JP6119352B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置及びその製造方法に関する。

半導体ＩＣチップやそのパッケージ、車載用パワーデバイス等の電子部品や、サーバやパーソナルコンピュータ等の電子機器は、その動作時に熱を発生するため、それらの特性などに悪影響がでる。熱に対する信頼性の高い動作を確保するために、発生した熱を効率よく除去して温度を管理し、適正な動作温度を実現する必要がある。また、電子機器の小型化・高速化の進展に伴い、装置の発熱密度の増大が進んでいるため、発生した熱の除去がより難しくなってきており、冷却の重要性が増している。冷却方法としては、例えば、単層のマイクロチャネルを用いた冷却技術が知られ、さらに単層のマイクロチャネルを使用する構造では温度分布の温度差を低減するために対向流を用いることが知られている。

一方、半導体プロセスの微細化が進行しており、現在では光の波長と同等のオーダーで微細化が行われている。これ以上の微細化を進めるにはコスト面で不利になると言われている。そこで、さらなる高密度化を目指して、複数の半導体チップを積み重ねて実装した三次元積層の手法が注目されている。しかし、複数の半導体チップを積層した三次元実装半導体では、従来のようにチップ表面にヒートシンク等の冷却部品を実装して冷却しようとしても、積層されたすべてのチップを冷却することは困難であるため、どのようにして三次元積層チップの内部を効率よく冷却するかが課題となっていた。

このような技術背景の下で、三次元積層した半導体チップの冷却法としてマイクロチャネルを用いた冷却技術が注目されている。この冷却技術は、積層されたチップの間にマイクロチャネルを設置し、このマイクロチャネルに冷媒を流すことで各層の半導体チップを熱交換により冷却する技術である。

マイクロチャネルは、マイクロメーターオーダーの液体の流路であり、そのスケールでの流れは層流でありながら、体積力よりも表面力、即ち流体の粘性効果の影響が大きくなる効果が現れるため、少ない量の流体で高い熱伝達率を実現することが可能になる。このため、マイクロチャネルを三次元積層チップの層間に配置することにより、効率よくチップの内部を冷却することが可能になる。また、マイクロチャネルの幅や高さはマイクロメーターオーダーであり、使用する冷却用の流体も少量で済むため、冷却装置の小型化が可能になる。

従来の三次元積層チップの構造は、半導体チップを積層した構造を形成した後に、その側面に一括のマニホールドを形成し、そこに流体を流すという方式も知られている。

特開平５−２５１６０１号公報 特開平６−０２１２９１号公報 米国特許第６４５７５１５号明細書 特開２００２−１１０８９６号公報

ところで、側面に一括のマニホールドを形成してそこに流体を流すという上記の方式では、流体の流れが一方向であるため次のような課題がある。即ち、流量が少ない場合は特にデバイス内の温度分布の温度差が大きくなり、また半導体チップの積層数が増すとデバイスごとのアライメントが難しくなり、さらに各層への流体導入量の調整はマイクロチャネルの仕様変更が必要であるという課題である。

特に問題となるのは温度分布の温度差の解消であり、上記のように対向流を用いる従来技術では単層発熱体の温度分布のみに関する温度差の解消法であり、三次元積層デバイスに対する具体的な適応法は示されていない。対向流を三次元積層デバイスに適応するには各層へリークなく冷媒を分配する必要があり、精度のよいアライメント・接合を行うためには層数が増すほどに煩雑な工程となる。

本発明の目的は、チップの積層構造のアライメントを容易にし、効果的な冷却を実現する半導体装置及びその製造方法を提供する。

本実施形態の１つの観点によれば、第１半導体チップに積層される第２半導体チップと、前記第１半導体チップと前記第２半導体チップの間に挟まれ、一端寄りに第１マニホールド、他端寄りに第２マニホールドがそれぞれ形成され、前記第１マニホールドから前記第２マニホールドに至る領域に延在する複数の第１溝が形成された第１マイクロチャネルチップと、前記第２半導体チップに積層される第３半導体チップと、前記第２半導体チップと前記第３半導体チップの間に挟まれ、前記一端寄りに第３マニホールド、前記他端寄りに第４マニホールドがそれぞれ形成され、前記第３マニホールドから前記第４マニホールドに至る領域に延在する複数の第２溝が形成された第２マイクロチャネルチップと、前記第１半導体チップ、前記第１マイクロチャネルチップ及び前記第２半導体チップ内で厚さ方向に連続して形成され、前記第１マニホールドに繋がる第１アライメント穴と、前記第１半導体チップ、前記第１マイクロチャネルチップ及び前記第２半導体チップ内で厚さ方向に連続して形成され、前記第２マニホールドに繋がる第２アライメント穴と、前記第１半導体チップ、前記第１マイクロチャネルチップ、前記第２半導体チップ、前記第２マイクロチャネルチップ及び前記第３半導体チップ内で厚さ方向に連続して形成され、前記第３マニホールドに繋がる第３アライメント穴と、前記第１半導体チップ、前記第１マイクロチャネルチップ、前記第２半導体チップ、前記第２マイクロチャネルチップ及び前記第３半導体チップ内で厚さ方向に連続して形成され、前記第４マニホールドに繋がる第４アライメント穴と、前記第１アライメント穴に嵌め込まれ、前記第１マニホールドに繋がる第１開口部が形成された第１アライメント配管と、前記第２アライメント穴に嵌め込まれ、前記第２マニホールドに繋がる第２開口部を含む第２アライメント配管と、前記第３アライメント穴に嵌め込まれ、前記第３マニホールドに繋がる第３開口部が形成された第３アライメント配管と、前記第４アライメント穴に嵌め込まれ、前記第４マニホールドに繋がる第４開口部が形成された第４アライメント配管と、を有する半導体装置が提供される。
発明の目的および利点は、請求の範囲に具体的に記載された構成要素および組み合わせによって実現され達成される。前述の一般的な説明および以下の詳細な説明は、典型例および説明のためのものであって、本発明を限定するためのものではない、と理解されるものである。

本実施形態によれば、チップの積層構造のアライメントを容易にし、効果的な冷却を実現することができる。

図１は、実施形態に係る半導体装置の一例を一部断面で示した側面図である。 図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、実施形態に係る半導体装置の形成に使用されるチップを示す平面図である。 図３は、実施形態に係る半導体装置の一例を示す分解斜視図である。 図４は、実施形態に係る半導体装置におけるアライメント配管の開口部と積層チップ構造のマニホールドの位置関係の一例を示す側面図である。 図５は、実施形態に係る半導体装置の取り付け状態の一例を一部断面で示した側面図である。 図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、実施形態に係る半導体装置を取り付けるために使用される固定部の上面図、断面図、底面図である。 図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、実施形態に係る半導体装置のアライメント配管の第１のパーツを形成する工程を示す平面図である。 図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、実施形態に係る半導体装置のアライメント配管の第２のパーツを形成する工程を示す平面図である。 図９は、実施形態に係る半導体装置に使用されるアライメント配管のパーツの配置の一例を示す分解斜視図である。

