(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の半導体チップの第１の電極と第２の半導体チップの第２の電極とがバンプにより接続され、前記第２の半導体チップの厚みが前記第１の半導体チップの厚みより小さく、前記第１の半導体チップの裏面はダイパッドに接着され、前記第１の半導体チップのサイズは前記第２の半導体チップのサイズよりも大きく、前記第１の半導体チップの前記第２の半導体チップが対向する部分からはみ出した位置に第３の電極が形成され、前記第３の電極とリードとが金属細線により電気的に接続され、前記第１の半導体チップの表面から前記第２の半導体チップの裏面までの距離は、前記第１の半導体チップの表面から前記金属細線のループの頂点までの距離よりも小さく、前記第１の半導体チップ、前記第２の半導体チップおよび前記金属細線が封止樹脂により封止されていることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２つの半導体チップの表面どうしを対向させ、それぞれの電極をバンプにより接続した半導体装置およびその製造方法に関するものであり、特に、半導体チップを研磨することで薄型化を実現した半導体装置およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器の小型、高速処理化に従い、２種類以上の半導体デバイスを積層してなる三次元化構造は、広く検討されている。
【０００３】
以下に従来の三次元化された半導体装置の構造と製造方法について説明する。
【０００４】
図１２は、従来の半導体装置を示す断面図である。また、図１３は、従来の半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【０００５】
図１２に示すように、従来の半導体装置は、上面に複数の第１の電極１およびボンディングパッド２とを有する第１の半導体チップ３と、複数の第２の電極４を有する第２の半導体チップ５と、第１の半導体チップ３を搭載するためのダイパッド部６と、リード部７とを備えている。
【０００６】
そして、第１の電極１と第２の電極４とが位置合わせされた状態で、第２の半導体チップ５が第１の半導体チップ３に搭載され、第１の電極１と第２の電極４とは、金属バンプ８を介して互いに電気的に接続されている。また、第１の半導体チップ３と第２の半導体チップ５との間には樹脂９が充填され、樹脂９により第１の半導体チップ３、第２の半導体チップ５が互いに接着されて一体化されている。またダイパッド部６およびリード部７は、１つのリードフレームから切り離されたものである。第１の半導体チップ３はダイパッド部６にPd、Ag等の導電性ペースト１０により固定され、第１の半導体チップ３のボンディングパッド２とリード部７とは金属細線１１を介して電気的に接続されている。さらに、第１の半導体チップ３、第２の半導体チップ５、金属細線１１、ダイパッド部６は、封止樹脂１２により封止されている。
【０００７】
次に、従来の半導体装置の製造方法について説明する。
【０００８】
まず、図１３（ａ）に示すように、第１の半導体チップ３と第２の半導体チップ５とを位置合わせする。まず、上面に複数の第１の電極１を有する第１の半導体チップ３を準備し、第１の半導体チップ３を実装治具（図示せず）の上に搭載して、第１の半導体チップ３の上面に樹脂９を塗布する。一方、上方に複数の第２の電極４およびその上のバリアメタル１３を有する第２の半導体チップ５を準備し、第２の半導体チップ５のバリアメタル１３の上に金属バンプ８を形成する。そして、第１の電極１と第２の電極４（バリアメタル１３）とを位置合わせする。
【０００９】
次に、図１３（ｂ）に示すように、第１の半導体チップ３と第２の半導体チップ５とを互いに接合する。第２の半導体チップ５をその裏面から金属ツール１４によって加熱、加圧して第２の半導体チップ５の第２の電極４上（バリアメタル１３上）に形成された金属バンプ８を介して、第１の半導体チップ３の第１の電極１と第２の半導体チップ５の第２電極４とを互いに接合させる。そして、接合後の両半導体チップ間に充填されている樹脂９を、紫外線を照射するか、または、加熱することにより、硬化させる。
【００１０】
次に、図１３（ｃ）に示すように、接合、一体化された２つの半導体チップに対してワイヤボンディング工程を行う。まず、ダイパッド部６およびリード部７を有するリードフレームを準備する。そして、第１の半導体チップ３をダイパッド部６上に、Pd、Ag等の導電性ペースト１０により固定する。そして、第１の半導体チップ３のボンディングパッド２と、リードフレームのリード部７とを金属細線１１によって接続する。
