(57)【要約】【課題】半導体チップを積層した半導体装置で、チップ寸法の制約を受けず、ワイヤボンデングを用いかつ背高が低い半導体装置を提供する。【解決手段】基板１上に第一及び第二の半導体チップ２ａ、２ｂが順次積層され、各半導体チップ２ａ、２ｂ上面の電極と基板上の電極とはワイヤボンデングで接続されている。第一及び第二の半導体チップ２ａ、２ｂ間は絶縁性接着剤４により充填され、かつ下側の第一の半導体チップ２ａ上面に接続する第一のワイヤは３ａ第二の半導体チップ２ｂの下面で押し潰されている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボンデング電極が設けられた基板上に順次積層された第一及び第二の半導体チップと、該第一の半導体チップ上面に設けられた第一の電極と該ボンデング電極とを接続する第一のワイヤと、該第二の半導体チップ上面に設けられた第二の電極と該ボンデング電極とを接続する第二のワイヤとを有する半導体装置において、
該第一及び該第二の半導体チップ間は絶縁性接着剤により充填され、かつ該第一のワイヤは該第二の半導体チップにより押し潰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記載の半導体装置において、
該絶縁性接着剤は、該ワイヤの直径より大きな直径を有するフィラーを含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の半導体装置において、
該第一の半導体チップは、上面外周部分の表面が上面中央部分の表面より窪んでいることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項１、２又は３記載の半導体装置において、
該第二の半導体チップの裏面は、絶縁処理されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１、２、３又は４記載の半導体装置の製造方法において、
該基板上に該第一の半導体チップを搭載し、該第一のワイヤをワイヤボンデングする工程と、
次いで、該第一の半導体チップ上に熱可塑性の該絶縁性接着剤を形成する工程と、
次いで、加熱した状態で該絶縁性接着剤の上から該第二の半導体チップを押下し、該ワイヤボンデングにより形成された該第一のワイヤのループを押し潰す工程とを有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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はワイヤボンデングされた半導体チップを積層して封止した半導体装置に関し、とくに背高が低い半導体装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
モジュールの小型化を図るため、半導体チップを積層して封止した半導体装置が開発されている。図５は従来の半導体装置断面図であり、半導体チップを積層して封止した装置を表している。
従来は、図５（ａ）を参照して、リード１１のダイパッド上に第一〜第三の半導体チップ２ａ〜２ｃを接着材５を介して積層する。この第一〜第三の半導体チップ２ａ〜２ｃは上方に向かうに従って順次チップ寸法が小さくなり、下方の半導体チップの上面にボンデング電極を設ける余地が設けられている。第一〜第三の各半導体チップ２ａ〜２ｃに形成された半導体回路は、それぞれの半導体チップ２ａ〜２ｃ上面に設けられた余地からボンデングワイヤ３ａ〜３ｃを介してリード１１に接続される。全体は、モールド等の封止材６を用いて封止される。（例えば特許文献１を参照。）。
【０００３】
しかし、この半導体装置は、ボンデング電極を設ける余地を残すために、上方に積層する半導体チップを小さくしなければならず、設計上の自由度が制限される。
同一寸法の半導体チップを積層する方法として、スペーサを用いたものがある。これは、図５（ｂ）を参照して、回路基板１上に第一の半導体チップ２ａを接着し、回路基板１と半導体チップ２ａとをワイヤボンデングされたワイヤ３ａで接続したのち、スペーサ１２を介して第二の半導体チップ２ｂを積層する。このスペーサ１２は、第二の半導体チップ２ｂの積層時にワイヤ３ａのループが変形しないように設けられる。（例えば特許文献２を参照。）。
【０００４】
この方法では、積層する半導体チップの寸法に特別の制限はない。しかし、スペーサ１２を介するため、背高が高くなるという問題がある。
さらに、スペーサに代えて絶縁性樹脂を用いる方法が考案されている。図５（ｃ）を参照して、回路基板１上に第一の半導体チップ２ａを接着してワイヤボンデングした後、第一の半導体チップ２ａの上面に絶縁性樹脂１３をワイヤ３ａを覆う高さに塗布し、その上に第二の半導体チップ２ｂを載置して絶縁性樹脂１３を硬化する。その後、全体を封止材６により封止する。（例えば特許文献３を参照。）。
