WO2013114481A1 - 半導体装置 - Google Patents

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WO2013114481A1
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wiring
semiconductor chip
semiconductor device
chip
semiconductor
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紀行 永井
茂史 土肥
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パナソニック株式会社
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    • H01L2924/151Die mounting substrate
    • H01L2924/153Connection portion
    • H01L2924/1531Connection portion the connection portion being formed only on the surface of the substrate opposite to the die mounting surface
    • H01L2924/15311Connection portion the connection portion being formed only on the surface of the substrate opposite to the die mounting surface being a ball array, e.g. BGA

Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a CoC (Chip-on-Chip) type semiconductor device.
  • Patent Document 1 describes a CoC type semiconductor device.
  • the conventional semiconductor device described in Patent Document 1 includes a mother substrate, a first chip disposed on the mother substrate, and a second chip disposed on the first chip. .
  • the first chip and the second chip are connected via solder bumps.
  • the size of the second chip (upper chip) is larger than the size of the first chip (lower chip), and the peripheral edge of the second chip protrudes laterally from the side surface of the first chip. ing.
  • the protruding peripheral portion of the second chip is connected to the mother substrate via a solder electrode.
  • the function of the first chip is via solder bumps that connect the first chip and the second chip, wiring in the second chip, and solder electrodes that connect the second chip and the mother substrate. It is pulled out to the mother board.
  • the function of the second chip is drawn out to the mother substrate via a solder electrode that connects the second chip and the mother substrate.
  • the conventional semiconductor device has the following problems.
  • both the function of the first chip and the function of the second chip are drawn out to the mother substrate via the solder electrodes.
  • an object of the present invention is to improve the performance of a semiconductor device by increasing the wiring resources for extracting the function of the semiconductor chip in a CoC type semiconductor device.
  • a semiconductor device includes a first semiconductor chip and a second semiconductor chip that has a top surface opposite to the top surface of the first semiconductor chip and is smaller than the size of the first semiconductor chip.
  • the semiconductor chip, the extension formed outward from the side surface of the second semiconductor chip, the upper surface of the second semiconductor chip is disposed to face the upper surface of the first semiconductor chip, and the upper surface of the second semiconductor chip is And a wiring board disposed opposite to the lower surface, further comprising a first wiring formed on the lower surface of the second semiconductor chip and the lower surface of the extension portion and connected to the wiring substrate.
  • the wiring resource for extracting the function of the semiconductor chip is increased, so that the performance of the semiconductor device can be improved.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a semiconductor device according to Modification 1 of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a semiconductor device according to Modification 2 of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a semiconductor device according to Modification 3 of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a semiconductor device according to Modification 1 of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a semiconductor device according to Modification 1 of the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a semiconductor device according to Modification 2 of the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing an example of a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing an example of the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing an example of the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view schematically showing an example of the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view schematically showing an example of the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a part of the semiconductor device 100 according to the present embodiment.
  • the semiconductor device 100 includes a semiconductor chip 1 that is a first semiconductor chip, a semiconductor chip 2 that is a second semiconductor chip, an expansion unit 9, and a wiring substrate 3.
  • the semiconductor chip 2 is mounted on the wiring board 3.
  • the semiconductor chip 1 is stacked on the semiconductor chip 2 and mounted on the wiring board 3.
  • the semiconductor chip 1 and the semiconductor chip 2 are connected via bumps 4.
  • the semiconductor chip 1 and the wiring substrate 3 are connected via bumps 5.
  • the semiconductor chip 1 is formed on a silicon substrate and has a circuit 6 having an electrical characteristic function, and a redistribution layer (RDL, Re-Distribution layer) formed on the circuit 6 and connected to the circuit 6. 7).
  • the semiconductor chip 1 is formed on a peripheral portion on the upper surface, and is formed on a plurality of input / output pads 13 that are electrically connected to the wiring board 3, respectively, on a central portion on the upper surface, and each It further has a plurality of input / output pads (not shown) electrically connected to the semiconductor chip 2.
  • the “upper surface of the semiconductor chip 1” is a surface on the side where the RDL 7 is formed.
  • the function of the semiconductor chip 1 can be brought out to the wiring board 3 through the RDL 7, the input / output pad 13, and the bump 5.
  • the semiconductor chip 2 has a circuit 8 formed on a silicon substrate and having an electrical characteristic function.
  • the semiconductor chip 2 further includes a plurality of input / output pads (not shown) that are formed on the upper surface and are each electrically connected to the semiconductor chip 1.
  • the “upper surface of the semiconductor chip 2” is the surface on which the circuit 8 is formed.
  • the size of the semiconductor chip 2 is smaller than the size of the semiconductor chip 1.
  • the upper surface of the semiconductor chip 2 faces the upper surface of the semiconductor chip 1.
  • the extension portion 9 is in contact with the side surface of the semiconductor chip 2 and is formed outward from the side surface of the semiconductor chip 2.
  • the extended portion 9 is insulative and is made of, for example, resin.
  • the semiconductor chip 2 and the expansion unit 9 constitute an expansion semiconductor chip.
  • the size of the expandable semiconductor chip is smaller than the size of the semiconductor chip 1, and the peripheral edge of the semiconductor chip 1 protrudes laterally from the side surface of the expandable semiconductor chip.
  • the semiconductor device 100 further includes a wiring 10 that is a first wiring.
  • the wiring 10 is formed on the lower surface of the expansion type semiconductor chip (in other words, the lower surface of the semiconductor chip 2 and the lower surface of the expansion portion 9) from the periphery of the semiconductor chip 2 to the expansion portion 9.
  • the wiring 10 is connected to the wiring board 3.
  • the “lower surface of the expandable semiconductor chip” is a surface facing the wiring board 3.
  • the function of the semiconductor chip 2 can be extracted to the wiring board 3 via the bumps 4, the RDL 7, the input / output pads 13, and the bumps 5.
