JP2020149993A - 半導体装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性の向上が図られた半導体装置、及びそのような半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】半導体装置は、第１半導体チップ２０と、第２半導体チップ３０と、第１バンプ電極４１と、第２バンプ電極５１と、第１半導体チップ２０と第２半導体チップ３０との間に配置され、第１半導体チップ２０と第２半導体チップ３０との間の間隔を規定するスペーサ６０と、第１半導体チップ２０と第２半導体チップ３０との間に配置されたアンダーフィル樹脂７０と、を備える。スペーサ６０は、第２半導体チップ３０の外縁３１ｂよりも内側に位置する第１側面６３と、第２半導体チップ３０と向かい合う対向面６４と、を有しており、対向面６４と第２半導体チップ３０との間には、第２半導体チップ３０の外縁３１ｂの一部に沿って延在する隙間Ｇが形成されている。アンダーフィル樹脂７０は、隙間Ｇに入り込んでいる。【選択図】図４

Description

本発明は、半導体装置及び半導体装置の製造方法に関する。

半導体装置として、バンプ電極を介して第１半導体チップ上に第２半導体チップが実装されたものが知られている（例えば特許文献１参照）。そのような半導体装置の製造に際しては、第１半導体チップ及び第２半導体チップの各々にバンプ電極を設けておき、それらのバンプ電極同士を接合することによって第１半導体チップ上に第２半導体チップを実装する場合がある。

特開２０１７−２８２１６号公報

上述したような製造工程では、例えば第２半導体チップが反りを有している場合、第２半導体チップの縁側に設けられたバンプ電極が中央側に設けられたバンプ電極よりも先に第１半導体チップのバンプ電極に接触することで、縁側においてバンプ電極が潰れ過ぎる（過大に変形する）おそれがある。バンプ電極が潰れ過ぎると、例えば、当該バンプ電極が、近くに配置された他のバンプ電極と接触して短絡してしまうことがある。そのような事態は、バンプ電極が狭ピッチで配列されている場合に特に生じ易い。信頼性の向上のためには、バンプ電極の潰れ過ぎを抑制することが求められる。また、信頼性の向上のためには、第１半導体チップと第２半導体チップとの間の接合強度を高めることが併せて求められる。

本発明は、信頼性の向上が図られた半導体装置、及びそのような半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の半導体装置は、互いに向かい合う支持体及び半導体チップの一方である第１要素と、支持体及び半導体チップの他方である第２要素と、第１要素上に配置された第１バンプ電極と、第２要素上に配置され、第１バンプ電極に接合された第２バンプ電極と、第１要素と第２要素との間に配置され、第１要素と第２要素との間の間隔を規定するスペーサと、第１要素と第２要素との間に配置されたアンダーフィル樹脂と、を備え、スペーサは、第２要素の外縁よりも内側に位置する第１側面と、第２要素と向かい合う対向面と、を有しており、対向面と第２要素との間には、第２要素の外縁の一部に沿って延在する隙間が形成されており、アンダーフィル樹脂は、隙間に入り込んでいる。

この半導体装置では、第１要素と第２要素との間に配置されたスペーサにより、第１要素と第２要素との間の間隔が規定されている。そのため、例えば半導体チップ（第１要素及び第２要素の少なくとも一方）が反りを有している場合でも、第１バンプ電極と第２バンプ電極とを接合する際に第１バンプ電極及び第２バンプ電極が過大に変形するのを抑制することができる。その結果、第１バンプ電極と第２バンプ電極との良好な接合が実現されている。更に、スペーサが、第２要素の外縁よりも内側に位置する第１側面と、第２要素と向かい合う対向面と、を有しており、当該対向面と第２要素との間には、第２要素の外縁の一部に沿って延在する隙間が形成されており、アンダーフィル樹脂が当該隙間に入り込んでいる。第２要素とスペーサとの間の隙間にアンダーフィル樹脂が入り込んでいることにより、第１要素と第２要素との間の接合強度を向上することができる。以上により、この半導体装置によれば、信頼性の向上を図ることができる。

本発明の半導体装置では、第２要素は、多角形板状に形成されており、第２要素の外縁の一部は、第２要素の角部を構成していてもよい。この場合、第１要素と第２要素との間の接合強度を効果的に向上することができる。

本発明の半導体装置では、スペーサは、第１要素と第２要素とが向かい合う対向方向から見た場合に、Ｌ字状に形成されていてもよい。この場合、第１要素と第２要素との間の接合強度を一層効果的に向上することができる。

本発明の半導体装置では、スペーサは、第１要素に接合された第１部分と、第２要素に接合され、第１部分に接触した第２部分と、を有していてもよい。この場合、信頼性の向上を図ることができるとの上記作用効果が顕著に奏される。

