JP2012099575A - チップオンチップ構造体およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】チップ間に保護材を有する信頼性の高いチップオンチップ構造体およびその製造方法を提供する。
【解決手段】一実施の形態によるチップオンチップ構造体は、対向する第1のチップおよび第2のチップと、前記第1のチップの前記第2のチップ側の面上の第1の電極端子と、前記第2のチップの前記第1のチップ側の面上の第2の電極端子と、前記第1の電極端子と前記第2の電極端子とを電気的に接続するバンプと、前記第1のチップと前記第2のチップの間の前記バンプの周囲に形成され、感熱接着性を有する材料からなる層を含む保護材と、を有する。
【選択図】図3A
【解決手段】一実施の形態によるチップオンチップ構造体は、対向する第1のチップおよび第2のチップと、前記第1のチップの前記第2のチップ側の面上の第1の電極端子と、前記第2のチップの前記第1のチップ側の面上の第2の電極端子と、前記第1の電極端子と前記第2の電極端子とを電気的に接続するバンプと、前記第1のチップと前記第2のチップの間の前記バンプの周囲に形成され、感熱接着性を有する材料からなる層を含む保護材と、を有する。
【選択図】図3A
Description
本発明の実施の形態は、チップオンチップ構造体およびその製造方法に関する。
従来、バンプにより接続される上下のチップからなるチップオンチップ構造体のバンプ部分の保護のために、バンプを接合した後にチップ間にアンダーフィル材を流し込んで保護材を形成する技術が知られている。
しかし、このようなアンダーフィル材はチップ間の領域に収まらずに上側チップの側面まで覆うおそれがある。このため、アンダーフィル材とチップとの熱膨張率(線膨張率)の違いに起因してアンダーフィル材内に発生する応力が大きくなる。これにより、アンダーフィル材にクラックが生じてチップ上の配線が断線し、チップオンチップ構造体の信頼性が低下するおそれがある。
本発明の課題は、チップ間に保護材を有する信頼性の高いチップオンチップ構造体およびその製造方法を提供することにある。
一実施の形態によるチップオンチップ構造体は、対向する第1のチップおよび第2のチップと、前記第1のチップの前記第2のチップ側の面上の第1の電極端子と、前記第2のチップの前記第1のチップ側の面上の第2の電極端子と、前記第1の電極端子と前記第2の電極端子とを電気的に接続するバンプと、前記第1のチップと前記第2のチップの間の前記バンプの周囲に形成され、感熱接着性を有する材料からなる層を含む保護材と、を有する。
〔第1の実施の形態〕
(半導体装置の構成)
図1は、第1の実施の形態に係るチップオンチップ構造体の垂直断面図である。図2は、チップオンチップ構造体の図1に示される領域IIの部分拡大図である。
(半導体装置の構成)
図1は、第1の実施の形態に係るチップオンチップ構造体の垂直断面図である。図2は、チップオンチップ構造体の図1に示される領域IIの部分拡大図である。
チップオンチップ構造体100は、対向する上側チップ10aおよび下側チップ10bと、上側チップ10aの下側チップ10b側の面上の電極端子11aと、下側チップ10bの上側チップ10a側の面上の電極端子11bと、電極端子11aと電極端子11bとを電気的に接続するバンプ12と、上側チップ10aと下側チップ10bの間のバンプ12の周囲に形成された保護材とを有する。
上側チップ10aおよび下側チップ10bは、Si等からなる。電極端子11a、11bは、Al等の導電材料からなる。
上側チップ10a上には電極端子11aを覆うようにパッシベーション膜16aが形成される。下側チップ10b上には電極端子11bを覆うようにパッシベーション膜16bが形成される。パッシベーション膜16a、16bは、SiN、TEOS、およびこれらの積層膜等からなる。また、シリコン酸化膜や、ポリイミド等の有機膜をパッシベーション膜16a、16bの材料として用いてもよい。
バンプ12は、電極端子11a上のバンプ12aと、電極端子11b上のバンプ12bとを接続することにより形成される。バンプ12aは、電極端子11a上の下部バンプ13aと、下部バンプ13a上の上部バンプ14aからなる。バンプ12bは、電極端子11b上の下部バンプ13bと、下部バンプ13b上の上部バンプ14bからなる。
