(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイシングカットにより切断された複数個の第１の半導体チップ（１０）が一面側に貼り付いている第１のダイシング用シート（４０）と、
ダイシングカットにより前記第１の半導体チップと配列、サイズ及び形状が同一となるように切断された複数個の第２の半導体チップ（２０）が一面側に貼り付いている第２のダイシング用シート（５０）とを用意し、
前記第１のダイシング用シートの前記一面と前記第２のダイシング用シートの前記一面とを対向配置する工程と、
対向配置された前記第１及び第２のダイシング用シートの間隙を大気圧よりも低い圧力雰囲気としつつ、前記第１及び第２のダイシング用シートの外側を大気圧雰囲気とすることにより、これら両雰囲気の圧力差によって前記第１及び第２のダイシング用シートをその外側から押さえつけ、互いに対向する前記第１の半導体チップと前記第２の半導体チップとをハンダ（３０）を介して接触させる工程と、
前記圧力差による前記第１及び第２の半導体チップの前記ハンダを介した接触状態を維持しつつ加熱することにより、前記第１及び第２の半導体チップを前記ハンダを介して接合する工程と、を備え、
前記第１および第２のダイシング用シートのうち少なくとも一方に、前記加熱時において弾性変形可能なものを用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第１および第２のダイシング用シート（４０、５０）の両方に、前記加熱時において弾性変形可能なものを用い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】
前記第１および第２のダイシング用シート（４０、５０）は、ポリイミド樹脂よりなることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２つの半導体チップが重ね合わされ、ハンダを介して接合されてなる半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、２つの半導体チップが重ね合わされ、ハンダを介して接合されてなる半導体装置（これを３次元チップ積層構成という）は、次のようにして製造される。まず、半導体ウェハ内に複数個の半導体素子をチップ単位毎に形成する。
【０００３】
次に、半導体ウェハをエポキシ樹脂等よりなるダイシング用プレートの一面に貼り付け、続いて、半導体ウェハをチップ単位にダイシングカットする。その後、分断された半導体チップをダイシング用プレートから剥がし、相手側の半導体チップと重ね合わせてハンダ付けする。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、半導体チップ１個毎に相手のチップと接合する方法は、手間も時間もかかり、効率が悪い。且つ非常に薄い半導体チップでは、チップ単位で取り扱うと割れ、欠けの発生原因となる。そこで、次のような方法が考えられる。ダイシングカット後、分断された複数個の半導体チップがダイシング用プレートに貼り付けられたままの状態のものについて、同じものを２個用意する。
【０００５】
そして、両ダイシング用プレートを、その半導体チップ側の面にて重ね合わせ、一方のダイシング用プレートに貼り付いている複数個の半導体チップと、他方のダイシング用プレートに貼り付いている複数個の半導体チップとを位置合わせするとともに、ハンダを介して接触させる。次に、ハンダをリフローさせることにより、複数個の半導体チップを一括してハンダ接合する。
【０００６】
ここで、ハンダ付けの際の加熱によりダイシング用プレートが熱膨張するが、ダイシング用プレートは通常、上述のようにエポキシ樹脂等よりなるため、２個のダイシング用プレート間、及び、各ダイシング用プレートにおいて、熱膨張の度合が不均一になる可能性が高い。そのため、対向する半導体チップ同士の位置ずれが発生し、十分な位置合わせ精度が得られないといった問題が生じる。
【０００７】
本発明は上記問題に鑑み、２つの半導体チップが重ね合わされ、ハンダを介して接合されてなる半導体装置の製造方法において、複数個の半導体装置を一括して適切に製造できるようにすることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明では、ダイシングカットにより切断された複数個の第１の半導体チップ（１０）が一面側に貼り付いている第１のダイシング用シート（４０）と、ダイシングカットにより第１の半導体チップと配列、サイズ及び形状が同一となるように切断された複数個の第２の半導体チップ（２０）が一面側に貼り付いている第２のダイシング用シート（５０）とを用意した後、以下の各工程を実行するものである。
