JP2009152463A - 半導体装置、半導体装置の識別装置、及び半導体装置の製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の半導体素子を積層したチップスタック型の半導体装置であっても、２つの半導体素子の間に隠された識別パターンを撮像することができ、識別情報を読み取ることができる半導体装置、半導体装置の識別装置、及び半導体装置の製造装置を提供すること。
【解決手段】表面１１ａに識別情報を示す識別パターン１９を備える第１半導体素子１１と、第１半導体素子１１の表面１１ａ上に接合層１５を介して積層される第２半導体素子１２とを備える半導体装置１０であって、接合層１５を厚さ方向Ｈへ貫通する開口部１５ａを備え、識別パターン１９は、接合層１５の開口部１５ａ内側に、赤外線の透過率の低い材料で形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の半導体素子を積層したチップスタック型の半導体装置、半導体装置の識別装置、及び半導体装置の製造装置に関し、特に、半導体素子の表面に識別パターンを形成したチップスタック型の半導体装置、半導体装置の識別装置、及び半導体装置の製造装置に関する。

従来から、半導体素子の製品型番、ロット番号等の識別情報を管理するため、半導体素子の表面に識別パターンを記録することが知られている（例えば、特許文献１参照）。

上記従来の構成の半導体素子の識別情報記録方法では、識別パターンが設けられたマスクを用いてウエハをエッチングし、ウエハの最上部或いは最上部に近いメタル層に識別パターンを転写する。これにより、識別情報を記録することができる。
特開２００６−３５１７７２号公報

しかしながら、複数の半導体素子を積層したチップスタック型の半導体装置では、２つの半導体素子の接合層間に隠された識別パターンを撮像することができず、識別情報を読み取ることができない。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであって、複数の半導体素子を積層したチップスタック型の半導体装置であっても、２つの半導体素子の接合層間に隠された識別パターンを撮像することができ、識別情報を読み取ることができる半導体装置、半導体装置の識別装置、及び半導体装置の製造装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、第１の発明は、表面に識別情報を示す識別パターンを備える第１半導体素子と、前記第１半導体素子の前記表面上に接合層を介して積層される第２半導体素子とを備える半導体装置であって、
前記接合層を厚さ方向へ貫通する開口部を備え、
前記識別パターンは、前記接合層の前記開口部内側に、赤外線の透過率の低い材料で形成される。

また、第２の発明は、第１の発明に係る半導体装置であって、前記第２半導体素子は、可動部を有するＭＥＭＳ素子であり、
前記識別情報は、前記ＭＥＭＳ素子を識別するための識別情報を含む。

また、第３の発明は、第１又は第２の発明に係る半導体装置の識別パターンを識別するための半導体装置の識別装置であって、
赤外線によって前記半導体装置を撮像するための赤外線撮像装置と、
前記赤外線撮像装置によって撮像された撮像画像データを表示する表示部と、
を備える。

また、第４の発明は、第１又は第２の発明に係る半導体装置を製造するための半導体装置の製造装置であって、
前記第１半導体素子を保持するステージと、
前記第１半導体素子の前記表面に対して赤外線の透過率の低い材料を含むインクを吐出するインク吐出部と、
前記ステージと前記インク吐出部との相対的な位置関係を調節する位置関係調節機構と、
を備える。

第１の発明によれば、接合層の開口部内側に、赤外線透過率の低い材料で、識別パターンを形成するので、識別パターンに対応する部位とその周辺に対応する部位との赤外線透過率の差を大きくすることができる。したがって、赤外線によって半導体装置を撮像すれば、２つの半導体素子の接合層間に隠された識別パターンを撮像することができ、識別情報を読み取ることができる。特に、接合層を赤外線透過率の低い材料で形成する場合であっても、識別パターンを撮像することができ、識別情報を読み取ることができる。さらに、接合層を厚さ方向に貫通する開口部を備えるので、接合層によって拘束される半導体素子の拘束面積を低減することができ、接合層から半導体素子へ伝達される応力を低減することができる。