下部バンプ13a、13bは、例えば、Niからなる。上部バンプ14a、14bは、例えば、Sn、SnCu、またはSnAgからなる。上部バンプ14aと上部バンプ14bとを接触させた状態で熱処理を施して接続することにより、バンプ12aとバンプ12bとが接続される。
保護材15は、チップオンチップ構造体100のバンプ12からなる接合部の強度を高める機能等を有する。
保護材15は、バンプ12aの周囲の保護材15aと、バンプ12bの周囲の保護材15bとを接着することにより形成される。保護材15aと保護材15bとを接触させた状態で熱処理を施し、これらを接着させる。保護材15aと保護材15bの接着と、バンプ12aとバンプ12bの接続とは、同じ熱処理工程で行うことができる。
保護材15a、15bは、感熱接着性を有する材料からなる。例えば、有機材料等の低融点の絶縁材料や、酸化シリコン等の加熱されることにより接着性が増す絶縁材料を感熱接着性を有する材料として用いることができる。保護材15a、15bは、それぞれバンプ12a、12bの形成後に塗布法等を用いて形成される。なお、保護材15a、15bは、それぞれバンプ12a、12bの形成前に形成されてもよい。
下側チップ10b上の電極パッド16は、ボンディングワイヤー3を介して基板1の貫通コンタクトプラグ2等の導電部材に接続される。
図3A(a)、(b)、図3B(c)、(d)、および図3C(e)は、バンプ12aとバンプ12bとを接続する前の構造の例を表す垂直断面図である。
図3A(a)は、バンプ12aと保護材15aの高さがほぼ等しく、かつバンプ12bと保護材15bの高さがほぼ等しい場合の構造を表す。
図3A(b)は、バンプ12aとバンプ12bの高さが異なり、バンプ12aの高さの保護材15aの高さに対する比と、バンプ12bの高さの保護材15bの高さに対する比が異なる場合の構造を表す。なお、バンプ12aとバンプ12bのどちらが高くてもよい。
図3B(c)は、保護材15aと保護材15bの高さが異なり、バンプ12aの高さの保護材15aの高さに対する比と、バンプ12bの高さの保護材15bの高さに対する比が異なる場合の構造を表す。なお、保護材15aと保護材15bのどちらが高くてもよい。
図3B(d)は、保護材15aと保護材15bのいずれか一方のみが形成される場合の構造を表す。この場合、保護材15は保護材15aと保護材15bのいずれか一方により構成される。なお、保護材15aと保護材15bのどちらが形成されてもよい。
なお、バンプ12a、12b、および保護材15a、15bを形成した後に、これらの高さを調節することができる。例えば、保護材15aと保護材15bの両方または一方にリセス処理を施すことにより、これらの高さを下げることができる。また、次に述べるように、バンプ12a、12bに平坦化処理を施すことにより、バンプ12a、12bの高さを保護材15a、15bの高さにそれぞれ正確に揃えることができる。なお、バンプ12aとバンプ12bのいずれか一方のみが平坦化されてもよい。
図3C(e)は、接続前にバンプ12a、12bを平坦化した場合の構造を表す。平坦化は、例えば、CMP(Chemical Mechanical Polishing)等の研磨処理により行われる。平坦化処理により、バンプ12a、12bの高さを保護材15a、15bの高さにそれぞれ正確に揃えることができる。
バンプを接続した後にチップ間にアンダーフィル材等を流し込んで保護材を形成する従来の方法では、バンプの接続時に接合部が水平方向に拡がって隣接するバンプ同士が短絡するおそれがある。一方、本実施の形態によれば、バンプ12a、12bは接続時にそれぞれ保護材15a、15bに囲まれているため、接合部が水平方向に大きく拡がることがなく、短絡を防ぐことができる。特に、バンプ12a、12bを平坦化する場合は、接合部の拡がりをより効果的に抑えることができる。
また、バンプを接続した後にチップ間に流し込まれるアンダーフィル材からなる従来の保護材は、上側チップと下側チップの間の領域に収まらずに、上側チップの側面まで覆うおそれがあるが、保護材15は上側チップ10aと下側チップ10bの間の領域から大きくはみ出ることがない。そのため、保護材15と上側チップ10aとの間の熱膨張率(線膨張率)の違いに起因して保護材15内に発生する応力が抑えられる。これにより、保護材15にクラックが生じて下側チップ10b上の配線が断線することを抑えられる。
