JP2013168536A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】生産性および信頼性を向上することができる半導体装置の製造方法を提供すること。
【解決手段】基材１０Ｂ上に作りこまれた複数の半導体部品１０の所定の位置に半導体部品１２を積層し、半導体部品１２の所定の位置に半導体部品１４をこの順に積層接着し、接着する工程を繰り返すことにより、複数の積層体２を得る積層工程と、積層体２を半田の融点以上に加熱することにより半田接合して半田接合した積層体２を得る第一の接合工程と、を含む半導体装置の製造方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関する。

従来、複数の半導体素子を積層して構成された半導体装置が使用されている。たとえば、特許文献１、２には、ＴＳＶ（Through Silicon Via）を有する半導体素子（あるいは半導体基板）を複数積層した半導体装置が開示されている。図１１には、特許文献１に開示された半導体装置９００を示す。この半導体装置９００は、インターポーザ９０１上に樹脂層９０２を介して半導体チップ９０３が積層された構造となっている。

このような半導体装置９００は、以下のようにして製造されていると考えられる。まず、図１２（Ａ）に示すように、あらかじめインターポーザ９０１上に接続用バンプ９００Ａを形成する。その後、図１２（Ｂ）に示すように、フィルム状接着剤（樹脂層）９０２を設ける。その後、図１２（Ｃ）に示すように、半導体チップ９０３を積層し、半田接合を行う。

このような作業を繰り返すことで、図１１に示す半導体装置９００が得られる。

また、特許文献２では、４つの半導体基板を積層した後、対向する半導体基板同士を半田接合し、その後、樹脂で封止して半導体基板間に樹脂を注入する製造方法が開示されている。

特開２０１１−２９３９２号公報 特開２０１０−２７８３３４号公報

しかしながら、特許文献１の半導体装置の製造方法では、半導体チップを積層するたびに、半田接合を繰り返し行っているため、半田接合時の生産性に問題がある。さらに、半導体チップを積層するたびに、半田接合を繰り返し行っているため、下層の半導体チップへの半田接合の際の熱による影響が心配される。

一方で、特許文献２の半導体装置の製造方法では、半導体基板同士を接合した後、半導体基板間の隙間に樹脂を充填しているため、樹脂の充填が難しく、生産性が問題となる。

本発明によれば、一方の面側に第二半導体部品と接続するための接続用端子を有する複数の第一半導体部品が作りこまれた基材、一方の面側に第三半導体部品と接続するための接続用端子を有し、他方の面側に前記第一半導体部品と接続するための接続端子を有する第二半導体部品、一方の面側に前記第二半導体部品と接続するための接続用端子を有する第三半導体部品および第一樹脂層、第二樹脂層を用意する工程と、
前記基材上に作りこまれた複数の前記第一半導体部品の所定の位置に前記第一樹脂層および前記第二半導体部品をこの順に積層した後、加熱して、半硬化状態の前記第一樹脂層を介して前記第一半導体部品および前記第二半導体部品を接着し、前記接着する工程を繰り返すことにより、基材上に作りこまれた複数の第一半導体部品のそれぞれ所定の位置に、前記第一樹脂層を介して前記第一半導体部品と前記第二半導体部品とを接着させる接着工程と、
前記第二半導体部品の所定の位置に前記第二樹脂層および第三半導体部品をこの順に積層した後、加熱して、半硬化状態の前記第二樹脂層を介して前記第二半導体部品および前記第三半導体部品を接着し、前記接着する工程を繰り返すことにより、第二半導体部品のそれぞれの所定の位置に、前記第二樹脂層を介して前記第二半導体部品と前記第三半導体部品とを接着させて複数の積層体を得る積層工程と、
前記積層体を半田の融点以上に加熱することにより半田接合して半田接合した積層体を得る第一の接合工程と、
前記第一樹脂層、第二樹脂層の硬化を進める硬化工程と、を含む半導体装置の製造方法が提供される。

ここで、第一の接合工程において、半田接合されるとは、積層体が半田層の融点以上に加熱され、半導体部品間の接合に使用される各半田層が溶融するとともに、半導体部品の接続用端子同士が物理的に接触して、接触部分の少なくとも一部に合金を形成している状態をいう。

本発明の製造方法によれば、複数の第一半導体部品が作りこまれた基材に、第一樹脂層、第二半導体部品、第二樹脂層、第三半導体部品を順次積層し積層体を構成した後、この積層体を加熱して、各接続用端子間の半田接合を行っている。そのため、対向する半導体部品同士ごとに半田接合を逐次行う場合に比べ、半田接合時の生産性を向上させることができる。

また、複数の第一半導体部品が作りこまれた基材に、第一樹脂層、第二半導体部品、第二樹脂層、第三半導体部品を順次積層した積層体を構成した後、この積層体全体を加熱して半田接合を行うため、従来に比べて、各半導体部品にかかる熱ダメージも低減させることができる。これにより、半導体装置の信頼性を向上させることができる。

さらに、本発明では、複数の第一半導体部品が作りこまれた基材に、第一樹脂層、第二半導体部品、第二樹脂層、第三半導体部品を順次積層した積層体を構成した後、この積層体を加熱して、各端子間の半田接合を行なっている。半田接合前に、樹脂層を半導体部品により挟んでいるので、半田接合後に、半導体部品間に樹脂を充填する場合に比べ、手間を要しない。

さらに、本発明の製造方法では、積層体において樹脂層が半導体部品に挟まれているため、そりが発生しにくく、積層体中の各半導体部品同士を半田接合する際にずれが生じにくい。したがって、本発明では、半導体部品間の位置ずれが防止でき、正確に位置合わせされた積層体を、基板に搭載できる。

本発明によれば、生産性および信頼性を向上することができる半導体装置の製造方法が提供される。

実施形態にかかる半導体装置の製造工程を示す断面図である。 実施形態にかかる半導体装置の製造工程を示す断面図である。 実施形態にかかる半導体装置の製造工程を示す断面図である。 実施形態にかかる半導体装置の製造工程を示す断面図である。 実施形態にかかる半導体装置の製造工程を示す断面図である。 半導体装置の製造装置の断面図である。 半導体装置の製造装置の断面図である。 実施形態にかかる半導体装置の製造工程を示す断面図である。 実施形態にかかる半導体装置の製造工程を示す断面図である。 本発明の変形例にかかる半導体装置の製造工程を示す断面図である。 背景技術にかかる半導体装置の構造を示す断面図である。 背景技術にかかる半導体装置の製造工程を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（実施形態）
図１〜図９には、本実施形態の半導体装置の製造方法が示されている。

はじめに、本実施形態の半導体装置１の製造方法の概要について説明する。

本実施形態の半導体装置１の製造方法は、接着工程、積層工程、第一の接合工程、硬化工程、第二の接合工程を含む。

接着工程では、一方の面側に半導体チップ（第二半導体部品）１２と接続するための接続用端子１２１を有する半導体ウェハ（複数の半導体チップ１０（第一半導体部品）が作りこまれた基材）１０Ｂ、一方の面側に半導体チップ１０と接続するための端子用端子１２１有し、他方の面側に半導体チップ（第三半導体部品）１４と接続するための接続用端子１２２を有する半導体チップ１２、一方の面側に半導体チップ１２と接続するための接続用端子１４１を有し、他方の面側には半導体チップ（第四半導体部品）１６と接続するための接続用端子１４２を有する半導体チップ１４、一方の面側に半導体チップ１４と接続するための接続用端子１６１を有し、他方の面側に基板１８と接続するための接続用端子１６２を有する半導体チップ（第四半導体部品）１６、樹脂層（第一樹脂層）１１、樹脂層（第二樹脂層）１３、樹脂層（第三樹脂層）１５を用意する。

半導体ウェハ１０Ｂ上に作りこまれた複数の半導体チップ１０の所定の位置に樹脂層１１、半導体チップ１２をこの順に積層した後、加熱して、半導体チップ１０および半導体チップ１２を接着する。次に、上述の接着を繰り返すことにより、半導体ウェハ１０Ｂ上に作りこまれた複数の半導体チップ１０のそれぞれ所定の位置に、樹脂層１１を介して半導体チップ１０と半導体チップ１２とを次々と接着させていく。

