JP6669104B2 - 半導体装置 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体装置およびその製造方法に関するものである。
半導体チップが接着剤で基板に固定された構成の半導体装置について、例えば特許文献１では、半導体チップが基板に対して傾くことを抑制するために、球状粒子を含む接着剤を用いて半導体チップを基板に固定する方法が提案されている。
特許第４２９９６８５号公報
接着剤の粘度が高い場合には、接着剤と球状粒子との攪拌が困難であるため、接着剤中の球状粒子の分布に偏りが生じることがある。そのため、特許文献１に記載の方法では、半導体チップが球状粒子によって十分に支持されず、基板に対して傾くおそれがある。
本発明は上記点に鑑みて、半導体チップが基板に対して傾くことを抑制することができる半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、基板（１）と、基板の表面側に配置された半導体チップ（２）と、半導体チップの裏面を基板の表面に固定する接着剤（３）と、基板と半導体チップとの距離を規定する複数のスペーサ（４）と、を備え、スペーサは、基板の表面、または、半導体チップの裏面に接合され、半導体チップの裏面の面内方向において、半導体チップの重心を囲む多角形の各頂点に位置しており、半導体チップの表面に接続されたボンディングワイヤ（５）を備え、ボンディングワイヤは、スペーサに対応する位置において半導体チップに接続されており、スペーサは、接着剤よりも硬い。
このように、半導体チップの重心を囲むようにスペーサを配置することにより、半導体チップが重心の両側で支持されるようになり、半導体チップが自身の重さによって基板に対して傾くことが抑制される。
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の一例を示すものである。
第１実施形態にかかる半導体装置の断面図である。 第１実施形態にかかる半導体装置の平面図である。 図１の半導体装置の製造工程を示す断面図である。 第１実施形態の変形例の断面図である。 第１実施形態の変形例の製造工程を示す平面図である。 第２実施形態にかかる半導体装置の断面図である。 第３実施形態にかかる半導体装置の断面図である。 第４実施形態にかかる半導体装置の断面図である。 第５実施形態にかかる半導体装置の断面図である。 他の実施形態にかかる半導体装置の平面図である。
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。
（第１実施形態）
第１実施形態について説明する。図１に示すように、本実施形態の半導体装置は、基板１と、半導体チップ２と、接着剤３と、複数のスペーサ４と、ボンディングワイヤ５と、封止樹脂６とを備えている。
基板１は、エポキシ樹脂やガラスエポキシ樹脂等の樹脂をベースとして構成されるプリント基板で構成されている。半導体チップ２は、Ｓｉ等で構成された基板に半導体素子が形成されたものであり、基板１の表面側に配置されている。半導体チップ２は、矩形板状とされており、裏面が接着剤３によって基板１の表面に固定されている。接着剤３は、例えばシリコン樹脂、エポキシ樹脂等で構成される。基板１と半導体チップ２との間には、接着剤３と、スペーサ４とが配置されている。
スペーサ４は、基板１と半導体チップ２との距離を規定するものである。本実施形態では、スペーサ４は、半導体チップ２の裏面に接合されている。また、スペーサ４は、半導体チップ２の裏面の面内方向において、半導体チップ２の重心を囲む多角形の各頂点に位置している。このような構成により、半導体チップ２が自身の重さで傾くことが抑制され、基板１と半導体チップ２との間の距離が一定に保たれる。
なお、スペーサ４は少なくとも３つあればよい。半導体装置がスペーサ４を３つ備える場合には、半導体チップ２の裏面の面内方向において、半導体チップ２の重心を囲む三角形の各頂点にスペーサ４を配置すればよい。また、複数のスペーサ４の一部によって半導体チップ２の重心が囲まれていてもよい。
また、複数のスペーサ４は、半導体チップ２の裏面の面内方向において、半導体チップ２の中心に対して対称に配置されている。スペーサ４をこのように配置することで、基板１と半導体チップ２との線膨張係数の差による半導体チップ２の変形を緩和することができる。
本実施形態では、図１、図２に示すように、スペーサ４は、半導体チップ２の裏面に８つ形成されている。なお、図２は、スペーサ４が形成された半導体チップ２を裏面側から見た平面図である。
８つのスペーサ４のうち４つは、それぞれ、半導体チップ２の裏面の４つの角部に形成されており、半導体チップ２の重心を囲む四角形の各頂点に位置している。そして、他の４つのスペーサ４は、半導体チップ２の裏面の内周部に形成されており、半導体チップ２の重心を囲む四角形の各頂点に位置している。
