(57)【要約】【課題】半導体パッケージの製品品質の向上と工程の簡素化を図る。【解決手段】半導体ウエハのダイシング工程Ｓ１０１と、仮接着フィルムに載置した半導体チップを導電性連結材により連結し、半導体チップの面の半導体集積回路の反対側の面を除いた面と、導電性連結材とを樹脂封止し、更に個片化するチップ封止体形成工程Ｓ１０２と、仮接着フィルムを除去し、半導体チップの面のうち半導体集積回路の反対側の面を露出させるチップ面露出工程Ｓ１０３と、複数のチップ封止体を積層し、樹脂表面に露出した導電性連結材の端部をボンディングワイヤにより接続してチップ積層体を形成する導電接続工程Ｓ１０４と、チップ積層体を配線基板上に搭載するチップ積層体搭載工程Ｓ１０５とを有する半導体チップ積層体の製造方法。【選択図】図３
2011061112.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体集積回路とパッドとを有する半導体ウエハをダイシングするダイシング工程と、
前記ダイシング工程により得られた半導体チップを、仮接着フィルムに載置し、前記パッドを導電性連結材を用いて連結し、前記半導体チップの面のうち前記半導体集積回路の反対側の面を除いた面と、前記導電性連結材とを樹脂封止し、更に個片化して、表面に前記導電性連結材の端部が露出したチップ封止体を形成するチップ封止体形成工程と、
前記仮接着フィルムを除去し、前記半導体チップの面のうち半導体集積回路の反対側の面を露出させるチップ面露出工程と、
前記複数のチップ封止体を積層し、前記表面に露出した導電性連結材の端部を、導電性のボンディングワイヤにより接続してチップ積層体を形成する導電接続工程と、
前記チップ積層体を配線基板上に搭載して半導体チップ積層体を形成するチップ積層体搭載工程とを有する、前記半導体チップ積層体の製造方法。
【請求項２】
半導体集積回路とパッドとを有する半導体ウエハをダイシングするダイシング工程と、
前記ダイシング工程で使用されたダイシングテープを、前記ダイシングされた半導体ウエハを載せたまま引っ張り拡大した後、前記半導体チップの前記パッドを導電性連結材を用いて連結し、前記半導体チップの面のうち前記半導体集積回路の反対側の面を除いた面と、前記導電性連結材とを樹脂封止し、さらに、個片化して、表面に前記導電性連結材の端部が露出したチップ封止体を形成するチップ封止体形成工程と、
前記ダイシングテープを除去し、前記半導体チップの面のうち半導体集積回路の反対側の面を露出させるチップ面露出工程と、
前記複数のチップ封止体を積層し、前記表面に露出した導電性連結材の端部を、導電性のボンディングワイヤにより接続してチップ積層体を形成する導電接続工程と、
前記チップ積層体を配線基板上に搭載して半導体チップ積層体を形成するチップ積層体搭載工程とを有する、前記半導体チップ積層体の製造方法。
【請求項３】
前記パッドの連結は、ワイヤボンディングの方法による請求項１又は２記載の半導体チップ積層体の製造方法。
【請求項４】
前記パッドの連結における前記ワイヤボンディングの方法は、該ボンディングの接続点の間の前記ボンディングワイヤを含む面内におけるボンディングワイヤの形状が、少なくとも１個の凹部を有する曲線となるように形成されることを特徴とする請求項３記載の半導体チップ積層体の製造方法。
【請求項５】
前記チップ封止体形成工程、前記導電接続工程及び前記チップ積層体搭載工程の実施を、前記樹脂封止に使用する封止樹脂の状態が、半硬化の状態において行うことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項記載の半導体チップ積層体の製造方法。
【請求項６】
前記チップ積層体の前記配線基板に対向しているチップ封止体の有する前記半導体チップが、前記配線基板とフリップチップ接続するフリップチップ接続工程を有する請求項１乃至５の何れか一項記載の半導体チップ積層体の製造方法。
【請求項７】
半導体集積回路と、パッドと、該パッドと外部装置とを接続する導電性連結材とを有する半導体チップが樹脂により封止されたチップ封止体であって、前記導電性連結材の外部装置側の端部及び前記半導体チップの前記半導体集積回路と反対側の面が、封止された前記チップ封止体の表面に露出している複数のチップ封止体と、
接続端子を有する配線基板と、
導電性のボンディングワイヤとを有する半導体チップ積層体が、
前記複数のチップ封止体が前記配線基板上に積層され、前記チップ封止体の有する前記導電性連結材の露出した端部のそれぞれを前記導電性のボンディングワイヤによって導電接続されていることを特徴とする前記半導体チップ積層体。
【請求項８】
前記半導体チップ積層体は、チップ積層体の最下層の半導体チップが、前記配線基板にフリップチップ実装されていることを特徴とする請求項７記載の半導体チップ積層体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップ積層体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の高密度実装技術の一つに、半導体チップをパッケージ化したチップサイズパッケージ（ＣＳＰ）が利用されている。ＣＳＰは、集積回路を有する半導体ウエハを分割、加工して得られたパッケージであり、単体で、または、更に結合されて、携帯情報機器または小型電子機器等に利用され、その高性能化、小型化への寄与が期待されている。メモリの大容量化等に応じて、チップの積層形成を特徴とするＣＳＰの技術が使用されるようになった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−３４０６９４号公報
【特許文献２】特表平１０−５０８１５４号公報
【特許文献３】特許第３８９５７６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
