(57)【要約】【課題】針状結晶を効率良く成長させること。【解決手段】電極１４を有する半導体チップ１０と、電極１４と針状結晶３２で電気的に接続された電極２４を有する半導体チップ２０と、を備え、電極１４及び電極２４の少なくとも一方は、針状結晶３２を発生する金属膜１６と、金属膜１６を囲んで設けられ、金属膜１６よりも熱膨張係数が小さく且つヤング率が大きい金属膜１８と、を含む、半導体装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極を有する半導体チップと、
前記第１電極と針状結晶で電気的に接続された第２電極を有する部品と、を備え、
前記第１電極及び前記第２電極の少なくとも一方は、前記針状結晶を発生する第１金属膜と、前記第１金属膜を囲んで設けられ、前記第１金属膜よりも熱膨張係数が小さく且つヤング率が大きい第２金属膜と、を含む、半導体装置。
【請求項２】
前記第１金属膜は錫で形成され、前記第２金属膜は銅で形成されている、請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第１電極及び前記第２電極のうちの一方の電極は前記第１金属膜と前記第２金属膜を含み、他方の電極は前記第１金属膜よりも硬度の小さい金属で形成されている、請求項１または２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第１電極及び前記第２電極のうちの一方の電極は前記第１金属膜と前記第２金属膜を含み、
前記一方の電極は、他方の電極よりも大きい、請求項１または２記載の半導体装置。
【請求項５】
複数の前記一方の電極と複数の前記他方の電極が設けられ、
前記複数の他方の電極は、前記複数の一方の電極よりも単位面積当たりの数が多い、請求項４記載の半導体装置。
【請求項６】
半導体チップに第１電極を形成する工程と、
部品に第２電極を形成する工程と、
熱処理を行って、前記第１電極及び前記第２電極の少なくとも一方から針状結晶を発生させて前記第１電極と前記第２電極を前記針状結晶で電気的に接続する工程と、を備え、
前記第１電極及び前記第２電極の前記少なくとも一方を形成する工程は、前記針状結晶を発生する第１金属膜を形成する工程と、前記第１金属膜を囲むように前記第１金属膜よりも熱膨張係数が小さく且つヤング率が大きい第２金属膜を形成する工程と、を含む、半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記熱処理は温度を変化させながら行う、請求項６記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記第２金属膜を形成する工程は、絶縁膜に設けられた凹部の内面に前記第２金属膜を形成し、
前記第１金属膜を形成する工程は、内面に前記第２金属膜が形成された前記凹部に前記第１金属膜を埋め込む、請求項６または７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、半導体装置及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電極から針状結晶（ウィスカ）を成長させて、対向する電極間を針状結晶で電気的に接続させる方法が知られている（例えば、特許文献１、２）。また、電極から針状結晶を成長させることで、電極の高さのばらつきを緩衝して電極間接続を良好にすることが知られている（例えば、特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１８６４１９号公報
【特許文献２】特開２００５−１０９３７２号公報
【特許文献３】特開平４−１４４１３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電極に圧縮応力がかかることで電極から針状結晶が成長するが、従来の技術では、電極に大きな圧縮応力を発生させて効率良く針状結晶を成長させる点で改善の余地が残されている。
【０００５】
１つの側面では、針状結晶を効率良く成長させ、電極間の接続を良好にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
