(57)【要約】【課題】外部電極とボンディングワイヤーとの電気的接触を阻害せず、縮小化及び量産化の障害とならないＣｏＣ接続の半導体装置を提供する。【解決手段】矩形状の下側半導体素子と、この下側半導体素子の辺に沿って下側半導体素子上に配列して形成された複数の外部電極と，複数の外部電極と複数の配線パターンを介してそれぞれ電気的に接続され，下側半導体素子上に配列して形成された複数の内部電極と，複数の外部電極のうち一または複数個毎にこれを取り囲むように形成されたダムパターンと，複数の端子がそれぞれ複数の内部電極と電気的に接続されるように下側半導体素子上に搭載された上側半導体素子と，下側半導体素子と上側半導体素子との間に滴下されて流し込まれるように形成された樹脂とを有する。【選択図】  図１
2014103198.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
矩形状の下側半導体素子と、
この下側半導体素子の辺に沿って前記下側半導体素子上に配列して形成された複数の外部電極と，
前記複数の外部電極と複数の配線パターンを介してそれぞれ電気的に接続され，前記下側半導体素子上に配列して形成された複数の内部電極と，
前記複数の外部電極のうち一または複数個毎にこれを取り囲むように形成されたダムパターンと，
複数の端子がそれぞれ前記複数の内部電極と電気的に接続されるように前記下側半導体素子上に搭載された上側半導体素子と，
前記下側半導体素子と前記上側半導体素子との間に滴下されて流し込まれるように形成された樹脂とを有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置において，前記ダムパターンは半田で形成され，前記内部電極上に形成された半田バンプと同時に形成されることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項２記載の半導体装置において，前記下側半導体素子表面には絶縁膜が形成され，前記複数の配線パターンが前記絶縁膜上に形成され，前記配線パターン上には，前記複数の内部電極及び前記複数の外部電極の領域が開口した絶縁薄膜が形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項１記載の半導体装置において，前記ダムパターンは，前記樹脂が滴下される領域から前記下側半導体素子の外周に抜ける空隙を維持しつつ形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項１記載の半導体装置において，前記ダムパターンは，前記複数の外部電極を複数個毎にこれを取り囲むように形成されるとともに，前記複数の外部電極の各々の間にも形成されることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
矩形状の下側半導体素子上に、この下側半導体素子の辺に沿って配列した複数の外部電極と，配列した複数の内部電極と，前記複数の外部電極と前記複数の内部電極とをそれぞれ電気的に接続する配線パターンとを形成する工程と， 
前記複数の外部電極のうち一または複数個毎にこれを取り囲むようにダムパターンを形成する工程と， 
上側半導体素子の複数の端子をそれぞれ前記複数の内部電極と電気的に接続されるように前記下側半導体素子上に前記上側半導体素子を搭載する工程と，
前記下側半導体素子と前記上側半導体素子との間に流し込むように樹脂を滴下して形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項６記載の半導体装置の製造方法において，前記ダムパターンは半田で形成し，前記内部電極上に形成された半田バンプと同時に形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項７記載の半導体装置の製造方法において，前記下側半導体素子表面には絶縁膜を形成し，前記複数の配線パターンを前記絶縁膜上に形成し，前記配線パターン上には，前記複数の内部電極及び前記複数の外部電極の領域が開口した絶縁薄膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
