JP4806196B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

本発明は、第１の半導体チップの上に第２の半導体チップが接続された半導体装置に関するものである。

近年、電子機器の小型、高速処理化に従い、２種類以上の半導体チップを積層してなる三次元デバイス構造は、広く検討されている。２種類以上の半導体チップを個別に１チップ化する技術と、三次元デバイスを形成する技術とを比較すると、半導体チップ内に設けられる半導体素子の種類によって有利・不利がある。例えば、メモリ・ロジック混載デバイスのように混載プロセスで形成された半導体素子を１チップ化するのはプロセスが複雑になりコスト高となる。そこで、個別に適切なプロセスにより形成された半導体素子を有する２種類の半導体チップを互いに積層することにより、低コスト化を図ろうとするための種々の提案がなされており、製品化が始まっているデバイスもある。

以下、従来の三次元化された半導体装置の構造と製造方法について説明する。図１７は、従来の三次元デバイスの構造を示す断面図である。図１８（ａ）〜（ｃ）は、上記従来の三次元デバイスの製造工程を示す断面図である。

図１７に示すように、従来の三次元デバイスは、上面に複数の第１の内部電極１１１及びボンディングパッド１１２とを有する第１の半導体チップ１１０と、上面に複数の第２の内部電極１２１を有する第２の半導体チップ１２０と、上記第１の半導体チップ１１０を搭載するためのダイパッド１３１と、上記各半導体チップ１１０，１２０内のトランジスタ等の素子と外部機器との間で電気的信号をやりとりするためのリード１３２とを備えている。

そして、第１の半導体チップ１１０の上に第１，第２の内部電極１１１，１２１同士を位置合わせした状態で第２の半導体チップ１２０が搭載され、第１の内部電極１１１と第２の内部電極１２１とは、金属バンプ１２３を介して互いに電気的に接続されている。また、第１の半導体チップ１１０と第２の半導体チップ１２０との間には樹脂１３０が充填され、樹脂１３０により第１，第２の半導体チップ１１０，１２０が互いに接着されて一体化されている。また、上記ダイパッド１３１及びリード１３２は、１つのリードフレームから切り離されたものである。第１の半導体チップ１１０はダイパッド１３１にＰｄ，Ａｇ等の金導電性ペースト１３３により固定され、第１の半導体チップ１１０のボンディングパッド１１２とリード１３２とはボンディングワイヤ１３４を介して電気的に接続されている。さらに、第１の半導体チップ１１０，第２の半導体チップ１２０，ボンディングワイヤ１３４，ダイパッド１３１及びリード１３２は、封止樹脂１３５により封止されてパッケージングされている。

次に、従来の半導体装置の製造方法について説明する。

図１８（ａ）に示す工程で、以下の手順により、第１の半導体チップ１１０と第２の半導体チップ１２０とを位置合わせする。まず、上面に複数の第１の内部電極１１１を有する第１の半導体チップ１１０を準備し、第１の半導体チップ１１０を実装治具（図示せず）の上に載置して、第１の半導体チップ１１０の上面に樹脂１３０を塗布する。一方、上面に複数の第２の内部電極１２１及びその上のバリアメタル１２２を有する第２の半導体チップ１２０を準備し、第２の半導体チップ１２０のバリアメタル１２２の上に金属バンプ１２３を形成する。そして、第１の半導体チップ１１０の上方に、第１の半導体チップ１１０をその下面を下方に向けた状態で対向させて、第１の内部電極１１１と第２の内部電極１２１（バリアメタル１２２）とを位置合わせする。

次に、図１８（ｂ）に示す工程で、以下の手順により、第１の半導体チップ１１０と第２の半導体チップ１２０とを互いに接合する。まず、第２の半導体チップ１２０をその裏面から金属ツール１４０によって加熱・加圧して第２の半導体チップ１２０の内部電極１２１上（バリメタル１２２上）に形成された金属バンプ１２３を介して、第１の半導体チップ１１０の第１の内部電極１１１と第２の半導体チップ１２０の内部電極１２１とを互いに接合させる。そして、接合後、両半導体チップ１１０，１２０間に充填されている樹脂１３０を、紫外線１４１を照射するか、加熱することにより、樹脂１３０を硬化させる。

次に、図１８（ｃ）に示す工程で、以下の手順により、接合・一体化された半導体デバイスに対してワイヤボンディング工程を行なう。まず、ダイパッド１３１及びリード１３２を有するリードフレーム１３７を準備する。そして、第１の半導体チップ１１０をダイパッド１３１上に、Ｐｄ，Ａｇ等の導電性ペースト１３３により固定する。そして、第１の半導体チップ１１０のボンディングパッド１１２と、リードフレーム１３７のリード１３２とをボンディングワイヤ１３４によって接続する。

次に、図１８（ｄ）に示す工程で、以下の手順により、ワイヤボンディングした半導体装置をパッケージングする。まず、第１の半導体チップ１１０，第２の半導体チップ１２０，ボンディングワイヤ１３４，ダイパッド１３１及びリード１３２を封止樹脂１３５で封止する。このとき、リード１３２の下面又は外側面は封止樹脂１３５によって覆われずに露出していて、この部分が外部端子として機能する。

以上の工程により、第１の半導体チップ１１０の上に第２の半導体チップ１２０を搭載して一体化してなる三次元デバイスが形成される。

しかしながら、上記三次元デバイスである半導体装置においては、以下のような不具合があった。

まず、第１の半導体チップ１１０上にフェイスダウンで接合される第２の半導体チップ１２０は、ウエハからダイシングにより切り出されたものであるが、第２の半導体チップ１２０の下面の角部１４５の側面はダイシングの際に研削された状態である。そのため、第２の半導体チップ１２０の下面の角部１４５には、封止樹脂の硬化の際に生じる応力が集中し、その結果、総合的な半導体デバイスの特性劣化が起こりやすくなる。

また、半導体装置を封止樹脂で封止しない場合も、半導体装置発熱時の半導体チップの反りの影響で、半導体チップ間の接続信頼性が低下しやすくなる。

本発明の目的は、第１の半導体チップに接合される第２の半導体チップの裏面角部への応力集中を緩和し、あるいはチップの反りを低減しうる半導体装置及びその製造方法を提供することにある。

本発明の半導体装置は、上面に第１の電極を有する第１の半導体チップと、上面に第２の電極を有し、上記第２の電極を上記第１の電極に電気的に接続させたフェースダウン状態で上記第１の半導体チップ上に搭載された第２の半導体チップとを備え、上記第２の半導体チップの中央部が周辺部より厚い。

これにより、第２の半導体チップの反りが低減されるので、第１の半導体チップと第２の半導体チップとの接続の信頼性が向上する。

第１の半導体チップと第２の半導体チップの間に介在する樹脂層をさらに備えていることにより、接続の信頼性がより高くなる。

上記第１の半導体チップと上記第２の半導体チップとは、樹脂封止されていることが好ましい。

本発明の半導体装置又はその製造方法によると、第１の半導体チップに接合された第２の半導体チップの下面の角部を曲面化させ、第２の半導体チップの側面全体を樹脂層により覆うことにより、パッケージクラックの発生や、各半導体チップ間の接続信頼性の低下などを抑制することができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態及びその変形例に係わる半導体装置の構造について、説明する。図１，図２は、本実施形態及びその変形例における三次元デバイスの構造を示す断面図である。

図１に示すように、本実施形態の三次元デバイスは、主面に複数の第１の内部電極１１及びボンディングパッド１２を有する第１の半導体チップ１０と、主面に複数の第２の内部電極２１を有し、フェイスダウンで第１の半導体チップ１０に接合された第２の半導体チップ２０と、上記第１の半導体チップ１０を搭載するためのダイパッド３１と、上記各半導体チップ１０，２０内のトランジスタ等の素子と外部機器との間で電気的信号をやりとりするためのリード３２とを備えている。

