特許 5928222 半導体装置および半導体装置の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5928222

(24)【登録日】2016年5月13日

(45)【発行日】2016年6月1日

(54)【発明の名称】半導体装置および半導体装置の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 25/065 20060101AFI20160519BHJP

   H01L 25/07 20060101ALI20160519BHJP

   H01L 25/18 20060101ALI20160519BHJP

   H01L 23/28 20060101ALI20160519BHJP

   H01L 21/3205 20060101ALI20160519BHJP

   H01L 21/768 20060101ALI20160519BHJP

   H01L 23/522 20060101ALI20160519BHJP

【ＦＩ】

   H01L25/08 Z

   H01L25/08 B

   H01L23/28 C

   H01L21/88 J

【請求項の数】8

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2012-168384(P2012-168384)

(22)【出願日】2012年7月30日

(65)【公開番号】特開2014-27210(P2014-27210A)

(43)【公開日】2014年2月6日

【審査請求日】2015年3月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】514315159

【氏名又は名称】株式会社ソシオネクスト

(74)【代理人】

【識別番号】100094525

【弁理士】

【氏名又は名称】土井 健二

(74)【代理人】

【識別番号】100094514

【弁理士】

【氏名又は名称】林 恒徳

(72)【発明者】

【氏名】児玉 赳史

【審査官】 豊島 洋介

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−１０９５７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２９９３８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０７１３８１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ２１／４４７−２１／４４９

２１／５６

２１／６０−２１／６０７

２３／２８−２３／３１

２３／３４−２３／３６

２３／３７３−２３／４２７

２３／４４

２３／４６７−２３／４７３

２５／００−２５／０７

２５／１０−２５／１１

２５／１６−２５／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の面と、前記第１の面に配置された複数の第１の電極とを有する第１の半導体チップと、
前記第１の面に対向する第２の面と、前記第２の面に少なくとも一端が配置された複数の第２の電極と、各前記第２の電極の前記一端を電極ごとに囲む複数の第１の突出部とを有する第２の半導体チップと、
前記複数の第１の電極に含まれる第３の電極をそれぞれ、前記複数の第２の電極のうち前記第３の電極に対向する電極の前記一端に接合する複数の導電性の接合材料と、
それぞれが各前記第１の突出部の内側に配置され、前記接合材料を材料ごとに覆う複数の絶縁性の第１のアンダーフィル樹脂とを
有する半導体装置。

【請求項2】

請求項１の半導体装置において、
前記第２の半導体チップはさらに、平面視において前記第１の半導体チップを囲む第２の突出部を有することを
特徴とする半導体装置。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の半導体装置において、さらに、
前記第２の面のうち平面視において前記第１の半導体チップの外側の部分に配置されたヒートスプレッダーを有することを
特徴とする半導体装置。

【請求項4】

請求項２又は３のいずれか１項に記載の半導体装置において、さらに、
前記第１の半導体チップと前記第２の半導体チップの間に配置され、前記第１のアンダーフィル樹脂より熱伝導率の高い第２のアンダーフィル樹脂と、
前記第１の半導体チップを挟んで前記第２の半導体チップの反対側に配置されたヒートスプレッダーとを有することを
特徴とする半導体装置。

【請求項5】

請求項４に記載の半導体装置において、
前記第２のアンダーフィル樹脂は、カーボンナノチューブおよび導電性粒子のいずれか一方または双方を含むことを
特徴とする半導体装置。

【請求項6】

請求項１乃至５のいずれか１項に記載の半導体装置において、さらに、
前記第２の半導体チップを挟んで前記第１の半導体チップの反対側に配置された基板を有することを
特徴とする半導体装置。

【請求項7】

第１の半導体チップの一面に配置された複数の第１の電極それぞれに導電性の接合材料を配置し、配置された前記接合材料に液状のアンダーフィル樹脂を付着させる第１の工程と、
第２の半導体チップの一面に露出した一端がそれぞれ異なる突出部に囲われた複数の第２の電極それぞれの上に、前記液状のアンダーフィル樹脂が付着した前記接合材料を配置する第２の工程と、
第２の工程の後、前記接合材料を加熱して、前記第１の電極と前記第２の電極とを接合する第３の工程と、
第２の工程の後、前記液状のアンダーフィル樹脂を加熱して、前記突出部それぞれの内側で絶縁性の硬化されたアンダーフィル樹脂を形成する第４の工程とを有する
半導体装置の製造方法。