  • the wiring board 3 includes a plurality of lands 11 and 12 formed on the upper surface, a plurality of external terminals 15 and 17 formed on the lower surface, and a plurality of wiring paths 14 and 16 formed inside. Have.
  • the upper surface of the wiring board 3 faces the upper surface of the semiconductor chip 1 and faces the lower surface of the semiconductor chip 2.
  • the “upper surface of the wiring board 3” is a surface on which the lands 11 and 12 are formed.
  • the wiring path 14 connects the land 11 and the external terminal 15.
  • the wiring path 16 connects the land 12 and the external terminal 17.
  • the land 11 is connected to the input / output pad 13 of the semiconductor chip 1 through the bumps 5 and to a part of the wiring 10.
  • the land 12 is connected to a part of the wiring 10, specifically, a part different from the part connected to the land 11 in the wiring 10.
  • the lands 11 and 12 and the wiring 10 can be connected by, for example, applying a conductive paste (not shown) to the lands 11 and 12 or the wiring 10.
  • the connection between the lands 11 and 12 and the wiring 10 can be performed by applying vibration while the lands 11 and 12 and the wiring 10 are in contact with each other.
  • the functions of the semiconductor chips 1 and 2 are led out from the land 11 to the external terminal 15 through the wiring path 14 in the wiring board 3 and further from the land 12 through the wiring path 16 in the wiring board 3 to the outside. It can be pulled out to the terminal 17.
  • the semiconductor chip 1 RDL7 can be used in the semiconductor device in which the upper surfaces of the semiconductor chips 1 and 2 are arranged to face each other and the semiconductor chip 1 protrudes to the side of the semiconductor chip 2, the semiconductor chip 1 RDL7 can be used. Furthermore, the RDL 7 of the semiconductor chip 1 can also be used for extracting the functions of the semiconductor chip 2.
  • the RDL 7 is preferably formed in the state of a wafer before the semiconductor chip 1 is singulated. As a result, the RDL 7 can be formed more efficiently than when the RDL is formed after the semiconductor chip 1 is separated.
  • the wiring 10 can be used for the function extraction of the semiconductor chips 1 and 2.
  • the wiring resources are increased and the degree of freedom of the lead wiring can be improved.
  • the performance of the semiconductor device can be improved while satisfying the demands for reducing the size and thickness of the semiconductor device.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the semiconductor device 110 according to this modification.
  • reference numerals 1, 4 to 9, and 13 to 17 are omitted.
  • the semiconductor device 110 further includes bumps 18.
  • the bump 18 is interposed between the lands 11 and 12 of the wiring substrate 3 and the wiring 10.
  • the wiring board 3 and the wiring 10 are connected via the bumps 18.
  • the thickness of the semiconductor chip 2 can be reduced. Furthermore, the distance between the semiconductor chip 2 and the wiring substrate 3 is increased, and the semiconductor chip 2 is likely to dissipate heat. Further, the connection between the wiring 10 and the lands 11 and 12 can be stably maintained by the bumps 18.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the semiconductor device 120 according to this modification.
  • reference numerals 1, 4 to 9, and 13 to 17 are omitted.
  • the semiconductor device 120 includes a wiring board 33 instead of the wiring board 3 of the first embodiment, and further includes bumps 38.
  • the wiring board 33 has lands 32 instead of the lands 12 of the first embodiment.
  • a step 19 is formed on the upper surface of the wiring board 33 so that the region where the land 32 is arranged (in other words, the region located under the semiconductor chip 2) is lower than the region where the land 11 is arranged. Yes.
  • a recess is formed in a region located below the semiconductor chip 2 on the upper surface of the wiring substrate 33.
  • a land 32 is formed on the bottom surface of the recess.
  • the bump 38 is interposed between the land 32 of the wiring board 33 and the wiring 10.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the semiconductor device 130 according to this modification.
  • the reference numerals 4, 6 to 10, 12, and 14 to 17 are omitted.
  • the semiconductor device 130 includes pillars 20 instead of the bumps 5 of the first embodiment.
  • the pillar 20 is interposed between the land 11 of the wiring board 3 and the input / output pad 13 of the semiconductor chip 1.
  • the wiring board 3 and the semiconductor chip 1 are connected via the pillar 20.
  • the width of the bonding member can be easily adjusted according to the area of the bonding portion of the land 11 and the area of the bonding portion of the input / output pad 13. It becomes easy to adjust the height of the joining member in accordance with the thickness of the semiconductor chip 2. Specifically, for example, when the thickness of the semiconductor chip 2 is reduced, it is easy to reduce only the height of the pillar 20 while maintaining the area of the junction of the land 11 and the area of the junction of the input / output pad 13. Therefore, the semiconductor device can be easily reduced in thickness.
  • the “joining portion of the land 11” is a portion that joins the joining member in the land 11.
  • the “joining portion of the input / output pad 13” is a portion that joins the joining member in the input / output pad 13.
  • the area of the junction of the land 11 and the area of the junction of the input / output pad 13 can be made smaller than when bumps are used, and the semiconductor device can be downsized.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a partial configuration of the semiconductor device 200 according to the present embodiment.
  • the description of the configuration that is common to the semiconductor device 100 according to the first embodiment is omitted, and the differences will be described.
  • the semiconductor device 200 further includes a via 21 that is a first via and a wiring 22 that is a second wiring, and includes a wiring 50 instead of the wiring 10 of the first embodiment.
  • the via 21 is formed in the extended portion 9 and penetrates the extended portion 9 in a direction perpendicular to the upper surface of the wiring board 3.
  • the wiring 22 is formed on the upper surface of the expandable semiconductor chip (in other words, the upper surface of the semiconductor chip 2 and the upper surface of the extension portion 9) from the periphery of the semiconductor chip 2 to the extension portion 9.