本発明の半導体装置では、スペーサは、対向面に連なり、第２要素の外縁よりも外側に位置する第２側面を更に有していてもよい。この場合、アンダーフィル樹脂が隙間に入り込み易くなり、第１要素と第２要素との間の接合強度をより一層効果的に向上することができる。

本発明の半導体装置では、隙間の幅は、第２要素から離れるほど広くなっていてもよい。この場合、第１要素と第２要素との間の接合強度をより一層効果的に向上することができる。

本発明の半導体装置では、アンダーフィル樹脂は、隙間に入り込んで第１側面に接触していてもよい。この場合、第１要素と第２要素との間の接合強度をより一層効果的に向上することができる。

本発明の半導体装置は、第１要素と第２要素とが向かい合う対向方向から見た場合に第２要素を囲むように第１要素の表面上に配置された樹脂枠と、樹脂枠よりも外側に位置するように第１要素の表面に設けられた電極パッドと、を更に備えてもよい。この場合、硬化前のアンダーフィル樹脂が広がって電極パッドに接触するのを樹脂枠によって抑制することができる。

本発明の半導体装置では、第１バンプ電極は、第１要素上に複数配置されており、第２バンプ電極は、第２要素上に複数配置されており、スペーサは、複数の第１バンプ電極同士を分離するように配置された分離部、及び、複数の第２バンプ電極同士を分離するように配置された分離部の少なくとも一方を有していてもよい。この場合、第１バンプ電極同士の短絡及び第２バンプ電極同士の短絡の少なくとも一方を分離部によって抑制することができる。

本発明の半導体装置の製造方法は、支持体及び半導体チップの一方である第１要素上に配置された第１バンプ電極と、支持体及び半導体チップの他方である第２要素上に配置された第２バンプ電極とを、第１要素と第２要素との間に配置されたスペーサによって第１要素と第２要素との間の間隔を保ちつつ、互いに接合する第１ステップと、第１ステップの後に、第１気圧の環境において、第２要素の外縁に沿ってアンダーフィル樹脂材を配置することにより、第１要素と第２要素との間に閉空間を形成する第２ステップと、第２ステップの後に、第１気圧よりも高い第２気圧への配置によって閉空間にアンダーフィル樹脂材を充填すると共に、充填したアンダーフィル樹脂材を硬化させる第３ステップと、を備え、第１ステップでは、第２要素の外縁よりも内側に位置する第１側面と、第２要素と向かい合う対向面と、を有するスペーサによって、対向面と第２要素との間に、第２要素の外縁の一部に沿って延在する隙間が形成され、第２ステップ及び第３ステップの少なくとも一方において、アンダーフィル樹脂材が隙間に入り込む。この製造方法によれば、上述した理由により信頼性の向上が図られた半導体装置を得ることができる。

本発明の半導体装置の製造方法において、第１ステップでは、第１要素上に配置された第１部分と、第２要素上に配置された第２部分とが接触することにより、第１部分及び第２部分を有するスペーサが構成されてもよい。この場合、信頼性の向上を図ることができるとの上記作用効果が顕著に奏される。

本発明の半導体装置の製造方法において、第１ステップでは、第１部分と第２部分とが接触する前に、第１バンプ電極と第２バンプ電極とが接触してもよい。この場合、第１バンプ電極と第２バンプ電極とを一層確実に接合することができる。

本発明によれば、信頼性の向上が図られた半導体装置、及びそのような半導体装置の製造方法を提供することができる。

実施形態に係る半導体装置の斜視図である。 半導体装置の断面図である。 第１半導体チップ及び第２半導体チップを第２半導体チップ側から見た図である。 第１半導体チップ及び第２半導体チップの断面図である。 接合前の第１半導体チップ及び第２半導体チップの断面図である。 アンダーフィル樹脂材が充填される前の第１半導体チップ及び第２半導体チップの断面図である。 変形例に係る第１半導体チップ及び第２半導体チップの断面図である。 変形例に係る第２バンプ電極及びスペーサの断面図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。
［半導体装置の構成］

図１及び図２に示されるように、半導体装置１は、支持基板１０と、第１半導体チップ（第１要素、支持体、バンプ付き基板）２０と、第２半導体チップ（第２要素、支持体）３０と、を備えている。半導体装置１は、例えば、裏面入射型のエリアイメージセンサ又はリニアイメージセンサである。第１半導体チップ２０は、例えば、ＣＭＯＳ読み出し回路（ＲＯＩＣ：readout integrated circuit）である。第２半導体チップ３０は、例えば、ＩｎＧａＡｓフォトダイオードアレイである。第１半導体チップ２０と第２半導体チップ３０とは、フリップチップボンディングによって互いに接合されている。

