JP5126002B2 - 半導体装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、積層された複数の半導体基板の相互間に配線が形成されてなる半導体装置及びその半導体装置の製造方法に関する。
電子機器に搭載される半導体装置のパッケージング技術においては、電子機器の小型化や軽量化の要請に応えるべく、半導体装置そのものの小型化を図るために実装基板の表面に半導体チップを実装する方式、所謂、表面実装方式が採用されている。なかでも、チップスケールパッケージ(CSP)、特にウェハレベルCSPは、ウェハ状態にある半導体チップの表面に樹脂封止層を直接形成し、この状態で検査した半導体チップをウェハから切り出して利用するため、半導体装置における実装面積を半導体チップの面積と同等にすることができ、超小型のパッケージを実現することができる。
一方、このような半導体装置においては、上述する小型化の要求にくわえて、その高性能化も要求されており、それらの要求を満足するために、特許文献1に記載のような半導体装置が提案されている。特許文献1に記載の半導体装置では、高性能化の要求に応えるために、1つのパッケージに複数の半導体チップを搭載しており、また小型化の要求に応えるために、複数の半導体チップの各々が絶縁層等を挟むかたちで積重ねられている。
特開2004−281539号公報
ところで、上述するような半導体装置の小型化や高性能化のさらなる要求とともに、近年では、その製造方法にも簡素化が要求されている。図11は、こうした製造方法の一例であるインクジェット法を用いて製造した半導体装置の正面構造を示す正面図である。
図11に示すように、半導体装置における実装基板70の上には、同じサイズで形成された複数の半導体チップ71が階段状をなして積層されている。具体的には、実装面の法線方向である上方から見て、上層の半導体チップ71は、いずれも下層の半導体チップ71の連結電極パッドPを避けるように、そして下層の半導体チップ71から実装面の一方向にずれるかたちで順に積層されている。また、各半導体チップ71における連結電極パッドPの上には、各半導体チップ71の連結電極パッドPと実装基板70の基板端子BPとを結ぶ傾斜部75を介して直線状の配線76が積層されている。
このような積層構造であれば、各半導体チップ71の連結電極パッドPと実装基板70の基板端子BPとを、上方から見て一方向に配列させることが可能になる。そのため、この半導体装置の製造工程では、導電性インクからなる液滴を各連結電極パッドPと基板端子BPとを結ぶように吐出して、その導電性インクを乾燥して焼成するという極めて少ない工程で半導体装置を製造することができる。そのうえ、各半導体チップと実装基板70との接続をチップの端面に沿うかたちの金属膜により構成することができるため、こうした接続をワイヤボンディングで実現する場合に比べて半導体装置のさらなる小型化を図ることができる。
だが、上述するような方法にあっては、各半導体チップ71の連結電極パッドPを上方から見て一方向に配列させる必要があるため、半導体チップ71の位置が上層であるほど、その配置位置が前記一方向へずれることになる。そのため、高性能化に応えるべく半導体チップ71の積層枚数が増加するほど、積層された半導体チップ71の占有面積が、前
記一方向に沿って拡大してしまう。その結果、規格で定められたサイズがある電子機器、特にSDカードやマイクロSDカードのような電子機器では、上述するような方法が採用され難くなる。
なお、複数の半導体チップを積重ねるうえでは、上述するように上層の半導体チップ71を実装面の面方向にずらすことなく、実装面の法線方向に沿って積重ねる構成も考えられる。しかし、このような構成では、下層の半導体チップ71の連結電極パッドPが上層の半導体チップ71で覆われるため、上層の半導体チップ71そのものに配線用の導通孔を形成しなければならなくなり、製造工程そのものが煩雑となるばかりか、各半導体チップの検査までもが行い難くなってしまう。
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、積層された複数の半導体チップの実装面に沿う占有面積を縮小した半導体装置及びその半導体装置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、複数の半導体基板の各々が有するパッド形成面の連結電極パッドが配線により電気的に接続されるかたちで前記複数の半導体基板を積層させた半導体装置であって、前記複数の半導体基板のうちの複数の第1の半導体基板の各々が有するパッド形成面の第1の連結電極パッドが前記パッド形成面の法線方向に露出され、かつ中継配線によりその連結電極パッドに連結された中継電極パッドを有する中継用の基板が最上層になるかたちで前記複数の第1の半導体基板と前記中継用の基板とが積層されるとともに、前記中継用の基板の連結電極パッドと前記各第1の連結電極パッドとが下層配線で、前
記複数の第1の半導体基板が実装される実装面の実装電極パッドに連結された第1ブロックと、前記複数の半導体基板のうちの複数の第2の半導体基板の各々が有するパッド形成面の第2の連結電極パッドが前記パッド形成面の法線方向に露出されるかたちで前記複数の第2の半導体基板が積層されるとともに、前記各第2の連結電極パッドが上層配線で連結された第2ブロックとを備え、前記第2ブロックにおける最下層の半導体基板が前記中継用の基板の連結電極パッドを覆い、かつ前記中継電極パッドを露出するかたちで、前記第2ブロックが前記第1ブロックに積層されて、前記中継電極パッドと前記第2の連結電極パッドとが前記上層配線により連結されることを要旨とする。
このような構成によれば、下層のパッド形成面には、連結電極パッドに接続される中継電極パッドが、上層により露出されるかたちで具備される。そして、実装基板の実装電極と下層の連結電極パッドとの間、さらに上層の連結電極パッドと下層の中継電極パッドとの間が、それぞれ配線により電気的に接続される。そのため、下層における連結電極パッドと中継電極パッドとの相対位置に応じて、上層の連結電極パッドと実装基板の実装電極パッドとの相対位置が、実装面の面方向において変位するようになる。つまり、下層になる半導体基板と上層になる半導体基板との相対位置が、連結電極パッドと中継電極パッドとの相対位置に応じて、実装面の面方向において変位するようになる。
したがって、上述するような半導体装置においては、半導体基板の積層態様の自由度が拡張されるようになる。ゆえに、各半導体基板の連結電極パッドが配線により連結されるという構造上の制約があれども、上層の半導体基板が実装面の面方向で変位可能であるため、複数の半導体基板からなる積層体のサイズを実装面の面方向で縮小することができる。よって、半導体基板の積層態様が変更可能であるため、半導体基板の占有面積が規格などにより限られる実装基板に対しても、複数の半導体基板を搭載させることができる。
また、このような構成によれば、複数の半導体基板からなる積層体がブロック単位で積層されることから、例えば、実装面の法線方向から見て、第2ブロックの下層配線が第1ブロックで覆われる積層形態であっても、複数の半導体基板の実装が可能になる。これにより、このような半導体装置の実現が容易ともなる。
この半導体装置は、前記上層のパッド形成面と前記下層のパッド形成面との間の段差を緩和するかたちで各パッド形成面をつなぐ連続面を有した絶縁性の傾斜部を備え、前記上層配線及び前記下層配線は、前記上層の連結電極パッドと前記下層の連結電極パッドとの間を連結して前記連続面に積層された金属膜であることを要旨とする。
このような構成においては、連結電極パッドが露出されるかたちで複数の半導体基板が積層されることから、上層を構成するパッド形成面と下層を構成するパッド形成面との間には段差が形成される。この半導体装置によれば、上述する段差を傾斜部が緩和し、かつ上層配線及び下層配線がこの傾斜部上に形成されることから、上層配線及び下層配線が金属膜であっても、同配線に対する機械的な応力が緩和されることになる。したがって、上層配線又は下層配線が金属膜で構成されることから、半導体装置そのものの薄型化を図ることが可能にもなる。
この半導体装置は、前記中継配線が絶縁層を挟む多層構造に形成されることを要旨とする。
このような構成によれば、中継配線が絶縁層を挟む多層構造に形成されることから、パッド形成面上で交差する複数の中継配線が必要とされる場合であっても、それらが絶縁層により絶縁されるかたちとなる。その結果、中継電極パッドの配置の自由度や中継配線の形状の自由度が高められ、これによって同中継電極パッドに接続される半導体基板の配置の自由度も高められるようになる。したがって、複数の半導体基板における積層態様の自由度が向上される。
本発明の半導体装置の製造方法は、複数の半導体基板の各々が有するパッド形成面の連結電極パッドが配線により電気的に接続されるかたちで前記複数の半導体基板が積層される半導体装置の製造方法であって、複数の半導体基板のうちの複数の第1の半導体基板の各々が有するパッド形成面の第1の連結電極パッドが前記パッド形成面の法線方向に露出され、かつ中継配線によりその連結電極パッドに連結された中継電極パッドを有する中継用の基板が最上層になるかたちで前記複数の第1の半導体基板と前記中継用の基板とが積層されるとともに、前記中継用の基板の連結電極パッドと前記各第1の連結電極パッドとが下層配線で、前記複数の第1の半導体基板が実装される実装面の実装電極パッドに連結されることにより第1ブロックが形成される工程と、複数の半導体基板のうちの複数の第2の半導体基板の各々が有するパッド形成面の第2の連結電極パッドが前記パッド形成面の法線方向に露出されるかたちで前記複数の第2の半導体基板が積層されるとともに、前記各第2の連結電極パッドが上層配線で連結されることにより第2ブロックが形成される工程と、前記第2ブロックにおける最下層の半導体基板が前記中継用の基板の連結電極パッドを覆い、かつ前記中継電極パッドを露出するかたちで、前記第2ブロックが前記第1ブロックに積層される工程と、前記中継電極パッドと前記第2の連結電極パッドとが前記上層配線により連結される工程とを有することを要旨とする。
