JP2007073803A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 チップ高容量化に伴うチップサイズ拡大に対し、パッケージサイズ不変での対応が可能となりパッケージサイズに対するチップ占有面積の拡大が可能となる半導体装置を提供する。
【解決手段】 同一半導体チップ積層パッケージを有する半導体装置において、各層半導体チップ1と配線基板10間の電気的接続を積層スタッドバンプ4とワイヤボンディング6とを組み合わせることによって最短ループ長での接続を行う。この接続により配線基板のボンディング部の面積が減少し、高容量化に伴うチップサイズ拡大に対し、ワイヤボンディング時の寸法制約が低減されるのでパッケージサイズ不変の状態でチップ面積を大きくすることができる。
【選択図】 図1
【解決手段】 同一半導体チップ積層パッケージを有する半導体装置において、各層半導体チップ1と配線基板10間の電気的接続を積層スタッドバンプ4とワイヤボンディング6とを組み合わせることによって最短ループ長での接続を行う。この接続により配線基板のボンディング部の面積が減少し、高容量化に伴うチップサイズ拡大に対し、ワイヤボンディング時の寸法制約が低減されるのでパッケージサイズ不変の状態でチップ面積を大きくすることができる。
【選択図】 図1
Description
本発明は、チップサイズ及び種類が同じである半導体チップを用いる同一チップ積層パッケージを有する半導体装置及びその製造方法に関するものである。
近年、メモリ容量の拡大要求に伴ってチップサイズも拡大する傾向が見られるが、パッケージサイズに制約があることによりワイヤボンディングエリアも縮小されるようになり、技術的難易度が上昇する傾向にある。チップ積層パッケージを有する半導体装置は、はんだボールなどの外部接続端子を備えた配線基板に半導体チップを複数積層し、半導体チップと配線基板との電気的な接続は、ボンディングワイヤで行い、樹脂封止体により半導体チップ及びボンディングワイヤを封止するチップ積層パッケージを備えている。
このようなチップ積層パッケージを有する半導体装置において従来技術ではワイヤボンディング時のネックダメージ回避の為にワイヤ長を自由に長くすることは出来ず、また、基板接続ピッチ制約などワイヤボンディングプロセス面での諸制約があり、最悪の場合では従来のパッケージサイズに収まらずパッケージサイズ拡大と顧客要求(小型薄型化)に相反する結果となり、市場競争力を失う可能性がある。従来技術として特許文献1に複数のチップを積層してパッケージングする半導体装置が開示されている。
特開2001−257308号公報
このようなチップ積層パッケージを有する半導体装置において従来技術ではワイヤボンディング時のネックダメージ回避の為にワイヤ長を自由に長くすることは出来ず、また、基板接続ピッチ制約などワイヤボンディングプロセス面での諸制約があり、最悪の場合では従来のパッケージサイズに収まらずパッケージサイズ拡大と顧客要求(小型薄型化)に相反する結果となり、市場競争力を失う可能性がある。従来技術として特許文献1に複数のチップを積層してパッケージングする半導体装置が開示されている。
本発明は、チップ高容量化に伴うチップサイズ拡大に対し、パッケージサイズ不変での対応が可能となりパッケージサイズに対するチップ占有面積の拡大が可能となるチップ積層パッケージを有する半導体装置を提供する。
本発明の半導体装置の一態様は、配線基板上に積層され、各層と前記配線基板との電気的接続をボンディングワイヤにより行われる同じサイズで同じ種類の複数の半導体チップを備えた半導体装置において、サイズ及び種類が同じ積層された複数の半導体チップと、前記複数の半導体チップが積層されて搭載された配線基板と、前記配線基板上の接続電極上に形成された少なくとも2つのスタッドバンプが垂直に積み重ねられて構成された複数の積層スタッドバンプと、一端が前記積層スタッドバンプの上あるいは前記積層スタッドバンプを構成する所定のバンプ間に接続され、他端が前記半導体チップの接続電極あるいはこの接続電極上に形成されたスタッドバンプに接続されたボンディングワイヤと、前記半導体チップ、前記積層スタッドバンプ及び前記ボンディングワイヤを封止し、前記配線基板上に形成された樹脂封止体とを備えていることを特徴としている。
