JP4206779B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、スペーサ付き半導体ウェハ及びその製造方法、半導体装置及びその製造方法、回路基板並びに電子機器に関する。
【0002】
【発明の背景】
近年、複数の半導体チップを積み重ねた半導体装置が開発されている。その中で、半導体チップの電極にワイヤをボンディングして電気的な接続を図る形態がある。同一又はそれよりも大きい外形を有する半導体チップを積み重ねるには、半導体チップ同士の間にスペーサを設ける必要がある。
【0003】
従来、スペーサの形成方法として、半導体チップ上に樹脂をポッティングする方法があるが、ポッティング量により樹脂の高さが決まるので、スペーサの高さ及び幅を制御することが難しかった。また、シリコン部材やモールド樹脂を所定形状に形成した後、半導体チップ上に載せる方法があるが、例えば各スペーサを半導体チップごとに位置合わせするなど生産性に劣っていた。
【0004】
本発明は、上述した課題を解決するためのものであり、その目的は、生産性に優れるスペーサの形成方法を実現することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
(1)本発明に係るスペーサ付き半導体ウェハの製造方法は、複数の半導体素子を有する半導体ウェハの、それぞれの前記半導体素子にスペーサを形成することを含み、
複数の前記スペーサを形成する工程を、前記半導体ウェハ上で一括して行う。本発明によれば、複数のスペーサを半導体ウェハ上で一括して形成するので、生産性が極めて高い。すなわち、スペーサを個々に半導体素子上に取り付ける手間を省略でき、迅速かつ簡単にスペーサを形成することができる。
(2)このスペーサ付き半導体ウェハにおいて、
前記スペーサを、前記半導体素子の面の内側に形成してもよい。これによれば、スペーサの表面積を小さくすることができる。そのため、例えば、半導体装置の封止に使用される材料と物性値が異なる場合であっても、半導体装置の内部応力を減少させることができる。
(3)このスペーサ付き半導体ウェハにおいて、
前記スペーサを、内部に複数のボールを有するように形成してもよい。これによれば、容易に設計通りの高さのスペーサを形成することができるため、簡単にスペーサ付き半導体ウェハを製造することができる。
(4)このスペーサ付き半導体ウェハにおいて、
前記スペーサを、前記ボールの直径とほぼ等しい高さに形成してもよい。
(5)このスペーサ付き半導体ウェハにおいて、
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ウェハが傷つくことを防止することができる。
(6)このスペーサ付き半導体ウェハにおいて、
前記スペーサの形成工程で、
複数の穴を有する型を前記ウェハにセットし、
それぞれの前記穴内に前記スペーサの材料であるペーストを設け、
前記型を前記ウェハから離すことで、複数の前記スペーサを形成してもよい。これによれば、ペーストを型に形成された複数の穴に設けることで、複数のスペーサを一括して形成することができる。
(7)このスペーサ付き半導体ウェハにおいて、
前記型は、前記ペーストの流れを止めるダム部を有し、
前記ペーストを、前記穴内の前記ダム部で囲まれた空間に設けてもよい。これによって、流動しやすい材料を使用しても、所定の幅のスペーサを簡単に形成することができる。
(8)このスペーサ付き半導体ウェハにおいて、
前記ペーストを、前記型の面と面一になるように設けてもよい。これによれば、ペーストを型の面と面一になるように設けることで、所定の高さのスペーサを簡単に形成することができる。
(9)このスペーサ付き半導体ウェハにおいて、
前記ペーストは、樹脂であってもよい。
(10)このスペーサ付き半導体ウェハにおいて、
前記ペーストのチキソ比は、モールド封止材料のチキソ比よりも大きくてもよい。
(11)このスペーサ付き半導体ウェハにおいて、
前記ペーストは、複数の前記ボールを含有してもよい。これによると、内部にボールを含有するスペーサを容易に形成することができる。
(12)このスペーサ付き半導体ウェハにおいて、
前記スペーサの形成工程で、
前記ウェハ上に、感光性を有する前記スペーサの材料を設け、
前記材料を露光及び現像することで、複数の前記スペーサを形成してもよい。これによれば、材料を露光及び現像することで、複数のスペーサを一括して形成することができる。
(13)このスペーサ付き半導体ウェハにおいて、
前記材料は、ポジ型又はネガ型のいずれかの性質を有してもよい。
(14)このスペーサ付き半導体ウェハにおいて、
前記材料を、スピンコート法によって設けてもよい。これによって、材料を一定の厚みにすることができる。したがって、所定の高さのスペーサを簡単に形成することができる。
(15)このスペーサ付き半導体ウェハにおいて、
前記材料は、複数の前記ボールを含有してもよい。これによると、内部にボールを含有するスペーサを容易に形成することができる。
(16)このスペーサ付き半導体ウェハにおいて、
前記スペーサの形成工程で、
前記スペーサの材料であるシートをテープに貼り付け、
前記シートの複数の部分を、前記テープから前記半導体ウェハ上に転写させることで、複数の前記スペーサを形成してもよい。これによれば、テープに貼り付けられたシートを転写することで、複数のスペーサを一括して形成することができる。
(17)このスペーサ付き半導体ウェハにおいて、
前記転写工程前に、
前記テープと前記複数の部分との接着力を、前記テープと前記シートの他の部分との接着力よりも小さくしてもよい。これによって、シートを部分的に半導体ウェハ上に転写させることができる。
(18)このスペーサ付き半導体ウェハにおいて、
前記テープは、紫外線硬化性を有してもよい。
(19)このスペーサ付き半導体ウェハにおいて、
前記転写工程前に、
前記テープのうち前記シートの前記複数の部分が接着される領域に、紫外線を照射してもよい。これによって、シートを簡単に部分的に剥がすことができる。
(20)このスペーサ付き半導体ウェハにおいて、
前記転写工程前に、
前記テープ上で、前記シートを前記複数の部分の輪郭を通るように切断してもよい。これによって、シートを簡単に部分的に剥がすことができる。
(21)このスペーサ付き半導体ウェハの製造方法において、
前記シートは、複数の前記ボールを含有してもよい。これによると、内部にボールを含有するスペーサを容易に形成することができる。