このような方法によれば、下層のパッド形成面に、互いに接続される連結電極パッドと中継電極パッドとが形成される。そして、複数の半導体基板が積層される際、上層により中継電極パッドが露出されて、上層の連結電極パッドと下層の中継電極パッドとを連結する配線が形成される。そのため、下層における連結電極パッドと中継電極パッドとの相対位置に応じて、上層の連結電極パッドと実装基板の実装電極パッドとの相対位置が、実装面の面方向において変位するようになる。つまり、下層になる半導体基板と上層になる半導体基板との相対位置が、連結電極パッドと中継電極パッドとの相対位置に応じて、実装面の面方向において変位するようになる。
したがって、上述するような半導体装置においては、半導体基板の積層態様の自由度が
拡張されるようになる。ゆえに、各半導体基板の連結電極パッドが配線により連結されるという構造上の制約があれども、上層の半導体基板が実装面の面方向で変位可能であるため、複数の半導体基板からなる積層体のサイズを実装面の面方向で縮小することができる。よって、半導体基板の積層態様が変更可能であるため、半導体基板の占有面積が規格などにより限られる実装基板に対しても、複数の半導体基板を搭載させることができる。
また、このような方法によれば、複数の半導体基板からなる積層体がブロック単位で積層されることから、例えば、実装面の法線方向から見て、第1ブロックの下層配線が第2ブロックで覆われる積層形態であっても、複数の半導体基板の実装が可能になる。これにより、このような半導体装置の実現が容易ともなる。
この半導体装置の製造方法によれば、前記上層のパッド形成面と前記下層のパッド形成面との間の段差を緩和するかたちで各パッド形成面をつなぐ連続面を有した絶縁性の傾斜部が形成されて、前記上層の連結電極パッドと前記下層の連結電極パッドとの間が前記連続面を介して連結されるかたちで導電性微粒子を含む液状体が吐出されて、該液状体が乾燥して焼成されることにより、前記連結電極パッド間を連結する前記配線が形成されることを要旨とする。
このような方法によれば、連結電極パッドが露出されるかたちで複数の半導体基板が積層されることから、上層を構成するパッド形成面と下層を構成するパッド形成面との間に段差が形成される。このような方法によれば、パターン形成材料が含まれる液状体により上層配線又は下層配線が形成されることから、こうした段差をつなぐ配線が形成される際に、半導体基板に対して機械的な応力が印加されない。したがって、半導体基板の厚さの薄型化が可能になり、半導体装置そのものの薄型化を図ることが可能にもなる。
この半導体装置の製造方法によれば、前記連結電極パッドと前記中継電極パッドとの間が連結されるかたちで、導電性微粒子を含む液状体が吐出されて、該液状体が乾燥して焼成されることにより、前記中継配線が形成されることを要旨とする。
このような方法によれば、連結電極パッドが露出されるかたちで複数の半導体基板が積層されることから、例えば、複数の半導体基板の各々が同じサイズで構成される場合には、複数の半導体基板が階段状に積層されることになり、上層となる半導体基板の下方に空間が形成されるようになる。このような方法によれば、下方に空間が形成される半導体基板に対しても、上方から機械的な応力が印加されることなく、中継配線を形成することが可能になる。したがって、中継電極パッドを有した半導体基板が積層された状態であっても、中継配線が形成可能となり、ひいては下層配線と中継配線とを連続的に形成すること
が可能にもなる。
この半導体装置の製造方法によれば、前記中継配線が絶縁層を挟む多層構造に形成されることを要旨とする。
このような方法によれば、中継配線が絶縁層を挟む多層構造に形成されることから、パッド形成面上で交差する複数の中継配線が必要とされる場合であっても、それらが絶縁層により絶縁されるかたちとなる。その結果、中継電極パッドの配置の自由度や中継配線の形状の自由度が高められ、これによって同中継電極パッドに接続される半導体基板の配置の自由度も高められるようになる。したがって、複数の半導体基板における積層態様の自由度が向上される。
この半導体装置の製造方法によれば、絶縁層形成材料が含まれる液状体が前記パッド形成面に向けて吐出されて、該液状体が乾燥することにより、前記絶縁層が形成されることを要旨とする。
このような方法によれば、下層になる半導体基板に中継配線が形成された後であれ、半導体基板に応力を加えることなく絶縁層を形成することができるようになる。これにより、半導体基板の薄型化を促進することがさらに可能になり、また半導体基板の配置の自由度も一層向上することが可能になる。
(第1の実施形態)
以下、本発明の半導体装置を具体化した第1の実施形態について図1〜図5を参照して説明する。図1は半導体装置の正面断面構造を説明するための部分断面図である。図2は半導体装置の一部の斜視構造を示す斜視図であり、(a)は複数の半導体基板である半導体チップの各々がその下層に対して一方向にずれて積層される図であり、(b)は(a)に対応する積層体の上に、さらに複数の半導体チップの各々がその下層に対して前記一方向の反対方向にずれて積層される図である。また、図3は複数の半導体チップの各々がその下層に対して一方向にずれて積層される第1ブロックの平面構造を示す図であり、図4は同第1ブロックに形成される下層配線の平面構造を示す図である。また、図5は複数の半導体チップの各々がその下層に対して前記一方向の反対方向にずれて積層された第2ブロックに形成される上層配線の平面構造を示す図である。
図1に示すように、半導体装置に具備される実装基板10の上には、チップ積層体11が固定され、同チップ積層体11は、第1の半導体チップ(第1チップ)12が6枚積層された第1ブロック15と、その第1ブロック15の上に積層される第2の半導体チップ(第2チップ)16が6枚積層された第2ブロック19とを有し形成されている。
実装基板10は、薄くて柔軟性を有するいわゆるフレキシブル基板であり、その表面には抵抗やキャパシタ、インダクタンスなどの各種電子素子(図示略)が配置され、それら各種電子素子などが所定の回路を形成するように同表面に形成される配線などによりそれぞれ接続されている。実装基板10は、可撓性を有する材質として絶縁体性を有するポリイミド樹脂系、エポキシ樹脂系、ポリエステル樹脂系、フェノール樹脂系、フッ素樹脂系などの合成樹脂を基材にしたもの、また、紙やガラス布基材を基材としたもの、あるいは、これらのそれぞれの基材を組み合わせたコンポジット基材等からなる。また、実装基板10の表面には導電性を有する実装電極としての基板端子BPが複数形成されている(図3参照)。
基板端子BPは、導電性のある金属材料により形成されており、実装基板10に配置されている各種電子素子などと配線を介して電気的に接続されている。なお本実施形態では
、基板端子BPは、インクジェット法により実装基板10表面に形成されており、同インクジェット法に利用されるインクとしては、導電性微粒子の分散系からなる液状体としての導電性インクが用いられる。導電性インクに含まれるパターン形成材料である導電性微粒子は、数nm〜数十nmの粒径を有する微粒子であり、例えば金、銀、銅、白金、パラジウム、ロジウム、オスミウム、ルテニウム、イリジウム、鉄、錫、コバルト、ニッケル、クロム、チタン、タンタル、タングステン、インジウム等の金属、あるいはこれらの合金を用いることもできる。また分散媒としては、上記導電性微粒子を均一に分散させるものであればよく、例えば水や水を主成分とする水溶液系、あるいはテトラデカン等の有機溶剤を主成分とする有機系を用いることができる。なお、本実施形態の導電性インクにおいては、導電性粒子として銀を用い、分散媒として水を用いている。
チップ積層体11は、その第1ブロック15の最下層に位置するとともに実装基板10の表面に対向する最下層の第1チップ12を介して実装基板10の表面に接着固定される。第1チップ12は、図2(a)及び(b)において、シリコンウェハなどの半導体材料を基材として形成された矩形形状のチップであって、縦方向に長さCL、横方向に幅CW、上下方向に厚みが約25μmの大きさに形成されている。第1チップ12には、その表面に複数のトランジスタからなる記憶素子などを有した図示しない電子回路などが形成されている。本実施形態では、第1チップ12はメモリとしての機能を有するが、その他の機能を有するものであってもよい。また第1チップ12は、その縦方向の長さ、横方向の幅は用途に応じて任意に定めることができるものであり、その厚みも約25μmに限定されるものではなく、それよりも厚くても薄くてもよい。なお、図2(a)、(b)では、説明の便宜上、積層される第1チップ12の一部、及び積層される第2チップ16の一部の図示を省略してある。
