(57)【要約】    【課題】  接合強度にばらつきが少ないチップ・オン・チップ型の半導体装置及びその製造方法を提供する。    【解決手段】  半導体チップ１の表面に設けられているチップ接続用電極パッド３上に平面視で長方形状をなすバンプ４を、半導体チップ２の表面に設けられているチップ接続用電極パッド３上に平面視で長方形状をなすバンプ５を形成する。そして、このバンプ４とバンプ５とが交差するように接合する。その後、半導体チップ１の外部端子接続用電極パッド７と配線基板８とをボンディングワイヤ９により結線して、半導体チップ１と外部端子と接続する。更に、半導体チップ１と半導体チップ２との間の隙間に樹脂６を充填した後、封止してチップ・オン・チップ型の半導体装置にする。【選択図】    図３
2005026630.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の半導体チップの表面に設けられた電極パッド上に形成された第１のバンプと、第２の半導体チップの表面に設けられた電極パッド上に形成された第２のバンプとが接合されている半導体装置において、前記第１のバンプ及び前記第２のバンプは、平面視で長方形状をなし、前記第１のバンプと前記第２のバンプとが交差するように接合されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
第１の半導体チップの表面に設けられた電極パッド上に形成された第１のバンプと、第２の半導体チップの表面に設けられた電極パッド上に形成された第２のバンプとが接合されている半導体装置において、前記第１のバンプ及び前記第２のバンプは、平面視で平行四辺形状をなし、前記第１のバンプと前記第２のバンプとが交差するように接合されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
前記第１のバンプは１又は複数群毎にそれに属する複数個のバンプが相互に平行であり、前記第２のバンプは１又は複数群毎にそれに属する複数個のバンプが相互に平行であって、前記第１及び第２のバンプは各群毎に対応するもの同士が接合されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第２の半導体チップが接合された前記第１の半導体チップは、基板上に実装され、更に封止されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第１の半導体チップと前記第２の半導体チップとの間には樹脂が充填されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
第１の半導体チップの表面に設けられた電極パッド上に第１のバンプを形成する工程と、第２の半導体チップの表面に設けられた電極パッド上に第２のバンプを形成する工程と、前記第１のバンプと前記第２のバンプとが交差するように前記第１のバンプと前記第２のバンプとを接合する工程と、を有し、前記第１のバンプ及び前記第２のバンプは、平面視で平行四辺形状をなすことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
第１の半導体チップの表面に設けられた電極パッド上に第１のバンプを形成する工程と、第２の半導体チップの表面に設けられた電極パッド上に第２のバンプを形成する工程と、前記第１のバンプと前記第２のバンプとが交差するように前記第１のバンプと前記第２のバンプとを接合する工程と、を有し、前記第１のバンプ及び前記第２のバンプは、平面視で平行四辺形状をなすことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記第２の半導体チップが接合された前記第１の半導体チップを封止する工程を有することを特徴とする請求項６又は７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記第１の半導体チップと前記第２の半導体チップとの間に樹脂を充填する工程を有することを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の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、半導体チップに他の半導体チップが重ね合わせて接合されたチップ・オン・チップ型の半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、半導体装置を高密度化するために、半導体チップに他の半導体チップを重ね合わせて接合する半導体装置、即ち、ＣＯＣ（Chip On Chip；チップ・オン・チップ）型の半導体装置が検討されている（例えば、特許文献１及び２参照）。図９（ａ）乃至（ｃ）は従来のＣＯＣ型半導体装置の製造方法を示す平面図である。
