JP3225351B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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    • H01L2224/10Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/15Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
    • H01L2224/16Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
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    • H01L2224/16135Disposition the bump connector connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
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    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/102Material of the semiconductor or solid state bodies
    • H01L2924/1025Semiconducting materials
    • H01L2924/10251Elemental semiconductors, i.e. Group IV
    • H01L2924/10253Silicon [Si]

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  • Wire Bonding (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本願発明は、複数の半導体チ
ップそれぞれを互いに対面し合う向きに重ねた接合形態
を有する半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体装置には、一方の半導体チ
ップに他方の半導体チップを接合搭載した形態のいわゆ
るチップ・オン・チップ(以下、COCという)と称さ
れる形態のものがある。この種の半導体装置は、その構
成要素として少なくとも2つの半導体チップを備えてお
り、アセンブリ技術の向上による半導体装置全体の薄型
化に伴って高密度実装・多様化などの要請から創意工夫
されたものである。
【0003】このようなCOC形態の半導体装置では、
両半導体チップがそれぞれの電極面を互いに対面し合う
向きに接合され、その両電極面には、多数のバンプ電極
の配列からなる電極パターンが形成されている。この電
極パターンは、上記両半導体チップが接合される際、互
いに整合して確実に接続されなければならないため、同
一のパターン形状とされている。つまり、電極パターン
同士を互いに直接連結するようにして両半導体チップを
接合することにより、電極パターンを介して両半導体チ
ップが導通接続された状態とされている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来のC
OC形式の半導体装置においては、両半導体チップを導
通接続するために、電極面に形成する電極パターンを両
半導体チップにおいて同一のパターン形状としなければ
ならなかった。すなわち、COC形態の半導体装置に用
いられる半導体チップとしては、互いに組み合わせ可能
な同一の電極パターンを有する半導体チップしか用いる
ことができない。そのため、COC形態の半導体装置専
用の半導体チップをあらたに回路設計・開発しなければ
ならないことから、そのためのコストや手間がかかると
いった不具合があった。また、両半導体チップの電極パ
ターンを同一とすることによっては、一方の電極パター
ンを高密度化するに伴って必然的に他方も高密度化する
必要がある。その結果、高密度化による微細ピッチの電
極パターンを両半導体チップの電極面に形成しなければ
ならず、しかも、両半導体チップの接合に際して高精度
が要求されるといった製造技術上の問題から、生産性を
向上することができないという不具合もあった。
【0005】本願発明は、上記した事情のもとで考え出
されたものであって、COC形態の半導体装置を製造す
るにあたって、半導体チップの回路設計・開発にかかる
コストや手間を削減することができ、しかも、生産性の
向上を可能とした半導体装置を提供することをその課題
としている。
【0006】
【発明の開示】上記課題を解決するため、本願発明で
は、次の技術的手段を講じている。
【0007】すなわち、本願発明により提供される半導
体装置は、第1および第2の半導体チップそれぞれの電