積層工程では、樹脂層１３と半導体チップ１４、樹脂層１５と半導体チップ１６についても同様に、半導体チップ１４は半導体チップ１２上に樹脂層１３を介して半導体チップ１４を接着することを繰り返し行い、半導体チップ１６は半導体チップ１４上に樹脂層１５を介して半導体チップ１６を接着することを繰り返し行うことにより半導体ウェハ１０Ｂ上に複数の半導体チップを積層して複数の積層体２を得る。

第一の接合工程では、半導体チップ１０，１２同士、半導体チップ１２，１４同士、半導体チップ１４，１６が半田接合されていない状態の積層体２を加熱して、半導体チップ１０，１２間、半導体チップ１２，１４間、半導体チップ１４，１６間の半田接合を行う。
次に硬化工程において、樹脂層１１、樹脂層１３および樹脂層１５の硬化を進める。

その後、半田接合した積層体２を基材１８上に設置する。積層体２の基材１８への接続用端子１６２と、基材１８の積層体２への接続用端子１８１とが当接するように、積層体２を基材１８上に設置する。

次に、本実施形態の半導体装置１の製造方法について、詳細に説明する。

はじめに、図１に示すように、半導体ウェハ１０Ｂを用意する。この半導体ウェハ１０Ｂは、複数の半導体チップ１０が作りこまれたものである。半導体ウェハ表面には、それぞれの半導体チップ１０に対応する位置に端子（半導体チップ１２への接続用の端子）１０１が設けられたものであり、本実施形態では、基板を貫通するビアは設けられていない。接続用端子１０１は、たとえば、基板側から銅層、ニッケル層、金層の順に積層された構造となっている。ただし、接続用端子１０１の構造は、これに限られるものではない。

ここで、半導体ウェハ１０Ｂの厚みは、１０μｍ以上、１５０μｍ以下である。より好ましくは、２０μｍ以上、１００μｍ以下である。

また、半導体ウェハ１０Ｂの他方の基板表面（裏面）側には、端子は設けられていない。

また、図１に示すように、複数の半導体チップ１２を用意する。この半導体チップ１２は、基板（シリコン基板）１２０と、基板１２０を貫通するビア１２３とを有するＴＳＶ構造の半導体素子である。基板１２０の一方の表面には、端子１２１が設けられ、他方の表面には、端子１２２が設けられている。端子１２１および端子１２２は、ビア１２３で接続されている。端子１２１は、半導体チップ１０に接続される接続用端子であり、端子１２２は、半導体チップ１４に接続される接続用端子である。

ビア１２３は、たとえば、銅等の金属や、不純物がドープされた導電性のポリシリコンで構成される。

端子１２２は、たとえば、端子１０１と同様の層構成で構成される。

端子１２１は、表面に半田層１２１Ａを有するものである。接続用端子１２１は、たとえば、銅層上にニッケル層を積層し、さらにこのニッケル層を被覆するように半田層１２１Ａを設けた構造である。

半田層１２１Ａの材料は、特に制限されず、錫、銀、鉛、亜鉛、ビスマス、インジウム及び銅からなる群から選択される少なくとも１種以上を含む合金等が挙げられる。これらのうち、錫、銀、鉛、亜鉛及び銅からなる群から選択される少なくとも１種以上を含む合金が好ましい。半田層１２１Ａの融点は、１１０〜２５０℃、好ましくは１７０〜２３０℃である。

半導体チップ１２の基板１２０の端子１２１が設けられた側の表面には、樹脂層１１が設けられている。

樹脂層１１は、端子１２１を被覆している。樹脂層１１は、詳しくは後述するが熱硬化性樹脂を含む層である。また、好ましくは、フラックス活性化合物を含むようにしてもよい。

さらに、複数の半導体チップ１４および半導体チップ１６も用意する（図１参照）。

ここで、半導体チップ１４，１６は、半導体チップ１２と同様のものである。すなわち、半導体チップ１４、半導体チップ１６は、半導体チップ１２と同様、ＴＳＶ構造の半導体素子であり、半導体チップ１４は、基板（シリコン基板）１４０と、この基板１４０を貫通するビア１４３と、ビア１４３に接続された一対の端子１４２，１４１とを備える。端子１４２は、半導体チップ１６に接続される接続用端子であり、端子１４１は、半導体チップ１２に接続される接続用端子である。

半導体チップ１６は、基板（シリコン基板）１６０と、この基板１６０を貫通するビア１６３と、ビア１６３に接続された一対の端子１６２，１６１とを備える。端子１６２は、基材１８に接続される接続用端子であり、端子１６１は、半導体チップ１４に接続される接続用端子である。

ビア１４３、１６３は、ビア１２３と同様の材料で構成される。端子１４２、１６２は、端子１２２と同様の構成および材料であり、端子１４１、１６１は、端子１２１と同様の構成および材料である。なお、符号１４１Ａ、１６１Ａは、半田層１２１Ａと同様の半田層である。

半導体チップ１４には、端子１４１を被覆する樹脂層１３が設けられている。また、半導体チップ１６には、端子１６１を被覆する樹脂層１５が設けられている。

ここで、各半導体チップ１２，１４，１６に、樹脂層１１，１３，１５をそれぞれ設ける方法としては、たとえば、以下の方法があげられる。

各半導体チップ１２，１４，１６に対し、それぞれ、樹脂層１１，１３，１５を貼り付ける。

また、あらかじめ、半導体チップ１２、１４、１６が一体化したウェハを用意し、このウェハに、樹脂層１１、１３，１５が一体化した樹脂シートを貼り付ける。その後、樹脂シート、ウェハをダイシングすることで、樹脂層１１付きの半導体チップ１２、樹脂層１３付きの半導体チップ１４、樹脂層１５付きの半導体チップ１６を用意してもよい。

さらに、半導体チップ１２、１４、１６が一体化したウェハを用意し、このウェハに、スピンコートで樹脂層１１、１３，１５が一体化した樹脂層を形成し、その後、ダイシングすることで、樹脂層１１付きの半導体チップ１２、樹脂層１３付きの半導体チップ１４、樹脂層１５付きの半導体チップ１６を用意してもよい。

なお、本実施形態では、半導体チップ１２、１４、１６は、平面視（基板面側から見た場合の平面視）における大きさが同一である。また、半導体チップ１２，１４，１６の基板１２０，１４０，１６０の厚みは１０μｍ以上１５０μｍ以下、より好ましくは、２０μｍ以上、１００μｍ以下、さらには、５０μｍ以下で、非常に薄いものとなっている。
（半導体チップを接着し積層体を用意する工程）
次に、図４（Ｃ）に示すように、複数の半導体チップ１０が作りこまれた半導体ウェハ１０Ｂ、樹脂層１１、半導体チップ１２、樹脂層１３、半導体チップ１４、樹脂層１５、半導体チップ１６で構成される複数の積層体２を用意する。

まず、図２に示すように、半導体ウェハ１０Ｂの所定の半導体チップ１０の端子１０１が形成された面と、半導体チップ１２に設けられた樹脂層１１とを対向させ、半導体チップ１０上に、樹脂層１１を介して半導体チップ１２を積層する（図２（Ａ））。

このとき、半導体チップ１０に形成されたアライメントマークと半導体チップ１２に形成されたアライメントマークとを確認し位置あわせを行なう。

その後、半導体チップ１０、樹脂層１１、半導体チップ１２を加熱して、半硬化の状態（Ｂステージ）の樹脂層１１を介して、半導体チップ１０および半導体チップ１２を接着する。このとき、ヒータが内蔵された一対の挟圧部材により半導体チップ１０、樹脂層１１、半導体チップ１２を挟むことで、半導体チップ１０、樹脂層１１、半導体チップ１２を加熱するとともに、前記一対の挟圧部材にて挟圧し、荷重をかけることで、半導体チップ１０および半導体チップ１２を接着することができる。たとえば、フリップチップボンダーを使用して、大気圧下、大気中で、樹脂層１１を介して半導体チップ１０および半導体チップ１２を接着する。このときの加熱温度は、樹脂層１１の熱硬化性樹脂が完全硬化しなければ、特に限定されないが、熱硬化性樹脂の硬化温度未満であることが好ましい。