１つの態様では、半導体装置は、第１電極を有する半導体チップと、前記第１電極と針状結晶で電気的に接続された第２電極を有する部品と、を備え、前記第１電極及び前記第２電極の少なくとも一方は、前記針状結晶を発生する第１金属膜と、前記第１金属膜を囲んで設けられ、前記第１金属膜よりも熱膨張係数が小さく且つヤング率が大きい第２金属膜と、を含む。
【０００７】
１つの態様では、半導体装置の製造方法は、半導体チップに第１電極を形成する工程と、部品に第２電極を形成する工程と、熱処理を行って、前記第１電極及び前記第２電極の少なくとも一方から針状結晶を発生させて前記第１電極と前記第２電極を前記針状結晶で電気的に接続する工程と、を備え、前記第１電極及び前記第２電極の前記少なくとも一方を形成する工程は、前記針状結晶を発生する第１金属膜を形成する工程と、前記第１金属膜を囲むように前記第１金属膜よりも熱膨張係数が小さく且つヤング率が大きい第２金属膜を形成する工程と、を含む。
【発明の効果】
【０００８】
１つの側面として、針状結晶を効率良く成長させ、電極間の接続を良好にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は実施例１に係る半導体装置の断面図である。
【図２】図２（ａ）及び図２（ｂ）はシミュレーションを行った構造を示す斜視図である。
【図３】図３（ａ）から図３（ｃ）はシミュレーションの結果を示す図である。
【図４】図４（ａ）は実施例１の変形例１に係る半導体装置の断面図、図４（ｂ）は実施例１の変形例２に係る半導体装置の断面図である。
【図５】図５は実施例２に係る半導体装置の断面図である。
【図６】図６（ａ）から図６（ｅ）は実施例２に係る半導体装置の製造方法を示す断面図（その１）である。
【図７】図７（ａ）及び図７（ｂ）は実施例２に係る半導体装置の製造方法を示す断面図（その２）である。
【図８】図８は比較例２に係る半導体装置の断面図である。
【図９】図９はスキャンテストを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１は、実施例１に係る半導体装置の断面図である。図１のように、実施例１の半導体装置５００は、半導体チップ１０、半導体チップ２０、及び半導体チップ１０と半導体チップ２０を接着させる樹脂膜３０を備える。樹脂膜３０は、例えばＢＣＢ（ベンゾシクロブテン：Benzocyclobutene）膜であるが、その他の樹脂で形成されていてもよく、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂のいずれで形成されていてもよい。
【００１２】
半導体チップ１０は、絶縁膜１２と、絶縁膜１２に埋め込まれた電極１４と、を有する。絶縁膜１２は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜などの無機絶縁膜であるが、有機絶縁膜であってもよい。電極１４は、針状結晶（ウィスカ）を発生する金属膜１６と、金属膜１６を囲んで設けられた金属膜１８と、を有する。例えば、金属膜１６は直方体形状をしていて、金属膜１８は金属膜１６の半導体チップ２０側の面以外の５面を覆って設けられている。なお、直方体形状には、角が丸みを帯びているなどのような略直方体形状が含まれる。また、金属膜１６は円柱形状をしていてもよい。金属膜１８は、金属膜１６よりも熱膨張係数が小さく且つヤング率が大きい金属で形成されている。金属膜１６は例えば錫（Ｓｎ）で形成され、金属膜１８は例えば銅（Ｃｕ）で形成されている。金属膜１６は、絶縁膜１２の樹脂膜３０が固着した面に露出している。
【００１３】
半導体チップ２０は、絶縁膜２２と、絶縁膜２２に埋め込まれた電極２４と、を有する。絶縁膜２２は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜などの無機絶縁膜であるが、有機絶縁膜であってもよい。電極２４は、例えばインジウム（Ｉｎ）で形成されている。電極２４は、絶縁膜２２の樹脂膜３０が固着した面に露出している。
【００１４】
半導体チップ１０の電極１４と半導体チップ２０の電極２４とは、電極１４の金属膜１６から成長した針状結晶（ウィスカ）３２によって電気的に接続されている。針状結晶３２は樹脂膜３０内を延びて形成されている。
【００１５】
