JP2002261233A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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JP2002261233A JP2001059567A JP2001059567A JP2002261233A JP 2002261233 A JP2002261233 A JP 2002261233A JP 2001059567 A JP2001059567 A JP 2001059567A JP 2001059567 A JP2001059567 A JP 2001059567A JP 2002261233 A JP2002261233 A JP 2002261233A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 加熱処理工程の際、半導体チップとスペーサ
とが良好な固定状態を維持できる半導体装置及びその製
造方法を提供すること。 【解決手段】 複数の積層半導体チップ3a〜3cの間
に介在されるスペーサ4a〜4bは、半導体チップ3a
〜3cと同じ熱膨張率あるいは近い熱膨張率を有する材
質でなる。

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
プを積層してパッケージングした半導体装置及びその製
造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、各種モバイル機器や情報携帯端末
機器の小型化が進み、これらに用いられる半導体装置も
小型化が要求されている。そこで、1つのパッケージ内
に複数の半導体チップを積層して小型化を図ったものが
ある。
【0003】これは、下段に位置する半導体チップの上
に、別の半導体チップを熱硬化性樹脂などのダイペース
トを介して固定して重ねていくものであり、上段に位置
する半導体チップは下段に位置する半導体チップ表面の
電極パッドに接触しないようにマウントして、下段の半
導体チップの電極パッドへのワイヤボンディングを阻害
しないようにしなければならない。従って、上段に配置
される半導体チップは下段の半導体チップの電極パッド
にかからないようなチップサイズでないと、上段に配置
することができなかった。そのため、積層させるチップ
サイズには制約があった。すなわち、上段に配置される
半導体チップは下段に位置する半導体チップより小型サ
イズのものしか積層できない。例えば、同サイズ同種類
の複数のメモリ用半導体チップを積層して高容量且つ小
型の半導体装置(メモリ)を構成するにあたっては障害
となっていた。
【0004】そこで、例えば特開2000−58743
号公報では、積層される各半導体チップ間にスペーサを
介在させて、このスペーサの厚さ分で、下段の半導体チ
ップ表面の電極パッドにワイヤを接続するための空間を
確保するようにしている。これにより、半導体チップの
サイズに制約されることなく多段積層が可能となる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記公報で
は、シリコン材質の半導体チップに対して、絶縁性の樹
脂材料よりなるスペーサを用いている。ここで、問題と
なるのは両者の熱膨張率の差である。シリコンの熱膨張
率(線膨張率)が約4.15×10-6[K-1]であるの
に対して、一般的に樹脂の熱膨張率はシリコンより1桁
あるいは2桁大きい。そのため、ダイペーストやパッケ
ージング用の封止樹脂を加熱硬化させる工程において、
その加わる熱で半導体チップとスペーサとを固定するダ
イペーストに大きな応力が作用して両者の剥がれを引き
起こしたり、半導体チップや封止樹脂にクラックを生じ
させたり、ワイヤと基板側の電極との接続が取れたりし
て品質を低下させてしまう問題があった。
【0006】本発明は上述の問題に鑑みてなされ、加熱
処理工程の際、半導体チップとスペーサとが良好な固定
状態を維持できる半導体装置及びその製造方法を提供す
ることを課題とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置で
は、複数の積層半導体チップの間に介在されるスペーサ
は、半導体チップと同じ熱膨張率あるいは近い熱膨張率
を有する材質でなる。これにより、半導体チップとスペ
ーサとの熱膨張率の差に起因した両者の間に働く応力を
抑制することができる。
【0008】本発明の半導体装置の製造方法では、複数
の半導体チップの間に半導体チップと同じ熱膨張率ある
いは近い熱膨張率を有する材質でなるスペーサを介在さ
せて、半導体チップとスペーサとを相互に固定して半導
