JP5298762B2 - Stacked semiconductor device, manufacturing method of stacked semiconductor device, and semiconductor substrate - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve a problem wherein a heat dissipating structure with high efficiency is necessary for stable operations of a multilayer type semiconductor device which has high three-dimensional packaging density. <P>SOLUTION: The multilayer type semiconductor device is constituted by laminating a plurality of semiconductor chips, each having a circuit region, a first bump group electrically connected to elements in the circuit region, and a second bump group forming a pattern enclosing the circuit region and not electrically connected to the elements in the circuit region, by joining at least opposing portions of the first bump group and at least opposing portions of the second bump group together. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、積層型半導体装置、積層型半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a stacked semiconductor device and a method for manufacturing the stacked semiconductor device.

各々に素子および回路が形成された半導体チップを複数積層した積層型の半導体装置がある(特許文献1参照)。積層型の半導体装置は、立体的な構造を採ることにより、実装面積を拡大することなく実効的な実装密度を向上させることができる。また、積層された半導体チップ相互の配線を短縮できるので、動作速度の向上にも寄与するといわれている。   There is a stacked semiconductor device in which a plurality of semiconductor chips each having an element and a circuit are stacked (see Patent Document 1). By adopting a three-dimensional structure, the stacked semiconductor device can improve the effective mounting density without increasing the mounting area. In addition, it is said that the wiring between the stacked semiconductor chips can be shortened, which contributes to an improvement in operation speed.

図19は、ウエハとウエハを積層するWafer-to-Wafer(W2W)プロセスの代表例を示す図である。なお、図19(a)〜(f)はウエハの一部の断面の様子を示すものであるが、全ての作業はウエハ全体に対して同時に行われる。   FIG. 19 is a diagram illustrating a typical example of a wafer-to-wafer (W2W) process for stacking wafers. FIGS. 19A to 19F show the state of a partial cross section of the wafer, but all operations are performed simultaneously on the entire wafer.

表面にSiO、Si,ポリイミド等の絶縁層1902が形成されたSi基板1901の内部に公知の方法によりトランジスタ回路1903を形成する。そして、絶縁層1902内に、Alパッド1904,1905を形成する(a)。次にRIE(Reactive-Ion-Etching)により絶縁層1902とSi基板1901とに穴あけを行い、その中に導電体(例えばCu)を充填する。この導電体は、後に積層されるウエハ同士の電気接続を行うためのものでありTSV(Through Si Via)と呼ばれる。なお、TSV1906の周りには、SiO等からなる絶縁膜と、TiN等からなるバリアメタルが形成され、Si基板1901との絶縁を図るようになっているが、ここでは図示を省略している(b)。次に、TSV1906の露出部分にバンプ1907を形成する(c)。バンプ1907は例えばSnAgCu等で形成されている。 A transistor circuit 1903 is formed in a Si substrate 1901 having an insulating layer 1902 made of SiO 2 , Si 2 N 4 , polyimide or the like formed on the surface by a known method. Then, Al pads 1904 and 1905 are formed in the insulating layer 1902 (a). Next, holes are formed in the insulating layer 1902 and the Si substrate 1901 by RIE (Reactive-Ion-Etching), and a conductor (for example, Cu) is filled therein. This conductor is used for electrical connection between wafers to be stacked later, and is called TSV (Through Si Via). Note that an insulating film made of SiO 2 or the like and a barrier metal made of TiN or the like are formed around the TSV 1906 so as to be insulated from the Si substrate 1901, but the illustration is omitted here. (B). Next, bumps 1907 are formed on the exposed portions of TSV 1906 (c). The bump 1907 is made of, for example, SnAgCu.

続いて、(c)のようにして形成されたウエハの表面同士が相対するようにして向き合わせ、バンプ1907同士を接合する(d)。接合されたバンプ1907の厚みは、1つのウエハに形成されたものの厚さの2倍となるはずであるが、接合に際して押圧されるので、一般にそれよりも少し薄くなる。次に、このように接合された2つのウエハの一方の裏面をCMP等により研磨し、TSV1906を露出させる(e)。この工程を薄化工程という。露出したTSV1906の表面に新たにバンプ1907を形成し、これに、(c)と同じ構造を有するウエハのバンプ1907を接合することにより、3枚のウエハ同士を接合する(f)。   Subsequently, the wafers formed as shown in (c) are faced to face each other, and the bumps 1907 are joined together (d). The thickness of the bonded bump 1907 should be twice the thickness of what is formed on one wafer, but since it is pressed during bonding, it is generally slightly thinner. Next, the back surface of one of the two wafers bonded in this way is polished by CMP or the like to expose the TSV 1906 (e). This process is called a thinning process. Three bumps 1907 are newly formed on the exposed surface of TSV 1906, and three wafers are bonded to each other by bonding the bump 1907 of the wafer having the same structure as (c).

以下、3枚目のウエハの裏面を研磨してTSV1906を露出させ、その表面に新たにバンプ1907を形成し、これに、(c)と同じ構造を有するウエハのバンプ1907を接合することにより、4枚のウエハ同士を接合する。これを繰り返して、多数層の積層を有する積層型半導体装置が形成される。
特開平11−261000号公報
Hereinafter, the back surface of the third wafer is polished to expose the TSV 1906, a bump 1907 is newly formed on the surface, and the bump 1907 of the wafer having the same structure as (c) is bonded thereto. Four wafers are bonded together. By repeating this, a stacked semiconductor device having a multi-layer stack is formed.
JP 11-261000 A

立体的な実装密度が高くなった場合、発熱源としての回路または素子の密度も高くなる。このため、積層構造の内部には熱分布が生じやすくなり、動作の安定性にも分布が生じがちになる。即ち、積層型半導体装置の安定した動作には、効率の高い放熱構造が求められる。   When the three-dimensional mounting density is increased, the density of a circuit or element as a heat source is also increased. For this reason, heat distribution tends to occur inside the laminated structure, and distribution tends to occur in operation stability. In other words, a highly efficient heat dissipation structure is required for stable operation of the stacked semiconductor device.

上記課題を解決するために、本発明の第1の態様においては、回路領域と、回路領域の素子と電気的に接続された第1のバンプ群と、回路領域を囲んだパターンを形成する、回路領域の素子とは電気的に接続されない第2のバンプ群とをそれぞれ備える複数の半導体チップを、第1のバンプ群の少なくとも対向しあう一部同士、および第2のバンプ群の少なくとも対向しあう一部同士を接合して積層した積層型半導体装置が提供される。   In order to solve the above problems, in the first aspect of the present invention, a circuit region, a first bump group electrically connected to an element in the circuit region, and a pattern surrounding the circuit region are formed. A plurality of semiconductor chips each including a second bump group that is not electrically connected to an element in the circuit region are arranged so that at least a part of the first bump group that faces each other and at least the second bump group faces each other. Provided is a stacked semiconductor device in which a part of each other is bonded and stacked.

また、第2の態様においては、回路領域を有する半導体チップに、回路領域の素子と電気的に接続された第1のバンプ群と、回路領域を囲んだパターンを形成する前記回路領域の素子とは電気的に接続されない第2のバンプ群とを設けるバンプ群形成ステップと、バンプ群形成ステップを経た複数の半導体チップを積み重ね、対向する第1のバンプ群同士、および対向する第2のバンプ群同士を接合する積層ステップとを備える積層型半導体装置の製造方法が提供される。   Further, in the second aspect, a first bump group electrically connected to the circuit region element and a circuit region element forming a pattern surrounding the circuit region on a semiconductor chip having the circuit region, Is a bump group forming step for providing a second bump group that is not electrically connected, and a plurality of semiconductor chips that have undergone the bump group forming step are stacked, and the first bump groups facing each other and the second bump group facing each other There is provided a manufacturing method of a stacked semiconductor device including a stacking step of bonding together.

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。   It should be noted that the above summary of the invention does not enumerate all the necessary features of the present invention. In addition, a sub-combination of these feature groups can also be an invention.

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。   Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention, but the following embodiments do not limit the invention according to the claims. In addition, not all the combinations of features described in the embodiments are essential for the solving means of the invention.

(第1の実施形態)
素子および回路が形成された半導体チップを3次元構造へと展開する3D−LSIは、およそ3つに分類される。一つはKGD(Known-Good-Die)のみを低精度のダイボンダで積層しワイヤボンドで半導体チップ間を接続する「簡易Chip積層」であり、一つはバーンイン・テストを行った良品パッケージを積層する「パッケージ型積層」である。そしてもう一つが、Siウエハ上に素子間の貫通電極を設けウエハもしくは半導体チップ同士を直接接続して形成する「貫通電極方積層(以下、TSV:Through Si Via積層と言う)」である。
(First embodiment)
There are roughly three types of 3D-LSIs that develop a semiconductor chip on which elements and circuits are formed into a three-dimensional structure. One is “simple chip stack” in which only KGD (Known-Good-Die) is stacked with a low-accuracy die bonder and the semiconductor chips are connected by wire bonding. This is a “package type stacking”. The other is “through electrode side lamination (hereinafter referred to as TSV: Through Si Via lamination)” in which a through electrode between elements is provided on a Si wafer and the wafer or semiconductor chips are directly connected to each other.

さらにTSV積層は以下の3つの方法に分類できる。すなわち、KGD同士を積層するChip-to-Chip(C2C)、ウエハ上にKGDを搭載するChip-to-Wafer(C2W)、およびウエハ同士を直接貼り合わせるWafer-to-Wafer(W2W)である。   Furthermore, TSV lamination can be classified into the following three methods. That is, a chip-to-chip (C2C) for stacking KGDs, a chip-to-wafer (C2W) for mounting KGD on a wafer, and a wafer-to-wafer (W2W) for directly bonding wafers together.

本実施形態では、C2CによるTSV積層のプロセスを用いることとし、以下図面を用いて説明する。   In the present embodiment, a process of TSV stacking by C2C is used and will be described below with reference to the drawings.

図1は、積層される半導体チップ100を模式的に示す正面図である。この半導体チップ100の内側には、回路を構成する素子および配線等が実質的に配置されている回路領域101を備える。そして、回路領域101の内側には、素子と電気的に接続された第1のバンプ群としての複数の回路バンプ102が形成されている。これらの回路バンプは、後述するTSV104の先端に設けられている。   FIG. 1 is a front view schematically showing stacked semiconductor chips 100. Inside the semiconductor chip 100 is provided with a circuit region 101 in which elements, wirings and the like constituting the circuit are substantially arranged. A plurality of circuit bumps 102 as first bump groups electrically connected to the elements are formed inside the circuit region 101. These circuit bumps are provided at the tip of the TSV 104 described later.

回路領域101の外側には、回路領域101に形成されている素子と電気的に接続されていない第2のバンプ群としての複数のダミーバンプ103が形成されている。本実施形態においては、ダミーバンプ103も回路バンプ102と同様に、TSV104の先端に設けられている。   A plurality of dummy bumps 103 as second bump groups that are not electrically connected to the elements formed in the circuit region 101 are formed outside the circuit region 101. In the present embodiment, the dummy bump 103 is also provided at the tip of the TSV 104 in the same manner as the circuit bump 102.

図示の例では、回路バンプ102もダミーバンプ103も規則的なマトリックス状に配されているが、規則的に配される必要は無い。回路領域101内に形成される回路バンプは、回路に要求される機能によって配される素子および配線等に応じて形成されるので、その配置は規則的になるとは限らない。また、ダミーバンプ103は、後述するように、放熱の観点等から配されるので、特に整列していることが要求されるわけでは無い。ただし、図示の例からもわかるように、回路領域101の内側に配される回路バンプ102の単位面積当たりの分布密度と、外側に配されるダミーバンプ103の単位面積当たりの分布密度を比較すると、ダミーバンプ103のそれの方が大きいことが好ましい。これは、回路領域101で発生した熱をより効率的に逃がすためと、半導体チップ間の接合力を増強するために、このように構成することが好ましいからである。   In the illustrated example, both the circuit bumps 102 and the dummy bumps 103 are arranged in a regular matrix, but need not be arranged regularly. Since the circuit bumps formed in the circuit region 101 are formed according to the elements and wirings arranged according to the functions required for the circuit, the arrangement is not always regular. Further, since the dummy bumps 103 are arranged from the viewpoint of heat dissipation and the like as will be described later, they are not particularly required to be aligned. However, as can be seen from the illustrated example, when the distribution density per unit area of the circuit bumps 102 arranged inside the circuit region 101 and the distribution density per unit area of the dummy bumps 103 arranged outside are compared, It is preferable that the dummy bump 103 is larger. This is because such a configuration is preferable in order to efficiently release the heat generated in the circuit region 101 and to enhance the bonding force between the semiconductor chips.

