(57)【要約】【課題】複数の半導体素子を積層するにあたって、下段側半導体素子に接続された金属ワイヤのループ高さを低くして、上段側半導体素子との接触による絶縁不良やショート等の発生を防止しつつ、半導体素子間の隙間を低減する。【解決手段】積層型半導体装置１は、回路基材２上に搭載された第１の半導体素子５と、第１の半導体素子５上にスペーサ層１２を介して積層された第２の半導体素子１１とを具備する。第１の半導体素子５の電極パッド７は第１の金属ワイヤ９を介して回路基材２の接続部４と電気的に接続されている。第１の金属ワイヤ９の電極パッド７との接続側端部の近傍部分は、第１の半導体素子５の表面を覆う絶縁性保護膜８と接触している。【選択図】図１
2008187109.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
素子搭載部と接続部とを有する回路基材と、
半導体素子本体と、前記半導体素子本体の表面に配置された第１の電極パッドと、前記第１の電極パッドを露出させつつ前記表面を覆う絶縁性保護膜とを有し、前記回路基材の素子搭載部に搭載された第１の半導体素子と、
半導体素子本体と、前記半導体素子本体の表面に配置された第２の電極パッドとを有し、前記第１の半導体素子上にスペーサ層を介して積層された第２の半導体素子と、
前記回路基材の接続部と前記第１の半導体素子の第１の電極パッドとを電気的に接続する第１の金属ワイヤであって、前記第１の電極パッドとの接続側端部の近傍部分が前記絶縁性保護膜と接触するように配置された第１の金属ワイヤと、
前記回路基材の接続部と前記第２の半導体素子の第２の電極パッドとを電気的に接続する第２の金属ワイヤと
を具備することを特徴とする積層型半導体装置。
【請求項２】
請求項１記載の積層型半導体装置において、
前記第１の金属ワイヤの一端は前記回路基材の接続部にボール接続されており、かつ他端は前記第１の半導体素子の第１の電極パッド上に形成された金属バンプに接続されていることを特徴とする積層型半導体装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の積層型半導体装置において、
前記スペーサ層は絶縁性接着剤層からなり、かつ前記第１の金属ワイヤの前記第１の電極パッドとの接続側端部は前記絶縁性接着剤層内に埋め込まれていることを特徴とする積層型半導体装置。
【請求項４】
回路基材の素子搭載部に第１の半導体素子を搭載する工程と、
前記第１の半導体素子の電極パッド上に金属バンプを形成する工程と、
前記回路基材の接続部に金属ワイヤの先端に形成された金属ボールを圧着して接続した後、前記金属ワイヤを繰り出してワイヤリングする工程と、
前記金属ワイヤを、前記第１の半導体素子の前記電極パッドの周囲を覆うように設けられた絶縁性保護膜に接触させつつ、前記電極パッド上に形成された前記金属バンプに接続する工程と、
前記第１の半導体素子上にスペーサ層を介して第２の半導体素子を積層する工程と
を具備することを特徴とする積層型半導体装置の製造方法。
【請求項５】
回路基材の素子搭載部に第１の半導体素子を搭載する工程と、
前記第１の半導体素子の電極パッド上に金属ワイヤの先端に形成された金属ボールを圧着して接続した後、前記金属ワイヤを前記第１の半導体素子の前記電極パッドの周囲を覆うように設けられた絶縁性保護膜に接触させつつワイヤリングする工程と、
前記金属ワイヤを前記回路基材の接続部に接続する工程と、
前記第１の半導体素子上にスペーサ層を介して第２の半導体素子を積層する工程と
を具備することを特徴とする積層型半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は積層型半導体装置とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の小型化や高密度実装化等を実現するために、１つのパッケージ内に複数の半導体素子を積層して封止した積層型半導体装置が実用化されている。積層型半導体装置において、複数の半導体素子は配線基板やリードフレーム等の回路基材上に接着剤層を介して順に積層される。各半導体素子の電極パッドは、回路基材の接続パッドと金属ワイヤを介して電気的に接続される。このような積層体を封止樹脂でパッケージングすることによって、積層型半導体装置が構成される。
