JP2013008963A - 半導体装置とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】上下の半導体チップ間の隙間を維持しつつ、アンダーフィル樹脂の充填前における半導体チップ間の接続強度を高めることを可能にした積層型半導体装置を提供する。
【解決手段】実施形態の半導体装置１は、第１の半導体チップ２と、第１の半導体チップ２上に積層された第２の半導体チップ３とを具備する。第１および第２の半導体チップ２、３は、バンプ接続体６を介して電気的に接続されている。第１および第２の半導体チップ２、３の少なくとも一方には、ストッパ用突起７と接着用突起８とが設けられている。ストッパ用突起７は、第１および第２の半導体チップ２、３の他方に非接着状態で接触している。接着用突起８は、第１および第２の半導体チップ２、３に接着されている。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、半導体装置とその製造方法に関する。

半導体装置の小型化や高機能化を実現するために、１つのパッケージ内に複数の半導体チップを積層して封止したＳｉＰ（Ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ Ｐａｃｋａｇｅ）構造の半導体装置が実用化されている。ＳｉＰ構造の半導体装置では、半導体チップ間の電気信号を高速に送受信することが求められる。このような場合、半導体チップ間の電気的な接続にはマイクロバンプが用いられる。マイクロバンプは、例えば５〜５０μｍ程度の直径を有し、１０〜１００μｍ程度のピッチで半導体チップの表面に形成される。

マイクロバンプを用いて半導体チップ間を接続する場合、上下の半導体チップに設けられたバンプ同士を位置合わせした後、熱を加えながら上下の半導体チップを圧着してバンプ同士を接続する。上下の半導体チップ間の隙間には、接続信頼性等を高めるためにアンダーフィル樹脂が充填される。バンプ接続の際に、チップ間の隙間が減少しすぎるとバンプの過度の潰れやそれに伴うショートが発生する。このため、上下の半導体チップ間の隙間を維持することが求められている。さらに、バンプ接続後に半導体チップに反りが生じると、バンプ間の接続部に破断が生じて接続不良（オープン不良）が発生するおそれがある。このため、アンダーフィル樹脂を充填する前の半導体チップ間の接続強度を高めることが求められている。

特開２００３−１９７８５３号公報 特開２００５−２６８５９４号公報 特開２００８−１９２８１５号公報

本発明が解決しようとする課題は、積層された半導体チップ間をバンプ電極で接続するにあたって、上下の半導体チップ間の隙間を維持しつつ、アンダーフィル樹脂を充填する前の半導体チップ間の接続強度を高めることを可能にした半導体装置とその製造方法を提供することにある。

実施形態の半導体装置は、第１の接続領域と、前記第１の接続領域を除く第１の非接続領域とを備える第１の表面を有する第１の半導体チップと、前記第１の接続領域と対向する第２の接続領域と、前記第２の接続領域を除く第２の非接続領域とを備える第２の表面を有し、前記第１の半導体チップ上に積層された第２の半導体チップと、前記第１の半導体チップと前記第２の半導体チップとを電気的に接続するように、前記第１の表面の前記第１の接続領域と前記第２の表面の前記第２の接続領域との間に設けられたバンプ接続部と、前記第１の表面の前記第１の非接続領域および前記第２の表面の前記第２の非接続領域の少なくとも一方の領域に局所的に設けられ、かつ前記第１の非接続領域および前記第２の非接続領域の他方の領域と非接着状態で接触する第１のストッパ用突起と、前記第１の表面の前記第１の非接続領域と前記第２の表面の前記第２の非接続領域との間に局所的に設けられ、前記第１および第２の表面に接着された第１の接着用突起と、前記第１の半導体チップの前記第１の表面と前記第２の半導体チップの前記第２の表面との間の隙間に充填された樹脂とを具備する。

第１の実施形態による半導体装置を示す断面図である。 第１の実施形態による半導体装置の第１の製造工程を示す断面図である。 第１の実施形態の製造工程で用いる第１および第２の半導体チップのバンプ電極形成面の第１の例を示す平面図である。 図３に示す第１の半導体チップと第２の半導体チップとを組合せた状態を示す平面透視図である。 半導体チップの厚さと半導体チップ単体の反り量との関係を示す図である。 第１の実施形態の製造工程で用いる第１および第２の半導体チップのバンプ電極形成面の第２の例を示す平面図である。 図６に示す第１の半導体チップと第２の半導体チップとを組合せた状態を示す平面透視図である。 第１の実施形態による半導体装置の第２の製造工程を示す断面図である。 第２の実施形態による半導体装置を示す断面図である。 図９に示す半導体装置を用いた半導体パッケージを示す断面図である。 図１０に示す半導体パッケージの第１の変形例を示す断面図である。 図１０に示す半導体パッケージの第２の変形例を示す断面図である。 図１０に示す半導体パッケージの第３の変形例を示す断面図である。 第２の実施形態による半導体装置の製造工程を示す断面図である。 第３の実施形態による半導体装置を示す断面図である。 第３の実施形態による半導体装置の製造工程を示す断面図である。 第３の実施形態の製造工程で用いる第１および第２の半導体チップのバンプ電極形成面を示す平面図である。 図１７に示す第１の半導体チップと第２の半導体チップとを組合せた状態を示す平面透視図である。 第３の実施形態による半導体装置の他の例を示す断面図である。 第４の実施形態の製造工程で用いる第１および第２の半導体チップのバンプ電極形成面の第１の例を示す平面図である。 図２０に示す第１の半導体チップと第２の半導体チップとを組合せた状態を示す平面透視図である。 第４の実施形態の製造工程で用いる第１および第２の半導体チップのバンプ電極形成面の第２の例を示す平面図である。 図２２に示す第１の半導体チップと第２の半導体チップとを組合せた状態を示す平面透視図である。 第５の実施形態による半導体装置を示す断面図である。 第５の実施形態による半導体装置の製造工程を示す断面図である。 第５の実施形態の製造工程で用いる第１および第２の半導体チップのバンプ電極形成面を示す平面図である。

以下、実施形態の半導体装置とその製造方法について、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
第１の実施形態による半導体装置とその製造方法について、図面を参照して説明する。図１は第１の実施形態による半導体装置を示す図、図２、図３および図４は第１の実施形態による半導体装置の製造工程を示す図である。半導体装置１は第１の半導体チップ２と第２の半導体チップ３とを具備している。第１の半導体チップ２の上面（第１の表面）２ａは第１の接続領域を有し、第１の接続領域内に第１のバンプ電極４が形成されている。

第２の半導体チップ３の下面（第２の表面）３ａは、第１の接続領域と対向する第２の接続領域を有し、第２の接続領域内に第２のバンプ電極５が形成されている。第２の半導体チップ３は、第２のバンプ電極５を第１のバンプ電極４と接続しつつ、第１の半導体チップ２上に積層されている。すなわち、第１の半導体チップ２と第２の半導体チップ３とは、第１のバンプ電極４と第２のバンプ電極５との接続体（バンプ接続部）６を介して、電気的および機械的に接続されている。接続領域とは、半導体チップ２、３の表面２ａ、３ａにおけるバンプ電極４、５の形成領域を意味するものである。バンプ電極４、５とは、第１の半導体チップ２と第２の半導体チップ３とを電気的および機械的に接続するバンプ接続部を形成する電極を意味するものである。

第１および第２の半導体チップ２、３の両方にバンプ電極４、５を形成する場合、バンプ電極４、５の構成としては半田／半田、Ａｕ／半田、半田／Ａｕ、Ａｕ／Ａｕ等の組合せが例示される。バンプ電極４、５を形成する半田としては、ＳｎにＣｕ、Ａｇ、Ｂｉ、Ｉｎ等を添加したＳｎ合金を用いたＰｂフリー半田が例示される。Ｐｂフリー半田の具体例としては、Ｓｎ−Ｃｕ合金、Ｓｎ−Ａｇ合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金等が挙げられる。バンプ電極４、５を形成する金属はＡｕに代えて、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｐｄ、Ａｇ等を用いてもよい。これらの金属は単層膜に限らず、複数の金属の積層膜を用いてもよい。バンプ電極４、５の形状としては、半球状や柱状等の突起形状が挙げられるが、パッドのような平坦形状であってもよい。バンプ電極４、５の組合せとしては、突起体同士の組合せ、突起体と平坦体との組合せ等が挙げられる。

