(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボンディングパッドの形成された第１表面が所定距離をおいて対向配置された上部及び下部半導体チップ；
前記上部及び下部半導体チップの第１表面に、前記ボンディングパッドが露出するように塗布された第１絶縁層；
前記第１絶縁層上に蒸着され、一端が前記各ボンディングパッドに連結し、他端が前記各半導体チップの外枠に延長された上部及び下部金属パターン；
前記各第１絶縁層上に塗布され、貼り合わせた第２絶縁層；
前記上部半導体チップの外枠に沿って形成され、前記上部及び下部金属パターンの他端を露出させる貫通孔；
前記貫通孔の内壁に蒸着され、前記上部及び下部金属パターンの他端を電気的に連結する媒介パターン；
前記上部半導体チップの第１表面とは反対の第２表面に付着されて前記媒介パターンと電気的に連結して、表面にはボールランドを持つパターンフィルム；
前記貫通孔に埋め込んだ封止剤；及び、
前記パターンフィルムのボールランドにマウントされた半田ボールを含むことを特徴とする、ウェーハレベルスタックパッケージ。
【請求項２】
前記パターンフィルムは、
前記各貫通孔を露出させるスロットを持つ絶縁フィルム；
前記絶縁フィルム内に配列され、前記絶縁フィルムの表面を通して露出して前記ボールランドを形成する一端と、前記絶縁フィルムの側面から貫通孔を通して露出した他端とを持つ金属ライン；及び、
前記金属ラインの他端と媒介パターンとを電気的に連結する金属ワイヤを含むことを特徴とする、請求項１記載のウェーハレベルスタックパッケージ。
【請求項３】
前記封止剤表面はパターンフィルムの表面と同平面をなすことを特徴とする、請求項１記載のウェーハレベルスタックパッケージ。
【請求項４】
前記下部金属パターンの他端は貫通孔の底面を通して露出し、前記上部金属パターンの他端は貫通孔の側面を通して露出することを特徴とする、請求項１記載のウェーハレベルスタックパッケージ。
【請求項５】
前記下部半導体チップの第２絶縁層には下部金属パターンの他端を露出させる溝が形成されることを特徴とする、請求項４記載のウェーハレベルスタックパッケージ。
【請求項６】
複数の半導体チップが構成された２枚のウェーハの第１表面に第１絶縁層を塗布し、前記第１絶縁層をエッチングして前記各半導体チップのボンディングパッドを露出させる段階；
前記各ウェーハの第１表面に金属膜を蒸着後、これをパターニングして、一端は前記ボンディングパッドに連結し、他端は前記各半導体チップの外枠に延長された金属パターンを形成する段階；
前記各第１絶縁層上に第２絶縁層を塗布後、前記各第２絶縁層を熱圧着して前記２枚のウェーハの第１表面を接着させる段階；
前記上部ウェーハに構成された各半導体チップの外枠に沿って貫通孔を形成し、前記貫通孔を通して上部及び下部金属パターンの他端を露出させる段階；
前記貫通孔の内壁に媒介パターンを蒸着し、前記媒介パターンに上部及び下部金属パターンの他端を電気的に連結させる段階；
前記上部ウェーハの第１表面とは反対の第２表面に、前記各貫通孔を露出させるスロットを持つ絶縁フィルムと、前記絶縁フィルム内に配列され、前記絶縁フィルムの表面を通して露出して前記ボールランドを形成する一端と、前記絶縁フィルムの側面から貫通孔を通して露出した他端とを持つ金属ライン、及び前記スロットを通して延長されて各金属ラインの他端間を連結する金属ワイヤを持つパターンフィルムを付着して、前記スロットを通して貫通孔を露出させる段階；
前記パターンフィルムの金属ワイヤを切断後、切断した金属ワイヤ部分を前記媒介パターンに電気的に連結させる段階；
前記各貫通孔を封止剤で埋め込む段階；
前記パターンフィルムのボールランドに半田ボールをマウントする段階；及び前記貫通孔の外側壁を基準に各ウェーハを切断して、個々の半導体チップに分離する段階を含むことを特徴とする、ウェーハレベルスタックパッケージの製造方法。
【請求項７】
前記ウェーハの接着段階の前に、前記下部ウェーハに塗布された第２絶縁層をエッチングして前記下部金属パターンの他端を露出させる段階を先に行い、前記貫通孔の形成時に上部ウェーハのみを除去しても、前記下部金属パターンの他端が貫通孔を通して露出するようにすることを特徴とする、請求項６記載のウェーハレベルスタックパッケージの製造方法。
