JP2004047777A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電極部が形成された第2のウエハを,第1のウエハに形成された電極部と電気的に接続されるように,第1のウエハ上に積層し,第1のウエハと第2のウエハとの間を封止樹脂し,第2のウエハ及び封止樹脂をハーフカットして,金属ポストを封止樹脂から露出させ,露出させた金属ポスト上に,外部との電気的な接続を行うための金属バンプを形成した後,個々の半導体装置に個片化する。封止樹脂する工程において,第1,第2の半導体素子をともにウエハ状態で積層したことにより,ウエハと封止樹脂との熱収縮の違いにより,封止樹脂の熱収縮の影響を受けてウエハが反ってしまうという問題点を解決することが可能である。
【選択図】 図2
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は,半導体素子(チップ)の積層構造に特徴を有する半導体装置及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年の電子機器の小型化に伴い,半導体装置を実装する際,高密度実装を可能にするさまざまな方法が検討されている。このような中で,ベアチップとほぼ同じか,わずかに大きい寸法のパッケージとして,ウエハレベルチップサイズパッケージ(Wefer−level Chip−Size−Package:以下,W−CSPと略す。)と称される半導体装置がある。
【0003】
図5は,W−CSPを利用した従来の半導体装置を示す説明図である。図5(a)は平面図であり,図5(b)は図5(a)のA−A断面図である。
半導体装置2は,図5に示したように,第1の半導体素子21上に,第1の半導体素子21よりもサイズの小さい第2の半導体素子22が積層されている。第1,第2の半導体素子21,22の表面には,トランジスタ,抵抗,コンデンサ,インダクタ等により構成された電子回路が形成されている。第1の半導体素子21の表面上には,電子回路と接続された複数の電極パッド23が形成されている。また,第2の半導体素子22の表面上には,電子回路と接続された複数の電極部24が形成されている。第1,第2半導体素子21,22間は,外部ストレス,環境から保護するために封止樹脂25で覆われている。
【0004】
電極パッド23の表面の一部を除く第1の半導体素子21上には,酸化シリコン等からなる絶縁膜32が形成されている。この構造により,電極パッド23の表面の一部が絶縁膜32によって規定された開口部によって露出されている。電極パッド23には絶縁膜32の開口部を介して例えば銅で構成された再配線26が接続されている。再配線26は電極パッド23から金属ポスト27の下部に至るまで絶縁膜32上に延在している。また,再配線26は第2の半導体素子22の電極部24に至るまで絶縁膜32上に延在している。
【0005】
金属ポスト27の高さは,グラインド工程にて封止樹脂25から露出させるために,第1,第2の半導体素子21,22間の距離よりも高くなっている。封止樹脂25から露出した金属ポスト27には,半導体装置20と外部のプリント配線基板との電気的な接続のための外部端子として金属バンプ28が取りつけられている。
【0006】
第2の半導体素子22からの電気信号及び外部装置からの電気信号は,第1の半導体素子21に形成された電極パッド23,再配線26,金属ポスト27,および金属バンプ28を通して伝達される。
【0007】
図6は,図5に示した半導体装置20の製造方法を示す説明図である。
図6(a)に示したウエハ29は,後工程で個片化されて第1の半導体素子21となるものである。このウエハ29の表面には,第1の半導体素子21を構成するための電子回路が形成され,上述の電極パッド23,絶縁膜32,金属ポスト27,及び再配線26が設けられる。
【0008】
次いで,図6(b)に示したように,第2の半導体素子22をウエハ29上に載置する。この際,第2の半導体素子22上に形成された電極部24が,ウエハ29上の再配線26と電気的に接続するようにする。その後,図6(c)に示したように,ウエハ29と第2の半導体素子22の全体を封止樹脂25により封止する。
【0009】
次いで,図6(d)に示したように,金属ポスト27を封止樹脂25から露出するためにグラインドする。その後,グラインドで露出した金属ポスト27上に,図6(e)に示したように,金属バンプ28を設ける。最後に,図6(f)に示したように,個々の半導体装置に個片化する。
