JP2009049118A - Semiconductor element, and semiconductor package using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は半導体素子とそれを用いた半導体パッケージに関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a semiconductor package using the same.
半導体装置の小型化や高密度実装化等を実現するために、1つのパッケージ内に複数の半導体素子を積層して封止した積層型の半導体パッケージが実用化されている。積層型の半導体パッケージにおいて、複数の半導体素子は配線基板やリードフレーム等の回路基材上に接着剤層を介して順に積層される。各半導体素子の電極パッドは、回路基材の接続パッドと金属ワイヤを介して電気的に接続される。このような積層体を樹脂封止することによって、積層型の半導体パッケージが構成される。 In order to realize miniaturization and high density mounting of a semiconductor device, a stacked semiconductor package in which a plurality of semiconductor elements are stacked and sealed in one package has been put into practical use. In a stacked semiconductor package, a plurality of semiconductor elements are sequentially stacked on a circuit substrate such as a wiring board or a lead frame via an adhesive layer. The electrode pads of each semiconductor element are electrically connected to the connection pads of the circuit base material via metal wires. By stacking such a stacked body with a resin, a stacked semiconductor package is formed.
半導体素子の表面は絶縁保護膜で覆われているものの、表面の外周部分には絶縁保護膜が形成されていないため、表面と側面との間の角部には半導体素子を構成する半導体基板や配線層等が露出している。このような半導体素子にワイヤボンディングを適用した場合、金属ワイヤは半導体素子の角部と接触しないようなループ高さを維持しつつワイヤリングする必要がある。積層型の半導体パッケージにおいては、複数の半導体素子の積層厚、ひいてはパッケージ厚さの削減が求められているものの、最上層の半導体素子に接続された金属ワイヤのループ高さがパッケージ厚さを厚くする要因となっている。 Although the surface of the semiconductor element is covered with an insulating protective film, since the insulating protective film is not formed on the outer peripheral portion of the surface, the semiconductor substrate constituting the semiconductor element is formed at the corner between the surface and the side surface. The wiring layer is exposed. When wire bonding is applied to such a semiconductor element, it is necessary to wire the metal wire while maintaining a loop height that does not contact the corner of the semiconductor element. In a stacked type semiconductor package, the stacking thickness of a plurality of semiconductor elements, and consequently the reduction of the package thickness, is required, but the loop height of the metal wire connected to the uppermost semiconductor element increases the package thickness. Is a factor.
すなわち、最上層の半導体素子に接続される金属ワイヤは、必然的に複数の半導体素子の積層厚を超えた部分を通過するように配置される。このようなワイヤ形状を有する複数の半導体素子の積層体を樹脂封止する場合、封止樹脂の厚さは最上層の半導体素子に接続されたワイヤの形状分だけ厚くする必要がある。これがパッケージ厚さを厚くする要因となっている。さらに、ループ高さを保ってワイヤリングされた金属ワイヤは、樹脂封止時にワイヤ流れを起こしやすいという問題を有している。ワイヤ流れは隣接する異電位ワイヤ間の接触によるショート不良等を引起す要因となる。 That is, the metal wire connected to the uppermost semiconductor element is inevitably disposed so as to pass through a portion exceeding the stack thickness of the plurality of semiconductor elements. In the case of resin-sealing a stacked body of a plurality of semiconductor elements having such a wire shape, the thickness of the sealing resin needs to be increased by the shape of the wire connected to the uppermost semiconductor element. This is a factor for increasing the package thickness. Furthermore, the metal wire wired while maintaining the loop height has a problem that it tends to cause a wire flow during resin sealing. The wire flow causes a short circuit failure due to contact between adjacent different potential wires.
特許文献1には半導体素子の角部と金属ワイヤとの接触を防止するために、半導体素子の電極形成面の一部と側面を覆うように樹脂ブロックを配置することが記載されている。樹脂ブロックは基板上に形成されるため、半導体素子を多段に積層する場合には金属ワイヤの半導体素子との接触防止効果を得ることができない。また、特許文献2にはフリップチップ実装用の半導体素子の側面や裏面(バンプ形成面とは反対側の面)に保護樹脂層を形成することが記載されている。ここではフリップチップ実装用の半導体素子を対象としているため、半導体素子を多段に積層することは考慮されていない。
本発明の目的は、複数の半導体素子を積層するにあたって、金属ワイヤ等による接続部材の高さを低くすることを可能にした半導体素子と、そのような半導体素子を用いることによって、封止材料の厚さひいてはパッケージ厚さを薄くすることを可能にした半導体パッケージを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a semiconductor element that can reduce the height of a connecting member made of a metal wire or the like when laminating a plurality of semiconductor elements, and a sealing material by using such a semiconductor element. It is an object of the present invention to provide a semiconductor package that can reduce the thickness and thus the package thickness.
本発明の態様に係る半導体素子は、半導体素子本体と、前記半導体素子本体の表面に配置された電極パッドと、前記電極パッドを露出させつつ、前記表面をその外周領域を除いて覆う絶縁保護膜と、前記半導体素子本体の裏面、側面および前記表面と前記側面との間の角部を少なくとも覆うように形成された絶縁性接着剤層とを具備することを特徴としている。 A semiconductor element according to an aspect of the present invention includes a semiconductor element body, an electrode pad disposed on the surface of the semiconductor element body, and an insulating protective film that covers the surface except for an outer peripheral region while exposing the electrode pad. And an insulating adhesive layer formed so as to cover at least a back surface, a side surface, and a corner between the front surface and the side surface of the semiconductor element body.
