(57)【要約】      （修正有）【課題】  新規な設計や特別な製造装置を必要とせずに積層化が可能な積層型半導体装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】  積層型半導体装置は、下面に実装用の第１の端子（８）が形成された第１の基板（１）上に第１の半導体素子（２）が搭載され、第１の樹脂封止体（７）により封止され、前記第１の樹脂封止体の上には連結用パッドが形成された第１の半導体装置（１００）と、前記第１の樹脂封止体の上面に前記連結用パッドを取り囲むように周縁部上に形成され、前記接続パッドよりも高く形成された第２の樹脂封止体（１２）と、下面に実装用の第２の端子（１０８）が形成された第２の基板（１０１）上に第２の半導体素子（１０２）が搭載され、第２の樹脂封止体（１０７）により封止され、前記連結用パッドと前記第２の端子が接続された第２の半導体装置（２００）とを備えたことを特徴とする。【選択図】  図１
2006294687.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下面に実装用の第１の端子が形成された第１の基板上に第１の半導体素子が搭載され、前記第１の基板と前記第１の半導体素子とが配線された状態で第１の樹脂封止体により封止され、前記第１の樹脂封止体の上に連結用パッドが形成された第１の半導体装置と、
前記第１の樹脂封止体の上面に前記連結用パッドを取り囲むように周縁部上に形成されるとともに、前記第１の樹脂封止体上の側面、並びに前記第１の樹脂封止体の周囲の前記第１の基板上に形成され、前記接続パッドよりも高く形成された第２の樹脂封止体と、
下面に実装用の第２の端子が形成された第２の基板上に第２の半導体素子が搭載され、前記第２基板と前記第２の半導体素子とが配線された状態で第２の樹脂封止体により封止され、前記連結用パッドと前記第２の端子が接続された第２の半導体装置とを備えた半導体装置。
【請求項２】
前記第１の基板は前記第２の基板よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第１の端子および第２の端子にははんだボールが形成された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。
【請求項４】
前記第１の基板は前記第１の半導体素子上の電極とワイヤで接続された前記第１の基板との第１の接続用パッドと、前記第１の樹脂封止体よりも外方に設けられ、前記連結用パッドからワイヤで引き出された、前記第１の基板との第２の接続用パッドとをさらに備えたことを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項５】
第１の基板上に第１の半導体素子と、この第１の半導体素子上の電極を前記第１の基板に接続する第１の接続パッドと、これらを封止する第１の樹脂封止体と、前記第１の基板の下面に第１の実装用端子を備えた第１の半導体装置を準備し、
前記第１の樹脂封止体の外方に前記第１の基板との接続用の第２の接続パッドを形成し、
前記第１の半導体装置の前記第１の樹脂封止体上の周縁部に引き出し用パッド、その内側に連結用バッド、これらを接続する配線を形成し、
前記引き出し用パッドと前記第２の接続パッドをワイヤで連結し、
前記引き出し用パッド、前記ワイヤ、前記第２の接続パッドを封止するとともに、前記連結用パッドが露出するように第２の樹脂封止体を形成し、
第２の基板上に第２の半導体素子と、この第２の半導体素子上の電極を前記第２の基板の配線層に接続する第２の接続パッドと、これらを封止する第２の樹脂封止体と、前記第２の基板の下面に第２の実装用端子を備えた第２の半導体装置を準備し、
前記第２の実装用端子と前記連結用パッドとを連結する、
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、複数の半導体装置が積層化された積層型半導体装置およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置に対する多機能化の要請から、高密度実装を実現するための種々の提案がなされている。
【０００３】
その一つの解決方法として、半導体チップを多層化することが提案されている。このような多層化チップにおいては、設計当初から積層が可能なようにパッケージの上下面に接続端子を設けたもの（特許文献１参照）、本体にキャビティを設けて半導体チップを収納した上でその周囲の接続用の端子を設けたもの（特許文献２参照）など、従来多数の提案がなされている。
