DE60030931T2

DE60030931T2 - Halbleiteranordnung und Herstellungsverfahren dafür

Info

Publication number: DE60030931T2
Application number: DE60030931T
Authority: DE
Inventors: c/o Fujitsu Ltd. Kaname Kawasaki-shi Kanagawa Ozawa; c/o Fujitsu Tohoku Electronics Ltd. Hayato Aizuwakamatsu-shi Fukushima Okuda; c/o Fujitsu Ltd. Ryuji Kawasaki-shi Kanagawa Nomoto; c/o Fujitsu Vlsi Ltd. Yuji Kasugai-shi Aichi Akashi; c/o Fujitsu Ltd. Katsuro Kawasaki-shi Kanagawa Hiraiwa
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Semiconductor Ltd
Priority date: 1999-10-19
Filing date: 2000-03-17
Publication date: 2007-02-15
Anticipated expiration: 2020-03-18
Also published as: EP1094517A2; KR20010039547A; EP1713122A3; KR100610170B1; JP2001118877A; JP3765952B2; TW445557B; EP1094517A3; US6215182B1; EP1094517B1; DE60030931D1; EP1713122A2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen Halbleitervorrichtungen und Verfahren zum Herstellen derselben und im besonderen eine Halbleitervorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung, die so konfiguriert ist, daß eine Vielzahl von Halbleiterelementen in ihr gestapelt ist.
In den letzten Jahren ist einhergehend mit der zunehmenden Nachfrage nach miniaturisierten tragbaren Geräten, wie beispielsweise einem tragbaren Telefon, auch verlangt worden, daß eine darin enthaltene Halbleitervorrichtung kleiner wird. Um diese Situation zu unterstützen, wird eine Halbleitervorrichtung des Stapeltyps entwickelt, in der eine Vielzahl von Halbleiterelementen in Harz zur Einkapselung (in einer Packung) gestapelt ist.
2. Beschreibung der verwandten Technik
1 und 2 zeigen eine herkömmliche Halbleitervorrichtung des Stapeltyps 1A, die eine Vielzahl von Anschlußleitungen 5 umfaßt, die als Verbindungsanschlüsse dienen. 1 ist eine Querschnittsansicht der Halbleitervorrichtung 1A, und 2 ist eine Draufsicht auf die Halbleitervorrichtung 1A, wobei das einkapselnde Harz 6A teilweise entfernt ist.
Die in 1 und 2 gezeigte Halbleitervorrichtung 1A ist so konfiguriert, um drei Halbleiterelemente 2, 3 und 4 zu haben, die auf einem Stufenabschnitt 5a gestapelt sind, der auf den Anschlußleitungen 5 vorgesehen ist. Auf den Halbleiterelementen 2, 3 und 4 sind jeweilig erste Elektroden 7, zweite Elektroden 8 und dritte Elektroden 9 vorgesehen, die mit Bondingkissen 5c der Anschlußleitungen 5 über erste Drähte 10, zweite Drähte 11 bzw. dritte Drähte 12 verbunden sind. Ferner sind äußere Anschlußleitungen 5b der Anschlußleitungen 5, die sich von ihnen nach außen erstrecken, zum Beispiel in Form eines Möwenflügels gebildet.
Da die in 1 und 2 gezeigte Halbleitervorrichtung 1A so konfiguriert ist, daß sich die äußeren Anschlußleitungen 5b von dem einkapselnden Harz 6A nach außen erstrecken und die Bondingkissen 5c, mit denen die Drähte 10 bis 12 verbunden sind, außerhalb der Halbleiterelemente 2 bis 4 gebildet sind, führt dies zu großen Abmessungen der Halbleitervorrichtung 1A. Obwohl die Halbleitervorrichtung 1A eine Struktur mit vielen Anschlüssen hat, die aus der hohen Dichte und der Stapelung der Halbleiterelemente 2 bis 4 resultiert, sind ferner einem Verkürzen der Teilungen der benachbarten Anschlußleitungen 5 Grenzen gesetzt, und auch dies führt zu den großen Abmessungen der Halbleitervorrichtung 1A.
Andererseits zeigen 3 und 4 eine herkömmliche Halbleitervorrichtung 1B des BGA-(ball grid array)-Typs, die eine Vielzahl von Lötkugeln 15 hat, die als Verbindungsanschlüsse dienen. 3 ist eine Querschnittsansicht der Halbleitervorrichtung 1B, und 4 ist eine Draufsicht auf die Halbleitervorrichtung 1B, wobei das einkapselnde Harz 6B teilweise entfernt ist. Außerdem sind in 3 und 4 Teile, die dieselben wie jene von 1 und 2 sind, mit denselben Bezugszeichen versehen.
Die Halbleitervorrichtung 1B des BGA-Typs ist so konfiguriert, um erste, zweite und dritte Halbleiterelemente 2, 3 und 4 zu haben, die auf einem Substrat 13 von ihr, wie zum Beispiel auf einem Substrat für gedruckte Schaltungen, gestapelt sind. Auf den Halbleiterelementen 2, 3 und 4 sind jeweilig Elektroden 7, 8 und 9 vorgesehen. Diese Elektroden 7 bis 9 sind unter Verwendung von ersten, zweiten und drit ten Drähten 10, 11 bzw. 12 mit einer Vielzahl von Bondingkissen 14 verbunden, die auf dem Substrat 13 gebildet ist, worauf die Halbleiterelemente 2 bis 4 gestapelt sind.
Die Vielzahl von Bondingkissen 14 ist mit den jeweiligen Lötkugeln 15 über Durchgangslöcher und Drähte (beide nicht gezeigt) verbunden. Somit ist jedes der Halbleiterelemente 2, 3 und 4 über die Drähte 10 bis 12, die Bondingkissen 14, die nichtgezeigten Durchgangslöcher und Drähte mit den Lötkugeln 15 verbunden.
Da die Halbleitervorrichtung 1B des BGA-Typs so konfiguriert ist, wie zuvor beschrieben, daß die Lötkugeln 15, die als Verbindungsanschlüsse dienen, unter den gestapelten Halbleiterelementen 2 bis 4 vorgesehen sind, kann sie in kleinerer Größe als die Halbleitervorrichtung 1A von 1 und 2 produziert werden. Da ferner die benachbarten Teilungen der Bondingkissen 14 enger als jene der Anschlußleitungen 5 konstruiert werden können, die in 1 und 2 gezeigt sind, können die Bondingkissen 14 die Struktur mit den vielen Anschlüssen unterstützen.
Da jedoch, wie aus 1 bis 4 ersichtlich ist, sowohl in den Halbleitervorrichtungen 1A sowie 1B die Anschlußleitungen 5 oder die Bondingkissen 14 mit den Halbleiterelementen 2, 3 und 4 unter Verwendung der Drähte 10, 11 und 12 verbunden sind, ist es unumgänglich, die Drähte 10, 11 und 12 innerhalb des einkapselnden Harzes 6A oder 6B zu verlegen.
Besonders in der Halbleitervorrichtung 1A oder 1B, in der die Halbleiterelemente 2 bis 4 gestapelt sind, müssen die ersten Drähte 10 mit ausreichender Länge verlegt werden, damit das oberste Halbleiterelement 2 mit den Anschlußleitungen 5 oder den Bondingkissen 14 verbunden werden kann. Dadurch werden Schleifenhöhen der ersten Drähte 10 (Höhen von den Anschlußleitungen 5 oder den Bondingkissen 14 bis zu den ersten Drähten 10) hoch, und dies führt zu großen Abmessungen (besonders in der Höhe) der Halbleitervorrichtung 1A oder 1B).
