JP2007184654A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】チップサイズの大きさを有し、かつマルチチップモジュールである半導体装置を提供する。
【解決手段】この半導体装置２１は、第１機能素子３ａが形成された第１機能面３Ｆ、およびその反対側の面である第１裏面３Ｒを有する第１半導体チップ３と、第２機能素子２ａが形成された第２機能面２Ｆを有する第２半導体チップ２とを含んでいる。第２機能面２Ｆは、第１機能面３Ｆが対向している領域、および第１機能面３Ｆが対向していない非対向領域７を有する。非対向領域７および第１半導体チップ３の第１裏面３Ｒを覆うように、絶縁膜２２が連続して形成されている。絶縁膜２２の表面には、第２機能素子２に電気的に接続された再配線９が形成されており、再配線９を覆うように保護樹脂１２が設けられている。再配線９から保護樹脂１２を貫通して外部接続端子１０が立設されている。
【選択図】 図２

Description

この発明は、複数の半導体チップを備えたマルチチップモジュールに関する。

近年、半導体装置に対して高密度化および小型化が要求されるようになってきている。このような要求を満たすための半導体装置として、マルチチップモジュール（ＭＣＭ。特許文献１参照）やチップスケールパッケージ（ＣＳＰ。特許文献２参照）がある。
図８は、マルチチップモジュール構造を有する従来の半導体装置の構造を示す図解的な断面図である。

この半導体装置８１は、配線基板８２、その上に積層された半導体チップ８３、および半導体チップ８３の上に積層された半導体チップ８４を備えている。半導体チップ８３，８４の各一方表面には、機能素子８３ａ，８４ａがそれぞれ形成されている。半導体チップ８３は、機能素子８３ａが形成された面が、配線基板８２とは反対側に向けられた、いわゆるフェースアップの状態で、配線基板８２の上に接合されている。この半導体チップ８３の上に、半導体チップ８４が、機能素子８４ａを半導体チップ８３とは反対側に向けたフェースアップ姿勢で接合されている。半導体チップ８３，８４の間には、層間封止材８６が介装されている。

機能素子８３ａ，８４ａが形成された面に垂直な方向から見て、半導体チップ８３は半導体チップ８４より大きく、半導体チップ８３の半導体チップ８４が接合された面の周縁部には、半導体チップ８４が対向していない領域が存在している。この領域には、機能素子８３ａに接続された電極パッド８３ｂが形成されている。半導体チップ８４の機能素子８４ａが形成された面の周縁部には、機能素子８４ａに接続された電極パッド８４ｂが形成されている。

配線基板８２に垂直な方向から見て、配線基板８２は半導体チップ８３より大きく、配線基板８２の半導体チップ８３が接合された面の周縁部には、半導体チップ８３が対向していない領域が存在している。この領域には、図示しない電極パッドが設けられており、この電極パッドと電極パッド８３ｂ，８４ｂとは、それぞれボンディングワイヤ８７，８８を介して接続されている。

半導体チップ８３，８４およびボンディングワイヤ８７，８８は、モールド樹脂８９で封止されている。
配線基板８２の半導体チップ８３が接合された面とは反対側の面には、外部接続部材としての金属ボール８５が設けられている。配線基板８２の図示しない電極パッドは、配線基板８２の表面や内部で再配線されて、金属ボール８５に接続されている。

この半導体装置８１は、金属ボール８５を介して、他の配線基板に接合することができる。
図９は、チップスケールパッケージ構造を有する従来の半導体装置の構造を示す図解的な断面図である。
この半導体装置９１は、半導体チップ９２を備えている。半導体チップ９２の一方表面には機能素子９２ａが形成されており、機能素子９２ａを覆うように絶縁膜９３が形成されている。絶縁膜９３の所定の部分には開口が形成されている。

絶縁膜９３の上には所定のパターンの再配線９４が形成されている。再配線９４は、絶縁膜９３の開口を介して機能素子９２ａに接続されている。再配線９４の所定の部分からは柱状の外部接続端子９５が立設されており、外部接続端子９５の先端部には外部接続部材としての金属ボール９６が接合されている。
半導体チップ９２の機能素子９２ａ側の面には、絶縁膜９３や再配線９４を覆うように、保護樹脂９７が設けられている。外部接続端子９５は、保護樹脂９７を貫通している。半導体チップ９２の側面と保護樹脂９７の側面とは面一になっており、半導体装置９１の外形は、保護樹脂９７によりほぼ直方体形状となっている。したがって、半導体チップ９２に垂直な方向から見て、半導体装置９１の大きさは半導体チップ９２の大きさにほぼ一致する。

この半導体装置９１は、金属ボール９６を介して、配線基板に接合することができる。
特開２０００−１８８３６９号公報 特開２００２−１１８２２４号公報 特開２００２−９２２３号公報

ところが、上記図８の半導体装置８１では、ボンディングワイヤ８７，８８の接続領域を確保するため、半導体チップ８３より大きな配線基板８２を必要とする。このため、半導体装置８１（パッケージ）のサイズ、特に配線基板８２に平行な方向のサイズが、半導体チップ８３，８４に対して大きくなってしまう。このため、この半導体装置８１の他の配線基板に対する実装面積が大きくなってしまう。