【特許文献１】特開平９−６９５８７号公報
【特許文献２】特開平１１−２２００８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、通常の半導体装置は基板等に直接実装することを前提として設計製作されており、複数の半導体装置を積層して使用することは全く想定していない。
【０００５】
したがって、従来、高密度実装を実現する為に半導体素子を積層化するには、従来の技術として言及したような、新たな構造のパッケージ（例えばＳＢＭ（System Block Module）等）を設計する必要があった。
【０００６】
また、積層化を行うためには、特殊な構造に伴って特別の工程が必要となるため、従来の製造プロセスを用いることができない。したがって、製造装置および製造工程を変更し、あるいは新たに設計せざるを得ず、結果として工程が複雑になるとともにコストが上昇するという問題がある。
【０００７】
そこで、
本発明は、新規な設計や特別な製造装置を必要とせずに積層化が可能な積層型半導体装置およ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】
【０００８】
本発明の一態様にかかる積層型半導体装置によれば、
下面に実装用の第１の端子が形成された第１の基板上に第１の半導体素子が搭載され、前記第１の基板と前記第１の半導体素子とが配線された状態で第１の樹脂封止体により封止され、前記第１の樹脂封止体の上に連結用パッドが形成された第１の半導体装置と、
前記第１の樹脂封止体の上面に前記連結用パッドを取り囲むように周縁部上に形成されるとともに、前記第１の樹脂封止体上の側面、並びに前記第１の樹脂封止体の周囲の前記第１の基板上に形成され、前記接続パッドよりも高く形成された第２の樹脂封止体と、
下面に実装用の第２の端子が形成された第２の基板上に第２の半導体素子が搭載され、前記第２基板と前記第２の半導体素子とが配線された状態で第２の樹脂封止体により封止され、前記連結用パッドと前記第２の端子が接続された第２の半導体装置とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の一態様にかかる積層型半導体装置の製造方法によれば、
第１の基板上に第１の半導体素子と、この第１の半導体素子上の電極を前記第１の基板に接続する第１の接続パッドと、これらを封止する第１の樹脂封止体と、前記第１の基板の下面に第１の実装用端子を備えた第１の半導体装置を準備し、
前記第１の樹脂封止体の外方に前記第１の基板との接続用の第２の接続パッドを形成し、
前記第１の半導体装置の前記第１の樹脂封止体上の周縁部に引き出し用パッド、その内側に連結用バッド、これらを接続する配線を形成し、
前記引き出し用パッドと前記第２の接続パッドをワイヤで連結し、  
前記引き出し用パッド、前記ワイヤ、前記第２の接続パッドを封止するとともに、前記連結用パッドが露出するように第２の樹脂封止体を形成し、
第２の基板上に第２の半導体素子と、この第２の半導体素子上の電極を前記第２の基板の配線層に接続する第２の接続パッドと、これらを封止する第２の樹脂封止体と、前記第２の基板の下面に第２の実装用端子を備えた第２の半導体装置を準備し、
前記第２の実装用端子と前記連結用パッドとを連結することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一態様によれば、従来の汎用の半導体装置を用い、しかも従来の製造プロセスをそのまま流用することが可能であるので、新たな製造装置を準備する必要がなく、コストの増加を招くことなく、簡易に積層構造を得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１２】
図１は本発明の一態様にかかる積層型半導体装置の構成を示す断面図である。この積層型半導体装置は下層半導体装置１００の上に上層半導体装置２００が積層され、両者が連結固着されたものとなっている。
【００１３】
下層半導体装置１００は基板１の上に半導体チップ２が載置され、この半導体チップを覆う樹脂封止体７の上には上層の半導体装置と連結するための連結用パッド１０ａを有し、この連結用パッド１０ａは、これと同一の大きさおよび同一ピッチで上層半導体装置２００の基板１０１の下面に形成された実装用パッド１０８とはんだ１０９‘で接続されている。
