JP2005175260A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】同一サイズ、同一の外部電極端子配置を有する半導体チップを複数個積層して半導体装置を構成する場合、従来の構成ではスペーサ等が必要なため全体の厚みを薄く構成することができない。
【解決手段】半導体チップ上面に電極パッドを形成し、下面に導電体バンプを形成し、これらチップを基板上に積層する構成であって、半導体チップの電極パッドにワイヤをセカンドボンディングすることによって、同一種類のチップを積層でき、かつ全体の厚みを薄くすることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体装置とその製造方法に関し、特に同一サイズの半導体装置を積層して形成するスタックＬＳＩに関する。

半導体チップの実装効率を上げるため、複数の半導体チップを積層して一つのＬＳＩパッケージを構成するスタックＬＳＩ技術が普及している。通常、積層された各半導体チップと基板とはワイヤボンディング法によって接続される。ワイヤボン−ディングは通常半導体チップにファーストボンディングされるため、面積の大きい半導体チップ一番下に配置し順にピラミッド状に積層する方式が行われている。

一方、同一サイズの半導体チップを積層する場合は、例えば図２に示されたような構成が知られている。まず、第１の半導体チップ１２０が導体バンプ１５０を介してフリップチップ接続でインタポーザ基板１１０に対して接続される。第１の半導体チップ１２０とインタポーザ基板１１０の間には接着剤１７０が形成されている。次に第１の半導体チップ１２０の上面に、第２の半導体チップ１３０を接着剤１７１で接着し、金ワイヤー１６０によるボールボンディング接続にてインタポーザ基板１１０と接続する。２枚の半導体チップは周囲を樹脂１８０で封止される。しかし、この技術で積層できる半導体チップは２枚までである。第３の半導体チップを積層する場合は第１、第２の半導体チップより小さいサイズの半導体チップを用いる必要がある。同一サイズの半導体チップを積層するならば、スペーサを介在させてその上に積層する必要がある。また、図２の構成では、フリップチップ接続が使用できるのは一番下段の半導体チップのみである。

さらに別の技術としては、同一サイズの２つの半導体チップであって互いに折り返し対照の位置に電気接続パッドを備えたチップを積層する技術が知られている。これら２つの半導体チップは該電気接続パッドとその間に配置される導体バンプを介して互いに対向して接続する。この半導体装置では、ボンディングワイヤは上記電気接続パッド上に配置された導体バンプにセカンドボンディングされ、基板に対してファーストボンディングされる。電力や信号が基板側からボンディングワイヤを介して両半導体チップに供給される（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−３５９３４６号公報（第６−８頁、図１、図２）

しかし、図２に記載の半導体装置では、同一サイズの半導体チップは２つしか積層できない。同一サイズのチップをさらに積層する場合はスペーサをチップ上に配置しなければならない。さらに、上側の半導体チップ上面にボンディングワイヤをファーストボンディングする構成なので、樹脂モールド後の半導体装置の厚みを薄くすることが困難である。

また、上記特許文献１記載の半導体装置では、原理的には同一サイズの半導体チップを３以上積層することが可能である。しかし、対向して接続される半導体チップは折り返し対照の配置で電気接続パッドを形成するため、同一構造の半導体チップを順次フリップチップ接続して積層することができない。

本発明は上記課題を解決するため、同一サイズで、同一の電極パッドの配置構造を有する複数の半導体チップを容易にフリップチップ接続により積層でき、かつ樹脂モールド後の厚みを薄くすることができる半導体装置とその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の半導体装置は、複数の半導体チップを基板上に積層して構成し、下面に導電体バンプを備え上面に導体部を備えた半導体チップをフリップチップ接続によって積層した構成を備え、前記導体部と基板部とを接続し該導体上に直接セカンドボンディングされたボンディングワイヤを備える。上記導体部は半導体チップに形成された回路部から独立して形成されることができる。導体部は前記半導体チップ上に絶縁層を介して形成することができる。上記半導体チップは、導体部から所定の距離だけ離れた領域に回路部を有することが望ましい。全体の厚みを薄くするため、最上部の半導体チップの導体部と基板部の間にはボンディングワイヤを配置しないことが望ましい。上記基板と半導体チップとの間、および各半導体チップ間には樹脂層を配置することが望ましい。また導体部は所定の電気回路を構成することができる。また上記半導体チップは同一サイズであることが可能である。

