(57)【要約】【課題】金属ワイヤのループ高さを抑えて装置の薄型化を図るとともに、ボンディングの工程数を抑えてコストの抑制を図ることのできる半導体装置を提供すること。【解決手段】半導体装置１は、基板２と、半導体チップ３と、電極パッド５，６と、金属ワイヤ４とを備える。半導体チップは、基板上に少なくとも２段以上積層される。電極パッドは、基板および半導体チップに形成される。金属ワイヤは、電極パッド間を電気的に接続させる。電極パッドのうち一の電極パッド６ａに接合された金属ワイヤ４ａの一端には、受け面９が形成された基部８が設けられる。受け面をよけた位置から一の電極パッドよりも上段に設けられた他の電極パッド６ｂに向けて金属ワイヤが延びる。一の電極パッドよりも下段に設けられたさらに他の電極パッド５に一端が接合された他の金属ワイヤ４ｂの他端が、基部の受け面にステッチボンディングにより接合される。【選択図】図１
2013191738.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の半導体チップ積層面側を上とした場合の、前記基板上に少なくとも２段以上積層された前記半導体チップと、
前記基板および前記半導体チップに形成された電極パッドと、
前記電極パッド間を電気的に接続させる金属ワイヤと、を備え、
前記電極パッドのうち一の電極パッドに接合された前記金属ワイヤの一端には、ステッチボンディングが可能な受け面が形成された基部が設けられ、前記受け面をよけた位置から前記一の電極パッドよりも上段に設けられた他の電極パッドに向けて前記金属ワイヤが延び、
前記一の電極パッドよりも下段に設けられたさらに他の電極パッドに一端が接合された他の金属ワイヤの他端が、前記基部に形成された前記受け面にステッチボンディングにより接合されており、
前記電極パッドのうち最上段の電極パッドに接合された前記金属ワイヤの最上段の前記電極パッド側の一端は、最上段の前記電極パッド上に設けられたバンプに接続されている半導体装置。
【請求項２】
基板と、
前記基板上に少なくとも２段以上積層された半導体チップと、
前記基板および前記半導体チップに形成された電極パッドと、
前記電極パッド間を電気的に接続させる金属ワイヤと、を備え、
前記電極パッドのうち一の電極パッドに接合された前記金属ワイヤの一端には、ステッチボンディングが可能な受け面が形成された基部が設けられ、前記受け面をよけた位置から前記一の電極パッドよりも上段に設けられた他の電極パッドに向けて前記金属ワイヤが延びている半導体装置。
【請求項３】
前記一の電極パッドよりも下段に設けられたさらに他の電極パッドに一端が接合された他の金属ワイヤの他端が、前記基部に形成された前記受け面にステッチボンディングにより接合されている請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
基板と、前記基板の半導体チップ積層面側を上とした場合の前記基板上に少なくとも２段以上積層された前記半導体チップと、前記基板および前記半導体チップに形成された電極パッドと、前記電極パッドに接合されて前記電極パッド間を電気的に接続させる金属ワイヤと、を備える半導体装置の製造方法であって、
先端から前記金属ワイヤを供給するキャピラリによって、前記金属ワイヤの一端に形成されたボール部を、前記電極パッドのうち一の電極パッドに押しつけてつぶすことで前記金属ワイヤの一端を前記一の電極パッドに接合し、
前記ボール部がつぶされて形成された基部に、前記キャピラリのフェイス部を押し当てて、ステッチボンディングが可能な受け面を形成し、
前記キャピラリを前記一の電極パッドよりも上段に設けられた他の電極パッド側に移動させて前記他の電極パッドに前記金属ワイヤの他端をステッチボンディングする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記一の電極パッドよりも下段に設けられたさらに他の電極パッドに一端が接合された他の金属ワイヤの他端を、前記基部に形成された前記受け面にステッチボンディングによって接合する請求項４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】
