JP2023035608A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】支持体の反りを抑制することができる半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】本実施形態による半導体装置の製造方法は、第1面と、第1面とは反対側の第2面と、を有する支持体の第1面上に半導体チップを設けることを具備する。第1面上に、半導体チップを覆う第1樹脂層を形成するとともに、第2面上に第2樹脂層を形成する。【選択図】図2D
Description
本実施形態は、半導体装置の製造方法に関する。
半導体装置のパッケージング工程において、例えば、半導体チップは、支持体(ウェハ)上の複数の位置に搭載されてモールド樹脂で覆われる。その後、それぞれの半導体チップに応じて個片化が行われる。しかし、例えば、支持体とモールド樹脂との間の熱膨張率の差によって、モールド樹脂付支持体に反りが生じてしまう可能性がある。モールド樹脂付支持体の反りは、例えば、モールド樹脂付支持体の搬送または加工等の、後の工程に影響する可能性がある。
支持体の反りを抑制することができる半導体装置の製造方法を提供する。
本実施形態による半導体装置の製造方法は、第1面と、第1面とは反対側の第2面と、を有する支持体の第1面上に半導体チップを設けることを具備する。第1面上に、半導体チップを覆う第1樹脂層を形成するとともに、第2面上に第2樹脂層を形成する。
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。以下の実施形態において、上下方向は、半導体チップの積層方向を上または下とした場合の相対方向を示し、重力加速度に従った上下方向と異なる場合がある。図面は模式的または概念的なものであり、各部分の比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。明細書と図面において、既出の図面に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態による半導体装置1の構成の一例を示す断面図である。半導体装置1は、半導体チップ40と、接続ピラー41と、樹脂層70と、再配線層(基板)100と、金属バンプ150と、を備えている。半導体装置1は、例えば、LSI(Large Scale Integration)等の半導体パッケージである。
図1は、第1実施形態による半導体装置1の構成の一例を示す断面図である。半導体装置1は、半導体チップ40と、接続ピラー41と、樹脂層70と、再配線層(基板)100と、金属バンプ150と、を備えている。半導体装置1は、例えば、LSI(Large Scale Integration)等の半導体パッケージである。
半導体チップ40は、例えば、図1に示す半導体装置1の外部のメモリチップ等を制御するコントローラチップあるいは任意のLSIを搭載した半導体チップである。尚、半導体チップ40は、コントローラチップに限られず、例えば、1つのチップで動作可能なチップである。半導体チップ40は、面F40aと、面F40aとは反対側の面F40bとを有する。トランジスタやキャパシタ等の半導体素子(図示せず)は、各半導体チップ40の面F40a上に形成されている。半導体チップ40の面F40a上の半導体素子は、図示しない絶縁膜で被覆され保護されている。この絶縁膜には、例えば、シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜等の無機系絶縁材料が用いられる。また、この絶縁膜には、無機系絶縁材料上に有機系絶縁材料を形成した材料が用いられてもよい。有機系絶縁材料としては例えば、フェノール系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミド系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、PBO(p-phenylenebenzobisoxazole)系樹脂、シリコーン系樹脂、ベンゾシクロブテン系樹脂等の樹脂、または、これらの混合材料、複合材料等の有機系絶縁材料が用いられる。
また、半導体チップ40は、面F40a上に露出された電極パッド(図示せず)を有する。
接続ピラー(電極)41は、半導体チップ40の電極パッドに接続され、Z方向に延伸している。接続ピラー41の下端は、半導体チップ40の電極パッドに接続されている。接続ピラー41の上端は、樹脂層70の上面に達しており、その上面において露出されている。接続ピラー41の上端は、再配線層100の電極パッド(図示せず)に接続される。接続ピラー41の材料には、例えば、Cu等の導電性金属が用いられ得る。
樹脂層70は、半導体チップ40および接続ピラー41を被覆(封止)しており、上面において接続ピラー41の先端を露出している。
樹脂層70には、例えば、フェノール系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミド系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、PBO(p-phenylenebenzobisoxazole)系樹脂、シリコーン系樹脂、ベンゾシクロブテン系樹脂等の樹脂、または、これらの混合材料、複合材料等の有機系絶縁材料が用いられる。
再配線層(RDL(Re Distribution Layer))100は、樹脂層70上に設けられており、接続ピラー41に電気的に接続されている。再配線層100は、複数の配線層と複数の絶縁層とを積層させた多層配線層であり、接続ピラー41を介して半導体チップ40を金属バンプ150に電気的に接続する。尚、図1は、再配線層100内の配線層を模式的に示す。
金属バンプ150は、再配線層100上に設けられており、再配線層100の配線層に電気的に接続される。金属バンプ150は、外部装置(図示せず)との接続に用いられる。金属バンプ150には、例えば、Sn、Ag、Cu、Au、Pd、Bi、Zn、Ni、Sb、In、Geの単体、それらの内の2種以上の複合膜、または合金が用いられる。
次に、半導体装置1の製造方法について説明する。
図2A~図2Hは、第1実施形態による半導体装置1の製造方法の一例を示す断面図である。
