JP2013222901A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】一面11aに第1の半導体チップ11の第1のはんだ転写面と対向する第2のはんだ転写面85aを有する凸部85が配置されたはんだ転写用治具84を加熱し、次いで、凸部85とステージ55とではんだ転写部材を挟み込み、凸部85の第2のはんだ転写面85aに溶融したはんだ粉末77を一次転写し、次いで、第1の半導体チップ11を加熱し、第1のはんだ転写面と第2のはんだ転写面85aに一次転写され、かつ溶融したはんだ粉末77とを接触させることで、第1のはんだ転写面に溶融したはんだ粉末77を二次転写し、その後、リフロー処理することで、第1のはんだ転写面にはんだ粉末よりなるはんだ層を形成する。
【選択図】図10
Description
また、バンプ電極の側面にはんだが付着して、該バンプ電極の側面に回り込んだはんだがキノコ状に配置された場合、バンプ電極上の配置されるはんだの量が少なくなるため、バンプ電極上に所望の厚さとされたはんだ層を形成できない。
上記はんだ層の形成方法は、特に、第1のバンプ電極を狭ピッチで配置した場合に有効である。
図1〜図19は、本発明の本実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。図20は、図6に示す構造体の領域Aを拡大した断面図であり、凸部の第2のはんだ転写面とはんだ粉末とが対向配置された状態を模式的に示す図である。
図21は、図7に示す構造体の領域Bを拡大した断面図であり、凸部とステージとではんだ転写部材を挟み込んだ状態を模式的に示す図である。図22は、図8に示す構造体の領域Cを拡大した断面図であり、凸部に溶融されたはんだ粉末が一次転写された状態を模式的に示す図である。
図1〜図22では、本実施の形態の半導体装置10の一例として、CoC型半導体装置を例に挙げて図示する。
始めに、図1に示す工程では、第1の半導体チップ11と、第2の半導体チップ12−1,12−2(本実施の形態の場合、2つの第2の半導体チップ)と、第3の半導体チップ13と、第4の半導体チップ14と、を準備する。
第1の半導体チップ11は、矩形とされており、薄板化(例えば、厚さが50μm以下)されている。第1の半導体チップ11としては、例えば、メモリ用半導体チップを用いることができる。
半導体基板17は、矩形とされ、かつ薄板化された基板である。半導体基板17としては、例えば、単結晶シリコン基板を用いることができる。
回路素子層18は、半導体基板17の表面17aに設けられている。第1の半導体チップ11がメモリ用半導体チップの場合、回路素子層18は、メモリ用回路素子を有する。
NiAu層27は、Cuポスト26と接触する面とは反対側に第1のはんだ転写面27aを有する。
貫通電極24は、一端が第1の表面バンプ電極21と接続されており、他端が第1の裏面バンプ電極22と接続されている。これにより、貫通電極24は、第1の表面バンプ電極21と第1の裏面バンプ電極22とを電気的に接続している。
第3の半導体チップ13は、第1の半導体チップ11に設けられた半導体基板17の替わりに、半導体基板41を設け、さらに第1の半導体チップ11を構成する第1の裏面バンプ電極22及び貫通電極24を構成要素から除いたこと以外は、第1の半導体チップ11と同様に構成される。
つまり、第3の半導体チップ13としては、例えば、メモリ用半導体チップを用いることができる。
半導体基板46は、矩形とされた基板であり、例えば、単結晶シリコン基板を用いることができる。
回路素子層47は、半導体基板46の表面46aに設けられている。第4の半導体チップ14がロジック用半導体チップの場合、回路素子層47は、ロジック用回路素子を有する。
第4の裏面バンプ電極51は、第4の半導体チップ14の他面14bに、Cuポスト26と、NiAu層27と、が順次積層された構成とされている。
貫通電極53は、一端が第5の表面バンプ電極49と接続されており、他端が第4の裏面バンプ電極51と接続されている。これにより、貫通電極53は、第5の表面バンプ電極49と第4の裏面バンプ電極51とを電気的に接続している。
このとき、表面バンプ電極及び裏面バンプ電極が配置されていない平坦な第3の半導体チップ13の他面13bをステージ55の上面55aに接触させることで、第3の半導体チップ13をステージ55上に良好に吸着できる。
その後、第3の半導体チップ13に対して第2の半導体チップ12−2を押圧することで、第4の表面バンプ電極43と第3の裏面バンプ電極36とを熱圧着させる。
これにより、第2の半導体チップ12−2と第2の半導体チップ12−1とが電気的に接続される。
したがって、第1及び第2の半導体チップ11,12−1,12−2よりも厚さの厚い第3の半導体チップ13は、配線基板91から最も離間した位置に配置される。