ここで、発明者が行ったシミュレーションについて説明する。図２（ａ）及び図２（ｂ）は、シミュレーションを行った構造を示す斜視図である。図２（ａ）のように、比較例１として、酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる絶縁膜１内に錫（Ｓｎ）で形成された電極２が設けられた構造に対して応力のシミュレーションを行った。図２（ｂ）のように、実施例１として、酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる絶縁膜１内に錫（Ｓｎ）からなる金属膜６と銅（Ｃｕ）からなる金属膜８とで構成された電極４が設けられた構造に対して応力のシミュレーションを行った。なお、シミュレーションは、温度が２５０℃のときに生じる応力について計算した。
【００１６】
図３（ａ）から図３（ｃ）は、シミュレーションの結果を示す図である。図３（ａ）は、比較例１のシミュレーション結果を示す斜視図、図３（ｂ）は、実施例１のシミュレーション結果を示す斜視図、図３（ｃ）は、図３（ａ）及び図３（ｂ）のＡ−Ａ´間の応力を示す図である。図３（ａ）から図３（ｃ）のように、実施例１の電極４に生じる圧縮応力は、比較例１の電極２に生じる圧縮応力に比べて大きい結果となった。すなわち、電極４を構成する錫（Ｓｎ）からなる金属膜６に生じる圧縮応力は、錫（Ｓｎ）からなる電極２に生じる圧縮応力に比べて大きい結果となった。これは以下の理由によるものと考えられる。
【００１７】
実施例１の電極４は、錫（Ｓｎ）からなる金属膜６を囲んで銅（Ｃｕ）からなる金属膜８が設けられている。錫（Ｓｎ）の熱膨張係数は２６．９ｐｐｍ、ヤング率は５０ＧＰａであるのに対し、銅（Ｃｕ）の熱膨張係数は１６．６ｐｐｍ、ヤング率は１２９．８ＧＰａである。つまり、熱膨張係数が相対的に大きい金属膜６を囲んで熱膨張係数が相対的に小さく且つヤング率が相対的に大きい金属膜８が設けられている。このため、２５０℃のような高温下において、金属膜６は金属膜８よりも熱膨張しようとするが、金属膜８の高いヤング率によって熱膨張が抑えられるため、金属膜６の内部圧縮応力が大きくなったと考えられる。
【００１８】
実施例１によれば、図１のように、半導体チップ１０の電極１４は、針状結晶３２を発生する金属膜１６と、金属膜１６を囲んで設けられ、金属膜１６よりも熱膨張係数が小さく且つヤング率が大きい金属膜１８と、を含む。これにより、図３（ａ）から図３（ｃ）で説明したように、金属膜１６に生じる圧縮応力を大きくすることができる。このため、金属膜１６から針状結晶３２を効率良く成長させることができ、半導体チップ１０と半導体チップ２０の電極間の接続を良好にすることができる。
【００１９】
また、実施例１によれば、半導体チップ２０の電極２４はインジウム（Ｉｎ）で形成されている。インジウム（Ｉｎ）のブリネル硬度は８．８３ＭＰａ、ヤング率は１１ＧＰａであるのに対し、針状結晶３２を発生する金属膜１６である錫（Ｓｎ）のブリネル硬度は５１ＭＰａ、ヤング率は５０ＧＰａである。すなわち、半導体チップ２０の電極２４は、半導体チップ１０の金属膜１６よりも硬度が小さくて柔らかい金属で形成されている。このように、針状結晶３２を発生する金属膜１６よりも硬度の小さい金属膜を電極２４に用いることにより、金属膜１６から成長した針状結晶３２が電極２４に突き刺さるようになる。これにより、半導体チップ１０と半導体チップ２０の電極間の接続を更に良好にすることができる。
【００２０】
また、実施例１によれば、半導体チップ１０の電極１４は、複数本の針状結晶３２によって、半導体チップ２０の電極２４に接続されている。これにより、半導体チップ１０と半導体チップ２０の間の接続抵抗を低くすることができる。
【００２１】
なお、実施例１では、電極１４を構成する金属膜１６は錫（Ｓｎ）で形成され、金属膜１８は銅（Ｃｕ）で形成されている場合を例に示したが、この場合に限られる訳ではなく、その他の金属で形成されていてもよい。金属膜１６は、針状結晶３２を発生する金属であればよく、錫（Ｓｎ）以外の金属で形成されていてもよい。金属膜１８は、金属膜１６よりも熱膨張係数が小さく且つヤング率が大きい金属であれば、銅（Ｃｕ）以外の金属で形成されていてもよい。なお、針状結晶３２の成長の点から、金属膜１６と金属膜１８の組み合わせは錫（Ｓｎ）と銅（Ｃｕ）の場合が好ましい。また、電極２４は、インジウム（Ｉｎ）以外の金属で形成されていてもよい。上述したように、電極２４は金属膜１６よりも硬度の小さい金属で形成されている場合が好ましいが、金属膜１６よりも硬度の大きい金属で形成されていてもよい。
【００２２】