接着後の半導体チップ１０に対する半導体チップ１２の位置が正確であるかどうかは、たとえば、Ｘ線顕微鏡や、赤外線顕微鏡を使用して確認することができる。

次に、半導体ウェハ１０Ｂに作りこまれた別の半導体チップ１０の所定の位置に、上述と同様にして半導体チップ１０の端子１０１が形成された面と、半導体チップ１２に設けられた樹脂層１１とを対向させ、半導体チップ１０上に、樹脂層１１を介して半導体チップ１２を積層する。上述の工程を繰り返し行うことにより、複数の半導体チップ１０が作りこまれた半導体ウェハ１０Ｂのそれぞれの所定の位置に、半導体チップ１２を順次積層していく(図２（Ｂ）)。以上の接着工程により、複数の半導体チップ１０が作りこまれた半導体ウェハ１０Ｂ上に、半導体チップ１２が接着された二階建ての構造をもった積層物が得られる（図２（Ｃ））。

次に、二階建ての積層物の二階部分である半導体チップ１２の上に、半導体チップ１４を積層させて三階部分の積層を行う。まず、所定の半導体チップ１２の端子１２２が設けられた面と、樹脂層１３とを対向させて、半導体チップ１２上に樹脂層１３を介して半導体チップ１４を積層する（図３（Ａ））。

このとき、半導体チップ１２に形成されたアライメントマークと半導体チップ１４に形成されたアライメントマークとを確認し位置あわせを行なう。

その後、半導体ウェハ１０Ｂ、樹脂層１１、半導体チップ１２、樹脂層１３、半導体チップ１４を加熱して、半硬化の状態（Ｂステージ）の樹脂層１３を介して、半導体チップ１２および半導体チップ１４を接着する。このとき、ヒータが内蔵された一対の挟圧部材により半導体チップ１０、樹脂層１１、半導体チップ１２、樹脂層１３、半導体チップ１４を挟んで加熱し、前記一対の挟圧部材にて挟圧し、荷重をかけることで、半導体チップ１２および半導体チップ１４を接着することができる。たとえば、フリップチップボンダーを使用して、大気圧下、大気中で半導体チップ１２および半導体チップ１４を接着する。このときの加熱温度は、樹脂層１３の熱硬化性樹脂が完全硬化しなければ、特に限定されないが、熱硬化性樹脂の硬化温度未満であることが好ましい。

接着後の半導体チップ１２に対する半導体チップ１４の位置が正確であるかどうかは、たとえば、Ｘ線顕微鏡や、赤外線顕微鏡を使用して確認することができる。

次に、半導体チップ１２の別の所定の位置に、上述と同様にして半導体チップ１２の端子１２２が形成された面と、半導体チップ１４に設けられた樹脂層１３とを対向させ、所定の半導体チップ１２上に、樹脂層１３を介して半導体チップ１４を積層する。上述の工程を繰り返し行うことにより、複数の半導体チップ１２上の所定の位置に、複数の半導体チップ１４を順次積層していく(図３（Ｂ）)。以上の接着工程により、複数の半導体チップ１０が作りこまれた半導体ウェハ１０Ｂ上に、半導体チップ１２、半導体チップ１４が接着された三階建ての構造をもった積層物が得られる（図３（Ｃ））。

このとき、樹脂層１１は、半導体チップ１２と半導体チップ１４と樹脂層１３を介して接着するための二回目の加熱となるが、加熱時間が短時間であるため半硬化の状態（Ｂステージ）を維持することができる。加熱時間としては、例えば、２秒以上、３０秒以下であり、好ましくは２０秒以下、より好ましくは１０秒以下である。

次に、三階建ての積層物の三階部分である半導体チップ１４の上に、半導体チップ１６を積層させて四階部分の積層を行う。まず、所定の半導体チップ１４の端子１４２が設けられた面と、樹脂層１５とを対向させて、半導体チップ１４上に樹脂層１５を介して半導体チップ１６を積層する（図４（Ａ））。

このとき、半導体チップ１４に形成されたアライメントマークと半導体チップ１６に形成されたアライメントマークとを確認し位置あわせを行なう。

その後、半導体ウェハ１０Ｂ、樹脂層１１、半導体チップ１２、樹脂層１３、半導体チップ１４、樹脂層１５、半導体チップ１６を加熱して、半硬化の状態（Ｂステージ）の樹脂層１５を介して、半導体チップ１４および半導体チップ１６を接着する。このとき、ヒータが内蔵された一対の挟圧部材により半導体チップ１０、樹脂層１１、半導体チップ１２、樹脂層１３、半導体チップ１４、樹脂層１５、半導体チップ１６を挟んで加熱し、前記一対の挟圧部材にて挟圧し、荷重をかけることで、半導体チップ１４および半導体チップ１６を接着することができる。たとえば、フリップチップボンダーを使用して、大気圧下、大気中で半導体チップ１２および半導体チップ１４を接着する。このときの加熱温度は、樹脂層１３の熱硬化性樹脂が完全硬化しなければ、特に限定されないが、熱硬化性樹脂の硬化温度未満であることが好ましい。

接着後の半導体チップ１４に対する半導体チップ１６の位置が正確であるかどうかは、たとえば、Ｘ線顕微鏡や、赤外線顕微鏡を使用して確認することができる。

次に、半導体チップ１４の別の所定の位置に、上述と同様にして半導体チップ１４の端子１４２が形成された面と、半導体チップ１６に設けられた樹脂層１５とを対向させ、所定の半導体チップ１４上に、樹脂層１５を介して半導体チップ１６を積層する。上述の工程を繰り返し行うことにより、複数の半導体チップ１４上の所定の位置に、複数の半導体チップ１６を順次積層していく(図４（Ｂ）)。以上の接着工程により、複数の半導体チップ１０が作りこまれた半導体ウェハ１０Ｂ上に、半導体チップ１２、半導体チップ１４、半導体チップ１６が接着された四階建ての構造をもった積層物が得られる（図４（Ｃ））。

このとき、樹脂層１１と樹脂層１３は、半導体チップ１４と半導体チップ１６と樹脂層１５を介して接着するための三回目および二回目の加熱となるが、加熱時間が短時間であるため半硬化の状態（Ｂステージ）を維持することができる。加熱時間としては、例えば、２秒以上、３０秒以下であり、好ましくは２０秒以下、より好ましくは１０秒以下である。

以上により複数の積層体２が得られる。このようにして得られた積層体２において、樹脂層１１，１３，１５は、半硬化状態であり、完全に硬化していない。

なお、本工程では、半田層１２１Ａ，１４１Ａ，１６１Ａは溶融しておらず、端子１０１、１２１同士、端子１２２、１４１同士、端子１４２、１６１同士は、半田接合していない。また、端子１０１，１２１同士は物理的に接触していてもよく、また、端子１０１，１２１間に樹脂層１１の樹脂が介在していてもよい。端子１２２、１４１同士、端子１４２、１６１同士においても、同様である。また、積層体２において、樹脂層１１、半導体チップ１２、樹脂層１３、半導体チップ１４、樹脂層１５、半導体チップ１６の各側面は上面から見てつらいちとなっていてもよく、また、樹脂層１１，１３，１５が半導体チップ１０、１２、１４、１６側面からはみ出していてもよい。さらに、たとえば、半導体チップ１６が他の半導体チップよりも小さくてもよい。

また、樹脂層１１，１３，１５の厚みは、たとえば、５μｍ以上、１００μｍ以下、より好ましくは１０μｍ以上、５０μｍ以下である。５μｍ以上とすることで、樹脂層が半田層を確実に被覆でき、端子１０１、１２１同士、端子１２２、１４１同士、端子１４２、１６１同士を樹脂層にフラックス活性化合物を含んでいると容易に接続させることができる。また、１００μｍ以下とすることで、端子１０１、１２１同士、端子１２２、１４１同士、端子１４２、１６１同士を容易に接続させることができる。さらには、１００μｍ以下とすることで樹脂層の硬化収縮による半導体チップ１２，１４，１６の反りを抑制することができる。

ここで、樹脂層１１，１３，１５について説明する。樹脂層１１，１３，１５は、それぞれ半導体チップ１０，１２間、半導体チップ１２，１４間、半導体チップ１４，１６間の隙間を埋めるためのものである。

樹脂層１１，１３，１５は、それぞれ熱硬化性樹脂を含む。フラックス活性化合物を含むことは、半田接合時の金属表面清浄化作用により金属表面が清浄化され半田の濡れ性が向上し、より接続信頼性に優れた半田接合とすることができる。