以下に、図面を参照して実施形態を説明する。図面において、同様の構成要素には同じ参照番号が付されている。
図１は、実施形態に係る半導体装置の一例を一部断面で示した側面図である。図２（ａ）〜（ｃ）は、実施形態に係る半導体装置の形成に使用されるチップを示す平面図であり、それらのチップを互いに重ね合わせてＩ−Ｉ線に沿って切断した断面は図１のようになる。図３は、図１に示す半導体装置の分解斜視図を示している。

図１〜図３において、半導体装置１０は、順に重ねられる複数の半導体チップ１〜５と、半導体チップ１〜５の間に下から順に交互に挟まれる第１のマイクロチャネルチップ６、８と第２のマイクロチャネルチップ７、９を有している。第１、第２のマイクロチャネルチップ６〜９は、半導体チップ１〜５を冷却するために配置され、半導体チップ１〜５の半導体基板に熱膨張係数が近いか或いは同じ値の材料で形成することが好ましい。これは、半導体チップ１〜５内の半導体回路（不図示）が駆動時に発熱すると、半導体チップ１〜５と第１、第２のマイクロチャネルチップ６〜９の互いの接合部分に応力がかかるので、応力による接合の信頼性低下を防止するためである。

従って、互いの熱膨張係数が近いか同一の材料であれば、第１、第２のマイクロチャネルチップ６〜９の材料と半導体チップ１〜５の基板材料が同じである必要はない。なお、本実施形態では、半導体チップ１〜５の半導体基板と第１、第２のマイクロチャネルチップ６〜９はともにシリコンから形成される構造について説明する。

複数の半導体チップ１〜５は、図２（ａ）に示すように、中央に半導体回路部１ａ、２ａ、３ａ、４ａ、５ａを有し、その第１端寄り、第２端寄りの領域にはそれぞれ第１の周辺部１ｂ、２ｂ、３ｂ、４ｂ、５ｂと第２の周辺部１ｃ、２ｃ、３ｃ、４ｃ、５ｃを有している。複数の半導体チップ１〜５のそれぞれの四隅の近くには同じ位置で重ねられ、同じ形状及び大きさの流路口が形成されている。各々のチップにおける４つの流路口のうち、半導体チップ１〜５の１つの側部の近傍に形成される２つは第１、第２の冷媒供給用の流路口１ｄ〜５ｄ、１ｅ〜５ｅであり、別の側部の近傍に形成される残りの２つは第１、第２の冷媒排出用の流路口１ｆ〜５ｆ、１ｇ〜５ｇである。

第１のマイクロチャネルチップ６、８のうち半導体チップ１〜５の第１の冷媒供給用の流路口１ｄ〜５ｄに重ねられる部分には、図２（ｂ）に示すように、それらと同じ大きさの冷媒供給用の流路口６ｄ、８ｄが形成されている。また、第１のマイクロチャネルチップ６、８のうち半導体チップ１〜５の第２の冷媒排出用の流路口１ｇ〜５ｇに重ねられる部分には、それらと同じ大きさの冷媒排出用の流路口６ｇ、８ｇが形成されている。さらに、半導体チップ１〜５の第１の冷媒排出用の流路口１ｆ〜５ｆと第２の冷媒供給用の流路口１ｅ〜５ｅに重ねられる部分にはそれらと同じ大きさの流路口６ｆ、８ｆ、６ｅ、８ｅが形成されている。

さらに、第２のマイクロチャネルチップ７、９のうち半導体チップ１〜５の第２の冷媒供給用の流路口１ｅ〜５ｅと第１の冷媒排出用の流路口１ｆ〜５ｆに重なる部分のそれぞれには、図２（ｃ）に示すように、冷媒供給用流の路口７ｅ、９ｅと冷媒排出用の流路口７ｆ、９ｆが形成されている。さらに、半導体チップ１〜５の第１の冷媒供給用の流路口１ｄ〜５ｄ、第２の冷媒排出用の流路口１ｇ〜５ｇに重ねられる部分にはそれらと同じ大きさの流路口７ｄ、９ｄ、７ｇ、９ｇが形成されている。

これにより、第２のマイクロチャネルチップ７、９における冷媒供給用の流路口７ｅ、９ｅと冷媒排出用の流路口７ｆ、９ｆは、１つの対角線の方向に配置され、その対角線と交差する別の対角線の方向の流路口７ｄ、９ｄと流路口７ｇ、９ｇのそれぞれには、第１のマイクロチャネルチップ６、８の冷媒供給用の流路口６ｄ、８ｄと冷媒排出用の流路口６ｇ、８ｇが重ねて配置されている。

第１のマイクロチャネルチップの６、８うち半導体チップ１〜５の中央の半導体回路部１ａ〜５ａに重なる領域には、図２（ｂ）に示すように、複数のフィン６ｋ、８ｋの両側で冷媒の流路となる複数の溝６ａ、８ａが第１端から第２端方向に形成されている。溝６ａ、８ａ及びフィン６ｋ、８ｋは、第１のマイクロチャネルチップ６、７の一方の側部から他方の側部に向かって間隔をおいて複数形成されている。また、溝６ａ、８ａの底部には、複数のシリコン貫通ビア（ＴＳＶ：trough-silicon via）６ｖ、８ｖが形成されている。それらのＴＳＶ６ｖ、８ｖの上端には、その上の半導体チップ２、４の下面の複数のバンプ２ｕ、４ｕが接続される。また、ＴＳＶ６ｖ、８ｖの下端は、その下の半導体チップ１、３の上面の導電性パッド（不図示）に接続される。なお、最も下に配置される半導体チップ１の下面のバンプ１ｕは、プリント基板１５の上面の導電性パッド１５ａに接続される。

それらの溝６ａ、８ａの第１端は、第１のマイクロチャネルチップ６、８の第１端寄りの領域に形成された凹状の第１のマニホールド６ｂ、８ｂに繋がっている。また、複数の溝６ａ、８ａの第２端は、第１のマイクロチャネルチップ６、８の第２端寄りの領域に形成された凹状の第２のマニホールド６ｃ、８ｃに繋がっている。

第１のマニホールド６ｂ、８ｂと第２のマニホールド６ｃ、８ｃのそれぞれは、半導体チップ１〜５の第１の周辺領域１ｂと第２の周辺領域１ｃに重なる領域内に形成されている。また、第１のマニホールド６ｂ、８ｂ内には冷媒供給用の流路口６ｄ、８ｄが貫通し、第２のマニホールド６ｃ、８ｃ内には冷媒排出用の流路口６ｇ、８ｇが貫通した構造となっている。

第２のマイクロチャネルチップ７、９のうち半導体チップ１〜５の中央の半導体回路部１ａ〜５ａに重なる領域には、図２（ｃ）に示すように、複数のフィン７ｋ、９ｋの両側で冷媒の流路となる複数の溝７ａ、９ａが第１端から第２端方向に形成されている。溝７ａ、９ａ及びフィン７ｋ、９ｋは、第２のマイクロチャネルチップ７、９の一方の側部から他方の側部に向かって間隔をおいて複数形成されている。また、溝７ａ、９ａの底部には、図１に示すように、その上の半導体チップ３、５の下面の複数のバンプ３ｕ、５ｕが接続されるＴＳＶ７ｖ、９ｖが形成されている。ＴＳＶ７ｖ、９ｖは、第２のマイクロチャネルチップ７、９の下面に達し、その下の半導体チップ２、４の上面の導電性パッド（不図示）に接続するように形成されている。