チップ積層の技術について、特許文献１及び特許文献２に掲載されているように、種々の提案がなされているが、その構造及び製造方法が複雑であり、半導体パッケージとして、上記のような産業界の高性能化、小型化への要求を十分に満足してはいない。
【０００５】
図１は、従来のチップの積層を例示する図である。複数の半導体チップ１１をその集積回路の面１２を配線基板１３の面に平行にして階段状に積層し、各々の半導体チップ１１の縁辺に配置されたパッド１４同士及び配線基板１３の接続端子１５を、ボンディングワイヤ１６を用いて接続する。階段状に配置されたパッドを順々にボンディングし、更に基板の接続端子に接続されるボンディングワイヤは、階段状の接続により配線長が長くなるため、電気的特性が低下することがある。また、チップの階段状の積層により、チップ積層体全体の占める面積が大きくなり、十分な高密度の半導体パッケージが得られないことがあった。また、チップ積層の製造工程が複雑なため、生産性の低下等を生じることがあった。
【０００６】
図２は、従来の他のチップ積層を例示する図である。半導体ウエハから切断されたチップ２１が積層され、ノズル２２からの塗布による電気伝導性エポキシ２３等により、チップ相互を導通した半導体パッケージである。電気伝導性エポキシ２３等とチップ２１のパッド２４との接続を確実にするため、各チップの側面は傾斜面２５の形状を有している。しかし、狹ピッチ化、絶縁性の確保等が容易でなく、パッケージの高密度化、工程の簡素化を進める上で、十分な技術とはいえなかった。
【０００７】
本発明は、チップ積層パッケージについてのこれらの問題点を解決するためになされたものであって、半導体パッケージの製品品質の向上と工程の簡素化を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、第１の発明は、半導体集積回路とパッドとを有する半導体ウエハをダイシングするダイシング工程と、前記ダイシング工程により得られた半導体チップを、仮接着フィルムに載置し、前記パッドを導電性連結材を用いて連結し、前記半導体チップの面のうち前記半導体集積回路の反対側の面を除いた面と、前記導電性連結材とを樹脂封止し、更に個片化して、表面に前記導電性連結材の端部が露出したチップ封止体を形成するチップ封止体形成工程と、
前記仮接着フィルムを除去し、前記半導体チップの面のうち半導体集積回路の反対側の面を露出させるチップ面露出工程と、前記複数のチップ封止体を積層し、前記表面に露出した導電性連結材の端部を、導電性のボンディングワイヤにより接続してチップ積層体を形成する導電接続工程と、前記チップ積層体を配線基板上に搭載して半導体チップ積層体を形成するチップ積層体搭載工程とを有する、前記半導体チップ積層体の製造方法を提供する。
【０００９】
また、上記目的を達成するため、第２の発明は、半導体集積回路とパッドとを有する半導体ウエハをダイシングするダイシング工程と、前記ダイシング工程で使用されたダイシングテープを、前記ダイシングされた半導体ウエハを載せたまま引っ張り拡大した後、前記半導体チップの前記パッドを導電性連結材を用いて連結し、前記半導体チップの面のうち前記半導体集積回路の反対側の面を除いた面と、前記導電性連結材とを樹脂封止し、さらに、個片化して、表面に前記導電性連結材の端部が露出したチップ封止体を形成するチップ封止体形成工程と、前記ダイシングテープを除去し、前記半導体チップの面のうち半導体集積回路の反対側の面を露出させるチップ面露出工程と、前記複数のチップ封止体を積層し、前記表面に露出した導電性連結材の端部を、導電性のボンディングワイヤにより接続してチップ積層体を形成する導電接続工程と、前記チップ積層体を配線基板上に搭載して半導体チップ積層体を形成するチップ積層体搭載工程とを有する、前記半導体チップ積層体の製造方法を提供する。
【００１０】
また、上記目的を達成するため、第３の発明は、半導体集積回路と、パッドと、該パッドと外部装置とを接続する導電性連結材とを有する半導体チップが樹脂により封止されたチップ封止体であって、前記導電性連結材の外部装置側の端部及び前記半導体チップの前記半導体集積回路と反対側の面が、封止された前記チップ封止体の表面に露出している複数のチップ封止体と、接続端子を有する配線基板と、導電性のボンディングワイヤとを有する半導体チップ積層体が、前記複数のチップ封止体が前記配線基板上に積層され、前記チップ封止体の有する前記導電性連結材の露出した端部のそれぞれを前記導電性のボンディングワイヤによって導電接続されていることを特徴とする前記半導体チップ積層体を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、半導体パッケージの製品品質の向上と工程の簡素化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】従来のチップの積層を例示する図である。
【図２】従来の、他のチップの積層を例示する図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る、チップ背面が露出した半導体チップ封止体を用いた、半導体チップ積層体の製造方法のステップを例示する図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る、半導体チップ積層体の製造方法の各ステップにおける、半導体チップ等の状態を例示する図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る製造方法における、ステップ４の導電接続工程の特徴を示すパッケージ形態を例示する図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態の変形例に係る、半導体チップ積層体の製造方法のステップを例示する図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態の変形例に係る、ダイシング及び半導体チップ間隔設定の状態を例示する図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る、最下層のチップ封止体がフリップチップ接続している半導体チップ積層体の製造方法のステップを例示する図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係る、チップ封止体形成工程におけるフリップチップ接続のためのバンプが形成された状態を例示する図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係る、チップ積層体がフリップチップ実装によって配線基板に搭載されている状態を例示する図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態の変形例に係る、チップ封止体の角部の切欠き状態を例示する図である。
