JP5284257B2 - 半導体装置 - Google Patents

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Description

本発明は複数の半導体チップを積層した半導体装置に関する。
半導体装置はコンピュータや携帯電話など様々な分野で利用されている。これらの機器にはプリント基板が含まれており、プリント基板上に半導体装置が実装されるのが通常である。一般にコストなどの観点からプリント基板上に搭載される半導体装置の実装面積には制約がある。一方、性能向上などのために複数の半導体チップを半導体装置に内蔵したいという要望がある。半導体装置内で複数の半導体チップを横方向に並べた場合、プリント基板上における半導体装置の実装面積が増えてしまう。そこで半導体装置の実装面積を増加させないように複数の半導体チップを積層した半導体装置が提案されている。例えば特許文献1には支持基板の少なくとも一方の面上にスペーサを介して複数のベアチップを積層した半導体装置が開示されている。
スペーサを介して複数のベアチップを積層した構造では半導体装置組み立て後に電気特性が悪化する場合があることが知られていた。その悪化原因の1つとして、半導体チップを包埋するモールド材料に含まれるフィラーがパッケージ形成時に半導体チップとスペーサの間に挟まり、半導体チップ上に形成されている半導体回路パターンを押圧するなどして半導体回路を損傷させることが挙げられる。例えば特許文献2には、少なくとも2つの半導体チップが接着剤層を介して積層され且つフィラー入りのモールド材料によって封止された半導体装置において、モールド材料に含まれるフィラーの大きさを当該接着剤層よりも大きくした半導体装置が開示されている。また、当該文献においては、積層される2つの半導体チップの間にある接着剤層の面積が上側の半導体チップの下面の面積よりも大きくした半導体装置が開示されている。当該文献においてはこれらの工夫によりモールド材料に含まれるフィラーが接着剤層の端部に押し込まれ、半導体チップが損傷するのを防止できるとしている。
特開2006−294795号公報 特開2006−54359号公報
しかしながら、特許文献2には接着剤層の面積を上側の半導体チップの下面の面積よりも大きくするための具体的な手段については一切開示されていない。上側の半導体チップの形成工程すなわちウエハ上に形成された複数の半導体チップを個片化して単体の半導体チップを得る工程において接着剤層がいかように切断されるのかといった、上側の半導体チップ形成工程と接着剤層形成工程との関係が不明瞭である。通常、接着剤層をウエハの片面に形成した後にウエハを切断することにより個片化された半導体チップを得る。この場合、接着剤層の面積が上側の半導体チップの下面の面積よりも小さくなる場合がある。これは、半導体チップの硬さに適合した精度/条件で、硬い半導体チップと柔らかい接着剤層とを同時に切断した場合、柔らかい接着剤層に対する切断精度を維持することができないためであると考えられる。その結果、モールド材料に含まれるフィラーが接着剤層の端部に押し込まれ、半導体チップが損傷する可能性がある。
本発明は上記した如き問題点に鑑みてなされたものであって、フィラーを含むモールド材料で複数の積層した半導体チップを包埋した場合においても良好な電気特性を有する半導体装置を提供することを目的とする。
本発明による半導体装置は、支持基板と、前記支持基板上に配置された半導体チップと、前記半導体チップ上に形成された接着剤層と、前記接着剤層上に配置されたシリコンチップと、前記支持基板上に形成された端子部と、前記半導体チップと前記端子部とを電気的に接続したボンディングワイヤと、前記半導体チップと前記シリコンチップと前記端子部と前記ボンディングワイヤとを覆い且つフィラーを含むモールドと、を含む半導体装置であって、前記シリコンチップの上面の面積がその下面の面積よりも狭く且つ前記接着剤層の端面が前記シリコンチップの当該下面よりも外側にはみ出していることを特徴とする。
