(57)【要約】【課題】バンプ電極同士を良好に電気的に接続することができる半導体チップの接合方法を提供する。【解決手段】この接合方法は、第１のバンプ電極７６を有する第１の半導体チップ７０と第２のバンプ電極２４を有する第２の半導体チップ１０とを準備するステップと、第１のバンプ電極７６と第２のバンプ電極２４とを接合するステップと、を含む。第１のバンプ電極７０は凸状の頂面７６ａを有する。第２のバンプ電極２４は凹状の頂面２４ａを有する。第２のバンプ電極２４の頂面２４ａ上に凸状の表面２６ａを有する導電性の接合材２６が設けられている。非導電性材料３８が第２のバンプ電極２４及び導電性の接合材２６を覆っている。非導電性材料３８を軟化又は溶融させつつ第１の半導体チップ７０と第２の半導体チップ１０とを互いに押し付けることによって、第１のバンプ電極７６と第２のバンプ電極２４とが導電性の接合材２６を介して互いに接合される。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
凸状の頂面を有する第１のバンプ電極を有する第１の半導体チップを準備するステップと、
凹状の頂面を有する第２のバンプ電極と、前記第２のバンプ電極の前記頂面に設けられ凸状の表面を有する導電性の接合材と、前記第２のバンプ電極及び前記接合材を覆う非導電性材料と、を有する第２の半導体チップを準備するステップと、
前記非導電性材料を軟化又は溶融させつつ前記第１の半導体チップと前記第２の半導体チップとを互いに押し付けることによって、前記接合材を介して前記第１のバンプ電極と前記第２のバンプ電極とを接合するステップと、を含む半導体チップの接合方法。
【請求項２】
凸状の頂面を有する第１のバンプ電極と、前記第１のバンプ電極を覆う非導電性材料と、を有する第１の半導体チップを準備するステップと、
凹状の頂面を有する第２のバンプ電極と、前記第２のバンプ電極の前記頂面に設けられ凸状の表面を有する導電性の接合材と、を有する第２の半導体チップを準備するステップと、
前記非導電性材料を軟化又は溶融させつつ前記第１の半導体チップと前記第２の半導体チップとを互いに押し付けることによって、前記接合材を介して前記第１のバンプ電極と前記第２のバンプ電極とを接合するステップと、を含む半導体チップの接合方法。
【請求項３】
前記非導電性材料の軟化温度又は溶融温度が、前記接合材の軟化温度又は溶融温度よりも低い、請求項１又は２に記載の半導体チップの接合方法。
【請求項４】
前記第１のバンプ電極と前記第２のバンプ電極との接合中、前記非導電性材料の前記軟化温度又は前記溶融温度以上の第１の温度に加熱した後、前記接合材を軟化又は溶融させる第２の温度以上にさらに加熱する、請求項３に記載の半導体チップの接合方法。
【請求項５】
前記第１のバンプ電極と前記第２のバンプ電極との接合中に、前記非導電性材料が前記第１の半導体チップと前記第２の半導体チップとの間の空間に充填するまで前記第１の半導体チップと前記第２の半導体チップとを互いに押し付ける、請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体チップの接合方法。
【請求項６】
前記接合材は半田であり、
前記非導電性材料は熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂である、請求項１から５のいずれか１項に記載の半導体チップの接合方法。
【請求項７】
前記第２のバンプ電極の径が前記第１のバンプ電極の径よりも大きい、請求項１から６のいずれか１項に記載の半導体チップの接合方法。
【請求項８】
複数の半導体チップが互いに積層されて成るチップ積層体を含む半導体装置の製造方法であって、
請求項１から７のいずれか１項に記載の半導体チップの接合方法によって、互いに隣接する前記半導体チップを接合するステップを含む、半導体装置の製造方法。
【請求項９】
凹状の頂面を有するバンプ電極と、
前記バンプ電極の前記頂面に設けられ、凸状の表面を有する導電性の接合材と、を有する半導体チップ。
【請求項１０】
前記バンプ電極及び前記接合材を覆う非導電性材料をさらに有する、請求項９に記載の半導体チップ。
【請求項１１】
前記非導電性材料は、前記半導体チップの、前記バンプ電極が形成されている方の一面を覆っている、請求項１０に記載の半導体チップ。
【請求項１２】
前記非導電性材料の軟化温度又は溶融温度が、前記接合材の軟化温度又は溶融温度よりも低い、請求項１０又は１１に記載の半導体チップ。
【請求項１３】
前記接合材は半田であり、
前記非導電性材料は熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂である、請求項１０から１２のいずれか１項に記載の半導体チップ。
【請求項１４】
前記バンプ電極が形成された基板と、
前記バンプ電極が形成された一面とは反対側の前記基板の一面に形成され、凸状の頂面を有する別のバンプ電極と、を有する、請求項９から１３のいずれか１項に記載の半導体チップ。
【請求項１５】
前記凹状の頂面を有する前記バンプ電極の径が、前記凸状の頂面を有する前記別のバンプ電極の径よりも大きい、請求項１４に記載の半導体チップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップのバンプ電極と別の半導体チップのバンプ電極とを互いに接合する半導体チップの接合方法、及び当該接合方法を用いた半導体装置の製造方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の小型化や高機能化に伴って、複数の半導体チップが互いに積層されて成るチップオンチップ（ＣｏＣ）型の半導体装置が開発されている。
【０００３】
特許文献１は、第１の半導体チップ上に第２の半導体チップを搭載することを含む、ＣｏＣ型の半導体装置の製造方法を開示している。第１の半導体チップは、基板と、第１及び第２のバンプ電極と、貫通電極と、を有する。第１のバンプ電極は基板の表面に設けられている。第２のバンプ電極は基板の裏面に設けられている。貫通電極は、基板を貫通しており、第１のバンプ電極と第２のバンプ電極とを電気的に接続している。第１の半導体チップの、第２のバンプ電極が設けられた一面には、絶縁樹脂層が形成されている。