それらの溝７ａ、９ａの第１端は、第２のマイクロチャネルチップ７、９の第１端寄り領域に形成された凹状の第３のマニホールド７ｂ、９ｂに繋がっている。また、複数の溝７ａ、９ａの第２端は、第２のマイクロチャネルチップ７、９の第２端寄り領域に形成された凹状の第４のマニホールド７ｃ、９ｃに繋がっている。

第３のマニホールド７ｂ、８ｂと第４のマニホールド６ｃ、８ｃは、半導体チップ１〜５の第１の周辺領域１ｂと第２の周辺領域１ｃにそれぞれ重なる位置に形成されている。また、第３のマニホールド７ｂ、９ｂには冷媒排出用の流路口７ｆ、９ｆが貫通し、第４のマニホールド７ｃ、９ｃには冷媒供給用の流路口７ｅ、９ｅが貫通した構造となっている。

なお、第１、第２のマイクロチャネルチップ６〜９内のＴＳＶ６ｖ、７ｖ、８ｖ、９ｖの形成位置は、フィン６ｋ、７ｋ、８ｋ、９ｋ内であってもよい。この場合、フィン６ｋ、７ｋ、８ｋ、９ｋの上端は、第１、第２のマイクロチャネルチップ６〜９の上面よりもバンプの厚さ程度に低く形成される。

第１のマイクロチャネルチップ６、８と第２のマイクロチャネルチップ７、９は、複数の半導体チップ１〜５の間に下から順に交互に重ねられて接合され、積層構造チップ１〜９となる。これにより、積層構造チップ１〜９の四隅の近傍で重なり合った流路口１ｄ〜１ｇ、…、９ｄ〜９ｇは、図１、図３に示すような四角柱状の第１〜第４のアライメント穴１０ａ〜１０ｄとなる。第１、第４のアライメント穴１０ａ、１０ｄのそれぞれの内周面には、第１のマイクロチャネルチップ６、８の第１、第２のマニホールド６ｂ、８ｂ、６ｃ、８ｃが繋がっている。同様に、第２、第３のアライメント穴１０ｂ、１０ｃのそれぞれの内周面には、第２のマイクロチャネルチップ７、９の第３、第４のマニホールド７ｂ、９ｂ、７ｃ、９ｃが繋がっている。

第１、第２のアライメント穴１０ａ、１０ｂは、冷媒を流入する流路であり、それらの中には、図３に示すように、冷媒流入管を兼ねた第１、第２のアライメント配管１１、１２がフィットして嵌め込まれる。また、第３、第４のアライメント穴１０ｃ、１０ｄは、冷媒を流出する流路であり、それらの中には、図３に示すように、冷媒流出管を兼ねた第３、第４のアライメント配管１３、１４がフィットして嵌め込まれる。

第１のアライメント配管１１において、図２（ｂ）、図３に示すように、第１のマイクロチャネルチップ６、８の第１のマニホールド６ｂ、８ｂに繋がる部分には、冷媒供給用開口部１１ａが形成されている。また、第２のアライメント配管１２において、第２のマイクロチャネルチップ７、９の第４のマニホールド７ｂ、９ｂに繋がる部分には、図３に示すように、冷媒供給用開口部１２ａが形成されている。

第３のアライメント配管１３において、図２（ｃ）、図３に示すように、第２のマイクロチャネルチップ７、９の第３のマニホールド７ｂ、９ｂに繋がる部分には、冷媒排出用開口部１３ａが形成されている。第４のアライメント配管１４において、第１のマイクロチャネルチップ６、８の第２のマニホールド６ｃ、８ｃに繋がる部分には、冷媒排出用開口部１４ａが形成されている。

ところで、図４（ａ）、（ｂ）に例示するように、第１のアライメント配管１１の冷媒導入用開口部１１ａと第１のマニホールド６ｂとの接続面積を調整し、それらの隙間を通る冷媒の流量配分を制御することができる。これについては、第２〜第４のアライメント配管１２〜１４でも同様である。

第１〜第４のアライメント配管１１〜１４の長さは、例えば上記の積層構造チップ１〜９の高さとほぼ同じに形成されている。また、それらの上端は開放され、下端は閉塞されて有底となっている。また、第１〜第４のアライメント配管１１〜１４の最上端は、最も上に配置される半導体チップ５の上面に対して段差なくほぼ平坦になるように取り付けられてもよい。また、第１〜第４のアライメント配管１１〜１４の下端は、最も下に配置される半導体チップ１の下面に対して段差無くほぼ平坦になるように取り付けられてもよいが、下に突出させる場合でもバンプ２ｕ〜５ｕとＴＳＶ１ｖ〜５ｖの接合を妨げない突出量とする。

第１〜第４のアライメント配管１１〜１４は、第１〜第４のマニホールド６ｂ〜９ｂ、６ｃ〜９ｃに繋がるアライメント穴１０ａ〜１０ｄに挿入されて嵌め込まれるので、第１、第２のマイクロチャネルチップ６〜９と同じ又はそれに近い熱膨張係数を有する材料から形成されることが望ましい。これにより、第１〜第４のアライメント配管１１〜１４とアライメント穴１０ａ〜１０ｄのさらなる気密接合が可能となり、冷媒のリークを効果的に抑制することができる。

上記のように複数の半導体チップ１〜５と第１のマイクロチャネルチップ６、８と第２のマイクロチャネルチップ７、９を有する半導体装置は三次元積層チップ構造を有している。

下から一番目、二番目に配置される半導体チップ１、２の間に接合される第１のマイクロチャネルチップ６における冷媒の流れの方向は図２（ｂ）の波線の矢印に示す方向に移動するように制御される。即ち、第１のマイクロチャネルチップ６の冷媒供給用流路口６ｄに嵌め込まれた第１のアライメント配管１１の冷媒供給用開口部１１ａから第１のマニホールド６ｂに冷媒を供給する。また、冷媒排出流路口６ｇに嵌め込まれた第４のアライメント配管１４の冷媒排出用開口部１４ａを通して第２のマニホールド６ｃ内の冷媒を外部に排出する。

従って、冷媒供給開口部１１ａを通して供給され、第１のマニホールド６ｂ内で拡散した冷媒は、複数の溝６ａ内を通して第２のマニホールド６ｃ内に到達し、そこで収集された冷媒は冷媒排出用開口部１４ａを通して排出される。これにより、複数の溝６ａ内を通る冷媒は、その上と下の半導体チップ１、２の半導体回路部１ａ、２ａから発生した熱とフィン６ｋなどを介して熱交換し、半導体チップ１、２を冷却する。そのような冷媒の流れの方向は、下から三番目と四番目の半導体チップ３、４の間に接合される第１のマイクロチャネルチップ８でも同様になる。