【図１２】本発明の第５の実施の形態に係る、２次元配列の半導体チップ群を積層する半導体チップ積層体の製造方法のステップを例示する図である。
【図１３】本発明の第５の実施の形態に係る、２次元配列した半導体チップ群を用いた半導体チップ積層体の製造方法のステップにおける、特徴的な状態を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の実施の形態を説明する。なお、各図の説明において、各図に共通している同一構成部分については、その部分に同一の符号を付し、重複する場合にはその説明を省く。
【００１４】
〈第１の実施の形態〉
図３は、本発明の第１の実施の形態に係る、チップ背面が露出した半導体チップ封止体を用いた、半導体チップ積層体の製造方法のステップを例示する図である。各製造ステップは、ステップ１．ダイシング（Ｓ１０１）、ステップ２．チップ封止体形成（Ｓ１０２）、ステップ３．チップ面露出（Ｓ１０３）、ステップ４．導電接続（Ｓ１０４）及びステップ５．チップ積層体搭載（Ｓ１０５）の各ステップを有する。以下、図３の製造方法を、ステップの順を追って、図４及び図５の各ステップにおける半導体チップ等の状態を例示する図を参照しながら、説明する。
【００１５】
［ステップ１．ダイシング（Ｓ１０１）］
外径が６インチ、８インチ又は１２インチの半導体ウエハにダイシングテープを貼り付け（ステップ１．ａ．）、ダイサ装置に装着後、個々の半導体チップにダイシング（分離）する（ステップ１．ｂ．）。
【００１６】
図４の（ａ）は、ダイシングテープ４１の上の分離された半導体チップ４２を示している。
【００１７】
［ステップ２．チップ封止体形成（Ｓ１０２）］
半導体チップに導電性連結材を連結し、樹脂封止を行った後、チップ封止体の個片化を行う。
【００１８】
［ステップ２．ａ．半導体チップピックアップ等］
分離された半導体チップをピックアップして、仮接着フィルム上の所定の位置に載置する。チップ積層体に使用されるチップ封止体の相互の絶縁性確保のため、特に半導体チップの側面には、十分な絶縁材の厚さを要する。半導体チップ同士の十分な分離間隔を、半導体チップの側面の樹脂封止による封止代と、封止後のチップ封止体個片化におけるダイサ装置のブレードによる切り代（例えば２５μｍ〜３０μｍ）とから算定する。半導体チップの載置に際しては、光学的装置を用いた位置設定機構を用いて、十分な載置位置の精度を確保することができる。
【００１９】
図４の（ｂ）は、仮接着フィルム４３上に載置された半導体チップを示している。仮接着フィルム４３の材料としては、例えば日東電工（株）製リバアルファ等を使用することができる。
【００２０】
［ステップ２．ｂ．パッド連結（ワイヤボンディング）］
図４の（ｃ）は、パッド４４が連結された状態を示している。間隔が分離された半導体チップ４２の上のパッド４４同士を、ボンディング装置（図示せず）を用いて、導電性連結材（ボンディングワイヤ）４６によって連結する。ボンディングワイヤの直径は、通常、２０μｍ〜３０μｍであるが、接続を容易にする等の目的で、より大きい直径を使用することができる。連結されたボンディングワイヤの頂点の高さは、半導体チップの集積回路面から４０μｍの高さである。導電性連結材の材質は、金、アルミニウム、銅、タングステンまたはそれらの合金である。また、ボンディングワイヤの他にボンディングリボンを使用することができる。
【００２１】
パッド連結の形態は、各半導体チップを隔てている溝４５を跨ぐ形態である。溝を跨ぐ形態は、２段階先のチップ封止体個片化（図３のステップ２．ｄ．）において、ボンディングワイヤ４６を、チップ封止体個片化（２次ダイシング）した後の樹脂表面に露出させ、さらに導電接続するために必要な形態である。
【００２２】
また、パッド連結をするボンディングワイヤ４６の形状は、図４の（ｃ）に示すような上に凸の形状に限ることなく、ボンディングワイヤを横から見た形状が、例えば、図４の（ｄ）に示す英文字のＭ字形をなすように形成することができる。このボンディングワイヤの形状の形成は、樹脂表面における露出部分の面積を広くとって、導電接続（図３のステップ４．ｂ．）において精度よく導電接続するためである。また、横から見た形状は、Ｍ字形に限ることなく、「ボンディングの接続点の間のボンディングワイヤを含む面内におけるボンディングワイヤの形状が、少なくとも１個の凹部を有する曲線となるように形成」することができる。
【００２３】
［ステップ２．ｃ．集積回路面、側面及び導電性連結材の樹脂封止］
図４の（ｅ）は、一群のチップ封止体４０が形成された状態を例示する図である。半導体チップ４２の集積回路を有する主面４２ａ、側面４２ｂ及び導電性連結材（ボンディングワイヤ）４６が樹脂４７により封止されている。半導体チップ４２の主面４２ａの反対側の面４８のみは、仮接着フィルム４３に密着しているので、樹脂封止されず、後の仮接着フィルム４３の除去（ステップ３．）において、封止体の表面に露出する状態となる。
【００２４】
絶縁樹脂としては、例えば、エポキシ系樹脂を使用する。
【００２５】
（封止樹脂の２段階の固化状態）
本発明の製造方法は、各加工工程の目的に応じて、封止樹脂４７の２段階の固化状態を活用して加工を行うことを特徴としている。