また、本実施形態では、スペーサ４は、熱や紫外線によって硬化する樹脂で構成されている。なお、スペーサ４の材料は、半導体装置の用途によっては、低応力、低線膨張係数のものが望ましい。また、スペーサ４をＡｇペースト、ハンダボール等の金属、または、接着剤と同様の材料で構成してもよい。
複数のスペーサ４は、それぞれ、半導体チップ２の裏面における円形状の領域に塗布されており、この領域の径を大きくすることにより、スペーサ４の高さを大きくすることができる。スペーサ４を塗布する領域の径、および、スペーサ４の高さは、材料の粘度やチクソ値により制御される。
ボンディングワイヤ５は、半導体チップ２を基板１に電気的に接続するためのものであり、半導体チップ２の表面に形成された図示しないパッドに接続されている。図１に示すように、ボンディングワイヤ５は、スペーサ４に対応する位置において半導体チップ２に接続されている。ボンディングワイヤ５をこのように配置すると、半導体チップ２のうちワイヤボンディングの際に荷重が加わる部分がスペーサ４によって支持されるので、接着剤３が軟らかい場合にも、安定したワイヤボンディングを行うことができる。
封止樹脂６は、基板１の表面において、半導体チップ２、接着剤３、スペーサ４、ボンディングワイヤ５を覆うように形成されている。
本実施形態の半導体装置の製造方法について図３を用いて説明する。図３（ａ）に示す工程では、ジェットディスペンサ等を用いて、半導体チップ２の裏面に樹脂を塗布する。具体的には、半導体チップ２の裏面の面内方向において、半導体チップ２の重心を囲む多角形の各頂点に位置するように樹脂を点状に塗布する。そして、塗布した樹脂を熱や紫外線によって硬化させる。これにより、半導体チップ２の裏面に接合されたスペーサ４が形成される。
なお、本実施形態では、半導体素子が形成されたウェハをダイシングカットによってチップ単位に分割した後にスペーサ４を形成しているが、半導体素子が形成されたウェハにスペーサ４を形成し、その後にダイシングカットを行って半導体チップ２を形成してもよい。
図３（ｂ）に示す工程では、接着剤３を用いて、半導体チップ２の裏面を基板１の表面に固定する。このとき、半導体チップ２の裏面に形成されたスペーサ４の先端が基板１に接触するようにする。これにより、基板１と半導体チップ２との距離がスペーサ４の高さと等しくなる。すなわち、スペーサ４によって基板１と半導体チップ２との距離が規定される。半導体チップ２を基板１に固定する際には、半導体チップ２に接合されたスペーサ４をアライメントマークとして使用することが可能である。
なお、図３（ｂ）に示す工程では、基板１に接着剤３を塗布した後に半導体チップ２を基板１に固定してもよいし、半導体チップ２に接着剤３を塗布した後に半導体チップ２を基板１に固定してもよい。
図３（ｃ）に示す工程では、半導体チップ２の表面に形成された図示しないパッドと基板１とを電気的に接続するワイヤボンディングを行う。このとき、ボンディングワイヤ５を、スペーサ４に対応する位置において半導体チップ２に接続することにより、接着剤３が軟らかい場合にも、安定したワイヤボンディングを行うことができる。
図３（ｄ）に示す工程では、半導体チップ２、接着剤３、スペーサ４、ボンディングワイヤ５を覆うように樹脂を塗布し、封止樹脂６を形成する。このようにして、本実施形態の半導体装置が製造される。
スペーサ４が上記のように配置された本実施形態では、半導体チップ２がスペーサ４によって重心の両側から支えられるため、半導体チップ２が自身の重さによって基板１に対して傾くことが抑制される。
また、特許文献１に記載の方法では、接着剤と球状粒子とを攪拌する工程が必要であるが、本実施形態では、この攪拌工程が必要でないため、半導体装置の製造工程を簡略化することができる。また、接着剤の粘度が高い場合には、接着剤と球状粒子との攪拌が困難になるが、本実施形態では、接着剤３として粘度が高い材料を用いても、粘度が低い材料を用いる場合と同様に半導体装置を製造することができる。
なお、本実施形態では、スペーサ４は半導体チップ２の裏面に接合されているが、図４に示すように、スペーサ４が基板１の表面に接合されていてもよい。このような構成においても、本実施形態と同様に、半導体チップ２が基板１に対して傾くことを抑制することができる。なお、図４、および、後述する図６〜図９では、封止樹脂６の図示を省略している。
また、このような構成では、図３（ｂ）に示す工程において基板１に接着剤３を塗布する場合に、半導体チップ２を基板１に固定する際に、接着剤３が過度に広がることをスペーサ４によって抑制することができる。例えば、接着剤３を半導体チップ２が置かれる領域の中央部に塗布することで、図５の破線で囲まれた領域、すなわち、半導体チップ２が配置される領域のうち、スペーサ４の近傍およびスペーサ４よりも内周側の部分に接着剤３を留まらせることができる。なお、図５はスペーサ４が形成された基板１を表面側から見た平面図であり、一点鎖線で囲まれた領域に半導体チップ２が配置される。
また、スペーサ４を基板１の表面に接合する場合にも、半導体チップ２を基板１に固定する際に、スペーサ４をアライメントマークとして使用することが可能である。
