(57)【要約】【課題】信頼性の向上が図られた半導体装置及びバンプ付き基板、並びにそのような半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】半導体装置は、互いに向かい合う支持体及び半導体チップの一方である第１要素と、支持体及び半導体チップの他方である第２要素と、第１要素上に配置された第１バンプ電極４１と、第２要素上に配置され、第１バンプ電極４１に接合された第２バンプ電極と、を備える。第１バンプ電極４１には、第１要素と第２要素とが向かい合う対向方向に開口した開口部４２と、開口部４２から延在する間隙部４３と、が設けられている。開口部４２は、第１要素に近づくほど開口部４２の面積が小さくなる形状を有している。第２バンプ電極は、開口部４２に配置されており、第２バンプ電極の先端部は、間隙部４３に入り込み、間隙部４３の内面４３ａに接合されている。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに向かい合う支持体及び半導体チップの一方である第１要素と、
前記支持体及び前記半導体チップの他方である第２要素と、
前記第１要素上に配置された第１バンプ電極と、
前記第２要素上に配置され、前記第１バンプ電極に接合された第２バンプ電極と、を備え、
前記第１バンプ電極には、前記第１要素と前記第２要素とが向かい合う対向方向に開口した開口部と、前記開口部から延在する間隙部と、が設けられており、
前記開口部は、前記第１要素に近づくほど前記開口部の面積が小さくなる形状を有し、
前記第２バンプ電極は、前記開口部に配置されており、前記第２バンプ電極の先端部は、前記間隙部に入り込み、前記間隙部の内面に接合されている、半導体装置。
【請求項２】
前記第２バンプ電極の高さは、前記第１バンプ電極の高さよりも高い、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第２バンプ電極の外面は、前記第２バンプ電極が先細りになるように傾斜すると共に前記第１バンプ電極に接合された傾斜面を含んでいる、請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
金属により構成され、前記第１要素と前記第１バンプ電極との間に配置された下地層を更に備え、
前記第２バンプ電極の先端部は、前記下地層に接合されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第２バンプ電極の先端部は、前記開口部の底面に至っている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記対向方向において第１距離だけ前記第１要素から離れた位置における前記第２バンプ電極の前記間隙部への入り込み量は、前記対向方向において第１距離よりも大きい第２距離だけ前記第１要素から離れた位置における前記第２バンプ電極の前記間隙部への入り込み量よりも多い、請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記間隙部は、前記開口部から前記第１バンプ電極の外部まで延在している、請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記第１バンプ電極及び前記第２バンプ電極は、前記第２バンプ電極が前記開口部に配置されると、前記対向方向に垂直な第１方向、並びに、前記対向方向及び前記第１方向に垂直な第２方向の少なくとも一方における両側への前記第２バンプ電極の前記第１バンプ電極に対する移動が規制されるように、構成されている、請求項１〜７のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記第１バンプ電極は、前記対向方向から見た場合に、Ｃ字状に形成されている、請求項１〜８のいずれか一項の半導体装置。
【請求項１０】
前記第１バンプ電極は、少なくとも一対設けられており、
前記一対の第１バンプ電極の前記間隙部は、互いに向かい合っている、請求項９に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記第１バンプ電極は、互いの間に前記開口部及び前記間隙部が画定されるように配置された少なくとも３つの柱状バンプによって構成されている、請求項１〜８のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１２】
基板と、
前記基板の表面上に配置されたバンプ電極と、を備え、
前記バンプ電極には、前記表面に垂直な方向に開口した開口部と、前記開口部から延在する間隙部と、が設けられており、
前記開口部は、前記基板に近づくほど前記開口部の面積が小さくなる形状を有している、バンプ付き基板。
【請求項１３】
金属により構成され、前記基板と前記バンプ電極との間に配置された下地層を更に備える、請求項１２に記載のバンプ付き基板。
【請求項１４】
前記間隙部は、前記開口部から前記バンプ電極の外部まで延在している、請求項１２又は１３に記載のバンプ付き基板。
【請求項１５】
前記バンプ電極は、前記表面に垂直な方向から見た場合に、Ｃ字状に形成されている、請求項１２〜１４いずれか一項のバンプ付き基板。