また、本発明の半導体装置の製造方法の一態様は、配線基板のボンディング部に複数の第1層のスタッドバンプを形成し、裏面に絶縁性接着層が形成された第1層の半導体チップを前記配線基板のチップ搭載部に搭載して前記絶縁性接着層により接合し、前記第1層のスタッドバンプと前記第1層の半導体チップの接続電極又はこの接続電極上のスタッドバンプとを複数の第1のボンディングワイヤでそれぞれ接続する工程と、前記第1層の半導体チップ上に前記第1層の半導体チップよりサイズの小さい第1層のスペーサを接合後、前記第1層のスタッドバンプ上に第2層のスタッドバンプを形成し、裏面に絶縁性接着層が形成された第2の半導体チップを前記第1層のスペーサ上に接合し、前記第2層のスタッドバンプと前記第2層の半導体チップの接続電極又はこの接続電極上のスタッドバンプとを第2のボンディングワイヤで接続する工程と、前記工程以降、次の工程を行わないか、或いは前記工程を繰り返して第3層のスタッドバンプ若しくはこのスタッドバンプを含むそれ以上の層のスタッドバンプを積層して積層スタッドバンプを複数形成し、第3層の半導体チップ若しくはこの半導体チップを含むそれ以上の層の半導体チップを層間にスペーサを介して積層し、第3のボンディングワイヤ若しくはこのボンディングワイヤを含むそれ以上のボンディングワイヤをそれぞれ対応する前記積層スタッドバンプ中の所定のスタッドバンプと積層された所定の半導体チップの接続電極又はこの接続電極上のスタッドバンプとを接続する工程と、前記半導体チップ、前記積層スタッドバンプ及び前記ボンディングワイヤとを封止する樹脂封止体を前記配線基板上に形成する工程を具備し、前記半導体チップと前記配線基板との間は、前記積層スタッドバンプと前記ボンディングワイヤとにより最短ループ長で接続されていることを特徴としている。
本発明は、以上の構成により、チップ高容量化に伴うチップサイズ拡大に対し、ワイヤボンディング時の寸法制約が低減されるので、パッケージサイズ不変での対応が可能となりパッケージサイズに対するチップ占有面積の拡大が可能となる。
本発明は、同一半導体チップ積層パッケージを有する半導体装置において、各層半導体チップと配線基板間の電気的接続をスタッドバンプボンディングとワイヤボンディングとを組み合わせることによって最短ループ長での接続を可能とすることを特徴としている。
以下、実施例を参照しながら発明の実施の形態を説明する。
以下、実施例を参照しながら発明の実施の形態を説明する。
図1乃至図3を参照して実施例1を説明する。
図1は、この実施例に係る半導体装置の概略的な部分断面図、図2は、この実施例に係る半導体装置の平面図、図3は、この実施例で用いるボンディング方法を説明するボンディングワイヤの概略的な断面図である。図1は、図2のA−A′線に沿う部分の断面図である。
図1は、この実施例に係る半導体装置の概略的な部分断面図、図2は、この実施例に係る半導体装置の平面図、図3は、この実施例で用いるボンディング方法を説明するボンディングワイヤの概略的な断面図である。図1は、図2のA−A′線に沿う部分の断面図である。
図1に示すように、配線基板10上に、半導体素子が形成された半導体チップ(アクティブチップ)1(1a、1b、1c、1d)を、その間にダミーシリコンチップなどのスペーサ2を介在させて、積層する。各半導体チップ1及びスペーサ2の間はペースト樹脂やダイアタッチフィルムなどの絶縁性接着剤3により接合されている。接着剤3は、予めシリコンウェーハなどの裏面に接着剤層を塗布しておき、半導体チップに個片化したときに、裏面に接着剤層が形成されているように構成されているものを用いても良い。スペーサ2の裏面にも予め接着剤を塗布しておくようにする事が出来る。