JP5509170B2 - マルチチップ積層体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特にマルチチップ積層体の製造方法に関する。

新たな高密度実装技術であるマルチチップ積層実装法では、パッケージ内に多数の積層チップを実装する。このようにして製造されたマルチチップ積層体を検査するとき、チップを１つずつ基板上に積層したのち、チップ上の電極にプローブを当てて導通検査が実施される。このとき、マルチチップ積層体は、チップが積層される基板によってマルチチップ積層体の表面接合面積および厚さが増加するため、体格が大きくなる。特開２０１１−０７１４４１号公報には、マルチチップ積層体の体格を小さくするため、基板を使用しないウエハレベルチップ積層法によって無基板チップ積層体を製造する半導体装置の製造方法が記載されている。

特開２０１１−０７１４４１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の半導体装置の製造方法では、ウエハ内に位置が固定されていない不良チップが発生する場合、ウエハ基準の照準方法で検査を行うため、無基板チップ積層体の不良率が高まる。また、マルチチップ積層体では、外部接続電極とテスト電極との間隔が従来の数百μｍ程度から百μｍ以下に小さくなるため、従来の検査装置のプローブでは導通検査を実施することができない。これに対して、無基板チップ積層体を基板に設置した後に導通検査を実施する方法が考えられるが、この方法では積層チップ同士の接点の良否を事前に判定することができない。また、無基板チップ積層体を基板に設置する前に無基板チップ積層体をファンアウト回路およびファンイン端子を備えるシリコンからなるトランスファー基板に接合し、導通検査を実施する方法があるが、このような製造方法は工程が複雑となり、かつ高コストになる。

本発明の目的は、無基板チップ積層体の導通検査を従来の検査装置で実施可能なＴＳＶ（Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｖｉａ）実装プロセスを用いて製造するマルチチップ積層体の製造方法を提供することにある。

本発明のもう１つの目的は、基板に搭載される前の無基板チップ積層体の良否を検査において判定することにより、低コストで規格外れの無基板チップ積層体の使用を防止可能なマルチチップ積層体の製造方法を提供することにある。

請求項１に記載のマルチチップ積層体の製造方法は、以下の第１ステップから第５ステップまでの５つのステップを含む。第１ステップでは、積層される複数のチップからなるチップ群の表面上に複数のテスト電極を有し、隣り合うチップの間にチップ積層間隙が形成される無基板チップ積層体を提供する。第２ステップでは、無基板チップ積層体のテスト電極が形成される表面とは反対側の表面に接着テープを固定する。第３ステップでは、接着テープの上にチップ積層間隙を充填するように充填封止体を形成する。第４ステップでは、接着テープを支持する開口を形成するテープキャリアをウエハテストトレーに固定する。第５ステップでは、無基板チップ積層体を前記接着テープに接着したまま、テープキャリアの開口に支持された接着テープをウエハ検査装置内に搭載する。テープキャリアおよびウエハテストトレーがウエハ検査装置内にある状態で、ウエハ検査装置の複数のプローブを用いて、接着テープに接着されたままウエハ検査装置内に導入された無基板チップ積層体上のテスト電極群を探り、無基板チップ積層体の導通検査を実施する。

請求項２に記載のマルチチップ積層体の製造方法では、さらにテープキャリアをウエハテストトレーから離脱させるステップを含む。

請求項３に記載のマルチチップ積層体の製造方法では、ウエハテストトレーはテープキャリアよりも大きく、また、両者の形状は異なっている。

請求項４に記載のマルチチップ積層体の製造方法では、ウエハテストトレーは銅、鉄またはこれらの合金からなるベースを備える。

請求項５に記載のマルチチップ積層体の製造方法では、ウエハテストトレーはベース上に設けられる複数の固定部を有し、固定部群はテープキャリアを所定位置に固定する。

請求項６に記載のマルチチップ積層体の製造方法では、固定部群はテープキャリアの複数の角部を固定する。

請求項７に記載のマルチチップ積層体の製造方法では、ウエハテストトレーのベースは固定表面と固定表面に形成される開口を有し、開口の形状はテープキャリアの周縁と同じ形状である。

