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JP2015119077A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

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JP2015119077A
JP2015119077A JP2013262348A JP2013262348A JP2015119077A JP 2015119077 A JP2015119077 A JP 2015119077A JP 2013262348 A JP2013262348 A JP 2013262348A JP 2013262348 A JP2013262348 A JP 2013262348A JP 2015119077 A JP2015119077 A JP 2015119077A
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JP
Japan
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substrate
semiconductor device
resin layer
wiring
organic film
Prior art date
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JP2013262348A
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English (en)
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村井　誠
Makoto Murai
誠 村井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Priority to US14/549,792 priority patent/US9368480B2/en
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    • H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48225—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H01L2224/48227—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation connecting the wire to a bond pad of the item
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    • H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
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    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/81—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector
    • H01L2224/8119—Arrangement of the bump connectors prior to mounting
    • H01L2224/81193—Arrangement of the bump connectors prior to mounting wherein the bump connectors are disposed on both the semiconductor or solid-state body and another item or body to be connected to the semiconductor or solid-state body
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    • H01L2224/92122—Sequential connecting processes the first connecting process involving a bump connector
    • H01L2224/92125—Sequential connecting processes the first connecting process involving a bump connector the second connecting process involving a layer connector
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    • H01L2225/065—All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00 the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L27/00
