(57)【要約】【課題】半導体チップ間の接合信頼性を高めた半導体装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】第一の半導体チップと、第一の半導体チップよりも厚い第二の半導体チップと、第一及び第二の半導体チップ間に設けられ、第一及び第二の半導体チップを電気的に接続するバンプと、第一及び第二の半導体チップ間に設けられ、第一及び第二の半導体チップを接着する接着性樹脂と、第一及び第二の半導体チップの間および周囲に形成され、第一及び第二の半導体チップを封止する封止樹脂と、を備え、第一及び第二の半導体チップの少なくとも一つには有機保護膜が形成されていることを特徴とする半導体装置。【選択図】図１
2019220621.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の半導体チップと、  前記第一の半導体チップよりも厚い第二の半導体チップと、  
前記第一及び第二の半導体チップ間に設けられ、前記第一及び第二の半導体チップを電気
的に接続するバンプと、  前記第一及び第二の半導体チップ間に設けられ、前記第一及び
第二の半導体チップを接着する接着性樹脂と、  前記第一及び第二の半導体チップの間お
よび周囲に形成され、前記第一及び第二の半導体チップを封止する封止樹脂と、を備え、
前記前記第一及び第二の半導体チップの少なくとも一つには有機保護膜が形成されてい
ることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記第一及び第二の半導体チップがメモリチップであることを特徴とする請求項１に記載
の半導体装置。
【請求項３】
前記第二の半導体チップに積層される第三の半導体チップを備え、  前記第二および第三
の半導体チップは、前記第二の半導体チップ内に設けられた貫通ビアと前記第二及び第三
の半導体チップ間に設けられたバンプを介して電気的に接続され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。
【請求項４】
第一の半導体チップと前記第一のチップよりも厚い第二の半導体チップを用意する工程と
、  前記第一の半導体チップと第二の半導体チップ間に介在させたバンプおよび接着性樹
脂を加熱して、前記第一および第二の半導体チップを熱圧着する工程と、  前記加熱後、
前記第一及び第二の半導体チップの間および周囲に封止樹脂を形成し、前記第一及び第二
の半導体チップを封止する工程と、を含み、  前記加熱工程前に、前記第一の半導体チッ
プ及び第二の半導体チップの少なくとも一つに有機保護膜が形成されていることを特徴と
する半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記第一及び第二の半導体チップがメモリチップである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。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の小型化や高機能化を実現するために、貫通ビアとマイクロバンプで相互に接
続された複数の半導体メモリチップを積層した半導体パッケージが開発されている。半導
体素子が形成された面を上方にむけて互いに積層した半導体メモリチップ積層構造におい
て、最下段のメモリチップの厚みを他のメモリチップの厚みよりも大きくした半導体パッ
ケージが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−８０９１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本実施形態が解決しようとする課題は、半導体チップ間の接合信頼性を高めた半導体装置
及びその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第一の半導体チップと、第一の半導体チップよりも厚い第二の半導体チップと、第一及び
第二の半導体チップ間に設けられ、第一及び第二の半導体チップを電気的に接続するバン
プと、第一及び第二の半導体チップ間に設けられ、第一及び第二の半導体チップを接着す
る接着性樹脂と、第一及び第二の半導体チップの間および周囲に形成され、前記第一及び
第二の半導体チップを封止する封止樹脂と、を備え、第一及び第二の半導体チップの少な
くとも一つには有機保護膜が形成されていることを特徴とする半導体装置。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】実施形態に係る半導体装置の構成を説明する図。