第1チップ12の表面には、基板端子BPと同様にインクジェット法により形成された電極である連結電極パッドPが、第1チップ12の上面であるパッド形成面の一辺に沿って一列に配設されている。これら各連結電極パッドPは、第1チップ12に形成された電子回路にそれぞれ接続されることにより同電子回路が有する各機能にそれぞれ割り当てられており、第1チップ12においてその配列は前記各機能の順番が所定の順番になるようになっている。これにより第1チップ12の電子回路は、各連結電極パッドPに接続された外部配線などを介して実装基板10に設けられた回路などと電気的に接続されるようなる。
また第1チップ12の上面であるパッド形成面は、その電子回路の上に絶縁層13を有している。絶縁層13は、第1チップ12の電子回路を保護するとともに、同電子回路と外部の導電性部材とを電気的に絶縁させる。絶縁層13は絶縁性のある材料、例えば、ポリメチルメタクリレート、ポリビニルフェノール、ポリイミド、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセテート等のうちの1種の材料、又はこれらを2種以上組み合わせた材料から形成されている。なお本実施形態では、絶縁層13は各連結電極パッドPを露出させるかたちで形成されており、連結電極パッドPへの外部配線の接続などが絶縁層13により妨げられることのないようになっている。さらに、第1チップ12の裏面にも絶縁層13と同様の絶縁膜(図示略)が形成されており、同裏面と外部の導電性部材との間が絶縁されるようになっている。なお本実施形態では、第1チップ12の表面の絶縁層13や裏面の絶縁膜は、上述の絶縁性の材料を含有する絶縁性インクを用いてインクジェット法により形成される。そして、複数の第1チップ12が積層されることにより第1ブロック15が形成されている。
図1に示されるように、第1ブロック15を構成する6枚の第1チップ12は、各連結電極パッドPが上方に露出されるように、パッド形成面における電極パッドの側の辺が前後(図1において左右)に所定のずれ長ΔLだけずらされて積層されることによって階段
形状に形成されている。第1ブロック15において、上下に隣接する2つの第1チップ12は、下層の第1チップ12の表面に形成された絶縁層13と、上層の第1チップ12の裏面に形成された絶縁膜との間に形成される図示しない接着層により所定のずれ長ΔLを有しつつ、各連結電極パッドPが露出されるように相互に接着固定される。これにより、例えば各ずれ長ΔLの長さを250μmとする場合、6枚の第1チップ12が積層された第1ブロック15の縦方向の長さは、1枚の第1チップ12の縦方向の長さCLと、そこにずれ長ΔLだけずれて積層された5枚分の第1チップ12の全ずれ長さ1250μm(=250×5)とが加算された第1ブロック長L11となる。なお本実施形態では、接着層の厚みが5〜10μmであるが、その厚みは5μmより薄くても、10μmより厚くてもよい。
なお本実施形態では、このように形成された第1ブロック15が実装基板10接着固定される。詳述すると、第1ブロック15において最下層の第1チップ12は、その裏面が相対向する実装基板10の表面との間に前記接着層が形成されるようになっており、同接着層を介して実装基板10の表面に接着固定される。これにより、第1ブロック15は、その最下層の第1チップ12の連結電極パッドPが実装基板10の基板端子BPに沿って並ぶように同実装基板10に配置される同最下層の第1チップ12を通じて実装基板10に接着固定されるようになる。そして実装基板10において、第1ブロック15は、同実装基板10の基板端子BPに対して図1において右方向に第1ブロック長L11の長さを占有するようになる。
図1及び図3において、第1ブロック15は、各第1チップ12における連結電極パッドPの側に、第1チップ12の厚みに相当する段差を形成しており、それらの段差には傾斜部であるスロープ20が形成されている。
スロープ20は、上下に積層された一対の第1チップ12におけるパッド形成面間の段差を緩和するかたちで各パッド形成面をつなぐ連続面を有して、ポリイミド樹脂系、エポキシ樹脂系、ポリエステル樹脂系、フェノール樹脂系、フッ素樹脂系、紫外線硬化樹脂、可視光硬化樹脂などの絶縁性を有する樹脂などにより形成されている。スロープ20は、各第1チップ12における連結電極パッドPの側に形成されている。これにより、下層の第1チップ12における各連結電極パッドPと上層の第1チップ12における各連結電極パッドPとを結ぶ経路が連続面により略無段状に形成される。
また最下層の第1チップ12に併設されたスロープ20は、基板端子BPが形成される実装面と同第1チップ12のパッド形成面との間の段差を緩和するかたちでこれら実装面とパッド形成面とをつなぐ連続面を有している。これにより、実装基板10の各基板端子BPと最下層の第1チップ12における各連結電極パッドPとを結ぶ経路も連続面により略無段状に形成される。なお本実施形態ではスロープ20は、第1ブロック15が実装基板10に接着固定されてから、樹脂材料の吐出量や吐出位置を正確に制御することのできるディスペンサ方式により形成される。
図1及び図4において、実装基板10の表面及び第1ブロック15の表面には、第1チップ12の積層方向へ連続する下層配線である第1の配線21が複数形成されている。第1の配線21は、実装面に接合された状態の第1ブロック15に対してインクジェット法が適用されて、上述の導電性インクからなる液滴が基板端子BPと第1ブロック15の各連結電極パッドPを結ぶかたちで吐出されて、吐出された導電性インクが乾燥して焼成されることにより形成されている。なお、本実施形態の導電性インクにおいては、導電性粒子として銀を用い、分散媒として水を用いている。
詳述すると、第1の配線21は、その形成位置に応じて2つ区分されており、まず実装
基板10の基板端子BPとそれに対応する各第1チップ12の連結電極パッドPとを各第1チップ12の積層方向に接続する主配線22を有している。さらに、第1の配線21は、第1ブロック15における最上層の第1チップ12である連結用チップ12aのパッド形成面上に、その連結電極パッドPから縦方向に延びる中継配線23を有している。そして、各中継配線23の先端には、第1の配線21とともにインクジェット法により一体的に形成される中継電極パッドRPが接続されている。
主配線22は、実装基板10の基板端子BPと、それに対応する最下層の第1チップ12の連結電極パッドPとを接続し、さらに最下層の第1チップ12の連結電極パッドPとそれに対応する上層の第1チップ12の連結電極パッドPとを相互に接続している。同様に、主配線22は、上層と下層との関係にある一対の第1チップ12において、対応する連結電極パッドP同士を相互に接続する。そして、最上層の第1チップ12は、その連結電極パッドPが対応するその下層の第1チップ12の連結電極パッドPに接続されるようになっている。これにより、第1チップ12の積層方向に、実装基板10の基板端子BPとそれに対応する各第1チップ12の連結電極パッドPとが電気的に接続されるようになっている。なお主配線22は、インクジェット法により形成される金属膜であるために、経路の途中に段差がある場合にはそこで薄くなったり切断されたりするおそれもあるが、第1チップ12の電極側の辺にはそこに生じる上下方向の段差を無段状にするスロープ20が形成されていることから、そのようなおそれの発生が低減され配線が好適に形成される。
図4において、各中継配線23は、第1ブロック15の最上層である第1チップ12のパッド形成面において主に絶縁層13上にそれぞれ形成されている。中継配線23は、その基端が第1チップ12の連結電極パッドPに接続され、同連結電極パッドPの縦方向の略全幅にわたり延びるように形成されている。そして、パッド形成面を構成する四辺のうちで連結電極パッドPが形成された一辺に対向する他辺には、中継配線23の先端が接続された中継電極パッドRPが連結電極パッドPと略同形状に形成されている。つまり、第1ブロック15の最上層である第1チップ12のパッド形成面には、対向する二辺のうちの一辺に、複数の連結電極パッドPが形成されており、対向する二辺のうちの他辺に、複数の中継電極パッドRPが形成されている。そして、対向する一対の連結電極パッドPと中継電極パッドRPとが、1つの中継配線23により接続されている。なお、各中継電極パッドRPは、その縦方向における位置が各連結電極パッドPと同じになるように、縦方向に沿って配列されている。これにより、第1ブロック15における最上層の第1チップ12は、その中継電極パッドRPが露出されるようにその上に半導体チップなどのチップが積層されたときに、そこに積層されたチップの電極と中継電極パッドRPとの接続が可能となるようなっている。これにより、基板端子BPと、積層された各第1チップ12において基板端子BPに対応する連結電極パッドPと、同じく基板端子BPに対応する中継電極パッドRPとが電気的に相互接続されるようになっている。
第1ブロック15には、複数の第2チップ16からなる第2ブロック19が積層されている。第2チップ16は、第1チップ12と同様の電子回路とともに同様の機能を有し、同様の大きさに形成されている。また第2チップ16は、第1チップ12と同様に、そのパッド形成面の一辺に沿って複数の連結電極パッドPが配列配置されている。これら各連結電極パッドPは、第2チップ16に形成された電子回路にそれぞれ接続されることにより電子回路の有する各機能にそれぞれ割り当てられており、第2チップ16においてその配列は前記機能の順番が所定の順番になるようになっている。なお本実施形態では、第2チップ16に配列される各連結電極パッドPの順番は、そこに割り当てられた機能が、第1チップ12に配列される各連結電極パッドPに割り当てられた機能とは逆順であり、いわゆる第2チップ16は第1チップ12のミラーチップとなっている。