【００１１】
次に、図１３（ｄ）に示すように、ワイヤボンディングした半導体装置を封止する。第１の半導体チップ３、第２の半導体チップ５、金属細線１１、ダイパッド部６およびリード部７を封止樹脂１２で封止する。この時、リード部７の下面または外側面は封止樹脂１２によって覆われずに露出していて、この部分が外部端子として機能する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の半導体装置およびその製造方法は、以下のような不具合があった。
【００１３】
すなわち、２つの半導体チップを搭載した半導体装置は、半導体チップの積層枚数に比例して、半導体装置の厚みが大きくなる。第１の半導体チップ、第２の半導体チップの厚みは裏面研磨されたものでも各約２００〜３００[μｍ]、さらに、これらを接合させる金属バンプは接合後で約数１０[μｍ]程度が必要である。さらに、このような半導体チップの積層体を厚み数１００[μｍ]のダイパッド部にダイボンドし、かつ封止樹脂で全体を封止すると、半導体装置の厚みは約１[ｍｍ]程度にもなってしまう。これは、近年主流となりつつある薄型パッケージ（厚み１[ｍｍ]前後）と同等であり、より小型化の半導体装置の実現が困難であることを意味する。
【００１４】
さらに、半導体チップの厚みが大きいことは、半導体チップの放熱性の低下なども懸念される。
【００１５】
本発明は、半導体チップの厚みを小さくし、半導体装置の小型化、ならびに放熱性の向上を可能にしうる半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
前記従来の課題を解決するために、本発明の半導体装置は、第１の半導体チップの第１の電極と第２の半導体チップの第２の電極とがバンプにより接続され、前記第２の半導体チップの厚みが前記第１の半導体チップの厚みより小さく、前記第１の半導体チップの裏面はダイパッドに接着され、前記第１の半導体チップのサイズは前記第２の半導体チップのサイズよりも大きく、前記第１の半導体チップの前記第２の半導体チップが対向する部分からはみ出した位置に第３の電極が形成され、前記第３の電極とリードとが金属細線により電気的に接続され、前記第１の半導体チップの表面から前記第２の半導体チップの裏面までの距離は、前記第１の半導体チップの表面から前記金属細線のループの頂点までの距離よりも小さく、前記第１の半導体チップ、前記第２の半導体チップおよび前記金属細線が封止樹脂により封止されている。
【００１７】
これにより、第１の半導体装置の半導体チップ厚みが薄くなるので、樹脂封止後のパッケージ厚の薄型化が可能となり、さらに、半導体チップの放熱性を高めることが可能となる。
【００２４】
したがって、リードフレーム上に２つの半導体チップを搭載した半導体装置の薄型化の実現を可能にする。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の半導体装置およびその製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【００３０】
まず、本実施形態の半導体装置について説明する。
【００３１】
最初に、第１の実施形態について説明する。
【００３２】
図１は、本実施形態の半導体装置を示す断面図である。
【００３３】
図１に示すように、主面に複数の第１の電極１５および第３の電極１６を有する第１の半導体チップ１７と、主面に複数の第２の電極１８を有し、フェイスダウンで第１の半導体チップ１７に接合された第２の半導体チップ１９と、第１の半導体チップ１７を搭載するためのダイパッド部２０と、各半導体チップ内のトランジスタ等の素子と外部機器との間で電気的信号をやりとりするためのリード部２１を備えている。
【００３４】
そして、第１の半導体チップ１７の第１の電極１５と、第２の半導体チップ１９の第２の電極１８とを位置合わせし、第１の電極１５と第２の電極１８とは、金属バンプ２２を介して電気的に接続されている。また、第１の半導体チップ１５と第２の半導体チップ１９との間には樹脂２３が充填されて一体化されている。ダイパッド部２０およびリード部２１は、１つのリードフレームから切り離されたものである。第１の半導体チップ１７はダイパッド部２０にPd、Ag等の導電性ペースト２４により接着され、第１の半導体チップ１７の第３の電極１６とリード部２１とは金属細線２５を介して電気的に接続されている。さらに、第１の半導体チップ１７、第２の半導体チップ１９、金属細線２５、ダイパッド部２０およびリード部２１は、封止樹脂２６により封止されている。
