JP2015173139A - 半導体装置の製造方法、および半導体チップ積層体 - Google Patents

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Abstract

【課題】2つの半導体チップの電極同士を接続するためのはんだ層の量および高さを確保可能にした半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】一面に第1のバンプ電極が設けられた第1の半導体チップを準備し、一面に第2のバンプ電極、第2のバンプ電極の頂面に形成されたメタル層、およびメタル層の最側端部よりも内側に、最側端部が位置するようにメタル層上に形成された第1のはんだ層が設けられ、他面に第3のバンプ電極および第2のはんだ層が設けられた第2の半導体チップを準備し、第3のバンプ電極を第2のはんだ層を介して第1のバンプ電極に電気的に接続するように、第2の半導体チップを第1の半導体チップ上に積層したチップ積層体を形成し、チップ積層体の第2の半導体チップの一面上にフラックスを供給し、フラックス供給後のチップ積層体をはんだ層の融点以上に加熱した後、フラックスを除去する。【選択図】図12

Description

本発明は、複数の半導体チップが積層された半導体装置の製造方法、および半導体チップ積層体に関する。
複数のメモリチップを積層したメモリチップ積層体を、配線基板上に搭載されたロジックチップ上に積層した半導体装置の一例が特許文献1に開示されている。メモリチップ積層体は、配線基板上に搭載されたロジックチップのバンプ電極との電気的な接続の信頼性を確保するために、最上層のメモリチップのバンプ電極にはんだ層を配置する必要がある。特許文献1に開示された、半導体装置の製造方法では、はんだ転写シートを用いて、メモリチップ積層体の最上層のメモリチップのバンプ電極上にはんだ層を転写することで、最上層のメモリチップのバンプ電極上にはんだ層を形成している。
特開2013−219231号公報
しかし、バンプ電極間のショートを防ぐために、転写シートに予め設けられるはんだ層の量を抑制してしまうと、最上層のメモリチップのバンプ電極とロジックチップのバンプ電極との接合の信頼性を確保するのに必要な量および高さのはんだ層を形成できないという問題がある。
本発明の半導体装置の製造方法は、
一面に形成された第1のバンプ電極を有する第1の半導体チップを準備する工程と、
一面に形成された第2のバンプ電極と、前記第2のバンプ電極の頂面に形成されたメタル層と、前記メタル層の最側端部よりも内側に、最側端部が位置するように前記メタル層上に形成された第1のはんだ層と、他面に形成された第3のバンプ電極と、前記第3のバンプ電極上に形成された第2のはんだ層とを有する第2の半導体チップを準備する工程と、
前記第3のバンプ電極を前記第2のはんだ層を介して前記第1のバンプ電極に電気的に接続するように、前記第2の半導体チップを前記第1の半導体チップ上に積層し、チップ積層体を形成する工程と、
前記チップ積層体を形成する工程後、前記第2のバンプ電極、前記メタル層及び前記第1のはんだ層を覆うように、前記チップ積層体の前記第2の半導体チップの一面上にフラックスを供給する工程と、
前記フラックスを供給する工程後、前記チップ積層体を前記はんだ層の融点以上に加熱する工程と、
前記フラックスを洗浄して該フラックスを前記チップ積層体から除去する工程と、を有する。
本発明の半導体チップ積層体は、
一面から突出する第1のバンプ電極を有する第1の半導体チップと、
一面から突出する第2のバンプ電極と、前記第2のバンプ電極の頂面に形成されたメタル層と、前記メタル層の最側端部よりも内側に最側端部が位置するように前記メタル層上に形成された第1のはんだ層と、他面から突出する第3のバンプ電極と、前記第3のバンプ電極上に形成された第2のはんだ層とを有し、前記第2のはんだ層を介して前記第3のバンプ電極が前記第1のバンプ電極と電気的に接続するように前記第1の半導体チップ上に積層された第2の半導体チップと、
を有する。
本発明によれば、積層される2つの半導体チップのうち、これらのチップの電極同士を接続するためのはんだ層の最側端がはんだ層の下層に相当するメタル層の最側端部よりも内側に位置している。そのため、チップ積層体の形成過程の熱履歴ではんだ層がバンプ電極の側面に回り込みことが抑制され、メタル層上のはんだ層の量および高さを確保でき、2つの半導体チップのバンプ電極同士の接合の信頼性が向上する。
第1の実施形態の半導体装置の一構成例を示す断面図である。 図1に示したメモリチップ積層体の一構成例を示す平面図および断面図である。 図2に示すメモリチップ積層体を構成する複数のメモリチップのそれぞれの構成例を示す断面図である。 図3(a)に示すメモリチップ10cのバンプ電極の要部を示す拡大図である。 第1の実施形態のメモリチップのウエハプロセス工程が終了してからダイシングまでのフローを示す断面図である。 第1の実施形態のメモリチップのウエハプロセス工程が終了してからダイシングまでのフローを示す断面図である。 第1の実施形態のメモリチップの表面側のバンプ電極の形成フローを示す断面図である。 第1の実施形態のメモリチップの表面側のバンプ電極の形成フローを示す断面図である。 第1の実施形態のメモリチップの表面側のバンプ電極の形成フローを示す断面図である。 第1の実施形態のメモリチップ積層体の形成工程を示す断面図である。 はんだ層のリシェープ工程を示す断面図である。 はんだ層のリシェープ工程を説明するための、バンプ電極の要部を示す拡大図である。 はんだ層のリシェープ工程を説明するための、バンプ電極の要部を示す拡大図である。 関連技術におけるバンプ電極上のはんだ層のリシェープ工程を示す断面図である。 第1の実施形態の半導体装置の組立フローを示す断面図である。 第1の実施形態の半導体装置の組立フローを示す断面図である。 第1の実施形態のメモリチップにおけるバンプ構造の変形例の要部を示す断面図である。 図17に示したバンプ構造の形成フローを示す断面図である。 図17に示したバンプ構造の形成フローを示す断面図である。 第2の実施形態におけるメモリチップ積層体の形成フローを示す断面図である。 第2の実施形態におけるメモリチップ積層体の形成フローを示す断面図である。 第2の実施形態におけるメモリチップ積層体の形成フローを示す断面図である。 第2の実施形態におけるメモリチップ積層体の形成フローを示す断面図である。 第2の実施形態におけるメモリチップ積層体が、ロジックチップ以外の他のチップに搭載された半導体装置の一構成例を示す断面図である。
上述の課題を解決するために、本願の発明者によってメモリチップ積層体を形成する技術が検討されている。その技術の一例が特願2013−034406号(以下では、先願と称する)で検討されている。先願に紹介されている技術は、予め表裏面のバンプ電極の両方にはんだ層を設けた最上層のメモリチップを準備し、両面のバンプ電極にはんだ層を設けたメモリチップを他のメモリチップ上に積層し、最上層のメモリチップのバンプ電極上にはんだ層を形成するものである。
しかしながら、両面のバンプ電極に予めはんだ層を形成した最上層のメモリチップを他のメモリチップ上に積層する方法では、メモリチップ積層体を形成する過程の熱履歴によって、ロジックチップのバンプ電極に接合する最上層のメモリチップの表面バンプ上のはんだ層の表面形状が変形してしまう問題がある。変形とは、表面に凹凸が形成されることである。最上層のメモリチップのはんだ層の表面形状の変形による凹凸によって、最上層のメモリチップをロジックチップのバンプ電極と接合する際に、はんだ層にボイドが残るおそれがある。また、表面バンプ上のはんだ層の表面が酸化することで、ロジックチップとの接合時に濡れ不足となるおそれもある。
