JP6235598B2

JP6235598B2 - 半導体装置及びその製造方法

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Publication number: JP6235598B2
Application number: JP2015535196A
Authority: JP
Inventors: 悟高久; 千州都高塚
Original assignee: Toshiba Memory Corp
Current assignee: Kioxia Corp
Priority date: 2013-09-04
Filing date: 2013-09-04
Publication date: 2017-11-22
Anticipated expiration: 2033-09-04
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Description

本明細書に記載の実施形態は、半導体装置及びその製造方法に関する。

半導体装置の中には、外部磁場の影響を敏感に受けるものがある。このような磁場の影響を受ける半導体装置は、磁気シールドによって外部磁場の影響を低減することにより、好適に動作させることが可能である。半導体装置に使用される磁気シールドとしては、例えば透磁率の高い材料をフィラーとして樹脂に含有させた電磁波吸収モールド樹脂により、半導体チップの上面及び側面を覆うことにより、半導体装置に対する外部磁場の影響を低減するものが知られている。

特開２００５−２１７２２１号

本明細書に記載の実施形態は、更に磁気シールド効果の高い半導体装置及びその製造方法を提供する。

実施形態に係る半導体装置は、第１のコンタクト部が形成された基板と、基板上に第１のコンタクト部を避ける様に設けられた磁性体を用いた下部シールド板とを備える。また、半導体装置は、下部シールド板上に設けられ第１のコンタクト部と電気的に接続される第２のコンタクト部を有する半導体チップと、第１のコンタクト部と第２のコンタクト部とを電気的に接続する接続材とを備える。更に、半導体装置は、半導体チップ上に第２のコンタクト部及び接続材を避ける様に設けられた磁性体を用いた上部シールド板を備える。下部シールド板及び上部シールド板の少なくとも一方のシールド板は、端部が他方のシールド板に向けて折り曲げられ、その先端が他方のシールド板に接続される側壁部を有する。

第１の実施形態に係る半導体装置の概略的な平面図である。同半導体装置の概略的な側面図である。同半導体装置の製造方法を示す概略的な平面図である。同半導体装置の製造方法を示す概略的な側面図である。同半導体装置の製造方法を示す概略的な平面図である。同半導体装置の製造方法を示す概略的な側面図である。同半導体装置の製造方法を示す概略的な側面図である。同半導体装置の製造方法を示す概略的な平面図である。同半導体装置の製造方法を示す概略的な側面図である。第２の実施形態に係る半導体装置の概略的な平面図である。同半導体装置の概略的な側面図である。同半導体装置の製造方法を示す概略的な平面図である。同半導体装置の製造方法を示す概略的な側面図である。同半導体装置の製造方法を示す概略的な平面図である。同半導体装置の製造方法を示す概略的な側面図である。同半導体装置の製造方法を示す概略的な側面図である。同半導体装置の製造方法を示す概略的な平面図である。同半導体装置の製造方法を示す概略的な側面図である。第３の実施形態に係る半導体装置の概略的な側面図である。同半導体装置の概略的な側面図である。同半導体装置の製造方法を示す概略的な平面図である。同半導体装置の製造方法を示す概略的な側面図である。同半導体装置の製造方法を示す概略的な平面図である。同半導体装置の製造方法を示す概略的な側面図である。同半導体装置の製造方法を示す概略的な側面図である。同半導体装置の製造方法を示す概略的な平面図である。同半導体装置の製造方法を示す概略的な側面図である。他の実施形態に係る半導体装置の概略的な側面図である。

以下、図面を参照して、半導体記憶装置の実施形態について説明する。

［第１の実施の形態に係る半導体装置の構成］
先ず、図１及び図２を参照して、第１の実施形態に係る半導体装置の構成について説明する。図１は、第１の実施形態に係る半導体装置の概略的な平面図であり、図２（ａ）は、図１のＩ−Ｉ′切断断面図、図２（ｂ）は、同じくＩＩ−ＩＩ′切断断面図である。

