JP2010232702A - Laminated semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は積層型半導体装置に関する。 The present invention relates to a stacked semiconductor device.
NAND型フラッシュメモリ等を内蔵するメモリカード(半導体メモリカード)は、急速に小型化と高容量化が進められている。小型化されたメモリカードを実現するために、メモリ素子やコントローラ素子等の半導体素子は配線基板上に積層して搭載されている。半導体素子の電極パッドはワイヤボンディングを適用して配線基板の接続パッドと電気的に接続される。さらに、メモリカードの高容量化を図るために、メモリ素子自体も配線基板上に多段に積層されるようになってきている。 A memory card (semiconductor memory card) incorporating a NAND flash memory or the like has been rapidly reduced in size and capacity. In order to realize a miniaturized memory card, semiconductor elements such as a memory element and a controller element are stacked and mounted on a wiring board. The electrode pads of the semiconductor element are electrically connected to the connection pads of the wiring board by applying wire bonding. Furthermore, in order to increase the capacity of memory cards, memory elements themselves are also stacked in multiple stages on a wiring board.
メモリ素子の積層数は増加傾向にあり、メモリカードの記憶容量に応じて4段、さらには8段もしくはそれ以上に積層することが検討されている。半導体素子(メモリ素子)を多段に積層するためには1個当りの素子厚を薄くする必要がある。素子厚を薄くした半導体素子にワイヤボンディングを適用した場合、ボンディング荷重で半導体素子がダメージを受けるおそれがある。そこで、複数の半導体素子を電極パッドが露出するように階段状に積層すると共に、複数の半導体素子の電極パッド間や電極パッドと配線基板の接続パッドとの間を導電層で電気的に接続することが検討されている(特許文献1,2参照)。
The number of stacked memory elements tends to increase, and it has been studied to stack four layers or even eight or more depending on the storage capacity of the memory card. In order to stack semiconductor elements (memory elements) in multiple stages, it is necessary to reduce the thickness of each element. When wire bonding is applied to a semiconductor element having a thin element thickness, the semiconductor element may be damaged by a bonding load. Accordingly, a plurality of semiconductor elements are stacked in a stepped manner so that the electrode pads are exposed, and the electrode pads of the plurality of semiconductor elements and the electrode pads and the connection pads of the wiring board are electrically connected by a conductive layer. (See
複数の半導体素子を単に階段状に積層した場合には、半導体素子の積層数が増加するにつれて階段方向の長さが長くなり、配線基板に対する半導体素子の占有面積が増加する。このような点に対して、例えば半導体素子を階段状に積層した複数の素子群をスペーサ層等を介して積み重ねたり、あるいは階段方向を反対方向に向けた複数の素子群を積み重ねることによって、配線基板に対する半導体素子の占有面積を低減することができる。ただし、この場合には素子群内の電極パッド間の接続には導電層が適用できるものの、上方に位置する素子群の半導体素子と配線基板とを導電層で接続することが困難となる。 When a plurality of semiconductor elements are simply stacked in a staircase pattern, the length in the staircase direction increases as the number of stacked semiconductor elements increases, and the area occupied by the semiconductor elements with respect to the wiring board increases. For such a point, for example, by stacking a plurality of element groups in which semiconductor elements are stacked stepwise via a spacer layer or the like, or by stacking a plurality of element groups in which the staircase directions are opposite to each other, wiring is performed. The area occupied by the semiconductor element with respect to the substrate can be reduced. However, in this case, although a conductive layer can be applied to the connection between the electrode pads in the element group, it is difficult to connect the semiconductor element of the element group located above and the wiring board with the conductive layer.
また、電気特性や信号特性が等しい電極パッドについては、階段状に積層された複数の半導体素子の電極パッドを導電層で順に接続することができる。しかし、チップセレクト等を行う制御信号用の電極パッドに関しては、制御信号に応じて複数の半導体素子の電極パッドを個々に配線基板の接続パッドと接続しなければならない場合がある。半導体素子と配線基板との接続に金属ワイヤを用いた場合、金属ワイヤに入線角度を付けることによって、複数の半導体素子の電極パッドを個々に配線基板の接続パッドと接続することができるものの、単に導電層を適用しただけでは接続パッドとの接続が困難になる。 For electrode pads having the same electrical characteristics and signal characteristics, the electrode pads of a plurality of semiconductor elements stacked in a staircase pattern can be sequentially connected by a conductive layer. However, with respect to the control signal electrode pads for performing chip selection or the like, there are cases where the electrode pads of a plurality of semiconductor elements must be individually connected to the connection pads of the wiring board in accordance with the control signals. When a metal wire is used for the connection between the semiconductor element and the wiring board, the electrode pads of a plurality of semiconductor elements can be individually connected to the connection pads of the wiring board by giving an angle of entry to the metal wire. The connection with the connection pad becomes difficult only by applying the conductive layer.
本発明の目的は、複数の半導体素子を配線基板上に多段に積層するにあたって、複数の半導体素子の電極パッド間の接続に導電層を適用した上で、半導体素子の電極パッドと配線基板の接続パッドとの間を容易に接続することを可能にした積層型半導体装置を提供することにある。 The object of the present invention is to apply a conductive layer to the connection between the electrode pads of the plurality of semiconductor elements and to connect the electrode pads of the semiconductor element to the wiring board when laminating the plurality of semiconductor elements on the wiring substrate in multiple stages. It is an object of the present invention to provide a stacked semiconductor device that can be easily connected to pads.
