(57)【要約】【課題】半導体チップの接着剤層内にそれより小型の半導体チップを埋め込む際に生じる欠点を解消することを可能にした積層型半導体装置を提供する。【解決手段】実施形態の積層型半導体装置１は、回路基板２上に配置された第１の半導体チップ６と、第１の半導体チップ６を回路基板２に固着させる接着層７と、第１の半導体チップ６より小さい外形を有する第２の半導体チップ１０とを具備する。第２の半導体チップ１０は少なくとも一部が接着層７内に埋め込まれている。接着層７は９５μｍ以上１５０μｍ以下の範囲の厚さを有し、第２の半導体チップ１０が埋め込まれる際の熱時粘度が５００Ｐａ・ｓ以上５０００Ｐａ・ｓ以下の範囲である熱硬化性樹脂を含む。【選択図】図１
2014053538.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板と、
前記回路基板上に配置された第１の半導体チップと、
前記第１の半導体チップを前記回路基板に固着させる接着層と、
少なくとも一部が前記接着層内に埋め込まれ、前記第１の半導体チップより小さい外形を有する第２の半導体チップと、
前記回路基板と前記第１の半導体チップとを電気的に接続する第１の接続部材と、
前記回路基板と前記第２の半導体チップとを電気的に接続する第２の接続部材と、
前記第１および第２の半導体チップを前記第１および第２の接続部材と共に封止するように、前記回路基板上に設けられた封止樹脂層とを具備し、
前記第１の半導体チップは９０μｍ以上の厚さを有し、
前記第２の半導体チップは７５μｍ以下の厚さを有し、
前記接着層は９５μｍ以上１５０μｍ以下の範囲の厚さを有すると共に、前記第２の半導体チップが埋め込まれる際の熱時粘度が５００Ｐａ・ｓ以上５０００Ｐａ・ｓ以下の範囲である熱硬化性樹脂を含み、
前記第１の半導体チップ上における前記封止樹脂層の厚さが１９０μｍ以上４４０μｍ以下の範囲であることを特徴とする積層型半導体装置。
【請求項２】
回路基板と、
前記回路基板上に配置された第１の半導体チップと、
前記第１の半導体チップを前記回路基板に固着させる接着層と、
少なくとも一部が前記接着層内に埋め込まれ、前記第１の半導体チップより小さい外形を有する第２の半導体チップと、
前記回路基板と前記第１の半導体チップとを電気的に接続する第１の接続部材と、
前記回路基板と前記第２の半導体チップとを電気的に接続する第２の接続部材と、
前記第１および第２の半導体チップを前記第１および第２の接続部材と共に封止するように、前記回路基板上に設けられた封止樹脂層とを具備し、
前記第２の半導体チップは７５μｍ以下の厚さを有し、
前記接着層は９５μｍ以上１５０μｍ以下の範囲の厚さを有すると共に、前記第２の半導体チップが埋め込まれる際の熱時粘度が５００Ｐａ・ｓ以上５０００Ｐａ・ｓ以下の範囲である熱硬化性樹脂を含むことを特徴とする積層型半導体装置。
【請求項３】
回路基板と、
前記回路基板上に配置された第１の半導体チップと、
前記第１の半導体チップを前記回路基板に固着させる接着層と、
少なくとも一部が前記接着層内に埋め込まれ、前記第１の半導体チップより小さい外形を有する第２の半導体チップと、
前記回路基板と前記第１の半導体チップとを電気的に接続する第１の接続部材と、
前記回路基板と前記第２の半導体チップとを電気的に接続する第２の接続部材と、
前記第１および第２の半導体チップを前記第１および第２の接続部材と共に封止するように、前記回路基板上に設けられた封止樹脂層とを具備し、
前記接着層は９５μｍ以上１５０μｍ以下の範囲の厚さを有し、
前記第１の半導体チップ上における前記封止樹脂層の厚さが１９０μｍ以上４４０μｍ以下の範囲であることを特徴とする積層型半導体装置。
【請求項４】
回路基板を用意する工程と、
第１の半導体チップと、前記第１の半導体チップより小さい外形を有する第２の半導体チップとを用意する工程と、
前記回路基板上に前記第２の半導体チップを搭載する工程と、
前記回路基板と前記第２の半導体チップとを、第１の接続部材を介して電気的に接続する工程と、
前記第２の半導体チップの少なくとも一部を接着剤内に埋め込みつつ、前記接着剤で前記第１の半導体チップを前記回路基板に固着させる工程と、
前記回路基板と前記第１の半導体チップとを、第２の接続部材を介して電気的に接続する工程と、
前記第１および第２の半導体チップを前記第１および第２の接続部材と共に封止する封止樹脂層を、前記回路基板上に形成する工程とを具備し、
