JP2004343088A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関し、特に、半導体チップのパッケージング技術に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a semiconductor chip packaging technique.
近年、新たなパッケージ技術として、MCM(Multi Chip Module:マルチチップモジュール)が注目されている。MCMとは、一つのパッケージの中に複数の半導体チップを組み込むことによって、高機能なモジュールを実現するものである。MCMには、半導体チップの配置の仕方によって、多くの種類がある。その中で、複数の半導体チップを積層してなる「積層型MCM」が最近特に注目されている。 In recent years, an MCM (Multi Chip Module) has attracted attention as a new package technology. The MCM implements a high-performance module by incorporating a plurality of semiconductor chips in one package. There are many types of MCMs depending on how semiconductor chips are arranged. Among them, a “laminated MCM” formed by laminating a plurality of semiconductor chips has recently received particular attention.
この積層型MCMの構造の一例を図14に示す。この積層型MCM200は、半導体チップ204を複数個積層したものである。半導体チップ204を貫通するヴィアホール205をレーザ加工により形成し、当該ヴィアホール205の側面にバリアメタル202をスパッタ法やCVD法で形成する。その後、銅メッキにより、前記ヴィアホール205内に導電材料を埋め込むことにより、上下に隣接して配置された半導体チップ204,204を接続する配線を形成する。
FIG. 14 shows an example of the structure of the stacked MCM. The stacked MCM 200 is obtained by stacking a plurality of
半導体チップ204間の絶縁は、熱可塑性フィルム203を挿入することで保たれる。このような製造工程を繰り返し行うことにより、複数の半導体チップ204を積層することができる。最も下になる半導体チップ204には、導電端子206を取り付けることによって外部の回路との接続を行う。
The insulation between the
以上の製造工程で積層型MCM200を製造することができる。上述した積層型MCMは、特許文献1に開示されている。
上述した積層型MCM200を製造するためには、数十μm程度の直径、深さを持つヴィアホールの形成、及びヴィアホール内への導電材料の埋め込みを行う必要がある。その結果、ヴィアホール加工用のレーザ加工機、バリアメタル成膜用のバリアCVD装置、ヴィアホールの埋め込みを行うための銅メッキ装置といった、従来の半導体のパッケージングでは使われていなかった、高価な装置が必要となり、製造コストが高くなるという問題があった。 In order to manufacture the above-described stacked MCM 200, it is necessary to form a via hole having a diameter and a depth of about several tens of μm and to embed a conductive material in the via hole. As a result, expensive lasers not used in conventional semiconductor packaging, such as laser processing machines for processing via holes, barrier CVD apparatuses for forming barrier metal films, and copper plating apparatuses for filling via holes. There is a problem that an apparatus is required and the manufacturing cost is increased.
本発明の半導体装置は、半導体チップの表面に第1の絶縁膜を介して第1の配線及び第2の配線が形成されている。これらの第1及び第2の配線が形成された半導体チップの表面には、2の配線を露出する開口部を有した支持体が接着される。また第3の配線は、半導体チップの裏面から第2の絶縁膜を介して半導体チップの側面へ延在し、第1の配線に接続されている。 In the semiconductor device of the present invention, a first wiring and a second wiring are formed on a surface of a semiconductor chip via a first insulating film. A support having an opening exposing the second wiring is bonded to the surface of the semiconductor chip on which the first and second wirings are formed. The third wiring extends from the back surface of the semiconductor chip to the side surface of the semiconductor chip via the second insulating film, and is connected to the first wiring.
本発明によれば、積層型MCMを高価な装置を用いることなく、低い製造コストで製造することが可能になる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to manufacture laminated MCM at low manufacturing cost, without using an expensive apparatus.