支持基板１０は、第１半導体チップ２０及び第２半導体チップ３０を支持する基板である。支持基板１０の表面１０ａには、複数の電極パッド１１が設けられている。

第１半導体チップ２０は、半導体基板２１における表面２１ａ側の部分に回路部２２が作り込まれた半導体チップである。第１半導体チップ２０は、支持基板１０の表面１０ａ上に配置されている。回路部２２は、表面２１ａに設けられた複数の電極パッド２３及び複数の電極パッド２４を含んでいる。対応する電極パッド２３と電極パッド２４とは、半導体基板２１に作り込まれた配線を介して互いに電気的に接続されている。各電極パッド２３は、ワイヤ５を介して支持基板１０の電極パッド１１に電気的に接続されている。半導体基板２１は、例えば矩形板状に形成されている。

第２半導体チップ３０は、半導体基板３１における表面３１ａ側の部分に受光部３２が作り込まれた半導体チップである。受光部３２は、フォトダイオードによって構成された複数の画素３３を含んでいる。各画素３３には、表面３１ａに設けられた電極パッド３４が電気的に接続されている。半導体基板３１は、例えば矩形板状に形成されている。

第２半導体チップ３０は、間隔を空けて第１半導体チップ２０と向かい合っている。第１半導体チップ２０と第２半導体チップ３０とが向かい合う対向方向Ａにおいて、半導体基板２１の表面２１ａに設けられた複数の電極パッド２４と、半導体基板３１の表面３１ａに設けられた複数の電極パッド３４とは、一対一で向かい合っている。向かい合う電極パッド２４と電極パッド３４とは、第１バンプ電極４１及び第２バンプ電極５１を介して電気的に接続されている。

図３〜図６を参照しつつ、第１半導体チップ２０及び第２半導体チップ３０について更に説明する。図３に示されるように、第１半導体チップ２０（半導体基板２１）は、対向方向Ａから見た場合に、第２半導体チップ３０（半導体基板３１）よりも大きい。対向方向Ａから見た場合における第１半導体チップ２０及び第２半導体チップ３０の各々のサイズは、例えば１０〜２０ｍｍ程度×１０〜２０ｍｍ程度である。第１半導体チップ２０及び第２半導体チップ３０の各々の厚さは、例えば数百μｍ程度である。

第１バンプ電極４１は、半導体基板２１の表面２１ａ上に複数配列されている。第１バンプ電極４１は、例えば、図３に示される矩形状の領域Ｒ内に配置されている。図４〜図６では、説明の便宜上、２つの第１バンプ電極４１のみが示されているが、実際には多数の第１バンプ電極４１が並んでいる。

第１バンプ電極４１は、例えば格子状（マトリクス状）に並んでいる。第１バンプ電極４１の数は、画素３３の数と略等しい。第１バンプ電極４１は、例えば、６４０行５１２列又は１２８０行１０２４列、配置されている。隣り合う第１バンプ電極４１の中心間距離は、例えば１０μｍ〜２０μｍ程度である。第１バンプ電極４１は、例えばインジウム（Ｉｎ）により構成されているが、ＳｂＡｇＣｕ（錫銀銅）半田又は金（Ａｕ）により構成されていてもよい。

第１バンプ電極４１は、例えば、互いに隣り合うように配置された４つの柱状バンプ４２によって構成されている。４つの柱状バンプ４２は、例えば、対向方向Ａから見た場合に、仮想的な四角形の４つの角部にそれぞれ配置されている。各柱状バンプ４５は、例えば略四角錐台形状に形成されている。

第２バンプ電極５１は、半導体基板３１の表面３１ａ上に複数配列されている。第２バンプ電極５１は、例えば、略円錐台形状の１つの柱状バンプによって構成されている。第２バンプ電極５１の外面は、第２バンプ電極５１が先細りになるように傾斜している。第２バンプ電極５１は、例えば、第１バンプ電極４１と同一の金属材料により構成されている。

複数の第２バンプ電極５１は、複数の第１バンプ電極４１にそれぞれ接合されている。すなわち、一の第１バンプ電極４１と一の第２バンプ電極５１とが互いに接合されている。第１バンプ電極４１と第２バンプ電極５１とは、例えば熱圧着により互いに接合されている。この例では、第２バンプ電極５１は、第１バンプ電極４１を構成する４つの柱状バンプ４２の間に配置されて第１バンプ電極４１に接合されている。

半導体装置１は、４つのスペーサ６０と、アンダーフィル樹脂７０と、樹脂枠８０と、を更に備えている。各スペーサ６０は、第１半導体チップ２０と第２半導体チップ３０との間に配置され、第１半導体チップ２０と第２半導体チップ３０との間の間隔を規定している。第１半導体チップ２０と第２半導体チップ３０との間の間隔は、例えば３μｍ程度である。

