JP2007207982A - 半導体装置とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】上下に積み重ねられる半導体チップ間の電気的接続についての信頼性を十分に確保した、半導体装置とその製造方法を提供する。
【解決手段】複数の半導体チップ２が積み重ねられてなる半導体装置である。半導体チップ２には、その第１面３ａに電極パッド４が設けられ、かつ第２面３ｂ側から第１面３ａ側にまで貫通し、電極パッド４の裏面に通じる貫通孔６が形成されるとともに、電極パッド４に導通する導電部７が、貫通孔６を通って第２面３ｂ側にまで引き出されて設けられている。電極パッド４上には、電極パッド４に導通するバンプ１０が設けられている。一方の半導体チップ２のバンプ１０が、他方の半導体チップの導電部７に接した状態で貫通孔６を気密に塞いでいることにより、貫通孔６内が閉空間１１とされているとともに、閉空間１１が減圧状態に保持されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数の半導体チップが積み重ねられてなる半導体装置とその製造方法に関する。

近年、携帯電話機、ノート型パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ（Personal data assistance）などの携帯型の電子機器では、小型化や軽量化への要求に伴い、内部に設けられている半導体装置などの各種の電子部品の小型化が図られている。このような背景の下に、例えば複数の半導体チップ（半導体装置）を厚さ方向に積層することで、半導体チップの実装密度を高める三次元実装技術が提案されている。
このような三次元実装に用いられる半導体チップは、例えばチップ基板に貫通孔を設け、該貫通孔内に埋め込まれた貫通電極により、チップ基板の表裏両面での導通を可能にしている。

ところで、このような三次元実装構造を有した半導体装置では、能動面側から形成した穴内に電極材料を完全に充填し、その後、チップ基板の裏面側を研削等によって薄型加工し、前記電極材料を裏面側に突出させて前記穴を貫通孔とするとともに、前記電極材料を貫通電極としている。
しかし、このような穴内への電極材料の埋め込みは、通常、メッキによって行うことから、このメッキによる電極充填工程に要する時間が他の工程に比べて非常に長くなってしまい、結果として生産性を低下させる大きな要因になっている。また、このような三次元実装構造を適用する半導体チップの種類によっては、チップ基板の薄型加工に限界があり、したがって穴を十分に深く掘っておき、この深い穴に電極材料を充填しなければならない場合もあるが、そのような場合には、貫通電極形成のための電極充填工程での負荷が非常に高くなってしまう。

そこで、能動面側から形成した凹部内に電極材料を完全に充填することなく、凹部の内壁部に導電層を形成し、この導電層によって形成された凹部の底部側のみに導電材料を充填し、薄型加工によって前記導電層を裏面側に突出させることで、貫通電極を形成したものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−２２１３４７号公報

しかしながら、前記特許文献１には、凹部に形成した導電膜とこれの凹部内に充填した導電材料とで貫通電極を形成する場合、やはり導電材料をメッキで形成することが記載されている。したがって、このように凹部内に導電材料をメッキで充填する場合、貫通電極として裏面側に突出させる必要上、ある程度の充填厚さが必要となり、やはりこの充填工程に多くの時間が必要になってしまう。

また、前記特許文献１では、一方の半導体基板の貫通電極の凸部が、他方の半導体基板の貫通電極の凹部に嵌合した状態で、半導体基板（半導体チップ）が上下にスタックされ、あるいは、一方の半導体基板の貫通電極の凸部が、他方の半導体基板の貫通電極の凹部の開口を塞いだ状態に接合され、半導体基板（半導体チップ）が上下にスタックされている。そして、貫通電極に形成された凹部内の閉空間を減圧状態にすることで、この閉空間内の気泡が熱によって膨張し、半導体チップが破損してしまうことが防止されている。
しかし、このような貫通電極間の接続では、貫通電極間の接続が十分強固なものとならず、したがって電気的接続についての信頼性が十分に確保されないといった不満があった。

本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、導電材料のメッキによる充填に伴う生産性の低下を防止し、さらに、上下に積み重ねられる半導体チップ間の電気的接続についての信頼性を十分に確保した、半導体装置とその製造方法を提供することにある。