本発明による半導体装置の断面を表す断面図である。 ウエハ上の個片化前のスペーサチップを表す図である。 従来技術による半導体装置の断面をフィラーと共に表す断面図である。 本発明による半導体装置の断面をフィラーと共に表す断面図である。 本発明による半導体装置の断面をフィラーと共に表す断面図である。 単一のブレードでウエハを切断してスペーサチップを個片化する過程を表す図である。 単一のブレードでウエハを切断してスペーサチップを個片化する過程を表す図である。 単一のブレードでウエハを切断してスペーサチップを個片化する過程を表す図である。 2種類のブレードでウエハを切断してスペーサチップを個片化する過程を表す図である。 2種類のブレードでウエハを切断してスペーサチップを個片化する過程を表す図である。 2種類のブレードでウエハを切断してスペーサチップを個片化する過程を表す図である。 2種類のブレードでウエハを切断してスペーサチップを個片化する過程を表す図である。 2種類のブレードでウエハを切断してスペーサチップを個片化する過程を表す図である。
以下、本発明に係る実施例について添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。
図1は本発明による半導体装置の断面を示す断面図である。
この半導体装置は、半導体チップがリードフレームに搭載される、所謂リードフレームタイプの半導体装置である。リードフレームタイプの半導体装置では、半導体チップがダイパッド上に搭載され、半導体チップ上のボンディングパッドとリードフレームを構成するインナーリード(端子部)とがボンディングワイヤによって電気的に接続される。半導体装置としては、リードフレームタイプの半導体装置以外に、表面実装型のBGAタイプの半導体装置も存在する。BGAタイプの半導体装置では、半導体チップがパッケージ基板上に搭載され、半導体チップ上のボンディングパッドとパッケージ基板上に形成されたボンディングポスト(端子部)とがボンディングワイヤによって電気的に接続される。
以下、本実施例においては、リードフレームタイプの半導体装置が半導体装置の一例として説明されるが、本願発明はBGAタイプの半導体装置であっても良い。
半導体チップ3と半導体チップ7はスペーサチップ5を介してダイパッド(支持基板)1上に積層されている。半導体チップ3の下面は接着剤層2によりダイパッド1の上面に固定されている。半導体チップ3の上面には接着剤層4によりスペーサチップ5の下面が固定されている。また、スペーサチップ5の上面には接着剤層6により半導体チップ7の下面が固定されている。半導体チップ3の両端はボンディングワイヤ9を介して電気的にインナーリード(端子部)10に接続されている。同様に半導体チップ7の両端はボンディングワイヤ8を介して電気的にインナーリード10に接続されている。インナーリード10の一部、ボンディングワイヤ8及び9、半導体チップ3及び7、接着剤層2、4及び6、スペーサチップ5及びダイパッド1をモールド11が包埋している。インナーリード10をプリント基板(図示せず)上の配線やヴィアなどに電気的に接続してプリント基板(図示せず)上に実装することができる。同図中に示されるようにスペーサチップ5の上面の面積がその下面の面積よりも狭くなっている。加えて、スペーサチップ5の下面にその上面が貼り付けられている接着剤層4の端面がスペーサチップ5の下面よりも外側にはみ出している。より詳細には、スペーサチップ5の下面にその上面が貼り付けられている接着剤層4の下面からスペーサチップ5の上面に亘って、スペーサチップ5及び接着剤層4の端面が互いに連続している傾斜面S1を形成している。同図中に示されるようにスペーサチップ5及び接着剤層4の端面は滑らかで一様な傾斜面S1を形成しており、接着剤層4の下面と傾斜面S1とがなす角度AAが鋭角である。
本実施例における半導体チップは半導体チップ3及び7の2つであるが、本発明にはかかる半導体チップ数の制限は無く、同種のスペーサチップを介して複数の半導体チップを積層できる。スペーサチップ5の材料としては例えばシリコンが挙げられるが、本発明にはかかる材料の制限は無い。接着剤層2、4及び6の接着剤の材料としては例えばポリイミド系の樹脂が挙げられるが、本発明にはかかる材料の制限も無い。モールド11は例えばエポキシ樹脂などからなり、通常、シリカなどのフィラーを複数含む。また、半導体チップ3及び7は同種である必要はない。
