JP3729266B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【発明の背景】
従来から、複数の半導体チップを、スペーサを介して積層して、半導体装置を製造することが知られている。半導体装置の生産効率を高めるためには、半導体装置の製造工程では、なるべく工程を減らし、また、使用する材料を減らすことが好ましい。
【０００３】
本発明の目的は、生産効率の高い半導体装置の製造方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
（１）本発明に係る半導体装置の製造方法は、配線パターンを有する基板に搭載された、複数のパッドを有する第１の半導体チップに液状樹脂を設けること、
第２の半導体チップを、前記パッドと間隔をあけてオーバーラップするように、前記液状樹脂を介して前記第１の半導体チップに搭載すること、及び、
前記液状樹脂を硬化させて、前記第１の半導体チップと前記第２の半導体チップとの間にスペーサを形成し、前記第１及び第２の半導体チップを固着することを含む。本発明によれば、液状樹脂を硬化させることで、スペーサを形成し、かつ、第１及び第２の半導体チップを固着する。そのため、スペーサを形成する工程と、第１及び第２の半導体チップを固定する工程とを同時に行うことができ、効率よく半導体装置を製造することができる。
（２）この半導体装置の製造方法において、
前記第１の半導体チップと前記第２の半導体チップとがほぼ平行になるように、前記スペーサを形成してもよい。これによれば、第１の半導体チップと第２の半導体チップとが接触しにくくなるため、信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
（３）この半導体装置の製造方法において、
前記液状樹脂は複数のボールを含有し、
前記ボールを、前記第１及び第２の半導体チップ間に介在させてもよい。これによれば、第１の半導体チップと第２の半導体チップとが接触しにくくなるため、信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
（４）この半導体装置の製造方法において、
前記ボールは弾性を有してもよい。これによれば、ボールによって半導体チップが損傷することを防止することができるため、信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
（５）この半導体装置の製造方法において、
前記第２の半導体チップを搭載する工程の前に、前記第１の半導体チップのパッドと前記配線パターンとをワイヤによって電気的に接続することをさらに含んでもよい。
（６）この半導体装置の製造方法において、
前記第２の半導体チップの前記第１の半導体チップを向く面には、絶縁層が形成されていてもよい。これによれば、第２の半導体チップと、第１の半導体チップまたはワイヤとのショートを防止することができ、信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
（７）この半導体装置の製造方法において、
前記基板上に、前記第１及び第２の半導体チップを封止する封止部を形成することをさらに含んでもよい。
（８）本発明に係る半導体装置は、上記半導体装置の製造方法によって形成されてなる。
（９）本発明に係る回路基板には、上記半導体装置が実装されてなる。
（１０）本発明に係る電子機器は、上記半導体装置を有する。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。ただし、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。
【０００６】
図１から図９は、本発明を適用した実施の形態に係る半導体装置の製造方法について説明するための図である。はじめに、図１に示すように、基板１０に第１の半導体チップ２０を搭載する。
【０００７】
基板１０は、有機系（ポリイミド基板等）又は無機系（セラミック基板、ガラス基板等）のいずれの材料から形成されてもよく、これらの複合構造（ガラスエポキシ基板等）から形成されてもよい。基板１０の平面形状は特に限定されないが、矩形をなすことが多い。基板１０は、単層又は多層基板のいずれであってもよい。
【０００８】
基板１０は、複数の配線からなる配線パターン１２を有する。基板１０には、一方の面と他方の面とを電気的に接続するための複数の貫通孔１４が形成されていてもよい。貫通孔１４は、導電材料で埋められてもよいし、内壁面にメッキ処理がなされたスルーホールとなっていてもよい。こうすることで、基板１０の両面の電気的な接続を図ることができる。
