(57)【要約】半導体チップ（１０）は、表面に形成されたコーティング材（１１）により、略円筒形状に変形した状態に固定される。変形した半導体チップ（１０）はインターポーザ（１２）にフリップチップ接続される。半導体チップ（１０）はインターポーザ（１２）上で封止樹脂（１３）により封止される。インターポーザ（１２）の裏面に外部接続端子として半田ボール（１４）が設けられる。
2004015758.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの半導体チップと、
該半導体チップの表面に形成され、該半導体チップを略円筒形状または湾曲形状に変形した状態に固定する固定部材と、
該変形した半導体チップがフリップチップ接続されたパッケージ基板と、
前記半導体チップを該パッケージ基板上で封止する封止樹脂と、
該パッケージ基板に設けられた外部接続端子と
を有する半導体装置。
【請求項２】
請求の範囲第１項記載の半導体装置であって、
前記固定部材は、略円筒形状又は湾曲形状の半導体チップの内側の面に形成された樹脂層である半導体装置。
【請求項３】
請求の範囲第１項記載の半導体装置であって、
前記半導体チップの厚さは５０μｍ以下である半導体装置。
【請求項４】
請求の範囲第１項記載の半導体装置であって、
互いにフリップチップ接続された複数の前記半導体チップを有する半導体装置。
【請求項５】
請求の範囲第４項記載の半導体装置であって、
前記複数の半導体チップは、略円筒形状の第１の半導体チップと、該第１の半導体チップより大きな直径の略円筒形状に形成されて前記第１の半導体チップの外周を包囲するように配置された第２の半導体チップとを含む半導体装置。
【請求項６】
請求の範囲第５項記載の半導体装置であって、
前記第１の半導体チップの端部は前記第２の半導体チップの端部から突出して延在し、前記第１の半導体チップと前記パッケージ基板とがフリップチップ接続された半導体装置。
【請求項７】
請求の範囲第４項記載の半導体装置であって、
前記複数の半導体チップは、湾曲形状の第１の半導体チップと、該第１の半導体チップより大きな湾曲形状に形成されて前記第１の半導体チップの外周に沿って配置された第２の半導体チップとを含む半導体装置。
【請求項８】
請求の範囲第７項記載の半導体装置であって、
前記第２の半導体チップの端部は前記第２の半導体チップの端部より大きく延在し、前記第２の半導体チップと前記パッケージ基板とがフリップチップ接続された半導体装置。
【請求項９】
請求の範囲第１項記載の半導体装置であって、
サイズの異なる複数の湾曲形状に形成された前記半導体チップを有し、より大きいイサイズの半導体チップの湾曲形状により形成される空間に、該大きいサイズの半導体チップより小さいサイズの半導体チップが収容された半導体装置。
【請求項１０】
請求の範囲第９項記載の半導体装置であって、
前記複数の半導体チップの各々は個別に前記パッケージ基板にフリップチップ接続された半導体装置。
【請求項１１】
請求の範囲第９項記載の半導体装置であって、
前記複数の半導体チップは、大きいサイズの半導体チップに対して該大きいサイズより小さいサイズの半導体チップがフリップチップ接続され、最大のサイズの半導体チップが前記パッケージ基板にフリップチップ接続された半導体装置。
【請求項１２】
請求の範囲第１項記載の半導体装置であって、
前記半導体チップは、複数の積層された平坦な半導体チップと、該平坦な半導体チップのうち回路形成面が上を向いた状態の最上位置の半導体チップと前記パッケージ基板とにフリップチップ接続された変形した半導体チップとを含む半導体装置。
【請求項１３】
変形した半導体チップを有する半導体装置の製造方法であって、
平坦な状態の半導体チップを支持し、
該平坦な状態の半導体チップに液状の樹脂を塗布し、
該液状の樹脂が塗布された面が内側となるように前記半導体チップを変形し、
前記液状の樹脂を硬化させて前記半導体チップを円筒形状又は湾曲形状に固定し、
前記半導体チップをパッケージ基板にフリップチップ実装する
各工程を有する半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
請求の範囲第１３項記載の半導体装置の製造方法であって、
前記液状の樹脂を塗布する工程は前記半導体チップを変形した後に行われる半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は半導体装置に係り、特に湾曲した半導体素子を有するスタックド・マルチチップパッケージ（ＭＣＰ）やマルチチップモジュール（ＭＣＭ）のような半導体装置に関する。
