(57)【要約】【課題】  発熱した半導体素子を効率良く冷却したり、その半導体素子から伝わる熱を速やかに外部に放熱できる半導体装置を提供する。【解決手段】  半導体装置は、主表面１ａを有する半導体基板１と、主表面１ａ上に形成され、主表面１ａに設けられた半導体素子を覆う層間絶縁膜２と、層間絶縁膜２に形成され、冷却用流体が流れる冷却路３とを備える。冷却路３は、層間絶縁膜２の内部を循環するように形成されている。冷却路３は、冷却用流体が供給される一方端４と、冷却用流体が排出される他方端５とを含む。【選択図】        図１
2005294760.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主表面を有する半導体基板と、
前記主表面上に形成され、前記主表面に設けられた半導体素子を覆う層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜に形成され、冷却用流体が流れる第１の冷却路とを備える、半導体装置。
【請求項２】
前記第１の冷却路は、前記層間絶縁膜の内部を循環するように形成されている、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第１の冷却路は、冷却用流体が供給される一方端と、冷却用流体が排出される他方端とを含む、請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記半導体基板、前記層間絶縁膜および前記第１の冷却路を含む半導体チップと、
前記半導体チップを覆うように形成された樹脂部材と、
前記樹脂部材内に設けられたポンプ部および金属材料からなる放熱部とを備え、
前記ポンプ部は、前記一方端および前記他方端に接続されて、前記第１の冷却路に冷却用流体を循環させ、前記放熱部は、前記他方端から排出された冷却用流体の熱を放熱する、請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記層間絶縁膜に形成され、前記層間絶縁膜の熱伝導率に対して相対的に大きい熱伝導率を有する第１の放熱部材をさらに備える、請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第１の放熱部材は、ビアホールおよび金属配線を含む、請求項５に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記第１の放熱部材は、前記層間絶縁膜の表面から露出している、請求項５または６に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記層間絶縁膜の外部に配置され、前記層間絶縁膜の表面から露出する前記第１の放熱部材に接続された第２の放熱部材をさらに備える、請求項７に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記第２の放熱部材は、インダクタ素子およびアンテナ素子の少なくともいずれか一方を含む、請求項８に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記半導体基板には、半導体素子を取り囲むように、前記主表面側に開口する凹部が形成されている、請求項１から９のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記層間絶縁膜に形成されたペルチェ素子をさらに備える、請求項１から１０のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記半導体基板、前記層間絶縁膜および前記第１の冷却路を含む半導体チップと、
前記半導体チップを覆うように形成された樹脂部材と、
前記樹脂部材に形成され、冷却用流体が流れる第２の冷却路とを備える、請求項１から１１のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記半導体チップの表面に接触して形成された第３の放熱部材をさらに備える、請求項１２に記載の半導体装置。
【請求項１４】
前記半導体チップの表面が凹凸形状に形成されている、請求項１２または１３に記載の半導体装置。
【請求項１５】
半導体パッケージ内に複数の半導体チップが搭載されるマルチチップタイプの半導体装置であって、
互いに間隔を隔てて一方向に配列された複数の半導体チップと、
前記複数の半導体チップの各々に直接、接触し、隣り合う前記複数の半導体チップを互いに接続する金属配線と、
隣り合う前記複数の半導体チップ間に配置された放熱手段とを備える、半導体装置。
【請求項１６】
前記放熱手段は、冷却用流体が流れる冷却路および金属材料からなる放熱部材の少なくともいずれか一方を含む、請求項１５に記載の半導体装置。
【請求項１７】
一方向に配列された前記複数の半導体チップのうち中間に位置する半導体チップから発生する熱量が、一方向に配列された前記複数の半導体チップのうち両端に位置する半導体チップから発生する熱量よりも小さい、請求項１５または１６に記載の半導体装置。
【請求項１８】
一方向に配列された前記複数の半導体チップのうち端に位置する半導体チップに隣り合い、前記半導体チップに接続された放熱板をさらに備える、請求項１５から１７のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１９】
前記放熱板が接続された前記半導体チップを除く他の前記複数の半導体チップから発生する熱量は、前記放熱部材が接続された前記半導体チップから発生する熱量よりも小さい、請求項１８に記載の半導体装置。
【請求項２０】
半導体パッケージ内に複数の半導体チップが搭載されるマルチチップタイプの半導体装置であって、
互いに隣り合う位置に空間を規定するように配置された複数の半導体チップと、
前記空間に設けられた放熱手段とを備え、
前記複数の半導体チップは、互いに向い合う位置において異なる大きさの表面を有する２つの半導体チップおよび隣り合った位置においてずれて配置された２つの半導体チップの少なくともいずれか一方を含む、半導体装置。
【請求項２１】
前記放熱手段は、冷却用流体が流れる冷却路および金属材料からなる放熱部材の少なくともいずれか一方を含む、請求項２０に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、一般的には、半導体装置に関し、より特定的には、半導体素子から発生した熱を冷却または放熱する構造を備えた半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ヒートスプレッダと呼ばれる熱伝導性の高い材料（たとえば銅などの金属）を用いて、半導体集積回路から発生する熱を効率良く放熱する技術が知られている。この場合、ＬＳＩ（large scale integration）パッケージ内に収容された半導体チップの裏面に接触するように、板片状のヒートスプレッダを封入する。これにより、半導体チップに発生した熱が、ヒートスプレッダを介してパッケージ外部へと放熱される。
【０００３】