配線基板８２の代わりにリードフレームを用いた場合（たとえば、上記特許文献３参照）も、同様の問題が生ずる。
また、上記図９の半導体装置９１は配線基板を有しないが、このような構造では、複数のチップ（半導体チップ９２）を内蔵した半導体装置を実現できない。このため、配線基板に複数の半導体チップ９２を実装しようとすると、配線基板上に複数の半導体装置９１を横方向に並べて実装しなければならないから、結局、大きな実装面積を要する。そのうえ、各半導体チップ９２間の接続は配線基板を介さざるを得ないから、配線長が長くなり、システム全体の信号処理の高速化が困難であった。

そこで、この発明の目的は、チップサイズの大きさを有し、かつマルチチップモジュールである半導体装置を提供することである。
この発明の他の目的は、配線長を短縮でき、かつマルチチップモジュールである半導体装置を提供することである。

上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、第１機能素子（３ａ）が形成された第１機能面（３Ｆ）、およびこの第１機能面とは反対側の面である第１裏面（３Ｒ）を有する第１半導体チップ（３）と、第２機能素子（２ａ）が形成され、上記第１半導体チップの第１機能面に対向する対向領域、およびこの対向領域以外の領域である非対向領域（７）を有する第２機能面（２Ｆ）を有する第２半導体チップ（２）と、上記第１機能面と上記第２機能面との対向部において、上記第１機能素子と上記第２機能素子とを電気的に接続する接続材（４）と、上記第２半導体チップの非対向領域および上記第１半導体チップの第１裏面を覆うように連続して形成された絶縁膜（８，２２）と、この絶縁膜の表面に形成され、上記第２機能素子に電気的に接続された再配線（９，３２Ａ，３２Ｂ）と、上記再配線を覆う保護樹脂（１２）と、上記再配線から上記保護樹脂を貫通して立設された外部接続端子（１０）とを含み、上記非対向領域上において、上記再配線が、上記絶縁膜に形成された開口を介して上記第２機能素子に接続されており、上記再配線が、上記開口の内側壁に沿って形成されていることを特徴とする半導体装置（１，２１，３１，４１，６１）である。

なお、括弧内の英数字は後述の実施形態における対応構成要素等を示す。以下、この項において同じ。
この発明の半導体装置は、第１および第２半導体チップを備えたマルチチップモジュールである。この発明によれば、第１機能面と第２機能面とが対向された状態で、第１半導体チップの第１機能素子と第２半導体チップの第２機能素子とが電気的に接続されている。このため、単一の半導体チップを有する半導体装置を、複数個配線基板上に実装した場合と比べて、各半導体チップ間の配線長を大幅に短くすることができ、半導体装置の動作を高速化できる。

第１半導体チップの第１機能素子と第２半導体チップの第２機能素子とを電気的に接続する接続材は、たとえば、第１および第２機能面にそれぞれ形成されたバンプ（突起電極）が接合されたものであってもよい。また、接続材は、第１および第２機能面の一方のみに形成されたバンプが、他方の機能面に接合されたものであってもよい。このような接続材により、第１半導体チップと第２半導体チップとの機械的な接合を達成することもできる。

この半導体装置は、複数の上記第１半導体チップを含んでいてもよく、この場合、各第１半導体チップが、その第１機能面を第２機能面に対向されて第２半導体チップに電気的に接続されているものとすることができる。この場合、各第１半導体チップの第１機能素子と第２半導体チップの第２機能素子との配線長や、第２半導体チップを介した第１半導体チップの第１機能素子相互間の配線長は、第２半導体チップ内部の複数の第２機能素子間の配線長と同等となるため、半導体装置の動作を高速化できる。

この半導体装置は、外部接続端子を介して、配線基板に実装できる。外部接続端子の先端には、金属ボールなどの外部接続部材が接合されていてもよい。この場合、この半導体装置は、外部接続部材を介して、配線基板に実装できる。
第１半導体チップの大きさおよび配置は、第２機能面に垂直な方向から見て、第１半導体チップが第２半導体チップの領域内にほぼ完全に含まれるようにされていることが好ましい。この場合、この半導体装置の配線基板に対する実装面積は、第２機能面に垂直な方向から見た第２半導体チップの面積にほぼ等しくなる。すなわち、この半導体装置は、実装面積に対する半導体チップの高密度化を図ることができる。

絶縁膜は、第２半導体チップの非対向領域から第１半導体チップの第１裏面にわたって連続して形成されており、再配線は、絶縁膜の表面上で任意の位置に、任意の配線パターンで形成できる。このため、外部接続端子の大きさや隣接する外部接続端子のギャップを実装精度に悪影響が及ぶほど小さくしない限り、再配線上に形成される外部接続端子の数を増やすことができる。

絶縁膜は、半導体チップの側面にも形成されていてもよい。
請求項２記載の発明は、上記絶縁膜の上記再配線が形成された表面が、上記非対向領域上から上記第１半導体チップ上にわたるほぼ平坦な表面を含むことを特徴とする請求項１記載の半導体装置（２１，３１，４１，６１，７１）である。
この発明によれば、各外部接続端子は、平坦な絶縁膜表面上に形成された再配線から立設されている。一方、この半導体装置は、外部接続端子の先端を介して配線基板に実装されるので、各外部接続端子の先端はほぼ同一平面上にのるようにされる。したがって、この発明の半導体装置では、非対向領域上に形成された外部接続端子と、第１半導体チップ上に形成された外部接続端子とを、ほぼ同じ長さかつ短くすることができる。

