JP2000049279A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 チップ裏面側に凹部を設けることにより、チ
ップの下に隠れる電極パッドへのワイヤボンディングを
可能にした、マルチチップ型の半導体装置を提供する。 【解決手段】 アイランド１３上に第１の半導体チップ
１０を固着し、第１の半導体チップ１０の上に第２の半
導体チップ１１を固着する。第１の半導体チップ１０と
リード端子１７とを第１のボンディングワイヤ１６ａ
で、第２の半導体チップ１１とリード端子１７とを第２
のボンディングワイヤ１６ｂで接続する。第１と第２の
半導体チップ１０、１１は互いに近似したチップサイズ
と形状を有し、平面視で第１の電極パッド１２ａが第２
の半導体チップ１１に隠れる。半導体チップ１１の端の
下部に凹部１９を設け、凹部１９の空間を利用して第１
の電極パッド１２ａと第２のボンディングワイヤ１６ａ
との接続を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数の半導体チッ
プを重ね合わせてモールドしつつ、近似した大きさを持
つ半導体チップの組み合わせでも小型化できる半導体装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置の封止技術として最も普及し
ているのが、図５（Ａ）に示したような、半導体チップ
１の周囲を熱硬化性のエポキシ樹脂２で封止するトラン
スファーモールド技術である。半導体チップ１の支持素
材としてリードフレームを用いており、リードフレーム
のアイランド３に半導体チップ１をダイボンドし、半導
体チップ１のボンディングパッドとリード４をワイヤ５
でワイヤボンドし、所望の外形形状を具備する金型内に
リードフレームをセットし、金型内にエポキシ樹脂を注
入、これを硬化させることにより製造される。
【０００３】一方、各種電子機器に対する小型、軽量化
の波はとどまるところを知らず、これらに組み込まれる
半導体装置にも、一層の大容量、高機能、高集積化が望
まれることになる。
【０００４】そこで、以前から発想としては存在してい
た（例えば、特開昭５５ー１１１１５１７号）、１つの
パッケージ内に複数の半導体チップを封止する技術が注
目され、実現化する動きが出てきた。つまり図５（Ｂ）
に示すように、アイランド３上に第１の半導体チップ１
ａを固着し、第１の半導体チップ１ａの上に第２の半導
体チップ１ｂを固着し、対応するボンディングパッドと
リード端子４とをボンディングワイヤ５ａ、５ｂで接続
し、樹脂２で封止したものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】図５（Ｂ）の構成は、
第１の半導体チップ１ａとのワイヤボンディングを確保
するため、第２の半導体チップ１ｂを固着したときに第
１の半導体チップ１ａの電極パッド部分が露出している
こと、即ちチップサイズに差のあることが絶対的な条件
となる。そのため、例えば同一機種のチップを２個組み
込む、或いは別機種のチップであってもそのチップサイ
ズが近似する場合には採用できない欠点があった。２つ
の半導体チップを十文字に重ね合わせることも考えられ
るが、これとてチップサイズの縦×横の寸法に差がある
ことが条件となり、依然として制約が残るものである。
【０００６】これを解決するために、例えば図５（Ｃ）
に示すように、アイランド３の両面に各半導体チップ１
ａ、１ｂの裏面が対向するようにこれらを固着する手法
がある。しかしながら、ボンディングワイヤのループ高
さの分が２倍必要になるので、半導体装置全体の厚み
（図５（Ｃ）の図示Ｘ）が増して、薄形化できない欠点
がある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は上述した従来の
課題に鑑み成されたもので、第１の半導体チップと、該
第１の半導体チップの上に搭載した第２の半導体チップ
と、外部電極手段と、前記第１と第２の半導体チップの
各々の電極と前記外部電極手段とを接続するボンディン