【０００３】
従来のＣＯＣ型半導体装置においては、例えば、外周部に複数個の外部端子接続用電極パッド７が形成され、外部端子接続用電極パッド７より内側に複数個のチップ接続用電極パッドが形成された半導体チップ１と、この半導体チップ１より小さく、外周部に複数個のチップ接続用電極パッドが形成されている半導体チップ２とが使用される。この半導体チップ１及び半導体チップ２におけるチップ接続用電極パッドは、その数、形状及び配置が等しくなるように形成されている。そして、図９（ａ）及び（ｂ）に示すように、半導体チップ１及び半導体チップ２のチップ接続用電極パッド上には、めっき法等によりチップ接続用電極パッドと同じ形状のバンプ４及びバンプ５が形成されている。このような半導体チップ１及び半導体チップ２は、図９（ｃ）に示すように、バンプが形成されている面同士を対向させて、バンプ４とバンプ５とを接合することにより、チップ１とチップ２とが相互に接続されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１５５５３号公報  （第３頁、第１図）
【特許文献２】特開２００１−９３９３１号公報  （第３−４頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の従来の技術には以下に示す問題点がある。図１０（ａ）は従来のＣＯＣ型半導体装置におけるバンプの接合状態を示す模式図であり、図１０（ｂ）及び（ｃ）はその中の１つを示す拡大模式図である。図１０（ａ）に示すように、従来の方法で製造されたＣＯＣ型半導体装置においては、バンプ同士を接合する際に、接合位置が角度θ程度斜めにずれることがある。従来の半導体装置のバンプは一般に正方形状であるため、図１０（ｂ）に示すずれが少ないバンプ４ａ及びバンプ５ａと、図１０（ｃ）に示すずれが大きいバンプ４ｂ及びバンプ５ｂとでは、位置ずれした分だけ接合部１０の面積に差が生じるという問題点がある。同一チップ内において各バンプの接合面積が異なると、半導体チップ間の接合強度がばらつく。
【０００６】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、接合強度にばらつきが少ないチップ・オン・チップ型の半導体装置及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】
【０００７】
本願第１発明に係る半導体装置は、第１の半導体チップの表面に設けられた電極パッド上に形成された第１のバンプと、第２の半導体チップの表面に設けられた電極パッド上に形成された第２のバンプとが接合されている半導体装置において、前記第１のバンプ及び前記第２のバンプは、平面視で長方形状をなし、前記第１のバンプと前記第２のバンプとが交差するように接合されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明においては、電極パッド上に形成されたパッドが平面視で長方形状であり、互いに交差するように接合されている。これにより、バンプ接合時に位置ずれを生じても、互いのバンプ幅分の接合面積を確保することができるため、接合面積が常に一定になる。その結果、バンプ接合強度のばらつきが低減される。また、本発明においては、電極パッド全面にバンプを形成していないため、電極パッドの幅を従来の半導体装置より狭くすることができ、これにより、電極パッドピッチを狭くすることができる。
【０００９】
本願第２発明に係る半導体装置は、第１の半導体チップの表面に設けられた電極パッド上に形成された第１のバンプと、第２の半導体チップの表面に設けられた電極パッド上に形成された第２のバンプとが接合されている半導体装置において、前記第１のバンプ及び前記第２のバンプは、平面視で平行四辺形状をなし、前記第１のバンプと前記第２のバンプとが交差するように接合されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明においては、電極パッド上に形成されたパッドが平面視で平行四辺形状であり、互いに交差するように接合されている。これにより、バンプ接合時に位置ずれが生じても、接合面積を一定にすることができるため、半導体チップ内におけるバンプ接合強度が均一になる。また、平面視でのバンプ形状における長辺と短辺とがなす角度を大きくすると、電極パッドの幅を狭くすることができるため、電極パッドピッチを狭くすることができる。
【００１１】
前記半導体装置は、前記第１のバンプは１又は複数群毎にそれに属する複数個のバンプが相互に平行であり、前記第２のバンプは１又は複数群毎にそれに属する複数個のバンプが相互に平行であって、前記第１及び第２のバンプは各群毎に対応するもの同士が接合されていることが好ましい。また、前記第２の半導体チップが接合された前記第１の半導体チップは、基板上に実装され、更に封止されていてもよい。更に、前記第１の半導体チップと前記第２の半導体チップとの間には樹脂を充填することもできる。