そこで、本願の発明者は、その問題を解決するために検討を行った。以下に、本願の発明者の検討結果による実施形態を説明する。
(第1の実施形態)
本実施形態の半導体装置の構成を説明する。本実施形態の半導体装置がCoC(Chip On Chip)型の半導体装置の場合で説明する。
図1は本実施形態の半導体装置の一構成例を示す断面図である。
本実施形態の半導体装置1は、複数のメモリチップからなるメモリチップ積層体5と、ロジックチップ11とを有する。図1に示すように、ロジックチップ11は配線基板17上に設けられ、メモリチップ積層体5はロジックチップ11上に設けられている。
図1に示す断面図では、メモリチップ積層体5の最下層にメモリチップ10cが配置され、最上層にメモリチップ10aが配置されている。メモリチップ10cとメモリチップ10aの間に、メモリチップ10b−1とメモリチップ10b−2が積層されている。隣り合うメモリチップは表面バンプ22、貫通電極24および裏面バンプ25を介して電気的に接続されている。メモリチップ10a、10b−1、10b−2、10cは、例えば、DRAM(Dynamic Random Access Memory)チップである。
これら複数のメモリチップの側面はアンダーフィル材42で覆われ、メモリチップ間の隙間にアンダーフィル材42が埋め込まれている。また、メモリチップ10cとロジックチップ11の隙間にNCP(Non Conductive Paste)18が埋め込まれている。ロジックチップ11と配線基板17の隙間にアンダーフィル材41が埋め込まれている。メモリチップ積層体5およびロジックチップ11を含む構成が封止樹脂19で覆われている。
配線基板17は、絶縁基材45と、絶縁膜46、47とを有する。絶縁基材45の2つの面のうち、一方の面に絶縁膜46が設けられ、他方の面に絶縁膜47が設けられている。絶縁膜47側には、ロジックチップ11と接続するための複数の接続パッド43が設けられている。絶縁膜46側には、外部端子となるはんだボール16を接続するための複数のランド15が設けられている。
次に、メモリチップ積層体5の構成を詳しく説明する。
図2は図1に示したメモリチップ積層体の一構成例を示す平面図および断面図である。図2(b)は図1に示したメモリチップ積層体5の上下を逆にした場合の断面図である。つまり、図2(b)に示す断面図では、メモリチップ10cがメモリチップ積層体5の最上層に位置し、メモリチップ10aが最下層に位置している。図2(a)は図2(b)に示すメモリチップ積層体5の上面図である。
図3は図2に示すメモリチップ積層体に含まれる複数のメモリチップのそれぞれの構成例を示す断面図である。図4は図3(a)に示すメモリチップ10cのバンプ電極の要部を示す拡大図である。
図2に示すように、メモリチップ積層体5は、メモリチップ10a、メモリチップ10b−1、メモリチップ10b−2およびメモリチップ10cを有する。説明のためにメモリチップ10b−1とメモリチップ10b−2に異なる符号を付しているが、これら2つのメモリチップは構成が同じである。以下では、メモリチップ10b−1とメモリチップ10b−2を区別しない場合、符号「10b」を用いて説明する。
図3(a)〜図3(d)に示すメモリチップ10a〜10cのそれぞれのシリコン基板21の2つの面のうち、一方の面を表面と称し、他方の面を裏面と称する。シリコン基板21の表面側に設けられたバンプ電極を表面バンプと称し、シリコン基板21の裏面側に設けられたバンプ電極を裏面バンプと称する。
図3(a)〜図3(d)に示すように、メモリチップ10a〜10cのそれぞれは、シリコン基板21の表面に回路形成層26が設けられ、回路形成層26にメモリ回路(不図示)が形成されている。シリコン基板21の表面側には、メモリ回路と電気的に接続される電極パッド31(図4参照)が予め決められたレイアウトにしたがって配置されている。メモリチップ10a〜10cは、各チップに搭載されるメモリ回路と、メモリ回路に接続される複数の電極パッドのレイアウトが共通している。
図3を参照して、メモリチップ10aとメモリチップ10bを比較すると、いずれのチップも表面バンプ22が設けられている。一方、メモリチップ10bに貫通電極24が設けられ、メモリチップ10bの裏面側にはんだ層23および裏面バンプ25が設けられているが、メモリチップ10aには、これらの構成が設けられていない。
図3を参照して、メモリチップ10bとメモリチップ10cを比較すると、いずれのチップも貫通電極24が設けられ、各チップの表面側に表面バンプ22が設けられ、各チップの裏面側にはんだ層23および裏面バンプ25が設けられている。一方、メモリチップ10cの表面バンプ22上にはんだ層23が設けられているが、メモリチップ10bの表面側にははんだ層23は設けられていない。
電極構造に注目すると、メモリチップ積層体5を構成する4つのメモリチップには、3種類の電極構造があることがわかる。これら4つのチップの電極構造に関して、チップ間で共通する構成と、チップ間で異なる構成とに分けて、図4を参照して説明する。
ここで、図4がメモリチップ10cのバンプ電極の要部を示す拡大図であることに注意する必要がある。図4は、電極構造について、4つのメモリチップに共通する構成を表しているが、メモリチップ10cに特有な構成も表している。
はじめに、メモリチップ10a〜10cに共通する部分の構成を説明する。
図4に示すように、回路形成層26の上には絶縁性の保護膜として絶縁膜33が形成されており、絶縁膜33が回路形成層26の上面を保護している。絶縁膜33には開口部が設けられ、開口部はシード層32で覆われている。電極パッド31はシード層32を介して表面バンプ22と接続されている。電極パッド31と表面バンプ22はシリコン基板21の表面と平行な面における位置が同じなので、図2(a)に示す、表面バンプ22の位置を参照することで、電極パッド31のレイアウトを把握できる。
表面バンプ22は、例えば、材料がCuで構成される柱状体である。図4に示すように、表面バンプ22は、チップ表面から垂直方向に突出するように形成されている。表面バンプ22上にはCu拡散防止用のメタル層としてメッキ層27が形成されている。メッキ層27の材料は、本実施形態では、Niである。メッキ層27は、図4に示すように、表面バンプ22の側面に対して垂直方向(シリコン基板21の表面に平行)に突出するように、表面バンプ22の上面の上に形成されている。つまり、シリコン基板21の表面に平行なパターンで比較すると、メッキ層27のパターンの方が表面バンプ22のパターンよりも大きい。なお、メッキ層27の上に酸化防止用のAuメッキ層が設けられていてもよい。
次に、メモリチップ10a〜10cに共通しない部分のうち、メモリチップ10bおよびメモリチップ10cに共通する部分の構成を説明する。
図4に示すように、シリコン基板21には、電極パッド31に対応する位置に貫通孔が設けられ、貫通孔に導体(例えば、Cu)が充填された貫通電極24が形成されている。シリコン基板21の裏面側には、複数の裏面バンプ25が形成されている。裏面バンプ25は電極パッド31と同じレイアウトで配置されている。