【０００５】
この方法も、ボンデングされたワイヤ３ａのループ形状を維持するもので、絶縁性樹脂１３の厚さをループ高さより高くしなければならず背高が高くなるという問題が生ずる。
半導体チップを積層した半導体装置の背高を低くする方法に、下層の半導体チップをフエイスダウンボンデングし、上層の半導体チップをワイヤボンデングするものがある。（例えば特許文献４参照）。
【０００６】
この方法では下層と上層の半導体チップを密着することができるので背高が低くなる。しかし、フエイスダウンボンデング用とワイヤボンデング用との二種類の半導体チップが必要で、上下の半導体チップを同一にすることができないという問題がある。また、フエイスダウンはワイヤボンデングに比較してコスト高である。
【０００７】
さらに背高の低いパッケージを形成し、これを積層する方法もある。この方法では、図５（ｄ）を参照して、まず半導体チップ２上面に絶縁層１３を介してリード１１を配置し、このリードと半導体チップ上面とをワイヤボンデングされたワイヤ３で接続する。その後、下面に接着剤１４が塗布されたポリイミド薄膜１５を積層、押圧して、ワイヤ３のループを押し潰す。こうして形成されたパッケージは、複数個積層することができる。（例えば特許文献５を参照。）。
【０００８】
この方法では、ワイヤ３のボンデングで形成されたループを押し潰すので、その分だけパッケージの背高を低くすることができる。しかし、積層後の半導体チップ間には、リード１１及びポリイミド薄膜１５が介在するため背高をあまり低くすることはできない。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００１−１１８８７７号公報
【００１０】
【特許文献２】
特開２００２−１４１４５９号公報
【００１１】
【特許文献３】
特開平８−８８３１６号公報
【００１２】
【特許文献４】
特開２００１−３５９９４号公報
【００１３】
【特許文献５】
特開平５−１０９８０１号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来の半導体チップを積層しワイヤボンデングで接続する半導体装置では、半導体チップの寸法が制限される、あるいは背高を十分に低くすることができないという問題がある。また、フエイスダウンボンデングを併用する半導体装置では、同一半導体チップを使用できない、かつボンデングコストが上昇するという問題がある。
【００１５】
本発明は、積層した半導体チップをワイヤボンデングにより接続しかつ一つのパッケージ内に封止した半導体装置において、積層する半導体チップの寸法に制限されずかつ背高の低い半導体装置を提供することを目的としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するための本発明の半導体装置は、基板上に第一及び第二の半導体チップを順次積層し、それぞれの半導体チップの上面に設けられた第一及び第二の電極と基板上に設けられたボンデング電極とをボンデングワイヤで接続した半導体装置において、第一及び第二の半導体チップ間を絶縁性接着剤により充填し、かつ第一のワイヤのループを第二の半導体チップにより押し潰していることを特徴とする。
【００１７】
本発明の半導体装置では、下側に位置する第一の半導体チップ上面の電極にワイヤボンデングされ基板上に引き出されたワイヤを、上側の第二の半導体チップの下面で押し下げ、ボンデングにより形成されるワイヤのループを押し潰して第二の半導体チップが積層されている。従って、第一及び第二の半導体チップの間隔を、ボンデング時のワイヤのループ高さより狭くすることができるので、半導体装置全体の背高を低くすることができる。また、第一の半導体チップ上面へワイヤボンデングした状態で第二の半導体チップを積層するから、上側の第二の半導体チップの寸法上の制約はない。
【００１８】
かかる半導体装置は、下側の第一の半導体チップ上面の電極に第一のワイヤをボンデングした後、第一の半導体チップ上に熱可塑性の絶縁性接着剤を形成し、加熱した状態で絶縁性接着剤の上から第二の半導体チップを押下し、ワイヤボンデングにより形成された第一のワイヤのループを押し潰すことにより形成することができる。
【００１９】
この方法によると、ワイヤのループを押し潰す際に、ワイヤが可塑性の絶縁性接着剤により被覆されるため、ワイヤが保護され傷や破断の発生を回避することができる。また、ワイヤと上下の半導体チップとの電気的な絶縁が保たれる。