本発明の態様に係る半導体パッケージは、素子搭載部と接続部とを有する回路基材と、前記回路基材の前記素子搭載部上に積層されて搭載された、本発明の態様に係る半導体素子を複数備える半導体素子群であって、前記複数の半導体素子は前記絶縁性接着剤層を介して接着されている半導体素子群と、前記回路基材の前記接続部と前記複数の半導体素子の前記電極パッドとを電気的に接続する接続部材と、前記複数の半導体素子を前記接続部材と共に封止する封止部とを具備することを特徴としている。 A semiconductor package according to an aspect of the present invention includes a circuit substrate having an element mounting portion and a connection portion, and a semiconductor element according to the aspect of the present invention, which is stacked and mounted on the element mounting portion of the circuit substrate. A plurality of semiconductor elements, wherein the plurality of semiconductor elements are bonded via the insulating adhesive layer, the connection portion of the circuit substrate, and the plurality of semiconductor elements. A connection member that electrically connects the electrode pad and a sealing portion that seals the plurality of semiconductor elements together with the connection member are provided.
本発明の態様に係る半導体素子は、半導体素子本体の裏面、側面および表面と側面との間の角部を絶縁性接着剤層で覆っているため、接続部材の高さを低くすることができる。その上で、絶縁性接着剤層を使用して複数の半導体素子を積層することができる。このような半導体素子を適用することによって、複数の半導体素子を積層して搭載した半導体パッケージの信頼性を保ちつつ、薄型化を実現することが可能となる。 Since the semiconductor element which concerns on the aspect of this invention has covered the corner | angular part between the back surface of a semiconductor element main body, a side surface, and the surface and a side surface with an insulating adhesive layer, it can make the height of a connection member low. . In addition, a plurality of semiconductor elements can be stacked using an insulating adhesive layer. By applying such a semiconductor element, it is possible to reduce the thickness while maintaining the reliability of a semiconductor package in which a plurality of semiconductor elements are stacked and mounted.
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。図1および図2は本発明の実施形態による半導体素子の構成を示す図であり、図1は半導体素子の断面図、図2は図1の一部を拡大して示す断面図である。これらの図に示す半導体素子1は、半導体素子本体として半導体基板(Si基板等)2を具備している。半導体基板2の表面2a側には電極パッド(Alパッド等)3が配置されている。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. 1 and 2 are diagrams showing a configuration of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a cross-sectional view of the semiconductor device, and FIG. 2 is a cross-sectional view showing a part of FIG. A
半導体素子1を構成する半導体基板2は、チップリング4で囲われた素子領域5と、その外周部分に当たる外周領域6とを有している。外周領域6は半導体ウェーハを切断して半導体素子1を個片化する際のダイシング領域に相当する。半導体基板2の素子領域5内には、図示を省略したトランジスタ等を含む素子構造体が形成されている。さらに、半導体基板2の表面2a上には、多層配線膜やパッシベーション膜等を構成する積層膜7が形成されている。チップリング4は積層膜7内に設けられている。
A
積層膜7はCu配線等の金属配線8と絶縁膜9とで構成された多層構造の配線層10とパッシベーション層11とを有している。金属配線8は素子領域5内に設けられており、その一端は電極パッド3と接続されている。言い換えると、Alパッド等からなる電極パッド3は金属配線8上に形成されている。絶縁膜9は金属配線8の層間絶縁膜として機能するものであり、例えばSiOx膜や低誘電率絶縁膜等で構成される。低誘電率絶縁膜はフッ素がドープされた酸化ケイ素(SiOF)、炭素がドープされた酸化ケイ素(SiOC)、有機シリカ、これらの多孔質体等で構成される。配線層10上にはSiOx膜やSiNx膜等の絶縁膜で構成されたパッシベーション層11が設けられている。