【図２】実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図。
【図３】実施形態の変形例に係る半導体装置の構成を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、発明を実施するための実施形態について説明する。
【０００８】
本実施形態に係る半導体装置について図１および図２を参照して説明する。なお、図面の
記載において、同一部分は同一符号で表している。ただし、図面は厚さと平面寸法との関
係、比率等は現実のものとは異なり、模式的なものである。
【０００９】
本実施形態に係る半導体装置の構成について図１を用いて説明する。図１は本実施形態の
半導体装置の構成を示す断面図である。
【００１０】
図１に示すように、本実施形態に係る半導体装置１００は、第一の半導体チップ１、第二
の半導体チップ２、第三の半導体チップ３、及び第四の半導体チップ４がそれぞれ積層さ
れた半導体チップ積層構造を有する。ここで、第一の半導体チップ１、第二の半導体チッ
プ２、及び第三の半導体チップ３はそれぞれ、ＮＡＮＤフラッシュメモリ等のメモリチッ
プ、第四の半導体チップ４はインターフェイス（ＩＦ）チップである。ＩＦチップは、メ
モリチップと外部デバイスとの間でデータ通信を行うためのＩＦ回路を備えている。
【００１１】
第一の半導体チップ１、第二の半導体チップ２、第三の半導体チップ３、及び第四の半導
体チップ４は、それぞれシリコン等の半導体基板と、半導体基板上に設けられた半導体素
子（図示省略）、半導体回路配線（図示省略）、層間絶縁膜（図示省略）を有する。ここ
で、半導体基板の半導体素子が設けられた表面を回路面とし、反対側の表面を裏面とする
と、第一の半導体チップ１、第二の半導体チップ２、及び第三の半導体チップ３は、半導
体基板の回路面がともに同一方向（上方）を向くように積層され、一方、第四の半導体チ
ップ４は半導体基板が反対方向（下方）を向くように積層される。
【００１２】
第一の半導体チップ１の厚みは、第二の半導体チップ２、第三の半導体チップ３、及び第
四の半導体チップ４の厚みよりも薄くなっている。第一の半導体チップ１の半導体基板が
第二の半導体チップ２、第三の半導体チップ３、及び第四の半導体チップ４のそれぞれの
半導体基板よりも薄くなるよう薄膜加工されることで、チップ全体として第一の半導体チ
ップ１が第二の半導体チップ２、第三の半導体チップ３、第四の半導体チップ４よりも薄
くなっている。薄膜加工は半導体基板の研削等により実現可能である。たとえば、第一の
半導体チップ１の厚みを３０μｍ未満、第二の半導体チップ２、第三の半導体チップ３、
及び第四の半導体チップ４の厚みを３０μｍ〜５０μｍとする。
【００１３】
第一の半導体チップ１、第二の半導体チップ２、第三の半導体チップ３の回路面上にはそ
れぞれ有機保護膜１２が形成されている。有機保護膜１２には、各種の有機絶縁材料を適
用することができ、例えばポリイミド樹脂膜、フェノール樹脂膜、アクリル樹脂膜、ポリ
ベンゾオキサゾール樹脂膜、ポリベンゾシクロブテン樹脂膜等が用いられる。有機保護膜
は単層でも複数層でもよい。有機保護膜１２は、半導体チップの内部回路配線を保護する
ためのパッシベーション膜等である。
【００１４】
第一の半導体チップ１、第二の半導体チップ２、第三の半導体チップ３はそれぞれバンプ
５および貫通ビア６を介して電気的に接続されている。第四の半導体チップ４は、バンプ
５及び第三の半導体チップ３の回路面上の有機保護膜１２内に設けられた再配線層（ＲＤ
Ｌ：ＲｅＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  Ｌａｙｅｒ、図示を省略）を介して第三の半導体チ
ップ３と電気的に接続されている。バンプ５材料としては、Ｃｕ、Ａｇ、Ｂｉ、Ｉｎ等と
Ｓｎとの合金や、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｓｎ等が用いられる。各半導体チップ
間に設けられたバンプ５はマイクロバンプであり、バンプ間のピッチが１０〜１００μｍ
、バンプの直径が５〜５０μｍ程度である。貫通ビア６は、Ｃｕ、ＮｉやＷ等の導電材料
で構成され、第二の半導体チップ２および第三の半導体チップ３それぞれの半導体基板を
貫通するように設けられている。半導体基板上の回路配線や素子はその半導体基板内に設
けられる貫通ビア６と電気的に接続されており、かつ貫通ビア６とバンプ５が接合される
