(57)【要約】【課題】  簡易な工程でワイヤーボンディング領域に顕著な影響を与えることなく、複数の半導体チップのスタックが可能な半導体装置を提供する。【解決手段】  所定の配線パターンが形成された基板１３と、該基板上に絶縁性の接着層１８−１を介して載置された第１の半導体チップ１２−１と、この第１の半導体チップ上に形成された絶縁性の接着層１８−２と、この接着層上に載置された第２の半導体チップ１２−２とから構成された半導体装置１０の接着層１８−２に選択的に硬化部１６を形成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤーボンディングにより接合された第１の半導体チップ上に絶縁層を介して第２の半導体チップを配置した半導体装置において、
前記絶縁層は、該絶縁層を選択的に変性させて形成した硬化部を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記硬化部は、前記第１の半導体チップのワイヤーボンディング領域外に設けられたことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記硬化部は、前記絶縁層の厚さ方向の全域にわたって設けられたことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項４】
前記硬化部は、前記絶縁層の厚さ方向の一部に選択的に設けられたことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項５】
ワイヤーボンディングにより接合された第１の半導体チップ上に絶縁層を介して第２の半導体チップを配置した半導体装置において、
前記第２の半導体チップは、前記第１の半導体チップに設けられた少なくとも一つのワイヤーボンディング領域と部分的に重なる構造で配置され、
前記絶縁層は、前記ワイヤーボンディング領域外に設けられ前記第１および第２の半導体チップの双方に接触した硬化部を備えたことを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
ワイヤーボンディングにより接合された第１の半導体チップ上に絶縁層を介して第２の半導体チップを配置した半導体装置において、
前記第２の半導体チップは、前記第１の半導体チップに設けられた少なくとも一つのワイヤーボンディング領域と部分的に重なる構造で配置され、
前記絶縁層は、前記ワイヤーボンディング領域外に設けられた局所的な硬化部を備え、
前記硬化部は、前記ワイヤーボンディング領域内に存在するワイヤー突出量よりも高く形成されたことを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
ワイヤーボンディングにより接合された第１の半導体チップ上に絶縁層を介して第２の半導体チップを配置した半導体装置を製造する方法において、
前記第２の半導体チップの素子領域となる部分が主面側に形成された半導体ウェハの裏面側に絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層の所定領域を選択的に変性させる工程と、
前記第１の半導体チップをワイヤー接合する工程と、
前記変性後の絶縁層を備えた第２の半導体チップを前記第１の半導体チップ上に配置する工程と
を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
ワイヤーボンディングにより接合された第１の半導体チップ上に絶縁層を介して第２の半導体チップを配置した半導体装置を製造する方法において、
前記第２の半導体チップの素子領域となる部分が主面側に形成された半導体ウェハの裏面側に絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層の所定領域に硬化部材を埋め込む工程と、
前記第１の半導体チップをワイヤー接合する工程と、
前記硬化部材を含む絶縁層を備えた第２の半導体チップを前記第１の半導体チップ上に配置する工程と
を具備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】
この発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、特に、同等のチップサイズを有する半導体チップ同士のスタックに有効な半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の半導体チップを３次元方向に積み重ねることで高集積化を図る手法としては、例えば下記特許文献に記載された手法が知られている。
【特許文献１】特開平８−８８３１６号公報
【特許文献２】特開２００２−２２２９１３号公報  上記特許文献１には、ワイヤーボンディング方式で接合された２つの半導体チップを上下にスタックした構造が開示されており、同文献の図１、図２および段落００２５には、下側に配置された半導体チップのボンディングワイヤよりも高くなるように充填された絶縁樹脂を介して、両半導体チップを積み重ねた構造が示されている。
【０００３】
また、同文献の図３および段落００３４には、接触を確実に回避するに足る高さを有する絶縁性のスペーサ９を介在させて２つの半導体チップをスタックした構造が示されておいる。
【０００４】