図１及び図２に示す通り、本実施形態に係る半導体装置は、基板１と、この基板１の上に絶縁性を有する第１の接着材２を介して貼り付けられた下部シールド板３と、この下部シールド板３の上に絶縁性を有する第２の接着材４を介して搭載された半導体チップ５と、この半導体チップ５の上面及び一部の側面を覆う第１の絶縁性樹脂６と、この第１の絶縁性樹脂６の上面に設けられた上部シールド板７とを備える。下部シールド板３には積層方向に延びる側壁部３２が設けられており、この側壁部３２は上部シールド板７の下面に当接している。また、これら構成は第２の絶縁性樹脂９によって埋め込まれている。尚、図１においては、説明のために、第２の絶縁性樹脂９を省略して図示している。

本実施形態において、基板１はセラミック、樹脂、表面が酸化されたシリコン（Ｓｉ）等の絶縁材を用いる。基板１の表面には、図示しない配線及びこの配線に接続されたコンタクト部１１（第１のコンタクト部）が形成されている。配線及びコンタクト部１１は、銅等の金属を用いて印刷、蒸着、その他の方法により形成されている。コンタクト部１１は、半導体チップ５とのボンディング用パッドで、下部シールド板３の両側面に沿って下部シールド板３の延びる方向（以下、「第１の方向」と呼ぶ。）に所定ピッチで配列されている。

下部シールド板３は、下面に第１の接着材２が貼り付けられ、第１の方向を長手方向とする長方形として形成されており、第１の方向の長さは半導体チップ５の第１の方向の長さよりも長く形成されている。また、下部シールド板３の第１の方向と直交する方向（以下、「第２の方向」と呼ぶ。）の幅はコンタクト部１１同士の間隔よりも狭く、半導体チップ５の第２方向における幅とほぼ同様に形成されている。また、下部シールド板３には透磁率の高い材料を用いる。本実施形態においてはＰＣパーマロイ（Ｎｉ−Ｍｏ，Ｃｕ−Ｆｅ）等の鉄を含む磁性合金を用いる。尚、本実施形態において下部シールド板３の厚みは、５０μｍ〜１５０μｍ程度に設定されている。

また、本実施形態において、下部シールド板３は側壁部３２を有する。本実施形態においては、磁性体合金の板を折り曲げることによって当該側壁部３２を形成している。従って、本実施形態においては、下部シールド板３の厚みと、側壁部３２の厚みとはほぼ一致している。

半導体チップ５は、集積回路を含んでおり、本実施形態においては複数のデータを磁気によって記憶する記憶デバイスが搭載されている。この記憶デバイスは、例えばスピンの注入によってデータの書き込みを行い、トンネル磁気抵抗効果による抵抗の変化によって書き込まれたデータの判別を行うものでも良い。但し、半導体チップ５として異なる記憶デバイスを搭載することも可能であるし、記憶デバイス以外の構成を搭載することも可能である。

半導体チップ５は、下面に第２の接着材４が貼り付けられ、上面の第２の方向の両側にコンタクト部１２（第２のコンタクト部）を有する。コンタクト部１２は複数の接続材であるボンディングワイヤ５１を介してコンタクト部１１と電気的に接続されている。

上部シールド板７は、下面に第１の絶縁性樹脂６が貼り付けられ、第１の方向を長手方向とする長方形として形成されており、第２の方向における幅はコンタクト部１２の第２の方向の幅よりも狭く、第１の方向の長さは下部シールド板３とほぼ同様に形成されている。また、上部シールド板７には、下部シールド板３と同様に透磁率の高い材料を用いる。本実施形態においては、ＰＣパーマロイ（Ｎｉ−Ｍｏ，Ｃｕ−Ｆｅ）等の鉄を含む磁性合金を用いる。上部シールド板７の厚みは、本実施形態においては５０μｍ〜１５０μｍ程度である。

また、上部シールド板７は、上記側壁部３２を介して下部シールド板と当接している。従って、上部シールド板７は、下部シールド板３と共に、半導体デバイス５を外部磁場から保護する磁気シールドを形成する。

