(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
柱状の支持基板と、
前記支持基板に沿って巻き付けて接着され、表面に複数の電極が形成された半導体チップと、
を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記半導体チップが前記支持基板に沿って巻き付けられることにより、前記半導体チップ表面の一方の端部の領域に形成された前記電極と、もう一方の端部の領域に形成された前記電極とが、電気的に接続される
ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記支持基板は、
前記支持基板の延在方向に沿った孔が形成されていること
を特徴とする請求項１または２記載の半導体装置。
【請求項４】
湾曲面を有する柱状の支持基板と、
前記支持基板の前記湾曲面に沿って接着され、表面に複数の電極が形成された半導体チップと
からなる半導体装置を有し、
前記複数の電極が相互に対向するように複数の前記半導体装置を配置し、
前記対向する電極同士を相互に電気的に接続すること
を特徴とする半導体集積装置。
【請求項５】
前記半導体チップ表面の一方の端部の領域に形成された前記電極と、もう一方の端部の領域に形成された前記電極とが、前記半導体チップが前記支持基板に沿って巻き付けられることにより、電気的に接続される
ことを特徴とする請求項４記載の半導体集積装置。
【請求項６】
湾曲面を有する柱状の支持基板と、
前記支持基板の前記湾曲面に沿って接着され、表面に複数の電極が形成された半導体チップと
を有する半導体装置を複数実装する半導体集積装置の製造方法であって、
前記複数の電極が相互に対向するように複数の前記半導体装置を配置し、
前記対向する電極同士を相互に電気的に接続すること
を特徴とする半導体集積装置の製造方法。
【請求項７】
請求項６記載の半導体集積装置の製造方法において、
前記支持基板の延在方向が互いに平行になるように前記半導体装置を実装する
ことを特徴とする半導体集積装置の製造方法。
【請求項８】
請求項６記載の半導体集積装置の製造方法において、
前記支持基板の延在方向が互いに交差するように前記半導体装置を実装する
ことを特徴とする半導体集積装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置及び半導体集積装置の製造方法に係り、特に短距離接続や高密度実装を実現しうる半導体装置及び半導体集積装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近時では、集積回路装置の動作速度の高速化が進められており、これに伴って、半導体装置同士の配線長を短くすることが求められている。
【０００３】
例えば、数ＧＨｚの周波数の信号を用いる場合には、配線長を数ｍｍ以下にすることが求められる。
【０００４】
一方、動作速度の高速化とともに、メモリ等を高密度に実装する技術も進歩してきている。
【０００５】
例えば、近時では、数個のメモリパッケージを搭載したメモリカードを、マザーボードに垂直に立てるように実装する技術が提案されている。また、メモリパッケージを水平に複数個重ねて搭載することにより、実装密度を向上する技術も提案されている。
【０００６】
また、半導体チップを対向させてフリップチップ接合することにより、実装密度を向上する技術も提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような実装技術では、メモリカード等の半導体装置同士を接続する配線を更に短くすることは困難であり、更なる動作速度の高速化を実現する上で阻害要因となっていた。また、上記のような実装技術では、更なる実装密度の向上は困難であった。
【０００８】
また、上記フリップチップ接合による実装密度の向上は、２個の半導体チップを重ね合わせるのが限界であり、３個以上の半導体チップを重ねて実装することはできなかった。
【０００９】
本発明の目的は、更なる短距離接続と高密度実装を実現しうる半導体装置及び半導体集積装置の製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、柱状の支持基板と、前記支持基板に沿って巻き付けて接着され、表面に複数の電極が形成された半導体チップと、を有することを特徴とする半導体装置により達成される。これにより、半導体装置相互を極めて短距離で接続することができ、また、実装密度を向上することができる。
また、上記の半導体装置において、前記半導体チップが前記支持基板に沿って巻き付けられることにより、前記半導体チップ表面の一方の端部の領域に形成された前記電極と、もう一方の端部の領域に形成された前記電極とが、電気的に接続されることが望ましい。
【００１１】
