JP3628991B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主面上にＬＳＩがそれぞれ形成された第１の半導体チップと第２の半導体チップとがフェイスダウンボンディング方式により接合されてなる半導体装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体集積回路装置の低コスト化及び小型化を図るため、例えば異なる機能を持つＬＳＩ又は異なるプロセスにより形成されたＬＳＩが形成された、第１のＬＳＩチップと第２のＬＳＩチップとがフェイスダウンボンディング方式により接合されてなる半導体装置が提案されている。
【０００３】
以下、例えば特開平２−１５６６０号公報に示されている、２つのＬＳＩチップがフェイスダウンボンディング方式により接合されてなる半導体装置及びその製造方法について図９を参照しながら説明する。
【０００４】
図９に示すように、第１のＬＳＩチップ１０における第１のＬＳＩが形成されている主面上には内部電極１１及び外部電極１２が形成されていると共に、第２のＬＳＩチップ１３における第２のＬＳＩが形成されている主面上にはバンプ１４が形成されており、内部電極１１とバンプ１４とが接続された状態で、第１のＬＳＩチップ１０と第２のＬＳＩチップ１３とがフェイスダウンボンディング方式により接合している。この場合、第１のＬＳＩチップ１０と第２のＬＳＩチップ１３との間には絶縁性樹脂１５が充填されている。また、第１のＬＳＩチップ１０はリードフレームのダイパッド１６にはんだ１７により固定されていると共に、第１のＬＳＩチップ１０の外部電極１２とリードフレームのインナーリード１８とはボンディングワイヤ１９により電気的に接続されている。第１のＬＳＩチップ１０、第２のＬＳＩチップ１３、ダイパッド１６、インナーリード１８及びボンディングワイヤ１９は樹脂パッケージ２０により封止されている。
【０００５】
前記従来の半導体装置は以下のようにして製造される。
【０００６】
まず、周縁部に外部電極１２が形成されている第１のＬＳＩチップ１０上の中央部に絶縁性樹脂１５を塗布した後、第２のＬＳＩチップ１３を第１のＬＳＩチップ１０に押圧して、第１のＬＳＩチップ１０の内部電極１１と第２のＬＳＩチップ１３のバンプ１４とが接続した状態で、第１のＬＳＩチップと第２のＬＳＩチップとを接合する。
【０００７】
次に、第１のＬＳＩチップ１０の外部電極１２とインナーリード１８とをボンディングワイヤ１９により接続した後、第１のＬＳＩチップ１０、第２のＬＳＩチップ１３、ダイパッド１６、インナーリード１８及びボンディングワイヤ１９を樹脂パッケージ２０により封止する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、第１のＬＳＩチップ１０と第２のＬＳＩチップ１３とがフェイスダウンボンディング方式により接合されてなる半導体装置においては、絶縁性樹脂１５及び樹脂パッケージ２０の熱伝導率が低いため、第２のＬＳＩチップ１３の主面に形成されている第１のＬＳＩから発生した熱は、バンプ１４を介して第１のＬＳＩチップ１０に伝達された後、ダイパッド１６に伝わり、その後、ダイパッド１６と一体化されているインナーリード１８から外部に放出されるが、バンプ１４の断面積の合計は第２のＬＳＩチップ１３の面積に比べてかなり小さいので、第２のＬＳＩチップ１３に発生した熱のバンプ１４を介しての放散は十分ではない。
【０００９】
このため、第２のＬＳＩチップ１３の主面に形成されているＬＳＩにおいて、ｐｎ接合のダイオード特性が劣化するという問題及び金属配線の抵抗が大きくなってトランジスタ特性が劣化するという問題等が発生する。特に、第２のＬＳＩチップ１３の主面に形成されているＬＳＩの消費電力が大きい場合には、前記の問題は顕著に表われる。
【００１０】
また、前記従来の半導体装置の製造方法は、周縁部に外部電極１２が形成されている第１のＬＳＩチップ１０上の中央部に絶縁性樹脂１５を塗布した後、第２のＬＳＩチップ１３を第１のＬＳＩチップ１０に押圧して第１のＬＳＩチップ１０と第２のＬＳＩチップ１３とを接合するが、この際、絶縁性樹脂１５が第１のＬＳＩチップ１０の外部電極１２に付着すると、第１のＬＳＩチップ１０の外部電極１２とインナーリード１８とをボンディングワイヤ１９により接合することができない。
【００１１】
そこで、従来の半導体装置においては、絶縁性樹脂１５が第１のＬＳＩチップ１０の外部電極１２に付着しないように、第２のＬＳＩチップ１３の外形寸法を第１のＬＳＩチップ１０の外部電極１２の内側寸法よりもかなり小さくしている。すなわち、第２のＬＳＩチップ１３のサイズを第１のＬＳＩチップ１０のサイズよりも十分に小さく、例えば、第２のＬＳＩチップ１３の１辺の長さを第１のＬＳＩチップ１０の１辺の長さに対して２ｍｍ程度小さくしている。このため、第２のＬＳＩチップ１３の集積度、ひいては第１のＬＳＩチップ１０と第２のＬＳＩチップ１３とからなるＬＳＩモジュールの集積度が制約を受けると言う問題がある。
【００１２】
前記に鑑み、本発明は、第１のＬＳＩチップの上に第２のＬＳＩチップがフェイスダウンボンディング方式により接合されてなる半導体装置において、第２のＬＳＩチップに発生した熱を効率良く放散できるようにすることを第１の目的とし、第２のＬＳＩチップの集積度を向上させることを第２の目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る第１の半導体装置は、周縁部に外部電極を有する第１のＬＳＩチップと、第１のＬＳＩチップの上にフェイスダウンボンディング方式により接合された第２のＬＳＩチップと、第１のＬＳＩチップの下面に設けられたダイパッドと、第１のＬＳＩチップの外部電極と電気的に接続されたインナーリードと、第１のＬＳＩチップ、第２のＬＳＩチップ、ダイパッド及びインナーリードを、第２のＬＳＩチップの上面及びダイパッドの下面の少なくとも中央部がそれぞれ露出するように封止している樹脂パッケージとを備えている。
【００１４】
第１の半導体装置によると、樹脂パッケージが第２のＬＳＩチップの上面の少なくとも中央部が露出するように封止しているため、第２のＬＳＩチップの主面に形成されているＬＳＩから発生した熱は、第２のＬＳＩチップの上面における樹脂パッケージに露出している領域から放散され、また、樹脂パッケージがダイパッドの下面の少なくとも中央部が露出するように封止しているため、第１のＬＳＩチップの主面に形成されているＬＳＩから発生した熱は、ダイパッドの下面における樹脂パッケージに露出している領域から放散される。
【００１５】
第１の半導体装置において、樹脂パッケージは、第１のＬＳＩチップ、第２のＬＳＩチップ、ダイパッド及びインナーリードを、第２のＬＳＩチップの上面及びダイパッドの下面がそれぞれ全面に亘って露出するように封止していることが好ましい。
【００１６】
第１の半導体装置は、第２のＬＳＩチップの上面における樹脂パッケージから露出している領域に設けられた放熱体をさらに備えていることが好ましい。
【００１７】
本発明に係る第２の半導体装置は、周縁部に外部電極を有する第１のＬＳＩチップと、第１のＬＳＩチップの上にフェイスダウンボンディング方式により接合された第２のＬＳＩチップと、第１のＬＳＩチップの外部電極と電気的に接続されたインナーリードと、第１のＬＳＩチップ、第２のＬＳＩチップ及びインナーリードを、第２のＬＳＩチップの上面及び第１のＬＳＩチップの下面の少なくとも中央部がそれぞれ露出するように封止している樹脂パッケージとを備えている。
【００１８】
第２の半導体装置によると、樹脂パッケージが第２のＬＳＩチップの上面の少なくとも中央部が露出するように封止しているため、第２のＬＳＩチップの主面に形成されているＬＳＩから発生した熱は、第２のＬＳＩチップの上面における樹脂パッケージに露出している領域から放散され、また、樹脂パッケージが第１の半導体チップの下面の少なくとも中央部が露出するように封止しているため、第１のＬＳＩチップの主面に形成されているＬＳＩから発生した熱は、第１のＬＳＩチップの下面における樹脂パッケージに露出している領域から放散される。
【００１９】
第２の半導体装置において、樹脂パッケージは、第１のＬＳＩチップ、第２のＬＳＩチップ及びインナーリードを、第２のＬＳＩチップの上面及び第１のＬＳＩチップの下面がそれぞれ全面に亘って露出するように封止していることが好ましい。
【００２０】
第２の半導体装置は、第２のＬＳＩチップの上面における樹脂パッケージから露出している領域に設けられた放熱体をさらに備えていることが好ましい。
【００２１】
本発明に係る第３の半導体装置は、周縁部に外部電極を有する第１のＬＳＩチップと、第１のＬＳＩチップの上にフェイスダウンボンディング方式により接合された第２のＬＳＩチップと、第１のＬＳＩチップの外部電極に接続されたボンディングワイヤと、第１のＬＳＩチップと第２のＬＳＩチップとの間に、第１のＬＳＩチップ及び第２のＬＳＩチップの各主面を全面的に覆うように充填された絶縁性樹脂と、第１のＬＳＩチップ及び第２のＬＳＩチップを封止している樹脂パッケージとを備えており、絶縁性樹脂のヤング率は樹脂パッケージを構成する樹脂のヤング率よりも小さい。
【００２２】
第３の半導体装置によると、第１のＬＳＩチップと第２のＬＳＩチップとの間に、第１のＬＳＩチップ及び第２のＬＳＩチップの各主面を全面的に覆うように絶縁性樹脂が介在し、しかも、該絶縁性樹脂のヤング率は樹脂パッケージを構成する樹脂のヤング率よりも小さいため、第１のＬＳＩチップ及び第２のＬＳＩチップの各主面はヤング率の小さい樹脂によって全面的に覆われている。
【００２３】
従来においては、第１のＬＳＩチップの外部電極同士の間まで延びる金属配線が、樹脂パッケージを構成する樹脂の熱応力の影響を受けないように、第１のＬＳＩチップの主面を予めポリイミド膜等により覆う必要があったが、第３の半導体装置によると、第１のＬＳＩチップ及び第２のＬＳＩチップの各主面がヤング率の小さいつまり熱応力の小さい絶縁性樹脂により全面的に覆われているため、ヤング率の大きい封止用樹脂が第１のＬＳＩチップ及び第２のＬＳＩチップの各主面に接触する事態を回避することができる。
【００２４】
本発明に係る第１の半導体装置の製造方法は、周縁部に外部電極を有する第１のＬＳＩチップの上に第２のＬＳＩチップをフェイスダウンボンディング方式により接合する工程と、第１のＬＳＩチップの下面にダイパッドを固着する工程と、第１のＬＳＩチップの外部電極とインナーリードとを電気的に接続する工程と、第１のＬＳＩチップ、第２のＬＳＩチップ、ダイパッド及びインナーリードを樹脂パッケージにより、第２のＬＳＩチップの上面及びダイパッドの下面の少なくとも中央部がそれぞれ露出するように封止する工程とを備えている。
【００２５】
第１の半導体装置の製造方法によると、第１のＬＳＩチップ、第２のＬＳＩチップ、ダイパッド及びインナーリードを樹脂パッケージにより、第２のＬＳＩチップの上面及びダイパッドの下面の少なくとも中央部がそれぞれ露出するように封止する工程を備えているため、得られる半導体装置においては、第２のＬＳＩチップの上面及びダイパッドの下面の少なくとも中央部はそれぞれ露出している。
【００２６】
本発明に係る第２の半導体装置の製造方法は、周縁部に外部電極を有する第１のＬＳＩチップの上に第２のＬＳＩチップをフェイスダウンボンディング方式により接合する工程と、第１のＬＳＩチップの下面にダイパッドを固着する工程と、第１のＬＳＩチップの外部電極とインナーリードとを電気的に接続する工程と、第１のＬＳＩチップ、第２のＬＳＩチップ、ダイパッド及びインナーリードを樹脂パッケージにより全面的に封止する工程と、樹脂パッケージを研磨して第２のＬＳＩチップの上面及びダイパッドの下面をそれぞれ全面に亘って露出させる工程とを備えている。
