(57)【要約】【課題】実装信頼性の高い半導体装置および半導体素子実装構造を提供することを目的とする。【解決手段】回路形成面に第１の電極２が複数形成され裏面１ｂに第２の電極が複数形成された第１の半導体素子１と、回路形成面にバンプが複数形成された第２の半導体素子４とを重ねて積層構造とした半導体装置１１において、第１の半導体素子１の裏面１ｂと第２の半導体素子４の回路形成面とを対向させてバンプを第２の電極に接続するとともに、第１の半導体素子１の裏面１ｂおよび第２の半導体素子４の裏面４ｂに、樹脂接着材９を介して一体のバンパ部材８を結合した構成とする。これにより、バンパ部材８によって半導体素子を外力から保護するとともに半導体素子の反り変形を抑制して、実装信頼性の高い半導体装置および半導体素子実装構造を実現することができる。【選択図】図２
2005045043.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の面に第１の電極が複数形成され他方の面に第２の電極が複数形成された第１の半導体素子と一方の面に第３の電極が複数形成された第２の半導体素子とを重ねて積層構造とした半導体装置であって、第１の半導体素子１の前記他方の面と第２の半導体素子の前記一方の面とを対向させて前記第３の電極を前記第２の電極に接続するとともに、前記第１の半導体素子の他方の面および前記第２の半導体素子の他方の面に樹脂接着材を介して一体の補強部材を結合したことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
一方の面に第１の電極が複数形成され他方の面に第２の電極が複数形成された第１の半導体素子１を接続用電極が複数形成された基板に実装して前記第１の電極を前記接続用電極に電気的に接続し、一方の面に第３の電極が複数形成された第２の半導体素子を前記第１の半導体素子の上方に重ねて実装して成る積層構造の半導体素子実装構造であって、前記第１の半導体素子の他方の面および前記第２の半導体素子の他方の面に樹脂接着材を介して一体の補強部材を結合したことを特徴とする半導体素子実装構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子を重ねた積層構造に樹脂接着材を介して補強部材を結合して成る半導体装置および半導体素子実装構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
下面にバンプが形成されたバンプ付きの半導体素子を実装する形態として、バンプ付きのパッケージ基板やバンプ付きのマザーチップなどの上に半導体素子を重ねて積層構造の半導体装置とする方法が知られている（例えば特許文献１）。近年半導体素子の薄型化が急速に進行しており、上述のような構成の半導体装置に薄型の半導体素子を用いる場合には、半導体素子の破損を防止するため半導体素子を上面から封止樹脂して保護する方法が用いられる。
【特許文献１】特開平１１−２１４４１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら上述のように半導体素子を上面から樹脂封止する方法においては、下層のパッケージ基板やマザーチップに反り変形を生じやすく、完成した半導体装置をマザーボードに実装する際にバンプの浮きなどの接合不具合を生じる場合があり、実装信頼性の確保が困難であった。特にマザーチップとして薄型の半導体素子を採用した場合には、この傾向が顕著であった。
【０００４】
そこで本発明は、実装信頼性の高い半導体装置および半導体素子実装構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の半導体装置は、一方の面に第１の電極が複数形成され他方の面に第２の電極が複数形成された第１の半導体素子と一方の面に第３の電極が複数形成された第２の半導体素子とを重ねて積層構造とした半導体装置であって、第１の半導体素子１の前記他方の面と第２の半導体素子の前記一方の面とを対向させて前記第３の電極を前記第２の電極に接続するとともに、前記第１の半導体素子の他方の面および前記第２の半導体素子の他方の面に樹脂接着材を介して一体の補強部材を結合した。
