(57)【要約】【課題】半導体チップ間の電気的な接続及び切り離しを選択的に行う。【解決手段】半導体装置は、第１電極を有する第１半導体チップと、第２電極を有する第２半導体チップと、温度変化によって収縮及び膨張するコア部、前記コア部を加熱する発熱部、前記コア部を覆い、前記第１電極に接続された第１金属部及び前記コア部を覆い、前記第２電極に接続された第２金属部を有するスイッチと、を備え、前記コア部が収縮することにより前記第１金属部と前記第２金属部とが接触し、前記第１半導体チップと前記第２半導体チップとが電気的に接続され、前記コア部が膨張することにより前記第１金属部と前記第２金属部とが非接触となり、前記第１半導体チップと前記第２半導体チップとが電気的に切り離される。【選択図】図１
2015133366.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極を有する第１半導体チップと、
第２電極を有する第２半導体チップと、
温度変化によって収縮及び膨張するコア部、前記コア部を加熱する発熱部、前記コア部を覆い、前記第１電極に接続された第１金属部及び前記コア部を覆い、前記第２電極に接続された第２金属部を有するスイッチと、
を備え、
前記コア部が収縮することにより前記第１金属部と前記第２金属部とが接触し、前記第１半導体チップと前記第２半導体チップとが電気的に接続され、
前記コア部が膨張することにより前記第１金属部と前記第２金属部とが非接触となり、前記第１半導体チップと前記第２半導体チップとが電気的に切り離される、
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記第１半導体チップは、複数の前記第１電極と、前記各第１電極の側面に形成された複数の第１酸化膜と、を有し、
前記第２半導体チップは、複数の前記第２電極と、前記各第２電極の側面に形成された複数の第２酸化膜と、を有し、
前記スイッチは複数あり、
前記各第１酸化膜の膜厚がそれぞれ異なっており、
前記各第２酸化膜の膜厚がそれぞれ異なっており、
複数の前記スイッチのうちの何れか一つを介して、前記第１半導体チップと前記第２半導体チップとが電気的に接続される、
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記コア部は、温度上昇によって膨張し、温度下降によって収縮することを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記コア部は、温度上昇によって収縮し、温度下降によって膨張することを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記コア部は、温度変化によって膨張した後、温度変化によって元の形状に戻らないことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記コア部は、温度変化によって収縮した後、温度変化によって元の形状に戻らないことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報処理装置の小型化、情報処理装置の処理の高速化が進むことに伴い、半導体デバイスの小型化が求められている。半導体デバイスの小型化の要求に対応した半導体チップとして、積層半導体チップがある。積層半導体チップは、立体的な構造であるため、実装面積の拡大を抑制しつつ、実効的な実装密度を向上できる。また、積層された半導体チップ間を接続する配線が短縮されるため、動作速度の向上、消費電力の低減にも寄与する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−８５７５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
積層された半導体チップ間を貫通シリコンビア（ＴＳＶ：Through Silicon Via）を利
用して電気的に接続している。半導体チップ間の電気的な接続及び切り離しを選択的に行うことが求められている。本件は、半導体チップ間の電気的な接続及び切り離しを選択的に行う技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本件の一観点による半導体装置は、第１電極を有する第１半導体チップと、第２電極を有する第２半導体チップと、温度変化によって収縮及び膨張するコア部、前記コア部を加熱する発熱部、前記コア部を覆い、前記第１電極に接続された第１金属部及び前記コア部を覆い、前記第２電極に接続された第２金属部を有するスイッチと、を備え、前記コア部が収縮することにより前記第１金属部と前記第２金属部とが接触し、前記第１半導体チップと前記第２半導体チップとが電気的に接続され、前記コア部が膨張することにより前記第１金属部と前記第２金属部とが非接触となり、前記第１半導体チップと前記第２半導体チップとが電気的に切り離される。
【発明の効果】
【０００６】