複数の裏面バンプ25のそれぞれは対応する表面バンプ22と貫通電極24を介して電気的に接続されている。裏面バンプ25は、例えば、材料がCuで構成される柱状体である。図4に示すように、裏面バンプ25は、チップ裏面から垂直方向に突出するように形成されている。
裏面バンプ25の表面上に、はんだ層23が設けられている。はんだ層23の材料は、本実施形態では、Sn/Agである。はんだ層23は、N2環境下でリフローされることで一旦溶融された後、図4に示すように、裏面バンプ25上に半球状に配置される。
次に、メモリチップ10cに特有な部分の構成を説明する。
最上層のメモリチップ10cでは、図4に示すように、表面バンプ22上のメッキ層27の上面にメッキ層27の外縁に沿ってSiN膜35が設けられている。そして、メッキ層27の上面でSiN膜35の内側の領域に、はんだ層23が設けられている。このはんだ層23の材料は、裏面バンプ25側と同じSn/Agである。表面バンプ22側のはんだ層23は、N2環境下でリフローされることで、一旦溶融した後、図4に示すように、表面バンプ22上に半球状に形成される。
また、表面バンプ22上のはんだ層23の厚さが裏面バンプ25上のはんだ層23の厚さよりも大きくなるように、表面バンプ22上のはんだ層23が構成されている。例えば、表面バンプ側のはんだ層23の厚さは10μm以上であり、裏面バンプ側のはんだ層の厚さは7.5μmである。表面側のはんだ層23の厚さを大きくすることで、ロジックチップ11等の異種チップのバンプとの接合の信頼性を向上させることができる。
次に、本実施形態の半導体装置1の製造方法を説明する。はじめに、メモリチップ10cについて、ウエハプロセス工程が終了してからダイシングまでのフローを説明する。
図5および図6は本実施形態のメモリチップのウエハプロセス工程が終了してからダイシングまでのフローを示す断面図である。
図5(a)は、ウエハプロセス工程で半導体ウエハ(以下では、単に「ウエハ」と称する)70に複数のメモリチップ10cのメモリ回路(不図示)を形成し、表面バンプ22およびはんだ層23を形成した後の断面構造を示す図である。表面バンプ22およびはんだ層23の形成方法は後で詳しく説明する。図5(a)に示す領域52が1つのメモリチップ10cに相当する。シリコン基板21の表面側に領域52毎にメモリ回路が形成されている。ダイシングライン51に沿ってウエハ70を切断することで、複数のメモリチップ10cに分離することができる。
図5(a)に示すウエハ70を準備した後、シリコン基板21の表面側に仮接着層54を用いてウエハサポート基板53を貼り付ける。図5(b)に示したウエハ70のウエハサポート基板53をバックグラインド装置(不図示)に固定し、図5(c)に示すように、シリコン基板21の厚みが所定の厚みになるまで裏面側からシリコン基板21を研削する。図5(c)に示す破線は、研削前のシリコン基板21の裏面の位置を示す。
続いて、表面バンプ22に対応する位置に、研削後のシリコン基板21の裏面から電極パッド31に達する開口をドライエッチングで形成する。そして、図6(a)に示すように、その開口に導体を埋め込んで貫通電極24を形成する。その後、貫通電極24の上に裏面バンプ25およびはんだ層23を形成する。仮接着層54およびウエハサポート基板53を除去する。
次に、図6(b)に示すように、シリコン基板21の裏面側に仮接着層55を用いてダイシングテープ56を貼り付ける。図6(c)に示すように、ダイシングライン51(図5(a)参照)に沿ってダイシングブレード73でシリコン基板21を切断して、シリコン基板21を複数のメモリチップ10cに分離する。
ここで、図5(a)に示した表面バンプ22およびはんだ層23の形成方法を詳しく説明する。図7〜図9は本実施形態のメモリチップのウエハ状態における表面側のバンプ電極の形成フローを示す断面図である。
図4に示したシリコン基板21上の絶縁膜33に電極パッド31の上面の一部を露出させる開口を形成した後、開口および絶縁膜33上にスパッタリング処理によってメッキ給電用のシード層32を形成する。続いて、シード層32上に所定の厚さのフォトレジスト膜61を塗布した後、フォトレジスト膜61に対して露光処理および現像処理を行って、図7(a)に示すように、フォトレジスト膜61の電極パッド31に対応する位置に開口67を形成する。
図7(a)に示した開口67に、Cuを材料に用いて、所定の高さの表面バンプ22をメッキ処理によって形成する。さらに、図7(b)に示すように、表面バンプ22の頂面上に、Niを材料に用いてメッキ層27をメッキ処理によって形成する。なお、メッキ層27の上に酸化防止用のAuメッキ層を形成してもよい。
続いて、フォトリソグラフィ工程によって、図7(c)に示すように、メッキ層27の周端部を除く領域のメッキ層27上にフォトレジスト膜62を形成する。開口67のパターンを円とすると、フォトレジスト膜62のパターンはメッキ層27のパターンと中心が同じ円になる。つまり、メッキ層27およびフォトレジスト膜62のパターンは同心円である。図7(c)に示すように、フォトレジスト膜62のパターンの方がメッキ層27のパターンよりも直径が短い。メッキ層27の露出部はメッキ層27の周囲に沿って均等であることが望ましい。
次に、図8(a)に示すように、フォトレジスト膜62をマスクにして、メッキ層27の露出部の上とフォトレジスト膜61の上にSiN膜35を形成する。SiN膜35は、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法により、300℃前後の低温で形成される。フォトレジスト膜61、62には、300℃以上の耐熱性のあるフォトレジストが用いられる。以下に、メッキ層27の露出部の上とフォトレジスト膜61の上にSiN膜35を形成する方法の一例を説明する。
図7(c)に示した、メッキ層27の露出部およびフォトレジスト膜61、62の上にプラズマCVD法でSiN膜35を形成する。続いて、フォトレジスト膜62上のSiN膜35が露出するようにSOG(Spin On Glass)膜をウエハ上に均等に塗布する。低温(例えば、200℃前後)でSOG膜を硬化させた後、フォトレジスト膜62上のSiN膜35をドライエッチングで除去する。その後、SOG膜をドライエッチングまたはウェットエッチングで除去する。このようにして、メッキ層27の露出部の上およびフォトレジスト膜61の上にSiN膜35を残し、フォトレジスト膜62からSiN膜35を除去することで、図8(a)に示す構造が形成される。
図8(a)に示した工程の後、メッキ層27上のSiN膜35を残して、フォトレジスト膜61とフォトレジスト膜61上のSiN膜35を除去する。その結果、図8(b)に示すように、メッキ層27の外縁に沿って外縁から内側の所定の幅の領域にSiN膜35が形成される。メッキ層27上にのみSiN膜35を残す方法として、例えば、フォトレジスト62の側面にSiO2膜でサイドウォールを形成し、サイドウォールをマスクにしてSiN膜35をエッチングする方法がある。SiO2膜は、SiN膜35と同様にプラズマCVD法を用いれば、低温で形成することが可能である。
続いて、図8(b)に示すように、SiN膜35およびメッキ層27の上面を露出するようにシード層32上にフォトレジスト膜63を形成する。次に、図8(c)に示すように、Sn/Agを材料に用いて、SiN膜35およびメッキ層27の上に、はんだ層23をメッキ処理によって形成する。
