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CN103515276B - 胶粘薄膜、半导体装置的制造方法以及半导体装置 - Google Patents

胶粘薄膜、半导体装置的制造方法以及半导体装置 Download PDF

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CN103515276B
CN103515276B CN201310263748.6A CN201310263748A CN103515276B CN 103515276 B CN103515276 B CN 103515276B CN 201310263748 A CN201310263748 A CN 201310263748A CN 103515276 B CN103515276 B CN 103515276B
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CN
China
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semiconductor element
adherend
adhesive foil
thickness
semiconductor device
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宍户雄郎
宍户雄一郎
三隅贞仁
大西谦司
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Nitto Denko Corp
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Nitto Denko Corp
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Abstract

本发明涉及胶粘薄膜、半导体装置的制造方法以及半导体装置。本发明提供可以以良好的成品率制造高品质的半导体装置的胶粘薄膜以及使用该胶粘薄膜的半导体装置的制造方法、以及通过该制造方法得到的半导体装置。一种胶粘薄膜，用于将固定在被粘物上的第一半导体元件包埋并且将与该第一半导体元件不同的第二半导体元件固定到被粘物上，其中，具有比所述第一半导体元件的厚度T1更厚的厚度T，所述被粘物与所述第一半导体元件被丝焊连接、并且所述厚度T与所述厚度T1之差为40μm以上且260μm以下，或者所述被粘物与所述第一半导体元件被倒装连接、并且所述厚度T与所述厚度T1之差为10μm以上且200μm以下。

Description

胶粘薄膜、半导体装置的制造方法以及半导体装置
技术领域
本发明涉及胶粘薄膜、半导体装置的制造方法以及半导体装置。
背景技术
近年来，进一步要求半导体装置及其封装的高功能化、薄型化、小型化。作为对策之一，开发了将半导体元件沿其厚度方向多层层叠而实现半导体元件的高密度集成化的三维安装技术。
作为一般的三维安装方法，采用将半导体元件固定到衬底等被粘物上、并在该最下层的半导体元件上依次层叠的程序。半导体元件之间以及半导体元件与被粘物之间，利用焊线(以下有时称为“线”)电连接。另外，在半导体元件的固定中广泛使用薄膜状或液体状的胶粘剂。
这样的半导体装置中，出于控制多个半导体元件的各自的操作或者控制半导体元件间的通信等目的，在最上层的半导体元件上配置控制用的半导体元件(以下有时称为“控制器”)(专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-096071号公报
发明内容
控制器也与下层的半导体元件同样地利用线实现与被粘物的电连接。但是，随着半导体元件的层叠层数增多，控制器与被粘物的距离变长，电连接所需的线也变长。结果，有时产生半导体封装的通信速度下降或者由外部原因(热或冲击等)引起的线的故障，从而半导体封装的品质下降，或者丝焊工序变得复杂从而半导体装置制造的成品率下降。
本发明鉴于前述问题而创立，其目的在于提供可以以良好的成品率制造高品质的半导体装置的胶粘薄膜以及使用该胶粘薄膜的半导体装置的制造方法、以及由该制造方法得到的半导体装置。
本发明人为了解决前述的问题，对半导体装置的各元件的配置或胶粘薄膜的结构进行了广泛深入的研究，结果发现，通过下述构成可以实现前述目的，并且完成了本发明。
即，本发明为一种胶粘薄膜(以下有时称为“包埋用胶粘薄膜”)，用于将固定在被粘物上的第一半导体元件包埋并且将与该第一半导体元件不同的第二半导体元件固定到被粘物上，其中，
具有比所述第一半导体元件的厚度T1更厚的厚度T，
所述被粘物与所述第一半导体元件被丝焊连接、并且所述厚度T与所述厚度T1之差为40μm以上且260μm以下，或者
所述被粘物与所述第一半导体元件被倒装连接(フリップチップ接続)、并且所述厚度T与所述厚度T1之差为10μm以上且200μm以下。