図2は、半導体チップ100の、図1に示すA−Aのうち、端部付近の断面図である。回路領域101内に形成されたTSV104は、アルミ薄膜配線203を介して、素子としてのトランジスタ回路204と接続され、回路の電気接続を行う役割を果たしている。TSV104は、RIE(Reactive-Ion-Etching)により空けられた穴に導電体(例えばCu)が充填されて形成される。TSV104の周りには、SiO2からなる絶縁膜201と、TiN等からなるバリアメタル202が形成され、Si基板との絶縁を図るように構成されている。なお、絶縁膜201は、Si基板の表面にも連続して形成されている。回路バンプ102は、TSV104の両端に設けられ、積層される他の半導体チップ等との接合に用いられ、電気接続配線としての役割を果たす。   2 is a cross-sectional view of the semiconductor chip 100 in the vicinity of the end portion of AA shown in FIG. The TSV 104 formed in the circuit region 101 is connected to a transistor circuit 204 as an element through an aluminum thin film wiring 203 and plays a role of electrical connection of the circuit. The TSV 104 is formed by filling a hole (opened by RIE (Reactive-Ion-Etching)) with a conductor (for example, Cu). Around the TSV 104, an insulating film 201 made of SiO2 and a barrier metal 202 made of TiN or the like are formed so as to be insulated from the Si substrate. The insulating film 201 is also continuously formed on the surface of the Si substrate. The circuit bumps 102 are provided at both ends of the TSV 104 and are used for bonding with other stacked semiconductor chips and the like, and play a role as electrical connection wiring.

回路領域101外に形成されたTSV104は、図示するようにトランジスタ回路204とは接続されておらず、電気的には回路領域101内の素子および配線等とは絶縁されている。なお、TSV104は回路領域101の内外に関わらず同一の工程で形成されるので、回路領域101外のTSV104も、その周りにSiO2からなる絶縁膜201と、TiN等からなるバリアメタル202が形成されている。   The TSV 104 formed outside the circuit region 101 is not connected to the transistor circuit 204 as shown in the figure, and is electrically insulated from elements and wirings in the circuit region 101. Since the TSV 104 is formed in the same process regardless of the inside and outside of the circuit region 101, the TSV 104 outside the circuit region 101 is also formed with an insulating film 201 made of SiO2 and a barrier metal 202 made of TiN or the like around it. ing.

ダミーバンプ103は、回路領域101外のTSV104の両端に設けられ、積層されれる他の半導体チップ等との接合に用いられ、半導体チップ間の熱伝導と接合力強化に寄与する。   The dummy bumps 103 are provided at both ends of the TSV 104 outside the circuit region 101 and are used for bonding with other stacked semiconductor chips and the like, and contribute to the heat conduction between the semiconductor chips and the strengthening of the bonding force.

回路バンプ102もダミーバンプ103も、同一工程によりTSV104の先端に形成される。そのため、回路バンプ102の直径R1とダミーバンプ103の直径R2は同じであることが好ましい。   Both the circuit bump 102 and the dummy bump 103 are formed at the tip of the TSV 104 by the same process. Therefore, it is preferable that the diameter R1 of the circuit bump 102 and the diameter R2 of the dummy bump 103 are the same.

また、回路バンプ102もダミーバンプ103も、相対する他の半導体チップに形成されたそれぞれのバンプに押圧されて接合されるので、互いに接触するときには、その接触面が同一平面であることが好ましい。もし、それぞれの高さが異なると、一部のバンプ同士は接触することがなく、また、一部のバンプ同士は過押圧されるという状況が生じる恐れがあるからである。回路バンプ102同士が接触しなければ、信号の寸断に繋がるため積層型半導体装置としての機能そのものが果たせない。ダミーバンプ103同士が接触しなければ、熱伝導が途切れるために放熱が効率的に行われない、もしくは製造工程において接合力不足により半導体チップ同士が剥がれるという不都合が生じる。逆にバンプ同士が過押圧されると、バンプの破壊に繋がる恐れがある。したがって、回路バンプ102もダミーバンプ103も、その先端の高さは半導体チップ100の表面からHであり、同一の高さである。ただし、同一の高さにすることが難しい場合には、信号線の確実な導通を得るために、回路バンプ102のほうを若干高くしておくことが好ましい。   In addition, since the circuit bumps 102 and the dummy bumps 103 are pressed and bonded to the respective bumps formed on other semiconductor chips facing each other, it is preferable that the contact surfaces are the same plane when contacting each other. If the heights are different, some bumps do not contact each other, and some bumps may be over-pressed. If the circuit bumps 102 are not in contact with each other, the signal will be cut off, and the function itself as a stacked semiconductor device cannot be performed. If the dummy bumps 103 are not in contact with each other, heat conduction is interrupted and heat dissipation is not performed efficiently, or semiconductor chips are peeled off due to insufficient bonding force in the manufacturing process. Conversely, if the bumps are over-pressed, there is a risk that the bumps will be destroyed. Therefore, the height of the tip of both the circuit bump 102 and the dummy bump 103 is H from the surface of the semiconductor chip 100 and is the same height. However, if it is difficult to achieve the same height, it is preferable to make the circuit bumps 102 slightly higher in order to obtain reliable conduction of the signal lines.

なお、回路バンプ102もダミーバンプ103も、例えばSnAgCu等の同一材料により形成されている。   The circuit bumps 102 and the dummy bumps 103 are made of the same material such as SnAgCu.

次に、図3を用いて、上記のように形成されている半導体チップを積層する工程について説明する。図3は、半導体チップの積層工程を説明する概念図である。   Next, the process of stacking the semiconductor chips formed as described above will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating a semiconductor chip stacking process.

積層される半導体チップ群300は、最上面の半導体チップ301、中間面の半導体チップ302、および最下面の半導体チップ303より構成される。中間面の半導体チップ302は、1枚とは限らず、2枚以上を積層しても良い。また、中間面の半導体チップ302と最下面の半導体チップ303は、図1および図2を用いて説明した半導体チップ100と同等に構成されている。   The stacked semiconductor chip group 300 includes an uppermost semiconductor chip 301, an intermediate semiconductor chip 302, and a lowermost semiconductor chip 303. The number of semiconductor chips 302 on the intermediate surface is not limited to one, and two or more may be stacked. Further, the semiconductor chip 302 on the intermediate surface and the semiconductor chip 303 on the lowermost surface are configured in the same manner as the semiconductor chip 100 described with reference to FIGS.

最上面の半導体チップ301は、中間面の半導体チップ302と対向する面とは反対の面で、後述するように例えばCuから成るヒートスプレッタ401と接触する。ヒートスプレッタ401が導電体である場合、ヒートスプレッタ401と接触する面には、電気接続配線としての役割を果たす回路バンプ102を設けることができない。したがって、最上面の半導体チップ301については、トランジスタ回路204が形成されている面を、中間面の半導体チップ302側に向け、かつ、回路バンプ102をTSV104を用いることなく形成している。そのため、図示するように、ヒートスプレッタ401と接触する面には、回路バンプ102が存在しない。一方、ダミーバンプ103は、ヒートスプレッタ401と積極的に接触して放熱の効率を上げることが好ましいので、半導体チップ100のダミーバンプ103と同様にTSV104を用いて形成される。   The uppermost semiconductor chip 301 is a surface opposite to the intermediate surface facing the semiconductor chip 302 and contacts a heat spreader 401 made of Cu, for example, as will be described later. In the case where the heat spreader 401 is a conductor, the circuit bump 102 serving as an electrical connection wiring cannot be provided on the surface in contact with the heat spreader 401. Therefore, the uppermost semiconductor chip 301 is formed such that the surface on which the transistor circuit 204 is formed faces the semiconductor chip 302 side of the intermediate surface, and the circuit bumps 102 are formed without using the TSV 104. Therefore, as shown in the figure, the circuit bump 102 does not exist on the surface in contact with the heat spreader 401. On the other hand, the dummy bump 103 is preferably formed by using the TSV 104 in the same manner as the dummy bump 103 of the semiconductor chip 100 because it is preferable to positively contact the heat spreader 401 to increase the heat dissipation efficiency.

そして、このように準備された最上面の半導体チップ301、中間面の半導体チップ302、および最下面の半導体チップ303を、対向する回路バンプ102同士、およびダミーバンプ103同士を矢印方向に接触させて押圧し、互いに接合する。   Then, the uppermost semiconductor chip 301, the intermediate semiconductor chip 302, and the lowermost semiconductor chip 303 thus prepared are pressed by bringing the circuit bumps 102 facing each other and the dummy bumps 103 contacting each other in the direction of the arrow. And joined together.

なお、回路バンプ102同士の接合については、積層型半導体装置として機能させるために必要な電気的接続を行うものなので、一方の回路バンプ102に対向して、他方の回路バンプ102が存在しなければならないというものではない。すなわち、接続が必要な回路バンプ102同士が接続されるのであって、接続されていない回路バンプ102が存在しても良い。その意味では、対向する半導体チップのそれぞれに形成されている複数の回路バンプのうち、少なくとも一部の回路バンプ102同士が接合していれば良い。   Note that the circuit bumps 102 are joined to each other because electrical connection necessary for functioning as a stacked semiconductor device is performed, so that one circuit bump 102 faces the other circuit bump 102 and the other circuit bump 102 does not exist. It doesn't mean you don't have to. That is, circuit bumps 102 that need to be connected may be connected, and there may be circuit bumps 102 that are not connected. In that sense, it is only necessary that at least some of the circuit bumps 102 are bonded to each other among the plurality of circuit bumps formed on each of the opposing semiconductor chips.

同様に、ダミーバンプ103同士の接合についても、予定される放熱効果と接合力強化の効果が得られれば良いので、必要な数のダミーバンプ103同士が接合していれば良い。その意味では、対向する半導体チップのそれぞれに形成されている複数のダミーバンプ103のうち、少なくとも一部のダミーバンプ103同士が接合していれば良い。   Similarly, the dummy bumps 103 may be bonded together as long as the expected heat dissipation effect and the effect of strengthening the bonding force can be obtained. In that sense, it is only necessary that at least some of the dummy bumps 103 are bonded to each other among the plurality of dummy bumps 103 formed on each of the opposing semiconductor chips.

また、最上面の半導体チップ301の、ヒートスプレッタ401と接触する面側に絶縁層を設けるなどして、TSV104が直接ヒートスプレッタ401と接触しないようにすれば、TSV104を用いることができる。このように構成すれば、中間面の半導体チップ302と対向する面の回路バンプ102を、TSV104の先端に形成することができる。   Further, the TSV 104 can be used if the TSV 104 is not directly in contact with the heat spreader 401 by providing an insulating layer on the surface side of the uppermost semiconductor chip 301 that is in contact with the heat spreader 401. With this configuration, the circuit bump 102 on the surface facing the semiconductor chip 302 on the intermediate surface can be formed at the tip of the TSV 104.

図4は、上記のように形成される半導体チップ群300と他の構成要素を積層する工程を説明する概念図である。   FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating a process of stacking the semiconductor chip group 300 formed as described above and other components.

ヒートスプレッタ401は、ダミーバンプ103を経由して伝えられる熱を外部に放熱する。したがって、上述のように形成されている最上面の半導体チップ301に設けられたダミーバンプ103に、ヒートスプレッタ401を矢印方向に押しあてて接合する。ヒートスプレッタ401は、放熱特性が良い素材を用いる。例えばCuが好ましい。   The heat spreader 401 radiates the heat transmitted through the dummy bumps 103 to the outside. Therefore, the heat spreader 401 is pressed and joined to the dummy bumps 103 provided on the uppermost semiconductor chip 301 formed as described above. The heat spreader 401 uses a material having good heat dissipation characteristics. For example, Cu is preferable.