【０００４】
第２の半導体チップは第３のバンプ電極を有する。第２の半導体チップは、第３のバンプ電極を上に向けた状態で、ステージ上に保持される。次いで、第２の半導体チップの第３のバンプ電極と第１の半導体チップの第２のバンプ電極とを対向させる。次いで、第１の半導体チップに設けられた絶縁樹脂層と第２の半導体チップの第３のバンプ電極とを接触させる。その後、第１の半導体チップを第２の半導体チップに向けて押圧することで、第１の半導体チップの第２のバンプ電極と第２の半導体チップの第３のバンプ電極とを熱圧着する。このとき、絶縁樹脂層は、第１の半導体チップと第２の半導体チップとの間に充填される。
【０００５】
特許文献２は、第１の半導体チップ上に第２の半導体チップを搭載することを含む、ＣｏＣ型の半導体装置の別の製造方法を開示している。第１及び第２の半導体チップは、基板と、第１及び第２のバンプ電極と、貫通電極と、を有する。第１のバンプ電極は基板の表面に設けられている。第１のバンプ電極の頂面は凸面となっている。第２のバンプ電極は基板の裏面に設けられている。第２のバンプ電極の頂面は凹面となっている。第１の半導体チップ上に第２の半導体チップをフリップチップ接続する際、第１の半導体チップの第１のバンプ電極が第２の半導体チップの第２のバンプ電極と接合される。これにより、フリップチップ接続時における、バンプ電極同士の横滑りが防止される。
【０００６】
特許文献２は、複数の半導体チップが互いに積層されたチップ積層体を形成した後に、互いに隣接する半導体チップの間の隙間にアンダーフィル材を充填することも開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−０１６５７７号公報
【特許文献２】特開２０１２−２４８７３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載の方法では、第１の半導体チップを第２の半導体チップに向けて押圧するときに、バンプ電極同士の位置がずれることがある。これにより、バンプ電極同士を良好に接合できない場合がある。
【０００９】
特許文献２に記載の方法では、チップ積層体を形成した後に、半導体チップ間の隙間にアンダーフィル材を充填するステップが行われる。そのため、半導体装置の製造工数が増大する。
【００１０】
したがって、半導体チップ同士を接合するための改善された方法が望まれる。
【００１１】
本願発明者は、次のような半導体チップの接合方法を新しく考えた。まず、第１の半導体チップ及び第２の半導体チップを準備する。第１の半導体チップは凸状の頂面を有する第１のバンプ電極を有する。第１の半導体チップの、第１のバンプ電極が設けられた一面には、非導電性材料が形成されている。第２の半導体チップは凹状の頂面を有する第２のバンプ電極を有する。
【００１２】
次に、第１の半導体チップに設けられた非導電性材料を軟化又は溶融しつつ、第１の半導体チップの第１のバンプ電極と第２の半導体チップの第２のバンプ電極とを接合する。
【００１３】
しかしながら、本願発明者は、この接合方法では、第２のバンプ電極の凹状の頂面に非導電性材料の一部が残留することがあることを発見した。第１のバンプ電極と第２のバンプ電極との間に非導電性材料が存在すると、バンプ電極同士の良好な電気的接続が妨げられたり、半導体装置の信頼性が低下したりする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
一実施形態における半導体装置の半導体チップの接合方法は、第１のバンプ電極を有する第１の半導体チップと第２のバンプ電極を有する第２の半導体チップとを準備することと、第１のバンプ電極と第２のバンプ電極とを接合することと、を含む。
【００１５】
第１の半導体チップの第１のバンプ電極は凸状の頂面を有する。第２の半導体チップの第２のバンプ電極は凹状の頂面を有する。第２のバンプ電極の頂面には、凸状の表面を有する導電性の接合材が設けられている。また、第１のバンプ電極を覆う、もしくは第２のバンプ電極及び接合材を覆う非導電性材料が、第１の半導体チップ又は第２の半導体チップに設けられている。
【００１６】
非導電性材料を軟化又は溶融させつつ第１の半導体チップと第２の半導体チップとを互いに押し付けることによって、第１のバンプ電極と第２のバンプ電極とが導電性の接合材を介して接合される。
【００１７】
第１の半導体チップと第２の半導体チップとを互いに押し付ける際に、凸状の表面を有する導電性の接合材が、第１のバンプ電極と第２のバンプ電極との間の領域から、軟化又は溶融した非導電性材料を押し出す。そのため、非導電性材料は、第１のバンプ電極と第２のバンプ電極との間の領域にほとんど残留しない。その結果、第１のバンプ電極と第２のバンプ電極とを良好に電気的に接続することができる。
【００１８】
一実施形態における半導体装置の製造方法は、複数の半導体チップが互いに積層されて成るチップ積層体を含む半導体装置の製造方法に関する。この製造方法は、上記の半導体チップの接合方法によって、互いに隣接する半導体チップを接合することを含む。
【００１９】
また、一実施形態における半導体チップは、凹状の頂面を有するバンプ電極と、バンプ電極の頂面に設けられ凸状の表面を有する導電性の接合材と、を有する。この半導体チップは、上記の接合方法を実現するために用いることができる。
【００２０】
なお、上記の「第１の」及び「第２の」という用語は、単に複数の半導体チップ又は複数のバンプ電極を互いに区別するために付加されたものである。そのため、発明の概要の欄及び特許請求の範囲に記載された「第１の半導体チップ」及び「第２の半導体チップ」は、それぞれ発明を実施するための形態の欄に記載された「第１の半導体チップ」及び「第２の半導体チップ」だけを示すとは限らず、発明を実施するための形態の欄に記載された複数の半導体チップのうちのいずれか１つに相当し得る。第１及び第２のバンプ電極についても同様に解釈されるべきことに留意されたい。
【発明の効果】
【００２１】