该胶粘薄膜，可以将固定在被粘物上的控制器等第一半导体元件包埋在其内部、并且将与该第一半导体元件不同的第二半导体元件固定到被粘物上。因此，使用该胶粘薄膜时，第一半导体元件可以固定到最下层的被粘物上，因此可以缩短电连接所需的线的长度，可以防止半导体封装的通信速度的下降，并且可以减少由于外部原因引起的线的故障的产生。另外，该胶粘薄膜，具有比所述第一半导体元件的厚度T1更厚的厚度T，所述被粘物与所述第一半导体元件被丝焊连接时所述厚度T与所述厚度T1之差为40μm以上且260μm以下、或者将所述被粘物与所述第一半导体元件通过导电性胶粘组合物或者倒装连接时所述厚度T与所述厚度T1之差为10μm以上且200μm以下，因此可以根据第一半导体元件与被粘物的连接方式，恰当地包埋第一半导体元件。另外，通过该胶粘薄膜，可以在第一半导体元件与被粘物的距离为最短的状态下进行包埋，因此第一半导体元件与被粘物的丝焊变得容易，由此可以提高半导体装置的制造的成品率。另外，将被粘物与第一半导体元件倒装连接时，可以省略丝焊工序本身，可以进一步提高半导体装置的制造的成品率。
所述被粘物与所述第一半导体元件被丝焊连接时，所述厚度T优选为80μm以上且300μm以下。另外，所述被粘物与所述第一半导体元件被倒装连接时，所述厚度T优选为50μm以上且250μm以下。通过如此地使该胶粘薄膜比较厚，可以基本覆盖一般的控制器的厚度，可以容易地进行第一半导体元件在该胶粘薄膜中的包埋。
该胶粘薄膜在120℃下的熔融粘度优选为100Pa·s以上且2000Pa·s以下。由此，利用该胶粘薄膜往被粘物上固定第二半导体元件时，可以更容易地进行第一半导体元件在该胶粘薄膜中的包埋。另外，熔融粘度的测定方法如实施例的记载所述。
本发明也包括一种半导体装置的制造方法，包括如下工序：
将至少一个第一半导体元件固定到被粘物上的第一固定工序，和
利用该胶粘薄膜将所述第一半导体元件包埋的同时将与所述第一半导体元件不同的第二半导体元件固定到所述被粘物上的第二固定工序。
根据该制造方法，通过使用上述胶粘薄膜可以将控制器等第一半导体元件固定到被粘物上，因此可以缩短电连接所需的线，由此可以防止半导体封装的通信速度的下降，并且可以制造由于外部原因引起的线的故障的产生降低的高品质的半导体装置。另外，在该制造方法中，通过使用上述胶粘薄膜，可以将第一半导体元件包埋到被粘物上，因此第一半导体元件与被粘物的丝焊变得容易，由此可以提高半导体装置的制造的成品率。
该制造方法中，在所述第一固定工序中，可以通过第一半导体元件固定用的第一胶粘薄膜将所述第一半导体元件固定到所述被粘物上。此时，优选还包括利用焊线将所述第一半导体元件与所述被粘物电连接的丝焊工序。
在该制造方法中，在所述第一固定工序中，可以通过倒装连接将所述第一半导体元件固定到所述被粘物上。
在该制造方法中，还包括在所述第二半导体元件上固定与该第二半导体元件同种或不同种的第三半导体元件的第三固定工序，由此，可以实现半导体元件的多层层叠，从而制造高集成化的半导体装置。
本发明还包括通过该半导体装置的制造方法得到的半导体装置。
发明效果
根据本发明的胶粘薄膜，可以包埋固定在被粘物上的第一半导体元件、并且可以将第二半导体元件固定在第一半导体元件的上方，因此可以缩短第一半导体元件与被粘物之间的电连接所需的线。由此，可以防止半导体装置的通信速度的下降，可以制造由于外部原因引起的线的故障产生降低的高品质的半导体装置，并且对第一半导体元件进行丝焊时其作业也变得简便，因此可以提高半导体装置的制造的成品率。
附图说明
图1A是示意表示本发明的一个实施方式的半导体装置的制造方法的一个工序的剖视图。
图1B是示意表示本发明的一个实施方式的半导体装置的制造方法的一个工序的剖视图。
图1C是示意表示本发明的一个实施方式的半导体装置的制造方法的一个工序的剖视图。
图1D是示意表示本发明的一个实施方式的半导体装置的制造方法的一个工序的剖视图。
图1E是示意表示本发明的一个实施方式的半导体装置的制造方法的一个工序的剖视图。
图2A是示意表示本发明的另一个实施方式的半导体装置的制造方法的一个工序的剖视图。
图2B是示意表示本发明的另一个实施方式的半导体装置的制造方法的一个工序的剖视图。
图2C是示意表示本发明的另一个实施方式的半导体装置的制造方法的一个工序的剖视图。
图2D是示意表示本发明的另一个实施方式的半导体装置的制造方法的一个工序的剖视图。
符号说明
1 被粘物
3 突起电极
4 底部填充材料
10、20 半导体装置
11 第一半导体元件
12 第二半导体元件
13 第三半导体元件
21 第一胶粘薄膜
22 胶粘薄膜
23 第三胶粘薄膜
31、32 焊线
T 胶粘薄膜的厚度
T1 第一半导体元件的厚度
具体实施方式
[第一实施方式]
对于作为本发明的一个实施方式的第一实施方式，以下参考附图进行说明。其中，图的一部分或者全部省略了不需要说明的部分，并且存在为了容易说明而扩大或缩小等进行图示的部分。第一实施方式中说明通过丝焊连接实现将被粘物与第一半导体元件电连接的方式。首先，说明胶粘薄膜，然后说明使用该胶粘薄膜的半导体装置的制造方法。
<胶粘薄膜>
胶粘薄膜的构成没有特别限制，例如，可以列举仅包含单层胶粘薄膜的胶粘薄膜、在芯材的单面或双面形成有胶粘薄膜的多层结构的胶粘薄膜等。在此，作为所述芯材，可以列举薄膜(例如聚酰亚胺薄膜、聚酯薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚萘二甲酸乙二醇酯薄膜、聚碳酸酯薄膜等)、用玻璃纤维或塑料制无纺纤维增强的树脂衬底、硅衬底或玻璃衬底等。另外，也可以以胶粘薄膜与切割片一体化而得到的一体型薄膜的形式使用。
胶粘薄膜是具有胶粘功能的层，作为其构成材料可以列举组合使用热塑性树脂与热固性树脂而得到的材料。另外，也可以单独使用热塑性树脂。
(热塑性树脂)
