JP2013143526A - 半導体装置及びその製造方法、電子装置 - Google Patents

Abstract

【課題】サーマルインターフェイスマテリアル（ＴＩＭ）を用いないで半導体チップとヒートスプレッダとを接合しながら、半導体チップに接する部分で素早く熱を拡散させることができるようにし、ＴＩＭが介在することによる熱抵抗の増加を抑えることができるようにする。
【解決手段】半導体装置を、開口部３Ａを有するヒートスプレッダ３と、開口部に設けられた半導体チップ４と、少なくとも半導体チップの表面上に設けられ、半導体チップとヒートスプレッダとを接合し、かつ、半導体チップが発生した熱を拡散させる熱拡散用接合層５とを備えるものとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置及びその製造方法、電子装置に関する。

例えばコンピュータなどの電子装置では、ヒートスプレッダを用いて半導体チップからの熱を拡散させる熱拡散構造を有する。
例えば、半導体チップの表面上に、例えばはんだなどのサーマルインターフェイスマテリアル（ＴＩＭ；Thermal Interface Material）によって、ヒートスプレッダを接合し、半導体チップからの熱を、ＴＩＭ及びヒートスプレッダを介して、拡散させるようにしている。

特開平１１−６７９９１号公報 特開２００５−１８３９４２号公報 特開平７−５８２５６号公報

ところで、半導体チップの発熱量の増加に対応するためには、半導体チップに接する部分で素早く熱を拡散させることが重要である。つまり、半導体チップの表面とヒートスプレッダの裏面との間にＴＩＭが介在することによる熱抵抗の増加を抑えることが重要である。
しかしながら、従来は、半導体チップの表面とヒートスプレッダの裏面との間にＴＩＭを介在させ、このＴＩＭを比較的低い温度で溶融させることで、半導体チップの表面上にヒートスプレッダを接合するようにしている。このようにして半導体チップの表面上にヒートスプレッダを接合する場合、ＴＩＭとして用いることができる材料が限定されてしまう。また、半導体チップの表面にＴＩＭが接することになり、このＴＩＭを介して半導体チップからの熱を拡散させることになる。このため、半導体チップに接する部分で素早く熱を拡散させることが難しい。また、ＴＩＭが介在することによる熱抵抗の増加を抑えるのも難しい。

そこで、ＴＩＭを用いないで半導体チップとヒートスプレッダとを接合しながら、半導体チップに接する部分で素早く熱を拡散させることができるようにし、ＴＩＭが介在することによる熱抵抗の増加を抑えることができるようにしたい。

本半導体装置は、開口部を有するヒートスプレッダと、開口部に設けられた半導体チップと、少なくとも半導体チップの表面上に設けられ、半導体チップとヒートスプレッダとを接合し、かつ、半導体チップが発生した熱を拡散させる熱拡散用接合層とを備えることを要件とする。
本電子装置は、配線基板と、開口部を有するヒートスプレッダと、開口部に設けられた半導体チップと、少なくとも半導体チップの表面上に設けられ、半導体チップとヒートスプレッダとを接合し、かつ、半導体チップが発生した熱を拡散させる熱拡散用接合層と、半導体チップを実装するパッケージ基板とを備え、配線基板上に実装された半導体装置とを備えることを要件とする。

本半導体装置の製造方法は、開口部を有するヒートスプレッダの開口部に半導体チップを配置する工程と、少なくとも半導体チップの表面上に、半導体チップとヒートスプレッダとを接合し、かつ、半導体チップが発生した熱を拡散させる熱拡散用接合層を形成する工程とを備えることを要件とする。

したがって、本半導体装置及びその製造方法、電子装置によれば、ＴＩＭを用いないで半導体チップとヒートスプレッダとを接合しながら、半導体チップに接する部分で素早く熱を拡散させることができ、ＴＩＭが介在することによる熱抵抗の増加を抑えることができるという利点がある。