【背景技術】  半導体装置の集積度を向上し、また動作速度を高速化するため、従来の平坦な半導体チップを所望の形状に変形して搭載する技術が注目されている。半導体チップの薄型化が著しく進み、半導体チップ自体を容易に変形（湾曲）できるようになってきている。特開２００１−１１８９８２号公報及び特開平１１−３４５８２３号公報は、半導体素子を変形（湾曲）して実装する技術を開示している。
図１は特開２００１−１１８９８２号公報に開示された変形した半導体チップを示す斜視図である。半導体チップ１は円筒形の支持基板２に巻きつけられて円筒状に変形される。半導体チップ１の電極パッド１ａは円筒の長手方向に整列した状態で配列され、同様に円筒状に変形された他の半導体チップと互いに接続することができる。
図２は特開平１１−３４５８２３号公報に開示された変形した半導体チップを示す側面図である。半導体チップ３は、外部接続電極としての半田バンプ３ａが設けられた側が凹となるように湾曲され、半田バンプ３ａがインターポーザ４の配線部４ａに接合されている。インターポーザ４が例えば熱変形しても、半導体チップが容易に変形する（撓む）ことができるため、半導体チップ３とインターポーザ４との間（すなわち半田バンプ３ａ）に生じる応力を緩和することができる。
しかしながら、図１に示す半導体チップ１は、円筒基板２に巻きつけることにより、重量が増加したり、チップの組み合わせ（筒に巻きつけたチップを上に置く場合）によっては積層するチップ同士を接続する必要があるため、チップのパッドを最適化する必要がある。このため、チップの再設計を行う必要があり、従来の半導体チップをそのまま使用することができない。また、半導体チップ１を円筒基板２に精度良く巻きつける必要があり、そのような方法を考案しなくてはならない。
図２に示す半導体チップ３のように、半導体チップを湾曲させてフリップチップ実装する場合には、チップが薄く強度が弱いため、インターポーザに接続する際や、樹脂などで封止する際に、半導体チップにクラックが発生するおそれがある。また、半導体チップが円弧状に変形しているため、インターポーザと半導体チップとの接続部の位置精度が低いと考えられる。
【発明の開示】
本発明の総括的な目的は、上述の問題を解消した改良された有用な半導体装置及びその製造方法を提供することである。
本発明のより具体的な目的は、極薄チップを利用して半導体チップを変形し、チップが空間的に効率よく配置された半導体装置を提供することである。
本発明の他の目的は、複数の半導体チップの組み合わせの自由度が増し、伝送線路が短縮された半導体装置を提供することである。
上述の目的を達成するために、本発明の一つの面によれば、少なくとも一つの半導体チップと、該半導体チップの表面に形成され、該半導体チップを略円筒形状または湾曲形状に変形した状態に固定する固定部材と、該変形した半導体チップがフリップチップ接続されたパッケージ基板と、半導体チップを該パッケージ基板上で封止する封止樹脂と、該パッケージ基板に設けられた外部接続端子とを有する半導体装置が提供される。
上述の発明によれば、半導体チップは固定部材により変形した状態に固定されるため、そのままパッケージ基板に対してフリップチップ接続することができる。固定部材は半導体チップの半導体チップの割れを防止する補強部材としても機能する。また、半導体チップが円筒形状又は湾曲形状に変形しているため、平坦な状態の半導体チップを実装するより小さなパッケージ基板を用いることができ、半導体装置の推移平投影面積を縮小することができる。また、複数の変形した半導体チップを適当に組合せることにより、パッケージ基板上の空間を有効に利用することができ、半導体装置の実装密度を高めることができる。さらに、半導体チップを変形して外部接続用電極パッドの位置を適当な位置に変えることができ、パッケージ基板上の配線を短くすることができる。これにより、高速な動作を行う半導体装置を達成することができる。
上述の発明において、固定部材は、略円筒形状又は湾曲形状の半導体チップの内側の面に形成された樹脂層としてもよい。また、容易に変形を可能とするために、半導体チップの厚さは５０μｍ以下とすることが好ましい。
また、本発明による半導体装置は、互いにフリップチップ接続された複数の半導体チップを有することとしてもよい。複数の半導体チップは、略円筒形状の第１の半導体チップと、第１の半導体チップより大きな直径の略円筒形状に形成されて第１の半導体チップの外周を包囲するように配置された第２の半導体チップとを含むように構成してもよい。第１の半導体チップの端部は前記第２の半導体チップの端部から突出して延在し、第１の半導体チップとパッケージ基板とがフリップチップ接続された構成としてもよい。また、複数の半導体チップは、湾曲形状の第１の半導体チップと、第１の半導体チップより大きな湾曲形状に形成されて第１の半導体チップの外周に沿って配置された第２の半導体チップとを含むこととしてもよい。第２の半導体チップの端部は第２の半導体チップの端部より大きく延在し、第２の半導体チップと前記パッケージ基板とがフリップチップ接続された構成としてもよい。