【請求項８】
前記上部及び下部ウェーハを付着後、前記上部ウェーハの第２表面を研磨して一定厚さだけ除去する段階をさらに含むことを特徴とする、請求項６記載のウェーハレベルパッケージの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スタックパッケージ及びその製造方法に関し、より詳しくは、少なくとも２個以上の半導体チップをスタッキングして一つのパッケージから構成したスタックパッケージ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、メモリチップの容量増大化が盛んに進行されている。現在、１２８Ｍ  ＤＲＡＭの量産段階にあり、２５６Ｍ  ＤＲＡＭの量産も近いことである。
【０００３】
一般的に、メモリチップの容量増大、則ち高集積化の達成方法として、限定された半導体素子の空間内に多数のセルの製造できる技術が開示されている。このような方法は精密な微細線幅を要求する等、高難度の技術及び多くの開発時間を必要とする。したがって、最近、より容易に高集積化が達成できるスタッキング(Stacking)技術が開発され、これに対する研究が盛んに進行されている。
【０００４】
半導体業界におけるスタッキングとは、少なくとも２個以上の半導体素子を垂直に積上げてメモリ容量を倍加させる技術である。こうしたスタッキングによれば、例えば２個の６４Ｍ  ＤＲＡＭ級素子を積層して１２８Ｍ  ＤＲＡＭ級で、２個の１２８Ｍ  ＤＲＡＭ級素子を積層して２５６Ｍ  ＤＲＡＭ級で構成できる。
【０００５】
前記の様なスタッキングによるパッケージの典型的な一例が、図１及び図２に示しており、これを簡単に説明すれば次の通りである。
先ず、図１に示すように、ボンディングパッドが配置された半導体チップ１の上面にリードフレーム２のインナーリード２１を接着剤で付着し、このインナーリード２１はボンディングパッドに金属ワイヤ３により連結する。全体結果物が封止剤４でモールドされ、リードフレーム２のアウタリード２２が封止剤４の両側に突出される。
【０００６】
こうした一つのパッケージ上に同様な構造のパッケージが積層される。則ち、上部に積層されるパッケージのアウタリード２２が下部パッケージのリードフレーム２中間に接合されて、電気的に連結する。
【０００７】
しかしながら、前記の一般的なスタックパッケージは、パッケージの全体厚さが厚すぎるという短所がある。また、上部パッケージの信号伝達経路が、上部パッケージのアウタリードを通して下部パッケージのリードフレームを経たなければならないため、電気的な信号経路が長すぎるという短所もある。特に、上部及び下部パッケージのリードをハンダ付けで接合するが、このハンダ付け不良のため接続不良がよく引き起こされた。
【０００８】
これを解消する為に、従来は図２に示したスタックパッケージが提示された。同図に示すように、上部及び下部半導体チップ１ａ、１ｂが接着され、上部半導体チップ１ａの表面に上部リードフレーム２ａのインナーリード２１ａが付着され、金属ワイヤ(不図示)によりボンディングパッドに連結している。また、下部半導体チップ１ｂの下面に下部リードフレーム２ｂのインナーリード２１ｂが付着され、金属ワイヤ(不図示)によりボンディングパッドに連結している。則ち、上部半導体チップ１ａのボンディングパッドは表面に、下部半導体チップ１ｂのボンディングパッドは下面に配置され、各半導体チップ１ａは対称をなす。
【０００９】
上部リードフレーム１ａのアウタリード２２ａは下部リードフレーム２ｂの中間にレーザーにより接着され、下部リードフレーム２ｂのアウタリード２２ｂが封止剤５の外部に突出されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記の従来のスタックパッケージは、個々の半導体チップに対してスタックキング及びパッケージング工程を行わなければならないため、ウェーハレベルでパッケージ化するのが不可能だという問題点がある。