また、発生する熱量がさらに大きい半導体集積回路の場合、セラミックパッケージやフリップチップ実装された半導体チップの裏面に、ヒートシンクと呼ばれる放熱用のフィン形状を持った金属部品（アルミニウムや銅のような熱伝導性の高い材料で作製されることが多い）を接触させ、空冷や液冷による放熱を実施する。但し、プラスチック製のモールド樹脂を用いてパッケージ封止を行なった場合には、プリント基板に実装された状態での自然空冷による放熱が前提となる。特に、ＰＣ（personal computer）やＥＷＳ（engineering workstation）用のマイクロプロセッサの場合には、発熱が大きいことから、ヒートシンクと電動ファンとを組み合わせた強制空冷か、ヒートシンクに液体冷媒を流して冷却する方式が採用されている。
【０００４】
半導体集積回路のチップ内の電力消費は、（１）過渡的な貫通電流によるもの、（２）負荷容量の充放電によるもの、（３）トランジスタの接合リークやサブスレッショルド電流によるもの、の総和であると考えることができる。このうち（１）および（２）は、半導体装置の動作周波数に比例して増大し、（３）は、トランジスタの微細化に伴って増大する傾向がある。熱の発生は、主にジュール熱によるものであり、電流Ｉの２乗と抵抗Ｒとの積に比例する（Ｑ∝Ｉ２×Ｒ）。
【０００５】
このため、半導体チップの内部では、大きい電流が流れるＩＯ（input/output）パッドやバス・バッファ、乗算器などの特定部分が熱の発生源となっており、高温になる部分（ホットスポット）となっている。半導体チップ内の熱伝導を考えた場合、これらホットスポットを起点に発生した熱が、チップ内の他の部分へと拡散する。
【０００６】
このような放熱に対する対策が採られた半導体装置が、たとえば、特開２０００−３０６９９８号公報（特許文献１）、特開平１１−１７０７２号公報（特許文献２）、特開平７−２２５４７号公報（特許文献３）、特開２００１−２９１７９３号公報（特許文献４）、特開平８−１２５０９２号公報（特許文献５）、特開平１０−１９９８８２号公報（特許文献６）、特開２０００−２４３８２６号公報（特許文献７）、特開平８−２２２７００号公報（特許文献８）、特開２００３−２５８１６５号公報（特許文献９）、特開平５−１６６８４９号公報（特許文献１０）、特開平８−２７４２２６号公報（特許文献１１）、特開２００２−２８９７５２号公報（特許文献１２）、特開２００３−１８８３４２号公報（特許文献１３）および特開平９−２８３６９７号公報（特許文献１４）に開示されている。
【０００７】
さらに、下記の非特許文献１には、集積回路チップを冷却する目的で、チップとは別に、シリコン素材のヒートシンクを設けた半導体装置が開示されている。そのヒートシンクには、冷媒を通過、循環させるための微細な通路（microchannel）が形成されている。
【特許文献１】特開２０００−３０６９９８号公報
【特許文献２】特開平１１−１７０７２号公報
【特許文献３】特開平７−２２５４７号公報
【特許文献４】特開２００１−２９１７９３号公報
【特許文献５】特開平８−１２５０９２号公報
【特許文献６】特開平１０−１９９８８２号公報
【特許文献７】特開２０００−２４３８２６号公報
【特許文献８】特開平８−２２２７００号公報
【特許文献９】特開２００３−２５８１６５号公報
【特許文献１０】特開平５−１６６８４９号公報
【特許文献１１】特開平８−２７４２２６号公報
【特許文献１２】特開２００２−２８９７５２号公報
【特許文献１３】特開２００３−１８８３４２号公報
【特許文献１４】特開平９−２８３６９７号公報
【非特許文献１】Ken Goodson, Thermal Management of Advanced Electronic Systems, ISSCC 2003 Workshop
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
半導体チップに形成した半導体集積回路からの主な放熱経路としては、チップの裏面からヒートスプレッダを介して外部に熱伝導により放熱される経路と、チップから端子を通じて実装基板へと放熱される経路とが存在する。端子を通じての放熱は、ワイヤボンディングを用いている場合は、ボンディングパッドからボンディングワイヤを介して、リードフレームやバンプを経て、パッケージ端子から実装基板へと熱が伝わることによって行なわれる。また、フリップチップタイプの半導体チップの場合には、チップの電極パッドなどに半田などのメタルバンプが形成され、そのメタルバンプを挟んで、直接チップが実装基板上に接続されている。このため、半導体チップからの熱が、メタルバンプから実装基板へと直接的に伝わって放熱が行なわれる。
【０００９】
一般的に、半導体チップの表面に形成される電極パッドやボンディングパッドは、チップの周辺部に配置される。このため、半導体チップの中央部で発生した熱を効率良く、これらのパッドまで伝え、放熱を行なう必要がある。しかし、最先端のマイクロプロセッサやシステムＬＳＩでは、高集積化により、チップ面積がますます増大しており、チップの周辺部に向けた放熱が徐々に困難となっている。
【００１０】
また、半導体チップの内部で局所的な発熱が起こり、その熱が十分に放熱されない場合は、半導体集積回路が熱的に破壊されたり、トランジスタの性能が劣化するおそれが生じる。さらに近年においては、半導体チップの動作周波数や集積度の上限が消費電力によって決定される状況が現実化しつつあり、半導体チップの放熱に関するこれら問題の解決が強く望まれている。
【００１１】
そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、発熱した半導体素子を効率良く冷却したり、その半導体素子から伝わる熱を速やかに外部に放熱できる半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明に従った半導体装置は、主表面を有する半導体基板と、主表面上に形成され、その主表面に設けられた半導体素子を覆う層間絶縁膜と、層間絶縁膜に形成され、冷却用流体が流れる第１の冷却路とを備える。
【発明の効果】
【００１３】
この発明に従えば、発熱した半導体素子を効率良く冷却したり、その半導体素子から伝わる熱を速やかに外部に放熱する半導体装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１５】
（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１における半導体装置を示す斜視図である。図１を参照して、半導体装置は、主表面１ａを有する半導体基板１と、駆動することより熱を発生する、主表面１ａに形成された図示しない半導体素子と、主表面１ａ上に形成され、図示しない半導体素子を覆う層間絶縁膜２とを備える。層間絶縁膜２の内部には、冷却路３が形成されている。冷却路３は、層間絶縁膜２の頂面２ａ上の離れた位置にそれぞれ開口された一方端４および他方端５を有する。冷却路３は、主表面１ａに形成された半導体素子の近傍を通過するように、一方端４から他方端５に向けて延びている。
【００１６】
