(57)【要約】【課題】半導体チップどうしの接続部の破断や半導体チップにクラックが発生するのを抑制できるＣｏＣ型の半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】半導体装置の製造方法は、第１の面９１にバンプ電極１２が設けられた第１の半導体チップ１０ａと、両面にバンプ電極１２が設けられた第２の半導体チップ１０ｂと、を準備する工程と、第１の半導体チップの第１の面９１の上に第２の半導体チップを積層すると共に、第１の半導体チップのバンプ電極と第２の半導体チップのバンプ電極とを電気的に接続してチップ積層体１１を形成する工程と、第１の半導体チップの第２の面９２の少なくとも外周を載置面９３に密着させた状態で、第１の半導体チップと第２の半導体チップとの間の隙間に封止樹脂１４を充填する工程と、封止樹脂を充填する工程の後に、チップ積層体の第２の半導体チップと配線基板とを接続固定する工程と、を有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の面にバンプ電極が設けられた第１の半導体チップと、両面にバンプ電極が設けられた第２の半導体チップと、を準備する工程と、
前記第１の半導体チップの前記第１の面の上に前記第２の半導体チップを積層すると共に、前記第１の半導体チップの前記バンプ電極と前記第２の半導体チップのバンプ電極とを電気的に接続してチップ積層体を形成する工程と、
前記第１の半導体チップの、前記第１の面の反対側の第２の面の少なくとも外周を載置面に密着させた状態で、前記第１の半導体チップと前記第２の半導体チップとの間の隙間に封止樹脂を充填する工程と、
前記封止樹脂を充填する工程の後に、前記チップ積層体の前記第２の半導体チップと配線基板とを接続固定する工程と、を有する半導体装置の製造方法。
【請求項２】
第１の面にバンプ電極が設けられた第１の半導体チップと、両面にバンプ電極が設けられた複数の第２の半導体チップと、を準備する工程と、
前記第１の半導体チップの、前記第１の面の反対側の第２の面が外側に向けられるように前記第１の半導体チップと複数の前記第２の半導体チップとを順次積層すると共に、互いに隣接する前記半導体チップの前記バンプ電極どうしを電気的に接続してチップ積層体を形成する工程と、
前記第１の半導体チップの前記第２の面の少なくとも外周を載置面に密着させた状態で、互いに隣接する前記半導体チップの間の隙間に封止樹脂を充填する工程と、
前記封止樹脂を充填する工程の後に、前記チップ積層体の端に位置する前記第２の半導体チップと配線基板とを接続固定する工程と、を有する半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記第１の半導体チップの前記第２の面が平坦であり、前記第１の半導体チップの前記第２の面を平坦な前記載置面に密着させた状態で前記封止樹脂を充填する工程を行う、請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記封止樹脂を充填する工程では、前記チップ積層体を塗布用シートの上に載置した状態で前記チップ積層体に液状のアンダーフィル材を供給し、該アンダーフィル材を熱硬化させて前記封止樹脂を形成する、請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記塗布用シートは前記液状のアンダーフィル材に対する濡れ性が悪い面である、請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記塗布用シートは、剥離可能な粘着性の面である、請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記第２の半導体チップと前記配線基板とを接続固定する工程の後、前記配線基板上の前記チップ積層体の周囲を覆う別の封止樹脂を形成する工程を有する、請求項１から６のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記第２の半導体チップと前記配線基板とを接続固定する工程の前に、前記チップ積層体を前記載置面からピックアップして、前記第１の半導体チップの前記第２の面を支持基板に固定し、該支持基板とは反対側の前記チップ積層体の表面を除く前記チップ積層体の周囲を覆う別の封止樹脂を形成する工程とを有する、請求項１から６のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記第２の半導体チップと前記配線基板とは、別の半導体チップを介して接続固定される、請求項１から８のいずれか１項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】