【００３５】
ここで、第２の半導体チップ１９の厚み（T2）は、第１の半導体チップ１７の厚み（T1）より薄くなっているので（T2＜T1）、半導体装置の厚みを抑え、半導体チップの放熱性を高めることができる。
【００３６】
図２は、第１の実施形態の変形例の半導体装置を示す断面図である。
【００３７】
なお、前記の本実施形態と同一の構成要件には同一の符号を付し、同一の内容については省略する。
【００３８】
図２に示すように、本実施形態の変形例においては、第２の半導体チップ１９の厚み（T2）は、第１の半導体チップ１７の厚み（T1）の２分の１以下まで薄くされている（T2*2≦T1）。これにより、さらに半導体装置の厚みが小さくなり、半導体チップの放熱性の効果を高めることができる。
【００３９】
なお、第１の半導体チップ１７の厚みは２００〜３００[μｍ]であり、第２の半導体チップ１９の厚みは５０〜１００[μｍ]である。
【００４０】
次に、第２の実施形態について説明する。
【００４１】
図３は、本実施形態の半導体装置を示す断面図である。
【００４２】
図３に示すように、主面に複数の第１の電極１５および第３の電極１６を有する第１の半導体チップ１７と、主面に複数の第２の電極１８を有し、フェイスダウンで第１の半導体チップ１７に接合された第２の半導体チップ１９と、第１の半導体チップ１７を搭載するためのリードフレームのダイパッド部２０と、各半導体チップ内のトランジスタ等の素子と外部機器との間で電気的信号をやりとりするためのリードフレームのリード部２１とを備えている。
【００４３】
そして、第１の半導体チップ１７の第１の電極１５と第２の半導体チップ１９の第２の電極１８とを位置合わせし、第１の電極１５と第２の電極１８とが、金属バンプ２２を介して互いに電気的に接続されている。また、第１の半導体チップ１７と第２の半導体チップ１９との間には樹脂２３が充填されて一体化されている。ダイパッド部２０およびリード部２１は、１つのリードフレームから切り離されたものである。第１の半導体チップ１７の裏面はダイパッド部２０にPd、Ag等の導電性ペースト２４により接着され、第１の半導体チップ１７の第３の電極１６とリード部２１とは金属細線２５により電気的に接続されている。さらに、第１の半導体チップ１７、第２の半導体チップ１９、金属細線２５、ダイパッド部２０およびリード部２１は、封止樹脂２６により封止されている。
【００４４】
本実施形態の特徴的構成は、第１の半導体チップ１７の表面から第２の半導体チップ１９の裏面までの距離（Tchip）は、第１の半導体チップ１７の表面から金属細線２５のループの頂点までの距離（Tｗｂ）より小さくなっている（Tchip＜Tｗｂ）。したがって、半導体装置の厚みの薄型化を実現できる。
【００４５】
次に、本実施形態の半導体装置の製造方法について説明する。
【００４６】
なお、半導体装置の製造方法についても、複数の実施形態を説明するので、半導体装置の説明と同様に、第１の実施形態から順に説明するが、実施の形態の順番については、半導体装置の実施の形態の順番と無関係である。
【００４７】
図４および図５は、本実施形態の半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【００４８】
最初に、第１の実施形態について説明する。
【００４９】
まず、図４（ａ）に示すように、第１の半導体チップを形成するための領域である多数の半導体チップ形成領域を有する半導体ウェハー２７と第２の半導体チップ１９とを位置合わせする。半導体ウェハー２７に形成されている各半導体チップ形成領域には、半導体素子や配線が形成されており、各半導体チップ形成領域の上面には、アルミニウムからなる複数の第１の電極１５（バンプ接続用）、およびアルミニウムからなる複数の第３の電極１６（金属細線接続用）が形成されている。そして、半導体ウェハー２７を実装治具（図示せず）の上に載置して、半導体ウェハー２７の各半導体チップ形成領域の上面に、エポキシ等により形成される樹脂２３を塗布する。樹脂２３としては、エポキシのほかに熱硬化性、および常温硬化性があり、樹脂材料としては、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、およびウレタン樹脂等がある。また、樹脂の塗布方法としては、ディスペンス法、印刷法、またはスタンピング法等があり、半導体チップサイズ等から適切な方法が選択される。また、樹脂２３の塗布は、半導体ウェハー２７の半導体チップ形成領域への塗布に限らず、第２の半導体チップ１９に塗布してもよい。