本発明の半導体装置の製造方法は、所定の半導体チップの上面に導体部を形成し下面に導電体バンプを形成する工程と、基板上の導体部に半導体チップをフリップチップ接続する工程と、基板の導体部にファーストボンディングし半導体チップ上面の導体部にセカンドボンディングしてボンディングワイヤを形成する工程と、ワイヤボンディングされた半導体チップ上面に半導体チップをフリップチップ接続する工程とを備える。また、基板上の半導体チップ配置領域に接着樹脂層を形成する工程、および半導体チップ上に接着樹脂層を形成する工程、半導体ウェハ上に複数の半導体チップを形成しさらに各半導体チップ上に絶縁層と導体層を形成する工程、および上記基板上に積層された複数の半導体チップを樹脂モールドする工程を備えることができる。

本発明の半導体装置とその製造方法では、同一サイズで、同一の電極パッド配置構造を有する複数の半導体チップを容易にフリップチップ接続により積層でき、かつ樹脂モールド後の厚みを薄くすることができる。

図１は、本発明の半導体装置の具体例を示す断面図である。インタポーザ基板１０上に、第１の半導体チップ２０と第２の半導体チップ３０の２枚の半導体チップが積層されている。インタポーザ基板１０下面の各電極パッドには、マザーボードとの接続に用いるハンダバンプ６０が形成されている。第１の半導体チップ２０は、その下面に電極パッドを備え、該電極パッド上に金バンプ２１を備える。この金バンプ２１により、第１の半導体チップ２０はインタポーザ基板１０上へフリップチップ接続される。第１の半導体チップ２０が配置されるインタポーザ基板１０の領域には、予め接着フィルム２２が形成されている。該接着フィルム２２は半導体チップ２０を固定し、また半導体チップ２０と基板１０との隙間を埋める。第１の半導体チップ２０の上面側には、まずポリイミド層（絶縁層）２３が形成され、この上に銅の導電層２４が積層されている。銅の導電層２４は第１の半導体チップ２０に形成される回路とは独立に配置されている。これら２つの層２３、２４は配線層２５を構成する。この配線層２５は、第２の半導体チップ３０の金バンプ３１によるフリップチップ接続と、ボンディングワイヤ２６によるボンディングを共に考慮した所定のパターンに形成される。配線層２５の電極パッド部とインタポーザ基板１０の電極部との間が金のボンディングワイヤ２６でボールボンディングされている。金のボンディングワイヤ２６は、インタポーザ基板１０にファーストボンディングされ、配線層２５の電極パッドに直接セカンドボンディングされている。上記配線層には簡単な抵抗やコイルを形成することも可能である。

半導体チップに形成される回路部は、上記セカンドボンディングの与える影響を少なくするため、このボンディングされる電極パッド部の直下には形成されず、また該電極パッド部から所定の距離だけ離れた領域に形成される。第１の半導体チップ２０上面の電極上には狭い間隔で第２の半導体チップ３０がフリップチップ接続される。なお第１の半導体チップ２０と第２の半導体チップ３０との間には接着フィルム３２が配置される。ワイヤ２６が配線層２５に直接セカンドボンディングされているので、次に積層される第２の半導体チップとの間隙を小さくすることができる。この構成において、第２の半導体チップは、第１の半導体チップとは独立にインタポーザ基板１０と接続しうる。第２の半導体チップは第１の半導体チップと同一サイズ、同一構造を有する。従って第２の半導体チップ３０の上面には上記と同様の配線層２５が形成されている。しかし、最上部の半導体チップ（図１の例では第２の半導体チップ）とインタポーザ基板１０との間にはボンディングワイヤが形成されない。図１には示されないが、さらに半導体チップを積層する場合、上述と同様の構造が繰り返される。積層される半導体チップは後述するように半導体ウェハから複数形成された同一サイズ、同一構造を有する場合が現実的である。しかし、異なる機能を有する半導体チップ同士の積層も可能であり、また積層に支障を生じなければ半導体チップの金バンプ形成位置、セカンドボンディング位置、または配線層２５の構成が半導体チップ間で相違していてもよい。

