(57)【要約】      （修正有）【課題】装置の大型化や材料コストの増加を招くことなく下層チップに接続されるボンディングワイヤと上層チップとの接触を抑制した半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】第１の半導体チップ１３の一方の面にボンディングワイヤ１６−２を接続し、第２の半導体チップ１５の一方の面に接着部材１４を設け、コレットを用いて第２の半導体チップの他方の面を保持し、第２の半導体チップを保持した状態でコレットを冷却し、コレットを冷却した後に、コレットを移動させて、接着部材１４を第１の半導体チップ１３の一面に密着させ、第１の半導体チップ１３と第２の半導体チップ１５とを接着部材１４を介して接着する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の半導体チップの一方の面にボンディングワイヤを接続し、
第２の半導体チップの一方の面に接着部材を設け、
コレットを用いて前記第２の半導体チップの他方の面を保持し、
前記第２の半導体チップを保持した状態で前記コレットを冷却し、
前記コレットを冷却した後に、前記コレットを移動させて、前記接着部材を前記第１の半導体チップの一面に密着させ、前記第１の半導体チップと前記第２の半導体チップとを前記接着部材を介して接着する、
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記コレットの冷却は、その温度が第１の所定温度以下となるように行われることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記コレットの冷却は、ノズルから噴出する空気を用いて行わ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の製造方法。
【請求項４】
前記接着部材が前記第１の半導体チップの一面に押し付けられる以前に、前記第１の半導体チップを第２の所定温度以上に加熱することを特徴する請求項１，２、または３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記コレットとして、前記空気を通過させる少なくとも一つの貫通孔を備えたコレットを用いることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一つ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、半導体装置の製造方法に関し、特に、ボンディングワイヤーが接続された第１のチップ上に第２のチップを積層した半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
関連する半導体装置の製造方法は、上側半導体チップに絶縁性フィルム状接着層を貼り付け、上側半導体チップを下側半導体チップの表面に徐々に近づけ、下側半導体チップの表面にあるボンディングワイヤーを絶縁性フィルム状接着層に内在させながら、上下の半導体チップを接着する、というものです（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−７２００９号公報（００２１、図３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
絶縁性フィルム状接着層を用い、その層中にボンディングワイヤーを内在させつつ上下の半導体チップを接着する場合、両チップ間の距離が小さくなり過ぎて、ボンディングワイヤーが上側半導体チップの裏面に接触してショートする恐れがある。
【０００５】
特許文献１には、ボンディングワイヤと上側半導体チップとの接触を防止するために、粘度の異なる二種類の接着層を用いたり、更にそれらの間に別の層を設けたりする方法が記載されている。
【０００６】
しかしながら、接着層の数や種類を増やすことは、装置の大型化を招くとともに、材料コストの増加を招くという問題点がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一形態に係る半導体装置の製造方法は、第１の半導体チップの一方の面にボンディングワイヤを接続し、第２の半導体チップの一方の面に接着部材を形成し、コレットを用いて前記第２の半導体チップの他方の面を保持し、前記第２の半導体チップを保持した状態で前記コレットを冷却し、前記コレットを冷却した後に、前記コレットを移動させて、前記接着部材を前記第１の半導体チップの一面に密着させ、前記第１の半導体チップと前記第２の半導体チップとを前記接着部材を介して接着する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