JP3508683B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置及びそ
の製造方法に関し、特に、複数段の積層が簡便な三次元
積層型の半導体装置、及び、該三次元積層型の半導体装
置を容易に製造可能な製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の三次元積層型半導体装置には、積
層された複数の半導体チップを有し、各半導体チップ毎
に電極パッドがリードで樹脂パッケージから引き出さ
れ、各リードが積層方向で相互に接続された形式のもの
が知られている。図１６及び図１７は夫々、特許第2765
823号公報に記載された上記形式の三次元積層型半導体
装置（第１の従来例）を単体で示す断面図である。図１
７の半導体装置は最下段に配置される形態であり、図１
６の半導体装置は最下段以外の形態である。

【０００３】図１６に示す半導体装置は、所定パターン
を有し所定形状に折曲されたリードフレーム１０７と、
リードフレーム１０７に接着剤１０６で接着された半導
体チップ１０５とを有し、リードフレーム１０７及び半
導体チップ１０５が樹脂製の封止パッケージ１０８で封
止されている。リードフレーム１０７の内部リード部分
１０２に、半導体チップ１０５の対応するボンディング
パッド１０１が接続されている。リードフレーム１０７
は更に、先端が封止パッケージ１０８の外部に露出する
外部リード部分１０９と、内部リード部分１０２と外部
リード部分１０９との間に形成された結合リード部分１
０３とを有する。

【０００４】結合リード部分１０３は上方に屈曲して封
止パッケージ１０８の上面から露出しており、結合リー
ド部分１０３の裏面には、先端が封止パッケージ１０８
の下面から露出する垂直接続手段１０４が接続される。
結合リード部分１０３及び垂直接続手段１０４を介し
て、上下方向に積層される複数の半導体装置が相互に電
気的且つ機械的に結合される。図１７に示す半導体装置
は、図１６の半導体装置とほぼ同様の構成を有するが、
外部リード部分１０９の露出端が折曲形成されて外部リ
ード１１０を形成している。

【０００５】図１６の半導体装置を積層して相互に接続
し、図１７の半導体装置を最下段に接続する場合には、
ハンダや導電性ペースト等の導電性物質を垂直接続手段
１０４の露出端に設け、この導電性物質と結合リード部
分分１０３とを接合させて電気的且つ機械的に結合す
る。

【０００６】図１８は、特開平6-5778号公報に記載され
た三次元積層型半導体装置（第２の従来例）を示す断面
図である。この公報に記載の半導体装置１５１は、回路
パターンが形成された配線層１５６を両面に有する複数
の半導体チップ１５２を備えており、各半導体チップ１
５２が複数段積み重ねられ、配線層１５６の対応する電
極パッド１５５が金属バンプ１５３を介して相互に電気
的且つ機械的に結合されている。各半導体チップ１５２
は、裏面における配線層１５６の一部に、内部接続用及
び外部接続用の電極パッド１５９、１６０を有してお
り、外部接続用の電極パッド１６０は、テープリード１
６１を介して外部回路に導通している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】第１の従来例では、垂
直接続手段１０４の位置が半導体チップ１０５の外周部
に大きく離れて位置するため、パッケージ外形が半導体
チップ１０５よりも大幅に大きくなり、半導体標準モー
ルドパッケージのサイズ以上に大きくなる。この従来例
では、垂直接続手段１０４を用いた構造を確保するため
に特殊な成型金型が必須になるので、設計の変更に長時
間を要し、リソースが大となる。

【０００８】また、成型金型による成型のため、垂直接
続手段１０５の加工精度に限界があり、150μm以下の狭
ピッチ化の要請に応えることができない。このため、パ
ッケージサイズが大きくなって高密度実装が極めて困難
になる。また、リードフレーム１０７が特殊形状の結合
リード１０３等の特殊加工を必要とするために、高価格
化を招く。更に、リードフレーム１０７の厚みが0.12mm
程度と厚いため、パッケージが全体的に厚くなる。ま
た、半導体装置を相互に結合する際に、ダイマウントや
位置決め装置が必要になり、実装のためのリソースが大
きくなるだけでなく、バンプ接続構造の場合に、リード
が固定されていることで応力の吸収が困難になり、接続
信頼性が低下するおそれがある。

【０００９】一方、第２の従来例では、多段接続構造を
得るために半導体チップ１５２の裏面にも配線層１５６
及び絶縁層１５７を加工しなければならないので、特殊
構造が必要になって半導体チップ１５２の高価格を招く
という問題がある。また、外部接続用のリードにテープ
リード１６１が用いられるため、フレキシブルな特性を
もつテープリード１６１の実装時の固定処理が困難にな
る。一般的にテープリードはポリイミドテープをベース
とするため、適用可能な材料が限定されると共に高コス
トを招くという問題がある。更に、良好な実装を簡便に
得るために固定治具や固定用設備等が別途必要で、これ
ら固定治具等にセットするための煩雑な工程が必要にな
る等の問題があり、固定治具や固定用設備等に対する投
資も莫大になる。

【００１０】本発明は、上記に鑑み、複数段の積層構造
が容易に得られ、パッケージ外形が半導体チップよりあ
まり大きくなく、高密度実装に適した構造を得ると共
に、特殊加工が必要なリードフレームを無くして、設計
変更に要する時間を短縮させ、コストダウンを図り、接
続信頼性を向上させ得る半導体装置及びその製造方法を
提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の半導体装置は、マザーボードと、該マザー
ボード上に配設された１つの半導体チップ又は積層され
た複数の半導体チップと、夫々が半導体チップのための
第１のリード部分及び前記マザーボードのための第２の
リード部分を有する複数のスプリング状リードとを備
え、前記第１のリード部分は対応する半導体チップの対
応する電極パッドに接続され、前記第２のリード部分は
前記マザーボードの対応する端子に接続され、隣接する
２つのリード部分によって１つの半導体チップが挟み込
まれることを特徴とする。