また、本発明による半導体装置は、サイズの異なる複数の湾曲形状に形成された半導体チップを有し、より大きいイサイズの半導体チップの湾曲形状により形成される空間に、大きいサイズの半導体チップより小さいサイズの半導体チップが収容された構成とすることもできる。複数の半導体チップの各々は個別にパッケージ基板にフリップチップ接続されてもよい。あるいは、複数の半導体チップは、大きいサイズの半導体チップに対して該大きいサイズより小さいサイズの半導体チップがフリップチップ接続され、最大のサイズの半導体チップがパッケージ基板にフリップチップ接続された構成としてもよい。
また、本発明による半導体装置において、半導体チップは、複数の積層された平坦な半導体チップと、平坦な半導体チップのうち回路形成面が上を向いた状態の最上位置の半導体チップとパッケージ基板とにフリップチップ接続された変形した半導体チップとを含むこととしてもよい。
また、本発明の他の面によれば、変形した半導体チップを有する半導体装置の製造方法であって、平坦な状態の半導体チップを支持し、平坦な状態の半導体チップに液状の樹脂を塗布し、液状の樹脂が塗布された面が内側となるように半導体チップを変形し、液状の樹脂を硬化させて半導体チップを円筒形状又は湾曲形状に固定し、半導体チップをパッケージ基板にフリップチップ実装する各工程を有する半導体装置の製造方法が提供される。上述の半導体装置の製造方法において、液状の樹脂を塗布する工程は前記半導体チップを変形した後に行われることとしてもよい。
本発明の他の目的、特徴及び利点は添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むことにより、一層明瞭となるであろう。
【図面の簡単な説明】  図１は円筒形状に変形された半導体チップの斜視図である。
図２は湾曲した状態で基板に搭載された半導体チップの側面図である。
図３は本発明の第１実施例による半導体装置の断面図である。
図４は従来のメモリデバイスに用いられる半導体チップの内部回路のブロック図である。
図５は円筒形状の半導体チップをメモリデバイスとして用いた場合の内部回路のブロック図である。
図６は図５に示す回路を形成した場合の半導体チップの内部構成を示す図である。
図７は図６に示す半導体チップを搭載するためのインターポーザの平面図である。
図８は半導体チップを円筒形状に形成するための変形用治具の斜視図である。
図９Ａ、図９Ｂ及び図９Ｃは図８に示す変形用治具の動作を説明するための図である。
図１０Ａ，１０Ｂ及び１０Ｃは半導体チップを円筒形状に形成するための変形用治具の図である。
図１１Ａ〜図１１Ｅは図１０Ａ〜図１０Ｃに示す変形用治具を用いて半導体チップを円筒形状に変形する動作を説明するための図である。
図１２は複数の円筒形状の半導体チップを組み込んだ半導体装置の断面図である。
図１３は複数の円筒形状の半導体チップを組み込んだ半導体装置の他の例を示す断面図である。
図１４は複数の円筒形状の半導体チップを組み込んだ半導体装置の他の例を示す断面図である。
図１５は図１４に示す半導体チップの断面図である。
図１６は２重の円筒形状に形成された半導体チップの端部を示す側面図である。
図１７は本発明の第２実施例による半導体装置の断面図である。
図１８は湾曲形状の半導体チップを形成するための変形用治具の断面斜視図である。
図１９Ａ，１９Ｂ及び１９Ｃは図１８に示す変形用治具を用いて半導体チップを湾曲形状に形成する工程を説明するための図である。
図２０は湾曲形状の半導体チップを形成するための他の変形用治具の断面図である。
図２１及び２１Ｂは図２８に示す変形用治具を用いて半導体チップを湾曲形状に形成する工程を説明するための図である。
図２２は複数の湾曲形状の半導体チップを封止する際の封止樹脂の流れを説明するための図である。
図２３は半導体チップの湾曲により形成される空間の中に小さなサイズの半導体チップを収容した構成の半導体装置の断面図である。
図２４は図２３に示す半導体装置にヒートシンクを設けた例の断面図である。
図２５は半導体チップの湾曲により形成される空間の中に小さなサイズの半導体チップを収容した構成の半導体装置の他の例の断面図である。
図２６は図２５に示すベタ配線層を示す平面図である。
図２７は図２５に示す半導体装置にヒートシンクを設けた例の断面図である。
図２８は複数の半導体チップを搭載した更に別の半導体装置を示す断面図である。
図２９は図２８に示す半導体チップ内の配線例を示す平面図である。
図３０Ａ〜３０Ｄは複数の半導体チップを一括して変形して半導体装置を形成する工程を説明するための図である。
【発明を実施するための最良の形態】  本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