本発明は、複数の半導体チップが積層されたチップ積層体を備えた半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の小型化や高機能化に伴って、積層された複数の半導体チップから構成されるチップ積層体を備える、ＣｏＣ（Chip on Chip）型の半導体装置が検討されている。
【０００３】
ＣｏＣ型の半導体装置の製造方法としては、配線基板あるいは支持基板上に複数の半導体チップを順次接続固定し、各半導体チップの間の隙間をアンダーフィル材で埋めた後、アンダーフィル材を含む複数の半導体チップ全体を覆うように樹脂で封止する方法が知られている。このようなＣｏＣ型の半導体装置の製造方法は特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３６１８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した半導体装置の製造方法は、配線基板上に複数の半導体チップを順次固定する工程を有する。この工程では、配線基板または支持基板と半導体チップとの熱膨張係数や剛性の違い、あるいは半導体装置全体の熱分布のばらつき等があるため、製造時に実施する各種の熱処理に伴う熱応力によって半導体チップどうしの接続部が破断したり、半導体チップにクラックが発生したりするおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様における半導体装置の製造方法は、第１の面にバンプ電極が設けられた第１の半導体チップと、両面にバンプ電極が設けられた第２の半導体チップと、を準備する工程と、第１の半導体チップの第１の面の上に第２の半導体チップを積層すると共に、第１の半導体チップのバンプ電極と第２の半導体チップのバンプ電極とを電気的に接続してチップ積層体を形成する工程と、第１の半導体チップの、第１の面の反対側の第２の面の少なくとも外周を載置面に密着させた状態で、第１の半導体チップと第２の半導体チップとの間の隙間に封止樹脂を充填する工程と、封止樹脂を充填する工程の後に、チップ積層体の第２の半導体チップと配線基板とを接続固定する工程と、を有する。
【発明の効果】
【０００７】
上記のような半導体装置の製造方法では、半導体チップ間に封止樹脂が形成されたチップ積層体を作製した後、チップ積層体を配線基板に固定する。そのため、半導体チップと配線基板との熱膨張係数や剛性に違いがあったり、半導体装置全体の熱分布のばらつきが生じたりしても、半導体チップどうしの接続部や半導体チップへ加わる熱応力を低減できる。これにより、半導体チップ間の接続部の破断や半導体チップにクラックが発生することが抑制できる。さらに、上記製造方法では、封止樹脂を充填する工程で、第１の半導体チップの第２の面の少なくとも外周が載置面に密着している。そのため、第１の半導体チップと当該載置面との間に封止樹脂が流れこまず、封止樹脂の流れによってチップ積層体が浮き上がる虞が抑制されるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態の半導体装置の一例を示す断面図である。
【図２】図１に示すチップ積層体の組み立て手順の一例を示す図である。
【図３】図１に示すチップ積層体の組み立て手順の一例を示す図である。
【図４】図１に示す半導体装置の組み立て手順の一例を示す図である。
【図５】比較例の半導体装置の組み立て手順の一例を示す図である。
【図６】図１に示す半導体装置の組み立て手順の一例を示す図である。
【図７】第２の実施形態の半導体装置の一例を示す断面図である。
【図８】図７に示す半導体装置の組み立て手順の一例を示す図である。
【図９】図７に示す半導体装置の組み立て手順の一例を示す図である。
【図１０】第３の実施形態の半導体装置の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明について図面を用いて説明する。
【００１０】
図１は第１の実施形態の半導体装置の一例を示す断面図である。第１の実施形態の半導体装置１は、互いに積層された複数の半導体チップ１０ａ，１０ｂから成るチップ積層体１１を備えている。チップ積層体１１は配線基板２０に接続固定されている。
【００１１】
チップ積層体１１の、配線基板２０から最も遠くに位置する第１の半導体チップ１０ａの一方の面（第１の面）９１には、複数のバンプ電極１２が形成されている。第１の半導体チップ１０ａの他方の面（第２の面）９２にはバンプ電極が形成されておらず、第２の面９２は平坦な面となっている。