(22)このスペーサ付き半導体ウェハの製造方法において、
前記スペーサを形成する工程は、前記スペーサを押圧してレベリングすることを含んでもよい。
(23)本発明に係る半導体装置の製造方法は、基板上に平面的に並べられた複数の半導体チップの、それぞれの前記半導体チップにスペーサを設けることを含み、
複数の前記スペーサを形成する工程を、前記基板上で一括して行う。本発明によれば、複数のスペーサの形成工程を、基板上で一括して行うので、生産性が極めて高い。すなわち、スペーサを個々に半導体チップに取り付ける手間を省略でき、迅速かつ簡単にスペーサを形成することができる。
(24)この半導体装置の製造方法において、
前記スペーサを、前記半導体チップの面の内側に形成してもよい。
これによれば、スペーサの表面積を小さくすることができる。そのため、例えば、半導体装置の封止に使用される材料と物性値が異なる場合であっても、半導体装置の内部応力を減少させることができる。
(25)この半導体装置の製造方法において、
前記スペーサを、内部に複数のボールを有するように形成してもよい。これによれば、容易に設計通りの高さのスペーサを形成することができるため、簡単に半導体装置を製造することができる。
(26)この半導体装置の製造方法において、
前記スペーサを、前記ボールの直径とほぼ等しい高さに形成してもよい。
(27)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の表面が傷つくことを防止することができる。
(28)この半導体装置の製造方法において、
前記スペーサの形成工程で、
複数の穴を有する型を前記基板にセットし、
それぞれの前記穴内に前記スペーサの材料であるペーストを設け、
前記型を前記ウェハから離すことで、複数の前記スペーサを形成してもよい。これによれば、ペーストを型に形成された複数の穴に設けることで、複数のスペーサを一括して形成することができる。
(29)この半導体装置の製造方法において、
前記型は、前記ペーストの流れを止めるダム部を有し、
前記ペーストを、前記穴内の前記ダム部で囲まれた空間に設けてもよい。これによって、流動しやすい材料を使用しても、所定の幅のスペーサを簡単に形成することができる。
(30)この半導体装置の製造方法において、
前記ペーストを、前記型の面と面一になるように設けてもよい。これによれば、ペーストを型の面と面一になるように設けることで、所定の高さのスペーサを簡単に形成することができる。
(31)この半導体装置の製造方法において、
前記ペーストは、樹脂であってもよい。
(32)この半導体装置の製造方法において、
前記ペーストのチキソ比は、モールド封止材料のチキソ比よりも大きくてもよい。
(33)この半導体装置の製造方法において、
前記ペーストは、複数の前記ボールを含有してもよい。これによれば、内部にボールを含有するスペーサを容易に形成することができる。
(34)この半導体装置の製造方法において、
前記スペーサの形成工程で、
少なくとも複数の前記半導体チップ上に、感光性を有する前記スペーサの材料を設け、
前記材料を露光及び現像することで、複数の前記スペーサを形成してもよい。これによれば、材料を露光及び現像することで、複数のスペーサを一括して形成することができる。
(35)この半導体装置の製造方法において、
前記材料は、ポジ型又はネガ型のいずれかの性質を有してもよい。
(36)この半導体装置の製造方法において、
前記材料を、スピンコート法によって設けてもよい。これによって、材料を一定の厚みにすることができる。したがって、所定の高さのスペーサを簡単に形成することができる。
(37)この半導体装置の製造方法において、
前記材料は、複数の前記ボールを含有してもよい。これによれば、内部にボールを含有するスペーサを容易に形成することができる。
(38)この半導体装置の製造方法において、
前記スペーサの形成工程で、
前記スペーサの材料であるシートをテープに貼り付け、
前記シートの複数の部分を、前記テープから前記半導体チップ上に転写させることで、複数の前記スペーサを形成してもよい。これによれば、テープに貼り付けられたシートを転写することで、複数のスペーサを一括して形成することができる。
(39)この半導体装置の製造方法において、
前記転写工程前に、
前記テープと前記複数の部分との接着力を、前記テープと前記シートの他の部分との接着力よりも小さくしてもよい。これによって、シートを部分的に半導体ウェハ上に転写させることができる。
(40)この半導体装置の製造方法において、
前記テープは、紫外線硬化性を有してもよい。
(41)この半導体装置の製造方法において、
前記転写工程前に、
前記テープのうち前記シートの前記複数の部分が接着される領域に、紫外線を照射してもよい。これによって、シートを簡単に部分的に剥がすことができる。
(42)この半導体装置の製造方法において、
前記転写工程前に、
前記テープ上で、前記シートを前記複数の部分の輪郭を通るように切断してもよい。これによって、シートを簡単に部分的に剥がすことができる。
(43)この半導体装置の製造方法において、
前記シートは、複数の前記ボールを含有してもよい。これによれば、内部にボールを含有するスペーサを容易に形成することができる。
(44)この半導体装置の製造方法において、
前記スペーサを形成する工程は、前記スペーサを押圧してレベリングすることを含んでもよい。
(45)この半導体装置の製造方法において、
前記半導体チップの電極と、前記基板の配線パターンと、をワイヤボンディングすることをさらに含んでもよい。
(46)この半導体装置の製造方法において、
前記ワイヤボンディング工程前に、前記スペーサを形成する工程を行ってもよい。
(47)この半導体装置の製造方法において、
前記ワイヤボンディング工程後に、前記スペーサを形成する工程を行ってもよい。
(48)この半導体装置の製造方法において、
前記スペーサの形成工程を、前記基板上に積み重ねられる2段目以降の複数の半導体チップごとに繰り返すことで、複数のスタック型の半導体装置の集合体を形成することをさらに含んでもよい。これによれば、スペーサの形成工程を、2段目以降の複数の半導体チップごとに基板上で一括して行う。これによって、スペーサを形成した後の半導体チップを、基板上に移し変える手間が省略され、最小限の工程数で半導体装置を製造することができる。