【０００６】
本発明の半導体素子実装構造は、一方の面に第１の電極が複数形成され他方の面に第２の電極が複数形成された第１の半導体素子１を接続用電極が複数形成された基板に実装して前記第１の電極を前記接続用電極に電気的に接続し、一方の面に第３の電極が複数形成された第２の半導体素子を前記第１の半導体素子の上方に重ねて実装して成る積層構造の半導体素子実装構造であって、前記第１の半導体素子の他方の面および前記第２の半導体素子の他方の面に樹脂接着材を介して一体の補強部材を結合した。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、第１の半導体素子１と第２の半導体素子とを重ねた積層構造において、第１の半導体素子１の他方の面および第２の半導体素子の他方の面に樹脂接着材を介して一体の補強部材を結合する構成を採用することにより、薄型の半導体素子を用いる場合にあっても、補強部材によって半導体素子を外力から保護するとともに半導体素子の反り変形を抑制して、実装信頼性の高い半導体装置および半導体素子実装構造を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
（実施の形態１）
図１、図２は本発明の実施の形態１の半導体装置の製造方法の工程説明図、図３は本発明の一実施の形態の半導体装置の部分断面図である。
【０００９】
図１（ａ）において、第１の半導体素子１の回路形成面１ａ（一方の面）には、第１の電極２が複数形成されており、裏面１ｂ（他方の面）には第２の電極３ａ、３ｂがそれぞれ複数形成されている。第１の半導体素子１は、厚みが１００μｍ以下の薄型の半導体素子である。第２の電極３ａは、第１の半導体素子１を貫通して回路形成面１ａ側に形成された回路電極に電気的に接続されている。
【００１０】
第１の半導体素子１には、図１（ｂ）に示すように、回路形成面４ａ（一方の面）にバンプ５（第３の電極）が複数形成された第２の半導体素子４が、第１の半導体素子１の裏面１ｂと第２の半導体素子４の回路形成面４ａとを対向させて、搭載ヘッド６によって搭載される。第２の半導体素子４は、第１の半導体素子１と同様に厚みが１００μｍ以下の薄型の半導体素子であり、バンプ５を第２の電極３ａ、３ｂと接続することにより、第１の半導体素子１に実装される。これにより、図１（ｃ）に示すように、第１の半導体素子１と第２の半導体素子４とを重ねた積層構造７が形成される。第２の半導体素子４の実装方法としては、超音波接合、熱圧着のいずれを用いてもよい。
【００１１】
この後、図１（ｄ）に示すように、積層構造７と結合されるバンパ部材８の上面に、ディスペンサ１０によって樹脂接着材９が塗布される。バンパ部材８は、積層構造７と結合されることによって、薄型の第１の半導体素子１，第２の半導体素子４の変形を防止する補強部材としての機能を有するものである。材質としてはセラミックや樹脂または金属のいずれでもよく、積層構造７の変形を防止するのに必要な剛性を確保するのに必要十分な厚さに加工されたものが用いられる。なお、高剛性という点でセラミックまたは金属が望ましい。
【００１２】
樹脂接着材９はエポキシ樹脂などを主剤とする樹脂成分に、無機物もしくは樹脂よりなる粒子状のフィラー成分を含有させた組成となっている。樹脂成分としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂のいずれを用いてもよい。ここでフィラー成分は、樹脂接着材９が接着層を形成した状態において接着層に所望の特性（弾性率）を付与するためのフィラー本来の機能以外に、半導体素子２とバンパ部材８との間に介在して接着層の厚みを所定厚みに確保するスペーサとしての機能をも併せ有している。
