JP4207696B2 - 半導体パッケージの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は半導体パッケージの製造方法において、特には半導体チップ上に他の半導体チップがフェイスダウン実装された半導体パッケージに好適な製造方法に関する。

半導体素子単体での高機能化、高集積化の限界から、一つのパッケージ内に２つ以上の半導体素子を組み込むことで、実質的な多機能化を実現した構成の半導体パッケージが知られている。この種の半導体パッケージにおいては、外径寸法の異なる大小２つの半導体素子（半導体チップ）を互いに重ね合わせてバンプ接合することにより、パッケージサイズを拡大することなく、多機能化を実現している。また、２つの半導体チップを重ね合わせることによってパッケージ厚が厚くなるため、裏面研削によって半導体チップの薄型化を図り、これによってパッケージ厚の厚型化を防止している。

このような半導体パッケージの製造は、次のように行われている。先ず、ウェハを分割して得た各小径チップを、大径チップが配列形成されたウェハ上にフェイスダウンでフリップチップ実装する。次いで、ウェハ上において、小径チップを裏面側から研削することで小径チップを薄型化する。そして、小径チップを薄型化した後、ウェハを各大径チップ部分に分割する（下記特許文献１参照）。

特開２００１−１６８２７５号公報（特に、図４および段落００１０〜００１１参照）

ところで、上述した製造方法において、半導体パッケージのさらなる薄型化を達成するためには、大径チップ側の薄型化も必須となる。この場合、大径チップが配列形成されたウェハ上に小径チップを実装する前後において、当該ウェハの裏面研削を行うことになる。

ところが、ウェハ上に小径チップを実装する前に当該ウェハの裏面研削を行う構成とした場合、その後のウェハの取り扱いにおていウェハ破損が生じ易くなる。例えば、小径チップを大径チップにマウントした状態での動作確認は、小径チップを大径チップのウェハ上に実装した状態で行うが、この際の針立て測定評価においてウェハの破損が生じ易くなる。

これに対し、ウェハ上に小径チップを実装した後に当該ウェハの裏面研削を行う構成とした場合、ウェハの裏面研削においてウェハに割れが生じやすいといった問題が生じる。つまり、ウェハの裏面研削を行う場合には、小径チップが実装されている側から研削板に対してウェハの裏面を押し圧しながら当該裏面を研削するため、小径チップが実装されている裏面部分には他の部分よりも強い圧力が加わることになる。そして、このような研削圧力の面内不均一により、ウェハに割れが生じるのである。

そして、以上のようなウェハの損傷は、半導体パッケージのさらなる薄型化を制限し、また半導体パッケージの歩留まりを低下させる要因になる。

そこで本発明は、ウェハに損傷を与えることなく、半導体チップが実装されたウェハを裏面側から薄型化することが可能は半導体パッケージの製造方法を提供し、これにより半導体パッケージのさらなる薄型化と歩留まりの向上を図ることを目的とする。

このような目的を達成するための本発明の半導体パッケージの製造方法は、次の手順を行うことを特徴としている。先ず、ウェハ上に半導体チップをフェイスダウン実装する。その後、半導体チップを埋め込むようにウェハ上を樹脂で覆い、当該樹脂上にフィルム材を貼り合わせた後、ウェハを裏面側から薄型化する。次に、フィルム材と共に前記樹脂を当該ウェハ上から剥がし取る。

このような製造方法によれば、薄型化される前のウェハに対して小径チップが実装されるため、小径チップが実装された状態においてのウェハの厚みが確保され、ウェハの強度が保たれる。さらに、半導体チップが実装されたウェハの薄型化は、半導体チップを樹脂に埋め込むことでウェハの実装面側が平坦化された状態で行われる。これにより、例えば裏面研削によってウェハを薄型化する際には、ウェハの裏面に加わる研削圧力が面内で均一化されるため、薄型化に際してのウェハの割れが防止される。

以上説明したように本発明の製造方法によれば、ウェハ上に実装した半導体チップを埋め込む状態で樹脂を塗布した状態で、ウェハを裏面側から薄型化する手順としたことにより、ウェハを薄型化する際のウェハの損傷を防止でき、さらに半導体チップを実装した状態でのウェハの損傷も防止できるため、半導体パッケージのさらなる薄型化および歩留まりの向上を図ることが可能となる。