Um die obenerwähnten Probleme zu lösen und die Halbleitervorrichtungen 1A und 1B zu miniaturisieren, ist es erforderlich, die Drähte 10 bis 12 niedriger anzuordnen. Wenn die Drähte 10 bis 12 jedoch niedriger angeordnet sind, führt das zu dem Problem, daß die Drähte 10 bis 12 Eckabschnitte der Halbleiterelemente 2 bis 4 kontaktieren können oder daß benachbarte Drähte von ihnen einander kontaktieren können, um einen Kurzschluß hervorzurufen. Als Resultat wird die Zuverlässigkeit der Halbleitervorrichtung 1A oder 1B gemindert.
Ein Verfahren, das die Merkmale (a) und (b) von Anspruch 1 umfaßt, ist aus US-A-5 502 289 bekannt. EP 0 397 426 lehrt eine IC-Packungsstruktur und ein Verfahren mit einer Goldkugelelektrode, die auf einer Kissenelektrode auf dem oberen Halbleiterelement gebildet ist, wie es in 10 und 11D gezeigt ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist das Vorsehen eines Verfahrens zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung, bei dem die obigen Nachteile eliminiert sind.
Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist das Vorsehen eines Verfahrens zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung, das die Schritte umfaßt:

(a) Stapeln einer Vielzahl von Halbleiterelementen, die wenigstens ein oberstes, ein mittleres und ein unterstes enthalten, auf einem Substrat; und
(b) Ausführen eines Drahtbondingprozesses, bei dem eine Vielzahl von Drähten jeweils zwischen zweien von Elek troden elektrisch verbunden werden, wobei die Vielzahl von Drähten Drähte umfaßt, die zwischen zweien von Elektroden elektrisch verbunden werden, die jeweilig auf zwei benachbarten von der Vielzahl von Halbleiterelementen vorgesehen sind, und Drähte umfaßt, die zwischen zweien von Elektroden elektrisch verbunden werden, die jeweilig auf dem Substrat und dem untersten Halbleiterelement, das direkt auf dem Substrat gestapelt ist, vorgesehen sind; bei dem der Drahtbondingprozeß umfaßt:
(c) Ausführen eines Abstandsgliedanordnungsprozesses, bei dem eine Vielzahl von Abstandsgliedern zwischen den Drähten und den Elektroden vorgesehen wird, die auf den Halbleiterelementen, außer auf dem obersten, vorgesehen sind; und
(d) Ausführen eines Verbindungsprozesses, bei dem die Drähte jeweilig mit den Abstandsgliedern verbunden werden, die durch den Abstandsgliedanordnungsprozeß gebildet wurden.

Andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden eingehenden Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen deutlicher hervor.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Querschnittsansicht einer herkömmlichen Halbleitervorrichtung;
2 ist eine Draufsicht auf die herkömmliche Halbleitervorrichtung von 1, wobei das einkapselnde Harz teilweise entfernt ist;
3 ist eine Querschnittsansicht einer anderen herkömmlichen Halbleitervorrichtung;
4 ist eine Draufsicht auf die herkömmliche Halbleitervorrichtung, die in 3 gezeigt ist, wobei das einkapselnde Harz teilweise entfernt ist;
5 ist eine Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung einer ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung;
6 ist eine Draufsicht auf die Halbleitervorrichtung von 5, wobei das einkapselnde Harz teilweise entfernt ist;
7 ist ein Diagramm, das eine Drahtverbindungsstruktur der Halbleitervorrichtung der ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
8 ist ein Diagramm, das einen Bondingprozeß bei einem Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung der ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
9 ist ein Diagramm, das einen anderen Bondingprozeß bei dem Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung der ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
10 ist ein Diagramm, das noch einen anderen Bondingprozeß bei dem Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung der ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
11 ist ein Diagramm, das noch einen anderen Bondingprozeß bei dem Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung der ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
12 ist ein Diagramm, das noch einen anderen Bondingprozeß bei dem Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung der ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
13 ist ein Diagramm, das Effekte der Halbleitervorrichtung der ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
14 ist ein Diagramm, das ein Problem zeigt, das entsteht, wenn Drähte direkt auf die Elektroden der Halbleitervorrichtung der ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung gebondet werden;
15 ist ein Diagramm, das eine Drahtverbindungsstruktur einer Halbleitervorrichtung einer zweiten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
16 ist eine Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung einer dritten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung;
17 ist eine Draufsicht auf die Halbleitervorrichtung von 16, wobei das einkapselnde Harz teilweise entfernt ist;
18 ist eine Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung einer vierten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung;
19 ist ein Diagramm, das einen Bondingprozeß bei einem Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung der vierten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
20 ist ein Diagramm, das einen anderen Bondingprozeß bei dem Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung der vierten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
21 ist ein Diagramm, das noch einen anderen Bondingprozeß bei dem Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung der vierten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
22 ist ein Diagramm, das noch einen anderen Bondingprozeß bei dem Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung der vierten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
23 ist ein Diagramm, das noch einen anderen Bondingprozeß bei dem Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung der vierten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
24 ist ein Diagramm, das Effekte der Halbleitervorrichtung der vierten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt; und
25 ist ein Diagramm, das ein Problem zeigt, das entsteht, wenn Drähte direkt auf die Elektroden der Halbleitervorrichtung der vierten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung gebondet werden.
EINGEHENDE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen folgt nun eine Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
5 bis 7 sind Diagramme zum Darstellen einer Halbleitervorrichtung 20A gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 5 ist eine Querschnittsansicht, die die Halbleitervorrichtung 20A zeigt. 6 ist eine Draufsicht, die die Halbleitervorrichtung 20A zeigt, wobei das einkapselnde Harz 6A teilweise entfernt ist. 7 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Drahtverbindungsstruktur der Halbleitervorrichtung 20A zeigt.
Die Halbleitervorrichtung 20A der vorliegenden Erfindung ist eine Halbleitervorrichtung des BGA-(ball grid array)-Typs, die eine Vielzahl von Halbleiterelementen 22 bis 24 (drei in dieser Ausführungsform), einkapselndes Harz 26, erste bis dritte Drähte 30 bis 32, ein Substrat 33 und eine Vielzahl von Lötkugeln 35 umfaßt.
Die ersten, zweiten und dritten Halbleiterelemente 22, 23 und 24 sind so konfiguriert, um auf dem Substrat 33 gestapelt zu sein. Speziell zwischen dem ersten Halbleiter element 22 und dem zweiten Halbleiterelement 23, zwischen dem zweiten Halbleiterelement 23 und dem dritten Halbleiterelement 24 und zwischen dem dritten Halbleiterelement 24 und dem Substrat 33 ist ein filmartiger Isolierungsklebstoff 38 eingefügt. Die Halbleiterelemente 22 bis 24 und das Substrat 33 sind also konfiguriert, um durch den Isolierungsklebstoff 38 aneinanderzuhaften. Da der Isolierungsklebstoff 38 in dieser Ausführungsform ein filmartiger Klebstoff ist, ist seine Dicke gleichförmig und sehr dünn.