【請求項１６】
前記バンプ電極は、少なくとも一対設けられており、
前記一対のバンプ電極の前記間隙部は、互いに向かい合っている、請求項１５に記載のバンプ付き基板。
【請求項１７】
前記バンプ電極は、互いの間に前記開口部及び前記間隙部が画定されるように配置された少なくとも３つの柱状バンプによって構成されている、請求項１３〜１５のいずれか一項に記載のバンプ付き基板。
【請求項１８】
支持体及び半導体チップの一方であり、第１バンプ電極が配置された第１要素、及び前記支持体及び前記半導体チップの他方であり、第２バンプ電極が配置された第２要素を用意する第１ステップと、
前記第１ステップの後に、前記第１バンプ電極と前記第２バンプ電極とを互いに接合する第２ステップと、を備え、
前記第１ステップで用意される前記第１要素及び前記第２要素において、前記第１バンプ電極には、前記第１要素と前記第２要素とが向かい合う対向方向に開口した開口部と、前記開口部から延在する間隙部と、が設けられており、前記開口部は、前記第１要素に近づくほど前記開口部の面積が小さくなる形状を有しており、
前記第２ステップでは、前記第２バンプ電極を前記開口部に配置することにより、前記第２バンプ電極の先端部を前記間隙部に入り込ませて前記間隙部の内面に接合させる、半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
前記第１ステップで用意される前記第１要素及び前記第２要素において、前記第２バンプ電極の高さは、前記第１バンプ電極の高さよりも高い、請求項１８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２０】
前記第１ステップで用意される前記第１要素及び前記第２要素において、前記第２バンプ電極の先端は、前記開口部の開口縁よりも大きい、請求項１８又は１９に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置、バンプ付き基板、及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置として、バンプ電極を介して支持体上に半導体チップが実装されたものが知られている（例えば特許文献１参照）。そのような半導体装置の製造に際しては、支持体及び半導体チップの各々にバンプ電極を設けておき、それらのバンプ電極同士を接合することによって支持体上に半導体チップを実装する場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３１１０４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したような製造工程では、バンプ電極同士を接触させた際に、例えばバンプ電極同士が接触面において滑ることで、バンプ電極の位置がずれるおそれがある。バンプ電極の位置がずれると、例えば、当該バンプ電極が、近くに配置された他のバンプ電極と接触して短絡してしまうことがある。そのような事態は、バンプ電極が狭ピッチで配列されている場合に特に生じ易い。信頼性の向上のためには、バンプ電極の位置ずれを抑制することが求められる。
【０００５】
本発明は、信頼性の向上が図られた半導体装置及びバンプ付き基板、並びにそのような半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の半導体装置は、互いに向かい合う支持体及び半導体チップの一方である第１要素と、支持体及び半導体チップの他方である第２要素と、第１要素上に配置された第１バンプ電極と、第２要素上に配置され、第１バンプ電極に接合された第２バンプ電極と、を備え、第１バンプ電極には、第１要素と第２要素とが向かい合う対向方向に開口した開口部と、開口部から延在する間隙部と、が設けられており、開口部は、第１要素に近づくほど開口部の面積が小さくなる形状を有し、第２バンプ電極は、開口部に配置されており、第２バンプ電極の先端部は、間隙部に入り込み、間隙部の内面に接合されている。
【０００７】
この半導体装置では、第１バンプ電極には、第１要素と第２要素とが向かい合う対向方向に開口した開口部と、開口部から延在する間隙部とが設けられており、第２バンプ電極が開口部に配置されており、第２バンプ電極の先端部が間隙部に入り込んで間隙部の内面に接合されている。これにより、第１バンプ電極と第２バンプ電極とを接合する際に、第２バンプ電極を開口部に配置することで、第１バンプ電極及び第２バンプ電極の位置がずれるのを抑制することができる。そのため、第１バンプ電極と第２バンプ電極とを精度良く接合することができる。また、第２バンプ電極の先端部が間隙部に入り込んで間隙部の内面に接合されているため、第１バンプ電極と第２バンプ電極との間の接合強度を向上することができる。更に、開口部が、第１要素に近づくほど開口部の面積が小さくなる形状を有しているため、第２バンプ電極の先端部が間隙部に入り込むように変形し易くなっている。これにより、第１バンプ電極と第２バンプ電極との間の接合強度を一層向上することができる。以上により、この半導体装置によれば、信頼性の向上を図ることができる。
【０００８】