まず、図2Aに示すように、支持体80を準備する。支持体80は、例えば、ウェハ状である。支持体80は、面F1と、面F2と、を有する。面F1は、半導体チップ搭載面である。面F2は、面F1とは反対側の面である。支持体80の材料は、例えば、ガラスである。しかし、支持体80の材料は、例えば、シリコン(Si)、セラミック、樹脂、または、金属等であってもよい。
次に、図2Bに示すように、支持体80の面F1上にマーク91を形成する。マーク91は、後の図2Cの工程において半導体チップ40を搭載するための位置合わせに用いられる。
次に、図2Cに示すように、支持体80の面F1上に半導体チップ40を設ける。より詳細には、マーク91に従って、面F1上の複数の位置に、複数の半導体チップ40のそれぞれを設ける。尚、半導体チップ40は、図示しない接着層を用いて面F1に設けられる。また、半導体チップ40に、面F1の法線方向に延伸する電極を形成する。電極は、例えば、接続ピラー41である。尚、接続ピラー41は、例えば、支持体80への半導体チップ40の搭載の前に、半導体チップ40に予め形成されていてもよい。接続ピラー41は、例えば、めっき法により形成される。接続ピラー41の材料は、例えば、Cu等の導電性金属が用いられる。
次に、図2Dに示すように、面F1上に、半導体チップ40および接続ピラー41を覆う樹脂層71を形成するとともに、面F2上に樹脂層72を形成する。図2Dに示す例では、樹脂層71および樹脂層72は、並行して形成される。すなわち、樹脂層71および72は、一括して、同時に形成される。樹脂層71は、例えば、接続ピラー41を越える高さまで形成される。図2Dに示す例では、樹脂層71、72は、互いに略同じ厚さになるように、また、互いに略同じ面積(幅)になるように、形成されている。
図2Dに示す例では、面F1および面F2の両方に、それぞれ樹脂層71、72が形成されている。樹脂層71、72が形成された支持体80を樹脂層付支持体Aとする。樹脂層72の厚さおよび面積(サイズ)は、例えば、樹脂層71の厚さおよび面積と略同じである。すなわち、樹脂層72の体積は、樹脂層71の体積と略同じである。また、樹脂層72の材料は、例えば、樹脂層71の材料と略同じである。これにより、樹脂層71および樹脂層72は、互いに逆方向かつ同程度の反りを樹脂層付支持体Aに生じさせる。この結果、反りが互いに打ち消されることで樹脂層付支持体Aの反りが抑制され、後の工程をより適切に行うことができる。
また、樹脂層71、72は、例えば、金型を用いて、支持体80の両面に形成される。例えば、金型のキャビティ内に支持体80および半導体チップ40を配置し、溶融した樹脂材料をキャビティ内に供給(導入)することにより、樹脂層71、72を形成する。尚、金型内に樹脂材料を予め供給し、樹脂材料を溶融させることによって、樹脂層71、72を形成してもよい。
樹脂層71、72には、例えば、エポキシ系、フェノール系、ポリイミド系、ポリアミド系、アクリル系、PBO系、シリコーン系、ベンゾシクロブテン系などの樹脂、これらの混合材料、複合材料が用いられる。エポキシ樹脂の例としては、特に限定しないが、例えば、ビスフェノールA型、ビスフェノールF型、ビスフェノールAD型、ビスフェノールS型等のビスフェノール型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型、クレゾールノボラック型等のノボラック型エポキシ樹脂、レゾルシノール型エポキシ樹脂、トリスフェノールメタントリグリシジルエーテル等の芳香族エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、フルオレン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ポリエーテル変性エポキシ樹脂、ベンゾフェノン型エポキシ樹脂、アニリン型エポキシ樹脂、NBR変性エポキシ樹脂、CTBN変性エポキシ樹脂、及び、これらの水添化物等が挙げられる。これらの中も、シリコンとの密着性が良いことから、ナフタレン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂が好ましい。また、速硬化性が得られやすいことから、ベンゾフェノン型エポキシ樹脂も好ましい。これらのエポキシ樹脂は、単独で用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。また、樹脂層71、72の中にはシリカ等のフィラーが含まれていてもよい。
樹脂層71、72の形成後、樹脂層71、72をオーブン等で加熱し、あるいは、樹脂層71、72にUV(Ultraviolet)光を照射することによって樹脂層71、72を硬化させる。
次に、図2Eに示すように、接続ピラー41の上端が露出するように樹脂層71を研磨する。例えば、CMP(Chemical Mechanical Polishing)法または機械研磨法等を用いて、接続ピラー41が露出されるまで樹脂層71を研磨する。
次に、図2Fに示すように、樹脂層71上に、接続ピラー41と電気的に接続される再配線層100を形成する。再配線層100の絶縁層には、例えば、エポキシ系、フェノール系、ポリイミド系、ポリアミド系、アクリル系、PBO系、シリコーン系、ベンゾシクロブテン系などの樹脂、これらの混合材料、複合材料が用いられる。再配線層100の配線層には、例えば、Cu、Ni、W、Au、Ag、Pd、Sn、Bi、Zn、Cr、Al、Ti、Ta、TiN、TaN、CrN等の単体、それらのうち2種以上の複合材料、または、それらのうち2種以上の合金等が用いられる。
次に、図2Gに示すように、再配線層100上に金属バンプ150を形成する。金属バンプ150は、再配線層100の配線を介して、接続ピラー41と電気的に接続される。金属バンプ150は、例えば、ボール搭載、めっき法、印刷法を用いて形成され得る。金属バンプ150には、例えば、Sn、Ag、Cu、Au、Pd、Bi、Zn、Ni、Sb、In、Geの単体、それらの内の2種以上の複合膜、または合金が用いられる。
次に、図2Hに示すように、樹脂層72とともに支持体80を剥離する。支持体80は、例えば、熱、または、レーザ等の光を用いて剥離される。または、支持体80および樹脂層72を研磨して除去してもよい。
図2Hに示す工程の後、樹脂層71を半導体チップ40ごとに個片化する。これにより、図1に示す半導体装置1が完成する。尚、個片化後の樹脂層71は、図1に示す樹脂層70に対応する。