The laminated
パッシベーション層11上には絶縁保護膜(素子保護膜)12としてポリイミド樹脂等からなる絶縁樹脂層が設けられている。これらパッシベーション層11や絶縁保護膜12は電極パッド3が半導体素子1の表面に露出するように形成されている。積層膜7を構成するパッシベーション層11は半導体基板2の表面2a全体に形成されているが、絶縁保護膜12は素子領域5を覆うように形成されている。すなわち、絶縁保護膜12は半導体基板2の表面2aのうち外周領域6を除く部分を覆うように形成されている。
On the
このように、半導体基板2の外周領域6には絶縁保護膜12が存在していない。これは外周領域6が半導体ウェーハのダイシング領域に相当するためである。外周領域(ダイシング領域)6まで絶縁保護膜(ポリイミド樹脂層等の絶縁樹脂層)12が存在していると、半導体ウェーハをブレードダイシング(切断)する際に絶縁保護膜12が剥離したり、またブレードが絶縁保護膜12で目詰まりを起こして切断不良(チッピングや欠け等)が生じやすくなるためである。従来の半導体素子はこの状態でワイヤボンディングを実施していたため、ボンディングワイヤ(金属ワイヤ)は半導体素子の絶縁保護膜で覆われていない角部と接触しないようなループ高さを維持する必要があった。
Thus, the insulating
上述したような点に対して、この実施形態の半導体素子1は半導体基板2の裏面2b、側面2c、および表面2aのうちの絶縁保護膜12が配置されていない部分(外周領域6)を覆うように形成された絶縁性接着剤層13を有している。絶縁性接着剤層13は少なくとも半導体基板2の裏面2bから側面2cと表面2aとの間の角部までを覆うように形成されていればよい。半導体基板2の裏面2bに配置された絶縁性接着剤層13は、後述するように半導体素子1を回路基材上に積層して搭載する際に、回路基材と半導体素子1との間の接着剤や半導体素子1間の接着剤として使用されるものである。
In contrast to the above-described points, the
絶縁性接着剤層13は5μm以上の厚さを有することが好ましい。絶縁性接着剤層13の厚さが5μm未満であると、回路基材と半導体素子1との間の接着性や半導体素子1間の接着性が低下するおそれがある。絶縁性接着剤層13を単に接着剤として使用する場合、その厚さが厚すぎると複数の半導体素子1の積層厚を厚くするだけであるため、絶縁性接着剤層13の厚さは30μm以下とすることが好ましい。典型的な絶縁性接着剤層13の厚さは、例えば10μmである。絶縁性接着剤層13にスペーサ層としての機能を持たせる場合には、その厚さは60μm以下とすることが好ましい。この場合、絶縁性接着剤層13の厚さは20μm以上とすることが好ましい。絶縁性接着剤層13の厚さは一様である必要はなく、例えば半導体基板2の裏面2bを覆う部分のみを厚くしてもよい。
The insulating
この実施形態の半導体素子1においては、回路基材との接着剤や半導体素子1間の接着剤として用いられる絶縁性接着剤層13を、半導体基板2の裏面のみならず、半導体基板2の側面2cや表面2aの外周領域6(少なくとも側面2cと表面2aとの間の角部)にまで形成している。従って、半導体素子1の表面は絶縁保護膜12や絶縁性接着剤層13で覆われており、さらに角部は絶縁性接着剤層13で覆われている。絶縁性接着剤層13は後に詳述するように、例えば接着性を有する熱硬化性絶縁樹脂で構成される。
In the
半導体素子1の角部を絶縁性接着剤層13で覆うことによって、電極パッド3と回路基材の接続部との間を電気的に接続する接続部材としてのボンディングワイヤ(金属ワイヤ)のループ高さを、半導体素子1の角部と接触しないように維持する必要がなくなる。金属ワイヤは積極的に半導体素子1の表面や角部と接触させることもできる。従って、電極パッド3に接続される金属ワイヤ(接続部材)のループ高さを抑え、低ルーピングでの配線が可能となる。具体的には、金属ワイヤを半導体素子1の表面に這わせることで、ループ高さは電極パッド3との接続部分の高さで規定される最小高さとすることができ、さらに接続高さを低くできればワイヤ径と同等とすることも可能である。
By covering the corners of the
さらに、半導体素子1の表面を絶縁保護膜12や絶縁性接着剤層13で覆うと共に、側面も絶縁性接着剤層13で覆うことで、電極パッド3との接続にワイヤボンディングに代えて、導電性樹脂の塗布層等を適用することも可能となる。すなわち、半導体素子1の表面や側面に導電性樹脂を直接塗布することができるため、導電性樹脂層で半導体素子1の電極パッド3と回路基材との間、また積層した半導体素子1の電極パッド3間を接続することが可能となる。電極パッド3との接続部材として金属ワイヤに代えて導電性樹脂層を適用することで、接続部材の高さをさらに低くすることができる。
Further, the surface of the
上述したように、接続部材としての金属ワイヤのループ高さを低く抑えたり、また接続部材として導電性樹脂層を適用することによって、後述するように複数の半導体素子1を積層してパッケージングする場合の封止材料の厚さ、ひいては半導体パッケージの厚さを薄くすることができる。さらに、接続部材として金属ワイヤを用いる場合に、その少なくとも一部を半導体素子の表面に接触させることで、樹脂封止時のワイヤ流れを抑制することができる。これらによって、複数の半導体素子を積層して搭載した半導体パッケージの小型・薄型化、さらに高歩留化や高信頼性化等を実現することが可能となる。
As described above, a plurality of
次に、上述した半導体素子1の製造工程について説明する。まず、絶縁性接着剤層13を除いて、通常の半導体素子の製造工程にしたがって半導体ウェーハを作製する。半導体ウェーハは、複数の素子領域と、これら素子領域を区画するように格子状に設けられたダイシング領域とを有している。各素子領域内にはトランジスタを含む集積回路や配線等が形成されている。半導体ウェーハの表面には積層膜7や絶縁保護膜12が形成されている。絶縁保護膜12は前述したように素子領域内に形成されている。
