(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数枚３次元積層されて半導体チップ積層モジュールを形成する１つの半導体チップを製造するに際し、
第１面に回路及び電極が形成される半導体チップを用意する工程と、
前記半導体チップの前記第１面及び前記第１面と接する側面に導電フィラーを含有する絶縁接着剤を供給する工程と、
圧力を加えて体積を縮小させることにより、前記絶縁接着剤の所望の箇所の前記導電フィラーを凝集することで前記半導体チップの電極から側面に到る導電経路を形成する工程と
を有し、前記導電経路を用いて前記半導体チップ積層モジュール製造時の前記半導体チップ間を電気的に接続することを特徴とする半導体チップの製造方法。
【請求項２】
前記絶縁接着剤が、所定の温度での熱硬化性を有することを特徴とする請求項１記載の半導体チップの製造方法。
【請求項３】
複数枚３次元積層されて半導体チップ積層モジュールを形成する１つの半導体チップを製造するに際し、
第１面に回路及び電極が形成される半導体チップを用意する工程と、
前記半導体チップの前記第１面及び前記第１面と接する側面に導電フィラーを含有する絶縁接着剤を供給する工程と、
前記絶縁接着剤の所望の箇所の前記導電フィラーを凝集することで前記半導体チップの電極から側面に到る導電経路を形成する工程と
を有し、前記絶縁接着剤が所定の温度での熱硬化性を備え、前記導電経路を用いて前記半導体チップ積層モジュール製造時の前記半導体チップ間を電気的に接続することを特徴とする請求項１記載の半導体チップの製造方法。
【請求項４】
第１面に回路及び電極が形成された半導体チップを複数枚３次元積層して半導体チップ積層モジュールを製造するに際し、
前記半導体チップの前記第１面及び前記第１面と接する側面に導電フィラーを含有する絶縁接着剤を供給する工程と、
圧力を加えて体積を縮小させることにより、前記絶縁接着剤の所望の箇所の前記導電フィラーを凝集することで前記半導体チップの電極から側面に到る第１の導電経路を形成する工程と、
前記絶縁接着剤及び前記第１の導電経路が設けられた前記半導体チップを複数枚３次元積層する工程と、
前記積層した複数枚の半導体チップの前記積層方向と平行な側面に導電フィラーを含有する積層側面絶縁接着剤を供給する工程と、
圧力を加えて体積を縮小させることにより、前記積層側面絶縁接着剤の所望の箇所の前記導電フィラーを凝集することで前記積層した複数枚の半導体チップの前記積層方向と平行な側面に第２の導電経路を形成する工程と
を有し、前記第１の導電経路及び前記第２の導電経路を用いて前記半導体チップ積層モジュールの前記半導体チップ間を電気的に接続することを特徴とする半導体チップ積層モジュールの製造方法。
【請求項５】
前記絶縁接着剤及び前記積層側面絶縁接着剤が、所定の温度での熱硬化性を有することを特徴とする請求項４記載の半導体チップ積層モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数個の半導体チップをひとつのモジュールに３次元積層された半導体チップ積層モジュール及びそれを構成する半導体チップならびにそれらの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より複数個の半導体チップをモジュール化し、インターポーザ基板を介してパッケージ化する技術は行なわれているが、多くの場合、インターポーザ基板上に半導体チップを２次元に配置したものであり、高機能化のために半導体チップの配置個数が増えるほど実装面積が大きくなるという問題があった。それに対し、パッケージサイズを小型化する取組みとして、半導体チップを３次元に積層してモジュール化し、このモジュールをインターポーザ基板を介してパッケージ化する技術が試みられている。
【０００３】
図１１は従来の半導体チップ積層モジュールの構造を示す図である。