第2チップ16は、その電子回路の上に第1チップ12の絶縁層13と同様の絶縁膜18が形成されており、絶縁膜18は、第2チップ16の電子回路を保護するとともに、同電子回路と外部の導電性部材との絶縁を確保するようになっている。なお、本実施形態では、絶縁膜18が連結電極パッドPを露出させるかたちで形成されており、連結電極パッドPへの外部配線の接続などが絶縁膜18により妨げられることのないようになっている。また、第2チップ16の裏面にも、絶縁膜18と同様の絶縁膜(図示略)が形成されており、同裏面と外部の導電性部材との絶縁が確保されるようになっている。そして、第2チップ16が複数積層されることにより第2ブロック19が形成されている。
第2ブロック19は、図1に示されるように、それを構成する複数の第2チップ16が、それらの各連結電極パッドPが露出されるように、それらの電極側の辺が前後に所定のずれ長ΔLだけずらされて積層されることによって階段形状に形成されている。第2ブロック19において、上下に隣接する2つの第2チップ16は、下層の第2チップ16の表面に形成された絶縁膜18と、上層の第2チップ16の裏面に形成された絶縁膜との間に形成される接着層(図示略)により所定のずれ長ΔLを有しつつ相互に接着固定されている。これにより、例えば各ずれ長ΔLの長さを250μmとする場合、6枚の第2チップ16が積層された第2ブロック19の縦方向の長さは、1枚の第2チップ16の縦方向の長さCLと、そこにずれ長ΔLだけずれて積層された5枚分の第2チップ16の全ずれ長さ1250μm(=250×5)とが加算された第2ブロック長L12となる。なお本実施形態では、接着層の厚みを5〜10μmとしているが、その厚みは5μmより薄くても、10μmより厚くてもよい。
また、第2ブロック19において最下層の第2チップ16の裏面は、その裏面が相対向する第1ブロック15の最上層の第1チップ12の表面との間に前記接着層が形成されるようになっており、同接着層を介して同第1チップ12の表面に接着固定される。具体的には、第2ブロック19は、その最下層の第2チップ16の連結電極パッドPが第1ブロック15の最上層の第1チップ12の中継電極パッドRPに沿って並ぶように第1ブロック15に接着固定されるようになっている。なおこのとき、第2ブロック19は、第1ブロック15の中継電極パッドRPが露出されて、かつ第1ブロック15の最上層における連結電極パッドPを覆うかたちで、第1ブロック15に対してずれ長ΔLだけずれるようにして積層される。
こうした構成によれば、実装基板10の実装面の面方向において、第1ブロック15の占有面積が、基板端子BPから一方向(図4の右方向)に広がるようになる。これに対して、第2ブロック19の占有面積が、第1ブロック15の先端からずれ長ΔLだけ移動した位置から、さらに第1ブロック15の基端に向けて広がるようになる。つまり、実装基板10の実装面においては、第1ブロック15の占有面積と第2ブロック19の占有面積とが殆ど重畳するかたちになる。
図1及び図5において、第2ブロック19は、各第2チップ16における連結電極パッドPの側に、第2チップ16の厚みに相当する段差を形成しており、それらの段差には傾斜部であるスロープ25が形成されている。
スロープ25は、上下に積層された一対の第2チップ16におけるパッド形成面間の段差を緩和するかたちで各パッド形成面をつなぐ連続面を有して、第1チップ12に形成されるスロープ20と同様の絶縁性樹脂などにより形成されている。スロープ25は、各第2チップ16における連結電極パッドPの側に形成されている。これにより、下層の第2チップ16における各連結電極パッドPと上層の第2チップ16における各連結電極パッドPとを結ぶ経路が連結面により無段状に形成される。
また最下層の第2チップ16に併設されたスロープ25は、第1ブロック15の最上層におけるパッド形成面と第2ブロック19の最下層におけるパッド形成面との間の段差を緩和するかたちでこれらのパッド形成面をつなぐ連結面を有している。これにより、最下層の第2チップ16における各連結電極パッドPと最上層の第1チップ12における各中継電極パッドRPとを結ぶ経路も連結面により無段状に形成される。なお本実施形態ではスロープ25は、第2ブロック19が第1ブロック15に接着固定されてから、スロープ20の場合と同様にディスペンサ方式により形成される。
第1ブロック15の中継電極パッドRPと第2ブロック19の各連結電極パッドPとの間には、第2チップ16の積層方向へ連続する上層配線である第2の配線27が複数形成されている。第2の配線27は、積層された状態にある第1ブロック15及び第2ブロック19に対してインクジェット法が適用されて、第1の配線21と同様の導電性インクからなる液滴が配置されることにより形成される配線である。なお本実施形態では導電性インクにおいては、導電性粒子として銀を用い、分散媒として水を用いている。
詳述すると、第2の配線27は、第1ブロック15の中継電極パッドRPと各第2チップ16の各連結電極パッドPとを各第2チップ16の積層方向に接続するものである。これにより第2の配線27は、中継電極パッドRPとそれに対応する各第2チップ16の連結電極パッドPを結ぶように、中継電極パッドRPと最上層の第2チップ16の連結電極パッドPとの間に形成されている。すなわち、第2の配線27は、まず中継電極パッドRPとそれに対応する最下層の第2チップ16の連結電極パッドPとを接続し、次いで最下層の第2チップ16の連結電極パッドPとそれに対応するその上に積層される第2チップ16の連結電極パッドPとを相互に接続する。同様に、第2の配線27は、上下層の関係にある2つの第2チップ16において対応する連結電極パッドP同士を相互に接続する。そして、最上層の第2チップ16はその連結電極パッドPが対応するその下層の第2チップ16の連結電極パッドPに接続されるようになっている。これにより、第2チップ16の積層方向に、中継電極パッドRPとそれに対応する各第2チップ16の各連結電極パッドPとが電気的に接続されるようになっている。なお第2の配線27は、インクジェット法により薄く形成される金属膜であるために、経路の途中に段差がある場合にはそこで薄くなったり切断されたりするおそれもあるが、第2チップ16の電極側の辺にはそこに生じる上下方向の段差を無段状にするスロープ25が形成されていることから、そのようなおそれの発生が低減され配線が好適に形成される。
これにより、半導体装置11としては、その縦方向の長さとしての全長L1は、まず右方向に第1ブロック15により第1ブロック長L11延び、そこから左方向へずれ長ΔLだけ移動した位置からさらに左方向に第2ブロック19により第2ブロック長L12延びた長さとなる。つまり、右方向への第1ブロック長L11は、ずれ長ΔLのみを残して左方向への第2ブロック長L12により相殺されるかたちとなり、これにより全長L1がL12+ΔLになり、換言すれば、CL+6×ΔLになる。これに比べて、12枚の半導体チップがずれ長ΔLを有しながら積層される場合、従来のように一直線状に並べた場合には、図11に示されるように、全体の長さL10はCL+12×ΔLの長さになる。ゆえに、本実施形態によれば、実装基板10において占有する縦方向の長さが全長L1となり、従来に比べて6×ΔLも短くされるようになる。したがって、同じ枚数の半導体チップを積層した場合であっても、それらが実装基板に対して占有する長さ(実装面積)を減少させることができるようになり、限られた面積により多くの半導体チップを積層した半導体装置11が提供されるようになる。
以上説明したように、本実施形態の半導体装置11によれば以下のような効果を得ることができる。
(1)連結用チップ12aのパッド形成面には、そこに積層される第2チップ16の連
結電極パッドPに接続される中継電極パッドRPが、第2チップ16よりも基板端子BPから離れた方向に露出されるようにした。そして連結用チップ12aの中継電極パッドRPとそこに積層される第2チップ16の連結電極パッドPとを配線により電気的に接続した。これにより、連結用チップ12aにおける連結電極パッドPと中継電極パッドRPとが連結用チップ12aを構成する第1チップ12に対して180°変更された相対位置に応じて、第1チップ12の上層となる第2チップ16の連結電極パッドPと実装基板10の基板端子BPとの相対位置が、実装面の面方向において180°変位するようになる。つまり、下層になる第1チップ12と上層になる第2チップ16との相対位置が、連結電極パッドPと中継電極パッドRPとの相対位置に応じて、実装面の面方向において変位するようになる。これによりチップ積層体11においては、各半導体チップ12,16の積層態様の自由度が拡張されるようになる。ゆえに、各半導体チップ12,16の連結電極パッドPが配線により連結されるという構造上の制約があれども、上層の半導体チップが実装面の面方向で変位可能であるため、複数の半導体チップからなるチップ積層体のサイズを実装面の面方向で縮小することができる。よって、半導体チップの積層態様が変更可能であるため、半導体チップの占有面積が規格などにより限られる実装基板に対しても、複数の半導体チップを搭載させることができる。