半導体チップ1間に半導体チップよりサイズの小さいスペーサ2を介在することにより、隣接する1対の半導体チップ1の周辺部に空間部が形成され、これがボンディングワイヤ6のボンディング部として確保される。配線基板10にはその裏面に、主面上の配線と基板内部の接続配線を介して電気的に接続されたはんだボールなどの外部接続端子を取付ける事もできる。配線基板10主面には配線(図示しない)及び配線に繋がる接続電極(パッド)9が形成されている。配線基板10に積層される半導体チップ1主面にはチップ内部に形成された半導体素子と電気的に接続される複数の接続電極(パッド)8が形成されている。
図2は、半導体装置を上方から見た平面図であり、配線基板10上には第4層の半導体チップ1dが表示される。この図では配線基板10の接続電極9上に積層スタッドバンプ4が形成され、積層スタッドバンプ4と半導体チップ1dの接続電極8は、ボンディングワイヤ6により接続されている。同様に、積層スタッドバンプ4と半導体チップ1a、1b、1cの接続電極8とは、ボンディングワイヤ6により接続されている。積層された半導体チップ1及びスペーサ2、積層スタッドバンプ及びボンディングワイヤ6は、エポキシ樹脂などの樹脂封止体7により封止されている。
次に、この半導体装置の製造方法を説明する。
図3は、ボンディングワイヤの概略的な断面図であり、配線基板10の接続電極9が形成されたボンディング部に第1層のスタッドバンプあるいはチップ高さに応じて第2層以上のスタッドバンプ5を形成する。また、裏面に絶縁性接着層3が形成された第1層の半導体チップ1aを前記配線基板10のチップ搭載部に搭載し、これを絶縁性接着層3により接合する。第1層のスタッドバンプ5と第1層の半導体チップ1aの接続電極(図示せず)とを第1のボンディングワイヤ6でそれぞれ接続する。
第1層の半導体チップ1a上に第1層の半導体チップ1aよりサイズの小さい第1層のスペーサ2を接合後、あるいは第1層のスペーサを接合する前に、第1層のスタッドバンプ5上に1層以上のスタッドバンプ5を形成し、裏面に絶縁性接着層3が形成された第2の半導体チップ1bを第1層のスペーサ2上に接合し、積層された前記1層以上のスタッドバンプ5の最上層と第2層の半導体チップ1bの接続電極(図示せず)とを第2のボンディングワイヤ6で接続する。
図3は、ボンディングワイヤの概略的な断面図であり、配線基板10の接続電極9が形成されたボンディング部に第1層のスタッドバンプあるいはチップ高さに応じて第2層以上のスタッドバンプ5を形成する。また、裏面に絶縁性接着層3が形成された第1層の半導体チップ1aを前記配線基板10のチップ搭載部に搭載し、これを絶縁性接着層3により接合する。第1層のスタッドバンプ5と第1層の半導体チップ1aの接続電極(図示せず)とを第1のボンディングワイヤ6でそれぞれ接続する。
第1層の半導体チップ1a上に第1層の半導体チップ1aよりサイズの小さい第1層のスペーサ2を接合後、あるいは第1層のスペーサを接合する前に、第1層のスタッドバンプ5上に1層以上のスタッドバンプ5を形成し、裏面に絶縁性接着層3が形成された第2の半導体チップ1bを第1層のスペーサ2上に接合し、積層された前記1層以上のスタッドバンプ5の最上層と第2層の半導体チップ1bの接続電極(図示せず)とを第2のボンディングワイヤ6で接続する。
次に、積層された前記1層以上のスタッドバンプ5に1層以上のスタッドバンプを積層して積層スタッドバンプ4を形成する。一方、第3層の半導体チップ1c及び第4層の半導体チップ1dをスペーサ2を介して積層する。第3のボンディングワイヤ6及び第4のボンディングワイヤ6をそれぞれ対応する積層スタッドバンプ4中の所定のスタッドバンプ5と積層された第3及び第4の半導体チップ1c、1dの接続電極8とをそれぞれ前述の方法を用いてボンディングする。次に、半導体チップ1(1a〜1d)、積層スタッドバンプ4及びボンディングワイヤ6とを配線基板10上に形成された樹脂封止体7により封止する。半導体チップ1と配線基板10との間は、積層スタッドバンプ4とボンディングワイヤ6とにより最短ループ長で接続されている。また、積層スタッドバンプ4の所定のスタッドバンプ5とボンディングワイヤ6との接続部は、積み上げ時のズレを考慮して垂直になるように各接続部で補正されるようにすることもできる。