半導体基板１は、たとえばシリコン基板から形成されている。図示しない半導体素子は、代表的には各種のトランジスタ素子であるが、これに限定されず、半導体を利用した素子であればいずれであっても良い。層間絶縁膜２は、たとえば、シリコン酸化膜、ＰＳＧ（phosphosilicate glass）、ＢＳＧ（borosilicate glass）、ＢＰＳＧ（borophosphosilicate glass）、ＴＥＯＳ（tetra etyle ortho silicate）およびＳＯＧ（スピン・オン・グラス）などから形成されている。また、層間絶縁膜２として、低誘電率材料（Low-k材料）を用いても良い。
【００１７】
冷却路３には、一方端４から供給され、他方端５から回収される、半導体素子を冷却するための液体や気体（冷却用流体）が流れる。このような冷却路３に供給される気体としては、窒素ガス、フロンガスならびにヘリウムおよびアルゴンのような不活性ガスを挙げることができる。また、冷却路３を構成する内壁がパッシベーション膜によって被覆され、酸化に対する対策が十分に採られている場合には、乾燥空気を用いることもできる。液体としては、水（純水）やフロンを用いることができる。
【００１８】
図２は、図１中に示す半導体装置が設けられた半導体パッケージを示す斜視図である。図中では、半導体パッケージの内部を示すため、一部が透視した状態で描かれている。
【００１９】
図２を参照して、半導体パッケージ２０は、図１中に示す半導体装置から構成された半導体チップ１０と、ヒートスプレッダ（ヒートシンク）１２と、後で詳細に説明するポンプチップ１３と、これら部材を覆うパッケージ樹脂１１とを備える。ヒートスプレッダ１２は、たとえば、銅、鉄−ニッケル合金および半田などから形成されている。
【００２０】
パッケージ樹脂１１の内部には、半導体チップ１０に設けられた冷却路３の一方端４および他方端５に両端が接続された冷却路１４が形成されている。冷却路１４の経路の途中には、相対的に他方端５に近い側に位置して、所定の距離ごとに方向を変えて延びる部分が設けられている。その部分の近傍には、ヒートスプレッダ１２が配置されている。冷却路１４の経路の途中には、相対的に一方端４に近い側に位置して、ポンプチップ１３が設けられている。
【００２１】
図３は、図２中のポンプチップの構造を示す断面図である。図３を参照して、ポンプチップ１３は、マイクロマシン技術によってシリコンチップ上に作製されたポンプ構造を備える。そのポンプ構造は、バルブ用シリンダ２４およびバルブ用シリンダ２４に配置されたバルブ用ピストン２５からなるバルブ部２６と、ポンプ用シリンダ２１およびポンプ用シリンダ２１に配置されたポンプ用ピストン２２からなるポンプ部２３とから構成されている。バルブ用シリンダ２４は、流路２８によって、他方端５側から延びる冷却路１４に接続されている。バルブ用シリンダ２４とポンプ用シリンダ２１とは、流路２７によって互いに接続されている。ポンプ用シリンダ２１は、流路２９によって、一方端４側から延びる冷却路１４に接続されている。
【００２２】
図１から図３を参照して、電極間の静電力を利用した静電アクチュエータ等を用いて、ポンプ用ピストン２２およびバルブ用ピストン２５を所定の位相差をもって往復運度させ、半導体チップ１０に設けられた冷却路３に冷却用流体を循環させる。
【００２３】
ポンプチップ１３から冷却路３の一方端４に供給された冷却用流体は、半導体チップ１０に設けられた冷却路３を流れる。この際、冷却用流体は、主表面１ａに形成された半導体素子から発生する熱を奪い、その後、他方端５側へと回収される。回収された冷却用流体は、ヒートスプレッダ１２の近傍を通過する際に、ヒートスプレッダ１２へと熱を放出する。その熱は、パッケージ樹脂１１を介して半導体パッケージ２０の外部へと放熱される。
【００２４】
なお、冷却用流体を循環させる手段は、図２に示す機構に限定されず、たとえば、パッケージ樹脂１１に対して直接、空冷／液冷用の流体を通すチューブを接続し、そのチューブと外部に設けたポンプとをつなぐ機構によっても良い。但し、図２に示すように、ヒートスプレッダ１２のみならずポンプチップ１３を含んだ冷却系全体をパッケージ樹脂１１内に封止すれば、半導体パッケージ２０の小型化を図りつつ、半導体チップ１０の放熱を効率良く行なうことができる。
【００２５】
この発明の実施の形態１における半導体装置は、主表面１ａを有する半導体基板１と、主表面１ａ上に形成され、主表面１ａに設けられた半導体素子を覆う層間絶縁膜２と、層間絶縁膜２に形成され、冷却用流体が流れる第１の冷却路としての冷却路３とを備える。冷却路３は、層間絶縁膜２の内部を循環するように形成されている。冷却路３は、冷却用流体が供給される一方端４と、冷却用流体が排出される他方端５とを含む。
【００２６】
半導体装置としての半導体パッケージ２０は、半導体基板１、層間絶縁膜２および冷却路３を含む半導体チップ１０と、半導体チップ１０を覆うように形成された樹脂部材としてのパッケージ樹脂１１と、パッケージ樹脂１１内に設けられたポンプ部としてのポンプチップ１３および金属材料からなる放熱部としてのヒートスプレッダ１２とを備える。ポンプチップ１３は、一方端４および他方端５に接続されて、冷却路３に冷却用流体を循環させる。ヒートスプレッダ１２は、他方端５から排出された冷却用流体の熱を放熱する。
【００２７】
図４から図７は、層間絶縁膜に冷却路を製造する方法の各工程を示す断面図である。図１中に示すトンネル構造を備えた冷却路３は、半導体プロセスにより半導体基板１上に堆積された層間絶縁膜およびメタル配線層の積層構造において、層間絶縁膜の一部を後から除去することによって作製できる。この製造方法について、図４から図７を用いて以下に説明を行なう。
【００２８】
図４を参照して、通常の半導体プロセスと同様に、ＣＶＤ（chemical-vapor deposition）法およびスパッタリング法をそれぞれ用いて、半導体基板１の主表面１ａ上に、層間絶縁膜３１ｐおよびメタル配線層３２ｐを順次形成する。さらに、メタル配線層３２ｐを覆うように層間絶縁膜３１ｑを形成する。図５を参照して、層間絶縁膜３１ｑ上に、メタル配線層３２ｐに達するメタルプラグ３５ｍおよび３５ｎを備えるメタル配線層３２ｑを形成する。このとき、メタルプラグ３５ｍとメタルプラグ３５ｎとの間には、層間絶縁膜３３が残存する。メタル配線層３２ｑをパターニングし、互いに距離を隔てた位置に溝３４ｍおよび３４ｎを形成する。
【００２９】
図６を参照して、メタル配線層３２ｑ上に、溝３４ｍおよび３４ｎを充填する層間絶縁膜３１ｒを形成する。ＣＭＰ（chemical mechanical polishing）工程により層間絶縁膜３１ｒを平坦化した後、図５に示す工程と同様に、層間絶縁膜３１ｒ上に、メタル配線層３２ｑに達するメタルプラグ３５ｍおよび３５ｎを備えるメタル配線層３２ｒを形成する。メタル配線層３２ｒをパターニングし、互いに距離を隔てた位置に溝３４ｍおよび３４ｎを再び形成する。
【００３０】
図７を参照して、図６に示す工程を繰り返し、層間絶縁膜３１ｒ上に、所定の形状を有する層間絶縁膜３１ｓおよびメタル配線層３２ｓを順次形成する。その後、フッ酸（ＨＦ）を用いたウェットエッチングを実施することによって、メタルプラグ３５ｍとメタルプラグ３５ｎとの間に残された層間絶縁膜３３を除去する。以上の工程により、層間絶縁膜とメタル配線層との積層構造に、トンネル構造を有する冷却路３７を作製することができる。