前記第２の半導体チップは７５μｍ以下の厚さを有し、かつ前記接着剤によって形成される接着層は９５μｍ以上１５０μｍ以下の範囲の厚さを有し、
前記第２の半導体チップが埋め込まれる際の熱時粘度が５００Ｐａ・ｓ以上５０００Ｐａ・ｓ以下の範囲である熱硬化性樹脂を、前記接着剤として用いることを特徴とする積層型半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記接着剤は前記第２の半導体チップが埋め込まれた後に硬化処理され、
前記熱硬化性樹脂は加熱硬化時における流動粘度が１０００Ｐａ・ｓ以上である、請求項４に記載の積層型半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記第１の半導体チップを用意する工程は、
半導体ウエハの裏面に前記接着剤層とダイシングテープとを順に積層する工程と、
第１のブレードを用いて、前記半導体ウエハの厚さの一部のみを切削する工程と、
前記第１のブレードより刃幅が狭い第２のブレードを用いて、前記半導体ウエハの残部の厚さと前記接着剤層の厚さ全体とを切削し、前記接着剤層を有する前記第１の半導体チップを形成する工程と、
前記接着剤層を有する前記第１の半導体チップを、前記ダイシングテープからピックアップする工程とを具備し、
前記第１のブレードで切削した後の前記半導体ウエハの残部の厚さが８５μｍ以上である、請求項４または請求項５に記載の積層型半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、積層型半導体装置とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の小型化、高速化、高機能化等を実現するために、１つのパッケージ内に複数の半導体チップを積層して封止したＳｉＰ（Ｓｙｓｔｅｍ  ｉｎ  Ｐａｃｋａｇｅ）構造の半導体装置が実用化されている。ＳｉＰ構造の半導体装置は、例えば配線基板と、配線基板上に搭載されたメモリチップやコントローラチップ等の半導体チップと、これら半導体チップを一括して封止する封止樹脂層とを備えている。メモリチップより外形が小さいコントローラチップ等のシステムＬＳＩチップは、メモリチップを多段に積層したチップ積層体上に配置することが一般的である。この場合、配線基板からシステムＬＳＩチップまでの配線長が長くなるため、信号転送速度の低下等が懸念される。
【０００３】
このような点に対して、メモリチップを配線基板に接着する接着剤層内にシステムＬＳＩチップを埋め込むことが提案されている。このような構造によれば、半導体装置の小型化を図ると共に、配線基板からシステムＬＳＩチップまでの配線長を短縮することができる。従って、小型で高速デバイスに対応させた半導体装置を提供することが可能となる。しかしながら、システムＬＳＩチップをメモリチップの接着剤層に埋め込むにあたって、様々な不具合の発生が懸念される。例えば、システムＬＳＩチップを接着剤層内に埋め込む際にメモリチップが凸状に変形したり、またシステムＬＳＩチップの埋め込み不足に起因してボイドが発生するおそれがある。メモリチップの変形は動作不良の原因となる。また、システムＬＳＩチップの周囲に発生するボイドはクラック等の発生原因となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許公開２００７／２２２０５１号明細書
【特許文献２】特開２００７−３２４４４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、半導体チップの接着剤層内にそれより小型の半導体チップを埋め込む際に生じる欠点を解消することを可能にした積層型半導体装置とその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の積層型半導体装置は、回路基板と、回路基板上に配置された第１の半導体チップと、第１の半導体チップを回路基板に固着させる接着層と、少なくとも一部が接着層内に埋め込まれ、第１の半導体チップより小さい外形を有する第２の半導体チップと、回路基板と第１の半導体チップとを電気的に接続する第１の接続部材と、回路基板と第２の半導体チップとを電気的に接続する第２の接続部材と、第１および第２の半導体チップを第１および第２の接続部材と共に封止するように、回路基板上に設けられた封止樹脂層とを具備する。第２の半導体チップは７５μｍ以下の厚さを有する。接着層は９５μｍ以上１５０μｍ以下の範囲の厚さを有し、第２の半導体チップが埋め込まれる際の熱時粘度が５００Ｐａ・ｓ以上５０００Ｐａ・ｓ以下の範囲である熱硬化性樹脂を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施形態による積層型半導体装置を示す断面図である。