作为所述热塑性树脂，可以列举天然橡胶、丁基橡胶、异戊二烯橡胶、氯丁橡胶、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-丙烯酸酯共聚物、聚丁二烯树脂、聚碳酸酯树脂、热塑性聚酰亚胺树脂、尼龙6或尼龙6,6等聚酰胺树脂、苯氧基树脂、丙烯酸类树脂、PET或PBT等饱和聚酯树脂、聚酰胺酰亚胺树脂或者含氟树脂等。这些热塑性树脂可以单独使用或者两种以上组合使用。这些热塑性树脂中，特别优选离子性杂质少、耐热性高、能够确保半导体元件的可靠性的丙烯酸类树脂。
作为所述丙烯酸类树脂，没有特别限制，可以列举以一种或两种以上具有碳原子数30以下、特别是碳原子数4～18的直链或支链烷基的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯为成分的聚合物等。作为所述烷基，可以列举例如：甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、叔丁基、异丁基、戊基、异戊基、己基、庚基、环己基、2-乙基己基、辛基、异辛基、壬基、异壬基、癸基、异癸基、十一烷基、月桂基、十三烷基、十四烷基、硬脂基、十八烷基或者二十烷基等。
另外，作为形成所述聚合物的其它单体，没有特别限制，可以列举例如：含羧基单体如丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸羧基乙酯、丙烯酸羧基戊酯、衣康酸、马来酸、富马酸或巴豆酸等；酸酐单体如马来酸酐或衣康酸酐等；含羟基单体如(甲基)丙烯酸-2-羟基乙酯、(甲基)丙烯酸-2-羟基丙酯、(甲基)丙烯酸-4-羟基丁酯、(甲基)丙烯酸-6-羟基己酯、(甲基)丙烯酸-8-羟基辛酯、(甲基)丙烯酸-10-羟基癸酯、(甲基)丙烯酸-12-羟基月桂酯或丙烯酸(4-羟基甲基环己基)甲酯等；含磺酸基单体如苯乙烯磺酸、烯丙磺酸、2-(甲基)丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、(甲基)丙烯酰胺基丙磺酸、(甲基)丙烯酸磺丙酯或(甲基)丙烯酰氧基萘磺酸等；或者含磷酸基单体如丙烯酰磷酸-2-羟基乙酯等。
(热固性树脂)
作为所述热固性树脂，可以列举酚醛树脂、氨基树脂、不饱和聚酯树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂、聚硅氧烷树脂或热固性聚酰亚胺树脂等。这些树脂可以单独使用或者两种以上组合使用。特别优选腐蚀半导体元件的离子性杂质等的含量少的环氧树脂。另外，作为环氧树脂的固化剂，优选酚醛树脂。
作为所述环氧树脂，只要是作为胶粘剂组合物通常使用的环氧树脂则没有特别限制，可以使用例如：双酚A型、双酚F型、双酚S型、溴化双酚A型、氢化双酚A型、双酚AF型、联苯型、萘型、芴型、苯酚酚醛清漆型、邻甲酚酚醛清漆型、三(羟苯基)甲烷型、四(羟苯基)乙烷型等双官能环氧树脂或多官能环氧树脂、或者乙内酰脲型、异氰脲酸三缩水甘油酯型或者缩水甘油胺型等环氧树脂。这些环氧树脂可以单独使用或者两种以上组合使用。这些环氧树脂中，特别优选酚醛清漆型环氧树脂、联苯型环氧树脂、三(羟苯基)甲烷型环氧树脂或四(羟苯基)乙烷型环氧树脂。这是因为：这些环氧树脂与作为固化剂的酚树脂的反应性好，并且耐热性等优良。
另外，所述酚醛树脂作为所述环氧树脂的固化剂使用，可以列举例如：苯酚酚醛清漆树脂、苯酚芳烷基树脂、甲酚酚醛清漆树脂、叔丁基苯酚酚醛清漆树脂、壬基苯酚酚醛清漆树脂等酚醛清漆型酚醛树脂、甲阶酚醛树脂型酚醛树脂、聚对羟基苯乙烯等聚羟基苯乙烯等。这些酚醛树脂可以单独使用或者两种以上组合使用。这些酚醛树脂中特别优选苯酚酚醛清漆树脂、苯酚芳烷基树脂。这是因为可以提高半导体装置的连接可靠性。
所述环氧树脂与酚醛树脂的配合比例，例如相对于所述环氧树脂成分中的环氧基1当量以酚醛树脂中的羟基为0.5～2.0当量的方式进行配合是适当的。更优选0.8～1.2当量。即，这是因为：两者的配合比例如果在所述范围以外，则固化反应不充分，环氧树脂固化物的特性容易变差。
另外，本实施方式中，特别优选含有环氧树脂、酚醛树脂以及丙烯酸类树脂的胶粘薄膜。这些树脂的离子性杂质少、耐热性高，因此能够确保半导体元件的可靠性。此时的配合比，相对于丙烯酸类树脂成分100重量份，环氧树脂与酚醛树脂的混合量为10～200重量份。
(交联剂)
本实施方式的胶粘薄膜，为了预先进行某种程度的交联，在制作时，可以添加与聚合物的分子末端的官能团等反应的多官能化合物作为交联剂。由此，可以提高高温下的胶粘特性，改善耐热性。
作为所述交联剂，可以使用现有公知的交联剂。特别地更优选甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、1,5-萘二异氰酸酯、多元醇与二异氰酸酯的加成产物等多异氰酸酯化合物。交联剂的添加量相对于前述聚合物100重量份通常优选设定为0.05～7重量份。交联剂的量超过7重量份时，胶粘力下降，因此不优选。另一方面，低于0.05重量份时，凝聚力不足，因此不优选。另外，根据需要可以与这样的多异氰酸酯化合物一起含有环氧树脂等其它多官能化合物。
(无机填充剂)
另外，本实施方式的胶粘薄膜中，根据其用途可以适当配合无机填充剂。无机填充剂的配合可以赋予导电性、提高导热性、调节弹性模量等。作为所述无机填充剂，可以列举例如：包含二氧化硅、粘土、石膏、碳酸钙、硫酸钡、氧化铝、氧化铍、碳化硅、氮化硅等陶瓷类、铝、铜、银、金、镍、铬、锡、锌、钯、焊料等金属、或者合金类、以及碳等的各种无机粉末。这些无机填充剂可以单独使用或者两种以上组合使用。其中，优选使用二氧化硅，特别优选使用熔融二氧化硅。另外，通过添加包含铝、铜、银、金、镍、铬、锡、锌等的导电性微粒制成导电性胶粘薄膜，可以抑制静电的产生。另外，无机填充剂的平均粒径优选在0.1～80μm的范围内。