熱硬化性樹脂は、たとえば、エポキシ樹脂、オキセタン樹脂、フェノール樹脂、（メタ）アクリレート樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、マレイミド樹脂等を用いることができる。これらは、単独または２種以上を混合して用いることができる。

中でも、硬化性と保存性、硬化物の耐熱性、耐湿性、耐薬品性に優れるエポキシ樹脂が好適に用いられる。樹脂層１１，１３，１５における熱硬化性樹脂の含有量は、３０重量量％以上、７０重量％以下が好ましい。

樹脂層１１，１３，１５は、半田接合の際に、半田層や端子の表面の酸化被膜を除去する作用（フラックス作用）を有するようにしてもよい。樹脂層１１，１３，１５が、フラックス作用を有することにより、半田や端子の表面を覆っている酸化被膜が除去されるので、半田接合を行うことができる。樹脂層１１，１３，１５がフラックス作用を有するためには、樹脂層１１，１３，１５が、フラックス活性化合物を含有する必要がある。樹脂層１１，１３，１５に含有されるフラックス活性化合物としては、半田接合に用いられるものであれば、特に制限されないが、カルボキシル基又はフェノール水酸基のいずれか、あるいは、カルボキシル基及びフェノール水酸基の両方を備える化合物が好ましい。

樹脂層１１，１３，１５中のフラックス活性化合物の配合量は、１〜３０重量％が好ましく、３〜２０重量％が特に好ましい。

カルボキシル基を備えるフラックス活性化合物としては、脂肪族酸無水物、脂環式酸無水物、芳香族酸無水物、脂肪族カルボン酸、芳香族カルボン酸等が挙げられる。

カルボキシル基を備えるフラックス活性化合物に係る脂肪族酸無水物としては、無水コハク酸、ポリアジピン酸無水物、ポリアゼライン酸無水物、ポリセバシン酸無水物等が挙げられる。

カルボキシル基を備えるフラックス活性化合物に係る脂環式酸無水物としては、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、無水メチルハイミック酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、トリアルキルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルシクロヘキセンジカルボン酸無水物等が挙げられる。

カルボキシル基を備えるフラックス活性化合物に係る芳香族酸無水物としては、無水フタル酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸無水物、エチレングリコールビストリメリテート、グリセロールトリストリメリテート等が挙げられる。

カルボキシル基を備えるフラックス活性化合物に係る脂肪族カルボン酸としては、下記一般式（Ｉ）で示される化合物や、蟻酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、ピバル酸カプロン酸、カプリル酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、オレイン酸、フマル酸、マレイン酸、シュウ酸、マロン酸、琥珀酸等が挙げられる。
ＨＯＯＣ−（ＣＨ_２）_ｎ−ＣＯＯＨ （Ｉ）
（式（Ｉ）中、ｎは、０以上２０以下の整数を表す。）
カルボキシル基を備えるフラックス活性化合物に係る芳香族カルボン酸としては、安息香酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ヘミメリット酸、トリメリット酸、トリメシン酸、メロファン酸、プレーニト酸、ピロメリット酸、メリット酸、トリイル酸、キシリル酸、ヘメリト酸、メシチレン酸、プレーニチル酸、トルイル酸、ケイ皮酸、サリチル酸、２，３−ジヒドロキシ安息香酸、２，４−ジヒドロキシ安息香酸、ゲンチジン酸（２，５−ジヒドロキシ安息香酸）、２，６−ジヒドロキシ安息香酸、３，５−ジヒドロキシ安息香酸、浸食子酸（３，４，５−トリヒドロキシ安息香酸）、１，４−ジヒドロキシ−２−ナフトエ酸、３，５−ジヒドロキシ−２−ナフトエ酸等のナフトエ酸誘導体、フェノールフタリン、ジフェノール酸等が挙げられる。

これらのカルボキシル基を備えるフラックス活性化合物のうち、フラックス活性化合物が有する活性度、樹脂層の硬化時におけるアウトガスの発生量、及び硬化後の樹脂層の弾性率やガラス転移温度等のバランスが良い点で、前記一般式（Ｉ）で示される化合物が好ましい。そして、前記一般式（Ｉ）で示される化合物のうち、式（Ｉ）中のｎが３〜１０である化合物が、硬化後の樹脂層における弾性率が増加するのを抑制することができるとともに、接着性を向上させることができる点で、特に好ましい。

前記一般式（Ｉ）で示される化合物のうち、式（Ｉ）中のｎが３〜１０である化合物としては、例えば、ｎ＝３のグルタル酸（ＨＯＯＣ−（ＣＨ_２）_３−ＣＯＯＨ）、ｎ＝４のアジピン酸（ＨＯＯＣ−（ＣＨ_２）_４−ＣＯＯＨ）、ｎ＝５のピメリン酸（ＨＯＯＣ−（ＣＨ_２）_５−ＣＯＯＨ）、ｎ＝８のセバシン酸（ＨＯＯＣ−（ＣＨ_２）_８−ＣＯＯＨ）及びｎ＝１０のＨＯＯＣ−（ＣＨ_２）_１０−ＣＯＯＨ等が挙げられる。

フェノール性水酸基を備えるフラックス活性化合物としては、フェノール類が挙げられ、具体的には、例えば、フェノール、ｏ−クレゾール、２，６−キシレノール、ｐ−クレゾール、ｍ−クレゾール、ｏ−エチルフェノール、２，４−キシレノール、２，５キシレノール、ｍ−エチルフェノール、２，３−キシレノール、メジトール、３，５−キシレノール、ｐ−ターシャリブチルフェノール、カテコール、ｐ−ターシャリアミルフェノール、レゾルシノール、ｐ−オクチルフェノール、ｐ−フェニルフェノール、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、ビスフェノールＡＦ、ビフェノール、ジアリルビスフェノールＦ、ジアリルビスフェノールＡ、トリスフェノール、テトラキスフェノール等のフェノール性水酸基を含有するモノマー類、フェノールノボラック樹脂、ｏ−クレゾールノボラック樹脂、ビスフェノールＦノボラック樹脂、ビスフェノールＡノボラック樹脂等が挙げられる。

上述したようなカルボキシル基又はフェノール水酸基のいずれか、あるいは、カルボキシル基及びフェノール水酸基の両方を備える化合物は、エポキシ樹脂のような熱硬化性樹脂との反応で三次元的に取り込まれる。

そのため、硬化後のエポキシ樹脂の三次元的なネットワークの形成を向上させるという観点からは、フラックス活性化合物としては、フラックス作用を有し且つエポキシ樹脂の硬化剤として作用するフラックス活性硬化剤が好ましい。フラックス活性硬化剤としては、例えば、１分子中に、エポキシ樹脂に付加することができる２つ以上のフェノール性水酸基と、フラックス作用（還元作用）を示す芳香族に直接結合した１つ以上のカルボキシル基とを備える化合物が挙げられる。このようなフラックス活性硬化剤としては、２，３−ジヒドロキシ安息香酸、２，４−ジヒドロキシ安息香酸、ゲンチジン酸（２，５−ジヒドロキシ安息香酸）、２，６−ジヒドロキシ安息香酸、３，４−ジヒドロキシ安息香酸、没食子酸（３，４，５−トリヒドロキシ安息香酸）等の安息香酸誘導体；１，４−ジヒドロキシ−２−ナフトエ酸、３，５−ジヒドロキシ−２−ナフトエ酸、３，７−ジヒドロキシ−２−ナフトエ酸等のナフトエ酸誘導体；フェノールフタリン；及びジフェノール酸等が挙げられ、これらは１種単独又は２種以上を組み合わせでもよい。

なかでも、端子間の接合を良好なものとするためには、フェノールフタリンを使用することが特に好ましい。

また、樹脂層中、フラックス活性硬化剤の配合量は、１〜３０重量％が好ましく、３〜２０重量％が特に好ましい。樹脂層中のフラックス活性硬化剤の配合量が、上記範囲であることにより、樹脂層のフラックス活性を向上させることができるとともに、樹脂層中に、熱硬化性樹脂と未反応のフラックス活性硬化剤が残存するのが防止される。

また、樹脂層は、無機充填材を含んでいてもよい。樹脂層中に無機充填材を含有させることで、樹脂層の最低溶融粘度を高め、端子間に隙間が形成されてしまうことを抑制できる。ここで、無機充填材としては、シリカや、アルミナ等があげられる。

