JPH05109977A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH05109977A
JPH05109977A JP3270864A JP27086491A JPH05109977A JP H05109977 A JPH05109977 A JP H05109977A JP 3270864 A JP3270864 A JP 3270864A JP 27086491 A JP27086491 A JP 27086491A JP H05109977 A JPH05109977 A JP H05109977A
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JP
Japan
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chip
semiconductor device
pads
pad
chips
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JP3270864A
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Tatsuo Miyajima
辰夫 宮嶋
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/10Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/15Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
    • H01L2224/16Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
    • H01L2224/161Disposition
    • H01L2224/16135Disposition the bump connector connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
    • H01L2224/16145Disposition the bump connector connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being stacked

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 多端子で、回路部分の面積の小さなICチッ
プの空きスペースをなくすとともに、多様な種類のIC
チップからなる半導体装置を得る。 【構成】 ワイヤボンディングパッド1とICチップA
を接続するためのパッド2が設けられ、このパッド2上
に貴金属からなるバンプ3をその厚みを10μm以下に
形成したICチップBと、パッド2に対応するパッド5
が設けられたICチップAとを有し、ICチップAのパ
ッド5をバンブ3を介してICチップBのパッド2に熱
圧着したことを特徴としている。 【効果】 多端子で、かつ回路部分の小さなICチップ
上の空きスペースを効果的になくすことができ、同種,
または異種のICチップの複合化が容易となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、多数の入出力ピンを有
するICチップと、回路部分が小さく、空きスペースが
ないパッドサイズを有するICチップとを接続して構成
された半導体装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】以下では、ICチップとしてグルーロジ
ック(アンド,オア等の基本ロジック)のように、極め
てI/O数の多いゲートアレイ(以下、G/Aと記す)
を例にとり、図9(a),(b)を参照して説明する。
ゲート数が2〜3Kゲートで、I/O数が120〜16
0ピンも必要な場合、あるいは将来、設計ルールが0.
6μm,0.4μmとファイン化し、図9(a),
(b)に示すように、ロジック部12が小さくなるとワ
イヤボンディングパッド11がチップサイズを決定して
しまうため、ICチップCに空きスペース13が生じて
しまう。ワイヤボンディングパッド11は、現状のワイ
ヤボンディング装置のキャピラリの大きさ,位置精度,
チップテストピンの機械的制限等から100μmピッチ
程度が限界である。このため、必要な入出力端子数、す
なわち、ワイヤボンディングパッド数が決まると、図9
(a)あるいは千鳥状にワイヤボンディングパッド11
を並べた図9(b)のように、最小のチップサイズが決
定してしまう。図9(b)の千鳥状にワイヤボンディン
グパッド11を作れば空きスペース13は大幅に改善で