上記接合方法によれば、バンプ電極同士を良好に電気的に接続することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】（ａ）は第１の実施形態における半導体チップの平面図であり、（ｂ）は１Ｂ−１Ｂ線に沿った半導体チップの断面図である。
【図２】半導体チップの図１（ｂ）に示す領域２Ａの拡大図である。
【図３】（ａ）〜（ｆ）は、第１の実施形態の半導体チップの形成方法を段階的に示す工程図である。
【図４】（ａ）〜（ｆ）は、基板に貫通電極及び第２のバンプ電極を形成する方法を段階的に示す工程図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は、複数の半導体チップが互いに積層されて成るチップ積層体の形成方法を段階的に示す工程図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は、２つの半導体チップのバンプ電極同士を互いに接合する、第１の実施形態に係る半導体チップの接合方法を示す工程図である。
【図７】（ａ）はチップ積層体の平面図であり、（ｂ）はチップ積層体の断面図である。
【図８】（ａ）〜（ｅ）は、チップ積層体を用いて半導体装置を製造する方法を段階的に示す工程図である。
【図９】チップ積層体を含む半導体装置の断面図である。
【図１０】半導体チップの第１の変形例を示す断面図である。
【図１１】半導体チップの第２の変形例を示す断面図である。
【図１２】（ａ）〜（ｃ）は、２つの半導体チップのバンプ電極同士を互いに接合する、第２の実施形態に係る半導体チップの接合方法を示す工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２４】
図１（ａ）は第１の実施形態における半導体チップの模式的平面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）の１Ｂ−１Ｂ線に沿った半導体チップの模式的断面を示している。図２は、図１（ｂ）に示す領域２Ａの詳細な構成を示す拡大図である。
【００２５】
半導体チップ１０は、基板１２と、第１及び第２のバンプ電極２０，２４と、基板１２の一面に形成された回路層１４と、を有する。基板１２は、半導体からなる基板であって良く、好ましくはシリコン基板である。回路層１４は、半導体チップ１０の機能に応じた所定の回路を有する。例えば、半導体チップ１０は、回路層１４としてメモリ回路を有するメモリチップであって良い。メモリ回路としては、例えば、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）用の回路を用いることができる。
【００２６】
また、基板１２の一面には、回路層１４の回路と電気的に接続された電極パッド１６が形成されている。回路層１４は絶縁膜（パッシベーション膜）１８で覆われている。絶縁膜１８は例えばポリイミド樹脂を用いて形成することができる。絶縁膜１８は、回路層１４を保護している。絶縁膜１８には開口部が設けられている。電極パッド１６は、絶縁膜１８の開口部から露出している。
【００２７】
第１のバンプ電極２０は、絶縁膜１８から露出した電極パッド１６上に設けられている。第１のバンプ電極２０は凸状の頂面２０ａを有する。
【００２８】
より具体的には、第１のバンプ電極２０は、導体からなるピラー部２１を有する。ピラー部２１は例えば銅から成る。ピラー部２１は基板１２から突出している。ピラー部２１は凸状の頂面を有する。ピラー部２１の頂面は、例えばその中央部が円弧状に突出する形状であって良い。
【００２９】
ピラー部２１の頂面上には、導電性の保護膜２２，２３が形成されていて良い。本実施例では、ピラー部２１を構成する元素の拡散を防止するＮｉめっき層２２と、酸化防止用のＡｕめっき層２３とが、ピラー部２１上に形成されている。
【００３０】
第２のバンプ電極２４は、第１のバンプ電極２０が形成された一面とは反対側の基板１２の一面に形成されている。半導体チップ１０は、基板１２を貫通する貫通電極３０をさらに有する。貫通電極３０は、例えば銅から形成されていて良い。貫通電極３０は、第２のバンプ電極２４及び電極パッド１６に電気的に接続されている。これにより、第２のバンプ電極２４は、これに対応する第１のバンプ電極２０と電気的に接続される。
【００３１】
第２のバンプ電極２４は凹状の頂面２４ａを有する。具体的には、第２のバンプ電極２４は、導体からなるピラー部２５を有する。ピラー部２５は例えば銅から成る。ピラー部２５は貫通電極４０と一体的に形成されていても良い。ピラー部２５は基板１２から突出している。ピラー部２５は凹状の頂面を有しており、この頂面が第２のバンプ電極２４の頂面２４ａを構成する。ピラー部２５の頂面は、例えばその中央部が円弧状に凹む形状であって良い。
【００３２】
第２のバンプ電極２４の頂面２４ａ上に導電性の接合材２６が形成されている。導電性の接合材２６の表面２６ａは凸状の曲面、例えば略球面となっている。導電性の接合材２６は例えばＳｎ／Ａｇからなる半田であることが好ましい。
【００３３】
半導体チップ１０は、第２のバンプ電極２４及び接合材２６を覆う非導電性材料３８をさらに有する。非導電性材料３８は、基板１２の一面、すなわち第２のバンプ電極２４が形成された一面全体を覆っていて良い。非導電性材料３８は、非導電性フィルム（ＮＣＦ）であって良い。ＮＣＦは、熱硬化性樹脂であることが好ましいが、熱可塑性樹脂であっても良い。このような熱硬化性樹脂として、エポキシ系硬化型樹脂組成物やアクリル系硬化型樹脂組成物などが挙げられる。
【００３４】
非導電性材料３８の軟化温度又は溶融温度は、導電性の接合材２６の軟化温度又は溶融温度よりも低いことが好ましい。ここで、非導電性材料３８が熱硬化性樹脂である場合、この軟化温度又は溶融温度は、未硬化の熱硬化性樹脂の軟化温度又は溶融温度を意味する。
【００３５】
半導体チップ１０は、基板１２を貫通する筒状の絶縁体３６を有していても良い。筒状の絶縁体３６は、貫通電極３０を取り囲む。
【００３６】
半導体チップ１０は、補強用バンプ６０，６２をさらに有していても良い。第１の補強用バンプ６０は、第１のバンプ電極２０とほぼ同様の構成を有する。第２の補強用バンプ６２は、第２のバンプ電極２４とほぼ同様の構成を有する。第１の補強用バンプ６０及び第２の補強用バンプ６２は、それぞれ第１のバンプ電極２０及び第２のバンプ電極２４と同じ材料から形成できる。