そして、第１の半導体チップ１０の上に第１，第２の内部電極１１，２１同士を位置合わせした状態で第２の半導体チップ２０が搭載され、第１の内部電極１１と第２の内部電極２１とは、金属バンプ２３を介して互いに電気的に接続されている。また、第１の半導体チップ１０と第２の半導体チップ２０との間には樹脂３０が充填され、樹脂３０により第１，第２の半導体チップ１０，２０が互いに接着されて一体化されている。また、上記ダイパッド３１及びリード３２は、１つのリードフレームから切り離されたものである。第１の半導体チップ１０はダイパッド３１にＰｄ，Ａｇ等の金導電性ペースト３３により固定され、第１の半導体チップ１０のボンディングパッド１２とリード３２とはボンディングワイヤ３４を介して電気的に接続されている。さらに、第１の半導体チップ１０，第２の半導体チップ２０，ボンディングワイヤ３４，ダイパッド３１及びリード３２は、封止樹脂３５により封止されてパッケージングされている。

ここで、本実施形態の三次元デバイス中の第２の半導体チップ２０の裏面の角部４５は丸められ（曲面化され）ており、第２の半導体チップ２０の裏面には鋭角な角部が存在していない。したがって、第２の半導体チップ２０の裏面の角部４５におけるパッケージクラックを抑制することができ、総合的なデバイス特性の劣化を回避することができる。

−変形例−
図２は、第１の実施形態の変形例における三次元デバイスの断面図である。図２に示すように、本実施形態の変形例においては、第２の半導体チップ２０の裏面が丸められているのではなく、４５°に近い角度で面取りされている。これによっても、パッケージクラックなどの発生を抑制することができる。つまり、第２の半導体チップの角部４５が鈍されていればよい。

（第２の実施形態）
図３は、本実施形態における三次元デバイスの構造を示す断面図である。同図に示すように、本実施形態の三次元デバイスは、主面に複数の第１の内部電極１１及び複数のボンディングパッド１２を有する第１の半導体チップ１０と、主面に複数の第２の内部電極２１を有し、フェイスダウンで第１の半導体チップ１０に接合された第２の半導体チップ２０と、上記第１の半導体チップ１０を搭載するためのダイパッド３１と、上記各半導体チップ１０，２０内のトランジスタ等の素子と外部機器との間で電気的信号をやりとりするためのリード３２とを備えている。

そして、第１の半導体チップ１０の上に第１，第２の内部電極１１，２１同士を位置合わせした状態で第２の半導体チップ２０が搭載され、第１の内部電極１１と第２の内部電極２１とは、金属バンプ２３を介して互いに電気的に接続されている。また、第１の半導体チップ１０と第２の半導体チップ２０との間には樹脂３０が充填され、樹脂３０により第１，第２の半導体チップ１０，２０が互いに接着されて一体化されている。上記ダイパッド３１及びリード３２は、１つのリードフレームから切り離されたものである。第１の半導体チップ１０はダイパッド３１にＰｄ，Ａｇ等の金導電性ペースト３３により固定され、第１の半導体チップ１０のボンディングパッド１２とリード３２とはボンディングワイヤ３４を介して電気的に接続されている。さらに、第１の半導体チップ１０，第２の半導体チップ２０，ボンディングワイヤ３４，ダイパッド３１及びリード３２は、封止樹脂３５により封止されてパッケージングされている。

そして、本実施形態の三次元デバイスにおいては、第２の半導体チップ２０の側面全体が樹脂３０によって覆われている。したがって、この樹脂３０により第２の半導体チップ２０の角部４５も保護されることになり、第２の半導体チップ２０の裏面の角部４５におけるパッケージクラックを抑制することができ、総合的なデバイス特性の劣化を回避することができる。また、樹脂封止を行なう前において、第１の半導体チップ１０と第２の半導体チップ２０とが樹脂３０により強く接着されているので、実装工程における第１，第２の半導体チップ１０，２０のはがれを有効に防止することができ、接続の信頼性の向上を図ることができる。

−第１の変形例−
図４は、第２の実施形態の第１の変形例における半導体装置の構造を示す断面図である。

同図に示すように、本変形例における三次元デバイスは、図３に示す三次元デバイスと同様に、主面に複数の第１の内部電極１１及び複数のボンディングパッド１２を有する第１の半導体チップ１０と、主面に複数の第２の内部電極２１を有し、フェイスダウンで第１の半導体チップ１０に接合された第２の半導体チップ２０と、上記第１の半導体チップ１０を搭載するためのダイパッド３１と、上記各半導体チップ１０，２０内のトランジスタ等の素子と外部機器との間で電気的信号をやりとりするためのリード３２とを備えている。

そして、第１の半導体チップ１０の上に第１，第２の内部電極１１，２１同士を位置合わせした状態で第２の半導体チップ２０が搭載され、第１の内部電極１１と第２の内部電極２１とは、金属バンプ２３を介して互いに電気的に接続されている。上記ダイパッド３１及びリード３２は、１つのリードフレームから切り離されたものである。また、第１の半導体チップ１０はダイパッド３１にＰｄ，Ａｇ等の金導電性ペースト３３により固定され、第１の半導体チップ１０のボンディングパッド１２とリード３２とはボンディングワイヤ３４を介して電気的に接続されている。

ここで、本変形例においては、第１の半導体チップ１０と第２の半導体チップ２０との間には第１の樹脂３７が充填され、第１の樹脂３７により第１，第２の半導体チップ１０，２０が互いに接着されて一体化されている。さらに、第１の半導体チップ１０の上には、第１の樹脂３７及び第２の半導体チップ２０の側面を覆う第２の樹脂３８が設けられている。

そして、第１の半導体チップ１０，第２の半導体チップ２０，ボンディングワイヤ３４，ダイパッド３１及びリード３２は、封止樹脂３５により封止されてパッケージングされている。

本変形例によっても、第２の樹脂３８により、第２の半導体チップ２０の側面全体が覆われているので、第２の樹脂３８により第２の半導体チップ２０の角部４５も保護されることになり、第２の半導体チップ２０の裏面の角部４５におけるパッケージクラックを抑制することができ、総合的なデバイス特性の劣化を回避することができる。また、樹脂封止を行なう前において、第１の半導体チップ１０と第２の半導体チップ２０とが樹脂３７，３８により強く接着されているので、実装工程における第１，第２の半導体チップ１０，２０のはがれを有効に防止することができ、接続の信頼性の向上を図ることができる。

そして、樹脂層を第１の樹脂３７と第２の樹脂３８という２種類の相異なる組成を有する樹脂によって構成することにより、以下の効果を発揮することができる。例えば、第２の樹脂３８のフィラー含有量が第１の樹脂３７のフィラー含有量よりも多いか、第２の樹脂３８のフィラーの平均径が第１の樹脂３７のフィラーの平均径よりも大きい場合には、第２の樹脂３８の弾性率が高くなって第２の半導体チップ２０角部に対する保護機能が向上する。また、第２の樹脂３８の熱膨張係数が第１，第２の半導体チップ２０の熱膨張係数に近づくので、反り防止機能も高くなる。

−第２の変形例−
図５は、第２の実施形態の第２の変形例における三次元デバイスの構造を示す断面図である。

同図に示すように、本実施形態の三次元デバイスは、主面に複数の第１の内部電極１１及び複数のボンディングパッド１２を有する第１の半導体チップ１０と、主面に複数の第２の内部電極２１を有し、フェイスダウンで第１の半導体チップ１０に接合された第２の半導体チップ２０と、上記第１の半導体チップ１０を搭載するためのダイパッド３１と、上記各半導体チップ１０，２０内のトランジスタ等の素子と外部機器との間で電気的信号をやりとりするためのリード３２とを備えている。

そして、第１の半導体チップ１０の上に第１，第２の内部電極１１，２１同士を位置合わせした状態で第２の半導体チップ２０が搭載され、第１の内部電極１１と第２の内部電極２１とは、金属バンプ２３を介して互いに電気的に接続されている。また、第１の半導体チップ１０と第２の半導体チップ２０との間には樹脂３０が充填され、樹脂３０により第１，第２の半導体チップ１０，２０が互いに接着されて一体化されている。上記ダイパッド３１及びリード３２は、１つのリードフレームから切り離されたものである。第１の半導体チップ１０はダイパッド３１にＰｄ，Ａｇ等の金導電性ペースト３３により固定され、第１の半導体チップ１０のボンディングパッド１２とリード３２とはボンディングワイヤ３４を介して電気的に接続されている。さらに、第１の半導体チップ１０，第２の半導体チップ２０，ボンディングワイヤ３４，ダイパッド３１及びリード３２は、封止樹脂３５により封止されてパッケージングされている。

