(57)【要約】【課題】チップ間に保護材を有する信頼性の高いチップオンチップ構造体およびその製造方法を提供する。【解決手段】一実施の形態によるチップオンチップ構造体は、対向する第１のチップおよび第２のチップと、前記第１のチップの前記第２のチップ側の面上の第１の電極端子と、前記第２のチップの前記第１のチップ側の面上の第２の電極端子と、前記第１の電極端子と前記第２の電極端子とを電気的に接続するバンプと、前記第１のチップと前記第２のチップの間の前記バンプの周囲に形成され、感熱接着性を有する材料からなる層を含む保護材と、を有する。【選択図】図３Ａ
2012099575.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する第１のチップおよび第２のチップと、
前記第１のチップの前記第２のチップ側の面上の第１の電極端子と、
前記第２のチップの前記第１のチップ側の面上の第２の電極端子と、
前記第１の電極端子と前記第２の電極端子とを電気的に接続するバンプと、
前記第１のチップと前記第２のチップの間の前記バンプの周囲に形成され、感熱接着性を有する材料からなる層を含む保護材と、
を有するチップオンチップ構造体。
【請求項２】
第１のチップ上の第１の電極端子上に第１のバンプを形成し、第２のチップ上の第２の電極端子上に第２のバンプを形成する工程と、
第１のチップ上の前記第１のバンプの周囲および第２のチップ上の前記第２のバンプの周囲の少なくともいずれか一方に保護材を形成する工程と、
熱処理により、前記第１のバンプと前記第２のバンプを接続し、前記第１のチップと前記第２のチップの間の前記第１および第２のバンプの周囲を前記保護材で埋める工程と、
を含むチップオンチップ構造体の製造方法。
【請求項３】
前記保護材は、前記第１のチップ上および第２のチップ上の両方に形成され、
前記第１のチップ上の前記保護材と前記第２のチップ上の前記保護材は前記熱処理により接着され、
前記第１のチップ上の前記保護材と前記第２のチップ上の前記保護材の少なくともいずれか一方の、接着面を含む部分は感熱接着性を有する材料からなる、
請求項２に記載のチップオンチップ構造体の製造方法。
【請求項４】
前記保護材は、前記第１のチップ上にのみ形成され、
前記保護材の接着面を含む部分は感熱接着性を有する材料からなる、
請求項２に記載のチップオンチップ構造体の製造方法。
【請求項５】
前記第１および第２のバンプは、各々上部を平坦化された後、平坦化された面同士が接続される、
請求項２〜４のいずれか１つに記載のチップオンチップ構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施の形態は、チップオンチップ構造体およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、バンプにより接続される上下のチップからなるチップオンチップ構造体のバンプ部分の保護のために、バンプを接合した後にチップ間にアンダーフィル材を流し込んで保護材を形成する技術が知られている。
【０００３】
しかし、このようなアンダーフィル材はチップ間の領域に収まらずに上側チップの側面まで覆うおそれがある。このため、アンダーフィル材とチップとの熱膨張率（線膨張率）の違いに起因してアンダーフィル材内に発生する応力が大きくなる。