図３は本発明の第１実施例による半導体装置の断面図である。図３に示す半導体装置は、略円筒状に湾曲した半導体チップ１０を有する。半導体チップ１０は外部接続端子としてのバンプ１０ａが外側を向いて湾曲される。バンプ１０ａは半田あるいは金などにより形成される。半導体チップ１０の両辺の周囲に配列されたバンプ１０ａは、円筒形状の長手方向に２列に整列した状態となる。半導体チップ１０の裏側（円筒形状の内面）には、固定部材として樹脂等のコーティング材１１が塗布され硬化されて樹脂層が形成される。したがって、半導体チップは円筒形状に湾曲した状態で樹脂層により固定される。
半導体チップ１０はバンプ１０ａを介してパッケージ基板（インターポーザ）１２に接続される。すなわち、半導体チップのバンプ１０ａはインターポーザ１２に対してフリップチップ接続される。半導体チップはインターポーザ１２上で封止樹脂１３により封止される。インターポーザ１２の裏側には半導体装置の外部接続端子としてハンダボール１４が設けられる。
上述のように半導体チップ１０を円筒形状に変形させるには、半導体チップ１０の厚みは薄いほうがよく、５０μｍ以下が好ましい。
半導体チップ１０が円筒形状となっているため、半導体チップ１０が平坦な状態でインターポーザに実装される場合より、小さなサイズのインターポーザを用いることができる。したがって、半導体装置の水平投影面積を小さくすることができる。
ここで、半導体チップ１０を円筒形状にした場合の他の利点について説明する。図４は従来のメモリデバイスに用いられる半導体チップの内部回路のブロック図である。従来のメモリデバイス用半導体チップでは、データ入力回路１５とデータ出力回路１６とが一つの電極パッド１７に接続される場合がある。また、メモリセルアレイ１８の両側に書き込み回路１９及び読み出し回路２０が夫々設けられる。そのような場合に、データ出力回路１６を読み出し回路２０の近傍に設けると、データ入力回路１５と書き込み回路１９との間の距離が長くなり、これらを接続するチップ内の配線２１の長さが長くなる。このようなチップ内の長い配線は、高速な読み出し動作の妨げとなる。
本実施例による半導体装置は、上述のチップ内の配線をインターポーザ上に形成された短い配線で置き代えることができる。以下にその理由を説明する。
図５は本実施例による円筒形状の半導体チップ１０をメモリデバイスとして用いた場合の内部回路のブロック図である。図６は図５に示す回路を形成した場合の半導体チップ１０の内部構成を示す図である。この場合、データ入力回路１５は書き込み回路１９の近傍に設けられ、データ出力回路１６は読み出し回路２０の近傍に設けられる。そして、データ入力端子２２は、データ入力回路１５及び書き込み回路１９の近傍に整列した状態で設けられる。一方、データ出力端子２３は、データ入力回路１５及び書き込み回路１９の近傍に整列した状態で設けられる。
データ入力端子２２の列は半導体チップ１０の一側辺に配列された電極に相当し、データ出力端子２３の列は半導体チップ１０の反対側の辺に配列された電極に相当する。なお、データ入力端子２２の列及びデータ出力端子２３の列の各々にはクロック（ＣＬＫ）端子２４が含まれる。
半導体チップ１０が円筒形状に変形されると、データ入力端子２２の列及びデータ出力端子２３の列は近接した状態で２列に平行に延在する。このような半導体チップ１０の電極を図７に示すインターポーザ１２の電極パッド２５に接続することにより、データ入力端子２２と対応するデータ出力端子２３とを、インターポーザ１２上に形成した配線２６により接続することができる。
したがって、従来半導体チップ内に形成されていた配線２１（図４参照）をインターポーザ１２上の短い配線に代えることができ、高速な動作を実現することができる。
次に、半導体チップを円筒形状に形成する方法について説明する。
まず、半導体チップを円筒形状に形成する第１の方法について説明する。図８は第１の方法により半導体チップを円筒形状に形成するための治具の斜視図である。図８に示す変形用治具３０は、中央の指示部３１と支持部３１の両側に回動可能に設けられた円弧状の可能部３２とよりなる。可動部３２は一端が支持部に回動可能に支持されている。
支持部３１は真空吸着用の孔３１ａを有しており、平坦な状態の半導体チップ１０の中央部分を真空吸着できるように構成されている。また、可動部３２の中には電熱線３２ａが組み込まれており、変形用治具３０による変形の際に加熱できるように構成されている。
まず、図９Ａに示すように、平坦な状態の半導体チップ１０のバンプ１０ａが設けられた面を支持部３１により真空吸着する。この際、半導体チップ１０の裏面にコーティング材１１を塗布する。次に、図９Ｂに示すように、可動部３２を回動することにより半導体チップ１０を可動部３２円弧状に沿って徐々に変形させる。最終的に、図９Ｃに示すように、半導体チップが略円筒形状となるまで、可動部３２を回動する。
