JP2002231879A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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semiconductor element
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electrode
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Kenji Maeda
健児 前田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 第1の半導体素子を配線基板に接着した後、
第2の半導体素子を第1の半導体素子上に接着していた
ため、第1の半導体素子と配線基板が反った状態で第2
の半導体素子を接着する必要があり、第2の半導体素子
を第1の半導体素子に確実に接着することが困難であっ
た。 【解決手段】 第1の半導体素子20と第2の半導体素
子22とを接着剤25によって接着した後に、第1の半
導体素子と配線基板とを接着剤25により接着し、第1
の半導体素子20の電極、第2の半導体素子22の電極
と配線基板26の電極部とを金属細線27によって電気
的に接続する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数の半導体素子
を積層して配線基板に搭載した半導体装置の製造方法に
関するものであり、特に、半導体素子どうしを接着した
後に、それらの半導体素子の積層体を配線基板に搭載す
る半導体装置の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来から、携帯機器を中心に電子機器の
小型化が進展し、半導体素子の実装構造体の小型化が要
望されてきた。そこで、複数の半導体素子を積層して立
体的な半導体装置として構成することにより、実装面積
が小さい半導体装置が実用化されている。
【0003】以下、従来の半導体装置の製造方法につい
て図面を参照しながら説明する。
【0004】図5は従来の半導体装置の製造方法を示す
図である。
【0005】図5(a)に示すように、図示しない第1
の半導体ウェハーの裏面を研削して所要の厚みに加工し
た後、第1の半導体ウェハーに形成された複数の第1の
半導体素子どうしの境界部をブレードによって切断して
分割し、第1の半導体素子1の裏面を配線基板2上に第
1の接着剤3を介して接着する。
【0006】次に図5(b)に示すように、図示しない
第2の半導体ウェハーの裏面を研削して所要の厚みに加
工した後、ブレードを用いて複数の第2の半導体素子ど
うしの境界部を切断して分割し、第2の半導体素子4の
裏面を第1の半導体素子1の電極形成面に第2の接着剤
5を介して接着する。
【0007】次に図5(c)に示すように、第1の半導
体素子1の電極および第2の半導体素子4の電極と配線
基板2の電極部とを金やアルミニウム等からなる金属細
線6により電気的に接続する。
【0008】次に図5(d)に示すように、配線基板2
に配置された第1の半導体素子1、第2の半導体素子4
および金属細線6を封止樹脂7によって封止し、配線基
板2の裏面電極に半田ボール等からなる外部端子8を形
成する。その後、半導体装置単位ごとの配線基板2の境
界部を切断して分割する。
【0009】次に、別の従来例について図面を用いて説
明する。
【0010】図6および図7は、2枚の半導体ウェハー
の裏面どうしを接着した後に半導体素子のサイズに分割
した積層体を配線基板に搭載する半導体装置の製造工程
を示す図である。
【0011】まず図6(a)に示すように、複数の第1
の半導体素子9が形成された第1の半導体ウェハー10
および複数の第2の半導体素子11が形成された第2の
半導体ウェハー12を用意する。
【0012】次に図6(b)に示すように、第1の半導
体ウェハー10および第2の半導体ウェハー12の裏面
どうしを接着剤13を介して接着する。
【0013】次に図6(c)に示すように、第1の半導
体ウェハー10の電極にバンプ14を形成した後、半導
体素子どうしの境界部をブレードを用いて切断して半導
体素子ごとに分割する。ここで、それぞれの半導体ウェ
ハーに形成された半導体素子のサイズおよび形状は同一
