專利名稱：半導(dǎo)體裝置制造方法、半導(dǎo)體裝置和半導(dǎo)體芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有將固體裝置與一個或者多個半導(dǎo)體芯片層疊粘結(jié)之多片堆疊結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置及其制造方法，以及用于該制造方法的半導(dǎo)體芯片。
背景技術(shù)：
以往已知這種半導(dǎo)體裝置，其具有在半導(dǎo)體芯片或者布線基板等固定裝置的表面上層疊一個或者多個半導(dǎo)體芯片的多片堆疊結(jié)構(gòu)。
圖30(a)和圖30(b)是表示具有多片堆疊結(jié)構(gòu)之現(xiàn)有技術(shù)半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)的圖解截面圖。具有這種結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置例如在M.Hoshino等的“2003 VMIC(VLSI MULTILEVEL INTER CONNECTION)Conference文集”2003年9月、p.243-246中公開。
這種半導(dǎo)體裝置101包括布線基板或者半導(dǎo)體芯片等的固體裝置102以及在固體裝置102上堆疊的多個(本例中為2個)半導(dǎo)體芯片103。圖30(a)示出固體裝置102和2個半導(dǎo)體芯片103的配置，圖30(b)放大示出2個半導(dǎo)體芯片102的粘結(jié)部附近。
多個半導(dǎo)體芯片103具有相互類似的結(jié)構(gòu)，在每一個表面(以下稱為“表面”)103a上形成了功能元件104(在圖30(a)中省略圖示)。對于各個半導(dǎo)體芯片103，其表面103a向著固體裝置102一側(cè)，即所謂以倒裝(face down)方式與固體裝置102接合。
各個半導(dǎo)體芯片103包括半導(dǎo)體基板108，并形成有在厚度方向貫通半導(dǎo)體基板108的貫通孔105。貫通孔105內(nèi)幾乎完全由貫通電極107填滿。貫通電極107與功能元件104電連接，通過貫通電極107，使得能夠從與半導(dǎo)體芯片103的表面103a相反的側(cè)面(以后稱為“背面”)103b與功能元件104電連接。
沿著貫通孔105的內(nèi)壁形成了絕緣膜106(在圖30(a)中省略圖示)，通過絕緣膜106使貫通電極107和半導(dǎo)體基板108電絕緣。
半導(dǎo)體基板108的表面103a和背面103b的面分別由表面保護膜109和背面保護膜110覆蓋。表面保護膜109和背面保護膜110上分別形成開口109a，110a。
在表面103a側(cè)，貫通電極107具有幾乎與半導(dǎo)體基板104拉平的面，該貫通電極107的面從表面保護膜109開口109a露出。另一方面，在背面103b側(cè)，貫通電極107貫通背面保護膜110的開口110a，具有幾乎與背面103b(背面保護膜110的表面)拉平的露出面。半導(dǎo)體芯片103的背面103b在貫通電極107附近稍微隆起。
在貫通電極107表面103a和背面103b的露出部分上分別連接了表面?zhèn)冗B接部件111和背面?zhèn)冗B接部件112。表面?zhèn)冗B接部件111具有從表面103a突出的凸出形狀，背面?zhèn)冗B接部件112以膜狀覆蓋貫通電極107背面103b的端面(從背面保護膜110的露出面)。背面?zhèn)冗B接部件112稍微從背面103b突出。
在鄰接的2個半導(dǎo)體芯片103之間接合了一個半導(dǎo)體芯片103的表面?zhèn)冗B接部件111和另一個半導(dǎo)體芯片103的背面?zhèn)冗B接部件112。
參考圖30(a)，在連接固體裝置102之半導(dǎo)體芯片103的面上形成用于與半導(dǎo)體芯片103電連接且機械接合的膜狀的固體裝置側(cè)連接部件113。使固體裝置側(cè)連接部件113和鄰接半導(dǎo)體芯片103的表面?zhèn)冗B接部件111接合。
通過上述結(jié)構(gòu)，任何一個半導(dǎo)體芯片103的功能元件104也可被電連接到固體裝置102。
圖31(a)和圖31(b)是用于說明半導(dǎo)體裝置101制造方法的圖解截面圖。這種制造方法例如在Kazumasa Tanida等的“2003 ElectronicComponents and Technology Conference文集”2003年5月、p.1084-1089中公開。
通過能夠吸引保持半導(dǎo)體芯片103的焊接工具(bonding tool)122將半導(dǎo)體芯片103逐個地吸引保持且層疊在固體裝置102上。首先，在使固體裝置側(cè)連接部件113所形成面朝上的近似水平狀態(tài)下，將固體裝置102安裝在焊接臺面(bonding stage)121上。第一級半導(dǎo)體芯片103從其背面103b被吸引到焊接工具122上，以幾乎水平且表面103a朝下的狀態(tài)保持。焊接工具122與半導(dǎo)體芯片103接觸的面是近似平坦的。
接著，移動焊接工具122，使固體裝置102之固體裝置側(cè)連接部件113所形成面與半導(dǎo)體芯片103的表面103a相對，使固體裝置側(cè)連接部件113和表面?zhèn)冗B接部件111位置對準。在該狀態(tài)下，通過使焊接工具122下降，使表面?zhèn)冗B接部件111以合適的重量按壓在固體裝置側(cè)連接部件113上。由此，使固體裝置側(cè)連接部件113和表面?zhèn)冗B接部件111接合。
焊接工具122可以是能夠發(fā)生超聲波振動的裝置。此時，根據(jù)需要，通過焊接工具122，將超聲波振動施加到固體裝置側(cè)連接部件113和表面?zhèn)冗B接部件111的接觸部分(接合部分)上。在固體裝置側(cè)連接部件113和表面?zhèn)冗B接部件111的接合結(jié)束之后，解除因焊接工具122造成的半導(dǎo)體芯片103的吸引保持。
下面，通過焊接工具122，與第一級半導(dǎo)體芯片103的情況相同，吸引保持第二級半導(dǎo)體芯片103。
接著，通過焊接工具122移動，使接合在固體裝置102上的半導(dǎo)體芯片103的背面103b與在焊接工具122上保持的半導(dǎo)體芯片103的表面103a相對，并使背面?zhèn)冗B接部件112和表面?zhèn)冗B接部件111位置對準。
在該狀態(tài)下，通過使焊接工具122下降，使該背面?zhèn)冗B接部件112和該表面?zhèn)冗B接部件111接合(參考圖31(a))。此時，根據(jù)需要，通過焊接工具122，將超聲波振動施加到接合部分上。在背面?zhèn)冗B接部件112和表面?zhèn)冗B接部件111的接合結(jié)束之后，解除由焊接工具122造成的半導(dǎo)體芯片103的吸引保持。
由此，實現(xiàn)了固體裝置102和半導(dǎo)體芯片103之間以及多個半導(dǎo)體芯片103之間的電連接和機械接合。
但是，在焊接工具122接觸的半導(dǎo)體芯片103的背面103b上設(shè)置了從背面103b(背面保護膜110的表面)突出的背面?zhèn)冗B接部件112。因此，當(dāng)半導(dǎo)體芯片103以使其背面103b保持在焊接工具122上的狀態(tài)而被按壓在固體裝置102和另一半導(dǎo)體芯片103上時，由于背面?zhèn)冗B接部件112被按壓在焊接工具122上，其將變形而向側(cè)方(沿著背面103b的方向)擴寬(參考圖31(b))。因此，當(dāng)靠近配置2個背面?zhèn)冗B接部件112時，有可能發(fā)生因這些背面?zhèn)冗B接部件112電短路引起的短路問題。
同樣，由于表面?zhèn)冗B接部件111也從表面103a(表面保護膜109的表面)上突出，因此表面?zhèn)冗B接部件111在使2個半導(dǎo)體芯片103接合時，當(dāng)被按壓在背面?zhèn)冗B接部件112上之后，其將與背面?zhèn)冗B接部件112同時變形，向側(cè)方擴寬。通過這種變形也有可能產(chǎn)生短路問題。
當(dāng)半導(dǎo)體芯片103被吸引保持在焊接工具122上時，例如，通過從焊接工具122提供超聲波振動，有時半導(dǎo)體芯片103相對于焊接工具122會在其接觸面內(nèi)方向上發(fā)生錯位。就是說，半導(dǎo)體芯片103和焊接工具122之間會產(chǎn)生摩擦。
由此，在背面保護膜110中或者在絕緣膜106中，會分別產(chǎn)生裂紋114，115(參考圖31(b))。也存在裂紋進入到半導(dǎo)體基板108中的情況。下面，將這些裂紋統(tǒng)稱為“芯片裂紋”。
在半導(dǎo)體基板108由硅構(gòu)成的情況下，有時在半導(dǎo)體芯片103或者半導(dǎo)體裝置101制造工序中產(chǎn)生的硅的微小片(以后稱為“硅屑”)會附著在焊接工具122或者半導(dǎo)體芯片103的背面103b上。此時，在焊接工具122和半導(dǎo)體芯片103的背面103b之間有硅屑的狀態(tài)下，即使通過焊接工具122按壓半導(dǎo)體芯片103，也會產(chǎn)生芯片裂紋(特別會產(chǎn)生背面保護膜110中的裂紋114)。
而且，當(dāng)通過焊接工具122施加超聲波振動時，由于該超聲波振動，會使焊接工具122所接觸的背面?zhèn)冗B接部件112變形。應(yīng)該向表面?zhèn)冗B接部件111和固體裝置側(cè)連接部件113或者另一半導(dǎo)體芯片103的背面?zhèn)冗B接部件112之間的接觸部分傳遞的超聲波振動會因焊接工具122所接觸的背面?zhèn)冗B接部件112的變形而衰減。由此，有可能會使半導(dǎo)體芯片103和固體裝置102或者另一半導(dǎo)體芯片103的接合不能充分地實現(xiàn)。
而且，在接合時，由于在背面103b所形成的背面?zhèn)冗B接部件112與焊接工具122接觸，如果背面?zhèn)冗B接部件112的表面被污染，當(dāng)通過介入該背面?zhèn)冗B接部件112而使另一半導(dǎo)體芯片103等接合時，有可能會產(chǎn)生接合(連接)不良的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其使得難以產(chǎn)生因用于與另一半導(dǎo)體芯片相連接的連接部件所導(dǎo)致的短路。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其使在半導(dǎo)體芯片中難以引入裂紋。
本發(fā)明的又一目的在于提供一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其使半導(dǎo)體芯片能與另一半導(dǎo)體芯片或者固體裝置良好接合。
本發(fā)明的又一目的在于提供一種半導(dǎo)體裝置，其能夠制造使得難以產(chǎn)生因用于與另一半導(dǎo)體芯片相連接的連接部件所導(dǎo)致的短路。
本發(fā)明的又一目的在于提供一種半導(dǎo)體裝置，其能夠制造使得在半導(dǎo)體芯片中難于引入裂紋。
本發(fā)明的又一目的在于提供一種半導(dǎo)體裝置，其中半導(dǎo)體芯片能與另一半導(dǎo)體芯片或者固體裝置良好接合。
本發(fā)明的又一目的在于提供一種半導(dǎo)體芯片，其在制造半導(dǎo)體裝置時，使得難以產(chǎn)生因用于與另一半導(dǎo)體芯片相連接的連接部件所導(dǎo)致的短路。
本發(fā)明的又一目的在于提供一種半導(dǎo)體芯片，其在制造半導(dǎo)體裝置時，難于引入裂紋。
本發(fā)明的又一目的在于提供一種半導(dǎo)體芯片，其能夠與另一半導(dǎo)體芯片或者固體裝置良好地連接。
有關(guān)本發(fā)明第一方面的半導(dǎo)體裝置制造方法，包括準備半導(dǎo)體芯片的工序，該半導(dǎo)體芯片具有表面和背面，并且具備半導(dǎo)體基板、在該半導(dǎo)體基板的所述表面?zhèn)刃纬傻墓δ茉?、在厚度方向貫通所述半?dǎo)體基板之貫通孔內(nèi)配置的與所述功能元件電連接的貫通電極、與所述貫通電極電連接并且從所述表面突出的表面?zhèn)冗B接部件、與所述貫通電極電連接并且在所述背面上形成的凹部分內(nèi)具有接合面的背面?zhèn)冗B接部件；準備固體裝置的工序，在該固體裝置的一個表面上形成用于與所述表面?zhèn)冗B接部件連接的固體裝置側(cè)連接部件；和接合工序，通過保持所述半導(dǎo)體芯片的背面而使所述半導(dǎo)體芯片的表面與所述固體裝置的所述一個表面相面對，將所述表面?zhèn)冗B接部件接合到所述固體裝置側(cè)連接部件上。
根據(jù)本發(fā)明，半導(dǎo)體芯片的背面?zhèn)冗B接部件的接合面(應(yīng)該與另一半導(dǎo)體芯片等連接部件接合的面)位于凹部分內(nèi)。即，背面?zhèn)冗B接部件不從半導(dǎo)體芯片的背面突出。由此，當(dāng)將半導(dǎo)體芯片接合到固體裝置時，即使用焊接工具保持該半導(dǎo)體芯片的背面，也不會對背面?zhèn)冗B接部件集中施加力。因此，不會發(fā)生因背面?zhèn)冗B接部件變形而使鄰接的2個背面?zhèn)冗B接部件電短路。即，通過該制造方法，能夠制造出這種半導(dǎo)體裝置，其難以產(chǎn)生通過用于與另一半導(dǎo)體芯片連接的連接部件所引起的短路不良問題。
如果半導(dǎo)體芯片的背面(除了凹部分的部分之外)和焊接工具與半導(dǎo)體芯片接觸的面是平坦的，則由焊接工具施加到半導(dǎo)體芯片的力能夠由半導(dǎo)體芯片的整個背面幾乎均勻地接受。
在焊接工具是能夠發(fā)生超聲波振動的裝置的情況下，這種超聲波振動不會因與焊接工具接觸使背面?zhèn)冗B接部件變形而衰減，良好地傳遞到固體裝置側(cè)連接部件和半導(dǎo)體芯片的表面?zhèn)冗B接部件之間的接觸部分(接合部分)。因此，通過該制造方法，能夠使固體裝置和半導(dǎo)體芯片良好地接合。
半導(dǎo)體芯片通過使其表面(形成功能元件的面)面向固體裝置側(cè)而被接合到固體裝置。因此，通過該制造方法，能夠制造使半導(dǎo)體芯片以所謂倒裝方式接合的半導(dǎo)體裝置。
背面?zhèn)冗B接部件的接合面可以與半導(dǎo)體芯片的背面幾乎處于同一平面上，也可以處于比半導(dǎo)體芯片厚度方向更深的位置。
表面?zhèn)冗B接部件和背面?zhèn)冗B接部件都可以是整體由1種材料構(gòu)成，也可以由2種以上的材料構(gòu)成(例如，具有由不同材料構(gòu)成的2層以上的層狀結(jié)構(gòu))。
所述準備半導(dǎo)體芯片的工序也可以包括準備作為所述半導(dǎo)體芯片的第一和第二半導(dǎo)體芯片的工序，其中所述第二半導(dǎo)體芯片的所述表面?zhèn)冗B接部件距所述表面的突出高度比所述第一半導(dǎo)體芯片的所述背面?zhèn)冗B接部件之接合面距所述背面的深度要大；這時，所述接合工序也可以包括通過保持所述第一半導(dǎo)體芯片的背面而使該第一半導(dǎo)體芯片的表面與所述固體裝置的所述一個表面相面對，從而將所述第一半導(dǎo)體芯片的所述表面?zhèn)冗B接部件接合到所述固體裝置的所述固體裝置側(cè)連接部件上的工序。設(shè)置在該半導(dǎo)體裝置制造方法中，也可以進一步包括芯片之間接合工序，通過保持所述第二半導(dǎo)體芯片的背面而使所述第二半導(dǎo)體芯片的表面與所述第一半導(dǎo)體芯片的背面相面對，從而將所述第二半導(dǎo)體芯片的所述表面?zhèn)冗B接部件接合到所述第一半導(dǎo)體芯片的所述背面?zhèn)冗B接部件上。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，由于第二半導(dǎo)體芯片的表面?zhèn)冗B接部件距表面的突出高度比第一半導(dǎo)體芯片的背面?zhèn)冗B接部件的接合面距背面的深度大，通過位置對準接近，能夠使該背面?zhèn)冗B接部件和該表面?zhèn)冗B接部件接觸并接合。由此，能夠獲得在固體裝置上層疊接合2個半導(dǎo)體芯片的半導(dǎo)體裝置。
當(dāng)?shù)谝话雽?dǎo)體芯片的背面?zhèn)冗B接部件的接合面處于比背面深(從背面倒退設(shè)置)的情況下，當(dāng)將第一半導(dǎo)體芯片接合到固體裝置時，由于焊接工具不接觸背面?zhèn)冗B接部件，因此背面?zhèn)冗B接部件的表面不會被污染。因此，能夠使第一半導(dǎo)體芯片的背面?zhèn)冗B接部件和第二半導(dǎo)體芯片的表面?zhèn)冗B接部件良好地機械接合和良好地電連接。
優(yōu)選設(shè)定第一半導(dǎo)體芯片凹部分的形狀和容積以及第二半導(dǎo)體芯片表面?zhèn)冗B接部件的形狀和尺寸，使得在該表面?zhèn)冗B接部件和該背面?zhèn)冗B接部件之間的接合結(jié)束時刻，變成該表面?zhèn)冗B接部件的大部分被容納于凹部分內(nèi)的狀態(tài)。此時，即使表面?zhèn)冗B接部件在與背面?zhèn)冗B接部件接合時變形，也不會因該變形使表面?zhèn)冗B接部件側(cè)邊膨脹而與鄰接的其他表面?zhèn)冗B接部件發(fā)生電短路(短路)。
優(yōu)選表面?zhèn)冗B接部件前端的寬度(直徑)和背面?zhèn)冗B接部件前端的寬度(直徑)具有恒定量以上的差。此時，即使在接合時產(chǎn)生表面?zhèn)冗B接部件和背面?zhèn)冗B接部件的位置錯開，如果該錯開量在表面?zhèn)冗B接部件寬度(直徑)和背面?zhèn)冗B接部件寬度(直徑)之差的二分之一之內(nèi)，則能夠始終確保恒定的連接面積。
在芯片之間接合工序之后，該制造方法還可以包括將另一半導(dǎo)體芯片的表面?zhèn)冗B接部件接合到第一半導(dǎo)體芯片所接合的第二半導(dǎo)體芯片的背面?zhèn)冗B接部件上的工序。由此，能夠獲得在固體裝置上層疊3個半導(dǎo)體芯片的半導(dǎo)體裝置。同樣，能夠獲得在固體裝置上層疊4個以上半導(dǎo)體芯片的半導(dǎo)體裝置。
有關(guān)本發(fā)明的第二方面的半導(dǎo)體裝置制造方法，包括準備作為半導(dǎo)體芯片的第一和第二半導(dǎo)體芯片的工序，該半導(dǎo)體芯片具有表面和背面，具備半導(dǎo)體基板、在該半導(dǎo)體基板的所述表面?zhèn)刃纬傻墓δ茉⒃诤穸确较蜇炌ㄋ霭雽?dǎo)體基板之貫通孔內(nèi)配置的與所述功能元件電連接的貫通電極、與所述貫通電極電連接并且從所述表面突出的表面?zhèn)冗B接部件、與所述貫通電極電連接并且在所述背面上形成的凹部分內(nèi)具有接合面的背面?zhèn)冗B接部件，所述第二半導(dǎo)體芯片的所述表面?zhèn)冗B接部件距所述表面的突出高度比所述第一半導(dǎo)體芯片的所述背面?zhèn)冗B接部件之接合面距所述背面的深度要大；和芯片之間接合工序，通過保持所述第二半導(dǎo)體芯片的背面而使所述第二半導(dǎo)體芯片的表面與所述第一半導(dǎo)體芯片的背面相面對，從而將所述第二半導(dǎo)體芯片的所述表面?zhèn)冗B接部件接合到所述第一半導(dǎo)體芯片的所述背面?zhèn)冗B接部件上。
根據(jù)本發(fā)明，第二半導(dǎo)體芯片背面?zhèn)冗B接部件的接合面位于凹部分內(nèi)。即，背面?zhèn)冗B接部件不從第二半導(dǎo)體芯片的背面突出。由此，當(dāng)將第二半導(dǎo)體芯片接合到第一半導(dǎo)體芯片時，即使用焊接工具保持第二半導(dǎo)體芯片的背面，也不會對背面?zhèn)冗B接部件通過集中施加力。