（Ａ）、（Ｂ）は、本実施形態の半導体装置及び電子装置の構成を示す模式図であって、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は（Ａ）の符号Ｘで示す部分の拡大図である。 本実施形態の半導体装置の構成の一部分を拡大して示す模式的断面図である。 （Ａ）〜（Ｆ）は、本実施形態にかかる半導体装置及び電子装置の製造方法を説明するための模式図であって、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図、（Ｃ）は平面図、（Ｄ）は断面図、（Ｅ）は断面図、（Ｆ）は平面図である。 （Ａ）〜（Ｅ）は、本実施形態にかかる半導体装置及び電子装置の製造方法を説明するための模式図であって、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図、（Ｃ）は（Ｂ）の符号Ｘで示す部分を拡大して示す断面図、（Ｄ）は断面図、（Ｅ）は断面図である。 （Ａ）〜（Ｆ）は、本実施形態の変形例にかかる半導体装置及び電子装置の製造方法を説明するための模式図であって、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図、（Ｃ）は平面図、（Ｄ）は断面図、（Ｅ）は断面図、（Ｆ）は断面図である。 （Ａ）〜（Ｆ）は、本実施形態の変形例にかかる半導体装置及び電子装置の製造方法を説明するための模式図であって、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図、（Ｃ）は平面図、（Ｄ）は断面図、（Ｅ）は断面図、（Ｆ）は断面図である。 （Ａ）〜（Ｆ）は、本実施形態の変形例にかかる半導体装置及び電子装置の製造方法を説明するための模式図であって、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図、（Ｃ）は平面図、（Ｄ）は断面図、（Ｅ）は断面図、（Ｆ）は断面図である。 （Ａ）〜（Ｆ）は、本実施形態の変形例にかかる半導体装置及び電子装置の製造方法を説明するための模式図であって、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図、（Ｃ）は平面図、（Ｄ）は断面図、（Ｅ）は断面図、（Ｆ）は断面図である。 （Ａ）、（Ｂ）は、本実施形態の変形例にかかる半導体装置及び電子装置の製造方法を説明するための模式図であって、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は平面図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は、本実施形態の変形例にかかる半導体装置及び電子装置の製造方法を説明するための模式図であって、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は平面図、（Ｃ）は断面図、（Ｄ）は断面図である。 従来の半導体装置及び電子装置の構成を示す模式図である。

以下、図面により、本発明の実施の形態にかかる半導体装置及びその製造方法、電子装置について、図１〜図１１を参照しながら説明する。
本実施形態にかかる電子装置は、例えばコンピュータなどの電子装置である。なお、電子装置を電子機器ともいう。
本電子装置は、図１（Ａ）、図１（Ｂ）に示すように、配線基板１と、配線基板１上に実装された半導体パッケージ２とを備える。

なお、配線基板１を、回路基板、回路配線基板、プリント基板又はプリント配線板ともいう。また、半導体パッケージ２を、半導体モジュール又は半導体装置ともいう。
ここで、半導体パッケージ２は、開口部３Ａを有するヒートスプレッダ３と、開口部３Ａに設けられた半導体チップ４と、半導体チップ４及びヒートスプレッダ３の表面上に設けられた熱拡散用接合層５と、半導体チップ４を実装するパッケージ基板６とを備える。

ここでは、ヒートスプレッダ３は、その開口部３Ａに露出した面が半導体チップ４の側面に接しており、かつ、その表面が熱拡散用接合層５に接している。これにより、半導体チップ４が発生した熱を、半導体チップ４の側面から直接拡散させるとともに、半導体チップ４の表面から熱拡散用接合層５を介して拡散させることができる。
本実施形態では、ヒートスプレッダ３は、ダイヤモンド・金属複合材料からなる。ここでは、ヒートスプレッダ３は、ダイヤモンド・銅複合材料（例えば約６００Ｗ／ｍ・Ｋ）からなる。また、本実施形態では、ヒートスプレッダ３は、金属層と、金属層の一の表面上に設けられ、表面（外表面）に露出しているダイヤモンド片とを備える。ここでは、金属層の一の表面の全面にダイヤモンド片が設けられている。そして、ヒートスプレッダ３のダイヤモンド片が露出している側の表面が、半導体チップ４の表面側、即ち、熱拡散用接合層５を設ける側になっている。

このように、ヒートスプレッダ３の熱拡散用接合層５を設ける側の表面の全面にダイヤモンド片が露出している。また、ダイヤモンドは熱伝導率が極めて高い（約１０００〜２０００Ｗ／ｍ・Ｋ）。これにより、ヒートスプレッダ３の熱拡散用接合層５を設ける側の表面で面内方向の熱伝導率が極めて高くなるため、十分な熱拡散効果が得られることになる。また、後述の多結晶ダイヤモンドからなる熱拡散用接合層５と確実に接合することが可能となる。

熱拡散用接合層５は、半導体チップ４とヒートスプレッダ３とを接合し、かつ、半導体チップ４が発生した熱を拡散させるものである。ここでは、半導体チップ４の表面とヒートスプレッダ３の表面とが熱拡散用接合層５を介して接合されている。つまり、熱拡散用接合層５は、半導体チップ４の表面上からヒートスプレッダ３の表面上まで連なるように設けられている。また、半導体チップ４はヒートスプレッダ３の開口部３Ａに嵌め込まれているが、ヒートスプレッダ３の開口部３Ａと半導体チップ４との間に隙間が生じている場合もある。この場合、熱拡散用接合層５は、図２に示すように、ヒートスプレッダ３の開口部３Ａと半導体チップ４との間の隙間に入り込む。この場合、半導体チップが発生した熱は、半導体チップ４の側面から熱拡散用接合層５及びヒートスプレッダ３を介して拡散することになる。また、熱拡散用接合層５は、図１（Ａ）、図１（Ｂ）に示すように、半導体チップ４の表面に接しており、半導体チップ４が発生した熱を素早く拡散させることができるようになっている。ここでは、熱拡散用接合層５は、ヒートスプレッダ３と同等又はそれ以上の熱伝導率を有する。具体的には、熱拡散用接合層５は、多結晶ダイヤモンドからなる。なお、後述のように、多結晶ダイヤモンドは、気相合成法によって形成されるため、気相合成ダイヤモンドともいう。