【００３７】
第１の補強用バンプ６０と第２の補強用バンプ６２とは、基板１２を貫通する貫通部材６４により接続されている。貫通部材６４は、貫通電極３０と同じ部材から形成できる。
【００３８】
第１の補強用バンプ６０は凸状の頂面を有していて良い。第２の補強用バンプ６２は凹状の頂面を有していて良い。第２の補強用バンプ６２の頂面上に、導電性の接合材６６が設けられていて良い。この導電性の接合材６６は、第２のバンプ電極２４上に設けられた導電性の接合材２６と同一のものであって良い。
【００３９】
第１の補強用バンプ６０及び第２の補強用バンプ６２は、電極として機能せず、この半導体チップ１０と他の半導体チップとの接合を補強するために用いられる。したがって、第１の補強用バンプ６０及び第２の補強用バンプ６２は、回路層１４と電気的に接続されていなくて良い。
【００４０】
図３（ａ）〜図３（ｆ）は、上記の半導体チップ１０の形成方法を示している。まず、図３（ａ）に示すように、半導体チップ１０となる領域であるチップ形成領域４２を複数含む半導体ウエハ４０を準備する。半導体ウエハ４０は、例えば、単結晶シリコンから成る基板１２を有する。半導体ウエハ４０は、ダイシングライン４４によって各々のチップ形成領域４２に区画されている。
【００４１】
次いで、半導体ウエハ４０の各々のチップ形成領域４２の一面に、回路層１４及び電極パッド１６を形成する。次いで、回路層１４の表面に、電極パッド１６を露出する開口部を有する絶縁膜１８を形成する。
【００４２】
次いで、絶縁膜１８から露出した電極パッド１６上に第１のバンプ電極２０を形成する。このとき、第１のバンプ電極２０は、絶縁膜１８の表面から突出する高さとなるように形成する。一例として、第１のバンプ電極２０は、銅からなるピラー部２１の頂面に、Ｎｉ層及びＡｕ層をめっき法により析出させることで形成できる。なお、めっき法による金属の析出時間を調整することにより、第１のバンプ電極２０の頂面を凸状にすることができる。
【００４３】
次いで、半導体ウエハ４０の、第１のバンプ電極２０が形成された方の面に、接着部材４６を介して支持基板４８を接着する（図３（ｂ）参照）。接着部材４６の材料としては、特定の光、例えばレーザ光又はＵＶ光に反応することで、発砲又は接着力の低下するものを用いるとよい。支持基板４８としては、例えばガラス基板のような光透過性の基板を用いることが好ましい。また、接着部材４６は、第１のバンプ電極２０を完全に埋め込むことができる厚さを有することが好ましい。
【００４４】
次いで、半導体ウエハ４０を薄板化する（図３（ｂ）参照）。より具体的には、半導体ウエハ４０の、第１のバンプ電極２０が形成されていない方の一面を研削又は研磨する。薄板化された半導体ウエハ４０は、支持基板４８に支持されているため、容易に取扱うことができる。
【００４５】
次いで、必要に応じて、基板１２を貫通する筒状の絶縁体３６を形成する（図２も参照）。筒状の絶縁体３６は、基板１２を貫通する貫通孔を形成した後、当該貫通孔内に絶縁体を埋めることにより形成できる。
【００４６】
次いで、貫通電極３０及び第２のバンプ電極２４を形成する（図３（ｃ）参照）。図４（ａ）〜図４（ｆ）は、貫通電極３０及び第２のバンプ電極２４を形成する方法を段階的に示している。
【００４７】
まず、基板１２に、貫通電極３０を形成するための貫通孔７０を形成する（図４（ａ）参照）。貫通孔７０は、第１のバンプ電極２０と対向する部分に形成される。貫通孔７０の底部に電極パッド１６が露出する。なお、貫通孔７０は、筒状の絶縁体３６を形成するための貫通孔と同時に形成しても良い。
【００４８】
次いで、貫通電極３０及び第２のバンプ電極２４を形成しない領域にめっき用レジスト膜７２を形成する（図４（ｂ）参照）。次に、貫通孔７０の内面及び底面にシード層３２を形成する。シード層３２は、例えば銅により形成することができる。
【００４９】
次いで、シード層３２を給電層とする電解めっき法により、貫通孔７０の内部の貫通電極３０と、貫通電極３０から突出する第２のバンプ電極２４と、を形成する（図４（ｃ）及び図４（ｄ）参照）。
【００５０】
めっき法では、めっき金属は、シード層３２の表面から徐々に析出される。したがって、めっき金属を析出する過程において、第２のバンプ電極２４の頂面２４ａには凹部が形成される（図４（ｃ）参照）。この凹部が完全に埋まる前にめっき金属の析出を止める。これにより、図４（ｄ）に示すように、第２のバンプ電極２４の頂面２４ａは、中心部が凹んだ面になる。
【００５１】
次に、第２のバンプ電極２４の頂面２４ａに、例えば半田からなる導電性の接合材２６を形成する（図４（ｅ）参照）。接合材２６としては、例えば半田を用いることができる。導電性の接合材２６は、例えば電解めっき法により形成することができる。めっき用レジスト膜７２は適時に基板１２から除去する。
【００５２】
その後、導電性の接合材２６を加熱し、軟化又は溶融させる（アニール処理）。それから、導電性の接合材２６を固化する。軟化又は溶融した接合材２６の表面２６ａは、表面張力により略球面となる（図４（ｆ）参照）。このようなアニール処理により、凸状の表面２６ａを有する導電性の接合材２６を形成することができる。
【００５３】
次いで、半導体ウエハ４０の、第２のバンプ電極２４が形成された一面に、非導電性材料３８を設ける（図３（ｄ）参照）。非導電性材料３８は、非導電性フィルム（ＮＣＦ）であって良い。ＮＣＦは、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂であっても良い。上述したように、非導電性材料３８の軟化温度又は溶融温度は、導電性の接合材２６の軟化温度又は溶融温度よりも低いことが好ましい。
【００５４】
非導電性材料３８は、半導体ウエハ４０の一面のほぼ全体に設けられることが好ましい。このように、半導体ウエハ４０に非導電性材料３８を設けることにより、半導体ウエハ４０の反りを抑制することができる。
【００５５】