本件によれば、半導体チップ間の電気的な接続及び切り離しを選択的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、半導体装置の構成図である。
【図２Ａ】図２Ａは、スイッチの一例の断面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、スイッチの一例の断面図である。
【図３】図３は、スイッチの一例の断面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、スイッチの一例の断面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、スイッチの一例の断面図である。
【図５】図５は、半導体装置の構成図である。
【図６】図６は、複数のスイッチの一例の断面図である。
【図７】図７は、金属部の斜視図である。
【図８】図８は、コア部及び発熱部の斜視図である。
【図９】図９は、スイッチ、コア部、発熱部及び金属部の斜視図である。
【図１０】図１０は、半導体チップ間にスイッチを配置する例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して、実施形態を説明する。実施形態の構成は例示であり、本半導体装置の構成は、実施形態の構成に限定されない。本半導体装置の構成の実施にあたって、実施形態に応じた具体的構成が適宜採用されてもよい。
【０００９】
図１は、半導体装置１の構成図である。半導体装置１は、積層された複数の半導体チップ２を備える。図１では、２層の半導体チップ２Ａ、２Ｂを示しているが、積層される半導体チップ２の数は、図１に示す例に限定されない。半導体チップ２Ａは、半導体基板３Ａと、半導体基板３Ａ内に設けられた貫通電極４Ａとを有する。半導体チップ２Ｂは、半導体基板３Ｂと、半導体基板３Ｂ内に設けられた貫通電極４Ｂとを有する。半導体チップ２Ａは、第１半導体チップの一例である。半導体チップ２Ｂは、第２半導体チップの一例である。貫通電極４Ａは、第１電極の一例である。貫通電極４Ｂは、第２電極の一例である。
【００１０】
半導体チップ２Ａと半導体チップ２Ｂとの間には、半導体チップ２Ａと半導体チップ２Ｂとの電気的接続を制御するスイッチ５が設けられている。図２Ａ及び図２Ｂは、スイッチ５の一例の断面図である。図２Ａ及び図２Ｂに示すスイッチ５は、温度変化によって膨張及び収縮するコア部１１と、コア部１１を加熱する発熱部１２と、コア部１１を覆う金属部１３Ａ、１３Ｂと、を有している。金属部１３Ａは、第１金属部の一例である。金属部１３Ｂは、第２金属部の一例である。
【００１１】
コア部１１の形状は、球状である。コア部１１の表面の上半分（第１部分）を金属部１３Ａが覆っており、コア部１１の表面の下半分（第２部分）を金属部１３Ｂが覆っている。そのため、金属部１３Ａ、１３Ｂの形状は、内部に空間を有する半球状である。コア部１１と金属部１３Ａ、１３Ｂとは接着剤（図示せず）によって接着されている。
【００１２】
発熱部１２は、金属、カーボンナノチューブ等の発熱体である。熱伝導率の高い金属を発熱部１２として用いてもよい。発熱部１２は、コア部１１の内部を通り半導体チップ２Ｂの電極（図示せず）に接続されている。発熱部１２に電流を流すことによって発熱部１２が発する熱は、発熱部１２に接するコア部１１に伝わり、コア部１１が加熱される。図２Ａ及び図２Ｂでは、発熱部１２が、半導体チップ２Ｂの電極（図示せず）に接続する例を示しているが、この例に限定されず、発熱部１２が、半導体チップ２Ａの電極（図示せず）に接続されてもよい。
【００１３】
コア部１１は、絶縁性を有する。コア部１１は、正膨張性又は負膨張性を有する。コア部１１が正膨張性を有する場合、コア部１１が加熱されて、コア部１１の温度が上昇することにより、コア部１１が膨張する。コア部１１が膨張した後、コア部１１の加熱が停止し、コア部１１の温度が下降することにより、コア部１１が収縮する。一方、コア部１１が負膨張性を有する場合、コア部１１が加熱されて、コア部１１の温度が上昇することにより、コア部１１が収縮する。コア部１１が収縮した後、コア部１１の加熱が停止し、コア部１１の温度が下降することにより、コア部１１が膨張する。
【００１４】
金属部１３Ａ、１３Ｂは、例えば、銅（Ｃｕ）であるが、他の金属であってもよい。金属部１３Ａは、導電体１４Ａを介して、貫通電極４Ａに接続されている。金属部１３Ｂは、導電体１４Ｂを介して、貫通電極４Ｂに接続されている。導電体１４Ａ、１４Ｂは、例えば、導電性接着剤又は半田等である。
【００１５】
発熱部１２は、金属部１３Ｂの内部を通っている。金属部１３Ｂの内部を通っている発熱部１２の周囲はエポキシ樹脂等の絶縁体で覆われており、発熱部１２と金属部１３Ｂとは絶縁されている。
【００１６】