本発明の態様に係る積層型半導体装置は、接続パッドを有する配線基板と、外形の一辺に沿って配列された電極パッドを有する複数の半導体素子を備え、前記複数の半導体素子は前記配線基板上にパッド配列辺を同方向に向け、かつ前記電極パッドが露出するように階段状に積層されている素子群と、少なくとも前記複数の半導体素子の前記電極パッド間を接続する導電層と、前記素子群を封止するように、前記配線基板上に形成された封止樹脂層とを具備し、前記導電層は、前記複数の半導体素子が有する前記電極パッドを直線状に接続する第1導電層と、前記複数の半導体素子の階段部分の段面に相当する露出面上を引き回されている第2導電層とを有することを特徴としている。 A stacked semiconductor device according to an aspect of the present invention includes a wiring board having connection pads and a plurality of semiconductor elements having electrode pads arranged along one side of the outer shape, and the plurality of semiconductor elements are on the wiring board. A group of elements stacked in a staircase pattern so that the pad array sides are directed in the same direction and the electrode pads are exposed; a conductive layer connecting at least the electrode pads of the plurality of semiconductor elements; and the element A sealing resin layer formed on the wiring substrate so as to seal a group, and the conductive layer is a first conductive layer that linearly connects the electrode pads of the plurality of semiconductor elements. And a second conductive layer routed on an exposed surface corresponding to the step surface of the stepped portions of the plurality of semiconductor elements.
本発明の態様に係る積層型半導体装置によれば、複数の半導体素子の階段部分における露出面上で導電層を引き回しているため、半導体素子と配線基板とを容易に接続することができる。 According to the stacked semiconductor device of the aspect of the present invention, since the conductive layer is routed on the exposed surface in the stepped portion of the plurality of semiconductor elements, the semiconductor elements and the wiring board can be easily connected.
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記憶装置(積層型半導体装置)の構成を示す図であって、図1は半導体記憶装置(積層型半導体装置)の平面図、図2はそのA−A線に沿った断面図(長辺方向に切断した断面図)である。これらの図に示される半導体記憶装置(積層型半導体装置)1は半導体メモリカードを構成しており、例えば半導体記憶装置1のみでマイクロSDTM規格のメモリカード(マイクロSDTMカード)として使用されるものである。すなわち、半導体記憶装置1はケースレスのメモリカードである。
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 memory device (stacked semiconductor device) according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a plan view of the semiconductor memory device (stacked semiconductor device), and FIG. It is sectional drawing (sectional drawing cut | disconnected in the long side direction) along the AA line. The semiconductor memory device (laminated semiconductor device) 1 shown in these drawings constitutes a semiconductor memory card, and is used as a micro SD ™ standard memory card (micro SD ™ card) only by the
半導体記憶装置1は素子実装基板と端子形成基板とを兼ねる配線基板2を備えている。配線基板2は、例えば絶縁性樹脂基板の内部や表面に配線網を設けたものであり、具体的にはガラス−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板が適用される。配線基板2は、端子形成面となる第1の主面2aと、素子実装面となる第2の主面2bとを備えている。
The
配線基板2は概略矩形状の外形を有している。配線基板2の一方の短辺3Aはメモリカードをカードスロットに挿入する際の先端部に相当する。他方の短辺3Bはメモリカードの後方部に相当する。配線基板2の一方の長辺4Aは直線形状であるのに対し、他方の長辺4Bはメモリカードの前後や表裏の向きを示す切り欠き部やくびれ部を有している。さらに、配線基板2の各角部は曲線状(R形状)とされている。
The
配線基板2の第1の主面2aには、メモリカードの入出力端子となる外部接続端子5が形成されている。外部接続端子5は電解めっき等により形成された金属層で構成されている。なお、配線基板2の第1の主面2aはメモリカードの表面に相当する。さらに、配線基板2の第1の主面2aには、外部接続端子5の形成領域を除く領域に第1の配線網(図示せず)が設けられている。第1の配線網は例えばメモリカードのテストパッドを有している。第1の主面2aに設けられた第1の配線網は、絶縁性の接着シールや接着テープ等を用いた絶縁層(図示せず)で覆われている。
On the first main surface 2 a of the
配線基板2の第2の主面2bは、素子搭載部6と接続パッド7を含む第2の配線網とを備えている。なお、配線基板2の第2の主面2bはメモリカードの裏面に対応するものである。接続パッド7を有する第2の配線網は、配線基板2の図示を省略した内部配線(スルーホール等)を介して、外部接続端子5や第1の配線網と電気的に接続されている。接続パッド7は、短辺3Aに沿った第1のパッド領域8Aと長辺4Aに沿った第2のパッド領域8Bのそれぞれに配置されている。