図１１において、半導体チップ１０１の上面には、全面に亘ってＳｉＯ２等の保護膜１０２を成長させて形成してある。１０３はアルミニウム（Ａｌ）等で形成されて半導体集積回路と導通する配線用パッドであって、保護膜１０２に上面と側面に開口する切欠部１０４を設けて外部に露出させている。１０５は金属の蒸着によって形成される配線部であって、この配線部１０５によって異なる半導体チップ１０１の配線用パッド１０３同士を電気的に接続してある。１０６はＡｌ等で形成され半導体集積回路と導通するワイヤボンディング用パッドであって、最上の半導体チップ１０１の保護膜１０２に上面が開口する開口部１０７を設けて露出させてある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平８−２３６６９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に示される前記従来の構成では、予め３次元積層用に側面に電極を露出するように製作した専用の半導体チップでなければ積層できないという問題点があった。
【０００５】
また、工程についてであるが、まず、積層する半導体チップ同士の貼り合わせ面を接着剤にて固定し、次に、側面配線の金属蒸着のために、張り合わせた半導体チップの側面にフォトレジストを形成し、露光、現像により必要箇所のフォトレジストを除去する。次に、側面の配線電極となる金属蒸着を行い、フォトレジストとその上に堆積している金属とを除去することで側面配線を作成していた。また別の方法として、接着剤にて貼り合わせて積層した半導体チップの側面に最初に金属を蒸着し、その後、金属表面にフォトレジストを形成し、配線用パッド部分及びその周辺以外のフォトレジストを露光、現像により除去して金属を露出させてから、露出している金属部分をエッチングにて除去することにより側面配線を作成していた。以上のように、３次元積層を行い、モジュールの側面に配線を形成するために、どちらの工程においても、接着剤貼り付け工程、フォトレジスト形成工程、露光、現像工程、金属蒸着工程、フォトレジスト除去工程と、多くの工程が必要で、複雑な上に時間とコストも要するという問題点があった。また、外形寸法の異なった半導体チップの積層を行う場合は、工程がさらに困難となる。
【０００６】
本発明は、前記従来の問題点を解決するもので、外形寸法の異なる半導体チップまたは、予め側面に配線を形成されていない半導体チップにおいても、少ない工程で、容易に３次元に積層することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の半導体チップの製造方法は、複数枚３次元積層されて半導体チップ積層モジュールを形成する１つの半導体チップを製造するに際し、第１面に回路及び電極が形成される半導体チップを用意する工程と、前記半導体チップの前記第１面及び前記第１面と接する側面に導電フィラーを含有する絶縁接着剤を供給する工程と、圧力を加えて体積を縮小させることにより、前記絶縁接着剤の所望の箇所の前記導電フィラーを凝集することで前記半導体チップの電極から側面に到る導電経路を形成する工程とを有し、前記導電経路を用いて前記半導体チップ積層モジュール製造時の前記半導体チップ間を電気的に接続することを特徴とする。
【００１７】
また、前記絶縁接着剤が、所定の温度での熱硬化性を備えても良い。
また、前記絶縁接着剤及び前記積層側面絶縁接着剤が、所定の温度での熱硬化性を備えても良い。
【００１８】
以上により、外形寸法の異なる半導体チップまたは、予め側面に配線を形成されていない半導体チップにおいても、少ない工程で、容易に３次元に積層することができる。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように、電極パッドが形成される第１面、及び積層された半導体チップの側面全面に導電フィラー入り接着剤を供給し、第１面及び側面を通って所定の電極パッド間を電気的に接続する再配線を形成することにより、側面に積層された半導体チップ間を接続するための電極パッドを形成していないような半導体チップを積層させた場合や半導体チップの外形寸法が異なる半導体チップを積層する場合であっても、再配線を同一材料で形成することで容易に、電気的に接続された半導体チップ積層モジュールを形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は実施の形態１における半導体チップ積層モジュールの構成を示す図であり、図１（ａ）は半導体チップ積層モジュールの斜視図、図１（ｂ）は半導体チップ積層モジュールの断面図を示している。