前記目的を達成するため本発明の半導体装置は、複数の半導体チップが積み重ねられてなる半導体装置において、
前記半導体チップには、その能動面である第１面に電極パッドが設けられ、かつ、前記第１面と反対の側の面である第２面側から前記第１面側にまで貫通し、前記電極パッドの裏面に通じる貫通孔が形成されるとともに、前記電極パッドに導通する導電部が、前記貫通孔を通って前記第２面側にまで引き出されて設けられ、
前記電極パッド上またはその近傍には、該電極パッドに導通するバンプが設けられ、
上下に積み重ねられた半導体チップのうちの一方の半導体チップの前記バンプが、他方の半導体チップの前記導電部に接した状態で前記貫通孔を気密に塞いでいることにより、該貫通孔内が閉空間とされているとともに、該閉空間が減圧状態に保持されていることを特徴としている。

この半導体装置によれば、電極パッド上またはその近傍にバンプを設けるので、貫通孔内に形成する場合のようにメッキ法で形成することなく、液滴吐出法やハンダなどの簡易で比較的短時間での処理が可能な手法による形成法が採用可能となる。したがって、バンプの形成に伴う生産性の低下を防止することができる。
また、貫通孔内の閉空間が減圧状態に保持されているので、前記導電部とバンプとの接合が、前記閉空間とその外部との圧力差によって密着した状態に接合するようになり、したがってこれら導電部とバンプとの間の電気的接続が良好になる。よって、上下に積み重ねられる半導体チップ間の電気的接続についての信頼性が十分に確保される。
さらに、貫通孔内の閉空間が減圧状態に保持されているので、例えばこの半導体装置の使用時に熱が発生し、閉空間内の気体が膨張しても、該閉空間の内圧が大気圧より格段に大きくなり、これによって導電部とバンプとの間の電気的接続が損なわれるといったことが防止される。よって、上下に積み重ねられる半導体チップ間の電気的接続についての信頼性が十分に確保される。

また、前記半導体装置においては、前記貫通孔内に、前記電極パッドの裏面側に該電極パッドを補強する補強材料が、前記貫通孔の少なくとも前記第２面側に凹部を形成した状態に充填されているのが好ましい。
このようにすれば、電極パッドが非常に薄く形成されていて強度が弱い場合にも、この電極パッドがその裏面側にて補強材料で補強されているので、前記バンプと導電部との接続に際して電極パッドに圧がかかっても、これに抗して変形等が起こるのが防止される。

なお、この半導体装置においては、前記補強材料は導電性材料であるのが好ましい。
このようにすれば、電極パッドや導電部の抵抗、さらには電極パッドと導電部との接続抵抗を低下させることができる。

また、前記半導体装置においては、前記バンプは、前記電極パッド上またはその近傍に設けられた凸状のコア部と、前記電極パッドに導通し、かつ前記コア部の少なくとも表層部に設けられた導電膜とからなり、前記コア部は、前記導電膜より軟らかい材料で形成されているのが好ましい。なお、前記コア部を形成する材料は樹脂であるのが好ましい。また、軟質の金属あるいは合金であってもよい。
このようにすれば、例えば上下に積み重ねられた半導体チップ間に振動や衝撃等の外力が加わった際、導電膜より軟らかい材料からなるコア部が加わった外力を緩和するので、バンプと導電部との間の接続部が剥離してしまうなどといった不都合が防止される。これにより、半導体チップ間の電気的接続についての信頼性がより確実に確保される。
また、コア部を樹脂で形成することにより、その形成が容易になるとともに、その軟らかさが所望の軟らかさに容易に調整可能となる。

また、前記半導体装置においては、前記一方の半導体チップのバンプは、その一部が前記他方の半導体チップの貫通孔内に入り込んだ状態で該貫通孔を気密に塞いでいるのが好ましい。
このようにすれば、導電部とバンプとの間の接合強度がより高くなるとともに、貫通孔の閉空間の気密封止がより良好になり、したがって上下に積み重ねられる半導体チップ間の電気的接続についての信頼性がより良好に確保される。

また、前記半導体装置においては、前記の上下に積み重ねられた半導体チップ間において、少なくとも前記貫通孔とこれを気密に塞いでいる前記バンプとの周囲に、これらバンプと貫通孔との間の接続部を気密に封止する封止材料が設けられているのが好ましい。
このようにすれば、貫通孔の閉空間の気密封止がより良好になり、したがって上下に積み重ねられる半導体チップ間の電気的接続についての信頼性がより良好に確保される。また、バンプと貫通孔との間の接続部が封止材料によって機械的にも補強されるので、外力によってバンプと導電部との間の接続部が剥離してしまうなどといった不都合も防止される。