次に、図9(a)に示すように、フォトレジスト膜63を除去した後、シード層32の露出部分をエッチングにより除去する。シード層32をエッチングする際、表面バンプ22の側面も若干エッチングされる。そのため、図9(a)に示すように、表面バンプ22の側面よりもメッキ層27の側端部が水平方向に突出するように、表面バンプ22が形成される。その後、上述の処理が行われたウエハを、N2環境下において所定の温度でリフローすることで、図9(b)に示すように、はんだ層23がメッキ層27上に半球状に形成される。このようにして、図5(a)に示したように、ウエハ70の表面側にバンプ電極が形成される。その後、図5(b)を参照して説明したように、ウエハ70の表面側に仮接着層54を介してウエハサポート基板53が貼り付けられる。表面バンプ22は、仮接着層54に埋め込まれる。
本実施形態のバンプ電極では、メッキ層27の外縁から内側の所定の幅の領域に、はんだ層23との濡れ性の悪いSiN膜35が設けられているので、はんだ層23の最側端部がメッキ層27の最側端部よりも内側に配置される。そのため、はんだ層23の最側端部とメッキ層27の最側端部との間にギャップが形成される。
ここで、はんだ層23にとって「濡れ性の悪い」絶縁膜について、SiN膜35の場合で説明する。ある絶縁膜の上にはんだ層を形成し、はんだ層を溶融させたとき、その絶縁膜の表面に対して働く、はんだ層の表面張力は、絶縁膜の種類によって異なる。表面張力の違いは、はんだ層の絶縁膜の表面との接触角に現れる。つまり、接触角は、0度〜180度の範囲内において、表面張力に対応する値となる。本実施形態のように、絶縁膜がSiN膜である場合、上記の接触角は90度よりも大きい値となる。はんだ層23にとって、「濡れ性の悪い」絶縁膜とは、上記の接触角が90度よりも大きい絶縁膜を意味する。メッキ層27の外縁に沿って設けられる絶縁膜は、SiN膜35に限らず、はんだ層23に対して濡れ性の悪い絶縁膜であればよい。
本実施形態では、メッキ層27の外縁に沿ってはんだ層23との濡れ性の悪いSiN膜35が設けられている。そのため、リフローにより溶融したはんだ層23はSiN膜35上に広がることなく、半球状にメッキ層27の上に形成される。これにより、はんだ層23の最端部とメッキ層27の最端部との間にギャップが形成され、はんだ層23の最端部がメッキ層27の最端部より内側に位置するように構成される。
次に、メモリチップ積層体5の形成方法を説明する。図10は本実施形態のメモリチップ積層体の形成工程を示す断面図である。
図3(b)〜図3(d)に示したメモリチップ10a、メモリチップ10b−1およびメモリチップ10b−2を予め準備する。具体的には、メモリチップ10aの場合、ウエハプロセス工程でメモリ回路をウエハの表面側に形成し、表面側のバンプ電極をウエハに形成した後、ウエハから各メモリチップを切り離す。メモリチップ10bの場合、ウエハプロセス工程でメモリ回路をウエハの表面側に形成し、両面のバンプ電極と貫通電極をウエハに形成した後、ウエハから各メモリチップを切り離す。
図10(a)に示すように、メモリチップ10aが裏面でステージ74と接触するようにステージ74の上に搭載される。メモリチップ10aの裏面がステージ74に真空吸着され、メモリチップ10aがステージ74に固定される。メモリチップ10aの裏面にはバンプ電極が形成されていないので、ステージ74とメモリチップ10aとの間のすき間がほとんどない。そのため、真空吸引力によってメモリチップ10aはステージ74に良好に保持される。
次に、メモリチップ10b−1をボンディングツール73で真空吸着によって保持する。図10(a)に示すように、メモリチップ10b−1の表面がボンディングツール73の下面と対向するように、メモリチップ10b−1がボンディングツール73に保持される。ボンディングツール73とメモリチップ10b−1との間には、バンプ電極の高さに相当するすき間があるが、メモリチップ10b−1にかかる重力よりも真空吸引力の方が勝っているため、メモリチップ10b−1はボンディングツール73に良好に保持される。メモリチップ10b−1の裏面バンプ25のはんだ層23をフラックス槽に浸し、裏面バンプ25の先端にフラックスを転写させる。
続いて、図10(a)に示すように、メモリチップ10b−1の裏面バンプ25とメモリチップ10aの表面バンプ22の位置を一致させて、メモリチップ10b−1をメモリチップ10aの上にフリップチップボンディングにより積層する。これにより、メモリチップ10b−1の裏面バンプ25は、はんだ層23を介してメモリチップ10aの表面バンプ22と接合される。フリップチップボンディング時の加熱により溶融したはんだ層23は、メモリチップ10b−1の裏面バンプ25とメモリチップ10aの表面バンプ22の間に広がり、バンプ同士が良好に接合される。
メモリチップ10b−1と同様にして、メモリチップ10b−2をメモリチップ10b−1の上に積層する。これにより、メモリチップ10b−1の表面バンプ22とメモリチップ10b−2の裏面バンプ25とがはんだ層23を介して良好に接合される。図10(b)は、メモリチップ積層体5を構成する4つのメモリチップのうち、3つのメモリチップが積層された状態を示す。
次に、メモリチップ10cをメモリチップ10b−2に接続する工程を説明する。
メモリチップ10cの表面バンプ22に対応する位置に凹部76が設けられたボンディングツール75(図10(b)参照)を準備する。そして、メモリチップ10cの表面バンプ22が凹部76に位置するようにメモリチップ10cの表面をボンディングツール75の下面に対向させ、メモリチップ10cをボンディングツール75で真空吸着によって保持する。図10(b)に示すように、メモリチップ10cは、表面側をボンディングツール75に向け、かつ、表面バンプ22が凹部76に収容された状態で、ボンディングツール75に良好に保持される。ボンディングツール75でメモリチップ10cを保持したまま、メモリチップ10cの裏面バンプ25のはんだ層23をフラックス槽に浸し、裏面バンプ25の先端にフラックスを転写させる。
続いて、図10(b)に示すように、メモリチップ10cの裏面バンプ25とメモリチップ10b−2の表面バンプ22の位置を一致させて、メモリチップ10cをメモリチップ10b−2の上にフリップチップボンディングにより積層する。これにより、メモリチップ10cの裏面バンプ25は、はんだ層23を介してメモリチップ10b−2の表面バンプ22と接合される。フリップチップボンディング時の加熱により溶融したはんだ層23は、メモリチップ10cの裏面バンプ25とメモリチップ10b−2の表面バンプ22の間に広がり、バンプ同士が良好に接合される。
なお、メモリチップ10cについては、図4に示したように、両面のバンプ電極にはんだ層23が形成されているため、メモリチップ10cの搬送方法に注意する必要がある。例えば、メモリチップ10cをはんだ層の溶融温度以上に加熱することなく、バンプ電極の位置に凹部が設けられたコレット等の搬送器具で搬送することが好ましい。この方法によれば、製造後のメモリチップ10cのバンプ電極上のはんだ層が搬送器具に転写されることなく、メモリチップ10cをボンディングツール75の位置まで搬送できる。
上述の方法によれば、最上層のメモリチップ10cの表面バンプ22上に所望の厚さのはんだ層23を予め形成していても、はんだ層23を潰すことなく、3つのメモリチップの上に良好に積層することが可能である。また、メモリチップ10cの表面上のはんだ層23を潰すことがないため、隣接するバンプ間ではんだブリッジが起きてショート不良を発生することも抑制できる。