図９Ｃに示すように半導体チップが略円筒形状となった後、可動部３２に組み込まれた電熱線により半導体チップ１０の裏面に塗布したコーティング材１１を熱硬化させる。コーティング材１１の硬化が完了したら、可動部３２をもとの状態に戻し、真空吸着を解除して略円筒形状となった半導体チップ１０を変形用治具３０から取り外す。この際、硬化したコーティング材１１により半導体チップ１０の円筒形状は維持される。
なお、可能であれば半導体チップを円筒形状に変形した後にコーティング材を半導体チップ１０の裏面（円筒の内面）に塗布してから硬化させることとしてもよい。また、半導体チップ１０が円筒形状になる前の湾曲した状態で可動部３２の回動を停止し、コーティング材１１を硬化させることにより湾曲状の半導体チップ１０を形成することもできる。
形状固定用に用いられるコーティング材１１は、特に制約は無いものの、速乾性に優れた液状のエポキシ樹脂などを用いることが好ましい。また、半導体チップ１０は封止樹脂によって封止されるため、コーティング材１１は封止樹脂１３の特性に近似した特性を有する樹脂を使用することにより、半導体装置を実装する場合に問題となるリフロー時のストレスによるパッケージ内の剥離を防止することができる。
また、コーティング材１１の厚さは、薄いほうがコーティング材の収縮によりチップの形状が更に変化するなどの影響が小さい。このため、コーティング材１１の厚さは、チップの厚さより薄いほうがよいと考えられ、薄ければ薄いほどよいと考えられる。また、コーティング材１１を熱硬化させるときの温度は、半導体チップ１０への影響を考慮すると、２００℃以下が望ましい。
また、コーティング材１１の特性によっては、ウェハ状態でコーティング材１１を塗布し、上述の変形用治具３０を用いて半導体チップを変形した後、熱をかけて形状を固定する方法なども考えられる。
本実施例では円筒状の基板に半導体チップを巻き付けて変形させるわけではなく、円筒状の部材を使用しないため、半導体チップを軽量化することができる。また、半導体チップの電極パッド等を筒上部材に巻きつけて積層できるように変更することなく、従来の設計の半導体チップでも使用可能である。半導体チップの形状をコーティング材により固定することにより、チップの形状を任意に固定できるだけでなく、半導体チップの強度を増すことができ、樹脂封止時やフリップチップ接続時のチップクラックを防止することができる。
次に、半導体チップを円筒形状に形成する第２の方法について説明する。図１０Ａ、図１０Ｂ及び図１０Ｃは第２の方法により半導体チップを円筒形状に形成するための変形用治具の図である。図１１Ａ〜図１１Ｅは第２の方法により半導体チップを円筒形状に変形する動作を説明するための図である。
まず、図１１Ａに示すように、図１０Ａに示す支持治具３５を半導体チップの裏面（バンプ１０ａが設けられた面の反対側の面）に支持治具３５を接触させ、支持治具３５に設けられた孔３５ａを介して半導体チップ１０を真空吸着する。
次に、図１１Ｂに示すように、支持治具３５により支持された半導体チップ１０を湾曲治具３６の上に載置し、支持治具３５により押圧する。湾曲治具３６は断面がほぼ半円状に湾曲した治具であり、弾性を有している。支持治具３５を押圧して半導体チップ１０を変形させていくと、図１１Ｃに示すように、半導体チップ１０は湾曲治具３６の内面に沿った形状に変形する。湾曲治具３６に真空吸着部を設けておくことにより半導体チップ１０を湾曲治具の内面に沿った状態に維持することができる。また、湾曲治具３６には加熱用の電熱線を組み込んでおくことが好ましい。
次に、図１１Ｄに示すように、支持治具３５を半導体チップ１０から取り外し、押圧治具３７（３７Ａ，３７Ｂ）により湾曲治具３６を左右から押圧する。これにより、図１１Ｅに示すように、押圧治具３６の断面が半円形状よりさらに円形状に近い形状に変形する。したがって、湾曲治具３６の内側に配置されている半導体チップ１０は略円筒形状に変形する。
なお、図１１Ｄに示す状態あるいは図１１Ｅに示す状態において、上述の第１の方法のようにコーティング材１１を半導体チップの裏面に塗布して硬化させることにより、半導体チップ１０が円筒形状を維持するように固定することができる。
次に、上述の円筒形状に変形された半導体チップを搭載した半導体装置について説明する。
図１２は複数の円筒形状の半導体チップを組み込んだ半導体装置の断面図である。図１２において、３個の半導体チップ１０がパッケージ基板（インターポーザ）３８にフリップチップ接続され、封止樹脂３９により封止されている。インターポーザ３８の裏面には外部接続端子として半田ボール４０が設けられる。このように、円筒形状の半導体チップ１０を用いることにより、同一数の半導体チップを組み込む場合、半導体装置の水平投影面積を平坦な半導体チップを用いる場合より小さくすることができる。また、複数の半導体チップ１０を全てフリップチップ接続することができる。