また、下から二番目、三番目に配置される半導体チップ２、３の間に接合される第２のマイクロチャネルチップ７における冷媒の流れの方向は、図２（ｃ）の破線の矢印に示す方向に移動するように制御される。即ち、第２のアライメント穴１０ｂに嵌め込まれた第２のアライメント配管１２の冷媒供給用開口部１２ａから第４のマニホールド７ｃに冷媒を供給する。また、第３のアライメント穴１０ｃに嵌め込まれた第３のアライメント配管１３の冷媒排出用開口部１３ａを通して第３のマニホールド７ｂ内の冷媒を排出する。

これにより、冷媒供給用開口部１２ａを通して供給され、第４のマニホールド７ｃで拡散した冷媒は、複数の溝７ａ内を通して第３のマニホールド７ｂに進み、そこで冷媒が冷媒排出用開口部１３ａを通して排出される。これにより、複数の溝７ａ内を通る冷媒は、その上と下の半導体チップ２、３の半導体回路部２ａ、３ａから発生した熱とフィン７ｋを介して熱交換し、半導体チップ１、２を冷却する。そのような冷媒の流れの方向は、下から四番目と五番目の半導体チップ４、５の間に接合される第２のマイクロチャネルチップ９も同様である。なお、上記の冷媒はポンプ（不図示）により供給、排出される。

以上のように、第１マイクロチャネルチップ６、８内には第１端から第２端に向かって冷媒が流れる一方、第２マイクロチャネルチップ７、９内にはそれとは逆方向に媒体が流れる。これにより、半導体チップ１〜５は、第１、第２のマイクロチャネルチップ６〜９によって冷却される。しかも、第１、第２のマイクロチャネルチップ６〜９に挟まれる下から二番目、三番目及び四番目の半導体チップ２〜４は、対向流により温度分布の温度差が解消されるように冷却される。さらに、最下の半導体チップ１と最上の半導体チップ５の露出面は空冷で冷却される。

冷媒となる熱交換用の液体として、本実施形態では純水を用いるが、これに限定されるものではなく、アルコール、フロンガスなどの有機溶媒を使用してもよく、また熱伝導率を上げるためにカーボンナノチューブ、ダイヤモンド粒などのフィラーを液体内に分散されてもよい。

なお、図１〜図３では、半導体チップ１〜５を５枚用意しているが、その層数は５に限られるものではなく、それよりも少なくても良いし、多くてもよい。

以上のように本実施形態によれば、複数の半導体チップ１〜５の間に配置するマイクロチャネルチップ６〜９においてマイクロチャネルの複数の溝６ａ〜９ａの両端に繋がるマニホールド６ｂ〜９ｂ、６ｃ〜９ｃを半導体チップ１〜５の両端寄りに形成している。さらに、マニホールド６ｂ〜９ｂ、６ｃ〜９ｃには、半導体チップ１〜５と同じ位置に流路口１ｄ〜１ｇ、２ｄ〜２ｇ、３ｄ〜３ｇ、４ｄ〜４ｇ、５ｄ〜５ｇを形成している。

また、半導体チップ１〜５の両端寄りにはそれぞれ冷媒供給用の流路口１ｄ、１ｅ、２ｄ、２ｅ、３ｄ、３ｅ、４ｄ、４ｅ、５ｄ、５ｅと冷媒排出用の流路口１ｆ、１ｇ、２ｆ、２ｇ、３ｆ、３ｇ、４ｆ、４ｇ、５ｆ、５ｇを形成している。このため、マイクロチャネルチップ６〜９の両端寄りのマニホールド６ｂ、６ｃ、７ｂ、７ｃ、８ｂ、８ｃ、９ｂ、９ｃに繋がる冷媒供給用の流路口６ｄ、８ｄ、７ｅ、９ｅと冷媒排出用の流路口６ｇ、８ｇ、７ｆ、９ｆの位置を半導体チップ１〜５の上記の流路口１ｄ〜１ｇ、２ｄ〜２ｇ、３ｄ〜３ｇ、４ｄ〜４ｇ、５ｄ〜５ｇに合わせることにより、第１又は第２のマイクロチャネルチップ６〜９内に流れる冷媒の向きを選択することができる。

ところで、積層される半導体チップ１〜５とマイクロチャネルチップ６〜９の流路口１ｄ〜１ｇ、２ｄ〜２ｇ、３ｄ〜３ｇ、４ｄ〜４ｇ、５ｄ〜５ｇ、６ｄ、８ｄ、６ｇ、８ｇ、７ｅ、７ｆ、９ｅ、９ｆには、冷媒を供給又は排出させる開口部１１ａ〜１４ａを有するアライメント配管１１〜１４を貫通させて位置合わせを行っている。半導体チップ１〜５とマイクロチャネルチップ６〜９は、例えば、それらの流路口１ｄ〜１ｇ、…、５ｄ〜５ｇをアライメント配管１１〜１４に嵌め込みながら下から順に重ね、接合する。

これにより、複数の半導体チップ１〜５と複数のマイクロチャネルチップ６〜９のアライメント（位置調整）が容易になり、さらに、各半導体チップ１〜５の上面と下面の少なくとも一方への冷媒の配分、冷媒の流れ方向を選択することが可能になる。以上により、冷却効率を高め、温度分布の温度差の縮小を図ることができる。

半導体チップ１〜５、マイクロチャネルチップ６〜９の互いの接合方法、およびアライメント配管１１〜１４と上記のアライメント穴１０ａ〜１０ｄの周囲の壁面との接合方法は特に限定されるものではない。但し、接合作業中に高い熱が半導体チップ１〜５に加わるとその内部の半導体回路の特性に変化を生じる恐れがあるので、できるだけ低温での接合が望ましい。そのような低温で接合する方法として、例えば、表面活性化法、常温接合法、原子拡散接合法などがあり、低い温度で強固な接合を可能にする。

表面活性化処理の方法は、接合される基板表面に例えばプラズマ処理、オゾン水処理、ＵＶオゾン処理、イオンビーム処理を施して接合する方法である。常温接合法として、例えば、接合される基板表面にイオンビームを照射する方法がある。原子拡散接合法は、例えば、接合される基板表面に超高真空中で微細結晶膜を形成し、それらの薄膜を真空中で重ね合わせる方法である。

その他の接合方法として、例えば、半導体チップ１〜５などの表面に形成されるシリコン酸化膜を親水化加工し、その水酸基を使って接合する酸化膜接合方法、或いは、金属原子の拡散を利用する金属接合法、或いはベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）のような樹脂材を経由しての接合方法などもある。また、アライメント配管１１〜１４内に流す冷媒への耐性が十分であれば、接着剤やシーラントによる接合部分に施してもよい。

アライメント配管に冷媒を供給、排出する方法として、例えば図５、図６に示すようなコールドプレート２１を半導体装置１０の上に取り付ける構造があり、コールドプレート２１について次に説明する。図５は、半導体装置１０の上にコールドプレート２１を装着した状態を一部断面で示す側面図であり、図６（ａ）〜（ｃ）は、コールドプレート２１の上面図、平面断面図、下面図である。なお、図５に示すコールドプレート２１は、図６（ａ）〜（ｃ）のII−II腺に沿った断面図を示している。

