JP4649792B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置に関し、特に、ウェハの状態での半導体チップのパッケージ化に適用される半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、半導体装置およびその製造方法は、例えば、半導体装置の1つであるウェハレベルCSP(Chip Size Package/以下、WL−CSP)へ適用される。WL−CSPは、LSIチップ周辺部に配置されたアルミパッドから、再配線技術を用いて外部端子をLSIチップ表面にエリア状に転換して樹脂封止をすることで、ウェハの状態でパッケージング工程を完了する半導体装置である。
【0003】
端子の再配線技術には、大きく分けて2種類の方法がある。1つは、再配線をウェハプロセス技術と同じ蒸着・フォトリソグラフィ技術を用いて行う方法である。
【0004】
図5のように、ウェハプロセスでアルミ配線保護のための窒化膜311が形成されたウェハ310上に、層間絶縁、ストレスバッファ等の役割をする有機膜層312を形成する。ただし、LSI上でアルミパッド313上の有機膜層312は、フォトリソグラフィにより除去される。次に、再配線パターンとしてスパッタ方式などでメタル膜314を形成する。それに続き、外部端子の再配置位置に電解めっきでCuポスト315を形成する。次には樹脂封止で、ウェハ全面に薄い樹脂封止層341を形成し、最後に、電解めっきされたCuポスト315上にはんだボール340を供給した後、テスト、分割、梱包を行い、出荷となる。
【0005】
また、Cuポスト315を形成せずにメタル層上に再度有機膜層を形成し、外部端子の再配置位置にフォトリソグラフィを施してメタル層へのコンタクトホールを形成し、そこへ直接はんだボールを供給する方法もある。もう1つの方法は、あらかじめ再配線パターンが形成されたインタポーザを用いる方法である。
【0006】
図6のように、薄いポリイミド等の有機フィルム356上に数十μm厚の再配線パターン355が形成されており、それを接着剤357で窒化膜351が形成されたLSIチップ350に固着する。インタポーザとLSIチップ上のアルミパッド部353との接続は、ワイヤボンド358で接続する方法と、シングルポイントボンディングで接続する方法とがある。その後、露出しているボンディング部分を封止樹脂371で封止し、はんだボール370を供給し、テスト、分割、梱包を行い、出荷となる。
【0007】
このようにして作られたWL−CSPの利点としては、LSIチップと全く同一のパッケージサイズを得ることができる点にある。他のQFP(quad flat package/クワッドフラットパッケージ)やBGA(ball grid array/ボールグリッドアレイ)等のように、チップ周辺部のボンディグパッドからリードフレームあるいは基板にワイヤボンディングするエリアが不必要になる。このため、高密度実装が可能となる。
【0008】
その一方、パッケージ内部に複数のLSIチップを積層することで、高密度実装を可能とするスタックCSP(Stack Chip Size Package)という半導体装置がある。このスタックCSPにおけるLSIのアルミパッド部とインタポーザとの接続方法には各種あるが、LSIチップ内部にあらかじめ貫通ビアを形成しておく方法以外は、ワイヤボンドによる接続が必要になる。
【0009】
従って、ワイヤボンドを使用するスタックCSPのパッケージサイズは、WL−CSPのように、LSIチップと同一サイズにはならない。また、LSIチップ内部にあらかじめ貫通ビアを形成しておく方法であれば、スタックCSPにおいてもLSIチップと同一のパッケージサイズを得られることになる。
【0010】
本発明と技術分野の類似する先願発明例1として、特開2000−243729号公報の「半導体装置の製造方法」がある。本先願発明例1では、ウェハレベルCSPの製造において、樹脂封止の信頼性を向上させることを課題としている。
【0011】
先願発明例2の特開2000−188352号公報の「チップ・サイズ・パッケージおよびその製造方法」は、感光性絶縁材料を利用して、ウェハプロセス工程(前工程)のみで樹脂封止可能な、ウェハレベルのCSP技術を開示している。
【0012】
先願発明例3の特開2000−235979号公報の「半導体装置」は、回路素子形成領域上に第1の絶縁膜を介して設けられたバリア層上に第2の絶縁膜を介して再配線や薄膜回路素子を設けている。このバリア層により、クロストークが発生しないようにすることができ、ひいては再配線や薄膜回路素子の配置に制約を受けないようにすることができる、としている。
【0013】
先願発明例4の特開平06−283661号公報の「マルチチップモジュールの構造」は、基板層の上部に配線層を構成し、この配線層の上部に切り替えユニットおよびプロセッサユニットを構成し、信頼性が高く、かつ安価なマルチチップモジュールを提供することを可能としている。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術では、使用されるLSIチップには内部に貫通ビアを設けるなどして、スタックCSP専用に設計、製造する必要がある。これは、複数のLSIチップの機能を再設計して1つのチップに集積する方法と比べて、開発に必要な費用や時間、積層するLSIチップの組合せの自由度など、スタックCSPが有利とされている点を損なうことになるという問題点を伴う。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明は、経費および時間を削減し、積層するLSIチップの自由度を向上させた半導体装置を提供することを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するため、請求項1記載の半導体装置は、ウェハレベルCSPであるWL−CSPへ適用される半導体装置であり、再配線パターンが形成された有機フィルムが固着された第1のWL−CSP上に、再配線パターンが形成された有機フィルムが固着された第2のWL−CSPを、各再配線パターンが同一方向を向くように配置し、WL−CSPと同等のチップサイズのスタックCSPの構成を可能とし、第1のWL−CSPの有機フィルムは所定領域に穴が形成され、穴の領域における第1のWL−CSP上に第2のWL−CSPが接着されていることを特徴としている。
