(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板上に第１半導体チップがフリップチップボンディングされると共に、該第１半導体チップの背面に第２半導体チップが貼着され、該第２半導体チップが上記回路基板とワイヤボンディングされてなり、かつ上記第２半導体チップの外縁の少なくとも一辺が上記第１半導体チップの外縁より突出している半導体装置の製造方法において、
上記第２半導体チップの外縁の少なくとも一辺が上記第１半導体チップの外縁より突出する場合、
第１半導体チップを回路基板にフリップチップボンディングする際に、第１半導体チップと回路基板との間に接着剤を介在させ、この接着剤の一部を第１半導体チップと回路基板との間からはみ出させ、このはみ出た接着剤の高さを第１半導体チップの背面と同じ高さに調整して第２半導体チップにおける突出部分の支持部を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
上記支持部となるはみ出た接着剤の高さの調整を、上記第１半導体チップをフリップチップボンディングする際に用いる、第１半導体チップを吸着支持する吸着支持部材の吸着面を利用して行うことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
上記吸着支持部材の吸着面に、上記接着剤との離隔性を向上させる加工を施しておくことを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
上記第１半導体チップを上記回路基板上にフリップチップボンディングする前に、該第１半導体チップと上記第２半導体チップとを貼着しておき、第２半導体チップの突出部分にて、上記支持部となるはみ出た接着剤の高さの調整を行うことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
上記第１半導体チップと上記第２半導体チップとの貼着を、液状、あるいは加熱により流動する接着剤を用いて行い、第１半導体チップの外縁にフィレットを形成しておくことを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
上記第１半導体チップを上記回路基板にフリップチップボンディングする際に用いる上記接着剤として、熱硬化性の接着剤を用いることを特徴とする請求項１ないし５の何れかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
回路基板上に第１半導体チップがフリップチップボンディングされると共に、該第１半導体チップの背面に第２半導体チップが貼着され、かつ、該第２半導体チップが上記回路基板とワイヤボンディングされてなる半導体装置において、
上記第２半導体チップの外縁の少なくとも一辺が上記第１半導体チップの外縁より突出しており、第２半導体チップにおける突出部分の下方が、上記第１半導体チップと回路基板とを接着する接着剤にて埋めら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、半導体装置及びその製造方法に関するものであり、特に、複数の半導体チップを積み重ねることにより高密度化を図った半導体装置の製造方法及び構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体装置の小型化が進み、略チップサイズにまで小型化された半導体装置が開発されている。この小型化された半導体装置の構造は、ＣＳＰ（Ｃｈｉｐ  Ｓｉｚｅ  Ｐａｃｋａｇｅ  ）構造と呼ばれている。
【０００３】
図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に、ＣＳＰ構造の半導体装置の例を示す。
図１０（ａ）に示すＣＳＰ構造の半導体装置においては、半導体チップ５０においてトランジスタ等の素子（図示せず）が形成されている側の面（以下、「能動面」と呼ぶ）を上側にして、回路基板５３上に搭載されている（フェイスアップボンディング）。能動面に設けられた電極（以下、突起電極と区別するために平面電極６８と称する）は、ワイヤ５８を用いて回路基板５３に、詳細には、回路基板５３上に設けられた配線層５４の平面電極（図示せず）と接続されている。このような、ワイヤ５８を用いた電極同士の接続形式は、一般にワイヤボンディングと呼ばれている。
【０００４】
尚、図中、６０は外部接続用端子で、回路基板５３に形成された貫通孔６１を介して配線層５４と接続されている。そして、回路基板５３の、半導体チップ５０等が搭載されている側の面は、被覆樹脂５９にて被覆されている。
【０００５】
一方、図１０（ｂ）  に示すＣＳＰ構造の半導体装置においては、半導体チップ５０が、能動面を下側にして、回路基板５３上に搭載されている（フェイスダウンボンディング）。能動面に設けられた平面電極（図示せず）上には突起電極５６が形成され、突起電極５６と配線層５４上の平面電極（図示せず）とが直接接続されている。このような、電極同士を直接接続する接続形式は、一般にフリップチップボンディングと呼ばれている。
【０００６】
また、携帯用情報機器等に実装される構造においては、付加価値や容量の更なる増大を狙って、一つのパッケージ内に複数の半導体チップを搭載させて、実装密度を高めているものがある。この場合、単に複数の半導体チップを平面的に配置するマルチチップモジュールでは、半導体チップの総面積より小さい半導体パッケージを作ることはできない。
【０００７】
そこで、複数の半導体チップを積層して搭載することによって実装密度を更に高める手法が用いられている。図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に、半導体チップを積層したＣＳＰ構造の半導体装置を示す。