次に、本発明の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法について、図1乃至図13を参照しながら説明する。 Next, a semiconductor device and a method for manufacturing the same according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
まず、図1に示すように、半導体ウエハ1aを用意する。この半導体ウエハ1aは後述する工程で、切断され複数の半導体チップ1に分離される。それらの半導体チップ1は、例えばCCDのイメージセンサや半導体メモリのチップであり、半導体のウエハプロセスにより形成される。その半導体ウエハ1aの表面に絶縁膜2を介して、複数の第1の配線3A、複数の第2の配線3Bを同時に形成する。第1の配線3Aは、半導体ウエハ1aを複数の半導体チップ1に切断分離するための境界Sを挟んで、その両側に所定の間隙を有して形成される。境界Sは、ダイシングラインまたはスクライブラインと称されるものである。
First, as shown in FIG. 1, a semiconductor wafer 1a is prepared. The semiconductor wafer 1a is cut and separated into a plurality of
ここで、第1の配線3Aは、半導体チップ1の通常のボンディングパッド位置から、境界S付近まで拡張されたパッドである。また、複数の第2の配線3Bは、後の工程で、半導体チップ1上に積層される他の半導体装置の導電端子と電気的に接続される導電パッドである。
Here, the
続いて、第1の配線3A及び第2の配線3Bが形成された半導体ウエハ1aの表面に、支持体であるガラス基板4を、エポキシ樹脂層5を接着剤として用いて接着する。なお、ここでは、支持体としてガラス基板、接着剤としてエポキシ樹脂層を使用しているが、シリコン基板やプラスチックの板の他にテープまたはシート状のものを支持体として用いてもよく、接着剤はこれらの支持体に対して適切な接着材を選択すればよい。
Subsequently, a glass substrate 4 as a support is bonded to the surface of the semiconductor wafer 1a on which the
次に、図2に示すように、前記半導体ウエハ1aのガラス基板4が接着されていない面、即ちその裏面をバックグラインドして、半導体ウエハ1aの厚さを薄く加工する。バックグラインドされた半導体ウエハ1aの裏面は、スクラッチが発生し、幅、深さが数μm程度になる凹凸ができる。これを小さくするために、絶縁膜2の材料であるシリコン酸化膜(以下SiO2)よりも半導体ウエハ1aの材料であるシリコン(以下Si)に対して高い選択比を持つシリコンエッチング液を用いてウェットエッチングを行う。そのようなシリコンエッチング液としては、例えば、フッ化水素酸2.5%、硝酸50%、酢酸10%及び水37.5%の混合溶液が適している。 Next, as shown in FIG. 2, the surface of the semiconductor wafer 1a to which the glass substrate 4 is not bonded, that is, the back surface thereof is back-ground, and the thickness of the semiconductor wafer 1a is reduced. On the back surface of the back-ground semiconductor wafer 1a, scratches occur, and irregularities having a width and depth of about several μm are formed. To reduce this, a silicon etchant having a higher selectivity to silicon (hereinafter, Si) as a material of the semiconductor wafer 1a than a silicon oxide film (hereinafter, SiO 2 ) as a material of the insulating film 2 is used. Perform wet etching. As such a silicon etching solution, for example, a mixed solution of 2.5% hydrofluoric acid, 50% nitric acid, 10% acetic acid, and 37.5% water is suitable.
次に、図3に示すように、前記半導体ウエハ1aの裏面に対して、境界Sに沿って開口部を設けた不図示のレジストパターンをマスクとして、等方性のエッチングを行う。これにより、境界Sの部分で溝が形成され、絶縁膜2が部分的に露出した状態となる。なお、このエッチングは、ドライエッチング、ウェットエッチングのどちらで行ってもよい。このエッチングにより、半導体ウエハ1aは複数の半導体チップ1に切断されるが、ガラス基板4によって支持され、半導体ウエハ1aの形態を維持している。
Next, as shown in FIG. 3, isotropic etching is performed on the back surface of the semiconductor wafer 1a using a resist pattern (not shown) provided with an opening along the boundary S as a mask. As a result, a groove is formed at the boundary S, and the insulating film 2 is partially exposed. Note that this etching may be performed by either dry etching or wet etching. Although the semiconductor wafer 1a is cut into a plurality of
エッチングされた半導体ウエハ1aの裏面には、凹凸、残渣、異物が存在し、また、図3中の破線円a、bで示されたような角部が形成される。そこで、図4に示すように、残渣や異物を除去し、さらに角部を丸めるためにウェットエッチングを行う。これにより、図3の破線円a、bで示されるような角部は、図4で破線円a、bで示されるように滑らかな形状になる。 On the back surface of the etched semiconductor wafer 1a, there are irregularities, residues, and foreign substances, and corners are formed as shown by dashed circles a and b in FIG. Therefore, as shown in FIG. 4, wet etching is performed to remove residues and foreign matters and to round corners. Thus, the corners as shown by the dashed circles a and b in FIG. 3 have a smooth shape as shown by the dashed circles a and b in FIG.