きるが、フレームへのワイヤボンディングに工夫が必要
となる。いずれにせよ、ワイヤボンディングパッド11
の1個の大きさが100μmの幅程度と、絶対値の制限
をもっているため、図9(a),(b)の従来技術で
は、入出力端子数と内部ロジックのサイズの関係でIC
チップC内に空きスペース13ができてしまう場合があ
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記従来構造の欠点、
すなわち入出力端子数がICチップCのロジック回路
(G/Aの場合)のサイズに比べて多い場合、あるいは
将来、デザインルールがファイン化してロジック部分が
現在のサイズよりはるかに小さくなった場合、図9
(a),(b)に示すようなICチップC内に空きスペ
ース13が生じ、チップコストが低減できなくなる。
【0004】本発明は、上記のような従来の欠点を解決
するためになされたもので、新しいチップ構造と、異種
プロセスのチップの複合化,異種材料のチップの複合化
をはかった半導体装置を得ることを目的とするものであ
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体装置
は、1つのICチップAと他のICチップBの少なくと
も2つのICチップより構成し、ICチップAはワイヤ
ボンディングパッドよりはるかに小さなパッドをもち、
このパッドとICチップBの対応するパッドとを、前記
両パッドの一方または双方に形成した貴金属からなるバ
ンプにより熱圧着したものである。
【0006】また、バンプは厚みを10μm以下とした
ものである。さらに、ICチップAのパッドがICチッ
プAの平面内の任意の位置に配置されたものである。ま
た、ICチップBのパッドと対応するワイヤボンディン
グパッドとは配線により接続されている。さらに、IC
チップAとICチップBとの間にバンプにより形成され
る隙間には樹脂が充填されている。また、ICチップA
およびICチップBにはいずれも集積回路または能動素
子が搭載され、ICチップAに複数個が設けられ、その
うちの少なくとも1つは他と異なる動作原理の能動素子
となっており、さらに複数のICチップAのうち少なく
とも1つは他のものと基板材料を異にしたものである。
【0007】
【作用】本発明においては、ICチップAのパッドは、
貴金属による熱圧着が可能であればよいため、原理的に
ICチップAに空きスペースができないようなパッドサ
イズを選べる。一方、ICチップBは単に配線のみの時
は低コスト化が可能で、高価なプロセスを用いるICチ
ップAに空きスペースを作るより低コスト化が期待でき
る。
【0008】また、ICチップAとICチップBとの接
続はICチップAの平面内の任意の位置で行える。ま
た、ICチップBは配線でバンプとワイヤボンディング
パッドとを接続しているので、低抵抗化が容易となる。
また、隙間に充填された樹脂により樹脂モールド時の加
圧力による両ICチップA,Bの接触が防止される。ま
た、両ICチップA,Bに種々の集積回路や能動素子を
搭載することにより大規模,複雑なマルチチップLSI
が得られる。
【0009】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図について説明す
る。図1(a)〜(c)は本発明の一実施例を示す図
で、図1(a),(b)はICチップBの平面図と側面
図であり、図1(c)はICチップAの平面図である。
この実施例は、ICチップBに、ICチップAのパッド
5と対応するパッド2を設け、このパッド2にICチッ
プAのパッド5を熱圧着するためのバンプ3が形成さ
れ、さらにワイヤボンディングパッド1と、このワイヤ
ボンディングパッド1をパッド2に電気的に接続する配
線(多層配線でもよい)4を備えた最も単純な一例を示
す。なお、配線4は図1(a)の平面図では省略されて
いる。図2はICチップAとICチップBが熱圧着され
た状態を示す。
【0010】図1において、ICチップBは通常のIC
製造に用いられる少なくとも1つの主面を、鏡面研磨し
たシリコンウエハを通常の酸化工程を通して表面を酸化
したのち、Alの蒸着と、その後の写真製版工程により
パッド2,ワイヤボンディングパッド1および前記パッ
ド2とワイヤボンディングパッド1を接続する配線4を
形成する。次に、パッド2の部分に写真製版と化学的メ
ッキにより、パッド2の上に金のバンプ3を約7μmの
厚さに形成する。この厚さ(10μm以下)は、通常の
写真製版で形成可能な写真製版の感光性レジスト膜の限
界で、これ以上厚い膜厚を得るには特別な技術,装置を
必要とする。また、本例ではバンプ3の厚さを7μmと
したが、これはICチップA,Bの表面構造,ICチッ
プAの厚さおよびICチップAの大きさにより、10μ