【０００３】
このような積層型半導体装置において、同形状の半導体素子同士や上段側に下段側より大きい半導体素子を積層する場合、下段側半導体素子に接続された金属ワイヤと上段側半導体素子とが接触するおそれがある。このため、金属ワイヤの上段側半導体素子との接触による絶縁不良やショート等の発生を防止することが重要となる。そこで、下段側半導体素子に接続する金属ワイヤのループ高さを低く制御するために、金属ワイヤによるボンディング方法の改良が種々行われている。
【０００４】
ワイヤループの高さを低くすることが可能なボンディング方法としては、（１）半導体素子の電極パッド上に金属ボールによるバンプを形成した後、回路基材の接続パッドに金属ワイヤの一端をボール接続すると共に、他端を電極パッド上の金属バンプに圧着して接続する方法（逆ボンディング法（例えば特許文献１参照））、（２）半導体素子の電極パッドに金属ワイヤの一端をボール接続した後、ボール頂上部分を金属ワイヤの一部と共に潰してから金属ワイヤを繰り出し、金属ワイヤの他端を回路基材の接続パッドに圧着して接続する方法（特許文献２参照）等が知られている。
【０００５】
（１）の逆ボンディング（リバースボンディング）は、通常の正ボンディングに比べてループ高さを低くすることが可能であるものの、半導体素子の電極パッド上に形成された金属バンプに金属ワイヤを圧着するため、従来の方法では金属バンプの高さがワイヤループの高さをさらに低減する際の障害となっている。（２）のボンディング方法は、半導体素子の電極パッドに接合されたボールを潰すとしても、ボール高さの低減には限界があり、金属ワイヤのループ高さを例えばボール接合部を含めてワイヤ径の略２倍の高さより低くすることは困難である。
【０００６】
また、特許文献３には半導体素子の中央付近に設けられた電極パッドに金属ワイヤを接続するにあたって、半導体素子の電極パッドに金属ワイヤの一端をボール接続した後、金属ワイヤがＭ字形状のループ（３箇所の屈曲部を有するループ形状）となるように、金属ワイヤを半導体素子表面の絶縁膜（シリコン窒化膜）と接触させつつ繰り出し、金属ワイヤの他端を外部端子に圧着して接続することが開示されている。しかしながら、金属ワイヤをＭ字ループとした場合、半導体素子の外周端部と金属ワイヤとの接触は防止できるものの、金属ワイヤのループ高さを十分に低くすることはできない。
【特許文献１】特開２００５−３２８００５号公報
【特許文献２】特開２００４−１７２４７７号公報
【特許文献３】特開２００５−１１６９１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、下段側半導体素子に接続された金属ワイヤのループ高さを低くすることによって、上段側半導体素子との接触による絶縁不良やショート等の発生を防止しつつ、半導体素子間の隙間を低減して薄型化することを可能にした積層型半導体装置とその製造方法を提供することにある
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の態様に係る積層型半導体装置は、素子搭載部と接続部とを有する回路基材と、半導体素子本体と、前記半導体素子本体の表面に配置された第１の電極パッドと、前記第１の電極パッドを露出させつつ前記表面を覆う絶縁性保護膜とを有し、前記回路基材の素子搭載部に搭載された第１の半導体素子と、半導体素子本体と、前記半導体素子本体の表面に配置された第２の電極パッドとを有し、前記第１の半導体素子上にスペーサ層を介して積層された第２の半導体素子と、前記回路基材の接続部と前記第１の半導体素子の第１の電極パッドとを電気的に接続する第１の金属ワイヤであって、前記第１の電極パッドとの接続側端部の近傍部分が前記絶縁性保護膜と接触するように配置された第１の金属ワイヤと、前記回路基材の接続部と前記第２の半導体素子の第２の電極パッドとを電気的に接続する第２の金属ワイヤとを具備することを特徴としている。
【０００９】