上述のようにしてチップ積層工程を完了したメモリチップ積層体5は、図10(c)に示すように、塗布ステージ79に貼り付けられた塗布用シート78の上に置かれる。塗布用シート78には、封止樹脂層となるアンダーフィル材42に対して濡れ性が悪い材料が用いられる。塗布用シート78として、例えば、フッ素系シート、およびシリコーン系接着材が塗布されたシートが用いられる。
図10(c)に示すように、塗布用シート78上に置かれたメモリチップ積層体5の上端近傍に、ディスペンサ77からアンダーフィル材42を供給する。供給されたアンダーフィル材42は、メモリチップ積層体5の周囲にフィレットを形成しつつ、隣り合うメモリチップ間の隙間に毛細管現象によって進入する。そして、アンダーフィル材42は、メモリチップ10aとメモリチップ10b−1の間、メモリチップ10b−1とメモリチップ10b−2の間、およびメモリチップ10b−2とメモリチップ10cの間の隙間を埋める。
アンダーフィル材42の供給後のメモリチップ積層体5を塗布用シート78の上に置いた状態で所定の温度、例えば、150℃程度で熱処理することで、アンダーフィル材42を熱硬化させる。その結果、図10(c)に示すように、メモリチップ積層体5の周囲を覆い、かつ、隣り合うメモリチップ間の隙間を埋めるアンダーフィル材42から成る封止樹脂層が形成される。封止樹脂層の熱硬化後、封止樹脂層を含むメモリチップ積層体5は塗布用シート78から外される。
本実施形態では、塗布用シート78として、アンダーフィル材42に対して濡れ性の悪い材料から成るシートを用いている。そのため、アンダーフィル材42をメモリチップ積層体5に供給する際、アンダーフィル材42の広がりが抑制され、フィレット幅が大きくなることを防げる。また、アンダーフィル材42を熱硬化させる際、アンダーフィル材42が塗布用シート78に付着するのを防止できる。さらに、塗布用シート78からメモリチップ積層体5を外す際、メモリチップ積層体5を塗布用シート78から容易に外すことができる。
また、本実施形態では、メモリチップ積層体5の最下層のメモリチップ10aの裏面にバンプ電極が設けられていないため、チップ裏面にアンダーフィル材42が回り込むことなく、良好に封止樹脂層が形成される。また、メモリチップ積層体5の側面が封止樹脂層で覆われ、チップ間が封止樹脂層で埋まるので、メモリチップ積層体5の外形形状が安定化する。そのため、図1に示した配線基板17上のロジックチップ11にメモリチップ積層体5をフリップチップボンディングで実装する際、メモリチップ積層体5を良好に保持でき、フリップチップ接合の信頼性を向上させることができる。
また、本実施形態では、4つのメモリチップを積層した後、アンダーフィルを供給し、メモリチップ間の隙間をアンダーフィルで充填するように構成したが、メモリチップの裏面にNCF(Non Conductive Film)を設けておき、メモリチップの積層によりメモリチップ間にNCFを充填するように構成しても良い。
次に、メモリチップ10cの表面バンプ22上のはんだ層23の形状を整えるためのリシェープ工程を説明する。
図11ははんだ層のリシェープ工程を示す断面図である。図12〜図13ははんだ層のリシェープ工程を説明するための、バンプ電極の要部を示す拡大図である。
はじめに、メモリチップ10cの表面バンプ22上のはんだ層23を再形成する必要があることを簡単に説明する。メモリチップ10cの表面バンプ22上のはんだ層23は、図7に示したように形成された後、熱履歴によって、図12(a)に示すように表面が変形してしまう。はんだ層23の表面の変形による凹凸は、ロジックチップ11のバンプ電極との接合の信頼性に悪影響を及ぼしてしまう。そのため、はんだ層23のリシェープ工程が必要となる。
はんだ層23のリシェープ工程では、まず、図11(a)に示すように噴射機構81等により、メモリチップ積層体5のメモリチップ10cの表面側の一面にフラックス65をスプレー塗布し、はんだ層23を覆うようにフラックス層を形成する。この処理により、図12(b)に示すように、メモリチップ10cの表面バンプ22およびはんだ層23がフラックス層で覆われる。
本実施形態では、フラックス65として、例えば、非活性ロジンタイプのフラックスが用いられる。非活性ロジンタイプのフラックスは、例えば、ロジンと溶剤により構成され、高粘度のフラックスである。高粘度のフラックスを用いることで、メモリチップ10cの表面バンプ22とはんだ層23を良好に覆うようにフラックス層を形成できる。
メモリチップ10cの表面側がフラックス65で覆われたメモリチップ積層体5は、N2環境下のリフロー炉内に置かれ、図11(b)および図12(c)に示すように、所定の温度、例えば、240℃程度まで加熱される。これにより、表面バンプ22上のはんだ層23が溶融され、図13(a)に示すように、はんだ層23の表面が滑らかな形状にリシェープされる。その後、フラックス65を所定の溶剤で洗浄することで、図11(c)および図13(b)に示すように、フラックス65を除去する。
ここで、本発明の関連技術の問題点を説明する。図14は、関連技術におけるバンプ電極上のはんだ層のリシェープ工程を示す断面図である。
図14(a)に示す構成は本実施形態における図12(b)に示す構成と対応しているため、図14(a)に示す構成の詳細な説明を省略する。図14(a)に示す関連技術では、表面バンプ122上のメッキ層127の最側端部とはんだ層123の最側端部とが、シリコン基板121の表面に平行な方向で、同じ位置になっている。
図14(a)に示すように、はんだ層123を覆うようにフラックス165を塗布した後、N2環境下のリフロー炉内で所定の温度まではんだ層123を加熱する。この加熱処理により、はんだ層123は、表面が滑らかな形状になるが、図14(b)に示すように、メッキ層27の側端部および表面バンプ122の側面に回り込んでしまうおそれがある。この場合、加熱処理が終了した後も(図14(c))、フラックス165を除去した後も(図14(d))、その形状が維持されることになる。
図14(a)を参照して説明したように、メッキ層127の最側端部と、はんだ層123の最側端部とが水平方向で同じ位置の場合、図14(b)に示すように、リフロー時に溶融したはんだ層123が、メッキ層127の側端部に回り込んでしまうおそれがある。はんだ層123のメッキ層127の側端部への回り込みの量が多いと、メッキ層127上のはんだ層123の量が少なくなり、はんだ層123の高さが低下する。さらに、はんだ層123がCuを材料とする表面バンプ122の側面に回り込むと、表面バンプ122の側面がはんだにより侵食され、バンプ電極が細くなる。これらの現象は、メモリチップ積層体とロジックチップとの接合の信頼性を低下させるおそれがある。
これらの問題に対して、本実施形態では、図4に示したように、メモリチップ10cの表面バンプ22において、シリコン基板21の表面に平行な方向で、はんだ層23の最端部がメッキ層27の最端部より内側に位置するように構成されている。そのため、図12(c)を参照して説明したように、リフロー時に溶融したはんだ層23がバンプ電極の側面に回り込むことなく、はんだ層23の表面をリシェープすることができる。メモリチップ積層体5の形成による熱履歴により、表面バンプ22のはんだ層23の表面が変形した場合でも、非活性ロジンタイプのフラックスを塗布し、N2環境下でリフローする際に、溶融したはんだ層23がバンプ電極の側面に回り込ませることなく、はんだ層23の表面をリシェープできる。
