JP2015095489A - 半導体装置 - Google Patents

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    • H01L2224/32135—Disposition the layer connector connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
    • H01L2224/32145—Disposition the layer connector connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being stacked
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    • H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
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    • H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32225—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
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    • H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/33—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of a plurality of layer connectors
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    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001—Core members of the connector
    • H01L2224/45099—Material
    • H01L2224/451—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45117—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 400°C and less than 950°C
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    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001—Core members of the connector
    • H01L2224/45099—Material
    • H01L2224/451—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45138—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/45144—Gold (Au) as principal constituent
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    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001—Core members of the connector
    • H01L2224/45099—Material
    • H01L2224/451—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45138—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/45147—Copper (Cu) as principal constituent
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    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805—Shape
    • H01L2224/4809—Loop shape
    • H01L2224/48091—Arched
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    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48225—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H01L2224/48227—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation connecting the wire to a bond pad of the item
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    • H01L2224/484—Connecting portions
    • H01L2224/4847—Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a wedge bond
    • H01L2224/48471—Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a wedge bond the other connecting portion not on the bonding area being a ball bond, i.e. wedge-to-ball, reverse stitch
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    • H01L2224/731—Location prior to the connecting process
    • H01L2224/73101—Location prior to the connecting process on the same surface
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    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73201—Location after the connecting process on the same surface
    • H01L2224/73203—Bump and layer connectors
    • H01L2224/73204—Bump and layer connectors the bump connector being embedded into the layer connector
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    • H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
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    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
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    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/81—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector
    • H01L2224/8119—Arrangement of the bump connectors prior to mounting
    • H01L2224/81192—Arrangement of the bump connectors prior to mounting wherein the bump connectors are disposed only on another item or body to be connected to the semiconductor or solid-state body
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    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/831—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector the layer connector being supplied to the parts to be connected in the bonding apparatus
    • H01L2224/83104—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector the layer connector being supplied to the parts to be connected in the bonding apparatus by applying pressure, e.g. by injection
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    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/8312—Aligning
    • H01L2224/83136—Aligning involving guiding structures, e.g. spacers or supporting members
    • H01L2224/83138—Aligning involving guiding structures, e.g. spacers or supporting members the guiding structures being at least partially left in the finished device
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    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/8319—Arrangement of the layer connectors prior to mounting
    • H01L2224/83192—Arrangement of the layer connectors prior to mounting wherein the layer connectors are disposed only on another item or body to be connected to the semiconductor or solid-state body
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Abstract