The second main surface 2 b of the
配線基板2の素子搭載部6には、複数のメモリ素子(半導体素子)9が搭載されている。メモリ素子9としてはNAND型フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子が用いられる。メモリ素子9上にはコントローラ素子(半導体素子)10が積層されている。コントローラ素子10は、複数のメモリ素子9からデータの書き込みや読み出しを行うメモリ素子を選択(チップセレクト)し、選択したメモリ素子9へのデータを書き込み、また選択したメモリ素子9に記憶されたデータの読み出し等を行う。
A plurality of memory elements (semiconductor elements) 9 are mounted on the element mounting portion 6 of the
複数のメモリ素子9は第1ないし第4の素子群(メモリ素子群)11、12、13、14に分けられており、これら素子群11〜14は配線基板2の第1の主面2a上に積み重ねられている。各素子群11〜14はそれぞれ4個のメモリ素子9と1個の中継素子15とで構成されている。具体的には、第1の素子群11は配線基板2の素子搭載部6上に配置された第1の中継素子15Aを有している。第1の素子群11を構成する4個のメモリ素子9は第1の中継素子15A上に順に階段状に積層されている。
The plurality of
各メモリ素子9は矩形状の同一形状を有し、それぞれ電極パッド16を備えている。電極パッド16はメモリ素子9の外形の一辺、具体的には一方の短辺に沿って配列されている。このように、メモリ素子9は短辺片側パッド構造を有している。同様に、中継素子15は、その外形の一辺(具体的には一方の短辺)に沿って配列された中継パッド17を備え、メモリ素子9より若干大きい矩形状の外形を有している。中継素子15としては素子構造を持たない中継用半導体素子(Siインターボーザ等)が用いられ、これは通常の半導体素子(Si素子等)と同様な工程で作製される。
Each
第1の中継素子15Aは、中継パッド17が形成された電極形成面を上方に向けて、配線基板2の素子搭載部6上に接着層(図示せず)を介して接着されている。接着層には一般的なポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等を主成分とするダイアタッチフィルム(接着剤フィルム)が用いられる。メモリ素子9の接着層も同様である。第1の中継素子15Aはパッド配列辺(一方の短辺)を配線基板2の短辺3Aに向けて配置されている。すなわち、第1の中継素子15Aは中継パッド17が配線基板2の第1のパッド領域8Aの近傍に位置するように配置されている。
The
第1の素子群11を構成する4個のメモリ素子9のうち、最下段のメモリ素子9は電極パッド16が形成された電極形成面を上方に向け、かつ中継パッド17が露出するように短辺を長辺方向にずらして、第1の中継素子15A上に接着層(図示せず)を介して接着されている。同様に、残りの3個のメモリ素子9は下段側のメモリ素子9の電極パッド16が露出するように短辺を長辺方向にずらして、最下段のメモリ素子9上にそれぞれ接着層(図示せず)を介して順に接着されている。
Of the four
このように、4個のメモリ素子9はそれぞれ第1の中継素子15Aとパッド配列辺を同方向に向け、かつ長辺を揃えると共に、中継パッド17および下段側のメモリ素子9の電極パッド16が露出するように短辺を長辺方向にずらして、第1の中継素子15A上に順に階段状に積層されている。すなわち、第1の中継素子15Aと4個のメモリ素子9は中継パッド17および各電極パッド16が露出するように階段状に積層されている。従って、第1の中継素子15Aの中継パッド17と4個のメモリ素子9の各電極パッド16はいずれも上方に向けて露出させた状態で、第1のパッド領域8Aの近傍に位置している。
As described above, the four
第1の素子群12上には第2ないし第4の素子群12〜14が順に積み重ねられている。第2ないし第4の素子群12〜14はそれぞれ第1の素子群12と同様な構成を有している。第2の素子群12は、第1の素子群11の最上段のメモリ素子9上に接着層(図示せず)を介して接着された第2の中継素子15Bと、その上に順に階段状に積層された4個のメモリ素子9とを備えている。第2の素子群12を構成する4個のメモリ素子9は、第1の素子群11を構成するメモリ素子9と同様な構成を有している。第2の中継素子15Bも第1の中継素子15Aと同様な構成を有している。第3および第4の素子群13、14を構成するメモリ素子9および中継素子15C、15Dも同様である。
On the first element group 12, second to fourth element groups 12 to 14 are sequentially stacked. The second to fourth element groups 12 to 14 each have the same configuration as the first element group 12. The second element group 12 includes a second relay element 15B bonded to the
第2の素子群12を構成する第2の中継素子15Bと4個のメモリ素子9は、それぞれパッド配列辺を同方向に向け、かつ長辺方向を揃えると共に、中継パッド17および下段側のメモリ素子9の電極パッド16が露出するように、短辺を長辺方向にずらして階段状に積層されている。第2の素子群12は第1の素子群11と階段方向を同方向に向けて積層されている。従って、第2の中継素子15Bの中継パッド17と4個のメモリ素子9の各電極パッド16は、第1の素子群11と同様に、いずれも上方に向けて露出させた状態で、第1のパッド領域8Aの近傍に位置している。
The second relay element 15B and the four
同様に、第3の素子群13は第2の素子群12上に配置された第3の中継素子15Cと4個のメモリ素子9とで構成されており、第4の素子群14は第3の素子群13上に配置された第4の中継素子15Dと4個のメモリ素子9とで構成されている。第3および第4の中継素子15C、15Dは、下段側の素子群12、13の最上段のメモリ素子9上に接着層(図示せず)を介して接着されている。第3および第4の素子群13、14を構成する中継素子15C、15Dと4個のメモリ素子9は、それぞれパッド配列辺を同方向に向け、かつ中継パッド17および下段側のメモリ素子9の電極パッド16が露出するように、第1の素子群11と同方向に向けて階段状に積層されている。
Similarly, the third element group 13 includes a third relay element 15C disposed on the second element group 12 and four
