(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に実装された半導体チップの電極パッド上に金属バンプが１つまたは複数個積み重ねた状態で形成されており、該積み重ねられた金属バンプの最上段の金属バンプ上面と基板上の電極パッド、または該積み重ねられた金属バンプの最上段の金属バンプ上面と他の半導体チップの電極パッドの間が金属ワイヤでボンディングされているとともに、前記金属バンプ上面にボンディングされた金属ワイヤの上にさらに金属バンプが形成され、この金属バンプに対してフリップチップ型半導体チップの電極パッドが接合されていることを特徴とする半導体構造。
【請求項２】
基板上に実装された半導体チップの電極パッド上に金属バンプを形成し、これを１回また複数回繰り返すことによって半導体チップの電極パッド上に１つまたは複数個の金属バンプを積み重ねた状態で形成した後、該積み重ねられた金属バンプの最上段の金属バンプ上面を２次ボンディング点、基板上の電極パッドまたは他の半導体の電極パッドを１次ボンディング点としてこれらの間を金属ワイヤでボンディングし、次いで、前記金属バンプ上面にボンディングされた金属ワイヤの上にさらに金属バンプを形成し、この金属バンプに対してフリップチップ型半導体チップの電極パッドを接合することを特徴とするボンディング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パッケージの薄型化、小型化が可能な半導体構造とボンディング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６に、従来の半導体構造を示す。図において、１はプリント基板，フィルム基板，リードフレームなどの半導体チップ実装用の基板、２は基板１上に実装された半導体チップ、３は半導体チップ２の上面周縁に形成された電極パッド、４は基板１上に形成された配線用の電極パッド、５は電極パッド３，４間にボンディングされた金線などの金属ワイヤである。
【０００３】
この図６に示した半導体構造は、まず最初に半導体チップ２上の電極パッド３に金属ワイヤ５を１次ボンディングした後、基板１上の電極パッド４に２次ボンディングする、いわゆるフォワード法と呼ばれるワイヤボンディング方法によって配線したものである。
【０００４】
すなわち、フォワード法は、金属ワイヤ５を挿通したキャピラリー（図示せず）を半導体チップ２の電極パッド３の直上に位置させ、放電電極からの放電によりキャピラリー先端から突出した金属ワイヤ５の先端にボールを形成した後、キャピラリーを下降させて電極パッド３に押圧することにより溶融したボールを電極パッド３に１次ボンディングし、次いで、キャピラリーを所定の軌跡に沿って基板１上の電極パッド４の直上まで移動させた後、該位置で電極パッド４に向けて下降させ、押圧すると同時に超音波などを印加することにより金属ワイヤ５をキャピラリー先端位置で電極パッド４に２次ボンディングするものである。
【０００５】
ところで、上記のようなボンディング方法においては、金属ワイヤ５に十分な接続強度を与えるため、金属ワイヤ５は１次ボンディング位置で一度所定距離だけ垂直方向に立ち上がらせた後、２次ボンディング位置に向けて折り曲げ配線する必要がある。このため、半導体チップ２上の電極パッド３が１次ボンディング点となるフォワード法の場合、チップ表面からのワイヤ高さｈがその分だけ高くなってしまい、それ以上薄型化することができず、完成後の半導体パッケージの厚さが厚くなってしまうという欠点があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来、上記欠点をなくすための１つの方法として、図７に示すように、まず最初に基板１上の電極パッド４に金属ワイヤ５を１次ボンディングした後、半導体チップ２の電極パッド３に２次ボンディングする、いわゆるリバース法と呼ばれるワイヤボンディング方法が利用されている。
【０００７】
しかしながら、近時における半導体チップの高密度化、多電極化に伴い、電極パッドは、半導体チップの上面周縁に沿って１列に並ぶだけでなく、その内側にも二重あるいは三重に並んだ多重配列電極が採用されるようになった。このような多重配列電極を備えた半導体チップの場合、前記フォワード法やリバース法を利用してワイヤボンディングしても、たとえば図８、図９に示すように、外側の電極パッド３ａにボンディングされた金属ワイヤ５ａについてはそれほど問題ないが、内側の電極パッド３ｂに接続された金属ワイヤ５ｂについては、外側の電極パッド３ａにボンディングされた金属ワイヤ５ａとの接触を避けるため、ワイヤ間距離を十分にとる必要があり、ワイヤ間距離を大きく取れるフォワード法によってボンディングせざるを得なかった。このため、チップ面からのワイヤ高さｈをある程度以下に低くすることが難しかった。