【図２】図１に示す積層型半導体装置の第１の変形例を示す断面図である。
【図３】図１に示す積層型半導体装置の第２の変形例を示す断面図である。
【図４】実施形態による積層型半導体装置の温度と反り量との関係を第１の半導体チップ上の封止樹脂層の厚さに基づいて示す図である。
【図５】図１に示す積層型半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図６】図５に示す積層型半導体装置の製造方法で使用する第１の半導体チップの作製工程を示す断面図である。
【図７】図６に示す第１の半導体チップの作製工程における第１のブレードのウエハ切り残し量とブレード摩耗量およびピックアップ不良率との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、実施形態の積層型半導体装置とその製造方法について、図面を参照して説明する。図１は実施形態による積層型半導体装置を示す断面図である。図１に示す積層型半導体装置１は、回路基板として配線基板２を具備している。配線基板２は、例えば絶縁樹脂基板やセラミックス基板等の表面や内部に配線網（図示せず）を設けたものであり、具体的にはガラス−エポキシ樹脂のような絶縁樹脂を使用したプリント配線板が挙げられる。回路基板としては、配線基板（インターポーザ基板）２に代えて、シリコンインターポーザ等を使用してもよい。配線基板２は、外部端子の形成面となる第１の面２ａと、半導体チップの搭載面となる第２の面２ｂとを有している。
【０００９】
配線基板２の第１の面２ａは、外部電極３を有している。外部電極３上には外部端子４が形成されている。積層型半導体装置１をＢＧＡパッケージとして使用する場合、外部端子４は半田ボールや半田メッキ等を用いた突起端子で構成される。積層型半導体装置１をＬＧＡパッケージとして使用する場合には、外部端子４としてＡｕメッキ等を用いた金属ランドが適用される。半導体チップの搭載面となる配線基板２の第２の面２ｂは、内部電極５を有している。内部電極５の少なくとも一部は、配線基板２の配線網および外部電極３を介して外部端子４と電気的に接続されている。
【００１０】
配線基板２の第２の面２ｂ上には、複数の第１の半導体チップ６（６Ａ〜６Ｄ）が配置されている。第１の半導体チップ６Ａ〜６Ｄは、それぞれの電極パッドが露出するように階段状に積層されている。第１の半導体チップ６の具体例としては、ＮＡＮＤ型フラッシュメモリのような半導体メモリチップが挙げられるが、これに限られるものではない。図１は４個の第１の半導体チップ６Ａ〜６Ｄを積層した構造を示しているが、第１の半導体チップ６の配線基板２に対する搭載数はこれに限定されるものではない。第１の半導体チップ６の搭載数は、１個または複数個のいずれであってもよい。複数の第１の半導体チップ６の厚さは、その製造工程等によっても異なるが、例えば９０μｍ以上とされている。また、配置位置に応じて異なる厚さの半導体チップ６を適用してもよい。
【００１１】
複数の第１の半導体チップ６Ａ〜６Ｄのうち、最下段に位置する第１の半導体チップ６Ａは第１の接着層７を介して配線基板２の第２の面２ｂに固着されている。第１の接着層７は配線基板２の第２の面２ｂと第１の半導体チップ６Ａとの間に介在されており、配線基板２の第２の面２ｂに接着されている。最下段に位置する第１の半導体チップ６Ａ上には、２段目から４段目の第１の半導体チップ６Ｂ〜６Ｄが第２の接着層８Ａ〜８Ｃを介して順に接着されている。第１の半導体チップ６Ａ〜６Ｄの電極パッドは、それらを階段状にずらして積層することで、それぞれ上方に向けて露出されている。
【００１２】
第１の半導体チップ６Ａ〜６Ｄの電極パッドは、配線基板２の内部電極５と第１のボンディングワイヤ９を介して電気的に接続されている。電気特性や信号特性が等しい電極パッドに関しては、配線基板２の内部電極５と第１の半導体チップ６Ａ〜６Ｄの電極パッドとを第１のボンディングワイヤ９で順に接続することができる。第１のボンディングワイヤ９としては、一般的なＡｕワイヤやＣｕワイヤ等の金属ワイヤが用いられる。後述する第２のボンディングワイヤについても同様である。第１のボンディングワイヤ９は、第１の半導体チップ６Ａ〜６Ｄの電極パッドと配線基板２の内部電極５とを電気的に接続する第１の接続部材として機能するものである。