Next, the manufacturing process of the
図3Aに示すように、ダイシングブレード21を用いて半導体ウェーハ22をダイシング領域に沿ってハーフダイシングする。ハーフダイシングは半導体ウェーハ22の表面(素子形成面)22a側からダイシングブレード21で溝23を形成し、この溝23の深さが半導体ウェーハ22の厚さの範囲内となるように実施される。次いで、図3Bに示すように、溝23を形成した半導体ウェーハ22の表面22aに保護テープ24を貼りつける。この後、図3Cに示すように、半導体ウェーハ22の裏面22bを砥石25で研削する。裏面研削は半導体ウェーハ22の表面22a側から形成した溝23に達するまで行われる。半導体ウェーハ22の裏面22bは必要に応じてバフ等で研磨される。
As shown in FIG. 3A, the
表面22a側から溝23を形成した半導体ウェーハ22の裏面22bを、溝23に達するまで研削(裏面研削)することによって、複数の素子領域がそれぞれ半導体素子1として個片化される。この段階では複数の半導体素子1はそれぞれ保護テープ24に保持されているため、全体としてはウェーハ形状を保っている。この状態を図4に示す。保護テープ24は複数の半導体素子1の表面側をそれぞれ保持している。隣接する半導体素子1の間には、ハーフダイシングで形成した溝23の幅に相当する空間26が存在している。さらに、半導体素子1の表面と保護テープ24との間にも、絶縁保護膜12が存在していない部分に対応して空間27が存在している。
By grinding the
次に、図5Aに示すように、保護テープ24に保持されてウェーハ形状を保っている複数の半導体素子1を、絶縁性接着剤層13を成形するための金型28内に配置する。絶縁性接着剤層13の成形には、例えばコンプレッション成形のようなモールド成形が適用される。ウェーハ形状が保持された複数の半導体素子1は、その表面(集積回路や電極の形成面)が上方を向くように金型28内に配置される。なお、絶縁性接着剤層13の形成にはモールド成形に代えて、液状の絶縁性接着剤の塗布等を適用することも可能である。
Next, as shown in FIG. 5A, a plurality of
複数の半導体素子1を配置した金型28内に、絶縁性接着剤層13の形成材料となる絶縁樹脂材料29を投入した後、図5Bに示すように金型28を閉じて、絶縁樹脂材料29に応じた圧力と温度を加えて成型する。絶縁性接着剤層13の形成材料となる絶縁樹脂材料29としては、例えばエポキシ樹脂のような接着性を有する熱硬化性絶縁樹脂が用いられる。なお、成形性や接着性を満足していれば、絶縁樹脂材料29としてアクリル樹脂のような熱可塑性絶縁樹脂や紫外線硬化型の絶縁樹脂等を使用してもよい。
After an insulating
圧力と温度が加えられた絶縁樹脂材料29は、図6に示すように、半導体素子1の裏面を覆うように層状に成形されると同時に、隣接する半導体素子1間の空間26や半導体素子1の表面と保護テープ24との間の空間27に充填される。このようにして、ウェーハ形状が保持された複数の半導体素子1の所定面を絶縁樹脂材料29で被覆(封止)することによって、半導体素子1の裏面、側面、および表面のうちの絶縁保護膜12が形成されていない部分を覆う絶縁性接着剤層13が形成される。
As shown in FIG. 6, the insulating
絶縁樹脂材料29として熱硬化性絶縁樹脂を用いる場合には、絶縁性接着剤層13が回路基材への実装工程で接着剤として機能するように、半硬化状態(Bステージ)の熱硬化性絶縁樹脂層を形成する。このように、半導体素子1の段階における絶縁性接着剤層13は、半硬化状態の熱硬化性絶縁樹脂層を備えている。絶縁樹脂材料29として熱可塑性絶縁樹脂を使用する場合には、半導体素子1の絶縁性接着剤層13は熱可塑性絶縁樹脂層を備えており、絶縁樹脂材料29として紫外線硬化型絶縁樹脂を使用する場合には、半導体素子1の絶縁性接着剤13は硬化前の紫外線硬化型絶縁樹脂層を備えている。
When a thermosetting insulating resin is used as the insulating
次に、保護テープ24に保持されて、かつ絶縁性接着剤層13(絶縁樹脂材料29)で覆われた複数の半導体素子1を、金型28から取り出した後、図7Aに示すようにダイシングテープ30に貼り付ける。ダイシングテープ30は複数の半導体素子1の絶縁性接着剤層13で覆われた裏面側に貼り付けられる。複数の半導体素子1をダイシングテープ30に貼り付けた後に、表面側の保護テープ24を剥離する。この後、図7Bに示すように、隣接する半導体素子1間に存在する絶縁性接着剤層13をブレード31で切断することによって、複数の半導体素子1をそれぞれ個片化する。図7Bにおいて、符号32はブレード31による切断溝を示している。
Next, after the plurality of
このようにして、表面の大部分(素子領域)が絶縁保護膜12で被覆され、かつ絶縁保護膜12で被覆されていない部分(外周領域)、裏面および側面を絶縁性接着剤層13で覆った半導体素子1が作製される。この状態を図8に示す。絶縁性接着剤層13を切断するブレード31には、ダイシングブレード21より刃厚が薄いものを使用する。これによって、半導体素子1の側面も絶縁性接着剤層13で覆われた状態を維持することができる。絶縁性接着剤層13の切断には、レーザ加工等を適用することも可能である。
In this way, most of the surface (element region) is covered with the insulating
次に、本発明の実施形態による半導体パッケージについて、図9ないし図11を参照して説明する。図9は第1の実施形態によるスタック型マルチチップ構造の半導体パッケージの構成を示す断面図である。同図に示す半導体パッケージ41は、素子搭載用の回路基材として回路基板42を有している。回路基板42は半導体素子を搭載することが可能で、かつ表面や内部に設けられた配線網を有するものであればよい。回路基材はリードフレームのような素子搭載部と回路部とを一体化したものであってもよい。
