CN108235784B - 半导体装置以及复合片 - Google Patents

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Abstract

本发明的一个实施方式的半导体装置(100)具备半导体基板(11)、和保护层(20)。半导体基板(11)具有构成电路面的第一面、和与上述第一面相反侧的第二面。保护层(20)由含有软磁性粒子的复合材料的单一层构成，且具有粘接于上述第二面的粘接面(201)。

Description

半导体装置以及复合片
技术领域
本发明涉及一种具备半导体用保护膜的半导体装置以及复合片，所述半导体用保护膜贴在例如半导体芯片等半导体器件的背面。
背景技术
近年来广泛使用被称为面朝下(face down)方式或倒装芯片连接的安装法来进行半导体装置的制造。在这样的安装法中，半导体芯片的构成电路面的表面(有源面)与配线基板相对配置，通过形成于该表面的称为焊球(bump)的多个电极，将半导体芯片电连接/机械性连接在配线基板上。
为了保护半导体芯片，多在以面朝下方式安装的半导体芯片的背面(非有源面)粘贴有保护膜。作为这样的保护膜，已知有一种倒装芯片型半导体背面用膜，其具备粘接剂层和层叠在该粘接剂层上的保护层，且上述保护层由耐热性树脂或金属构成(例如参照专利文献1)。
另一方面，随着近年来电子设备的小型化、高性能化，配线基板上的半导体芯片之间的电磁串扰的影响变大。为了解决这样的问题，进行了具有粘接剂层与电磁波屏蔽层的层叠结构的半导体装置用粘接膜的开发(例如参照专利文献2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利公开2012-33626号公报
专利文献2：日本专利公开2012-124466号公报
发明内容
(一)要解决的技术问题
近年来，随着对电子设备薄型化的要求提高，内置半导体装置的薄型化正在推进。然而，如专利文献1、2中记载的那样，粘接于半导体芯片背面的膜由两层构成，因此半导体装置的薄型化存在极限。这样的问题在将上述膜适用于构成例如像CoC(Chip on Chip)、PoP(Package on Package)这样的叠式结构的半导体装置的各个半导体芯片的情况下尤为显著。
鉴于如上所述的问题，本发明的目的在于，提供一种具有半导体芯片的保护功能和噪声抑制功能，并能够实现薄型化的半导体装置以及复合片。
(二)技术方案
为了实现上述目的，本发明的一个实施方式的半导体装置具备半导体基板、和保护层。
上述半导体基板具有构成电路面的第一面、和与上述第一面相反侧的第二面。
上述保护层由含有软磁性粒子的复合材料的单一层构成，且具有粘接于上述第二面的粘接面。
在上述半导体装置中，保护层通过使其粘接面与半导体基板的背面接合而与半导体基板一体化。由此，保护半导体基板的背面的保护层由单一层构成，因此能够实现保护层以及半导体装置的减薄化。进一步地，保护层由含有软磁性粒子的复合材料构成，因此提高了半导体基板的抗折强度，并且能够抑制从半导体基板向外部放出的电磁噪声、从外部向该半导体基板侵入的电磁噪声。
典型地，上述复合材料由使上述软磁性粒子分散而成的热固性粘接树脂的固化物构成。由此，能够容易地构成具有半导体基板的背面保护所需的强度和电磁噪声抑制效果的由单一层构成的保护层。
上述半导体基板可以是半导体晶圆，也可以是单片化为芯片尺寸的半导体裸芯片。
上述保护层可以进一步含有热传导性粒子。由此，能够获得除了电磁噪声吸收特性优异之外，半导体基板的放热性也优异的保护层。
本发明的另一实施方式的半导体装置具备配线基板、半导体器件、和保护层。
上述半导体器件具有构成电路面的第一面、和与上述第一面相反侧的第二面，且搭载于上述配线基板。
上述保护层由含有软磁性粒子的复合材料的单一层构成，且具有粘接于上述第二面的粘接面。
半导体器件对配线基板的安装方法并无特别限定，可以是倒装芯片连接，也可以是引线键合(wire bond)连接。在倒装芯片连接的情况下，保护层配置于半导体器件的上表面(与配线基板相反侧的面)。另一方面，在引线键合连接的情况下，保护层作为粘接层配置在半导体器件与配线基板之间。
上述半导体装置也可以进一步具备与上述配线基板电连接的半导体封装部件。在该情况下，上述半导体器件配置在上述配线基板与上述半导体封装部件之间。
另外，由于保护层由单一层构成，因此即使在半导体装置具有叠式结构的情况下，也能够抑制半导体器件与半导体封装部件之间的电磁串扰，并实现半导体装置的薄型化。
本发明的又一实施方式的半导体装置具备第一半导体器件、第二半导体器件、和粘接层。
上述第二半导体器件配置在上述第一半导体器件之上，且与上述第一半导体器件电连接。
上述粘接层由含有软磁性粒子的非导电性复合材料构成，且配置在上述第一半导体器件与上述第二半导体器件之间。
本发明的一个实施方式的复合片是与半导体基板的构成电路面的第一面的相反侧的第二面接合的复合片，其具备保护层、和支承片。
上述保护层由含有软磁性粒子的复合材料的单一层构成，且具有粘接于上述第二面的粘接面。