（第一の接合工程）
次に、図５に示すように、以上の工程で得られた積層体２を加熱して、端子１０１、１２１間、端子１２２、１４１間、端子１４２、１６１間の半田接合を行う。

ここで、第一の接合工程において、端子間が半田接合されるとは、以下のことをいう。積層体２が半田層１２１Ａ，１４１Ａ，１６１Ａの融点以上に加熱され、半導体チップ１０，１２間、半導体チップ１２，１４間、半導体チップ１４，１６間の接合に使用される各半田層１２１Ａ，１４１Ａ，１６１Ａが溶融するとともに、端子１０１，１２１同士、端子１２２，１４１同士、端子１４２，１６１同士が物理的に接触し、少なくとも一部が合金を形成している状態である。

ここでは、例えば、第一の接合工程は、複数の積層体２に対してひとつずつ繰り返すことにより、半導体ウェハ１０Ｂ上に複数の積層体２を得る方法と（図５（Ａ）〜（Ｃ））、複数の積層体に対して同時に行うことにより、半導体ウェハ１０Ｂ上に複数の積層体２を得る方法がある（図７）。

たとえば、図７に示した装置５を使用する。この装置５は、流体が導入される容器５１と、この容器５１内に配置された一対の熱板（挟圧部材）５２，５３とを備える。

容器５１は、圧力容器であり、容器５１の材料としては、金属等があげられ、たとえば、ステンレス、チタン、銅である。

熱板５２，５３は、内部にヒータを有するプレス板であり、熱板５３の上方に半導体ウェハ１０Ｂ上に複数の積層体２が形成された積層体２を設置し熱板５２，５３で挟圧する。熱板５３には、ピン５４が形成されており、このピン５４が板材（積層体２を設置する設置部）５５を貫通している。この板材５５は、積層体２を挟圧する際に、ピン５４上を摺動して、熱板５３に接触する。

熱板５２の温度は、熱板５３の温度よりも高く設定されている。たとえば、熱板５２の温度は、熱板５３よりも２０℃以上高く、熱板５２が半田層１２１Ａ，１４１Ａ，１６１Ａの融点以上の温度であり、熱板５３は、半田層１２１Ａ，１４１Ａ，１６１Ａの融点未満となっている。

はじめに、あらかじめ、熱板５２，５３を所定の温度まで加熱しておく。板材５５を熱板５３から離間させておき、板材５５上に積層体２を設置する。次に、配管５１１を介して容器５１内に流体を導入する。流体としては、気体が好ましく、たとえば、空気、不活性ガス（窒素ガス、希ガス）等があげられる。

その後、積層体２を流体で加圧した状態を維持しながら、熱板５２を積層体２に接触させる。さらに、板材５５をピン５４上で摺動させて、熱板５２，５３で積層体２を積層方向に沿って挟圧する。積層体２は、半田層１２１Ａ，１４１Ａ，１６１Ａの融点以上に加熱され、端子１０１、１２１間、端子１２２、１４１間、端子１４２、１６１間で半田接合が行われる。熱板５２，５３で積層体２を挟圧することで、端子１０１，１２１間（端子１２２、１４１間、端子１４２、１６１間）に樹脂が挟まっていた場合でも、樹脂を排除して、端子１０１，１２１同士（端子１２２、１４１同士、端子１４２、１６１同士）を確実に接触させることができ、安定的に半田接合することができる。

流体により、積層体２を加圧する際の加圧力は、０．１ＭＰａ以上、１０ＭＰａ以下が好ましく、より好ましくは０．５以上、５ＭＰａ以下である。流体により積層体２を加圧することで、樹脂層１１，１３，１５内のボイド発生を抑制することができる。とくに、０．１ＭＰａ以上とすることで、この効果が顕著となる。また、１０ＭＰａ以下とすることで、装置の大型化、複雑化を抑制できる。なお、流体で加圧するとは、積層体２の雰囲気の圧力を、大気圧より加圧力分だけ高くすることを指す。すなわち、加圧力１０ＭＰａとは、大気圧よりも、積層体２にかかる圧力が１０ＭＰａ大きいことを示す。

ここでは、積層体２を半田層１２１Ａ、１４１Ａ、１６１Ａの融点以上、たとえば、２４０℃〜２６０℃で１０分程度加熱する。これにより、半田層１２１Ａ、１４１Ａ、１６１Ａを溶融させて半田接合を行うことができる。なお、半田層１２１Ａ、１４１Ａ、１６１Ａの融点が異なる場合には、最も融点の高い半田層の融点以上に積層体２を加熱すればよい。

その後、熱板５２，５３を離間させて、さらに、流体を容器５１から排出する。流体による積層体２への加圧を停止し、その後、積層体２を容器５１から取り出す。

ここで、第一の接合工程では、複数の半導体チップ１０が作りこまれた半導体ウェハ１０Ｂ上に積層された積層体を一対の挟圧部材５２、５３で挟み込み半田の融点以上に加熱することにより、複数の積層体に対して同時に半田接合を行ってきたが、図５（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、一つの積層体に対応する一対の挟圧部材６２，６５を用意し、積層体２の単位ごとに逐次半田接合を繰り返し行うようにしてもよい。半田接合を積層体単位ごとに行うことにより、積層体２で、例えば、それぞれの積層体の厚さが異なっていても、圧力むらがなく半田接合することが可能となる。
（硬化工程）
次に、樹脂層１１、樹脂層１３および樹脂層１５の硬化を進める。硬化を進める方法として、図７に示した装置５を用いて、複数の積層体を半田接合するとともに、引き続き加熱して熱硬化性樹脂を硬化させる。その際、一対の挟圧部材で加圧しながら加熱硬化を進めてもよいし、流体により加圧しながら加熱するようにしてもよい。また、図６に示すように、一旦装置５より半導体ウェハ１０Ｂ上に複数の積層体２が形成された積層体２を取り出し、流体が導入される容器５２を備えた装置６に積層体２を設置し、流体により加圧しながら熱硬化性樹脂の加熱硬化を進めるようにしてもよい。

例えば、容器５１内に積層体２を配置し、流体を導入し、積層体２を樹脂層１１，１３，１５の熱硬化性樹脂の硬化温度以上に加熱して、樹脂層１１，１３，１５の硬化を行なう。たとえば、１８０℃１時間の加熱を行なう。ここで、硬化温度とは、樹脂層の硬化温度であり、樹脂層に含まれる熱硬化性樹脂が、ＪＩＳＫ６９００に準ずるＣ−ステージとなる温度のことをいう。

なお、複数の積層体２が形成された積層体２を入れて、樹脂層１１，１３，１５の硬化を行うことにより生産性を向上させることができる。

次に、硬化工程の後段で、半導体ウェハ１０Ｂを半導体チップ１０単位ごとに半導体ウェハ１０Ｂを切断して、半導体チップ１０，１２同士、半導体チップ１２，１４同士、半導体チップ１４，１６同士が半田接合された積層体２を得る（図８）。
（第二の接合工程）
次に、図９（Ａ）〜（Ｂ）に示すように、半導体チップ１０，１２同士、半導体チップ１２，１４同士、半導体チップ１４，１６同士が半田接合された積層体２を、基板１８上に載せ、積層体２と基板１８とを半田接合する。

はじめに、基板１８を用意する。ここでは、基板１８は、樹脂基板であってもよく、また、シリコン基板やセラミック基板等であってもよい。

基板１８の表面には、端子（積層体接続用端子）１８１が形成されている。端子１８１は、端子１０１と同様の構造、材料で構成され、表面に半田層１８１Ａを有する。端子１８１は、半導体チップ１６に接続されるものである。

次に、この基板１８の表面に樹脂層１７を設ける。この樹脂層１７は、端子１８１を被覆するように設けられる。樹脂層１７としては、樹脂層１１，１３，１５と同様のものであってもよいが、たとえば、ペースト状のノーフロー型アンダーフィル材（ＮＵＦ）を使用してもよい。基板１８の表面の一部に、樹脂層１７を設けるため、ペースト状のアンダーフィル材をディスペンスやインクジェット等で塗布することが好ましい。