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Abstract

【課題】信頼性に優れ、高集積化に適した構造を有する半導体装置を提供する。
【解決手段】この半導体装置は、第１の配線を有する第１の基板と、第１の基板と対向して配置され、第１の配線と接続端子を介して接続された第２の配線を含み、第１の基板よりも小さな面積を有する第２の基板と、第１の基板と第２の基板との隙間に充填され、かつ、第１の基板上における、第２の基板の周辺の領域を覆う第１の樹脂層と、第１の基板の上に設けられ、樹脂層を取り囲む有機膜パターンと、第１の基板、有機膜パターン、樹脂層および第２の基板を覆う第２の樹脂層とを備える。
【選択図】図１Ａ

Description

本開示は、２以上の半導体チップが積層された構造を有する半導体装置およびその製造方法に関する。
従来、半導体チップと回路基板とを対向させ、または半導体チップ同士を対向させ、バンプと呼ばれる接続端子を用いてそれらを電気的および機械的に接続するというフリップチップ実装技術が知られている。このフリップチップ実装技術は、半導体装置の高密度化、小型化、高速化および低消費電力化などに適したものである。
フリップチップ実装技術により形成された半導体装置では、半導体チップと回路基板との隙間、または半導体チップ同士の隙間に、バンプの保護などを目的としてアンダーフィル樹脂が封入される（例えば特許文献１参照）。半導体装置の製造過程において、このアンダーフィル樹脂は例えば毛細管現象により半導体チップと回路基板との隙間、または半導体チップ同士の隙間に浸入する。しかしながら、半導体チップと回路基板との隙間、または半導体チップ同士の隙間に浸入せず、その周囲に流出してしまうことがあった。このため、半導体チップまたは回路基板の表面に、アンダーフィル樹脂の流失を防止するダム構造を設ける技術が提案されている（例えば特許文献２参照）。
特開２００５−２７６８７９号公報 特開２０１０−７３９４９号公報
しかしながら、特許文献２では、ダムをバンプと共に同一のめっき工程において形成している。この場合、ダムは比較的大きな面積に亘ってめっき膜として形成されることから、そのダムと半導体チップ表面の保護膜との間に大きな応力が生じやすい。このため、半導体チップ表面の保護膜にクラックが生じるおそれがある。また、バンプリフロー工程の際、バンプと同一のめっき工程で形成されたダムも溶融する。ダムのコーナー部の曲率半径が小さい場合には、溶融したダム材料が表面張力によってコーナー部に集中し、ダムの高さの半導体チップ内でのばらつきが著しく大きくなることがある。さらには、パッケージ組立後のリフロー工程においてもダムが溶融するため、半導体チップ表面とモールド材料の間に僅かな空隙が存在した場合には、パッド間を短絡させる等の問題も懸念される。
本開示はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、動作信頼性や長期信頼性に優れ、かつ、高集積化に適した構造を有する半導体装置およびその製造方法を提供することにある。
本開示の一実施形態としての半導体装置は、第１の配線を含む第１の基板と、この第１の基板と対向して配置され、第１の配線と接続端子を介して接続された第２の配線を含み第１の基板よりも小さな面積を有する第２の基板と、第１の基板と第２の基板との隙間に充填され、かつ、第１の基板上における、第２の基板の周辺の領域を覆う第１の樹脂層と、第１の基板の上に設けられ、第１の樹脂層を取り囲む有機膜パターンと、第１の基板、有機膜パターン、第１の樹脂層および前記第２の基板を覆う第２の樹脂層とを備える。
本開示の一実施形態としての半導体装置の製造方法では、第１の配線を含む第１の基板の上に、開口を含む有機膜パターンを形成することと、第２の配線を含む第２の基板を用意し、第２の基板を第１の基板における有機膜パターンの開口と対応する領域に配置し、第１の配線と第２の配線とを接続端子を介して接続することと、第１の基板と第２の基板との隙間に第１の樹脂層を充填することと、第１の基板、有機膜パターン、第１の樹脂層および第２の基板を覆うように第２の樹脂層を形成することとを含む。
本開示の一実施形態としての半導体装置およびその製造方法では、第１の基板と第２の基板との隙間に充填された第１の樹脂層を取り囲むように有機膜パターンを設けるようにした。このため、製造過程において有機膜パターンがダムとして機能し、製造過程における第１の樹脂層の流出が確実に防止される。
第２の樹脂層は硬化収縮による圧縮応力を有するが、有機膜パターンはその第２の樹脂層との親和性が高い。このため、第２の樹脂層と有機膜パターンとの密着性が向上する。結果として、第１の基板の表面にめっきなどの金属からなるダムを形成した場合と比べて第１の基板と第２の樹脂層との密着性が向上する。
また、第１の基板の上に有機膜パターンを設けることで、第１の基板と第２の樹脂層とが直接に接触する面積が減少する。このため、第２の樹脂層の硬化収縮に起因する応力の影響が第１の基板へ及びにくくなる。また、第２の樹脂層には、その熱伝導率を高めるためのフィラーが含まれることが多い。その場合、第１の基板上に有機膜パターンを設けておくことで、第２の樹脂層に含まれるフィラーによる第１の基板へのダメージが緩和される。
また、第１の基板と第２の基板とが重なり合う領域には有機膜パターンを設けないようにしたので、全面的に有機膜パターンを形成した場合と比べ、放熱特性が向上するうえ、全体構成の厚さの増大が回避される。