次いで、非導電性材料３８にダイシングテープ５２を貼り付ける。次いで、支持基板４８を介して特定の光、例えばレーザ光又はＵＶ光を接着部材４６に照射し、接着部材４６を発泡或いは接着力を低下させる。そして、半導体ウエハ４０から接着部材４６及び支持基板４８を除去する。これにより、半導体ウエハ４０に形成された第１のバンプ電極２０が露出する（図３（ｅ）参照）。
【００５６】
次いで、ダイシングブレード（図示せず）により、ダイシングライン４４に沿って半導体ウエハ４０を切断する（図３（ｆ）参照）。これにより、半導体ウエハ４０は、複数の半導体チップ１０に分離される。非導電性材料３８が半導体ウエハ４０の反りを抑制するので、半導体ウエハ４０を精度よく切断することができる。
【００５７】
次いで、ダイシングテープ５２から半導体チップ１０をピックアップする。非導電性材料３８の平坦な表面がダイシングテープ５２に接着されているので、半導体チップ１０をダイシングテープ５２から容易に剥離することができる。
【００５８】
もし、バンプ電極のような突起物がダイシングテープ５２に直接接着されていると、突起物がダイシングテープ５２の接着層に引っかかり、ピックアップの際に半導体チップ１０が破損するという不具合が生じることがある。しかしながら、上記方法によれば、非導電性材料３８の平坦な表面がダイシングテープ５２に接着されているので、このような不具合が防止される。
【００５９】
上記方法により、図１（ａ）、図１（ｂ）及び図２に示す半導体チップ１０が得られる。
【００６０】
図５（ａ）〜図５（ｄ）は、複数の半導体チップが互いに積層されて成るチップ積層体を形成する方法を示している。チップ積層体を構成する複数の半導体チップのうちの少なくとも１つは、上記の半導体チップ１０であって良い。
【００６１】
まず、ボンディングステージ５６上に第１の半導体チップ７０を置く。ボンディングステージ５６は第１の半導体チップ７０を加熱する加熱機構（不図示）を有することが好ましい。ボンディングステージ５６には、第１の半導体チップ７０を吸引保持する吸引孔５７が形成されている。吸引孔５７は、図示しない真空ポンプと接続されている。第１の半導体チップ７０は、吸引孔５７を介してボンディングステージ５６上に吸引保持される。
【００６２】
第１の半導体チップ７０は、図３に示す半導体チップ１０と同じ構成を有していても良いが、半導体チップ１０と異なる構成を有していても良い。本実施形態では、第１の半導体チップ７０は、基板７２と、バンプ電極７６と、基板１２の一面に形成された回路層７４と、を有する。基板７２は、半導体からなる基板であって良く、好ましくはシリコン基板であって良い。回路層７４は、半導体チップ７０の機能に応じた所定の回路、例えばメモリ回路を有する。
【００６３】
また、基板７２の一面には、回路層７４の回路と電気的に接続された電極パッド（不図示）が形成されている。回路層７４は図示しない絶縁膜（パッシベーション膜）で覆われている。このパッシベーション膜は例えばポリイミド樹脂から形成することができる。電極パッドは、パッシベーション膜の開口部から露出している。
【００６４】
バンプ電極７６は、パッシベーション膜から露出した電極パッド上に設けられている。第１の半導体チップ７０のバンプ電極７６の構成は、図２に示す半導体チップ１０の第１のバンプ電極２０の構成と同様である。すなわち、第１の半導体チップ７０のバンプ電極７６は、凸状の頂面７６ａを有する。
【００６５】
また、第１の半導体チップ７０は、図２に示す半導体チップ１０の第１の補強用バンプ６０と同じ構成を有する補強用バンプ７８を有していて良い。
【００６６】
バンプ電極７６が設けられた一面と反対側の基板７２の一面にはバンプ電極が設けられていない。また、第１の半導体チップ７０は貫通電極を有していない。第１の半導体チップ７０の、バンプ電極７６が設けられていない方の表面は、平坦となっている。そのため、ボンディングステージ５６は、第１の半導体チップ７０を良好に吸引保持することができる。
【００６７】
次いで、ボンディングツール５８により、第２の半導体チップ１０を第１の半導体チップ７０の上に搭載する。第２の半導体チップ１０は、図１で示す半導体チップである。第２の半導体チップ１０は、第２の半導体チップ１０の第２のバンプ電極２４と第１の半導体チップ１０のバンプ電極７６とが対向するように、ボンディングツール５８に保持される。このとき、第２の半導体チップ１０に設けられた非導電性材料３８が、第１の半導体チップ７０に面する。
【００６８】
ボンディングツール５８は、半導体チップを吸引保持する吸着孔５９と、半導体チップを加熱する加熱機構と、を有する。また、ボンディングツール５８は、第２の半導体チップ１０の第１のバンプ電極１０及び第１の補強用バンプ６０と接触しないように、半導体チップを保持する面に凹部５５を有することが好ましい。これにより、ボンディングツール５８は、第２の半導体チップ１０を良好に吸引保持することができる。
【００６９】
次に、非導電性材料３８を軟化又は溶融させつつ第１の半導体チップ７０と第２の半導体チップ１０とを互いに押し付けることによって、導電性の接合材２６を介してバンプ電極７６と第２のバンプ電極２４とを接合する（図５（ｂ）参照）。
【００７０】
具体的には、それぞれの半導体チップ１０，７０に設けられた図示しない認識マークによりバンプ電極２４，７６の位置を認識する。そして、第２の半導体チップ１０の第２のバンプ電極２４を、第１の半導体チップ７０のバンプ電極７６と位置合わせする。それから、ボンディングツール５８により第２の半導体チップ１０を所定の温度に加熱しつつ、第２の半導体チップ１０を第１の半導体チップ７０に向けて押し付ける。このとき、第２の半導体チップ１０は、非導電性材料３８が軟化又は溶融する温度であって、導電性の接合材２６が軟化又は溶融しない温度に加熱されると良い。例えば、第２の半導体チップ１０を１５０℃程度の温度に加熱し、第２の半導体チップ１０に１０Ｎの荷重を加える。
【００７１】