このとき、第1の表面バンプ電極21及びチップ積層体62の一面62a(第1の半導体チップ11の一面11a)に、アンダーフィル材69が付着しないようにする。また、この段階では、アンダーフィル材69は、半硬化状態であり、完全に硬化していない。
これにより、チップ積層体62に、完全に硬化したアンダーフィル材69よりなる第1の封止体71が形成される。この段階では、チップ積層体62は、塗布用シート67に貼り付けられている。
基材73の材料としては、例えば、PETを用いることができる。また、はんだ粉末77の平均粒径は、例えば、4μmとすることができる。
このとき、ステージ55に内蔵されたヒーター82により、はんだ転写部材78は、所定の温度(例えば、40℃)に加熱される。
凸部85は、1つの第1の表面バンプ電極21に対して1つ設けられている。つまり、凸部85は、複数設けられている。第2のはんだ転写面85aは、第1のはんだ転写面27aと略同じ大きさとされている。
また、はんだ転写用治具84の他面84bを平坦な面とすることにより、ボンディングツール58により、はんだ転写用治具84の他面84bを吸着した際、はんだ転写用治具84を良好な状態で吸着できる。
このとき、第2のはんだ転写面85aだけでなく、凸部85の側壁(側面)にもはんだ粉末77が付着する。また、図21に示すように、凸部85に押圧された粘着層74が盛り上がることで、凸部85の側壁(側面)に粘着層74を構成する粘着剤が付着する。
次いで、第1の封止体71が形成されたチップ積層体62の他面62bとステージ55の他面55aとが接触するように、ステージ55上に第1の封止体71が形成されたチップ積層体62を載置(吸着)する。
次いで、ボンディングツール58を移動させることで、第2のはんだ転写面85aと第1のはんだ転写面とを対向配置させ、その後、ボンディングツール58を下方に移動させて、第2のはんだ転写面85aに一次転写され、かつ溶融したはんだ粉末77と第1のはんだ転写面27aとを接触させる。
これにより、第1のはんだ転写面27aに、第2のはんだ転写面85aに一次転写され、かつ溶融したはんだ粉末77が二次転写される。
特に、第1の表面バンプ電極21を狭ピッチで配置した場合に有効である。
その後、溶融したはんだ粉末77をリフロー処理することで、第1のはんだ転写面27aに、はんだ粉末77よりなり、かつ半球状とされたはんだ層86を形成する。
ここで、図12を参照して、配線母基板93の構成について説明する。
配線母基板93は、絶縁基板95と、接続パッド97と、外部接続用パッド98(ランド)と、配線パターン101と、第1のソルダーレジスト103と、第2のソルダーレジスト105と、を有する。
接続パッド97は、配線基板形成領域Eに位置する絶縁基板95の一面95a(配線基板91の一面)に複数設けられている。接続パッド97は、ワイヤバンプ107が配置されるバンプ形成面97aを有する。
配線パターン101は、絶縁基板95に内設されている。配線パターン101は、一端が接続パッド97と接続されており、他端が外部接続用パッド98と接続されている。これにより、配線パターン101は、接続パッド97と外部接続用パッド98とを電気的に接続している。
第2のソルダーレジスト105は、複数の外部接続用パッド98の端子搭載面98aを露出するように、絶縁基板95の他面95bに設けられている。
具体的には、ワイヤバンプ107(凸形状のバンプ)は、例えば、金(Au)または銅(Cu)等よりなるワイヤの先端を溶融して先端にボールを形成し、次いで、該ボールが形成されたワイヤを接続パッド97のバンプ形成面97aに超音波で熱圧着し、その後、ワイヤの後端を引き切ることで形成する。
具体的には、例えば、ディスペンサー(図示せず)から第1の接着部材109の母材となるNCP(Non Conductive Paste)を供給することで、第1の接着部材109を形成する。なお、第1の接着部材109の形成は、全ての配線基板形成領域Eに対して行う。
これにより、第4の半導体チップ14が配線基板91に対してフリップチップ実装される。
なお、第4の半導体チップ14は、配線母基板93を構成する全ての配線基板91に対して実装する。
第2の接着部材111は、配線母基板93に実装された全ての第4の半導体チップ14に対して形成する。
その後、第2の接着部材111を介して、第4の半導体チップ14に対してチップ積層体62を押圧することで、はんだ層86を介して、ワイヤバンプ107と第1の表面バンプ電極21とを電気的に接続(接合)させる。
チップ積層体62の実装は、配線母基板91に実装された全ての第4の半導体チップ14に対して行う。
その後、成型金型に設けられたゲート部(図示せず)からキャビティ内に加熱溶融されたエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂(第2の封止体114の母材)を注入する。