コールドプレート２１は、半導体装置１０と熱膨張係数が同一又は近い材料から形成することが好ましいのでシリコンから形成してもよいし、ステンレスのような金属から形成してもよく、半導体装置１０より大きな長方形の平面形状を有している。図６（ｃ）に示すコールドプレート２１の下部には、半導体装置１０の４つのアライメント穴１０ａ〜１０ｄのそれぞれに重ねられる第１、第２の供給口２２ａ、２２ｂと第１、第２の排出口２５ａ、２５ｂが形成されている。第１、第２の供給口２２ａ、２２ｂのそれぞれは半導体装置１０の第１、第２のアライメント穴１０ａ、１０ｂに一致する位置に形成される。また、第１、第２の排出口２５ａ、２５ｂのそれぞれは半導体装置１０のアライメント穴１０ｃ、１０ｄに一致する位置に形成される。

コールドプレート２１の内部には、図６（ｂ）に示すように、第１の供給口２２ａから第２の供給口２２ｂに至る中空の冷媒拡散室２３が形成され、さらに、第１の排出口２５ａから第２の排出口２５ｂに至る中空の冷媒収集室２６が形成されている。冷媒拡散室２３の中央の上部開口部には、図６（ａ）に示すように、外部の冷媒供給源（不図示）に繋がる第１結合管２４が接続されている。さらに、冷媒収集室２６の中央の上部開口部には、外部の冷媒回収源（不図示）に繋がる第２結合管２７が接続されている。

コールドプレート２１の四隅には、ねじ貫通口２１ａ〜２１ｄが形成されている。また、積層構造の半導体装置１０が搭載されたプリント基板１５は、図５に示すように、ボルスタープレート２８上に取り付けられる。ボルスタープレート２８のうち、コールドプレート２１の４つのねじ貫通口２１ａ〜２１ｄの直下には、ねじ穴２８ａ〜２８ｄが形成されている。また、プリント基板１５のうち、コールドプレート２１の４つのねじ貫通口２１ａ〜２１ｄのそれぞれの直下には、ねじ貫通口１５ａ〜１５ｄが形成されている。

コールドプレート２１のねじ貫通口２１ａ〜２１ｄには上からネジ２９ａ〜２９ｄの先端が挿入される。ねじ貫通口２１ａ〜２１ｄを通したネジ２９ａ〜２９ｄの先端は、プリント基板１５のネジ貫通孔１５ａ〜１５ｄを通してボルスタープレート２８のねじ穴２８ａ〜２８ｄにネジ締めされる。ネジ２９ａ〜２９ｄは、例えばバネネジであり、そのバネはコールドプレート２１の下面とプリント基板１５の上面の間に挟まれる。

コールドプレート２１の下面のうち第１、第２の排出口２２ａ、２２ｂの周囲とアライメント穴１０ａ、１０ｂの周囲の半導体チップ５の間にはＯリング３０ａ、３０ｂが挟まれて封止され、冷媒の漏れを防止している。同様に、第１、第２の排気口２５ａ、２５ｂの周囲のコールドプレート２１の下面と第３、第４のアライメント穴１０ｃ、１０ｄの周囲の半導体チップ５の間にはＯリング（不図示）が挟まれて封止され、冷媒の漏れを防止している。この場合、アライメント穴１０ａ〜１０ｄに嵌め込まれるアライメント配管１１〜１４の上端は、最上の半導体チップ５の上面と実質的に同じ平面上になるように調整される。以上により、コールドプレート２１とボルスタープレート２８と半導体装置１０は互いにリワーク可能な配管接続構造となる。

第１、第２の供給口２２ａ、２２ｂ、第１、第２の排出口２５ａ、２５ｂと半導体装置１０のアライメント配管１１〜１４の接続法にはどのような方法を用いてもよい。例えば、治具による固定の他に、上記のような表面活性化接合や常温接合法、或いは、樹脂や金属などを介する中間層接合を利用した接合法などでもよい。これらの方法によって、冷却用の流体の漏れなどを効果的に予防することが可能になる。

次に、アライメント配管１１〜１４の製造方法の一例を説明する。

まず、アライメント配管１１〜１４の作製に使用される基板は、半導体装置１０のアライメント穴１０ａ〜１０ｂに接合することを考慮して、それらの熱膨張係数に近い又は同一の材料を採用することが好ましい。ここでは、厚さが例えば５００μｍのシリコンウエハを使用する。シリコンウエハの厚みは、アライメント配管１１〜１４の部品となるチップを作製できる厚みがあれば特に限定されるものではない。

そのようなチップを作製するにあたり、シリコンチップの面同士を接合することを考慮し、両面ともに鏡面加工を施したシリコンウエハを用いることが好ましい。

アライメント配管１１〜１４は、上記のように三次元積層チップ１〜９と位置合わせするアライメント機能と、流体である冷媒の各マイクロチャネルチップ６〜９への流体配分機能を持つため、製品として高い寸法精度を持つ必要がある。このため、製造に際しては、半導体装置の製造工程に用いられる微細加工技術を採用することが好ましいが、これに限定されるものではない。即ち、精度を維持できるならどのような方法で加工してもよい。なお、以下の説明では半導体装置の製造プロセスを用いる作製法を示す。

まず、アライメント配管１１〜１４の製造に用いられるパーツを作製する。第１のパーツは、図３に示すアライメント配管１１〜１４の開口部１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａが形成される前面壁部３１ａである。第２のパーツは、アライメント配管１１〜１４のうち両側壁と底面に使用される側壁部及び底壁部３１ｂである。

次に、第１のパーツである前面壁部３１ａの形成方法の一例を図７（ａ）〜（ｃ）の平面図を参照して説明する。
まず、図７（ａ）に示すように、第１のシリコンウエハ３２上に、フォトレジスト３３をスピンコート法などにより例えば５μｍ程度の厚さに塗布する。フォトレジスト３３は、２０００ｒｐｍのスピンコートを行って塗布した後、１２０℃の加熱処理によりベークする。次に、フォトレジスト３３のうち第１のシリコンウエハ３２に縦横に複数配置されるアライメント配管領域３２ｐをそれぞれフォトリソグラフィ技術によりパターニングする。これにより、図７（ｂ）に示すように、流体を配分する開口部形成用の窓３３ａをフォトレジスト３３に形成する。さらに、フォトレジスト３３をマスクに使用し、窓３３ａを通して第１のシリコンウエハ３２が貫通するまでエッチングする。これにより、図７（ｃ）に示すように、アライメント配管領域３２ｐ内には複数の開口部１１ａが形成され、その後にフォトレジスト３３を除去する。エッチングの手法として、例えば深掘り反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ：Deep Reactive Ion Etching）法が好適に用いられる。

ＤＲＩＥ法は例えば誘導結合方式（ＩＣＰ）エッチング装置を使用し、第１のステップは、例えば、コイルパワー６００Ｗ、プロセスチャンバ内の圧力を１４．５Ｔｏｒｒ（１．９×１０^３Ｐａ）とし、Ｃ_４Ｆ_８ガスを１３０ｓｃｃｍの流量にして７．５秒間導入する処理を適応する。第２のステップとしては、例えば、コイルパワーを６００Ｗ、プロセスチャンバ内の圧力を１４．５Ｔｏｒｒ、基板へのＲＦパワーを３８０ｋＨｚで２３Ｗとした状態でＳＦ_６ガスを１３０ｓｃｃｍの流量にして７．５秒間導入する処理を適応する。この第１のステップと第２のステップを交互に繰り返すことで深堀エッチングは行われる。このようなエッチングは、ボッシュ法と呼ばれる。