以上の工程を経て,図5に示した半導体装置20が完成する。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら,図6(b)に示した第2の半導体素子22の接続工程では,個々の第2の半導体素子22の位置合わせを行わなければならず,工程の複雑化を招いていた。また,図6(c)に示した樹脂封止工程では,ウエハ29と封止樹脂25との熱収縮の違いにより,封止樹脂25の熱収縮の影響を受けてウエハ29が反ってしまうという問題点があった。
【0011】
本発明は,上記問題点に鑑みてなされたものであり,本発明の主な目的は,半導体装置を製造するにあたり,工程の複雑化を防止するとともに,ウエハと封止樹脂との熱収縮の違いにより,封止樹脂の熱収縮の影響を受けてウエハが反ってしまうという問題点を解決することの可能な,新規かつ改良された半導体装置の製造方法を提供することである。
【0012】
また,本発明の別の目的は,複雑な製造工程を経ることなく半導体装置の薄型化を図ることの可能な,新規かつ改良された半導体装置を提供することである。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため,本発明の第1の観点によれば,半導体装置の薄型化を図ることの可能な,新規かつ改良された半導体装置が提供される。すなわち,本発明の半導体装置は,第1の半導体素子上に,前記第1の半導体素子よりもサイズの小さい第2の半導体素子が積層されて,前記第1の半導体素子に形成された電極部と前記第2の半導体素子に形成された電極部とが電気的に接続されており,前記第1の半導体素子と前記第2の半導体素子との段差に,前記第1の半導体素子に形成された電極部と電気的に接続されて,外部との電気的な接続を行うための突起電極が形成されたことを特徴とする。
【0014】
かかる半導体装置の構造によれば,外部との電気的な接続を行うための金属バンプが,第1の半導体素子と第2の半導体素子との段差部分に形成されているので,半導体装置の薄型化を図ることが可能である。
【0015】
そして,金属バンプの高さを,第1の半導体素子と第2の半導体素子との間の距離よりも低くすれば,半導体装置のより一層の薄型化を図ることが可能である。
【0016】
また,上記課題を解決するため,本発明の第2の観点によれば,工程数の増加を防止するとともに,ウエハと封止樹脂との熱収縮の違いにより,封止樹脂の熱収縮の影響を受けてウエハが反ってしまうという問題点を解決することの可能な,新規かつ改良された半導体装置の製造方法が提供される。すなわち,本発明の半導体装置の製造方法は,以下の各工程を含むことを特徴とする。
▲1▼第1のウエハ上に,電極部,配線部,及び金属ポストを形成する第1工程
▲2▼電極部が形成された第2のウエハを,前記第1のウエハに形成された電極部と電気的に接続されるように,前記第1のウエハ上に積層する第2工程
▲3▼前記第1のウエハと前記第2のウエハとの間を封止樹脂する第3工程
▲4▼前記第2のウエハ及び前記封止樹脂をハーフカットして,前記金属ポストを前記封止樹脂から露出させる第4工程
▲5▼前記露出させた金属ポスト上に,外部との電気的な接続を行うための金属バンプを形成する第5工程
▲6▼個々の半導体装置に個片化する第6工程
【0017】
かかる半導体装置の製造方法によれば,第2工程において,第1のウエハ上に第2の半導体素子を積層するにあたり,ウエハ状態のまま第2のウエハを積層することで,第2の半導体素子の個片化工程を省略できるとともに,個々の第2の半導体素子22の位置合わせを行う必要がなくなり,工程数の増加を防止することが可能である。さらに,封止樹脂する第3工程において,第1,第2の半導体素子をともにウエハ状態で積層したことにより,ウエハと封止樹脂との熱収縮の違いにより,封止樹脂の熱収縮の影響を受けてウエハが反ってしまうという問題点を解決することが可能である。
【0018】
