JP2004063753A - チップオンチップ接続用半導体チップ及びその接続方法 - Google Patents

チップオンチップ接続用半導体チップ及びその接続方法 Download PDF

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池田 由起夫
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Kansai Nippon Electric Co Ltd
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    • H01L2224/73201Location after the connecting process on the same surface
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    • H01L2224/73204Bump and layer connectors the bump connector being embedded into the layer connector

Abstract

【課題】同一の半導体チップに、複数の半導体チップをチップオンチップ接続する際に、接続する半導体チップのサイズが変わっても、新たに電極パッド配置を変更する必要がなく、かつ半導体チップの位置決めや位置決め後の良否判定が容易なチップオンチップ接続用半導体チップ及びその接続方法を提供する。
【解決手段】下側に配置する第1半導体チップ1の表面には、例えばデジタル信号プロセッサ等の論理回路が形成された活性領域4と、略中央部から伸びた十字状の電極パッド5を有する。さらに電極パッド5は、信号授受を行う信号用パッド5aと信号授受を行わないダミー用パッド5bで構成される。信号用パッド5aは活性領域4と電気的に接続されているが、ダミー用パッド5bは接続されていない。
【選択図】 図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、種々の半導体チップを積層して高集積度化を可能にするチップオンチップ接続用半導体チップ及びその接続方法に関し、特にサイズの異なる半導体チップを搭載する際に好適する電極パッド配置を有するとともに、接続時の位置決めを容易にするチップオンチップ接続用半導体チップ及びその接続方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
パーソナルコンピュータや携帯電話などの電子情報機器に分野では、機器の高速化、高性能化、小型化が急速に進み、LSIの高密度実装技術が不可欠になっている。これらの要求に応えるため、同一回路基板上に半導体チップを接続し、さらにその上に、機能の異なる半導体チップを搭載するチップオンチップ接続技術が取り入れられている。これにより、実装面積は小さくなり、チップ間の距離も短くなるので、高速化を図ることができるようになっている。
【0003】
従来のチップオンチップ接続技術について、図面を用いて説明する。図2(a)、(b)は従来のチップオンチップ接続用半導体チップの実装状態を示す平面図及び断面図である。図2(a)において、21は回路基板、22はロジック機能を有する第1半導体チップ、23はメモリ機能を有する第2半導体チップである。第1及び第2半導体チップ22、23の表面には、集積回路の形成された活性領域24、25が形成され、この活性領域24、25に通じるように電極パッド26、27が形成されている。また、回路基板21、第1半導体チップ22の端部には、ボンディング用の電極パッド28、29が設けてある。
【0004】
このチップオンチップの接続方法は、図2(b)に示すように、活性領域24の大きな第1半導体チップ22を下側、活性領域25の小さな第2半導体チップ23を上側に配置し、互いの電極パッド26、27が向き合うように位置決めした後、予め第2半導体チップ23の電極パッド27上に形成した半田やAu等のバンプ30を介して相互にフリップチップ接続している。さらに、第1及び第2半導体チップ22、23を電気的に接続した後は、活性領域24、25の間に絶縁性樹脂31を充填する。このようにして、第1及び第2半導体チップ22、23を、バンプ30と絶縁性樹脂31によって一体化する。さらに、第1半導体チップ22の端部に形成した電極パッド29を、回路基板21の端部に形成した電極パッド28に、Au線等のワイヤー31によってワイヤボンディングし、電気的に接続する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術には以下のような問題があった。上述したチップオンチップ用半導体チップ22、23に形成される電極パッド26、27は、両者の信号の授受と十分な接合強度を得るために、通常、上側に配置する第2半導体チップの外周部に設けている。
【0006】
近年、更なる性能アップを図ったシステムLSIの要求が強くなっている。そのため、1パッケージの中に複数個の半導体チップを収納したマルチチップ化の傾向にある。例えば、従来のチップオンチップ接続用半導体チップを表面側から見た平面図である図3に示すように、第1半導体チップ41を下側に配置し、サイズの異なる第2及び第3半導体チップ42、43を上側に配置する場合、第2及び第3半導体チップ42、43の各々の電極パッド44、45はチップサイズに合わせて外周部に形成され、それに合わせて、下側に配置する半導体チップ41の電極パッド46、47も同一形状に形成され、1対1に固定されていた。