、コレットを冷却した後、第２の半導体チップの一面に形成された接着部材を用いて、第２の半導体チップを第１の半導体チップに接着するようにしたことで、接着部材の厚みを増加させたり材料コストの増加を招くことなく、第１の半導体チップに接続されたボンディングワイヤと第２の半導体チップとの接触を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明が適用される半導体装置の一例の概略構成を示す断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｆ）は、図１の半導体装置に含まれる第２の半導体チップの製造工程を説明するための図である。
【図３】（ａ）〜（ｆ）は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法するための工程図である。
【図４】図３（ｂ）を参照して説明したダイボンディング工程を詳細に説明するための工程図である。
【図５】図４のダイボンディング工程に用いられるコレットの変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法について詳細に説明する。
【００１１】
本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、第１の半導体チップの一方の面にボンディングワイヤを接続し、第２の半導体チップの一方の面に接着部材を形成し、コレットを用いて第２の半導体チップの他方の面を保持し、第２の半導体チップを保持した状態でコレットを冷却し、コレットを冷却した後に、コレットを移動させて、接着部材を第１の半導体チップの一面に密着させ、第１の半導体チップと第２の半導体チップとを接着部材を介して接着する、というものである。
【００１２】
ここで、コレットの冷却は、その温度が第１の所定温度以下となるように行われる。コレットの冷却は、例えば、ノズルから噴出する空気を用いて行われる。コレットは、ノズルから噴出する空気を通過させ、コレットの冷却効率を上げる通気孔を有してもよい。
【００１３】
一方、第１の半導体チップは第２の所定温度以上に加熱されており、接近・接触する接着部材の粘度を低下させる。
【００１４】
接着部材は、第１の半導体チップ側では粘度が低く、第２の半導体チップ側では粘度が高くなる。これにより、第１の半導体チップに接続されたボンディングワイヤは、接着部材内に容易に進入するものの、第２の半導体チップには到達し難い状態となる。こうして、ワイヤボンディングと第２の半導体チップとの接触が抑制される。しかも、接着部材の厚さや層数を増やしたりする必要がなく、原料コストの増加もない。
【００１５】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法により製造される半導体装置の一例を示す断面構成図である。
【００１６】
図示の半導体装置１０は、ＭＣＰ（Multi Chip Package）タイプの半導体装置である。この半導体装置１０は、配線基板１１と、配線基板１１の一面上に第１の接着部材（例えば、ＤＡＦ：Die Attach Film）１２により接着された第１の半導体チップ（下段チップ）１３、第１の半導体チップ１３の一面上に第２の接着部材（例えば、ＦＯＷ：Film On Wire）１４により接着された第２の半導体チップ（上段チップ）１５、第１及び第２の半導体チップ１３，１５と配線基板１１との間を電気的に接続する複数の第１及び第２のボンディングワイヤ１６−１，１６−２、第１及び第２の半導体チップ１３，１５をボンディングワイヤ１６−１，１６−２とともに配線基板１１上に封止する封止体（絶縁樹脂）１７、及び配線基板１１の他面に搭載される複数の半田ボール１８とを有している。
【００１７】
配線基板１１は、略矩形板状のガラスエポキシ基板であってよい。配線基板１１は、絶縁基材１１１と、その一面及び他面に形成された配線層１１２，１１３と、絶縁基材１１１を貫き、配線層１１２，１１３間を電気的に接続するビア１１４と、配線層１１２，１１３のを覆うように絶縁基材の一面及び他面に形成された絶縁膜（ソルダーレジスト）１１５，１１６を有している。
【００１８】
配線層１１２には、ボンディングワイヤ１６−１，１６−２が接続される接続パッド１１７が含まれる。また、配線層１１３には、半田ボール１８が搭載されるランド１１８が含まれる。
【００１９】
第１の半導体チップ１３及び第２の半導体チップ１５には、それぞれ所定の回路が形成されている。これらの半導体チップ１３，１５は回路形成面を図の情報に向ける、いわゆるフェースアップの状態で、配線基板１１上に搭載される。半導体チップ１３，１５は、どのような回路が形成されたものであってもよい。
