JPH10303233A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ワイヤボンド工程を２回に分けて行うことに
より、下のチップからはみ出た部分のパッドにも確実に
ワイヤボンドできるようにすること。 【解決手段】 アイランド１３上に第１の半導体チップ
１０を固着し、第１の半導体チップ１０の上に第２の半
導体チップ１１を固着する。第２の半導体チップ１１に
は第１の半導体チップ１０からはみ出る突出部２０を持
つ。第１の加熱ステージ２１により主要部分のワイヤボ
ンドを行い、ついで第２の加熱ステージ２５によって突
出部２０に位置するボンディングパッド１２ａにワイヤ
ボンドを行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数の半導体チッ
プを重ね合わせてモールドしつつ、チップサイズの組み
合わせの自由度を増大できる半導体装置の製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の封止技術として最も普及し
ているのが、図６（Ａ）に示したような、半導体チップ
１の周囲を熱硬化性のエポキシ樹脂２で封止するトラン
スファーモールド技術である。半導体チップ１の支持素
材としてリードフレームを用いており、リードフレーム
のアイランド３に半導体チップ１をダイボンドし、半導
体チップ１のボンディングパッドとリード４をワイヤ５
でワイヤボンドし、所望の外形形状を具備する金型内に
リードフレームをセットし、金型内にエポキシ樹脂を注
入、これを硬化させることにより製造される。

【０００３】一方、各種電子機器に対する小型、軽量化
の波はとどまるところを知らず、これらに組み込まれる
半導体装置にも、一層の大容量、高機能、高集積化が望
まれることになる。そこで、以前から発想としては存在
していた（例えば、特開昭５５ー１１１１５１７号）、
１つのパッケージ内に複数の半導体チップを封止する技
術が注目され、実現化する動きが出てきた。つまり図６
（Ｂ）に示すように、アイランド３上に第１の半導体チ
ップ１ａを固着し、第１の半導体チップ１ａの上に第２
の半導体チップ１ｂを固着し、対応するボンディングパ
ッドとリード４とをボンディングワイヤ５ａ、５ｂで接
続し、樹脂２で封止したものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、回路機
能の組み合わせによっては半導体チップの形状が都合の
良い組み合わせになるとは限らない場合が生じる欠点が
ある。都合良くする為だけにチップを新規設計すれば新
たなコストアップにつながる。図７は今回本願発明者が
収納しようとした、都合の悪い組み合わせを示してい
る。第１の半導体チップ１ａが長方形の形状を具備し、
第２の半導体チップ１ｂは第１の半導体チップ１ａの短
辺よりは長い辺のみで構成する長方形を成している。こ
のような組み合わせであると、第１の半導体チップ１ａ
のボンディングパッドを隠さないようにすることは可能
であっても、第２の半導体チップ１ｂの一部が第１の半
導体チップ１ａよりどうしてもはみ出してしまう。この
はみ出た部分（突出部６）は、アイランド３又は第１の
半導体チップ１ａの支持が無いので、突出部６上のボン
ディングパッドにワイヤボンドを打つと超音波エネルギ
ーを十分に伝達できずボールの接着強度が不十分になる
ほか、第２の半導体チップ１ｂが割れてしまう事すらあ
る。そこで、図７（Ｂ）に示すように、ワイヤボンド時
のステージ７に階段状の段差８を形成し、第１と第２の
半導体チップ１ａ、１ｂを同時に支えるようにすること
でワイヤボンドを行うことを思案した。

【０００５】しかしながら、この方法でも、アイランド
３と第１の半導体チップ１ａを固着する接着剤９ａと、
第１の半導体チップ１ａと第２の半導体チップ１ｂを固
着する接着剤９ｂとの膜厚が各々数μ程度ばらつき、更
には各半導体チップ１ａ、１ｂの板厚もばらつくので、
半導体チップ１ａ、１ｂを上方から抑えたときにどちら
かのチップが割れてしまう等、同時に支持することが困
難である欠点があった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上述した従来の
課題に鑑み成されたもので、第１の半導体チップを支持
し第２の半導体チップの突出部を支持しない第１のステ
ージを準備し、該第１のステージ上でワイヤボンドを行
う第１のワイヤボンド工程と、第２の半導体チップの突
出部を支持し第１の半導体チップを支持しない第２のス
テージを準備し、該第２のステージ上でワイヤボンドを
行う第２のワイヤボンド工程とを備えることにより、チ
ップ形状が特異な組み合わせであっても確実にワイヤボ
ンド工程を実施できる半導体装置の製造方法を提供する
ものである。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下に本発明の一実施の形態を図
面を参照しながら詳細に説明する。先ず、図３（Ａ）
（Ｂ）は本発明の完成後の半導体装置を示す断面図、図
４は上面図、図５は裏面図である。尚、図３（Ａ）は図
４のＡＡ線断面図、同じく図３（Ｂ）は図４のＢＢ線断
面図である。