【００１３】
このため樹脂接着材９には、以下に説明する第１フィラーおよび第２フィラーの２種類のフィラーを、合計の含有率が３０重量％以下となるような含有率で含有させるようにしている。先ず上述のスペーサとしての機能を果たす第１フィラー９ａは、半導体装置において接着層の目標とする厚みｔ（図２（ｂ）、図３参照）と略等しい寸法の直径ｄを有する粒子であり、直径ｄは樹脂接着材９中に含まれるフィラー中の最大径となっている。すなわち、第１フィラー９ａは樹脂接着材９中に含まれるフィラーの最大径であり且つ接着層の所定厚みと略等しい寸法の直径ｄを有する。そして第１フィラー９ａ以外の第２フィラー９ｂは、直径が第１フィラー９ｂの直径ｄよりも小さいフィラーの集合であり、フィラー本来の機能に適した粒径分布のものが選定される。
【００１４】
次に、図２（ａ）に示すように、接着材塗布後のバンパ部材８上に、積層構造７が搭載される。このとき、図１（ｃ）に示す状態の積層構造７を反転して、第１の半導体素子１の裏面１ｂ、第２の半導体素子４の裏面４ｂを樹脂接着材９に向けた姿勢で搭載する。そして図２（ｂ）に示すように、バンパ部材８および積層構造７を一体化した結合体を加熱して樹脂接着材９を熱硬化させることにより、回路形成面１ａ（一方の面）に第１の電極
２が複数形成され裏面１ｂ（他方の面）に第２の電極３ａ，３ｂが複数形成された第１の半導体素子１と、回路形成面（一方の面）にバンプ５（第３の電極）が複数形成された第２の半導体素子４とを重ねて積層構造とした半導体装置１１が完成する。
【００１５】
そしてこの半導体装置１１は、第１の半導体素子１の裏面１ｂと第２の半導体素子４の回路形成面４ａとを対向させて、バンプ５を第２の電極３ａ，３ｂに接続するとともに、第１の半導体素子１の裏面１ｂおよび第２の半導体素子の裏面４ｂに樹脂接着材９を介して一体のバンパ部材８を結合した構成となっている。
【００１６】
積層構造７とバンパ部材８の結合に際し、前述のような第１フィラー９ａを含む樹脂接着材９を介して半導体素子２をバンパ部材８に搭載して所定の加圧力でバンパ８に対して押圧すると、図３に示すように、樹脂接着材９中のフィラーのうち最大径の第１フィラー９ａは、半導体素子４の裏面に接触するとともにバンパ部材８にも接触した状態で挟まれる。これにより、接着層の厚みｔは第１フィラー９ａの直径ｄに等しくなる。
【００１７】
このようにして形成された半導体装置１１をバンプ付き部品として使用する場合には、図２（ｃ）に示すように、第１の電極２にボール移載ヘッド１３により半田ボール１２を搭載し、次いで図２（ｄ）に示すように、リフロー工程において半導体装置１１を加熱することにより半田ボール１２が溶融し、第１の電極２上に半田バンプ１２ａが形成される。
【００１８】
このようにして形成された半導体装置１１は、半導体素子を２層積層した構造であることから高密度実装が可能になるとともに、積層構造の形成に薄型の第１の半導体素子１、第２の半導体素子４を用いていることから、半導体装置１１としての厚みを極力薄くすることが可能となっている。そして、撓みやすく破損しやすい薄型の半導体素子より成る積層構造をバンパ部材８によって補強する構成を採用していることから、積層構造を外力から有効に保護することができる。
【００１９】
このバンプ付きの半導体装置１１を半田バンプ１２ａを介して基板に実装して成る実装構造において、実装後に基板に何らかの外力により撓み変形が発生した場合には、第１の半導体素子１、第２の半導体素子４はいずれも薄くて撓みやすく、しかも樹脂接着材９は変形しやすいことから、基板の撓み変形に対して第１の半導体素子１、第２の半導体素子４および樹脂接着材９が追従して変形する。したがって、基板の撓み変形によって半田バンプ１２ａの接合部に生じる応力を低減して、実装後の信頼性を向上させることができる。
【００２０】
（実施の形態２）