【０００９】
まず、第１のダイシング用シートの一面と第２のダイシング用シートの前記一面とを対向配置する工程を行う。
【００１０】
次に、対向配置された第１及び第２のダイシング用シートの間隙を大気圧よりも低い圧力雰囲気としつつ、第１及び第２のダイシング用シートの外側を大気圧雰囲気とすることにより、これら両雰囲気の圧力差によって第１及び第２のダイシング用シートをその外側から押さえつけ、互いに対向する第１の半導体チップと第２の半導体チップとをハンダ（３０）を介して接触させる工程を行う。
【００１１】
そして、上記圧力差による第１及び第２の半導体チップのハンダを介した接触状態を維持しつつ、加熱することにより、第１及び第２の半導体チップをハンダを介して接合する工程を行う。
【００１２】
そして、本発明では、第１および第２のダイシング用シートのうち少なくとも一方に、第１及び第２の半導体チップをハンダを介して接合するための加熱時において弾性変形可能なものを用いている。
【００１３】
以上の特徴を有する本発明の製造方法によれば、対向配置された第１及び第２のダイシング用シートの間隙部と外部との圧力差により第１の半導体チップと第２の半導体チップとがハンダを介して接触する。そのため、固定治具を用いることなく、両半導体チップのハンダを介した接触状態の維持（仮固定）が可能となる。
【００１４】
もし、仮固定用の固定治具を用いた場合、第１および第２の両ダイシング用シートのうち半導体チップが貼り付いている領域に対応する両シートの外側部分を、固定治具で押さえつけて仮固定を行うこととなる。この場合、固定治具とダイシング用シートとの熱膨張係数の差等により、加熱時におけるダイシング用シートの熱膨張の不均一化が促進され好ましくない。しかし、本発明によれば、そのような問題を回避できる。
【００１５】
そして、本発明によれば、第１および第２のダイシング用シートのうち少なくとも一方に、ハンダ接合するための加熱時において弾性変形可能なものを用いているため、たとえ、第１のダイシング用シート自身の熱膨張や相手側の第２のダイシング用シートの熱膨張が不均一であったとしても、上記弾性変形可能なダイシング用シートが伸び縮みして、これらの不均一な熱膨張による半導体チップの位置ずれを吸収することができる。
【００１６】
よって、本発明によれば、ダイシング用シートの不均一な熱膨張による半導体チップの位置ずれを防止することができ、複数個の半導体装置を一括して適切に製造することができる。
【００１７】
ここで、請求項２に記載の発明のように、第１および第２のダイシング用シート（４０、５０）の両方に、加熱時において弾性変形可能なものを用いるようにすれば、ダイシング用シートの不均一な熱膨張による半導体チップの位置ずれをより効果的に吸収することができ、当該位置ずれをより高いレベルにて防止することができる。
【００１８】
ここで、加熱時において弾性変形可能な第１および第２のダイシング用シート（４０、５０）としては、請求項３に記載の発明のように、ポリイミド樹脂よりなるものを用いることができる。
【００１９】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。この半導体装置は、シリコン基板等よりなり互いに同一のサイズ及び形状を有する第１の半導体チップ（図中、上側のチップ）１０と第２の半導体チップ（図中、下側のチップ）２０の２つの半導体チップが重ね合わされ、ハンダ３０を介して接合されてなるものである。
【００２１】
ここで、第１及び第２の半導体チップ１０、２０において、図１中の上側の面を一面１１、２１、下側の面を他面１２、２２とする。そして、第１及び第２の半導体チップ１０、２０は、第１の半導体チップ１０の他面１２と第２の半導体チップ２０の一面２１とを対向させた状態で重ね合わされている。
【００２２】
各半導体チップ１０、２０は、例えば、一面（図１中、上側の面）１１、２１側にトランジスタ等の素子が形成された能動領域１３、２３を有している。また、第１の半導体チップ１０の他面１２には、ＮｉやＣｒ等よりなる電極１４が形成されており、一方、第２の半導体チップ２０の一面２１には、ＮｉやＣｒ等よりなるメタルバンプ２４が形成されている。
【００２３】
