(57)【要約】【課題】  半導体装置の製造コストの低減を実現する。【解決手段】  半導体装置の製造方法は、（i）電極パッド２４を有する半導体チップ２０と、電極パッド２４よりサイズの大きい電極パッド３４を有し、半導体チップ２０より厚い半導体チップ３０を準備する工程と、（ii）均一な厚みを有する平坦化されたパッケージ基板４０の同一表面に半導体チップ２０，３０を搭載する工程と、（iii）ボンディングワイヤを加熱溶融することにより形成されるボールを電極パッド３４に接合する工程と、（iv）ボンディングワイヤ５０を電極パッド２４にファーストボンディングする工程と、（v）ボンディングワイヤ５０をボール７０にセカンドボンディングする工程と、を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極パッドを有する第１の半導体チップと、前記第１の電極パッドよりサイズの大きい第２の電極パッドを有し、前記第１の半導体チップより厚い第２の半導体チップを準備する工程と、
均一な厚みを有する平坦化された基板の同一表面に前記第１の半導体チップと前記第２の半導体チップとを搭載する工程と、
ボンディングワイヤを加熱溶融することにより形成されるボールを前記第２の電極パッドに接合する工程と、
前記ボンディングワイヤを前記第１の電極パッドにファーストボンディングする工程と、
前記ボンディングワイヤを前記ボールにセカンドボンディングする工程と、
を備える半導体装置の製造方法。
【請求項２】
第１の電極パッドを有する第１の半導体チップと、
前記第１の電極パッドよりサイズの大きい第２の電極パッドを有し、前記第１の半導体チップより厚い第２の半導体チップと、
前記第２の電極パッドに接合するボールと、
前記第１の電極パッドに接合するファーストボンディング部と、前記ボールに接合するセカンドボンディング部とを有するボンディングワイヤと、
を備える半導体装置。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体装置であって、
前記ボンディングワイヤは、
前記ボールの位置より高い第１の位置と前記第１の電極パッドとを接続する第１の部分と、
前記第１の位置と前記第２の電極パッドとを接続する第２の部分と、を含み、
前記第１の部分、及び前記第２の部分は、全体として三角形状に屈曲している、半導体装置。
【請求項４】
請求項２に記載の半導体装置であって、
前記ボンディングワイヤは、
前記ボールの位置より高い第１の位置と前記第１の電極パッドとを接続する第１の部分と、
前記第１の位置と第２の位置とを接続する第２の部分であって、前記第２の位置は、前記第１の位置の高さと略同一の高さを有し、且つ、前記第２の位置と前記第２の電極パッドとの間の距離が、前記第２の位置と前記第１の電極パッドとの間の距離よりも短い、第２の部分と、
前記第２の位置と前記第２の電極パッドとを接続する第３の部分と、を含み、
前記第１の部分、前記第２の部分、及び前記第３の部分は、全体として略台形状に屈曲している、半導体装置。
【請求項５】
請求項２乃至４のうち何れか１項に記載の半導体装置であって、
前記第１の半導体チップは、化合物半導体基板を含み、
前記第２の半導体チップは、シリコン半導体基板を含む、半導体装置。
【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。
【背景技術】
【０００２】
複数の半導体チップを封止してマルチチップパッケージを形成する製造工程では、例えば、ワイヤボンディング法により、半導体チップ間の電気的な接続が確立される。半導体チップ間のワイヤボンディングでは、まず、キャピラリーツールに挿通されたボンディングワイヤの先端部分を放電加熱により溶融させてボールを形成し、セカンドボンディングが行われる半導体チップの電極パッドにこのボールを予め接合する。次いで、ファーストボンディングが行われる半導体チップの電極パッドにボンディングワイヤを押し付けながら超音波溶接法によりボールボンディングする。そして、キャピラリーツールを移動しながらボンディングワイヤを繰り出す。次いで、セカンドボンディングが行われる半導体チップの電極パッドに予め形成されているボールにボンディングワイヤを押し付けながら超音波溶接法によりステッチボンディングする。このような半導体チップ間のワイヤボンディングに言及した文献として、例えば、特開２００６−２７８４０７号公報を挙げることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２７８４０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