【００１２】
本願第３発明に係る半導体装置の製造方法は、第１の半導体チップの表面に設けられた電極パッド上に第１のバンプを形成する工程と、第２の半導体チップの表面に設けられた電極パッド上に第２のバンプを形成する工程と、前記第１のバンプと前記第２のバンプとが交差するように前記第１のバンプと前記第２のバンプとを接合する工程と、を有し、前記第１のバンプ及び前記第２のバンプは、平面視で平行四辺形状をなすことを特徴とする。
【００１３】
本発明においては、平面視で長方形状をなすバンプを、互いに交差するように接合するため、半導体チップを重ね合わせる際に位置ずれが生じても、バンプ同士の接合面積を一定にすることができる。これにより、接合強度のばらつきが少なくなるため、歩留まりが向上する。また、半導体チップ同士を接合する際の位置決めが容易になるため、生産性が向上する。
【００１４】
本願第４発明に係る半導体装置の製造方法は、第１の半導体チップの表面に設けられた電極パッド上に第１のバンプを形成する工程と、第２の半導体チップの表面に設けられた電極パッド上に第２のバンプを形成する工程と、前記第１のバンプと前記第２のバンプとが交差するように前記第１のバンプと前記第２のバンプとを接合する工程と、を有し、前記第１のバンプ及び前記第２のバンプは、平面視で平行四辺形状をなすことを特徴とする。
【００１５】
本発明においては、平面視で平行四辺形状をなすバンプを、互いに交差するように接合するため、半導体チップを接合する際に位置ずれが生じても、バンプ同士の接合面積を一定にすることができる。これにより、接合強度が均一になるため、歩留まりが向上する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、半導体チップ同士を接続するバンプの平面視での形状を長方形状又は平行四辺形状とし、一方の半導体チップに形成されたバンプと他方の半導体チップに形成されたバンプとが交差するように接合することにより、半導体チップ同士を重ね合わせる際に位置ずれが生じても、バンプ同士の接合面積は一定になるため、接合強度のばらつきを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態に係る半導体装置について、添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は本実施形態の半導体装置を示す断面図である。図１に示すように、本実施形態の半導体装置は、配線基板８上に、半導体チップ１及び半導体チップ２の２つの半導体チップが実装されてパッケージングされたものであり、半導体チップ１上に半導体チップ２がフェースダウン方式で搭載されているＣＯＣ型の半導体装置である。
【００１８】
図２（ａ）は図１に示す半導体チップ１を示す平面図であり、図２（ｂ）は図１に示す半導体チップ２を示す平面図である。図２（ａ）に示すように、半導体チップ１は、その中央部に半導体チップ２と接続するためのチップ接続用電極パッド３が設けられ、外周部には外部端子に接続するための外部端子接続用電極パッド７が設けられている。これらのチップ接続用電極パッド３及び外部端子接続用電極パッド７は、共に正方形状である。そして、チップ接続用電極パッド３上には、半導体チップ１と半導体チップ２とを接続するバンプ１４が形成されている。このバンプ１４は、チップ接続用電極パッド３の表面に垂直な方向から見た形状、即ち、平面視が長方形状であり、各バンプ１４が相互に平行になるように形成されている。
【００１９】
また、図２（ｂ）に示すように、半導体チップ２は、その外周部に半導体チップ１と接続するためのチップ接続用電極パッド３が形成されている。このチップ接続用電極パッド３も、前述の半導体チップ１と同様に正方形状であり、その上には、半導体チップ１と半導体チップ２とを接続するバンプ１５が形成されている。このバンプ１５の平面視での形状は、前述の半導体チップ１と同様に長方形状であり、各バンプ１５が相互に平行になるように形成されている。
【００２０】
更に、前述のバンプ１４及びバンプ１５は、接合されるバンプ同士が交差するように形成されている。これらのバンプ１４及びバンプ１５の材質としては、例えば、Ａｕ又は半田等を使用することができ、その形成方法としては、例えば、めっき法等が適用可能である。
【００２１】