【請求項8】

第１の半導体チップの一面に配置された複数の第１の電極それぞれに導電性の接合材料を配置し、配置された前記接合材料に液状のアンダーフィル樹脂を付着させる第１の工程と、
第２の半導体チップの一面に露出した一端がそれぞれ異なる突出部に囲われた複数の第２の電極それぞれの上に、前記液状のアンダーフィル樹脂が付着した前記接合材料を配置する第２の工程と、
第２の工程の後、前記接合材料を加熱して、前記第１の電極と前記第２の電極とを接合する第３の工程と、
第２の工程の後、前記液状のアンダーフィル樹脂を加熱して、前記突出部それぞれの内側で前記液状のアンダーフィル樹脂を硬化させる第４の工程と、
表面から裏面に向かって伸びる前記第２の電極を有する半導体基板の前記裏面をエッチングして、前記突出部を形成するとともに前記第２の電極の一端を露出させ、その後前記半導体基板を前記第２の半導体チップに分割する第５の工程を有することを
特徴とする半導体装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体チップを別の半導体チップに実装する方法には、一方の半導体チップの電極に半田バンプを形成して、このバンプを他方の半導体チップの電極に接合するフリップチップ実装がある。

【0003】

フリップチップ実装では、半導体チップを別の半導体チップに実装した後、半導体チップの間に液状のアンダーフィル樹脂を注入する。その後、液状のアンダーフィル樹脂を加熱し硬化させる。この硬化したアンダーフィル樹脂により、半導体チップ間の接合部は保護される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】再公表特許ＷＯ２００５／０７６３５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

半導体チップの間にアンダーフィル樹脂が注入されると、注入されたアンダーフィル樹脂の一部が半導体チップの隙間から流出する。流出したアンダーフィル樹脂は下側の半導体チップの表面で硬化し、下側の半導体チップのヒートスプレッダーによる放熱を困難にしたり、下側の半導体チップを反せる等の不都合を生じさせる。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記の問題を解決するために、本装置の一観点によれば、第１の面と前記第１の面に配置された複数の第１の電極とを有する第１の半導体チップと、前記第１の面に対向する第２の面と前記第２の面に少なくとも一端が配置された複数の第２の電極と各前記第２の電極の前記一端を電極ごとに囲む複数の第１の突出部とを有する第２の半導体チップと、前記複数の第１の電極に含まれる第３の電極をそれぞれ前記複数の第２の電極のうち前記第３の電極に対向する電極の前記一端に接合する複数の導電性の接合材料と、それぞれが各前記第１の突出部の内側に配置され、前記接合材料を材料ごとに覆う複数の第１のアンダーフィル樹脂とを有する半導体装置が提供される。

【発明の効果】

【0007】

開示の装置によれば、半導体チップ間からのアンダーフィル樹脂の流出が抑制される半導体装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施の形態１の半導体装置の断面図である。

【図2】各第２の電極の一端の近傍を拡大した平面図である。

【図3】第２の半導体チップが突出部を有さない半導体装置の断面図である。

【図4】第２の面における第２の電極の配置方法の一例である。

【図5】図１において破線で囲われた領域の拡大図である。

【図6】半導体装置の製造方法の工程断面図である。

【図7】半導体装置の製造方法の工程断面図である。

【図8】半導体装置の製造方法の工程断面図である。

【図9】第２の電極の近傍を拡大した工程断面図である。

【図10】第２の電極の近傍を拡大した工程断面図である。

【図11】半導体装置の製造方法の工程断面図である。

【図12】半導体装置の製造方法の工程断面図である。

【図13】半導体装置の製造方法の工程断面図である。

【図14】突出部の変形例の平面図である。

【図15】絶縁膜の別の形成方法の工程断面図である。

【図16】実施の形態２の半導体装置の平面図である。

【図17】図１６のXVII-XVII線に沿った断面図である。

【図18】実施の形態２の半導体装置によるアンダーフィル樹脂の流出防止を説明する図である。

【図19】第２の突出部のバリエーションを説明する図である。

【図20】第２の突出部のバリエーションを説明する図である。

【図21】第２の突出部のバリエーションを説明する図である。

【図22】実施の形態３の半導体装置の断面図である。

【図23】実施の形態４の半導体装置の断面図である。

【図24】ヒートスプレッダーの配置を説明する平面図である。

【図25】実施の形態５の半導体装置の断面図である

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面にしたがって本発明の実施の形態について説明する。但し、本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。尚、図面が異なっても対応する部分には同一符号を付し、その説明を省略する。

【0010】

（実施の形態１）
（１）構 造
図１は、実施の形態１の半導体装置２の断面図である。

【0011】

半導体装置２は、図１に示すように、第１の半導体チップ４と、第２の半導体チップ６と、複数の導電性の接合材料８と、複数のアンダーフィル樹脂（第１のアンダーフィル樹脂）１０とを有している。

【0012】

第１の半導体チップ４は、第１の面１２と第１の面１２に配置された複数の第１の電極１４とを有している。第１の半導体チップ４はさらに、例えば第１の面１２に集積回路(図示せず)を有している。第１の電極１４は、この集積回路に接続されている。

【0013】

第２の半導体チップ６は、第１の面１２に対向する第２の面１６と、第２の面１６に一端１７が配置された複数の第２の電極１８とを有している。図２は、各第２の電極１８の一端１７の近傍を拡大した平面図である。図１及び２に示すように、第２の半導体チップ６はさらに、各第２の電極１８の一端１７を電極ごとに（すなわち、個別に）囲む複数の突出部２０を有している。

