(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024179688
(43)【公開日】2024-12-26
(54)【発明の名称】半導体装置
(51)【国際特許分類】
H01L 25/07 20060101AFI20241219BHJP
H01L 21/60 20060101ALI20241219BHJP
【FI】
H01L25/08 Y
H01L25/08 E
H01L21/60 301A
【審査請求】未請求
【請求項の数】13
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023098725
(22)【出願日】2023-06-15
(71)【出願人】
【識別番号】318010018
【氏名又は名称】キオクシア株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100120031
【弁理士】
【氏名又は名称】宮嶋 学
(74)【代理人】
【識別番号】100107582
【弁理士】
【氏名又は名称】関根 毅
(74)【代理人】
【識別番号】100118843
【弁理士】
【氏名又は名称】赤岡 明
(74)【代理人】
【識別番号】100213654
【弁理士】
【氏名又は名称】成瀬 晃樹
(72)【発明者】
【氏名】三浦 正幸
(72)【発明者】
【氏名】長谷川 一磨
(72)【発明者】
【氏名】向田 秀子
(72)【発明者】
【氏名】工藤 加奈
【テーマコード(参考)】
5F044
【Fターム(参考)】
5F044AA02
5F044AA12
(57)【要約】
【課題】チップをより適切に配置することができる半導体装置を提供する。
【解決手段】本実施形態による半導体装置は、基板と、第1積層体と、第2積層体と、第1接着層と、第2接着層と、第1ワイヤと、第2ワイヤと、を備える。基板は、第1面を有する。第1積層体は、複数の第1半導体チップを有する。第2積層体は、第1積層体と第1面の面内方向において異なる位置に設けられ、複数の第2半導体チップを有する。第1接着層は、複数の第1半導体チップのそれぞれの下部に設けられる。第2接着層は、複数の第2半導体チップのそれぞれの下部に設けられる。第1ワイヤは、第1半導体チップと、第2半導体チップとを互いに電気的に接続する。第2ワイヤは、基板と、第2半導体チップとを電気的に接続する。最下段の第1半導体チップの下部に設けられる第1接着層の厚さは、他の第1接着層の厚さとは異なる。
【選択図】
図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1面を有する基板と、
複数の第1半導体チップを有する第1積層体と、
前記第1積層体と前記第1面の面内方向において異なる位置に設けられ、複数の第2半導体チップを有する第2積層体と、
複数の前記第1半導体チップのそれぞれの下部に設けられる第1接着層と、
複数の前記第2半導体チップのそれぞれの下部に設けられる第2接着層と、
前記第1半導体チップと、前記第2半導体チップとを互いに電気的に接続する第1ワイヤと、
前記基板と、前記第2半導体チップとを電気的に接続する第2ワイヤと、
を備え、
最下段の前記第1半導体チップの下部に設けられる前記第1接着層の厚さは、他の前記第1接着層の厚さとは異なる、半導体装置。
【請求項2】
前記第1面上に設けられる第3半導体チップをさらに備え、
他の前記第1接着層の厚さとは異なる厚さを有する前記第1接着層が、前記第3半導体チップの少なくとも一部を覆う、請求項1に記載の半導体装置。
【請求項3】
他の前記第1接着層の厚さとは異なる厚さを有する前記第1接着層は、前記第2ワイヤの少なくとも一部を覆う、請求項1に記載の半導体装置。
【請求項4】
前記第1面に略垂直な方向から見て、前記第1半導体チップと前記第2半導体チップとは細長形状であり、
前記第1半導体チップに設けられた複数のパッドが二つの長辺のうちの1辺に沿って設けられており、
前記第2半導体チップに設けられた複数のパッドが二つの長辺のうちの前記第1半導体チップに近い側の長辺に沿って設けられている、
請求項1に記載の半導体装置。
【請求項5】
第1面を有する基板と、
前記第1面上に設けられるスペーサと、
前記スペーサ上に設けられる第1半導体チップと、
前記スペーサ上に設けられ、前記第1面に略垂直な方向から見て、前記第1半導体チップと重ならないように設けられる第2半導体チップと、
前記第1半導体チップの下部に設けられる第1接着層と、
前記第2半導体チップの下部に設けられる第2接着層と、
前記スペーサの下部に設けられる第3接着層と、
前記第3接着層に覆われるように前記第1面上に設けられる第3半導体チップと、
前記第1半導体チップおよび前記第2半導体チップの少なくとも一方と前記基板とを電気的に接続する第1ワイヤと、
を備える、半導体装置。
【請求項6】
前記第1半導体チップは、前記第1ワイヤ、または、前記第1半導体チップと前記第2半導体チップとを電気的に接続する第2ワイヤと接続される複数の第1パッドを有し、
前記第2半導体チップは、前記第1ワイヤ、または、前記第2ワイヤと接続される複数の第2パッドを有し、
前記第1面に略垂直な方向から見て、前記第1半導体チップは、細長形状であり、前記複数の第1パッドが二つの長辺のうちの一辺に沿って設けられ、前記第2半導体チップは、細長形状であり、前記複数の第2パッドが二つの長辺のうち前記第1半導体チップから遠い側の長辺に沿って設けられている、請求項5に記載の半導体装置。
【請求項7】
前記第1半導体チップは、前記第1ワイヤ、または、前記第1半導体チップと前記第2半導体チップとを電気的に接続する第2ワイヤと接続される複数の第1パッドを有し、
前記第2半導体チップは、前記第1ワイヤ、または、前記第2ワイヤと接続される複数の第2パッドを有し、
前記第1面に略垂直な方向から見て、前記第1半導体チップは、細長形状であり、前記複数の第1パッドが二つの長辺のうちの一辺に沿って設けられ、
前記第2半導体チップは、細長形状であり、前記複数の第2パッドが二つの長辺のうちの前記第1半導体チップから近い側の長辺に沿って設けられている、請求項5に記載の半導体装置。
【請求項8】
前記第1面に略垂直な方向から見て、前記スペーサと重ならないように前記第1面に設けられる第4半導体チップと、
前記第1接着層を介して前記スペーサと接する前記第1半導体チップと、前記第4半導体チップと、を電気的に接続する第3ワイヤと、
をさらに備える、請求項5に記載の半導体装置。
【請求項9】
第1面を有する基板と、
前記第1面上に設けられる複数の第1半導体チップと、
複数の前記第1半導体チップのそれぞれの下部に設けられる複数の第1接着層と、