【００１２】本発明の半導体装置では、隣接するリード
部分の相互間に半導体チップを挟み込むだけの簡単なプ
ロセスで、適正な接続位置に半導体チップを容易に保持
できるので、大規模で高度な設備や治工具を不要としな
がらも、複数段の半導体チップを位置決め、実装が容易
で接続性が良好な構造を得ることができる。複数段の半
導体チップを相互に連結するスプリング状リードが、複
数のリード部分を突出させただけの簡素でコンパクトな
形状の部品なので、リード部分の相互間に半導体チップ
を挟み込んだ三次元積層型半導体装置は、パッケージ外
形が半導体チップよりあまり大きくなく、高密度実装に
適した構造とされる。また、特殊加工が必要なリードフ
レームが不要なので、設計変更に要する時間を大幅に短
縮でき、コストダウンを図ると共に、接続信頼性を向上
させることができる。

【００１３】ここで、前記第２のリード部分を除いて前
記半導体チップ及び前記第１のリード部分が樹脂封止さ
れていることが好ましい。この場合、信頼性が高い半導
体装置を得ることができると共に、マザーボードに対し
て容易且つ確実に接続することができる。

【００１４】また、前記第１のリード部分の先端に導電
性バンプを有し、前記半導体チップの電極パッドと前記
リード部分との接続が前記導電性バンプによってなされ
ることも好ましい態様である。この場合、電極パッドと
リード部分との結合に対する信頼性が向上する。

【００１５】更に、前記スプリング状リードにおける前
記第１のリード部分の先端を除いた部分の表面が絶縁処
理されていることが好ましい。この場合、スプリング状
リードの相互間、或いは、半導体チップとスプリング状
リードとの間における電気的なショートを防止すること
が出来る。

【００１６】具体的には、前記導電性バンプを、Al若し
くはAuを含む金属材料、Sn/Pb系、Sn/Ag系、Sn/Zn系若
しくはSn/Bi系の合金、導電性樹脂材料若しくは異方導
電性樹脂材料、又は、プラスチックに導電性メッキを施
した導電性ボールで構成することができる。

【００１７】前記リード部分の先端にはメッキ処理が施
されていることが好ましい。この場合、回路パターンの
電極パッドとその対応するリード部分とがスプリング状
リードの弾性による接触圧のみで電気的且つ機械的に結
合される際に、結合部分における導通状態を良好に維持
することができる。

【００１８】前記第１のリード部分の先端には、半円形
状に上下に突出する上面側突起及び下面側突起が形成さ
れ、前記上面側突起及び下面側突起の夫々にメッキ処理
が施されていることが好ましい。或いは、これに代え
て、前記第１のリード部分の先端には、表裏を貫通する
円形状の開口部が形成され、該開口部の近傍及び内側面
にメッキ処理が施されていることも好ましい態様であ
る。或いは、これに代えて、前記第１のリード部分の先
端には、矩形状に上下に突出する上面側突起及び下面側
突起が形成され、前記上面側突起及び下面側突起の夫々
にメッキ処理が施されていることも好ましい態様であ
る。これらの場合、回路パターンの電極パッドとその対
応するリード部分とがスプリング状リードのスプリング
特性による接触圧のみで電気的且つ機械的に結合されて
も、結合部分における導通状態を良好に維持することが
できる。

【００１９】具体的には、前記メッキ処理に、Ni、Au、
Pd若しくはAgを含む金属材料、又は、Sn/Pb系、Sn/Ag
系、Sn/Zn系若しくはSn/Bi系の合金を用いることができ
る。

【００２０】前記第１のリード部分の先端には、半円形
状に上下に突出する上面側突起及び下面側突起が形成さ
れ、前記上面側突起及び下面側突起の夫々に前記導電性
バンプが形成されることが好ましい。或いは、これに代
えて、前記第１のリード部分の先端には、表裏を貫通す
る円形状の開口部が形成され、該開口部の近傍及び内側
面に前記導電性バンプが形成されることも好ましい態様
である。或いは、これに代えて、前記第１のリード部分
の先端には、矩形状に上下に突出する上面側突起及び下
面側突起が形成され、前記上面側突起及び下面側突起の
夫々に前記導電性バンプが形成されることも好ましい態
様である。これらの場合、リード部分の先端に導電性バ
ンプを形成する工程が極めて容易になると共に接続特性
が向上する。

【００２１】具体的には、前記導電性バンプを、Al若し
くはAuを含む金属材料、Sn/Pb系、Sn/Ag系、Sn/Zn系若
しくはSn/Bi系の合金、導電性樹脂材料若しくは異方導
電性樹脂材料、又は、プラスチックに導電性メッキを施
した導電性ボールで構成することができる。

【００２２】本発明の三次元積層型の半導体装置は、マ
ザーボードと、該マザーボード上に積層された複数の半
導体チップと、夫々が半導体チップのための第１のリー
ド部分及び前記マザーボードのための第２のリード部分
を有する複数のスプリング状リードとを備え、前記複数
のスプリング状リードの内の所定数のリードが夫々、対
応する半導体チップの対応する電極パッドに前記第１の
リード部分を接続し且つ前記マザーボードの相互に異な
るチップセレクト信号端子に前記第２のリード部分を接
続していることを特徴とする。

【００２３】本発明の半導体装置では、各段のリード部
分の相互間に半導体チップを１つずつ挿入し、対応する
電極パッドにリード部分の先端を接続するだけで、各段
の半導体チップに備えたチップセレクト端子をマザーボ
ードの異なるチップセレクト信号端子に個別に導通でき
るので、各段の半導体チップを電気的に個別に選択する
チップセレクタ機能を容易に実現でき、コストアップを
抑止できる。

【００２４】本発明の半導体装置の製造方法は、夫々が
半導体チップのための第１のリード部分及び前記マザー
ボードのための第２のリード部分を有する複数のスプリ
ング状リードを用意し、隣接する２つのリード部分の間
に１つの半導体チップを挟み込みつつ、前記半導体チッ
プの対応する電極パッドと対応する前記リード部分の先
端とを接続し、各スプリング状リードにおける第２のリ
ード部分を除いて前記半導体チップ及び第１のリード部
分を樹脂材料で封止することを特徴とする。