【０００９】
第１の半導体チップ２０の形状は特に限定されないが、直方体（立方体を含む）をなしていることが一般的である。第１の半導体チップ２０には、図示しないトランジスタやメモリ素子などからなる集積回路が形成されている。第１の半導体チップ２０は、集積回路と電気的に接続した複数のパッド２１を有する。パッド２１は、第１の半導体チップ２０の面の端部に、外形の２辺又は４辺に沿って配置されてもよいし、面の中央部に形成されてもよい。パッド２１は、アルミニウム系又は銅系の金属で形成されてもよい。また、第１の半導体チップ２０には、パッド２１の中央部を避けて、パッシベーション膜（図示しない）が形成されていてもよい。パッシベーション膜は、例えば、SiO２、SiN、ポリイミド樹脂などで形成してもよい。
【００１０】
本実施の形態では、パッド２１が形成された面とは反対側の面が基板１０に対向するように、第１の半導体チップ２０を搭載してもよい。第１の半導体チップ２０は、接着剤１６によって、基板１０に固着してもよい。このとき、接着剤１６は絶縁性のものを使用してもよい。
【００１１】
なお、本実施の形態では、図１に示すように、１つの基板１０に１つの第１の半導体チップ２０を搭載して半導体装置を製造してもよいが、１つの基板に複数の第１の半導体チップ２０を搭載して、複数の半導体装置を一括して製造してもよい。
【００１２】
本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、第１の半導体チップ２０と配線パターン１２とを電気的に接続することを含む。図２に示すように、第１の半導体チップ２０と配線パターン１２との電気的な接続には、ワイヤ３０を利用してもよい。具体的には、ワイヤボンディング工程によって、パッド２１と配線パターン１２とを電気的に接続するワイヤ３０を形成して、第１の半導体チップ２０と配線パターン１２とを電気的に接続してもよい。ワイヤボンディング工程は、既に公知となっているいずれの方法で行ってもよく、例えばボールバンプ法によって、ワイヤ３０を形成してもよい。また、ワイヤ３０の材料は特に限定されず、例えば金ワイヤを利用してもよい。なお、ワイヤボンディング工程は、次に説明する、液状樹脂４０を設ける工程よりも後で行ってもよいが、第２の半導体チップ２２を搭載する工程よりも前に行うことが好ましい。第２の半導体チップ２２を搭載する工程よりも前に行うことで、パッド２１が露出した状態でワイヤボンディングを行うことができるため、容易にワイヤ３０を形成することができる。
【００１３】
本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、図３に示すように、第１の半導体チップ２０に液状樹脂４０を設けることを含む。液状樹脂４０は、硬化することによってスペーサ５０となる。液状樹脂４０は、絶縁性であってもよい。ディスペンサを用いて液状樹脂４０を滴下（ポッティング）することによって、第１の半導体チップ２０に液状樹脂４０を設けてもよい。
【００１４】
本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、図４に示すように、第１の半導体チップ２０に、第２の半導体チップ２２を搭載することを含む。第２の半導体チップ２２は、パッド２１と間隔をあけてオーバーラップするように、液状樹脂４０を介して第１の半導体チップ２０に搭載してもよい。第２の半導体チップ２２は、第１の半導体チップ２０で説明した内容を適用してもよい。例えば、第２の半導体チップ２２は、複数のパッド２３を有してもよい。また、第２の半導体チップ２２の大きさは特に限定されないが、第１の半導体チップ２０とほぼ同じ大きさであってもよい。第２の半導体チップ２２は、第１の半導体チップ２０を向く面がワイヤ３０と接触しないように搭載してもよい。すなわち、スペーサ５０の高さがワイヤ３０のループ高さよりも高くなるように、第２の半導体チップ２２を搭載してもよい。これにより、ワイヤ３０と第２の半導体チップ２２とのショートを防止することができる。また、第１の半導体チップ２０と第２の半導体チップ２２とがほぼ平行になるように、第２の半導体チップ２２を搭載してもよい。これにより、第１及び第２の半導体チップ２０，２２間のショートを防止することができる。なお、第２の半導体チップ２２の基板１０を向く面には、絶縁層２４が形成されていてもよい。これによれば、第２の半導体チップ２２と、第１の半導体チップ２０あるいはワイヤ３０と、のショートを防止することができるため、信頼性の高い半導体装置を製造することができる。なお、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法では、液状樹脂４０を硬化させることによって、第１の半導体チップ２０と第２の半導体チップ２２とを固着させる。そのため、絶縁層２４の接着力の有無は特に問わない。