Ferner sind die ersten, zweiten und dritten Halbleiterelemente 22, 23 und 24 in dem Zustand der gemeinsamen Stapelung so konfiguriert, daß wenigstens eine periphere Seite von jedem der Halbleiterelemente 22, 23 und 24 so gestuft ist, daß sie wie Treppen gestapelt sind. Erste, zweite und dritte Elektroden 27, 28 und 29 sind, wie in 7 gezeigt, an vorbestimmten Positionen an Peripherien der Halbleiterelemente 22, 23 bzw. 24 vorgesehen. Dementsprechend sind die zweiten Elektroden 28, die auf dem zweiten Halbleiterelement 23 vorgesehen sind, auf einem gestuften Abschnitt positioniert, der aus dem ersten Halbleiterelement 22 und dem zweiten Halbleiterelement 23 gebildet ist, und die dritten Elektroden 29, die auf dem dritten Halbleiterelement 24 vorgesehen sind, sind auf einem gestuften Abschnitt positioniert, der aus dem zweiten Halbleiterelement 23 und dem dritten Halbleiterelement 24 gebildet ist.
Das Substrat 33 kann zum Beispiel ein flexibles Verdrahtungssubstrat aus Polyimid oder ein Substrat für gedruckte Schaltungen aus Glasepoxyd sein. Auf einer Oberfläche des Substrats 33, welche Oberfläche (nachfolgend als obere Fläche bezeichnet) die Halbleiterelemente 22 bis 24 trägt, ist eine Vielzahl von Bondingkissen 34, eine Vielzahl von Kugelverbindungskissen 39 und eine Vielzahl von Drähten 40 vorgesehen.
Die Vielzahl von Bondingkissen 34 ist, wie in 6 gezeigt, an der Peripherie eines Ortes gebildet, wo die Halbleiterelemente 22 bis 24 enthalten sind, und an sie sind, wie es später beschrieben ist, jeweilig eine Vielzahl der dritten Drähte 32 gebondet. Weiterhin sind die Kugelverbindungskissen 39 an einem Ort vorgesehen, wo die Lötkugeln 35 gebildet sind. In dieser Ausführungsform sind die Lötkugeln 35 in einem Zustand eines Flächenarrays angeordnet. Daher sind die Lötkugeln 35 unter den gestapelten Halbleiterelementen 22 bis 24 vorgesehen.
Hin zu der Vielzahl von Kugelverbindungskissen 39 ist eine Vielzahl von Löchern 41 gebildet, wie in 5 gezeigt. Die Lötkugeln 35, die als Verbindungsanschlüsse dienen, sind über die Löcher 41 in dem Substrat 33 mit den Kugelverbindungskissen verbunden. Ferner sind die Drähte 40 in einem vorbestimmten Muster verlegt, um die Bondingkissen 34 mit den jeweiligen Kugelverbindungskissen 39 zu verbinden.
Da die Kugelverbindungskissen 39 unter der Oberfläche positioniert sind, wie zuvor beschrieben, auf der die Halbleiterelemente 22 bis 24 enthalten sind, sind die Drähte 40 so verlegt, daß sie sich von den Bondingkissen 34 nach innen erstrecken, und solch eine Struktur kann als Fun-in-Struktur bezeichnet werden. Daher sind die Bondingkissen 34 über die Drähte 40 bzw. die Kugelverbindungskissen 39 mit den Lötkugeln 35 elektrisch verbunden.
Das einkapselnde Harz 26 kann zum Beispiel Epoxydharz sein und ist so ausgelegt, daß es die Halbleiterelemente 22 bis 24 und die Drähte 30 bis 32 in sich einkapseln kann. In dieser Ausführungsform wird die Halbleitervorrichtung 20A so hergestellt, daß ein Substrat (im folgenden als Basissubstrat bezeichnet), das breiter als das Substrat 33 der Halbleitervorrichtung 20A ist, vorbereitet wird, dann eine Vielzahl von Sätzen der Halbleiterelemente 22 bis 24 auf dem Basissubstrat gestapelt wird und danach ein Drahtbondingprozeß ausgeführt wird, die Vielzahl von Gruppen der Halbleiterelemente 22 bis 24 und der Drähte 30 bis 32 gemeinsam geformt wird und dann ein Zerteilungsprozeß zum Einsatz kommt, so daß das Basissubstrat in individuelle Halbleitervorrichtungen 20A zerteilt wird. So kann die Produktivität bei der Herstellung der Halbleitervorrichtung 20A verbessert werden.
Als nächstes folgt eine Beschreibung der ersten, der zweiten und der dritten Drähte 30, 31 und 32.
Jeder der Drähte 30 bis 32 kann feine leitfähige Leitungen aus einem Metallmaterial wie etwa Kupfer oder dergleichen haben und unter Verwendung einer Drahtbondingvorrichtung verlegt werden. Die ersten Drähte 30 werden zwischen den zweiten Elektroden 28, die auf dem zweiten Halbleiterelement 23 vorgesehen sind, und den ersten Elektroden 27 verlegt, die auf dem ersten Halbleiterelement 22 vorgesehen sind, das direkt auf dem zweiten Halbleiterelement 23 gestapelt ist. Ferner wird jeder der Drähte 30 bis 32 zwischen Elektroden verlegt, die identische elektrische Charakteristiken und Signalcharakteristiken haben und somit äquicharakteristische Elektroden sind.
Speziell werden die zweiten Drähte 31 zwischen den dritten Elektroden 29, die auf dem dritten Halbleiterelement 24 vorgesehen sind, und den zweiten Elektroden 28 verlegt, die auf dem zweiten Halbleiterelement 23 vorgesehen sind, das direkt auf dem dritten Halbleiterelement 24 gestapelt ist. Des weiteren werden die dritten Drähte 32 zwischen den Bondingkissen 34, die auf dem Substrat 33 vorgesehen sind, und den dritten Elektroden 29 verlegt, die auf dem dritten Halbleiterelement 24 vorgesehen sind, das direkt auf dem Substrat 33 gestapelt ist.
Außerdem bedeutet "... direkt gestapelt auf ..." "... unmittelbar gestapelt auf einem oberen Abschnitt von ...". Dies bedeutet aber nicht, daß der Isolierungsklebstoff 38 nicht dazwischenliegt. Daher ist zum Beispiel ein Halbleiterelement, das direkt auf dem dritten Halbleiterelement 24 gestapelt ist, das zweite Halbleiterelement 23, das nicht das erste Halbleiterelement 22 enthält.
Bei einer Verlegung, wie oben beschrieben, sind die ersten bis dritten Drähte 30 bis 32 über Umspannstationen der gestapelten Halbleiterelemente 24 und 23 mit dem Substrat 33 verbunden. Somit sind sie stufenweise von dem obersten ersten Halbleiterelement 22 zum Substrat 33 verlegt, wie in 5 und 7 gezeigt.
Da in dieser Ausführungsform die ersten bis dritten Drähte 30 bis 32 über Umspannstationen der gestapelten Halbleiterelemente 24 und 23 mit dem Substrat 33 verbunden sind, können die Längen von jedem der Drähte 30 bis 32 verkürzt sein, und dadurch können auch Höhen von Drahtschleifen derselben (Abstände von zweiten Bondingpositionen der Drähte bis zu dem oberen Ende der Drahtschleifen) verringert werden. Daher kann der Raum für die Drahtschleifen innerhalb der Halbleitervorrichtung 20A kleiner konstruiert werden, und dadurch kann die Miniaturisierung (in der Höhe) der Halbleitervorrichtung 20A erreicht werden.
Ferner ist in der Ausführungsform nur einer der Drähte 32 mit einem entsprechenden der Bondingkissen 34 gekoppelt, die auf dem Substrat 33 vorgesehen sind. Aus diesem Grund kann jedes der Bondingkissen 34 im Vergleich zu den herkömmlichen Bondingkissen 14 (siehe 3 und 4), mit denen jeweils die Vielzahl der Drähte 10 bis 12 gekoppelt ist, kleiner gebildet sein. Als Resultat kann die Halbleitervorrichtung 20A der vorliegenden Erfindung miniaturisiert werden.