【００２５】本発明の半導体装置の製造方法によると、
極めて簡単なプロセスで処理を進めることができ、大規
模で高度な設備や治工具が不要で、低コストが実現出来
る。複数段の半導体チップを相互に連結するスプリング
状リードが、複数のリード部分を突出させただけの簡素
でコンパクトな形状の部品なので、リード部分の相互間
に半導体チップを挟み込んだ三次元積層型半導体装置
は、パッケージ外形が半導体チップよりあまり大きくな
く、高密度実装に適した構造にされる。また、特殊加工
が必要なリードフレームが不要なので、設計変更に要す
る時間を大幅に短縮でき、接続信頼性が向上する。

【００２６】本発明の半導体装置の製造方法は、ウエハ
が短冊状に切断され複数個ずつの半導体チップを一列状
に有するダイシング部材を用意し、夫々が半導体チップ
のための第１のリード部分及び前記マザーボードのため
の第２のリード部分を有する複数のスプリング状リード
を用意し、各スプリング状リードにおける隣接するリー
ド部分の間に半導体チップを１つずつ挟み込みつつ、前
記半導体チップの対応する電極パッドと対応する前記リ
ード部分の先端とを接続し、各スプリング状リードにお
ける前記第２のリード部分を除いて前記半導体チップ及
び第１のリード部分を樹脂材料で封止し、樹脂封止され
た状態の各半導体チップを相互に分離させることを特徴
とする。

【００２７】本発明の半導体装置の製造方法によると、
多連構造のスプリング状リードのリード部分の先端に、
短冊状のダイシング部材に備えた複数の半導体チップを
一括して挿入し、各半導体チップの電極パッドとリード
部分の先端とを一括して接続し、更に、樹脂封止してか
ら個々の半導体チップに分割することができる。従っ
て、多数個の半導体チップを一括して処理を進めること
ができるので、製造プロセスを簡略化させ、低コストが
実現できる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照し、本発明の実
施形態例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。図１
は、本発明の第１実施形態例に係る三次元積層型半導体
装置の構成を示す断面図である。この三次元積層型半導
体装置は、マザーボード８と、マザーボード８上に積層
された複数の半導体チップ１と、同図の紙面に垂直な方
向に所定のピッチで配列された複数のスプリング状リー
ド３とを備える。同図では、最も手前に位置するスプリ
ング状リード３のみが現れる。

【００２９】各スプリング状リード３は、半導体チップ
１の側部を積層方向に延びる連結部３ａと、連結部３ａ
から相互に所定の間隔をあけて同じ方向に突出する、半
導体チップ１のための第１のリード部分３ｂと、連結部
３ａの最下部から第１のリード部分３ｂと同じ方向に突
出するマザーボード８のための第２のリード部分３ｃ
と、各第１のリード部分３ｂの先端に形成された導電性
を有する金属バンプ２とを備える。

【００３０】図１の半導体装置は更に、図２に示すよう
に、図１に示した状態で第２のリード部分３ｃを除く全
体が、半導体装置の使用環境及び用途に応じて樹脂材料
から成る封止パッケージで封止され、信頼性の高いスプ
リング状リード構造の三次元積層型半導体装置とされ
る。

【００３１】ここで、スプリング状リードの詳細な構成
を図７を参照して説明する。同図は、本発明に係る三次
元積層型半導体装置に使用可能なスプリング状リードの
施工前の状態一例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正
面図、（ｃ）は側面図である。

【００３２】同図において、複数のスプリング状リード
３が、長尺のベース部分７に所定の間隔をあけて同じ方
向に突出して配設されている。各スプリング状リード３
は、連結部３ａの長手方向において所定間隔をあけて同
じ方向に突出する複数の第１のリード部分３ｂと、複数
の第１のリード部分３ｂをマザーボードに導通するため
の第２のリード部分３ｃとを有する。ベース部分７は、
第１のリード部分３ｂ及び第２のリード部分３ｃと同じ
材質から成り、スプリング状リード３と共にプレス加工
等で容易に作製される。

【００３３】第１のリード部分３ｂは、対応する半導体
チップの対応する電極パッドに接続され、第２のリード
部分３ｃは、マザーボードの対応する端子に接続され、
隣接する２つのリード部分（３ｂと３ｂ、又は３ｂと３
ｃ）によって１つの半導体チップが挟み込まれる。

【００３４】各リード部分３ｂの先端には、半導体チッ
プ１の電極パッドとの接続ため、金属バンプ２が形成さ
れている。金属バンプ２は、Al、Au、Sn/Pb系、Sn/Ag
系、Sn/Zn系、Sn/Bi系、導電性樹脂、又は異方導電性樹
脂で構成され、或いは、プラスチックに導電性メッキを
した材料で構成される。スプリング状リード３は、プレ
ス法で極めて容易に製造され、その後、各リード部分３
ｂの先端に金属バンプ２が形成される。

【００３５】各スプリング状リード３は、Ni、42合金、
52合金等のスプリング特性を有する材料、又は、Cu系等
のスプリング特性（弾性）を有する材料で構成される。
半導体チップ１の電極パッドとの接続及びリード全体の
腐食防止のために、必要な箇所にNi、Au、Pd、Ag、Sn/P
b系、Sn/Ag系、Sn/Zn系、又はSn/Bi系等のメッキ膜を形
成することもある。

【００３６】本実施形態例では、必要に応じて、半導体
チップの電極と接続する第１のリード部分３ｂ先端の金
属バンプ２及びその近傍を除く、同図の矢印ＤＡ−ＤＢ
で示す範囲の表面を、電気的に絶縁された構造にされ
る。その場合、絶縁は、絶縁性樹脂のコーティング、金
属の表面酸化法等によって容易に実現される。先端にメ
ッキ膜を形成した後に同様な処理を実施しても、絶縁構
造を容易に実現できる。この構造により、スプリング状
リード３の相互間、或いは、半導体チップとスプリング
状リード３との間における電気的なショートを防止する
ことが出来る。