【０００８】
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、多重配列電極の場合であってもチップ面からのワイヤ高さを低くでき、パッケージの薄型化、小型化を可能にした半導体構造とボンディング方法を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は次のような手段を採用した。
すなわち、請求項１に係る半導体構造は、基板上に実装された半導体チップの電極パッド上に金属バンプが１つまたは複数個積み重ねた状態で形成されており、該積み重ねられた金属バンプの最上段の金属バンプ上面と基板上の電極パッド、または該積み重ねられた金属バンプの最上段の金属バンプ上面と他の半導体チップの電極パッドの間が金属ワイヤでボンディングされているとともに、前記金属バンプ上面にボンディングされた金属ワイヤの上にさらに金属バンプが形成され、この金属バンプに対してフリップチップ型半導体チップの電極パッドが接合されていることを特徴とするものである。
【００１０】
また、請求項２に係るボンディング方法は、基板上に実装された半導体チップの電極パッド上に金属バンプを形成し、これを１回また複数回繰り返すことによって半導体チップの電極パッド上に１つまたは複数個の金属バンプを積み重ねた状態で形成した後、該積み重ねられた金属バンプの最上段の金属バンプ上面を２次ボンディング点、基板上の電極パッドまたは他の半導体の電極パッドを１次ボンディング点としてこれらの間を金属ワイヤでボンディングし、次いで、前記金属バンプ上面にボンディングされた金属ワイヤの上にさらに金属バンプを形成し、この金属バンプに対してフリップチップ型半導体チップの電極パッドを接合することを特徴とするものである。
【００１１】
上記のような半導体構造ならびにボンディング方法を採用した場合、金属バンプの積み重ね段数によってチップ面からのワイヤ高さを自在に調整することができる。このため、多重配列電極の場合であってもチップ面からのワイヤ高さを金属バンプの数によって調整することができ、半導体パッケージの薄型化、小型化を図ることができる。また、金属バンプ上面にボンディングされた金属ワイヤの上にさらに金属バンプを形成し、この金属バンプに対してフリップチップ型半導体の電極パッドを接合したので、ワイヤボンディング構造とフリップチップ構造を備えた複合タイプの半導体装置を簡単に製造することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
まず最初に、本発明の実施の形態について説明する前に、本発明の半導体構造とボンディング方法を実現するために必要な参考形態について説明する。
【００１３】
図１は、本発明に係る半導体構造を実現するための第１の参考形態である。この第１の参考形態は、本発明に係る半導体構造を実現するために必要な半導体構造の基本形態を示すもので、半導体チップ２の電極パッド３の上に３個の金属バンプ７を３段に積み重ねて形成し、この３段に積み重ねられた３個の金属バンプ７の最上段の金属バンプの上面を２次ボンディング点、基板１上の電極パッド４を１次ボンディング点として金属ワイヤ５をボンディングしたものである。なお、前述した従来例と同一の部分には同一の符号を付して示した。
【００１４】
このような半導体構造とした場合、金属バンプ７の段数を変えることにより、チップ表面からのワイヤ高さｈを自在に変えることが可能となり、半導体チップ２の電極パッド３が半導体チップ２の上面周縁に沿って１列に並ぶだけでなく、その内側にも二重あるいは三重に並んだ多重配列電極の場合でも、チップ表面からのワイヤ高さｈを最小に押さえることが可能となる。なお、金属バンプ７の積み重ね段数は図示の３段に限られものではなく、製造する半導体装置の仕様に応じて決定されるものである。
【００１５】
上記図１の半導体構造を得るためのボンディング方法を図２に示す。なお、この図２に示すボンディング方法は、以下に示すように、従来から用いられている既設のワイヤボンディング装置を用いて実現することができる。
