(57)【要約】【課題】信頼性の高い半導体装置を提案する。【解決手段】実施形態の半導体装置１００は、配線基板１と、配線基板１上に設けられ、第１樹脂組成物３に封止されたコントローラチップ２と、第１樹脂組成物３上に設けられ、第２樹脂組成物５に封止された不揮発性メモリチップ４と、コントローラチップ２の電源配線用パッド１０と配線基板１とを接続し、第１樹脂組成物３に封止された第２ボンディングワイヤ９と、コントローラチップ２の信号配線用パッド７と配線基板１とを接続し、第１樹脂組成物３に封止され、第２ボンディングワイヤ９よりもＰｄ含有率が高い第１ボンディングワイヤ６と、を有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線基板と、
前記配線基板上に設けられ、第１樹脂組成物に封止されたコントローラチップと、
前記第１樹脂組成物上に設けられ、第２樹脂組成物に封止された不揮発性メモリチップと、
前記コントローラチップの電源配線用パッドと前記配線基板とを接続し、前記第１樹脂組成物に封止された第２ボンディングワイヤと、
前記コントローラチップの信号配線用パッドと前記配線基板とを接続し、前記第１樹脂組成物に封止され、前記第２ボンディングワイヤよりもＰｄ含有率が高い第１ボンディングワイヤと、
を有する半導体装置。
【請求項２】
前記不揮発性メモリチップと前記配線基板とを接続し、前記第１のボンディングワイヤよりもＰｄ含有率が低く、前記第２樹脂組成物に封止された第３ボンディングワイヤと、をさらに備え、
前記第１ボンディングワイヤは、Ｐｄ含有率が０．０５ｗｔ％以上２．００ｗｔ％以下のＰｄＡｕ合金ワイヤであり、
前記第２ボンディングワイヤと前記第３ボンディングワイヤは、Ｐｄ含有率が０．０１ｗｔ％以下の実質的にＡｕで構成されたワイヤであり、
前記コントローラチップの前記信号配線用パッド及び電源配線用パッドは、Ａｌのパッドである請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第１ボンディングワイヤは、非冗長性配線であり、
前記第２ボンディングワイヤは、冗長性配線である請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記不揮発性メモリチップの中央部と前記コントローラチップは、前記配線基板と前記コントローラチップの積層方向に重なる請求項１ないし３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第１樹脂組成物のフィラーの含有率は、４０ｗｔ％以上６０ｗｔ％以下である請求項１ないし４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体パッケージにおいて、半導体チップにダイアタッチフィルム（ＤＡＦ：Die Attach Film）等の接着性の樹脂組成物を用いてメモリチップを積層する構造（ＦＯＤ：Film On Die）が広く利用されている。しかしながら、ＤＡＦを用いて半導体チップ同士を接着させると、Ａｌ（アルミニウム）電極パッド上にＡｕ（金）ボンディングワイヤが接続される場合、ＤＡＦ中でＣｌ（塩素）イオンにより、電極パッドが腐食し、Ａｌ電極パッドとＡｕボンディングワイヤが断線となる可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−１６８５８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、信頼性の高い半導体装置を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態によれば、半導体装置は、配線基板と、配線基板上に設けられ、第１樹脂組成物に封止されたコントローラチップと、第１樹脂組成物上に設けられ、第２樹脂組成物に封止された不揮発性メモリチップと、コントローラチップの電源配線用パッドと配線基板とを接続し、第１樹脂組成物に封止された第２ボンディングワイヤと、コントローラチップの信号配線用パッドと配線基板とを接続し、第１樹脂組成物に封止され、第２ボンディングワイヤよりもＰｄ含有率が高い第１ボンディングワイヤと、を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】一実施形態に係る半導体装置を模式的に示す断面図。