【００２７】
第２の半導体装置の製造方法によると、第１のＬＳＩチップ、第２のＬＳＩチップ、ダイパッド及びインナーリードを樹脂パッケージにより全面的に封止した後、樹脂パッケージを研磨して第２のＬＳＩチップの上面及びダイパッドの下面をそれぞれ全面に亘って露出させる工程を備えているため、得られる半導体装置においては、第２のＬＳＩチップの上面及びダイパッドの下面はそれぞれ全面に亘って露出している。
【００２８】
本発明に係る第３の半導体装置の製造方法は、周縁部に外部電極を有する第１のＬＳＩチップの上に第２のＬＳＩチップをフェイスダウンボンディング方式により接合する工程と、第１のＬＳＩチップの外部電極とインナーリードとを電気的に接続する工程と、第１のＬＳＩチップ、第２のＬＳＩチップ及びインナーリードを樹脂パッケージにより、第２のＬＳＩチップの上面及び第１のＬＳＩチップの下面の少なくとも中央部がそれぞれ露出するように封止する工程とを備えている。
【００２９】
第３の半導体装置の製造方法によると、第１のＬＳＩチップ、第２のＬＳＩチップ及びインナーリードを樹脂パッケージにより、第２のＬＳＩチップの上面及び第１のＬＳＩチップの下面の少なくとも中央部がそれぞれ露出するように封止する工程を備えているため、得られる半導体装置においては、第２のＬＳＩチップの上面及び第１のＬＳＩチップの下面の少なくとも中央部はそれぞれ露出している。
【００３０】
本発明に係る第４の半導体装置の製造方法は、周縁部に外部電極を有する第１のＬＳＩチップの上に第２のＬＳＩチップをフェイスダウンボンディング方式により接合する工程と、第１のＬＳＩチップの外部電極とインナーリードとを電気的に接続する工程と、第１のＬＳＩチップ、第２のＬＳＩチップ及びインナーリードを樹脂パッケージにより全面的に封止する工程と、樹脂パッケージを研磨して、第２のＬＳＩチップの上面及び第１のＬＳＩの下面をそれぞれ全面に亘って露出させる工程とを備えている。
【００３１】
第４の半導体装置の製造方法によると、第１のＬＳＩチップ、第２のＬＳＩチップ及びインナーリードを樹脂パッケージにより全面的に封止した後、樹脂パッケージを研磨して、第２のＬＳＩチップの上面及び第１のＬＳＩの下面をそれぞれ全面に亘って露出させる工程を備えているため、得られる半導体装置においては、第２のＬＳＩチップの上面及び第１のＬＳＩの下面はそれぞれ全面に亘って露出している。
【００３２】
本発明に係る第５の半導体装置の製造方法は、周縁部に外部電極を有する第１のＬＳＩチップの外部電極にボンディングワイヤを接続するワイヤ接続工程と、外部電極にボンディングワイヤが接続された第１のＬＳＩチップと第２のＬＳＩチップとをフェイスダウンボンディング方式により接合すると共に、第１のＬＳＩチップと第２のＬＳＩチップとの間に絶縁性樹脂を充填して、第１のＬＳＩチップ及び第２のＬＳＩチップよりなるＬＳＩモジュールを形成するモジュール形成工程と、ＬＳＩモジュールを半導体パッケージに封止する封止工程とを備えている。
【００３３】
第５の半導体装置の製造方法によると、第１のＬＳＩチップの外部電極にボンディングワイヤを接続した後に、第１のＬＳＩチップと第２のＬＳＩチップとの間に絶縁性樹脂を充填するため、絶縁性樹脂が外部電極とボンディングワイヤとの接続部を覆うように拡がってもよいので、第２のＬＳＩチップの外形が第１のＬＳＩチップの外部電極の内側に位置する程度まで、第２のＬＳＩチップのサイズを大きくすることができる。
【００３４】
第５の半導体装置の製造方法において、モジュール形成工程は、絶縁性樹脂を第１のＬＳＩチップ及び第２のＬＳＩチップの各主面が全面的に覆われるように充填する工程を含み、封止工程は、ＬＳＩモジュールを樹脂パッケージよりなる半導体パッケージに樹脂封止する工程を含み、モジュール形成工程における絶縁性樹脂のヤング率は、封止工程における樹脂パッケージを構成する樹脂のヤング率よりも小さいことが好ましい。
【００３５】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置及び製造方法について、図１（ａ）〜（ｃ）及び図２（ａ）、（ｂ）を参照しながら説明する。
【００３６】
まず、図１（ａ）に示すように、互いに異なる機能を持つＬＳＩ又は互いに異なるプロセスにより形成されたＬＳＩを有する第１のＬＳＩチップ１１０及び第２のＬＳＩチップ１２０を製造しておく。この場合、第１のＬＳＩチップ１１０と第２のＬＳＩチップ１２０とは、例えば、ＤＲＡＭ等のメモリーよりなるＬＳＩとマイコン等のロジックＬＳＩとの組み合わせ、互いに異なるロジックＬＳＩ同士の組み合わせ、化合物半導体基板上に形成されたＬＳＩとシリコン基板上に形成されたＬＳＩとの組み合わせ等よりなり、互いに異なるプロセスにより形成されたＬＳＩチップ同士又は一のプロセスにより形成された大面積のＬＳＩチップが２分割されてなるものである。
【００３７】
第１のＬＳＩチップ１１０の主面上には多数の内部電極１１１が形成されていると共に、主面上の周縁部には内部電極１１１と電気的に接続された外部電極１１２が形成されている。また、第２のＬＳＩチップ１２０の主面上における第１のＬＳＩチップ１１０の内部電極１１１と対応する部位には、図示しない内部電極が形成されており、該内部電極の上にはＡｕ、Ｃｕ、Ｉｎ又ははんだ等よりなるバンプ１２１が形成されている。バンプ１２１の大きさは、５μｍ〜２００μｍ程度である。バンプ１２１の形成方法としては、ウェハ上に金属膜を蒸着した後、該金属膜にフォトレジストパターンをマスクにして電解めっきを行なってバンプ１２１を形成し、その後、金属膜をエッチングにより除去する方法や、アルミニウムよりなる内部電極の上に無電解めっき法によりＮｉ−Ａｕ等の金属膜を形成した後、該金属膜の上に転写又はディッピングによりバンプ１２１を形成する方法等を採用することができる。
【００３８】
次に、第１のＬＳＩチップ１１０における第２のＬＳＩチップ１２０の搭載領域に、光硬化型又は熱硬化型等のエポキシ系、アクリル系又はポリイミド等よりなる絶縁性樹脂１３０をディスペンサー又はスタンピング等により塗布する。
【００３９】
次に、図１（ｂ）に示すように、第１のＬＳＩチップ１１０の内部電極１１１と第２のＬＳＩチップ１２０のバンプ１２１とを位置合わせした後、第１のＬＳＩチップ１１０の上に第２のＬＳＩチップ１２０を載置する。その後、加圧ツール１４０を降下させて、第２のＬＳＩチップ１２０を第１のＬＳＩチップ１１０に対して押圧すると共に、加圧ツール１４０により押圧した状態で絶縁性樹脂１３０に対して光の照射又は加熱を行なって絶縁性樹脂１３０を硬化させる。この場合、絶縁性樹脂１３０が熱硬化型のときには、加熱された加圧ツール１４０により絶縁性樹脂１３０を加熱し、絶縁性樹脂１３０が光硬化型のときには、絶縁性樹脂１３０に対して紫外線等の光を第２のＬＳＩチップ１２０の側方から照射する。
【００４０】
次に、絶縁性樹脂１３０が硬化すると、図１（ｃ）に示すように、加圧ツール１４０による加圧を解放する。このようにすると、第１のＬＳＩチップ１１０と第２のＬＳＩチップ１２０とが絶縁性樹脂１３０により一体化されてなると共に、内部電極１１１とバンプ１２１とが電気的に接続されてなるＬＳＩモジュールが得られる。尚、絶縁性樹脂１３０が熱及び光硬化型の場合には、絶縁性樹脂１３０における光が照射されなかった部分を常温下又は加熱により硬化させる。
【００４１】
次に、図２（ａ）に示すように、ＬＳＩモジュールの第１のＬＳＩチップ１１０の下面をリードフレームのダイパッド１３１にダイボンド樹脂１３２を用いて固着する。この場合、リードフレームのインナーリード１３３がＬＳＩモジュールの厚さ方向のほぼ中央部に位置するようにディプレス加工、すなわち、ダイパッド１３１がインナーリード１３３よりも窪むような成形加工を、予め金型を用いてリードフレームに対して施している。その後、Ａｕ等よりなるボンディングワイヤ１３４により、第１のＬＳＩチップ１１０の外部電極１１２とリードフレームのインナーリード１３３とを接続する。
【００４２】
次に、図２（ｂ）に示すように、第１のＬＳＩチップ１１０、第２のＬＳＩチップ１２０及びダイパッド１３１を樹脂パッケージ１３５により、第２のＬＳＩチップの上面及びダイパッド１３１の下面が樹脂パッケージ１３５から露出するように樹脂封止する。樹脂封止は、上型と下型とからなる金型を用いるトランスファモールド法により行なうが、上型と下型により形成されるキャビティの高さを、第１のＬＳＩチップ１１０、第２のＬＳＩチップ１２０及びダイパッド１３１の合計厚さに設定しておくことにより、第２のＬＳＩチップ１２０の上面及びダイパッド１３１の下面を樹脂パッケージ１３５から露出させることができる。その後、リードフレームのアウターリード１３６を折り曲げ成形すると、第１の実施形態に係る半導体装置が得られる。
【００４３】
第１の実施形態に係る半導体装置によると、第２のＬＳＩチップ１２０の上面が樹脂パッケージ１３５から露出しているため、第２のＬＳＩチップ１２０の主面に発生した熱は第２のＬＳＩチップ１２０の上面から効率良く放散される。
【００４４】
また、樹脂パッケージ１３５の厚さは、第１のＬＳＩチップ１１０、第２のＬＳＩチップ１２０及びダイパッド１３１の合計厚さと等しいため、２つのＬＳＩチップがフェイスダウンボンディング方式により一体化されてなる半導体装置の厚さを薄くすることができる。例えば、第１のＬＳＩチップ１１０及び第２のＬＳＩチップ１２０の厚さがそれぞれ０．３ｍｍで、ダイパッド１３１の厚さが０．１５ｍｍとすると、バンプ１２１の高さが約１０μｍ、ダイボンド樹脂１３２の厚さが約２０〜３０μｍ程度であるので、約０．８ｍｍの厚さの超薄型の樹脂パッケージ１３５を得ることができる。
【００４５】
従って、第１の実施形態に係る半導体装置が搭載される、移動体通信機器や携帯型情報機器等の端末機器の小型化、薄型化及び軽量化を図ることができる。
【００４６】
（第２の実施形態）
図３は本発明の第２の実施形態に係る半導体装置を示しており、第２の実施形態において、第１の実施形態と同一の部材については同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【００４７】
第２の実施形態の特徴として、樹脂パッケージ１３５は第２のＬＳＩチップ１２０の上面の周縁部を覆っており、第２のＬＳＩチップ１２０は上面における周縁部を除く領域において樹脂パッケージ１３５から露出している。
【００４８】
第２の実施形態に係る半導体装置によると、樹脂パッケージ１３５が第２のＬＳＩチップ１２０の上面の周縁部を覆う構造であるため、キャビティ内における第２のＬＳＩチップ１２０の上面において、樹脂パッケージ１３５を形成するための樹脂の流動性が向上するので、良好な樹脂パッケージ１３５が得られる。
【００４９】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置及び該半導体装置の第１の製造方法について、図４（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。
【００５０】