これにより、アンダーフィル材にクラックが生じてチップ上の配線が断線し、チップオンチップ構造体の信頼性が低下するおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−８２７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、チップ間に保護材を有する信頼性の高いチップオンチップ構造体およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施の形態によるチップオンチップ構造体は、対向する第１のチップおよび第２のチップと、前記第１のチップの前記第２のチップ側の面上の第１の電極端子と、前記第２のチップの前記第１のチップ側の面上の第２の電極端子と、前記第１の電極端子と前記第２の電極端子とを電気的に接続するバンプと、前記第１のチップと前記第２のチップの間の前記バンプの周囲に形成され、感熱接着性を有する材料からなる層を含む保護材と、を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施の形態に係るチップオンチップ構造体の垂直断面図。
【図２】第１の実施の形態に係るチップオンチップ構造体の図１に示される領域IIの部分拡大図。
【図３Ａ】（ａ）、（ｂ）は、第１の実施の形態に係るチップオンチップ構造体のバンプを接続する前の構造の例を表す垂直断面図。
【図３Ｂ】（ｃ）、（ｄ）は、第１の実施の形態に係るチップオンチップ構造体のバンプを接続する前の構造の例を表す垂直断面図。
【図３Ｃ】（ｅ）は、第１の実施の形態に係るチップオンチップ構造体のバンプを接続する前の構造の例を表す垂直断面図。
【図４】第２の実施の形態に係るチップオンチップ構造体の部分拡大図。
【図５Ａ】（ａ）、（ｂ）は、第２の実施の形態に係るチップオンチップ構造体のバンプを接続する前の構造の例を表す垂直断面図。
【図５Ｂ】（ｃ）、（ｄ）は、第２の実施の形態に係るチップオンチップ構造体のバンプを接続する前の構造の例を表す垂直断面図。
【図５Ｃ】（ｅ）は、第２の実施の形態に係るチップオンチップ構造体のバンプを接続する前の構造の例を表す垂直断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
〔第１の実施の形態〕
（半導体装置の構成）
図１は、第１の実施の形態に係るチップオンチップ構造体の垂直断面図である。図２は、チップオンチップ構造体の図１に示される領域IIの部分拡大図である。
【０００９】
チップオンチップ構造体１００は、対向する上側チップ１０ａおよび下側チップ１０ｂと、上側チップ１０ａの下側チップ１０ｂ側の面上の電極端子１１ａと、下側チップ１０ｂの上側チップ１０ａ側の面上の電極端子１１ｂと、電極端子１１ａと電極端子１１ｂとを電気的に接続するバンプ１２と、上側チップ１０ａと下側チップ１０ｂの間のバンプ１２の周囲に形成された保護材とを有する。
【００１０】
上側チップ１０ａおよび下側チップ１０ｂは、Ｓｉ等からなる。電極端子１１ａ、１１ｂは、Ａｌ等の導電材料からなる。
【００１１】
上側チップ１０ａ上には電極端子１１ａを覆うようにパッシベーション膜１６ａが形成される。下側チップ１０ｂ上には電極端子１１ｂを覆うようにパッシベーション膜１６ｂが形成される。パッシベーション膜１６ａ、１６ｂは、ＳｉＮ、ＴＥＯＳ、およびこれらの積層膜等からなる。また、シリコン酸化膜や、ポリイミド等の有機膜をパッシベーション膜１６ａ、１６ｂの材料として用いてもよい。
【００１２】
バンプ１２は、電極端子１１ａ上のバンプ１２ａと、電極端子１１ｂ上のバンプ１２ｂとを接続することにより形成される。バンプ１２ａは、電極端子１１ａ上の下部バンプ１３ａと、下部バンプ１３ａ上の上部バンプ１４ａからなる。バンプ１２ｂは、電極端子１１ｂ上の下部バンプ１３ｂと、下部バンプ１３ｂ上の上部バンプ１４ｂからなる。
【００１３】