本発明の態様に係る積層型半導体装置の製造方法は、回路基材の素子搭載部に第１の半導体素子を搭載する工程と、前記第１の半導体素子の電極パッド上に金属バンプを形成する工程と、前記回路基材の接続部に金属ワイヤの先端に形成された金属ボールを圧着して接続した後、前記金属ワイヤを繰り出してワイヤリングする工程と、前記金属ワイヤを、前記第１の半導体素子の前記電極パッドの周囲を覆うように設けられた絶縁性保護膜に接触させつつ、前記電極パッド上に形成された前記金属バンプに接続する工程と、前記第１の半導体素子上にスペーサ層を介して第２の半導体素子を積層する工程とを具備することを特徴としている。
【００１０】
本発明の他の態様に係る積層型半導体装置の製造方法は、回路基材の素子搭載部に第１の半導体素子を搭載する工程と、前記第１の半導体素子の電極パッド上に金属ワイヤの先端に形成された金属ボールを圧着して接続した後、前記金属ワイヤを前記第１の半導体素子の前記電極パッドの周囲を覆うように設けられた絶縁性保護膜に接触させつつワイヤリングする工程と、前記金属ワイヤを前記回路基材の接続部に接続する工程と、前記第１の半導体素子上にスペーサ層を介して第２の半導体素子を積層する工程とを具備することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の態様に係る積層型半導体装置とその製造方法によれば、第１の金属ワイヤの第１の半導体素子の電極パッドとの接続側端部を絶縁性保護膜に接触させているため、第１の半導体素子と第２の半導体素子との間に配置される第１の金属ワイヤのループ高さを低くすることができる。これによって、第１の金属ワイヤと第２の半導体素子との接触による絶縁不良やショート等の発生を防止しつつ、半導体素子間の隙間を低減して薄型化した積層型半導体装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施形態によるスタック型マルチチップパッケージ構造の積層型半導体装置の構成を示す断面図である。同図に示す積層型半導体装置１は、素子搭載用の回路基材として配線基板２を有している。配線基板２は半導体素子を搭載することが可能で、かつ表面や内部に設けられた配線網を有するものであればよい。
【００１３】
配線基板２を構成する基板には、樹脂基板、セラミックス基板、ガラス基板等の絶縁基板、あるいは半導体基板等を適用することができる。樹脂基板を適用した配線基板２としては、一般的な多層銅張積層板（多層プリント配線板）等が挙げられる。配線基板２の下面には半田バンプ等の外部接続端子３が設けられている。配線基板２の上面には素子搭載部２ａが設けられており、この素子搭載部２ａの周囲には外部接続端子３と配線網（図示せず）を介して電気的に接続された接続パッド４が設けられている。接続パッド４はワイヤボンディング時の接続部となるものである。
【００１４】
配線基板２の素子搭載部２ａには、第１の半導体素子５が第１の接着剤層６を介して接着されている。第１の接着剤層６には一般的なダイアタッチ材が用いられる。第１の半導体素子５はトランジスタを含む回路等が形成された素子本体の表面（上面）に配置された第１の電極パッド７を有している。さらに、第１の半導体素子５の上面は第１の電極パッド７を露出させるように設けられた絶縁性保護膜８で覆われている。絶縁性保護膜８にはＳｉＯx層やＳｉＮx層等からなるパッシベーション層、さらにその上に形成されたポリイミド樹脂層等の絶縁樹脂層が適用される。
【００１５】
第１の電極パッド７はＡｕワイヤ等の第１の金属ワイヤ９を介して配線基板２の接続パッド４と電気的に接続されている。図１において、第１の金属ワイヤ９は逆ボンディングを適用してワイヤボンディングされている。すなわち、第１の電極パッド７上には金属バンプ１０が形成されている。第１の金属ワイヤ９の一端は配線基板２の接続パッド４にボール接続されており、他端は第１の電極パッド７上に形成された金属バンプ１０に接続されている。第１の金属ワイヤ９は後に詳述するように、第１の電極パッド７との接続側端部（素子側端部）の近傍部分が絶縁性保護膜８と接触している。
【００１６】