第2ないし第4の素子群12〜14は第1の素子群11と素子配置や積層構造を揃えて階段状に積層されている。このように、第1ないし第4の素子群11〜14はそれぞれ階段方向、素子配置および積層構造が同一となるように構成されている。従って、各中継パッド17や電極パッド16を露出させた上で、配線基板2に対する中継素子15およびメモリ素子9の占有面積の増大を抑制している。すなわち、半導体記憶装置1の素子占有面積は、各素子群11〜14の配線基板2に対する投影面積を揃えているため、1つの素子群の占有面積(実際には中継素子15の面積)となる。従って、複数のメモリ素子9を具備する半導体記憶装置1の小型化を図ることが可能となる。
The second to fourth element groups 12 to 14 are stacked stepwise with the
ただし、第2ないし第4の素子群12〜14を構成する第2ないし第4の中継素子15B〜15Dは、それぞれ下段側の素子群11〜13からはみ出して配置されることになる。従って、第2ないし第4の中継素子15B〜15Dの各中継パッド17の下方は中空状態となる。すなわち、第2ないし第4の中継素子15B〜15Dはオーバーハング構造となる。そこで、第2ないし第4の中継素子15B〜15Dのオーバーハング部分の下方(中空部)には、それぞれ絶縁樹脂18が充填されている。絶縁樹脂18としては、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂等の熱硬化性樹脂が用いられる。絶縁樹脂18は配線基板2上に各素子群11〜14を配置した後に液状樹脂を充填し、これを硬化させることにより形成される。液状樹脂はディスペンサ等を用いて注入される。
However, the 2nd thru | or 4th relay elements 15B-15D which comprise the 2nd thru | or 4th element groups 12-14 will be arrange | positioned and protruded from the element groups 11-13 of the lower stage side, respectively. Therefore, the lower part of each
各素子群11〜14を構成する4個のメモリ素子9の電極パッド16間は、図3および図4に示すように導電層19で電気的に接続されている。メモリ素子9の電極パッド16と中継素子15の中継パッド17との間も、同様に導電層19で電気的に接続されている。各素子群11〜14はそれぞれ同様な接続構造を有しているため、第1の素子群11の接続構造を代表例として図3および図4に示す。これらの図は第1の素子群11を構成する第1の中継素子15A上に4個のメモリ素子9、すなわち第1ないし第4の電極パッド16a〜16dを有する第1ないし第4のメモリ素子9a〜9dが順に階段状に積層された状態、特にメモリ素子9a〜9dの階段部分を示している。
The
導電層19は、第1ないし第4のメモリ素子9a〜9dの階段部分の段差部に相当する側面を介して、階段部分の段面に相当する露出面上に形成されている。このような導電層19は、例えば導電性材料の微粒子を溶媒やバインダ中に分散させた導電性ペースト(もしくは導電性塗料)を所望のパターンに応じて塗布することにより形成される。導電性材料の微粒子としては、金微粒子や銀微粒子等が用いられる。導電性ペーストは、例えばインクジェットヘッドから吐出させて塗布される。あるいは、スクリーン印刷法等のマスクを用いた印刷法を適用して、導電性ペーストを塗布してもよい。インクジェット法によれば、微細パターンを有する導電層19を再現性よく形成することができる。
The
メモリ素子9a〜9dの階段部分の段差部に相当する側面は、通常、半導体基板(Si基板等)が露出している場合が多い。そこで、各メモリ素子9a〜9dの側面は第1の絶縁層20で覆われている。導電層19は第1の絶縁層20上に形成される。このため、第1の絶縁層20はスロープ状に形成することが好ましい。これによって、導電層19の形成性を高めることができ、第1の絶縁層20上での配線切れの発生等を抑制することができる。第1の絶縁層20は導電層19と同様に、絶縁性ペースト(もしくは絶縁性塗料)をインクジェット法やマスクを用いた印刷法等を適用して塗布することにより形成される。あるいは、絶縁性の液状樹脂を塗布して形成してもよい。
In many cases, the semiconductor substrate (Si substrate or the like) is usually exposed at the side surface corresponding to the stepped portion of the staircase portion of the
ここで、第1ないし第4のメモリ素子9a〜9dの電極パッド16a〜16dの電気特性や信号特性等が等しい場合には、第1ないし第4のメモリ素子9a〜9dと中継素子15Aの階段部分に導電層19を直線状に形成することによって、第1ないし第4の電極パッド16a〜16dと中継パッド17との間を順に接続することができる。例えば、第1ないし第4のメモリ素子9a〜9dの電極パッド16のうち、データ信号用端子(IO)や電圧端子(Vcc)等に関しては、第1ないし第4の電極パッド16a〜16dが直線状の導電層191で順に接続されている。
Here, when the electrical characteristics and signal characteristics of the
一方、素子選択(チップセレクト)等の制御信号用端子(CE,RB等)に関しては、例えば制御信号に応じて各メモリ素子9a〜9dの電極パッド16a〜16d毎に配線基板2の接続パッド7(ここでは中継素子15Aの中継パッド17)と電気的に接続しなければならない場合がある。例えば、CE端子およびRB端子に関しては、第1および第2のメモリ素子9a、9bの電極パッド16a、16bと、第3および第4のメモリ素子9c、9dの電極パッド16c、16dとに分け、それぞれを個別に配線基板2の接続パッド7(ここでは中継素子15Aの中継パッド17)と電気的に接続する。
On the other hand, for control signal terminals (CE, RB, etc.) such as element selection (chip select), for example, the
このような場合、第1ないし第4の電極パッド16a〜16dを直線状の導電層19で順に接続することができず、また第3および第4の電極パッド16c、16dと中継パッド17との間に第1および第2の電極パッド16a、16bが存在することになるため、直接的に接続することができない。そこで、この実施形態の積層型半導体装置1においては、電極パッド16間および電極パッド16と中継パッド17との間を接続する導電層19の一部、具体的には制御信号用端子の接続に用いられる導電層19を、第1ないし第4のメモリ素子9a〜9dの階段部分の段差部に相当する露出面上で引き回している。
In such a case, the first to