そして、これら接合されたヒートスプレッタ401と半導体チップ群300を、ベース402へ接合する。具体的には、半導体チップ群300を構成する最下面の半導体チップ303の、ベース402との接合面には回路バンプ102およびダミーバンプ103が設けられており、これらをベース402へ矢印方向に押圧して接合する。なお、ベース402は絶縁体で形成されているので、回路バンプ102が接触しても問題は無い。   Then, the bonded heat spreader 401 and the semiconductor chip group 300 are bonded to the base 402. Specifically, circuit bumps 102 and dummy bumps 103 are provided on the joint surface of the lowermost semiconductor chip 303 constituting the semiconductor chip group 300 with the base 402, and these are pressed against the base 402 in the direction of the arrow. And join. Note that since the base 402 is formed of an insulator, there is no problem even if the circuit bumps 102 come into contact with each other.

図5は、このようにして積層された積層型半導体装置の断面図である。上述のようにして接合・積層されたヒートスプレッタ401、半導体チップ群300、およびベース402のそれぞれの間には、わずかながら間隙を生じている。このような間隙を封止するため、有機物を材料とするアンダーフィル501を充填する。具体的には、間隙の側方から液状のアンダーフィル501を流入し、固化させる。そしてさらに、その側方をモールド部材502で密封する。   FIG. 5 is a cross-sectional view of the stacked semiconductor device stacked in this manner. A slight gap is generated between each of the heat spreader 401, the semiconductor chip group 300, and the base 402 bonded and laminated as described above. In order to seal such a gap, an underfill 501 made of an organic material is filled. Specifically, the liquid underfill 501 flows from the side of the gap and is solidified. Further, the side is sealed with a mold member 502.

図示するように、アンダーフィル501は、ヒートスプレッタ401、半導体チップ群300、およびベース402のそれぞれが、回路バンプ102、ダミーバンプ103によって接合されるときに生じる間隙に充填されている。そして、その側方は、モールド部材502により密封されている。   As shown in the drawing, the underfill 501 is filled in a gap generated when the heat spreader 401, the semiconductor chip group 300, and the base 402 are joined by the circuit bumps 102 and the dummy bumps 103. And the side is sealed with the mold member 502.

図6は、これまで説明してきた各工程をまとめた、本実施形態における積層型半導体装置の製造工程を示すフロー図である。   FIG. 6 is a flowchart showing manufacturing steps of the stacked semiconductor device according to the present embodiment, which summarizes the steps described so far.

まず、ステップS601で、TSV104が形成される。具体的には、RIEにより空けられた穴に導電体が充填されて形成される。TSV104の形成は、回路領域101の内外に関わらず、同一工程により行われる。次に、ステップS602で、回路バンプ102とダミーバンプ103が形成される。これらは、必要な個数に応じてそれぞれ複数個のバンプ群として形成される。また、回路バンプ102とダミーバンプ103は、共に一度の工程で同時に形成される。本実施形態においては、C2CのTSV積層として説明しているが、TSVの形成(ステップS601)およびバンプ群の形成(ステップS602)は、半導体チップに切断される前のウエハ単位で行っても良い。   First, in step S601, the TSV 104 is formed. More specifically, the hole formed by RIE is filled with a conductor. The TSV 104 is formed by the same process regardless of the inside or outside of the circuit region 101. Next, in step S602, circuit bumps 102 and dummy bumps 103 are formed. Each of these is formed as a plurality of bump groups according to the required number. Further, both the circuit bumps 102 and the dummy bumps 103 are simultaneously formed in a single process. In the present embodiment, a C2C TSV stack is described. However, TSV formation (step S601) and bump group formation (step S602) may be performed in units of wafers before being cut into semiconductor chips. .

そして、ステップS603で、切断された半導体チップのそれぞれが重ねあわされて積層、接合される。具体的には、図3を用いて説明したように、それぞれ対向する面に形成されている、対応する回路バンプ102同士、および対応するダミーバンプ103同士が接合されることにより実現される。このようにして積層された半導体チップ群300にはさらに、ステップS604で、その端面のそれぞれに接触するように、ヒートスプレッタ401とベース402が接合される。その後、ステップS605で、アンダーフィル501により層間の間隙が封止され、そして側方がモールド部材502により密封されて、一連の工程を終了する。   In step S603, the cut semiconductor chips are stacked and bonded together. Specifically, as described with reference to FIG. 3, this is realized by bonding corresponding circuit bumps 102 and corresponding dummy bumps 103 formed on the opposing surfaces. In step S604, the heat spreader 401 and the base 402 are bonded to the semiconductor chip group 300 stacked in this manner so as to be in contact with each of the end faces. Thereafter, in step S605, the gap between the layers is sealed by the underfill 501 and the side is sealed by the mold member 502, and the series of steps is completed.

なお、半導体チップ群300とヒートスプレッタ401との接合については、最上面の半導体チップ301に設けられたダミーバンプ103に、ヒートスプレッタ401を押しあてて接合するものとして説明したが、これに限られない。Si基板はそれ自体熱伝導率が高いので、ヒートスプレッタ401との接合面をダミーバンプ103も形成せずにフラットとし、熱伝導率の高い接着剤等により接合するように構成しても良い。この場合は、比較的熱伝導率が低いアンダーフィルが、ヒートスプレッタ401と最上面の半導体チップ301の間に介在することがないので、ダミーバンプ103の個数を確保できない場合には好ましいといえる。   Note that the bonding between the semiconductor chip group 300 and the heat spreader 401 is described as being performed by pressing the heat spreader 401 against the dummy bump 103 provided on the uppermost semiconductor chip 301, but is not limited thereto. Since the Si substrate itself has high thermal conductivity, the bonding surface with the heat spreader 401 may be flat without forming the dummy bumps 103 and bonded by an adhesive having high thermal conductivity. In this case, since an underfill having a relatively low thermal conductivity is not interposed between the heat spreader 401 and the uppermost semiconductor chip 301, it can be said that it is preferable when the number of dummy bumps 103 cannot be secured.

以上の本実施形態にでは、半導体チップ100、最上面の半導体チップ301、中間面の半導体チップ302、および最下面の半導体チップ303は、それぞれが元々比較的薄い基板にTSV104等の各要素が形成されていることを前提として説明した。すなわち、本実施形態の半導体チップに対しては、図19を用いて説明した薄化工程を必要としない。しかし、比較的厚い基板を用い、薄化工程を組み入れて半導体チップ群300を積層するようにしても良い。この場合、ステップS601からステップS603の工程を多少変更する。   In the above embodiment, the semiconductor chip 100, the uppermost semiconductor chip 301, the intermediate semiconductor chip 302, and the lowermost semiconductor chip 303 are each formed with elements such as TSV104 on a relatively thin substrate. It was explained on the assumption that That is, the thinning process described with reference to FIG. 19 is not required for the semiconductor chip of this embodiment. However, the semiconductor chip group 300 may be stacked using a relatively thick substrate and incorporating a thinning process. In this case, the steps from step S601 to step S603 are slightly changed.

具体的には、最上面の半導体チップ301の裏面側にトランジスタ回路204等の要素を形成し、TSV104を形成し、その上にバンプ群を形成する。一方、中間面の半導体チップ302のうち、最上面の半導体チップ301と接合される表面側に、トランジスタ回路204等の要素、TSV104およびバンプ群を形成する。そして、それぞれのバンプ群を接合して、最上面の半導体チップ301と中間面の半導体チップ302を積層する。この段階では、まだ互いに接合された面と反対側のそれぞれの面は、TSV104が露出しておらず、バンプ群も形成されていない状態である。   Specifically, an element such as a transistor circuit 204 is formed on the back surface side of the uppermost semiconductor chip 301, a TSV 104 is formed, and a bump group is formed thereon. On the other hand, elements such as the transistor circuit 204, TSV 104, and bump group are formed on the surface side of the semiconductor chip 302 on the intermediate surface that is bonded to the uppermost semiconductor chip 301. Then, each bump group is bonded, and the uppermost semiconductor chip 301 and the intermediate semiconductor chip 302 are stacked. At this stage, the TSV 104 is not exposed and the bump group is not formed on each surface opposite to the surfaces bonded to each other.

そして、接合した後に中間面の半導体チップ302の裏面側をCMP等により研磨し、TSV104を露出させる。つまり、中間面の半導体チップ302に対して薄化工程を行う。そして、露出したTSV104に対してバンプ群を形成する。   Then, after bonding, the back surface side of the semiconductor chip 302 on the intermediate surface is polished by CMP or the like to expose the TSV 104. That is, a thinning process is performed on the semiconductor chip 302 on the intermediate surface. Then, a bump group is formed on the exposed TSV 104.

一方、最下面の半導体チップ303のうち、中間面の半導体チップ302と接合される表面側に、トランジスタ回路204等の要素、TSV104およびバンプ群を形成する。そして、それぞれのバンプ群を接合して、すでに最上面の半導体チップ301と一体となっている中間面の半導体チップ302と、最下面の半導体チップ303を積層する。この段階では、最下面の半導体チップ303のうち、中間面の半導体チップ302と接合された面と反対側の面である裏面は、TSV104が露出しておらず、バンプ群も形成されていない状態である。   On the other hand, elements such as the transistor circuit 204, TSV 104, and bump group are formed on the surface side of the lowermost semiconductor chip 303 that is bonded to the intermediate semiconductor chip 302. Then, the bump groups are bonded to each other, and an intermediate semiconductor chip 302 that is already integrated with the uppermost semiconductor chip 301 and a lowermost semiconductor chip 303 are stacked. At this stage, the TSV 104 is not exposed and the bump group is not formed on the back surface of the lowermost semiconductor chip 303 which is the surface opposite to the surface bonded to the intermediate semiconductor chip 302. It is.

そして、接合した後に最下面の半導体チップ303の裏面側をCMP等により研磨し、TSV104を露出させる。つまり、最下面の半導体チップ303に対して薄化工程を行う。そして、露出したTSV104に対してバンプ群を形成する。   After bonding, the back surface side of the lowermost semiconductor chip 303 is polished by CMP or the like to expose the TSV 104. That is, a thinning process is performed on the lowermost semiconductor chip 303. Then, a bump group is formed on the exposed TSV 104.

次に、最上面の半導体チップ301の表面側をCMP等により研磨し、TSV104を露出させる。つまり、最上面の半導体チップ301に対して薄化工程を行う。そして、露出したTSV104に対してバンプ群を形成する。   Next, the surface side of the uppermost semiconductor chip 301 is polished by CMP or the like to expose the TSV 104. That is, a thinning process is performed on the uppermost semiconductor chip 301. Then, a bump group is formed on the exposed TSV 104.

このようにして、比較的厚い基板を用いて半導体チップ群300を積層することができる。もちろん、中間面の半導体チップ302は、上記のように薄化工程を繰り返して何層も積層することができる。さらに、薄化工程を組み入れる上記手法においても、C2CのTSV積層に限らず、半導体チップに切断される前のウエハ単位で行う、W2WのTSV積層であっても良い。   In this way, the semiconductor chip group 300 can be stacked using a relatively thick substrate. Of course, the semiconductor chip 302 on the intermediate surface can be laminated by repeating the thinning process as described above. Further, the above-described method of incorporating the thinning process is not limited to the C2C TSV stack, but may be a W2W TSV stack performed in units of wafers before being cut into semiconductor chips.

以上本実施形態によれば、積層構造の内部に発生した熱を、TSV104およびダミーバンプ103を放熱パスとしてヒートスプレッタ401に導き、外部へ逃がすことができるので、積層型半導体装置の安定した動作を期待できる。また、ダミーバンプ103をTSVの先端に点状に形成したので、層間の接合後には側方からみて間隙が生じる。この側方の間隙を利用すると、アンダーフィル501の充填を、作業が比較的容易である流入により行える。   As described above, according to the present embodiment, the heat generated in the stacked structure can be guided to the heat spreader 401 by using the TSV 104 and the dummy bump 103 as a heat dissipation path and released to the outside, so that stable operation of the stacked semiconductor device can be expected. . Further, since the dummy bump 103 is formed in a dot shape at the tip of the TSV, a gap is generated when viewed from the side after joining the layers. When this lateral gap is used, the underfill 501 can be filled by inflow which is relatively easy to work.

以下、第1の実施形態の変形例としていくつかの実施形態を説明する。共通する符号については第1の実施形態の構成と同一であるためその説明を省略し、それぞれの実施形態において特徴をなす異なる部分を説明する。   Hereinafter, some embodiments will be described as modifications of the first embodiment. Since the common reference numerals are the same as those of the first embodiment, the description thereof will be omitted, and different parts that characterize the respective embodiments will be described.