本発明の半導体装置の製造方法は、複数の半導体チップが積み重ねられてなる半導体装置の製造方法において、
前記半導体チップとしてその能動面である第１面に電極パッドが設けられたものを用意し、該半導体チップに、前記第１面と反対の側の面である第２面側から前記第１面側にまで貫通し、前記電極パッドの裏面に到達する貫通孔を形成する工程と、
前記電極パッドに導通し、かつ前記貫通孔を通って前記第２面側にまで引き出された状態に導電部を形成する工程と、
前記電極パッド上またはその近傍に、該電極パッドに導通するバンプを形成する工程と、
減圧雰囲気にて、上下に積み重ねられる半導体チップのうちの一方の半導体チップの前記バンプで、他方の半導体チップの前記貫通孔を、前記導電部に接した状態で気密に塞ぎ、該貫通孔内を閉空間にする工程と、
前記の積み重ねられた半導体チップを前記減圧雰囲気から大気雰囲気に戻す工程と、
前記バンプと前記貫通孔との間の接続部を気密に封止するための封止材料を充填させる工程と、を備えたことを特徴としている。

この半導体装置の製造方法によれば、電極パッド上またはその近傍にバンプを形成するので、貫通孔内に形成する場合のようにメッキ法で形成することなく、液滴吐出法やハンダなどの簡易で比較的短時間での処理が可能な手法による形成法が採用可能となる。したがって、バンプの形成に伴う生産性の低下を防止することができる。
また、減圧雰囲気にてバンプで貫通孔を気密に塞ぎ、該貫通孔内を閉空間にした後、大気雰囲気に戻すので、貫通孔内の閉空間が減圧状態に保持されるようになる。そして、これにより前記導電部とバンプとは、前記閉空間とその外部との圧力差によって密着した状態に接合するようになる。したがって、これら導電部とバンプとの間の電気的接続を良好にし、上下に積み重ねられる半導体チップ間の電気的接続についての信頼性を十分に確保することができる。

以下、本発明の半導体装置とその製造方法を、図面を参照して詳しく説明する。
図１は、本発明の半導体装置の一実施形態を示す側断面図であり、図１中符号１は半導体装置である。この半導体装置１は、複数（本実施形態では３つ）の半導体チップ２が上下に積み重ねられて、三次元実装されたものである。

半導体チップ２は、図２に示すようにシリコン等からなる半導体基板３の能動面となる第１面３ａ側に、トランジスタやメモリ等を有してなる集積回路（図示せず）を形成したもので、この集積回路に電気的に通じる接続端子として、第１面３ａに複数の電極パッド４を形成したものである。電極パッド４はアルミニウム等からなるもので、その平面形状については特に限定されることはないが、通常は正方形又は長方形に形成される。
半導体チップ２には、その第１面３ａ側に１層又は複数層のパッシベーション膜５が形成されている。このパッシベーション膜５は、第１面３ａ側において、特に電極パッド４の下側に設けられたもので、ＳｉＯ_２やＳｉＮ等によって形成されたものである。

また、半導体チップ２の半導体基板３には、能動面（第１面３ａ）と反対側の裏面となる第２面３ｂ側から前記第１面３ａ側にまで貫通し、前記電極パッド４の裏面に通じる貫通孔６が形成されている。この貫通孔６には、その内壁面を覆って図示しない絶縁層が形成されている。この絶縁層は、例えば酸化膜からなるもので、半導体基板３がＳｉである場合には、特にＳｉＯ_２によって好適に形成されるが、ＳｉＮによって形成することもできる。

また、貫通孔６には、前記絶縁層の内面側に導電層（導電部）７が形成されている。この導電層７は、前記電極パッド４とその裏面側で導通するもので、貫通孔６を通って半導体基板３の第２面３ｂ側にまで引き出されて形成されたものである。すなわち、この導電層７は、本実施形態では貫通孔６内に露出する電極パッド４の裏面に当接するとともに、前記絶縁層の内面の全面を覆って形成され、さらに前記第２面３ｂにおいて貫通孔６の開口の周囲にまで形成されたものである。このような導電層７は、例えば、絶縁層側に形成されるバリア層（図示せず）と、このバリア層の内側に形成されるシード層（図示せず）と、このシード層の内側に形成される表面層とによって形成される。

バリア層は、その上に形成される層の材料が、半導体基板３側に拡散するのを防止するためのもので、例えばＴｉＷやＴｉＮによって形成されたものである。シード層は、特に表面層を電解メッキで形成する場合に設けられるもので、例えばＣｕによって形成されたものである。表面層は、導電層７における導電機能を主に担うもので、例えばＣｕやＷなどによって形成されたものである。