【００５０】
また、樹脂２３の塗布タイミングは、位置合わせの前だけでなく、位置合わせして金属バンプを介して各電極どうしを接合した後でもよい。
【００５１】
一方、主面にアルミニウムからなる複数の第２の電極１８、およびその上のバリアメタル層２８の上面に金属バンプ２２を形成する。バリアメタル層２８は、Ti、Cu、Niの金属薄膜からなり、金属バンプ２２はSn-Pbからなっている。金属バンプ２２の材料は、Au、In、In-Sn、Sn-Ag、Sn-Cu、Sn-Zn、Cu、及びNi等のうちいずれか１つを選択して使用することが可能であり、この金属バンプ２２のサイズは、直径が３〜１００[μｍ]、高さが３〜５０[μｍ]である。
【００５２】
そして、半導体ウェハー２７の１つの半導体チップ形成領域の上方に、ツール２９によって第２の半導体チップ１９を保持しつつ、第２の半導体チップ１９をその裏面を上方に向けた状態で半導体ウェハー２７の１つの半導体チップ形成領域に対向させる。
【００５３】
なお、電気的接続を行うための部材としては、金属性フィラー分散樹脂などを用いることもできる。また、第２の半導体チップ１９の第２の電極１８と同様に、半導体ウェハー２７の半導体チップ形成領域上の第１の電極１５に金属バンプ２２を形成してもよい。
【００５４】
次に、図４（ｂ）に示す工程で、半導体ウェハー２７の半導体チップ形成領域と第２の半導体チップ１９と互いに接合する。
【００５５】
まず、第２の半導体チップ１９をツール２９で保持しつつ下降させて、第２の半導体チップ１９の第２の電極１８に形成した金属バンプ２２と、半導体ウェハー２７の１つの半導体チップ形成領域に配置されている第１の電極１５との位置合わせを行う。そして、位置合わせされた第１の電極１５と第２の半導体チップ１９の金属バンプ２２とを、ツール２９を用いて、加熱加圧し、物理学的作用また金属学的作用（原子の相互拡散による合金化などの作用）を利用して接合を行う。樹脂２３を塗布した場合は、ツール２９を下降させて各電極どうしの接合を行う際に樹脂２３が半導体ウェハー２７との間の接着力が増加する。ツール２９による加圧力は、１つの金属バンプ２２について０．１〜２０[ｇ]程度の荷重が適当であるが、この荷重の大きさは、第１の電極１５が破損したり、その第１の電極１５の下側に形成されているトランジスタ等の半導体素子や配線等の特性を変化させないという制約を満たすように設定する。その後、樹脂２３を硬化させて第２の半導体チップ１９と半導体ウェハー２７とを一体化させる。その際、樹脂２３が光硬化性樹脂であれば紫外線を、熱硬化性樹脂であれば加熱する。加熱による樹脂２３の硬化を行うときは、ツール２９による加熱の解除後にオーブン等の過熱器具による加熱を行うか、ツール２９に内蔵させたヒーター等により加圧時に直接加熱を行う。熱硬化時の温度条件は、樹脂２３の材質にもよるが、７０〜３００[℃]が必要である。
【００５６】
次に、図４（ｃ）に示す工程で、半導体ウェハー２７の各半導体チップ形成領域に搭載する第２の半導体チップ１９の数だけ繰り返すことにより、半導体ウェハー２７上に多数の第２の半導体チップ１９を搭載してなる接合体３０の構造が得られる。なお、半導体チップと半導体ウェハーとの間に充填する樹脂２３は、異方性導電シート、異方性導電樹脂等であってもよい。
【００５７】
次に、図４（ｄ）に示すように、接合体３０の第２の半導体チップ１９の裏面を研磨する。ここでは、樹脂２３を十分に硬化させた後、半導体ウェハー２７の各半導体チップ形成領域に搭載されている第２の半導体チップ１９の裏面（上方を向いている面）を、研磨装置３１の上面に対向させた状態で、接合体３０を研磨装置３１の上に載置する。この時、半導体ウェハー２７の各半導体チップ形成領域の間には保護樹脂３２を設けておく。そして、研磨装置３１の研磨面に研磨砥粒３３を供給し、接合体３０に荷重を加えながら、研磨装置３１を回転させることにより、第２の半導体チップ１９の裏面の研磨を行う。この時、研磨砥粒３３としては、粒度が＃１２００〜＃２０００程度のダイヤモンド砥粒が好ましく、研磨装置３１の回転数は５〜５０[ｒｐｍ]が好ましい。
【００５８】
