでなく、アルコール性又はフェノール性水酸基、カルボキシル基等の架橋性官能基を有していてもよい。

アクリル樹脂の市販品としては、ナガセケムテック（株）製のＳＧ－７０Ｌ、ＳＧ－７０８－６、ＷＳ－０２３ ＥＫ３０、ＳＧ－２８０ ＥＫ２３、ＳＧ－Ｐ３溶剤変更品（商品名、アクリルゴム、重量平均分子量：８０万、Ｔｇ：１２℃、溶剤はシクロヘキサノン）等が挙げられる。

アクリル樹脂のガラス転移温度（Ｔｇ）は、高いダイシェア強度を達成する観点から、－５０～５０℃であることが好ましく、－３０～３０℃であることがより好ましい。アクリル樹脂の重量平均分子量（Ｍｗ）は、高いダイシェア強度を達成する観点から、１０万～３００万であることが好ましく、５０万～２００万であることがより好ましい。ここで、Ｍｗは、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー（ＧＰＣ）で測定し、標準ポリスチレンによる検量線を用いて換算した値を意味する。なお、分子量分布の狭いアクリル樹脂を用いることにより、高弾性の接着剤片を形成できる傾向にある。

熱硬化性樹脂組成物に含まれるアクリル樹脂の量は、高いダイシェア強度を達成する観点から、エポキシ樹脂及びエポキシ樹脂硬化剤の合計１００質量部に対して１０～２００質量部であることが好ましく、２０～１００質量部であることがより好ましい。

［無機フィラー］
無機フィラーとして、例えば、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、ホウ酸アルミウィスカ、窒化ホウ素及び結晶性シリカ、非晶性シリカが挙げられる。これらは一種を単独で使用してもよいし、二種以上を併用してもよい。

無機フィラーの平均粒径は、高いダイシェア強度を達成する観点から、０．００５μｍ～１．０μｍが好ましく、０．０５～０．５μｍがより好ましい。無機フィラーの表面は、高いダイシェア強度を達成する観点から、化学修飾されていることが好ましい。表面を化学修飾する材料として適したものにシランカップリング剤が挙げられる。シランカップリング剤の官能基の種類として、例えば、ビニル基、アクリロイル基、エポキシ基、メルカプト基、アミノ基、ジアミノ基、アルコキシ基、エトキシ基が挙げられる。

高いダイシェア強度を達成する観点から、熱硬化性樹脂組成物の樹脂成分１００質量部に対して、無機フィラーの含有量は２０～２００質量部であることが好ましく、３０～１００質量部であることがより好ましい。

［硬化促進剤］
硬化促進剤として、例えば、イミダゾール類及びその誘導体、有機リン系化合物、第二級アミン類、第三級アミン類、及び第四級アンモニウム塩が挙げられる。高いダイシェア強度を達成する観点から、イミダゾール系の化合物が好ましい。イミダゾール類としては、２－メチルイミダゾール、１－ベンジル－２－メチルイミダゾール、１－シアノエチル－２－フェニルイミダゾール、１－シアノエチル－２－メチルイミダゾール等が挙げられる。これらは一種を単独で使用してもよいし、二種以上を併用してもよい。

熱硬化性樹脂組成物における硬化促進剤の含有量は、高いダイシェア強度を達成する観点から、エポキシ樹脂及びエポキシ樹脂硬化剤の合計１００質量部に対して０．０４～３質量部が好ましく、０．０４～０．２質量部がより好ましい。

＜第二実施形態＞
［半導体装置］
図１０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２００は、基板１０と、基板１０上に配置されたコントローラーチップＴｃと、基板１０上であってコントローラーチップＴｃの周囲に配置された複数の支持片Ｓと、複数の支持片Ｓによって支持され且つコントローラーチップＴｃを覆うように配置された接着部材１５と、接着部材１５の表面上に積層された五つのチップＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５と、基板１０の表面上の電極１０ａ，１０ｂとチップを電気的に接続するワイヤＷａ，Ｗｂと、これらを封止している封止層５０とを備える。接着部材１５とチップＴ１の間に接着剤片Ａ１が配置されている。チップＴ１とチップＴ２の間に接着剤片Ａ２が配置されている。チップＴ２とチップＴ３の間に接着剤片Ａ３が配置されている。チップＴ３とチップＴ４の間に接着剤片Ａ４が配置されている。チップＴ４とチップＴ５の間に接着剤片Ａ５が配置されている。

半導体装置２００によれば、反り応力が集中しやすい界面が接着部材１５と接着剤片Ａ１とによって構成されているために十分に高い接着強度が得られ、この界面において剥離が発生することを抑制することができる。また、半導体装置２００によれば、コントローラーチップＴｃを覆うようにチップＴ１が配置されるため、省スペース化を図ることができる。以下、半導体装置２００について、第一実施形態に係る半導体装置１００と相違する点について主に説明する。