また、上記の半導体装置において、前記支持基板は、前記支持基板の延在方向に沿った孔が形成されていることが望ましい。
また、上記目的は、湾曲面を有する柱状の支持基板と、前記支持基板の前記湾曲面に沿って接着され、表面に複数の電極が形成された半導体チップとからなる半導体装置を有し、前記複数の電極が相互に対向するように複数の前記半導体装置を配置し、前記対向する電極同士を相互に電気的に接続することを特徴とする半導体集積装置により達成される。
また、上記目的は、前記半導体チップ表面の一方の端部の領域に形成された前記電極と、もう一方の端部の領域に形成された前記電極とが、前記半導体チップが前記支持基板に沿って巻き付けられることにより、電気的に接続されることを特徴とする半導体集積装置により達成される。
【００１２】
また、上記目的は、湾曲面を有する柱状の支持基板と、前記支持基板の前記湾曲面に沿って接着され、表面に複数の電極が形成された半導体チップとを有する半導体装置を複数実装する半導体集積装置の製造方法であって、前記複数の電極が相互に対向するように複数の前記半導体装置を配置し、前記対向する電極同士を相互に電気的に接続することを特徴とする半導体集積装置の製造方法により達成される。これにより、半導体装置相互を極めて短距離で接続することができ、また、実装密度を向上することができる。
【００１３】
また、上記の半導体集積装置の製造方法において、前記支持基板の延在方向が互いに平行になるように前記半導体装置を実装することが望ましい。
【００１４】
また、上記の半導体集積装置の製造方法において、前記支持基板の延在方向が互いに交差するように前記半導体装置を実装することが望ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態による半導体装置及び半導体集積装置の製造方法を図１乃至図３を用いて説明する。図１は、本実施形態による半導体装置を示す概念図である。図２は、本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程図である。図３は、本実施形態による半導体集積装置の製造方法を示す斜視図である。
（半導体装置）
まず、本実施形態による半導体装置を図１を用いて説明する。図１（ａ）は、本実施形態の半導体装置に用いる半導体チップを示す平面図であり、図１（ｂ）は、本実施形態による半導体装置を示す斜視図である。なお、説明を簡略化するため、電極上に形成された半田バンプは省略されている。また、図１（ｂ）では、電極１８ｈ、１８ｉが省略されている。
【００１６】
図１（ｂ）に示すように、本実施形態による半導体装置１０は、円筒形に形成された支持基板１２の側面に、半導体チップ１４を巻き付けることにより構成されている。
【００１７】
図１（ａ）は、支持基板１２に巻き付ける前の半導体チップ１４を示す平面図である。半導体チップ１４には、図示しない論理回路やメモリ等が形成されている。
【００１８】
半導体チップ１４の基板としては、厚さ５０〜１００μｍ程度の薄いシリコン基板１６が用いられている。このような薄いシリコン基板１６を用いた半導体チップ１４は容易に曲げることが可能なため、論理回路やメモリ等に破損を生じることなく支持基板１２の側面に巻き付けることができる。なお、シリコン基板１６の厚さは、５０〜１００μｍに限定されるものではなく、更に薄くてもよいし、更に厚くてもよい。但し、半導体チップ１４を支持基板１２に巻き付けた際に論理回路やメモリ等に破損が生じることがないように、シリコン基板１６の厚さは適宜設定することが必要である。
【００１９】
図１（ａ）に示すように、シリコン基板１６上には、紙面上下方向に電極１８ａ〜１８ｇが７列に亘って形成されている。電極１８ａ〜１８ｇの列の間隔は、互いに等しく設定されている。
【００２０】
７列に形成された電極１８ａ〜１８ｇのうち、紙面左側の列の電極１８ｇは、シリコン基板１６の表面側から裏面側に貫通するように形成された貫通電極である。電極１８ｇが貫通電極になっているので、半導体チップ１４を支持基板１２に巻き付けると、貫通電極１８ｇの裏面側が電極１８ａに接続される。このため、貫通電極１８ｇの近傍の論理回路等と電極１８ａ近傍の論理回路等とを極めて短い距離で接続することができる。
【００２１】
また、シリコン基板１６上には、紙面上側に電極１８ｈが１列形成されており、紙面下側に電極１８ｉが１列形成されている。これらの電極１８ｈ、１８ｉは、半導体装置１０を例えば回路基板上に実装した場合等に、半導体装置１０と回路基板とを電気的に接続するために用いられる。
【００２２】
支持基板１２の形状は、上述したように、円筒形になっている。円筒形の支持基板は、円柱状の支持基板に比べて表面積が大きいため、単なる円柱状の支持基板を用いた場合に比べて空冷効果が大きい。また、円筒状の支持基板１２は、孔２０に冷媒を通すことも可能なので、半導体チップ１４をより効果的に冷却することも可能となる。