【００２６】
封止樹脂を十分に固化する第２の固化状態の加工段階の前に、第１の固化状態として、半硬化状態（Ｂステージ）を維持し、数種の加工の工程を経る。
【００２７】
樹脂の第１の固化状態において、樹脂を半硬化状態として、低弾性を保ちつつ、封止樹脂の外形を維持させ、かつ、粘着性（タック性）の物性を活用する。ステップ２．ｄ．チップ封止体個片化（図３のＳ１０２）の工程からステップ５．ａ．チップ積層体の基板への接合（図３のＳ１０４）の工程までの各工程において、樹脂の半硬化状態を維持する。
【００２８】
第１の固化状態（半硬化状態）において、低弾性を維持するのは、所定の形状を要する撓みやすい導電性連結材（ボンディングワイヤ）の、形状を保つためである。パッドを連結したボンディングワイヤについて、接続面積を広げて導電接続を確実に行うため、ボンディングワイヤの軸の、封止端面とのなす角度を、一定の角度に保って接続面積を広げる。具体的には、上に凸の形状又はＭ字形等（図４の（ｄ）等）を形成する。樹脂封止の際に、樹脂の流れによりこれらの形状が崩れないよう、低弾性の樹脂による封止を行う。
【００２９】
封止樹脂の外形の維持は、次のチップ封止体個片化の工程（ステップ２．ｄ．）のダイサ装置による切削工程において、切削加工の力に抗して、封止樹脂の外形の形状を維持するためである。
【００３０】
粘着性を要するのは、封止樹脂自体に、複数のチップ封止体を積層し、また、チップ積層体を配線基板に接合する際の、接着機能を持たせるためである。
【００３１】
材料としては、例えば、東レ（株）のＷＬ―ＮＣＦ等は、第１の固化状態（半硬化状態）を維持して行う加工工程において低弾性の物性を有し、使用することができる。
【００３２】
ダイサ装置により受ける切削力に抗して樹脂の外形形状を維持するためには、樹脂のヤング率を、例えば、１Ｍ〜２０ＧＰａの範囲の値に維持すればよい。
【００３３】
第２の固化状態は、封止樹脂の剛体としての性質を有する状態である。チップ積層体の配線基板への接合時、封止樹脂の、保護、固定のための筐体としての機能を確実なものとする。周知の加圧、キュアを行うことにより、剛体としての性質を得る。
【００３４】
［ステップ２．ｄ．チップ封止体個片化（２次ダイシング）］
一群のチップ封止体４０（図４の（ｅ））をダイサ装置（図示せず）により個片化し、半導体チップ積層体に用いるチップ封止体を得る。
【００３５】
図４の（ｆ）は、一群のチップ封止体４０から個片化されたチップ封止体４９を例示する図である。個片化されたチップ封止体同士の間隔は、例えば２０μｍ〜３０μｍである。仮接着フィルム４３は、チップ封止体の個片化の際、あたかもウエハのダイシングにおけるダイシングテープの如く、切断されることなく、個片化された各チップ封止体を支持することができる。
【００３６】
ダイサ装置のブレードに平歯を使用した場合には、図４の（ｆ）に示すような、角部５０Ｃが直角をなす断面のチップ封止体が形成される。
【００３７】
［ステップ３．チップ面露出］
仮接着フィルム４３が、半導体チップの面のうち半導体集積回路の反対側の面、すなわち、半導体チップの裏面から除去され、または剥離されることによって、半導体チップの裏面が露出する。また、チップ封止体をピックアップし、剥離して、チップ面露出を行うことができる。
【００３８】
［ステップ４．導電接続］
複数のチップ封止体を相互に積層した後、各チップ封止体同士の導電接続を行う。
【００３９】
［ステップ４．ａ．チップ封止体積層（Ｓ１０４）］
図４の（ｆ）に示す個々のチップ封止体４９をピックアップして、同一の向きにして積層する。チップ封止体４９は、ピックアップ時に、仮接着フィルム４３から剥離される。このとき、各半導体チップの主面４２ａの反対側の面（チップ背面）４８は、封止樹脂の表面に露出しているが、積層時、その露出部分は他のチップ封止体の半硬化状態の樹脂によって覆われるので、半導体チップの全ての面が封止された状態になる。ただし、次の図５に示すように、最外側の半導体チップの裏面４２ｃは露出した状態となる。露出部分については、放熱面として活用し、放熱フィン等を接合し、または、他の樹脂により封止する等、使用条件に応じて加工することができる。
【００４０】
図５は、本発明の第１の実施の形態に係る製造方法における、ステップ４の導電接続工程の特徴を示すパッケージ形態を例示する図である。チップの背面の樹脂の接合箇所に注目すると、従来のチップの封止体の積層と比較して、チップ背面にそのチップ封止体の樹脂厚を有しない。従って、チップ背面が露出したチップ封止体を積層するので、それぞれのチップ封止体の樹脂厚の薄肉の効果によって、チップ封止体の積層に応じて、パッケージ全体の薄肉化を図ることができる。
【００４１】
図５の（ａ）はチップ封止体の積層が終了したチップ積層体５０の状態を例示する図である。架台５１上に載置されたチップ積層体５０の形成は、チップ封止体４９が封止樹脂４７を介して積層される。積層においては、封止樹脂４７を半硬化状態（Ｂステージ）に維持して、チップ封止体全体を加圧して積層する。封止樹脂の表面に露出した半導体チップの裏面については、樹脂による接合をより確実にするため、面粗化をしてもよい。面粗化は、ウエハの裏面全面に対し、ステップ１．ダイシング（Ｓ１０１）のダイシングテープ貼り付けの前に行うことができる。
【００４２】
［ステップ４．ｂ．導電接続（ワイヤボンディング）］
各々のチップ封止体４９の表面に露出した各々の導電性連結材の端部を、導電性のボンディングワイヤにより接続する。
【００４３】
図５の（ｂ）は、ワイヤボンディングの接続による導電接続が終了した状態のチップ積層体５２を例示する図である。
【００４４】
ボンディングワイヤと導線性連結材との接続においては、導電性連結材の接続部の面積を広くすることが望ましい。
【００４５】