次に上記半導体装置の製造方法について説明する。公知の半導体製造技術によって、半導体ウェハに複数の半導体チップに対応する電気回路を形成する。このウェハを各半導体チップごとに切断する前に、ウェハのままでポリイミド層２３を形成し、この上の配線層不要部分にレジストをパターニングする。次に所定形状の銅パターンをメッキ形成する。レジストを除去して銅パターンを形成する。表面絶縁層としてポリイミドをパターニング塗布する。またウェハ下面に電極パッドを形成する。この後、各半導体チップに切断する。切断された各チップの下面に金バンプを形成する。次に、予め用意したインタポーザ基板１０上で上記半導体チップが設置される領域に接着フィルム２２を形成する。接着フィルム２２は例えばスクリーン印刷によって形成することができ、あるいは所定形状のフィルムを貼り付けることができる。この接着フィルム２２上に第１の半導体チップ２０をフリップチップ接続する。

次に第１の半導体チップ２０の上面には接着フィルム３２を上記方法によって形成する。その後のボンディングワイヤ２６を配置する工程では、まず金ワイヤをインタポーザ基板の所定の電極パッドにファーストボンディングし、続けて半導体チップ２０上面の銅パターンの所定位置にセカンドボンディングする。次に上記ワイヤがセカンドボンディングされた第１の半導体チップ２０の電極パッド上に第２の半導体チップをフリップチップボンディングする。第２の半導体チップの金バンプはセカンドボンディングされたワイヤ上に接続される場合と、セカンドボンディングされる銅パターン上に接続される場合がある。さらに３以上の半導体チップを積層するときは、同様の工程を繰り返す。所望の数の半導体チップの積層とワイヤの形成が完了したのち、インタポーザ基板１０を樹脂５０で封止する。

本発明の半導体装置の構成例を示す断面図。 従来の半導体装置の構成例を示す断面図。

符号の説明

１０ インタポーザ基板
２０ 第１の半導体チップ
２２、３２ 接着フィルム
２６ ボンディングワイヤ
３０ 第２の半導体チップ

Claims (14)

1. 複数の半導体チップを基板上に積層して構成した半導体装置において、下面に導電体バンプを備え上面に導体部を備えた半導体チップをフリップチップ接続によって積層した構成を備え、前記導体部と基板とを接続し該導体上に直接セカンドボンディングされたボンディングワイヤを備えることを特徴とする半導体装置。
2. 前記導体部は半導体チップに形成された回路部から独立して形成されている請求項１記載の半導体装置。
3. 前記半導体チップは、該導体部から所定の距離だけ離れた領域に回路部を有する請求項１または２記載の半導体装置。
4. 最上部の半導体チップの導体部と基板部の間にはボンディングワイヤが配置されない請求項１、２または３のいずれか１つに記載の半導体装置。
5. 前記基板と半導体チップとの間、および各半導体チップ間には樹脂層が配置されている請求項１、２、３または４のいずれか１つに記載の半導体装置。
6. 前記導体部は前記半導体チップ上に絶縁層を介して形成される請求項２記載の半導体装置。
7. 前記導体部は所定の電気回路を構成している請求項６記載の半導体装置。
8. 前記半導体チップは同一サイズである請求項１、２、３、４、５、６、または７のいずれか１つに記載の半導体装置
9. 前記半導体チップは半導体メモリである請求項１ないし８のうちいずれか１つに記載の半導体装置。
10. 前記基板下面には導電体バンプが形成されている請求項１ないし９のうちいずれか１つに記載の半導体装置。
11. 半導体装置の製造方法であって、
    所定の半導体チップの上面に導体部を形成し下面に導電体バンプを形成する工程と、
    基板上の導体部に前記半導体チップをフリップチップ接続する工程と、
    前記基板の導体部にファーストボンディングし前記半導体チップ上面の導体部にセカンドボンディングしてボンディングワイヤを形成する工程と、
    前記ワイヤボンディングされた半導体チップ上面に前記半導体チップをフリップチップ接続する工程と、
    を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
12. 基板上の半導体チップ配置領域に接着樹脂層を形成する工程、および半導体チップ上に接着樹脂層を形成する工程を備える請求項１１記載の半導体装置の製造方法。
13. 半導体ウェハ上に複数の半導体チップを形成し、さらに各半導体チップ上に絶縁層と導体層を形成する工程を備える請求項１１記載の半導体装置の製造方法。
14. 前記基板上に積層された複数の半導体チップを樹脂モールドする工程を備える請求項１１記載の半導体の製造方法。
    

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