【００２３】
こうして、支持基板１２の延在方向に沿って６列に電極１８ｂ乃至１８ｇが形成された半導体装置１０が構成されている。
【００２４】
このような本実施形態による半導体装置は、支持基板の側面に半導体チップが巻き付けられているため、側面に形成された電極を介して、他の半導体装置の電極と直接接続することができる。従って、本実施形態によれば、極めて短い距離で半導体装置の電極同士を電気的に接続することができる。
【００２５】
しかも、本実施形態によれば、支持基板が円筒状に形成されているので、鋭角に折り曲げることなく、半導体チップを支持基板の側面に巻き付けることができる。従って、本実施形態によれば、半導体チップ内に形成された論理回路等に破損が生じるのを防止することができる。
【００２６】
また、本実施形態によれば、円筒形の支持基板が用いられているので、支持基板の表面積を大きくすることができ、容易に空冷することができる。また、円筒形の支持基板の孔に冷媒を通すことも可能なため、孔に冷媒を通せば、空冷の場合よりも更に効果的に半導体装置を冷却することが可能となる。
（半導体装置の製造方法）
次に、本実施形態による半導体装置の製造方法を図２を用いて説明する。
【００２７】
まず、シリコンウェハ２２に、論理回路、メモリ、電極１８ａ〜１８ｉ等を形成し、これにより複数の半導体チップ１４を形成する（図２（ａ）参照）。図２（ｂ）は、シリコンウェハ２２に形成された半導体チップ１４を拡大して示した平面図である。なお、貫通電極１８ｇは、シリコン基板１６をエッチングすることにより、シリコン基板１６の表面側から裏面側に貫通する孔を形成し、更に孔近傍に導電膜等を成膜することにより形成することができる。
【００２８】
また、本実施形態では、半導体チップ１４を支持基板１２の側面に巻き付けるため、半導体チップ１４が一定程度曲げられる。従って、半導体チップ１４が曲げられた際のトランジスタ等の特性変化を考慮して、論理回路等を形成することが望ましい。
【００２９】
次に、シリコンウェハ２２に形成された各半導体チップ１４の電極１８ａ〜１８ｉ上に、半田バンプ（図示せず）を形成する。半田バンプは、半導体装置を回路基板上などに実装した際に、互いに隣接する電極同士が接続し得るよう、適切な大きさに形成することが望ましい。
【００３０】
次に、シリコンウェハ２２の裏面側を研磨し、これによりシリコンウェハ２２の厚さを５０〜１００μｍ程度にする。シリコンウェハ２２の裏面側を研磨する際には、平面精度に優れた板状治具（図示せず）を用いてシリコンウェハ２２の表面を固定することが望ましい。板状治具の材料としては、シリコンウェハ２２の表面から除去可能な樹脂等を用いることができる。
【００３１】
次に、シリコンウェハ２２をカットし、これにより複数の半導体チップ１４を得る。
【００３２】
次に、円筒状の支持基板１２を用意する。支持基板１２の材料としては、半導体チップ１４の基板材料と熱膨張率がほぼ等しい材料を用いることが望ましい。温度変化によって半導体チップ１４にストレスが加わるのを緩和するためである。半導体チップ１４の基板材料としてシリコンが用いられている場合には、シリコンと熱膨張率がほぼ等しい材料を用いることが望ましい。本実施形態では半導体チップ１４の基板材料としてシリコンが用いられているため、例えば、タングステン、モリブデン、セラミック、窒化アルミニウム、低熱膨張ガラス、又は低熱膨張樹脂等を支持基板１２の材料として用いることができる。
【００３３】
次に、メッキ法により、支持基板１２の側面に、Ｎｉ−Ａｕ膜（図示せず）を形成する。次に、Ｎｉ−Ａｕ膜上に、Ａｕ／Ｓｉより成るダイボンディング材の箔（図示せず）を付着する。
【００３４】
次に、ダイボンディング材が付着された支持基板１２の側面に、半導体チップ１４を密着させ、加熱処理を行う。これにより、半導体チップ１４が支持基板１２の側面に接着される（図２（ｃ）参照）。
【００３５】
こうして、本実施形態による半導体装置が製造される。
（半導体集積装置の製造方法）
次に、本実施形態による半導体集積装置の製造方法を図３を用いて説明する。
【００３６】
図３に示すように、回路基板２４上には、上述した半導体装置１０が垂直に複数実装されている。半導体装置１０の側面には６列の電極１８ｂ〜１８ｇが形成されており（図１（ｃ）参照）、しかもこれらの列の間隔は等間隔である。従って、電極１８ｂ〜１８ｇの列は、半導体装置１０の上面側から見ると、円筒の中心軸を中心としてそれぞれ６０°の角度をなしている。
【００３７】
従って、１つの半導体装置１０に対して、その周りに６つの半導体装置１０を設けるように実装すれば、隣接する半導体装置１０同士を電極１８ｂ〜１８ｇを介して極めて短い距離で接続することができる。
【００３８】
図３は、１つの半導体装置１０の周りに６つの半導体装置１０が設けられている場合を示しているが、更にその周りに半導体装置１０を多数実装すれば、全体としてハニカム状に半導体装置１０を実装することができる。