【００３１】
なお、図４から図７では、冷却路を層間絶縁膜とメタル配線層との積層構造に作製する場合について説明したが、これに限定されず、たとえば、ＣＶＤ法によって形成される層間絶縁膜とシリコン膜との積層構造に対しても、同様の製造方法を適用することによって、冷却用流体を流すための冷却路を形成することができる。
【００３２】
図８は、図１中に示す半導体装置の変形例を示す斜視図である。図中には、半導体装置の断面が示されている。図８を参照して、本変形例では、図１中に示す冷却路として、層間絶縁膜２の頂面２ａ側から半導体基板１の裏面１ｂ側にまで達するビアホール４１が形成されている。ビアホール４１は、主表面１ａに平行な平面で切断された断面の面積が、頂面２ａから裏面１ｂに向かうに従って小さくなるように形成されている。
【００３３】
図９は、図１中に示す半導体装置の別の変形例を示す斜視図である。図中には、半導体装置の断面が示されている。図９を参照して、本変形例では、図１中に示す冷却路として、層間絶縁膜２の頂面２ａ側から半導体基板１の裏面１ｂ側にまで達するビアホール４２が形成されている。ビアホール４２は、主表面１ａに平行な平面で切断された断面の面積が、頂面２ａから裏面１ｂに向かうに従って大きくなるように形成されている。なお、図８および図９中には図示しなかったが、これらの変形例では、ビアホール４１および４２から延びる冷却用流体を循環、通過させるための流路が、半導体基板１の裏面１ｂ側を覆うパッケージ樹脂により構成されている。
【００３４】
このように構成された半導体装置によれば、設けた冷却路に冷却用流体を流すことによって、主表面１ａ上の半導体素子から発生した熱を半導体装置の外部に効率良く放熱することができる。これにより、半導体素子を熱の影響から保護し、所望の半導体特性を得ることができる。また、発熱による温度上昇から決定されるような半導体チップの動作周波数や回路の処理性能の上限を小さくし、より高性能な半導体集積回路を実現することができる。
【００３５】
加えて、冷却路３を層間絶縁膜２の内部に形成することにより、狭い領域への冷却路の配置が可能となる。これにより、発熱体である半導体素子の近傍に冷却路３を設けやすくなる。また、冷却路３は、冷却用流体が供給され回収される一方端４および他方端５を有し、パッケージ樹脂１１の内部には、一方端４と他方端５との間に位置して、冷却用流体から熱を奪うヒートスプレッダ１２が配置されている。このため、冷却路３には、温度が低くされた冷却用流体が次々と供給される。これにより、さらに効率の良い放熱を行なうことができる。
【００３６】
（実施の形態２）
図１０は、この発明の実施の形態２における半導体装置の一部を示す断面図である。本実施の形態における半導体装置は、実施の形態１に記載の半導体装置が備える冷却構造に加えて、図１０を用いて説明する冷却構造をさらに備える。なお図中において、実施の形態１に記載の半導体装置と比較して、同一またはそれに相当する部材には、同じ参照番号を付している。
【００３７】
図１０を参照して、半導体基板１の主表面１ａには、半導体素子としてのトランジスタ素子４５が形成されている。主表面１ａ上には、トランジスタ素子４５を覆うように層間絶縁膜２が多層に堆積されている。層間絶縁膜２には、トランジスタ素子４５に接続され、電気信号配線や電源配線として実際に機能する配線４３が形成されている。配線４３は、層間絶縁膜２の各層に設けられた、メタル配線４６と、メタル配線４６に接続されたビア配線４７とから構成されている。層間絶縁膜２の各層に設けられたこれらメタル配線４６およびビア配線４７は、層間絶縁膜２の多層間に連なって形成されている。層間絶縁膜２の最上層に形成されたビア配線４７は、層間絶縁膜２の頂面２ａから露出するように形成されている。その露出するビア配線４７に接触するようにボンディングパッド１６が形成されている。ボンディングパッド１６には、ボンディングワイヤ５０が接続されている。
【００３８】
層間絶縁膜２には、信号・電源の電流容量として必要十分な配線４３に加えて、冷却を目的とした配線４４が形成されている。配線４４は、配線４３と同様に、層間絶縁膜２の多層間に連なるメタル配線５１およびビア配線５２から構成されている。頂面２ａから露出するビア配線５２に接触するように、メタルパッド１７が形成されている。層間絶縁膜２の頂面２ａから隙間を隔てた位置には、メタルバンプ４８を介してメタルパッド１７に接続されたヒートスプレッダ４９が設けられている。
【００３９】
トランジスタ素子４５は、配線４３と配線４４との間に配置されている。配線４３および配線４４は、たとえば、銅、アルミニウム、チタン、タングステン、コバルトおよびタンタルなどの金属、これらの合金、これらにシリコンを添加した材料ならびにシリサイドなどから形成することができる。これらの材料は、層間絶縁膜２を形成するシリコン酸化膜などの材料と比較して、熱伝導率が大きい。
【００４０】
なお、配線４３および配線４４を構成するメタル配線には、特にアルミニウムおよび銅を主成分とする材料が用いられ、ビア配線には、特にタングステンや銅が用いられる。また、コバルトやチタンのような金属は、シリコンとの界面にシリサイドを形成したサリサイド配線や、バリアメタルとして設けられた配線層の下層膜として用いられる。
【００４１】
この発明の実施の形態２における半導体装置は、層間絶縁膜２に形成され、層間絶縁膜２の熱伝導率に対して相対的に大きい熱伝導率を有する第１の放熱部材としての配線４３および配線４４をさらに備える。配線４３および配線４４は、ビア配線４７および５２と金属配線としてのメタル配線４６および５１とを含む。配線４３および配線４４は、層間絶縁膜２の表面としての頂面２ａから露出している。半導体装置は、層間絶縁膜２の外部に配置され、層間絶縁膜２の頂面２ａから露出する配線４３および配線４４に接続された第２の放熱部材としてのヒートスプレッダ４９をさらに備える。
【００４２】
このように構成された半導体装置によれば、層間絶縁膜２と比較して熱伝導率が大きい配線４３および配線４４を、層間絶縁膜２内で冷却構造として機能させることができる。これにより、トランジスタ素子４５から発生した熱を効率良く放熱することができる。また、配線４３および配線４４は、頂面２ａ上に露出するように形成されているため、熱が層間絶縁膜２内にこもるということがない。加えて、配線４４は、頂面２ａ上においてヒートスプレッダ４９に接続されているため、配線４４を介して頂面２ａ上にまで伝わった熱を、さらに外部へと効率良く放熱することができる。
【００４３】
なお、電気・信号配線や電源配線として設けられたものの実際には使用されていない配線の全てまたは一部を、上述の放熱構造として利用しても良い。
【００４４】
図１１は、図１０中に示す半導体装置の変形例を示す断面図である。図１１を参照して、本変形例では、層間絶縁膜２に、頂面２ａ側に開口するトレンチ５６が形成されている。トレンチ５６の表面は、メタル配線膜５７によって覆われている。トレンチ５６の内部は、めっきにより形成され、たとえば銅などからなる放熱部材５８によって充填されている。層間絶縁膜２の頂面２ａ上では、頂面２ａから突出した位置に延在する放熱部材５８の頂面とヒートスプレッダ４９とが接続されている。図１２は、図１０中に示す半導体装置の別の変形例を示す断面図である。図１２を参照して、本変形例では、図１１中に示す冷却構造に対して、放熱部材５８とヒートスプレッダ４９との間にメタルバンプ４８が介在している。
