(57)【要約】      （修正有）【課題】安価に、チップを垂直方向に積層するための方法を提供する。【解決手段】（工程１）半導体ウエハーの非作動面２に第１樹脂組成物３を施与する、（工程２）施与された第１樹脂組成物を硬化させる、（工程３）硬化された第１樹脂組成物の上面に第２樹脂組成物４を施与する、（工程４）施与された第２樹脂組成物をＢ−ステージ化する、（工程５）前記半導体ウエハー、硬化された第１樹脂組成物、及びＢ−ステージ状態の第２組成物を同時に切断して、硬化された第１樹脂組成物及びＢ−ステージ状態の第２組成物が非作動面に施与された第１半導体チップを得る、及び（工程６）前記第１半導体チップを、基板６にワイヤボンディング５された第２半導体チップ上に、前記Ｂ−ステージ状態の第２組成物が第２半導体チップの上側に積層されるように、且つ、第２半導体チップ上のワイヤ接続部位が、第１半導体チップの周縁部よりも内側に在るようにして積載する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記工程を含む、半導体装置を製造する方法
（工程１）半導体ウエハーの非作動面に第１樹脂組成物を施与する、
（工程２）施与された第１樹脂組成物を硬化させる、
（工程３）硬化された第１樹脂組成物の上面に第２樹脂組成物を施与する、
（工程４）施与された第２樹脂組成物をＢ−ステージ化する、
（工程５）前記半導体ウエハー、硬化された第１樹脂組成物、及びＢ−ステージ状態の第２組成物を同時に切断して、硬化された第１樹脂組成物及びＢ−ステージ状態の第２組成物が非作動面に施与された第１半導体チップを得る、及び
（工程６）前記第１半導体チップを、基板にワイヤボンディングされた第２半導体チップ上に、前記Ｂ−ステージ状態の第２組成物が第２半導体チップの上側に積層されるように、且つ、第２半導体チップ上のワイヤ接続部位が、第１半導体チップの周縁部よりも内側に在るようにして積載する。
【請求項２】
第１樹脂組成物及び第２樹脂組成物が、液状またはペースト状であること特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
第１樹脂組成物と第２樹脂組成物が同一の組成であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
第１半導体チップが第２半導体チップと同じサイズであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記第２半導体チップが、前記第２組成物層及び該第２組成物層上の第１組成物層を介して、前記基板に接着されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法により製造された半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置の製造に関し、詳細には、半導体チップが積層された装置（スタックドチップ）を製造する方法に関する。ウエハー上に硬化樹脂層を設け、該硬化樹脂層上にＢ−ステージ樹脂層を設け、該ウエハーを他のチップ上に積層する。この製造方法によれば、安価に、半導体装置を提供し得る。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置が小型化、薄型化、高密度化する潮流のなかで、限られた空間にチップを３次元的に積層する事は技術的課題であり、これを正確、迅速、且つ安価に達成する事が求められている。このチップ積層技術のうちで、最も需要が高く、且つ難関であるのが、同一寸法のチップを同位置に垂直方向に積層する事である。この場合、上側のチップを下側のチップ上に固定するために使用されるダイボンド剤は、下側のチップに施されたワイヤを損傷したり、ワイヤが上側のチップに接触したりしないようにすることが必要である。
【０００３】
これを解決するべく２層のフィルム、即ち低粘度化し得る層と、高粘度を維持し得る層を貼り合わせたフィルム状のダイボンド剤が提案されている。これを用いることで、チップを互いにずらすことなく、積層することができるので、チップの占有面積を最小にすることができる。