【０００８】
図１１（ａ）に示すＣＳＰ構造の半導体装置においては、回路基板５３上に、第１半導体チップ５１及び第２半導体チップ５２が積層して搭載され、かつ、そのそれぞれがワイヤ５８を用いたワイヤボンディングにより回路基板５３と接続されている（従来技術▲１▼）。
【０００９】
図１１（ｂ）に示すＣＳＰ構造の半導体装置においては、回路基板５３上に積層された第１半導体チップ５１及び第２半導体チップ５２のうち、上方の第２半導体チップ５２はワイヤボンディングにより、下方の第１半導体チップ５１はフリップチップボンディングにより回路基板５３と接続されている（特開平５−４７９９８号公報，特開平７−３２６７１０号公報：従来技術▲２▼）。
【００１０】
また、図１２に示すように、上記従来技術▲２▼と同様にワイヤボンディングとフリップチップボンディングとを組み合わせた接続方式を採用し、かつ、マザーボード等の回路基板５３’上に、上方の第２半導体チップ５２が下方の第１半導体チップ５１よりも大きい構成の実装型の半導体装置が、特開昭６３−８４１２８号公報に開示されている（従来技術▲３▼）。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、これらの従来の構成では、使用できる半導体チップのサイズや組み合わせが制限されることとなり、用途が限定されるという問題を有している。
【００１２】
即ち、前述の図１１（ａ）に示した従来技術▲１▼においては、上方の第２半導体チップ５２が、下方の第１半導体チップ５１と同じ大きさか、或いはそれより大きい場合、第１半導体チップ５１の能動面において、平面電極６８ａを設けるためのスペースを確保することができない。したがって、第１半導体チップ５１よりも大きい第２半導体チップ５２を用いることができない。
【００１３】
一方、図１１（ｂ）に示した従来技術▲２▼においては、下方の第１半導体チップ５１がフリップチップボンディングにより回路基板５３と接続されているので、従来技術▲１▼の問題はおこらない。
【００１４】
しかしながら、この従来技術▲２▼においては、通常、第２半導体チップ５２の方が小さいか、同等である。これは、上方の第２半導体チップ５２を大きくすると、安定したワイヤボンディングを行うことができないからである。即ち、第２半導体チップ５２のワイヤ５８が接続される平面電極６８の下方に支えが無いために、ワイヤボンディング時の衝撃と荷重により第２半導体チップ５２を破壊する恐れや、あるいは十分な荷重や超音波を加えられない恐れがある。
【００１５】
尚、前述の図１２に示す従来技術▲３▼は、上方の第２半導体チップ５２を大きくする構成であるが、ワイヤボンディングを安定にするために、第２半導体チップ５２の平面電極６８は、あくまで下方の第１半導体チップ５１の範囲内に形成されている。
【００１６】
このような平面電極６８が第２半導体チップ５２の端部から離れた位置に設けられた構成では、ウェーハから半導体チップに分断するダイシング工程においてチップ周辺の素子がダメージを受けたり、チップの端部に接触したりする可能性が高くなるという問題がある。
【００１７】
したがって、一方のチップが正方形に近く、他方が細長い長方形の組み合わせ等、どちらのチップを下にしても突出するような組み合わせは採用できない。
【００１８】
尚、突出した第２半導体チップ５２の下部に、第１半導体チップ５１と同じ厚みの支持部材を挿入する手法も考えられるが、まったく同じ厚みの支持部材を精度良く形成するのは困難であり、プロセスが雑多になるためコストアップにつながり好ましくない。
【００１９】
また、たとえ上方の第２半導体チップ５２が小さくとも、第１半導体チップ５１に比べてはるかに小さい場合も組み合わすことができない。つまり、ワイヤ５８が長くなり、ワイヤ流れやワイヤの変形が発生しやすい。ワイヤ５８を短くするために、配線層５４においてできるだけ第１半導体チップ５１に近い位置にワイヤ５８を接続すると、第１半導体チップ５１のエッジと接触してショートする恐れがある。これを避ける為に、配線層５４において、第１半導体チップ５１から遠い位置にワイヤ５８を接続すると、パッケージサイズが大きくなる。
【００２０】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、複数の半導体チップを積み重ねることにより高密度化を図った半導体装置において、回路基板上に搭載された半導体チップから、その上に搭載された半導体チップの一部が突出する場合、突出部分に設けられた電極において良好なワイヤボンディングを行うことができる半導体装置及びその製造方法を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の半導体装置の製造方法は、上記の課題を解決するために、回路基板上に第１半導体チップがフリップチップボンディングされると共に、該第１半導体チップの背面に第２半導体チップが貼着され、かつ、該第２半導体チップが上記回路基板とワイヤボンディングされてなる半導体装置の製造方法において、上記第２半導体チップの外縁の少なくとも一辺が上記第１半導体チップの外縁より突出する場合、第１半導体チップを回路基板にフリップチップボンディングする際に、第１半導体チップと回路基板との間に接着剤を介在させ、この接着剤の一部を第１半導体チップと回路基板との間からはみ出させ、このはみ出た接着剤の高さを第１半導体チップの背面と同じ高さに調整して第２半導体チップにおける突出部分の支持部を形成することを特徴としている。
【００２２】