【課題】導電性接着剤を用いることなく半導体チップの裏面を所定の電位に固定できる半導体装置を提供する。【解決手段】本半導体装置は、配線を備えた支持体と、前記支持体上に積層された第１半導体チップと、前記第１半導体チップ上に非導電性接着層を介して積層された中継基板と、前記中継基板上に非導電性接着層を介してフェイスアップ状態で積層された第２半導体チップと、を有し、前記中継基板は、導電部と、前記導電部と電気的に接続された突起電極と、を備え、前記導電部は、前記中継基板の前記第２半導体チップと対向する面側に接続された金属線を介して前記支持体上の配線と電気的に接続され、前記突起電極は、前記非導電性接着層を貫通して前記第２半導体チップの非回路形成面と接して導通している。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置に関する。
従来より、基板上に複数の半導体チップを積層し、各半導体チップと基板に形成された配線とをボンディングワイヤで接続した半導体装置が知られている。又、上記のような半導体装置において、半導体チップの裏面に電圧を印加し、半導体チップの裏面をグランド電位や電源電位等の所定の電位に固定することで電気的特性を向上可能な場合があることが知られている。
上記のような半導体装置において、半導体チップの裏面を所定の電位に固定するためには、例えば、隣接する半導体チップ間に、導電膜が形成された中継基板を配する。そして、中継基板に形成された導電膜と基板に形成された配線とをボンディングワイヤで接続し、基板に形成された配線から中継基板に形成された導電膜に所定の電圧を印加する。そして、中継基板に形成された導電膜と半導体チップの裏面とを導電性接着剤を介して接合することで、半導体チップの裏面を所定の電位に固定する（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−７１９９７号公報
しかしながら、上記のような半導体装置では、半導体チップの裏面を所定の電位に固定するために導電性接着剤を用いるため、電気的な損失が大きいという問題があった。
又、導電性接着剤は導電性フィラーを含んでいるため、非導電性接着剤（絶縁性接着剤）に比べ密着力が低いという問題があった。
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、導電性接着剤を用いることなく半導体チップの裏面を所定の電位に固定できる半導体装置を提供することを課題とする。
本半導体装置は、配線を備えた支持体と、前記支持体上に積層された第１半導体チップと、前記第１半導体チップ上に非導電性接着層を介して積層された中継基板と、前記中継基板上に非導電性接着層を介してフェイスアップ状態で積層された第２半導体チップと、を有し、前記中継基板は、導電部と、前記導電部と電気的に接続された突起電極と、を備え、前記導電部は、前記中継基板の前記第２半導体チップと対向する面側に接続された金属線を介して前記支持体上の配線と電気的に接続され、前記突起電極は、前記非導電性接着層を貫通して前記第２半導体チップの非回路形成面と接して導通していることを要件とする。
開示の技術によれば、導電性接着剤を用いることなく半導体チップの裏面を所定の電位に固定できる半導体装置を提供できる。
第１の実施の形態に係る半導体装置を例示する図である。 中継基板が実装時に傾いた場合について説明する図である。 第１の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を例示する図（その１）である。 第１の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を例示する図（その２）である。 第１の実施の形態の変形例に係る半導体装置を例示する断面図である。 第２の実施の形態に係る半導体装置を例示する断面図である。 第３の実施の形態に係る半導体装置を例示する断面図である。
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。なお、各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
〈第１の実施の形態〉
［第１の実施の形態に係る半導体装置の構造］
図１は、第１の実施の形態に係る半導体装置を例示する図であり、図１（ａ）は断面図、図１（ｂ）は中継基板のみを例示する平面図である。図１を参照するに、半導体装置１は、支持体１０と、接着層１５と、半導体チップ２０と、接着層２５と、中継基板３０と、接着層３５と、半導体チップ４０と、ボンディングワイヤ５１〜５３とを有する。
なお、本実施の形態では、便宜上、半導体チップ４０側を上側又は一方の側、支持体１０側を下側又は他方の側とする。又、各部位の半導体チップ４０側の面を上面又は一方の面、支持体１０側の面を下面又は他方の面とする。但し、半導体装置１は天地逆の状態で用いることができ、又は任意の角度で配置することができる。又、平面視とは対象物を支持体１０の一方の面の法線方向から視ることを指し、平面形状とは対象物を支持体１０の一方の面の法線方向から視た形状を指すものとする。
支持体１０は、基体１１と、基体１１の一方の面に形成された配線１２とを有する。基体１１としては、例えば、ガラスクロスにエポキシ系樹脂等の絶縁性樹脂を含浸させた所謂ガラスエポキシ基板を用いることができる。基体１１として、例えば、ポリイミド樹脂を用いたフレキシブル基板や銅（Ｃｕ）等からなるリードフレーム等を用いてもよい。又、基体１１は、ビルドアップ基板等の多層配線基板であってもよい。基体１１の厚さは、例えば、０．４〜２ｍｍ程度とすることができる。
配線１２の材料としては、例えば、銅（Ｃｕ）等を用いることができる。配線１２の厚さは、例えば、１０〜５０μｍ程度とすることができる。なお、配線１２は、ボンディング用パッドやチップ実装用パッド等を含むものである。配線１２において、ボンディングワイヤ５１、５２、及び５３が接続される各ボンディング用パッドは互いに絶縁されており、ボンディングワイヤ５１、５２、及び５３を介して対象部位に異なる電圧（接地電位や電源電位、各種信号を含む）を印加可能である。基体１１の一方の面に、配線１２を選択的に露出する開口部を備えたソルダーレジスト層を設けてもよい。