【００３７】ベース部分７は、必要な段数の半導体チッ
プ１を、各スプリング状リード３のリード部分３ｂの相
互間に挟み込んで必要な処理を施した後に除去される。
従って、ベース部分７に支持されたスプリング状リード
３に対し、安定した状態で半導体チップをセットできる
ので、三次元積層型半導体装置の製造工程が容易にな
る。

【００３８】上記スプリング状リード３を用いて三次元
積層型半導体装置を作製する場合、金属バンプを溶融さ
せなくても、スプリング特性で半導体チップ１をリード
部分３ｂ間に単に挟持し、第１のリード部分３ｂの先端
に電極パッドを接触させて電気的に接続すると共に、隣
接する第１のリード部分３ｂのクリップ力によって機械
的に結合することができる。或いは、これに代えて、金
属バンプを溶融させて硬化させ、半導体チップ１の各電
極パッドを第１のリード部分３ｂ先端に電気的且つ機械
的に結合することもできる。

【００３９】本実施形態例では、図２に示すように、第
１のリード部分３ｂが半導体チップ１と同じ数だけ形成
されており、最上部の第１のリード部分３ｂ先端の金属
バンプ２が、最上部の半導体チップ１の下側を向いた電
極パッドに電気的且つ機械的に結合され、２段目〜４段
目の半導体チップ１は夫々、１〜４段目の第１のリード
部分３ｂ間に挟み込まれた状態で、上側を向いた電極パ
ッドがその対応する金属バンプ２に夫々接続される。最
上段の半導体チップ１は、他の半導体チップ１の配線パ
ターンとは対称（正反対）の配線パターンを有する。ま
た、４段目の半導体チップ１の下面と４段目の第１のリ
ード部分３ｂとは実際には接触している。

【００４０】次に、上記半導体装置の製造方法を図１、
図２を参照して詳細に説明する。まず、半導体チップ１
の電極パッドに対応する金属バンプ２を備えたスプリン
グ状リード３を用意し、半導体チップ１をスプリング状
リード３のスプリング特性を利用して各第１のリード部
分３ｂ間に挟み込みつつ、半導体チップ１の電極パッド
とその対応する金属バンプ２とを位置合わせして仮固定
する。この処理を所望の段数分だけ繰り返し行う。スプ
リング状リード３には、板厚が例えば15〜50μmの42合
金を用いることができ、金属バンプ２には、例えばSn/P
b=63/37 wt％のはんだ、又は、Sn/Pb=05/95 wt％のはん
だを用いることができる。

【００４１】次いで、レーザーリフロー法（加熱温度：
230℃又は350℃）、リフロー炉によるリフロー法（ピー
ク加熱温度：230℃又は350℃）、或いは熱圧着法（加熱
温度：300〜450℃）により、金属バンプ２を溶融又は半
溶融させて、半導体チップ１の電極パッドとスプリング
状リード３とを電気的且つ機械的に結合し、図２に示し
た三次元積層型半導体装置を得る。この場合、２段目及
び３段目の半導体チップ１の下面に接触する金属バンプ
２は、溶融後に単に硬化するだけである。

【００４２】図３は、本発明の第２実施形態例に係る三
次元積層型半導体装置の構成を示す断面図である。同図
では、マザーボートとの接続にスプリング状リードをそ
のまま使用する例を示す。この三次元積層型半導体装置
は、第１実施形態例と同様の構成を有するが、第２のリ
ード部分３ｃが、先端に金属バンプ４（接続部材）を備
えたマザーボード接続用リードとして構成される点で異
なる。

【００４３】本実施形態例では、図４に示すように、第
２のリード部分３ｃ及び金属バンプ４を除く全体が、半
導体装置の使用環境及び用途に応じて、樹脂材料から成
る封止パッケージで封止され、信頼性の高いスプリング
状リード構造の三次元積層型半導体装置とされる。更
に、この三次元積層型半導体装置をマザーボードに接続
する際には、マザーボードの対応する電極に金属バンプ
４を電気的且つ機械的に結合する。

【００４４】第１及び第２実施形態例では、金属バンプ
２を溶融させて硬化することにより、半導体チップ１の
各電極パッドを電気的且つ機械的に結合したが、金属バ
ンプ２を溶融させずに、スプリング状リード３のスプリ
ング特性で半導体チップ１を単に挟持するだけで、各金
属バンプ２をその対応する電極パッドに接触させて電気
的且つ機械的に結合しても良い。

【００４５】図５は、本発明の第３実施形態例における
半導体装置を示す断面図である。本実施形態例は、第１
実施形態例の変形例であり、半導体チップ１を一段のみ
有し、スプリング状リード３が、連結部３ａの両端部か
ら同じ方向に突出する各１本ずつの第１のリード部分３
ｂ及び第２のリード部分３ｃを有し、第１のリード部分
３ｂ先端にのみ金属バンプ２を有する。第２のリード部
分３ｃを除く全体が、半導体装置の使用環境及び用途に
応じて樹脂材料で封止され、信頼性の高いスプリング状
リード構造の半導体装置とされる。

【００４６】図６は、本発明の第４実施形態例における
半導体装置を示す断面図である。本実施形態例は、第２
実施形態例の変形例であり、半導体チップ１を一段のみ
有し、スプリング状リード３が、連結部３ａの両端部か
ら同じ方向に突出する各１本ずつの第１のリード部分３
ｂ及び第２のリード部分３ｃを有し、第１のリード部分
３ｂ及び第２のリード部分３ｃの先端に金属バンプ２、
４を夫々有する。第２のリード部分３ｃ及び金属バンプ
４を除く全体が、半導体装置の使用環境及び用途に応じ
て樹脂材料で封止され、信頼性の高いスプリング状リー
ド構造の半導体装置とされる。

【００４７】第３及び第４実施形態例においても、第１
及び第２実施形態例と同様に、金属バンプ２を溶融させ
て硬化させ、或いは、単にスプリング特性を利用して電
極パッドに金属バンプ２を接触させることで、各電極パ
ッドを電気的且つ機械的に結合することができる。