少なくとも一部が複数の前記第1接着層の少なくとも一つに覆われるように、前記第1面上に設けられる第2半導体チップと、
を備える、半導体装置。
【請求項10】
前記第1面に略垂直な方向から見て、前記第1半導体チップおよび前記第2半導体チップとは重ならないように前記第1面に設けられ、ワイヤを介して前記第1半導体チップと電気的に接続される第5半導体チップをさらに備える、請求項9に記載の半導体装置。
【請求項11】
前記第1半導体チップの短辺の幅に対する長辺の幅の比率は、3以上5未満である、請求項1から請求項10のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項12】
前記第1半導体チップの短辺の幅に対する長辺の幅の比率は、5以上10未満である、請求項1から請求項10のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項13】
前記第1半導体チップの短辺の幅に対する長辺の幅の比率は、10以上15未満である、請求項1から請求項10のいずれか一項に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本実施形態は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体装置のパッケージ構造において、短辺の幅に対する長辺の幅の比率(アスペクト比)が高い半導体チップが搭載される場合がある。高アスペクト比の半導体チップは、半導体パッケージ内で適切に配置することが難しい場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2012-129464号公報
【特許文献2】特開2014-53538号公報
【特許文献3】特開2020-53655号公報
【特許文献4】国際公開第2022/034854号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
チップをより適切に配置することができる半導体装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本実施形態による半導体装置は、基板と、第1積層体と、第2積層体と、第1接着層と、第2接着層と、第1ワイヤと、第2ワイヤと、を備える。基板は、第1面を有する。第1積層体は、複数の第1半導体チップを有する。第2積層体は、第1積層体と第1面の面内方向において異なる位置に設けられ、複数の第2半導体チップを有する。第1接着層は、複数の第1半導体チップのそれぞれの下部に設けられる。第2接着層は、複数の第2半導体チップのそれぞれの下部に設けられる。第1ワイヤは、第1半導体チップと、第2半導体チップとを互いに電気的に接続する。第2ワイヤは、基板と、第2半導体チップとを電気的に接続する。最下段の第1半導体チップの下部に設けられる第1接着層の厚さは、他の第1接着層の厚さとは異なる。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【
図1】第1実施形態による半導体装置の構成の一例を示す断面図である。
【
図2】第1実施形態による半導体装置の構成の一例を示す上面図である。
【
図3】第1実施形態の第1比較例による半導体装置の構成の一例を示す断面図である。
【
図4】第1実施形態の第2比較例による半導体装置の構成の一例を示す断面図である。
【
図5】第1実施形態の第1変形例による半導体装置の構成の一例を示す断面図である。
【
図6】第2実施形態による半導体装置の構成の一例を示す断面図である。
【
図7】第2実施形態による半導体装置の構成の一例を示す上面図である。
【
図8】第2実施形態の第1変形例による半導体装置の構成の一例を示す断面図である。
【
図9】第2実施形態の第1変形例による半導体装置の構成の一例を示す上面図である。
【
図10】第2実施形態の第2変形例による半導体装置の構成の一例を示す上面図である。
【
図11】第2実施形態の第2変形例におけるボンディングワイヤの接続の一例を示す上面図である。
【
図12】第2実施形態の第3変形例による半導体装置の構成の一例を示す断面図である。
【
図13】第2実施形態の第4変形例による半導体装置の構成の一例を示す断面図である。
【
図14】第2実施形態の第5変形例による半導体装置の構成の一例を示す断面図である。
【
図15】第2実施形態の第6変形例による半導体装置の構成の一例を示す断面図である。
【
図16】第2実施形態の第7変形例による半導体装置の構成の一例を示す断面図である。
【
図17】第2実施形態の第8変形例による半導体装置の構成の一例を示す断面図である。
【
図18】第3実施形態による半導体装置の構成の一例を示す断面図である。
【
図19】第3実施形態による半導体装置の構成の一例を示す上面図である。
【
図20】第3実施形態の第1変形例による半導体装置の構成の一例を示す断面図である。
【
図21】第3実施形態の第2変形例による半導体装置の構成の一例を示す断面図である。
【
図22】第3実施形態の第3変形例による半導体装置の構成の一例を示す断面図である。
【
図23】第3実施形態の第4変形例による半導体装置の構成の一例を示す断面図である。
【
図24】第3実施形態の第5変形例による半導体装置の構成の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0007】
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。図面は模式的または概念的なものであり、各部分の比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。明細書と図面において、既出の図面に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【0008】
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態による半導体装置1の構成の一例を示す断面図である。
図2は、第1実施形態による半導体装置1の構成の一例を示す上面図である。
図2のA-A線は、断面図である
図1に対応する断面を示す。
【0009】
半導体装置1は、配線基板10と、積層体S1a、S1b、S2a、S2bと、半導体チップ40と、ボンディングワイヤ81、82と、封止樹脂91とを備えている。半導体装置1は、例えば、NAND型フラッシュメモリのパッケージである。
【0010】
尚、