この実施例では、このように、積層半導体チップ数に応じてスペーサ+半導体チップ積層〜配線基板側ボンディング部のスタッドバンプ積層〜スタッドバンプと半導体チップ側接続電極とのボンディングを繰り返して半導体装置を完成させる。なお、配線基板側ボンディング部のスタッドバンプ積層数(バンプ高さ)は、積層半導体チップ厚みに依存し、ボンディングワイヤは、最短距離で配線される。
次に、配線基板のボンディング部と半導体チップのボンディング部とのボンディングワイヤを用いたボンディング方法を説明する。
第1の方法は、配線基板10上に積層された半導体チップ1のボンディング部(接続電極)からワイヤボンディングを始め、配線基板10のボンディング部に形成された積層スタッドバンプ4の最上層にボンディングワイヤ6を接合する。ワイヤボンディングを始める際に、接合部にバンプが形成され、それに続いてワイヤが延びるが、バンプとワイヤとの間には堅く脆い再結晶領域が形成される。この再結晶領域は堅いので、この部分は上に延びている(図3(a))。第2の方法は、第1の方法と同じであるが、再結晶領域が圧縮されている。したがって、低い姿勢でワイヤボンディングを行うことができるので、半導体チップ間にスペーサにより形成されるボンディングの空間を狭くする事ができる(図3(b))。第3の方法は、配線基板10のボンディング部に形成された積層スタッドバンプ4の最上層からワイヤボンディングを始め、配線基板10上に積層された半導体チップ1のボンディング部(接続電極)にボンディングワイヤ6を接合する(図3(c))。第4の方法は、半導体チップ1の接続電極上にスタッドバンプを設けてから、第3の方法を行うことに特徴がある(図3(d))。なお、第2の方法は、他の第3及び第4の方法にも適用することができる。
第1の方法は、配線基板10上に積層された半導体チップ1のボンディング部(接続電極)からワイヤボンディングを始め、配線基板10のボンディング部に形成された積層スタッドバンプ4の最上層にボンディングワイヤ6を接合する。ワイヤボンディングを始める際に、接合部にバンプが形成され、それに続いてワイヤが延びるが、バンプとワイヤとの間には堅く脆い再結晶領域が形成される。この再結晶領域は堅いので、この部分は上に延びている(図3(a))。第2の方法は、第1の方法と同じであるが、再結晶領域が圧縮されている。したがって、低い姿勢でワイヤボンディングを行うことができるので、半導体チップ間にスペーサにより形成されるボンディングの空間を狭くする事ができる(図3(b))。第3の方法は、配線基板10のボンディング部に形成された積層スタッドバンプ4の最上層からワイヤボンディングを始め、配線基板10上に積層された半導体チップ1のボンディング部(接続電極)にボンディングワイヤ6を接合する(図3(c))。第4の方法は、半導体チップ1の接続電極上にスタッドバンプを設けてから、第3の方法を行うことに特徴がある(図3(d))。なお、第2の方法は、他の第3及び第4の方法にも適用することができる。
この実施例は、チップ高容量化に伴うチップサイズ拡大に対し、ワイヤボンディングの際の寸法制約が低減されるのでパッケージサイズを変わらないように対応することが可能となりパッケージサイズに対するチップ占有面積の拡大が可能となる。また、ワイヤルーピング形状より金ワイヤ細線化時における樹脂封止時のワイヤの流れマージンの向上が見込まれる。
次に、図4を参照して実施例2を説明する。
この実施例は、半導体チップ間のスペーサを廃し絶縁性接着層により半導体チップ間の間隔を保持してチップ積層を実施する方法に特徴がある。
図4は、この実施例に係る半導体装置の概略的な部分断面図である。