【特許文献１】特開２００７−１２６６２２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、フィルム状のダイボンド剤は、その製造工程が、薄膜化、乾燥、切断、巻き取りの諸工程を要して煩瑣であるために高価であり、半導体装置の生産コストを押し上げている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そこで本発明は、より安価に、チップを互いずらすことなく垂直方向に積層するための方法を提供することを目的としてなされたものである。即ち、本発明は、下記工程を含む、半導体装置を製造する方法である。
（工程１）半導体ウエハーの非作動面に第１樹脂組成物を施与する、
（工程２）施与された第１樹脂組成物を硬化させる、
（工程３）硬化された第１樹脂組成物の上面に第２樹脂組成物を施与する、
（工程４）施与された第２樹脂組成物をＢ−ステージ化する、
（工程５）前記半導体ウエハー、硬化された第１樹脂組成物、及びＢ−ステージ状態の第２組成物を同時に切断して、硬化された第１樹脂組成物及びＢ−ステージ状態の第２組成物が非作動面に施与された第１半導体チップを得る、及び
（工程６）前記第１半導体チップを、基板にワイヤボンディングされた第２半導体チップ上に、前記Ｂ−ステージ状態の第２組成物が第２半導体チップの上側に積層されるように、且つ、第２半導体チップ上のワイヤ接続部位が、第１半導体チップの周縁部よりも内側に在るようにして積載する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明は、２層フィルムに代えて、汎用の液状もしくはペースト状ダイボンド剤または接着剤とスピンコーター及び印刷機等の汎用設備で達成し得る為に、半導体装置、特に同一寸法のチップを同位置に垂直方向に積層する場合、工程数が増えることを差し引いてもなおコスト削減（或る試算によれば６０〜９０％程度）を達成することが可能である。また、使用するワイヤ径、材質等に応じて、適宜２種のダイボンド剤または接着剤を選んで組合わせることができるので、便利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
樹脂組成物
本発明の半導体装置の製造方法は、第１樹脂組成物と第２樹脂組成物を使用する。該樹脂組成物は、ウエハ上に施与できればよく、液状、ペースト状、または、固体状のものを使用直前に適宜溶剤で希釈したものであってよい。樹脂組成物の例としては、市販の接着剤またはダイボンド剤が挙げられ、Ｂ−ステージ化及び硬化速度が速やかである点で、例えば信越化学工業製のＳＦＸ５３３シリーズが好ましい。
【０００８】
（工程１）第１樹脂組成物の施与工程
ウエハーの非作動面上に施与する方法は特に制限されず、第１樹脂組成物の性状に応じて任意に選択される。非作動面とは、回路が構成されていない面である。施与方法の例としては、スピンコーティング、印刷、圧縮成型等が挙げられる。また、施与する厚みには制限はないが、典型的には、硬化後に１０μｍ〜１００μｍ程度になるようにする。
【０００９】
（工程２）第１樹脂組成物の硬化工程
硬化方法は特に制限されず、第１樹脂組成物の性状に応じて任意に選択される。例えば、加熱による硬化、紫外線照射による硬化、オーブン等におけるバッチ処理、コンベアーヒーター等によるインライン処理等が挙げられる。第１樹脂組成物を硬化させることにより、ウエハーの非作動面上に電気的絶縁層が形成される。これにより、下側のチップのワイヤが上側のチップに接触するのを防ぐことができる。
【００１０】
（工程３）第２樹脂組成物の施与工程
工程１に関して述べたのと同様の方法、スピンコーティング、印刷、圧縮成型等が挙げられる。第２樹脂組成物を施与する厚みには制限はないが、典型的には、Ｂ−ステージ後に１０μｍ〜１００μｍ程度になるようにする。
【００１１】
（工程４）第２樹脂組成物のＢ−ステージ化工程
Ｂ−ステージ化とは、第２樹脂組成物が流動性を失っているが、硬化は完了しておらず、第２半導体チップへ接着する程度のタック性を保持している状態をいう。Ｂ−ステージ化の方法としては、組成物の部分的な熱的もしくは光架橋、溶剤の揮発、ポリマーの微粒子を膨潤させることによる方法等が挙げられる。また、バッチ処理でも、インライン処理であってもよい。加熱条件、光照射の条件等は、樹脂組成物に応じて適宜設定する。