はんだ層23のバンプ電極の側面への回り込みを抑制することで、メッキ層27上のはんだ層23のはんだ量および高さを確保でき、ロジックチップ11のバンプ電極との接合の信頼性を向上できる。また、はんだ層23の表面をリシェープできるため、はんだ表面23の変形による凹凸に起因する、ロジックチップ11との接合部のはんだ層23へのボイドの発生を抑制でき、良好に接合できる。また、高粘度のフラックスにより表面バンプ22とはんだ層23が良好に覆われるため、はんだ層23の表面の酸化も少なく、良好にリシェープできる。
次に、半導体装置1の組立方法を説明する。図15〜図16は本実施形態の半導体装置の組立フローを示す断面図である。
図1に示した半導体装置1の組み立てに際して、まず、複数の製品形成部がレイアウトされた配線基板17を準備する。製品形成部は、配線基板17の表面にマトリックス状にレイアウトされている。製品形成部は、図15(a)に示すダイシングライン85で区分けされている。以下に説明する方法で、ダイシングライン85で区分けされた製品形成部毎に、半導体装置1が組み立てられる。
配線基板17の絶縁基材45として、例えば、ガラスエポキシ基板が用いられる。図1を参照して説明したように、配線基板17の絶縁膜46側には複数の接続パッド43が設けられ、絶縁膜47側には複数のランド15が設けられている。これらの接続パッド14のそれぞれは、対応するランド15と配線によって接続されている。ランド15は、配線基板17の絶縁膜46側に所定の間隔、例えば、格子状に配置されている。
配線基板17の準備が完了すると、図15(a)に示すように、配線基板17の各製品形成部上にロジックチップ11が搭載される。ロジックチップ11の表面バンプ22は、はんだ層23を介して接続パッド43とフェースダウンボンディングにより接合される。ロジックチップ11は、メモリチップ10b、10cと同様に、表面バンプ22と裏面バンプ25は貫通電極24を介して電気的に接続されている。配線基板17とロジックチップ11の間の隙間にアンダーフィル材41を供給し、所定の温度で熱処理することで、アンダーフィル材41を熱硬化させる。
次に、ボンディングツール73のような治具を用いてメモリチップ10aの裏面を真空吸着してメモリチップ積層体5を保持し、図15(b)に示すように、各製品形成部のロジックチップ11上にメモリチップ積層体5を搭載する。そして、ロジックチップ11の裏面バンプ25とメモリチップ10cの表面バンプ22とを接合するために、ロジックチップ11上にメモリチップ積層体5をフリップチップボンディングにより積層する。このボンディング時の熱によりメモリチップ10cの表面バンプ22上のはんだ層23が溶融して、ロジックチップ11の裏面バンプ25とメモリチップ10cの表面バンプ22とが接合される。
なお、図15(b)に示すように、メモリチップ積層体5をロジックチップ11上に実装することで、メモリチップ10aは、メモリチップ積層体5における最上層チップとなる。
ここで、配線基板に搭載されたロジックチップ11の裏面上には、予めポッティング等によりNCP(Non Conductive Paste)が塗布されており、ロジックチップ11上にメモリチップ積層体5をフリップチップボンディングにより搭載することで、NCP18がメモリチップ積層体5とロジックチップ11の間に広がり、その隙間を埋める。メモリチップ積層体5の搭載後、所定の温度、例えば、150℃程度で熱処理することで、NCP18を熱硬化させる。
次に、ロジックチップ11およびメモリチップ積層体5が搭載された配線基板17は、トランスファモールド装置(不図示)の上型と下型から成る成型金型にセットされ、モールド工程に移行する。
成型金型の上型には、ロジックチップ11およびメモリチップ積層体5を一括して覆うキャビティ(不図示)が設けられており、ロジックチップ11およびメモリチップ積層体5がキャビティ内に収容される。その後、キャビティ内に加熱溶融させた封止樹脂を注入し、ロジックチップ11およびメモリチップ積層体5の両方を覆うようにキャビティ内に封止樹脂を充填する。封止樹脂には、例えば、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を用いる。
続いて、キャビティ内を封止樹脂で充填した状態で、所定の温度、例えば、180℃程度で熱処理することで封止樹脂を熱硬化させる。これにより、図15(c)に示すように、各製品形成部上に搭載されたロジックチップ11およびメモリチップ積層体5を覆う封止樹脂層19が形成される。さらに、所定の温度でベークすることで、封止樹脂層19を完全に硬化させる。
本実施形態では、メモリチップ積層体5およびロジックチップ11のチップ間の隙間にアンダーフィル材42およびNCP18を充填した後、これらのチップ積層体全体を覆う封止樹脂層19を形成している。そのため、半導体チップどうしの隙間にボイドが発生するのを抑制できる。
封止樹脂層19を形成した後、ボールマウント工程に移行する。図16(a)に示すように配線基板17のランド15に、半導体装置1の外部端子となるはんだボール16を形成する。
ボールマウント工程では、配線基板17の複数のランド15と位置が一致する複数の吸着孔を備えたマウントツール(不図示)が用いられる。このマウントツールで複数のはんだボール16を真空吸着によって保持し、複数のはんだボール16にフラックスを転写した後、複数のはんだボール16を配線基板17の複数のランド15に一括して搭載する。図16(a)に示すように、全ての製品形成部に対して、はんだボール16の搭載が完了した後、配線基板17をリフローすることで各はんだボール16と各ランド15とを接続する。
はんだボール16の接続が完了すると、基板ダイシング工程に移行する。図16(a)に示した構造を、図15(a)に示したダイシングライン85に沿って製品形成部毎に切断分離することで、図16(b)に示すように、CoC型の半導体装置1が形成される。
次に、本実施形態のメモリチップ積層体5において、バンプ構造の変形例を説明する。
図17は本実施形態のメモリチップにおけるバンプ構造の変形例の要部を示す断面図である。
本変形例においては、図17に示すように、表面バンプ22上に形成されるメッキ層27は、外縁から内側の所定の幅の領域である周辺領域よりも中心側の領域である中央領域が高い構成である。周辺領域には、中央領域よりも低い段差部86が設けられている。そして、メッキ層27の中央領域の上にはんだ層23が形成されることによって、はんだ層23の最端部が、メッキ層27の最端部より内側に位置するように構成されている。そのため、本変形例においても、はんだ層23の最端部が、メッキ層27の最端部より内側に位置するように構成されたことで、図4に示したバンプ構造と同様な効果が得られる。
次に、図17に示したバンプ構造の形成方法を説明する。図18〜図19は図17に示したバンプ構造の形成フローを示す断面図である。
図7(a)および図7(b)を参照して説明した方法と同様にして、図18(a)および図18(b)に示すように、絶縁膜33の上にシード層32、フォトレジスト膜61、表面バンプ22、およびメッキ層68を形成する。メッキ層68を形成する際、メッキ層68の厚さが図7(b)に示したメッキ層27の厚さの半分になるようにする。
続いて、フォトリソグラフィ工程によって、図18(c)に示すように、開口72を有するフォトレジスト膜64を形成する。フォトレジスト膜64は、フォトレジスト膜61の上面を覆うとともに、メッキ層68の周端部の上面を覆っている。
