JP3287233B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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  • Encapsulation Of And Coatings For Semiconductor Or Solid State Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＬＳＩの実装方法
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、ＬＳＩの低コスト化と小型化を図
るため、例えば異なる機能、異なるプロセスにより形成
されたＬＳＩチップ同士を３次元的に実装し、１パッケ
ージ化する方法が提案されている。上記のような構成を
有する従来の半導体装置としては、例えば特願昭５７−
３６４３０号公報に記載されたものが挙げられ、以下で
は図２を参照しながら上記した従来の半導体装置につい
て説明する。
【０００３】図２において、第１の半導体チップ２１と
第２の半導体チップ２２とはフェースダウンで接続さ
れ、樹脂封止体２９によりパッケージに実装されてい
る。さらに詳細に説明すると、ダイパッド３８上に載置
された第１の半導体チップ２１上には、外部リード２８
とボンディングワイヤ２７により接続されるべく形成さ
れたボンディングパッド２４及び第２の半導体チップ２
２との接続を行なうべく形成されたボンディングパッド
２３が形成されている。そして、上記の第１の半導体チ
ップ２１と第２の半導体チップ２２とは、各々のボンデ
ィングパッド２３と２５とが対向する状態で半田バンプ
２６を介して接続されている。
【０００４】上記の従来の半導体装置の製造方法として
は、まず第１の半導体チップ２１、第２の半導体チップ
２２を半導体ウエハーから切り出して分割したのち、半
田等のバンプを介して接続し、パッケージングを行な
う。そしてパッケージングの後、特性検査を行なう。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の技術では、個々に分割されたＬＳＩチップ同士
を三次元的に接続した後、パッケージングする構成であ
るため下記のような問題が生じる。
【０００６】すなわち、三次元的に実装を行う際に予め
ＬＳＩチップは分割されているため、実装を行った段階
でもバラバラになっている。このような、半導体モジュ
ールをダイボンディング装置に供給するためには、一旦
バラバラになっている半導体モジュール（三次元的に実
装されている）をチップトレー等に収納しなければなら
ない。一方、通常のパッケージング工程でのダイボンデ
ィング装置へのＬＳＩチップの供給は、分割されたＬＳ
Ｉチップがフレームに支持されたダイシングテープに固
定された状態で行われるている。従って、三次元的に実
装された半導体モジュールを効率よくボンディング装置
に供給するためには、新たな装置が必要となりコストが
高くなってしまう可能性がある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】そこで本発明の半導体装
置の製造方法は、上記の課題解決し、製造コストの安い
３次元実装したＬＳＩを得るために、第１のＬＳＩチッ
プが形成された半導体ウエハーをテープに固定するとと
もにダイシングにより分割する工程と、第１のＬＳＩチ
ップがテープに固定された状態で第１のＬＳＩチップ上
に第２のＬＳＩチップをフェースダウンボンディングで
接合し半導体モジュールを形成する工程と、半導体モジ
ュールをテープから剥がし半導体パッケージにパッケー
ジングする工程とを有する構成となっている。
【０００８】上記構成により、ダイシングテープに半導
体モジュールを固定した状態で、ダイボンディング装置
に供給することができるとともに、第１のＬＳＩチップ
と第２のＬＳＩチップを信頼性よくフェイスダウンボン
ディングすることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態における
半導体装置の製造方法について図１を参照しながら説明
する。