グワイヤとを具備し、前記第１と第２の半導体チップを
封止した半導体装置において、前記第１の半導体チップ
の電極の上部に位置する第２の半導体チップの端部の下
に凹部を形成し、該凹部で前記ボンディングワイヤが前
記第１の半導体チップの電極にワイヤボンディングして
いることを特徴とするものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下に本発明の一実施の形態を詳
細に説明する。
【０００９】先ず、図１は本発明の半導体装置の主要部
を示す断面図、図２（Ａ）は全体を示す断面図、同じく
図２（Ｂ）は全体を示す平面図である。
【００１０】これらの図において、１０、１１は各々第
１と第２の半導体チップを示している。第１と第２の半
導体チップ１０、１１のシリコン表面には、前工程にお
いて各種の拡散熱処理などによって多数の能動、受動回
路素子が形成されている。第１と第２の半導体チップ１
０、１１のチップ周辺部分には外部接続用の第１と第２
の電極パッド１２ａ、１２ｂがアルミ電極によって形成
されている。各電極パッド１２ａ、１２ｂの上にはパッ
シベーション皮膜が形成され、電極パッド１２ａ、１２
ｂの上部が電気接続のために開口されている。パッシベ
ーション被膜はシリコン窒化膜、シリコン酸化膜、ポリ
イミド系絶縁膜などである。図２（Ｂ）の例では、各電
極パッド１２ａ、１２ｂは半導体チップ１０、１１の対
向する２辺に沿って集約して配置されている。
【００１１】第１の半導体チップ１０がリードフレーム
のアイランド１３上に接着剤１４によりダイボンドされ
る。第２の半導体チップ１１が第１の半導体チップ１０
の前記パッシベーション皮膜上に接着剤１５により固着
されている。接着剤１４は導電性または絶縁性、接着剤
１５は絶縁性のエポキシ系接着剤である。
【００１２】第１の電極パッド１２ａには、金線からな
る第１のボンディングワイヤ１６ａの一端が接続されて
おり、第１のボンディングワイヤ１６ａの他端は外部導
出用のリード端子１７にワイヤボンドされている。ま
た、第２の電極パッド１２ｂの表面には、第２のボンデ
ィングワイヤ１６ｂの一端がワイヤボンドされており、
第２のボンディングワイヤ１６ｂの他端は外部導出用の
リード端子１７にワイヤボンドされている。
【００１３】第１と第２の半導体チップ１０、１１、リ
ード端子１７の一部、および第１と第２のボンディング
ワイヤ１６ａ、１６ｂを含む主要部は、周囲をエポキシ
系の熱硬化樹脂１８でモールドされて半導体装置のパッ
ケージを形成する。リード端子１７はパッケージの側壁
から外部に導出されて外部接続端子となる。導出された
リード端子１７はＺ字型に曲げ加工されている。アイラ
ンド１３の裏面側は樹脂１８の表面に露出しており、樹
脂１８表面と同一平面を形成している。
【００１４】第１と第２の半導体チップ１０、１１の組
み合わせは任意である。例えば、第１と第２の半導体チ
ップ１０、１１としてＥＥＰＲＯＭ（フラッシュメモ
リ）等の半導体記憶装置を用いた場合（第１の組み合わ
せ例）は、１つのパッケージで記憶容量を２倍、３倍・
・・にすることができる。また、第１の半導体チップ１
０にＥＥＰＲＯＭ（フラッシュメモリ）等の半導体記憶
装置を、第２の半導体チップ１１にはＳＲＡＭ等の半導
体記憶装置を形成するような場合（第２の組み合わせ
例）ことも考えられる。どちらの組み合わせの場合で
も、各チップにはデータの入出力を行うＩ／Ｏ端子と、
データのアドレスを指定するアドレス端子、及びデータ
の入出力を許可するチップイネーブル端子とを具備して
おり、両チップのピン配列が酷似している。そのため、
第１と第２の半導体チップ１０、１１のＩ／Ｏ端子やア
ドレス端子用のリード端子１７を共用することが可能で
あり、各チップに排他的なチップイネーブル信号を印加
することにより、どちらか一方の半導体チップのメモリ
セルを排他的に選択することが可能である。
【００１５】上記第１の組み合わせ例の場合には当然の
事ながら、第１の半導体チップ１０と第２の半導体チッ
プ１１が大略同じ大きさと形状を有し、電極パッド１２
ａ、１２ｂの配列も同じである。そのため、両者を重ね
