(57)【要約】      （修正有）【課題】ボンディング時の負荷に充分に耐えることができ、かつ、複数の半導体チップを容易に積層可能な半導体装置を提供する。【解決手段】半導体装置は、支持基板１０を備える。複数の半導体チップ２０、３０、４０は、導電性ワイヤ５０を接合するボンディング領域をそれぞれが有し、互いにボンディング領域の上に重複しないように支持基板上に積層されている。補強材６０は、複数の半導体チップのうちボンディング領域の下に他の半導体チップが重複していない第１の半導体チップ４０の裏面に設けられている。樹脂７０は、複数の半導体チップを封止する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板と、
導電性ワイヤを接合するボンディング領域をそれぞれが有し、互いに前記ボンディング領域の上に重複しないように前記支持基板上に積層された複数の半導体チップと、
前記複数の半導体チップのうち前記ボンディング領域の下に他の半導体チップが重複していない第１の半導体チップの裏面に設けられた補強材と、
前記複数の半導体チップを封止する樹脂とを備えた半導体装置。
【請求項２】
前記第１の半導体チップは、前記複数の半導体チップのうち最上層に積層された半導体チップであることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記複数の半導体チップのうち前記ボンディング領域の下に他の半導体チップが重複している第２の半導体チップの裏面には前記補強材が設けられていないことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記補強材は、前記複数の半導体チップのうち最下層にある第３の半導体チップと前記支持基板との間に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項５】
前記補強材および前記複数の半導体チップは、それぞれほぼ同一の厚みを有し、ほぼ同一の平面サイズを有することを特徴とする請求項１から請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記補強材は、半導体基板を用いて形成されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体メモリ等の半導体装置においては、大容量化あるいは高性能化のために、１つの半導体パッケージ内に複数の半導体チップを積層した半導体多段積層装置が開発されている。半導体多段積層装置は、半導体チップと半導体チップとの間、または、半導体チップと支持基板との間を電気的に接続するためのボンディング領域に半導体チップが互いに重複しないように、半導体チップを階段状に多段積層することによって形成されている。
【０００３】
しかし、半導体チップを階段状に多段積層すると、或る半導体チップのボンディング領域の下に他の半導体チップが存在しない場合がある。この場合、その半導体チップのボンディングパッドに金属ワイヤを接続するときに、半導体チップに印加される負荷（応力）によって、半導体チップが撓み、あるいは、破損する場合がある。半導体チップが撓み、振動すると、金属ワイヤがボンディングパッドに接続されない場合が生じる。また、破損した場合には、半導体チップが不良となる。半導体チップのボンディング領域の下に、半導体チップよりも軟らかい支持基板がある場合にも、半導体チップは、撓み、あるいは、破損する可能性がある。
【０００４】
このような問題に対処するために、ボンディング時の負荷に耐えることができるように半導体チップの厚みを厚くして強度を上げることが考えられる。しかし、積層される全ての半導体チップの厚みを厚くすると、半導体装置全体のサイズが大きくなってしまう。また、半導体チップの厚みを厚くすると、ワイヤの長さが長くなるため、樹脂封止の際に樹脂の流れに対するワイヤの抵抗が大きくなる。これにより、ワイヤ流れ（wire sweep）が生じ、ワイヤが切断されたり、樹脂が充分に充填されないおそれがある。また、積層された半導体チップ全体の高さが高くなるので、樹脂封止の際に樹脂の流れが悪くなり、半導体チップを樹脂で充分に充填することができないおそれがある。
【０００５】
一方、補強の必要な半導体チップのみ厚くしようとすると、積層する複数の半導体チップの厚みがそれぞれ異なってしまう。この場合、複数の半導体チップをそれぞれ区別して積層しなければならないので、生産性が悪化する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２２８９３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ボンディング時の負荷に充分に耐えることができ、かつ、複数の半導体チップを容易に積層可能な半導体装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本実施形態による半導体装置は、支持基板を備える。複数の半導体チップは、導電性ワイヤを接合するボンディング領域をそれぞれが有し、互いにボンディング領域の上に重複しないように支持基板上に積層されている。補強材は、複数の半導体チップのうちボンディング領域の下に他の半導体チップが重複していない第１の半導体チップの裏面に設けられている。樹脂は、複数の半導体チップを封止する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態に従った半導体装置の構成を示す平面図。
