| 【発明の名称】 |
半導体装置の製造方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】升本 睦
【住所又は居所】大分県速見郡日出町大字川崎字高尾４２６０ 日本テキサス・インスツルメンツ株式会社内
【氏名】桝本 健治
【住所又は居所】大分県速見郡日出町大字川崎字高尾４２６０ 日本テキサス・インスツルメンツ株式会社内
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| 【要約】 |
【課題】歩留まりや生産性を低下させることなく、半導体装置の飛躍的な薄型化を可能にする。
【解決手段】複数のチップ実装領域を隣接して有する基板１２上に複数の半導体チップ１１をその機能面１１ａが該基板面に対向するようにして実装する工程（Ｂ）と、前記基板１２上にモールド樹脂１３を供給して、前記複数の半導体チップ１１を封止する工程（Ｃ）と、前記基板１２上のモールド樹脂１３を、その表面側から、前記半導体チップ１１が所定の厚さになるまで、該半導体チップ１１と共に研削する工程（Ｄ）と、前記半導体チップ１１を実装した基板１２を、前記モールド樹脂１３と共にダイシングして、個々の半導体装置１０を分離する工程（Ｆ）とを経て半導体装置１０を製造する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】隣接する複数のチップ実装領域を有する基板上に複数の半導体チップをその機能面が前記基板の実装面に対向するように実装する工程と、前記基板上にモールド樹脂を供給して前記複数の半導体チップを封止する工程と、前記モールド樹脂の表面側から前記モールド樹脂及び前記半導体チップを研削する工程と、前記半導体基板を前記チップ実装領域毎にダイシングして個々の半導体装置に分離する工程と、を有する半導体装置の製造方法。
【請求項２】前記研削工程の前に、前記基板の半導体チップ実装面と反対側の面に前記半導体装置の外部接続端子としての電極を形成する工程を有する請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】前記研削工程の後に、前記基板の半導体チップ実装面と反対側の面に前記半導体装置の外部接続端子としての電極を形成する工程を有する請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】前記研削工程において、前記半導体チップの研削後の厚さが研削前の６０％以下になるように前記モールド樹脂及び前記半導体チップが研削される請求項１〜３の何れかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】前記研削工程の後に、前記モールド樹脂及び上記半導体チップの研削面上にヒートシンクを形成する工程を有する請求項１〜４の何れかに記載の半導体装置の製造方法。
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【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関し、特に、半導体チップを基板にフェイスダウン実装（フリップチップ）する半導体装置の製造において、半導体装置の飛躍的な薄型化を可能にする半導体装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】携帯電話、携帯型コンピュータ、その他の小型電子機器の普及に伴って、これらに搭載する半導体装置の小型化・薄型化の要求が高まっている。小型の半導体装置を製造するためのチップ実装方式の一つに、半導体チップを基板にフェイスダウン実装するフリップチップ方式がある。この方式によれば、半導体チップと基板との電気的な接続領域をチップサイズ内に納めることができるため、基板にフェイスアップ実装された半導体チップを、ワイヤボンディングで基板に接続するワイヤボンド方式に比べ、半導体装置を小型化することが可能になる。
【０００３】フリップチップ方式の半導体装置は、複数のチップ実装領域を隣接して有する基板上に複数の半導体チップをその機能面が該基板面に対向するようにして実装し、前記基板上にモールド樹脂を供給して、前記複数の半導体チップを封止し、前記基板における前記半導体チップの実装面と反対側の面に、前記半導体装置を外部基板へ実装するためのバンプ電極を形成し、前記半導体チップを実装した基板を、前記モールド樹脂と共にダイシングして、個々の半導体装置を分離する各工程を経て製造され、断面視においては、図６に示されるような積層構造を備える。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記半導体装置Ｐを薄型化する場合には、半導体装置Ｐを構成する各層Ａ〜Ｅのそれぞれをできるだけ薄くすることが要求される。しかしながら、チップ実装用バンプ層Ｃ、基板層Ｄおよび外部基板実装用バンプ層Ｅは、薄型化の研究が進められているものの、既に限界値に近づいており、飛躍的な薄型化を望むことはできない。また、モールド樹脂層Ａ（チップ被覆層）は、半導体チップの裏面と金型との間の間隙において形成されるものであり、この間隙を省いた場合には、金型内におけるモールド樹脂の流動が阻害され、生産性の低下や成形不良を招く惧れがある。また、半導体チップ層Ｂは、基板実装以前の工程（メッキバンプ等）や基板実装工程における半導体チップのハンドリングを考慮してその厚さが設定されており、これを一定以上薄くすると、ハンドリング時に割れ等が発生して歩留まりの低下を招く不都合がある。