（第２実施形態）
第２実施形態について説明する。第２実施形態は、第１実施形態に対してスペーサ４の構成を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
図６に示すように、本実施形態のスペーサ４は、半導体チップ２の裏面に形成された第１層４ａと、第１層４ａの表面に形成された第２層４ｂとで構成されている。第１層４ａ、第２層４ｂは、樹脂で形成されている。
このようなスペーサ４は、半導体チップ２の裏面に第１層４ａを構成する樹脂を塗布し、硬化させて第１層４ａを形成した後、第１層４ａの表面に第２層４ｂを構成する樹脂を塗布し、硬化させることにより形成される。
一度の樹脂の塗布で形成されるスペーサ４の高さは表面張力等で定まるが、このように、第１層４ａの表面にさらに樹脂を塗布して第２層４ｂを形成することにより、一度の樹脂の塗布でスペーサ４を形成する場合に比べて、スペーサ４を高くすることができる。また、これにより、基板１と半導体チップ２との線膨張係数の差による応力を低減することが可能となる。
（第３実施形態）
第３実施形態について説明する。第３実施形態は、第１実施形態に対してスペーサ４の構成を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
図７に示すように、本実施形態のスペーサ４は、基板１の表面、および、半導体チップ２の裏面の両方に形成されており、基板１の表面、半導体チップ２の裏面に形成されたスペーサ４は、それぞれ、基板１の表面、半導体チップ２の裏面に接合されている。そして、基板１の表面に形成されたスペーサ４と、半導体チップ２の裏面に形成されたスペーサ４とが積み重なることにより、基板１と半導体チップ２との距離が規定されている。
このように、基板１と半導体チップ２の両方に形成されたスペーサ４が積み重なることにより、基板１と半導体チップ２との距離を大きくすることができる。また、基板１と半導体チップ２との線膨張係数の差による応力を低減することが可能となる。
（第４実施形態）
第４実施形態について説明する。第４実施形態は、第１実施形態に対してスペーサ４の構成を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
図８に示すように、本実施形態では、半導体チップ２に、半導体チップ２を厚さ方向に貫通するＴＳＶ（シリコン貫通ビア）であるビア７が形成されている。そして、スペーサ４は、ビア７の内部および半導体チップ２の裏面に形成された金属層８で構成されている。なお、ビア７および金属層８は、半導体チップ２と基板１に形成された回路等とを電気的に接続するものではなく、これらを電気的に接続する配線等とは別に形成される。
このような半導体装置を製造するには、例えばＳｉ基板の表面に半導体素子を形成し、Ｓｉ基板を貫通するビア７を形成し、メッキによってビア７の内部に金属層８を埋め込んだ後、Ｓｉ基板の裏面側の一部をエッチングにより除去して金属層８を突出させる。そして、第１実施形態と同様に接着、ワイヤボンディング、樹脂封止を行う。
このように、スペーサ４を金属層８で構成した本実施形態においても、第１実施形態と同様に、半導体チップ２が基板１に対して傾くことが抑制される。
（第５実施形態）
第５実施形態について説明する。第５実施形態は、第１実施形態に対して半導体チップ２の数を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
図９に示すように、本実施形態の半導体装置は、半導体チップ２を複数備えており、複数の半導体チップ２は、積層されて配置されている。
また、接着剤３は、複数の半導体チップ２のうち１つの裏面を基板１の表面に固定するとともに、隣り合う２つの半導体チップ２のうち一方の裏面を他方の表面に固定している。
また、複数のスペーサ４の一部が基板１の表面に接合されており、他のスペーサ４は、隣り合う２つの半導体チップ２の間に配置されている。隣り合う２つの半導体チップ２の間に配置されたスペーサ４は、２つの半導体チップ２のうち基板１に近い一方の表面に接合されており、他方の裏面の面内方向において、他方の重心を囲む多角形の各頂点に位置している。そして、スペーサ４は、隣り合う２つの半導体チップ２の間の距離を規定している。
このように複数の半導体チップ２が積層された構成では、隣り合う２つの半導体チップ２の間に第１実施形態と同様にスペーサ４を配置することにより、隣り合う２つの半導体チップ２のうち一方が他方に対して傾くことが抑制される。
（他の実施形態）
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
例えば、上記第２実施形態において、スペーサ４を基板１の表面に形成してもよい。また、上記第５実施形態において、基板１と半導体チップ２との距離を規定するスペーサ４を半導体チップ２の裏面に接合させてもよい。また、上記第５実施形態において、隣り合う２つの半導体チップ２のうち基板１から遠い方の半導体チップ２の裏面にスペーサ４を接合させてもよい。