半導体チップ２０は、支持体１０上にフェイスアップ状態で積層されている。より詳しくは、半導体チップ２０は、配線１２のチップ実装用パッド上に接着層１５を介して接着されている。半導体チップ２０は、半導体集積回路が形成された半導体基板２１と、半導体基板２１の一方の面に形成されたパッド２２とを有する。半導体基板２１としては、例えば、シリコン基板等を用いることができる。なお、半導体チップ２０は、本発明に係る第１半導体チップの代表的な一例である。
パッド２２の材料としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）等を用いることができる。パッド２２の厚さは、例えば、０．５〜１０μｍ程度とすることができる。パッド２２は、ボンディングワイヤ５１を介して、配線１２のボンディング用パッドに接続されている。ボンディングワイヤ５１は、例えば、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等からなる金属線である。
接着層１５は、例えば、エポキシ系の接着剤を硬化させたものである。接着層１５は導電性であっても非導電性であってもよいが、半導体チップ２０の裏面（非回路形成面）に配線１２を介して所定の電圧（接地電位や電源電位）を印加する必要がある場合には、導電性であることを要する。
中継基板３０は、半導体チップ２０上に積層されている。より詳しくは、中継基板３０は、半導体チップ２０の回路形成面上に接着層２５を介して接着されている。中継基板３０は、基体３１と、基体３１の一方の面に形成された導電部３２と、導電部３２と電気的に接続された突起電極３３とを備えている。基体３１としては、例えば、シリコン基板等を用いることができる。基体３１として、樹脂基板やガラス基板等を用いてもよい。基体３１の厚さは、例えば、１００〜５００μｍ程度とすることができる。なお、基体３１の厚さが１００μｍ未満になると、ボンディングワイヤ５２を打つことが困難となる。
導電部３２は、基体３１の一方の面に積層された金属膜（導体層）である。金属膜の材料としては、例えば、金（Ａｕ）やアルミニウム（Ａｌ）等を用いることができる。導電部３２の厚さは、例えば、０．５〜１０μｍ程度とすることができる。導電部３２は、基体３１の一方の面の全面に形成してもよいし、突起電極３３とボンディングワイヤ５２とが電気的に接続されるように基体３１の一方の面に選択的に形成（パターニング）してもよい。導電部３２は、導電部３２の外縁部にボンディングされたボンディングワイヤ５２を介して、配線１２のボンディング用パッドに接続されている。ボンディングワイヤ５２は、例えば、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等からなる金属線である。
ボンディングワイヤ５２は、導電部３２の外縁部から略水平方向に伸び、その後支持体１０の方向に湾曲している。これにより、ボンディングワイヤ５２と半導体チップ４０の裏面とが接触するおそれを低減できるため、半導体チップ４０の平面形状を中継基板３０の平面形状よりも大きくすることが可能となる。但し、半導体チップ４０の平面形状を中継基板３０の平面形状よりも小さくしてもよい。なお、ボンディングワイヤ５２を図１の形状にする方法については後述する。
突起電極３３は、導電部３２の一方の面に半導体チップ４０側に突起するように形成されている。突起電極３３の個数（最低１個でよい）や配置は任意としてよいが、図１（ｂ）のように導電部３２の一方の面の四隅に配置すると好適である。突起電極３３としては、例えば、金バンプやはんだバンプ、銅ポスト等を用いることができる。突起電極３３の高さは、例えば、２０〜７０μｍ程度とすることができる。又、突起電極３３の形状は任意としてよいが、図１（ａ）のように、突起電極３３として径が太い部分と径が細い部分とを有するバンプを用いると好適である。
なお、突起電極３３を導電部３２の一方の面の四隅に配することにより、以下の効果を奏する。すなわち、図２に示すように、中継基板３０が実装時に傾いてしまった場合に、突起電極３３のつぶれ具合により中継基板３０の傾きを吸収できると共に、つぶれた突起電極３３が半導体チップ４０を平行に保つ支えとなり得る。つまり、突起電極３３は、半導体チップ４０へ電圧印加する機能を有すると共に、半導体チップ４０の平行を保つ機能を有し、ボンディングワイヤ５３のワイヤボンディング性の向上や全体の高さの均一化にも寄与できる。
より詳しく説明すると、突起電極３３として径が太い部分と径が細い部分とを有するバンプを用いることにより、中継基板３０が半導体チップ２０への実装時に傾いた場合に、中継基板３０の傾きを吸収できる。すなわち、中継基板３０上に半導体チップ４０を接続する際に、中継基板３０と半導体チップ４０との距離が近い部分では、突起電極３３の径が細い部分が潰れて距離を短くすることができる。
又、突起電極３３の径が太い部分は変形し難いため、径が太い部分の高さ以上には潰れ難く、ワイヤボンディング接続に必要な高さを確保できる。一方、中継基板３０と半導体チップ４０との距離が遠い部分では、突起電極３３の径が細い部分を残したまま半導体チップ４０と接続することになる。よって、中継基板３０が実装時に傾いた場合でも、半導体チップ２０と半導体チップ４０との平行を保ったまま信頼性高く接続できる。
接着層２５は、例えば、エポキシ系の接着剤を硬化させたものである。接着層２５は、半導体基板２１と導電部３２とが基体３１を介して導通することを避けるため、非導電性の接着層とされている。
半導体チップ４０は、中継基板３０上に接着層３５を介してフェイスアップ状態で接着されている。半導体チップ４０は、半導体集積回路が形成された半導体基板４１と、半導体基板４１の一方の面に形成されたパッド４２とを有する。半導体基板４１としては、例えば、シリコン基板等を用いることができる。なお、半導体チップ４０は、本発明に係る第２半導体チップの代表的な一例である。