【図２】一実施形態に係る半導体装置を模式的に示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。
【０００８】
本発明の実施形態に係る半導体装置は、不揮発性メモリチップを制御するコントローラチップのパッドに接続する信号配線用ボンディングワイヤに腐食しにくい材料を採用することで、半導体装置の信頼性を向上させる。より詳しく、以下に説明する。
【０００９】
図１は、本実施形態に係る半導体装置１００を模式的に示す断面図である。この図１に示すように、半導体装置１００は、例えば、半導体パッケージであり、基板１と、コントローラチップ２と、第１樹脂組成物３と、不揮発性メモリチップ４（４Ａ、４Ｂ）と、第２樹脂組成物５と、第１ボンディングワイヤ６、第２ボンディングワイヤ９及び第３ボンディングワイヤ１２（１２Ａ、１２Ｂ）とを備えて構成される。なお、以下、全ての図において、各構成要素の大きさの比や、細かい配置等は、実施形態を理解しやすいように示されているため、実際の比や配置とは異なる。また、模式的に示す図であるので、チップや基板上の配線等は、省略している。
【００１０】
図２は、本実施形態に係る半導体装置１００を模式的に示す平面図である。図２は、基板１とコントローラチップ２の配線を表し、基板１、コントローラチップ２及び不揮発性メモリチップ４の位置関係を表している。図２に示すレイアウトは一例である。コントローラチップ２の信号配線用パッド７と電源配線用パッド１１のレイアウトも一例であり、半導体装置１００のレイアウトは、発明の範囲内において設計に応じて任意に変更が可能である。
【００１１】
基板１は、樹脂等により形成される配線基板である。基板１は、より具体的には、配線、ガラスクロス及び樹脂などにより形成される。半導体装置１００である半導体パッケージは、この基板１上に形成される。基板１には、例えばＣｕ配線が設けられており、半導体装置１００内の半導体チップ同士は、基板１の配線を介して接続されている。基板１の表面には、図示しないレジストが設けられている。また、基板１のコントローラチップ２側とは反対側の面には、半導体装置１００外と接続可能な図示しないパッドが設けられている。
【００１２】
基板１のコントローラチップ２側の面には、コントローラチップ２と接続する信号配線用パッド７と電源配線用パッド１０が設けられている。信号配線用パッド７と電源配線用パッド１０は、第１樹脂組成物３に封止されている。また、基板１のコントローラチップ２側の面には、不揮発性メモリチップ４Ａ、４Ｂと接続する電極パッド１４Ａ、１４Ｂが設けられている。電極パッド１４Ａ、１４Ｂは、第２樹脂組成物５に封止されている。
【００１３】
コントローラチップ２は、基板１上に厚さが例えば１０μｍから２０μｍのＤＡＦ等の接着剤で固定された半導体チップである。コントローラチップ２は、半導体装置１００の外部と接続し、不揮発性メモリチップ４の読み書きを制御し、例えば、読み書きの高速化や誤り訂正などを行なう。コントローラチップ２はフリップチップではないため、コントローラチップ２の電極パッドは、基板１側とは反対側に配置されている。
【００１４】
コントローラチップ２は、最もコントローラチップ２側に配置された不揮発性メモリチップ４Ａの中央の下に配置されていることが好ましい。不揮発性メモリチップ４Ａを基板１に射影した際に、不揮発性メモリチップ４Ａの中心（内接円の中心）がコントローラチップ２と重なる様に配置されることが好ましい。コントローラチップ２が不揮発性メモリチップ４Ａの中央の下に配置されることで、コントローラチップ２と不揮発性メモリチップ４Ａを接続する配線のインピーダンスのばらつきを少なくすることが出来、高速な読み書きに有利である。
【００１５】
第１樹脂組成物３は、コントローラチップ２、第１ボンディングワイヤ６及び第２ボンディングワイヤ９を封止し、基板１と不揮発性メモリチップ４Ａの間に配置されている。第１樹脂組成物３の厚さは、典型的には、１００μｍ以上１５０μｍ以下である。第１樹脂組成物３は、具体的には、ＤＡＦである。第１樹脂組成物３は、第２樹脂組成物５よりもイオン伝導性の高い樹脂である。樹脂組成物中の含水率が高いと、樹脂組成物中のイオン伝導性が高くなる。実施形態では、フィラーが少なく樹脂成分の多い樹脂組成物を第１樹脂組成物３として用いている。