本実施形態に係る半導体装置によれば、半導体チップ５の下面を下部シールド板３で覆い、上面を上部シールド板７で覆い、側面を側壁部３２で覆うようにしている。しかも、下部シールド板３の第２の方向における幅は半導体チップ５の幅と同程度に形成され、上部シールド板７の第２方向の幅は半導体チップ５の幅よりも少し小さく形成されてはいるが、半導体チップ５の主要部分を好適に外部磁場から保護している。そして、下部シールド板３及び上部シールド板７の幅は、半導体チップ５から引き出されたボンディングワイヤ５１及びコンタクト部１１，１２と各シールド板３，７との接触を防止可能な幅に設定されている。これにより、本実施形態に係る半導体装置は、半導体デバイス５の下面をも外部磁場から保護することが可能であり、良好な動作を行う事が可能となる。尚、下部シールド板３の第２の方向の幅は、半導体チップ５の主要部分が保護されるのであれば、上部シールド板７の第２の方向における幅と同程度としても良い。

［第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法］
次に、本実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。図３、図５及び図８は、本実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法を示すための概略的な平面図であり、図４（ａ）、図６（ａ）及び図９（ａ）は、それらのＩ−Ｉ′切断断面図、図４（ｂ）、図６（ｂ）及び図９（ｂ）は、同じくＩＩ−ＩＩ′切断断面図である。また、図７は、同製造方法を示す断面図である。

本実施形態に係る半導体装置の製造方法においては、先ず図３及び図４に示す通り、図示しない配線及びコンタクト部１１が形成された基板１を用意する。基板１は、第１の方向を長手方向、第２の方向を幅方向とする長方形である。各コンタクト部１１は、幅方向に所定のスペースを空けて、長手方向に沿って形成されている。この基板１のコンタクト部１１の幅方向に形成された２列分のスペースに、第１の方向に延びる下部シールド板３を配置して第１の接着材２によって貼着する。

本実施形態においては、第１の接着材２を下部シールド板３の裏面に貼着又は塗布した状態で下部シールド板３を基板１上に配置する。但し、例えば基板１側に第１の接着材２を塗布しておいても良い。

次に、図５及び図６に示す通り、下部シールド板３上に半導体チップ５を搭載する。半導体チップ５は、上面に形成されたコンタクト部１２が、基板１に形成されたコンタクト部１１と対応するように下部シールド板３上に配置される。本実施形態においては、半導体チップ５の下面に第２の接着材４を貼着又は塗布し、半導体チップ５を、下部シールド板３に配置する。但し、例えば下部シールド板３上に第２の接着材４を貼着又は塗布し、その上に半導体デバイス５を配置することも可能である。

次に、半導体チップ５のコンタクト部１２と基板１のコンタクト部１１との間をボンディングワイヤ５１で電気的に接続する。尚、本実施形態においては、半導体チップ５の第２の方向における幅は下部シールド板３の第２の方向における幅と同程度に形成されている。従って、半導体チップ５から引き出されたボンディングワイヤ５１と下部シールド板３との接触を防止することが可能である。

次に、図７に示す通り、上部シールド板７の一方の面に、所定の厚みを有し、熱硬化性樹脂を用いた第１の絶縁性樹脂６を形成する。本実施形態においては、第１の絶縁性樹脂６として熱硬化性を有するアクリル系の樹脂を用いているが、例えば紫外線硬化性の樹脂等、可塑性を有する種々の材料を適用可能である。

次に、図８及び図９に示す通り、上部シールド板７を、コンタクト部１２及びボンディングワイヤ５１を避けるように第１の絶縁性樹脂６が形成された面から半導体デバイス５に押圧し、下部シールド板３から上部シールド板７に延びる側壁部３２を介して下部シールド板３と上部シールド板７とを接触させる。当該工程においては、上部シールド板７は、半導体チップ５の上面のコンタクト部１２の間のスペースに配置される。当該工程により、下部シールド板３の上面、側壁部３２の両側面及び半導体チップ５が第１の絶縁性樹脂６によって埋め込まれる。