本実施形態においては、複数の支持片Ｓと、接着部材１５とによって基板１０上にドルメン構造が構成されている。なお、ドルメン（ｄｏｌｍｅｎ、支石墓）は、石墳墓の一種であり、複数の支柱石と、その上に載せられた板状の岩とを備える。半導体装置２００において、支持片Ｓが「支柱石」に相当し、接着部材１５が「板状の岩」に相当する。

支持片Ｓは、コントローラーチップＴｃの周囲に空間を形成するスペーサーの役割を果たす。支持片Ｓは、例えば、その全体が熱硬化性樹脂組成物の硬化物からなる。支持片Ｓは、チップと、このチップの一方の面に設けられた接着剤片との積層体（ダミーチップ）であってもよく、接着部材１５と同様の多層構造を有するものであってもよい。支持片Ｓが互いに異なる材質からなる複数の層を有することで、各層に機能を分担させることができ、同じ材質の複数の層からなるものと比較して支持片の高機能化を図ることができる。

図１１（ａ）に示すように、コントローラーチップＴｃの両側の離れた位置に、二つの支持片Ｓ（形状：長方形）を配置してもよいし、図１１（ｂ）に示すように、チップＴ１の角に対応する位置にそれぞれ一つの支持片Ｓ（形状：正方形、計４個）を配置してもよい。平面視における支持片Ｓの一辺の長さは、例えば、２０ｍｍ以下であり、１～２０ｍｍ又は１～１２ｍｍであってもよい。支持片Ｓの厚さ（高さ）は、例えば、１０～１８０μｍであり、２０～１２０μｍであってもよい。

チップＴ１は、接着部材１５と離間している。支持片Ｓの厚さを適宜設定することで、チップＴ１の上面と基板１０とを接続するワイヤＷａのためのスペースを確保することができる。図１０に示すように、接着部材１５は、接着剤片Ａ１におけるコントローラーチップＴｃと対面する領域Ｒを覆うとともに、複数の支持片Ｓの上面にまで連続的に延在している。

［半導体装置の製造方法］
半導体装置２００は以下の工程を経て製造される。
（Ａ２）基板１０の表面上にコントローラーチップＴｃ及びその周囲に複数の支持片Ｓを配置する工程（図１２参照）。なお、コントローラーチップＴｃを配置した後に複数の支持片Ｓを配置してもよいし、複数の支持片Ｓを配置した後にコントローラーチップＴｃを配置してもよい。
（Ｂ２）複数の支持片Ｓによって支持され且つコントローラーチップＴｃを覆うように接着部材１５を配置する工程（図１３参照）。
（Ｃ２）接着部材１５の表面上に接着剤片付きチップ３１を積層する工程（図１４参照）。
（Ｄ２）接着剤片付きチップ３１の表面上に複数の接着剤片付きチップ３２，３３，３４，３５を積層する工程（図１５参照）。図１５に示すように、チップＴ１に対して横方向（図１５における右方向）にずらした位置に接着剤片付きチップ３２を配置し、チップＴ２に対してこれと同じ横方向（図１５における右方向）にずらした位置に接着剤片付きチップ３３を配置する。その後、チップＴ３に対して反対の横方向（図１５における左方向）にずらした位置に接着剤片付きチップ３４を配置し、チップＴ４に対してこれと同じ横方向（図１５における左方向）にずらした位置に接着剤片付きチップ３５を配置する。これにより、チップに対してワイヤを接続するスペースを確保できるとともに、省スペース化を図ることができる。
（Ｅ２）接着部材１５及び複数の接着剤片Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ５の硬化処理を一括して実施する工程。
（Ｆ２）基板１０の表面上のチップ及びワイヤ等を封止材に封止する工程（図１０参照）。

＜第三実施形態＞
図１６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３００は、基板１０と、基板１０の表面上に積層された二つの接着剤片付きチップ３１，３２と、二つの接着剤片付きチップ３１，３２の間に配置された接着部材１５と、基板１０の表面上の電極１０ａとチップＴ１，Ｔ２を電気的に接続するワイヤＷａ，Ｗｂと、これらを封止している封止層５０とを備える。接着部材１５とチップＴ２の間に接着剤片Ａ２が配置されている。

接着剤片付きチップ３１，３２の側部（周縁部の一部）は接着部材１５よりも側方に張り出している。平面視において、接着部材１５は接着剤片付きチップ３１，３２より面積が小さく、チップＴ１の上面の側部は接着部材１５に覆われていない。接着剤片Ａ２の下面の側部も接着部材１５に覆われていない。半導体装置３００によれば、反り応力が集中しやすい界面が接着部材１５と接着剤片Ａ２とによって構成されているために十分に高い接着強度が得られ、この界面において剥離が発生することを抑制することができる。