このようなノーフロー型アンダーフィル材としては、たとえば、特開２００８−１３７１０号公報に開示されたものがあげられ、常温で液状の第一エポキシ樹脂と、第一エポキシ樹脂よりも硬化温度が高い第二エポキシ樹脂と、シリコーン変性エポキシ樹脂と、無機充填材と、フラックス活性を有する硬化剤とを含む樹脂組成物で構成される。この樹脂組成物は、溶剤を含まない。

第一エポキシ樹脂としては、たとえば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂等のビスフェノール型エポキシ樹脂が好ましい。

第二エポキシ樹脂としては、アリル基を有するエポキシ樹脂（たとえば、ジアリルビスフェノールＡ型エポキシ樹脂）が好ましい。

第一エポキシ樹脂は樹脂組成物中で５〜５０重量％であることが好ましく、第二エポキシ樹脂は、０．１〜４０重量％であることが好ましい。

シリコーン変性エポキシ樹脂としては、ジシロキサン構造を有するシリコーン変性（液状）エポキシ樹脂が挙げられ、具体的に下記一般式（１）で示されるシリコーン変性エポキシ樹脂が挙げられる。

前記シリコーン変性エポキシ樹脂のシリコーン変性率は、特に限定されないが、前記シリコーン変性樹脂のｍが５以下であることが好ましく、特にｍが１以下であることが好ましい。

さらに具体的には、前記シリコーン変性エポキシ樹脂は、前記一般式（１）で示されるシリコーン変性液状エポキシ樹脂のｍが０であるシリコーン変性液状エポキシ樹脂と、下記一般式（２）で示されるフェノール類とを加熱反応により合成したものであることが好ましい。これにより、基材や半導体チップへの濡れ性を向上することができる。

前記一般式（１）で示されるシリコーン変性液状エポキシ樹脂のｍが０であるシリコーン変性液状エポキシ樹脂と、前記一般式（２）で表されるフェノール類とのモル比（シリコーン変性エポキシ樹脂のエポキシ基モル比／フェノール類の水酸基モル比）は、特に限定されないが、１〜１０であることが好ましく、特に１〜５であることが好ましい。モル比が前記範囲内であると、特に反応物の収率や低揮発性などに優れる。

シリコーン変性エポキシ樹脂の含有量は、樹脂組成物全体の０．１〜２０重量％であることが好ましい。

さらに、フラックス活性を有する硬化剤は、融点が異なる２種以上使用することが好ましい。

たとえば、第一のフラックス活性硬化剤としては、２，３−ジヒドロキシ安息香酸、２，４−ジヒドロキシ安息香酸、２，５−ジヒドロキシ安息香酸、２，６−ジヒドロキシ安息香酸、３，４−ジヒドロキシ安息香酸が好ましい。

また、第二のフラックス活性硬化剤としては、ｏ−フタル酸、トリメリット酸、ヘキサヒドロフタル酸、メチルヘキサヒドロフタル酸、４−ヒドロキシ（ｏ−フタル酸）、３−ヒドロキシ（ｏ−フタル酸）、テトラヒドロフタル酸、マレイン酸、アルキレン基を含むものとしてはコハク酸、マロン酸、グルタル酸、リンゴ酸、セバシン酸、アジピン酸、アゼライン酸、スベリン酸、ピメリン酸、１，９−ノナンジカルボン酸、ドデカン二酸等が挙げられる。これらを単独あるいは複数併用してもかまわない。これらの中でも、セバシン酸が好ましい。

基板１８上に樹脂層１７を設けた後、樹脂層１７上に積層体２を搭載する。積層体２の端子１６２が、樹脂層１７側に位置するように、積層体２を樹脂層１７上に設置する。

その後、一対の挟圧部材４１，４２で積層体２、樹脂層１７、基板１８を積層方向に沿って挟圧しながら、積層体２、樹脂層１７、基板１８を半田層１８１Ａの融点以上に加熱する。このとき、積層体２、樹脂層１７、基板１８を、一対の挟圧部材４１，４２で挟圧するとともに、一対の挟圧部材４１，４２を加熱することで、積層体２、樹脂層１７、基板１８が半田層１８１Ａの融点以上に加熱されることとなる。これにより、端子１８１と端子１６２とが半田接合される。この接合工程では、たとえば、フリップチップボンダーを使用し、基板１８に対し、ひとつずつ、積層体２を半田接合する。

このようにして、基板１８上には、複数の積層体２が設置され、基板１８と複数の積層体２が半田接合され、構造体３が得られる（図９（Ｃ）参照）。

その後、必要に応じて、構造体３の樹脂層１７を硬化させる。ここでは、前述した図６の装置６を使用して、樹脂層１７の硬化を行なう。硬化の方法は、前述した方法と同様であり、構造体３を流体で加圧しながら、樹脂層１７の熱硬化性樹脂の硬化温度以上に構造体３を加熱して、樹脂層１７の硬化を行なう。

このようにすることで、樹脂層１７でのボイドの発生を防止できるとともに、発生したボイドを消滅させることができる。
（封止工程）
次に、構造体３の封止を行なう。封止の方法は、ポッティング、トランスファー成形、圧縮成形のいずれであってもよい。

その後、積層体２ごとに、切断して、図９（Ｄ）に示す半導体装置１を複数得ることができる。なお、図９（Ｄ）において、符号１９は、封止材を示し、符号１８Ａはダイシングされた基板１８を示す。また、半導体装置１が複数の積層体２を有する場合には、半導体装置１の単位ごとに切断すればよい。なお、切断には、ダイシングブレード、レーザ、ルーター等を使用することができる。

以上のような本実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。

本実施形態では、複数の半導体チップ１０が作りこまれた半導体ウェハ１０Ｂの半導体チップ１０に対応する位置に樹脂層１１を介して半導体チップ１２を積層していく。これにより、半導体ウェハ１０Ｂに作りこまれた半導体チップ１０上に半導体チップ１２が積層されたチップオンウェハ（ＣＯＷ）が形成される。次に、樹脂層１３を介して半導体チップ１２上の所定の位置に半導体チップ１４を逐次積層していくことによりチップオンチップオンウェハ（ＣＯＣＯＷ）が形成される。次に、樹脂層１５を介して半導体チップ１４上の所定の位置に半導体チップ１６を逐次積層していくことによりチップオンチップオンチップオンウェハ（ＣＯＣＯＣＯＷ）のように半導体チップが多段に積層された積層体を得る。次に、積層体２を加熱して半田接合を行うため、従来に比べて、各半導体チップ１０，１２，１４，１６にかかる熱ダメージを低減させることができる。したがって、半導体装置１の信頼性を向上させることができる。

また、半導体チップ１０、樹脂層１１、半導体チップ１２、樹脂層１３、半導体チップ１４、樹脂層１５、半導体チップ１６をこの順で積層して積層体２を得た後、積層体２全体を加熱して、端子１０１、１２１同士、端子１２２、１４１同士、端子１４２、１６１同士間の半田接合を同時に行っている。そのため、半導体部品同士ごとに半田接合を逐次行いながら、複数の半導体部品を積層する場合に比べ、半田接合時の生産性を向上させることができる。

なお、本実施形態では、積層体２を得る際に、半導体チップ１０上に、樹脂層付き半導体チップを積層するごとに、加熱しているが、この際の加熱は、樹脂層により半導体チップ同士を接着するための加熱である。したがって、加熱時間は比較的短く、加熱温度も低くてすむため、積層体２を得る工程を実施しても、従来の製造方法に比べ、生産性を向上させることができる。

さらに、本実施形態では、積層体２を挟圧して、半田接合している。

従来は、半導体チップを積層するごとに、挟圧し、半田接合していたため、下層の半導体チップは、複数回、挟圧されることとなり、ダメージをうけやすい。

これに対し、本実施形態では、半導体チップ１０、樹脂層１１、半導体チップ１２、樹脂層１３、半導体チップ１４、樹脂層１５、半導体チップ１６をこの順で積層して積層体２を得た後、積層体２を挟圧して、半田接合を行なっている。半田接合時に、複数回挟圧されてしまうことが防止され、半導体チップ１０，１２，１４、１６へのダメージが低減される。

本実施形態では、積層体２の端子１０１、１２１同士、端子１２２、１４１同士、端子１４２、１６１同士を半田接合した後、基板１８と積層体２との半田接合を行なっている。

端子１０１、１２１同士、端子１２２、１４１同士、端子１４２、１６１同士が半田接合されていない状態の積層体２を基板１８に設置した後、積層体２および基板１８を加熱して、端子１０１、１２１同士、端子１２２、１４１同士、端子１４２、１６１同士、基板１８の端子１８１および端子１６２同士を半田接合する方法も考えられる。

