JP2000216334A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 球状半導体材料の表面に半導体素子または配
線が形成された複数の球状半導体を、所定の位置に容易
に積み上げていくことのできる半導体装置を提供するこ
と。 【解決手段】 ３つの球状半導体１１の中央に形成され
る窪みの上に１つの球状半導体１１を載せ、４つの球状
半導体１１が三角錐を形成するように球状半導体１１を
立体的に積み上げて半導体装置１を形成する。積み上げ
た球状半導体１１には、球状半導体１１同士を電気的に
接続する機能のみを担う接続用球状半導体１１や、球状
半導体１１の間で隙間を埋める機能だけを担うダミーの
球状半導体１１Ｆも含ませておく。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数の球状半導体
を用いた半導体装置に関するものである。さらに詳しく
は、当該球状半導体の積み上げ構造に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置の製造には、従来、ウエーハ
状の半導体基板の表面に各種の半導体素子が形成され
る。これに対して、株式会社ボール・セミコンダクタ社
からは、球状の半導体材料（シリコン）の表面に半導体
素子を形成した球状半導体を用いて半導体装置を製造す
る技術が１９９８年７月１日発行の「日経マイクロデバ
イス（第１５７号）」に開示されている。この球状半導
体は、ウエーハ状の半導体基板に対して、面積／体積比
が高いので、少ない半導体材料で広い表面積を確保でき
るという利点があれる。ここで、球状の半導体材料は、
たとえば、直径が１ｍｍ位の粒状の多結晶半導体材料
を、誘導結合型プラズマを用いて１０００℃〜１０００
０℃のアルゴン雰囲気中で溶融させ、単結晶化させるこ
とにより得ることができる。
【０００３】また、球状の半導体材料の表面に各種の半
導体素子を形成するには、たとえば、図５に示すような
露光方法が用いられる。この露光方法では、マスクを通
過した光を、球状の半導体材料１０の周りを囲むように
配置したミラー３１、３２、３３などによって球状の半
導体材料１０に向けて反射することによって、球状の半
導体材料１０の表面を一括露光する。また、エッチング
工程や成膜工程では、パイプの中にエッチングガスや原
料ガスを流すとともに、球状の半導体材料１０を流すこ
とによって行われる。
【０００４】また、このようにして球状の半導体材料１
０に各種の半導体素子を形成した球状半導体は、たとえ
ば、図６に示すように、多数の球状半導体１１が基板１
５の上に多段積みされて半導体装置を構成することがあ
る。この半導体装置では、下段で並ぶ各球状半導体１１
の真上に球状半導体１１が積み上げられ、各球状半導体
１１は、上下左右に位置する球状半導体１１と電気的に
接続されて所定の動作を行う。ここで、球状半導体１１
のいずれにも、所定の機能を有する半導体素子が形成さ
れており、球状半導体１１のそれぞれがマイクロプロセ
ッサ、入出力インターフェース、カウンタ、ロジック、
ＲＡＭ、ＲＯＭなどの各機能を担っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このような球状半導体
１１を用いた半導体装置については、いずれ各種の機器
に搭載されることになるが、未だ、解決すべき課題が多
い。たとえば、球状半導体１１を用いた場合には、その
形状が球形であるが故に、図６に示すように多段積みす
る場合でも、球状半導体１１の位置決めが容易でない。
【０００６】以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、
球状半導体材料の表面に半導体素子または配線が形成さ
れた複数の球状半導体を、所定の位置に容易に積み上げ
ていくことのできる半導体装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明では、球状半導体材料の表面に半導体素子ま
たは配線が形成された複数の球状半導体を多段に積み上
げてなる半導体装置において、前記複数の球状半導体に
は、下段で互いに接するように並ぶ３つの球状半導体お
よび該３つの球状半導体の上に積まれた１つの球状半導
体からなる４つの球状半導体の各中心を結ぶ仮想線が正
三角錐を形成するような接続構造が少なくとも一組、含
まれていることを特徴とする。
【０００８】本発明では、球状半導体の形状が球形であ
ることを逆に利用して、上段に積み上げる球状半導体を
下段の球状半導体で位置決めする。すなわち、４つの球
状半導体のうち、３つの球状半導体については互いに接
するように配置し、これら３つの球状半導体の中央に形