【００１６】
第１樹脂組成物３のシリコン粒子等のフィラーの含有率は、４０ｗｔ％以上６０ｗｔ％以下であることが好ましい。フィラーの含有率が低すぎると、強度が不十分となる。フィラーの含有率が高すぎると第１樹脂組成物３が硬くなりすぎて、第１樹脂組成物３を貼り付ける際に第１ボンディングワイヤ６や第２ボンディングワイヤ９を潰してしまう恐れがある。また、同観点から第１樹脂組成物３の弾性率（２５℃）は、０．７ＧＰａ以上３．０ＧＰａ以下であることが好ましい。第１樹脂組成物３は、フィラーの含有率が低いため、樹脂の含有率が高い。第１樹脂組成物３は、フィラーと樹脂で実質的に構成され、その他微量の添加剤を含むため、実施形態では、便宜的に第１樹脂組成物３の樹脂の含有率を［１００ｗｔ％−［フィラーの含有率］］とすることができる。樹脂が多く含まれる第１樹脂組成物３は含水率が第２樹脂組成物５よりも高くなるため、イオン伝導性が高くなる。第１樹脂組成物３には、イオントラップ剤等の添加剤が含まれていてもよい。電極パッドを腐食させるハロゲンは、半導体装置１００の製造過程で残存するものや、レジストが加水分解によって発生するものに起因する。イオントラップ剤が第１樹脂組成物３に添加されていても全てのハロゲンイオンを補足することは出来ないため、第１ボンディングワイヤ６にＰｄＡｕワイヤを用いることが好適である。
【００１７】
コントローラチップ２上に不揮発性メモリチップ４を配置しているため、ＤＡＦによってコントローラチップ２を封止している。コントローラチップ２を不揮発性メモリチップ４の横側に配置させた場合は、コントローラチップ２も不揮発性メモリチップ４と同じくモールドで封止できるため、腐食が進行しにくくボンディングワイヤのパッド部分の断線は起こりにくい。しかし、コントローラチップ２上に不揮発性メモリチップ４を配置しているため、第１ボンディングワイヤ６を潰さない程度に柔らかく、接着性のある第１樹脂組成物３でコントローラチップ２及び第１ボンディングワイヤ６で封止している。第１樹脂組成物３で封止された部材内に、腐食されやすいＡｕＡｌ４等の合金を含む配線が存在すると、より具体的には、電極パッドにＡｕＡｌ４等の合金が形成されていると、断線の原因になりやすい。そこで、実施形態では、第１ボンディングワイヤ６の材料に電極パッドが腐食されにくい材料を選択している。
【００１８】
不揮発性メモリチップ４（４Ａ、４Ｂ）は、第１樹脂組成物３上に設けられたメモリチップである。不揮発性メモリチップ４には、ＮＡＮＤメモリチップ、相変化メモリチップ、抵抗変化メモリチップ、強誘電体メモリチップや磁気メモリチップ等を用いることができる。不揮発性メモリチップ４Ａは、不揮発性メモリチップ４と第１樹脂組成物３の間に設けられた図示しない接着剤で固定されていることが好ましい。不揮発性メモリチップ４は、データの書込や読出をするメモリチップである。図１に示すように、不揮発性メモリチップ４Ｂは、この不揮発性メモリチップ４Ａ上の電極パッド１３Ａの領域を確保できる程度にずらして積層され、全体として１つのメモリアレイを構成する。不揮発性メモリチップ４が２以上積層した半導体装置１００とすることができる。なお、構成によっては、不揮発性メモリチップ４Ａだけの１枚とする半導体装置１００とすることもできる。
【００１９】
第２樹脂組成物５は、第１樹脂組成物３、不揮発性メモリチップ４及び第３ボンディングワイヤ１２（１２Ａ、１２Ｂ）を封止し、基板１上に設けられている。第２樹脂組成物５は、いわゆるモールド樹脂であり、フィラーの含有率が高く、強度に優れた部材である。第２樹脂組成物５のフィラーの含有率は、８０ｗｔ％以上９０ｗｔ％以下であることが好ましい。フィラーの含有率が低すぎると、強度が不十分となる。フィラーの含有率が高すぎると樹脂成分が少なくなり、構造を維持しにくくなる。また、同観点から第２樹脂組成物５の弾性率（２５℃）は、２０ＧＰａ以上３０ＧＰａ以下であることが好ましい。第２樹脂組成物５は、フィラーと樹脂で実質的に構成され、その他微量の添加剤を含むため、実施形態では、便宜的に第２樹脂組成物５の樹脂の含有率を［１００ｗｔ％−［フィラーの含有率］］とすることができる。
【００２０】