図６（ａ）〜図６（ｃ）は、第１の半導体チップ７０のバンプ電極７６と第２の半導体チップ１０の第２のバンプ電極２４とを接合する、第１の実施形態に係る半導体チップの接合方法を示している。まず、非導電性材料３８が軟化又は溶融する温度まで第２の半導体チップ１０を加熱し、第２の半導体チップ１０を第１の半導体チップ７０に向けて押し付ける。このとき、導電性の接合材２６は軟化又は溶融していない。それから、第２の半導体チップ１０の第２のバンプ電極２４上に形成された導電性の接合材２６が、第１の半導体チップ７０のバンプ電極７６の凸状の頂面７６ａに接触する（図６（ａ）参照）。第１の半導体チップ７０のバンプ電極７６は凸状の頂面７６ａを有し、かつ導電性の接合材２６は凸状の表面２６ａを有するため、軟化又は溶融した非導電性材料３８はバンプ電極７６と第２のバンプ電極２４との間の領域から押し出される。
【００７２】
次に、ボンディングステージ５６及びボンディングツール５８の温度を例えば２６０℃程度まで上げ、導電性の接合材２６を軟化又は溶融させる。このとき、第２の半導体チップ１０を第１の半導体チップ７０に向けて押し付けた状態は維持されている。これにより、図６（ｂ）に示すように、導電性の接合材２６の一部が外方へ流動し、軟化又は溶融した非導電性材料３８をさらに外側へ押し出す。これにより、非導電性材料３８がバンプ電極２４，７６間の領域に残留することを防止することができる。なお、非導電性材料３８が熱硬化性樹脂である場合、本段階で非導電性材料３８が熱硬化し始める。
【００７３】
非導電性材料３８が軟化又は溶融することで、バンプ電極７６の凸状の頂面７６ａと第２のバンプ電極２４の凹状の頂面２４ａとが接触する。両バンプ電極２４，７６の位置が互いに若干ずれていたとしても、両バンプ電極２４，７６の頂面の凹凸により、両バンプ電極２４，７６の位置が補正される（図６（ｃ）参照）。これにより、第１の半導体チップ７０と第２の半導体チップ１０の位置ずれが矯正されるという利点がある。
【００７４】
なお、バンプ電極２４，７６同士の接合時に、補強用バンプ６２，７８同士も同様に接合される。
【００７５】
その後、第２の半導体チップ１０を第１の半導体チップ７０に押し付けた状態のまま、両半導体チップ１０，７０を１００℃程度まで冷却する。これにより、導電性の接合材２６が硬化する。このようにして、両バンプ電極２４，７６が導電性の接合材２６を介して互いに接合される。上記方法では、非導電性材料３８がバンプ電極２４，７６間の領域に残留することを防止することができるので、バンプ電極２４，７６同士を良好に電気的に接続できる。
【００７６】
非導電性材料３８は、軟化又は溶融されることで、第１の半導体チップ７０と第２の半導体チップ１０との間の空間に広がり、当該空間に充填される。非導電性材料３８を第２の半導体チップ１０に予め設けておくことで、半導体チップ１０，７０間の隙間を充填するアンダーフィル材を塗布する別途の工程は不要になる。
【００７７】
また、第２の半導体チップ１０を第１の半導体チップ７０に向けて押圧する際、非導電性材料３８は第２の半導体チップ１０の反りを抑制するサポータとして機能する。そのため、第２の半導体チップ１０の破損を抑制できる。
【００７８】
次いで、第２の半導体チップ１０の上に、上記と同じ方法により、３段目の半導体チップ１０を搭載する（図５（ｃ）参照）。３段目の半導体チップ１０は、２段目の第２の半導体チップ１０と同じ構成であって良い。３段目の半導体チップ１０の第２のバンプ電極２４は、２段目の半導体チップ１０の第１のバンプ電極２０と接合される。
【００７９】
３段目の半導体チップ１０の上に、上記と同じ方法により、４段目の半導体チップ１０をフリップチップ接続する。４段目の半導体チップ１０は、２段目の第２の半導体チップ１０と同じ構成であって良い。
【００８０】
さらに、４段目の半導体チップ１０の上に、上記と同じ方法により、５段目の半導体チップ８０を搭載する（図５（ｄ）参照）。５段目（最上段）の半導体チップ８０は、１〜４段目の半導体チップ７０，１０よりも小さく、補強用バンプを有していなくて良い。最上段の半導体チップ８０は、回路層としてインターフェイス回路を有するインターフェイスチップであって良い。最上段の半導体チップ８０のその他の構成、特にバンプ電極、導電性の接合材及び非導電性材料に関する構成は、２〜４段目の半導体チップ１０の構成と同様である。
【００８１】
次いで、必要に応じて、互いに積層された半導体チップ１０，７０，８０を例えば３００℃程度に加熱した状態で、最上段の半導体チップ８０を押圧する。これにより、１段目〜５段目の半導体チップ１０，７０，８０を本圧着する。なお、非導電性材料３８が熱硬化性樹脂である場合、本段階で非導電性材料３８を完全に熱硬化しても良い。このようにして、複数の半導体チップ１０，７０，８０が互いに積層されて成るチップ積層体９０が形成される。
【００８２】
図７（ａ）は、上記方法により製造されたチップ積層体９０の平面図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）の７Ｂ−７Ｂ線に沿ったチップ積層体９０の断面図である。チップ積層体９０を構成する各々の半導体チップ１０，７０，８０間の隙間には、非導電性材料３８が充填されている。
【００８３】
チップ積層体９０の最下段に配置される第１の半導体チップ７０は、上述したとおりである。第１の半導体チップ７０は、回路層としてメモリ回路を有するメモリチップであって良い。第２の半導体チップ１０は、回路層としてメモリ回路を有するメモリチップであって良い。
【００８４】
最下段の第１の半導体チップ７０の厚みは、他の半導体チップ１０，８０よりも厚くて良い。例えば、第１の半導体チップ７０は１００μｍ程度の厚みを有し、第２の半導体チップ１０は５０μｍ程度の厚みを有していて良い。
【００８５】
上述したように、第１の半導体チップ７０は、基板７２を貫通する貫通電極や、バンプ電極７６が設けられた面とは反対側の面に別のバンプ電極を有していなくて良い。そのため、最下段の半導体チップ７０は、第２の半導体チップ１０の製造プロセスから不要なプロセスを省くこと以外は、第２の半導体チップ１０と同様に製造できる。
【００８６】
最上段の第３の半導体チップ８０は、回路層としてインターフェイス回路を有するインターフェイスチップであって良い。インターフェイスチップはメモリチップよりも小さくて良い。
【００８７】