図４（ａ）は、実施例１の変形例１に係る半導体装置の断面図、図４（ｂ）は、実施例１の変形例２に係る半導体装置の断面図である。図４（ａ）のように、実施例１の変形例１の半導体装置５１０では、半導体チップ２０の電極２４は、針状結晶３２を発生する金属膜２６と、金属膜２６を囲んで設けられた金属膜２８と、を有する。金属膜２８は、金属膜２６よりも熱膨張係数が小さく且つヤング率が大きい金属で形成されている。金属膜２６は例えば錫（Ｓｎ）で形成され、金属膜２８は例えば銅（Ｃｕ）で形成されている。金属膜２６は、絶縁膜２２の樹脂膜３０が固着した面に露出している。その他の構成は、実施例１と同じであるため説明を省略する。
【００２３】
実施例１では、半導体チップ１０の電極１４が、針状結晶３２を発生する金属膜１６と金属膜１６よりも熱膨張係数が小さく且つヤング率が大きい金属膜１８とを有する場合を例に示した。しかしながら、実施例１の変形例１のように、半導体チップ１０、２０の電極１４、２４が、針状結晶３２を発生する金属膜１６、２６と金属膜１６、２６よりも熱膨張係数が小さく且つヤング率が大きい金属膜１８、２８とを有してもよい。すなわち、半導体チップ１０、２０の電極１４、２４の少なくとも一方が、針状結晶３２を発生する第１金属膜と、第１金属膜を囲んで設けられ、第１金属膜よりも熱膨張係数が小さく且つヤング率が大きい第２金属膜と、を有してもよい。
【００２４】
実施例１の変形例１によれば、電極１４、２４の両方から針状結晶３２が効率良く成長するため、半導体チップ１０と半導体チップ２０の電極間の接続を更に良好にすることができる。
【００２５】
図４（ｂ）のように、実施例１の変形例２の半導体装置５２０では、半導体チップ１０は樹脂膜３０によって回路基板４０に接着されて実装されている。回路基板４０は、基板４２と、基板４２上に設けられた電極４４と、を有する。半導体チップ１０の電極１４と回路基板４０の電極４４とは、半導体チップ１０の電極１４から成長した針状結晶３２によって電気的に接続されている。電極４４は、銅（Ｃｕ）やインジウム（Ｉｎ）などの金属で形成されている。その他の構成は実施例１と同じであるため説明を省略する。
【００２６】
実施例１では、半導体チップ１０と半導体チップ２０が積層された半導体装置の場合を例に示したが、実施例１の変形例２のように、半導体チップ１０が回路基板４０に実装された半導体装置の場合でもよい。すなわち、半導体チップ１０の電極１４に電気的に接続された電極２４、４４を有する部品は、半導体チップ２０でもよいし、回路基板４０でもよいし、その他の部品でもよい。
【００２７】
実施例１の変形例２において、実施例１及び実施例１の変形例１のように、電極１４と電極４４とが対向して針状結晶３２が形成される領域に樹脂膜３０が設けられていてもよい。また、実施例１及び実施例１の変形例１において、実施例１の変形例２のように、電極１４と電極２４とが対向して針状結晶３２が形成される領域に樹脂膜３０が設けられていない場合でもよい。
【実施例２】
【００２８】
図５は、実施例２に係る半導体装置の断面図である。図５のように、実施例２の半導体装置６００は、半導体チップ５０、半導体チップ８０、及び半導体チップ５０と半導体チップ８０を接着させる樹脂膜１１０を備える。樹脂膜１１０は、例えばＢＣＢ膜である。
【００２９】
半導体チップ５０は、基板５２と絶縁膜５４、５６とを有し、例えばＬＳＩ（Large Scale Integration）などのＩＣ（Integrated Circuit）チップである。基板５２は、例えばシリコン（Ｓｉ）基板であり、トランジスタなどの複数の半導体素子５８が形成されている。絶縁膜５４は、基板５２の半導体素子５８が形成された側の面に設けられている。絶縁膜５４内には、複数の配線層６０、複数のビア配線６２、及び複数の電極６４が設けられている。複数の半導体素子５８それぞれは、配線層６０及びビア配線６２を介して、複数の電極６４それぞれに接続されている。絶縁膜５６は、絶縁膜５４の電極６４が露出した面に設けられている。絶縁膜５６内には、複数の電極６６が設けられている。複数の電極６６それぞれは複数の電極６４それぞれに接続されている。
【００３０】