外部接続端子は、たとえば、外部接続端子に相当する部分に開口を有する保護樹脂を予め形成し、めっきによりこの開口に金属材料を供給して形成することができる。ほぼ同じ長さかつ短く設計された外部接続端子は、短時間で形成できる。すなわち、この発明の半導体装置は、外部接続端子の形成が容易である。
請求項３記載の発明は、上記再配線の少なくとも一部が、上記第１半導体チップの第１裏面に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置（３１）である。

この発明によれば、第１半導体チップの第１裏面に電気的に接続された再配線を介して、第１半導体チップの第１裏面を所定の電位にし、第１半導体チップの第１裏面の電位を安定させることができる。これにより、第１半導体チップの特性を安定させることができる。
第１半導体チップの第１裏面に電気的に接続された再配線は、接地されてもよい。

請求項４記載の発明は、上記第１半導体チップの第１裏面から、上記保護樹脂を貫通して立設された放熱端子（４２）をさらに含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体装置（４１）である。
この発明によれば、第１半導体チップで発生した熱を、放熱端子を介して短い距離で、半導体装置の外部に放散させることができる。放熱性を向上するため、複数の放熱端子が形成されていることが好ましい。

放熱端子は、たとえば、外部接続端子と同じ材料からなるものとすることができ、この場合、たとえば、電解めっきにより外部接続端子と放熱端子とを一括して形成できる。
第１半導体チップの第１裏面と放熱端子との間には導電膜が形成されていてもよく、この場合、導電膜と再配線とは同じ材料からなっていてもよい。この場合、再配線と導電膜とを一括して形成できる。

請求項５記載の発明は、上記第１半導体チップの第１裏面と上記絶縁膜および上記放熱端子との間に形成された導電性材料の拡散防止膜（４５）をさらに含むことを特徴とする請求項４記載の半導体装置である。
この発明によれば、拡散防止膜は、第１半導体チップの第１裏面と絶縁膜との間、すなわち、絶縁膜の下に形成されている。したがって、この半導体装置の製造工程において、第１半導体チップの第１裏面に拡散防止膜を形成した後、この拡散防止膜の上に、所定の位置に開口を有する絶縁膜を形成し、この開口を介して、第１半導体チップの第１裏面に接続された放熱端子を形成することができる。

第１半導体チップの第１裏面に、予め拡散防止膜を形成することなく絶縁膜を形成し、その後、絶縁膜の開口内に露出した第１半導体チップの第１裏面に拡散防止膜を形成する場合、第１半導体チップの第１裏面の露出部を完全に覆うように拡散防止膜を形成することができないことがある。この場合、たとえば、絶縁膜の開口の内壁面近傍などにおいて拡散防止膜に穴ができ、拡散防止膜の上に金属からなる放熱端子を形成すると、放熱端子を構成する金属原子が拡散防止膜の穴を介して、第１半導体チップに拡散することがある。この場合、第１半導体チップの特性が変動する。

一方、本発明の半導体装置は、その製造工程において、絶縁膜を形成する前に第１半導体チップの第１裏面（好ましくは、第１裏面全域）に拡散防止膜を形成できるので、穴のない拡散防止膜を形成することができ、拡散防止膜で第１半導体チップの第１裏面を完全に覆うことができる。したがって、放熱端子を構成する金属原子が第１半導体チップに拡散して、第１半導体チップの特性が変動することを抑制できる。

拡散防止膜は、たとえば、公知のＵＢＭ(Under Bump Metal)と同様の材料からなるものとすることができる。
第１半導体チップの第１裏面に形成された拡散防止膜と放熱端子との間には、再配線と同様の材料からなる導電膜が形成されていてもよい。この場合、拡散防止膜により、導電膜を構成する原子（金属原子）が第１半導体チップに拡散することを抑制（防止）できる。

上記放熱端子は、請求項６記載のように、上記第１半導体チップの上記第１裏面の電位を固定するためのものであってもよい。
請求項７記載の発明は、上記第１半導体チップの第１裏面と上記絶縁膜および上記再配線との間に形成された導電性材料の拡散防止膜（４５）をさらに含むことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の半導体装置である。

この発明によれば、拡散防止膜は、第１半導体チップの第１裏面と絶縁膜との間、すなわち、絶縁膜の下に形成されている。したがって、この半導体装置の製造工程において、第１半導体チップの第１裏面に拡散防止膜を形成した後、この拡散防止膜の上に、所定の位置に開口を有する絶縁膜を形成し、この開口を介して、第１半導体チップの第１裏面に接続された再配線を形成することができる。

拡散防止膜を絶縁膜形成前に形成することにより、穴のない拡散防止膜を形成することができ、拡散防止膜で第１半導体チップの第１裏面を完全に覆うことができる。したがって、再配線を構成する原子（金属原子）が第１半導体チップに拡散して、第１半導体チップの特性が変動することを抑制できる。
拡散防止膜は、たとえば、公知のＵＢＭと同様の材料からなるものとすることができる。

請求項８記載の発明は、上記第２半導体チップにおいて、上記第２機能面とは反対側の面である第２裏面（２Ｒ）に形成された裏面保護膜（６２）をさらに含むことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の半導体装置である。
この発明によれば、裏面保護膜により、第２半導体チップの第２裏面を機械的および電気的に保護することができる。