【００１３】
第１の接続部材はボンディングワイヤに限られるものではなく、インクジェット印刷等で形成した配線層（導体層）等であってもよい。また、複数の第１の半導体チップ６間の電気的な接続は、第１の半導体チップ６の内部に設けられた貫通電極とバンプ電極とを介して行ってもよい。この場合、複数の第１の半導体チップ６間を貫通電極およびバンプ電極を介して機械的および電気的に接続する。さらに、いずれかの第１の半導体チップ６、例えば最上段に位置する第１の半導体チップ６と、配線基板２の内部電極５とをボンディングワイヤを介して電気的に接続する。
【００１４】
配線基板２の第２の面２ｂ上には、さらに第１の半導体チップ６より小さい外形（サイズ）を有する第２の半導体チップ１０が、第１の半導体チップ６の下側に位置するように配置されている。すなわち、第２の半導体チップ１０は配線基板２の第２の面２ｂに第３の接着層１１を介して接着されており、さらに最下段に位置する第１の半導体チップ６Ａを配線基板２に固着させる第１の接着層７内に埋め込まれている。第２の半導体チップ１０の電極パッドは、配線基板２の内部電極５と第２のボンディングワイヤ１２を介して電気的に接続されている。第２の半導体チップ１０と配線基板２とを電気的に接続する第２の接続部材はボンディングワイヤ１２に限らず、バンプ電極等であってもよい。
【００１５】
第２の半導体チップ１０としては、第１の半導体チップ６としてのメモリチップと外部機器との間でデジタル信号を送受信するコントローラチップやインターフェースチップ、ロジックチップ、ＲＦチップ等のシステムＬＳＩチップが挙げられるが、これに限定されるものではない。第２の半導体チップを配線基板２の第２の面２ｂ上に直接搭載することによって、システムＬＳＩチップ等の第２の半導体チップ１０から配線基板２までの配線長を短縮することができ、また基板配線を最適化することができる。これらによって、積層型半導体装置１の高速化対応が可能になる。さらに、第２の半導体チップ１０は第１の接着層７内に埋め込まれているため、配線基板２に対する第１の半導体チップ６Ａ〜６Ｄの搭載性を低下させたり、また装置サイズの小型化等を妨げることもない。従って、小型で高速デバイスに対応させた積層型半導体装置１を提供することができる。
【００１６】
配線基板２の第２の面２ｂ上には、第１の半導体チップ６や第２の半導体チップ１０をボンディングワイヤ９、１２と共に封止するように、エポキシ樹脂等の絶縁樹脂を用いた封止樹脂層１３が例えばモールド成形されている。これらの構成要素によって、実施形態の積層型半導体装置１が構成されている。なお、図１は第２の半導体チップ１０の全体を第１の接着層７内に埋め込んだ構造を示しているが、第２の半導体チップ１０の第１の接着層７内への埋め込み構造は、これに限られるものではない。図２に示すように、第２の半導体チップ１０の一部を第１の接着層７内に埋め込んだ構造を適用することも可能である。これによっても、配線長の短縮や装置サイズの小型化等が実現できる。第２の半導体チップ１０は、その少なくとも一部が第１の接着層７内に埋め込まれていればよい。
【００１７】
第２の半導体チップ１０は、配線基板２の第２の面２ｂ上に直接配置した構造に限らず、第２の半導体チップ１０から配線基板２までの配線長が信号転送速度に悪影響を及ぼさない範囲で、他の半導体チップ上に配置してもよい。図３は配線基板２の第２の面２ｂ上に１段目の第１の半導体チップ６Ａを配置し、その上に第２の半導体チップ１０を配置した構造を示している。第２の半導体チップ１０は２段目の第１の半導体チップ６Ｂを配線基板２に固着させる接着層７内に埋め込まれている。第２の半導体チップ１０は、第１の半導体チップ６を配線基板２に固着させる接着層７内に埋め込まれていればよく、第１の半導体チップ６を配線基板２に直接接着する接着層７に限らず、第１の半導体チップ６を他の半導体チップを介して配線基板２に接着する接着層７内に埋め込んでもよい。
【００１８】