このように、半導体チップ４の表面がダイヤモンドからなる熱拡散用接合層５によって覆われている。また、ダイヤモンドは熱伝導率が極めて高い（約１０００〜２０００Ｗ／ｍ・Ｋ）。これにより、半導体チップ４の表面で面内方向の熱伝導率が極めて高くなるため、十分な熱拡散効果が得られることになる。また、ダイヤモンドは線膨張係数（熱膨張率）が低く（約２．３ｐｐｍ／℃）、半導体チップ４を構成するシリコンやＧａＡｓなどの半導体材料の線膨張係数（シリコン約３ｐｐｍ／℃、ＧａＡｓ約５．９ｐｐｍ／℃）との差が小さい。これにより、温度変化によって半導体チップ４と熱拡散用接合層５との間に発生する熱応力を小さくすることができる。

また、熱拡散用接合層５には、フィン７が一体接合されている。つまり、熱拡散用接合層５の表面上に熱拡散用接合層５と同じ材料によって接合されたフィン７を備える。ここでは、フィン７も、熱拡散用接合層５と同じ材料からなる。具体的には、多結晶ダイヤモンドからなる熱拡散用接合層５の表面上に、多結晶ダイヤモンドからなるフィン７が、多結晶ダイヤモンドからなる層８［図４（Ｃ）参照］によって接合されている。ここでは、熱拡散用接合層５の裏面は半導体チップ４の表面及びヒートスプレッダ３の表面に接合されている。このため、多結晶ダイヤモンドからなるフィン７が、多結晶ダイヤモンドによって、半導体チップ４の表面及びヒートスプレッダ３の表面に接合されていることになる。つまり、半導体チップ４の表面及びヒートスプレッダ３の表面に、多結晶ダイヤモンドからなるフィン７が一体接合されていることになる。なお、フィン７を放熱部材又はヒートシンクともいう。また、フィン７の材料は、多結晶ダイヤモンドに限られるものではなく、例えば単結晶ダイヤモンドなどの他の材料であっても良い。また、フィン７は、熱拡散用接合層５上の全面にわたって設けても良いし、部分的に設けても良い。

なお、一体接合されたフィン７及び熱拡散用接合層５をヒートシンク（放熱部材）と見ることもできる。ここでは、熱拡散用接合層５は半導体チップ４及びヒートスプレッダ３の表面上に設けられているため、半導体チップ４及びヒートスプレッダ３にヒートシンクが接していることになる。特に、半導体チップ４の表面にヒートシンクが直接接していることになるため、半導体チップ４が発生した熱を、半導体チップ４の表面から素早く拡散させ、放熱させることが可能となる。なお、図示しないファン（冷却ファン）などを設けて送風し、フィン７に風を当てるのが好ましい。

また、半導体チップ４を、半導体素子ともいう。また、ヒートスプレッダ３、熱拡散用接合層５及びフィン７は、半導体チップ４の発熱による温度上昇を抑制するために半導体チップ４からの熱を放熱させるものである。このため、ヒートスプレッダ３、熱拡散用接合層５及びフィン７を、放熱構造、放熱装置又は半導体チップ用放熱装置ともいう。
本実施形態では、半導体チップ４は、はんだバンプ８を介してパッケージ基板６に電気的に接続されてパッケージ基板６上に実装されている。また、パッケージ基板６はＢＧＡ（Ball Grid Array）を有するパッケージ基板である。つまり、半導体パッケージ２はＢＧＡパッケージである。そして、パッケージ基板６は、はんだバンプ９を介して配線基板１に電気的に接続されて配線基板１上に実装されている。

また、本実施形態では、半導体パッケージ２は、パッケージ基板６上に実装された半導体チップ４を、フィン７が一体接合された熱拡散用接合層５及びヒートスプレッダ３で封止した半導体パッケージである。また、半導体チップ４の周囲のパッケージ基板６上に例えば接着剤によってスペーサ１０が取り付けられ、このスペーサ１０上に例えば接着剤によってヒートスプレッダ３が取り付けられている。また、パッケージ基板６と半導体チップ４との間のはんだ接合部にはアンダーフィル１１が充填されている。