具体的には、CE端子およびRB端子となる電極パッド16のうち、第1および第2のメモリ素子9a、9bの電極パッド16a、16bは導電層192で中継パッド17と接続している。第3および第4のメモリ素子9c、9dの電極パッド16c、16dについては、電極パッド16c、16d間を導電層193で接続し、さらに導電層193を露出面上で引き回し、各メモリ素子9の隣接する電極パッド16間に配置した後、中継パッド17と接続している。このように、導電層19の一部をメモリ素子9の露出面上で引き回すことによって、制御信号用の電極パッド16に関しても中継素子15の中継パッド17、ひいては配線基板2の接続パッド7と導電層19で良好に接続することができる。
Specifically, among the
導電層19の一部をメモリ素子9の露出面上で引き回すにあたって、図3に示すRB端子のように、各メモリ素子9の隣接する電極パッド16間にスペースが存在する場合には、電極パッド16間に直接導電層19を形成すればよい。一方、図3に示すCE端子のように、電極パッド16間に配線引き回し用のスペースが存在しない場合には、隣接する電極パッド16(非接続パッド)を第2の絶縁層21で覆った後、その上に導電層19を形成する。すなわち、各メモリ素子9a〜9dの露出面上には導電層19の配線パターン(制御端子用配線の形成パターン)に応じて第2の絶縁層21が形成されている。そして、導電層19の一部は第2の絶縁層21上を介して引き回されている。第2の絶縁層21は第1の絶縁層20と同様にして形成することができる。
When a part of the
この実施形態の半導体記憶装置(積層型半導体装置)1においては、導電層19の一部をメモリ素子9の階段部分の段面に相当する露出面上で引き回しているため、制御信号用端子のようにメモリ素子9毎の接続が必要な場合おいても、メモリ素子9の電極パッド16と中継素子15の中継パッド17、ひいては配線基板2の接続パッド7と導電層19で良好に接続することができる。さらに、メモリ素子9の露出面に第2の絶縁層21を形成することによって、導電層19の引き回し性を高めることができる。従って、メモリ素子9の電極パッド16と中継素子15の中継パッド17、ひいては配線基板2の接続パッド7との接続を、より容易に導電層19で実施することが可能となる。
In the semiconductor memory device (stacked semiconductor device) 1 of this embodiment, a part of the
なお、メモリ素子9の露出面における導電層19の引き回しは、中継素子15とメモリ素子9とを用いて素子群を構成する場合に限らず、複数のメモリ素子9のみを用いて素子群を構成する場合にも有効である。この際、メモリ素子9の電極パッド16と配線基板2の接続パッド7との接続は導電層19で実施してもよい。また、例えば最下段のメモリ素子9の厚さのみを厚くした上で、最下段のメモリ素子9の電極パッド16と配線基板2の接続パッド7との接続にワイヤボンディングを適用してもよい。中継素子15と配線基板2との接続に導電層19を適用することを必ずしも除外するものではない。
The routing of the
中継素子15および複数のメモリ素子9の積層は配線基板2上に順に実施してもよいが、例えば図5ないし図7に示すように、中継素子15用の半導体ウエハ101上に複数のメモリ素子9を順に積層した後に半導体ウエハ101を切断し、中継素子15と複数のメモリ素子9との積層体を素子モジュールとして個片化することが好ましい。さらに、導電層19の形成についても、半導体ウエハ101上で実施することが好ましい。これらによって、各素子群に対応する中継素子15と複数のメモリ素子9との積層体の製造工数や製造コスト等を削減することができる。なお、図6および図7は半導体ウエハ101の1個の中継素子15に相当する素子領域102を示している。
The
まず、中継素子15用の半導体ウエハ101の各素子領域102に、複数のメモリ素子9を順に積層する。複数のメモリ素子9は接着層を介して接着される。次いで、各素子領域102の複数のメモリ素子9に対して絶縁層や導電層を順に形成する。この際、複数のノズルを有する印刷装置等を使用することによって、絶縁層や導電層の形成コストを低減することが可能となる。この後、半導体ウエハ101を各素子領域102に応じて切断することによって、各素子群に対応する素子モジュール(中継素子15と複数のメモリ素子9との積層体)を得ることができる。
First, a plurality of
さらに、上記した素子モジュールを配線基板2上に必要数だけ積み重ねることによって、積層型半導体装置1の元となる構造体が得られる。このように、中継素子15と複数のメモリ素子9との積層体を予め形成しておくことによって、積層型半導体装置1の製造工数や製造コスト等も削減することが可能となる。さらに、素子モジュールの段階で中継素子15の中継パッド17を利用して検査を実施することによって、積層型半導体装置1の不良発生率を抑制することができる。なお、素子モジュールの段階で検査した結果として、複数のメモリ素子9のいずれかが不良と判断された場合、不良のメモリ素子9を除く記憶容量分のモジュールとして使用することも可能である。
Further, a necessary number of the above-described element modules are stacked on the
上述したように、各素子群11〜14を構成するメモリ素子9の電極パッド16間、およびメモリ素子9の電極パッド16と中継素子15の中継パッド17との間は、導電層19を介して電気的に接続されている。さらに、各素子群11〜14を構成する中継素子15の中継パッド17は、それぞれ配線基板2の第1のパッド領域8Aに配置された接続パッド7と金属ワイヤ22を介して電気的に接続されている。すなわち、第1の中継素子15Aの中継パッド17は接続パッド7と第1の金属ワイヤ22Aを介して電気的に接続されている。同様に、第2ないし第4の中継素子15B〜15Dの中継パッド17は接続パッド7と第2ないし第4の金属ワイヤ22B〜22Dを介して電気的に接続されている。金属ワイヤ22には一般的なAu線やCu線等の金属細線が用いられる。
As described above, the
メモリ素子9の電極パッド16と中継素子15の中継パッド17との間を導電層19で接続した上で、中継パッド17と配線基板2の接続パッド7との間を金属ワイヤ22で接続することによって、メモリ素子9の保護と配線基板2との接続性の向上を両立させることができる。すなわち、メモリ素子9の電極パッド16間の接続には導電層19を適用しているため、メモリ素子9にワイヤボンディングを実施した場合のダメージの発生を回避することができる。さらに、配線基板2と直接接続される中継素子15は素子構造を持たないため、通常のワイヤボンディングを実施することができる。従って、積層位置が上方となる第2ないし第4の素子群12〜14を構成する中継素子15B〜15Dに関しても、配線基板2と容易に接続することができる。
The
加えて、第2ないし第4の素子群12〜14を構成する中継素子15B〜15Dの下方に存在する中空部には絶縁樹脂18が充填されているため、各中継パッド17にワイヤボンディングする際の接続不良やクラックの発生を防ぐことができる。なお、中継素子15と配線基板2とを金属ワイヤ22で接続する構造は、複数の素子群11〜14を積み重ねる場合に限らず、単一の素子群の中継素子15と配線基板2との接続に対しても有効である。前述した製造工程に示すように、中継素子15上への複数のメモリ素子9の積層および導電層19の形成はウエハ工程で実施することができる。従って、このような積層体を配線基板2上に配置した後に、通常のワイヤボンディング工程を実施して中継素子15と配線基板2とを接続することによって、製造コストの低減等を図ることが可能となる。
