JP2004022996A - Method for stacking semiconductor chip - Google Patents
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- H01L2924/301—Electrical effects
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路などの半導体装置における半導体チップの積層方法に関し、またその半導体チップが積層された構成を有する半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
先行技術では、半導体チップの電気回路が形成された回路面に、ポリイミドから成る保護膜を形成し、この保護膜によって、バッファコート膜の働きであるα線を遮蔽するとともに、封止用合成樹脂と半導体チップとの温度変化に起因した応力発生を緩和する。電気信号接続部やダイシング部位を開口後、半導体ウエハは、保護膜とともにダイシングされ、保護膜付き半導体チップが得られる。この半導体チップの上に、もう1つの半導体チップを積層して固定するには、従来では、保護膜上に、ペーストもしくはフィルム状の接着剤を介在して、前記もう1つの半導体の裏面を接着する。
【0003】
この先行技術では、保護膜上に、接着剤を用いて前記もう1つの半導体チップを接着するので、その積層のための工程が煩雑であり、生産性が悪いという問題がある。
【0004】
近年、パッケージの厚みを小さくするために、半導体チップを薄く形成する傾向がある。半導体チップ、したがって半導体ウエハの厚みが、150μm以下になると、ポリイミドから成る保護膜が回路面に形成された構成では、その半導体ウエハの回路面と保護膜との間の温度の変化に起因した応力によって、半導体ウエハが反り、湾曲変形する。これによって半導体ウエハの真空吸着などによる運搬が困難になるという新たな問題が生じる。
【0005】
また半導体チップ、したがって半導体ウエハの厚みが、たとえば50μm程度まで小さくされた構成では、積層時における保護膜および接着剤の厚みが、半導体チップの厚みに比べて大きい値になりすぎる。したがって積層される複数の半導体チップ間の接着のための構成を、薄くする要求が高まっている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、積層される複数の半導体チップの接着のための構成を簡略化して、生産性を向上し、接着強度を向上し、薄くすることができるようにした半導体チップの積層方法およびその積層された半導体チップを備える半導体装置を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第1の半導体チップの電気回路が形成された回路面に、
ガラス転移温度が150℃以下である保護膜を介して、
第2の半導体チップの裏面を、接着することを特徴とする半導体チップの積層方法である。
【0008】
また本発明は、電気回路が形成された回路面と、その回路面の厚み方向反対側の裏面とを有し、回路面には、電気信号接続部が形成される第1の半導体チップと、
ガラス転移温度が150℃以下であり、回路面に形成され、回路面の電気信号接続部を露出する接続孔が形成される保護膜と、
保護膜の接続孔が形成されていない領域に接着される裏面を有する第2の半導体チップとを含むことを特徴とする半導体装置である。
【0009】
本発明に従えば、図1〜図10に関連して後述されるように、第1半導体チップ2の回路面4と第2の半導体チップ12の裏面31との間に、ガラス転移温度Tgが150℃以下である保護膜3が介在され、この保護膜によって、第1および第2半導体チップが接着されて固定される。この保護膜は、第1半導体チップの回路面にα線が照射することを防いでα線を遮蔽する働きをするとともに、封止のための合成樹脂21と第1半導体チップとの温度変化に起因した応力を緩和する働きを果たす。
【0010】
保護膜は、150℃以下、好ましくは100℃以下のできるだけ常温に近いガラス転移温度Tgを有する。ガラス転移温度Tgが前述のように低いことによって、より低温で、より低い圧力で短時間に、第1および第2半導体チップの接着を行うことができる。低温で接着が可能であることによって、接着時において、第1および第2半導体チップおよびそのほかの材料は、耐熱性が低くても、損傷を生じることはなく、また低い圧力で接着が可能となるので、第1および第2半導体チップなどが破損することが防がれる。このようにして優れたチップ接合のための特性を得ることができる。比較的低いガラス転移温度Tgを有する保護膜は、たとえば(A)熱可塑性樹脂と、(B)熱硬化性樹脂とから成る樹脂組成物を含む。このような樹脂組成物は、短時間低温接着性、応力緩和性および耐熱性の面で優れている。
【0011】
第1および第2半導体チップは、たとえば150μm以下であり、その一例としてたとえば50μmであってもよい。このような比較的薄い第1および第2半導体チップであっても、前述のように150℃以下、好ましくは100℃以下のガラス転移温度Tgを有する保護膜を用いることによって、第1および第2半導体チップ、およびその第1および第2半導体チップを得るための半導体ウエハが、反りを生じる現象を抑制することができる。これによって半導体ウエハの真空吸着などによる搬送を確実に行うことができる。さらにこのような低いガラス転移温度Tgを有する保護膜は、たとえば溶剤を用いるスピンコートによる手法で第1半導体チップの回路面に形成することでき、その工程において、溶剤乾燥性が優れており、そのため生産性が改善される。
【0012】
本発明では、保護膜が、第1半導体チップの回路面を保護するための働きをするとともに、第2半導体チップとの接着の働きを兼ねており、したがって前述の先行技術における接着剤を別途必要とすることはない。このことによっても、生産性が向上され、また全体の厚みを小さくすることができる。
【0013】
また本発明は、第1の半導体チップの電気回路が形成された回路面に、
ガラス転移温度が150℃以下である保護膜を介して
スペーサの一表面を接着し、
このスペーサの他表面に、接着剤を介して、第2の半導体チップの裏面を、接着することを特徴とする半導体チップの積層方法である。
【0014】
また本発明は、電気回路が形成された回路面と、その回路面の厚み方向反対側の裏面とを有し、回路面には、電気信号接続部が形成される第1の半導体チップと、
ガラス転移温度が150℃以下であり、回路面に形成され、回路面の電気信号接続部を露出する接続孔が形成される保護膜と、
保護膜の接続孔が形成されていない領域に一表面が接着されるスペーサと、