本発明の実施形態は、半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、配線層が形成された基板上にコントローラチップやメモリチップ等の半導体チップを載置した半導体装置が知られている。このような半導体装置では、基板上に設けられた電極パッドとチップ上に設けられた電極パッドとを、金属ワイヤで接続することで（以下、ボンディングともいう）、基板とチップとが互いに電気的に接続される。このような半導体装置では、装置自体の薄型化のために金属ワイヤのループ高さをより低く抑えることが望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２４３４４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一つの実施形態は、金属ワイヤのループ高さを抑えて装置の薄型化を図るとともに、ボンディングの工程数を抑えてコストの抑制を図ることのできる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】
【０００５】
一つの実施形態によれば、基板と、半導体チップと、電極パッドと、金属ワイヤとを備える半導体装置が提供される。半導体チップは、基板上に少なくとも２段以上積層される。ここで基板上とは、基板の半導体チップ積層面側を上とした場合の上を指す。電極パッドは、基板および半導体チップに形成される。金属ワイヤは、電極パッド間を電気的に接続させる。電極パッドのうち一の電極パッドに接合された金属ワイヤの一端には、ステッチボンディングが可能な受け面が形成された基部が設けられる。基部の受け面をよけた位置から一の電極パッドよりも上段に設けられた他の電極パッドに向けて金属ワイヤが延びる。一の電極パッドよりも下段に設けられたさらに他の電極パッドに一端が接合された他の金属ワイヤの他端が、基部の受け面にステッチボンディングにより接合されている。電極パッドのうち最上段の電極パッドに接合された金属ワイヤの最上段の電極パッド側の一端は、最上段の電極パッド上に設けられたバンプに接続されている。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、第１の実施の形態にかかる半導体装置の断面図である。
【図２】図２は、図１に示すＡ部分を拡大した部分拡大断面図であって、ボンディングの手順を説明するための図である。
【図３】図３は、図１に示すＡ部分を拡大した部分拡大断面図であって、ボンディングの手順を説明するための図である。
【図４】図４は、図１に示すＡ部分を拡大した部分拡大断面図であって、ボンディングの手順を説明するための図である。
【図５】図５は、図４に示すＢ−Ｂ線に沿った矢視断面図である。
【図６】図６は、図１に示すＡ部分を拡大した部分拡大断面図であって、ボンディングの手順を説明するための図である。
【図７】図７は、図６に示すＣ−Ｃ線に沿った矢視断面図である。
【図８】図８は、半導体装置の製造手順を説明するためのフローチャートである。
【図９】図９は、比較例としての半導体装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に添付図面を参照して、実施の形態にかかる半導体装置およびその製造方法を詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。
【０００８】
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態にかかる半導体装置の断面図である。半導体装置１は、基板２、半導体チップ３、金属ワイヤ４を備える。基板２は、例えば絶縁性樹脂基板の内部や表面に配線層を設けたものであり、素子搭載基板と端子形成基板とを兼ねる。このような基板２として、ガラス−エポキシ樹脂やガラス−ＢＴ樹脂（ビスマレイミド・トリアジン樹脂）などを用いたプリント配線板が使用される。基板２の表面には、複数の電極パッド（基板側電極パッド（さらに他の電極パッド）５）が形成されている。
【０００９】
半導体チップ３は、基板２上に実装される半導体素子であり、例えばＤＲＡＭやＮＡＮＤフラッシュメモリなどをコントロールするためのコントローラチップや、ＤＲＡＭやＮＡＮＤフラッシュメモリなどの半導体メモリチップである。半導体チップ３の上面には、複数の電極パッド（チップ側電極パッド６）が形成されている。
【００１０】
複数枚の半導体チップ３が基板２上に積層されている。本実施の形態では、２枚の半導体チップ３が積層された例を挙げて説明する。なお、以下の説明において、基板２に直接実装される半導体チップ３を下段側半導体チップ（一の半導体チップ）３ａともいい、下段側半導体チップ３ａの上段に積層された半導体チップ３を上段側半導体チップ（他の半導体チップ）３ｂともいう。
【００１１】
半導体チップ３は、熱硬化性樹脂等を用いた接着剤７によって基板２や下段側半導体チップ３ａに接着される。複数枚の半導体チップ３は、平面視において互いにずらして配置されて、階段状に積層されている。これにより、下段側半導体チップ３ａの上面の一部が、上段側半導体チップ３ｂに覆われずに露出する。この露出部分となる位置にチップ側電極パッド６が形成される。なお、以下の説明において、下段側半導体チップ３ａに形成されたチップ側電極パッド６を下段チップ側電極パッド（一の電極パッド）６ａともいい、上段側半導体チップ３ｂに形成されたチップ側電極パッド６を上段チップ側電極パッド（他の電極パッド）６ｂともいう。