請求項８に記載のマルチチップ積層体の製造方法では、充填封止体の形成ステップは、さらに無基板チップ積層体を超える樹脂溢れ部位の充填封止体を除去する溢れ樹脂除去ステップを含む。

請求項９に記載のマルチチップ積層体の製造方法では、溢れ樹脂除去ステップのあと、充填封止体はチップ群の複数の側面を被覆している。

請求項１０に記載のマルチチップ積層体の製造方法では、チップ内に複数のシリコン貫通孔が設けられ、かつ無基板チップ積層体のチップ積層間隙群に複数の相互連結電極を設置する。このとき、相互連結電極群はシリコン貫通孔群と電気的に導通する。

本発明の一実施形態によるマルチチップ積層体の製造方法のステップを示す断面図である。 本発明の一実施形態によるマルチチップ積層体の製造方法の図１Ａの次のステップを示す断面図である。 本発明の一実施形態によるマルチチップ積層体の製造方法の図１Ｂの次のステップを示す断面図である。 本発明の一実施形態によるマルチチップ積層体の製造方法の図１Ｃの次のステップを示す断面図である。 本発明の一実施形態によるマルチチップ積層体の製造方法の図１Ｄの次のステップを示す断面図である。 本発明の一実施形態によるマルチチップ積層体の製造方法の図１Ｅの次のステップを示す断面図である。 本発明の一実施形態によるマルチチップ積層体の製造方法の図１Ｆの次のステップを示す断面図である。 本発明の一実施形態によるマルチチップ積層体の製造方法の図１Ｇの次のステップを示す断面図である。 本発明の一実施形態によるマルチチップ積層体の製造方法の図１Ｈの次のステップを示す断面図である。 本発明の一実施形態によるマルチチップ積層体の製造方法において使用するウエハテストトレーを示す正面図である。 本発明の一実施形態によるマルチチップ積層体の製造方法において使用するウエハテストトレーを示す断面図である。 本発明の一実施形態によるマルチチップ積層体の製造方法において使用するウエハテストトレーであって図２Ａおよび図２Ｂとは異なるウエハテストトレーを示す正面図である。 本発明の一実施形態によるマルチチップ積層体の製造方法において使用するウエハテストトレーであって図２Ａおよび図２Ｂとは異なるウエハテストトレーを示す断面図である。 本発明の一実施形態によるマルチチップ積層体の製造方法においてテープキャリアを搭載するウエハテストトレーを示す正面図である。 本発明の一実施形態によるマルチチップ積層体の製造方法において使用するウエハ検査装置を示す立体図である。

以下、添付された図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。しかしながら、図面においては、本発明の基本構成や実施方法を示す概略図であり、本発明に係る要素と構成とだけを示し、実際に実施する部材の個数、外形、寸法を一定の比率で記載するものではなく、説明の便宜及び明確性のために簡略または誇張されている。一方、実際に使われる個数、外形、寸法は様々な設計に応じ、部材の配置により複雑になる可能性がある。

（一実施形態）
本発明の一実施形態によるマルチチップ積層体としての製造方法を図１Ａ〜図５に基づいて説明する。
図１Ａに示すように、「第１ステップ」としての無基板チップ積層体１００を提供するステップでは、ウエハを分割して複数のチップ１１０を形成し、各チップ１１０の表面に複数のテスト電極１３０と複数の外部電極１３１とを形成する。ウエハの分割時および分割後には、チップ１１０群はウエハダイシングテープ２１０上に貼り付けられる。ウエハダイシングテープ２１０は、図示しないウエハ支持リングに貼り付けられ、ウエハ分割時、ウエハダイシングブレード２２０を用いてウエハのダイシングラインに沿って切り込みを入れることにより、チップ１１０群は形成される。

ウエハレベル検査の後、良好なチップ１１０は分類および収集され、図１Ｂに示すように、複数のチップ１１０をチップキャリア２３０上に積層し無基板チップ積層体１００を形成する。このとき、隣り合うチップ１１０の間にチップ積層間隙１２０が形成される。最上層チップの表面には露出するパッド形状のテスト電極１３０が複数形成されるとともに銅からなる柱状の外部電極１３１が設けられる。テスト電極１３０群の間隔は外部電極１３１群の間隔よりも大きくなる。本実施例において、テスト電極１３０群は６０μｍから１００μｍ程度までの間隔で設けられている。また、外部電極１３１群は３０μｍから６０μｍ程度までの間隔で設けられている。

