特許 7566763 半導体装置

(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】

(24)【登録日】2024-10-04

(45)【発行日】2024-10-15

(54)【発明の名称】半導体装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/52 20060101AFI20241007BHJP

   H01L 23/32 20060101ALI20241007BHJP

   H04N 23/54 20230101ALI20241007BHJP

【ＦＩ】

H01L21/52 A

H01L23/32 D

H04N23/54

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2021551366

(86)(22)【出願日】2020-09-30

(86)【国際出願番号】 JP2020037122

(87)【国際公開番号】W WO2021070702

(87)【国際公開日】2021-04-15

【審査請求日】2023-08-16

(31)【優先権主張番号】P 2019187122

(32)【優先日】2019-10-10

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】316005926

【氏名又は名称】ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】吉田 武史

(72)【発明者】

【氏名】西出 勤

(72)【発明者】

【氏名】小林 一三

(72)【発明者】

【氏名】豊島 良彦

(72)【発明者】

【氏名】越波 進

【審査官】堀江 義隆

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１４２６８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／０９７９０９（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／５２

Ｈ０１Ｌ ２３／３２

Ｈ０４Ｎ ２３／５４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電子回路の集積密度が高い領域と前記集積密度が低い領域とを備える半導体チップと、
前記半導体チップが実装される基板と、
前記半導体チップにおける前記集積密度が高い領域と前記基板との間に設けられ、一部が開放された平面視環状のダイボンド材と
を有する半導体装置。

【請求項2】

前記半導体チップは、
外縁となる四辺のうち、前記集積密度が低い領域となる少なくとも一辺を除く辺に沿って前記集積密度が高い領域が設けられ、
前記ダイボンド材は、
前記半導体チップにおける前記集積密度が高い領域に沿って設けられ、前記集積密度が低い領域と前記基板との間の部分において、平面視環状の一部が開放される
請求項１に記載の半導体装置。

【請求項3】

前記半導体チップは、
前記集積密度が高い領域および前記集積密度が低い領域によって囲まれる平面視中央領域にイメージセンサの撮像領域が設けられ、
前記ダイボンド材は、
前記集積密度が高い領域の直下に設けられる
請求項２に記載の半導体装置。

【請求項4】

前記撮像領域および前記電子回路は、
同一平面上に設けられ、
前記ダイボンド材は、
前記電子回路と前記基板との間に設けられる
請求項３に記載の半導体装置。

【請求項5】

前記半導体チップは、
前記電子回路が設けられる回路層と、前記回路層に積層され、前記撮像領域が設けられる撮像層と
を備え、
前記ダイボンド材は、
前記回路層と前記基板との間に設けられる
請求項３に記載の半導体装置。

【請求項6】

前記基板は、
インターポーザ基板である
請求項１に記載の半導体装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、半導体装置に関する。

【背景技術】

【0002】

基板上にダイボンド材を介して搭載された半導体チップを備える半導体装置がある（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１９－１１４６８１公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、半導体装置は、ダイボンド材の配置によって放熱性能が低下することがある。そこで、本開示では、放熱性能を向上させることができる半導体装置を提案する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示によれば、半導体装置が提供される。半導体装置は、半導体チップと、基板と、一部が開放された平面視環状のダイボンド材とを有する。半導体チップは、電子回路の集積密度が高い領域と前記集積密度が低い領域とを備える。基板は、前記半導体チップが実装される。一部が開放された平面視環状のダイボンド材は、前記半導体チップにおける前記集積密度が高い領域と前記基板との間に設けられる。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】本開示に係る半導体装置の平面視による説明図である。

【図2A】本開示に係る半導体装置の断面構造を示す説明図である。

【図2B】本開示に係る半導体装置の分解斜視図である。

【図3A】本開示の変形例に係る半導体装置の断面構造を示す説明図である。

【図3B】本開示の変形例に係る半導体装置の分解斜視図である。

【図4】本開示に係る半導体装置の高密度領域およびダイボンド材の配置例を示す説明図である。

【図5】本開示に係る半導体装置の高密度領域およびダイボンド材の配置例を示す説明図である。

【図6】本開示に係る半導体装置の高密度領域およびダイボンド材の配置例を示す説明図である。

【図7】本開示に係る半導体装置の高密度領域およびダイボンド材の配置例を示す説明図である。

【図8】本開示に係る半導体装置の高密度領域およびダイボンド材の配置例を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下に、本開示の実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の各実施形態において、同一の部位には同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。