メッキ層68のパターンを円とすると、開口72のパターンはメッキ層68のパターンと中心が同じ円になる。つまり、メッキ層68および開口72のパターンは同心円である。図18(c)に示すように、開口72のパターンの方がメッキ層68のパターンよりも直径が短い。メッキ層68の上面のうち、フォトレジスト膜64で覆われた部分はメッキ層68の周囲に沿って均等であることが望ましい。
次に、図18(d)に示すように、メッキ層68の上面のうち、露出した面の上に、Niを材料に用いてメッキ層69をメッキ処理によって形成する。メッキ層69を形成する際、メッキ層69の厚さが図7(b)に示したメッキ層27の厚さの半分になるようにする。メッキ層68とメッキ層69の厚さの合計が図7(b)に示したメッキ層27と同じになる。以下では、メッキ層68およびメッキ層69からなるメッキ層の符号を「27」として説明する。
なお、本変形例では、メッキ層68とメッキ層69の厚さが同じ場合で説明するが、これら2層のメッキ層の厚さが図7(b)に示したメッキ層27の厚さと同じであれば、これら2層のメッキ層の厚さが異なってもよい。メッキ層69がメッキ層27の中央領域に相当し、メッキ層68においてメッキ層69で覆われていない面がメッキ層27の周辺領域に相当する。中央領域の方が周辺領域に比べてメッキ層の厚さが厚くなっている。
その後、図19(a)に示すように、Sn/Agを材料に用いて、メッキ層27の上に、はんだ層23をメッキ処理によって形成する。続いて、フォトレジスト膜61、64を除去した後、図19(b)に示すように、シード層32の露出部分をエッチングにより除去する。シード層32の露出部分をエッチングする際、表面バンプ22の側面も若干エッチングされる。そのため、図19(b)に示すように、表面バンプ22の側面よりもメッキ層27の側端部が水平方向に突出するように、表面バンプ22が形成される。
上述の処理が行われたウエハを、N2環境下において所定の温度でリフローすることで、図19(c)に示すように、はんだ層23がメッキ層27上に半球状に形成される。
図18および図19を参照して説明したように、平面パターンの大きさが異なるメッキ層を積層形成することで、メッキ層27の外縁に段差部を形成することができる。本変形例においても、図4に示した構成と同様な効果が得られる。
(第2の実施形態)
本実施形態は、第1の実施形態で説明した半導体装置の製造方法に、CoW(Chip On Wafer)型の製造方法を適用したものである。本実施形態の半導体装置は第1の実施形態と同様なので、その構成についての詳細な説明を省略する。
本実施形態の半導体装置の製造方法を説明する。
本実施形態におけるメモリチップ積層体は、複数のメモリチップ10aが形成されたウエハを準備し、各メモリチップ10aの上にメモリチップ10b−1、メモリチップ10b−2およびメモリチップ10cを順に積層することで、形成される。図面を参照して、以下に、メモリチップ積層体の形成方法を詳しく説明する。
図20〜図23は本実施形態におけるメモリチップ積層体の形成フローを示す断面図である。
図20(a)に示すように、複数のメモリチップ10aが形成されたウエハ90を準備する。図20(a)は、ウエハプロセス工程でウエハ90に複数のメモリチップ10aのメモリ回路(不図示)を形成し、表面バンプ22およびメッキ層27を形成した後の断面構造を示す図である。図20(a)に示す領域88が1つのメモリチップ10aに相当する。シリコン基板21の表面側に領域88毎にメモリ回路が形成されている。図20(a)に示すダイシングライン87は隣り合う領域88の境界線である。
また、図3(a)〜図3(c)に示したメモリチップ10b−1、メモリチップ10b−2およびメモリチップ10cを準備する。具体的には、ウエハプロセス工程でメモリ回路をウエハの表面側に形成し、両面のバンプ電極と貫通電極をウエハに形成した後、ウエハから各メモリチップを切り離す。
次に、図20(b)に示すように、図20(a)に示した領域88の上にメモリチップ10b−1、メモリチップ10b−2およびメモリチップ10cの順で積層し、隣り合うチップの電極同士をフリップチップボンディングによって接続する。フリップチップボンディングによる電極接続方法は、図10(a)および図10(b)を参照して説明した方法と同様なので、その詳細な説明を省略する。
図20(b)に示したウエハ90において、メモリチップ間の隙間にアンダーフィル材42を充填する。その後、ウエハ90を所定の温度で熱処理することで、アンダーフィル材42を熱硬化させる(図20(c))。
次に、図20(c)に示したウエハ90の表面側にBG(バックグラインド)テープ91を貼り付ける。そして、BGテープ91が下面側になるように、BGテープ91を貼り付けたウエハ90をバックグラインド装置(不図示)に固定する。続いて、図21(a)に示すように、シリコン基板21の厚みが所定の厚みになるまでシリコン基板21の裏面側を研削する。図21(a)に示す破線は、研削前のシリコン基板21の裏面の位置を示す。その後、図21(b)に示すように、シリコン基板21の裏面側に仮接着層92を用いてダイシングテープ93を貼り付ける。
次に、メモリチップ10cのはんだ層23のリシェープ工程を説明する。
図21(b)に示したウエハ90のメモリチップ10cの表面側の一面にフラックス65をスプレー塗布し、はんだ層23を覆うようにフラックス層を形成する。この処理により、図22(a)に示すように、メモリチップ10cの表面バンプ22およびはんだ層23がフラックス層で覆われる。その後、メモリチップ10cの表面側がフラックス65で覆われたウエハ90は、N2環境下のリフロー炉内に置かれ、所定の温度まで加熱される。これにより、表面バンプ22上のはんだ層23が溶融され、図13(a)に示したように、はんだ層23の表面が滑らかな形状にリシェープされる。そして、図22(b)に示すように、メモリチップ10c上のフラックス65を洗浄により除去する。
メモリチップ10b−2の上にメモリチップ10cを積層するとき、およびアンダーフィル材42を熱硬化させるときなどの熱履歴により、メモリチップ10cの表面バンプ22上のはんだ層23の表面が、図12(a)に示したように変形してしまうおそれがある。本実施形態においても、上述したように、メモリチップ10cの表面側にフラックス層を形成し、N2環境下でリフローすることで、第1の実施形態と同様に、はんだ層23の表面が滑らかな形状にリシェープされる。
次に、図20(a)に示したダイシングライン87に沿って、図23(a)に示すように、ダイシングブレード99で図22(b)に示したウエハ90を切断する。これにより、図23(b)に示すように、ウエハ90を複数のメモリチップ積層体5に分離する。
本実施形態においても、第1の実施形態と同様な効果が得られると共に、CoWにより複数のメモリチップ積層体が配置されたウエハ状態でリシェープ処理できるため、処理効率を向上できる。
以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。本実施形態では、メモリチップ積層体を、配線基板上に搭載されたロジックチップ上に積層する場合について説明したが、他のチップ上にメモリチップ積層体を搭載する場合に用いてもよい。
図24は、本実施形態におけるメモリチップ積層体が、ロジックチップ以外の他のチップに搭載された半導体装置の一構成例を示す断面図である。図24に示すように、配線基板上に搭載されたインターポーザチップの上に、ロジックチップとメモリチップ積層体とを別々に積層するように構成してもよい。図24に示す構成を詳しく説明する。