Next, a semiconductor package according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 9 is a cross-sectional view showing the configuration of the stacked multichip semiconductor package according to the first embodiment. A
回路基板42を構成する基板には、樹脂基板、セラミックス基板、ガラス基板等の絶縁基板、あるいは半導体基板を適用することができる。回路基板42の具体例としては、ガラス−エポキシ樹脂やBT樹脂(ビスマレイミド・トリアジン樹脂)等を使用したプリント配線基板が挙げられる。回路基板42の下面側には外部接続端子43が設けられている。ここではBGAパッケージを示しているため、回路基板42の下面に外部接続端子43として半田バンプが設けられている。半導体パッケージ41はLGAパッケージ等にも適用可能であり、この場合には外部接続端子43として金属ランドが適用される。
An insulating substrate such as a resin substrate, a ceramic substrate, a glass substrate, or a semiconductor substrate can be applied to the substrate constituting the
回路基板42の上面には素子搭載部が設けられており、その周囲には外部接続端子43と配線網を介して電気的に接続された接続パッド44が設けられている。接続パッド44はワイヤボンディング時の接続部、導電性樹脂層との接続部等となる。回路基板42の素子搭載部には複数の半導体素子1が積層されて搭載されており、半導体素子群45を構成している。図9は4個の半導体素子1A〜1Dを階段状に積層した状態を示している。
An element mounting portion is provided on the upper surface of the
第1ないし第4の半導体素子1A〜1Dには前述した実施形態の半導体素子1が適用されており、その裏面、側面、および表面のうちの絶縁保護膜12が形成されていない部分(外周領域)には絶縁性接着剤層13が形成されている。第1の半導体素子1Aはその裏面側に存在する絶縁性接着剤層13を介して回路基板42の素子搭載部と接着されている。第2の半導体素子1Bはその裏面側に存在する絶縁性接着剤層13を介して第1の半導体素子1Aと接着されている。第3および第4の半導体素子1C、1Dも同様であり、絶縁性接着剤層13を介して下層側の半導体素子1B、1Cと接着されている。
The
第1ないし第4の半導体素子1A〜1Dの具体例としては、例えばNAND型フラッシュメモリのような半導体メモリ素子が挙げられる。これら多段に積層された半導体素子上、具体的には最上層の半導体素子1D上には、必要に応じてコントローラ素子等を積層してもよい。半導体素子群45を構成する半導体素子1の数は複数個(少なくとも2個)であればよく、4個に限られるものではない。半導体素子群45は2個または3個、あるいは5個以上の半導体素子1で構成してもよい。
Specific examples of the first to
第1ないし第4の半導体素子1A〜1Dに設けられた電極パッド3A〜3Dは、それぞれ半導体素子1の外形の一辺(例えば一方の長辺)に沿って配列されている。すなわち、第1ないし第4の半導体素子1A〜1Dはそれぞれ片側パッド構造を有している。片側パッド構造を有する第1ないし第4の半導体素子1A〜1Dは、各電極パッド3A〜3Dが露出するように階段状に積層されている。例えば、半導体素子1が長辺片側パッド構造を有する場合、第1ないし第4の半導体素子1A〜1Dの短辺を揃え、かつ電極パッド3A〜3Dが露出するように長辺をずらして積層される。
The
第1ないし第4の半導体素子1A〜1Dの電極パッド3A〜3Dは、配線基板42の接続パッド44と金属ワイヤ46を介して電気的に接続されている。各電極パッド3A〜3Dの電気特性や信号特性等が等しい場合には、積層された半導体素子1A〜1Dの電極パッド3A〜3Dを金属ワイヤ46で順に接続することができる。この場合の金属ワイヤ46は個々にボンディンク工程を実施して接続してもよいし、1本の金属ワイヤ46で電極パッド3A〜3Dを順に接続してもよい。
The
金属ワイヤ46は例えばリバースボンディングを適用して接続されている。すなわち、電極パッド3上には図示を省略した金属バンプが予め形成されている。金属ワイヤ46の一端は回路基板42の接続パッド44にボール接続されており、他端は電極パッド3上に形成された金属バンプに接続されている。そして、回路基板42上に積層された複数の半導体素子1A〜1Dを、金属ワイヤ46と共に樹脂封止部47で封止することよって、積層構造を有する半導体パッケージ41が構成される。樹脂封止部47には一般的なエポキシ樹脂等が用いられ、その形成にはトランスファー成形等が適用される。
The
図10は4個の半導体素子1A〜1Dを階段状に積層し、さらにその上にスペーサ48を介して4個の半導体素子1E〜1Hを反対方向に階段状に積層した状態を示している。図10に示す半導体パッケージ41において、第1ないし第4の半導体素子1A〜1Dは各電極パッド3A〜3Dが露出するように階段状に積層されており、第5ないし第8の半導体素子1E〜1Hは各電極パッド3E〜3Hが露出するように、第1ないし第4の半導体素子1A〜1Dとは反対方向に階段状に積層されている。
FIG. 10 shows a state in which four
この場合にも図9と同様に、第1の半導体素子1Aはその裏面側に存在する絶縁性接着剤層13を介して回路基板42の素子搭載部に接着される。第2ないし第4の半導体素子1B〜1Dはその裏面側に存在する絶縁性接着剤層13を介して下層側の半導体素子と接着される。第4の半導体素子1Eはその裏面側に存在する絶縁性接着剤層13を介してスペーサ48に接着され、第5ないし第8の半導体素子1E〜1Hはその裏面側に存在する絶縁性接着剤層13を介して下層側の半導体素子と接着される。
Also in this case, as in FIG. 9, the