尚、図1に示す例では、個片化の際にマーク91が除去されている。しかし、半導体装置1にマーク91が残っていてもよい。
以上のように、第1実施形態によれば、面F1に樹脂層71を形成するとともに、面F2に樹脂層72を形成する。すなわち、支持体80を両面から挟むように、樹脂層71、72が配置される。これにより、半導体チップ40を樹脂封止した際の樹脂層付支持体Aの反りを抑制することができる。この結果、樹脂層付支持体Aの搬送または吸着をより適切に行うことができ、また、再配線層100の形成等の樹脂層付支持体Aの加工をより適切に行うことができる。すなわち、樹脂層71、72形成後の工程をより適切に行うことができる。
比較例として、樹脂層71のみが形成され、樹脂層72が面F2上に設けられない場合について説明する。このとき、支持体80と樹脂層71との間の線膨張率(熱膨張率)の差によって、支持体80の反りが生じやすくなってしまう。樹脂層付支持体Aに反りが発生すると、樹脂層付支持体Aの搬送または吸着が困難になり、また、再配線層100の形成等の樹脂層付支持体Aの加工が困難になってしまう可能性がある。
これに対して、第1実施形態では、樹脂層72が面F2上に設けられるため、樹脂層71により生じる反りとは逆方向の反りを樹脂層付支持体Aに生じさせることができる。これにより、樹脂層付支持体Aの反りを抑制することができる。
また、面F2の法線方向から見て、半導体チップ40が設けられる面F1上の領域を少なくとも含む面F2上の領域に、樹脂層72を形成することがより好ましい。これにより、半導体チップ40を搭載する面F1上の領域において、樹脂層付支持体Aの反りを抑制することができる。
また、樹脂層72の面積以上の面積を有する樹脂層71を形成することがより好ましい。もし、樹脂層71の面積が小さい場合、支持体80を剥離した後の樹脂層71の搬送が困難になってしまう場合がある。そこで、樹脂層71の面積は、例えば、樹脂層72の面積よりも大きい、または、同等であることが好ましい。
また、支持体80の面積と略同じ面積を有する樹脂層71を形成することがより好ましい。これにより、支持体80の剥離後の樹脂層71の外形が、支持体80の外形と略等しくなる。この結果、樹脂層71の搬送を、支持体80の搬送と同様に行うことができる。
尚、面F1上に配置される半導体チップ40等によって、樹脂層71、72の体積および材料が同じであっても、樹脂層付支持体Aの反りを完全に抑制することが難しい場合がある。これは、例えば、樹脂層71および半導体チップ40と、樹脂層72と、の間で熱膨張率のバランスが崩れるためである。この場合、樹脂層72の材料は、樹脂層71の材料とは異なっていてもよい。より詳細には、樹脂層72の材料と、樹脂層71の材料と、の間で、熱膨張率または収縮率(成形収縮率)等が異なっていてもよい。樹脂層71、72の材料を変更することで、樹脂層付支持体Aの反りの量を調整することができる。従って、樹脂層付支持体Aの反りの量が所定値以下になる熱膨張率または収縮率を有する樹脂層72を形成してもよい。樹脂層付支持体Aの反りの量は、例えば、樹脂層付支持体Aにおける中心部と外周端部との間の高さの差である。また、所定値は、例えば、約1mmである。樹脂層72の材料は、例えば、シミュレーションによって決定される。
(第1実施形態の第1変形例)
図3は、第1実施形態の第1変形例による半導体装置1の製造方法の一例を示す断面図である。第1実施形態の第1変形例は、第1実施形態と比較して、樹脂層72の厚さが異なっている。
図3は、第1実施形態の第1変形例による半導体装置1の製造方法の一例を示す断面図である。第1実施形態の第1変形例は、第1実施形態と比較して、樹脂層72の厚さが異なっている。
図3に示す工程は、図2A~2Cと同様の工程の後に行われる。
接続ピラー41の形成後(図2Cを参照)、図3に示すように、面F1上に樹脂層71を形成するとともに、面F2上に樹脂層72を形成する。
図3に示す例では、樹脂層72は、樹脂層71よりも薄く形成されている。樹脂層71、及び樹脂層71よりも薄い樹脂層72が形成された支持体80を樹脂層付支持体Bとする。上記のように、樹脂層71、72の体積および材料が同じであっても、半導体チップ40等により熱膨張率のバランスが崩れて、樹脂層付支持体Bの反りを完全に抑制することが難しい場合がある。従って、樹脂層付支持体Bの反りの量が所定値以下になる厚さを有する樹脂層72を形成してもよい。また、所定値は、例えば、約1mmである。樹脂層72の厚さは、例えば、シミュレーションによって決定される。
図3に示す工程の後、図2E~図2Hと同様の工程が行われる。
第1実施形態の第1変形例のように、樹脂層付支持体Bの反りの調整のために、樹脂層72の厚さが変更されてもよい。
尚、図3に示す樹脂層72は、樹脂層71よりも薄いが、樹脂層71よりも厚くてもよい。また、樹脂層72の材料は、樹脂層71の材料とは異なっていてもよい。
第1実施形態の第1変形例による半導体装置1は、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
(第1実施形態の第2変形例)
図4は、第1実施形態の第2変形例による半導体装置1の製造方法の一例を示す断面図である。第1実施形態の第2変形例は、第1実施形態と比較して、樹脂層72の面積が異なっている。
図4は、第1実施形態の第2変形例による半導体装置1の製造方法の一例を示す断面図である。第1実施形態の第2変形例は、第1実施形態と比較して、樹脂層72の面積が異なっている。
図4に示す工程は、図2A~2Cと同様の工程の後に行われる。
接続ピラー41の形成後(図2Cを参照)、図4に示すように、面F1上に樹脂層71を形成するとともに、面F2上に樹脂層72を形成する。
図4に示す例では、樹脂層72は、樹脂層71よりも狭い範囲に形成されている。樹脂層71、及び樹脂層71よりも狭い範囲に樹脂層72が形成された支持体80を樹脂層付支持体Cとする。上記のように、樹脂層71、72の体積および材料が同じであっても、半導体チップ40等により熱膨張率のバランスが崩れて、樹脂層付支持体Cの反りを完全に抑制することが難しい場合がある。従って、樹脂層付支持体Cの反りの量が所定値以下になる面積を有する樹脂層72を形成してもよい。また、所定値は、例えば、約1mmである。樹脂層72の面積は、例えば、シミュレーションによって決定される。
図4に示す工程の後、図2E~図2Hと同様の工程が行われる。