また,上記課題を解決するため,本発明の第3の観点によれば,第1の回路素子が形成された第1の表面を有する第1の半導体素子と,第2の回路素子が形成された第2の表面とを有し前記第1の半導体素子よりも小さい外形寸法を有する第2の半導体素子とが,前記第1の表面と前記第2の表面とが向かい合うように積層された半導体装置であって,前記第1の表面上に形成され前記第1の回路素子と電気的に接続された第1の電極部と,前記第2の表面上に形成され前記第2の回路素子及び前記第1の電極と電気的に接続された第2の電極部と,前記第1の表面の周辺部上に形成され前記第1の電極部に電気的に接続された第3の電極部であって,前記第1の表面と前記第2の表面との間に位置する第3の表面を有する第3の電極部と,前記第3の表面上に形成され外部装置との電気的な接続を行うための突起電極とを有することを特徴とする半導体装置が提供される。
【0019】
また,上記課題を解決するため,本発明の第4の観点によれば,第1の回路素子が形成された第1の表面を有する第1のウエハを準備する工程と,前記第1の表面上に,前記第1の回路素子に電気的に接続される第1の電極部を形成する工程と,前記第1の表面上に,前記第1の電極に電気的に接続される第2の電極部を形成する工程と,第2の回路素子が形成された第2の表面を有する第2のウエハを準備する工程と,前記第2の表面上に,前記第2の回路素子に電気的に接続される第3の電極部を形成する工程と,前記第1の表面と前記第2の表面とを向かい合わせ,前記第1の電極部と前記第3の電極部とを電気的に接続させる工程と,前記第1の表面と前記第2の表面との間を樹脂によって封止する工程と,前記第2の表面に対向する前記第2のウエハの第3の表面から前記第2のウエハ及び前記樹脂を研削し前記第2の電極部の一部を露出させる工程と,前記第2の電極部の表面上に,外部装置との電気的な接続を行うための突起電極を形成する工程と,前記第2の電極部の近傍で前記第1のウエハを研削する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照しながら,本発明にかかる半導体装置及びその製造方法の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお,本明細書及び図面において,実質的に同一の機能構成を有する構成要素については,同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【0021】
(第1の実施の形態)
本実施の形態では,W−CSP半導体装置の構造に特徴を有する半導体装置について説明する。図1は,本実施の形態にかかる半導体装置1の構造を示す説明図である。図1(a)は平面図であり,図1(b)は図1(a)のA−A断面図である。
【0022】
本実施の形態にかかる半導体装置1は,図1に示したように,第1の半導体素子11上に,第1の半導体素子11よりもサイズの小さい第2の半導体素子12が積層されている。第1,第2の半導体素子11,12の表面には,トランジスタ,抵抗,コンデンサ,インダクタ等により構成された電子回路が形成されている。第1の半導体素子11の表面上には,電子回路と接続された複数の電極パッド13が形成されている。また,第2の半導体素子12の表面上には,電子回路と接続された複数の電極部14が形成されている。
【0023】
電極パッド13の表面の一部を除く第1の半導体素子11上には,酸化シリコン等からなる絶縁膜32が形成されている。この構造により,電極パッド13の表面の一部が絶縁膜32によって規定された開口部によって露出されている。電極パッド13には絶縁膜32の開口部を介して例えば銅で構成された再配線16が接続されている。再配線16は電極パッド13から金属ポスト17の下部に至るまで絶縁膜32上に延在している。また,再配線16は第2の半導体素子12の電極部14に至るまで絶縁膜32上に延在している。
【0024】
第1の半導体素子11の電極パッド13は,再配線16によって,金属ポスト17に接続されている。この金属ポスト17の高さは,ハーフカット工程にて封止樹脂15から露出させるために,第1,第2の半導体素子11,12間の距離よりも低くなっている。封止樹脂15から露出した金属ポスト17には,半導体装置1と外部のプリント配線基板との電気的な接続のための外部端子として金属バンプ(突起電極)18が取りつけられている。
【0025】
第1,第2半導体素子11,12間は,外部ストレス,環境から保護するために封止樹脂15で覆われている。本実施の形態では,封止樹脂15は,第1の半導体素子11と第2の半導体素子12との間に段差10が形成されるように,局所的にカット(ハーフカット)されている。
【0026】