【０００８】図中、１０、１１は各々第１と第２の半導
体チップを示している。第１と第２の半導体チップ１
０、１１のシリコン表面には、前工程において各種の能
動、受動回路素子が形成されている。第１と第２の半導
体チップ１０、１１のチップの周辺部分には外部接続用
のボンディングパッド１２が形成されている。各ボンデ
ィングパッド１２を被覆するようにシリコン窒化膜、シ
リコン酸化膜、ポリイミド系絶縁膜などのパッシベーシ
ョン皮膜が形成され、ボンディングパッド１２の上部は
電気接続のために開口されている。

【０００９】第１の半導体チップ１０はリードフレーム
のアイランド１３上にＡｇペーストなどのエポキシ系導
電接着剤１４によりダイボンドされ、更に第２の半導体
チップ１１は第１の半導体チップ１０の前記パッシベー
ション皮膜上に絶縁性のエポキシ系接着剤１５により固
着されている。各半導体チップ１０、１１表面のボンデ
ィングパッド１２の表面には、金線等のボンディングワ
イヤ１６の一端がワイヤボンドされており、ボンディン
グワイヤ１６の他端は外部導出用のリード端子１７の先
端部１７ａにワイヤボンドされている。

【００１０】第１と第２の半導体チップ１０、１１、リ
ード端子の先端部１７ａ、およびボンディングワイヤ１
６を含む主要部は、周囲をエポキシ系の熱硬化樹脂１８
でモールドされ、パッケージ化される。リード端子１７
はパッケージ側壁の、樹脂１８の厚みの約半分の位置か
ら外部に導出される。即ち、図３（Ａ）を参照して、リ
ード１７から上側の樹脂厚みｔ１と下側の樹脂厚みｔ２
とはほぼ同等の厚みである。そして、樹脂１８の外部に
導出されたリード端子１７は一端下方に曲げられ、再度
曲げられてＺ字型にフォーミングされている。このフォ
ーミング形状は、リード端子１７の裏面側固着部分１７
ｂをプリント基板に形成した導電パターンに対向接着す
る、表面実装用途の為の形状である。

【００１１】この半導体装置は、先ずリードフレームの
状態でアイランド１３の４隅に設けた保持用タイバー１
９に段付け加工を施すことにより、アイランド１３の高
さとリード端子先端部１７ａとの高さを異ならしめてお
き、アイランド１３に第１と第２の半導体チップ１０、
１１をダイボンドし、ボンディングパッド１２とリード
端子の先端部１７ａとをワイヤボンドし、次いでアイラ
ンド１３の裏面が上下金型に設けたキャビティの表面に
接触するように、リードフレームの枠体とリード端子１
７を上下金型で挟み固定し、斯る状態で樹脂を注入、硬
化させることにより得ることができる。

【００１２】前記リードフレームは、板厚が１５０〜２
００μの銅系または鉄系の板状素材をエッチング又はパ
ンチング加工することによりアイランド１３、リード端
子１７等の各パーツを成形したもので、モールド工程後
に切断されるまでは各パーツはリードフレームの枠体に
保持されている。保持された状態でリード端子の先端部
１７ａと前記枠体とは高さが一致しており、アイランド
１３だけが段付け加工されて高さが異なる。その為完成
後の装置ではアイランド１３を保持するタイバー１９は
樹脂１８内部で上方に折り曲げられ、リード１４の高さ
と一致する位置で再びほぼ水平に延在し、そして樹脂１
８表面に切断面が露出して終端する。