【００１０】図１は、本発明の実施の形態における半導
体装置の製造工程断面図を示すものであり、図１におい
て、１は第１のＬＳＩチップが形成されている半導体ウ
エハー、２は第１のＬＳＩチップに形成された第１のＬ
ＳＩチップ上に搭載される第２のＬＳＩチップとの接続
を行うための接続用電極、３は外部電極、４は第２のＬ
ＳＩチップ、５は第２のＬＳＩチップに形成されている
バンプ（金属突起）、６は絶縁性樹脂、７は加圧ツー
ル、８は絶縁性樹脂６を硬化させる際に照射される紫外
線、９はダイシングテープ、１０はダイシングの溝、１
１はリードフレーム、１２はボンディングワイヤ、１３
は封止樹脂を示している。
【００１１】以下図１（ａ）〜（ｇ）にそって本発明の
実施の形態における半導体装置の製造方法について詳細
に説明する。
【００１２】まず始めに、図１（ａ）に示すように、半
導体ウエハー１を加圧加熱等の方法によりダイシングテ
ープ９に貼りつけ固定する。半導体ウエハ１は、外部へ
の入出力のための外部電極３と後に第２のＬＳＩチップ
との接続を行う接続用電極２を有している。次に、図１
（ｂ）に示すように、ダイシングにより半導体ウエハ１
を分割し、第１のＬＳＩチップ１５を得る。この時、本
実施の形態では図１（ｂ）に示すように半導体ウエハ１
の厚み以上の切り込み深さで切断したが、完全切断では
なく、切り込み深さを半導体ウエハの厚み以下とし後に
機械的に分割する方法でもよい。
【００１３】次に第１のＬＳＩチップ１５に第２のＬＳ
Ｉチップ４をフェイスダウンボンディングにより接続
し、半導体モジュールを形成する方法について説明す
る。
【００１４】すなわち図１（ｃ）に示すように、第１の
ＬＳＩチップ１５の、第２のＬＳＩチップを搭載する領
域に、絶縁性樹脂６を塗付する。絶縁性樹脂は、ここで
は紫外線硬化型の絶縁性樹脂を用いているが、加熱硬化
型や常温硬化型等の樹脂を用いてもよく、具体的にはエ
ポキシ、アクリル、ポリイミド、ウレタン等の樹脂を用
いることができる。絶縁性樹脂６の塗付方法は、ディス
ペンス、印刷、スタンピング等を用いる。また、本実施
の形態では、絶縁性樹脂６の塗付を第１のＬＳＩチップ
に行ったが、後に示す第２のＬＳＩチップ側に行っても
よい。
【００１５】次に、図１（ｄ）に示す様に、第２のＬＳ
Ｉチップ４に形成されたバンプ５と第１のＬＳＩチップ
１５の接続用電極２を位置合わせした後に、第２のＬＳ
Ｉチップ４を第１のＬＳＩチップ１５上に設置する。こ
の時、第２のＬＳＩチップ４は、絶縁性樹脂６の粘性に
より第１のＬＳＩチップ１５上に仮固定される。なお、
バンプ５は、Ａｕ、Ｉｎ、Ｉｎ−Ｓｎ、Ｐｂ−Ｓｎ、Ｃ
ｕ、Ｎｉ等の金属で、寸法は径が１μｍから１００μ
ｍ、高さが１μｍから５０μｍ程度であり、バンプ５の
形成は、Ａｌ電極上に無電解鍍金等によりＮｉ／Ａｕ等
のバリアメタルを形成した後、電解鍍金、無電解鍍金、
ディッピング、転写等の方法で容易に形成することがで
きる。また、本実施の形態では、第２のＬＳＩチップ４
側にバンプを形成しているが、第１のＬＳＩチップ１５
側にバンプを形成してもよい。
【００１６】その後、加圧ツール７で、第２のＬＳＩチ
ップ４を加圧し、第２のＬＳＩチップ４のバンプ５を第
１のＬＳＩチップ１５の接続用電極２に接触させる。加
圧する荷重は０．１ｇ／バンプ〜２０ｇ／バンプ程度の
小さい荷重であり、この時、第１のＬＳＩチップ１５の
接続用電極２及び、バンプ５の下の、トランジスタや配
線の特性が変化しないようにする。またこの時、バンプ
５と接続用電極２を均等に接触させるため、加圧ツール
７は、第１のＬＳＩチップ１５に対して精度よく平行に
した状態で加圧する必要があるが、本実施の形態では、
第１のＬＳＩチップ１５の下面にはダイシングテープ９
が存在し、このテープ９が加圧ツールの傾きを吸収する
ため常に、加圧ツール７に傾きが生じても第１のＬＳＩ
チップ１５と第２のＬＳＩチップ４は常に平行に加圧さ
れるため、品質がよく信頼性の高い接続を得ることがで
きる。すなわち本発明ではＬＳＩチップが１個１個分割
された状態でダイシングテープに接着されているため、
極めて信頼性が高い状態で第１のＬＳＩチップ１５と第
２のＬＳＩチップ４を常に平行に加圧することができ
る。