また、この導電層７は、電極パッド４の裏面と貫通孔６の内面とを覆って形成されたことにより、貫通孔６の内部に、前記第２面３ｂ側に開口する凹部８を形成している。そして、この凹部８内には、前記電極パッド４の裏面に導電層７を介して接する補強部９が設けられている。この補強部９は、電極パッド４を機械的に補強するとともに、電極パッド４や導電層７の抵抗、さらには電極パッド４と導電層７との間の接続抵抗を引き下げるように機能するものである。

このような補強部９の形成材料としては、導電性材料であれば特に限定されることなく任意のものが用いられるが、例えば、ハンダなどの軟ろう材によって形成したり、前記電極パッド４及び導電層７を利用して電解メッキを行うことにより、Ｃｕなどで形成することができる。ここで、ハンダなどの軟ろう材で形成した場合、図２に示したように貫通孔６の底部のみに選択的に配することができる。また、電界メッキで補強部９を形成した場合には、図示しないものの導電層７の内面全体、すなわち、図２に示したように貫通孔６の底部側だけでなく、貫通孔６の内壁面及び第２面３ｂ側にも補強部９が形成される。その際、貫通孔６の底部及び第２面３ｂ側では厚く、貫通孔６の内壁面上では薄く形成される。さらに、電極パッド４に対する機械的な補強だけを目的とする場合には、樹脂や酸化物等の絶縁物によって図２に示したように補強部９を形成することもできる。

一方、電極パッド４の上面上には、該電極パッド４に導通するバンプ１０が形成されている。このバンプ１０は、本実施形態ではコア部１０ａとこれを覆う導電膜１０ｂとからなるもので、略半球状に形成されたものである。コア部１０ａは、本実施形態では電極パッド４上に直接形成された略半球状のものである。ただし、このコア部１０ａは、電極パッド４の上面を全て覆うことなく、一部を露出させるよう、電極パッド４の上面より小さく形成されている。また、このコア部１０ａは、前記導電膜１０ｂより軟らかい材料、具体的には樹脂やゴムなどによって形成されたものである。ここで、本実施形態ではコア部１０ａの形成材料として樹脂が好適に用いられる。このような形成材料となる樹脂として、ポリイミド樹脂、シリコーン変性ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン変性エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、ＢＣＢ（benzocyclobutene）及びＰＢＯ（polybenzoxazole）等が挙げられる。

導電膜１０ｂは、前記コア部１０ａを覆ってこれの表層部に設けられたもので、前記コア部１０ｂより硬い導電材料、本実施形態では金属やハンダ等のろう材によって形成されたものである。また、この導電膜１０ｂは、前記電極パッド４の、コア部１０ａに覆われることなく露出した上面における部位、及び側面に接した状態で形成されており、これにより、電極パッド４に導通したものとなっている。ここで、導電膜１０ｂを形成する金属としては、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、チタンタングステン（ＴｉＷ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、ニッケル（Ｎｉ）、ニッケルバナジウム（ＮｉＶ）、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、パラジウム（Ｐｄ）等のうちの一種あるいは複数種が用いられる。

このような構成からなる半導体チップ２は、図１に示したように、複数（３つ）が上下に積み重ねられ、三次元実装されたことにより、本実施形態の半導体装置１を構成している。上下に積み重ねられた二つの半導体チップ２においては、図２に示すように、一方の半導体チップ２ａのバンプ１０が、他方の半導体チップ２ｂの導電層（導電部）７に接した状態で前記貫通孔６を気密に塞いでおり、これによって該貫通孔６の前記凹部８内を閉空間１１としている。すなわち、バンプ１０は、導電層７の、半導体チップ２ｂの第２面（裏面）３ｂ側に引き出された部位に主に当接し、該導電層７に電気的に接続されたものとなっている。

そして、この閉空間１１は、後述する方法で導電層（導電部）７へのバンプ１０の接続がなされたことにより、減圧状態に保持されている。このような構成のもとにバンプ１０は、閉空間１１とその外部との圧力差により、密着した状態に接合されたものとなっている。ここで、導電層（導電部）７へのバンプ１０の接続については、前記一方の半導体チップ２ａのバンプ１０の一部、すなわちその表層部の上部が、前記他方の半導体チップ２ｂの貫通孔６の凹部８内に入り込んだ状態で、該貫通孔６（凹部８）を気密に塞いでいる。このとき、特にバンプ１０は、内部のコア部１０ａが導電膜１０ｂより軟らかい樹脂材料によって形成されているので、前記の圧力差によってバンプ１０が貫通孔６（凹部８）側に引き込まれた際、このコア部１０ａが容易に変形し、これによってバンプ１０が該貫通孔６（凹部８）の開口を確実に塞ぐようになっている。