第１の半導体チップ２の上面２ａにおける第１の接続領域を除く領域（第１の非接続領域）、および第２の半導体チップ３の下面３ａにおける第２の接続領域を除く領域（第２の非接続領域）の少なくとも一方の領域には、第１の半導体チップ２と第２の半導体チップ３との間の隙間（ギャップ）が、設定したバンプ電極４、５の接続高さ（バンプ接続部６の設定高さ）となるように、ストッパ用突起７が局所的に設けられている。第１の半導体チップ２と第２の半導体チップ３とを圧着した際、それらの隙間（ギャップ）はストッパ用突起７で規定されるため、バンプ接続部６の過度の潰れやバンプ電極４、５間の接続不良（オープン不良）等の発生を抑制することができる。ストッパ用突起７の先端は、第１の非接続領域および第２の非接続領域の他方の領域と非接着状態で接触している。

さらに、第１の半導体チップ２の上面２ａにおける第１の非接続領域、および第２の半導体チップ３の下面３ａにおける第２の非接続領域の少なくとも一方の領域には、第１のバンプ電極４と第２のバンプ電極５とを接続した際に、第１の半導体チップ２と第２の半導体チップ３との接続状態を強化する接着用突起８が局所的に設けられている。第１および第２の非接続領域の少なくとも一方の領域に設けられた接着用突起８は、第１および第２の非接続領域の他方の領域に接着されている。接着用突起８は第１の非接続領域と第２の非接続領域との間に局所的に設けられ、第１の半導体チップ２の上面２ａと第２の半導体チップ３の下面３ａにそれぞれ接着されている。

バンプ接続部６を介して接続された第１の半導体チップ２と第２の半導体チップ３との間の隙間には、アンダーフィル樹脂（樹脂）９が充填されている。第１の半導体チップ２の第１の非接続領域と第２の半導体チップ３の第２の非接続領域との間に接着用突起８を設けることによって、アンダーフィル樹脂９を充填する前の第１の半導体チップ２と第２の半導体チップ３との接続強度を高めることができる。すなわち、第１の半導体チップ２と第２の半導体チップ３とは、アンダーフィル樹脂９を充填する以前に、第１のバンプ電極４と第２のバンプ電極５との接続部６に加えて、接着用突起８により接続されている。従って、アンダーフィル樹脂９を充填する前の接続強度を高めることができる。

第１の半導体チップ２に設けられたバンプ電極４と第２の半導体チップ３に設けられたバンプ電極５とは、例えば加熱しながら圧着することにより接続される。半導体チップ２、３の表面には、通常保護膜としてポリイミド樹脂膜のような有機絶縁膜（絶縁膜）が設けられている。半導体チップ２、３を構成するシリコン基板の熱膨張係数は３ｐｐｍ程度であるのに対し、ポリイミド樹脂の熱膨張係数は３５ｐｐｍ程度と大きい。このため、半導体チップ２、３に反りが生じやすく、特に半導体チップ２、３の厚さが薄くなるほど反り量が大きくなる傾向がある。従って、接着用突起がない場合には、バンプ電極４、５を接続する際に、あるいは接続した後に、半導体チップ２、３の反りでバンプ電極４、５の接続部６が破断することがある。

図５に半導体チップの厚さと常温での半導体チップの反り量との関係の一例を示す。ここでは１辺の長さが１２ｍｍの半導体チップの単体でのシミュレーションによる反り量を示す。図５に示すように、半導体チップ２、３の厚さが薄くなるほど反り量が大きくなる。半導体チップ２、３に大きな反りが生じると、第１のバンプ電極４と第２のバンプ電極５とを接続したバンプ接続部６が破断するおそれがある。半導体チップ２、３の厚さが１００μｍの場合の不良発生率は０％、９０μｍの場合の不良発生率は１０％、８０μｍの場合の不良発生率は３０％である。これらに対して、半導体チップ２、３の厚さが７０μｍになると不良発生率が約１００％となる。

このような点に対して、第１の半導体チップ２と第２の半導体チップ３とをバンプ接続部６に加えて接着用突起８により接続することによって、第１の半導体チップ２と第２の半導体チップ３との接続強度が向上する。このため、熱圧着あるいはリフロー等によるバンプ接続後（アンダーフィル樹脂９の充填前）の半導体チップ２、３の反りを抑制することができる。従って、半導体チップ２、３の反りによりアンダーフィル樹脂９の充填前に第１のバンプ電極４と第２のバンプ電極５とのバンプ接続部６が破断することを抑制することができる。接続不良（オープン不良）の発生を抑制することが可能となる。

半導体チップ２、３の厚さが薄くなるほど、半導体チップ２、３の反りによるバンプ接続部６の破断が発生しやすくなる。実施形態の半導体装置１は、厚さが１００μｍ以下の半導体チップ２、３を用いる場合に有効であり、さらには厚さが７０μｍ以下の半導体チップ２、３を用いる場合により効果的である。さらに、バンプ電極４、５の形成面積が小さい場合に効果的である。従って、半導体装置１は半導体チップ２、３の表面２ａ、３ａに対するバンプ電極４、５の形成面積の比率が５％以下の場合に有効であり、さらに１％以下の場合により効果的である。

半導体装置１は、直径が６０μｍ以下のバンプ電極４、５を用いる場合に有効であり、さらに直径が４０μｍ以下のバンプ電極４、５を用いる場合により効果的である。バンプ電極４、５の直径は、接続安定性等を考慮して５μｍ以上とすることが好ましい。後述する他の実施形態による半導体装置も同様である。第１のバンプ電極４の直径と第２のバンプ電極５の直径とは、ほぼ同一でもよいし、また異なっていてもよい。例えば、第２のバンプ電極５を突起形状とし、第１のバンプ電極４をパッド形状とする場合、第１のバンプ電極４の直径を第２のバンプ電極５のそれより大きくすることによって、第２のバンプ電極５の第１のバンプ電極４に対する接続性を高めることができる。

さらに、接着用突起８は半導体チップ２、３間に局所的に設けられているため、第１の半導体チップ２と第２の半導体チップ３との位置合わせ精度や第１のバンプ電極４と第２のバンプ電極５との接続性を高めることができる。例えばＮＣＦ（Ｎｏｎ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｆｉｌｍ）のような接着機能と封止機能とを併せ持つ熱硬化性絶縁樹脂層を半導体チップ間の隙間全体に配置する方法では、第１の半導体チップと第２の半導体チップとを位置合わせする際に、アライメントマークの検出精度が低下する。マイクロバンプの形成ピッチが狭くなるほど、位置合わせ精度をより一層高めることが求められる。半導体装置１では、接着用突起８がアライメントマークを覆わずに局所的に設けられているため、アライメントマークの検出精度を高めることができ、それにより位置合わせ精度を向上させることが可能となる。

半導体チップ間の隙間全体に配置された熱硬化性絶縁樹脂層は、第１のバンプ電極と第２のバンプ電極との間に噛み込まれて接続性が低下するおそれがあるのに対し、局所的に設けられた接着用突起８はバンプ電極４、５間に噛み込まれないため、バンプ電極４、５間の接続性を低下させるおそれがない。従って、第１のバンプ電極４と第２のバンプ電極５との接続性を向上させることができる。さらに、半導体チップの隙間全体に配置される熱硬化性絶縁樹脂層がある場合には、半導体チップ間の接続時や接着時に巻き込みボイドを発生しやすい。接続領域に発生したボイドは、バンプ接続部が樹脂で覆われていない状態を生じさせることがあるため、電極間でショートが発生するおそれがある。半導体装置１では、接着用突起８を用いて半導体チップ２、３間の接続強度を高めつつ、バンプ電極４、５間を接続し、その上でアンダーフィル樹脂９を充填している。このため、バンプ接続部６を確実に覆った状態で封止することができる。従って、半導体装置１の信頼性を高めることが可能となる。