であるので、その裏面どうしが接着された半導体ウェハ
ーをブレードを用いて一括して切断している。
【0014】次に図7(a)に示すように、第1の半導
体素子9の電極に形成されたバンプ14と配線基板15
の電極部とを電気的に接続する。バンプ14と配線基板
15の電極部との電気的接続は、あらかじめ配線基板1
5上に図示しない樹脂を塗布しておき、その樹脂上にバ
ンプ14が形成された第1の半導体素子9を塔載して加
圧することで、バンプ14を配線基板15の電極部に接
続している。
【0015】そして、第2の半導体素子11の電極と配
線基板15の電極部とを金属細線16で電気的に接続す
る。その後、配線基板15の上面に複数個存在する第1
の半導体素子9と第2の半導体素子11が積層した積層
体を全て封止樹脂17によって封止した後、半導体装置
ごとの境界部18をブレードによって切断して個々の半
導体装置に分割する。
【0016】次に図7(b)に示すように、配線基板1
5の裏面電極に半田等からなる外部端子19を形成す
る。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の半
導体装置の製造方法は、以下の点が課題となる。
【0018】まず第1に、図5に示したように、第1の
半導体素子の配線基板への接着工程において、接着剤の
硬化時に第1の半導体素子および配線基板の熱膨張係数
が異なることが要因となって、第1の半導体素子および
配線基板がともに反ってしまう。特に、近年の半導体装
置の小型化に伴って、半導体素子の厚みが200[μm]
以下の場合は、半導体素子の剛性が極度に低下し、第1
の半導体素子および配線基板の反り量が大きくなる。
【0019】図8は、図5に示した従来の半導体装置の
製造方法によって第1の半導体素子を配線基板に塔載し
て接着剤を硬化させた時の状態を示す断面図である。
【0020】図8に示すように、第1の半導体素子1を
配線基板2に搭載して接着すると、両者が接着された状
態で反ってしまう。しかしながら、第1の半導体素子1
の上面に搭載する第2の半導体素子は平坦であるので、
第1の半導体素子と第2の半導体素子とを接着面全面に
わたって確実に接着することは困難である。
【0021】第2に、図6および図7に示したように、
2枚の半導体ウェハーを半導体素子ごとに切断する前
に、2枚の半導体ウェハーの裏面どうしを接着し、ブレ
ードによって接着した2枚の半導体ウェハーを切断して
半導体素子ごとに分離するために、2枚の半導体ウェハ
ーそれぞれに形成される半導体素子は同一サイズ、同一
形状であることが必要である。
【0022】したがって、積層する半導体素子に外形上
の寸法の大小で制約を設けることは、半導体装置を設計
する上で著しく応用範囲を限定することとなる。
【0023】本発明は前記従来の課題を解決するもので
あり、2枚の半導体ウェハーを半導体素子どうしの境界
部で切断して個別の半導体素子を用意した後、それぞれ
の半導体素子を接着した積層体を配線基板に搭載するこ
とで、多様なサイズ、形状の半導体素子の組合せに対応
し、また、製造工程において配線基板および半導体素子
の反りを抑制し、安定した半導体素子どうしの接着を達
成する半導体装置の製造方法を提供することを目的とす
る。
【0024】
【課題を解決するための手段】前記従来の課題を解決す
るために、本発明の半導体装置の製造方法は、第1の半
導体ウェハーに形成された第1の半導体素子どうしの境
界部を切断して個別の第1の半導体素子を用意する工程
と、第2の半導体ウェハーに形成された第2の半導体素
子どうしの境界部を切断して個別の第2の半導体素子を
用意する工程と、前記第1の半導体素子の回路形成面と
前記第2の半導体素子の裏面とを接着して半導体素子の
積層体を形成する工程と、前記積層体を構成する前記第
1の半導体素子の裏面と配線基板の電極部形成面とを接
着する工程と、前記第1の半導体素子の電極、前記第2
の半導体素子の電極と前記配線基板の電極部とを金属細
線で電気的に接続する工程とからなる。
【0025】また、第1の半導体ウェハーの電極にバン
プを形成する工程と、前記第1の半導体ウェハーに形成
された第1の半導体素子どうしの境界部を切断して個別
の第1の半導体素子を用意する工程と、第2の半導体ウ
ェハーに形成された第2の半導体素子どうしの境界部を
切断して個別の第2の半導体素子を用意する工程と、前