〔第2の実施の形態〕
第2の実施の形態は、保護材の一部のみが感熱性接着材料からなる点において、第1の実施の形態と異なる。なお、第1の実施の形態と同様の点については説明を省略または簡略化する。
第2の実施の形態は、保護材の一部のみが感熱性接着材料からなる点において、第1の実施の形態と異なる。なお、第1の実施の形態と同様の点については説明を省略または簡略化する。
(半導体装置の構成)
図4は、第2の実施の形態に係るチップオンチップ構造体の部分拡大図である。図4に示される領域は、図2に示される領域に対応する。なお、チップオンチップ構造体の保護材以外の構成は第1の実施の形態と同じである。
図4は、第2の実施の形態に係るチップオンチップ構造体の部分拡大図である。図4に示される領域は、図2に示される領域に対応する。なお、チップオンチップ構造体の保護材以外の構成は第1の実施の形態と同じである。
保護材20は、第1の実施の形態の保護材15と同様に、上側チップ10aと下側チップ10bの間のバンプ12の周囲に形成される。
保護材20は、バンプ12aの周囲の保護材20aと、バンプ12bの周囲の保護材20bとを接着することにより形成される。保護材20aと保護材20bの接着と、バンプ12aとバンプ12bの接続とは、同じ熱処理工程で行うことができる。
保護材20aは、パッシベーション膜16a上の下部保護材21aと、下部保護材21a上の上部保護材22aからなる。保護材20bは、パッシベーション膜16b上の下部保護材21bと、下部保護材21b上の上部保護材22bからなる。
上部保護材22a、22bは、感熱接着性を有する材料からなる。例えば、有機材料等の低融点の絶縁材料や、酸化シリコン等の加熱されることにより接着性が増す絶縁材料を感熱接着性を有する材料として用いることができる。下部保護材21a、21bは、ポリイミド、フェノール樹脂等の絶縁材料からなる。下部保護材21a、21bの材料は、感熱接着性を有さなくてもよい。上部保護材22aと上部保護材22bとを接触させた状態で熱処理を施して接着することにより、保護材20aと保護材20bとが接着される。
なお、上部保護材22aと上部保護材22bのいずれか一方のみが形成されてもよい。上部保護材22aのみが形成される場合、上部保護材22aと下部保護材21bが接着される。上部保護材22bのみが形成される場合、上部保護材22bと下部保護材21aが接着される。
図5A(a)、(b)、図5B(c)、(d)、および図5C(e)は、バンプ12aとバンプ12bとを接続する前の構造の例を表す垂直断面図である。
図5A(a)は、バンプ12aと保護材20aの高さがほぼ等しく、かつバンプ12bと保護材20bの高さがほぼ等しい場合の構造を表す。なお、上部保護材22aと上部保護材22bのいずれか一方のみが形成されてもよい。
図5A(b)は、バンプ12aとバンプ12bの高さが異なり、バンプ12aの高さの保護材20aの高さに対する比と、バンプ12bの高さの保護材20bの高さに対する比が異なる場合の構造を表す。なお、バンプ12aとバンプ12bのどちらが高くてもよい。また、上部保護材22aと上部保護材22bのいずれか一方のみが形成されてもよい。
図5B(c)は、保護材20aと保護材20bの高さが異なり、バンプ12aの高さの保護材20aの高さに対する比と、バンプ12bの高さの保護材20bの高さに対する比が異なる場合の構造を表す。なお、保護材20aと保護材20bのどちらが高くてもよい。また、上部保護材22aと上部保護材22bのいずれか一方のみが形成されてもよい。
図5B(d)は、下部保護材21aと下部保護材21bのいずれか一方のみが形成される場合の構造を表す。この場合、保護材20は下部保護材21aと下部保護材21bのいずれか一方および上部保護材22a、22bにより構成される。下部保護材21aのみが形成される場合は、上部保護材22bはパッシベーション膜16b上に直接形成される。下部保護材21bのみが形成される場合は、上部保護材22aはパッシベーション膜16a上に直接形成される。