第１樹脂組成物３と第２樹脂組成物５を比較すると、第２樹脂組成物５のフィラーの含有率は、第１樹脂組成物３のフィラーの含有率の１．５倍以上２．０倍以下である。このように、フィラーの含有率が第１樹脂組成物３と第２樹脂組成物５で大きく異なる。第１樹脂組成物３のフィラーの含有率が低いため、第１樹脂組成物３中の含水率が高くなり、電極パッドが腐食されやすくなる。
【００２１】
第１ボンディングワイヤ６は、基板１とコントローラチップ２を接続する配線である。複数の第１ボンディングワイヤ６が含まれる。第１ボンディングワイヤ６は、コントローラチップ２と半導体装置１００の外部と接続した素子の間の信号配線又はコントローラチップ２と不揮発性メモリチップとの信号配線である。第１ボンディングワイヤ６は、基板１の電極パッド８とコントローラチップ２の信号配線用パッド７を接続する。信号配線用パッド７は、コントローラチップ２のＩ／Ｏ用電極パッドである。第１ボンディングワイヤ６の直径は、典型的には、１０μｍ以上１００μｍ以下である。
【００２２】
第２ボンディングワイヤ９は、基板１とコントローラチップ２を接続する配線である。複数の第２ボンディングワイヤ９が含まれる。第２ボンディングワイヤ６は、コントローラチップ２の電源用の配線である。第２ボンディングワイヤ９は、基板１の電極パッド１１とコントローラチップ２の電源配線用パッド１０を接続する。電源配線用パッド７は、コントローラチップ２の電源用電極パッドである。第２ボンディングワイヤ９の直径は、典型的には、１０μｍ以上１００μｍ以下である。
【００２３】
基板１の電極パッド８、１１、１４は、例えば、Ｃｕ（銅）の端子にＮｉ（ニッケル）、Ａｕ（金）、又は、Ｎｉ及びＡｕの両方をめっきしたものである。そして、コントローラチップ２の信号配線用パッド７及び電源配線用パッド１０は、Ａｌのパッドである。
【００２４】
第１ボンディングワイヤ６及び第２ボンディングワイヤ９は、イオン導電性が第２樹脂組成物５よりも高い第１樹脂組成物３に封止されている。第１樹脂組成物３の中では、例えばＣｌ−等の腐食性のハロゲンイオンがパッドに印加された電位差によって電極パッドに移動しやすい。第１樹脂組成物中に平均０．２ｐｐｍ程度の極微量のＣｌ−が含まれていても、印加電圧によって電極パッドにＣｌ−が集まる。すると、コントローラチップ２の電極パッド周辺は、局所的にＣｌ−濃度が高くなり、コントローラチップ２の電極パッドに形成されたＡｕＡｌ４等の合金を腐食させやすい。
【００２５】
実質的にＡｕのボンディングワイヤとＡｌの電極パッドを接続すると、電極パッドには、ＡｕＡｌ４等のＡｕとＡｌの合金が形成される。この合金は、Ｃｌ−やＢｒ−等のハロゲンイオンと反応して腐食し、腐食が進むと、電極パッドとボンディングワイヤとの接続が断線してしまう。第２樹脂組成物５のようにイオンが導電し難い材料中であれば、断線に至るまでの腐食は進みにくいが、第１樹脂組成物３のようにイオンが導電しやすい材料中であると、半導体装置１００の信頼性を低下させる問題となる。
【００２６】
第１ボンディングワイヤ６は、信号用の配線であるため、非冗長性配線である。そのため、第１ボンディングワイヤ６による配線が１つでも断線すると半導体装置１００は、動作不良となってしまう。そこで、第１ボンディングワイヤ６は、第２ボンディングワイヤ９よりも耐食性のあるＰｄの含有率が高いＰｄＡｕ（ＰｄＡｕ合金）ワイヤを用いる。
【００２７】
第１ボンディングワイヤ６は、Ｐｄ含有率が０．０５ｗｔ％以上２．００ｗｔ％以下のＰｄＡｕ合金ワイヤであることが好ましい。０．０５ｗｔ％以上のＰｄが含まれることで、第１ボンディングワイヤ６の耐食性が向上する。なお、第１ボンディングワイヤ６に含まれるＰｄ以外の金属は、不可避的な金属（０．０２ｗｔ％以下）を除き実質的にＡｕである。なお、信号配線は、抵抗の増加はインピーダンスと比べるとあまり問題にならないが、ＰｄはＡｕよりも抵抗が高いため、Ｐｄが多すぎるのは良くない。そこで、第１ボンディングワイヤ６のＰｄ含有率は、２．００ｗｔ％以下であることが好ましい。また、Ｐｄの含有率が高いとボンディングワイヤが硬くなり、配線が困難になりやすいことからも、Ｐｄの含有率は、２．００ｗｔ％以下であることが好ましい。また、第１ボンディングワイヤ６にＰｄＡｕワイヤを用いることで、信号配線用パッド７が断線しにくくなることから、第１樹脂組成物３のイオントラップ剤の選択に自由度が生じ、第１樹脂組成物３の部材の選択肢が広がる点でも実施形態の半導体装置１００は好ましい。