尚、図９（ａ）及び図９（ｂ）においては第１の絶縁性樹脂６が上部シールド板７直下の領域に収まっているが、実際には上部シールド板７の側面から押し出されて半導体チップ５の上面等に広がるものと考えられる。従って、第１の絶縁性樹脂６の厚みは、下部シールド板３の上面から側壁部３２の上端までの高さ以下に設定することも考えられる。また、広がった第１の絶縁性樹脂６の一部を除去することも可能であるし、半導体チップ５の上面に接触する部分と下部シールド板３の上面に接触する部分との間で、予め高低差を設けておくことも考えられる。

次に、熱等によって第１の絶縁性樹脂６を硬化させる。更に当該構成の全体を第２の絶縁性樹脂９によって埋め込むことにより、図１及び図２に示す通り、本実施形態に係る半導体装置が製造される。

本実施形態においては上部シールド板７の第２の方向における幅は、半導体デバイス５の第２の方向における幅及び下部シールド板３の第２の方向における幅よりも小さく形成されている。従って、ボンディングワイヤ５１と上部シールド板７との接触を好適に防止することが可能である。

本実施形態に係る半導体装置の製造方法によれば、所定の厚みを有し、熱硬化性樹脂を用いた第１の絶縁性樹脂６が裏面に形成された上部シールド板７を、裏面から半導体チップ５に押圧し、下部シールド板３から上部シールド板７に延びる側壁部３２を介して下部シールド板３と上部シールド板７とを接触させる。従って、例えば上部シールド板７の裏面に粘着層を形成して下部シールド板３の側壁部３２と接着させる場合と比較して、上部シールド板７と下部シールド板３を良好に接触させることが可能であると考えられる。

また、当該工程においては、下部シールド板３の上面、側壁部３２の両側面及び半導体チップ５が第１の絶縁性樹脂６によって埋め込まれる。従って、例えば上部シールド板７を側壁部３２や半導体チップ５に接着させた後に埋め込みを行う場合と比較して、樹脂の充填を容易に行う事が可能であると考えられる。更に、このような方法と比較して、工程数も削減される。

また、本実施形態においては、下部シールド板３に側壁部３２を設け、上部シールド板７には側壁部を設けていない。従って、上部シールド板７の下面に容易に第１の絶縁性樹脂６を形成することが可能である。但し、例えば上部シールド板７に側壁部を設けることも可能であるし、下部シールド板３と上部シールド板７の両方に側壁部を設けることも可能である。また、例えば側壁部３２の上端を折り曲げることにより、下部シールド板３と上部シールド板７との接触面積を広くすることも考えられる。

［第２の実施形態に係る半導体装置］
次に、第２の実施形態に係る半導体装置の構成について説明する。図１０は、第１の実施形態に係る半導体装置の概略的な平面図であり、図１１（ａ）は、図１０のＩ−Ｉ′切断断面図、図１１（ｂ）は、同じくＩＩ−ＩＩ′切断断面図である。

第２の実施形態に係る半導体装置は、基本的に第１の実施形態に係る半導体装置とほぼ同様に構成されているが、図１０及び図１１に示す通り、下部シールド板３の第１の方向の両端が折り曲げられている点において異なっている。換言すれば、本実施形態においては、下部シールド板３に側壁部３２が２つ設けられている。これら側壁部３２は、それぞれ下面から上部シールド板７に接する。

本実施形態においては、下部シールド板３及び上部シールド板７は、対向する一対の側面（ボンディングワイヤ５１が引き出されている側面）に壁を有しない箱型の磁気シールドとして機能する。本実施形態に係る半導体装置は、下部シールド板３で受けた磁場を上部シールド板７へ、又は上部シールド板７で受けた磁場を下部シールド板３へ伝える経路が増加する。従って、第１の実施形態に係る半導体装置と比較してシールド性を高めることが可能であると考えられる。