次に、第２のパーツである側壁部及び底壁部３１ｂの形成方法の一例を図８（ａ）〜（ｃ）の平面図を参照して説明する。

まず、図８（ａ）に示すように、第２のシリコンウエハ３４上に、フォトレジスト３５をスピンコート法などにより例えば５μｍ程度の厚さに塗布する。フォトレジスト３５は、２０００ｒｐｍのスピンコートを行って塗布した後、１２０℃の加熱処理によりベークする。次に、フォトレジスト３５のうち第２のシリコンウエハ３４に縦横に配置されるアライメント配管領域３４ｐをそれぞれフォトリソグラフィ技術によりパターニングする。これにより、図８（ｂ）に示すように、流体を流す流路となる空洞部形成用の窓３５ａをフォトレジスト３５に形成する。さらに、フォトレジスト３５をマスクに使用し、窓３５ａを通して第２のシリコンウエハ３４が貫通するまでエッチングし、図８（ｃ）に示すように開口部３４ａを形成した後にフォトレジスト３５を除去する。エッチングの手法として、例えば上記と同様なＤＲＩＥ法が好適に用いられる。

その後に、図９に示すように、第３のシリコンウエハ３６の上に、第１のアライメント配管１１の奥行が設定値になるように、複数枚の第２のシリコンウエハ３４と第１のシリコンウエハ３２を重ねて接合する。この場合、複数枚の第２のシリコンウエハ３４は、流体の流路となる開口部３４ａ同士が一致するように重ねられる。また、複数のアライメント配管領域３２ｐ、３４ｐがずれないように位置を調整する。なお、第３のシリコンウエハ３６としてベアシリコンウエハを使用する。

第１、第２及び第３のシリコンウエハ３２，３４、３６の接合は温度による制約はないので、シリコン−シリコン直接接合で行うが、これに限定されるものでなく、十分な接合強度が取れる接合法ならどんな方法でもよい。例えば、上記のような表面活性化法、常温接合法、原子拡散接合法、シリコン酸化膜を親水化加工し、その水酸基を使っての酸化膜接合方法、金属原子の拡散を利用する金属接合、ＢＣＢのような樹脂材料を経由しての接合する方法などを採用してもよい。

第１、第２及び第３のシリコンウエハ３２、３４、３６の接合を終えた後に、アライメント配管領域３２ｐ、３４ｐの境界に沿ってダイシングにより切り出しを行い、図３に示すような第１のアライメント配管１１を完成させる。以上の方法は、第２〜第４のアライメント配管１２〜１４を形成する際にも同様に採用する。

このように作製されたアライメント配管１１〜１４に半導体チップ１、第１のマイクロチャネルチップ６、半導体チップ３のそれぞれの流路口１ｄ〜１ｇ、６ｄ〜６ｇ、３ｄ〜３ｇを順に嵌め込む。同様に、位置合わせを行いながら、第２のマイクロチャネルチップ６、半導体チップ３を重ね合わせる。これを繰り返して上記の積層構造チップ１〜９を形成する。このような三次元積層チップの積層部接合法はチップが破壊される温度がかからなければどのような方法を用いてもよい。例えば、上述したような表面活性化接合、水酸基を利用した酸化膜接合、樹脂や金属を使用した中間層接合が用いてもよい。

以上のような方法により形成されたアライメント配管１１〜１４は、半導体チップ１〜５、第１、第２のマイクロチャネルチップ６〜９の積層を行うときに位置決めツールとしても使用が可能になる。従って、両面アライナーのような精密で複雑な位置決め機構の使用は不要になる。以上の方法によれば、容易に三次元積層のチップ状の半導体装置１０を作製することが可能である。

このように作製された三次元積層チップ１〜９を有する半導体装置１０は、半導体チップ１〜５及びマイクロチャネルチップ６〜９の流路口６ｄ、６ｇ、７ｃ、７ｆ、８ｄ、８ｇ、９ｃ、９ｆと一体化されたマニホールド６ｂ、６ｃ、７ｂ、７ｃ、８ｂ、８ｃ、９ｂ、９ｃと、熱膨張係数の同じ材料で作製されたアライメント配管１１〜１４で接合されるため、熱がかかってもリークのない強い密着性を維持することができる。また、アライメント配管１１〜１４内の流路の大きさや開口部１１ａ〜１４ａなどの設計調整により各チップに送り込む冷媒の配分の調整が可能であり、さらに各チップの流れの方向を自由に決めることが可能になる。その結果、マイクロチャネル６〜９による冷却性能が向上し、チップの温度分布の温度差を小さくすることができる。

なお、半導体チップ１〜５の半導体回路の形成方法は特に限定されるものではなく、例えば、シリコン基板の上にポリシリコン膜、絶縁膜、金属膜などを形成し、それらの膜をフォトリソグラフィ技術、エッチング技術などにより順次パターニングするなどの方法により形成される。また、マイクロチャネルチップ６〜９の溝６ａ、７ａ、８ａ、９ａやマニホールド６ｂ、６ｃ、７ｂ、７ｃ、８ｂ、８ｃ、９ｂ、９ｃは、例えば、シリコン基板の上にマスクとしてレジストパターンを形成し、レジストパターンに覆われない溝領域、マニホールド領域をエッチングすることにより形成される。また、半導体チップ１〜５の流路口１ｅ〜１ｇ、…、５ｅ〜５ｇと、マイクロチャネルチップ６〜９の流路口６ｄ〜６ｇ、…、９ｄ〜９ｇは、レジストパターンを使用し、マニホールドの一部を上記のＤＲＩＥ法などによりエッチングすることにより形成される。

ここで挙げた全ての例および条件的表現は、発明者が技術促進に貢献した発明および概念を読者が理解するのを助けるためのものであり、ここで具体的に挙げたそのような例および条件に限定することなく解釈され、また、明細書におけるそのような例の編成は本発明の優劣を示すこととは関係ない。本発明の実施形態を詳細に説明したが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、それに対して種々の変更、置換および変形を施すことができると理解される。