なお、電子装置や半導体パッケージ２の構成は、上述の実施形態のものに限られるものではなく、上述のヒートスプレッダ４及び熱拡散用接合層５を備えるものであれば良い。
次に、本実施形態の半導体装置及び電子装置の製造方法について、図３、図４を参照しながら説明する。
まず、図３（Ａ）、図３（Ｂ）に示すように、ヒートスプレッダ３の開口部３Ａに半導体チップ４を配置する。ここでは、ダイヤモンド・銅複合材料（ダイヤモンド・金属複合材料）からなるヒートスプレッダ３の中央部に設けられている開口部３Ａに、半導体チップ４を嵌め込む。なお、開口部３Ａを貫通穴ともいう。ここで、半導体チップ４のサイズは、縦約２０ｍｍ×横約２０ｍｍである。また、ヒートスプレッダ３のサイズは、縦約４０ｍｍ×横約４０ｍｍであり、その開口部３Ａのサイズは、縦約２０ｍｍ×横約２０ｍｍである。

次に、図３（Ｃ）、図３（Ｄ）に示すように、半導体チップ４の表面上及びヒートスプレッダ３の表面上に、半導体チップ４とヒートスプレッダ３とを接合し、かつ、半導体チップ４が発生した熱を拡散させる熱拡散用接合層５を形成する。
ここでは、半導体チップ４の表面上及びヒートスプレッダ３の表面上に、気相合成法、即ち、ＣＶＤ（chemical vapor deposition）法によって、多結晶ダイヤモンドを成長させて、例えば約１ｍｍの厚さの多結晶ダイヤモンド層（熱拡散用接合層）５を形成する。このようにして多結晶ダイヤモンドを成膜することによって、半導体チップ４とヒートスプレッダ３とを接合し、かつ、半導体チップ４が発生した熱を拡散させる熱拡散用接合層５が形成される。なお、多結晶ダイヤモンドを、ＣＶＤダイヤモンドともいう。

次いで、図３（Ｅ）、図３（Ｆ）に示すように、熱拡散用接合層５の表面上に、気相合成法によって形成される多結晶ダイヤモンドによってフィン７を接合する。
ここでは、まず、多結晶ダイヤモンド層５上に、仮固定ジグ１２を用いて、複数のフィン７を整列させて位置決めし、仮固定する。つまり、半導体チップ４及びヒートスプレッダ３の上方に、多結晶ダイヤモンド層５を介して、複数のフィン７を並べて配置する。ここでは、フィン７は、例えば厚さ約１ｍｍの板状の多結晶ダイヤモンドからなる。このような板状の多結晶ダイヤモンドは、例えばＣＶＤ法によって予め作製しておけば良い。なお、複数のフィン７を、フィン群ともいう。

次に、図４（Ａ）〜図４（Ｃ）に示すように、多結晶ダイヤモンド層５及び複数のフィン７の表面を覆うように、ＣＶＤ法によって、多結晶ダイヤモンドを成長させて、例えば約１ｍｍの厚さの多結晶ダイヤモンド層８を形成する。このようにして多結晶ダイヤモンドを成膜することによって、熱拡散用接合層５の表面上に、複数のフィン７を接合（一体接合）する。つまり、多結晶ダイヤモンド層５及び複数のフィン７を多結晶ダイヤモンド層８によって覆うことで、これらを一体化すると同時に、複数のフィン７をヒートスプレッダ３及び半導体チップ４に接合する。その後、仮固定ジグ１２を取り除く。

このように、ＣＶＤダイヤモンド成膜プロセスを用いて、ダイヤモンド・金属複合材料からなるヒートスプレッダ３とＣＶＤダイヤモンドからなるフィン７を、半導体チップ４に一体接合することで、ＴＩＭを用いないで半導体チップ４とヒートスプレッダ３を接合することができる。また、半導体チップ４の発熱を、これに直接接している高熱伝導率（＞１０００Ｗ／ｍ・Ｋ）のダイヤモンドからなる熱拡散用接合層５及びフィン７を介して、素早く拡散させ、放熱させることが可能となる。つまり、高熱伝導率な材料を用いて半導体チップ４の直近から熱を素早く拡散させてヒートスポットを低減し、効率的に放熱させることが可能となる。これにより、半導体チップ４の発熱量の増加に対応することが可能となる。

次に、図４（Ｄ）に示すように、ヒートスプレッダ３及び複数のフィン７が多結晶ダイヤモンド層８によって接合された半導体チップ４を、パッケージ基板６上に実装する。ここでは、半導体チップ４にはんだバンプ８（はんだボール）を搭載し、スペーサ１０を挟んで、例えば縦約４５ｍｍ×横約４５ｍｍのサイズのパッケージ基板６上に実装する。これにより、半導体チップ４が、はんだバンプ８を介して、パッケージ基板６に電気的に接続される。そして、アンダーフィル１１を充填し、パッケージ基板６の裏面側にはんだバンプ９（はんだボール）を搭載する。