【００４８】図８は、本発明に係る三次元積層型半導体
装置に使用可能なスプリング状リードの別の例を示し、
（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図であ
る。本例は、図７に示したスプリング状リード３とほぼ
同様の構成を有するが、図８（ａ）〜（ｃ）に示すよう
に、各第１のリード部分３ｂの先端部に導電性ボール等
の金属バンプ２が形成されない点で図７の例とは異な
る。このような本例のスプリング状リード３を用いて
も、図７のスプリング状リード３を用いた場合と同様の
効果を得ることができる。

【００４９】本例では、必要に応じて、半導体チップの
電極と接続する第１のリード部分３ｂの先端部を除く、
各図の矢印ＣＡ−ＣＢで示す範囲の表面を、電気的に絶
縁された構造とすることができる。その場合、絶縁は、
絶縁性樹脂のコーティング、金属の表面酸化法等によっ
て容易に実現できる。先端にメッキ膜を形成した後に同
様な処理を実施しても、絶縁構造を容易に実現できる。
この構造により、スプリング状リード３の相互間、或い
は、半導体チップとスプリング状リード３との間におけ
る電気的なショートを防止することが出来る。

【００５０】本例のスプリング状リード３を用いて三次
元積層型半導体装置を作製する場合、第１のリード部分
３ｂの先端を電極パッドに単に接触させて接続すること
と、金属バンプを溶融・硬化させて第１のリード部分３
ｂの先端を電極パッドに電気的且つ機械的に結合するこ
とができる。溶融・硬化させる場合には、半導体チップ
１の電極パッド側に導通性のバンプを予め形成する等の
手法が採られる。

【００５１】図９は、本発明に係る第５実施形態例にお
ける三次元積層型半導体装置の製造プロセスを順に示す
断面図であり、（ａ）〜（ｄ）は各工程を順に示す。

【００５２】まず、図９（ａ）に示すように、半導体チ
ップ１の表面に、メッキ、スパッタ、蒸着、或いは金属
ボール法等によって、接続用の電極パッド９（導電層）
を形成する。このように形成した半導体チップ１を必要
な数だけ用意する。

【００５３】次いで、図９（ｂ）に示すように、先端に
金属バンプ２が形成された複数の第１のリード部分３ｂ
を有するスプリング状リード３を、少なくとも一対用意
する。第２のリード部分３ｃは、マザーボードとの接続
用として構成される。

【００５４】更に、図９（ｃ）に示すように、各第１の
リード部分３ｂの間に、各電極パッド９がその対応する
金属バンプ２に接触するように位置合わせしつつ、スプ
リング状リード３のスプリング特性を利用して半導体チ
ップ１を挟み込み、仮固定する。この処理を所望の段数
分だけ繰り返し行う。

【００５５】引き続き、図９（ｄ）に示すように、レー
ザーリフロー法、リフロー炉によるリフロー法、或いは
熱圧着法等により、各金属バンプ２を溶融或いは半溶融
させて、相互に対応する電極パッド９と第１のリード部
分３ｂ先端の金属バンプ２とを電気的且つ機械的に結合
する。そして、半導体装置の使用環境及び用途に応じ
て、第２のリード部分３ｃを除く全体を封止樹脂５で樹
脂封止した後、第２のリード部分３ｃをマザーボード８
の対応する端子に電気的且つ機械的に結合する。これに
より、信頼性の高いスプリング状リード構造の三次元積
層型半導体装置が得られる。なお、図９（ｃ）、（ｄ）
では、各半導体チップ１の表面に形成された電極パッド
９を図示省略した。

【００５６】本実施形態例における製造方法では、第１
のリード部分３ｂの相互間に半導体チップ１を挿入する
工程と、スプリング状リード３と半導体チップ１とを熱
圧着等で結合する工程と、封止樹脂５で樹脂封止する工
程とによって三次元積層型半導体装置を作製するので、
プロセスが極めて簡単で、大規模で高度な設備や治工具
が不要になり、低コストが実現出来る。この製造方法
は、上記構成に加えて第２のリード部分３ｃにも金属バ
ンプを有するスプリング状リード、或いは、全ての第１
のリード部分３ｂに金属バンプが形成されないスプリン
グ状リードを用いる場合でも、信頼性の高い三次元積層
型半導体装置を得ることが出来る。

【００５７】第５実施形態例においても、第１〜第４実
施形態例と同様に、金属バンプ２を溶融させず単にスプ
リング特性を利用して電極パッドに金属バンプ２を接触
させ、各電極パッドを接続することができる。

【００５８】図１０は、本発明に係る第６実施形態例に
おける三次元積層型半導体装置の製造プロセスを順に示
す断面図であり、（ａ）〜（ｆ）は各工程を順に示す。
本実施形態例では、第１のリード部分３ｂの先端に金属
バンプを有する形式のスプリング状リード３でも、金属
バンプを有しない形式のスプリング状リード３でも同様
に用いることができる。

【００５９】まず、図１０（ａ）に示すように、１枚の
半導体ウエハ１０に行列状に形成された複数の半導体チ
ップ（半導体デバイス）１１を、スクライブ、レーザ
ー、ダイシング法等によって、図１０（ｂ）に示すよう
に、夫々が連続する複数の半導体チップ１１を有する複
数本の短冊状のダイシング１２として加工する。各半導
体チップ１１の表面には、メッキ、スパッタ、蒸着、金
属ボール法等によって、接続用の電極パッド（導電層）
が予め形成される。

【００６０】次いで、図１０（ｃ）に示すように、図７
又は図８に示した形式のスプリング状リード３を用意
し、ベース部分７に支持された状態の各スプリング状リ
ード３の、対応する第１のリード部分３ｂ間に短冊状の
ダイシング１２（半導体チップ１１）を夫々挿入し、相
互に対応する第１のリード部分３ｂの先端と電極パッド
とを位置合わせしつつ、スプリング状リード３のスプリ
ング特性を利用して仮固定する。この処理を所望の段数
分だけ繰り返し行う。