図１Ｂに示すように、各チップ１１０には複数のシリコン貫通孔１１１が設けられる。シリコン貫通孔１１１は、外部電極１３１と縦方向に連結して外部電極１３１群と電気的に接続する。また、シリコン貫通孔１１１は、図示しない再配線層を介してテスト電極１３０群と電気的に接続している。無基板チップ積層体１００のチップ積層間隙１２０内には複数の相互連結電極１４０が設けられている。相互連結電極１４０群は、チップ１１０を積層する前に形成されているチップ表面の外部電極１３１により構成され、シリコン貫通孔１１１群と電気的に導通する。

次に図１Ｃに示すように、「第２ステップ」として無基板チップ積層体１００を接着テープ２５２の上に固定する。このとき、テスト電極１３０群は接着テープ２５２の反対側になるように無基板チップ積層体１００を固定する。接着テープ２５２は、粘着性によって無基板チップ積層体１００を固定することができ、テープキャリア２５０の開口２５１内に設置される（図１Ｆ参照）。テープキャリア２５０は細長い金属筐体であり、接着テープ２５２をテープキャリア２５０に設置するステップは、充填封止体の形成前または形成過程中に実施される。本実施形態では、充填封止体の形成過程中のディスペンシング後と加熱硬化前との間に接着テープ２５２がテープキャリア２５０に設置される。これにより、無基板チップ積層体１００を加熱炉へ搬送する搭載治具としてテープキャリア２５０が用いられる。

次に図１Ｃに示すように、「第３ステップ」として塗布針２４０を用いて充填封止体１５０を接着テープ２５２上に形成する。このとき、適当な温度および時間をかけることにより、毛管現象によって充填封止体１５０がチップ積層間隙１２０群に十分に充填される。充填封止体１５０は相互連結電極１４０群を図１Ｄに示すように密封する。充填された充填封止体１５０は、加熱によって硬化する。

さらに、図１Ｄおよび図１Ｅに示すように、充填封止体１５０を形成するステップは、溢れ樹脂除去ステップを含む。溢れ樹脂除去ステップでは、無基板チップ積層体１００からはみ出る樹脂溢れ部位１５１の充填封止体１５０を除去する。これにより、無基板チップ積層体１００を立方体形状に近づける。溢れ樹脂除去ステップは、充填封止体１５０の硬化成形前に実施され、図１Ｅに示すように溢れ樹脂除去ステップ後に充填封止体１５０がチップ１１０群の複数の側面１１２を被覆するように除去する。これにより、無基板チップ積層体１００内のチップ１１０群を有効に保護する。

次に図１Ｇに示すように、「第４ステップ」としてウエハテストトレー２６０内にテープキャリア２５０を固定する。

次に図１Ｈに示すように、「第５ステップ」として無基板チップ積層体１００を接着テープ２５２に接着したままウエハ検査装置２７０内に搭載する。ウエハテストトレー２６０は図４に示すようにテープキャリア２５０よりも大きく、またウエハテストトレー２６０とテープキャリア２５０との形状は異なっている。ここで、ウエハテストトレー２６０はテープキャリア２５０の載置用となっており、モジュール転換治具を構成する。ウエハテストトレー２６０の形状は円盤状であって、周知のウエハ支持リングの形状と同じである。しかしながら、ウエハテストトレー２６０には、周知のウエハ支持リングが有する中央の開口が形成されておらず、また、ウエハを接着するためのダイシングテープが設けられていない。また、テープキャリア２５０を細長い形状とすることにより、基板ストリップ方式のようにストリップ状輸送を行うことができる。

ウエハテストトレー２６０は、銅、鉄またはこれらの合金からなるベース２６１を備える。具体的に言えば、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、ウエハテストトレー２６０は複数の固定部２６２を有し、固定部２６２群はベース２６１上に設置されてテープキャリア２５０を所定位置に固定する。図４に示すように、固定部２６２群は接着テープ２５２に貼り付けられる無基板チップ積層体１００を固定しているテープキャリア２５０の複数の角部を固定する。これにより、無基板チップ積層体１００は接着テープ２５２に接着されたままウエハ検査装置２７０内に搭載される。