パッド４２の材料としては、例えば、金（Ａｕ）等を用いることができる。パッド４２の厚さは、例えば、０．５〜１０μｍ程度とすることができる。パッド４２は、ボンディングワイヤ５３を介して、配線１２のボンディング用パッドに接続されている。ボンディングワイヤ５３は、例えば、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等からなる金属線である。
突起電極３３は接着層３５を貫通しており、突起電極３３の上端面が半導体チップ４０の裏面（非回路形成面）と接して両者は電気的に接続されている。つまり、半導体チップ４０の裏面には、ボンディングワイヤ５２、導電部３２、及び突起電極３３を介して、支持体１０の配線１２から所定の電圧（接地電位や電源電位）を印加可能である。半導体チップ４０の裏面を所定の電位に固定することにより、半導体チップ４０の電気的特性を向上できる。なお、裏面を所定の電位に固定する対象となる半導体チップは、所謂アナログチップ（主としてアナログ回路を形成したチップ）である。
接着層３５は、例えば、エポキシ系の接着剤を硬化させたものである。接着層３５は非導電性の接着層である。接着層３５として導電性の接着層を用いても電気的な動作に支障はないが、導電性の接着剤は非導電性の接着剤よりも密着力が低いため、本実施の形態では、接着層３５を非導電性の接着剤を硬化させた非導電性の接着層としている。なお、接着層３５は、本発明に係る非導電性接着層の代表的な一例である。
［第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法］
図３及び図４は、第１の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を例示する図である。まず、図３に示す工程では中継基板３０を作製する。具体的には、図３（ａ）に示すように、最終的に個片化されて基体３１となるシリコンウェハ３１０を準備する。但し、シリコンウェハに代えて、樹脂基板やガラス基板等を準備してもよい。シリコンウェハ３１０は薄型化されてなく、その厚さは、例えば６００〜８００μｍ程度とすることができる。なお、Ｃはシリコンウェハ３１０等を切断する位置（以降、切断位置Ｃとする）を示している。シリコンウェハ３１０は、切断位置Ｃにより、図１（ｂ）に示すような中継基板３０となる矩形状の複数の領域に区分されている。
次に、シリコンウェハ３１０の一方の面に、最終的に個片化されて導電部３２となる金属膜３２０をスパッタ法等により形成する。金属膜３２０の材料としては、例えば、金（Ａｕ）やアルミニウム（Ａｌ）等を用いることができる。金属膜３２０の厚さは、例えば、０．５〜１０μｍ程度とすることができる。金属膜３２０は、シリコンウェハ３１０の一方の面の全面に形成してもよいし、後工程で突起電極３３とボンディングワイヤ５２とが電気的に接続されるようにシリコンウェハ３１０の一方の面に選択的に形成（パターニング）してもよい。
次に、図３（ｂ）に示すように、バックサイドグラインダ等を用いて、シリコンウェハ３１０を他方の面側から研削して薄型化する。薄型化後のシリコンウェハ３１０の厚さは、例えば、１００〜５００μｍ程度とすることができる。
次に、図３（ｃ）に示すように、例えば、金属膜３２０の一方の面の切断位置Ｃにより区分された各領域の四隅に、突起電極３３を形成する。突起電極３３としては、例えば、金バンプやはんだバンプ、銅ポスト等を用いることができるが、突起電極３３として金バンプを用いる場合には、ワイヤボンダを使用して金属膜３２０の一方の面に形成できる。なお、突起電極３３は後述の図４（ｃ）に示す工程で押圧されるため、この時点では最終的な高さ（図４（ｃ）に示す工程後の高さ）よりも高く形成しておくことが好ましい。
次に、図３（ｄ）に示すように、突起電極３３及び金属膜３２０が形成されたシリコンウェハ３１０を、例えば、ダイシング等により切断位置Ｃで切断して個片化する。これにより、シリコンウェハ３１０及び金属膜３２０から基体３１及び導電部３２が形成され、複数の中継基板３０が完成する。
次に、図４（ａ）に示す工程では、基体１１及び配線１２を有する支持体１０を準備する。基体１１としては、例えば、ガラスクロスにエポキシ系樹脂等の絶縁性樹脂を含浸させた所謂ガラスエポキシ基板を用いることができる。基体１１として、例えば、ポリイミド樹脂を用いたフレキシブル基板や銅（Ｃｕ）等からなるリードフレーム等を用いてもよい。又、基体１１は、ビルドアップ基板等の多層配線基板であってもよい。基体１１の厚さは、例えば、０．４〜２ｍｍ程度とすることができる。
次に、支持体１０の配線１２のチップ実装用パッド上に、接着層１５を介して、半導体基板２１及びパッド２２を有する半導体チップ２０をフェイスアップ状態で積層する。接着層１５は、例えば、エポキシ系の接着剤を硬化させたものである。接着層１５は導電性であっても非導電性であってもよいが、半導体チップ２０の裏面（非回路形成面）に配線１２を介して所定の電圧（接地電位や電源電位）を印加する必要がある場合には、導電性であることを要する。
次に、例えば、ワイヤボンダを用いて、半導体チップ２０のパッド２２と配線１２のボンディング用パッドとをボンディングワイヤ５１を介して接続する。ボンディングワイヤ５１としては、例えば、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等からなる金属線を用いることができる。
次に、図４（ｂ）に示す工程では、図３に示す工程で作製した中継基板３０を、半導体チップ２０の回路形成面上に接着層２５を介して接着する。接着層２５は、例えば、エポキシ系の接着剤を硬化させたものである。接着層２５は、半導体基板２１と導電部３２とが基体３１を介して導通することを避けるため、非導電性の接着層とされている。
次に、例えば、ワイヤボンダを用いて、導電部３２と配線１２のボンディング用パッドとをボンディングワイヤ５２を介して接続する。ボンディングワイヤ５２としては、例えば、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等からなる金属線を用いることができる。