(49)この半導体装置の製造方法において、
各前記複数の半導体チップの前記基板を向く面には接着剤が形成されてなり、前記スペーサと前記半導体チップのそれぞれとを、前記接着剤によって固着してもよい。
(50)この半導体装置の製造方法において、
前記接着剤は絶縁性接着剤であってもよい。
(51)この半導体装置の製造方法において、
前記接着剤は、前記半導体チップの前記基板を向く面の全面に形成されていてもよい。
(52)この半導体装置の製造方法において、
前記基板上に、積み重ねられた複数の前記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。
(53)この半導体装置の製造方法において、
前記封止工程後に、前記封止部及び前記基板を切断し、複数のスタック型の半導体装置に個片にすることをさらに含んでもよい。
(54)本発明に係る半導体ウェハは、複数の半導体素子を有する半導体ウェハと、
それぞれの前記半導体素子上に設けられたスペーサと、
を含む。
(55)この半導体ウェハにおいて、
前記スペーサは、前記半導体素子の面の内側に形成されてもよい。
(56)この半導体ウェハにおいて、
前記スペーサは、内部に複数のボールを有してもよい。
(57)この半導体ウェハにおいて、
前記スペーサの高さは、前記ボールの直径とほぼ等しくてもよい。
(58)この半導体ウェハにおいて、
前記ボールは弾性を有してもよい。
(59)本発明に係る半導体装置は、配線パターンを有する基板と、
前記基板上に平面的に並べられた複数の半導体チップと、
それぞれの前記半導体チップ上に設けられたスペーサと、
を含む。
(60)本発明に係る半導体装置は、配線パターンを有する基板と、
前記基板上に平面的に並べられ、かつ、立体的に積み重ねられた複数の半導体チップと、
前記立体的に積み重ねられた半導体チップ同士の間に設けられたスペーサと、
を含む。
(61)この半導体装置において、
前記スペーサは、前記半導体チップの面の内側に形成されてもよい。
(62)この半導体装置において、
各前記半導体チップの前記基板を向く面には、絶縁層が形成されていてもよい。
(63)この半導体装置において、
前記絶縁層は、各前記半導体チップの前記基板を向く面の全面に形成されていてもよい。
(64)この半導体装置において、
前記スペーサは、内部に複数のボールを有してもよい。
(65)この半導体装置において、
前記スペーサの高さは、前記ボールの直径とほぼ等しくてもよい。
(66)この半導体装置において、
前記ボールは弾性を有してもよい。
(67)この半導体装置において、
前記半導体チップは電極を有し、
前記電極と前記基板の前記配線パターンとがワイヤボンディングされてもよい。
(68)この半導体装置において、
前記基板上に、複数の前記半導体チップを封止する封止部が形成されてもよい。
(69)この半導体装置において、
前記封止部及び前記基板が切断されることで、個片化されてなるスタック型として構成されてもよい。
(70)本発明に係る回路基板は、上記半導体装置が実装されている。
(71)本発明に係る電子機器は、上記半導体装置を有する。
【0006】
【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。
【0007】
(第1の実施の形態)
図1〜図10は、本発明の第1の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。まず、図1に示すように、基板10に複数の半導体チップ20を搭載する。基板10は、個片になると半導体装置のインターポーザとなる。
【0008】
基板10は、有機系(ポリイミド基板)又は無機系(セラミック基板、ガラス基板)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)から形成されてもよい。基板10の平面形状は限定されないが、図1に示すように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もよい。
【0009】
基板10には、複数の半導体チップ20を搭載するために、複数の搭載領域12が設けられている。搭載領域12は、基板10のいずれか一方又は両方の面に形成されている。図1に示す例では、複数の搭載領域12は、基板10の面上で複数行複数列(マトリクス状)に配列されている。
【0010】
基板10は、複数の配線からなる配線パターン14(図3(A)参照)を有する。詳しくは、配線パターン14は、各搭載領域12に形成されている。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16(図3(A)参照)が形成されていてもよい。貫通孔16は、導電材料で埋められてもよいし、内壁面にメッキされて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の両面から電気的な接続を図ることができる。
【0011】
半導体チップ20の形状は限定されないが、図1に示すように直方体(立方体を含む)をなすことが多い。半導体チップ20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。半導体チップ20は、集積回路と電気的に接続した少なくとも1つ(多くの場合複数)の電極(図示しない)を有する。電極は、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。電極は、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、半導体チップ20には、電極の中央部を避けて端部を覆って、パッシベーション膜(図示しない)が形成されている。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することができる。
【0012】
図1に示すように、基板10の複数の搭載領域12のそれぞれに、半導体チップ20を搭載する。複数の半導体チップ20を基板10に平面的に並べる。半導体チップ20を、電極を上に向けてボンディング(フェースアップボンディング)する。半導体チップ20を接着剤で基板10に接着してもよい。このとき、接着剤は絶縁性を有してもよい。
【0013】