(第1の実施の形態の動作)
第2の半導体素子12からの電気信号及び外部装置からの電気信号は,第1の半導体素子11に形成された電極パッド13,再配線16,金属ポスト17,および金属バンプ18を通して伝達される。
【0027】
(第2の実施の形態)
本実施の形態では,上記第1の実施の形態で説明したW−CSP半導体装置1の製造方法について説明する。図2は,本実施の形態にかかるW−CSP半導体装置1の製造方法を示す説明図である。
【0028】
図2(a)に示した第1のウエハ19は,後工程で個片化されて第1の半導体素子11となるものである。この第1のウエハ19の表面には,第1の半導体素子11を構成するための電子回路が形成され,上述の電極パッド13,絶縁膜32,再配線16,及び金属ポスト17が設けられる。
【0029】
次いで,図2(b)に示したように,第1のウエハ19上に第2のウエハ30を積層する。この第2のウエハ30は,後工程で個片化されて第2の半導体素子12となるものである。この際,第2のウエハ30上に形成された電極部14が,第1のウエハ19上の再配線16と電気的に接続するように積層する。その後,図2(c)に示したように,第1のウエハ19と第2のウエハ30の全体を封止樹脂15により封止する。
【0030】
次いで,図2(d)に示したように,金属ポスト17を封止樹脂15から露出するために,第2のウエハ30及び封止樹脂15をハーフカットする。このハーフカットされた箇所は,後工程で個々の半導体装置1に個片化した際に,段差10となる箇所である。その後,ハーフカットで露出した金属ポスト17上に,図2(e)に示したように,金属バンプ18を設ける。
【0031】
最後に,図2(f)に示したように,個々の半導体装置に個片化する。
以上の工程を経て,図1に示した半導体装置1が完成する。
【0032】
(第2の実施の形態の効果)
以上説明したように,本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法によれば,第2工程において,第1のウエハ上に第2の半導体素子を積層するにあたり,ウエハ状態のまま第2のウエハ30を積層することで,第2の半導体素子の個片化工程を省略できるとともに,個々の第2の半導体素子22の位置合わせを行う必要がなくなり,工程数の増加及び工程の複雑化を防止することが可能である。
【0033】
さらに,封止樹脂する第3工程において,第1,第2の半導体素子をともにウエハ状態で積層したことにより,ウエハと封止樹脂との熱収縮の違いにより,封止樹脂の熱収縮の影響を受けてウエハが反ってしまうという問題点を解決することが可能である。
【0034】
(第3の実施の形態)
本実施の形態では,W−CSP半導体装置の構造に特徴を有する上記第1の実施の形態にかかる半導体装置の応用例について説明する。図3は,本実施の形態にかかる半導体装置2の構造を示す説明図である。図3(a)は平面図であり,図3(b)は図3(a)のA−A断面図である。
【0035】
本実施の形態にかかる半導体装置2は,図3に示したように,上記第1の実施の形態にかかる半導体装置1と異なり,封止樹脂15のみならず金属ポスト17についても,第1の半導体素子11と第2の半導体素子12との間に段差10が形成されるように,局所的にカット(ハーフカット)されている。金属ポスト17は,図3(b)の断面図に示したように,断面形状が略L字型をなしている。金属バンプ18は,この略L字型の金属ポスト17上に設置されている。金属バンプ18は,第2の半導体素子12の裏面を越えない高さに形成されている。その他の構成要素については,上記第1の実施の形態と実質的に同様であるので,重複説明を省略する。
【0036】
(第3の実施の形態の効果)
以上説明したように,本実施の形態にかかる半導体装置2の構造では,金属ポスト17の断面形状を略L字型とし,その上に金属バンプ18を形成している。そして,金属バンプ18の高さを,第2の半導体素子12の裏面を越えない高さとすることによって,半導体装置2の薄型化を図ることが可能である。
【0037】
(第4の実施の形態)
本実施の形態では,上記第3の実施の形態で説明したW−CSP半導体装置2の製造方法について説明する。図4は,本実施の形態にかかるW−CSP半導体装置2の製造方法を示す説明図である。
【0038】