第２の半導体チップ１０を接着層７内に埋め込むにあたって、第２の半導体チップ１０は７５μｍ以下の厚さを有している。第２の半導体チップ１０の厚さが７５μｍを超えると、接着層７を構成する接着剤の特性等を改良しても、第２の半導体チップ１０を接着層７内に良好に埋め込むことができない。第２の半導体チップ１０の厚さの下限値は特に限定されるものではないが、一般的には２０μｍ以上である。さらに、厚さが７５μｍ以下の第２の半導体チップ１０を良好に埋め込むために、接着層７は９５μｍ以上の厚さを有している。接着層７の厚さが９５μｍ未満であると、第２の半導体チップ１０と配線基板２とを電気的に接続するボンディングワイヤ１２が第１の半導体チップ６と接触したり、また第２の半導体チップ１０と第１の半導体チップ６との間の絶縁耐性等が低下する。
【００１９】
言い換えると、厚さが９５μｍ以上の接着層７を適用することによって、第２の半導体チップ１０の動作や信頼性を維持しつつ接着層７内に埋め込むことができる。第２の半導体チップ１０を接着層７内に埋め込むことだけを考慮した場合、接着層７の厚さをより厚くすることで、第２の半導体チップ１０の埋め込み性が向上する。しかし、接着層７の厚さを厚くしすぎると、積層型半導体装置１の小型化や薄型化を妨げることになる。このため、接着層７の厚さは１５０μｍ以下とする。実施形態の積層型半導体装置１では、厚さが９５μｍ以上１５０μｍ以下の範囲の接着層７を適用しており、これにより第２の半導体チップ１０の埋め込み性を高めることができる。
【００２０】
ところで、厚さが９５μｍ以上というように厚い接着層７を適用すると、接着層７を形成する接着剤内に第２の半導体チップ１０の埋め込む際の硬さ等によっては、第１の半導体チップ６が凸状に膨らむように変形したり、また第２の半導体チップ１０の周囲にボイドが発生するおそれがある。そこで、この実施形態では接着層７の形成材料となる接着剤として、第２の半導体チップ１０が埋め込まれる際の熱時粘度が５００Ｐａ・ｓ以上５０００Ｐａ・ｓ以下の範囲である熱硬化性樹脂を適用している。ここで、熱時粘度とは半硬化状態の熱硬化性樹脂を加熱した際に、軟化または溶融して接着性が発現する温度における粘度を示すものである。熱硬化性樹脂が軟化または溶融する温度は、接着剤を構成する熱硬化性樹脂の材料特性や接着剤層の形成条件、例えば液状（Ａステージ）の樹脂組成物を半硬化状態（Ｂステージ）にする際の乾燥温度や乾燥時間等により決定される。
【００２１】
熱時粘度が５０００Ｐａ・ｓ以下の熱硬化性樹脂を用いた接着剤によれば、第２の半導体チップ１０を埋め込む際の接着剤の流動性を高めることができる。従って、接着剤が第２の半導体チップ１０の上部を良好に流動して広がるため、接着剤の硬さに起因する第１の半導体チップ６の凸状の変形やそれに基づく動作不良の発生等を抑制することができる。さらに、接着剤が良好に流動することによって、第２の半導体チップ１０の周囲に接着剤が十分に回り込む。従って、第２の半導体チップ１０の周囲に発生するボイドやそれに起因するクラック等を抑制することができる。ただし、接着剤の熱時粘度が低すぎると、第１の半導体チップ６の回路基板２に対する平行性が低下したり、また第１の半導体チップ６と第２の半導体チップ１０との間隔を維持することができなくなるおそれがあるため、接着剤の熱時粘度は５００Ｐａ・ｓ以上とする。
【００２２】
接着剤に用いられる熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂等が挙げられる。接着剤としては、一般的な熱硬化性接着剤と同様に、硬化剤、硬化促進剤、無機充填材、各種添加剤、溶剤等を含む熱硬化性樹脂組成物を用いることができる。このような熱硬化性樹脂組成物における粘度調整剤の種類や添加量、Ｂステージとする際の乾燥条件、流動性を有する低分子成分の添加量等を調整することによって、接着剤の熱時粘度を５００〜５０００Ｐａ・ｓの範囲とすることができる。後述する接着剤の加熱硬化時における流動粘度は、上記した成分調整や条件調整に加えて、熱硬化性樹脂組成物における効果促進剤の添加量等を調整することによって、所望の範囲にすることができる。接着層７はこのような接着剤の硬化物からなる。
【００２３】
このように、熱時粘度が５００Ｐａ・ｓ以上５０００Ｐａ・ｓ以下の接着剤を用いることで、接着剤層内への第２の半導体チップ１０の埋め込み性を高めることができる。よって、第２の半導体チップ１０の埋め込み不足に起因する不良の発生を抑制することが可能となる。接着層７は熱時粘度が５００〜５０００Ｐａ・ｓの熱硬化性樹脂を硬化させることにより形成されるものである。従って、熱時粘度が５００〜５０００Ｐａ・ｓの範囲の熱硬化性樹脂からなる接着層７によれば、第２の半導体チップ１０の接着層７内への埋め込み不足に起因する不良の発生、すなわち第１の半導体チップ６の変形や接着層７のボイドの発生を抑制した積層型半導体装置１を提供することできる。