下部バンプ１３ａ、１３ｂは、例えば、Ｎｉからなる。上部バンプ１４ａ、１４ｂは、例えば、Ｓｎ、ＳｎＣｕ、またはＳｎＡｇからなる。上部バンプ１４ａと上部バンプ１４ｂとを接触させた状態で熱処理を施して接続することにより、バンプ１２ａとバンプ１２ｂとが接続される。
【００１４】
保護材１５は、チップオンチップ構造体１００のバンプ１２からなる接合部の強度を高める機能等を有する。
【００１５】
保護材１５は、バンプ１２ａの周囲の保護材１５ａと、バンプ１２ｂの周囲の保護材１５ｂとを接着することにより形成される。保護材１５ａと保護材１５ｂとを接触させた状態で熱処理を施し、これらを接着させる。保護材１５ａと保護材１５ｂの接着と、バンプ１２ａとバンプ１２ｂの接続とは、同じ熱処理工程で行うことができる。
【００１６】
保護材１５ａ、１５ｂは、感熱接着性を有する材料からなる。例えば、有機材料等の低融点の絶縁材料や、酸化シリコン等の加熱されることにより接着性が増す絶縁材料を感熱接着性を有する材料として用いることができる。保護材１５ａ、１５ｂは、それぞれバンプ１２ａ、１２ｂの形成後に塗布法等を用いて形成される。なお、保護材１５ａ、１５ｂは、それぞれバンプ１２ａ、１２ｂの形成前に形成されてもよい。
【００１７】
下側チップ１０ｂ上の電極パッド１６は、ボンディングワイヤー３を介して基板１の貫通コンタクトプラグ２等の導電部材に接続される。
【００１８】
図３Ａ（ａ）、（ｂ）、図３Ｂ（ｃ）、（ｄ）、および図３Ｃ（ｅ）は、バンプ１２ａとバンプ１２ｂとを接続する前の構造の例を表す垂直断面図である。
【００１９】
図３Ａ（ａ）は、バンプ１２ａと保護材１５ａの高さがほぼ等しく、かつバンプ１２ｂと保護材１５ｂの高さがほぼ等しい場合の構造を表す。
【００２０】
図３Ａ（ｂ）は、バンプ１２ａとバンプ１２ｂの高さが異なり、バンプ１２ａの高さの保護材１５ａの高さに対する比と、バンプ１２ｂの高さの保護材１５ｂの高さに対する比が異なる場合の構造を表す。なお、バンプ１２ａとバンプ１２ｂのどちらが高くてもよい。
【００２１】
図３Ｂ（ｃ）は、保護材１５ａと保護材１５ｂの高さが異なり、バンプ１２ａの高さの保護材１５ａの高さに対する比と、バンプ１２ｂの高さの保護材１５ｂの高さに対する比が異なる場合の構造を表す。なお、保護材１５ａと保護材１５ｂのどちらが高くてもよい。
【００２２】
図３Ｂ（ｄ）は、保護材１５ａと保護材１５ｂのいずれか一方のみが形成される場合の構造を表す。この場合、保護材１５は保護材１５ａと保護材１５ｂのいずれか一方により構成される。なお、保護材１５ａと保護材１５ｂのどちらが形成されてもよい。
【００２３】
なお、バンプ１２ａ、１２ｂ、および保護材１５ａ、１５ｂを形成した後に、これらの高さを調節することができる。例えば、保護材１５ａと保護材１５ｂの両方または一方にリセス処理を施すことにより、これらの高さを下げることができる。また、次に述べるように、バンプ１２ａ、１２ｂに平坦化処理を施すことにより、バンプ１２ａ、１２ｂの高さを保護材１５ａ、１５ｂの高さにそれぞれ正確に揃えることができる。なお、バンプ１２ａとバンプ１２ｂのいずれか一方のみが平坦化されてもよい。
【００２４】
図３Ｃ（ｅ）は、接続前にバンプ１２ａ、１２ｂを平坦化した場合の構造を表す。平坦化は、例えば、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）等の研磨処理により行われる。平坦化処理により、バンプ１２ａ、１２ｂの高さを保護材１５ａ、１５ｂの高さにそれぞれ正確に揃えることができる。
【００２５】