  • the wiring 50 is formed on the lower surface of the extended semiconductor chip (in other words, the lower surface of the semiconductor chip 2 and the lower surface of the extended portion 9) from the peripheral portion of the semiconductor chip 2 to the extended portion 9.
  • the via 21 connects the wiring 50 and the wiring 22.
  • the wiring 22 is connected to input / output pads (not shown) of the semiconductor chip 2. Thereby, the wiring 22 can be used as a wiring for extracting the function of the semiconductor chip 2. Further, the wiring 22 is connected to the RDL 7 of the semiconductor chip 1 through the bumps 4. Thereby, the wiring 22 can be used as a wiring for extracting the function of the semiconductor chip 1.
  • the wiring 50 is connected to the land 12 of the wiring board 3.
  • the semiconductor device 200 further includes the via 21 and the wiring 22, and includes the wiring 50 instead of the wiring 10 of the first embodiment.
  • the number of paths through which the functions of the semiconductor chips 1 and 2 are extracted to the wiring board 3 is increased, so that the wiring resources are increased and the performance of the semiconductor device can be improved.
  • bumps may be interposed between the wiring 50 and the land 12 as in Modification 1 of the first embodiment. Thereby, the effect similar to the modification 1 of 1st Embodiment mentioned above can be exhibited.
  • a recess is formed in a region located below the semiconductor chip 2 on the upper surface of the wiring board, and the land and wiring formed on the bottom surface of the recess are formed. Bumps may be interposed between the two. Thereby, the effect similar to the modification 2 of 1st Embodiment mentioned above can be exhibited.
  • pillars may be used instead of bumps, as in Modification 3 of the first embodiment. Thereby, the effect similar to the modification 3 of 1st Embodiment mentioned above can be exhibited.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a partial configuration of the semiconductor device 300 according to the present embodiment.
  • the description of the configuration common to the semiconductor device 200 according to the second embodiment is omitted, and differences will be described.
  • the semiconductor device 300 further includes a via 23 that is a second via and a wiring 24 that is a third wiring, and instead of the extension 9 in the second embodiment, an extension 69 and a second embodiment.
  • a wiring 60 is provided instead of the wiring 50, and a bump 4 is further provided between the wiring 24 and the input / output pad 13.
  • the extended portion 69 and the semiconductor chip 2 constitute an extended semiconductor chip.
  • the via 23 is formed in the extended portion 69 and penetrates the extended portion 69 in a direction perpendicular to the upper surface of the wiring board 3.
  • the via 23 is located outside the via 21.
  • the wiring 24 is formed on the upper surface of the extended portion 69.
  • the wiring 24 is preferably formed simultaneously with the wiring 22.
  • the extension part 69 protrudes to the side from the extension part 9 of the second embodiment.
  • the wiring 60 is formed on the lower surface of the extended semiconductor chip (in other words, the lower surface of the semiconductor chip 2 and the lower surface of the extended portion 69) from the periphery of the semiconductor chip 2 to the extended portion 69.
  • the via 21 connects the wiring 60 and the wiring 22.
  • the via 23 connects the wiring 60 and the wiring 24.
  • the wiring 60 is connected to the lands 11 and 12 of the wiring board 3.
  • the wiring 24 and the input / output pad 13 of the semiconductor chip 1 are connected via bumps 4.
  • the input / output pads 13 of the semiconductor chip 1 and the lands 11 of the wiring board 3 are connected via the bumps 5.
  • the input / output pad 13 of the semiconductor chip 1 and the land 11 of the wiring substrate 3 are connected via the bump 4, the wiring 24, the via 23, and the wiring 60. Therefore, the semiconductor device 300 according to the present embodiment does not have the bumps 5 of the second embodiment.
  • the vias 23 can be used instead of the bumps for extracting the functions of the semiconductor chips 1 and 2. This eliminates the need to form bumps and simplifies the process. Furthermore, the semiconductor device can be downsized by making the width of the via 23 smaller than the width of the bump.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the semiconductor device 310 according to this modification.
  • reference numerals 1, 3, 4, 6 to 8, and 13 to 17 are omitted.
  • the semiconductor device 310 further includes a wiring 25 that is a fourth wiring, and includes a wiring 70 instead of the wiring 60 of the third embodiment.
  • the wiring 25 is formed on the lower surface of the extended portion 69.
  • the wiring 70 is formed on the lower surface of the extended semiconductor chip (in other words, the lower surface of the semiconductor chip 2 and the lower surface of the extended portion 69) from the periphery of the semiconductor chip 2 to the extended portion 69.
  • the via 21 connects the wiring 70 and the wiring 22.
  • the via 23 connects the wiring 25 and the wiring 24.
  • the wiring 70 is connected to the land 12 of the wiring board 3.
  • the wiring 25 is connected to the land 11 of the wiring board 3.
  • each of the land 11 and the land 12 serves as a separate extraction path, so that the degree of freedom of the output path is improved and the characteristics of the semiconductor device are improved.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the semiconductor device 320 according to this modification.
  • reference numerals 1, 4, 6 to 8, 13 to 17, 21 to 24, and 69 are omitted.
  • the semiconductor device 320 further includes bumps 88.
  • the bump 88 is interposed between the lands 11 and 12 of the wiring board 3 and the wiring 60.
  • the wiring board 3 and the wiring 60 are connected via the bumps 88.
  • an input / output pad (not shown) formed on the upper surface is provided, and a wiring 10 is formed on the lower surface from the periphery of the semiconductor chip 2 to the extended portion 9.
  • the extended semiconductor chip 92 thus prepared is prepared.
  • a wiring board 3 is prepared in which lands 11 and 12 are formed on the upper surface, external terminals 15 and 17 are formed on the lower surface, and wiring paths 14 and 16 are formed inside.
  • the expandable semiconductor chip 92 is mounted on the wiring board 3 so that the wiring 10 is connected to the lands 11 and 12.