図2はウエハ上の個片化前のスペーサチップを表す図である。通常、フィルム状の接着剤4が貼付けされたウエハ12を切断(ダイシング)することにより個片化された複数のスペーサチップ5が得られる。
図3は従来技術による半導体装置の断面をフィラーと共に表す断面図である。半導体チップ3と半導体チップ7とが個片化されたスペーサチップ5を介して積層されている。半導体チップ7は接着剤層6によりスペーサチップ5に固定されている。半導体チップ3は接着剤層4によりスペーサチップ5に固定されているが、接着剤層4は個片化前のスペーサチップ5に付着されていた接着剤層であり、スペーサチップ5と共に切断された接着剤層である。通常、切断時におけるスペーサチップ5の端面と接着剤層4の端面は一致しているが、スペーサチップ5の硬さに適合した精度/条件で、硬いスペーサチップ5と柔らかい接着剤層4とを同時に切断した場合、柔らかい接着剤層4に対する切断精度を維持することができず、同図中に示される如くスペーサ5と半導体チップ3との間に隙間ができる。この状態のときに複数のフィラーFLを含むモールド11でこれらを包埋したとする。このときモールド11による包埋時の圧力でフィラーFLがスペーサ5と半導体チップ3との間に押し込まれることにより半導体チップ3が損傷する可能性がある。
図4は本発明による半導体装置の断面をフィラーと共に表す断面図である。同図中に示されるようにスペーサチップ5の上面の面積がその下面の面積よりも狭く、且つ、スペーサチップ5の下面にその上面が貼り付けられている接着剤層4の端面がスペーサチップ5の下面よりも外側にはみ出している。より詳細には、スペーサチップ5の下面にその上面が貼り付けられている接着剤層4の下面からスペーサチップ5の上面に亘って、スペーサチップ5及び接着剤層4の端面が互いに連続している傾斜面S1を形成している。また、スペーサチップ5及び接着剤層4の端面は滑らかで一様な傾斜面S1を形成しており、接着剤層4の下面と傾斜面S1とがなす角度AAが鋭角である。接着剤層4の端面がスペーサチップ5の端面からはみ出す構造であるため、モールド11による包埋時の圧力でフィラーFLがスペーサチップ5と半導体チップ3との間に押し込まれることが無く半導体チップ3が損傷する恐れが無い。仮に角度AAが大き過ぎた場合、傾斜面S1が接着剤層4の下面に対して垂直に近くなり、スペーサチップ5の端面からはみ出す接着剤層4の端面の量が少なくなることから、モールド11による包埋時の圧力でフィラーFLがスペーサチップ5と半導体チップ3との間に押し込まれるのを防ぐ効果が低減してしまう。そのため、角度AAは適度な鋭角であるのが好ましい。本発明には角度AAの制限は無いが、例えば50度など好ましい角度であれば良い。
図5は本発明による半導体装置の別の断面をフィラーと共に表す断面図である。同図中に示されるようにスペーサチップ5の上面の面積がその下面の面積よりも狭く、且つ、スペーサチップ5の下面にその上面が貼り付けられている接着剤層4の端面がスペーサチップ5の下面よりも外側にはみ出している。より詳細には、スペーサチップ5の下面にその上面が貼り付けられている接着剤層4の下面からスペーサチップ5の上面に亘って、スペーサチップ5及び接着剤層4の端面が互いに連続している傾斜面S1を形成している。また、スペーサチップ5及び接着剤層4の端面は滑らかで一様な傾斜面S1を形成しており、接着剤層4の下面と傾斜面S1とがなす角度AAが鋭角である。更にスペーサチップ5の端面は傾斜面S1と、傾斜面S1と角度BBをなす傾斜面S2からなる屈曲した断面を有する。図4に示される構造と同様に接着剤層4の端面がスペーサチップ5の端面からはみ出る構造であるため、モールド11による包埋時の圧力でフィラーFLがスペーサチップ5と半導体チップ3との間に押し込まれることが無く半導体チップ3が損傷する恐れが無い。更に図4における傾斜面S1と接着剤層6とがなす隙間に比較して、図5における傾斜面S2と接着剤層6とがなす隙間が広くなっている。図5に示される構造の方が図4に示される構造に比較して隙間が広い分だけモールド11の樹脂の流れが良好になり、スペーサチップ5と半導体チップ3との間にフィラーFLがより留まりにくくなる。また、図4の説明と同様の理由で角度AAは例えば50度など適度な鋭角であるのが好ましい。角度BBは180度よりも小さく、例えば140度など好ましい角度であれば良い。