図4(a)〜(c)に示した各工程は,第2の実施の形態において説明した図2(a)〜(c)に示した各工程と実質的に同様である。すなわち,まず図4(a)に示したように,第1のウエハ19の表面には,第1の半導体素子11を構成するための電子回路が形成され,上述の電極パッド13,絶縁膜32,金属ポスト17,及び再配線16が設けられる。次いで,図4(b)に示したように,第1のウエハ19上に第2のウエハ30を積層する。この際,第2のウエハ30上に形成された電極部14が,第1のウエハ19上の再配線16と電気的に接続するように積層する。その後,図4(c)に示したように,第1のウエハ19と第2のウエハ30の全体を封止樹脂15により封止する。
【0039】
次いで,図4(d)に示したように,金属ポスト17を封止樹脂15から露出するために,第2のウエハ30及び封止樹脂15をハーフカットする。このハーフカットされた箇所は,後工程で個々の半導体装置1に個片化した際に,段差10となる箇所である。
【0040】
本実施の形態では,金属ポスト17の表面を露出させるだけでなく,金属ポスト17についてもハーフカットすることを特徴とする。図4(d)に示したように,金属ポスト17の断面形状が略L字形になるように,金属ポスト17をハーフカットする。
【0041】
その後,金属ポスト17上に,図4(e)に示したように,金属バンプ18を設ける。図4(e)に示したように,金属バンプ18の高さが第2の半導体素子12の裏面を越えない程度の高さとなるように,金属ポスト17の形状及び金属バンプ18の大きさを調整する。
【0042】
最後に,図4(f)に示したように,個々の半導体装置に個片化する。
以上の工程を経て,図3に示した半導体装置2が完成する。
【0043】
(第4の実施の形態の効果)
以上説明したように,本実施の形態によれば,第2の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法の効果に加え,さらに,金属バンプ18の高さを,第1のウエハ19と第2のウエハ30との間の距離よりも低くしたので,製造される半導体装置2の薄型化を図ることが可能である。
【0044】
以上,添付図面を参照しながら本発明にかかる半導体装置及びその製造方法の好適な実施形態について説明したが,本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば,特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり,それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【0045】
【発明の効果】
以上説明したように,本発明によれば,以下の半導体装置の効果及びその製造方法の効果が得られる。
【0046】
▲1▼半導体装置の製造方法の効果
本発明にかかる半導体装置の製造方法によれば,第2工程において,第1のウエハ上に第2の半導体素子を積層するにあたり,ウエハ状態のまま第2のウエハを積層することで,第2の半導体素子の個片化工程を省略できるとともに,個々の第2の半導体素子の位置合わせを行う必要がなくなり,工程数の増加及び複雑化を防止することが可能である。さらに,封止樹脂する第3工程において,第1,第2の半導体素子をともにウエハ状態で積層したことにより,ウエハと封止樹脂との熱収縮の違いにより,封止樹脂の熱収縮の影響を受けてウエハが反ってしまうという問題点を解決することが可能である。
【0047】
▲2▼半導体装置の効果
本発明にかかる半導体装置の構造によれば,外部との電気的な接続を行うための金属バンプが,第1の半導体素子と第2の半導体素子との段差部分に形成されているので,半導体装置の薄型化を図ることが可能である。金属バンプの高さを,第1の半導体素子と第2の半導体素子との間の距離よりも低くすれば,半導体装置のより一層の薄型化を図ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態にかかる半導体装置の構造を示す説明図であり,(a)は平面図であり,(b)は(a)のA−A断面図である。
【図2】図1のW−CSPの製造方法を示す説明図である。
【図3】第3の実施の形態にかかる半導体装置の構造を示す説明図であり,(a)は平面図であり,(b)は(a)のA−A断面図である。
【図4】図3のW−CSPの製造方法を示す説明図である。