また、はんだ材料を用いためっき膜によりダムを形成した場合には、めっき膜の形成時の応力により、第１の基板の最上層の保護膜にダメージを与え、割れなどを生じさせるおそれがある。さらには、リフロー時のめっき膜の溶融による第１の基板における引出電極の短絡が懸念される。しかしながら、本開示の半導体装置ではそのような問題は回避される。
本開示の一実施形態としての半導体装置およびその製造方法によれば、優れた動作信頼性や長期信頼性を確保しつつ、かつ、高集積化を図ることができる。なお、本開示の効果はこれに限定されるものではなく、以下に記載のいずれの効果であってもよい。
本開示の第１の実施の形態に係る半導体装置の一構成例を表す断面図である。 図１Ａに示した半導体装置の構成例を表す平面図である。 図１Ａ，１Ｂに示した半導体装置の製造方法における一工程を表す断面図である。 図２Ａに続く一工程を表す断面図である。 図２Ｂに続く一工程を表す断面図である。 図２Ｃに続く一工程を表す断面図である。 図２Ｄに続く一工程を表す断面図である。 本開示の第２の実施の形態に係る半導体装置の構成例を表す断面図である。 本開示の半導体装置の第１の変形例を表す平面図である。 本開示の第３の実施の形態に係る半導体装置の構成例を表す平面図である。 本開示の第３の実施の形態に係る半導体装置の変形例を表す平面図である。 本開示の第４の実施の形態に係る半導体装置の構成例を表す断面図である。 図６Ａに示した半導体装置の一構成例を表す平面図である。 本開示の第５の実施の形態に係る半導体装置の構成例を表す断面図である。 図７Ａに示した半導体装置の一構成例を表す平面図である。 本開示の半導体装置の第２の変形例を表す断面図である。 本開示の半導体装置の第３の変形例を表す断面図である。
以下、本開示の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態（基本構造を有する半導体装置）
２．第２の実施の形態（２重にダム構造を設けた半導体装置）
３．第３の実施の形態（開口部の幅を部分的に広げた構造を有する半導体装置）
４．第４の実施の形態（上部半導体チップが複数に分割された構造を有する半導体装置）
５．第５の実施の形態（アンダーフィル樹脂を充填する領域にガイド構造が設けられた半導体装置）
＜第１の実施の形態＞
［半導体装置１の構成］
図１Ａは、本開示の第１の実施の形態としての半導体装置１の断面構成を表したものである。また、図１Ｂは、半導体装置１の平面構成を表す。図１Ａは、図１Ｂに示したＩＡ−ＩＡ切断線に沿った矢視方向の断面図に相当する。
半導体装置１は、例えば、対向配置された半導体チップ１０と半導体チップ２０とが、バンプと呼ばれる接続端子３１を介して接合されたチップオンチップ（ＣＯＣ：chip on chip）構造を有する。
半導体チップ１０は、半導体基板１１と、その表面１１Ａを覆う回路形成層１２と、回路形成層１２の上に設けられた配線１３と、最上層としての保護膜１５とを有する。半導体チップ２０は、半導体基板２１と、その表面２１Ａを覆う回路形成層２２と、回路形成層２２の上に設けられた配線２３と、最上層としての保護膜２５とを有する。半導体基板１１，２１は、例えば単結晶シリコンからなる。回路形成層１２，２２は、不純物拡散層を含むトランジスタ（図示せず）を有する半導体回路が形成された層である。半導体基板１１，２１は例えば図１Ｂに示したように矩形の平面形状を有しており、半導体基板１１の占有面積よりも半導体基板２１の占有面積のほうが小さい。さらに、半導体基板１１の表面１１Ａのうち、半導体チップ２０と対向する対向領域Ｒ１以外の領域の一部には、回路形成層１２における回路を外部と接続するための引出電極１４が設けられている。配線１３，２３および引出電極１４は例えばＣｕ（銅）やＡｌＣｕ合金などの高導電性材料からなり、例えばスパッタリング法により形成されるものである。
回路形成層１２および配線１３は保護膜１５によって覆われている。但し、対向領域Ｒ１に設けられた配線１３の一部（例えば上面）は保護膜１５によって覆われずに露出している。すなわち、保護膜１５には１以上の開口が設けられている。配線１３の上面は、例えばバリアメタル３１Ａ（後出）に覆われている。ここで、配線１３とバリアメタル３１Ａとの間には、配線１３の側からバリア膜とシード膜とが順に積層されていてもよい。バリア膜としては、例えばＴｉ（チタン）やＴｉＷ（チタンタングステン合金）などの金属薄膜が用いられる。また、シード膜としては、例えばＣｕ膜が用いられる。バリア膜の厚さは例えば１００ｎｍであり、シード膜の厚さは例えば３００ｎｍである。また、引出電極１４の上面は、ワイヤ４３によるリード線４２との接続を行うため、保護膜１５のほか、上記のバリア膜およびシード膜によって覆われることなく露出している。
同様に、半導体チップ２０における回路形成層２２および配線２３は、保護膜２５によって覆われている。但し、対向領域Ｒ１に設けられた配線２３の一部（例えば上面）は保護膜２５によって覆われずに露出している。すなわち、保護膜２５には１以上の開口が設けられている。配線２３の上面は、例えばバリアメタル３１Ｂ（後出）に覆われている。配線２３とバリアメタル３１Ｂとの間にも、上記のバリア膜とシード膜とが順に積層されていてもよい。
保護膜１５，２５は、例えばケイ素窒化物やケイ素酸化物などからなる。ケイ素窒化物層とケイ素酸化物層とが交互積層された積層膜であってもよい。その場合、最表層がケイ素窒化物層であることが望ましい。