【００１７】次に、第２のＬＳＩチップ４を加圧した状
態で絶縁性樹脂６を硬化する。本実施の形態では絶縁性
樹脂６が紫外線硬化型であるため、紫外線を第２のＬＳ
Ｉチップ４の周囲に照射し、周辺の絶縁性樹脂６のみを
硬化し、加圧を解除した後に、加熱あるいは常温硬化に
より硬化する。もし、絶縁性樹脂６が加熱硬化型の場合
には、加圧ツール７を加熱することにより硬化を行い、
その際の加熱温度は７０℃〜２５０℃程度で数秒〜数十
秒加熱することにより硬化させることができる。従っ
て、ダイシングテープ９の材料としては、上記の温度に
耐えうるような耐熱性のある材料を用いることが望まし
い。そして、加圧を解除することで第１のＬＳＩチップ
１５への第２のＬＳＩチップ４の接続が完了する。この
工程を、繰り返し第２のＬＳＩチップ４を第１のＬＳＩ
チップ１５上に全て接続し、図１（ｅ）に示すような構
成となる。この時、第１のＬＳＩチップ１５はダイシン
グテープ９にダイシングされた状態で固定されているた
め、定ピッチで整列しているため、位置合わせにおいて
はダイシングテープ９上の最初の第１のＬＳＩチップを
画像認識で位置合わせしたあとは、ＮＣ制御で定ピッチ
移動させることにより第１のＬＳＩチップは、基準に対
して位置合わせできるため、短時間での位置合わせがで
きコストを安くできる。
【００１８】なお、本実施の形態では、第２のＬＳＩチ
ップ４の加圧と絶縁樹脂６の硬化をチップ毎に行った
が、複数チップを同時に加圧し、絶縁樹脂６の硬化を行
ってもよい。また、本実施の形態では、第１のＬＳＩチ
ップ１５と第２のＬＳＩチップ４の接続を絶縁性樹脂を
用いる方法で行ったが、はんだバンプを用いた半田付
け、Ａｕバンプを用いたＡｕ−Ａｕ固層接合、Ａｕ−Ａ
ｌ固層接合等を用いてもよい。更に、これらの方法で行
う場合は、第１のＬＳＩチップ１５と第２のＬＳＩチッ
プ４の間に、接合した後、絶縁性樹脂を充填することも
可能である。
【００１９】また、本実施の形態では示していないが、
第１のＬＳＩチップ１５と第２のＬＳＩチップ４を接合
した後に、２つのＬＳＩチップからなる半導体モジュー
ルの検査を、行うこともできる。この場合は、通常のウ
エハー状態での特性検査と同様に、プローブカードで、
第１のＬＳＩチップ１５の外部電極３にプロービングし
行う方法等がある。
【００２０】その後、図１（ｆ）に示すように、半導体
モジュールがダイシングテープに固定された状態でダイ
シング装置に供給し、その後ダイシングテープ９から三
次元的に実装された半導体モジュールを剥離させ、その
後図１（ｇ）に示すようにリードフレーム１１にダイボ
ンディングし、ボンディングワイヤ１２にてワイヤボン
ディングした後、封止樹脂１３にて封止しパッケージン
グを完了する。この時、本実施の形態では、第１のＬＳ
Ｉチップ１５と第２のＬＳＩチップ４が接続された、半
導体モジュールが、通常の１個のＬＳＩチップをパッケ
ージングするのと同様に、ダイシングテープ９に固定さ
れた状態であるため、パッケージング工程のダイボンデ
ィング装置は、１個のＬＳＩチップをパッケージングす
るダイボンディング装置と同じ装置が使用でき、新たな
設備投資を必要とせずコストを安くできる。また、本実
施の形態では、ＱＦＰタイプのプラスチックパッケージ
を用いたが、ＰＧＡ、ＢＧＡタイプ、セラミックパッケ
ージを用いてもよい。
【００２１】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、第１の
ＬＳＩチップ１５と第２のＬＳＩチップ４が接続され
た、半導体モジュールが、通常の１個のＬＳＩチップを
パッケージングするのと同様に、ダイシングテープ９に
固定された状態であるため、パッケージング工程のダイ
ボンディング装置は、１個のＬＳＩチップをパッケージ
ングするダイボンディング装置と同じ装置が使用でき、
新たな設備投資を必要とせずコストを安くできる。
【００２２】また、第２のＬＳＩチップの接合の繰り返
しの工程においては、第１のＬＳＩチップ１５はダイシ
ングテープ９にダイシングされた状態で固定されている
ため、定ピッチで整列している。従って、位置合わせに
おいてはダイシングテープ９上の最初の第１のＬＳＩチ
ップを画像認識で位置合わせしたあとは、ＮＣ制御で定