本発明の半導体装置では、第２バンプ電極の高さは、第１バンプ電極の高さよりも高くてもよい。この場合、第２バンプ電極の先端部が間隙部に入り込むように変形し易くなり、第１バンプ電極と第２バンプ電極との間の接合強度をより一層向上することができる。
【０００９】
本発明の半導体装置では、第２バンプ電極の外面は、第２バンプ電極が先細りになるように傾斜すると共に開口部の内面に接合された傾斜面を含んでいてもよい。この場合、第２バンプ電極の先端部が間隙部に入り込むように変形し易くなり、第１バンプ電極と第２バンプ電極との間の接合強度をより一層向上することができる。
【００１０】
本発明の半導体装置は、金属により構成され、第１要素と第１バンプ電極との間に配置された下地層を更に備え、第２バンプ電極の先端部は、下地層に接合されていてもよい。この場合、第１バンプ電極と第２バンプ電極とを一層確実に電気的に接続することができる。
【００１１】
本発明の半導体装置では、第２バンプ電極の先端部は、開口部の底面に至っていてもよい。この場合、第１バンプ電極と第２バンプ電極とを一層好適に接合することができる。
【００１２】
本発明の半導体装置では、対向方向において第１距離だけ第１要素から離れた位置における第２バンプ電極の間隙部への入り込み量は、対向方向において第１距離よりも大きい第２距離だけ第１要素から離れた位置における第２バンプ電極の間隙部への入り込み量よりも多くてもよい。この場合、第１バンプ電極と第２バンプ電極との間の接合強度をより一層向上することができる。
【００１３】
本発明の半導体装置では、間隙部は、開口部から第１バンプ電極の外部まで延在していてもよい。この場合、例えばリフトオフ法により第１バンプ電極を形成することができ、第１バンプ電極を容易に形成することができる。
【００１４】
本発明の半導体装置では、第１バンプ電極及び第２バンプ電極は、第２バンプ電極が開口部に配置されると、対向方向に垂直な第１方向、並びに、対向方向及び第１方向に垂直な第２方向の少なくとも一方における両側への第２バンプ電極の第１バンプ電極に対する移動が規制されるように、構成されていてもよい。この場合、第１バンプ電極と第２バンプ電極とを一層精度良く接合することができる。
【００１５】
本発明の半導体装置では、第１バンプ電極は、対向方向から見た場合に、Ｃ字状に形成されていてもよい。この場合、信頼性の向上を図ることができるとの上記作用効果が顕著に奏される。
【００１６】
本発明の半導体装置では、第１バンプ電極は、少なくとも一対設けられており、一対の第１バンプ電極の間隙部は、互いに向かい合っていてもよい。この場合、第１バンプ電極と第２バンプ電極とをより一層精度良く接合することができる。
【００１７】
本発明の半導体装置では、第１バンプ電極は、互いの間に開口部及び間隙部が画定されるように配置された少なくとも３つの柱状バンプによって構成されていてもよい。この場合、信頼性の向上を図ることができるとの上記作用効果が顕著に奏される。
【００１８】
本発明のバンプ付き基板は、基板と、基板の表面上に配置されたバンプ電極と、を備え、バンプ電極には、表面に垂直な方向に開口した開口部と、開口部から延在する間隙部と、が設けられており、開口部は、基板に近づくほど開口部の面積が小さくなる形状を有している。
【００１９】
このバンプ付き基板では、バンプ電極（以下、「第１バンプ電極」とも記す）には、基板に垂直な方向に開口した開口部と、開口部から延在する間隙部とが設けられている。これにより、例えば半導体チップに設けられた他のバンプ電極（以下、「第２バンプ電極」とも記す）と第１バンプ電極とを接合する際に、第２バンプ電極を開口部に配置することで、第１バンプ電極及び第２バンプ電極の位置がずれるのを抑制することができる。そのため、第１バンプ電極と第２バンプ電極とを精度良く接合することができる。また、第１バンプ電極と第２バンプ電極とを接合する際に、第２バンプ電極の先端部を間隙部に入り込ませて間隙部の内面に接合させることができる。その結果、第１バンプ電極と第２バンプ電極との間の接合強度を向上することができる。更に、開口部が、基板に近づくほど開口部の面積が小さくなる形状を有しているため、第２バンプ電極の先端部が間隙部に入り込むように変形し易くなっている。これにより、第１バンプ電極と第２バンプ電極との間の接合強度を一層向上することができる。以上により、このバンプ付き基板によれば、信頼性の向上を図ることができる。
【００２０】
本発明の半導体装置の製造方法は、支持体及び半導体チップの一方であり、第１バンプ電極が配置された第１要素、及び支持体及び半導体チップの他方であり、第２バンプ電極が配置された第２要素を用意する第１ステップと、第１ステップの後に、第１バンプ電極と第２バンプ電極とを互いに接合する第２ステップと、を備え、第１ステップで用意される第１要素及び第２要素において、第１バンプ電極には、第１要素と第２要素とが向かい合う対向方向に開口した開口部と、開口部から延在する間隙部と、が設けられており、開口部は、第１要素に近づくほど開口部の面積が小さくなる形状を有しており、第２ステップでは、第２バンプ電極を開口部に配置することにより、第２バンプ電極の先端部を間隙部に入り込ませて間隙部の内面に接合させる。この半導体装置の製造方法によれば、上述した理由により、信頼性の向上を図ることができる。
【００２１】