まず、第１の実施形態と同様に、互いに異なる機能を持つＬＳＩ又は互いに異なるプロセスにより形成されたＬＳＩを有する第１のＬＳＩチップ１１０及び第２のＬＳＩチップ１２０を製造した後、第１のＬＳＩチップ１１０における第２のＬＳＩチップ１２０の搭載領域に、光硬化型又は熱硬化型等のエポキシ系、アクリル系又はポリイミド等よりなる絶縁性樹脂１３０をディスペンサー又はスタンピング等により塗布する。次に、第１のＬＳＩチップ１１０の内部電極１１１と第２のＬＳＩチップ１２０のバンプ１２１とを位置合わせした後、第１のＬＳＩチップ１１０の上に第２のＬＳＩチップ１２０を載置し、その後、第２のＬＳＩチップ１２０を第１のＬＳＩチップ１１０に対して押圧すると共に絶縁性樹脂１３０に対して光の照射又は加熱を行なって絶縁性樹脂１３０を硬化させて、図４（ｃ）に示すような、第１のＬＳＩチップ１１０と第２のＬＳＩチップ１２０とが絶縁性樹脂１３０により一体化されてなると共に、内部電極１１１とバンプ１２１とが電気的に接続されてなるＬＳＩモジュールを得る。
【００５１】
次に、図４（ｂ）に示すような、第１のＬＳＩモジュール１１０よりも若干大きい平面形状と第１のＬＳＩチップ１１０と同程度の深さとを有する収納凹部１４１ａと、該収納凹部１４１ａの中央に設けられた真空吸引孔１４１ｂとを有するワイヤボンディング用ステージ１４１を準備し、該ワイヤボンディング用ステージ１４１の収納凹部１４１ａにＬＳＩモジュールを収納すると共に、真空吸引孔１４１ｂから第１のＬＳＩチップ１１０を真空引きして、第１のＬＳＩチップ１１０をワイヤボンディング用ステージ１４１に固定する。
【００５２】
次に、ワイヤボンディング用ステージ１４１の周縁部の上に、ダイパッドを有しないリードフレームのインナーリード１３３及びアウターリード１３６を載置した後、該リードフレームのインナーリード１３３と第１のＬＳＩチップ１１０の外部電極１１２とをボンディングワイヤ１３４により接続する。第１のＬＳＩチップ１１０は、リードフレームのダイパッドに固定されていないが、ワイヤボンディング用ステージ１４１に保持されているため、ワイヤボンディング工程を確実に行なうことができる。
【００５３】
次に、第１のＬＳＩチップ１１０及び第２のＬＳＩチップ１２０を樹脂パッケージ１３５により、第２のＬＳＩチップの上面及び第１のＬＳＩチップの下面が樹脂パッケージ１３５から露出するように樹脂封止する。この場合、上型と下型により形成されるキャビティの高さを、第１のＬＳＩチップ１１０及び第２のＬＳＩチップ１２０の合計厚さに設定しておくことにより、第２のＬＳＩチップ１２０の上面及び第１のＬＳＩチップ１１０の下面を樹脂パッケージ１３５から露出させることができる。尚、リードフレームのインナーリード１３３と第１のＬＳＩチップ１１０の外部電極１１２とがボンディングワイヤ１３４により接続されているので、ＬＳＩモジュールをワイヤボンディング用ステージ１４１から上型と下型からなる金型に移動する際、ＬＳＩモジュールとリードフレームとが分離してしまう恐れはない。その後、リードフレームのアウターリード１３６を折り曲げ成形すると、図４（ｃ）に示すような第３の実施形態に係る半導体装置が得られる。
【００５４】
第３の実施形態に係る半導体装置によると、第２のＬＳＩチップ１２０の上面及び第１のＬＳＩチップ１１０の下面が樹脂パッケージ１３５から露出しているため、第１のＬＳＩチップ１１０及び第２のＬＳＩチップ１２０に発生した熱は、第１のＬＳＩチップ１１０の下面及び第２のＬＳＩチップ１２０の上面からそれぞれ効率良く放散される。
【００５５】
また、樹脂パッケージ１３５の厚さは、第１のＬＳＩチップ１１０及び第２のＬＳＩチップ１２０の合計厚さと等しいため、２つのＬＳＩチップがフェイスダウンボンディング方式により一体化されてなる半導体装置の厚さを薄くすることができる。例えば、第１のＬＳＩチップ１１０及び第２のＬＳＩチップ１２０の厚さがそれぞれ０．３ｍｍであるとすると、バンプ１２１の高さは小さいので、約０．６ｍｍの厚さの超薄型の樹脂パッケージ１３５を得ることができる。
【００５６】
以下、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の第２の製造方法について、図５（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。
【００５７】
第１の製造方法と同様にして、第１のＬＳＩチップ１１０と第２のＬＳＩチップ１２０とが絶縁性樹脂１３０により一体化されてなると共に、内部電極１１１とバンプ１２１とが電気的に接続されてなるＬＳＩモジュールを得た後、図５（ａ）に示すように、第１のＬＳＩチップ１１０及び第２のＬＳＩチップ１２０が露出することなく完全に覆われるように樹脂パッケージ１３５により樹脂封止する。
【００５８】
次に、樹脂パッケージ１３５の上面及び下面をそれぞれ機械研磨して、図５（ｂ）に示すように、第２のＬＳＩチップ１２０の上面及び第１のＬＳＩチップ１１０の下面を樹脂パッケージ１３５から露出させた後、リードフレームのアウターリード１３６を折り曲げ成形すると、図５（ｃ）に示すような第３の実施形態に係る半導体装置が得られる。
【００５９】
ＬＳＩモジュールの厚さが小さくてキャビティの高さが小さいために、キャビティ内における樹脂の流動性が低下する恐れがある場合でも、第２の製造方法によると、良好な樹脂パッケージ１３５を得ることができる。
【００６０】
（第４の実施形態）
以下、本発明の第４の実施形態に係る半導体装置について、図６を参照しながら説明する。
【００６１】
第４の実施形態に係る半導体装置は、第１の実施形態に係る半導体装置における第２のＬＳＩチップ１２０の上面に放熱体１３７が熱伝導性樹脂１３８により固定されている。放熱体１３７の構造としては、互いに平行に延びる複数の凹状溝が形成されているものでもよいし、多数の凹部がマトリックス状に配列されているものでもよい。
【００６２】
（第５の実施形態）
以下、本発明の第５の実施形態に係る半導体装置について、図７を参照しながら説明する。
【００６３】
第５の実施形態に係る半導体装置は、第３の実施形態に係る半導体装置における第２のＬＳＩチップ１２０の上面に放熱体１３７が熱伝導性樹脂１３８により固定されている。
【００６４】
第４又は第５の実施形態に係る半導体装置によると、第２のＬＳＩチップ１２０の上面に放熱体１３７が固定されているため、第２のＬＳＩの消費電力が大きくて第２のＬＳＩチップ１２０における発熱量が大きい場合でも、第２のＬＳＩチップ１２０に発生した熱は放熱体１３７から効率良く放散される。この場合、第２のＬＳＩチップ１２０の上面に放熱体１３７が固定されているため、つまり、アウタリード１３６が延びている方向と反対側に放熱体１３７が固定されているため、第４又は第５の実施形態に係る半導体装置がプリント基板等に実装された場合の放熱がプリント基板等に対して反対側に行なわれるので、放熱性が極めて良好である。
【００６５】
従って、第４又は第５の実施形態に係る半導体装置によると、熱抵抗の小さいパッケージを得ることができるので、高速化且つ高集積化されたマイクロプロセッサー等にも適用することができ、低コストで高機能のＬＳＩを得ることができる。
【００６６】
（第６の実施形態）
以下、本発明の第６の実施形態に係る半導体装置及び製造方法について、図８（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。
【００６７】
まず、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、互いに異なる機能を持つＬＳＩ又は互いに異なるプロセスにより形成されたＬＳＩを有する第１のＬＳＩチップ１１０及び第２のＬＳＩチップ１２０を製造しておく。第１のＬＳＩチップ１１０の主面上には多数の内部電極１１１が形成されていると共に、主面上の周縁部には内部電極１１１と電気的に接続された外部電極１１２が形成されている。また、第２のＬＳＩチップ１２０の主面上における第１のＬＳＩチップ１１０の内部電極１１１と対応する部位には、内部電極１２２が形成されており、該内部電極１２２の上にはＡｕ、Ｃｕ又ははんだ等よりなるバンプ１２１が形成されている。
【００６８】
次に、図８（ａ）に示すように、第１のＬＳＩチップ１１０をリードフレームのダイパッド１３１にダイボンド樹脂１３２を用いて固着する。この場合、第１の実施形態と同様、リードフレームのインナーリード１３３がＬＳＩモジュールの厚さ方向のほぼ中央部に位置するようにディプレス加工、すなわち、ダイパッド１３１がインナーリード１３３よりも窪むような成形加工を、予め金型を用いてリードフレームに対して施している。その後、Ａｕ等よりなるボンディングワイヤ１３４により、第１のＬＳＩチップ１１０の外部電極１１２とリードフレームのインナーリード１３３とを接続する。
【００６９】
次に、図８（ｂ）に示すように、第１のＬＳＩチップ１１０における第２のＬＳＩチップ１２０の搭載領域に、光硬化型又は熱硬化型等のエポキシ系、アクリル系又はポリイミド等よりなる絶縁性樹脂１３０をディスペンサー又はスタンピング等により塗布した後、第１のＬＳＩチップ１１０の内部電極１１１と第２のＬＳＩチップ１２０のバンプ１２１とを位置合わせする。
【００７０】
次に、図８（ｃ）に示すように、第１のＬＳＩチップ１１０の上に第２のＬＳＩチップ１２０を載置した後、加圧ツール１４０を降下させて、第２のＬＳＩチップ１２０を第１のＬＳＩチップ１１０に対して押圧する。この場合、絶縁性樹脂１３０は、第２のＬＳＩチップ１２０の側面を覆うと共に、第１のＬＳＩチップ１１０の外部電極１１２とボンディングワイヤ１３４との接合部を覆うように拡がる。その後、加圧ツール１４０により第２のＬＳＩチップ１２０を押圧した状態で、絶縁性樹脂１３０に対して光の照射又は加熱を行なって絶縁性樹脂１３０を硬化させる。
【００７１】
尚、第１のＬＳＩチップ１１０と第２のＬＳＩチップ１２０との間に充填された絶縁性樹脂１３０のヤング率は、後述する樹脂パッケージ１３５を構成する樹脂のヤング率よりも小さいことが好ましい。このようにすると、第１のＬＳＩチップ１１０及び第２のＬＳＩチップ１２０の主面が受ける熱応力が低減する。
【００７２】
次に、絶縁性樹脂１３０が硬化すると、図８（ｄ）に示すように、加圧ツール１４０による加圧を解放する。このようにすると、第１のＬＳＩチップ１１０と第２のＬＳＩチップ１２０とが絶縁性樹脂１３０により一体化されてなると共に、内部電極１１１とバンプ１２１とが電気的に接続されてなるＬＳＩモジュールが得られる。尚、絶縁性樹脂１３０が熱及び光硬化型の場合には、絶縁性樹脂１３０における光が照射されなかった部分を常温下又は加熱により硬化させる。
【００７３】
次に、第１のＬＳＩチップ１１０、第２のＬＳＩチップ１２０及びダイパッド１３１を樹脂パッケージ１３５により樹脂封止する。その後、リードフレームのアウターリード１３６を折り曲げ成形すると、第６の実施形態に係る半導体装置が得られる。
【００７４】
第６の実施形態に係る半導体装置によると、第１のＬＳＩチップ１１０の外部電極１１２とボンディングワイヤ１３４との接合部がヤング率の小さい絶縁性樹脂１３０により覆われているため、つまり、第１のＬＳＩチップ１１０及び第２のＬＳＩチップ１２０の主面が全面に亘ってヤング率の小さい樹脂により覆われているため、第１のＬＳＩチップ１１０及び第２のＬＳＩチップ１２０からなるＬＳＩモジュールを封止する熱応力の大きい封止用樹脂が第１のＬＳＩチップ１１０及び第２のＬＳＩチップ１２０の主面に接触しないので、第１のＬＳＩチップ１１０及び第２のＬＳＩチップ１２０の主面に形成されているアルミニウム配線が位置ずれを起こす事態を防止できる。
【００７５】
