JP2016225484A - 半導体装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体チップP1〜P8が積層されることでチップ積層体TA1が構成され、スペーサ8は、パッド電極10の少なくとも一部と重なる位置に配置され、封止樹脂12は、間隔SP1、SP2に一体的に充填されるとともに、チップ積層体TA1を一体的に封止する。
【選択図】図1
Description
図1(a)は、第1実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す平面図、図1(b)は、第1実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す断面図である。なお、以下の実施形態では、半導体チップが8層だけ積層されている構成を例にとるが、半導体チップがN(Nは2以上の整数)層だけ積層されている構成であってもよい。また、以下の実施形態では、半導体装置として、NANDフラッシュメモリを例にとるが、半導体装置は、DRAM(Dynamic Random Access Memory)、FRAM(Ferroelectric Random Access Memory)(登録商標)、MRAM(Magnetoresistive Random Access Memory)、PCRAM(Phase Change Random Access Memory)などであってもよいし、ロジック回路やプロセッサなどであってもよい。
図1(a)および図1(b)において、半導体チップP1〜P8が積層されることでチップ積層体TA1が構成されている。この時、各半導体チップP1〜P8の厚さは、40μm以下に設定することができる。チップ積層体TA1のハンドリング時にチップ積層体TA1が破壊されるのを防止するため、チップ積層体TA1は接着層2を介して支持板1に固定することができる。支持板1は、例えば、リードフレームなどの金属板を用いることができる。支持板1の材料は、Cuであってもよいし、42アロイ(Fe−Ni系合金)であってもよい。接着層2は、絶縁性樹脂を用いるようにしてもよいし、ダイアタッチフィルムを用いるようにしてもよい。
各半導体チップP2〜P8には、貫通電極5が設けられている。この時、半導体チップP1には、貫通電極5を設けないようにすることができる。各貫通電極5は、側壁絶縁膜4にて半導体チップP2〜P8と絶縁されている。貫通電極5の材料は、Cu、NiまたはAlなどを用いることができる。貫通電極5と側壁絶縁膜4との間には、TiNなどのバリアメタル膜があってもよい。各半導体チップP2〜P8において、貫通電極5は、各セル領域MA1、MA2におけるセルパターンの配置の規則性を乱さない位置に配置することができる。このため、貫通電極5は、各セル領域MA1、MA2内に設けるのは好ましくなく、各セル領域MA1、MA2の周囲に設けることが好ましい。ここで、各セル領域MA1、MA2におけるセルパターンの配置の規則性を維持することで、露光時の解像度を上げることができ、NANDセルの集積度を向上させることができる。また、各半導体チップP1〜P8の反りによる各半導体チップP1〜P8間での貫通電極5の接続不良を防止するため、貫通電極5は、各セル領域MA1、MA2間に設けるようにしてもよい。
各半導体チップP2〜P7において、電極6Bは貫通電極5の一方の面に電気的に接続されている。半導体チップP8において、配線9Cは貫通電極5の一方の面に電気的に接続され、電極6Cは配線9Cに電気的に接続されている。また、半導体チップP8において、電極6Dは配線9Dに電気的に接続されている。配線9Dの端部にはパッド電極10が設けられている。各半導体チップP2〜P8において、電極7Bは貫通電極5の他方の面に電気的に接続されている。半導体チップP1の電極6Aは半導体チップP2の電極7Bに電気的に接続されている。半導体チップP2〜P8間において、積層方向に隣接する半導体チップP2〜P8の電極6Bと電極7Bが接続されている。半導体チップP8の一方の面にはインターフェース(IF)チップ3が設けられている。なお、インターフェースチップ3は、各半導体チップP1〜P8とデータ通信することができる。インターフェースチップは外部から入力されたデータを、各半導体チップP1〜P8へと送信し、また各半導体チップP1〜P8から送信されたデータを外部へと出力する。この時、インターフェースチップ3は、貫通電極5を介して各半導体チップP1〜P8にライトデータやコマンドやアドレスを送信したり、各半導体チップP1〜P8からリードデータを受信したりすることができる。インターフェースチップ3の代わりに、各半導体チップP1〜P8の読み書き制御を行うコントローラチップを設けるようにしてもよい。インターフェースチップ3には電極7C、7Dが設けられている。半導体チップP8の電極6C、6Dはインターフェースチップ3の電極7C、7Dにそれぞれ接続されている。なお、電極6A、6Bまたは電極7Bは、半導体チップP1〜P8間の間隔SP1を確保するために、半田ボールなどの突出電極を用いることができる。この時、電極6A、6Bおよび電極7Bの両方が突出電極であってもよいし、突出電極と平面電極との組み合わせであってもよい。電極6A、6Bおよび電極7Bの材料は、Au、Cu、Ni、Sn、Pg、Agなどの単層膜であってもよいし、積層膜であってもよい。電極6A、6Bおよび電極7Bの材料として半田材を用いる場合は、例えば、Sn−Cu合金、Sn−Ag合金などを用いることができる。配線9C、9Dの材料は、例えば、Cuなどを用いることができる。パッド電極10の材料は、例えば、Cu上に形成されたNiまたはNi/Pd構造などを用いることができる。パッド電極10のNiまたはNi/Pd構造の表面にAu被膜を設けるようにしてもよい。パッド電極10のNiまたはNi/Pd構造の表面にSnメッキを施してもよい。
ここで、封止樹脂12にて半導体チップP1〜P8とインターフェースチップ3とを封止しつつ、間隔SP1、SP2に封止樹脂12を充填することにより、チップ積層体TA1のモールド工程とは別個にアンダーフィル樹脂の充填工程を設ける必要がなくなり、半導体チップP1〜P8の実装時の工程数を減らすことができる。