シリコンなどからなる半導体チップ裏面に予め一定厚のダイアタッチフィルム(接着剤)が貼り付けられている。図に示すように、配線基板20上に、半導体素子が形成された半導体チップ(アクティブチップ)21(21a、21b、21c、21d)を、その間にダイアタッチフィルムなどの絶縁性接着層22を介在させて、積層する。配線基板10にはその裏面に、主面上の配線と基板内部の接続配線を介して電気的に接続されたはんだボールなどの外部接続端子を取付ける事もできる。配線基板20主面には図示しない配線及び配線に繋がる接続電極が形成されている。配線基板20に積層される半導体チップ21主面にはチップ内部に形成された半導体素子と電気的に接続される複数の接続電極が形成されている。配線基板20の接続電極上には積層スタッドバンプ24が形成され、積層スタッドバンプ24と半導体チップ21(21a、21b、21c、21d)の接続電極とはボンディングワイヤ26により接続されている。
この実施例は、半導体チップ間のスペーサを廃し絶縁性接着層により半導体チップ間の間隔を保持してチップ積層を実施する方法に特徴がある。
図4は、この実施例に係る半導体装置の概略的な部分断面図である。
シリコンなどからなる半導体チップ裏面に予め一定厚のダイアタッチフィルム(接着剤)が貼り付けられている。図に示すように、配線基板20上に、半導体素子が形成された半導体チップ(アクティブチップ)21(21a、21b、21c、21d)を、その間にダイアタッチフィルムなどの絶縁性接着層22を介在させて、積層する。配線基板10にはその裏面に、主面上の配線と基板内部の接続配線を介して電気的に接続されたはんだボールなどの外部接続端子を取付ける事もできる。配線基板20主面には図示しない配線及び配線に繋がる接続電極が形成されている。配線基板20に積層される半導体チップ21主面にはチップ内部に形成された半導体素子と電気的に接続される複数の接続電極が形成されている。配線基板20の接続電極上には積層スタッドバンプ24が形成され、積層スタッドバンプ24と半導体チップ21(21a、21b、21c、21d)の接続電極とはボンディングワイヤ26により接続されている。
半導体チップ21間に半導体チップとほぼ同径の絶縁性接着層22を介在させることにより、ボンディングワイヤ26の半導体チップ21に接続される先端部はこの絶縁性接着層22に保護される。また、積層された半導体チップ21及び絶縁性接着層22、積層スタッドバンプ24及びボンディングワイヤ26は、エポキシ樹脂などの樹脂封止体27により封止されている。
この実施例の半導体装置の製造方法は、次のように行われる。配線基板20側接続電極にスタッドバンプを単一もしくは複数個積層形成し、第1層の半導体チップ21a側からワイヤボンディングを行う。次に、第1層の半導体チップ21a上に絶縁性接着層22を介して第2層の半導体チップ21bを積層後、配線基板20側ボンディングワイヤ接続部上に必要高さのスタッドバンプ25を単一もしくは複数個積層し、第2層の半導体チップ21b側接続電極からワイヤボンディングを行う。以降必要積層半導体チップ数に応じて半導体チップ積層〜配線基板側ワイヤ接続部にバンプ積層〜チップ側接続電極ワイヤボンディングを繰り返し、半導体装置を完成させる。配線基板側ワイヤ接続部のバンプ積層数(バンプ高さ)は積層チップ厚みに依存し、ボンディングワイヤは最短距離で配線されるものとする。
この実施例の半導体装置の製造方法は、次のように行われる。配線基板20側接続電極にスタッドバンプを単一もしくは複数個積層形成し、第1層の半導体チップ21a側からワイヤボンディングを行う。次に、第1層の半導体チップ21a上に絶縁性接着層22を介して第2層の半導体チップ21bを積層後、配線基板20側ボンディングワイヤ接続部上に必要高さのスタッドバンプ25を単一もしくは複数個積層し、第2層の半導体チップ21b側接続電極からワイヤボンディングを行う。以降必要積層半導体チップ数に応じて半導体チップ積層〜配線基板側ワイヤ接続部にバンプ積層〜チップ側接続電極ワイヤボンディングを繰り返し、半導体装置を完成させる。配線基板側ワイヤ接続部のバンプ積層数(バンプ高さ)は積層チップ厚みに依存し、ボンディングワイヤは最短距離で配線されるものとする。