裏面保護膜が形成されていない場合、第２半導体チップの一方表面（機能面）側に絶縁膜や保護樹脂などが形成されていることにより、第２半導体チップの厚さ方向に関して応力バランスが保たれず、第２半導体チップに反りが生ずることがある。この発明の半導体装置は、第２半導体チップの他方表面側（裏面側）に裏面保護膜が形成されていることにより、第２半導体チップの厚さ方向に関する応力バランスを保ち、第２半導体チップにそりが生ずることを軽減（防止）することができる。

裏面保護膜は、たとえば、樹脂からなるものとすることができる。
半導体装置は、上記第２半導体チップの非対向領域から、上記絶縁膜を貫通して立設され、上記第２機能素子と上記再配線とを電気的に接続するビア導体（７２）をさらに含んでもよい。
このような半導体装置を製造する際、絶縁膜の形成に先立って、第２半導体チップの非対向領域から突出するようにビア導体を形成しておくことができる。その後、ビア導体を貫通させるように絶縁膜を形成し、再配線をこのビア導体に電気的に接続するように形成することができる。

このようなビア導体を形成しない場合、絶縁膜を形成した後、この絶縁膜に再配線などを配設するための開口を形成しなければならないが、この発明によれば、このような開口を形成する工程を省略できる。
半導体装置は、一方表面（３Ｆ）に機能素子（３ａ）が形成された半導体チップ（３）と、この半導体チップの上記機能素子が形成された面とは反対側の面である裏面（３Ｒ）を覆う絶縁膜（８，２２）と、この絶縁膜に形成された開口（８ａ，２２ａ）を介して、上記半導体チップの裏面に電気的に接続された導電部材（３２Ｂ，４４）と、上記半導体チップの裏面と上記絶縁膜および上記導電部材との間に形成された拡散防止膜（４５）とを含んでもよい。

このような半導体装置において、導電部材を介して、半導体チップの裏面を所定の電位にすることができる。これにより、半導体チップの裏面の電位を安定させることができ、半導体チップの特性を安定させることができる。導電部材は、たとえば、接地されてもよい。
拡散防止膜は、半導体チップの裏面と絶縁膜との間、すなわち、絶縁膜の下に形成されている。したがって、この半導体装置の製造工程において、半導体チップの裏面に形成された拡散防止膜の上に、所定の位置に開口を有する絶縁膜を形成した後、この開口を介して、半導体チップの裏面に電気的に接続された導電部材を形成することができる。

絶縁膜形成前に拡散防止膜を形成することにより、半導体チップの裏面を完全に覆う拡散防止膜を形成できるので、この拡散防止膜により、導電部材を構成する原子（金属原子）が半導体チップに拡散して、半導体チップの特性が変動することを抑制できる。
この半導体装置は、一方表面に機能素子が形成された半導体チップの上記機能素子が形成された面とは反対側の面である裏面（好ましくは裏面全域）に導電性材料の拡散防止膜を形成する工程と、この拡散防止膜の上に、上記拡散防止膜を露出させる開口を有する絶縁膜を形成する工程と、この絶縁膜の開口を介して上記半導体チップの裏面に電気的に接続された導電部材を形成する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法により製造できる。

以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の構造を示す図解的な断面図である。
この半導体装置１は、いわゆるチップスケールパッケージ（ＣＳＰ）であるとともに、半導体チップ２，３を備えたマルチチップモジュールである。
第１半導体チップ３は、第１機能素子３ａが形成された第１機能面３Ｆおよび第１機能面３Ｆとは反対側の面である裏面３Ｒを有している。また、第２半導体チップ２は、第２機能素子２ａが形成された第２機能面２Ｆを有している。第１機能素子３ａや第２機能素子２ａは、たとえば、トランジスタであってもよい。第１半導体チップ３と第２半導体チップ２とは、第１機能面３Ｆと第２機能面２Ｆとが対向するように、わずかな間隙をあけてほぼ平行に配置されている。

第１機能素子３ａと第２機能素子２ａとは、第１半導体チップ３（第１機能面３Ｆ）と第２半導体チップ２（第２機能面２Ｆ）との対向部に配置された接続材４を介して、電気的に接続されている。接続材４は、たとえば、第１機能面３Ｆの所定の位置に形成されたバンプと第２機能面２Ｆの所定の位置に形成されたバンプ（突起電極）とが接合されたものであってもよい。また、接続材４は、第１および第２機能面３Ｆ，２Ｆの一方のみに形成されたバンプが、他方の機能面２Ｆ，３Ｆに接合されたものであってもよい。このような接続材４により、第１半導体チップ３と第２半導体チップ２との機械的な接合を達成することもできる。
第１半導体チップ３と第２半導体チップ２との間隙には、層間封止剤（アンダーフィル）５が充填されている。

第２機能面２Ｆに垂直な方向から見て、第１半導体チップ３は、第２半導体チップ２より小さく、かつ、第２半導体チップ２の領域内に完全に含まれる。第１半導体チップ３は、第２半導体チップ２の第２機能面２Ｆのほぼ中央部に配置されている。このため、第２機能面２Ｆの周縁部には、第１半導体チップ３が対向していない領域（以下、「非対向領域」という。）７が存在している。
第２機能素子２ａは、第１半導体チップ３が対向している領域から非対向領域７にわたって形成されている。