  • An adhesive member may be inserted between the expandable semiconductor chip 92 and the wiring board 3 to fix the expandable semiconductor chip 92 to the wiring board 3.
  • bumps 5 are formed on the lands 11 of the wiring board 3. At this time, the bump 5 is formed so that the uppermost point of the bump 5 is located above the upper surface of the semiconductor chip 2.
  • a method for forming the bump 5 for example, electrolytic plating, mounting or printing can be considered.
  • the resin sheet material 101 is applied on the upper surface of the expandable semiconductor chip 92.
  • the input / output pad 13 faces the bump 5 and the bump 4 faces the input / output pad (not shown) of the semiconductor chip 2 above the wiring substrate 3 on which the expandable semiconductor chip 92 is mounted.
  • the semiconductor chip 1 is disposed.
  • the semiconductor chip 1 is stacked on the extended semiconductor chip 92 and mounted on the wiring board 3.
  • the input / output pads 13 of the semiconductor chip 1 and the bumps 5 are joined.
  • the land 11 of the wiring board 3 and the input / output pad 13 of the semiconductor chip 1 are connected via the bump 5.
  • the bump 4 and the input / output pad (not shown) of the semiconductor chip 2 are joined.
  • the input / output pads (not shown) of the semiconductor chip 1 and the input / output pads (not shown) of the semiconductor chip 2 are connected via the bumps 4.
  • This CoC junction is formed by C4 (Controlled Collapse Chip Connection) method or scrubbing.
  • the semiconductor device 100 can be manufactured.
  • the RDL 7 and the wirings 10, 50, 60, 70, 22, 25 are finely configured by diffusion in the circuits 6, 8 of the semiconductor chips 1, 2. It may be formed wider and thicker than the wiring. In this case, for example, the thicknesses of the RDL 7 and the wirings 10, 50, 60, 70, 22, 25 are 3 ⁇ m to 20 ⁇ m. With this configuration, since the resistance of the RDL 7 and the wirings 10, 50, 60, 70, 22, 25 can be made smaller than the resistance of the fine wiring, the RDL 7 and / or the wirings 10, 50, 60, 70, 22, 25, 25 Can be used as power supply wiring, more stable power supply is possible.
  • the bump 4 is made of, for example, a metal such as solder, copper (Cu), or nickel (Ni).
  • the bumps 5 and pillars 20 are made of a metal such as Cu, for example.
  • the land 11 of the wiring board 3 is disposed directly below the input / output pad 13 of the semiconductor chip 1. From the viewpoint of improving the degree of freedom of wiring, it is desirable that the lands 12 of the wiring board 3 are all disposed directly below the semiconductor chip 2.
  • the expansion parts 9 and 69 are made of, for example, an epoxy resin.
  • the vias 21 and 23 are formed by, for example, forming a through hole in the extended portion by laser irradiation and then embedding solder or Cu in the through hole.
  • the present invention can improve the performance of a semiconductor device due to an increase in wiring resources, and can be widely applied to electronic devices using a CoC type semiconductor device.

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Abstract