そして、本実施形態の三次元デバイスにおいては、第２の半導体チップ２０の側面全体が樹脂３０によって覆われているとともに、樹脂３０の上端面は第２の半導体チップ２０の裏面とほぼ共通の平面を形成している。つまり、第２の半導体チップ２０の裏面の角部４５の側方が樹脂３０により厚く覆われている。したがって、図３に示す構造よりも第２の半導体チップ２０の角部４５を保護する作用効果が大きくなる。

−第３の変形例−
図６は、第２の実施形態の第３の変形例における半導体装置の構造を示す断面図である。同図に示すように、本変形例における三次元デバイスは、図３に示す三次元デバイスと同様に、主面に複数の第１の内部電極１１及び複数のボンディングパッド１２を有する第１の半導体チップ１０と、主面に複数の第２の内部電極２１を有し、フェイスダウンで第１の半導体チップ１０に接合された第２の半導体チップ２０と、上記第１の半導体チップ１０を搭載するためのダイパッド３１と、上記各半導体チップ１０，２０内のトランジスタ等の素子と外部機器との間で電気的信号をやりとりするためのリード３２とを備えている。

そして、第１の半導体チップ１０の上に第１，第２の内部電極１１，２１同士を位置合わせした状態で第２の半導体チップ２０が搭載され、第１の内部電極１１と第２の内部電極２１とは、金属バンプ２３を介して互いに電気的に接続されている。上記ダイパッド３１及びリード３２は、１つのリードフレームから切り離されたものである。また、第１の半導体チップ１０はダイパッド３１にＰｄ，Ａｇ等の金導電性ペースト３３により固定され、第１の半導体チップ１０のボンディングパッド１２とリード３２とはボンディングワイヤ３４を介して電気的に接続されている。

ここで、本変形例においては、第１の半導体チップ１０と第２の半導体チップ２０との間には第１の樹脂３７が充填され、第１の樹脂３７により第１，第２の半導体チップ１０，２０が互いに接着されて一体化されている。さらに、第１の半導体チップ１０の上には、第１の樹脂３７及び第２の半導体チップ２０の側面を覆う第２の樹脂３８が設けられているとともに、第２の樹脂３８の上端面は第２の半導体チップ２０の裏面とほぼ共通の平面を形成している。つまり、第２の半導体チップ２０の裏面の角部４５の側方が第２の樹脂３８により厚く覆われている。したがって、図３に示す構造よりも第２の半導体チップ２０の角部４５を保護する作用効果が大きくなる。

（第３の実施形態）
図７は、第３の実施形態における半導体装置の構造を示す断面図である。同図に示すように、本実施形態の三次元デバイスは、主面に複数の第１の内部電極１１及び複数のボンディングパッド１２を有する第１の半導体チップ１０と、主面に複数の第２の内部電極２１を有し、フェイスダウンで第１の半導体チップ１０に接合された第２の半導体チップ２０と、上記第１の半導体チップ１０を搭載するためのダイパッド３１と、上記各半導体チップ１０，２０内のトランジスタ等の素子と外部機器との間で電気的信号をやりとりするためのリード３２とを備えている。

そして、第１の半導体チップ１０の上に第１，第２の内部電極１１，２１同士を位置合わせした状態で第２の半導体チップ２０が搭載され、第１の内部電極１１と第２の内部電極２１とは、金属バンプ２３を介して互いに電気的に接続されている。また、第１の半導体チップ１０と第２の半導体チップ２０との間には樹脂３０が充填され、樹脂３０により第１，第２の半導体チップ１０，２０が互いに接着されて一体化されている。上記ダイパッド３１及びリード３２は、１つのリードフレームから切り離されたものである。第１の半導体チップ１０はダイパッド３１にＰｄ，Ａｇ等の金導電性ペースト３３により固定され、第１の半導体チップ１０のボンディングパッド１２とリード３２とはボンディングワイヤ３４を介して電気的に接続されている。さらに、第１の半導体チップ１０，第２の半導体チップ２０，ボンディングワイヤ３４，ダイパッド３１及びリード３２は、封止樹脂３５により封止されてパッケージングされている。

ここで、本実施形態の三次元デバイスにおいては、第２の半導体チップ２０は、その中央部が周辺部よりも厚くなっている。したがって、本実施形態の三次元デバイスによると、第２の半導体チップ２０のパッケージクラックを抑制することができ、総合的なデバイス特性の劣化を回避することができる。

なお、本実施形態の三次元デバイスにおいては、第２の半導体チップ２０の側面の下部のみが樹脂３０によって覆われており、第２の半導体チップ２０の側面全体が樹脂３０によって覆われていないが、第２の実施形態と同様に、第２の半導体チップ２０の側面全体が樹脂３０によって覆われていてもよいものとする。

（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態に係わる半導体装置の製造方法について説明する。本実施形態においては、上述の第１の実施形態に係わる半導体装置の製造方法について説明する。図８（ａ）〜（ｆ）は、本実施形態における半導体装置の製造工程を示す断面図である。

図８（ａ）に示す工程で、以下の手順により、第１の半導体チップ１０を形成するための領域である多数のチップ形成領域Ｒtpを有するウエハ３６と第２の半導体チップ２０とを位置合わせする。まず、多数のチップ形成領域Ｒtpを有するウエハ３６を準備する。ウエハ３６の各チップ形成領域Ｒtpには、半導体素子や配線が形成されており、各チップ形成領域Ｒtpの上面には、アルミニウムからなる複数の第１の内部電極１１及びアルミニウムからなる複数のボンディングパッド１２が設けられている。そして、ウエハ３６を実装治具（図示せず）の上に載置して、ウエハ３６の１つのチップ形成領域Ｒtpの上面に、エポキシ等により構成される樹脂３０を塗布する。樹脂３０としては、エポキシのほかに熱硬化性、及び常温硬化性があり、樹脂材料としては、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、及びウレタン樹脂等がある。また樹脂の塗布方法としては、ディスペンス法、印刷法、またはスタンピング法等があり、チップサイズ等から適切な方法が選択される。また、、樹脂の塗布は、ウエハ３６のチップ形成領域Ｒtpへの塗布に限らず、第２の半導体チップ２０への塗布に代えることも可能である。

また、樹脂３０を塗布するタイミングは、図８（ａ）に示す位置合わせの前だけでなく、位置合わせして金属バンプ２３を介して各内部電極１１，２１同士を接合した後（図８（ｂ）に示す工程）でもよい。

一方、主面にアルミニウムからなる複数の第２の内部電極２１及びその上のバリアメタル層２２を有する第２の半導体チップ２０を準備し、第２の半導体チップ２０のバリアメタル層２２の上に金属バンプ２３を形成する。バリアメタル層２２は、Ｔｉ，Ｃｕ，Ｎｉの金属薄膜からなり、金属バンプ２３はＳｎ−Ｐｂからなっている。金属バンプ２３の材料としては、Ａｕ，Ｉｎ，Ｉｎ−Ｓｎ，Ｓｎ−Ａｇ，Ｓｎ−Ｃｕ，Ｓｎ−Ｚｎ，Ｃｕ及びＮｉのうちいずれか１つを選択して用いることが可能であり、この金属バンプ２３のサイズは、バンプ径が３〜１００μｍ、高さが３〜５０μｍである。

そして、ウエハ３６の１つのチップ形成領域Ｒtpの上方に、ツール４０によって第２の半導体チップ２０を保持しつつ、第２の半導体チップ２０を、その裏面を下方に向けた状態でウエハ３６の１つのチップ形成領域Ｒtpに対向させる。

なお、電気的接続を行なうための部材としては、金属バンプ２３のほか、導電性ペースト、異方性導電樹脂、金属製フィラー分散樹脂などを用いることができる。また、第２の半導体チップ２０の第２の内部電極２１と同様に、ウエハ３６のチップ形成領域Ｒtp上の第１の内部電極１１の上に金属バンプを形成してもよい。