チップ積層に関しては上述のアクティブチップ裏面に予め一定厚のダイアタッチフィルムを貼り付けておく方法と下層チップ上にペーストを塗布後上層チップを積層する方法が考えられる。
この実施例は、薄い絶縁性接着層を用いることにより薄型化/多段化(高容量化)の促進が可能になる。この実施例では、チップ高容量化に伴うチップサイズ拡大に対し、ワイヤボンディングの際の寸法制約が低減されるのでパッケージサイズ不変での対応が可能となりパッケージサイズに対するチップ占有面積の拡大が可能となる。また、ワイヤルーピング形状より金ワイヤ細線化時における樹脂封止時のワイヤの流れマージンの向上が見込まれる。
この実施例は、薄い絶縁性接着層を用いることにより薄型化/多段化(高容量化)の促進が可能になる。この実施例では、チップ高容量化に伴うチップサイズ拡大に対し、ワイヤボンディングの際の寸法制約が低減されるのでパッケージサイズ不変での対応が可能となりパッケージサイズに対するチップ占有面積の拡大が可能となる。また、ワイヤルーピング形状より金ワイヤ細線化時における樹脂封止時のワイヤの流れマージンの向上が見込まれる。
次に、図5乃至図7を参照して実施例3を説明する。
図5は、この実施例に係る半導体装置の概略平面図、図6は、図5のA−A′線に沿う部分の断面図、図7は、図5のB−B′線に沿う部分の断面図である。この実施例の特徴は、同種、同サイズの半導体チップを複数備え、さらに加えて前記同種、同サイズの半導体チップ以外の半導体チップを積層する半導体装置に特徴が有り、同種、同サイズの半導体チップを積層スタッドバンプとボンディングワイヤとを用いる方法により、それ以外の半導体チップは、ボンディングワイヤのみを用いる従来の方法によりボンディングすることに特徴が有る。
図5は、この実施例に係る半導体装置の概略平面図、図6は、図5のA−A′線に沿う部分の断面図、図7は、図5のB−B′線に沿う部分の断面図である。この実施例の特徴は、同種、同サイズの半導体チップを複数備え、さらに加えて前記同種、同サイズの半導体チップ以外の半導体チップを積層する半導体装置に特徴が有り、同種、同サイズの半導体チップを積層スタッドバンプとボンディングワイヤとを用いる方法により、それ以外の半導体チップは、ボンディングワイヤのみを用いる従来の方法によりボンディングすることに特徴が有る。
図5は、半導体装置を上方から見た平面図であり、配線基板30上には第8層の半導体チップ31hが表示される。この図では配線基板30の対向する2辺に沿って配置された接続電極39上に積層スタッドバンプ34が形成され、この積層スタッドバンプ34と上部の4層の半導体チップ31(31e〜31h)の接続電極38は、ボンディングワイヤ36により接続されている。配線基板30の積層スタッドバンプが形成された辺に隣接している辺に形成された接続電極39は、下部の4層の半導体チップ31(31a〜31d)の接続電極とボンディングワイヤ36′でボンディングされている。即ち、下部の4層の半導体チップ31は、従来のボンディングワイヤのみによる方法で配線基板30とボンディングされている。配線基板30上の半導体チップ31(31a〜31h)は、スペーサ32と交互に、絶縁性接着層33により接合されて積層されている。積層された半導体チップ31、スペーサ32、積層スタッドバンプ34及びボンディングワイヤ36、36′は、エポキシ樹脂などの樹脂封止体37により封止されている。
以上のように、この実施例では積層スタッドバンプを摘要する方法と従来の方法とを併せて用いるので、種類とサイズの異なる積層チップを有する半導体装置に適用することができる。この実施例では、チップ高容量化に伴うチップサイズ拡大に対し、ワイヤボンディングの際の寸法制約が低減されるのでパッケージサイズ不変での対応が可能となりパッケージサイズに対するチップ占有面積の拡大が可能となる。また、ワイヤルーピング形状より金ワイヤ細線化時における樹脂封止時のワイヤの流れマージンの向上が見込まれる。