請求項６記載の半導体装置の製造方法において，前記ダムパターンを，前記樹脂を滴下される領域から前記下側半導体素子の外周に抜ける空隙を維持しつつ形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項６記載の半導体装置の製造方法において，前記ダムパターンを，前記複数の外部電極を複数個毎にこれを取り囲むように形成するとともに，前記複数の外部電極の各々の間にも形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関する。特に、ＣｏＣ（チップオンチップ）構造の半導体装置において、上側半導体素子の大きさの如何にかかわらず、下側半導体素子の外部電極（周辺部電極）にアンダーフィル樹脂を流れ込ませないようにすることができ、信頼性の高い半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ＣｏＣ（チップオンチップ）接続構造の半導体装置が検討されており、その具体的構成を図８を用いて説明する。すなわち、表面に電極９が形成された下側半導体チップ６上に、上側半導体チップ５がバンプ８を介してフリップチップ実装されて搭載されている。下側半導体チップ６と上側半導体チップ５との間及びバンプ８は、滴下（ポッティング）により流れ込ませたアンダーフィル樹脂４に覆われている。下側半導体チップ６はベース基板２上に接着剤７を介して搭載され、下側半導体チップ６の周辺部の外部電極９とベース基板２の電極とはボンディングワイヤ１０によって電気的に接続されている。そして、ベース基板２上には、上側半導体チップ５、下側半導体チップ６を取り囲むように樹脂１が形成されている。ベース基板２の裏面には、プリント基板等に実装されるときに用いる半田ボール３が形成されている。
【０００３】
以上のようなＣｏＣ接続構造の半導体装置においては、滴下により流れ込ませたアンダーフィル樹脂４が外部電極９表面まで流れ込んでしまい、その結果、外部電極９とボンディングワイヤ１０との電気的接触を阻害する可能性があった。
【０００４】
そこで、特開２００３−２３４３６２号公報（特許文献１）及び特開２００５−２７６８７９号公報（特許文献２）記載の半導体装置においては、滴下により流れ込ませるアンダーフィル樹脂４が外部電極９の表面まで至るのを防止するためダムを形成する例が開示されている。このようなダムを図８の半導体装置に適用したものを、図９、図１０及び図１１を用いて説明する。
【０００５】
図９は滴下により流れ込ませるアンダーフィル樹脂４が外部電極９の表面まで至るのを防止するためダム１１を形成した例の断面図である。図１０は、下側半導体チップ６の平面図、図１１はＣｏＣ接続された直後の上側半導体チップ５及び下側半導体チップ６の断面図である。この状態で、アンダーフィル樹脂４を、ダム１１と上側半導体チップ５の間の領域に滴下すると、図９の断面図のようにアンダーフィル樹脂が広がるが、滴下したアンダーフィル樹脂４が外方向に流れても、ある程度はダム１１によってせき止められるので、外部電極９の表面をアンダーフィル樹脂４が覆うことがなく、その結果、外部電極９とボンディングワイヤ１０との電気的接触が阻害される可能性が低減される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２３４３６２号公報
【特許文献２】特開２００５−２７６８７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来のＣｏＣ接続の半導体装置においては、外側方向に流れたアンダーフィル樹脂４が、いちどダム１１を越えてしまうと、多くの外部電極９の表面をアンダーフィル樹脂４が覆ってしまい、その結果、外部電極９とボンディングワイヤ１０との電気的接触を阻害する。そして、そのような問題を避けるためには、ダム１１と上側半導体チップ５との距離を十分にとるとともに、アンダーフィル樹脂４の量を厳密に制御しなければならず、半導体装置の縮小化及び量産化の障害になっていた。さらに、従来のＣｏＣ接続の半導体装置においては、ダム１１は一本線で内部電極を取り囲んでいるために、熱処理プロセス中及び樹脂の滴下によって剥がれてしまうおそれがあった。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、外部電極とボンディングワイヤとの電気的接触を阻害せず、縮小化及び量産化の障害とならないＣｏＣ接続の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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明の一実施形態に係る半導体装置は、矩形状の下側半導体素子と、この下側半導体素子の辺に沿って下側半導体素子上に配列して形成された複数の外部電極と，複数の外部電極と複数の配線パターンを介してそれぞれ電気的に接続され，下側半導体素子上に配列して形成された複数の内部電極と，複数の外部電極のうち一または複数個毎にこれを取り囲むように形成されたダムパターンと，複数の端子がそれぞれ複数の内部電極と電気的に接続されるように下側半導体素子上に搭載された上側半導体素子と，下側半導体素子と上側半導体素子との間に滴下されて流し込まれるように形成された樹脂とを有することを特徴とする。