バンプを接続した後にチップ間にアンダーフィル材等を流し込んで保護材を形成する従来の方法では、バンプの接続時に接合部が水平方向に拡がって隣接するバンプ同士が短絡するおそれがある。一方、本実施の形態によれば、バンプ１２ａ、１２ｂは接続時にそれぞれ保護材１５ａ、１５ｂに囲まれているため、接合部が水平方向に大きく拡がることがなく、短絡を防ぐことができる。特に、バンプ１２ａ、１２ｂを平坦化する場合は、接合部の拡がりをより効果的に抑えることができる。
【００２６】
また、バンプを接続した後にチップ間に流し込まれるアンダーフィル材からなる従来の保護材は、上側チップと下側チップの間の領域に収まらずに、上側チップの側面まで覆うおそれがあるが、保護材１５は上側チップ１０ａと下側チップ１０ｂの間の領域から大きくはみ出ることがない。そのため、保護材１５と上側チップ１０ａとの間の熱膨張率（線膨張率）の違いに起因して保護材１５内に発生する応力が抑えられる。これにより、保護材１５にクラックが生じて下側チップ１０ｂ上の配線が断線することを抑えられる。
【００２７】
〔第２の実施の形態〕
第２の実施の形態は、保護材の一部のみが感熱性接着材料からなる点において、第１の実施の形態と異なる。なお、第１の実施の形態と同様の点については説明を省略または簡略化する。
【００２８】
（半導体装置の構成）
図４は、第２の実施の形態に係るチップオンチップ構造体の部分拡大図である。図４に示される領域は、図２に示される領域に対応する。なお、チップオンチップ構造体の保護材以外の構成は第１の実施の形態と同じである。
【００２９】
保護材２０は、第１の実施の形態の保護材１５と同様に、上側チップ１０ａと下側チップ１０ｂの間のバンプ１２の周囲に形成される。
【００３０】
保護材２０は、バンプ１２ａの周囲の保護材２０ａと、バンプ１２ｂの周囲の保護材２０ｂとを接着することにより形成される。保護材２０ａと保護材２０ｂの接着と、バンプ１２ａとバンプ１２ｂの接続とは、同じ熱処理工程で行うことができる。
【００３１】
保護材２０ａは、パッシベーション膜１６ａ上の下部保護材２１ａと、下部保護材２１ａ上の上部保護材２２ａからなる。保護材２０ｂは、パッシベーション膜１６ｂ上の下部保護材２１ｂと、下部保護材２１ｂ上の上部保護材２２ｂからなる。
【００３２】
上部保護材２２ａ、２２ｂは、感熱接着性を有する材料からなる。例えば、有機材料等の低融点の絶縁材料や、酸化シリコン等の加熱されることにより接着性が増す絶縁材料を感熱接着性を有する材料として用いることができる。下部保護材２１ａ、２１ｂは、ポリイミド、フェノール樹脂等の絶縁材料からなる。下部保護材２１ａ、２１ｂの材料は、感熱接着性を有さなくてもよい。上部保護材２２ａと上部保護材２２ｂとを接触させた状態で熱処理を施して接着することにより、保護材２０ａと保護材２０ｂとが接着される。
【００３３】
なお、上部保護材２２ａと上部保護材２２ｂのいずれか一方のみが形成されてもよい。上部保護材２２ａのみが形成される場合、上部保護材２２ａと下部保護材２１ｂが接着される。上部保護材２２ｂのみが形成される場合、上部保護材２２ｂと下部保護材２１ａが接着される。
【００３４】
図５Ａ（ａ）、（ｂ）、図５Ｂ（ｃ）、（ｄ）、および図５Ｃ（ｅ）は、バンプ１２ａとバンプ１２ｂとを接続する前の構造の例を表す垂直断面図である。
【００３５】
図５Ａ（ａ）は、バンプ１２ａと保護材２０ａの高さがほぼ等しく、かつバンプ１２ｂと保護材２０ｂの高さがほぼ等しい場合の構造を表す。なお、上部保護材２２ａと上部保護材２２ｂのいずれか一方のみが形成されてもよい。
【００３６】
図５Ａ（ｂ）は、バンプ１２ａとバンプ１２ｂの高さが異なり、バンプ１２ａの高さの保護材２０ａの高さに対する比と、バンプ１２ｂの高さの保護材２０ｂの高さに対する比が異なる場合の構造を表す。なお、バンプ１２ａとバンプ１２ｂのどちらが高くてもよい。また、上部保護材２２ａと上部保護材２２ｂのいずれか一方のみが形成されてもよい。