m以下の厚さで任意に選べる。ICチップBのバンプ3
で接合されるべきICチップAのパッド5はAl−Ti
−Au等の構造を用い、金でメタライズする。次に、I
CチップAとICチップBを重ね赤外線顕微鏡による位
置合わせをしたのち、100〜150℃のN2 ガス中で
バンプ3の接触面積に対して50〜500Kg重/cm
2 (望ましくは100〜200Kg重/cm2 )の加圧
をし、約10分間で強固な接続を得る。この状態を図2
(a),(b)に示す。
【0011】本実施例により、例えば多数のI/Oを有
する比較的小ゲート数のゲートアレイや、多端子で、か
つデザインルールがファインになり、ワイヤボンディン
グパッドによりチップサイズが決定され、チップ内に空
きスペースができる従来例の場合に対し、低コストの有
効な解決策となる。
【0012】図3(a)〜(c)は本発明の他の実施例
を示すもので、図3(a),(b)はICチップBの平
面図と側面図、図3(c)はICチップAの平面図であ
る。この実施例はICチップAのパッド5をICチップ
Aの任意の場所に設けた例を示す。また、図4(a),
(b)にICチップAとICチップBに接続した状態を
示す。なお、図3,図4におけるその他の符号は図1,
図2と同じものを示す。バンプ3によるICチップAと
ICチップBの接続を任意の場所に設けることにより、
以下のような作用効果が得られる。(1) ICチップB
の配線4は、ICチップAより当然低抵抗(配線を厚
く,幅を広く)に形成できる。したがって、電源供給,
接地をICチップAの任意の場所にとれることにより、
ICチップAの設計の自由度が大幅に改善されるととも
に、全体として耐ノイズ性に優れた構成が可能となる。
(2) バンプ3間の距離が、例えば1mm以下になるよ
うにして、ICチップAの全体にパッド5およびバンプ
3を分布させれば、バンプ3の厚さを5μm程度まで薄
くできる。これは樹脂モールド時の樹脂への加圧力によ
り、バンプ3間でシリコン基板が変形し、ICチップA
とICチップBとが接触することがなくなるためであ
る。このように、ICチップAの任意の部分に、バンプ
3により接触を行うことにより、バンプ3の厚さを限度
一杯まで薄くでき、バンプ形成が一層容易となる。
【0013】図5(a),(b)は本発明の他の実施例
を示す図で、ICチップAとICチップBとがモールド
プレスの圧力による機械的変形で、その対向する面が接
触するのを防ぐ方法を示すものである。すなわち、IC
チップAとICチップBとを熱圧着後、室温付近では粘
度が低い熱重合タイプの充填樹脂6をICチップA,I
CチップBの間の隙間に毛細管現象を利用して注入す
る。しかる後、熱硬化し、またはそのままで樹脂モール
ドをする。この構造とすれば、樹脂モールド時の圧力で
ICチップAとICチップBの対向する面が接触するこ
とが避けられる。
【0014】図6(a),(b)は本発明のさらに他の
実施例を示す図で、ICチップBにバイポーラプロセス
によるI/F回路やアナログ回路を搭載した例を示す。
この場合、ICチップAはフルCMOS回路とし、従来
であればBi−CMOSプロセスを必要としてプロセス
自体が高価となるのに対し、本方法ではCMOSプロセ
スとバイポーラプロセスを各々のICチップA,Bに適
用することにより、安価に自由なチップ構成が得られ
る。なお、7はバイポーラ素子部分を示す。
【0015】図7(a),(b)は本発明のさらに他の
実施例を示す図で、ICチップAが複数個となる場合を
示す。ICチップA1 〜A4 で示すICチップAは、異
なるプロセス,異なる動作原理の能動素子で形成するこ
とにより、例えばバイポーラアナログICチップ,CM
OSロジック,ECLメモリ,CMOSメモリ等によ
り、また、ICチップBにも能動素子を搭載することに
より、大規模,複雑なマルチチップLSI・ICを構成
できる。
【0016】図8(a),(b)は本発明のさらに他の
実施例を示す図で、ICチップAに異種材料のICチッ
プまたは能動素子を少なくとも1個搭載した例を示すも
のである。例えば、ICチップAの1つであるICチッ
プA2 にGaAsの高周波プリスケーラを、ICチップ
3 に高速ロジックを、また、ICチップA1 にSi基
板のCMOSロジックICチップを用いて、GHz帯の
通信用LSIICを構成することが可能となる。その
他、LEDチップを搭載してホトカプラの構成も可能と
なる(図示していない)。
【0017】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ワイヤボンディングパッドの物理的寸法の下限によっ
て、ワイヤボンディングパッドの数が多いときは、その
数によってチップサイズが決定された1つまたは複数の