図５の（ｃ）は、図５の（ｂ）のＡ部の詳細を示している。導電性連結材５４は、樹脂側面４７ａに露出した端面５５で、ボンディングワイヤ５３と導通接続している。導電性連結材５４が細い場合等に、導電性連結材５４の端面５５における軸方向Ｎと樹脂側面４７ａとのなす角αを、直角より小さい角度となるよう導電性連結材５４を変形させ、端面５５の面積を拡げて、確実な導通接続を行うことができる。例えば、導電性連結材５４の断面が円Ｃである場合には、軸方向Ｎが、端面５５とのなす角を、９０度から小さい角度αに変えると、端面の形状は楕円Ｓになって、その面積を概ね（１／ｓｉｎα）倍とすることができる。角度αを変えるには、導電性連結材５４を変形させて、「Ｍ字形または少なくとも１個の凹部を有する曲線」に形成する。ワイヤボンダのキャピラリの動きを制御することにより、形成することができる。
【００４６】
ボンディングワイヤ５３の材質は、金、アルミニウム、銅、タングステンまたはそれらの合金である。アルミニウムを使用する場合には、その外径は通常１００μｍ以下であり、常温でのボンディングが可能である。なお、図５の（ｂ）において、積層されたチップ封止体４９の表面に露出した導電性連結材５４の端面５５を、ワイヤボンダ装置（図示せず）を用いて連続一括してボンディングすることができる。導電接続されたボンディングワイヤ５３の形状は、チップ封止体の封止樹脂側面から離れていても、また接触していてもよい。ボンディングワイヤ５３の端部５６は、配線基板との配線接続のための端子となる部分である。
【００４７】
［ステップ５．チップ積層体搭載（Ｓ１０５）］
チップ積層体の配線基板への搭載の工程により、半導体チップ積層体としてのパッケージ製品が完成する。
【００４８】
図５の（ｄ）は、チップ積層体の配線接続により搭載が終了し、半導体チップ積層体５９が形成された状態を例示する図である。
【００４９】
［ステップ５．ａ．チップ積層体の基板への接合］
封止チップ同士の導電接続を終了したチップ積層体５２が配線基板５７に載置される。最下層の封止チップ４９Ｂは、配線基板５７と対向しており、半硬化状態の樹脂４７によって、配線基板５７の面に密着し、接合する。
【００５０】
次に、周知の樹脂のキュア及び加圧により、樹脂４７を、第２の固化状態として剛体の性質を有する樹脂封止状態とする。
【００５１】
［ステップ５．ｂ．基板との配線接続］
ボンディングワイヤの端部５６と配線基板５７の接続端子５８とが配線接続され、半導体チップ積層体５９の製造工程が終了する。
【００５２】
〈第１の実施の形態の効果〉
半導体チップの主面の反対側の面には、封止樹脂の層を要しないので、不要な封止樹脂層の厚さ分の半導体パッケージの薄型化を図ることができ、製品性能の向上を図ることができる。また、生産工程の簡素化と、製造コストの削減を図ることができる。
【００５３】
〈第１の実施の形態の変形例〉
第１の実施の形態の仮接着フィルム上載置（図３のステップ２．ａ．（Ｓ１０２））においては、半導体チップ同士の十分な分離間隔を取るため、各半導体チップを仮接着フィルム上の一定位置に載置した。当変形例においては、分離間隔のための載置の機能を、他の方法により実現する。すなわち、ダイシングに使用する半導体ウエハの支持のためのダイシングテープ自体を、ダイシング後に、ウエハの半径方向に引っ張り拡大（エキスパンド）させて、半導体チップ同士の分離間隔を確保する。
【００５４】
図６は、本発明の第１の実施の形態の変形例に係る、半導体チップ積層体の製造方法のステップを例示する図である。
【００５５】
各製造ステップは、ステップ１．ダイシング（Ｓ６０１）、ステップ２Ａ．チップ封止体形成（Ｓ６０２）、ステップ３．チップ面露出（Ｓ６０３）、ステップ４Ａ．導電接続（Ｓ６０４）及びステップ５．チップ積層体搭載（Ｓ６０５）の各ステップを有している。第１の実施の形態と比較して、異なるステップ２Ａ及びステップ４Ａを説明し、他の重複する部分の説明は省く。
【００５６】
［ステップ２Ａ．チップ封止体形成（Ｓ６０２）］
第１の実施の形態におけるステップ２とは、ａ１．の半導体チップ間隔設定の方法が異なっている。
【００５７】
図７の（ａ）は、ステップ１のダイシングを終了した状態を例示し、（ｂ）は、ステップ２Ａ．ａ１．の半導体チップ間隔設定（ダイシングテープ引っ張り拡大）を終えた状態を例示する図である。ステップ１においてダイシング（半導体チップ個片化）した半導体チップ７１同士の間隔７２ａについて、ダイシングテープ７３の縁辺部分をダイシングリング（図示せず）により保持し半径方向の外側へ引張り拡大（エキスパンド）させることにより、間隔を広げて半導体チップの間隔７２ｂの設定を行う。このエキスパンドは、ダイシングリングに保持されたダイシングテープ７３をエキスパンダ装置に装着して実施することができる。半導体チップの分離間隔７２ｂは、通常１００μｍ〜２００μｍとし、また、封止の条件によっては更に広く、１００μｍとすることができる。その他のチップ封止体形成の工程の内容は、〈第１の実施の形態〉の場合と同様である。
【００５８】
［ステップ４Ａ．導電接続（Ｓ６０４）］
チップ封止体の積層に際して、個々のチップ封止体のピックアップ時に、剥離される支持体が仮接着フィルム４３ではなく、ダイシングテープである点を除いて、同一の工程である。
【００５９】
〈第１の実施の形態の変形例の効果〉
仮接着フィルムを使用せず、また、半導体チップダイシング後の仮接着フィルム上への載置の工程も要さないので、工程を簡素化でき、製造コストの削減を図ることができる。
【００６０】
〈第２の実施の形態〉
図８は、本発明の第２の実施の形態に係る、最下層のチップ封止体が配線基板とフリップチップ接続している半導体チップ積層体の製造方法のステップを例示する図である。前述の第１の実施の形態に係る製造方法のステップ（図３）と対比すると、［ステップ２Ｂ．チップ封止体形成；ｂ２．］のバンプ形成及び［ステップ５Ｂ．チップ積層体搭載；ａ１．］のチップ積層体の基板への接合（フリップチップ接続）基板加熱等の工程が相違している。そこで、相違する２つの工程について、次の図９及び図１０を参照して説明し、他の工程等については、記載の重複を避けるため、説明を省く。
【００６１】
［ステップ２Ｂ．チップ封止体形成；ｂ２．バンプ形成］