また、上記特許文献２には、２つの半導体チップの間に接着層と絶縁層の２層を介在させて両半導体チップをスタックした構造が開示されており。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記特許文献１の図１および図２に記載された絶縁樹脂を介在させる手法では、同文献の段落００２９に記載されたように、上側の半導体チップを搭載する際に高さ制御が望まれるが、この高さ制御は通常高度な精度が求められるため、このような機能を備えた高価な実装設備が必要になるとともに、半導体チップの搭載速度が遅くなるという課題があった。
【０００６】
また、上記特許文献の図３に記載されたスペーサ方式では、下側の半導体チップのワイヤーボンディングを行った後に、スペーサ部材の固着、絶縁樹脂吐出、上側半導体の搭載から成る一連の工程を個々の半導体装置ごとに繰り返す必要があるため、高さ制御は容易になるが工数が増加するといった課題があった。
【０００７】
また、上記特許文献２に記載された手法では、前述の特許文献１に記載された絶縁樹脂を介在させる手法と同様に、高精度な高さ制御が必要になるため、半導体装置の組立工程に時間を要するという課題があった。
【０００８】
そこで、本発明は、簡易な工程で複数の半導体チップのスタックに有効な半導体装置およびその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、ワイヤーボンディングにより接合された第１の半導体チップ上に絶縁層を介して第２の半導体チップを配置した半導体装置において、前記絶縁層は、該絶縁層を選択的に変性させて形成した硬化部を有することを特徴とする。
【００１０】
このように、２つの半導体チップの間に介在した絶縁層に硬化部を設けることで、この部分が両チップ間の距離を維持する要素となるため、ラフな高さ制御であっても第１の半導体チップのワイヤー接合を維持した状態で両半導体チップをスタックさせることができる。
【００１１】
ここで、絶縁層としては、光硬化性樹脂を用いることが望ましく、選択的に変性させる手段としては、マスクパターンを利用した露光やレーザ光を利用したスポット照射等の手段が可能である。尚、この絶縁層としては、熱硬化性樹脂を用いても良く、また、光エネルギーを利用して選択的に硬化させた後に全体を熱硬化させても良い。
【００１２】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記硬化部は、前記第１の半導体チップのワイヤーボンディング領域外に設けられたことを特徴とする。
【００１３】
このように、硬化部をワイヤーボンディング領域外に設けることで、ワイヤーが存在する領域は硬度の低い層で覆われ、それ以外の部分に設けられた硬化部によって半導体チップ間の距離が維持されるため、ワイヤーの突出部に顕著な損傷を与えることなく、両半導体チップをスタックさせることができる。
【００１４】
また、請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記硬化部は、前記絶縁層の厚さ方向の全域にわたって設けられたことを特徴とする。このように、硬化部を絶縁層の厚さ全域に形成することで、少なくとも絶縁層の厚さ分は半導体チップ間の間隔を維持することができる。
【００１５】
また、請求項４記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記硬化部は、前記絶縁層の厚さ方向の一部に選択的に設けられたことを特徴とする。このように、硬化部を絶縁層の厚さ方向の一部に設けることで、硬化部と半導体チップとの間に硬度の低い層を残すことができるため、この低硬度層の緩衝効果が期待できる。
【００１６】
また、請求項５記載の発明は、ワイヤーボンディングにより接合された第１の半導体チップ上に絶縁層を介して第２の半導体チップを配置した半導体装置において、前記第２の半導体チップは、前記第１の半導体チップに設けられた少なくとも一つのワイヤーボンディング領域と部分的に重なる構造で配置され、前記絶縁層は、前記ワイヤーボンディング領域外に設けられ前記第１および第２の半導体チップの双方に接触した硬化部を備えたことを特徴とする。
【００１７】
このように、硬化部を両方の半導体チップに接触させた構造とすることで、ラフな高さ制御であっても両半導体チップの間隔を維持することができる。尚、硬化部は絶縁層を変性したものであっても、絶縁層中に埋め込まれた剛性を有する硬化部材であっても良い。
【００１８】
また、請求項６記載の発明は、ワイヤーボンディングにより接合された第１の半導体チップ上に絶縁層を介して第２の半導体チップを配置した半導体装置において、前記第２の半導体チップは、前記第１の半導体チップに設けられた少なくとも一つのワイヤーボンディング領域と部分的に重なる構造で配置され、前記絶縁層は、前記ワイヤーボンディング領域外に設けられた局所的な硬化部を備え、前記硬化部は、前記ワイヤーボンディング領域内に存在するワイヤー突出量よりも高く形成されたことを特徴とする。
【００１９】