【００１５】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、液状樹脂４０を硬化させて、第１の半導体チップ２０と第２の半導体チップ２２との間にスペーサ５０を形成し、第１及び第２の半導体チップ２０，２２を固着することを含む（図５参照）。すなわち、硬化する際に接着力を発現させる樹脂を、液状樹脂４０として使用してもよい。液状樹脂４０を硬化させる処理は、液状樹脂の種類によって異なるが、例えば熱処理や紫外線照射処理などが考えられる。本実施の形態に係る半導体装置の製造方法によると、液状樹脂４０を硬化させることで、スペーサ５０を形成し、第１及び第２の半導体チップ２０，２２を固着する。すなわち、スペーサ５０を形成する工程と、第１及び第２の半導体チップ２０，２２を固着する工程とが一括して行われる。そのため、効率よく半導体装置を製造することができる。また、別途接着剤を使用することなく第１及び第２の半導体チップを固着することができるため、材料費を節減することができる。
【００１６】
なお、第１の半導体チップ２０と第２の半導体チップ２２とがほぼ平行になるように、スペーサ５０を形成してもよい。これによると、第１及び第２の半導体チップ２０，２２が接触しにくくなるため、信頼性の高い半導体装置を製造することができる。また、スペーサ５０の高さは、第２の半導体チップ２２と、ワイヤ３０あるいは第１の半導体チップ２０と、がショートしない高さであることが好ましい。スペーサ５０の高さは、液状樹脂４０の使用量や、第２の半導体チップ２２に加える圧力によって制御してもよい。第２の半導体チップ２２が絶縁層を有する場合、第２の半導体チップ２２とワイヤ３０とが接触しても両者のショートが起こらないため、スペーサ５０の高さを低くすることができ、厚みが薄く実装性に優れた半導体装置を製造することができる。
【００１７】
なお、変形例として、複数のボール７２を含有する液状樹脂７４を利用して、半導体装置を製造してもよい。すなわち、液状樹脂７４を第１の半導体チップ２０に設けた後に（図６参照）、第１及び第２の半導体チップ２０，２２の間にボール７２が介在するように第２の半導体チップ２２を搭載する。そして、これを硬化することで、内部に複数のボール７２を有するスペーサ７０を形成してもよい（図７参照）。これによると、第２の半導体チップ２２の配置が、ボール７２によって制限されるため、第２の半導体チップ２２を、第１の半導体チップ２０と平行になるように搭載することが容易となり、信頼性の高い半導体装置を効率よく形成することができる。なお、ボール７２は、絶縁性のものであってもよく、例えば樹脂ボールやゴムボールであってもよい。また、ボール７２は弾性を有してもよく、この場合、ボール７２によって半導体チップが傷つくことを防止することができる。また、スペーサ７０を、ボール７２の直径とほぼ同じ高さになるように形成してもよい。言い換えると、スペーサ７０の高さの設計値とほぼ同じ直径のボールを使用して、本実施の形態に係る半導体装置を製造してもよい。
【００１８】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、図８に示すように、第２の半導体チップ２２のパッド２３と配線パターン１２とをワイヤ３２によって電気的に接続することを含んでもよい。ワイヤ３０を形成する工程と同様の工程によって、ワイヤ３２を形成してもよい。
【００１９】
最後に、第１及び第２の半導体チップ２０，２２を封止する封止部６０を形成する工程や、外部端子６２を形成する工程を経て、半導体装置１を製造することができる（図９参照）。半導体装置１は、配線パターン１２を有する基板１０と、基板１０上に設けられた第１及び第２の半導体チップ２０，２２と、第１及び第２の半導体チップ２０，２２の間に設けられたスペーサ５０と、第１及び第２の半導体チップ２０，２２の電極と配線パターン１２とを電気的に接続するワイヤ３０，３２と、を含む。半導体装置１は、さらに、第２の半導体チップ２２の基板１０を向く面に形成された樹脂層２４と、封止部６０と、外部端子６２と、を有してもよい。
【００２０】