(第2の実施形態)
図7は、第2の実施形態に係る、半導体チップ100の端部付近の断面図である。本実施形態における半導体チップ100の正面図は、図1を用いて説明した第1の実施形態の半導体チップ100の正面図と同じである。
(Second Embodiment)
FIG. 7 is a cross-sectional view of the vicinity of the end of the semiconductor chip 100 according to the second embodiment. The front view of the semiconductor chip 100 in the present embodiment is the same as the front view of the semiconductor chip 100 of the first embodiment described with reference to FIG.

図示するように、本実施形態においては、ダミーバンプ103は、TSVの先端に形成されるのではなく、絶縁膜201の上、もしくは直接Si基板の上に設けられたバッファメタル701の上に形成される。このように構成することにより、Si基板はそれ自体熱伝導率が高いのでTSVに準じた放熱特性を期待でき、また、RIEによる穴の形成時間を短縮できるという効果を得る。   As shown in the figure, in this embodiment, the dummy bump 103 is not formed at the tip of the TSV, but is formed on the insulating film 201 or on the buffer metal 701 provided directly on the Si substrate. The By configuring in this way, the Si substrate itself has high thermal conductivity, so that heat dissipation characteristics according to TSV can be expected, and the effect of shortening the hole formation time by RIE can be obtained.

(第3の実施形態)
図8は、第3の実施形態に係る、半導体チップ800を模式的に示す正面図である。回路領域101、複数の回路バンプ102(第1のバンプ群)、複数のダミーバンプ103(第2のバンプ群)の配置については第1の実施形態と同等であるが、メタルパターン801を設けた点が第1の実施形態とは異なる。具体的には、回路領域101を閉じて囲むように外側にメタルパターン801が配され、その上にダミーバンプ103が存在するように構成されている。
(Third embodiment)
FIG. 8 is a front view schematically showing a semiconductor chip 800 according to the third embodiment. The arrangement of the circuit area 101, the plurality of circuit bumps 102 (first bump group), and the plurality of dummy bumps 103 (second bump group) is the same as that of the first embodiment, but the metal pattern 801 is provided. Is different from the first embodiment. Specifically, a metal pattern 801 is arranged on the outside so as to close and surround the circuit region 101, and a dummy bump 103 is present thereon.

図9は、半導体チップ800の、図8に示すB−Bのうち、端部付近の断面図である。ダミーバンプ103をTSV104の先端に設ける点は、図2を用いて説明した第1の実施形態と同様である。本実施形態においては、図2の構成に加えて、上下面のそれぞれで、複数のダミーバンプ103が共に載置されるようにメタルパターン801が更に設けられている。なお、メタルパターンは、例えば、PVD(Physical Vapor Deposition)によりTiNを蒸着させて形成される。   FIG. 9 is a cross-sectional view of the semiconductor chip 800 in the vicinity of the end portion of BB shown in FIG. The point that the dummy bump 103 is provided at the tip of the TSV 104 is the same as that of the first embodiment described with reference to FIG. In the present embodiment, in addition to the configuration of FIG. 2, a metal pattern 801 is further provided on each of the upper and lower surfaces so that a plurality of dummy bumps 103 are placed together. The metal pattern is formed, for example, by depositing TiN by PVD (Physical Vapor Deposition).

このように構成すると、ダミーバンプ103の大きさをコントロールすることにより、接合時の押圧によって、層間の対向するダミーバンプ103同士のみならず、隣接するダミーバンプ103同士も接合させることができる。その結果、対向する2枚の半導体チップ800のそれぞれに設けられたメタルパターン801の間には、複数のダミーバンプが押圧されて一体となった壁が形成されることになる。つまり、接合後には、メタルパターン801上で隙間の無い接合層が形成されると言える。この接合層は、回路領域101を内包して外部空間と遮断する。したがって、回路領域101の保護の観点から好ましいと言える。   With this configuration, by controlling the size of the dummy bumps 103, not only the dummy bumps 103 facing each other but also the adjacent dummy bumps 103 can be bonded together by pressing during bonding. As a result, a plurality of dummy bumps are pressed to form an integral wall between the metal patterns 801 provided on each of the two semiconductor chips 800 facing each other. That is, it can be said that a bonding layer without a gap is formed on the metal pattern 801 after bonding. This bonding layer encloses the circuit region 101 and blocks it from the external space. Therefore, it can be said that it is preferable from the viewpoint of protection of the circuit region 101.

なお、本実施形態においては、すべてのダミーバンプ103がメタルパターン801上に配される構成を説明したが、これに限らない。即ち、一部のダミーバンプ103がメタルパターン801上に無くても、メタルパターン801上のダミーバンプ103で接合層が形成されれば、回路領域101の保護は達成されるからである。   In the present embodiment, the configuration in which all the dummy bumps 103 are arranged on the metal pattern 801 has been described. However, the present invention is not limited to this. That is, even if some of the dummy bumps 103 are not on the metal pattern 801, the circuit region 101 can be protected if the bonding layer is formed by the dummy bumps 103 on the metal pattern 801.

また、この場合には、予めシート状に加工されたアンダーフィル501を、メタルパターン801の内部に配置しておくことで、層間の接合時に充填を行うことができる。もしくは、インクジェット方式により、アンダーフィル501を予めメタルパターン801の内部に滴下しておくことでも、層間の接合時に充填を行うことができる。   In this case, the underfill 501 processed into a sheet shape in advance is arranged inside the metal pattern 801 so that filling can be performed at the time of bonding between layers. Alternatively, filling can be performed at the time of bonding between layers by dropping an underfill 501 into the metal pattern 801 in advance by an inkjet method.

本実施形態におけるメタルパターン801は、半導体チップ800の外周部より離間させて配置されているが、このように配置することで、メタルパターン801は、ウエハ状態から半導体チップ状態へ切断されるときの切断しろに影響を受けることが無い。したがって、接合層の一定の幅を常に確保できることから、予定される放熱効果を確実に得ることが期待できる。   The metal pattern 801 in the present embodiment is arranged so as to be separated from the outer peripheral portion of the semiconductor chip 800, but by arranging in this way, the metal pattern 801 is obtained when the wafer state is cut from the wafer state to the semiconductor chip state. Not affected by cutting. Therefore, since a certain width of the bonding layer can always be ensured, it can be expected that the expected heat radiation effect is obtained with certainty.

(第4の実施形態)
図10は、第4の実施形態に係る、半導体チップ800の端部付近の断面図である。本実施形態における半導体チップ800の正面図は、図8を用いて説明した第3の実施形態の半導体チップ800の正面図と同じである。
(Fourth embodiment)
FIG. 10 is a cross-sectional view of the vicinity of the end portion of the semiconductor chip 800 according to the fourth embodiment. The front view of the semiconductor chip 800 in the present embodiment is the same as the front view of the semiconductor chip 800 of the third embodiment described with reference to FIG.

図示するように、本実施形態においては、ダミーバンプ103は、TSVの先端に形成されるのではなく、絶縁膜201の上、もしくは直接Si基板の上に設けられたメタルパターン801の上に形成される。このように構成することにより、Si基板はそれ自体熱伝導率が高いのでTSVに準じた放熱特性を期待でき、また、RIEによる穴の形成時間を短縮できるという効果を得る。   As shown in the figure, in this embodiment, the dummy bump 103 is not formed at the tip of the TSV, but is formed on the insulating film 201 or on the metal pattern 801 provided directly on the Si substrate. The By configuring in this way, the Si substrate itself has high thermal conductivity, so that heat dissipation characteristics according to TSV can be expected, and the effect of shortening the hole formation time by RIE can be obtained.

(第5の実施形態)
図11は、第5の実施形態に係る、半導体チップ1100を模式的に示す正面図である。回路領域101、回路バンプ102(第1のバンプ群)の配置については第3の実施形態と同等であるが、メタルパターン1101の上にダミーバンプ群(第2のバンプ群)として一体的にダミーバンプ層1103を設けた点が第3の実施形態とは異なる。回路領域101を閉じて囲むように外側にメタルパターン1101が配されている点は、第3の実施形態におけるメタルパターン801と同様である。
(Fifth embodiment)
FIG. 11 is a front view schematically showing a semiconductor chip 1100 according to the fifth embodiment. The arrangement of the circuit area 101 and the circuit bump 102 (first bump group) is the same as that of the third embodiment, but the dummy bump layer is integrally formed on the metal pattern 1101 as a dummy bump group (second bump group). The difference from the third embodiment is that 1103 is provided. Similar to the metal pattern 801 in the third embodiment, the metal pattern 1101 is arranged outside so as to close and enclose the circuit region 101.

図12は、半導体チップ1100の、図11に示すC−Cのうち、端部付近の断面図である。図示するように、本実施形態においては、ダミーバンプ層1103は、TSVを用いることなく、絶縁膜201の上、もしくは直接Si基板の上に設けられたメタルパターン1101の上に形成される。このように構成することにより、接合前からメタルパターン1101上で隙間の無い接合層が確実に形成されることが期待できる。   FIG. 12 is a cross-sectional view of the semiconductor chip 1100 in the vicinity of the end portion of CC shown in FIG. As shown in the figure, in this embodiment, the dummy bump layer 1103 is formed on the insulating film 201 or on the metal pattern 1101 provided directly on the Si substrate without using TSV. With this configuration, it can be expected that a bonding layer without a gap is reliably formed on the metal pattern 1101 before bonding.

また、本実施形態におけるメタルパターン1101は、半導体チップ1100の外周部より離間させて配置されているが、このように配置することで、メタルパターン1101は、ウエハ状態から半導体チップ状態へ切断されるときの切断しろに影響を受けることが無い。したがって、ダミーバンプ層1103の一定の幅を常に確保できることから、予定される放熱効果を確実に得ることが期待できる。   In addition, the metal pattern 1101 in this embodiment is arranged so as to be separated from the outer peripheral portion of the semiconductor chip 1100. By arranging in this way, the metal pattern 1101 is cut from the wafer state to the semiconductor chip state. It is not affected by the cutting time. Therefore, since a certain width of the dummy bump layer 1103 can always be ensured, it can be expected that the expected heat dissipation effect is obtained with certainty.

(第6の実施形態)
図13は、第6の実施形態に係る、半導体チップ1100を模式的に示す正面図である。回路領域101、回路バンプ102(第1のバンプ群)の配置については第5の実施形態と同等である。また、メタルパターン1301の上にダミーバンプ群(第2のバンプ群)として一体的にダミーバンプ層1303を設けた点も第5の実施形態と同等であるが、本実施形態におけるメタルパターン1301の形状が第5の実施形態のそれと異なる。具体的には、回路領域101を完全に閉じて囲むのではなく、数箇所(図では4箇所)でパターンが寸断されている。このように構成することで、半導体チップを接合した後には寸断箇所が回路領域と連通する空隙となり、アンダーフィル501の充填を、作業が比較的容易である流入により行える。同時に、回路領域101の大部分はダミーバンプ層1303で囲まれるので、完全に囲まれた構成に準じた回路領域101の保護が期待できる。
(Sixth embodiment)
FIG. 13 is a front view schematically showing a semiconductor chip 1100 according to the sixth embodiment. The arrangement of the circuit region 101 and the circuit bump 102 (first bump group) is the same as that of the fifth embodiment. Further, the point that the dummy bump layer 1303 is integrally provided as a dummy bump group (second bump group) on the metal pattern 1301 is the same as that of the fifth embodiment, but the shape of the metal pattern 1301 in this embodiment is the same. Different from that of the fifth embodiment. Specifically, the circuit area 101 is not completely closed and surrounded, but the pattern is cut off at several places (four places in the figure). With this configuration, after joining the semiconductor chips, the cut portion becomes a gap communicating with the circuit region, and the underfill 501 can be filled by inflow which is relatively easy. At the same time, since most of the circuit area 101 is surrounded by the dummy bump layer 1303, protection of the circuit area 101 according to the completely surrounded structure can be expected.