また、このような接続状態において、上下に積み重ねられた二つの半導体チップ２間には、封止樹脂（封止材料）１２が充填されており、これによってバンプ１０と貫通孔６（凹部８）との間の接続部は、気密に封止されているとともに、機械的にも補強されたものとなっている。

このような構成からなる半導体装置１は、例えば図３に示すように別に用意された回路基板１０００上に実装されて用いられる。すなわち、図１に示した状態において一番上に配置された半導体チップ２のバンプ１０が、回路基板１０００に形成された接続端子（図示せず）に接続されることにより、この回路基板１０００に電気的にも接続されるようになっている。また、このようにして構成された回路基板１０００は、例えばノート型パーソナルコンピュータや携帯電話などの各種電子機器に実装され、用いられるようになっている。

次に、前記構成の半導体装置１の製造方法について説明する。なお、本例では、図６に示すように同一のシリコンウエハ（基板）５００に半導体チップ２を一括して多数形成し、その後ダイシング（切断）して個片化することにより、半導体チップ２を得るようにしている。ただし、図４、図５では説明を簡単にするため、単純化して１つの半導体チップ２を形成し、このようにして得られた半導体チップ２を積み重ねることにより、半導体装置１を形成するものとする。

まず、シリコンウエハからなる半導体基板の第１面３ａ上に図示しないトランジスタやメモリ素子、その他の電子素子からなる集積回路等を公知の方法によって形成し、これら集積回路等を形成した面を半導体基板３における能動面とする。
そして、図４（ａ）に示すように、前記パッシベーション膜５上に半導体基板３０上に電極パッド４を形成する。なお、この電極パッド４については、前記の集積回路に電気的に通じるように形成するのはもちろんである。

次に、このようにして半導体基板３の第１面３ａ上に電極パッド４を形成した後、電極パッド４を形成した第１面３ａ側を、接着剤を介してガラス基板等からなる保持部材（図示せず）で保持する。これにより、後述するように半導体基板３をその裏面３ｂ側から薄型加工する際に、半導体基板３に割れ等が発生するのを防止する。

接着剤としては、熱硬化性の接着剤や光硬化性の接着剤を用いるのが望ましい。これにより、半導体基板３の第１面３ａにおける凹凸を吸収しつつ、支持部材を強固に装着することができる。さらに、接着剤として紫外線硬化性接着剤等の光硬化性接着剤を用いる場合には、保持部材として、ガラス等の透光性材料からなるものを用いるのが好ましい。このようにすれば、保持部材の外側から光を照射することにより、簡単に接着剤を硬化させることができるからである。

このようにして、半導体基板３を保持部材で保持した状態で、半導体基板３の第２面３ｂ側から、例えばＣＭＰ（化学的機械的研磨）を行うことにより、図４（ｂ）に示すように、半導体基板３を１００μｍ程度の厚みまで研磨する。なお、以下の工程においても、半導体基板３を前記保持部材（図示せず）で保持している。

半導体基板３を所定の厚みに形成した後、図４（ｃ）に示すように基板の第２面（裏面）３ｂ側の前記半導体基板３を、パッシベーション膜５との界面までエッチングし、孔部６ａを形成する。
具体的には、まず、半導体基板３の第２面３ｂにレジスト層を形成し、さらにこれを露光し現像することにより、前記孔部Ｈ３の開口形状に対応するレジストパターンを形成する。次いで、得られたレジストパターンをマスクにして、半導体基板３をＲＩＥ（反応性イオンエッチング）法等で異方性エッチングし、前記の孔部６ａを形成する。

次いで、このようにして孔部６ａを形成し、この孔部６ａの底部にパッシベーション膜５を露出させたら、再度異方性エッチングを行い、パッシベーション膜５を除去して電極パッド４を露出させる。これにより、半導体基板３をその第２面３ｂから第１面３ａにまで貫通させ、電極パッド４に通じる貫通孔６を得る。なお、可能であれば、前記半導体基板３の異方性エッチングとパッシベーション膜５の異方性エッチングとを同じ条件で連続的に行うようにしてもよい。その後、レジストパターンを除去する。

