JP2002134650A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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JP2002134650A JP2000322814A JP2000322814A JP2002134650A JP 2002134650 A JP2002134650 A JP 2002134650A JP 2000322814 A JP2000322814 A JP 2000322814A JP 2000322814 A JP2000322814 A JP 2000322814A JP 2002134650 A JP2002134650 A JP 2002134650A
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和孝 柴田
Junji Oka
純司 岡
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泰正 糟谷
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Abstract

(57)【要約】 【課題】熱応力などによる反りを防止できる構造の半導
体装置およびその製造方法を提供する。 【解決手段】配線基板１の表面１１には、半導体チップ
２がフェースダウンで接合されている。半導体チップ２
の周囲には、たとえば、エポキシ樹脂などの合成樹脂材
料からなる枠状のスティフナ５が配置されている。ステ
ィフナ５は、配線基板１と反対側の表面５１が半導体チ
ップ２の活性表面２１とは反対側の非活性表面２２とほ
ぼ面一に形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体チップを
配線基板や別の半導体チップなどの固体装置の表面に接
合させ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。
【０００２】
【従来の技術】たとえば、半導体チップを配線基板の表
面にフェースダウン状態で接合したフリップ・チップ・
ボンディング構造の半導体装置が知られている。このよ
うなフリップ・チップ・ボンディング構造の半導体装置
では、半導体チップが、その活性表面を配線基板に対向
させて接合されており、この配線基板との間に設けられ
た複数個のバンプによって所定間隔を保つように連結さ
れ、かつ、電気的に接続されている。また、配線基板の
裏面には、外部接続用の端子として半田ボールが配設さ
れており、この端子数が多い場合には、平面視における
配線基板のサイズが半導体チップのサイズよりも大きく
なるので、配線基板の平面性を保つために、金属製のス
ティフナが半導体チップの側方を取り囲むように配置さ
れる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述のような構成の半
導体装置は、たとえば、半導体チップを配線基板の上に
接合した後、半導体チップとは別部材であるスティフナ
を配置することにより作製される。そのため、半導体チ
ップおよびスティフナが薄いと、これらの半導体チップ
およびスティフナを配線基板上に配置するためのハンド
リング時に割れや欠けを生じてしまう。したがって、半
導体チップおよびスティフナの薄型化には限界があり、
半導体装置全体の薄型化にも限界があった。
【０００４】そこで、この発明の目的は、半導体チップ
およびスティフナの割れや欠けを生じることなく製造で
きる構造の半導体装置を提供することである。また、こ
の発明の他の目的は、半導体チップおよびスティフナの
割れや欠けを生じさせることなく薄型の半導体装置を製
造するための方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段および発明の効果】前記の
目的を達成するための請求項１記載の発明は、固体装置
の表面に接合された半導体チップと、この半導体チップ
の側方を取り囲むように配置されて、前記固体装置に対
向した表面とは反対側の表面が、前記半導体チップの前
記固体装置に対向した表面とは反対側の表面とほぼ面一
に形成されたスティフナとを含むことを特徴とする半導
体装置である。
【０００６】前記固体装置は、配線基板であってもよい
し、前記半導体チップとは別の半導体チップであっても
よい。この発明によれば、半導体チップの周囲に合成樹
脂製のスティフナが設けられていることにより、固体装
置を補強することができ、熱応力などによる反りを防止
することができる。また、半導体チップの固体装置に対
向した表面とは反対側の表面には、半導体チップから発
生する熱を放熱するための放熱板が取り付けられる場合
がある。この場合において、半導体チップの固体装置に
対向した表面とは反対側の表面と、スティフナの固体装
置に対向した表面とは反対側の表面とがほぼ面一に形成
されていることにより、このほぼ面一な表面に良好に接