以上、本開示の複数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、第一及び第二実施形態において、接着部材１５に対して横方向（図８及び図１４における右方向）にずらした位置に、接着剤片付きチップ３１（接着剤片Ａ１とチップＴ１の積層体）を配置する場合を例示したが、接着部材１５の直上に接着剤片付きチップ３１を配置してもよい。接着部材１５の表面上にチップＴ１を配置することで、基板１０の表面からチップＴ１までの距離を確保しやすい。このため、基板１０の表面に配置される他の部材（例えば、図８に示すコントローラーチップＴｃ）にチップＴ１が接触することを十分に抑制できる。なお、三層構造の接着部材１５の代わりに、これと同程度の厚さを有する接着剤層（単層）からなる接着部材を使用した場合も上記距離を確保することができる。しかし、かかる接着部材は接着部材１５と比較して切削性及びハンドリング性が劣るため、半導体装置の生産性も低下する。

本開示によれば、積層された複数のチップを備える半導体装置であって、その内部においてチップの反りに起因する剥離が生じることを十分に抑制できる半導体装置及びこれを効率的に製造する方法が提供される。

１…基材フィルム、２…粘着層、３…カバーフィルム、１０…基板、１０ａ，１０ｂ…電極、１５…接着部材、１５ａ，１５ｐ，１５Ｐ…表面層、１５ｂ，１５Ｂ…中間層、１５Ｆ…接着フィルム、２０…接着部材形成用積層フィルム、３１，３２，３３，３４，３５…接着剤片付きチップ、４２…突き上げ治具、４４…吸引コレット、５０…封止層、１００，２００，３００…半導体装置、Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ５，Ａｃ…接着剤片、ＤＲ…ダイシングリング、Ｈ…オーバーハング部、Ｒ…領域、Ｓ…支持片、Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５…チップ、Ｔｃ…コントローラーチップ、Ｗａ，Ｗｂ…ワイヤ

Claims (11)

1. 基板と、
   前記基板の表面上に配置された接着部材と、
   前記接着部材に第一の接着剤片を介して積層された第一のチップと、
   前記第一のチップに第二の接着剤片を介して積層された第二のチップと、
   を備え、
   前記接着部材が、熱硬化性樹脂組成物の硬化物からなる一対の表面層と、前記一対の表面層の間に配置された中間層とを含む多層構造を有する、半導体装置。
2. 基板と、
   前記基板の表面上に配置されたチップと、
   前記基板の表面上であって前記チップの周囲に配置された複数の支持片と、
   前記複数の支持片によって支持され且つ前記チップを覆うように配置された接着部材と、
   前記接着部材に第一の接着剤片を介して積層された第一のチップと、
   を備え、
   前記接着部材が、熱硬化性樹脂組成物の硬化物からなる一対の表面層と、前記一対の表面層の間に配置された中間層とを含む多層構造を有する、半導体装置。
3. 前記第一のチップに第二の接着剤片を介して積層された第二のチップを更に備える、請求項２に記載の半導体装置。
4. 前記第二のチップの少なくとも一部の周縁部が前記第一のチップよりも側方に張り出している、請求項１又は３に記載の半導体装置。
5. 前記第一のチップの少なくとも一部の周縁部が前記接着部材よりも側方に張り出している、請求項１～４のいずれか一項に記載の半導体装置。
6. 基板と、
   前記基板の表面上に配置された第一の接着剤片付きチップと、
   前記第一の接着剤片付きチップの接着剤片の表面上に配置された接着部材と、
   前記接着部材の表面上に配置された第二の接着剤片付きチップと、
   を備え、
   前記接着部材が、熱硬化性樹脂組成物の硬化物からなる一対の表面層と、前記一対の表面層の間に配置された中間層とを含む多層構造を有する、半導体装置。
7. 前記第二の接着剤片付きチップの少なくとも一部の周縁部が前記接着部材よりも側方に張り出している、請求項６に記載の半導体装置。
8. 前記中間層がポリイミド層である、請求項１～７のいずれか一項に記載の半導体装置。
9. 前記中間層が金属層である、請求項１～７のいずれか一項に記載の半導体装置。
10. 三次元ＮＡＮＤ型メモリである、請求項１～９のいずれか一項に記載の半導体装置。
11. 基板上において、接着部材の表面上に第一の接着剤片を介して第一のチップを積層する工程と、
    前記第一のチップの表面上に第二の接着剤片を介して第二のチップを積層する工程と、
    を含み、
    前記第一及び第二の接着剤片は、熱硬化性樹脂組成物からなり、
    前記接着部材は、熱硬化性樹脂組成物からなる一対の表面層と、前記一対の表面層の間に配置された中間層とを含む多層構造を有し、
    前記接着部材、前記第一の接着剤片及び前記第二の接着剤片の硬化処理を一括して実施する、半導体装置の製造方法。

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