図４、図５は本発明の実施の形態２の半導体装置の製造方法の工程説明図である。本実施の形態は、実施の形態１に示す構成の半導体装置１１を製造するに際し、個片状態の第１の半導体素子１を対象とする替わりに、第１の半導体素子１が多数組み込まれた半導体ウェハを対象とするものである。図４（ａ）において、半導体ウェハ１０１の回路形成面１０１ａ（第１の面）には、第１の電極１０２が複数形成されており、裏面１０１ｂには第２の電極１０３ａ、１０３ｂがそれぞれ複数形成されている。半導体ウェハ１０１は、厚みが１００μｍ以下の薄型の半導体素子が作り込まれた半導体ウェハである。第２の電極１０３ａは、半導体ウェハ１０１を貫通して回路形成面１０１ａ側に形成された回路電極に電気的に接続されている。
【００２１】
半導体ウェハ１０１には、図４（ｂ）に示すように、回路形成面４ａにバンプ５（第３の電極）が複数形成された第２の半導体素子４が、半導体ウェハ１０１の裏面１０１ｂと第２の半導体素子４の回路形成面４ａとを対向させて、搭載ヘッド６によって搭載される
。第２の半導体素子４は、半導体ウェハ１０１と同様に厚みが１００μｍ以下の薄型の半導体素子であり、バンプ５を第２の電極１０３ａ、１０３ｂと接続することにより、半導体ウェハ１０１の各半導体素子に実装される。これにより、図４（ｃ）に示すように、半導体ウェハ１０１と第２の半導体素子４とを重ねたウェハ状態の積層構造１０７が形成される。
【００２２】
この後、図１（ｄ）に示すように、積層構造１０７と結合されるバンパ部材１０８の上面に、ディスペンサ１０によって実施の形態１に示す樹脂接着材９が塗布される。なお、樹脂接着材９を塗布する替わりに、同様組成の樹脂接着材を薄膜状に成形した樹脂シートをバンパ部材１０８に貼付ける方法を用いてもよい。
【００２３】
次に、図５（ａ）に示すように、接着剤塗布後のバンパ部材８上に、積層構造１０７が搭載される。このとき、図４（ｃ）に示す状態の積層構造１０７を反転して、半導体ウェハ１０１の裏面１０１ｂ、第２の半導体素子４の裏面４ｂを樹脂接着材９に向けた姿勢で搭載する。そして図２（ｂ）に示すように、バンパ部材１０８および積層構造１０７を加熱して樹脂接着材９を熱硬化させることにより、半導体装置１１１が完成する。このとき、第１の半導体素子４とバンパ部材１０８との間の隙間は実施の形態１と同様に樹脂接着材９中の第１フィラー９ａによっての所定の厚みｔに保たれる。
【００２４】
この後、半導体装置１１１はダイシング工程に送られ、図５（ｃ）に示すように、半導体装置１１１をブレード１７によって半導体素子の個片毎に切断することにより、図５（ｄ）に示すように、一方の面に第１の電極が複数形成され他方の面に第２の電極が複数形成された第１の半導体素子１と一方の面に第３の電極が複数形成された第２の半導体素子とを重ねて積層構造とした半導体装置１１１ａが完成する。そしてこのようにして形成された半導体装置１１１ａをバンプ付き部品として使用する場合には、実施の形態１の図２（ｃ）、（ｄ）に示すバンプ形成工程を経ることにより、第１の電極２上に半田バンプが形成される。
【００２５】
（実施の形態３）
図６、図７は本発明の実施の形態３の半導体実装構造における実装過程の工程説明図である。本実施の形態３は、実施の形態１に示す半導体装置１１を基板に実装した実装構造と同一構成の実装構造を、個片状態の半導体素子を基板に直接実装することによって実現するものである。
【００２６】
図６（ａ）において、基板１５の上面には、複数の接続用電極１６が形成されている。基板１５には、実施の形態に示すものと同様の第１の半導体素子１が実装される。第１の半導体素子１の回路形成面１ａ（第１の面）には、第１の電極２が複数形成されており、裏面１ｂには第２の電極３ａ、第２の電極３ｂがそれぞれ複数形成されており、さらに第１の電極２には半田バンプ１４が形成されている。第１の半導体素子１は、厚みが１００μｍ以下の薄型の半導体素子である。第２の電極３ａは、第１の半導体素子１を貫通して回路形成面１ａ側に形成された回路電極に電気的に接続されている。