その後、所定の温度(例えば、180℃)で該熱硬化性樹脂をキュアすることにより、完全に硬化した熱硬化性樹脂よりなり、かつ上面114aが平坦とされた第2の封止体114が形成される。
この場合、複数のはんだボール(外部接続端子116)を吸着保持可能な吸着孔(図示せず)を備えたマウントツール118により、外部接続用パッド98の端子搭載面98aにはんだボール(外部接続端子116)を搭載する。
よって、はんだに起因する第1の表面バンプ電極21間のショートの発生を抑制できると共に、第1の表面バンプ電極21の第1のはんだ転写面27aに十分な厚さのはんだ層86を形成できる。
上記はんだ層86の形成方法は、特に、第1の表面バンプ電極21を狭ピッチで配置した場合に有効である。
Claims (6)
- 一面に第1のはんだ転写面を有する第1のバンプ電極が配置された第1の半導体チップを準備する工程と、
一面を覆うはんだ粉末を有するはんだ転写部材を準備する工程と、
前記はんだ転写部材をステージ上に載置する工程と、
一面に前記第1のはんだ転写面と対向する第2のはんだ転写面を有する凸部が配置され、かつ他面が平坦な面とされたはんだ転写用治具を準備する工程と、
前記はんだ転写用治具を加熱すると共に、前記第2のはんだ転写面と前記はんだ粉末とを対向配置させる工程と、
加熱された前記凸部と前記ステージとで前記はんだ転写部材を挟み込み、前記凸部と接触する前記はんだ粉末を溶融させて、前記第2のはんだ転写面に溶融した前記はんだ粉末を一次転写する工程と、
前記第1の半導体チップを加熱し、前記第1のはんだ転写面と前記第2のはんだ転写面に前記一次転写され、かつ溶融した前記はんだ粉末とを接触させることで、前記第1のはんだ転写面に溶融した前記はんだ粉末を二次転写する工程と、
前記第1のはんだ転写面に二次転写され、かつ溶融した前記はんだ粉末をリフロー処理することで、前記第1のはんだ転写面に前記はんだ粉末よりなるはんだ層を形成する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記二次転写する工程では、前記一次転写する工程における前記はんだ転写用治具の温度よりも低い第1の温度で前記はんだ転写用治具を加熱すると共に、前記第1の半導体チップの温度が前記第1の温度よりも高い第2の温度となるように、前記第1の半導体チップを加熱することを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第2のはんだ転写面と前記はんだ粉末とを対向配置させる工程では、ボンディングツールにより、前記はんだ転写用治具の他面を吸着すると共に、前記ボンディングツールに内蔵されたヒーターにより前記はんだ転写用治具を加熱することを特徴とする請求項1または2記載の半導体装置の製造方法。
- 前記はんだ転写部材として、基材、該基材上に配置された粘着層、及び該粘着層の一面を覆うはんだ粉末を有するはんだ転写シートを用いることを特徴とする請求項1乃至3のうち、いずれか1項記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1の半導体チップを準備する工程と前記第2のはんだ転写面と前記はんだ粉末とを対向配置させる工程との間に、
前記第1の半導体チップの他面側に、少なくとも1つの第2の半導体チップと、第3の半導体チップと、を順次積層実装することで、前記第1乃至第3の半導体チップよりなり、かつ一面に前記第1のバンプ電極が配置されたチップ積層体を形成する工程と、
前記チップ積層体を構成する前記第1乃至第3の半導体チップ間を封止する第1の封止体を形成する工程と、
を有し、
前記二次転写する工程では、前記第1の半導体チップを加熱する替わりに、前記第1の封止体が形成された前記チップ積層体を加熱することを特徴とする請求項1乃至4のうち、いずれか1項記載の半導体装置の製造方法。 - 一面に配置された接続パッド、及び他面に配置され、前記接続パッドと電気的に接続された外部接続用パッドを有する配線基板を準備する工程と、
一面に配置された第2のバンプ電極、及び他面に配置され、かつ前記第2のバンプ電極と電気的に接続された第3のバンプ電極を有する第4の半導体チップを準備する工程と、
前記接続パッドと前記第2のバンプ電極とを電気的に接続することで、前記配線基板に対して前記第4の半導体チップを実装する工程と、
前記はんだ層を介して、前記第3のバンプ電極と前記第1のバンプ電極とを電気的に接続することで、前記第4の半導体チップに対して前記チップ積層体を実装する工程と、
を含むことを特徴とする請求項5記載の半導体装置の製造方法。
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