(2)複数の第1チップ12の積層体としての第1ブロック15と、複数の第2チップ16の積層体としての第2ブロック19とをブロック単位で積層するようにした。これにより、例えば実装面の法線方向から見て、第1ブロック15に形成されている下層配線が第2ブロック19で覆われる積層形態であっても、複数の半導体チップの実装が可能になる。これにより、このような半導体装置の実現が容易ともなる。
(3)連結電極パッドPが露出されるかたちで複数の第1チップ12及び第2チップ16が積層されることから、上層を構成するパッド形成面と下層を構成するパッド形成面との間には段差が形成されたが、その段差にはスロープ20,25を形成するようにした。これにより、上述する段差をそれぞれスロープ20,25が緩和し、かつ上層配線及び下層配線がこれらスロープ20,25上に形成されることから、上層配線及び下層配線が金属膜であっても、同配線に対する機械的な応力が緩和されることになる。従って、上層配線又は下層配線が金属膜で構成されることから、半導体装置そのものの薄型化を図ることが可能にもなる。
(4)連結電極パッドPが露出されるかたちで第1チップ12や第2チップ16を積層することにより、例えば複数の半導体チップの各々が同じサイズで構成される場合には、複数の半導体チップが階段状に積層されることになり、上層となる半導体基板の下方に空間が形成されるようになる。そこで、下方に空間が形成される第1ブロック15において上層の第1チップ12や第2ブロック19において上層の第2チップ16に対して、上方から機械的な応力が印加されないように、インクジェット法により中継配線を形成するようにした。これにより、中継電極パッドを有した半導体基板が積層された状態であっても、中継配線が形成可能となり、ひいては下層配線と中継配線とを連続的に形成することが可能にもなる。
(第2の実施形態)
以下、本発明の半導体装置を具体化した第2の実施形態について図6及び図7を参照して説明する。図6は半導体装置の一部の平面構造を示す図であり、(a)は複数の半導体チップの各々がその下層に対して一方向にずれて積層された状態を示す図であり、(b)は(a)で積層された半導体チップの上に配線が形成された状態を示す図である。図7も半導体装置の一部の平面構造を示す図であり、(a)は図6(a)で形成された配線の上に絶縁層が形成された状態を示す図であり、(b)は(a)で形成された絶縁層の上にさらに配線が形成された状態を示す図である。なお、第1の実施形態と同様の部材には同一の符号を付しその説明を省略する。
図6に示されるように、第1ブロック15を構成する各半導体チップは、第1の実施形態と同様に、連結電極パッドPが絶縁層13よりも基板端子BPに近くなるかたちで積層されている。また、図示しない第2ブロック19を構成する各半導体チップも、第1の実施形態と同様に、連結電極パッドPが絶縁層13よりも基板端子BPから遠くなるかたちで積層されている。そして、第1ブロック15と第2ブロック19との積層態様も、これもまた第1実施形態と同様に、第1ブロック15の積層方向と第2ブロック19の積層方向とが、実装面の法線方向から見て逆向きとなるように構成されている。
さて、第2の実施形態においては、第1チップ12の連結電極パッドPの配列に割り当てられた機能と、第2チップ16の連結電極パッドPの配列に割り当てられた機能とが同順となる態様で構成されている。つまり、上述する第1の実施形態において、第2チップ16に配列される各連結電極パッドPの順番は、そこに割り当てられた機能が第1チップ12に配列される各連結電極パッドPに割り当てられた機能と同順となる態様で構成されており、第2の実施形態はこの点において第1の実施形態と異なる。
このような構成からなる半導体装置にあっては、第1ブロック15の各連結電極パッドPの配列に割り当てられた機能の順序と、第2ブロックの各連結電極パッドPの配列に割り当てられた機能の順序とが、前記横方向において(図6の下から上に向けて)逆順になる。そこで、第2の実施形態においては、第1ブロック15及び第2ブロック19の各連結電極パッドPが割り当てられた機能を発現するべく、第1ブロック15と第2ブロック19とを連結する中継配線が以下のように構成されている。なお、第2の実施形態は上述の点以外については第1の実施形態と同様であるので、ここでは上述の各中継配線について説明し、その他の説明は便宜上省略する。
図6(a)において、基板に固定された第1ブロック15は、図6(b)に示されるように、基板表面の各基板端子BPと、それに対応する各第1チップ12の連結電極パッドPがそれぞれ各配線31により電気的に接続される。これらの配線31は、第1の実施形態の第1の配線21と同様の導電性インクにてインクジェット方により形成されている。
各配線31は、各基板端子BPとそれに対応する各連結電極パッドPをそれぞれ一直線状に接続する主配線をそれぞれ有するとともに、最上層の第1チップ12の表面においてはその各連結電極パッドPを対角方向に位置する各中継電極パッドRPにそれぞれ接続させるための中継配線をそれぞれ有している。連結電極パッドPと中継電極パッドRPとを結ぶ中継配線は、図6及び図7に示されるように、絶縁層13上に形成される下層の配線部分と、絶縁層30上に形成される上層の配線部分とが連結されてなる多層配線構造(配線の多層構造)を有する。なお絶縁層30は、絶縁層13と同様に絶縁層形成材料としての絶縁性のある材料、例えば、ポリメチルメタクリレート、ポリビニルフェノール、ポリイミド、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセテート等のうちの1種の材料、又はこれらを2種以上組み合わせた材料から形成されている。
以下、上述する配線31の構造を、第1チップ12の連結電極パッドPの位置と中継電極パッドRPの位置とに対応付けて詳しく説明する。以下では、図6及び図7にて最も上側に位置する連結電極パッドPを、第1の連結電極パッドPとし、該第1の連結電極パッドPから下側に進むに従って、第2、第3、…、第8の連結電極パッドPという。また図6及び図7にて最も上側に位置する中継電極パッドRPを、第1の中継電極パッドRPとし、該第1の中継電極パッドRPから下側に進むに従って、第2、第3、…、第8の中継電極パッドRPという。さらに図6及び図7にて最も上側に位置する配線31を、第1の配線31とし、該第1の配線31から下側に進むに従って、第2、第3、…、第8の配線31という。
第1の配線31は、基板端子BPから各第1の連結電極パッドPを通り、さらに第1の連結電極パッドPから絶縁層13上の途中にまで延びるかたちで形成されており、絶縁層13上に中継配線の基端部W11を構成する。第1の配線31を構成する中継配線は、絶縁層30に設けられた連通孔H11を通じて、その基端部W11から絶縁層30上に延びるL字状の連結線W13(図7(b)に示す太線)を有しており、その先端部W12が第8の中継電極パッドRPに接続されるかたちで形成されている。
第2の配線31は、基板端子BPから各第2の連結電極パッドPを通り、さらに第2の連結電極パッドPから絶縁層13上の途中にまで延びるかたちで形成されており、絶縁層13上に中継配線の基端部W21を構成する。第2の配線31を構成する中継配線は、絶縁層30に設けられた連通孔H21を通じて、その基端部W21から絶縁層30上に延びるL字状の連結線W23(図7(b)に示す太線)を有しており、その先端部W22が第7の中継電極パッドRPに接続されるかたちで形成されている。
第3の配線31は、基板端子BPから各第3の連結電極パッドPを通り、さらに第3の連結電極パッドPから絶縁層13上の途中にまで延びるかたちで形成されており、絶縁層13上に中継配線の基端部W31を構成する。第3の配線31を構成する中継配線は、絶縁層30に設けられた連通孔H31を通じて、その基端部W31から絶縁層30上に延びるL字状の連結線W33(図7(b)に示す太線)を有しており、その先端部W32が第6の中継電極パッドRPに接続されるかたちで形成されている。
第4の配線31は、基板端子BPから各第4の連結電極パッドPを通り、さらに第4の連結電極パッドPから絶縁層13上の途中にまで延びるかたちで形成されており、絶縁層13上に中継配線の基端部W41を構成する。第4の配線31を構成する中継配線は、絶縁層30に設けられた連通孔H41を通じて、その基端部W41から絶縁層30上に延びるL字状の連結線W43(図7(b)に示す太線)を有しており、その先端部W42が第5の中継電極パッドRPに接続されるかたちで形成されている。
第5の配線31は、基板端子BPから各第5の連結電極パッドPを通り、さらに第5の連結電極パッドPから絶縁層13上に延びるクランク状の連結線W5を構成する。第5の配線31を構成する連結線W5は、第5の配線31における中継配線であり、その先端部が第4の中継電極パッドRPに接続されるかたちで形成されている。
第6の配線31は、基板端子BPから各第6の連結電極パッドPを通り、さらに第6の連結電極パッドPから絶縁層13上の途中にまで延びるかたちで形成されており、逆L字状をなす中継配線の基端部W61を絶縁層13上に構成する。第6の配線31を構成する中継配線は、絶縁層30に設けられた連通孔H61を通じて、その基端部W61から絶縁層30上に延びる直線状の連結線W63(図7(b)に示す太線)を有している。さらに第6の配線31を構成する中継配線は、絶縁層30に設けられた連通孔H62を通じて、その連結線W63から絶縁層13上に延びる先端部W62を有しており、その先端部W62が第3の中継電極パッドRPに接続されるかたちで形成されている。