次に、図8乃至図10を参照して実施例4を説明する。
図8は、この実施例に係る半導体装置の概略平面図、図9は、図8のA−A′線に沿う部分の断面図、図10は、図8のB−B′線に沿う部分の断面図である。この実施例の特徴は、同種、同サイズの第1種の半導体チップを複数備え、さらに加えて前記第1種の半導体チップとは種類、サイズ等がことなる第2種の半導体チップを複数積層する半導体装置に特徴が有り、第1種及び第2種の半導体チップは共にそれぞれ積層スタッドバンプとボンディングワイヤとを用いる方法によりボンディングすることに特徴が有る。
図8は、この実施例に係る半導体装置の概略平面図、図9は、図8のA−A′線に沿う部分の断面図、図10は、図8のB−B′線に沿う部分の断面図である。この実施例の特徴は、同種、同サイズの第1種の半導体チップを複数備え、さらに加えて前記第1種の半導体チップとは種類、サイズ等がことなる第2種の半導体チップを複数積層する半導体装置に特徴が有り、第1種及び第2種の半導体チップは共にそれぞれ積層スタッドバンプとボンディングワイヤとを用いる方法によりボンディングすることに特徴が有る。
図8は、半導体装置を上方から見た平面図であり、配線基板40上には第8層の半導体チップ41hが表示される。この図では配線基板40の対向する2辺に沿って配置された接続電極49上に積層スタッドバンプ44が形成され、この積層スタッドバンプ44と上部の4層の半導体チップ41(41e〜41h)の接続電極48とはボンディングワイヤ46により接続されている。配線基板40の積層スタッドバンプ44が形成された辺に隣接している辺に形成された接続電極49上には、積層スタッドバンプ44′が形成され、この積層スタッドバンプ44′と下部の4層の半導体チップ41(41a〜41d)の接続電極とはボンディングワイヤ46′でボンディングされている。配線基板40上の半導体チップ41(41a〜41h)は、スペーサ42と交互に、絶縁性接着層43により接合されて積層されている。積層された半導体チップ41、スペーサ42、積層スタッドバンプ44、44′及びボンディングワイヤ46、46′は、エポキシ樹脂などの樹脂封止体47により封止されている。
以上のように、この実施例では積層スタッドバンプを適用する方法を下部の4層の半導体チップのグループと上部の4層の半導体チップのグループにそれぞれ別に用いるので、種類とサイズの異なる積層チップを有する半導体装置に適用を拡大することができる。この実施例では、チップ高容量化に伴うチップサイズ拡大に対し、ワイヤボンディングの際の寸法制約が低減されるのでパッケージサイズ不変での対応が可能となりパッケージサイズに対するチップ占有面積の拡大が可能となる。また、ワイヤルーピング形状より金ワイヤ細線化時における樹脂封止時のワイヤの流れマージンの向上が見込まれる。
1(1a〜1d)、21(21a〜21d)、31(31a〜31h)、41(41a〜41h)・・・半導体チップ
2、32、42・・・スペーサ
3、22、33、43・・・絶縁性接着層
4、24、34、44、44′・・・積層スタッドバンプ
5、25、35、45・・・スタッドバンプ
6、26、36、36′、46、46′・・・ボンディングワイヤ
7、27、37、47・・・樹脂封止体
8、38、48・・・半導体チップの接続電極(バンプ)
9、39、49・・・配線基板の接続電極(バンプ)
10、20、30、40・・・配線基板
2、32、42・・・スペーサ
3、22、33、43・・・絶縁性接着層
4、24、34、44、44′・・・積層スタッドバンプ
5、25、35、45・・・スタッドバンプ
6、26、36、36′、46、46′・・・ボンディングワイヤ
7、27、37、47・・・樹脂封止体
8、38、48・・・半導体チップの接続電極(バンプ)
9、39、49・・・配線基板の接続電極(バンプ)
10、20、30、40・・・配線基板
Claims (6)
- 配線基板上に積層され、各層と前記配線基板との電気的接続をボンディングワイヤにより行われる同じサイズで同じ種類の複数の半導体チップを備えた半導体装置において、