所述无机填充剂的配合量相对于有机树脂成分100重量份优选设定为0～80重量%。特别优选为0～70重量%。
(热固化催化剂)
可以使用热固化催化剂作为胶粘薄膜的构成材料。作为其含量，相对于有机成分100重量份优选为0.01～1重量份，更优选0.05～0.5重量份。通过将含量设定为所述下限以上，可以使在芯片接合时未反应的环氧基之间在后序工序中聚合，从而使该未反应的环氧基减少或消失。结果，将半导体元件胶粘固定在被粘物上，从而可以制造无剥离的半导体装置。另一方面，通过将配合比例设定为所述上限以下，可以防止固化障碍的产生。
作为所述热固化催化剂，没有特别限制，可以列举例如：咪唑类化合物、三苯基膦类化合物、胺类化合物、三苯基硼烷类化合物、三卤代硼烷类化合物等。这些物质可以单独使用或者两种以上组合使用。
作为所述咪唑类化合物，可以列举：2-甲基咪唑(商品名：2MZ)、2-十一烷基咪唑(商品名：C11Z)、2-十七烷基咪唑(商品名：C17Z)、1,2-二甲基咪唑(商品名：1.2DMZ)、2-乙基-4-甲基咪唑(商品名：2E4MZ)、2-苯基咪唑(商品名：2PZ)、2-苯基-4-甲基咪唑(商品名：2P4MZ)、1-苄基-2-甲基咪唑(商品名：1B2MZ)、1-苄基-2-苯基咪唑(商品名：1B2PZ)、1-氰基乙基-2-甲基咪唑(商品名：2MZ-CN)、1-氰基乙基-2-十一烷基咪唑(商品名：C11Z-CN)、1-氰基乙基-2-苯基咪唑偏苯三酸盐(商品名：2PZCNS-PW)、2,4-二氨基-6-[2’-甲基咪唑基(1)’]乙基-均三嗪(商品名：2MZ-A)、2,4-二氨基-6-[2’-十一烷基咪唑基(1)’]乙基-均三嗪(商品名：C11Z-A)、2,4-二氨基-6-[2’-乙基-4’-甲基咪唑基(1)’]乙基-均三嗪(商品名：2E4MZ-A)、2,4-二氨基-6-[2’-甲基咪唑基(1)’]乙基-均三嗪异氰脲酸加成物(商品名：2MA-OK)、2-苯基-4,5-二羟基甲基咪唑(商品名：2PHZ-PW)、2-苯基-4-甲基-5-羟甲基咪唑(商品名：2P4MHZ-PW)等(均为四国化成株式会社制)。
作为所述三苯基膦类化合物，没有特别限制，可以列举例如：三苯基膦、三丁基膦、三(对甲基苯基)膦、三(壬基苯基)膦、二苯基甲苯基膦等三有机膦、四苯基溴化(商品名：TPP-PB)、甲基三苯基(商品名：TPP-MB)、甲基三苯基氯化(商品名：TPP-MC)、甲氧基甲基三苯基(商品名：TPP-MOC)、苄基三苯基氯化(商品名：TPP-ZC)等(均为北兴化学公司制)。另外，作为所述三苯基膦类化合物，优选对环氧树脂实质上显示非溶解性的化合物。对环氧树脂为非溶解性时，可以抑制热固化过度进行。作为具有三苯基膦结构、并且对环氧树脂实质上显示非溶解性的热固化催化剂，可以例示例如：甲基三苯基(商品名：TPP-MB)等。另外，所述“非溶解性”，是指包含三苯基膦类化合物的热固化催化剂在包含环氧树脂的溶剂中为不溶性，更具体而言，是指在温度10～40℃范围内不溶解10重量%以上。
作为所述三苯基硼烷类化合物，没有特别限制，可以列举例如三(对甲基苯基)膦等。另外，作为三苯基硼烷类化合物，也包含具有三苯基膦结构的化合物。作为该具有三苯基膦结构及三苯基硼烷结构的化合物，没有特别限制，可以列举例如：四苯基四苯基硼酸盐(商品名：TPP-K)、四苯基四对甲苯基硼酸盐(商品名：TPP-MK)、苄基三苯基四苯基硼酸盐(商品名：TPP-ZK)、三苯基膦三苯基硼烷(商品名：TPP-S)等(均为北兴化学公司制)。
作为所述胺类化合物，没有特别限制，可以列举例如：一乙醇胺三氟硼酸盐(Stella Chemifa(ステラケミファ)株式会社制)、双氰胺(Nacalai Tesque(ナカライテスク)株式会社制)等。
作为所述三卤代硼烷类化合物，没有特别限制，可以列举例如三氯硼烷等。
(其它添加剂)
另外，本实施方式的胶粘薄膜中，除了所述无机填充剂以外，根据需要可以适当配合其它添加剂。作为其它添加剂，可以列举例如：阻燃剂、硅烷偶联剂或离子捕获剂等。
作为所述阻燃剂，可以列举例如：三氧化二锑、五氧化二锑、溴化环氧树脂等。这些阻燃剂可以单独使用或者两种以上组合使用。
作为所述硅烷偶联剂，可以列举例如：β-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-环氧丙氧基丙基甲基二乙氧基硅烷等。这些化合物可以单独使用或者两种以上组合使用。
作为所述离子捕获剂，可以列举例如：水滑石类、氢氧化铋等。这些离子捕获剂可以单独使用或者两种以上组合使用。
所述胶粘薄膜的120℃的熔融粘度，只要具有第一半导体元件的包埋性则没有特别限制，其下限优选为100Pa·s以上，更优选200Pa·s以上，进一步优选500Pa·s以上。另一方面，所述熔融粘度的上限优选为2000Pa·s以下，更优选1500Pa·s以下，进一步优选1000Pa·s以下。由此，利用所述胶粘薄膜将第二半导体元件固定到被粘物上时，可以更容易地进行第一半导体元件在所述胶粘薄膜中的包埋。
(胶粘薄膜的制造方法)
本实施方式的胶粘薄膜，例如以下述方式制作。首先，制备胶粘薄膜形成用的胶粘剂组合物。制备方法没有特别限制，例如，可以将胶粘薄膜项中说明过的热固性树脂、热塑性树脂、其它添加剂等投入到容器中，并溶解到有机溶剂中，搅拌至均匀，由此可以得到胶粘剂组合物溶液。