本発明の半導体装置の製造方法では、第１ステップで用意される第１要素及び第２要素において、第２バンプ電極の高さは、第１バンプ電極の高さよりも高くてもよい。この場合、第２バンプ電極の先端部が間隙部に入り込むように変形し易くなり、第１バンプ電極と第２バンプ電極との間の接合強度をより一層向上することができる。
【００２２】
本発明の半導体装置の製造方法では、第１ステップで用意される第１要素及び第２要素において、第２バンプ電極の先端は、開口部の開口縁よりも大きくてもよい。この場合、第２バンプ電極の先端部が間隙部に入り込むように変形し易くなり、第１バンプ電極と第２バンプ電極との間の接合強度をより一層向上することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、信頼性の向上が図られた半導体装置及びバンプ付き基板、並びにそのような半導体装置の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施形態に係る半導体装置の斜視図である。
【図２】半導体装置の側面図である。
【図３】第１バンプ電極の配列を示す平面図である。
【図４】第１バンプ電極及び第２バンプ電極を示す側面図である。
【図５】接合前の第１バンプ電極及び第２バンプ電極を示す側面図である。
【図６】第１バンプ電極を示す平面図である。
【図７】第１バンプ電極と第２バンプ電極との接合部を側方から観察した図である。
【図８】第１バンプ電極と第２バンプ電極との接合部を第１半導体チップ側から観察した図である。
【図９】第１変形例に係る第１バンプ電極及び第２バンプ電極を示す側面図である。
【図１０】第２変形例に係る第１バンプ電極及び第２バンプ電極を示す側面図である。
【図１１】第２変形例に係る第１バンプ電極及び第２バンプ電極を示す側面図である。
【図１２】第２変形例に係る第１バンプ電極を示す平面図である。
【図１３】第２変形例に係る第１バンプ電極と第２バンプ電極との接合部を側方から観察した図である。
【図１４】第２変形例に係る第１バンプ電極と第２バンプ電極との接合部を第１半導体チップ側から観察した図である。
【図１５】第３変形例に係る第１バンプ電極及び第２バンプ電極を示す側面図である。
【図１６】第３変形例に係る第１バンプ電極と第２バンプ電極との接合部を側方から観察した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。
［半導体装置の構成］
【００２６】
図１及び図２に示されるように、半導体装置１は、支持基板１０と、第１半導体チップ（第１要素、支持体、バンプ付き基板）２０と、第２半導体チップ（第２要素、支持体）３０と、を備えている。半導体装置１は、例えば、裏面入射型のエリアイメージセンサ又はリニアイメージセンサである。第１半導体チップ２０は、例えば、ＣＭＯＳ読み出し回路（ＲＯＩＣ：readout integrated circuit）である。第２半導体チップ３０は、例えば、ＩｎＧａＡｓフォトダイオードアレイである。第１半導体チップ２０と第２半導体チップ３０とは、フリップチップボンディングによって互いに接合されている。
【００２７】
支持基板１０は、第１半導体チップ２０及び第２半導体チップ３０を支持する基板である。支持基板１０の表面１０ａには、複数の電極パッド１１が設けられている。
【００２８】
第１半導体チップ２０は、半導体基板２１における表面２１ａ側の部分に回路部２２が作り込まれた半導体チップである。第１半導体チップ２０は、支持基板１０の表面１０ａ上に配置されている。回路部２２は、表面２１ａに設けられた複数の電極パッド２３及び複数の電極パッド２４を含んでいる。対応する電極パッド２３と電極パッド２４とは、半導体基板２１に作り込まれた配線を介して互いに電気的に接続されている。各電極パッド２３は、ワイヤ５を介して支持基板１０の電極パッド１１に電気的に接続されている。
【００２９】
第２半導体チップ３０は、半導体基板３１における表面３１ａ側の部分に受光部３２が作り込まれた半導体チップである。受光部３２は、フォトダイオードによって構成された複数の画素３３を含んでいる。各画素３３には、表面３１ａに設けられた電極パッド３４が電気的に接続されている。
【００３０】
第２半導体チップ３０は、間隔を空けて第１半導体チップ２０と向かい合っている。第１半導体チップ２０と第２半導体チップ３０とが向かい合う対向方向Ａにおいて、半導体基板２１の表面２１ａに設けられた複数の電極パッド２４と、半導体基板３１の表面３１ａに設けられた複数の電極パッド３４とは、一対一で向かい合っている。向かい合う電極パッド２４と電極パッド３４とは、第１バンプ電極４１及び第２バンプ電極５１を介して電気的に接続されている。
［バンプ電極の構成］
【００３１】
図３に示されるように、第１バンプ電極４１は、半導体基板２１の表面２１ａ上に複数配列されている。この例では、第１バンプ電極４１は、例えば格子状（マトリクス状）に並んでいる。第１バンプ電極４１の数は、画素３３の数と略等しい。第１バンプ電極４１は、例えば、６４０行５１２列又は１２８０行１０２４列、配置されている。隣り合う第１バンプ電極４１の中心間距離は、例えば１０μｍ〜２０μｍ程度である。
【００３２】