ると、第１の半導体チップ１０の電極パッド１２ａが第
２の半導体チップ１１の陰に隠れる。具体的に、図２
（Ｂ）の例では第２の電極パッド１２ｂの直下に第１の
電極パッド１２ａが位置する。又第２の組み合わせ例の
場合でも、チップサイズと形状が近似し且つピン配列が
酷似する場合があり得る。
【００１６】而して、第２の半導体チップ１２ｂの対向
する２辺に沿って、第１の電極パッド１２ａの上方に凹
部１９を形成し、第２の半導体チップ１１をひさし状に
突出させている。凹部１９は第１の半導体チップ１０の
端部から第１の電極１２ａを露出するだけの幅（図１：
Ｗ）を持ち、更には第１のボンディングワイヤ１６ａの
ワイヤ高さ（図１：ｔ１）を収納するだけの高さを持
つ。本実施の形態では、第２の半導体チップ１１の裏面
をダイシングブレードによって厚みの約半分程度（図
１：ｔ２）を研削することにより、前記収納する高さを
実現している。尚、前記収納する高さは第１の半導体チ
ップ１０の表面からの高さであるから、接着剤１５の膜
厚も考慮してダイシングする深さ（ｔ２）を決定する。
【００１７】凹部１９は第１の電極パッド１２ａの上方
に空間を形成し、この空間内で第１のボンディングワイ
ヤ１６ａが第１の電極パッド１２ａにボールボンディン
グされている。ボール部２０から連続する第１のボンデ
ィングワイヤ１６ａは凹部１９を通過し、リード端子１
７にセカンドボンドされる。第１の半導体チップ１０の
表面の高さに対してリード端子１７の表面が高いような
場合には、第１のボンディングワイヤ１６ａは第１の電
極１２ａから凹部１９を通過して横方向に導出され、第
２の半導体チップ１１の端より外側で上昇し、リード端
子１７先端部に到達する様な軌跡を描く。接着剤１５は
第１と第２の半導体チップ１０、１１の間で両者を固着
すると共に、凹部１９にも流出し、第１のボンディング
ワイヤ１２ａのボール部２０周辺を包み込んで凹部１９
を充満するように固化している。凹部１９で固化した接
着剤１５は、第２の電極パッド１２ｂに第２のボンディ
ングワイヤ１６ｂを接着するときに、第２の半導体チッ
プ１１を支持する役割を果たす。
【００１８】この様に、凹部１９を設けることによっ
て、第１の半導体チップ１１へのワイヤボンディングを
可能にし、且つ第１のボンディングワイヤ１６ａが第２
の半導体チップ１１の裏面と接触することを回避してい
る。更に、第１のボンディングワイヤ１６ａを凹部１９
を通過させることによって、半導体装置全体の高さ（図
１：ｔ３）を薄くすることができる。
【００１９】本実施の形態では、アイランド１３の板厚
が１５０〜２００μであり、第１と第２の半導体チップ
１０、１１の厚みがバックグラインド工程により２５０
〜３００μとなっている、接着剤１４、１５の厚みとし
て２０〜３０μ必要であり、更にはボンディングワイヤ
の上部に樹脂の残り厚みとして１５０〜２００μは必要
である。本願出願人は、これらの厚みを収納しつつ、パ
ッケージの高さｔ３を１．０ｍｍ以下にまで薄形化した
半導体装置を実現した。
【００２０】図３は、凹部１９の形成するときの製造ス
テップを示す図である。第１主面３０と第２主面３１と
を具備する半導体ウェハ３２を準備し、その第１主面３
０に前工程によって各種回路素子を形成し、第２主面３
１を研磨してウェハ３２の厚みを所定の値に減じる。そ
して、図３（Ａ）に示したように、第２主面３１側から
ダイシングラインを認識し、幅広（約１．０ｍｍ）の第
１のダイシングブレード３３によって、全体のウェハ厚
み２８０μに対して１３０μの深さの溝３４を形成す
る。ダイシングブレード３３の中心線はダイシングライ
ンの中心線に一致する。次いで、図３（Ｂ）に示したよ
うに、ダイシングラインに沿って幅狭（約４０μｍ）の
第２のダイシングブレード３５によってウェハ３２を完
全に切断する。尚、ハーフダイシングによる溝３４は、
凹部１９を設ける箇所だけでも良いし、半導体チップ１
０、１１の４辺全てに凹部１９を形成するように設けて
も良い。また、第２のダイシングブレード３５は第１主
面３０側から切削する形態でも良いし、第２主面３１側