【００１２】
第１の半導体チップ１０ａ以外の第２の半導体チップ１０ｂの両面には、バンプ電極１２が形成されている。一方の面のバンプ電極１２と他方の面のバンプ電極１２とはそれぞれ貫通配線１３によって接続されている。各半導体チップ１０ａ，１０ｂは、バンプ電極１２を介して互いに接続されている。
【００１３】
チップ積層体１１は、第１の半導体チップ１０ａを１つ有し、第２の半導体チップ１０ｂを少なくとも１つ有していれば良い。図１に示す例では、第１の半導体チップ１０ａが１つあり、第２の半導体チップ１０ｂが５つある。
【００１４】
半導体チップ１０ａ，１０ｂは各種の回路を有するものであって良い。一例として、配線基板２０に接続固定された第２の半導体チップ１０ｂはインターフェース用チップ、他の第２の半導体チップ１０ｂはメモリ回路が形成されたチップとすることができる。また、第１の半導体チップ１０ａは、例えばメモリ回路が形成されたチップであっても良く、回路が形成されていないサポートチップであっても良い。
【００１５】
半導体チップ１０ａ，１０ｂ間の隙間には封止樹脂（第１の封止樹脂）１４が設けられている。この封止樹脂１４は、略台形の断面形状で、チップ積層体１１の周囲を覆っていることが好ましい。封止樹脂１４は、例えばアンダーフィル材を用いて形成される。
【００１６】
配線基板２０は、例えば両面に所定の配線が形成されたガラスエポキシ基板が用いられる。この配線は接続パッド２１やランド２３を除いてソルダーレジスト膜等の絶縁膜によって覆われている。
【００１７】
配線基板２０の一方の面には、チップ積層体１１と接続するための複数の接続パッド２１が形成されている。配線基板２０の他方の面には、外部端子としての金属ボール２２を接続するための複数のランド２３が形成されている。これらの接続パッド２１は、所定のランド２３と配線によって接続されている。ランド２３は、所定の間隔で、例えば格子状に配置されている。
【００１８】
配線基板２０の接続パッドには、例えばＡｕやＣｕ等から成るワイヤバンプ１５が形成されている。このワイヤバンプ１５が、第２の半導体装置１０ｂのバンプ電極１２と接続されている。また、チップ積層体１１と配線基板２０とは、ＮＣＰ（Non Conductive Paste）等の接着部材２４によって接着固定されていることが好ましい。接着部材２４により、ワイヤバンプ１５や接続パッド２１などの接合部位が保護されている。
【００１９】
配線基板２０上のチップ積層体１１は封止樹脂（第２の封止樹脂）２５によって封止されている。チップ積層体１１が搭載された面とは反対側の、配線基板２０の面に設けられた複数のランド２３には、半導体装置１の外部端子となる金属ボール２２が接続されている。
【００２０】
次に、図１に示した半導体装置の製造方法について説明する。第１の実施形態の半導体装置１を製造する場合、まず、第１の半導体チップ１０ａと第２の半導体チップ１０ｂを準備する。半導体チップ１０ａ，１０ｂは、例えば、略四角形のＳｉ等からなる板状の基板の一方の面にメモリ回路等の所定の回路が形成された構成である。
【００２１】
第１の半導体チップ１０ａの一方の面９１にはバンプ電極１２が設けられている。第１の半導体チップの他方の面９２は平坦である。第２の半導体チップ１０ｂの両面にはバンプ電極１２が設けられている。
【００２２】
次に、第１の半導体チップ１０ａを吸着ステージ１００上に載置する（図２（ａ）参照）。このとき、第１の半導体チップ１０ａの第２の面９２が吸着ステージの方に向けられる。第１の半導体チップ１０ａは、吸着ステージ１００に設けられた吸着孔１０２を介して不図示の真空装置により真空吸引されることが好ましい。これにより、第１の半導体チップ１０ａは吸着ステージ１００上に安定的に保持される。
【００２３】
吸着ステージ１００上に保持した第１の半導体チップ１０ａ上に、第２の半導体チップ１０ｂを搭載する（図２（ｂ）参照）。このとき、第１の半導体チップ１０ａのバンプ電極１２と、第２の半導体チップ１０ｂのバンプ電極１２とを接合する。これにより、第１の半導体チップ１０ａと第２の半導体チップ１０とが接続固定される。
【００２４】
２段目の半導体チップ１０ｂ上には３段目の半導体チップ１０ｂを接続固定し、３段目の半導体チップ１０ｂ上には４段目の半導体チップ１０ｂを接続固定する。このようにして、任意の数の半導体チップ１０ａ，１０ｂを有するチップ積層体１１を構成する（図２（ｃ）参照）。図２に示す例では、チップ積層体１１は、第１の半導体チップ１０ａを１つ、第２の半導体チップ１０ｂを５つ有している。
【００２５】