図1は、基板(配線基板10)の表面に平行で互いに垂直なX方向およびY方向と、基板(配線基板10)の表面に垂直なZ方向とを示している。本明細書では、+Z方向を上方向として取り扱い、-Z方向を下方向として取り扱う。-Z方向は、重力方向と一致していても一致していなくてもよい。
【0011】
配線基板10は、配線層(図示せず)と絶縁層(図示せず)とを含むプリント基板やインタポーザでよい。配線層には、例えば、銅(Cu)、ニッケル(Ni)またはそれらの合金等の低抵抗金属が用いられる。絶縁層には、例えば、ガラスエポキシ樹脂等の絶縁性材料が用いられる。配線基板10は、複数の配線層および複数の絶縁層を積層して構成された多層配線構造を有していてもよい。配線基板10は、例えば、インタポーザのように、その表面と裏面とを貫通する貫通電極を有してもよい。
【0012】
配線基板10の表面(面F10a)には、配線層上に設けられたソルダレジスト層が設けられている。ソルダレジスト層は、配線層を保護し、ショート不良を抑制するための絶縁層にも使用される。配線基板10の表面には、パッド17、18が設けられる。パッド17、18は、ソルダレジスト層から露出する配線層である。パッド17は、積層体S1aと電気的に接続される。パッド18は、積層体S2bと電気的に接続される。パッド17、18は、例えば、金(Au)めっき電極である。また、配線基板10の表面には、後述する金属材料70と接続されるパッド(図示せず)も設けられる。
【0013】
配線基板10の裏面(面F10b)には、配線層上に設けられたソルダレジスト層が設けられている。ソルダレジスト層から露出された配線層には、接続バンプ13が設けられている。接続バンプ13は、図示しない他の部品と配線基板10とを電気的に接続するために設けられている。
【0014】
積層体S1a、S1bは、半導体チップ20と、接着層21と、を有する。接着層21は、例えば、DAF(Die Attachment Film)またはNCP(Non Conductive Paste)である。積層体S1aは、複数の半導体チップ20が積層方向(Z方向)に垂直な方向(例えば、-X方向)へずれて積層された積層体である。積層体S1bは、複数の半導体チップ20が積層方向(Z方向)に垂直な方向(例えば、+X方向)へずれて積層された積層体である。また、積層体S1a、S1bは面F10a上に設けられる。
【0015】
半導体チップ20は、例えば、NAND型フラッシュメモリを含むメモリチップである。半導体チップ20は、その表面(上面、面F20a)に半導体素子(図示せず)を有する。半導体素子は、例えば、メモリセルアレイおよびその周辺回路(CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)回路)でよい。メモリセルアレイは、複数のメモリセルを三次元配置した立体型メモリセルアレイでもよい。
図1では、積層体S1a、S1bのそれぞれは、積層された2つのメモリチップとしての半導体チップ20を有する。しかし、半導体チップの積層数は、3つ以上であってもよい。
【0016】
積層体S2a、S2bは、半導体チップ30と、接着層31と、を有する。接着層31は、例えば、DAF(Die Attachment Film)またはNCP(Non Conductive Paste)である。積層体S2aは、複数の半導体チップ30が積層方向(Z方向)に垂直な方向(例えば、-X方向)へずれて積層された積層体である。積層体S2bは、複数の半導体チップ30が積層方向(Z方向)に垂直な方向(例えば、+X方向)へずれて積層された積層体である。また、積層体S2a、S2bは、面F10a上の積層体S1の位置から面F10aに略平行なX方向の位置に設けられる。
【0017】
半導体チップ30は、例えば、NAND型フラッシュメモリを含むメモリチップである。半導体チップ30は、その表面(上面、面F30a)に半導体素子(図示せず)を有する。半導体素子は、例えば、メモリセルアレイおよびその周辺回路(CMOS回路)でよい。メモリセルアレイは、複数のメモリセルを三次元配置した立体型メモリセルアレイでもよい。
図1では、積層体S1a、S1bのそれぞれは、積層された2つのメモリチップとしての半導体チップ30を有する。しかし、半導体チップの積層数は、3つ以上であってもよい。
【0018】
半導体チップ40は、例えば、メモリチップを制御するコントローラチップである。半導体チップ40の配線基板10を向いた面F40bには、図示しない半導体素子が設けられている。半導体素子は、例えば、コントローラを構成するCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)回路でよい。半導体チップ40の裏面(下面)である面F40bには、半導体素子と電気的に接続される電極ピラー(図示せず)が設けられている。電極ピラーには、例えば、銅、ニッケルまたはそれらの合金等の低抵抗金属材料が用いられている。
【0019】
また、半導体チップ40は、面F10a上に設けられる。半導体チップ40は、例えば、積層体S1a、S2bの間に設けられる。
【0020】
接続バンプとしての電極ピラーの周囲には、金属材料70が設けられている。電極ピラーは、金属材料70を介して、ソルダレジスト層の開口部において露出された配線層と電気的に接続される。金属材料70には、例えば、はんだ、銀、銅等の低抵抗金属材料が用いられている。金属材料70は、半導体チップ40の電極ピラーと配線基板10の配線層とを電気的に接続する。
【0021】
金属材料70の周囲の領域、および、半導体チップ40と配線基板10との間の領域には、樹脂層80が設けられている。樹脂層80は、例えば、アンダーフィル樹脂を硬化させたものであり、半導体チップ40の周囲を被覆して保護する。
【0022】
ボンディングワイヤ81は、配線基板10および半導体チップ20の任意のパッドに接続されている。ボンディングワイヤ82は、配線基板10および半導体チップ30の任意のパッドに接続されている。ボンディングワイヤ81、82は、例えば、金(Au)ワイヤである。ボンディングワイヤ81、82で接続するために、半導体チップ20、30は、パッド20p、30pの分だけずらされて積層されている。
【0023】
さらに、封止樹脂91が、積層体S1a、S1b、S2a、S2b、半導体チップ40、ボンディングワイヤ81、82等を封止している。これにより、半導体装置1は、積層体S1a、S1b、S2a、S2bおよび半導体チップ40を配線基板10上において1つの半導体パッケージとして構成されている。
【0024】
次に、積層体S1a、S1b、S2a、S2bおよび半導体チップ40の構成の詳細について説明する。
【0025】