(第7の実施形態)
図14は、第7の実施形態に係る、半導体チップ1400を模式的に示す正面図である。メタルパターン1401の上にダミーバンプ群(第2のバンプ群)として一体的にダミーバンプ層1403を設けた点は第5の実施形態と同等であるが、本実施形態におけるメタルパターン1401の位置が第5の実施形態のそれと異なる。第5の実施形態においては、メタルパターン1101を半導体チップ1100の外周部から離間させて配置しているが、本実施形態においては外周部に接するように配置されている。
(Seventh embodiment)
FIG. 14 is a front view schematically showing a semiconductor chip 1400 according to the seventh embodiment. The point that the dummy bump layer 1403 is integrally provided as a dummy bump group (second bump group) on the metal pattern 1401 is the same as that of the fifth embodiment, but the position of the metal pattern 1401 in this embodiment is the fifth. It differs from that of the embodiment. In the fifth embodiment, the metal pattern 1101 is disposed away from the outer periphery of the semiconductor chip 1100. In the present embodiment, the metal pattern 1101 is disposed in contact with the outer periphery.

図15は、半導体チップ1400の、図14に示すD−Dのうち、端部付近の断面図である。図示するように、本実施形態においては、ダミーバンプ層1403は、TSVの先端と、メタルパターン1401の上に形成される。このように構成することにより、接合前からメタルパターン1401上で隙間の無い接合層が確実に形成されることが期待できると同時に、より効率的な放熱が可能となる。なお、図示するように、TSV104は、外周部に接しないようにすることが好ましい。   15 is a cross-sectional view of the semiconductor chip 1400 in the vicinity of the end portion of DD shown in FIG. As shown in the figure, in this embodiment, the dummy bump layer 1403 is formed on the tip of the TSV and the metal pattern 1401. With such a configuration, it can be expected that a bonding layer without a gap is reliably formed on the metal pattern 1401 before bonding, and at the same time, more efficient heat dissipation is possible. As shown in the figure, it is preferable that the TSV 104 is not in contact with the outer peripheral portion.

また、本実施形態におけるメタルパターン1401は、半導体チップ1400の外周部と接して配置されているが、このように配置することで、回路領域101を広く確保することができ、ひいては回路バンプ102の配置の自由度も増す。   In addition, the metal pattern 1401 in this embodiment is arranged in contact with the outer peripheral portion of the semiconductor chip 1400. By arranging in this way, the circuit region 101 can be secured widely, and as a result, the circuit bump 102 The degree of freedom of arrangement also increases.

(第8の実施形態)
図16は、第8の実施形態に係る、半導体チップ1600を模式的に示す正面図である。回路領域101の配置については第5の実施形態と同等である。また、メタルパターン1601の上にダミーバンプ群(第2のバンプ群)として一体的にダミーバンプ層1603を設けた点も第5の実施形態と同等であるが、本実施形態におけるメタルパターン1601の形状および回路バンプ1602の配置が第5の実施形態のそれと異なる。
(Eighth embodiment)
FIG. 16 is a front view schematically showing a semiconductor chip 1600 according to the eighth embodiment. The arrangement of the circuit area 101 is the same as that of the fifth embodiment. The point that the dummy bump layer 1603 is integrally provided as a dummy bump group (second bump group) on the metal pattern 1601 is also the same as that of the fifth embodiment, but the shape of the metal pattern 1601 in the present embodiment and The arrangement of the circuit bumps 1602 is different from that of the fifth embodiment.

これまでの実施形態においては、回路バンプ102は、規則的なマトリックス状に配されているものとして説明してきたが、実際には回路に要求される機能によって配される素子および配線等に応じて形成されるので、その配置は規則的になるとは限らない。本実施形態においては、回路バンプ1602が、回路領域101内で偏って配置された場合を説明する。   In the embodiments so far, the circuit bumps 102 have been described as being arranged in a regular matrix. However, in actuality, depending on the elements and wirings arranged depending on the functions required for the circuit, etc. Since it is formed, its arrangement is not always regular. In the present embodiment, a case where the circuit bumps 1602 are arranged in a biased manner in the circuit region 101 will be described.

回路バンプ1602が偏って配置されると、積層型半導体装置の動作時には、熱の発生やその後の分布にも偏りが生じる。そこで本実施形態においては、回路領域101内で発熱の大きい領域に隣接するメタルパターン1601の幅を、他の領域に隣接するメタルパターン1601の幅よりも大きくする。具体的には、図示するように、回路領域101内で回路バンプ1602の密度が高い領域を発熱の大きい領域と想定し、この領域付近のメタルパターン1601の幅を大きくしている。このように構成することで、より効率的な放熱パスを形成することが可能となる。   If the circuit bumps 1602 are arranged in a biased manner, the generation of heat and the subsequent distribution are also biased during the operation of the stacked semiconductor device. Therefore, in the present embodiment, the width of the metal pattern 1601 adjacent to the region where the heat generation is large in the circuit region 101 is made larger than the width of the metal pattern 1601 adjacent to the other region. Specifically, as shown in the drawing, an area where the density of the circuit bumps 1602 is high in the circuit area 101 is assumed to be an area where heat generation is large, and the width of the metal pattern 1601 in the vicinity of this area is increased. With this configuration, a more efficient heat dissipation path can be formed.

(第9の実施形態)
図6を用いて説明した半導体チップの積層についてはC2Cとして説明したが、上述のように、積層型半導体装置の製造工程としては、W2Wも考えられる。本実施形態においては、W2Wにより積層する工程の一例について説明する。
(Ninth embodiment)
Although the semiconductor chip stacking described with reference to FIG. 6 has been described as C2C, as described above, W2W is also conceivable as a manufacturing process of the stacked semiconductor device. In this embodiment, an example of the process of laminating by W2W will be described.

図17は、本実施形態における、半導体チップ領域1700が複数形成された1枚のウエハ1701の概要を示す図である。半導体チップ領域1700は、ウエハ1701の切断線すなわち、スクライブラインによって切断された後には、個別の半導体チップとなる。また、ウエハ1701には、すでに複数の回路バンプおよび複数のダミーバンプであるバンプ群が形成されている。なお、本実施形態においては、第7の実施形態として説明したような、メタルパターンが半導体チップの外周部に接するものを想定する。   FIG. 17 is a view showing an outline of one wafer 1701 in which a plurality of semiconductor chip regions 1700 are formed in the present embodiment. The semiconductor chip region 1700 becomes individual semiconductor chips after being cut by a cutting line of the wafer 1701, that is, a scribe line. In addition, a bump group which is a plurality of circuit bumps and a plurality of dummy bumps is already formed on the wafer 1701. In the present embodiment, it is assumed that the metal pattern is in contact with the outer peripheral portion of the semiconductor chip as described in the seventh embodiment.

このように形成されるウエハ1701のある領域Eに着目すると、半導体チップ領域1700としての、4つの半導体チップ領域1711、1712、1713および1714が、互いに隣接している。   When attention is paid to an area E of the wafer 1701 formed in this way, the four semiconductor chip areas 1711, 1712, 1713 and 1714 as the semiconductor chip area 1700 are adjacent to each other.

図18は、図17の領域Eの拡大図である。本実施形態においては、メタルパターンが半導体チップの外周部に接しているので、それぞれの半導体チップ領域の境界部はメタルパターンである。そして、このメタルパターン上に想定されるスクライブライン1721とスクライブライン1722で切断されることにより、個々の半導体チップとして分割される。そして、その交点には、指標としてアライメントマーク1730が設けられており、ウエハとウエハを積層するときの位置合せの基準となる。ウエハ積層装置は、このアライメントマーク1730をターゲットとして対向するウエハ同士を接合する。このように構成することにより、メタルパターンを位置合せのためのアライメントマークとしても利用することができる。なお、アライメントマーク1730は、メタルパターンが蒸着されないよう、十字にマスクされることにより設けられる。なお、アライメントマーク1730は、十字に限らず、その他の図形であっても良い。   FIG. 18 is an enlarged view of a region E in FIG. In the present embodiment, since the metal pattern is in contact with the outer peripheral portion of the semiconductor chip, the boundary portion of each semiconductor chip region is a metal pattern. And it cut | disconnects by the scribe line 1721 and the scribe line 1722 assumed on this metal pattern, and is divided | segmented as each semiconductor chip. At the intersection, an alignment mark 1730 is provided as an index, which serves as a reference for alignment when the wafers are stacked. The wafer stacking apparatus joins the wafers facing each other using the alignment mark 1730 as a target. With this configuration, the metal pattern can be used as an alignment mark for alignment. The alignment mark 1730 is provided by being masked in a cross so that the metal pattern is not deposited. The alignment mark 1730 is not limited to a cross, but may be other figures.

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。   As mentioned above, although this invention was demonstrated using embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications or improvements can be added to the above-described embodiment. It is apparent from the scope of the claims that the embodiments added with such changes or improvements can be included in the technical scope of the present invention.

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。   The order of execution of each process such as operations, procedures, steps, and stages in the apparatus, system, program, and method shown in the claims, the description, and the drawings is particularly “before” or “prior to”. It should be noted that the output can be realized in any order unless the output of the previous process is used in the subsequent process. Regarding the operation flow in the claims, the description, and the drawings, even if it is described using “first”, “next”, etc. for convenience, it means that it is essential to carry out in this order. It is not a thing.

第1の実施形態に係る、半導体チップ100を模式的に示す正面図である。1 is a front view schematically showing a semiconductor chip 100 according to a first embodiment. 第1の実施形態に係る、半導体チップ100の端部付近の断面図である。2 is a cross-sectional view of the vicinity of an end portion of the semiconductor chip 100 according to the first embodiment. FIG. 第1の実施形態に係る、半導体チップの積層工程を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the lamination | stacking process of the semiconductor chip based on 1st Embodiment. 半導体チップ群300と他の構成要素を積層する積層工程を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the lamination | stacking process which laminates | stacks the semiconductor chip group 300 and another component. 第1の実施形態に係る、積層型半導体装置の断面図である。1 is a cross-sectional view of a stacked semiconductor device according to a first embodiment. 第1の実施形態に係る、積層型半導体装置の製造工程を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the manufacturing process of the laminated semiconductor device based on 1st Embodiment. 第2の実施形態に係る、半導体チップ100の端部付近の断面図である。6 is a cross-sectional view of the vicinity of an end portion of a semiconductor chip 100 according to a second embodiment. FIG. 第3の実施形態に係る、半導体チップ800を模式的に示す正面図である。It is a front view which shows typically the semiconductor chip 800 based on 3rd Embodiment. 第3の実施形態に係る、半導体チップ100の端部付近の断面図である。It is sectional drawing of the edge part vicinity of the semiconductor chip 100 based on 3rd Embodiment. 第4の実施形態に係る、半導体チップ800の端部付近の断面図である。It is sectional drawing of the edge part vicinity of the semiconductor chip 800 based on 4th Embodiment. 第5の実施形態に係る、半導体チップ1100を模式的に示す正面図である。It is a front view showing typically semiconductor chip 1100 concerning a 5th embodiment. 第5の実施形態に係る、半導体チップ1100の端部付近の断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view of the vicinity of an end portion of a semiconductor chip 1100 according to a fifth embodiment. 第6の実施形態に係る、半導体チップ1100を模式的に示す正面図である。It is a front view showing typically semiconductor chip 1100 concerning a 6th embodiment. 第7の実施形態に係る、半導体チップ1400を模式的に示す正面図である。It is a front view showing typically semiconductor chip 1400 concerning a 7th embodiment. 第7の実施形態に係る、半導体チップ1400の端部付近の断面図である。It is sectional drawing of the edge part vicinity of the semiconductor chip 1400 based on 7th Embodiment. 第8の実施形態に係る、半導体チップ1600を模式的に示す正面図である。It is a front view showing typically semiconductor chip 1600 concerning an 8th embodiment. 第9の実施形態に係る、半導体チップ領域1700が複数形成された1枚のウエハ1701の概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of the one wafer 1701 in which the semiconductor chip area | region 1700 was formed in multiple numbers based on 9th Embodiment. 図17の領域Eの拡大図である。It is an enlarged view of the area | region E of FIG. W2Wプロセスの代表例を示す図である。It is a figure which shows the typical example of a W2W process.