バンプ電極１２どうしの接合には、例えば熱圧着法を用いることができる。具体的な一例として、例えば、高温（例えば３００℃程度）に設定したボンディングツール１１０により、半導体チップ１０ａ，１０ｂ同士を圧接させて所定の荷重を加える熱圧着法を用いればよい。また、半導体チップ１０ａ，１０ｂ同士の接合には、熱圧着法だけでなく超音波を印加しつつ圧着する超音波圧着法、あるいは熱圧着と超音波圧着とを併用する超音波熱圧着法を用いてもよい。
半導体チップ１０ａ，１０ｂを積層する順番は図２に示す例に限定されない。はじめに吸着ステージ１００に第２の半導体チップ１０ｂを載置しても良い。この場合、第１の半導体装置１０ａは、第２の面９２が上方を向くように、最後に積層される。つまり、チップ積層体１１は、第１の半導体チップ１０ａの第２の面９２が外側に向けられるように構成される。
【００２６】
次に、第１の半導体チップ１０ａの第２の面９２を平坦な面（載置面）９３に密着させた状態で、互いに隣接する半導体チップ１０ａ，１０ｂの間の隙間に封止樹脂１４を充填する。ここでは、図３（ａ）に示すように、第１の半導体チップ１０ａの第２の面９２が、ステージ１２０に貼付された塗布用シート１２１に隙間無く密着するように、チップ積層体１１をステージ１２０に載置する。この場合、塗布用シート１２１の表面が平坦な面９３となる。
【００２７】
塗布用シート１２１は、チップ積層体１１を剥離可能な粘着性のシートであることが好ましい。なお、塗布用シート１２１は、ステージ１２０上に直接貼る必要はなく、平坦な面上であればどこでもよい。塗布用シートは、例えばステージ１２０上に載置した所定の治具等に貼ってもよい。
【００２８】
次に、図３（ｂ）に示すように、チップ積層体１１の端部近傍からディスペンサ１３０によりアンダーフィル材１３１を供給する。供給されたアンダーフィル材１３１は、チップ積層体の周囲にフィレットを形成しつつ、半導体チップ１０どうしの隙間へ毛細管現象によって進入する。これにより、半導体チップ１０の間の隙間がアンダーフィル材１３１によって埋められる。
【００２９】
アンダーフィル材１３１が供給されたチップ積層体１１は、塗布用シート１２１上に載置された状態で所定の温度、例えば１５０℃程度でキュア（熱処理）されることで、アンダーフィル材１３１が熱硬化される。その結果、図３（ｃ）に示すように、チップ積層体１１の周囲を覆うと共に半導体チップ１０の間の隙間を埋めるアンダーフィル材１３１から成る封止樹脂１４が形成される。
【００３０】
本実施形態の製造方法では、チップ積層体１１の第１の半導体チップ１０ａの第２の面９２が平坦な面９３と密着しているため、アンダーフィル材１２１が半導体チップ１０ａと平坦な面９３との間に流れ込まない。したがって、この工程中にチップ積層体１１が浮き上がること無く、封止樹脂１４の外形精度が向上する。
【００３１】
本実施形態では、第１の半導体チップ１０ａの第２の面９２と、半導体チップ１０ａが載置される載置面９３は平坦であるが、これらの面９２，９３は必ずしも平坦である必要はない。アンダーフィル材１３１を供給する際に、第１の半導体チップ１０ａの第２の面９２の少なくとも外周が載置面９３に密着された状態であれば良い。この場合にも、第１の半導体チップ１０ａと載置面９３との間にアンダーフィル材１３１が流れこまず、アンダーフィル材１３１の流れによってチップ積層体１１が浮き上がる虞が抑制される。
【００３２】
封止樹脂１４の熱硬化後、封止樹脂１４を含むチップ積層体１１は塗布用シート１２１からピックアップされ、必要に応じて収納冶具１４０に収容される（図３（ｄ）参照）。
【００３３】
塗布用シート１２１は、フッ素系シートやシリコーン系接着材が塗布されたシート等のように、封止樹脂（アンダーフィル材）１４に対する濡れ性が悪い材料であることが好ましい。
【００３４】
塗布用シート１２１がアンダーフィル材１３１に対する濡れ性が悪い材料から成る場合、液状のアンダーフィル材１３１の広がりが抑制されてフィレット幅が抑制されるという利点や、熱硬化時における塗布用シート１２１へのアンダーフィル材１３１の付着が防止されるという利点や、チップ積層体１１を塗布用シート１２１から容易にピックアップできるという利点がある。
【００３５】
次に第１の実施の形態の半導体装置の組み立て手順について説明する。なお、図４は、複数の半導体装置１を一括して形成するための組み立て手順の一例を示している。
【００３６】
まずマトリックス状に配置された複数の製品形成部２６を備えた配線基板２０を準備する。製品形成部２６は、各々の半導体装置１の配線基板２０となる部位である。各製品形成部２６には所定のパターンの配線が形成されている。各配線は接続パッド２１及びランド２３を除いてソルダーレジスト膜等の絶縁膜によって覆われている。この配線基板２０の製品形成部２６間が各半導体装置１を個々に切り離す際のダイシングラインとなる。