このようにして、本実施形態の半導体装置としての半導体パッケージ２が完成する。
その後、上述のようにして作製された半導体パッケージ２を、配線基板１上に実装する。ここでは、図４（Ｅ）に示すように、半導体パッケージ２を、パッケージ基板６の裏面側に搭載されたはんだバンプ９を介して、配線基板１上に実装する。これにより、パッケージ基板６が、はんだバンプ９を介して、配線基板１に電気的に接続される。

このようにして、本実施形態の電子装置が完成する。
したがって、本実施形態にかかる半導体装置及びその製造方法、電子装置によれば、ＴＩＭを用いないで半導体チップ４とヒートスプレッダ３とを接合しながら、半導体チップ４に接する部分で素早く熱を拡散させることができ、ＴＩＭが介在することによる熱抵抗の増加を抑えることができるという利点がある。

例えば、図１１に示すように半導体チップ１００とヒートスプレッダ１０１をＴＩＭ１０２によって接合する従来の構造（図１１参照）に代えて、ＴＩＭ１０２を用いないで半導体チップ４の表面に接する熱拡散用接合層５によって接合することで、半導体チップ４の表面から素早く熱を拡散させることができる。このように、ＴＩＭ１０２を用いないことで、熱伝達損失を低減し、低熱抵抗化を図ることができ、伝熱性能を向上させることができる。

また、例えば、図１１に示すように、ヒートスプレッダ上にＴＩＭ１０６を挟んでヒートシンク１０３を設け、ヒートシンク１０３を締結部材１０４によって配線基板１０５に固定する従来の構造では、締結荷重のバラツキによってＴＩＭ１０２、１０６の厚さが不均一になって熱抵抗が増加する場合がある。また、半導体チップ１００の動作時（稼働時）の面内温度分布や高発熱に起因する形状変化（例えば反り、歪など）によって熱抵抗が増加する場合もある。これに対し、上述の実施形態のように構成することで、ＴＩＭ１０２、１０６が介在することによる熱抵抗の増加を抑えることができる。これにより、例えば２００Ｗ級の発熱になると予想される将来の半導体チップ４の発熱量の増加に対応することが可能となる。

また、上述の実施形態では、ヒートシンクとしてのフィン７も一体化されているため、図１１に示す従来の構造のようにヒートシンク１０３とヒートスプレッダ１０１との間に例えばグリースやシートなどのＴＩＭ１０６（約１〜５０Ｗ／ｍ・Ｋ）を設ける必要がない。また、図１１に示す従来の構造のようにヒートシンク１０３をボルトなどの締結部材１０４によって配線基板１０５に固定する必要がない。このため、部品点数を削減することができる。また、ＴＩＭ１０２、１０６が劣化したり、締結部材１０４がずれてきたりすることがないため、伝熱特性あるいは放熱特性の長期安定化を図ることができる。

また、図１１に示す従来の構造のように銅板からなるヒートスプレッダ１０１を半導体チップ１００の表面にはんだなどのＴＩＭ１０２（例えばＩｎ−１０Ａｇ；約５０Ｗ／ｍ・Ｋ）によって接合する場合、この接合部に大きな熱応力が発生する。つまり、ヒートスプレッダ１０１を構成する銅の線膨張係数（約１７ｐｐｍ／℃）と半導体チップ１００を構成するシリコンやＧａＡｓなどの半導体材料の線膨張係数（シリコン約３ｐｐｍ／℃、ＧａＡｓ約５．９ｐｐｍ／℃）とは差が大きいため、これらの接合部に大きな熱応力が発生する。これに対し、上述の実施形態では、半導体チップ４の表面に高熱伝導で低熱膨張な材料であるダイヤモンド（約１０００〜２０００Ｗ／ｍ・Ｋ、約２．３ｐｐｍ／℃）からなる熱拡散用接合層５が接しており、熱拡散用接合層５を構成するダイヤモンドと半導体チップ４を構成するシリコンやＧａＡｓなどの半導体材料との間の線膨張係数の差が小さい。また、上述の実施形態では、ヒートスプレッダ３の表面、即ち、熱拡散用接合層５が接合される側の表面全面にダイヤモンド片が設けられており、ダイヤモンドからなる熱拡散用接合層５との間の線膨張係数の差が小さい。このため、これらの接合部に大きな熱応力が生じないようにすることができる。これにより、ヒートスプレッダ３と半導体チップ４とを接合する熱拡散用接合層５が剥がれてしまうのを防止することができる。