次に、図５（ａ）に示すように、半導体ウェハーをダイシングする。接合体３０を研磨装置から取り外すと、半導体ウェハー上の各第２の半導体チップ１９の厚みは研磨時間に比例した薄さとなって得られる。この時の研磨後の第２の半導体チップ１９の厚みは約５０〜１００[μｍ]であれば好ましい。その後、接合体３０の各半導体チップ形成領域ごとに半導体ウェハー２７をダイシングすることにより、個々の第１の半導体チップ１７と第２の半導体チップ１９とからなる半導体装置３４が得られる。
【００５９】
次に、図５（ｂ）に示すように、半導体装置３４のダイボンディングとワイヤボンディングを行う。まず、半導体装置３４をダイパッド部２０に搭載してPd、Ag等を含む導電性ペースト２４により両者を固定する。そして、第１の半導体チップ１７の第３の電極１６と、リードフレームのリード部２１を、直径が２５[μｍ]程度のAu、Al等からなる金属細線２５によって接続する。
【００６０】
次に、図５（ｃ）に示す工程で、第１の半導体チップ１７、第２の半導体チップ１９、金属細線２５、リードフレームのダイパッド部２０、およびリードフレームのリード部２１をエポキシ系またはポリイミド系の封止樹脂２６を用いて樹脂封止を行う。
【００６１】
以上、本実施形態の半導体装置の製造方法は、複数の第１の半導体チップが形成された半導体ウェハーに対して、複数の個々の第２の半導体チップを搭載した後、第２の半導体チップの裏面を研磨砥粒により研磨することで、第２の半導体チップの厚みを小さくして、半導体装置の薄型化を実現するものである。ここで、複数の第１の半導体チップが形成された半導体ウェハーを研磨しないのは、半導体ウェハーの面積が第２の半導体チップの面積に比較して大きく、研磨することで割れやカケなどの機械的不具合を生じやすいからである。これに対し、第２の半導体チップは、個々の半導体チップに分割され、面積が小さいので、研磨しても機械的な不具合を生じることなく研磨できる。
【００６２】
次に、第１の実施形態の変形例について説明する。
【００６３】
図６および図７は本変形例の半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【００６４】
本変形例においては、半導体ウェハーをダイシングして第１の半導体チップを既に形成してから、第１の半導体チップ上に第２の半導体チップを接合する。
【００６５】
図６（ａ）に示すように、第１の半導体チップ１７と第２の半導体チップ１９とを位置合わせする。この時の条件は、下記に述べる条件以外は、第１の実施形態と同様である。また、樹脂２３としては、エポキシのほかに熱硬化性、および常温硬化性のものがあり、樹脂材料としては、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、およびウレタン樹脂等がある。また樹脂２３の塗布方法としては、ディスペンス法、印刷法、またはスタンピング法等があり、半導体チップサイズ等から適切な方法が選択される。また、樹脂２３の塗布は、第１の半導体チップ１７への塗布に限らず、第２の半導体チップ１９に塗布してもよい。
【００６６】
また、樹脂２３を塗布するタイミングは、位置合わせの前だけでなく、位置合わせして金属バンプ２２を介して各電極どうしを接合した後でもよい。
【００６７】
第２の半導体チップ１９上に形成される金属バンプ２２の材料は、Au、In、In-Sn、Sn-Ag、Sn-Cu、Sn-Zn、Cu、及びNi等のうちいずれか１つを選択して使用することが可能であり、この金属バンプ２２のサイズは、直径が３〜１００[μｍ]、高さが３〜５０[μｍ]である。
【００６８】
次に図６（ｂ）に示すように、第１の半導体チップ１７の上方に、ツール２９によって第２の半導体チップ１９を保持しつつ、第２の半導体チップ１９を第１の半導体チップ１７に対向させる。なお、電気的接続を行うための部材としては、金属バンプ２２のほかに、導電性ペースト、異法性導電樹脂、金属製フィラー分散樹脂などを用いることもできる。また、第２の半導体チップ１９の第２の電極１８に代えて、第１の半導体チップ１７の第１の電極１５の上に金属バンプ２２を形成してもよい。
【００６９】
そして、第１の半導体チップ１７に第２の半導体チップ１９を搭載して、両者の電極どうしの接合と樹脂２３の硬化とを行って、第１の半導体チップ１７上に第２の半導体チップ１９を搭載してなる接合体３０を形成する。
【００７０】
次に、図６（ｃ）〜図７（ｂ）に示すように、接合体３０の第２の半導体チップ１９の裏面研磨工程、ダイシング工程、ワイヤボンディング工程および封止工程などを行う。