【0007】
このため、一旦、第1半導体チップ41の上に電極パッド46、47を形成した後は、上側に配置する第2及び第3半導体チップ42、43を変更することは不可能であり、システム設計の自由度を大きく低下させていた。
【0008】
また、次のような問題もあった。下側に配置する半導体チップ41の電極パッド46、47に対して、上側に配置する第2及び第3半導体チップ42、43の電極パッド44、45を重ね合わせる際の位置決め方法は、両者の外形を基準にして電極パッドの位置を算出して行っていた。これは、チップオンチップ接続がフェイスダウン方式であるため、上方からは接続する電極パッドが見えなくなり、電極パッド自身で位置決めすることが不可能なためである。そのため、例えば、半導体チップをウェーハから切断するダイシング工程にて、分離される半導体チップの外形寸法にばらつきが生じた場合には、両者の電極パッドを位置決めする際に、ずれが生じて接触不良や導通不良が生じるという問題があった。また、接続後の良否判定も、電気的試験装置により導通試験を行う必要があり、検査のための多大な時間ロスも生じていた。
【0009】
本発明は、以上のような問題点を解決するためになされたもので、同一の半導体チップに、複数の半導体チップをチップオンチップ接続する際に、接続する半導体チップのサイズが変わっても、新たに電極パッド配置を変更する必要がなく、かつ半導体チップの位置決めや位置決め後の良否判定が容易なチップオンチップ接続用半導体チップ及びその接続方法を提供するものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の請求項1記載のチップオンチップ接続用半導体チップは、複数の半導体チップの表面に形成された電極パッドを重ね合わせて接続するチップオンチップ接続用半導体チップにおいて、前記半導体チップの表面に形成される前記電極パッドが、十字状に配列されていることを特徴とする。この構成により、搭載する半導体チップのサイズによって、新たに電極パッドを設計変更する必要がないので、搭載する半導体チップの選択幅が広がりLSI設計の自由度が向上する。また、十分な接合強度も得ることができる。
【0011】
また、請求項2記載の発明は、請求項1記載のチップオンチップ接続用半導体チップであって、前記半導体チップの前記電極パッドが、信号授受を行う信号用パッドと信号授受を行わないダミー用パッドからなることを特徴とする。この構成により、サイズの異なる半導体チップを搭載する際、信号用パッドを共通とし、信号授受を行わないダミー用パッドを利用して大きさを調整できるので、新たに電極パッドの配置を設計変更する必要がない。従って、LSI設計の自由度が大きく向上するとともに、配線取出しに係る製造プロセスも簡略化できて製造コストが安くなる。
【0012】
また、請求項3記載の発明は、請求項1記載のチップオンチップ接続用半導体チップであって、前記半導体チップにおいて、上側に配置される半導体チップの電極パッド最外部に位置決め用の複数の孔が形成されていることを特徴とする。この構成により、電極パッドの位置決めの際、新たに位置決め用マークを形成する必要がない。従って、製造プロセスを増やす必要がなく、製造コストが安くなる。
【0013】
また、請求項4記載の発明は、複数の半導体チップを、各々の表面に形成された電極パッドを重ね合わせて接続するチップオンチップの接続方法であって、上側に配置される半導体チップの電極パッド最外部に形成した複数の孔を通して、下側に配置される半導体チップの電極パッドを観察しながら位置決めすることを特徴とする。この方法により、半導体チップの外形寸法ばらつきに関係なく位置決めを行うことができるので、従来の位置決め方法と比較して、位置決め精度が大きく向上するとともに、位置ずれによる導通不良がなくなり、製品歩留りも向上する。また、接続後の良否判定も容易に行うことができる。
【0014】
【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。
【0015】
図1(a)、(b)は本発明のチップオンチップ接続用半導体チップの平面図及びその実装状態を示す断面図である。図1(a)において、1は下側に配置する第1半導体チップ、2及び3は上側に配置する第2及び第3半導体チップである。下側に配置する第1半導体チップ1の表面には、例えばデジタル信号プロセッサ等の論理回路が形成された活性領域4と、略中央部から伸びた十字状の電極パッド5を有する。さらに電極パッド5は、信号授受を行う信号用パッド5aと信号授受を行わないダミー用パッド5bで構成される。信号用パッド5aは活性領域4と電気的に接続されているが、ダミー用パッド5bは接続されていない。
【0016】
また、上側に配置する第2及び第3半導体チップ2、3の表面には、例えばメモリ回路などが形成された活性領域6、7と、略中央部から伸びた十字状の電極パッド8、9を有する。さらに電極パッド8、9は、信号授受を行う信号用パッド8a、9aと信号授受を行わないダミー用パッド8b、9bで構成される。信号用パッド8a、9aは各々活性領域6、7と電気的に接続されているが、ダミー用パッド8b、9bは接続されていない。さらに、ダミー用パッド8b、9bの最外部には、チップ全体を貫通する孔8c、9cが、ダミー用パッド8b、9bと同じ大きさで開けられている。上述した信号用パッド5a、8a、9aは、大きさ、配置数が全て同一となるように形成されている。一方、ダミー用パッド8b、9bは、半導体チップのサイズに合わせて配置数が変更される。