サイズ及び種類が同じ積層された複数の半導体チップと、
前記複数の半導体チップが積層されて搭載された配線基板と、
前記配線基板上の接続電極上に形成された少なくとも2つのスタッドバンプが垂直に積み重ねられて構成された複数の積層スタッドバンプと、
一端が前記積層スタッドバンプの上あるいは前記積層スタッドバンプを構成する所定のバンプ間に接続され、他端が前記半導体チップの接続電極あるいはこの接続電極上に形成されたスタッドバンプに接続されたボンディングワイヤと、
前記半導体チップ、前記積層スタッドバンプ及び前記ボンディングワイヤを封止し、前記配線基板上に形成された樹脂封止体とを備えていることを特徴とする半導体装置。 - 前記半導体チップと前記配線基板との間は、前記積層スタッドバンプと前記ボンディングワイヤとにより最短ループ長で接続されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記配線基板上に積層された前記複数の半導体チップは、隣接する半導体チップ間にこれら半導体チップよりサイズの小さいスペーサが挿入され、前記隣接する半導体チップとその間に配置された前記スペーサとで構成される空間にはボンディング部が形成されていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体装置。
- 前記配線基板上に積層された前記複数の半導体チップは、隣接する半導体チップ間にこれら半導体チップと同じサイズの絶縁性接着層が介在され、前記半導体チップと前記配線基板とを電気的に接続する前記ボンディングワイヤは、前記絶縁性接着層に埋め込まれていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体装置。
- 配線基板のボンディング部に複数の第1層のスタッドバンプを形成し、裏面に絶縁性接着層が形成された第1層の半導体チップを前記配線基板のチップ搭載部に搭載して前記絶縁性接着層により接合し、前記第1層のスタッドバンプと前記第1層の半導体チップの接続電極又はこの接続電極上のスタッドバンプとを複数の第1のボンディングワイヤでそれぞれ接続する工程と、
前記第1層の半導体チップ上に前記第1層の半導体チップよりサイズの小さい第1層のスペーサを接合後、前記第1層のスタッドバンプ上に第2層のスタッドバンプを形成し、裏面に絶縁性接着層が形成された第2の半導体チップを前記第1層のスペーサ上に接合し、前記第2層のスタッドバンプと前記第2層の半導体チップの接続電極又はこの接続電極上のスタッドバンプとを第2のボンディングワイヤで接続する工程と、
前記工程以降、次の工程を行わないか、或いは前記工程を繰り返して第3層のスタッドバンプ若しくはこのスタッドバンプを含むそれ以上の層のスタッドバンプを積層して積層スタッドバンプを複数形成し、第3層の半導体チップ若しくはこの半導体チップを含むそれ以上の層の半導体チップを層間にスペーサを介して積層し、第3のボンディングワイヤ若しくはこのボンディングワイヤを含むそれ以上のボンディングワイヤをそれぞれ対応する前記積層スタッドバンプ中の所定のスタッドバンプと積層された所定の半導体チップの接続電極又はこの接続電極上のスタッドバンプとを接続する工程と、
前記半導体チップ、前記積層スタッドバンプ及び前記ボンディングワイヤとを封止する樹脂封止体を前記配線基板上に形成する工程を具備し、
前記半導体チップと前記配線基板との間は、前記積層スタッドバンプと前記ボンディングワイヤとにより最短ループ長で接続されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記積層スタッドバンプの所定のスタッドバンプとボンディングワイヤとの接続部は積み上げ時のズレを考慮して垂直になるように各接続部で補正されることを特徴とする請求項5に記載の半導体装置の製造方法。
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