【００７１】
次に、本実施形態の半導体装置の製造方法の第２の実施形態について説明する。
【００７２】
図８および図９は、本実施形態における半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【００７３】
図８（ａ）に示すように、第１の半導体チップ１７を形成するための領域である多数の半導体チップ形成領域を有する半導体ウェハー２７と第２の半導体チップ１９とを位置合わせする。まず、多数の半導体チップ形成領域を有する半導体ウェハー２７を準備する。各半導体チップ形成領域には、半導体素子や配線が形成されており、各半導体チップ形成領域の上面には、アルミニウムからなる複数の第１の電極１５、およびアルミニウムからなる複数の第３の電極１６が設けられている。そして、半導体ウェハー２７を実装時具（図示せず）の上に載置して、半導体ウェハー２７の１つの半導体チップ形成領域の上面に、エポキシ等により形成される樹脂２３を塗布する。樹脂２３としては、エポキシのほかに熱硬化性、および常温硬化性があり、樹脂材料としては、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、およびウレタン樹脂等がある。また樹脂の塗布方法としては、ディスペンス法、印刷法、またはスタンピング法等があり、半導体チップサイズ等から適切な方法が選択される。また、樹脂２３の塗布は、半導体ウェハー２７の半導体チップ形成領域への塗布に限らず、第２の半導体チップ１９に塗布してもよい。
【００７４】
また、樹脂２３の塗布タイミングは、位置合わせして金属バンプ２２を介して各電極どうしを接合した後でもよい。
【００７５】
一方、主面にアルミニウムからなる複数の第２の電極１８、およびその上のバリアメタル層２８の上に金属バンプ２２を形成する。バリアメタル層２８は、Ti、Cu、Niの金属薄膜からなり、金属バンプ２２はSn-Pbからなっている。金属バンプ２２の材料は、Au、In、In-Sn、Sn-Ag、Sn-Cu、Sn-Zn、Cu、及びNi等のうちいずれか１つを選択して使用することが可能であり、この金属バンプ２２のサイズは、直径が３〜１００[μｍ]、高さが３〜５０[μｍ]である。
【００７６】
そして、半導体ウェハー２７の１つの半導体チップ形成領域の上方に、ツール２９によって第２の半導体チップ１９を保持しつつ、第２の半導体チップ１９をその裏面を上方に向けた状態で半導体ウェハー２７の１つの半導体チップ形成領域に対向させる。
【００７７】
なお、電気的接続を行うための部材としては、金属性フィラー分散樹脂などを用いることもできる。また、第２の半導体チップ１９の第２の電極１８と同様に、半導体ウェハー２７の半導体チップ形成領域上の第１の電極１５に金属バンプ２２を形成してもよい。
【００７８】
次に、図８（ｂ）に示す工程で、半導体ウェハー２７の半導体チップ形成領域と第２の半導体チップ１９と互いに接合する。
【００７９】
まず、第２の半導体チップ１９をツール２９で保持しつつ下降させて、第２の半導体チップ１９の第２の電極１８に形成した金属バンプ２２と、半導体ウェハー２７の１つの半導体チップ形成領域に配置されている第１の電極１５との位置合わせを行う。そして、位置合わせされた第１の電極１５と第２の半導体チップ１９の金属バンプ２２とを、ツール２９を用いて、加熱加圧し、物理学的作用また金属学的作用（原子の相互拡散による合金化などの作用）を利用して接合を行う。樹脂２３を接合前に塗布した場合は、ツール２９を下降させて各電極どうしの接合を行う際に樹脂２３が半導体ウェハー２７との間の接着力がさらに増加する。ツール２９による加圧力は、１つの金属バンプ２２について０．１〜２０[ｇ]の荷重が適当であるが、この荷重の大きさは、第１の電極１５が破損したり、その第１の電極１５の下側に形成されているトランジスタ等の半導体素子や配線等の特性を変化させないという制約を満たすように設定する。その後、樹脂２３を硬化させて第２の半導体チップ１９と半導体ウェハー２７とを一体化させる。その際、樹脂２３が光硬化性樹脂であれば紫外線を、熱硬化性樹脂であれば加熱する。加熱による樹脂２３の硬化を行うときは、ツール２９による加熱の解除後にオーブン等の加熱による加熱を行うか、または、ツール２９に内蔵させたヒーター等により加圧時に直接加熱を行う。熱硬化時の温度条件は、樹脂２３の材質にもよるが、７０〜３００[℃]が適当である。
【００８０】