本発明の半導体チップは、上面にワイヤボンデング用の電極を有するものであればよい。第一及び第二の半導体チップの寸法は、同一であっても、異なっていても差し支えない。例えば、上方の半導体チップの寸法を大きくすることもできる。ワイヤは、第一及び第二の半導体チップの上面の電極と、基板上のボンデング電極とを接続するようにワイヤボンデングされる。このとき、一本のワイヤが一つのボンデング電極に接続してもよく、また複数のワイヤが一つのボンデング電極に接続してもよい。
【００２０】
また、第一のワイヤが第一の半導体チップの上面角に接触することを防止するために、下側に位置する第一の半導体チップの上面外周部分の表面を、上面中央部分の表面より窪ませることが好ましい。さらに、第一のワイヤを押し下げる第二の半導体チップの裏面を絶縁処理することが好ましい。
なお、本発明の絶縁性接着剤に、第一のワイヤの直径より大きな直径のフィラーを含ませてもよい。これにより、第一及び第二の半導体チップの間隔をフィラーの径で定まる一定値に保ちワイヤの無用な折曲を防止することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第一実施形態例断面工程図であり、２個の半導体チップを積層して封止した半導体装置の製造工程を表している。また、図２は本発明の第一実施形態例部分拡大断面図であり、図２（ａ）は図１（ｂ）の一部を、図２（ｂ）は図１（ｄ）の一部を拡大して表している。
【００２２】
本発明の第一実施形態例では、図１（ａ）を参照して、まず基板１（インターポーザ）上に接着剤５を用いて第一の半導体チップ２ａを接着する。次いで、第一の半導体チップ２ａ上面に形成された第一の電極１７ａと、この基板１の周辺部上面に形成されたボンデング電極１６とを第一のワイヤ３ａをワイヤボンデングして接続する。このとき、第一のワイヤ３ａは、ボンデングツールにより定まる上に凸のループを形成する。次いで、絶縁性接着剤４を第一の半導体チップ２ａの上面に塗布する。この絶縁性接着剤４は、熱可塑性かつ充填性の接着剤をもちいた。
【００２３】
次いで、図１（ｂ）を参照して、基板１を図外の加熱台上に載置し、加熱して熱可塑性の絶縁性接着剤４を液状化する。このとき、図２（ａ）を参照して、液状化した絶縁性接着剤４は、第一の半導体チップ上面をループ状の第一のワイヤ３ａを覆うように広がる。
次いで、図１（ｃ）を参照して、第一の半導体チップ２ａと同一寸法の第二の半導体チップ２ｂを載置し、押圧して第一のワイヤ３ａのループを押し潰す。その結果、図２（ｂ）を参照して、第一のワイヤ３ａは第二の半導体チップ２ｂの下面により第一の半導体チップ２ａ表面に押しつけられる。この状態を保持したまま、温度を下げて絶縁性接着剤を硬化する。
【００２４】
なお、本実施形態例では、第一の半導体チップ２ａの上面及び第二の半導体チップ２ｂの下面に、絶縁膜７が形成されている。このため、第一及び第二の半導体チップ２ａ、２ｂに挟まれた第一のワイヤ３ａが、これらの半導体チップに接触しても電気的な絶縁は担保される。さらに、第一のワイヤ３ａとして、絶縁被覆されたボンデングワイヤを用いる場合は、これらの絶縁膜７を省略することができる。なお、絶縁膜７を形成せずかつ絶縁被覆されていないボンデングワイヤを用いても、絶縁性接着剤４が第一のワイヤ３ａを被覆するため第一及び第二の半導体チップ２ａ、２ｂと第一のワイヤ３ａ間の絶縁は保持される。
【００２５】
次いで、図１（ｄ）を参照して、第二の半導体チップ２ｂ上面に形成された電極１７ｂと、基板１上面に形成されたボンデング電極１６との間を、第二のワイヤ３ｂをワイヤボンデングして接続する。
次いで、図１（ｅ）を参照して、基板１上面に封止材６を満たして封止する。このとき、第一及び第二の半導体チップ２ａ、２ｂ間にはさまれた第一のワイヤ３ａは硬化した絶縁性接着材４中に埋設されているので、封止材６の流動圧力により移動又は切断されるおそれが少ない。次いで、基板１の下面に半田ボール８を接合して、半導体装置が製造される。
【００２６】
本第一実施形態例では、半導体装置ごとに独立した基板１（インターポーザ）を用いたが、大きな基板１（例えばウエーハ）を用いて封止材６による封止乃至半田ボール８の接合工程までを経た後、個別の半導体装置に分割することもできる。
また、本実施形態例では、絶縁性接着材４を基板１上に接着された第一の半導体チップ２ａの上面に供給したが、予め上面に絶縁性接着材４を備える第一の半導体チップ２ａを基板１上に接着してもよい。絶縁性接着材４を第一の半導体チップ２ａ上面に供給するには、液状の絶縁性接着材４を滴下する、ペースト状の絶縁性接着材４を印刷する、シート状に積層した絶縁性接着材４を貼着する方法を用いることができる。さらに、これらの絶縁性接着材４の供給方法を、第一の半導体チップ２ａが作製された半導体ウエーハに適用した後、個々の半導体チップに分割してもよい。
【００２７】