次いで、半導体基板３の第２面３ｂ上及び貫通孔６の内壁面に絶縁層（図示せず）を形成する。具体的には、本例ではシリコンからなる半導体基板３を熱酸化することにより、半導体基板３の第２面３ｂ全体及び貫通孔６の内壁面を覆ってＳｉＯ_２からなる絶縁層を形成する。なお、このような熱酸化法に代えて、例えばＣＶＤ法などによって絶縁層を形成することもできる。

次いで、図４（ｅ）に示すように、貫通孔６内において前記電極パッド４に導通し、かつ、該貫通孔６を通って前記第２面側にまで引き出された状態に導電層７を形成する。すなわち、貫通孔６内を埋め込むことなく、その底面（電極パッド４の裏面上）及び内壁面上、さらに前記第２面３ｂ上に、導電層７を形成する。これにより、貫通孔６内に凹部８を形成する。
具体的には、まず、前記のバリア層を形成し、続いて、これの上にシード層を形成し、次いで、前記表面層を形成する。その後、半導体基板３の第２面（裏面）３ｂ上の前記導電膜、シード層、バリア層をエッチングによって除去することにより、前記の導電層７を得る。

次いで、図５（ａ）に示すように、前記貫通孔６の凹部８内における前記電極パッド４側、すなわち該電極パッド４の裏面を覆う導電層７の内面側に、補強部９を形成する。この補強部９については、本例では導電材料である金属によって形成するものとし、特に前記電極パッド４及び導電層７を利用した電解メッキ法により、Ｃｕなどで形成する。なお、図５においては、補強部を簡略化して記載している。また、前述したようにメッキ法は比較的長い時間を必要とするが、本例ではあくまで貫通孔６内を埋め込むことなく、電極パッド４の裏面側に析出させるだけであるので、生産性を極端に低下させる心配はない。しかし、より生産性を高めたい場合には、メッキ法によりＣｕ等の金属を析出させるのに代えて、例えばハンダなどの軟ろう材を設けることで補強部９を形成してもよい。このようにして貫通孔６の電極パッド４側に補強部９を形成することにより、貫通孔６内には凹部８が形成される。

次いで、半導体基板３の第１面３ａから前記の保持部材（図示せず）を外し、第１面３ａを露出させる。そして、図５（ｂ）に示すように電極パッド４を上にし、この電極パッド４上に、樹脂からなるコア部１０ａを形成する。ここで、このコア部１０ａについては、前述したように電極パッド４の上面の全面を覆うことなく、一部を露出させて形成する。このようなコア部１０ａの形成法としては、液滴吐出法が好適に採用される。すなわち、前記したコア部１０ａ形成用の樹脂を含む機能液の液滴を液滴吐出ヘッド（インクジェットヘッド）より前記電極パッド４上に吐出し、その後、乾燥することによってコア部１０ａを形成する。なお、このような液滴吐出法に代えて、公知のホトリソグラフィー技術によりコア部１０ａを形成するようにしてもよい。

次いで、図５（ｃ）に示すように、前記コア部１０ａを覆い、かつ、前記電極パッド４に接続するようにして金属からなる導電膜１０ｂを形成し、バンプ１０を得る。この導電膜１０ｂの形成方法としては、コア部１０ａの場合と同様に、前記金属を含む機能液を用いた液滴吐出法（インクジェット法）が好適に採用される。なお、これに代えて、スパッタ法やめっき法などを採用することもできる。
ここで、本例ではこのようなバンプ１０の形成を、前記貫通孔６や導電層７の形成の後に行ったが、これら貫通孔６や導電層７の形成に先立ち、バンプ１０を形成するようにしてもよい。

このようにして貫通孔６や導電層７を形成し、さらにバンプ１０を形成することにより、図６に示すように同一のシリコンウエハ（基板）５００に半導体チップ２を一括して多数形成したら、ダイシングソー２１０を用いてダイシング（切断）し、個片化することにより、半導体チップ２を得る。

そして、このようにして半導体チップ２を形成したら、これら半導体チップ２を真空チャンバー（図示せず）内に入れる。続いて、真空チャンバー内を減圧し、この減圧雰囲気にて、図５（ｄ）に示すように半導体チップ２を上下に積み重ねる（スタックする）。なお、図示しないものの、本例では３つの半導体チップ２を上下に積み重ねるものとする。その際、一方の半導体チップ２ａのバンプ１０が、他方の半導体チップ２ｂの導電層７に接した状態で、前記貫通孔６の凹部８の開口を気密に塞ぐようにする。すると、この貫通孔６の凹部８内は閉空間１１となり、この閉空間１１は、真空チャンバー内の圧力雰囲気である減圧状態とほぼ同じ減圧状態となる。