【0014】

第２の電極１８は、例えば２の半導体チップ６に含まれる半導体基板を貫通する電極（例えば、through-silicon via）である。第２の電極１８のうちの一部の電極は、第２の半導体チップ６に含まれる集積回路（図示せず）に接続されてもよい。

【0015】

図１に示すように、複数の導電性の接合材料８は、複数の第１の電極１４に含まれる各電極（以下、第３の電極と呼ぶ）をそれぞれ、複数の第２の電極１８のうち第３の電極に対向する電極（第２の電極１８のうちの一つ）の先端１７に接合している。導電性の接合材料８は、例えば半田バンプである。

【0016】

複数のアンダーフィル樹脂１０はそれぞれ、図１に示すように、各突出部２０の内側に配置され、接合材料８を材料ごとに覆っている。接合材料８はさらに、接合材料８に接する領域（第１の面１２の一部、第２の面１６の一部など）を覆っている。

【0017】

接合材料８が、電極同士を強固に接合することは困難である。しかしアンダーフィル樹脂１０が接合材料８および接合材料８に接する領域を覆い、第１の電極１４と第２の電極１８の接合を補強する。

【0018】

アンダーフィル樹脂１０は、例えば熱硬化剤が添加された液状のエポキシ樹脂が熱硬化したものである。アンダーフィル樹脂１０には、例えばＳｉＯ_２粒子などのフィラーが混合されていてもよい。

【0019】

図３は、第２の半導体チップ６ａが突出部２０を有さない半導体装置２ａの断面図である。

【0020】

半導体装置２ａは、図３に示すように、半導体チップ６ａと、半導体チップ６ａに搭載された別の半導体チップ４ａとを有している。半導体装置２ａは、例えば以下の手順で形成される。

【0021】

まず半導体チップ６ａに半導体チップ４ａを搭載し、さらに半導体チップ４ａ,６ａの間に液状のアンダーフィル樹脂を注入する。その後、液状のアンダーフィル樹脂を加熱し硬化させる。

【0022】

半導体チップ４ａ,６ａの間に液状のアンダーフィル樹脂が注入されると、液状のアンダーフィル樹脂の一部が上側の半導体チップ４ａの外側に流出する。

【0023】

流出したアンダーフィル樹脂は、下側の半導体チップ６ａの表面のうち上側の半導体チップ４ａの外側の領域で硬化する。このため、下側の半導体チップ６ａのヒートスプレッダーによる放熱が困難になったり、下側の半導体チップ６ａが反る等の不都合が生じる。

【0024】

一方実施の形態１の半導体装置２では、図１に示すように、アンダーフィル樹脂１０は突出部２０の内側に閉じ込められており、半導体チップ４,６の間からは流出していない。

【0025】

ところで図１では、第１の電極１４および第２の電極１８の数はそれぞれ２つである。しかし第１の電極１４および第２の電極１８の数は、３つ以上であってもよい。図４は、第２の面１６（図１参照）における第２の電極１８の配置方法（layout）の一例である。図４では、突出部２０は省略されている。図４中の破線で囲われた領域２２は、第１の半導体チップ４に対応する領域である。

【0026】

第２の電極１８は、図４に示すように、第１の半導体チップ４に対応する領域２２の一部に形成される。第２の電極１８の直径は、例えば５〜１０μｍである。第２の電極１８のピッチは、例えば５０μｍ程度である。

【0027】

第２の電極１８が貫通電極の場合、第２の半導体チップ６に形成される半導体デバイス（例えば、トランジスタやキャパシタ）は第２の電極１８を避けて形成される。

【0028】

図５は、図１において破線で囲われた領域Ａの拡大図である。

【0029】

第１の半導体チップ４は、図５に示すように、半導体基板（例えば、Ｓｉ基板）２４と、集積回路２６と、絶縁性の保護膜（例えば、ポリイミド膜）２８と、第１の電極１４とを有している。

【0030】

集積回路２６は、例えば半導体基板２４に形成された半導体デバイス３０と、配線（ビアを含む）３２と、層間絶縁膜（例えば、ＳｉＯ_２膜）３４とを有している。集積回路２６は保護膜２８によって覆われ、第１の電極１４の表面は保護膜２８に形成された開口部に配置される。

【0031】

同様に、第２の半導体チップ６は、図５に示すように、半導体基板（例えば、Ｓｉ基板）３６と、突出部２０と、第２の面１６を覆う絶縁膜（例えば、ＳｉＯ_２膜）３８と、集積回路４０と、第２の電極１８と、第４の電極４２とを有している。第４の電極４２は、第２の面１６から見て第２の半導体チップ６の反対側の面に配置される。

【0032】

集積回路４０は、例えば半導体基板３６に形成された半導体デバイス（例えば、トランジスタやキャパシタ）４４と、配線（ビアを含む）４６と、層間絶縁膜（例えば、ＳｉＯ_２膜）４８とを有している。

【0033】

第２の電極１８は、例えば半導体基板３６を貫通する貫通電極である。第２の電極１８の一端１７には接合材料８を介して第１の電極１４が接続され、第２の電極１８の他端には第４の電極４２が接続される。第２の電極１８の他端には、集積回路４０が接続されてもよい。