【００３９】
また、例えば、論理回路が設けられた１つの半導体装置１０の周囲に、メモリ等が設けられた半導体装置１０を６つ実装するようにしてもよい。このように実装すれば、極めて高機能な半導体集積装置を実現することができる。
【００４０】
このように、本実施形態によれば、半導体装置の電極同士を極めて短い距離で接続することができ、実装密度を極めて高くすることができる。
【００４１】
しかも、半導体装置に円筒状の支持基板が用いられているので、支持基板の表面積を大きくすることができ、これにより効果的に空冷することができる。更に、円筒の内側に冷媒を流すようにすれば、更なる冷却効果を得ることもできる。（半導体装置の変形例（その１））
次に、本実施形態による半導体装置の変形例（その１）を図４を用いて説明する。図４（ａ）は本変形例で用いられる半導体チップの平面図であり、図４（ｂ）は本変形例による半導体装置の斜視図である。
【００４２】
本変形例で用いられる半導体チップ１４ａは、貫通電極１８ｇが形成されていない点で、図１（ａ）に示す半導体チップ１４と異なっている。即ち、本変形例では、シリコン基板１４上に６列に亘って電極１８ａ〜１８ｆが形成された半導体チップ１４ａが用いられている。
【００４３】
このような半導体チップ１４ａを用いて半導体装置１０ａを構成した場合には、電極１８ａ側の論理回路等と電極１８ｆ側の論理回路等とを短距離で接続することは困難となるが、隣接した半導体装置と電極を介して短距離で接続することができる点等については、図１（ｂ）に示す半導体装置と同様である。
（半導体装置の変形例（その２））
次に、本実施形態による半導体装置の変形例（その２）を図５を用いて説明する。図５は、本変形例による半導体装置を示す概念図である。
【００４４】
本変形例による半導体装置１０ｂは、図５に示すような形状の支持基板１２ａを用いられている点が図４（ｂ）に示す半導体装置１０ａと異なっている。即ち、本実施形態で用いられている支持基板１２ａは、紙面左側が円筒状になっており、紙面右側の外形が角柱状になっている。
【００４５】
半導体チップ１４が極めて小さい場合には、円筒形の支持基板１２に半導体チップ１４を巻き付けることが困難であるため、本変形例のように一部の面のみが湾曲している下地基板１２ａの湾曲面に、半導体チップ１４を接着すればよい。（半導体集積装置の製造方法の変形例（その１））
次に、本実施形態による半導体集積装置の製造方法の変形例（その１）を図６を用いて説明する。図６は、本変形例による半導体集積装置の製造方法を示す概念図である。なお、図６は、回路基板に水平な方向から半導体装置を見たものである。
【００４６】
本変形例による半導体集積装置の製造方法は、半導体装置を回路基板に水平に複数実装したことに主な特徴がある。
【００４７】
即ち、図６に示すように、本変形例による半導体集積装置の製造方法では、回路基板２４ａの上面側と下面側とに水平に半導体装置１０が複数実装されている。
【００４８】
このように、回路基板に水平に半導体装置を実装した場合であっても、電極を介して半導体装置同士を極めて短い距離で接続することができ、半導体装置１０の実装密度を向上することができる。
（半導体集積装置の製造方法の変形例（その２））
次に、本実施形態による半導体集積装置の製造方法の変形例（その２）を図７を用いて説明する。図７は、本変形例による半導体集積装置の製造方法を示す概念図である。なお、図７は、回路基板に垂直な方向から半導体集積装置を見たものである。
【００４９】
本変形例による半導体集積装置の製造方法は、径の異なる半導体装置を複数実装していることに主な特徴がある。
【００５０】
即ち、図７に示すように、本実施形態による半導体集積装置の製造方法では、径の小さい支持基板１２ｂを用いた半導体装置１０ｃの周りに、径の大きい支持基板１２ｃを用いた半導体装置１０ｄが４つ実装されている。
【００５１】
このように径の異なる半導体装置を用いて実装した場合であっても、電極を介して半導体装置同士を極めて短距離で接続することができ、また、半導体装置の実装密度を向上することができる。
（半導体集積装置の製造方法の変形例（その３））
次に、本実施形態による半導体集積装置の製造方法の変形例（その３）を図８を用いて説明する。図８は、本変形例による半導体集積装置の製造方法を示す概念図である。なお、図８は、回路基板に垂直な方向から半導体装置を見たものである。
【００５２】
本実施形態による半導体集積装置の製造方法は、半導体装置が互いに交差するように実装されていることに主な特徴がある。
【００５３】
即ち、図８に示すように、本実施形態による半導体集積装置の製造方法では、２つの半導体装置１０ｅを回路基板に対して平行に実装し、更にこれらの半導体装置１０ｅに交差するように、２つの半導体装置１０ｅを実装している。半導体装置１０ｅが互いに交差しているため、半導体装置１０ｅの周囲に熱がこもるのを防止することができる。