体チップを積層する。これにより、半導体チップとスペ
ーサとの熱膨張率の差に起因した両者の間に働く応力を
抑制することができる。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。
【0010】図1は本発明の実施の形態による半導体装
置の構成を示す一部破断断面図である。例えば、半導体
チップとして容量4MBのSRAM(材質はシリコン)
3a〜3cを3段重ねて、半導体装置として容量12M
BのSRAM1を構成している。
【0011】製造手順としては、先ず、基板(インター
ポーザー)2の上にダイペースト(熱硬化性樹脂)5a
を塗布しこの上に1段目の半導体チップ3aを乗せる。
次いで、ダイペースト5aを約100℃の熱で硬化させ
て半導体チップ3aを基板2に固定する。次いで、半導
体チップ3aの表面縁部に形成された電極パッド6aと
基板2側に形成された電極とを例えば金線などのワイヤ
7aで接続する。
【0012】次いで、半導体チップ3aの表面にダイペ
ースト(熱硬化性樹脂)5bを塗布する。ダイペースト
5bは、電極パッド6aが形成された表面縁部より内方
側の表面に塗布され、ここにスペーサ(材質はシリコ
ン)4aを乗せる。次いで、ダイペースト5bを約10
0℃の熱で硬化させてスペーサ4aを半導体チップ3a
に固定する。
【0013】次いで、スペーサ4aの表面にダイペース
ト(熱硬化性樹脂)5cを塗布し、ここに2段目の半導
体チップ3bを乗せる。次いで、ダイペースト5cを約
100℃の熱で硬化させて半導体チップ3bをスペーサ
4aに固定する。次いで、半導体チップ3bの表面縁部
に形成された電極パッド6bと基板2側に形成された電
極とを例えば金線などのワイヤ7bで接続する。
【0014】次いで、半導体チップ3bの表面にダイペ
ースト(熱硬化性樹脂)5dを塗布する。ダイペースト
5dは、電極パッド6bが形成された表面縁部より内方
側の表面に塗布され、ここにスペーサ(材質はシリコ
ン)4bを乗せる。次いで、ダイペースト5dを約10
0℃の熱で硬化させてスペーサ4bを半導体チップ3b
に固定する。
【0015】次いで、スペーサ4bの表面にダイペース
ト(熱硬化性樹脂)5eを塗布し、ここに3段目の半導
体チップ3cを乗せる。次いで、ダイペースト5eを約
100℃の熱で硬化させて半導体チップ3cをスペーサ
4bに固定する。次いで、半導体チップ3cの表面縁部
に形成された電極パッド6cと基板2側に形成された電
極とを例えば金線などのワイヤ7cで接続する。
【0016】最後に封止用樹脂(熱硬化性樹脂)8を注
入して約150℃の熱で硬化させてパッケージングして
完成する。
【0017】以上のように構成される半導体装置1にお
いて、各スペーサ4a、4bの厚さは各ワイヤ7a、7
bの高さに対して10μm〜50μmほど大きくしてお
り(本実施の形態では各スペーサ4a、4bの厚さは1
00μm〜300μmとしている)、下段の半導体チッ
プのワイヤが上段の半導体チップの裏面に接触しないよ
うにしてワイヤボンディングのための空間を確保してい
る。すなわち、このようなスペーサ4a、4bを用いる
ことにより、チップサイズに影響を受けることなく複数
の半導体チップの積層を可能としている。また、本実施
の形態のように、積層する半導体チップの種類をメモリ
用チップにすれば、半導体装置として高容量且つ小型の
メモリを構成でき、このメモリが用いられるモバイル機
器などの小型化も図れる。更に、複数の半導体チップを
1つのパッケージに納めることにより基板への実装コス
トが削減できる。
【0018】また、上記実施の形態では、各半導体チッ
プ3a〜3cの材質はシリコンであり、スペーサ4a、
4bの材質も半導体チップ3a〜3cと同じシリコンで
ある。よって、各半導体チップ3a〜3cとこれらの間
に介在する各スペーサ4a、4bとの熱膨張率が同じで
あるため両者を固定しているダイペースト5b〜5e
に、これらダイペースト5b〜5eの加熱硬化時や封止
樹脂8の加熱硬化時に大きな応力が生じにくい。そのた
め、半導体チップ3a〜3cとスペーサ4a、4bとの
剥離や、半導体チップ3a〜3cや封止樹脂8へのクラ
ック、更にはワイヤ7a〜7cと基板2側の電極との接
続の剥がれを防いで品質の低下を防げる。更には、スペ
ーサ4a、4bを半導体チップ3a〜3cと同材質とす
ることで、半導体チップ3a〜3cと同じ熱膨張率ある
いは近い熱膨張率ものを、手間と時間をかけて別途探し
て用意する必要もない。
【0019】また、シリコン材質のスペーサ4a、4b
は、従来のように樹脂を用いたものに比べその厚さを容
易且つ高精度で均一にできるため、積層される各半導体
チップ3a〜3cの傾きなどを管理し易くなりワイヤボ