【００１２】
（工程５）半導体ウエハーの切断工程
切断は、半導体ウエハーを、Ｂ−ステージ状態の第２樹脂組成物層上面をダイシングテープ上面に対向させて、ダイシングテープ上に固定した後、回転刃を備えたダイサーで固片化する。
【００１３】
（工程６）チップの積載工程
前記第１半導体チップを、基板にワイヤボンディングされた第２半導体チップ上に、前記Ｂ−ステージ状態の第２組成物が第２半導体チップの上側に積層されるように、且つ、少なくとも第２半導体チップ上のワイヤ接続部位が、第１半導体チップの周縁部よりも内側にあるようにして積載する。ワイヤ接続部位は、ワイヤボンディング用のパッドである。該パッドが第１半導体チップの周縁部よりも内側に来るようにすることによって、従来の半導体チップをずらして積載する場合に比べて、チップ占有面積を狭くすることができる。第１半導体チップと第２半導体チップが同じサイズの場合、その周縁部が同じ位置になるように積層することができる。
【００１４】
積載方法は特に制限されず、樹脂組成物、特にＢ−ステージ状態である第２樹脂組成物の性状に応じて任意に選択され、例えば、ダイボンダーを用いて熱圧着する方法等が挙げられる。積載条件は、樹脂組成物、特にＢ−ステージ状態である第２樹脂組成物の性状に応じて選択することが好ましい。好ましくは、第２半導体チップ上に施されたワイヤの一部が第２樹脂組成物層中に入り込む程度に低粘度化するように、温度、圧力等を加える。通常は、温度は５０〜１５０℃、加熱時間は０．１〜１０秒、荷重は０．１〜２０ｋｇｆであることが望ましい。
【００１５】
その他の工程
上記工程に加え、その前後、或いは各工程の間にその他の工程を含んでも良い。例えば、工程６の直後に第２樹脂組成物を硬化させる工程、次いで、半導体装置全体を樹脂封止する工程、更にこれの後に封止樹脂の後硬化工程が挙げられる。尚、第２樹脂組成物の硬化工程は、封止樹脂の後硬化工程がこれを兼ねていてもよい。更に、第３半導体チップについて工程１〜６を繰返して、第１チップ上に積載して３層以上のスタックドチップ構造にしてもよい。また、上記第２半導体チップをダイボンドする際に、本発明の方法を用いてもよい。即ち、工程５で得られたチップを、基板上に熱圧着等で載置した後、第２組成物を硬化し、次いで、基板にワイヤボンディングする。
【００１６】
半導体装置
図１は、以上の工程を２回繰り返すことにより得られる３層スタックドチップの断面図である。下側のチップに施されたワイヤの該チップ上の接続部位が、上側のチップの周縁部よりも内側にあり、ワイヤの一部が上側チップの第２樹脂組成物層中に入り込んでいるが、第１樹脂組成物層が硬いので、上側チップの下面とは接触していない。
【実施例】
【００１７】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明を更に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
使用部材
（回路基板）表面にソルダーレジスト（２０ミクロン厚）を塗布したＢＴ基板（２００ミクロン厚、３５ｍｍ×３５ｍｍ）であり、これの表面中央に後述の半導体素子が搭載されるよう内部回路との接続端子を有する。
（ダイボンド剤）  信越化学製ＳＦＸ５３３
（ダイシングテープ）Ｔ−８０ＭＷ、トーヨーアドテック社製
（半導体ウエハー）  動作面に窒化珪素膜を施したシリコンウエハー（２００ミクロン厚、３００ｍｍ径）であり、１０ｍｍ×１０ｍｍのチップに切断した場合に、上記回路基板の中央に搭載されるよう回路を有する。
（ワイヤ）  金ワイヤ、線径２５μｍ
【００１８】
半導体装置の製造
＜実施例＞
（工程１）：ダイボンド剤（第１樹脂組成物）の施与
半導体ウエハーの非動作面に、ステンシルマスク（ＳＵＳ製、５０ミクロン厚、開口部寸法：２９５ｍｍ径）とスキージ（ＳＵＳ製、５００ミクロン厚、角度６０°）を用いて、速度１０ｍｍ／秒、圧力１０ｐｓｉの条件で、ダイボンド剤を印刷した。
（工程２）：ダイボンド剤（第１樹脂組成物）の硬化
温度１２０℃、時間５分で、ダイボンド剤を硬化した。