符号の説明Explanation of symbols

100 半導体チップ、101 回路領域、102 回路バンプ、103 ダミーバンプ、104 TSV、201 絶縁膜、202 バリアメタル、203 アルミ薄膜配線、204 トランジスタ回路、300 半導体チップ群、301 最上面の半導体チップ、302 中間面の半導体チップ、303 最下面の半導体チップ、401 ヒートスプレッタ、402 ベース、501 アンダーフィル、502 モールド部材、701 バッファメタル、800 半導体チップ、801 メタルパターン、1100 半導体チップ、1101 メタルパターン、1103 ダミーバンプ層、1301 メタルパターン、1303 ダミーバンプ層、1400 半導体チップ、1401 メタルパターン、1403 ダミーバンプ層、1600 半導体チップ、1601 メタルパターン、1602 回路バンプ、1603 ダミーバンプ層、1700 半導体チップ領域、1701 ウエハ、1711,1712,1713,1714 半導体チップ領域、1721,1722 スクライブライン、1730 アライメントマーク、1901 Si基板、1902 絶縁層、1903 トランジスタ回路、1904,1905 Alパッド、1906 TSV、1907 バンプ 100 semiconductor chip, 101 circuit area, 102 circuit bump, 103 dummy bump, 104 TSV, 201 insulating film, 202 barrier metal, 203 aluminum thin film wiring, 204 transistor circuit, 300 semiconductor chip group, 301 uppermost semiconductor chip, 302 intermediate surface Semiconductor chip, 303 lowermost semiconductor chip, 401 heat spreader, 402 base, 501 underfill, 502 mold member, 701 buffer metal, 800 semiconductor chip, 801 metal pattern, 1100 semiconductor chip, 1101 metal pattern, 1103 dummy bump layer, 1301 Metal pattern, 1303 dummy bump layer, 1400 semiconductor chip, 1401 Metal pattern, 1403 dummy bump layer, 1600 semiconductor chip, 1601 Metal pattern, 1602 Circuit bump, 1603 Dummy bump layer, 1700 Semiconductor chip area, 1701 Wafer, 1711, 1712, 1713, 1714 Semiconductor chip area, 1721, 1722 Scribe line, 1730 Alignment mark, 1901 Si substrate, 1902 Insulating layer, 1903 Transistor circuit, 1904, 1905 Al pad, 1906 TSV, 1907 bump

Claims (50)