図１３は複数の円筒形状の半導体チップを組み込んだ半導体装置の他の例を示す断面図である。図１３に示す例では、インターポーザ４１の両側に３個ずつ合計６個の半導体チップ１０がフリップチップ接続され、それぞれ封止樹脂４２により封止されている。外部接続端子としてのハンダボール４３は片側の封止樹脂４２の外側に配置され、封止樹脂の厚みより大きな寸法を有している。図１３に示す半導体チップ１０は円筒形状を僅かに押し潰したような楕円形状となっている。このようにすることにより、封止樹脂４２の厚みを低くすることができる。
図１４は複数の円筒形状の半導体チップを組み込んだ半導体装置の更に他の例を示す断面図である。図１４に示す例では、半導体チップを２重の円筒形状に形成している。図１５は図１４に示す半導体チップの断面図である。すなわち、図１５に示すように、円筒形状に形成した半導体チップ１０Ａ（内周チップ）の外側にさらに円筒形状の半導体チップ１０Ｂ（外周チップ）を設けることにより、複数の半導体チップが一体的に形成される。半導体チップ１０Ａ及び１０Ｂは、あたかも一つの半導体チップのようにインターポーザ４５にフリップチップ接続される。半導体チップ１０Ａ，１０Ｂはインターポーザ４５上で封止樹脂４６により封止される。インターポーザ４５の裏面には外部接続端子として半田ボール４７が設けられる。
図１６は２重の円筒形状に形成された半導体チップの端部を示す側面図である。外側の半導体チップのバンプが形成される面（回路形成面）は、内側の半導体チップ１０Ｂに向いており、円筒形状の内周面となる。したがって、外側の半導体チップ１０Ｂに外部接続端子を設けることはできない。一方、内側の半導体チップ１０Ａのバンプが形成される面（回路形成面）は、円筒形状の外周面となり外側を向くこととなる。そこで、内側の半導体チップ１０Ａの端部を外側の半導体チップ１０Ｂの端部から突出させて、突出した部分に外部接続端子としてバンプ１０Ａａを設ける。外側の半導体チップ１０Ｂは、内側の半導体チップ１０Ｂ内の配線とバンプ１０Ａａを介してインターポーザ４７に接続される。
以上のように、半導体チップを２重に重ねて円筒形状に形成することにより、複数の半導体チップを、空間的に効率よく配置することができ、半導体チップの密度を向上することができる。
次に、本発明の第２実施例による半導体装置について説明する。図１７は本発明の第２実施例による半導体装置の断面図である。図１７に示す半導体装置は、湾曲した半導体チップ５０を有する。半導体チップ５０は、外部接続端子としてのバンプ５０ａが設けられた面（回路形成面）が内側となるような形状に湾曲される。バンプ５０ａは半田あるいは金などにより形成される。半導体チップ５０の回路形成面には樹脂等のコーティング材１１が塗布され硬化されて樹脂層が形成される。半導体チップ５０は湾曲した状態で樹脂層により固定される。
半導体チップ５０はバンプ５０ａを介してパッケージ基板（インターポーザ）５２に接続される。すなわち、半導体チップのバンプ５０ａはインターポーザ５２に対してフリップチップ接続される。半導体チップ５０はインターポーザ５２上で封止樹脂５３により封止される。インターポーザ５２の裏側には半導体装置の外部接続端子としてハンダボール５４が設けられる。
上述のように半導体チップ５０を湾曲させるには、半導体チップ５０の厚みは薄いほうがよく、５０μｍ以下が好ましい。
半導体チップ５０が湾曲しているため、半導体チップ５０が平坦な状態でインターポーザに実装される場合より、小さなインターポーザを用いることができる。したがって、半導体装置の水平投影面積を小さくすることができる。
次に、半導体チップを湾曲形状に形成する方法について説明する。
まず、上述の第１実施例による円筒形状の半導体チップ１０を形成する方法を用いて湾曲形状の半導体チップ５０を形成することができる。例えば、図８に示す変形用治具３０を用いて湾曲形状の半導体チップ５０を形成することができる。この場合、平坦な半導体チップ５０は、図８に示す半導体チップ１０とは表裏が反対になって支持部３１に固定される。すなわち、バンプ５０ａが下向きの状態で支持部３１に固定される。そして、図９Ｂ示す状態で可動部の回動を停止し、コーティング材１１を硬化させことにより湾曲形状に固定された半導体チップ５０が得られる。
また、図１０Ａ及び図１０Ｂに示す変形用治具３５，３６を用いても、半導体チップ５０を形成することができる。この場合も、平坦な状態の半導体チップ５０を表裏を逆にして、すなわちバンプ５０ａを下側にして指示治具３５に取り付ける。そして図１１Ｃに示状態でコーティング材１１を塗布し硬化させることで湾曲形状に固定された半導体チップ５０が得られる。