図2に示すように、半導体チップ20は、短辺がX方向に略平行になり、長辺がY方向に略平行になるように配置されている。従って、複数の半導体チップ20は、半導体チップ20の短辺方向にずれて積層されている。半導体チップ20は上から見て細長形状である。また、半導体チップ20短辺がY方向に略平行になり、長辺がX方向に略平行になっていてもよい。
【0026】
図1に示すように、積層体S1a、S1bは、半導体チップ20の短辺方向に並べて配置される。
【0027】
積層体S1a、S1bのそれぞれは、積層された2段の半導体チップ20を有する。積層体S1a、S1bの最下段の半導体チップ20は、面F10a上の異なる位置に設けられる。尚、半導体チップ20の積層数は、3つ以上であってもよい。
【0028】
複数のボンディングワイヤ81は、複数の半導体チップ20を互いに電気的に接続する。積層体S1a、S1bは、ボンディングワイヤ81を介して、互いに電気的に接続される。ボンディングワイヤ81は、例えば、一筆書きに複数の半導体チップ20を互いに接続する。
【0029】
また、積層体S1bの最下段の半導体チップ20の下部に設けられる接着層21の厚さは、他の接着層21の厚さとは異なる。より詳細には、積層体S1bの最下段の半導体チップ20の下部に設けられる接着層21は、他の接着層21よりも厚い。
【0030】
積層体S1bの最下段の半導体チップ20の下部に設けられる接着層21は、半導体チップ40の少なくとも一部を覆う。これにより、積層体S1bおよび半導体チップ40を互いに近づけて配置することができ、パッケージ面積をより小さくすることができる。
【0031】
積層体S1bの最下段の半導体チップ20の下部に設けられる接着層21は、積層体S1aの最下段の半導体チップ20と配線基板10とを電気的に接続するボンディングワイヤ81の少なくとも一部を覆う。これにより、積層体S1a、S1bを互いに近づけて配置することができ、パッケージ面積をより小さくすることができる。
【0032】
図2に示すように、半導体チップ30は、短辺がX方向に略平行になり、長辺がY方向に略平行になるように配置されている。従って、複数の半導体チップ30は、半導体チップ30の短辺方向にずれて積層されている。半導体チップ30は上から見て細長形状である。また、半導体チップ30短辺がY方向に略平行になり、長辺がX方向に略平行になっていてもよい。
【0033】
図1に示すように、積層体S2a、S2bは、半導体チップ30の短辺方向に並べて配置される。
【0034】
積層体S2a、S2bのそれぞれは、積層された2段の半導体チップ30を有する。積層体S2a、S2bの最下段の半導体チップ30は、面F10a上の異なる位置に設けられる。尚、半導体チップ30の積層数は、3以上であってもよい。
【0035】
複数のボンディングワイヤ82は、複数の半導体チップ30を互いに電気的に接続する。積層体S2a、S2bは、ボンディングワイヤ82を介して、互いに電気的に接続される。ボンディングワイヤ82は、例えば、一筆書きに複数の半導体チップ30を互いに接続する。
【0036】
また、積層体S2aの最下段の半導体チップ30の下部に設けられる接着層31の厚さは、他の接着層31の厚さとは異なる。より詳細には、積層体S2aの最下段の半導体チップ30の下部に設けられる接着層31は、他の接着層31よりも厚い。
【0037】
積層体S2aの最下段の半導体チップ30の下部に設けられる接着層31は、半導体チップ40の少なくとも一部を覆う。これにより、積層体S2aおよび半導体チップ40を互いに近づけて配置することができ、パッケージ面積をより小さくすることができる。
【0038】
積層体S2aの最下段の半導体チップ30の下部に設けられる接着層31は、積層体S2bの最下段の半導体チップ30と配線基板10とを電気的に接続するボンディングワイヤ82の少なくとも一部を覆う。これにより、積層体S2a、S2bを互いに近づけて配置することができ、パッケージ面積をより小さくすることができる。
【0039】
以上のように、第1実施形態によれば、積層体S1bの最下段の半導体チップ20の下部に設けられる接着層21の厚さは、他の接着層21の厚さとは異なる。積層体S2aの最下段の半導体チップ30の下部に設けられる接着層31の厚さは、他の接着層31の厚さとは異なる。これにより、パッケージ内に、半導体チップ20、30をより適切に配置することができる。
【0040】
また、第1実施形態では、面F10aの異なる位置に配置される複数の積層体S1a、S1bは、ボンディングワイヤ81を介して、互いに電気的に接続される。面F10aの異なる位置に配置される複数の積層体S2a、S2bは、ボンディングワイヤ82を介して、互いに電気的に接続される。これにより、多段積層が行われず、電気的に接続された比較的低層の複数の積層体が設けられる。
【0041】
また、
図2に示すように、短辺の幅に対する長辺の幅の比率(アスペクト比)が高い半導体チップ20、30が用いられる場合がある。後で説明するように、高いアスペクト比を有する半導体チップ20、30が用いられる場合であっても、パッケージ内に、半導体チップ20、30をより適切に配置することができる。尚、
図2に示す半導体チップ20、30のアスペクト比は、一例である。
【0042】
半導体チップ20、30の短辺の幅に対する長辺の幅の比率(アスペクト比)は、所定値以上である。所定値は、例えば、3である。例えば、短辺の幅が小さくなるほど、アスペクト比はさらに大きくなる。所定値は、例えば、5であってもよく、また、10であってもよい。
【0043】
積層体S1aを構成する半導体チップ20のパッドは上からみたときチップの右側(長辺の1辺側)にある。積層体S1bを構成する半導体チップ20のパッドは上からみたときチップの左側(長辺のうち積層体S1aに近いほう)にある。
【0044】
積層体S1aと積層体S1bとに同一の半導体チップを使用したとき、このように配置するには積層体S1aと積層体S1bとで半導体チップの向きを逆にする必要がある。具体的には面内方向で180°回転させる必要がある。
【0045】
そのため、積層体S1aを構成する半導体チップ20と積層体S1bを構成する半導体チップ20とに異なったチップを使用してもよい。このとき、積層体S1bを構成する半導体チップ20と積層体S1aを構成する半導体チップ20とはチップ内部の構成は同じでパッドの配置が異なっていてもよい。
【0046】
積層体S2a、積層体S2bについても同様である。
【0047】
尚、厚い接着層21、31は、最下段の半導体チップ20、30の少なくとも1つの下部に設けられていてもよい。
【0048】
また、半導体チップ40は、フリップチップ接続に限られず、ワイヤボンディングにより接続されてもよい。このとき厚い接着層21、31はワイヤを埋める。