半導体チップ間のワイヤボンディングでは、二つの半導体チップのうち相対的に厚みが薄い方の半導体チップにセカンドボンディングする手法が主流となっている。このような手法を、便宜上、「打ち下ろし式ワイヤボンディング」と呼ぶ。これに対し、二つの半導体チップのうち相対的に厚みが厚い方の半導体チップにセカンドボンディングする手法を、便宜上、「打ち上げ式ワイヤボンディング」と呼ぶ。打ち下ろし式ワイヤボンディングが主流となっている理由の一つとして、セカンドボンディングが行われる半導体チップとボンディングワイヤとがなす接続角度をある程度大きくすることが比較的容易であり、ボンディングワイヤの接続強度を維持する上で都合がよい点を挙げることができる。打ち上げ式ワイヤボンディングにより、この接続角度をある程度大きくするためには、ボンディングワイヤを高い位置まで引き回したり、或いは、ボンディングワイヤを台形ループ状に引き回したりしなければならない。ボンディングワイヤのこのような引き回しは、コスト増大をもたらすだけでなく、マルチチップパッケージの小型低背化の要求に応えることができない。
【０００５】
ところで、セカンドボンディングが行われる半導体チップの電極パッドに予め形成されているボールにボンディングワイヤを押し付けながら超音波溶接法によりステッチボンディングすると、ボールは押し潰されて電極パッド上に広がる。このため、セカンドボンディングが行われる半導体チップの電極パッドは、ファーストボンディングが行われる半導体チップの電極パッドよりもサイズを大きくする必要がある。
【０００６】
このような事情を踏まえると、相対的に厚いシリコン半導体基板から成る半導体チップと、相対的に薄い化合物半導体基板からなる半導体チップとをワイヤボンディングする場合、打ち下ろし式ワイヤボンディングでは、化合物半導体基板からなる半導体チップにセカンドボンディングすることとなる。ところが、シリコン半導体基板から成る半導体チップよりも原価の高い化合物半導体基板からなる半導体チップの電極パッドのサイズを大きくするのはコスト増大をもたらすという問題がある。また、シリコン半導体基板の電極パッドの材質とボンディングワイヤの材質とが異なると、電極パッドとボンディングワイヤとの間の十分な接合強度を確保し難いという問題もある。
【０００７】
そこで、本発明は、このような問題の少なくとも一部を解決することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の課題を解決するため、本発明に関わる半導体装置の製造方法は、（i）第１の電極パッドを有する第１の半導体チップと、第１の電極パッドよりサイズの大きい第２の電極パッドを有し、第１の半導体チップより厚い第２の半導体チップを準備する工程と、（ii）均一な厚みを有する平坦化された基板の同一表面に第１の半導体チップと第２の半導体チップとを搭載する工程と、（iii）ボンディングワイヤを加熱溶融することにより形成されるボールを第２の電極パッドに接合する工程と、（iv）ボンディングワイヤを第１の電極パッドにファーストボンディングする工程と、（v）ボンディングワイヤをボールにセカンドボンディングする工程と、を備える。ここで、ボンディングワイヤは、三角形状又は台形状に屈曲しているのが望ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に関わる半導体装置の製造方法によれば、第２の半導体チップとして、第１の半導体チップよりも製造原価の安いものを用いることにより、製造コストを下げることができる。また、ボンディングワイヤを三角形状又は台形状に屈曲させることにより、セカンドボンディングが行われる第２の半導体チップの第２の電極パッドとボンディングワイヤとがなす接続角度をある程度大きくすることができる。これにより、第２の半導体チップの第２の電極パッドとボンディングワイヤとの間の十分な接合強度を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す平面図である。