から切削する形態でも良い。
【００２１】図４に第２の実施の形態を示した。リード
フレームに代えてテープキャリアと半田ボールを用いた
例である。第１の半導体チップ１０がポリイミド系のベ
ースフィルム４０の上に接着固定され、第１の半導体チ
ップ１０の上に第２の半導体チップ１１が固着される。
ベースフィルム４０の表面にはリード端子１７に相当す
る導電パターン４１が形成されており、第１と第２の電
極パッド１２ａ、１２ｂと導電パターン４１とが各々第
１と第２のボンディングワイヤ１６ａ、１６ｂで接続さ
れている。ベースフィルム４０には貫通穴が形成され、
該貫通穴を介して、ベースフィルム４０の裏面に形成し
た半田ボール４２と接続されている、そして、周囲を熱
硬化性の樹脂のでモールドされている。
【００２２】尚、上記実施例は半導体チップが２個の場
合を記載したが、３個、４個を積層する場合でも同様に
実施できることは言うまでもない。また、凹部１９を設
ける手法として第２の半導体チップ１１の裏面側をハー
フダイシングする例を示したが、例えば、第１と第２の
半導体チップ１０、１１の間に絶縁スペーサを挟み、該
絶縁スペーサの厚みによって第１の電極１２ａの上部に
空間を形成するような形態でも良い。
【００２３】
【発明の効果】以上に説明した通り、本発明によれば、
第１の電極１２ａの上部に凹部１９を設け、凹部１９が
形成する空間を利用して第１のボンディングワイヤ１２
ａをボンディングするので、半導体チップ１０、１１の
大きさと形状が近似した場合でも複数の半導体チップを
積層してワイヤボンディングが可能になる利点を有す
る。これにより、例えば１つのパッケージに２倍の記憶
容量を持たせることが可能になる。
【００２４】更に、凹部１９を利用することによって第
１のボンディングワイヤ１６ａのループ高さを吸収でき
るので、パッケージの厚みを薄形化できる利点を有す
る。
【００２５】更に、半導体チップ１０、１１としてどの
ようなサイズ、形状のものでも組み合わせが可能にな
り、製品展開の自由度が増す利点をも有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を説明するための断面図である。
【図２】本発明を説明するための（Ａ）断面図、（Ｂ）
平面図である。
【図３】凹部１９の製造方法を示す断面図である。
【図４】本発明の、第２の実施の形態を示す断面図であ
る。
【図５】従来例を説明するための断面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 23/50

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１と第２の半導体チップと、前記第１
    と第２の半導体チップの各表面に形成した電極パッド
    と、外部接続用の電極手段と、前記第１と第２の半導体
    チップの電極パッドと前記電極手段とを各々接続するボ
    ンディングワイヤとを具備し、前記第１と第２の半導体
    チップを重畳して１つのパッケージに封止した半導体装
    置において、 前記第１の半導体チップの電極パッドの上部が前記第２
    の半導体チップで覆われるように両者を重畳し、 前記第１の半導体チップの電極パッドの上部に凹部を形
    成し、 前記ボンディングワイヤが、前記凹部を通過して前記第
    １の半導体チップの電極パッドにボンディングされてい
    ることを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項２】 前記凹部が裏面からのハーフダイシング
    によって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】 前記第１と第２の半導体チップが絶縁性
    の接着剤によって固着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。
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