【００６１】次いで、図１０（ｄ）に示すように、レー
ザーリフロー法、リフロー炉によるリフロー法、或いは
熱圧着法等によって、第１のリード部分３ｂ先端の金属
バンプを溶融又は半溶融させて、短冊状のダイシング１
２における各半導体チップ１１の電極パッドと、ベース
部分７で連結された各スプリング状リード３の第１のリ
ード部分３ｂ先端とを電気的且つ機械的に結合する。一
方、第１のリード部分３ｂ先端に金属バンプを有しない
場合には、スプリング特性で半導体チップを第１のリー
ド部分３ｂ間に単に挟持することにより、第１のリード
部分３ｂ先端に各電極パッドを接触させて接続する。

【００６２】そして、図１０（ｅ）に示すように、半導
体装置の使用環境及び用途に応じて、第２のリード部分
３ｃを除く他の部分を封止樹脂５で樹脂封止して、信頼
性の高いスプリング状リード構造の三次元積層型半導体
装置を製造する。

【００６３】次いで、必要に応じて、短冊状の構成のま
まで電気的な検査を行い、スプリング状リード構造半導
体装置の良否を判定し、不良と判定されたものには、イ
ンク捺印やレーザーマーク法等によって、不良品である
ことを表すマークを付ける。

【００６４】最後に、図１０（ｆ）に示すように、短冊
状の半導体装置を、ダイシング、レーザー、その他のカ
ッティング法によって切断線１５に沿ってカットし、ス
プリング状リード構造の個別の半導体装置に分割し、電
気特性の良品のみを取り出す。必要に応じて、１個ずつ
でなく複数個まとめてカットすることにより、高密度な
実装に適したパッケージを製造することもできる。

【００６５】本実施形態例によると、多連構造のスプリ
ング状リード３の第１のリード部分３ｂの先端に、短冊
状に切断されたダイシング１２における複数個の半導体
チップ１１を挿入する工程と、スプリング状リード３と
半導体チップ１１とを熱圧着等で結合する工程と、封止
樹脂５で樹脂封止する工程と、樹脂封止後に各半導体チ
ップ１１に分割する工程とによって三次元積層型半導体
装置を製造できる。そのため、多数個の半導体チップ１
１を一括して処理できるので、製造プロセスを簡略化さ
せ、低コストを実現し、市場要求に対して柔軟に対応す
ることが出来る。

【００６６】本実施形態例においても、第１〜第５実施
形態例と同様に、金属バンプを溶融させず単にスプリン
グ特性を利用して電極パッドに金属バンプを接触させ、
各電極パッドを結合することができる。

【００６７】図１１は、本発明に係る三次元積層型半導
体装置に使用可能なチップセレクタ構造のスプリング状
リードの一例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面
図、（ｃ）は側面図である。本例におけるスプリング状
リードは、図１１（ａ）〜（ｃ）に示すように、図７に
示した例と同様、リード３ｂの先端に金属バンプ２が形
成されておらず、長尺形状のベース部分７から相互に所
定の間隔をあけて一方向に突出した構造を有する。

【００６８】本例のスプリング状リードでは、チップセ
レクタリードに相当する所定数の縦一列の第１のリード
部分３ｂが、各段の半導体チップから１ピッチずつずれ
た電気経路を経由してマザーボード（図示せず）に向か
うように、支持部３ｃ₁〜３ｃ₄によって支持されてい
る。支持部３ｃ₁〜３ｃ₄に対応する第１のリード部分３
ｂは、各段の半導体チップにおけるチップセレクト電極
（図示せず）に接続されるので、マザーボード側からの
チップセレクト信号が支持部３ｃ₁〜３ｃ₄を経由して、
所要の半導体チップのチップセレクト電極に個別に与え
られる。

【００６９】本例におけるスプリング状リード３を用い
る場合、半導体チップを各段の第１のリード部分３ｂの
相互間に１個ずつ挿入し、対応する電極パッドに第１の
リード部分３ｂ先端を接続するだけで、複数段の半導体
装置の各半導体チップに備えたチップセレクト端子を個
別にマザーボードに導通できるので、各段の半導体チッ
プを電気的に個別選択するチップセレクタ機能を容易に
実現でき、コストアップを抑止できる。

【００７０】図１２は、本発明に係る三次元積層型半導
体装置に使用可能なチップセレクタ構造のスプリング状
リードの別の例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面
図、（ｃ）は側面図である。本例のスプリング状リード
は、図１２（ａ）〜（ｃ）に示すように、リード部分先
端に金属バンプ２、４が形成される点で図１１の例と異
なるが他の構成は同様であり、図１１の例と同様の作用
効果を得ることができる。

【００７１】図１３は、本発明に係る三次元積層型半導
体装置に使用可能なリード部分の先端形状の一例を示
し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。本例にお
けるリード部分は、第１及び第２のリード部分３ｂ、３
ｃの双方に適用することができる。

【００７２】図１３（ａ）、（ｂ）に示すように、第１
のリード部分３ｂ（３ｃ）先端における長手方向と直交
する左右には、上方に向けて切り起こされた半円形状の
突起１８（上面半湾曲突起）と、下方に向けて切り起こ
された半円形状の突起１９（下面半湾曲突起）とが形成
されている。このような先端構造の第１のリード部分３
ｂを用いると、金属バンプ２、４の形成が極めて簡便に
なると共に、接続特性が向上する。突起１８、１９は、
プレス法によって極めて容易に製作することが出来る。

【００７３】図１４は、図１３とは異なるリード部分の
先端形状を示し、（ａ）はリード部分の平面図、（ｂ）
は断面図である。本例におけるリード部分は、図１４
（ａ）、（ｂ）に示すように、第１のリード部分３ｂ先
端に、表裏を貫通する開口部２０が形成されている。こ
のような先端構造の第１のリード部分３ｂによっても、
図１３の例と同様の作用効果を奏することができる。

【００７４】図１５は、図１３、図１４とは異なるリー
ド部分の先端形状を示し、（ａ）はリード部分の平面
図、（ｂ）は側面図である。本例におけるリード部分
は、図１５（ａ）、（ｂ）に示すように、第１のリード
部分３ｂ先端に、上面側に突出する上側突起板２１ａと
下面側に突出する下側突起板２１ｂとを有する。このよ
うな先端構造の第１のリード部分３ｂによっても、図１
３の例と同様の作用効果を奏することができる。