また、ヒートスプレッダを大型化することなく、即ち、ヒートスプレッダの重量を増加させることなく、半導体チップ４の表面に接するダイヤモンドからなる熱拡散用接合層５によって、半導体チップ４からの熱を面内方向に素早く拡散させることができ、例えば２００Ｗ級の発熱がある場合にも対応することが可能となる。また、例えば半導体チップ４の表面に接合するヒートスプレッダに非常に高価なダイヤモンド板を用いる場合と比較して、安価に製造することができるため、コストを低く抑えることができ、生産性も優れている。また、半導体チップ４の表面に接合するヒートスプレッダにダイヤモンド板を用いる場合、その大きさは例えば縦約１０ｍｍ×横約１０ｍｍ程度が限界であり、ヒートスプレッダが大型化した場合に対応することができないのに対し、上述の実施形態のような構成を用いれば、これに対応することも可能である。

なお、本発明は、上述した各実施形態及び変形例に記載した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
例えば、上述の実施形態では、フィン７を設けているが、これに限られるものではなく、図５に示すように、フィン７を設けなくても良い。つまり、図５（Ａ）、図５（Ｂ）に示すように、ヒートスプレッダ３の開口部３Ａに半導体チップ４を嵌め込み、図５（Ｃ）、図５（Ｄ）に示すように、これらの表面上に熱拡散用接合層５を形成するだけでも良い。この場合、半導体パッケージ２は、図５（Ｅ）に示すように、開口部３Ａを有するヒートスプレッダ３と、開口部３Ａに設けられた半導体チップ４と、半導体チップ４及びヒートスプレッダ３の表面上に設けられた熱拡散用接合層５と、半導体チップ４を実装するパッケージ基板６とを備えるものとなる。この場合、電子装置は、図５（Ｆ）に示すように、配線基板１と、配線基板１上に実装された半導体パッケージ２とを備えるものとなる。

なお、熱拡散用接合層５は、ヒートスプレッダとして機能するため、熱拡散用接合層５とヒートスプレッダ３とをまとめてヒートスプレッダと見ることもできる。また、このように構成される半導体パッケージ２の熱拡散用接合層５上に、従来のヒートシンク（図１１参照）を熱的に接続しても良い。この場合、電子装置は、配線基板１と、配線基板１上に実装された半導体パッケージ２と、半導体パッケージ２に熱的に接続されるヒートシンク（放熱部材）とを備えるものとなる。つまり、電子装置は、配線基板１上に実装された半導体パッケージ２に含まれる熱拡散用接合層５上にヒートシンクが熱的に接続されたものとなる。この場合、ヒートシンクは、例えばボルトによって配線基板１に固定すれば良い。ここで、ヒートシンクは、金属からなり、放熱フィンを備えるものとすれば良い。なお、図示しないファン（冷却ファン）などを設けて送風し、ヒートシンク、特に、放熱フィンに風を当てるのが好ましい。なお、半導体パッケージ２に熱的に接続される放熱部材は、このような放熱フィンを備えるヒートシンクに限られるものではない。

また、例えば、上述の実施形態では、熱拡散用接合層５は、半導体チップ４及びヒートスプレッダ３の表面上に設けられているが、これに限られるものではなく、少なくとも半導体チップ４の表面上に設けられていれば良い。この場合、上述の実施形態の半導体装置の製造方法は、少なくとも半導体チップ４の表面上に、半導体チップ４とヒートスプレッダ３とを接合し、かつ、半導体チップ４が発生した熱を拡散させる熱拡散用接合層５を形成する工程を備えるものとなる。

例えば、図６（Ａ）、図６（Ｂ）に示すように、ヒートスプレッダ３を、半導体チップ４よりも厚くし、図６（Ｃ）、図６（Ｄ）に示すように、熱拡散用接合層５を、半導体チップ４の表面上に設け、半導体チップ４の表面とヒートスプレッダ３の開口部４Ａに露出している面とを熱拡散用接合層５を介して接合するようにしても良い。ここでは、図６（Ａ）、図６（Ｂ）に示すように、ヒートスプレッダ３は、その開口部３Ａに突出する突出部３Ｂを有する。この突出部３Ｂは、ヒートスプレッダ３の表面側、即ち、熱拡散用接合層５を設ける側に、開口部３Ａの全周にわたって設けられている。そして、半導体チップ４を、ヒートスプレッダ３の裏面側、即ち、突出部３Ｂが設けられていない側から嵌め込み、図６（Ｃ）、図６（Ｄ）に示すように、半導体チップ４の表面とヒートスプレッダ３の開口部３Ａに露出している突出部３Ｂの端面とを熱拡散用接合層５を介して接合するようにしている。例えば、ヒートスプレッダ３の開口部３Ａに半導体チップ４を嵌め込んだ後、熱拡散用接合層５を形成する領域以外の領域に例えばメタルマスク１３等のマスキングを施し、上述の実施形態の場合と同様に、ＣＶＤダイヤモンドを成膜することによって熱拡散用接合層５を形成すれば良い。ここでは、ヒートスプレッダ３の表面と熱拡散用接合層５の表面とは面一の状態となっている。この場合、半導体パッケージ２は、図６（Ｅ）に示すように、開口部３Ａを有するヒートスプレッダ３と、開口部３Ａに設けられた半導体チップ４と、半導体チップ４の表面上に設けられた熱拡散用接合層５と、半導体チップ４を実装するパッケージ基板６とを備えるものとなる。この場合、電子装置は、図６（Ｆ）に示すように、配線基板１と、配線基板１上に実装された半導体パッケージ２とを備えるものとなる。なお、この変形例では、上述の変形例（図５参照）の場合と同様に、フィン７を一体接合しないものとして説明しているが、これに限られるものではなく、例えば、熱拡散用接合層５を形成した後に、上述の実施形態の場合と同様に、フィン７を一体接合しても良い。