図２Ａでは、金属部１３Ａと金属部１３Ｂとが接触している。金属部１３Ａと金属部１３Ｂとが接触する場合、金属部１３Ａ、１３Ｂ及び導電体１４Ａ、１４Ｂを介して、半導体チップ２Ａと半導体チップ２Ｂとが電気的に接続される。したがって、半導体チップ２Ａと半導体チップ２Ｂとの間で送受信される信号は、金属部１３Ａ、１３Ｂ及び導電体１４Ａ、１４Ｂを通過する。コア部１１は絶縁性を有するため、半導体チップ２Ａと半導体チップ２Ｂとの間で送受信される信号は、コア部１１を通過しない。
【００１７】
図２Ｂでは、金属部１３Ａと金属部１３Ｂとが非接触となっている。金属部１３Ａと金属部１３Ｂとが非接触となる場合、半導体チップ２Ａと半導体チップ２Ｂとが電気的に切り離される。
【００１８】
例えば、コア部１１が膨張する前の状態が図２Ａに示す状態であり、コア部１１が膨張した後の状態が図２Ｂに示す状態であるとする。この場合、コア部１１が膨張することにより、金属部１３Ａと金属部１３Ｂとが非接触となり、半導体チップ２Ａと半導体チップ２Ｂとが電気的に切り離される。
【００１９】
コア部１１が正膨張性を有する場合における半導体チップ２Ａと半導体チップ２Ｂとの電気的接続及び電気的切り離しについて説明する。図２Ａに示す状態において、発熱部１２が発熱してコア部１１が加熱されることにより、コア部１１の温度が上昇する。コア部１１が正膨張性を有する場合、コア部１１が膨張する。コア部１１が膨張することにより、図２Ｂに示すように、金属部１３Ａが上方向に押し上げられ、金属部１３Ｂが下方向に押し下げられる。すなわち、コア部１１が膨張することにより、図２Ｂに示すように、金属部１３Ａが金属部１３Ｂから離れる方向に移動し、金属部１３Ｂが金属部１３Ａから離れる方向に移動する。これにより、金属部１３Ａと金属部１３Ｂとが非接触となり、半導体チップ２Ａと半導体チップ２Ｂとが電気的に切り離される。
【００２０】
図２Ｂに示す状態において、発熱部１２の発熱停止により、コア部１１の加熱が停止し、コア部１１の温度が下降する。コア部１１が正膨張性を有する場合、コア部１１が収縮する。コア部１１が収縮することにより、図２Ａに示すように、金属部１３Ａが下方向に引っ張られ、金属部１３Ｂが上方向に引っ張られる。すなわち、コア部１１が加熱前の元の形状に戻ることにより、図２Ａに示すように、金属部１３Ａが金属部１３Ｂに近づく方向に移動し、金属部１３Ｂが金属部１３Ａに近づく方向に移動する。これにより、金属部１３Ａと金属部１３Ｂとが接触し、半導体チップ２Ａと半導体チップ２Ｂとが電気的に接続する。
【００２１】
次に、コア部１１が負膨張性を有する場合における半導体チップ２Ａと半導体チップ２Ｂとの電気的接続及び電気的切り離しについて説明する。図２Ｂに示す状態において、発熱部１２が発熱してコア部１１が加熱されることにより、コア部１１の温度が上昇する。コア部１１が負膨張性を有する場合、コア部１１が収縮する。コア部１１が収縮することにより、図２Ａに示すように、金属部１３Ａが下方向に引っ張られ、金属部１３Ｂが上方向に引っ張られる。すなわち、コア部１１が収縮することにより、図２Ａに示すように、金属部１３Ａが金属部１３Ｂに近づく方向に移動し、金属部１３Ｂが金属部１３Ａに近づく方向に移動する。これにより、金属部１３Ａと金属部１３Ｂとが接触し、半導体チップ２Ａと半導体チップ２Ｂとが電気的に接続する。
【００２２】
図２Ａに示す状態において、発熱部１２の発熱停止により、コア部１１の加熱が停止し
、コア部１１の温度が下降する。コア部１１が負膨張性を有する場合、コア部１１が膨張する。コア部１１が膨張することにより、図２Ｂに示すように、金属部１３Ａが上方向に押し上げられ、金属部１３Ｂが下方向に押し下げられる。すなわち、コア部１１が加熱前の元の形状に戻ることにより、図２Ｂに示すように、金属部１３Ａが金属部１３Ｂから離れる方向に移動し、金属部１３Ｂが金属部１３Ａから離れる方向に移動する。これにより、金属部１３Ａと金属部１３Ｂとが非接触となり、半導体チップ２Ａと半導体チップ２Ｂとが電気的に切り離される。
【００２３】
コア部１１が正膨張性を有する場合、発熱部１２の発熱に応じてコア部１１の温度が上昇することにより、コア部１１が膨張し、金属部１３Ａと金属部１３Ｂとが非接触となる。また、コア部１１が負膨張性を有する場合、発熱部１２の発熱停止に応じてコア部１１の温度が下降することにより、コア部１１が膨張し、金属部１３Ａと金属部１３Ｂとが非接触となる。このように、発熱部１２の発熱及び発熱停止に応じてコア部１１の温度が変化することにより、コア部１１が膨張し、金属部１３Ａと金属部１３Ｂとが非接触となる。
【００２４】
コア部１１が正膨張性を有する場合、発熱部１２の発熱停止に応じてコア部１１の温度が下降することにより、コア部１１が収縮し、金属部１３Ａと金属部１３Ｂとが接触する。また、コア部１１が負膨張性を有する場合、発熱部１２の発熱に応じてコア部１１の温度が上昇することにより、コア部１１が収縮し、金属部１３Ａと金属部１３Ｂとが接触する。このように、発熱部１２の発熱及び発熱停止に応じてコア部１１の温度が変化することにより、コア部１１が収縮し、金属部１３Ａと金属部１３Ｂとが接触する。
【００２５】