 半導体装置は、第1の半導体チップ1と、上面が第1の半導体チップ1の上面と向かい合って配置され、第1の半導体チップ1のサイズよりも小さい第2の半導体チップ2と、第2の半導体チップ2の側面から外方に向かって形成された拡張部9と、上面が第1の半導体チップ1の上面と向かい合って配置され、かつ、上面が第2の半導体チップ2の下面と向かい合って配置された配線基板3とを備えている。半導体装置は、第2の半導体チップ2の下面および拡張部9の下面の上に形成され、配線基板3と接続された第1の配線10をさらに備えている。

Description

半導体装置
 本発明は、半導体装置に関し、特にCoC(Chip on Chip)型の半導体装置に関する。
 半導体装置において、小型化および薄型化に加えて、高性能化を合わせて実現する必要性が高まっている。その事例として、チップの機能面同士をバンプ等の接合部材を介して接合するCoC型の半導体装置が広く普及している。CoC型の半導体装置の場合、上下チップ間の信号制御の高速化、および異種プロセスにて構成されたチップ同士の組合せが可能となり、半導体装置の汎用性が向上する。
 特許文献1には、CoC型の半導体装置が記載されている。
 特許文献1に記載の従来の半導体装置は、マザー基板と、マザー基板の上に配置された第1のチップと、第1のチップの上に配置された第2のチップとを有している。
 第1のチップと第2のチップとは、はんだバンプを介して接続されている。第2のチップ(上側のチップ)のサイズは、第1のチップ(下側のチップ)のサイズよりも大きく、第2のチップの周縁部は、第1のチップの側面よりも側方に突出している。突出した第2のチップの周縁部は、はんだ電極を介してマザー基板に接続されている。
 第1のチップの機能は、第1のチップと第2のチップとを接続するはんだバンプ、第2のチップ内の配線、および第2のチップとマザー基板とを接続するはんだ電極を介して、マザー基板に引き出される。第2のチップの機能は、第2のチップとマザー基板とを接続するはんだ電極を介して、マザー基板に引き出される。
特開2004-146728号公報
 しかしながら、従来の半導体装置では、以下の問題がある。
 従来の半導体装置では、第1のチップの機能および第2のチップの機能の両方が、はんだ電極を介して、マザー基板に引き出される。
 しかしながら、マザー基板の配線リソースは少なく、配線自由度が小さい。このため、引き出された第1のチップの機能および第2のチップの機能の両方に対応するだけの十分な配線を、マザー基板に形成できず、半導体装置の性能が低下するという問題がある。
 前記に鑑み、本発明の目的は、CoC型の半導体装置において、半導体チップの機能を引き出す配線リソースの増加により、半導体装置の性能を向上することである。
 前記の目的を達成するため、本発明に係る半導体装置は、第1の半導体チップと、上面が第1の半導体チップの上面と向かい合って配置され、第1の半導体チップのサイズよりも小さい第2の半導体チップと、第2の半導体チップの側面から外方に向かって形成された拡張部と、上面が第1の半導体チップの上面と向かい合って配置され、かつ、上面が第2の半導体チップの下面と向かい合って配置された配線基板とを備え、第2の半導体チップの下面および拡張部の下面の上に形成され、配線基板と接続された第1の配線をさらに備えていることを特徴とする。
 本発明によれば、CoC型の半導体装置において、半導体チップの機能を引き出す配線リソースが増加するため、半導体装置の性能を向上することができる。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の構成を模式的に示す断面図である。 図2は、本発明の第1の実施形態の変形例1に係る半導体装置の構成を模式的に示す断面図である。 図3は、本発明の第1の実施形態の変形例2に係る半導体装置の構成を模式的に示す断面図である。 図4は、本発明の第1の実施形態の変形例3に係る半導体装置の構成を模式的に示す断面図である。 図5は、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の構成を模式的に示す断面図である。 図6は、本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の構成を模式的に示す断面図である。 図7は、本発明の第3の実施形態の変形例1に係る半導体装置の構成を模式的に示す断面図である。 図8は、本発明の第3の実施形態の変形例2に係る半導体装置の構成を模式的に示す断面図である。 図9は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造工程の一例を模式的に示す断面図である。 図10は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造工程の一例を模式的に示す断面図である。 図11は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造工程の一例を模式的に示す断面図である。 図12は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造工程の一例を模式的に示す断面図である。
 本発明に係る半導体装置について図面を用いて説明する。全ての図面において共通する構成要素には同じ符号を付し、適宜説明を省略する。
 (第1の実施形態)
 図1は、本実施形態に係る半導体装置100の一部の構成を模式的に示す断面図である。
 半導体装置100は、第1の半導体チップである半導体チップ1と、第2の半導体チップである半導体チップ2と、拡張部9と、配線基板3とを備えている。半導体チップ2は、配線基板3の上に搭載されている。半導体チップ1は、半導体チップ2の上に積層され、かつ、配線基板3の上に搭載されている。半導体チップ1と半導体チップ2とは、バンプ4を介して接続されている。半導体チップ1と配線基板3とは、バンプ5を介して接続されている。
 半導体チップ1は、シリコン基板の上に形成され、かつ、電気特性機能を有する回路6と、回路6の上に形成され、かつ、回路6と接続された再配線層(RDL、Re-Distribustion Layer)7とを有する。半導体チップ1は、上面における周縁部の上に形成され、かつ、各々が配線基板3と電気的に接続する複数の入出力パッド13と、上面における中央部の上に形成され、かつ、各々が半導体チップ2と電気的に接続する複数の入出力パッド(図示省略)とをさらに有する。本明細書において、「半導体チップ1の上面」とは、RDL7が形成された側の面である。
 上記構成により、半導体チップ1の機能は、RDL7と入出力パッド13とバンプ5とを介して配線基板3に引き出すことができる。
 半導体チップ2は、シリコン基板の上に形成され、かつ、電気特性機能を有する回路8を有する。半導体チップ2は、上面の上に形成され、かつ、各々が半導体チップ1と電気的に接続する複数の入出力パッド(図示省略)をさらに有する。本明細書において、「半導体チップ2の上面」とは、回路8が形成された側の面である。