本実施形態の半導体装置においては、バンプ形成面が対向するように半導体チップ１及び半導体チップ２を重ね合わせて、バンプ１４とバンプ１５とが接合されている。これにより、半導体チップ１と半導体チップ２とが相互に接続され、チップ間の信号のやり取りが行われる。図３（ａ）は本実施形態における半導体チップの接合状態を示す平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のバンプ接合状態を示す模式図である。図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態の半導体装置においては、バンプ１４とバンプ１５とが交差するように接合されている。
【００２２】
また、半導体チップ１の外部端子接続用電極パッド７と配線基板８とは、ボンディングワイヤ９により結線されており、これにより、半導体チップ１と外部端子とが接続されている。更に、半導体チップ１と半導体チップ２との隙間には樹脂６が充填されている。
【００２３】
次に、本実施形態の変形例に係る半導体装置について説明する。図４（ａ）は本変形例における半導体チップ１を示す平面図であり、図４（ｂ）は本変形例における半導体チップ２を示す平面図である。図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、本変形例の半導体装置においては、チップ接続用電極パッド３上に、平面視で平行四辺形状をなすバンプ２４及びバンプ２５が形成されている。そして、これらのバンプ２４及びバンプ２５は、半導体チップの各辺に対応する各群に属する複数個のバンプは相互に平行になるように形成されている。図５（ａ）は本変形例における半導体チップの接合状態を示す平面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のバンプ接合状態を示す模式図である。図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、本変形例の半導体装置においては、バンプ２４とバンプ２５とが交差するように接合されており、これにより、半導体チップ１と半導体チップ２とが接続されている。
【００２４】
本実施形態の半導体装置においては、バンプを平面視で長方形状又は平行四辺形状をなす形状とし、一方の半導体チップに形成されたバンプと他方の半導体チップに形成されたバンプとが交差するように接合する。これにより、バンプ接合時に位置ずれが生じても、互いのバンプ幅分の接合面積を確保できるため、接合面積を常に一定にすることができる。その結果、１つの半導体チップ内におけるバンプ接合強度のばらつきを抑えることができる。
【００２５】
図６（ａ）は本発明の実施形態の変形例におけるバンプの接合状態を示す模式図であり、図６（ｂ）及び図６（ｃ）は図６（ａ）に示すバンプの中の１つを示す拡大模式図である。図６（ａ）に示すように、本変形例の半導体装置は、バンプ同士を接合する際にずれが生じた場合においても、図６（ｂ）に示すずれが少ないバンプ２４ａ及びバンプ２５ａの接合部２０の面積、及び図６（ｃ）に示すずれが大きいバンプ２４ｂ及びバンプ２５ｂの接合部２０の面積はほぼ同等である。この効果は、平面視で長方形状をなす形状のバンプにおいても同様である。
【００２６】
また、一般に、電極パッド間の距離は、バンプ接合時の位置精度により決定されるため、バンプの形状とは関係なく一定である。本実施形態の半導体装置においては、平面視でのバンプ形状が長方形状又は平行四辺形状であるため、電極パッドの幅を従来の正方形状のパッドに比べて狭くすることができる。このため、電極パッドの幅及び電極パッド間の距離により決定される電極パッドピッチを狭くすることができる。
【００２７】
図７は本発明の実施形態の変形例における電極パッドピッチの狭ピッチ化を示す模式図である。図７に示すように、正方形状の電極パッド３０に平面視で平行四辺形状をなすバンプ３１を形成した場合、電極パッドピッチＡ１は、電極パッド３０の幅Ｐ１と隣り合う電極パッド３０間の距離Ｓとの和で表される。このとき、隣り合う電極パッド３０間の距離Ｓは、バンプ接合時の位置精度により決定されるため、バンプの形状とは関係なく一定である。そこで、バンプ３２のように、平面視での形状において、長辺と短辺とがなす角度を大きくすることにより、電極パッド３３の幅Ｐ２を電極パッド３０の幅Ｐ１より小さくすることができる。これにより、電極パッド３３の幅Ｐ２と隣り合う電極パッド３３間の距離Ｓとの和である電極パッド３３の電極パッドピッチＡ２を、前述の電極パッド３０における電極パッドピッチＡ１より狭くすることができる。
【００２８】
次に、上述の如く構成された本実施形態の半導体装置の製造方法について説明する。図８（ａ）乃至（ｄ）は本発明の実施形態の半導体装置の製造方法をその工程順に示す模式図である。先ず、ウェハの状態で、半導体チップ１の表面に設けられたチップ接続用電極パッド３上に平面視で長方形状をなすバンプ１４を、半導体チップ２の表面に設けられたチップ接続用電極パッド３上に平面視で長方形状をなすバンプ１５を形成する。