絶縁膜５４、５６は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜である。配線層６０、ビア配線６２、及び電極６４は、例えば銅（Ｃｕ）などの金属で形成されている。電極６６は、針状結晶を発生する金属膜６８と、金属膜６８を囲んで設けられた金属膜７０と、を有する。金属膜７０は、金属膜６８よりも熱膨張係数が小さく且つヤング率が大きい金属で形成されている。金属膜６８は例えば錫（Ｓｎ）で形成され、金属膜７０は例えば銅（Ｃｕ）で形成されている。金属膜６８は、絶縁膜５６の樹脂膜１１０が固着した面に露出している。
【００３１】
半導体チップ８０は、基板８２と絶縁膜８４、８６とを有し、例えばＬＳＩなどのＩＣチップである。基板８２は、例えばシリコン（Ｓｉ）基板であり、トランジスタなどの複数の半導体素子８８が形成されている。絶縁膜８４は、基板８２の半導体素子８８が形成された側の面に設けられている。絶縁膜８４内には、複数の配線層９０、複数のビア配線９２、及び複数の電極９４が設けられている。複数の半導体素子８８それぞれは、配線層９０及びビア配線９２を介して、複数の電極９４のうちの２以上の電極９４（例えば４つの電極９４）に接続されている。ここで、１つの半導体素子８８に接続される２以上の電極９４を電極群９８と称すこととする。すなわち、１つの半導体素子８８は、配線層９０及びビア配線９２を介して、電極群９８に接続されている。
【００３２】
絶縁膜８６は、絶縁膜８４の電極９４が露出した面に設けられている。絶縁膜８６内には、複数の電極９６が設けられている。複数の電極９６それぞれは複数の電極９４それぞれに接続されている。電極９６は、半導体チップ５０の電極６６よりも小さな形状をしている。また、絶縁膜８６の単位面積あたりの電極９６の数は、絶縁膜５６の単位面積あたりの電極６６の数よりも多くなっている。絶縁膜８４、８６は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜である。配線層９０、ビア配線９２、及び電極９４は、例えば銅（Ｃｕ）などの金属で形成されている。電極９６は、例えばインジウム（Ｉｎ）で形成されていて、絶縁膜８６の樹脂膜１１０が固着した面に露出している。
【００３３】
半導体チップ５０の電極６６は、半導体チップ８０の電極群９８に接続された複数の電極９６のうちの少なくとも１つの電極９６に、金属膜６８から成長した針状結晶１１２によって電気的に接続されている。針状結晶１１２は樹脂膜１１０内を延びて形成されている。金属膜６８は金属膜６８よりも熱膨張係数が小さく且つヤング率が大きい金属膜７０で囲まれているため、実施例１と同様に、金属膜６８から針状結晶１１２が効率良く成長する。
【００３４】
図６（ａ）から図７（ｂ）は、実施例２に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。なお、図６（ａ）から図７（ｂ）では、図の明瞭化のために、半導体素子５８、８８が形成された基板５２、８２、及び、配線層６０、９０などが形成された絶縁膜５４、８４の図示を省略している。まず、図６（ａ）から図６（ｃ）を用いて、半導体チップ５０の製造方法を説明する。図６（ａ）のように、半導体チップ５０を構成する絶縁膜５６に、フォトリソグラフィ法及びエッチング法を用いて、複数の凹部７２を形成する。凹部７２は、例えば１μｍ程度の大きさの直方体である。複数の凹部７２のピッチ間隔は、例えば１．５μｍ程度である。次に、絶縁膜５６の上面に、スパッタリング法を用いて、電極６６の金属膜７０を形成する金属材料（銅）を堆積する。これにより、凹部７２の内面に沿って金属膜７０が形成される。金属膜７０の厚さは、例えば０．２μｍ程度である。
【００３５】
図６（ｂ）のように、電解めっき法を用いて、凹部７２を埋め込むように、電極６６の金属膜６８を形成する金属材料（錫）を堆積する。これにより、凹部７２の金属膜７０の内側に金属膜６８が形成される。金属膜６８の厚さは、例えば０．８μｍ程度である。
【００３６】
図６（ｃ）のように、例えばＣＭＰ（化学機械研磨：Chemical Mechanical Polishing）などの平坦化処理によって金属材料を除去して絶縁膜５６の上面を露出させる。これにより、絶縁膜５６の凹部７２に埋め込まれ、金属膜６８と金属膜６８を囲む金属膜７０とを有する電極６６が形成される。絶縁膜５６の上面は、ＣＭＰ処理が施されているため平坦性に優れている。例えば、絶縁膜５６の上面の表面粗さＲａは２０ｎｍ程度となっている。
【００３７】