【図２】図１のII−II線矢視断面図である。
【図３】本実施形態に係る半導体装置の半導体チップ間の拡大断面図である。
【図４】本実施形態の変形例に係る半導体装置の半導体チップ間の拡大断面図である。
【図５】本実施形態に係る半導体装置の製造工程断面図である。
【図６】本実施形態に係る半導体装置の製造工程断面図である。
【図７】本実施形態に係る半導体装置の製造工程断面図である。
【図８】本実施形態に係る半導体装置の製造工程断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図１乃至図８を参照しながら本発明の実施形態について説明する。ここで、同一符号は同一の部材を示すものとし、重複する説明は省略する。
図１は本実施形態に係る半導体装置１０の概略構成を示す平面図である。図２は図１のII−II線矢視断面図である。半導体装置１０は、複数の電極パッド２４を有する半導体チップ２０と、複数の電極パッド３４を有する半導体チップ３０と、これらの半導体チップ２０，３０を搭載するパッケージ基板４０とを備えている。半導体チップ２０の裏面とパッケージ基板４０の表面との間には、両者を接着する接着層２２が介在している。同様に、半導体チップ３０の裏面とパッケージ基板４０の表面との間には、両者を接着する接着層３２が介在している。パッケージ基板４０は均一な厚みを有しており、その表面は平坦化されている。半導体チップ２０の電極パッド２４と、半導体チップ３０の電極パッド３４との間は、ボンディングワイヤ５０を通じて接続されている。パッケージ基板４０の表面には、複数のリード端子４１が形成されている。半導体チップ２０の電極パッド２４とリード端子４１との間は、ボンディングワイヤ６０を通じて接続されている。同様に、半導体チップ３０の電極パッド３４とリード端子４１との間は、ボンディングワイヤ６０を通じて接続されている。
【００１２】
図３は半導体チップ２０，３０間の拡大断面図である。半導体チップ２０は、半導体基板２１から形成されており、電極パッド２４と半導体基板２１との間には、層間絶縁膜２３が介在している。半導体チップ２０の表面は、保護膜２５で被覆されている。半導体基板２１は、例えば、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）などの化合物半導体基板である。同様に、半導体チップ３０は、半導体基板３１から形成されており、電極パッド３４と半導体基板３１との間には、層間絶縁膜３３が介在している。半導体チップ３０の表面は、保護膜３５で被覆されている。半導体基板３１は、例えば、シリコン半導体基板である。半導体チップ３０の厚みｄ２は、半導体チップ２０の厚みｄ１よりも厚い。なお、半導体チップ２０，３０は、樹脂封止されるが、説明の便宜上、樹脂の図示を省略している点に留意されたい。
【００１３】
ボンディングワイヤ５０は、打ち上げ式ワイヤボンディングにより、半導体チップ２０の電極パッド２４にファーストボンディング（ボールボンディング）し、半導体チップ３０の電極パッド３４にセカンドボンディング（ステッチボンディング）することにより形成される。ここで、電極パッド３４には、セカンドボンディングに先立って、ボール７０が予め形成されている。このボール７０は、ボンディングワイヤ５０の先端部分を加熱溶融する過程でその表面張力の作用により、半球形状に形成され、ボンディングワイヤ５０から切り離された部分であり、バンプ電極として機能する。ボンディングワイヤ５０は、ファーストボンディングにより形成される部分であるファーストボンディング部５１、セカンドボンディングにより形成される部分であるセカンドボンディング部５２、及びこれらを接続する橋絡部５３から構成される。