４つのスペーサ６０は、それぞれ、半導体基板３１の角部に配置されている。この例では、各スペーサ６０は、対向方向Ａから見た場合に、Ｌ字状に形成されており、半導体基板３１の角部（第２半導体チップ３０の角部）を構成する２つの辺部に沿って配置されている。これらの辺部は、半導体基板３１の外縁（第２半導体チップ３０の外縁）３１ｂの一部である。各スペーサ６０は、第１バンプ電極４１及び第２バンプ電極５１が配置された領域Ｒよりも外側に配置されている。なお、「外側」とは、対向方向Ａから見た場合に、半導体基板３１の中心に対して外縁３１ｂが位置する側であり、「内側」とは、対向方向Ａから見た場合に、外縁３１ｂに対して半導体基板３１の中心が位置する側である。

以下、一のスペーサ６０について説明するが、他のスペーサ６０も当該一のスペーサ６０と同一の構成を有している。図１，２では、スペーサ６０及びアンダーフィル樹脂７０等の図示は省略されている。

スペーサ６０は、半導体基板２１の表面２１ａに接合された第１部分６１と、半導体基板３１の表面３１ａに接合された第２部分６２と、を有している。第１部分６１及び第２部分６２の各々は、対向方向Ａから見た場合に、Ｌ字状に形成されている。第１部分６１及び第２部分６２の各々は、例えば、ポリイミド等の樹脂材料により層状に形成されている。

第１部分６１は、半導体基板３１の角部を構成する２つの辺部に沿って配置されている。第１部分６１は、対向方向Ａから見た場合に、半導体基板３１の外縁３１ｂよりも外側に位置する部分と、外縁３１ｂよりも内側に位置する部分と、を含んでいる。すなわち、第１部分６１は、対向方向Ａから見た場合に、外縁３１ｂの内側と外側とに跨がるように配置されている。第１部分６１の厚さは、例えば１．５μｍ程度である。

第２部分６２は、半導体基板３１の角部を構成する２つの辺部に沿って配置されている。第２部分６２は、半導体基板３１の外縁３１ｂから所定の間隔を空けて、外縁３１ｂに沿って配置されている。すなわち、第２部分６２は、外縁３１ｂよりも僅かに内側に配置されている。第２部分６２の厚さは、例えば１．５μｍ程度である。第２部分６２は、対向方向Ａから見た場合に、第１部分６１と重なっている。第２部分６２は、第１部分６１に接触している。

スペーサ６０は、半導体基板３１の外縁３１ｂよりも内側に位置する第１側面６３と、半導体基板３１の表面３１ａと向かい合う対向面６４と、外縁３１ｂよりも外側に位置する第２側面６５と、を有している。第１側面６３は、第２部分６２により構成され、対向方向Ａに沿って延在している。この例では、第１側面６３は、半導体基板３１から離れるほど内側に向かうように傾斜すると共に、半導体基板３１とは反対側に向けて凸状に湾曲している。対向面６４は、第１部分６１により構成されて第１側面６３に連なり、対向方向Ａに垂直な方向に沿って延在している。第２側面６５は、第１部分６１により構成されて対向面６４に連なり、対向方向Ａに沿って延在している。この例では、第２側面６５は、半導体基板２１から離れるほど内側に向かうように傾斜すると共に、半導体基板２１とは反対側に向けて凸状に湾曲している。

対向面６４と半導体基板３１の表面３１ａとの間には、隙間Ｇが形成されている。隙間Ｇは、表面３１ａ、第１側面６３及び対向面６４によって画定されている。隙間Ｇは、半導体基板３１の角部を構成する２つの辺部に沿って延在しており、対向方向Ａから見た場合に略Ｌ字状に形成されている。この例では、隙間Ｇの幅（すなわち、半導体基板３１の外縁３１ｂから第１側面６３までの距離）は、半導体基板３１から離れるほど広くなっている。

隙間Ｇは、隣り合う２つのスペーサ６０によって半導体基板２１と半導体基板３１との間に形成された各開口部Ｐ内まで、延在している。換言すれば、開口部Ｐ内における対向面６４と半導体基板３１の表面３１ａとの間には、隙間Ｗが形成されている。隙間Ｗは、表面３１ａ、第１側面６３及び対向面６４によって画定されている。

アンダーフィル樹脂７０は、第１半導体チップ２０と第２半導体チップ３０との間に配置されている。具体的には、アンダーフィル樹脂７０は、半導体基板２１と半導体基板３１との間に形成された空間Ｓに充填されている。アンダーフィル樹脂７０は、隙間Ｗに入り込んでいる。アンダーフィル樹脂７０は、対向方向Ａから見た場合に半導体基板３１の外縁３１ｂよりも外側に、外縁３１ｂに沿って配置されたフィレット部７１を有している。フィレット部７１は、半導体基板３１を囲むように設けられている。