図2に示すように、半導体チップ20と配線パターン14とを電気的に接続する。ワイヤ30によって両者の電気的な接続を図ってもよい。その場合、ボールバンプ法を適用してもよい。すなわち、ツール(例えばキャピラリ)の外部に引き出したワイヤ30の先端部をボール状に溶融させ、その先端部を電極に熱圧着する(超音波振動も併用すると好ましい)ことで、ワイヤ30を電極に電気的に接続してもよい。その場合、ワイヤ30を、半導体チップ20の電極にボンディングした後、基板10の配線パターン14にボンディングしてもよい。
【0014】
変形例として、ワイヤ30を、基板10の配線パターン14にボンディングした後、半導体チップ10の電極にボンディングしてもよい。このように、ワイヤ30を低い位置から高い位置に引き出すことで、ワイヤ30のループ高さを低くすることができる。半導体チップ10の電極にセカンドボンディングを行う場合には、予め電極上にバンプを設けておくことが好ましい。こうすることで、下地となる電極を損傷させずに、ワイヤ30と電極との電気的な接続信頼性を高めることができる。
【0015】
図3(A)〜図3(C)に示すように、それぞれの半導体チップ20にスペーサ50を設ける。本実施の形態では、印刷法を適用することで複数のスペーサ50を一括して設ける。スペーサ50の材料は、液状樹脂(例えばペースト49)であってもよい。スペーサ50は、半導体チップ20の上面(電極の形成面)に設ける。例えば、スペーサ50を、半導体チップ20の面の内側に設けてもよい(図5参照)。例えば、スペーサ50を、半導体チップ20の面において、端部に形成された複数の電極よりも中央部の領域に設けてもよい。これによれば、スペーサ50の表面積を小さくすることができる。そのため、例えば、半導体装置の封止に使用される材料(例えばトランスファモールドに使用の材料)と物性値(例えば熱膨張係数)が異なる場合であっても、両者の接触面積が小さくなるため、半導体装置の内部応力を減少させることができる。あるいは、スペーサ50を、半導体チップ20の面の外側にはみ出すように設けてもよい。ワイヤボンディング工程後にスペーサ50を設ける場合に、ワイヤ30の一部をペースト49で覆っても構わない。なお、スペーサ50は、ワイヤ30の高さよりも厚く(高く)形成する。
【0016】
ペースト49は、絶縁材料であることが好ましく、例えば樹脂であってもよい。また、ペースト49のチキソ比は、モールド封止材料(例えばトランスファモールドに使用される材料(例えば樹脂))のチキソ比よりも大きいことが好ましい。こうすることで、印刷抜けをなくして、確実に半導体チップ20上にスペーサ50を形成することができる。
【0017】
図3(A)に示すように、型40を、基板10の半導体チップ20が搭載された側の面にセットする。型40は、所定の平面形状にパターニングされたマスク(又はスクリーン)である。型40によって形成された空間に、スペーサ50の材料であるペースト49を設けることで、半導体チップ20にスペーサ50を形成する。
【0018】
型40は、ペースト49を設けるための複数の穴42を有する。図3(A)に示す例では、1つの穴42は、いずれか1つの半導体チップ20に対応している。そして、型40を基板10にセットすることで、基板10上に、ペースト49を設けるための空間が形成される。図3(A)に示すように、穴42の開口の平面形状は、半導体チップ20の面の内側に包含されてもよい。こうすることで、ペースト49が押し出される領域が半導体チップ20の面の内側に包含されるので、スペーサ50を半導体チップ20の面の内側に設けやすくなる。なお、穴42の平面形状は限定されず、例えば矩形又は円形をなしてもよい。
【0019】
図3(A)に示すように、型40は、ペースト49の流れ(基板の幅方向に広がる流れ)を止めるダム部44を有してもよい。図3(A)に示す例では、ダム部44は、半導体チップ20の面の内側に包含される穴42の外周に、半導体チップ20の高さ方向に延びて形成されている。型40を基板10にセットしたときに、ダム部44が半導体チップ10の面に接触するようになっていてもよい。ダム部44を設けることで、ペースト49が流動しやすくても(チキソ比が大きくても)、所定の幅のスペーサ50を簡単に形成することができる。逆にいうと、ペースト49として流動しにくい(チキソ比が小さい)材料を選べば、ダム部44は省略してもよい。なお、ダム部44を省略する場合、レベリング工程(図4参照)を経て各スペーサ50を形成してもよい。ダム部44は、スペーサ50の平面形状に応じて設ければよい。
【0020】
図3(A)に示すように、型40の基板10側の立体形状は、基板10上の凸部(半導体チップ20、ワイヤ22及び配線パターン14など)を避ける形状(図3(A)では凹部)をなしている。型40の基板10側の部分を、ワイヤ22も避ける形状にすれば、スペーサ50の形成工程をワイヤボンディング工程後に行うことが可能になる。変形例として、スペーサ50の形成工程をワイヤボンディング工程前に行ってもよい。型40は、エッチング法(ハーフ又はフルエッチング)を適用することで所定の立体形状に形成してもよい。
【0021】
図3(A)に示すように、型40を基板10にセットし、穴42を半導体チップ20上に配置させる。そして、型40にペースト49を設け、押圧部材(例えばスキージ)48によって、穴42内で型40の面の高さにペースト49を均一にする。
【0022】
こうして、図3(B)に示すように、型40の複数の穴42内にペースト49を設ける。その場合、ペースト49を、空間の全部(図3(A)ではダム部44で囲まれた部分)に充填させてもよく、このとき、ペースト49は、型40の面(基板10とは反対側の面)46と面一になる。すなわち、ペースト49の面の高さは、型40の面の高さと同一になる。したがって、型40の面の高さを決定することで、所定の高さのスペーサ50を簡単に形成することができる。
【0023】
図3(C)に示すように、型40を基板10から離すことで、複数のスペーサ50を複数の半導体チップ20上に設けることができる。
【0024】
この方法によれば、ペースト49を型40に形成された複数の穴42に設けることで、複数のスペーサ50を一括して形成することができる。また、ペースト49を必要な部分に直接設けるので、材料を無駄にすることがなく、コストを抑えることができる。
【0025】