【００１０】
ダムパターンは半田で形成され，内部電極上に形成された半田バンプと同時に形成されることが望ましい。
【００１１】
下側半導体素子表面には絶縁膜が形成され，複数の配線パターンが絶縁膜上に形成される。さらに、配線パターン上には，複数の内部電極及び複数の外部電極の領域が開口した高分子絶縁薄膜が形成されていることが望ましい。
【００１２】
ダムパターンは，樹脂が滴下される領域から下側半導体素子の外周に通じる空隙を維持しつつ形成されていることが望ましい。
【００１３】
ダムパターンは，複数の外部電極を複数個毎にこれを取り囲むように形成されるとともに，個々の外部電極間にも形成されることが望ましい。
【００１４】
上記課題を解決するため、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法は、矩形状の下側半導体素子上に、この下側半導体素子の辺に沿って配列した複数の外部電極と，配列した複数の内部電極と，複数の外部電極と複数の内部電極とをそれぞれ電気的に接続する配線パターンとを形成する工程と，複数の外部電極のうち一または複数個毎にこれを取り囲むようにダムパターンを形成する工程と，上側半導体素子の複数の端子をそれぞれ複数の内部電極と電気的に接続されるように下側半導体素子上に上側半導体素子を搭載する工程と，下側半導体素子と上側半導体素子との間に流し込むように樹脂を滴下して形成する工程とを有することを特徴とする。
【００１５】
ダムパターンは半田で形成し，内部電極上に形成された半田バンプと同時に形成することが望ましい。
【００１６】
下側半導体素子表面には絶縁膜を形成し，複数の配線パターンを絶縁膜上に形成される。さらに、配線パターン上には，複数の内部電極及び複数の外部電極の領域が開口した高分子絶縁薄膜を形成することが望ましい。
【００１７】
ダムパターンを，樹脂を滴下される領域から下側半導体素子の外周に通じる空隙を維持しつつ形成することが望ましい。
【００１８】
ダムパターンを，複数の外部電極を複数個毎にこれを取り囲むように形成するとともに，個々の外部電極間にも形成することが望ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、外部電極とボンディングワイヤとの電気的接触を阻害せず、縮小化及び量産化の障害とならないＣｏＣ接続の半導体装置及びその製造方法を提供することが可能となる。その他の効果については、以下に詳述する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態の半導体装置の断面図である。
【図２】本発明の一実施形態の下側半導体チップの平面図である。
【図３】本発明の一実施形態の下側半導体チップ及び上側半導体チップがＣｏＣ接続する前の状態における断面図である。
【図４】本発明の一実施形態の下側半導体チップ及び上側半導体チップがＣｏＣ接続した状態における断面図である。
【図５】本発明の第１の変形例の下側半導体チップの平面図である。
【図６】本発明の第２の変形例の下側半導体チップの平面図である。
【図７】本発明の第３の変形例の下側半導体チップの平面図である。
【図８】従来例の半導体装置（ダムなし）の断面図である。
【図９】従来例の半導体装置（ダムあり）の断面図である。
【図１０】従来例の下側半導体チップの平面図である。
【図１１】従来例の下側半導体チップ及び上側半導体チップがＣｏＣ接続した状態における断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態を、図１〜７を参照しつつ説明する。なお、実施の形態において、同一構成要素には同一符号を付け、実施の形態の間において重複する説明は省略する。
【００２２】
図１は本発明の一実施形態の半導体装置の断面図である。この半導体装置は、ベース基板２上に搭載された、下側半導体チップ６と、その上に搭載された上側半導体チップ５を主たる構成要素としている。
【００２３】