【0049】
図3は、第1実施形態の第1比較例による半導体装置1aの構成の一例を示す断面図である。第1実施形態の第1比較例は、接着層21の厚さが同じ点で、第1実施形態とは異なっている。尚、
図3では、積層体S1を詳細に説明するので、
図1における配線基板10および積層体S1以外の構成の図示を省略している。
【0050】
半導体装置1aは、積層体S1を備える。積層体S1は、積層された4段の半導体チップ20を備える。
【0051】
半導体チップ20の短辺(X方向)の幅が小さくなるほど、すなわち、アスペクト比が高くなるほど、高段の半導体チップ20が配線基板10に対して傾きやすくなってしまう可能性がある。これは、半導体チップ20のダイボンディングの際に、下の半導体チップ20が上の半導体チップ20を支持する面積が小さくなるためである。この結果、半導体チップ20を高段に積層することが難しくなってしまう。
【0052】
これに対して、第1実施形態では、
図3の積層体S1に比べて低層の積層体S1a、S1b、S2a、S2bが、半導体チップ20、30の短辺方向に並べて配置される。これにより、高アスペクト比の半導体チップ20、30が用いられる場合であっても、半導体チップ20、30をより適切に配置することができる。従って、パッケージ内に、半導体チップ20、30をより適切に配置することができる。
【0053】
図4は、第1実施形態の第2比較例による半導体装置1bの構成の一例を示す断面図である。第1実施形態の第2比較例は、半導体チップ20、30のアスペクト比が比較的低い点で、第1実施形態とは異なっている。
【0054】
半導体装置1bは、積層体S1、S2を備える。積層体S1は、積層された4段の半導体チップ20を有する。積層体S2は、積層された4段の半導体チップ30を有する。積層体S1は、半導体チップ40の上方に設けられ、また、積層体S2は、積層体S1上に設けられる。
【0055】
半導体チップ20、30のアスペクト比が比較的低いため、半導体チップ20、30の短辺の幅は比較的大きい。半導体チップ40は、半導体チップ20の下部に設けられる接着層21によって埋め込まれる。
【0056】
これに対して、第1実施形態では、半導体チップ20、30のアスペクト比が比較的高いため、半導体チップ40は、接着層21、31によって完全には埋め込まれない。半導体チップ40の一部は、複数の半導体チップ20、30によって覆われる。これにより、パッケージ内に、半導体チップ20、30をより適切に配置することができる。
【0057】
(第1実施形態の第1変形例)
図5は、第1実施形態の第1変形例による半導体装置1の構成の一例を示す断面図である。第1実施形態の第1変形例は、半導体チップ40の上方にスペーサ110が設けられる点で、第1実施形態とは異なっている。
【0058】
半導体装置1は、スペーサ110と、接着層111と、をさらに備える。
【0059】
スペーサ110は、半導体チップ40の上方に設けられる。スペーサ110は、例えば、Siを含んでいてもよく、PI(Polyimide)等の樹脂を含んでいてもよい。
【0060】
接着層111は、スペーサ110の下部に設けられる。
【0061】
積層体S1b、S2aは、スペーサ110上に設けられる。積層体S1b、S2aは、Z方向から見て、半導体チップ40の少なくとも一部と重なるように配置される。
【0062】
半導体チップ40は、接着層111に覆われる(埋め込まれる)ように面F10a上に設けられる。
【0063】
第1実施形態の第1変形例のように、半導体チップ40の上方にスペーサ110が設けられてもよい。第1実施形態の第1変形例による半導体装置1は、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0064】
(第2実施形態)
図6は、第2実施形態による半導体装置1の構成の一例を示す断面図である。
図7は、第2実施形態による半導体装置1の構成の一例を示す上面図である。
図7のB-B線は、断面図である
図6に対応する断面を示す。第2実施形態は、スペーサ110が設けられ、半導体チップ20がスペーサ110上に並んで配置される点で、第1実施形態とは異なっている。
【0065】
尚、
図6および
図7に示す例では、半導体チップ30は図示されていない。
【0066】
半導体装置1は、スペーサ110と、接着層111と、ボンディングワイヤ81aと、をさらに備える。
【0067】
スペーサ110は、面F10a上に設けられる。スペーサ110は、例えば、Siを含んでいてもよく、PI等の樹脂を含んでいてもよい。
【0068】
接着層111は、スペーサ110の下部に設けられる。
【0069】
ボンディングワイヤ81aは、
図6における左端の半導体チップ20と、配線基板10と、を電気的に接続する。
図6における左端の半導体チップ20は、ボンディングワイヤ81aから、基準電圧(電源/グランド)の供給を受ける。
【0070】
図6における右端の半導体チップ20は、ボンディングワイヤ81を介して、配線基板10から信号および基準電圧(電源/グランド)の供給を受ける。左端の半導体チップ20は、右端の半導体チップ20と配線基板10との接続点から遠い。基準電圧の供給が可能なボンディングワイヤ81aを設けることにより、電源を強化することができる。
【0071】
複数の半導体チップ20は、スペーサ110上の異なる位置に設けられる。すなわち、複数の半導体チップ20は、スペーサ110上で並んで配置される。複数の半導体チップ20は、接着層21を介して、スペーサ110の上面(同じ面上)に接するように設けられる。
【0072】
半導体チップ20は、ボンディングワイヤ81と接続される複数のパッド20pを有する。
【0073】
ボンディングワイヤ81は、接着層21を介してスペーサ110と接する複数の半導体チップ20を互いに電気的に接続する。
【0074】
半導体チップ40は、接着層111に覆われる(埋め込まれる)ように面F10a上に設けられる。
【0075】
図7に示す例では、4つの半導体チップ20は、Z方向から見て、同じ向きに配置されている。すなわち、複数の半導体チップ20は、Z方向から見て、パッド20pの配置が同じになるように配置される。
【0076】
接続バンプ13として、例えば、8個のI/O(Input/Output)(IO_0~IO_7)用の接続バンプ13が設けられる。
【0077】
以上のように、第2実施形態によれば、複数の半導体チップ20は、スペーサ110上の異なる位置に設けられる。ボンディングワイヤ81は、接着層21を介してスペーサ110と接する複数の半導体チップ20を互いに電気的に接続する。これにより、パッケージ内に、半導体チップ20、30をより適切に配置することができる。