【００７５】一方、第１のリード部分３ｂに金属バンプ
２、４を形成せずスプリング状リード３の弾性による接
触圧のみで第１のリード部分３ｂ先端の突起１８、１
９、開口部２０、上側突起板２１ａ、下側突起板２１ｂ
のいずれかを電極パッドに電気的且つ機械的に結合する
際には、突起１８、１９、開口部２０、上側突起板２１
ａ、下側突起板２１ｂにメッキ処理を施す。これによ
り、結合部分における導通状態を良好に維持できる。メ
ッキ処理には、Ni、Au、Pd若しくはAgを含む金属材料、
又は、Sn/Pb系、Sn/Ag系、Sn/Zn系若しくはSn/Bi系の合
金を用いることができる。

【００７６】以上のように、第１〜第６実施形態例で
は、スプリング特性を有する第１のリード部分３ｂ先端
に挟み込むプロセスのみで、半導体チップを適正な接続
位置に容易に仮固定又は固定することができる。従っ
て、半導体チップの位置決め、仮固定又は固定する際
に、大規模で高度な設備や治工具が不要になるので、半
導体装置のコストダウンが実現出来る。

【００７７】また、図５及び図６に示したような１個構
成の半導体装置も簡便に作製することができるので、市
場要求に応えて、広範囲に対処することが出来る。この
場合、封止樹脂５から突出したスプリング状リード３の
一部をマザーボードに接続する構成であるので、マザー
ボード、半導体装置及び半導体チップの間の熱膨張率差
をスプリング特性によって吸収することが出来る。その
ため、厳しい環境試験にも耐え得る高信頼性接続の半導
体装置を実現することが出来る。

【００７８】更に、複数段の半導体チップ１を相互に連
結可能なスプリング状リード３が、第１のリード部分３
ｂを突出させただけの簡素でコンパクトな形状を有する
ので、第１のリード部分３ｂの相互間に半導体チップ１
を挟み込んだ三次元積層型半導体装置を、パッケージ外
形が半導体チップ１よりあまり大きくなく、高密度実装
に適した構造にすることができる。また、スプリング状
リード３には薄い材料を適用出来るので、半導体チップ
サイズに極めて近いパッケージ構成が容易に実現でき
る。これにより、高密度実装に適した半導体装置の実現
が可能になり、高機能、軽薄短小等の市場要求に十分対
応することができる。マザーボードとの接続部分を除い
て樹脂封止した構造とすることで、高耐湿性のパッケー
ジも実現することが出来る。

【００７９】以上、本発明をその好適な実施形態例に基
づいて説明したが、本発明の半導体装置及びその製造方
法は、上記実施形態例の構成にのみ限定されるものでは
なく、上記実施形態例の構成から種々の修正及び変更を
施した半導体装置及びその製造方法も、本発明の範囲に
含まれる。

【００８０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体装
置及びその製造方法によると、複数段の積層構造が容易
に得られ、パッケージ外形が半導体チップよりあまり大
きくなく、高密度実装に適した構造を得ることができ
る。また、特殊加工が必要なリードフレームを無くし
て、設計変更に要する時間を短縮させ、コストダウンを
図り、接続信頼性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態例に係る半導体装置を示
す断面図である。

【図２】第１実施形態例に係る半導体装置を示す断面図
である。

【図３】本発明の第２実施形態例に係る半導体装置を示
す断面図である。

【図４】第２実施形態例に係る半導体装置を示す断面図
である。

【図５】本発明の第３実施形態例に係る半導体装置を示
す断面図である。

【図６】本発明の第４実施形態例に係る半導体装置を示
す断面図である。

【図７】本発明に係る半導体装置に使用可能なスプリン
グ状リードの一例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正
面図、（ｃ）は側面図である。

【図８】本発明に係る半導体装置に使用可能なスプリン
グ状リードの別の例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は
正面図、（ｃ）は側面図である。

【図９】本発明に係る第５実施形態例における半導体装
置の製造プロセスを順に示す断面図であり、（ａ）〜
（ｄ）は各工程を順に示す。

【図１０】本発明に係る第６実施形態例における半導体
装置の製造プロセスを順に示す断面図であり、（ａ）〜
（ｆ）は各工程を順に示す。

【図１１】本発明に係る半導体装置に使用可能なチップ
セレクタ構造のスプリング状リードの一例を示し、
（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図であ
る。

【図１２】本発明に係る半導体装置に使用可能なチップ
セレクタ構造のスプリング状リードの別の例を示し、
（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図であ
る。

【図１３】本発明に係る半導体装置に使用可能なリード
部分の先端形状の一例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）
は正面図である。

【図１４】本発明に係る半導体装置に使用可能なリード
部分の先端形状の別の例を示し、（ａ）は平面図、
（ｂ）は正面図である。

【図１５】本発明に係る半導体装置に使用可能なリード
部分の先端形状の更に別の例を示し、（ａ）は平面図、
（ｂ）は正面図である。

【図１６】従来の三次元積層型の半導体装置を単体で示
す断面図である。

【図１７】従来の三次元積層型の半導体装置を単体で示
す断面図である。

【図１８】従来の三次元積層型半導体装置を示す断面図
である。

【符号の説明】

１：半導体チップ ２：金属バンプ ３：スプリング状リード ３ａ：連結部 ３ｂ：第１のリード部分 ３ｃ：第２のリード部分 ３ｃ₁〜３ｃ₄：支持部 ４：金属バンプ（接続部材） ５：封止樹脂 ７：ベース部分 ９：電極パッド １０：半導体ウエハ １１：半導体チップ １２：短冊状のダイシング １５：切断線 １８：半円形状の突起 １９：半円形状の突起 ２０：開口部 ２１ａ：上側突起板 ２１ｂ：下側突起板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−291493（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−252339（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 25/00 - 25/18