第３の半導体チップ８０は、第２の半導体チップ１０と反対側に向けられた面に、バンプ電極８２を有する。このバンプ電極８２は、第２の半導体チップ１０の第１のバンプ電極２０と同様の構成を有していて良い。このバンプ電極８２は、後述の配線基板に接続される。
【００８８】
ここでは、第３の半導体チップ８０は、第１の半導体チップ７０及び第２の半導体チップ１０よりも小さい。これに限らず、第３の半導体チップ８０のサイズは、適宜決定すれば良い。
【００８９】
ここでは、４つのメモリチップと１つのインターフェイスチップとを積層したチップ積層体９０について例示した。しかしながら、各々の半導体チップ１０，７０，８０は、どのような種類のチップであっても良い。チップ積層体９０を構成する半導体チップ１０，７０，８０の数も、５段に限らず、４段以下又は６段以上であっても良い。
【００９０】
次に、チップ積層体９０を用いて半導体装置を製造する方法について説明する。図８（ａ）〜図８（ｅ）は、半導体装置を製造するフローを示している。
【００９１】
まず、複数の配線基板１０２が連結された配線母基板１００を準備する（図８（ａ）参照）。各々の配線基板１０２は、１つの半導体装置を構成する配線基板に対応する。配線母基板１００は、ダイシングライン１０４によって各々の配線基板１０２に区画されている。
【００９２】
各々の配線基板１０２は、絶縁基材１０６と、接続パッド１０８と、外部接続用パッド１１０と、配線パターンと、貫通配線１１２と、第１の絶縁膜１１４と、第２の絶縁膜１１６と、を有する。絶縁基材１０６としては、例えば、ガラスエポキシ基板を用いることができる。
【００９３】
配線パターンは、絶縁基材１０６の一面に形成されている。接続パッド１０８は、配線パターンと一体に構成されている。接続パッド１０８は、絶縁基材１０６の表面のうちの中央部に設けられている。接続パッド１０８は、チップ積層体９０を構成する最上段の半導体チップ８０に設けられたバンプ電極８２と接続される電極である。
【００９４】
外部接続用パッド１１０は、絶縁基材１０６の裏面、すなわち接続パッド１０８が設けられた一面とは反対側の一面に設けられている。貫通配線１１２は、絶縁基材１０６を貫通している。貫通配線１１２の上部は上記配線パターンと接続されており、貫通配線１１２の下部は外部接続用パッド１１０と接続されている。これにより、貫通配線１１２は、外部接続用パッド１１０と接続パッド１０８とを電気的に接続している。
【００９５】
第１の絶縁膜１１４は、配線パターンを覆っており、配線パターンを保護している。接続パッド１０８は第１の絶縁膜１１４から露出している。第２の絶縁膜１１６は、絶縁基材１０６の裏面に設けられている。外部接続用パッド１１０は第２の絶縁膜１１６から露出している。
【００９６】
次いで、接続パッド１０８上に、スタッドバンプ１１８を形成する。具体的には、スタッドバンプ１１８は、例えば、ＡｕやＣｕ等よりなるワイヤの先端に溶融したボールが形成されたものを、超音波により接続パッド１０８の上面に圧着した後、当該ワイヤの後端を引き切ることで形成される。
【００９７】
次いで、各配線基板１０２の中央部に、スタッドバンプ１１８を覆うように、非導電性ペースト（ＮＣＰ）１２０を塗布する。非導電性ペースト１２０は液状のアンダーフィル樹脂であって良い。
【００９８】
次いで、チップ積層体９０を各々の配線基板１０２上に搭載する（図８（ｂ）参照）。具体的には、チップ積層体９０を構成する第３の半導体チップ８０のバンプ電極８２を、スタッドバンプ１１８を介して配線基板１０２の接続パッド１０８に接続する。
【００９９】
バンプ電極８２と接続パッド１０８との接合は、チップ積層体９０及び配線母基板１００を加熱した状態で、チップ積層体９０を配線基板１０２に押し当てることにより行われる。これにより、スタッドバンプ１１８を介して、バンプ電極８２と接続パッド１０８とが熱圧着される。このとき、非導電性ペースト１２０は、チップ積層体９０と配線基板１０２との間の空間に広がり、当該空間に充填される。このようにして、チップ積層体９０は、配線基板１０２に接続される。
【０１００】
次いで、配線母基板１００上に実装された複数のチップ積層体９０を封止体１３０で一括して封止する。封止体１３０は例えばモールド樹脂であって良い。モールド樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることができる。
【０１０１】
モールド樹脂は、例えば、トランスファーモールド法により形成できる。具体的には、上部金型と下部金型との間に形成された空間内に、チップ積層体９０が搭載された配線母基板１００を収容し、その後、該空間内に加熱溶融されたモールド樹脂を注入する。次いで、溶融したモールド樹脂を所定の温度、例えば１８０℃程度で加熱（キュア）し、その後、所定の温度でベークすることでモールド樹脂を完全に硬化させる。これにより、複数のチップ積層体９０を一括封止する封止体１３０が形成される。
【０１０２】
次いで、配線基板１０２に形成された複数の外部接続用パッド１１０に外部接続端子１３２を形成する。外部接続端子１３２としては、例えば、半田ボールを用いることができる。次いで、封止体１３０の上面に不図示のダイシングテープを貼着し、不図示のダイシングブレードによりダイシングライン１０４に沿って、配線母基板１００及び封止体１３０を切断する。これにより、複数の半導体装置１３４が得られる。
【０１０３】
次いで、ダイシングテープから半導体装置１３４を剥離することで、チップ積層体９０を含む半導体装置、すなわちＣｏＣ型（Ｃｈｉｐ  ｏｎ  Ｃｈｉｐ）の半導体装置１３４が得られる。図９は、この方法により得られた半導体装置１３４を示している。この半導体装置１３４の構成は、上記説明により明らかであるので、その説明を省略する。
【０１０４】
図１０は、半導体チップの第１の変形例を示している。図１０は、図２の領域２Ａに相当する領域の拡大図である。図１０に示す半導体チップ１４０では、第１及び第２のバンプ電極の大きさが、図２に示すものと異なっている。その他の構成は、図１（ａ）、図１（ｂ）及び図２に示すものと同様である。図１０では、図２と同一の構成については同一の符号を付している。