次に、図８（ｂ）に示す工程で、以下の手順により、ウエハ３６のチップ形成領域Ｒtpと第２の半導体チップ２０とを互いに接合する。

まず、第２の半導体チップ２０をツール４０で保持しつつ下降させて、第２の半導体チップ２０の第２の内部電極２１上に形成した金属バンプ２３と、ウエハ３６の１つのチップ形成領域Ｒtpに配置されている第１の内部電極１１との位置合わせを行う。そして、位置合わせされたウエハ３６上の第１の内部電極１１と第２の半導体チップ２０の金属バンプ２３とを、ツール４０を用いて、加熱・加圧し、物理学的作用または金属学的作用（原子の相互拡散による合金化などの作用）を利用して接合を行う。樹脂３０を接合前に（図８（ａ）に示す工程で）塗布した場合は、ツール４０を下降させて各内部電極１１，１２同士の接合を行なう際に樹脂３０がウエハ３６のチップ形成領域Ｒtpと第２の半導体チップ２０との間に押し広げられる。このとき、樹脂３０の粘性により、第２の半導体チップ２０とウエハ３６との間の仮固定力がさらに増大する。ツール４０による加圧力は、１つの金属バンプ２３について０．１〜２０ｇ程度の荷重が適当であるが、この荷重の大きさは、第１の内部電極１１が破損したり、その第１の内部電極１１の下側に形成されているトランジスタ等の半導体素子や配線等の特性を変化させないという制約を満たすように設定する。その後、樹脂３０を硬化させて第２の半導体チップ２０とウエハ３６とを一体化させる。その際、樹脂３０が光硬化性樹脂であれば紫外線４１を、熱硬化性樹脂であれば加熱をそれぞれ行なう。加熱による樹脂３０の硬化を行なうときは、ツール４０による加圧の解除後にオーブン等の加熱器具による加熱を行なうか、またはツール４０に内蔵させたヒーター等により加圧時に直接加熱を行なう。熱硬化時の温度条件は、樹脂３０の材質にもよるが、７０〜３００℃程度が必要である。

次に、図８（ｃ）に示す工程で、図８（ａ），（ｂ）に示す工程を、ウエハ３６の各チップ形成領域Ｒtpに搭載する第２の半導体チップ２０の数だけ繰り返しすことにより、図８（ｃ）に示すように、ウエハ３６上に多数の第２の半導体チップ２０を搭載してなる接合体５０の構造が得られる。なお、半導体チップ−ウエハ間に充填する樹脂３０を、樹脂成分としてエポキシ樹脂，アクリル樹脂等を含み導電粒子としてＡｕ，Ｎｉ，Ａｇ等を含む，異方性導電フィルムＡＣＦ（Anisotropic Conductor Film）又は異方性導電樹脂ＡＣＰ（Anisotropic Conductor Paste ）等で代用することも可能である。

次に、図８（ｄ）に示す工程で、接合体５０中の第２の半導体チップ２０の裏面を研磨する。図８（ｃ）に示す工程で樹脂３０を十分に硬化させた後、ウエハ３６の各チップ形成領域Ｒtp上に搭載されている第２の半導体チップ２０の裏面（上方を向いている面）を、研磨装置４３の上面に対向させた状態で、接合体５０を研磨装置４３の上に載置する。このとき、ウエハ３６の各チップ領域Ｒtp間の領域上には保護樹脂４７を設けておく。そして、研磨装置４３の研磨面に研磨砥粒４２を供給し、接合体５０に荷重を加えながら、研磨装置４３を回転させることにより、各第２の半導体チップ２０の裏面の研磨を行う。このとき、研磨砥粒４２としては、粒度が＃１２００〜＃２０００程度のダイヤモンド砥粒が好ましく、研磨装置４３の回転数は５〜５０ｒｐｍ程度が好ましい。

次に、図８（ｅ）に示す工程で、研磨を終了して、接合体５０を研磨装置４３から取り外すと、ウエハ３６上の各第２の半導体チップ２０の裏面の角部４５が鈍って曲面化された形状が得られる。なお、第２の半導体チップ２０の裏面の角部４５の形状は、たとえば、図１５に示すチップ横方向の寸法Ａが約１〜１０μｍで、チップ縦方向の寸法Ｂが約１〜１０μｍとなるような形状である。その後、接合体５０の各チップ形成領域Ｒtpごとにウエハ３６をダイシングすることにより、個々の第１の半導体チップ１０と第２の半導体チップ２０とからなる半導体装置４６が得られる。

次に、図８（ｆ）に示す工程で、半導体装置４６のパッケージングを行なう。まず、半導体装置４６をリードフレームのダイパッド３１に搭載してＰｄ，Ａｇ等を含む導電性ペースト３３により両者を固定する。そして、第１の半導体チップ１０のボンディングパッド１２と、リードフレームのリード３２を２５μｍφ程度のＡｕ，Ａｌ等からなるボンディングワイヤ３４によって接続する。そして、最後に、第１の半導体チップ１０，第２の半導体チップ２０，ボンディングワイヤ３４，リードフレームのダイパッド３１、及びリードフレームのリード３２（一部）をエポキシ系またはポリイミド系の封止樹脂３５を用いて樹脂封止を行なう。

以上の工程により、第１の半導体チップ１０の上に第２の半導体チップ２０を搭載して一体化してなる第１の実施形態の三次元デバイスが容易に形成される。

−変形例−
次に、第４の実施形態の変形例に係わる半導体装置の製造方法について説明する。図９（ａ）〜（ｅ）は、第４の実施形態の変形例における半導体装置の製造工程を示す断面図である。本変形例においては、ウエハをダイシングして第１の半導体チップ１０をすでに形成してから、第１の半導体チップ１０上に第２の半導体チップ２０を接合する。

したがって、図９（ａ）に示す工程では、第１の半導体チップ１０と第２の半導体チップ２０とを位置合わせする。このときの条件は、下記に述べる条件以外は、図８（ａ）において説明したとおりでよい。また、樹脂３０としては、エポキシのほかに熱硬化性、及び常温硬化性があり、樹脂材料としては、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、及びウレタン樹脂等がある。また樹脂の塗布方法としては、ディスペンス法、印刷法、またはスタンピング法等があり、チップサイズ等から適切な方法が選択される。また、、樹脂の塗布は、第１の半導体チップ１０が配置されたウエハ３６への塗布に限らず、第２の半導体チップ２０への塗布に代えることも可能である。

また、樹脂３０を塗布するタイミングは、図９（ａ）に示す位置合わせの前だけでなく、位置合わせして金属バンプ２３を介して各内部電極１１，２１同士を接合した後（図９（ｂ）に示す工程）でもよい。

第２の半導体チップ２０上に形成される金属バンプ２３の材料としては、Ａｕ，Ｉｎ，Ｉｎ−Ｓｎ，Ｓｎ−Ａｇ，Ｓｎ−Ｃｕ，Ｓｎ−Ｚｎ，Ｃｕ及びＮｉのうちいずれか１つを選択して用いることが可能であり、この金属バンプ２３のサイズは、バンプ径が３〜１００μｍ、高さが３〜５０μｍである。

そして、第１の半導体チップ１０の上方に、ツール４０によって第２の半導体チップ２０を保持しつつ、第２の半導体チップ２０を、その裏面を下方に向けた状態で第１の半導体チップ１０に対向させる。

なお、電気的接続を行なうための部材としては、金属バンプ２３のほか、導電性ペースト、異方性導電樹脂、金属製フィラー分散樹脂などを用いることができる。また、第２の半導体チップ２０の第２の内部電極２１に代えて、第１の半導体チップ１０の第１の内部電極１１の上に金属バンプを形成してもよい。

次に、図９（ｂ）に示す工程で、すでに説明した図８（ｂ）に示す工程と同じ手順により、第１の半導体チップ１０に第２の半導体チップ２０を搭載して、両者の内部電極１１，２１同士の接合と樹脂３０の硬化とを行なって、第１の半導体チップ１０上に第２の半導体チップ２０を搭載してなる接合体５１を形成する。