【００３７】
図５Ｂ（ｃ）は、保護材２０ａと保護材２０ｂの高さが異なり、バンプ１２ａの高さの保護材２０ａの高さに対する比と、バンプ１２ｂの高さの保護材２０ｂの高さに対する比が異なる場合の構造を表す。なお、保護材２０ａと保護材２０ｂのどちらが高くてもよい。また、上部保護材２２ａと上部保護材２２ｂのいずれか一方のみが形成されてもよい。
【００３８】
図５Ｂ（ｄ）は、下部保護材２１ａと下部保護材２１ｂのいずれか一方のみが形成される場合の構造を表す。この場合、保護材２０は下部保護材２１ａと下部保護材２１ｂのいずれか一方および上部保護材２２ａ、２２ｂにより構成される。下部保護材２１ａのみが形成される場合は、上部保護材２２ｂはパッシベーション膜１６ｂ上に直接形成される。下部保護材２１ｂのみが形成される場合は、上部保護材２２ａはパッシベーション膜１６ａ上に直接形成される。
【００３９】
また、下部保護材２１ａと下部保護材２１ｂのいずれか一方と、上部保護材２２ａと上部保護材２２ｂのいずれか一方が形成されてもよい。この場合、下部保護材２１ａと上部保護材２２ａが形成される構成、下部保護材２１ｂと上部保護材２２ｂが形成される構成、下部保護材２１ａと上部保護材２２ｂが形成される構成、下部保護材２１ｂと上部保護材２２ａが形成される構成が考えられる。
【００４０】
図５Ｃ（ｅ）は、接続前にバンプ１２ａ、１２ｂを平坦化した場合の構造を表す。平坦化は、例えば、ＣＭＰ等の研磨処理により行われる。平坦化処理により、バンプ１２ａ、１２ｂの高さを保護材２０ａ、２０ｂの高さにそれぞれ正確に揃えることができる。なお、上部保護材２２ａと上部保護材２２ｂのいずれか一方のみが形成されてもよい。
【００４１】
（実施の形態の効果）
第１、２の実施の形態によれば、保護材を上側チップと下側チップの間の領域内にほぼ収まるように形成することができるため、保護材のクラックの発生を抑えることができる。これにより、チップ上の配線の断線によるチップオンチップ構造体の信頼性の低下を防ぐことができる。
【００４２】
また、上側チップ上のバンプと下側チップ上のバンプは接続時にそれぞれ保護材に囲まれているため、接合部が大きく拡がることがなく、隣接するバンプ間の短絡を防ぐことができる。
【００４３】
〔他の実施の形態〕
本発明は、上記実施の形態に限定されず、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。また、発明の主旨を逸脱しない範囲内において上記実施の形態の構成要素を任意に組み合わせることができる。
【符号の説明】
【００４４】
１００  チップオンチップ構造体、  １０ａ  上側チップ、  １０ｂ  下側チップ１０ｂ、  １１ａ、１１ｂ  電極端子、  １２、１２ａ、１２ｂ  バンプ、  １５、１５ａ、１５ｂ、２０、２０ａ、２０ｂ  保護材、  ２１ａ、２１ｂ  下部保護材、  ２２ａ、２２ｂ  上部保護材
【図１】
2012099575.tif 000003
【図２】
2012099575.tif 000004
【図３Ａ】
2012099575.tif 000005
【図３Ｂ】
2012099575.tif 000006
【図３Ｃ】
2012099575.tif 000007
【図４】
2012099575.tif 000008
【図５Ａ】
2012099575.tif 000009
【図５Ｂ】
2012099575.tif 000010
【図５Ｃ】
2012099575.tif 000011