なお、ペースト49は、空間の一部(図3(A)ではダム部44で囲まれた空間の一部)に設けてもよい。このとき、ペースト49によってスペーサを形成した後に、それらを押圧してレベリングすることで、スペーサ50を形成してもよい。これによると、各スペーサ50の高さを一定にすることができ、かつ、スペーサ50の半導体チップ20を向く面とは反対側の面を半導体チップ20と平行になるように形成することができる。そのため、複数の半導体チップを、半導体チップ同士が平行になるように積層することができ、積層された半導体チップ同士、あるいは、半導体チップとワイヤとがショートしにくい、電気的な信頼性の高い半導体装置を製造することができる。このとき、図4に示すように、複数のスペーサを同時に押圧治具100によって押圧して、一括して複数のスペーサ50を形成してもよい。
【0026】
こうして、図5に示すように、基板10上の複数の半導体チップ20のそれぞれに、スペーサ50を形成することができる。半導体装置1は、基板10と、基板10上に平面的に並べられた半導体チップ20と、それぞれの半導体チップ20上に設けられたスペーサ50と、を含む。スペーサ50自体の接着機能の有無は問わない。
【0027】
なお、図6に示すように、スペーサを内部に複数のボール57を有するように形成してもよい。複数のボール57を含有するペーストを使用して、上述したスペーサ50を形成する工程を行うことで、内部に複数のボールを有するスペーサ55を形成してもよい。これによると、各スペーサ55の高さを揃えることが容易になり、信頼性の高い半導体装置を製造することができる。特に、押圧治具100によってレベリングしてスペーサを形成する場合、ボール57によって押圧治具100の高さを制御することが容易となるため、複数のスペーサを同時にレベリングする工程を容易に行うことができ、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。また、スペーサ55の半導体チップ20を向く面とは反対側の面を、半導体チップ20と平行になるように形成することが容易となるため、信頼性の高い半導体装置を容易に製造することができる。なお、スペーサ55を、ボール57の直径とほぼ等しい高さに形成してもよい。すなわち、ボール57として、スペーサ55の設計高さとほぼ同じ直径をなすボールを使用してもよい。ボール57の材料は特に限定されないが、例えば樹脂や、ゴムなどであってもよい。また、ボール57は、絶縁性を有する材料によって形成されてもよい。ボール57は弾性を有してもよい。ボール57が弾性を有する場合、ボール57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ため、信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
【0028】
次に、図7(A)及び図7(B)に示すように、平面的に並べられた複数の半導体チップ20上に複数の他の半導体チップ22を積み重ね、それぞれの半導体チップ22に上述の工程を繰り返してスペーサ52を設ける。
【0029】
図7(A)に示すように、半導体チップ22を電極を上に向けて、半導体チップ20上にボンディングする。詳しくは、半導体チップ22をスペーサ50上に搭載する。例えば、半導体チップ22の裏面(基板10を向く面)に貼り付けられた接着剤(例えば接着シート)60によって、半導体チップ22をスペーサ50上に固定してもよい。なお、接着剤60は、絶縁性接着剤であってもよく、このとき、半導体チップ22の裏面全体に接着剤60を設ければ、半導体チップ22とワイヤ30とのショートを防止できる。その後、半導体チップ22と配線パターン14とを、例えばワイヤ32で電気的に接続する。
【0030】
そして、型41を基板10にセットし、押圧部材48でペースト49を穴42内に設ける。図7(A)に示すように、ダム部44が形成される場合には、ペースト49をダム部44で囲まれた空間に充填させる。こうして、ペースト49を型41の面46と面一になるように設ける。
【0031】
その後、図7(B)に示すように、型41を基板10から離すことで、複数のスペーサ52を複数の半導体チップ22上に一括して設けることができる。
【0032】
図8に示すように、以上の工程を複数回繰り返して、複数のスタック構造の半導体装置の集合体を形成する。基板10には、2つ以上の半導体チップが積み重ねられている。図8に示す例では、4つの半導体チップ20、22、24、26が立体的に積み重ねられ、高さ方向の半導体チップ同士の間には、スペーサ50、52、54が介在している。
【0033】
これによれば、スペーサの形成工程を、2段目以降の複数の半導体チップ22、24、26ごとに基板10上で一括して行う。そのため、スペーサを形成した後の半導体チップを、基板10上に移し変える手間が省略され、最小限の工程数で半導体装置を製造することができる。
【0034】
図8に示す例では、各半導体チップ20、22、24、26の外形の大きさは同一であるが、本実施の形態はこれに限定されず、基板10に異なる大きさの複数の半導体チップを搭載してもよい。例えば、上側の半導体チップの外形を、下側の半導体チップの外形よりも大きくしてもよい。
【0035】
図9に示すように、基板10上に積み重ねられた複数の半導体チップ20、22、24、26を封止する。封止材は、例えば樹脂であってもよい。図9に示すように、基板10に平面的に並べられた複数の半導体チップ20、22、24、26を一括封止してもよい。封止には、金型を使用すればよい。例えば、トランスファモールドを適用して、基板10上に封止部62を形成してもよい。その場合、封止材は、モールド樹脂と呼ばれる。これによれば、例えば、複数の基板10上に同時に封止部70を形成できるので、生産性に優れる。
【0036】
あるいは、ポッティング法を適用することで封止部70を形成してもよい。その場合、封止材は、液状樹脂(例えばポッティング樹脂)であることが一般的である。
【0037】
半導体装置の集合体3は、基板10と、複数の半導体チップ20、22、24、26と、複数のスペーサ50、52、54と、を含む。複数の半導体チップ20、22、24、26は、基板10上に平面的に並べられ、かつ、立体的に積み重ねられている。そして、スペーサ50、52、54は、立体的に積み重ねられた半導体チップ同士の間に設けられている。基板10上に設けられた封止部62によって、複数の半導体チップ20、22、24、26が覆われている。
【0038】