次に、図９（ｃ）〜（ｅ）に示す工程で、すでに説明した図８（ｄ）〜（ｆ）に示す工程と同じ手順により、接合体５１の第２の半導体チップ２０の裏面の研磨工程，ワイヤボンディング工程及びパッケージング工程などを行なう。

本変形例においては、図９（ｃ）に示す工程で、第１，第２の半導体チップ１０，２０を接合してなる接合体５１ごとに、第２の半導体チップ２０の裏面の研磨を行なうことにより、第２の半導体チップ２０の裏面の角部４５に対する砥粒４２の供給がより円滑に行なわれるので、第４の実施形態の方法に比べて研磨の容易化を図ることができる。

（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態に係わる半導体装置の製造方法について説明する。本実施形態においては、上述の第２の実施形態に係わる半導体装置の製造方法について説明する。図１０（ａ）〜（ｆ）は、本実施形態における半導体装置の製造工程を示す断面図である。

図１０（ａ）に示す工程で、以下の手順により、第１の半導体チップ１０を形成するための領域である多数のチップ形成領域Ｒtpを有するウエハ３６と第２の半導体チップ２０とを位置合わせする。まず、多数のチップ形成領域Ｒtpを有するウエハ３６を準備する。ウエハ３６の各チップ形成領域Ｒtpには、半導体素子や配線が形成されており、各チップ形成領域Ｒtpの上面には、アルミニウムからなる複数の第１の内部電極１１及びアルミニウムからなる複数のボンディングパッド１２が設けられている。そして、ウエハ３６を実装治具（図示せず）の上に載置して、ウエハ３６の１つのチップ形成領域Ｒtpの上面に、エポキシ等により構成される樹脂３０を塗布する。樹脂３０としては、エポキシのほかに熱硬化性、及び常温硬化性があり、樹脂材料としては、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、及びウレタン樹脂等がある。また樹脂の塗布方法としては、ディスペンス法、印刷法、またはスタンピング法等があり、チップサイズ等から適切な方法が選択される。また、、樹脂の塗布は、ウエハ３６のチップ形成領域Ｒtpへの塗布に限らず、第２の半導体チップ２０への塗布に代えることも可能である。

また、樹脂３０を塗布するタイミングは、図１０（ａ）に示す位置合わせの前だけでなく、位置合わせして金属バンプ２３を介して各内部電極１１，２１同士を接合した後（図１０（ｂ）に示す工程）でもよい。

ここで、本実施形態においては、塗布される樹脂３０の量は、半導体チップの種類による条件，特に第２の半導体チップ２０の面積などの条件によって異なるが、第２の半導体チップ２０の側面に樹脂のフィレットが形成できる量が必要である。具体的に、樹脂３０の量は、硬化後の樹脂３０のフィレット高さ、又はフィレット幅で（図１５参照）、約５０〜３００μｍ以上となる量であることが望ましい。

一方、主面にアルミニウムからなる複数の第２の内部電極２１及びその上のバリアメタル層２２を有する第２の半導体チップ２０を準備し、第２の半導体チップ２０のバリアメタル層２２の上に金属バンプ２３を形成する。バリアメタル層２２は、Ｔｉ，Ｃｕ，Ｎｉの金属薄膜からなり、金属バンプ２３はＳｎ−Ｐｂからなっている。金属バンプ２３の材料としては、Ａｕ，Ｉｎ，Ｉｎ−Ｓｎ，Ｓｎ−Ａｇ，Ｓｎ−Ｃｕ，Ｓｎ−Ｚｎ，Ｃｕ及びＮｉのうちいずれか１つを選択して用いることが可能であり、この金属バンプ２３のサイズは、バンプ径が３〜１００μｍ、高さが３〜５０μｍである。

そして、ウエハ３６の１つのチップ形成領域Ｒtpの上方に、ツール４０によって第２の半導体チップ２０を保持しつつ、第２の半導体チップ２０を、その裏面を下方に向けた状態でウエハ３６の１つのチップ形成領域Ｒtpに対向させる。

なお、電気的接続を行なうための部材としては、金属バンプ２３のほか、導電性ペースト、異方性導電樹脂、金属製フィラー分散樹脂などを用いることができる。また、第２の半導体チップ２０の第２の内部電極２１に代えて、ウエハ３６のチップ形成領域Ｒtp上の第１の内部電極１１の上に金属バンプを形成してもよい。

次に、図１０（ｂ）に示す工程で、以下の手順により、ウエハ３６のチップ形成領域Ｒtpと第２の半導体チップ２０とを互いに接合する。

まず、第２の半導体チップ２０をツール４０で保持しつつ下降させて、第２の半導体チップ２０の第２の内部電極２１上に形成した金属バンプ２３と、ウエハ３６の１つのチップ形成領域Ｒtpに配置されている第１の内部電極１１との位置合わせを行う。そして、位置合わせされたウエハ３６上の第１の内部電極１１と第２の半導体チップ２０の金属バンプ２３とを、ツール４０を用いて、加熱・加圧し、物理学的作用または金属学的作用（原子の相互拡散による合金化などの作用）を利用して接合を行う。樹脂３０を接合前に（図１０（ａ）に示す工程で）塗布した場合は、ツール４０を下降させて各内部電極１１，１２同士の接合を行なう際に樹脂３０がウエハ３６のチップ形成領域Ｒtpと第２の半導体チップ２０との間に押し広げられる。このとき、樹脂３０の粘性により、第２の半導体チップ２０とウエハ３６との間の仮固定力がさらに増大する。ツール４０による加圧力は、１つの金属バンプ２３について０．１〜２０ｇ程度の荷重が適当であるが、この荷重の大きさは、第１の内部電極１１が破損したり、その第１の内部電極１１の下側に形成されているトランジスタ等の半導体素子や配線等の特性を変化させないという制約を満たすように設定する。その後、樹脂３０を硬化させて第２の半導体チップ２０とウエハ３６とを一体化させる。その際、樹脂３０が光硬化性樹脂であれば紫外線４１を、熱硬化性樹脂であれば加熱をそれぞれ行なう。加熱による樹脂３０の硬化を行なうときは、ツール４０による加圧の解除後にオーブン等の加熱器具による加熱を行なうか、またはツール４０に内蔵させたヒーター等により加圧時に直接加熱を行なう。熱硬化時の温度条件は、樹脂３０の材質にもよるが、７０〜３００℃程度が必要である。

次に、図１０（ｃ）に示す工程で、図１０（ａ），（ｂ）に示す工程を、ウエハ３６の各チップ形成領域Ｒtpに搭載する第２の半導体チップ２０の数だけ繰り返しすことにより、図１０（ｃ）に示すように、ウエハ３６上に多数の第２の半導体チップ２０を搭載してなる接合体５０の構造が得られる。なお、半導体チップ−ウエハ間に充填する樹脂３０を、異方性導電フィルムＡＣＦ，異方性導電樹脂ＡＣＰ等で代用することも可能である。

次に、図１０（ｄ）に示す工程で、接合体５０中の第２の半導体チップ２０の裏面を研磨する。図１０（ｃ）に示す工程で樹脂３０を十分に硬化させた後、ウエハ３６の各チップ形成領域Ｒtp上に搭載されている第２の半導体チップ２０の裏面（上方を向いている面）を、研磨装置４３の上面に対向させた状態で、接合体５０を研磨装置４３の上に載置する。このとき、ウエハ３６の各チップ炉機Ｒtp間の領域上には保護樹脂４７を設けておく。そして、研磨装置４３の研磨面に研磨砥粒４２を供給し、接合体５０に荷重を加えながら、研磨装置４３を回転させることにより、各第２の半導体チップ２０の裏面の研磨を行う。このとき、研磨砥粒４２としては、粒度が＃１２００〜＃２０００程度のダイヤモンド砥粒が好ましく、研磨装置４３の回転数は５〜５０ｒｐｍ程度が好ましい。

ここで、本実施形態においては、樹脂３０のうち第３の半導体チップ２０の側面上にある部分の上端部が露出するまで、第２の半導体チップ２０の裏面を研磨する。

次に、図１０（ｅ）に示す工程で、研磨を終了して、接合体５０を研磨装置４３から取り外すと、ウエハ３６上の各第２の半導体チップ２０の側面全体が樹脂３０によって覆われている形状が得られる。