上述した半導体装置１は、例えば以下のようにして作製される。半導体装置１の製造工程について、図２、図３および図４を参照して説明する。図２（ａ）に示すように、第１のバンプ電極４を有する第１の半導体チップ２と第２のバンプ電極５を有する第２の半導体チップ３とを用意する。図２（ａ）において、ストッパ用突起７は第２の半導体チップ３の下面３ａにおける第２の非接続領域に形成されている。接着用突起８は第１の半導体チップ２の上面２ａにおける第１の非接続領域に形成されている。ストッパ用突起７および接着用突起８は第１および第２の非接続領域の少なくとも一方に形成されていればよく、例えば両方の領域に形成されていてもよい。

ストッパ用突起７は、例えばポリイミド樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂を用いることが好ましい。接着用突起８は、例えばエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂等を用いた熱硬化性樹脂で形成することが好ましい。ストッパ用突起７や接着用突起８は、リソグラフィ技術やディスペンサによる塗布技術を適用して形成したり、フィルムの接着により形成することができる。液状の熱硬化性樹脂組成物を塗布して接着用突起８を形成する場合、半導体チップ２、３を接着する前に半硬化状態としておくことが好ましい。あるいは、速硬化型の材料を用いて、半導体チップ２、３の接着、接続時の時間を短縮することが好ましい。

図３にストッパ用突起７および接着用突起８の配置例を示す。図３（ａ）は第１の半導体チップ２の上面（バンプ電極形成面）２ａを示している。図３（ｂ）は第２の半導体チップ３の下面（バンプ電極形成面）３ａを示している。バンプ電極４、５はそれぞれ半導体チップ２、３の表面２ａ、３ａの中央付近に配置されており、ストッパ用突起７はその周囲を含めて第２の半導体チップ３の表面全体に配置されている。接着用突起８はストッパ用突起７の間等に配置されている。図４に第１の半導体チップ２と第２の半導体チップ３とを組合せた状態におけるストッパ用突起７と接着用突起８の配置を示す。

図３は直径が２０〜１０００μｍ程度のストッパ用突起７と同様な形状を有する接着用突起８を示しているが、ストッパ用突起７および接着用突起８のサイズと形状はこれに限られるものではない。接着用突起８を液状樹脂の塗布やフィルムの接着等により形成する場合、ある程度の面積を有していることが好ましい。図６（ｂ）に示すように、ストッパ用突起７を配置する際に、第２の半導体チップ３の表面全体に配置するのではなく、一部に空白領域（ストッパ用突起７の未配置領域）を形成する。図６（ａ）に示すように、ストッパ用突起７の未配置領域に対応させた領域に接着用突起８を配置する。図７にストッパ用突起７と接着用突起８とを組合せた配置を示す。このような配置を適用することで、液状樹脂の塗布やフィルムの接着等による接着用突起８の形成性が向上する。図６および図７はバンプ電極４、５を半導体チップ２、３の四隅にも配置した構造を示している。

第１の半導体チップ２と第２の半導体チップ３との第１の接続方法について述べる。図２（ａ）に示すように、ステージ１１上に載置され、かつ吸着保持された第１の半導体チップ２上に、ボンディングヘッド１２に吸着保持された第２の半導体チップ３を配置する。図示を省略したカメラ等で第１および第２の半導体チップ２、３のアライメントマークを検出して、第２の半導体チップ３を第１の半導体チップ２上に対して位置合わせする。次いで、図２（ｂ）に示すように、ストッパ用突起７で半導体チップ２、３間の隙間を維持しつつ、第１の半導体チップ２と第２の半導体チップ３とを、バンプ電極４、５の接続温度以上で、かつ接着用突起８を構成する熱硬化性樹脂が硬化する温度以上の温度で圧着する。

このような熱圧着工程によって、第１のバンプ電極４と第２のバンプ電極５とを接続すると共に、接着用突起８を第１および第２の半導体チップ２、３の表面２ａ、３ａに接着させる。バンプ電極４、５の接続温度とは、バンプ電極４、５の少なくとも一方を半田で形成した場合、半田の融点以上の温度である。第１の接続方法において、接着用突起８を構成する熱硬化性樹脂が硬化する温度と時間以上で接着用突起８をキュアする工程や、バンプ電極４、５の接続温度以上の温度でバンプ電極４、５を圧着またはリフローする工程を補助的に実施してもよい。

第１の半導体チップ２と第２の半導体チップ３との第２の接続方法について述べる。第１の方法と同様に、第１の半導体チップ２と第２の半導体チップ３とを位置合わせする。第１の半導体チップ２と第２の半導体チップ３とを、バンプ電極４、５の接続温度未満で、かつ接着用突起８を構成する熱硬化性樹脂が接着性を発現して硬化し始める温度および時間以上で圧着して、第１のバンプ電極４と第２のバンプ電極５とを仮固定する。接着用突起８を構成する熱硬化性樹脂が硬化する温度と時間以上で接着用突起８を熱処理することによって、接着用突起８をキュアする。バンプ電極４、５の接続温度以上の温度で圧着またはリフローすることで、第１のバンプ電極４と第２のバンプ電極５とを接続する。

第２の接続方法において、第１のバンプ電極４と第２のバンプ電極５との仮固定を、接着用突起８を構成する熱硬化性樹脂が硬化する温度と時間以上で実施することによって、バンプ電極４、５の仮固定と同時に接着用突起８を硬化させてもよい。あるいは、第１のバンプ電極４と第２のバンプ電極５との接続を、接着用突起８を構成する熱硬化性樹脂が硬化する温度と時間以上で実施することで、バンプ電極４、５の接続と同時に接着用突起８を硬化させてもよい。これらの場合、接着用突起８のキュア工程を省略してもよい。

第１の接続方法または第２の接続方法で第１の半導体チップ２と第２の半導体チップ３とを接続した後、図２（ｃ）に示すように、第１の半導体チップ２と第２の半導体チップ３との間の隙間にアンダーフィル樹脂９を充填して硬化させることによって、半導体装置１が製造される。ここでは図示を省略したが、半導体装置１は外部接続端子を有する配線基板やリードフレーム等の回路基材上に搭載されてＳｉＰ構造の半導体装置等として使用される。半導体装置１と回路基材との接続は、フリップチップボンディングやワイヤボンディング等により実施される。

上述したように、アンダーフィル樹脂９を充填する前の段階において、第１の半導体チップ２と第２の半導体チップ３とがバンプ接続部６に加えて接着用突起８により接続されているため、熱圧着もしくはリフロー後の半導体チップ２、３の反りを抑制することができる。従って、半導体チップ２、３の反りによって、アンダーフィル樹脂９の充填前に第１のバンプ電極４と第２のバンプ電極５との接続部が破断することを抑制することができる。よって、バンプ電極４、５間の接続不良（オープン不良）の発生が抑制される。

図８は半導体装置１の第２の製造工程を示している。図８（ａ）に示すように、ストッパ用突起７の高さｈは第１のバンプ電極４の高さＨ１と第２のバンプ電極５の高さＨ２との合計高さ（Ｈ１＋Ｈ２）より低いことが好ましい。このような条件（ｈ＜Ｈ１＋Ｈ２）を満足させることによって、第１のバンプ電極４と第２のバンプ電極５とをより確実に接続することができる。図８（ｂ）に示すように、第２のバンプ電極５を第１のバンプ電極４に接触させる。この段階では、ストッパ用突起７は第１の半導体チップ２の表面に接触していない。さらに、図８（ｃ）に示すように、ストッパ用突起７が第１の半導体チップ２の表面に接触するまで、例えば第２のバンプ電極５を変形させる。

第２のバンプ電極５を変形させる工程は、第１のバンプ電極４と第２のバンプ電極５とが接続する温度で圧着する工程であってもよいし、あるいは接着用突起８を構成する熱硬化性樹脂が接着性を発現して硬化し始める温度および時間以上で第１のバンプ電極４と第２のバンプ電極５とを仮固定する工程であってもよい。他の工程は第１の製造工程と同様に実施される。上述した条件（ｈ＜Ｈ１＋Ｈ２）を満足させることで、ストッパ用突起７により維持される間隔が広くなりすぎて、第１のバンプ電極４と第２のバンプ電極５との接続が不十分になる（バンプ電極４、５の接触状態が不十分になる）ことが防止される。