上記の方法によれば、上方の第２半導体チップの外縁の少なくとも一辺が下方の第１半導体チップの外縁より突出する場合、上記第１半導体チップを上記回路基板にフリップチップボンディングする際に、第１半導体チップと回路基板との間に介在させる接着剤にて、第２半導体チップの突出部分の支持部を形成する。
【００２３】
したがって、この突出部分に形成されている電極であっても、衝撃と荷重により第２半導体チップを破壊することなく、十分な荷重や超音波を加えてワイヤボンディングできる。
【００２４】
これにより、下方に比べて上方が大きい半導体チップの組み合わせはもちろんのこと、正方形と長方形といったどちらを下にしても上方の一部が突出してしまう組み合わせや、極端に一方が小さく、小さい方を上方に持ってきても、ワイヤ流れや、下方の半導体チップとのショートを引き起こし兼ねない組み合わせであっても、下方に極端に小さい半導体チップを持ってくることで、問題なく搭載できる。
【００２５】
しかも、第２半導体チップの突出部分の支持部として、新たな部材を別途形成する構成ではなく、回路基板に第１半導体チップをフリップチップボンディングする工程で、接着剤を用いると共にその量を調整するといった簡単なことで容易に支持部を形成でき、かつ、例えば後述する請求項２、請求項４に記載した製造方法を採用することで、支持部の高さの精度も簡単に出せる。
【００２６】
本発明の請求項２に記載の半導体装置の製造方法は、上記の課題を解決するために、上記支持部となるはみ出た接着剤の高さの調整を、上記第１半導体チップをフリップチップボンディングする際に用いる、第１半導体チップを吸着支持する吸着支持部材の吸着面を利用して行うことを特徴としている。
【００２７】
上記支持部は、第１半導体チップの背面より低過ぎると第２半導体チップの突出部分を安定して支持できず、反対に高過ぎても、余分な負荷を与えてしまうので、第２半導体チップの背面と同じ高さである必要がある。
【００２８】
上記の方法によれば、回路基板に第１半導体チップをフリップチップボンディングする工程で使用される治具であって、第１半導体チップを背面側から吸着する吸着支持部材の吸着面を利用して、はみ出た第２接着剤の高さを第１半導体チップの背面と同じに調整するので、容易、かつ確実に、第１半導体チップの背面と同じ高さにできる。
【００２９】
本発明の請求項３に記載の半導体装置の製造方法は、上記の課題を解決するために、請求項２に記載の製造方法において、上記吸着支持部材の吸着面に、上記接着剤との離隔性を向上させる加工を施しておくことを特徴としている。
【００３０】
上記の方法によれば、吸着支持部材の吸着面に、接着剤との離隔性を向上させる加工を施しておくので、第１半導体チップを回路基板へ接着させた後、吸着支持部材を容易に離隔することができる。例えば、上記吸着面にフッ素系樹脂からなる皮膜を形成することにより接着剤との離隔性を向上させることができる。
【００３１】
本発明の請求項４に記載の半導体装置の製造方法は、上記の課題を解決するために、請求項１に記載の製造方法において、上記第１半導体チップを上記回路基板上にフリップチップボンディングする前に、該第１半導体チップと上記第２半導体チップとを貼着しておき、第２半導体チップの突出部分にて、上記支持部となるはみ出た接着剤の高さの調整を行うことを特徴としている。
【００３２】
上記の方法によれば、先に第１半導体チップと第２半導体チップとを貼着しておくことで、第１半導体チップを回路基板にフリップチップボンディングする際に、第２半導体チップの突出部分にて直接、支持部となるはみ出た接着剤の高さを調整させるので、容易、かつ確実に、第１半導体チップの背面と同じ高さにできることはもちろんのこと、従来から用いられている治具に何らの加工を施すことなく製造できる。
【００３３】
本発明の請求項５に記載の半導体装置の製造方法は、上記の課題を解決するために、請求項４に記載の製造方法において、上記第１半導体チップと上記第２半導体チップとの貼着を、液状、あるいは加熱により流動する接着剤を用いて行い、第１半導体チップの外縁にフィレットを形成しておくことを特徴としている。
【００３４】
上記の方法によれば、液状、あるいは加熱により流動する接着剤を用いて、第１半導体チップと第２半導体チップとを貼着して、第１半導体チップの外縁にフィレットを形成しておくので、後工程で第１半導体チップを回路基板にフリップチップボンディングする際に押し出されてはみ出る接着剤の流れをスムースにすることができる。したがって、気泡の巻き込みを防止し、ボイド発生を抑制することができ、歩留まりを上げることができる。
【００３５】
本発明の請求項６に記載の半導体装置の製造方法は、上記の課題を解決するために、請求項１ないし５の何れかに記載の製造方法において、上記第１半導体チップを上記回路基板にフリップチップボンディングする際に用いる上記接着剤として、熱硬化性の接着剤を用いることを特徴としている。
【００３６】
上記の方法によれば、第１半導体チップを回路基板にフリップチップボンディングする際に用いる上記接着剤が熱硬化性を有するので、支持部が熱に強くなる。したがって、第２半導体チップの該支持部に支持された部分にワイヤボンディングを行っても、その際の熱や超音波にて支持部が軟化するようなことがなく、安定して第２半導体チップを支持でき、より良好なワイヤボンディングを行うことができる。
【００３７】
本発明の請求項７に記載の半導体装置は、上記の課題を解決するために、回路基板上に第１半導体チップがフリップチップボンディングされると共に、該第１半導体チップの背面に第２半導体チップが貼着され、かつ、該第２半導体チップが上記回路基板とワイヤボンディングされてなる半導体装置において、上記第２半導体チップの外縁の少なくとも一辺が上記第１半導体チップの外縁より突出しており、第２半導体チップにおける突出部分の下方が、上記第１半導体チップと回路基板とを接着する接着剤にて埋められていることを特徴としている。
