(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の素子を設けた半導体基板の所定位置に折曲可能な連結材を設ける工程と、
前記連結材と対応した位置の前記半導体基板を切断して複数の半導体チップにする工程と、
前記半導体基板の切断位置において前記連結材を折曲して前記半導体チップを積層する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記半導体基板の切断は、半導体基板にＶ字状の切断溝を形成して行う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】
複数の素子を設けた半導体基板の所定位置に折曲可能な連結材を設ける工程と、
前記連結材と対応した位置において前記半導体基板に平行な複数のＶ字状切断溝を形成して切断し、前記半導体基板を複数の半導体チップと折曲部とにする工程と、
前記切断溝内に前記半導体基板と膠着可能な熱膨張材を配置する工程と、
前記熱膨張材を加熱して膨張させ、前記折曲部を折曲して前記半導体チップを積層する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
複数の素子を設けた半導体基板の所定位置に可撓な連結材を設ける工程と、
前記連結材と対応した位置において前記半導体基板に平行な複数のＶ字状切断溝を形成して切断し、前記半導体基板を複数の半導体チップと折曲部とにする工程と、
前記切断溝内に前記半導体基板と膠着可能な熱収縮材を配置する工程と、
前記熱収縮材を加熱して収縮させて前記折曲部を折曲し、前記半導体チップを積層する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
複数の素子を設けた半導体基板の所定位置に熱膨張性または熱収縮性の第１の連結材を設ける工程と、
前記半導体基板の連結材と対応した位置に複数の平行な切断溝を形成し、半導体基板を複数の半導体チップと折曲部とにする工程と、
前記第１の連結材と対応させて前記半導体チップの反対側の面に第２の連結材を設ける工程と、
前記第１の連結材を加熱して伸長または収縮させて前記折曲部を折曲し、複数の前記半導体チップを積層する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記第２の連結材は、前記第１の連結材が熱膨張性であるときに熱収縮性であり、前記第１の連結材が熱収縮性であるときに熱膨張性であることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記半導体チップを積層する工程は、隣接する前記半導体チップの電極部を電気的に相互に接続する配線パターンを前記連結材に形成したのちに行うことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか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、半導体装置の製造方法に係り、特に複数の半導体チップを積層したスタックド型マルチチップパッケージ（ＭＣＰ）の半導体チップを積層するのに好適な半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器の高性能化、小型化に伴って１つのパッケージ内に複数の半導体チップを配置してマルチチップパッケージ（ＭＣＰ）とすることにより、半導体装置の高機能化と小型化とが図られている。そして、マルチチップパッケージには、複数の半導体チップを平面的に並べた平面型ＭＣＰと、複数の半導体チップを厚み方向に積層した積層型（スタックド）ＭＣＰとがある。半導体チップを平面的に並べた平面型マルチチップパッケージは、広い実装面積を必要とするため、電子機器の小型化への寄与が小さい。このため、半導体チップを積層したスタックドＭＣＰの開発が盛んに行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のスタックドＭＣＰは、複数の半導体チップを積層する場合、素子や外部接続電極などを形成した半導体ウエハを切断して半導体チップに分割し、分割された複数の半導体チップを積層して接着剤によって相互に接合していた。このため、半導体チップの管理や積層が容易でない。
【０００４】
本発明は、前記従来技術の欠点を解消するためになされたもので、半導体チップの積層を容易に行えるようにすることを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の第１に係る半導体装置の製造方法は、複数の素子を設けた半導体基板の所定位置に折曲可能な連結材を設ける工程と、前記連結材と対応した位置の前記半導体基板を切断して複数の半導体チップにする工程と、前記半導体基板の切断位置において前記連結材を折曲して前記半導体チップを積層する工程と、を有することを特徴としている。