尚、本実施形態においては下部シールド板３に２つ側壁部３２が形成されているが、上部シールド板７に２つの側壁部を設けても良いし、例えば下部シールド板３に１つ、上部シールド板７に１つ側壁部を設けることも可能である。

次に、第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。図１２、図１４及び図１７は、本実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法を示すための概略的な平面図であり、図１３（ａ）、図１５（ａ）及び図１８（ａ）は、それらのＩ−Ｉ′切断断面図、図１３（ｂ）、図１５（ｂ）及び図１８（ｂ）は、同じくＩＩ−ＩＩ′切断断面図である。また、図１６は、同製造方法を示す断面図である。

本実施形態に係る半導体装置の製造方法においては、先ず図１２及び図１３に示す通り、第１の実施形態と同様に、基板１に下部シールド板３を配置して第１の接着材２によって貼着する。本実施形態に係る下部シールド板３は基本的には第１の実施形態に係る下部シールド板３と同様であるが、本実施形態においては下部シールド板３に２つの側壁部３２が設けられている点において異なっている。

次に、図１４及び図１５に示す通り、第１の実施形態と同様に下部シールド板３上に半導体チップ５を搭載する。次に、第１の実施形態と同様に半導体チップ５のコンタクト部１２と基板１のコンタクト部１１との間をボンディングワイヤ５１で電気的に接続する。従って、第１の実施形態と同様に、半導体チップ５から引き出されたボンディングワイヤ５１と下部シールド板３との接触を防止することが可能である。

次に、図１６に示す通り、第１の実施形態と同様に、上部シールド板７の一方の面に第１の絶縁性樹脂６を形成する。次に、図１７及び図１８に示す通り、第１の実施形態と同様に上部シールド板７を、半導体デバイス５に押圧し、下部シールド板３から上部シールド板７に延びる側壁部３２を介して下部シールド板３と上部シールド板７とを接触させる。

次に、第１の実施形態と同様に熱等によって第１の絶縁性樹脂６を硬化させ、当該構成の全体を第２の絶縁性樹脂９によって埋め込む。以上の工程により、図１０及び図１１に示す通り、本実施形態に係る半導体装置が製造される。

本実施形態においては、下部シールド板３に２つの側壁部３２が設けられている。従って、仮に一方の側壁部３２が上部シールド板７に接触していなかった場合でも、片方の側壁部３２を上部シールド板７に接触させることが可能であると考えられる。従って、磁気シールドの歩留まりを向上させることが可能である。

［第３の実施形態に係る半導体装置］
次に、第３の実施形態に係る半導体装置の構成について説明する。図１９は、第１の実施形態に係る半導体装置の概略的な平面図であり、図２０（ａ）は、図１９のＩ−Ｉ′切断断面図、図２０（ｂ）は、同じくＩＩ−ＩＩ′切断断面図である。

第３の実施形態に係る半導体装置は、基本的には第１の実施形態に係る半導体装置と同様に構成されているが、本実施形態においては、基板１の、下部シールド板３から第１の方向に露出した部分にもコンタクト部１１が形成されており、半導体チップ５からは第１の方向にもボンディングワイヤ５１が引き出され、当該露出部分に形成されたコンタクト部１１に接続されている点において異なっている。本実施形態に係る半導体装置によれば、仮に半導体チップ５から引き出すボンディングワイヤ５１の数がある程度以上増加した場合にも、容易にコンタクトを行う事が可能である。

次に、第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。図２１、図２３及び図２６は、本実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法を示すための概略的な平面図であり、図２２（ａ）、図２４（ａ）及び図２７（ａ）は、それらのＩ−Ｉ′切断断面図、図２２（ｂ）、図２４（ｂ）及び図２７（ｂ）は、同じくＩＩ−ＩＩ′切断断面図である。また、図２５は、同製造方法を示す断面図である。