第1ないし第4の半導体素子1A〜1Dの電極パッド3A〜3Dは第1の金属ワイヤ46Aを介して第1の接続パッド44Aと接続され、第5ないし第8の半導体素子1E〜1Hの電極パッド3E〜3Hは第2の金属ワイヤ46Bを介して第2の接続パッド44Bと接続されている。第1ないし第4の半導体素子1A〜1Dの電極パッド3A〜3Dのうち、電気特性や信号特性が等しい電極パッド3A〜3Dは第1の金属ワイヤ46Aで順に接続されている。第5ないし第8の半導体素子1E〜1Hも同様であり、電気特性や信号特性が等しい電極パッド3E〜3Hは第2の金属ワイヤ46Bで順に接続されている。
The
上述した半導体パッケージ41においては、半導体素子1の裏面のみならず、側面や表面の外周領域も絶縁性接着剤層13で覆われているため、金属ワイヤ47のループ高さを半導体素子1の角部と接触しないように維持する必要がない。従って、金属ワイヤ46のループ高さを極力低くすることができる。特に、最上段に位置する半導体素子1に接続された金属ワイヤ46のループ高さは樹脂封止部47の厚さ、ひいては半導体パッケージ41の厚さに影響を及ぼすが、これを低くすることで半導体パッケージ41の厚さ自体を薄くすることが可能となる。すなわち、複数の半導体素子1を積層して搭載した半導体パッケージ41の小型・薄型化、さらに高歩留化や高信頼性化等を実現することができる。
In the
さらに、金属ワイヤ47は半導体素子1の表面に存在する絶縁保護膜12や絶縁性接着剤層13に接触させることができるため、トランスファー成形等を適用して樹脂封止部47を形成する際の樹脂流によるワイヤ流れを防止することができる。これは金属ワイヤ46を絶縁保護膜12や絶縁性接着剤層13に接触させることで、樹脂流に対する抵抗力が向上することに加えて、金属ワイヤ46のワイヤ立ち上り部が転倒しにくくなることによる。そして、金属ワイヤ46のワイヤ流れを防ぐことによって、異電位ワイヤ間の接触によるショート不良の発生等を抑制することができる。従って、積層構造を有する半導体パッケージ41の製造歩留りや信頼性をさらに高めることが可能となる。
Furthermore, since the
図9や図10では電極パッド3と接続パッド44との間を電気的に接続する接続部材として金属ワイヤ46を用いているが、接続部材はこれに限られるものではない。前述したように、半導体素子1の表面は絶縁保護膜12や絶縁性接着剤層13で覆われていると共に、側面も絶縁性接着剤層13で覆われているため、電極パッド3と接続パッド44との間に導電性樹脂の塗布層を形成することができる。このように、接続部材には導電性樹脂の塗布層等を適用することも可能であり、この場合には接続部材の高さをさらに低くすることができる。従って、複数の半導体素子1を積層して搭載した半導体パッケージ41の小型・薄型化、さらに高歩留化や高信頼性化等を実現することが可能となる。
9 and 10, the
上述した実施形態の半導体パッケージ41は、例えば以下のようにして作製される。まず、図11Aに示すように、回路基板42上に第1の半導体素子1Aを配置し、さらにその上に第2の半導体素子1Bを階段状に配置する。同様に、第2の半導体素子1B上に第3および第4の半導体素子1C、1Dを順に配置する。次いで、図11Bに示すように、回路基板42上に第1ないし第4の半導体素子1A〜1Dを積層した積層物を熱処理して、回路基板42と第1の半導体素子1Aとの間、および各半導体素子1間を接着する。
The
回路基板42と第1の半導体素子1Aとの間、および各半導体素子1間の接着は、半導体素子1の裏面に設けられた絶縁性接着剤層13により実施される。絶縁性接着剤層13に半硬化状態の熱硬化性絶縁樹脂を適用した場合、接着後の絶縁性接着剤層13は硬化状態(Cステージ)の絶縁樹脂となる。このように、半導体パッケージ41を作製した段階においては、半導体素子1は硬化状態(Cステージ)の絶縁樹脂層(絶縁性接着剤層)13を介して回路基板42もしくは隣接する半導体素子1と接着されている。
Adhesion between the
次いで、図11Cに示すように、回路基板42の接続パッド44と各半導体素子1A〜1Dの電極パッド3A〜3Dとを金属ワイヤ46で電気的に接続する。接続部材として導電性樹脂を用いる場合には、回路基板42の接続パッド44と各半導体素子1A〜1Dの電極パッド3A〜3Dとを電気的に接続するように、半導体素子1の表面(絶縁保護膜12および絶縁性接着剤層13で覆われた表面)および側面(絶縁性接着剤層13で覆われた側面)、さらに回路基板42の表面に導電性樹脂を塗布する。導電性樹脂の塗布にはディスペンサ等が用いられる。この後、樹脂封止工程や外部接続端子の形成工程を経ることによって、半導体パッケージ41が作製される。
Next, as illustrated in FIG. 11C, the
次に、本発明の第2の実施形態による半導体パッケージについて、図12および図13を参照して説明する。図12は第2の実施形態による半導体パッケージの構成を示す断面図である。図12に示す半導体パッケージ51は、第1の実施形態と同様に回路基材として配線基板52を有している。配線基板52の構成は第1の実施形態と同様である。配線基板52の下面側には外部接続端子53として半田バンプ等が設けられている。
Next, the semiconductor package by the 2nd Embodiment of this invention is demonstrated with reference to FIG. 12 and FIG. FIG. 12 is a cross-sectional view showing the configuration of the semiconductor package according to the second embodiment. The
回路基板52の上面には素子搭載部が設けられており、その周囲には外部接続端子53と配線網を介して電気的に接続された接続パッド54が設けられている。回路基板52の素子搭載部には複数の半導体素子1が積層されて搭載されており、半導体素子群55を構成している。図12は4個の半導体素子1A〜1Dを積層した状態を示しているが、半導体素子1の積層数はこれに限らず、複数個(2個以上)であればよい。第1ないし第4の半導体素子1A〜1Dは矩形状でかつ同一の形状を有し、それぞれ長辺および短辺を揃えて積層されている。回路基板52に対する素子占有面積が最小となるように、第1ないし第4の半導体素子1A〜1Dはそれぞれ各辺を揃えて積層されている。