【0034】

第４の電極４２には、第２の電極１８または集積回路４０が接続される。集積回路４０の表面は、第１の半導体チップ４の集積回路２６と同様、保護膜で覆われてもよい。

【0035】

第１の半導体チップ４には例えば第２の電極１８を介して、信号が入出力される。第２の半導体チップ６には、例えば第４の電極４２および第４の電極４２と同じ面に配置された電極を介して信号が入出力される。第１の半導体チップ４と第２の半導体チップ６の間の信号の送受信は、例えば第２の電極１８を介して行われる。

【0036】

第２の半導体チップ６の厚さは、例えば２０μｍ以上１００μｍ以下である。このように薄い半導体チップは、アンダーフィル樹脂と半導体基板の熱膨張率の相違により容易に反る。しかし実施の形態１の半導体装置２によれば、アンダーフィル樹脂１０が接合材料１０の近傍に局在しているので、第２の半導体チップ６の反りは抑制される。

【0037】

ところで図１の半導体装置２では、第２の電極１８は貫通電極である。しかし第２の電極１８は、第２の半導体チップ６の第２の面１６に配置された電極パッド（例えば、再配線層の電極）であってもよい。この場合、第２の電極１８全体が第２の面１６に配置される。

【0038】

また図１の半導体装置２では、第１の電極１４は第１の面１２に配置された電極パッドである。しかし第１の電極１４は、貫通電極の一端であってもよい。この場合、第１の電極１４の一端が第１の面１２に配置される。第１の半導体チップ４の集積回路は、例えば第１の面１２から見て第１の半導体チップ４の反対側に配置される。

【0039】

（２）製造方法
図６乃至８および図１１乃至１３は、半導体装置２の製造方法の工程断面図である。図９及び１０は、第２の電極１８の先端近傍を拡大した工程断面図である。

【0040】

―突出部の形成工程―
まず図６（ａ）に示すように、第２の半導体チップ６に対応する集積回路等（集積回路４０、第２の電極１８、第４の電極４２）を有する半導体ウエハ（半導体基板）５０の表面を、接着剤５１で支持基板５４に固定する。その後、半導体ウエハ５０の裏面に、突出部２０に対応するレジストパターン５２を形成する。

【0041】

図６（ａ）に示すように第２の電極１８は、半導体ウエハ５０の表面から裏面に向かって伸びる電極（Ｃｕ、Ｗなど）である。

【0042】

第２の電極１８は、ビアホールに埋め込まれている。ビアホールの一端は半導体ウエハ５０の表面に達し、他端は閉じている。図９（ａ）に示すように、ビアホールの壁には、バリア層５８（ＴｉＮ膜、Ｔｉ膜、ＴａＮ膜など）と絶縁膜５６（ＳｉＯ_２膜など）が形成されている。

【0043】

次に図６（ｂ）に示すように、レジストパターン５２をエッチングマスクとして、半導体ウエハ５０の裏面側を異方性ドライエッチングによりエッチングして、突出部２０を形成するとともに第２の電極１８の一端１７を露出させる。ドライエッチング後、図７（ａ）に示すようにレジストパターン５２を除去する。

【0044】

上記エッチングの前半部分では、半導体ウエハ５０がエッチングされる。エッチングの後半部分では、図９（ｂ）に示すように、半導体ウエハ５０とともに絶縁膜５６のうち第２の電極１８の上面を覆う部分が除去される。さらに、バリア層５８のうち第２の電極１８の上面を覆う部分が除去される。

【0045】

半導体ウエハ５０と絶縁膜５６は、例えばＦを含むガス（ＣＦ_４等）を反応ガスとする異方性ドライエッチングによりエッチングされる。バリア層５８は、例えばＣｌを含むガス（Ｃｌ_２等）を反応ガスとする異方性ドライエッチングによりエッチングされる。

【0046】

次に図７（ｂ）に示すように、半導体ウエハ５０の裏面に有機材料（例えば、；ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）やポリイミド）を、例えばスピンコートにより塗布して絶縁膜６２を形成する。図１０（ａ）に示すように絶縁膜６２は、第２の電極１８の上面および突出部２０の上面で薄くなる。

【0047】

この薄くなった絶縁膜６２を異方性ドライエッチングによりエッチングして、図８および図１０（ｂ）に示すように、第２の電極１８の先端および突出部２０の上面を露出させる。

【0048】

その後、半導体ウエハ５０を個々の第２の半導体チップ６に分割する。

【0049】

―液状アンダーフィルの付着工程―
まず、液状のアンダーフィル樹脂を用意する。アンダーフィル樹脂１０ｂは、例えば図１１（ａ）に示すように、蓋のない容器６４に入れられる。

【0050】

次に第１の半導体チップ４の一面に配置された複数の第１の電極１４それぞれに導電性の接合材料８を配置(接合)し、配置された接合材料８を容器６４内のアンダーフィル樹脂１０ｂに接触させる。すると図１１（ｂ）に示すように、接合材料８に液状のアンダーフィル樹脂１０ｂが付着する。