【0008】

［１．半導体装置の平面視による構成］
図１は、本開示に係る半導体装置１の平面視による説明図である。図１に示すように、半導体装置１は、半導体チップ２と、半導体チップ２が実装されるインターポーザ基板３と、一部が開放された平面視環状のダイボンド材４とを備える。なお、インターポーザ基板３は、半導体チップ２が実装される基板であれば、任意の基板であってよい。

【0009】

また、ダイボンド材４は、インターポーザ基板３に対して半導体チップ２を固定するために、インターポーザ基板３と半導体チップ２との間に設けられる接着性樹脂であるため、図１では、太点線によって示している。

【0010】

以下では、半導体チップ２がイメージセンサである場合について説明するが、半導体チップ２は、イメージセンサに限定されるものではなく、任意の電子機器であってよい。半導体チップ２は、平面視における中央に複数の撮像画素が２次元に配列される撮像領域２１を備える。

【0011】

また、半導体チップ２は、撮像領域２１の周囲に、電子回路の集積密度が低い領域（以下、「低密度領域２２」と記載する）と、電子回路の集積密度が高い領域（以下、「高密度領域２３，２４，２５」と記載する）とを備える。

【0012】

低密度領域２２には、例えば、ＶＳ（Vertical Scan）回路、ＤＡＣ（Digital to Analog Converter）、ＶＭ（Vertical Monitor）回路、ＢＣ（Bias Current）回路、およびＣＰ（Charge Pump）回路等の周辺回路２６が設けられる。

【0013】

高密度領域２３，２４，２５には、例えば、ＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）、ＬＭ（Load Mos）トランジスタ、ＣＭ（Comparator）、およびＣＮ（Counter）等の周辺回路２７が設けられる。低密度領域２２に設けられる周辺回路２６は、比較的集積密度が低いため、動作しても高温になりにくい。

【0014】

一方、高密度領域２３，２４，２５に設けられる周辺回路２７は、集積密度が高いため、動作に伴って発熱し、高温となる。イメージセンサは、高密度領域２３，２４，２５が高温になると、撮像画像の中で高密度領域２３，２４，２５の近傍に位置する撮像画素によって撮像された部分に熱シェーディングと呼ばれる白浮きが発生し、画質が劣化する。

【0015】

そこで、半導体装置１のダイボンド材４は、半導体チップ２における高密度領域２３，２４，２５とインターポーザ基板３との間に設けられ、一部が開放された平面視環状となっている。これにより、ダイボンド材４は、高密度領域２３，２４，２５から発せられる熱を効率的に吸収して放熱する放熱部材として機能する。これにより、半導体装置１は、放熱性能を向上させることができる。

【0016】

また、半導体チップ２は、外縁となる四辺のうち、低密度領域２２となる少なくとも一辺を除く辺（図１に示す例では四辺のうちの三辺）に沿って高密度領域２３，２４，２５が設けられる。そして、ダイボンド材４は、半導体チップ２における高密度領域２３，２４，２５に沿って設けられ、低密度領域２２とインターポーザ基板３との間の部分において、平面視環状の一部が開放される開放部４１を備える。

【0017】

これにより、半導体チップ２は、周縁部の高密度領域２３，２４，２５から撮像領域２１が設けられる平面視中央領域へ放熱された熱を、平面視環状のダイボンド材４に設けられる開放部４１から半導体チップ２の外部へ効果的に放出させることができる。したがって、イメージセンサを備える半導体チップ２は、熱シェーディングの発生を抑制することができる。

【0018】

また、前述したように、低密度領域２２は、高温になりにくく、高密度領域２３，２４，２５は、高温になる。このため、半導体チップ２は、高密度領域２３，２４，２５から低密度領域２２へ向けて温度勾配が生じる。これにより、半導体装置１は、高密度領域２３，２４，２５から発せられる熱を、低密度領域２２に設けられる開放部４１から半導体チップ２の外部へ効率的に放出させることができる。