図４、図５及び図６に示されるように、第１バンプ電極４１は、１つの柱状バンプによって構成されている。第１バンプ電極４１は、全体として略円錐台形状に形成されている。第１バンプ電極４１は、その一部が切り欠かれたような形状を有しており、対向方向Ａから見た場合に略Ｃ字状に形成されている。すなわち、第１バンプ電極４１は、対向方向Ａから見た場合に円弧状に延在して両端部が互いに向かい合った形状を有している。第１バンプ電極４１は、例えばインジウム（Ｉｎ）により構成されているが、ＳｂＡｇＣｕ（錫銀銅）半田又は金（Ａｕ）により構成されていてもよい。
【００３３】
第１バンプ電極４１には、対向方向Ａに開口した開口部４２と、開口部４２から延在する間隙部４３と、が設けられている。開口部４２は、例えば、第１バンプ電極４１の中央部に形成された略円柱状の空間である。間隙部４３は、第１バンプ電極４１の一部を切り欠くようにして形成された隙間であり、この例では、開口部４２から第１バンプ電極４１の外部まで真っ直ぐに延在している。間隙部４３は、対向方向Ａに開口している。間隙部４３の内面４３ａと第１バンプ電極４１の外面との接続部は、対向方向Ａから見た場合に、Ｒ状に湾曲している。対向方向Ａから見た場合に、第１バンプ電極４１に内接する円を内接円Ｃとすると、開口部４２は、内接円Ｃ内の領域に対応し、間隙部４３は、内接円Ｃ外の領域であって、第１バンプ電極４１の内面によって挟まれた領域（第１バンプ電極４１同士が向かい合う領域）に対応する。
【００３４】
開口部４２の内面４２ａは、半導体基板２１の表面２１ａに近づくほど開口部４２の面積（対向方向Ａに垂直な断面の面積）が小さくなるように、傾斜している。この例では、内面４２ａは、表面２１ａに近づくほど対向方向Ａから見た場合における開口部４２の中心に近づくように、傾斜している。また、内面４２ａの全体が傾斜している。開口部４２の面積は、表面２１ａに近づくにつれて連続的に小さくなっている。間隙部４３の内面４３ａは、表面２１ａに近づくほど間隙部４３の面積が小さくなるように、傾斜している。
【００３５】
図３及び図６に示されるように、隣り合う一対の第１バンプ電極４１の間隙部４３は、互いに向かい合っている。換言すれば、それらの間隙部４３は、同一の直線上に配置されている。図３に示されるように、この例では、向かい合う間隙部４３を有する第１バンプ電極４１の対が、直交する２方向（後述する第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２）に沿って並んで配置されている。
【００３６】
第２バンプ電極５１は、半導体基板３１の表面３１ａ上に複数配列されている。複数の第２バンプ電極５１は、複数の第１バンプ電極４１にそれぞれ接合されている。すなわち、一の第１バンプ電極４１と一の第２バンプ電極５１とが互いに接合されている。
【００３７】
第２バンプ電極５１は、例えば、略円錐台形状の１つの柱状バンプによって構成されている。第２バンプ電極５１の外面は、第２バンプ電極５１が先細りになるように傾斜した傾斜面５１ａを含んでいる。この例では、第２バンプ電極５１の外面の全体が傾斜面５１ａとなっている。第２バンプ電極５１は、例えば、第１バンプ電極４１と同一の金属材料により構成されている。
［バンプ電極の接合構造］
【００３８】
第１バンプ電極４１と第２バンプ電極５１とは、例えば熱圧着により互いに接合されている。第２バンプ電極５１は、第１バンプ電極４１の開口部４２に配置され、開口部４２の内面４２ａに接合されている。より具体的には、第２バンプ電極５１の傾斜面５１ａが、開口部４２の傾斜した内面４２ｂに接触して接合されている。
【００３９】
第２バンプ電極５１の先端部５２は、間隙部４３に入り込み、間隙部４３の内面４３ａに接合されている。すなわち、熱圧着時には、第２バンプ電極５１が開口部４２に突き刺されるように配置され、第２バンプ電極５１の先端部５２が間隙部４３に入り込むように変形する。第２バンプ電極５１における先端部５２以外の部分も、間隙部４３に入り込んで内面４３ａに接合されていてもよい。
【００４０】
第２バンプ電極５１の先端部５２は、開口部４２の底面に至っている。すなわち、第２バンプ電極５１は、開口部４２の全体を塞いでいる。また、先端部５２は、間隙部４３の底面にも接触している。図７及び図８には、第１バンプ電極４１と第２バンプ電極５１との接合部の観察結果の例が示されている。なお、図８に示されるように、必ずしも第１バンプ電極４１及び第２バンプ電極５１の全ての対において、第２バンプ電極５１の先端部５２が間隙部４３に入り込んで間隙部４３の内面４３ａに接合されていなくてもよい。例えば、隣り合う一対の第１バンプ電極４１の少なくとも一方において、第２バンプ電極５１の先端部５２が間隙部４３に入り込んで間隙部４３の内面４３ａに接合されていてもよい。
【００４１】
対向方向Ａにおいて第１距離だけ第１半導体チップ２０から離れた位置における第２バンプ電極５１の間隙部４３への入り込み量は、対向方向Ａにおいて第１距離よりも大きい第２距離だけ第１半導体チップ２０から離れた位置における第２バンプ電極５１の間隙部４３への入り込み量よりも多い。すなわち、第１半導体チップ２０から第１距離だけ離れた位置に設定された内接円Ｃから第２バンプ電極５１がはみ出す量は、第１半導体チップ２０から第２距離だけ離れた位置に設定された内接円Ｃから第２バンプ電極５１がはみ出す量よりも多い。第２バンプ電極５１の間隙部４３への入り込み量は、第１半導体チップ２０に近づくにつれて、連続的に増加していてもよい。