スペーサの他表面に、接着剤を介して裏面が接着される第2の半導体チップとを含むことを特徴とする半導体装置である。
【0015】
本発明に従えば、図11に関連して後述されるように、スペーサ39(材質としてはたとえばシリコン)を用いることによって、第1および第2半導体チップの平面形状の寸法がたとえばほぼ同一であっても、その第1および第2半導体チップの平面形状よりも小さい平面形状を有するスペーサを用いることによって、第1および第2半導体チップの積層が可能になる。スペーサ39が第1および第2半導体チップ間に介在される。保護膜3は、第1半導体チップとスペーサ39との接着の働きを果たす。したがって前述と同様に、生産性が向上され、優れた接着強度を得ることができ、薄く構成することができ、半導体ウエハの反りが生じることを防ぐことができる。
【0016】
また本発明は、複数の第1の半導体チップにダイシングされるべき半導体ウエハの回路面に、前記保護膜を形成し、
この保護膜に、各第1半導体チップの回路面の電気信号接続部用接続孔およびダイシング用長孔を、形成し、
その後、半導体ウエハを、前記保護膜とともに、複数の第1の半導体チップにダイシングすることを特徴とする。
【0017】
また本発明は、第1半導体チップの厚みは、150μm以下であることを特徴とする。
【0018】
本発明に従えば、第1の半導体チップ2を得るために、半導体ウエハ22の回路面に保護膜3を形成し、こうして製造された保護膜付き半導体ウエハ27の前記保護膜に、第1半導体チップの回路面における電気信号接続部を露出する接続孔6およびダイシング用長孔を形成し、その後、個別の第1半導体チップにダイシングをする。こうして保護膜付き第1半導体チップ2を得る。
【0019】
裏面にダイアタッチフィルムを貼付け、ダイシングする方法に比べ、ダイアタッチフィルムをダイシングしないため、ダイシング性に優れる。また、ピックアップ時も、ダイシングテープとダイアタッチフィルムの剥離性が問題とならないので優れる。
【0020】
このような第1半導体チップの厚みは、前述のように150μm以下であってもよく、たとえば50μmであってもよく、さらに50μm以下のもっと薄い値であってもよい。
【0021】
また本発明は、保護膜は、熱可塑性合成樹脂および熱硬化性合成樹脂から成ってもよいが、さらに他の添加剤、充填剤などの物質を含んでもよい。
【0022】
また本発明は、保護膜は、シリコーン系材料から成ることを特徴とする。
本発明に従えば、保護膜は、不純物イオン分含有量が少ないこと、第1半導体チップのための半導体ウエハの反りが生じないことが要求され、半導体ウエハの反りを抑制するには、保護膜を構成する合成樹脂の硬化収縮率、ガラス転移温度Tg、線膨張率などの選択が重要であり、ガラス転移温度Tgを、前述のように150℃以下、好ましくは100℃以下に選び、常温に近づけることによって、半導体ウエハの反りの問題を改善することができる。保護膜を、熱可塑性合成樹脂層とし、耐熱性を架橋構造とすることによって付与し、好ましいチップ接合特性を達成する保護膜が得られる。このような保護膜は、各種信頼性テストに合格する合成樹脂が好ましく、熱可塑性合成樹脂および熱硬化性合成樹脂は、このような各種信頼性テストに合格する特性を有する。
【0023】
保護膜はまた、シリコーン系材料から成り、たとえば有機ケイ素系合成樹脂であってもよく、シリコーン樹脂であってもよい。シリコーン系接着剤は、Si系材料に対する接着強度が高いので、シリコーン系接着剤の表面にある第1および第2半導体チップは、シリコーン系材料から成る保護膜を用いることによって、またさらにスペーサを用いる構成では、そのスペーサもシリコン系材料製とし、これによって高い接着信頼性を得て接着されることができる。
【0024】
また本発明は、2段スタック構造に限定されるものではなく、3以上の半導体チップが前述と同様に保護膜、スペーサを介して3段以上の複数段のスタック構造が実現されてもよい。
【0025】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の実施の一形態の保護膜付き半導体チップ1の斜視図である。この保護膜付き半導体チップ1は、第1半導体チップ2と保護膜3とを含む。第1半導体チップ2は、半導体サブストレートの回路面4に、電気回路が形成され、その厚み方向の回路面4と反対側は裏面5となっている。回路面4には、前記保護膜3が形成される。保護膜3には、第1半導体チップ2の回路面4に形成された電気信号接続部を露出する1または複数の接続孔6が形成される。接続孔6には、領域7の外方に形成され、したがって領域7には、接続孔6が形成されていない。
【0026】
図2は、図1に示される保護膜付き半導体チップ1を含む半導体装置8の断面図である。保護膜3の前記領域7には、もう1つの保護膜付き半導体チップ11が接着されて固定され、積層される。この保護膜付き半導体チップ11は、第2半導体チップ12と、その第2半導体チップ2の回路面に形成された保護膜13とを含む。第1半導体チップ2の平面形状の寸法は、第2半導体チップ12の平面形状よりも大きい。第2半導体チップ12に形成される保護膜13は、前述の第1半導体チップ2の保護膜3と同様な材料から成ってもよいが、接着機能を有さないそのほかの材料から成ってもよい。
【0027】
第1半導体チップ2の裏面5は、接着剤14を介して電気絶縁性材料から成る基板15に接着されて固定される。基板15は、たとえば合成樹脂製であってもよく、またはセラミックなどから成ってもよい。保護膜3に形成された接続孔6を挿通するボンディングワイヤ16の一端部は、その接続孔6に露出する回路面4の電気信号接続部に接続される。このワイヤ16の他端部は、基板15に設けられた端子17に接続される。また同様にして第2半導体チップ12も、ボンディングワイヤ18を介して、端子19に接続される。基板15には、これらの保護膜付き半導体チップ1,11およびボンディングワイヤ16,18などを被覆する合成樹脂21によって封止される。
【0028】
図3は、第1半導体ウエハ22の断面図である。図3〜図9を参照して、半導体装置8の製造方法を説明する。まず図3に示されるように、半導体ウエハ22の厚みd1は、150μm以下であり、たとえば50μmであってもよく、薄く形成される。この半導体ウエハ22は、ほぼ円板状であり、ダイシングによって複数の第1半導体チップ2が得られる。
【0029】
図4は、図3に示される半導体ウエハ2の回路面4に保護膜3が形成された状態を示す断面図である。保護膜3は、たとえばスピンコートやフィルムのラミネートで形成される。保護膜3の厚みd2は、たとえば5μmであってもよい。
【0030】