以下、本発明の半導体パッケージの製造方法を図面に基づいて詳細に説明する。

先ず、図１（１）に示すように、ウェハ１上に、順次、複数の半導体チップ３をフェイスダウン実装（いわゆるフリップチップ実装）する。

ここで、ウェハ１は、その実装面側に大径の半導体チップ（大径チップと記す）１ａが配列形成されたものである。また、半導体チップ３は、ウェハ１の実装面側に配列形成された大径チップ１ａよりも一回り小さい径を有する、いわゆる小径チップ３である。そして、このようなウェハ１上の各大径チップ１ａ部分上に、大径チップ１ａの電極（図示省略）と小径チップ３の電極（図示省略）とが、バンプ５を介して電気的に接続されるように、小径チップ３を実装していく。この実装は、例えばフリップチップボンダーを用いて順次行われ、図示したように１つの大径チップ１ａに対して１つの小径チップ３を実装したり、または１つの大径チップ１ａに対して複数のあるいは複数種の小径チップ３を実装しても良い。

この際、バンプ５は、予めウェハ１側および小径チップ３側の少なくとも一方に設けられていても良い。小径チップ３に、予めバンプ５が設けられている場合、小径チップ３を個片のチップ状に分割する前のウェハ状態においてバンプを形成しても良いし、小径チップに分割してからバンプ形成を行っても良い。また、バンプ５は、実装時にウェハ１と小径チップ３との間に供給しても良い。

また、ウェハ１は、予め、ある程度の厚みにバックグラインド（研削）されたものであって良い。同様に、小径チップ３も、当該小径チップ３を分割する前のウェハ状態において、予め、ある程度の厚みにバックグラインドされたものであっても良い。

また、上記実装に先立ち、ウェハ１の実装面側に予め樹脂７を塗布しておくことで、バンプ５を介して小径チップ３とウェハ１とを電気的に接続すると同時に、樹脂７を介して小径チップ３がウェハ１に機械的に接続（固定）されるようにしても良い。尚、このような樹脂７を介してのウェハ１に対する小径チップ３の機械的な接続は、バンプ５を介してウェハ１に小径チップ３を電気的に接続した後、ウェハ１と小径チップ３との間に樹脂７を流し込んで硬化させることによって行っても良い。ただし、後にウェハ１の大径チップ１ａに対してボンディングワイヤーを用いての接続が行われる場合、ボンディングワイヤーでの接続部分を露出させた状態に保つこととする。

また、小径チップ３を大径チップ１ａに実装した状態での動作確認は、小径チップ３をウェハ１上に実装した状態で、ウェハ１における各大径チップ１ａの電極パッドに対して針立て測定評価を行う。

次に、図１（２）に示すように、ウェハ１の実装面に対する裏面側に粘着層（図示省略）が形成された保護テープ９を貼り合わせた状態で、小径チップ３の裏面側をバックグラインド装置にて研削し、ウェハ１上の各小径チップ３を薄型化する。この際、先ず精密研磨用微粉の粒度３６０＃で研削を行った後、２０００＃で研削を行う。

そして、小径チップ３の薄型化が終了した後には、保護テープ９を剥がす。尚、保護テープ９をウェハ１に接着するための粘着層はＵＶ硬化型樹脂でも良く、この場合、小径チップ３を薄型化した後、粘着層をＵＶ硬化させることで保護テープ９をウェハ１の裏面から剥がれ易くすることが可能である。

尚、図１（１）を用いて説明した工程において、予め十分に薄型化した小径チップ３をウェハ１上に実装する手順とすることにより、以上の図１（２）で説明した工程を省くことができる。

次に、図１（３）に示すように、ウェハ１における小径チップ３の実装面側の全面に、小径チップ３が十分に埋め込まれる厚みで樹脂１１を塗布する。この際、スピンコート法、印刷法、またはウェハ１上に供給した樹脂をへらで引き伸ばす方法などにより、ウェハ１の全面に樹脂１１を均等に塗布する。塗布する樹脂１１としては、ウェハ上に塗布が可能で紫外線や熱等で簡単に硬化する特徴を有する材料で有れば良く、例えばエポキシ樹脂やアクリル樹脂が使用できる。

次いで、塗布した樹脂１１が硬化する前に、樹脂１１との密着が良好な材料からなるフィルム材１３を、樹脂１１に貼り合わせる。このようなフィルム材１１としては、例えばオレフィン系のフィルム材１３が好適に用いられる。