図３Ａおよび３Ｂには、本実施形態の一変化例として、ウエハテストトレー２６０の異なる形状を示す。図３Ａに示すウエハテストトレー２６０のベース２６１は、固定表面２６３および固定表面２６３に形成される開口２６４を有し、開口２６４の形状はテープキャリア２５０の周縁と同じ形状である。テープキャリア２５０が固定表面２６３上に装着される場合、テープキャリア２５０の底部は開口２６４内に一部嵌め込まれることで、ウエハテストトレー２６０内に固定される。

ウエハ検査装置２７０内では図１Ｈに示すように、ウエハ検査装置２７０の複数のプローブ２７１を用いてテスト電極１３０群を探り、無基板チップ積層体１００の導通検査を実施する。ここで、プローブ２７１群はプローブカード２７５に装着されている。図５に示すように、ウエハ検査装置２７０はロードエリア２７２、搬送エリア２７３およびテストエリア２７４を有する。ロードエリア２７２内では周知のウエハ位置固定リングがロードまたはアンロードされ、搬送エリア２７３内での位置合わせ検査を通過した後にテストエリア２７４へ搬送される。テストエリア２７４内ではチップ表面の電極のウエハレベルを探るため、プローブ２７１群を装着したプローブカード２７５が設けられる。ウエハテストトレー２６０はウエハ支持リングとの寸法が同じになっており、ロードエリア２７２内に直接に搭載される。テストエリア２７４内ではプローブ２７１群で無基板チップ積層体１００のテスト電極１３０群を探る。

検査が終了した後、図１Ｉに示すように、テープキャリア２５０をウエハテストトレー２６０から取り外す。これにより、ウエハテストトレー２６０は繰り返し使用される。なお、このあと、無基板チップ積層体１００についてはマーキング、包装などの製造工程が行われる。

（効果）
（Ａ）無基板チップ積層体１００の検査において、接着テープ２５２の剥離による無基板チップ積層体１００の再貼り付けおよびテープキャリア２５０の交換を不要とすることができる。また、無基板チップ積層体１００は、従来使用されているファンアウト回路とファンイン端子とを備えるトランスファー基板に搭載しなくても、導通検査を実施することができ、チップ１１０群間の導通、すなわち相互連結電極１４０の接合の良否を判定することができる。これにより、接着テープの使用回数を少なくすることができる。したがって、無基板チップ積層体１００の検査コストを低減でき、無基板チップ積層体１００の検査効率を向上することができる。

（Ｂ）本実施形態の無基板チップ積層体１００の製造方法では、ウエハ検査装置２７０内で無基板チップ積層体１００の分類を直接行うことができる。これにより、基板に設置される前に無基板チップ積層体１００の良否を判定することができ、規格外れの無基板チップ積層体１００を除去することができる。したがって、規格外れの無基板チップ積層体１００の使用を防止することができる。

（Ｃ）また、本実施形態の無基板チップ積層体１００の製造方法では、従来のウエハ検査装置を用いて導通検査を実施することができ、ファインピッチ探りの要求を満たすことができる。

（その他の実施例）
（ア）上述の実施形態では、最上層チップの表面には複数の外部電極が設けられるとした。しかしながら、最上層チップの表面に設けられる電極はこれに限定されない。外部電極は省略してもよいし、テスト電極を外部電極としてもよい。

（イ）上述の実施形態では、テスト電極の形状はパッド形状であるとした。しかしながら、テスト電極の形状はこれに限定されない。バンプ形状であってもよい。

（ウ）上述の実施形態では、外部電極は銅からなる柱状形状とした。しかしながら、外部電極の形状及び材料はこれに限定されない。半田ボールまたは金属バンプであってもよい。

（エ）上述の実施形態では、相互連結電極は、積層前に形成するチップ表面の外部電極から構成されるとした。しかしながら、相互連結電極を構成する部品はこれに限定されない。導通可能な素子でもよいし、金属柱と半田材との組み合わせであってもよい。

（オ）上述の実施形態では、溢れ樹脂除去ステップは、充填封止体の硬化成形前に実施されるとした。しかしながら、溢れ樹脂除去ステップが実施されるタイミングはこれに限定されない。充填封止体の硬化成形後に実施してもよい。このとき、樹脂溢れ部位はレーザ分割工具を用いて除去してもよい。