図２は本発明の一実施形態の下側半導体チップ６の平面図である。下側半導体チップ６は矩形状であり、その四辺に沿って、表面に外部電極９が配置されている。図では辺に沿って複数の外部電極９が一列に配置されているが、二列でもよく、千鳥状に配列されていてもよい。さらに、上側半導体チップ５と電気的に接続されるところの行列状の内部電極８０が配置されている。
【００２４】
以下、製造工程に即して各部材の説明を加える。
【００２５】
下側半導体チップ６は、シリコン基板にて形成されており、表面に集積回路が形成されていてもされていなくてもよい。いずれにおいても、最上層には例えば、窒化シリコン膜が形成され、その上に、例えば、銅薄膜によって外部電極９と内部電極８０とこれらを接続する配線（図示しない）が形成される。銅配線等の上には、本実施例においては厚さ５μｍのポリイミド絶縁膜が形成されており、このポリイミド絶縁膜には、外部電極９と内部電極８０と銅薄膜からなるダミー配線（ダム１２がその上に形成される）を露出する開口が形成されている。銅薄膜からなるダミー配線は外部電極９と内部電極８０とこれらを接続する配線と同時に形成されてもよい。ポリイミド絶縁膜は、例えば、スピンコート法にて塗布され、開口はエッチングによって形成される。ポリイミド絶縁膜を形成することにより、外部電極９と内部電極８０とを接続する銅薄膜などから形成される配線などの損傷の防止、いわゆるソフトエラーを引き起こすα線を遮断することが可能となる。
【００２６】
下側半導体チップ６に形成した内部電極８０は、例えば直径２０μｍの八角形等任意の形状のアルミニウムパッドを有し、これが例えば３０×３０の行列状に配列されている。配列のピッチは例えば４０μｍである。
【００２７】
下側半導体チップ６表面の外部電極９は辺毎にグループ化され、個々のグループ化された外部電極９を取り囲むようにポリイミド絶縁膜の開口部から露出する銅薄膜のダミー配線の上にダム１２が形成される。ダム１２は、グループの周囲を取り囲むだけでなく、ハシゴ状に、隣接する外部電極９間にも形成される。下側半導体チップ６の四隅近傍にはダムパターンの切れ目があり、ここに、アンダーフィル樹脂４をチップ外周に流す隙間１３が形成される。ダムは半田で形成され、その太さは４５〜５５μｍで、高さは１５μｍ〜２５μｍである。より望ましくは、ダムの太さは５０μｍとし、高さは２０μｍとする。内部電極８０表面にも例えばニッケルからなるバリアメタル層を介して半田層が、ダムと同時に、例えば、電界メッキによって形成される。なお、上記説明は下側半導体チップ６に基づいて説明したが、内部電極８０表面の半田層とダムは複数の下側半導体チップ６が形成されているウェーハ状態で形成され、その後複数の下側半導体チップ６を個片化し、下側半導体チップ６を個片化した後、以降説明する上側半導体チップ５との接合、アンダーフィル樹脂の充填工程が行われる。
【００２８】
図３は本発明の一実施形態の下側半導体チップ及び上側半導体チップがＣｏＣ接続する前の状態における断面図である。下側半導体チップ６表面には、いずれも半田で形成されたダム１２と内部電極８０表面の半田層８１が突出している。一方で、既に集積回路が形成された上側半導体チップ５の表面電極には半田層８２が形成されている。そして、半田層８１と半田層８２を位置合わせして、上側半導体チップ５と下側半導体チップ６とをＣｏＣ接続する。このときの加熱温度は半田の融点よりも高い２６０℃程度であり、半田層８１と半田層８２が溶融して結合し、図４に示すとおり、太鼓状（ｄｒｕｍｓｔｉｃｋ）のバンプ８となる。
【００２９】
ＣｏＣ接続された半導体装置に、温度を１００℃程度に維持した状態で、アンダーフィル樹脂４を上側半導体チップ５とダム１２との間に滴下する。アンダーフィル樹脂４はエポキシ樹脂を用いる。その結果、下側半導体チップ６と上側半導体チップ５との間及びバンプ８はアンダーフィル樹脂４の表面張力によって、アンダーフィル樹脂４に覆われるようになる（図１）。このとき、アンダーフィル樹脂４の量が多かったり、ダム１２と上側半導体チップ５との距離が小さかったりという理由で、アンダーフィル樹脂４がダム１２の上面から溢れそうになっても、アンダーフィル樹脂４は隙間１３を通って下側半導体チップ６の外周側に逃げる。その結果、アンダーフィル樹脂４が外部電極９上まで流れだすことがない。また、ダム１２は外部電極９の周囲を覆っているので、下側半導体チップ６の外周側に逃げたアンダーフィル樹脂４が回りこんで外部電極９上まで流れだすこともない。アンダーフィル樹脂は一般的に熱硬化性がであることから、温度を150℃まで上げるとアンダーフィル樹脂４が硬化する。ここで、アンダーフィル樹脂４の流れによって、ダム１２に変形圧力が加えられることもあるが、ハシゴ状にダム１２が形成されていることから、銅薄膜のダミー配線と半田との接触面積が向上し、密着性が高まるので、ダム１２の形状が崩れるおそれはない。