【００３８】
上記の構成によれば、上方の第２半導体チップにおける第１半導体チップより突出した部分（突出部分）の下方が、第１半導体チップを回路基板にフリップチップボンディングする際に用いる接着剤で埋められているので、第２半導体チップのこの突出部分に形成された電極のワイヤボンディングを安定して行うことができる。
【００３９】
つまり、これにより、上方の第２半導体チップの一部が下方の第１半導体チップから突出している場合であっても、この突出部分に電極を配置することが可能となる。
【００４０】
その結果、２つの半導体チップが積層して搭載された半導体装置において、長方形と正方形、極端な大小の違い等、さまざまなサイズの半導体チップの組み合わせが可能となる。
【００４１】
【発明の実施の形態】
〔実施の形態１〕
本発明に係る実施の一形態を、図１ないし図５に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００４２】
本実施の形態に係る半導体装置は、図１に示すように、ＣＳＰ（Ｃｈｉｐ  Ｓｉｚｅ  Ｐａｃｋａｇｅ  ）構造を有し、回路基板３上に、第１半導体チップ１と第２半導体チップ２が積層され、これらの第１半導体チップ１及び第２半導体チップ２が被覆樹脂９にて被覆されている。以下、第１半導体チップ１及び第２半導体チップ２においてトランジスタ等の素子（図示せず）が形成されている側の面を、「能動面」と呼び、上記能動面の反対側の面を「裏面」（請求項では「背面」）と呼ぶ。
【００４３】
回路基板３は、第１半導体チップ１が搭載される側の一方面に配線層４が形成され、その反対側の面に実装用外部端子１０が設けられている。実装用外部端子１０と、配線層４とは、回路基板３に設けられた貫通孔１１を介して電気的に接続されている。
【００４４】
第１半導体チップ１は、能動面を回路基板３側にして搭載されている。能動面に形成されている平面電極（図示せず）には、突起電極６が形成され、この突起電極６と回路基板３の配線層４の平面電極（図示せず）とが接続されている。つまり、第１半導体チップ１は回路基板３とフリップチップボンディングされている。
【００４５】
第２半導体チップ２は、第１半導体チップ１より縦横共に大きく、能動面を回路基板３側とは反対側に向けて搭載されている。第２半導体チップ２の裏面は、絶縁性の接着剤７により第１半導体チップ１の裏面に貼り合わされている。能動面の平面電極１８は、第１半導体チップ１及び第２半導体チップ２とを積層した状態で、突出した部分に設けられ、回路基板３の配線層４の平面電極（図示せず）とが、ワイヤ８により接続されている。つまり、第２半導体チップ２は回路基板３とワイヤボンディングされている。
【００４６】
そして、図１２に示した従来の半導体装置とは異なり、平面電極１８は、下方が支持部２１にて支持された第２半導体チップ２の突出部（突出部分）に設けられている。突出部に形成された平面電極１８であっても、突出部が支持部２１にて支持されているので、衝撃と荷重により第２半導体チップ２を破壊することなく、十分な荷重や超音波を加えて、安定したワイヤボンディングが実施されている。
【００４７】
この支持部２１は、後述するように、第１半導体チップ１を回路基板３にフリップチップボンディングする際に使用するフィルム状の異方性導電接着剤２０の一部が、硬化したものである。
【００４８】
次に、上記の構造を有する半導体装置の製造工程について、図２ないし図４を用いて説明する。図２（ａ）ないし図２（ｆ）は、上記半導体装置を複数個製造する工程を示す断面図であり、例として、４組のＣＳＰ構造の半導体装置を一括製造する場合を示している。
【００４９】
まず、図２（ａ）に示すように、フィルム状の異方性導電接着剤２０を回路基板３Ａに貼りつけ仮圧着する。回路基板３Ａには、特に図示するものではないが、前述の配線層４が４組形成されており、それぞれの配線層４を覆うように異方性導電接着剤２０を仮圧着する。仮圧着は、例えば、加熱条件１００℃１０ｓｅｃ、圧力１０ｋｇｆ／ｃｍ２  で行うことができる。
【００５０】
異方性導電接着剤２０は、後述する理由により、熱硬化性の樹脂からなることが好ましく、例えば、エポキシをベースとした熱硬化性のバインダーに、ＡｕやＮｉの金属粒子や樹脂に金属メッキした粒子等の導電粒子を分散混入させたフィルム状の接着樹脂である。
【００５１】
尚、異方性導電接着剤２０以外に、突起電極６と回路基板３Ａの平面電極との接合の信頼性が充分えられる接着剤であれば、絶縁性の接着剤を用いることもできる。絶縁性の接着剤としては、例えば、樹脂の接着力や収縮力のみにより突起電極６と回路基板３Ａの平面電極との導通が得られるタイプの接着剤を用いることができる。尚、後述する実施の形態３において用いる接着シート２３（図８参照）は、このタイプの絶縁性の接着剤の一例である。
【００５２】
次に、図２（ｂ）に示すように、第１半導体チップ１を異方性導電接着剤２０上に搭載する。第１半導体チップ１は、能動面を回路基板３Ａ側に向けて搭載し、突起電極６を介して回路基板３Ａと接続する。このとき、異方導電性接着剤２０を第１半導体チップ１から押し出してはみ出させ、はみ出た樹脂である支持部２１と、第１半導体チップ１の裏面とを同じ高さにする。
【００５３】
次に、図２（ｃ）に示すように、第１半導体チップ１及び支持部２１上に、能動面を上にして第２半導体チップ２を搭載する。
【００５４】
その後、図２（ｄ）に示すように、第２半導体チップ２と回路基板３Ａとをワイヤ８により接続し、第１半導体チップ１、第２半導体チップ２、ワイヤ８、及び回路基板３Ａを被覆樹脂９により被覆する。これにより、回路基板３Ａ上への第１半導体チップ１及び第２半導体チップ２の搭載が完了する。