【００４５】
これらの構成によっても、図１０中に示す半導体装置で得られる効果と同様の効果を得ることができる。なお、図１１および図１２に示すトレンチ５６は、層間絶縁膜２の頂面２ａ側から半導体基板１の裏面１ｂ側にまで達するように形成されていても良い。
【００４６】
（実施の形態３）
図１３は、この発明の実施の形態３における半導体装置の一部を示す断面図である。本実施の形態における半導体装置は、実施の形態１に記載の半導体装置が備える冷却構造に加えて、図１３を用いて説明する冷却構造をさらに備える。なお図中において、既に説明した半導体装置と比較して、同一またはそれに相当する部材には、同じ参照番号を付している。
【００４７】
図１３を参照して、層間絶縁膜２には、実施の形態２における配線４３または配線４４に対応する配線６６、６７、６８および６９が所定の間隔を隔てて形成されている。層間絶縁膜２には、さらに、配線６６、６７および６８のそれぞれの間に位置して、頂面２ａ側に開口するトレンチ６３が形成されている。トレンチ６３は、たとえば銅などからなる放熱部材６４によって充填されている。放熱部材６４は、層間絶縁膜２の頂面２ａ上に形成されたメタルパッド１７に接触している。層間絶縁膜２には、さらに、メタル配線６８および６９の間に位置して、頂面２ａ側に開口するトレンチ６２が形成されている。トレンチ６２の内部には、冷却用の液体が通過、循環される。
【００４８】
このようなトレンチは、半導体ウェハの製造工程において通常利用されるドライエッチング工程により形成することができる。また、さらに大口径の開口を形成したい場合には、たとえば、水酸化カリウム溶液（ＫＯＨ）を用いたシリコン基板の異方性ウェットエッチングを適用することによって、パターン形状に基づく四角錐状の孔を形成することができる。
【００４９】
このように構成された半導体装置によれば、層間絶縁膜２に形成された配線６６から６９に加えて、トレンチ６３を充填する放熱部材６４およびトレンチ６２を流れる冷却用の液体が冷却のために機能する。このため、放熱の効率をさらに向上させることができる。
【００５０】
（実施の形態４）
図１４は、この発明の実施の形態４における半導体装置を示す斜視図である。本実施の形態における半導体装置は、実施の形態１に記載の半導体装置が備える冷却構造に加えて、図１４を用いて説明する冷却構造をさらに備える。なお図中において、既に説明した半導体装置と比較して、同一またはそれに相当する部材には、同じ参照番号を付している。
【００５１】
図１４を参照して、本実施の形態における半導体装置は、高周波集積回路を構成している。層間絶縁膜２の頂面２ａ上には、Ｌ字状に折れ曲がって延びるインダクタ７４と、渦巻き状に折れ曲がって延びるアンテナ７３とが形成されている。インダクタ７４およびアンテナ７３は、たとえば、アルミニウムや銅を主成分とする材料から形成されている。主表面１ａには、半導体素子７１および７２が形成されている。層間絶縁膜２には、半導体素子７１および７２に接続されたメタル配線４６およびビア配線４７からなる配線４３が形成されている。インダクタ７４およびアンテナ７３は、配線４３に接続されている。
【００５２】
この発明の実施の形態４における半導体装置では、第２の放熱部材は、インダクタ素子としてのインダクタ７４およびアンテナ素子としてのアンテナ７３の少なくともいずれか一方を含む。
【００５３】
このように構成された半導体装置によれば、配線４３に加えて、インダクタ７４およびアンテナ７３を冷却構造として機能させることができる。このため、配線４３を介して層間絶縁膜２の頂面２ａ上にまで伝わった熱を、さらに外部へと効率良く放熱することができる。
【００５４】
（実施の形態５）
図１５は、この発明の実施の形態５における半導体装置を示す斜視図である。図中には、半導体装置の断面が示されている。本実施の形態における半導体装置は、実施の形態１に記載の半導体装置が備える冷却構造に加えて、図１５を用いて説明する断熱構造をさらに備える。なお図中において、既に説明した半導体装置と比較して、同一またはそれに相当する部材には、同じ参照番号を付している。
【００５５】
図１５を参照して、半導体基板１の主表面１ａには、半導体素子８１が形成されている。半導体基板１には、主表面１ａ側に開口し、半導体素子８１を取り囲むように延在するトレンチ８２が形成されている。トレンチ８２は、たとえばシリコン酸化膜やシリコン窒化膜からなる断熱部材８５によって充填されている。これら断熱部材８５を構成する材料は、半導体基板１を構成するシリコン等と比較して、小さい熱伝導率を有する。
【００５６】
半導体素子８１は、熱の影響を小さく抑えたい半導体素子、たとえばアナログ回路を構成する半導体素子である。断熱部材８５を挟んで半導体素子８１の周囲に発熱量の大きい半導体素子が形成されている場合、その半導体素子から発生した熱が、半導体素子８１に伝わることを抑制できる。これにより、半導体素子８１に流れる電流値が、温度変化によって大きく変動することを防止できる。
【００５７】
また、断熱部材８５に囲まれた領域に、半導体素子８１と発熱量の大きい半導体素子とを形成しても良い。この場合、断熱部材８５に囲まれた領域の外側に形成された半導体素子からの熱を遮断し、断熱部材８５に囲まれた領域内を恒温化することができる。これによっても、上述の効果と同様の効果を得ることができる。
【００５８】
この発明の実施の形態５における半導体装置では、半導体基板１には、半導体素子８１を取り囲むように、主表面１ａ側に開口する凹部としてのトレンチ８２が形成されている。
【００５９】
図１６は、図１５中に示す半導体装置の変形例を示す斜視図である。図１７は、図１６中のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線上に沿った断面図である。図１６および図１７を参照して、本変形例では、Ｌ字状に折れ曲がった形状を有する２つのトレンチ８２が、半導体素子８１を挟んで互いに対峙する位置に形成されている。このように、半導体基板１に形成するトレンチは、半導体素子８１を完全に取り囲むように形成されていなくても良い。
【００６０】
図１８は、図１５中に示す半導体装置の別の変形例を示す斜視図である。図１９は、図１８中のＸＩＸ−ＸＩＸ線上に沿った断面図である。図１８および図１９を参照して、本変形例では、半導体基板１には、主表面１ａ上において一方向に延び、半導体基板１の主表面１ａ側から裏面１ｂ側にまで達する４つのトレンチ８７が形成されている。４つのトレンチ８７は、半導体素子８１を取り囲む四辺にそれぞれ配置されている。このようなトレンチ８７を形成し、半導体素子８１とその周りとを切り離すことによっても、上述の効果と同様の効果を得ることができる。なお、トレンチ８７に、冷却用の流体を注入したり充填したりしても良い。
【００６１】
このように構成された半導体装置によれば、半導体基板１において局所的に発生する熱変化が、その影響を受けやすい半導体素子８１に及ぶことを抑制できる。
【００６２】
（実施の形態６）
