(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の半導体チップと、
前記第一の半導体チップの側面から外方に形成された拡張部と、
前記第一の半導体チップ上に形成された接続端子と、
前記第一の半導体チップ上から前記拡張部上に亘って配置され、前記接続端子に接続する配線及び前記配線を覆う絶縁層からなる再配線部と、
前記拡張部の直上、且つ前記再配線部の表面において、前記絶縁層に設けられた開口部から露出した前記配線に接合された電極と、を有し、
前記電極は、前記再配線部の前記配線よりも弾性率の高い材料を主として形成され、
前記電極は、前記絶縁層の前記開口部において前記配線と接合する接合領域と、前記接合領域よりも前記拡張部の端部に近い外方領域とを有し、
前記再配線部の前記配線は、前記電極の前記外方領域の直下にまで連続的に延伸することを避けて形成されていることを特徴とする
半導体装置。
【請求項２】
請求項１の半導体装置において、
前記再配線層の前記配線は、前記電極の前記外方領域の直下には存在しないことを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項１又は２の半導体装置において、
前記外方領域の直下には、金属が存在しないことを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項１の半導体装置において、
前記電極の前記外方領域の直下には、前記配線層と同じ層において、断続的に金属が配置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の半導体装置において、
前記再配線層の端部は、前記拡張部の端部よりも内側にあり、
前記拡張部は、前記再配線層の端部よりも外側において露出しており、
前記電極は、前記再配線層の前記絶縁層上から、前記再配線層の端部を超えて、露出した前記拡張部上にまで亘って一体に形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１つの半導体装置において、
前記配線は、銅又はアルミニウムを含む金属材料であることを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１つの半導体装置において、
前記電極は、ニッケルからなる金属を含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１つの半導体装置において、
前記第一の半導体チップ上に、第二の半導体チップが搭載されることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、半導体装置に関し、特に、ワイヤボンディング実装を伴う半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルテレビ、レコーダー等のシステムにおいて、高機能化に伴い、扱うデータ量が飛躍的に増加している。この結果、システムに搭載される半導体メモリにおいて、容量の増加及び高いデータ転送レートが要求されている。【０００３】
このような半導体メモリを搭載する半導体装置として、メモリコントローラを実装した半導体論理回路チップとメモリとを１つのチップに集積するシステム・オン・チップ（ＳｏＣ）と、メモリコントローラを実装した半導体論理回路チップとメモリチップとを積層して１つのパッケージに収納するシステム・イン・パッケージ（ＳｉＰ）とがある。【０００４】
現在では、製造コストが比較的低いＳｉＰを用いたシステムが増える傾向にある。【０００５】
このような半導体装置において、搭載される半導体論理回路チップとメモリチップとの間を電気的に接続する方法には、チップ・オン・チップ（ＣｏＣ）技術を用いる方法が挙げられる。この方法によると、半導体論理回路チップの回路形成面と、メモリチップの回路形成面とを向かい合わせて、はんだ、金又は銅等からなる金属突起を介してそれぞれの電極同士を直接接続する。この方法は、データ転送レートを高くする目的で幅広く利用されている。【０００６】
特許文献１に記載された半導体装置は、前述の半導体論理回路チップの機能をパッケージの外部端子に引き出す構成の例である。これは、論理回路チップの外周であり且つメモリチップと対向しない領域に電極を形成し、ワイヤボンディング法等を用いて、金、アルミニウム又は銅等の金属細線を介して周囲の基板上の電極に接続される構成である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−１４１０８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１の半導体装置では、メモリチップ上に、メモリチップよりも小型の半導体論理回路チップを積層している。しかしながら、半導体論理回路チップとメモリチップの大小関係には、製品に応じて様々なバリエーションが存在する。【０００９】