上述支承片以可剥离的方式粘贴于上述保护层的与上述粘接面相反侧的表面。
上述支承片可以由在半导体基板的切割工序中保护/固定半导体基板，并用于拾取(pick up)单片化为芯片尺寸的半导体芯片的切割片(dicing sheet)构成。
上述保护层可以进一步含有热传导性的无机填料。该无机填料使保护层的热扩散率提高，因此能够有效地使半导体基板发出的热扩散。
上述无机填料可以包含具有与上述保护层的厚度方向大致相同的长轴方向的形状各向异性粒子。由于上述形状各向异性粒子在其长轴方向上表现出良好的热扩散率，因此易于通过保护层使在半导体基板产生的热发散。
(三)有益效果
如上所述，根据本发明，能够提供一种具有半导体芯片的保护功能和噪声抑制功能，并能够实现薄型化的半导体装置。
附图说明
图1是表示本发明第一实施方式的半导体装置结构的概略侧截面图。
图2是表示上述半导体装置中的包含保护层的复合片的概略侧截面图。
图3是说明上述半导体装置的制造方法的概略工序截面图。
图4是表示上述复合片的预切割(pre-cut)形状的概略俯视图。
图5是说明上述复合片的粘贴工序的一例的模式图。
图6是说明上述复合片的粘贴工序的另一例的模式图。
图7是表示本发明第二实施方式的半导体装置结构的概略侧截面图。
图8是表示本发明第三实施方式的半导体装置结构的概略侧截面图。
图9是表示本发明第四实施方式的半导体装置结构的概略侧截面图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
<第一实施方式>
图1是表示本发明一个实施方式的半导体装置100结构的概略侧截面图。
在图中，X轴、Y轴及Z轴表示相互正交的三个轴向，Z轴方向相当于半导体装置100的高度方向(厚度方向)。
如图1所示，本实施方式的半导体装置100具备半导体器件10、和保护层20。
[半导体装置]
半导体装置100通过以晶圆级制作的芯片尺寸封装(WLCSP)构成。半导体器件10具有半导体基板11、配线层12、以及多个焊球13，其中，所述配线层12形成于该半导体基板11的构成电路面的表面(第一面)、所述多个焊球13与配线层12连接。
半导体基板11由单晶硅、碳化硅、氮化镓、砷化镓等的半导体晶圆，或将其单片化(分割)为规定尺寸得到的半导体芯片构成。半导体基板11的厚度并无特别限定，例如可以为25～400μm。
配线层12用于使形成于半导体基板10的电路面的多个电极与多个焊球13连接，其具有以使上述多个电极的位置、间距成为规定的位置、间距的方式再配置排列的配线层。焊球13由锡球或金球等突起电极构成。
此外，半导体器件10可以仅由半导体基板11(裸芯片)构成，也可以省略配线层12(焊球13直接配置于半导体基板11的各电极)。
[保护层]
保护层20构成了设置于半导体基板11背面(第二面)的半导体用保护膜。保护层20构成为通过设置于半导体基板11的背面而发挥如下各种功能：提高半导体基板11的刚性(抗折强度)、保护半导体基板11的背面、表示半导体基板11的品种、抑制半导体基板11的翘曲、吸收从半导体基板11放射或向半导体基板11侵入的电磁噪声等。
图2是表示保护层20的概略侧截面图。
保护层20与剥离片S1以及支承片S2一同构成复合片140。保护层20具有粘接于半导体基板11(半导体器件10)背面的粘接面201，在未使用时被剥离片S1可剥离地覆盖。与粘接面201相反侧的保护层20的表面202被支承片S2支承。支承片S2在保护层20粘接于半导体基板11后被去除。
如图2所示，保护层20由含有软磁性粒子的复合材料的单一层构成。保护层20的厚度并无特别限定，例如可以为20μm以上400μm以下，优选在25μm以上300μm以下的范围内。
构成保护层20的复合材料由含有软磁性粒子的电绝缘性粘接树脂的固化物构成。
(软磁性粒子)
作为软磁性粒子，只要是具有软磁特性的磁性材料的粉末则并无特别限定，可以采用合金类、氧化物类、非晶类等各种磁性材料的粉末。
作为合金类磁性材料，典型地，是森达斯特合金(Sendust)(Fe-Si-Al合金)，但除此以外，还可列举坡莫合金(Permalloy)(Fe-Ni合金)、硅铜(Fe-Cu-Si合金)磁性不锈钢等。作为氧化物磁性材料，典型地，可列举铁氧体(Fe2O3)。作为非晶类磁性材料，典型地，有过渡金属-半金属类非晶材料，更具体地，可列举Fe-Si-B类、Co-Fe-Si-B类等。以电磁波吸收为目的，可以根据作为对象的电磁波的频率特性等来适当地选择磁性材料的种类，其中，从能够覆盖相对较宽的频带的观点出发，优选森达斯特合金等具有高导磁率特性的磁性材料。
软磁性粒子的粉末形态也无特别限定，除了球状、针状以外，还可采用包含鳞片状、薄片状在内的扁平状等，其中，优选扁平状。特别是，更优选这些扁平状的磁性粉末与保护层20的平面方向平行地取向，且以在保护层20的厚度方向上多层重叠的方式分散。
在该情况下，软磁性粒子的平均粒径可以根据其扁平率、平均厚度而任意设定，例如在100nm以上100μm以下的范围内。在软磁性粒子采用纳米铁氧体粒子时，其粒径的下限为100nm，优选为1μm。这里，扁平率是作为纵横比被算出的，该纵横比由软磁性粒子的平均粒径(平均长度)除以其平均厚度而得到。通过对软磁性粒子的平均粒径、扁平率、平均厚度等进行调整，从而能够减小软磁性粒子导致的逆磁场的影响，并提高软磁性粒子的导磁率。