因此，不會發(fā)生背面?zhèn)冗B接部件變形，不會使鄰接的2個背面?zhèn)冗B接部件電短路。即，通過該制造方法，能夠制造出這種半導(dǎo)體裝置，其難以產(chǎn)生通過用于與另一半導(dǎo)體芯片連接的連接部件所引起的短路不良問題。
在焊接工具是能夠發(fā)生超聲波振動的裝置的情況下，這種超聲波振動不會因與焊接工具接觸使背面?zhèn)冗B接部件變形而衰減，良好地傳遞到第一半導(dǎo)體芯片和第二半導(dǎo)體芯片之間的接觸部分(接合部分)上。因此，通過該制造方法，能夠使第一半導(dǎo)體芯片和第二半導(dǎo)體芯片良好地接合。
該半導(dǎo)體裝置制造方法還可以包括塊接合工序，其將接合第一和第二半導(dǎo)體基板的構(gòu)成塊接合到布線基板(轉(zhuǎn)接板)上。此時，塊接合工序還可以包括將該塊所包含的半導(dǎo)體芯片的背面芯片焊接到布線基板上的工序。由此，能夠制造這種半導(dǎo)體裝置，其半導(dǎo)體芯片的表面(形成功能元件的面)面向與布線基板相反的一側(cè)(半導(dǎo)體芯片以所謂正面方式接合)。
在垂直往下看所述第一和第二半導(dǎo)體芯片的俯視圖中，所述第一半導(dǎo)體芯片的所述背面?zhèn)冗B接部件所占有區(qū)域，也可以具有能夠包含所述第二半導(dǎo)體芯片的所述表面?zhèn)冗B接部件所占有區(qū)域的大小。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，通過使第一半導(dǎo)體芯片的背面和第二半導(dǎo)體芯片的表面相面對以及位置對準，能夠使得在垂直往下看第一和第二半導(dǎo)體芯片的俯視圖中，第二半導(dǎo)體芯片的表面?zhèn)冗B接部件所占有區(qū)域完全被包含在第一半導(dǎo)體芯片的背面?zhèn)冗B接部件所占有區(qū)域中。在這種狀態(tài)下，通過使第一半導(dǎo)體芯片和第二半導(dǎo)體芯片鄰接，能夠?qū)⒈趁鎮(zhèn)冗B接部件和表面?zhèn)冗B接部件接合。
在表面?zhèn)冗B接部件和背面?zhèn)冗B接部件由具有相同程度容易變形的材料構(gòu)成且具有相同形狀的情況下，當(dāng)它們相互按壓時，在俯視圖中區(qū)域較窄的表面?zhèn)冗B接部件一方通過較大變形而參與接合。
另一方面，由于背面?zhèn)冗B接部件設(shè)置在凹部分內(nèi)，因此接合時，夾在貫通電極和表面?zhèn)冗B接部件之間，自由變形的余地少了。由此，當(dāng)在垂直往下看第一和第二半導(dǎo)體芯片的俯視圖中第一半導(dǎo)體芯片的背面?zhèn)冗B接部件所占有區(qū)域不能夠包含第二半導(dǎo)體芯片的表面?zhèn)冗B接部件所占有區(qū)域的情況下，由于第二半導(dǎo)體芯片的背面?zhèn)冗B接部件發(fā)生大變形使得接合面積增大而不能夠參與接合。根據(jù)本發(fā)明，能夠使這種問題少。
當(dāng)表面?zhèn)冗B接部件容易變形時，在第一半導(dǎo)體芯片和第二半導(dǎo)體芯片接合時或者接合后，即使在背面?zhèn)冗B接部件和表面?zhèn)冗B接部件的接合部分施加應(yīng)力，由于表面?zhèn)冗B接部件變形而吸收該應(yīng)力。所以，能夠防止應(yīng)力向表面?zhèn)冗B接部件及其附近的貫通電極和半導(dǎo)體基板的集中，能夠防止發(fā)生芯片裂紋。
特別地，當(dāng)半導(dǎo)體芯片具有使絕緣膜和阻擋金屬層(能夠防止(抑制)構(gòu)成貫通電極的金屬原子向半導(dǎo)體基板中擴散的膜)介于貫通電極和半導(dǎo)體基板之間的結(jié)構(gòu)時，能夠防止因應(yīng)力集中導(dǎo)致絕緣膜和阻擋金屬層的破壞(貫通電極結(jié)構(gòu)的破壞)。由此，能夠使得不會因貫通電極和半導(dǎo)體基板之間的漏電流和構(gòu)成貫通電極的金屬原子向半導(dǎo)體基板擴散而產(chǎn)生器件特性的劣化。
所述第二半導(dǎo)體芯片的所述表面?zhèn)冗B接部件由比所述第一半導(dǎo)體芯片的所述背面?zhèn)冗B接部件更容易變形的材料構(gòu)成。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，當(dāng)接合背面?zhèn)冗B接部件和表面?zhèn)冗B接部件時，由更容易變形(柔軟)材料構(gòu)成的表面?zhèn)冗B接部件變形更大。由此，表面?zhèn)冗B接部件和背面?zhèn)冗B接部件通過接合面積有效增大而接合。通過吸收因表面?zhèn)冗B接部件變形引起的應(yīng)力，變成難以產(chǎn)生芯片裂紋。
這里，即使背面?zhèn)冗B接部件是由比表面?zhèn)冗B接部件更容易變形的材料構(gòu)成時，也能夠吸收因背面?zhèn)冗B接部件的變形引起的應(yīng)力。但是，在半導(dǎo)體芯片制造時，由于背面?zhèn)冗B接部件被形成在凹部分內(nèi)，未必能夠形成可吸收足夠應(yīng)力的厚度。另一方面，表面?zhèn)冗B接部件由于能夠形成從半導(dǎo)體芯片表面突出的足夠的厚度，因此如本發(fā)明，與背面?zhèn)冗B接部件相比，通過使表面?zhèn)冗B接部件由容易變形的材料構(gòu)成，能夠充分地吸收應(yīng)力。
而且，當(dāng)表面?zhèn)冗B接部件容易充分變形時，即使在垂直往下看第一和第二半導(dǎo)體芯片的俯視圖中第二半導(dǎo)體芯片的表面?zhèn)冗B接部件所占有區(qū)域比第一半導(dǎo)體芯片的凹部分所占有區(qū)域更大，表面?zhèn)冗B接部件也能夠通過變形而放入凹部分內(nèi)，能夠使表面?zhèn)冗B接部件和背面?zhèn)冗B接部件接合。
當(dāng)背面?zhèn)冗B接部件由銅構(gòu)成時，表面?zhèn)冗B接部件能夠假設(shè)為由比銅更容易變形的材料例如金構(gòu)成。
所述芯片之間接合工序也可以包含將所述第二半導(dǎo)體芯片的所述表面?zhèn)冗B接部件接合到所述第一半導(dǎo)體芯片的所述背面?zhèn)冗B接部件上使得在所述第一半導(dǎo)體芯片的背面和所述第二半導(dǎo)體芯片的表面之間確保間隙的工序；這時，該半導(dǎo)體裝置制造方法也可以進一步包括在所述間隙中設(shè)置比所述表面?zhèn)冗B接部件和所述背面?zhèn)冗B接部件之間的接合部分更容易變形的密封材料的工序。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠獲得將密封材料介于第一半導(dǎo)體芯片和第二半導(dǎo)體芯片之間間隙上的半導(dǎo)體裝置。這種半導(dǎo)體裝置由于第一和第二半導(dǎo)體芯片之間的接合面積與只用表面?zhèn)冗B接部件和背面?zhèn)冗B接部件接合情況相比其面積增大，因此結(jié)構(gòu)的強度增加。
表面?zhèn)冗B接部件和背面?zhèn)冗B接部件的強度通常在它們的接合部分變成最低，但是，通過使密封材料比該接合部分更容易變形，當(dāng)在第一和第二半導(dǎo)體芯片之間施加應(yīng)力時，密封材料比該接合部分更早變形，從而能夠降低在該接合部分上施加的應(yīng)力。
設(shè)置密封材料的工序優(yōu)選包括設(shè)置所述密封材料使得幾乎填滿所述第一半導(dǎo)體芯片和所述第二半導(dǎo)體芯片之間間隙的工序。由此，獲得所述第一半導(dǎo)體芯片和所述第二半導(dǎo)體芯片之間由密封材料幾乎填滿的半導(dǎo)體裝置。這種半導(dǎo)體裝置減少所述應(yīng)力的效果大。
當(dāng)該半導(dǎo)體裝置被施加溫度循環(huán)時，通過表面?zhèn)冗B接部件和背面?zhèn)冗B接部件的熱膨脹系數(shù)與密封材料的熱膨脹系數(shù)的差而在表面?zhèn)冗B接部件和背面?zhèn)冗B接部件上施加應(yīng)力。該應(yīng)力在與表面和背面垂直的方向上，在對置的表面和背面之間的中間部位變成最大。
另一方面，第一和第二半導(dǎo)體芯片的接合部分位于第一半導(dǎo)體芯片的凹部分內(nèi)即偏離表面?zhèn)冗B接部件和背面?zhèn)冗B接部件上所施加應(yīng)力變?yōu)樽畲笪恢?對置的表面和背面的中間部)的位置。因此，即使設(shè)置這種密封材料，也難以發(fā)生因溫度循環(huán)引起的表面?zhèn)冗B接部件和背面?zhèn)冗B接部件之接合部分的破壞。
設(shè)置密封材料的工序，在芯片之間接合工序之后，在將液態(tài)(未固化)的密封材料注入到第一半導(dǎo)體芯片和第二半導(dǎo)體芯片之間間隙之后，可以包含使該密封材料固化的工序。在芯片之間接合工序之前，還可以包含在第一半導(dǎo)體芯片的背面和第二半導(dǎo)體芯片的表面的至少一個上設(shè)置密封材料的工序。
該半導(dǎo)體裝置制造方法在包含將一個或者多個另一半導(dǎo)體芯片接合到第二半導(dǎo)體芯片上的工序時，該工序能夠接合半導(dǎo)體芯片使得在各個半導(dǎo)體芯片之間形成間隙。此時，該半導(dǎo)體裝置制造方法還可以包括在各個半導(dǎo)體芯片的間隙上設(shè)置所述密封材料的工序。由此，獲得在各個半導(dǎo)體芯片的間隙上設(shè)置密封材料的半導(dǎo)體裝置。
而且，所述接合工序(將所述固體裝置和所述半導(dǎo)體芯片接合的工序)還可以是將所述固體裝置和所述半導(dǎo)體芯片接合使得在所述固體裝置和所述半導(dǎo)體芯片之間形成間隙的工序。此時，該半導(dǎo)體裝置制造方法還可以包括在所述固體裝置和所述半導(dǎo)體芯片之間的間隙上設(shè)置比所述固體裝置側(cè)連接部件和所述表面?zhèn)冗B接部件的接合部分更容易變形的密封材料的工序。
所述表面?zhèn)冗B接部件和所述背面?zhèn)冗B接部件的至少一個也可以包括球狀連接部件。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠介入球狀連接部件來將第一半導(dǎo)體芯片和第二半導(dǎo)體芯片接合。球狀連接部件具有朝向前端(該球狀連接部件應(yīng)該連接的另一半導(dǎo)體芯片側(cè))其直徑變小(細)的形狀，這種直徑小的部分在接合時如果按壓表面?zhèn)冗B接部件和背面?zhèn)冗B接部件就容易變形，因此能夠吸收施加的力。由此，能夠防止背面?zhèn)冗B接部件附近的應(yīng)力集中，能夠防止發(fā)生芯片裂紋。
特別地，當(dāng)半導(dǎo)體芯片包含介于貫通電極和半導(dǎo)體基板之間的絕緣膜和阻擋金屬層時，能夠防止因應(yīng)力集中導(dǎo)致這些絕緣膜和阻擋金屬層的破壞(貫通電極結(jié)構(gòu)的破壞)。
球狀連接部件通過使用引線焊接技術(shù)來熔化焊接線前端而形成球狀的凸塊，可以是所謂的球狀凸塊，也可以是幾乎真正的球狀導(dǎo)電體。作為幾乎真正球狀導(dǎo)電體的球狀連接部件可以是金屬球，也可以是在由絕緣體(例如樹脂)構(gòu)成的球狀體的表面上涂覆導(dǎo)電體的物體。由金屬球構(gòu)成的球狀連接部件可以由一種金屬或者合金構(gòu)成，也可以是由多種金屬或者合金以同心狀形成的物體。
所述表面?zhèn)冗B接部件和所述背面?zhèn)冗B接部件的至少一個也可以包括焊錫材料；這時，所述芯片之間接合工序還包括加熱工序，將所述半導(dǎo)體芯片加熱到所述焊錫材料的固相線溫度以上的溫度。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，通過用加熱工序使焊錫材料熔化，能夠?qū)⒈砻鎮(zhèn)冗B接部件和背面?zhèn)冗B接部件接合。由于焊錫材料的熔液容易變形，或者表面?zhèn)冗B接部件和背面?zhèn)冗B接部件的接合通過介入作為主體的焊錫材料熔液形成合金層來實現(xiàn)，因此能夠大幅度降低由于接合導(dǎo)致表面?zhèn)冗B接部件和背面?zhèn)冗B接部件上所施加的力(接合負荷)。
由此，能夠防止因局部施加大的力而發(fā)生芯片裂紋。特別地，當(dāng)絕緣膜和阻擋金屬層介于貫通電極和半導(dǎo)體基板之間時，能夠防止因應(yīng)力集中導(dǎo)致絕緣膜和阻擋金屬層的破壞(貫通電極結(jié)構(gòu)的破壞)。
通過形成合金層，使表面?zhèn)冗B接部件和背面?zhèn)冗B接部件牢固地接合。
即使第二半導(dǎo)體芯片的表面?zhèn)冗B接部件具有若不變形則不能進入到第一半導(dǎo)體芯片凹部分內(nèi)的尺寸，當(dāng)該表面?zhèn)冗B接部件包括所述焊錫材料時，通過熔化該焊錫材料而能夠使其熔液容易進入到凹部分內(nèi)。由此，不會使凹部分邊緣部分破損而能將表面?zhèn)冗B接部件和背面?zhèn)冗B接部件接合。
表面?zhèn)冗B接部件和背面?zhèn)冗B接部件可以通過加熱工序根據(jù)焊錫材料熔化而接觸。接合工序還可以包括暫時放置工序在第一半導(dǎo)體芯片的背面?zhèn)冗B接部件和第二半導(dǎo)體芯片的表面?zhèn)冗B接部件被位置對準的狀態(tài)下，將第二半導(dǎo)體芯片暫時放置在第一半導(dǎo)體芯片上。此時，所述加熱工序能夠假定在所述暫時放置工序之后實施。
焊錫材料的固相線溫度優(yōu)選為60℃到370℃。
暫時放置工序可以包括通過介入焊劑將第一半導(dǎo)體芯片的背面?zhèn)冗B接部件和第二半導(dǎo)體芯片的表面?zhèn)冗B接部件暫時固定的工序。
暫時放置工序還可以包括在固體裝置的固體裝置側(cè)連接部件和第一半導(dǎo)體芯片的表面?zhèn)冗B接部件(假設(shè)包含所述焊錫材料)被位置對準的狀態(tài)下，將第一半導(dǎo)體芯片暫時放置在固體裝置上的工序；以及在第二半導(dǎo)體芯片的背面?zhèn)冗B接部件和另一半導(dǎo)體芯片的表面?zhèn)冗B接部件被位置對準的狀態(tài)下，將另一半導(dǎo)體芯片暫時放置在第二半導(dǎo)體芯片上的工序。
此時，通過加熱工序，能夠在第一半導(dǎo)體芯片和第二半導(dǎo)體芯片之間、固體裝置和第一半導(dǎo)體芯片之間、第二半導(dǎo)體芯片和另一半導(dǎo)體芯片之間進行一齊接合。
也可以在所述第一半導(dǎo)體芯片的背面形成焊錫保護膜。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，即使產(chǎn)生焊錫材料熔液，該熔液也不會浸漬到第一半導(dǎo)體芯片的背面。由此，在使得不產(chǎn)生短路的同時，能夠謀求表面?zhèn)冗B接部件和背面?zhèn)冗B接部件的窄間距化。
焊錫保護膜還可以形成在第二半導(dǎo)體芯片的表面上。
在所述第一半導(dǎo)體芯片的表面且與所述第二半導(dǎo)體芯片之表面?zhèn)冗B接部件相對應(yīng)的位置上也可以設(shè)置虛擬表面?zhèn)冗B接部件，用于從其表面?zhèn)戎嗡龅谝话雽?dǎo)體芯片。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，通過接合工序，第一半導(dǎo)體芯片由表面?zhèn)冗B接部件和虛擬表面?zhèn)冗B接部件支撐在固體裝置上。在芯片之間接合工序中，第二半導(dǎo)體芯片的表面?zhèn)冗B接部件被按壓在與第一半導(dǎo)體芯片的表面?zhèn)冗B接部件和虛擬表面?zhèn)冗B接部件相對應(yīng)的位置(例如，在垂直往下看第一和第二半導(dǎo)體芯片的俯視圖中，為第一半導(dǎo)體芯片的表面?zhèn)冗B接部件和虛擬表面?zhèn)冗B接部件幾乎重疊的位置)。
因此，即使當(dāng)?shù)谝话雽?dǎo)體芯片容易彎曲時，通過第二半導(dǎo)體芯片的表面?zhèn)冗B接部件按壓，使第一半導(dǎo)體芯片不會彎曲。因此，第一半導(dǎo)體芯片的背面?zhèn)冗B接部件和第二半導(dǎo)體芯片的表面?zhèn)冗B接部件能夠良好地接合。
虛擬表面?zhèn)冗B接部件能夠不參與第一半導(dǎo)體芯片和固體裝置之間的電連接。
當(dāng)1個或者多個半導(dǎo)體芯片也被接合到第二半導(dǎo)體芯片上時，對于任意半導(dǎo)體芯片的表面?zhèn)冗B接部件，在與比該半導(dǎo)體芯片更早接合的所有半導(dǎo)體芯片對應(yīng)的位置上，能夠設(shè)置表面?zhèn)冗B接部件或者虛擬表面?zhèn)冗B接部件。
在所述半導(dǎo)體裝置制造方法中，所述凹部分也可以位于所述貫通孔內(nèi)。此時，例如，在半導(dǎo)體芯片背面附近，通過使貫通孔不用貫通電極填滿，能夠使凹部分形成在貫通孔內(nèi)的貫通電極上。
此時，背面?zhèn)冗B接部件變成配置在貫通孔內(nèi)。此時，背面?zhèn)冗B接部件可以是貫通電極背面?zhèn)鹊亩瞬?，也可以是貫通電極上所形成的另外的部件。因此，背面?zhèn)冗B接部件可以是由與貫通電極相同的材料構(gòu)成，也可以由不同的材料構(gòu)成。
所述半導(dǎo)體芯片也可以進一步包括重新布線和設(shè)置使得覆蓋該重新布線的背面保護膜，重新布線設(shè)置在所述半導(dǎo)體基板的所述背面?zhèn)炔㈦娺B接所述背面?zhèn)冗B接部件和所述貫通電極；這時，所述凹部分包括在所述背面保護膜上所形成的開口。
通過將背面?zhèn)冗B接部件連接到從貫通電極引出的重新布線上，能夠?qū)⒈趁鎮(zhèn)冗B接部件設(shè)置在半導(dǎo)體芯片背面當(dāng)中的任意位置上。
背面保護膜能夠為由具有電絕緣性的材料構(gòu)成。由此，在能夠在物理上保護重新布線的同時，又能夠電絕緣半導(dǎo)體芯片的背面。
在重新布線和半導(dǎo)體基板之間，可以安裝用于在它們之間進行電絕緣的絕緣膜，此時，在絕緣膜和重新布線之間，可以安裝阻擋金屬層，其用于防止(抑制)構(gòu)成重新布線的金屬原子向半導(dǎo)體基板中擴散。
背面?zhèn)冗B接部件也可以是重新布線所連接的另外的部件。重新布線可以從背面保護膜上所形成的開口中露出，此時，背面?zhèn)冗B接部件可以是重新布線從該開口中的露出部分。
所述半導(dǎo)體芯片的背面?zhèn)扔蓸渲牧蠈痈采w。
根據(jù)該構(gòu)成，在半導(dǎo)體芯片的背面中，由硬質(zhì)脆性材料構(gòu)成的部分由樹脂材料層覆蓋而不露出。當(dāng)半導(dǎo)體芯片由焊接工具保持時，該焊接工具接觸在半導(dǎo)體背面所形成的樹脂材料層。
由于樹脂材料層具有彈性和延展性，因此即使在焊接工具和樹脂材料層之間產(chǎn)生錯開時，也不會使裂紋進入到樹脂材料層和半導(dǎo)體芯片。即使在焊接工具和半導(dǎo)體芯片之間夾有硅屑的情況下，通過硅屑附近樹脂材料層變形，能夠緩和局部的應(yīng)力集中，使裂紋不至于進入到半導(dǎo)體芯片。
優(yōu)選樹脂材料層由氟化乙烯樹脂(4氟化乙烯樹脂)或聚酰亞胺構(gòu)成。
所述半導(dǎo)體芯片也可以包括多個所述表面?zhèn)冗B接部件，所述多個表面?zhèn)冗B接部件被幾乎均勻地配置在所述半導(dǎo)體芯片的表面上。
根據(jù)該構(gòu)成，固體裝置或另一半導(dǎo)體芯片所接合的半導(dǎo)體芯片由在其表面被幾乎均勻(幾乎以恒定密度)配置的多個表面?zhèn)冗B接部件支撐。由此，即使半導(dǎo)體芯片容易彎曲時，也能夠使彎曲小。
當(dāng)半導(dǎo)體芯片包括虛擬表面?zhèn)冗B接部件時，表面?zhèn)冗B接部件和虛擬表面?zhèn)冗B接部件能夠被均勻地配置在半導(dǎo)體芯片的表面上。
由以上制造方法所獲得的半導(dǎo)體裝置可以具有所謂的BGA(BallGride Array球柵陣列)形式，也可以具有QFN(Quad Flat Non-lead)形式，能夠具有其他任意的封裝形式。
半導(dǎo)體芯片通過介入固體裝置可以被連接到布線基板(轉(zhuǎn)接板)和焊接框架上。固體裝置與半導(dǎo)體芯片和布線基板與焊接框架例如可以由焊接線進行電連接。