このように、ワイヤー突出量よりも高く形成された硬化部を設けることで、ワイヤーの突出部に顕著な損傷を与えることなく、両半導体チップをスタックさせることができる。また、請求項７記載の発明は、ワイヤーボンディングにより接合された第１の半導体チップ上に絶縁層を介して第２の半導体チップを配置した半導体装置を製造する方法において、前記第２の半導体チップの素子領域となる部分が主面側に形成された半導体ウェハの裏面側に絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層の所定領域を選択的に変性させる工程と、前記第１の半導体チップをワイヤー接合する工程と、前記変性後の絶縁層を備えた第２の半導体チップを前記第１の半導体チップ上に配置する工程とを具備することを特徴とする。
【００２０】
このように、絶縁層を選択的に変性させた後に両半導体チップを接合することで、この変性部分が両半導体チップの間隔を維持する要素となり、ラフな高さ制御であっても第１の半導体チップのワイヤー接合を維持した状態で両半導体チップをスタックさせることができる。
【００２１】
また、請求項８記載の発明は、ワイヤーボンディングにより接合された第１の半導体チップ上に絶縁層を介して第２の半導体チップを配置した半導体装置を製造する方法において、前記第２の半導体チップの素子領域となる部分が主面側に形成された半導体ウェハの裏面側に絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層の所定領域に硬化部材を埋め込む工程と、前記第１の半導体チップをワイヤー接合する工程と、前記硬化部材を含む絶縁層を備えた第２の半導体チップを前記第１の半導体チップ上に配置する工程とを具備することを特徴とする。
【００２２】
このように、絶縁層に硬化部材を埋め込んだ後に両半導体チップを接合することで、この硬化部材が両半導体チップの間隔を維持する要素となり、ラフな高さ制御であっても第１の半導体チップのワイヤー接合を維持した状態で両半導体チップをスタックさせることができる。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように、本発明によれば、簡易な工程でワイヤーボンディング領域に顕著な影響を与えることなく、複数の半導体チップをスタックすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の一実施の形態を添付図面を参照して詳細に説明する。尚、本発明は、以下説明する実施形態に限らず適宜変更可能である。
【００２５】
図１は、本実施形態に係る半導体装置の構造を示す断面図である。同図に示すように、この半導体装置１０は、所定の配線パターンが形成された基板１３と、該基板上に絶縁性の接着層１８−１を介して載置された第１の半導体チップ１２−１と、この第１の半導体チップ上に形成された絶縁性の接着層１８−２と、この接着層上に載置された第２の半導体チップ１２−２とから構成される。
【００２６】
ここで、第１の半導体チップ１２−１は、ワイヤー１４−１によって基板１３に接続され、第２の半導体チップ１２−２はワイヤー１４−２によって基板１３に接続される。これらのワイヤー接続は周知のワイヤーボンディング法によって行われる。
【００２７】
第１の半導体チップ１２−１と第２の半導体チップ１２−２との間に介在した接着層１８−２には、該接着層を局所的に硬化させた硬化部１６が形成され、この硬化部１６によって両半導体チップの間隔が規定される。接着層１８−２の硬化部１６以外の部分は、未硬化状態または両半導体チップをスタックしたのちに硬化される。
【００２８】
第１の半導体チップ１２−１を基板１３と接続するワイヤー１４−１は、高さＨ１の突出を有するが、硬化部１６の高さＨ２はこの突出量Ｈ１よりも大きく形成され、その結果、ワイヤー１４−１の突出部が第２の半導体チップ１２−２によってつぶされることなく両半導体チップの間隔が維持される。
【００２９】
図２は、図１に示した半導体装置の第１の製造工程を示す断面図である。本実施形態に係る半導体装置を製造する場合には、まず、同図（ａ）に示すように、半導体ウェハ３０の素子形成面と反対側の裏面に、樹脂印刷や絶縁フィルム貼着等の手段によりダイボンド樹脂３２を形成する。
【００３０】
その後、同図（ｂ）に示したように、マスク５０と光源５２とを用いて、ダイボンド樹脂３２を選択的に露光することにより、所定の領域を光硬化させた硬化部１６を形成する。
【００３１】
図３は、図１に示した半導体装置の第２の製造工程を示す断面図である。前記硬化部の形成後は、同図（ａ）に示すように、硬化部１６が形成されたダイボンド樹脂３２を有する半導体ウェハ３０をダイシングすることにより、同図（ｂ）に示すように、硬化部１６が形成された接着層１８−２を有する複数の第２の半導体チップ１２−２を得る。
【００３２】
図４は、図１に示した半導体装置の第３の製造工程を示す断面図である。第２の半導体チップを得た後は、基板１３上に接着層１８−１を介して第１の半導体チップ１２−１を搭載してワイヤー１４−１の接合を行い、その後、第２の半導体チップ１２−２の接着層１８−２を第１の半導体チップ側に向けて、該第２の半導体チップを第１の半導体チップ上に搭載する。
【００３３】
図５は、図１に示した半導体装置の第４の製造工程を示す断面図である。同図（ａ）に示すように、第１の半導体チップ１２−１と第２の半導体チップ１２−２との間隔は、硬化部１６で規定されるとともに、ワイヤー１４−１の突出部は、接着層１８−２の柔らかい部分で損傷なく覆われる。第２の半導体チップの搭載後は、該第２の半導体１２−２をワイヤー１４−２により基板１３に接合する。
【００３４】
その後、同図（ｂ）に示すように、第１および第２の半導体チップの全体を樹脂封止してモールド層２０を形成する。