次いで、前記真空チャンバー内を徐々に大気圧に戻し、最終的に大気圧（大気雰囲気）にする。すると、前記の積み重ねられた半導体チップ２、２間では、減圧状態にある閉空間１１と大気圧状態にある外部との圧力差により、前記導電層７とバンプ１０とが密着した状態に接合するようになる。したがって、これら導電層７とバンプ１０との間の電気的接続も良好になる。
なお、このようにして導電層７とバンプ１０との間を電気的に接続したら、この段階でこれら導電層７とバンプ１０との間の導通検査を行う。この段階で導通検査を行えば、導通不良が生じた場合に、半導体チップ２、２間を引きはがし、再度減圧状態にて前記の接合を繰り返すことが容易であるからである。
その後、このように３つの半導体チップ２が上下に積み重ねられ、互いに電気的に接続した状態において、上下の各半導体チップ２、２間に、封止樹脂（封止材料）１２を充填し、樹脂モールドする。これにより、図１に示した半導体装置１が得られる。

このようにして得られた半導体装置１にあっては、電極パッド４上にバンプ１０を形成しているので、貫通孔６内に貫通電極をメッキ法で形成する場合のように長時間を要することなく、液滴吐出法などによって比較的短時間でバンプ１０の形成処理を行うことができる。したがって、バンプ１０の形成に起因して生産性が低下してしまうのを防止することができる。

また、貫通孔６内の閉空間１１が減圧状態に保持されているので、前述したように導電層７とバンプ１０との間の電気的接続も良好になり、したがって上下に積み重ねられる半導体チップ２、２間の電気的接続についての信頼性を十分に確保することができる。
さらに、貫通孔６内の閉空間１１が減圧状態に保持されているので、この半導体装置１の使用時に熱が発生し、前記閉空間１１内の気体が膨張しても、該閉空間１１の内圧が大気圧より格段に大きくなり、これによって導電層７とバンプ１０との間の電気的接続が損なわれるといったことを防止することができる。よって、上下に積み重ねられる半導体チップ２、２間の電気的接続についての信頼性を十分に確保することができる。

また、バンプ１０を、特に軟らかい材料からなるコア部１０ａと、これを覆う導電膜１０ｂとから形成したので、例えば上下に積み重ねられた半導体チップ２、２間に振動や衝撃等の外力が加わった際、コア部１０ａが加わった外力を緩和するように機能する。したがって、バンプ１０と導電層７とが離間してしまい、これらの間の接続部が剥離してしまうなどといった不都合を防止することができ、よって、半導体チップ２、２間の電気的接続についての信頼性をより確実に確保することができる。
また、コア部１０ａを樹脂で形成しているので、その形成が容易になるとともに、その軟らかさを所望の軟らかさに容易に調整することができる。

なお、前記の製造方法においては、図６に示したように、同一のシリコンウエハ（基板）５００に半導体チップ２を一括して多数形成し、その後、これをダイシング（切断）して個片化することにより半導体チップ２を得、これら半導体チップ２を積み重ねて半導体装置１を得るようにしたが、本発明はこれに限定されることはない。例えば、貫通孔６や導電層７、バンプ１０を形成したシリコンウエハ５００複数枚をそのまま上下に積み重ね、各導電層７とバンプ１０とを前述したように電気的接続し、必要に応じてシリコンウエハ５００、５００間を封止樹脂１２で充填し、その後、ダイシング（切断）して半導体装置１を個片化してもよい。

また、前記実施形態では、バンプ１０を電極パッド４上に直接形成したが、例えばバンプ１０を、電極パッド４に導通した状態の該電極パッド４の近傍に形成してもよい。その場合に、コア部１０ａについては電極パッド４の近傍に形成し、導電膜１０ｂについては、電極パッド４上からコア部１０ａにかけて形成することで、バンプ１０を電極パッド４に導通させることができる。このようにしてバンプ１０を電極パッド４の近傍に形成することで、半導体チップ２、２を積み重ねバンプ１０と導電層７とを形成した際、貫通孔６が形成されて機械的に弱くなっている電極パッド４に直接圧がかからないようになり、したがって振動や衝撃などに強くなり、また、補強部９の形成も不要になる。