第1実施形態の第2変形例のように、樹脂層付支持体Cの反りの調整のために、樹脂層72の面積が変更されてもよい。
尚、樹脂層72の材料は、樹脂層71の材料とは異なっていてもよい。
第1実施形態の第2変形例による半導体装置1は、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。また、第1実施形態の第2変形例による半導体装置1に第1実施形態の第1変形例を組み合わせてもよい。
(第1実施形態の第3変形例)
図5Aおよび図5Bは、第1実施形態の第3変形例による半導体装置1の製造方法の一例を示す断面図である。第1実施形態の第3変形例は、2つの樹脂層71、72が片側ずつ順番に形成される点で、第1実施形態とは異なっている。
図5Aおよび図5Bは、第1実施形態の第3変形例による半導体装置1の製造方法の一例を示す断面図である。第1実施形態の第3変形例は、2つの樹脂層71、72が片側ずつ順番に形成される点で、第1実施形態とは異なっている。
図5Aおよび図5Bに示す工程は、図2A~2Cと同様の工程の後に行われる。
接続ピラー41の形成後(図2Cを参照)、図5Aに示すように、面F1上に樹脂層71を形成する。樹脂層71のみが形成された支持体80を樹脂層付支持体Dとする。
次に、図5Bに示すように、面F2上に樹脂層72を形成する。樹脂層71、及び樹脂層72が形成された支持体80を樹脂層付支持体Eとする。すなわち、図5Aのタイミングにおいて樹脂層付支持体Dに反りが生じている場合、樹脂層付支持体Dの反りの量に応じて、反対方向に樹脂層付支持体Dが反るように樹脂層72を形成する。
尚、樹脂層72を先に形成してもよいが、樹脂層71を先に形成することがより好ましい。これは、接続ピラー41等の電極を先に保護することができ、信頼性上好ましいためである。また、第2実施形態において図7を参照して後で説明するように、電極として、柱状電極が用いられる場合がある。柱状電極は接続ピラーよりも倒れやすいため、樹脂層71で柱状電極を先に保護することが好ましい。
図5Bに示す工程の後、図2E~図2Hと同様の工程が行われる。
第1実施形態の第3変形例のように、2つの樹脂層71、72が片側ずつ順番に形成されてもよい。
また、樹脂層71の形成後の樹脂層付支持体Dの反りの量を検出し、検出された反りの量に応じて、厚さ、面積または材料等を変更した樹脂層72を形成して、樹脂層付支持体Eを形成してもよい。
第1実施形態の第3変形例による半導体装置1は、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。また、第1実施形態の第3変形例による半導体装置1に第1実施形態の第1変形例および第2変形例を組み合わせてもよい。
(第1実施形態の第4変形例)
図6Aおよび図6Bは、第1実施形態の第4変形例による半導体装置1の製造方法の一例を示す断面図である。第1実施形態の第4変形例は、支持体80に絶縁膜92が形成される点で、第1実施形態とは異なっている。
図6Aおよび図6Bは、第1実施形態の第4変形例による半導体装置1の製造方法の一例を示す断面図である。第1実施形態の第4変形例は、支持体80に絶縁膜92が形成される点で、第1実施形態とは異なっている。
図6Aおよび図6Bに示す工程は、図2Aと同様の工程の後に行われる。
支持体80の準備後(図2Aを参照)、図6Aに示すように、面F1上に絶縁膜92を形成する。また、面F1上にマーク91を形成する。
次に、図6Bに示すように、絶縁膜92上に半導体チップ40を設ける。また、半導体チップ40に電極を形成する。電極は、例えば、接続ピラー41である。
図6Bに示す工程の後、図2D~図2Hと同様の工程が行われる。
第1実施形態の第4変形例のように、面F1上に絶縁膜92が形成されてもよい。
絶縁膜92が設けられる場合、支持体80を剥離すると、絶縁膜92が露出される。絶縁膜92は、図1に示す半導体チップ40の面F40bに、図示しない接着層を介して接するように設けられる。これにより、接着層(例えば、DAF(Die Attachment Film))がパッケージ表面に露出することによる悪影響を抑制することができる。
第1実施形態の第4変形例による半導体装置1は、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。また、第1実施形態の第4変形例による半導体装置1に第1実施形態の第1変形例~第3変形例を組み合わせてもよい。
(第2実施形態)
図7は、第2実施形態による半導体装置1の構成の一例を示す断面図である。第2実施形態は、半導体チップが多段に積層して支持体80上に搭載される点で、第1実施形態とは異なっている。
図7は、第2実施形態による半導体装置1の構成の一例を示す断面図である。第2実施形態は、半導体チップが多段に積層して支持体80上に搭載される点で、第1実施形態とは異なっている。
半導体装置1は、積層体S1と、柱状電極30と、樹脂層70と、絶縁膜92と、再配線層100と、金属バンプ150と、を備えている。半導体装置1は、例えば、NAND型フラッシュメモリ等の半導体パッケージである。
第2実施形態では、第1実施形態による半導体チップ10および接続ピラー41に代えて、積層体S1および柱状電極30が設けられる。また、第2実施形態では、絶縁膜92がさらに設けられている。
積層体S1は、半導体チップ10と、接着層20と、を有する。接着層20は、例えば、DAFである。積層体S1は、複数の半導体チップ10が積層方向に垂直な方向へずれて積層された積層体である。
半導体チップ10は、例えば、NAND型フラッシュメモリのメモリチップあるいは任意のLSIを搭載した半導体チップである。複数の半導体チップ10は、それぞれ面F10aと、面F10aとは反対側の面F10bとを有する。メモリセルアレイ、トランジスタまたはキャパシタ等の半導体素子(図示せず)は、各半導体チップ10の面F10a上に形成されている。半導体チップ10の面F10a上の半導体素子は、図示しない絶縁膜で被覆され保護されている。この絶縁膜には、例えば、シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜等の無機系絶縁材料が用いられる。また、この絶縁膜には、無機系絶縁材料上に有機系絶縁材料を形成した材料が用いられてもよい。有機系絶縁材料としては、例えば、フェノール系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミド系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、PBO(p-phenylenebenzobisoxazole)系樹脂、シリコーン系樹脂、ベンゾシクロブテン系樹脂等の樹脂、または、これらの混合材料、複合材料等の有機系絶縁材料が用いられる。半導体チップ10は、互いに同一構成を有する半導体チップでもよいが、互いに異なる構成を有する半導体チップであってもよい。