Claims (17)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マザーボードと、該マザーボード上に配
   設された１つの半導体チップ又は積層された複数の半導
   体チップと、夫々が半導体チップのための第１のリード
   部分及び前記マザーボードのための第２のリード部分を
   有する複数のスプリング状リードとを備え、 前記第１のリード部分は対応する半導体チップの対応す
   る電極パッドに接続され、前記第２のリード部分は前記
   マザーボードの対応する端子に接続され、隣接する２つ
   のリード部分によって１つの半導体チップが挟み込まれ
   ることを特徴とする半導体装置。
2. 【請求項２】 前記第２のリード部分を除いて前記半導
   体チップ及び前記第１のリード部分が樹脂封止されてい
   ることを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置。
3. 【請求項３】 前記第１のリード部分の先端に導電性バ
   ンプを有し、前記半導体チップの電極パッドと前記リー
   ド部分との接続が前記導電性バンプによってなされるこ
   とを特徴とする、請求項１又は２に記載の半導体装置。
4. 【請求項４】 前記スプリング状リードにおける前記第
   １のリード部分の先端を除いた部分の表面が絶縁処理さ
   れていることを特徴とする、請求項１〜３の何れかに記
   載の半導体装置。
5. 【請求項５】 前記導電性バンプが、Al若しくはAuを含
   む金属材料、Sn/Pb系、Sn/Ag系、Sn/Zn系若しくはSn/Bi
   系の合金、導電性樹脂材料若しくは異方導電性樹脂材
   料、又は、プラスチックに導電性メッキを施した導電性
   ボールで構成されることを特徴とする、請求項３又は４
   に記載の半導体装置。
6. 【請求項６】 前記第１のリード部分の先端にはメッキ
   処理が施されていることを特徴とする、請求項１又は２
   に記載の半導体装置。
7. 【請求項７】 前記第１のリード部分の先端には、半円
   形状に上下に突出する上面側突起及び下面側突起が形成
   され、前記上面側突起及び下面側突起の夫々にメッキ処
   理が施されていることを特徴とする、請求項１又は２に
   記載の半導体装置。
8. 【請求項８】 前記第１のリード部分の先端には、表裏
   を貫通する円形状の開口部が形成され、該開口部の近傍
   及び内側面にメッキ処理が施されていることを特徴とす
   る、請求項１又は２に記載の半導体装置。
9. 【請求項９】 前記第１のリード部分の先端には、矩形
   状に上下に突出する上面側突起及び下面側突起が形成さ
   れ、前記上面側突起及び下面側突起の夫々にメッキ処理
   が施されていることを特徴とする、請求項１又は２に記
   載の半導体装置。
10. 【請求項１０】 前記メッキ処理には、Ni、Au、Pd若し
    くはAgを含む金属材料、又は、Sn/Pb系、Sn/Ag系、Sn/Z
    n系若しくはSn/Bi系の合金が用られることを特徴とす
    る、請求項６〜９の何れかに記載の半導体装置。
11. 【請求項１１】 前記第１のリード部分の先端には、半
    円形状に上下に突出する上面側突起及び下面側突起が形
    成され、前記上面側突起及び下面側突起の夫々に前記導
    電性バンプが形成されていることを特徴とする、請求項
    ３〜５の何れかに記載の半導体装置。
12. 【請求項１２】 前記第１のリード部分の先端には、表
    裏を貫通する円形状の開口部が形成され、該開口部の近
    傍及び内側面に前記導電性バンプが形成されていること
    を特徴とする、請求項３〜５の何れかに記載の半導体装
    置。
13. 【請求項１３】 前記第１のリード部分の先端には、矩
    形状に上下に突出する上面側突起及び下面側突起が形成
    され、前記上面側突起及び下面側突起の夫々に前記導電
    性バンプが形成されていることを特徴とする、請求項３
    〜５の何れかに記載の半導体装置。
14. 【請求項１４】 前記導電性バンプが、Al若しくはAuを
    含む金属材料、Sn/Pb系、Sn/Ag系、Sn/Zn系若しくはSn/
    Bi系の合金、導電性樹脂材料若しくは異方導電性樹脂材
    料、又は、プラスチックに導電性メッキを施した導電性
    ボールで構成されることを特徴とする、請求項１１〜１
    ３の何れかに記載の半導体装置。
15. 【請求項１５】 マザーボードと、該マザーボード上に
    積層された複数の半導体チップと、夫々が半導体チップ
    のための第１のリード部分及び前記マザーボードのため
    の第２のリード部分を有する複数のスプリング状リード
    とを備え、 前記複数のスプリング状リードの内の所定数のリードが
    夫々、対応する半導体チップの対応する電極パッドに前
    記第１のリード部分を接続し且つ前記マザーボードの相
    互に異なるチップセレクト信号端子に前記第２のリード
    部分を接続していることを特徴とする三次元積層型の半
    導体装置。
16. 【請求項１６】 夫々が半導体チップのための第１のリ
    ード部分及び前記マザーボードのための第２のリード部
    分を有する複数のスプリング状リードを用意し、 隣接する２つのリード部分の間に１つの半導体チップを
    挟み込みつつ、前記半導体チップの対応する電極パッド
    と対応する前記リード部分の先端とを接続し、 各スプリング状リードにおける第２のリード部分を除い
    て前記半導体チップ及び第１のリード部分を樹脂材料で
    封止することを特徴とする半導体装置の製造方法。
17. 【請求項１７】 ウエハが短冊状に切断され複数個ずつ
    の半導体チップを一列状に有するダイシング部材を用意
    し、 夫々が半導体チップのための第１のリード部分及び前記
    マザーボードのための第２のリード部分を有する複数の
    スプリング状リードを用意し、 各スプリング状リードにおける隣接するリード部分の間
    に半導体チップを１つずつ挟み込みつつ、前記半導体チ
    ップの対応する電極パッドと対応する前記リード部分の
    先端とを接続し、 各スプリング状リードにおける前記第２のリード部分を
    除いて前記半導体チップ及び第１のリード部分を樹脂材
    料で封止し、 樹脂封止された状態の各半導体チップを相互に分離させ
    ることを特徴とする半導体装置の製造方法。