第１の半導体素子５上には、第２の半導体素子１１が第２の接着剤層１２を介して接着されている。第２の半導体素子１１は、第１の半導体素子５と同形またはそれより少なくとも一部が大形の形状を有している。第２の接着剤層１２はその少なくとも一部が接着時温度で軟化または溶融し、その内部に第１の金属ワイヤ９の第１の半導体素子５との接続側端部（素子側端部）を取り込みつつ、第１の半導体素子５と第２の半導体素子１１とを接着するものである。従って、第２の接着剤層１２には第１の金属ワイヤ９の絶縁を確保するために絶縁性樹脂等からなる接着剤が用いられる。
【００１７】
第１の金属ワイヤ９の素子側端部は第２の接着剤層１２内に埋め込まれており、これにより第２の半導体素子１１との接触が防止されている。このように、第２の接着剤層１２は接着層としての機能に加えて、スペーサ層として機能を併せ持つものである。なお、スペーサ層は半導体素子５、１１より小形のチップ等で構成してもよい。この場合、第１の金属ワイヤ９の素子側端部は半導体素子５、１１間に配置されたスペーサ層に基づいて形成された空間内に配置され、これにより第２の半導体素子１１との接触が防止される。
【００１８】
図１に示す積層型半導体装置１において、第１の金属ワイヤ９は第２の接着剤層１２の厚さ（第１の半導体素子５と第２の半導体素子１１との間隔）に基づいて第２の半導体素子１１の下面から離間している。このようなスペーサ層としての機能を得る上で、第２の接着剤層１２の厚さは３０μｍ以上、さらに５０μｍ以上とすることが好ましい。一方、第２の接着剤層１２の厚さが厚すぎると積層型半導体装置１の薄型化を阻害するため、第２の接着剤層１２の厚さは１００μｍ以下、さらに８０μｍ以下とすること好ましい。
【００１９】
第１の金属ワイヤ９の素子側端部と第２の半導体素子１１との接触をより確実に防止する上で、第２の接着剤層１２は接着時温度で軟化または溶融する第１の樹脂層（接着層）と、接着時温度に対して層形状が維持される第２の樹脂層（絶縁層）とを有していてもよい。第１の金属ワイヤ９の素子側端部は、第１の半導体素子５側に配置される第１の樹脂層内に取り込まれ、さらに第２の半導体素子１１側に配置される第２の樹脂層で第２の半導体素子１１との接触が防止される。第１の樹脂層の厚さは３０〜７０μｍ程度とすることが好ましい。第２の樹脂層の厚さは５〜１５μｍ程度とすることが好ましい。
【００２０】
第１の金属ワイヤ９は上述したような第２の接着剤層１２内に配置されるため、ループ高さ（具体的には第１の半導体素子５上の高さ）を第２の接着剤層１２の厚さより低くする必要がある。例えば、第２の接着剤層１２の厚さを６０μｍとした場合、第１の金属ワイヤ９の第１の半導体素子５上における高さは５０μｍ以下とする必要がある。２層構造の接着剤層１２を適用する場合においても、第２の樹脂層（絶縁層）は１０μｍ程度の厚さを有するため、第１の金属ワイヤ９の高さは５０μｍ以下とする必要がある。
【００２１】
上記したような第１の金属ワイヤ９の高さを実現する上で、第１の実施形態では第１の金属ワイヤ９の接続に逆ボンディングを適用すると共に、第１の金属ワイヤ９の素子側端部の近傍部分を絶縁性保護膜８と接触させている。逆ボンディングを適用してループ高さを低減した上で、第１の金属ワイヤ９を絶縁性保護膜８と接触させてワイヤリングすることによって、第１の金属ワイヤ９の第１の半導体素子５上における高さを十分に低減することが可能となる。例えば、直径が２５μｍのＡｕワイヤを適用した場合に、第１の半導体素子５上における第１の金属ワイヤ９の高さを５０μｍ以下、さらには金属ワイヤ９の直径に近い値にまで低減することができる。
【００２２】
第１の半導体素子５上に接着された第２の半導体素子１１は、素子本体の表面（上面）に配置された第２の電極パッド１３を有している。第２の電極パッド１３は逆ボンディングを適用した第２の金属ワイヤ１４を介して配線基板２の接続パッド４と電気的に接続されている。第２の電極パッド１３上には金属バンプ１５が形成されており、第２の金属ワイヤ１４の一端は金属バンプ１５に接続されている。第２の半導体素子１１の表面は第１の半導体素子５と同様に絶縁性保護膜１６で覆われている。
【００２３】