またさらに、フィルム材１３を介して樹脂１１の上に板状材１５を載置する。そして、板状材１５とウェハ１１の実装面との間隔がウェハ１１面内において均一となるように板状材１５の高さｈを制御することにより樹脂１１を均等な膜厚に保持した状態で、当該樹脂１１を硬化させる。

尚、樹脂１１上へのフィルム材１３の貼り合わせと板状材１５の載置は、フィルム材１３を貼り合わせた板状材１５を樹脂１１上に載置する手順としても良い。板状材１５に対するフィルム材１３の貼り合わせは、静電気や真空圧、粘着層を用いることによって行われる。また、樹脂１１が硬化した後には、板状材１５をフィルム材１３上から除去して良い。

以上のようにして樹脂１１を硬化させた後、図２（１）に示すように、樹脂１１で実装面が覆われたウェハ１の裏面側をバックグラインド装置にて研削し、ウェハ１を薄型化する。この研削は、先の図１（２）を用いて説明した小径チップ３の薄型化と同様に行って良い。

以上のようにしてウェハ１を薄型化した後、図２（２）に示すように、ウエハ１をダイシングシート１７に貼り付け、フィルム材１３と共に硬化した樹脂１１をウェハ１上から剥がし取る。

そして、図２（３）に示すように、ダイシングシート１７に貼り付けたウェハ１を、当該ウェハ１に配列形成された大径チップ１ａの部分毎に分割する。この際、ダイシング装置を用い、ウェハ１上に設定されている区画ラインに沿ってカッティング動作を行うことにより、ウエハ１から複数の大径チップ１ａを切り出す。これにより、薄型化した大径チップ１上に、同じく薄型化した小径チップ３を、バンプ５を介してフェイスダウン実装してなる複数組のチップ対１９が得られる。

以上の後、図３に示すように、リードフレームのダイパッド２１上に、チップ対１９の大径チップ１ａ側をダイボンドする。このとき、大径チップ１ａとダイパッド２１との接合には、一般的な接合材である銀ペースト等を使用することができる。

次いで、ワイヤボンディング装置を使用して、大径チップ１ａとリード２３とをボンディングワイヤ２５を介して接続する。このとき、大径チップ１ａと小径チップ３との間に充填された樹脂７がワイヤボンディングの熱で溶けたとしても、大径チップ１ａと小径チップ３とはバンプ５によって固定されているため、両者の相対位置がずれることはない。またワイヤボンディングを行うにあたっては、大径チップ１ａにおける電極パッド（アルミ電極）のボンド接合性を良くするために、電極パッドに対して紫外線照射またはプラズマ処理を行うようにしてもよい。

その後、ダイパッド２１とリード２３とで構成されたリードフレームをモールド金型にセットし、その金型キャビティ内に配置した大径チップ１ａと小径チップ３とを、ダイパッド２１やボンディングワイヤ２５とともにモールド樹脂２７にて樹脂封止する。このとき、チップ対１９とモールド樹脂２７との密着性を向上させる目的で、樹脂封止の前にチップ対１９に対して紫外線照射を行うようにしても良い。

そして、モールド樹脂２７による樹脂封止の後には、モールド樹脂２７の樹脂バリの除去、およびはんだメッキ等の外装処理を行った後、モールド樹脂２７から延出したリード２３部分を所定の形状（例えば、ガルウィング形状）に曲げ加工することにより、半導体パッケージ３０が完成する。

上述した製造方法によれば、図１（２１）を用いて説明したように、薄型化する前のウェハ１に対して小径チップ３が実装されるため、小径チップ３が実装された状態においてのウェハ１の厚みが確保され、ウェハ１の強度が保たれる。したがって、小径チップを大径チップに実装した状態での動作確認のために、大径チップ１ａ部分に対して針立て測定評価を行う場合であっても、ウェハ１の破損が生じることはない。

さらに、図２（１）を用いて説明したように、ウェハ１の薄型化は、ウェハ１上に実装された小径チップ３を樹脂１１に埋め込むことでウェハ１の実装面側を平坦化した状態で行われる。これにより、ウェハ１を薄型化する際に、ウェハ１の裏面に加わる研削圧力が面内で均一化されるため、研削圧力の不均一によるウェハ１の割れが防止される。したがって、ウェハ１を十分に薄型化することが可能になる。