【０００５】従って、本発明の目的は、歩留まりや生産性を低下させることなく、半導体装置の飛躍的な薄型化を可能にし、しかも、最終的な研削工程で半導体装置の厚さをコントロールすることにより、それ以前の工程における加工誤差を吸収し、半導体装置の厚さ寸法精度を向上させることができる半導体装置の製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため本発明に係る半導体装置の製造方法は、隣接する複数のチップ実装領域を有する基板上に複数の半導体チップをその機能面が前記基板の実装面に対向するように実装する工程と、前記基板上にモールド樹脂を供給して前記複数の半導体チップを封止する工程と、前記モールド樹脂の表面側から前記モールド樹脂及び前記半導体チップを研削する工程と、前記半導体基板を前記チップ実装領域毎にダイシングして個々の半導体装置に分離する工程とを有する。
【０００７】また、前記研削工程の前に、前記基板の半導体チップ実装面と反対側の面に前記半導体装置の外部接続端子としての電極を形成する工程を有することが好ましい。この場合、半導体装置ブロックが薄型化される前の段階で外部基板実装用のバンプ電極（外部接続端子）を形成することにより、バンプ電極形成時における半導体装置ブロックの取り扱いを容易にすることができる。
【０００８】また、前記研削工程の後に、前記基板の半導体チップ実装面と反対側の面に前記半導体装置の外部接続端子としての電極を形成する工程を有することが好ましい。この場合、モールド樹脂及び半導体チップの研削に際し、外部基板実装用のバンプ電極（外部接続端子）が邪魔になる不都合を回避することができる。
【０００９】また、前記研削工程において、前記半導体チップの研削後の厚さが研削前の６０％以下になるように前記モールド樹脂及び前記半導体チップが研削されることが好ましい。この場合、半導体チップにおける基板実装前の割れ等を防止しつつ、半導体装置を飛躍的に薄型化することができる。
【００１０】また、前記研削工程の後に、前記モールド樹脂及び上記半導体チップの研削面上にヒートシンクを形成する工程を有することが好ましい。この場合、半導体チップの放熱性を向上させることができる許りでなく、ヒートシンクで半導体チップを保護することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に沿って説明する。但し、各図面においては、本発明の理解を容易にするために、各部をデフォルメして示すと共に、要部以外の部分を可及的に省略して示すが、当業者によれば、それが容易に理解されるであろう。
【００１２】図１は、本発明の第一実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す図、図２は、本発明の第一実施形態に係る半導体装置の製造工程を経て製造された半導体装置の断面図である。これらの図に示されるように、半導体装置１０は、半導体チップ１１と、該半導体チップ１１が実装される基板１２と、該基板１２に実装された半導体チップ１１を封止するモールド樹脂１３と、上記基板１２の外部基板実装面に形成される外部基板実装用バンプ電極１４とを備えて構成されている。以下、半導体装置１０の製造工程を順次説明する。
【００１３】図示した製造工程に先立って、基板１２の製造工程が実施される。基板１２は、厚さ６２μｍ程度のポリイミド樹脂フィルムであり、そのチップ実装面には、複数のチップ実装領域が所定間隔を存して隣接状に形成される。各チップ実装領域には、銅箔のエッチング等によって、例えば厚さ１８μｍ程度の回路パターン１５が形成される。さらに、基板１２には、複数のビアホール１６が形成され、該ビアホール１６を介して回路パターン１５と外部基板実装用バンプ電極１４とが電気的に接続される。
【００１４】第一実施形態に係る最初の工程（Ａ）においては、機能面１１ａにバンプ電極１７が形成された半導体チップ１１を用意する。半導体チップ１１は、シリコンウェハの一方の面に、多数の半導体素子パターンを形成し、その後、ダイシングにより個片化して得られる。バンプ電極１７は、メッキやボンダーによって、半導体素子パターン上に形成されるものであり、例えば、金スタッドバンプ、半田スタッドバンプ、金メッキバンプ、半田メッキバンプ等が形成される。工程（Ａ）で用意される半導体チップ１１の厚さは、例えば６２５μｍであり、この程度の厚さを有する半導体チップ１１は、基板実装工程やそれ以前の工程におけるハンドリングで割れ等が生じる可能性は極めて低く、歩留まりの低下を招くことはない。