【０００６】
このように構成した本発明は、積層する複数の半導体チップを同一の半導体ウエハに例えば帯状に形成し、積層する複数の半導体チップを単位として半導体ウエハから切り出す。そして、隣接する半導体チップの境界部に例えばポリイミドなどの折曲可能な連結材を設ける。その後、半導体基板の半導体チップの境界部を切断し、さらに連結部材を折曲して半導体チップを折り畳むように積層する。したがって、半導体ウエハから個々の半導体チップを切断して分割し、これを位置決めして接着剤で固着するのと異なり、連結材を折曲するだけで半導体チップを積層することができ、半導体チップの管理が容易であるとともに、半導体チップの積層を容易に行うことができる。半導体基板の切断は、半導体基板にＶ字状の切断溝を形成して行うと、積層した半導体チップを電気的に相互に接続する場合、能動面側の連結材にのみ配線パターンを形成すればよい。
【０００７】
また、本発明の第２に係る半導体装置の製造方法は、複数の素子を設けた半導体基板の所定位置に折曲可能な連結材を設ける工程と、前記連結材と対応した位置において前記半導体基板に平行な複数のＶ字状切断溝を形成して切断し、前記半導体基板を複数の半導体チップと折曲部とにする工程と、前記切断溝内に前記半導体基板と膠着可能な熱膨張材を配置する工程と、前記熱膨張材を加熱して膨張させ、前記折曲部を折曲して前記半導体チップを積層する工程と、を有することを特徴としている。
【０００８】
このように構成した本発明の第２に係る半導体装置の製造方法は、Ｖ字状の切断溝に配置した熱膨張材を加熱すると、熱膨張材が膨張してＶ字状切断溝が広がって折曲部が折曲され、半導体チップの積層が自動的に行なわれる。
【０００９】
そして、本発明の第３に係る半導体装置の製造方法は、複数の素子を設けた半導体基板の所定位置に可撓な連結材を設ける工程と、前記連結材と対応した位置において前記半導体基板に平行な複数のＶ字状切断溝を形成して切断し、前記半導体基板を複数の半導体チップと折曲部とにする工程と、前記切断溝内に前記半導体基板と膠着可能な熱収縮材を配置する工程と、前記熱収縮材を加熱して収縮させて前記折曲部を折曲し、前記半導体チップを積層する工程と、を有することを特徴としている。このように構成した第３の発明においては、Ｖ字状切断溝内の熱収縮材が収縮して折曲部を折曲するため、半導体チップを自動的に積層することができる。
【００１０】
さらに、本発明の第４に係る半導体装置の製造方法は、複数の素子を設けた半導体基板の所定位置に熱膨張性または熱収縮性の第１の連結材を設ける工程と、前記半導体基板の連結材と対応した位置に複数の平行な切断溝を形成し、半導体基板を複数の半導体チップと折曲部とにする工程と、前記第１の連結材と対応させて前記半導体チップの反対側の面に第２の連結材を設ける工程と、前記第１の連結材を加熱して伸長または収縮させて前記折曲部を折曲し、複数の前記半導体チップを積層する工程と、を有することを特徴としている。このように構成した本発明の第４においても、前記と同様に複数の半導体チップが自動的に積層される。
【００１１】
第１の連結材と第２の連結材との熱的特性、すなわち熱膨張性と熱収縮性とを逆にすると、第１の連結材と第２の連結材とを加熱することにより、半導体チップの積層がより容易に行える。半導体チップを積層する工程を、隣接する半導体チップの電極部を電気的に相互に接続する配線パターンを連結材に形成したのちに行うことが望ましい。このように配線パターンを形成することにより、従来のようなワイヤボンディングによらずに各半導チップの電気的接続を行うことができ、各半導体チップの電気的接続を容易に行うことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明に係る半導体装置の製造方法の好ましい実施の形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する要部工程図である。図１（ａ）に示したシリコンからなる半導体ウエハ１０には、いずれも図示すないトランジスタや抵抗、コンデンサなどの素子が通常の方法によって設けてある。また、半導体ウエハ１０は、能動面１２に外部接続用の電極部１４が形成してある。これらの電極部１４は、素子の上部を覆っているシリコン酸化膜などからなる絶縁層（図示せず）に設けた接続孔を介して素子に電気的に接続してある。また、半導体ウエハ１０には、後述するように、積層する複数の半導体チップが帯状に連続して形成してある。
【００１４】
このように構成してある半導体ウエハ１０の能動面１２に、図１（ａ）に示したように、ポリイミドなどの樹脂膜１６をスピンコート法などによって形成する。この樹脂膜１６は、詳細を後述する連結材を形成するためのもので、折曲性を有していればポリイミド以外の樹脂であってもよい。
【００１５】