【００１１】
また、各半導体チップを電気的に連結しながら、外部に電気信号を伝達するリードフレームの長さが長すぎて電気伝導性能が劣るという短所もある。リードフレームの代りにパターンテープを用いる場合も同様である。
【００１２】
従って、本発明は従来のスタックパッケージの諸問題点を解消する為になされたもので、その目的とするところは、ウェーハレベルで２個の半導体チップを積層して、パッケージング工程が行われるウェーハレベルスタックパッケージ及びその製造方法を提供することにある。
【００１３】
本発明の他の目的は、電気信号伝達経路を短くすることで、電気伝導性能を向上させることにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成する為に、本発明によるウェーハレベルスタックパッケージは、次の様な構成からなる。
【００１５】
上部及び下部半導体チップの各第１表面にボンディングパッドが形成され、各第１表面が所定距離をおいて対向するように上部及び下部半導体チップが配置される。各半導体チップの第１表面に各ボンディングパッドが露出するように第１絶縁層が塗布される。一端が各ボンディングパッドに連結し、他端が各半導体チップの外枠に延長された上部及び下部金属パターンが、各第１絶縁層上に蒸着される。一方、上部半導体チップにはその外枠に沿って上部及び下部金属パターンの各他端を露出させる貫通孔(through  hole)が形成される。各半導体チップの第１絶縁層には第２絶縁層が各々塗布され、各第２絶縁層が互いに接着されることにより、上部及び下部半導体チップが一つの本体に積層された構造となる。貫通孔の内壁には上部及び下部金属パターンの各他端を電気的に連結する媒介パターン(medium  pattern）が蒸着される。
【００１６】
上部半導体チップの第１表面とは反対の第２表面にパターンフィルムが接着される。パターンフィルムは絶縁フィルム内に金属ラインが配列された構造を持つ。金属ラインの一端は絶縁フィルムより露出してボールランドを形成し、他端は絶縁フィルムの側面を通して露出する。金属ラインの他端では貫通孔を通して金属ワイヤが一体に延長され、この金属ワイヤが媒介パターンにボンディングされる。貫通孔はパターンフィルムの表面と同平面をなす封止剤で埋め込む。パターンフィルムのボールランドに半田ボールがマウントされる。
【００１７】
前記のような構造からなるウェーハレベルスタックパッケージの製造方法は、次の通りである。
【００１８】
複数の半導体チップが構成された２枚のウェーハの第１表面に第１絶縁層を塗布し、第１絶縁層をエッチングして、各半導体チップのボンディングパッドを露出させる。各第１絶縁層上に金属層を蒸着後、これをパターニングして、一端がボンディングパッドに連結し、他端が半導体チップの外枠に延長された金属パターンを形成する。各第１絶縁層上に第２絶縁層を塗布後、あるウェーハの第２絶縁層をエッチングして、その金属パターンの他端を露出させる。
【００１９】
次に、各第２絶縁層を貼り合わせて２枚のウェーハを重ねるが、金属パターンの他端が第２絶縁層より露出したウェーハを下部に配置した状態で重ねられる。上部ウェーハに構成された半導体チップの外枠部分を局部的に除去して貫通孔を形成することで、上部及び下部金属パターンの各他端を貫通孔を通して露出させる。貫通孔の内壁に媒介パターンを蒸着して、この媒介パターンにより上部及び下部金属パターンの他端を電気的に連結する。
【００２０】
一方、絶縁フィルム内部に金属ラインの配列された構造を持つパターンフィルムを用意する。金属ラインの一端は絶縁フィルムを通して露出してボールランドを形成し、他端は絶縁フィルムの側面を通して露出する。また、上部半導体チップの貫通孔の位置と対応するスロットが絶縁フィルムに形成され、このスロットを通して各金属ラインの他端を連結する金属ワイヤが延長される。
【００２１】
このような構造からなるパターンフィルムを上部ウェーハの第１表面とは反対の第２表面に付着し、各スロットと貫通孔を合致させる。金属ワイヤを切断後、切断した金属ワイヤ部分を媒介パターンにボンディングする。貫通孔内を封止剤で埋め込むが、封止剤の表面がパターンフィルムの表面と同平面をなすようにする。パターンフィルムのボールランドに半田ボールをマウントする。貫通孔の外側壁を基準にウェーハを切断して個々の半導体チップに分離する。