此外，本说明书中的软磁性粒子的平均粒径的测量是以岛津制作所的激光衍射式粒度分布测量仪(SALD-2300)为测量装置，并使用旋风喷射式干式测定组件(SALD-DS5)以干式法进行测量。
保护层20中的软磁性粒子的含量例如为30质量％以上95质量％以下，优选为40质量％以上90质量％以下的范围内。若软磁性粒子的含量过低，则无法获得足够作为保护层20的电磁噪声抑制效果。另外，若软磁性粒子的含量过高，则无法获得足够作为保护层20的粘接强度、软磁性粒子的保持强度等。
(树脂成分)
另一方面，作为粘接树脂的树脂成分，包含热固性成分及能量线固化性成分中的至少一种、和粘结剂聚合物成分。
作为热固性成分，例如可列举：环氧树脂、酚醛树脂、三聚氰胺树脂、尿素树脂、聚酯树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸树脂、聚酰亚胺树脂、苯并恶嗪树脂等以及它们的混合物。特别是在本实施方式中，优选使用环氧树脂、酚醛树脂以及它们的混合物。
其中，在本实施方式中，优选使用双酚类缩水甘油型环氧树脂、邻甲酚酚醛清漆型环氧树脂、以及苯酚酚醛清漆型环氧树脂。这些环氧树脂可以单独使用一种，或是组合使用两种以上。
能量线固化性成分由受到紫外线、电子束等能量线的照射会聚合固化的化合物组成。该化合物在分子内具有至少一个聚合性双键，分子量通常为100～30000，优选为300～10000左右。作为这样的能量线聚合型化合物，例如可以使用：三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、二季戊四醇单羟基五丙烯酸酯、二季戊四醇六丙烯酸酯或1,4-丁二醇二丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、低聚酯丙烯酸酯、还有聚酯型或聚醚型的聚氨酯丙烯酸酯低聚物、聚酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯、环氧改性丙烯酸酯等。
其中，在本实施方式中，优选使用紫外线固化型树脂，具体而言，特别优选使用低聚酯丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯低聚物等。通过在能量线固化性成分中混入光聚合引发剂，能够减少聚合固化时间以及光线照射量。
粘结剂聚合物成分用于对保护层20赋予适度的粘性，提高造膜性、片材的操作性。粘结剂聚合物的重量平均分子量通常为5万～200万，优选为10万～150万，特别优选在20万～100万的范围内。若分子量过低，则片材形成不充分，若分子量过高，则片材的柔软性差，与其它成分的相溶性变差，结果会妨碍形成均一的片材。
作为这样的粘结剂聚合物，例如可使用：丙烯酸类聚合物、聚脂树脂、聚氨酯树脂、聚氨酯丙烯酸树脂、硅树脂、苯氧基树脂、橡胶类聚合物等，特别优选使用丙烯酸类聚合物。
丙烯酸聚合物的玻璃化转变温度(Tg)优选为-60～50℃，更优选在-50～40℃的范围。若丙烯酸聚合物的玻璃化转变温度过低，则保护层20与支承片S2的剥离力变大，可能会导致保护层20向半导体基板11的转印不良，或是片材形状下的保管稳定性变差。另一方面，若丙烯酸聚合物的玻璃化转变温度过高，则可能导致保护层20的粘接性降低，无法向半导体基板11转印，或是在转印后保护层20从半导体基板11剥离。
作为丙烯酸类聚合物，例如可列举：由来自(甲基)丙烯酸酯单体以及(甲基)丙烯酸衍生物的结构单元组成的(甲基)丙烯酸酯共聚物。这里，作为(甲基)丙烯酸酯单体，优选使用：烷基的碳数为1～18的(甲基)丙烯酸烷基酯，例如(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丙酯、(甲基)丙烯酸丁酯等。另外，作为(甲基)丙烯酸衍生物，例如可以列举：(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酸缩水甘油酯、(甲基)丙烯酸羟乙酯等。
通过使甲基丙烯酸缩水甘油酯等共聚而向丙烯类聚合物中导入缩水甘油基，从而提高与作为热固化型粘接成分的环氧树脂的相溶性，另外，固化后的Tg变高，耐热性也会提高。另外，通过用丙烯酸羟乙酯等向丙烯酸类聚合物中导入羟基，从而使与芯片的密接性、粘接物性的控制变得容易。
在不损害本发明效果的范围内，保护层20也可以含有添加剂。添加剂可以使用公知类型，也可以根据目的任意选择，并无特别限定，但是，作为优选的添加剂，例如可列举增塑剂、抗静电剂、抗氧化剂、着色剂(染料、颜料)、吸除剂。
(无机填料)
保护层20可以进一步含有使保护层20的热扩散率提高的热传导性的无机填料。