【0025】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面を参照して本発明による半導体装置およびその製造方法の実施形態を詳細に説明する。図1から図4を参照すると、本発明の半導体装置およびその製造方法の一実施形態が示されている。
【0026】
(第1の実施例)
図1に、本発明を適用した半導体装置の構成例を示す。
図1に示す半導体装置は、第一のLSIチップ10、窒化膜11、有機膜層12、アルミパッド13、メタル層14、Cuポスト15、接着層16、第二のLSIチップ20、窒化膜21、有機膜層22、アルミパッド23、メタル層24、Cuポスト25、はんだボール40、封止樹脂41、を有して構成される。
【0027】
この半導体装置には、第一のLSIチップ10と第二のLSIチップ20との2つのLSIチップが積層されている。
【0028】
第一のLSIチップ10のアルミ配線を保護する窒化膜11の上に、感光性絶縁材料の有機膜層12が形成されている。この有機膜層12は、後で再配線層としてメタル層14を積層した際の層間絶縁の働きと、基板実装後に外部から加わるストレスを緩和する働きとを持つ。また、第一のLSIチップ10の電極であるアルミパッド13上の有機膜層12は、フォトリソグラフィにより除去され、有機膜層12に積層されるメタル層14との接続のためのコンタクトホールが形成されている。
【0029】
有機膜層12の上には、スパッタ方式によりメタル層14が形成されている。
このメタル層14は、第一のLSIチップ10の電極の再配置を目的としたものであり、コンタクトホールで第一のLSIチップ10のアルミパッド13と接続し、第一のLSIチップ10の電極が所望の位置に再配置されるようにパターン化されている。メタル層14により再配置された電極位置には、電解めっきでCuポスト15がそれぞれ形成されている。
【0030】
また、第一のLSIチップ10の中央部には、接着層16を介して第二のLSIチップ20が接着されている。第二のLSIチップ20も第一のLSIチップ10と同様に、窒化膜21上に有機膜層22とメタル層24とにより電極位置が再配置され、アルミパッド23からメタル層24により再配置された電極位置には、Cuポスト25が形成されている。
【0031】
なお、第一のLSIチップ10と第二のLSIチップ20とのそれぞれのCuポスト15、25の先端が同一の高さになるように、第一のLSIチップ10および第二のLSIチップ20のそれぞれの有機膜層12、22、メタル層14、24、Cuポスト15、25の高さは、あらかじめ調整されている。
【0032】
Cuポスト15、25の先端には、実装基板との接続用にはんだボール40が供給されている。またCuポスト15、25のすき間やメタル層14、メタル層24の段差等を埋めるようにして、封止樹脂41が充填されている。
【0033】
図2を用いて、本実施例における半導体装置の製造方法を示す。
(a)第一のLSIチップを含むウェハ110に、アルミパッド112を含むアルミ配線を保護するために、表面に窒化膜111を形成する。
【0034】
(b)アルミ配線保護のための窒化膜処理が完了した第一のLSIチップのウェハ110上に、感光性絶縁材料層113を形成する。次に第一のLSIチップのアルミパッド部へフォトリソグラフィを施して絶縁材料層を除去し、コンタクトホールを形成する。更に再配線パターンとしてスパッタ方式でメタル膜114を形成する。
【0035】
(c)電解めっきで第一のLSIチップの外部端子の位置に、Cuポスト115を形成する。この時、Cuポスト115の高さは、後で第二のLSIチップ116をスタック積層した際に、これのCuポストと同一高さになるように決める。
【0036】
(d)第二のLSIチップのウェハは、スタック積層時のチップ接着のため、あらかじめウェハ裏面に接着フィルムを貼付し、同じように再配線とCuポストの形成とまで行う。第二のLSIチップのウェハは、この後ダイシングにより個片化される。個片化された第二のLSIチップ116を、先の第一のLSIチップのウェハ110の各チップ部位にそれぞれスタック積層して接着する。
【0037】
(e)ウェハ全面に樹脂封止層117を形成する。次に第一のLSIチップおよび第二のLSIチップのポスト上に、はんだボール118を供給して、テストを行う。
(f)ダイシングにより第一のLSIチップのウェハ110を個片化する。
(g)完成状態となる。
【0038】
すなわち、図2は、LSIチップ周辺部のアルミパッドから、再配線技術を用いて外部端子をLSIチップ表面にエリア状に転換して樹脂封止をすることで、ウェハの状態でパッケージング工程を完了させ、完成状態のウェハレベルCSPとする方法を示す。
【0039】
上記の実施例によれば、ウェハ上に別のWL−CSPを接着することで、WL−CSPと同等サイズのスタックCSPを実現し、LSIの実装密度を向上させたWL−CSPが得られる。これにより、WL−CSPと同一サイズのスタックCSPの製造が可能となる。
【0040】
(第2の実施例)
図3に、本発明による半導体装置の別の構成例を示す。