図９は、［ステップ２Ｂ．チップ封止体形成］の工程におけるフリップチップ接続のためのバンプが形成された状態を例示する図である。図９の（ａ）は、バンプ形成の状態を、（ｂ）は絶縁樹脂による封止後の状態を、（ｃ）は、１個のバンプをそれぞれ示している。
【００６２】
図９の（ａ）において、パッド連結したボンディングワイヤ９１の上側の、パッド４４に対応する位置に、バンプ９２を形成する。尖頭部９２ａを有するバンプ９２形状は、例えば、ワイヤボンダを使用し、次のように形成する。
【００６３】
ワイヤボンダのキャピラリに通されたバンプ用の別のボンディングワイヤ（図示せず）の先端を加熱しボールを形成する。熱または超音波振動等を用いるキャピラリの先端部によって、ボンディングワイヤの先端のボールを、パッド連結したボンディングワイヤ９１の上側に圧着し、固定させた後、クランプ等によりワイヤを引きちぎることにより、尖頭部９２ａを有するバンプ９２を形成する。
【００６４】
図９の（ｂ）において、バンプ９２が形成された後に、絶縁樹脂４７により封止されている。バンプ９２の尖頭部９２ａは、半硬化状態にある絶縁樹脂４７の層を貫通して、樹脂層表面にバンプの金属面を露出することができるので、配線基板へのフリップチップ接続を、容易に、また円滑に行うことができる。
【００６５】
バンプ９２の材質としては、例えば、金、銅等を使用するが、接続の条件によっては、アルミニウムを使用することができる。また、バンプ９２の寸法は、例えば、図９の（ｃ）において、直径ｄが１７〜６０μｍ、高さｈが１５〜６０μｍである。高さｈは、フリップチップ接続のため、ボンディングワイヤ９１の頂点９１ａより高いことが必要である（図９の（ｂ））。なお、バンプの形成は、ワイヤボンダを使用する他に、ボールバンプ積載装置等を使用して、単体のボールバンプをボンディングワイヤ９１の上側に積載固定して行うことができる。単体のボールバンプを使用する場合には、ワイヤボンダを用いたときのような尖頭部は生じないが、チップ積層体を配線基板へフリップチップ実装するとき、樹脂が半硬化状態にあるので、樹脂層を貫通してバンプを樹脂の表面に露出させることができる。従って、配線基板との電気的接続は十分に保たれる。
【００６６】
［ステップ５Ｂ．チップ積層体搭載；ａ１．チップ積層体の基板への接合（Ｓ８０５）］
図１０は、チップ積層体がフリップチップ実装によって配線基板５７に搭載されている状態を例示する図である。図１０の（ａ）は、パッド４４上の導電性接続材５４の箇所にバンプ９２が設けられ、（ｂ）においては、導電性接続材５４の接続点以外のパッド１０３にもバンプ１０４が設けられて、基板５７とフリップチップ接続がなされている。
【００６７】
配線基板５７側には、接続端子１０１を覆うようにして、フリップチップ実装のためのはんだ端子１０２を形成する。はんだの材質は、例えば、スズ，銀，銅等の合金を使用する。
【００６８】
チップ積層体５２と配線基板５７の位置合わせを行い、次に、配線基板５７を加熱してはんだ端子１０２を溶融させる。はんだを溶融するための加熱温度は、例えば２３０℃である。
【００６９】
チップ積層体５２ａ，５２ｂの有するバンプ９２が、樹脂４７の表面の状態によってその露出が仮に不十分である場合であっても、樹脂４７が半硬化状態であるため、チップ積層体を、配線基板への搭載する際、押圧によって、樹脂４７を貫通して樹脂表面に露出させることができる。従って、はんだ端子１０２と結合して、チップ積層体５２と配線基板５７との接続を行うことができる。
【００７０】
（第２の実施の形態の効果）
チップ積層体を、配線基板にフリップチップ実装する製造方法を提供することにより、短時間で、ほぼチップサイズの小型化されたチップ積層体の配線基板への実装を行うことができるので、半導体チップ積層体の生産性の向上及び品質の向上を図ることができる。また図１０の（ｂ）に示すような形態のフリップチップ接続の方法を提供することにより、半導体チップ積層体の形態を利用できる半導体チップの種類を拡大することができる。例えば、多端子のロジック回路のＣＰＵとメモリの半導体チップとが積層した複合半導体を提供して、機能拡張に貢献することができる。
【００７１】
〈第３の実施の形態〉
本発明の第３の実施の形態は、半導体チップの背面が露出したチップ封止体を複数積層した積層体と、配線基板とを有する半導体チップ積層体である。
【００７２】
前出の図５の（ｄ）には、半導体チップ積層体５９が形成された状態が例示されている。半導体チップ積層体５９は、複数のチップ封止体４９等の積層によるチップ積層体５２が、配線基板５７上に積層された構造を有する。チップ封止体４９等は、半導体集積回路及びパッド４４を表面に有する半導体チップ４２が、集積回路面の反対側の面４８を露出させて、樹脂４７により封止されている。封止樹脂としては、例えば、エポキシ系の樹脂を使用する。集積回路面に設けられたパッド４４に、導電性連結材５４が接続されて、その端面５５が、封止樹脂４７の側面に露出している。導電性連結材５４はその端面５５において、ボンディングワイヤ５３と導通接続されている。ボンディングワイヤ５３の先端５６は、配線基板５７の接続端子５８に接続されている。
【００７３】
半導体チップ積層体５９の構成において、複数のチップ封止体４９等の積層における接合と、チップ封止体を積層したチップ積層体５２の配線基板５７への接合には、チップ封止体４９等を構成している封止樹脂４７自体が、接合の機能を果たしている。封止樹脂を半硬化状態に保って接着し、確実な接合がなされている。
【００７４】
〈第３の実施の形態の効果〉
半導体素子の背面側に樹脂を有しない半導体のチップ封止体が、複数積層され、配線基板に搭載された、半導体チップ積層体を提供する。チップ封止体は、チップ背面側に樹脂層を有しないので、この樹脂の厚さ相当の薄肉化を図ることができ、従って、半導体パッケージの薄型化が可能となり、製品性能の向上を図ることができる。
【００７５】
また、半導体パッケージの最上層の半導体チップの背面を、封止体から露出することができるので、半導体チップについて高い放熱効果を得ることができる。