通过混合这样的无机填料，能够有效地使半导体基板11发出的热扩散。另外，能够对固化后的保护层20的热膨胀系数进行调整，相对于半导体基板11，使固化后的保护层20的热膨胀系数优化，从而能够提高半导体装置100的可靠性。进一步地，能够使固化后的保护层20的吸湿率降低，并在加热时维持作为保护层20的粘接性，能够提高半导体装置100的可靠性。此外，热扩散率是指，保护层20的热传导率除以保护层20的比热与比重之积所得到的值，热扩散率越大则表示所具有的放热特性越优异。
作为无机填料，具体而言，可列举：二氧化硅、氧化锌、氧化镁、氧化铝、钛、碳化硅、氮化硼等的粒子、将它们球形化而成的珠粒、单晶纤维以及玻璃纤维等。
无机填料优选包含形状各向异性粒子。形状各向异性粒子在其长轴方向上表现出良好的热扩散率。因此，通过提高其长轴方向与保护层20的厚度方向大致相同的形状各向异性粒子在保护层20中的比例，从而容易使半导体基板11产生的热通过保护层20发散。
此外，所谓“形状各向异性粒子的长轴方向与保护层20的厚度方向大致相同”，具体而言是指，形状各向异性粒子的长轴方向相对于保护层20的厚度方向(在图2中为Z轴方向)的倾斜在-45°～45°的范围内。
由于形状各向异性粒子的长轴方向与保护层20的厚度方向大致相同，因此保护层20可以进一步包含阻碍粒子。通过并用形状各向异性粒子和阻碍粒子，从而在保护层20的制造工序中，能够抑制形状各向异性粒子的长轴方向与保护层20的宽度方向、流方向大致相同的情况，使其长轴方向与保护层20的厚度方向大致相同的形状各向异性粒子的比例提高。其结果为，能够获得具有优异的热扩散率的保护层20。
形状各向异性粒子的具体形状可列举板状、针状、鳞片状等。作为优选的形状各向异性粒子，可列举氮化物粒子，作为氮化物粒子，可列举氮化硼、氮化铝、氮化硅等的粒子。其中，优选容易获得良好热传导性的氮化硼粒子。
形状各向异性粒子的平均粒径例如为20μm以下，优选为5～20μm。另外，优选地，形状各向异性粒子的平均粒径比上述阻碍粒子的平均粒径小。通过如上所述来调整形状各向异性粒子的平均粒径，从而使保护层20的热扩散率、制膜性提高，并且使保护层20中的形状各向异性粒子的填充率提高。
另一方面，阻碍粒子的形状只要是对形状各向异性粒子的长轴方向与保护层20的宽度方向、流方向(与保护层20平行的方向)大致相同造成阻碍的形状即可，并无特别限定，其具体的形状例如为球状或扁平状。作为阻碍粒子，例如可列举二氧化硅粒子、氧化铝粒子。
阻碍粒子的平均粒径例如是超过20μm，优选为超过20μm且在50μm以下，更优选为超过20μm且在30μm以下。通过使阻碍粒子的平均粒径在上述范围内，从而使保护层20的热扩散率、制膜性提高。另外，形状各向异性粒子的每单位体积的比表面积较大，容易使形成保护层20的组成物的粘度上升。这里，在添加了比表面积较大的平均粒径为20μm以下的形状各向异性粒子以外的填料的情况下，有可能存在形成保护层20的组成物的粘度进一步上升，保护层20的形成变得困难，或者需要用大量的溶剂进行稀释，使生产性降低的问题。
作为阻碍粒子，也可以使用上述的软磁性粒子。由此，就不需要在软磁性粒子以及形状各向异性粒子之外再另外添加阻碍粒子，因此软磁性粒子的填充率提高，从而能够进一步提高电磁波吸收特性。在该情况下，软磁性粒子不限于一种，也可以为两种以上。例如，除了以电磁波吸收为主要目的进行调整的第一软磁性粒子之外，保护层20中还可以包含具有作为阻碍粒子最优化的平均粒径的第二软磁性粒子。
另外，保护层20也可以着色。保护层20的着色例如通过配比混合颜料、染料等进行。若对保护层20着色，则能够提升外观，并且能够提高实施激光刻印时的可视性、识别性。保护层20的颜色并无特别限定，可以没有彩色，也可以有彩色。在本实施方式中，保护层20被着色为黑色。
此外，以提高固化后的保护层20与半导体基板11背面的粘接性/密接性为目的，还可以在保护层20中添加耦合剂。耦合剂不会损害保护层20的耐热性而能够提高粘接性、密接性，并且防水性(抗湿热性)也会提高。
(剥离片)
剥离片S1以覆盖保护层20的粘接面201的方式设置，并可在使用保护层20时从粘接面201剥离。
作为剥离片S1，例如可使用：聚乙烯膜、聚丙烯膜、聚丁烯膜、聚丁二烯膜、聚甲基戊烯膜、聚氯乙烯膜、氯乙烯共聚物膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯膜、聚萘二甲酸乙二醇酯膜、聚对苯二甲酸丁二醇酯膜、聚氨酯膜、乙烯醋酸乙烯酯共聚物膜、离聚物树脂膜、乙烯-(甲基)丙烯酸共聚物膜、乙烯-(甲基)丙烯酸酯共聚物膜、聚苯乙烯膜、聚碳酸酯膜、聚酰亚胺膜、氟树脂膜等。另外也可以使用它们的交联膜。还可以使用它们的层叠膜。
作为剥离片S1，优选为对如上所述的膜的一侧表面实施了剥离处理所得到的膜。作为剥离处理所使用的剥离剂，虽然没有特别限定，但是可以使用硅类、氟类、醇酸类、不饱和聚酯类、聚烯烃类、蜡类等。特别是硅类的剥离剂由于容易实现低剥离力，故优选。若剥离膜所使用的膜是像聚烯烃膜这样其自身的表面张力较低且相对于粘接层表现出低剥离力的膜，则可以不进行剥离处理。
进一步地，剥离片S1的表面张力优选为40mN/m以下，更优选为37mN/m以下，特别优选为35mN/m以下。这样的表面张力较低的剥离片S1可以通过适当地选取材质而获得，也可以通过在剥离片S1的表面上涂布硅树脂等来实施脱模处理而获得。