以上の結果、ウェハ１に損傷を与えることなく、小径チップ３が実装されたウェハ１を裏面側から十分に薄型化することが可能となり、小径チップ３と大径チップ１ａとをフェイスダウン実装してなるチップ対１９、およびこのチップ対１９を用いた半導体パッケージ３０のさらなる薄型化、および歩留まりの向上、製造コストの削減を図ることが可能になる。

また、図１（３）を用いて説明したように、樹脂１１上にフィルム材１３を貼り合わせておくことで、図２（１）を用いて説明したように、ウェハ１上から樹脂１１を容易に剥がし取ることが可能になる。

さらに、図１（３）を用いて説明したように、樹脂１１上に板状材１５を載置して樹脂１１の膜厚を均一化することにより、図２（１）を用いて説明したウェハ１の薄型化において、ウェハ１を面内均一に研削して薄型化することが可能になる。

加えて、半導体パッケージ３０の製造に必要な設備としても、フリップチップボンダー、ダイボンダー、ワイヤボンダー、トランスファモールド装置など、いずれも従来からある既存の設備を利用することができるため、新たな設備投資が不要で生産コストを安く抑えることができる。

尚、上記実施形態においては、図３を用いて説明したように、リードフレームを用いた樹脂封止型の半導体パッケージ３０の製造方法について説明したが、ウェハを分割したチップ上に半導体チップをフェイスダウン実装してなるチップ対を用いていれば、このような形態の半導体パッケージ３０に限定されることはない。例えば、基板を用いたボールグリッドアイレイパーケジ（ＢＧＡパッケージ）やランドグリッドアレイパッケージ（ＬＧＡパッケージ）、あるいは気密封止型の半導体パッケージなど、いずれの形態の半導体パッケージを製造する場合にも同様に適用可能である。

また、本発明は次の手順にも適用される。すなわち、先ず、図１（１）を用いて説明したようにウェハ１上に小径チップ３（半導体チップ）を実装し、動作確認を行った後、図１（３）とその後の図２（１）を用いて説明した手順によってウェハ１を薄型化し、次いで図１（２）を用いて説明したように小径チップ３の薄型化を行っても良い。このような場合であっても、薄型化する前のウェハ１に対して小径チップ３が実装され、またウェハ１上に実装された小径チップ３を樹脂１１に埋め込むことでウェハ１の実装面側を平坦化した状態で、ウェハ１の薄型化が行われるため、上述した実施形態と同様の効果が得られる。ただし、上述した実施形態の手順であれば、ウェハ１を分割する直前までウェハ１の膜厚が確保されるため、さらにウェハ１の損傷を防止することができる。

本発明の活用例として、２枚の薄型小片を貼り合わせてなる構成の製造に広く適用できる。

本発明の実施形態の断面工程図（その１）である。 本発明の実施形態の断面工程図（その１）である。 実施形態の手順によって得られる半導体パッケージの断面図である。

符号の説明

１…ウェハ、１ａ…大径チップ（半導体チップ）、３…小径チップ（半導体チップ）１１…樹脂、１３…フィルム材、１５…板状材、３０…半導体パッケージ

Claims (5)

1. ウェハ上に半導体チップをフェイスダウン実装する工程と、
   前記半導体チップを埋め込む状態で前記ウェハ上を樹脂で覆い、当該樹脂上にフィルム材を貼り合わせる工程と、
   前記樹脂で覆われた前記ウェハを当該樹脂が設けられている実装面の裏面側から薄型化する工程と、
   前記ウェハを薄型化した後、前記フィルム材と共に前記樹脂を当該ウェハ上から剥がし取る工程とを行う
   半導体パッケージの製造方法。
2. 前記ウェハ上に樹脂を塗布した後、当該樹脂上に板状材を載置し、当該板状材と当該ウェハとの間隔を保つことで当該樹脂を均等な膜厚に保持した状態で硬化させる
   請求項１記載の半導体パッケージの製造方法。
3. 前記ウェハは、前記半導体チップの実装面側に複数の半導体チップが配列形成されたものである
   請求項１または２記載の半導体パッケージの製造方法。
4. 前記ウェハ上に半導体チップを実装した後、前記ウェハを薄型化する前に、当該半導体チップと前記ウェハとの実装状態の検査を行う
   請求項１〜３の何れか1項に記載の半導体パッケージの製造方法。
5. 前記ウェハ上にフェイスダウン実装された前記半導体チップを裏面側から薄型化する工程を行う
   請求項１〜４の何れか1項に記載の半導体パッケージの製造方法。

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