【００７６】
〈第３の実施の形態の変形例〉
図１１は、本発明の第３の実施の形態の変形例に係る、チップ封止体の角部５０Ｃの切欠き状態を例示する図である。角部の切欠きにより、導電性連結材の表面との交角を鋭角にして、導電性連結材のボンディングワイヤとの接続面の面積を広くする。切欠きの形状は、図１１の（ａ）においては、平面の切欠きを、（ｂ）においては曲面の切欠きを示している。図１１の（ａ）において、チップ封止体１１１の角部に平面の切欠きを設けたとき、導電性連結材１１３の端面１１４における軸方向Ｐと樹脂面１１５との値βを、直角より小さい角度とすることができる。楕円の端面形状を形成することにより端面の面積を広げて、上記の導電性連結材５４を変形させたときの角度αの場合（図５の（ｃ））と同様に、確実に、導通接続を行うことができる。図１１の（ｂ）においては、導電性連結材の端面の面積を広げるとともに、さらに、凹部の接合面を有して接続を確実にすることができる。
【００７７】
切欠き面の形成は、例えば、〈第１の実施の形態〉における図３の（Ｓ１０２）の［ステップ２．チップ封止体形成；ｄ．チップ封止体個片化］において、ベベルカット用ブレード、または、デュアルダイシング用の複数のブレードを用いることにより、角部５０Ｃに切欠き面を設けることができる。
【００７８】
図１１の（ｃ）は、各チップ封止体の角部５０Ｃについて、ベベルカットを終えた個片化されたチップ封止体１１６を示している。
【００７９】
〈第３の実施の形態の変形例の効果〉
導電性連結材の端面の面積を拡げて、導電接続を確実に行うことができるので、製品品質の向上を図ることができる。
【００８０】
〈第４の実施の形態〉
本発明の第４の実施の形態は、最下層のチップ封止体が配線基板にフリップチップ実装され、最上層のチップ封止体の半導体チップの背面が露出した構造の半導体チップ積層体である。
【００８１】
前出の、フリップチップ実装されたチップ積層体に関する図１０において、図（ａ）は、半導体チップ４２のパッド４４に接続された導電性接続材５４の表面の４４に相当する位置に、バンプ９２が設けられた状態のチップ積層体５２ａの例を示している。図（ｂ）は、導電性接続材５４の接続点以外のパッド１０３にもバンプ１０４が設けられた状態のチップ積層体５２ｂの例を示している。
【００８２】
〈第４の実施の形態の効果〉
半導体チップ積層体のパッケージ形態を利用できる半導体チップの種類を拡大することができる。例えば、多端子のロジック回路のＣＰＵとメモリの半導体チップとが積層した複合半導体を提供して、機能拡張に貢献することができる。また、半導体チップの背面が露出したチップ封止体の積層により構成された半導体チップ積層体の提供によって、半導体チップからの高い放熱効果を得ることができる。従って、製品範囲の拡大及び製品機能の向上を図ることができる。
【００８３】
〈第５の実施の形態〉
複数の半導体チップを仮接着フィルム上に２次元配列した、半導体チップ群を積層することにより、複数のチップ積層体を同時に成形することができる。
【００８４】
図１２は、本発明の第５の実施の形態に係る、２次元配列の半導体チップ群を積層する半導体チップ積層体の製造方法のステップを例示する図である。製造方法は、ステップ１．ダイシング（Ｓ１２０１）、仮接着フィルム準備、ステップ２．枠付き仮接着フィルム上のチップ封止体形成（Ｓ１２０２）、ステップ３．順次積層（Ｓ１２０３）、ステップ４．チップ封止体個片化（Ｓ１２０４）、ステップ５．導電接続（Ｓ１２０５）及びステップ６．チップ積層体搭載（Ｓ１２０６）の各ステップを有している。
【００８５】
図１３は、２次元配列した半導体チップ群を積層する半導体チップ積層体の製造方法のステップにおける、特徴的な状態を例示する図である。図１３の各図を参照しながら、図１２の製造方法のステップの順を追って説明する。
【００８６】
［ステップ１．ダイシング（Ｓ１２０１）］
第１の実施の形態その他で既に示したダイシング工程と同様であり、説明を省く。
【００８７】
［仮接着フィルム準備］
仮接着フィルムをＳＵＳ枠に貼付した状態のものを、チップ封止体の積層数の数だけ、Ｍ層分準備する。ＳＵＳ枠は、製造工程にて変質、変形を生じない材料でできた固定枠であればよい。また、積層するための位置合わせマークを、各ＳＵＳ枠に、又は仮接着フィルム面に設けておく。
【００８８】
［ステップ２．枠付き仮接着フィルム上のチップ封止体形成（Ｓ１２０２）］
半導体チップを仮接着フィルム上に載置して、樹脂封止し、Ｍ層分のチップ封止体群を形成する工程である。
【００８９】
［ステップ２．ａ．半導体チップピックアップ、ＳＵＳ枠付き仮接着フィルム上載置］
図１３の（ａ）は、ダイシングされた半導体チップ１３０が、ピックアップされた後、ＳＵＳ枠１３１に貼り付けられた仮接着フィルム１３２上の一定位置に載置された２次元配列状態を示している。図の（ｂ）は、平面図（ａ）における矢視Ｘ−Ｘの切断面を示している。半導体チップ１３０の半導体集積回路側の面１３０ａの反対側の面である裏面１３０ｂ側は、仮接着フィルム１３２に密着しているので、後の樹脂封止時においても樹脂付着をすることがない。半導体チップの配列は、例えば、３行×７列、３行×１０列等、半導体チップの寸法、チップ封止体全体の寸法、チップ封止体個片化等の各条件により、決定することができる。
【００９０】
［ステップ２．ｂ．パッド連結（ワイヤボンディング）］
チップ封止体の導電接続に使用される導電性連結材（ボンディングワイヤ）を半導体チップ上のパッドに連結する。連結方法及び連結の形態は、〈第１の実施の形態〉等と同様である。
【００９１】
図１３の（ｃ）は、パッド連結後の状態を示している。
【００９２】
［ステップ２．ｃ．集積回路面、側面及び導電性連結材の樹脂封止］
図１３の（ｄ）は、集積回路面、側面及び導電性連結材（ボンディングワイヤ）を樹脂１３３で封止した状態を示している。パッド連結及び集積回路面樹脂封止に関しては、〈第１の実施の形態〉のステップ２（図３のＳ１０２）の説明と重複するので、説明を省く。層数がＭのチップ封止体を積層する場合、Ｍ層分の枠付き仮接着フィルムを準備して、樹脂封止を行う。