【００１６】
まず最初に、（ａ）に示すように、金線などの金属ワイヤ５を挿通したキャピラリー８を半導体チップ２の電極パッド３の直上に位置させ、放電電極９からの放電により、キャピラリー先端から突出した金属ワイヤ５の先端にボール６を形成する。
【００１７】
次いで、（ｂ）に示すように、キャピラリー８を下降させ、溶融したボール６を電極パッド３に押圧して融着させた後、（ｃ）に示すように、図示しないクランプによって金属ワイヤ５をつかんだ状態でキャピラリー８を上方へ引き上げ、金属ワイヤ５を引きちぎることによって金属パッド３上に金属バンプ７を形成する。上記操作を必要回数、例えば図２の例の場合には３回繰り返すことにより、（ｄ）に示すように、金属パッド３上に３段重ねされた３個の金属バンプ７が形成される。
【００１８】
次いで、基板１上の電極パッド４を１次ボンディング点、前記３段に積み重ねられた３個の金属バンプ７の最上段の金属バンプの上面を２次ボンディング点として、前述したリバース法によって金属ワイヤ５をボンディングする。
【００１９】
すなわち、まず（ｅ）に示すように、金属ワイヤ５を挿通したキャピラリー８を基板１の電極パッド４の直上に位置させ、放電電極９からの放電により、キャピラリー先端から突出した金属ワイヤ５の先端にボール６を形成する。
【００２０】
次いで、（ｆ）に示すように、キャピラリー８を下降させ、溶融したボール６を電極パッド４に押圧して融着させた後、キャピラリー８を所定距離だけ垂直方向に立ち上がらせ、（ｇ）に示すように、所定の軌跡に沿って２次ボンディング点である半導体チップ２の電極パッド３の方向に向けて移動させる。そして、電極パッド３の直上に達したら、再びキャピラリー８を下降させ、金属ワイヤ５を３個の金属バンプ７の最上段の金属バンプ上面に所定の圧力で押しつけながら超音波などを加えることにより、金属ワイヤ５をキャピラリー先端位置で最上段の金属バンプ７の上面に２次ボンディングする。
【００２１】
次いで、（ｈ）に示すように、図示しないクランプによって金属ワイヤ５をつかんだ状態でキャピラリー８を上方へ引き上げることにより、金属ワイヤ５を引きちぎり、２次ボンディングを終了する。このようにして、図１に示したワイヤボンディング構造が完成する。
【００２２】
図３は、同じく本発明の半導体構造を実現するための第２の参考形態を示すものである。この第２の参考形態は、半導体チップ２の金属パッド３ａ，３ｂが内外２列配置されている半導体装置の場合の例を示すものである。
【００２３】
この例の場合、半導体チップ２の上面周縁の外側に位置する第１の電極パッド３ａと基板１上の対応する電極パッド４ａについては、従来と同様に、基板１の電極パッド４ａを１次ボンディング点、半導体チップ２の電極パッド３ａを２次ボンディング点とするリバース法によってワイヤボンディングされている。
【００２４】
一方、半導体チップ２の上面周縁の内側に位置する第２の電極パッド３ｂと基板１上の対応する電極パッド４ｂについては、半導体チップ２の電極パッド３ｂ上に金属バンプ７を２段に重ねて形成した後、基板１上の電極パッド４ｂを１次ボンディング点、前記２段に積み重ねられた金属バンプ７の最上段の金属バンプ上面を２次ボンディング点として金属ワイヤ５ｂをリバース法によってワイヤボンディングしたものである。
【００２５】
上記のような半導体構造とした場合、半導体チップ２の電極パッド３ａ，３ｂが内外２列に配置とされているにもかかわらず、チップ面からのワイヤ高さｈを低くすることができ、従来の半導体装置に比べてパッケージの薄型化、小型化を図ることができる。
【００２６】
図４は、本発明の半導体構造を実現するための第３の参考形態を示すものである。この第３の参考形態は、前記第２の実施の形態と同様な構造において、半導体チップ２と基板１上の電極パッド４ａとの間に高さの高い電子部品１０が実装されている場合の例を示すものである。
【００２７】
このように半導体チップ２と基板１上の電極パッド４ａとの間に高さの高い電子部品１０が実装されているような場合には、通常のリバース法では金属ワイヤ５ａが電子部品１０に接触するおそれがあるが、第３の参考形態のような構造とした場合には、図示するように、半導体チップ２の上面周縁の外側に位置する第１の電極パッド３ａ上に金属バンプ７を所定段数（図示例では１段）形成した後、基板１上の電極パッド４ａを１次ボンディング点、前記電極パッド３ａ上に形成された金属バンプ７の上面を２次ボンディング点として金属ワイヤ５ａをボンディングすればよい。