成される窪みの上に１つの球状半導体を積み上げる。こ
のような状態は４つの球状半導体を立体的に積み上げる
構造として最も安定であり、下段の３つの球状半導体自
身が上段の球状半導体を位置決めする。従って、複数の
球状半導体を所定の位置に容易に積み上げていくことが
できる。
【０００９】ここで、前記複数の球状半導体には、前記
４つの球状半導体の各中心を結ぶ仮想線が正三角錐を形
成するような接続構造が複数組、含まれている場合もあ
る。
【００１０】本発明において、前記複数の球状半導体に
は、複数の球体半導体同士を電気的に接続するための機
能を担い、前記半導体素子の形成されていない接続用球
状半導体を含ませてもよい。このような接続用球状半導
体を用いると、立体的に積み上げた球状半導体同士を電
気的に接続するときの組み合わせの自由度が高くなる。
【００１１】本発明において、前記複数の球状半導体に
は、前記半導体素子が形成された球状半導体を多段に積
み上げる際に隙間を埋める機能を担い、前記半導体素子
の形成されていないダミーの球状半導体が含ませてもよ
い。このように構成すると、電気的な接続関係からすれ
ば球状半導体が存在しなくてもよい場所をダミーの球状
半導体が埋めてくれるので、隙間が形成されない。それ
故、球状半導体を積み上げたいずれの箇所においても、
互いに接するように並ぶ３つの球状半導体の中央に形成
される窪みの上に１つの球状半導体を積み上げた構造を
実現できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】図面を参照して、本発明を適用し
た半導体装置を説明する。
【００１３】（半導体装置の全体構成）図１は、本形態
の半導体装置における球状半導体の積み上げ構造を模式
的に示す説明図、図２は、この積み上げ構造の基本単位
となる４つの球状半導体を半導体装置から抜き出して示
す説明図である。
【００１４】図１において、本形態に係る半導体装置１
では、それに使用する球状半導体１１自身は、従来技術
で説明したものと同一であるので、説明を省略するが、
複数の球状半導体１１の積み上げ構造が従来技術と相違
する。
【００１５】すなわち、本形態でも、多数の球状半導体
１１が基板１５の上に多段積みされて半導体装置１を構
成しているが、この半導体装置１では、下段で並ぶ各球
状半導体１１の真上に球状半導体１１が積み上げられて
いるのではなく、図２に示すように、４つの球状半導体
１１（１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ）において、球
状半導体の各中心１１０を結ぶ仮想線１１９Ａ、１１９
Ｂ、１１９Ｃ、１１９Ｄが正三角錐を形成するように積
み上げられている。すなわち、４つの球状半導体１１の
うち、互いに接するように配置された３つの球状半導体
１１（１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ）の中央に形成される窪
みの上に１つの球状半導体１１（１１Ｄ）を積み上げた
構造になっている。このような組み合わせは、図１から
わかるように、多数の球状半導体１１を積み上げるとき
の基本形になっている。このため、図２に示す組み合わ
せは、本形態の半導体装置１を構成する複数の球状半導
体１１の中に多数組、存在する。
【００１６】このように構成した半導体装置１におい
て、各球状半導体１１は、図１に示すように、マイクロ
プロセッサ、入出力インターフェース、カウンタ、ロジ
ック、ＲＡＭ、ＲＯＭなどの各機能を担っている。
【００１７】但し、本形態では、多段積みにされた球状
半導体１１のなかには、球体半導体１１同士を電気的に
接続するための機能のみを担う接続用球状半導体１１Ｅ
も含まれている。従って、この球状半導体１１Ｅには、
配線パターンや端子（図示せず。）は形成されている
が、トランジスタやメモリセルなどといった半導体素子
が形成されていない。
【００１８】また、複数の球状半導体１１には、図２を
参照して説明した構造をもって球状半導体１１を多段に
積み上げる際に隙間を埋める機能のみを担うダミーの球
状半導体１１Ｆも含まれている。この球状半導体１１Ｆ
は、あくまで球状半導体１１を多段に積み上げる際に隙
間を埋めているだけであり、半導体素子、配線パターン
などが一切形成されていない。但し、このダミーの球状
半導体１１Ｆも、後述する例のように、半田や導電性接
着剤などといった導通材によって、隣接する球状半導体
１１と機械的に接続、連結する必要があるので、半田や
導電性接着剤などを形成するためのダミーの端子などは
形成されている。
【００１９】このように、本形態の半導体装置１では、
それを構成する球状半導体１１の形状が球形であること
を逆に利用して、上段に積み上げる球状半導体１１を下