図5は、図5〜図8に示されるフォトリソグラフィの手法によって、保護膜3に、接続孔6やダイシング用長孔を、形成する工程を示す断面図である。フォトレジスト膜24は、たとえば溶媒に溶解されたフォトレジスト膜24の材料を含むワニスを、スピンコートの手法で、塗布されて形成される。
【0031】
図6は、図5に示されるフォトレジスト膜24を露光する工程を示す断面図である。フォトレジスト膜24上にフォトマスク25を配置し、紫外線などの光26を照射することによって、フォトレジスト膜24を選択的に露光する。
【0032】
図7は、図6に示される露光の後、現像を行ったフォトレジスト膜24およびドライまたはウエットエッチングによって保護膜3の接続孔6およびダイシング用長孔などの予め定める指定場所をエッチングした状態を示す断面図である。
【0033】
図8は、図7に示される現像後のフォトレジスト膜24を除去してエッチングを完了した状態における半導体ウエハ22と保護膜3とを有する保護膜付き半導体ウエハ27を示す断面図である。保護膜3には、半導体ウエハ22の回路面4における複数の第1半導体チップ2のための電気信号接続部にそれぞれ対応して、接続孔6が形成される。
【0034】
図9は、図8に示される保護膜3が形成された半導体ウエハ22をダイシングする状態を示す断面図である。半導体ウエハ22の裏面には、ダイシングテープ28が接着され、基台29に固定される。ダイシングブレードなどの回転刃物によって、保護膜3が形成された半導体ウエハ22が切断されて、またダイシングテープ28が厚み方向に部分的に切断されて、個別の保護膜付き半導体チップ1が得られる。ダイシングされる部分もエッチング工程で保護膜3が除かれてダイシング用長孔が形成されることによって、ダイシングブレードなどの刃物で半導体ウエハ22を半導体チップに良好にダイシングすることができる。
【0035】
こうしてダイシングされた保護膜付き半導体チップ1は、図1に示される形状となり、領域7において、第2半導体チップ12の裏面31が保護膜13上に、加熱状態で、加圧されて接着される。その後、ボンディングワイヤ16,18による配線が行われる。さらに封止のために合成樹脂21によって全体が被覆され、集積回路素子などの半導体装置が完成する。
【0036】
図10は、本発明の実施の他の形態の断面図である。前述の図1〜図9の実施の形態では、半導体ウエハ22の回路面4に、スピンコートの手法で保護膜3が形成されたけれども、図10に示される実施の形態では、半導体ウエハ22の回路面4に、フィルム状保護膜32が接着される。フィルム状保護膜32は、セパレータ33の一表面に予め付着形成されて保護膜シート34として準備される。このセパレータ33を介して保護膜32が半導体ウエハ22の回路面4上に、ロール35によって加圧されながら、ロール35を回転して移動方向36に移動する。ロール35の軸線は、図10の紙面に垂直である。ロール35を、半導体ウエハ22の図10における右方の端部から左方の端部に移動方向36に沿って移動しながら接着することによって、半導体ウエハ22の回路面4と保護膜32との間に空気の気泡が巻き込まれることはなく、ボイドの発生が防がれる。この加圧時、半導体ウエハ22を支持する支持部材37およびロール35の少なくとも一方は、加熱され、したがって半導体ウエハ22の回路面4と保護膜32との接着強度が充分に得られる。
【0037】
セパレータ33が設けられることによって、保護膜32がロール35の表面に接触することはなく、したがって半導体ウエハ22と保護膜32との接着強度が充分に得られるための加熱温度および加圧力を選ぶことができる。
【0038】
こうして図10に示される半導体ウエハ22の回路面4の全面に保護膜32を接着した後、半導体ウエハ22側(図10の下方)からカッタで、半導体ウエハ22の外周部に沿って保護膜シート34を切断する。その後、セパレータ33を剥離することによって、保護膜32が回路面4に接着された半導体ウエハ22が得られる。その後の製造工程は、前述の実施の形態における図5以降と同様である。
【0039】
図11は、本発明の実施の他の形態の半導体装置8aの断面図である。この実施の形態は、前述の実施の形態に類似し、対応する部分には同一の参照符を付し、または同一の数字に添え字aを付して示す。注目すべきはこの実施の形態では、第1半導体チップ2の平面形状の寸法と第2半導体チップ12aの平面形状とが、ほぼ等しく、したがって第1半導体チップ2と端子17とのボンディングワイヤ16による接続を可能とするために、第1半導体チップ2よりも平面形状が小さいスペーサ39が介在される。
【0040】
このスペーサ39は、たとえば合成樹脂またはシリコンなどの無機物質から成ってもよい。スペーサ39は、前述の図1に示される保護膜付き半導体チップ1の領域7に、前述と同様にして接着される。このスペーサ39の上面には、接着剤41を介して、第2保護膜付き半導体チップ11aの第2半導体チップ12aの裏面31aが接着される。接着剤31aは、保護膜3と同様な材料から成ってもよいが、異なる材料から成ってもよい。シリコーン樹脂から成るスペーサ39上の接着剤41を、回路面上の保護膜3,13aとして、同様に形成してもよい。
【0041】
本件発明者の実験結果を述べる。
【実施例】
(実施例1)
次の化学式1,2の構造の酸無水物、化学式3(R1およびR2が −C3H6− 、R3〜R6が −CH3、m=10)、化学式4の構造のジアミンを表1の配合で溶剤に溶解し、キシレンを還流し水を系外に排出させながら160〜170℃で8時間イミド化し、溶剤可溶イミド樹脂(A)を得た。
【0042】
【化1】
【0043】
【化2】
【0044】
【化3】
【0045】
(式中、R1,R2は二価の炭素数1〜4の脂肪族基または芳香族基を、R3〜R6は一価の脂肪族基または芳香族基を、mは1〜20の整数を表わす。)
【0046】
【化4】
【0047】
【表1】
【0048】
溶剤可溶ポリイミド樹脂(A)100部に、エポキシ樹脂(HP7200H:大日本インキ化学製、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂(エポキシ当量280))20部、硬化剤(2E4MZ:四国化成製、イミダゾール硬化剤)1部を配合しNMPに溶解したワニス(B)を作成した。
【0049】
8インチウエハ22にワニス(B)をスピンコートし、90℃20分で乾燥し、膜厚5μmのウエハ保護膜兼接着膜3を図5のように形成した。
【0050】
さらにフォトレジスト膜24をスピンコートで形成し、パッドパターンを図6のように露光、現像し、ドライエッチングによりパッドを露出するための接続孔6を図7のように開口させ、フォトレジスト膜24を図8のように除去した。
【0051】
(実施例2)