【００１４】
上層半導体装置２００も基板１０１の上に半導体チップ１０２が載置され、樹脂封止体１０７で半導体チップ１０２が覆われたものとなっている。
【００１５】
この積層構造においては、下層半導体装置は従来の半導体装置を利用して従来の製造プロセスの範囲で追加の加工をしたもの、上層半導体装置は従来の半導体装置をそのまま利用したものとなっている点に特徴がある。
【００１６】
このため、新しいチップ構造の設計や、新たな製造装置等は不要であり、最小限のコストで積層型半導体装置を得ることができる。
【００１７】
次に、このような積層型半導体装置を得るための製造工程に沿って、本発明にかかる積層型半導体装置およびその製造方法の実施例を詳細に説明する。
【００１８】
図２〜５は本発明にかかる積層型半導体装置を製造すべく、上層および下層の２つの半導体装置の積層化を行う手順を示す素子断面図である。
【００１９】
図２は下層半導体装置の初期状態を示す断面図である。この半導体装置においては、両面および内層に配線を有するパッケージ基板であるコア材１の上面に半導体チップ２がダイボンディングされ、この半導体チップ２の上面の周辺部に設けられた電極３は、半導体チップ２の周囲のコア材１の表面に形成された対応する接続パッド４ａとワイヤ５により接続され、接続パッド４ａはスルーホール内の導体４ｃを介してコア材１裏面の接続パッド４ｂと接続されている。
【００２０】
コア材は一般に表面および裏面に設けられた配線の他に内部配線層を有する多層基板となっており、半導体チップ２の裏面に設けられた電極（図示せず）はコア材１の表面に設けられたパッドおよびこれに接続された配線導体（いずれも図示せず）を介してコア材１の裏面に半導体チップ２に対応してマトリクス状に形成された実装用パッド８に引き出されている。また、実装時に溶融して実装用パッド８を実装基板等に固着するためのはんだボール９が各実装用パッド８に形成されている。
【００２１】
これらの半導体チップ２、ワイヤ５、電極３、接続パッド４ａはコア材１の上でエポキシ樹脂等の樹脂により封止され、樹脂封止体７を構成している。
【００２２】
以上のように、この実施の態様における下層半導体装置では、従来の積層を行わないＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）型の半導体装置とほとんど同じものであるが、パッケージ基板であるコア材１は想像線で表される従来の大きさよりも外周部が拡張されている点で異なる。これは、拡張された部分に上層の半導体装置の実装用パッドを下層のコア材内の配線に接続させるための接続用のパッドおよびスルーホールを設けるためである。
【００２３】
すなわち、樹脂封止体７よりも外側のコア材１の表面には接続パッド６ａが設けられ、ここに設けられたスルーホール内の導体６ｃを介してコア材内の内層配線および裏面の接続パッド６ｂと接続されている。スルーホール内では接続パッド６ａ，６ｂの表面には酸化防止のため、例えば無電解金めっきなどの耐酸化膜が形成される。これはこの部分が使用されるまでに後述するように、いくつかの工程を経るため、表面の保護を図るためである。
【００２４】
また、このような接続パッド６ａ、６ｂ、スルーホール導体６ｃが存在しているために、これらをモールド樹脂による樹脂封止に先立って形成する場合、あるいは接続パッド６ａ等を形成する前に樹脂封止体７を形成するいずれの場合であっても、樹脂封止の際にはその周囲部がマスキングされることが必要である。
【００２５】
次に、図３を参照すると、樹脂封止体７の上に裏面に接着材を付着させた銅板１０が貼り付けられる。この銅板の厚さは２０〜３０μｍのものが通常用いられる。なお、この銅材料としては入手の容易な銅張積層板を使用するようにしても良い。また、接着を確実にするため、樹脂封止体７の表面を平坦化処理した後に銅板１０の貼り付けを行なうことが好ましい。
【００２６】
次に、図４を参照すると、銅材１０は積層予定の上層半導体装置下面のアレイ状に形成された実装用パッドの大きさおよびピッチに一致するようにエッチングされ、離隔的にアレイ状に配置された連結用パッド１０ａ、最外周部における引き出しパッド１０ｂおよび連結用パッド１０ａから引き出しパッド１０ｂに接続するための配線（図示せず）が形成される。最外周以外のパッド１０ａは上層半導体装置と下層半導体装置とを強固に連結するためのものである。
【００２７】