【００２２】
前記の本発明の構成によれば、ウェーハレベルで２個の半導体チップを積層してパッケージングすることが具現される。また、積層されたある半導体チップの後面にパターンフィルムが付着され、このパターンフィルムに半田ボールがマウントされるため、信号伝達経路が短くなることになり、電気伝導性能が向上する。特に、パッケージの幅を半導体チップの幅で具現することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づき、本発明の好適実施例を詳細に説明する。
まず、図３及び図４に示した２枚のウェーハ１０、２０を用意する。図３に示したウェーハ１０は積層時に上部に配置され、図４に示したウェーハ２０は下部に配置される。よって、以後では図３に示したウェーハ１０を上部ウェーハ、図４に示したウェーハ２０を下部ウェーハという。
【００２４】
上部及び下部ウェーハ１０、２０には複数の半導体チップが構成されており、各半導体チップの第１表面にボンディングパッド１１、２１が形成されている。特に、図５に示したように、本実施例ではボンディングパッド１１、２１が半導体チップの端部に沿って配列される。
【００２５】
上部及び下部ウェーハ１０、２０の第１表面に第１絶縁層４０、４１を一定厚さに各々塗布する。次に、第１絶縁層４０、４１をエッチングして各ボンディングパッド１１、２１を露出させる。
【００２６】
続いて、各ウェーハ１０、２０の第１表面に金属膜を蒸着後、これをパターニングして、一端がボンディングパッド１１、２１に連結し、他端が各半導体チップの外枠に延長された金属パターン３１、３２を形成する。ここで、金属膜パターニング時、図３と図４の比較からわかる様に、下部金属パターン３２の長さを上部金属パターン３１より長く形成するが、その理由は後述する。次に、各ウェーハ１０、２０の第１表面に第２絶縁層４２、４３を一定厚さで塗布する。続いて、下部ウェーハ２０に塗布した第２絶縁層４３のみをエッチングして下部金属パターン３２の他端を外部に露出させる。
【００２７】
現在までの工程が完了した上部及び下部ウェーハ１０、２０の個別半導体チップを平面に示した図が図６及び図７である。図６は上部ウェーハ１０に構成された半導体チップであって、図に示すように、上部金属パターン３１の一端がボンディングパッド１１に連結し、他端が半導体チップの外枠に延長される。図７は下部ウェーハ２０に構成された半導体チップであって、図に示すように、下部金属パターン３２の一端がボンディングパッド１２に連結し、他端が上部金属パターン３１より長く半導体チップの外枠に延長される。
【００２８】
続いて、図８に示すように、２枚の上部及び下部ウェーハ１０、２０の第１表面を貼り合わせて熱圧着する。その前に、各第２絶縁層４２、４３を硬化させる工程が行われるが、この時、各第２絶縁層４２、４３を完全硬化ではなく部分硬化させる。よって、上部及び下部ウェーハ１０、２０の熱圧着時、より容易に上部及び下部ウェーハ１０、２０を接着することができる。続いて、上部ウェーハ１０の後面を図８に点線で示した地点まで研磨して除去する。これは、スタックパッケージの全体厚さを低減すると共に、後続工程のワイヤボンディング時に金属ワイヤの長さを低減するためである。
【００２９】
次に、図９に示すように、上部ウェーハ１０の半導体チップ両側部分、図では両側であるが実際的には図６及び図７の様に、各金属パターン３１、３２の他端が位置する部分と対応する部分を除去して貫通孔５０を形成する。よって、貫通孔５０の数はボンディングパッド１１、２１の数と一致することは当然である。貫通孔５０を形成することで、下部金属パターン３２の他端が貫通孔５０の底面中央を通して露出し、上部金属パターン３１の他端は貫通孔５０の側面を通して露出する。
【００３０】