次に、図5に示すように、複数の半導体チップ1の裏面及び、それらのエッチングされた側面に絶縁膜7を被着する。絶縁膜7は例えばシランベースの酸化膜である。
Next, as shown in FIG. 5, an
次に、図6に示すように、半導体チップの裏面に不図示のレジストを塗布し、パターニングを行う。そのレジスト膜をマスクにして、絶縁膜7、絶縁膜2をエッチングし、第1の配線3Aの端部を露出させる。
Next, as shown in FIG. 6, a resist (not shown) is applied to the back surface of the semiconductor chip, and patterning is performed. Using the resist film as a mask, the
次に、後に導電端子11を形成する位置と重なる位置に柔軟性を有する緩衝部材8を形成する。なお、緩衝部材8は導電端子11に加わる力を吸収し、導電端子11の接合時のストレスを緩和する機能を持つものであるが、必ずしも必要ではない。次に、絶縁膜7、緩衝部材8、第1の配線3Aの露出部分を被う第3の配線9を形成する。これにより、第1の配線3Aと第3の配線9とは電気的に接続される。
Next, a
次に図7に示すように、半導体チップ1の裏面側に、不図示のレジストを塗布し、このレジストの境界Sに沿う部分を開口させるようにパターン形成を行う。そして、そのレジストをマスクとしてエッチングを行い、境界S付近の第3の配線9を除去する。なお、不図示であるが、第3の配線9の形成後、無電解メッキ処理を行い、第3の配線9の表面にNi−Auのメッキを施してもよい。
Next, as shown in FIG. 7, a resist (not shown) is applied to the back surface side of the
次に、半導体チップ1の裏面側に保護膜10を形成する。保護膜10を形成するためには、半導体チップ1の裏面側を上に向けて、熱硬化性の有機系樹脂を上方から滴下して、複数の半導体チップ1を有し、ガラス基板4が接着された半導体ウエハ1aを回転させる。この回転により生じる遠心力により、有機系樹脂は半導体ウエハ1aの面上に広がる。これにより、第3の配線9の表面に保護膜10を形成することができる。
Next, a protective film 10 is formed on the back surface side of the
次に、図8に示すように、導電端子11を形成する部分の保護膜10を、レジストマスクを利用したエッチングにより選択的に除去して、第3の配線9を露出させ、この露出された第3の配線9上に接触する導電端子11を形成する。導電端子11は、例えば、はんだバンプや金バンプのような突起電極端子で形成することができる。導電端子11の厚さは、はんだバンプを用いる場合は160μmであるが、金バンプを用いる場合には数μm〜数十μmに減少させることができる。導電端子11は、半導体チップ1の裏面に同様な構造で、複数個設け、ボールグリッドアレイ(Ball Grid Array)を構成することができる。
Next, as shown in FIG. 8, the portion of the protective film 10 where the conductive terminal 11 is to be formed is selectively removed by etching using a resist mask to expose the third wiring 9, and the exposed portion of the third wiring 9 is exposed. The conductive terminal 11 that contacts the third wiring 9 is formed. The conductive terminal 11 can be formed by, for example, a protruding electrode terminal such as a solder bump or a gold bump. The thickness of the conductive terminal 11 is 160 μm when using solder bumps, but can be reduced to several μm to several tens μm when using gold bumps. A plurality of conductive terminals 11 having the same structure on the back surface of the
次に、ガラス基板4の表面を削ることにより、その厚さを薄くする。これにより、後述するガラス基板4に開口部を形成するための加工時間を短縮することができる。ガラス基板の厚さは、50μmから100μmが適当である。ガラス基板4を薄くする方法としては、(1)バックグラインド装置でガラス基板4を研削する方法、(2)CMP装置でガラス基板4を研磨する方法、(3)レジスト塗布の様に、ガラス基板4上にエッチング液を滴下し、ガラス基板4が接着された半導体ウエハ1aを回転させることによりエッチング液をガラス基板4の全体に行き渡らせ、ガラス基板4のエッチングを行う方法、(4)ドライエッチングを用いてガラス基板4をエッチングする方法が挙げられる。なお、本発明では、ガラス基板4を薄くする工程を具備しているが、最初から所定厚みの板材やテープまたはシート状のものから成る支持体の使用を制限するものではない。 Next, the thickness of the glass substrate 4 is reduced by shaving the surface. Thereby, a processing time for forming an opening in the glass substrate 4 described later can be reduced. The thickness of the glass substrate is suitably from 50 μm to 100 μm. The method of thinning the glass substrate 4 includes (1) a method of grinding the glass substrate 4 with a back grinding device, (2) a method of polishing the glass substrate 4 with a CMP device, and (3) a method of coating a glass substrate with a resist. A method of etching the glass substrate 4 by dropping an etchant on the glass substrate 4 and rotating the semiconductor wafer 1a to which the glass substrate 4 is adhered, thereby spreading the etchant over the entire glass substrate 4; (4) dry etching Is used to etch the glass substrate 4. In the present invention, a step of thinning the glass substrate 4 is provided, but the use of a plate, a tape or a sheet-like support having a predetermined thickness from the beginning is not limited.