段の球状半導体１１によって自動的に位置決めする。す
なわち、図２に示す４つの球状半導体１１のうち、３つ
の球状半導体１１（１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ）の中央に
形成される窪みの上に１つの球状半導体１１（１１Ｄ）
を積み上げた構造になっており、このような構造は４つ
の球状半導体１１を立体的に積み上げる構造として最も
安定である。また、下段の３つの球状半導体１１（１１
Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ）自身が上段の球状半導体１１（１
１Ｄ）に均等に接することにより、この球状半導体１１
（１１Ｄ）を３つの球状半導体１１（１１Ａ、１１Ｂ、
１１Ｃ）が自動的に位置決めしている。従って、複数の
球状半導体１１を所定の位置に容易に積み上げていくこ
とができる。
【００２０】また、本形態では、接続用球状半導体１１
Ｅを用いて球状半導体１１を立体的に積み上げているの
で、球状半導体１１同士を電気的に接続するときの組み
合わせの自由度が高い。
【００２１】さらに、電気的な接続関係からすれば球状
半導体１１が存在しなくてもよい場所をダミーの球状半
導体１１Ｆが埋めてくれるので、そこが隙間になること
がない。それ故、半導体装置１を構成する球状半導体１
１を積み上げたいずれの箇所においても、互いに接する
ように並ぶ３つの球状半導体１１の中央に形成される窪
みの上に１つの球状半導体１１を積み上げた構造とする
ことができる。
【００２２】（球状半導体１１の実装構造）このように
構成した半導体装置１において、球状半導体１１同士の
電気的な接続は、たとえば以下のようにして行われる。
図３は、球状半導体１１同士を電気的およびび機械的に
接続する方法を示す工程図である。
【００２３】本形態では、まず、図３（Ａ）に示すよう
に、球状半導体１１の端子１１１の表面に半田１２（導
通材）をめっきする。次に、球状半導体１１の表面のう
ち、端子１１１が形成されている領域から少し外れた領
域に瞬間接着剤１３を塗布する。
【００２４】次に、図３（Ｂ）に示すように、半田１２
のめっき、および瞬間接着剤１３の塗布を終えた２つの
球状半導体１１０の間において、瞬間接着剤１３同士が
重なるように、かつ、半田１２同士が重なるように、２
つの球状半導体１１を突き合わせ、瞬間接着剤１３によ
って、球状半導体１１同士を仮固定する（仮固定工
程）。
【００２５】次に、瞬間接着材１３によって仮固定され
た状態にある２つの球状半導体１１をリフロー炉に入
れ、半田１２が溶融する温度にまで加熱する。その結
果、図３（Ｃ）に示すように、リフロー炉から出てきた
２つの球状半導体１１の間では、半田１２が溶け合っ
て、２つの球状半導体１１は半田１２によって完全に固
定された状態になっている。すなわち、２つの球状半導
体１１は、１回の加熱工程で半田１２によって電気的お
よび機械的に接続された状態になる（本固定工程）。
【００２６】このように、本形態では、半導体装置１を
製造するにあたって、瞬間接着剤１３によって球状半導
体１１同士を仮固定してから、本固定工程を行うので、
球状半導体１１をリフロー炉などに通すときでも、２つ
の球状半導体１１の間で位置ずれが発生しない。それ
故、球状であるが故に扱いにくい球状半導体１１につい
ても、効率よく、電気的および機械的な接続を行うこと
ができる。
【００２７】また、本形態の半導体装置１において、球
状半導体１１を基板１５に対する球状半導体１１の電気
的な接続は、たとえば以下のようにして行われる。図４
は、球状半導体１１を基板と電気的およびび機械的に接
続する方法を示す工程図である。
【００２８】ここでも、図４（Ａ）に示すように、球状
半導体１１の端子１１１の表面に半田１２（導通材）を
めっきする。次に、球状半導体１１の表面のうち、端子
１１１が形成されている領域から少し外れた領域に瞬間
接着剤１３を塗布する。
【００２９】次に、図４（Ｂ）に示すように、半田１２
のめっき、および瞬間接着剤１３の塗布を終えた球状半
導体１１０を基板１５上の所定位置に置く。この際に
は、半田１２と、基板１５に形成されている端子１５１
とが重なるような位置に球状半導体１１を置き、瞬間接
着剤１３によって、球状半導体１１を基板１５に対して
仮固定する（仮固定工程）。
【００３０】次に、瞬間接着材１３によって球状半導体
１１が仮固定された基板１５をリフロー炉に入れ、半田
１２が溶融する温度にまで加熱する。その結果、リフロ
ー炉から出てきた基板１５の上では、図４（Ｃ）に示す
ように、半田１２が溶けて、球状半導体１１は、半田１
２によって基板１５上に完全に固定された状態になって