ファーストボンディング部５１は、電極パッド２４に接合する部分である。ファーストボンディング部５１は、電極パッド２４へボールボンディングする際にボンディングワイヤ５０の先端部分を加熱溶融する過程でその表面張力の作用により半球形状に形成される。セカンドボンディング部５２は、ボール７０に接合する部分である。セカンドボンディング部５２は、ボール７０にステッチボンディングする際に、ボンディングワイヤ５０をボール７０に押し付ける過程で肉薄に潰された形状を成している。橋絡部５３は、ファーストボンディング部５１とセカンドボンディング部５２とを接続するループ状の部分である。橋絡部５３は、二つの部分５３ａ，５３ｂを含む。説明の便宜上、ボール７０の位置より高い位置を位置Ｐ１と呼ぶ。部分５３ａは、電極パッド２４から位置Ｐ１まで垂設されており、電極パッド２４と位置Ｐ１とを接続する。部分５３ｂは、位置Ｐ１と電極パッド３４とを略直線状に接続する。これらの部分５３ａ，５３ｂは、全体として、三角形状に屈曲している。パッケージ基板４０の平坦化された同一表面に半導体チップ２０，３０を搭載し、半導体チップ２０，３０間の厚みの差（ｄ２−ｄ１）を低減することにより、ボンディングワイヤ５０と電極パッド３４とがなす接続角度αをある程度大きくすることができる。これにより、ボンディングワイヤ５０の接続強度を確保することが容易となる。これは、電極パッド３４の材質とボンディングワイヤ５０の材質とが異なる場合に特に有用である。ボール７０へのステッチボンディングにより、ボール７０は押し潰されるため、電極パッド３４のサイズは、電極パッド２４のサイズよりも大きい。ここで、電極パッド２４，３４のサイズとは、それぞれ、保護膜２５，３５から露出している電極パッド２４，３４の面積（開口面積）を意味する。
【００１４】
図４は、本実施形態の変形例に係る半導体装置１０の半導体チップ２０，３０間の拡大断面図である。この変形例に係るボンディングワイヤ５０の橋絡部５３は、三つの部分５３ｃ，５３ｄ，５３ｅを含む。説明の便宜上、位置Ｐ１の高さと略同一の高さを有する位置を位置Ｐ２と呼ぶ。但し、位置Ｐ２は、位置Ｐ２と電極パッド３４との間の距離が、位置Ｐ２と電極パッド２４との間の距離よりも短くなるような位置である。部分５３ｃは、電極パッド２４と位置Ｐ１とを接続する。部分５３ｄは、位置Ｐ１と位置Ｐ２とを略直線状に接続する。部分５３ｅは、位置Ｐ２と電極パッド３４とを接続する。これらの部分５３ｃ，５３ｄ，５３ｅは、全体として略台形状に屈曲している。このように、図４に示すボンディングワイヤ５０は、全体として、台形状に屈曲しているのに対し、図３に示すボンディングワイヤ５０は、全体として、三角形状に屈曲している点で両者は相違する。ボンディングワイヤ５０を台形状に屈曲させることにより、セカンドボンディングが行われる半導体チップ３０とボンディングワイヤ５０とがなす接続角度βをある程度大きくすることができる。これにより、半導体チップ３０の電極パッド３４とボンディングワイヤ５０との間の十分な接合強度を確保できる。これは、電極パッド３４の材質とボンディングワイヤ５０の材質とが異なる場合に特に有用である。また、ボンディングワイヤ５０を三角形状に屈曲させるよりも、台形状に屈曲させることにより、ボンディングワイヤ５０の低背化及びワイヤ長の短縮化を実現することも可能である。
【００１５】
次に、図５から図８を参照しながら、図３に示す半導体装置１０の製造工程について説明する。まず、図５に示すように、電極パッド２４を有する半導体チップ２０と、電極パッド３４を有する半導体チップ３０と、を準備する。次いで、均一な厚みを有する平坦化されたパッケージ基板４０の同一表面に半導体チップ２０と半導体チップ３０とを搭載する。そして、半導体チップ３０の電極パッド３４にボール７０を形成する。このボール７０は、ボンディングワイヤ５０の先端部分を加熱溶融し、ボンディングワイヤ５０から切り離された部分である。次いで、図６に示すように、キャピラリーツール８０にボンディングワイヤ５０を挿通し、キャピラリーツール８０の先端部分から突出したボンディングワイヤ５０の先端部分にスパーク放電を用いて半球形状のボールを形成する。超音波溶接法により、このボールを電極パッド２４に押圧することにより、電極パッド２４に接合するファーストボンディング部５１が形成される。