金属部１３Ａと金属部１３Ｂとが接触する場合、半導体チップ２Ａと半導体チップ２Ｂとが電気的に接続される。金属部１３Ａと金属部１３Ｂとが非接触となる場合、半導体チップ２Ａと半導体チップ２Ｂとが電気的に切り離される。発熱部１２の発熱及び発熱停止により、積層された半導体チップ２Ａと半導体チップ２Ｂとの間の電気的な接続及び切り離しを選択的に行うことができる。
【００２６】
ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、シリコン樹脂等の成型時の残留応力を利用することにより、コア部１１の温度が上昇し、コア部１１が膨張した後、コア部１１の温度が下降してもコア部１１が元の形状に戻らないようにしてもよい。ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、シリコン樹脂等に対して熱を加えながら、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、シリコン樹脂等を圧縮することにより、コア部１１を成型する。この成型により、コア部１１が１回膨張した後は、コア部１１が元の形状に戻らないようにすることができる。したがって、コア部１１が膨張して、半導体チップ２Ａと半導体チップ２Ｂとが電気的に切り離された後、コア部１１の温度が下降しても、コア部１１は元の形状に戻らず、半導体チップ２Ａと半導体チップ２Ｂとが電気的に切り離された状態を維持することができる。
【００２７】
ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、シリコン樹脂等の形状記憶効果を利用することにより、コア部１１の温度が上昇し、コア部１１が収縮した後、コア部１１の温度が下降してもコア部１１が元の形状に戻らないようにしてもよい。ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、シリコン樹脂等に対して熱を加えながら、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、シリコン樹脂等を引っ張ることにより、コア部１１を成型する。この成型により、コア部１１が１回収縮した後は、コア部１１が元の形状に戻らないようにすることができる。したがって、コア部１１が収縮して、半導体チップ２Ａと半導体チップ２Ｂとが電気的に接続された後、コア部１１の温度が下降しても、コア部１１は元の形状に戻らず、半導体チップ２Ａと半導体チップ２Ｂとが電気的に接続された状態を維持することができる。
【００２８】
コア部１１の膨張及び収縮によって、金属部１３Ａと金属部１３Ｂとが接触し、金属部１３Ａと金属部１３Ｂとが非接触となるため、コア部１１として熱膨張率の大きい部材を用いることが好ましい。また、コア部１１は、リフロー実装可能な耐熱性を有することが好ましい。
【００２９】
正膨張性を有するコア部１１は、例えば、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ及びシリコン樹脂等である。ＰＴＦＥの熱膨張係数は、１０×１０-5／℃程度であり、ＰＴＦＥの耐熱温度は、２６０℃程度である。ＰＦＡの熱膨張係数は、１２×１０-5／℃程度であり、ＰＦＡの耐熱温度は、２６０℃程度である。シリコン樹脂の熱膨張係数は、２５×１０-5／℃程度であり、シリコン樹脂の耐熱温度は２２０℃程度である。
【００３０】
負膨張性を有するコア部１１は、例えば、マンガン窒化物（Ｍｎ3ＸＮ）及びタングス
テン酸ジルコニウム（ＺｒＷ2Ｏ8）等である。マンガン窒化物の熱膨張係数は、−１．６×１０-5／℃程度であり、マンガン窒化物の耐熱温度は８００℃程度である。タングステン酸ジルコニウムの熱膨張係数は、−０．９×１０-5／℃程度であり、タングステン酸ジルコニウムの耐熱温度は１０００℃程度である。
【００３１】
導電体１４Ａ、１４Ｂが半田である場合、図３に示すように、金属部１３Ａ、１３Ｂに抑止部１５を形成してもよい。図３は、スイッチ５の一例の断面図である。例えば、金属部１３Ａと金属部１３Ｂとが接触する部分の周囲に抑止部１５を形成してもよい。抑止部１５は、導電体１４Ａ、１４Ｂを形成する際のリフローにおける半田上がりを抑止し、導電体１４Ａと導電体１４Ｂとが接続されることを抑止する。また、弾性のある半田を導電体１４Ａ、１４Ｂとして用いてもよい。弾性のある半田を導電体１４Ａ、１４Ｂとして用いることにより、コア部１１の膨張及び収縮時における金属部１３Ａ、１３Ｂの移動が容易となる。Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ等の銅を含む半田は、銅を含まない半田と比べて弾性がある。
【００３２】
図４Ａ及び図４Ｂは、スイッチ５の一例の断面図である。図４Ａ及び図４Ｂに示すスイッチ５は、温度変化によって膨張及び収縮するコア部２１と、コア部２１を加熱する発熱部２２と、コア部２１を覆う金属部２３Ａ、２３Ｂと、を有している。金属部２３Ａは、第１金属部の一例である。金属部２３Ｂは、第２金属部の一例である。
【００３３】