また、下部保護材21aと下部保護材21bのいずれか一方と、上部保護材22aと上部保護材22bのいずれか一方が形成されてもよい。この場合、下部保護材21aと上部保護材22aが形成される構成、下部保護材21bと上部保護材22bが形成される構成、下部保護材21aと上部保護材22bが形成される構成、下部保護材21bと上部保護材22aが形成される構成が考えられる。
図5C(e)は、接続前にバンプ12a、12bを平坦化した場合の構造を表す。平坦化は、例えば、CMP等の研磨処理により行われる。平坦化処理により、バンプ12a、12bの高さを保護材20a、20bの高さにそれぞれ正確に揃えることができる。なお、上部保護材22aと上部保護材22bのいずれか一方のみが形成されてもよい。
(実施の形態の効果)
第1、2の実施の形態によれば、保護材を上側チップと下側チップの間の領域内にほぼ収まるように形成することができるため、保護材のクラックの発生を抑えることができる。これにより、チップ上の配線の断線によるチップオンチップ構造体の信頼性の低下を防ぐことができる。
第1、2の実施の形態によれば、保護材を上側チップと下側チップの間の領域内にほぼ収まるように形成することができるため、保護材のクラックの発生を抑えることができる。これにより、チップ上の配線の断線によるチップオンチップ構造体の信頼性の低下を防ぐことができる。
また、上側チップ上のバンプと下側チップ上のバンプは接続時にそれぞれ保護材に囲まれているため、接合部が大きく拡がることがなく、隣接するバンプ間の短絡を防ぐことができる。
〔他の実施の形態〕
本発明は、上記実施の形態に限定されず、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。また、発明の主旨を逸脱しない範囲内において上記実施の形態の構成要素を任意に組み合わせることができる。
本発明は、上記実施の形態に限定されず、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。また、発明の主旨を逸脱しない範囲内において上記実施の形態の構成要素を任意に組み合わせることができる。
100 チップオンチップ構造体、 10a 上側チップ、 10b 下側チップ10b、 11a、11b 電極端子、 12、12a、12b バンプ、 15、15a、15b、20、20a、20b 保護材、 21a、21b 下部保護材、 22a、22b 上部保護材
Claims (5)
- 対向する第1のチップおよび第2のチップと、
前記第1のチップの前記第2のチップ側の面上の第1の電極端子と、
前記第2のチップの前記第1のチップ側の面上の第2の電極端子と、
前記第1の電極端子と前記第2の電極端子とを電気的に接続するバンプと、
前記第1のチップと前記第2のチップの間の前記バンプの周囲に形成され、感熱接着性を有する材料からなる層を含む保護材と、
を有するチップオンチップ構造体。 - 第1のチップ上の第1の電極端子上に第1のバンプを形成し、第2のチップ上の第2の電極端子上に第2のバンプを形成する工程と、
第1のチップ上の前記第1のバンプの周囲および第2のチップ上の前記第2のバンプの周囲の少なくともいずれか一方に保護材を形成する工程と、
熱処理により、前記第1のバンプと前記第2のバンプを接続し、前記第1のチップと前記第2のチップの間の前記第1および第2のバンプの周囲を前記保護材で埋める工程と、
を含むチップオンチップ構造体の製造方法。 - 前記保護材は、前記第1のチップ上および第2のチップ上の両方に形成され、
前記第1のチップ上の前記保護材と前記第2のチップ上の前記保護材は前記熱処理により接着され、
前記第1のチップ上の前記保護材と前記第2のチップ上の前記保護材の少なくともいずれか一方の、接着面を含む部分は感熱接着性を有する材料からなる、
請求項2に記載のチップオンチップ構造体の製造方法。 - 前記保護材は、前記第1のチップ上にのみ形成され、
前記保護材の接着面を含む部分は感熱接着性を有する材料からなる、
請求項2に記載のチップオンチップ構造体の製造方法。 - 前記第1および第2のバンプは、各々上部を平坦化された後、平坦化された面同士が接続される、
請求項2〜4のいずれか1つに記載のチップオンチップ構造体の製造方法。
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