【００５５】
その後、図２（ｅ）に示すように、回路基板３Ａの貫通孔１１（図１参照）部分に、実装用外部端子１０として半田ボールを形成し、回路基板３Ａの不要部分で切断することによって、図２（ｆ）に示す単品のＣＳＰ構造の半導体装置が完成する。
【００５６】
以上の工程のうち、第１半導体チップ１及び第２半導体チップ２を回路基板３Ａに接続する工程を、図３及び図４を用いてさらに詳細に説明する。
【００５７】
まず、図３（ａ）に示すように、ボンディングツール（吸着支持部材）１４を用いて第１半導体チップ１を回路基板３Ａに対向させる。ボンディングツール１４は、吸引ノズル１２と吸着面１３とを有しており、第１半導体チップ１の裏面側から吸着面１３に吸着させ、回路基板３Ａに対向させる。このとき、第１半導体チップ１の突起電極６と配線層４上に設けられた平面電極（図示せず）との位置合わせを行う。
【００５８】
次に、図３（ｂ）に示すように、ボンディングツール１４を用いて加圧、加熱して、突起電極６と回路基板３Ａの平面電極（図示せず）とを接触させる。加熱により異方性導電接着剤２０は軟化し、その一部が第１半導体チップ１の外部に押し出されてはみ出す。はみ出た樹脂である支持部２１は、盛り上がり、やがてボンディングツール１４の吸着面１３に接触する。このように、ボンディングツール１４の吸着面１３を利用して、支持部２１の高さを第１半導体チップ１の裏面と同じ高さにしておく。
【００５９】
さらに、第１半導体チップ１と回路基板３Ａとの間隙を狭めていくと、異方性導電接着剤２０及び支持部２１の硬化が進んで行く。異方性導電接着剤２０中の導電粒子は突起電極６と回路基板３Ａの平面電極との間に挟まれ、突起電極６と平面電極との導通が得られる。
【００６０】
異方性導電接着剤２０としては、例えば、ソニーケミカル製の異方性導電接着剤のＭＪ９３２を用いることが可能であり、この場合、１３０℃程度で流動性良く軟化する。
【００６１】
また、一例として、第１半導体チップ１の大きさが８．４×６．３ｍｍ２  で厚さ０．２ｍｍ、第２半導体チップ２の大きさが１０．４×８．３ｍｍ２  、接続後のバンプ高さ（第１半導体チップ１の能動面と配線層４との距離）が０．０２５ｍｍ、回路基板３Ａ側の凹凸は無視して平坦とみなして計算したところ、異方性導電接着剤２０としては、大きさが９×７ｍｍ２  で厚さが０．１５ｍｍ程度のフィルム状のものを使用する必要があることがわかった。
【００６２】
所定の加圧と加熱を行うことで支持部２１が十分に硬化が進めば、ボンディングツール１４を冷却し、ボンディングツール１４を第１半導体チップ１から離隔する（図３（ｃ）参照）。
【００６３】
第１半導体チップ１に形成された突起電極６の数が４０個で、第１半導体チップ１の大きさが８．４×６．３ｍｍ２  の時、圧力は１０ｋｇｆ／チップで加熱条件は２００℃３０ｓｅｃ程度が適することがわかっている。
【００６４】
この場合、ボンディングツール１４の吸着面１３に、例えば、フッ素樹脂系の皮膜を予め形成しておけば、容易にボンディングツール１４と支持部２１の離隔が行える。フッ素樹脂系の皮膜としては、例えば日本プロトン（株）のプロトニクスシステムがある。
【００６５】
次に、図４（ａ）に示すように、第２半導体チップ２を第１半導体チップ１の裏面に貼着する。第２半導体チップ２の裏面には、予め接着剤７が塗布されており、この接着剤７により、第２半導体チップ２を第１半導体チップ１上に固定する。
【００６６】
接着剤７としては、第１半導体チップ１の支持基板と第２半導体チップ２の支持基板との電位が同じであれば導電性のものを使用し、電位が異なる場合は絶縁性のものを使用する。また、接着剤７として、フィルム状、ペースト状、及び液状のものなど、特に制限なく使用できる。
【００６７】
その後、図４（ｂ）に示すように、第２半導体チップ２の平面電極１８と回路基板３Ａとを、ワイヤ８により接続する。このとき、支持部２１により平面電極１８が支持されているので、ワイヤボンディングを行う際に、衝撃と荷重により第２半導体チップ２を破壊することなく、十分な荷重や超音波を加えることができる。また、このとき異方性導電接着剤２０として熱硬化性を有する接着樹脂を用いると、熱や超音波を加えても軟化することなく、安定して第２半導体チップ２を支持することができる。
【００６８】
尚、本実施の形態では、ＣＳＰ構造の半導体装置を例として説明したが、上記の構造は、図５に示すように、第１半導体チップ１及び第２半導体チップ２を、マザーボード等の回路基板３’上に実装した実装型の半導体装置にも適用することができる。
【００６９】
即ち、図１に示す構造と同様に、回路基板３’上に、第１半導体チップ１及び第２半導体チップ２が積層され、被覆樹脂９により被覆されている。第１半導体チップ１及び第２半導体チップ２は、それぞれフリップチップボンディング、ワイヤボンディングにより回路基板３’に接続されている。異方性導電接着剤２０がはみ出た樹脂である支持部２１により、第２半導体チップ２の、平面電極１８が設けられた突出部が、下方から支持されている。したがって、平面電極１８におけるワイヤボンディング時において、衝撃と荷重により第２半導体チップ２を破壊することなく、十分な荷重や超音波を加えることができる。
【００７０】
以上のように、本実施の形態では、第１半導体チップ１を回路基板３にフリップチップボンディングする際に、異方性導電接着剤２０を用いると共に、その一部を第１半導体チップ１と回路基板３との間からはみ出させ、はみ出た接着剤の高さを第１半導体チップ１の背面と同じ高さに調整して、第２半導体チップ２における該突出部に形成された平面電極１８をワイヤボンディングする際の支持部２１を形成する。
【００７１】