した状態に放熱板を簡単に取り付けることができる。
【０００７】さらには、半導体チップの固体装置に対向
した表面とは反対側の表面と、スティフナの固体装置に
対向した表面とは反対側の表面とがほぼ面一に形成され
ていることにより、これらの表面に跨って製造番号など
の刻印を施すことができる。これにより、たとえ半導体
チップの平面サイズが小さくても、刻印のための十分な
スペースを確保することができる。さらに、この発明に
係る半導体装置を実装基板上に多層に積み重ねて実装す
る場合に、個々の半導体装置の厚みが小さくすむので、
その高さ方向の実装密度を向上することができる。
【０００８】また、半導体チップの固体装置に対向した
表面とは反対側の表面とスティフナの固体装置に対向し
た表面とが、鏡面に仕上げられていることが好ましい。
こうすることにより、たとえば、この半導体装置をカメ
ラで認識して実装基板上などに実装する際に、半導体チ
ップおよびスティフナにおける光の乱反射が少ないの
で、カメラによる認識精度が向上し、この半導体装置を
実装位置に良好に位置合わせすることができる。さら
に、鏡面に仕上げられていれば、その表面の強度が増す
ので、熱膨張などによる反りを一層防止することができ
る。
【０００９】なお、前記半導体チップは、活性表面が前
記固体装置の表面に対向した状態で接合されていてもよ
い。この場合、請求項４に記載した方法により、請求項
１に記載した構成の半導体装置を製造することができ
る。すなわち、請求項４記載の発明は、固体装置の表面
に半導体チップを活性表面を対向させた状態で接合する
チップ接合工程と、前記半導体チップの側方を取り囲む
ように合成樹脂材料を配置する樹脂配置工程と、この樹
脂配置工程後に、前記固体装置の表面に接合された半導
体チップおよびこの半導体チップを取り囲むように配置
された合成樹脂材料に同時に平坦化処理を施して、前記
半導体チップの活性表面とは反対側の表面および前記合
成樹脂材料の前記固体装置に対向した表面とは反対側の
表面をほぼ面一に形成する平坦化工程とを含むことを特
徴とする半導体装置の製造方法である。
【００１０】この方法によれば、比較的厚い半導体チッ
プおよび合成樹脂材料（スティフナ）を固体装置の表面
に配置し、その後に平坦化処理を行うことにより薄型化
を達成することができるから、半導体チップおよびステ
ィフナを予め薄くしてから固体装置の表面に配置する方
法とは異なり、半導体チップおよびスティフナに割れや
欠けを生じるおそれがない。また、グラインダーを用い
た研削処理やＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishin
g：化学的機械的研磨）処理による平坦化であっても、
半導体チップと合成樹脂材料とが同時に研削されること
により、半導体チップに加わる応力を緩和することがで
きるので、半導体チップに反りや欠けなどが生じること
を防止できる。
【００１１】請求項２記載の発明は、前記半導体チップ
と前記スティフナとの間には隙間が形成されていること
を特徴とする請求項１記載の半導体装置である。この発
明によれば、半導体チップとスティフナとの間に隙間が
設けられていることにより、この半導体装置が高温下に
曝されても、半導体チップおよびスティフナの熱膨張差
を隙間で吸収することができ、熱膨張による反りを生じ
ることをより一層防止できる。
【００１２】請求項３記載の発明は、前記固体装置の表
面と前記半導体チップの前記固体装置に対向した表面と
の間には、前記スティフナよりも低い弾性を有する低弾
性充填材が充填されていることを特徴とする請求項１ま
たは２記載の半導体装置である。この発明によれば、前
記固体装置の表面と前記半導体チップの前記固体装置に
対向した表面との間に充填されている低弾性充填材によ
り、半導体チップの活性表面を保護することができる。
また、半導体チップが、その活性表面が固体装置の表面
に対向した状態で接合されて、固体装置の表面との間に
設けられたバンプに支持される構成が採用された場合
に、このバンプに加わる応力を緩和することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下では、この発明の実施の形態
を、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、この
発明の一実施形態に係る半導体装置の構成を図解的に示
す断面図である。この半導体装置は、いわゆるＦＣＢＧ
Ａ（Flip Chip Ball Grid Array）構造が適用された半
導体装置であり、たとえば、セラミック、ポリイミド樹
脂またはガラスエポキシ樹脂などからなる薄い配線基板
１を備えている。この配線基板１には、銅めっきなどに
よって配線パターン（図示せず）が形成されている。
【００１４】配線基板１の表面１１には、たとえば、厚
みが２００μｍ以下の薄型の半導体チップ２がフェース
ダウンで接合されている。すなわち、薄型の半導体チッ