【0078】
図7に示すように、アスペクト比が比較的高い半導体チップ20が用いられる場合がある。
図3を参照して説明したように、アスペクト比が比較的高い半導体チップ20の多段積層は、難しい場合がある。
【0079】
これに対して、第2実施形態では、半導体チップ20が積層されない。これにより、これにより、高アスペクト比の半導体チップ20、30が用いられる場合であっても、半導体チップ20、30をより適切に配置することができる。従って、パッケージ内に、半導体チップ20、30をより適切に配置することができる。
【0080】
また、半導体チップ20が積層されないため、半導体チップ20、30を薄く削る必要がなく、半導体チップ20、30をより厚くすることができる。これにより、ピックアップ性が向上し、ピックアップ等の際のチップ割れを低減することができる。さらに、パッケージ内の断面構造が単純化されるため、パッケージ反り形状が単純化される。これにより、パッケージ反りの制御をより容易にすることができる。
【0081】
また、半導体チップ20の短辺方向の幅が短いため、半導体チップ20間を接続するボンディングワイヤ81が長くなることを抑制することができる。
【0082】
(第2実施形態の第1変形例)
図8は、第2実施形態の第1変形例による半導体装置1の構成の一例を示す断面図である。
図9は、第2実施形態の第1変形例による半導体装置1の構成の一例を示す上面図である。
図9のC-C線は、断面図である
図8に対応する断面を示す。第2実施形態の第1変形例は、一部の半導体チップ20の向きが異なるが設けられる点で、第2実施形態とは異なっている。
【0083】
図8に示す例では、4つの半導体チップ20の一部は、Z方向から見て、異なる向きに配置されている。より詳細には、4つの半導体チップ20の一部は、Z方向から見て、パッド20pの配置が反転するように配置されている。左側2つの半導体チップ20は、右側2つの半導体チップ20と比較して、Z方向から見た半導体チップ20の向きが180°回転(反転)して配置されている。
【0084】
接続バンプ13として、例えば、16個のI/O用の接続バンプ13が設けられる。第2実施形態の第1変形例では、I/O用の接続は、左側2つの半導体チップ20と、右側2つの半導体チップ20と、の間で分かれている。この場合、4つの半導体チップ20が接続されている第2実施形態と比較して、2倍のI/O用の接続バンプが設けられる。これにより、半導体チップ20を並列に動作させることができる。例えば、消費電力が2倍になるが、動作速度を2倍にすることができる。
【0085】
第2実施形態の第1変形例のように、一部の半導体チップ20の向きが異なっていてもよい。第2実施形態の第1変形例による半導体装置1は、第2実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0086】
(第2実施形態の第2変形例)
図10は、第2実施形態の第2変形例による半導体装置1の構成の一例を示す上面図である。第2実施形態の第2変形例は、基準電圧用のパッド20p同士を接続するボンディングワイヤ81bが設けられる点で、第2実施形態の第1変形例とは異なっている。
【0087】
半導体装置1は、ボンディングワイヤ81bをさらに備える。ボンディングワイヤ81bは、180°回転(反転)するように配置された半導体チップ20同士のそれぞれのパッド20pを電気的に接続する。ボンディングワイヤ81bは、I/OおよびDQ/DQS等の信号用のパッド20pには接続されず、基準電圧(電源/グランド)用のパッド20pと接続される。
【0088】
図10に示す例では、基準電圧(グランドVSS)用のパッド20pは、ボンディングワイヤ81bを介して、左側2つの半導体チップ20と、右側2つの半導体チップ20と、の間で電気的に接続される。一方、信号用のパッド20p(IO_0)は、左側2つの半導体チップ20と、右側2つの半導体チップ20と、の間で接続されない。
【0089】
図11は、第2実施形態の第2変形例におけるボンディングワイヤ81、81bの接続の一例を示す上面図である。尚、
図11には、基準電圧(電源VEXT/グランドVSS)用のパッド20pが示され、信号用のパッド20pは省略されている。図示は省略するが、信号用のパッド20pは電源VEXT/グランドVSSのパッド20pの間に配置されている。
【0090】
図11に示すように、パッド20pの配置によっては、ボンディングワイヤ81bによる接続が難しい場合がある。例えば、右側の半導体チップ20の電源VEXT用のパッド20pに対向する位置に、左側の半導体チップ20の電源VEXT用のパッド20pが配置されない場合がある。例えば、右側と左側の半導体チップ20に同一のチップを使用し、右側の半導体チップ20は左側の半導体チップ20を180度回転させた場合である。この場合、右側の半導体チップ20の電源VEXT用のパッド20pは、ボンディングワイヤ81bにより接続されない場合がある。同様に、右側の半導体チップ20のグランドVSS用のパッド20pに対向する位置に、左側の半導体チップ20のグランドVSS用のパッド20pが配置されない場合がある。この場合、右側の半導体チップ20のグランドVSS用のパッド20pは、ボンディングワイヤ81bにより接続されない場合がある。
【0091】
第2実施形態の第2変形例のように、基準電圧用のパッド20p同士を接続するボンディングワイヤ81bが設けられてもよい。第2実施形態の第2変形例による半導体装置1は、第2実施形態の第1変形例と同様の効果を得ることができる。
【0092】
(第2実施形態の第3変形例)
図12は、第2実施形態の第3変形例による半導体装置1の構成の一例を示す断面図である。第2実施形態の第3変形例は、半導体チップ20間に部材120が設けられる点で、第2実施形態の第1変形例とは異なっている。
【0093】
尚、
図12に示す例では、一部の半導体チップ20の向きが異なっている。しかし、全ての半導体チップ20の向きが同じであってもよい。
【0094】
半導体装置1は、部材120をさらに備える。部材120は、半導体チップ20間の間隔を埋めるように設けられる。部材120は、例えば、樹脂を含む。
【0095】
第2実施形態の第3変形例のように、半導体チップ20間に部材120が設けられてもよい。第2実施形態の第3変形例による半導体装置1は、第2実施形態の第1変形例と同様の効果を得ることができる。
【0096】
(第2実施形態の第4変形例)
図13は、第2実施形態の第4変形例による半導体装置1の構成の一例を示す断面図である。第2実施形態の第4変形例は、一部の半導体チップ20間がダイシング(個片化)されていない点で、第2実施形態の第1変形例とは異なっている。