ことで各半導体チップの回路配線や素子が電気的に接続される。なおバンプ５は、各半導
体チップ表面において有機保護膜１２に設けられた開口領域、例えば電極パッドが露出し
た表面に接合される。
【００１５】
第一の半導体チップ１、第二の半導体チップ２、第三の半導体チップ３、および第四の半
導体チップ４のそれぞれの間にはストッパ兼用の接着性樹脂７が形成される。ストッパ兼
用の接着性樹脂７は、積層される各半導体チップの隙間を保持するストッパ部材として機
能すると同時に、封止樹脂を充填する前段階において半導体チップ間を接着する接着部材
として機能する。接着性樹脂７は感光性や熱硬化性を有する樹脂で形成される。感光性お
よび熱硬化性樹脂の具体例としては、感光性接着剤樹脂のような感光剤を含有する熱硬化
性樹脂が挙げられる、例えばエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、フェノール
樹脂等を用いた熱硬化性樹脂で形成することが好ましい。接着性樹脂７は、半導体チップ
の半導体基板として用いられるシリコン基板や有機保護膜１２と熱膨張係数が異なってい
る。
【００１６】
第三の半導体チップ３は、回路面上の有機保護膜１２内に設けられた再配線層及びラージ
バンプ８を介して配線基板９と電気的に接続されている。第四の半導体チップ４も、バン
プ５および再配線層を介して配線基板９と電気的に接続されている。ラージバンプ８はバ
ンプ５よりも径が大きく、バンプ５と同様の材料が用いられる。配線基板９は、樹脂材料
で構成され、内部には銅等の配線が施されている。配線基板９は半導体チップ３直下の領
域の外側まで拡がった構造であり、半導体チップ３以外の半導体チップを搭載することも
可能である。配線基板９にははんだボール（ＢＧＡ）１０が形成されている。半導体チッ
プはラージバンプ８、配線基板９の内部配線、及びはんだボール１０を介して、外部デバ
イスと電気的に接続される。
【００１７】
配線基板９上の各半導体チップの間およびそれらの周囲には、半導体チップをモールドす
るため、エポキシ樹脂などの封止樹脂１１が形成されている。各半導体チップ間において
は、封止樹脂１１は、有機保護膜１２上で、接着性樹脂７が形成されていない領域に充填
される。
【００１８】
続いて、図２を参照して、本実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。
【００１９】
まず図２（ａ）に示すように、半導体基板上に半導体素子、回路配線、有機保護膜１２を
順に形成した第一の半導体チップ１を用意し、回路面を上方に向けて半導体チップ１をリ
ードフレーム１３上に搭載する。有機保護膜１２の一部には開口が設けられ、半導体チッ
プ１の回路の一部、例えば電極パッドが露出される。第一の半導体チップ１の半導体基板
は裏面研削等により薄膜化されている。
【００２０】
続いて、図２（ｂ）に示すように、第一の半導体チップ１上に、第二の半導体チップ２、
第三の半導体チップ３、および第四の半導体チップ４を順次積層する。第二の半導体チッ
プ２および第三の半導体チップ３には、予め半導体基板を貫通する貫通ビア６と貫通ビア
６の先端にバンプ５が設けられ、かつバンプ５と同じ基板裏面に接着性樹脂７が設けられ
ている。第四の半導体チップ４の回路面にもバンプ５及び接着性樹脂７が形成されている
。第二の半導体チップ２および第三の半導体チップ３の回路面上には有機保護膜１２が形
成されるが、有機保護膜１２の一部には開口が設けられ回路の一部、たとえば電極パッド
が露出されている。ここで第二の半導体チップ２、第三の半導体チップ３、および第四の
半導体チップ４の厚みは、第一の半導体チップ１よりも厚みより大きい。
【００２１】
第二の半導体チップ２を第一の半導体チップ１に積層する際、第二の半導体チップ２のバ
ンプ５を第一の半導体チップ１の電極パッドに接合されるよう位置合わせの上、両チップ
を熱圧着する。熱圧着時の温度は、例えば２５０度から２８０度である。一方、第二の半
導体チップ２の接着性樹脂７も第一の半導体チップ１に接触させて、バンプ加熱の前ある
いは同時に加熱することにより、第二の半導体チップ２と第一の半導体チップ１の接着な
らびに基板間距離を確保することができる。第三の半導体チップ３を第二の半導体チップ
２に積層する際、第四の半導体チップ４を第三の半導体チップ３に積層する際も同様の方
法でチップ同士を接合することができる。なお、接着性樹脂７は、接合する下層の半導体
チップに形成されていてもよく、この場合、上層の半導体チップには接着性樹脂７を設けなくてもよい。
【００２２】
半導体チップの加熱の際、有機保護膜が熱により形状変化することで半導体チップに反り