【００１２】
金属ワイヤ４は、その両端部が電極パッド５，６に接合されて、電極パッド５，６同士を電気的に接続させる。金属ワイヤ４には、金等の金属が用いられている。なお、以下の説明において、下段チップ側電極パッド６ａと上段チップ側電極パッド６ｂとを電気的に接続させる金属ワイヤを上段金属ワイヤ４ａともいい、基板側電極パッド５と下段チップ側電極パッド６ａとを電気的に接続させる金属ワイヤを下段金属ワイヤ（他の金属ワイヤ）４ｂともいう。また、金属ワイヤ４を電極パッド５，６に接合させることをボンディングともいう。
【００１３】
次に、図面を用いて半導体装置１の製造手順を詳細に説明する。図２、３、４、６は、図１に示すＡ部分を拡大した部分拡大断面図であって、ボンディングの手順を説明するための図である。図５は、図４に示すＢ−Ｂ線に沿った矢視断面図である。図７は、図６に示すＣ−Ｃ線に沿った矢視断面図である。図８は、半導体装置の製造手順を説明するためのフローチャートである。なお、図５、７では、キャピラリ１１の図示を省略している。
【００１４】
まず、基板２に半導体チップ３を実装する（ステップＳ１）。次に、上段側半導体チップ３ｂの上段チップ側電極パッド６ｂ上にバンプ１０を形成する（ステップＳ２）。バンプ１０は、最上段となる電極パッド（本実施の形態では上段チップ側電極パッド６ｂ）上に設けられて、金属ワイヤ４の下端と上段側半導体チップ３ｂの上面との間に所定の間隔Ｘ（図１も参照）を形成させる。この間隔Ｘが不足すると、金属ワイヤ４と上段側半導体チップ３ｂの上面とが接触してしまう場合がある。なお、バンプ１０の形成は、キャピラリ１１によって行われるが、その詳細な説明については省略する。
【００１５】
次に、下段側半導体チップ３ａの下段チップ側電極パッド６ａに、上段金属ワイヤ４ａの一端をファーストボンディングによって接合させる。図２に示すように、金属ワイヤ４は、キャピラリ１１に形成された貫通孔１１ｂを通して供給される。チップ側電極パッド６に接合する前の金属ワイヤ４の先端には、略球体状のボール部１２が形成されている。ボール部１２は、トーチ（図示せず）と金属ワイヤ４との間に電圧が印加されて生じるスパークによって、キャピラリ１１の先端から突出した金属ワイヤ４が溶融して形成される。また、金属ワイヤ４のボンディングは、キャピラリ１１によって金属ワイヤ４に荷重と超音波を加えることによって行われる。
【００１６】
まず、図３に示すように、キャピラリ１１によってボール部１２が下段チップ側電極パッド６ａに押しつけてつぶされることで（ステップＳ３）、下段チップ側電極パッド６ａへの上段金属ワイヤ４ａのボンディングが行われる。
【００１７】
次に、図４、５に示すように、上段金属ワイヤ４ａの一端に基部８と受け面９を形成する（ステップＳ４）。より具体的には、ステップＳ３においてボール部１２がつぶされて形成された基部８に、キャピラリ１１のフェイス部１１ａを押し当てて受け面９を形成する。
【００１８】
フェイス部１１ａを押し当てる際には、キャピラリ１１をセカンドボンディング地点方向、すなわち上段チップ側電極パッド６ｂ方向に移動させておく。これにより、フェイス部１１ａのうち上段チップ側電極パッド６ｂから離れた側となる部分が基部８に押し当てられる。
【００１９】
フェイス部１１ａのうち上段チップ側電極パッド６ｂから離れた側となる部分を基部８に押し当てることで、図４、５に示すように、受け面９をよけた位置であって、セカンドボンディング地点方向（上段チップ側電極パッド６ｂ方向）となる位置から金属ワイヤ４が延びた状態とすることができる。
【００２０】
次に、上段金属ワイヤ４ａの他端を、上段チップ側電極パッド６ｂ上のバンプ１０に対してセカンドボンディングによって接合する（ステップＳ５）。バンプ１０へのボンディングは、一般的にステッチボンディングと呼ばれる手法を用いればよい。これにより、上段金属ワイヤ４ａによって、下段チップ側電極パッド６ａと上段チップ側電極パッド６ｂとが電気的に接続される。
【００２１】
次に、下段金属ワイヤ４ｂの一端を基板側電極パッド５にファーストボンディングによって接合する（ステップＳ６）。基板側電極パッド５へのボンディングは、一般的にボールボンディングと呼ばれる手法を用いればよい。
【００２２】
次に、図６、７に示すように、下段金属ワイヤ４ｂの他端を、基部８に形成された受け面９にセカンドボンディングによって接合する（ステップＳ７）。受け面９へのボンディングは、一般的にステッチボンディングと呼ばれる手法を用いればよい。