配線１３と配線２３とは接続端子３１を介して電気的および機械的に接続されている。接続端子３１は、配線１３の上面を覆うバリアメタル３１Ａと、配線２３の上面を覆うバリアメタル３１Ｂと、それらバリアメタル３１Ａとバリアメタル３１Ｂとを繋ぐはんだ層３１Ｃとを有する。バリアメタル３１Ａ，３１Ｂは、例えばＮｉ（ニッケル）からなり、例えば３μｍ程度の厚さを有する。また、はんだ層３１Ｃは、例えばＳｎ（錫），Ａｇ（銀）およびＣｕなどを構成元素とするはんだ材料からなる。
半導体チップ１０と半導体チップ２０との隙間には、封入樹脂層３２が充填されている。封入樹脂層３２は、対向領域Ｒ１のみならず、半導体チップ１０上における、半導体チップ２０の周囲の領域（周辺領域Ｒ２）をも覆うように設けられている。封入樹脂層３２は、例えばエポキシ系樹脂などの熱硬化性樹脂からなる。さらに、熱硬化性樹脂に、ＳｉＯ2などのケイ素酸化物を主成分とするフィラーが均質に分散されていてもよい。封入樹脂層３２の熱膨張係数を、半導体チップ１０，２０の熱膨張係数に近づけたり、熱伝導率を向上させたりするためである。封入樹脂層３２を構成する封入樹脂としては、後述のモールド樹脂層４４を構成するモールド樹脂よりも柔らかいもの、例えばナミックス社製のＵ８４４３が好適である。
半導体チップ１０上には、封入樹脂層３２を取り囲むように、有機膜からなるダム３３が設けられている。ダム３３は、半導体装置１の製造過程において封入樹脂層３２をせき止め、その流出を防止する機能を有する。ダム３３の構成材料としては、例えばＰＷ−１５００（株式会社東レ）などの感光性のポリイミド樹脂が挙げられる。ダム３３の厚さは半導体チップ１０と半導体チップ２０との隙間の寸法、すなわち接続端子３１の厚さよりも十分に薄く、例えば３μｍ程度で十分である。ここで、ダム３３と封入樹脂層３２との境界Ｋにおいて、ダム３３の上面３３Ｓの高さ位置と封入樹脂層３２の上面３２Ｓの高さ位置とが一致していることが望ましい。ダム３３の上面３３Ｓと封入樹脂層３２の上面３２Ｓとが一致せず、段差を生じていると、モールド樹脂層４４を形成する際、モールド樹脂の流動性を阻害し、モールド樹脂層４４の内部にボイドを生じさせるおそれがあるからである。ダム３３は、図１Ｂに示したように対向領域Ｒ１および周辺領域Ｒ２に対応する部分に開口３３Ｋを有する環状の有機膜パターンである。ダム３３は、引出電極１４と重なり合う領域に切り欠き３３Ｃをさらに有する。引出電極１４を露出させるためである。切り欠き３３Ｃの代わりに、開口３３Ｋとは別の開口を有するようにしてもよい。
半導体基板１１における半導体チップ２０と反対側の面、すなわち表面１１Ａと反対側の裏面１１Ｂは、接着層３４により回路基板４１が接着されている。回路基板４１は半導体基板１１よりも大きく、回路基板４１の表面４１Ａの一部にはリード線４３が設けられている。リード線４２は、ワイヤ４３によって引出電極１４と接続されている。リード線４２は、例えばＣｕ（銅）の表面に電解Ｎｉ（ニッケル）−Ａｕ（金）めっき、無電解Ｎｉ−Ａｕめっき、または無電解Ｎｉ−Ｐｄ（パラジウム）−Ａｕめっきを施したものである。ワイヤ４３は、例えばＡｕもしくはＣｕからなる導線であり、またはパラジウム膜が被覆された銅線である。回路基板４１の裏面４１Ｂには、例えばマザーボードと接続するための裏面電極４６を備えている。
半導体装置１では、半導体チップ１０、ダム３３、封入樹脂層３２および半導体チップ２０などが、モールド樹脂層４４によって一体に覆われている。モールド樹脂層４４は、例えば封入樹脂層３２と同様に、ＳｉＯ2などのケイ素酸化物を主成分とするフィラーが熱硬化性樹脂に均質に分散された材料によって構成される。モールド樹脂層４４を構成するモールド樹脂としては、例えばパナソニック社製のＣＶ８７１０が好適である。但し、その硬度（例えば曲げ弾性率）は、封入樹脂の硬度よりも十分に大きい（例えば２倍以上）ことが望ましい。半導体装置１としての機械的信頼性を十分に確保するためである。
このように、半導体装置１では、半導体チップ１０の大部分はダム３３、封入樹脂層３２および半導体チップ２０により覆われた構造となっている。すなわち、保護膜１５が露出した部分は、ダム３３の外側の部分を除き、ほとんど存在しない。
［半導体装置１の製造方法］
この半導体装置１は、例えば次のようにして製造することができる。
図２Ａ〜図２Ｅは、半導体装置１の製造方法の一部を工程順に表したものである。まず、半導体チップ１０を個片化する前の状態であるウェハ１０Ｚを用意する（図２Ａ）。具体的には半導体基板１１の上に回路形成層１２を形成したのち、回路形成層１２の上の所定位置に配線１３および引出電極１４を形成する。さらに、全体を覆うように保護膜１５を形成する。その際、配線１３の一部および引出電極１４の上面に対応する部分には開口１５Ｋを設ける。
次に、全体を覆うように、例えばスピンコーティング法により有機膜３３Ｚを形成する。ここでは、例えばスピンコーターの回転数を制御することにより、有機膜３３Ｚの膜厚を３μｍ以上５μｍ以下程度となるように所定の樹脂を全体に塗布するとよい（図２Ｂ）。有機膜３３Ｚを形成したのち、例えば１２０℃の温度で３分間程度の加熱を行い、例えばフォトリソグラフィ法により有機膜３３Ｚをパターニングする。さらに、パターニングされた有機膜３３Ｚを２５０℃程度の温度で加熱（キュア）し硬化する。これにより所定形状を有する有機膜パターンであるダム３３が形成される（図２Ｃ）。