フィレット部７１は、半導体基板３１の側面３１ｃに這い上っている。フィレット部７１は、例えば、半導体基板３１の表面３１ａから数百μｍ程度、側面３１ｃに這い上がっている。フィレット部７１は、隣り合う２つのスペーサ６０によって半導体基板２１と半導体基板３１との間に形成された開口部Ｐを介して、空間Ｓに充填されたアンダーフィル樹脂７０と接続されている。

図４に示されるように、フィレット部７１は、隙間Ｇに入り込んでいる。この例では、アンダーフィル樹脂７０は、隙間Ｇの全体を埋めるように隙間Ｇに入り込み、第１側面６３に接触している（第１側面６３に至っている）。

樹脂枠８０は、対向方向Ａから見た場合に第２半導体チップ３０を囲むように、第１半導体チップ２０の表面２１ａ上に配置されている。樹脂枠８０は、例えば、スペーサ６０と同一の樹脂材料により層状に形成されている。樹脂枠８０は、例えば矩形枠状に形成されている。アンダーフィル樹脂７０は、樹脂枠８０に乗り上げている。上述した電極パッド２３は、樹脂枠８０よりも外側に設けられている。
［半導体装置の製造方法］

第１半導体チップ２０上に配置された第１バンプ電極４１と、第２半導体チップ３０上に配置された第２バンプ電極５１とを、第１半導体チップ２０と第２半導体チップ３０との間に配置されたスペーサ６０によって第１半導体チップ２０と第２半導体チップ３０との間の間隔を保ちつつ、互いに接合する（第１ステップ、図５及び図６）。第１ステップでは、例えば熱圧着により、第１バンプ電極４１と第２バンプ電極５１とを接合する。

第１ステップでは、第１半導体チップ２０上に配置された第１部分６１と、第２半導体チップ３０上に配置された第２部分６２とが接触することにより、第１部分６１及び第２部分６２を有するスペーサ６０が構成される。上述したとおり、第１半導体チップ２０と第２半導体チップ３０との間には、スペーサ６０により、第２半導体チップ３０の角部を構成する２つの辺部に沿って延在する隙間Ｇが形成される。

第１ステップでは、第１部分６１と第２部分６２とが接触する前に、第１バンプ電極４１と第２バンプ電極５１とが接触する。第１バンプ電極４１と第２バンプ電極５１の接合前において、第１バンプ電極４１（柱状バンプ４５）の高さは、例えば２μｍ程度であり、第２バンプ電極５１の高さは、例えば５μｍ程度である。接合前において、第１バンプ電極４１の高さは、スペーサ６０の第１部分６１の高さよりも高く、第２バンプ電極５１の高さは、スペーサ６０の第２部分６２の高さよりも高い。

続いて、真空充填法により、第１半導体チップ２０と第２半導体チップ３０との間にアンダーフィル樹脂７０を配置する。まず、真空環境（所定の真空度に維持された大気圧よりも低圧の環境）（第１気圧の環境）において、第２半導体チップ３０の外縁３１ｂに沿ってアンダーフィル樹脂材を配置することにより、第１半導体チップ２０と第２半導体チップ３０との間に閉空間を形成する（第２ステップ）。このアンダーフィル樹脂材の供給は、例えばディスペンサを用いて実施される。アンダーフィル樹脂材は、隣り合う２つのスペーサ６０によって第１半導体チップ２０と第２半導体チップ３０との間に形成された開口部Ｐを塞ぐように配置される。

続いて、真空環境を解いて大気圧に解放することで、アンダーフィル樹脂材によって互いの間に閉空間が形成された第１半導体チップ２０及び第２半導体チップ３０を大気圧環境に配置する。この大気圧環境への配置（第１気圧よりも高い第２気圧への配置）によって、閉空間にアンダーフィル樹脂材が充填される。続いて、充填したアンダーフィル樹脂材を硬化させることでアンダーフィル樹脂７０を形成し、第１半導体チップ２０と第２半導体チップ３０との間にアンダーフィル樹脂７０を配置する（第３ステップ）。第３ステップの後に、第１半導体チップ２０及び第２半導体チップ３０を支持基板１０上に実装する。以上の工程により、半導体装置１が得られる。