【００９３】
ところで、チップ積層体を構成する最下層となるべきチップ封止体群１３４は、半導体集積回路側の面１３０ａの反対側の面である裏面１３０ｂを、他のチップ封止体群の樹脂によって封止する必要がある。
【００９４】
そこで、図１３の（ｅ）に示すように、樹脂封止側の面１３４ａを新たな仮置きシート１３５の上に対向して置き、裏面１３０ｂから仮接着フィルム１３２を剥離して、裏面１３０ｂの上に積層を可能とする手順を設ける。仮置きシート１３５には、樹脂１３３と剥離しやすい表面を有した材料を用いる。また、後述の［ステップ４．］で示すように、ダイシングテープの機能を有した材料を用いる。
【００９５】
［ステップ３．順次積層（Ｓ１２０３）］
各層を構成するチップ封止体群を、下層のチップ封止体群の上に載置し、順次積層する工程である。順次に積層する際に、チップ封止体群から、仮接着フィルム１３２が剥離される。このとき、半導体集積回路側の反対側の面、すなわちチップの裏面は、封止体の表面に露出した状態となる。
【００９６】
図１３の（ｆ）及び（ｇ）は、それぞれ、第２層１３６ａ及び第３層１３６ｂのチップ封止体群が積層された状態を示している。（ｇ）の段階は、樹脂が半硬化状態（Ｂステージ）の状態で、相互に積層された状態である。積層における各層同士の位置合わせに際しては、光学的機構及び位置制御システムを使用して、その位置精度を確保する。
【００９７】
［ステップ４．チップ封止体個片化（Ｓ１２０４）］
チップ封止体の内部にある半導体チップが、２次元的に配列されたままで積層された状態、すなわち、半導体チップがマトリックス状になったチップ封止体群の集合体を、ダイサ装置を用いて、一括して個片化する工程である。チップ封止体個片化のダイシングに際しては、寸法精度を確保するため、光学的機構及び位置制御システムを使用する。このとき、仮置きシート１３５は、ダイシングテープの機能をも果たしている。
【００９８】
図１３の（ｈ）は、チップ封止体個片化が終了した状態を示している。個片化された各チップ封止体１３７が、所定の間隔を有して、仮置きシート１３５の上に仮固定されている。
【００９９】
［ステップ５．導電接続（Ｓ１２０５）］
個片化された各積層チップ封止体１３７をピックアップし、９０度回転して積層方向を水平の位置にして、ワイヤボンダ等で導電接続を行う。導電接続は、〈第１の実施の形態〉の［ステップ４．ｂ．（Ｓ１０４）］と同様であるので、その説明を省く。
【０１００】
次の［ステップ６．チップ積層体搭載］に関しては、封止樹脂の半硬化状態（Ｂステージ）を保って実施する等、〈第１の実施の形態〉その他で示した工程と同様である。
【０１０１】
〈第５の実施の形態の効果〉
第５の実施の形態においては、半導体パッケージの薄型化が図れることに加えて、個片化の工程について、チップ封止体の積層後に一括して個片化を行うことにより、〈第１の実施の形態〉と比較して、チップ封止体個片化のダイシングの回数を大幅に減少させ、工程の簡素化と製品品質の向上を図ることができる。
【０１０２】
〈本発明に係る他の実施の形態〉
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳説したが、本発明は、上述した実施の形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形及び置換を加えることができる。
【符号の説明】
【０１０３】
４０                一群のチップ封止体
４１                ダイシングテープ
４２                半導体チップ
４２ａ              集積回路を有する主面
４２ｂ              側面
４２ｃ              最外側の半導体チップの裏面
４３                仮接着フィルム
４４，１０３        パッド
４５                各半導体チップを隔てている溝
４６，５４，９１，１１３  導電性連結材（ボンディングワイヤ）
４７                封止樹脂
４７ａ              樹脂側面
４８                半導体チップ４２の主面４２ａの反対側の面
４９，１１１，１１２，１１６    チップ封止体
５０，５２，５２ａ，５２ｂ    チップ積層体
５０Ｃ              角部
５１                架台
５３                ボンディングワイヤ
５５                導電性連結材５４の端面
５６                ボンディングワイヤ５３の端部
５７                配線基板
５８，１０１        接続端子
９２，１０４        バンプ
９２ａ              尖頭部
１０２              はんだ端子
１１４              導電性連結材１１３の端面
１１５              樹脂面
Ｃ                  円
ｄ                  バンプの直径
ｈ                  高さ
Ｍ                  積層数
Ｎ，Ｐ              導電性連結材の端面における軸方向
α                  導電性連結材５４の端面５５における軸方向Ｎと樹脂側面４７ａとのなす角
β                  導電性連結材１１３の端面１１４における軸方向Ｐと樹脂面１１５とのなす角
【図１】
2011061112.tif 000003
【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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