次に、図１（ｂ）に示したように、半導体ウエハ１０の非能動面１８にフォトレジストを塗布し、これを露光、現像してパターニングし、電極部１４と対応した位置に孔２０を有するレジスト膜２２を形成する。その後、レジスト膜２２をマスクとして半導体ウエハ１０の非能動面１８側をウエットエッチングまたはドライエッチングし、同図（ｃ）に示したように、基板部２４に貫通孔２６を形成して電極部１４の下面（図１（ｃ）においては上側の面）を露出させ、レジスト膜２２を除去する。さらに、半導体ウエハ１０の非能動面１８側の全体に、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）などを用いたＣＶＤ法によってシリコン酸化膜からなる絶縁膜２８を設けたのち、絶縁膜２８の全面にフォトレジスト（図示せず）を塗布してパターニングし、これをマスクとして絶縁膜２８をエッチングして電極部１４を露出させる。
【００１６】
次に、図１（ｄ）に示したように、半導体ウエハ１０の基板部（半導体基板）２４に形成した貫通孔２６の内部に、メッキによってアルミニウムや銅などの導電性の金属、または導電性樹脂などの導電材３０を充填する。さらに、半導体ウエハ１０の非能動面１８の全体を覆うようにポリイミドなどからなる樹脂膜３２を形成する。この樹脂膜３２は、能動面１２側の樹脂膜１６と同様に、連結材とするものである。
【００１７】
その後、能動面１２側の樹脂膜１６と非能動面１８側の樹脂膜３２とをエッチングし、同図（ｅ）に示したように、半導体ウエハ１０の所定位置、すなわち積層する半導体チップの境界部に樹脂膜１６、３２からなる連結材３４、３６を形成する。これらの能動面１２側の連結材３４と非能動面１８側の連結材３６とは、複数の半導体チップを積層できるように、図１の左右方向において交互に、かつ半導体チップを折り返す側に形成される。
【００１８】
さらに、半導体チップ１０の能動面１２側と非能動面１８側との全体にスパッタリングやＣＶＤ法によってアルミニウムや銅などからなる金属膜３８、４０を形成する。そして、各金属膜３８、４０を覆ってフォトレジストを塗布してパターニングし、所定の配線パターンを有するレジスト膜４２、４４を形成する。なお、図１（ｅ）には、理解を容易にするため、レジスト膜４２、４４の一部のみが示されている。
【００１９】
次に、レジスト膜４２、４４をマスクにして金属膜３８、４０のエッチングを行い、図１（ｆ）に示したように、半導体ウエハ１０の能動面１２側と非能動面側１８とに配線パターン４６（４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、……）と、配線パターン４８（４８ａ、４８ｂ、４８ｃ、……）を形成する。配線パターン４６は電極部１４を介して隣接する半導体チップを電気的に相互に接続し、配線パターン４８は貫通孔２６に充填した導電材３０を介して隣接する半導体チップを電気的に相互に接続していて、これらの配線パターン４６、４８が半導体ウエハ１０の能動面１２側と非能動面１８側とで千鳥状をなしている。
【００２０】
上記のようにして配線パター４６、４８を形成したならば、半導体ウエハ１０を積層する複数の半導体チップの単位ごとに切断して分割する。その後、図１（ｆ）に示したように、基板部２４の連結材３４、３６に対応した部分に切断溝５０（５０ａ、５０ｂ）を形成し、複数の半導体チップ５２（５２ａ、５２ｂ、……）に分割する。そして、図２に示したように、連結材３４、３６を折り曲げて半導体チップ５２を積層する。このとき、連結材３４は半導体チップ５２の能動面１２が対面するように折り曲げ、連結材３６は半導体チップ５２の非能動面１８が対面するように折り曲げる。なお、積層した各半導体チップは、必要に応じて接着剤によって相互に固着する。また、図２においては、配線パターン４６、４８を省略してある。
【００２１】
このように、第１の実施形態においては、帯状に連ねて形成してある積層する各半導体チップ５２の境界部に連結材３４、３６を設けたのち、連結材３４、３６を残して基板部２４の境界部を切断して複数の半導体チップ５２に分割し、連結材３４、３６を折曲して各半導体チップ５２を積層するようにしているため、半導体チップの積層が容易となり、チップの管理も容易となる。しかも、前記実施形態においては、連結材３４、３６に隣接する半導体チップ５２を相互に電気的に接続する配線パターン４６、４８を設けているため、各半導体チップ５２を電気的に相互に接続するためのワイヤボンディングを省略することができる。
【００２２】
なお、前記実施形態においては、樹脂膜１６、３２をエッチングして連結材３４、３６を形成する場合について説明したが、予め所定の形状に切断してある連結材３４、３６を接着剤などによって固着してもよい。また、前記実施形態においては、樹脂膜１６を形成する工程以降の処理を半導体ウエハ１０のままで行った場合について説明したが、半導体ウエハ１０から積層する複数の半導体チップの単位で分割した状態にしてから上記の処理を行ってもよい。さらに、積層する単位ごとの分割は、図１（ｆ）の工程ののち、すなわち切断溝５０を形成したのちに行ってもよい。