（第２の実施形態）
第２の実施形態による半導体装置について説明する。図９は第２の実施形態の半導体装置を示す図である。第１の実施形態と同一部分については、同一符号を付して一部説明を省略する場合がある。図９に示す半導体装置２０は、第１の半導体チップ２１と第２の半導体チップ２２と第３の半導体チップ２３とを積層した構造を有している。ここでは第１ないし第３の半導体チップ２１、２２、２３を積層した半導体装置２０について述べるが、半導体チップの積層数は４層以上であってもよい。第３の半導体チップ２３の積層工程を繰り返すことで、必要数の半導体チップを積層した半導体装置を得ることができる。

第１の半導体チップ２１の上面（第１の表面）は第１の接続領域を有し、第１の接続領域内に第１のバンプ電極４が形成されている。第２の半導体チップ２２の下面（第２の表面）は第２の接続領域を有し、第２の接続領域内に第２のバンプ電極５が形成されている。第２の半導体チップ２２は、第２のバンプ電極５を第１のバンプ電極４と接続しつつ、第１の半導体チップ２１上に積層されている。第１の半導体チップ２１と第２の半導体チップ２２とは、第１の実施形態と同様に、第１のバンプ接続部６Ａを介して電気的および機械的に接続されている。

第２の半導体チップ２２上に第３の半導体チップ２３が積層されるため、第２の半導体チップ２２の上面（第３の表面）は第３の接続領域を有し、第３の接続領域内に第３のバンプ電極２４が設けられている。第２のバンプ電極５と第３のバンプ電極２４とは、第２の半導体チップ２２内に設けられた貫通電極（Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｖｉａ：ＴＳＶ）２５Ａを介して電気的に接続されている。第３の半導体チップ２３の下面（第４の表面）は第４の接続領域を有し、第４の接続領域内に第４のバンプ電極２６が形成されている。第２の半導体チップ２２と第３の半導体チップ２３とは、第２のバンプ接続部６Ｂを介して電気的および機械的に接続されている。第４のバンプ電極２６は、第３の半導体チップ２３の上面に設けられた電極２７と貫通電極（ＴＳＶ）２５Ｂを介して電気的に接続されている。

第１の半導体チップ２１の上面における第１の非接続領域、および第２の半導体チップ２２の下面における第２の非接続領域の少なくとも一方の領域には、第１のストッパ用突起７Ａおよび第１の接着用突起８Ａがそれぞれ局所的に設けられている。ストッパ用突起７Ａの先端は、第１および第２の非接続領域の他方の領域と非接着状態で接触している。第１および第２の非接続領域の少なくとも一方の領域に局所的に設けられた接着用突起８Ａは、第１および第２の非接続領域の他方の領域に接着されており、第１の半導体チップ２１の上面と第２の半導体チップ２２の下面とを接着している。

同様に、第２の半導体チップ２２の上面における第３の非接続領域、および第３の半導体チップ２３の下面における第４の非接続領域の少なくとも一方の領域には、第２のストッパ用突起７Ｂおよび第２の接着用突起８Ｂがそれぞれ局所的に設けられている。ストッパ用突起７Ｂの先端は、第３および第４の非接続領域の他方の領域と非接着状態で接触している。第３および第４の非接続領域の少なくとも一方の領域に設けられた接着用突起８Ｂは、第３および第４の非接続領域の他方の領域に接着されている。接着用突起８Ｂは第３の非接続領域と第４の非接続領域との間に局所的に設けられ、第２の半導体チップ２２の上面と第３の半導体チップ２３の下面にそれぞれ接着されている。

上述したように、３個の半導体チップ２１、２２、２３、もしくはそれ以上の半導体チップを積層する場合においても、アンダーフィル樹脂９の充填前の半導体チップ間の接続強度を接着用突起８Ａ、８Ｂで高めることによって、熱圧着もしくはリフロー後における半導体チップの反りを抑制することができる。従って、第１および第２のバンプ電極４、５間と第３および第４のバンプ電極２４、２６間の接続不良（オープン不良）を抑制することが可能となる。ストッパ用突起７Ａ、７Ｂおよび接着用突起８Ａ、８Ｂの形成材料、形成箇所、配置形状等については、第１の実施形態と同様である。

第２の実施形態の半導体装置２０は、例えば図１０に示すような半導体パッケージ３０として使用される。図１０に示す半導体パッケージ３０において、半導体装置２０は外部接続端子３１と内部接続端子３２とを有する配線基板３３上に搭載されている。配線基板３３の内部接続端子３２は、半導体装置２０の最上段の半導体チップ２３の上面に形成された再配線層３４とボンディングワイヤ３５とを介して、半導体装置２０と電気的に接続されている。配線基板３３上には、半導体装置２０をボンディングワイヤ３５等と共に封止する樹脂封止層３６が形成されている。

半導体装置２０と配線基板３３と電気的な接続は、フリップチップボンディングにより実施してもよい。図１１は半導体装置２０と配線基板３２とをフリップチップボンディングした状態を示している。半導体装置２０をフリップチップボンディングするため、第１の半導体チップ２１の下面には第５のバンプ電極２８が設けられている。第５のバンプ電極２８と第１のバンプ電極４とは、第１の半導体チップ２１内に設けられた貫通電極（ＴＳＶ）２５Ｃを介して電気的に接続されている。第１の半導体チップ２１は、基板３３上に実装されている。基板３３と第１の半導体チップ２１とは、基板３３の内部接続端子３２上に設けられた第６のバンプ電極２９と第５のバンプ電極２８との接続体（バンプ接続部）６Ｃを介して電気的および機械的に接続されている。

第１の半導体チップ２１の下面における非接続領域、および基板３３の表面の少なくとも一方の領域には、第３のストッパ用突起７Ｃおよび第３の接着用突起８Ｃがそれぞれ局所的に設けられている。ストッパ用突起７Ｃの先端は、第１の半導体チップ２１の下面における非接続領域および基板３３の表面の他方の領域と非接着状態で接触している。第１の半導体チップ２１の下面における非接続領域および基板３３の表面の少なくとも一方の領域に設けられた接着用突起８Ｃは、第１の半導体チップ２１の下面における非接続領域および基板３３の表面の他方の領域に接着されている。

図１２は図１０に示す半導体パッケージ３０の変形例を示している。半導体装置２０を構成する半導体チップ２１〜２３がＮＡＮＤ型フラッシュメモリのようなメモリチップである場合、半導体装置２０上にはコントローラチップやインタフェースチップのような外部デバイスとの間でデータ通信を行う半導体チップ３７が搭載されていてもよい。半導体チップ３７は半田バンプ３８を介して半導体装置２０と接続されている。半導体装置２０は、半導体チップ３７やボンディングワイヤ３５等を介して配線基板３３と電気的に接続されている。図１３に示すように、半導体装置２０は積層順の最上段（紙面最下段）に位置する半導体チップ３７に設けられた半田バンプ３９を介して、配線基板３３と電気的および機械的に接続されていてもよい。

第２の実施形態による半導体装置２０の製造工程について、図１４を参照して説明する。図１４はステージ１１とボンディングヘッド１２の図示を省略したが、基本的には第１の実施形態と同様にして積層工程が実施される。

第１の半導体チップ２１と第２の半導体チップ２２と第３の半導体チップ２３との第１の接続方法について述べる。図１４（ａ）に示すように、第１のバンプ電極４と第１の接着用突起８Ａとを有する第１の半導体チップ２１と、第２のバンプ電極５と第１のストッパ用突起７Ａとを有する第２の半導体チップ２２とを位置合わせする。図１４（ｂ）に示すように、第１の半導体チップ２１と第２の半導体チップ２２とを、バンプ電極４、５の接続温度以上で、かつ接着用突起８Ａを構成する熱硬化性樹脂が硬化する温度以上の温度で圧着することによって、第１および第２のバンプ電極４、５を接続する。