ワニス(B)を離型処理したPEN(ポリエチレンナフタレート)フィルム33上にコートし、90℃20分で乾燥し、膜厚5μmのポリイミド系フィルム32をPENフィルム33上に形成した。
【0052】
このポリイミド系フィルム32をPENフィルム33ごと8インチウエハ表面に110℃でロールラミネートし、ウエハ外周でフィルムシートを切断し、PENフィルム33をはがし、ウエハ22にポリイミド系フィルム32を接着した。接着を完全なものにするため、180℃で1分間加熱保持した。
【0053】
さらに図5〜図8のようにフォトレジスト膜をスピンコートで形成し、パッドパターンを露光、現像し、ドライエッチングによりパッドを開口させ、フォトレジストを除去した。
実施例1,2では、いずれもパッドパターンが良好に形成された。
【0054】
(実施例3)
前述と同様にワニス(B)を8インチウエハにスピンコートし、90℃20分で乾燥し、膜厚5μmのウエハ保護膜兼接着膜を形成した。これの表面にBGテープ(裏面研削時の表面保護テープ Back Grinding)を貼り付け、100μm厚まで薄削りした。
【0055】
(実施例4)
前述と同様にワニス(B)を離型処理したPENフィルム上にコートし、90℃20分で乾燥し、膜厚5μmのポリイミド系フィルムをPENフィルム上に形成した。
【0056】
このポリイミド系フィルムをPENフィルムごと8インチウエハ表面に110℃でロールラミネートし、ウエハ外周でフィルムを切断し、PENフィルムをはがし、ウエハにポリイミド系フィルムを接着した。接着を完全なものにするため、180℃で1分間加熱保持した。
【0057】
これの表面にBGテープを貼り付け、100μm厚まで薄削りした。
実施例3,4では、いずれもウエハ反り量が5mm以下で、ウエハカートリッジ収納に問題はなかった。
【0058】
(実施例5)
前述と同様にワニス(B)を8インチウエハにスピンコートし、90℃20分で乾燥し、膜厚5μmのウエハ保護膜兼接着膜を形成した。
【0059】
この上に5mm角のシリコンチップを180℃1秒で加熱圧着後、180℃、3時間加熱硬化した。
【0060】
この5mm角チップのせん断接着強度を260℃にて測定したところ、0.5kgf以上あり、良好な熱時接着強度を示した。
【0061】
(実施例6)
前述と同様にワニス(B)を離型処理したPENフィルム上にコートし、90℃20分で乾燥し、膜厚5μmのポリイミド系フィルムをPENフィルム上に形成した。
【0062】
このポリイミド系フィルムをPENフィルムごと8インチウエハ表面に110℃でロールラミネートし、ウエハ外周でフィルムをカットし、PENフィルムをはがし、ウエハにポリイミド系フィルムを接着した。接着を完全なものにするため、180℃で1分間加熱保持した。
【0063】
この上に5mm角のシリコンチップを180℃1sで加熱圧着後、180℃、3時間加熱した。
【0064】
この5mm角チップのせん断接着強度を260℃にて測定したところ、0.5kgf以上あり、良好な熱時接着強度を示した。
実施例2〜6の他の工程は、前述の実施例1と同様である。
【0065】
以上の実施例1〜6で、本発明によれば、電気信号接続部が良好に開口でき、ウエハ反りの問題もなく、耐熱性も良好なチップ積層体を形成することができることが確認された。
【0066】
本発明の実施の他の形態では、前述の化学式4の構造のジアミンに代えて、化学式5の構造を有するジアミンとテトラカルボン酸2無水物とを反応させて得られるガラス転移温度Tgが150℃以下の溶剤可溶ポリイミドを、シリコーン変成ポリイミドとして用いることもできる。
【0067】
【化5】
【0068】
保護膜は熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂とから成ってもよいが、さらに充填剤などを含んでもよい。
【0069】
【発明の効果】
本発明によれば、第1半導体チップのバッファコート膜である保護膜が、第2半導体チップまたはスペーサとの接着のためのダイボンド接着剤機能を達成するようにしたので、別途、接着剤を用いる必要がなく、これによって第1および第2半導体チップの積層のための工程が簡略化され、生産性が向上される。さらにこの保護膜は、150℃以下の低いガラス転移温度Tgを有し、接着強度を向上することができるとともに、前述のように接着剤を別途、準備する必要はないので、薄く構成することができ、小形化が可能である。さらにガラス転移温度Tgが前述のように低い保護膜を用いることによって、半導体ウエハの反りが生じることを抑制し、半導体ウエハの真空吸着などによる搬送が容易となり、半導体ウエハが障害物などに衝突して破損するおそれをなくすことができる。こうして本発明では、第1および第2半導体チップを薄くすることができ、半導体装置の小形化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態の保護膜付き半導体チップ1の斜視図である。
【図2】図1に示される保護膜付き半導体チップ1を含む半導体装置8の断面図である
。
【図3】第1半導体チップ2の断面図である。
【図4】図3に示される半導体ウエハ2の回路面4に保護膜3が形成された状態を示す
断面図である。
【図5】図4に示される保護膜3上にフォトレジスト膜24を形成した状態を示す断面
図である。
【図6】図5に示されるフォトレジスト膜24を露光する工程を示す断面図である。
【図7】図6に示される露光の後、現像を行った保護膜3とフォトレジスト膜24とを示す断面図である。
【図8】図7に示される現像後のフォトレジスト膜24を除去してエッチングを完了し
た状態を示す半導体ウエハ22と保護膜3とを示す断面図である。
【図9】図8に示される保護膜3が形成された半導体ウエハ22をダイシングする状態を示す断面図である。
【図10】本発明の実施の他の形態の断面図である。
【図11】本発明の実施の他の形態の半導体装置8aの断面図である。
【符号の説明】
1 保護膜付き半導体チップ
2 第1半導体チップ
3 保護膜
4 回路面
5 裏面
6 接続孔
7 領域
8 半導体装置
11 保護膜付き半導体チップ
12 第2半導体チップ
13 保護膜
14 接着剤
22 半導体ウエハ
24 フォトレジスト膜
32 フィルム状保護膜
33 セパレータ
34 保護膜シート
35 ロール
39 スペーサ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for stacking semiconductor chips in a semiconductor device such as a semiconductor integrated circuit, and also relates to a semiconductor device having a configuration in which the semiconductor chips are stacked.