【００２３】
図３は、第２実施形態に係る製造方法の要部の説明図である。この第２実施形態においては、まず、外部接続用の電極部１４を設けた半導体ウエハ１０の能動面１２と非能動面１８との全体にポリイミドなどからなる樹脂膜１６、３２を形成する（図３（ａ）参照）。次に、同図（ｂ）に示したように、樹脂膜１６、３２をエッチングして半導体チップの境界部となる位置の能動面１２と非能動面１８とに連結材６２、６４を形成する。これらの能動面１２側の連結材６２と非能動面１８側の連結材６４は、前記と同様に交互に設けられる。また、これらの連結材６２、６４は、後述するように、前記の実施形態と反対に半導体チップを折り返す側の反対側に設ける。
【００２４】
その後、半導体ウエハ１０の能動面１２側に金属膜を設け、これをエッチングして図３（ｃ）に示したように配線パターン６６（６６ａ、６６ｂ、……）を形成する。次に、半導体ウエハ１０を積層する複数の半導体チップの単位ごとに分割したのち、連結材６２、６４を設けた部分と対応した半導体ウエハ１０の基板部２４のそれぞれに、図３（ｄ）に示したように、一対のＶ字状切断溝６８ａ、６８ｂ、７０ａ、７０ｂを適宜の間隔を設けて平行に形成し、半導体チップ５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、……と折曲部７２とに分割する。そして、図４に示したように、連結材６２、６４をＶ字状の切断溝６８、７０が閉じる方向に折り曲げ、各半導体チップ５２の能動面１２同士、または非能動面１８同士が対面するように積層する。また、能動面１２を対面させた一対の半導体チップ５２（例えば、図４の半導体チップ５２ａと半導体チップ５２ｂ）は、配線パターン６６を介して直接接触させて電気的に接続する。そして、非能動面１８を対面させた一対の半導体チップ５２（例えば、半導体チップ５２ｂ、５２ｃ）は、連結材６２の表面に形成された配線パターン６６を介して相互に電気的に接続される。
【００２５】
この実施形態においては、基板部２４に貫通孔を設けることなく隣接する半導体チップ同士を電気的に接続することができる。
【００２６】
図５は、第３実施形態に係る製造方法の要部工程図である。まず、図５（ａ）に示したように、半導体ウエハ１０の能動面１２と非能動面１８とに可撓性または折曲性の膜を設け、これをエッチングして能動面１２と非能動面１８との所定位置に連結材７４、７６を形成する。実施形態の場合、折曲性の膜として、ＣＶＤ法によって成膜したシリコン窒化膜（Ｓｉ3Ｎ4膜）を用いている。そして、連結材７４、７６を設ける位置は、半導体チップの境界部であって、半導体チップを折り返す側に設けてある。また、連結材７４、７６は、後述するように熱処理をするとことから、それぞれが図の左右方向に長い細い帯状のものを複数平行に設けてある。また、連結材７４、７６には、隣接する半導体チップを電気的に相互に接続する配線パターン（図示せず）が形成してある。
【００２７】
このように、半導体ウエハ１０の所定位置に連結材７４、７６を形成したならば、半導体ウエハ１０を積層する複数の半導体チップの単位（ブロック）７７ごとに切断して分割する。そして、図５（ｂ）に示したように、基板部２４の連結材７４、７６を設けた位置のそれぞれに複数のＶ字状切断溝７８を設け、複数の半導体チップ５２に分割するとともに、鋸刃状の折曲部８０、８２を形成する。その後、同図（ｃ）に示したように、折曲部８０、８２のＶ字状切断溝７８の内部に、基板部２４と膠着可能であって、熱硬化させたときに膨張するような樹脂からなる熱膨張材（実施形態の場合、ポリイミド）８４を充填し、滴下しない程度に乾燥させる。
【００２８】
次に、熱膨張材８４を配置したブロック７７を例えば、半田リフロー炉のような加熱炉を通して熱膨張材８４を加熱し、熱膨張材８４を熱硬化させて膨張させる。これにより、連結材７４を設けた折曲部８０は、半導体チップの能動面１２側に曲がり、連結材７６を設けた折曲部８２は非能動面１８側に曲がる。したがって、複数の半導体チップ５２は、ブロック７７を加熱することにより、図６に示したように自動的に積層される。
【００２９】
ブロック７７の加熱は、例えばブロック７７の一端を把持して吊るした状態で行うことができる。また、図５（ｄ）に示したように、ブロック７７を１ないし複数の支持台８６によって支持して行ってもよい。この支持台８６は、ばね材などからなる一対の挟持部８８によってブロック７７を挟持するようになっているとともに、ベース部９０の下面が容易に滑るようになっており、加熱によりブロック７７がつづら折り状に積層される際に、図示しない処理テーブル上を滑って移動する。
【００３０】