【0051】

接合材料８は、例えばＳｎＡｇ半田バンプである。液状のアンダーフィル樹脂１０ｂは、例えば熱硬化剤とフィラーが混合された液状のエポキシ樹脂である。液状のアンダーフィル樹脂１０ｂには、好ましくは接合材料８の酸化物を除去するフラックスが混合されている。

【0052】

―接合材料の配置工程―
図１２に示すように、複数の第２の電極１８それぞれの上方に、液状のアンダーフィル樹脂１０ｂが付着した接合材料８を配置する。その後、接合材料８と各第２の電極１８を接触させる。すなわち第２の電極１８それぞれの上に、液状のアンダーフィル樹脂１０ｂが付着した個々の接合材料８を配置する。

【0053】

図１２に示すように、第２の電極１８は、第２の半導体チップ６の一面に露出した一端がそれぞれ異なる突出部２０に囲われた電極である。液状のアンダーフィル樹脂１０ｂは突出部２０の内側に閉じ込められ、突出部２０の外側に容易には流出しない。

【0054】

―接合工程―
接合材料８を第２の電極１８それぞれの上に配置した後、接合材料８と液状のアンダーフィル樹脂１０ｂを加熱して、第１の電極１４と第２の電極１８とを接合する。第１の電極１４と第２の電極１８は、例えばリフローにより接合される。加熱温度は、接合材料８の融点より高い温度（例えば、約２５０℃）である。

【0055】

この加熱処理により、液状のアンダーフィル樹脂１０ｂはある程度硬化する。その後、アンダーフィル樹脂１０ｂを長時間（例えば、数十分）追加加熱して、アンダーフィル樹脂１０ｂを突出部２０の内側で十分に硬化させる。加熱温度は、例えば１５０〜１６０℃である。追加加熱を行わずに接合材料８の加熱時間を長くして、アンダーフィル樹脂１０ｂを十分に硬化させてもよい。

【0056】

これらの加熱処理により、図１３のように、突出部２０それぞれの内側に接合材料８を覆う十分に硬化したアンダーフィル樹脂１０が形成される。液状のアンダーフィル樹脂１０ｂは、突出部２０の内側に閉じ込められたまま硬化する。

【0057】

したがって液状のアンダーフィル樹脂１０ｂが、第１の半導体チップ４と第２の半導体チップ６の間から流出して、第２の半導体チップ６の表面（第１の半導体チップ４に面する部分を除く）で硬化することはない。

【0058】

接合材料８に付着するアンダーフィル樹脂１０ｂは、少量である。したがってアンダーフィル樹脂１０ｂは、第１の半導体チップ４と第２の半導体チップ６の間の隙間全体を満たすことはない。しかしアンダーフィル樹脂１０ｂは突出部２０の内側に閉じ込められるので、接合材料８の周囲では、第１の半導体チップ４と第２の半導体チップ６の間の隙間を満たす。このため接合材料８の強度は、十分に補強される。

【0059】

図１４は、突出部の変形例の平面図である。図２の突出部２０は、閉じている。しかし図１４に示すように、突出部２０ａは欠損部７０を有していてもよい。欠損部７０の幅が狭ければ、液状のアンダーフィル樹脂１０ｂは突出部２０ａの外側に殆ど流出しない。

【0060】

図１５は、絶縁膜６２の別の形成方法の工程断面図である。

【0061】

図１０を参照して説明した形成方法では、有機絶縁膜の性質を利用して、第２の電極１８の上面および突出部２０の上面を露出させる絶縁膜６２を形成する。

【0062】

一方図１５（ａ）に示す形成方法では、突出部２０が形成された半導体ウエハ５０の裏面に無機絶縁膜（例えば、ＳｉＯ_２膜）７２を形成する。この無機絶縁膜７２の上に、第２の電極１８の上方に開口部７４を有するレジストパターン５２ａを形成する。その後、無機絶縁膜７２をエッチングして、図１５（ｂ）に示すように、第２の電極１８の上面を露出させる絶縁膜７２を形成する。

【0063】

（実施の形態２）
図１６は、実施の形態２の半導体装置２ｂの平面図である。図１７は、図１６のXVII-XVII線に沿った断面図である。実施の形態１と共通する部分については、説明を省略または簡単にする。

【0064】

半導体装置２ｂは、図１６及び１７に示すように、実施の形態１の半導体装置２と略同じ構造を有している。ただし第２の半導体チップ６ｂは、図１６に示すように、平面視において第１の半導体チップ４を囲む別の突出部７６を有している。第２の電極１８の一端１７を囲む突出部（以下、第１の突出部と呼ぶ）２０は、別の突出部（以下、第２の突出部と呼ぶ）７６の内側に配置される。