有關(guān)本發(fā)明的第三方面的半導(dǎo)體裝置，包括第一和第二半導(dǎo)體芯片，其具有表面和背面，具備半導(dǎo)體基板、在該半導(dǎo)體基板的所述表面?zhèn)刃纬傻墓δ茉?、在厚度方向貫通所述半?dǎo)體基板之貫通孔內(nèi)配置的與所述功能元件電連接的貫通電極；連接部件，其用于將所述第一半導(dǎo)體芯片的貫通電極和所述第二半導(dǎo)體芯片的貫通電極電連接，其被設(shè)置使得在所述第一半導(dǎo)體芯片背面所形成凹部分的底部和所述第二半導(dǎo)體芯片的表面之間，以及與所述凹部分的內(nèi)壁面之間的至少一部分中形成凹部分內(nèi)間隙；和外部連接部件，其用于與所述第一和第二半導(dǎo)體芯片電連接的外部連接。
第一半導(dǎo)體芯片的貫通電極和第二半導(dǎo)體芯片的貫通電極可以通過連接部件直接電連接，也可以通過介入貫通電極和其他布線部件電連接。
有關(guān)本發(fā)明的第四方面的半導(dǎo)體裝置，包括第一和第二半導(dǎo)體芯片，其具有表面和背面，具備半導(dǎo)體基板、在該半導(dǎo)體基板的所述表面?zhèn)刃纬傻墓δ茉?、在厚度方向貫通所述半?dǎo)體基板之貫通孔內(nèi)配置的與所述功能元件電連接的貫通電極；連接部件，其設(shè)置在所述第一半導(dǎo)體芯片背面所形成凹部分的底部和所述第二半導(dǎo)體芯片的表面之間，將所述第一半導(dǎo)體芯片的貫通電極和所述第二半導(dǎo)體芯片的貫通電極電連接并包含焊錫材料；焊錫保護膜，其被設(shè)置在所述第一半導(dǎo)體芯片的背面；和外部連接部件，其用于與所述第一和第二半導(dǎo)體芯片電連接的外部連接。
所述外部連接部件可以是金屬球。此時，該半導(dǎo)體裝置可以具有BGA(Ball Gride Array球柵陣列)封裝形式。
所述外部連接部件可以是焊接框架。此時，該半導(dǎo)體裝置可以具有例如QFN(Quad Flat Non-lead)封裝形式。
有關(guān)本發(fā)明的第五方面的半導(dǎo)體芯片，具有表面和背面，包括半導(dǎo)體基板；在該半導(dǎo)體基板的所述表面?zhèn)刃纬傻墓δ茉辉诤穸确较蜇炌ㄋ霭雽?dǎo)體基板之貫通孔內(nèi)配置的與所述功能元件電連接的貫通電極；與所述貫通電極電連接并且從所述表面突出的表面?zhèn)冗B接部件；和與所述貫通電極電連接并且在所述背面上形成的凹部分內(nèi)具有接合面的背面?zhèn)冗B接部件。
該半導(dǎo)體芯片能夠在所述半導(dǎo)體裝置制造方法中使用，能夠獲得與所述半導(dǎo)體裝置制造方法同樣的效果。
所述背面?zhèn)冗B接部件的接合面距所述背面的深度也可以比所述表面?zhèn)冗B接部件的距所述表面的突出高度小。
在垂直往下看所述半導(dǎo)體芯片的俯視圖中，所述背面?zhèn)冗B接部件所占有區(qū)域，也可以具有能夠包含所述表面?zhèn)冗B接部件所占有區(qū)域的大小。
所述表面?zhèn)冗B接部件也可以由比所述背面?zhèn)冗B接部件更容易變形的材料構(gòu)成。
所述表面?zhèn)冗B接部件和所述背面?zhèn)冗B接部件的至少一個也可以包括球狀連接部件。
所述表面?zhèn)冗B接部件和所述背面?zhèn)冗B接部件的至少一個也可以包括焊錫材料。
在所述背面也可以形成焊錫保護膜。
所述凹部分也可以位于所述貫通孔內(nèi)。
該半導(dǎo)體芯片，也可以進一步包括在所述背面?zhèn)仍O(shè)置的并與所述背面?zhèn)冗B接部件和所述貫通電極電連接的重新布線、和設(shè)置在所述背面?zhèn)壬鲜沟酶采w所述重新布線的背面保護膜；這時所述凹部分包括在所述背面保護膜上所形成的開口。
所述背面?zhèn)纫部梢泽w由樹脂材料層覆蓋。
本發(fā)明的上述或者其他目的、特征及效果能夠通過下面參考


的實施方式而更加清楚。

圖1是表示本發(fā)明第一實施方式半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)的圖解截面圖。
圖2(a)和圖2(b)是部分放大表示圖1所示半導(dǎo)體裝置的圖解截面圖。
圖3A～圖3D是用于說明圖1所示半導(dǎo)體裝置制造方法的圖解截面圖。
圖4是表示焊接工具和半導(dǎo)體芯片之間接觸部分的圖解截面圖。
圖5是表示2個半導(dǎo)體芯片之相面對部分的圖解截面圖。
圖6(a)到圖6(c)是表示表面?zhèn)冗B接部件和貫通電極之配置的圖解截面圖。
圖7(a)和圖7(b)是表示本發(fā)明第二實施方式半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)的圖解截面圖。
圖8是表示在圖7(a)和圖7(b)所示半導(dǎo)體裝置制造工序中焊接工具和半導(dǎo)體芯片之間接觸部分附近的圖解截面圖。
圖9(a)和圖9(b)是表示在圖7(a)和圖7(b)所示半導(dǎo)體裝置制造工序中2個半導(dǎo)體芯片之相面對部分的圖解截面圖。
圖10是表示本發(fā)明第三實施方式半導(dǎo)體裝置的圖解截面圖。
圖11是表示在圖10所示半導(dǎo)體裝置的制造工序中焊接工具和半導(dǎo)體芯片之間接觸部分附近的圖解截面圖。
圖12是表示本發(fā)明第四實施方式半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)的圖解截面圖。
圖13是表示在圖12所示半導(dǎo)體裝置制造工序中2個半導(dǎo)體芯片之相面對部分的圖解截面圖。
圖14是表示本發(fā)明第五實施方式半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)的圖解截面圖。
圖15是表示在圖14所示半導(dǎo)體裝置制造工序中2個半導(dǎo)體芯片之相面對部分的圖解截面圖。
圖16(a)和圖16(b)是表示本發(fā)明第六實施方式半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)的圖解截面圖。
圖17(a)和圖17(b)是表示在圖16(a)和圖16(b)所示半導(dǎo)體裝置制造工序中2個半導(dǎo)體芯片之相面對部分的圖解截面圖。
圖18是用于說明接合最上層芯片、半導(dǎo)體芯片和固體裝置之方法的圖解截面圖。
圖19(a)和圖19(b)是表示本發(fā)明第七實施方式半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)的圖解截面圖。
圖20(a)和圖20(b)是表示在圖19(a)和圖19(b)所示半導(dǎo)體裝置制造工序中2個半導(dǎo)體芯片之相面對部分的圖解截面圖。
圖21是表示本發(fā)明第八實施方式半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)的圖解截面圖。
圖22是表示本發(fā)明第九實施方式半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)的圖解截面圖。
圖23是表示本發(fā)明第十實施方式半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)的圖解截面圖。
圖24是用于說明通過接合多個半導(dǎo)體芯片之構(gòu)成塊制造方法的圖解截面圖。
圖25是表示本發(fā)明第十一實施方式半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)的圖解截面圖。
圖26是表示本發(fā)明第十二實施方式半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)的圖解截面圖。
圖27是表示本發(fā)明第十三實施方式半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)的圖解截面圖。
圖28是表示本發(fā)明第十四實施方式半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)的圖解截面圖。
圖29是用于說明圖28所示半導(dǎo)體裝置制造方法的圖解截面圖。
圖30(a)和圖30(b)是表示具有多片堆疊結(jié)構(gòu)之現(xiàn)有半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)的圖解截面圖。
圖31(a)和圖31(b)是用于說明圖30(a)和圖30(b)所示半導(dǎo)體裝置制造方法的圖解截面圖。
具體實施例方式
圖1是表示本發(fā)明第一實施方式半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)的圖解截面圖。
該半導(dǎo)體裝置1具有所謂BGA(Ball Grid Array球柵陣列)型封裝形式和多片堆疊結(jié)構(gòu)，包括以平板形狀幾乎相互平行層疊的布線基板(interposer轉(zhuǎn)接板)21；半導(dǎo)體芯片或者布線基板等的固體裝置2；半導(dǎo)體芯片3、15；以及金屬球22。
布線基板21由絕緣體構(gòu)成，在其表面或者內(nèi)部設(shè)置布線。在布線基板21的一個表面上，順序?qū)盈B了固體裝置2、具有貫通電極7的多個(本實施方式中為3個)半導(dǎo)體芯片3、以及沒有貫通電極7的半導(dǎo)體芯片15。在布線基板21的另一個表面(與固體裝置2側(cè)相反的面)上接合了金屬球(例如為焊料球)22。
在垂直往下看布線基板21和固體裝置2的俯視圖中，固體裝置2比布線基板21小，被接合在布線基板21的大致中央部位。在垂直往下看固體裝置2和半導(dǎo)體芯片3、15的俯視圖中，半導(dǎo)體芯片3、15比固體裝置2小，被接合在固體裝置2的大致中央部位。在垂直往下對其整體觀察的俯視圖中，半導(dǎo)體芯片3、15幾乎具有相同的大小和形狀，其被配置成為幾乎重疊。
在布線基板21的上述一個表面外周部且與固體裝置2未面對的區(qū)域上設(shè)置電極焊盤(未圖示)，該電極焊盤在布線基板21內(nèi)部或者表面被重新布線，并且與在布線基板21另一表面上設(shè)置的金屬球22電連接。
在固體裝置2一個表面(與布線基板21相反一側(cè)的面)外周部且與半導(dǎo)體芯片3未面對的區(qū)域上形成用于外部連接的焊盤2P。布線基板21上設(shè)置的電極焊盤和用于固體裝置2外部連接的焊盤2P通過焊接線23電連接。
在各個半導(dǎo)體芯片3、15之間以及在半導(dǎo)體芯片3和固體裝置2之間形成了間隙，該間隙用由樹脂構(gòu)成的層間密封材料24密封。在全部半導(dǎo)體芯片3、15被層疊在固體裝置2上之后，在固體裝置2和半導(dǎo)體芯片3之間的間隙、相鄰2個半導(dǎo)體芯片3之間的間隙S、以及半導(dǎo)體芯片3、15之間的間隙上配置層間密封材料24。層間密封材料24為液態(tài)(禾固化)的材料，其從這些間隙的側(cè)邊利用毛細管現(xiàn)象注入。
也可以在接合半導(dǎo)體芯片3、15之前設(shè)置層間密封材料24。這種情況下，在半導(dǎo)體芯片3、15應(yīng)該接合的固體裝置2的表面2a和半導(dǎo)體芯片3的背面3b中，在該半導(dǎo)體芯片3、15的接合區(qū)域灌注(預(yù)制)未固化的層間密封材料24。替代液態(tài)層間密封材料24，可以將膜狀的層間密封材料24預(yù)涂在固體裝置2的表面2a和半導(dǎo)體芯片3的背面3b或者半導(dǎo)體芯片3的表面3a和半導(dǎo)體芯片15的表面上。
接著，使半導(dǎo)體芯片3、15接合到該狀態(tài)的固體裝置2或者半導(dǎo)體芯片3上，使得夾有液態(tài)或者膜狀的層間密封材料24。當(dāng)層間密封材料24為液態(tài)時，在其之后，熱固化層間密封材料24。通過上述方法，能夠用層間密封材料24填充固體裝置2和半導(dǎo)體芯片3、15的間隙。
半導(dǎo)體芯片3、15、固體裝置2、焊接線23和布線基板21在固體裝置2一側(cè)的面用密封樹脂(注模樹脂)25密封。
該半導(dǎo)體裝置1通過介入金屬球22能夠安裝在其他布線基板上。通過使固體裝置2和多個半導(dǎo)體芯片3、15層疊，使該半導(dǎo)體裝置1的安裝面積變小。
圖2(a)和圖2(b)是部分放大表示半導(dǎo)體裝置1的圖解截面圖。圖2(a)表示固體裝置2和與固體裝置2鄰接的2個半導(dǎo)體芯片3，圖2(b)表示鄰接的2個半導(dǎo)體芯片3的接合部分。在圖2(a)中，層間密封材料24和密封樹脂25省略了圖示。
參考圖2(b)，在各個半導(dǎo)體芯片3的一個表面(以后稱為“表面”)3a上形成功能元件4，各個半導(dǎo)體芯片3，其表面3a面向固體裝置2，以所謂倒裝(face down)方式被層疊在固體裝置2上。
半導(dǎo)體芯片3包括從比半導(dǎo)體晶片等更大的半導(dǎo)體基板中分片的半導(dǎo)體基板8。在半導(dǎo)體基板8上形成在其厚度方向貫通的貫通孔5。
在半導(dǎo)體基板8的表面3a上形成了由氧化硅構(gòu)成的硬掩膜(hardmask)16，在硬掩膜16上形成了開口16a。在垂直往下看半導(dǎo)體芯片3之表面3a的俯視圖中，在開口16a內(nèi)具有一部分功能元件4和貫通孔5。
沿著貫通孔5和開口16a的內(nèi)壁以及半導(dǎo)體基板8之開口16a的露出面，形成了由氧化硅(SiO2)等絕緣體構(gòu)成的絕緣膜6I。在絕緣膜6I上例如形成了由氮化鈦(TiN)、氮化鉭(TaN)、鈦鎢(TiW)等構(gòu)成的阻擋金屬層(防止擴散膜)6B。一部分功能元件4從絕緣膜6I中露出。
貫通孔5內(nèi)和其延長上的開口16a內(nèi)幾乎被貫通電極7填滿。貫通電極7和功能元件4(絕緣膜6I的露出面)通過用與貫通電極7成一體的填滿開口16a剩余部分的布線部件17電連接。由此，使得能夠從與半導(dǎo)體芯片3之表面3a相反的面(以后稱為“背面”)3b上電連接到功能元件4。在垂直往下看這些半導(dǎo)體芯片3的俯視圖中，各個半導(dǎo)體芯片3的貫通電極7被配置成幾乎重疊。
通過絕緣膜6I，貫通電極7和布線部件17與半導(dǎo)體基板8(除了功能元件4讀取電極之外)被電絕緣。通過在半導(dǎo)體基板8(絕緣膜6I)與貫通電極7和布線部件17之間設(shè)置阻擋金屬層6B，在半導(dǎo)體芯片3制造時及制造后，能夠防止(抑制)構(gòu)成貫通電極7和布線部件17的金屬原子向半導(dǎo)體基板8中的擴散。由此，能夠防止半導(dǎo)體芯片3的器件特性劣化。
貫通電極7之表面3a側(cè)端面和布線部件17的表面與硬掩膜16的表面幾乎拉平，并形成表面保護膜9使得覆蓋這些面。在表面保護膜9上形成開口9a，其具有在圖2(b)截面中比貫通電極7寬度稍微窄一些的寬度，以使貫通電極7露出。
通過介入開口9a，從半導(dǎo)體芯片3之表面3a突出的柱狀表面?zhèn)冗B接部件11被接合到貫通電極7上。在圖2(b)截面中，表面?zhèn)冗B接部件11的寬度比貫通孔5的寬度窄，比開口9a的寬度寬。
在貫通電極7背面3b一側(cè)的端面上設(shè)置了背面?zhèn)冗B接部件12。背面?zhèn)冗B接部件12是膜狀的，幾乎覆蓋貫通電極7背面3b側(cè)端面的整個面。就是說，在圖2(b)截面中，背面?zhèn)冗B接部件12的寬度比貫通孔5的寬度稍微小些，比表面?zhèn)冗B接部件11的寬度大。換言之，表面?zhèn)冗B接部件11比背面?zhèn)冗B接部件12的寬度更細。
背面?zhèn)冗B接部件12的上面成為用于與另一半導(dǎo)體芯片3接合的接合面，該接合面在貫通孔5內(nèi)。即，貫通孔5內(nèi)背面3附近區(qū)域未被貫通電極7和背面?zhèn)冗B接部件12填滿，在背面?zhèn)冗B接部件12上形成了凹部分14。
在半導(dǎo)體芯片3的背面3b上設(shè)置了為覆蓋半導(dǎo)體基板8的背面保護膜10。在背面保護膜10上形成了開口10a。開口10a的寬度和貫通孔5的寬度幾乎是相同的，貫通孔5的內(nèi)壁面和開口10a的內(nèi)壁面構(gòu)成連續(xù)的面。絕緣膜6I和阻擋金屬層6B也形成在開口10a的內(nèi)壁面上。背面保護膜10的表面(半導(dǎo)體芯片3的背面3b)除了開口10a之外是平坦的。
表面保護膜9和背面保護膜10由氮化硅(SiN)和氧化硅等電絕緣材料構(gòu)成。通過表面保護膜9和背面保護膜10，除了表面?zhèn)冗B接部件11和背面?zhèn)冗B接部件12之外，半導(dǎo)體基板8的表面3a和背面3b被電絕緣。
表面?zhèn)冗B接部件11由比背面?zhèn)冗B接部件11更容易變形(柔軟)的金屬材料構(gòu)成。例如，在背面?zhèn)冗B接部件12由銅(Cu)構(gòu)成時，可以由金(Au)構(gòu)成表面?zhèn)冗B接部件11。
表面?zhèn)冗B接部件11和背面?zhèn)冗B接部件12可以由與貫通電極7相同的材料構(gòu)成，也可以由不同的材料形成。當(dāng)表面?zhèn)冗B接部件11和背面?zhèn)冗B接部件12與貫通電極7為由同種材料構(gòu)成時，可以一體形成，也可以單獨形成。
當(dāng)表面?zhèn)冗B接部件11和背面?zhèn)冗B接部件12以容易向貫通電極7中擴散的原子作為主體時，表面?zhèn)冗B接部件11和背面?zhèn)冗B接部件12能夠與貫通電極7之間包含用于防止(抑制)這種擴散的阻擋金屬層。例如，當(dāng)貫通電極7由銅構(gòu)成、表面?zhèn)冗B接部件11主要由金構(gòu)成時，由于金原子容易向銅中擴散，因此表面?zhèn)冗B接部件11能夠做成與貫通電極7之間包含用于防止(抑制)這種擴散的由鎳(Ni)或者鈦鎢(TiW)構(gòu)成的阻擋金屬層。
這樣，表面?zhèn)冗B接部件11和背面?zhèn)冗B接部件12可以由單一材料構(gòu)成，也可以由多個材料構(gòu)成。
表面?zhèn)冗B接部件11的從表面3a(表面保護膜9表面)突出的突出高度H1要比距背面?zhèn)冗B接部件12之接合面背面3b(背面保護膜10的表面)的深度D1大。在鄰接的2個半導(dǎo)體芯片3之間，將一個半導(dǎo)體芯片3的表面?zhèn)冗B接部件11和另一個半導(dǎo)體芯片3的背面?zhèn)冗B接部件12接合。因此，表面?zhèn)冗B接部件11被設(shè)置在一個半導(dǎo)體芯片3之凹部分14的底部和另一個半導(dǎo)體芯片3之間。背面?zhèn)冗B接部件12的接合面(表面?zhèn)冗B接部件11和背面?zhèn)冗B接部件12之間的接合部分)在貫通孔5(凹部分14)內(nèi)。
在垂直往下看半導(dǎo)體芯片3的俯視圖中，表面?zhèn)冗B接部件11所占有的區(qū)域被完全包含在背面?zhèn)冗B接部件12所占有的區(qū)域內(nèi)。因此，在表面?zhèn)冗B接部件11和凹部分14內(nèi)壁面(開口10a和貫通孔5內(nèi)壁面上所形成的阻擋金屬層6B的表面)之間形成了凹部分內(nèi)間隙18。凹部分內(nèi)間隙18的大小例如是2μm。
根據(jù)上述表面?zhèn)冗B接部件11的突出高度H1和背面?zhèn)冗B接部件12接合面的深度D1之間的關(guān)系，在一個半導(dǎo)體芯片3的背面3b和另一個半導(dǎo)體芯片3的表面3a之間形成間隙S。該間隙S幾乎完全由層間密封材料24填滿。
在將液態(tài)層間密封劑24注入到固體裝置2和半導(dǎo)體芯片3、15的間隙時，如果間隙S窄，則使用粘度高的液態(tài)層間密封材料24(例如填充劑(filler)含量多的材料)就難以注入間隙S。因此，為了確保足夠大的間隙S，需要使表面?zhèn)冗B接部件11的突出高度H1足夠大。因此，例如，與在接合凸形狀凸塊時的凸塊之縱橫比(aspect ratio)相比，表面?zhèn)冗B接部件11的縱橫比(aspect ratio)變大。