ピッチ移動させることにより第１のＬＳＩチップは、基
準に対して位置合わせできるため、短時間での位置合わ
せができコストを安くできる。
【００２３】また、第１のＬＳＩチップと第２のＬＳＩ
チップの接合においても、第１のＬＳＩチップ１５の下
面にはダイシングテープ９があり、このテープ９が加圧
ツールの傾きを吸収するため、加圧ツール７に傾きが生
じても第１のＬＳＩチップ１５と第２のＬＳＩチップ４
は常に平行に加圧されるため、品質がよく信頼性の高い
接続を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における半導体装置の製造
工程断面図
【図２】従来の半導体装置の断面図
【符号の説明】
１ 半導体ウエハー ２ 接続用電極 ３ 外部電極 ４ 第２のＬＳＩチップ ５ バンプ ６ 絶縁性樹脂 ７ 加圧ツール ９ ダイシングテープ １０ ダイシングの溝 １１ リードフレーム １２ ボンディングワイヤ １３ 封止樹脂 １５ 第１のＬＳＩチップ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−151701（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−124881（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−209071（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−63027（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 25/00 - 25/18

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】第１のＬＳＩチップが形成された半導体ウ
    エハーをテープに固定するとともにダイシングにより分
    割する工程と、前記第１のＬＳＩチップが前記テープに
    固定された状態で前記第１のＬＳＩチップ上に第２のＬ
    ＳＩチップをフェースダウンボンディングで接合し半導
    体モジュールを形成する工程と、前記半導体モジュール
    を前記テープから剥がし半導体パッケージにパッケージ
    ングする工程とを有する半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項２】半導体モジュールが、テープに固定された
    状態で、パッケージングを行うダイボンディング装置に
    供給することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置
    の製造方法。
  3. 【請求項３】第１のＬＳＩチップ電極と第２のＬＳＩチ
    ップの電極を突起電極を介してフェースダウンボンディ
    ングで接続した後、第１のＬＳＩチップと第２のＬＳＩ
    チップの間隙に樹脂を充填する工程を付加したことを特
    徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項４】 第１のＬＳＩチップが形成された半導体
    ウエハーをテープに固定するとともにダイシングにより
    分割する工程と、前記第１のＬＳＩチップが前記テープ
    に固定された状態で前記第１のＬＳＩチップの第２のＬ
    ＳＩチップが接続される領域に絶縁性樹脂を塗付する工
    程と、前記第１のＬＳＩチップの電極と第２のＬＳＩチ
    ップの電極を位置合わせした後第２のＬＳＩチップを前
    記第１のＬＳＩチップの前記絶縁性樹脂を塗付した部分
    に設置する工程と、前記第２のＬＳＩチップを加圧して
    前記第１のＬＳＩチップと第２のＬＳＩチップの電気的
    な接続を行った状態で前記絶縁性樹脂を硬化させて半導
    体モジュールを形成する工程と、前記半導体モジュール
    を前記テープから剥がし半導体パッケージにパッケージ
    ングする工程とを有する半導体装置の製造方法。
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