が発生することがある。半導体チップのシリコン基板の熱膨張係数は３ｐｐｍ程度である
のに対し、有機保護膜の熱膨張係数は比較的に大きく、例えばポリイミド樹脂の熱膨張係
数は３５ｐｐｍ程度である。ここで、積層された半導体チップの一部、たとえばチップ積
層時のベースとなる最下層の半導体チップが他のチップに比べて厚い場合、他の半導体チ
ップの反りに追従することができなくなる。最下層の半導体チップとその上層の半導体チ
ップの反り量が異なることから、それら半導体チップ間に形成されている接着性樹脂が伸
張し、その結果、両チップを接合するバンプが破断するおそれがある。特にマイクロバン
プなど直径の小さいバンプは機械強度が弱いため破断する恐れが高い。一方、本実施形態
に係る半導体装置は、チップ積層時のベースとなる最下層の第一の半導体チップ１の厚み
が、積層される第二の半導体チップ２、第三の半導体チップ３、第四の半導体チップ４に
比べて薄いため、第二の半導体チップ２、第三の半導体チップ３、第四の半導体チップ４
の反りに追従して、第一の半導体チップにも反りが発生し、チップ間の接着性樹脂７の伸
張を防ぐことができ、結果として、第一の半導体チップ１とその上層の第二の半導体チッ
プ２を接合するバンプの破断を防ぐことができる。
【００２３】
また、全て同じ厚みの半導体チップを積層する場合に比べ、最下層の第一の半導体チップ
１を他の半導体チップよりも薄くしておくことで、第一乃至第三の半導体チップ積層体全
体の反り量を抑制することができる、例えば反り量を数十μｍ以下にできる。そのため、
半導体チップ積層体と配線基板９を接続するラージバンプ８にかかる圧力を抑え、バンプ
の破断を防ぐことができる。図２（ｂ）以降、図示は省略するが、積層された半導体チッ
プ群を、第三の半導体チップ３の回路形成面が配線基板９に対向するようにラージバンプ
８を介して配線基板に接合し、封止樹脂によりモールドすることで本実施形態に係る半導
体装置を製造することができる。封止樹脂の加熱硬化温度は例えば１８０度程度である。
【００２４】
（変形例）  実施形態に係る半導体装置の変形例について、図３を参照して説明する。な
お、図３の記載において、図１と同一部分は同一符号で表している。ただし、図面は厚さ
と平面寸法との関係、比率等は現実のものとは異なり、模式的なものである。
【００２５】
本変形例に係る半導体装置は、第一の半導体チップがＤＡＦ（Ｄｉｅ  Ａｔｔａｃｈ  Ｆ
ｉｌｍ）を介して支持体に形成されている点で実施形態に係る半導体装置と異なる。その
他構成は同様であり説明を省略する。
【００２６】
図３に示すように、本変形例に係る半導体装置２００の第一の半導体チップ１は支持体１
４上にＤＡＦ１５を介して形成されている。支持体１４は、リードフレームやシリコン基
板などの第一の半導体チップ１を支持する基板である。ＤＡＦは有機系樹脂材料を含有す
るフィルム材であり、支持体１４と第一の半導体チップを接着する。
【００２７】
本変形例においても、第一の半導体チップ１の厚みが、第二、第三、第四の半導体チップ
の厚みより小さいため、チップの加熱圧着時の基板の反りに伴う第一の半導体チップ１と
第二の半導体チップ２間のバンプ５の破断を防止することができる。
【００２８】
また支持体１４上に複数の半導体チップを設けた状態で配線基板９に半導体チップを搭載
することができるので、積層チップの搬送、取扱いが容易である。
【００２９】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本実施形態は、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。新規な実施形態は、その他の様々な形態で実
施されることが可能であり、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と
もに、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】
【００３０】
１  第一の半導体チップ２  第二の半導体チップ３  第三の半導体チップ４  第四の半導
体チップ５  バンプ６  貫通ビア７  接着性樹脂８  ラージバンプ９  配線基板１０  は
んだボール１１  封止樹脂１２  有機保護膜１３  リードフレーム１４  支持体１５  Ｄ
ＡＦ１００，２００  半導体装置 
【図１】
2019220621.tif 000003
【図２】
2019220621.tif 000004
【図３】
2019220621.tif 000005