第7の配線31は、基板端子BPから各第7の連結電極パッドPを通り、さらに第7の連結電極パッドPから絶縁層13上の途中にまで延びるかたちで形成されており、逆L字状をなす中継配線の基端部W71を絶縁層13上に構成する。第7の配線31を構成する中継配線は、絶縁層30に設けられた連通孔H71を通じて、その基端部W71から絶縁層30上に延びる直線状の連結線W73(図7(b)に示す太線)を有している。さらに第7の配線31を構成する中継配線は、絶縁層30に設けられた連通孔H72を通じて、その連結線W73から絶縁層13上に延びる先端部W72を有しており、その先端部W7
2が第2の中継電極パッドRPに接続されるかたちで形成されている。
第8の配線31は、基板端子BPから各第8の連結電極パッドPを通り、さらに第8の連結電極パッドPから絶縁層13上の途中にまで延びるかたちで形成されており、逆L字状をなす中継配線の基端部W81を絶縁層13上に構成する。第8の配線31を構成する中継配線は、絶縁層30に設けられた連通孔H81を通じて、その基端部W81から絶縁層30上に延びる直線状の連結線W83(図7(b)に示す太線)を有している。さらに第8の配線31を構成する中継配線は、絶縁層30に設けられた連通孔H82を通じて、その連結線W83から絶縁層13上に延びる先端部W82を有しており、その先端部W82が第1の中継電極パッドRPに接続されるかたちで形成されている。
こうした構成によれば、第1ブロック15の各連結電極パッドPの配列に割り当てられた機能の順序と、中継電極パッドRPの配列に割り当てられた機能の順序とが、前記横方向において逆順になる。それゆえ、第1ブロック15の各連結電極パッドPの配列に割り当てられた機能の順序と、第2ブロックの各連結電極パッドPの配列に割り当てられた機能の順序とが逆順であっても、第1ブロック15及び第2ブロック19にて機能を同じくする1群の連結電極パッドPは、電気的に共通する1つの配線により接続される。したがって、この半導体装置によれば、第1チップ12を一方向に連続して積層した場合と同様の電気的な接続結果が確保される。そのうえ、実装面の法線方向から見て、第2ブロック19の積層方向が第1ブロック15の積層方向に対して逆向きになるため、同じ数の半導体チップを積層する上では、半導体チップの占有面積が実装面の面方向において縮小される。
なお、上述するような構成からなる配線31は、例えば、積層された状態の第1チップ12に対してインクジェット法が各層ごとに適用されることにより形成される。具体的には、まず各基板端子BP、各連結電極パッドP及び絶縁層13に対してインクジェット法が適用されることにより、下層の配線部分である上記基端部W11〜W81が対応する基板端子BPに接続されるかたちで形成されるとともに、各先端部W12〜W82とそれに対応する各中継電極パッドRPとが接続されるかたちに形成される。またこのとき、下層の配線部分である連結線W5も、対応する基板端子BPに接続されるかたちで形成されるとともに、それに対応する中継電極パッドRPと接続されるかたちに形成される。次いで、これら下層の配線部分を覆うかたちの絶縁層30が同じくインクジェット法により形成される。最後に、絶縁層30に対してインクジェット法が適用されることにより、上層の配線部分である連結線W13〜W83が同じくインクジェット法により形成される。
以上説明したように、本実施形態の半導体装置によれば、上述した(1)〜(4)に記載の効果に加えて、以下のような効果を得ることができる。
(5)中継配線が絶縁層30を挟む多層構造に形成されることにより、第1〜第8の配線31を構成しておりパッド形成面上で交差するそれら各配線の中継配線が絶縁層30により絶縁されるかたちに形成された。これにより、中継電極パッドRPの配置の自由度や中継配線の形状の自由度が高められ、これによって同中継電極パッドRPに接続される半導体チップの配置の自由度も高められるようになる。したがって、複数の半導体チップにおける積層態様の自由度が向上される。
(6)インクジェット法により絶縁層30を形成するようにした。これにより、第1チップ12に中継配線が形成された後であれ、同第1チップ12に応力を加えることなく絶縁層30を形成することができるようになる。これにより、半導体チップの薄型化を促進することがさらに可能になり、また半導体チップの配置の自由度も一層向上することが可能になる。
(第3の実施形態)
以下、本発明の半導体装置を具体化した第3の実施形態について図8を参照して説明する。図8は半導体チップが積層されて形成される半導体装置の平面構造を示す図である。図8において、(a)は上層の半導体チップが下層の半導体チップに対して一方向にずれて積層された状態を示す図であり、(b)は(a)で積層された半導体チップの上に配線が形成された状態を示す図であり、(c)は(b)で積層され半導体チップの上に、さらに他の半導体チップが積層された状態を示す図である。
なおここでも、第1の実施形態と同様の部材には同一の符号を付しその説明を省略する。また第3の実施形態は、上層の半導体チップにおける連結電極パッドPと下層の半導体チップにおける連結電極パッドPとの相対位置が第1の実施形態と異なる形態であり、その他については同様であるので、この変更点ついて詳しく説明し、その他の説明は便宜上省略する。
図8(a)に示されるように、実装基板の実装面には、第1の実施形態と同様に、各基板端子BPに対して各連結電極パッドPの配列が沿い並ぶように、上下一対の半導体チップ(第3チップ41)が所定のずれ量を有するかたちで積層されている。そして、これら一対の第3チップ41により第1ブロックが構成されている。なお第3チップ41の連結電極パッドPの側には、第1の実施形態と同様にスロープが形成されているが、ここでは図示を省略している。
図8(b)において、上層の第3チップ41を構成するパッド形成面の四辺のうちで、各連結電極パッドPの配列に沿う辺と直交する辺(図において下辺)には、複数の中継電極パッドRPが各連結電極パッドPと同様の間隔で配列されている。以下では、図8(b)にて最も上側に位置する連結電極パッドPを、第1の連結電極パッドPとし、該第1の連結電極パッドPから下側に進むに従って、第2、第3、第4の連結電極パッドPという。また図8にて最も右側に位置する中継電極パッドRPを、第1の中継電極パッドRPとし、該第1の中継電極パッドRPから左側に進むに従って、第2、第3、第4の中継電極パッドRPという。
図8(b)に示されるように、第1の中継電極パッドRPは、パッド形成面の対角方向に延びる中継配線Wa1により、第1の連結電極パッドPに接続されており、また第2の中継電極パッドRPは、パッド形成面の対角方向に延びる中継配線Wa2により、第2の連結電極パッドPに接続されている。また第3の中継電極パッドRPは、パッド形成面の対角方向に延びる中継配線Wa3により、第3の連結電極パッドPに接続されており、さらに第4の中継電極パッドRPは、パッド形成面の対角方向に延びる中継配線Wa2により、第4の連結電極パッドPに接続されている。
図8(c)に示されるように、第1ブロックの上面には、第1ブロックの各中継電極パッドRPに対して各連結電極パッドPの配列が沿い並ぶように、上下一対の半導体チップ(第4チップ42)が所定のずれ量を有するかたちで積層されている。第4チップ42は、第3チップ41のミラーチップであり、その連結電極パッドPの配列における機能の順番は、第3チップ41の各連結電極パッドPの配列における機能の順番と逆順になっている。そして、これら一対の第4チップ42により第2ブロックが構成されている。なお第4チップ42の連結電極パッドPの側には、第1の実施形態と同様にスロープが形成されているが、ここでは図示を省略している。
つまり、一対のミラーチップで構成される第2ブロックは、第1ブロックが実装面の面方向に沿って右回りに90°だけ回転移動されたかたちであり、各中継電極パッドRPを露出させるかたちで、第1ブロックに積層されている。そして、第1ブロック15及び第2ブロック19にて機能を同じくする1群の連結電極パッドPは、電気的に共通する1つ
の配線により接続される。したがって、この半導体装置によれば、第1チップ12を一方向に連続して積層した場合と同様の電気的な接続結果が確保される。そのうえ、実装面の法線方向から見て、第2ブロックの積層方向が第2ブロックの積層方向に対して右回りに回転しているため、同じ数の半導体チップを積層する上では、半導体チップの占有面積が実装面の面方向において縮小される。
さらに、図8(c)において、第2ブロックの最上層に中継電極パッドRPをさらに形成して、それらを中継配線Wb1〜Wb4により各連結電極パッドPと接続するようにすれば、第2ブロックの上にも、第1ブロックと第2ブロックとの関係に相当する他のブロックを積層することができるようにもなる。なお、本実施形態でも中継配線Wa1〜Wa4,Wb1〜Wb4は、第1の実施形態の第1の配線21と同様の導電性インクにてインクジェット方により形成されている。
以上説明したように、本実施形態の半導体装置によれば、上述した(1)〜(6)に記載の効果に加えて、以下のような効果を得ることができる。