An element mounting portion is provided on the upper surface of the
第1ないし第4の半導体素子1A〜1Dの電極パッド3A〜3Dは、回路基板52の接続パッド54と第1ないし第4の金属ワイヤ56A〜56Dを介して電気的に接続されている。金属ワイヤ56には一般的なAuワイヤやCuワイヤ等の金属細線が用いられる。金属ワイヤ56はループ高さを低減することが可能な逆ボンディングを適用してワイヤボンディングすることが好ましい。すなわち、電極パッド3上に予め金属バンプを形成しておき、金属ワイヤ56の一端を接続パッド54にボール接続し、他端を電極パッド3上に形成された金属バンプに接続することが好ましい。
The
第1ないし第4の半導体素子1A〜1Dは各辺を揃えて積層されているため、第1ないし第3の半導体素子1A、1B、1Cに接続された第1ないし第3の金属ワイヤ56A、56B、56Cにはそれぞれ上段側の半導体素子1が干渉する。そこで、第1の金属ワイヤ56Aの電極パッド3Aとの接続側端部(素子側端部)は、上段に位置する第2の半導体素子1Bの絶縁性接着剤層13内に埋め込まれている。同様に、第2および第3の金属ワイヤ56B、56Cの素子側端部は、それぞれ上段に位置する第3および第4の半導体素子1C、1Dの絶縁性接着剤層13内に埋め込まれている。
Since the first to
第1ないし第3の金属ワイヤ56A、56B、56Cの素子側端部が埋め込まれる第2ないし第4の半導体素子1B、1C、1Dの絶縁性接着剤層13は、スペーサ層としての機能を併せ持つものである。前述した実施形態と同様に、金属ワイヤ56は半導体素子1の表面(絶縁保護膜12および絶縁性接着剤層13で覆われた表面)を這わせることができるため、その高さを極力低くすることができる。このことは、第1ないし第3の半導体素子1A、1B、1Cに接続された金属ワイヤ56A、56B、56Cについては埋め込みに必要な厚さを薄くできることを意味し、最上段の第4の半導体素子1Dに接続された金属ワイヤ56Dについては樹脂封止厚を薄くできることを意味する。
The insulating
スペーサ層として機能させる絶縁性接着剤層13の厚さは、ループ高さを維持する必要があった従来装置の金属ワイヤを埋め込む場合に比べて薄くすることができる。具体的には、スペーサ層として機能する絶縁性接着剤層13の厚さは60μm以下とすることができる。ただし、あまり薄くしすぎるとスペーサ層としての機能が低下するため、絶縁性接着剤層13の厚さは30μm以上とすることが好ましい。さらに、第1ないし第4の半導体素子1A〜1Dを金属ワイヤ56A〜56Dと共に封止する樹脂封止部57の厚さを薄くすることができる。従って、複数の半導体素子1を積層して搭載した半導体パッケージ51の小型・薄型化、さらに高歩留化や高信頼性化等を実現することが可能となる。
The thickness of the insulating
この実施形態の半導体パッケージ51は、例えば以下のようにして作製される。まず、図13Aに示すように、回路基板52上に第1の半導体素子1Aを接着する。第1の半導体素子1Aはその裏面に設けられた絶縁性接着剤層13を介して回路基板52と接着される。続いて、回路基板52の接続パッド54と第1の半導体素子1Aの電極パッド3Aとを第1の金属ワイヤ56Aで電気的に接続する。次いで、図13Bに示すように、第1の半導体素子1A上に第2の半導体素子1Bを接着する。第2の半導体素子1Bはその裏面に設けられた絶縁性接着剤層13を介して第1の半導体素子1Aと接着される。
The
この際、第1の半導体素子1Aに接続された第1の金属ワイヤ56Aの素子側端部は、接着工程時に軟化もしくは溶融した第2の半導体素子1Bの絶縁性接着剤層13内に埋め込まれる。第1の金属ワイヤ56Aは第2の半導体素子1Bを接着する際の圧力で、第1の半導体素子1Aの表面と接触しつつ、第2の半導体素子1Bの絶縁性接着剤層13内に埋め込まれる。同様にして、第2の金属ワイヤ56Bの接続、第3および第4の半導体素子1C、1Dの接着、および第3および第4の金属ワイヤ56C、56Dの接続を実施する。この後、樹脂封止工程や外部接続端子の形成工程を経ることによって、小型・薄型で信頼性に優れた半導体パッケージ51が作製される。
At this time, the element side end portion of the
なお、本発明は上記した各実施形態に限定されるものではなく、積層して回路基材上に搭載される各種構造の半導体素子、さらに回路基材上に複数の半導体素子を積層して搭載した各種構造の半導体パッケージに適用することができる。そのような半導体素子や半導体パッケージについても、本発明に含まれるものである。本発明の実施形態は本発明の技術的思想の範囲内で拡張もしくは変更することができ、この拡張、変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれるものである。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and semiconductor elements having various structures that are stacked and mounted on a circuit substrate, and further, a plurality of semiconductor elements are stacked and mounted on the circuit substrate. The present invention can be applied to semiconductor packages having various structures. Such semiconductor elements and semiconductor packages are also included in the present invention. Embodiments of the present invention can be expanded or modified within the scope of the technical idea of the present invention, and these expanded and modified embodiments are also included in the technical scope of the present invention.