ICチップを他方のICチップに接続する構成としたの
で、一方のICチップに空きスペースが生じるという不
具合を解消できる。また、貴金属からなるバンプは厚み
が10μm以下であるので、通常の写真製版技術で容易
に実現できる。
【0018】さらに、ICチップAのパッドを、このI
CチップAの平面内の任意の位置に分布させることがで
きるので、ICチップBとの接続が任意の位置で実現で
きる。さらに、ICチップBのワイヤボンディングパッ
ドとバンプとを配線で接続したので、ICチップAより
低抵抗に形成でき、ICチップAの設計の自由度が大幅
に改善される。また、ICチップAとICチップBとの
間にバンプにより形成された隙間に樹脂が充填されてい
るので、樹脂モールド時の樹脂への加圧力によっても両
ICチップA,Bが接触することがなく、バンプの厚さ
を5μm程度まで薄くできる。
【0019】さらに、ICチップAを同一種類または異
なる種類の集積回路または能動素子で構成し、これをI
CチップBに接続するようにしたので、大規模,複雑な
マルチ・チップLSIを構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す図である。
【図2】図1の接続状態を示す構成図である。
【図3】本発明の他の実施例を示す図である。
【図4】図3の接続状態を示す構成図である。
【図5】本発明のさらに他の実施例の接続状態を示す構
成図である。
【図6】本発明のさらに他の実施例を示す図である。
【図7】本発明のさらに他の実施例を示す異なるプロセ
ス,動作原理のチップの組み合わせ例を示す構成図であ
る。
【図8】本発明のさらに他の実施例を示す図で、図7の
チップと異なる多数のチップを用いた構成図である。
【図9】従来のICチップの構成を示す図である。
【符号の説明】
1 ワイヤボンディングパッド 2 外部端子取り出しのためのICチップBのパッド 3 バンプ 4 配線 5 外部端子取り出しのためのICチップAのパッド 6 充填樹脂 7 バイポーラ素子部分 A ICチップ B ICチップ

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 周縁部にパッドが形成された少なくとも
    1個のICチップAと、このICチップAの前記パッド
    の各々またはその一部のパッドに対応して重ね合う位置
    にパッドをもち、かつワイヤボンドのために十分な大き
    さのワイヤボンディングパッドを周縁部にもつICチッ
    プBとが、前記ICチップAのパッドとICチップBの
    パッドのいずれか一方、もしくは双方のパッド上に形成
    された貴金属からなるバンプにより熱圧着されているこ
    とを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 貴金属からなるバンプは、厚みが10μ
    m以下であることを特徴とする請求項1記載の半導体装
    置。
  3. 【請求項3】 貴金属からなるバンプによって熱圧着す
    るICチップAのパッドがICチップAの平面内の任意
    の位置に配置されていることを特徴とする請求項1記載
    の半導体装置。
  4. 【請求項4】 ICチップBのバンプによってICチッ
    プAのパッドと熱圧着されるパッドの各々が対応するワ
    イヤボンディングパッドと前記ICチップBの表面部分
    に形成された配線によって電気的に接続されていること
    を特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  5. 【請求項5】 ICチップAとICチップBとの間にバ
    ンプにより形成される隙間に樹脂が充填されていること
    を特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  6. 【請求項6】 ICチップAおよびICチップBはいず
    れも集積回路または能動素子を搭載していることを特徴
    とする請求項1記載の半導体装置。
  7. 【請求項7】 ICチップAおよびICチップBはいず
    れも集積回路を搭載しており、ICチップAは複数個が
    設けられ、少なくともICチップAの1つが他のICチ
    ップAに搭載された集積回路と動作原理の異なる能動素
    子の集積回路で構成されていることを特徴とする請求項
    6記載の半導体装置。
  8. 【請求項8】 ICチップAは複数個が設けられ、少な
    くともその1つが他のICチップと基板材料を異にして
    いることを特徴とする請求項6記載の半導体装置。
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