図9に示すように、切断治具(例えばブレード)70によって封止部62及び基板10を切断する。これによって、集合体3を複数のスタック型の半導体装置5(図10参照)に個片にする。予め封止部62に切断ライン(図9の2点鎖線に示すライン)を形成しておけば、切断の位置決めが容易になる。
【0039】
こうして、図10に示すように、スタック型として構成された半導体装置5を形成することができる。半導体装置5は、基板11と、立体的に積み重ねられた複数の半導体チップ20、22、24、26と、封止部64と、を含む。
【0040】
図10に示すように、基板10(又は基板11)に複数の外部端子66を設けてもよい。外部端子66は、上述の切断工程の前後のいずれに行ってもよい。切断工程前であれば、複数の半導体装置に一括して外部端子66を形成できるので生産性に優れる。外部端子66は、ハンダボールであってもよい。外部端子66は、配線パターン14に電気的に接続されている。貫通穴16の位置に外部端子66を設けてもよい。
【0041】
本実施の形態に係る半導体装置の製造方法によれば、複数のスペーサ50、52、54を基板10上で一括して形成するので、生産性が極めて高い。すなわち、スペーサ50、52、54を、個々に半導体チップ20、22、24に取り付ける手間を省略でき、迅速かつ簡単にスペーサを形成することができる。
【0042】
本実施の形態に係る半導体装置は、上述の製造方法から選択したいずれかの特定事項から導かれる構成を含み、本実施の形態に係る半導体装置の効果は上述の効果を備える。図5、図9及び図10に示すように、本実施の形態に係る半導体装置は、上述の製造方法の過程で製造されるものである。
【0043】
(第2の実施の形態)
図11(A)〜図11(C)は、本発明の第2の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。本実施の形態では、リソグラフィ技術(例えばフォトリソグラフィ技術)を適用することで複数のスペーサ50を一括して設ける。図11(A)に示すように、本工程は、ワイヤボンディング工程前に行ってもよく、変形例としてワイヤボンディング工程後に行ってもよい。なお、本実施の形態では、上述の実施の形態で説明した内容は省略する。
【0044】
図11(A)に示すように、感光性を有する材料(レジスト)72を、複数の半導体チップ20上に設ける。材料72は、複数の半導体チップ20を覆うように設けてもよいし、基板10上の全面に設けてもよい。あるいは、材料72は、半導体チップ20ごとに分割して設けてもよい。材料72は、それぞれの半導体チップ20上で一定の厚みで形成することが好ましい。例えば、スピンコート法を適用して材料72を設けてもよい。これによれば、材料72を一定の厚みにすることができるので、スペーサ50の高さを簡単に制御することができる。あるいは、ディッピング法、スプレーコート法を適用して材料72を設けてもよい。なお、材料72は、複数のボールを含有していてもよい(図示せず)。ボールは、先に説明したボール57の内容を適用してもよい。
【0045】
図11(A)に示すように、材料72をパターニングする。詳しくは、材料72上にマスク74を配置して、光エネルギー76を照射する。すなわち、マスク74を介して、材料72を露光する。マスク74の形状は、パターニング形状によって決まり、材料72がポジ型であるかネガ型であるかによって反転形状となる。図11(A)に示す例では、材料72はポジ型の性質を有し、スペーサ50として残す部分をマスク74によって覆う。変形例として、材料72として、ネガ型の性質を有するものを適用してもよく、その場合スペーサ50として残す部分にマスク74の開口を配置する。その後、材料72を現像して、所定の位置にスペーサ50を形成する。なお、レーザビームを照射することで、材料72のうち不必要な部分を除去してもよい。
【0046】
こうして、図11(B)に示すように、半導体チップ20上にスペーサ50を設ける。スペーサ50を設ける位置は限定されないが、後にワイヤボンディング工程を行う場合は、スペーサ50をワイヤの電気的な接続部分を避けて設ける。その後、図11(C)に示すように、半導体チップ20の電極と、基板10の配線パターン14と、をワイヤ30によって電気的に接続する。
【0047】
上述とは別に、ワイヤボンディング工程後にスペーサ50の形成工程を行ってもよい。その場合、露光工程前において、材料72を、ワイヤ30を覆うように設けてもよい。材料72のうちワイヤを覆う部分を除去する場合には、現像することで除去してもよいし、レーザビームを照射することで除去してもよい。材料72のうちワイヤ30を覆う部分を、スペーサ50の一部として残してもよい。
【0048】
以上の工程を複数回繰り返して、複数のスタック構造の半導体装置の集合体を形成してもよい。あるいは、上述の実施の形態と組み合わせてもよい。
【0049】
(第3の実施の形態)
図12(A)〜図12(C)は、本発明の第3の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。本実施の形態では、材料(シート)を転写させることで複数のスペーサ50を一括して設ける。図12(A)に示すように、本工程は、ワイヤボンディング工程前に行ってもよく、変形例としてワイヤボンディング工程後に行ってもよい。なお、本実施の形態では、上述の実施の形態で説明した内容は省略する。
【0050】
図12(A)に示すように、テープ80及びシート82を用意する。シート82は、テープ80に貼り付けられている。テープ80は、シート82の搬送用部材である。テープ80は、接着力を有する。テープ80は、シート82の搬送時に接着力を発揮し、かつ、シート82の転写時に接着力を失うものであることが好ましい。テープ80は、エネルギーを加えることでその接着力が小さくなってもよい。例えば、テープ80は、紫外線の照射によって接着力が小さくなる紫外線硬化性を有してもよい。
【0051】
シート82は、スペーサ50の材料であり、固体をなしている。図12(A)に示すように、シート82は、テープ80の一方の面の全体に設けてもよい。変形例として、テープ80の一方の面の一部に設けてもよい。スペーサ50の形状と同一形状の複数のシート82を、テープ80に設けてもよい。その場合、1つのシート82をいずれか1つの半導体チップ20に対応する位置に設けることで、複数のシート82を転写させるだけで複数のスペーサ50を形成することができる。
【0052】