作为所述有机溶剂，只要是能够将构成胶粘薄膜的成分均匀地溶解、混练或分散的有机溶剂则没有特别限制，可以使用现有公知的有机溶剂。作为这样的溶剂，可以列举例如：二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、丙酮、甲乙酮、环己酮等酮类溶剂、甲苯、二甲苯等。从干燥速度快、能够便宜地得到的观点考虑，优选使用甲乙酮、环己酮等。
将通过上述方式制备的胶粘剂组合物溶液涂布到基材隔片上以达到规定的厚度从而形成涂膜，然后在规定条件下将该涂膜干燥。作为基材隔片，可以使用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯、聚丙烯或者通过含氟剥离剂、长链烷基丙烯酸酯类剥离剂等剥离剂进行表面涂布后的塑料薄膜或纸等。另外，作为涂布方法，没有特别限制，可以列举例如：辊涂、丝网涂布、凹版涂布等。另外，作为干燥条件，例如在干燥温度70～160℃、干燥时间1～5分钟的范围内进行。由此，可以得到本实施方式的胶粘片。
<半导体装置的制造方法>
本实施方式的半导体装置的制造方法，包括如下工序：利用第一半导体元件固定用的第一胶粘薄膜将至少一个第一半导体元件固定到所述被粘物上的第一固定工序，利用焊线将所述第一半导体元件与所述被粘物电连接的第一丝焊工序，以及利用前述胶粘薄膜将所述第一半导体元件包埋的同时将与所述第一半导体元件不同的第二半导体元件固定到所述被粘物上的第二固定工序。另外，本实施方式包括在所述第二半导体元件上固定与该第二半导体元件同种或不同种的第三半导体元件的第三固定工序、以及利用焊线将所述第二半导体元件与所述第三半导体元件电连接的第二丝焊工序。图1A～图1E分别为示意表示本发明的一个实施方式的半导体装置的制造方法的一个工序的剖视图。
(第一固定工序)
如图1所示，在第一固定工序中，将至少一个第一半导体元件11固定到被粘物1上。第一半导体元件11通过第一胶粘薄膜21固定到被粘物1上。图1中，第一半导体元件11仅显示了一个，但是根据目标半导体装置的方式，也可以将两个、三个、四个或者五个以上的多个第一半导体元件11固定到被粘物1上。
(第一半导体元件)
作为第一半导体元件11，只要是俯视尺寸小于第二层层叠的半导体元件(第二半导体元件12；参考图1C)的元件则没有特别限制，可以适合使用例如作为半导体元件的一种的控制器、存储芯片或逻辑芯片。控制器控制层叠的各个半导体元件的动作，因此一般连接有多条线。半导体封装的通信速度受线长的影响，本实施方式中第一半导体元件11固定到被粘物1上，位于最下层，因此可以缩短线长，由此即使增加半导体元件的层叠数也可以抑制半导体封装(半导体装置)的通信速度下降。
第一半导体元件11的厚度没有特别限制，但是多数情况下通常为100μm以下。另外，随着近年半导体封装的薄型化，逐渐使用75μm以下，进一步为50μm以下的第一半导体元件11。
(被粘物)
作为被粘物1，可以列举衬底、引线框、其它半导体元件等。作为所述衬底，可以使用印刷电路板等现有公知的衬底。另外，所述引线框可以使用Cu引线框、42合金引线框等金属引线框或包含玻璃环氧、BT(双马来酰亚胺-三嗪)、聚酰亚胺等的有机衬底。但是，本实施方式不限于此，也包含安装半导体元件、与半导体元件电连接后可以使用的电路衬底。
(第一胶粘薄膜)
作为第一胶粘薄膜21，可以使用所述包埋用胶粘薄膜，也可以使用现有公知的半导体元件固定用的胶粘薄膜。其中，在使用包埋用胶粘薄膜的情况下，第一胶粘薄膜21不需要包埋第一半导体元件，因此可以将厚度减薄为约5μm～约60μm使用。
(固定方法)
如图1A所示，通过第一胶粘薄膜21将第一半导体元件11芯片接合到被粘物1上。作为将第一半导体元件11固定到被粘物1上的方法，可以列举例如：将第一胶粘薄膜21层叠到被粘物1上后，在该第一胶粘薄膜21上以丝焊面为上侧的方式层叠第一半导体元件11的方法。另外，也可以将预先粘贴有第一胶粘薄膜21的第一半导体元件11配置层叠到被粘物1上。
第一胶粘薄膜21为半固化状态，因此将第一胶粘薄膜21载置到被粘物1上后，在规定条件下进行热处理，由此将第一胶粘薄膜21固化，将第一半导体元件11固定到被粘物1上。关于进行热处理时的温度，优选在100℃～200℃下进行，更优选在120℃～180℃的范围内进行。另外，关于热处理时间，优选进行0.25～10小时，更优选进行0.5～8小时。
(第一丝焊工序)
第一丝焊工序为用焊线31将被粘物1的端子部(例如内部引线)的前端与第一半导体元件11上的电极焊盘(未图示)电连接的工序(参考图1B)。作为焊线31，可以使用例如金线、铝线或铜线等。关于进行丝焊时的温度，在80～250℃、优选80～220℃的范围内进行。另外，其加热时间为数秒～数分钟。线连接通过在加热到所述温度范围内的状态下将超声波产生的振动能与加压产生的压接能组合使用来进行。
(第二固定工序)
第二固定工序中，通过包埋用胶粘薄膜22将所述第一半导体元件11包埋的同时将与所述第一半导体元件11不同的第二半导体元件12固定到所述被粘物1上(参考图1C)。包埋用胶粘薄膜22具有比所述第一半导体元件11的厚度T1更厚的厚度T。本实施方式中，所述被粘物1与所述第一半导体元件11的电连接通过丝焊连接来实现，因此将所述厚度T与所述厚度T1之差设定为40μm以上且260μm以下。所述厚度T与所述厚度T1之差的下限只要为40μm以上则没有特别限制，但是优选为50μm以上，更优选60μm以上。另外，所述厚度T与所述厚度T1之差的上限只要为260μm以下则没有特别限制，但是优选200μm以下，更优选150μm以下。由此，可以实现半导体装置整体的薄型化，并且可以在防止第一半导体元件11与第二半导体元件12接触的同时将第一半导体元件11整体包埋到包埋用胶粘薄膜22的内部，可以将作为控制器的第一半导体元件11固定(即，在线长最短的最下层固定)到被粘物1上。