【００１６】
次いで、図７に示すように、キャピラリーツール８０を移動させることにより、ボンディングワイヤ５０を電極パッド２４から電極パッド３４まで引き出す。次いで、図８に示すように、キャピラリーツール８０の先端部分をボール７０上に押圧し、超音波溶接法によりボンディングワイヤ５０とボール７０とを接合させる。この押圧処理により、ボンディングワイヤ５０の押圧された部分は、肉薄に押し潰された状態となり、ボール７０に接合するセカンドボンディング部５２が形成される。次いで、キャピラリーツール８０に挿通された部分のボンディングワイヤ５０をクランパ８１で固定し、キャピラリーツール８０を鉛直上方向に移動させることにより、ボンディングワイヤ５０を切断する。次いで、半導体チップ２０，３０を樹脂封止することにより、半導体装置１０が完成する。
【００１７】
半導体チップ２０として、例えば、ガリウムヒ素半導体基板からなる厚みが、例えば、７５μｍのものを用い、半導体チップ３０として、例えば、シリコン半導体基板からなる厚みが、例えば、１００μｍのものを用いることができる。この場合、半導体チップ２０の方が半導体チップ３０よりも製造原価が高いものの、電極パッド２４の面積を電極パッド３４の面積より小さくできるという利点を有する。また、半導体チップ２０，３０間の厚みの差を２５μｍ程度にすることにより、セカンドボンディング部５２と電極パッド３４とがなす接続角度をある程度大きくし、ボンディングワイヤ５０の接続強度を確保することが容易となる。
【００１８】
なお、図４に示す半導体装置１０の製造方法は、図３に示す半導体装置１０の製造方法と同様である。
【００１９】
半導体チップ２０，３０の組み合わせは、上述の例に限られるものではなく、半導体チップ２０の方が半導体チップ３０よりも製造原価が高く、且つ、厚みが薄い場合に適用可能である。半導体チップ２０，３０を区別する場合、半導体チップ２０を第１の半導体チップと呼び、半導体チップ３０を第２の半導体チップと呼ぶことがある。また、電極パッド２４，３４を区別する場合、電極パッド２４を第１の電極パッドと呼び、電極パッド３４を第２の電極パッドと呼ぶことがある。また、部分５３ａ，５３ｂを区別する場合、部分５３ａを第１の部分と呼び、部分５３ｂを第２の部分を呼ぶことがある。また、部分５３ｃ，５３ｄ，５３ｅを区別する場合、部分５３ｃを第１の部分と呼び、部分５３ｄを第２の部分と呼び、部分５３ｅを第３の部分と呼ぶことがある。また、位置Ｐ１，Ｐ２を区別する場合、位置Ｐ１を第１の位置と呼び、位置Ｐ２を第２の位置と呼ぶことがある。また、パッケージ基板４０を、単に、基板と称することがある。また、本明細書において、「高さ」とは、パッケージ基板４０の表面を基準面として、その基準面に垂直な方向の距離を意味する。
【００２０】
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更又は改良され得るととともに、本発明にはその等価物も含まれる。即ち、実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。実施形態が備える素子及びその配置などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
【符号の説明】
【００２１】
１０…半導体装置  ２０，３０…半導体チップ  ２４，３４…電極パッド  ４０…パッケージ基板  ５０…ボンディングワイヤ  ５１…ファーストボンディング部  ５２…セカンドボンディング  ５３…橋絡部  ７０…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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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