シート82の形成方法は限定されない。例えば、別工程でシート82を形成した後にテープ80に貼り付けてもよいし、可能であればテープ80上でシート82を形成してもよい(上述の工程参照)。シート82は、トランスファモールドを適用することで形成してもよい。
【0053】
なお、シート82は、複数のボールを含有していてもよい(図示せず)。ボールは、先に説明したボール57の内容を適用してもよい。
【0054】
図12(A)に示すように、シート82の複数の部分(スペーサ50となる部分)84を、半導体チップ20上に転写させる。
【0055】
転写工程前に、テープ80とシート82の複数の部分84との接着力を、テープ80とシートの他の部分との接着力よりも小さくすることが好ましい。例えば、テープ80に部分的(複数の部分84)にエネルギーを照射することで接着力を小さくしてもよい。こうすることで、シート82の部分84のみをテープ80から剥離しやすくすることができる。
【0056】
転写工程前に、図12(A)に示すように、シート82の複数の部分84の輪郭を通るように切断してもよい。すなわち、テープ80上で、シート82を複数の部分84に分割する。その場合、テープ80を切断しないことで、シート82の複数の部分84を一体的に取り扱うことができる。
【0057】
転写工程では、シート82の部分84を、テープ80を介して、半導体チップ20に向けて押し出してもよい。あるいは、スペーサ50を設ける位置に接着剤を設けることで、シート82の部分84を半導体チップ20に接着させてもよい。
【0058】
変形例として、シート82の全体を基板10側に転写してもよい。その場合、後にシート82の不必要な部分(複数の部分82を除く部分)を除去する。
【0059】
こうして、図12(B)に示すように、テープ80を基板10から離すことで、複数のスペーサ50を複数の半導体チップ20上に一括して設けることができる。その後、図12(C)に示すように、半導体チップ20の電極と、基板10の配線パターン14と、をワイヤ30によって電気的に接続する。
【0060】
以上の工程を複数回繰り返して、複数のスタック構造の半導体装置の集合体を形成してもよい。あるいは、上述の実施の形態と組み合わせてもよい。
【0061】
(第4の実施の形態)
図13は、本発明の第4の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。本実施の形態では、半導体ウェハ90に複数のスペーサ50を一括して形成する。本実施の形態では、上述の印刷法、フォトリソグラフィ技術による方法又は転写による方法のいずれの形態も適用可能であり、上述の実施の形態で説明した内容は省略する。
【0062】
図13に示すように、半導体ウェハ90を用意する。半導体ウェハ90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。半導体ウェハ90は、複数の半導体素子92を有し、それぞれの半導体素子92の輪郭で切断されることで複数の半導体チップになる。半導体ウェハ90は、複数の電極(図示しない)を有し、電極の中央部を避けて端部を覆うパッシベーション膜(図示しない)を有する。本実施の形態では、スペーサ50の形成工程を、ウェハ状態で一括処理する。
【0063】
上述の実施の形態で説明した方法を適用してスペーサ50を形成する。本実施の形態に係るスペーサ付き半導体ウェハは、複数の半導体素子を有する半導体ウェハ90と、それぞれの半導体素子92上に設けられたスペーサ50と、を含む。スペーサ50は、半導体素子92の面の内側に形成されてもよい。
【0064】
スペーサ形成工程後、半導体ウェハ90を複数の半導体チップに個片にする。半導体ウェハ90の裏面に搬送用のテープ94を貼り付け、切断治具(例えばブレード)96で半導体ウェハ90を切断する。
【0065】
こうして、スペーサ付きの複数の半導体チップを形成することができる。複数のスペーサ付き半導体チップを積み重ねることで、スタック構造の半導体装置を形成してもよい。これによれば、スペーサ付き半導体チップを取り扱うことでスタック構造の半導体装置を形成するので、積層工程でスペーサ又は半導体チップを別々に取り扱う手間を省略することができる。
【0066】
図14には、上述の実施の形態を適用した回路基板が示されている。半導体装置5は、回路基板1000に実装されている。回路基板1000には、例えば、ガラスエポキシ基板等の有機系基板を用いることが一般的である。回路基板1000には例えば銅等からなる配線パターン1100が所望の回路となるように形成されていて、配線パターン1100と半導体装置の外部端子66とが接合されている。
【0067】
本発明の実施の形態に係る半導体装置を有する電子機器として、図15にはノート型パーソナルコンピュータ2000が示され、図16には携帯電話3000が示されている。
【0068】
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そう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、本発明の第1の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、本発明の第1の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(A)〜図3(C)は、本発明の第1の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、本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置及びその製造方法を示す図である。
【図5】 図5は、本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置及びその製造方法を示す図である。
【図6】 図6は、本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置及びその製造方法を示す図である。
【図7】 図7(A)及び図7(B)は、本発明の第1の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、本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置及びその製造方法を示す図である。
