(57)【要約】【目的】フィラー添加樹脂を用いたパッケージ化によっても半導体チップ表面を損傷することのない多層チップ型半導体装置及びその製造方法を提供する。【構成】複数段に積層された複数の半導体チップと、該複数の半導体チップのうちで対向する上段半導体チップと下段半導体チップとの組合せ毎に設けられてこれら双方を接着する少なくとも１つの接着材層と、該複数の半導体チップの全てを封止する１つのフィラー添加樹脂領域と、を備える半導体装置であり、該上段半導体チップ及び該下段半導体チップの両接着面間に挟まれ且つ該接着材層の少なくとも１部に沿って形成されているフィラー無添加樹脂領域をさらに含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数段に積層された複数の半導体チップと、前記複数の半導体チップのうちで対向する上段半導体チップと下段半導体チップとの組合せ毎に設けられてこれら双方を接着する少なくとも１つの接着材層と、前記複数の半導体チップの全てを封止する１つのフィラー添加樹脂領域と、を備える半導体装置であって、
前記上段半導体チップ及び前記下段半導体チップの両接着面間に挟まれ且つ前記接着材層の周縁の少なくとも１部に沿って形成されているフィラー無添加樹脂領域をさらに含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記フィラー無添加樹脂領域は、前記接着材層の周縁に沿って環状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記下段半導体チップ上で前記フィラー無添加樹脂領域に隣接しているウエハコート領域をさらに含むことを特徴とする請求項１又は２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記下段半導体チップ上で前記フィラー無添加樹脂領域を環状に囲むウエハコート領域をさらに含むことを特徴とする請求項１又は２記載の半導体装置。
【請求項５】
複数の半導体チップを含む半導体装置を製造する製造方法であって、
前記複数の半導体チップのうちの上段半導体チップと下段半導体チップとの組合せ毎に双方を接着材層を介して接着することよって、前記複数の半導体チップを複数段に積層する積層工程と、
前記上段半導体チップ及び前記下段半導体チップの両接着面間に挟まれ且つ前記接着材層の周縁の少なくとも１部に沿って形成された隙間領域にフィラー無添加樹脂を充填する充填工程と、
前記フィラー無添加樹脂が充填された複数段の半導体チップの全てをフィラー添加樹脂で封止することによって成形する成形工程と、
を含むことを特徴とする製造方法。
【請求項６】
前記充填工程は、前記接着材層の周縁に沿って環状に形成された隙間領域にフィラー無添加樹脂を充填することを特徴とする請求項５記載の製造方法。
【請求項７】
前記積層工程に先立って、前記下段半導体チップ上で前記隙間領域に隣接するようにウエハコート領域を予め形成する形成工程をさらに含むことを特徴とする請求項５又は６記載の製造方法。
【請求項８】
前記積層工程に先立って、前記下段半導体チップ上で前記隙間領域を環状に囲むウエハコート領域を予め形成する形成工程をさらに含むことを特徴とする請求項５又は６記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１つのパッケージ内に複数の半導体チップを多段に積層した多層チップ型半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、多層チップ型半導体装置において、パッケージ化のための成形樹脂内に含まれるフィラーが、チップを接着する接着剤層の端部に押し込まれ、半導体チップを損傷させる問題があった。成形樹脂は、パッケージ化された半導体装置の堅牢性や熱放出性能を維持するために、通常、エポキシ樹脂にシリカ等の粒子状のフィラーが添加されたフィラー添加樹脂が用いられる。
【０００３】
図１の右側に示された断面図を参照すると、従来の３つのチップが積層された半導体装置の断面が示されている。ここで、チップ１とチップ３とは接着剤としてのＤＢフィルム２を介して積層されている。この時、ＤＢフィルム２はチップ１の側部の大きさに合わせてダイシング、すなわち切断されるが、切断後にはＤＢフィルム２がチップ１の側面から横方向に収縮して隙間ができる現象が避けられない。このような状態で、半導体装置を加圧されたフィラー添加樹脂１０で充填してパッケージ化を行った場合、フィラー添加樹脂１０に含まれるフィラー１０’の一部がＤＢフィルム２の隙間に押し込まれることになる。そして、図中の領域Ａに模式的に示されるように、充填後の固化収縮時にはフィラー１０’のエッジが、半導体チップ３の表面に食い込むように押圧されてチップ３表面に傷を与えてしまう現象が発生する（図１の左側に示された写真参照）。