【0065】

半導体装置２ｂの製造方法では、第２の電極１８を有する半導体ウエハ（第２の半導体チップ６に対応する半導体ウエハ）の裏面に、第１の突出部２０および第２の突出部７６に対応するレジストパターンが形成される。その後、このレジストパターンをエッチングマスクとして、半導体ウエハ５０がドライエッチングされる。このドライエッチングにより、第１の突出部２０と第２の突出部７６が形成される。

【0066】

半導体ウエハの裏面に形成されるレジストパターン以外は、半導体装置２ｂの製造方法は、実施の形態１の半導体装置２の製造方法と略同じである。

【0067】

図１８は、実施の形態２の半導体装置２ｂによるアンダーフィル樹脂の流出防止を説明する図である。

【0068】

接合材料８に液状のアンダーフィル樹脂１０ｂを接触させると、図１８（ａ）に示すように、接合材料８に液状のアンダーフィル樹脂１０ｂが過剰に付着することがある。

【0069】

この場合、図１８（ｂ）に示すように、アンダーフィル樹脂１０ｂの一部が突出部２０の外側に流出する。しかし実施の形態２の半導体装置２ｂによれば、第２の突出部７６がアンダーフィル樹脂１０ｂを堰き止めるので、アンダーフィル樹脂１０ｂの半導体チップ４,６ｂの間の隙間からの流出が抑制される。

【0070】

図１９（ａ）乃至２１（ｂ）は、第２の突出部７６のバリエーションを説明する図である。図１９（ａ）乃至２１（ｂ）には、第２の半導体チップ６ｂの右上の角を拡大した平面図が示されている。

【0071】

図１９（ａ）に示す例では、第２の突出部７６は各四隅で１回曲がっている。一方図１９（ｂ）に示す例では、第２の突出部７６ａは各四隅で２回曲がっている。

【0072】

図２０（ａ）及び（ｂ）に示す例では、第２の突出部７６ｂ,７６ｃは２重化されている。図２０（ａ）及び（ｂ）に示す例によれば、２重化された突出部７６ｂ,７６ｃのうち内側の突出部で堰き止められなかったアンダーフィル樹脂１０ｂを、外側の突出部によって堰き止めることができる。

【0073】

図２１（ａ）及び（ｂ）に示す例では、２重化された突出部７６ｄ,７６ｅのうち外側の突出部が第２の半導体チップ６ｂの外周まで広がっている。図２１（ａ）及び（ｂ）に示す例によれば、突出部７６ｄ,７６ｅの総面積が広くなるので、真空吸着による第２の半導体チップ６ｂのピックアップが容易になる。

【0074】

（実施の形態３）
図２２は、実施の形態３の半導体装置２ｃの断面図である。実施の形態１又は２と共通する部分については、説明を省略または簡単にする。

【0075】

図２２に示すように、半導体装置２ｃは、第２の半導体チップ６ｂを挟んで第１の半導体チップ４の反対側に配置されたパッケージ基板７８を有している。

【0076】

図２２に示すように、パッケージ基板７８は、例えば多層配線基板（multilayer circuit board）である。パッケージ基板７８の表面には、第５の電極８０が配置されている。さらにパッケージ基板７８の裏面には、第６の電極８４が配置されている。

【0077】

各第５の電極８０は、接合材料（例えば、半田バンプ）８ａにより、第２の半導体チップ６ｂの第４の電極４２に接合されている。さらに各第５の電極８０は、多層配線基板７８内に配置された配線８２により、第６の電極８４のうちの一つに接続されている。

【0078】

第４の電極４２と第５の電極８０の接合は、例えば以下のような手順で行われる。

【0079】

まず各第５の電極８０に導電性の接合材料８ａが配置（接合）されたパッケージ基板７８を用意する。次に接合材料８ａに第２の半導体チップ６ｂの第４の電極４２が接するように、第２の半導体チップ６ｂをパッケージ基板７８の上に載せる。その後リフロー処理により、第４の電極４２を第５の電極８０に接合される。

【0080】

ところで図３に示すように半導体チップ４ａ,６ａの間の隙間からアンダーフィル樹脂１０ａが流出し下側の半導体チップ６ａの表面で熱硬化すると、下側の半導体チップ６ａは室温に戻った時上側に反る。これは、アンダーフィル樹脂１０ａの熱膨張係数と半導体基板の熱膨張率係数が大きく異なるためである。

【0081】

このため、パッケージ基板７８の第５の電極８０上の各接合材料８ａ(図２２参照)に、図３の下側の半導体チップ６ａの各第４の電極４２を均等に接触させることは困難である。

【0082】

下側の半導体チップ６ａは、第１の半導体チップ４ａの外側で大きく反る。したがって第１の半導体チップ４ａの外側に配置された第４の電極４２を、パッケージ基板７２の第５の電極８０上の接合材料８ａに均等に接触させることは特に困難である。

【0083】

一方実施の形態３の半導体装置２ｃでは、アンダーフィル樹脂１０は半導体チップ４,６ｂの間に留まり第２の半導体チップ６ｂの表面（第１の半導体チップ４に面する部分を除く）には流出しなので、このような問題は生じない。