非対向領域７における第２機能素子２ａの形成領域、層間封止剤５の端面、ならびに第１半導体チップ３の側面および裏面３Ｒを覆うように、絶縁膜８が連続して形成されている。絶縁膜８は、たとえば、ポリイミド、ポリベンズオキサゾール、エポキシ、酸化珪素、窒化珪素からなる。絶縁膜８はほぼ一定の厚さを有している。
絶縁膜８の上には、所定のパターンを有する再配線９が形成されている。再配線９は、非対向領域７上の絶縁膜８および第１半導体チップ３上の絶縁膜８の上に形成されている。

非対向領域７上の絶縁膜８には開口８ａが形成されており、この開口８ａ内には、第２機能素子２ａの所定の領域上に設けられた図示しない電極パッドが現れている。再配線９は、絶縁膜８の開口８ａを介して、第２機能素子２ａ上の電極パッドに電気的に接続されている。
第２機能素子２ａ上の電極パッドと再配線９とは、異なる材料からなっていてもよく、たとえば、電極パッドがアルミニウム（Ａｌ）からなり、再配線９が銅（Ｃｕ）からなっていてもよい。この場合、第２機能素子２ａ上の電極パッドと再配線９との間には、ＵＢＭ(Under Bump Metal)層（図示せず）が介装されていることが好ましい。また、第２機能素子２ａ上の電極パッドと再配線９とは、同種の材料からなっていてもよい。

第２半導体チップ２の第２機能面２Ｆ側で、絶縁膜８および再配線９を覆うように、保護樹脂１２が設けられている。第２半導体チップ２の側面と保護樹脂１２の側面とは、ほぼ面一になっており、半導体装置１の外形は、保護樹脂１２によりほぼ直方体形状となっている。
再配線９において、非対向領域７上に形成されている部分および第１半導体チップ３上に形成されている部分の所定位置からは、保護樹脂１２を貫通して、それぞれ金属からなる複数の外部接続端子１０が立設されている。外部接続端子１０は金属（たとえば、銅、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、タングステン（Ｗ））からなり、柱状の外形（たとえば、円柱状、四角柱状）を有する。

各外部接続端子１０の先端は、ほぼ同一平面上にのる。外部接続端子１０と金属ボール１１との接合界面は、保護樹脂１２の表面とほぼ同一平面上にある。すなわち、再配線９の非対向領域７上にある部分から立設された外部接続端子１０は、再配線９の第１半導体チップ３上にある部分から立設された外部接続端子１０より長い。
各外部接続端子１０の先端には、外部接続部材としての金属ボール１１が接合されている。この半導体装置１は、金属ボール１１を介して配線基板に実装可能である。

以上のように、この半導体装置１は、第２機能面２Ｆに垂直な方向から見て、最大のチップである第２半導体チップ２とほぼ同じ大きさを有しており、配線基板上での実装面積は小さい。すなわち、この半導体装置１は、実装面積に対する第１および第２半導体チップ３，２の高密度化が図られている。
第１および第２機能面３Ｆ，２Ｆが対向されて、第１機能素子３ａと第２機能素子２ａとがフェーストゥフェースで接続されていることにより、この半導体装置１は、複数の従来の半導体装置９１（図９参照）を配線基板上に実装した場合や、従来の半導体装置８１（図８参照）と比べて、各チップ（第１および第２半導体チップ３，２）の第１機能素子３ａと第２機能素子２ａとの間の配線長は短い。このため、半導体装置１の動作を高速化できる。

また、再配線９は絶縁膜８の表面上で任意の位置に、任意の配線パターンで形成できる。このため、外部接続端子１０の大きさや隣接する外部接続端子１０のギャップを実装精度に悪影響が及ぶほど小さくしない限り、再配線９上に形成される外部接続端子１０の数を増やすことができる。
この半導体装置１は、たとえば、ウエハレベルで製造することができ、第２半導体チップ２に相当する領域が複数個密に形成された大きな基板（たとえば、半導体ウエハ）上で、基板への第１半導体チップ３の接合、基板と第１半導体チップ３との間隙への層間封止剤５の充填、絶縁膜８の形成、再配線９の形成、保護樹脂１２の形成、外部接続端子１０の形成、および外部接続端子１０への金属ボール１１の接合を順次、各第２半導体チップ２に相当する領域に対して一括して実施した後、この基板を保護樹脂１２とともに第２半導体チップ２の個片に切り出すことにより製造できる。

絶縁膜８の形成は、たとえば、基板に第１半導体チップ３を接合し、層間封止剤５を充填した後、低粘度の樹脂をスピンコートにより、基板（第２半導体チップ２）の非対向領域７ならびに第１半導体チップ３の側面および裏面３Ｒに塗布し、この樹脂を硬化させることにより形成できる。絶縁膜８は、感光性樹脂を用いて形成できる。この場合、液状の感光性樹脂を、第１半導体チップ３が接合され、層間封止剤５が充填された基板の全面に塗布した後、露光および現像して、開口８ａを有する所定パターンの絶縁膜８を形成できる。