剥离片S1的厚度通常为5～300μm，优选为10～200μm，特别优选为20～150μm左右。
(支承片)
支承片S2可剥离地粘贴于保护层20的与粘接面201相反侧的表面202，具有在将保护层20贴在半导体基板11上时作为支承体的作用。
支承片S2由以树脂类材料为主要材料的基材膜构成。作为基材膜的具体例可举出：低密度聚乙烯(LDPE)膜、直链低密度聚乙烯(LLDPE)膜、高密度聚乙烯(HDPE)膜等聚乙烯膜、聚丙烯膜、聚丁烯膜、聚丁二烯膜、聚甲基戊烯膜、乙烯-降冰片烯共聚物膜、降冰片烯树脂膜等聚烯烃类膜；乙烯-醋酸乙烯酯共聚物膜、乙烯-(甲基)丙烯酸共聚物膜、乙烯-(甲基)丙烯酸酯共聚物膜等乙烯类共聚膜；聚氯乙烯膜、氯乙烯共聚物膜等聚氯乙烯类膜；聚对苯二甲酸乙二醇酯膜、聚对苯二甲酸丁二醇酯膜等聚酯类膜；聚氨酯膜；聚酰亚胺膜；聚苯乙烯膜；聚碳酸酯膜；氟树脂膜等。另外也可以使用它们的交联膜、离聚物膜那样的改性膜。基底层可以是由这其中的一种构成的膜，也可以是组合其中的两种以上而构成的层叠膜。
或者，构成支承片S2的基材膜也可以使用构成上述的剥离片S1的树脂膜。另外，作为支承片S2，也可以使用对上述基材膜实施了粘着加工的膜。进一步地，支承片S2也可以在保护层20固化后被替换为切割片。
支承片S2的厚度并无特别限定，例如为10μm以上500μm以下，优选为15μm以上300μm以下，特别优选在20μm以上250μm以下的范围内。
[半导体装置的制造方法]
接下来对半导体装置100的制造方法进行说明。
图3中的A～D是说明半导体装置100的制造方法的概略工序截面图。
首先，如图3中的A所示，在半导体晶圆W的背面粘贴保护层20。此外在保护层20的粘贴工序中，例如也可以使用后述那样的预切割的复合片140(401、402)(图4～图6)。
半导体晶圆W事先通过背磨(back grind)工序减薄至规定厚度(例如50μm)。另外，在半导体基板W表面(电路面)以晶圆级形成有配线层12及焊球13。
保护层20例如形成为与半导体晶圆W大致相同的大小、形状，且处于固化处理前的状态。在保护层20向半导体晶圆W粘贴之前，剥离片S1被从粘接面201剥离。另外，保护层20通过粘接面201粘贴于半导体晶圆W的背面。然后，支承片S2被从保护层20的表面202剥离，从而获得半导体晶圆W与保护层20的层叠体。接下来使保护层20固化。由此，在半导体晶圆W的整个表面形成由保护层20的固化物构成的单一的复合材料层。
通过向半导体晶圆W粘贴固化前的保护层20，从而使半导体晶圆W的外观厚度增加，其结果为，可提高半导体晶圆W的刚性，并且操作性、切割适性也会提高。由此，可有效地保护半导体晶圆W而避免损伤、破碎等。
接下来，在保护层20的固化物上形成表示产品信息的刻印层。刻印层是通过向保护层20表面照射红外线激光而形成(激光标记)。刻印层包含表示半导体芯片或半导体装置的种类等的文字、记号或图形。通过以晶圆级来形成刻印层，能够高效地向各个芯片区域刻印规定的产品信息。
接着，如图3中的B所示，粘接有保护层20的半导体晶圆W被安置于切割片T的粘着面。切割片T在半导体基板的切割工序中保护/固定半导体基板，并用于拾取单片化为芯片尺寸的半导体芯片。切割片T设置于其一侧的面且以粘着层朝上的方式配置在未图示的切割台上，并通过环状框架F固定。半导体晶圆W以其电路面朝上的方式通过保护层20固定在切割片T上。
而且，如图3中的C所示，通过划片切割机D将半导体晶圆W按每个电路(芯片单位)被切割。这时，划片切割机D的刀片以到达切割片T上表面(粘着面)的深度将半导体晶圆W切断，由此将保护层20与半导体晶圆W一起切断为芯片单位。
接下来，如图3中的D所示，通过夹头(collet)K将芯片状的半导体器件10与保护层20一起从切割片T的粘着层剥离。由此来制造在半导体器件10背面设置有保护层20的半导体装置100。
图4是表示复合片140的预切割形状的概略俯视图。复合片140典型地形成为带状的片材，在除剥离片S1之外的各层，以去除了支承片和保护层的状态设置有与半导体晶圆大致相同大小的冲槽140c。即，在图示的例子中，保护层20及支承片S2以分别预切割至与半导体晶圆同等或者在其以上的大小的状态被剥离片S1支承，且构成为以基板尺寸粘接于半导体晶圆W的背面。
图5中的A～C是表示向半导体晶圆W背面粘接保护层20的工序的一例的模式截面图。如图所示，复合片401在剥离片S1剥离之后，与半导体晶圆W的背面(在图5中的C中为上表面)贴合，并且实施保护层20的固化处理。在图示的复合片401中，在预切割为尺寸比半导体晶圆尺寸更大的保护层20的周缘部上，预先层叠有与环状框架RF粘接的环状的粘接剂层125，且半导体晶圆W粘接于由该粘接剂层125划分的粘接剂层区域的内侧。层叠于半导体晶圆W表面(在图5中的C中为下表面)的保护部件160在保护层20的固化处理前被去除。