【００２４】
また、厚さが９５μｍ以上というように厚い接着層７を適用した場合、積層型半導体装置１を常温（２５℃）から２次実装温度（例えば２７０℃）まで昇温した際に、積層型半導体装置１の反り量が増大しやすい。そこで、この実施形態の積層型半導体装置１においては、第１の半導体チップ６（具体的には、最上段に位置する第１の半導体チップ６Ｄ）上における封止樹脂層１３の厚さを１９０μｍ以上としている。第１の半導体チップ６上における封止樹脂層１３の厚さを１９０μｍ以上とすることで、昇温時における積層型半導体装置１の反りを抑制することができる。また、封止樹脂層１３の厚さが厚すぎても、昇温時における積層型半導体装置１の反りが増大するため、第１の半導体チップ６上における封止樹脂層１３の厚さは４４０μｍ以下とする。
【００２５】
図４に積層型半導体装置１の温度と反り量との関係を第１の半導体チップ上６の封止樹脂層１３の厚さに基づいて示す。積層型半導体装置１の反り量は、ＪＥＩＴＡ規格による「昇温によるパッケージの反りの測定方法と最大許容量（ＥＤ−７３０６）」に準じて測定した。積層型半導体装置１のサイズは１２ｍｍ×１７ｍｍとした。第１の半導体チップ６上における封止樹脂層１３の厚さは、封止樹脂層１３の全厚から第１の接着層７の厚さと第１の半導体チップ６Ａ〜６Ｄの厚さと第２の接着層８Ａ〜８Ｃの厚さを除いた厚さと定義する。図４に示すように、第２の半導体チップ１０が埋め込まれる接着層７の厚さが９５〜１５０μｍである場合、第１の半導体チップ６上における封止樹脂層１３の厚さを１９０μｍ以上４４０μｍ以下の範囲とすることによって、積層型半導体装置１の反り量を許容範囲の７０μｍ以下とすることができる。
【００２６】
昇温時における積層型半導体装置１の反り量には、配線基板２の厚さや特性、封止樹脂層１３の全厚や特性等も影響する。このような点から、配線基板２の厚さは１００〜１６０μｍの範囲とすることが好ましい。封止樹脂層１３の全厚は、第１の半導体チップ６の搭載数にもよるが７５０〜８１０μｍの範囲とすることが好ましい。さらに、接着層７の熱膨張係数を７０〜４７０ｐｐｍ／℃、常温弾性率（硬化後）を２〜３ＧＰａとした場合、配線基板２のコア材の熱膨張係数は８〜１０ｐｐｍ／℃の範囲、常温弾性率は３０〜４０ＧＰａの範囲であることが好ましく、封止樹脂層１３の熱膨張係数は８〜１０ｐｐｍ／℃の範囲、常温弾性率（硬化後）は１〜３０ＧＰａの範囲であることが好ましい。これらによって、昇温時における積層型半導体装置１の反りが再現性よく抑制される。
【００２７】
実施形態の積層型半導体装置１は、例えば以下のようにして作製される。積層型半導体装置１の製造工程について、図５を参照して説明する。図５（ａ）に示すように、配線基板２の第２の面２ｂ上に接着層１１を介して第２の半導体チップ１０を接着する。第２の半導体チップ１０にワイヤボンディングを実施し、配線基板２の内部電極５と第２の半導体チップ１０の電極パッドとを第２のボンディングワイヤ１２を介して電気的に接続する。次に、図５（ｂ）に示すように、接着剤層１４が裏面（非回路面）に形成された第１の半導体チップ６Ａを用意する。接着剤層１４は、熱時粘度が５００〜５０００Ｐａ・ｓの範囲である熱硬化性樹脂を用いた接着剤を層状に形成したものであり、半硬化状態とされている。接着剤層１４の形成方法等については後述する。
【００２８】
図５（ｂ）では図示を省略したが、回路基板２はステージ上に載置され、第１の半導体チップ６Ａは例えば吸着ヘッドに保持されている。第１の半導体チップ６Ａおよび接着剤層１４は、例えば吸着ヘッドに内蔵された加熱機構により所定の温度に加熱されている。回路基板２も必要に応じてステージに内蔵された加熱機構により加熱される。加熱して軟化または溶融させた接着剤層１４を回路基板２の第２の面２ｂに押し付ける。この際、接着剤層１４は第２の半導体チップ１０を取り込むように回路基板２に圧着される。図５（ｃ）に示すように、第２の半導体チップ１０は接着剤層１４内に埋め込まれる。接着剤層１４を構成している接着剤の熱時粘度は５００〜５０００Ｐａ・ｓの範囲であるため、第２の半導体チップ１０を接着剤層１４内に良好に埋め込むことができる。
【００２９】