【００２８】
上記のような半導体構造とした場合、半導体チップと基板上の電極パッドとの間に他の電子部品が実装されているような場合でも、この電子部品を避けながら、チップ面からのワイヤ高さｈを可能な限り低く設定することができる。
【００２９】
次に、上記各参考形態を基礎として実現される本発明の半導体構造の一実施の形態を図５に示す。この実施の形態は、前記図２に例示したボンディング方法によってワイヤボンディングされた半導体チップ２上に、さらに金属バンプを利用して他の半導体チップをフリップチップ実装したものである。
【００３０】
すなわち、基板１上に実装されている半導体チップ２の電極パッド３上に金属バンプ７を形成し、基板１上の電極パッド４を１次ボンディング点、前記金属バンプ７を２次ボンディング点として金属ワイヤ５をボンディングした後、この２次ボンディング点の上にさらに金属バンプ７を２段に積み重ねて形成し、この全体として３段重ねした金属バンプ７の上に、フリップチップ型の半導体チップ１１をその電極パッド１２が金属バンプ７に接触した状態で載せ、この状態で熱などを加えることによって半導体チップ２上に半導体チップ１１をフリップチップ実装したものである。このような半導体構造とした場合、ワイヤボンディング構造とフリップチップ構造を備えた複合タイプの半導体装置を簡単に製造することができる。
【００３１】
なお、上記実施の形態は、半導体チップ２の電極パッド３と基板１上の電極パッド４間を接続する場合を例に採って説明したが、ボンディング点はこれらの間に限定されるものではなく、基板上に実装された半導体チップ同士の電極パッド間を接続することもできる。この場合、前記金属バンプを積み重ねられた半導体チップの電極パッドが２次ボンディング点、他の半導体チップの電極パッドが１次ボンディング点となる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、半導体チップの電極パッド上に金属バンプを形成し、この金属バンプの上に電極ワイヤをボンディングするようにしたので、チップ面からのワイヤ高さを自在に調整することができる。このため、半導体チップの電極パッドが多重配列されているような場合であっても、チップ面からのワイヤの高さを可能な限り低くでき、半導体パッケージの薄型化、小型化を図ることができる。また、金属バンプ上面にボンディングされた金属ワイヤの上にさらに金属バンプを形成し、この金属バンプに対してフリップチップ型半導体の電極パッドを接合するようにしたので、ワイヤボンディング構造とフリップチップ構造を備えた複合タイプの半導体装置を簡単に製造することができる。さらに、既設のワイヤボンディング装置を利用してボンディングを行うことができるので、設備投資が少なく済み、コスト増を抑えながら半導体パッケージの薄型化、小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る半導体構造を実現するために必要な半導体構造の第１の参考形態を示す略示側面図である。
【図２】  （ａ）〜（ｈ）は図１の参考形態に係る半導体構造を得るためのボンディング方法の説明図である。
【図３】  本発明に係る半導体構造を実現するために必要な半導体構造の第２の参考形態を示す略示側面図である。
【図４】  本発明に係る半導体構造を実現するために必要な半導体構造の第３の参考形態を示す略示側面図である。
【図５】  本発明に係る半導体構造の一実施の形態を示す略示側面図である。
【図６】  従来の半導体構造の第１の例を示す略示側面図である。
【図７】  従来の半導体構造の第２の例を示す略示側面図である。
【図８】  従来の半導体構造の第３の例を示す略示側面図である。
【図９】  従来の半導体構造の第４の例を示す略示側面図である。
【符号の説明】
１    基板
２    半導体チップ
３，３ａ，３ｂ  半導体チップの電極パッド
４，４ａ，４ｂ  基板の電極パッド
５，５ａ，５ｂ  金属ワイヤ
６    ボール
７    金属バンプ
８    キャピラリー
９    放電電極
１０  電子部品
１１  フリップチップ型の半導体チップ
１２  フリップチップ型半導体チップの電極パッド
【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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