ここで、下部金属パターン３２は前述した様に、第２絶縁層４３がエッチングすることにより、第２絶縁層４３から予め露出した状態であるから、上部ウェーハ１０のみを除去すれば自然的に下部金属パターン３２が露出する。これは、工程の便宜のためであるから、下部金属パターン３２を先に露出させず、貫通孔５０を形成しながら上部及び下部金属パターン３１、３２を同時に露出させることができるのは勿論である。また、本実施例では、貫通孔５０の底面をＶ字形状に形成するが、その理由は、第２絶縁層４３の斜めエッチング面と同平面をなすようにしながら貫通孔５０の真ん中に配置された下部金属パターン３２の他端のみが露出するようにするためである。よって、本実施例のように、溝部５０の底面を必ずしもＶ字形状に形成する必要はない。一方、貫通孔５０の外側壁が後続工程の切断工程で切断基準面になる。
【００３１】
続いて、図１０に示したパターンフィルム６０を用意する。パターンフィルム６０は上部及び下部絶縁フィルム６２、６１間に金属ライン６３が配列された構造である。より詳しくは、図１１に示すように、パターンフィルム６０はウェーハの大きさと対応する大きさを有し、下部半導体チップの大きさに区画されている。図１１では２個の半導体チップに対応する大きさだけでパターンフィルム６０を示している。図に示すように、下部絶縁フィルム６１上に金属ライン６３が配列され、その上部には上部絶縁フィルム６２が塗布される。特に、金属ライン６３の一端は上部絶縁フィルム６２に形成されたエッチング溝を通して外部に露出することで、ボールランド６５を形成し、他端は上部及び下部絶縁フィルム６１、６２の側面を通して露出する。一方、絶縁フィルム６１、６２には貫通孔の位置と対応する位置毎にスロット６６が形成される。よって、金属ライン６３の他端はこのスロット６６を通して露出して、スロット６６を通して延長された金属ワイヤ６４により互いに連結する。
この配置は、図１１のXII部の詳細を表した図１２に示される。
【００３２】
続いて、図１３に示すように、貫通孔５０の内壁に媒介パターン３３を蒸着して、露出した上部及び下部金属パターン３１、３２の他端を電気的に連結させる。次に、前記の構造を持つパターンフィルム６０を上部ウェーハ１０の第１表面とは反対の第２表面に接着剤７０を用いて付着する。この時、パターンフィルム６０のスロット６６と貫通孔５０が互いに合致されることで、媒介パターン３３が上部に露出する。続いて、金属ワイヤ６４を切断後、切断した金属ワイヤ６４部分を媒介パターン３３にボンディングすることで、上下に積層した半導体チップとパターンフィルム６０とを電気的に連結させる。
【００３３】
次に、図１４に示すように、貫通孔５０内を封止剤８０で埋め込む。この時、封止剤８０の表面がパターンフィルム６０の表面、則ち上部絶縁フィルム６２の表面と同平面をなすようにする。続いて、パターンフィルム６０に形成されたボールランド６５に半田ボール９０をマウントする。
【００３４】
最後に、前述した様に、貫通孔５０の外側壁を基準に上部及び下部ウェーハ１０、２０を切断すれば、図１５に示した本発明によるウェーハレベルスタックパッケージが完成する。一方、金属パターン３１、３２と媒介パターン３３の材質としては、金、銀、ニッケル、インジウム或いは錫の何れかが用いられる。
【００３５】
図１５に示したウェーハレベルスタックパッケージを、構造的な側面で説明すれば次の通りである。上部及び下部ウェーハ１０、２０、現在は切断状態であるから、上部及び下部半導体チップはそのボンディングパッド１１、２１の配置された面が所定間隔をおいて上下に配置される。特に、上部半導体チップはその第２表面が研磨により一定厚さが除去され、上部半導体チップの厚さが下部半導体チップの厚さよりも薄い。
【００３６】
各半導体チップの第１表面にボンディングパッド１１、２１が露出するように下部絶縁層４０、４１が塗布される。一端がボンディングパッド１１、２１に連結する上部及び下部金属パターン３１、３２が第１絶縁層４０、４１上に蒸着される。この時、下部金属パターン３２が上部金属パターン３１より長く形成される。各第１絶縁層４０、４１上に第２絶縁層４２、４３が塗布されるが、下部半導体チップに塗布された第２絶縁層４３を通して下部金属パターン３２の他端が露出する。
【００３７】