次に、図５（ｄ）に示すように、第１の半導体チップ６Ａ上に第１の半導体チップ６Ｂ〜６Ｄを順に積層する。第１の半導体チップ６Ｂ〜６Ｄは、通常の厚さ（例えば５５μｍ程度）を有する接着剤層（ダイアタッチフィルム（ＤＡＦ）やダイアタッチペースト（ＤＡＰ））１５Ａ〜１５Ｃを介して順に積層される。この後、接着剤層１４、１５Ａ〜１５Ｃが十分な硬さを有するように、接着剤層１４、１５Ａ〜１５Ｃをキュア処理する。熱硬化性樹脂を用いた接着剤層１４、１５Ａ〜１５Ｃのキュア処理において、接着剤は一旦軟化または溶融して流動性を示した後に硬化反応が進行し、これにより所定の硬さを有する熱硬化性樹脂からなる接着層７、８Ａ〜８Ｃとなる。
【００３０】
この際、接着剤層１４、１５Ａ〜１５Ｃの加熱硬化時における流動粘度、すなわち軟化または溶融して流動性を示したときの粘度が低すぎると、特に接着剤層１４の変形量が増大することで、第１の半導体チップ６の反り量が増加する。第１の半導体チップ６の反りは、前述した凸状の変形と同様に動作不良等の発生原因となる。そこで、この実施形態では接着剤層１４に加熱硬化時における流動粘度が１０００Ｐａ・ｓ以上の接着剤を適用している。接着剤の加熱硬化時における流動粘度が１０００Ｐａ・ｓ以上であれば、接着剤層１４の変形、ひいては第１の半導体チップ６の反りを抑制することができる。加熱硬化時に接着剤が流動性を示す温度域は、例えば６０〜１２０℃の範囲である。
【００３１】
この後、第１の半導体チップ６Ａ〜６Ｄにワイヤボンディングを実施し、配線基板２の内部電極５と第１の半導体チップ６Ａ〜６Ｄの電極パッドとを第１のボンディングワイヤ９を介して電気的に接続する。さらに、配線基板２の第２の面２ｂ上に半導体チップ６、１０をボンディングワイヤ９、１２と共に封止する封止樹脂層１３を形成することによって、実施形態の積層型半導体装置１が作製される。第１の半導体チップ６Ａ〜６Ｄにワイヤボンディングを実施するにあたって、厚さが厚い第１の接着層７の硬化後の弾性率が低すぎると、第１の半導体チップ６Ａに対するボンディングワイヤ９の接続性が低下する。このため、第１の接着層７の硬化後の弾性率は２０ＭＰａ以上であることが好ましい。
【００３２】
ワイヤボンディング時には一般的に熱も加えられるため、第１の接着層７の硬化後の弾性率は、半田付け時の温度、例えば２２０〜２６０℃のときの熱時弾性率であることが好ましい。第１の接着層７の熱時弾性率を２０ＭＰａ以上とすることによって、第１の半導体チップ６に対するワイヤボンディング性を高めることができる。第１の接着層７の熱時弾性率は、例えば前述した熱硬化性樹脂組成物における無機充填材の含有量等を調整することにより２０ＭＰａ以上とすることができる。
【００３３】
次に、接着剤層１４を有する第１の半導体チップ６の作製工程について、図６を参照して説明する。図６（ａ）に示すように、第１の半導体チップ６に相当する複数の素子領域Ｘを有する半導体ウエハ２１の裏面（非回路面）に、半硬化状態の接着剤シート（ダイアタッチフィルム等）を貼り付けたり、あるいは液状の接着剤樹脂（ダイアタッチペースト等）をインクジェット法やディスペンス法で塗布した後に半硬化させることによって、個片化後に第１の半導体チップ６の接着剤層１４となる接着剤層２２を形成する。接着剤層２２は９５〜１５０μｍの範囲の厚さを有する。接着剤層２２にダイシングテープ２３を貼り付ける。すなわち、半導体ウエハ２１の裏面に接着剤層２２とダイシングテープ２３とを順に積層する。
【００３４】
次に、接着剤層２２と共に半導体ウエハ２１を素子領域Ｘ間に設けられたダイシング領域Ｄに沿って切断することによって、個片化された接着剤層１４を有する第１の半導体チップ６を作製する。半導体ウエハ２１の切断は、例えば２軸構造のブレードダイシング装置、すなわち２つの回転軸に装着された２つのブレードが同一軌跡で進行するように構成されたブレードダイシング装置を用いて実施する。先行する第１のブレード２４は、半導体ウエハ２１の厚さＴの一部のみを切削するものであり、後方の第２のブレード２５で半導体ウエハ２１の残部の厚さと接着剤層２２の厚さ全体を切断する。
【００３５】
図６（ａ）に示すように、第１のブレード２４で半導体ウエハ２１の厚さＴの一部のみを切削する。すなわち、第１のブレード２４は半導体ウエハ２１の厚さｔ1のみを切削するものである。第１のブレード２４による切削工程において、半導体ウエハ２１は完全に切断されることなく、その一部（厚さｔ2の部分）は未切削状態で残存する。次いで、図６（ｂ）に示すように、第２のブレード２５で半導体ウエハ２１の残部の厚さｔ2と接着剤層２２の厚さ全体とを、ダイシングテープ２３の一部と共に切削する。第２のブレード２５には、第１のブレード２４より刃幅が狭いブレードが用いられる。
【００３６】