図２０は、この発明の実施の形態６における半導体装置の一部を示す断面図である。本実施の形態における半導体装置は、実施の形態１に記載の半導体装置が備える冷却構造に加えて、図２０を用いて説明する冷却構造をさらに備える。なお図中において、既に説明した半導体装置と比較して、同一またはそれに相当する部材には、同じ参照番号を付している。
【００６３】
図２０を参照して、半導体基板１の主表面１ａには、半導体素子９０が形成されている。主表面１ａ上には、複数の層２ｐから２ｓが積層されてなる層間絶縁膜２が形成されている。層間絶縁膜２には、メタル配線５１およびビア配線５２からなる配線４４が形成されている。層間絶縁膜２には、さらに、層２ｑに位置して、２種の異なる金属（アルミニウム、銅、タングステン、チタンおよびコバルトなど）または異なる導電型の半導体（シリコンおよびゲルマニウムなど）からなるペルチェ素子９２および９３が、主表面１ａに平行な方向に交互に並んで形成されている。層２ｒに形成されたメタル配線５１と層２ｑに形成されたメタル配線５１とが交互になって、ペルチェ素子９２および９３を、隣り合う位置において互いに接続している。層間絶縁膜２の頂面２ａ上には、ヒートスプレッダ４９が設けられている。ヒートスプレッダ４９とビア配線５２に接触するメタルパッド１７とが、メタルバンプ４８を介して接続されている。
【００６４】
図２１は、図２０に示す半導体装置で得られるペルチェ（peltier）効果を説明するための説明図である。図２０および図２１を参照して、ペルチェ素子９２および９３が、それぞれｎ型シリコンおよびｐ型シリコンから形成されており、図中に示す方向に電流を流す場合を想定する。この場合、電流がペルチェ素子９２からペルチェ素子９３に向かう側で吸熱作用が生じ、電流がペルチェ素子９３からペルチェ素子９２に向かう側で放熱作用が生じる。結果、主表面１ａに形成された半導体素子９０で発生した熱は、ペルチェ素子９２および９３が設けられた位置へと吸熱され、さらに、層間絶縁膜２の頂面２ａへと放熱される。その熱は、メタルバンプ４８を介してヒートスプレッダ４９から外部へと放熱される。
【００６５】
この発明の実施の形態６における半導体装置は、層間絶縁膜２に形成されたペルチェ素子９２および９３をさらに備える。
【００６６】
このように構成された半導体装置によれば、ペルチェ素子９２および９３に所定の方向の電流を流し、ペルチェ効果を得ることによって、特定部位（本実施の形態では、主表面１ａ上の半導体素子９０）を冷却することができる。これにより、配線４４による効果に加えて、放熱の効率をさらに向上させることができる。
【００６７】
（実施の形態７）
図２２は、この発明の実施の形態７における半導体装置を示す斜視図である。図２３は、図２２中のＸＸＩＩＩ−ＸＸＩＩＩ線上に沿った断面図である。本実施の形態における半導体装置は、実施の形態１に記載の半導体装置が備える冷却構造に加えて、図２２を用いて説明する冷却構造をさらに備える。
【００６８】
図２２および図２３を参照して、半導体パッケージ１０１は、図１中に示す半導体装置から構成された半導体チップ１０と、半導体チップ１０と所定の間隔を隔てて配置されたヒートスプレッダ１０４と、半導体チップ１０およびヒートスプレッダ１０４を覆うパッケージ樹脂１１０とを備える。パッケージ樹脂１１０の内部には、冷却用流体が供給される一方端１０６と冷却用流体が回収される他方端１０７とを有する冷却路１０５が形成されている。冷却路１０５は、ヒートスプレッダ１０４の近傍において、所定の距離ごとに方向を変えながら一方端１０６から他方端１０７に向けて延びている。
【００６９】
この発明の実施の形態７における半導体装置としての半導体パッケージ１０１は、半導体基板１、層間絶縁膜２および冷却路３を含む半導体チップ１０と、半導体チップ１０を覆うように形成された樹脂部材としてのパッケージ樹脂１１０と、パッケージ樹脂１１０に形成され、冷却用流体が流れる第２の冷却路としての冷却路１０５とを備える。
【００７０】
このように構成された半導体パッケージ１０１によれば、半導体チップ１０に設けられた冷却構造によりチップ外に放出された熱は、パッケージ樹脂１１０を介してヒートスプレッダ１０４へと伝わる。本実施の形態では、ヒートスプレッダ１０４に近接して冷却路１０５が形成されているため、冷却路１０５を流れる冷却用流体を通じて、チップ外に放出された熱を、さらにパッケージ外へと効率良く放熱することができる。
【００７１】
（実施の形態８）
図２４は、この発明の実施の形態８における半導体装置を示す断面図である。本実施の形態における半導体装置は、実施の形態１に記載の半導体装置が備える冷却構造に加えて、図２４を用いて説明する冷却構造をさらに備える。
【００７２】
図２４を参照して、図１中に示す半導体装置から構成された半導体チップ１０は、複数の四角錐状の孔１１６が形成された表面１０ａを有する。孔１１６は、その底面がチップ内に形成されていたり、貫通していたりする。このような孔１１６により、半導体チップ１０の表面１０ａは凹凸形状に形成されている。
【００７３】
この発明の実施の形態８における半導体チップ１０では、半導体チップ１０の表面１０ａが凹凸形状に形成されている。
【００７４】
このように構成された半導体チップ１０によれば、表面１０ａの表面積を増大させることができる。これにより、半導体チップ１０の内部に配置された半導体素子で発生する熱を効率良くチップ外へと放熱することができる。
【００７５】
図２５は、図２４中に示す半導体装置の変形例を示す断面図である。図２５を参照して、本変形例では、半導体チップ１０の表面１０ａが、機械的に粗く研磨されることによって、凹凸形状に粗面化されている。半導体チップ１０には、その粗面化された表面１０ａに接触するように、たとえば、銅、鉄−ニッケル合金および半田などからなる放熱部材１２１が設けられている。このような構成により、放熱部材１２１と半導体チップ１０との接触面積を増大させ、効率の良い放熱を実現することができる。
【００７６】
また別の変形例として、半導体チップを作製する半導体プロセスにおいて、ゲート電極用として堆積したポリシリコン膜の一部の領域に、ＨＳＧ（hemispherical silicon grain）酸化工程を実施しても良い。この場合、堆積したポリシリコン膜上に、さらにアモルファス（非晶質）シリコン薄膜を堆積する。その後、５５０℃程度の温度で熱処理し、ポリシリコン膜上に粒状のシリコンを成長させる。これらの工程により、ポリシリコン膜の表面に半球状の凹凸形状を形成することができる。
【００７７】
（実施の形態９）
図２６は、この発明の実施の形態９における半導体装置を示す断面図である。図２９を参照して、半導体パッケージ１３１は、複数の半導体チップ１３２が内部に搭載されるマルチチップタイプの半導体パッケージである。半導体パッケージ１３１は、互いに所定の間隔を隔てて位置決めされた複数の半導体チップ１３２（１３２ａ、１３２ｂおよび１３２ｃ）と、複数の半導体チップ１３２の間を接続するメタルバンプ１３３と、複数の半導体チップ１３２の間に配置された、たとえば銅などからなる放熱部材１３５とを備える。なお図示しないが、半導体パッケージ１３１には、複数の半導体チップ１３２間のフィラーとして、パッケージ樹脂やポリイミドなどの樹脂材料が設けられている。