 半導体チップ2のサイズは、半導体チップ1のサイズよりも小さい。半導体チップ2の上面は、半導体チップ1の上面と向かい合っている。
 拡張部9は、半導体チップ2の側面に接触し、かつ、半導体チップ2の側面から外方に向かって形成されている。拡張部9は、絶縁性であり、例えば、樹脂からなる。半導体チップ2と拡張部9とから、拡張型半導体チップが構成されている。拡張型半導体チップのサイズは、半導体チップ1のサイズよりも小さく、半導体チップ1の周縁部は、拡張型半導体チップの側面よりも側方に突出している。
 半導体装置100は、第1の配線である配線10をさらに備えている。配線10は、拡張型半導体チップの下面(言い換えれば、半導体チップ2の下面および拡張部9の下面)の上に、半導体チップ2の周縁部から拡張部9に亘って形成されている。配線10は、配線基板3と接続されている。本明細書において、「拡張型半導体チップの下面」とは、配線基板3と向かい合う面である。
 上記構成により、半導体チップ2の機能は、バンプ4とRDL7と入出力パッド13とバンプ5とを介して配線基板3に引き出すことができる。
 配線基板3は、上面の上に形成された複数のランド11,12と、下面の上に形成された複数の外部端子15,17と、内部に形成された複数の配線経路14,16とを有する。
 配線基板3の上面は、半導体チップ1の上面と向かい合っているとともに、半導体チップ2の下面と向かい合っている。本明細書において、「配線基板3の上面」とは、ランド11,12が形成された面である。
 配線経路14は、ランド11と外部端子15とを接続している。配線経路16は、ランド12と外部端子17とを接続している。
 ランド11は、バンプ5を介して、半導体チップ1の入出力パッド13と接続されているとともに、配線10の一部と接続されている。ランド12は、配線10の一部、具体的には、配線10におけるランド11と接続する部分とは異なる部分と接続されている。ランド11,12と配線10との接続は、例えば、導電性のペースト(図示省略)をランド11,12または配線10に塗布することにより行うことが可能である。その他に例えば、ランド11,12と配線10との接続は、ランド11,12と配線10とを接触させた状態で振動を与えることにより行うことも可能である。
 上記構成により、半導体チップ1,2の機能を、ランド11から配線基板3内の配線経路14を介して外部端子15へ引き出し、さらに、ランド12から配線基板3内の配線経路16を介して外部端子17へ引き出すことができる。
 本実施形態によると、半導体チップ1,2の上面同士が互いに向かい合って配置され、半導体チップ2よりも半導体チップ1が側方に突出した半導体装置において、半導体チップ1の機能引き出しに、半導体チップ1のRDL7を使用することができる。さらに、半導体チップ2の機能引き出しにも、半導体チップ1のRDL7を使用することができる。RDL7は、半導体チップ1が個片化される前のウエハの状態で形成されることが好ましい。これにより、半導体チップ1を個片化した後にRDLを形成する場合と比べて、RDL7を効率的に形成することができる。
 さらに、半導体チップ1,2の機能引き出しに、配線10を使用することが可能になる。これにより、配線リソースが増加し、引き出し配線の自由度の向上を実現できる。このような配線リソースの増加および引き出し配線の自由度の向上により、半導体装置の小型化および薄型化の要求を満たしつつ、半導体装置の性能を向上することができる。
 (第1の実施形態の変形例1)
 図2は、本変形例に係る半導体装置110の構成を模式的に示す断面図である。なお、図2において、簡略的に図示する為に、符号1,4~9,13~17の図示を省略している。
 図2に示すように、半導体装置110は、バンプ18をさらに有する。バンプ18は、配線基板3のランド11,12と配線10との間に介在している。バンプ18を介して、配線基板3と配線10とが接続されている。
 この構成により、半導体チップ2の厚みを薄くすることが可能である。さらに、半導体チップ2と配線基板3との距離が大きくなり、半導体チップ2が放熱しやすくなる。さらに、配線10とランド11,12との接続をバンプ18により安定的に保つことができる。
 (第1の実施形態の変形例2)
 図3は、本変形例に係る半導体装置120の構成を模式的に示す断面図である。なお、図3において、簡略的に図示する為に、符号1,4~9,13~17の図示を省略している。
 図3に示すように、半導体装置120は、第1の実施形態の配線基板3の代わりに、配線基板33を備え、バンプ38をさらに有する。配線基板33は、第1の実施形態のランド12の代わりに、ランド32を有する。
 配線基板33の上面には、ランド11が配置された領域よりもランド32が配置された領域(言い換えれば、半導体チップ2の下に位置する領域)が低くなるように、段差19が形成されている。配線基板33の上面における半導体チップ2の下に位置する領域には、凹部が形成されている。凹部の底面の上には、ランド32が形成されている。バンプ38は、配線基板33のランド32と配線10との間に介在している。
 この構成により、半導体チップ2と配線基板33との距離が大きくなり、半導体チップ2が放熱しやすくなるため、放熱性を高めることができる。さらに、放熱部材を取り付けることで、放熱性をさらに高めることも可能である。
 (第1の実施形態の変形例3)
 図4は、本変形例に係る半導体装置130の構成を模式的に示す断面図である。なお、図4において、簡略的に図示する為に、符号4,6~10,12,14~17の図示を省略している。
 図4に示すように、半導体装置130は、第1の実施形態のバンプ5の代わりに、ピラー20を有する。ピラー20は、配線基板3のランド11と半導体チップ1の入出力パッド13との間に介在している。ピラー20を介して、配線基板3と半導体チップ1とが接続されている。
 接合部材として、バンプではなく柱状のピラー20を用いることにより、接合部材の幅を、ランド11の接合部の面積および入出力パッド13の接合部の面積に応じて調整することが容易になるとともに、接合部材の高さを、半導体チップ2の厚みに応じて調整することが容易になる。具体的には例えば、半導体チップ2の厚みを薄くした場合、ランド11の接合部の面積および入出力パッド13の接合部の面積は保ったままで、ピラー20の高さのみを低くすることが容易になり、半導体装置の薄型化が容易に実現できる。本明細書において、「ランド11の接合部」とは、ランド11における接合部材と接合する部分である。「入出力パッド13の接合部」とは、入出力パッド13における接合部材と接合する部分である。
 さらに、ランド11の接合部の面積および入出力パッド13の接合部の面積を、バンプを用いる場合と比べて、小さくすることが可能であり、半導体装置の小型化が実現できる。
 (第2の実施形態)
 図5は、本実施形態に係る半導体装置200の一部の構成を模式的に示す断面図である。本実施形態に係る半導体装置200について、第1の実施形態に係る半導体装置100と共通する構成についての説明は省略し、相違点について説明する。
 半導体装置200は、第1のビアであるビア21と、第2の配線である配線22とをさらに備え、第1の実施形態の配線10の代わりに、配線50を備えている。