図24に示す半導体装置では、配線基板101の上にSiインターポーザ95が搭載されている。メモリチップ積層体5がSiインターポーザ95の上に積層されている。ロジックチップ105が、Siインターポーザ95の上面のうち、メモリチップ積層体5とは異なる位置に、Siインターポーザ95の上に積層されている。Siインターポーザ95の上に、メモリチップ積層体5とロジックチップ105が横並びに配置されている。メモリチップ積層体5とロジックチップ105は、Siインターポーザ95に形成された配線(不図示)を介して電気的に接続されている。
Siインターポーザ95は、回路が形成されていないシリコン基板を用いたチップである。Siインターポーザ95には、回路は設けられていないが、配線と電極が設けられている。Siインターポーザ95では、シリコン基板の表面と裏面のそれぞれに電極が形成されており、表面の電極とこれに対応する裏面の電極とが、シリコン基板の表面または裏面に形成された配線とシリコン基板を貫通するビアとによって電気的に接続されている。
図24に示す構成例のように、本実施形態のメモリチップ積層体5が実装されるベースとなる半導体チップがロジックチップでなくインターポーザチップであっても、ロジックチップの場合と同様の効果が得られる。
また、メモリチップ積層体5のメモリチップ10cの表面バンプ22が配線基板101の接続パッド43よりも狭ピッチで配置されている場合がある。この場合、メモリチップ積層体5の複数のバンプ電極と配線基板101の複数の接続パッド43とを接続するために、各接続パッド43の配置に対応して配線(不図示)を設けたSiインターポーザ95を予め準備する。そして、メモリチップ積層体5をSiインターポーザ95を介して配線基板101上に積層することで、メモリチップ積層体5の複数のバンプ電極のそれぞれと配線基板101の複数の接続パッド43のそれぞれとを対応させて接続することが可能となる。
本実施形態の半導体チップ積層体は、次のような構成であってもよい。
半導体チップ積層体は、
一面から突出する第1のバンプ電極を有する第1の半導体チップと、
一面から突出する第2のバンプ電極と、前記第2のバンプ電極の頂面に形成され、中央領域と該中央領域と高さの異なる周辺領域を有するメタル層と、前記メッキ層の前記中央領域上にのみ形成された第1のはんだ層と、他面から突出する第3のバンプ電極と、前記第3のバンプ電極上に形成された第2のはんだ層とを有し、前記第2のはんだ層を介して前記第3のバンプ電極が第1のバンプ電極と電気的に接続するように前記第1の半導体チップ上に積層された第2の半導体チップと、
を有する構成である。
1 半導体装置
5 メモリチップ積層体
10a、10b−1、10b−2、10c メモリチップ
11 ロジックチップ
22 表面バンプ
23 はんだ層
25 裏面バンプ
27 メッキ層

Claims (7)

  1. 一面に形成された第1のバンプ電極を有する第1の半導体チップを準備する工程と、
    一面に形成された第2のバンプ電極と、前記第2のバンプ電極の頂面に形成されたメタル層と、前記メタル層の最側端部よりも内側に、最側端部が位置するように前記メタル層上に形成された第1のはんだ層と、他面に形成された第3のバンプ電極と、前記第3のバンプ電極上に形成された第2のはんだ層とを有する第2の半導体チップを準備する工程と、
    前記第3のバンプ電極を前記第2のはんだ層を介して前記第1のバンプ電極に電気的に接続するように、前記第2の半導体チップを前記第1の半導体チップ上に積層し、チップ積層体を形成する工程と、
    前記チップ積層体を形成する工程後、前記第2のバンプ電極、前記メタル層及び前記第1のはんだ層を覆うように、前記チップ積層体の前記第2の半導体チップの一面上にフラックスを供給する工程と、
    前記フラックスを供給する工程後、前記チップ積層体を前記はんだ層の融点以上に加熱する工程と、
    前記フラックスを洗浄して該フラックスを前記チップ積層体から除去する工程と、
    を有する半導体装置の製造方法。
  2. 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
    前記フラックスが非活性ロジンタイプである、半導体装置の製造方法。
  3. 請求項1または2記載の半導体装置の製造方法において、
    前記第2の半導体チップを準備する工程は、
    半導体基板上に設けられた前記第2のバンプ電極の上に前記メタル層を形成する工程と、
    溶融した前記第1のはんだ層との接触角が90度よりも大きくなる表面を有する絶縁膜を、前記メタル層の上面のうち、前記メタル層の外縁に沿って外縁から内側の所定の幅の領域に形成する工程と、
    前記メタル層および前記絶縁膜の上面を覆うように前記第1のはんだ層を形成する工程と、
    前記第1のはんだ層を該第1のはんだ層の融点以上の温度で加熱することで、前記メタル層の最側端部よりも内側に、最側端部が位置するように前記第1のはんだ層を前記メタル層上に形成する工程と、を含む、半導体装置の製造方法。
  4. 請求項1または2記載の半導体装置の製造方法において、
    前記第2の半導体チップを準備する工程は、
    半導体基板上に設けられた前記第2のバンプ電極の上に、該第2のバンプ電極の上面を覆うとともに、外縁から内側の所定の幅の領域である周辺領域よりも中心側の領域である中央領域が高い前記メタル層を形成する工程と、
    前記メタル層の前記中央領域を覆うように該メタル層の上に前記第1のはんだ層を形成する工程と、
    前記第1のはんだ層を該第1のはんだ層の融点以上の温度で加熱することで、前記メタル層の最側端部よりも内側に、最側端部が位置するように前記第1のはんだ層を前記メタル層上に形成する工程と、を含む、半導体装置の製造方法。
  5. 一面から突出する第1のバンプ電極を有する第1の半導体チップと、
    一面から突出する第2のバンプ電極と、前記第2のバンプ電極の頂面に形成されたメタル層と、前記メタル層の最側端部よりも内側に最側端部が位置するように前記メタル層上に形成された第1のはんだ層と、他面から突出する第3のバンプ電極と、前記第3のバンプ電極上に形成された第2のはんだ層とを有し、前記第2のはんだ層を介して前記第3のバンプ電極が前記第1のバンプ電極と電気的に接続するように前記第1の半導体チップ上に積層された第2の半導体チップと、
    を有する半導体チップ積層体。
  6. 請求項5記載の半導体チップ積層体において、
    前記メタル層の上に、溶融した前記第1のはんだ層との接触角が90度よりも大きくなる表面を有する絶縁膜が該メタル層の外縁に沿って外縁から内側の所定の幅の領域に設けられている、半導体チップ積層体。
  7. 請求項5記載の半導体チップ積層体において、
    前記メタル層は、該第2のバンプ電極の上面を覆うとともに、外縁から内側の所定の幅の領域である周辺領域よりも中心側の領域である中央領域が高い構成である、半導体チップ積層体。
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CN110299364A (zh) * 2018-03-22 2019-10-01 东芝存储器株式会社 半导体装置及其制造方法
CN114446911A (zh) * 2020-11-06 2022-05-06 三菱电机株式会社 半导体装置、芯片焊盘及半导体装置的制造方法

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