（工程３）：ダイボンド剤（第２樹脂組成物）の塗布
工程１で用いたのと同様のダイボンド剤を、工程２で得られたダイボンド剤の硬化物の上に、ステンシルマスク（ＳＵＳ製、５０ミクロン厚、開口部寸法：２９５ｍｍ径）とスキージ（ＳＵＳ製、５００ミクロン厚、角度６０°）を用いて、速度１０ｍｍ／秒、圧力１０ｐｓｉの条件で印刷した。
（工程４）：ダイボンド剤（第２樹脂組成物）のＢ−ステージ化
中心波長３６５ｎｍ、強度１００ｍＷ、時間３０秒の条件で紫外線を照射し、ダイボンド剤をＢ−ステージ化した。
（工程５）：ウエハーのダイシング
ウエハーを、工程４で得られたダイボンド剤を介してダイシングテープ上に固定し、１０ｍｍ×１０ｍｍのチップに切断した。得られたチップのうちの一つを、下記工程により回路基板の中央部に搭載した後、ワイヤボンディングを行ない、第１層チップとした。
（ｉ）温度１５０℃、荷重１ｋｇ、時間０．１秒で、第１層チップを、第２樹脂組成物層を介して回路基板の中央に載置した。
（ii）第２樹脂組成物層を、温度１２０℃、時間５分で、硬化させた。
（iii）ワイヤボンディング
温度１５０℃、時間０．１秒／ｍｍ、荷重１２ｋｇｆで回路基板と半導体素子の間にワイヤを接続した。
（工程６）：ダイボンディング
工程５で得られたチップの１つを、温度１５０℃、荷重１ｋｇ、時間０．１秒で、前記第１層チップの上に載置した。
【００１９】
＜比較例１＞
実施例のうちの工程２と３を省略し、Ｂ−ステージ状態の一層構造のダイボンド剤のみを備えたチップを用意し、実施例同様に用意した第１層チップ上に搭載した。
【００２０】
＜比較例２＞
実施例のうち、工程４の条件を、中心波長３６５ｎｍ、強度５００ｍＷ、時間１２０秒とし、第２樹脂組成物層の硬化度を高くした。
【００２１】
得られた半導体装置各１０個ずつの断面を電子顕微鏡で観察して、以下の評価を行なった。結果を表１に示す。
評価方法
（ａ）ダイボンド剤へのワイヤの取り込み
第１層チップに施与されたワイヤのうち任意に選択した２０本に関して、第２層チップのダイボンド剤中にワイヤが入り込んでいるか否かを電子顕微鏡で観測し、ダイボンド剤中に入り込んでいない本数／総本数（２０本）を数えた。
（ｂ）上側のチップへのワイヤの接触
第１層チップに施与されたワイヤのうち任意に選択した２０本に関して、第２層チップ底面にワイヤが接触しているか否かを電子顕微鏡で観測し、接触している本数／総本数（２０本）を数えた。
（ｃ）合否判定
試験方法（ａ）と（ｂ）の両方に関して、試験結果が０／２０であるものを合格、それ以外のものを不合格とした。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
比較例１は、第１樹脂組成物層を欠き、Ｂ−ステージ状態の第２樹脂組成物のみを備えるため、ワイヤは第２樹脂組成物中には取り込まれるが、ほとんど総てのワイヤが上側のチップに接触していた。
比較例２においては、第２樹脂組成物層が硬すぎ、ほとんどのワイヤがこれに取り込まれていなかった。
これらに対して、実施例の装置は、第１樹脂組成物が硬化状態、第２樹脂組成物がＢ−ステージ状態であるため、ワイヤは第２樹脂組成物層中には入り込んでいたが、上側のチップには接触していなかった。該実施例１の装置は、２層テープを使用した場合の２０％程度のコストで製造することができた。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明の方法によれば、特殊なフィルムを使用することなく、安価にチップを垂直方向に積層することができる。特に同一サイズである場合、チップ間をずらす必要が無いので、チップの占有面積を最小にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の方法で作られる半導体装置例の断面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１：半導体チップの作動面
２：半導体装置の非作動面
３：第１樹脂組成物
４：第２樹脂組成物
５：ワイヤ
６：回路基板
【図１】
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