コア部２１の形状は、円筒状である。コア部２１の表面の上半分（第１部分）を金属部２３Ａが覆っており、コア部２１の表面の下半分（第２部分）を金属部２３Ｂが覆っている。そのため、金属部２３Ａ、２３Ｂの形状は、内部に空間を有する半円筒状である。コア部２１と金属部２３Ａ、２３Ｂとは接着剤（図示せず）によって接着されている。
【００３４】
発熱部２２は、金属、カーボンナノチューブ等の発熱体である。熱伝導率の高い金属を発熱部２２として用いてもよい。発熱部２２は、コア部２１の露出部分からコア部２１の内部を通り半導体チップ２Ｂの電極（図示せず）に接続されている。発熱部２２に電流を流すことによって発熱部２２が発する熱は、発熱部２２に接するコア部２１に伝わり、コア部２１が加熱される。図４Ａ及び図４Ｂでは、発熱部２２が、半導体チップ２Ｂの電極（図示せず）に接続する例を示しているが、この例に限定されず、発熱部２２が、半導体チップ２Ａの電極（図示せず）に接続されてもよい。
【００３５】
コア部２１は、絶縁性を有する。コア部２１は、正膨張性又は負膨張性を有する。コア部２１が正膨張性を有する場合、コア部２１が加熱されて、コア部２１の温度が上昇することにより、コア部２１が膨張する。コア部２１が膨張した後、コア部２１の加熱が停止し、コア部２１の温度が下降することにより、コア部２１が収縮する。一方、コア部２１が負膨張性を有する場合、コア部２１が加熱されて、コア部２１の温度が上昇することに
より、コア部２１が収縮する。コア部２１が収縮した後、コア部２１の加熱が停止し、コア部２１の温度が下降することにより、コア部２１が膨張する。
【００３６】
金属部２３Ａ、２３Ｂは、例えば、銅（Ｃｕ）であるが、他の金属であってもよい。金属部２３Ａは、導電体２４Ａを介して、貫通電極４Ａに接続されている。金属部２３Ｂは、導電体２４Ｂを介して、貫通電極４Ｂに接続されている。導電体２４Ａ、２４Ｂは、例えば、導電性接着剤又は半田等である。
【００３７】
図４Ａ及び図４Ｂに示すように、発熱部２２は、コア部２１の露出部分に接しているため、金属部２３Ａ、２３Ｂと接していない。したがって、発熱部２２と金属部２３Ａ、２３Ｂとは絶縁されている。
【００３８】
図４Ａでは、金属部２３Ａと金属部２３Ｂとが接触している。金属部２３Ａと金属部２３Ｂとが接触する場合、金属部２３Ａ、２３Ｂ及び導電体２４Ａ、２４Ｂを介して、半導体チップ２Ａと半導体チップ２Ｂとが電気的に接続される。したがって、半導体チップ２Ａと半導体チップ２Ｂとの間で送受信される信号は、金属部２３Ａ、２３Ｂ及び導電体２４Ａ、２４Ｂを通過する。コア部２１は絶縁性を有するため、半導体チップ２Ａと半導体チップ２Ｂとの間で送受信される信号は、コア部２１を通過しない。
【００３９】
図４Ｂでは、金属部２３Ａと金属部２３Ｂとが非接触となっている。金属部２３Ａと金属部２３Ｂとが非接触となる場合、半導体チップ２Ａと半導体チップ２Ｂとが電気的に切り離される。
【００４０】
例えば、コア部２１が膨張する前の状態が図４Ａに示す状態であり、コア部２１が膨張した後の状態が図４Ｂに示す状態であるとする。この場合、コア部２１が膨張することにより、金属部２３Ａと金属部２３Ｂとが非接触となり、半導体チップ２Ａと半導体チップ２Ｂとが電気的に切り離される。
【００４１】
コア部２１が正膨張性を有する場合における半導体チップ２Ａと半導体チップ２Ｂとの電気的接続及び電気的切り離しについて説明する。図４Ａに示す状態において、発熱部２２が発熱してコア部２１が加熱されることにより、コア部２１の温度が上昇する。コア部２１が正膨張性を有する場合、コア部２１が膨張する。コア部２１が膨張することにより、図４Ｂに示すように、金属部２３Ａが上方向に押し上げられ、金属部２３Ｂが下方向に押し下げられる。すなわち、コア部２１が膨張することにより、図４Ｂに示すように、金属部２３Ａが金属部２３Ｂから離れる方向に移動し、金属部２３Ｂが金属部２３Ａから離れる方向に移動する。これにより、金属部２３Ａと金属部２３Ｂとが非接触となり、半導体チップ２Ａと半導体チップ２Ｂとが電気的に切り離される。
【００４２】
図４Ｂに示す状態において、発熱部２２の発熱停止により、コア部２１の加熱が停止し、コア部２１の温度が下降する。コア部２１が正膨張性を有する場合、コア部２１が収縮する。コア部２１が収縮することにより、図４Ａに示すように、金属部２３Ａが下方向に引っ張られ、金属部２３Ｂが上方向に引っ張られる。すなわち、コア部２１が加熱前の元の形状に戻ることにより、図４Ａに示すように、金属部２３Ａが金属部２３Ｂに近づく方向に移動し、金属部２３Ｂが金属部２３Ａに近づく方向に移動する。これにより、金属部２３Ａと金属部２３Ｂとが接触し、半導体チップ２Ａと半導体チップ２Ｂとが電気的に接続する。
【００４３】
次に、コア部２１が負膨張性を有する場合における半導体チップ２Ａと半導体チップ２Ｂとの電気的接続及び電気的切り離しについて説明する。図４Ｂに示す状態において、発熱部２２が発熱してコア部２１が加熱されることにより、コア部２１の温度が上昇する。