また、第６の実施形態に係る半導体装置の製造方法は、第１のＬＳＩチップ１１０の外部電極１１２とインナーリード１３３とをボンディングワイヤ１３４により接続した後に、第１のＬＳＩチップ１１０の内部電極１１１と第２のＬＳＩチップ１２０のバンプ１２１とを接続するため、第２のＬＳＩチップ１２０のサイズを、第２のＬＳＩチップ１２０の外形が第１のＬＳＩチップ１１０の外部電極１１２の近傍に位置する程度まで大きくできるので、ＬＳＩモジュールの集積度を向上させることができる。例えば、第２のＬＳＩチップ１２０の外形が第１のＬＳＩチップ１１０の外部電極１１２の内側の線に位置するようにすると、第２のＬＳＩチップ１２０の１辺の長さが第１のＬＳＩチップ１１０の１辺の長さに対して約０．２ｍｍ小さくなる程度まで、第２のＬＳＩチップ１２０のサイズを大きくすることができる。例えば、第１のＬＳＩチップのサイズが６．０ｍｍ角であるとすると、第２のＬＳＩチップのサイズは、従来が４．０ｍｍ角であるのに対して、第６の実施形態では５．８ｍｍ角にすることができ、面積比は２倍以上になる。
【００７６】
尚、第１〜第５の実施形態においては、第１のＬＳＩチップ１１０と第２のＬＳＩチップ１２０とを両方がチップ状態のときに接合したが、これに代えて、ウェハ状態の第１のＬＳＩチップ１１０の上にチップ化された第２のＬＳＩチップ１１０を接合した後、第１のＬＳＩチップ１１０が形成されているウェハに対してダイシングを行なってＬＳＩモジュールを得てもよい。
【００７７】
また、第１〜第６の実施形態においては、内部電極１１１とバンプ１２１とを接触させると共に、第１のＬＳＩチップ１１０と第２のＬＳＩチップ１２０とを絶縁性樹脂１３０により一体化するマイクロバンプボンディング方式を用いたが、これに代えて、はんだ材によりバンプ１２１を形成すると共に、内部電極１１１とバンプ１２１とをはんだ材により接合した後、第１のＬＳＩチップ１１０と第２のＬＳＩチップ１２０との間に絶縁性樹脂を充填する方式でもよい。
【００７８】
また、第１〜第６の実施形態においては、第２のＬＳＩチップ１２０の内部電極の上にバンプ１２１を形成したが、これに代えて、第１のＬＳＩチップ１１０の内部電極１１１の上にバンプ１２１を形成してもよい。
【００７９】
また、第１〜第６の実施形態においては、１つの第１のＬＳＩチップ１１０の上に１つの第２のＬＳＩチップ１２０を載置したが、これに代えて、１つの第１のＬＳＩチップ１１０の上に複数のＬＳＩチップ１２０を載置してもよい。
【００８０】
さらに、第６の実施形態においては、第１のＬＳＩチップ１１０の外部電極１１２とインナーリード１３３とがボンディングワイヤ１３４により接続され、第１のＬＳＩチップ１１０及び第２のＬＳＩチップ１２０からなるＬＳＩモジュールが樹脂パッケージ１３５により封止されてなる構造であったが、これに代えて、第１のＬＳＩチップ１１０及び第２のＬＳＩチップ１２０からなるＬＳＩモジュールがセラミックパッケージに収納され、第１のＬＳＩチップ１１０の外部電極１１２とセラミックパッケージの電極とがボンディングワイヤ１３４により接続されてなる構造（ＢＧＡ）でもよい。
【００８１】
【発明の効果】
第１の半導体装置によると、第２のＬＳＩチップの主面に形成されているＬＳＩから発生した熱は第２のＬＳＩチップの上面における樹脂パッケージに露出している領域から放散され、第１のＬＳＩチップの主面に形成されているＬＳＩから発生した熱はダイパッドの下面における樹脂パッケージに露出している領域から放散されるため、第１及び第２のＬＳＩチップに形成されているＬＳＩにおいて、ｐｎ接合のダイオード特性が劣化したり、金属配線の抵抗が大きくなってトランジスタ特性が劣化したりするという問題を回避することができる。
【００８２】
第１の半導体装置において、第２のＬＳＩチップの上面及びダイパッドの下面がそれぞれ全面に亘って樹脂パッケージから露出していると、第１及び第２のＬＳＩチップに形成されているＬＳＩから発生した熱が確実に放散されると共に、樹脂パッケージが第２のＬＳＩチップの上面及びダイパッドの下面を覆っていないため、樹脂パッケージの厚さが小さくなるので、薄型のパッケージ構造を実現することができる。
【００８３】
第１の半導体装置において、第２のＬＳＩチップの上面における樹脂パッケージから露出している領域に放熱体が設けられていると、第２のＬＳＩチップに形成されているＬＳＩから発生した熱の放散が一層確実になる。
【００８４】
第２の半導体装置によると、第２のＬＳＩチップの主面に形成されているＬＳＩから発生した熱は第２のＬＳＩチップの上面における樹脂パッケージに露出している領域から放散され、第１のＬＳＩチップの主面に形成されているＬＳＩから発生した熱は第１のＬＳＩチップの下面における樹脂パッケージに露出している領域から放散されるため、第１及び第２のＬＳＩチップに形成されているＬＳＩにおいて、ｐｎ接合のダイオード特性が劣化したり、金属配線の抵抗が大きくなってトランジスタ特性が劣化したりするという問題を回避することができる。
【００８５】
第２の半導体装置において、第２のＬＳＩチップの上面及び第１のＬＳＩチップの下面がそれぞれ全面に亘って樹脂パッケージから露出していると、第１及び第２のＬＳＩチップに形成されているＬＳＩから発生した熱が確実に放散されると共に、樹脂パッケージが第２のＬＳＩチップの上面及び第１のＬＳＩチップの下面を覆っていないため、樹脂パッケージの厚さが小さくなるので、薄型のパッケージ構造を実現することができる。
【００８６】
第２の半導体装置において、第２のＬＳＩチップの上面における樹脂パッケージから露出している領域に放熱体が設けられていると、第２のＬＳＩチップに形成されているＬＳＩから発生した熱の放散が一層確実になる。
【００８７】
第３の半導体装置によると、第１のＬＳＩチップ及び第２のＬＳＩチップの各主面はヤング率の小さいつまり熱応力の小さい絶縁性樹脂によって全面的に覆われているため、ヤング率の大きいつまり熱応力の大きい封止用樹脂が第１のＬＳＩチップ及び第２のＬＳＩチップの各主面に接触する事態を回避できるので、第１のＬＳＩチップの主面を予めポリイミド膜等により覆う工程を省略することができる。
【００８８】
第１の半導体装置の製造方法によると、第１のＬＳＩチップ、第２のＬＳＩチップ、ダイパッド及びインナーリードを樹脂パッケージにより、第２のＬＳＩチップの上面及びダイパッドの下面の少なくとも中央部がそれぞれ露出するように封止するため、得られる半導体装置においては、第２のＬＳＩチップの上面及びダイパッドの下面の少なくとも中央部は露出しているので、第１及び第２のＬＳＩチップに形成されているＬＳＩから発生する熱は確実に放散される。
【００８９】
第２の半導体装置の製造方法によると、得られる半導体装置においては、第２のＬＳＩチップの上面及びダイパッドの下面の少なくとも中央部は露出しているので、第１及び第２のＬＳＩチップに形成されているＬＳＩから発生する熱は確実に放散される。また、ＬＳＩモジュールの厚さが小さくてキャビティの高さが小さいときでも、キャビティ内における樹脂の流動性が確保されるので、良好な樹脂パッケージを得ることができる。
【００９０】
第３の半導体装置の製造方法によると、第１のＬＳＩチップ、第２のＬＳＩチップ及びインナーリードを樹脂パッケージにより、第２のＬＳＩチップの上面及び第１のＬＳＩチップの下面の少なくとも中央部がそれぞれ露出するように封止するため、得られる半導体装置においては、第２のＬＳＩチップの上面及び第１のＬＳＩチップの下面の少なくとも中央部は露出しているので、第１及び第２のＬＳＩチップに形成されているＬＳＩから発生する熱は確実に放散される。
【００９１】
第４の半導体装置の製造方法によると、得られる半導体装置においては、第２のＬＳＩチップの上面及び第１のＬＳＩチップの下面の中央部は露出しているので、第１及び第２のＬＳＩチップに形成されているＬＳＩから発生する熱は確実に放散される。また、ＬＳＩモジュールの厚さが小さくてキャビティの高さが小さいときでも、キャビティ内における樹脂の流動性が確保されるので、良好な樹脂パッケージを得ることができる。
【００９２】
第５の半導体装置の製造方法によると、第１のＬＳＩチップと第２のＬＳＩチップとの間に充填される絶縁性樹脂が外部電極とボンディングワイヤとの接続部を覆うように拡がってもよいため、第２のＬＳＩチップの外形が第１のＬＳＩチップの外部電極の内側に位置する程度まで、第２のＬＳＩチップのサイズを大きくできるので、ＬＳＩモジュールの集積度が向上する。
【００９３】
第５の半導体装置の製造方法において、第１のＬＳＩチップと第２のＬＳＩチップとの間に、第１のＬＳＩチップ及び第２のＬＳＩチップの各主面が全面的に覆われるように、樹脂パッケージを構成する樹脂よりもヤング率の小さい絶縁性樹脂を充填すると、ヤング率の大きいつまり熱応力の大きい封止用樹脂が第１のＬＳＩチップ及び第２のＬＳＩチップの各主面に接触する事態を回避できるので、第１のＬＳＩチップの主面を予めポリイミド膜等により覆う工程を省略することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）は、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図３】第２の実施形態に係る半導体装置の断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、第３の実施形態に係る半導体装置の第１の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、第３の実施形態に係る半導体装置の第２の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図６】第４の実施形態に係る半導体装置の断面図である。
【図７】第５の実施形態に係る半導体装置の断面図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は、第６の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図９】従来の半導体装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１１０ 第１のＬＳＩチップ
１１１ 内部電極
１１２ 外部電極
１２０ 第２のＬＳＩチップ
１２１ バンプ
１２２ 内部電極
１３０ 絶縁性樹脂
１３１ ダイパッド
１３２ ダイボンド樹脂
１３３ インナーリード
１３４ ボンディングワイヤ
１３５ 樹脂パッケージ
１３６ アウターリード
１３７ 放熱体
１４０ 加圧ツール
１４１ ワイヤボンディング用ステージ
１４１ａ 収納凹部
１４１ｂ 真空吸引孔
【発明の属する技術分野】
本発明は、主面上にＬＳＩがそれぞれ形成された第１の半導体チップと第２の半導体チップとがフェイスダウンボンディング方式により接合されてなる半導体装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体集積回路装置の低コスト化及び小型化を図るため、例えば異なる機能を持つＬＳＩ又は異なるプロセスにより形成されたＬＳＩが形成された、第１のＬＳＩチップと第２のＬＳＩチップとがフェイスダウンボンディング方式により接合されてなる半導体装置が提案されている。
【０００３】
以下、例えば特開平２−１５６６０号公報に示されている、２つのＬＳＩチップがフェイスダウンボンディング方式により接合されてなる半導体装置及びその製造方法について図９を参照しながら説明する。