図１では、半導体チップ１の電極パッド２から再配線４ａによって、電極パッド２が形成される第１面と接する面（以下、側面と称す）に電極を引き出して電極パッド２から側面に達する導電経路を形成し、同様の仕様の半導体チップ１を複数、図の場合は、４チップを３次元積層して貼り合わせてあり、それぞれの半導体チップ１の側面全体である積層方向と平行な側面（以下、積層側面と称す）にわたりさらに再配線４ｂにより導電経路を形成した例を示している。
【００２１】
図１において、それぞれの半導体チップ１は、前もってアクティブ面（回路形成面）と再配線引き出し側の積層側面に、導電フィラーを含有した絶縁接着剤からなる導電フィラー入り接着剤を供給した状態で、所望の再配線箇所に熱エネルギーあるいは加圧治具によって導電フィラーを凝集させて、電極パッド２から積層側面に到るまでの導電経路としての再配線４ａを確保した状態であり、熱エネルギー及び加圧治具による加圧を加えていない箇所の絶縁接着剤は硬化しない状態のまま、複数枚の半導体チップ１を積層する。その後、全体に所定の熱を付与することで貼り合わせ面に存在する導電フィラー入り絶縁接着剤５（熱硬化）の接着力により絶縁状態を保ったまま固定されている。貼り合わせた後の複数の半導体チップ側面に亘る再配線４ｂについても同様に積層側面に供給された積層側面絶縁接着剤に熱エネルギーあるいは加圧治具によって再配線がなされた状態である。これにより、所定の各半導体チップの電極パッド２間を再配線４ａ及び再配線４ｂにて接続している。
【００２２】
図２は実施の形態１における半導体チップの製造工程を示す斜視図、図３は実施の形態１における半導体チップの製造工程を示す断面図である。以下、製造プロセスについて図２，図３を用いて説明する。
【００２３】
まず、図２（ａ），図３（ａ）は第１面に半導体回路を形成し、電極パッド２まで形成された後に、電極パッド２以外の部分は絶縁保護膜に覆われた状態でダイシングによって半導体ウェハから個片化され、さらにはダイシングされた積層側面も絶縁保護膜で覆われた半導体チップ１を示している。次に、図２（ｂ），図３（ｂ）示すように、半導体チップの第１面であるアクティブ面（回路形成面）と積層側面に導電フィラー入り接着剤３を供給する。導電フィラー入り接着剤３の供給方法としては、ペースト状の材料をほぼ均等の厚さになるように塗布を行うか、または材料を所定の厚さでシート状に加工したものを貼り付ける手段等がある。
【００２４】
次に、図２（ｃ），図３（ｃ）に示すように、半導体チップ１の電極パッド２から積層側面への電極引き出しのための再配線４ａを行う。再配線４ａの手段としては、高い熱エネルギーを有するレーザ光もしくは光ビームなどの熱エネルギー６の照射スポット径を、再配線時の所望の配線幅になるように調節した状態で、電極パッド２から積層側面の所望の箇所まで至る導電経路をトレースする。これらの熱エネルギー６により導電フィラー入り接着剤３の中の導電フィラーどうしが接触することを妨げている成分（絶縁接着剤）を除去し、熱エネルギー６を加えた箇所でのみ導電フィラーが接触して導電性が得られ、再配線４ａが形成される。また、この時点では熱エネルギー６を加えていない箇所の導電フィラー入り接着剤３は硬化もせず、絶縁性を保ったままである。なお、加圧治具などにより所望の導電経路に対してのみ圧力を加えることで導電フィラーどうしの接触を得て導電経路を形成しても良い。
【００２５】
最後に、図２（ｄ），図３（ｄ）に示すように、導電フィラー入り接着剤３に所定の熱硬化条件にて全体に熱を加え、再配線４ａが形成された箇所以外の導電フィラー入り接着剤３を絶縁性を保ったままで硬化させて硬化後の接着剤５とする。なお、この工程においては導電フィラー入り接着剤３の硬化条件として紫外線（ＵＶ）硬化のものを用いて、半導体チップ全面に紫外線を照射して導電フィラー入り接着剤の硬化を行っても良い。
【００２６】