次に、図６（ｄ）及び図６（ｅ）を用いて、半導体チップ８０の製造方法を説明する。図６（ｄ）のように、半導体チップ８０を構成する絶縁膜８６に、フォトリソグラフィ法及びエッチング法を用いて、複数の凹部１００を形成する。凹部１００は、例えば０．３μｍ程度の大きさの直方体である。複数の凹部１００のピッチ間隔（中心点間の距離）は、例えば０．５μｍ程度である。
【００３８】
図６（ｅ）のように、絶縁膜８６の上面に、蒸着法又はスパッタリング法を用いて、電極９６を形成する金属材料（インジウム）を堆積する。その後、例えばＣＭＰなどの平坦化処理によって金属材料を除去して絶縁膜８６の上面を露出させる。これにより。絶縁膜８６の凹部１００に埋め込まれた電極９６が形成される。絶縁膜８６の上面は、絶縁膜５６の上面と同様、ＣＭＰ処理が施されているために平坦性に優れている。
【００３９】
次に、図７（ａ）及び図７（ｂ）を用いて、半導体チップ５０と半導体チップ８０の積層工程を説明する。図７（ａ）のように、半導体チップ５０の電極６６が形成された面又は半導体チップ８０の電極９６が形成された面のいずれかに、スピンコート法又はスプレーコート法を用いて、例えばＢＣＢ膜からなる樹脂膜１１０を塗布する。ＢＣＢ膜からなる樹脂膜１１０は１５０℃で加熱してＢステージ（半硬化）の状態とする。樹脂膜１１０の厚さは、例えば０．２μｍ程度である。そして、半導体チップ５０と半導体チップ８０で樹脂膜１１０を挟む。
【００４０】
図７（ｂ）のように、半導体チップ５０と半導体チップ８０で樹脂膜１１０を挟み、且つ、半導体チップ５０、半導体チップ８０、及び樹脂膜１１０を２００℃に加熱した状態を所定時間維持する。これにより、半導体チップ５０の電極６６を構成する金属膜６８にかかる圧縮応力が増大し、金属膜６８から針状結晶１１２が効率良く成長する。針状結晶１１２が成長することで、半導体チップ５０の電極６６と半導体チップ８０の電極９６とが針状結晶１１２によって電気的に接続される。ＢＣＢ膜は熱硬化性樹脂であることから２００℃に加熱した状態を一定時間維持することで熱硬化し、その結果、半導体チップ５０と半導体チップ８０が樹脂膜１１０によって接着される。
【００４１】
なお、半導体チップ５０と半導体チップ８０で樹脂膜１１０を挟んだ状態で、１００℃から２５０℃や２００℃から２５０℃などの温度サイクルを複数回繰り返す熱処理を行ってもよい。このように、温度を変化させながら熱処理を行うことで、金属膜６８にかかる圧縮応力の変化を促すことができるため、金属膜６８から針状結晶１１２を効率良く成長させることができる。
【００４２】
実施例２の半導体装置６００の効果を説明するにあたり、比較例２の半導体装置について説明する。図８は、比較例２に係る半導体装置の断面図である。図８のように、比較例２の半導体装置１０００は、半導体チップ７１０と半導体チップ７３０が積層されている。半導体チップ７１０は、トランジスタなどの複数の半導体素子７１２が形成されたシリコン（Ｓｉ）基板７１４と、複数の配線層７１６、複数のビア配線７１８、及び複数の電極７２０が内部に形成された絶縁膜７２２と、を有する。半導体素子７１２は配線層７１６及びビア配線７１８を介して電極７２０に電気的に接続されている。
【００４３】
半導体チップ７３０は、トランジスタなどの複数の半導体素子７３２が形成されたシリコン（Ｓｉ）基板７３４と、複数の配線層７３６、複数のビア配線７３８、及び複数の電極７４０が内部に形成された絶縁膜７４２と、を有する。半導体素子７３２は配線層７３６及びビア配線７３８を介して電極７４０に電気的に接続されている。
【００４４】
半導体チップ７１０と半導体チップ７３０は、半導体チップ７１０の電極７２０と半導体チップ７３０の電極７４０とが直接接合することで積層されている。例えば、半導体チップを金属（例えば銅（Ｃｕ））ピラーで直接接合することで積層することが知られているが、金属ピラーのピッチ間隔は５μｍ程度が製造的に限界であるため、端子密度を大きくすることが難しい。一方、電極７２０、７４０は、実施例２と同様にフォトリソグラフィ法などを用いて形成できるため、１μｍ以下の大きさ及び間隔で形成することができる。しかしながら、半導体チップ７１０と半導体チップ７３０のアライメント精度を１μｍ以下で行うことは難しく、図８のように、電極７２０と電極７４０に位置ずれが生じてしまう。位置ずれが生じると、電極７２０と電極７４０の間の抵抗増や電極７２０と電極７４０が電気的に接続しないなどの接続不良が発生してしまう。
【００４５】