その後、接合体５０の各チップ形成領域Ｒtpごとにウエハ３６をダイシングすることにより、個々の第１の半導体チップ１０と第２の半導体チップ２０とからなる半導体装置４６が得られる。

次に、図１０（ｆ）に示す工程で、半導体装置４６のパッケージングを行なう。まず、半導体装置４６をリードフレームのダイパッド３１に搭載してＰｄ，Ａｇ等を含む導電性ペースト３３により両者を固定する。そして、第１の半導体チップ１０のボンディングパッド１２と、リードフレームのリード３２を２５μｍφ程度のＡｕ，Ａｌ等からなるボンディングワイヤ３４によって接続する。そして、最後に、第１の半導体チップ１０，第２の半導体チップ２０，ボンディングワイヤ３４，リードフレームのダイパッド３１、及びリードフレームのリード３２（一部）をエポキシ系またはポリイミド系の封止樹脂３５を用いて樹脂封止を行なう。

以上の工程により、第１の半導体チップ１０の上に第２の半導体チップ２０を搭載して一体化してなる第２の実施形態の三次元デバイスが容易に形成される。

−第１の変形例−
次に、第５の実施形態の第１の変形例に係わる半導体装置の製造方法について説明する。図１１（ａ）〜（ｅ）は、第５の実施形態の第１の変形例における半導体装置の製造工程を示す断面図である。本変形例においては、ウエハをダイシングして第１の半導体チップ１０をすでに形成してから、第１の半導体チップ１０上に第２の半導体チップ２０を接合する。

したがって、図１１（ａ）に示す工程では、第１の半導体チップ１０と第２の半導体チップ２０とを位置合わせする。このときの条件は、下記に述べる条件以外は、図１０（ａ）において説明したとおりでよい。また、樹脂３０としては、エポキシのほかに熱硬化性、及び常温硬化性があり、樹脂材料としては、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、及びウレタン樹脂等がある。また樹脂の塗布方法としては、ディスペンス法、印刷法、またはスタンピング法等があり、チップサイズ等から適切な方法が選択される。また、、樹脂の塗布は、第１の半導体チップ１０が配置されたウエハ３６への塗布に限らず、第２の半導体チップ２０への塗布に代えることも可能である。

また、樹脂３０を塗布するタイミングは、図１１（ａ）に示す位置合わせの前だけでなく、位置合わせして金属バンプ２３を介して各内部電極１１，２１同士を接合した後（図１１（ｂ）に示す工程）でもよい。

第２の半導体チップ２０上に形成される金属バンプ２３の材料としては、Ａｕ，Ｉｎ，Ｉｎ−Ｓｎ，Ｓｎ−Ａｇ，Ｓｎ−Ｃｕ，Ｓｎ−Ｚｎ，Ｃｕ及びＮｉのうちいずれか１つを選択して用いることが可能であり、この金属バンプ２３のサイズは、バンプ径が３〜１００μｍ、高さが３〜５０μｍである。

そして、第１の半導体チップ１０の上方に、ツール４０によって第２の半導体チップ２０を保持しつつ、第２の半導体チップ２０を、その裏面を下方に向けた状態で第１の半導体チップ１０に対向させる。

なお、電気的接続を行なうための部材としては、金属バンプ２３のほか、導電性ペースト、異方性導電樹脂、金属製フィラー分散樹脂などを用いることができる。また、第２の半導体チップ２０の第２の内部電極２１に代えて、第１の半導体チップ１０の第１の内部電極１１の上に金属バンプを形成してもよい。

次に、図１１（ｂ）に示す工程で、すでに説明した図１０（ｂ）に示す工程と同じ手順により、第１の半導体チップ１０に第２の半導体チップ２０を搭載して、両者の内部電極１１，２１同士の接合と樹脂３０の硬化とを行なって、第１の半導体チップ１０上に第２の半導体チップ２０を搭載してなる接合体５１を形成する。

次に、図１１（ｃ）〜（ｅ）に示す工程で、すでに説明した図１０（ｄ）〜（ｆ）に示す工程と同じ手順により、接合体５１の第２の半導体チップ２０の裏面の研磨工程，ワイヤボンディング工程及びパッケージング工程などを行なう。

本変形例においては、図１１（ｃ）に示す工程で、第１，第２の半導体チップ１０，２０を接合してなる接合体５１ごとに、第２の半導体チップ２０の裏面の研磨を行なうことにより、第５の実施形態の方法に比べて研磨の容易化を図ることができる。

−第２の変形例−
次に、本発明の第５の実施形態の第２の変形例に係わる半導体装置の製造方法について説明する。本変形例においては、第２の実施形態の第２の変形例における三次元デバイスを形成する。図１２（ａ）〜（ｆ）は、第５の実施形態の第２の変形例における半導体装置の製造工程を示す断面図である。

本変形例における三次元デバイスの形成手順は、上記第５の実施形態における図１０（ａ）〜（ｆ）に示す工程と基本的は同じである。

ここで、本変形例においては、図１２（ｄ）に示す工程で、樹脂３０のうち第２の半導体チップ２０の側面上にある部分の上端部が露出した後、さらに、第２の半導体チップ２０及び樹脂３０を研磨する。この研磨方法により、第２の半導体チップ２０の裏面と樹脂３０の上端面とがほぼ共通の平面４５を形成するような形状を有する三次元デバイスを形成する。

本変形例においては、図１２（ｃ）に示す工程で、第１，第２の半導体チップ１０，２０を接合してなる接合体５１ごとに、第２の半導体チップ２０の裏面の研磨を行なうことにより、第５の実施形態の方法に比べて研磨の容易化を図ることができる。

−第３の変形例−
次に、本発明の第５の実施形態の第３の変形例に係わる半導体装置の製造方法について説明する。本変形例においても、第２の実施形態の第２の変形例における半導体装置の製造方法について説明する。図１３（ａ）〜（e）は、第５の実施形態の第３の変形例における半導体装置の製造工程を示す断面図である。本変形例においては、ウエハをダイシングして第１の半導体チップ１０をすでに形成してから、第１の半導体チップ１０上に第２の半導体チップ２０を接合する。

したがって、図１３（ａ）に示す工程では、第１の半導体チップ１０と第２の半導体チップ２０とを位置合わせする。このときの条件は、下記に述べる条件以外は、図１０（ａ）において説明したとおりでよい。また、樹脂３０としては、エポキシのほかに熱硬化性、及び常温硬化性があり、樹脂材料としては、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、及びウレタン樹脂等がある。また樹脂の塗布方法としては、ディスペンス法、印刷法、またはスタンピング法等があり、チップサイズ等から適切な方法が選択される。また、、樹脂の塗布は、第１の半導体チップ１０が配置されたウエハ３６への塗布に限らず、第２の半導体チップ２０への塗布に代えることも可能である。

また、樹脂３０を塗布するタイミングは、図１３（ａ）に示す位置合わせの前だけでなく、位置合わせして金属バンプ２３を介して各内部電極１１，２１同士を接合した後（図１３（ｂ）に示す工程）でもよい。

第２の半導体チップ２０上に形成される金属バンプ２３の材料としては、Ａｕ，Ｉｎ，Ｉｎ−Ｓｎ，Ｓｎ−Ａｇ，Ｓｎ−Ｃｕ，Ｓｎ−Ｚｎ，Ｃｕ及びＮｉのうちいずれか１つを選択して用いることが可能であり、この金属バンプ２３のサイズは、バンプ径が３〜１００μｍ、高さが３〜５０μｍである。

そして、第１の半導体チップ１０の上方に、ツール４０によって第２の半導体チップ２０を保持しつつ、第２の半導体チップ２０を、その裏面を下方に向けた状態で第１の半導体チップ１０に対向させる。

なお、電気的接続を行なうための部材としては、金属バンプ２３のほか、導電性ペースト、異方性導電樹脂、金属製フィラー分散樹脂などを用いることができる。また、第２の半導体チップ２０の第２の内部電極２１に代えて、第１の半導体チップ１０の第１の内部電極１１の上に金属バンプを形成してもよい。