図１８は湾曲形状の半導体チップを形成するための変形用治具の断面斜視図である。図１８に示す変形用治具５５は、底部の中央部分に凹部５５ａが設けられて空間が形成されたブロック状の治具である。底部の空間の中央には真空吸着用の孔５５ｂが開口している。また、底部の空間にはコーティング材を注入するための注入通路５０ｃが開口している。また、変形用治具の底部付近には加熱用の電熱線５０ｄが埋め込まれている。
まず、図１９Ａに示すように、変形用治具５５の底部を平坦な状態の半導体チップ５０の裏面に配置する。この状態で凹部５５ａの空間は半導体チップ５５の中央部分に位置する。半導体チップ５０の回路形成面にコーティング材５６を塗布しておく。次に、真空吸着用の孔５５を介して半導体チップ５０を真空吸着すると、図１９Ｂに示すように、半導体チップ５０は湾曲した状態となる。ここで、図１９Ｃに示すように、半導体チップ５０と変形用治具の凹部の底面との間に、注入通路からコーティング材を注入し、電熱線により加熱して硬化させる。これにより、半導体チップ５０は、回路形成面側のコーティング材５６と裏面側のコーティング材とにより湾曲形状に固定される。
図２０は湾曲形状の半導体チップを形成するための他の変形用治具の断面図である。図２０に示す変形用治具６０は、半導体チップ５０の中央部分を支持する中央支持部６０Ａと、半導体チップ５０の両端部をそれぞれ支持する端部支持部６０Ｂ及び６０Ｃとよりなる。中央支持部６０Ａ及び端部支持部６０Ｂ，６０Ｃは、真空吸着用の孔６０ａを介して平坦な状態の半導体チップ５０を真空吸着する。図２０は平坦な状態の半導体チップ５０が変形用治具６０に真空吸着された状態を示す。
図２０に示す状態から、図２１Ａに示すように、半導体チップ５０の中央部が湾曲変形するように、中央支持部６０Ａを端部支持部６０Ｂ，６０Ｃに対して移動する。これにより、半導体チップ５０は、中央部分と端部とが平面を維持した状態のまま、中央部分と端部との間が変形して湾曲状態となる。
次に、図２１Ｂに示すように、半導体チップ５０の回路形成面及び裏面にコーティング材５６を塗布して硬化させる。これにより、半導体チップ５０は湾曲形状に固定される。
本実施例による半導体チップをインターポーザ上に複数個並べて搭載する場合、図２２に示すように、半導体チップの湾曲によって形成される空間の開いている方向が封止樹脂の流動方向（図中矢印で示す）に整列することが好ましい。すなわち、封止樹脂が半導体チップ５０とインターポーザ５２との間に形成された空間に容易に流れこんで、封止樹脂が空間に容易に充填できるように、封止樹脂を注入するゲート６５の位置を調整する。このような構成は、上述の第１実施例による円筒形状の半導体チップ１０においても同様である。
次に、湾曲形状の半導体チップを複数個組合せて一つのパッケージとした半導体装置について説明する。図２３は半導体チップの湾曲により形成される空間の中に小さなサイズの半導体チップを収容した構成の半導体装置の断面図である。図２３に示す例では、大きなサイズの半導体チップ５０Ａを湾曲形状に形成し、その内側に一回り小さな半導体チップ５０Ｂを湾曲形状に形成して配置し、その内側にさらに平坦な半導体チップ５０Ｃを配置している。半導体チプ５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃの各々はインターポーザ５２に対してフリップチップ接続され、封止樹脂５３により封止される。
図２３に示す構成とした場合、積層した半導体チップと同様となるが、一枚のインターポーザ５２に対して全ての半導体チップをフリップチップ接続することができる。なお、半導体チップの実装密度が上がることにより、発熱の問題が生じるおそれがある場合は、図２４に示すように、封止樹脂５３の上面に金属板等よりなるヒートシンク６６を設けてもよい。
なお、図２３に示すような積層構造の場合、小さい半導体チップから上に積み重ねた後全ての半導体チップを変形（湾曲）させ、一括でフリップチップ接続する方法も考えられる。この方法は工程数がへるが、インターポーザと半導体チップの接続精度や、半導体チップを積層することによってチップが厚くなり、チップを変形しにくくなることを考えると、チップを個別に変形してフリップチプ接続することが好ましい。
図２５は半導体チップの湾曲により形成される空間の中に小さなサイズの半導体チップを収容した構成の半導体装置の他の例の断面図である。図２５に示す半導体装置では、半導体チップ５０Ｂが上下反対に配置され、半導体チップ５０Ａに対してフリップチップ接合されている。そして、半導体チップ５０Ｃは、半導体チップ５０Ａと半導体チップ５０Ｂとの間に形成される空間に配置される。図２５に示す例では、半導体チップ５０Ｂに対して半導体チップ５０Ｃをフリップチップ接続している。