しかしながら、このような方法では、基板１８と、積層体２との線膨張係数差が大きい場合には、線膨張係数差で発生する応力が積層体２に加わり、積層体２中でずれが発生する可能性がある。

これに対し、本実施形態のように、あらかじめ、端子１０１、１２１同士、端子１２２、１４１同士、端子１４２、１６１同士を半田接合した後、積層体２と基板１８との半田接合を行なうことで、積層体２中でずれが発生してしまうことを防止できる。

また、本実施形態では、あらかじめ、積層体２の端子１０１、１２１同士、端子１２２、１４１同士、端子１４２、１６１同士を半田接合している。積層体２は、比較的線膨張係数が高い樹脂層を、比較的線膨張係数が低い半導体チップで挟んだ構造となっているので、半田接合の際、熱が加わってもそりが発生しにくい。これにより、積層体２において、端子１０１、１２１間、端子１２２、１４１間、端子１４２、１６１間にずれが発生してしまうことが防止でき、半導体装置１の信頼性を向上させることができる。

さらに、本実施形態では、積層体２の端子１０１、１２１同士、端子１２２、１４１同士、端子１４２、１６１同士を半田接合する際に、積層体２を流体により加圧し、加熱している。積層体２が流体で加圧されることで、積層体２の樹脂層１１，１３，１５でボイドが発生してしまうことを防止できる。また、積層体２が流体で加圧されることで、積層体２の樹脂層１１，１３，１５中にあるボイドが加圧されて小さくなる。以上のことから、ボイドにより端子同士が位置ずれしてしまうことを防止できる。また、樹脂層１１，１３，１５がボイドにより押し出されてしまい、装置５が汚れてしまうことが防止できる。

積層体２を用意する工程において、樹脂層付きの半導体チップを積層する際に、大気圧下で実施すると、たとえば、樹脂層１１と半導体チップ１０との界面に気体が入り、樹脂層１１中にボイドが形成されることとなる。しかしながら、前述したように、半田接合する際に、ボイドを小さくすることができるので、積層体２を用意する工程を真空下等で実施する必要がなく、大気圧下で実施できるので、半導体装置１の製造効率を高めることができるとともに、製造コストの低減を図ることができる。

なお、前述したように、従来技術においては、半導体チップ上に半導体チップを積層するたびに、半導体チップ同士を半田接合していた。半田接合の際に、流体による加圧を行なおうとすると、半導体チップ上に他の半導体チップ積層し、その後、半導体チップの積層体を装置５の容器５１内に入れ、半田接合を行う。さらに、装置５から、半導体チップの積層体を取り出し、その後、さらに他の半導体チップを積層するという作業が必要となり、半導体チップの積層体の装置５への出し入れを繰り返すこととなる。したがって、非常に手間がかかることとなるので、流体により半導体チップを加圧しながら、半田接合することは難しかった。

これに対し、本実施形態では、あらかじめ半導体チップ１０，１２，１４，１６を積層した積層体２を形成し、この積層体２全体を加熱することで、端子１０１、１２１同士、端子１２２、１４１同士、端子１４２、１６１同士を一度に半田接合しているので、流体雰囲気下で加圧しながら半田接合ができる。

本実施形態では、装置５を使用して積層体２の端子１０１、１２１間、端子１２２、１４１間、端子１４２、１６１間の半田接合をしている。ここで、積層体２が設置される板材５５は、一対の熱板５２，５３から離間して配置されている。これにより、積層体２には、熱板５２，５３からの熱が加わりにくくなる。そのため、積層体２を装置５内に設置した後、積層体２を流体により所定の加圧力で加圧するまでの間に、積層体２の樹脂層１１，１３，１５が軟化し、樹脂層１１，１３，１５中のボイドが大きくなってしまうことが防止される。

また、熱板５３の温度を、熱板５２よりも低くしておくことで、積層体２を装置５内に設置した後、積層体２を流体により所定の加圧力で加圧するまでの間に、積層体２の樹脂層１１，１３，１５が軟化し、樹脂層１１，１３，１５中のボイドが大きくなってしまうことが防止される。一方で、熱板５２の温度を、熱板５３よりも高くしておくことで、積層体２を挟圧した後、積層体２を所定の温度まで比較的短時間で昇温させることができる。

なお、板材５５が熱板５２に近接して配置されている場合には、熱板５２の温度を、熱板５３の温度よりも低く設定してもよい。

また、本実施形態では、積層体２を用意する工程で、半導体チップ１０、１２を半硬化の状態の樹脂層１１を介して接着している。同様に、半導体チップ１２，１４を半硬化の状態の樹脂層１３を介して接着し、半導体チップ１４，１６を半硬化の状態の樹脂層１５を介して接着している。このように、半導体チップ同士が接着されているため、積層体２において、半導体チップ同士が位置ずれしてしまうことを防止できる。

なお、半導体チップ１２，１４を半硬化の状態の樹脂層１３を介して接着する際、および半導体チップ１４，１６を半硬化の状態の樹脂層１５を介して接着する際には、半導体チップ１０，１２，１４に複数回、熱がかかるが、半硬化状態の樹脂層により半導体チップ同士を接着するための加熱であるため、加熱温度も比較的低く設定でき、また、たとえ加熱温度を高くしても加熱時間が比較的短くてすむ。したがって、半導体チップ１０，１２，１４への熱の影響は非常に少ないと考えられる。

さらに、本実施形態では、積層体２を構成する前段で、半導体チップ１２に樹脂層１１を設けている。同様に、半導体チップ１４に樹脂層１３を設け、半導体チップ１６に樹脂層１５を設けている。半導体チップ１２、１４，１６はいずれもＴＳＶ構造であり、非常に厚みが薄いため、樹脂層１１，１３，１５をそれぞれ設けることで、半導体チップ１２、１４，１６の反り発生を防止し、取り扱い性に優れたものとすることができる。

また、本実施形態では、基板１８に複数の積層体２を半田接合させた後、封止を行い、その後、切断している。これにより、半導体装置１の生産性を向上させることができる。

また、本実施形態では、複数の半導体チップ１０が作りこまれた半導体ウェハ１０Ｂ上に、最初に、半導体チップ１２をそれぞれの半導体チップ１０の対応するように積層して二層構造とし、次に、半導体チップ１２上に順次半導体チップ１４を積層し三層構造とし、半導体チップ１６をさらにそれぞれ積層し４層構造の積層体としている。複数の半導体チップ１０が作りこまれた半導体ウェハ１０Ｂ上に複数の積層体を得ることにより半導体装置１の生産性を向上させることができる。

なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。

前記各実施形態では、樹脂層１７を基板１８上に形成した後、積層体２を基板１８上に設置していたが、これに限られるものではない。たとえば、樹脂層１７を設けず、基板１８と積層体２とを半田接合し、その後、封止すると同時に、基板１８および積層体２間にアンダーフィルを充填してもよい。この場合には、いわゆるモールドアンダーフィル材を使用し、たとえば、特開２００３−１２７７３号公報、特開２００３−２７７５８５号公報に開示された材料を使用すればよい。

さらに、前記各実施形態では、積層体２を構成し、樹脂層１１，１３，１５を硬化させた後、基板１８と積層体２との半田接合を実施していたが、樹脂層１１，１３，１５が完全に硬化していない状態で、基板１８と積層体２との半田接合を実施してもよい。たとえば、封止を行なう際に、樹脂層１１，１３，１５を完全に硬化させてもよい。

また、前記各実施形態では、基板１８に対し、ひとつずつ、積層体２を半田接合して、基板１８上に複数の積層体２を設けていたが、これに限られるものではない。たとえば、基板１８上に複数の積層体２をのせ、その後、図７に示した装置を使用して、複数の積層体２を同時に基板１８に対し半田接合してもよい。

さらに、前記各実施形態では、樹脂層１１を半導体チップ１２側に設け、樹脂層１１付きの半導体チップ１２を半導体チップ１０上に積層していたが、これに限られるものではない。たとえば、図１０に示すように、半導体チップ１２および半導体チップ１０それぞれに樹脂層１１Ａ，１１Ｂを設け、樹脂層１１Ａ、１１Ｂにより、樹脂層１１を構成してもよい。