【0019】

［２．半導体装置の構造］
次に、図２Ａおよび図３Ｂを参照して半導体装置１の構造について説明する。図２Ａは、本開示に係る半導体装置の断面構造を示す説明図である。図２Ｂは、本開示に係る半導体装置の分解斜視図である。

【0020】

図２Ａに示すように、半導体装置１は、基板５１上にバンプ５２を介して設けられるインターポーザ基板３と、インターポーザ基板３上にダイボンド材４を介して設けられる半導体チップ２と、半導体チップ２を囲むように設けられるフレーム５３とを備える。

【0021】

半導体チップ２は、中央に撮像領域２１を備え、撮像領域２１の周囲に周辺回路２６，２７等を備える。かかる半導体チップ２は、図２Ｂに示すように、高密度領域２３，２４，２５および低密度領域２２によって囲まれる領域に撮像領域２１を備える。

【0022】

そして、ダイボンド材４は、高温になる高密度領域２３，２４，２５に沿う形で、高密度領域２３，２４，２５の直下に設けられる。ダイボンド材４は、高密度領域２３，２４，２５から発せられる熱を半導体チップ２の下方から吸熱して放熱することで、熱が半導体チップ２の面方向へ伝達されることを抑制する。これにより、半導体チップ２は、撮像領域２１が高温になることを抑制することによって、熱シェーディングの発生を抑制することができる。

【0023】

また、撮像領域２１および電子回路の一例である周辺回路２６は、同一平面上に設けられる。そして、ダイボンド材４は、半導体チップ２における周辺回路２６と、半導体チップ２よりも面積が広いインターポーザ基板３との間に設けられる。

【0024】

ダイボンド材４は、半導体チップ２の高密度領域２３，２４，２５から発せられる熱をインターポーザ基板３へ伝達する。これにより、半導体装置１は、面積が広いインターポーザ基板３を放熱板として機能させることで、さらに放熱性能を向上させることができる。

【0025】

なお、本開示に係る半導体装置の構造は、図２Ａおよび図２Ｂに示した構造に限定されるものではない。本開示に係る半導体装置は、例えば、図３Ａおよび図３Ｂに示す構造であってもよい。図３Ａは、本開示の変形例に係る半導体装置の断面構造を示す説明図である。図３Ｂは、本開示の変形例に係る半導体装置の分解斜視図である。

【0026】

図３Ａに示すように、変形例に係る半導体装置１ａは、半導体チップ２ａの構造が図２Ａに示す半導体チップ２とは異なり、他の構成は図２Ａに示す半導体装置１と同様である。半導体チップ２ａは、電子回路が設けられる回路層２８と、回路層２８に積層され、撮像領域が設けられる撮像層２１ａとを備える。

【0027】

回路層２８は、外縁となる四辺のうちの一辺に沿って低密度領域２２が設けられ、残りの三辺に沿って高密度領域２３，２４，２５が設けられる。ダイボンド材４は、半導体チップ２ａの場合、回路層２８とインターポーザ基板３との間に、高密度領域２３，２４，２５に沿って高密度領域２３，２４，２５の直下に設けられる。

【0028】

これにより、ダイボンド材４は、高密度領域２３，２４，２５から発せられる熱を下方から吸熱することにより、熱が回路層２８上に設けられる撮像領域へ伝達されることを抑制することができる。したがって、半導体装置１ａは、高密度領域２３，２４，２５の発熱による熱シェーディングの発生を抑制することができる。

【0029】

また、半導体装置１ａは、ダイボンド材４が半導体チップ２ａと、半導体チップ２ａよりも面積が広いインターポーザ基板３との間に設けられるので、面積が広いインターポーザ基板３を放熱板として機能させることで放熱性能を向上させることができる。

【0030】

［３．高密度領域およびダイボンド材の配置例］
次に、本開示に係る半導体装置における高密度領域およびダイボンド材の配置例について説明する。図４～図８は、本開示に係る半導体装置の高密度領域およびダイボンド材の配置例を示す説明図である。