【００２３】
以上の工程により、半導体装置１が製造される。なお、ステップＳ７の後に、基板２の表面を樹脂で封止したり、ケースで覆ったりすることで、半導体装置１の外郭を構成してもよい。
【００２４】
図９は、比較例としての半導体装置の断面図である。なお、上記半導体装置１と同様の構成については、同様の符号を付している。比較例として示す半導体装置５１では、上段金属ワイヤ５４ａおよび下段金属ワイヤ５４ｂの両方で、上記半導体装置１の下段金属ワイヤ４ｂと同様に、ボールボンディングによってファーストボンディングが行われ、ステッチボンディングによってセカンドボンディングが行われる。
【００２５】
また、下段金属ワイヤ５４ｂを先にボンディングしてから上段金属ワイヤ５４ａをボンディングしている。下段金属ワイヤ５４ｂのセカンドボンディングにおいて、ステッチボンディングを行うためには、下段金属ワイヤ５４ｂの下端と、下段側半導体チップ３ａの上面との間に所定の間隔Ｚが必要となる。この間隔Ｚが不足すると、下段金属ワイヤ５４ｂと下段側半導体チップ３ａの上面とが接触してしまう場合がある。
【００２６】
十分な間隔Ｚを設けるために、半導体装置５１では、上段チップ側電極パッド６ｂ上だけでなく、下段チップ側電極パッド６ａ上にもバンプ６０が形成されている。そして、下段金属ワイヤ５４ｂがステッチボンディングされた下段チップ側電極パッド６ａに対して、上段金属ワイヤ５４ａがボールボンディングによって接合される。
【００２７】
そのため、バンプ６０の高さ分だけ、上段金属ワイヤ５４ａのループ高さが高くなってしまう。また、バンプ６０を形成するための工程が必要となるため、工数の増加によるコスト増加を招いてしまう。
【００２８】
一方、本実施の形態にかかる半導体装置１では、先に上段金属ワイヤ４ａを下段チップ側電極パッド６ａにボンディングし、基部８と受け面９を形成することで、バンプ６０を設けることなく、ステッチボンディングに必要な間隔Ｙ（図６も参照）を確保し、ステッチボンディングの対象となる面（受け面９）を設けることができる。
【００２９】
また、上段金属ワイヤ４ａは、平面視において受け面９をよけるとともに、セカンドボンディング地点方向となる位置から延びているので、ステッチボンディングを行う際にキャピラリ１１によってループをつぶされにくくすることができる。
【００３０】
したがって、下段チップ側電極パッド６ａ上にバンプ６０を設けずに、上段金属ワイヤ４ａと下段金属ワイヤ４ｂをボンディングすることができるので、上段金属ワイヤ４ａのループ高さをバンプ６０の高さ分低く抑えることができる。これにより、半導体装置１自体の薄型化を図ることが可能となる。また、バンプ６０を設ける工程を減らすことができるので、工数の削減によるコストの抑制を図ることができる。
【００３１】
なお、本実施の形態では、２枚の半導体チップ３が積層された例を挙げて説明しているが、３枚以上の半導体チップ３が積層されていても構わない。例えば、４枚の半導体チップが積層された４段構成の半導体装置であれば、基板側から１〜３段目の半導体チップの電極パッドでバンプの形成を省略することができる。
【００３２】
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、以上のように表わしかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付のクレームおよびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１  半導体装置、２  基板、３  半導体チップ、３ａ  下段側半導体チップ（一の半導体チップ）、３ｂ  上段側半導体チップ（他の半導体チップ）、４  金属ワイヤ、４ａ  上段金属ワイヤ、４ｂ  下段金属ワイヤ（他の金属ワイヤ）、５  基板側電極パッド（さらに他の電極パッド）、６  チップ側電極パッド、６ａ  下段チップ側電極パッド（一の電極パッド）、６ｂ  上段チップ側電極パッド（他の電極パッド）、７  接着剤、８  基部、９  受け面、１０  バンプ、１１  キャピラリ、１１ａ  フェイス部、１１ｂ  貫通孔、１２  ボール部、５１  半導体装置、５４ａ  上段金属ワイヤ、５４ｂ  下段金属ワイヤ、６０  バンプ、Ｘ，Ｙ，Ｚ  間隔
【図１】
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【図２】
2013191738.tif 000004
【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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