コア部２１が負膨張性を有する場合、コア部２１が収縮する。コア部２１が収縮することにより、図４Ａに示すように、金属部２３Ａが下方向に引っ張られ、金属部２３Ｂが上方向に引っ張られる。すなわち、コア部２１が収縮することにより、図４Ａに示すように、金属部２３Ａが金属部２３Ｂに近づく方向に移動し、金属部２３Ｂが金属部２３Ａに近づく方向に移動する。これにより、金属部２３Ａと金属部２３Ｂとが接触し、半導体チップ２Ａと半導体チップ２Ｂとが電気的に接続する。
【００４４】
図４Ａに示す状態において、発熱部２２の発熱停止により、コア部２１の加熱が停止し、コア部２１の温度が下降する。コア部２１が負膨張性を有する場合、コア部２１が膨張する。コア部２１が膨張することにより、図４Ｂに示すように、金属部２３Ａが上方向に押し上げられ、金属部２３Ｂが下方向に押し下げられる。すなわち、コア部２１が加熱前の元の形状に戻ることにより、図４Ｂに示すように、金属部２３Ａが金属部２３Ｂから離れる方向に移動し、金属部２３Ｂが金属部２３Ａから離れる方向に移動する。これにより、金属部２３Ａと金属部２３Ｂとが非接触となり、半導体チップ２Ａと半導体チップ２Ｂとが電気的に切り離される。
【００４５】
コア部２１が正膨張性を有する場合、発熱部２２の発熱に応じてコア部２１の温度が上昇することにより、コア部２１が膨張し、金属部２３Ａと金属部２３Ｂとが非接触となる。また、コア部２１が負膨張性を有する場合、発熱部２２の発熱停止に応じてコア部２１の温度が下降することにより、コア部２１が膨張し、金属部２３Ａと金属部２３Ｂとが非接触となる。このように、発熱部２２の発熱及び発熱停止に応じてコア部２１の温度が変化することにより、コア部２１が膨張し、金属部２３Ａと金属部２３Ｂとが非接触となる。
【００４６】
コア部２１が正膨張性を有する場合、発熱部２２の発熱停止に応じてコア部２１の温度が下降することにより、コア部２１が収縮し、金属部２３Ａと金属部２３Ｂとが接触する。また、コア部２１が負膨張性を有する場合、発熱部２２の発熱に応じてコア部２１の温度が上昇することにより、コア部２１が収縮し、金属部２３Ａと金属部２３Ｂとが接触する。このように、発熱部２２の発熱及び発熱停止に応じてコア部２１の温度が変化することにより、コア部２１が収縮し、金属部２３Ａと金属部２３Ｂとが接触する。
【００４７】
金属部２３Ａと金属部２３Ｂとが接触する場合、半導体チップ２Ａと半導体チップ２Ｂとが電気的に接続される。金属部２３Ａと金属部２３Ｂとが非接触となる場合、半導体チップ２Ａと半導体チップ２Ｂとが電気的に切り離される。発熱部２２の発熱及び発熱停止により、積層された半導体チップ２Ａと半導体チップ２Ｂとの間の電気的な接続及び切り離しを選択的に行うことができる。
【００４８】
ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、シリコン樹脂等の成型時の残留応力を利用することにより、コア部２１の温度が上昇し、コア部２１が膨張した後、コア部２１の温度が下降してもコア部２１が元の形状に戻らないようにしてもよい。ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、シリコン樹脂等に対して熱を加えながら、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、シリコン樹脂等を圧縮することにより、コア部２１を成型する。この成型により、コア部２１が１回膨張した後は、コア部２１が元の形状に戻らないようにすることができる。したがって、コア部２１が膨張して、半導体チップ２Ａと半導体チップ２Ｂとが電気的に切り離された後、コア部２１の温度が下降しても、コア部２１は元の形状に戻らず、半導体チップ２Ａと半導体チップ２Ｂとが電気的に切り離された状態を維持することができる。
【００４９】
ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、シリコン樹脂等の形状記憶効果を利用することにより、コア部２１の温度が上昇し、コア部２１が収縮した後、コア部２１の温度が下降してもコア部２１が元の形状に戻らないようにしてもよい。ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、シリコン樹脂等に対して熱を
加えながら、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、シリコン樹脂等を引っ張ることにより、コア部２１を成型する。この成型により、コア部２１が１回収縮した後は、コア部２１が元の形状に戻らないようにすることができる。したがって、コア部２１が収縮して、半導体チップ２Ａと半導体チップ２Ｂとが電気的に接続された後、コア部２１の温度が下降しても、コア部２１は元の形状に戻らず、半導体チップ２Ａと半導体チップ２Ｂとが電気的に接続された状態を維持することができる。
【００５０】