【0031】

図４に示すように、半導体チップ２ｂは、外縁となる四辺のうち、一辺に沿って高密度領域２４が設けられる場合がある。この場合、ダイボンド材４は、高密度領域２４に沿う形で平面視環状の一部が開放されたＣ字状に形成される。ダイボンド材４の開放部４１は、半導体チップ２ｂの四辺に沿って電子回路が設けられる領域のうち、電子回路の集積密度が最も低い領域に設けられる。

【0032】

図４に示す例では、ダイボンド材４は、高密度領域２４が設けられる側の辺と、高密度領域２４が設けられる側の辺に連続する二辺にわたって平面視Ｃ字状に設けられ、高密度領域２４が設けられる側の辺と対向する側の辺の部分に開放部４１が設けられる。

【0033】

これにより、ダイボンド材４は、半導体チップ２ｂに生じる温度勾配を効率的に利用して、高密度領域２４から発せられる熱を効果的に半導体チップ２ｂの外部へ放熱させることができる。また、ダイボンド材４は、高密度領域４４以外の辺の部分にも延在するため、放熱板として機能する領域を高密度領域４４以外の部分まで拡大することにより、放熱性能を向上させることができる。

【0034】

また、図５に示すように、半導体チップ２ｃは、外縁となる四辺のうち、隣接する連続した二辺に沿って高密度領域２４，２５が設けられる場合がある。また、図６に示すように、半導体チップ２ｄは、外縁となる四辺のうち、隣接する連続した二辺に沿って高密度領域２３，２４が設けられる場合がある。

【0035】

この場合、ダイボンド材４は、高密度領域２４，２５または高密度領域２３，２４に沿う形で平面視環状の一部が開放されたＣ字状に形成される。ダイボンド材４の開放部４１は、半導体チップ２ｂ，２ｃの四辺に沿って電子回路が設けられる領域のうち、電子回路の集積密度が最も低い領域に設けられる。これにより、ダイボンド材４は、図４に示すダイボンド材４と同様に、放熱性能を向上させることができる。

【0036】

また、図７に示すように、半導体チップ２ｅは、外縁となる四辺に沿って高密度領域２３，２４，２５，２９が設けられる場合がある。この場合、４つのダイボンド材４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄが各高密度領域２３，２４，２５，２９に沿って環状に設けられ、半導体チップ２ｅの四隅に、それぞれ開放部４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄが設けられる。

【0037】

これにより、高密度領域２３，２４，２５，２９は、各高密度領域２３，２４，２５，２９から発せられる熱を４箇所の開放部４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄから半導体装置の外部へ放熱させることによって、半導体装置の放熱性能を向上させることができる。

【0038】

また、図８に示すように、半導体チップ２ｆは、平面視における中央領域に高密度領域３０が設けられる場合がある。この場合、ダイボンド材４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈは、高密度領域３０の平面視における中心から外周へ向けて放射状に延在するように設けられる。また、ダイボンド材４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈは、端部が高密度領域３０の外縁よりも外側まで延伸するように設けられる。

【0039】

これにより、ダイボンド材４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈは、半導体チップ２ｆの平面視における中央部から外側へ向けて効率的に放熱することができる。また、ダイボンド材４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈは、放射状に設けられることで外気と接触する面積が増大するので、これによっても放熱性能を向上させることができる。

【0040】

［４．効果］
半導体装置１は、半導体チップ２と、インターポーザ基板３と、一部が開放された平面視環状のダイボンド材４とを有する。半導体チップ２は、電子回路の集積密度が高い高密度領域２３，２４，２５と集積密度が低い低密度領域２２とを備える。インターポーザ基板３は、半導体チップ２が実装される。一部が開放された平面視環状のダイボンド材４は、半導体チップ２における集積密度が高い高密度領域２３，２４，２５とインターポーザ基板３との間に設けられる。

【0041】

これにより、半導体装置１は、高密度領域２３，２４，２５から発せられる熱をダイボンド材４によって効率的に吸熱し、ダイボンド材４の開放部４１から半導体装置１の外部へ効果的に放熱することにより、放熱性能を向上させることができる。