【００４２】
第２バンプ電極５１が開口部４２に配置されると、対向方向Ａに垂直な第１方向Ｄ１における両側への第２バンプ電極５１の第１バンプ電極４１に対する移動が規制される。この例では、第２バンプ電極５１が開口部４２に配置された場合でも、対向方向Ａ及び第１方向Ｄ１に垂直な第２方向Ｄ２における一方側（開口部４２の中心に対して間隙部４３が位置する側）には、第２バンプ電極５１が移動し得る。ただし、接合後においては、第１バンプ電極４１及び第２バンプ電極５１の位置は固定されている。
【００４３】
接合前において（図５）、第２バンプ電極５１の高さは、第１バンプ電極４１の高さよりも高い。接合前において、第２バンプ電極５１の高さは、例えば５μｍ程度であり、第１バンプ電極４１の高さは、例えば２μｍ程度である。接合後においても（図４）、第２バンプ電極５１の高さは、第１バンプ電極４１の高さよりも高い。接合後における第２バンプ電極５１の高さは、例えば３μｍ程度である。図６に示されるように、接合前において、第２バンプ電極５１の先端５１ｂは、第１バンプ電極４１の開口部４２の開口縁よりも大きい。すなわち、先端５１ｂは、対向方向Ａから見た場合に、開口部４２の開口縁よりも外側に位置する部分を含んでいる。第１バンプ電極４１の幅は、例えば２μｍ程度である。開口部４２の開口縁の直径は、例えば２μｍ程度である。
［半導体装置１の製造方法］
【００４４】
半導体装置１を製造する際には、まず、第１バンプ電極４１が配置された第１半導体チップ２０、及び第２バンプ電極５１が配置された第２半導体チップ３０を用意する（第１ステップ）。半導体基板２１への第１バンプ電極４１の形成には、例えばリフトオフ法を用いることができる。具体的には、半導体基板２１の表面２１ａ上にレジストを形成し、レジストに複数の第１バンプ電極４１に対応する複数の開口を形成する。続いて、レジストの複数の開口を含む表面２１ａの全面に金属膜を形成する。続いて、レジストを除去することにより、レジスト上の金属膜を除去する。
【００４５】
第１ステップに続いて、第１バンプ電極４１と第２バンプ電極５１とを互いに接合することにより、第１半導体チップ２０上に第２半導体チップ３０を実装する（第２ステップ）。第２ステップでは、例えば熱圧着により第１バンプ電極４１と第２バンプ電極５１とを接合する。具体的には、第２バンプ電極５１を開口部４２に配置して、第２バンプ電極５１を開口部４２の内面４２ａに接合させると共に、第２バンプ電極５１の先端部５２を間隙部４３に入り込ませて間隙部４３の内面４３ａに接合させる。第２バンプ電極５１を開口部４２に配置する際には、第２バンプ電極５１の傾斜面５１ａを第１バンプ電極４１の傾斜した内面４２ａに接触させることで、第２バンプ電極５１の位置をガイドすることができる。第２ステップの後に、接合された第１半導体チップ２０及び第２半導体チップ３０を支持基板１０上に実装する。以上の工程により、半導体装置１が得られる。
［作用効果］
【００４６】
半導体装置１では、第１バンプ電極４１には、第１半導体チップ２０と第２半導体チップ３０とが向かい合う対向方向Ａに開口した開口部４２と、開口部４２から延在する間隙部４３とが設けられており、第２バンプ電極５１が開口部４２に配置されており、第２バンプ電極５１の先端部５２が間隙部４３に入り込んで間隙部４３の内面４３ａに接合されている。これにより、第１バンプ電極４１と第２バンプ電極５１とを接合する際に、第２バンプ電極５１を開口部４２に配置することで、第１バンプ電極４１及び第２バンプ電極５１の位置がずれるのを抑制することができる。そのため、第１バンプ電極４１と第２バンプ電極５１とを精度良く接合することができる。また、第２バンプ電極５１の先端部５２が間隙部４３に入り込んで間隙部４３の内面４３ａに接合されているため、第１バンプ電極４１と第２バンプ電極５１との間の接合強度を向上することができる。更に、開口部４２が第１半導体チップ２０に近づくほど開口部４２の面積が小さくなる形状を有しているため、第２バンプ電極５１の先端部５２が間隙部４３に入り込むように変形し易くなっている。これにより、第１バンプ電極４１と第２バンプ電極５１との間の接合強度を一層向上することができる。以上により、この半導体装置によれば、信頼性の向上を図ることができる。
【００４７】
第２バンプ電極５１の高さが、第１バンプ電極４１の高さよりも高い。これにより、第２バンプ電極５１の先端部５２が間隙部４３に入り込むように変形し易くなり、第１バンプ電極４１と第２バンプ電極５１との間の接合強度をより一層向上することができる。
【００４８】
接合前において、第２バンプ電極５１の先端５１ｂは、第１バンプ電極４１の開口部４２の開口縁よりも大きい。これにより、接合時に第２バンプ電極５１の先端部５２が間隙部４３に入り込むように変形し易くなり、第１バンプ電極４１と第２バンプ電極５１との間の接合強度をより一層向上することができる。
【００４９】