包埋用胶粘薄膜22的厚度T可以考虑第一半导体元件11的厚度T1以及线突出量适当设定以使得可以包埋第一半导体元件11，其下限为80μm以上，更优选100μm以上，进一步优选120μm以上。另一方面，厚度T的上限优选为300μm以下，更优选200μm以下，进一步优选150μm以下。通过如此使胶粘薄膜较厚，可以基本覆盖一般的控制器的厚度，可以容易地进行第一半导体元件11在包埋用胶粘薄膜22中的包埋。
(第二半导体元件)
作为第二半导体元件12，没有特别限制，例如可以使用接受作为控制器的第一半导体元件11的动作控制的存储芯片。
(固定方法)
作为将第二半导体元件12固定到被粘物1上的方法，与第一固定工序同样地可以列举例如：将包埋用胶粘薄膜22层叠到被粘物1上后，在该包埋用胶粘薄膜22上以线焊面为上侧层叠第二半导体元件12的方法。另外，也可以将预先粘贴有包埋用胶粘薄膜22的第二半导体元件12配置层叠到被粘物1上。
为了使第一半导体元件11容易进入并包埋在包埋用胶粘薄膜22中，在芯片接合时可以对包埋用胶粘薄膜22进行加热处理。作为加热温度，只要是包埋用胶粘薄膜22软化并且未完全热固化的温度即可，优选80℃以上且150℃以下，更优选100℃以上且130℃以下。此时，可以以0.1MPa以上且1.0MPa以下进行加压。
包埋用胶粘薄膜22为半固化状态，因此通过将包埋用胶粘薄膜22载置到被粘物1上后，并在规定条件下进行热处理，由此将包埋用胶粘薄膜22热固化，将第二半导体元件12固定到被粘物1上。关于进行热处理时的温度，优选在100℃～200℃下进行，更优选在120℃～180℃的范围内进行。另外，关于热处理时间，优选进行0.25～10小时，更优选进行0.5～8小时。
此时，热固化后的包埋用胶粘薄膜22对被粘物1的剪切胶粘力在25℃～250℃下优选为0.1MPa以上，更优选0.2～10MPa。将包埋用胶粘薄膜22的剪切胶粘力调节为0.1MPa以上时，可以抑制由于对第二半导体元件12的丝焊工序中的超声波振动或加热而造成在包埋用胶粘薄膜22与第二半导体元件12或被粘物1的胶粘面上产生剪切变形。即，抑制第二半导体元件12由于丝焊时的超声波振动而活动，由此可以防止丝焊成功率下降。
(第三固定工序)
第三固定工序中，在所述第二半导体元件12上固定与该第二半导体元件同种或不同种的第三半导体元件13(参考图1D)。第三半导体元件13通过第三胶粘薄膜23固定到第二半导体元件12上。
(第三半导体元件)
第三半导体元件13可以为与第二半导体元件12同种的存储芯片或与第二半导体元件12不同种的存储芯片。第三半导体元件13的厚度也可以根据目标半导体装置的方式适当设定。
(第三胶粘薄膜)
作为第三胶粘薄膜23，可以适合使用与第一固定工序中的第一胶粘薄膜21同样的胶粘薄膜。使用包埋用胶粘薄膜22作为第三胶粘薄膜23时，不需要其它半导体元件的包埋，因此可以将厚度减薄为约5μm～约60μm使用。
(固定方法)
如图1D所示，通过第三胶粘薄膜23将第三半导体元件13芯片接合到第二半导体元件12上。作为将第三半导体元件13固定到第二半导体元件12上的方法，可以列举例如：将第三胶粘薄膜23层叠到第二半导体元件12上后，在该第三胶粘薄膜23上以线焊面为上侧层叠第三半导体元件13的方法。另外，也可以将预先粘贴有第三胶粘薄膜23的第三半导体元件13配置层叠到第二半导体元件12上。其中，为了后述的第二半导体元件12与第三半导体元件13之间的丝焊，有时将第三半导体元件13相对于半导体元件12偏移进行固定，以避开第二半导体元件12的丝焊面(上表面)的电极焊盘。此时，先将第三胶粘薄膜23粘贴到第二半导体元件12的上表面时，有时第三胶粘薄膜23从第二半导体元件12的上表面伸出的部分(所谓的悬突(overhang)部)会折弯而附着到第二半导体元件12的侧面或包埋用胶粘薄膜22的侧面，从而产生预料不到的故障。因此，在第三固定工序中，优选预先将第三胶粘薄膜23粘贴到第三半导体元件13上，再将其配置层叠到第二半导体元件12上。
第三胶粘薄膜23也是半固化状态，因此通过在将第三胶粘薄膜23载置到第二半导体元件12上后，并在预定条件下进行热处理，由此将第三胶粘薄膜23热固化，从而将第三半导体元件13固定到第二半导体元件12上。另外，考虑第三胶粘薄膜23的弹性模量或工艺效率，也可以不进行热处理而固定第三半导体元件13。关于进行热处理时的温度，优选在100～200℃下进行，更优选在120℃～180℃的范围内进行。另外，关于热处理时间，优选进行0.25～10小时，更优选进行0.5～8小时。
(第二丝焊工序)
第二丝焊工序是用焊线32将第二半导体元件12上的电极焊盘(未图示)与第三半导体元件13上的电极焊盘(未图示)电连接的工序(参考图1E)。线的材料或丝焊条件可以适当采用与第一丝焊工序同样的材料或条件。
(半导体装置)
通过以上的工序，可以制造三个半导体元件通过规定的胶粘薄膜多层层叠而得到的半导体装置10。另外，通过重复与第三固定工序和第二丝焊工序同样的程序，可以制造四个以上的半导体元件层叠而得到的半导体装置。
(密封工序)
在将所需数目的半导体元件层叠后，可以进行将半导体装置10的整体树脂密封的密封工序。密封工序是利用密封树脂将半导体装置10密封的工序(未图示)。本工序为了保护搭载在被粘物上1的半导体元件或焊线而进行。本工序例如可以通过用模具将密封用的树脂成型来进行。作为密封树脂，例如可以使用环氧类的树脂。关于树脂密封时的加热温度，通常在175℃下进行60～90秒，但是本实施方式不限于此，例如也可以在165～185℃下进行数几分钟固化。另外，本工序中，也可以在树脂密封时进行加压。此时，施加的压力优选为1～15MPa，更优选3～10MPa。