[0002]
[Prior art]
In the prior art, a protective film made of polyimide is formed on a circuit surface of a semiconductor chip on which an electric circuit is formed, and this protective film shields α-rays, which function as a buffer coat film, and forms a synthetic resin for sealing. Of stress caused by a temperature change between the semiconductor chip and the semiconductor chip. After opening the electrical signal connection portion and the dicing portion, the semiconductor wafer is diced together with the protective film to obtain a semiconductor chip with a protective film. In order to stack and fix another semiconductor chip on this semiconductor chip, conventionally, the back surface of the other semiconductor is bonded to the protective film with a paste or film-like adhesive interposed therebetween. I do.
[0003]
In this prior art, the another semiconductor chip is bonded on the protective film using an adhesive, so that there is a problem that a process for laminating the semiconductor chips is complicated and productivity is poor.
[0004]
In recent years, there has been a tendency to make semiconductor chips thinner in order to reduce the thickness of the package. When the thickness of the semiconductor chip and thus the thickness of the semiconductor wafer becomes 150 μm or less, in a configuration in which a protective film made of polyimide is formed on the circuit surface, the stress caused by a change in temperature between the circuit surface of the semiconductor wafer and the protective film is reduced As a result, the semiconductor wafer is warped and curvedly deformed. This causes a new problem that it becomes difficult to transport the semiconductor wafer by vacuum suction or the like.
[0005]
Further, in a configuration in which the thickness of the semiconductor chip, that is, the semiconductor wafer is reduced to, for example, about 50 μm, the thickness of the protective film and the adhesive at the time of lamination becomes too large compared to the thickness of the semiconductor chip. Accordingly, there is an increasing demand for a thin configuration for bonding between a plurality of semiconductor chips to be stacked.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to simplify a configuration for bonding a plurality of semiconductor chips to be stacked, improve productivity, improve bonding strength, and reduce the thickness of a semiconductor chip. An object of the present invention is to provide a semiconductor device including the stacked semiconductor chips.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention relates to a circuit surface of a first semiconductor chip on which an electric circuit is formed,
Through a protective film having a glass transition temperature of 150 ° C. or lower,
A method of laminating semiconductor chips, comprising bonding a back surface of a second semiconductor chip.