なお、前記実施形態においては、連結材７４、７６をシリコン窒化膜によって形成した場合について説明したが、熱収縮性ポリイミドなどの熱収縮する樹脂によって形成してもよい。このように熱収縮性樹脂によって連結材を形成すれば、半導体チップ５２の積層をより容易に行うことができる。また、前記実施形態においては、連結材７４、７６を設けた場合について説明したが、連結材７４、７６を設けなくともよい。さらに、連結材７４、７６を熱収縮性でないものまたは熱膨張性のものによって形成するとともに、Ｖ字状切断溝７８に熱収縮性の部材を配置して加熱すると、折曲部８０、８２をＶ字状切断溝７８が閉じる方向に折曲することができ、前記と同様に複数の半導体チップを自動的に積層することができる。ただし、折曲部８０、８２に形成するＶ字状切断溝７８は、その向きを図５と反対にする。
【００３１】
図７は、第４実施形態の説明図である。図７（ａ）において、半導体ウエハから分割したブロック９８には、加熱すると収縮する熱収縮性の第１の連結材１００（１００ａ、１００ｂ、……）が基板部２４の能動面１２と非能動面１８との所定位置に交互に設けてある。また、基板部２４の第１の連結材１００と対応した反対側の面には、加熱すると膨張する熱膨張性の第２の連結材１０２（１０２ａ、１０２ｂ、……）が設けてある。そして、これらの連結材１００、１０２を設けた部分の基板部２４には、複数のスリット状切断溝１０４が平行に形成してあって、ブロック９８が複数の半導体チップ５２と折曲部１０６とに分割されている。
【００３２】
このように構成したブロック９８は、次のようにして形成することができる。まず、半導体ウエハから分割したブロック９８の所定位置（折曲部となる位置）に第１の連結材１００を設ける。次に、第１の連結材１００を設けた部分に複数の切断溝１０４を形成して複数の半導体チップ５２と折曲部１０６、１０８を形成したのち、第１の連結部１００に対応して第２の連結部１０２を設ける。この第２の連結部１０２は、予め所定の形状に形成してあるものを接着することにより、容易に設けることができる。
【００３３】
このように加工したブロック９８を加熱すると、熱収縮性の第１の連結材１００が収縮し、熱膨張性の第２の連結材１０２が伸長する。このため、切断溝１０４は、第１の連結材１００側の幅が狭まり、第２の連結材側の幅が広がり、第２の図７（ｂ）に示したように、折曲部１０６が基板部２４の能動面１２側に折曲され、折曲部１０８が非能動面１８側に折曲されて複数の半導体チップ５２が自動的に積層される。
【００３４】
なを、図７に示した熱膨張性の第２の連結材１０２を第１の連結材とし、熱収縮性の第１の連結材を第２の連結材としてもよいことは勿論である。
【００３５】
【発明の効果】
以上に説明したように、隣接する半導体チップの境界部に例えばポリイミドなどの折曲可能な連結材を設け、その後、半導体基板の半導体チップの境界部を切断し、さらに連結部材を折曲して半導体チップを折り畳むように積層することにより、連結材を折曲するだけで半導体チップを積層することができ、半導体チップの管理が容易であるとともに、半導体チップの積層を容易に行うことができる。
【００３６】
また、本発明は、半導体チップの境界部となる折曲部に熱膨張性または熱収縮性の部材を配置してこれを加熱して膨張または収縮させることにより、複数の半導体チップを自動的に積層することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する要部工程図である。
【図２】第１の実施形態によって製造した半導体装置の説明図である。
【図３】第２実施形態の要部の説明図である。
【図４】第２実施形態によって製造した半導体装置の説明図である。
【図５】第３実施形態の要部の説明図である。
【図６】第３実施形態によって製造した半導体装置の説明図である。
【図７】第４実施形態の説明図であって、（ａ）は製造途中の状態を示す図であり、（ｂ）は製造した半導体装置の説明図である。
【符号の説明】
１０            半導体ウエハ
１２            能動面
１４            電極部
１８            非能動面
２４            半導体基板（基板部）
３０            導電材
３４、３６      連結材
５０ａ、５０ｂ  切断溝
６２、６４、７４、７６    連結材
６８ａ、６８ｂ、７０ａ、７０ｂ    Ｖ字状切断溝
７２、８０、８２、１０６、１０８  折曲部
７７、９８      ブロック
７８            Ｖ字状切断溝
８４            熱膨張材
１００ａ、１００ｂ    第１の連結材
１０２ａ、１０２ｂ    第２の連結材
１０４          切断溝
【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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