(7)複数の第3チップ41から構成される第1ブロックに対して、第3チップ41が実装面の面方向に沿って右回りに90°だけ回転移動された一対のミラーチップ(第4チップ42)で構成される第2ブロックを、各中継電極パッドRPを露出させるかたちに積層した。これにより、第1ブロックに対して90°の角度においても第2ブロックを積層することができる。すなわち、第4チップ42の下層となる第3チップ41における連結電極パッドPと中継電極パッドRPとの相対位置を90°として、第3チップ41の上層となる第4チップ42の連結電極パッドPと実装基板10の基板端子BPとの相対位置が、実装面の面方向において90°変位するようになる。つまりこれによっても、下層になる第3チップ41と上層になる第4チップ42との相対位置が、連結電極パッドPと中継電極パッドRPとの相対位置に応じて、実装面の面方向において変位するようになる。これによりチップ積層体においては、各半導体チップ41,42の積層態様の自由度がより拡張されるようになる。ゆえに、各半導体チップの連結電極パッドが配線により連結されるという構造上の制約があれども、上層の半導体チップが実装面の面方向で変位可能であるため、複数の半導体チップからなるチップ積層体のサイズを実装面の面方向で縮小することができる。よって、半導体チップの積層態様が変更可能であるため、半導体チップの占有面積が規格などにより限られる実装基板に対しても、複数の半導体チップをより多く搭載させることができるようにもなる。
なお、上記各実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記各実施形態では、実装基板10は可撓性を有するフレキシブル基板であったが、これに限られるものではなく、非可撓性であり剛性を有するリジッド基板などであってもよい。この場合、絶縁体基材からなる基板の基材としては、低温焼結基材としてのガラス系、無機質系としてのセラミック、高温焼結基材系、高熱伝導性基材(単価ケイ素系等)、誘電体材料、抵抗体材料等からなる。これにより、実装基板10の選択の自由度が広げられ、このような半導体装置の用途が高められるようになる。
・上記各実施形態では、各基板端子BPは導電性のある金属により形成されたが、これに限られるものではなく、導電性のある材料であれば金属以外のもの、例えばインジウムスズ酸化物等、又は、ポリアニリン等の電子導電性高分子等から形成されてもよい。
・上記各実施形態では、各基板端子BPや各連結電極パッドPがインクジェット法により形成されたが、これに限らず、基板端子はフォトエッチングやその他の公知の方法などにより形成されてもよい。これにより、基板に配置される基板端子の形成方法に関わらず、基板にこのような半導体装置の採用ができるようになる。
・上記各実施形態では、各中継電極パッドRPがインクジェット法により各配線とともに一体的に形成されたが、これに限らず、各中継電極パッドは単独に形成されてもよい。これにより中継電極の形成方法の自由度が高められる。
・上記各実施形態では、半導体チップが実装基板に積層された後にスロープが形成されたが、これに限らず、最下層の半導体チップが基板に接着固定される前にブロックの単位でスロープが形成されてもよい。そうすれば、半導体チップが実装基板に積層された後に形成されるスロープが、実装基板と最下層の半導体チップとの間や複数の半導体チップから形成されたブロック間のみになる。従って、形成するスロープの数が少なくなる分だけ、各ブロックを実装するために必要とされる時間が短縮されるようになり、このような積層チップを有する製品のスループットが向上されるようになる。
・上記各実施形態では、スロープはディスペンサ方式により形成されたが、これに限らず、インクジェット法などのその他の公知の方法により形成されてもよい。
・上記第2の実施形態では、絶縁層30がインクジェット法により形成されたが、これに限らず、貫通孔が形成された絶縁部材、例えばフレキシブル基板のようなものが積層されて形成されもよい。これにより絶縁層の形成の自由度が高められるとともに、絶縁層の形成に必要とされる時間だけ、半導体チップを実装するために必要とされる時間が短縮されるようになる。
・上記各実施形態では、パッド形成面の略全体にわたり絶縁層13が形成されたが、これに限らず、中継配線が形成される部分とその周辺にのみ絶縁層を形成するなど、必要な部分にのみ形成されるようにしてもよい。そうすれば、絶縁層の形成に要する時間が短縮されるようにもなる。また上記第2の実施形態では、パッド形成面の略全体にわたり絶縁層30が形成されたが、これも同様に、必要な部分にのみ形成されるようにしてもよい。これによっても、絶縁層の形成に要する時間が短縮されるようにもなる。
・上記各実施形態では、インクジェット法により絶縁層13が形成されたが、これに限らず、その他の公知の方法、例えばスピンコート法やディスペンサ法により絶縁層が形成されてもよい。これにより絶縁層の形成の自由度が高められる。同様に上記第2の実施形態では、インクジェット法により絶縁層30が形成されたが、これに限らず、貫通孔が形成されるのであれば、その他の公知の方法、例えばスピンコート法やディスペンサ法により絶縁層30が形成されてもよい。これにより絶縁層の形成の自由度が高められる。
・上記各実施形態では、中継配線は、その全部もしくはその一部が絶縁層13の上に形成された。しかしこれに限らず、中継配線は、半導体チップのパッド形成面に接着固定される絶縁部材などの上に形成されるようにしてもよい。例えば、図9(a)に示されるように、絶縁部材としての絶縁基板52を各ブロック51A,51B,51C,51D間に設けるようにして、そこに中継配線を形成するようにしてもよい。こうした構成によれば、半導体チップの電子回路と中継配線との間の絶縁性が向上されるようにもなる。
・上記各実施形態では、中継配線は、単層もしくは2層により構成されたが、これに限らず、中継配線は、3層以上で構成されてもよい。このような構成によれば、中継配線の配線経路の自由度が高められ、複雑な経路が実現されるようになり、このような中継配線の利用範囲が広げられるようになる。
・上記各実施形態では、中継電極パッドRPを有する半導体チップは半導体基板から構成された。しかしこれに限らず、半導体チップとしては、半導体基板を有するものであれば、ガラス基板やセラミック基板などその他の基板との組合せから構成されるものであってもよい。これにより、半導体チップとしての選択の自由度が高められる。
・上記各実施形態では、中継配線は、第1チップ12などのパッド形成面に形成されたが、予め中継配線や中継電極の少なくとも一部が形成された基板などにより、中継配線や中継電極パッドの少なくとも一部が構成されてもよい。例えば、図9(b)に示されるように、各ブロック51A,51B,51C,51Dが積層されるときに、予め中継配線RWと中継電極パッドRPとが形成された中継用の基板としての絶縁基板52が各ブロックの間に設置されるようにしてもよい。このときは、中継電極パッドRPとは反対側になる中継配線RWの端部を連結電極パッドとしてその下層の連結電極パッドPに接続し、中継電極パッドRPにその上層の連結電極パッドPを接続すればよい。このような構成や方法によれば、半導体チップの積層体に対して中継配線や中継電極パッドが形成される場合に比べ、中継配線や中継電極パッドの形成に要する時間が短くなるとともに、その形成方法そのものが容易となる。これにより、このような半導体装置の実現の自由度が高められる。
・なお、このとき絶縁基板52としては、絶縁性を有するかたちに構成されているものであれば、その構成部材として半導体基板、ガラス基板、セラミック基板などの基板を有していてもよい。これによれば、半導体装置にはそれに好適な絶縁基板を選択することができるようになる。
・上記各実施形態では、半導体チップの積層方向の変更は1回だけであったが、これに限らず、半導体チップの積層方向は複数回変更されてもよい。例えば、図9(a)に示されるように、第1チップ12からなるブロック51A,51Cを複数設け、第2チップ16からなるブロック51B,51Dを複数設け、それらブロックをチップの積層方向が実装面の法線方向から見て逆向きになるように、各ブロック51A、51B、51C、51Dが交互に積層されるようにしてもよい。このようにすれば、半導体チップごとに発生するずれ量が、相対向する積層方向で相殺されるようになり、半導体チップの占有面積が実装面の面方向において縮小されるようになる。
・上記第1の実施形態では、第2ブロック19が第1ブロック15に積層されるかたちでチップ積層体11が構成される。しかしこれに限らず、チップ積層体11は、1枚以上の第1チップが1回以上積層されて、その上に1枚以上の第2チップが1回以上積層される構成であればよい。こうした構成であれば、上述する効果と同様の効果を得ることができる。
・上記第1の実施形態では、チップ積層体11は実装基板10に第1ブロック15が固定されてから第1ブロック15に第2ブロック19が積層されるかたちで形成された。しかしこれに限らず、チップ積層体が形成されるのであれば、例えば、第1ブロックと第2ブロックとが積層されたものが実装基板に固定されるなど、各ブロックが積層されたものが実装基板に固定されてもよい。これにより、チップ積層体の形成の自由度が高められる。
・上記第1の実施形態では、実装基板10に固定された第1ブロック15に第2ブロック19が積層されてから、中継電極パッドRPと連結電極パッドPとを接続する第2の配線27が形成された。しかしこれに限らず、中継電極パッドRPと連結電極パッドPとを接続する配線は第1ブロックと第2ブロックとが積層されたあとであればいつでも形成されてもよい。例えば、第1ブロックと第2ブロックとが積層されるとともに中継電極パッドRPと連結電極パッドPとが配線で接続されたものが実装基板に固定されてもよい。これにより、チップ積層体の形成の自由度が高められる。