第２バンプ電極５１の外面が、第２バンプ電極５１が先細りになるように傾斜すると共に開口部４２の内面４２ａに接合された傾斜面５１ａを含んでいる。これにより、第２バンプ電極５１の先端部５２が間隙部４３に入り込むように変形し易くなり、第１バンプ電極４１と第２バンプ電極５１との間の接合強度をより一層向上することができる。
【００５０】
第２バンプ電極５１の先端部５２が、開口部４２の底面に至っている。これにより、第１バンプ電極４１と第２バンプ電極５１とを一層好適に接合することができる。
【００５１】
対向方向Ａにおいて第１距離だけ第１半導体チップ２０から離れた位置における第２バンプ電極５１の間隙部４３への入り込み量は、対向方向Ａにおいて第１距離よりも大きい第２距離だけ第１半導体チップ２０から離れた位置における第２バンプ電極５１の間隙部４３への入り込み量よりも多い。これにより、第１バンプ電極４１と第２バンプ電極５１との間の接合強度をより一層向上することができる。
【００５２】
間隙部４３が、開口部４２から第１バンプ電極４１の外部まで延在している。これにより、例えばリフトオフ法により第１バンプ電極４１を形成することができ、第１バンプ電極４１を容易に形成することができる。
【００５３】
第１バンプ電極４１及び第２バンプ電極５１が、第２バンプ電極５１が開口部４２に配置されると、対向方向Ａに垂直な第１方向Ｄ１における両側への第２バンプ電極５１の第１バンプ電極４１に対する移動が規制されるように、構成されている。これにより、第１バンプ電極４１と第２バンプ電極５１とを一層精度良く接合することができる。
【００５４】
第１バンプ電極４１が、対向方向Ａから見た場合に、Ｃ字状に形成されている。これにより、信頼性の向上を図ることができるとの上記作用効果が顕著に奏される。
【００５５】
複数の第１バンプ電極４１が、向かい合う間隙部４３を有する一対の第１バンプ電極４１を含んでいる。これにより、第１バンプ電極４１と第２バンプ電極５１とをより一層精度良く接合することができる。すなわち、上述したとおり、一の第１バンプ電極４１と一の第２バンプ電極５１とを接合する場合、第２バンプ電極５１が間隙部４３側に移動することで、第１バンプ電極４１及び第２バンプ電極５１の位置がずれる可能性がある。これに対し、半導体装置１では、向かい合う間隙部４３を有する少なくとも一対の第１バンプ電極４１が設けられているため、そのような位置ずれを抑制することができる。
【００５６】
特に、半導体装置１では、向かい合う間隙部４３を有する第１バンプ電極４１の対が、複数配列されている。これにより、第１バンプ電極４１と第２バンプ電極５１とをより一層精度良く接合することができる。すなわち、例えば第２半導体チップ３０の半導体基板３１が反りを有している場合において、向かい合う間隙部４３を有する第１バンプ電極４１同士が離間して配置されていると、一方の第１バンプ電極４１の接合が他方の第１バンプ電極４１の接合よりも先に行われることで、第１バンプ電極４１及び第２バンプ電極５１の位置がずれる可能性がある。これに対し、半導体装置１では、向かい合う間隙部４３を有する一対の第１バンプ電極４１が互いに近接して配置されているため、そのような位置ずれを抑制することができる。なお、一対の第１バンプ電極４１において、互いの間隙部４３が反対側を向いていてもよい。この場合でも位置ずれを抑制することができる。
［変形例］
【００５７】
図９に示される第１変形例では、第１半導体チップ２０と第１バンプ電極４１との間に下地層４４が配置されている。このように、第１バンプ電極４１は、第１半導体チップ２０上に直接に配置されてもよいし、下地層４４を介して第１半導体チップ２０上に配置されていてもよい。下地層４４は、例えば第１バンプ電極４１及び第２バンプ電極５１と同一の金属材料により構成されている。下地層４４は、例えば、対向方向Ａから見た場合に第１バンプ電極４１と重なる領域に配置されている。下地層４４の厚さは、例えば０．５μｍ程度である。第２バンプ電極５１の先端部５２は、下地層４４に接合されている。このような第１変形例によっても、上記実施形態と同様に、信頼性の向上を図ることができる。更に、下地層４４が設けられていることにより、第１バンプ電極４１と第２バンプ電極５１とを一層確実に電気的に接続することができる。
【００５８】
図１０、図１１及び図１２に示される第２変形例では、第１バンプ電極４１は、互いの間に開口部４２及び間隙部４３が画定されるように配置された４つの柱状バンプ４５によって構成されている。各柱状バンプ４５は、例えば略四角錐台形状に形成されている。この例では、開口部４２は、第１バンプ電極４１の中央部に形成された略四角柱状の空間である。開口部４２は、半導体基板２１に近づくほど開口部４２の面積が小さくなる形状を有している。間隙部４３は、柱状バンプ４５間の隙間であり、開口部４２から第１バンプ電極４１の外部まで真っ直ぐに延在している。間隙部４３は、第１方向Ｄ１に平行な同一の直線上に配置された２つの間隙部４３と、第２方向Ｄ２に平行な同一の直線上に配置された２つの間隙部４３と、を含んでいる。
【００５９】