【００２０】
第１の接着部材１２及び第２の接着部材１４は、いずれもエポキシ系樹脂を主成分とする絶縁性接着フィルムである。但し、第１の半導体チップ１３を配線基板１１に搭載した状態で、第２の半導体チップ１５を第１の半導体チップ１３に接着できるようにするため、第２の接着部材１４の方が第１の接着部材１２よりも融点が低い。
【００２１】
ボンディングワイヤ１６−１，１６−２は、ＡｕやＣｕ等の導電性金属配線である。フェースアップの状態で配線基板１１上に搭載された第１及び第２の半導体チップ１３，１５の回路形成面の電極パッドと、配線基板１１の接続パッドとの間を電気的に接続する。
【００２２】
封止体１７は、第１及び第２の半導体チップ１３，１５をボンディングワイヤ１６−１，１６−２とともに配線基板１１上に封止し、半導体チップを保護する。封止樹脂もまた、エポキシ系樹脂を主成分とする。
【００２３】
次に、図２（ａ）〜（ｆ）及び図３（ａ）〜（ｆ）を参照して、図１の半導体装置の製造方法について説明する。
【００２４】
まず、図２（ａ）に示すように、半導体ウエハ２０の一面側に複数の第２の半導体チップ１５にそれぞれ対応する複数の所定の回路、例えば、複数のメモリ回路を形成する。図２（ａ）には、複数の第２の半導体チップ１５を区画するダイシングライン２１と、形成された所定の回路の外部接続端子となる複数の電極パッド２２とが示されている。
【００２５】
次に、ウエハＢＧ（Back Grinding）工程を行うため、半導体ウエハ２０の一面側にＢＧテープ２３（図２（ｂ））を貼り付ける。続いて、ＢＧ用砥石（図示せず）を用いて半導体ウエハ２０の他面側を研削し、図２（ｂ）に示すように、半導体ウエハ２０の厚さを減少させる。このＢＧ工程により、半導体ウエハ２０は、例えば、１００μｍ厚程度にまで薄型化される。
【００２６】
次に、図２（ｃ）に示すように、半導体ウエハ２０の他面側全面に、第２の接着部材１４となる接着材層２４、例えば、ＦＯＷ（Film On Wire）フィルム、を形成する。
【００２７】
続いて、図２（ｄ）に示すように、接着材層２４の側にダイシングテープ２５を貼り付ける。また、半導体ウエハ２０の一面側に貼り付けられているＢＧテープ２３を除去する。こうして、接着材層２４を介してダイシングテープ２５に裏面側が保持された半導体ウエハ２０が準備される。
【００２８】
次に、ダイシング工程を行う。ダイシング工程では、半導体ウエハ２０を、図示しないダイシング装置のステージ上に保持させ、ダイシング装置に半導体ウエハ２０の一面のダイシングラインを認識させる。ダイシング装置は、高速回転するダイシングブレードを用い、認識したダイシングラインに沿って、半導体ウエハ２０の一面側から半導体ウエハ２０を切断する。ダイシングブレードの切断深さは、ダイシングテープを一部切断する深さに調整されている。これにより、図２（ｅ）に示すように、半導体ウエハ２０は、接着材層２４と一体に切断される。
【００２９】
ダイシング工程完了後、図示しない紫外線（ＵＶ）照射機構により、ダイシングテープ２５にＵＶ光を照射して、ダイシングテープ２５の粘着力を低下させる。そして、図示しないピックアップ装置により、個々に切断された半導体チップ１５をダイシングテープ２５からピックアップする。こうして、図２（ｆ）に示すような、裏面に第２の接着部材１４が設けられた複数の第２の半導体チップ１５が得られる。
【００３０】
以上のように第２の半導体チップ１５を製造する一方で、複数の配線基板１１に切断分割される配線母基板と複数の第１の半導体チップ１３を用意する。これら配線母基板及び第１の半導体チップ１３の製造は、公知の方法を用いて行われる。
【００３１】
次に、図３（ａ）〜（ｆ）を参照して、半導体装置１０の組立工程について説明する。
【００３２】
まず、図３（ａ）に示すように、配線母基板３０の一面に複数の第１の半導体チップ１３を搭載する。配線母基板３０には、ダイシングライン３１に沿って切断分離される複数の製品形成領域が規定されており、各領域に第１の半導体チップ１３がそれぞれ搭載される。第１の半導体チップ１３は、第１の接着部材１２を用いて、配線母基板３０に接着固定される。続いて、図示しないボンディング装置を用いて、配線母基板３０に搭載された第１の半導体チップ１３の電極パッドと配線母基板３０の対応する接続パッド１１７とを第１のボンディングワイヤ１６−１により電気的に接続する。
【００３３】
尚、第１の半導体チップ１３として、第２の半導体チップ１５と同様に、裏面にＦＯＷフィルムが形成された半導体チップを用いてもよい。その場合、第１の接着部材１２として、ＦＯＷフィルムをそのまま利用する。
【００３４】