 ビア21は、拡張部9に形成され、かつ、配線基板3の上面に対して垂直な方向に拡張部9を貫通している。配線22は、拡張型半導体チップの上面(言い換えれば、半導体チップ2の上面および拡張部9の上面)の上に、半導体チップ2の周縁部から拡張部9に亘って形成されている。配線50は、拡張型半導体チップの下面(言い換えれば、半導体チップ2の下面および拡張部9の下面)の上に、半導体チップ2の周縁部から拡張部9に亘って形成されている。
 ビア21は、配線50と配線22とを接続している。配線22は、半導体チップ2の入出力パッド(図示省略)と接続されている。これにより、配線22を、半導体チップ2の機能を引き出す配線として利用できる。さらに、配線22は、バンプ4を介して、半導体チップ1のRDL7と接続されている。これにより、配線22を、半導体チップ1の機能を引き出す配線として利用できる。配線50は、配線基板3のランド12と接続されている。
 本実施形態によると、半導体装置200が、ビア21および配線22をさらに備え、第1の実施形態の配線10の代わりに、配線50を備えている。これにより、半導体チップ1,2の機能を配線基板3に引き出す経路が増加するため、配線リソースが増加し、半導体装置の性能を向上することができる。
 さらに、配線リソースの増加により、小型化および薄型化の制約となる配線を削除するなどして、半導体装置のさらなる小型化および薄型化を達成できる。
 本実施形態では、第1の実施形態の変形例1のように、配線50とランド12との間に、バンプを介在させてもよい。これにより、上述した第1の実施形態の変形例1と同様の効果を発揮することができる。
 本実施形態では、第1の実施形態の変形例2のように、配線基板の上面における半導体チップ2の下に位置する領域に凹部を形成し、凹部の底面の上に形成されたランドと配線50との間にバンプを介在させてもよい。これにより、上述した第1の実施形態の変形例2と同様の効果を発揮することができる。
 本実施形態では、第1の実施形態の変形例3のように、バンプの代わりに、ピラーを用いてもよい。これにより、上述した第1の実施形態の変形例3と同様の効果を発揮することができる。
 (第3の実施形態)
 図6は、本実施形態に係る半導体装置300の一部の構成を模式的に示す断面図である。本実施形態に係る半導体装置300について、第2の実施形態に係る半導体装置200と共通する構成についての説明は省略し、相違点について説明する。
 半導体装置300は、第2のビアであるビア23と、第3の配線である配線24とをさらに備え、第2の実施形態の拡張部9の代わりに拡張部69と、第2の実施形態の配線50の代わりに配線60とを備え、配線24と入出力パッド13との間にバンプ4をさらに有している。拡張部69と半導体チップ2とから、拡張型半導体チップが構成されている。
 ビア23は、拡張部69に形成され、かつ、配線基板3の上面に対して垂直な方向に拡張部69を貫通している。ビア23は、ビア21よりも外側に位置している。配線24は、拡張部69の上面の上に形成されている。配線24は、配線22と同時に形成されることが好ましい。
 拡張部69は、第2の実施形態の拡張部9よりも側方に突出している。配線60は、拡張型半導体チップの下面(言い換えれば、半導体チップ2の下面および拡張部69の下面)の上に、半導体チップ2の周縁部から拡張部69に亘って形成されている。
 ビア21は、配線60と配線22とを接続している。ビア23は、配線60と配線24とを接続している。配線60は、配線基板3のランド11,12と接続されている。配線24と半導体チップ1の入出力パッド13とは、バンプ4を介して接続されている。
 上述の第2の実施形態では、バンプ5を介して、半導体チップ1の入出力パッド13と、配線基板3のランド11とが接続されている。これに対し、本実施形態では、バンプ4、配線24、ビア23及び配線60を介して、半導体チップ1の入出力パッド13と、配線基板3のランド11とが接続されている。よって、本実施形態に係る半導体装置300は、第2の実施形態のバンプ5を有さない。
 本実施形態によると、半導体チップ1,2の機能の引き出しに、バンプではなく、ビア23を用いることができる。これにより、バンプを形成する必要がなくなり、工程が簡略化される。さらに、バンプの幅よりもビア23の幅を小さくすることで、半導体装置を小型化できる。
 (第3の実施形態の変形例1)
 図7は、本変形例に係る半導体装置310の構成を模式的に示す断面図である。なお、図7において、簡略的に図示する為に、符号1,3,4,6~8,13~17の図示を省略している。
 図7に示すように、半導体装置310は、第4の配線である配線25をさらに備え、第3の実施形態の配線60の代わりに配線70を備えている。
 配線25は、拡張部69の下面の上に形成されている。配線70は、拡張型半導体チップの下面(言い換えれば、半導体チップ2の下面および拡張部69の下面)の上に、半導体チップ2の周縁部から拡張部69に亘って形成されている。
 ビア21は、配線70と配線22とを接続している。ビア23は、配線25と配線24とを接続している。配線70は、配線基板3のランド12と接続されている。配線25は、配線基板3のランド11と接続されている。
 この構成により、ランド11とランド12とがそれぞれ個別の引き出し経路となるため、出力経路の自由度が向上し、半導体装置の特性が向上する。
 (第3の実施形態の変形例2)
 図8は、本変形例に係る半導体装置320の構成を模式的に示す断面図である。なお、図8において、簡略的に図示する為に、符号1,4,6~8,13~17,21~24,69の図示を省略している。
 図8に示すように、半導体装置320は、バンプ88をさらに有する。バンプ88は、配線基板3のランド11,12と配線60との間に介在している。バンプ88を介して、配線基板3と配線60とが接続されている。
 この構成により、半導体チップ2と配線基板3との距離が大きくなり、半導体チップ2が放熱しやすくなるため、放熱性を高めることができる。さらに、放熱部材を取り付けることで、放熱性をさらに高めることも可能である。
 <第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法>
 図9~12は、第1の実施形態に係る半導体装置100の製造方法の一例を示す図である。
 まず、図9に示すように、上面の上に形成された入出力パッド(図示省略)を有し、かつ、下面の上に半導体チップ2の周縁部から拡張部9に亘って配線10が形成された拡張型半導体チップ92を準備する。
 上面の上にランド11,12が形成され、下面の上に外部端子15,17が形成され、内部に配線経路14,16が形成された配線基板3を準備する。
 次に、図10に示すように、配線10がランド11,12に接続するように、拡張型半導体チップ92を配線基板3の上に搭載する。拡張型半導体チップ92と配線基板3との間に接着部材を挿入して、拡張型半導体チップ92を配線基板3に固着してもよい。
 次に、図11に示すように、配線基板3と電気的に接続するための複数の入出力パッド13と、半導体チップ2と電気的に接続するための複数の入出力パッド(図示省略)とを有し、かつ、図示を省略した入出力パッドの上にバンプ4が形成された半導体チップ1を準備する。