図２５に示す構成では、半導体チップ５０Ｂの背面がインターポーザ５２に対向するため、図２６に示すように銅などのベタ配線層６７をインターポーザ５２に形成することにより、半導体チップ５０Ｂからの放熱を促進することができる。また、図２７に示すように、封止樹脂５３の上面に金属板等よりなるヒートシンク６６を設けて、更に放熱を促進することとしてもよい。さらに、放熱を促進するために、サーマルボールを入れたり、放熱性の良い封止樹脂などを用いたりして熱抵抗を小さくするなどの方法をとることが考えられる。
図２５に示す構成の半導体装置では、半導体チップ同士がフリップチップ接続されており、チップ間の接続配線長が短くなるため、高速動作を実現することができる。
図２８は複数の半導体チップを搭載した更に別の半導体装置を示す断面図である。インターポーザ５２上に複数個の半導体チップをフラットな状態で接続し、最上位チップとインターポーザとの接続を、形状を変化させたチップにて接続を行う。図２８に示す例では、半導体チップ７０Ａと７０Ｂとが互いに背面が対向するように積層されており、半導体チップ７０Ａはインターポーザ５２にフリップチップ接続されている。したがって、半導体チップ７０Ｂは回路形成面が上を向いた状態となっている。
半導体チップ７０Ｂの上に更に半導体チップ７０Ｃがフリップチップ接続されている。ここで、従来のＭＣＰ型半導体装置では、半導体チップ７０Ｂとインターポーザ５２との間をボンディングワイヤにて接続することが一般的であったが、図２８に示す例ではボンディングワイヤの代わりに変形した半導体チップ７０Ｄ，７０Ｅを用いている。
このような構造にすることにより、パッケージ内に積層してあるチップの厚さが違っていても、ボンディングワイヤの代わりに接続する半導体チップ７０Ｄ，７０Ｅの形状を変化させることにより、積層する半導体チップの厚さに制限が無くなる。また、電極パッド数が多い半導体チップの場合や、積層してあるチップの数が多い場合でも、電極パッドを個別に接続する必要はなく、変形したチップを使用して、最上位の半導体チップとインターポーザとの接続をフリップチップにて一括で行うことができる。このため、半導体チップとインターポーザとを短時間で接続できるようになる。
最上位の半導体チップとインターポーザまたは下位の半導体チップとを接続するための半導体チップ７０Ｄ，７０Ｅの種類は、特に制限は無く、半導体回路を有していてもよいいし、配線パターンだけが形成されていてもよい。
図２９は半導体チップ７０Ｄ内の配線例を示す平面図である。半導体チップ７０Ｄにおいて、半導体チップ７０Ｂの電極パッドに接続される電極パッド７１が一つの辺に近傍に配列され、インターポーザ５２の電極パッドに接続される電極パッド７２が反対側の辺の近傍に配置される。
パターン配線７３は電極パッド７１と電極パッド７２とを接続しており、半導体チップ７０Ｂとインターポーザ５２とを接続する。パターン配線７４は半導体７０Ｄ内の回路とインターポーザ５２とを接続する。パターン配線７５は半導体７０Ｄ内の回路と半導体チップ７０Ｂとを接続する。パターン配線７６は半導体チップ７０Ｂと半導体チップ７０Ｄとインターポーザ５２とを同時に接続する。
このように、ボンディングワイヤの代わりに変形した半導体チップを用いることにより、多数の電極パッドを一括して接続することができ、かつ様々な配線経路を容易に形成することができる。
図３０Ａ〜３０Ｄは複数の半導体チップを一括して変形して半導体装置を形成する工程を説明するための図である。まず図３０Ａに示すように複数の半導体チップ８０Ａ，８０Ｂ，８０Ｃ同士をフリップチップ接続し、図３０Ｂに示すように半導体チップの間にアンダーフィル材８１を充填して固定する。次に、図３０Ｃに示すように、一体的に固定された半導体チップ８０Ａ，８０Ｂ，８０Ｃを上述の方法のいずれかにより変形（湾曲）させ、半導体チップ８０Ｂと８０Ｃと８０Ａとの間に固定部材として樹脂８２を充填し硬化させる。そして、図３０Ｄに示すように変形した半導体チップ８０Ａ，８０Ｂ，８０Ｃをインターポーザ５２にフリップチップ接続し、封止樹脂５３により封止する。
以上の変形方法では、複数の半導体チップを一括して変形することができる。また、単体では容易に変形することができないような小さなサイズの半導体チップ（この場合半導体チップＡ８０）でも容易に変形するこおとができる。
図３０Ａ〜３０Ｄに示す例では、３個の半導体チップを用いているが、半導体チップ８０Ｂ，８０Ｃを一つの大きなサイズの半導体チップとしてもよい。
本発明は上述の具体的に開示された実施例に限定されるこおとなく、本発明の範囲ないにおいて様々な変形例及び改良例がなされるであろう。
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図２０】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【国際調査報告】
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