【００３７】
配線基板２０の一方の面には、チップ積層体１１と接続するための複数の接続パッド２１が形成され、他方の面には外部端子となる金属ボール２２を接続するための複数のランド２３が形成されている。これら接続パッド２１は、所定のランド２３と配線によって接続されている。
【００３８】
次に、チップ積層体１１の端に位置する第２の半導体チップ１０ａと配線基板２０とを接続固定する。具体的には、まず、配線基板２０の接続パッド２１上に、ワイヤバンプ１５を形成する。ワイヤバンプ１５は、不図示のワイヤボンディング装置を用いて、溶融して先端がボール状になったＡｕやＣｕ等のワイヤを、例えば超音波熱圧着法を用いて接続パッド２１に接合し、その後、ワイヤを引き切ることで形成すればよい。
【００３９】
図４（ａ）に示すように、配線基板２０の各製品形成部２６上にそれぞれ絶縁性の接着部材２４、例えばＮＣＰ（Non Conductive Paste）をディスペンサ１５０により塗布する。
【００４０】
次に、チップ積層体１１の第１の半導体チップ１０の第２の面９２をボンディングツール１６０等で吸着保持し、配線基板２０の製品形成部２６上に搭載する（図４（ｂ）参照）。そして、配線基板２０のワイヤバンプ１５とチップ積層体１１のバンプ電極１２とを、例えば熱圧着法を用いて接合する。このとき、配線基板２０上の接着部材２４がチップ積層体１１と配線基板２０との間に充填され、配線基板２０とチップ積層体１１とが接着固定される（図４（ｃ）参照）。ここで、チップ積層体１１の周囲にはテーパ状に封止樹脂１４が形成されているため、接着部材２４の這い上がりが抑制される。これにより、ボンディングツール１６０へ接着部材２４が付着することによる、チップ積層体１１の破損や接合不良等が低減される。
【００４１】
本実施形態では、配線基板２０の接続パッド２１にワイヤバンプ１５を形成する例を示しているが、チップ積層体１１のバンプ電極１２に、配線基板２０の接続パッド２１を直接接続してもよい。
【００４２】
ここで、比較例として、第１の半導体チップ１０ａの第２の面９２が平坦で無いチップ積層体１１を用いて半導体装置を製造する方法について図５を参照して説明する。図５では、第１の半導体チップ１０ａの両面にバンプ電極１２が形成されており、第１の半導体チップ１０ａの第２の面は平坦ではない。
【００４３】
比較例のチップ積層体１１を塗布用シート１２１に載置すると、バンプ電極１２のために、第１の半導体チップ１０ａと塗布用シート１２１との間に隙間ができる。この状態で、封止樹脂（アンダーフィル材）を供給すると、第１の半導体チップ１０ａと塗布用シート１２１との間の隙間にアンダーフィル材が流れ込む。チップ積層体１１は、バンプ電極１２を介して塗布用シート１２１に置かれている、もしくは粘着しているだけなので、チップ積層体１１はアンダーフィル材の流れの影響で塗布用シート１２１から浮き上がることがある（図５（ａ）参照）。その結果、封止樹脂１４の外形がばらつき、その後の工程を正確に行えなかったり、歩留まりが低下したりすることがある。特に、図５（ｂ）に示すように、チップ積層体１１の一面をボンディングツール１６０で吸着保持したときに、ボンディングツール１６０に対してチップ積層体１１が傾いた状態になることがある。図５（ｃ）に示すように、この状態で配線基板２０に接続固定すると、接続強度が低下したり、接続不良が生じる。図５（ｃ）では、点線の領域Ａで示す箇所で、接続不良が生じている。
【００４４】
一方、本実施形態の製造方法によれば、上述したように、封止樹脂１４の外形精度が向上するため、チップ積層体１１と配線基板２０との接続不良が抑制される。
【００４５】
図４で説明した工程の後、チップ積層体１１が搭載された配線基板２０は、不図示のトランスファモールド装置の上型と下型から成る成型金型にセットされ、モールド工程に移行する。
【００４６】
成型金型の上型には、複数のチップ積層体１１を一括して覆う不図示のキャビティが形成され、該キャビティ内に配線基板２０上に搭載されたチップ積層体１１が収容される。次に、成型金型の上型に設けられたキャビティ内に加熱溶融させた封止樹脂を注入し、チップ積層体１１全体を覆うようにキャビティ内に封止樹脂２５を充填する。封止樹脂２５には、例えばエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を用いる。
【００４７】
続いて、キャビティ内を封止樹脂２５で充填した状態で、所定の温度、例えば１８０℃程度でキュアすることで封止樹脂２５を熱硬化させ、図６（ａ）に示すように、各チップ積層体１１を一括して覆う封止樹脂２５を形成する。さらに、所定の温度でベークすることで、封止樹脂（第２の封止樹脂）２５を完全に硬化させる。