【０００４】
図９に示すように、第１のＬＳＩチップ１０における第１のＬＳＩが形成されている主面上には内部電極１１及び外部電極１２が形成されていると共に、第２のＬＳＩチップ１３における第２のＬＳＩが形成されている主面上にはバンプ１４が形成されており、内部電極１１とバンプ１４とが接続された状態で、第１のＬＳＩチップ１０と第２のＬＳＩチップ１３とがフェイスダウンボンディング方式により接合している。この場合、第１のＬＳＩチップ１０と第２のＬＳＩチップ１３との間には絶縁性樹脂１５が充填されている。また、第１のＬＳＩチップ１０はリードフレームのダイパッド１６にはんだ１７により固定されていると共に、第１のＬＳＩチップ１０の外部電極１２とリードフレームのインナーリード１８とはボンディングワイヤ１９により電気的に接続されている。第１のＬＳＩチップ１０、第２のＬＳＩチップ１３、ダイパッド１６、インナーリード１８及びボンディングワイヤ１９は樹脂パッケージ２０により封止されている。
【０００５】
前記従来の半導体装置は以下のようにして製造される。
【０００６】
まず、周縁部に外部電極１２が形成されている第１のＬＳＩチップ１０上の中央部に絶縁性樹脂１５を塗布した後、第２のＬＳＩチップ１３を第１のＬＳＩチップ１０に押圧して、第１のＬＳＩチップ１０の内部電極１１と第２のＬＳＩチップ１３のバンプ１４とが接続した状態で、第１のＬＳＩチップと第２のＬＳＩチップとを接合する。
【０００７】
次に、第１のＬＳＩチップ１０の外部電極１２とインナーリード１８とをボンディングワイヤ１９により接続した後、第１のＬＳＩチップ１０、第２のＬＳＩチップ１３、ダイパッド１６、インナーリード１８及びボンディングワイヤ１９を樹脂パッケージ２０により封止する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、第１のＬＳＩチップ１０と第２のＬＳＩチップ１３とがフェイスダウンボンディング方式により接合されてなる半導体装置においては、絶縁性樹脂１５及び樹脂パッケージ２０の熱伝導率が低いため、第２のＬＳＩチップ１３の主面に形成されている第１のＬＳＩから発生した熱は、バンプ１４を介して第１のＬＳＩチップ１０に伝達された後、ダイパッド１６に伝わり、その後、ダイパッド１６と一体化されているインナーリード１８から外部に放出されるが、バンプ１４の断面積の合計は第２のＬＳＩチップ１３の面積に比べてかなり小さいので、第２のＬＳＩチップ１３に発生した熱のバンプ１４を介しての放散は十分ではない。
【０００９】
このため、第２のＬＳＩチップ１３の主面に形成されているＬＳＩにおいて、ｐｎ接合のダイオード特性が劣化するという問題及び金属配線の抵抗が大きくなってトランジスタ特性が劣化するという問題等が発生する。特に、第２のＬＳＩチップ１３の主面に形成されているＬＳＩの消費電力が大きい場合には、前記の問題は顕著に表われる。
【００１０】
また、前記従来の半導体装置の製造方法は、周縁部に外部電極１２が形成されている第１のＬＳＩチップ１０上の中央部に絶縁性樹脂１５を塗布した後、第２のＬＳＩチップ１３を第１のＬＳＩチップ１０に押圧して第１のＬＳＩチップ１０と第２のＬＳＩチップ１３とを接合するが、この際、絶縁性樹脂１５が第１のＬＳＩチップ１０の外部電極１２に付着すると、第１のＬＳＩチップ１０の外部電極１２とインナーリード１８とをボンディングワイヤ１９により接合することができない。
【００１１】
そこで、従来の半導体装置においては、絶縁性樹脂１５が第１のＬＳＩチップ１０の外部電極１２に付着しないように、第２のＬＳＩチップ１３の外形寸法を第１のＬＳＩチップ１０の外部電極１２の内側寸法よりもかなり小さくしている。すなわち、第２のＬＳＩチップ１３のサイズを第１のＬＳＩチップ１０のサイズよりも十分に小さく、例えば、第２のＬＳＩチップ１３の１辺の長さを第１のＬＳＩチップ１０の１辺の長さに対して２ｍｍ程度小さくしている。このため、第２のＬＳＩチップ１３の集積度、ひいては第１のＬＳＩチップ１０と第２のＬＳＩチップ１３とからなるＬＳＩモジュールの集積度が制約を受けると言う問題がある。
【００１２】
前記に鑑み、本発明は、第１のＬＳＩチップの上に第２のＬＳＩチップがフェイスダウンボンディング方式により接合されてなる半導体装置において、第２のＬＳＩチップに発生した熱を効率良く放散できるようにすることを第１の目的とし、第２のＬＳＩチップの集積度を向上させることを第２の目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る第１の半導体装置は、周縁部に外部電極を有する第１のＬＳＩチップと、第１のＬＳＩチップの上にフェイスダウンボンディング方式により接合された第２のＬＳＩチップと、第１のＬＳＩチップの下面に設けられたダイパッドと、第１のＬＳＩチップの外部電極と電気的に接続されたインナーリードと、第１のＬＳＩチップ、第２のＬＳＩチップ、ダイパッド及びインナーリードを、第２のＬＳＩチップの上面及びダイパッドの下面の少なくとも中央部がそれぞれ露出するように封止している樹脂パッケージとを備えている。
【００１４】
第１の半導体装置によると、樹脂パッケージが第２のＬＳＩチップの上面の少なくとも中央部が露出するように封止しているため、第２のＬＳＩチップの主面に形成されているＬＳＩから発生した熱は、第２のＬＳＩチップの上面における樹脂パッケージに露出している領域から放散され、また、樹脂パッケージがダイパッドの下面の少なくとも中央部が露出するように封止しているため、第１のＬＳＩチップの主面に形成されているＬＳＩから発生した熱は、ダイパッドの下面における樹脂パッケージに露出している領域から放散される。
【００１５】
第１の半導体装置において、樹脂パッケージは、第１のＬＳＩチップ、第２のＬＳＩチップ、ダイパッド及びインナーリードを、第２のＬＳＩチップの上面及びダイパッドの下面がそれぞれ全面に亘って露出するように封止していることが好ましい。
【００１６】
第１の半導体装置は、第２のＬＳＩチップの上面における樹脂パッケージから露出している領域に設けられた放熱体をさらに備えていることが好ましい。
【００１７】
本発明に係る第２の半導体装置は、周縁部に外部電極を有する第１のＬＳＩチップと、第１のＬＳＩチップの上にフェイスダウンボンディング方式により接合された第２のＬＳＩチップと、第１のＬＳＩチップの外部電極と電気的に接続されたインナーリードと、第１のＬＳＩチップ、第２のＬＳＩチップ及びインナーリードを、第２のＬＳＩチップの上面及び第１のＬＳＩチップの下面の少なくとも中央部がそれぞれ露出するように封止している樹脂パッケージとを備えている。
【００１８】
第２の半導体装置によると、樹脂パッケージが第２のＬＳＩチップの上面の少なくとも中央部が露出するように封止しているため、第２のＬＳＩチップの主面に形成されているＬＳＩから発生した熱は、第２のＬＳＩチップの上面における樹脂パッケージに露出している領域から放散され、また、樹脂パッケージが第１の半導体チップの下面の少なくとも中央部が露出するように封止しているため、第１のＬＳＩチップの主面に形成されているＬＳＩから発生した熱は、第１のＬＳＩチップの下面における樹脂パッケージに露出している領域から放散される。
【００１９】
第２の半導体装置において、樹脂パッケージは、第１のＬＳＩチップ、第２のＬＳＩチップ及びインナーリードを、第２のＬＳＩチップの上面及び第１のＬＳＩチップの下面がそれぞれ全面に亘って露出するように封止していることが好ましい。
【００２０】
第２の半導体装置は、第２のＬＳＩチップの上面における樹脂パッケージから露出している領域に設けられた放熱体をさらに備えていることが好ましい。
【００２１】
本発明に係る第３の半導体装置は、周縁部に外部電極を有する第１のＬＳＩチップと、第１のＬＳＩチップの上にフェイスダウンボンディング方式により接合された第２のＬＳＩチップと、第１のＬＳＩチップの外部電極に接続されたボンディングワイヤと、第１のＬＳＩチップと第２のＬＳＩチップとの間に、第１のＬＳＩチップ及び第２のＬＳＩチップの各主面を全面的に覆うように充填された絶縁性樹脂と、第１のＬＳＩチップ及び第２のＬＳＩチップを封止している樹脂パッケージとを備えており、絶縁性樹脂のヤング率は樹脂パッケージを構成する樹脂のヤング率よりも小さい。
【００２２】
第３の半導体装置によると、第１のＬＳＩチップと第２のＬＳＩチップとの間に、第１のＬＳＩチップ及び第２のＬＳＩチップの各主面を全面的に覆うように絶縁性樹脂が介在し、しかも、該絶縁性樹脂のヤング率は樹脂パッケージを構成する樹脂のヤング率よりも小さいため、第１のＬＳＩチップ及び第２のＬＳＩチップの各主面はヤング率の小さい樹脂によって全面的に覆われている。
【００２３】
従来においては、第１のＬＳＩチップの外部電極同士の間まで延びる金属配線が、樹脂パッケージを構成する樹脂の熱応力の影響を受けないように、第１のＬＳＩチップの主面を予めポリイミド膜等により覆う必要があったが、第３の半導体装置によると、第１のＬＳＩチップ及び第２のＬＳＩチップの各主面がヤング率の小さいつまり熱応力の小さい絶縁性樹脂により全面的に覆われているため、ヤング率の大きい封止用樹脂が第１のＬＳＩチップ及び第２のＬＳＩチップの各主面に接触する事態を回避することができる。
【００２４】
本発明に係る第１の半導体装置の製造方法は、周縁部に外部電極を有する第１のＬＳＩチップの上に第２のＬＳＩチップをフェイスダウンボンディング方式により接合する工程と、第１のＬＳＩチップの下面にダイパッドを固着する工程と、第１のＬＳＩチップの外部電極とインナーリードとを電気的に接続する工程と、第１のＬＳＩチップ、第２のＬＳＩチップ、ダイパッド及びインナーリードを樹脂パッケージにより、第２のＬＳＩチップの上面及びダイパッドの下面の少なくとも中央部がそれぞれ露出するように封止する工程とを備えている。
【００２５】
第１の半導体装置の製造方法によると、第１のＬＳＩチップ、第２のＬＳＩチップ、ダイパッド及びインナーリードを樹脂パッケージにより、第２のＬＳＩチップの上面及びダイパッドの下面の少なくとも中央部がそれぞれ露出するように封止する工程を備えているため、得られる半導体装置においては、第２のＬＳＩチップの上面及びダイパッドの下面の少なくとも中央部はそれぞれ露出している。
【００２６】
本発明に係る第２の半導体装置の製造方法は、周縁部に外部電極を有する第１のＬＳＩチップの上に第２のＬＳＩチップをフェイスダウンボンディング方式により接合する工程と、第１のＬＳＩチップの下面にダイパッドを固着する工程と、第１のＬＳＩチップの外部電極とインナーリードとを電気的に接続する工程と、第１のＬＳＩチップ、第２のＬＳＩチップ、ダイパッド及びインナーリードを樹脂パッケージにより全面的に封止する工程と、樹脂パッケージを研磨して第２のＬＳＩチップの上面及びダイパッドの下面をそれぞれ全面に亘って露出させる工程とを備えている。
【００２７】
第２の半導体装置の製造方法によると、第１のＬＳＩチップ、第２のＬＳＩチップ、ダイパッド及びインナーリードを樹脂パッケージにより全面的に封止した後、樹脂パッケージを研磨して第２のＬＳＩチップの上面及びダイパッドの下面をそれぞれ全面に亘って露出させる工程を備えているため、得られる半導体装置においては、第２のＬＳＩチップの上面及びダイパッドの下面はそれぞれ全面に亘って露出している。
【００２８】