【0097】
図13に示す左側2つの半導体チップ20間のダイシングが行われない。同様に、右側2つの半導体チップ20間のダイシングが行われない。2つの半導体チップ20は、繋がったままウェハから切り出され、配線基板10上に搭載される。これにより、工程をより簡略化することができる。
【0098】
第2実施形態の第4変形例のように、一部の半導体チップ20間がダイシング(個片化)されていなくてもよい。第2実施形態の第4変形例による半導体装置1は、第2実施形態の第1変形例と同様の効果を得ることができる。
【0099】
(第2実施形態の第5変形例)
図14は、第2実施形態の第5変形例による半導体装置1の構成の一例を示す断面図である。第2実施形態の第5変形例は、配線基板10上に半導体チップ20aがさらに設けられる点で、第2実施形態とは異なっている。
【0100】
半導体装置1は、半導体チップ20aをさらに備える。半導体チップ20aは、スペーサ110とは異なる面F10a上の位置に設けられる。半導体チップ20aは、例えば、スペーサ110に隣接して設けられる。半導体チップ20aの形状は、例えば、半導体チップ20の形状と略同じである。
【0101】
ボンディングワイヤ81は、接着層21を介してスペーサ110と接する半導体チップ20と、半導体チップ20aと、を電気的に接続する。
【0102】
また、半導体チップ20aの短辺方向の幅が短いため、半導体チップ20と半導体チップ20aとの間を接続するボンディングワイヤ81が長くなることを抑制することができる。
【0103】
第2実施形態の第5変形例のように、配線基板10上に半導体チップ20aがさらに設けられてもよい。第2実施形態の第5変形例による半導体装置1は、第2実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0104】
(第2実施形態の第6変形例)
図15は、第2実施形態の第6変形例による半導体装置1の構成の一例を示す断面図である。第2実施形態の第6変形例は、半導体チップ20aが厚い点で、第2実施形態の第5変形例とは異なっている。
【0105】
半導体チップ20aの上面の高さは、半導体チップ20の上面の高さと略同じである。これにより、半導体チップ20と半導体チップ20aとを接続するボンディングワイヤ81、および、半導体チップ20を互いに接続するボンディングワイヤ81の長さを略同じにすることができる。
【0106】
第2実施形態の第6変形例のように、半導体チップ20aが厚くてもよい。第2実施形態の第6変形例による半導体装置1は、第2実施形態の第5変形例と同様の効果を得ることができる。
【0107】
(第2実施形態の第7変形例)
図16は、第2実施形態の第7変形例による半導体装置1の構成の一例を示す断面図である。第2実施形態の第7変形例は、ボンディングワイヤ81aが設けられない点で、第2実施形態の第6変形例とは異なっている。
【0108】
第2実施形態の第7変形例のように、ボンディングワイヤ81aが設けられなくてもよい。第2実施形態の第7変形例による半導体装置1は、第2実施形態の第6変形例と同様の効果を得ることができる。
【0109】
(第2実施形態の第8変形例)
図17は、第2実施形態の第8変形例による半導体装置1の構成の一例を示す断面図である。第2実施形態の第8変形例は、半導体チップ20上に半導体チップ20bがさらに設けられる点で、第2実施形態の第1変形例とは異なっている。
【0110】
半導体装置1は、半導体チップ20bをさらに備える。半導体チップ20bは、半導体チップ20上に設けられる。半導体チップ20bは、例えば、複数の半導体チップ20に跨るように配置される。半導体チップ20bの形状は、例えば、半導体チップ20の形状と略同じである。
【0111】
ボンディングワイヤ81は、半導体チップ20と、半導体チップ20bと、を電気的に接続する。
【0112】
第2実施形態の第8変形例のように、半導体チップ20上に半導体チップ20bがさらに設けられてもよい。第2実施形態の第8変形例による半導体装置1は、第2実施形態の第1変形例と同様の効果を得ることができる。
【0113】
(第3実施形態)
図18は、第3実施形態による半導体装置1の構成の一例を示す断面図である。
図18は、
図19は、第3実施形態による半導体装置1の構成の一例を示す上面図である。
図19のD-D線は、断面図である
図18に対応する断面を示す。
【0114】
半導体装置1は、積層体S1、S2を備える。積層体S1は、積層された4段の半導体チップ20を有する。積層体S2は、積層された4段の半導体チップ30を有する。積層体S1、S2は、面F10a上の異なる位置に設けられる。より詳細には、最下段の半導体チップ20、30は、面F10a上の異なる位置に設けられる。
【0115】
半導体チップ40は、少なくとも一部が複数の接着層21に覆われるように、面F10a上に設けられる。
図19に示す例では、半導体チップ20、30のアスペクト比が比較的高いため、半導体チップ40の長辺(X方向)は、Z方向から見て、積層体S1の両側から、X方向にはみ出ている。
【0116】
半導体チップ40を覆う、最下段の半導体チップ20、30の下部に設けられる接着層21、31は、他の接着層21、31と比較して、厚くてもよく、また、材質が異なっていてもよい。最下段の半導体チップ20、30の下部に設けられる接着層21、31は、例えば、半導体チップ40を覆いやすいように、柔らかいことが好ましい。
【0117】
以上のように、第3実施形態によれば、半導体チップ40は、少なくとも一部が複数の接着層21、31に覆われるように、面F10a上に設けられる。これにより、パッケージ内に、半導体チップ20、30をより適切に配置することができる。また、パッケージ面積をより小さくすることができる。
【0118】
尚、半導体チップ40は、Z方向から見て、矩形状である。矩形は、正方形と比較して、同じ面積でも外周が長い。従って、ワイヤボンディングにより半導体チップ40を配線基板10と接続する場合、半導体チップ40は、Z方向から見て、矩形状であることが好ましい。
【0119】
図4を参照して説明したように、半導体チップ20のアスペクト比が比較的低い場合、半導体チップ40は、半導体チップ20の下に設けられる接着層21によって埋め込まれる。
【0120】
これに対して、第3実施形態では、半導体チップ20、30のアスペクト比が比較的高いため、半導体チップ40の一部は、複数の積層体S1、S2によって覆われる。これにより、パッケージ内に、半導体チップ20、30をより適切に配置することができる。
【0121】