メモリ容量が大きい場合、論理回路チップよりもメモリチップの方が大きくなる。この場合、メモリチップのサイズよりも大きい論理回路チップを用意する必要があり、結果として１ウェハあたりのチップ数が減少するので、高コストとなる。また、メモリチップと論理回路チップとの上下を反転させて、メモリチップにワイヤボンディング用の電極を形成することも考えられる。しかしこの場合、メモリチップの配線内にワイヤボンディング用の特別な回路を形成することが必要となり、半導体装置としての汎用性が低くなる。【００１０】
この点に関し、図１（ａ）に示すような、積層構造の下側となる論理回路チップ１の外周側壁から拡張部２により拡張した拡張型チップ３を用いる半導体装置１００が考えられる。半導体装置１００では、メモリチップ（図示せず）と対向する面において、論理回路チップ１０１の接続端子１０４から機能を引き出す配線１５１を含む再配線層（ＲＤＬ、Re-Distribustion Layer）１５０が、論理回路チップ１０１から樹脂製の拡張部１０２に亘って形成されている。拡張部１０２上の領域において、再配線層１５０の表面には配線１５１と接続されたワイヤボンディング用の電極１０６が形成されている。このように下側チップのサイズを拡張することにより、サイズの大きなメモリチップであっても、低コストで汎用性の高いパッケージングを形成することが可能となる。【００１１】
一方、上述の構造では、電極１０６及び配線１５１の下部が全て絶縁層１５２、拡張部１０２等の弾性体からなっているので、ワイヤボンディング時の熱、荷重や超音波振動により著しく弾性率が低下し、極端に変形する可能性がある。このような変形が起きた場合、荷重や振動が電極１０６に十分に伝わらないので、論理回路チップ１０１上の接続端子１０４にボンディングする場合よりも、ボンディング時の荷重や振幅を大きくして電極１０６に対する接合性を確保する必要がある。しかし、高負荷なワイヤボンディング条件下では、電極１０６の直下及びその周辺の構造において変形や剥離が起こりやすい。【００１２】
絶縁層１５２、拡張部１０２等の弾性体の変形に加えて、配線１５１の材料（例えば銅、アルミニウム等）も荷重や振動に対し同様に変形しやすい性質を有する。従って配線１５１についても、大きく変形し、それら材料間に多大なひずみが生じることが考えられる。【００１３】
更に言えば、配線１５１に形成される絶縁層１５２は、配線プロセス上、スピンコート法等によって塗布して形成する。この結果絶縁層１５２は他の界面と比較して密着力が低く、高温環境下では更に密着力が低下することが考えられる。特に、配線１５１と、絶縁層１５２との界面付近においては、剥離クラック等の物理的ダメージが発生するという課題がある。【００１４】
また、上述のような電極１０６では、図１（ｂ）に示すように、開口部１０７の幅ｄ１は、ワイヤボンディング用に必要な領域１０８の幅ｄ２に対して接合ズレに対するマージンをもって設定する必要がある。更に、開口部１０７の幅ｄ１に対し、配線時のズレを考慮したマージンを確保して配線１５１及び電極１０６の幅ｄ３を設定する必要がある。その結果、開口部１０７の幅ｄ１や電極１０６の幅ｄ３を、ワイヤ（図示せず）と配線１５１との接合領域１０８の幅ｄ２よりも大きく形成することが必要となる。これにより、隣接する電極１０６同士のピッチが広くなり、要求される数の端子を配置するための拡張部１０２のサイズが大きくなってしまうという、他の課題もある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
以上に対し、本開示の半導体装置は、第一の半導体チップと、第一の半導体チップの側面から外方に形成された拡張部と、第一の半導体チップ上に形成された接続端子と、第一の半導体チップ上から拡張部上に亘って配置され、接続端子に接続する配線及び配線を覆う絶縁層からなる再配線部と、拡張部の直上、且つ再配線部の表面において、絶縁層に設けられた開口部から露出した配線に接合された電極と、を有し、電極は、再配線部の配線よりも弾性率の高い材料を主として形成され、電極は、絶縁層の開口部において配線と接合する接合領域と、接合領域より拡張部の端部に近い外方領域とを有し、再配線部の配線は、電極の外方領域の直下にまで連続的に延伸することを避けて形成されている。
【発明の効果】
【００１６】