【0042】

また、半導体チップ２は、外縁となる四辺のうち、低密度領域２２となる少なくとも一辺を除く辺に沿って高密度領域２３，２４，２５が設けられる。ダイボンド材４は、半導体チップ２における高密度領域２３，２４，２５に沿って設けられ、低密度領域２２とインターポーザ基板３との間の部分において、平面視環状の一部が開放される。これにより、半導体装置１は、半導体チップ２に生じる温度勾配を利用して効率的に放熱することができる。

【0043】

また、半導体チップ２は、高密度領域２３，２４，２５および低密度領域２２によって囲まれる平面視中央領域にイメージセンサの撮像領域２１が設けられる。ダイボンド材４は、高密度領域２３，２４，２５の直下に設けられる。

【0044】

ダイボンド材４は、高密度領域２３，２４，２５から発せられる熱を半導体チップ２の下方から吸熱して放熱することで、熱が半導体チップ２の面方向へ伝達されることを抑制する。これにより、半導体装置１は、撮像領域２１が高温になることを抑制することによって、熱シェーディングの発生を抑制することができる。

【0045】

また、撮像領域２１および電子回路は、同一平面上に設けられる。ダイボンド材４は、電子回路とインターポーザ基板３との間に設けられる。これにより、これにより、半導体装置１は、インターポーザ基板３を放熱板として機能させることで、さらに放熱性能を向上させることができる。

【0046】

また、半導体チップ２は、電子回路が設けられる回路層２８と、回路層２８に積層され、撮像領域が設けられる撮像層２１ａとを備える。ダイボンド材４は、回路層２８とインターポーザ基板３との間に設けられる。

【0047】

ダイボンド材４は、高密度領域２３，２４，２５から発せられる熱を下方から吸熱することにより、熱が回路層２８上に設けられる撮像領域へ伝達されることを抑制することができる。したがって、半導体装置１ａは、高密度領域２３，２４，２５の発熱による熱シェーディングの発生を抑制することができる。

【0048】

また、半導体チップ２が実装される基板は、一般に半導体チップ２よりも面積が広いインターポーザ基板３である。これにより、半導体装置１は、面積が広いインターポーザ基板３を放熱板として機能させることにより、放熱性能を向上させることができる。

【0049】

なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、また他の効果があってもよい。

【0050】

なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１）
電子回路の集積密度が高い領域と前記集積密度が低い領域とを備える半導体チップと、
前記半導体チップが実装される基板と、
前記半導体チップにおける前記集積密度が高い領域と前記基板との間に設けられ、一部が開放された平面視環状のダイボンド材と
を有する半導体装置。
（２）
前記半導体チップは、
外縁となる四辺のうち、前記集積密度が低い領域となる少なくとも一辺を除く辺に沿って前記集積密度が高い領域が設けられ、
前記ダイボンド材は、
前記半導体チップにおける前記集積密度が高い領域に沿って設けられ、前記集積密度が低い領域と前記基板との間の部分において、平面視環状の一部が開放される
前記（１）に記載の半導体装置。
（３）
前記半導体チップは、
前記集積密度が高い領域および前記集積密度が低い領域によって囲まれる平面視中央領域にイメージセンサの撮像領域が設けられ、
前記ダイボンド材は、
前記集積密度が高い領域の直下に設けられる
前記（２）に記載の半導体装置。
（４）
前記撮像領域および前記電子回路は、
同一平面上に設けられ、
前記ダイボンド材は、
前記電子回路と前記基板との間に設けられる
前記（３）に記載の半導体装置。
（５）
前記半導体チップは、
前記電子回路が設けられる回路層と、前記回路層に積層され、前記撮像領域が設けられる撮像層と
を備え、
前記ダイボンド材は、
前記回路層と前記基板との間に設けられる
前記（３）に記載の半導体装置。
（６）
前記基板は、
インターポーザ基板である
前記（１）～（５）のいずれか一つに記載の半導体装置。

【符号の説明】

【0051】

１ 半導体装置
２ 半導体チップ
２１ 撮像領域
２２ 低密度領域
２３，２４，２５ 高密度領域
２６，２７ 周辺回路
２８ 回路層
３ インターポーザ基板
４ ダイボンド材
５１ 基板
５２ バンプ
５３ フレーム

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】