また、第２の発明によれば、第２半導体素子であるＭＥＭＳ素子を識別するための識別パターンを第１半導体素子上に設置するので、識別パターンとＭＥＭＳ素子との熱膨張差に起因する応力の発生を防止することができ、ＭＥＭＳ素子１２の可動部の変形を抑制することができ、ＭＥＭＳ素子の特性変動を抑制することができる。また、ＭＥＭＳ素子の識別情報を記録することができる。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。

図１は、本発明の半導体装置の構成の一例を模式的に示す概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の矢視Ａ−Ａから見た断面図である。

本実施例の半導体装置１０は、図１に示すように、第１半導体素子１１と第２半導体素子１２とを積層したチップスタック型の半導体装置である。第１半導体素子１１と第２半導体素子１２とを積層することによって、回路基板（図示せず）への実装面積を低減することができる。第１半導体素子１１の表面１１ａには、第１半導体素子１１の製品型番、ロット番号等の識別情報を示す識別パターン１９が形成されているが、第１半導体素子１１と第２半導体素子１２とを接合する第２接合層１５の間に隠されている。

第１半導体素子１１及び第２半導体素子１２は、箱形状のパッケージ１３内に収納されている。パッケージ１３の内底面１３ａ上には、第１接合層１４、第１半導体素子１１、第２接合層１５、及び第２半導体素子１２が順次積層されている。パッケージ１３の上面１３ｂには、蓋１６が設置され、パッケージ１３内に収納される半導体素子１１、１２を外部の光、水分、衝撃等から保護している。また、パッケージ１３の側面１３ｃには、複数の金属端子１７が埋設され、パッケージ１３内外を電気的に接続している。

第２半導体素子１２は、可動部（図示せず）を有するＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）素子である。例えば、ＭＥＭＳ素子は、可動部である振動子を含んで構成される角速度検出素子である。角速度検出素子は、例えば、回転の角速度に応じて発生するコリオリ力を利用して、多結晶シリコン薄膜の振動子の振動を静電容量の変化として検出するように構成される。第２半導体素子１２により検出された検出信号は、ボンディングワイヤ１８ａを介して第１半導体素子１１へ出力される。

第１半導体素子１１は、第２半導体素子１２と共に１つのシステムを構成するものである。例えば、第２半導体素子１２が角速度検出素子である場合、第１半導体素子１１は、多数のトランジスタが組み込まれたＩＣやＬＳＩで構成され、第２半導体素子１２からの検出信号に基づいて角速度を演算する論理回路を構成する。この論理回路によって処理された演算結果は、出力信号として、ボンディングワイヤ１８ｂ、接続端子１７を介して、回路基板へ出力される。

第１接合層１４、第２接合層１５は、例えば、ポリイミド系、エポキシ系、アクリル系等の樹脂接着剤、又は樹脂接着剤に導電性フィラーを分散させた異方性導電接着剤等で形成される。これらの接着剤は、ペースト状であっても、フィルム状であってもよいが、接着剤のはみ出しを防止でき、接着剤の厚さを調節できるフィルム状が好ましい。また、これらの接着剤のうち、赤外線の透過率の高い樹脂接着剤が、特に好適である。

第２接合層１５は、その特徴的な構成として、厚さ方向Ｈに貫通形成される開口部１５ａを備える。例えば、開口部１５ａは、図１に示すように、第２接合層１５の中央付近を厚さ方向Ｈに貫通する。これにより、第２接合層１５によって拘束されるＭＥＭＳ素子１２の拘束面積を低減でき、第２接合層１５からＭＥＭＳ素子１２へ伝達される応力を低減できる。この結果、ＭＥＭＳ素子の可動部の変形を抑制でき、ＭＥＭＳ素子１２の特性変動を抑制できる。

第２接合層１５からＭＥＭＳ素子１２へ伝達される応力としては、例えば、ＭＥＭＳ素子１２と第２接合層１５との熱膨張差に起因する熱応力、第１半導体素子１１とパッケージ１３との熱膨張差に起因する熱応力等が挙げられる。