ンディング工程における品質の安定化が図れる。更に、
シリコンは材料の入手、及び加工が容易であり、要求さ
れるスペーサ4a、4bの厚みに対して容易に任意の厚
さにできる。
【0020】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、勿論、本発明はこれに限定されることなく、本発
明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【0021】半導体チップ3a〜3cの材質はシリコン
に限らず、例えばガリウムヒ素などの化合物半導体など
でもよい。この場合には、スペーサ4a、4bの材質も
半導体チップと同材質の例えばガリウムヒ素とする。あ
るいは、スペーサ4a、4bは半導体チップ3a〜3c
と同材質でなくてもよく、半導体チップ3a〜3cと同
じ熱膨張率あるいは近い熱膨張率の材質としても、両者
を固定するダイペースト5b〜5eへの応力抑制効果は
得られる。例えば、半導体チップ3a〜3cの材質であ
るシリコンの熱膨張率(線膨張率)4.15×10
-6[K-1]に近いものとしては、線膨張率6.0×10
-6[K-1]のアルミナ、線膨張率3.6×10
-6[K-1]のマイカ、線膨張率5.0×10-6[K-1
のジルコニウム、線膨張率3.5×10-6[K-1]のジ
ルコン磁器、線膨張率0.5×10-6[K-1]の石英な
どがあり、スペーサ4a、4bの材質をこれらとしても
上記実施の形態と同様な効果が得られる。以上挙げたも
のは一例であって、およそ熱膨張率(線膨張率)が7×
10-6[K-1]までのものなら、シリコン半導体チップ
に対するスペーサの材質として適用可能である。
【0022】上記実施の形態では、半導体チップ3a〜
3cとしては、同サイズ、同種類、同容量(4MB)の
SRAMとしたが、図2に示すように、1段目と2段目
に同種類、同容量32MBのフラッシュメモリ用半導体
チップを積層し、最上段の3段目に、下2段より大きい
サイズで別種類、別容量4MBのSRAMを積層した構
成としてもよい。また、積層する半導体チップとしても
メモリに限ることはない。
【0023】
【発明の効果】本発明の請求項1又は請求項2によれ
ば、積層される半導体チップとこれら半導体チップの間
に介在されるスペーサとの熱膨張による両者の固定状態
の悪化を抑制して品質の向上が図れる。
【0024】本発明の請求項2又は請求項4によれば、
容易且つ正確に、スペーサの熱膨張率を半導体チップの
熱膨張率と一致させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態による半導体装置の一部破
断断面図である。
【図2】本発明の変形例による半導体装置の一部破断断
面図である。
【符号の説明】
1……半導体装置、2……基板、3a〜3c……半導体
チップ、4a〜4b……スペーサ、5a〜5e……ダイ
ペースト、6a〜6c……電極パッド、7a〜7c……
ボンディングワイヤ、8……封止樹脂、11……半導体
装置、13a〜13c……半導体チップ、14a〜14
b……スペーサ。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の半導体チップが、これら半導体チ
    ップそれぞれに形成された電極パッドを避けて配設され
    たスペーサを介在させて積層され、前記半導体チップと
    前記スペーサとが相互に固定された半導体装置におい
    て、 前記スペーサは、前記半導体チップと同じ熱膨張率ある
    いは近い熱膨張率を有する材質でなることを特徴とする
    半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記スペーサと前記半導体チップとを同
    材質としたことを特徴とする請求項1に記載の半導体装
    置。
  3. 【請求項3】 複数の半導体チップの間に、これら半導
    体チップそれぞれに形成された電極パッドを避けてスペ
    ーサを介在させ、 前記半導体チップと前記スペーサとを相互に固定して前
    記半導体チップを積層する半導体装置の製造方法におい
    て、 前記スペーサは、前記半導体チップと同じ熱膨張率ある
    いは近い熱膨張率を有する材質でなることを特徴とする
    半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 前記スペーサと前記半導体チップとを同
    材質としたことを特徴とする請求項3に記載の半導体装
    置の製造方法。
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