次に、実施形態について付記する。
（付記１）第１半導体チップの上に積層される第２半導体チップと、前記第１半導体チップと前記第２半導体チップの間に挟まれ、一端寄りに第１マニホールド、他端寄りに第２マニホールドがそれぞれ形成され、前記第１マニホールドから前記第２マニホールドに至る領域に延在する複数の第１溝が形成された第１マイクロチャネルチップと、前記第１半導体チップ、前記第１マイクロチャネルチップ及び前記第２半導体チップの厚さ方向に連続して形成され、前記第１マニホールドに繋がる第１アライメント穴と、前記第１半導体チップ、前記第１マイクロチャネルチップ及び前記第２半導体チップの厚さ方向に連続して形成され、前記第２マニホールドに繋がる第２アライメント穴と、前記第１アライメント穴に嵌め込まれ、前記第１マニホールドに繋がる第１開口部が形成された第１アライメント配管と、前記第２アライメント穴に嵌め込まれ、前記第２マニホールドに繋がる第２開口部を含む第２アライメント配管と、を有する半導体装置。
（付記２）前記第２半導体チップの上に積層される第３半導体チップと、前記第２半導体チップと前記第３半導体チップの間に挟まれ、前記一端寄りに第３マニホールド、前記他端寄りに第４マニホールドがそれぞれ形成され、前記第３マニホールドから前記第４マニホールドに至る領域に延在する複数の第２溝が形成された第２マイクロチャネルチップと、前記第１半導体チップ、前記第１マイクロチャネルチップ、前記第２半導体チップ、前記第２マイクロチャネルチップ及び前記第３半導体チップ内で厚さ方向に連続して形成され、前記第３マニホールドに繋がる第３アライメント穴と、前記第１半導体チップ、前記第１マイクロチャネルチップ、前記第２半導体チップ、前記第２マイクロチャネルチップ及び前記第３半導体チップ内で厚さ方向に連続して形成され、前記第４マニホールドに繋がる第４アライメント穴と、前記第３アライメント穴に嵌め込まれ、前記第３マニホールドに繋がる第３開口部が形成された第３アライメント配管と、 前記第４アライメント穴に嵌め込まれ、前記第４マニホールドに繋がる第４開口部が形成された第４アライメント配管と、を有することを特徴とする付記１に記載の半導体装置。
（付記３）前記第１アライメント穴と前記第２アライメント穴は前記第２マイクロチャネルチップと前記第３半導体チップにも形成され、前記第１マイクロチャネルチップと前記第２半導体チップと前記第２マイクロチャネルチップと前記第３半導体チップは、前記第１半導体チップの上に繰り返して複数形成されることを特徴とする付記２に記載の半導体装置。
（付記４）前記第１アライメント穴から前記第２アライメント穴への第１の方向は、前記第４アライメント穴から前記第４アライメント穴への第２の方向と交差することを特徴とする付記２又は付記３に記載の半導体装置。
（付記５）前記第１アライメント配管は、第１熱交換媒体を前記第１マイクロチャネルチップの前記第１マニホールドに供給する第１供給管であり、前記第２アライメント配管は、前記第１熱交換媒体を前記第１マイクロチャネルチップの前記第２マニホールドから排出させる第１排出管であり、前記第４アライメント配管は、前記第２熱交換媒体を前記第２マイクロチャネルチップの前記第４マニホールドに供給する第２供給管であり、前記第３アライメント配管は、第２熱交換媒体を前記第２マイクロチャネルチップの前記第３マニホールドから排出させる第２排出管であることを特徴とする付記２乃至付記４のいずれか１つに記載の半導体装置。
（付記６）前記第１半導体チップ、前記第２半導体チップ及び前記第３半導体チップが形成される複数の基板と前記第１マイクロチャネルチップ及び前記第２マイクロチャネルチップは、同じ熱膨張率の材料から形成されることを特徴とする付記２乃至付記５のいずれか１つに記載の半導体装置。
（付記７）前記第１マイクロチャネルチップ及び前記第２マイクロチャネルチップにおいて、前記第１溝、前記第２溝のそれぞれの下の層には、導電性の貫通ビアが形成されていることを特徴とする付記２乃至付記５のいずれか１つに記載の半導体装置。
（付記８）一方の端部寄りに形成された第１の流路口と、他方の端部寄りに形成された第２流路口を有する第１半導体チップと、前記第１流路口に重なる第３流路口と、前記第２流路口に重なる第４流路口が形成された第２半導体チップと、前記第１流路口に重なる第５流路口と、前記第２流路口に重なる第６流路口と、前記第５流路口に繋がる第１マニホールドと、前記第６流路口に繋がる第２マニホールドが形成され、前記第１マニホールドから前記第２マニホールドに至る領域に延在する複数の第１溝が形成された第１マイクロチャネルチップと、前記第１マニホールドに繋がる大きさの第１開口部を有する第１アライメント配管と、前記第２マニホールドに繋がる大きさの第２開口部を有する第２アライメント配管と、を用意し、前記第１マニホールドに前記第１開口部を位置合わせし、前記第１アライメント配管に、前記第１流路口、前記第５流路口、前記第３流路口を順に嵌め込み、前記第２マニホールドに前記第２開口部を位置合わせし、前記第２アライメント配管に、前記第２流路口、前記第６流路口、前記第４流路口を順に嵌め込み、前記第１半導体チップの上に前記第１マイクロチャネルチップと前記第２半導体チップを順に積層して接合する工程を含む半導体装置の製造方法。
（付記９）一方の端部寄りに形成された第７流路口と、他方の端部寄りに形成された第８流路口を有する第３半導体チップと、前記第７流路口に重なる第９流路口と、前記第８流路口に重なる第１０流路口と、前記第８流路口に繋がる第３マニホールドと、前記第１０流路口に繋がる第４マニホールドが形成され、前記第４マニホールドから前記第３マニホールドに至る領域に延在する複数の第２溝が形成された第２マイクロチャネルチップと、前記第３マニホールドに繋がる大きさの第３開口部を有する第３アライメント配管と、前記第４マニホールドに繋がる大きさの第４開口部を有する第４アライメント配管と、を用意し、前記第３マニホールドに前記第３開口部を合わせて、前記第７流路口、前記第９流路口に前記第３アライメント配管を嵌め込み、前記第４マニホールドに前記第４開口部を合わせて、前記第８流路口、前記第１０流路口に第４アライメント配管を嵌め込み、前記第２半導体チップの上に前記第２マイクロチャネルチップと前記第３半導体チップを順に積層して接合する工程を含む付記８に記載の半導体装置の製造方法。
（付記１０）前記第１アライメント配管は、前記第２マイクロチャネルチップ、前記第３半導体チップにそれぞれ形成された第１１流路口、第１２流路口に嵌め込まれ、前記第２アライメント配管は、前記第２マイクロチャネルチップ、前記第３半導体チップにそれぞれ形成された第１３流路口、第１４流路口に嵌め込まれ、前記第３アライメント配管は、前記第１半導体チップ、前記第１マイクロチャネルチップ、前記第２半導体チップにそれぞれ形成された第１５流路口、第１６流路口、第１７流路口に嵌め込まれ、前記第４アライメント配管は、前記第１半導体チップ、前記第１マイクロチャネルチップ、前記第２半導体チップにそれぞれ形成された第１８流路口、第１９流路口、第２０流路口に嵌め込まれることを特徴とする付記９に記載の半導体装置の製造方法。