【０００４】
かかる問題を解決するために、特許文献１は，成形樹脂に含まれるフィラーの大きさをチップ間の接着剤層の厚さよりも大きくすることで、フィラーが接着剤層の端部に押し込まれることなく、半導体チップの損傷防止ができるとしている。
【特許文献１】特開２００６−５４３５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記した技術では、成形樹脂中のフィラーの粒子径の均一化を図る管理が難しいのみならず、実際には小径のフィラーや大径のフィラーのエッジがチップ間の隙間に入り込む場合があり、半導体チップをなお損傷させていた。
【０００６】
本発明の目的は、フィラー添加樹脂を用いたパッケージ化によっても半導体チップ表面を損傷することのない多層チップ型半導体装置及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による多層チップ型半導体装置は、  複数段に積層された複数の半導体チップと、該複数の半導体チップのうちで対向する上段半導体チップと下段半導体チップとの組合せ毎に設けられてこれら双方を接着する少なくとも１つの接着材層と、該複数の半導体チップの全てを封止する１つのフィラー添加樹脂領域と、を備える半導体装置であって、  該上段半導体チップ及び該下段半導体チップの両接着面間に挟まれ且つ該接着材層の周縁の少なくとも１部に沿って形成されているフィラー無添加樹脂領域をさらに含むことを特徴とする。
【０００８】
本発明による製造方法は、複数の半導体チップを含む半導体装置を製造する製造方法であって、該複数の半導体チップのうちの上段半導体チップと下段半導体チップとの組合せ毎に双方を接着材層を介して接着することよって、該複数の半導体チップを複数段に積層する積層工程と、該上段半導体チップ及び該下段半導体チップの両接着面間に挟まれ且つ該接着材層の周縁の少なくとも１部に沿って形成された隙間領域にフィラー無添加樹脂を充填する充填工程と、該フィラー無添加樹脂が充填された複数段の半導体チップの全てをフィラー添加樹脂で封止することによって成形する成形工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明による多層チップ型半導体装置及びその製造方法によれば、フィラー添加樹脂を用いたパッケージ化によっても半導体チップ表面を損傷することがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の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。
＜第１の実施例＞
図２は、第１の実施例であり、本発明による多層チップ型半導体装置の断面を示している。本実施例における半導体装置は、多段積層の例として２段積層される上段半導体チップ１及び下段半導体チップ３を含む半導体装置である。上段半導体チップ１及び下段半導体チップ３の各々は、かかる積層前に予め所望の半導体素子が既に形成されている半導体チップであり、上面が例えば４角形の平板形状をなしている。半導体チップ１の裏面と半導体チップ３の表面の双方が接着面として接着剤層２を介して接合され、半導体チップ３の裏面とリードフレーム５の表面の双方が接着面として接着剤層４を介して接合されている。上段半導体チップ１及び下段半導体チップ３は、また、外部から半導体装置の側部に伸張するリードフレーム１１とポンデイングワイヤ８及び９を介して各々電気的に接続されている。
【００１１】
リードフレーム５は、上段半導体チップ１及び下段半導体チップ３の内部配線を果たすと共にこれを搭載及び固定するためのダイパッド機能を果たす薄板のフレームである。リードフレーム１１は、上段半導体チップ１及び下段半導体チップ３上の端子と結線されて外部端子となるアウターリード機能を果たすフレームである。
【００１２】
接着剤層２は、上段半導体チップ１と略同一の大きさを備えるが、その切断時の収縮に起因して僅かに上段半導体チップ１の大きさより小さく隙間領域１６を上段半導体チップ１の４角形の周縁に沿って形成している。接着剤層２及び４の材料としては、例えばイミド系の樹脂からなる比較的に弾性の低いフィルムタイプの材料が用いられ得る。