図１４（ｃ）に示すように、第２の半導体チップ２２の上面における第３の非接続領域に第２の接着用突起８Ｂを形成する。第２の接着用突起８Ｂは、ディスペンサによる塗布やフィルムの接着等により形成することが好ましい。図１４（ｄ）に示すように、第４のバンプ電極２６と第２のストッパ用突起７Ｂとを有する第３の半導体チップ２３を、第２の半導体チップ２２に対して位置合わせする。図１４（ｅ）に示すように、第２の半導体チップ２２と第３の半導体チップ２３とを、バンプ電極２４、２６の接続温度以上で、かつ接着用突起８Ｂを構成する熱硬化性樹脂が硬化する温度以上の温度で圧着することによって、第３および第４のバンプ電極２４、２６を接続する。

第１の接続方法において、接着用突起を構成する熱硬化性樹脂が硬化する温度と時間以上で接着用突起をキュアする工程や、バンプ電極の接続温度以上の温度でバンプ電極を圧着またはリフローする工程を補助的に実施してもよい。

第１の半導体チップ２１と第２の半導体チップ２２と第３の半導体チップ２３との第２の接続方法について述べる。第１のバンプ電極４と第１の接着用突起８Ａとを有する第１の半導体チップ２１と、第２のバンプ電極５と第１のストッパ用突起７Ａとを有する第２の半導体チップ２２とを位置合わせする。接着用突起８Ａを構成する熱硬化性樹脂が接着性を発現して硬化し始める温度および時間以上で、第１のバンプ電極４と第２のバンプ電極５とを仮固定する。

第２の半導体チップ２２の上面における第３の非接続領域に第２の接着用突起８Ｂを形成する。第４のバンプ電極２６と第２のストッパ用突起７Ｂとを有する第３の半導体チップ２３を、第２の半導体チップ２２に対して位置合わせする。接着用突起８Ｂを構成する熱硬化性樹脂が接着性を発現して硬化し始める温度および時間以上で、第３のバンプ電極２４と第４のバンプ電極２６とを仮固定する。

第１ないし第３の半導体チップ２１、２２、２３の積層体をオーブン内に配置し、接着用突起８Ａ、８Ｂを構成する熱硬化性樹脂が硬化する温度と時間以上で加熱する。接着用突起８Ａ、８Ｂを硬化させることで、第１の半導体チップ２１と第２の半導体チップ２２との間を接着用突起８Ａで接着し、かつ第２の半導体チップ２２と第３の半導体チップ２３との間を接着用突起８Ｂで接着する。半導体チップ間を接着用突起８Ａ、８Ｂで接着したチップ積層体を、バンプ電極の接続温度以上の温度で圧着またはリフローする。

圧着工程は、接着用突起８Ａ、８Ｂを硬化させたチップ積層体を加熱しつつ圧着することにより実施される。リフロー工程を適用する場合には、半導体チップ間を接着用突起８Ａ、８Ｂで接着したチップ積層体をリフロー炉内に配置する。リフロー炉内を還元雰囲気とした状態で、バンプ電極の接続温度以上の温度に加熱することによって、第１のバンプ電極４と第２のバンプ電極５とを接続すると共に、第３のバンプ電極２４と第４のバンプ電極２６とを接続する。リフロー工程は還元雰囲気中で実施することが好ましい。これによって、バンプ電極の表面酸化膜を除去しつつ、バンプ接続部を得ることができる。

第２の接続方法において、接着用突起８Ａ、８Ｂのキュア処理は、バンプ電極の仮固定と同時に実施してもよい。この場合には、バンプ電極の仮固定を接着用突起８Ａ、８Ｂを構成する熱硬化性樹脂が硬化する温度と時間以上で実施する。あるいは、接着用突起８Ａ、８Ｂのキュア処理は、バンプ電極の接続と同時に実施してもよい。この場合には、バンプ電極の接続を接着用突起８Ａ、８Ｂを構成する熱硬化性樹脂が硬化する温度と時間以上で実施する。接着用突起８Ａ、８Ｂの硬化反応が不十分であると、接着用突起８Ａ、８Ｂと半導体チップ２１、２２、２３との接着が不十分であるために剥がれが生じ、バンプ接続部６が破断して接続不良が発生するおそれがある。従って、接着性が維持される範囲で、接着用突起８Ａ、８Ｂを十分に硬化させることが好ましい。

第１の半導体チップ２１と第２の半導体チップ２２と第３の半導体チップ２３との第３の接続方法について述べる。第２の接続方法と同様に、第１のバンプ電極４と第２のバンプ電極５とを仮固定する。第２の半導体チップ２２の上面における第３の非接続領域に第２の接着用突起８Ｂを形成する。第４のバンプ電極２６と第２のストッパ用突起７Ｂとを有する第３の半導体チップ２３を、第２の半導体チップ２２に対して位置合わせする。第２の半導体チップ２２と第３の半導体チップ２３とを、バンプ電極２４、２６の接続温度以上で、かつ接着用突起８Ｂを構成する熱硬化性樹脂が硬化する温度と時間以上で圧着することによって、第３および第４のバンプ電極２４、２６を接続する。

このように、最上段の半導体チップ２３はバンプ電極の接続温度以上の温度に加熱しつつ圧着することが好ましい。それ以外の半導体チップ２１、２２はバンプ電極の接続温度未満の温度に加熱しつつ圧着する。これによって、チップ積層体の強度が向上する。全ての半導体チップ２１、２２、２３をバンプ電極の接続温度以上の温度で圧着すると、半導体チップ２１、２２、２３に対する熱負荷が増大する。最上段の半導体チップ２３のみをバンプ電極の接続温度以上の温度に加熱しつつ圧着することで、半導体チップ２１、２２、２３に対する熱負荷を低減しつつ、チップ積層体の強度を高めることができる。

最上段の半導体チップ２３をバンプ電極の接続温度以上の温度で熱圧着することによって、第１のバンプ電極４と第２のバンプ電極５、および第３のバンプ電極２４と第４のバンプ電極２６間とが接続される。第３の接続方法において、接着用突起８Ａ、８Ｂをキュア処理する工程や、チップ積層体の圧着またはリフローする工程を、補助的に実施してもよい。図１２に示す半導体パッケージのように、第１ないし第３の半導体チップ２１、２２、２３と最上段の半導体チップ３７とのサイズが異なる場合や、バンプ電極の配列が異なる場合には、第３の半導体チップ２３および最上段の半導体チップ３７を、それぞれバンプ電極の接続温度以上の温度に加熱しつつ圧着することが好ましい。それ以外の半導体チップ２１、２２はバンプ電極の接続温度未満の温度に加熱しつつ圧着する。

第１、第２、または第３の接続方法で第１ないし第３の半導体チップ２１、２２、２３を接続した後、図１４（ｆ）に示すように、第１の半導体チップ２１と第２の半導体チップ２２との隙間、および第２の半導体チップ２２と第３の半導体チップ２３との隙間に、それぞれアンダーフィル樹脂９を充填して硬化させる。このようにして、第２の実施形態による半導体装置２０が製造される。３個もしくはそれ以上の半導体チップを積層する場合においても、アンダーフィル樹脂９の充填前の半導体チップ間の接続強度を接着用突起８Ａ、８Ｂで高めることで、熱圧着もしくはリフロー後における半導体チップの反りを抑制することができる。従って、第１および第２のバンプ電極４、５間、第３および第４のバンプ電極２４、２６間の接続不良（オープン不良）を抑制することが可能となる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態による半導体装置の構成と製造工程について、図１５および図１６を参照して説明する。第３の実施形態による半導体装置４０は、第１および第２の実施形態におけるストッパ用突起７および接着用突起８に代えて、ストッパ兼接着用突起４１を有している。第１および第２の実施形態と同一部分については、同一符号を付して一部説明を省略する場合がある