【００３０】
続いて、下側半導体チップ６はベース基板２上に接着剤７を介して搭載される。下側半導体チップ６の周辺部の外部電極９とベース基板２の電極とはボンディングワイヤ１０によって電気的に接続される。そして、ベース基板２上に、上側半導体チップ５、下側半導体チップ６を取り囲むように樹脂１を形成する。樹脂１はエポキシ樹脂である。最後に、ベース基板２の裏面に、プリント基板等に実装されるときに用いる半田ボール３を形成する。
【００３１】
図５は本発明の第１の変形例の下側半導体チップ６１の平面図である。図２の下側半導体チップ６との相違は、ダム１２１のパターンにある。第１の変形例の下側半導体チップ６１においては、四辺の各辺に沿った外部電極９がそれぞれグループ化されており、グループ化された外部電極９はダム１２１で取り囲まれるが、個々の外部電極９の間にはダムパターンは挿入されていない。下側半導体チップ６の四隅近傍にはダム１２１のパターンの切れ目があり、ここに、アンダーフィル樹脂４をチップ外周に流す隙間１３が形成される。これでも、本発明の目的を達成することは可能である。
【００３２】
図６は本発明の第２の変形例の下側半導体チップ６２の平面図である。図２の下側半導体チップ６との相違は、ダム１２２のパターンにある。第２の変形例の下側半導体チップ６２においては、四辺の各辺に沿った外部電極９パターンには抜けがあり空隙１３２が形成されている。空隙１３２によって分離された外部電極９のグループはそれぞれ異なったダム１２２のパターンで取り囲まれる。この構成では大きな空隙１３２が形成されるので、上記実施形態と比較して、多量のアンダーフィル樹脂４を下側半導体チップ６２の外周に逃がすことができ、アンダーフィル樹脂４が外部電極９上まで流れだすことを防止できる。
【００３３】
図７は本発明の第３の変形例の下側半導体チップ６３の平面図である。図２の下側半導体チップ６との相違は、外部電極９の配列とダム１２３のパターンにある。第３の変形例においては、外部電極９は千鳥状に二列に配列されていて、それぞれの外部電極９がダム１２３のパターンで個別に取り囲まれる。この構成では下側半導体チップの外周に向けて多数の空隙１３３が形成されるので、上記実施形態と比較して、多量のアンダーフィル樹脂４を下側半導体チップ６３の外周に逃がすことができ、アンダーフィル樹脂４が外部電極９上まで流れだすことを防止できる。
【００３４】
以上、本発明の実施形態及び各種の変形例を説明したが、本発明は上記態様に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りさらに多くの変形が可能である。例えば、ダムは半田で形成し、半田バンプと同時に形成したが、半田の代わりにポリイミドやエポキシによる樹脂シートで形成することも可能である。外部電極及び内部電極のパターンは様々に変形可能である。
【００３５】
本発明の一実施形態又は各種の変形例においては、以下のいずれかの効果を奏する。
【００３６】
（１）本発明によれば、外部電極とボンディングワイヤとの電気的接触を阻害せず、縮小化及び量産化の障害とならないＣｏＣ接続の半導体装置及びその製造方法を提供することが可能となる。
【００３７】
（２）本発明において、半田をダムに用いた場合には、内部電極上の半田バンプとダムとを同時に形成できるので製造工程が簡略化される。
【００３８】
（３）本発明において、半田をダムに用い、ダムのパターンを工夫することによって、その下層との密着性が向上してダムの剥がれを防止することが可能となる。
【符号の説明】
【００３９】
１…樹脂、２…ベース基板、３…半田ボール、４…アンダーフィル樹脂、５…上側半導体チップ、６…下側半導体チップ、７…接着剤、８…バンプ、９…外部電極、１０…ボンディングワイヤ、１２…ダム
【図１】
2014103198.tif 000003
【図２】
2014103198.tif 000004
【図３】
2014103198.tif 000005
【図４】
2014103198.tif 000006
【図５】
2014103198.tif 000007
【図６】
2014103198.tif 000008
【図７】
2014103198.tif 000009
【図８】
2014103198.tif 000010
【図９】
2014103198.tif 000011
【図１０】
2014103198.tif 000012
【図１１】
2014103198.tif 000013