下部金属パターン３２の他端が位置した上部半導体チップの外枠部分に貫通孔５０が形成され、貫通孔５０の底面を通して下部金属パターン３２の他端が露出し、貫通孔５０の内側面を通して上部金属パターン３１の他端が露出する。露出した上部及び下部金属パターン３１、３２の他端が貫通孔５０の底面に蒸着された媒介パターン３３により電気的に連結する。
【００３８】
前述した構造を持つパターンフィルム６０が上部半導体チップの第２表面に付着され、その金属ワイヤ６４が媒介パターン３３に電気的に連結する。貫通孔５０が封止剤８０で埋め込まれ、封止剤８０の表面がパターンフィルム６０の表面と同平面をなし、外側面が下部半導体チップの側面と同平面をなす。パターンフィルム６０のボールランド６５に半田ボール９０がマウントされる。
【００３９】
尚、本発明は、本実施例に限られるものではない。本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
【００４０】
【発明の効果】
以上から説明した様に、本発明によれば、ウェーハレベルで２個の半導体チップを積層してパッケージングすることが具現される。また、積層されたある半導体チップの後面にパターンフィルムが付着され、このパターンフィルムに半田ボールがマウントされるため、信号伝達経路が短くなることになり、電気伝導性能が向上する。特に、パッケージの幅を半導体チップの幅で具現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のスタックパッケージを示す断面図である。
【図２】従来のスタックパッケージを示す断面図である。
【図３】ウェーハレベルスタックパッケージの製造工程を順次示す図である。
【図４】ウェーハレベルスタックパッケージの製造工程を順次示す図である。
【図５】ウェーハレベルスタックパッケージの製造工程を順次示す図である。
【図６】ウェーハレベルスタックパッケージの製造工程を順次示す図である。
【図７】ウェーハレベルスタックパッケージの製造工程を順次示す図である。
【図８】ウェーハレベルスタックパッケージの製造工程を順次示す図である。
【図９】ウェーハレベルスタックパッケージの製造工程を順次示す図である。
【図１０】ウェーハレベルスタックパッケージの製造工程を順次示す図である。
【図１１】ウェーハレベルスタックパッケージの製造工程を順次示す図である。
【図１２】図１１のXII部の拡大図である。
【図１３】ウェーハレベルスタックパッケージの製造工程を順次示す図である。
【図１４】ウェーハレベルスタックパッケージの製造工程を順次示す図である。
【図１５】ウェーハレベルスタックパッケージの製造工程を順次示す図である。
【符号の説明】
１０  上部ウェーハ
１１、２１  ボンディングパッド
２０  下部ウェーハ
３１  上部金属パターン
３２  下部金属パターン
３３  媒介パターン
４０、４１  第１絶縁層
４２、４３  第２絶縁層
５０  貫通孔
６０  パターンフィルム
６１  下部絶縁フィルム
６２  上部絶縁フィルム
６３  金属ライン
６４  金属ワイヤ
６５  ボールランド
６６  スロット
７０  接着剤
８０  封止剤
９０  半田ボール
【図１】
0004307691.tif 000002
【図２】
0004307691.tif 000003
【図３】
0004307691.tif 000004
【図４】
0004307691.tif 000005
【図５】
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【図６】
0004307691.tif 000007
【図７】
0004307691.tif 000008
【図８】
0004307691.tif 000009
【図９】
0004307691.tif 000010
【図１０】
0004307691.tif 000011
【図１１】
0004307691.tif 000012
【図１２】
0004307691.tif 000013
【図１３】
0004307691.tif 000014
【図１４】
0004307691.tif 000015
【図１５】
0004307691.tif 000016