Als nächstes folgt eine Beschreibung eines Verfahrens zum Herstellen der zuvor beschriebenen Halbleitervorrichtung 20A.
Da übrigens das Verfahren dieser Ausführungsform sich durch einen Drahtbondingprozeß auszeichnet, der dazu dient, die ersten, die zweiten und die dritten Drähte 30 bis 32 zu verlegen, und hinsichtlich anderer Prozesse dasselbe wie die herkömmlichen Verfahren ist, folgt unten lediglich eine Beschreibung des Drahtbondingprozesses.
8 bis 12 sind Diagramme, die einen Ablauf des Drahtbondingprozesses zum Verlegen der ersten, der zweiten und der dritten Drähte 30 bis 32 zeigen.
8 zeigt einen Zustand vor dem Verdrahtungsbondingprozeß der Drähte 30 bis 32. Die ersten bis dritten Halbleiterelemente 22 bis 24 werden, wie in diesem Diagramm gezeigt, im voraus auf dem Substrat 33 gestapelt. In dieser Ausführungsform wird ein Bolzenkontakthügelbildungsprozeß, der einem Abstandsgliedanordnungsprozeß in Anspruch 6 äquivalent ist, für die Drähte 30 bis 32 vor dem Drahtbondingprozeß ausgeführt.
Bei dem Bolzenkontakthügelbildungsprozeß werden erste Bolzenkontakthügel 36 auf den zweiten Elektroden 28 gebildet, die auf dem zweiten Halbleiterelement 23 vorgesehen sind, und zu derselben Zeit werden zweite Bolzenkontakthügel 37 auf den dritten Elektroden 29 gebildet, die auf dem dritten Halbleiterelement 24 vorgesehen sind. In dieser Ausführungsform sind auf den ersten Elektroden 27 keine Bolzenkontakthügel vorgesehen.
Die ersten und zweiten Bolzenkontakthügel 36 und 37 dienen, wie es später beschrieben ist, als Abstandsglieder und werden unter Verwendung der Drahtbondingvorrichtung gebildet, die auch für das Drahtbonding der ersten bis dritten Drähte 30 bis 32 verwendet wird. Zusätzlich können die Bolzenkontakthügel 36 und 37 aus demselben Material wie jenem der Drähte 30 bis 32 gebildet werden.
Daher kann eine Drahtbondingvorrichtung sowohl die Bolzenkontakthügel 36, 37 als auch die Drähte 30 bis 32 verlegen. Daher ist es nicht erforderlich, zusätzliche Einrichtungen zum Bilden der Bolzenkontakthügel 36 und 37 zu verwenden, und dadurch können die Kosten dafür eingespart werden.
9 zeigt einen Zustand, bei dem eine feine Metalleitung 25A mit der ersten Elektrode 27 verbunden ist, die auf dem ersten Halbleiterelement 22 vorgesehen ist (erstes Bonding). Die Drähte 30 bis 32 werden unter Verwendung einer Kapillare 42 verlegt, die in der Drahtbondingvorrichtung vorgesehen ist.
In der Mitte der Kapillare 42 ist ein Loch gebildet, durch das die feine Metalleitung 25A hindurchtreten kann. Die feine Metalleitung 25A wird unter Verwendung der Kapillare 42 mit der Elektrode 27 so gekoppelt, daß ein Teil der feinen Metalleitung 25A aus der Kapillare 42 herausragt, um einen Kugelabschnitt an dem herausragenden Teil durch Funkenentladung oder dergleichen zu bilden, und dann wird der Kugelabschnitt auf die Elektrode 27 gepreßt, während die Kapillare 42 durch Ultraschall vibriert wird. So wird die feine Metalleitung 25A auf der Elektrode 27 durch Ultraschall angeschweißt.
Während des ersten Bondings der feinen Metalleitung 25A wird der an dem Ende der feinen Metalleitung 25A gebildete Kugelabschnitt, wie zuvor beschrieben, mit der Elektrode 27 verbunden, und solch eine Verbindung wird als Nagelkopfbonding (engl.: nail head bonding) bezeichnet. In der folgenden Beschreibung wird ein Verbindungsabschnitt zwischen der feinen Metalleitung 25A und der Elektrode 27 als erster Nagelkopfbonding-(im folgenden: NHB)-Abschnitt 63A bezeichnet.
Wenn die feine Metalleitung 25A mit der ersten Elektrode 27 verbunden ist, schiebt die Kapillare 42 die feine Metalleitung 25A heraus und bewegt sie an eine Stelle, wo die zweite Elektrode 28 des zweiten Halbleiterelementes 23 gebildet ist. Dann preßt die Kapillare 42 die feine Metalleitung 25A auf den ersten Bolzenkontakthügel 36, der auf der zweiten Elektrode 28 gebildet ist, um ein Ultraschallschweißen durch die Ultraschallvibration auszuführen (zweites Bonding).
Damit ist, wie in 10 gezeigt, einer der ersten Drähte 30 zwischen einer der ersten Elektroden 27 und einer der zweiten Elektroden 28 verlegt. Obwohl zu dieser Zeit der erste Bolzenkontakthügel 36 aufgrund des Pressens durch die Kapillare 42 etwas deformiert wird, wird eine vorbestimmte Höhe D1 beibehalten, wie es durch Pfeile in 13 gezeigt ist.
In dieser Ausführungsform wird, wie zuvor beschrieben, eine zweite Bondingseite des ersten Drahtes 30 mit dem ersten Bolzenkontakthügel 36 verbunden. Der erste Bolzenkontakthügel 36 ist aus einem Material (leitfähiges Material), das dasselbe wie jenes der Drähte 30 bis 32 ist.
Aus diesem Grund wird in dem Zustand, wenn die zweite Bondingseite des ersten Drahtes 30 mit dem Bolzenkontakthügel 36 verbunden ist, der erste Draht 30 mit der zweiten Elektrode 28 elektrisch verbunden. Ferner zeigt 10 einen Zustand, bei dem ein Kugelabschnitt 43A an dem Endabschnitt der feinen Metalleitung 25A gebildet ist, um den zweiten Draht 31 zu bilden.
Wenn das Verlegen des ersten Drahtes 30 vollendet ist, beginnt das Verlegen des zweiten Drahtes 31, wie zuvor beschrieben. Der zweite Draht 31 wird so verlegt, daß die Kapillare 42 an eine Stelle bewegt wird, wo der erste Bolzenkontakthügel 36 gebildet ist, und dann wird der Kugelabschnitt 43A auf den ersten Bolzenkontakthügel 36 gepreßt, und gleichzeitig wird die Kapillare 42 durch Ultraschall vibriert.
Somit wird, wie in 11 gezeigt, die feine Metalleitung 25A durch Ultraschall auf den ersten Bolzenkontakthügel 36 geschweißt. Da das Anschweißen der feinen Metalleitung 25A das erste Bonding darstellt, wird auf dem ersten Bolzenkontakthügel 36 ein zweiter NHB-Abschnitt 64A gebildet.
Nachdem die feine Metalleitung 25A mit dem ersten Bolzenkontakthügel 36 verbunden ist, schiebt die Kapillare 42 die feine Metalleitung 25A heraus und bewegt sie an eine Stelle, wo die dritte Elektrode 29 des dritten Halbleiterelementes 24 gebildet ist. Als nächstes preßt die Kapillare 42 die feine Metalleitung 25A auf den zweiten Bolzenkontakthügel 37, der auf der dritten Elektrode 29 gebildet ist, um die Ultraschallvibration (das zweite Bonding) auszuführen.