図１５に示す半導体装置４０は、ストッパ兼接着用突起４１と第１のバンプ電極４とを有する第１の半導体チップ２と、第２のバンプ電極５を有する第２の半導体チップ３とを備えている。第１の半導体チップ２と第２の半導体チップ３とは、第１のバンプ電極４と第２のバンプ電極５との接続体（バンプ接続部６）を介して、電気的および機械的に接続されている。ストッパ兼接着用突起４１は、第１の半導体チップ２の上面（第１の表面）２ａにおける非接続領域に局所的に設けられており、第１の半導体チップ２の上面２ａと第２の半導体チップ３の下面３ａにそれぞれ接着されている。第１の半導体チップ２と第２の半導体チップ３との間の隙間には、アンダーフィル樹脂９が充填されている。

第１の半導体チップ２の上面２ａに設けられたストッパ兼接着用突起４１は、第１の半導体チップ２と第２の半導体チップ３とを圧着した際に、それらの隙間（ギャップ）を保持し、かつ加熱した際に第２の半導体チップ３の下面３ａに接着されるものである。従って、ストッパ用突起７と接着用突起８とを用いた第１の実施形態と同様に、圧着時における第１の半導体チップ２と第２の半導体チップ３との間の隙間（ギャップ）を維持しつつ、アンダーフィル樹脂９を充填する前の第１の半導体チップ２と第２の半導体チップ３との接続強度を高めることができる。これらによって、バンプ電極４、５間の接続信頼性を向上させることが可能となる。

ストッパ兼接着用突起４１は、例えば感光性および熱硬化性を有する樹脂を用いて形成される。感光性および熱硬化性樹脂の具体例としては、感光性接着剤樹脂のような感光剤を含有する熱硬化性樹脂が挙げられる。感光性および熱硬化性樹脂によれば、突起４１の形成段階においては、紫外線等の照射により硬化するため、ストッパとして機能させることができる。さらに、加熱時には熱硬化するため、第１および第２の半導体チップ２、３の表面と強固に接着し、接着剤（接着用突起）として機能する。ストッパ兼接着用突起４１は、感光性および熱硬化性を有する樹脂で形成したものに限らす、例えば耐熱樹脂製突起の先端に接着剤層を形成したものであってもよい。これによっても、同様なストッパ機能と接着機能とを得ることができる。ストッパ兼接着用突起４１は、第２の半導体チップ３の下面３ａに設けてもよい。

第３の実施形態の半導体装置４０は、例えば以下のようにして作製される。図１６（ａ）に示すように、第１のバンプ電極４とストッパ兼接着用突起４１とを有する第１の半導体チップ２と、第２のバンプ電極５を有する第２の半導体チップ３とを用意する。図１７および図１８にストッパ兼接着用突起４１の配置例を示す。図１７（ａ）は第１の半導体チップ２の上面（バンプ電極形成面）２ａを示している。図１７（ｂ）は第２の半導体チップ３の下面（バンプ電極形成面）３ａを示している。図１８は第１の半導体チップ２と第２の半導体チップ３とを組合せた状態を示している。ストッパ兼接着用突起４１は、半導体チップ２の中央付近に存在するバンプ電極４の周囲を含めて、第１の半導体チップ２の表面全体に配置されている。

次に、第１の実施形態と同様に、第１の半導体チップ２と第２の半導体チップ３とを位置合わせする。図１６（ｂ）に示すように、ストッパ兼接着用突起４１で隙間を維持しつつ、第１の半導体チップ２と第２の半導体チップ３とを熱圧着する。このような熱圧着工程によって、第１のバンプ電極４と第２のバンプ電極５とを接続すると共に、ストッパ兼接着用突起４１を第１および第２の半導体チップ２、３の表面２ａ、３ａに接着する。第１の半導体チップ２と第２の半導体チップ３との接続工程は、第１の実施形態における第１または第２の接続方法と同様に実施される。

この後、図１６（ｃ）に示すように、第１の半導体チップ２と第２の半導体チップ３との間の隙間にアンダーフィル樹脂９を充填して硬化させることによって、半導体装置４０が製造される。アンダーフィル樹脂９を充填する前の段階において、第１の半導体チップ２と第２の半導体チップ３とがバンプ接続部６に加えて、ストッパ兼接着用突起４１により接続されているため、熱圧着もしくはリフロー後における半導体チップ２、３の反りを抑制することができる。従って、半導体チップ２、３の反りによって、アンダーフィル樹脂９の充填前に第１のバンプ電極４と第２のバンプ電極５との接続部が破断することによる接続不良（オープン不良）の発生を抑制することが可能となる。

３個以上の半導体チップを積層する場合には、半導体チップの積層工程を繰り返し実施すればよい。図１９は３個の半導体チップ２１、２２、２３を積層して構成した半導体装置４２を示している。半導体装置４２は、第２の実施形態における第１、第２、または第３の接続方法と同様な方法を適用することにより作製される。半導体チップ２１、２２、２３を、第２の実施形態における第１、第２、または第３の接続方法と同様にして接続する。ストッパ兼接着用突起４１は、積層する際に上側に位置する半導体チップ（２２、２３）の下面に形成されていることが好ましい。この後、第１の半導体チップ２１と第２の半導体チップ２２との隙間、および第２の半導体チップ２２と第３の半導体チップ２３との隙間に、それぞれアンダーフィル樹脂９を充填して硬化させる。

（第４の実施形態）
第４の実施形態による半導体装置の構成について、図２０、図２１、図２２および図２３を参照して説明する。第４の実施形態による半導体装置は、第１および第２の実施形態における接着用突起８、または第３の実施形態におけるストッパ兼接着用突起４１に、アンダーフィル樹脂のはみ出し抑制機能を持たせたものである。なお、それら以外の構成については、第１ないし第３の実施形態と同一であるため、ここでは説明を省略する。

図２０はアンダーフィル樹脂のはみ出し抑制機能を有する接着用突起８の配置例を示している。図２０（ａ）は第１の半導体チップ２の上面２ａを示している。図２０（ｂ）は第２の半導体チップ３の下面３ａを示している。図２１は第１の半導体チップ２と第２の半導体チップ３とを組合せた状態を示している。接着用突起８は、半導体チップ２の対向する２つの外形辺に沿って、半導体チップ２の外周領域に設けられている。このような接着用突起８によれば、アンダーフィル樹脂の注入辺とそれと対向する辺以外からのアンダーフィル樹脂のはみ出しを抑制することができる。

図２２はアンダーフィル樹脂のはみ出し抑制機能を有するストッパ兼接着用突起４１の配置例を示している。図２２（ａ）は第１の半導体チップ２の上面２ａを示している。図２２（ｂ）は第２の半導体チップ３の下面３ａを示している。図２３は第１の半導体チップ２と第２の半導体チップ３とを組合せた状態を示している。ストッパ兼接着用突起４１は、半導体チップ２の外周領域とバンプ電極４の周囲に設けられている。半導体チップ２の外周領域において、ストッパ兼接着用突起４１はアンダーフィル樹脂の注入辺を除く外形辺に沿って配置されている。このようなストッパ兼接着用突起４１によれば、アンダーフィル樹脂の注入辺以外からのアンダーフィル樹脂のはみ出しが抑制される。

半導体チップ２の３つの外形辺に沿ってストッパ兼接着用突起４１を配置する場合、アンダーフィル樹脂の充填は、例えば減圧下で充填した後に大気圧に開放する方法、樹脂を充填した後に加圧下でキュアする方法により実施することが有効である。これらの方法は充填時に発生したボイドを差圧で押し潰す方法である。特に、ストッパ兼接着用突起４１を図２２（ａ）に示すように配置する場合に、圧力が効率よく加わり、ボイドを効果的に押し潰すことができる。図２０および図２１に示す接着用突起８の配置をストッパ兼接着用突起４１に適用してもよい。図２２および図２３に示すストッパ兼接着用突起４１の配置を接着用突起８に適用してもよい。

（第５の実施形態）
第５の実施形態による半導体装置の構成と製造工程について、図２４、図２５および図２６を参照して説明する。第５の実施形態による半導体装置５０は、ストッパ用突起７および接着用突起８の接触面、もしくはストッパ兼接着用突起４１の接触面に設けられた有機絶縁膜（絶縁膜）５１を備えている。それ以外の構成は、基本的には第１ないし第３の実施形態と同一である。第１ないし第３の実施形態と同一部分については、同一符号を付して一部説明を省略する場合がある。ここではストッパ兼接着用突起４１を用いた半導体装置５０について主として説明するが、ストッパ用突起７および接着用突起８を適用する場合も同様である。