In addition, since the hollow portions existing below the relay elements 15B to 15D constituting the second to fourth element groups 12 to 14 are filled with the insulating
第4の素子群14(具体的には最上段のメモリ素子9)上には、コントローラ素子10が接着層(図示せず)を介して接着されている。コントローラ素子10はコ字型パッド構造を有しており、第1の外形辺に沿って配列された電極パッド23Aと第2の外形辺に沿って配列された電極パッド23Bと第3の外形辺に沿って配列された電極パッド23Cとを備えている。これら電極パッド23A〜23Cのうち、第2のパッド領域8Bの近傍に位置する電極パッド23Aは、第2のパッド領域8Bに配置された接続パッド7と金属ワイヤ24Aを介して電気的に接続されている。
On the fourth element group 14 (specifically, the uppermost memory element 9), the
第1のパッド領域8Aの近傍に位置する電極パッド23Bは、第1のパッド領域8Aに配置された接続パッド7と金属ワイヤ24Bを介して電気的に接続されている。第3の外形辺に沿って配列された電極パッド23Cに関しては、第1のパッド領域8Aに配置された接続パッド7と直接接続することが困難であることから、コントローラ素子10と隣接してコントローラ用の中継素子25が配置されている。第3の外形辺に沿って配列された電極パッド23Cは、コントローラ用の中継素子25を介して第1のパッド領域8Aに配置された接続パッド7と接続されている。
The
コントローラ用の中継素子25は1つの外形辺とそれと直交する他の外形辺のそれぞれに沿って配列された電極パッド(中継パッド)26A、26Bを有している。コントローラ用の中継素子25は電極パッド26Aがコントローラ素子10の電極パッド23Cと対向し、かつ電極パッド26Bが第1のパッド領域8Aの近傍に位置するように配置されている。中継素子25の電極パッド26Aはコントローラ素子10の電極パッド23Cと第1の中継用金属ワイヤ27Aを介して接続されており、電極パッド26Bは第2の中継用金属ワイヤ27Bを介して接続パッド7と電気的に接続されている。中継素子25は電極パッド26Aと電極パッド26Bとを繋ぐ配線層を有している。
The
メモリ素子9やコントローラ素子10が実装された配線基板2の第2の主面2bには、例えばエポキシ樹脂からなる封止樹脂層28がモールド成形されている。メモリ素子9やコントローラ素子10は、金属ワイヤ22、24、27等と共に封止樹脂層28で一体的に封止されている。封止樹脂層28の先端には、メモリカードの前方を示す傾斜部29が設けられている。封止樹脂層28の後方には封止樹脂を一部盛り上げた取手部30が設けられている。これらによって、半導体メモリカードとして用いられる半導体記憶装置1が構成されている。なお、図1では封止樹脂層28の図示を省略している。
On the second main surface 2b of the
半導体記憶装置1は、ベースカードのような収納ケースを用いることなく、それ単体で半導体メモリカード(例えばマイクロSDTMカード)を構成するものである。従って、封止樹脂層28等は直接外部に露出した状態とされる。すなわち、半導体記憶装置1は封止樹脂層28等を外部に露出させたケースレスの半導体メモリカードである。このため、上述したメモリカードの前後や表裏の向きを示す切り欠き部やくびれ部、また傾斜部29等は半導体記憶装置1自体に設けられている。
The
半導体記憶装置1でケースレスのマイクロSDTMカードを構成する場合、半導体記憶装置1の厚さ(カード厚)は、例えば700〜760μmの範囲に設定される。メモリ素子9とコントローラ素子10の積層厚(素子厚)は、それに配線基板2の厚さや封止樹脂層28のコントローラ素子10上での厚さ(素子上樹脂厚)を加えて、カード厚の範囲内とする必要がある。メモリ素子9の極薄化と導電層19の適用によって、半導体記憶装置1の高容量化と高信頼性化とを両立させることができる。言い換えると、薄型で高容量の半導体記憶装置1の製造歩留りや信頼性を高めることが可能となる。
When a caseless micro SD ™ card is configured with the
半導体記憶装置1は4個の素子群を有し、各素子群はそれぞれ1個の中継素子15と4個のメモリ素子9で構成されているため、合計4個の中継素子15と合計16個のメモリ素子9とを具備している。例えば、配線基板2の厚さを110μm、中継素子15、メモリ素子9およびコントローラ素子10の各厚さを18μm、第1の中継素子15Aの接着層の厚さを20μm、それを除く素子接着層の各厚さを5μm、封止樹脂層28の素子上樹脂厚を152μmとしたとき、これらの合計厚は760μmとなり、カード厚を満足させることができる。この際、記憶容量が1GBのメモリ素子9を16個使用した場合、16GBのマイクロSDTMカードを半導体記憶装置1で実現することが可能となる。
Since the
上述したように、メモリ素子9の電極パッド16間の接続に導電層19を適用することによって、メモリ素子9へのダメージを抑制することができる。従って、メモリ素子9の厚さを薄くした場合においても、半導体記憶装置1の信頼性を高めることが可能となる。この実施形態の半導体記憶装置1は、例えばメモリ素子9の厚さを30μm以下、さらには20μm以下というように薄くした場合に有効である。この実施形態のメモリ素子9は例えば30μm以下、さらには20μm以下の厚さを有している。ただし、メモリ素子9の厚さはこれに限定されるものではなく、例えば50μm程度の厚さを有するメモリ素子9を用いる場合においても導電層19を適用することができる。
As described above, by applying the
なお、配線基板2上に積み重ねる素子群の数、また各素子群を構成するメモリ素子(半導体素子)9の数は、上述した実施形態に限定されるものではない。各素子群は複数のメモリ素子(半導体素子)9を有していればよい。また、素子群の数は例えば半導体記憶装置1の記憶容量に応じて適宜に設定することができる。場合によっては単一の素子群(複数のメモリ素子9を備える)で半導体記憶装置1を構成してもよい。
The number of element groups stacked on the
また、上述した実施形態の半導体記憶装置1はそれら単体で構成するケースレスの半導体メモリカードに対して有効であるが、必ずしもベースカードのようなケースを用いた半導体メモリカードを除外するものではない。さらに、半導体メモリカード以外の半導体記憶装置にも適用可能である。具体的には、実施形態の装置構造はBGAパッケージ構造やLGAパッケージ構造を有する半導体記憶装置に適用することができる。
Further, the