【００４８】
本実施形態では、チップ積層体１１の半導体チップ１０間を第１の封止樹脂層（アンダーフィル材）１４で封止した後、チップ積層体１１全体を覆う第２の封止樹脂２５を形成するため、半導体チップ１０どうしの隙間でボイドが発生するのを抑制できる。
【００４９】
第２の封止樹脂２５を形成すると、ボールマウント工程に移行し、図６（ｂ）に示すように配線基板２０の他方の面に形成されたランド２３に、半導体装置の外部端子となる導電性の金属ボール２２、例えば半田ボールを接続する。
【００５０】
ボールマウント工程では、配線基板２０の各ランド２３と位置が一致する複数の吸着孔を備えたマウントツール１７０を用いて複数の金属ボール２２を吸着保持し、各金属ボール２２にフラックスを転写した後、保持した各金属ボール２２を配線基板２０のランド２３上に一括して搭載する。
【００５１】
全ての製品形成部２６に対する金属ボール２２の搭載が完了した後、配線基板２０をリフローすることで各金属ボール２２と各ランド２３とを接続する。
【００５２】
金属ボール２２の接続が完了すると、基板ダイシング工程に移行し、所定のダイシングラインで個々の製品形成部２６を切断分離することで半導体装置１を形成する。
【００５３】
基板ダイシング工程では、第２の封止樹脂２５にダイシングテープ１８０を貼着することで製品形成部２６を支持する。そして、図６（ｃ）に示すように、不図示のダイシング装置が備えるダイシングブレード１８１により所定のダイシングラインで切断することで製品形成部２６毎に分離する。切断分離後、ダイシングテープ１８０を製品形成部２６からピックアップすることで、図１に示したＣｏＣ型の半導体装置１が得られる。
【００５４】
上記のように、本実施形態の製造方法によれば、封止樹脂１４が形成されたチップ積層体１１を作成した後、チップ積層体１１を配線基板２０に固定する。そのため、半導体チップ１０ａと配線基板２０との熱膨張係数や剛性に違いがあったり、半導体装置全体の熱分布のばらつきが生じたとしても、半導体チップ１０ａ，１０ｂどうしの接続部や半導体チップ１０ａ，１０ｂへ加わる熱応力を低減できる。これにより、半導体チップ１０ａ，１０ｂ間の接続部の破断や半導体チップ１０ａ，１０ｂにクラックが発生することが抑制できる。
【００５５】
図７は第２の実施形態の半導体装置の一例を示す断面図である。図７に示すように、第２の実施の形態の半導体装置２は、第１の実施形態で示したチップ積層体１１及び配線基板２０に加えて、チップ積層体１１を支持するメタル基板（支持基板）３０を備えている。チップ積層体１１は、接着部材３１、例えばＤＡＦ（Die Attached Film）によってメタル基板３０上に接着固定されている。メタル基板３０には、例えば鉄・ニッケル合金（４２アロイ等）が用いられる。
【００５６】
チップ積層体１１の構成は、第１の実施形態とほぼ同様であり、半導体チップ１０ａ，１０ｂを４つ含むことが第１の実施形態と異なっている。
【００５７】
第１の半導体チップ１０の平坦な面９２が接着部材３１を介してメタル基板３０に接続されている。メタル基板３０とは反対側に向いたチップ積層体１１の表面に、ワイヤバンプ１５を介して配線基板２０が接続固定される。
【００５８】
第２の実施形態の半導体装置２は、チップ積層体１１をメタル基板３０上に固定することで半導体装置２の反りを低減できる。また、メタル基板３０によってチップ積層体１１が支持されるため、メタル基板３０よりも小さいサイズの配線基板２０を用いることが可能であり、外部端子の数に合わせて配線基板２０の大きさを最適に設計できる。
【００５９】
次に第２の実施形態の半導体装置の組立手順について図面を用いて説明する。図８及び図９は、図７に示した半導体装置の組み立て手順の一例を示す図である。なお、図８及び図９は、複数の半導体装置２を一括して形成するための組み立て手順の一例を示している。
【００６０】
第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様の手順で、チップ積層体１１が形成される。したがって、上述したように、チップ積層体１１の周囲の封止樹脂１４の外形精度が向上するという利点がある。これにより、チップ積層体１１と配線基板２０との接続不良や、チップ積層体１１とメタル基板３０との接続不良が抑制される。また、チップ積層体１１を支持する支持基板として、マトリクス状に配置された複数の製品形成部３２を備えたメタル基板３０を準備する。
【００６１】