【0084】

図２２に示す例では、第２の半導体チップ６ｂに第２の突出部７６が形成されている。しかし第２の突出部７６を形成せずに第１の突出部２０だけを、第２の半導体チップ６ｂに設けてもよい。

【0085】

（実施の形態４）
図２３は、実施の形態４の半導体装置２ｄの断面図である。実施の形態１乃至３と共通する部分については、説明を省略または簡単にする。図２４は、ヒートスプレッダー８６の配置（layout）を説明する平面図である。

【0086】

図２４に示すように、半導体装置２ｄは、第２の半導体チップ６ｂの第２の面１６のうち平面視において第１の半導体チップ４の外側の部分（好ましくは、第２の突出部７６の外側の部分）に配置されたヒートスプレッダー８６（図２３参照）を有している。

【0087】

ヒートスプレッダー８６は、例えば第２の半導体チップ６ｂの外周８７と第２の突出部７６の間の領域８８の間に配置される。ヒートスプレッダー８６の上部は、図２３に示すように、第１の半導体チップ４を挟んで第２の半導体チップ６ｂの反対側にも配置されてよい。

【0088】

ヒートスプレッダー８６は、例えばリッド(lid)状のカバー部９０とカバー部９０から内側に突出した突出部９２とを有している。突出部９２は、ＴＩＭ(Thermal Interface Material)９４ａを介して第２の半導体チップ６ｂに接触（熱接触）する。カバー部９０の上部は、別のＴＩＭ(Thermal Interface Material)９４ｂを介して第１の半導体チップ４に接触（熱接触）する。ヒートスプレッダー８６は、例えば接着剤９６によりパッケージ基板７８に接着される。

【0089】

ヒートスプレッダー８６は、例えばＣｕやＳｉＣから形成される。ＴＩＭ９４ａ,９４ｂは、半田シートや金属を含有するペーストなどである。

【0090】

第２の半導体チップ６ｂのうち第１の半導体チップ４の外側の部分で発生する熱は、突出部９２を介して放熱される。第２の半導体チップ６ｂのうち第１の半導体チップ４の内側の部分で発生する熱は、第１の半導体チップ４およびカバー部９０を介して放熱される。

【0091】

図３に示す半導体装置２ａに対して、下側の半導体チップ６ａの上にヒートスプレッダー８６を配置すると、下側の半導体チップ６ａとヒートスプレッダー８６の間にアンダーフィル樹脂１０ａが挟まれる。このため下側の半導体チップ６ａで発生する熱の放熱がアンダーフィル樹脂１０ａによって妨げられ、下側の半導体チップ６ａは十分に冷却はされない。

【0092】

一方実施の形態３の半導体装置２ｄでは、アンダーフィル樹脂１０は第１の半導体チップ４と第２の半導体チップ６ｂの間に留まっているので、第２の半導体チップ６ｂで発生する熱はヒートスプレダー８６の突出部９２を介して効率的に放熱され、第２の半導体チップ６ｂは十分に冷却される。

【0093】

図２３のヒートスプレッダー８６は、第１の半導体チップ４および第２の半導体チップ６ｂに接触している。しかし複数の異なるヒートスプレッダーがそれぞれ、第１の半導体チップ４および第２の半導体チップ６ｂに接触してもよい。

【0094】

パッケージ基板７８と第２の半導体チップ６ｂの隙間は、第１の半導体チップ４と第２の半導体チップ６ｂの隙間より広い。このためパッケージ基板７８と第２の半導体チップ６ｂの間には、比較的粘性が高いアンダーフィル樹脂１０ｂが充填される。したがってパッケージ基板７８と第２の半導体チップ６ｂの間から流出するアンダーフィル樹脂１０ｂは、僅かである。

【0095】

（実施の形態５）
図２５は、実施の形態５の半導体装置２ｅの断面図である。実施の形態１乃至４と共通する部分については、説明を省略または簡単にする。

【0096】

半導体装置２ｅは、実施の形態４の半導体装置２ｄにおいて、さらに、第１の半導体チップ４と第２の半導体チップ６ｂの間に配置（充填）され、突出部２０内のアンダーフィル樹脂１０より熱伝導率の高い別のアンダーフィル樹脂（第２のアンダーフィル樹脂）１０ｃを有している。アンダーフィル樹脂１０ｃは、例えば第１の半導体チップ４と第２の突出部７６の間の隙間からディスペンサにより注入される。

【0097】

実施の形態４の半導体装置２ｄ（図２３参照）では、第１の半導体チップ４の下側で第２の半導体チップ６ｂが発生する熱は、接合部材８を介して第１の半導体チップ４に伝導する。半導体装置２ｅではさらに熱伝導率の高いアンダーフィル樹脂１０ｃを介して、上記熱が第１の半導体チップ４に伝導する。