つまり、回路基板３上に、突起電極６が形成された第１半導体チップ１を、異方性導電接着剤２０を介してフリップチップ接続すると同時に、異方性導電接着剤２０の一部を第１半導体チップ１と回路基板３との間より排出し、かつ、形成された支持部２１の高さが第１半導体チップ１の背面と同一高さとし、その後、異方性導電接着剤２０を硬化する工程と、第１半導体チップ１の背面及び形成された支持部２１の上に第２半導体チップ２を貼り付ける工程と、第２半導体チップ２の平面電極１８と回路基板３の平面電極がワイヤーボンディングにより接続する工程とを有する。
【００７２】
これにより、下方に位置する第１半導体チップ１より上方の第２半導体チップ２が突出する場合であっても、その突出部に形成された平面電極１８に対して安定してワイヤボンディングを実施できる。
【００７３】
これにより、下方に比べて上方が大きい半導体チップの組み合わせはもちろんのこと、正方形と長方形といったどちらを下にしても上方の一部が突出してしまう組み合わせや、極端に一方が小さい組み合わせなど、積み重ねる半導体チップの形状やサイズの組み合わせにとらわれることなく、実装密度の高い半導体装置を得ることができる。
【００７４】
〔実施の形態２〕
本発明に係る他の実施の形態を、図６及び図７に基づいて説明すれば、以下の通りである。尚、説明の便宜上、実施の形態１にて示した部材と同一の機能を有する部材には、同一の符号を付記し、その説明を省略する。
【００７５】
本実施の形態で説明する半導体装置の構成も、前述の図１に示した実施の形態１で説明したＣＳＰ構造の半導体装置と同じである。
【００７６】
以下、製造方法について説明する。
【００７７】
実施の形態１においては、第１半導体チップ１を回路基板３に搭載して接着した後に、第２半導体チップ２を第１半導体チップ１上に搭載して接着したが、ここでは、第２半導体チップ２と第１半導体チップ１とを予め接着しておき、接着された第１半導体チップ１及び第２半導体チップ２を、回路基板３に搭載して接着する。
【００７８】
即ち、まず、図６に示すように、第１半導体チップ１と第２半導体チップ２とを接着剤７により貼着する。
【００７９】
図６（ａ）は、接着剤７がフィルム状の場合であり、図６（ｂ）は、ペースト状、液状、あるいは加熱により流動するものの場合である。
【００８０】
図６（ａ）に示すように、接着剤７がフィルム状の場合は、第１半導体チップ１がウェーハ状態のときに、ウェーハの裏面にフィルム状の接着剤７を熱圧着により貼り付ける。その後、第１半導体チップ１として切り出すことにより、接着剤７を第１半導体チップ１の裏面に位置ずれなく貼り付けることができる。更に、接着剤７に第２半導体チップ２の裏面（図６（ａ）においては上側の面）を押し当て、所定の加重及び加熱により接着することができる。
【００８１】
また、図６（ｂ）に示すように、接着剤７がペースト状、液状、あるいは加熱により流動するものの場合は、第２半導体チップ２の裏面（図６（ｂ）においては上側の面）にディスペンサ等により接着剤７を適量塗布した後、第１半導体チップ１の裏面を押し当てる。その後、所定の加熱条件により接着剤７を加熱硬化させる。このとき、接着剤７が液状、あるいは加熱により流動するものの場合は、第１半導体チップ１の外縁にフィレット２２を形成しておく。
【００８２】
このようにして貼り合わせた第１半導体チップ１及び第２半導体チップ２を、図７（ａ）に示すように、対向基板３Ａに対向させる。尚、ここでは第１半導体チップ１の外縁に予めフィレット２２を形成した場合を示している。
【００８３】
次に、図７（ｂ）に示すように、ボンディングツール１４を下降させ、第１半導体チップ１に形成された突起電極６と回路基板３Ａの平面電極とを当接させる。更に荷重を加え、第１半導体チップ１と回路基板３Ａとの間の距離を次第に狭めていくと、異方性導電接着剤２０は第１半導体チップ１の能動面全体に濡れ広がり、やがて過剰な異方性導電接着剤２０が第１半導体チップ１の外部にはみ出す。はみ出た樹脂である支持部２１は、第１半導体チップ１の外縁に沿うように盛り上がり、第２半導体チップ２の裏面に接触する。
【００８４】
以降の工程は、実施の形態１に係る半導体装置の製造工程と同様であり、第２半導体チップ２のワイヤボンディング時には、はみ出た樹脂の硬化物を支持部２１として利用することによって、第２半導体チップ２を破壊することなく十分な荷重や超音波を加えることができる。
【００８５】
このように、本実施の形態では、第１半導体チップ１を回路基板３上にフリップチップボンディングする前に、該第１半導体チップ１と第２半導体チップ２とを貼着しておき、第２半導体チップ２の突出部にて、上記支持部２１となるはみ出た接着剤の高さを、第１半導体チップ１の背面と同じ高さに調整する。
【００８６】
つまり、突起電極６の形成された第１半導体チップ１の背面と第１半導体チップ１よりも少なくとも一対の辺が大きい第２半導体チップ２の背面を貼りあわせる工程と、第１半導体チップ１の能動面と回路基板３とを対向させ異方性導電接着剤２０を介してフリップチップ接続すると同時に異方性導電接着剤２０の一部を第１半導体チップ１と回路基板３との間より排出することにより第１半導体チップ１の外縁よりも突出した第２半導体チップ２の支持部２１とする工程と、第２半導体チップ２の平面電極１８と回路基板３の平面電極とをワイヤーボンディングにより接続する工程とを有する。
【００８７】
したがって、支持部２１は第２半導体チップ２により堰きとめられるため、ボンディングツール１４の吸着面１３には接触しない。それゆえ、実施の形態１で説明した製造方法では必要であった、吸着面１３にフッ素系樹脂からなる皮膜を形成する等の、支持部２１との離隔性を向上させるための加工が不要であり、製造コストの増大を防ぐことができる。
【００８８】