１〜５ 半導体チップ
１ａ、２ａ、３ａ、４ａ、５ａ 半導体回路部
１ｅ、２ｅ、３ｅ、４ｅ、５ｅ 冷媒供給用の流路口
１ｅ、２ｅ、３ｅ、４ｅ、５ｅ 冷媒供給用の流路口
１ｆ、２ｆ、３ｆ、４ｆ、５ｆ 冷媒排出用の流路口
１ｇ、２ｇ、３ｇ、４ｇ、５ｇ 冷媒排出用の流路口
６〜９ マイクロチャネルチップ
６ａ、７ａ、８ａ、９ａ 溝
６ｂ、７ｂ、８ｂ、９ｂ マニホールド
６ｃ、７ｃ、８ｃ、９ｃ マニホールド
６ｄ、６ｅ、８ｄ、８ｅ 冷媒供給用の流路口
６ｆ、６ｇ、８ｆ、８ｇ 冷媒排出用の流路口
７ｄ、７ｅ、９ｄ、９ｅ 冷媒供給用の流路口
７ｆ、７ｇ、９ｆ、９ｇ 冷媒排出用の流路口
６ｅ、６ｆ、８ｅ、８ｆ 流路口
７ｄ、７ｇ、９ｄ、９ｇ 流路口
１０ 半導体装置
１０ａ〜１０ｄ アライメント穴
１１〜１４ アライメント配管
１５ プリント基板
２１ コールドプレート
２８ ボルスタープレート

Claims (5)

1. 第１半導体チップに積層される第２半導体チップと、
   前記第１半導体チップと前記第２半導体チップの間に挟まれ、一端寄りに第１マニホールド、他端寄りに第２マニホールドがそれぞれ形成され、前記第１マニホールドから前記第２マニホールドに至る領域に延在する複数の第１溝が形成された第１マイクロチャネルチップと、
   前記第２半導体チップに積層される第３半導体チップと、
   前記第２半導体チップと前記第３半導体チップの間に挟まれ、前記一端寄りに第３マニホールド、前記他端寄りに第４マニホールドがそれぞれ形成され、前記第３マニホールドから前記第４マニホールドに至る領域に延在する複数の第２溝が形成された第２マイクロチャネルチップと、
   前記第１半導体チップ、前記第１マイクロチャネルチップ及び前記第２半導体チップ内で厚さ方向に連続して形成され、前記第１マニホールドに繋がる第１アライメント穴と、
   前記第１半導体チップ、前記第１マイクロチャネルチップ及び前記第２半導体チップ内で厚さ方向に連続して形成され、前記第２マニホールドに繋がる第２アライメント穴と、
   前記第１半導体チップ、前記第１マイクロチャネルチップ、前記第２半導体チップ、前記第２マイクロチャネルチップ及び前記第３半導体チップ内で厚さ方向に連続して形成され、前記第３マニホールドに繋がる第３アライメント穴と、
   前記第１半導体チップ、前記第１マイクロチャネルチップ、前記第２半導体チップ、前記第２マイクロチャネルチップ及び前記第３半導体チップ内で厚さ方向に連続して形成され、前記第４マニホールドに繋がる第４アライメント穴と、
   前記第１アライメント穴に嵌め込まれ、前記第１マニホールドに繋がる第１開口部が形成された第１アライメント配管と、
   前記第２アライメント穴に嵌め込まれ、前記第２マニホールドに繋がる第２開口部を含む第２アライメント配管と、
   前記第３アライメント穴に嵌め込まれ、前記第３マニホールドに繋がる第３開口部が形成された第３アライメント配管と、
   前記第４アライメント穴に嵌め込まれ、前記第４マニホールドに繋がる第４開口部が形成された第４アライメント配管と、
   を有する半導体装置。
2. 前記第１アライメント配管は、第１熱交換媒体を前記第１マイクロチャネルチップの前記第１マニホールドに供給する第１供給管であり、
   前記第２アライメント配管は、前記第１熱交換媒体を前記第１マイクロチャネルチップの前記第２のマニホールドから排出させる第１排出管であり、
   前記第４アライメント配管は、第２熱交換媒体を前記第２マイクロチャネルチップの前記第４マニホールドに供給する第２供給管であり、
   前記第３アライメント配管は、前記第２熱交換媒体を前記第２マイクロチャネルチップの前記第３マニホールドから排出させる第２排出管である
   ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記第１マイクロチャネルチップを貫通して形成された第１ビアと、
   前記第１半導体チップと前記第１ビアを接続する第１バンプと、
   前記第２マイクロチャネルチップを貫通して形成された第２ビアと、
   前記第２半導体チップと前記第２ビアを接続する第２バンプと、
   を有する請求項１又は請求項２に記載の半導体装置。
4. 一方の端部寄りに形成された第１流路口と、他方の端部寄りに形成された第２流路口を有する第１半導体チップと、
   前記第１流路口に重なる第３流路口と、前記第２流路口に重なる第４流路口が形成された第２半導体チップと、
   前記第１流路口に重なる第５流路口と、前記第２流路口に重なる第６流路口と、前記第５流路口に繋がる第１マニホールドと、前記第６流路口に繋がる第２マニホールドと、前記第１マニホールドから前記第２マニホールドに至る領域に延在する複数の第１溝が形成された第１マイクロチャネルチップと、
   前記一方の端部寄りに形成された第７流路口と、前記第７流路口から間隔をおいて前記第３流路口に重なる第８流路口と、前記他方の端部寄りに形成された第９流路口と、前記第９流路口から間隔をおいて前記第４流路口に重なる第１０流路口と、前記第７流路口に繋がる第３マニホールドと、前記第９流路口に繋がる第４マニホールドと、前記第４マニホールドから前記第３マニホールドに至る領域に延在する複数の第２溝が形成された第２マイクロチャネルチップと、
   前記第７流路口に重なる第１１流路口と、前記第９流路口に重なる第１２流路口と、前記第８流路口に重なる第１３流路口と、前記第１０流路口に重なる第１４流路口を有する第３半導体チップと、
   前記第１マニホールドに繋がる大きさの第１開口部を有する第１アライメント配管と、
   前記第２マニホールドに繋がる大きさの第２開口部を有する第２アライメント配管と、
   前記第３マニホールドに繋がる大きさの第３開口部を有する第３アライメント配管と、
   前記第４マニホールドに繋がる大きさの第４開口部を有する第４アライメント配管と、
   を用意し、
   前記第１アライメント配管を、順に重ねられる前記第１流路口、前記第５流路口、前記第３流路口、前記第８流路口、前記第１３流路口に嵌め込み、
   前記第２アライメント配管を、順に重ねられる前記第２流路口、前記第６流路口、前記第４流路口、第１０流路口、前記第１４流路口に嵌め込み、
   前記第３アライメント配管を前記第７流路口、前記第１１流路口に嵌め込み、
   前記第４アライメント配管を前記第９流路口、前記第１２流路口に嵌め込み、
   前記第１半導体チップ、前記第１マイクロチャネルチップ、前記第２半導体チップ、前記第２マイクロチャネルチップ及び前記第３半導体チップを順に積層して互いを接合する
   工程を含む半導体装置の製造方法。
5. 前記第１マイクロチャネルチップを貫通して形成された第１ビアと、前記第１半導体チップに設けられた第１バンプとを接続し、
   前記第２マイクロチャネルチップを貫通して形成された第２ビアと、前記第２半導体チップに設けられた第２バンプとを接続する
   工程を有する請求項４に記載の半導体装置の製造方法。

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