次に、ダム３３が形成されたウェハ１０Ｚの表面を洗浄したのち、例えばアルゴン逆スパッタにより、保護膜１５に覆われずに露出した配線１３および引出電極１４の表面に生じた酸化膜を除去する。そののち、全面に亘って、例えばスパッタリング法によりバリア膜とシード膜とを順次積層する（いずれも図示せず）。
次にレジスト膜を全体に塗布したのち、フォトリソグラフィ法を用い、配線１３の一部に対応する所定の箇所に開口を設け、レジストパターン（図示せず）を形成する。そののち、そのレジストパターンを利用して、電解めっき法により、配線１３の一部の上面を覆うようにバリアメタル３１Ａを形成し、さらにバリアメタル３１Ａの上に、のちのはんだ層３１Ｃとなるはんだめっき層（図示せず）を形成する。
上記レジストパターンを剥離したのち、不要なバリア膜およびシード膜を順次ウェットエッチングで除去する。バリア膜としてチタンを用いた場合にはアンモニア過水を用い、シード膜に銅を用いた場合には、クエン酸と過酸化水素水の混合液を用いる。どのような場合においてもバリアメタル３１Ａおよびはんだめっき層（のちのはんだ層３１Ｃ）を構成する金属材料にダメージを与えない薬液を選定する。
次に、リフローを行い、はんだめっき層（のちのはんだ層３１Ｃ）の表面の酸化膜を除去し、おおよそ半球状のはんだ電極３１ＣＺを形成する（図２Ｄ）。例えばフラックスを全体に塗布したのち、加熱を行う方法や、ギ酸の雰囲気化で加熱を行う手法などがある。有機膜３３Ｚとしてポリイミドを使用した場合、ギ酸雰囲気化でウェハ１Ｚ全体を２５０℃程度に加熱し、はんだめっき層（のちのはんだ層３１Ｃ）の表面の酸化膜を除去し溶融する手法がよい。有機膜３３Ｚ上のフラックス残渣を防止するためである。そののち、水洗処理を行うことで、ウェハ１０Ｚの表面に付着した残渣や異物を除去する。
次に、ウェハ１０Ｚの裏面側の一部（半導体基板１１の裏面１１Ｂ側の一部）をグラインディングにより除去し、半導体基板１１を任意の厚さに加工する。さらに、ダイシングテープを用いてウェハ１０Ｚをダイシングフレームに搭載したのち、ダイサーなどによりウェハ１０Ｚを個片化することで半導体チップ１０を得る。
半導体チップ２０についても同様にして形成する。そののち、半導体チップ１０と半導体チップ２０とを対向させ、相互に接続する。具体的には、半導体チップ１０と半導体チップ２０との間にカメラを挿入し、予め付したアライメントマークを読み取って位置合わせを行ったのち、適切な荷重および熱を加える。これにより、バリアメタル３１Ａ上のはんだ電極３１ＣＺと、バリアメタル３１Ｂ上のはんだ電極３１ＣＺとの接合を行う。より詳細には、まず、半導体チップ１０および半導体チップ２０を、はんだ電極３１ＣＺが溶融しない温度（２００℃程度）に加熱する。次に、数Ｎ程度の荷重を加えてから、半導体チップ２０の温度をはんだ溶融温度以上に昇温させ、例えば２０秒程度その状態を保持する。その際、はんだ電極３１ＣＺの表面の酸化膜を除去するために、超音波等を用いて機械的な振動を加える。ギ酸などの還元ガスを流すと、バリアメタル３１Ａ上のはんだ電極３１ＣＺと、バリアメタル３１Ｂ上のはんだ電極３１ＣＺとの接合がより良好になされる。
続いて、図２Ｅに示したように、半導体チップ１０と半導体チップ２０との間に封入樹脂層３２を形成するための封入樹脂を注入し、充填する。ここでは、封入樹脂として例えば熱硬化性樹脂を、半導体チップ１０の表面に形成された保護膜１５上に滴下する。周辺領域Ｒ２の保護膜１５に滴下した熱可塑性樹脂は、半導体チップ２０の端部２０Ｅに到達した後に、毛細管現象によって半導体チップ１０と半導体チップ２０との間に浸透する。ここで、毛細管現象によって浸透する速度よりも滴下する速度の方が早い場合であっても、ダム３３が熱可塑性樹脂をせき止め、周辺領域Ｒ２から他の領域に広がることが防止される。仮にダム３３がなければ余剰の熱可塑性樹脂が周辺領域Ｒ２に溜まることができず、その周囲に濡れ広がってしまう。その場合、本来、半導体チップ１０と半導体チップ２０との間に充填されるべき熱可塑性樹脂が不足してしまい、封入樹脂層３２の内部にボイドが発生してしまう。本実施の形態では、ダム３３の存在により、そのような問題は回避される。
次に、所定の温度で加熱することで熱硬化性樹脂を硬化させ、封入樹脂層３２を得る。そののち、半導体基板１１の裏面１１Ｂと回路基板４１の表面４１Ａとを接着層３４を介して接着する。さらに、ワイヤボンディングにより、リード線４２と引出電極１４とをワイヤ４３によって接続する（図１Ａ）。
続いて、回路基板４１を金型にセットして、熱をかけながらモールド樹脂を射出して成形することにより、全体をモールド樹脂層４４によって一体に覆う。そののち、回路基板４１の裏面電極４６にフラックスを転写し、はんだボール（図示せず）を搭載後、リフローを行い、外部電極（図示せず）を形成する。最後に、シンギュレーションを行って各パッケージサイズに個片化を行う。
以上により、半導体装置１が完成する。
［半導体装置１の作用および効果］
半導体装置１およびその製造方法では、半導体チップ１０と半導体チップ２０との隙間に充填された封入樹脂層３２を取り囲むように、有機膜パターンからなるダム３３を設けるようにした。このため、製造過程においてダム３３の機能により、封入樹脂層３２の流出が確実に防止される。その結果、余分な封入樹脂の使用を回避することができるうえ、封入樹脂による周辺領域Ｒ２の外側の領域の汚染を防ぐことができる。