図３は本発明の第二実施形態例断面図である。本実施形態例では、図３を参照して、下側の第一の半導体チップ２ａの上面周縁部分に窪み９が形成されている。本実施形態例によれば、第一のワイヤ３ａが第一の半導体チップ２ａの上面周縁部分に接触しにくく、第一のワイヤ３ａと第一の半導体チップ２ａ間の絶縁をより確かにすることができる。
【００２８】
図４は本発明の第三実施形態例断面図である。本実施形態例では、図４を参照して、絶縁性接着材４がフィラーを含有しており、第一及び第二の半導体チップ２ａ、２ｂ間の距離がフィラーの直径に維持される。したがって、フィラーの直径を、第一のワイヤ３ａが折損しない範囲で最小とすることで、信頼性を損なうことなく半導体装置の背高を確実に最小にすることができる。
【００２９】
上述した本明細書には、以下の付記記載の発明が含まれている。
（付記１）ボンデング電極が設けられた基板上に順次積層された第一及び第二の半導体チップと、該第一の半導体チップ上面に設けられた第一の電極と該ボンデング電極とを接続する第一のワイヤと、該第二の半導体チップ上面に設けられた第二の電極と該ボンデング電極とを接続する第二のワイヤとを有する半導体装置において、
該第一及び該第二の半導体チップ間は絶縁性接着剤により充填され、かつ該第一のワイヤは該第二の半導体チップにより押し潰されていることを特徴とする半導体装置。
（付記２）付記１記載の半導体装置において、
該絶縁性接着剤は、該ワイヤの直径より大きな直径を有するフィラーを含むことを特徴とする半導体装置。
（付記３）付記１又は２記載の半導体装置において、
該第一の半導体チップは、上面外周部分の表面が上面中央部分の表面より窪んでいることを特徴とする半導体装置。
（付記４）付記１、２又は３記載の半導体装置において、
該第二の半導体チップの裏面は、絶縁処理されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
（付記５）付記１、２、３又は４記載の半導体装置の製造方法において、
該基板上に該第一の半導体チップを搭載し、該第一のワイヤをワイヤボンデングする工程と、
次いで、該第一の半導体チップ上に熱可塑性の該絶縁性接着剤を形成する工程と、
次いで、加熱した状態で該絶縁性接着剤の上から該第二の半導体チップを押下し、該ワイヤボンデングにより形成された該第一のワイヤのループを押し潰す工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
（付記６）付記１、２、３又は４記載の半導体装置の製造方法において、
ウエーハ上に該第一の半導体チップを搭載し、該第一のワイヤをワイヤボンデングする工程と、
次いで、該第一の半導体チップ上に熱可塑性の該絶縁性接着剤を形成する工程と、
次いで、加熱した状態で該絶縁性接着剤の上から該第二の半導体チップを押下し、該ワイヤボンデングにより形成された該第一のワイヤのループを押し潰す工程と、
該ウエーハ上に封止材を供給して該第一及び該第二の半導体チップを封止する工程と、
該封止材ごと該ウエーハを個々の基板に分割して、個別の半導体装置に分離する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
（付記７）上面にワイヤボンデング用の電極と、該電極へワイヤをボンデングしたときに該ワイヤが形成するループの高さより薄い膜厚を有する熱可塑性の絶縁性接着材とが設けられた半導体チップ。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、積層した半導体チップ間のボンデングワイヤのループを押し潰して半導体チップの間隔を最小にすることができるので、ワイヤボンデングを用いても背高の低い半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施形態例断面工程図
【図２】本発明の第一実施形態例部分拡大断面図
【図３】本発明の第二実施形態例断面図
【図４】本発明の第三実施形態例断面図
【図５】従来の半導体装置断面図
【符号の説明】
１  基板
２  半導体チップ
２ａ  第一の半導体チップ
２ｂ  第二の半導体チップ
２ｃ  第三の半導体チップ
３  ワイヤ
３ａ  第一のワイヤ
３ｂ  第二のワイヤ
３ｃ  第三のワイヤ
４  絶縁性接着剤
５  接着剤
６  封止材
７  絶縁膜
８  半田ボール
９  窪み
１０  フィラー
１１  リード
１１ａ  ダイパッド
１２  スペーサ
１３  絶縁性樹脂
１４  接着材
１５  ポリイミド薄膜
１６  ボンデング電極
１７ａ  第一の電極
１７ｂ  第二の電極
【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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