記第1の半導体素子の裏面と前記第2の半導体素子の裏
面とを接着して半導体素子の積層体を形成する工程と、
前記積層体を構成する前記第1の半導体素子の電極に形
成されたバンプと配線基板の第1の電極部とを電気的に
接続する工程と、前記第2の半導体素子の電極と前記配
線基板の第2の電極部とを金属細線で電気的に接続する
工程とからなる。
【0026】また、個別の第1の半導体素子のサイズは
個別の第2の半導体素子のサイズと異なる。
【0027】また、半導体素子の積層体の剛性よりも配
線基板の剛性は小さい。
【0028】前記構成の通り、本発明の半導体装置の製
造方法は、配線基板に半導体素子を接着する前に、2個
の個別の半導体素子を接着して構成した半導体素子の積
層体を配線基板に塔載することで、配線基板と第1の半
導体素子とを接着する接着剤の硬化時に配線基板が反ろ
うとする応力に対して積層体が対抗し、反りが発生する
ことなく確実に半導体素子どうしを接着することができ
る。
【0029】また、第1の半導体素子の電極と配線基板
の電極部とをバンプによって電気的に接続することによ
って配線長を短くすることができるので、高周波デバイ
ス等に応用した場合に、信号電送の遅延を防止すること
ができる。
【0030】また、個別の第1の半導体素子のサイズは
個別の第2の半導体素子のサイズと異なっていてもよ
く、従来のように半導体ウェハーを接着した後に半導体
素子を形成する場合のような、サイズおよび形状が同一
の半導体素子の組合せに限定されなくてもよい。
【0031】また、第1の半導体素子の剛性または第2
の半導体素子の剛性は配線基板の剛性よりも小さくても
よく、第1の半導体素子と第2の半導体素子とが接着し
て構成された半導体素子の積層体の高い剛性によって、
配線基板の反りを抑制しながら半導体素子の積層体を安
定して配線基板に接着することができる。
【0032】
【発明の実施の形態】以下、本発明の半導体装置の製造
方法の一実施形態を図面を用いて説明する。
【0033】まず、本発明の半導体装置の製造方法の第
1の実施形態について説明する。
【0034】図1は本実施形態の半導体装置の製造方法
に用いる半導体ウェハーの平面図である。
【0035】図1(a)に示すように、複数の第1の半
導体素子20が形成された第1の半導体ウェハー21を
用意する。
【0036】また図1(b)に示すように、複数の第2
の半導体素子22が形成された第2の半導体ウェハー2
3を用意する。
【0037】ここで、第1の半導体ウェハー21内およ
び第2の半導体ウェハー23内の実線は、半導体素子ど
うしの境界部24を表しており、それぞれの半導体素子
のサイズおよび形状は同一であっても異なっていてもよ
く、特に限定されない。なお、本実施形態では第1の半
導体素子20が第2の半導体素子22よりも大きい。
【0038】まず、第1の半導体ウェハー21に形成さ
れた第1の半導体素子20どうしの境界部24、第2の
半導体ウェハー23の第2の半導体素子22どうしの境
界部24をブレードにより切断してそれぞれ個別の半導
体素子に分離する。
【0039】図2は本実施形態の半導体装置の製造方法
の各工程を示した断面図である。
【0040】図2(a)に示すように、第1の半導体素
子20の電極形成面のうち電極を除く部分と第2の半導
体素子22の裏面とを接着剤25を介して接着する。な
お、接着剤25は本実施形態では、硬化温度が100〜
200[℃]のエポキシ樹脂からなる熱硬化性樹脂を用い
ているが、硬化温度が250〜400[℃]のポリイミド
樹脂からなる熱可塑性樹脂でもよい。
【0041】ここで、第1の半導体素子20の裏面と第
2の半導体素子22の裏面とを接着した半導体素子の積
層体の剛性は、第1の半導体素子20のみの剛性または
第2の半導体素子22のみの剛性よりも大きい。また、
半導体素子の積層体の剛性は配線基板の剛性よりも大き
い。
【0042】次に図2(b)に示すように、半導体素子
の積層体を構成する第1の半導体素子20の裏面と配線
基板26の電極形成部とを位置合わせした後、接着剤2
5を介して接着する。
【0043】なお、本実施形態では、配線基板26と第
1の半導体素子20とを接着する接着剤25の材料は、
図2(a)で示した2個の半導体素子の裏面どうしを接
着するための接着剤25と同一のものを用いるが、双方
のいずれにも熱可塑性樹脂を用いる場合は、配線基板2