(第3実施形態の第1変形例)
図20は、第3実施形態の第1変形例による半導体装置1の構成の一例を示す断面図である。第3実施形態の第1変形例は、半導体チップ40の長辺の幅が異なっている点で、第3実施形態とは異なっている。
【0122】
図20に示す例では、半導体チップ40の長辺(X方向)は、Z方向から見て、積層体S1、S2の両側から、X方向にはみ出ている。
【0123】
第3実施形態の第1変形例のように、半導体チップ40の長辺の幅が異なっていてもよい。第3実施形態の第1変形例による半導体装置1は、第3実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0124】
(第3実施形態の第2変形例)
図21は、第3実施形態の第2変形例による半導体装置1の構成の一例を示す断面図である。第3実施形態の第2変形例は、配線基板10上に半導体チップ20c、30cがさらに設けられる点で、第3実施形態とは異なっている。
【0125】
尚、
図21に示す例では、半導体チップ20、30は、それぞれ1段に設けられる。
【0126】
半導体装置1は、半導体チップ20c、30cをさらに備える。半導体チップ20c、30cは、半導体チップ20、30、40とは異なる面F10a上の位置に設けられる。半導体チップ20c、30cの形状は、例えば、半導体チップ20、30の形状と略同じである。
【0127】
半導体チップ20cは、ボンディングワイヤ81を介して、半導体チップ20と電気的に接続される。半導体チップ20cは、例えば、半導体チップ20に隣接して設けられる。半導体チップ20、20cのアスペクト比が比較的高いため、半導体チップ20、20cを互いに並べて配置しやすい。
【0128】
半導体チップ30cは、ボンディングワイヤ82を介して、半導体チップ30と電気的に接続される。半導体チップ30cは、例えば、半導体チップ30に隣接して設けられる。半導体チップ30、30cのアスペクト比が比較的高いため、半導体チップ30、30cを互いに並べて配置しやすい。
【0129】
また、半導体チップ20cの短辺方向の幅が短いため、半導体チップ20と半導体チップ20cとの間を接続するボンディングワイヤ81が長くなることを抑制することができる。半導体チップ30cの短辺方向の幅が短いため、半導体チップ30と半導体チップ30cとの間を接続するボンディングワイヤ82が長くなることを抑制することができる。
【0130】
第3実施形態の第2変形例のように、配線基板10上に半導体チップ20c、30cがさらに設けられてもよい。第3実施形態の第2変形例による半導体装置1は、第3実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0131】
(第3実施形態の第3変形例)
図22は、第3実施形態の第3変形例による半導体装置1の構成の一例を示す断面図である。第3実施形態の第3変形例は、半導体チップ20、30が積層される点で、第3実施形態の第2変形例とは異なっている。すなわち、第3実施形態の第3変形例は、第3実施形態および第3実施形態の第2変形例の組み合わせでもある。
【0132】
図22に示す例では、半導体チップ20cは、ボンディングワイヤ81を介して、最下段の半導体チップ20と電気的に接続される。半導体チップ30cは、ボンディングワイヤ82を介して、最下段の半導体チップ30と電気的に接続される。
【0133】
第3実施形態の第3変形例のように、半導体チップ20、30が積層されてもよい。第3実施形態の第3変形例による半導体装置1は、第3実施形態の第2変形例と同様の効果を得ることができる。
【0134】
(第3実施形態の第4変形例)
図23は、第3実施形態の第4変形例による半導体装置1の構成の一例を示す断面図である。第3実施形態の第4変形例は、半導体チップ20c、30cが積層されている点で、第3実施形態の第3変形例とは異なっている。
【0135】
図23に示す例では、それぞれ2段の半導体チップ20、20a、30、30aが設けられる。2段目の半導体チップ20cは、ボンディングワイヤ81を介して、最下段の半導体チップ20と電気的に接続される。2段目の半導体チップ30cは、ボンディングワイヤ82を介して、最下段の半導体チップ30と電気的に接続される。
【0136】
第3実施形態の第4変形例のように、半導体チップ20c、30cが積層されてもよい。第3実施形態の第4変形例による半導体装置1は、第3実施形態の第3変形例と同様の効果を得ることができる。
【0137】
(第3実施形態の第5変形例)
図24は、第3実施形態の第5変形例による半導体装置1の構成の一例を示す断面図である。第3実施形態の第5変形例は、半導体チップ40を覆う半導体チップ20、30の数が異なっている点で、第3実施形態とは異なっている。
【0138】
半導体装置1は、積層体S1a、S1b、S2a、S2bを備える。積層体S1a、S1b、S2a、S2bは、面F10a上の異なる位置に設けられる。
【0139】
積層体S1a、S1bのそれぞれは、積層された2段の半導体チップ20を有する。積層体S1a、S1bは、ボンディングワイヤ81を介して、互いに電気的に接続される。
【0140】
積層体S2a、S2bのそれぞれは、積層された2段の半導体チップ30を有する。積層体S2a、S2bは、ボンディングワイヤ82を介して、互いに電気的に接続される。
【0141】
半導体チップ40は、少なくとも一部が積層体S1a、S1b、S2a、S2bの接着層21、31に覆われるように、面F10a上に設けられる。
【0142】
第3実施形態の第5変形例のように、半導体チップ40を覆う半導体チップ20、30の数が変更されてもよい。第3実施形態の第5変形例による半導体装置1は、第3実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0143】
上記実施形態において、アスペクト比が3以上5未満の半導体チップを適切に配置することができる。アスペクト比が5以上10未満の半導体チップを適切に配置することができる。アスペクト比が10以上15未満の半導体チップを適切に配置することができる。
【0144】
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】
【0145】
1 半導体装置、10 配線基板、20 半導体チップ、20a 半導体チップ、20b 半導体チップ、半導体チップ20c、20p パッド、21 接着層、30 半導体チップ、30p パッド、31 接着層、40 半導体チップ、81 ボンディングワイヤ、82 ボンディングワイヤ、110 スペーサ、111 接着層、F10a 面、S1 積層体、S2 積層体