【００１３】各半導体チップ１０、１１は、組立工程直
前にバックグラインド工程により裏面を研磨して２５０
〜３００μの厚みにしている。リード端子１７の板厚
（図３（Ａ）の図示ｔ３）は約１３０μである。板状材
料から同時に形成するのでアイランド１３の板厚も同じ
値であり、この値は各パーツの機械的強度を保つほぼ限
界の値である。

【００１４】アイランド１３は、第１の半導体チップ１
０より小さく、第１の半導体チップ１０の中心部分だけ
を支持している。アイランド１３を支持するダイバー１
９は、第２の半導体チップ１１を迂回できるだけ水平方
向に延在し、上述したように樹脂１８内部に向かって折
り曲げられる。アイランド１３裏面は樹脂１８の表面に
露出しており（図５の図示１３ａ）、タイバー１９の前
記迂回して延在する部分も裏面が露出されている（図５
の図示１９ａ）。第１の半導体チップ１０は、例えば長
辺×短辺が３．０ｍｍ×８．５ｍｍの様な長方形の細長
い形状を具備し、第２の半導体チップ１１は、例えば
５．６ｍｍ×６．５μの様な、ほぼ正方形に近い形状を
具備している。第２の半導体チップ１１のどちらの辺も
第１の半導体チップ１０の短辺よりは長いので、重ねる
と第１の半導体チップ１０よりはみ出す突出部２０を持
つ。第１と第２の半導体チップ１０、１１を逆にして重
ねるとボンディングパッド１２の一部が隠れるので、こ
の順番以外で重ねることはできない。

【００１５】以下に、上述した半導体装置のワイヤボン
ド工程を詳細に説明する。図１は、第１のワイヤボンド
工程を説明するための（Ａ）平面図、（Ｂ）ＣＣ線断面
図、（Ｃ）ＤＤ線断面図である。先ず、アイランド１３
上に導電性の接着剤１４を適宜量供給し、その上に第１
の半導体チップ１０を設置し、ベーキングにより接着剤
１４を固化して第１の半導体チップ１０を固着し、次い
で第１の半導体チップ１０の上に絶縁性の接着剤１５を
適宜量供給し、その上に第２の半導体チップ１１を設置
し、ベーキングにより接着剤１５を固化して第２の半導
体チップ１１を固定する。

【００１６】次いで、各チップ１０、１１を固着したリ
ードフレームを、第１の加熱ステージ２１上に位置合わ
せして設置する。第１の加熱ステージ２１には、リード
端子１７を支持する部分２２と第１の半導体チップ１０
を支持する部分２３とを具備する。アイランド１３裏面
は支持せず凹部２４に逃がしている。第２の半導体チッ
プ１１を支持する部分もない。尚、リードフレームやシ
リコンチップの端部に発生するバリを回避するために、
第１の加熱ステージ２１の各部２２、２３はリード端子
１７や第１の半導体チップ１０の端部より少しだけ後退
させている。

【００１７】第１の半導体チップ１０を支持する部分２
３は、アイランド１３とタイバー１９を避けて図１
（Ａ）の斜線で示した領域で第１の半導体チップ１０の
裏面に接触している。支持する部分２３の上部には第１
の半導体チップ１０のボンディングパッド１２が位置し
ており、望ましくは第２の半導体チップ１１のボンディ
ングパッド１２もその一部が上部に位置する。

【００１８】そして、加熱ステージ２１の各部２２、２
３を通して２００℃以上に加熱すると共に、ボンディン
グパッド側に１ｓｔボンドを、リード端子１７側に２ｎ
ｄボンドを打つことで第１のワイヤボンディング工程を
行う。ボンディングワイヤ１６を打つのは支持する部分
２３上に位置するボンディングパッド１２のみである。
第２の半導体チップ１１の突出部２０に位置し、第１の
加熱ステージ２１で支持されていない部分のボンディン
グパッド１２ａにはワイヤを打たない。支持する部分２
３上に位置する第２の半導体チップ１１のボンディング
パッド１２が高さが異なる点は、ワイヤボンダーのキャ
ピラリツールの高さの設定を変更することで吸収でき
る。