極面を互いに対面し合う向きに重ねた接合形態を有し、
上記電極面の電極パターンを介して上記両半導体チップ
が導通接続されている半導体装置であって、上記両電極
面間に挟み込まれ、これら両電極面の電極パターンそれ
ぞれに整合して接続される導電パターンを各片面に有
し、これら各片面の導電パターンを相互に連結した構造
の両面間導電膜を備えていることを特徴としている。
【0008】上記技術的手段が講じられた本願発明によ
り提供される半導体装置では、第1および第2の半導体
チップそれぞれの電極面が互いに対面し合う向きに重ね
られた接合形態で、これら両電極面間に両面間導電膜が
挟み込まれた状態となっている。そして、この両面間導
電膜の一方の片面にある導電パターンが、たとえば上記
第1の半導体チップの電極面にある電極パターンに整合
して接続された状態とすると、両面間導電膜の他方の片
面にある導電パターンが、上記第2の半導体チップの電
極面にある電極パターンに整合して接続された状態とな
る。そうして、上記両半導体チップの両電極パターンに
接続された上記両面間導電膜の各導電パターンは、相互
に連結された構造とされていることから、結局、両半導
体チップの電極パターンは、両面間導電膜の両面にある
導電パターンを介して相互に導通接続された状態となっ
ている。つまり、上記両半導体チップの電極パターンが
互いに異なるパターン形状であっても、これら両電極パ
ターンは、直接連結されることはなく、上記両面間導電
膜の導電パターンを介して導通接続された状態となって
いる。このような導電パターンの形状は、任意に組み合
わせられる両半導体チップの電極パターンの形状に応じ
て設計変更可能であり、そのような設計変更は、半導体
チップの回路設計などに比べてはるかに容易である。な
ぜなら、回路設計においては、回路素子の設計基準や配
置構造などを考慮しなければならないが、これに対し、
導電パターンの設計変更では、単に両面にある導電パタ
ーンの連結構造を決定するだけで設計自由度が大きいか
らである。
【0009】したがって、本願発明により提供される半
導体装置によれば、互いに異なる形状の電極パターンを
有する既存の半導体チップを任意に組み合わせて接合す
ることができるので、そのような接合形態の半導体装置
を製造するにあたって特別必要な半導体チップをあらた
に回路設計・開発する必要もなく、そのためにかかるコ
ストや手間を削減することができる。しかも、両半導体
チップの電極パターンが相異してもよいので、たとえ
ば、一方の電極パターンを微細ピッチで高密度化とする
とともに、他方は高密度化することなく分散状のものを
用いることができ、この種の半導体装置の製造に伴う高
密度・高精度化といった製造技術上の問題を緩和して生
産性を向上することができる。
【0010】本願発明のその他の特徴および利点は、添
付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より
明らかとなろう。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本願発明の好ましい実施の
形態について、図面を参照して具体的に説明する。
【0012】図1は、本願発明にかかる半導体装置の一
実施形態を分解して示した分解斜視図、図2は、図1に
示す半導体装置の組み立て状態を示した断面図、図3
は、封止された半導体装置がリード端子に接続されてい
る状態を示した断面図である。図1によく示されるよう
に、半導体装置Aは、それぞれの片面を電極面1a,2
aとし、その電極面1a,2aを互いに対面し合う向き
に重ねて接合される第1の半導体チップ1および第2の
半導体チップ2、その両電極面1a,2a間に挟み込ま
れて接合される両面間導電膜3、および接合媒体となる
接着層4,5を具備して概略構成されている。これら第
1および第2の半導体チップ1,2、ならびに両面間導
電膜3は、図2および図3によく示されるように、接着
層4,5を介して互いに接合されている。最終的なアセ
ンブリ工程によって組み立てられた半導体装置Aは、図
3に示すように、従来より用いられている典型的なリー
ドフレームのダイパッド6上に接合搭載された状態で樹
脂モールドによる保護層7にて封止され、リード端子8
にワイヤ9を介して導通接続された状態とされている。
【0013】図4は、第1の半導体チップ1の電極面1
aを見える状態で示した斜視図であって、この図4や図
1に示すように、第1の半導体チップ1は、たとえば、
LSIチップやその他のICチップとして構成されたも
のであり、シリコンチップの片面中央付近に電子回路1
bを集積させて一体的に造り込んだものである。したが
って、その電子回路1bの四方周囲には、電子回路1b
と導通する多数のバンプ電極1cが整列状に配列されて
おり、そのようなバンプ電極1cが形成された面を電極
面1aとしている。第1の半導体チップ1の電極面1a
においては、図4に例示するように、多数のバンプ電極