そして、配線基板２上に積層、配置された第１および第２の半導体素子５、１１を、例えばエポキシ樹脂のような封止樹脂１７を用いて封止することによって、スタック型マルチチップパッケージ構造を有する積層型半導体装置１が構成される。なお、図１では２個の半導体素子５、１１を積層した構造について説明したが、半導体素子の積層数はこれに限られるものではない。半導体素子の積層数は３層もしくはそれ以上であってもよい。
【００２４】
図１では第１および第２の半導体素子５、１１を配線基板２上に積層、配置した構造を示したが、第１の実施形態の積層型半導体装置１の構造はこれに限られるものではない。第１の実施形態の積層型半導体装置１は、図２に示すように、リードフレーム１８上に第１および第２の半導体素子５、１１を順に積層して配置した半導体パッケージ（ＴＳＯＰ等）であってもよい。半導体素子の積層数は３層もしくはそれ以上としてもよい。
【００２５】
図２に示すＴＳＯＰ構造の積層型半導体装置１は、素子搭載用の回路基材としてリードフレーム１８を具備している。リードフレーム１８は素子搭載部１９とその周囲に配置されたリード部２０とを有している。リード部２０は素子搭載部１９上に積層された第１および第２の半導体素子５、１１と電気的に接続される接続部（インナーリード部）と外部接続端子（アウターリード部）とを兼ねるものである。
【００２６】
リードフレーム１８の素子搭載部１９上には、第１の半導体素子５と第２の半導体素子１１とが第１および第２の接着剤層６、１２を介して順に接着されている。第１および第２の半導体素子５、１１の電極パッド７、１３とリードフレーム１８のリード部２０とは、それぞれ金属ワイヤ９、１４を介して電気的に接続されている。金属ワイヤ９、１４の接続構造（ボンディング法や素子側端部の形態等）は、図１に示す積層型半導体装置１と同様とされている。さらに、第２の接着剤層１２の機能、構成、形状等についても、図１に示す積層型半導体装置１と同様である。
【００２７】
次に、第１の実施形態の積層型半導体装置１における第１の金属ワイヤ９の接続工程について、図３ないし図８を参照して詳述する。まず、第１の金属ワイヤ９の接続工程に先立って、第１の電極パッド７上に金属バンプ１０を形成する。すなわち、Ａｕワイヤ等の金属ワイヤの先端に形成した金属ボール（Ａｕボール等）を電極パッド７に圧接した後、金属ボールに荷重と超音波振動を加えて電極パッド７と接合（圧着）する。
【００２８】
この際、図３に示すように、金属ワイヤ２１を支持するボンディングツール（キャピラリ）２２を、半導体素子５の端部方向（後述する金属ワイヤの入線方向）に移動させることによって、電極パッド７に接合された金属ボール２３を潰すことが好ましい。金属ボール２３の潰し工程は、圧着後にボンディングツール２２を一旦上昇させて半導体素子５の端部方向に移動させた後、ボンディングツール２２を下降させて金属ボール２３を再加圧することによって実施してもよい。
【００２９】
このように、ボンディングツール２２で金属ボール２３を潰すことによって、電極パッド７に接合した金属ボール（金属バンプ）２３の高さを低減することができる。金属ボール２３の高さを低減することによって、第１の金属ワイヤ９の第１の半導体素子５上における高さをより低くすることができる。この後、ボンディングツール２２を引き上げて金属ワイヤ２１を切断して、電極パッド７上に金属バンプ１０を形成する。
【００３０】
次に、図４に示すように、ワイヤボンディング用の金属ワイヤ（Ａｕワイヤ等）２１の先端に金属ボール（Ａｕボール等）２４を形成し、この金属ボール２４を配線基板２の接続パッド４に対して接続（ボール接続）する。ボール接続工程は通常の工程と同様に荷重と超音波振動を加えて実施する。続いて、ボンディングツール２２から金属ワイヤ２１を繰り出してワイヤリングしつつ、ボンディングツール２２を電極パッド７上に形成された金属バンプ１０の上方に移動させる。
【００３１】