[0008]
Further, the present invention has a circuit surface on which an electric circuit is formed, and a back surface opposite to the thickness direction of the circuit surface, and the circuit surface has a first semiconductor chip on which an electric signal connection portion is formed;
A protective film having a glass transition temperature of 150 ° C. or lower, formed on a circuit surface, and formed with a connection hole exposing an electric signal connection portion on the circuit surface;
A second semiconductor chip having a back surface adhered to a region of the protective film where the connection hole is not formed.
[0009]
According to the present invention, the glass transition temperature Tg is set between the
[0010]
The protective film has a glass transition temperature Tg of 150 ° C. or lower, preferably 100 ° C. or lower, which is as close to room temperature as possible. When the glass transition temperature Tg is low as described above, the first and second semiconductor chips can be bonded at a lower temperature and a lower pressure in a short time. Since the bonding can be performed at a low temperature, the first and second semiconductor chips and other materials do not cause damage even if they have low heat resistance and can be bonded at a low pressure during bonding. This prevents the first and second semiconductor chips from being damaged. In this manner, excellent characteristics for chip bonding can be obtained. The protective film having a relatively low glass transition temperature Tg includes, for example, a resin composition composed of (A) a thermoplastic resin and (B) a thermosetting resin. Such a resin composition is excellent in short-time low-temperature adhesion, stress relaxation, and heat resistance.
[0011]
The first and second semiconductor chips are, for example, 150 μm or less, and may be, for example, 50 μm, for example. Even with such relatively thin first and second semiconductor chips, the first and second semiconductor chips can be formed by using a protective film having a glass transition temperature Tg of 150 ° C. or lower, preferably 100 ° C. or lower as described above. The semiconductor chip and the semiconductor wafer for obtaining the first and second semiconductor chips can suppress the phenomenon of warpage. As a result, the semiconductor wafer can be reliably transferred by vacuum suction or the like. Furthermore, the protective film having such a low glass transition temperature Tg can be formed on the circuit surface of the first semiconductor chip by, for example, a technique of spin coating using a solvent, and in the process, the solvent drying property is excellent, and Productivity is improved.
[0012]
In the present invention, the protective film functions to protect the circuit surface of the first semiconductor chip and also functions to adhere to the second semiconductor chip. Therefore, the above-mentioned adhesive in the prior art is separately required. I do not. This also improves the productivity and reduces the overall thickness.
[0013]
Further, according to the present invention, on the circuit surface of the first semiconductor chip on which the electric circuit is formed,
One surface of the spacer is adhered through a protective film having a glass transition temperature of 150 ° C. or lower,
A method of laminating semiconductor chips, comprising bonding the back surface of the second semiconductor chip to the other surface of the spacer via an adhesive.
[0014]
Further, the present invention has a circuit surface on which an electric circuit is formed, and a back surface opposite to the thickness direction of the circuit surface, and the circuit surface has a first semiconductor chip on which an electric signal connection portion is formed;
A protective film having a glass transition temperature of 150 ° C. or lower, formed on a circuit surface, and formed with a connection hole exposing an electric signal connection portion on the circuit surface;
A spacer having one surface adhered to a region where the connection hole of the protective film is not formed,
A semiconductor device comprising: a second semiconductor chip having a back surface bonded to another surface of the spacer via an adhesive.
[0015]
According to the present invention, as will be described later with reference to FIG. 11, by using the spacer 39 (for example, silicon as a material), the dimensions of the planar shapes of the first and second semiconductor chips are substantially the same, for example. However, by using a spacer having a planar shape smaller than the planar shape of the first and second semiconductor chips, the first and second semiconductor chips can be stacked. A
[0016]
Further, according to the present invention, the protective film is formed on a circuit surface of a semiconductor wafer to be diced into a plurality of first semiconductor chips,
A connection hole for an electric signal connection portion and a long hole for dicing on the circuit surface of each first semiconductor chip are formed in the protection film.
Thereafter, the semiconductor wafer is diced together with the protective film into a plurality of first semiconductor chips.
[0017]
Further, the present invention is characterized in that the thickness of the first semiconductor chip is 150 μm or less.
[0018]
According to the present invention, in order to obtain the
[0019]
Since the die attach film is not diced as compared with the method of attaching the die attach film to the back surface and dicing, the dicing property is excellent. Also, during pick-up, the peeling property between the dicing tape and the die attach film is not a problem, so that it is excellent.
[0020]
As described above, the thickness of such a first semiconductor chip may be 150 μm or less, for example, may be 50 μm, or may be a thinner value of 50 μm or less.
[0021]
In the present invention, the protective film may be made of a thermoplastic synthetic resin and a thermosetting synthetic resin, but may further contain other additives, fillers, and other substances.
[0022]
Further, the invention is characterized in that the protective film is made of a silicone-based material.
According to the present invention, the protective film is required to have a low content of impurity ions and to prevent warpage of the semiconductor wafer for the first semiconductor chip. It is important to select the curing shrinkage, glass transition temperature Tg, linear expansion coefficient, and the like of the synthetic resin constituting the resin, and the glass transition temperature Tg is selected to be 150 ° C. or lower, preferably 100 ° C. or lower as described above, By approaching, the problem of the warpage of the semiconductor wafer can be improved. The protective film is made of a thermoplastic synthetic resin layer, and the heat resistance is imparted by a cross-linked structure, whereby a protective film that achieves preferable chip bonding characteristics is obtained. Such a protective film is preferably a synthetic resin that passes various reliability tests, and a thermoplastic synthetic resin and a thermosetting synthetic resin have characteristics that pass such various reliability tests.