複数の半導体チップ10は、積層されており、接着層20によって接着されている。接着層20としては、例えば、フェノール系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミド系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、PBO(p-phenylenebenzobisoxazole)系樹脂、シリコーン系樹脂、ベンゾシクロブテン系樹脂等の樹脂、または、これらの混合材料、複合材料等の有機系絶縁材料が用いられる。複数の半導体チップ10は、それぞれ面F10a上に露出された電極パッド(図示せず)を有する。半導体チップ10(下段半導体チップ10)の上に積層される他の半導体チップ10(上段半導体チップ10)は、下段半導体チップ10の電極パッド上に重複しないように、下段半導体チップ10の電極パッドが設けられた辺に対して略垂直方向(X方向)にずらされて積層されている。
柱状電極(電極)30は、半導体チップ10の電極パッドに接続され、複数の半導体チップ10の積層方向(Z方向)に延伸している。接着層20は、電極パッドの一部を露出するように部分的に除去されており、柱状電極30が電極パッドに接続可能となっている。あるいは、接着層20は、上段半導体チップ10の面F10bに貼付されており、下段半導体チップ10の電極パッドに重複しないように設けられる。柱状電極30の下端は、例えば、ワイヤボンディング法によって電極パッドに接続されている。柱状電極30の上端は、樹脂層70の上面に達しており、その上面において露出されている。柱状電極30の上端は、再配線層100の電極パッドに接続される。
また、積層体S1の半導体チップ10は、電極パッドを露出するように、ずれて積層される。
絶縁膜92は、図1に示す半導体チップ10の面F10bに、接着層20を介して接するように設けられる。これにより、第1実施形態の第4変形例において図6Aおよび図6Bを参照して説明したように、接着層20がパッケージ表面に露出することによる悪影響を抑制することができる。尚、絶縁膜92は、必ずしも設けられなくてもよい。
次に、半導体装置1の製造方法について説明する。
図8は、第2実施形態による半導体装置1の製造方法の一例を示す断面図である。
図8に示す工程は、図2Aおよび図6Aと同様の工程の後に行われる。
絶縁膜92を面F1上に形成した後(図6Aを参照)、図8に示すように、絶縁膜92(面F1)上に、複数の半導体チップ10が積層された積層体S1を設ける。また、半導体チップ40に電極を形成する。電極は、例えば、柱状電極30である。半導体チップ10の電極パッド上にワイヤボンディング法で金属ワイヤ(導電性ワイヤ)をボンディングし、この金属ワイヤを面F10aに対して略垂直方向に引き出して柱状電極30を形成する。また、柱状電極30は、上端において切断され、柱状電極30自体の剛性によってそのまま直立状態を維持する。
柱状電極30には、例えば、Cu、Ni、W、Au、Ag、Pd、Sn、Bi、Zn、Cr、Al、Ti、Taの単体、それらのうち2種以上の複合材料、または、それらのうち2種以上の合金等が用いられる。好ましくは、柱状電極30の材料として、Au、Ag、Cu、Pdの単体、それらのうち2種以上の複合材料、または、それらのうち2種以上の合金等が用いられる。さらに好ましくは、柱状電極30の材料として、それらのうち硬度の高い材料、例えば、Cu、CuPd合金、Cu上にPdを被覆した材料が用いられる。これにより、柱状電極30は、樹脂層70で被覆するときに屈曲し難くなり、倒壊し難くなる。
図8に示す工程の後、図2D~図2Hと同様の工程が行われる。
第2実施形態のように、半導体チップが多段に積層して搭載されてもよい。
尚、図7において、絶縁膜92に代えて、支持体80の一部が設けられてもよい。例えば、支持体80の剥離の工程に代えて、面F2側から支持体80を所定の厚さになるまで研削する。薄い支持体80により、絶縁膜92と同様に、接着層20がパッケージ表面に露出することによる悪影響を抑制することができる。
第2実施形態による半導体装置1は、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
(第3実施形態)
図9A~図9Eは、第3実施形態による半導体装置1の製造方法の一例を示す断面図である。第3実施形態は、面F2に凹部81が形成される点で、第2実施形態とは異なっている。
図9A~図9Eは、第3実施形態による半導体装置1の製造方法の一例を示す断面図である。第3実施形態は、面F2に凹部81が形成される点で、第2実施形態とは異なっている。
図9A~図9Eに示す工程は、図2Aおよび図6Aと同様の工程の後に行われる。
面F1上に絶縁膜92を形成した後(図6Aを参照)、図9Aに示すように、絶縁膜92(面F1)上に保護テープを貼り付ける。
次に、図9Bに示すように、支持体80の面F2に凹部81を形成する。凹部81は、例えば、研削砥石を用いて形成される。尚、凹部81は、例えば、ウェットエッチングにより形成されてもよい。支持体80の材料は、凹部81を形成可能な材料であればよい。
図10は、第3実施形態による凹部81の構成の一例を示す平面図である。図10は、図9Bの上方から面F2を見た上面図である。尚、図10のA1-A1線は、断面図である図9Bに対応する断面を示す。
図10に示す例では、支持体80は、円盤状の板である。面F2の法線方向から見た支持体80の外周形状は、例えば、略円形である。
面F2の法線方向から見た凹部81は、例えば、面F2の中心部において略円形に形成される。凹部81の形状は、例えば、支持体80の外周形状に応じて変更されてもよい。