メタル基板３０の準備が完了すると、図８（ａ）に示すようにメタル基板３０の各製品形成部３２上に絶縁性の接着部材３１、例えばＤＡＦを搭載する。次に、図８（ｂ）に示すように絶縁性の接着部材３１によってメタル基板３０の各製品形成部３２上にチップ積層体１１をそれぞれ接着固定する。このとき、チップ積層体１１の第１の半導体チップ１０ａの第２の面（平坦な面）９２がメタル基板３０に面するようにする。
【００６２】
チップ積層体１１を搭載したメタル基板３０は、不図示のトランスファモールド装置の上型と下型から成る成型金型にセットされ、モールド工程に移行する。
【００６３】
成型金型の上型には、複数のチップ積層体１１を一括して覆う不図示のキャビティが形成され、該キャビティ内にメタル基板３０上に搭載されたチップ積層体１１が収容される。このとき、キャビティ内には弾力性を備えたシートを配置し、上型と下型を型閉めすることでチップ積層体１１最上部の半導体チップ１０表面をシートで覆うようにする。このようにすることで、チップ積層体１１最上部の半導体チップ１０表面に、後述する封止樹脂が回りこまないようにする。
【００６４】
次に成型金型の上型に設けられたキャビティ内に加熱溶融させた封止樹脂を注入し、チップ積層体１１全体を覆うようにキャビティ内に封止樹脂を充填する。封止樹脂には、例えばエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を用いる。
【００６５】
続いて、キャビティ内を封止樹脂で充填した状態で、所定の温度、例えば１８０℃程度でキュアすることで封止樹脂を熱硬化させ、図８（ｃ）に示すように複数の製品形成部３２上にそれぞれ搭載されたチップ積層体１１を一括して覆う第２の封止樹脂２５を形成する。さらに、所定の温度でベークすることで、第２の封止樹脂２５を完全に硬化させる。このとき、チップ積層体１１最上部の半導体チップ１０の表面はシートで覆われていたため、第２の封止樹脂層２５が形成されずにバンプ電極１２が露出する。
【００６６】
本実施形態では、チップ積層体１１の半導体チップ１０間を第１の封止樹脂（アンダーフィル材）１４で封止した後、チップ積層体１１全体を覆う第２の封止樹脂２５を形成するため、半導体チップ１０どうしの隙間でボイドが発生するのを抑制できる。
【００６７】
次にチップ積層体１１最上部のバンプ電極１２上にワイヤバンプ１５を形成する。ワイヤバンプ１５は、不図示のワイヤボンディング装置を用いて、溶融して先端がボール状になったＡｕやＣｕ等のワイヤを半導体チップ１０のバンプ電極１２上に、例えば超音波熱圧着法を用いて接合し、その後、ワイヤを引き切ることで形成すればよい。
【００６８】
なお、本実施形態では、ワイヤバンプ１５に代わって半導体チップ１０のバンプ電極１２上に半田バンプを形成してもよい。また、本実施形態では、チップ積層体１１と配線基板２０の接続を容易にするためにバンプ電極１２上にワイヤバンプ１５を形成する例を示したが、チップ積層体１１のバンプ電極１２には配線基板２０の接続パッド２１を直接接続してもよい。
【００６９】
次に、図８（ｄ）に示すように、チップ積層体１１最上部の半導体チップ１０ｂの露出面に接着部材２４、例えばＮＣＰを選択的に塗布し、その上に配線基板２０を搭載する（図９（ａ））。
【００７０】
配線基板２０には、メタル基板３０の製品形成部３２よりも面積が小さい、例えば略四角形状の配線が形成されたポリイミド基板、あるいは配線が形成されたフレキシブル基板が用いられる。
【００７１】
次に、ボンディングツール１９０等により配線基板２０を吸着保持してチップ積層体１１上に搭載し、配線基板２０の接続パッド２１とチップ積層体１１のワイヤバンプ１５とを、例えば熱圧着法を用いて接合する。このとき、チップ積層体１１上に塗布していた接着部材２４（ＮＣＰ材）がチップ積層体１１と配線基板２０間に充填され、チップ積層体１１上に配線基板２０が接着固定される。
【００７２】
本実施形態では、上述したようにメタル基板３０の製品形成部３２よりも面積が小さい配線基板２０を搭載できるため、配線基板２０の搭載時に、隣接して配置されたチップ積層体１１上の配線基板２０どうしが接触する問題や、隣接して配置されたチップ積層体１１上の接着部材２４（ＮＣＰ材）どうしが接触する問題を低減できる。そのため、各チップ積層体１１上に配線基板２０が良好に搭載される。
【００７３】
最後に、図９（ｂ）に示すように、第１の実施形態と同様に、マウントツール１７０を用いて配線基板２０の他方の面の各ランド２３上に金属ボール２２を搭載し、図９（ｃ）に示すように不図示のダイシング装置が備えるダイシングブレード１８１によりメタル基板３０の製品形成部３２毎に切断・分離することで、図７に示した半導体装置２を形成する。