この際、ボンディングツール２２をワイヤ入線方向の絶縁性保護膜８上に下降させることによって、図５に示すように金属ワイヤ２１を電極パッド７の周囲に設けられた絶縁性保護膜８に接触させつつ、金属バンプ１０と接続（ステッチ接続）する。ステッチ接続は通常の工程と同様に荷重と超音波振動を加えて実施する。ここで、単に金属ワイヤ２１を金属バンプ１０に接続した場合には、金属ワイヤ２１の半導体素子５上における高さは、金属バンプ１０の高さに基づく接続高さ、さらには金属バンプ１０に接続した際の金属ワイヤ２１のループ形状に基づく高さより低くすることができない。
【００３２】
そこで、第１の実施形態では金属ワイヤ２１を絶縁性保護膜８に接触させつつ、金属バンプ１０に接続している。すなわち、金属ワイヤ２１の電極パッド７（金属バンプ１０）との接続部の近傍部分（金属ワイヤ２１の入線方向に対する近傍部分）を絶縁性保護膜８と接触させることによって、金属ワイヤ２１の半導体素子５上における高さを低くしている。具体的には、金属バンプ１０との接続高さを除くと、金属ワイヤ２１の直径に近い値にまで、金属ワイヤ２１の高さを低くすることができる。
【００３３】
金属ワイヤ２１の金属バンプ１０との接続高さについては、図３に示した金属ボール２３の接合工程における潰し動作に加えて、図６に示すような金属バンプ１０の潰し動作を実施することで、より一層低くすることができる。すなわち、金属ワイヤ２１を金属バンプ１０に接続した後に、ボンディングツール２２をワイヤ入線方向と反対側の方向（半導体素子５の中央方向）に水平移動させ、金属バンプ１０をさらに潰すことによって、金属バンプ１０との接続高さをより一層低くすることができる。
【００３４】
金属ワイヤ２１の絶縁性保護膜８に対する接触動作は、図７および図８に示すように、金属ワイヤ２１を金属バンプ１０に接続した後に実施してもよい。まず、図７に示すように、ワイヤリングした金属ワイヤ２１を金属バンプ１０に接続する。この後、図８に示すように、ボンディングツール２２をワイヤ入線方向に水平移動させ、金属ワイヤ２１を絶縁性保護膜８に接触させる。このような動作によっても、金属ワイヤ２１を絶縁性保護膜８と接触させることができ、それによって金属ワイヤ２１の高さを低くすることが可能となる。金属バンプ１０との接続高さも同様である。
【００３５】
上述した金属ワイヤ２１の金属バンプ１０への接続工程（絶縁性保護膜８への接触工程を含む）を実施した後、ボンディングツール２２を引き上げて金属ワイヤ２１を切断することによって、第１の半導体素子５の第１の電極パッド７と配線基板２の接続パッド４とを電気的に接続する第１の金属ワイヤ９を形成する。このような接続工程を適用することによって、第１の半導体素子５上における高さを十分に低くした第１の金属ワイヤ９を再現性よく得ることができる。さらに、金属ワイヤ２１のワイヤリングに基づいて第１の金属ワイヤ９が第１の半導体素子５のエッジに接触するようなこともない。
【００３６】
第１の実施形態によれば、第１の金属ワイヤ９の第１の半導体素子５上における高さを十分に低くすることができるため、第１の金属ワイヤ９の素子側端部を第１の半導体素子５と第２の半導体素子１１との隙間を低く保ちつつ接着する第２の接着剤層１２内に良好に埋め込むことができる。すなわち、第２の接着剤層１２内に埋め込まれた第１の金属ワイヤ９が第２の半導体素子１１と接触することによる絶縁不良やショートの発生、あるいは第１の金属ワイヤ９の第１の電極パッド７との接続部等が第２の半導体素子１１の接着時に過剰に変形することによる接続不良の発生等を抑制することができる。
【００３７】
従って、第１の金属ワイヤ９と第２の半導体素子１１との接触による絶縁不良やショートの発生、第１の金属ワイヤ９の過剰な変形による接続不良の発生等を防止しつつ、第１および第２の半導体素子５、１１間の隙間を低減して薄型化した積層型半導体装置１を再現性よく提供することができる。言い換えると、薄型化した積層型半導体装置１の製造歩留りや信頼性等を高めることが可能となる。
【００３８】
次に、本発明の第２の実施形態による積層型半導体装置について、図９を参照して説明する。図９は本発明の第２の実施形態によるスタック型マルチチップパッケージ構造の積層型半導体装置の構成を示す断面図である。同図に示す積層型半導体装置３０は、第１および第２の半導体素子５、１１の電極パッド７、１３と配線基板２の接続パッド４との間を、正ボンディングを適用した第１および第２の金属ワイヤ３１、３２を介して電気的に接続している。それ以外の構成については第１の実施形態と同様とされている。