上記実施形態と同様に、第２バンプ電極５１は、第１バンプ電極４１の開口部４２に配置され、開口部４２において第１バンプ電極４１に接合されている。第２バンプ電極５１の先端部５２は、間隙部４３に入り込み、間隙部４３の内面４３ａに接合されている。第２バンプ電極５１の先端部５２は、開口部４２の底面に至っている。対向方向Ａにおいて第１距離だけ第１半導体チップ２０から離れた位置Ｐ１における第２バンプ電極５１の間隙部４３への入り込み量は、対向方向Ａにおいて第１距離よりも大きい第２距離だけ第１半導体チップ２０から離れた位置Ｐ２における第２バンプ電極５１の間隙部４３への入り込み量よりも多い。すなわち、第１半導体チップ２０から第１距離だけ離れた位置Ｐ１に設定された内接円Ｃから第２バンプ電極５１がはみ出す量Ｌ１は、第１半導体チップ２０から第２距離だけ離れた位置Ｐ２に設定された内接円Ｃから第２バンプ電極５１がはみ出す量Ｌ２よりも多い。第２変形例のように複数の間隙部４３が形成されている場合、全ての間隙部４３において当該関係（はみ出し量Ｌ１＞はみ出し量Ｌ２）が満たされていてもよく、或いは、少なくとも１つの間隙部４３において当該関係が満たされていてもよい。図１３及び図１４には、第２変形例に係る第１バンプ電極４１と第２バンプ電極５１との接合部の観察結果の例が示されている。
【００６０】
第２バンプ電極５１が開口部４２に配置されると、対向方向Ａに垂直な第１方向Ｄ１、並びに、対向方向Ａ及び第１方向Ｄ１に垂直な第２方向Ｄ２における両側への第２バンプ電極５１の第１バンプ電極４１に対する移動が規制される。接合前において、第２バンプ電極５１の先端５１ｂは、第１バンプ電極４１の開口部４２の開口縁よりも大きい。対向方向Ａから見た場合における柱状バンプ４５のサイズは、例えば２μｍ×２μｍ程度である。間隙部４３の幅は、例えば２μｍ程度である。このような第２変形例によっても、上記実施形態と同様に、信頼性の向上を図ることができる。更に、第２バンプ電極５１の先端部５２が４つの間隙部４３に均等に入り込むため、第１バンプ電極４１と第２バンプ電極５１とを一層精度良く接合することができる。第２変形例において、第１バンプ電極４１は、少なくとも３つの柱状バンプによって構成されていればよく、３つ又は５つ以上の柱状バンプによって構成されていてもよい。第２変形例においても、第１変形例のように第１半導体チップ２０と第１バンプ電極４１との間に下地層４４が配置されていてもよい。
【００６１】
図１５に示される第３変形例のように、第２変形例において、第２バンプ電極５１の先端部５２は、開口部４２の底面に至っていなくてもよい。図１６には、第３変形例に係る第１バンプ電極４１と第２バンプ電極５１との接合部の観察結果の例が示されている。このような第３変形例によっても、上記実施形態と同様に、信頼性の向上を図ることができる。なお、上記実施形態において、第２バンプ電極５１の先端部５２が開口部４２の底面に至っていなくてもよい。
【００６２】
上記実施形態において、第２バンプ電極５１の高さは、第１バンプ電極４１の高さと等しくてもよいし、第１バンプ電極４１の高さよりも低くてもよい。第２バンプ電極５１の外面は、第２バンプ電極５１が先細りになるように傾斜していなくてもよく、例えば対向方向Ａに沿って延在していてもよい。間隙部４３は、開口部４２から第１バンプ電極４１の外部まで延在していなくてもよく、開口部４２とは反対側の端部が第１バンプ電極４１内に留まっていてもよい。第２バンプ電極５１の先端部５２は、間隙部４３の底面に接触していなくてもよい。
【００６３】
上記実施形態では、第１バンプ電極４１の頂部が平坦に形成されていたが、第１バンプ電極４１の頂部は、ピークを有するように湾曲していてもよい。この場合でも、接合前において、第２バンプ電極５１の先端５１ｂの外径は、第１バンプ電極４１の開口部４２の開口縁の外径（すなわち、ピーク間の距離）よりも大きくてもよい。これにより、接合時に第２バンプ電極５１の先端部５２が間隙部４３に入り込むように変形し易くなり、第１バンプ電極４１と第２バンプ電極５１との間の接合強度を一層向上することができる。
【００６４】
第１バンプ電極４１及び第２バンプ電極５１の材料及び形状には、上述した材料及び形状に限らず、様々な材料及び形状を採用することができる。上記実施形態では、本発明の支持体が第１半導体チップ２０又は第２半導体チップ３０であったが、支持体は、配線基板、電子部品等であってもよい。上記実施形態では、本発明の第１要素が第１半導体チップ２０であり、第２要素が第２半導体チップ３０であったが、第１要素又は第２要素は、配線基板、電子部品等により構成された支持体であってもよい。支持体上に第１バンプ電極４１が配置されると共に半導体チップ上に第２バンプ電極５１が配置されてもよいし、或いは、支持体上に第２バンプ電極５１が配置されると共に半導体チップ上に第１バンプ電極４１が配置されてもよい。
【符号の説明】
【００６５】
１…半導体装置、２０…第１半導体チップ（第１要素、支持体、バンプ付き基板）、２１…半導体基板（基板）、２１ａ…表面、３０…第２半導体チップ（第２要素、支持体）、４１…第１バンプ電極、４２…開口部、４２ａ…内面、４３…間隙部、４３ａ…内面、４４…下地層、４５…柱状バンプ、５１…第２バンプ電極、５１ａ…傾斜面、５１ｂ…先端、５２…先端部、Ａ…対向方向、Ｄ１…第１方向、Ｄ２…第２方向。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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