また、樹脂層１１を半導体チップ１０側に設け、樹脂層１３を半導体チップ１２側に設け、樹脂層１５を半導体チップ１４側に設けてもよい。

また、前記実施形態では、半導体チップ１０は、ＴＳＶ構造を有しないものとしたが、これに限らず、ＴＳＶ構造の半導体チップとしてもよい。

また、前記実施形態では、半導体チップを４つ有する半導体装置１を製造したが、これに限られるものではない。半導体チップは、すくなくとも３以上あればよい。

すなわち、前記積層体は、少なくとも第一半導体部品、第一樹脂層、第二半導体部品、第二樹脂層、第三半導体部品を積層することで得られるものであり、複数の樹脂層と複数の半導体部品とが交互に積層された構造であればよい。そして、樹脂層を介して対向する各一対の半導体部品が、前記樹脂層を介して対向するとともに当該半導体部品同士を電気的に接続するための接続用端子をそれぞれ備え、対向する前記接続用端子のうち、少なくとも一方の接続用端子が半田層を有する積層体であればよい。

さらに、前記実施形態では、端子１２１，１４１，１６１、１８１が半田層１２１Ａ、１４１Ａ、１６１Ａ、１８１Ａを有していたが、これに限られず、端子１２２，１４２，１６２が表面に半田層を有するものであってもよい。また、端子１０１、１２１，１４１，１６１、１８１、端子１２２，１４２，１６２のすべてが表面に半田層を有していてもよい。これらの半田層を溶融させて、半導体チップ１０，１２，１４，１６間、さらには、積層体２と基板１８との間の半田接合を行えばよい。

１ 半導体装置
２ 積層体
３ 構造体
５ 装置
６ 装置
１０ 半導体チップ
１０Ｂ 複数の半導体チップが作りこまれた基材
１１ 樹脂層
１１Ａ，１１Ｂ 樹脂層
１２ 半導体チップ
１３ 樹脂層
１４ 半導体チップ
１５ 樹脂層
１６ 半導体チップ
１７ 樹脂層
１８ 基材
１８Ａ 基材
１９ 封止材
４１，４２ 挟圧部材
４３ 挟圧部材
４４ 挟圧部材
５１ 容器
５２ 熱板
５３ 熱板
５４ ピン
５５ 板材
６２，６５ 挟圧部材
１０１ 端子
１２０ 基板
１２１ 端子
１２１Ａ 半田層
１２２ 端子
１２３ ビア
１４０ 基板
１４１ 端子
１４１Ａ 半田層
１４２ 端子
１４３ ビア
１６０ 基板
１６１ 端子
１６１Ａ 半田層
１６２ 端子
１６３ ビア
１８１ 端子
１８１Ａ 半田層
５１１ 配管
９００Ａ 接続用バンプ
９００ 半導体装置
９０１ インターポーザ
９０２ フィルム状接着剤
９０３ 半導体チップ

Claims (11)

1. 一方の面側に第二半導体部品と接続するための接続用端子を有する複数の第一半導体部品が作りこまれた基材、一方の面側に第三半導体部品と接続するための接続用端子を有し、他方の面側に前記第一半導体部品と接続するための接続端子を有する第二半導体部品、一方の面側に前記第二半導体部品と接続するための接続用端子を有する第三半導体部品および第一樹脂層、第二樹脂層を用意する工程と、
   前記基材上に作りこまれた複数の前記第一半導体部品の所定の位置に前記第一樹脂層および前記第二半導体部品をこの順に積層した後、加熱して、半硬化状態の前記第一樹脂層を介して前記第一半導体部品および前記第二半導体部品を接着し、前記接着する工程を繰り返すことにより、基材上に作りこまれた複数の第一半導体部品のそれぞれ所定の位置に、前記第一樹脂層を介して前記第一半導体部品と前記第二半導体部品とを接着させる接着工程と、
   前記第二半導体部品の所定の位置に前記第二樹脂層および第三半導体部品をこの順に積層した後、加熱して、半硬化状態の前記第二樹脂層を介して前記第二半導体部品および前記第三半導体部品を接着し、前記接着する工程を繰り返すことにより、第二半導体部品のそれぞれの所定の位置に、前記第二樹脂層を介して前記第二半導体部品と前記第三半導体部品とを接着させて複数の積層体を得る積層工程と、
   前記積層体を半田の融点以上に加熱することにより半田接合して半田接合した積層体を得る第一の接合工程と、
   前記第一樹脂層、第二樹脂層の硬化を進める硬化工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
   前記第一樹脂層、第二樹脂層は熱硬化性樹脂を含み、
   前記硬化工程では、流体により前記積層体を加圧しながら加熱を行ない、前記第一樹脂層、第二樹脂層および第三樹脂層の硬化を進める半導体装置の製造方法。
3. 請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法において、
   前記基材上に形成された複数の前記第一半導体部品の第二半導体部品接続用端子、前記第二半導体部品の第一半導体部品接続用端子の少なくともいずれか一方が半田層を有し、前記第二半導体部品の第三半導体部品接続用端子、第三半導体部品の第二半導体部品接続用端子の少なくともいずれか一方が半田層を有する半導体装置の製造方法。
4. 前記第一の接合工程は、複数の積層体に対してひとつずつ繰り返すことにより、前記基材上に複数の積層体を得る請求項１または３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
5. 前記第一の接合工程は、複数の前記積層体に対して同時に行うことにより、前記基材上に複数の積層体を得る請求項１または３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
6. 前記硬化工程の後段で、半田接合した前記積層体ごとに、基材を切断する工程と、
   半田接合した前記積層体を、基板上に設置する工程と、
   前記積層体と前記基板とを半田接合する第二の接合工程を行う請求項１ないし５のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
   前記接着工程の前段で、
   前記第二半導体部品の第一半導体部品接続用端子が形成された面および前記複数の第一半導体部品の前記第二半導体部品接続用端子が設けられた面のうち、少なくともいずれか一方の面上に前記第一樹脂層を構成する樹脂層を設け、
   前記第三半導体部品の第二半導体部品接続用端子が形成された面および前記第二半導体部品の前記第三半導体部品接続用端子が設けられた面のうち、少なくともいずれか一方の面上に、前記第二樹脂層を構成する樹脂層を設ける半導体装置の製造方法。
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
   対向配置された一対の挟圧部材と、
   一対の挟圧部材間に配置され、前記積層体が設置される設置部と、を備える装置を用意し、
   前記第一の接合工程では、
   前記一対の挟圧部材を加熱しておき、前記一対の挟圧部材に対し離間した状態の前記設置部上に前記積層体を配置する工程と、
   前記一対の挟圧部材で、前記積層体および前記設置部を挟圧し、加熱して半田接合を行う工程と、を実施する半導体装置の製造方法。
9. 請求項８に記載の半導体装置の製造方法において、
   前記一対の挟圧部材のうち、一方の挟圧部材の温度は、他方の挟圧部材の温度よりも低い半導体装置の製造方法。
10. 請求項１ないし９のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
    前記積層体は、少なくとも前記第三半導体部品、前記第二樹脂層、前記第二半導体部品、前記第一樹脂層、前記第一半導体部品を含み、樹脂層と半導体部品とが交互に積層された構造であるとともに、最外層が半導体部品で構成され、
    最外層の半導体部品は、前記基板に接続される基板接続用端子を有し、前記基板は、前記最外層の半導体部品に接続される積層体接続用端子を有し、前記基板接続用端子および前記積層体接続用端子のうち、少なくともいずれか一方は半田層を有し、
    前記第二の接合工程では、前記基板接続用端子および前記積層体接続用端子が半田接合される半導体装置の製造方法。
11. 請求項１ないし７のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
    前記第二半導体部品は、基材と、前記基材を貫通するとともに、前記第一半導体部品接続用端子および前記第三半導体部品接続用端子に接続される貫通ビアとを備えるＴＳＶ構造の半導体チップであり、
    前記第三半導体部品は、ＴＳＶ構造の半導体チップであり、基材と、前記基材を貫通する貫通ビアを備え、この貫通ビアは、前記第二半導体部品接続用端子と、前記基板表面のうち前記第二半導体部品接続用端子が設けられた側の表面と反対側の表面に設けられた端子とに接続される半導体装置の製造方法。