積層された複数の半導体チップを備える積層型半導体装置であって、
前記複数の半導体チップは、回路領域と、前記回路領域の素子と電気的に接続された第1のバンプと、前記回路領域の素子に電気的に接続されない第2のバンプと、複数のTSV(Through Si Via)と、前記複数の半導体チップ上に設けられたメタルパターンと、
をそれぞれ有し、
重なり合う前記複数の半導体チップ間で対向する前記第1のバンプ同士、および、重なり合う前記複数の半導体チップ間で対向する前記第2のバンプ同士が接合され、
前記第1のバンプは、前記複数のTSVの先端に形成され、
前記第2のバンプは、前記複数のTSVの先端と前記メタルパターン上とに形成され、
前記複数の半導体チップのうち最外の半導体チップの少なくとも一面に接合されたヒートスプレッタを備え、
前記最外の半導体チップの前記第1のバンプは前記ヒートスプレッタに接触せず、前記第2のバンプが前記ヒートスプレッタに接合され、
前記メタルパターン上には、複数の前記第2のバンプが形成されており、
前記複数の第2のバンプは、少なくとも接合後において一体となり前記メタルパターン上で隙間の無い接合層を形成する積層型半導体装置。
A stacked semiconductor device comprising a plurality of stacked semiconductor chips,
The plurality of semiconductor chips include a circuit region, a first bump electrically connected to an element in the circuit region, a second bump not electrically connected to an element in the circuit region, and a plurality of TSVs ( Through Si Via), a metal pattern provided on the plurality of semiconductor chips,
Each with
The first bumps facing each other between the plurality of semiconductor chips overlapping each other, and the second bumps facing each other between the plurality of semiconductor chips overlapping each other are bonded together,
The first bump is formed at the tip of the plurality of TSVs,
The second bump is formed on the tip of the plurality of TSVs and the metal pattern,
A heat spreader joined to at least one surface of the outermost semiconductor chip among the plurality of semiconductor chips;
The first bump of the outermost semiconductor chip does not contact the heat spreader, and the second bump is bonded to the heat spreader ,
A plurality of the second bumps are formed on the metal pattern,
The plurality of second bumps are integrated with each other at least after bonding to form a bonding layer having no gap on the metal pattern .
積層された複数の半導体チップを備える積層型半導体装置であって、
前記複数の半導体チップは、回路領域と、前記回路領域の素子と電気的に接続された第1のバンプと、前記回路領域の素子に電気的に接続されない第2のバンプと、複数のTSV(Through Si Via)と、前記複数の半導体チップ上に設けられたメタルパターンと、
をそれぞれ有し、
重なり合う前記複数の半導体チップ間で対向する前記第1のバンプ同士、および、重なり合う前記複数の半導体チップ間で対向する前記第2のバンプ同士が接合され、
前記第1のバンプは、前記複数のTSVの先端に形成され、
前記第2のバンプの何れかは前記メタルパターン上に形成され、他は前記複数のTSVの先端に形成され、
前記複数の半導体チップのうち最外の半導体チップの少なくとも一面に接合されたヒートスプレッタを備え、
前記最外の半導体チップの前記第1のバンプは前記ヒートスプレッタに接触せず、前記第2のバンプが前記ヒートスプレッタに接合され、
前記メタルパターン上には、複数の前記第2のバンプが形成されており、
前記複数の第2のバンプは、少なくとも接合後において一体となり前記メタルパターン上で隙間の無い接合層を形成する積層型半導体装置。
A stacked semiconductor device comprising a plurality of stacked semiconductor chips,
The plurality of semiconductor chips include a circuit region, a first bump electrically connected to an element in the circuit region, a second bump not electrically connected to an element in the circuit region, and a plurality of TSVs ( Through Si Via), a metal pattern provided on the plurality of semiconductor chips,
Each with
The first bumps facing each other between the plurality of semiconductor chips overlapping each other, and the second bumps facing each other between the plurality of semiconductor chips overlapping each other are bonded together,
The first bump is formed at the tip of the plurality of TSVs,
One of the second bumps is formed on the metal pattern, and the other is formed at the tip of the plurality of TSVs,
A heat spreader joined to at least one surface of the outermost semiconductor chip among the plurality of semiconductor chips;
The first bump of the outermost semiconductor chip does not contact the heat spreader, and the second bump is bonded to the heat spreader ,
A plurality of the second bumps are formed on the metal pattern,
The plurality of second bumps are integrated with each other at least after bonding to form a bonding layer having no gap on the metal pattern .
積層された複数の半導体チップを備える積層型半導体装置であって、
前記複数の半導体チップは、回路領域と、前記回路領域の素子と電気的に接続された第1のバンプと、前記回路領域の素子に電気的に接続されない第2のバンプと、複数のTSV(Through Si Via)と、前記複数の半導体チップ上に設けられたメタルパターンと、
をそれぞれ有し、
重なり合う前記複数の半導体チップ間で対向する前記第1のバンプ同士、および、重なり合う前記複数の半導体チップ間で対向する前記第2のバンプ同士が接合され、
前記第1のバンプは、前記複数のTSVの先端に形成され、
前記複数のTSVの上に前記メタルパターンが形成され、前記メタルパターン上に前記第2のバンプが形成され、
前記複数の半導体チップのうち最外の半導体チップの少なくとも一面に接合されたヒートスプレッタを備え、
前記最外の半導体チップの前記第1のバンプは前記ヒートスプレッタに接触せず、前記第2のバンプが前記ヒートスプレッタに接合され、
前記メタルパターン上には、複数の前記第2のバンプが形成されており、
前記複数の第2のバンプは、少なくとも接合後において一体となり前記メタルパターン上で隙間の無い接合層を形成する積層型半導体装置。
A stacked semiconductor device comprising a plurality of stacked semiconductor chips,
The plurality of semiconductor chips include a circuit region, a first bump electrically connected to an element in the circuit region, a second bump not electrically connected to an element in the circuit region, and a plurality of TSVs ( Through Si Via), a metal pattern provided on the plurality of semiconductor chips,
Each with
The first bumps facing each other between the plurality of semiconductor chips overlapping each other, and the second bumps facing each other between the plurality of semiconductor chips overlapping each other are bonded together,
The first bump is formed at the tip of the plurality of TSVs,
The metal pattern is formed on the plurality of TSVs, and the second bump is formed on the metal pattern.
A heat spreader joined to at least one surface of the outermost semiconductor chip among the plurality of semiconductor chips;
The first bump of the outermost semiconductor chip does not contact the heat spreader, and the second bump is bonded to the heat spreader ,
A plurality of the second bumps are formed on the metal pattern,
The plurality of second bumps are integrated with each other at least after bonding to form a bonding layer having no gap on the metal pattern .
前記メタルパターンは、前記回路領域を閉じて囲むパターンである請求項1から3のいずれか1項に記載の積層型半導体装置。 4. The stacked semiconductor device according to claim 1 , wherein the metal pattern is a pattern that closes and surrounds the circuit region. 5. 前記メタルパターンは、前記半導体チップの外周部に接するパターンである請求項1から4の何れか1項に記載の積層型半導体装置。 5. The stacked semiconductor device according to claim 1 , wherein the metal pattern is a pattern in contact with an outer peripheral portion of the semiconductor chip. 前記メタルパターンは、前記半導体チップの外周部から離間したパターンである請求項1から4の何れか1項に記載の積層型半導体装置。 5. The stacked semiconductor device according to claim 1 , wherein the metal pattern is a pattern separated from an outer peripheral portion of the semiconductor chip. 6. 前記回路領域の発熱分布において、発熱の大きい領域に隣接する前記メタルパターンの幅は、発熱の小さい領域に隣接する前記メタルパターンの幅よりも大きい請求項1から6の何れか1項に記載の積層型半導体装置。 7. The heat generation distribution of the circuit area according to claim 1, wherein a width of the metal pattern adjacent to a region where heat generation is large is larger than a width of the metal pattern adjacent to a region where heat generation is small. Stacked semiconductor device. 前記半導体チップは、複数の前記第1のバンプと複数の前記第2のバンプとを有し、前記第2のバンプの単位面積あたりの密度は、前記第1のバンプの単位あたりの密度より大きい請求項1から7の何れか1項に記載の積層型半導体装置。 The semiconductor chip has a plurality of the first bumps and a plurality of the second bumps, and the density per unit area of the second bumps is larger than the density per unit of the first bumps. The stacked semiconductor device according to claim 1 . 前記第1のバンプと前記第2のバンプはそれぞれ同一の材質である請求項1から8の何れか1項に記載の積層型半導体装置。 The stacked semiconductor device according to claim 1, wherein the first bump and the second bump are made of the same material. 前記第1のバンプと前記第2のバンプはそれぞれ同一の大きさである請求項1から9の何れか1項に記載の積層型半導体装置。 The stacked semiconductor device according to claim 1, wherein the first bump and the second bump have the same size. 前記第1のバンプの直径と前記第2のバンプの直径は同一である請求項1から10の何れか1項に記載の積層型半導体装置。 The stacked semiconductor device according to claim 1 , wherein a diameter of the first bump and a diameter of the second bump are the same. 前記半導体チップの表面からの前記第1のバンプの接合面の高さは、前記半導体チップの表面からの前記第2のバンプの接合面の高さと同一である請求項1から11の何れか1項に記載の積層型半導体装置。 The height of the bonding surface of the first bump from the semiconductor chip surface is any one of the second claims 1 to 11 is the same as the height of the bonding surfaces of the bump from the surface of the semiconductor chip The stacked semiconductor device according to the item. 前記半導体チップの表面からの前記第1のバンプの接合面の高さは、前記半導体チップの表面からの前記第2のバンプの接合面の高さよりも高い請求項1から11の何れか1項に記載の積層型半導体装置。 The height of the bonding surface of the first bump from the semiconductor chip surface is any one of the second billing higher than the height of the joint surface of the bumps to claim 1 to 11 from the surface of the semiconductor chip 2. A stacked semiconductor device according to 1. 前記第1のバンプと前記第2のバンプとは、同一工程により形成される請求項1から13の何れか1項に記載の積層型半導体装置。 The stacked semiconductor device according to claim 1, wherein the first bump and the second bump are formed by the same process. 前記第2のバンプは、前記回路領域の外側に形成される請求項1から14の何れか1項に記載の積層型半導体装置。 The stacked semiconductor device according to claim 1 , wherein the second bump is formed outside the circuit region. 積層した半導体チップ間にアンダーフィルが充填されている請求項1から15の何れか1項に記載の積層型半導体装置。 The stacked semiconductor device according to claim 1, wherein an underfill is filled between stacked semiconductor chips. 回路領域を有する半導体チップに、前記回路領域の素子と電気的に接続された第1のバンプと、前記回路領域の素子とは電気的に接続されない第2のバンプとを形成するバンプ形成ステップと、
複数のTSV(Through Si Via)を形成するTSV形成ステップと、
半導体チップ上にメタルパターンを形成するメタルパターン形成ステップと、
前記バンプ形成ステップを経た複数の前記半導体チップを積み重ね、対向する第1のバンプ同士、および対向する第2のバンプ同士を接合する積層ステップと、
積層した半導体チップの最外面の少なくとも一面にヒートスプレッタを接合するヒートスプレッタ接合ステップと
を備え、
前記バンプ形成ステップでは、前記第1のバンプを前記TSVの先端に形成し、前記第2のバンプを前記TSVの先端と前記メタルパターン上とに形成し、
前記ヒートスプレッタ接合ステップにおいて、最外面の前記第1のバンプを前記ヒートスプレッタに接触させず、第2のバンプを前記ヒートスプレッタに接合し、
前記バンプ形成ステップでは、複数の前記第2のバンプを形成し、
前記複数の第2のバンプは、前記積層ステップにより一体となり、前記メタルパターン上で隙間の無い接合層を形成する積層型半導体装置の製造方法。
A bump forming step of forming, on a semiconductor chip having a circuit area, a first bump electrically connected to an element in the circuit area and a second bump not electrically connected to an element in the circuit area; ,
A TSV forming step for forming a plurality of TSVs (Through Si Vias);
A metal pattern forming step for forming a metal pattern on the semiconductor chip;
Stacking the plurality of semiconductor chips that have undergone the bump forming step, and laminating the first bumps facing each other, and the second bumps facing each other,
A heat spreader bonding step for bonding a heat spreader to at least one of the outermost surfaces of the laminated semiconductor chips,
In the bump forming step, the first bump is formed on the tip of the TSV, and the second bump is formed on the tip of the TSV and the metal pattern.
In the heat spreader bonding step, the first bump on the outermost surface is not brought into contact with the heat spreader, and the second bump is bonded to the heat spreader ,
In the bump forming step, a plurality of the second bumps are formed,
The manufacturing method of a stacked semiconductor device, wherein the plurality of second bumps are integrated by the stacking step and a bonding layer having no gap is formed on the metal pattern .
回路領域を有する半導体チップに、前記回路領域の素子と電気的に接続された第1のバンプと、前記回路領域の素子とは電気的に接続されない第2のバンプとを形成するバンプ形成ステップと、
複数のTSV(Through Si Via)を形成するTSV形成ステップと、
半導体チップ上にメタルパターンを形成するメタルパターン形成ステップと、
前記バンプ形成ステップを経た複数の前記半導体チップを積み重ね、対向する第1のバンプ同士、および対向する第2のバンプ同士を接合する積層ステップと、
積層した半導体チップの最外面の少なくとも一面にヒートスプレッタを接合するヒートスプレッタ接合ステップと
を備え、
前記バンプ形成ステップでは、前記第1のバンプを前記TSVの先端に形成し、前記第2のバンプの何れかを前記メタルパターン上に形成し、他を前記複数のTSVの先端に形成し、
前記ヒートスプレッタ接合ステップにおいて、前記最外面の前記第1のバンプを前記ヒートスプレッタに接触させず、第2のバンプを前記ヒートスプレッタに接合し、
前記バンプ形成ステップでは、複数の前記第2のバンプを形成し、
前記複数の第2のバンプは、前記積層ステップにより一体となり、前記メタルパターン上で隙間の無い接合層を形成する積層型半導体装置の製造方法。
A bump forming step of forming, on a semiconductor chip having a circuit area, a first bump electrically connected to an element in the circuit area and a second bump not electrically connected to an element in the circuit area; ,
A TSV forming step for forming a plurality of TSVs (Through Si Vias);
A metal pattern forming step for forming a metal pattern on the semiconductor chip;
Stacking the plurality of semiconductor chips that have undergone the bump forming step, and laminating the first bumps facing each other, and the second bumps facing each other,
A heat spreader bonding step for bonding a heat spreader to at least one of the outermost surfaces of the laminated semiconductor chips,
In the bump forming step, the first bump is formed on the tip of the TSV, one of the second bumps is formed on the metal pattern, and the other is formed on the tip of the plurality of TSVs.
In the heat spreader bonding step, the second bump is bonded to the heat spreader without bringing the first bump on the outermost surface into contact with the heat spreader ;
In the bump forming step, a plurality of the second bumps are formed,
The manufacturing method of a stacked semiconductor device, wherein the plurality of second bumps are integrated by the stacking step and a bonding layer having no gap is formed on the metal pattern .
回路領域を有する半導体チップに、前記回路領域の素子と電気的に接続された第1のバンプと、前記回路領域の素子とは電気的に接続されない第2のバンプとを形成するバンプ形成ステップと、
複数のTSV(Through Si Via)を形成するTSV形成ステップと、
半導体チップ上にメタルパターンを形成するメタルパターン形成ステップと、
前記バンプ形成ステップを経た複数の前記半導体チップを積み重ね、対向する第1のバンプ同士、および対向する第2のバンプ同士を接合する積層ステップと、
積層した半導体チップの最外面の少なくとも一面にヒートスプレッタを接合するヒートスプレッタ接合ステップと
を備え、
前記バンプ形成ステップでは、前記第1のバンプを前記TSVの先端に形成し、前記複数のTSVの上に前記メタルパターンを形成し、前記メタルパターン上に前記第2のバンプを形成し、
前記ヒートスプレッタ接合ステップにおいて、前記最外面の前記第1のバンプを前記ヒートスプレッタに接触させず、第2のバンプを前記ヒートスプレッタに接合し、
前記バンプ形成ステップでは、複数の前記第2のバンプを形成し、
前記複数の第2のバンプは、前記積層ステップにより一体となり、前記メタルパターン上で隙間の無い接合層を形成する積層型半導体装置の製造方法。
A bump forming step of forming, on a semiconductor chip having a circuit area, a first bump electrically connected to an element in the circuit area and a second bump not electrically connected to an element in the circuit area; ,
A TSV forming step for forming a plurality of TSVs (Through Si Vias);
A metal pattern forming step for forming a metal pattern on the semiconductor chip;
Stacking the plurality of semiconductor chips that have undergone the bump forming step, and laminating the first bumps facing each other, and the second bumps facing each other,
A heat spreader bonding step for bonding a heat spreader to at least one of the outermost surfaces of the laminated semiconductor chips,
In the bump forming step, the first bump is formed at a tip of the TSV, the metal pattern is formed on the plurality of TSVs, and the second bump is formed on the metal pattern,
In the heat spreader bonding step, the second bump is bonded to the heat spreader without bringing the first bump on the outermost surface into contact with the heat spreader ;
In the bump forming step, a plurality of the second bumps are formed,
The manufacturing method of a stacked semiconductor device, wherein the plurality of second bumps are integrated by the stacking step and a bonding layer having no gap is formed on the metal pattern .