次に、図５を参照すると、最外周の引き出しパッド１０ｂは、すでに準備されている接続パッド６ａとワイヤ１１により接続される。
【００２８】
ワイヤ１１、このワイヤ１１で接続された引き出しパッド１０ｂおよび接続パッド６ａはさらにエポキシ樹脂等で樹脂封止され、樹脂封止体１２が形成される。この際、上下接続用の連結用パッド１０ａはマスキングされ、樹脂封止後、連結用パッド１０ａが露出した状態となる。
【００２９】
次に、上層半導体装置２００が下層半導体装置１００に積層されるが、上層半導体装置２００は従来の半導体装置と基本的に同じ構成を有している。すなわち、両面および内層に配線を有するパッケージ基板であるコア材１０１の上面には半導体チップ１０２がダイボンディングされ、この半導体チップ１０２の上面の周囲部に設けられた電極１０３は、半導体チップ１０２の周囲に形成された接続パッド１０４ａとワイヤ１０５により接続され、接続パッド１０４ａはスルーホール内の導体１０４ｃを介してコア材１０１内部の内層配線層および裏面の接続パッド１０４ｂと接続されている。
【００３０】
これらの半導体チップ１０２、ワイヤ１０５、電極１０３、１０４ａは樹脂で封止され、樹脂封止体１０７を構成している。また、半導体チップ１０２に対応してコア材１０１の裏面には実装用パッド１０８がマトリクス状に形成され、実装時に溶融して接続を実現するためのはんだボール１０９が各実装用パッド１０８に形成されている。
【００３１】
なお、樹脂封止体１２の樹脂封止体７上面よりの高さとはんだボール１０９との関係は、確実な接続を実現するために次の関係にある必要がある。すなわち、連結前には連結用パッド１０ａの厚さ、はんだボール１０９の径、実装用パッド１０８の厚さの合計は樹脂封止体１２の樹脂封止体７上面よりの高さよりもわずかに大きく、はんだボールが溶融して潰れたときに等しくなるような関係が必要である。
【００３２】
次に、図５に示すように、このような上層半導体装置２００は、下層半導体装置１００と連結される。このため、例えば雰囲気温度を加熱可能なチャンバ中で上層半導体装置２００のはんだボール１０９が下層半導体装置１００の上下接続用パッド１０ａと位置が一致するように上層半導体装置２００を下層半導体装置１００の上に載置し、雰囲気温度をはんだが溶融する温度まで加熱することにより、はんだボールが溶融して潰れ、接続パッド１０ａと実装用パッド１０８とが連結される。
【００３３】
この加熱については赤外線、超音波などをはんだボールに局所的に照射して熱影響を最小化することもできるが、全部のはんだボールを同じ条件で加熱し、溶融状態のまま接合させるように温度や上層半導体装置の下降速度の制御をきめ細かく行う必要がある。
【００３４】
以上の実施の形態では、上層と下層の２層構造となっているが、３層以上の多層構造も同様の手法により可能である。ただし、上層ほど引き出し条件が厳しくなるため、上層ほど回路内容は簡単なものとなる。
【００３５】
また、上述した実施の形態では上層半導体装置の接続パッド１０４ｂは直接下層半導体装置とは接続されていないが、これと接続するパッドを樹脂封止体１２の上面にさらに設けるようにすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施例にかかる積層型半導体装置の積層状態を示す断面図である。
【図２】図１の実施例で使用される下層半導体装置の製造工程の一つを示す断面図である。
【図３】図２に続く製造工程の一つを示す断面図である。
【図４】図３に続く製造工程の一つを示す断面図である。
【図５】図４に続く製造工程で、上層半導体装置と下層半導体装置を一体化する様子を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  コア材、
２  半導体チップ、
３  電極
４ａ、４ｂ、６ａ、６ｂ  接続パッド
４ｃ、６ｃ  スルーホール導体
５、１１  ワイヤ
７  第１の樹脂封止体
８  実装用パッド
９  はんだボール
１０  銅板
１０ａ  連結用パッド
１０ｂ  接続パッド
１２  第２の樹脂封止体
１０１  コア材
１０２  半導体チップ
１０３  電極
１０４ａ、１０４ｃ  接続パッド
１０７  樹脂封止体
１０８  実装用パッド
１０９、１０９‘  はんだボール
【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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