本発明による半導体装置を製造するために先ずは積層するための半導体チップを用意する。半導体チップは個片化前の複数の半導体チップが形成されたウエハを切断して得られる。通常、ウエハにはフィルム状の接着剤が貼り付けられており、ウエハ切断時に半導体チップと共に切断される。
図6A〜6Cは単一のブレードでウエハを切断してスペーサチップを個片化する過程を表す図である。以下に図6A〜6Cを参照しつつ単一のブレードでウエハを切断してスペーサチップ5を個片化する過程を説明する。
最初にウエハ12に接着剤層4を貼り付けて図6Aに示される如きウエハ12を用意する。図6Bに示されるブレードBL1の刃先は傾斜面T1とT2とが角度CCでV字型をなしている。ウエハ12及びウエハ12に貼り付けられている接着剤4をブレードBL1の刃先で傾斜切断(ベベルカット)する。ブレードBL1は回転型のブレードであり、同図中にはブレードBL1の刃先の断面が示されている。ブレードBL1が回転することによりその刃先でウエハ12の表面から内部に向かって徐々に傾斜切断していく。ブレードBL1の刃先の材質に制限は無いが、通常、ウエハ12に比較して硬い材料、例えばダイヤモンドなどの好ましい材料であれば良い。
傾斜切断により図6Cに示される如くスペーサチップ5が個片化される。同図中に示されるようにスペーサチップ5の上面の面積がその下面の面積よりも狭くなっている。加えて、スペーサチップ5の下面にその上面が貼り付けられている接着剤層4の端面がスペーサチップ5の下面よりも外側にはみ出している。より詳細には、スペーサチップ5の下面にその上面が貼り付けられている接着剤層4の下面からスペーサチップ5の上面に亘って、スペーサチップ5及び接着剤層4の端面が互いに連続している傾斜面S1を形成している。同図中に示されるようにスペーサチップ5及び接着剤層4の端面は滑らかで一様な傾斜面S1を形成しており、接着剤層4の下面と傾斜面S1とがなす角度AAが鋭角である。また、接着剤層4の端面がスペーサチップ5の端面よりも外側にはみ出ている。ブレードBL1の刃先の角度CCが小さ過ぎると、接着剤層4の下面と傾斜面S1とがなす角度AAが大きくなり、傾斜切断の効果が薄れる。本発明には角度CCの制限は無く、例えば80度など好ましい角度であれば良い。
図7A〜7Eは2種類のブレードでウエハを切断してスペーサチップを個片化する過程を表す図である。以下に図7A〜7Eを参照しつつ2種類のブレードでウエハ12を切断してスペーサチップ5を個片化する過程を説明する。
単一のブレードでウエハ12を切断するときと同様に、最初にウエハ12に接着剤層4を貼り付けて図7Aに示される如きウエハ12を用意する。図7Bに示されるブレードBL2の刃先は傾斜面T3とT4とが角度DDでV字型をなしている。ウエハ12を表面から所定の深さDPまでブレードBL2の刃先で溝入れする。ブレードBL2は回転型のブレードであり、同図中にはブレードBL2の刃先の断面が示されている。ブレードBL2が回転することによりその刃先でウエハ12の表面から内部に向かって徐々に溝入れしていく。図7CはブレードBL2による溝入れ後のウエハ12の断面図である。この段階ではウエハ12を完全に切断しておらず、ウエハ12表面から深さDPの傾斜溝が形成されている。
当該溝入れ工程に続いて図7Dに示されるブレードBL1によるウエハ12及び接着剤層4の切断処理を行う。図7Dに示されるブレードBL1の刃先は傾斜面T1とT2とが角度CCでV字型をなしている。ブレードBL1の刃先の角度CCはブレードBL2の刃先の角度DDよりも小さい角度である。本発明には角度CC及びDDの制限は無く、例えば角度CCが80度、角度DDが120度など好ましい角度であれば良い。ウエハ12及びウエハ12に貼り付けられている接着剤4をブレードBL1の刃先で傾斜切断(ベベルカット)する。ブレードBL2と同様にブレードBL1も回転型のブレードであり、同図中にはブレードBL1の刃先の断面が示されている。ブレードBL1が回転することによりその刃先でウエハ12の表面から内部に向かって徐々に傾斜切断していく。