另一方面，图6的A所示的复合片402具有预切割为与半导体晶圆尺寸同等大小的保护层20、和预切割为尺寸比半导体晶圆尺寸更大的支承片S2，剥离片S1以覆盖保护层20的方式粘接于支承片S2。而且，如图6的B、C所示，复合片402在将剥离片S1剥离之后，与半导体晶圆W的背面(在图6中为上表面)贴合，并且实施保护层20的固化处理。支承片S2通过未图示的粘接剂层被粘接支承于环状框架RF。层叠于半导体晶圆W表面(在图6的C中为下表面)的保护部件160在保护层20的固化处理前被去除。
作为复合片140，可以采用图5中的A所示的复合片401，也可以采用图6中的A所示的复合片402。另外，复合片401、402中的支承片S2可以如上述那样由切割片构成。
在本实施方式的半导体装置100中，保护层20通过其粘接面201与半导体基板11背面接合而与半导体基板11一体化。由此，对半导体基板11背面进行保护的保护层20由单一层构成，因此能够实现保护层20以及半导体装置100的减薄化。
进一步地，保护层20由含有软磁性粒子的复合材料构成，因此半导体基板11的抗折强度提高，并且能够抑制从半导体基板11向外部放出的电磁噪声、从外部向半导体基板11侵入的电磁噪声。
本发明人等制作了使软磁性粒子(铁硅铝合金，山阳特殊钢公司制造，商品名“FME3DH”)以60质量％分散而成的厚度300μm的保护层作为保护层20，并基于国际标准IEC62333将该片材粘贴在微带线路上，用网络分析仪来测量此时的透过系数S21以及反射系数S11。根据这些测量值，并使用式Rtp＝-10log10{10S21/10/(1-10S11/10)}，算出了Rtp(传输衰减率)。其结果为，在测量频率为5GHz时，Rtp的值为24.4。
进一步地，根据本实施方式，粘贴于半导体基板背面的保护层含有软磁性粒子，因此能够以与具有不含软磁性粒子的保护层的半导体装置的制造工序同样的工序，来制造具备电磁波吸收功能的半导体装置。因此，与在安装有半导体装置的配线基板上后续安装设置电磁波吸收片的情况相比，能够削减工序数量。另外，不需要用于在配线基板上另外设置该电磁波吸收片的空间，因此使部件的高密度安装成为可能，由此能够有助于电子设备的小型化、薄型化。
<第二实施方式>
图7是表示本发明第二实施方式的半导体装置200结构的概略侧截面图。
如图7所示，本实施方式的半导体装置200具有第一半导体封装P11与第二半导体封装P12的层叠结构(PoP：Package on Package)。
第一半导体封装P11具有第一配线基板21、和倒装芯片安装(倒装芯片连接)在第一配线基板21之上的第一半导体芯片C1。
第二半导体封装P12搭载于第一半导体封装P11之上。第二半导体封装P12具有第二配线基板22、和引线键合连接在第二配线基板22之上的第二半导体芯片C2。第二半导体芯片C2具有大小不同的两个半导体芯片C21、C22的层叠结构。
第一半导体芯片C1、第二半导体芯片C2(C21、C22)典型地由具有单晶硅(Si)基板的裸芯片或CSP等半导体器件构成。在其表面可形成集成了晶体管、存储器等多个电路元件的电路面。
第一半导体芯片C1以其电路面朝向第一配线基板21的面朝下方式，安装于第一配线基板21的上表面。第一半导体芯片C1通过形成于其电路面(图中为下表面)的多个焊球(突起电极)41，与第一配线基板21电连接且机械性连接。第一半导体芯片C1与第一配线基板21的接合，例如可采用使用回流炉的回流焊接法。
在第一半导体芯片C1与第一配线基板21之间典型地设置有底填树脂层51。底填树脂层51的设置目的在于，将第一半导体芯片C1的电路面以及焊球41密封而隔绝外部空气，并提高第一半导体芯片C1与第一配线基板21之间的接合强度从而使焊球41的连接可靠性提高。
在第一半导体芯片C1背面(与电路面相反侧的面，在图中为上表面)接合有用于保护该半导体芯片C1的保护层20A。保护层20A与上述第一实施方式中的保护层20同样地由含有软磁性粒子的单一层的复合材料构成，并具有如下功能：提高第一半导体芯片C1的抗折强度，并且抑制从第一半导体芯片C1放射的电磁噪声、向第一半导体芯片C1入射的电磁噪声。
另一方面，第二半导体芯片C2(C21、C22)以与各电路面相反侧的背面朝向第二配线基板22的面朝上(face up)方式，安装于第二配线基板22的上表面。第二半导体芯片C2(C21、C22)具有分别在它们的电路面(图中的上表面)的周围配置排列的多个电极焊垫(图示略)，并通过与各电极焊垫连接的多个键合引线42而与第二配线基板22电连接。
第二配线基板22与半导体芯片C21之间通过非导电性的粘接剂(图示略)进行接合。另一方面，两个半导体芯片C21、C22通过保护层20B相互接合。保护层20B与上述第一实施方式中的保护层20同样地由含有软磁性粒子的单一层的复合材料构成，具有抑制两个半导体芯片C21、C22之间的电磁串扰的功能。
第二配线基板22的上表面设置有将第二半导体芯片C2(C21、C22)以及键合引线42密封的密封层52。密封层52与底填树脂层51同样地以如下目的进行设置：使第二半导体芯片C2(C21、C22)的电路面隔绝外部空气，提高第二半导体芯片C2(C21、C22)与第二配线基板22的连接可靠性。