また、上述の実施形態では、ヒートスプレッダ３をダイヤモンド・金属複合材料からなるものとしているが、これに限られるものではない。
例えば、ヒートスプレッダ３を、銅（Ｃｕ）やアルミ（Ａｌ）などの金属からなるもの（約４００Ｗ／ｍ・Ｋ）としても良いし、銅・タングステン（Ｃｕ−Ｗ）（約２００Ｗ／ｍ・Ｋ）や銅・モリブデン（Ｃｕ−Ｍｏ）（約２００Ｗ／ｍ・Ｋ）などの合金からなるものとしても良いし、ヒートスプレッダを構成する金属の中にダイヤモンド粒子を分散（埋め込んだ）させたものとしても良い。例えば図７に示すように、ヒートスプレッダ３を銅からなるものとし、熱拡散用接合層５も銅からなるものとしても良い。この場合、上述の変形例（図６参照）の場合と同様に、図７（Ａ）、図７（Ｂ）に示すように、ヒートスプレッダ３を、開口部３Ａに突出部３Ｂを有するものとし、ヒートスプレッダ３の開口部３Ａに半導体チップ４を嵌め込んだ後、図７（Ｃ）、図７（Ｄ）に示すように、熱拡散用接合層５を形成する領域以外の領域に例えばメタルマスク１３等のマスキングを施し、銅をスパッタリングして、銅からなる熱拡散用接合層５を形成すれば良い。この場合、熱拡散用接合層５は、ヒートスプレッダ３と同等の熱伝導率を有することになる。この場合、半導体パッケージ２は、図７（Ｅ）に示すように、開口部３Ａを有するヒートスプレッダ３と、開口部３Ａに設けられた半導体チップ４と、半導体チップ４の表面上に設けられた熱拡散用接合層５と、半導体チップ４を実装するパッケージ基板６とを備えるものとなる。この場合、電子装置は、図７（Ｆ）に示すように、配線基板１と、配線基板１上に実装された半導体パッケージ２とを備えるものとなる。なお、この変形例では、上述の変形例（図５、図６参照）の場合と同様に、フィン７を一体接合しないものとして説明しているが、これに限られるものではなく、例えば、熱拡散用接合層５を形成した後に、上述の実施形態の場合と同様に、フィン７を一体接合しても良い。この場合、板状の銅からなるフィン７を、銅をスパッタリングすることで、銅からなる熱拡散用接合層５及びヒートスプレッダ３に一体接合すれば良い。この場合、熱拡散用接合層５の表面上に熱拡散用接合層５と同じ材料によって接合されたフィン７を備えることになる。なお、ここでは、熱拡散用接合層５を銅からなるものとしているが、これに限られるものではなく、銀（例えば約４２７Ｗ／ｍ・Ｋ）からなるものとしても良い。この場合、熱拡散用接合層５は、ヒートスプレッダ３と同等又はそれ以上の熱伝導率を有することになる。

また、例えば図８に示すように、ヒートスプレッダ３を、ＣＶＤダイヤモンドからなるＣＶＤダイヤモンド板としても良い。つまり、ヒートスプレッダ３を、多結晶ダイヤモンドからなる多結晶ダイヤモンド板としても良い。この場合、上述の実施形態の場合と同様に、図８（Ａ）、図８（Ｂ）に示すように、ヒートスプレッダ３の開口部３Ａに半導体チップ４を嵌め込んだ後、図８（Ｃ）、図８（Ｄ）に示すように、ＣＶＤダイヤモンドからなる熱拡散用接合層５を形成して、これらを接合するようにすれば良い。この場合、熱拡散用接合層５は、ヒートスプレッダ３と同等の熱伝導率を有することになる。この場合、半導体パッケージ２は、図８（Ｅ）に示すように、開口部３Ａを有するヒートスプレッダ３と、開口部３Ａに設けられた半導体チップ４と、ヒートスプレッダ３及び半導体チップ４の表面上に設けられた熱拡散用接合層５と、半導体チップ４を実装するパッケージ基板６とを備えるものとなる。この場合、電子装置は、図８（Ｆ）に示すように、配線基板１と、配線基板１上に実装された半導体パッケージ２とを備えるものとなる。なお、この変形例では、上述の変形例（図５〜図７参照）の場合と同様に、フィン７を一体接合しないものとして説明しているが、これに限られるものではなく、例えば、熱拡散用接合層５を形成した後に、上述の実施形態の場合と同様に、フィン７を一体接合しても良い。