また、特に、図７（ｂ）に示すように、第１半導体チップ１の外縁に予めフィレット２２を形成しておく場合は、第１半導体チップ１を回路基板３Ａに接着するときに、異方性導電接着剤２０の流れをスムースにすることができる。これにより、気泡の巻き込みを防止し、ボイド発生を抑制することができ、歩留まりを上げることができるといった効果が期待できる。
【００８９】
〔実施の形態３〕
本発明に係るさらに他の実施の形態を、図８及び図９に基づいて説明すれば、以下の通りである。尚、説明の便宜上、実施の形態１，２にて示した部材と同一の機能を有する部材には、同一の符号を付記し、その説明を省略する。
【００９０】
本実施の形態で説明する半導体装置の構成は、前述の図５に示した実施の形態１で説明した実装型の半導体装置とほぼ同じであるが、第１半導体チップ１と回路基板３’との場合は、フリップチップボンディング時の電気的接続、及び第１半導体チップ１と回路基板３’との機械的接続の両方を、接着剤である異方性導電接着剤２０のみにて行っていたが、ここでは、電気的接続はあくまで半田１６を用いて行い、機械的接続を半田１６と接着シート２３とを用いて行っている点が異なる。
【００９１】
製造方法については、実施の形態２とほぼ同じであるが、回路基板３’の平面電極上に半田１６を供給し、さらにその上に接着シート２３を供給する点で異なっている。
【００９２】
以下、製造方法について説明する。
即ち、第１半導体チップ１を回路基板３’に接着する前に、図８（ａ）に示すように、予め回路基板３’に半田１６及び接着シート２３を供給しておく。具体的には、マザーボード等の回路基板３’の配線層４上に平面電極（図示せず）を設け、上記平面電極上に、Ａｇ、Ｓｎを主成分とする半田１６を供給する。さらに、回路基板３’上に、熱硬化性樹脂からなる接着シート２３を供給し、上記平面電極を覆う。
【００９３】
接着シート２３は、例えばエポキシを主成分とする熱硬化性の接着樹脂であって、１００℃から１５０℃付近では軟化して流動性を有するが、２００℃程度以上の加熱により硬化が進展するようなものが望ましい。例として日東電工（株）製のＰＦＭ２１００等が使用できる。
【００９４】
次に、図８（ｂ）に示すように、ボンディングツール１４を用いて加圧し、突起電極６と回路基板３’の平面電極とを当接させる。続いて加熱を行うことで、接着シート２３を流動させるとともに半田１６を溶融し、Ａｕからなる突起電極６と半田１６とを接合する。所定の時間、加圧、加熱を行うことで接着シート２３を硬化させた後、ボンディングツール１４を冷却し、突起電極６と半田１６との半田接合を完了させる。
【００９５】
このとき、流動してはみ出た樹脂である支持部２４は、第１半導体チップ１の外縁に沿うように盛り上がり、第２半導体チップ２の裏面に接触する。
【００９６】
次に、図９（ａ）に示すように、第２半導体チップ２の平面電極１８と回路基板３’の平面電極とをワイヤ８により接続する。
【００９７】
最後に、図９（ｂ）に示すように、第１半導体チップ１、第２半導体チップ２、ワイヤ８、及び回路基板３’を被覆樹脂９により被覆することで、本実施の形態の実装型の半導体装置が完成する。
【００９８】
尚、第１半導体チップ１の、Ａｕからなる突起電極６の代わりに、Ｓｎ、Ｐｂを主成分とする半田からなる半田突起電極を形成してもよい。半田突起電極を形成する方法としては、半田ワイヤを用いて、ワイヤボンディングを応用したワイヤバンプ法や、電解メッキにより供給する方法が知られている。この場合、回路基板３’の平面電極の最表面にはＡｕメッキを施す。通常、回路基板３’の配線材料はＣｕであり、その上に、ＡｕメッキあるいはＮｉメッキを施した後、Ａｕメッキを形成する。
【００９９】
【発明の効果】
本発明の請求項１に記載の半導体装置の製造方法は、以上のように、上記第２半導体チップの外縁の少なくとも一辺が上記第１半導体チップの外縁より突出する場合、第１半導体チップを回路基板にフリップチップボンディングする際に、第１半導体チップと回路基板との間に接着剤を介在させ、この接着剤の一部を第１半導体チップと回路基板との間からはみ出させ、このはみ出た接着剤の高さを第１半導体チップの背面と同じ高さに調整して第２半導体チップにおける突出部分の支持部を形成するものである。
【０１００】
これにより、下方に比べて上方が大きい半導体チップの組み合わせはもちろんのこと、正方形と長方形といったどちらを下にしても上方の一部が突出してしまう組み合わせや、極端に一方が小さい組み合わせであっても、問題なく積層して搭載できる。
【０１０１】
それゆえ、複数の半導体チップを積み重ねることにより高密度化を図った構成の半導体装置における設計の自由度を上げ得るという効果を奏する。
【０１０２】
本発明の請求項２に記載の半導体装置の製造方法は、以上のように、請求項１に記載の製造方法において、上記支持部となるはみ出た接着剤の高さの調整を、上記第１半導体チップをフリップチップボンディングする際に用いる、第１半導体チップを吸着支持する吸着支持部材の吸着面を利用して行うものである。
【０１０３】
それゆえ、支持部となる接着剤の高さ調整が、容易、かつ確実にできるので、請求項１に記載の製造方法を容易に実現できるという効果を奏する。
【０１０４】
本発明の請求項３に記載の半導体装置の製造方法は、以上のように、請求項２に記載の製造方法において、上記吸着支持部材の吸着面に、上記接着剤との離隔性を向上させる加工を施しておくものである。
【０１０５】
それゆえ、請求項２に記載の製造方法による効果に加えて、第１半導体チップを回路基板へ接着させた後、吸着支持部材を容易に離隔することができるという効果を併せて奏する。
【０１０６】