そして、この電極１４とメタルバンプ２４とは、Ｓｎ−Ｐｂ系、Ｉｎ、Ｓｎ若しくはＰｂを主成分とする材料等よりなる上記ハンダ３０により、ハンダ接合されている。このように、半導体装置は、重ね合わされた２つの半導体チップ１０、２０が、ハンダ３０を介して接合され、両半導体チップ１０、２０は機械的、電気的に接続されている。
【００２４】
次に、図１に示す半導体装置の製造方法について、図２を参照して説明する。図２は、本製造方法を説明するための工程図であり、図１に対応した断面にて模式的に示してある。まず、図２（ａ）に示す様に、複数個の第１の半導体チップ１０が貼り付いた第１のダイシング用シート４０と、複数個の第２の半導体チップ２０が貼り付いた第２のダイシング用シート５０とを用意する。このような各シート４０、５０は次のようにして作られる。
【００２５】
まず、第１の半導体チップ１０が形成される第１の半導体ウェハ（図示せず）を用意し、この第１の半導体ウェハに対して、周知の半導体製造技術を用いてスクライブラインで区画された複数個のチップ単位毎に、トランジスタ等の素子を形成するとともに電極１４を形成し且つ電極１４上にハンダ３０を形成する。
【００２６】
一方、第２の半導体チップ２０が形成される第２の半導体ウェハ（図示せず）として、上記第１の半導体ウェハと同一のスクライブパターンを有するものを用意し、この第２の半導体ウェハに対して、周知の半導体製造技術を用いて複数個のチップ単位毎に、トランジスタ等の素子を形成するとともに上記第１の半導体ウェハにおける電極１４及びハンダ３０に対応する位置にメタルバンプ２４を形成する。
【００２７】
次に、第１の半導体ウェハにおいて、第１の半導体チップ１０の一面１１となる面に、第１のダイシング用シート４０を貼り付ける（図２（ａ）参照）。一方、第２の半導体ウェハにおいて、第２の半導体チップ２０の他面２２となる面に、第２のダイシング用シート５０を貼り付ける（図２（ａ）参照）。
【００２８】
ここで、第１および第２のダイシング用シート４０、５０としては共に、第１及び第２の半導体チップ１０、２０をハンダ３０を介して接合するための加熱時において弾性変形可能なものを用いる。具体的には、熱に強いポリイミド樹脂よりなるテープ材（ポリイミドテープ）等を用いることができる。
【００２９】
そして、各ダイシング用シート４０、５０に貼り付けられた上記各半導体ウェハを、半導体ウェハ側からチップ単位にダイシングカットして、各ダイシング用シート４０、５０はつながった状態で残すようにする。
【００３０】
こうして、図２（ａ）に示す様に、ダイシングカットにより切断された複数個の第１の半導体チップ１０が一面側に貼り付いている第１のダイシング用シート４０と、ダイシングカットにより第１の半導体チップ１０と配列、サイズ及び形状が同一となるように切断された複数個の第２の半導体チップ２０が一面側に貼り付いている第２のダイシング用シート５０とが用意される。
【００３１】
ここで例えば、複数個の第１及び第２の半導体チップ１０、２０においては共に、個々のチップが同一サイズの矩形状であり、この同一サイズの矩形状チップが複数個格子状に配列したもの、つまり一般的なスクライブパターンによって切断されたものとすることができる。
【００３２】
なお、複数個の第１及び第２の半導体チップ１０、２０においては共に、その厚さは例えば５０μｍ〜１００μｍとすることができ、各ダイシング用シート４０、５０の厚さは、数μｍ〜数１０μｍとすることができる。また、各ダイシング用シート４０、５０の他面における外周部に、環状の金属フレーム６０をそれぞれ貼り付ける。
【００３３】
次に、図２（ａ）に示す様に、大気圧よりも低い圧力雰囲気とした密閉室（真空チャンバ等）内にて、室温（例えば２５℃）で、第１のダイシング用シート４０の一面（第１の半導体チップ１０が貼り付いている面）と、第２のダイシング用シート５０の一面（第２の半導体チップ２０が貼り付いている面）とを対向配置する。
【００３４】
このとき、両ダイシング用シート４０、５０は、両シート４０、５０の半導体チップ１０、２０を位置合わせしつつ対向配置する。また、上記密閉室内の圧力は、例えば大気圧の１／１００以下の低圧雰囲気とすることができる。
【００３５】
そして、環状の金属フレーム６０を用いて、対向する各ダイシング用シート４０、５０の一面における外周部を貼り合わせ、両シート４０、５０の間隙空間を封止する。このとき、各ダイシング用シート４０、５０に設けられた金属フレーム６０同士は、ねじやクリップ等（図示せず）を用いて互いに固定される。
【００３６】