第２ステップにおいては、第２半導体チップ３０の外縁３１ｂに沿って配置されたアンダーフィル樹脂材の一部が、毛細管現象によって隙間Ｇに入り込む。すなわち、第１ステップにおいて形成される隙間Ｇの幅は、第２ステップにおいてアンダーフィル樹脂材の一部が毛細管現象によって隙間Ｇに入り込む程度に、狭くなっている。アンダーフィル樹脂材は、第３ステップにおける大気圧環境への配置後に、毛細管現象によって隙間Ｇに入り込んでもよい。アンダーフィル樹脂材は、第３ステップにおける硬化時に、毛細管現象によって隙間Ｇに入り込んでもよい。すなわち、第２ステップ及び第３ステップの少なくとも一方において、アンダーフィル樹脂材が隙間Ｇに入り込めばよい。本実施形態の半導体装置１では、スペーサ６０の第１側面６３が傾斜及び湾曲しており（曲面であり）、隙間Ｇの幅が半導体基板３１から離れるほど広くなっている。すなわち、隙間Ｇの奥部（第１側面６３と対向面６４との境界部）に向かうほど、隙間Ｇが狭くなっている。そのため、毛細管現象が生じ易く、隙間Ｇの奥部にまで樹脂が充填され易くなっている。また、第２側面６５が湾曲及び傾斜していることによっても、毛細管現象が生じ易く、隙間の奥部にまで樹脂が充填され易くなっている。
［作用効果］

半導体装置１では、第１半導体チップ２０と第２半導体チップ３０との間に配置されたスペーサ６０により、第１半導体チップ２０と第２半導体チップ３０との間の間隔が規定されている。そのため、例えば第２半導体チップ３０が反りを有している場合でも、第１バンプ電極４１と第２バンプ電極５１とを接合する際に第１バンプ電極４１及び第２バンプ電極５１が過大に変形するのを抑制することができる。その結果、第１バンプ電極と第２バンプ電極との良好な接合が実現されている。更に、スペーサ６０が、第２半導体チップ３０の外縁３１ｂよりも内側に位置する第１側面６３と、第２半導体チップ３０と向かい合う対向面６４と、を有しており、対向面６４と第２半導体チップ３０との間には、第２半導体チップ３０の外縁３１ｂの一部に沿って延在する隙間Ｇが形成されており、アンダーフィル樹脂７０が隙間Ｇに入り込んでいる。第２半導体チップ３０とスペーサ６０との間の隙間Ｇにアンダーフィル樹脂７０が入り込んでいることにより、第１半導体チップ２０と第２半導体チップ３０との間の接合強度を向上することができる。以上により、半導体装置１によれば、信頼性の向上を図ることができる。

隙間Ｇが、第２半導体チップ３０の角部を構成する２つの辺部に沿って配置されている。これにより、第１半導体チップ２０と第２半導体チップ３０との間の接合強度を効果的に高めることができる。

スペーサ６０が、対向方向Ａから見た場合に、Ｌ字状に形成されている。これにより、第１半導体チップ２０と第２半導体チップ３０との間の接合強度を一層効果的に向上することができる。また、第２半導体チップ３０の角部を構成する２つの辺部に沿ってスペーサ６０が配置されているため、第２半導体チップ３０の反りを効果的に抑制することができる。更に、第１バンプ電極４１及び第２バンプ電極５１が配置される領域Ｒの面積を大きくすることができる。

スペーサ６０が、第１半導体チップ２０に接合された第１部分６１と、第２半導体チップ３０に接合され、第１部分６１に接触した第２部分６２と、を有している。半導体装置１では、アンダーフィル樹脂７０が隙間Ｇに入り込んでいるため、第１部分６１と第２部分６２との接触部を強化することができる。

スペーサ６０が、対向面６４に連なり、第２半導体チップ３０の外縁３１ｂよりも外側に位置する第２側面６５を有している。これにより、アンダーフィル樹脂７０が隙間Ｇに入り込み易くなり、第１半導体チップ２０と第２半導体チップ３０との間の接合強度をより一層効果的に向上することができる。

隙間Ｇの幅が、第２半導体チップ３０から離れるほど広くなっている。これにより、第１半導体チップ２０と第２半導体チップ３０との間の接合強度をより一層効果的に向上することができる。開口部Ｐ内における対向面６４と半導体基板３１の表面３１ａとの間には隙間Ｗが形成されており、アンダーフィル樹脂７０が隙間Ｗに入り込んでいる。これにより、アンダーフィル樹脂材が隙間Ｗに入り込み易いため、第１半導体チップ２０と第２半導体チップ３０との間の接合強度をより一層効果的に向上することができる。

アンダーフィル樹脂７０が、隙間Ｇに入り込んで第１側面６３に接触している。アンダーフィル樹脂７０が、隙間Ｇの全体を埋めている。これにより、第１半導体チップ２０と第２半導体チップ３０との間の接合強度をより一層効果的に向上することができる。

半導体装置１は、対向方向Ａから見た場合に第２半導体チップ３０を囲むように第１半導体チップ２０の表面２１ａ上に配置された樹脂枠８０と、樹脂枠８０よりも外側に位置するように表面２１ａに設けられた電極パッド２３と、を備えている。これにより、硬化前のアンダーフィル樹脂７０（アンダーフィル樹脂材）が表面２１ａ上で広がって電極パッド２３に接触するのを樹脂枠８０によって抑制することができる。すなわち、アンダーフィル樹脂材が広がって樹脂枠８０に至った場合でも、表面張力により、アンダーフィル樹脂材の更なる広がりが抑制される。