プ２は、トランジスタなどの素子が形成された活性表層
領域側の表面である活性表面２１を基板表面１１に対向
させた状態で、金などの導電性材料で形成されたバンプ
３を介して、基板１に接合されており、この基板１に形
成された配線パターンに電気的に接続されている。
【００１５】一方、配線基板１の半導体チップ２が接合
された表面１１と反対側の裏面１２には、外部接続用の
端子として複数個の半田ボール４が配設されている。半
導体チップ２の周囲には、たとえば、エポキシ樹脂など
の合成樹脂材料からなる枠状のスティフナ５が配置され
ている。このスティフナ５は、薄い配線基板１の周縁部
を補強して、この配線基板１の平面性を保持するために
設けられている。スティフナ５は、配線基板１と反対側
の表面５１が半導体チップ２の活性表面２１とは反対側
の非活性表面２２とほぼ面一に形成されている。
【００１６】半導体チップ２およびスティフナ５上に
は、必要に応じて、図１に仮想線で示すように、半導体
チップ２から発生する熱を放熱するための放熱板６が取
り付けられる場合がある。この場合に、半導体チップ２
の非活性表面２２とスティフナ５の表面５１とで段差が
生じていると、放熱板６を半導体チップ２の非活性表面
２２とスティフナ５の表面５１との両方に上手く接触さ
せることができず、放熱板６の取付けが困難である。こ
れに対し、半導体チップ２の非活性表面２２とスティフ
ナ５の表面５１とがほぼ面一になっていれば、放熱板６
を半導体チップ２の非活性表面２２およびスティフナ５
の表面５１の両方に接した状態に簡単に取り付けること
ができる。
【００１７】さらには、半導体チップ２の非活性表面２
２とスティフナ５の表面５１とがほぼ面一に形成されて
いることにより、この非活性表面２２および表面５１に
跨って製造番号などの刻印を施すことができる。これに
より、たとえ半導体チップ２の平面サイズが小さくて
も、刻印のための十分なスペースを確保することができ
る。また、半導体チップ２とスティフナ５との間には隙
間Ｄが設けられている。そのため、この半導体装置が高
温下に曝されても、半導体チップ２およびスティフナ５
の熱膨張差を隙間Ｄで吸収することができ、熱膨張によ
る反りが生じることを防止できる。
【００１８】さらに、配線基板１の表面１１と半導体チ
ップ２の活性表面２１との間には、スティフナ５よりも
低い弾性の合成樹脂材料（たとえば、ポリイミド樹脂）
からなる低弾性充填材７が充填されている。これによ
り、半導体チップ２の活性表面２１を保護することがで
き、また、バンプ３に加わる応力を緩和することができ
る。なお、半導体チップ２の非活性表面２２およびステ
ィフナ５の表面５１は、化学的研磨などの手法により鏡
面に仕上げられていることが好ましい。こうすることに
より、たとえば、この半導体装置をカメラで認識して実
装基板上などに実装する際に、半導体チップ２の非活性
表面２２およびスティフナ５の表面５１における光の乱
反射が少ないので、カメラによる認識精度が向上し、こ
の半導体装置を実装位置に良好に位置合わせすることが
できる。さらに、非活性表面２２および表面５１が鏡面
に仕上げられていれば、その表面強度が増すので、熱膨
張などによる反りを一層防止することができる。
【００１９】図２は、図１に示す半導体装置の製造工程
を工程順に示す断面図である。図２(a)は、チップ接合
工程を示す。このチップ接合工程では、配線パターンが
形成された配線基板１の表面１１に、半導体チップ２が
その活性表面２１を対向させたフェースダウン状態で接
合される。半導体チップ２が配線基板１に接合された時
点で、半導体チップ２は、たとえば、３００μｍ〜６５
０μｍ程度の比較的大きな厚みを有している。その後、
配線基板１の表面１１と半導体チップ２の活性表面２１
との間に低弾性充填材７の材料が注入されて、その表面
１１と活性表面２１との間が低弾性充填材７で封止され
る。
【００２０】図２(b)は、チップ接合工程に続いて行わ
れる樹脂配置工程を示す。この樹脂配置工程では、半導
体チップ２が接合された配線基板１の表面１１上に、半
導体チップ２の側方を取り囲むように、スティフナ５の
材料である液状の熱硬化性樹脂が塗布される。そして、
加熱処理が行われることにより、半導体チップ２の周囲
に塗布された熱硬化性樹脂が硬化してスティフナ５が得
られる。熱硬化性樹脂が硬化すると、図２(c)に示す研
削工程が行われる。この研削工程では、たとえば、グラ
インダーを用いて半導体チップ２およびスティフナ５の
同時研削が行われる。このとき、半導体チップ２と同時
にスティフナ５が研削されることにより、研削時に半導
体チップ２に加わる応力を緩和することができ、半導体
チップ２に反りや欠けなどが生じることを防止できる。
この半導体チップ２およびスティフナ５の同時研削は、
半導体チップ２およびスティフナ５の厚みが図２(b)に
二点鎖線で示す目標厚Ｔに達するまで行われる。目標厚
Ｔは、たとえば、研削後の半導体チップの厚みが２００
μｍ以下になるように設定される。