【図２】第１の実施形態に従った半導体装置の構成を示す断面図。
【図３】半導体チップ２０と補強材６０との間の接着部および支持基板１０と補強材６０との間の接着部を示す断面図。
【図４】積層される前の半導体チップ２０〜４０および補強材６０の構造を示す断面図。
【図５】第２の実施形態に従った半導体装置の構造を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。
【００１１】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に従った半導体装置の構成を示す平面図である。図２は、第１の実施形態に従った半導体装置の構成を示す断面図である。図１では、樹脂７０および金属ワイヤ５０の図示を省略している。
【００１２】
半導体装置は、例えば、ＳＳＤ（Solid State Drive）等に用いられるＮＡＮＤ型フラッシュＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）である。
【００１３】
本実施形態による半導体装置は、支持基板１０と、複数の半導体チップ２０〜４０と、金属ワイヤ５０と、補強材６０と、樹脂７０とを備えている。支持基板１０は、例えば、ガラスエポキシ樹脂等を用いて形成されている。
【００１４】
複数の半導体チップ２０〜４０は、それぞれ半導体基板上に形成された半導体素子（図示せず）、および、金属ワイヤ５０に接続されるボンディングパッドＢＰ等を備えている。複数の半導体チップ２０〜４０は、ボンディングパッドが形成されているボンディング領域ＢＲ２０〜４１に互いに重複しないように、階段状に多段積層されている。尚、図１および図２では、３つの半導体チップ２０〜４０を示しているが、本実施形態による半導体装置は、積層された４つ以上の半導体チップを備えていてもよい。
【００１５】
半導体チップ２０および３０は、同一の構成を有してよい。多段積層構造の最上層に設けられた半導体チップ４０は、半導体チップ２０および３０とは異なる構成を有してよい。半導体チップ４０は、ボンディングパッドＢＰが半導体チップ４０の両側に設けられている。例えば、半導体チップ２０、３０は、ともにＮＡＮＤフラッシュＥＥＰＲＯＭのメモリチップであり、半導体チップ４０は、半導体チップ２０および３０を制御するＮＡＮＤコントローラや、ボンディングパッドＢＰの配置が半導体チップ２０および３０とは異なるＮＡＮＤフラッシュＥＥＰＲＯＭのメモリチップである。
【００１６】
なお、半導体チップ２０、３０および４０は、同一の構成をしても良い。この場合、半導体チップ２０および３０の上に他の半導体チップが重なった部分にある一部のボンディングパッドを使用しない。
【００１７】
図２に示すように、補強材６０は、第１の半導体チップとしての半導体チップ４０の裏面および第２の半導体チップとしての半導体チップ２０の裏面に設けられている。補強材６０は、第２の半導体チップとしての半導体チップ３０の裏面には設けられていない。
【００１８】
半導体チップ４０のボンディング領域ＢＲ４０の下には、半導体チップ３０が存在している。このため、ボンディング領域ＢＲ４０内のボンディングパッドＢＰに金属ワイヤ５０をボンディングする際に、半導体チップ４０は、実質的に半導体チップ３０によって補強され、ボンディングの負荷に耐えることができる。
【００１９】
一方、半導体チップ４０のボンディング領域ＢＲ４１の下には、他の半導体チップが存在していない。もし、補強材６０が半導体チップ４０の裏面に設けられていなかった場合、ボンディング時には、ボンディング領域ＢＲ４１の下は空洞状態となっている。このため、もし、補強材６０が半導体チップ４０の裏面に設けられていなかった場合、ボンディング領域ＢＲ４１におけるワイヤボンディングの際に、半導体チップ４０がワイヤボンディングの負荷によって撓み、あるいは、破損する可能性がある。
【００２０】
これに対し、本実施形態による半導体装置では、半導体チップ４０の裏面に補強材６０が設けられている。これにより、ボンディング領域ＢＲ４１内のボンディングパッドＢＰに金属ワイヤ５０をボンディングする際に、半導体チップ４０は、補強材６０によって補強され、ボンディングの負荷に耐えることができる。即ち、補強材６０は、ボンディング領域ＢＲ４１の下に他の半導体チップが重複していない半導体チップ４０の裏面に設けられている。これにより、半導体チップ４０は、ボンディング時の負荷に充分に耐えることができる。
【００２１】