【００１５】第一実施形態に係る次の工程（Ｂ）においては、工程（Ａ）で用意した半導体チップ１１を、基板１２の各チップ実装領域にフリップチップ方式でフェイスダウン実装する。つまり、半導体チップ１１の機能面１１ａを、基板１２の各チップ実装領域に対向させると共に、バンプ電極１７を基板１２の回路パターン１５に位置合せし、その後、リフローによりバンプ電極１７を溶融して半導体チップ１１と基板１２とを電気的に接続する。この工程（Ｂ）が完了した段階では、半導体チップ１１と基板１２との間に１５μｍ程度の間隙が確保され、該間隙には、必要に応じてアンダーフィル材（図示せず）が注入される。
【００１６】第一実施形態に係る次の工程（Ｃ）においては、基板１２に実装された各半導体チップ１１をモールド樹脂１３で一体的に封止する。つまり、基板１２上の半導体チップ１１を金型（図示せず）のキャビティにセットし、該キャビティにモールドコンパウンドを注入する。このとき、半導体チップ１１の機能面と反対側の面（以下、非機能面１１ｂという）とキャビティとの間には所定の間隙が存在し、該間隙によってキャビティ内におけるモールドコンパウンドの流動性が確保される。これにより、モールドコンパウンドがキャビティ全体に速やかに充填され、精度の高いモールド成形が効率良く行われる。
【００１７】第一実施形態に係る次の工程（Ｄ）においては、基板１２上のモールド樹脂１３を、その表面側から半導体チップ１１と共に研削する。つまり、モールド樹脂１３で一体的に封止された半導体装置ブロックを、吸着チャック等で固定すると共に、その表面側をグラインダーで研削する。研削を開始すると、先ず、モールド樹脂１３のみが研削され、次いで、モールド樹脂１３と半導体チップ１１の非機能面１１ｂとが同時に研削される。ここで、半導体装置ブロックは、半導体装置１０の最終的な厚さを目標として研削され、例えば１５０μｍ（外部基板実装用バンプ電極１４の高さ分を除く）に薄型化される。研削後における半導体チップ１１は、その厚さが例えば５５μｍとなり、研削前における厚さ（６２５μｍ）の約９％に薄型化される。半導体チップ１１の研削量は、その機能を損なわない範囲で任意に設定することが可能であるが、研削後における半導体チップ１１の厚さが、研削前の厚さの６０％以下であることが好ましく、この場合には、基板実装以前における半導体チップ１１の割れ等を防止しつつ、半導体装置１０を飛躍的に薄型化することが可能になる。
【００１８】第一実施形態に係る次の工程（Ｅ）においては、基板１２の外部基板実装面に外部基板実装用バンプ電極１４を形成する。外部基板実装用バンプ電極１４は、図２（Ａ）に示すＢＧＡ（Ball Grid Array）構造、もしくは図２（Ｂ）に示すＬＧＡ（Land Grid Array）構造のもので、基板１２の外部基板実装面に半田ボールの搭載処理もしくは半田ペーストのプリント処理を行った後、リフロー処理を経て形成される。そして、最終工程（Ｆ）において、半導体装置ブロックをダイサーを用いてダイシングすることにより、個片となった複数の半導体装置１０が得られる。
【００１９】次に、本発明の第二実施形態を図面に沿って説明する。但し、前記実施形態と同一の部分は、共通の符号を付け、説明を省略する。図３は、本発明の第二実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す図である。この図に示されるように、工程（Ａ）〜（Ｃ）は前記第一実施形態のものと同様であるが、第二実施形態においては、工程（Ｄ）で外部基板実装用バンプ電極１４を形成し、その後の工程（Ｅ）で半導体チップ１１およびモールド樹脂１３の研削を行う。つまり、第二実施形態では、研削工程によって半導体装置ブロックが薄型化される前に、外部基板実装用バンプ電極１４を形成することにより、外部基板実装用バンプ電極１４の形成時における半導体装置ブロックの取り扱いを容易にすることが可能になる。
【００２０】次に、本発明の第三実施形態を図面に沿って説明する。但し、前記実施形態と同一の部分は、共通の符号を付け、説明を省略する。図４は、本発明の第三実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す図、図５は、本発明の第三実施形態に係る半導体装置の製造工程を経て製造された半導体装置の断面図である。この図に示されるように、工程（Ａ）〜（Ｄ）は前記第一実施形態のものと同様であるが、第三実施形態においては、半導体チップ１１およびモールド樹脂１３の研削を行う工程（Ｄ）よりも後で、且つ、半導体装置ブロックをダイシングする工程（Ｇ）よりも前に、半導体チップ１１およびモールド樹脂１３の研削面上に基板１２に相応するサイズのヒートシンク１８を接合する工程（Ｅ）を備える。この工程（Ｅ）で接合されたヒートシンク１８は、工程（Ｇ）において基板１２およびモールド樹脂１３と共にダイシングされる。つまり、第三実施形態では、半導体チップ１１およびモールド樹脂１３の研削面を利用してヒートシンク１８を設けることにより、半導体チップ１１の放熱性を向上させると共に、ヒートシンク１８で半導体チップ１１を保護することが可能になる。