6上における接着時に、積層体の半導体素子どうしの接
着力を弱めないために、半導体素子どうしを接着する熱
可塑性樹脂の硬化温度を、第1の半導体素子20と配線
基板26とを接着する熱可塑性樹脂の硬化温度よりも高
く設定することが必要である。また、本実施形態では配
線基板26の材料はガラスエポキシ等の樹脂であるが、
セラミックであってもよい。
【0044】このように、第1の半導体素子20の裏面
と第2の半導体素子22の裏面とを接着して構成した積
層体の剛性は、第1の半導体素子20のみの剛性よりも
大きくなるので、半導体素子の積層体と配線基板との接
着時における熱膨張率の相違に起因した配線基板の反り
の影響を受けることなく、半導体素子どうしの安定した
接着を確保しながら配線基板の反りを平坦に矯正し、半
導体素子と配線基板との安定した接着を確保できる。
【0045】次に図2(c)に示すように、第1の半導
体素子20の電極および第2の半導体素子22の電極と
配線基板26の電極部とを、例えば金またはアルミニウ
ムの金属細線27により電気的に接続する。本実施形態
では、第1の半導体素子20の電極、第2の半導体素子
22の電極と金属細線27により接続される配線基板2
6の電極部はそれぞれ異なるが、配線基板26上の同一
の電極部と第1の半導体素子20の電極、第2の半導体
素子22の電極とを金属細線27により電気的に接続し
てもよい。
【0046】また本実施形態では、第1の半導体素子2
0の電極と配線基板26の電極部とを金属細線27によ
って電気的に接続した後に、第2の半導体素子22の電
極と配線基板26の電極部とを金属細線27によって電
気的に接続しているが、それぞれの半導体素子の電極に
接続する金属細線27が互いに接触することがなけれ
ば、金属細線27を接続する電極および電極部の順序に
ついては、特に限定されるものではない。
【0047】次に図2(d)に示すように、第1の半導
体素子20、第2の半導体素子22および金属細線27
を、硬化温度が150〜200[℃]のエポキシ樹脂から
なる熱硬化性の封止樹脂28によって封止する。なお、
封止樹脂28の材料はエポキシ樹脂に限定されるもので
はなく、熱硬化性の樹脂であればよい。
【0048】そして、ガラスエポキシまたはセラミック
からなる配線基板26の裏面電極に半田ボール等の外部
端子29を設け、半導体装置ごとに配線基板26をブレ
ードを用いて個別に切断して分割する。なお、配線基板
26の分割は外部端子29を設ける前に行ってもよい。
【0049】本実施形態では2個の半導体素子を積層し
て配線基板26に塔載したが、3個以上の半導体素子を
接着した後に、配線基板26に塔載してもよい。
【0050】以上、本実施形態の半導体装置の製造方法
は、それぞれの半導体ウェハーを切断して個別の半導体
素子を形成した後に半導体素子どうしを接着するので、
異なるサイズ、形状の半導体素子どうしでも組み合わせ
て接着することができ、多様な半導体素子のサイズ、形
状を組み合わせた半導体素子の積層体を配線基板に搭載
することが可能になる。
【0051】また、第1の半導体素子を配線基板に搭載
する前に2個の半導体素子を積層して接着した後に、半
導体素子の積層体を配線基板に接着するので、半導体素
子どうしを確実に接着した状態で配線基板に搭載、接着
することができ、半導体素子の積層体の高い剛性を利用
して配線基板との接着時に発生する反りを矯正すること
が可能となり、安定性の高い半導体素子と配線基板との
接着状態を確保できる。
【0052】次に、半導体装置の製造方法の第2の実施
形態について説明する。
【0053】前記した半導体装置の製造方法と同一の内
容については省略し、共通の構成要件には共通の符号を
付す。
【0054】図3は本実施形態の半導体装置の製造方法
の各工程の平面図である。
【0055】まず図3(a)に示すように、複数の第1
の半導体素子30が形成された第1の半導体ウェハー3
1の電極に図示しないバンプを形成した後、第1の半導
体素子30どうしの境界部32をブレードで切断する。
なお、第1の半導体素子30どうしの境界部32をブレ
ードで切断して分離した後に、個別の第1の半導体素子
30の電極にバンプを形成してもよい。
【0056】次に図3(b)に示すように、複数の第2
の半導体素子33が形成された第2の半導体ウェハー3
4に形成された第2の半導体素子33どうしの境界部3
2をブレードにより切断し、個別の第2の半導体素子3