同図中に示されるようにスペーサチップ5の上面の面積がその下面の面積よりも狭くなっている。加えて、スペーサチップ5の下面にその上面が貼り付けられている接着剤層4の端面がスペーサチップ5の下面よりも外側にはみ出している。より詳細には、スペーサチップ5の下面にその上面が貼り付けられている接着剤層4の下面からスペーサチップ5の上面に亘って、スペーサチップ5及び接着剤層4の端面が互いに連続している傾斜面S1を形成している。同図中に示されるようにスペーサチップ5及び接着剤層4の端面は滑らかで一様な傾斜面S1を形成しており、接着剤層4の下面と傾斜面S1とがなす角度AAが鋭角である。更にスペーサチップ5の端面は傾斜面S1と、傾斜面S1と角度BBをなす傾斜面S2からなる屈曲した断面を有する。
刃先の角度が異なるブレードBL1及びブレードBL2を用いて溝入れ及び傾斜切断することにより、スペーサチップ5の端面を傾斜面S1と傾斜面S2の2つの傾斜面とすることができる。なお、ブレードBL1及びブレードBL2の刃先の材質に制限は無く、これら両ブレードの刃先の材料は同種でも異種でも良い。通常、ブレードBL1及びブレードBL2の刃先の材質は、ウエハ12に比較して硬い材料、例えばダイヤモンドなどの好ましい材料であれば良い。
傾斜切断して得られたスペーサチップ5を介して複数の半導体チップを支持基板上に積層する。本実施例においてはスペーサチップ5と半導体チップ3とを接着剤層4により固定する。また、スペーサチップ5と半導体チップ7とを接着剤層6により固定する。更に半導体チップ3とダイパッド1とを接着剤層2により固定する。なお、本発明においては当該固定の順番に制限は無い。続いて半導体チップ3及にボンディングワイヤ9を介して電気的にインナーリード10を接続する。同様に半導体チップ7及にボンディングワイヤ8を介して電気的にインナーリード10を接続する。
続いてインナーリード10の一部、半導体チップ3及び7、スペーサチップ5及びボンディングワイヤ8及び9をモールド11で包埋する。以上の工程を経ることにより図1に示す半導体装置を製造できる。図4及び図5に示される如く接着剤層4の端面がスペーサチップ5の端面からはみ出る構造であるため、モールド11による包埋時の圧力でフィラーFLがスペーサチップ5と半導体チップ3との間に押し込まれることが無く半導体チップ3が損傷する恐れが無い。
上記したように、本実施例による半導体装置は、スペーサチップ5の上面の面積がその下面の面積よりも狭く、且つ、スペーサチップ5の下面にその上面が貼り付けられている接着剤層4の端面がスペーサチップ5の下面よりも外側にはみ出している。より詳細には、スペーサチップ5の下面にその上面が貼り付けられている接着剤層4の下面からスペーサチップ5の上面に亘って、スペーサチップ5及び接着剤層4の端面が互いに連続している傾斜面S1を形成している。スペーサチップ5及び接着剤層4の端面は滑らかで一様な傾斜面S1を形成しており、接着剤層4の下面と傾斜面S1とがなす角度AAが鋭角である。接着剤層4の端面がスペーサチップ5の端面からはみ出す構造であるため、モールド11による包埋時の圧力でフィラーFLがスペーサチップ5と半導体チップ3との間に押し込まれることが無く半導体チップ3が損傷する恐れが無い。また、スペーサチップ5の端面を傾斜面S1と、傾斜面S1と所定の角度BBをなす傾斜面S2とからなる屈曲した断面を有する構造とすることにより、傾斜面S2と接着剤層6との隙間が広くなってモールド11の樹脂の流れが良好になる。そのため、スペーサチップ5と半導体チップ3との間にフィラーFLがより留まりにくくなり、半導体チップ3が損傷する恐れが更に無くなる。そのため本実施例による半導体装置は、フィラーを含むモールド材料で複数の積層した半導体チップを包埋した場合においても良好な電気特性を有することができる。