図４は実施の形態１における半導体チップ積層モジュールの製造工程を示す図である。
以下、図４にしたがって半導体チップ積層モジュールの製造プロセスについて順を追って説明する。
【００２７】
まず、図４（ａ）は半導体チップ７を積層した状態を示している。ここで、半導体チップ７とは、チップの第１の面であるアクティブ面（回路形成面）から積層側面にかけて導電フィラー入り接着剤３が供給され、電極パッド２から積層側面にいたる再配線４ａが熱エネルギー６（図３参照）等の照射により完了した状態であり、再配線４ａが行われていない箇所の導電フィラー入り接着剤３の熱硬化はまだ行われていない状態の半導体チップを言う。次に、図４（ｂ）に示すように、位置合わせをして重ね合わせた複数の半導体チップ７全体に所定の熱を与えて、図４（ａ）では未硬化であった部分の導電フィラー入り接着剤３を熱硬化させて接着剤５とし、それぞれの半導体チップ７同士の貼り合わせ面を接着固定する。この段階では一つのモジュールとして固定はされているが、それぞれのチップの電極どうしの接続、配線は行われていない。
【００２８】
次に、図４（ｃ）に示すように、接着固定された複数の半導体チップ７の積層側面全体に導電フィラー入り接着剤３を積層側面絶縁接着剤として供給する。なお、この工程での材料供給手段も、ペースト状材料の塗布か、シート状材料の貼り付け手段を用いる。次に、図４（ｄ）に示すように、積層した複数の半導体チップ７どうしの側面再配線４ｂを形成する。複数半導体チップの側面に亘る所望の導電経路を形成するため、レーザ等の熱エネルギーを所定の照射幅で照射し、所定の形状の導電経路を形成する。なお、加圧治具などにより所望の導電経路に対してのみ圧力を加えることで導電フィラーどうしの接触を得て導電経路を形成しても良い。
【００２９】
最後に、図４（ｅ）に示すように、モジュール全体に所定の温度を付与することで、積層側面に供給した導電フィラー入り接着剤３の未硬化部分を硬化させて接着剤５とし、半導体積層モジュールを完成する。
【００３０】
なお、積層側面に供給する導電フィラー入り接着剤においては、硬化条件として紫外線（ＵＶ）硬化のものを用いて、側面に紫外線を照射して導電フィラー入り接着剤の硬化を行っても良い。
【００３１】
以上のように、電極パッドが形成される第１面、及び積層された半導体チップの積層側面全面に導電フィラー入り接着剤を供給し、第１面及び積層側面を通って所定の電極パッド間を電気的に接続する再配線を導電フィラー入り接着剤中の導電フィラーを接触させて形成することにより、側面に積層された半導体チップ間を接続するための電極パッドを形成していないような半導体チップを積層させた場合や半導体チップの外形寸法が異なる半導体チップを積層する場合であっても、再配線を接着剤と同一材料で一括形成することで容易に、電気的に接続された半導体チップ積層モジュールを形成することができる。
（実施の形態２）
図５は実施の形態２における半導体チップ積層モジュールの製造工程を示す図である。以下、図５にしたがって半導体チップ積層モジュールの製造プロセスについて順を追って説明する。
【００３２】
まず、図５（ａ）は、実施の形態１の図４（ａ）までの製造プロセスと同様の製造プロセスで製造した、半導体チップ７を積層した状態を示している。次に、実施の形態１と異なり、本工程では、導電フィラー入り接着剤３を供給し、半導体チップ７及び半導体チップモジュール全体に所定の熱を加えて絶縁状態を保ったまま熱硬化を行った後に、所望の導電経路を形成するためにレーザや光ビーム等の熱エネルギーを加えることで導電フィラーの接触を妨げている物質を除去して凝集し、再配線（４ａまたは４ｂ）を形成すること、つまり、導電フィラー入り接着剤３を熱硬化した後、熱エネルギーを加えることで導電経路を作り出す。そのため、図５（ｂ）においては、図４（ｂ）と同様の状態、つまり位置合わせをして重ね合わせたそれぞれの半導体チップ７全体に所定の熱を与えて、未硬化であった部分の導電フィラー入り接着剤３を熱硬化させ、それぞれの半導体チップ１同士の貼りあわせ面を接着固定する。