前記メタルパターン形成ステップにより形成する前記メタルパターンは、前記回路領域を閉じて囲むパターンである請求項17から19のいずれか1項に記載の積層型半導体装置の製造方法。 20. The method for manufacturing a stacked semiconductor device according to claim 17, wherein the metal pattern formed by the metal pattern forming step is a pattern that closes and surrounds the circuit region. 前記メタルパターン形成ステップにより形成する前記メタルパターンは、前記半導体チップの外周部に接するパターンである請求項17から20の何れか1項に記載の積層型半導体装置の製造方法。 21. The method for manufacturing a stacked semiconductor device according to claim 17, wherein the metal pattern formed by the metal pattern forming step is a pattern in contact with an outer peripheral portion of the semiconductor chip. 前記メタルパターン形成ステップにより形成する前記メタルパターンは、前記半導体チップの外周部に接しないパターンである請求項17から20の何れか1項に記載の積層型半導体装置の製造方法。 21. The method of manufacturing a stacked semiconductor device according to claim 17, wherein the metal pattern formed by the metal pattern forming step is a pattern that does not contact an outer peripheral portion of the semiconductor chip. 前記回路領域の発熱分布において、発熱の大きい領域に隣接する前記メタルパターンの幅が、発熱の小さい領域に隣接する前記メタルパターンの幅よりも大きくなるように、前記バンプ形成ステップにより形成する請求項17から22の何れか1項に記載の積層型半導体装置の製造方法。 In the heat generation distribution of the circuit region, claim the width of the metal pattern adjacent to a large area of the exotherm, the adjacent small area of heat generation to be larger than the width of the metal pattern, is formed by the bump forming step 23. The method for manufacturing a stacked semiconductor device according to any one of 17 to 22 . 前記バンプ形成ステップでは、複数の前記第1のバンプと複数の前記第2のバンプとを形成し、
前記バンプ形成ステップにより形成する前記複数の第2のバンプの単位面積あたりの密度は、前記複数の第1のバンプの単位あたりの密度より大きい請求項17から23の何れか1項に記載の積層型半導体装置の製造方法。
In the bump forming step, a plurality of the first bumps and a plurality of the second bumps are formed,
The lamination according to any one of claims 17 to 23 , wherein a density per unit area of the plurality of second bumps formed by the bump forming step is larger than a density per unit of the plurality of first bumps. Type semiconductor device manufacturing method.
前記バンプ形成ステップでは、前記第1のバンプと前記第2のバンプとをそれぞれ同一の材質で形成する請求項17から24の何れか1項に記載の積層型半導体装置の製造方法。 25. The method for manufacturing a stacked semiconductor device according to claim 17 , wherein in the bump forming step, the first bump and the second bump are formed of the same material. 前記バンプ形成ステップでは、前記第1のバンプと前記第2のバンプとをそれぞれ同一の大きさで形成する請求項17から25の何れか1項に記載の積層型半導体装置の製造方法。 26. The method for manufacturing a stacked semiconductor device according to claim 17 , wherein, in the bump forming step, the first bump and the second bump are formed to have the same size. 前記バンプ形成ステップでは、前記第1のバンプの直径と前記第2のバンプの直径が同一になるように形成する請求項17から26の何れか1項に記載の積層型半導体装置の製造方法。 27. The method for manufacturing a stacked semiconductor device according to any one of claims 17 to 26 , wherein in the bump forming step, the first bump is formed to have the same diameter as the second bump. 前記バンプ形成ステップでは、前記半導体チップの表面からの前記第1のバンプの接合面の高さが、前記半導体チップの表面からの前記第2のバンプの接合面の高さと同一になるように形成する請求項17から27の何れか1項に記載の積層型半導体装置の製造方法。 In the bump forming step, the height of the bonding surface of the first bump from the surface of the semiconductor chip is the same as the height of the bonding surface of the second bump from the surface of the semiconductor chip. The method for manufacturing a stacked semiconductor device according to any one of claims 17 to 27 . 前記バンプ形成ステップでは、前記半導体チップの表面からの前記第1のバンプの接合面の高さが、前記半導体チップの表面からの前記第2のバンプの接合面の高さよりも高くなるように形成する請求項17から27の何れか1項に記載の積層型半導体装置の製造方法。 In the bump forming step, the height of the bonding surface of the first bump from the surface of the semiconductor chip is higher than the height of the bonding surface of the second bump from the surface of the semiconductor chip. The method for manufacturing a stacked semiconductor device according to any one of claims 17 to 27 . 前記バンプ形成ステップでは、前記第1のバンプと前記第2のバンプとを同一工程で形成する請求項17から29の何れか1項に記載の積層型半導体装置の製造方法。 30. The method for manufacturing a stacked semiconductor device according to claim 17 , wherein, in the bump forming step, the first bump and the second bump are formed in the same process. 前記バンプ形成ステップでは、前記第2のバンプを前記回路領域の外側に形成する請求項17から30の何れか1項に記載の積層型半導体装置の製造方法。 31. The method for manufacturing a stacked semiconductor device according to claim 17 , wherein in the bump forming step, the second bump is formed outside the circuit region. 前記積層ステップは、前記バンプ形成ステップを経た前記半導体チップが2次元的に複数配置された半導体基板を、積み重ねて接合する請求項17から31の何れか1項に記載の積層型半導体装置の製造方法。 32. The manufacturing of a stacked semiconductor device according to any one of claims 17 to 31 , wherein the stacking step stacks and joins semiconductor substrates on which a plurality of the semiconductor chips that have undergone the bump forming step are two-dimensionally arranged. Method. 前記積層ステップは、2次元的に複数配置される半導体チップの境界に設けられた指標をアライメントマークとして位置合わせを行い、複数の半導体基板を積み重ねる請求項32に記載の積層型半導体装置の製造方法。 33. The method of manufacturing a stacked semiconductor device according to claim 32 , wherein the stacking step performs alignment using an index provided at a boundary between a plurality of two-dimensionally arranged semiconductor chips as an alignment mark, and stacks a plurality of semiconductor substrates. . 積層した半導体チップ間をアンダーフィルで充填するアンダーフィル充填ステップを更に備える請求項17から33の何れか1項に記載の積層型半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing a stacked semiconductor device according to any one of claims 17 to 33 , further comprising an underfill filling step of filling a space between the stacked semiconductor chips with an underfill. 回路領域と、
前記回路領域の素子と電気的に接続された第1のバンプと、
前記回路領域の素子に電気的に接続されない第2のバンプと、
複数のTSV(Through Si Via)と、
メタルパターンと、をそれぞれ有する半導体基板であって、
他の半導体基板と積層されるときに、前記第1のバンプは、前記他の半導体基板に設けられた、前記他の半導体基板の前記回路領域の素子と電気的に接続された第1のバンプと接合され、前記第2のバンプは、前記他の半導体基板に設けられた、前記他の半導体基板の前記回路領域の素子と電気的に接続されない第2のバンプと接合され、
前記第1のバンプは、前記複数のTSVの先端に形成され、
前記第2のバンプは、前記複数のTSVの先端と前記メタルパターン上とに形成され、
前記半導体基板は、複数の半導体チップを含み、
積層された前記複数の半導体チップのうち最外の半導体チップの少なくとも一面に接合されたヒートスプレッタを備え、
前記最外の半導体チップの前記第1のバンプは、前記ヒートスプレッタに接触せず、前記第2のバンプが前記ヒートスプレッタに接合され、
前記メタルパターン上には、複数の前記第2のバンプが形成されており、
前記複数の第2のバンプは、少なくとも接合後において一体となり前記メタルパターン上で隙間の無い接合層を形成する半導体基板。
Circuit area,
A first bump electrically connected to an element in the circuit area;
A second bump that is not electrically connected to an element in the circuit region;
Multiple TSV (Through Si Via),
A semiconductor substrate each having a metal pattern,
When stacked with another semiconductor substrate, the first bump is provided on the other semiconductor substrate and electrically connected to an element in the circuit region of the other semiconductor substrate. And the second bump is bonded to a second bump provided on the other semiconductor substrate and not electrically connected to an element in the circuit region of the other semiconductor substrate,
The first bump is formed at the tip of the plurality of TSVs,
The second bump is formed on the tip of the plurality of TSVs and the metal pattern,
The semiconductor substrate includes a plurality of semiconductor chips,
A heat spreader bonded to at least one surface of the outermost semiconductor chip among the plurality of stacked semiconductor chips;
The first bump of the outermost semiconductor chip does not contact the heat spreader, and the second bump is bonded to the heat spreader ,
A plurality of the second bumps are formed on the metal pattern,
The plurality of second bumps are integrated with each other at least after bonding to form a bonding layer having no gap on the metal pattern .
回路領域と、
前記回路領域の素子と電気的に接続された第1のバンプと、
前記回路領域の素子に電気的に接続されない第2のバンプと、
複数のTSV(Through Si Via)と、
メタルパターンと、をそれぞれ有する半導体基板であって、
他の半導体基板と積層されるときに、前記第1のバンプは、前記他の半導体基板に設けられた、前記他の半導体基板の前記回路領域の素子と電気的に接続された第1のバンプと接合され、前記第2のバンプは、前記他の半導体基板に設けられた、前記他の半導体基板の前記回路領域の素子と電気的に接続されない第2のバンプと接合され、
前記第1のバンプは、前記複数のTSVの先端に形成され、
前記第2のバンプの何れかは前記メタルパターン上に形成され、他は前記複数のTSVの先端に形成され、
前記半導体基板は、複数の半導体チップを含み、
積層された前記複数の半導体チップのうち最外の半導体チップの少なくとも一面に接合されたヒートスプレッタを備え、
前記最外の半導体チップの前記第1のバンプは、前記ヒートスプレッタに接触せず、前記第2のバンプが前記ヒートスプレッタに接合され、
前記メタルパターン上には、複数の前記第2のバンプが形成されており、
前記複数の第2のバンプは、少なくとも接合後において一体となり前記メタルパターン上で隙間の無い接合層を形成する半導体基板。
Circuit area,
A first bump electrically connected to an element in the circuit area;
A second bump that is not electrically connected to an element in the circuit region;
Multiple TSV (Through Si Via),
A semiconductor substrate each having a metal pattern,
When stacked with another semiconductor substrate, the first bump is provided on the other semiconductor substrate and electrically connected to an element in the circuit region of the other semiconductor substrate. And the second bump is bonded to a second bump provided on the other semiconductor substrate and not electrically connected to an element in the circuit region of the other semiconductor substrate,
The first bump is formed at the tip of the plurality of TSVs,
One of the second bumps is formed on the metal pattern, and the other is formed at the tip of the plurality of TSVs,
The semiconductor substrate includes a plurality of semiconductor chips,
A heat spreader bonded to at least one surface of the outermost semiconductor chip among the plurality of stacked semiconductor chips;
The first bump of the outermost semiconductor chip does not contact the heat spreader, and the second bump is bonded to the heat spreader ,
A plurality of the second bumps are formed on the metal pattern,
The plurality of second bumps are integrated with each other at least after bonding to form a bonding layer having no gap on the metal pattern .
回路領域と、
前記回路領域の素子と電気的に接続された第1のバンプと、
前記回路領域の素子に電気的に接続されない第2のバンプと、
複数のTSV(Through Si Via)と、
メタルパターンと、をそれぞれ有する半導体基板であって、
他の半導体基板と積層されるときに、前記第1のバンプは、前記他の半導体基板に設けられた、前記他の半導体基板の前記回路領域の素子と電気的に接続された第1のバンプと接合され、前記第2のバンプは、前記他の半導体基板に設けられた、前記他の半導体基板の前記回路領域の素子と電気的に接続されない第2のバンプと接合され、
前記第1のバンプは、前記複数のTSVの先端に形成され、
前記複数のTSVの上に前記メタルパターンが形成され、前記メタルパターン上に前記第2のバンプが形成され、
前記半導体基板は、複数の半導体チップを含み、
積層された前記複数の半導体チップのうち最外の半導体チップの少なくとも一面に接合されたヒートスプレッタを備え、
前記最外の半導体チップの前記第1のバンプは、前記ヒートスプレッタに接触せず、前記第2のバンプが前記ヒートスプレッタに接合され、
前記メタルパターン上には、複数の前記第2のバンプが形成されており、
前記複数の第2のバンプは、少なくとも接合後において一体となり前記メタルパターン上で隙間の無い接合層を形成する半導体基板。
Circuit area,
A first bump electrically connected to an element in the circuit area;
A second bump that is not electrically connected to an element in the circuit region;
Multiple TSV (Through Si Via),
A semiconductor substrate each having a metal pattern,
When stacked with another semiconductor substrate, the first bump is provided on the other semiconductor substrate and electrically connected to an element in the circuit region of the other semiconductor substrate. And the second bump is bonded to a second bump provided on the other semiconductor substrate and not electrically connected to an element in the circuit region of the other semiconductor substrate,
The first bump is formed at the tip of the plurality of TSVs,
The metal pattern is formed on the plurality of TSVs, and the second bump is formed on the metal pattern.
The semiconductor substrate includes a plurality of semiconductor chips,
A heat spreader bonded to at least one surface of the outermost semiconductor chip among the plurality of stacked semiconductor chips;
The first bump of the outermost semiconductor chip does not contact the heat spreader, and the second bump is bonded to the heat spreader ,
A plurality of the second bumps are formed on the metal pattern,
The plurality of second bumps are integrated with each other at least after bonding to form a bonding layer having no gap on the metal pattern .
前記メタルパターンは、前記回路領域を閉じて囲むパターンである請求項35から37のいずれか1項に記載の半導体基板。 38. The semiconductor substrate according to claim 35 , wherein the metal pattern is a pattern that closes and surrounds the circuit region. 前記メタルパターンは、前記半導体チップの外周部に接するパターンである請求項35から38の何れか1項に記載の半導体基板。 39. The semiconductor substrate according to claim 35 , wherein the metal pattern is a pattern in contact with an outer peripheral portion of the semiconductor chip. 前記メタルパターンは、前記半導体チップの外周部から離間したパターンである請求項35から38の何れか1項に記載の半導体基板。 The semiconductor substrate according to any one of claims 35 to 38 , wherein the metal pattern is a pattern separated from an outer peripheral portion of the semiconductor chip. 前記回路領域の発熱分布において、発熱の大きい領域に隣接する前記メタルパターンの幅は、発熱の小さい領域に隣接する前記メタルパターンの幅よりも大きい請求項35から40の何れか1項に記載の半導体基板。 In the heat generation distribution of the circuit region, the width of the metal pattern adjacent to a large area of heat generation, according to any one of the preceding claims 35 to 40 greater than the width of the metal pattern adjacent to a small area of heat generation Semiconductor substrate. 前記半導体チップは、複数の前記第1のバンプと複数の前記第2のバンプとを有し、前記第2のバンプの単位面積あたりの密度は、前記第1のバンプの単位あたりの密度より大きい請求項35から41の何れか1項に記載の半導体基板。 The semiconductor chip has a plurality of the first bumps and a plurality of the second bumps, and the density per unit area of the second bumps is larger than the density per unit of the first bumps. The semiconductor substrate according to any one of claims 35 to 41 . 前記第1のバンプと前記第2のバンプはそれぞれ同一の材質である請求項35から42の何れか1項に記載の半導体基板。 43. The semiconductor substrate according to claim 35, wherein the first bump and the second bump are made of the same material. 前記第1のバンプと前記第2のバンプはそれぞれ同一の大きさである請求項35から43の何れか1項に記載の半導体基板。 44. The semiconductor substrate according to claim 35, wherein the first bump and the second bump have the same size. 前記第1のバンプの直径と前記第2のバンプの直径は同一である請求項35から44の何れか1項に記載の半導体基板。 45. The semiconductor substrate according to claim 35 , wherein a diameter of the first bump and a diameter of the second bump are the same. 前記半導体チップの表面からの前記第1のバンプの接合面の高さは、前記半導体チップの表面からの前記第2のバンプの接合面の高さと同一である請求項35から45の何れか1項に記載の半導体基板。 The height of the bonding surface of the first bump from the semiconductor chip surface is any one of the second bump claims 35 to 45 is the same as the height of the bonding surface of the surface of the semiconductor chip The semiconductor substrate according to item. 前記半導体チップの表面からの前記第1のバンプの接合面の高さは、前記半導体チップの表面からの前記第2のバンプの接合面の高さよりも高い請求項35から46の何れか1項に記載の半導体基板。 The height of the bonding surface of the first bump from the semiconductor chip surface is any one of the second bump bonding surface of the high from high claims 35 than of 46 from the surface of the semiconductor chip A semiconductor substrate according to 1. 前記第1のバンプと前記第2のバンプとは、同一工程により形成される請求項35から47の何れか1項に記載の半導体基板。 48. The semiconductor substrate according to claim 35, wherein the first bump and the second bump are formed by the same process. 前記第2のバンプは、前記回路領域の外側に形成される請求項35から48の何れか1項に記載の半導体基板。 49. The semiconductor substrate according to claim 35 , wherein the second bump is formed outside the circuit region. 積層した半導体チップ間にアンダーフィルが充填される請求項35から49の何れか1項に記載の半導体基板。 50. The semiconductor substrate according to claim 35, wherein an underfill is filled between the stacked semiconductor chips.
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