コア部２１の膨張及び収縮によって、金属部２３Ａと金属部２３Ｂとが接触し、金属部２３Ａと金属部２３Ｂとが非接触となるため、コア部２１として熱膨張率の大きい部材を用いることが好ましい。また、コア部２１は、リフロー実装可能な耐熱性を有することが好ましい。正膨張性を有するコア部２１については、正膨張性を有するコア部１１と同様であるので、その説明を省略する。また、負膨張性を有するコア部２１については、負膨張性を有するコア部１１と同様であるので、その説明を省略する。
【００５１】
導電体２４Ａ、２４Ｂが半田である場合、金属部２３Ａ、２３Ｂに抑止部１５（図３参照）を形成してもよい。例えば、金属部２３Ａと金属部２３Ｂとが接触する部分の周囲に抑止部１５を形成してもよい。抑止部１５は、導電体２４Ａ、２４Ｂを形成する際のリフローにおける半田上がりを抑止し、導電体２４Ａと導電体２４Ｂとが接続されることを抑止する。また、弾性のある半田を導電体２４Ａ、２４Ｂとして用いてもよい。弾性のある半田を導電体２４Ａ、２４Ｂとして用いることにより、コア部２１の膨張及び収縮時における金属部２３Ａ、２３Ｂの移動が容易となる。Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ等の銅を含む半田は、銅を含まない半田と比べて弾性がある。
【００５２】
複数のスイッチ５を用いて、半導体チップ２Ａと半導体チップ２Ｂとの間でインピーダンスの調整を行うようにしてもよい。図５は、半導体チップ２Ａと半導体チップ２Ｂとの間に複数のスイッチ５を設けた場合の半導体装置１の構成図である。半導体装置１は、積層された複数の半導体チップ２を備える。図５では、２層の半導体チップ２Ａ、２Ｂを示しているが、積層される半導体チップ２の数は、図５に示す例に限定されない。半導体チップ２Ａは、半導体基板３Ａと、半導体基板３Ａ内に設けられた複数の貫通電極４Ａとを有する。半導体チップ２Ｂは、半導体基板３Ｂと、半導体基板３Ｂ内に設けられた複数の貫通電極４Ｂとを有する。
【００５３】
半導体チップ２Ａと半導体チップ２Ｂとの間には、半導体チップ２Ａと半導体チップ２Ｂとの電気的接続を制御するスイッチ５が複数設けられている。図６は、複数のスイッチ５の一例の断面図である。図６には、スイッチ５Ａ〜５Ｃが示されており、スイッチ５Ａ〜５Ｃは、コア部１１、発熱部１２及び金属部１３Ａ、１３Ｂを有している。図６に示す例に限らず、スイッチ５Ａ〜５Ｃは、コア部２１、発熱部２２及び金属部２３Ａ、２３Ｂを有していてもよい。
【００５４】
各貫通電極４Ａの側面には酸化膜３１が形成されている。各貫通電極４Ａの側面に形成された各酸化膜３１の膜厚はそれぞれ異なっている。各貫通電極４Ｂの側面には酸化膜３２が形成されている。各貫通電極４Ｂの側面に形成された各酸化膜３２の膜厚はそれぞれ異なっている。貫通電極４Ａの側面に形成された酸化膜３１の膜厚及び貫通電極４Ｂの側面に形成された酸化膜３２の膜厚が薄い場合、スイッチ５を介して半導体チップ２Ａと半導体チップ２Ｂとの間で送受信される信号のインピーダンスは小さくなる。貫通電極４Ａの側面に形成された酸化膜３１の膜厚及び貫通電極４Ｂの側面に形成された酸化膜３２の膜厚が厚い場合、スイッチ５を介して半導体チップ２Ａと半導体チップ２Ｂとの間で送受信される信号のインピーダンスは大きくなる。
【００５５】
図６に示す例では、スイッチ５Ａに接続された貫通電極４Ａの側面に形成された酸化膜
３１の膜厚は、スイッチ５Ｂに接続された貫通電極４Ａの側面に形成された酸化膜３１の膜厚よりも薄い。図６に示す例では、スイッチ５Ａに接続された貫通電極４Ａの側面に形成された酸化膜３２の膜厚は、スイッチ５Ｂに接続された貫通電極４Ａの側面に形成された酸化膜３２の膜厚よりも薄い。したがって、スイッチ５Ａを介して半導体チップ２Ａと半導体チップ２Ｂとの間で送受信される信号のインピーダンスは、スイッチ５Ｂを介して半導体チップ２Ａと半導体チップ２Ｂとの間で送受信される信号のインピーダンスよりも小さい。
【００５６】
図６に示す例では、スイッチ５Ａに接続された貫通電極４Ａの側面に形成された酸化膜３１の膜厚は、スイッチ５Ｃに接続された貫通電極４Ａの側面に形成された酸化膜３１の膜厚よりも薄い。図６に示す例では、スイッチ５Ａに接続された貫通電極４Ａの側面に形成された酸化膜３２の膜厚は、スイッチ５Ｃに接続された貫通電極４Ａの側面に形成された酸化膜３２の膜厚よりも薄い。したがって、スイッチ５Ａを介して半導体チップ２Ａと半導体チップ２Ｂとの間で送受信される信号のインピーダンスは、スイッチ５Ｃを介して半導体チップ２Ａと半導体チップ２Ｂとの間で送受信される信号のインピーダンスよりも小さい。
【００５７】
図６に示す例では、スイッチ５Ｂに接続された貫通電極４Ａの側面に形成された酸化膜３１の膜厚は、スイッチ５Ｃに接続された貫通電極４Ａの側面に形成された酸化膜３１の膜厚よりも厚い。図６に示す例では、スイッチ５Ｂに接続された貫通電極４Ａの側面に形成された酸化膜３２の膜厚は、スイッチ５Ｃに接続された貫通電極４Ａの側面に形成された酸化膜３２の膜厚よりも厚い。したがって、スイッチ５Ａを介して半導体チップ２Ａと半導体チップ２Ｂとの間で送受信される信号のインピーダンスは、スイッチ５Ｃを介して半導体チップ２Ａと半導体チップ２Ｂとの間で送受信される信号のインピーダンスよりも小さい。