次に、図１３（ｂ）に示す工程で、すでに説明した図１０（ｂ）に示す工程と同じ手順により、第１の半導体チップ１０に第２の半導体チップ２０を搭載して、両者の内部電極１１，２１同士の接合と樹脂３０の硬化とを行なって、第１の半導体チップ１０上に第２の半導体チップ２０を搭載してなる接合体５１を形成する。

次に、図１３（ｃ）〜（ｅ）に示す工程で、すでに説明した図１０（ｄ）〜（ｆ）に示す工程と同じ手順により、接合体５１の第２の半導体チップ２０の裏面の研磨工程，ワイヤボンディング工程及びパッケージング工程などを行なう。

本変形例においては、図１３（ｃ）に示す工程で、第１，第２の半導体チップ１０，２０を接合してなる接合体５１ごとに、第２の半導体チップ２０の裏面の研磨を行なうことにより、第２の変形例の方法に比べて研磨の容易化を図ることができる。

（第６の実施形態）
次に、本発明の第６の実施形態に係わる半導体装置の製造方法について説明する。本実施形態においては、上述の第３の実施形態に係わる半導体装置の製造方法について説明する。図１４（ａ）〜（ｆ）は、本実施形態における半導体装置の製造工程を示す断面図である。

図１４（ａ）に示す工程で、以下の手順により、第１の半導体チップ１０と第２の半導体チップ２０とを位置合わせする。まず、半導体素子や配線が形成された多数のチップ形成領域を有するウエハを準備する。そして、ダイシングによりウエハを各チップ形成領域ごとに切り出して、第１の半導体チップ１０を形成する。第１の半導体チップ１０の上面には、アルミニウムからなる複数の第１の内部電極１１及びアルミニウムからなる複数のボンディングパッド１２が設けられている。そして、第１の半導体チップ１０を実装治具（図示せず）の上に載置して、第１の半導体チップ１０の上面に、エポキシ等により構成される樹脂３０を塗布する。樹脂３０としては、エポキシのほかに熱硬化性、及び常温硬化性があり、樹脂材料としては、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、及びウレタン樹脂等がある。また樹脂の塗布方法としては、ディスペンス法、印刷法、またはスタンピング法等があり、チップサイズ等から適切な方法が選択される。また、、樹脂の塗布は、第１の半導体チップ１０への塗布に限らず、第２の半導体チップ２０への塗布に代えることも可能である。

また、樹脂３０を塗布するタイミングは、図１４（ａ）に示す位置合わせの前だけでなく、位置合わせして金属バンプ２３を介して各内部電極１１，２１同士を接合した後（図１４（ｂ）に示す工程）でもよい。

ここで、本実施形態においては、塗布される樹脂３０の量は、半導体チップの種類による条件，特に第２の半導体チップ２０の面積などの条件によって異なるが、第２の半導体チップ２０の側面に樹脂のフィレットが形成できる量が必要である。具体的に、樹脂３０の量は、硬化後の樹脂３０のフィレット高さ、又はフィレット幅（図１５参照）で、約５０〜３００μｍ以上となる量であることが望ましい。

一方、主面にアルミニウムからなる複数の第２の内部電極２１及びその上のバリアメタル層２２を有する第２の半導体チップ２０を準備し、第２の半導体チップ２０のバリアメタル層２２の上に金属バンプ２３を形成する。バリアメタル層２２は、Ｔｉ，Ｃｕ，Ｎｉの金属薄膜からなり、金属バンプ２３はＳｎ−Ｐｂからなっている。金属バンプ２３の材料としては、Ａｕ，Ｉｎ，Ｉｎ−Ｓｎ，Ｓｎ−Ａｇ，Ｓｎ−Ｃｕ，Ｓｎ−Ｚｎ，Ｃｕ及びＮｉのうちいずれか１つを選択して用いることが可能であり、この金属バンプ２３のサイズは、バンプ径が３〜１００μｍ、高さが３〜５０μｍである。

そして、第１の半導体チップ１０の上方に、ツール４０によって第２の半導体チップ２０を保持しつつ、第２の半導体チップ２０を、その裏面を下方に向けた状態で第１の半導体チップ１０に対向させる。

なお、電気的接続を行なうための部材としては、金属バンプ２３のほか、導電性ペースト、異方性導電樹脂、金属製フィラー分散樹脂などを用いることができる。また、第２の半導体チップ２０の第２の内部電極２１に代えて、第１の半導体チップ１０の第１の内部電極１１の上に金属バンプを形成してもよい。

次に、図１４（ｂ）に示す工程で、以下の手順により、第１の半導体チップ１０と第２の半導体チップ２０とを互いに接合する。

まず、第２の半導体チップ２０をツール４０で保持しつつ下降させて、第２の半導体チップ２０の第２の内部電極２１上に形成した金属バンプ２３と、第１の半導体チップ１０に配置されている第１の内部電極１１との位置合わせを行う。そして、位置合わせされた第１の半導体チップ１０上の第１の内部電極１１と第２の半導体チップ２０の金属バンプ２３とを、ツール４０を用いて、加熱・加圧し、物理学的作用または金属学的作用（原子の相互拡散による合金化などの作用）を利用して接合を行う。樹脂３０を接合前に（図１０（ａ）に示す工程で）塗布した場合は、ツール４０を下降させて各内部電極１１，１２同士の接合を行なう際に樹脂３０が第１の半導体チップ１０と第２の半導体チップ２０との間に押し広げられる。このとき、樹脂３０の粘性により、第１の半導体チップ１０と第２の半導体チップ２０との間の仮固定力がさらに増大する。ツール４０による加圧力は、１つの金属バンプ２３について０．１〜２０ｇ程度の荷重が適当であるが、この荷重の大きさは、第１の半導体チップ１０の第１の内部電極１１が破損したり、その第１の内部電極１１の下側に形成されているトランジスタ等の半導体素子や配線等の特性を変化させないという制約を満たすように設定する。その後、樹脂３０を硬化させて第１の半導体チップ１０と第２の半導体チップ２０とを一体化させる。その際、樹脂３０が光硬化性樹脂であれば紫外線４１を、熱硬化性樹脂であれば加熱を行なう。加熱による樹脂３０の硬化を行なうときは、ツール４０による加圧の解除後にオーブン等の加熱器具による加熱を行なうか、またはツール４０に内蔵させたヒーター等により加圧時に直接加熱を行なう。熱硬化時の温度条件は、樹脂３０の材質にもよるが、７０〜３００℃程度が必要である。

以上の処理により、第１の半導体チップ１０上に第２の半導体チップ２０を搭載してなる接合体５１の構造が得られる。なお、半導体チップ−ウエハ間に充填する樹脂３０を、異方性導電フィルムＡＣＦ，異方性導電樹脂ＡＣＰ等で代用することも可能である。

次に、図１４（ｄ）に示す工程で、接合体５０中の第２の半導体チップ２０の裏面を研磨する。図１４（ｃ）に示す工程で樹脂３０を十分に硬化させた後、第１の半導体チップ１０上に搭載されている第２の半導体チップ２０の裏面（上方を向いている面）を、研磨装置４３の上面に対向させた状態で、接合体５１を研磨装置４３の上に載置する。そして、研磨装置４３の研磨面に研磨砥粒４２を供給し、接合体５１に荷重を加えながら、研磨装置４３を回転させることにより、各第２の半導体チップ２０の裏面の研磨を行う。このとき、研磨砥粒４２としては、粒度が＃１２００〜＃２０００程度のダイヤモンド砥粒が好ましく、研磨装置４３の回転数は５〜５０ｒｐｍ程度が好ましい。

ここで、本実施形態においては、図１５に示すように、接合体５１の研磨装置４３の研磨面の法線に対する傾き角θ２を変化させながら、接合体５１及び研磨装置４３を回転させて研磨を行なう。これにより、図１４（ａ）に示すように、研磨工程の終了後には、第２の半導体チップ２０の裏面の角部４５をより広い範囲に亘って丸めるとともに、第２の半導体チップ２０の中央部が周辺部よりも厚くなるように形成された半導体装置４６を得ることができる。