次に、図３（ｂ）に示すように、配線母基板３０上に搭載された第１の半導体チップ１１上に、それぞれ、第２の半導体チップ１５を積層搭載する。第２の半導体チップ１５の他面側に形成されている第２の接着部材１４を、第１の半導体チップ１３の一面に密着させるとともに、第１のボンディングワイヤ１６−１を第２の接着部材１４内に内蔵させる。この工程については、後に図４を参照して詳細に説明する。
【００３５】
次に、図３（ｃ）に示すように、第２の半導体チップ１５の電極パッドと配線母基板３０の対応する接続パッド１１７とを第２のボンディングワイヤ１６−２により電気的に接続する。
【００３６】
次に、図３（ｄ）に示すように、配線母基板３０の一面側に、一括モールドにより封止樹脂層３２を形成する。これにより、第１の半導体チップ１３及び第２の半導体チップ１５は、第１及び第２のボンディングワイヤー１６−１，１６−２と共に封止樹脂層３２により封止される。封止樹脂層３２は、後に切断され封止体１７となる。
【００３７】
次に、図３（ｅ）に示すように、配線母基板３０の他面側に露出する複数のランド１１８にそれぞれ半田ボール１８を搭載する。半田ボール１８は、配線母基板３０に形成された配線パターン及びボンディングワイヤ１６−１，１６−２を介して第１の半導体チップ１３または第２の半導体チップ１５に電気的に接続される。そして、半田ボール１８は、半導体装置１０の外部端子として利用される。
【００３８】
複数の半田ボール１８の搭載は、例えば、複数のランド１１８に対応して配列形成された複数の吸着孔を備える吸着機構（図示せず）を用いて行なうことができる。この場合、吸着機構に複数個の半田ボール１８を吸着保持させ、保持された複数個の半田ボール１８にフラックスを転写形成して、配線母基板３０の複数のランド１１８に一括搭載する。その後、リフロー処理により、複数の半田ボール１８と複数のランド１１８との間を接続固定する。
【００３９】
次に、図示しないダイシングブレードを用いて、配線母基板３０及び封止樹脂層３２をダイシングライン３１に沿って切断する。これにより、図３（ｆ）に示すように、複数の半導体装置１０が得られる。
【００４０】
次に、第２の半導体チップ１５を第１の半導体装置１３上に積層する工程（ダイボンディング工程）について、図４（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。
【００４１】
図４（ａ）に示すように、配線母基板３０の一面上に搭載され、ボンディングワイヤ１６−１が接続された第１の半導体チップ１３の上方に、第２の半導体チップ１５を位置させる。
【００４２】
ここで、配線母基板３０は、ボンディングステージ４１上に搭載保持されている。ボンディングステージ４１にはヒータ４２が設けられており、配線母基板３０は、所定のボンディング温度（第２の所定温度）、例えば、１５０℃に加熱されている。ワイヤボンディング工程終了後もこの温度が維持され、ボンディングワイヤ１６−１の温度もほぼ同温度に維持される。
【００４３】
一方、第２の半導体チップ１５は、コレット４３によって保持されている。換言すると、コレット４３は、第２の半導体チップ１５の一面側を真空吸着により保持している。また、コレット４３の近くには、コレットクーラー４４が設けられており、比較的低温のエアー４５が、コレット４３に向かって噴出している。コレット４３は、コレットクーラー４４からのエアー４５により冷却され、所定の温度（第１の所定温度）以下、例えば、６０℃以下に維持される。なお、第２の半導体チップ１５の他面側に形成されている第２の接着部材１４は、コレット４３が冷却されているため、比較的高い粘度を有している。なお、コレット４３の冷却温度は、第２の接着部材１４に必要とされる粘度に応じて決定すればよい。
【００４４】
次に、図４（ｂ）に示すように、第２の半導体チップ１５を第１の半導体チップ１３に向かって移動させるように、コレット４３を下降させる。第２の接着部材１４は、配線母基板３０や第１の半導体チップ１３からの輻射熱により加熱され、第１の半導体チップ１３に面する側から徐々に粘度が低下する。その結果、第２の接着部材１４には、第２の半導体チップ１５側の高粘度部４６と、第１の半導体チップ１３側の低粘度部４７とが形成される。特に、ボンディングワイヤ１６−１が接触する部分では、第２の接着部材１４の低粘度化が進み、コレットの下降に伴い、ボンディングワイヤ１６−１は第２の接着部材１４の中に進入する。
【００４５】
コレット５２をさらに降下させると、第２の接着部材１４が第１の半導体チップ１３に突き当たる。さらに、適切な押圧力でコレット４３を押し下げ、第２の接着部材１４を第１の半導体チップ１３に押し付け密着させる。前述したように、第２の接着部材１４の第１の半導体チップ１３側には、高粘度部４６が存在する。この高粘度部４６は、ボンディングワイヤ１６−１の進入を抑制するストッパとして機能する。その結果、ボンディングワイヤ１６−１の第１の半導体チップ１３の他面への接触は抑制される。