なお、ボンディングワイヤ５２は、導電部３２の外縁部から略水平方向に伸び、その後支持体１０の方向に湾曲している。これにより、ボンディングワイヤ５２と半導体チップ４０の裏面とが接触するおそれを低減できるため、半導体チップ４０の平面形状を中継基板３０の平面形状よりも大きくすることが可能となる。ボンディングワイヤ５２を図４（ｂ）の形状にするには、配線１２側からワイヤボンディングを行えばよい。
すなわち、ボンディングワイヤの先端部に形成されたボンディングボールを配線１２の上面に接触させ、キャピラリにより所定の荷重をかけながら超音波を印加する。これにより、配線１２の上面にボンディングワイヤ５２の一端が形成される。次に、導電部３２の上面と略同一高さとなるまでキャピラリを上昇させ、キャピラリを導電部３２の外縁部近傍に水平移動させる。そして、導電部３２の外縁部にボンディングワイヤ５２の他端となる部分を接合し、不要部を切断する。なお、このような方法をリバースボンディングと称する場合がある。半導体チップ４０の平面形状が中継基板３０の平面形状よりも小さい場合には、リバースボンディングを行わなくてもよい。
次に、中継基板３０上に、突起電極３３を覆うように、硬化すると接着層３５となるエポキシ系の熱硬化性接着剤等を塗布する。なお、この工程では、接着剤は未硬化である。
次に、図４（ｃ）に示す工程では中継基板３０上に、例えば、エポキシ系の熱硬化性接着剤等を介して、半導体基板４１及びパッド４２を有する半導体チップ４０をフェイスアップ状態で積層する。そして、エポキシ系の熱硬化性接着剤等を加熱しながら、半導体チップ４０を中継基板３０側に押圧し、エポキシ系の熱硬化性接着剤等を硬化させて接着層３５を形成する。半導体チップ４０を中継基板３０側に押圧することにより突起電極３３の先端部がつぶれ、突起電極３３の上端面が半導体チップ４０の裏面（非回路形成面）と接して両者は電気的に接続される。
なお、接着層３５は非導電性の接着層である。接着層３５として導電性の接着層を用いても電気的な動作に支障はないが、導電性の接着剤は非導電性の接着剤よりも密着力が低いため、本実施の形態では、接着層３５を非導電性の接着剤を硬化させた非導電性の接着層としている。
図４（ｃ）に示す工程の後、例えば、ワイヤボンダを用いて、半導体チップ４０のパッド４２と配線１２のボンディング用パッドとをボンディングワイヤ５３を介して接続することにより、半導体装置１（図１参照）が完成する。ボンディングワイヤ５３としては、例えば、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等からなる金属線を用いることができる。
このように、第１の実施の形態に係る半導体装置１では、接着層３５として、導電性の接着剤を用いることなく非導電性の接着剤を用いることが可能となるため、電気的な損失を低減できると共に、接着する対象物に対して十分な密着力を確保できる。
すなわち、第１の実施の形態に係る半導体装置１では、半導体チップ４０の裏面への電圧の印加に導電部３２に接続された突起電極３３を用いている。そのため、従来の半導体装置のように電気伝導率の低い導電性の接着層を用いる必要がなく、効果的に半導体チップ４０の裏面へ電圧を印加可能となり、電気的な損失を低減できる。
又、第１の実施の形態に係る半導体装置１において、導電部３２を基体３１の面全体に形成した場合には、ワイヤボンディング接続の際、導電部３２の任意の位置にボンディングワイヤを打つことが可能となり、ワイヤボンディング接続の自由度を向上できる。なお、従来の半導体装置では、予め所定位置に形成したパッド上にしかボンディングワイヤを打つことができない。
又、突起電極３３として径が太い部分と径が細い部分とを有するバンプを用いることにより、中継基板３０が半導体チップ２０への実装時に傾いた場合に、中継基板３０の傾きを吸収できる。すなわち、中継基板３０上に半導体チップ４０を接続する際に、中継基板３０と半導体チップ４０との距離が近い部分では、突起電極３３の径が細い部分が潰れて距離を短くすることができる。又、突起電極３３の径が太い部分は変形し難いため、径が太い部分の高さ以上には潰れ難く、ワイヤボンディング接続に必要な高さを確保できる。一方、中継基板３０と半導体チップ４０との距離が遠い部分では、突起電極３３の径が細い部分を残したまま半導体チップ４０と接続することになる。よって、中継基板３０が実装時に傾いた場合でも、半導体チップ２０と半導体チップ４０との平行を保ったまま信頼性高く接続できる。
又、従来の半導体装置では、接着層を介して半導体チップの裏面に所定の電圧を印加していたため、高価な導電性の接着層を用いることが必須要件であった。これに対して、本実施の形態では、半導体チップ４０の裏面が突起電極３３の上端面と接しており、突起電極３３を介して半導体チップ４０の裏面に所定の電圧を印加可能であるため、接着層３５を導電性とする必要はない。その結果、接着層３５として、高価な導電性の接着剤を用いることなく安価な非導電性の接着剤を用いることが可能となり、半導体装置１の低コスト化に寄与できる。
〈第１の実施の形態の変形例〉
第１の実施の形態の変形例では、第１の実施の形態とは異なる中継基板を用いる例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例において、既に説明した実施の形態と同一構成部品についての説明は省略する。
図５は、第１の実施の形態の変形例に係る半導体装置を例示する断面図である。図５を参照するに、第１の実施の形態の変形例に係る半導体装置１Ａは、中継基板３０が中継基板３０Ａに置換された点が第１の実施の形態に係る半導体装置１（図１参照）と相違する。