図２４に示す半導体装置５０は、第１のバンプ電極４を有する第１の半導体チップ２と、第２のバンプ電極５とストッパ兼接着用突起４１とを有する第２の半導体チップ３とを備えている。第１の半導体チップ２と第２の半導体チップ３とは、第１のバンプ電極４と第２のバンプ電極５とのバンプ接続部６を介して、電気的および機械的に接続されている。ストッパ兼接着用突起４１は、第２の半導体チップ３の下面３ａにおける非接続領域に局所的に設けられており、第１の半導体チップ２に接着されている。第１の半導体チップ２と第２の半導体チップ３との間にはアンダーフィル樹脂９が充填されている。

第１の半導体チップ２の上面２ａには第１のバンプ電極４に加えて、Ａｌ配線膜等を用いた表面配線５２が形成されている場合がある。表面配線５２は所望のパターンに応じて形成されているため、表面配線５２が存在する部分と存在しない部分とがある。表面配線５２の有無によって、第１の半導体チップ２の上面２ａには１〜２μｍ程度の凹凸が生じている。表面配線５２が存在していない部分に配置されたストッパ兼接着用突起４１と第１の半導体チップ２の上面２ａと間には隙間が生じ、ストッパや接着剤として機能させることができない。そこで、第５の実施形態の半導体装置５０においては、第１の半導体チップ２の上面２ａにおける非接続領域を有機絶縁膜５１で覆っている。

第１の半導体チップ２の上面２ａにおける非接続領域を有機絶縁膜５１で覆うことによって、ストッパ兼接着用突起４１の接触高さが均一になり、全てのストッパ兼接着用突起４１をストッパおよび接着剤として良好に機能させることができる。有機絶縁膜５１には、ポリイミド系樹脂やフェノール系樹脂等の熱硬化性樹脂が適用される。有機絶縁膜５１は、さらにキュア温度が２５０℃以下の熱硬化性樹脂、例えば低温キュアのポリイミド系樹脂やフェノール系樹脂が好ましい。有機絶縁膜５１は、例えばスピンコートによる塗布工程とリソグラフィ工程と現像工程とにより形成される。

有機絶縁膜５１はストッパ兼接着用突起４１の接着面に形成される。図２４に示す半導体装置５０において、ストッパ兼接着用突起４１は予め第２の半導体チップ３の下面３ａに設けられているため、有機絶縁膜５１は第１の半導体チップ２の上面２ａの非接続領域に設けられる。ストッパ兼接着用突起４１を第１の半導体チップ２の上面２ａに設ける場合、有機絶縁膜５１は第２の半導体チップ３の下面３ａの非接続領域に設けられる。ストッパ兼接着用突起４１に代えて、ストッパ用突起７および接着用突起８を適用する場合も同様である。有機絶縁膜５１は、ストッパ用突起７や接着用突起８が形成されたチップ面と対向する半導体チップの面の非接続領域に設けられる。

有機絶縁膜５１は、ストッパ兼接着用突起４１の接触面の高さを均一にする、言い換えると接触面を平坦化する効果に加えて、ストッパ兼接着用突起４１の接着信頼性を向上させる効果を有する。ストッパ兼接着用突起４１は、例えば８０〜２００ｐｐｍ／℃程度の線膨張係数を有するのに対し、半導体チップ２の表面に設けられた無機絶縁膜の線膨張係数は、例えば０．１〜１０ｐｐｍ／℃程度である。このため、有機絶縁膜５１を形成しない場合には、ストッパ兼接着用突起４１と無機絶縁膜との熱膨張差により剥離が生じやすくなる。これに対して、有機絶縁膜５１の線膨張係数は、例えば４０〜７０ｐｐｍ／℃程度であるため、ストッパ兼接着用突起４１との熱膨張差が低減される。従って、ストッパ兼接着用突起４１の剥離を抑制することができる。

上記したように有機絶縁膜５１を設けると、その膜厚の分だけストッパ兼接着用突起４１の高さを減少させることできる。周囲の環境等により熱変化が生じた場合に、ストッパ兼接着用突起４１の高さ方向の変動が減少するため、ストッパ兼接着用突起４１の接着信頼性が向上する。ストッパ兼接着用突起４１の高さを低減するために、有機絶縁膜５１はストッパ兼接着用突起４１の接着面（第１の半導体チップ２の上面２ａ）に加えて、ストッパ兼接着用突起４１の形成面（第２の半導体チップ３の下面３ａ）に形成することも有効である。ストッパ兼接着用突起４１に代えて、ストッパ用突起７および接着用突起８を適用する場合も同様である。

第５の実施形態の半導体装置５０は、例えば以下のようにして作製される。図２５（ａ）に示すように、第１のバンプ電極４を有する第１の半導体チップ２と、第２のバンプ電極５とストッパ兼接着用突起４１とを有する第２の半導体チップ３とを用意する。図２６にストッパ兼接着用突起４１および有機絶縁膜５１の形成例を示す。図２６（ａ）は第１の半導体チップ２の上面２ａを示している。図２６（ｂ）は第２の半導体チップ３の下面３ａを示している。有機絶縁膜５１は、第１の半導体チップ２の上面２ａの非接続領域、すなわちバンプ電極４の形成位置を除く領域全体に形成されている。

第１の半導体チップ２と第２の半導体チップ３とを位置合わせした後、図２５（ｂ）に示すように、第１のバンプ電極４と第２のバンプ電極５とを接触させ、さらにストッパ兼接着用突起４１Ａが有機絶縁膜５１に接触するまでバンプ電極４、５を変形させる。第１の実施形態における第１または第２の接続方法と同様にして、第１の半導体チップ２と第２の半導体チップ３とを接続する。この後、前述した第３の実施形態と同様に、第１の半導体チップ２と第２の半導体チップ３との間の隙間にアンダーフィル樹脂９を充填して硬化させることによって、半導体装置５０が製造される。

ここでは２個の半導体チップ２、３を積層する場合について説明したが、３個またはそれ以上の半導体チップを積層する場合も同様である。３個またはそれ以上の半導体チップを積層する場合の構成は、第２および第３の実施形態に示した通りである。ストッパ兼接着用突起４１に代えて、ストッパ用突起７および接着用突起８を適用する場合の構成は、第１および第２の実施形態に示した通りである。

なお、第１ないし第５の実施形態の構成は、それぞれ組合せて適用することができ、また一部置き換えることも可能である。本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施し得るものであり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同時に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

Claims (6)