樹脂枠８０の高さが、第２半導体チップ３０の高さよりも低い。これにより、アンダーフィル樹脂材が第２半導体チップ３０上に乗り上げるのを抑制することができる。アンダーフィル樹脂７０が、樹脂枠８０上に乗り上げている。これにより、フィレット部７１が半導体基板３１の側面３１ｃに這い上がり易くなり、第１半導体チップ２０と第２半導体チップ３０との間の接合強度をより一層効果的に向上することができる。半導体装置１では、アンダーフィル樹脂材が樹脂枠８０上に乗り上げるように、アンダーフィル樹脂材が配置される。
［変形例］

図７及び図８に示される第１変形例のスペーサ６０Ａは、半導体基板３１の表面３１ａ上に配置された第１分離部６６を備えている。第１分離部６６は、複数の第２バンプ電極５１同士を分離するように設けられている。スペーサ６０Ａは、上述した実施形態の４つのスペーサ６０が第１分離部６６によって互いに結合された構成を有している。このような第１変形例によっても、上記実施形態と同様に、信頼性の向上を図ることができる。更に、第２バンプ電極５１同士が短絡するのを第１分離部６６によって抑制することができる。第１変形例において、スペーサ６０Ａは、複数の第１バンプ電極４１同士を分離するように半導体基板２１の表面２１ａ上に配置された第２分離部を更に備えていてもよい。スペーサ６０Ａは、第１分離部６６を備えず、第２分離部のみを備えていてもよい。すなわち、スペーサ６０Ａは、第１分離部及び第２分離部の少なくとも一方を備えていてもよい。

他の変形例として、スペーサ６０は、第２半導体チップ３０の外縁３１ｂの一部に沿って配置されていればよく、例えば第２半導体チップ３０における角部を構成しない辺部に沿って配置されていてもよい。この場合、隙間Ｇも当該辺部に沿って延在する。このような変形例によっても、上記実施形態と同様に、信頼性の向上を図ることができる。スペーサ６０は少なくとも１つ設けられていればよく、スペーサ６０の数は限定されない。

上記実施形態では、スペーサ６０を構成する第１部分６１と第２部分６２とが接合されていないが、接合されていてもよい。上記実施形態では、別体に形成された第１部分６１と第２部分６２とが接触することでスペーサ６０が構成されたが、スペーサ６０は、予め一体的に形成された一の部材によって構成されていてもよい。この場合、スペーサ６０は、第１半導体チップ２０及び第２半導体チップ３０の一方に接合され、他方には接合されていなくてもよい。ただし、第１部分６１と第２部分６２とが別体に構成されていると、接合前の第１半導体チップ２０又は第２半導体チップ３０を落下させてしまった場合でも、第１部分６１又は第２部分６２によって第１バンプ電極４１又は第２バンプ電極５１を保護することができる。

各要素の材料及び形状には、上述した材料及び形状に限らず、様々な材料及び形状を採用することができる。例えば、第１バンプ電極４１は、１つの柱状バンプによって構成されていてもよい。スペーサ６０の第２側面６５は、第２半導体チップ３０の外縁３１ｂよりも内側に位置していてもよい。すなわち、対向面６４の外側部分は、半導体基板２１から離れるほど内側に向かうように傾斜すると共に、半導体基板２１とは反対側に向けて凸状に湾曲していてもよい。この場合にも、毛細管現象が生じ易く、隙間Ｇの奥部にまで樹脂が充填され易くなる。アンダーフィル樹脂７０は、隙間Ｇに入り込んでいればよく、第１側面６３に接触していなくてもよい。上記実施形態では、本発明の支持体が第１半導体チップ２０又は第２半導体チップ３０であったが、支持体は、配線基板、電子部品等であってもよい。上記実施形態では、本発明の第１要素が第１半導体チップ２０であり、第２要素が第２半導体チップ３０であったが、第１要素又は第２要素は、配線基板、電子部品等により構成された支持体であってもよい。支持体上に第１バンプ電極４１が配置されると共に半導体チップ上に第２バンプ電極５１が配置されてもよいし、或いは、支持体上に第２バンプ電極５１が配置されると共に半導体チップ上に第１バンプ電極４１が配置されてもよい。

上述した半導体装置１の製造方法では、第２ステップが真空環境で実施され、第３ステップが大気圧環境で実施されたが、第２ステップが第１気圧の環境で実施され、第３ステップが第１気圧よりも高い第２気圧の環境で実施されれば、アンダーフィル樹脂材によって第１半導体チップ２０と第２半導体チップ３０との間に形成された閉空間の内外の圧力差によって、閉空間にアンダーフィル樹脂材を進行させることができる。