以上、本発明をその好適な実施例に基づいて説明したが、本発明の保護範囲は特許請求の範囲により限定され、この保護範囲を基準として、本発明の精神と範囲内に触れるどんな変更や修正は本発明の保護範囲に属する。

１００ 無基板チップ積層体（マルチチップ積層体）、
１１０ チップ、
１１１ シリコン貫通孔、
１１２ 側面、
１２０ チップ積層間隙、
１３０ テスト電極、
１４０ 相互連結電極、
１５０ 充填封止体、
１５１ 樹脂溢れ部位、
２１０ ウエハダイシングテープ、
２２０ ウエハダイシングブレード、
２３０ チップキャリア、
２４０ 塗布針、
２５０ テープキャリア、
２５１ 開口、
２５２ 接着テープ、
２５３ 角部、
２６０ ウエハテストトレー、
２６１ ベース、
２６２ 固定部、
２６３ 固定表面、
２６４ 開口、
２７０ ウエハ検査装置、
２７１ プローブ、
２７２ ロードエリア、
２７３ 搬送エリア、
２７４ テストエリア、
２７５ プローブカード。

Claims (10)

1. 積層される複数のチップからなるチップ群の表面に複数のテスト電極を有し、隣り合う前記チップの間にチップ積層間隙が形成される無基板チップ積層体を提供する第１ステップと、
   前記無基板チップ積層体の前記テスト電極が形成される表面とは反対側の表面に接着テープを固定する第２ステップと、
   前記接着テープの上に前記チップ積層間隙を充填するように充填封止体を形成する第３ステップと、
   前記接着テープを支持する開口を形成するテープキャリアをウエハテストトレーに固定する第４ステップと、
   前記無基板チップ積層体を前記接着テープに接着したまま、前記テープキャリアの前記開口に支持された前記接着テープをウエハ検査装置内に搭載し、前記テープキャリアおよび前記ウエハテストトレーが前記ウエハ検査装置内にある状態で、前記ウエハ検査装置の複数のプローブを用いて前記テスト電極群を探ることにより、前記無基板チップ積層体を検査する第５ステップと、
   を含むことを特徴とするマルチチップ積層体の製造方法。
2. さらに前記テープキャリアを前記ウエハテストトレーから離脱させるステップを含むことを特徴とする請求項１に記載のマルチチップ積層体の製造方法。
3. 前記ウエハテストトレーは前記テープキャリアよりも大きく、前記ウエハテストトレーと前記テープキャリアとの形状は異なっていることを特徴とする請求項１に記載のマルチチップ積層体の製造方法。
4. 前記ウエハテストトレーは銅、鉄、またはこれらの合金からなるベースを備えることを特徴とする請求項１に記載のマルチチップ積層体の製造方法。
5. 前記ウエハテストトレーは前記ベース上に設けられる複数の固定部を有し、前記固定部群は前記テープキャリアを所定位置に固定することを特徴とする請求項４に記載のマルチチップ積層体の製造方法。
6. 前記固定部群は前記テープキャリアの複数の角部を固定することを特徴とする請求項５に記載のマルチチップ積層体の製造方法。
7. 前記ウエハテストトレーの前記ベースは固定表面と前記固定表面に形成される開口とを有し、前記開口の形状は前記テープキャリアの周縁と同じ形状であることを特徴とする請求項６に記載のマルチチップ積層体の製造方法。
8. 前記第３ステップは、前記無基板チップ積層体から樹脂が溢れている樹脂溢れ部位の充填封止体を除去する溢れ樹脂除去ステップを含むことを特徴とする請求項１に記載のマルチチップ積層体の製造方法。
9. 前記溢れ樹脂除去ステップのあと、前記充填封止体は前記チップ群の複数の側面を被覆することを特徴とする請求項８に記載のマルチチップ積層体の製造方法。
10. 前記チップ内に複数のシリコン貫通孔を設置し、かつ前記無基板チップ積層体の前記チップ積層間隙群に複数の相互連結電極を設置し、前記相互連結電極群は前記シリコン貫通孔群と電気的に導通していることを特徴とする請求項１に記載のマルチチップ積層体の製造方法。

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