また、ダム３３は有機材料からなるので、モールド樹脂層４４との親和性が高い。このため，モールド樹脂層４４とダム３３との密着性が向上し、結果として半導体チップ１０の最上層である保護膜１５の表面にめっきなどの金属からなるダムを形成した場合と比べて半導体チップ１０とモールド樹脂層４４との密着性が向上する。
また、半導体チップ１０において半導体基板１１の上にダム３３を設けることで、半導体チップ１０とモールド樹脂層４４とが直接に接触する面積が減少する。このため、モールド樹脂層４４の硬化収縮に起因する応力の影響が半導体チップ１０へ及びにくくなる。また、モールド樹脂層４４にフィラーを含むようにした場合、ダム３３を設けておくことで、モールド樹脂層４４に含まれるフィラーによる半導体チップ１０への機械的なダメージが緩和される。
また、半導体チップ１０と半導体チップ２０とが重なり合う対向領域Ｒ１にはダム３３などの有機膜パターンを設けないようにした。このため、全面的に有機膜パターンを形成した場合と比べ、放熱特性が向上するうえ、半導体装置１の全体の厚さの増大が回避される。
また、仮にはんだ材料を用いためっき膜によりダム３３を形成した場合には、そのめっき膜の形成時に生ずる内部応力により、半導体チップ１０の最上層の保護膜１５にダメージを与え、割れなどを生じさせるおそれがある。さらには、パッケージ組立後のリフロー工程においてもダム３３が溶融し、半導体チップ１０の表面とモールド樹脂層４４との間に僅かな空隙が存在した場合に複数の引出電極１４を相互に短絡させてしまうことが懸念される。しかしながら、本実施の形態の半導体装置１ではそのような問題は生じない。
さらに、ダム３３の高さは接続端子３１の高さよりも低く、境界Ｋにおいて封入樹脂層３２の上面３２Ｓとダム３３の上面３３Ｓとがほぼ一致するように調整されている。このため、ダム３３がモールド樹脂層４４による封入の妨げとならず、ダム３３の高さを例えば接続端子３１と同じ高さとした場合と比べ、モールド樹脂層４４内部のボイド発生が確実に抑止される。
このように、半導体装置１およびその製造方法によれば、優れた動作信頼性や長期信頼性を確保しつつ、かつ、高集積化を図ることができる。
＜第２の実施の形態＞
［半導体装置２の構成］
図３Ａは、本開示の第２の実施の形態としての半導体装置２の断面構成を表したものである。また、図３Ｂは、半導体装置２の平面構成を表す。図３Ａは、図３Ｂに示したIIIＡ−IIIＡ切断線に沿った矢視方向の断面図に相当する。半導体装置２は、ダム３３が、環状の溝３５によって分割された内周部分３３Ａと外周部分３３Ｂとを含むようにしたものである。内周部分３３Ａの幅は例えば２０μｍであり、溝３５の幅は例えば３０μｍである。
［半導体装置２の作用効果］
半導体装置２では、内周部分３３Ａと、外周部分３３Ｂとがそれぞれ独立してダムとして機能する。すなわち、封入樹脂層３２の構成材料である熱硬化性樹脂等の樹脂を周辺領域Ｒ２から供給する際、その封入樹脂が周辺領域Ｒ２から溢れて内周部分３３Ａを乗り越えた場合であっても、溝３５によってその封入樹脂を堰止めることができる。したがって、例えば保護膜１５の表面の濡れ性が不足している場合や、封入樹脂の浸入速度の変化が生じた場合であっても、外周部分３３Ｂの外側の領域の封入樹脂による汚染を確実に回避できる。すなわち、半導体装置２では、ダムとしての効果をより安定的に発揮することができ、歩留の改善や、製品品質の向上を実現することができる。
なお、図３Ａ，３Ｂでは１つの溝３５を設け、ダム３３を２つの部分に分割する例を挙げたが、本技術はこれに限定されるものではなく、２以上の溝を設けてダム３３を３以上の部分に分割してもよい。
＜第３の実施の形態＞
［半導体装置３の構成］
図４は、本開示の第３の実施の形態としての半導体装置３の平面構成を表したものである。半導体装置３は、周辺領域Ｒ２が部分的に拡張されたものである。半導体装置３では、封入樹脂層３２が、周辺領域Ｒ２の拡張部分を占める拡張部分３２Ａを含んでいる。
［半導体装置３の作用効果］
こうすることにより、封入樹脂層３２を形成する際、封入樹脂の滴下速度を上げてもダム３３の外側に封入樹脂が流出することを防止できる。さらに、封入樹脂の滴下速度を上げることで浸入する封入樹脂の圧力が高まる。その結果、毛細管現象による浸入速度の速い部分と遅い部分との速度差が低減され、封入樹脂層３２の内部に空気が巻き込まれるのを防ぐことができる。よって、より短時間で封入樹脂層３２を形成できるうえ、封入樹脂層３２の内部におけるボイドの発生を防ぐことができる。
＜変形例１＞
［半導体装置３Ａの構成］
図５は、上記半導体装置３の変形例（本開示の第１の変形例）としての半導体装置３Ａの平面構成を表したものである。この半導体装置３Ａは、周辺領域Ｒ２の一部に隔壁３６を設けると共に、その隔壁３６の一部に開口３６Ｋを形成したものである。隔壁３６は、例えばフォトリソグラフィ法を用いてダム３３と共に一括形成することができる。
［半導体装置３Ａの作用効果］
このような構成の半導体装置３Ａにおいても、上記第３の実施の形態の半導体装置３と同様の効果が期待できる。
＜第４の実施の形態＞
［半導体装置４の構成］