１…半導体装置、２０…第１半導体チップ（第１要素、支持体）、２１ａ…表面、２３…電極パッド、３０…第２半導体チップ（第２要素、支持体）、３１ｂ…外縁、４１…第１バンプ電極、５１…第２バンプ電極、６０，６０Ａ…スペーサ、６１…第１部分、６２…第２部分、６３…第１側面、６４…対向面、６５…第２側面、６６…第１分離部、７０…アンダーフィル樹脂、８０…樹脂枠、Ａ…対向方向、Ｇ…隙間。

Claims (12)

1. 互いに向かい合う支持体及び半導体チップの一方である第１要素と、
   前記支持体及び前記半導体チップの他方である第２要素と、
   前記第１要素上に配置された第１バンプ電極と、
   前記第２要素上に配置され、前記第１バンプ電極に接合された第２バンプ電極と、
   前記第１要素と前記第２要素との間に配置され、前記第１要素と前記第２要素との間の間隔を規定するスペーサと、
   前記第１要素と前記第２要素との間に配置されたアンダーフィル樹脂と、を備え、
   前記スペーサは、前記第２要素の外縁よりも内側に位置する第１側面と、前記第２要素と向かい合う対向面と、を有しており、前記対向面と前記第２要素との間には、前記第２要素の前記外縁の一部に沿って延在する隙間が形成されており、
   前記アンダーフィル樹脂は、前記隙間に入り込んでいる、半導体装置。
2. 前記第２要素は、多角形板状に形成されており、
   前記第２要素の前記外縁の前記一部は、前記第２要素の角部を構成している、請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記スペーサは、前記第１要素と前記第２要素とが向かい合う対向方向から見た場合に、Ｌ字状に形成されている、請求項１又は２に記載の半導体装置。
4. 前記スペーサは、前記第１要素に接合された第１部分と、前記第２要素に接合され、前記第１部分に接触した第２部分と、を有している、請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体装置。
5. 前記スペーサは、前記対向面に連なり、前記第２要素の前記外縁よりも外側に位置する第２側面を更に有している、請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体装置。
6. 前記隙間の幅は、前記第２要素から離れるほど広くなっている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体装置。
7. 前記アンダーフィル樹脂は、前記隙間に入り込んで前記第１側面に接触している、請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体装置。
8. 前記第１要素と前記第２要素とが向かい合う対向方向から見た場合に前記第２要素を囲むように前記第１要素の表面上に配置された樹脂枠と、
   前記樹脂枠よりも外側に位置するように前記第１要素の前記表面に設けられた電極パッドと、を更に備える、請求項１〜７のいずれか一項に記載の半導体装置。
9. 前記第１バンプ電極は、前記第１要素上に複数配置されており、
   前記第２バンプ電極は、前記第２要素上に複数配置されており、
   前記スペーサは、前記複数の第１バンプ電極同士を分離するように配置された分離部、及び、前記複数の第２バンプ電極同士を分離するように配置された分離部の少なくとも一方を有している、請求項１〜８のいずれか一項に記載の半導体装置。
10. 支持体及び半導体チップの一方である第１要素上に配置された第１バンプ電極と、前記支持体及び前記半導体チップの他方である第２要素上に配置された第２バンプ電極とを、前記第１要素と前記第２要素との間に配置されたスペーサによって前記第１要素と前記第２要素との間の間隔を保ちつつ、互いに接合する第１ステップと、
    前記第１ステップの後に、第１気圧の環境において、前記第２要素の外縁に沿ってアンダーフィル樹脂材を配置することにより、前記第１要素と前記第２要素との間に閉空間を形成する第２ステップと、
    前記第２ステップの後に、前記第１気圧よりも高い第２気圧への配置によって前記閉空間に前記アンダーフィル樹脂材を充填すると共に、充填した前記アンダーフィル樹脂材を硬化させる第３ステップと、を備え、
    前記第１ステップでは、前記第２要素の前記外縁よりも内側に位置する第１側面と、前記第２要素と向かい合う対向面と、を有する前記スペーサによって、前記対向面と前記第２要素との間に、前記第２要素の前記外縁の一部に沿って延在する隙間が形成され、
    前記第２ステップ及び前記第３ステップの少なくとも一方において、前記アンダーフィル樹脂材が前記隙間に入り込む、半導体装置の製造方法。
11. 前記第１ステップでは、前記第１要素上に配置された第１部分と、前記第２要素上に配置された第２部分とが接触することにより、前記第１部分及び前記第２部分を有する前記スペーサが構成される、請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
12. 前記第１ステップでは、前記第１部分と前記第２部分とが接触する前に、前記第１バンプ電極と前記第２バンプ電極とが接触する、請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。

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