【００７４】
第２の実施形態の半導体装置２は、メタル基板３０を備えているため、半導体装置２の反りを低減できる。また、メタル基板３０を備えることで、半導体装置２の機械的強度が向上すると共に半導体装置２の放熱特性も向上する。
【００７５】
さらに、第２の実施の形態の半導体装置２は、メタル基板３０によってチップ積層体１１が支持されているため、メタル基板３０よりも小さいサイズの配線基板２０を用いることが可能であり、外部端子の配置数に合わせて配線基板２０の大きさを最適に設計できる。
【００７６】
図１０は第３の実施形態の半導体装置の一例を示す断面図である。図１０に示すように、第３の実施形態の半導体装置３は、配線基板２０上に、第１の実施形態で示したチップ積層体１１と、チップ積層体１１の半導体チップ１０と異なる機能を備えた別の半導体チップ（機能拡張チップ）２００が設けられている。
【００７７】
図１０に示すチップ積層体１１は、第１実施形態と同様の手順で作成される。したがって、上述したように、チップ積層体１１の周囲の封止樹脂１４の外形精度が向上するという利点がある。これにより、チップ積層体１１と配線基板２０との接続不良や、チップ積層体１１とメタル基板３０との接続不良が抑制される。
【００７８】
機能拡張チップ２００は、略四角形状のＳｉ基板の一方の面に半導体チップ１０ａ，１０ｂと異なる機能の回路（例えば論理回路）が形成され、その周辺近傍及び中央近傍に複数の電極パッドが形成された構成である。
【００７９】
機能拡張チップ１０Ａは、絶縁性の接着部材４１、例えばＤＡＦを用いて、回路が形成されない面が配線基板２０と接着固定される。機能拡張チップ１０Ａの周辺近傍に配置された電極パッドは、配線基板２０の接続パッドと導電性のワイヤ４２を介して接続される。配線基板の中央近傍に配置されたパッドはチップ積層体１１とフリップチップ接続方式で接続される。配線基板２０上の機能拡張チップ２００、チップ積層体１１及び導電性のワイヤ４２は、第２の封止樹脂２５によって封止される。
【００８０】
なお、図１０は、配線基板２０上に機能拡張チップ１０Ａ及びチップ積層体１１を搭載する半導体装置３の例を示している。これに代えて、半導体装置は、第２の実施形態と同様に、メタル基板３０上にチップ積層体１１及び機能拡張チップ１０Ａを搭載し、さらにその上に配線基板２０を搭載した構成でもよい。
【００８１】
第３の実施形態によれば、第１の実施形態と同様に効果に加えて、機能拡張チップ２００を備えることで、よりメモリ容量が大きい、あるいはより多くの機能を備えた半導体装置が得られる。
【００８２】
以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは言うまでもない。
【００８３】
例えば、第１〜第３の実施形態では、メモリ回路が形成された半導体チップ１０ａ，１０ｂを積載したチップ積層体１１を例にして説明したが、半導体チップ１０ａ，１０ｂは、ロジック回路が形成されたチップ等、どのような機能を備えたチップであってもよい。
【００８４】
また、第１〜第３の実施形態では、外部端子として金属ボール２２を用いるＢＧＡ型の半導体装置を例にして説明したが、本発明はＬＧＡ（Land Grid Array）等、他のパッケージ方式の半導体装置にも適用できる。
【符号の説明】
【００８５】
１，２，３    半導体装置
１０ａ    第１の半導体チップ
１０ｂ    第２の半導体チップ
１１    チップ積層体
１２    バンプ電極
１３    貫通電極
１４    封止樹脂
１５    ワイヤバンプ
２０    配線基板
２１    接続パッド
２２    金属ボール
２３    ランド
２４，３１，４１    接着部材
２５    封止樹脂
２６，３２    製品形成部
３０    メタル基板
４２    ワイヤ
９１    第１の半導体チップの第１の面
９２    第１の半導体チップの第２の面
９３    平坦な面
１００    吸着ステージ
１０２，１１２    吸着孔
１１０    ボンディングツール
１２０    ステージ
１２１    塗布用シート
１３１    アンダーフィル材
１３０    ディスペンサ
１４０    収納冶具
１５０    ディスペンサ
１６０，１９０    ボンディングツール
１７０    マウントツール
１８０    ダイシングテープ
１８１    ダイシングブレード
２００    機能拡張チップ
【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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