3を用意する。
【0057】次に図4(a)に示すように、その電極に
バンプ35が形成された第1の半導体ウェハー31を切
断して分離し、第1の半導体素子30を用意する。
【0058】次に図4(b)に示すように、バンプ35
が形成された第1の半導体素子30の裏面に、図3
(b)で示した第2の半導体ウェハー34を切断して分
離した第2の半導体素子33の裏面を接着剤36を介し
て接着する。なお、本実施形態では第1の半導体素子3
0が第2の半導体素子33よりも平面方向で大きいが、
これらの2つの半導体素子の大小関係は限定されるもの
ではなく、第2の半導体素子33が第1の半導体素子3
0よりも大きくてもよい。また、接着剤36の材料は、
本実施形態では硬化温度が100〜200[℃]の例えば
エポキシからなる熱硬化性樹脂を用いているが、硬化温
度が250〜400[℃]の例えばポリイミドからなる熱
可塑性樹脂でもよい。
【0059】次に図4(c)に示すように、第1の半導
体素子30の電極形成面または配線基板37の電極部形
成面に液状の接着剤38を塗布して、第1の半導体素子
30の電極形成面と配線基板37の電極部形成面とを接
着するとともに、第1の半導体素子30の電極形成面に
形成されたバンプ35と配線基板37の電極部とを電気
的に接続する。そして、第2の半導体素子33の電極と
配線基板37の電極部とを金やアルミニウムなどの金属
からなる金属細線39によって電気的に接続する。な
お、接着剤38の材料は、接着剤36と同一のものを用
いるが、双方のいずれにも熱可塑性樹脂を用いる場合
は、配線基板37上における接着時に、2個の積層した
半導体素子どうしの接着力を弱めないために、2個の半
導体素子どうしを接着する熱可塑性樹脂の硬化温度を、
第1の半導体素子30と配線基板37とを接着する熱可
塑性樹脂の硬化温度よりも高く設定することが必要であ
る。また、バンプ35と配線基板37の電極部との電気
的接続は、第2の半導体素子33の上面からヒータを備
えた圧着ツールによって加重しながら加熱することによ
って行う。
【0060】また、本実施形態では配線基板37の材料
はガラスエポキシ等の樹脂であるが、セラミックであっ
てもよい。
【0061】次に図4(d)に示すように、第1の半導
体素子30、第2の半導体素子33および金属細線39
を配線基板37の上面部において封止樹脂40によって
封止した後、配線基板37を半導体装置ごとにブレード
を用いて切断して分割する。なお、配線基板37の分割
は、2個の積層した半導体素子を配線基板37に搭載す
る前に行ってもよい。
【0062】以上、本実施形態の半導体装置の製造方法
は、それぞれの半導体ウェハーを切断して個別の半導体
素子を形成した後に半導体素子どうしを接着するので、
異なるサイズ、形状の半導体素子どうしでも組み合わせ
て接着することができ、多様な半導体素子サイズ、形状
を組み合わせた半導体素子の積層体を配線基板に搭載す
ることが可能になる。
【0063】また、第1の半導体素子を配線基板に搭載
する前に2個の半導体素子を積層して接着した後に、半
導体素子の積層体を配線基板に接着するので、半導体素
子どうしを確実に接着した状態で配線基板に搭載、接着
し、半導体素子の積層体の高い剛性を利用して配線基板
との接着時に発生する反りを矯正することが可能とな
り、第1の半導体素子の電極に形成されたバンプと配線
基板の電極部との安定した電気的接続を確保することが
できる。
【0064】さらに、本実施形態のようにバンプを介し
て第1の半導体素子と配線基板とを電気的に接続するこ
とにより、第1の半導体素子の電極と配線基板の電極部
との配線長が短くなって、高周波デバイス等に応用した
場合に信号遅延を防止することが可能となる。
【0065】
【発明の効果】以上、本発明の半導体装置の製造方法に
より、配線基板に半導体素子を塔載して接着する前に、
2個の半導体素子どうしを接着し、その半導体素子の積
層体を配線基板に塔載、接着することで、半導体素子ど
うしの安定した接着を確保できる。
【0066】また、半導体素子と配線基板とを接着時に
発生する熱膨張係数の相違に起因した配線基板の反りに
対して、半導体素子の積層体の高い剛性が対抗すること
で配線基板の反りを矯正し、半導体素子と配線基板また
は半導体素子の電極に形成されたバンプと配線基板の電