外部接続端子１０は、たとえば、絶縁膜８までが形成された基板の絶縁膜８側の面に、全面に保護樹脂１２を形成し、外部接続端子１０に対応する部分の保護樹脂１２を除去して開口を形成し、さらに、基板の保護樹脂１２が形成された面の全面（開口内を含む。）にシード層を形成した後、このシード層を介した電解めっきにより、この開口内を埋めるように金属材料を供給することにより形成できる。

図２は、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の構造を示す図解的な断面図である。図２において、図１に示す各部に対応する部分には、図１と同じ参照符号を付して説明を省略する。
この半導体装置２１は、図１の絶縁膜８の代わりに絶縁膜２２を備えている。絶縁膜２２は、非対向領域７上から第１半導体チップ３上にわたって形成されており、第１半導体チップ３上の部分と比べて非対向領域７上の部分で厚く形成されている。これにより、絶縁膜２２の再配線９が形成された表面は、非対向領域７上から第１半導体チップ３上にわたるほぼ平坦な表面を有している。このため、複数の外部接続端子１０の長さはほぼ同じになっている。

再配線９は、絶縁膜２２に形成された開口２２ａを介して、第２機能素子２ａ上の電極パッドに接続されている。開口２２ａ内において、再配線９は、開口２２ａの内壁面に沿って形成されており、開口２２ａの内方の領域は、保護樹脂１２で満たされている。
短い外部接続端子１０を形成する場合、外部接続端子１０に対応する保護樹脂１２の開口は浅くなるので、この開口を短時間で金属材料で埋めて外部接続端子１０を形成できる。

また、形成する各外部接続端子１０の長さがほぼ同じであることから、たとえば、上述のようにめっきにより供給される金属材料は、保護樹脂１２に形成された各開口をほぼ同時に埋め終わる。このため、金属材料が開口からほとんどはみ出さない状態でめっきを終了することができる。すなわち、保護樹脂１２の開口からはみ出した金属材料を除去する工程を、省略または短時間で終了することができる。したがって、この半導体装置２１の外部接続端子１０は容易に形成できる。

図３は、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の構造を示す図解的な断面図である。図３において、図１および図２に示す各部に対応する部分には、図１および図２と同じ参照符号を付して説明を省略する。
この半導体装置３１は、再配線９の代わりに、絶縁膜２２の開口２２ａを介して第２機能素子２ａに接続された再配線３２Ａと、絶縁膜２２の開口２２ａを介して第２機能素子２ａに接続され、かつ、第１半導体チップ３の裏面３Ｒに接続された再配線３２Ｂとを含んでいる。

第１半導体チップ３裏面３Ｒの中央部は、絶縁膜８で覆われておらず、この領域は再配線３２Ｂで覆われている。
金属ボール１１の一部は、図３の断面外の外部接続端子１０を介して再配線３２Ａまたは再配線３２Ｂに接続されている。
以上のような構成により、一部の外部接続端子１０は、再配線３２Ｂを介して、第１半導体チップ３の裏面３Ｒに電気的に接続されている。この外部接続端子１０を介して、第１半導体チップ３の裏面３Ｒを所定の電位にすることができ、第１半導体チップ３の裏面３Ｒの電位を固定できる。これにより、第１半導体チップ３の動作特性が安定する。

再配線３２Ｂを介して第１半導体チップ３の裏面３Ｒに電気的に接続された外部接続端子１０は、接地（グランド）用の端子であってもよい。この場合、第１半導体チップ３の裏面３Ｒを接地してその電位を固定することができる。
図４は、本発明の第４の実施形態に係る半導体装置の構造を示す図解的な断面図である。図４において、図１ないし図３に示す各部に対応する部分には、図１ないし図３と同じ参照符号を付して説明を省略する。

この半導体装置４１では、第１半導体チップ３の裏面３Ｒの大部分は絶縁膜２２で覆われている。この絶縁膜２２の第１半導体チップ３を覆っている部分には、外部接続端子１０よりわずかに小さな幅を有する開口が形成されている。この開口を介して、放熱用および第１半導体チップ３裏面３Ｒの電位固定用の外部接続端子（以下、「放熱端子」という。）４２が、第１半導体チップ３の裏面３Ｒに接続されている。放熱端子４２は、外部接続端子１０と同様の大きさおよび形状を有する。放熱端子４２は、外部接続端子１０と同様の材料（金属）からなる。放熱端子４２の先端には、金属ボール１１が接合されている。

第１半導体チップ３の裏面３Ｒと放熱端子４２との間には、再配線３２Ａと同様の材料からなり、再配線３２Ａとほぼ同じ厚さを有する導電膜４４が介装されている。
放熱端子４２は、たとえば、接地（グランド）用の端子とすることができる。放熱端子４２を介して第１半導体チップ３の裏面３Ｒを接地することにより、第１半導体チップ３の裏面３Ｒの電位が固定され、第１半導体チップ３の動作特性が安定する。

第３の実施形態に係る半導体装置３１（図３参照）では、第１半導体チップ３の裏面３Ｒに接続された再配線３２Ｂは非対向領域７上に延設され、外部接続端子１０は再配線３２Ｂのこの延設部に接合されている。これに対して、第４の実施形態に係る半導体装置４１では、第１半導体チップ３の裏面３Ｒ上に導電膜４４を挟んで放熱端子４２が近接して接合されている。このため、半導体装置４１は、第１半導体チップ３で発生した熱を、放熱端子４２を介して短い距離で効率的に半導体装置４１の外部に放散させることができる。