半導体チップ２０のボンディング領域ＢＲ２０の下には、支持基板１０が存在している。支持基板１０は、通常、ガラスエポキシ樹脂等の樹脂を用いて形成されているため、シリコンを用いた半導体基板と比べて軟らかい。このため、もし、補強材６０が半導体チップ２０の裏面に設けられていなかった場合、ボンディング領域ＢＲ２０におけるワイヤボンディングの際に、半導体チップ２０がワイヤボンディングの負荷によって撓み、あるいは、破損する可能性がある。
【００２２】
これに対し、本実施形態による半導体装置では、半導体チップ２０の裏面に補強材６０が設けられている。これにより、ボンディング領域ＢＲ２０内のボンディングパッドＢＰに金属ワイヤ５０をボンディングする際に、半導体チップ２０は、補強材６０によって補強され、ボンディングの負荷に耐えることができる。即ち、補強材６０は、ボンディング領域ＢＲ２０の下に他の半導体チップが重複していない半導体チップ２０の裏面に設けられている。これにより、半導体チップ２０は、ボンディング時の負荷に充分に耐えることができる。
【００２３】
半導体チップ３０のボンディング領域ＢＲ３０の下には、半導体チップ２０が存在している。このため、ボンディング領域ＢＲ３０内のボンディングパッドＢＰに金属ワイヤ５０をボンディングする際に、半導体チップ３０は、実質的に半導体チップ２０によって補強され、ボンディングの負荷に耐えることができる。従って、半導体チップ３０のようにボンディング領域ＢＲ３０の下に他の半導体チップ２０が重複している場合には、補強材６０は、その半導体チップ３０の裏面には設ける必要がない。
【００２４】
このように、本実施形態において、補強材６０は、複数の半導体チップ２０〜４０のうち最上層に設けられた半導体チップ４０の裏面、並びに、最下層に設けられた半導体チップ２０と支持基板１０との間に設けられている。
【００２５】
半導体チップ２０〜４０はほぼ同一の厚みを有し、ほぼ同一の平面サイズを有する。さらに、補強材６０は、半導体チップ２０〜４０とほぼ同一の厚みを有し、ほぼ同一の平面サイズを有する。即ち、補強材６０の厚みＤ６０および半導体チップ２０〜４０の厚みＤ２０〜Ｄ４０は、互いにほぼ等しい（Ｄ２０＝Ｄ３０＝Ｄ４０＝Ｄ６０）。また、補強材６０は、半導体チップ２０〜４０とほぼ同一の平面サイズを有するので、半導体チップ２０、４０の外縁からはみ出すことなく、半導体チップ２０、４０の裏面を被覆することができる。半導体チップ２０、４０も、補強材６０からはみ出すことなく補強材６０の上に重畳することができる。
【００２６】
補強材６０は、例えば、半導体チップ２０〜４０の製造に用いられるシリコン基板（シリコンウェハ）を用いて形成されている。つまり、補強材６０は、複数の半導体チップ２０〜４０に用いられるシリコンウェハと同じシリコンウェハを用いて形成されている。半導体チップは、通常、シリコン基板と、該シリコン基板の表面に形成された微細なパターンとを有する。従って、補強材６０がシリコン基板（生ウェハ）である場合、補強材６０および複数の半導体チップ２０〜４０は、それぞれほぼ同一の厚み、かつ、ほぼ同一の平面サイズで形成され得る。
【００２７】
樹脂７０は、導体チップ２０〜４０、補強材６０および金属ワイヤ５０を封止している。
【００２８】
図３は、半導体チップ２０と補強材６０との間の接着部および支持基板１０と補強材６０との間の接着部を示す断面図である。半導体チップ２０と補強材６０との間、および、支持基板１０と補強材６０との間には、接着フィルム８０が設けられている。接着フィルム８０が、半導体チップ２０と補強材６０との間を接着し、支持基板１０と補強材６０との間を接着する。尚、図示しないが、半導体チップ２０と半導体チップ３０との間、半導体チップ３０と補強材６０との間、補強材６０と半導体チップ４０との間にも接着フィルム８０が設けられている。
【００２９】
図４は、積層される前の半導体チップ２０〜４０および補強材６０の構造を示す断面図である。半導体チップ２０〜４０は、それぞれそれらの裏面に接着フィルム８０を備えている。また、補強材６０もその裏面に接着フィルム８０を備えている。接着フィルム８０は、半導体チップ２０〜４０がダイシングによってチップごとに個別化される前に半導体ウェハの裏面に接着される。また、接着フィルム８０は、補強材６０がダイシングによって個別化される前に半導体ウェハの裏面に接着される。
【００３０】
そして、ダイシング後、図２に示すように、支持基板１０上に補強材６０、半導体チップ２０、半導体チップ３０、補強材６０および半導体チップ４０の順番でこれらを取り付け（マウント）する。これにより、半導体チップ２０〜４０および補強材６０が支持基板１０上に接着され、マウントされる。
【００３１】
その後、図２に示すように、金属ワイヤ５０をボンディングパッドＢＰに接合し、樹脂７０を用いて半導体チップ２０〜４０、補強材６０および金属ワイヤ５０を封止する。
【００３２】
ここで、補強材６０は、補強の必要な半導体チップ２０、４０のみに設けられており、補強の必要のない半導体チップ３０には設けられていない。これにより、金属ワイヤ５０は、必要以上に長くならない。従って、本実施形態は、樹脂７０で半導体チップ２０〜４０等を封止するときに、ワイヤ流れ、ワイヤ切断、および、樹脂の充填不良を抑制することができる。