本開示の技術によると、樹脂等の弾性体からなる拡張部上に形成された再配線層上の電極にワイヤボンディングを行う場合にも、電極直下及びその周囲の物理的ダメージを最小限に抑え、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。また、接続信頼性を確保しつつ、電極配置に必要なスペースを最小限に抑えた半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１（ａ）及び（ｂ）は、背景技術の半導体装置を模式的に示しており、図１（ａ）は断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡの側から見た平面図である。
【図２】図２（ａ）〜（ｃ）は、本開示の一実施形態の例示的半導体装置を模式的に示しており、図２（ａ）は全体を示す俯瞰図、図２（ｂ）は図２（ａ）におけるＢ−Ｂ’線における断面図、図２（ｃ）は図２（ｂ）におけるＡの側から見た平面図である。
【図３】図３（ａ）及び（ｂ）は、図１（ａ）〜（ｃ）の半導体装置の変形例を示し、図３（ａ）は断面図、図３（ｂ）は図３（ａ）におけるＡの側から見た平面図である。
【図４】図４（ａ）及び（ｂ）は、図１（ａ）〜（ｃ）の半導体装置の他の変形例を示し、図４（ａ）は断面図、図４（ｂ）は図４（ａ）におけるＡの側から見た平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本開示の一実施形態の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ている。
【００１９】
（第一の実施形態）
図２（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態の例示的半導体装置２００の構成を模式的に示す図である。特に、図２（ａ）は全体を示す俯瞰図、図２（ｂ）は図２（ａ）におけるＢ−Ｂ’線における断面図、図２（ｃ）は図２（ｂ）におけるＡの側から見た平面図である。
【００２０】
図２（ａ）に示す半導体装置２００は、積層構造の下側となる第一の半導体チップ１と、半導体チップ１の外周側壁（側面）から外方に延びて形成された拡張部２とを有する。半導体チップ１の上面における周縁部に接続端子４が設けられ、該接続端子４から機能を引き出す配線５１を含む再配線層５０が、半導体チップ１から拡張部２に亘って形成されている。拡張部２上の領域において、再配線層５０の表面には開口部５４１が設けられ、該開口部５４１において、配線５１と接続されたワイヤボンディング用の電極１６が形成されている。より詳しくは、以下の構成を取る。
【００２１】
シリコンを材料とした半導体チップ１は、半導体チップ上に積層される第二の半導体チップ（図示せず）と向かい合う面において、シリコン上に電気特性機能を構成する回路を有する。更に、複数の第一の接続端子４と、第二の半導体チップにＣｏＣ接続するための第二の接続端子５とを有する。接続端子４及び接続端子５の材料は、アルミニウム、銅等の金属材料である。また、接続端子４は再配線層５０による引き出し用であることから、そのパッドサイズは、幅が約３０〜１００μｍに形成されている。一方、接続端子５については狭ピッチでの接合を可能にするために、幅が接続端子４よりも狭い、約１０〜３０μｍに形成されている。ここで、接続端子４のパッドの幅とは、再配線層５０が接続端子４から電極１６に延伸する方向と略直交するパッドの辺の幅とする。
【００２２】
拡張部２は、半導体チップ１の側面を覆い、半導体チップ１を外側に拡張するように形成されており、その材料は樹脂等の弾性体である。半導体チップ１の上面と拡張部２の上面とは略面一であり、半導体チップ１から拡張部２に亘って、接続端子４を引き出すための配線５１を含む再配線層５０が形成される。
【００２３】
再配線層５０は、図２（ｂ）に示すように第一の絶縁層５３、第一の絶縁層５３上に形成される配線５１、配線５１を第一の絶縁層５３との間に挟むように第一の絶縁層５３上に形成される第二の絶縁層５４を有する。第一の絶縁層５３及び第二の絶縁層５４には、ポリイミド、ＰＢＯ（poly benzoxazole ：ポリベンゾオキサゾール）等が用いられ、配線５１には、銅、アルミニウム等の金属材料が用いられる。
【００２４】
第一の絶縁層５３には、図２（ｂ）及び（ｃ）に示すように、半導体チップ１の接続端子４を絶縁層５３から露出するように開口部５３１が設けられている。配線５１は開口部５３１を覆うように形成されている。接続端子４と配線５１とはこの開口部５３１において接続され、配線５１が半導体チップ１の回路を引き出している。接続端子４より引き出された配線５１は、絶縁層５３上を、半導体チップ１から拡張部２に亘って、半導体チップ１と拡張部２との境界を横断して形成され、拡張部２の外縁近くまで延伸している。
【００２５】
第二の絶縁層５４には、拡張部２の直上に位置する部分において、配線５１を第二の絶縁層５４から露出する開口部５４１が設けられている。電極１６は開口部５４１を覆うように形成されており、配線５１と電極１６とはこの開口部５４１において接続されている。