Somit wird, wie in 12 gezeigt, der zweite Draht 31 zwischen der zweiten Elektrode 28 und der dritten Elektrode 29 verlegt. Obwohl dabei der zweite Bolzenkontakthügel 37 aufgrund des Pressens durch die Kapillare 42 etwas deformiert wird, wird die vorbestimmte Höhe D1 beibehalten, wie es durch einen Pfeil in 13 gezeigt ist. Da ferner auch der zweite Bolzenkontakthügel 37 aus demselben leitfähigen Material ist, wird in dem Zustand, wenn die zweite Bondingseite des zweiten Drahtes 31 mit dem Bolzenkontakthügel 37 verbunden ist, der zweite Draht 31 mit der dritten Elektrode 29 elektrisch verbunden.
Durch Ausführen desselben Prozesses, wie zuvor beschrieben, wird ähnlich der dritte Draht 32 zwischen der dritten Elektrode 29 und dem Bondingkissen 34 des Substrates 33 verlegt. Auf dem Bondingkissen 34 ist jedoch kein Bolzenkontakthügel gebildet.
Durch Ausführen des zuvor beschriebenen Drahtbondingprozesses können die Drähte 30 bis 32 über die Umspannstationen der Halbleiterelemente 24 und 23 mit dem Substrat 33 verbunden werden, und dadurch werden sie stufenweise von dem ersten Halbleiterelement 22 bis zum Substrat 33 verlegt. Gemäß solch einer Konfiguration können die Drähte 30 bis 32 verkürzt werden und können ihre Schleifenhöhen verringert werden.
Wenn die Drähte 30 bis 32 verkürzt werden, wird deren Induktivität verringert, und dadurch können die elektrischen Charakteristiken (besonders Hochfrequenzcharakteristiken) der Halbleitervorrichtung 20A verbessert werden. Zusätzlich werden herkömmlicherweise, wie in 3 gezeigt, die Elektroden 7 bis 9 der Halbleiterelemente 2 bis 4 mit den Bondingkissen 14 direkt verbunden, und dies führt zu dem Problem, daß die Bondingkissen 14 mit den Drähten 10 bis 12 belegt sind. Als Resultat können die benachbarten Drähte einander kontaktieren und werden die Bondingkissen 14 groß.
Im Gegensatz dazu werden die Elektroden der ersten und zweiten Halbleiterelemente 22 und 23 gemäß dieser Ausführungsform nicht direkt mit den Bondingkissen 34 verbunden, und dadurch nimmt die Anzahl der Drähte selbst an einer Verbindungsstelle nahe dem Substrat 33 nicht zu. Daher kann vermieden werden, daß die benachbarten Drähte einander kontaktieren, und die Miniaturisierung der Bondingkissen 34 kann erreicht werden, wodurch ein Beitrag zur Miniaturisierung der Halbleitervorrichtung 20A geleistet wird.
Ferner kann durch das Verringern der Schleifenhöhen der Drähte 30 bis 32 die Miniaturisierung (in der Höhe) der Halbleitervorrichtung 20A realisiert werden. Im Falle der Verringerung der Schleifenhöhen der Drähte 30 bis 32 können die Drähte 30 bis 32 jedoch die Eckabschnitte der Halbleiterelemente 22 bis 24 kontaktieren, wie es durch einen Pfeil A1 in 14 gezeigt ist, und dies kann zu einem Kurzschluß führen.
In dieser Ausführungsform ist jedoch der erste Bolzenkontakthügel 36 zwischen dem zweiten NHB-Abschnitt 64A und der zweiten Elektrode 28 montiert und ist der zweite Bolzenkontakthügel 37 zwischen dem dritten NHB-Abschnitt 65A und der dritten Elektrode 29 montiert. Dadurch kann vermieden werden, daß die Drähte 30 bis 32 die Eckabschnitte der Halbleiterelemente 22 bis 24 kontaktieren.
Als nächstes folgt unter Bezugnahme auf 13 eine Beschreibung hinsichtlich der Effekte der ersten und zweiten Bolzenkontakthügel 36 und 37. Da die Effekte des ersten Bolzenkontakthügels 36 dieselben wie jene des zweiten Bolzenkontakthügels 37 sind, erfolgt die Beschreibung nur für den ersten Bolzenkontakthügel 36.
Der erste Bolzenkontakthügel 36 wird sandwichartig zwischen der zweiten Elektrode 28 und dem zweiten NHB-Abschnitt 64A angeordnet, wenn das zweite Bonding des ersten Drahtes 30 ausgeführt wird. Da der erste Bolzenkontakthügel 36 die Höhe D1 hat, wie zuvor beschrieben, ist der zweite NHB-Abschnitt 64A von der zweiten Elektrode 28 durch das vorbestimmte Maß D1 getrennt. Das heißt, der erste Bolzenkontakthügel 36 dient als Abstandsglied zum Trennen des zweiten NHB-Abschnittes 64A von der zweiten Elektrode 28.
Um andererseits zu vermeiden, daß die Drähte 30 bis 32 die Halbleiterelemente 22 bis 24 kontaktieren, ist es erforderlich, zwischen ihnen einen Abstand zu bilden. Indem der erste Bolzenkontakthügel 36 dazwischen vorgesehen wird, wie in dieser Ausführungsform beschrieben, ist die zweite Bondingposition des ersten Drahtes 30 von der zweiten Elektrode 28 getrennt, und dadurch ist der erste Draht 30 von der Ecke des ersten Halbleiterelementes 22 getrennt.
Indem der erste Bolzenkontakthügel 36 vorgesehen wird, wird auch der zweite NHB-Abschnitt 64A von der zweiten Elektrode 28 getrennt und wird der zweite Draht 31 von der Ecke des zweiten Halbleiterelementes 23 getrennt. Ferner ist an der zweiten Bondingposition des zweiten Drahtes 31 der zweite Bolzenkontakthügel 37 vorgesehen, und dadurch wird der zweite Draht 31 von der Ecke des zweiten Halbleiterelementes 23 getrennt.
Durch das Vorsehen der ersten und zweiten Bolzenkontakthügel 36 und 37 kann daher der Kontakt der Drähte 30 bis 32 mit den Halbleiterelementen 22 bis 24 verhindert werden. Als Resultat tritt zwischen den Drähten 30 bis 32 und den in den Halbleiterelementen 22 bis 24 gebildeten Schaltungen kein Kurzschluß auf, und dadurch kann die Zuverlässigkeit der Halbleitervorrichtung 20A verbessert werden.
Ferner können Abstände zwischen den Drähten 30 bis 32 und den Halbleiterelementen 22 bis 24 durch das Einstellen der Höhen der ersten und zweiten Bolzenkontakthügel 36 und 37 eingestellt werden. Es ist wünschenswert, diese Höhen wenigstens so hoch festzulegen, wie es zum Vorsehen eines Abstandes zwischen den Drähten 30 bis 32 und den Halbleiterelementen 22 bis 24 erforderlich ist.
Das heißt, die Bolzenkontakthügel 36 und 37 sollten vorzugsweise höher sein, wenn verhindert werden soll, daß die Drähte 30 bis 32 die Halbleiterelemente 22 bis 24 kontaktieren. Falls die Bolzenkontakthügel 36 und 37 jedoch zu hoch werden, werden die Schleifenhöhen der Drähte 30 bis 32 höher, und dies führt zu einer größeren Abmessung der Halbleitervorrichtung 20A.