一方、実施例２によれば、半導体チップ５０の電極６６と半導体チップ８０の電極９６とは、電極９６よりも大きい電極６６から成長した針状結晶１１２によって接続されている。針状結晶１１２の直径は０．１μｍ以下であるため、微細接続が可能であることから、電極の大きさ及び間隔を小さくすることができる。その際に、電極６６を電極９６よりも大きくすることで、半導体チップ５０と半導体チップ８０のアライメント精度が悪い場合でも、電極６６から成長した針状結晶１１２が電極９６に接続し易くなる。よって、半導体チップ５０と半導体チップ８０の電極間の接続不良を抑制できる。また、小さい電極からは針状結晶が成長し難くなる恐れがあるが、金属膜６８と金属膜７０とで構成された電極６６を用いることで、金属膜６８に加わる圧縮応力を大きくできるため、電極６６から針状結晶１１２を成長させることができる。
【００４６】
また、実施例２によれば、半導体チップ５０の電極６６は半導体チップ８０の電極９６よりも単位面積当たりの数が多くなっている。これにより、電極６６から成長した針状結晶１１２が電極９６に更に接続し易くなる。
【００４７】
実施例２の製造方法によれば、図６（ａ）から図６（ｃ）のように、半導体チップ５０に、針状結晶１１２を発生する金属膜６８と、金属膜６８を囲んで金属膜６８よりも熱膨張係数が小さく且つヤング率が大きい金属膜７０と、を有する電極６６を形成する。図６（ｄ）及び図６（ｅ）のように、半導体チップ８０に電極９６を形成する。図７（ａ）及び図７（ｂ）のように、半導体チップ５０の電極６６が形成された面と半導体チップ８０の電極９６が形成された面で樹脂膜１１０を挟み、熱処理を行って電極６６から針状結晶１１２を発生させ電極６６と電極９６を電気的に接続する。これにより、金属膜６８に生じる圧縮応力を大きくでき、金属膜６８から針状結晶１１２を効率良く成長させることができるため、半導体チップ５０と半導体チップ８０の電極間の接続を良好にすることができる。
【００４８】
また、実施例２の製造方法によれば、図６（ａ）から図６（ｃ）のように、絶縁膜５６に設けられた凹部７２の内面に金属膜７０を形成し、その後、内面に金属膜７０が形成された凹部７２に金属膜６８を埋め込むことで、電極６６を形成している。これにより、金属膜６８と、金属膜６８を囲んで設けられ、金属膜６８よりも熱膨張係数が小さく且つヤング率が大きい金属膜７０と、を有する電極６６を容易に形成することができる。
【００４９】
次に、半導体チップ５０の電極６６が、半導体チップ８０の電極群９８に接続する複数の電極９６のうちのいずれの電極９６に針状結晶１１２で接続されているかを割り出すスキャンテストについて説明する。図９は、スキャンテストを説明する図である。図９のように、スキャンテストを行うために、半導体チップ５０には、複数の電極６４に電気的に接続されたセレクタ回路１２０が設けられている。セレクタ回路１２０は、コントローラ回路１２２からの指示に基づき、複数の電極６４のうちの１つの電極６４を選択、すなわち複数の電極６６のうちの１つの電極６６を選択する。
【００５０】
半導体チップ８０には、電極群９８と電極群９８に接続する複数の電極９６との間にセレクタ回路１３０が接続されている。すなわち、複数の電極群９８それぞれに１つのセレクタ回路１３０が接続されている。セレクタ回路１３０は、コントローラ回路１３２からの指示に基づき、電極群９８に接続する複数の電極９６のうちの１つの電極９６を選択する。
【００５１】
スキャンテストにおいては、まず、コントローラ回路１２２がセレクタ回路１２０に指示して１つの電極６４を選択する。コントローラ回路１３２はセレクタ回路１２０によって選択された電極６４に対応する電極群９８に接続されたセレクタ回路１３０に指示して複数の電極９６を順次選択する。コントローラ回路１３２は、セレクタ回路１３０によって複数の電極９６を順次選択していく過程において、電極６６に針状結晶１１２で接続された電極９６を特定して割り出すことができる。これにより、例えば１つの電極６６から１つの電極９６に針状結晶１１２で接続されている場合や、１つの電極６６から２以上の電極９６に針状結晶１１２で接続されている場合などにおいて、１つの接続経路を確立することができる。
【００５２】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００５３】
なお、以上の説明に関して更に以下の付記を開示する。