いる。すなわち、球状半導体１１は、１回の加熱工程で
半田１２によって基板１５に対して電気的および機械的
に接続された状態になる（本固定工程）。
【００３１】このように、半導体装置１を製造するにあ
たって、瞬間接着剤１３によって球状半導体１１を基板
１５に対して仮固定してから、本固定工程を行うので、
球状半導体１１を搭載した基板１５をリフロー炉などに
通すときでも、基板１５の上で球状半導体１１が位置ず
れすることがない。それ故、球状であるが故に扱いにく
い球状半導体１１についても、効率よく、電気的および
機械的な接続を行うことができる。
【００３２】（その他の実施の形態）なお、上記形態で
は、導通材として半田１２を用いた例を説明したが、導
通材としては、インクジェット法などで塗布された導電
性接着剤を用いてもよい。また、導通材については、互
いに電気的および機械的に接続させようとする端子の双
方に形成する構成、あるいはいずれか一方の端子のみに
形成する構成のいずれであってもよい。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、球状
半導体の形状が球形であることを逆に利用して、上段に
積み上げる球状半導体を下段の球状半導体で位置決めす
る。すなわち、４つの球状半導体のうち、３つの球状半
導体については互いに接するように配置し、これら３つ
の球状半導体の中央に形成される窪みの上に１つの球状
半導体を積み上げる。従って、複数の球状半導体を所定
の位置に容易に積み上げていくことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した半導体装置における球状半導
体の積み上げ構造を模式的に示す説明図である。
【図２】図１に示す積み上げ構造の基本単位となる４つ
の球状半導体を半導体装置から抜き出して示す説明図で
ある。
【図３】（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明を適用した半導体装
置を製造するにあたって、球状半導体同士を電気的およ
び機械的に接続する方法を示す工程図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明を適用した半導体装
置を製造するにあたって、球状半導体を基板に対して電
気的および機械的に接続する方法を示す工程図である。
【図５】球状半導体を製造する際に行う露光の方法を示
す説明図である。
【図６】球状半導体を多段積みにした従来の半導体装置
の説明図である。
【符号の説明】
１ 半導体装置 １０ 球状の半導体材料 １１ 球状半導体 １１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ 下段で並ぶ３つの球状半導体 １１Ｄ ３つの球状半導体の上に積み上げられた球状半
導体 １１Ｅ 接続用球状半導体 １１Ｆ ダミー用の球状半導体 １２ 半田（導通材） １３ 瞬間接着剤 １５ 基板 １１１ 球状半導体の端子 １５１ 基板の端子

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 球状半導体材料の表面に半導体素子また
    は配線が形成された複数の球状半導体を多段に積み上げ
    てなる半導体装置において、 前記複数の球状半導体には、下段で互いに接するように
    並ぶ３つの球状半導体および該３つの球状半導体の上に
    積まれた１つの球状半導体からなる４つの球状半導体の
    各中心を結ぶ仮想線が正三角錐を形成するような接続構
    造が少なくとも一組、含まれていることを特徴とする半
    導体装置。
  2. 【請求項２】 請求項１において、前記複数の球状半導
    体には、前記４つの球状半導体の各中心を結ぶ仮想線が
    正三角錐を形成するような接続構造が複数組、含まれて
    いることを特徴とする半導体装置。
  3. 【請求項３】 請求項１または２において、前記複数の
    球状半導体には、複数の球体半導体同士を電気的に接続
    する機能を担い、前記半導体素子の形成されていない接
    続用球状半導体が含まれていることを特徴とする半導体
    装置。
  4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれかにおいて、
    前記複数の球状半導体には、前記半導体素子が形成され
    た球状半導体を多段に積み上げる際に隙間を埋める機能
    を担い、前記半導体素子の形成されていないダミーの球
    状半導体が含まれていることを特徴とする半導体装置。
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