【００２１】以上の如く本発明の実施形態によれば、半導体装置１０は、複数のチップ実装領域を隣接して有する基板１２上に複数の半導体チップ１１をその機能面１１ａが該基板面に対向するようにして実装する工程（Ｂ）と、前記基板１２上にモールド樹脂１３を供給して、前記複数の半導体チップ１１を封止する工程（Ｃ）と、前記基板１２上のモールド樹脂１３を、その表面側から、前記半導体チップ１１が所定の厚さになるまで、該半導体チップ１１と共に研削する工程（Ｄ）と、前記半導体チップ１１を実装した基板１２を、前記モールド樹脂１３と共にダイシングして、個々の半導体装置１０を分離する工程（Ｆ）とを経て製造される。つまり、半導体チップ１１を基板実装前に予め薄型化する場合のように、歩留まりや生産性を低下させることなく、半導体装置１０を飛躍的に薄型化することができ、しかも、最終的な研削工程で半導体装置１０の厚さをコントロールすることにより、それ以前の工程における加工誤差を吸収し、半導体装置１０の厚さ寸法精度を向上させることができる。
【００２２】また、前記基板１２上のモールド樹脂１３を研削する工程（Ｄ）は、該工程（Ｄ）の後における前記半導体チップ１１の厚さを、該工程（Ｄ）の前における厚さの６０％以下とするため、基板実装以前における半導体チップ１１の割れ等を防止しつつ、半導体装置１０を飛躍的に薄型化することができる。
【００２３】また、前記基板１２上のモールド樹脂１３を研削する工程（Ｄ）の後に、前記基板１２における前記半導体チップ１１の実装面と反対側の面に、前記半導体装置１０を外部基板へ実装するためのバンプ電極１４を形成する工程（Ｅ）を備えるため、モールド樹脂１３及び半導体チップ１１の研削に際し、外部基板実装用バンプ電極１４が邪魔になる不都合を回避することができる。
【００２４】また、第二実施形態においては、前記基板１２上のモールド樹脂１３を研削する工程（Ｅ）の前に、前記基板１２における前記半導体チップ１１の実装面と反対側の面に、前記半導体装置１０を外部基板へ実装するためのバンプ電極１４を形成する工程（Ｄ）を備えるため、薄型化される前の段階でバンプ形成を行うことができ、その結果、バンプ電極形成における半導体装置ブロックの取り扱いを容易にすることができる。
【００２５】また、第三実施形態においては、前記基板１２上のモールド樹脂１３を研削する工程（Ｄ）の後に、該研削面上にヒートシンク１８を接合する工程（Ｅ）を更に備えるため、半導体チップ１１の放熱性を向上させることができる許りでなく、ヒートシンク１８で半導体チップ１１を保護することができる。
【００２６】また、前記ヒートシンク１８を接合する工程（Ｅ）は、該研削面上に前記基板１２に相応するサイズのヒートシンク１８を接合するものであり、前記半導体チップ１１を実装した基板１２を個々の半導体装置１０に分離する工程（Ｇ）は、前記基板１２を前記モールド樹脂１３及び前記ヒートシンク１８と共にダイシングするものであるため、分離された半導体装置１０にそれぞれヒートシンク１８を設ける場合に比べ、生産性を向上させることができる。
【００２７】以上、本発明の実施形態を図面に沿って説明したが、本発明は前記実施形態において示された事項に限定されず、特許請求の範囲及び発明の詳細な説明の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者がその変更・応用を行うことができる範囲が含まれる。例えば前記実施形態においては、１個の半導体チップ１１が実装される半導体装置１０の製造工程を示したが、２個以上の半導体チップ１１が実装されるマルチチップモジュールの製造においても、本発明の製造方法は好適に用いられる。
【００２８】
【発明の効果】以上の如く本発明によれば、歩留まりや生産性を低下させることなく、半導体装置の飛躍的な薄型化を可能にし、しかも、最終的な研削工程で半導体装置の厚さをコントロールすることにより、それ以前の工程における加工誤差を吸収し、半導体装置の厚さ寸法精度を向上させることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】３９００２０２４８
【氏名又は名称】日本テキサス・インスツルメンツ株式会社
【住所又は居所】東京都新宿区西新宿六丁目２４番１号
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| 【出願日】 |
平成１３年８月１０日（２００１．８．１０） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９８４９７
【弁理士】
【氏名又は名称】片寄 恭三
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| 【公開番号】 |
特開２００３−６０１１７（Ｐ２００３−６０１１７Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１５年２月２８日（２００３．２．２８） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−２４３１１９（Ｐ２００１−２４３１１９） |
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