本実施形態に係る半導体装置の製造方法においては、先ず図２１及び図２２に示す通り、図示しない配線及びコンタクト部１１が形成された基板１を用意する。この基板１は、第１の実施形態に係る基板１とほぼ同様に形成されているが、下部シールド板３から第１の方向に露出する部分にもコンタクト部１１が形成されている点において異なっている。この基板１のコンタクト部１１の凹状に形成されたスペースに、第１の実施形態と同様に下部シールド板３を配置して第１の接着材２によって貼着する。

次に、図２３及び図２４に示す通り、下部シールド板３上に半導体チップ５を搭載する。半導体チップ５は、上面に形成されたコンタクト部１２が、基板１に形成されたコンタクト部１１と対応するように下部シールド板３上に配置される。本実施形態に係る半導体チップ５は、第１の実施形態に係る半導体チップ５とほぼ同様に製造されているが、上面の上記露出部分に近接している部分にもコンタクト部１２が形成されている点において異なっている。次に、半導体チップ５のコンタクト部１２と基板１のコンタクト部１１との間をボンディングワイヤ５１で電気的に接続する。

次に、図２５に示す通り、第１の実施形態と同様に、上部シールド板７の一方の面に第１の絶縁性樹脂６を形成する。次に、図２６及び図２７に示す通り、第１の実施形態と同様に上部シールド板７を、半導体デバイス５に押圧し、下部シールド板３から上部シールド板７に延びる側壁部３２を介して下部シールド板３と上部シールド板７とを接触させる。尚、当該工程においては、上部シールド板７は、半導体チップ５の上面のコンタクト部１２によって形成された凹状のスペースに配置される。

次に、第１の実施形態と同様に熱等によって第１の絶縁性樹脂６を硬化させ、当該構成の全体を第２の絶縁性樹脂９によって埋め込む。以上の工程により、図１９及び図２０に示す通り、本実施形態に係る半導体装置が製造される。

［他の実施形態に係る半導体記憶装置］
上記各実施形態においては、側壁部３２の上端が上部シールド板７に対して略垂直に形成されていた。しかしながら、例えば図２８に示すように、側壁部３２の上端を上部シールド板７に対して略平行な面をなすように形成することも可能である。このような構成は、下部シールド板３を形成する際、磁性体からなる板を折り曲げるだけで容易に実現可能である。このような構成によれば、下部シールド板３と上部シールド板７との接触面積を増加させて、接触面における磁気抵抗を低減し、よりシールド性を高めることが可能であると考えられる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことが出来る。これら実施形態やその変形は、発明の範囲に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…基板、２…第１の接着材、３…下部シールド板、４…第２の接着材、５…半導体デバイス、６…第１の絶縁性樹脂、７…上部シールド板、９…第２の絶縁性樹脂、１１、１２…コンタクト部、３２…側壁部。

Claims

第１の方向及び前記第１の方向と直交する第２の方向に延在し、第１のコンタクト部が形成された基板上に、前記第１のコンタクト部を避けるように磁性体を用いた下部シールド板を設け、
前記下部シールド板上に、前記第１のコンタクト部と電気的に接続される第２のコンタクト部を有する半導体チップを、前記第１のコンタクト部と前記第２のコンタクト部とが対応するように配置し、
前記第１のコンタクト部と前記第２のコンタクト部とを接続材によって電気的に接続し、
所定の厚みを有する可塑性の絶縁層が裏面に形成された磁性体を用いた上部シールド板を、前記第２のコンタクト部及び前記接続材を避けるように前記裏面から前記半導体チップに押圧し、前記下部シールド板及び前記上部シールド板の少なくとも一方のシールド板から他方のシールド板に延びる側壁部を介して前記下部シールド板と前記上部シールド板とを接触させる
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記下部シールド板若しくは前記上部シールド板は、前記第１方向の両端にそれぞれ前記側壁部を有し、又は、前記下部シールド板及び前記上部シールド板がそれぞれ前記側壁部を有する
ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
前記下部シールド板は、前記側壁部を有する
ことを特徴とする請求項１又は２記載の半導体装置の製造方法。