極部との安定した電気的接続を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法を
示す平面図
【図2】本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法を
示す断面図
【図3】本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法を
示す平面図
【図4】本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法を
示す断面図
【図5】従来の半導体装置の製造方法を示す断面図
【図6】従来の半導体装置の製造方法を示す図
【図7】従来の半導体装置の製造方法を示す断面図
【図8】従来の半導体装置の製造方法を示す断面図
【符号の説明】
1 第1の半導体素子 2 配線基板 3 第1の接着剤 4 第2の半導体素子 5 第2の接着剤 6 金属細線 7 封止樹脂 8 外部端子 9 第1の半導体素子 10 第1の半導体ウェハー 11 第2の半導体素子 12 第2の半導体ウェハー 13 接着剤 14 バンプ 15 配線基板 16 金属細線 17 封止樹脂 18 境界部 19 外部端子 20 第1の半導体素子 21 第1の半導体ウェハー 22 第2の半導体素子 23 第2の半導体ウェハー 24 境界部 25 接着剤 26 配線基板 27 金属細線 28 封止樹脂 29 外部端子 30 第1の半導体素子 31 第1の半導体ウェハー 32 境界部 33 第2の半導体素子 34 第2の半導体ウェハー 35 バンプ 36 接着剤 37 配線基板 38 接着剤 39 金属細線 40 封止樹脂
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 23/12

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1の半導体ウェハーに形成された第1
    の半導体素子どうしの境界部を切断して個別の第1の半
    導体素子を用意する工程と、第2の半導体ウェハーに形
    成された第2の半導体素子どうしの境界部を切断して個
    別の第2の半導体素子を用意する工程と、前記第1の半
    導体素子の回路形成面と前記第2の半導体素子の裏面と
    を接着して半導体素子の積層体を形成する工程と、前記
    積層体を構成する前記第1の半導体素子の裏面と配線基
    板の電極部形成面とを接着する工程と、前記第1の半導
    体素子の電極、前記第2の半導体素子の電極と前記配線
    基板の電極部とを金属細線で電気的に接続する工程とか
    らなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 第1の半導体ウェハーの電極にバンプを
    形成する工程と、前記第1の半導体ウェハーに形成され
    た第1の半導体素子どうしの境界部を切断して個別の第
    1の半導体素子を用意する工程と、第2の半導体ウェハ
    ーに形成された第2の半導体素子どうしの境界部を切断
    して個別の第2の半導体素子を用意する工程と、前記第
    1の半導体素子の裏面と前記第2の半導体素子の裏面と
    を接着して半導体素子の積層体を形成する工程と、前記
    積層体を構成する前記第1の半導体素子の電極に形成さ
    れたバンプと配線基板の第1の電極部とを電気的に接続
    する工程と、前記第2の半導体素子の電極と前記配線基
    板の第2の電極部とを金属細線で電気的に接続する工程
    とからなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 個別の第1の半導体素子のサイズは個別
    の第2の半導体素子のサイズと異なることを特徴とする
    請求項1または請求項2に記載の半導体装置の製造方
    法。
  4. 【請求項4】 半導体素子の積層体の剛性よりも配線基
    板の剛性は小さいことを特徴とする請求項1または請求
    項2に記載の半導体装置の製造方法。
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Cited By (2)

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