【００５４】
また、更に、半導体装置１０ｅを積み重ねれば、更に集積度を高くすることも可能である。
【００５５】
このように、半導体装置を交差するように実装した場合であっても、電極を介して半導体装置同士を極めて短距離で接続することができ、また、半導体装置の実装密度を向上することができる。また、交差するように半導体装置を実装するので、半導体装置の周囲に熱がこもるのを防止することができる。
【００５６】
［変形実施形態］
本発明は上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
【００５７】
例えば、上記実施形態では、１つの支持基板につき１つの半導体チップを接着したが、１つの支持基板に複数の半導体チップを接着してもよい。例えば、１つの支持基板に４つの半導体チップを接着してもよい。その際、同じ大きさの半導体チップではなく、互いに大きさの異なる半導体チップを用いてもよい。
【００５８】
また、上記実施形態では、円筒形等の支持基板を用いたが、支持基板は円筒形等に限定されるものではない。例えば、楕円状になっている支持基板等、様々な形状の支持基板を用いることができる。また、半導体チップの基板の厚さが厚い場合には、半導体チップに加わるストレスを緩和すべく、できるだけ緩やかな曲面を有するシリコン基板の側面に、半導体チップを接着することが望ましい。
【００５９】
また、上記実施形態では、円筒状の支持基板を用いたが、支持基板に孔が形成されていなくてもよく、例えば円柱状の支持基板を用いてもよい。
【００６０】
また、上記実施形態では、カットする前のシリコンウェハの段階で、シリコンウェハの裏側を研磨することにより薄くしたが、半導体チップにカットした後に、半導体チップの裏側を研磨して半導体チップを薄くしてもよい。
【００６１】
また、上記実施形態では、湾曲面を有する支持基板を用いたが、湾曲面を有しない支持基板を用いてもよい。例えば、多角柱の側面のそれぞれに半導体チップを接着してもよい。
【００６２】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、半導体装置の支持基板の側面に半導体チップが巻き付けられているため、側面に形成された電極を介して、他の半導体装置の電極と直接接続することができる。従って、本実施形態によれば、極めて短い距離で半導体装置の電極同士を電気的に接続することができる。
【００６３】
しかも、本発明によれば、支持基板が円筒状に形成されているので、鋭角に折り曲げることなく、半導体チップを支持基板の側面に巻き付けることができる。従って、本発明によれば、半導体チップ内に形成された論理回路等に破損が生じるのを防止することができる。
【００６４】
また、本発明によれば、円筒形の支持基板が用いられているので、支持基板の表面積を大きくすることができ、容易に空冷することができる。また、円筒形の支持基板の孔に冷媒を通すことも可能なため、孔に冷媒を通せば、空冷の場合よりも更に効果的に半導体装置を冷却することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による半導体装置を示す概念図である。
【図２】本発明の一実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程図である。
【図３】本発明の一実施形態による半導体集積装置の製造方法を示す斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態による半導体装置の変形例（その１）を示す概念図である。
【図５】本発明の一実施形態による半導体装置の変形例（その２）を示す概念図である。
【図６】本発明の一実施形態による半導体集積装置の製造方法の変形例（その１）を示す概念図である。
【図７】本発明の一実施形態による半導体集積装置の製造方法の変形例（その２）を示す概念図である。
【図８】本発明の一実施形態による半導体集積装置の製造方法の変形例（その３）を示す概念図である。
【符号の説明】
１０…半導体装置
１０ａ…半導体装置
１０ｂ…半導体装置
１０ｃ…半導体装置
１０ｄ…半導体装置
１０ｅ…半導体装置
１２…支持基板
１２ａ…支持基板
１２ｂ…支持基板
１２ｃ…支持基板
１４…半導体チップ
１４ａ…半導体チップ
１６…シリコン基板
１８ａ〜１８ｈ…電極
２０…孔
２２…シリコンウェハ
２４…回路基板
２４ａ…回路基板
【図１】
0004321926.tif 000002
【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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