【００２６】
電極１６は、ニッケル等の金属材料をベースにしていると共に、最表面には金、パラジウム等の材料が用いられる。電極１６のサイズは、一般的なワイヤボンディング工法に必要な幅であればよく、幅は約３０〜１００μｍである。電極１６の形成方法としては、電解メッキ法が一般的である。第二の絶縁層５４及び開口部５４１における配線５１と、電極１６の界面においては、チタン、タングステン、銅等のシード層が設けられることになる（図示せず）。
【００２７】
電極１６は、開口部５４１を覆う形で形成されているが、そこから更に拡張部２の端部方向に延伸されており、第二の絶縁層５４上においてボンディングが可能な程度の一定面積を確保するように、平坦に形成されている。より詳しくは、電極１６は、開口部５４１における電極１６と配線５１との接合部近傍の接合領域ｒ１と、接合領域ｒ１より拡張部２の端部に近い、ワイヤボンディング用に必要な領域８を含む外方領域ｒ２とを有する。外方領域ｒ２におい、ワイヤボンディングがなされる。このとき、配線５１は、外方領域ｒ２の手前まで連続的に延伸しているが、外方領域ｒ２の直下にまで延伸することを避けて形成されている。言い換えると、配線５１は、外方領域ｒ２の直下までは連続的に延伸していない。また、他の金属材料も外方領域ｒ２の直下には配置されておらず、第一の絶縁層５３、第二の絶縁層５４及び拡張部２等の弾性体のみが配置された構成となっている。
【００２８】
本実施形態では、半導体装置２００は、半導体チップ１の領域での第二の半導体チップ（メモリチップ）との４０μｍピッチ以細の狭ピッチなＣｏＣ接続が可能であり、また、拡張部２上にてワイヤボンディング接続による引き出しが可能な構成である。そのため、第二の半導体チップが第一の半導体チップ１より大きなサイズであった場合にも、拡張部２のサイズを変更するだけで従来の汎用的なワイヤボンディング条件及びインターポーザのピッチルールを用いることができ、安価なパッケージ化が可能となる。
【００２９】
更に、半導体装置２００においては、電極１６のワイヤボンディングがなされる外方領域ｒ２の直下には配線５１が延伸しておらず、且つ、第一の絶縁層５３及び第二の絶縁層５４と、樹脂製の拡張部２との機械的性質は比較的類似している。このことから、ワイヤボンディング時の熱、荷重、振動等に起因して生じる変形による界面のひずみを小さくすることが可能である。
【００３０】
また、ボンディングポイントの直下には、密着力の低い配線５１と第一の絶縁層５３及び第二の絶縁層５４との界面が存在しないので、たとえボンディングの衝撃が伝わったとしても、当該界面における物理的ダメージを小さくすることができる。特に、弾性率の高いニッケルを含む金属を用いて電極１６を形成した場合、電極直下に形成されるシード層の影響によって密着力は確保されており、電極１６自体の変形量も少なくなる。この結果、電極１６と第二の絶縁層５４界面でのダメージも減少させることも可能になり、半導体装置としての信頼性向上に大きく貢献できる。
【００３１】
加えて、半導体装置２００は、ワイヤボンディング用に必要な領域８の幅ｄ２に対し、接合ズレに対するマージンのみをもって電極１６を形成するだけでよく、開口部５４１に対するマージンを考慮する必要はない。従って、図１（ｂ）に示す背景技術の半導体装置と比較して、電極配置に必要なスペースを小さくすることができ、ひいては半導体装置の小型化を実現することができる。
【００３２】
（第一の実施形態の変形例１）
次に、第１の実施形態の変形例１について説明する。図３は、本変形例に係る半導体装置２１０の構成を模式的に示す図であり、図３（ａ）は断面図、図３（ｂ）は図３（ａ）におけるＡの側から見た平面図である。
【００３３】
図２（ｂ）等に示す通り、第一の実施形態では、電極１６の外方領域ｒ２の直下には、配線５１は延伸しておらず、且つ、他の金属材料も存在しなかった。これに対し図３（ａ）に示す本変形例の半導体装置２１０では、電極１６における外方領域ｒ２の直下に、金属材料９を断続的に配置している。少なくともこの点において、本変形例の半導体装置は、第一の実施形態の半導体装置とは異なっている。図３（ｂ）に示すように、電極１６のボンディング用に必要な領域８と、金属材料９とは半導体装置２１０の厚み方向においてオーバーラップしている。
【００３４】
本変形例において、ワイヤボンディング時の熱、荷重、振動によって金属材料と第一の絶縁層５３とにひずみが生じる点では図１（ａ）〜（ｃ）に示す背景技術の半導体装置と同様である。しかしながら、断続的に形成された金属材料は第一の絶縁層５３との接触面積が大きく、ひずみの影響が分散して軽減される。従って剥離、クラック等の物理的ダメージは生じにくくなり、電極１６と第二の絶縁層５４との界面におけるダメージも減少させることが可能になるので、第一の実施形態と同様に、半導体装置としての信頼性向上に大きく貢献できる。