また、上記第３、第５実施形態において、第２実施形態と同様に、スペーサ４を第１層４ａと第２層４ｂで構成してもよい。
また、上記第１実施形態において、スペーサ４を半導体チップ２の裏面の面内方向において他の位置に形成してもよい。例えば、図１０に示すように、スペーサ４が、半導体チップ２の裏面に６つ形成されており、６つのスペーサ４が、半導体チップ２の重心を囲む長方形の各頂点と、対向する２つの辺の中点に位置していてもよい。なお、図１０は、スペーサ４が形成された半導体チップ２を裏面側から見た平面図である。
１ 基板
２ 半導体チップ
３ 接着剤
４ スペーサ

Claims (9)

  1. 基板（１）と、
    前記基板の表面側に配置された半導体チップ（２）と、
    前記半導体チップの裏面を前記基板の表面に固定する接着剤（３）と、
    前記基板と前記半導体チップとの距離を規定する複数のスペーサ（４）と、を備え、
    前記スペーサは、前記基板の表面、または、前記半導体チップの裏面に接合され、前記半導体チップの裏面の面内方向において、前記半導体チップの重心を囲む多角形の各頂点に位置しており、
    前記半導体チップの表面に接続されたボンディングワイヤ（５）を備え、
    前記ボンディングワイヤは、前記スペーサに対応する位置において前記半導体チップに接続されており、
    前記スペーサは、前記接着剤よりも硬い、半導体装置。
  2. 一部の前記スペーサは、前記基板の表面に接合されており、他の前記スペーサは、前記半導体チップの裏面に接合されており、
    前記基板の表面に接合された前記スペーサと、前記半導体チップの裏面に接合された前記スペーサとが積み重なることにより、前記基板と前記半導体チップとの距離が規定されている請求項１に記載の半導体装置。
  3. 前記半導体チップには、前記半導体チップを貫通するビア（７）が形成されており、
    前記スペーサは、前記ビアの内部および前記半導体チップの裏面に形成された金属層（８）で構成されている請求項１に記載の半導体装置。
  4. 基板（１）と、
    前記基板の表面側に配置された半導体チップ（２）と、
    前記半導体チップの裏面を前記基板の表面に固定する接着剤（３）と、
    前記基板と前記半導体チップとの距離を規定する複数のスペーサ（４）と、を備え、
    前記スペーサは、前記基板の表面、または、前記半導体チップの裏面に接合され、前記半導体チップの裏面の面内方向において、前記半導体チップの重心を囲む多角形の各頂点に位置しており、
    一部の前記スペーサは、前記基板の表面に接合されており、他の前記スペーサは、前記半導体チップの裏面に接合されており、
    前記基板の表面に接合された前記スペーサと、前記半導体チップの裏面に接合された前記スペーサとが積み重なることにより、前記基板と前記半導体チップとの距離が規定されている半導体装置。
  5. 前記スペーサは、樹脂で構成された第１層（４ａ）と、前記第１層の表面に形成された第２層（４ｂ）とで構成されている請求項１、２、および４のいずれか１つに記載の半導体装置。
  6. 基板（１）と、
    前記基板の表面側に配置された半導体チップ（２）と、
    前記半導体チップの裏面を前記基板の表面に固定する接着剤（３）と、
    前記基板と前記半導体チップとの距離を規定する複数のスペーサ（４）と、を備え、
    前記スペーサは、前記基板の表面、または、前記半導体チップの裏面に接合され、前記半導体チップの裏面の面内方向において、前記半導体チップの重心を囲む多角形の各頂点に位置しており、
    前記半導体チップには、前記半導体チップを貫通するビア（７）が形成されており、
    前記スペーサは、前記ビアの内部および前記半導体チップの裏面に形成された金属層（８）で構成されている半導体装置。
  7. 前記スペーサは、前記半導体チップの裏面の面内方向において、前記半導体チップの重心を囲む三角形の各頂点に位置している請求項１ないし６のいずれか１つに記載の半導体装置。
  8. 前記スペーサは、前記半導体チップの裏面の面内方向において、前記半導体チップの中心に対して対称に配置されている請求項１ないし７のいずれか１つに記載の半導体装置。
  9. 積層配置された複数の前記半導体チップを備え、
    前記接着剤を第１接着剤として、隣り合う２つの前記半導体チップのうち一方の裏面を他方の表面に固定する第２接着剤（３）を備え、
    前記スペーサを第１スペーサとして、隣り合う２つの前記半導体チップのうち一方の表面、または、他方の裏面に接合され、他方の裏面の面内方向において、他方の重心を囲む多角形の各頂点に位置しており、隣り合う２つの前記半導体チップの間の距離を規定する第２スペーサ（４）を備える請求項１ないし８のいずれか１つに記載の半導体装置。
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