【図9】 図9は、本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置及びその製造方法を示す図である。
【図10】 図10は、本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置を示す図である。
【図11】 図11(A)〜図11(C)は、本発明の第2の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12】 図12(A)〜図12(C)は、本発明の第3の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13】 図13は、本発明の第4の実施の形態に係るスペーサ付き半導体ウェハ及びその製造方法を示す図である。
【図14】 図14は、本発明の実施の形態に係る回路基板を示す図である。
【図15】 図15は、本発明の実施の形態に係る電子機器を示す図である。
【図16】 図16は、本発明の実施の形態に係る電子機器を示す図である。
【符号の説明】
10 基板、 11 基板、 14 配線パターン、 20 半導体チップ、 22 半導体チップ、 24 半導体チップ、 26 半導体チップ、 30 ワイヤ、 32 ワイヤ、 34 ワイヤ、 36 ワイヤ、 40 型、42 穴、 44 ダム部、 46 面、 49 ペースト、 50 スペーサ、 52 スペーサ、 54 スペーサ、 62 封止部、 64 封止部、72 材料、 80 テープ、 82 シート、 84 部分、 90 半導体ウェハ、 92 半導体素子
Claims (21)
- 複数の半導体チップが平面的に並べられた基板上に、複数の穴を有する型をセットする工程と、
前記複数の穴内にペーストを設ける工程と、
前記型を基板から離すことで、前記ペーストから複数のスペーサをそれぞれ前記複数の半導体チップ上に一括で形成する工程と、
を含む半導体装置の製造方法。 - 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
前記スペーサを、前記半導体チップの面の内側に形成する半導体装置の製造方法。 - 請求項1又は請求項2記載の半導体装置の製造方法において、
前記スペーサを、内部に複数のボールを有するように形成する半導体装置の製造方法。 - 請求項3記載の半導体装置の製造方法において、
前記スペーサを、前記ボールの直径とほぼ等しい高さに形成する半導体装置の製造方法。 - 請求項3又は請求項4記載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する半導体装置の製造方法。 - 請求項1から請求項5のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記型は、前記ペーストの流れを止めるダム部を有し、
前記ペーストを、前記穴内の前記ダム部で囲まれた空間に設ける半導体装置の製造方法。 - 請求項1から請求項6のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記ペーストを、前記型の面と面一になるように設ける半導体装置の製造方法。 - 請求項1から請求項7のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記ペーストは、樹脂である半導体装置の製造方法。 - 請求項1から請求項8のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記ペーストのチキソ比は、モールド封止材料のチキソ比よりも大きい半導体装置の製造方法。 - 請求項3記載の半導体装置の製造方法において、
前記ペーストは、複数の前記ボールを含有する半導体装置の製造方法。 - 請求項1から請求項10のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記スペーサを押圧してレベリングする工程をさらに含む半導体装置の製造方法。 - 請求項1から請求項11のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記半導体チップの電極と、前記基板の配線パターンと、をワイヤで接続するワイヤボンディング工程をさらに含む半導体装置の製造方法。 - 請求項12記載の半導体装置の製造方法において、
前記ワイヤボンディング工程前に、前記スペーサを形成する半導体装置の製造方法。 - 請求項12記載の半導体装置の製造方法において、
前記ワイヤボンディング工程後に、前記スペーサを形成する半導体装置の製造方法。 - 請求項14記載の半導体装置の製造方法において、
前記型は、凹部を有し、
前記型をセットする工程では、前記凹部内に前記ワイヤが位置するように前記型をセットする半導体装置の製造方法。 - 請求項1から請求項15のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記スペーサの形成工程を、前記基板上に積み重ねられる2段目以降の複数の半導体チップごとに繰り返すことで、複数のスタック型の半導体装置の集合体を形成することをさらに含む半導体装置の製造方法。 - 請求項16記載の半導体装置の製造方法において、
各前記複数の半導体チップの前記基板を向く面には接着剤が形成されてなり、
前記スペーサと前記半導体チップのそれぞれとを、前記接着剤によって固着する半導体装置の製造方法。 - 請求項17記載の半導体装置の製造方法において、
前記接着剤は絶縁性接着剤である半導体装置の製造方法。 - 請求項17又は請求項18記載の半導体装置の製造方法において、
前記接着剤は、前記半導体チップの前記基板を向く面の全面に形成されてなる半導体装置の製造方法。 - 請求項16から請求項19のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記基板上に、積み重ねられた複数の前記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む半導体装置の製造方法。 - 請求項20記載の半導体装置の製造方法において、
前記封止工程後に、前記封止部及び前記基板を切断し、複数のスタック型の半導体装置に個片にすることをさらに含む半導体装置の製造方法。
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