図６Ａは、本開示の第４の実施の形態としての半導体装置４の断面構成を表したものである。また、図６Ｂは、半導体装置４の平面構成を表す。図６Ａは、図６Ｂに示したVIＡ−VIＡ切断線に沿った矢視方向の断面図に相当する。半導体装置４は、一の半導体チップ１０の上に２つの半導体チップ２０Ａ，２０Ｂが接合されたものである。これに伴い、半導体装置４は、ダム３３の代わりにダム３７を備えている。ダム３７は、２つの半導体チップ２０Ａ，２０Ｂを取り囲む周辺領域Ｒ２に対応した環状部分３７Ａと、半導体チップ２０Ａと半導体チップ２０Ｂとによって挟まれた領域Ｒ３に対応した梁部分３７Ｂとを含んでいる。上記の点を除き、他は上記第１の実施の形態の半導体装置１と同様の構成を有する。
［半導体装置４の作用効果］
半導体装置４では２つの半導体チップ２０Ａ，２０Ｂを１つの半導体チップ１０と対向させたが、半導体チップ２０Ａ，２０Ｂをそれぞれ取り囲む形状を有するダム３７を設けるようにした。こうすることで、封入樹脂層３２の内部におけるボイドの発生をより確実に抑止できる。すなわち、複数の半導体チップが搭載された場合には、それぞれの半導体チップの形状に応じたダムを形成した方がボイドの発生を抑制できる。なぜなら、例えば半導体チップ２０Ａを取り囲む周辺領域Ｒ２から毛細管現象により封入樹脂が浸入した場合、その封入樹脂が浸入する速度は半導体チップ２０Ａや半導体チップ１０の表面パターンによってばらつきが生じるためである。すなわち、半導体チップ２０Ａと半導体チップ１０との隙間を経由して半導体チップ２０Ｂに到達した封入樹脂は均一にチップ内を浸入していかず、空気を巻き込みやすいからである。したがって、半導体チップ２０Ａ，２０Ｂをそれぞれ取り囲む形状のダム３７を採用することで、より短時間で封入樹脂層３２を形成できるうえ、封入樹脂層３２の内部におけるボイドの発生を防ぐことができる。
なお、はんだ材料によりダムを形成する場合、ダム３７のような分岐部分を含む形状のものを形成することは困難である。はんだの再溶融により、ダムの表面張力を最小化する力が発生するからである。また、互いに離間した２つのダムをはんだ材料によって形成しようとする場合、少なくとも例えば４０μｍ程度の間隔が必要となるため、より多くの面積を占めることとなり、小型化の妨げとなる。これに対し、半導体装置４では、ダム３７が有機膜パターンからなる。このため、より小さな寸法を有し、かつ複雑な形状を有するダム３７が形成可能であり、上記のはんだ材料により形成する場合のような問題は生じない。
＜第５の実施の形態＞
［半導体装置５の構成］
図７Ａは、本開示の第５の実施の形態としての半導体装置５の平面構成を表したものである。また、図７Ｂは、半導体装置５の平面構成を表す。図７Ａは、図７Ｂに示したVIIＡ−VIIＡ切断線に沿った矢視方向の断面図に相当する。半導体装置５は、周辺領域Ｒ２から対向領域Ｒ１へ至るガイド３８を設けるようにしたものである。ガイド３８は、例えばダム３３と同様に有機材料からなり、ダム３３と同一の高さを有する。上記の点を除き、他は上記第１の実施の形態の半導体装置１と同様の構成を有する。
［半導体装置５の作用効果］
半導体装置５では、有機材料からなるガイド３８を設けるようにしたので、封入樹脂層３２の内部にボイドが発生するのを効果的に防ぐことができる。例えば上部の半導体チップ２０がＤＲＡＭであると、図７Ａ，７Ｂに示したように、ヒューズがカットされて僅かに凹んだ凹部２６が設けられている場合がある。このような箇所（凹部２６）には封入樹脂層３２を構成する封入樹脂が流入しにくく、封入樹脂層３２にボイドが発生することが多い。そこでガイド３８を設けることにより、封入樹脂の浸入経路を制御し、周辺領域Ｒ２から対向領域Ｒ１へ封入樹脂が浸入する際の圧力を上昇させ、封入樹脂層３２中のボイド発生を抑制することができる。
以上、実施の形態を挙げて本開示を説明したが、本開示は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
例えば、下側の第１の基板は半導体回路素子を有するものに限定されるものではない。例えばシリコンインターポーザーのようなアクティブ素子を持たないものでも同様の効果は発揮される。
また、第１の基板は必ずしもワイヤボンディング用のパッドを備えていなくてもよい。例えば図８に示した本開示の第２の変形例としての半導体装置６のようにしてもよい。具体的には、半導体チップ１０の回路形成層１２と、回路基板４１の表面４１Ａを覆う回路形成層４７に埋設された表面電極４５とが、半導体基板１１を貫通するビア３９Ａと接続端子３９Ｂとによって互いに接続されていてもよい。ここで、半導体基板１１の裏面１１Ｂは保護膜１６に覆われている。また、保護膜１６と回路形成層４７との隙間には封入樹脂層６１が充填されている。よって、各々の接続端子３９Ｂは封入樹脂層６１によって取り囲まれている。
また、本技術のチップオンチップ型の半導体装置は、回路基板上において他の半導体部品と共に搭載されていてもよい。その場合、回路基板上の構造体において最下段に配置されている場合に限定されない。例えば図９に示した本開示の第３の変形例としての半導体装置７のように、回路基板４１にその他の半導体部品５１が実装された上に、本技術の半導体装置１が搭載されていてもよい。さらに、半導体装置１の上に、その他のデバイス５２，５３が搭載されていてもよい。ここで、回路基板４１と半導体部品５１との間、半導体部品５１と半導体チップ１０との間、半導体チップ１０とデバイス５２との間、デバイス５２とデバイス５３との間は、ダイボンド材からなる接着層６２〜６５により、それぞれ接着されている。
なお、本明細書中に記載された効果はあくまで例示であってその記載に限定されるものではなく、他の効果があってもよい。また、本技術は以下のような構成を取り得るものである。