【００４６】
以上のようにして、第１の半導体チップ１３と第２の半導体チップ１５の間が第２の接着部材１４で埋められるように、第２の半導体チップ１５が第１の半導体チップ１３上に積層される。
【００４７】
尚、上述したダイボンディング工程の間にコレット４３の温度が上昇する可能性がある。しかし、コレット４３の温度が上昇しても、ダイボンディング工程の実行前にコレットクーラー４４により、所定の温度以下に冷却しておくことで、上述した工程を問題なく繰り返すことができる。
【００４８】
また、コレット４３の冷却効果を高めるため、放熱手段を設けてもよい。例えば、図５に示すコレット５１は、放熱手段として孔部５２を備えている。孔部５１を備えたことによりコレット５１の表面積は、コレット４３よりも大きくなり、放熱効率が高くなる。また、孔部５２にコレットクーラー４４から噴出するエア−４５を通過させるようにすることで、さらに効率よくコレット５１の温度を低下させることができる。これにより、孔部５２を持たないコレット４３を用いた場合に比べ、より安定して第１のボンディングワイヤ１６−１と第２の半導体チップ１５との接触を抑制することができる。
【００４９】
以上のようにして、本実施の形態では、コレット４３を冷却し、接着部材１４に比較的高い粘度を持たせた状態で、第２の半導体チップ１５を第１の半導体チップ１３の上に搭載するようにしたことで、接着部材１４の厚みを増加させたり、別の層と組み合わせたりすることなく、即ち、半導体装置の大型化や材料コストの増加を招くことなく、ボンディングワイヤ１６−１と第２の半導体チップ１５との接触を抑制することができる。
【００５０】
以上、本発明についていくつかの実施の形態に基づき説明したが、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可能であることは言うまでもない。
【００５１】
例えば、上記実施の形態では、コレットにエアーを噴き付け冷却した後、第２の半導体チップをダイボンディングするように構成したが、コレットにエアーを噴き付けた状態のまま、第２の半導体チップをダイボンディングするように構成してもよい。これにより、第２の半導体チップのダイボンディング後に、次のダイボンディング処理前までのコレットの冷却時間を短縮し、製造効率を向上できる。
【００５２】
また、上記実施の形態では、電極パッドが周辺部に配置された第１の半導体チップ上に第２の半導体チップを積層する場合について説明したが、本発明は、電極パッドが中央部に形成された第１の半導体チップ上に第２の半導体チップを積層する半導体装置の製造にも適用できる。
【００５３】
また、上記実施の形態では、コレットにコレットクーラによりエアーを噴き付けて、コレットを冷却する場合について説明したが、コレットを冷却できる構成であればどのように構成しても良く、例えば、コレット自体に冷却機構を設けるように構成してもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１０    半導体装置
１１    配線基板
１２    第１の接着部材
１３    第１の半導体チップ
１４    第２の接着部材
１５    第２の半導体チップ
１６−１    第１のボンディングワイヤ
１６−２    第２のボンディングワイヤ
１７    封止体
１８    半田ボール
１１１    絶縁基材
１１２，１１３    配線層
１１４    ビア
１１５，１１６    絶縁膜
１１７    接続パッド
１１８    ランド
２０    半導体ウエハ
２１    ダイシングライン
２２    電極パッド
２３    ＢＧテープ
２４    接着材層
２５    ダイシングテープ
３０    配線母基板
３１    ダイシングライン
３２    封止樹脂層
４１    ボンディングステージ
４２    ヒータ
４３    コレット
４４    コレットクーラー
４５    エアー
４６    高粘度部
４７    低粘度部
５１    コレット
５２    孔部
【図１】
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【図２】
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【図３】
2013045987.tif 000005
【図４】
2013045987.tif 000006
【図５】
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