【００３９】
第１の半導体素子５の第１の電極パッド７と配線基板２の接続パッド４とを接続する第１の金属ワイヤ３１は、一端が第１の電極パッド７にボール接続されており、他端が接続パッド４にステッチ接続されている。第１の金属ワイヤ３１は第１の電極パッド７との接続側端部（素子側端部）の近傍部分が絶縁性保護膜８と接触している。第２の半導体素子１１の第２の電極パッド１３と配線基板２の接続パッド４とを接続する第２の金属ワイヤ３２も同様であり、一端が第２の電極パッド１３にボール接続されており、他端が接続パッド４にステッチ接続されている。
【００４０】
第２の実施形態においては、第１の電極パッド７にボール接続した第１の金属ワイヤ３１を絶縁性保護膜８に接触させることによって、第１の金属ワイヤ９の第１の半導体素子５上における高さを低減している。このように、第１の金属ワイヤ３１の接続工程に正ボンディングを適用する場合においても、第１の金属ワイヤ３１の素子側端部の近傍部分を絶縁性保護膜８に接触させることによって、第１の金属ワイヤ９の高さを低くすることができる。これによって、積層型半導体装置３０の薄型化と第１の金属ワイヤ９の接続部の健全性や信頼性等の向上とを両立させることが可能となる。
【００４１】
なお、第２の実施形態の積層型半導体装置３０も、第１の実施形態の積層型半導体装置１と同様に、リードフレーム上に第１および第２の半導体素子を順に積層して配置した半導体パッケージ（ＴＳＯＰ等）であってもよい。その場合の具体的な構成は図２に示した通りである。半導体素子の積層数も３層もしくはそれ以上であってもよい。
【００４２】
次に、第２の実施形態の積層型半導体装置３０における第１の金属ワイヤ３１の接続工程について、図１０ないし図１２を参照して詳述する。まず、ワイヤボンディング用の金属ワイヤ（Ａｕワイヤ等）の先端に金属ボール（Ａｕボール等）を形成し、この金属ボールを第１の半導体素子５の第１の電極パッド７に対して接続（ボール接続）する。ボール接続工程は通常の工程と同様に荷重と超音波振動を加えて実施する。
【００４３】
図１０に示すように、金属ワイヤ３３の先端に形成された金属ボール３４を電極パッド７に接続した後、金属ワイヤ３３を支持するボンディングツール（キャピラリ）３５を下降させつつ、半導体素子５のエッジ方向（金属ワイヤ３３のワイヤリング方向／配線基板２の接続パッド４に向かう方向）に移動させることによって、金属ワイヤ３３を電極パッド７の周囲に設けられた絶縁性保護膜８に接触させる。これによって、正ボンディングを適用した金属ワイヤ３３の半導体素子５上における高さを低くすることができる。
【００４４】
金属ワイヤ３３の絶縁性保護膜８への接触動作は、図１１および図１２に示すように、金属ボールの潰し動作と共に実施してもよい。すなわち、図１１に示すように、金属ワイヤ３３の先端に形成された金属ボール３４を電極パッド７に圧着して接続した後、金属ボール３４の頂上付近にボンディングツール３５を押し当てて、金属ボール３４を金属ワイヤ３３の一部と共に潰して接続高さを低くする。
【００４５】
次いで、図１２に示すように、ボンディングツール３５を下降させつつ、半導体素子５のエッジ方向（金属ワイヤ３３のワイヤリング方向）に移動させることによって、金属ワイヤ３３を電極パッド７の周囲に設けられた絶縁性保護膜８に接触させる。このような動作を適用することによって、金属ボール３４の接続高さと共に、金属ワイヤ３３の半導体素子５上における高さを低くすることが可能となる。
【００４６】
上述した金属ボール３４の電極パッド７への接続工程（金属ワイヤ３３の絶縁性保護膜８への接触工程を含む）を実施した後、ボンディングツール３５から金属ワイヤ３３を繰り出してワイヤリングしつつ、ボンディングツール３５を配線基板２の接続パッド４上に移動させる。そして、金属ワイヤ３３を接続パッド４にステッチ接続した後、ボンディングツール３５を引き上げて金属ワイヤ３３を切断することによって、第１の電極パッド７と接続パッド４とを電気的に接続する第１の金属ワイヤ３１を形成する。