(后固化工序)
本实施方式中，在密封工序后，可以进行将密封树脂后固化的后固化工序。本工序中，将在所述密封工序中固化不充分的密封树脂完全固化。本工序中的加热温度，根据密封树脂的种类而不同，例如在165～185℃的范围内，加热时间为约0.5～约8小时。通过经由密封工序或后固化工序，可以制作半导体封装。
[第二实施方式]
第一实施方式中，第一半导体元件在被粘物上的固定通过胶粘薄膜进行，两者间的电连接通过丝焊进行，但是，在第二实施方式中，通过使用设置在第一半导体元件上的突起电极的倒装连接进行两者间的固定及电连接。因此，第二实施方式仅第一固定工序中的固定方式与第一实施方式不同，以下主要对该不同点进行说明。
(第一固定工序)
本实施方式中，在所述第一固定工序中，通过倒装连接将第一半导体元件41固定到被粘物1上(参考图2A)。倒装连接为第一半导体元件41的电路面与被粘物1相对的所谓的面朝下(face down)安装。第一半导体元件41上设置有多个凸块等突起电极3，突起电极3与被粘物1上的电极(未图示)连接。另外，在被粘物1与第一半导体元件41之间，为了缓和两者间的热膨胀率之差或者保护两者间的空间，填充底部填充材料4。
作为连接方法，没有特别限制，可以利用现有公知的倒装芯片接合机连接。例如，使在第一半导体元件41上形成的凸块等突起电极3接触并挤压到在被粘物1的连接焊盘上粘接的接合用的导电材料(焊料等)上同时使导电材料熔融，由此可以确保第一半导体元件41与被粘物1的电导通，可以将第一半导体元件41固定到被粘物1上(倒装芯片接合)。一般而言，倒装连接时的加热条件为240～300℃，加压条件为0.5～490N。
作为形成凸块作为突起电极3时的材质，没有特别限制，可以列举例如：锡-铅基金属材料、锡-银基金属材料、锡-银-铜基金属材料、锡-锌基金属材料、锡-锌-铋基金属材料等焊料类(合金)、金基金属材料、铜基金属材料等。
作为底部填充材料4，可以使用现有公知的液体状或薄膜状的底部填充材料。
(第二固定工序)
在第二固定工序中，与第一实施方式同样地，利用包埋用胶粘薄膜22将所述第一半导体元件41包埋的同时将与所述第一半导体元件41不同的第二半导体元件12固定到所述被粘物1上(参考图2B)。本工序中的条件与第一实施方式中的第二固定工序同样。
包埋用胶粘薄膜22具有比所述第一半导体元件41的厚度T1更厚的厚度T。本实施方式中，所述被粘物1与所述第一半导体元件41进行倒装连接，因此将所述厚度T与所述厚度T1之差设定为10μm以上且200μm以下。所述厚度T与所述厚度T1之差的下限只要为10μm以上则没有特别限制，但是优选为20μm以上，更优选30μm以上。另外，所述厚度T与所述厚度T1之差的上限只要为200μm以下则没有特别限制，但是优选150μm以下，更优选100μm以下。通过这样的构成，可以实现半导体装置整体的薄型化，同时可以在防止第一半导体元件41与第二半导体元件12接触的同时将第一半导体元件41整体包埋到包埋用胶粘薄膜22的内部，可以将作为控制器的第一半导体元件41固定(即，在通信路径长度最短的最下层固定)到被粘物1上。
包埋用胶粘薄膜22的厚度T可以考虑第一半导体元件41的厚度T1以及突起电极的高度适当设定以使得可以包埋第一半导体元件41，其下限为50μm以上，更优选60μm以上，进一步优选70μm以上。另一方面，厚度T的上限优选为250μm以下，更优选200μm以下，进一步优选150μm以下。通过如此使包埋用胶粘薄膜22较厚，可以基本覆盖一般的控制器的厚度，可以容易地进行第一半导体元件41在包埋用胶粘薄膜22中的包埋。
接着，与第一实施方式同样地经由在第二半导体元件12上固定与该第二半导体元件12同种或不同种的第三半导体元件13的第三固定工序(参考图2C)、以及利用焊线32将所述第二半导体元件12与所述第三半导体元件13电连接的丝焊工序(参考图2D)，由此可以制作控制器层叠在最下层，在其上方层叠有多层半导体元件的半导体装置20。
(其它实施方式)
将半导体元件在被粘物上三维安装时，可以在半导体元件的形成电路的面侧形成缓冲涂膜。作为该缓冲涂膜，可以列举例如氮化硅膜或包含聚酰亚胺树脂等耐热树脂的缓冲涂膜。
各实施方式中，对于每次层叠第二半导体元件以后的半导体元件时都进行丝焊工序的方式进行了说明，但是，也可以在将多个半导体元件层叠后，统括地进行丝焊工序。需要说明的是，由于第一半导体元件利用包埋用胶粘薄膜进行了包埋，因此不能作为统括的丝焊的对象。
作为倒装连接的方式，不限于利用作为第二实施方式中说明的突起电极的凸块进行的连接，也可以采用利用导电性胶粘剂组合物的连接、利用凸块与导电性胶粘剂组合物的组合成的突起结构的连接等。另外，本发明中，只要是第一半导体元件的电路面与被粘物相向进行连接的面朝下安装，则即使突起电极或突起结构等连接方式不同，也可以称为倒装连接。作为导电性胶粘剂组合物，可以使用环氧树脂等热固性树脂中混合有金、银、铜等导电性填料的现有公知的导电浆等。使用导电性胶粘剂组合物时，在将第一半导体元件搭载到被粘物上后，在80～150℃进行约0.5～约10小时热固化处理，由此可以将第一半导体元件固定。
实施例
以下，对本发明的优选实施例进行例示性的详细说明，但是，该实施例中记载的材料、配合量等，如果并非特别限定的记载，则并无意将本发明的范围仅限定于此，不过是单纯的说明例。