【００３３】
本実施形態によれば、半導体チップ２０〜４０がほぼ同一の厚み、および、ほぼ同一の平面サイズを有するので、少なくとも半導体チップ２０および３０を互いに区別することなくマウントすることができる。通常、ＮＡＮＤフラッシュＥＥＰＲＯＭでは、ＮＡＮＤコントローラ以外のメモリチップが多数マウントされるため、区別することなくマウント可能であるメモリチップの比率が高いことは、装置の生産性の向上に大きく貢献することができる。
【００３４】
また、本実施形態によれば、補強材６０が無い場合にボンディング時にボンディング領域の下が空洞状態となってしまう半導体チップ４０、および、ボンディング領域の下が支持基板となってしまう半導体チップ２０に対して補強材６０を設けている。これにより、いずれの半導体チップ２０〜４０もボンディング時に印加される負荷によって撓んだり、破損することが抑制できる。
【００３５】
さらに、補強材６０は、半導体チップ２０〜４０に用いられている半導体ウェハで形成されている。また、補強材６０は、半導体チップ２０〜４０とほぼ同一の厚み、および、ほぼ同一の平面サイズを有する。従って、補強材６０同士を区別する必要がない。さらに、半導体チップ２０に対する補強材６０は、半導体チップ２０と同様の位置に支持基板１０上に搭載され、半導体チップ４０に対する補強材６０は、半導体チップ４０と同様の位置に半導体チップ３０上に搭載されればよい。その結果、本実施形態は、半導体装置の生産性を損ねない。
【００３６】
このように、本実施形態による半導体装置は、半導体装置の生産性を損ねることなく、ボンディング時の負荷による半導体チップの破損およびワイヤの接続不良を防止できる。
【００３７】
（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態に従った半導体装置の構造を示す断面図である。第２の実施形態は、積層されている半導体チップの個数が第１の実施形態のそれと異なる。第２の実施形態では、５個の半導体チップ２０、３０、４０、４２および４４が積層されている。半導体チップ４２は、半導体チップ４０上に設けられており、半導体チップ４４は、半導体チップ４２上に設けられている。半導体チップ４２および４４は、それぞれボンディング領域ＢＲ４２およびＢＲ４４を有する。
【００３８】
半導体チップ４０において、ボンディング領域ＢＲ４０は設けられているが、ＢＲ４１はボンディング領域として設けられていない。例えば、半導体チップ２０、３０、４０、４２、４４は、ＮＡＮＤフラッシュＥＥＰＲＯＭのメモリチップである。半導体チップ２０、３０と半導体チップ４０、４２、４４とは、マウントする際の平面方向の向きが１８０度異なる。
【００３９】
半導体チップ２０〜４４は、支持基板１０の表面と平行な方向に階段状にずらされながら積層されている。ここで、半導体チップ４２および４４のずれ方向は、半導体チップ２０〜４０のずれ方向とは逆である。従って、半導体チップ４０は、多段積層構造の最上層ではないが、補強材６０が半導体チップ４０の裏面に設けられている。もし、補強材６０が半導体チップ４０の裏面に設けられていなかった場合、ボンディング領域ＢＲ４０の下は空洞状態となるため、半導体チップ４０がワイヤボンディングの負荷によって撓み、あるいは、破損する可能性があるからである。
【００４０】
補強材６０が半導体チップ２０の裏面に設けられている理由は、第１の実施形態において説明した通りである。
【００４１】
補強材６０は、半導体チップ３０、４２および４４には設けられていない。ボンディング領域ＢＲ３０の下には半導体チップ２０が存在し、ボンディング領域ＢＲ４２の下には半導体チップ４０が存在し、ボンディング領域ＢＲ４４の下には半導体チップ４２が存在する。従って、半導体チップ３０、４２および４４は、補強される必要がないからである。半導体チップ４２、４４の厚みおよび平面サイズも、他の半導体チップ２０〜４０と同様でよい。
【００４２】
第２の実施形態のその他の構成は、対応する第１の実施形態の構成と同様でよい。第２の実施形態では補強されている半導体チップが多段積層構造の最上層の半導体チップではない。しかし、第２の実施形態は、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４３】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００４４】
１０・・・支持基板、２０、３０、４０、４２、４４・・・半導体チップ、５０・・・金属ワイヤ、６０・・・補強材、ＢＰ・・・ボンディングパッド、ＢＲ・・・ボンディング領域、７０・・・樹脂、８０・・・接着フィルム
【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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