本発明の請求項４に記載の半導体装置の製造方法は、以上のように、請求項１に記載の製造方法において、上記第１半導体チップを上記回路基板上にフリップチップボンディングする前に、該第１半導体チップと上記第２半導体チップとを貼着しておき、第２半導体チップの突出部分にて、上記支持部となるはみ出た接着剤の高さの調整を行うものである。
【０１０７】
それゆえ、支持部となる接着剤の高さ調整が、容易、かつ確実に、しかも従来から用いられている治具に何らの加工を施すことなく製造できるので、請求項１に記載の製造方法を容易に、かつ従来の治具をそのまま利用して実現できるという効果を奏する。
【０１０８】
本発明の請求項５に記載の半導体装置の製造方法は、以上のように、請求項４に記載の製造方法において、上記第１半導体チップと上記第２半導体チップとの貼着を、液状、あるいは加熱により流動する接着剤を用いて行い、第１半導体チップの外縁にフィレットを形成しておくものである。
【０１０９】
それゆえ、請求項４に記載の製造方法による効果に加えて、第１半導体チップを回路基板にフリップチップボンディングする際に押し出されてはみ出る接着剤の流れをスムースにするので、気泡の巻き込みを防止し、ボイド発生を抑制することができ、歩留まりを上げることができるという効果を併せて奏する。
【０１１０】
本発明の請求項６に記載の半導体装置の製造方法は、以上のように、請求項１ないし５の何れかに記載の製造方法において、上記第１半導体チップを上記回路基板にフリップチップボンディングする際に用いる上記接着剤として、熱硬化性の接着剤を用いるものである。
【０１１１】
それゆえ、請求項１ないし５の何れかに記載の製造方法による効果に加えて、接着剤が、熱や超音波を加えても軟化することなく、安定して第２半導体チップを支持するため、熱硬化性でない接着剤を用いる場合よりも良好なワイヤボンディングを行うことができるという効果を併せて奏する。
【０１１２】
本発明の請求項７に記載の半導体装置は、以上のように、回路基板上に第１半導体チップがフリップチップボンディングされると共に、該第１半導体チップの背面に第２半導体チップが貼着され、かつ、該第２半導体チップが上記回路基板とワイヤボンディングされてなる半導体装置において、上記第２半導体チップの外縁の少なくとも一辺が上記第１半導体チップの外縁より突出しており、第２半導体チップにおける突出部分の下方が、上記第１半導体チップと回路基板とを接着する接着剤にて埋められている構成である。
【０１１３】
これにより、上方の第２半導体チップの一部が下方の第１半導体チップから突出している場合であっても、この突出部分に電極を配置することができるため、２つの半導体チップが積層して搭載された半導体装置において、長方形と正方形、極端な大小の違い等、さまざまなサイズの半導体チップの組み合わせが可能となる。
【０１１４】
それゆえ、複数の半導体チップを積み重ねることにより高密度化を図った構成の半導体装置における設計の自由度を上げ得るという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の実施の一形態を示すもので、ＣＳＰ構造の半導体装置の断面図である。
【図２】図２（ａ）ないし図２（ｆ）はともに、図１に示す半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図３】図３（ａ）ないし図３（ｃ）はともに、第１半導体チップを回路基板に接着する工程を示す断面図である。
【図４】図４（ａ）は、第２半導体チップを搭載した状態、図４（ｂ）は、第２半導体チップを回路基板にワイヤボンディングした状態を示す断面図である。
【図５】図５は、本発明の実施の他の形態を示すもので、実装型の半導体装置の断面図である。
【図６】図６（ａ）及び図６（ｂ）はともに、本発明の実施の他の形態を示すもので、第１半導体チップと第２半導体チップとの貼着例を示す斜視図である。
【図７】図７（ａ）及び図７（ｂ）はともに、貼着された第１半導体チップ及び第２半導体チップを回路基板に搭載する工程を示す断面図である。
【図８】図８（ａ）及び図８（ｂ）はともに、本発明の実施の他の形態を示すもので、実装型の半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図９】図９（ａ）及び図９（ｂ）はともに、図８（ｂ）の工程の後の工程を示す断面図である。
【図１０】図１０（ａ）及び図１０（ｂ）はともに、従来の半導体装置の断面図である。
【図１１】図１１（ａ）及び図１１（ｂ）はともに、従来の半導体装置の断面図である。
【図１２】図１２は、従来の半導体装置の断面図である。
【符号の説明】
１    第１半導体チップ
２    第２半導体チップ
３    回路基板
３’    回路基板
７    接着剤
８    ワイヤ
１３    吸着面
１４    ボンディングツール（吸着支持部材）
１８      平面電極
２０    異方性導電接着剤（接着剤）
２１        支持部
２２    フィレット
２３    接着シート（接着剤）
２４        支持部
【図１】
0003565319.tif 000002
【図２】
0003565319.tif 000003
【図３】
0003565319.tif 000004
【図４】
0003565319.tif 000005
【図５】
0003565319.tif 000006
【図６】
0003565319.tif 000007
【図７】
0003565319.tif 000008
【図８】
0003565319.tif 000009
【図９】
0003565319.tif 000010
【図１０】
0003565319.tif 000011
【図１１】
0003565319.tif 000012
【図１２】
0003565319.tif 000013