【0017】
次に、図1(b)を用いて、本発明の半導体チップのチップオンチップ接続方法を説明する。図1(b)は、本発明のチップオンチップ接続用半導体チップの実装状態を示す断面図である。先ず、第1半導体チップ1を下側に、第2及び第3半導体チップ2、3を上側にし、各々の活性領域4、6、7が形成された表面が向き合うようにして配置する。次に第1半導体の電極パッド5と第2及び第3半導体チップの電極パッド8、9の位置が一致するように位置決めする。このときの位置決め方法は、第2及び第3半導体チップ2、3のダミー用パッド8b、9bの最外部に設けた孔8c、9cから、第1半導体チップ1のダミー用パッド5bを画像処理装置(図示せず)で読み取り、第1半導体チップ1と第2及び第3半導体チップ2、3の電極パッド5、8、9が一致するように位置決めする。次に、第2及び第3半導体チップ2、3の電極パッド8、9上に形成された、半田や金めっき等のバンプ10、11を介して、相互にフリップチップ接続する。接続後の良否判定は、第2及び第3半導体チップ2、3に設けた孔8c、9cから、第1半導体チップ1の電極パッド5bの有無を確認するだけで良く、従来の電気的試験装置による導通検査と比較して、検査が大幅に簡略化できる。次に、それらの各半導体チップ1、2、3の活性領域4、6、7の間に絶縁性樹脂12、13を充填する。このようにして、第1半導体チップ1と第2及び第3半導体チップ2、3は、バンプ10、11と絶縁性樹脂12、13によって一体化される。さらに、第1半導体チップ1の電極パッド4が、回路基板14の表面に形成された電極パッド15とワイヤー16によってボンディング接続する。これにより、各半導体チップ間で高速信号処理の可能な、小型の半導体パッケージが得られる。
【0018】
上述した半導体チップの種類は、Si、GaAs、Geのいずれも適用可能である。また、実装構造は2層のみならず3層以上の多層でも良く、積層する半導体チップ数も、回路設計に応じて増やすことが可能である。
【0019】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のチップオンチップ接続用半導体チップによれば、半導体チップの表面に形成される電極パッドの配置を十字状にするとともに、その電極パッドを信号用パッドとダミー用パッドとで構成した。さらに、信号用パッドを全て共通としたので、上側に搭載する半導体チップのサイズが種々変わっても、下側の半導体チップの電極パッドを設計変更する必要がなく、システム設計の自由度が向上する。
【0020】
また、本発明のチップオンチップ接続用半導体チップの接続方法によれば、接続する際の位置決めを、上側の半導体チップに形成した孔を通して、下側の半導体チップの電極パッドを観察しながら行うようにしたので、位置決め精度が向上するとともに、電極パッドの位置ずれや接触不良が減少して製品歩留りも向上する。また、接続後の良否判定も、大幅に簡略化できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のチップオンチップ接続用半導体チップの平面図及び実装状態を示す断面図
【図2】従来のチップオンチップ接続用半導体チップの実装状態を示す平面図及び断面図
【図3】従来のチップオンチップ接続用半導体チップを表面側から見た平面図
【符号の説明】
1 第1半導体チップ
2 第2半導体チップ
3 第3半導体チップ
4 活性領域
5 電極パッド
5a 信号用パッド
5b ダミー用パッド
6、7 活性領域
8、9 電極パッド
8a、9a 信号用パッド
8b、9b ダミー用パッド
8c、9c 孔
10、11 バンプ
12、13 絶縁性樹脂
14 回路基板
15 電極パッド
16 ワイヤ
21 回路基板
22 第1半導体チップ
23 第2半導体チップ
24、25 活性領域
26、27、28、29 電極パッド
30 バンプ
31 絶縁性樹脂
32 ワイヤ
41 第1半導体チップ
42 第2半導体チップ
43 第3半導体チップ
44、45、46、47 電極パッド

Claims (4)

  1. 複数の半導体チップの表面に形成された電極パッドを重ね合わせて接続するチップオンチップ接続用半導体チップにおいて、前記半導体チップの表面に形成される前記電極パッドが、十字状に配列されていることを特徴とするチップオンチップ接続用半導体チップ。
  2. 前記半導体チップの前記電極パッドが、信号授受を行う信号用パッドと信号授受を行わないダミー用パッドからなることを特徴とする請求項1記載のチップオンチップ接続用半導体チップ。
  3. 前記半導体チップにおいて、上側に配置される半導体チップの電極パッド最外部に位置決め用の複数の孔が形成されていることを特徴とする請求項1記載のチップオンチップ接続用半導体チップ。
  4. 複数の半導体チップを、各々の表面に形成された電極パッドを重ね合わせて接続するチップオンチップの接続方法において、上側に配置される半導体チップの電極パッド最外部に形成した複数の孔を通して、下側に配置される半導体チップの電極パッドを観察しながら位置決めすることを特徴とするチップオンチップの接続方法。
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