第１のブレード２４で半導体ウエハ２１の一部の厚さｔ1のみを切削し、刃幅が狭い第２のブレード２５で半導体ウエハ２１の残部の厚さｔ2を接着剤層２２と共に切削することで、半導体ウエハ２１を接着剤層２２と共に切断して個片化する。このような切断工程（ステップカット）を適用することで、図６（ｂ）に示すように半導体ウエハ２１の切断面には段差が生じる。これによって、チッピングの発生が抑制される。ただし、第２のブレード２５による半導体ウエハ２１の切削量が不十分であると、厚さが９５〜１５０μｍと厚い接着剤層２２の切断性が低下するおそれがある。接着剤層２２の切断が不十分であると、個片化後の半導体チップ６をダイシングテープ２３からピックアップする際に不良が発生する。これは、第２のブレード２５の摩耗量が少ないため、切削時に付着した接着剤層２２の切削屑が第２のブレード２５に残りすぎてしまうためと考えられる。
【００３７】
そこで、実施形態では第２のブレード２５で切削する半導体ウエハ２１の厚さｔ2、言い換えると第１のブレード２４で切削した後の半導体ウエハ２１の残部の厚さｔ2を８５μｍ以上としている。第２のブレード２５による半導体ウエハ２１の切削量を８５μｍ以上とすることによって、第２のブレード２５が半導体ウエハ２１で適度に摩耗するため、厚さが９５〜１５０μｍと厚い接着剤層２２の切断性を高めることができる。すなわち、熱硬化性樹脂組成物の半硬化物からなる接着剤層２２を良好に切断するためには、第２のブレード２５を半導体ウエハ２１で適度に摩耗させる必要がある。半導体ウエハ２１の残部の厚さｔ2を８５μｍ以上とすることで、第２のブレード２５の摩耗量が例えば０．３μｍ／ｍ以上となり、接着剤層２２の切断性が向上する。
【００３８】
図７に第１のブレード２４による半導体ウエハ２１の切り残し量とブレード摩耗量およびピックアップ不良率との関係を示す図である。第１のブレード２４による半導体ウエハ２１の切り残し量（ｔ2）を８５μｍ以上とすることで、ブレード摩耗量が０．３μｍ／ｍ以上となる。これによって、接着剤層１４を有する半導体チップ６のピックアップ不良の発生を防止することが可能となる。また、ステップカットによるチッピングの抑制効果を得る上で、第１のブレード２４による半導体ウエハ２１の切削量（ｔ1）は５μｍ以上とすることが好ましい。従って、ステップカットを実施する半導体ウエハ２１の厚さＴは９０μｍ以上であることが好ましく、各公差等を考慮すると１００μｍ以上であることがより好ましく、さらに好ましくは１１０μｍ以上である。
【００３９】
この後、吸着コレット等を用いて個片化した第１の半導体チップ６をダイシングテープからピックアップする。第１の半導体チップ６の裏面には、個片化された接着剤層１４が形成されている。接着剤層２２は上述したステップカットで確実に個片化することができるため、接着剤層２２の切断不良に基づくピックアップ不良の発生を抑制することができる。さらに、ステップカットを適用することによって、チッピングの発生を抑制することができる。すなわち、チッピングの発生を抑制しつつ、第１の半導体チップ６のピックアップ不良の発生を抑制することが可能となる。接着剤層１４を有する第１の半導体チップ６は、図５（ｂ）に示した半導体チップ６Ａの接着工程で使用され、接着剤層１４内に第２の半導体チップ１０を埋め込みつつ回路基板２に接着される。
【００４０】
なお、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し得るものであり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同時に、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。
【符号の説明】
【００４１】
１…積層型半導体装置、２…配線基板、３…外部電極、５…内部電極、６，６Ａ〜６Ｄ…第１の半導体チップ、７…第１の接着層、８Ａ〜８Ｃ…第２の接着層、９…第１のボンディングワイヤ、１０…第２の半導体チップ、１１…第３の接着層、１２…第２のボンディングワイヤ、１３…封止樹脂層、１４…接着剤層、２１…半導体ウエハ、２２…接着剤層、２３…ダイシングテープ、２４…第１のブレード、２５…第２のブレード。
【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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