ウエハ12に接着剤層4を貼付けした後に、2つの傾斜面がV字型をなすブレードの刃先でウエハ12を傾斜切断することにより、スペーサチップ5の上面の面積がその下面の面積よりも狭く、且つ、スペーサチップ5の下面にその上面が貼り付けられている接着剤層4の端面がスペーサチップ5の下面よりも外側にはみ出している構造が得られる。より詳細には、スペーサチップ5の下面にその上面が貼り付けられている接着剤層4の下面からスペーサチップ5の上面に亘って、スペーサチップ5及び接着剤層4の端面が互いに連続している傾斜面S1を形成している構造が得られる。また、傾斜切断前に2つの傾斜面がV字型をなすブレードBL2の刃先でウエハ12の表面から所定の深さDPまでブレードBL2の刃先で溝入れする工程を追加できる。当該溝入れ後に、ブレードBL2の刃先がなすV字型の角度よりも小さい角度のV字型の傾斜面をなす別のブレードBL1の刃先で当該溝入れされた箇所のウエハ及び接着剤層を傾斜切断できる。刃先の角度が異なるブレードBL1及びブレードBL2を用いて溝入れ及び傾斜切断することにより、スペーサチップ5の端面を傾斜面S1と傾斜面S2からなる屈曲した断面を有する構造とすることができる。当該傾斜切断処理によって得られた接着剤層4付きのスペーサチップ5を介して半導体チップを積層すれば、フィラーを含むモールド材料で複数の積層した半導体チップを包埋した場合においても良好な電気特性を有する半導体装置を得ることができる。
なお、ウエハ12への溝入れがウエハ12を完全に切断しない場合を一例として説明したが、傾斜面S2に加えて傾斜面S1がスペーサチップ5の端面に形成されるものであれば、ウエハ12への溝入れはウエハ12を完全に切断する(ウエハ12の表面から裏面まで溝入れする)ものであっても良い。このようにすることで、ウエハ12への溝入れが硬いスペーサチップ5に適合した精度/条件で実行され、その後の切断工程が柔らかい接着剤層4に適合した精度/条件で実行される。よって、より精度良く、接着剤層4をスペーサチップ5の下面から外側にはみ出させることができる。
1 ダイパッド(支持基板)
2 接着剤層
3 半導体チップ
4 接着剤層
5 スペーサチップ
6 接着剤層
7 半導体チップ
8、9 ボンディングワイヤ
10 インナーリード(端子部)
11 モールド
12 ウエハ
AA、BB、CC、DD 角度
BL1、BL2 ブレード
DP 深さ
S1、S2、T1、T2 傾斜面

Claims (7)

  1. 支持基板と、
    前記支持基板上に配置された半導体チップと、
    前記半導体チップ上に形成された接着剤層と、
    前記接着剤層上に配置されたシリコンチップと、
    前記支持基板上に形成された端子部と、
    前記半導体チップと前記端子部とを電気的に接続したボンディングワイヤと、
    前記半導体チップと前記シリコンチップと前記端子部と前記ボンディングワイヤとを覆い且つフィラーを含むモールドと、を含む半導体装置であって、
    前記シリコンチップの上面の面積がその下面の面積よりも狭く且つ前記接着剤層の端面が前記シリコンチップの当該下面よりも外側にはみ出していることを特徴とする半導体装置。
  2. 前記接着剤層のうちの前記半導体チップと接する面の外縁は、前記シリコンチップの外縁よりも外側に位置していることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  3. 前記接着剤層の外周端面は、鋭角をなす傾斜面であることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置。
  4. 前記接着剤層の材料は、ポリイミド系の樹脂であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1に記載の半導体装置。
  5. 前記端子部は、前記支持基板の周囲に配置されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1に記載の半導体装置。
  6. 前記端子部は、前記支持基板上に配置されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1に記載の半導体装置。
  7. 前記接着剤層は、フィルム状であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1に記載の半導体装置。
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