第２接合層１５の開口部１５ａ内側には、識別パターン１９が、赤外線の透過率の低い材料で形成される。赤外線の透過率の低い（つまり、赤外線の反射率の高い）材料としては、例えば、金や銀等の金属、酸化チタン等の金属酸化物、又はフタロシアニン系化合物等の有機金属錯体が用いられる。これらの材料の微粒子を含むインクによって、識別パターン１９が、文字、記号、又はバーコード等の識別標識の形状に形成される。

このインクは、耐熱・耐水インクが好ましい。これは、Ｓｉウエハ４１（図４参照）をダイシングする際の熱や冷却水によって識別パターン１９が消えてしまうのを防止できるからである。

識別パターン１９は、上述したように、赤外線透過率の低い材料で形成されるので、赤外線が照射されると、照射光の大部分を反射し、一部を透過し、残部を吸収・放射する。これに対して、識別パターン１９の周辺は、開口されているので、赤外線が照射されると、照射光の略全てを透過する。したがって、識別パターン１９に対応する部位とその周辺に対応する部位との赤外線透過率の差（或いは、赤外線反射率の差）が、大きくなっている。

この結果、例えば、第２接合層１５に対して略垂直方向Ｈに半導体装置１０を透過する赤外線によって半導体装置１０を撮像すれば、図２に示すように、識別パターン１９に対応する部位は、その周辺に対応する部位と比較して、暗く撮像される。これにより、識別パターン１９を撮像することができ、識別情報を読み取ることができる。尚、半導体装置１０を透過する赤外線には、識別パターン１９で吸収・放射される赤外線の一部が含まれる。

或いは、半導体装置１０を透過する赤外線の代わりに、半導体装置１０から反射される赤外線によって半導体装置１０を撮像すれば、識別パターン１９に対応する部位は、その周辺に対応する部位と比較して、明るく撮像される。これにより、識別パターン１９を撮像することができ、識別情報を読み取ることができる。尚、半導体装置１０から反射される赤外線には、識別パターン１９で吸収・放射される赤外線の一部が含まれる。

このように、第２接合層１５の開口部１５ａ内側に、赤外線透過率の低い材料で、識別パターン１９を形成するので、赤外線によって半導体装置１０を撮像すれば、第１半導体素子１１と第２半導体素子１２との第２接合層１５間に隠された識別パターン１９を撮像することができる。これにより、第１半導体素子１１の識別情報を読み取ることができる。特に、第２接合層１５を異方性導電樹脂等の赤外線透過率の低い材料で形成する場合であっても、第２接合層１５間に隠された識別パターン１９を撮像することができ、第１半導体素子１１の識別情報を読み取ることができる。

この識別パターン１９の識別情報には、第２半導体素子１２であるＭＥＭＳ素子１２を識別するための識別情報が含まれてよい。つまり、第２半導体素子１２であるＭＥＭＳ素子１２を識別するための識別パターン１９を第１半導体素子１１上に設置してよい。これにより、識別パターン１９とＭＥＭＳ素子１２との熱膨張差に起因する応力の発生を防止することができる。この結果、ＭＥＭＳ素子１２の可動部の変形を抑制することができ、ＭＥＭＳ素子１２の特性変動を抑制することができる。また、ＭＥＭＳ素子１２の識別情報を記録することができる。

識別パターン１９を識別する識別装置２０は、赤外線によって半導体装置１０を撮像するための赤外線撮像装置３０と、赤外線撮像装置３０によって撮像された撮像画像データを表示する表示部とを含み構成される。

図３は、半導体装置の識別装置の一部である、赤外線撮像装置の構成の一例を模式的に示す概略図である。赤外線撮像装置３０は、一般的な構成であってよく、例えば、走査型赤外線レーザ顕微鏡で構成される。

この走査型赤外線レーザ顕微鏡３０は、例えば、図３に示すように、半導体装置１０へ赤外線レーザを出射する光源３１と、半導体装置１０から反射される赤外線を受光する受光素子３２と、光学系Ａとを備える。また、光学系Ａは、ハーフミラー３３と、共振型ミラー３４と、ガルバノミラー３５と、対物レンズ３６と、結像レンズ３７とを含み構成される。