層間密封材料24由比表面?zhèn)冗B接部件11和背面?zhèn)冗B接部件12之接合部分更容易變形的材料構(gòu)成。例如，當(dāng)表面?zhèn)冗B接部件11由金構(gòu)成、背面?zhèn)冗B接部件12由鎳/金構(gòu)成時，層間密封材料24例如由環(huán)氧樹脂構(gòu)成。
通過層間密封材料24的存在，在半導(dǎo)體裝置1中，與只用表面?zhèn)冗B接部件11和背面?zhèn)冗B接部件12進行接合的情況相比，鄰接的2個半導(dǎo)體芯片3之間的接合面積變大，結(jié)構(gòu)強度增加。
表面?zhèn)冗B接部件11和背面?zhèn)冗B接部件12的強度通常在這些接合部分上成為最低，但通過層間密封材料24比該接合部分更容易變形，當(dāng)在鄰接的2個半導(dǎo)體芯片3之間施加了應(yīng)力時，由于層間密封材料24比該接合部分更早變形，因此能夠減小施加在該接合部分上的應(yīng)力。
由于表面?zhèn)冗B接部件11和背面?zhèn)冗B接部件12的熱膨脹系數(shù)與層間密封材料24的熱膨脹系數(shù)的差，當(dāng)在該半導(dǎo)體裝置1上施加了溫度循環(huán)時，在表面?zhèn)冗B接部件11和背面?zhèn)冗B接部件12上施加應(yīng)力。該應(yīng)力，對于與表面3a和背面3b的垂直方向，在對置的表面3a和背面3b之間的中間部位變?yōu)樽畲蟆?br> 另一方面，表面?zhèn)冗B接部件11和背面?zhèn)冗B接部件12的接合部分在一個半導(dǎo)體芯片的貫通孔5內(nèi)，即在偏離表面?zhèn)冗B接部件11和背面?zhèn)冗B接部件12所施加應(yīng)力變?yōu)樽畲笪恢?對置的表面3a和背面3b之間的中間部位)的位置上。因此，即使設(shè)置這種層間密封材料24，也難于引起由溫度循環(huán)導(dǎo)致的表面?zhèn)冗B接部件11和背面?zhèn)冗B接部件12接合部分的破壞。
參考圖2(a)，在固體裝置2接合半導(dǎo)體芯片3的側(cè)面上，形成膜狀的固體裝置側(cè)連接部件13，其用于電連接且機械接合半導(dǎo)體芯片3。固體裝置側(cè)連接部件13的寬度比半導(dǎo)體芯片3表面?zhèn)冗B接部件11的寬度更寬。
在固體裝置2和半導(dǎo)體芯片3之間，使固體裝置側(cè)連接部件13和一個半導(dǎo)體芯片3的表面?zhèn)冗B接部件11電連接且機械接合。在垂直往下看固體裝置2和半導(dǎo)體芯片3的俯視圖中，表面?zhèn)冗B接部件11所占有的區(qū)域被完全包含在固體裝置側(cè)連接部件13所占有的區(qū)域內(nèi)。
除了沒有形成貫通孔5、貫通電極7和背面?zhèn)冗B接部件12之外，半導(dǎo)體芯片15(參考圖1)具有與半導(dǎo)體芯片3相同的結(jié)構(gòu)。半導(dǎo)體芯片15的表面(形成功能元件4的面)面向固體裝置2一側(cè)。半導(dǎo)體芯片15的表面?zhèn)冗B接部件11與鄰接的半導(dǎo)體芯片3的背面?zhèn)冗B接部件12接合。替代半導(dǎo)體芯片15，也可以配置如半導(dǎo)體芯片3那樣形成了貫通電極7和背面?zhèn)冗B接部件12的半導(dǎo)體芯片。
參考圖1、圖2(a)和圖2(b)，通過上述結(jié)構(gòu)，各個半導(dǎo)體芯片3、15所包括的功能元件4通過介入布線部件17、貫通電極7、表面?zhèn)冗B接部件11、背面?zhèn)冗B接部件12、固體裝置側(cè)連接部件13、固體裝置、外部連接用的焊盤2P、焊接線23以及布線基板21被電連接到規(guī)定的金屬球22。
圖3A～圖3D是用于說明圖1、圖2(a)和圖2(b)所示半導(dǎo)體裝置1制造方法的圖解截面圖。
首先，準備圖1、圖2(a)和圖2(b)所示固體裝置2和半導(dǎo)體芯片3、15。背面?zhèn)冗B接部件12例如能夠通過非電解電鍍形成。此時，對在背面3b一側(cè)中在貫通電極7上形成凹部分的半導(dǎo)體基板8，通過從背面3b施加非電解電鍍，能夠在貫通電極7上選擇地形成背面?zhèn)冗B接部件12。背面?zhèn)冗B接部件12的表面(與另一半導(dǎo)體芯片3的表面?zhèn)冗B接部件11之間的接合面)通過根據(jù)電鍍時間等來控制背面?zhèn)冗B接部件12的膜厚，能夠使得成為距背面3b深的位置。
半導(dǎo)體芯片3，通過在半導(dǎo)體晶片等的比較大的半導(dǎo)體基板上統(tǒng)一形成貫通電極7、表面?zhèn)冗B接部件11和背面?zhèn)冗B接部件12等之后，將該半導(dǎo)體基板分片成半導(dǎo)體基板8而獲得。同樣，半導(dǎo)體芯片15通過在半導(dǎo)體晶片等的比較大的半導(dǎo)體基板上統(tǒng)一形成表面?zhèn)冗B接部件11之后，將該半導(dǎo)體基板分片成半導(dǎo)體基板8而獲得。
接合之前的表面?zhèn)冗B接部件11和背面?zhèn)冗B接部件12的最表面優(yōu)選由金構(gòu)成。例如，當(dāng)表面?zhèn)冗B接部件11主要由金構(gòu)成、背面?zhèn)冗B接部件12主要由銅構(gòu)成時，優(yōu)選在背面?zhèn)冗B接部件12的最表面上形成金薄膜。
接著，以使形成固體裝置側(cè)連接部件13的面(以后稱為“表面”)2a朝上的狀態(tài)將固體裝置2幾乎水平地放置在焊接臺面31上。通過能夠吸引保持半導(dǎo)體芯片3、15的焊接工具32，逐個吸引保持半導(dǎo)體芯片3、15而層疊在固體裝置2上。
首先，通過焊接工具32吸引第一級半導(dǎo)體芯片3(以后稱為“第一半導(dǎo)體芯片3F”)的背面3b。由此，以幾乎水平且表面3a朝下的狀態(tài)保持第一半導(dǎo)體芯片3F。
圖4是放大表示焊接工具32和半導(dǎo)體芯片3之間接觸部分附近的圖解截面圖。
焊接工具32與半導(dǎo)體芯片3接觸的面幾乎是平坦的。由于半導(dǎo)體芯片3的背面3b(背面保護膜10的表面)是平坦的，半導(dǎo)體芯片3除了開口10a部分之外能夠用幾乎整個背面3b與焊接工具32接觸。因此，半導(dǎo)體芯片3的背面3b幾乎均勻受到由焊接工具32對半導(dǎo)體芯片3施加的力。
背面?zhèn)冗B接部件12的接合面(上端面)由于在距背面3b深度為D1的位置上，因此背面?zhèn)冗B接部件12不接觸焊接工具32。因此，背面?zhèn)冗B接部件12的表面不會因與焊接工具32的接觸導(dǎo)致被污染。
參考圖3A。接著，移動焊接工具32，使焊接臺面31上裝載的固體裝置2的表面2a和第一半導(dǎo)體芯片3F的表面3a相面對，使固體裝置側(cè)連接部件13和對應(yīng)的表面?zhèn)冗B接部件11位置對準。
通過在固體裝置2和第一半導(dǎo)體芯片3F之間插入能夠觀察固體裝置2表面2a和第一半導(dǎo)體芯片3F表面3a的識別攝像機來實施位置對準。此時，利用了在固體裝置2的避開與半導(dǎo)體芯片3相面對的部分的區(qū)域上預(yù)先形成的對準標(biāo)記。
通過位置對準，使得在垂直往下看固體裝置2和第一半導(dǎo)體芯片3F的俯視圖中，表面?zhèn)冗B接部件11所占有的區(qū)域被完全包含在固體裝置側(cè)連接部件13所占有的區(qū)域內(nèi)。
位置對準結(jié)束之后，通過使焊接工具32下降，使第一半導(dǎo)體芯片3F的表面?zhèn)冗B接部件11以合適的重量按壓在固體裝置側(cè)連接部件13上(參考圖3B)。由此，使固體裝置側(cè)連接部件13和表面?zhèn)冗B接部件11接合，實現(xiàn)固體裝置2和第一半導(dǎo)體芯片3F之間的機械接合和電連接。
此時，通過使焊接工具不與背面?zhèn)冗B接部件12接觸，不會使背面?zhèn)冗B接部件12變形(參考圖4)。因此，不會使鄰接的2個背面?zhèn)冗B接部件12電短路。就是說，根據(jù)本制造方法，能夠制造出難于發(fā)生由背面?zhèn)冗B接部件12引起不良短路的半導(dǎo)體裝置1。
焊接工具32可以是能夠產(chǎn)生超聲波振動的裝置，也可以是能夠給所保持的半導(dǎo)體芯片加熱的裝置(參考圖18)。在前者情況下，根據(jù)需要，通過介入第一半導(dǎo)體芯片3F，由焊接工具32在固體裝置側(cè)連接部件13和表面?zhèn)冗B接部件11的接觸部分(接合部分)上施加超聲波振動。
通過使焊接工具32不與背面?zhèn)冗B接部件12接觸，這種超聲波振動不會像現(xiàn)有技術(shù)半導(dǎo)體裝置101制造方法的情況那樣因與焊接工具122接觸導(dǎo)致背面?zhèn)冗B接部件112變形(參考圖31(b))而產(chǎn)生衰減。因此，通過使超聲波振動良好地在固體裝置側(cè)連接部件13和表面?zhèn)冗B接部件11之間的接觸部分(接合部分)上傳播，使固體裝置側(cè)連接部件13和表面?zhèn)冗B接部件11牢固地接合。在固體裝置2的表面2a和第一半導(dǎo)體芯片3F的表面3a之間確保間隙。
當(dāng)固體裝置側(cè)連接部件13和表面?zhèn)冗B接部件11之間的接合結(jié)束之后，解除由焊接工具32引起的第一半導(dǎo)體芯片3F的吸引保持。
接著，通過焊接工具32，與第一級半導(dǎo)體芯片3F的情況相同，吸引保持第二級半導(dǎo)體芯片3(以后稱為“第二半導(dǎo)體芯片3S”)。然后，通過移動焊接工具32，使固體裝置2上所接合的第一半導(dǎo)體芯片3F的背面3b與焊接工具32上所保持的第二半導(dǎo)體芯片3S的表面3a相面對。
接著，使第一半導(dǎo)體芯片3F的背面?zhèn)冗B接部件12和第二半導(dǎo)體芯片3S的表面?zhèn)冗B接部件11位置對準。該狀態(tài)被示于圖3C中。與固體裝置2和第一半導(dǎo)體芯片3F之間位置對準的情況相同，通過識別攝像機來實施位置對準。通過使對準標(biāo)記形成于固體裝置2的避開了與半導(dǎo)體芯片3之間相面對部分的區(qū)域上，即使在第一半導(dǎo)體芯片3F被接合到固體裝置2上之后，也能夠通過識別攝像機識別該對準標(biāo)記。
圖5是放大表示第一半導(dǎo)體芯片3F和第二半導(dǎo)體芯片3S之間相面對部分的圖解截面圖。
接合在固體裝置2或者半導(dǎo)體芯片3上之前的表面?zhèn)冗B接部件11的從表面3a(表面保護膜9的表面)突出的突出高度H1INI比接合后的表面?zhèn)冗B接部件11的突出高度H1(參考圖2(b))大，因此，也比背面?zhèn)冗B接部件12之接合面(上端面)距背面3b(背面保護膜10的表面)的深度D1大。
接合前的表面?zhèn)冗B接部件11的形狀和大小以及凹部分14的形狀和容積，被設(shè)定成在表面?zhèn)冗B接部件11和背面?zhèn)冗B接部件12的接合結(jié)束時刻，讓表面?zhèn)冗B接部件11的大部分被容納于凹部分14內(nèi)的狀態(tài)(參考圖2(b))。由此，表面?zhèn)冗B接部件11即使在與背面?zhèn)冗B接部件12接合時發(fā)生變形，也不會發(fā)生因該變形使表面?zhèn)冗B接部件11向側(cè)方(沿著表面3a的方向)膨脹而與鄰接的其他表面?zhèn)冗B接部件11電短路(短路)。
通過位置對準，使得在垂直往下看第一和第二半導(dǎo)體芯片3F、3S的俯視圖中，第二半導(dǎo)體芯片3S的表面?zhèn)冗B接部件11所占有的區(qū)域被完全包含在第一半導(dǎo)體芯片3F的背面?zhèn)冗B接部件12所占有的區(qū)域內(nèi)(凹部分14內(nèi))。
接著，通過使焊接工具32下降，使第二半導(dǎo)體芯片3S的表面?zhèn)冗B接部件11和第一半導(dǎo)體芯片3F的背面?zhèn)冗B接部件12接觸并相互按壓。此時，通過使表面?zhèn)冗B接部件11由比背面?zhèn)冗B接部件12更容易變形的材料構(gòu)成，與背面?zhèn)冗B接部件12相比，表面?zhèn)冗B接部件11具有更大的變形。
在垂直往下看第一和第二半導(dǎo)體芯片3F、3S的俯視圖中，即使由于該表面?zhèn)冗B接部件11所占有的區(qū)域被包含在該背面?zhèn)冗B接部件12所占有的區(qū)域中，即該表面?zhèn)冗B接部件11比該背面?zhèn)冗B接部件12的寬度更細，該表面?zhèn)冗B接部件11也發(fā)生大的變形。由此，表面?zhèn)冗B接部件11和背面?zhèn)冗B接部件12的接觸部分面積增大，表面?zhèn)冗B接部件11和背面?zhèn)冗B接部件12被良好接合。
而且，由于第一半導(dǎo)體芯片3F的背面?zhèn)冗B接部件12不會被焊接工具32污染，因此也可良好地實現(xiàn)該接合。
這里，背面?zhèn)冗B接部件12由于以膜狀(薄的)形成在貫通電極7上，因此與以厚柱狀所形成的表面?zhèn)冗B接部件11相比，其不能夠發(fā)生大的變形。由于背面?zhèn)冗B接部件12的周邊部被形成為使得接觸沿著貫通孔5內(nèi)壁所形成的阻擋金屬層6B，背面?zhèn)冗B接部件12要變形，背面?zhèn)冗B接部件12必須進入阻擋金屬層6B和表面?zhèn)冗B接部件11之間的間隙中。但是，由金屬等固體構(gòu)成的背面?zhèn)冗B接部件12不容易進入這種狹小間隙。
因此，如果背面?zhèn)冗B接部件12采用比表面?zhèn)冗B接部件11容易變形的材料構(gòu)成時，則表面?zhèn)冗B接部件11和背面?zhèn)冗B接部件12雙方的變形量變小，不能實現(xiàn)良好的接合。
接合時，在表面?zhèn)冗B接部件11和背面?zhèn)冗B接部件12兩者變形量小的情況下，有可能在那些接觸部分附近發(fā)生應(yīng)力集中，使處于半導(dǎo)體基板8和貫通電極7之間的阻擋金屬層6B和絕緣膜6I破壞(貫通電極結(jié)構(gòu)破壞)。這種情況下，由于在貫通電極7和半導(dǎo)體基板8之間的漏電流以及構(gòu)成貫通電極7的金屬原子向半導(dǎo)體基板8擴散，招致元件特性的劣化。
接著，在垂直往下看第一和第二半導(dǎo)體芯片3F、3S的俯視圖中，第二半導(dǎo)體芯片3S表面?zhèn)冗B接部件11所占有區(qū)域未包含在第一半導(dǎo)體芯片3F背面?zhèn)冗B接部件12所占有區(qū)域中的情況將產(chǎn)生下述問題。
例如，在表面?zhèn)冗B接部件11所占有區(qū)域是未包含于凹部分14(貫通孔5)所占有區(qū)域中那樣的大區(qū)域的情況下，表面?zhèn)冗B接部件11若變形則不能夠進入凹部分14的內(nèi)部。此時，在第一半導(dǎo)體芯片3F背面3b側(cè)之凹部分14(開口10a)邊緣附近，裂紋(以后稱為“芯片裂紋”)有可能進入背面保護膜10、阻擋金屬層6B、絕緣膜6I以及半導(dǎo)體基板8。
另一方面，在有關(guān)本實施方式的制造方法中，通過使表面?zhèn)冗B接部件11由比背面?zhèn)冗B接部件12更容易變形的材料構(gòu)成以及在垂直往下看第一和第二半導(dǎo)體芯片3F、3S的俯視圖中，使第二半導(dǎo)體芯片3S的表面?zhèn)冗B接部件11所占有區(qū)域包含于第一半導(dǎo)體芯片3F的背面?zhèn)冗B接部件12所占有區(qū)域中，可以不讓上述這些問題發(fā)生。
當(dāng)表面?zhèn)冗B接部件11和背面?zhèn)冗B接部件12接合時，根據(jù)需要，可通過焊接工具32對接合部分施加超聲波振動。與固體裝置側(cè)連接部件13和表面?zhèn)冗B接部件11的接合情況相同，通過使背面?zhèn)冗B接部件12不因與焊接工具接觸而變形，使得超聲波振動不衰減。因此，通過使超聲波振動良好傳遞到表面?zhèn)冗B接部件11和背面?zhèn)冗B接部件12之間的接觸部分(接合部分)，可使表面?zhèn)冗B接部件11和背面?zhèn)冗B接部件12良好地接合。
由此，實現(xiàn)了第一和第二半導(dǎo)體芯片3F、3S之間的機械接合和電連接。表面?zhèn)冗B接部件11的從表面3a突出的突出高度因接合時的變形導(dǎo)致變成比H1INl還小的H1。這里，設(shè)定接合負荷等接合條件，使得即使表面?zhèn)冗B接部件11變形，在第一半導(dǎo)體芯片3F背面3b和第二半導(dǎo)體芯片3S表面3a之間也可確保間隙S(參考圖2(b))。
接合結(jié)束后，解除由焊接工具32對第二半導(dǎo)體芯片3S的吸引保持。
同樣，在第二半導(dǎo)體芯片3S上接合第三級半導(dǎo)體芯片3，并且在該第三級半導(dǎo)體芯片3上接合半導(dǎo)體芯片15。
如上述，層間密封材料24可以在固體裝置2和半導(dǎo)體芯片3、15接合(層疊)之前形成，也可以在接合后形成。
然后，在布線基板21的形成了未圖示電極焊盤的面的大致中央部位上接合固體裝置2的與表面2a相反的面(背面)2b(參考圖1)。接著，通過焊接線23連接固體裝置2之外部連接用焊盤2P和布線基板21的電極焊盤。
接著，通過注模成形用密封樹脂25密封半導(dǎo)體芯片3、15、固體裝置2、焊接線23、和布線基板21的在固體裝置側(cè)的面。之后，在與布線基板21之固體裝置2相反面的規(guī)定位置上接合金屬球22，由此獲得圖1所示的半導(dǎo)體裝置1。
在上述制造方法中，在將半導(dǎo)體芯片3、15接合到固體裝置2上之前，可以將固體裝置2接合到布線基板21上。這種情況下，將接合了固體裝置2的布線基板21以使固體裝置2向上的狀態(tài)安裝在焊接臺面31上，并且與上述方法相同，能夠?qū)⒏鱾€半導(dǎo)體芯片3、15接合到該狀態(tài)的固體裝置2上。
圖6(a)到圖6(c)是表示固體裝置2上所層疊的多個半導(dǎo)體芯片中表面?zhèn)冗B接部件11和貫通電極7之配置的圖解截面圖，其表示將固體裝置2和半導(dǎo)體芯片3接合時的狀態(tài)。在圖6(a)到圖6(c)所示截面中，與圖1、圖2(a)、圖3A到圖3D所示截面相比，出現(xiàn)了更多的貫通電極7和表面?zhèn)冗B接部件11。在圖6(a)到圖6(c)中，盡管背面?zhèn)冗B接部件12省略了圖示，但可假設(shè)其形成于各個貫通電極7的背面3b側(cè)。
在圖6(a)所示截面中，貫通電極7出現(xiàn)在第一和第二半導(dǎo)體芯片3F、3S周邊部(兩端部附近)的2個位置和第二半導(dǎo)體芯片3F的中央部位上。另一方面，表面?zhèn)冗B接部件11被接合到第一和第二半導(dǎo)體芯片3F、3S周邊部所設(shè)置的貫通電極7以及第二半導(dǎo)體芯片3S表面3a中央部位，不接合到第一半導(dǎo)體芯片3F中央部位所設(shè)置的貫通電極7。
第二半導(dǎo)體芯片3S的各個表面?zhèn)冗B接部件11被設(shè)置于與第一半導(dǎo)體芯片3F各個貫通電極7對應(yīng)的位置。需要將這些表面?zhèn)冗B接部件11與對應(yīng)貫通電極7分別電連接。
在固體裝置2的表面2a上，在與第一半導(dǎo)體芯片3F的表面?zhèn)冗B接部件11對應(yīng)的位置上設(shè)置固體裝置側(cè)連接部件13。
這里，當(dāng)?shù)谝话雽?dǎo)體芯片3F的厚度薄到例如50μm時，第一半導(dǎo)體芯片3F例如在接合時由于溫度變化會因第一半導(dǎo)體芯片3F自身的熱膨脹/收縮而變得容易彎曲(翹曲)。因此，在第一半導(dǎo)體芯片3F的表面3a中，當(dāng)多個表面?zhèn)冗B接部件11沒有被均勻配置時，例如，如圖6(a)所示，在偏向于第一半導(dǎo)體芯片3F周邊部配置的情況下，將在第一半導(dǎo)體芯片3F上產(chǎn)生彎曲。本例中，第一半導(dǎo)體芯片3F由于其中央部位沒有來自下方的支撐，因此該部分向下彎曲(翹曲)。