そして、図５（ｃ）において、この段階で、既に供給されている積層側面の硬化された接着剤５の所定の位置にレーザや光ビームなどの熱エネルギーを用いて積層側面の再配線４ｂを形成する。つまり、それぞれの半導体チップ７の積層側面にまで引き出された再配線４ａどうしの間には熱硬化した導電フィラー入り接着剤５が存在するので、これに熱エネルギーを付与することで導電経路を形成し、再配線４ｂとするものである。なお、導電フィラー入り接着剤３を硬化させる熱エネルギー密度は、導電フィラー入り接着剤３の中の導電フィラーを凝集し導電経路を作る為の熱エネルギー密度より低くなる。従って通常は、導電フィラー入り接着剤３を硬化させる温度は、導電フィラー入り接着剤３の中の導電フィラーを凝集し導電経路を作る為の温度より低くなる。なお、導電フィラー入り接着剤３の中の導電フィラーを凝集する際には、加圧治具などにより所望の導電経路に対してのみ圧力を加えることで導電フィラーどうしの接触を得て導電経路を形成しても良い。
【００３３】
以上により、積層側面に積層側面絶縁接着剤を形成することなく、既に硬化された接着剤から再配線を形成することにより、より容易な方法で、電気的に接続された半導体チップ積層モジュールを形成することができる。
（実施の形態３）
図６は実施の形態３における半導体パッケージの構成を示す図であり、実施の形態１あるいは実施の形態２で製作した半導体チップ積層モジュールをインターポーザ基板１０に実装し、インターポーザ基板１０の裏面電極にはんだボール１１を形成した、半導体パッケージの最終的な完成形の例である。図６（ａ）は半導体パッケージの斜視図、図６（ｂ）は断面図である。半導体チップ積層モジュールをインターポーザ基板１０に実装する手段としては、はんだペーストを用いたはんだ接合による場合が一般的である。なお、図７は実施の形態３における半導体パッケージの製造工程を示す図であり、半導体積層モジュールをインターポーザ基板１０に実装する工程においても、半導体積層モジュール作成の場合と同様の導電フィラー入り接着剤３を用いる方法を示している。この工程について図６，図７を用いて説明する。
【００３４】
まず、図７（ａ）に示すように、積層の完了した半導体チップ積層モジュールをインターポーザ基板１０上に設置、仮固定し、接合を行うインターポーザ基板１０の電極パッド１２の周囲に導電フィラー入り接着剤３を供給する。ここで、半導体チップ積層モジュールの端子電極とインターポーザ基板１０の電極パッド１２の間にレーザ等の熱エネルギーを照射することで、半導体チップ積層モジュールの端子電極とインターポーザ基板１０の電極パッド１２とを電気的に接続する導電経路を形成し、インターポーザ基板１０との接合を完了する。
【００３５】
なお、図７（ｃ）においては、積層してモジュール化する以前の半導体チップ７をインターポーザ基板１０の上に位置決めして積み重ね、それぞれを仮固定し、積み重ねた側面からインターポーザ上の電極パッド１２周辺にまでいたる導電フィラー入り接着剤３を供給した状態であり、その後、図７（ｄ）のように、積み重ねた複数の半導体チップ７の積層側面からインターポーザ基板１０の電極パッド１２にいたる所望の再配線４ｂを形成する。この後、パッケージ全体に所定の熱を付与し、再配線４ａ及び４ｂ以外の導電フィラー入り接着剤３を熱硬化させることによりパッケージ化が完了する。
【００３６】
以上のように、実施の形態１または実施の形態２で形成された半導体チップ積層モジュールをインターポーザ基板上に搭載し、導電フィラー入り接着剤を用いて、半導体チップ積層モジュールの再配線あるいは半導体チップ積層モジュールの電極パッドから、インターポーザ基板の電極パッドにいたる所望の再配線を形成することにより、容易な方法で、半導体チップ積層モジュールを搭載する半導体パッケージの電気的接続を行うことができる。
（実施の形態４）