中継基板３０Ａは、半導体チップ２０の回路形成面上に接着層２５を介して接着されている。中継基板３０Ａは、金属板３１Ａと、金属板３１Ａと電気的に接続された突起電極３３とを備えている。金属板３１Ａとしては、例えば、アルミ板や銅板等を用いることができる。金属板３１Ａの厚さは、例えば、１００〜５００μｍ程度とすることができる。金属板３１Ａの表面にめっき処理等を施しても構わない。なお、金属板３１Ａは、本発明に係る導電部の代表的な一例である。
中継基板は、半導体チップ４０の裏面に印加する電圧を中継する機能を実現できればよい。そのため、中継基板３０（図１参照）のように絶縁体や半導体である基体３１上に導電部３２を形成して導電部３２に突起電極３３を設ける構成でもよいし、中継基板３０Ａのように金属板３１Ａ（導電部）に直接突起電極３３を設ける構成でもよい。この場合も、第１の実施の形態と同様の効果を奏する。
〈第２の実施の形態〉
第２の実施の形態では、半導体チップ４０の裏面に印加するのと同一の電圧を半導体チップ２０の裏面にも印加する例を示す。なお、第２の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部品についての説明は省略する。
図６は、第２の実施の形態に係る半導体装置を例示する断面図である。図６を参照するに、第２の実施の形態に係る半導体装置１Ｂは、半導体チップ２０が支持体１０上にフリップチップ実装された点が第１の実施の形態に係る半導体装置１（図１参照）と相違する。又、半導体装置１Ｂは、接着層２５及び中継基板３０が接着層２５Ｂ及び中継基板３０Ｂに置換された点が第１の実施の形態に係る半導体装置１（図１参照）と相違する。
半導体チップ２０は、支持体１０上にフェイスダウン状態で積層されており、半導体チップ２０のパッド２２は、配線１２のチップ実装用パッドとバンプ６０を介して電気的に接続されている。バンプ６０としては、例えば、はんだバンプ等を用いることができる。半導体チップ２０と支持体１０の互いに対向する面の間には、バンプ６０を被覆するアンダーフィル樹脂７０が充填されている。
中継基板３０Ｂは、基体３１と、導電部３２と、突起電極３３と、基体３１の他方の面に形成された導電部３２Ｂと、導電部３２Ｂと電気的に接続された突起電極３３Ｂと、貫通電極３４とを有する。導電部３２と導電部３２Ｂとは、貫通電極３４を介して電気的に接続されている。その結果、突起電極３３と突起電極３３Ｂとは電気的に接続されている。導電部３２Ｂ及び突起電極３３Ｂの材料や形状等は、例えば、導電部３２及び突起電極３３と同様とすることができる。貫通電極３４の材料としては、例えば、銅（Ｃｕ）等を用いることができる。
中継基板３０Ｂは、導電部３２Ｂ及び突起電極３３Ｂを半導体チップ２０の裏面側に向けて、接着層２５Ｂを介して、半導体チップ２０上に積層されている。接着層２５Ｂは、例えば、エポキシ系の接着剤を硬化させたものである。接着層２５Ｂは非導電性の接着層である。接着層２５Ｂとして導電性の接着層を用いても電気的な動作に支障はないが、導電性の接着剤は非導電性の接着剤よりも密着力が低いため、本実施の形態では、接着層２５Ｂを非導電性の接着剤を硬化させた非導電性の接着層としている。なお、接着層２５Ｂは、本発明に係る第２非導電性接着層の代表的な一例である。
突起電極３３Ｂは接着層２５Ｂを貫通しており、突起電極３３Ｂの下端面が半導体チップ２０の裏面（非回路形成面）と接して両者は電気的に接続されている。つまり、半導体チップ２０の裏面には、ボンディングワイヤ５２、導電部３２、貫通電極３４、導電部３２Ｂ、及び突起電極３３Ｂを介して、支持体１０の配線１２から所定の電圧を印加可能である。すなわち、半導体チップ４０の裏面に印加するのと同一の電圧を半導体チップ２０の裏面にも印加できる。なお、突起電極３３Ｂは、本発明に係る第２突起電極の代表的な一例である。
本実施の形態では、半導体チップ４０の裏面が突起電極３３の上端面と接しており、突起電極３３を介して半導体チップ４０の裏面に所定の電圧を印加可能である。又、半導体チップ２０の裏面が突起電極３３Ｂの下端面と接しており、突起電極３３Ｂを介して半導体チップ２０の裏面に所定の電圧を印加可能である。そのため、接着層３５及び２５Ｂを導電性とする必要はない。
このように、本実施の形態では、接着層３５及び２５Ｂとして、導電性の接着剤を用いることなく非導電性の接着剤を用いることが可能となるため、第１の実施の形態と同様の効果を奏する。
なお、導電部３２、貫通電極３４、及び導電部３２Ｂに代えて１枚の金属板を用い、金属板の上面に突起電極３３を設け、金属板の下面に突起電極３３Ｂを設けてもよい。
〈第３の実施の形態〉
第３の実施の形態では、半導体チップ４０の裏面に印加するのと異なる電圧を半導体チップ２０の裏面に印加する例を示す。なお、第３の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部品についての説明は省略する。
図７は、第３の実施の形態に係る半導体装置を例示する断面図である。図７を参照するに、第３の実施の形態に係る半導体装置１Ｃは、中継基板３０Ａ及び３０Ｃの２つの中継基板を用いる点が第２の実施の形態に係る半導体装置１Ｂ（図６参照）と相違する。
中継基板３０Ｃは、半導体チップ２０と中継基板３０Ａとの間に配置され、接着層２５Ｂを介して半導体チップ２０上に積層されている。中継基板３０Ｃは、金属板３１Ｃと、金属板３１Ｃと電気的に接続された突起電極３３Ｃとを備えている。金属板３１Ｃと突起電極３３Ｃの材料や形状等は、例えば、金属板３１Ａと突起電極３３と同様とすることができる。つまり、中継基板３０Ｃとして、中継基板３０Ａと同様のものを用いてもよい。なお、中継基板３０Ｃは、本発明に係る第２中継基板の代表的な一例である。又、金属板３１Ｃは本発明に係る第２導電部の、突起電極３３Ｃは本発明に係る第２突起電極の代表的な一例である。
中継基板３０Ｃは、突起電極３３Ｃを半導体チップ２０の裏面側に向けて、接着層２５Ｂを介して、半導体チップ２０上に積層されている。中継基板３０Ａは、突起電極３３を半導体チップ４０の裏面側に向けて、接着層４５を介して、中継基板３０Ｃ上に積層されている。金属板３１Ｃの接着層４５側の面は、ボンディングワイヤ５４を介して、配線１２のボンディング用パッドに接続されている。ボンディングワイヤ５４は、例えば、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等からなる金属線である。