第一配线基板21以及第二配线基板22分别可以由相同种类的材料构成，也可以由不同种类的材料构成。第一配线基板21以及第二配线基板22典型地由环氧玻璃基板、聚酰亚胺基板等有机类配线基板构成，但不限于此，也可以使用陶瓷基板、金属基板。配线基板的种类并无特别限定，可以适用单面基板、双面基板、多层基板、元件内置基板等各种基板。在本实施方式中，第一以及第二配线基板21、22分别由具有通孔V1、V2的环氧玻璃类的多层配线基板构成。
在第一配线基板21背面(在图中为下表面)设置有与称为母板等的控制基板110连接的多个外部连接端子31。第一配线基板21构成为安装在第一半导体芯片C1与控制基板110之间的中介基板(子基板)，也具有作为将第一半导体芯片C1的电路面上的焊球51的配置间隔转换为控制基板110的焊盘间距的重配线层的功能。
在第二配线基板22背面(在图中为下表面)设置有与第一配线基板21表面连接的多个焊球32。第二配线基板22构成为将第二半导体芯片C2(C21、C22)与第一配线基板连接的中介基板，并通过第一配线基板21以及外部连接端子31与控制基板110电连接。
外部连接端子31以及焊球41、32典型地由焊接焊球(球状凸起)构成，但不限于此，也可以由电镀焊球、柱状焊球等其它突起电极构成。第二配线基板22与第一配线基板21的连接、以及半导体装置100与控制基板110的连接可采用回流焊接法。
在如上述那样构成的本实施方式的半导体装置200中，分别地，在半导体芯片C1背面设置有保护层20A，在半导体芯片C21与半导体芯片C22之间设置有保护层20B。这样，在半导体封装P11、P12的层叠方向上，在各半导体芯片C1、C21、C22之间设置了具有电磁波吸收功能的保护层20A、20B，因此能够抑制这些半导体芯片之间的电磁串扰，确保各自的规定的电气特性，并由此提高半导体装置200的可靠性。而且，各保护层20A、20B由单一层构成，因此能够促进PoP结构的半导体装置200的薄型化。
<第三实施方式>
图8是表示本发明第三实施方式的半导体装置300结构的概略侧截面图。
如图8所示，本实施方式的半导体装置300具有第一半导体封装P21与第二半导体封装P22的层叠结构(PoP：Package on Package)。第一半导体封装P21以及第二半导体封装P22由扇出型的晶圆级封装(Fan-Out WLP)构成。
半导体封装P21、P22分别具有：半导体芯片C3、C4；以比半导体芯片C3、C4更大的尺寸形成的封装主体71、72；设置于封装主体71、72下表面的配线层711、721；固定于配线层711、721的多个焊球61、62等。
半导体芯片C3、C4以将各自的电路面朝下的方式内置于封装主体71、72，并且与配线层711、721电连接。封装主体71、72形成为比半导体芯片C3、C4更大的尺寸，因此能够在配线层711、721中大幅扩展半导体芯片C3、C4的电极间距，并由此提高焊球61、62的配置排列自由度。
第一半导体封装P21的焊球61用于将第一半导体封装P21(半导体装置300)与控制基板110连接。另一方面，第二半导体封装P22的焊球62与设置在第一半导体封装P21上表面的配线层712连接，并通过设置于封装主体71的通孔V3与配线层711以及焊球61电连接。
半导体装置300还具备保护层20C。保护层20C设置于第一半导体封装P21背面(在本例中为配线层712的上表面)。保护层20C与第一实施方式中的保护层20同样地，由含有软磁性粒子的单一层的复合材料构成。保护层20C通过粘接面201(参照图2)与封装主体71的上表面(配线层712)接合，并且具有用于将焊球62连接至配线层712的开口部。
保护层20C以半固化状态粘贴在配线层712上，之后通过实施固化处理而固化。固化处理可以在层叠第二半导体封装P22之前，也可以在进行了层叠之后。
在本实施方式的半导体装置300中，保护层20C具有如下功能：提高第一半导体封装P21的抗折强度，并且抑制从半导体芯片C3放射的电磁噪声、向半导体芯片C3入射的电磁噪声。另外，保护层20C也具有抑制两个半导体封装P21、P22之间的电磁串扰的功能。进一步地，保护层20C还具有作为提高第一半导体封装P21与第二半导体封装P22之间的接合强度的非导电性粘接膜(NCF：Non-Conductive Film)的功能。
<第四实施方式>
图9是表示本发明第四实施方式的半导体装置400结构的概略侧截面图。
如图9所示，本实施方式的半导体装置400具有多个半导体芯片C5、C6以及C7的层叠结构(CoC：Chip on Chip)。
各半导体芯片C5～C7以将电路面朝下的方式层叠。即，中部的半导体芯片C6层叠在最下部的半导体芯片C5背面，最上部的半导体芯片C7层叠在中部的半导体芯片C6背面。
在最下部的半导体芯片C5以及中部的半导体芯片C6，分别设置有在它们的厚度方向上贯通的多个通孔(TSV：Through-Silicon Via)V5、V6。通孔V5以及通孔V6以相互对齐排列的方式在层叠方向上相对，并且在这些通孔V5、V6之间分别配置有在半导体芯片C5与半导体芯片C6之间电连接的焊球82。另外，在通孔V5的下端分别配置有用于将半导体芯片C5(半导体装置400)与控制基板110连接的焊球81，在通孔V6的上端分别配置有用于将最上部的半导体芯片C7与半导体芯片C6连接的焊球83。