1…半導体素子、2…半導体基板、2a…表面、2b…裏面、2c…側面、3…電極パッド、5…素子領域、6…外周領域(ダイシング領域)、7…積層膜、12…絶縁保護膜、13…絶縁性接着剤層、41,51…半導体パッケージ、42,52…回路基板、44,54…接続パッド、45,55…半導体素子群、46,56…金属ワイヤ、47,57…樹脂封止部。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記半導体素子本体の表面に配置された電極パッドと、
前記電極パッドを露出させつつ、前記表面をその外周領域を除いて覆う絶縁保護膜と、
前記半導体素子本体の裏面、側面および前記表面と前記側面との間の角部を少なくとも覆うように形成された絶縁性接着剤層と
を具備することを特徴とする半導体素子。 A semiconductor element body;
An electrode pad disposed on a surface of the semiconductor element body;
An insulating protective film that covers the surface excluding the outer peripheral region while exposing the electrode pad;
A semiconductor element comprising: a back surface, a side surface, and an insulating adhesive layer formed to cover at least a corner portion between the front surface and the side surface of the semiconductor element body.
前記絶縁性接着剤層は前記絶縁保護膜で覆われていない前記表面の外周領域まで覆うように形成されていることを特徴とする半導体素子。 The semiconductor device according to claim 1,
The semiconductor element, wherein the insulating adhesive layer is formed so as to cover an outer peripheral region of the surface that is not covered with the insulating protective film.
前記絶縁性接着剤層は半硬化状態の熱硬化性絶縁樹脂層を備えることを特徴とする半導体素子。 The semiconductor device according to claim 1 or 2,
The insulating adhesive layer includes a semi-cured thermosetting insulating resin layer.
前記回路基材の前記素子搭載部上に積層されて搭載された、請求項1ないし請求項3のいずれか1項記載の半導体素子を複数備える半導体素子群であって、前記複数の半導体素子は前記絶縁性接着剤層を介して接着されている半導体素子群と、
前記回路基材の前記接続部と前記複数の半導体素子の前記電極パッドとを電気的に接続する接続部材と、
前記複数の半導体素子を前記接続部材と共に封止する封止部と
を具備することを特徴とする半導体パッケージ。 A circuit substrate having an element mounting portion and a connection portion;
4. A semiconductor element group comprising a plurality of semiconductor elements according to claim 1, wherein the plurality of semiconductor elements are stacked and mounted on the element mounting portion of the circuit substrate. A group of semiconductor elements bonded via the insulating adhesive layer;
A connection member for electrically connecting the connection portion of the circuit substrate and the electrode pads of the plurality of semiconductor elements;
A semiconductor package comprising: a sealing portion that seals the plurality of semiconductor elements together with the connection member.
前記複数の半導体素子は前記電極パッドを露出させるように階段状に積層されていることを特徴とする半導体パッケージ。 The semiconductor package according to claim 4, wherein
The semiconductor package, wherein the plurality of semiconductor elements are stacked stepwise so as to expose the electrode pads.
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