次に、図9Cに示すように、保護テープを剥離する。また、絶縁膜92上に、半導体チップ10の積層体S1を設ける。また、半導体チップ40に電極を形成する。電極は、例えば、柱状電極30である。支持体80は、例えば、チャックテーブルにより支持されている。チャックテーブルは、例えば、支持体80の凹部81に対応する凸部を有する。
次に、図9Dに示すように、面F1上に、半導体チップ10の積層体S1および柱状電極30を覆う樹脂層71を形成するとともに、面F2上に樹脂層72を形成する。樹脂層71、72が形成され凹部81を有する支持体80を樹脂層付支持体Fとする。より詳細には、面F2に形成された凹部81の内部に樹脂層72を形成する。図9Dに示す例では、樹脂層72は、凹部81の内部に形成され、面F2と略面一に形成されている。これにより、支持体80および樹脂層72の厚さは、凹部81を形成する前の支持体80の厚さと略同じである。この結果、支持体80の厚さを大きく増加させることなく、支持体80の面F2側に樹脂層72を形成することができる。
次に、図9Eに示すように、柱状電極30が露出するように樹脂層71を研磨する。また、樹脂層71の研磨量に応じて、樹脂層72を研磨する。すなわち、面F2側からも、支持体80、および、凹部81の内部の樹脂層72を研磨する。電極の頭出しのために樹脂層71を研磨すると、樹脂層付支持体Fの反りの状態が変化する場合がある。樹脂層72を研磨することにより、変化した反りの状態を戻すように、樹脂層付支持体Fの反りを調整することができる。
図9Eに示す工程の後、図2F~図2Hと同様の工程が行われる。
第3実施形態のように、面F2に凹部81が形成され、樹脂層72が凹部81の内部に形成されてもよい。
第1実施形態で説明した図2Dでは、凹部81が設けられず、支持体80の面F2上に樹脂層72が設けられる。これは、支持体80の厚さが、樹脂層72の厚さ分、増加することにつながる。また、樹脂層72の形成によって、樹脂層付支持体の重量も増加することになる。樹脂層付支持体の厚さまたは重量の増加によって樹脂層付支持体の搬送に影響が生じる可能性がある。
これに対して、第3実施形態では、図9Dにおいて、支持体80および樹脂層72の厚さは、凹部81を形成する前の支持体80の厚さとほぼ同じである。また、凹部81を形成することによって、支持体80自体の重量を低減することができる。従って、樹脂層付支持体Fの搬送への影響を抑制しつつ、樹脂層付支持体Fの反りを抑制することができる。
また、面F2の法線方向から見て、半導体チップ10(積層体S1)が設けられる面F1上の領域を少なくとも含む面F2上の領域に、凹部81を形成することがより好ましい。樹脂層72は、凹部81の内部に形成される。これにより、半導体チップ10が搭載される面F1の領域において、樹脂層付支持体Fの反りを抑制することができる。
第3実施形態による半導体装置1は、第2実施形態と同様の効果を得ることができる。また、第3実施形態による半導体装置1に第1実施形態を組み合わせてもよい。
(第3実施形態の第1変形例)
図11および図12は、第3実施形態の第1変形例による半導体装置1の製造方法の一例を示す断面図である。第3実施形態の第1変形例は、樹脂層72が面F2とは面一ではない点で、第3実施形態とは異なっている。
図11および図12は、第3実施形態の第1変形例による半導体装置1の製造方法の一例を示す断面図である。第3実施形態の第1変形例は、樹脂層72が面F2とは面一ではない点で、第3実施形態とは異なっている。
第1実施形態の第1変形例において図3を参照して説明したように、樹脂層付支持体Fの反りを調整するために、樹脂層72の厚さは変更されてもよい。
図11に示す工程は、図2A、図6A、および図9A~9Cと同様の工程の後に行われる。
柱状電極30の形成後(図9Cを参照)、図11に示すように、面F1上に樹脂層71を形成するとともに、面F2上に樹脂層72を形成する。
図11に示す例では、樹脂層72は、凹部81の底面から面F2を越えた高さまで形成される。
図11に示す工程の後、図9Eおよび図2F~図2Hと同様の工程が行われる。
また、図11に示す工程に代えて、図12に示す工程が行われてもよい。
図12に示す例では、樹脂層72は、凹部81の底面から面F2を越えない高さまで形成される。従って、凹部81は、樹脂層72によって完全には埋められていない。
第3実施形態の第1変形例のように、樹脂層付支持体Fの反りの調整のために、樹脂層72の厚さが変更されてもよい。
第3実施形態の第1変形例による半導体装置1は、第3実施形態と同様の効果を得ることができる。また、第3実施形態の第1変形例による半導体装置1に第1実施形態を組み合わせてもよい。
(第3実施形態の第2変形例)
図13および図14は、第3実施形態の第2変形例による半導体装置1の製造方法の一例を示す断面図である。第3実施形態の第2変形例は、第3実施形態と比較して、凹部81の深さが異なっている。
図13および図14は、第3実施形態の第2変形例による半導体装置1の製造方法の一例を示す断面図である。第3実施形態の第2変形例は、第3実施形態と比較して、凹部81の深さが異なっている。
図13に示す工程は、図2A、図6A、および図9A~9Cと同様の工程の後に行われる。ここで、図9Bに示す凹部81の形成工程において、第3実施形態による凹部81よりも深い凹部81が形成される。すなわち、後に形成する樹脂層72の厚さに応じた深さを有する凹部81を形成する。
柱状電極30の形成後(図9Cを参照)、図13に示すように、面F1上に樹脂層71を形成するとともに、面F2上に樹脂層72を形成する。尚、樹脂層72は、面F2と略面一に形成される。
図13に示す例では、第3実施形態において説明した図9Dと比較して、厚い樹脂層72が形成されている。すなわち、支持体80の残し厚を小さくすることにより、凹部81の内部に厚い樹脂層72を形成することができる。これにより、第3実施形態の第1変形例における図11と比較して、厚い樹脂層72により樹脂層付支持体Fが厚くなることを抑制しつつ、樹脂層72の厚さの調整による樹脂層付支持体Fの反りを調整することができる。
図13に示す工程の後、図9Eおよび図2F~図2Hと同様の工程が行われる。
また、図13に示す工程に代えて、図14に示す工程が行われてもよい。ここで、図9Bに示す凹部81の形成工程において、第3実施形態による凹部81よりも浅い凹部81が形成される。すなわち、後に形成する樹脂層72の厚さに応じた深さを有する凹部81を形成する。