【００３５】
金属材料９は、配線５１と同じであっても、異なっていてもよいが、配線５１と同じプロセスにおいて形成する方が、工程が簡易である。
【００３６】
（第一の実施形態の変形例２）
次に、第一の実施形態の変形例２について説明する。図４（ａ）及び（ｂ）は、本変形例に係る例示的半導体装置２２０の構成を模式的に示す図であり、図４（ａ）は断面図、図４（ｂ）は図４（ａ）におけるＡの側から見た平面図である。
【００３７】
第一の実施形態では、電極１６は再配線層５０上において、接合領域ｒ１及び外方領域ｒ２ともに略平坦に形成されている。これに対し、図４（ａ）に示す半導体装置２２０では、第一の絶縁層５３及び第二の絶縁層５４と、拡張部２との間に段差を設けることにより、電極２６も段差を有する形状に構成しており、この点において第一の実施形態と異なる。
【００３８】
より詳しくは、拡張部２の端部よりも内側に第一の絶縁層５３の端部を形成し、且つ、第一の絶縁層５３の端部よりも内側に第二の絶縁層５４の端部を形成することにより、拡張部２をその外周部において露出させている。また、開口部５４１において引き出された電極２６を、第一の絶縁層５３及び第二の絶縁層５４の端部の段差を介して拡張部２の露出した部分にまで延伸させて、拡張部２上にて略平坦な領域ｒ３を確保している。
【００３９】
本変形例においては、図４（ｂ）に示すように、電極２６は拡張部２上に延伸した領域ｒ３においてボンディング用に必要な領域８を確保し、該領域８を利用してボンディングが行なわれる。従って、電極２６のボンディングポイントの直下には、配線５１はもとより、第一の絶縁層５３と第二の５４との界面、及び、第一の絶縁層５３と拡張部２との界面も存在しない。これにより、物理的ダメージを更に軽減することが可能になるので半導体装置としての信頼性向上に更に大きく貢献できる。
【００４０】
尚、本変形例では第一の絶縁層５３の端部よりも内側に第二の絶縁層５４の端部を形成したが、第一の絶縁層５３及び第二の絶縁層５４の端部が略面一に形成されても構わない。
【００４１】
ここまで、本開示の実施形態及びその変形例を説明してきたが、各実施形態及び変形例に共通の事項を加えて補足する。
【００４２】
配線５１は、メッキ法又はスパッタ法により形成され、銅又はアルミニウムを含む金属材料からなる。それに対し、ワイヤボンディング用の電極１６及び電極２６は、配線５１よりも弾性率の高い材料として、メッキ法等により形成されたニッケル等を用いる。
【００４３】
拡張部２は、第一の実施形態では半導体チップ１の四方に配置されているが、これには限らない。例えば、対向する２辺のみを覆うものでも良いし、３方に拡張されていても構わない。また、半導体チップ１の裏面まで覆うものでもよい。
【００４４】
各実施形態中の約、略、等の範囲は、当業者の概念の範囲を担保するものであり、通常
の製造方法によって形成した場合の誤差の範囲も含まれるものとする。
【００４５】
尚、図１（ｂ）、図２（ｃ）、図３（ｂ）において絶縁層を図示していないが、これは実施形態及び変形例の特徴をわかりやすく説明するために省略したものであり、本開示のいずれの実施形態、実施例においても絶縁層を構成要素として備えるものとする。
【００４６】
以上、本開示を上記実施形態及びその変形例、製造方法の一例に基づいて詳細に説明したが、本開示は上記実施形態等に限られるものではない。本開示の主旨を逸脱しない限りにおいて変形や変更が可能であり、例えば、構成要素の一部を実施形態に記載されていない代替物に置き換えたものについても本開示の技術の範疇とする。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本開示の技術によれば、ＣｏＣ形態の半導体装置であって、下側の半導体チップの周囲を樹脂等により拡張した半導体装置を用いた幅広い電子機器に適用できる。
【符号の説明】
【００４８】
１      半導体チップ
２      拡張部
４      接続端子
５      接続端子
８      領域
９      金属材料
１６      電極
２６      電極
５０      再配線層
５１      配線
５３      第一の絶縁層
５４      第二の絶縁層
２００      半導体装置
２１０      半導体装置
２２０      半導体装置
５３１      開口部
５４１      開口部
ｒ１    接合領域
ｒ２    外方領域
ｒ３    領域
【図１】
0005908578.tif 000002
【図２】
0005908578.tif 000003
【図３】
0005908578.tif 000004
【図４】
0005908578.tif 000005