[0023]
The protective film is also made of a silicone-based material, for example, an organic silicon-based synthetic resin or a silicone resin. Since the silicone-based adhesive has a high adhesive strength to a Si-based material, the first and second semiconductor chips on the surface of the silicone-based adhesive use a protective film made of a silicone-based material, and further use a spacer. In the configuration, the spacer is also made of a silicon-based material, so that the bonding can be performed with high bonding reliability.
[0024]
Further, the present invention is not limited to the two-stage stack structure, and a three- or more-stage stack structure in which three or more semiconductor chips are interposed via a protective film and a spacer as described above may be realized.
[0025]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a perspective view of a
[0026]
FIG. 2 is a sectional view of a
[0027]
The
[0028]
FIG. 3 is a sectional view of the
[0029]
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a state where the
[0030]
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a step of forming a
[0031]
FIG. 6 is a sectional view showing a step of exposing the
[0032]
FIG. 7 shows a state where, after the exposure shown in FIG. 6, a predetermined designated place such as the developed
[0033]
FIG. 8 is a sectional view showing a
[0034]
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a state in which the
[0035]
The
[0036]
FIG. 10 is a sectional view of another embodiment of the present invention. In the embodiments of FIGS. 1 to 9 described above, the
[0037]
By providing the
[0038]
After the
[0039]
FIG. 11 is a cross-sectional view of a
[0040]
The
[0041]
The experimental results of the present inventor will be described.
【Example】
(Example 1)
An acid anhydride having the structure of the following
[0042]
Embedded image
[0043]
Embedded image
[0044]
Embedded image
[0045]
(Wherein, R 1 and R 2 are divalent aliphatic groups or aromatic groups having 1 to 4 carbon atoms, R 3 to R 6 are monovalent aliphatic groups or aromatic groups, and m is 1 to 4) Represents an integer of 20.)
[0046]
Embedded image
[0047]
[Table 1]
[0048]
To 100 parts of the solvent-soluble polyimide resin (A), 20 parts of an epoxy resin (HP7200H: dicyclopentadiene type epoxy resin (epoxy equivalent: 280) manufactured by Dainippon Ink and Chemicals, Inc.), and a curing agent (2E4MZ: Shikoku Chemicals, imidazole curing agent) 1) A varnish (B) was prepared in which 1 part was blended and dissolved in NMP.
[0049]
A varnish (B) was spin-coated on the 8-
[0050]
Further, a
[0051]
(Example 2)
The varnish (B) was coated on a release-treated PEN (polyethylene naphthalate)
[0052]
The
[0053]
Further, as shown in FIGS. 5 to 8, a photoresist film was formed by spin coating, the pad pattern was exposed and developed, the pad was opened by dry etching, and the photoresist was removed.
In Examples 1 and 2, the pad pattern was formed favorably in each case.
[0054]
(Example 3)
In the same manner as described above, the varnish (B) was spin-coated on an 8-inch wafer and dried at 90 ° C. for 20 minutes to form a 5-μm-thick wafer protective film / adhesive film. A BG tape (a surface protection tape Back Grinding at the time of back surface grinding) was adhered to the surface of this, and thinly cut to a thickness of 100 μm.
[0055]
(Example 4)
The varnish (B) was coated on the release-treated PEN film in the same manner as described above, and dried at 90 ° C. for 20 minutes to form a 5 μm-thick polyimide film on the PEN film.
[0056]
This polyimide film together with the PEN film was roll-laminated on an 8-inch wafer surface at 110 ° C., the film was cut around the wafer periphery, the PEN film was peeled off, and the polyimide film was bonded to the wafer. In order to complete the adhesion, it was heated and held at 180 ° C. for 1 minute.
[0057]
A BG tape was stuck on the surface of this, and thinned to a thickness of 100 μm.
In Examples 3 and 4, the amount of wafer warpage was 5 mm or less, and there was no problem in storing the wafer cartridge.
[0058]
(Example 5)
In the same manner as described above, the varnish (B) was spin-coated on an 8-inch wafer and dried at 90 ° C. for 20 minutes to form a 5-μm-thick wafer protective film / adhesive film.
[0059]
A 5 mm square silicon chip was heat-pressed at 180 ° C. for 1 second, and then heat-cured at 180 ° C. for 3 hours.
[0060]
When the shear bond strength of the 5 mm square chip was measured at 260 ° C., it was 0.5 kgf or more, indicating good hot bond strength.
[0061]
(Example 6)
The varnish (B) was coated on the release-treated PEN film in the same manner as described above, and dried at 90 ° C. for 20 minutes to form a 5 μm-thick polyimide film on the PEN film.
[0062]
This polyimide film was roll-laminated together with the PEN film on an 8-inch wafer surface at 110 ° C., the film was cut around the wafer periphery, the PEN film was peeled off, and the polyimide film was bonded to the wafer. In order to complete the adhesion, it was heated and held at 180 ° C. for 1 minute.
[0063]
A 5 mm square silicon chip was heated and pressed at 180 ° C. for 1 s, and then heated at 180 ° C. for 3 hours.
[0064]
When the shear bond strength of the 5 mm square chip was measured at 260 ° C., it was 0.5 kgf or more, indicating good hot bond strength.
Other steps of the second to sixth embodiments are the same as those of the first embodiment.
[0065]
In the above Examples 1 to 6, according to the present invention, it was confirmed that the electrical signal connection portion could be opened favorably, and there was no problem of wafer warpage, and a chip laminate having good heat resistance could be formed. .
[0066]
In another embodiment of the present invention, a glass transition temperature Tg obtained by reacting a diamine having the structure of
[0067]
Embedded image
[0068]
The protective film may be made of a thermoplastic resin and a thermosetting resin, but may further contain a filler or the like.