（付記１）第１電極を有する半導体チップと、前記第１電極と針状結晶で電気的に接続された第２電極を有する部品と、を備え、前記第１電極及び前記第２電極の少なくとも一方は、前記針状結晶を発生する第１金属膜と、前記第１金属膜を囲んで設けられ、前記第１金属膜よりも熱膨張係数が小さく且つヤング率が大きい第２金属膜と、を含む、半導体装置。
（付記２）前記第１金属膜は錫で形成され、前記第２金属膜は銅で形成されている、付記１記載の半導体装置。
（付記３）前記第１電極及び前記第２電極のうちの一方の電極は前記第１金属膜と前記第２金属膜を含み、他方の電極は前記第１金属膜よりも硬度の小さい金属で形成されている、付記１または２記載の半導体装置。
（付記４）前記他方の電極はインジウムで形成されている、付記３記載の半導体装置。
（付記５）前記第１電極及び前記第２電極のうちの一方の電極は前記第１金属膜と前記第２金属膜を含み、前記一方の電極は、他方の電極よりも大きい、付記１または２記載の半導体装置。
（付記６）複数の前記一方の電極と複数の前記他方の電極が設けられ、前記複数の他方の電極は、前記複数の一方の電極よりも単位面積当たりの数が多い、付記５記載の半導体装置。
（付記７）前記複数の一方の電極のうちの少なくとも１つは前記針状結晶によって前記複数の他方の電極のうちの２以上の電極に接続されている、付記６記載の半導体装置。
（付記８）前記半導体チップの前記第１電極が設けられた面と前記部品の前記第２電極が設けられた面との間に位置して前記半導体チップと前記部品とを接着させる樹脂膜を備える付記１から７のいずれか一項記載の半導体装置。
（付記９）前記部品は半導体チップである。付記１から８のいずれか一項記載の半導体装置。
（付記１０）前記部品は回路基板である、付記１から８のいずれか一項記載の半導体装置。
（付記１１）半導体チップに第１電極を形成する工程と、部品に第２電極を形成する工程と、熱処理を行って、前記第１電極及び前記第２電極の少なくとも一方から針状結晶を発生させて前記第１電極と前記第２電極を前記針状結晶で電気的に接続する工程と、を備え、前記第１電極及び前記第２電極の前記少なくとも一方を形成する工程は、前記針状結晶を発生する第１金属膜を形成する工程と、前記第１金属膜を囲むように前記第１金属膜よりも熱膨張係数が小さく且つヤング率が大きい第２金属膜を形成する工程と、を含む、半導体装置の製造方法。
（付記１２）前記熱処理は温度を変化させながら行う、付記１１記載の半導体装置の製造方法。
（付記１３）前記第２金属膜を形成する工程は、絶縁膜に設けられた凹部の内面に前記第２金属膜を形成し、前記第１金属膜を形成する工程は、内面に前記第２金属膜が形成された前記凹部に前記第１金属膜を埋め込む、付記１１または１２記載の半導体装置の製造方法。
（付記１４）前記第１金属膜を形成する工程は、めっき法を用いて前記凹部に前記第１金属膜を埋め込む、付記１３記載の半導体装置の製造方法。
（付記１５）前記半導体チップの前記第１電極が形成された面と前記部品の前記第２電極が形成された面とで樹脂膜を挟む工程を備え、前記第１電極と前記第２電極を前記針状結晶で電気的に接続する工程は、前記絶縁膜を挟む工程の後に行う、付記１１から１４のいずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
【符号の説明】
【００５４】
１０  半導体チップ
１２  絶縁膜
１４  電極
１６  金属膜
１８  金属膜
２０  半導体チップ
２２  絶縁膜
２４  電極
２６  金属膜
２８  金属膜
３０  樹脂膜
３２  針状結晶
４０  回路基板
４２  基板
４４  電極
５０  半導体チップ
５２  基板
５４  絶縁膜
５６  絶縁膜
５８  半導体素子
６０  配線層
６２  ビア配線
６４  電極
６６  電極
６８  金属膜
７０  金属膜
７２  凹部
８０  半導体チップ
８２  基板
８４  絶縁膜
８６  絶縁膜
８８  半導体素子
９０  配線層
９２  ビア配線
９４  電極
９６  電極
９８  電極群
１００  凹部
１１０  樹脂膜
１１２  針状結晶
１２０、１３０  セレクタ回路
１２２、１３２  コントローラ回路
５００〜６００  半導体装置
【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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