 次に、配線基板3のランド11の上に、バンプ5を形成する。このとき、バンプ5の最上点が半導体チップ2の上面よりも上に位置するように、バンプ5を形成する。バンプ5の形成方法としては、例えば、電解めっき、搭載または印刷などが考えられる。
 次に、拡張型半導体チップ92の上面の上に、樹脂シート材101を塗布する。
 次に、入出力パッド13がバンプ5と対向すると共に、バンプ4が半導体チップ2の入出力パッド(図示省略)と対向するように、拡張型半導体チップ92が搭載された配線基板3の上方に、半導体チップ1を配置する。
 最後に、図12に示すように、半導体チップ1を、拡張型半導体チップ92の上に積層するとともに、配線基板3の上に搭載する。このとき、半導体チップ1の入出力パッド13とバンプ5とが接合される。これにより、バンプ5を介して、配線基板3のランド11と半導体チップ1の入出力パッド13とが接続される。さらに、このとき、バンプ4と半導体チップ2の入出力パッド(図示省略)とが接合する。これにより、バンプ4を介して、半導体チップ1の入出力パッド(図示省略)と半導体チップ2の入出力パッド(図示省略)とが接続される。このCoC接合は、C4(Controlled Collapse Chip Connection)工法またはスクラブなどで形成される。
 以上のようにして、半導体装置100を製造することができる。
 なお、半導体チップ1を搭載する前に、拡張型半導体チップ92の上面の上に樹脂シート材101を形成する代わりに、半導体チップ1を搭載した後に、半導体チップ1と半導体チップ2との間にアンダーフィル樹脂を注入してもよい。
 第1~第3の実施形態およびそれらの変形例において、RDL7および配線10,50,60,70,22,25は、半導体チップ1,2の回路6,8内に拡散にて構成されたファイン配線よりも、幅広で厚く形成されていてもよい。この場合、例えば、RDL7および配線10,50,60,70,22,25の厚みは、3μm~20μmである。この構成により、RDL7および配線10,50,60,70,22,25の抵抗をファイン配線の抵抗よりも小さくすることができるため、RDL7および/または配線10,50,60,70,22,25を電源供給用の配線として用いる際に、より安定した電源供給が可能である。
 また、複数のバンプ4は、100μm以下のピッチで配置されるのが望ましい。バンプ4は、例えば、はんだ、銅(Cu)またはニッケル(Ni)などの金属からなる。
 また、バンプ5およびピラー20は、例えば、Cuなどの金属からなる。
 また、接続信頼性確保の観点から、配線基板3のランド11は、半導体チップ1の入出力パッド13の真下に配置されることが望ましい。配線自由度向上の観点から、配線基板3のランド12は、ランド12の全部が半導体チップ2の真下に配置されることが望ましい。
 また、拡張部9,69は、例えば、エポキシ樹脂からなる。
 また、ビア21,23は、例えば、レーザー照射により、拡張部に貫通穴を形成した後、貫通穴内にはんだまたはCuを埋め込んで形成される。
 以上、本発明を、第1~第3の実施形態およびそれらの変形例に基づいて詳細に説明したが、本発明は、上述した実施形態等に限られるものではない。本発明の主旨を逸脱しない限りにおいて変形または変更が可能である。例えば、複数の実施形態を組み合わせたもの、および構成要素の一部を実施形態等に記載されていない代替物に置き換えたものも、本発明の範疇とする。
 本発明は、配線リソースの増加により、半導体装置の性能を向上することができ、CoC型の半導体装置を用いた電子機器に幅広く適用できる。
1 半導体チップ(第1の半導体チップ)
2 半導体チップ(第2の半導体チップ)
3,33 配線基板
4 バンプ
5 バンプ
6 回路
7 再配線層(RDL)
8 回路
9,69 拡張部
10,50,60,70 配線(第1の配線)
11 ランド
12,32 ランド
13 入出力パッド
14 配線経路
15 外部端子
16 配線経路
17 外部端子
18,38,88 バンプ
19 段差
20 ピラー
21 ビア(第1のビア)
22 配線(第2の配線)
23 ビア(第2のビア)
24 配線(第3の配線)
25 配線(第4の配線)
92 拡張型半導体チップ
100,110,120,130,200,300,310,320 半導体装置
101 樹脂シート材

Claims (8)

  1.  第1の半導体チップと、
     上面が前記第1の半導体チップの上面と向かい合って配置され、前記第1の半導体チップのサイズよりも小さい第2の半導体チップと、
     前記第2の半導体チップの側面から外方に向かって形成された拡張部と、
     上面が前記第1の半導体チップの上面と向かい合って配置され、かつ、上面が前記第2の半導体チップの下面と向かい合って配置された配線基板とを備え、
     前記第2の半導体チップの下面および前記拡張部の下面の上に形成され、前記配線基板と接続された第1の配線をさらに備えていることを特徴とする半導体装置。
  2.  前記第1の配線と前記配線基板とは、バンプを介して接続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.  前記配線基板の上面における前記第2の半導体チップの下に位置する領域には、凹部が形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。
  4.  前記第1の半導体チップと前記配線基板とは、ピラーを介して接続されていることを特徴とする請求項1~3のうちいずれか1項に記載の半導体装置。
  5.  前記拡張部に形成され、前記拡張部を貫通する第1のビアと、
     前記第2の半導体チップの上面および前記拡張部の上面の上に形成され、バンプを介して前記第1の半導体チップと接続された第2の配線とをさらに備え、
     前記第1のビアは、前記第1の配線と前記第2の配線とを接続していることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  6.  前記拡張部に形成され、前記拡張部を貫通する第2のビアと、
     前記拡張部の上面の上に形成され、バンプを介して前記第1の半導体チップと接続された第3の配線とをさらに備え、
     前記第2のビアは、前記第1の配線と前記第3の配線とを接続していることを特徴とする請求項1または5に記載の半導体装置。
  7.  前記拡張部に形成され、前記拡張部を貫通する第2のビアと、
     前記拡張部の上面の上に形成され、バンプを介して前記第1の半導体チップと接続された第3の配線と、
     前記拡張部の下面の上に形成され、前記配線基板と接続された第4の配線とをさらに備え、
     前記第2のビアは、前記第3の配線と前記第4の配線とを接続していることを特徴とする請求項5に記載の半導体装置。
  8.  前記第1の配線と前記配線基板とは、バンプを介して接続されていることを特徴とする請求項6に記載の半導体装置。
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