半導体チップ４０の裏面と半導体チップ２０の裏面に異なる電圧を印加するためには、突起電極３３と突起電極３３Ｃとが導通しないようにする必要がある。つまり、金属板３１Ａと金属板３１Ｃとを絶縁する必要がある。そのため、接着層４５としては、非導電性の接着剤を硬化させた非導電性の接着層を用いている。
半導体チップ４０の裏面は、中継基板３０Ａの突起電極３３の上端面と接しており、両者は導通している。つまり、半導体チップ４０の裏面には、ボンディングワイヤ５２、金属板３１Ａ、及び突起電極３３を介して、支持体１０の配線１２から所定の電圧を印加可能である。又、半導体チップ２０の裏面は、中継基板３０Ｃの突起電極３３Ｃの下端面と接しており、両者は導通している。つまり、半導体チップ２０の裏面には、ボンディングワイヤ５４、金属板３１Ｃ、及び突起電極３３Ｃを介して、支持体１０の配線１２から所定の電圧を印加可能である。
ボンディングワイヤ５２及び５４が接続される各ボンディング用パッドは互いに絶縁されており、ボンディングワイヤ５２及び５４を介して対象部位に異なる電圧（接地電位や電源電位）を印加可能である。すなわち、半導体チップ４０の裏面に印加するのと異なる電圧を半導体チップ２０の裏面に印加できる。
本実施の形態では、半導体チップ４０の裏面が突起電極３３の上端面と接しており、突起電極３３を介して半導体チップ４０の裏面に所定の電圧を印加可能である。又、半導体チップ２０の裏面が突起電極３３Ｃの下端面と接しており、突起電極３３Ｃを介して半導体チップ２０の裏面に所定の電圧を印加可能である。そのため、第２の実施の形態と同様に、接着層３５及び２５Ｂを導電性とする必要はない。
このように、本実施の形態では、接着層３５及び２５Ｂとして、導電性の接着剤を用いることなく非導電性の接着剤を用いることが可能となるため、第１の実施の形態と同様の効果を奏する。
以上、好ましい実施の形態及びその変形例について詳説したが、上述した実施の形態及びその変形例に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態及びその変形例に種々の変形及び置換を加えることができる。
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ 半導体装置
１０ 支持体
１１、３１ 基体
１２ 配線
１５、２５、２５Ｂ、３５、４５ 接着層
２０、４０ 半導体チップ
２１、４１ 半導体基板
２２、４２ パッド
３０、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ 中継基板
３１Ａ、３１Ｃ 金属板
３２、３２Ｂ 導電部
３３、３３Ｂ、３３Ｃ 突起電極
３４ 貫通電極
５１、５２、５３、５４ ボンディングワイヤ
６０ バンプ
７０ アンダーフィル樹脂
３１０ シリコンウェハ
３２０ 金属膜

Claims (8)

  1. 配線を備えた支持体と、
    前記支持体上に積層された第１半導体チップと、
    前記第１半導体チップ上に非導電性接着層を介して積層された中継基板と、
    前記中継基板上に非導電性接着層を介してフェイスアップ状態で積層された第２半導体チップと、を有し、
    前記中継基板は、導電部と、前記導電部と電気的に接続された突起電極と、を備え、
    前記導電部は、前記中継基板の前記第２半導体チップと対向する面側に接続された金属線を介して前記支持体上の配線と電気的に接続され、
    前記突起電極は、前記非導電性接着層を貫通して前記第２半導体チップの非回路形成面と接して導通している半導体装置。
  2. 前記第１半導体チップは、前記支持体上にフェイスダウン状態で積層され、
    前記中継基板は、第２非導電性接着層を介して前記第１半導体チップ上に積層され、
    前記中継基板は、前記導電部と電気的に接続され前記第２非導電性接着層を貫通して前記第１半導体チップの非回路形成面と接して導通する第２突起電極を備えている請求項１記載の半導体装置。
  3. 前記第１半導体チップは、前記支持体上にフェイスダウン状態で積層され、
    前記第１半導体チップと前記中継基板との間に配置され、第２非導電性接着層を介して前記第１半導体チップ上に積層された第２中継基板を有し、
    前記第２中継基板は、
    前記導電部と絶縁された第２導電部と、
    前記第２導電部と電気的に接続され前記第２非導電性接着層を貫通して前記第１半導体チップの非回路形成面と接して導通する第２突起電極と、を備え、
    前記第２導電部は、金属線を介して前記支持体上の前記配線とは電位の異なる他の配線と電気的に接続されている請求項１記載の半導体装置。
  4. 前記中継基板は、樹脂で形成された基体を有し、
    前記導電部は、前記基体の前記第２半導体チップと対向する面側に形成された導体層である請求項１又は３記載の半導体装置。
  5. 前記中継基板は、樹脂で形成された基体を有し、
    前記導電部は、前記基体の両面に形成された導体層であり、
    前記基体の両面に形成された導体層は、前記基体に形成された貫通電極を介して電気的に接続されている請求項２記載の半導体装置。
  6. 前記中継基板の前記突起電極が形成されている面は、全面が導電性である請求項１乃至５の何れか一項記載の半導体装置。
  7. 突起電極３３は径が太い部分と径が細い部分とを有するバンプであり、
    前記径が太い部分側が前記中継基板と接続され、前記径が細い部分側が半導体チップと接続されている請求項１乃至６の何れか一項記載の半導体装置。
  8. 前記第２半導体チップの平面形状は、前記中継基板の平面形状よりも大きい請求項１乃至７の何れか一項記載の半導体装置。
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