由此，在第一半導(dǎo)體芯片3F的貫通電極7中，應(yīng)該接合第二半導(dǎo)體芯片3S的表面?zhèn)冗B接部件11的部分(背面?zhèn)冗B接部件12表面)的平面性(complanarity)變壞。因此，在第一和第二半導(dǎo)體芯片3F、3S中，盡管能夠?qū)⒅苓叢克O(shè)置的貫通電極7和周邊部所設(shè)置的表面?zhèn)冗B接部件11接合，但存在中央部所設(shè)置的貫通電極7和中央部所設(shè)置的表面?zhèn)冗B接部件11不能接觸以及不能電連接的情況。圖6(a)示出了由于這個原因使第一半導(dǎo)體芯片3F中央部所設(shè)置的貫通電極7和第二半導(dǎo)體芯片3S中央部所設(shè)置的表面?zhèn)冗B接部件11不能夠電連接的狀態(tài)。
即使在第二半導(dǎo)體芯片3S接合前第一半導(dǎo)體芯片3F沒有彎曲時，當(dāng)將第二半導(dǎo)體芯片3S接合到第一半導(dǎo)體芯片3F上時，如果將第二半導(dǎo)體芯片3S中央部的表面?zhèn)冗B接部件11按壓在第一半導(dǎo)體芯片3F中央部的貫通電極7上，由于第一半導(dǎo)體芯片3F要彎曲，因此這些表面?zhèn)冗B接部件11和貫通電極7不會良好地接合。
而且，當(dāng)?shù)谝话雽?dǎo)體芯片3F的中央部向下下降時，由于在該部分，固體裝置2和第一半導(dǎo)體芯片3F之間的間隙變窄，因此將液態(tài)的層間密封材料24注入該間隙變難了。
因此，如圖6(b)所示，在第一半導(dǎo)體芯片3F的表面3a中，在與中央部的貫通電極7相對應(yīng)的位置上設(shè)置了虛擬(dummy)表面?zhèn)冗B接部件11D，其具有與表面?zhèn)冗B接部件11幾乎相同的突出高度。這種情況下，在固體裝置2的表面2a中，在與虛擬表面?zhèn)冗B接部件11D相對應(yīng)的位置上也設(shè)置了虛擬固體裝置側(cè)連接部件13D，其具有與固體裝置側(cè)連接部件13幾乎相同的突出高度。虛擬表面?zhèn)冗B接部件11D在固體裝置2和第一半導(dǎo)體芯片3F之間不提供電連接。因此，在第一半導(dǎo)體芯片3F中，在虛擬表面?zhèn)冗B接部件11D和貫通電極7之間可以安裝絕緣膜。
因此，由于第一半導(dǎo)體芯片3F的中央部由虛擬表面?zhèn)冗B接部件11D來自下部的支撐，因此第一半導(dǎo)體芯片3F在與第二半導(dǎo)體芯片3S接合前和接合時變得難于彎曲。由此，能夠使第一半導(dǎo)體芯片3F中央部所設(shè)置的貫通電極7和第二半導(dǎo)體芯片3S中央部所設(shè)置的表面?zhèn)冗B接部件11接觸和電連接。而且，固體裝置2和第一半導(dǎo)體芯片3F之間的間隙由于在第一半導(dǎo)體芯片3F中央部附近不變窄，因此能夠容易地注入液態(tài)的層間密封材料24。
將另一半導(dǎo)體芯片3(以后稱為“第三半導(dǎo)體芯片3T”)接合到第二半導(dǎo)體芯片3S上的情況也能夠假設(shè)為同樣的結(jié)構(gòu)。
圖6(c)表示將三個半導(dǎo)體芯片3層疊接合到固體裝置2上的情況。在圖6(c)所示截面中，貫通電極7出現(xiàn)在第一到第三半導(dǎo)體芯片3F、3S，3T周邊部(兩端部附近)的2個位置和第二半導(dǎo)體芯片3S的中央部位上。另一方面，表面?zhèn)冗B接部件11被接合到第一到第三半導(dǎo)體芯片3F、3S，3T周邊部所設(shè)置的貫通電極7以及第三半導(dǎo)體芯片3T表面3a中央部位。
第二半導(dǎo)體芯片3S的各個表面?zhèn)冗B接部件11被設(shè)置于與第一半導(dǎo)體芯片3F各個貫通電極7對應(yīng)的位置，第三半導(dǎo)體芯片3T的各個表面?zhèn)冗B接部件11被設(shè)置于與第二半導(dǎo)體芯片3S各個貫通電極7對應(yīng)的位置。需要將這些表面?zhèn)冗B接部件11與對應(yīng)貫通電極7分別電連接。
在第一和第二半導(dǎo)體芯片3F、3S的表面3a中央部、在與第三半導(dǎo)體芯片3T中央部的表面?zhèn)冗B接部件11相對應(yīng)的位置上分別設(shè)置虛擬表面?zhèn)冗B接部件11D，其具有與各個半導(dǎo)體芯片3F、3S所設(shè)置的表面?zhèn)冗B接部件11幾乎相同的突出高度。
對于第一和第二半導(dǎo)體芯片3F、3S，其周邊部和中央部被來自下方的由在其各個表面3a上幾乎均勻(以幾乎恒定密度)配置的表面?zhèn)冗B接部件11和虛擬表面?zhèn)冗B接部件11D所支撐。在第二半導(dǎo)體芯片3S中，在按壓第三半導(dǎo)體芯片3T之表面?zhèn)冗B接部件11的貫通電極7(背面?zhèn)冗B接部件12)的下方，必定存在表面?zhèn)冗B接部件11或者虛擬表面?zhèn)冗B接部件11D。
根據(jù)上述，在第三半導(dǎo)體芯片3T接合前和接合時，第二和第一半導(dǎo)體芯片3S，3F不會彎曲。因此，在能夠?qū)⒌谌雽?dǎo)體芯片3T中央部的表面?zhèn)冗B接部件11和第二半導(dǎo)體芯片3S中央部的貫通電極7電連接的同時，還能夠容易地將液態(tài)層間密封材料24注入到固體裝置2和第一到第三半導(dǎo)體芯片3F、3S，3T的間隙中。
這樣，優(yōu)選地，表面?zhèn)冗B接部件11和虛擬表面?zhèn)冗B接部件11D被幾乎均勻地(以幾乎恒定的密度)配置在各個半導(dǎo)體芯片3的表面3a上。由此，半導(dǎo)體芯片3由于被表面?zhèn)冗B接部件11和虛擬表面?zhèn)冗B接部件11D在面內(nèi)方向上幾乎被均勻地支撐，因此能夠使得不會彎曲(彎曲少)。
相對于任意半導(dǎo)體芯片3的表面?zhèn)冗B接部件11，在其下(固體裝置2側(cè))具有的整個半導(dǎo)體芯片3的對應(yīng)位置上，優(yōu)選設(shè)置表面?zhèn)冗B接部件11或者虛擬表面?zhèn)冗B接部件11D。由此，能夠使具有按壓表面?zhèn)冗B接部件11的貫通電極7(背面?zhèn)冗B接部件12)的半導(dǎo)體芯片3不彎曲，能夠使該表面?zhèn)冗B接部件11和該貫通電極7良好地接合。
圖7(a)和圖7(b)是表示本發(fā)明第二實施方式半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)的圖解截面圖。圖7(a)和圖7(b)中，對于與圖1、圖2(a)和圖2(b)所示各個部分相對應(yīng)的部分采用與圖1、圖2(a)和圖2(b)相同的參考標(biāo)記并省略說明。圖7(a)示出了該半導(dǎo)體裝置的整體，圖7(b)放大示出了鄰接的2個半導(dǎo)體芯片附近。
參考圖7(a)，代替圖1、圖2(a)和圖2(b)所示半導(dǎo)體裝置1的3個半導(dǎo)體芯片3，本半導(dǎo)體裝置41包括從固體裝置2側(cè)開始被順序配置的3個半導(dǎo)體芯片43、44、45。半導(dǎo)體芯片43、44、45分別具有貫通電極47、48、49。在垂直往下看半導(dǎo)體芯片43、44、45的俯視圖中，各個半導(dǎo)體芯片43、44、45的貫通電極47、48、49與另一半導(dǎo)體芯片43、44、45的貫通電極47、48、49被配置成不重疊。
圖7(b)表示半導(dǎo)體芯片43和半導(dǎo)體芯片44的相面對部分。貫通孔5內(nèi)幾乎由貫通電極47，48完全填滿。在半導(dǎo)體芯片44的表面44a側(cè)，表面?zhèn)冗B接部件11被接合在貫通電極48上，表面?zhèn)冗B接部件11從表面44a中突出。
在半導(dǎo)體芯片43的背面43b側(cè)，貫通電極47的端面和半導(dǎo)體基板8的表面變成幾乎拉平，貫通電極47所連接的重新布線40被形成在該面上。在半導(dǎo)體基板8的背面43b側(cè)，形成了背面保護膜46，使得覆蓋半導(dǎo)體基板8和重新布線40。背面保護膜46的厚度比重新布線40的厚。
在半導(dǎo)體基板8的背面43b側(cè)(重新布線40和背面保護膜46之間)，形成除了貫通孔5部分之外在整個面上的絕緣膜(未圖示)。由此，使重新布線40和半導(dǎo)體基板8電絕緣。在該絕緣膜和重新布線40之間，形成了阻擋金屬層(未圖示)，使得在垂直往下看半導(dǎo)體基板8的俯視圖中，其幾乎與重新布線40重疊。因此，即使重新布線40是由容易向半導(dǎo)體基板8擴散的金屬原子構(gòu)成時，也能夠防止(抑制)這種金屬原子向半導(dǎo)體基板8的擴散。
在背面保護膜46上形成開口46a。在該開口46a內(nèi)露出一部分重新布線40。重新布線40從開口46a的露出部分變成背面?zhèn)冗B接部件42。背面保護膜46的表面(半導(dǎo)體芯片43的背面43b)除開口46a之外均為平坦。
背面保護膜46與半導(dǎo)體裝置1的背面保護膜10相同由電絕緣材料構(gòu)成。通過表面保護膜9和背面保護膜46，除了表面?zhèn)冗B接部件11和背面?zhèn)冗B接部件42之外，整個半導(dǎo)體基板8都被電絕緣。重新布線40通過背面保護膜46在物理上被保護。
半導(dǎo)體芯片43、44、45除了貫通電極47、48、49的形成位置不同之外具有同樣的結(jié)構(gòu)。
表面?zhèn)冗B接部件11由比背面?zhèn)冗B接部件42(重新布線40)更容易變形(柔軟)的材料構(gòu)成。在垂直往下看半導(dǎo)體芯片43、44的俯視圖中，半導(dǎo)體芯片44的表面?zhèn)冗B接部件11所占有的區(qū)域幾乎被完全包含在半導(dǎo)體芯片43的背面?zhèn)冗B接部件42所占有的區(qū)域內(nèi)。
在半導(dǎo)體芯片43中，背面?zhèn)冗B接部件42的上面成為用于與半導(dǎo)體芯片44接合的接合面，該接合面在距背面43b(背面保護膜46表面)深度為D2的位置。由開口46a在背面43b上形成了凹部分50，背面?zhèn)冗B接部件42的接合面構(gòu)成凹部分50的底部。在半導(dǎo)體芯片44中，表面?zhèn)冗B接部件11以距表面44a(表面保護膜9的表面)的突出高度H2突出。突出高度H2比深度D2大。
半導(dǎo)體芯片44的表面?zhèn)冗B接部件11被接合到半導(dǎo)體芯片43的背面?zhèn)冗B接部件42。由此，半導(dǎo)體芯片43和半導(dǎo)體芯片44在機械接合的同時被電連接。半導(dǎo)體芯片43的背面?zhèn)冗B接部件42的接合面(和半導(dǎo)體芯片44的表面?zhèn)冗B接部件11之間的接合部分)在凹部分50內(nèi)。在表面?zhèn)冗B接部件11和凹部分50(開口46a)內(nèi)側(cè)壁之間形成了凹部分內(nèi)間隙18。
與半導(dǎo)體芯片43、44的情況相同進行半導(dǎo)體芯片44和半導(dǎo)體芯片45的接合。
該半導(dǎo)體裝置41能夠用與圖1、圖2(a)和圖2(b)所示半導(dǎo)體裝置1相同的方法制造。半導(dǎo)體芯片43、44、45能夠由焊接工具32吸引保持其背面43b而與固體裝置2和另一半導(dǎo)體芯片43、44接合。
圖8是放大表示焊接工具32和半導(dǎo)體芯片43之間接觸部分附近的圖解截面圖。
由于焊接工具32接觸半導(dǎo)體芯片43的面和半導(dǎo)體芯片43的背面43b(背面保護膜46的表面)是平坦的，因此半導(dǎo)體芯片43除了開口46a部分之外以幾乎整個背面43b接觸焊接工具32。由此，半導(dǎo)體芯片43的整個背面3b幾乎均勻地受到由焊接工具32對半導(dǎo)體芯片43施加的力。
背面?zhèn)冗B接部件42的接合面由于在距背面3b深度為D2的位置上，因此背面?zhèn)冗B接部件42不接觸焊接工具32。因此，背面?zhèn)冗B接部件42的表面不會因與焊接工具32的接觸導(dǎo)致被污染，也不會發(fā)生因背面?zhèn)冗B接部件42變形使鄰接的2個背面?zhèn)冗B接部件42電短路。
而且，通過使背面?zhèn)冗B接部件42不變形，當(dāng)從焊接工具32對半導(dǎo)體芯片43、44、45提供超聲波振動時，超聲波振動不發(fā)生大的衰減而傳遞到接合部分(半導(dǎo)體芯片43、44、45的表面?zhèn)冗B接部件11與固體裝置2的固體裝置側(cè)連接部件13或者半導(dǎo)體芯片43、44的背面?zhèn)冗B接部件42之間的接觸部分等)。由此，使半導(dǎo)體芯片43、44的表面?zhèn)冗B接部件11與固體裝置2的固體裝置側(cè)連接部件13或者半導(dǎo)體芯片43的背面?zhèn)冗B接部件42良好地接合。
圖9(a)和圖9(b)是表示在將半導(dǎo)體芯片44接合到固體裝置2所接合的半導(dǎo)體芯片43上時的狀態(tài)的圖解截面圖。圖9(a)表示固體裝置2和半導(dǎo)體芯片43、44的整體，圖9(b)放大表示半導(dǎo)體芯片43的背面43b和半導(dǎo)體芯片44的表面44a之間的相面對部分。
參考圖9(b)，固體裝置2和半導(dǎo)體芯片43等接合之前表面?zhèn)冗B接部件11的從表面44a(表面保護膜9的表面)突出的突出高度H2INI比接合后表面?zhèn)冗B接部件11的突出高度H2(參考圖7(a)和圖7(b))大，因此，也比背面?zhèn)冗B接部件42之接合面距背面43b(背面保護膜46的表面)的深度D2大。
通過位置對準，使得在垂直往下看半導(dǎo)體芯片43、44的俯視圖中，表面?zhèn)冗B接部件11所占有的區(qū)域被完全包含在背面?zhèn)冗B接部件42所占有的區(qū)域內(nèi)(凹部分50內(nèi))。
接著，通過使焊接工具32下降，使表面?zhèn)冗B接部件11和背面?zhèn)冗B接部件42接觸并相互按壓接合。當(dāng)表面?zhèn)冗B接部件11和背面?zhèn)冗B接部件42接合時，根據(jù)需要，可通過焊接工具32對接合部分施加超聲波振動。這樣，使半導(dǎo)體芯片43的背面?zhèn)冗B接部件42和半導(dǎo)體芯片44的表面?zhèn)冗B接部件11良好接合。
圖10是表示本發(fā)明第三實施方式半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)的圖解截面圖。圖10中，對于與圖1、圖2(a)和圖2(b)所示各個部分相對應(yīng)的部分采用與圖1、圖2(a)和圖2(b)相同的參考標(biāo)記并省略說明。
該半導(dǎo)體裝置51盡管具有與圖1、圖2(a)和圖2(b)所示半導(dǎo)體裝置1類似的結(jié)構(gòu)，但其具有半導(dǎo)體芯片53替代半導(dǎo)體芯片3。
半導(dǎo)體芯片53盡管具有與半導(dǎo)體芯片3類似的結(jié)構(gòu)，但在其背面保護膜10上形成了樹脂材料層55。樹脂材料層55盡管優(yōu)選由氟化乙烯樹脂(4氟化乙烯樹脂)或者聚酰亞胺構(gòu)成，但也可以由環(huán)氧樹脂、丙稀樹脂等構(gòu)成。當(dāng)樹脂材料層55由聚酰亞胺等電絕緣性高的材料構(gòu)成時，背面保護膜10可以用樹脂材料層55替用。就是說，這種情況下，可以不另外設(shè)置背面保護膜10。
在樹脂材料層55上形成開口55a，使得在垂直往下看半導(dǎo)體芯片53的俯視圖中，幾乎與背面保護膜10的開口10a重疊。樹脂材料層55的表面除了開口55a部分之外大致成平坦。在背面?zhèn)冗B接部件12的上面構(gòu)成了用于與另一半導(dǎo)體芯片53接合的接合面。該接合面處于距半導(dǎo)體芯片53背面53b(樹脂材料層55表面)深度為D3的位置，在背面?zhèn)冗B接部件12上形成了凹部分54。
表面?zhèn)冗B接部件11的從表面53a突出的突出高度H3比深度D3大。
這種半導(dǎo)體裝置51能夠用與半導(dǎo)體裝置1制造方法(參考圖3A到圖3D)相同的方法制造，半導(dǎo)體芯片53能夠通過用焊接工具32保持和接合到固體裝置2上或者與固體裝置2接合的另一半導(dǎo)體芯片53上。
圖11是表示半導(dǎo)體芯片53和焊接工具32之間接觸部分附近的圖解截面圖。
半導(dǎo)體芯片53其背面53b被吸引保持在焊接工具32上，使樹脂材料層55和焊接工具32接觸。
接合時，當(dāng)從焊接工具32向半導(dǎo)體芯片53施加超聲波振動時，有時在這些接觸面內(nèi)焊接工具32和半導(dǎo)體芯片53會錯開。
如半導(dǎo)體裝置1之半導(dǎo)體芯片3(參考圖2(b))那樣，當(dāng)在背面3b上不形成樹脂材料層55時，這樣做有時會因焊接工具32和半導(dǎo)體芯片3摩擦而在半導(dǎo)體芯片3上產(chǎn)生芯片裂紋。當(dāng)背面保護膜10由氮化硅和氧化硅等脆性材料構(gòu)成時，這種裂紋會進入背面保護膜10中。
在半導(dǎo)體基板8由硅構(gòu)成的情況下，有時在半導(dǎo)體芯片3、53或者半導(dǎo)體裝置1、51制造工序(例如劃線(scribe)工序)中產(chǎn)生的硅的微小片(以后稱為“硅屑”)會附著在焊接工具122或者半導(dǎo)體芯片3、53的背面3b、53b上。此時，如果通過焊接工具32吸引保持半導(dǎo)體芯片3、53，則在焊接工具32和半導(dǎo)體芯片3、53之間有時會夾有硅屑。
如半導(dǎo)體芯片3，當(dāng)在背面3b上不形成樹脂材料層55時，在具有硅屑的狀態(tài)下，如果通過焊接工具32對半導(dǎo)體芯片3施加力，則有時通過該硅屑會在半導(dǎo)體芯片3背面3b附近(例如背面保護膜10)進入裂紋。
與此相反，如半導(dǎo)體芯片53，當(dāng)在背面53b上形成了樹脂材料層55時，焊接工具32接觸該樹脂材料層55，而不直接接觸背面保護膜10等半導(dǎo)體芯片53由脆性材料構(gòu)成的部分。由于樹脂材料層55具有彈性和延展性，因此即使在焊接工具32和樹脂材料層55之間發(fā)生錯位，也不會將裂紋引入到半導(dǎo)體芯片53(樹脂材料層55和背面保護膜10)上。
即使在焊接工具32和半導(dǎo)體芯片53之間夾有硅屑時，通過硅屑附近樹脂材料層55變形，能夠緩解局部應(yīng)力集中，從而不會使裂紋進入半導(dǎo)體芯片53。
圖12是表示本發(fā)明第四實施方式半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)的圖解截面圖。圖12中，對于與圖1、圖2(a)和圖2(b)所示各個部分相對應(yīng)的部分采用與圖1、圖2(a)和圖2(b)相同的參考標(biāo)記并省略說明。
該半導(dǎo)體裝置61具有與圖1、圖2(a)和圖2(b)所示半導(dǎo)體裝置1類似的結(jié)構(gòu)，包括半導(dǎo)體芯片63，替代半導(dǎo)體芯片3。半導(dǎo)體芯片63具有與半導(dǎo)體芯片3類似的結(jié)構(gòu)，在表面63a側(cè)，在貫通電極7上設(shè)置了扁平的球狀連接部件即表面?zhèn)冗B接部件66。表面?zhèn)冗B接部件66例如由金構(gòu)成。
距半導(dǎo)體芯片63表面63a(表面保護膜9表面)之表面?zhèn)冗B接部件66的突出高度H4比距背面?zhèn)冗B接部件12的上端面(用于與另一半導(dǎo)體芯片63接合的接合面)之背面63b(背面保護膜10的表面)的深度D4大。在鄰接的2個半導(dǎo)體芯片63之間，使一個半導(dǎo)體芯片63的表面?zhèn)冗B接部件66和另一個半導(dǎo)體芯片63的背面?zhèn)冗B接部件12相接合。
該半導(dǎo)體裝置61能夠用與半導(dǎo)體裝置1制造方法(參考圖3A到圖3D)類似的方法制造。
圖13是用于說明半導(dǎo)體裝置61制造方法的圖解截面圖，其表示了接合在固體裝置2上的半導(dǎo)體芯片63的背面63b和焊接工具32所保持的半導(dǎo)體芯片63的表面63a之間的相面對部分。