【００７８】
複数の半導体チップ１３２は、半導体チップ１３２ａおよび１３２ｃが両端に位置し、半導体チップ１３２ｂがその間に位置するように配置されている。複数の半導体チップ１３２の各々には、チップを貫通するビア配線１３４が形成されている。メタルバンプ１３３がそのビア配線１３４に接触して設けられることによって、複数の半導体チップ１３２が積層された状態で互いに接続されている。
【００７９】
半導体チップ１３２ｃに隣り合う位置には、半導体チップ１３２ｃとの間に間隔を設けてヒートスプレッダ１３６が配置されている。半導体チップ１３２ｃとヒートスプレッダ１３６とは、半導体チップ１３２ｃに形成されたビア配線１３４に接触するメタルバンプ１３３によって接続されている。半導体チップ１３２ｃとヒートスプレッダ１３６との間には、放熱部材１３５が配置されている。
【００８０】
なお、本実施の形態では、複数の半導体チップ１３２の間および半導体チップ１３２ｃとヒートスプレッダ１３６との間に放熱部材１３５を配置したが、本発明は、これに限定されない。たとえば、これらの間を充填するパッケージ樹脂に冷却路を形成し、その冷却路に冷却用の気体や液体を流しても良い。
【００８１】
また、本実施の形態では、駆動させた場合の発熱が比較的小さい半導体チップ１３２ｂが、複数の半導体チップ１３２の配列の中間部分に位置決めされ、発熱が比較的大きい半導体チップ１３２ａおよび１３２ｃが、複数の半導体チップ１３２の配列の両端に配置されている。また好ましくは、半導体チップ１３２ａおよび１３２ｂの発熱量が、ヒートスプレッダ１３６に隣り合って設けられた半導体チップ１３２ｃの発熱量よりも小さくても良い。
【００８２】
この発明の実施の形態９におけるマルチチップタイプの半導体パッケージ１３１は、互いに間隔を隔てて一方向に配列された複数の半導体チップ１３２と、複数の半導体チップ１３２の各々に直接、接触し、隣り合う複数の半導体チップ１３２を互いに接続する金属配線としてのメタルバンプ１３３と、隣り合う複数の半導体チップ１３２間に配置された放熱手段としての放熱部材１３５とを備える。一方向に配列された複数の半導体チップ１３２のうち中間に位置する半導体チップ１３２ｂから発生する熱量が、一方向に配列された複数の半導体チップ１３２のうち両端に位置する半導体チップ１３２ａおよび１３２ｃから発生する熱量よりも小さい。
【００８３】
半導体パッケージ１３１は、一方向に配列された複数の半導体チップ１３２のうち端に位置する半導体チップ１３２ｃに隣り合い、半導体チップ１３２ｃに接続された放熱板としてのヒートスプレッダ１３６をさらに備える。ヒートスプレッダ１３６が接続された半導体チップ１３２ｃを除く他の複数の半導体チップ１３２ａおよび１３２ｂから発生する熱量は、ヒートスプレッダ１３６が接続された半導体チップ１３２ｃから発生する熱量よりも小さい。
【００８４】
このように構成された半導体パッケージ１３１によれば、複数の半導体チップ１３２は、互いにメタルバンプ１３３を介して接続されているため、発生した熱をチップ間で熱伝導させることができる。これにより、複数の半導体チップ１３２を配列した方向の温度勾配を低減させるとともに、チップ間に配置した放熱部材１３５および半導体チップ１３２ｃに隣り合って配置したヒートスプレッダ１３６によって、複数の半導体チップ１３２を冷却することができる。
【００８５】
一般的に、半導体チップには、ジャンクション温度の絶対最大定格が設けられており、素子破壊を起こさないための温度上限が存在する。また、半導体素子を高温で動作させると、半導体内部のキャリア移動度の低下に伴うトランジスタ性能の劣化、ドライバの駆動電流／ドライバ能力の低下および動作速度の低下、ならびに接合リーク電流の急激な上昇による消費電力の増大など、デバイス特性の劣化が引き起こされる。また、チップ間に温度勾配が存在すると、半導体特性のばらつきが増大し、設計上の動作タイミングに対してずれが生じることも想定される。特に、信号の送信側と受信側とで温度が異なり、信号タイミングにずれが生じた場合は、誤動作を引き起こす可能性がある。本実施の形態における半導体パッケージ１３１によれば、上述の効果によりこれらの問題を解決することができる。
【００８６】
また、複数の半導体チップ１３２が配列された中間部分やヒートスプレッダ１３６から離れた位置では、半導体チップから発生した熱が比較的、放熱されにくい。このため、このような位置に発熱量の大きい半導体チップを配置することによって、温度勾配をさらに低減させ、半導体チップをさらに効率良く冷却することができる。
【００８７】
（実施の形態１０）
図２７は、この発明の実施の形態１０における半導体装置を示す斜視図である。図２８は、図２７中に示す矢印ＸＸＶＩＩＩから見た半導体装置を示す正面図である。
【００８８】
図２７および図２８を参照して、半導体パッケージ１５１は、複数の半導体チップ１５２が内部に搭載されるマルチチップタイプの半導体パッケージである。半導体パッケージ１５１は、間隔を隔てて位置決めされた複数の半導体チップ１５２（１５２ａ、１５２ｂおよび１５２ｃ）と、複数の半導体チップ１５２間を充填し、パッケージ樹脂やポリイミドなどからなる図示しない樹脂材料と、その樹脂材料に形成され、冷却用の気体や液体が流される冷却路１５５とを備える。
【００８９】
半導体チップ１５２ａおよび１５２ｃは、互いに向い合う位置において、表面１６１および１６３をそれぞれ有する。半導体チップ１５２ｂは、半導体チップ１５２ｃと向い合う位置において表面１６２を有する。半導体チップ１５２ａおよび１５２ｃは、表面１６１に表面１６３と向い合わない部分が生じるように、互いにずれて配置されている。表面１６３と向い合わない表面１６１のその部分の近傍には、半導体チップ１５２ａおよび１５２ｃに隣り合って、空間１５３が規定されている。同様に、半導体チップ１５２ｂは、半導体チップ１５２ｃの表面１６３と向い合わない部分を表面１６２に有し、その部分の近傍には、半導体チップ１５２ｂおよび１５２ｃに隣り合って、空間１５３が規定されている。さらに、半導体チップ１５２ａと半導体チップ１５２ｂとの間にも、空間１５３が規定されている。
【００９０】
冷却路１５５は、その空間１５３に位置し、半導体チップの周縁に沿って延びている。なお、冷却路１５５のほか、銅などからなる放熱部材を空間１５３に配置しても良い。
【００９１】
図２９は、図２８中に示す半導体パッケージの変形例を示す正面図である。図２９を参照して、本変形例では、半導体チップ１５２ｂおよび１５２ｃが、図２８中に示す半導体パッケージ１５１と同様に配置されている。半導体チップ１５２ｂおよび１５２ｃに隣り合って規定された空間１５３には、冷却路１５５が設けられている。
【００９２】
図３０は、図２８中に示す半導体パッケージの別の変形例を示す正面図である。図３０を参照して、半導体パッケージは、互いに所定の間隔を隔てて位置決めされた複数の半導体チップ１５２（１５２ｄおよび１５２ｅ）と、複数の半導体チップ１５２間を充填し、パッケージ樹脂やポリイミドなどからなる図示しない樹脂材料と、その樹脂材料に形成され、冷却用の気体や液体が流される冷却路１５５とを備える。
【００９３】