なお、ここまでは、第１及び第２の半導体チップ２０，２２を有する半導体装置１の製造方法について説明してきたが、本発明に係る半導体装置の製造方法はこれに限られるものではない。すなわち、第２の半導体チップ２２に、他の半導体チップを搭載して、半導体装置を製造してもよい。このとき、第１の半導体チップ２０に第２の半導体チップ２２を搭載する工程と同様の工程で、第２の半導体チップ２２に他の半導体チップを搭載してもよい。本工程によれば、第１及び第２の半導体チップ２０，２２を含む複数の半導体チップを有する半導体装置を製造することができる。
【００２１】
なお、図１０に、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法によって製造した半導体装置１が実装された回路基板１０００を示す。また、半導体装置１を有する電子機器として、図１１にはノート型パーソナルコンピュータ２０００が、図１２には携帯電話が、それぞれ示されている。
【００２２】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明を適用した実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す図である。
【図２】 図２は、本発明を適用した実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す図である。
【図３】 図３は、本発明を適用した実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す図である。
【図４】 図４は、本発明を適用した実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す図である。
【図５】 図５は、本発明を適用した実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す図である。
【図６】 図６は、本発明を適用した実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す図である。
【図７】 図７は、本発明を適用した実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す図である。
【図８】 図８は、本発明を適用した実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す図である。
【図９】 図９は、本発明を適用した実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す図である。
【図１０】 図１０は、本発明を適用した実施の形態に係る半導体装置が実装された回路基板を示す図である。
【図１１】 図１１は、本発明を適用した実施の形態に係る半導体装置を有する電子機器を示す図である。
【図１２】 図１２は、本発明を適用した実施の形態に係る半導体装置を有する電子機器を示す図である。
【符号の説明】
１０ 基板、 １２ 配線パターン、 １４ 貫通孔、 ２０ 第１の半導体チップ、 ２１ パッド、 ２２ 第２の半導体チップ、 ２３ パッド、 ２４ 絶縁層、 ３０ ワイヤ、 ４０ 液状樹脂

Claims (3)

  1. 配線パターンを有する基板に搭載された第１の半導体チップのパッドと前記配線パターンとをワイヤによって電気的に接続すること、
    前記第１の半導体チップに、複数のボールを含有する液状樹脂を設けること、
    第２の半導体チップを、前記パッドと間隔をあけてオーバーラップするように、前記液状樹脂を介して前記第１の半導体チップに搭載すること、及び、
    前記液状樹脂を硬化させて、前記第１の半導体チップと前記第２の半導体チップとの間にスペーサを形成し、前記第１及び第２の半導体チップを固着することを含み、
    前記ワイヤを、ループ高さが前記ボールの直径よりも低くなるように形成し、
    前記複数のボールを、前記第１及び第２の半導体チップ間に介在させ、
    前記スペーサを、前記第１の半導体チップと前記第２の半導体チップとがほぼ平行になるように形成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、
    前記複数のボールを、前記前記第１及び第２の半導体チップと接触させる半導体装置の製造方法。
  3. 請求項２記載の半導体装置の製造方法において、
    前記第２の半導体チップの前記第１の半導体チップを向く面には、絶縁層が形成されてなり、
    前記複数のボールを、前記第２の半導体チップの前記絶縁層と接触させる半導体装置の製造方法。
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