さらに、前記実施形態では、バンプ１０をコア部１０ａと導電膜１０ｂとからなる積層構造とし、特にコア部１０ａについては樹脂製としたが、本発明はこれに限定されることなく、例えばコア部１０ａをハンダ等の軟質の合金（ろう材）やその他の比較的軟らかい金属などにより形成してもよい。また、このようなハンダ等の軟ろう材やその他の比較的軟らかい金属などにより、バンプ１０を単層で形成することもできる。

本発明の半導体装置の一実施形態の概略構成を示す側断面図である。 図１に示した半導体装置の要部拡大図である。 図１に示した半導体装置が実装された回路構造を説明するための図である。 （ａ）〜（ｅ）は本発明の半導体装置の製造工程を説明する図である。 （ａ）〜（ｄ）は本発明の半導体装置の製造工程を説明する図である。 半導体装置の製造工程におけるダイシング工程を示す図である。

符号の説明

１…半導体装置、２…半導体チップ、３…半導体基板、３ａ…第１面（能動面）、３ｂ…第２面（裏面）、４…電極パッド、６…貫通孔、７…導電層（導電部）、８…凹部、９…補強部（補強材料）、１０…バンプ、１０ａ…コア部、１０ｂ…導電膜、１１…閉空間、１２…封止樹脂

Claims (9)

1. 複数の半導体チップが積み重ねられてなる半導体装置において、
   前記半導体チップには、その能動面である第１面に電極パッドが設けられ、かつ、前記第１面と反対の側の面である第２面側から前記第１面側にまで貫通し、前記電極パッドの裏面に通じる貫通孔が形成されるとともに、前記電極パッドに導通する導電部が、前記貫通孔を通って前記第２面側にまで引き出されて設けられ、
   前記電極パッド上またはその近傍には、該電極パッドに導通するバンプが設けられ、
   上下に積み重ねられた半導体チップのうちの一方の半導体チップの前記バンプが、他方の半導体チップの前記導電部に接した状態で前記貫通孔を気密に塞いでいることにより、該貫通孔内が閉空間とされているとともに、該閉空間が減圧状態に保持されていることを特徴とする半導体装置。
2. 前記貫通孔内には、前記電極パッドの裏面側に該電極パッドを補強する補強材料が、前記貫通孔の少なくとも前記第２面側に凹部を形成した状態に充填されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
3. 前記補強材料は導電性材料であることを特徴とする請求項２記載の半導体装置。
4. 前記バンプは、前記電極パッド上またはその近傍に設けられた凸状のコア部と、前記電極パッドに導通し、かつ前記コア部の少なくとも表層部に設けられた導電膜とからなり、前記コア部は、前記導電膜より軟らかい材料で形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体装置。
5. 前記コア部を形成する材料は樹脂であることを特徴とする請求項４記載の半導体装置。
6. 前記コア部を形成する材料は軟質の金属あるいは合金であることを特徴とする請求項４記載の半導体装置。
7. 前記一方の半導体チップのバンプは、その一部が前記他方の半導体チップの貫通孔内に入り込んだ状態で該貫通孔を気密に塞いでいることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体装置。
8. 前記の上下に積み重ねられた半導体チップ間において、少なくとも前記貫通孔とこれを気密に塞いでいる前記バンプとの周囲に、これらバンプと貫通孔との間の接続部を気密に封止する封止材料が設けられていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の半導体装置。
9. 複数の半導体チップが積み重ねられてなる半導体装置の製造方法において、
   前記半導体チップとしてその能動面である第１面に電極パッドが設けられたものを用意し、該半導体チップに、前記第１面と反対の側の面である第２面側から前記第１面側にまで貫通し、前記電極パッドの裏面に到達する貫通孔を形成する工程と、
   前記電極パッドに導通し、かつ前記貫通孔を通って前記第２面側にまで引き出された状態に導電部を形成する工程と、
   前記電極パッド上またはその近傍に、該電極パッドに導通するバンプを形成する工程と、
   減圧雰囲気にて、上下に積み重ねられる半導体チップのうちの一方の半導体チップの前記バンプで、他方の半導体チップの前記貫通孔を、前記導電部に接した状態で気密に塞ぎ、該貫通孔内を閉空間にする工程と、
   前記の積み重ねられた半導体チップを前記減圧雰囲気から大気雰囲気に戻す工程と、
   前記バンプと前記貫通孔との間の接続部を気密に封止するための封止材料を充填させる工程と、を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
   

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