次に、図１４（ｆ）に示す工程で、半導体装置４６のパッケージングを行なう。まず、半導体装置４６をリードフレームのダイパッド３１に搭載して、Ｐｄ，Ａｇ等を含む導電性ペースト３３により両者を固定する。そして、第１の半導体チップ１０のボンディングパッド１２と、リードフレームのリード３２を２５μｍφ程度のＡｕ，Ａｌ等からなるボンディングワイヤ３４によって接続する。そして、最後に、第１の半導体チップ１０，第２の半導体チップ２０，ボンディングワイヤ３４，リードフレームのダイパッド３１、及びリードフレームのリード３２（一部）をエポキシ系またはポリイミド系の封止樹脂３５を用いて樹脂封止を行なう。

以上の工程により、第１の半導体チップ１０の上に第２の半導体チップ２０を搭載して一体化してなる第３の実施形態の三次元デバイスが容易に形成される。

なお、第３の実施形態において、上記図１６に示す状態で、研磨装置４３の代わりに研磨砥石を有する研削装置を用い、接合体５１の研磨砥石面の法線に対する傾き角θ２を一定として、研削を行なうことにより、図２に示す第１の実施形態の変形例に示す構造を容易に得ることができる。

なお、上記第４〜第６の実施形態において、図４又は図６に示すように、第１の半導体チップ１０と第２の半導体チップ２０との間に介在させる第１の樹脂３７と、第２の半導体チップ２０の側面を覆う第２の樹脂３８とを塗布して、個別に硬化させるようにしてもよい。

なお、上記各実施形態においては、第１，第２の内部電極１１，２１が設けられている面は、第１，第２の半導体チップ１０，２０の主面としたが、本発明は斯かる実施形態に限定されるものではない。したがって、第１の半導体チップ１０又は第２の半導体チップ２０について、半導体チップのスルーホールや側面に設けられた導体膜を介して、半導体チップの裏面に内部電極を設けたものについても、本発明を適用することができる。

本発明の半導体装置によると、パッケージクラックの発生や、各半導体チップ間の接続信頼性の低下などを抑制することができ、２種類以上の半導体チップを積層してなる三次元デバイス構造を有する半導体装置として有用である。

図１は、本発明の第１の実施形態における三次元デバイスの断面図である。 図２は、本発明の第１の実施形態の変形例における三次元デバイスの断面図である。 図３は、本発明の第２の実施形態における三次元デバイスの断面図である。 図４は、第２の実施形態の第１の変形例における半導体装置の断面図である。 図５は、第２の実施形態の第２の変形例における半導体装置の断面図である。 図６は、第２の実施形態の第３の変形例における半導体装置の断面図である。 図７は、本発明の第３の実施形態における三次元デバイスの断面図である。 図８は、（ａ）〜（ｆ）は、第４の実施形態における半導体装置の製造工程を示す断面図である。 図９は、（ａ）〜（ｅ）は、第４の実施形態の変形例における半導体装置の製造工程を示す断面図である。 図１０は、（ａ）〜（ｆ）は、第５の実施形態における半導体装置の製造工程を示す断面図である。 図１１は、（ａ）〜（ｅ）は、第５の実施形態の第１の変形例における半導体装置の製造工程を示す断面図である。 図１２は、（ａ）〜（ｆ）は、第５の実施形態の第２の変形例における半導体装置の製造工程を示す断面図である。 図１３は、（ａ）〜（e）は、第５の実施形態の第３の変形例における半導体装置の製造工程を示す断面図である。 図１４は、（ａ）〜（ｆ）は、第６の実施形態における半導体装置の製造工程を示す断面図である。 図１５は、本発明の第１の実施形態における第２の半導体チップの裏面の角部を詳細に示す断面図である。 図１６は、本発明の第６の実施形態における第２の半導体チップの裏面の研磨方法を示す断面図である。 図１７は、従来の三次元デバイスの構造を示す断面図である。 図１８は、（ａ）〜（ｃ）は、従来の三次元デバイスの製造工程を示す断面図である。

符号の説明

１０ 第１の半導体チップ
１１ 第１の内部電極
１２ ボンディングパッド
２０ 第２の半導体チップ
２１ 第２の内部電極
２２ バリアメタル層
２３ 金属バンプ
３０ 樹脂
３１ ダイパッド
３２ リード
３３ 導電性ペースト
３４ ボンディングワイヤ
３５ 封止樹脂
３６ ウエハ
３７ 第１の樹脂層
３８ 第２の樹脂層
４０ ツール
４１ 紫外線
４２ 砥粒
４３ 研磨装置
４５ 角部
４６ 半導体装置
４７ 保護樹脂

Claims (9)

1. 第１の電極およびボンディングパッドを有する第１のチップと、
   上記第１のチップ上にフェイスダウンで搭載され、かつ、上記第１の電極と電気的に接続された第２の電極を主面に有し、上記主面とは反対側の裏面と、側面とを有する第２のチップと、
   上記第１のチップを搭載するためのダイパッドと、
   上記第１のチップと外部機器との間で電気信号をやり取りするためのリードと、
   上記ボンディングパッドと上記リードとを電気的に接続するボンディングワイヤと、
   少なくとも上記裏面を封止した封止樹脂とを備え、
   上記第１のチップと上記第２のチップとは樹脂により接着されており、
   上記第２のチップの側面全体は上記樹脂によって覆われており、
   上記樹脂は、上記第１のチップと上記第２のチップとの間に充填された部分の第１の樹脂と、上記第２のチップの上記側面を覆う部分の第２の樹脂とを含み、
   前記第２の樹脂のフィラー含有量が前記第１の樹脂のフィラー含有量よりも多いか、前記第２の樹脂のフィラーの平均径が前記第１の樹脂のフィラーの平均径よりも大きいことを特徴とする半導体装置。
2. 請求項１に記載の半導体装置において、
   上記第２のチップは、上記主面を下方に向けたフェイスダウンの状態で上記第１のチップ上に搭載されていることを特徴とする半導体装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の半導体装置において、
   上記第１のチップの上記第１の電極と上記第２のチップの上記第２の電極とが金属バンプを介して電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
4. 少なくとも２枚の半導体部材を重ね合わせてなる半導体装置であって、
   第１のチップと、
   上記第１のチップの上段に位置するとともに、電極を有する主面と、上記主面とは反対側の裏面と、側面とを有し、フェイスダウンで搭載された第２のチップと、
   少なくとも上記第２のチップの上記裏面を封止した封止樹脂とを備え、
   上記第１のチップと上記第２のチップとは樹脂により接着されており、
   上記第２のチップの側面全体は上記樹脂によって覆われており、
   上記樹脂は、上記第１のチップと上記第２のチップとの間に充填された部分の第１の樹脂と、上記第２のチップの上記側面を覆う部分の第２の樹脂とを含み、
   前記第２の樹脂のフィラー含有量が前記第１の樹脂のフィラー含有量よりも多いか、前記第２の樹脂のフィラーの平均径が前記第１の樹脂のフィラーの平均径よりも大きいことを特徴とする半導体装置。
5. 請求項４に記載の半導体装置において、
   上記第１のチップを支持するダイパッドと、
   上記第１のチップと外部機器との間で電気信号をやり取りするためのリードと、
   上記ボンディングパッドと上記リードとを電気的に接続するボンディングワイヤとを備えたことを特徴とする半導体装置。
6. 請求項５に記載の半導体装置において、
   上記ダイパッドは、下面が封止樹脂より露出していることを特徴とする半導体装置。
7. 請求項４から請求項６のいずれかに記載の半導体装置において、
   上記第２のチップは、上記主面を下方に向けたフェイスダウンの状態で搭載されていることを特徴とする半導体装置。
8. 請求項４から請求項７のいずれかに記載の半導体装置において、
   上記第２のチップは、金属バンプを介してフェイスダウンの状態で搭載されていることを特徴とする半導体装置。
9. 請求項１から請求項８のいずれかに記載の半導体装置において、
   上記第２の樹脂の上端面は、上記第２のチップの裏面とほぼ共通の平面を形成していることを特徴とする半導体装置。

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