本発明に係る第３の半導体装置の製造方法は、周縁部に外部電極を有する第１のＬＳＩチップの上に第２のＬＳＩチップをフェイスダウンボンディング方式により接合する工程と、第１のＬＳＩチップの外部電極とインナーリードとを電気的に接続する工程と、第１のＬＳＩチップ、第２のＬＳＩチップ及びインナーリードを樹脂パッケージにより、第２のＬＳＩチップの上面及び第１のＬＳＩチップの下面の少なくとも中央部がそれぞれ露出するように封止する工程とを備えている。
【００２９】
第３の半導体装置の製造方法によると、第１のＬＳＩチップ、第２のＬＳＩチップ及びインナーリードを樹脂パッケージにより、第２のＬＳＩチップの上面及び第１のＬＳＩチップの下面の少なくとも中央部がそれぞれ露出するように封止する工程を備えているため、得られる半導体装置においては、第２のＬＳＩチップの上面及び第１のＬＳＩチップの下面の少なくとも中央部はそれぞれ露出している。
【００３０】
本発明に係る第４の半導体装置の製造方法は、周縁部に外部電極を有する第１のＬＳＩチップの上に第２のＬＳＩチップをフェイスダウンボンディング方式により接合する工程と、第１のＬＳＩチップの外部電極とインナーリードとを電気的に接続する工程と、第１のＬＳＩチップ、第２のＬＳＩチップ及びインナーリードを樹脂パッケージにより全面的に封止する工程と、樹脂パッケージを研磨して、第２のＬＳＩチップの上面及び第１のＬＳＩの下面をそれぞれ全面に亘って露出させる工程とを備えている。
【００３１】
第４の半導体装置の製造方法によると、第１のＬＳＩチップ、第２のＬＳＩチップ及びインナーリードを樹脂パッケージにより全面的に封止した後、樹脂パッケージを研磨して、第２のＬＳＩチップの上面及び第１のＬＳＩの下面をそれぞれ全面に亘って露出させる工程を備えているため、得られる半導体装置においては、第２のＬＳＩチップの上面及び第１のＬＳＩの下面はそれぞれ全面に亘って露出している。
【００３２】
本発明に係る第５の半導体装置の製造方法は、周縁部に外部電極を有する第１のＬＳＩチップの外部電極にボンディングワイヤを接続するワイヤ接続工程と、外部電極にボンディングワイヤが接続された第１のＬＳＩチップと第２のＬＳＩチップとをフェイスダウンボンディング方式により接合すると共に、第１のＬＳＩチップと第２のＬＳＩチップとの間に絶縁性樹脂を充填して、第１のＬＳＩチップ及び第２のＬＳＩチップよりなるＬＳＩモジュールを形成するモジュール形成工程と、ＬＳＩモジュールを半導体パッケージに封止する封止工程とを備えている。
【００３３】
第５の半導体装置の製造方法によると、第１のＬＳＩチップの外部電極にボンディングワイヤを接続した後に、第１のＬＳＩチップと第２のＬＳＩチップとの間に絶縁性樹脂を充填するため、絶縁性樹脂が外部電極とボンディングワイヤとの接続部を覆うように拡がってもよいので、第２のＬＳＩチップの外形が第１のＬＳＩチップの外部電極の内側に位置する程度まで、第２のＬＳＩチップのサイズを大きくすることができる。
【００３４】
第５の半導体装置の製造方法において、モジュール形成工程は、絶縁性樹脂を第１のＬＳＩチップ及び第２のＬＳＩチップの各主面が全面的に覆われるように充填する工程を含み、封止工程は、ＬＳＩモジュールを樹脂パッケージよりなる半導体パッケージに樹脂封止する工程を含み、モジュール形成工程における絶縁性樹脂のヤング率は、封止工程における樹脂パッケージを構成する樹脂のヤング率よりも小さいことが好ましい。
【００３５】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置及び製造方法について、図１（ａ）〜（ｃ）及び図２（ａ）、（ｂ）を参照しながら説明する。
【００３６】
まず、図１（ａ）に示すように、互いに異なる機能を持つＬＳＩ又は互いに異なるプロセスにより形成されたＬＳＩを有する第１のＬＳＩチップ１１０及び第２のＬＳＩチップ１２０を製造しておく。この場合、第１のＬＳＩチップ１１０と第２のＬＳＩチップ１２０とは、例えば、ＤＲＡＭ等のメモリーよりなるＬＳＩとマイコン等のロジックＬＳＩとの組み合わせ、互いに異なるロジックＬＳＩ同士の組み合わせ、化合物半導体基板上に形成されたＬＳＩとシリコン基板上に形成されたＬＳＩとの組み合わせ等よりなり、互いに異なるプロセスにより形成されたＬＳＩチップ同士又は一のプロセスにより形成された大面積のＬＳＩチップが２分割されてなるものである。
【００３７】
第１のＬＳＩチップ１１０の主面上には多数の内部電極１１１が形成されていると共に、主面上の周縁部には内部電極１１１と電気的に接続された外部電極１１２が形成されている。また、第２のＬＳＩチップ１２０の主面上における第１のＬＳＩチップ１１０の内部電極１１１と対応する部位には、図示しない内部電極が形成されており、該内部電極の上にはＡｕ、Ｃｕ、Ｉｎ又ははんだ等よりなるバンプ１２１が形成されている。バンプ１２１の大きさは、５μｍ〜２００μｍ程度である。バンプ１２１の形成方法としては、ウェハ上に金属膜を蒸着した後、該金属膜にフォトレジストパターンをマスクにして電解めっきを行なってバンプ１２１を形成し、その後、金属膜をエッチングにより除去する方法や、アルミニウムよりなる内部電極の上に無電解めっき法によりＮｉ−Ａｕ等の金属膜を形成した後、該金属膜の上に転写又はディッピングによりバンプ１２１を形成する方法等を採用することができる。
【００３８】
次に、第１のＬＳＩチップ１１０における第２のＬＳＩチップ１２０の搭載領域に、光硬化型又は熱硬化型等のエポキシ系、アクリル系又はポリイミド等よりなる絶縁性樹脂１３０をディスペンサー又はスタンピング等により塗布する。
【００３９】
次に、図１（ｂ）に示すように、第１のＬＳＩチップ１１０の内部電極１１１と第２のＬＳＩチップ１２０のバンプ１２１とを位置合わせした後、第１のＬＳＩチップ１１０の上に第２のＬＳＩチップ１２０を載置する。その後、加圧ツール１４０を降下させて、第２のＬＳＩチップ１２０を第１のＬＳＩチップ１１０に対して押圧すると共に、加圧ツール１４０により押圧した状態で絶縁性樹脂１３０に対して光の照射又は加熱を行なって絶縁性樹脂１３０を硬化させる。この場合、絶縁性樹脂１３０が熱硬化型のときには、加熱された加圧ツール１４０により絶縁性樹脂１３０を加熱し、絶縁性樹脂１３０が光硬化型のときには、絶縁性樹脂１３０に対して紫外線等の光を第２のＬＳＩチップ１２０の側方から照射する。
【００４０】
次に、絶縁性樹脂１３０が硬化すると、図１（ｃ）に示すように、加圧ツール１４０による加圧を解放する。このようにすると、第１のＬＳＩチップ１１０と第２のＬＳＩチップ１２０とが絶縁性樹脂１３０により一体化されてなると共に、内部電極１１１とバンプ１２１とが電気的に接続されてなるＬＳＩモジュールが得られる。尚、絶縁性樹脂１３０が熱及び光硬化型の場合には、絶縁性樹脂１３０における光が照射されなかった部分を常温下又は加熱により硬化させる。
【００４１】
次に、図２（ａ）に示すように、ＬＳＩモジュールの第１のＬＳＩチップ１１０の下面をリードフレームのダイパッド１３１にダイボンド樹脂１３２を用いて固着する。この場合、リードフレームのインナーリード１３３がＬＳＩモジュールの厚さ方向のほぼ中央部に位置するようにディプレス加工、すなわち、ダイパッド１３１がインナーリード１３３よりも窪むような成形加工を、予め金型を用いてリードフレームに対して施している。その後、Ａｕ等よりなるボンディングワイヤ１３４により、第１のＬＳＩチップ１１０の外部電極１１２とリードフレームのインナーリード１３３とを接続する。
【００４２】
次に、図２（ｂ）に示すように、第１のＬＳＩチップ１１０、第２のＬＳＩチップ１２０及びダイパッド１３１を樹脂パッケージ１３５により、第２のＬＳＩチップの上面及びダイパッド１３１の下面が樹脂パッケージ１３５から露出するように樹脂封止する。樹脂封止は、上型と下型とからなる金型を用いるトランスファモールド法により行なうが、上型と下型により形成されるキャビティの高さを、第１のＬＳＩチップ１１０、第２のＬＳＩチップ１２０及びダイパッド１３１の合計厚さに設定しておくことにより、第２のＬＳＩチップ１２０の上面及びダイパッド１３１の下面を樹脂パッケージ１３５から露出させることができる。その後、リードフレームのアウターリード１３６を折り曲げ成形すると、第１の実施形態に係る半導体装置が得られる。
【００４３】
第１の実施形態に係る半導体装置によると、第２のＬＳＩチップ１２０の上面が樹脂パッケージ１３５から露出しているため、第２のＬＳＩチップ１２０の主面に発生した熱は第２のＬＳＩチップ１２０の上面から効率良く放散される。
【００４４】
また、樹脂パッケージ１３５の厚さは、第１のＬＳＩチップ１１０、第２のＬＳＩチップ１２０及びダイパッド１３１の合計厚さと等しいため、２つのＬＳＩチップがフェイスダウンボンディング方式により一体化されてなる半導体装置の厚さを薄くすることができる。例えば、第１のＬＳＩチップ１１０及び第２のＬＳＩチップ１２０の厚さがそれぞれ０．３ｍｍで、ダイパッド１３１の厚さが０．１５ｍｍとすると、バンプ１２１の高さが約１０μｍ、ダイボンド樹脂１３２の厚さが約２０〜３０μｍ程度であるので、約０．８ｍｍの厚さの超薄型の樹脂パッケージ１３５を得ることができる。
【００４５】
従って、第１の実施形態に係る半導体装置が搭載される、移動体通信機器や携帯型情報機器等の端末機器の小型化、薄型化及び軽量化を図ることができる。
【００４６】
（第２の実施形態）
図３は本発明の第２の実施形態に係る半導体装置を示しており、第２の実施形態において、第１の実施形態と同一の部材については同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【００４７】
第２の実施形態の特徴として、樹脂パッケージ１３５は第２のＬＳＩチップ１２０の上面の周縁部を覆っており、第２のＬＳＩチップ１２０は上面における周縁部を除く領域において樹脂パッケージ１３５から露出している。
【００４８】
第２の実施形態に係る半導体装置によると、樹脂パッケージ１３５が第２のＬＳＩチップ１２０の上面の周縁部を覆う構造であるため、キャビティ内における第２のＬＳＩチップ１２０の上面において、樹脂パッケージ１３５を形成するための樹脂の流動性が向上するので、良好な樹脂パッケージ１３５が得られる。
【００４９】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置及び該半導体装置の第１の製造方法について、図４（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。
【００５０】
まず、第１の実施形態と同様に、互いに異なる機能を持つＬＳＩ又は互いに異なるプロセスにより形成されたＬＳＩを有する第１のＬＳＩチップ１１０及び第２のＬＳＩチップ１２０を製造した後、第１のＬＳＩチップ１１０における第２のＬＳＩチップ１２０の搭載領域に、光硬化型又は熱硬化型等のエポキシ系、アクリル系又はポリイミド等よりなる絶縁性樹脂１３０をディスペンサー又はスタンピング等により塗布する。次に、第１のＬＳＩチップ１１０の内部電極１１１と第２のＬＳＩチップ１２０のバンプ１２１とを位置合わせした後、第１のＬＳＩチップ１１０の上に第２のＬＳＩチップ１２０を載置し、その後、第２のＬＳＩチップ１２０を第１のＬＳＩチップ１１０に対して押圧すると共に絶縁性樹脂１３０に対して光の照射又は加熱を行なって絶縁性樹脂１３０を硬化させて、図４（ｃ）に示すような、第１のＬＳＩチップ１１０と第２のＬＳＩチップ１２０とが絶縁性樹脂１３０により一体化されてなると共に、内部電極１１１とバンプ１２１とが電気的に接続されてなるＬＳＩモジュールを得る。
【００５１】