第2の実施例では、第一のLSIチップ50および第二のLSIチップ60の再配線層として、感光性絶縁材料による有機膜層とメタル層の代わりに、あらかじめ再配線パターンが形成された有機フィルムを使用する。
【0041】
第一のLSIチップ50のアルミ配線を保護する窒化膜51の上に、あらかじめ再配線パターン55が形成されたポリイミドフィルム56が接着剤57で固着されている。ポリイミドフィルム56の再配線パターン55と第一のLSIチップ50のアルミパッド53との接続は、ワイヤボンディング58により接続されている。第二のLSIチップ60も同様に、再配線パターン65が形成されたポリイミドフィルム66が接着剤67で固着され、再配線パターン65とアルミパッド63がワイヤボンディング68により接続され、端子が再配置されている。
【0042】
また、第一のLSIチップ50のポリイミドフィルム56には、中央に穴があらかじめ空いており、ポリイミドフィルム66を固着した第二のLSIチップ60が、接着層69により固着されている。ポリイミドフィルムによる再配置された各端子には、はんだボール70が供給されている。第一のLSIチップ50および第二のLSIチップ60の露出しているワイヤボンディング部は封止樹脂71により保護されている。
【0043】
図4に、第2の実施例における半導体装置の製造方法を示す。
(a)第一のLSIチップを含むウェハ210に、アルミパッド212を含むアルミ配線を保護するために、表面に窒化膜211を形成する。
(b)アルミ配線保護のための窒化膜処理が完了した第一のLSIチップのウェハ210上に、再配線パターンが形成されたポリイミドフィルム213を接着する。
(c)ポリイミドフィルム213の再配線パターンとウェハ210のアルミパッド212とをワイヤボンディング214で接続する。
【0044】
(d)第二のLSIチップのウェハに、スタック積層時のチップ接着のため、あらかじめウェハ裏面に接着フィルムを貼付し、同じように再配線パターンが形成されたポリイミドフィルムを接着し、ワイヤボンディングによりアルミパッドと再配線パターンとを接続し、ダイシングにより個片化する。個片化された第二のLSIチップ215を、先の第一のLSIチップのウェハ210のポリイミドフィルム213のあらかじめ空いている穴に接着する。
【0045】
(e)露出しているワイヤボンディング部に、封止樹脂216を塗布して保護する。次に、第一のLSIチップおよび第二のLSIチップの再配線パターン上に、はんだボール217を供給してテストを行う。
(f)ダイシングにより、第一のLSIチップのウェハ210を個片化する。
(g)完成状態となる。
【0046】
なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例である。ただし、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。
【0047】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明による半導体装置は、ウェハ上において第一のWL−CSPと第二のWL−CSPとを相互に接着させてウェハレベルCSP(WL−CSP)へ適用し、WL−CSPと同等のチップサイズのスタックCSPの構成を可能としている。これにより、経費および時間を削減し、積層するLSIチップの自由度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による半導体装置の実施形態を示す半導体装置の断面図である。
【図2】本発明による半導体装置の製造方法の実施形態の手順例を示す図である。
【図3】本発明による半導体装置の他の実施例を示す断面図である。
【図4】本発明による半導体装置の製造方法の他の手順例を示す図である。
【図5】従来の半導体装置の第一の構造例を示す断面図である。
【図6】従来の半導体装置の第二の構造例を示す断面図である。
【符号の説明】
10、50 第一のLSIチップ
11、21、51、111、211 窒化膜
12、22 有機膜層
13、23、53、63、112、212 アルミパッド
14、24 メタル層
15、25、115 Cuポスト
16、69 接着層
20、60、116、215 第二のLSIチップ
40、70、118、217 はんだボール
41、71、216 封止樹脂
55、65 再配線パターン
56、66、213 ポリイミドフィルム
57、67 接着剤
58、68、214 ワイヤボンディング
110、210 ウェハ
113 感光性絶縁材料層
114 メタル膜
117 樹脂封止層
Claims (1)
- ウェハレベルCPSであるWL−CSPへ適用される半導体装置であり、
再配線パターンが形成された有機フィルムが固着された第1のWL−CSP上に、再配線パターンが形成された有機フィルムが固着された第2のWL−CSPを、各再配線パターンが同一方向を向くように配置し、
WL−CSPと同等のチップサイズのスタックCSPの構成を可能とし、
前記第1のWL−CSPの前記有機フィルムは所定領域に穴が形成され、前記穴の領域における前記第1のWL−CSP上に前記第2のWL−CSPが接着されていることを特徴とする半導体装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001220396A JP4649792B2 (ja) | 2001-07-19 | 2001-07-19 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001220396A JP4649792B2 (ja) | 2001-07-19 | 2001-07-19 | 半導体装置 |
Publications (2)
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