半導体チップ１５２ｄおよび１５２ｅは、互いに向い合う位置において、表面１８１および１８２をそれぞれ有する。表面１８２は、表面１８１より大きい面積で形成されており、表面１８１と向い合わない部分を有する。表面１８１と向い合わない表面１８２のその部分の近傍には、半導体チップ１５２ｄおよび１５２ｅに隣り合って、空間１５３が規定されている。冷却路１５５は、その空間１５３に位置し、半導体チップ１５２ｄの周縁に沿って延びている。
【００９４】
この発明の実施の形態１０におけるマルチチップタイプの半導体パッケージ１５１は、互いに隣り合う位置に空間１５３を規定するように配置された複数の半導体チップ１５２と、空間１５３に設けられた放熱手段としての冷却路１５５とを備える。複数の半導体チップ１５２は、互いに向い合う位置において異なる大きさの表面１８１および１８２を有する２つの半導体チップ１５２ｄおよび１５２ｅと、隣り合った位置においてずれて配置された２つの半導体チップ１５２ａおよび１５２ｃ（１５２ｂおよび１５２ｃ）との少なくともいずれか一方を含む。放熱手段は、冷却用流体が流れる冷却路１５５および金属材料からなる放熱部材の少なくともいずれか一方を含む。
【００９５】
このように構成された半導体パッケージ１５１によれば、隣り合う半導体チップ間に規定された空間１５３に冷却路１５５を形成しているため、半導体パッケージ１５１をコンパクトに維持しつつ、半導体チップを効率良く冷却することができる。これにより、半導体パッケージ１５１に搭載する半導体チップの数を増大させることができ、高性能な半導体集積回路を実現することができる。
【００９６】
なお、以上に説明した実施の形態１から１０の半導体装置を適宜、組み合わせて、半導体装置を構成しても良い。この場合、組み合わせた実施の形態の半導体装置で得られる効果を総合的に得ることができる。
【００９７】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】この発明の実施の形態１における半導体装置を示す斜視図である。
【図２】図１中に示す半導体装置が設けられた半導体パッケージを示す斜視図である。
【図３】図２中のポンプチップの構造を示す断面図である。
【図４】層間絶縁膜に冷却路を製造する方法の第１工程を示す断面図である。
【図５】層間絶縁膜に冷却路を製造する方法の第２工程を示す断面図である。
【図６】層間絶縁膜に冷却路を製造する方法の第３工程を示す断面図である。
【図７】層間絶縁膜に冷却路を製造する方法の第４工程を示す断面図である。
【図８】図１中に示す半導体装置の変形例を示す斜視図である。
【図９】図１中に示す半導体装置の別の変形例を示す斜視図である。
【図１０】この発明の実施の形態２における半導体装置の一部を示す断面図である。
【図１１】図１０中に示す半導体装置の変形例を示す断面図である。
【図１２】図１０中に示す半導体装置の別の変形例を示す断面図である。
【図１３】この発明の実施の形態３における半導体装置の一部を示す断面図である。
【図１４】この発明の実施の形態４における半導体装置を示す斜視図である。
【図１５】この発明の実施の形態５における半導体装置を示す斜視図である。
【図１６】図１５中に示す半導体装置の変形例を示す斜視図である。
【図１７】図１６中のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線上に沿った断面図である。
【図１８】図１５中に示す半導体装置の別の変形例を示す斜視図である。
【図１９】図１８中のＸＩＸ−ＸＩＸ線上に沿った断面図である。
【図２０】この発明の実施の形態６における半導体装置の一部を示す断面図である。
【図２１】図２０に示す半導体装置で得られるペルチェ効果を説明するための説明図である。
【図２２】この発明の実施の形態７における半導体装置を示す斜視図である。
【図２３】図２２中のＸＸＩＩＩ−ＸＸＩＩＩ線上に沿った断面図である。
【図２４】この発明の実施の形態８における半導体装置を示す断面図である。
【図２５】図２４中に示す半導体装置の変形例を示す断面図である。
【図２６】この発明の実施の形態９における半導体装置を示す断面図である。
【図２７】この発明の実施の形態１０における半導体装置を示す斜視図である。
【図２８】図２７中に示す矢印ＸＸＶＩＩＩから見た半導体装置を示す正面図である。
【図２９】図２８中に示す半導体パッケージの変形例を示す正面図である。
【図３０】図２８中に示す半導体パッケージの別の変形例を示す正面図である。
【符号の説明】
【００９９】
１  半導体基板、１ａ  主表面、２  層間絶縁膜、２ａ  頂面、３，１０５，１５５  冷却路、４  一方端、５  他方端、１０，１３２，１３２ａ，１３２ｂ，１３２ｃ，１５２，１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃ，１５２ｄ，１５２ｅ  半導体チップ、１０ａ，１８１，１８２  表面、１１，１１０  パッケージ樹脂、１２，４９，１３６  ヒートスプレッダ、１３  ポンプチップ、２０，１３１，１５１  半導体パッケージ、４３，４４，６６，６７，６８，６９  配線、４６，５１  メタル配線、４７，５２  ビア配線、６４，１３５  放熱部材、７３  アンテナ、７４  インダクタ、８１  半導体素子、８２，８７  トレンチ、９２，９３  ペルチェ素子、１３３  メタルバンプ、１５３  空間。
【図１】
2005294760.tif 000003
【図２】
2005294760.tif 000004
【図３】
2005294760.tif 000005
【図４】
2005294760.tif 000006
【図５】
2005294760.tif 000007
【図６】
2005294760.tif 000008
【図７】
2005294760.tif 000009
【図８】
2005294760.tif 000010
【図９】
2005294760.tif 000011
【図１０】
2005294760.tif 000012
【図１１】
2005294760.tif 000013
【図１２】
2005294760.tif 000014
【図１３】
2005294760.tif 000015
【図１４】
2005294760.tif 000016
【図１５】
2005294760.tif 000017
【図１６】
2005294760.tif 000018
【図１７】
2005294760.tif 000019
【図１８】
2005294760.tif 000020
【図１９】
2005294760.tif 000021
【図２０】
2005294760.tif 000022
【図２１】
2005294760.tif 000023
【図２２】
2005294760.tif 000024
【図２３】
2005294760.tif 000025
【図２４】
2005294760.tif 000026
【図２５】
2005294760.tif 000027
【図２６】
2005294760.tif 000028
【図２７】
2005294760.tif 000029
【図２８】
2005294760.tif 000030
【図２９】
2005294760.tif 000031
【図３０】
2005294760.tif 000032