【００１３】
隙間領域１６には、フィラー無添加樹脂領域７が形成されている。フィラー無添加樹脂領域７は、隙間領域１６をフィラー無添加樹脂で充填することで、下段半導体チップ３の表面と接着剤層２の端面（切断面）に接合する。フィラー無添加樹脂領域７は、さらに、その充填量に依存して上段半導体チップ１の裏面を越えてその側部にまで伸張してもよい。充填後のフィラー無添加樹脂領域７の形状は、上段半導体チップ１及び下段半導体チップ３の両接着面に上下に挟まれると共に、接着材層２の周縁に沿って環状に形成される。また、図２に図示されように、その断面形状は、上段半導体チップ１の４角形の周縁から外方向に裾野形状をなしている。
【００１４】
半導体装置全体は、外部接続のために一部が露出するリードフレーム１１を除いて、全体がフィラー添加樹脂により充填することでフィラー添加樹脂領域１０を含む形状に成形され、例えば上面４角形の平版状にされる。フィラー添加樹脂領域１０に用いる材料しては、例えば、エポキシ樹脂を主成分とし、例えばシリカ粒子であるフィラーを８０〜９０重量％程度含むものがある。本実施例におけるフィラー粒子の径や形状は、半導体装置全体の堅牢性や放熱特性のみを基にして選択することができる。
【００１５】
図３は、図２に示された多層チップ型半導体装置のパッケージ化処理における製造方法を示している。前提として、複数の半導体チップの各々は、別工程にて予め製造されているものとする。また、複数の半導体チップの各々には何らかのウエハコートが施されていてもよい。
【００１６】
ステップＳ１において、複数の半導体チップを接着剤層を挟んで積層する（積層工程）。接着剤層としては、例えば、ポリイミド等のフィルムの両面に粘着剤が塗布された弾性及び接着性を備える両面接着フィルムが用いられ得る。接着剤層をフィルム材料にて実現した場合には、当該フィルム材料を上段半導体チップに接着した後に、上段の半導体チップと共に適切な大きさにダイシング、すなわち切断される。
【００１７】
次に、ステップＳ２において、リードフレームと複数の半導体チップとの間をアルミ線や金線等の適切なワイヤ材料で電気的に接続するリフロー処理をしてワイヤーボンディングを実施する（ワイヤーボンディング工程）。ワイヤーボンディング工程は、後述するステップ３のフィラー無添加樹脂を注入する充填工程の後に実施されてもよい。ワイヤーボンディング工程を充填工程より先に行うのは、フィラー無添加樹脂がパッド部分に付着するとボンディングが不可能になるからである。従って、上段半導体チップへのフィラー無添加樹脂の這い上がり現象が予想されない場合には、上段半導体チップへのワイヤーボンディング工程を充填工程より後で行うことも可能である。
【００１８】
次に、ステップＳ３において、フィラー無添加樹脂を上段の半導体チップの周縁部に注入することで隙間領域を充填する（充填工程）。注入後には、フィラー無添加樹脂の硬化特性に従って適切な温度及び時間の熱処理を施すことで注入したフィラー無添加樹脂が硬化される。
【００１９】
次に、ステップＳ４において、フィラー無添加樹脂注入及びワイヤーボンディングがなされた複数の半導体チップの全てを、フィラー添加樹脂で封止する樹脂成形によってパッケージ化する（成形工程）。樹脂成形の方法は、硬化前のフィラー添加樹脂を半導体装置が設置された金型内に投入する通常のパッケージ方法により実施し得る。
【００２０】
図４は、図３に示された充填工程におけるフィラー無添加樹脂の注入方法の具体例を示している。複数の注入導管２０が半導体装置の上部から下方に垂直に伸張し、その吐出口が上段半導体チップ１の側部近傍に来るように配置される。フィラー無添加樹脂２１は注入導管２０を伝って上段半導体チップ１の周縁に注入される。注入されたフィラー無添加樹脂２１は適切な熱処理により硬化される。フィラー無添加樹脂２１は、例としてチップコート剤、例えばＪＣＲ（ジャンクションコートレジン）−６１３４などの樹脂が用いられ得る。
【００２１】
実際にＪＣＲ−６１３４を用いた実験では、上段半導体チップ１の１側面当たりに注入導管２０が１〜２箇所程度あれば、その界面活性効果により上段半導体チップ１の周縁全体に十分に広がってゆき隙間領域２１を完全に充填する結果が得られている。尚、フィラー無添加樹脂２１として用いる材料は、このＪＣＲ−６１３４に限られず、隙間領域１６を充填することが可能な性質を有する共に、他の半導体部材に悪影響を与えないと共に十分な耐熱特性を有する多様な材料が用いられ得る。