1cが後述する第2の半導体チップ2に比べて高密度に
整列されており、このような多数のバンプ電極1cの配
列からなる形状を第1の電極パターン1dと称する。
【0014】第2の半導体チップ2は、図1に示すよう
に、上記第1の半導体チップ1と同様にたとえばLSI
チップやその他のICチップとして構成されたものであ
り、シリコンチップの片面中央付近に電子回路2bを集
積させて一体的に造り込んだものである。したがって、
その電子回路2bの四方周囲には、電子回路2bと導通
する多数のバンプ電極2c,2dが配列されており、そ
のようなバンプ電極2c,2dが形成された面を電極面
2aとしている。第2の半導体チップ2の電極面2aに
おいては、電子回路2b周辺付近の多数のバンプ電極2
cが上記第1の半導体チップ1に比べてそれほど高密度
ではなく、交互に分散して形成されている。このような
バンプ電極2cの配列からなる形状を第2の電極パター
ン2eと称する。この第2の電極パターン2eは、上記
第1の半導体チップ1に形成された第1の電極パターン
1dに導通接続するために用いられ、また、電極面2a
の端辺付近のバンプ電極2dは、図3に示すようにリー
ド端子7にワイヤ8を介して結線されるものである。
【0015】図5は、図1に示す両面間導電膜3の反対
面を見える状態で示した斜視図であって、この図と図1
に示すように、両面間導電膜3は、上記第1および第2
の半導体チップ1,2より厚みが薄く形成された基材3
aを本体としている。この基材3aは、たとえばポリイ
ミドフィルムなどの可撓性を有する薄膜であり、その両
面には、銅箔をエッチング処理して形成された第1の導
電パターン3bおよび第2の導電パターン3cが形成さ
れている。ここで、図1において示される第1の導電パ
ターン3bは、図4に示される上記第1の電極パターン
1dに整合した形状とされており、これに対し、図5に
おいて示される第2の導電パターン3cは、図1に示さ
れる上記第2の電極パターン2eに整合した形状とされ
ている。より具体的に説明すると、第1の導電パターン
3bは、中央付近から外側に向かって延出する多数のリ
ード端子3dの配列からなる形状であり、そのリード端
子3dの中央付近の配列形状が上記第1の電極パターン
1dに合致した形状とされている。一方、第2の導電パ
ターン3cは、上記第1の導電パターン3bとほぼ同様
に、中央付近から外側に向かって延出する多数のリード
端子3eの配列からなる形状であり、そのリード端子3
eの中央付近の配列形状が上記第2の電極パターン2e
に合致した形状とされている。これにより、両面間導電
膜3の一方の片面では、第1の導電パターン3bが上記
第1の電極パターン1dに接続された状態であり、両面
間導電膜3の他方の片面では、第2の導電パターン3c
が上記電極パターン2eに接続された状態となる。さら
に、これら第1および第2の導電パターン3b,3c
は、図2によく示されるように、基材3aの厚み方向に
貫通するVIAホール3fを介して相互に連結された構
造とされ、互いに導通接続された状態となっている。こ
のVIAホール3fは、第1および第2の導電パターン
3b,3cにおける外側付近のリード端子3d,3e同
士を連結させている。このような構造を有する両面間導
電膜3は、たとえばエポキシ系樹脂などを主成分とする
接着剤を硬化させることにより、接着層4,5を介して
第1および第2の半導体チップ1,2それぞれの電極面
1a,2a間に挟まれた状態で接合される。なお、この
ような接合工程は、あらかじめ両面間導電膜3を第1の
半導体チップ1に接合して一体化させた後、その一体化
したものを第2の半導体チップ2に接合してもよく、あ
るいはその逆の工程手順であってもよい。また、接着層
4,5は、熱硬化性や熱可塑性、あるいはこれら混合系
の樹脂を母材とする接着剤中に金属粒子を分散混入した
異方性導電フィルムや異方性導電ペーストによって形成
してもよい。この種の接着剤は、上記両電極面1a,2
a間の間隔方向、つまり厚み方向にのみ導通性を有し、
これら電極面1a,2aの水平方向には、絶縁性が保た
れるものである。
【0016】次に、上記半導体装置Aの作用について説
明する。
【0017】まず、第1および第2の半導体チップ1,
2それぞれの電極面1a,2aは、接着層4,5を介し
て互いに対面し合う向きに重ねられた接合形態で、これ
ら両電極面1a,2a間に両面間導電膜3が挟み込まれ
た状態となっている。
【0018】そして、この両面間導電膜3の一方の片面
にある第1の導電パターン3bが、上記第1の半導体チ
ップ1の電極面1aにある第1の電極パターン1dに整
合して接続された状態とすると、反対側の他方の片面に
ある第2の導電パターン3cが、上記第2の半導体チッ
プ2の電極面2aにある第2の電極パターン2eに整合
して接続された状態となる。
【0019】そうして、上記第1および第2の電極パタ
ーン1d,2eそれぞれに接続された両面間導電膜3の