また、上述の実施形態では、図示しないファンなどを設けて送風し、フィン７に風を当てるのが好ましいとし、空冷式の放熱構造を例に挙げているが、これに限られるものではなく、例えば、水冷式の放熱構造としても良い。この場合、例えば図９（Ａ）、図９（Ｂ）、図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）に示すように、熱拡散用接合層５の外周近傍領域以外の中央領域に、上述の実施形態の場合と同様の方法でフィン７を一体接合し、図１０（Ｃ）、図１０（Ｄ）に示すように、フィン７が覆われるように、半導体パッケージ２の外周近傍領域にカバー１４（ジャケット）を取り付けるようにすれば良い。この場合、半導体パッケージ２は、図１０（Ｃ）に示すように、開口部３Ａを有するヒートスプレッダ３と、開口部３Ａに設けられた半導体チップ４と、ヒートスプレッダ３及び半導体チップ４の表面上に設けられた熱拡散用接合層５と、熱拡散用接合層６上に一体接合されたフィン７と、半導体チップ４を実装するパッケージ基板６とを備えるものとなる。この場合、電子装置は、図１０（Ｄ）に示すように、配線基板１と、配線基板１上に実装された半導体パッケージ２と、カバー１４とを備えるものとなる。

１ 配線基板
２ 半導体パッケージ（半導体装置）
３ ヒートスプレッダ
３Ａ 開口部
３Ｂ 突出部
４ 半導体チップ
５ 熱拡散用接合層
６ パッケージ基板
７ フィン（放熱部材）
８、９ はんだバンプ
１０ スペーサ
１１ アンダーフィル
１２ 仮固定ジグ
１３ メタルマスク
１４ カバー

Claims (11)

1. 開口部を有するヒートスプレッダと、
   前記開口部に設けられた半導体チップと、
   少なくとも前記半導体チップの表面上に設けられ、前記半導体チップと前記ヒートスプレッダとを接合し、かつ、前記半導体チップが発生した熱を拡散させる熱拡散用接合層とを備えることを特徴とする半導体装置。
2. 前記熱拡散用接合層は、前記半導体チップ及び前記ヒートスプレッダの表面上に設けられており、
   前記半導体チップの表面と前記ヒートスプレッダの表面とが前記熱拡散用接合層を介して接合されていることを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記ヒートスプレッダは、前記半導体チップよりも厚くなっており、
   前記熱拡散用接合層は、前記半導体チップの表面上に設けられており、
   前記半導体チップの表面と前記ヒートスプレッダの前記開口部に露出している面とが前記熱拡散用接合層を介して接合されていることを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置。
4. 前記熱拡散用接合層の表面上に前記熱拡散用接合層と同じ材料によって接合されたフィンを備えることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置。
5. 前記熱拡散用接合層は、前記ヒートスプレッダと同等又はそれ以上の熱伝導率を有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置。
6. 前記熱拡散用接合層は、多結晶ダイヤモンドを含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体装置。
7. 前記ヒートスプレッダは、
   金属層と、
   前記金属層の少なくとも一の表面上に設けられ、表面に露出しているダイヤモンド片とを備えることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体装置。
8. 配線基板と、
   開口部を有するヒートスプレッダと、前記開口部に設けられた半導体チップと、少なくとも前記半導体チップの表面上に設けられ、前記半導体チップと前記ヒートスプレッダとを接合し、かつ、前記半導体チップが発生した熱を拡散させる熱拡散用接合層と、前記半導体チップを実装するパッケージ基板とを備え、前記配線基板上に実装された半導体装置とを備えることを特徴とする電子装置。
9. 開口部を有するヒートスプレッダの前記開口部に半導体チップを配置する工程と、
   少なくとも前記半導体チップの表面上に、前記半導体チップと前記ヒートスプレッダとを接合し、かつ、前記半導体チップが発生した熱を拡散させる熱拡散用接合層を形成する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
10. 前記熱拡散用接合層を形成する工程において、気相合成法によって多結晶ダイヤモンドを含む熱拡散用接合層を形成することを特徴とする、請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
11. 前記熱拡散用接合層の表面上に、気相合成法によって形成される多結晶ダイヤモンドによってフィンを接合する工程を備えることを特徴とする、請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。