表面?zhèn)冗B接部件66是通過使用引線焊接技術(shù)所形成的所謂球形凸塊。接合前的表面?zhèn)冗B接部件66在扁平球狀部分的前端具有直徑比該球狀部分66S還小的短線狀的突起66W。突起66W距表面63a的前端高度H4INI比接合后表面?zhèn)冗B接部件66的從表面63a突出的突出高度H4大。球狀部分66S在與突起66W連接部的周圍具有平坦面66F。
這種形狀的表面?zhèn)冗B接部件66能夠通過下述方法形成。首先，通過使用安裝了能夠插通焊接線之毛細管的線焊機，使焊接線(當(dāng)形成由金構(gòu)成的表面?zhèn)冗B接部件66時，為金構(gòu)成的焊接線)從毛細管前端僅僅突出適當(dāng)?shù)拈L度。然后，用焊槍熔化焊接線的該突出部形成球形狀。使得球形狀部分的最大寬度比凹部分14(開口10a)的寬度小。
接著，移動毛細管，使該球形狀部分壓焊在半導(dǎo)體芯片63表面63a中的貫通電極7上。此時，通過使球形狀部分按壓在毛細管的前端而形成平坦面66F。最后，在球形狀部分(球狀部分66S)的附近切斷焊接線，獲得在貫通電極7上所接合的表面?zhèn)冗B接部件66。切斷的球狀部分66S側(cè)所剩余的焊接線構(gòu)成突起66W。
接合表面?zhèn)冗B接部件66和背面?zhèn)冗B接部件12時，表面?zhèn)冗B接部件66前端具有的突起66W按壓背面?zhèn)冗B接部件12。焊接線狀的突起66W容易變形而能夠吸收所施加的力。因此，能夠防止背面?zhèn)冗B接部件12和其附近的應(yīng)力集中，能夠防止發(fā)生芯片裂紋特別是在絕緣膜6I和阻擋金屬層6B中發(fā)生裂紋(貫通電極結(jié)構(gòu)的破壞)。
圖14是表示本發(fā)明第五實施方式半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)的圖解截面圖。圖14中，對于與圖1、圖2(a)和圖2(b)所示各個部分相對應(yīng)的部分采用與圖1、圖2(a)和圖2(b)相同的參考標(biāo)記并省略說明。
該半導(dǎo)體裝置71具有與圖1、圖2(a)和圖2(b)所示半導(dǎo)體裝置1類似的結(jié)構(gòu)，包括半導(dǎo)體芯片73而替代半導(dǎo)體芯片3。半導(dǎo)體芯片73具有與半導(dǎo)體芯片3類似的結(jié)構(gòu)，在半導(dǎo)體芯片73的背面73b側(cè)，在貫通電極7上設(shè)置了扁平的球狀連接部件即背面?zhèn)冗B接部件72，替代背面?zhèn)冗B接部件12。
就是說，在圖12和圖13所示半導(dǎo)體裝置61中，球狀連接部件即表面?zhèn)冗B接部件66設(shè)置在半導(dǎo)體芯片63的表面63a側(cè)，與此相反，在該半導(dǎo)體裝置71中，球狀連接部件即背面?zhèn)冗B接部件72設(shè)置在半導(dǎo)體芯片73的背面73b側(cè)。
背面?zhèn)冗B接部件72的寬度比凹部分14的寬度小，背面?zhèn)冗B接部件72與凹部分14內(nèi)側(cè)壁留出間隔配置。
背面?zhèn)冗B接部件72配置在貫通孔5內(nèi)(貫通電極7上的凹部分14內(nèi))，背面?zhèn)冗B接部件72的上面成為用于與另一半導(dǎo)體芯片73接合的接合面。該接合面在距半導(dǎo)體芯片73背面73b的深度為D5的位置。表面?zhèn)冗B接部件11的從表面73a(表面保護膜9表面)突出的突出高度H5比背面?zhèn)冗B接部件72接合面距背面73b(背面保護膜10表面)的深度D5大。在鄰接的2個半導(dǎo)體芯片73之間，接合了一個半導(dǎo)體芯片73的表面?zhèn)冗B接部件11和另一個半導(dǎo)體芯片73的背面?zhèn)冗B接部件72。
這種半導(dǎo)體裝置71能夠用與半導(dǎo)體裝置61制造方法(參考圖13)類似的方法制造。
圖15是用于說明半導(dǎo)體裝置71制造方法的圖解截面圖，其表示了固體裝置2側(cè)的半導(dǎo)體芯片73的背面73b和焊接工具32所保持的半導(dǎo)體芯片73的表面73a之間的相面對部分。
背面?zhèn)冗B接部件72是通過使用引線焊接技術(shù)所形成的所謂球形凸塊。接合前的背面?zhèn)冗B接部件72在扁平球狀部分72S的前端具有直徑比該球狀部分還小的短焊接線狀的突起72W。背面?zhèn)冗B接部件72(突起72W)的前端位置幾乎處于包含背面73b的平面上。球狀部分72S在與突起72W連接部的周圍具有平坦面72F。
這種形狀的背面?zhèn)冗B接部件72能夠通過與半導(dǎo)體裝置61表面?zhèn)冗B接部件66(參考圖13)相同的方法制造。但是，由于需要將球狀部分72S配置在凹部分14內(nèi)，因此毛細管的寬度和球狀部分72S的最大寬度都必須比凹部分14的寬度窄。
接合表面?zhèn)冗B接部件11和背面?zhèn)冗B接部件72時，背面?zhèn)冗B接部件72前端具有的突起72W按壓表面?zhèn)冗B接部件11。焊接線狀的突起72W容易變形而能夠吸收所施加的力。與凹部分14的寬度相比，由于突起72W足夠小，因此不會受到凹部分14內(nèi)側(cè)壁限制而能夠變形。通過使球狀部分728與凹部分14內(nèi)側(cè)壁留出間隔配置，因此與背面?zhèn)冗B接部件12(參考圖2(b)和圖5)相比，球狀部分72S也容易變形。
根據(jù)上述，即使在背面?zhèn)冗B接部件72比表面?zhèn)冗B接部件11更容易變形的情況下，也能夠防止背面?zhèn)冗B接部件72及其附近的應(yīng)力集中，能夠防止發(fā)生芯片裂紋特別是在絕緣膜6I和阻擋金屬層6B中發(fā)生裂紋(貫通電極結(jié)構(gòu)的破壞)。
圖16(a)和圖16(b)是表示本發(fā)明第六實施方式半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)的圖解截面圖。圖16(a)和圖1 6(b)中，對于與圖1、圖2(a)和圖2(b)所示各個部分相對應(yīng)的部分采用與圖1、圖2(a)和圖2(b)相同的參考標(biāo)記并省略說明。
該半導(dǎo)體裝置81具有與圖1、圖2(a)和圖2(b)所示半導(dǎo)體裝置1類似的結(jié)構(gòu)，包括半導(dǎo)體芯片83而替代半導(dǎo)體芯片3。圖16(a)表示半導(dǎo)體裝置81整體結(jié)構(gòu)，圖16(b)表示鄰接的2個半導(dǎo)體芯片83的接合部分。
參考圖16(a)，半導(dǎo)體芯片83具有與半導(dǎo)體芯片3類似的結(jié)構(gòu)，其包括表面?zhèn)冗B接部件86替代表面?zhèn)冗B接部件11。表面?zhèn)冗B接部件86包括由固相線溫度(熔點)為60℃到370℃的焊錫材料構(gòu)成的焊錫部分86S和由比焊錫部分86S更高固相線溫度的金屬(例如銅等高熔點金屬)構(gòu)成的高熔點金屬部分86H。高熔點金屬部分86H通過介入表面保護膜9的開口9a而連接到貫通電極7，其具有柱狀外形和從半導(dǎo)體芯片83的表面83a(表面保護膜9的表面)突出。
在鄰接的2個半導(dǎo)體芯片83之間，通過介入在它們之間所配置的焊錫部分86S將一個半導(dǎo)體芯片83的高熔點金屬部分86H和另一個半導(dǎo)體芯片83的背面?zhèn)冗B接部件12接合(連接)。焊錫部分86S與高熔點金屬部分86H的前端面和其附近側(cè)面以及背面?zhèn)冗B接部件12表面的幾乎整個面相接觸。
半導(dǎo)體裝置81還包括具有與半導(dǎo)體芯片15類似結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體芯片(以后稱為“最上層芯片”)83U(參考圖16(a))以替代半導(dǎo)體裝置1的半導(dǎo)體芯片15(參考圖1)。最上層芯片83U除了不包括貫通孔5和貫通電極7之外，具有與半導(dǎo)體芯片83同樣的結(jié)構(gòu)，其包括在前端形成了焊錫部分86S的表面?zhèn)冗B接部件86。在半導(dǎo)體芯片83和最上層芯片83U之間，通過焊錫部分86S使半導(dǎo)體芯片83的背面?zhèn)冗B接部件12和最上層芯片83U的高熔點金屬部分86H接合(連接)。
該半導(dǎo)體裝置81能夠按下述制造。
圖17(a)和圖17(b)是用于說明半導(dǎo)體裝置81制造方法的圖解截面圖，其表示了對置的第一和第二半導(dǎo)體芯片83(以后分別稱為“第一半導(dǎo)體芯片83F”、“第二半導(dǎo)體芯片83S”)。圖17(a)表示固體裝置2和第一與第二半導(dǎo)體芯片83F，83S的整體，圖17(b)放大表示第一半導(dǎo)體芯片83F的背面83b和焊接工具32上所保持的第二半導(dǎo)體芯片83S的表面83a之間的相面對部分。
首先，與半導(dǎo)體裝置1的制造方法相同，將固體裝置2放置在焊接臺面21上(參考圖17(a))。然后，將第一級半導(dǎo)體芯片83(第一半導(dǎo)體芯片83F)以使其背面83b吸附到焊接工具32的狀態(tài)保持。在焊接工具32的內(nèi)部，假設(shè)將加熱器插入到半導(dǎo)體芯片83的吸附面附近。在吸附保持第一半導(dǎo)體芯片83F時，不用加熱器加熱。
下面，使焊接工具32移動，使第一半導(dǎo)體芯片83F的表面83a和焊接臺面31上裝載的固體裝置2的表面2a相對。接著，使固體裝置側(cè)連接部件13和與第一半導(dǎo)體芯片83F對應(yīng)的表面?zhèn)冗B接部件86位置對準。
在該狀態(tài)下，通過焊接工具32使第一半導(dǎo)體芯片83F下降，將第一半導(dǎo)體芯片83F設(shè)置在固體裝置2上。此時，在第一半導(dǎo)體芯片83F上幾乎不施加負荷。
接著，使另一半導(dǎo)體芯片83(第二半導(dǎo)體芯片83S)保持在焊接工具32上，與固體裝置2上放置的第一半導(dǎo)體芯片83F相對。
參考圖17(b)，在接合前的表面?zhèn)冗B接部件86中，焊錫部分86S以膜狀形成在高熔點金屬部分86H的前端面上。在半導(dǎo)體芯片83的背面83b中，貫通電極7之凹部分14的容積要比因焊錫部分86S熔化所產(chǎn)生熔液的體積要足夠的大。
在接合前的半導(dǎo)體芯片83中，距表面83a(表面保護膜9的表面)之表面?zhèn)冗B接部件86的突出高度H6INI比背面?zhèn)冗B接部件12距背面83b(背面保護膜10的表面)的深度D6大。在垂直往下看半導(dǎo)體芯片83的俯視圖中，具有表面?zhèn)冗B接部件86所占有區(qū)域能夠包含在背面?zhèn)冗B接部件12(凹部分14)所占有區(qū)域中的尺寸。通過位置對準，使得在該俯視圖中，表面?zhèn)冗B接部件86所占有區(qū)域能被完全包含在背面?zhèn)冗B接部件12所占有區(qū)域內(nèi)。
在該狀態(tài)下，通過焊接工具32使第二半導(dǎo)體芯片83S下降，將第二半導(dǎo)體芯片83S放置在固體裝置2上所放置的第一半導(dǎo)體芯片83F上。第二半導(dǎo)體芯片83S的表面?zhèn)冗B接部件86與第一半導(dǎo)體芯片83F的背面?zhèn)冗B接部件12接觸。
同樣，將第三級半導(dǎo)體芯片(以后稱為“第三半導(dǎo)體芯片”)83暫時放置在第二半導(dǎo)體芯片83S上。在暫時放置任何一個半導(dǎo)體芯片83時，都不通過焊接工具32的加熱器進行加熱，在半導(dǎo)體芯片83上幾乎不施加負荷。
在將半導(dǎo)體芯片83暫時放置在固體裝置2和另一半導(dǎo)體芯片83上之前，也可以將焊劑轉(zhuǎn)印在表面?zhèn)冗B接部件86的前端。此時，通過焊劑的粘附力，能夠?qū)⒐腆w裝置側(cè)連接部件13和背面?zhèn)冗B接部件12以及表面?zhèn)冗B接部件86暫時固定。
之后，一齊接合最上層芯片83U、半導(dǎo)體芯片83以及固體裝置2。
圖18是用于說明一齊接合最上層芯片83U、半導(dǎo)體芯片83以及固體裝置2之方法的圖解截面圖。
首先，與半導(dǎo)體芯片83的情況相同，使最上層芯片83U保持在焊接工具32上。接著，通過在焊接工具32內(nèi)部所插入的加熱器H，將最上層芯片83U加熱到為焊錫部分86S固相線溫度或者以上并且為高熔點金屬部分86H的固相線溫度以下的溫度。由此，通過熔化最上層芯片83U的焊錫部分86S來產(chǎn)生熔液。
在該狀態(tài)下，使焊接工具32移動，使最上層芯片83U的表面?zhèn)冗B接部件86和第三半導(dǎo)體芯片83T的背面?zhèn)冗B接部件12接觸，成為焊錫部分86S的熔液介于該背面?zhèn)冗B接部件12和最上層芯片83U的高熔點金屬部分86H之間的狀態(tài)。
來自焊接工具32的熱也在第三、第二和第一半導(dǎo)體芯片83T、83S、83F上傳播，各個半導(dǎo)體芯片83的焊錫部分86S也產(chǎn)生熔液。由此，也成為焊錫部分86S的熔液介于鄰接的2個半導(dǎo)體芯片83之間、介于背面?zhèn)冗B接部件12和高熔點金屬部分86H之間以及介于固體裝置2的固體裝置側(cè)連接部件13和第一半導(dǎo)體芯片83F的高熔點金屬部分86H之間的狀態(tài)。通過使貫通電極7之凹部分14的容積比焊錫部分86S熔液的體積充分的大，焊錫部分86S的熔液不會從凹部分14中溢出。
由焊接工具32的加熱在規(guī)定時間過去之后結(jié)束。由此，焊錫部分86S的熔液固化，使得固體裝置側(cè)連接部件13和背面?zhèn)冗B接部件12以及高熔點金屬部分86H之間通過焊錫部分86S接合。
對于諸如焊錫部分86S量少的情況、接合溫度高的情況以及接合時間長的情況，焊錫部分86S會因與固體裝置側(cè)連接部件13、背面?zhèn)冗B接部件12以及高熔點金屬部分86H之間的合金化而消失。此時，在固體裝置側(cè)連接部件13和背面?zhèn)冗B接部件12以及高熔點金屬部分86H之間，會通過由構(gòu)成焊錫部分86S的金屬原子、構(gòu)成固體裝置側(cè)連接部件13或者背面?zhèn)冗B接部件12的金屬原子、以及構(gòu)成高熔點金屬部分86H的金屬原子所構(gòu)成的合金層接合。
這樣，固體裝置側(cè)連接部件13和背面?zhèn)冗B接部件12以及高熔點金屬部分86H由于通過焊錫部分86S的熔化和固化而接合，因此在接合時，不需要加壓半導(dǎo)體芯片83和最上層芯片83U。因此，與通過加壓使固體裝置側(cè)連接部件13和背面?zhèn)冗B接部件12、72與表面?zhèn)冗B接部件11、66接合的情況(例如參考圖3B和圖3D)相比，其能夠使芯片裂紋更難于產(chǎn)生。
在焊接臺面31的內(nèi)部也可以插入加熱器，這種情況下，在通過焊接工具32的加熱器H進行加熱的同時，還可以同時進行通過焊接臺面31之加熱器的加熱。
在僅僅介入最上層芯片83U的加熱中，在下方半導(dǎo)體芯片83的焊錫部分86S沒有充分熔化的情況下，每次接合各個半導(dǎo)體芯片83和最上層芯片83U時，都可以加熱該半導(dǎo)體芯片83和最上層芯片83U。
而且，在將整個半導(dǎo)體芯片83和最上層芯片83U層疊在固體裝置2上進行暫時放置之后，可以通過爐子或者回流爐加熱來一齊進行固體裝置2、半導(dǎo)體芯片83以及最上層芯片83U的接合(焊錫部分86S熔化)。這種情況下，在將固體裝置側(cè)連接部件13以及背面?zhèn)冗B接部件12與表面?zhèn)冗B接部件86接合時，在接合部分上，只增加了位于該接合部分之上的半導(dǎo)體芯片83和最上層芯片83U的重量。
之后，與半導(dǎo)體裝置1制造方法相同，通過實施固體裝置2和布線基板21之間接合以后的工序，獲得圖16(a)所示半導(dǎo)體裝置81。
圖19(a)和圖19(b)是表示本發(fā)明第七實施方式半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)的圖解截面圖。
該半導(dǎo)體裝置91具有與圖16(a)和圖16(b)所示半導(dǎo)體裝置81類似的結(jié)構(gòu)，包括半導(dǎo)體芯片93替代半導(dǎo)體芯片83。半導(dǎo)體芯片93具有與半導(dǎo)體芯片83類似的結(jié)構(gòu)，包括表面?zhèn)冗B接部件96以替代表面?zhèn)冗B接部件86。
表面?zhèn)冗B接部件96包括由固相線溫度為60℃到370℃的焊錫材料構(gòu)成的焊錫部分96S和由比焊錫部分96S更高固相線溫度的高熔點金屬部分96H。高熔點金屬部分96H通過介入表面保護膜9的開口9a而連接到貫通電極7，其從半導(dǎo)體芯片93的表面93a(表面保護膜9表面)中突出。
高熔點金屬部分96H具有與開口9a相比開口9a外的尺寸寬度大的蘑菇形狀的外形。在半導(dǎo)體芯片93的背面93b側(cè)，在貫通電極7(背面?zhèn)冗B接部件12)上形成了凹部分94。在垂直往下看半導(dǎo)體芯片93的俯視圖中，高熔點金屬部分96H所占有區(qū)域比凹部分94和背面?zhèn)冗B接部件12所占有區(qū)域?qū)挕?br> 在半導(dǎo)體芯片93的背面93b側(cè)(背面保護膜10上)形成了焊錫保護膜95。
在鄰接的2個半導(dǎo)體芯片93之間，焊錫部分96S介于一個半導(dǎo)體芯片93的高熔點金屬部分96H和另一個半導(dǎo)體芯片93的背面?zhèn)冗B接部件12之間。而且，在焊錫部分96S和背面?zhèn)冗B接部件12之間形成了包括構(gòu)成焊錫部分96S之金屬原子和構(gòu)成背面?zhèn)冗B接部件12之金屬原子的合金層92。高熔點金屬96H和背面?zhèn)冗B接部件12通過介入焊錫部分96S和合金層92接合(連接)。
凹部分94內(nèi)幾乎由合金層92和焊錫部分96S填滿。焊錫部分96S稍微擴展到凹部分94外部，使得覆蓋高熔點金屬部分96H的表面。
半導(dǎo)體裝置91包括與半導(dǎo)體裝置81的最上層芯片83U(參考圖16(a))相當(dāng)?shù)淖钌蠈有酒?3U(參考圖19(a))。最上層芯片93U除了不包括貫通孔5和貫通電極7之外，具有與半導(dǎo)體芯片93相同的結(jié)構(gòu)，包括在焊錫部分96S前端形成的表面?zhèn)冗B接部件96。
該半導(dǎo)體裝置91能夠用與半導(dǎo)體裝置81制造方法(參考圖17(a)和圖17(b))相同的方法制造。固體裝置側(cè)連接部件13和背面?zhèn)冗B接部件12以及表面?zhèn)冗B接部件96能夠通過焊錫部分96S熔化和固化而接合。
圖20(a)和圖20(b)是用于說明半導(dǎo)體裝置91制造方法的圖解截面圖。圖20(a)和圖20(b)表示了在固體裝置2上放置的半導(dǎo)體芯片93(以后稱為“第一半導(dǎo)體芯片93F”)、以及焊接工具32上所保持的與第一半導(dǎo)體芯片93F對置的半導(dǎo)體芯片93(以后稱為“第二半導(dǎo)體芯片93S”)。
圖20(a)表示固體裝置2和第一與第二半導(dǎo)體芯片93F、93S的整體，圖20(b)放大表示第一半導(dǎo)體芯片93F的背面93b和焊接工具32上所保持的第二半導(dǎo)體芯片93S的表面93a之間的相面對部分。
參考圖20(b)，在與固體裝置側(cè)連接部件13或者背面?zhèn)冗B接部件12接合之前的表面?zhèn)冗B接部件96中，焊錫部分96S具有從表面93a以凸?fàn)钔怀龅陌肭蛐螤?，被連接到高熔點金屬部分96H。在垂直往下看半導(dǎo)體芯片93的俯視圖中，焊錫部分96S所占有區(qū)域幾乎與高熔點金屬部分96H所占有區(qū)域重疊。因此，在該俯視圖中，焊錫部分96S所占有區(qū)域比凹部分94所占有區(qū)域?qū)挕?br> 背面?zhèn)冗B接部件12的上面構(gòu)成用于與另一半導(dǎo)體芯片接合的接合部分。該接合部分位于距背面93b的深度D7的位置。焊錫部分96S的體積稍微比凹部分94的容積大。只要滿足該條件，表面?zhèn)冗B接部件96距表面93a的突出高度H7INI也可以比深度D7小。