次に図８（ｃ）に示す工程で、半導体ウェハー２７の各半導体チップ形成領域に搭載する第２の半導体チップ１９の数だけ繰り返すことにより、半導体ウェハー２７上に多数の第２の半導体チップ１９を搭載してなる接合体３０の構造が得られる。なお、半導体ウェハーと半導体チップとの間に充填する樹脂２３を、異方性導電シート、異方性導電樹脂等で代用することも可能である。
【００８１】
次に、図８（ｄ）に示す工程で、接合体３０中の第２の半導体チップ１９の裏面を研磨する。図８（ｃ）で示す工程で樹脂２３を十分に硬化させた後、半導体ウェハー２７の各半導体チップ形成領域に搭載されている第２の半導体チップ１９の裏面を、研磨装置３１の上面に対向させた状態で、接合体３０を研磨装置３１の上に載置する。この時半導体ウェハー２７の各半導体チップ形成領域の間には保護樹脂３２を設けておく。本実施形態では、保護樹脂３２として熱硬化性の液状の樹脂を、半導体チップ１９どうしの間の半導体ウェハー２７の表面に、スプレー式、遠心力を用いたスピンコート法、樹脂テープを貼り付ける方法等により供給する。そして、研磨装置３１の研磨面に研磨砥粒３３を供給し、接合体３０に荷重を加えながら、研磨装置３３を回転させることにより、各第２の半導体チップ１９の裏面の研磨を行う。この時、研磨砥粒３３としては、粒度が＃1200〜＃2000程度のダイヤモンド砥粒が好ましく、研磨装置４３の回転数は5〜50[ｒｐｍ]程度が好ましい。
【００８２】
次に、図９（ａ）に示す工程で、半導体ウェハーをダイシングする。接合体３０を研磨装置から取り外すと、半導体ウェハー上の各第２の半導体チップ１９の厚みは研磨時間に比例した薄さとなって得られるが、研磨後の第２の半導体チップ１９の厚みは約50〜100[μｍ]程度にまで薄くすることが可能である。その後、接合体３０の各半導体チップ形成領域ごとに半導体ウェハーをダイシングすることにより、個々の第１の半導体チップ１７と第２の半導体チップ１９とからなる半導体装置３４が得られる。
【００８３】
次に、図９（ｂ）に示す工程で、半導体装置３４のダイボンディングとワイヤボンディングを行う。まず、半導体装置３４をダイパッド部２０に搭載してPd、Ag等を含む導電性ペースト２４により両者を固定する。そして、第１の半導体チップ１７の第３の電極１６と、リードフレームのリード部２１とを直径が２５[μｍ]程度のAu、Al等からなる金属細線２５によって接続する。
【００８４】
ここで、本実施形態においては、第１の半導体装置の表面から金属細線のループの頂点の高さは、半導体装置の種類によって変わるが、150〜400[μｍ]程度であり、第１の半導体チップの表面から、第１の半導体チップに搭載された第２の半導体チップの裏面までの高さは約100〜150[μｍ]である。
【００８５】
次に、図９（ｃ）に示す工程で、第１の半導体チップ１７、第２の半導体チップ１９、金属細線２５、リードフレームのダイパッド部２０、およびリードフレームのリード部２１(一部)をエポキシ系またはポリイミド系の封止樹脂２６を用いて樹脂封止を行う。
【００８６】
次に、半導体装置の製造方法の第２の実施形態の変形例について説明する。
【００８７】
図１０および図１１は、第２の実施形態の変形例における半導体装置の製造工程を示す断面図である。本変形例においては、半導体ウェハーをダイシングして第１の半導体チップを既に形成してから、第１の半導体チップ上に第２の半導体チップを接合する。
【００８８】
図１０（ａ）に示すように、第１の半導体チップ１７と第２の半導体チップ１９とを位置合わせする。樹脂２３としては、エポキシのほかに熱硬化性、および常温硬化性のものがあり、樹脂材料としては、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、およびウレタン樹脂等がある。また樹脂２３の塗布方法としては、ディスペンス法、印刷法、またはスタンピング法等があり、半導体チップサイズ等に適切な方法が選択される。また、樹脂２３の塗布は、第１の半導体チップ１７への塗布に限らず、第２の半導体チップ１９に塗布してもよい。
【００８９】
また、樹脂２３を塗布するタイミングは、位置合わせして金属バンプ２２を介して各電極どうしを接合した後でもよい。
【００９０】
第２の半導体チップ１９上に形成される金属バンプ２２の材料は、Au、In、In-Sn、Sn-Ag、Sn-Cu、Sn-Zn、Cu、及びNi等のうちいずれか１つを選択して使用することが可能であり、この金属バンプ２２のサイズは、直径が３〜１００[μｍ]、高さが３〜５０[μｍ]である。