【０１０５】
第１の変形例に係る半導体チップ１４０は、凸状の頂面１４２ａを有する第１のバンプ電極１４２と、凹状の頂面１４４ａを有する第２のバンプ電極１４４と、を有する。第２のバンプ電極１４４の頂面１４４ａ上には、導電性の接合材１４６が設けられている。さらに、第２のバンプ電極１４４及び導電性の接合材１４６を覆う非導電性材料３８が設けられている。
【０１０６】
第１の変形例に係る半導体チップ１４０では、第２のバンプ電極１４４の径が第１のバンプ電極１４２の径よりも大きい。これにより、第２のバンプ電極１４４上に大容量の導電性の接合材１４６を形成することができる。これにより、他の半導体チップと接合する際に、バンプ電極同士を良好に接合することができる。
【０１０７】
なお、第１の変形例に係る半導体チップ１４０は、図５に示す第２の半導体チップ１０や第３の半導体チップ８０として用いることができる。
【０１０８】
図１１は、半導体チップの第２の変形例を示している。図１１は、図２の領域２Ａに相当する領域の拡大図である。図１１に示す半導体チップ１５０では、第１及び第２のバンプ電極の形状が、図２に示すものと異なっている。その他の構成は、図１（ａ）、図１（ｂ）及び図２に示すものと同様である。図１１では、図２と同一の構成については同一の符号を付している。
【０１０９】
第２の変形例に係る半導体チップ１５０は、凸状の頂面１５２ａを有する第１のバンプ電極１５２と、凹状の頂面１５４ａを有する第２のバンプ電極１５４と、を有する。第２のバンプ電極１５４の頂面１５４ａ上には、導電性の接合材１５６が設けられている。さらに、第２のバンプ電極１５４及び導電性の接合材１５６を覆う非導電性材料３８が設けられている。
【０１１０】
第２の変形例に係る半導体チップ１５０では、第１のバンプ電極１５２の凸状の頂面１５２ａが略円錐形状となっている。また、第２のバンプ電極１５４の凸状の頂面１５４ａが逆円錐状に凹んでいる。
【０１１１】
第１のバンプ電極１５２の凸状の頂面１５２ａの形状及び第２のバンプ電極１５４の凸状の頂面１５４ａの形状は、これ以外の形状であっても良い。第１及び第２のバンプ電極１５２，１５４の頂面の形状は、互いに押し付け合うことにより位置ずれを補正することができれば、どのような形状であっても良い。
【０１１２】
なお、第２の変形例に係る半導体チップ１５０は、図５に示す第２の半導体チップ１０や第３の半導体チップ８０として用いることができる。
【０１１３】
図１２（ａ）〜図１２（ｃ）は第２の実施形態に係る半導体チップの接合方法を示している。まず、第１の半導体チップ１６０及び第２の半導体チップ１７０を準備する。
【０１１４】
第１の半導体チップ１６０は、図５及び図６に示す第１の半導体チップ７０の構成とほぼ同様である。ただし、本実施形態では、第１の半導体チップ１６０のバンプ電極を覆うように非導電性材料１８０が設けられている。
【０１１５】
第２の半導体チップ１７０は、図５及び図６に示す第２の半導体チップ１０の構成とほぼ同様である。ただし、本実施形態では、第２の半導体チップ１７０の第２のバンプ電極２４及び導電性の接合材２６を覆う非導電性材料は設けられていない。
【０１１６】
このように、本実施形態では、第２の半導体チップ１７０ではなく第１の半導体チップ１６０に非導電性材料１８０が形成されている。半導体チップのその他の構成については、図５及び図６に示すものと同様である。
【０１１７】
図６を用いて既に説明した方法と同様に、第１の半導体チップ１６０のバンプ電極７６と第２の半導体チップ１７０の第２のバンプ電極２４とを互いに接合することができる。この場合であっても、両バンプ電極２４，７６の頂面の凹凸により、両バンプ電極２４，７６の位置が補正される。また、第１の半導体チップ１６０のバンプ電極７６が凸状の頂面７６ａを有し、かつ導電性の接合材２６が凸状の表面２６ａを有するため、バンプ電極２４，７６同士の接合中に、軟化又は溶融した非導電性材料１８０がバンプ電極２４，７６間の領域から押し出される。その結果、バンプ電極２４，７６間の領域に非導電性材料１８０が残留することが防止される。
【０１１８】
以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づき説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【０１１９】
例えば、上記実施形態では、半導体チップの回路層が形成された面に設けられたバンプ電極が凸状の頂面を有し、これとは反対側の面に設けられたバンプ電極が凹状の頂面を有している。これに代えて、半導体チップの回路層が形成された面に設けられたバンプ電極が凹状の頂面を有し、これとは反対側の面に設けられたバンプ電極が凸状の頂面を有していても良い。
【符号の説明】
【０１２０】
１０    半導体チップ
２０    第１のバンプ電極
２４    第２のバンプ電極
２６    導電性の接合材
３８    非導電性材料
７０    半導体チップ
７６    バンプ電極
１４０    半導体チップ
１４２    第１のバンプ電極
１４４    第２のバンプ電極
１４６    導電性の接合材
１５０    半導体チップ
１５２    第１のバンプ電極
１５４    第２のバンプ電極
１５６    導電性の接合材
１６０    第１の半導体チップ
１７０    第２の半導体チップ
１８０    非導電性材料
【図１】
2015026638.tif 000003
【図２】
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【図３】
2015026638.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2015026638.tif 000009
【図８】
2015026638.tif 000010
【図９】
2015026638.tif 000011
【図１０】
2015026638.tif 000012
【図１１】
2015026638.tif 000013
【図１２】
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