在第一半導(dǎo)體芯片93F的背面?zhèn)冗B接部件12和第二半導(dǎo)體芯片93S的表面?zhèn)冗B接部件96位置對準之后，使焊接工具32下降，使第二半導(dǎo)體芯片93S放置在第一半導(dǎo)體芯片93F上。此時，半導(dǎo)體芯片93不通過焊接工具32加壓，第二半導(dǎo)體芯片93S的表面?zhèn)冗B接部件96(焊錫部分96S)的前端部成為插入到第一半導(dǎo)體芯片93F的凹部分94內(nèi)的狀態(tài)。
同樣，將另一半導(dǎo)體芯片(以后稱為“第三半導(dǎo)體芯片”)93放置在第一半導(dǎo)體芯片93F上所放置的第二半導(dǎo)體芯片93S上。
下面，與半導(dǎo)體裝置81制造方法(參考圖18)相同，用焊接工具32保持最上層芯片93U，通過來自焊接工具32的加熱使最上層芯片93U和半導(dǎo)體芯片93的焊錫部分96S熔化，從而將固體裝置2、半導(dǎo)體芯片93以及最上層芯片93U接合。
通過熔化使焊錫部分96S具有流動性，稍微施加點力使其容易流入到凹部分94內(nèi)。因此，此時，不會使凹部分94的邊緣(背面保護膜10等)損壞。
焊錫部分96S的熔液盡管稍微從凹部分94中溢出，但通過在半導(dǎo)體芯片93的背面93b側(cè)形成焊錫保護膜95，使從凹部分94溢出的焊錫部分96S的熔液不會浸濕擴展到半導(dǎo)體芯片93的背面93b。
高熔點金屬部分96H不進入到凹部分94內(nèi)，而連接到凹部分94邊緣的焊錫保護膜95上。由此，使半導(dǎo)體芯片93背面93b和另一半導(dǎo)體芯片93或者最上層芯片的表面93a之間的間隔被限制在規(guī)定尺寸以上。因此，從凹部分94溢出的焊錫部分96S的熔液不會與存在于上方的半導(dǎo)體芯片93和最上層芯片的表面93a接觸，焊錫部分96S的熔液也不會浸濕擴展到該表面93a。
當(dāng)焊錫部分96S的熔液有可能到達表面93a時，也可以在表面93a側(cè)設(shè)置焊錫保護膜95。這樣，通過在半導(dǎo)體芯片93的背面93b(根據(jù)需要為表面93a)上設(shè)置焊錫保護膜95，由于能夠避免固化后的焊錫部分96S成為沿著背面93b方向的擴展?fàn)顟B(tài)，因此能夠謀求表面?zhèn)冗B接部件96(貫通電極7)的窄間距化。
通過焊錫部分96S的熔液接觸背面?zhèn)冗B接部件12，在焊錫部分96S和背面?zhèn)冗B接部件12之間形成合金層92。同樣，在固體裝置側(cè)連接部件13和焊錫部分96S之間也形成合金層。而且，在高熔點金屬部分96和焊錫部分96S之間也形成合金層(未圖示)。
通過焊接工具32的加熱在持續(xù)規(guī)定時間后結(jié)束。由此，焊錫部分86S的熔液固化，使得固體裝置側(cè)連接部件13和高熔點金屬部分96H之間、背面?zhèn)冗B接部件12以及和高熔點金屬部分96H之間，通過焊錫部分86S接合。
在上述實施方式中，在焊錫部分96S由容易變形的金屬(例如銦(In)以及錫(Sn)-鉛(Pb)共晶焊錫)構(gòu)成的情況下，當(dāng)將另一半導(dǎo)體芯片93或者最上層芯片93U放置在半導(dǎo)體芯片93上時，通過用焊接工具32加壓，可以將焊錫部分96S變形而壓入到凹部分94內(nèi)。由此，焊錫部分96S在凹部分94成為鑿密狀態(tài)，這些半導(dǎo)體芯片93和最上層芯片相對移動變得困難。
圖21是表示本發(fā)明第八實施方式半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)的圖解截面圖。圖21中，對于與圖1所示各個部分相對應(yīng)的部分采用與圖1相同的參考標(biāo)記并省略說明。
該半導(dǎo)體裝置1A具有BGA型封裝形式和多片堆疊結(jié)構(gòu)。在固體裝置2上從固體裝置2側(cè)開始順序?qū)盈B了4個半導(dǎo)體芯片26A～26C、15。半導(dǎo)體芯片26A～26C、15其表面(形成功能元件的面)都向著固體裝置2側(cè)，以所謂倒裝方式接合。
除了貫通電極7的配置之外，半導(dǎo)體芯片26A～26C具有與半導(dǎo)體芯片3相同的結(jié)構(gòu)(參考圖2(a)和圖2(b))。半導(dǎo)體芯片26A、26C、15具有幾乎相同的外形和尺寸，在垂直往下看半導(dǎo)體芯片26A、26C、15的俯視圖中，其配置成幾乎重疊。另一方面，在垂直往下看半導(dǎo)體芯片26A～26C、15的俯視圖中，半導(dǎo)體芯片26B比半導(dǎo)體芯片26A、26C、15小。
半導(dǎo)體芯片26A包括3個貫通電極7A1、7A2、7A3，半導(dǎo)體芯片26B包括4個貫通電極7B1、7B2、7B4、7B5，半導(dǎo)體芯片26C包括3個貫通電極7C1、7C4、7C5。
在垂直往下看半導(dǎo)體芯片26A～26C的俯視圖中，貫通電極7A1、7B1、7C1被配置成幾乎重疊(對應(yīng))，貫通電極7A2、7B2被配置成幾乎重疊，貫通電極7B4、7C4被配置成幾乎重疊，貫通電極7B5、7C5被配置成幾乎重疊。
在鄰接的2個半導(dǎo)體芯片26A～26C中，與半導(dǎo)體裝置1相同，對應(yīng)的貫通電極之間通過介入表面?zhèn)冗B接部件11和背面?zhèn)冗B接部件12(參考圖2(a))接合。
另一方面，在半導(dǎo)體芯片26C上沒有設(shè)置在與半導(dǎo)體芯片26A、26B之貫通電極7A2、7B2對應(yīng)(在垂直往下看半導(dǎo)體芯片26A～26C的俯視圖中重疊)位置上的貫通電極，在半導(dǎo)體芯片26A上沒有設(shè)置在與半導(dǎo)體芯片26B、26C之貫通電極7B4、7C4和貫通電極7B5、7C5分別對應(yīng)位置上的貫通電極。貫通電極7B4和貫通電極7A3通過在半導(dǎo)體芯片26A背面(沒有形成功能元件的面)上配設(shè)的布線20而電連接。
如上述，不需要具有對于所有半導(dǎo)體芯片26A～26C共同的在對應(yīng)位置上的貫通電極。
當(dāng)半導(dǎo)體芯片26A、26B容易彎曲時，在半導(dǎo)體芯片26A、26B表面中在與半導(dǎo)體芯片26B、26C之貫通電極7B5、7C5對應(yīng)的位置以及在半導(dǎo)體芯片26A表面中在與半導(dǎo)體芯片26B、26C之貫通電極7B4、7C4對應(yīng)的位置上可以設(shè)置虛擬表面?zhèn)冗B接部件11D(參考圖6(a)到圖6(c))。
通過使半導(dǎo)體芯片26A～26C、15的背面面向固體裝置2相反的一側(cè)，與半導(dǎo)體裝置1的情況相同，該半導(dǎo)體裝置1A能夠通過用焊接工具32保持著半導(dǎo)體芯片26A～26C、15的背面并順次接合到固體裝置2上來制造。
圖22是表示本發(fā)明第九實施方式半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)的圖解截面圖。圖22中，對于與圖1所示各個部分相對應(yīng)的部分采用與圖1相同的參考標(biāo)記并省略說明。
該半導(dǎo)體裝置1B具有與圖1所示半導(dǎo)體裝置1類似的結(jié)構(gòu)，其包括在固體裝置2上被順序?qū)盈B的4個半導(dǎo)體芯片27A、27B、27C、15。半導(dǎo)體芯片27A、27B、27C、15其表面(形成功能元件的面)都向著固體裝置2側(cè)。半導(dǎo)體芯片27A～27C具有與半導(dǎo)體芯片3(參考圖2(a)和圖2(b))類似的結(jié)構(gòu)。
在垂直往下看半導(dǎo)體芯片27A、27B、27C、15的俯視圖中，半導(dǎo)體芯片27B、27C比半導(dǎo)體芯片27A、15的面積小。在半導(dǎo)體芯片27A的背面周邊部具有半導(dǎo)體芯片27B、27C不相面對的區(qū)域，在該區(qū)域形成了用于外部連接的焊盤28。用于外部連接的焊盤28通過焊接線23被連接到布線基板21上設(shè)置的未圖示的電極焊盤上的同時，還通過在半導(dǎo)體芯片27A背面配設(shè)的未圖示的布線部件被連接到半導(dǎo)體芯片27A規(guī)定的貫通電極7上。
通過這種結(jié)構(gòu)，有可能不介入固體裝置2而從半導(dǎo)體芯片27A直接電連接到布線基板21。
這種半導(dǎo)體裝置1B能夠用與半導(dǎo)體裝置1制造方法相同的方法制造。但是，在將半導(dǎo)體芯片27A、27B、27C、15接合到固體裝置2上之前，需要進行布線基板21和固體裝置2之間的接合。用于外部連接的焊盤28和布線基板21之間的引線焊接能夠在將半導(dǎo)體芯片27A接合到固體裝置2上之后、在接合半導(dǎo)體芯片15之前進行。
圖23是表示本發(fā)明第十實施方式半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)的圖解截面圖。圖23中，對于與圖1所示各個部分相對應(yīng)的部分采用與圖1相同的參考標(biāo)記并省略說明。
該半導(dǎo)體裝置1C具有與圖1所示半導(dǎo)體裝置1類似的結(jié)構(gòu)，具有BGA型封裝形式和多片堆疊結(jié)構(gòu)。半導(dǎo)體裝置1C包括4個半導(dǎo)體芯片15、3、3U，但不包括固體裝置2。各個半導(dǎo)體芯片15、3、3U其表面(形成功能元件的面)都面向與布線基板21相反側(cè)，以所謂正面(face up)方式接合。
在布線基板21上芯片焊接(die bond)沒有貫通電極的半導(dǎo)體芯片15，在其上層疊接合3個半導(dǎo)體芯片3、3U。半導(dǎo)體芯片3U被配置在最上層(距布線基板21最遠處)。
半導(dǎo)體芯片3U盡管具有與半導(dǎo)體芯片3(參考圖2(a)和圖2(b))類似的結(jié)構(gòu)，但設(shè)置了膜狀的用于外部連接的焊盤11P以替代表面?zhèn)冗B接部件11(參考圖2(a)和圖2(b))。用于外部連接的焊盤11P在垂直往下看半導(dǎo)體芯片3U的俯視圖中被形成為比貫通孔5所占有區(qū)域更寬的區(qū)域。用于外部連接的焊盤11P和布線基板21上所設(shè)置的未圖示的電極焊盤通過焊接線23連接。
能夠按下述制造這種半導(dǎo)體裝置1C。
首先，制造層疊接合4個半導(dǎo)體芯片15、3、3U的塊B。
圖24是用于說明塊B制造方法的圖解截面圖。
半導(dǎo)體芯片15、3、3U以與布線基板21上的層疊順序相反的順序進行接合。首先，使半導(dǎo)體芯片3U以將其背面(沒有形成功能元件的面)朝上的狀態(tài)安置在焊接臺面31上。
半導(dǎo)體芯片3U被保持為使得應(yīng)力不集中在用于外部連接的焊盤11P上。具體地，例如，通過將其表面形成了可容納外部連接用焊盤11P之凹部分35a的板狀部件35介于焊接臺面31和半導(dǎo)體芯片3U之間，使半導(dǎo)體芯片3U以外部連接用焊盤11P被容納于該凹部分35a的狀態(tài)被裝載到該板狀部件35上。
代替這種板狀部件35，可以介于由與半導(dǎo)體裝置51的樹脂材料層55同樣材料構(gòu)成的樹脂膜。此時，通過樹脂膜變形，能夠使得應(yīng)力不集中在外部連接用焊盤11P上。
下面，將在半導(dǎo)體裝置1C中應(yīng)位于從布線基板21側(cè)開始第三個半導(dǎo)體芯片3以使其表面3a朝下的狀態(tài)保持在焊接工具32上。接著，使焊接工具32下降，使焊接工具32上所保持的半導(dǎo)體芯片3的表面?zhèn)冗B接部件11和焊接臺面31上所裝載的半導(dǎo)體芯片3U的背面?zhèn)冗B接部件12按壓而接合。
而且，與半導(dǎo)體裝置1制造方法(參考圖3C和圖3D)相同，通過順次接合半導(dǎo)體芯片3、15來形成塊B。
接著，使該塊B上下翻轉(zhuǎn)，將半導(dǎo)體芯片15的背面作為接合面而芯片焊接到布線基板21上。
此時，為了保持塊B在布線基板21上移動，使用能夠抓住塊B側(cè)面(半導(dǎo)體芯片3U、3、15的側(cè)面)的開口夾或者在半導(dǎo)體芯片3U的表面3Ua上通過接觸避開了外部連接用焊盤11P之形成區(qū)域的小面積區(qū)域而能夠吸引保持塊B的開口夾。
當(dāng)芯片焊接時，在布線基板21和塊B之間不需要施加在接合表面?zhèn)冗B接部件11和背面?zhèn)冗B接部件12時那樣大的力，或者不需要在塊B中在半導(dǎo)體芯片3U的整個表面3Ua上均勻地施加力。因此，即使如上述通過使用開口夾來進行芯片焊接，也能夠?qū)⒉季€基板21和塊B良好地接合。
之后，形成層間密封材料24，通過焊接線23連接外部連接用焊盤11P和布線基板21上設(shè)置的未圖示的電極焊盤。以后，通過與半導(dǎo)體裝置1制造方法相同實施密封樹脂25注模成型以后的工序，獲得了圖23所示的半導(dǎo)體裝置1C。
在上述制造方法中，在接合半導(dǎo)體芯片3U、3、15形成塊B時，半導(dǎo)體芯片3、15的背面3b通過焊接工具32保持。因此，不會產(chǎn)生因表面?zhèn)冗B接部件11變形引起的短路問題、芯片裂紋以及因背面?zhèn)冗B接部件12的污染引起的接合不良，能夠制造出使半導(dǎo)體芯片3U、3、15以正面方式接合的半導(dǎo)體裝置1C。
圖25是表示本發(fā)明第十一實施方式半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)的圖解截面圖。圖25中，對于與圖1所示各個部分相對應(yīng)的部分采用與圖1相同的參考標(biāo)記并省略說明。
該半導(dǎo)體裝置1D具有與圖23所示半導(dǎo)體裝置1B類似的結(jié)構(gòu)，其包括布線基板21和在其上被順序?qū)盈B的半導(dǎo)體芯片29A～29C、3U。半導(dǎo)體芯片29A～29C、3U其表面(形成功能元件的面)都向著布線基板21的相反側(cè)，以所謂正面(face up)方式接合。半導(dǎo)體芯片29B、29C具有與半導(dǎo)體芯片3類似的結(jié)構(gòu)，具有貫通電極7。另一方面，半導(dǎo)體芯片29A具有與半導(dǎo)體芯片15類似的結(jié)構(gòu)，不具有貫通電極7。
在垂直往下看半導(dǎo)體芯片29A～29C、3U的俯視圖中，布線基板21所鄰接的半導(dǎo)體芯片29A比最上層(距布線基板21最遠)半導(dǎo)體芯片3U大，在半導(dǎo)體芯片29A和半導(dǎo)體芯片3U之間配置的半導(dǎo)體芯片29B、29C比半導(dǎo)體芯片3U小。因此，在半導(dǎo)體芯片29A表面周邊部存在不與半導(dǎo)體芯片29B、29C、15相面對的區(qū)域，在該區(qū)域設(shè)置了外部連接用焊盤30。外部連接用焊盤30和布線基板21未圖示的電極焊盤通過焊接線23直接連接。
最上層半導(dǎo)體芯片3U的外部連接用焊盤11P和布線基板21未圖示的電極焊盤通過焊接線23連接。
對于這種半導(dǎo)體裝置1D，由于用焊接線23連接多個半導(dǎo)體芯片29A～29C、3U和布線基板21，因此布線的自由度變高了。
作為該半導(dǎo)體裝置1D的變形例，對于任意半導(dǎo)體芯片29A、29B、29C、3U，能夠確保與其上的半導(dǎo)體芯片29B、29C、3U不相面對的區(qū)域，并在該區(qū)域上設(shè)置外部連接用焊盤30。通過介入該外部連接用焊盤30來進行引線焊接，能夠?qū)⑷我獍雽?dǎo)體芯片29A、29B、29C、3U和布線基板21直接電連接。
該半導(dǎo)體裝置1D能夠用與半導(dǎo)體裝置1C制造方法(參考圖24)相同的方法制造。即，在通過接合半導(dǎo)體芯片29A～29C、3U形成構(gòu)成塊B之后，將該塊B芯片焊接在布線基板21上。接著，在半導(dǎo)體芯片29A外部連接用焊盤30和半導(dǎo)體芯片3U外部連接用焊盤11P與布線基板21電極焊盤之間進行引線焊接。此后，通過與半導(dǎo)體裝置1制造方法相同實施密封樹脂25注模成型以后的工序，獲得了圖25所示的半導(dǎo)體裝置1D。
圖26是表示本發(fā)明第十二實施方式半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)的圖解截面圖。圖26中，對于與圖1所示各個部分相對應(yīng)的部分采用與圖1相同的參考標(biāo)記并省略說明。
該半導(dǎo)體裝置1E具有與圖1所示半導(dǎo)體裝置1類似的結(jié)構(gòu)，具有所謂QFN(Quad Flat Non-lead)型封裝形式，設(shè)置了焊接框架(lead frame)33以替代布線基板21和金屬球22。焊接框架33以板狀與固體裝置2和半導(dǎo)體芯片3、15幾乎平行地配置。
焊接框架33包括支撐部分33a，其從下方(與半導(dǎo)體芯片3相反一側(cè))支撐固體裝置2；多個導(dǎo)線端子部分33b，其在支撐部分33a側(cè)邊被配置成與支撐部分33a幾乎同一平面內(nèi)。
在垂直往下看支撐部分33a和固體裝置2的俯視圖中，支撐部分33a比固體裝置2小，在圖26截面中其支撐固體裝置2的大致中央部位。導(dǎo)線端子部分33b和固體裝置2不相面對，固體裝置2外部連接用焊盤2P和導(dǎo)線端子部分33b通過焊接線34連接。
在半導(dǎo)體裝置1E的底面(配置了焊接框架33側(cè)的面)中，焊接框架33從密封樹脂25露出，焊接框架33的露出表面和密封樹脂25的表面幾乎拉平。導(dǎo)線端子部分33b也從半導(dǎo)體裝置1E的側(cè)面露出。在導(dǎo)線端子部分33b的露出部分上施加了焊錫鍍層，通過該焊錫，能夠?qū)雽?dǎo)體裝置1E安裝在其他布線基板上。
將支撐部分33a和導(dǎo)線端子部分33b之間的間隔設(shè)定成在該半導(dǎo)體裝置1E安裝時支撐部分33a和導(dǎo)線端子部分33b不會通過焊錫引起電短路的間隔。如果通過焊錫沒有可能使支撐部分33a和導(dǎo)線端子部分33b電短路，則在垂直往下看支撐部分33a和固體裝置2的俯視圖中，支撐部分33a比固體裝置2大，可以使支撐部分33a和導(dǎo)線端子部分33b之間的間隔窄。
該半導(dǎo)體裝置1E能夠在半導(dǎo)體裝置1的制造方法中通過將布線基板21置換成焊接框架33來制造。
圖27是表示本發(fā)明第十三實施方式半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)的圖解截面圖。圖27中，對于與圖23和圖26所示各個部分相對應(yīng)的部分采用與圖23和圖26相同的參考標(biāo)記并省略說明。
該半導(dǎo)體裝置1F具有與圖23所示半導(dǎo)體裝置1C類似的結(jié)構(gòu)，具有所謂QFN(Quad Flat Non-lead)型封裝形式，設(shè)置了焊接框架33以替代布線基板21和金屬球22。
在焊接框架33的支撐部分33a上順序?qū)盈B接合了與半導(dǎo)體裝置1C同樣的4個半導(dǎo)體芯片15、3、3U。任何一個半導(dǎo)體芯片15、3、3U其表面(形成功能元件的面)都向著焊接框架33相反側(cè)，以所謂正面方式接合。半導(dǎo)體芯片15的背面(未形成功能元件的面)被芯片焊接到焊接框架33的支撐部分33a上。在最上層(距支撐部分33a最遠)半導(dǎo)體芯片3U的表面上所形成的外部連接用焊盤11P通過焊接線34被連接到導(dǎo)線端子部分33b。
該半導(dǎo)體裝置1F能夠在半導(dǎo)體裝置1C的制造方法中通過將布線基板21置換成焊接框架33來制造。