第1および第2の導電パターン3b,3cは、VIAホ
ール3fを介して相互に連結された構造とされているこ
とから、結局、第1および第2の半導体チップ1,2の
両電極パターン1d,2eは、両面間導電膜3の両面に
ある第1および第2の導電パターン3b,3cを介して
相互に導通接続された状態となっている。つまり、第1
および第2の半導体チップ1,2の第1および第2の電
極パターン1d,2eが、図1および図4によく示され
るように、互いに異なるピッチやパターン形状であって
も、これら両電極パターン1d,2eは直接連結される
ことはなく、両面間導電膜3の第1および第2の導電パ
ターン3b,3cを介して導通接続された状態となって
いる。
【0020】つまり、図2を参照して見ると、両面間導
電膜3がなければ、両半導体チップ1,2の両電極パタ
ーン1d,2eは、互いにずれた位置をもって上下に重
ね合わされることとなり、これでは確実・安定した導通
接続ができないが、それに対し、本実施形態のように両
面間導電膜3が上記両電極パターン1d,2e間に挟ま
れた状態では、両面間で相互連結された第1および第2
の導電パターン3b,3cを経由して両電極パターン1
d,2e同士の導通性が確保されているのである。
【0021】このような第1および第2の導電パターン
3b,3cの形状は、銅箔のエッチング処理に先だっ
て、任意に組み合わせられる半導体チップ1,2の電極
パターンの形状に応じて設計変更可能であり、そのよう
な設計変更は、半導体チップ1,2の回路設計などに比
べてはるかに容易である。なぜなら、回路設計において
は、電子回路における構成素子の設計基準や配置構造な
どを考慮しなければならないが、これに対し、導電パタ
ーン3b,3cの設計変更では、単に両面間導電膜3の
両面にある導電パターン3b,3cの連結構造を決定す
るだけでよく、つまり、両面間導電膜3の厚み方向に貫
通するVIAホール3fの配置構造を決定するだけで設
計自由度が大きいからである。
【0022】したがって、上記構成、作用を有する半導
体装置Aによれば、互いに異なる形状の電極パターン1
d,2eを有する既存の半導体チップ1,2を任意に組
み合わせて接合することができるので、そのような接合
形態の半導体装置Aを製造するにあたって特別必要な半
導体チップをあらたに回路設計・開発する必要もなく、
そのためにかかるコストや手間を削減することができ
る。
【0023】しかも、両半導体チップ1,2の電極パタ
ーン1d,2eが相異してもよいので、たとえば、一方
の第1の半導体チップ1における第1の電極パターン1
dを微細ピッチで高密度化とするとともに、他方の第2
の半導体チップ2における第2の電極パターン2eは、
高密度化することなく分散状のものを用いることがで
き、この種の半導体装置Aの製造に伴う高密度・高精度
化といった製造技術上の問題を緩和して生産性を向上す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本願発明にかかる半導体装置の一実施形態を分
解して示した分解斜視図である。
【図2】図1に示す半導体装置の組み立て状態を示した
断面図である。
【図3】封止された半導体装置がリード端子に接続され
ている状態を示した断面図である。
【図4】図1に示す第1の半導体チップの電極面を見え
る状態で示した斜視図である。
【図5】図1に示す両面間導電膜の反対面を見える状態
で示した斜視図である。
【符号の説明】
1 第1の半導体チップ 1a 電極面 1d 第1の電極パターン 2 第2の半導体チップ 2a 電極面 2e 第2の電極パターン 3 両面間導電膜 3a 基材 3b 第1の導電パターン 3c 第2の導電パターン 3f VIAホール 4,5 接着層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−201472(JP,A) 特開 平5−48001(JP,A) 特開 平5−190764(JP,A) 特開 平9−17945(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 25/065 - 25/07 H01L 25/18

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1および第2の半導体チップそれぞれ
    の電極面を互いに対面し合う向きに重ねた接合形態を有
    し、上記電極面の電極パターンを介して上記両半導体チ
    ップが導通接続されている半導体装置であって、 上記両電極面間に挟み込まれ、これら両電極面の電極パ
    ターンそれぞれに整合して接続される導電パターンを各
    片面に有し、これら各片面の導電パターンを相互に連結
    した構造の両面間導電膜を備えていることを特徴とす
    る、半導体装置。
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