図３において、光源３１である半導体レーザから出射された赤外線レーザは、ハーフミラー３３へ入射する。ハーフミラー３３を通過した光束は、共振型ミラー３４、ガルバノミラー３５で反射され、対物レンズ３６によって、半導体装置１０上にスポット光を結像する。また、半導体装置１０で反射された赤外線は、対物レンズ３６により平行光束に変換され、ガルバノミラー３５、共振型ミラー３４、ハーフミラー３３で反射され、結像レンズ３２ｄによって、受光素子３２上にスポットを結ぶ。

光源３１から半導体装置１０へ出射される赤外線レーザには、半導体装置１０を通過して識別パターン１９へ到達できるよう、Ｓｉ基板のバンドギャップよりエネルギーの小さい波長のものが用いられる。つまり、赤外線レーザには、１１００ｎｍより長い波長のものが用いられ、より好ましくは、１３００ｎｍより長い波長のものが用いられる。

共振型ミラー３４、ガルバノミラー３５は、マイクロコンピュータからなる制御部３８からの駆動指令によって回動される。これにより、赤外線のスポット光で半導体装置１０上を走査することができる。スポット光の位置毎に受光素子３２で受光される赤外線は、光電変換されたのち、順次アナログ画像信号として出力され、Ａ／Ｄ変換器により所定ビット数（例えば、８ビット）のデジタル画像信号に変換される。

表示部は、液晶ディスプレイ等の画像表示装置で構成され、赤外線撮像装置３０によって出力されるデジタル画像信号に基づいて撮像画像データを表示する。

図４は、半導体装置の製造装置の一部である、印字装置の構成の一例を模式的に示す側面図である。この印字装置５０は、第１半導体素子１１となるＳｉウエハ４１を保持するステージ５１と、第１半導体素子１１の表面１１ａに対して赤外線の透過率の低い材料を含むインクを吐出するインク吐出部５２と、ステージ５１とインク吐出部５２との相対的な位置関係を調節する位置関係調節機構５３とを備える。尚、図４において、Ｘ軸、Ｙ軸は、それぞれステージ５１の表面に対して平行な軸であり、互いに直交する軸である。

ステージ５１は、第１半導体素子１１となるＳｉウエハ４１を保持固定するための保持固定機構（図示せず）を備える。例えば、保持固定機構は、Ｓｉウエハ４１を真空吸着する多孔質体と、真空ポンプとを含み構成され、気圧差によってＳｉウエハ４１をステージ５１へ保持固定する。また、ステージ５１は、第１半導体素子１１の表面１１ａに吐出されるインクを乾燥させるための熱処理機構を備えてよい。

インク吐出部５２は、下面に複数の吐出ノズル５２ａを備える。複数の吐出ノズル５２ａは、Ｘ軸方向に沿って一定間隔で並設されている。この吐出ノズル５２ａから、ステージ５１に保持固定されている第１半導体素子１１の表面１１ａに対して、赤外線の透過率の低い材料を含むインクが吐出される。インク吐出部５２のインク吐出機構には、例えばピエゾ方式を用いることができ、この場合、インク吐出部５２内のピエゾ素子に電圧を印加することでインクが吐出される。

位置関係調節機構５３は、ステージ５１とインク吐出部５２とを相対的に走査させるものである。位置関係調節機構５３は、例えば、インク吐出部５２をＸ軸方向に沿って移動させるためのＸ軸方向移動機構（図示せず）と、ステージ５１をＹ軸方向に沿って移動させるためのＹ軸方向移動機構（図示せず）とを含み構成される。

また、位置関係調節機構５３は、ステージ５１を回転させるため、Ｙ軸方向移動機構と独立動作する回転機構を備え付けても良い。回転機構を動作させることで、ステージ５１上に保持固定されたＳｉウエハ４１を任意の角度に回転させた状態で、Ｓｉウエハ４１に対してインクを吐出できる。