【００３５】
図６は、図２に示した接着層を選択的に硬化させる手段の別の例を示した断面図である。同図（ａ）に示すように、接着層の選択硬化は、レーザ照射装置５４を用いて、半導体ウェハ３０の裏面に形成されたダイボンド樹脂３２にレーザスポットを照射し、部分的に光硬化させることで行っても良い。
【００３６】
この場合、接着層の厚さ方向の全体ではなく、硬化部の外側に未硬化部分を残して該硬化部を接着層の内部に形成することも可能であるため、同図（ｂ）に示すように、第２の半導体チップ１２−２を搭載する際に、図中の矢印で示した圧力Ｐが加わっても、硬化部１６と第１の半導体チップ１２−１との間に残った未硬化部が高さバランスを確保し、結果として良好なスタックが行われる。尚、硬化部の高さＨ２は、ワイヤー突出量Ｈ１よりも大きくしておく。
【００３７】
図７は、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の構造を示す断面図である。同図に示すように、この半導体装置１０では、図１に示した半導体装置の硬化部１６に替えて硬化部材１７を接着層１８−２に埋め込むことで、第１の半導体チップ１２−１と第２の半導体チップ１２−２との間隔が規定される。この硬化部材１７の高さＨ２は、第１の半導体チップ１２−１に接合されたワイヤー１４−１の突出量Ｈ１よりも大きく形成される。その他は図１に示した半導体装置と同様である。
【００３８】
図８は、図７に示した半導体装置の第１の製造工程を示す断面図である。本実施形態に係る半導体装置を製造する場合には、まず、同図（ａ）に示すように、半導体ウェハ３０の素子形成面と反対側の裏面に、樹脂印刷や絶縁フィルム貼着等の手段によりダイボンド樹脂３２を形成する。
【００３９】
その後、同図（ｂ）に示したように、ダイボンド樹脂３２の表面に複数の硬化部材１７を配置し、同図（ｃ）に示すように、プレス機５６を用いて硬化部材１７をダイボンド樹脂３２の内部に一斉に埋め込む。
【００４０】
図９は、図７に示した半導体装置の第２の製造工程を示す断面図である。前記硬化部材の埋込後は、同図（ａ）に示すように、硬化部材１７が埋め込まれたダイボンド樹脂３２を有する半導体ウェハ３０をダイシングすることにより、同図（ｂ）に示すように、硬化部材１７が埋め込まれた接着層１８−２を有する複数の第２の半導体チップ１２−２を得る。
【００４１】
図１０は、図７に示した半導体装置の第３の製造工程を示す断面図である。第２の半導体チップを得た後は、基板１３上に接着層１８−１を介して第１の半導体チップ１２−１を搭載してワイヤー１４−１の接合を行い、その後、第２の半導体チップ１２−２の接着層１８−２を第１の半導体チップ側に向けて、該第２の半導体チップを第１の半導体チップ上に搭載する。
【００４２】
図１１は、図７に示した半導体装置の第４の製造工程を示す断面図である。同図（ａ）に示すように、第１の半導体チップ１２−１と第２の半導体チップ１２−２との間隔は、硬化部材１７で規定されるとともに、ワイヤー１４−１の突出部は、接着層１８−２の柔らかい部分で損傷なく覆われる。第２の半導体チップの搭載後は、該第２の半導体１２−２をワイヤー１４−２により基板１３に接合する。
【００４３】
その後、同図（ｂ）に示すように、第１および第２の半導体チップの全体を樹脂封止してモールド層２０を形成する。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明によれば、簡易な工程でワイヤーボンディング領域に顕著な影響を与えることなく、複数の半導体チップをスタックすることができるため、同等のチップサイズを有する複数の半導体チップをスタックした半導体装置への適用が期待される。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本実施形態に係る半導体装置の構造を示す断面図である。
【図２】図１に示した半導体装置の第１の製造工程を示す断面図である。
【図３】図１に示した半導体装置の第２の製造工程を示す断面図である。
【図４】図１に示した半導体装置の第３の製造工程を示す断面図である。
【図５】図１に示した半導体装置の第４の製造工程を示す断面図である。
【図６】図２に示した接着層を選択的に硬化させる手段の別の例を示した断面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の構造を示す断面図である。
【図８】図７に示した半導体装置の第１の製造工程を示す断面図である。
【図９】図７に示した半導体装置の第２の製造工程を示す断面図である。
【図１０】図７に示した半導体装置の第３の製造工程を示す断面図である。
【図１１】図７に示した半導体装置の第４の製造工程を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０…半導体装置、１２…半導体チップ、１３…基板、１４…ワイヤー、１６…硬化部、１７…硬化部材、１８…接着層、２０…モールド層、３０…半導体ウェハ、３２…ダイボンド樹脂、５０…マスク、５２…光源、５４…レーザ照射装置、５６…プレス機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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