【００１９】次いで、リードフレームを第２の加熱ステ
ージ２５上に移動、設置し、第２のワイヤボンド工程を
行う。図２はそのときの状態を示す（Ａ）平面図、
（Ｂ）ＥＥ線断面図、（Ｃ）ＦＦ線断面図である。第２
の加熱ステージ２５には、リード端子１７を支持する部
分２６と第２の半導体チップ１１を支持する部分２７と
を具備する。アイランド１３及び第１の半導体チップ１
０は支持せず凹部２８によって逃がした構造になってい
る。また、支持する部分２７はタイバー１９をも避けた
構造になっている。支持する部分２７と第２の半導体チ
ップ１１とが接触する部分を図２（Ａ）中に斜線部で示
している。少なくとも支持する部分２７の上部に第２の
半導体チップ１１の突出部２０に形成されたボンディン
グパッド１２ａが位置するものとする。

【００２０】そして、加熱ステージ２５の各部２６，２
７を通して２００℃以上に加熱しながら、残ったボンデ
ィングパッド１２ａに１ｓｔボンドを打ち、対応するリ
ード端子１７側に２ｎｄボンドを打つことにより、第２
のワイヤボンド工程を行う。支持する部分２７上に位置
する部分にだけワイヤボンドするので、チップに無理な
機械的応力が加わることがない。尚、第１のワイヤボン
ド工程においてボンディングパッド１２が支持する部分
２３に半分だけ跨っているような場合は、第１と第２の
ワイヤボンド工程のどちらで処理してもかまわない。

【００２１】以上に説明したように、本発明では第１の
半導体チップ１０上に位置するボンディングパッド１２
と突出部２０に位置するボンディングパッド１２ａとで
別設計の加熱ステージを用い、第１と第２のワイヤボン
ディング工程でワイヤボンドしているので、チップに無
理な機械適応力を加えることなくワイヤボンドできるも
のである。

【００２２】

【発明の効果】以上に説明した通り、本発明によれば、
１つのパッケージ内に複数の半導体チップ１０、１１を
積層する事により、電子機器の軽薄短小化の要求に沿っ
た高密度実装の製品を提供できる利点を有する。このと
き、大きさの関係ではみ出す突出部２０を生じるような
関係のチップでも、第１と第２の加熱ステージ２１、２
５を用いることで安全、確実にワイヤボンドできる利点
を有する。

【００２３】そして、突出部２０を生じるチップの組み
合わせを許可できるので、チップの組み合わせに幅がで
き、様々な製品群に展開できる利点を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１のワイヤボンド工程を説明するた
めの（Ａ）平面図、（Ｂ）ＣＣ線断面図、（Ｃ）ＤＤ線
断面図である。

【図２】本発明の第２のワイヤボンド工程を説明するた
めの（Ａ）平面図、（Ｂ）ＥＥ線断面図、（Ｃ）ＦＦ線
断面図である。本発明を説明するための断面図である。

【図３】本発明を説明するための断面図である。

【図４】本発明を説明するための上面図である。

【図５】本発明を説明するための裏面図である。

【図６】従来例を説明するための断面図である。

【図７】従来例を説明するための（Ａ）平面図、（Ｂ）
断面図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アイランドの上に前記アイランドより大
   きさが大きい第１の半導体チップを固着する工程と、 前記第１の半導体チップの上に、前記第１の半導体チッ
   プより大きさがはみ出す突出部を有する第２の半導体チ
   ップを固着する工程と、 前記第１の半導体チップの、前記アイランドからはみ出
   た部分を少なくとも支持する部分を有する第１のステー
   ジ上に移動し、前記第１の半導体チップのボンディング
   パッドをワイヤボンドにより外部リードと接続し、更に
   前記第２の半導体チップのうち前記突出部分に位置する
   ボンディングパッドを除いて、第２の半導体チップのボ
   ンディングパッドをワイヤボンドにより前記外部リード
   に接続する、第１のワイヤボンド工程と、 少なくとも前記第２の半導体チップの突出部分を支持す
   る部分を有し、前記第１の半導体チップを支持しない第
   ２のステージ上に移動し、前記突出部分に位置する前記
   第２の半導体チップのボンディングパッドをワイヤボン
   ドにより外部接続リードと接続する第２のワイヤボンド
   工程と、を具備することを特徴とする半導体装置の製造
   方法。
2. 【請求項２】 前記第２の半導体チップのボンディング
   パッドが前記第１の半導体チップよりはみ出た部分に位
   置することを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製
   造方法。