(实施例1～8和比较例1～5)
以表1所示的比例将丙烯酸类树脂、环氧树脂A、环氧树脂B、酚醛树脂、二氧化硅以及热固性催化剂溶解到甲乙酮中，制备浓度40～50重量%的胶粘剂组合物。
将该胶粘剂组合物涂布到作为剥离衬垫的、经过聚硅氧烷剥离处理后的厚度为50μm的聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜构成的脱模处理薄膜上，然后在130℃干燥2分钟，由此分别制作具有下述表1所示的厚度的胶粘薄膜。
表1
另外，上述表1中的缩略符号和成分的详细内容如下所示。
丙烯酸类树脂：长濑化成(ナガセケムテックス)公司制造SG-70L
环氧树脂A：东都化成株式会社制造KI-3000
环氧树脂B：三菱化学株式会社制造JER828
酚醛树脂：明和化成株式会社制造MEH-7851SS
二氧化硅：アドマテックス公司制造SE-2050MC
热固化催化剂：北兴化学株式会社制造TPP-K
(熔融粘度的测定)
对于各实施例和比较例中制作的热固化前的各胶粘薄膜，分别测定120℃的熔融粘度。即，使用流变仪(HAAKE公司制，RS-1)通过平行板法测定熔融粘度。从各实施例或比较例中制作的胶粘薄膜中取0.1g的试样，将其投入到预先在120℃下加热的板上。然后，将测定开始300秒后的值作为熔融粘度。板间的间隙设定为0.1mm。结果如下表2所示。
(半导体装置的制作)
以厚度10μm制作实施例1的组成的胶粘薄膜，作为控制器芯片用的胶粘薄膜。分别在温度40℃的条件下，粘贴到2mm见方、厚度50μm的控制器芯片上。另外，通过胶粘薄膜将半导体芯片胶粘到BGA衬底上。此时的条件是，温度120℃、压力0.1MPa、1秒。另外，将胶粘有控制器的BGA衬底利用干燥机在130℃热处理4小时，使胶粘薄膜热固化。
然后，使用丝焊机(株式会社新川制造，商品名“TUC-1000”)在下述条件下对控制器芯片进行丝焊。
(丝焊条件)
温度：175℃
Au线：23μm
S-水平(S-LEVEL)：50μm
S-速度(S-SPEED)：10mm/s
时间：15毫秒
超声波功率(US-POWER)：100
压力(FORCE)：20gf
S-压力(S-FORCE)：15gf
线间距：100μm
线圈高度：30μm
接着，将各实施例和比较例制作的各胶粘薄膜分别在温度40℃的条件下粘贴到10mm见方、厚度100μm的半导体芯片上。另外，利用各胶粘薄膜包埋控制器芯片的同时将半导体芯片胶粘到BGA衬底上。此时的条件是，120℃、压力0.1MPa、2秒。另外，将胶粘有半导体芯片的BGA衬底利用干燥机在130℃热处理4小时，使胶粘薄膜热固化，制作半导体装置。
胶粘薄膜的厚度T(μm)与控制器芯片的厚度T1(μm)之差如下表2所示。另外，将制作的半导体装置切断，使用光学显微镜(200倍)观察切割面，将控制器上未产生问题、半导体芯片固定的情况评价为“○”，将确认控制器芯片变形或破坏的情况评价为“×”。结果如下表2所示。
表2
使用实施例的胶粘薄膜制作的半导体装置中，控制器芯片的包埋以及半导体芯片的固定良好地进行。另一方面，使用比较例的胶粘薄膜制作的半导体装置中，可能由于胶粘薄膜薄、控制器芯片与半导体芯片的间隙小，确认到控制器芯片的变形或破坏。另外，本实施例中，控制器芯片与BGA衬底的电连接利用丝焊实现，但是推测通过倒装连接进行固定也可以得到同样的结果。

Claims (10)

1.一种胶粘薄膜，用于将固定在被粘物上的第一半导体元件包埋并且将与该第一半导体元件不同的第二半导体元件固定到被粘物上，其中，
所述胶粘薄膜含有环氧树脂和酚醛树脂，
所述胶粘薄膜具有比所述第一半导体元件的厚度T1更厚的厚度T，
所述被粘物与所述第一半导体元件被丝焊连接、并且所述厚度T与所述厚度T1之差为40μm以上且260μm以下，或者
所述被粘物与所述第一半导体元件被倒装连接、并且所述厚度T与所述厚度T1之差为10μm以上且200μm以下。
2.如权利要求1所述的胶粘薄膜，其中，
所述被粘物与所述第一半导体元件被丝焊连接、并且所述厚度T为80μm以上且300μm以下。
3.如权利要求1所述的胶粘薄膜，其中，
所述被粘物与所述第一半导体元件被倒装连接、并且所述厚度T为50μm以上且250μm以下。
4.如权利要求1所述的胶粘薄膜，其中，
120℃下的熔融粘度为100Pa·s以上且2000Pa·s以下。
5.一种半导体装置的制造方法，包括如下工序：
将至少一个第一半导体元件固定到被粘物上的第一固定工序，和
利用权利要求1～4中任一项所述的胶粘薄膜将所述第一半导体元件包埋的同时将与所述第一半导体元件不同的第二半导体元件固定到所述被粘物上的第二固定工序。
6.如权利要求5所述的半导体装置的制造方法，其中，
在所述第一固定工序中，利用第一半导体元件固定用的第一胶粘薄膜将所述第一半导体元件固定到所述被粘物上。
7.如权利要求6所述的半导体装置的制造方法，其中，
还包括利用焊线将所述第一半导体元件与所述被粘物电连接的丝焊工序。
8.如权利要求5所述的半导体装置的制造方法，其中，
在所述第一固定工序中，通过倒装连接将所述第一半导体元件固定到所述被粘物上。
9.如权利要求5所述的半导体装置的制造方法，其中，
还包括在所述第二半导体元件上固定与该第二半导体元件同种或不同种的第三半导体元件的第三固定工序。
10.通过权利要求5所述的半导体装置的制造方法得到的半导体装置。
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