【００２９】
そして、バンプ１４及びバンプ１５が形成された半導体チップ１及び半導体チップ２を、一般的なダイシング方法により個片化する。次に、図８（ａ）に示すように、半導体チップ１を配線基板８上に実装する。その後、図８（ｂ）に示すように、半導体チップ１のバンプ形成面と半導体チップ２のバンプ形成面とが対向するように、半導体チップ２を裏返して半導体チップ１上に配置し、バンプ４とバンプ５とが交差するように接合する。その接合方法としては、例えば、加熱条件下で加圧する熱圧着法、又は熱と共に超音波を付加する超音波併用熱圧着法等を使用することができる。
【００３０】
次に、図８（ｃ）に示すように、半導体チップ１の外部端子接続用電極パッド７と配線基板８とをボンディングワイヤ９により結線する。これにより、半導体チップ１は外部端子と接続される。その後、図８（ｄ）に示すように、半導体チップ１と半導体チップ２との間の隙間に樹脂６を充填し、封止及び仕上げ工程を行ってＣＯＣ型の半導体装置にする。
【００３１】
本実施形態の半導体装置の製造方法においては、平面視で長方形状又は平行四辺形状をなすバンプを、互いに交差するように接合するため、半導体チップを重ね合わせる際に位置ずれが生じても、バンプ同士の接合面積は一定になる。これにより、半導体チップ内におけるバンプ接合強度のばらつきを小さくすることができ、歩留まりが向上する。また、半導体チップを重ね合わせる際の位置決めが容易になるため、生産性を向上することができる。
【００３２】
なお、本実施形態においては、本構造の半導体装置はリード足曲げ型の半導体装置を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、ＢＧＡ（Ball Grid Array）型の半導体装置にも適用することができる。また、本実施形態においては、電極パッドの形状が同じである半導体チップを使用する場合について述べたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、半導体チップ１のチップ接合用電極パッド及び半導体チップ２のチップ接合用電極パッドを、長方形状又は平行四辺形状にして、互いに交差するように接合してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施形態の半導体装置を示す断面図である。
【図２】（ａ）は図１に示す半導体チップ１を示す平面図であり、（ｂ）は図１に示す半導体チップ２を示す平面図である。
【図３】（ａ）は本発明の実施形態における半導体チップの接合状態を示す平面図であり、（ｂ）はバンプ接合状態を示す模式図である。
【図４】（ａ）は本発明の実施形態の変形例における半導体チップ１を示す平面図であり、（ｂ）は本発明の実施形態の変形例における半導体チップ２を示す平面図である。
【図５】（ａ）は本発明の実施形態の変形例における半導体チップの接合状態を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のバンプ接合状態を示す模式図である。
【図６】（ａ）は本発明の実施形態の変形例におけるバンプの接合状態を示す模式図であり、（ｂ）及び（ｃ）は（ａ）に示すバンプの中の１つを示す拡大模式図である。
【図７】本発明の実施形態の変形例における電極パッドピッチの狭ピッチ化を示す模式図である。
【図８】（ａ）乃至（ｄ）は本発明の実施形態の半導体装置の製造方法をその工程順に示す模式図である。
【図９】（ａ）乃至（ｃ）は従来のＣＯＣ型半導体装置の製造方法を示す平面図である。
【図１０】（ａ）は従来のＣＯＣ型半導体装置におけるバンプの接合状態を示す模式図であり、（ｂ）及び（ｃ）は（ａ）に示すバンプの中の１つを示す拡大模式図である。
【符号の説明】
【００３４】
１、２；半導体チップ
３；チップ接続用電極パッド
４、４ａ、４ｂ、５、５ａ、５ｂ、１４、１５、２４、２４ａ、２４ｂ、２５、２５ａ、２５ｂ、３１、３２；バンプ
６；樹脂
７；外部端子接続用電極パッド
８；配線基板
９；ボンディングワイヤ
１０、２０；接合部
３０、３３；電極パッド
Ａ１、Ａ２；電極パッドピッチ
Ｐ１、Ｐ２；電極パッドの幅
Ｓ；隣り合う電極パッド間の距離
【図１】
2005026630.tif 000003
【図２】
2005026630.tif 000004
【図３】
2005026630.tif 000005
【図４】
2005026630.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2005026630.tif 000009
【図８】
2005026630.tif 000010
【図９】
2005026630.tif 000011
【図１０】
2005026630.tif 000012