【００２１】この研削工程の後には、半導体チップ２の
非活性表面２２およびスティフナ５の表面５１を鏡面に
仕上げる場合には、たとえば、薬液などを用いた化学的
研磨、またはＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishin
g：化学的機械的研磨）処理が行われる。また、必要に
応じて、半導体チップ２およびスティフナ５上に放熱板
６（図１参照）が取り付けられる。そして、図２(d)に
示すように、配線基板１の裏面１２に複数個の半田ボー
ル４が配置されて、上述のような構成の半導体装置が完
成する。
【００２２】なお、配線基板１の表面１１と半導体チッ
プ２の活性表面２１との間に低弾性充填材７の材料を注
入する工程は、樹脂配置工程の後に行われてもよいし、
平坦化工程の後に行われてもよい。以上、この発明の一
実施形態について説明したが、この発明は、他の形態で
実施することもできる。たとえば、上述の実施形態で
は、グラインダーを用いた研削により、半導体チップ２
の非活性表面２２およびスティフナ５の表面５１がほぼ
面一にされるとしたが、化学的研磨処理やＣＭＰ処理に
より、半導体チップ２の非活性表面２２およびスティフ
ナ５の表面５１がほぼ面一にされてもよい。
【００２３】さらには、上述の実施形態では、スティフ
ナ５が合成樹脂材料からなるとしたが、たとえば、金属
材料でスティフナ５が構成されてもよい。この場合、金
属製のスティフナ５を配線基板１の表面１１上に配置し
た後、半導体チップ２とスティフナ５とに同時に平坦化
処理を施せばよい。また、上述の実施形態では、外部接
続用の端子としてボール状端子を備えたＦＣＢＧＡ構造
を取り上げたが、この発明は、ピン状のリード端子を備
えたフリップ・チップ・ボンディング構造に適用するこ
ともできる。
【００２４】さらに、この発明は、フリップ・チップ・
ボンディング構造に限らず、半導体チップの活性表面を
別の半導体チップの活性表面に対向させて接合するチッ
プ・オン・チップ構造の半導体装置にも適用することが
できる。その他、特許請求の範囲に記載された事項の範
囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係る半導体装置の構成
を図解的に示す断面図である。
【図２】図１に示す半導体装置の製造工程を工程順に示
す断面図である。
【符号の説明】
１ 配線基板（固体装置） １１ 表面（固体装置の表面） ２ 半導体チップ ２１ 活性表面（半導体チップの固体装置に対向した表
面） ２２ 非活性表面（半導体チップの固体装置に対向した
表面とは反対側の表面） ３ バンプ ５ スティフナ ５１ 表面（スティフナの固体装置に対向した表面とは
反対側の表面） ６ 放熱板 ７ 低弾性充填材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 糟谷 泰正 京都市右京区西院溝崎町21番地 ローム株 式会社内 Ｆターム(参考） 5F044 LL17 RR17 RR18 RR19 5F061 AA01 BA03 CA04 CB13

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】固体装置の表面に接合された半導体チップ
    と、 この半導体チップの側方を取り囲むように配置されて、
    前記固体装置に対向した表面とは反対側の表面が、前記
    半導体チップの前記固体装置に対向した表面とは反対側
    の表面とほぼ面一に形成されたスティフナとを含むこと
    を特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項２】前記半導体チップと前記スティフナとの間
    には隙間が形成されていることを特徴とする請求項１記
    載の半導体装置。
  3. 【請求項３】前記固体装置の表面と前記半導体チップの
    前記固体装置に対向した表面との間には、前記スティフ
    ナよりも低い弾性を有する低弾性充填材が充填されてい
    ることを特徴とする請求項１または２記載の半導体装
    置。
  4. 【請求項４】固体装置の表面に半導体チップを活性表面
    を対向させた状態で接合するチップ接合工程と、 前記半導体チップの側方を取り囲むように合成樹脂材料
    を配置する樹脂配置工程と、 この樹脂配置工程後に、前記固体装置の表面に接合され
    た半導体チップおよびこの半導体チップを取り囲むよう
    に配置された合成樹脂材料に同時に平坦化処理を施し
    て、前記半導体チップの活性表面とは反対側の表面およ
    び前記合成樹脂材料の前記固体装置に対向した表面とは
    反対側の表面をほぼ面一に形成する平坦化工程とを含む
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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