【図5】従来の半導体装置の構造を示す説明図であり,(a)は平面図であり,(b)は(a)のA−A断面図である。
【図6】図5のW−CSPの製造方法を示す説明図である。
【符号の説明】
1 半導体装置
10 段差
11 第1の半導体素子
12 第2の半導体素子
13 電極パッド
14 電極部
15 封止樹脂
16 再配線
17 金属ポスト
18 金属バンプ
19 第1のウエハ
30 第2のウエハ
32 絶縁膜
Claims (8)
- 半導体装置であって,
第1の半導体素子上に,前記第1の半導体素子よりもサイズの小さい第2の半導体素子が積層されて,前記第1の半導体素子に形成された電極部と前記第2の半導体素子に形成された電極部とが電気的に接続されており,
前記第1の半導体素子と前記第2の半導体素子との段差に,前記第1の半導体素子に形成された電極部と電気的に接続されて,外部との電気的な接続を行うための突起電極が形成されたことを特徴とする,半導体装置。 - 前記金属バンプの高さは,前記第1の半導体素子と前記第2の半導体素子との間の距離よりも低いことを特徴とする,請求項1に記載の半導体装置。
- 半導体装置の製造方法であって,
第1のウエハ上に,電極部,配線部,及び金属ポストを形成する第1工程と,
電極部が形成された第2のウエハを,前記第1のウエハに形成された電極部と電気的に接続されるように,前記第1のウエハ上に積層する第2工程と,
前記第1のウエハと前記第2のウエハとの間を封止樹脂する第3工程と,
前記第2のウエハ及び前記封止樹脂をハーフカットして,前記金属ポストを前記封止樹脂から露出させる第4工程と,
前記露出させた金属ポスト上に,外部との電気的な接続を行うための金属バンプを形成する第5工程と,
個々の半導体装置に個片化する第6工程と,
を含むことを特徴とする,半導体装置の製造方法。 - 前記金属バンプの高さは,前記第1の半導体素子と前記第2の半導体素子との間の距離よりも低いことを特徴とする,請求項3に記載の半導体装置の製造方法。
- 第1の回路素子が形成された第1の表面を有する第1の半導体素子と,第2の回路素子が形成された第2の表面とを有し前記第1の半導体素子よりも小さい外形寸法を有する第2の半導体素子とが,前記第1の表面と前記第2の表面とが向かい合うように積層された半導体装置であって,
前記第1の表面上に形成され前記第1の回路素子と電気的に接続された第1の電極部と,
前記第2の表面上に形成され前記第2の回路素子及び前記第1の電極と電気的に接続された第2の電極部と,
前記第1の表面の周辺部上に形成され前記第1の電極部に電気的に接続された第3の電極部であって,前記第1の表面と前記第2の表面との間に位置する第3の表面を有する第3の電極部と,
前記第3の表面上に形成され外部装置との電気的な接続を行うための突起電極とを有することを特徴とする半導体装置。 - 前記突起電極の前記第3の表面からの高さを,前記第2の表面に対向する前記第2の半導体素子の第4の表面よりも低くしたことを特徴とする請求項5に記載の半導体装置。
- 第1の回路素子が形成された第1の表面を有する第1のウエハを準備する工程と,
前記第1の表面上に,前記第1の回路素子に電気的に接続される第1の電極部を形成する工程と,
前記第1の表面上に,前記第1の電極に電気的に接続される第2の電極部を形成する工程と,
第2の回路素子が形成された第2の表面を有する第2のウエハを準備する工程と,
前記第2の表面上に,前記第2の回路素子に電気的に接続される第3の電極部を形成する工程と,
前記第1の表面と前記第2の表面とを向かい合わせ,前記第1の電極部と前記第3の電極部とを電気的に接続させる工程と,
前記第1の表面と前記第2の表面との間を樹脂によって封止する工程と,
前記第2の表面に対向する前記第2のウエハの第3の表面から前記第2のウエハ及び前記樹脂を研削し前記第2の電極部の一部を露出させる工程と,
前記第2の電極部の表面上に,外部装置との電気的な接続を行うための突起電極を形成する工程と,
前記第2の電極部の近傍で前記第1のウエハを研削する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記突起電極の前記第2の電極部の表面からの高さを,前記第2のウエハの前記第3の表面よりも低くしたことを特徴とする請求項7に記載の半導体装置の製造方法。
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