【００２２】
尚、複数の注入導管２０の形状及び配置としては、使用されるフィラー無添加樹脂２１の粘性特性に依存して、例えば、上段半導体チップ１の端部に向けて上部から斜め下方に伸張する、あるいは側部から横方向に伸張する等の多様な形状や配置が用いられてもよい。
【００２３】
また、上記した如くフィラー無添加樹脂２１を離散した箇所で注入する形態に代えて、注入導管２０を上段半導体チップの周縁に沿って周回又は往復移動させることで、連続してフィラー無添加樹脂を注入するようにしてもよい。また、複数の吐出口を有する注入導管２０を用いて同時に複数箇所に注入することで、注入に要する時間を短縮して製造プロセスの効率化を図るようにしてもよい。
【００２４】
以上の第１の実施例において、本発明が適用されることで、フィラーが接着剤層の端部に形成された隙間領域に入り込むことが阻止され、半導体チップの損傷を防止することができる。また、パッケージを構成する成形樹脂の種類が限定されないのみならず、成形樹脂中のフィラーの管理も必要ないためコスト的にも優れている。
【００２５】
図５Ａ及び図５Ｂは、各々が第１の実施例の変形例であり、本発明による多層チップ型半導体装置の平面を示している。これら２つの変形例は、ダイスカットの結果、上段半導体チップと下段半導体チップの縁が揃っていたりして、下段半導体チップの表面が出ない箇所、すなわち隙間領域がない箇所がある形態を示している。
【００２６】
図５Ａを参照すると、上段半導体チップ１と下段半導体チップ３とが同じ大きさで双方が少しだけずらされて積層された場合が示されている。この場合、フィラー無添加樹脂領域７が上段半導体チップ１の周縁に沿って環状に形成される必要はなく、上段半導体チップ１の１つの辺の隙間領域１６にのみ注入されるだけでよい。
【００２７】
図５Ｂを参照すると、上段半導体チップ１と下段半導体チップ３の各々の縦辺の長さが同じであって且つ上段半導体チップ１の横辺の長さが下段半導体チップ３の横辺に比して短い場合が示されている。この場合、フィラー無添加樹脂領域７が上段半導体チップ１の周縁に沿って環状に形成される必要はなく、上段半導体チップ１の両端の２つの縦辺の隙間領域１６にのみ注入されるだけでよい。
＜第２の実施例＞
第１の実施例に従った実験結果では、フィラー無添加樹脂が注入時に広がり過ぎて、ワイヤーボンディングのための導体接合部位を被覆してしまう不都合な現象があった。本第２の実施例ではかかる不都合を回避する形態が説明される。
【００２８】
図６は、第２の実施例であり、本発明による多層チップ型半導体装置の断面を示している。本実施例における半導体装置は、第１の実施例と同様に、積層された例として２つの上段半導体チップ１及び下段半導体チップ３を含む半導体装置である。上段半導体チップ１及び下段半導体チップ３の各々は、積層前に予め所望機能を備える半導体素子が既に形成されている半導体チップであり、上面が例えば４角形の平板形状をなしている。上段半導体チップ１の裏面と下段半導体チップ３の表面との双方が接着面として接着剤層２を介して接合され、下段半導体チップ３の裏面とリードフレーム５の表面との双方が接着面として接着剤層４を介して接合されている。上段半導体チップ１及び下段半導体チップ３は、また、外部から半導体装置の側部に伸張するリードフレーム１１とポンデイングワイヤ８及び９を介して各々電気的に接続されている。
【００２９】
フィラー無添加樹脂領域７が、ほぼ第１の実施例の場合と同様にして、上段半導体チップ１及び下段半導体チップ３の両接着面に上下に挟まれると共に、接着材層２の周縁に沿って環状に形成される。しかし、本第２の実施例において、フィラー無添加樹脂領域７の断面形状は、上段半導体チップ１の４角形の周縁から外方向に裾野形状をなしているものの、その最遠端がウエハコート１２により堰止められた形状をなしている。
【００３０】
ウエハコート１２は、その断面形状において、下段半導体チップ３の上面上でフィラー無添加樹脂領域７を環状に囲む位置に設けられている。ウエハコート１２は、また、下段半導体チップ３の上面上でワイヤーボンディングのための領域を開口する断面形状を有する。ウエハコート１２の材料は、例えばポリイミド等の通常のコート材が用いられ得る。
【００３１】