次に、図４（ｂ）に示すような、第１のＬＳＩモジュール１１０よりも若干大きい平面形状と第１のＬＳＩチップ１１０と同程度の深さとを有する収納凹部１４１ａと、該収納凹部１４１ａの中央に設けられた真空吸引孔１４１ｂとを有するワイヤボンディング用ステージ１４１を準備し、該ワイヤボンディング用ステージ１４１の収納凹部１４１ａにＬＳＩモジュールを収納すると共に、真空吸引孔１４１ｂから第１のＬＳＩチップ１１０を真空引きして、第１のＬＳＩチップ１１０をワイヤボンディング用ステージ１４１に固定する。
【００５２】
次に、ワイヤボンディング用ステージ１４１の周縁部の上に、ダイパッドを有しないリードフレームのインナーリード１３３及びアウターリード１３６を載置した後、該リードフレームのインナーリード１３３と第１のＬＳＩチップ１１０の外部電極１１２とをボンディングワイヤ１３４により接続する。第１のＬＳＩチップ１１０は、リードフレームのダイパッドに固定されていないが、ワイヤボンディング用ステージ１４１に保持されているため、ワイヤボンディング工程を確実に行なうことができる。
【００５３】
次に、第１のＬＳＩチップ１１０及び第２のＬＳＩチップ１２０を樹脂パッケージ１３５により、第２のＬＳＩチップの上面及び第１のＬＳＩチップの下面が樹脂パッケージ１３５から露出するように樹脂封止する。この場合、上型と下型により形成されるキャビティの高さを、第１のＬＳＩチップ１１０及び第２のＬＳＩチップ１２０の合計厚さに設定しておくことにより、第２のＬＳＩチップ１２０の上面及び第１のＬＳＩチップ１１０の下面を樹脂パッケージ１３５から露出させることができる。尚、リードフレームのインナーリード１３３と第１のＬＳＩチップ１１０の外部電極１１２とがボンディングワイヤ１３４により接続されているので、ＬＳＩモジュールをワイヤボンディング用ステージ１４１から上型と下型からなる金型に移動する際、ＬＳＩモジュールとリードフレームとが分離してしまう恐れはない。その後、リードフレームのアウターリード１３６を折り曲げ成形すると、図４（ｃ）に示すような第３の実施形態に係る半導体装置が得られる。
【００５４】
第３の実施形態に係る半導体装置によると、第２のＬＳＩチップ１２０の上面及び第１のＬＳＩチップ１１０の下面が樹脂パッケージ１３５から露出しているため、第１のＬＳＩチップ１１０及び第２のＬＳＩチップ１２０に発生した熱は、第１のＬＳＩチップ１１０の下面及び第２のＬＳＩチップ１２０の上面からそれぞれ効率良く放散される。
【００５５】
また、樹脂パッケージ１３５の厚さは、第１のＬＳＩチップ１１０及び第２のＬＳＩチップ１２０の合計厚さと等しいため、２つのＬＳＩチップがフェイスダウンボンディング方式により一体化されてなる半導体装置の厚さを薄くすることができる。例えば、第１のＬＳＩチップ１１０及び第２のＬＳＩチップ１２０の厚さがそれぞれ０．３ｍｍであるとすると、バンプ１２１の高さは小さいので、約０．６ｍｍの厚さの超薄型の樹脂パッケージ１３５を得ることができる。
【００５６】
以下、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の第２の製造方法について、図５（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。
【００５７】
第１の製造方法と同様にして、第１のＬＳＩチップ１１０と第２のＬＳＩチップ１２０とが絶縁性樹脂１３０により一体化されてなると共に、内部電極１１１とバンプ１２１とが電気的に接続されてなるＬＳＩモジュールを得た後、図５（ａ）に示すように、第１のＬＳＩチップ１１０及び第２のＬＳＩチップ１２０が露出することなく完全に覆われるように樹脂パッケージ１３５により樹脂封止する。
【００５８】
次に、樹脂パッケージ１３５の上面及び下面をそれぞれ機械研磨して、図５（ｂ）に示すように、第２のＬＳＩチップ１２０の上面及び第１のＬＳＩチップ１１０の下面を樹脂パッケージ１３５から露出させた後、リードフレームのアウターリード１３６を折り曲げ成形すると、図５（ｃ）に示すような第３の実施形態に係る半導体装置が得られる。
【００５９】
ＬＳＩモジュールの厚さが小さくてキャビティの高さが小さいために、キャビティ内における樹脂の流動性が低下する恐れがある場合でも、第２の製造方法によると、良好な樹脂パッケージ１３５を得ることができる。
【００６０】
（第４の実施形態）
以下、本発明の第４の実施形態に係る半導体装置について、図６を参照しながら説明する。
【００６１】
第４の実施形態に係る半導体装置は、第１の実施形態に係る半導体装置における第２のＬＳＩチップ１２０の上面に放熱体１３７が熱伝導性樹脂１３８により固定されている。放熱体１３７の構造としては、互いに平行に延びる複数の凹状溝が形成されているものでもよいし、多数の凹部がマトリックス状に配列されているものでもよい。
【００６２】
（第５の実施形態）
以下、本発明の第５の実施形態に係る半導体装置について、図７を参照しながら説明する。
【００６３】
第５の実施形態に係る半導体装置は、第３の実施形態に係る半導体装置における第２のＬＳＩチップ１２０の上面に放熱体１３７が熱伝導性樹脂１３８により固定されている。
【００６４】
第４又は第５の実施形態に係る半導体装置によると、第２のＬＳＩチップ１２０の上面に放熱体１３７が固定されているため、第２のＬＳＩの消費電力が大きくて第２のＬＳＩチップ１２０における発熱量が大きい場合でも、第２のＬＳＩチップ１２０に発生した熱は放熱体１３７から効率良く放散される。この場合、第２のＬＳＩチップ１２０の上面に放熱体１３７が固定されているため、つまり、アウタリード１３６が延びている方向と反対側に放熱体１３７が固定されているため、第４又は第５の実施形態に係る半導体装置がプリント基板等に実装された場合の放熱がプリント基板等に対して反対側に行なわれるので、放熱性が極めて良好である。
【００６５】
従って、第４又は第５の実施形態に係る半導体装置によると、熱抵抗の小さいパッケージを得ることができるので、高速化且つ高集積化されたマイクロプロセッサー等にも適用することができ、低コストで高機能のＬＳＩを得ることができる。
【００６６】
（第６の実施形態）
以下、本発明の第６の実施形態に係る半導体装置及び製造方法について、図８（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。
【００６７】
まず、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、互いに異なる機能を持つＬＳＩ又は互いに異なるプロセスにより形成されたＬＳＩを有する第１のＬＳＩチップ１１０及び第２のＬＳＩチップ１２０を製造しておく。第１のＬＳＩチップ１１０の主面上には多数の内部電極１１１が形成されていると共に、主面上の周縁部には内部電極１１１と電気的に接続された外部電極１１２が形成されている。また、第２のＬＳＩチップ１２０の主面上における第１のＬＳＩチップ１１０の内部電極１１１と対応する部位には、内部電極１２２が形成されており、該内部電極１２２の上にはＡｕ、Ｃｕ又ははんだ等よりなるバンプ１２１が形成されている。
【００６８】
次に、図８（ａ）に示すように、第１のＬＳＩチップ１１０をリードフレームのダイパッド１３１にダイボンド樹脂１３２を用いて固着する。この場合、第１の実施形態と同様、リードフレームのインナーリード１３３がＬＳＩモジュールの厚さ方向のほぼ中央部に位置するようにディプレス加工、すなわち、ダイパッド１３１がインナーリード１３３よりも窪むような成形加工を、予め金型を用いてリードフレームに対して施している。その後、Ａｕ等よりなるボンディングワイヤ１３４により、第１のＬＳＩチップ１１０の外部電極１１２とリードフレームのインナーリード１３３とを接続する。
【００６９】
次に、図８（ｂ）に示すように、第１のＬＳＩチップ１１０における第２のＬＳＩチップ１２０の搭載領域に、光硬化型又は熱硬化型等のエポキシ系、アクリル系又はポリイミド等よりなる絶縁性樹脂１３０をディスペンサー又はスタンピング等により塗布した後、第１のＬＳＩチップ１１０の内部電極１１１と第２のＬＳＩチップ１２０のバンプ１２１とを位置合わせする。
【００７０】
次に、図８（ｃ）に示すように、第１のＬＳＩチップ１１０の上に第２のＬＳＩチップ１２０を載置した後、加圧ツール１４０を降下させて、第２のＬＳＩチップ１２０を第１のＬＳＩチップ１１０に対して押圧する。この場合、絶縁性樹脂１３０は、第２のＬＳＩチップ１２０の側面を覆うと共に、第１のＬＳＩチップ１１０の外部電極１１２とボンディングワイヤ１３４との接合部を覆うように拡がる。その後、加圧ツール１４０により第２のＬＳＩチップ１２０を押圧した状態で、絶縁性樹脂１３０に対して光の照射又は加熱を行なって絶縁性樹脂１３０を硬化させる。
【００７１】
尚、第１のＬＳＩチップ１１０と第２のＬＳＩチップ１２０との間に充填された絶縁性樹脂１３０のヤング率は、後述する樹脂パッケージ１３５を構成する樹脂のヤング率よりも小さいことが好ましい。このようにすると、第１のＬＳＩチップ１１０及び第２のＬＳＩチップ１２０の主面が受ける熱応力が低減する。
【００７２】
次に、絶縁性樹脂１３０が硬化すると、図８（ｄ）に示すように、加圧ツール１４０による加圧を解放する。このようにすると、第１のＬＳＩチップ１１０と第２のＬＳＩチップ１２０とが絶縁性樹脂１３０により一体化されてなると共に、内部電極１１１とバンプ１２１とが電気的に接続されてなるＬＳＩモジュールが得られる。尚、絶縁性樹脂１３０が熱及び光硬化型の場合には、絶縁性樹脂１３０における光が照射されなかった部分を常温下又は加熱により硬化させる。
【００７３】
次に、第１のＬＳＩチップ１１０、第２のＬＳＩチップ１２０及びダイパッド１３１を樹脂パッケージ１３５により樹脂封止する。その後、リードフレームのアウターリード１３６を折り曲げ成形すると、第６の実施形態に係る半導体装置が得られる。
【００７４】
第６の実施形態に係る半導体装置によると、第１のＬＳＩチップ１１０の外部電極１１２とボンディングワイヤ１３４との接合部がヤング率の小さい絶縁性樹脂１３０により覆われているため、つまり、第１のＬＳＩチップ１１０及び第２のＬＳＩチップ１２０の主面が全面に亘ってヤング率の小さい樹脂により覆われているため、第１のＬＳＩチップ１１０及び第２のＬＳＩチップ１２０からなるＬＳＩモジュールを封止する熱応力の大きい封止用樹脂が第１のＬＳＩチップ１１０及び第２のＬＳＩチップ１２０の主面に接触しないので、第１のＬＳＩチップ１１０及び第２のＬＳＩチップ１２０の主面に形成されているアルミニウム配線が位置ずれを起こす事態を防止できる。
【００７５】
また、第６の実施形態に係る半導体装置の製造方法は、第１のＬＳＩチップ１１０の外部電極１１２とインナーリード１３３とをボンディングワイヤ１３４により接続した後に、第１のＬＳＩチップ１１０の内部電極１１１と第２のＬＳＩチップ１２０のバンプ１２１とを接続するため、第２のＬＳＩチップ１２０のサイズを、第２のＬＳＩチップ１２０の外形が第１のＬＳＩチップ１１０の外部電極１１２の近傍に位置する程度まで大きくできるので、ＬＳＩモジュールの集積度を向上させることができる。例えば、第２のＬＳＩチップ１２０の外形が第１のＬＳＩチップ１１０の外部電極１１２の内側の線に位置するようにすると、第２のＬＳＩチップ１２０の１辺の長さが第１のＬＳＩチップ１１０の１辺の長さに対して約０．２ｍｍ小さくなる程度まで、第２のＬＳＩチップ１２０のサイズを大きくすることができる。例えば、第１のＬＳＩチップのサイズが６．０ｍｍ角であるとすると、第２のＬＳＩチップのサイズは、従来が４．０ｍｍ角であるのに対して、第６の実施形態では５．８ｍｍ角にすることができ、面積比は２倍以上になる。