1. 第１の接続領域と、前記第１の接続領域を除く第１の非接続領域とを備える第１の表面を有する第１の半導体チップと、
   前記第１の接続領域と対向する第２の接続領域と、前記第２の接続領域を除く第２の非接続領域とを備える第２の表面と、第３の接続領域と、前記第３の接続領域を除く第３の非接続領域とを備え、前記第２の表面とは反対側の第３の表面とを有し、前記第１の半導体チップ上に積層された第２の半導体チップと、
   前記第３の接続領域と対向する第４の接続領域と、前記第４の接続領域を除く第４の非接続領域とを備える第４の表面を有し、前記第２の半導体チップ上に積層された第３の半導体チップと、
   前記第１の半導体チップと前記第２の半導体チップとを電気的に接続するように、前記第１の表面の前記第１の接続領域と前記第２の表面の前記第２の接続領域との間に設けられた第１のバンプ接続部と、
   前記第１の表面の前記第１の非接続領域および前記第２の表面の前記第２の非接続領域の少なくとも一方の領域に局所的に設けられ、かつ前記第１の非接続領域および前記第２の非接続領域の他方の領域と非接着状態で接触する第１のストッパ用突起と、
   前記第１の表面の前記第１の非接続領域と前記第２の表面の前記第２の非接続領域との間に局所的に設けられ、前記第１および第２の表面に接着された第１の接着用突起と、
   前記第２の半導体チップと前記第３の半導体チップとを電気的に接続するように、前記第３の表面の前記第３の接続領域と前記第４の表面の前記第４の接続領域との間に設けられた第２のバンプ接続部と、
   前記第３の表面の前記第３の非接続領域および前記第４の表面の前記第４の非接続領域の少なくとも一方の領域に局所的に設けられ、かつ前記第３の非接続領域および前記第４の非接続領域の他方の領域と非接着状態で接触する第２のストッパ用突起と、
   前記第３の表面の前記第３の非接続領域と前記第４の表面の前記第４の非接続領域との間に局所的に設けられ、前記第３および第４の表面に接着された第２の接着用突起と、
   前記第１の半導体チップの前記第１の表面と前記第２の半導体チップの前記第２の表面との間の隙間、および前記第２の半導体チップの前記第３の表面と前記第３の半導体チップの前記第４の表面との間の隙間に充填された樹脂とを具備し、
   前記第２のバンプ接続部は、前記第２の半導体チップ内に設けられた貫通電極を介して、前記第１のバンプ接続部と電気的に接続されており、
   前記第１の接着用突起は、前記第１の表面の前記第１の非接続領域および前記第２の表面の前記第２の非接続領域の少なくとも一方の領域に設けられ、前記第１の非接続領域および前記第２の非接続領域の少なくとも他方の領域には、絶縁膜が設けられており、
   前記第２の接着用突起は、前記第３の表面の前記第３の非接続領域および前記第４の表面の前記第４の非接続領域の少なくとも一方の領域に設けられ、前記第３の非接続領域および前記第４の非接続領域の少なくとも他方の領域には、絶縁膜が設けられていることを特徴とする半導体装置。
2. 第１の接続領域と、前記第１の接続領域を除く第１の非接続領域とを備える第１の表面を有する第１の半導体チップと、
   前記第１の接続領域と対向する第２の接続領域と、前記第２の接続領域を除く第２の非接続領域とを備える第２の表面を有し、前記第１の半導体チップ上に積層された第２の半導体チップと、
   前記第１の半導体チップと前記第２の半導体チップとを電気的に接続するように、前記第１の表面の前記第１の接続領域と前記第２の表面の前記第２の接続領域との間に設けられた第１のバンプ接続部と、
   前記第１の表面の前記第１の非接続領域および前記第２の表面の前記第２の非接続領域の少なくとも一方の領域に局所的に設けられ、かつ前記第１の非接続領域および前記第２の非接続領域の他方の領域と非接着状態で接触する第１のストッパ用突起と、
   前記第１の表面の前記第１の非接続領域と前記第２の表面の前記第２の非接続領域との間に局所的に設けられ、前記第１および第２の表面に接着された第１の接着用突起と、
   前記第１の半導体チップの前記第１の表面と前記第２の半導体チップの前記第２の表面との間の隙間に充填された第１の樹脂と
   を具備することを特徴とする半導体装置。
3. さらに、前記第２の半導体チップ上に積層された第３の半導体チップを具備し、
   前記第２の半導体チップは、第３の接続領域と、前記第３の接続領域を除く第３の非接続領域とを備え、前記第２の表面とは反対側の第３の表面を有し、
   前記第３の半導体チップは、前記第３の接続領域と対向する第４の接続領域と、前記第４の接続領域を除く第４の非接続領域とを備える第４の表面を有し、かつ前記第２の半導体チップ上に積層されており、
   前記第２の半導体チップと前記第３の半導体チップとは、前記第３の表面の前記第３の接続領域と前記第４の表面の前記第４の接続領域との間に設けられた第２のバンプ接続部により電気的に接続されており、
   前記第２の半導体チップの前記第３の表面と前記第３の半導体チップの前記第４の表面との間には、前記第３の表面の前記第３の非接続領域および前記第４の表面の前記第４の非接続領域の少なくとも一方の領域に局所的に設けられ、かつ前記第３の非接続領域および前記第４の非接続領域の他方の領域と非接着状態で接触する第２のストッパ用突起が配置されており、
   前記第３の表面の前記第３の非接続領域と前記第４の表面の前記第４の非接続領域との間には、前記第３および第４の表面に接着された第２の接着用突起が局所的に配置されており、
   前記第２の半導体チップの前記第３の表面と前記第３の半導体チップの前記第４の表面との間の隙間には第２の樹脂が充填されている、請求項２に記載の半導体装置。
4. 第１の接続領域と、前記第１の接続領域を除く第１の非接続領域とを備える第１の表面を有する第１の半導体チップと、
   前記第１の接続領域と対向する第２の接続領域と、前記第２の接続領域を除く第２の非接続領域とを備える第２の表面を有し、前記第１の半導体チップ上に積層された第２の半導体チップと、
   前記第１の半導体チップと前記第２の半導体チップとを電気的に接続するように、前記第１の表面の前記第１の接続領域と前記第２の表面の前記第２の接続領域との間に設けられた第１のバンプ接続部と、
   前記第１の表面の前記第１の非接続領域および前記第２の表面の前記第２の非接続領域の少なくとも一方の領域に局所的に設けられ、かつ前記第１の非接続領域および前記第２の非接続領域の他方の領域に接着された第１のストッパ兼接着用突起と、
   前記第１の半導体チップの前記第１の表面と前記第２の半導体チップの前記第２の表面との間の隙間に充填された第１の樹脂と
   を具備することを特徴とする半導体装置。
5. さらに、前記第２の半導体チップ上に積層された第３の半導体チップを具備し、
   前記第２の半導体チップは、第３の接続領域と、前記第３の接続領域を除く第３の非接続領域とを備え、前記第２の表面とは反対側の第３の表面を有し、
   前記第３の半導体チップは、前記第３の接続領域と対向する第４の接続領域と、前記第４の接続領域を除く第４の非接続領域とを備える第４の表面を有し、かつ前記第２の半導体チップ上に積層されており、
   前記第２の半導体チップと前記第３の半導体チップとは、前記第３の表面の前記第３の接続領域と前記第４の表面の前記第４の接続領域との間に設けられた第２のバンプ接続部により電気的に接続されており、
   前記第２の半導体チップの前記第３の表面と前記第３の半導体チップの前記第４の表面との間には、前記第３の表面の前記第３の非接続領域および前記第４の表面の前記第４の非接続領域の少なくとも一方の領域に局所的に設けられ、かつ前記第３の非接続領域および前記第４の非接続領域の他方の領域に接着された第２のストッパ兼接着用突起が配置されており、
   前記第２の半導体チップの前記第３の表面と前記第３の半導体チップの前記第４の表面との間の隙間には第２の樹脂が充填されている、請求項４に記載の半導体装置。
6. 第１の接続領域と、前記第１の接続領域を除く第１の非接続領域と、前記第１の接続領域に設けられた第１のバンプ電極とを備える第１の表面を有する第１の半導体チップを用意する工程と、
   前記第１の接続領域に対応する第２の接続領域と、前記第２の接続領域を除く第２の非接続領域と、前記第２の接続領域に設けられた第２のバンプ電極とを備える第２の表面を有する第２の半導体チップを用意する工程と、
   前記第１の表面の前記第１の非接続領域および前記第２の表面の前記第２の非接続領域の少なくとも一方の領域に、第１のストッパ用突起および第１の接着用突起、あるいは第１のストッパ兼接着用突起を局所的に形成する工程と、
   前記第１のバンプ電極と前記第２のバンプ電極とを位置合わせしつつ、前記第１の半導体チップ上に前記第２の半導体チップを積層する工程と、
   前記第１のストッパ用突起または前記第１のストッパ兼接着用突起で前記第１の半導体チップの前記第１の表面と前記第２の半導体チップの前記第２の表面との間の隙間を維持しつつ、前記第１のバンプ電極と前記第２のバンプ電極とを接触させて加熱し、前記第１のバンプ電極と前記第２のバンプ電極とを接続すると共に、前記第１の接着用突起または前記第１のストッパ兼接着用突起を前記第１の非接続領域および前記第２の非接続領域の他方の領域に接着する工程と、
   前記第１の半導体チップの前記第１の表面と前記第２の半導体チップの前記第２の表面との間の隙間に第１の樹脂を充填する工程と
   を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。

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