図2において、半導体チップP1の他方の面が支持板1に対向するように、接着層2を介して半導体チップP1が支持板1に固定される。一方、各半導体チップP2〜P8には貫通電極5が形成されている。その後、各半導体チップP2〜P8の他方の面にスペーサ8が形成される。そして、半田リフロー温度未満の条件で、各半導体チップP2〜P8がスペーサ8を介してその下層の半導体チップP1〜P7に順次固着され、インターフェースチップ3が半導体チップP8上に配置される。この時、110℃程度の温度に一定に保つことができる。
次に、実装基板21上に実装されたチップ積層体TA1を金型内に配置する。そして、チップ積層体TA1をモールド成型することにより、半導体チップP1〜P8とインターフェースチップ3とを封止樹脂12で封止する。このチップ積層体TA1のモールド成型時に封止樹脂12を間隔SP1、SP2に充填することができる。
ここで、スペーサ8を介して各半導体チップP2〜P8をその下層の半導体チップP1〜P7に固着することで、各半導体チップP2〜P8を1層だけ積層するごとに、半田リフローを行う必要がなくなる。このため、各半導体チップP2〜P8を1層だけ積層するごとに温度の昇降を繰り返す必要がなくなり、スループットを向上させることが可能となるとともに、貫通電極5などにかかる熱的ストレスを低減することができる。
図4は、第2実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す平面図である。
図4の構成では、図1(a)のスペーサ8の代わりにスペーサ8A、8Bが設けられている。スペーサ8A、8Bは、パッド電極10の少なくとも一部と重なる位置に配置することができる。この時、1個のパッド電極10は複数のスペーサ8A、8Bに重なるように配置することができる。これにより、パッド電極10に荷重がかかった場合においても、半導体チップP1〜P8間の間隔SP1をスペーサ8A、8Bにて維持することができる。
図5(a)は、第3実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す平面図、図5(b)は、第3実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す断面図である。
図5(a)および図5(b)の構成では、チップ積層体TA1の代わりにチップ積層体TA2が設けられている。チップ積層体TA2には、半導体チップP1の代わりに半導体チップP1´が設けられている。半導体チップP1´の厚さは、半導体チップP2〜P8の厚さよりも厚くすることができる。この時、半導体チップP1´の厚さは、チップ積層体TA2を安定して支持できるように設定することができる。例えば、半導体チップP1´の厚さは、100μm以上に設定することができる。半導体チップP1´には貫通電極5を設けないようにすることができる。半導体チップP1´には、セル領域MA1´、MA2´が設けられている。セル領域MA1´、MA2´はセル領域MA1、MA2と同様に構成することができる。
ここで、半導体チップP1´にてチップ積層体TA2を支持することにより、支持板1および接着層2を除去することができ、構成を簡略化することができる。
図6(a)は、第4実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す平面図、図6(b)は、第4実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す断面図である。
図6(a)および図6(b)の構成では、チップ積層体TA1の代わりにチップ積層体TA3が設けられている。チップ積層体TA3には、スペーサ8の代わりにスペーサ8´が設けられている。スペーサ8´はフィルム状に構成することができる。例えば、セル領域MA1、MA2が1枚のスペーサ8´でそれぞれ覆われるようにしてもよい。この時、スペーサ8´の一部は、パッド電極10と重なる位置に配置することができる。これにより、パッド電極10に荷重がかかった場合においても、半導体チップP1〜P8間の間隔SP1をスペーサ8´にて維持することができる。
Claims (5)
- N(Nは2以上の整数)層だけ積層された半導体チップと、
前記半導体チップ間において積層方向に第1の間隔を確保するスペーサと、
N層目の半導体チップの一方の面に設けられたパッド電極とを備え、
前記パッド電極の少なくとも一部と重なる位置に前記スペーサが配置されている半導体装置。 - 2層目からN層目の各半導体チップは、自層の半導体チップを貫通する貫通電極を備える請求項1に記載の半導体装置。
- 前記パッド電極と対向するようにして前記N層分の半導体チップが設けられた基板と、
前記N層目の半導体チップと前記基板との間に第2の間隔を確保しつつ、前記パッド電極と前記基板とを電気的に接続する突出電極と、
前記第1の間隔および前記第2の間隔に充填されるとともに、前記N層分の半導体チップを封止する封止樹脂とを備える請求項2に記載の半導体装置。 - 前記半導体チップは半導体メモリであって、
前記半導体メモリから出力されたデータを外部へ送信し、外部から入力されたデータを前記半導体メモリへと送信するIFチップであって、前記基板と前記N層目の半導体チップとの間に、前記第2の間隔より薄い、前記IFチップをさらに有する請求項3に記載の半導体装置。 - 半導体チップ間において積層方向に第1の間隔を確保するスペーサを介して前記半導体チップをN(Nは2以上の整数)層だけ積層し、
N層目の半導体チップと実装基板との間に第2の間隔を確保する突出電極を介して前記N層分の半導体チップを前記実装基板上に実装し、
前記第1の間隔および前記第2の間隔に封止樹脂を充填するとともに、前記N層分の半導体チップを前記封止樹脂で封止する半導体装置の製造方法。
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