【００７６】
尚、第１〜第５の実施形態においては、第１のＬＳＩチップ１１０と第２のＬＳＩチップ１２０とを両方がチップ状態のときに接合したが、これに代えて、ウェハ状態の第１のＬＳＩチップ１１０の上にチップ化された第２のＬＳＩチップ１１０を接合した後、第１のＬＳＩチップ１１０が形成されているウェハに対してダイシングを行なってＬＳＩモジュールを得てもよい。
【００７７】
また、第１〜第６の実施形態においては、内部電極１１１とバンプ１２１とを接触させると共に、第１のＬＳＩチップ１１０と第２のＬＳＩチップ１２０とを絶縁性樹脂１３０により一体化するマイクロバンプボンディング方式を用いたが、これに代えて、はんだ材によりバンプ１２１を形成すると共に、内部電極１１１とバンプ１２１とをはんだ材により接合した後、第１のＬＳＩチップ１１０と第２のＬＳＩチップ１２０との間に絶縁性樹脂を充填する方式でもよい。
【００７８】
また、第１〜第６の実施形態においては、第２のＬＳＩチップ１２０の内部電極の上にバンプ１２１を形成したが、これに代えて、第１のＬＳＩチップ１１０の内部電極１１１の上にバンプ１２１を形成してもよい。
【００７９】
また、第１〜第６の実施形態においては、１つの第１のＬＳＩチップ１１０の上に１つの第２のＬＳＩチップ１２０を載置したが、これに代えて、１つの第１のＬＳＩチップ１１０の上に複数のＬＳＩチップ１２０を載置してもよい。
【００８０】
さらに、第６の実施形態においては、第１のＬＳＩチップ１１０の外部電極１１２とインナーリード１３３とがボンディングワイヤ１３４により接続され、第１のＬＳＩチップ１１０及び第２のＬＳＩチップ１２０からなるＬＳＩモジュールが樹脂パッケージ１３５により封止されてなる構造であったが、これに代えて、第１のＬＳＩチップ１１０及び第２のＬＳＩチップ１２０からなるＬＳＩモジュールがセラミックパッケージに収納され、第１のＬＳＩチップ１１０の外部電極１１２とセラミックパッケージの電極とがボンディングワイヤ１３４により接続されてなる構造（ＢＧＡ）でもよい。
【００８１】
【発明の効果】
第１の半導体装置によると、第２のＬＳＩチップの主面に形成されているＬＳＩから発生した熱は第２のＬＳＩチップの上面における樹脂パッケージに露出している領域から放散され、第１のＬＳＩチップの主面に形成されているＬＳＩから発生した熱はダイパッドの下面における樹脂パッケージに露出している領域から放散されるため、第１及び第２のＬＳＩチップに形成されているＬＳＩにおいて、ｐｎ接合のダイオード特性が劣化したり、金属配線の抵抗が大きくなってトランジスタ特性が劣化したりするという問題を回避することができる。
【００８２】
第１の半導体装置において、第２のＬＳＩチップの上面及びダイパッドの下面がそれぞれ全面に亘って樹脂パッケージから露出していると、第１及び第２のＬＳＩチップに形成されているＬＳＩから発生した熱が確実に放散されると共に、樹脂パッケージが第２のＬＳＩチップの上面及びダイパッドの下面を覆っていないため、樹脂パッケージの厚さが小さくなるので、薄型のパッケージ構造を実現することができる。
【００８３】
第１の半導体装置において、第２のＬＳＩチップの上面における樹脂パッケージから露出している領域に放熱体が設けられていると、第２のＬＳＩチップに形成されているＬＳＩから発生した熱の放散が一層確実になる。
【００８４】
第２の半導体装置によると、第２のＬＳＩチップの主面に形成されているＬＳＩから発生した熱は第２のＬＳＩチップの上面における樹脂パッケージに露出している領域から放散され、第１のＬＳＩチップの主面に形成されているＬＳＩから発生した熱は第１のＬＳＩチップの下面における樹脂パッケージに露出している領域から放散されるため、第１及び第２のＬＳＩチップに形成されているＬＳＩにおいて、ｐｎ接合のダイオード特性が劣化したり、金属配線の抵抗が大きくなってトランジスタ特性が劣化したりするという問題を回避することができる。
【００８５】
第２の半導体装置において、第２のＬＳＩチップの上面及び第１のＬＳＩチップの下面がそれぞれ全面に亘って樹脂パッケージから露出していると、第１及び第２のＬＳＩチップに形成されているＬＳＩから発生した熱が確実に放散されると共に、樹脂パッケージが第２のＬＳＩチップの上面及び第１のＬＳＩチップの下面を覆っていないため、樹脂パッケージの厚さが小さくなるので、薄型のパッケージ構造を実現することができる。
【００８６】
第２の半導体装置において、第２のＬＳＩチップの上面における樹脂パッケージから露出している領域に放熱体が設けられていると、第２のＬＳＩチップに形成されているＬＳＩから発生した熱の放散が一層確実になる。
【００８７】
第３の半導体装置によると、第１のＬＳＩチップ及び第２のＬＳＩチップの各主面はヤング率の小さいつまり熱応力の小さい絶縁性樹脂によって全面的に覆われているため、ヤング率の大きいつまり熱応力の大きい封止用樹脂が第１のＬＳＩチップ及び第２のＬＳＩチップの各主面に接触する事態を回避できるので、第１のＬＳＩチップの主面を予めポリイミド膜等により覆う工程を省略することができる。
【００８８】
第１の半導体装置の製造方法によると、第１のＬＳＩチップ、第２のＬＳＩチップ、ダイパッド及びインナーリードを樹脂パッケージにより、第２のＬＳＩチップの上面及びダイパッドの下面の少なくとも中央部がそれぞれ露出するように封止するため、得られる半導体装置においては、第２のＬＳＩチップの上面及びダイパッドの下面の少なくとも中央部は露出しているので、第１及び第２のＬＳＩチップに形成されているＬＳＩから発生する熱は確実に放散される。
【００８９】
第２の半導体装置の製造方法によると、得られる半導体装置においては、第２のＬＳＩチップの上面及びダイパッドの下面の少なくとも中央部は露出しているので、第１及び第２のＬＳＩチップに形成されているＬＳＩから発生する熱は確実に放散される。また、ＬＳＩモジュールの厚さが小さくてキャビティの高さが小さいときでも、キャビティ内における樹脂の流動性が確保されるので、良好な樹脂パッケージを得ることができる。
【００９０】
第３の半導体装置の製造方法によると、第１のＬＳＩチップ、第２のＬＳＩチップ及びインナーリードを樹脂パッケージにより、第２のＬＳＩチップの上面及び第１のＬＳＩチップの下面の少なくとも中央部がそれぞれ露出するように封止するため、得られる半導体装置においては、第２のＬＳＩチップの上面及び第１のＬＳＩチップの下面の少なくとも中央部は露出しているので、第１及び第２のＬＳＩチップに形成されているＬＳＩから発生する熱は確実に放散される。
【００９１】
第４の半導体装置の製造方法によると、得られる半導体装置においては、第２のＬＳＩチップの上面及び第１のＬＳＩチップの下面の中央部は露出しているので、第１及び第２のＬＳＩチップに形成されているＬＳＩから発生する熱は確実に放散される。また、ＬＳＩモジュールの厚さが小さくてキャビティの高さが小さいときでも、キャビティ内における樹脂の流動性が確保されるので、良好な樹脂パッケージを得ることができる。
【００９２】
第５の半導体装置の製造方法によると、第１のＬＳＩチップと第２のＬＳＩチップとの間に充填される絶縁性樹脂が外部電極とボンディングワイヤとの接続部を覆うように拡がってもよいため、第２のＬＳＩチップの外形が第１のＬＳＩチップの外部電極の内側に位置する程度まで、第２のＬＳＩチップのサイズを大きくできるので、ＬＳＩモジュールの集積度が向上する。
【００９３】
第５の半導体装置の製造方法において、第１のＬＳＩチップと第２のＬＳＩチップとの間に、第１のＬＳＩチップ及び第２のＬＳＩチップの各主面が全面的に覆われるように、樹脂パッケージを構成する樹脂よりもヤング率の小さい絶縁性樹脂を充填すると、ヤング率の大きいつまり熱応力の大きい封止用樹脂が第１のＬＳＩチップ及び第２のＬＳＩチップの各主面に接触する事態を回避できるので、第１のＬＳＩチップの主面を予めポリイミド膜等により覆う工程を省略することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）は、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図３】第２の実施形態に係る半導体装置の断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、第３の実施形態に係る半導体装置の第１の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、第３の実施形態に係る半導体装置の第２の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図６】第４の実施形態に係る半導体装置の断面図である。
【図７】第５の実施形態に係る半導体装置の断面図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は、第６の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図９】従来の半導体装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１１０ 第１のＬＳＩチップ
１１１ 内部電極
１１２ 外部電極
１２０ 第２のＬＳＩチップ
１２１ バンプ
１２２ 内部電極
１３０ 絶縁性樹脂
１３１ ダイパッド
１３２ ダイボンド樹脂
１３３ インナーリード
１３４ ボンディングワイヤ
１３５ 樹脂パッケージ
１３６ アウターリード
１３７ 放熱体
１４０ 加圧ツール
１４１ ワイヤボンディング用ステージ
１４１ａ 収納凹部
１４１ｂ 真空吸引孔
Claims (2)
- 周縁部に外部電極を有する第１のＬＳＩチップと、
前記第１のＬＳＩチップの上にフェイスダウンボンディング方式により接合された第２のＬＳＩチップと、
前記第１のＬＳＩチップの外部電極に接続されたボンディングワイヤと、
前記第１のＬＳＩチップと前記第２のＬＳＩチップとの間に、前記第１のＬＳＩチップ及び第２のＬＳＩチップの各主面を全面的に覆うように充填された絶縁性樹脂と、
前記第１のＬＳＩチップ及び第２のＬＳＩチップを封止している樹脂パッケージとを備えており、
前記絶縁性樹脂のヤング率は前記樹脂パッケージを構成する樹脂のヤング率よりも小さいことを特徴とする半導体装置。 - 周縁部に外部電極を有する第１のＬＳＩチップの前記外部電極にボンディングワイヤを接続するワイヤ接続工程と、
前記外部電極にボンディングワイヤが接続された第１のＬＳＩチップと第２のＬＳＩチップとをフェイスダウンボンディング方式により接合すると共に、前記第１のＬＳＩチップと前記第２のＬＳＩチップとの間に絶縁性樹脂を前記第１のＬＳＩチップ及び第２のＬＳＩチップの各主面が全面的に覆われるように充填して、前記第１のＬＳＩチップ及び第２のＬＳＩチップよりなるＬＳＩモジュールを形成するモジュール形成工程と、
前記ＬＳＩモジュールを樹脂パッケージに封止する封止工程とを備え、
前記モジュール形成工程における絶縁性樹脂のヤング率は、前記封止工程における樹脂パッケージを構成する樹脂のヤング率よりも小さいことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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