【００４７】
第２の実施形態においても、第１の金属ワイヤ３１の第１の半導体素子５上における高さを低くすることができるため、第１の金属ワイヤ３１の素子側端部を第１の半導体素子５と第２の半導体素子１１との隙間を低く保ちつつ接着する第２の接着剤層１２内に良好に埋め込むことができる。すなわち、第２の接着剤層１２内に埋め込まれた第１の金属ワイヤ３１が第２の半導体素子１１と接触することによる絶縁不良やショートの発生、あるいは第１の金属ワイヤ３１の第１の電極パッド７との接続部等が第２の半導体素子１１の接着時に過剰に変形することによる接続不良の発生等を抑制することができる。
【００４８】
従って、第１の金属ワイヤ３１と第２の半導体素子１１との接触による絶縁不良やショートの発生、第１の金属ワイヤ３１の過剰な変形による接続不良の発生等を防止しつつ、第１および第２の半導体素子５、１１間の隙間を低減して薄型化した積層型半導体装置３０を提供することができる。言い換えると、薄型化した積層型半導体装置３０の製造歩留りや信頼性等を高めることが可能となる。なお、第１の金属ワイヤの高さの低減に関しては、逆ボンディングを適用している第１の実施形態の方がより効果的である。
【００４９】
なお、本発明は上記した各実施形態に限定されるものではなく、回路基材上に複数の半導体素子を積層して搭載すると共に、回路基材と半導体素子との接続にワイヤボンディングを適用した各種構造の積層型半導体装置に適用することができる。そのような積層型半導体装置およびその製造方法についても、本発明に含まれるものである。また、本発明の実施形態は本発明の技術的思想の範囲内で拡張もしくは変更することができ、この拡張、変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の第１の実施形態による積層型半導体装置を示す断面図である。
【図２】図１に示す積層型半導体装置の変形例を示す断面図である。
【図３】図１に示す積層型半導体装置の製造工程における第１の電極パッド上への金属バンプの形成工程を拡大して示す断面図である。
【図４】図１に示す積層型半導体装置の製造工程における第１の金属ワイヤのワイヤリング動作を含む接続工程を示す図である。
【図５】図１に示す積層型半導体装置の製造工程における金属バンプへの第１の金属ワイヤの接続工程を拡大して示す断面図である。
【図６】図５に示す第１の金属ワイヤの接続工程の変形例を示す断面図である。
【図７】図５に示す第１の金属ワイヤの接続工程の他の変形例における金属ワイヤの金属バンプへの接続動作を示す断面図である。
【図８】図５に示す第１の金属ワイヤの接続工程の他の変形例における金属ワイヤの絶縁性保護膜への接触動作を示す断面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態による積層型半導体装置を示す断面図である。
【図１０】図９に示す積層型半導体装置の製造工程における第１の電極パッド上への第１の金属ワイヤのボール接続工程を拡大して示す断面図である。
【図１１】図１０に示す第１の金属ワイヤのボール接続工程の変形例における金属ボールの接続動作を示す断面図である。
【図１２】図１０に示す第１の金属ワイヤのボール接続工程の変形例における金属ワイヤの絶縁性保護膜への接触動作を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１，３０…半導体装置、２…配線基板、２ａ…素子搭載部、４…接続パッド、５…第１の半導体素子、６…第１の接着剤層、７…第１の電極パッド、８，１６…絶縁性保護膜、９，３１…第１の金属ワイヤ、１０，１５…金属バンプ、１１…第２の半導体素子、１２…第１の接着剤層、１３…第２の電極パッド、１４，３２…第２の金属ワイヤ、１７…封止樹脂、２１，３３…金属ワイヤ、２２，３５…ボンディングツール、２３，２４，３４…金属ボール。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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