本発明の積層型半導体装置は上記実施形態に限定されるものではなく、配線基板上に複数の半導体素子を積層して搭載した各種構造に適用可能である。本発明の積層型半導体装置の具体的な構造は、本発明の基本構成を満足するものであれば種々に変形が可能である。さらに、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、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 stacked semiconductor device of the present invention is not limited to the above embodiment, and can be applied to various structures in which a plurality of semiconductor elements are stacked and mounted on a wiring board. The specific structure of the stacked semiconductor device of the present invention can be variously modified as long as it satisfies the basic configuration of the present invention. Furthermore, the embodiments can be expanded or modified within the scope of the technical idea of the present invention, and the expanded and modified embodiments are also included in the technical scope of the present invention.
1…半導体記憶装置(積層型半導体装置)、2…配線基板、5…外部接続端子、6…素子搭載部、7…接続パッド、9…メモリ素子、10…コントローラ素子、11,12,13,14…素子群、15…中継素子、16,23…電極パッド、17…中継パッド、19…導電層、20…第1の絶縁層、21…第2の絶縁層、22,24…金属ワイヤ、28…封止樹脂層。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
外形の一辺に沿って配列された電極パッドを有する複数の半導体素子を備え、前記複数の半導体素子は前記配線基板上にパッド配列辺を同方向に向け、かつ前記電極パッドが露出するように階段状に積層されている素子群と、
少なくとも前記複数の半導体素子の前記電極パッド間を接続する導電層と、
前記素子群を封止するように、前記配線基板上に形成された封止樹脂層とを具備し、
前記導電層は、前記複数の半導体素子が有する前記電極パッドを直線状に接続する第1導電層と、前記複数の半導体素子の階段部分の段面に相当する露出面上を引き回されている第2導電層とを有することを特徴とする積層型半導体装置。 A wiring board having connection pads;
A plurality of semiconductor elements having electrode pads arranged along one side of the outer shape, wherein the plurality of semiconductor elements are stepped so that the pad arrangement sides are directed in the same direction on the wiring board and the electrode pads are exposed. A group of elements stacked in a shape;
A conductive layer connecting at least the electrode pads of the plurality of semiconductor elements;
A sealing resin layer formed on the wiring substrate so as to seal the element group;
The conductive layer is routed on a first conductive layer that linearly connects the electrode pads of the plurality of semiconductor elements, and an exposed surface corresponding to a stepped surface of a stepped portion of the plurality of semiconductor elements. A stacked semiconductor device comprising a second conductive layer.
さらに、前記複数の半導体素子の階段部分の段差部に相当する側面を覆う第1の絶縁層と、前記複数の半導体素子の前記露出面上に前記導電層の配線パターンに応じて形成された第2の絶縁層とを具備し、前記第2導電層は前記第2の絶縁層上を介して引き回されていることを特徴とする積層型半導体装置。 The stacked semiconductor device according to claim 1,
A first insulating layer covering a side surface corresponding to a stepped portion of the stepped portion of the plurality of semiconductor elements; and a first insulating layer formed on the exposed surface of the plurality of semiconductor elements according to the wiring pattern of the conductive layer. A stacked semiconductor device, wherein the second conductive layer is routed through the second insulating layer.
前記素子群は外形の一辺に沿って配列された中継パッドを有する中継素子を介して前記配線基板上に配置されており、前記中継パッドは前記電極パッドと前記導電層を介して電気的に接続されていると共に、前記接続パッドと金属ワイヤを介して電気的に接続されていることを特徴とする積層型半導体装置。 The stacked semiconductor device according to claim 1 or 2,
The element group is disposed on the wiring board via a relay element having a relay pad arranged along one side of the outer shape, and the relay pad is electrically connected to the electrode pad via the conductive layer. The stacked semiconductor device is electrically connected to the connection pad through a metal wire.