図14に示す例では、第3実施形態において説明した図9Dと比較して、薄い樹脂層72が形成されている。すなわち、支持体80の残し厚を大きくすることにより、凹部81の内部に薄い樹脂層72を形成することができる。これにより、第3実施形態の第1変形例における図12と比較して、薄い樹脂層72により支持体80が薄くなることを抑制しつつ、樹脂層72の厚さの調整による樹脂層付支持体Fの反りを調整することができる。
第3実施形態の第2変形例のように、樹脂層72を面F2と略面一に形成する場合、樹脂層付支持体F80の反り、すなわち、形成する樹脂層72の厚さを考慮して、凹部81の深さが変更されてもよい。
第3実施形態の第2変形例による半導体装置1は、第3実施形態と同様の効果を得ることができる。また、第3実施形態の第2変形例による半導体装置1に第1実施形態を組み合わせてもよい。
(第4実施形態)
図15Aおよび図15Bは、第4実施形態による半導体装置1の製造方法の一例を示す断面図である。第4実施形態は、樹脂材料の充填口として機能する溝部82を形成する点で、第3実施形態とは異なっている。
図15Aおよび図15Bは、第4実施形態による半導体装置1の製造方法の一例を示す断面図である。第4実施形態は、樹脂材料の充填口として機能する溝部82を形成する点で、第3実施形態とは異なっている。
図15Aおよび図15Bに示す工程は、図2A、図6Aおよび図9Aと同様の工程の後に行われる。
保護テープを絶縁膜92上に貼り付けた後(図9Aを参照)、図15Aに示すように、溝部82を形成する。溝部82は、樹脂層72を形成する際に、樹脂材料を凹部81の内部に導入するための充填口として機能する。溝部82は、例えば、面F2の外周端部の一部を削ることにより形成される。溝部82は、例えば、凹部81と同様に研削砥石により形成される。尚、溝部82は、例えば、ウェットエッチングにより形成されてもよい。
溝部82は、図18を参照して後で説明するように、樹脂材料の充填口として機能する。また、溝部82の構成の詳細については、図16および図17を参照して、後で説明する。
次に、図15Bに示すように、凹部81を形成する。
図16は、第4実施形態による凹部81および溝部82の構成の一例を示す平面図である。図17は、第4実施形態による凹部81および溝部82の構成の一例を示す側面図である。図17は、図16に示す矢印A2の方向から見た側面図である。
図16に示すように、面F2の外周端部には、凹部81が形成されていない。図16および図17に示すように、面F2の外周端部の一部には、溝部82が設けられている。溝部82は、例えば、面F2から、凹部81と略同じ深さまで形成されている。溝部82は、例えば、支持体80の外周側面から凹部81の内周側面まで形成される。
すなわち、図15Aおよび図15Bに示すように、面F2に凹部81を形成するとともに、面F2に、支持体80の外周側面から凹部81の内周側面まで設けられる、少なくとも1つの溝部82を形成する。尚、図15Aおよび図15Bに示す例では、溝部82の形成後に凹部81が形成されている。しかし、凹部81および溝部82は、いずれが先に形成されてもよく、同時並行に形成されてもよい。
図15Bに示す工程の後、図9C~図9Eおよび図2F~図2Hと同様の工程が行われる。
また、図9Dにおいて、溝部82を通過するように凹部81の内部に樹脂材料を導入することにより、凹部81の内部に樹脂層72を形成する。
次に、溝部82を用いた樹脂層71、72の形成方法について説明する。
図18は、第4実施形態による樹脂層71、72の形成方法の一例を示す断面図である。
図18に示すように、金型201、202のキャビティ内に、支持体80、積層体S1および柱状電極30を配置する。上部の金型201と支持体80との間に、隙間G1が形成される。下部の金型202と支持体80との間に、隙間G2が形成される。
次に、金型201の2つの通路201a、201bから、それぞれ隙間G1、G2に樹脂材料を導入する。尚、金型201に図示しない排気口が設けられてもよい。樹脂材料が通路201aを通過して隙間G1に充填されて、樹脂層71が形成される。樹脂材料が通路201bを通過して隙間G2に充填されて、樹脂層72が形成される。尚、金型201が2つの通路201a、201bを有するため、異なる材料で樹脂層71、72を形成することができる。
ここで、隙間G2に充填される樹脂材料は、溝部82を通過して凹部81に導入される。これにより、支持体80の側面側から樹脂材料を導入して樹脂層72を形成することができ、かつ、樹脂層72を面F2と略面一に形成することができる。
凹部81内に樹脂材料を導入する方法として、例えば、支持体80の下方から導入する場合、および、支持体80の側面側から導入する場合が考えられる。
溝部82が設けられない場合、第3実施形態において説明した図9Bおよび図10に示すように、凹部81の周囲は、凹部81の側壁の凸部で覆われている。この場合、支持体80の側面側から樹脂材料を導入することが困難になる。例えば、図18と比較して隙間G2が支持体80の下方に広げられた金型201、202を用いて、隙間G2の側方から樹脂材料を導入することが考えられる。すなわち、面F2を越えるよう厚い樹脂層72を形成する。しかし、この場合、支持体80が厚くなるため、支持体80の搬送に影響が生じる可能性がある。また、薄い樹脂層72を形成することが困難になる可能性がある。
そこで、溝部82を形成することにより、例えば、面F2と略面一となるように、凹部81の内部に樹脂層72を形成することができる。この結果、支持体80の側面側から樹脂材料を導入する場合でも、支持体80が厚くなることを抑制することができる。
第4実施形態のように、樹脂材料の充填口として機能する溝部82が形成されてもよい。
第4実施形態による半導体装置1は、第3実施形態と同様の効果を得ることができる。また、第4実施形態による半導体装置1に第1実施形態を組み合わせてもよい。
(第4実施形態の第1変形例)
図19および図20は、第4実施形態の第1変形例による凹部81および溝部82の構成の一例を示す平面図である。第4実施形態の第1変形例は、第4実施形態と比較して、溝部82の数が異なっている。
図19および図20は、第4実施形態の第1変形例による凹部81および溝部82の構成の一例を示す平面図である。第4実施形態の第1変形例は、第4実施形態と比較して、溝部82の数が異なっている。