【００２７】
図６（ｂ）に示すように、半田バンプ１４は接続用電極１６と接合され、次いで図６（ｃ）に示すように、第１の半導体素子１の裏面１ｂには、樹脂接着材９がディスペンサ１０によって塗布される。次いで、図６（ｄ）に示すように、第１の半導体素子１の樹脂塗布面には、回路形成面にバンプ５（第３の電極）が複数形成された第２の半導体素子４が搭載され、図７（ａ）に示すように、バンプ５を第２の電極３ａ、３ｂに接続する。
【００２８】
図７（ｂ）この後、第２の半導体素子４の上面を覆って、樹脂接着材９がディスペンサ１０により塗布され、次いで図７（ｃ）に示すように、樹脂接着材９の塗布面にはバンパ
部材８が搭載される。そして基板１５を加熱して樹脂接着材９を熱硬化させることにより、図７（ｄ）に示すように、半導体素子実装構造が完成する。このとき、第１の半導体素子４とバンパ部材８との間の隙間は、実施の形態１と同様に樹脂接着材９中の第１フィラー９ａによって所定の厚みｔに保たれる。
【００２９】
この半導体素子実装構造は、回路形成面１ａ（一方の面）に第１の電極２が複数形成され裏面１ｂ（他方の面）に第２の電極３ａ，３ｂが複数形成された第１の半導体素子１を、接続用電極１６が複数形成された基板１５に実装して第１の電極２をバンプ１４を介して接続用電極１５に電気的に接続し、回路形成面４ａ（一方の面）にバンプ５（第３の電極）が複数形成された第２の半導体素子を第１の半導体素子１の上方に重ねて実装して成る積層構造となっている。
【００３０】
この半導体素子実装構造において、第１の半導体素子１の他方の面および第２の半導体素子４の他方の面に、樹脂接着材９を介して一体の補強部材８を結合した形態となっており、実施の形態１において説明したように、実装後の熱サイクル過程における応力を低減して、実装信頼性を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明の半導体装置および半導体素子実装構造は、薄型の半導体素子を用いる場合にあっても補強部材によって半導体素子を外力から保護するとともに半導体素子の反り変形を抑制して、実装信頼性の高い半導体装置および半導体素子実装構造を実現することができるという利点を有し、半導体素子を重ねた積層構造に樹脂接着材を介して補強部材を結合して成る半導体装置および半導体素子実装構造において有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の形態１の半導体装置の製造方法の工程説明図
【図２】本発明の実施の形態１の半導体装置の製造方法の工程説明図
【図３】本発明の一実施の形態の半導体装置の部分断面図
【図４】本発明の実施の形態２の半導体装置の製造方法の工程説明図
【図５】本発明の実施の形態２の半導体装置の製造方法の工程説明図
【図６】本発明の実施の形態３の半導体実装構造における実装過程の工程説明図
【図７】本発明の実施の形態３の半導体実装構造における実装過程の工程説明図
【符号の説明】
【００３３】
１、１０１    第１の半導体素子
２、１０２    第１の電極
３ａ、３ｂ、１０３ａ、１０３ｂ    第２の電極
４    第２の半導体素子
５    バンプ
７、１０７    積層構造
８、１０８    バンパ部材
９    樹脂接着材
１１、１１１    半導体装置
１４    半田バンプ
１５    基板
１６    接続用電極
【図１】
2005045043.tif 000003
【図２】
2005045043.tif 000004
【図３】
2005045043.tif 000005
【図４】
2005045043.tif 000006
【図５】
2005045043.tif 000007
【図６】
2005045043.tif 000008
【図７】
2005045043.tif 000009