【００５８】
スイッチ５Ｂを介して半導体チップ２Ａと半導体チップ２Ｂとの間で信号を送受信する場合、図６に示すように、スイッチ５Ｂが有する金属部１３Ａと金属部１３Ｂとを接触させ、スイッチ５Ａ、５Ｃが有する金属部１３Ａと金属部１３Ｂとを非接触にする。スイッチ５Ａを介して半導体チップ２Ａと半導体チップ２Ｂとの間で信号を送受信する場合、スイッチ５Ａが有する金属部１３Ａと金属部１３Ｂとを接触させ、スイッチ５Ｂ、５Ｃが有する金属部１３Ａと金属部１３Ｂとを非接触にする。スイッチ５Ｃを介して半導体チップ２Ａと半導体チップ２Ｂとの間で信号を送受信する場合、スイッチ５Ｃが有する金属部１３Ａと金属部１３Ｂとを接触させ、スイッチ５Ａ、５Ｂが有する金属部１３Ａと金属部１３Ｂとを非接触にする。
【００５９】
複数のスイッチ５（図６では、スイッチ５Ａ〜５Ｃ）の何れか一つを介して、半導体チップ２Ａと半導体チップ２Ｂとが電気的に接続され、半導体チップ２Ａと半導体チップ２Ｂとの間で信号が送受信される。すなわち、複数のスイッチ５（図６では、スイッチ５Ａ〜５Ｃ）の何れか一つが選択され、選択されたスイッチ５（図６では、スイッチ５Ｂ）を介して半導体チップ２Ａと半導体チップ２Ｂとの間で信号が送受信される。複数のスイッチ５の何れか一つを選択することにより、半導体チップ２Ａと半導体チップ２Ｂとの間で送受信される信号の伝送速度に応じて、半導体チップ２Ａと半導体チップ２Ｂとの間で送受信される信号のインピーダンスを調整することができる。
【００６０】
スイッチ５の製造及び実装について説明する。以下では、コア部１１、発熱部１２及び金属部１３Ａ、１３Ｂを有するスイッチ５の製造及び実装について説明する。コア部１１、発熱部１２及び金属部１３Ａ、１３Ｂを有するスイッチ５の製造及び実装は、コア部２１、発熱部２２及び金属部２３Ａ、２３Ｂを有するスイッチ５の製造及び実装に適用されてもよい。
【００６１】
まず、コア部１１を覆う金属部１３Ａ、１３Ｂを型で形成する。図７は、型で形成された金属部１３Ａ、１３Ｂの斜視図である。半導体チップ２Ａの貫通電極４Ａと半導体チップ２Ｂの貫通電極４Ｂとの間にスイッチ５を実装する際の製造性（位置合わせ）を容易にするため、複数の金属部１３Ｂを絶縁性のワイヤ４１によって繋げてもよい。
【００６２】
次いで、図８に示すように、コア部１１の内部を通る発熱部１２を形成し、型を用いて、球状のコア部１１を形成する。図８は、コア部１１及び発熱部１２の斜視図である。例えば、コア部１１が樹脂である場合、型に樹脂を流し込み、樹脂を固めることにより、コア部１１を形成する。この場合、発熱部１２がコア部１１の内部を通るように、コア部１１に対して発熱部１２を配置する。
【００６３】
次に、図９に示すように、コア部１１と金属部１３Ａ、１３Ｂとを接合する。図９は、スイッチ５、コア部１１、発熱部１２及び金属部１３Ａ、１３Ｂの斜視図である。コア部１１の表面の上半分に接着剤を塗布して、コア部１１と金属部１３Ａとを接着する。コア部１１の表面の上半分の一部に接着剤を塗布して、コア部１１と金属部１３Ａとを接着してもよい。コア部１１の表面の下半分に接着剤を塗布して、コア部１１と金属部１３Ｂとを接着する。コア部１１の表面の下半分の一部に接着剤を塗布して、コア部１１と金属部１３Ｂとを接着してもよい。
【００６４】
次いで、半導体チップ２Ａの貫通電極４Ａ、半導体チップ２Ａの貫通電極４Ｂ及び電極４１に半田を塗布した後、図１０に示すように、半導体チップ２Ａと半導体チップ２Ｂとの間にスイッチ５を配置する。図１０は、半導体チップ２Ａと半導体チップ２Ｂとの間にスイッチ５を配置する例を示す図である。次いで、リフローによりスイッチ５を半導体チップ２Ａ、２Ｂに実装する。
【符号の説明】
【００６５】
１  半導体装置
２、２Ａ、２Ｂ  半導体チップ
３Ａ、３Ｂ  半導体基板
４Ａ、４Ｂ  貫通電極
５、５Ａ、５Ｂ、５Ｃ  スイッチ
１１、２１  コア部
１２、２２  発熱部
１３Ａ、１３Ｂ、２３Ａ、２３Ｂ  金属部
１４Ａ、１４Ｂ、２４Ａ、２４Ｂ  導電体
１５  抑止部
３１、３２  酸化膜
４１  ワイヤ
【図１】
2015133366.tif 000003
【図２Ａ】
2015133366.tif 000004
【図２Ｂ】
2015133366.tif 000005
【図３】
2015133366.tif 000006
【図４Ａ】
2015133366.tif 000007
【図４Ｂ】
2015133366.tif 000008
【図５】
2015133366.tif 000009
【図６】
2015133366.tif 000010
【図７】
2015133366.tif 000011
【図８】
2015133366.tif 000012
【図９】
2015133366.tif 000013
【図１０】
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