Indem die Höhen der Bolzenkontakthügel 36 und 37 zweckmäßig konstruiert werden, um der Mindesthöhe gleich zu sein, die erforderlich ist, um den Abstand zwischen den Drähten 30 bis 32 und den Halbleiterelementen 22 bis 24 zu bilden, kann daher sowohl die Miniaturisierung als auch die hohe Zuverlässigkeit der Halbleitervorrichtung 20A erreicht werden.
Als nächstes folgt eine Beschreibung hinsichtlich einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
15 ist ein Diagramm, das eine Drahtverbindungsstruktur einer Halbleitervorrichtung der zweiten Ausführungsform zeigt. Außerdem sind in 15 und anderen, später zu verwendenden Diagrammen Teile, die dieselben wie jene in 5 bis 13 sind, die für die erste Ausführungsform verwendet wurden, mit denselben Bezugszeichen versehen, und eine Beschreibung derselben wird weggelassen.
Die Halbleitervorrichtung der zweiten Ausführungsform hat das Merkmal, daß Blindkissen 46A, die auf den Halbleiterelementen 22 bis 24 vorgesehen sind, als Umspannabschnitt für die Drähte 30 bis 32 dienen. Die Blindkissen 46A sind mit Schaltungen, die innerhalb der Halbleiterelemente 22 bis 24 gebildet sind, nicht elektrisch verbunden.
Ferner haben die Blindkissen 46A, die an Stellen vorgesehen sind, wo die Elektroden 27 bis 29 angeordnet sind, Größen, die denen der Elektroden 27 bis 29 gleich sind oder breiter als diese sind. Die Blindkissen 46A bieten genügend Raum, um die Drähte mit ihnen zu verbinden.
In dieser Ausführungsform ist, wie in 15 gezeigt, nur ein Blindkissen 46A auf dem zweiten Halbleiterelement 23 vorgesehen. Gewöhnlich wird jedes der Halbleiterelemente 22 bis 24 mit einer Vielzahl der Blindkissen 46A versehen.
Da das Blindkissen 46A, wie zuvor beschrieben, elektrisch nicht mit Schaltungen verbunden ist, die innerhalb des Halbleiterelementes 23 gebildet sind, kann das Blindkissen 46A mit den Drähten 30 und 31 verbunden werden, ohne elektrische Eigenschaften zu berücksichtigen. Das heißt, im Falle des Verbindens eines Paares von Halbleiterelementen (zum Beispiel der ersten und zweiten Halbleiterelemente 22 und 23) unter Verwendung des ersten Drahtes 30, müssen die Elektroden 27 und 28, die zusammen verbunden werden, identische elektrische Eigenschaften haben. Das Blindkissen 46A ist jedoch nicht mit den Schaltungen des Halbleiterelementes 23 verbunden, und deshalb brauchen die Eigenschaften des Blindkissens 46A nicht berücksichtigt zu werden.
In dieser Konfiguration können die Blindkissen 46A, die auf den Halbleiterelementen 22 bis 24 vorgesehen sind, als Umspannabschnitte zum Umspannen der Drähte 30 bis 32 dienen. Das heißt, die Blindkissen 46 bieten einen Spielraum beim Verlegen der Drähte 30 bis 32, so daß die Drähte 30 bis 32 kürzer als sonst sein können und ohne einen unerwünschten Drahtverlauf zur Zeit des Formens des einkapselnden Harzes 26 verlegt werden können.
Als nächstes folgt eine Beschreibung hinsichtlich einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
16 und 17 zeigen eine Halbleitervorrichtung 20B der dritten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung. 16 ist eine Querschnittsansicht der Halbleitervorrichtung 20B, und 17 ist eine Draufsicht auf dieselbe, wobei das einkapselnde Harz 26 teilweise entfernt ist.
Die Halbleitervorrichtung 20B hat in dieser Ausführungsform das Merkmal, daß Neuverdrahtungsschichten 47 und 48 auf den zweiten bzw. dritten Halbleiterelementen 23 und 24 vorgesehen sind. Wie aus 17 ersichtlich ist, ist die Neuverdrahtungsschicht 47 ungefähr parallel zu einer Reihe der zweiten Elektroden 28 auf einem gestuften Abschnitt vorgesehen, der durch die ersten und zweiten Halbleiterelemente 22 und 23 gebildet wird, und die Neuverdrahtungsschicht 48 ist ungefähr parallel zu einer Reihe der dritten Elektroden 29 auf einem gestuften Abschnitt vorgesehen, der durch die zweiten und dritten Halbleiterelemente 23 und 24 gebildet wird.
In der dritten Ausführungsform sind die Neuverdrahtungsschichten 47 und 48 als Substrate für gedruckte Schaltungen gebildet, auf denen Neuverdrahtungsmuster 47A und 48A mit vorbestimmten Mustern gebildet sind. Ferner sind die Neuverdrahtungsschichten 47 und 48 mit Klebstoff auf den zweiten und dritten Halbleiterelementen 23 und 24 fixiert.
Abgesehen von der Bildung als Substrate für gedruckte Schaltungen können die Neuverdrahtungsschichten 47 und 48 als flexible gedruckte Substrate oder dergleichen gebildet sein und auf den zweiten und dritten Halbleiterelementen 23 und 24 integral gebildet sein.
Indem die Neuverdrahtungsschichten 47 und 48 auf den zweiten und dritten Halbleiterelementen 23 und 24 vorgesehen werden, kann somit verhindert werden, daß sich erste bis fünfte Drähte 50 bis 54 kreuzen und einen Kurzschluß erzeugen, auch wenn die Elektroden 27 bis 29, die auf den Halbleiterelementen 22 bis 24 vorgesehen sind, auf eine verschiedene Weise verlegt sind. Diesbezüglich folgt unten eine Beschreibung.
Im Falle des Verbindens der gestapelten Halbleiterelemente 22 bis 24 müssen die Drähte 50 bis 54 zwischen den Elektroden verlegt werden, die die gleichen elektrischen Eigenschaften und Signaleigenschaften haben, nämlich zwischen äquivalenten Elektroden. In dem Fall, wenn ein Elektroden-Layout des direkt gestapelten ersten Halbleiterelementes 22 dem des zweiten Halbleiterelementes 23 gleich ist und das Elektroden-Layout des zweiten Halbleiterelementes 23 dem des dritten Halbleiterelementes 24 gleich ist, können die Drähte 50 bis 54 zwischen den Elektroden 27 bis 29 gerade verlegt werden, ohne daß sie sich kreuzen (siehe 6 und 7).
In dem Fall, wenn die Elektroden-Layouts der Halbleiterelemente jedoch untereinander verschieden sind, sind die äquivalenten Elektroden 27 bis 29 nicht an entsprechenden Positionen auf den Halbleiterelementen angeordnet und müssen die Drähte zwischen jenen äquivalenten Elektroden verlegt werden. Aus diesem Grund wird das Verlegen dieser Drähte schwierig. Im besonderen können die Drähte einander kontaktieren, falls sie mit hoher Dichte verlegt werden; um aber den Kontakt derselben zu vermeiden, kann eine Erweiterung der Größe der Halbleitervorrichtung erforderlich sein.
Im Gegensatz dazu werden in der dritten Ausführungsform dadurch, daß die Neuverdrahtungsschichten 47 und 48, die die vorbestimmten Neuverdrahtungsmuster 47A und 48A haben, auf den Halbleiterelementen 23 und 24 vorgesehen sind, die Drähte 50 bis 54 über die Neuverdrahtungsschichten 47 und 48 zwischen den ersten bis dritten Halbleiterelementen 22 und 24 und zwischen dem dritten Halbleiterelement 24 und dem Substrat 33 elektrisch verbunden.