（１）
第１の配線を有する第１の基板と、
前記第１の基板と対向して配置され、前記第１の配線と接続端子を介して接続された第２の配線を含み、前記第１の基板よりも小さな面積を有する第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板との隙間に充填され、かつ、前記第１の基板上における、前記第２の基板の周辺の領域を覆う第１の樹脂層と、
前記第１の基板の上に設けられ、前記第１の樹脂層を取り囲む有機膜パターンと、
前記第１の基板、前記有機膜パターン、前記第１の樹脂層および前記第２の基板を覆う第２の樹脂層と
を備えた半導体装置。
（２）
前記第１の基板は、最上層としての保護膜を有する
上記（１）記載の半導体装置。
（３）
前記有機膜パターンと前記第１の樹脂層との境界において、前記有機膜パターンの上面の高さ位置と前記第１の樹脂層の上面の高さ位置とが一致している
上記（１）または（２）に記載の半導体装置。
（４）
前記第１の基板の上面に、引出電極が設けられ、
前記有機膜パターンは、前記引出電極と重なり合う領域に切り欠きまたは開口を有する
上記（１）から（３）のいずれか１つに記載の半導体装置。
（５）
前記第１の基板を挟んで前記第２の基板と反対側に設けられ、かつ、前記第１の基板と接合された回路基板をさらに備え、
前記引出し電極と、前記回路基板上に設けられた配線層とがワイヤにより接続されている
上記（４）記載の半導体装置。
（６）
前記有機膜パターンの厚さは、前記第１の基板と前記第２の基板との間隔よりも小さい
上記（１）から（５）のいずれか１つに記載の半導体装置。
（７）
前記第１の基板および第２の基板の少なくとも一方が半導体チップである
（１）から（６）のいずれか１つに記載の半導体装置。
（８）
第１の配線を含む第１の基板の上に、開口を含む有機膜パターンを形成することと、
第２の配線を含む第２の基板を用意し、前記第２の基板を前記第１の基板における前記有機膜パターンの開口と対応する領域に配置し、前記第１の配線と前記第２の配線とを接続端子を介して接続することと、
前記第１の基板と前記第２の基板との隙間に第１の樹脂層を充填することと、
前記第１の基板、前記有機膜パターン、前記第１の樹脂層および前記第２の基板を覆うように第２の樹脂層を形成することと
を含む
半導体装置の製造方法。
１〜７…半導体装置、１０，２０…半導体チップ、１１，２１…半導体基板、１２，２２，４７…回路形成層、１３，２３…配線、１４…引出電極、１５，１６，２５…保護膜、３１…接続端子、３１Ａ，３１Ｂ…バリアメタル、３１Ｃ…はんだ層、３２…封入樹脂層、３２Ａ…拡張部分、３３，３７…ダム、３３Ａ…内周部分、３３Ｂ…外周部分、３４…接着層、３５…溝、３６…隔壁、３８…ガイド、４１…回路基板、４２…リード線、４３…ワイヤ、４４…モールド樹脂層、４５…表面電極、４６…裏面電極、Ｒ１…対向領域、Ｒ２…周辺領域。

Claims (8)

  1. 第１の配線を有する第１の基板と、
    前記第１の基板と対向して配置され、前記第１の配線と接続端子を介して接続された第２の配線を含み、前記第１の基板よりも小さな面積を有する第２の基板と、
    前記第１の基板と前記第２の基板との隙間に充填され、かつ、前記第１の基板上における、前記第２の基板の周辺の領域を覆う第１の樹脂層と、
    前記第１の基板の上に設けられ、前記第１の樹脂層を取り囲む有機膜パターンと、
    前記第１の基板、前記有機膜パターン、前記第１の樹脂層および前記第２の基板を覆う第２の樹脂層と
    を備えた半導体装置。
  2. 前記第１の基板は、最上層としての保護膜を有する
    請求項１記載の半導体装置。
  3. 前記有機膜パターンと前記第１の樹脂層との境界において、前記有機膜パターンの上面の高さ位置と前記第１の樹脂層の上面の高さ位置とが一致している
    請求項１記載の半導体装置。
  4. 前記第１の基板の上面に、引出電極が設けられ、
    前記有機膜パターンは、前記引出電極と重なり合う領域に切り欠きまたは開口を有する
    請求項１記載の半導体装置。
  5. 前記第１の基板を挟んで前記第２の基板と反対側に設けられ、かつ、前記第１の基板と接合された回路基板をさらに備え、
    前記引出電極と、前記回路基板上に設けられた配線層とがワイヤにより接続されている
    請求項４記載の半導体装置。
  6. 前記有機膜パターンの厚さは、前記第１の基板と前記第２の基板との間隔よりも小さい
    請求項１記載の半導体装置。
  7. 前記第１の基板および第２の基板の少なくとも一方が半導体チップである
    請求項１記載の半導体装置。
  8. 第１の配線を含む第１の基板の上に、開口を含む有機膜パターンを形成することと、
    第２の配線を含む第２の基板を用意し、前記第２の基板を前記第１の基板における前記有機膜パターンの開口と対応する領域に配置し、前記第１の配線と前記第２の配線とを接続端子を介して接続することと、
    前記第１の基板と前記第２の基板との隙間に第１の樹脂層を充填することと、
    前記第１の基板、前記有機膜パターン、前記第１の樹脂層および前記第２の基板を覆うように第２の樹脂層を形成することと
    を含む
    半導体装置の製造方法。
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