外形の一辺に沿って配列された中継パッドを有する中継素子と、前記中継素子上に配置され、外形の一辺に沿って配列された電極パッドを有する複数の半導体素子とを備え、前記中継素子および前記複数の半導体素子は前記配線基板上にパッド配列辺を同方向に向け、かつ前記中継パッドおよび前記電極パッドが露出するように階段状に積層されている素子群と、
前記複数の半導体素子の階段部分の段差部に相当する側面を覆う絶縁層と、
前記複数の半導体素子の前記電極パッドと前記中継素子の前記中継パッドとを電気的に接続する導電層であって、前記複数の半導体素子が有する前記電極パッドを直線状に接続する第1導電層と、前記複数の半導体素子の階段部分の段面に相当する露出面上を引き回されている第2導電層とを有する導電層と、
前記中継素子の前記中継パッドと前記配線基板の前記接続パッドとを電気的に接続する金属ワイヤと、
前記素子群を前記金属ワイヤと共に封止するように、前記配線基板上に形成された封止樹脂層と
を具備することを特徴とする積層型半導体装置。 A wiring board having connection pads;
A relay element having a relay pad arranged along one side of the outer shape; and a plurality of semiconductor elements arranged on the relay element and having an electrode pad arranged along one side of the outer shape; The plurality of semiconductor elements have a group of elements stacked in a staircase pattern so that the pad array side is directed in the same direction on the wiring board, and the relay pads and the electrode pads are exposed;
An insulating layer covering a side surface corresponding to a stepped portion of the stepped portion of the plurality of semiconductor elements;
A conductive layer that electrically connects the electrode pads of the plurality of semiconductor elements and the relay pads of the relay element, the first conductive layer connecting the electrode pads of the plurality of semiconductor elements linearly And a conductive layer having a second conductive layer routed on an exposed surface corresponding to the step surface of the stepped portion of the plurality of semiconductor elements,
A metal wire that electrically connects the relay pad of the relay element and the connection pad of the wiring board;
A laminated semiconductor device comprising: a sealing resin layer formed on the wiring substrate so as to seal the element group together with the metal wires.
外形の一辺に沿って配列された中継パッドを有する第1の中継素子と、前記第1の中継素子上に配置され、外形の一辺に沿って配列された電極パッドを有する複数の半導体素子とを備え、前記第1の中継素子および前記複数の半導体素子は前記配線基板上にパッド配列辺を同方向に向け、かつ前記中継パッドおよび前記電極パッドが露出するように階段状に積層されている第1の素子群と、
前記第1の素子群における前記複数の半導体素子の階段部分の段差部に相当する側面を覆う第1の素子群用絶縁層と、
前記第1の素子群を構成する前記複数の半導体素子の前記電極パッドと前記第1の中継素子の前記中継パッドとを電気的に接続する第1の素子群用導電層であって、前記複数の半導体素子が有する前記電極パッドを直線状に接続する第1導電層と、前記複数の半導体素子の階段部分の段面に相当する露出面上を引き回されている第2導電層とを有する第1の素子群用導電層と、
前記第1の中継素子の前記中継パッドと前記配線基板の前記接続パッドとを電気的に接続する第1の金属ワイヤと、
外形の一辺に沿って配列された中継パッドを有する第2の中継素子と、前記第2の中継素子上に配置され、外形の一辺に沿って配列された電極パッドを有する複数の半導体素子とを備え、前記第2の中継素子および前記複数の半導体素子は前記第1の素子群上にパッド配列辺を同方向に向け、かつ前記中継パッドおよび前記電極パッドが露出するように階段状に積層されている第2の素子群と、
前記第2の素子群における前記複数の半導体素子の階段部分の段差部に相当する側面を覆う第2の素子群用絶縁層と、
前記第2の素子群を構成する前記複数の半導体素子の前記電極パッドと前記第2の中継素子の前記中継パッドとを電気的に接続する第2の素子群用導電層であって、前記複数の半導体素子が有する前記電極パッドを直線状に接続する第3導電層と、前記複数の半導体素子の階段部分の段面に相当する露出面上を引き回されている第4導電層とを有する第2の素子群用導電層と、
前記第2の中継素子の前記中継パッドと前記配線基板の前記接続パッドとを電気的に接続する第2の金属ワイヤと、
前記第1および第2の素子群を前記第1および第2の金属ワイヤと共に封止するように、前記配線基板上に形成された封止樹脂層と
を具備することを特徴とする積層型半導体装置。 A wiring board having connection pads;
A first relay element having relay pads arranged along one side of the outer shape; and a plurality of semiconductor elements having electrode pads arranged on the first relay element and arranged along one side of the outer shape. And the first relay element and the plurality of semiconductor elements are stacked in a stepped manner on the wiring board so that the pad array side faces in the same direction and the relay pad and the electrode pad are exposed. 1 element group;
A first element group insulating layer covering a side surface corresponding to a stepped portion of a stepped portion of the plurality of semiconductor elements in the first element group;
A first element group conductive layer electrically connecting the electrode pads of the plurality of semiconductor elements constituting the first element group and the relay pads of the first relay element, A first conductive layer that linearly connects the electrode pads of the semiconductor element, and a second conductive layer that is routed on an exposed surface corresponding to the step surface of the stepped portion of the plurality of semiconductor elements. A first element group conductive layer;
A first metal wire that electrically connects the relay pad of the first relay element and the connection pad of the wiring board;
A second relay element having relay pads arranged along one side of the outer shape, and a plurality of semiconductor elements having electrode pads arranged on the second relay element and arranged along one side of the outer shape. And the second relay element and the plurality of semiconductor elements are stacked stepwise on the first element group so that the pad array side faces in the same direction and the relay pad and the electrode pad are exposed. A second element group,
A second element group insulating layer covering a side surface corresponding to a stepped portion of a stepped portion of the plurality of semiconductor elements in the second element group;
A second element group conductive layer for electrically connecting the electrode pads of the plurality of semiconductor elements constituting the second element group and the relay pads of the second relay element, A third conductive layer that linearly connects the electrode pads of the semiconductor element, and a fourth conductive layer that is routed on an exposed surface corresponding to the step surface of the stepped portion of the plurality of semiconductor elements. A second element group conductive layer;
A second metal wire for electrically connecting the relay pad of the second relay element and the connection pad of the wiring board;
And a sealing resin layer formed on the wiring substrate so as to seal the first and second element groups together with the first and second metal wires. apparatus.
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