上面盡管是背面?zhèn)冗B接部件12、42、72與表面?zhèn)冗B接部件11、66、86、96的接合面位于距半導(dǎo)體芯片3、43、53、63、73、83、93之背面3b、43b、53b、63b、73b、83b、93b一定深度位置上的例子，但這種接合面也可以與半導(dǎo)體芯片的背面拉平。
圖28是表示本發(fā)明第十四實施方式半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)的圖解截面圖。圖28中，對于與圖2(a)和圖2(b)所示各個部分相對應(yīng)的部分采用與圖2(a)和圖2(b)相同的參考標(biāo)記并省略說明。
該半導(dǎo)體裝置1G具有與第一實施方式半導(dǎo)體裝置1類似的結(jié)構(gòu)，具有半導(dǎo)體芯片3X以替代半導(dǎo)體芯片3。半導(dǎo)體芯片3X盡管具有與半導(dǎo)體芯片3類似的結(jié)構(gòu)，盡管其背面?zhèn)冗B接部件12的表面(與另一半導(dǎo)體芯片3表面?zhèn)冗B接部件11之間的接合面)位于構(gòu)成凹部分的貫通孔5內(nèi)，但與背面3b成為幾乎拉平。因此，不會如半導(dǎo)體裝置1那樣形成凹部分內(nèi)間隙18(參考圖2(b))。
圖29是用于說明半導(dǎo)體裝置1G制造方法的圖解截面圖。與半導(dǎo)體芯片3的情況相同，半導(dǎo)體芯片3X能夠通過焊接工具32保持其背面3b而接合到固體裝置2或另一半導(dǎo)體芯片3X上。
此時，盡管焊接工具32接觸背面保護膜10和背面?zhèn)冗B接部件12，但從焊接工具32提供給半導(dǎo)體芯片3的力幾乎均勻地施加在背面保護膜10和背面?zhèn)冗B接部件12上，因此應(yīng)力不會集中在背面?zhèn)冗B接部件12上。因此，即使在這種情況下，由于背面?zhèn)冗B接部件12變形也不會使鄰接的2個背面?zhèn)冗B接部件12電短路。
這種背面?zhèn)冗B接部件12的接合面(上面)和背面3b被拉平的半導(dǎo)體芯片3X例如能夠按下述制造。
在半導(dǎo)體基板8的背面3b側(cè)，假設(shè)為在貫通電極7上形成了凹部分的狀態(tài)，通過濺射、化學(xué)氣相沉積(Chemical Vapor Deposition；CVD)等干法處理或者電解電鍍等濕法處理，在該半導(dǎo)體基板8的整個背面3b上形成由構(gòu)成背面?zhèn)冗B接部件12的金屬構(gòu)成的金屬膜。當(dāng)通過電解電鍍形成金屬膜時，通過濺射在背面3b側(cè)的整個面上預(yù)先形成晶種(seed)層。
由此變成貫通電極7上的凹部分被金屬膜完全掩埋的狀態(tài)。此后，通過機械磨削或者CMP(化學(xué)機械拋光)磨削形成該金屬膜的面，除去凹部分外的金屬膜。金屬膜的剩余部構(gòu)成背面?zhèn)冗B接部件12，背面?zhèn)冗B接部件12的上面與背面3b變成拉平。
盡管如上述說明了本發(fā)明的實施方式，但本發(fā)明也能夠用其他形式實施。例如，在第二實施方式中，代替從重新布線40的開口46a的露出部分即背面?zhèn)冗B接部件42，可以設(shè)置重新布線40之外的重新布線40上所連接的其他部件(例如球狀連接部件)即背面?zhèn)冗B接部件。在這種情況下，通過使背面保護膜46足夠的厚，能夠使該背面?zhèn)冗B接部件的接合面做成與背面43b幾乎為同一平面或者比背面43b更深。
在第四實施方式半導(dǎo)體裝置61和第五實施方式半導(dǎo)體裝置71中，代替球形凸塊即表面?zhèn)冗B接部件66或背面?zhèn)冗B接部件72，可以將幾乎沒有焊接線狀突起66W、72W的真正球狀的金屬球設(shè)置作為表面?zhèn)冗B接部件或者背面?zhèn)冗B接部件。
盡管這種金屬球比具有突起66W的表面?zhèn)冗B接部件66更難以變形，但通過使前端(與背面?zhèn)冗B接部件12等接觸的端部)直徑略微變小，可使得比柱狀表面?zhèn)冗B接部件11(參考圖5和圖9(a)以及圖9(b))更容易變形。
這種金屬球可以由銅等高熔點金屬構(gòu)成，也可以由焊錫材料構(gòu)成。
對于金屬球，其由銅等高熔點金屬構(gòu)成的球狀體的表面可以用焊錫材料涂覆，其由銅構(gòu)成的球狀體的表面可以用鎳和金涂覆。而且，代替金屬球，可以使用在由樹脂等絕緣體構(gòu)成的球狀體的表面上涂覆金屬的物體。
表面?zhèn)冗B接部件11、66、86、96不需要直接接合到貫通電極7上，在表面3a、44a、53a、63a、73a、83a、93a中，也可以通過介入與圖7(a)和圖7(b)所示重新布線40相同的重新布線來連接。此時，在垂直往下看半導(dǎo)體芯片3、44、53、63、73、83、93的俯視圖中，表面?zhèn)冗B接部件11、66、86、96能夠設(shè)置在離開貫通電極7的任意位置上。
在具有圖21到圖27所示各種結(jié)構(gòu)和封裝形式的半導(dǎo)體裝置1A～1F上，也可以使用半導(dǎo)體芯片3X、43、44、53、63、73、83、93。
替代背面?zhèn)冗B接部件12，也可以設(shè)置由導(dǎo)電膏固化物構(gòu)成的背面?zhèn)冗B接部件。此時，在與表面?zhèn)冗B接部件11接合時，可以讓背面?zhèn)冗B接部件能夠成未固化的狀態(tài)。這種情況下，盡管表面?zhèn)冗B接部件11比背面?zhèn)冗B接部件更難以變形，但由于未固化的導(dǎo)電膏容易流動，因此能夠容易地進入表面?zhèn)冗B接部件11和凹部分14內(nèi)壁之間的間隙中。
因此，這種情況在能夠使表面?zhèn)冗B接部件11和背面?zhèn)冗B接部件之間的接觸面積變大的同時，在接合時，還不會使應(yīng)力集中在接合部分附近而使絕緣膜6I和阻擋金屬層6B被破壞。
盡管詳細說明了本發(fā)明的實施方式，但這些只不過是為使本發(fā)明技術(shù)內(nèi)容更為清晰所使用的具體例子。本發(fā)明不應(yīng)當(dāng)局限于這些具體例子而解釋之，本發(fā)明的精神和范圍只由所附權(quán)利要求書限定。
本申請與2004年3月24日在日本國特許廳提出的申請2004-87474相對應(yīng)，在此，引用了該申請的全部內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置制造方法，包括準備半導(dǎo)體芯片的工序，該半導(dǎo)體芯片具有表面和背面，并且具備半導(dǎo)體基板、在該半導(dǎo)體基板的所述表面?zhèn)刃纬傻墓δ茉?、在厚度方向貫通所述半?dǎo)體基板之貫通孔內(nèi)配置的與所述功能元件電連接的貫通電極、與所述貫通電極電連接并且從所述表面突出的表面?zhèn)冗B接部件、與所述貫通電極電連接并且在所述背面上形成的凹部分內(nèi)具有接合面的背面?zhèn)冗B接部件；準備固體裝置的工序，在該固體裝置的一個表面上形成用于與所述表面?zhèn)冗B接部件連接的固體裝置側(cè)連接部件；和接合工序，通過保持所述半導(dǎo)體芯片的背面而使所述半導(dǎo)體芯片的表面與所述固體裝置的所述一個表面相面對，將所述表面?zhèn)冗B接部件接合到所述固體裝置側(cè)連接部件上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體裝置制造方法，特征在于所述準備半導(dǎo)體芯片的工序包括準備作為所述半導(dǎo)體芯片的第一和第二半導(dǎo)體芯片的工序，其中所述第二半導(dǎo)體芯片的所述表面?zhèn)冗B接部件距所述表面的突出高度比所述第一半導(dǎo)體芯片的所述背面?zhèn)冗B接部件之接合面距所述背面的深度要大；所述接合工序包括通過保持所述第一半導(dǎo)體芯片的背面而使該第一半導(dǎo)體芯片的表面與所述固體裝置的所述一個表面相面對，從而將所述第一半導(dǎo)體芯片的所述表面?zhèn)冗B接部件接合到所述固體裝置的所述固體裝置側(cè)連接部件上的工序；所述半導(dǎo)體裝置制造方法還包括芯片之間接合工序，通過保持所述第二半導(dǎo)體芯片的背面而使所述第二半導(dǎo)體芯片的表面與所述第一半導(dǎo)體芯片的背面相面對，從而將所述第二半導(dǎo)體芯片的所述表面?zhèn)冗B接部件接合到所述第一半導(dǎo)體芯片的所述背面?zhèn)冗B接部件上。
3.一種半導(dǎo)體裝置制造方法，包括準備作為半導(dǎo)體芯片的第一和第二半導(dǎo)體芯片的工序，該半導(dǎo)體芯片具有表面和背面，具備半導(dǎo)體基板、在該半導(dǎo)體基板的所述表面?zhèn)刃纬傻墓δ茉?、在厚度方向貫通所述半?dǎo)體基板之貫通孔內(nèi)配置的與所述功能元件電連接的貫通電極、與所述貫通電極電連接并且從所述表面突出的表面?zhèn)冗B接部件、與所述貫通電極電連接并且在所述背面上形成的凹部分內(nèi)具有接合面的背面?zhèn)冗B接部件，所述第二半導(dǎo)體芯片的所述表面?zhèn)冗B接部件距所述表面的突出高度比所述第一半導(dǎo)體芯片的所述背面?zhèn)冗B接部件之接合面距所述背面的深度要大；和芯片之間接合工序，通過保持所述第二半導(dǎo)體芯片的背面而使所述第二半導(dǎo)體芯片的表面與所述第一半導(dǎo)體芯片的背面相面對，從而將所述第二半導(dǎo)體芯片的所述表面?zhèn)冗B接部件接合到所述第一半導(dǎo)體芯片的所述背面?zhèn)冗B接部件上。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的半導(dǎo)體裝置制造方法，其特征在于，在垂直往下看所述第一和第二半導(dǎo)體芯片的俯視圖中，所述第一半導(dǎo)體芯片的所述背面?zhèn)冗B接部件所占有區(qū)域，具有能夠包含所述第二半導(dǎo)體芯片的所述表面?zhèn)冗B接部件所占有區(qū)域的大小。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的半導(dǎo)體裝置制造方法，其特征在于，所述第二半導(dǎo)體芯片的所述表面?zhèn)冗B接部件由比所述第一半導(dǎo)體芯片的所述背面?zhèn)冗B接部件更容易變形的材料構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的半導(dǎo)體裝置制造方法，其特征在于，所述芯片之間接合工序包含將所述第二半導(dǎo)體芯片的所述表面?zhèn)冗B接部件接合到所述第一半導(dǎo)體芯片的所述背面?zhèn)冗B接部件上使得在所述第一半導(dǎo)體芯片的背面和所述第二半導(dǎo)體芯片的表面之間確保間隙的工序；所述半導(dǎo)體裝置制造方法還包括在所述間隙中設(shè)置比所述表面?zhèn)冗B接部件和所述背面?zhèn)冗B接部件之間的接合部分更容易變形的密封材料的工序。
7.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的半導(dǎo)體裝置制造方法，其特征在于，所述表面?zhèn)冗B接部件和所述背面?zhèn)冗B接部件的至少一個包括球狀連接部件。
8.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的半導(dǎo)體裝置制造方法，其特征在于，所述表面?zhèn)冗B接部件和所述背面?zhèn)冗B接部件的至少一個包括焊錫材料；所述芯片之間接合工序還包括加熱工序，將所述半導(dǎo)體芯片加熱到所述焊錫材料的固相線溫度以上的溫度。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體裝置制造方法，其特征在于，在所述第一半導(dǎo)體芯片的背面形成焊錫保護膜。
10.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的半導(dǎo)體裝置制造方法，其特征在于，在所述第一半導(dǎo)體芯片的表面且與所述第二半導(dǎo)體芯片之表面?zhèn)冗B接部件相對應(yīng)的位置上設(shè)置虛擬表面?zhèn)冗B接部件，用于從其表面?zhèn)戎嗡龅谝话雽?dǎo)體芯片。
11.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任一項所述的半導(dǎo)體裝置制造方法，其特征在于，所述凹部分位于所述貫通孔內(nèi)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任一項所述的半導(dǎo)體裝置制造方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體芯片還包括重新布線和設(shè)置使得覆蓋該重新布線的背面保護膜，重新布線設(shè)置在所述半導(dǎo)體基板的所述背面?zhèn)炔㈦娺B接所述背面?zhèn)冗B接部件和所述貫通電極；所述凹部分包括在所述背面保護膜上所形成的開口。
13.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任一項所述的半導(dǎo)體裝置制造方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體芯片的背面?zhèn)扔蓸渲牧蠈痈采w。
14.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任一項所述的半導(dǎo)體裝置制造方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體芯片包括多個所述表面?zhèn)冗B接部件，所述多個表面?zhèn)冗B接部件被幾乎均勻地配置在所述半導(dǎo)體芯片的表面上。
15.一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于，包括第一和第二半導(dǎo)體芯片，其具有表面和背面，具備半導(dǎo)體基板、在該半導(dǎo)體基板的所述表面?zhèn)刃纬傻墓δ茉?、在厚度方向貫通所述半?dǎo)體基板之貫通孔內(nèi)配置的與所述功能元件電連接的貫通電極；連接部件，其用于將所述第一半導(dǎo)體芯片的貫通電極和所述第二半導(dǎo)體芯片的貫通電極電連接，其被設(shè)置使得在所述第一半導(dǎo)體芯片背面所形成凹部分的底部和所述第二半導(dǎo)體芯片的表面之間，以及與所述凹部分的內(nèi)壁面之間的至少一部分中形成凹部分內(nèi)間隙；和外部連接部件，其用于與所述第一和第二半導(dǎo)體芯片電連接的外部連接。
16.一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于，包括第一和第二半導(dǎo)體芯片，其具有表面和背面，具備半導(dǎo)體基板、在該半導(dǎo)體基板的所述表面?zhèn)刃纬傻墓δ茉?、在厚度方向貫通所述半?dǎo)體基板之貫通孔內(nèi)配置的與所述功能元件電連接的貫通電極；連接部件，其設(shè)置在所述第一半導(dǎo)體芯片背面所形成凹部分的底部和所述第二半導(dǎo)體芯片的表面之間，將所述第一半導(dǎo)體芯片的貫通電極和所述第二半導(dǎo)體芯片的貫通電極電連接并包含焊錫材料；焊錫保護膜，其被設(shè)置在所述第一半導(dǎo)體芯片的背面；和外部連接部件，其用于與所述第一和第二半導(dǎo)體芯片電連接的外部連接。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或者16所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述外部連接部件是金屬球。
18.根據(jù)權(quán)利要求15或者16所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述外部連接部件是焊接框架。
19.一種半導(dǎo)體芯片，具有表面和背面，其特征在于，包括半導(dǎo)體基板；在該半導(dǎo)體基板的所述表面?zhèn)刃纬傻墓δ茉?；在厚度方向貫通所述半?dǎo)體基板之貫通孔內(nèi)配置的與所述功能元件電連接的貫通電極；與所述貫通電極電連接并且從所述表面突出的表面?zhèn)冗B接部件；和與所述貫通電極電連接并且在所述背面上形成的凹部分內(nèi)具有接合面的背面?zhèn)冗B接部件。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的半導(dǎo)體芯片，其特征在于，所述背面?zhèn)冗B接部件的接合面距所述背面的深度比所述表面?zhèn)冗B接部件的距所述表面的突出高度小。
21.根據(jù)權(quán)利要求19或者20所述的半導(dǎo)體芯片，其特征在于，在垂直往下看所述半導(dǎo)體芯片的俯視圖中，所述背面?zhèn)冗B接部件所占有區(qū)域，具有能夠包含所述表面?zhèn)冗B接部件所占有區(qū)域的大小。
22.根據(jù)權(quán)利要求19或者20所述的半導(dǎo)體芯片，其特征在于，所述表面?zhèn)冗B接部件由比所述背面?zhèn)冗B接部件更容易變形的材料構(gòu)成。
23.根據(jù)權(quán)利要求19或者20所述的半導(dǎo)體芯片，其特征在于，所述表面?zhèn)冗B接部件和所述背面?zhèn)冗B接部件的至少一個包括球狀連接部件。
24.根據(jù)權(quán)利要求19或者20所述的半導(dǎo)體芯片，其特征在于，所述表面?zhèn)冗B接部件和所述背面?zhèn)冗B接部件的至少一個包括焊錫材料。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的半導(dǎo)體芯片，其特征在于，在所述背面形成焊錫保護膜。
26.根據(jù)權(quán)利要求19或者20所述的半導(dǎo)體芯片，其特征在于，所述凹部分位于所述貫通孔內(nèi)。
27.根據(jù)權(quán)利要求19或者20所述的半導(dǎo)體芯片，其特征在于，還包括在所述背面?zhèn)仍O(shè)置的并與所述背面?zhèn)冗B接部件和所述貫通電極電連接的重新布線、和設(shè)置在所述背面?zhèn)壬鲜沟酶采w所述重新布線的背面保護膜；所述凹部分包括在所述背面保護膜上所形成的開口。
28.根據(jù)權(quán)利要求19或者20所述的半導(dǎo)體芯片，其特征在于，所述背面?zhèn)扔蓸渲牧蠈痈采w。
全文摘要
一種半導(dǎo)體裝置制造方法，包括準備半導(dǎo)體芯片的工序，該半導(dǎo)體芯片具有表面和背面，并具有半導(dǎo)體基板、在該半導(dǎo)體基板的上述表面?zhèn)刃纬傻墓δ茉⒃诤穸确较蜇炌ㄉ鲜霭雽?dǎo)體基板之貫通孔內(nèi)配置的與上述功能元件電連接的貫通電極、與上述貫通電極電連接并且從上述表面突出的表面?zhèn)冗B接部件、與上述貫通電極電連接并且在上述背面上所形成的凹部分內(nèi)具有接合面的背面?zhèn)冗B接部件；準備固體裝置的工序，在該固體裝置的一個表面上形成用于與上述表面?zhèn)冗B接部件連接的固體裝置側(cè)連接部件；接合工序，通過保持上述半導(dǎo)體芯片的背面而使上述半導(dǎo)體芯片的表面與上述固體裝置的上述一個表面相面對，將上述表面?zhèn)冗B接部件與上述固體裝置側(cè)連接部件接合。
文檔編號H01L25/065GK1674282SQ20051005901
公開日2005年9月28日 申請日期2005年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月24日
發(fā)明者谷田一真, 梅本光雄, 秋山雪治 申請人:羅姆股份有限公司, 三洋電機株式會社, 株式會社瑞薩科技