図８は実施の形態４における半導体パッケージの構成を示す図であり、インターポーザ基板１０上に外形寸法の異なる半導体チップが外形の大きなものが下で、上に行くにしたがって外形の小さいチップが積み重ねられ、しかも上に載った半導体チップがその直下の半導体チップの電極パッドに被さらないという条件の下に積層されている。この場合、半導体チップの再配線として予めそれぞれの側面にいたる再配線は必要なく、インターポーザ基板１０上に積み重ね、導電フィラー入り接着剤３を全面に供給した後に、各半導体チップ上の電極パッドとインターポーザ基板１０上の電極パッド１２を所望の再配線４ｃを行うことで一括してパッケージ化まで終了する。また、本実施の形態においては、上に積み重ねた半導体チップが直下の半導体チップの電極パッドに被さってしまう外形サイズだとしても、その部分だけ予め側面に再配線を引き出しておけば図８の場合と同様にインターポーザ基板１０に対して一括して実装し、パッケージ化することが可能となる。
【００３７】
このように、上層の半導体チップが直下の半導体チップよりも小さいか同じ外形寸法であれば、再配線４ｃと再配線４ｂ、少なくとも再配線４ｃを用いて、積層される半導体チップ間の所定の電極パッド同士を電気的に接続することができる。
【００３８】
以下、図９，図１０を用いて再配線の形成方法を説明する。
図９は本発明の再配線部分の構成を示す斜視図であり、本発明の実施の形態１から４における導電フィラー入り接着剤の再配線部分の斜視図である。ほぼ均一に供給された導電フィラー入り接着剤３に部分的に熱エネルギーを照射することで、または加圧治具により部分的に加圧することで、再配線４ａ部分の導電フィラーが凝集する。
【００３９】
この様子を、さらに図１０の本発明の再配線の形成工程を示す工程断面図にて詳細に説明する。
まず、図１０（ａ）は半導体チップ１上に、導電フィラー９と絶縁接着剤８とからなる導電フィラー入り接着剤３が供給されている状態を示す。次に、図１０（ｂ）に示すように、半導体チップ１上の電極パッド２を通る再配線４ａのためにレーザ等の熱エネルギー６を照射することで、絶縁接着剤８が除去されて導電フィラー９が凝集し、導電フィラー９どうしが接触して導電経路が得られる。その後、図１０（ｃ）に示すように、所定の熱を全体に付与することで熱硬化された接着剤５とし、導電経路以外の部分では絶縁が保たれたまま硬化した状態となる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、半導体チップを、少ない工程で、容易に３次元に積層することができ、複数個の半導体チップをひとつのモジュールに３次元積層された半導体チップ積層モジュール及びそれを構成する半導体チップならびにそれらの製造方法等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】実施の形態１における半導体チップ積層モジュールの構成を示す図
【図２】実施の形態１における半導体チップの製造工程を示す斜視図
【図３】実施の形態１における半導体チップの製造工程を示す断面図
【図４】実施の形態１における半導体チップ積層モジュールの製造工程を示す図
【図５】実施の形態２における半導体チップ積層モジュールの製造工程を示す図
【図６】実施の形態３における半導体パッケージの構成を示す図
【図７】実施の形態３における半導体パッケージの製造工程を示す図
【図８】実施の形態４における半導体パッケージの構成を示す図
【図９】本発明の再配線部分の構成を示す斜視図
【図１０】本発明の再配線の形成工程を示す工程断面図
【図１１】従来の半導体チップ積層モジュールの構造を示す図
【符号の説明】
【００４２】
１    半導体チップ
２    電極パッド
３    導電フィラー入り接着剤
４ａ    再配線
４ｂ    再配線
４ｃ    再配線
５    接着剤
６    熱エネルギー
７    半導体チップ
８    絶縁接着剤
９    導電フィラー
１０    インターポーザ基板
１１    はんだボール
１２    電極パッド
１０１    半導体チップ
１０２    保護膜
１０３    配線用パッド
１０４    切欠部
１０５    配線部
１０６    ワイヤボンディング用パッド
１０７    開口部
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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