【００２８】
第２ボンディングワイヤ９は、第１ボンディングワイヤ６と同じく第１樹脂組成物で封止されているが、第１ボンディングワイヤ６とは異なり電源用配線であるため、冗長性がある。第２ボンディングワイヤ６は、コントローラチップ２の上面に設けられたＡｌの電極パッドである電源配線用パッド１０と基板１上のＣｕ上に例えばＮｉとＡｕがメッキされた電極パッド１１を接続しており、コントローラチップ２の電源配線用パッド１０は、信号配線用パッド７と同様に腐食されやすい。
【００２９】
しかし、複数ある第２ボンディングワイヤ９による配線の１つが断線したとしても、第２ボンディングワイヤ９は冗長配線であることからコントローラチップ２への電源経路は残っていて、コントローラチップ２及び半導体装置１００は動作可能である。第２ボンディングワイヤ９にもＰｄＡｕワイヤを使用することもできるが、電源用配線では、抵抗の上昇は好ましくないため第２ボンディングワイヤ９にＰｄが含まれることは好ましくない。そこで、第２ボンディングワイヤ９のＰｄ含有率は、第１ボンディングワイヤ６のＰｄ含有率よりも低く、第２ボンディングワイヤ９は、実質的にＡｕで構成されたワイヤである。第２ボンディングワイヤ９のＰｄ含有率は、０．０１ｗｔ％以下であることが好ましい。第２ボンディングワイヤ９にも第１ボンディングワイヤ６と同様に不可避的な金属（０．０２ｗｔ％以下）が含まれる場合があるが、不可避的な金属を除き、実質的にＡｕで構成された、Ｐｄ含有率が０．０１ｗｔ％以下であるＡｕワイヤが第２ボンディングワイヤ９として好適である。
【００３０】
第３ボンディングワイヤ１２（１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ）は、第２樹脂組成物５で封止され、不揮発性メモリチップ４の配線用のボンディングワイヤである。第３ボンディングワイヤ１２が接続する基板１側の電極パッド１４（１４Ａ、１４Ｂ）は、例えば、Ｃｕ上にＮｉ及びＡｕでメッキされたパッドである。一方、第３ボンディングワイヤ１２が接続する不揮発性メモリチップ４側の電極パッド１３（１３Ｂ、１３Ｃ）はＡｌのパッドである。従って、不揮発性メモリチップ４側の電極パッド１３と第３ボンディングワイヤ１２との接合部分に形成されるＡｕＡｌ４等の合金は、Ｃｌ−等によって腐食されやすいが、第３ボンディングワイヤ１２は、第２樹脂組成物５で封止されているため腐食されにくい。
【００３１】
第３ボンディングワイヤ１２は、第２樹脂組成物５で封止されているため、実質的にＡｕで構成されたＡｕワイヤであることが好ましい。第３ボンディングワイヤ１２にＰｄＡｕワイヤを用いることもできるが、ＰｄＡｕワイヤは実質的にＡｕで構成されたＡｕワイヤと比べて硬いため、第１ボンディングワイヤ６の平均配線長に比べて、例えば、最大の配線長が２倍以上に長くなる第３ボンディングワイヤ１２にＰｄＡｕワイヤを用いるのは不適である。また、ＰｄＡｕワイヤは、Ａｕワイヤと比べて抵抗が高いことから、多段に積層された不揮発性メモリチップ４を接続すると、上側で電圧降下が大きくなるため、電圧降下分を考慮して印加電圧を上げる必要がある。これらのことから、第３ボンディングワイヤ１２には、Ａｕワイヤを用いることが好適である。第３ボンディングワイヤ１２の直径は、典型的には、１０μｍ以上１００μｍ以下である。
明細書中、一部の元素は元素記号のみで表している。
【００３２】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、当然のことながら、本発明の要旨の範囲内で、これらの実施の形態を部分的に適宜
組み合わせることも可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１００：半導体装置、１：基板、２：コントローラチップ、３：第１樹脂組成物、４：不揮発性メモリチップ、５：第２樹脂組成物、６：第１ボンディングワイヤ、７：信号配線用パッド、８：電極パッド、９：第２ボンディングワイヤ、１０：電源配線用パッド、１１：電極パッド、１２：第３ボンディングワイヤ、１３：電極パッド、１４：電極パッド
【図１】
2020155559.tif 000003
【図２】
2020155559.tif 000004