図７は、図６に示された多層チップ型半導体装置の平面図を示している。ここで、下段半導体チップ３の表面に、隙間領域１６の周囲を囲むようにウエハコート１２が設けられている。ウエハコート１２の形状は、下段半導体チップ３上で該フィラー無添加樹脂を環状に囲む形状にパターニングされている。本第２の実施例においても、第１の実施例の場合と同様に、接着剤層２の端部に形成される隙間領域１６の部分にフィラー無添加樹脂が注入される。これにより、成形樹脂であるフィラー添加樹脂に含まれるフィラーが隙間領域１６に入り込むことが防止される。
【００３２】
さらに、第２の実施例においては、フィラー添加樹脂の注入時に流れ出た樹脂がウエハコート１２の縁で堰き止められ、ボンディングパッドの部分や下段半導体チップ３より下方にあるリードフレームの部分などの必要の無い箇所に流れでることがない。ウエハコート１２は、下段半導体チップの製造時に設けられる必要がある。下段半導体チップ上に設けられるウエハコート１２の形状は、下段半導体チップ３上で該フィラー無添加樹脂を環状に囲む形状にパターニングされ、上段半導体チップの大きさに相当する部分を露出すると共に、ワイヤーボンディングのための領域を露出するように形成される。この露出パターンは、通常のレジストパターンを用いたフォトリソグラフィ技術を用いて実施され得る。
【００３３】
尚、本第２の実施例に対する変形例として、上段半導体チップと下段半導体チップの縁が揃って下段半導体チップの表面が出ない箇所がある形態も想定される（図５Ａ及び図５Ｂ参照）。この場合には、ウエハコート１２の形状は、下段半導体チップの表面が出ることで形成されるだろう隙間領域に隣接するようにパターニングされる。例えば、上段半導体チップの１つの縦辺に沿って堰を形成する如くして、ボンディングパッドの部分や下段半導体チップより下方にあるリードフレームの部分などの必要の無い箇所にフィラー添加樹脂が流れでることがない形状にパターニングされていれば足りることになる。
【００３４】
以上の第２の実施例において、フィラーが接着剤層の端部に形成された隙間領域に入り込むことが阻止され半導体チップの損傷が防止されると共に、フィラー無添加樹脂領域が必要とされる場所だけに保持される。これにより、フィラー無添加樹脂の使用量が最小で済むと共に、ボンディングパッドの部分に流れてワイヤ強度のトラブルを起こしたり、チップの下のリードフレームの部分に流れてリフロー強度低下等のトラブルを起こしたりしない。また、パッケージを構成する成形樹脂の種類は限定されず、成形樹脂中のフィラーの管理も必要ないためコスト的にも優れている。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
以上の第１及び第２の実施例では４角形のチップが２段積みされた２層チップパッケージの例を示したが、本発明の適用において、積層する段数や、チップの形状、大きさ及びチップの種類の制限は無く、例えば複数チップの一部にスペーサ用チップを備えるタイプの多層チップ型半導体装置に対しても本発明は有効である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】成形樹脂によるパッケージ化がなされた従来の多層チップ型半導体装置の断面図である。
【図２】第１の実施例であり、本発明による多層チップ型半導体装置の断面図である。
【図３】図２に示された多層チップ型半導体装置のパッケージ化処理における製造方法を示すフローチャートである。
【図４】図３に示された充填工程におけるフィラー無添加樹脂の注入方法の具体例を示す断面図である。
【図５Ａ】第１の実施例の変形例を示す平面図である。
【図５Ｂ】第１の実施例の他の変形例を示す平面図である。
【図６】第２の実施例であり、本発明による多層チップ型半導体装置の断面図である。
【図７】図６に示された多層チップ型半導体装置の平面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  上段半導体チップ
３  下段半導体チップ
２、４  接着剤層
５、１１  リードフレーム
７  フィラー無添加樹脂領域
８、９  ボンディングワイヤ
１０  フィラー添加樹脂領域
１２  ウエハコート
１６  隙間領域
２０  注入導管
２１  フィラー無添加樹脂
【図１】
2010021347.tif 000003
【図２】
2010021347.tif 000004
【図３】
2010021347.tif 000005
【図４】
2010021347.tif 000006
【図５Ａ】
2010021347.tif 000007
【図５Ｂ】
2010021347.tif 000008
【図６】
2010021347.tif 000009
【図７】
2010021347.tif 000010