半导体装置400还具有分别在半导体芯片C5与半导体芯片C6之间、以及半导体芯片C6与半导体芯片C7之间接合的多个粘接层20D。粘接层20D与第一实施方式中的保护层20同样地，由含有软磁性粒子的单一层的复合材料构成。粘接层20D不限于片状或膜状，也可以为膏状。
各粘接层20D以半固化状态粘贴到半导体芯片C5，C6上，之后通过实施固化处理而固化。固化处理可以分别对各个粘接层20D进行，也可以同时对所有的粘接层20D进行。
在本实施方式的半导体装置400中，粘接层20D具有如下功能：提高各半导体芯片C5～C7的抗折强度，并且抑制从各半导体芯片C5～C7放射的电磁噪声、向各半导体芯片C5～C7入射的电磁噪声。另外，粘接层20D也具有抑制各半导体芯片C5～C7之间的电磁串扰的功能。进一步地，粘接层20D还具有作为提高各半导体芯片C5～C7之间的接合强度的非导电性粘接膜(NCF：Non-Conductive Film)的功能。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但是本发明并不限于上述实施方式，当然也可以施加各种变更。
例如在以上的实施方式中，作为半导体装置是以WLCSP、PoP、CoC为例进行了说明，但是当然不限于此，本发明也可以适用于例如在配线基板的内部埋设有半导体器件的元件内置基板等，在该情况下，是在所埋设的半导体器件背面设置本发明的保护层。由此，能够抑制该半导体器件与搭载于该元件内置基板上的各种电子部件的电磁串扰。
另外，在以上的第四实施方式中，也可以是在最上部的半导体芯片C7的背面(上表面)接合在第一实施方式中说明的保护层20。由此，能够实现对半导体芯片C7背面的保护，并且能够进一步抑制从半导体芯片C7放射的电磁噪声、向半导体芯片C7入射的电磁噪声。
附图标记说明
10-半导体器件；
11-半导体基板；
20、20A、20B、20C-保护层；
20D-粘接层；
100、200、300、400-半导体装置；
140、401、402-复合片；
201-粘接面；
C1～C7-半导体芯片；
P11、P12、P21、P22-半导体封装。

Claims (8)

1.一种半导体装置，其具备：
半导体基板，其具有构成电路面的第一面、和与所述第一面相反侧的第二面；以及
保护层，其由含有软磁性粒子、热传导性的无机填料以及阻碍粒子的复合材料的单一层构成，且具有粘接于所述第二面的粘接面，
所述无机填料包含具有与所述保护层的厚度方向大致相同的长轴方向的形状各向异性粒子，所述形状各向异性粒子的平均粒径比所述阻碍粒子的平均粒径小。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，
所述复合材料由含有所述软磁性粒子的粘接树脂的固化物构成。
3.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于，
所述保护层还含有热传导性粒子。
4.一种半导体装置，其具备：
配线基板；
半导体器件，其具有构成电路面的第一面、和与所述第一面相反侧的第二面，且搭载于所述配线基板；以及
保护层，其由含有软磁性粒子、热传导性的无机填料以及阻碍粒子的复合材料的单一层构成，且具有粘接于所述第二面的粘接面，
所述无机填料包含具有与所述保护层的厚度方向大致相同的长轴方向的形状各向异性粒子，所述形状各向异性粒子的平均粒径比所述阻碍粒子的平均粒径小。
5.根据权利要求4所述的半导体装置，其特征在于，
还具备与所述配线基板电连接的半导体封装部件，
所述半导体器件配置在所述配线基板与所述半导体封装部件之间。
6.一种半导体装置，其具备：
第一半导体器件；
第二半导体器件，其配置在所述第一半导体器件之上，且与所述第一半导体器件电连接；以及
粘接层，其由含有软磁性粒子、热传导性的无机填料以及阻碍粒子的非导电性复合材料的单一层构成，且配置在所述第一半导体器件与所述第二半导体器件之间，
所述无机填料包含具有与所述粘接层的厚度方向大致相同的长轴方向的形状各向异性粒子，所述形状各向异性粒子的平均粒径比所述阻碍粒子的平均粒径小。
7.一种复合片，其是与半导体基板的构成电路面的第一面的相反侧的第二面接合的复合片，其具备：
保护层，其由含有软磁性粒子、热传导性的无机填料以及阻碍粒子的复合材料的单一层构成，且具有粘接于所述第二面的粘接面；以及
支承片，其以可剥离的方式粘贴于所述保护层的与所述粘接面相反侧的表面，
所述无机填料包含具有与所述保护层的厚度方向大致相同的长轴方向的形状各向异性粒子，所述形状各向异性粒子的平均粒径比所述阻碍粒子的平均粒径小。
8.根据权利要求7所述的复合片，其特征在于，
所述支承片由切割片构成。
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