【0098】

したがって半導体装置２ｅは、実施の形態４の半導体装置２ｄより効率的に、第２の半導体チップ６ｂが発生する熱を放出する。

【0099】

アンダーフィル樹脂１０ｃは、例えば熱硬化剤が混合された液状のエポキシ樹脂に導電性粒子（例えば、金属粒子）やカーボンナノチューブ等のフィラーを混合したものである。このため混合されるフィラーの割合が高くなると、アンダーフィル樹脂１０ｃの抵抗は低くなり、第１の半導体チップ４と第２の半導体チップ６ｂの間にリーク電流が流れやすくなる。

【0100】

しかし接合材料８を覆うアンダーフィル樹脂１０が絶縁性なので、第１の半導体チップ４と第２の半導体チップ６ｂの間には、殆どリーク電流は流れない。

【0101】

以上の例では、第１の突出部２０および第２の突出部７６は、第２の半導体チップ６ｂをエッチングして形成される。しかし第１の突出部２０および第２の突出部７６は、半田や樹脂などから形成されてもよい。

【0102】

以上の実施の形態１乃至５に関し、更に以下の付記を開示する。

【0103】

（付記１）
第１の面と、前記第１の面に配置された複数の第１の電極とを有する第１の半導体チップと、
前記第１の面に対向する第２の面と、前記第２の面に少なくとも一端が配置された複数の第２の電極と、各前記第２の電極の前記一端を電極ごとに囲む複数の第１の突出部とを有する第２の半導体チップと、
前記複数の第１の電極に含まれる第３の電極をそれぞれ、前記複数の第２の電極のうち前記第３の電極に対向する電極の前記一端に接合する複数の導電性の接合材料と、
それぞれが各前記第１の突出部の内側に配置され、前記接合材料を材料ごとに覆う複数の第１のアンダーフィル樹脂とを
有する半導体装置。

【0104】

（付記２）
付記１の半導体装置において、
前記第２の半導体チップはさらに、平面視において前記第１の半導体チップを囲む第２の突出部を有することを
特徴とする半導体装置。

【0105】

（付記３）
付記１又は２に記載の半導体装置において、さらに、
前記第２の面のうち平面視において前記第１の半導体チップの外側の部分に配置されたヒートスプレッダーを有することを
特徴とする半導体装置。

【0106】

（付記４）
付記２又は３のいずれか１項に記載の半導体装置において、さらに、
前記第１の半導体チップと前記第２の半導体チップの間に配置され、前記第１のアンダーフィル樹脂より熱伝導率の高い第２のアンダーフィル樹脂と、
前記第１の半導体チップを挟んで前記第２の半導体チップの反対側に配置されたヒートスプレッダーとを有することを
特徴とする半導体装置。

【0107】

（付記５）
付記４に記載の半導体装置において、
前記第２のアンダーフィル樹脂は、カーボンナノチューブおよび導電性粒子のいずれか一方または双方を含むことを
特徴とする半導体装置。

【0108】

（付記６）
付記１乃至５のいずれか１項に記載の半導体装置において、さらに、
前記第２の半導体チップを挟んで前記第１の半導体チップの反対側に配置された基板を有することを
特徴とする半導体装置。

【0109】

（付記７）
付記１乃至６のいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記第１の電極は、前記第１の半導体チップに含まれる集積回路に接続され、
前記第２の電極は、前記第２の半導体チップに含まれる半導体基板を貫通する電極であることを
特徴とする半導体装置。

【0110】

（付記８）
第１の半導体チップの一面に配置された複数の第１の電極それぞれに導電性の接合材料を配置し、配置された前記接合材料に液状のアンダーフィル樹脂を付着させる第１の工程と、
第２の半導体チップの一面に露出した一端がそれぞれ異なる突出部に囲われた複数の第２の電極それぞれの上に、前記液状のアンダーフィル樹脂が付着した前記接合材料を配置する第２の工程と、
第２の工程の後、前記接合材料を加熱して、前記第１の電極と前記第２の電極とを接合する第３の工程と、
第２の工程の後、前記液状のアンダーフィル樹脂を加熱して、前記突出部それぞれの内側で前記液状のアンダーフィル樹脂を硬化させる第４の工程とを有する
半導体装置の製造方法。

【0111】

（付記９）
付記８に記載の半導体装置の製造方法において、さらに、
表面から裏面に向かって伸びる前記第２の電極を有する半導体基板の前記裏面をエッチングして、前記突出部を形成するとともに前記第２の電極の一端を露出させ、その後前記半導体基板を前記第２の半導体チップに分割する第４の工程を有することを
特徴とする半導体装置の製造方法。

【0112】

（付記１０）
付記８又は９に記載の半導体装置において、
前記接合材料は、半田バンプであり、
前記液状のアンダーフィル樹脂は、前記半田バンプの酸化物を除去するフラックスを含むことを
特徴とする半導体装置の製造方法。

【符号の説明】

【0113】

４・・・第１の半導体チップ
６・・・第２の半導体チップ
８・・・導電性の接合材料
１０・・・アンダーフィル樹脂
１２・・・第１の面
１４・・・第１の電極
１６・・・第２の面
１８・・・第２の電極
２０・・・突出部
８６・・・ヒートスプレッダー

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】