第１半導体チップ３の裏面３Ｒには、１つの放熱端子４２および金属ボール１１が接続されていてもよく、この場合でも、第１半導体チップ３の裏面３Ｒの電位固定（接地）および第１半導体チップ３で発生した熱の放散をすることができる。しかし、図４に示すように、第１半導体チップ３の裏面３Ｒに複数の放熱端子４２および金属ボール１１が接合されていると、第１半導体チップ３からの熱をより効率的に放散させることができる。

図５は、第１半導体チップ３の裏面３Ｒと放熱端子４２との接合部を拡大して示す図解的な断面図である。
第１半導体チップ３の裏面３Ｒ全面にわたって、導電性材料の拡散防止膜４５が形成されている。拡散防止膜４５は、第１半導体チップ３の裏面３Ｒと絶縁膜２２および放熱端子４２（導電膜４４）との間に形成されている。拡散防止膜４５は、第１半導体チップ３の側面にも形成されていてもよい。

拡散防止膜４５は、放熱端子４２や導電膜４４を構成する金属原子が第１半導体チップ３中に拡散することを防止（抑制）することができる材料、たとえば、公地のＵＢＭ(Under Bump Metal)と同様の材料（たとえば、チタン（Ｔｉ）、チタンタングステン（ＴｉＷ）、ニッケル、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化タンタル（ＴａＮ））からなる。
半導体装置４１を製造するには、たとえば、先ず、複数の第２半導体チップ２に対応する領域が密に形成された基板上に第１半導体チップ３を接合する工程までを、第１の実施形態の半導体装置１の製造方法と同様に実施する。次に、当該基板の第１半導体チップ３が接合された側の面の全面に拡散防止膜４５を形成し、さらに拡散防止膜４５において、第１半導体チップ３の裏面３Ｒ（および側面）上以外の部分を除去する。

その後、所定の開口２２ｂ（図５参照）を有する絶縁膜２２を形成し、この開口２２ｂ内に露出した第１半導体チップ３の裏面３Ｒ（拡散防止膜４５）を含む所定パターンの領域に導電膜４４を形成することにより、図４および図５に示す構造を有する半導体装置４１を製造できる。
拡散防止膜４５を、絶縁膜２２形成前ではなく、絶縁膜２２形成後に形成しようとすると、開口２２ｂ内において絶縁膜２２の内壁面近傍で、拡散防止膜が第１半導体チップ３の裏面３Ｒを完全に覆う（カバレッジする）ことができず、拡散防止膜に穴が形成されることがある。

一方、絶縁膜２２形成前の第１半導体チップ３の裏面３Ｒは平坦であるので、この裏面３Ｒの上に、穴がなく裏面３Ｒを完全に覆う拡散防止膜４５を形成することができる。このような拡散防止幕４５により、放熱端子４２や導電膜４４を構成する金属原子が第１半導体チップ３に拡散することを防止（抑制）できる。
図６は、本発明の第５の実施形態に係る半導体装置の構造を示す図解的な断面図である。図６において、図１ないし図４に示す各部に対応する部分には、図１ないし図４と同じ参照符号を付して説明を省略する。

この半導体装置６１では、第２半導体チップ２において、第２機能面２Ｆと反対側の面である裏面２Ｒに、裏面保護膜６２が形成されている。裏面保護膜６２により、第２半導体チップ２の裏面２Ｒを機械的および電気的に保護することができる。
第２の実施形態の半導体装置２１（図２参照）のように、裏面保護膜６２が形成されていない場合、第２半導体チップ２の一方表面（第２機能面２Ｆ）側に絶縁膜２２や保護樹脂１２などが形成されていることにより、第２半導体チップ２の厚さ方向に関して応力バランスが保たれず、第２半導体チップ２にそりが生ずることがある。この半導体装置６１では、第２半導体チップ２の他方表面（裏面２Ｒ）に裏面保護膜６２が形成されていることにより、第２半導体チップ２の厚さ方向に関する応力バランスが保たれ、第２半導体チップ２のそりを軽減（防止）することができる。

裏面保護膜６２は、たとえば、樹脂（たとえば、ポリイミド、ポリイミドアミド、エポキシ）からなるものとすることができる。
図７は、チップスケールパッケージであるとともに、マルチチップモジュールである半導体装置の構造を示す図解的な断面図である。図７において、図１ないし図４に示す各部に対応する部分には、図１ないし図４と同じ参照符号を付して説明を省略する。

この半導体装置７１の絶縁膜２２に形成された開口２２ａ内は、ビア導体７２で満たされている。第２半導体チップ２の第２機能素子２ａと再配線９とは、ビア導体７２を介して電気的に接続されている。
この半導体装置７１を製造する際、絶縁膜２２の形成に先立って、第２半導体チップ２の第２機能面２Ｆから突出するようにビア導体７２を形成しておくことができる。その後、ビア導体７２を貫通させるように絶縁膜２２を形成し、このビア導体７２に電気的に接続された再配線９を形成することができる。