[0069]
【The invention's effect】
According to the present invention, since the protective film, which is the buffer coat film of the first semiconductor chip, achieves a die-bonding adhesive function for bonding to the second semiconductor chip or the spacer, an adhesive is separately used. There is no need to do so, which simplifies the steps for laminating the first and second semiconductor chips and improves productivity. Furthermore, this protective film has a low glass transition temperature Tg of 150 ° C. or less, can improve the adhesive strength, and does not require a separate adhesive as described above. It can be downsized. Furthermore, by using a protective film having a low glass transition temperature Tg as described above, warpage of the semiconductor wafer is suppressed, the semiconductor wafer is easily transported by vacuum suction, etc., and the semiconductor wafer collides with an obstacle or the like. And the possibility of breakage can be eliminated. Thus, according to the present invention, the first and second semiconductor chips can be thinned, and the semiconductor device can be downsized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a semiconductor chip with a
FIG. 2 is a sectional view of a
FIG. 3 is a cross-sectional view of the
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a state where a
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a state where a
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a step of exposing the
7 is a cross-sectional view showing a
8 is a cross-sectional view showing the
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a state in which the
FIG. 10 is a sectional view of another embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a sectional view of a
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS
Claims (13)
ガラス転移温度が150℃以下である保護膜を介して、
第2の半導体チップの裏面を、接着することを特徴とする半導体チップの積層方法。On the circuit surface of the first semiconductor chip on which the electric circuit is formed,
Through a protective film having a glass transition temperature of 150 ° C. or lower,
A method for laminating semiconductor chips, comprising bonding a back surface of a second semiconductor chip.
ガラス転移温度が150℃以下である保護膜を介して
スペーサの一表面を接着し、
このスペーサの他表面に、接着剤を介して、第2の半導体チップの裏面を、接着することを特徴とする半導体チップの積層方法。On the circuit surface of the first semiconductor chip on which the electric circuit is formed,
One surface of the spacer is adhered through a protective film having a glass transition temperature of 150 ° C. or lower,
A method of laminating semiconductor chips, comprising bonding the back surface of the second semiconductor chip to the other surface of the spacer via an adhesive.
この保護膜に、各第1半導体チップの回路面の電気信号接続部用接続孔およびダイシング用長孔を、形成し、
その後、半導体ウエハを、前記保護膜とともに、複数の第1の半導体チップにダイシングすることを特徴とする請求項1または2記載の半導体チップの積層方法。Forming the protective film on a circuit surface of a semiconductor wafer to be diced into a plurality of first semiconductor chips;
A connection hole for an electric signal connection portion and a long hole for dicing on the circuit surface of each first semiconductor chip are formed in the protection film.
3. The method according to claim 1, further comprising dicing the semiconductor wafer into a plurality of first semiconductor chips together with the protective film.
ガラス転移温度が150℃以下であり、回路面に形成され、回路面の電気信号接続部を露出する接続孔が形成される保護膜と、
保護膜の接続孔が形成されていない領域に接着される裏面を有する第2の半導体チップとを含むことを特徴とする半導体装置。A first semiconductor chip having a circuit surface on which an electric circuit is formed and a back surface opposite to the thickness direction of the circuit surface, wherein a first semiconductor chip on which an electric signal connection portion is formed;
A protective film having a glass transition temperature of 150 ° C. or lower, formed on a circuit surface, and formed with a connection hole exposing an electric signal connection portion on the circuit surface;
A second semiconductor chip having a back surface adhered to a region of the protective film where the connection hole is not formed.
ガラス転移温度が150℃以下であり、回路面に形成され、回路面の電気信号接続部を露出する接続孔が形成される保護膜と、
保護膜の接続孔が形成されていない領域に一表面が接着されるスペーサと、
スペーサの他表面に、接着剤を介して裏面が接着される第2の半導体チップとを含むことを特徴とする半導体装置。A first semiconductor chip having a circuit surface on which an electric circuit is formed and a back surface opposite to the thickness direction of the circuit surface, wherein a first semiconductor chip on which an electric signal connection portion is formed;
A protective film having a glass transition temperature of 150 ° C. or lower, formed on a circuit surface, and formed with a connection hole exposing an electric signal connection portion on the circuit surface;
A spacer having one surface adhered to a region where the connection hole of the protective film is not formed,
A semiconductor device comprising, on the other surface of the spacer, a second semiconductor chip whose back surface is bonded via an adhesive.
式1中、R1,R2は二価の炭素数1〜4の脂肪族基または芳香族基を、R3〜R6は一価の脂肪族基または芳香族基を、mは1〜20の整数を表わす。The silicone-modified polyimide is a solvent-soluble polyimide having a glass transition temperature Tg of 150 ° C. or lower obtained by reacting a diamine containing a diamine represented by Formula 1 with tetracarboxylic dianhydride. The semiconductor device according to claim 9.
In Formula 1, R 1 and R 2 represent a divalent aliphatic group or aromatic group having 1 to 4 carbon atoms, R 3 to R 6 represent a monovalent aliphatic group or aromatic group, and m represents 1 to 4 Represents an integer of 20.
The silicone-modified polyimide is a solvent-soluble polyimide having a glass transition temperature Tg of 150 ° C. or less obtained by reacting a diamine containing a diamine represented by Formula 2 with tetracarboxylic dianhydride. Item 11. The semiconductor device according to item 9 or 10.
The silicone-modified polyimide is a solvent-soluble polyimide having a glass transition temperature Tg of 150 ° C. or lower obtained by reacting a diamine containing a diamine represented by Formula 3 with tetracarboxylic dianhydride. The semiconductor device according to claim 11.
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