・上記各実施形態では、各半導体チップの形状は矩形形状であったが、これに限らず、
半導体チップの形状は任意の形状、例えば矩形以外の多角形状や円形、楕円形などの形状でもよい。すなわちどのような形状であれ、パッド形成面に形成された電極が露出されるように階段状にずらして積層されるものであれば、このような積層方法により半導体装置が基板上で占有する面積を減少させることができるようになる。
・上記各実施形態では、パッド形成面を構成する四辺のうちの一辺に沿って、各連結電極パッドPが一列に配設されていたが、これに限らず、各電極の配列は一列でなくてもよく、例えば複数列やそのほか任意の配列であってもよい。例えば、図10に示されるように、パッド形成面の隅角をなす二辺に沿って連結電極パッドPが配列される構成であってもよい。なお、このような構成では、図10(a)に示されるように、各半導体チップ55がパッド形成面の対角方向にずれるかたちで積層されることにより、二辺に沿って配列された各連結電極パッドPが露出されるようになる。また、図10(b)に示されるように、最上層の半導体チップ55においては、そのパッド形成面の隅角をなす他の二辺に沿って中継電極パッドRPが配列されて、基板端子BPに対応する連結電極パッドP及び中継電極パッドRPが配線Wc1〜Wc8により接続される。そして、図10(c)に示されるように、各中継電極パッドRPを露出させるかたちで他の半導体チップ56が積層されて、同半導体チップ56の各連結電極パッドPがそれに対応する各中継電極パッドRPに各配線Wd1〜Wd8により接続される。こうした構成によれば、パッド形成面を構成する複数の辺に沿って電極を有する半導体チップであれ、一方向に積層させる場合に比較して基板上での占有面積を少なくさせることができるようにもなる。
本発明にかかる半導体装置の一例としての第1の実施形態における半導体装置の正面方向の断面図。 第1の実施形態における半導体装置の一部を示す斜視図であって、(a)は複数の半導体チップが一方向へ階段状に積層された部分を示し、(b)は(a)に複数の半導体チップが前記一方向とは逆の方向に階段状に積層された部分を示す。 第1の実施形態における半導体装置の第1ブロックを示す斜視図。 第1の実施形態における半導体装置の第1ブロックに形成される下層配線を示す平面図。 第1の実施形態における半導体装置の第1ブロックに積層された第2ブロックに形成される上層配線を示す平面図。 第2の実施形態における半導体装置の一部の構造を示す平面図であって、(a)は実装基板に階段状に積層された半導体チップからなる第1ブロックが固定された図、(b)は(a)の第1ブロックに配線が形成された図。 第2の実施形態における半導体装置の一部の構造を示す平面図であって、(a)は図6(b)の第1ブロックの配線上に絶縁層が形成された図、(b)は(a)の絶縁層に配線が形成された図。 第3の実施形態における半導体装置の一部の構造を示す平面図であって、(a)は実装基板に半導体チップが階段状に積層された図、(b)は(a)の半導体チップに配線が形成された図、(c)は(b)に右90度回転された半導体チップが階段状に積層された図。 本発明にかかる半導体装置の他の一例を示す図であって、(a)はその正面図、(b)は絶縁層の一例を示す平面図。 本発明にかかる半導体装置のまた他の一例を示す平面図であって、(a)は実装基板に2辺に連結電極パッドを有する半導体チップが一方向へ階段状に積層された図、(b)は(a)の半導体チップに配線が形成された図、(c)は(b)に半導体チップが前記一方向とは逆の方向に階段状に積層された図。 従来の半導体装置において複数の半導体チップが一方向に階段状に積層され正面構造を示す正面図。
符号の説明
10…実装基板、11…チップ積層体(半導体装置)、12…第1の半導体基板としての第1の半導体チップ(第1チップ)、12a…連結用チップ、13…絶縁層、15…第1ブロック、16…第2の半導体基板としての第2の半導体チップ(第2チップ)、18…絶縁膜、19…第2ブロック、20…スロープ、21…第1の配線、22…主配線、23…中継配線、25…スロープ、27…第2の配線、30…絶縁層、31…配線、41…半導体基板としての第3チップ、42…半導体基板としての第4チップ、51A,51B,51C,51D…ブロック、52…絶縁基板、55,56…半導体基板としての半導体チップ、P…連結電極パッド、BP…実装電極パッドとしての基板端子、RP…中継電極パッド、RW…中継配線、W5…連結線、H11〜H81,H62〜H82…連通孔、W11〜W81…基端部、W12〜W82…先端部、W13〜W83…連結線、Wa1〜Wa4,Wb1〜Wb4…中継配線、Wc1〜Wc8,Wd1〜Wd8…配線。

Claims (8)

  1. 複数の半導体基板の各々が有するパッド形成面の連結電極パッドが配線により電気的に接続されるかたちで前記複数の半導体基板を積層させた半導体装置であって、
    前記複数の半導体基板のうちの複数の第1の半導体基板の各々が有するパッド形成面の第1の連結電極パッドが前記パッド形成面の法線方向に露出され、かつ中継配線によりその連結電極パッドに連結された中継電極パッドを有する中継用の基板が最上層になるかたちで前記複数の第1の半導体基板と前記中継用の基板とが積層されるとともに、前記中継用の基板の連結電極パッドと前記各第1の連結電極パッドとが下層配線で、前記複数の第1の半導体基板が実装される実装面の実装電極パッドに連結された第1ブロックと、
    前記複数の半導体基板のうちの複数の第2の半導体基板の各々が有するパッド形成面の第2の連結電極パッドが前記パッド形成面の法線方向に露出されるかたちで前記複数の第2の半導体基板が積層されるとともに、前記各第2の連結電極パッドが上層配線で連結された第2ブロックとを備え、
    前記第2ブロックにおける最下層の半導体基板が前記中継用の基板の連結電極パッドを覆い、かつ前記中継電極パッドを露出するかたちで、前記第2ブロックが前記第1ブロックに積層されて、前記中継電極パッドと前記第2の連結電極パッドとが前記上層配線により連結される
    ことを特徴とする半導体装置。
  2. 前記上層のパッド形成面と前記下層のパッド形成面との間の段差を緩和するかたちで各パッド形成面をつなぐ連続面を有した絶縁性の傾斜部を備え、
    前記上層配線及び前記下層配線は、
    前記上層の連結電極パッドと前記下層の連結電極パッドとの間を連結して前記連続面に積層された金属膜である
    請求項に記載の半導体装置。
  3. 前記中継配線が絶縁層を挟む多層構造に形成される
    請求項1又は2に記載の半導体装置。
  4. 複数の半導体基板の各々が有するパッド形成面の連結電極パッドが配線により電気的に
    接続されるかたちで前記複数の半導体基板が積層される半導体装置の製造方法であって、
    複数の半導体基板のうちの複数の第1の半導体基板の各々が有するパッド形成面の第1の連結電極パッドが前記パッド形成面の法線方向に露出され、かつ中継配線によりその連結電極パッドに連結された中継電極パッドを有する中継用の基板が最上層になるかたちで前記複数の第1の半導体基板と前記中継用の基板とが積層されるとともに、前記中継用の基板の連結電極パッドと前記各第1の連結電極パッドとが下層配線で、前記複数の第1の半導体基板が実装される実装面の実装電極パッドに連結されることにより第1ブロックが形成される工程と
    複数の半導体基板のうちの複数の第2の半導体基板の各々が有するパッド形成面の第2の連結電極パッドが前記パッド形成面の法線方向に露出されるかたちで前記複数の第2の半導体基板が積層されるとともに、前記各第2の連結電極パッドが上層配線で連結されることにより第2ブロックが形成される工程と
    前記第2ブロックにおける最下層の半導体基板が前記中継用の基板の連結電極パッドを覆い、かつ前記中継電極パッドを露出するかたちで、前記第2ブロックが前記第1ブロックに積層される工程と
    前記中継電極パッドと前記第2の連結電極パッドとが前記上層配線により連結される工程と
    を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  5. 前記上層のパッド形成面と前記下層のパッド形成面との間の段差を緩和するかたちで各パッド形成面をつなぐ連続面を有した絶縁性の傾斜部が形成されて、
    前記上層の連結電極パッドと前記下層の連結電極パッドとの間が前記連続面を介して連結されるかたちで導電性微粒子を含む液状体が吐出されて、該液状体が乾燥して焼成されることにより、前記連結電極パッド間を連結する前記配線が形成される
    請求項に記載の半導体装置の製造方法。
  6. 前記連結電極パッドと前記中継電極パッドとの間が連結されるかたちで、導電性微粒子を含む液状体が吐出されて、該液状体が乾燥して焼成されることにより、前記中継配線が形成される
    請求項4又は5に記載の半導体装置の製造方法。
  7. 前記中継配線が絶縁層を挟む多層構造に形成される
    請求項のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
  8. 絶縁層形成材料が含まれる液状体が前記パッド形成面に向けて吐出されて、該液状体が乾燥することにより、前記絶縁層が形成される
    請求項に記載の半導体装置の製造方法。
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