【００９１】
次に、図１０（ｂ）に示すように、第１の半導体チップ１７の上方に、ツール２９によって第２の半導体チップ１９を保持しつつ、第２の半導体チップ１９の裏面を上方に向けた状態で第１の半導体チップ１７に対向させる。
【００９２】
なお、電気的接続を行うための部材としては、金属バンプ２２のほかに、導電性ペースト、異法性導電樹脂、金属製フィラー分散樹脂などを用いることもできる。なお、本実施形態では、金属バンプ２２を第２の半導体チップ１９の第２の電極１８に形成したが、半導体ウェハー２７の第１の電極１５に対して先に形成してもよい。
【００９３】
そして、第１の半導体チップ１７に第２の半導体チップ１９を搭載して、両者の電極どうしの接合と樹脂２３の硬化とを行って、第１の半導体チップ１７上に第２の半導体チップ１９を搭載してなる接合体３０を形成する。
【００９４】
次に、図１０（ｃ）〜図１１（ｂ）に示すように、接合体３０の第２の半導体チップ１９の裏面研磨工程、ダイシング工程、ワイヤボンディング工程、およびパッケージング工程などを行う。
【００９５】
本実施形態においては、第１の半導体チップの表面から第２の半導体チップの裏面までの距離は、第１の半導体チップの表面から金属細線のループの頂点までの距離より小さい状態になっているので、より薄型の半導体装置の実現が可能である。
【００９６】
【発明の効果】
本発明の半導体装置およびその製造方法は、第２の半導体チップの厚みよりも第１の半導体チップの厚みが小さいことにより、また、第１の半導体チップの表面から第２の半導体チップの裏面までの高さが、金属細線のループの頂点より低くなるまで、第２の半導体チップの厚みを薄くすることにより、半導体装置の厚みの薄型化を可能にし、さらに、半導体チップの厚みを薄くすることで、放熱性を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の半導体装置を示す断面図
【図２】本発明の一実施形態の半導体装置を示す断面図
【図３】本発明の一実施形態の半導体装置を示す断面図
【図４】本発明の半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図
【図５】本発明の半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図
【図６】本発明の半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図
【図７】本発明の半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図
【図８】本発明の半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図
【図９】本発明の半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図
【図１０】本発明の半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図
【図１１】本発明の半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図
【図１２】従来の半導体装置を示す断面図
【図１３】従来の半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図
【符号の説明】
１  第１の電極
２  ボンディングパッド
３  第１の半導体チップ
４  第２の電極
５  第２の半導体チップ
６  ダイパッド部
７  リード部
８  金属バンプ
９  樹脂
１０  導電性ペースト
１１  金属細線
１２  封止樹脂
１３  バリアメタル
１４  金属ツール
１５  第１の電極
１６  第３の電極
１７  第１の半導体チップ
１８  第２の電極
１９  第２の半導体チップ
２０  ダイパッド部
２１  リード部
２２  金属バンプ
２３  樹脂
２４  導電性ペースト
２５  金属細線
２６  封止樹脂
２７  半導体ウェハー
２８  バリアメタル層
２９  ツール
３０  接合体
３１  研磨装置
３２  保護樹脂
３３  研磨砥粒
３４  半導体装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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