Speziell sind, wie in 17 gezeigt, eine erste Elektrode 27A, die die oberste auf dem Halbleiterelement 22 ist, und eine zweite Elektrode 28A, die die unterste auf dem Halbleiterelement 23 ist, äquivalente Elektroden und müssen deshalb durch Draht verbunden werden. Im Falle des direkten Verbindens der Elektroden 27A und 28A mit einem Draht muß der Draht diagonal verlegt werden und kann er andere Drähte kontaktieren, die darauf vorgesehen sind. Da ferner die Länge des diagonal verlegten Drahtes zunimmt, können die elektrischen Eigenschaften desselben gemindert werden.
Daher wird in der dritten Ausführungsform, ohne die erste Elektrode 27A und die zweite Elektrode 28A direkt zu verbinden, zuerst die erste Elektrode 27A über den ersten Draht 50 mit der Neuverdrahtungsschicht 47 verbunden.
Die Neuverdrahtungsschicht 47 hat das Neuverdrahtungsmuster 47A, das zu den Reihen der Elektroden 27 und 28 ungefähr parallel ist. Der erste Draht 50 wird zwischen einem oberen Ende des Neuverdrahtungsmusters 47A und der ersten Elektrode 27A verlegt, und der zweite Draht 51 wird zwischen einem unteren Ende des Neuverdrahtungsmusters 47A und der zweiten Elektrode 28A verlegt.
Daher kollidieren die ersten und zweiten Drähte 50 und 51 nicht mit anderen Drähten, und sie werden mit verkürzten Längen verlegt. Zusätzlich können andere Drähte Drahtschleifen über der Neuverdrahtungsschicht 47 bilden.
Durch das Vorsehen der Neuverdrahtungsschichten 47 und 48 wird verhindert, daß die Drähte 50 bis 54 sich kreuzen und dadurch einen Kurzschluß erzeugen. Es ist auch möglich, daß Kombinationen der Halbleiterelemente 22 bis 24 durch die Elektroden-Layouts nicht eingeschränkt werden. Außerdem werden die Drähte verkürzt, und dadurch können die elektrischen Eigenschaften der Halbleitervorrichtung 20B verbessert werden.
Als nächstes folgt eine Beschreibung hinsichtlich einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
18 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitervorrichtung 20C der vierten Ausführungsform zeigt. Die Halbleitervorrichtung 20C hat das Merkmal, daß erste bis dritte Drähte 55 bis 57 im Durchmesser dicker als die Drähte 30 bis 32 sind.
Speziell beträgt der Durchmesser von jedem der Drähte 30 bis 32, die in den zuvor beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden, ungefähr 25 μm, aber in dieser Ausführungsform beträgt der Durchmesser der Drähte 55 bis 57 zwischen 50 μm und 150 μm. Daher kann die Induktivität der Drähte 55 bis 57 reduziert werden, und dadurch können Hochfrequenzeigenschaften derselben verbessert werden.
19 und 20 zeigen einen Drahtbondingprozeß zum Verlegen der ersten bis dritten Drähte 55 bis 57 als Teil eines Verfahrens zum Produzieren der Halbleitervorrichtung 20C. Als nächstes folgt eine Beschreibung hinsichtlich des Drahtbondingprozesses. Außerdem sind Teile, die dieselben wie jene in 8 bis 14 sind, mit denselben Bezugszeichen versehen.
19 zeigt einen Zustand vor dem Bonding der ersten bis dritten Drähte 55 bis 57. In dieser Ausführungsform wird auch der Bolzenkontakthügelbildungsprozeß vor dem Drahtbondingprozeß ausgeführt.
Der in dieser Ausführungsform ausgeführte Bolzenkontakthügelbildungsprozeß hat das Merkmal, daß erste bis dritte Bolzenkontakthügel 66 bis 68 entsprechend allen Elektroden 27 bis 29 gebildet werden, die auf den ersten bis dritten Halbleiterelementen 22 bis 24 vorgesehen sind. Das heißt, in dieser Ausführungsform wird der Bolzenkontakthügel 66 entsprechend der Elektrode 27 des ersten Halbleiterelementes 22 gebildet.
Die ersten bis dritten Bolzenkontakthügel 66 bis 68, die genauso wie die zuvor beschriebenen ersten und zweiten Bolzenkontakthügel 36 und 37 als Abstandsglieder dienen, werden durch die Drahtbondingvorrichtung gebildet, die beim Drahtbonding der ersten bis dritten Drähte 55 bis 57 verwendet wird. Die feine Metalleitung 25A, die einen Durchmesser von 25 μm hat, der kleiner als jener der Drähte 55 bis 57 ist, wird auch in dieser Ausführungsform zum Bilden der Bolzenkontakthügel 66 bis 68 verwendet.
Die Drahtbondingvorrichtung kann entweder die feine Metalleitung 25A mit dem Durchmesser von 25 μm zum Bilden der Bolzenkontakthügel 66 bis 68 oder die feine Metalleitung 25B mit einem Durchmesser zwischen 50 μm und 150 μm zum Bilden der Drähte 55 bis 57 verwenden. Daher werden sowohl die ersten bis dritten Bolzenkontakthügel 66 bis 68 als auch die ersten bis dritten Drähte 55 bis 57 unter Verwendung von nur einer Vorrichtung gebildet. Als Resultat wird keine zusätzliche Einrichtung benötigt, um die Bolzenkontakthügel 66 bis 68 in dieser Ausführungsform zu bilden, und dadurch werden die Produktionskosten der Halbleitervorrichtung 20C nicht erhöht.
20 zeigt einen ersten Bondingzustand der feinen Metalleitung 25B, die mit der ersten Elektrode 27 des ersten Halbleiterelementes 22 verbunden wird. Da die feine Metalleitung 25B mit dem Durchmesser von 50 μm bis 150 μm in dieser Ausführungsform relativ dick ist, wird ein Kugelabschnitt 43B, der an einem Ende von ihr gebildet ist, relativ groß.
Die Kapillare 42 preßt den Kugelabschnitt 43B auf den ersten Bolzenkontakthügel 66, der zuvor auf der Elektrode 27 gebildet wurde, und gleichzeitig wird sie durch Ultraschall vibriert, so daß der Kugelabschnitt 43B durch Ultraschall auf den ersten Bolzenkontakthügel 66 geschweißt wird. Da die Verbindung der feinen Metalleitung 25B das erste Bonding darstellt, wird ein erster NHB-Abschnitt 63B auf dem ersten Bolzenkontakthügel 66 gebildet. Obwohl dabei der erste Bolzenkontakthügel 66 durch das Pressen der Kapillare 42 etwas deformiert wird, wird eine vorbestimmte Höhe D3 eingehalten, die durch einen Pfeil in 24 gekennzeichnet ist.
Nachdem die feine Metalleitung 25B über den ersten Bolzenkontakthügel 66 mit der ersten Elektrode 27 verbunden ist, zieht die Kapillare die feine Metalleitung 25B und bewegt sie an eine Stelle, wo die zweite Elektrode 28 des zweiten Halbleiterelementes 23 gebildet ist. Dann preßt die Kapillare 42 die feine Metalleitung 25B auf den zweiten Bolzenkontakthügel 67, der auf der zweiten Elektrode 28 gebildet ist, und führt gleichzeitig ein Ultraschallschweißen mit der Ultraschallvibration aus (zweites Bonding).