図19に示す例では、2つの溝部82が設けられている。2つの溝部82は、例えば、支持体80の中心を挟んで反対側に配置される。溝部82の数を増やすことにより、樹脂材料をより適切に充填させることができる。
図20に示す例では、4つの溝部82が設けられている。
第4実施形態の第1変形例のように、複数の溝部82が形成されてもよい。
第4実施形態の変形例1による半導体装置1は、第4実施形態と同様の効果を得ることができる。
(第4実施形態の第2変形例)
図21は、第4実施形態の第2変形例による凹部81および溝部82の構成の一例を示す平面図である。図22は、第4実施形態の第2変形例による凹部81および溝部82の構成の一例を示す断面図である。尚、図21のA3-A3線は、断面図である図22に対応する断面を示す。第4実施形態の第2変形例は、第4実施形態と比較して、溝部82の深さが異なっている。
図21は、第4実施形態の第2変形例による凹部81および溝部82の構成の一例を示す平面図である。図22は、第4実施形態の第2変形例による凹部81および溝部82の構成の一例を示す断面図である。尚、図21のA3-A3線は、断面図である図22に対応する断面を示す。第4実施形態の第2変形例は、第4実施形態と比較して、溝部82の深さが異なっている。
図22に示す例では、溝部82は、凹部81よりも浅い。
第4実施形態の第2変形例のように、樹脂材料が通過可能な範囲内で、溝部82の深さが変更されてもよい。
第4実施形態の第2変形例による半導体装置1は、第4実施形態と同様の効果を得ることができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
1 半導体装置、10 半導体チップ、30 柱状電極、40 半導体チップ、41 接続ピラー、71 樹脂層、72 樹脂層、80 支持体、81 凹部、82 溝部、91 マーク、92 絶縁膜、100 再配線層、F1 面、F2 面、S1 積層体
Claims (14)
- 第1面と、前記第1面とは反対側の第2面と、を有する支持体の前記第1面上に半導体チップを設け、
前記第1面上に、前記半導体チップを覆う第1樹脂層を形成するとともに、前記第2面上に第2樹脂層を形成する、
ことを具備する、半導体装置の製造方法。 - 前記第1樹脂層を形成するとともに、前記支持体の反りの量が所定値以下になる厚さまたは面積を有する前記第2樹脂層を形成する、ことをさらに具備する、請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1樹脂層および前記第2樹脂層を並行して形成する、ことをさらに具備する、請求項1または請求項2に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1樹脂層を形成し、
前記第1樹脂層を形成した後に、前記第2樹脂層を形成する、
ことをさらに具備する、請求項1または請求項2に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記半導体チップを設ける前に、前記第2面に凹部を形成し、
前記第1面上に前記半導体チップを設け、
前記第1面上に前記第1樹脂層を形成するとともに、前記凹部の内部に前記第2樹脂層を形成する、
ことをさらに具備する、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記半導体チップを設ける前に、前記第2面に前記凹部を形成するとともに、前記第2面に、前記支持体の外周側面から前記凹部の内周側面まで設けられる、少なくとも1つの溝部を形成し、
前記第1面上に前記半導体チップを設け、
前記第1面上に前記第1樹脂層を形成するとともに、前記溝部を通過するように前記凹部の内部に樹脂材料を導入することにより、前記凹部の内部に前記第2樹脂層を形成する、
ことをさらに具備する、請求項5に記載の半導体装置の製造方法。 - 形成する前記第2樹脂層の厚さに応じた深さを有する前記凹部を形成する、ことをさらに具備する、請求項5または請求項6に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第2樹脂層の面積以上の面積を有する前記第1樹脂層を形成するとともに、前記第2樹脂層を形成する、ことをさらに具備する、請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記支持体の面積と略同じ面積を有する前記第1樹脂層を形成する、ことをさらに具備する、請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1樹脂層を形成するとともに、前記第2面の法線方向から見て、前記半導体チップが設けられる前記第1面上の領域を少なくとも含む前記第2面上の領域に、前記第2樹脂層を形成する、ことをさらに具備する、請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第2樹脂層の材料は、前記第1樹脂層の材料とは異なる、ことをさらに具備する、請求項1から請求項10のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記半導体チップを設けた後、前記半導体チップに、前記第1面の法線方向に延伸する電極を形成する、ことをさらに具備する、請求項1から請求項11のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記電極を形成した後、前記半導体チップおよび前記電極を覆う前記第1樹脂層を形成するとともに、前記第2樹脂層を形成し、
前記第1樹脂層を研磨して、前記電極の上端を露出させ、
前記第1樹脂層の研磨量に応じて、前記第2樹脂層を研磨する、ことをさらに具備する、請求項12に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第1面上の複数の位置に、複数の前記半導体チップのそれぞれを設け、
前記第1樹脂層および前記第2樹脂層を形成した後、前記第1樹脂層および複数の前記半導体チップから、前記支持体および前記第2樹脂層を剥離し、
前記第1樹脂層を前記半導体チップごとに個片化する、
ことをさらに具備する、請求項1から請求項13のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
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