このようなビア導体７２を有しない半導体装置、たとえば、第２の実施形態の半導体装置２１（図２参照）を製造する場合、絶縁膜２２を形成した後、この絶縁膜２２に再配線９を配設するための開口を形成（パターニング）しなければならないが、半導体装置７１の製造工程では、このような開口を形成する工程を省略できる。
また、ビア導体７２を構成する材料と再配線９を構成する材料とを個別に選択できる。

本発明の実施形態の説明は以上の通りであるが、本発明は他の形態でも実施できる。たとえば、この発明の半導体装置は、複数の第１半導体チップ３を備えていてもよい。この場合、各第１半導体チップ３が、その第１機能面３Ｆを第２半導体チップ２の第２機能面２Ｆに対向されて第２半導体チップ２に電気的に接続されているものとすることができる。この場合、各第１半導体チップ３の第１機能素子３ａと第２半導体チップ２の第２機能素子２ａとの配線長や、各第１半導体チップ３の第１機能素子３ａ相互間の配線長は、第２半導体チップ２内部の複数の第２機能素子２ａ間の配線長と同等となるため、この半導体装置の動作を高速化できる。

第３の実施形態の半導体装置３１（図３参照）において、第１半導体チップ３の裏面３Ｒと絶縁膜２２および再配線３２Ｂとの間に、第４の実施形態の半導体装置４１の拡散防止膜４５（図５参照）と同様の拡散防止膜が形成されていてもよい。この場合、この拡散防止膜により、再配線３２Ｂを構成する金属原子が第１半導体チップ３に拡散することを防止（抑制）できる。

第１の実施形態の半導体装置１において、開口８ａ内には再配線９が形成されているが、開口８ａ内は、ビア導体７２（図７参照）より短い（非対向領域７における絶縁膜８の厚さと同程度の高さの）ビア導体で満たされていてもよい。この場合、このビア導体は、接続材４または接続材４を形成するためのバンプと同時に形成してもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の変更を施すことが可能である。

本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の構造を示す図解的な断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の構造を示す図解的な断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の構造を示す図解的な断面図である。 本発明の第４の実施形態に係る半導体装置の構造を示す図解的な断面図である。 図４に示す半導体装置における第１半導体チップの裏面と放熱端子との接合部を拡大して示す図解的な断面図である。 本発明の第５の実施形態に係る半導体装置の構造を示す図解的な断面図である。 チップスケールパッケージであるとともに、マルチチップモジュールである半導体装置の構造を示す図解的な断面図である。 マルチチップモジュール構造を有する従来の半導体装置の構造を示す図解的な断面図である。 チップスケールパッケージ構造を有する従来の半導体装置の構造を示す図解的な断面図である。

符号の説明

１，２１，３１，４１，６１ 半導体装置
２ 第２半導体チップ
２ａ 第２機能素子
２Ｆ 第２機能面
２Ｒ 第２裏面
３ 第１半導体チップ
３ａ 第１機能素子
３Ｆ 第１機能面
３Ｒ 第１裏面
４ 接続材
７ 非対向領域
８，２２ 絶縁膜
８ａ，２２ａ，２２ｂ 絶縁膜の開口
９，３２Ａ，３２Ｂ 再配線
１０ 外部接続端子
１２ 保護樹脂
４２ 放熱端子
４４ 導電膜
４５ 拡散防止膜
６２ 裏面保護膜

Claims (8)

1. 第１機能素子が形成された第１機能面、およびこの第１機能面とは反対側の面である第１裏面を有する第１半導体チップと、
   第２機能素子が形成され、上記第１半導体チップの第１機能面に対向する対向領域、およびこの対向領域以外の領域である非対向領域を有する第２機能面を有する第２半導体チップと、
   上記第１機能面と上記第２機能面との対向部において、上記第１機能素子と上記第２機能素子とを電気的に接続する接続材と、
   上記第２半導体チップの非対向領域および上記第１半導体チップの第１裏面を覆うように連続して形成された絶縁膜と、
   この絶縁膜の表面に形成され、上記第２機能素子に電気的に接続された再配線と、
   上記再配線を覆う保護樹脂と、
   上記再配線から上記保護樹脂を貫通して立設された外部接続端子とを含み、
   上記非対向領域上において、上記再配線が、上記絶縁膜に形成された開口を介して上記第２機能素子に接続されており、上記再配線が、上記開口の内側壁に沿って形成されていることを特徴とする半導体装置。
2. 上記絶縁膜の上記再配線が形成された表面が、上記非対向領域上から上記第１半導体チップ上にわたるほぼ平坦な表面を含むことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
3. 上記再配線の少なくとも一部が、上記第１半導体チップの第１裏面に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
4. 上記第１半導体チップの第１裏面から、上記保護樹脂を貫通して立設された放熱端子をさらに含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体装置。
5. 上記第１半導体チップの第１裏面と上記絶縁膜および上記放熱端子との間に形成された導電性材料の拡散防止膜をさらに含むことを特徴とする請求項４記載の半導体装置。
6. 上記放熱端子が、上記第１半導体チップの上記第１裏面の電位を固定するためのものであること特徴とする請求項４または５に記載の半導体装置。
7. 上記第１半導体チップの第１裏面と上記絶縁膜および上記再配線との間に形成された導電性材料の拡散防止膜をさらに含むことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の半導体装置。
8. 上記第２半導体チップにおいて、上記第２機能面とは反対側の面である第２裏面に形成された裏面保護膜をさらに含むことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の半導体装置。

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