Obwohl der zweite Bolzenkontakthügel 67 durch das Pressen der Kapillare 42 etwas deformiert wird, wird eine vorbestimmte Höhe D2 eingehalten, die durch einen Pfeil in 24 gekennzeichnet ist. Damit ist, wie in 21 gezeigt, der erste Draht 55 zwischen der ersten Elektrode 27 und der zweiten Elektrode 28 verlegt.
Nachdem der erste Draht 55 somit verlegt ist, wird der zweite Draht 56 so verlegt, wie zuvor beschrieben, daß die Kapillare 42 an eine Stelle bewegt wird, wo der zweite Bolzenkontakthügel 67 gebildet ist, so daß die Kapillare 42 den Kugelabschnitt 43B auf den zweiten Bolzenkontakthügel 67 pressen kann und gleichzeitig durch Ultraschall vibriert wird.
Die feine Metalleitung 25B wird durch Ultraschall, wie in 22 gezeigt, auf den zweiten Bolzenkontakthügel 67 geschweißt. Da die Verbindung der feinen Metalleitung 25B mit ihm das erste Bonding darstellt, wird ein zweiter NHB-Abschnitt 64B auf dem zweiten Bolzenkontakthügel 67 gebildet.
Nachdem die zweite Metalleitung 25B mit dem zweiten Bolzenkontakthügel 67 verbunden ist, drückt die Kapillare 42 die feine Metalleitung 25B heraus und bewegt sie an eine Stelle, wo die dritte Elektrode 29 des dritten Halbleiterelementes 24 gebildet ist. Dann preßt die Kapillare 42 die feine Metalleitung 25B auf den dritten Bolzenkontakthügel 68, der auf der dritten Elektrode 29 gebildet ist, um das Ultraschallschweißen auszuführen (zweites Bonding).
Obwohl der zweite Bolzenkontakthügel 67 durch das Pressen der Kapillare 42 etwas deformiert wird, wird eine vorbestimmte Höhe D2 eingehalten. Damit ist, wie in 23 gezeigt, der zweite Draht 56 zwischen der zweiten Elektrode 28 und der dritten Elektrode 29 verlegt. Ähnlich wird durch das Ausführen des zuvor beschriebenen Prozesses der dritte Draht 57 zwischen der dritten Elektrode 29 und dem Bondingkissen 34 des Substrates 33 verlegt.
Durch das Vorsehen der ersten bis dritten Bolzenkontakthügel 66 bis 68 in der vierten Ausführungsform können daher die ersten bis dritten Drähte 55 bis 57 von den Halbleiterelementen 22 bis 24 getrennt sein. Als Resultat entsteht kein Kurzschluß in den durch die Drähte 55 bis 57 gebildeten Schaltungen innerhalb der Halbleiterelemente 22 bis 24, und die Zuverlässigkeit der Halbleitervorrichtung 20C kann verbessert werden.
Da ferner die feine Metalleitung 25B dick ist, wie zuvor beschrieben, werden die NHB-Abschnitte 63B, 64B und 65B, die während des ersten Bondings der feinen Metalleitung 25B gebildet werden, groß. Daher können in dem Fall, wenn die Bolzenkontakthügel 66 bis 68 nicht vorgesehen werden, wie es durch einen Pfeil A2 in 25 gekennzeichnet ist, die NHB-Abschnitte 63B, 64B und 65B über die Elektroden 27 bis 29 hinausquellen und Elektroden kontaktieren, die mit ihnen benachbart sind, oder in die Schaltungen quellen, die in den Halbleiterelementen 22 bis 24 gebildet sind. 25 zeigt ein Beispiel für die Expansion von genau dem zweiten NHB-Abschnitt 64B.
Da in dieser Ausführungsform die Bolzenkontakthügel mit den vorbestimmten Höhen jedoch zwischen den NHB-Abschnitten 63B bis 65B und den Elektroden 27 bis 29 vorgesehen werden, kann verhindert werden, daß die NHB-Abschnitte 63B bis 65B über die Elektroden 27 bis 29 hinausquellen. In dieser Ausführungsform werden feine Metalleitungen, die dünn genug sind, zum Bilden der Bolzenkontakthügel 66 bis 68 verwendet, wodurch gewährleistet ist, daß das Metall nicht über die Elektroden 27 bis 29 hinausquillt.
Ferner ist es auch während eines Prozesses des Verbindens des ersten Drahtes 55 mit der ersten Elektrode 27 möglich, daß der erste NHB-Abschnitt 63B außerhalb der ersten Elektrode 27 haftet. Aus diesem Grund wird in dieser Ausführungsform der Bolzenkontakthügel 66 auch auf der ersten Elektrode 27 gebildet.
Die obige Beschreibung ist dafür bestimmt, daß ein Fachmann die Erfindung nutzen kann, und sie erläutert den Modus, den die Erfinder zum Ausführen ihrer Erfindung als den besten erachten.
Obwohl die vorliegende Erfindung hinsichtlich verschiedener Ausführungsformen beschrieben worden ist, soll die Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen begrenzt sein. Fachleute werden innerhalb des Grundgedankens der Erfindung auf Abwandlungen kommen. Zum Beispiel ist die Anzahl der Halbleiterelemente nicht auf drei begrenzt. Die Halbleitervorrichtungen sind nicht auf den BGA-Typ begrenzt, und es können andere Halbleitervorrichtungen sein, die der Stapeltyp sind und Drähte zum Verbinden von darin vorgesehenen Halbleiterelementen verwenden.
Die vorliegende Anmeldung basiert auf der japanischen Prioritätsanmeldung Nr. 11-297410, eingereicht am 19. Oktober 1999, deren gesamter Inhalt hierin durch Bezugnahme inkorporiert ist.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung, das die Schritte umfaßt: (a) Stapeln einer Vielzahl von Halbleiterelementen (22, 23, 24), die wenigstens ein oberstes (22), ein mittleres (23) und ein unterstes (24) enthalten, auf einem Substrat; und (b) Ausführen eines Drahtbondingprozesses, bei dem eine Vielzahl von Drähten jeweils zwischen zweien von Elektroden (27, 28; 28, 29) elektrisch verbunden werden, wobei die Vielzahl von Drähten Drähte umfaßt, die zwischen zweien von Elektroden elektrisch verbunden werden, die jeweilig auf zweien von der Vielzahl von Halbleiterelementen (22, 23; 23, 24) vorgesehen sind, und Drähte umfaßt, die zwischen zweien von Elektroden (34) elektrisch verbunden werden, die jeweilig auf dem Substrat (33) und dem untersten Halbleiterelement (24), das direkt auf dem Substrat gestapelt ist, vorgesehen sind; bei dem der Drahtbondingprozeß umfaßt: (c) Ausführen eines Abstandsglied-(36, 37)-Anordnungsprozesses, bei dem eine Vielzahl von Abstandsgliedern zwischen den Drähten und den Elektroden (28, 29) vorgesehen wird, die auf den Halbleiterelementen (23, 24), außer auf dem obersten (22), vorgesehen sind; und (d) Ausführen eines Verbindungsprozesses, bei dem die Drähte (30, 31, 32) jeweilig mit den Abstandsgliedern verbunden werden, die durch den Abstandsgliedanordnungsprozeß gebildet wurden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Abstandsgliedanordnungsprozeß einen ersten Draht nutzt, um Bolzen kontakthügel zu bilden, die als die Abstandsglieder dienen, und der Verbindungsprozeß zweite Drähte nutzt, die jeweils einen Durchmesser haben, der größer als jener des ersten Drahtes ist.