この貼り合わせにより、両シート４０、５０の間隙を密閉し、続いて、密閉室内を大気に開放する。こうして、対向配置された第１及び第２のダイシング用シート４０、５０の間隙を大気圧よりも低い圧力雰囲気としつつ、これら両シート４０、５０の外側を大気圧雰囲気とすることができる。
【００３７】
これにより、これら両雰囲気の圧力差によって第１及び第２のダイシング用シート４０、５０はその外側（他面側）から押さえつけられ、互いに対向する第１の半導体チップ１０と第２の半導体チップ２０とは、ハンダ３０を介して接触する。つまり、対向する半導体チップ１０、２０のそれぞれにおいて、電極１４とメタルバンプ２４とがハンダ３０を介して接触する。この状態のものを図２（ｂ）に示す。
【００３８】
そして、図２（ｂ）に示す状態のもの、即ち上記した圧力差による第１及び第２の半導体チップ１０、２０のハンダ３０を介した接触状態にあるものを、オーブン等の加熱手段を用いて加熱する。それにより、ハンダ３０がリフローされ、第１及び第２の半導体チップ１０、２０は、ハンダ３０を介して接合される。
【００３９】
ところで、上記製造方法によれば、対向配置された第１及び第２のダイシング用シート４０、５０の間隙部と外部との圧力差により、第１の半導体チップ１０と第２の半導体チップ２０とをハンダ３０を介して接触させた状態で仮固定している。
【００４０】
そのため、第１および第２の両ダイシング用シート４０、５０のうち半導体チップ１０、２０が貼り付いている領域に対応する両シート４０、５０の外側部分（他面）を、固定治具で押さえつけて仮固定を行う必要が無くなる。もし、固定治具を用いた場合、固定治具とダイシング用シートとの熱膨張係数の差等により、加熱時におけるダイシング用シートの熱膨張の不均一化が促進され好ましくない。しかし、上記製造方法によれば、そのような問題を回避できる。
【００４１】
また、上記製造方法によれば、第１および第２のダイシング用シート４０、５０として、ハンダ接合するための加熱時において弾性変形可能なものを用いている。そのため、たとえ、第１のダイシング用シート４０や第２のダイシング用シート５０の熱膨張が不均一であったとしても、各ダイシング用シート４０、５０が伸び縮みして、これらの不均一な熱膨張による半導体チップ１０、２０の位置ずれを吸収することができる。
【００４２】
つまり、ダイシング用シート４０、５０の不均一な熱膨張により、ハンダ３０を介して接触している半導体チップ１０、２０同士が位置ずれするように力が加わったとしても、この力は、ダイシング用シート４０、５０の弾性変形により吸収され、半導体チップ１０、２０の位置ずれは防止される。
【００４３】
従って、上記製造方法によれば、両ダイシング用シート４０、５０を重ね合わせて位置合わせされた半導体チップ１０、２０同士が、ハンダ接合のための加熱によって位置ずれすることがなく、上記図１に示す半導体装置を複数個一括して適切に製造することができる。
【００４４】
なお、本実施形態においては、第１および第２のダイシング用シート４０、５０の両方でなくとも、両シート４０、５０のうちの一方にのみ、ハンダ接合するための加熱時において弾性変形可能なものを用いるようにしてもよい。例えば、第１のダイシング用シート４０は加熱時において弾性変形可能なポリイミドテープ等を採用し、第２のダイシング用シート５０は加熱時において弾性変形しない剛性の高いプレート（例えばエポキシ樹脂製）を採用してもよい。
【００４５】
その場合、第２のダイシング用シート５０は、ハンダ接合のための加熱時に熱膨張が不均一となるが、他方の弾性変形可能な第１のダイシング用シート４０が、第２のダイシング用シート５０の不均一な熱膨張に追随して伸び縮みするため、上記した半導体チップの位置ずれを吸収し防止することができる。
【００４６】
また、対向配置された第１及び第２のダイシング用シート４０、５０の間隙を大気圧よりも低い圧力雰囲気としつつ、これら両シート４０、５０の外側を大気圧雰囲気とする方法としては、上記密閉室を用いる方法に限定されない。例えば、両ダイシング用シート４０、５０の外周部から両シート間の間隙内に向かってノズルを差し込み、このノズルから当該間隙内を吸引すれば、大気中で当該間隙内を減圧することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。
【図２】図１に示す半導体装置の製造方法を説明するための工程図である。
【符号の説明】
１０…第１の半導体チップ、２０…第２の半導体チップ、３０…ハンダ、
４０…第１のダイシング用シート、５０…第２のダイシング用シート。
【図１】
0004206635.tif 000002
【図２】
0004206635.tif 000003