インク吐出部５２と位置関係調節機構５３とは、マイクロコンピュータによって同期制御され、ステージ５１とインク吐出部５２とを相対的に走査させながら、ステージ５１上に保持固定される第１半導体素子１１に対してインクを吐出する。これにより、識別情報を示す識別パターン１９が第１半導体素子１１の表面１１ａに形成される。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、本実施例の第１半導体素子１１と第２半導体素子１２とは、ボンディングワイヤ１８ａによって電気的に接続されるとしたが、ボンディングワイヤ１８ａの代わりに、はんだバンプによって電気的に接続されてもよい。この場合、はんだバンプは、第２接合層１５としての機能も担う。

また、本実施例の開口部１５ａは、第２接合層１５を厚さ方向Ｈに貫通する形状であるとしたが、第２接合層１５を複数のブロックに分割するよう、第２接合層１５を厚さ方向Ｈだけでなく、幅方向Ｗにも貫通する形状であってもよい。これにより、第２接合層１５によって拘束されるＭＥＭＳ素子１２の拘束面を分割することができ、ＭＥＭＳ素子１２へ伝達される応力を分割することができる。この結果、ＭＥＭＳ素子１２へ伝達される応力の蓄積を抑制することができ、ＭＥＭＳ素子１２の可動部の変形を抑制することができ、ＭＥＭＳ素子１２の特性変動を抑制することができる。

また、本実施例の赤外線撮像装置３０は、赤外線のスポット光で半導体装置１０上を走査するとしたが、半導体装置１０を撮像できる限り、その構成に制限はなく、例えば、一様な赤外線を半導体素子１０上に照射してもよい。

また、本実施例の赤外線撮像装置３０は、半導体装置１０から反射される赤外線によって、半導体装置１０を撮像したが、半導体装置１０を透過する赤外線によって、半導体装置１０を撮像してよい。この場合、半導体装置１０に対して、光源３１と受光素子３２とは互いに反対側に配置される。

本発明の半導体装置の構成の一例を示す概略図である。 第２接合層に対して略垂直方向に半導体装置を透過する赤外線によって半導体装置を撮像した撮像画像の一部を模式的に示す概略図である。 半導体装置の識別装置の一部である、赤外線撮像装置の構成の一例を模式的に示す概略斜視図である。 半導体装置の製造装置の一部である、印字装置の構成の一例を模式的に示す側面図である。

符号の説明

１０ 半導体装置
１１ 第１半導体素子
１２ 第２半導体素子
１４ 第１接合層
１５ 第２接合層
１５ａ 開口部
１９ 識別パターン
３０ 赤外線撮像装置
５０ 印字装置
５１ ステージ
５２ インク吐出部
５３ 位置関係調節機構

Claims (4)

1. 表面に識別情報を示す識別パターンを備える第１半導体素子と、前記第１半導体素子の前記表面上に接合層を介して積層される第２半導体素子とを備える半導体装置であって、
   前記接合層を厚さ方向へ貫通する開口部を備え、
   前記識別パターンは、前記接合層の前記開口部内側に、赤外線の透過率の低い材料で形成される半導体装置。
2. 前記第２半導体素子は、可動部を有するＭＥＭＳ素子であり、
   前記識別情報は、前記ＭＥＭＳ素子を識別するための識別情報を含む請求項１記載の半導体装置。
3. 請求項１又は２記載の半導体装置の前記識別パターンを識別するための半導体装置の識別装置であって、
   赤外線によって前記半導体装置を撮像するための赤外線撮像装置と、
   前記赤外線撮像装置によって撮像された撮像画像データを表示する表示部と、
   を備える半導体装置の識別装置。
4. 請求項１又は２記載の半導体装置を製造するための半導体装置の製造装置であって、
   前記第１半導体素子を保持するステージと、
   前記第１半導体素子の前記表面に対して赤外線の透過率の低い材料を含むインクを吐出するインク吐出部と、
   前記ステージと前記インク吐出部との相対的な位置関係を調節する位置関係調節機構と、
   を備える半導体装置の製造装置。

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