次に、図10に示すように、第2の配線3Bの一部上のガラス基板4と樹脂層5をエッチング等により除去し、第2の配線3Bの表面を露出する開口部12を形成する。なお、逆に開口部12を形成した後に、ガラス基板4を削って薄くしてもよいが、開口部12を形成するための加工時間が長くなる。 次に、開口部12によって露出された第2の配線3Bの表面にめっき層13を形成する。めっき層13は、第2の配線3Bの一部を構成する。めっき層13は例えば、Niめっき層とAuめっき層を積層して形成される。
Next, as shown in FIG. 10, the glass substrate 4 and the resin layer 5 on a part of the
次に、図12に示すように、ダイシング装置を用いて、境界Sに沿って半導体ウエハ1aを切断し、複数の半導体チップ1に分離する。このとき、境界Sに沿ってガラス基板4、樹脂層5、保護膜10が切断されることになる。これにより、半導体チップ1aを組み込んだBGA型の半導体装置100が完成する。このBGA型の半導体装置100によれば、半導体チップ1を支持するガラス基板4を一枚だけ半導体チップ1に接着し、かつそのガラス基板4を薄く加工しているのでパッケージ全体を薄くすることができる。また、ガラス基板4には、半導体チップ1の第2の配線3Bを露出する開口部12を形成しているので、この開口部12を通して、外部の電子回路との必要な電気的接続を得ることができる。
Next, as shown in FIG. 12, the semiconductor wafer 1 a is cut along the boundary S using a dicing apparatus, and separated into a plurality of
図13は、そのような電気的接続構造の一例として、積層型MCMの構造を示す断面図である。この積層型MCMでは、第1の半導体装置100aと第2の半導体装置100bを積層したものである。第1の半導体装置100aと第2の半導体装置100bは、上述した半導体装置100と同様な構造を有している。第1の半導体装置100aの第2の配線3Bには、開口部12を通して、第2の半導体装置100Bの導電端子11Bが電気的及び機械的に接続されている。その接続強度が不足する場合は、アンダーフィルなどの有機系の接着剤を補助的に用いてもよい。また、積層する半導体装置の数は、必要に応じて選択することができる。
FIG. 13 is a cross-sectional view showing the structure of a stacked MCM as an example of such an electrical connection structure. In this stacked MCM, a first semiconductor device 100a and a
Claims (12)
前記第1及び第2の配線が形成された前記半導体チップの表面に接着され、
前記第2の配線を露出する開口部を有する支持体と、
前記半導体チップの裏面から第2の絶縁膜を介して前記半導体チップの側面へ延在し、前記第1の配線に接続された第3の配線と、を備えることを特徴とする半導体装置。 A first wiring and a second wiring formed on the surface of the semiconductor chip via a first insulating film;
Bonded to a surface of the semiconductor chip on which the first and second wirings are formed,
A support having an opening exposing the second wiring;
A third wiring extending from a back surface of the semiconductor chip to a side surface of the semiconductor chip via a second insulating film and connected to the first wiring.
前記第1の半導体装置は、第1の半導体チップの表面に形成された第1の配線及び第2の配線と、前記第1及び第2の配線が形成された前記第1の半導体チップの表面に接着され前記第2の配線を露出する開口部を有する支持体と、前記第1の半導体チップの裏面から前記半導体チップの側面へ延在し、前記第1の配線に接続された第3の配線とを備え、
前記第2の半導体装置は、第2の半導体チップと、この第2の半導体チップの裏面に形成された導電端子と、を備え、前記第2の半導体装置の前記導電端子が前記第1の半導体装置の開口部を介して前記第2の配線に接続されていることを特徴とする半導体装置。 A first semiconductor device, and a second semiconductor device disposed on the first semiconductor device;
The first semiconductor device includes a first wiring and a second wiring formed on a surface of a first semiconductor chip, and a surface of the first semiconductor chip on which the first and second wirings are formed. A support having an opening that exposes the second wiring and that is bonded to the third wiring and extends from a back surface of the first semiconductor chip to a side surface of the semiconductor chip and is connected to the first wiring; With wiring,
The second semiconductor device includes a second semiconductor chip, and a conductive terminal formed on a back surface of the second semiconductor chip, wherein the conductive terminal of the second semiconductor device is the first semiconductor. A semiconductor device which is connected to the second wiring through an opening of the device.
前記1及び第2の配線が形成された前記半導体チップの表面に支持体を接着する工程と、前記半導体チップの裏面から第2の絶縁膜を介して前記半導体チップの側面へ延在し、前記第1の配線に接続された第3の配線を形成する工程と、
前記支持体に前記第2の配線を露出する開口部を形成する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。 Preparing a semiconductor wafer having a plurality of semiconductor chips on which a first wiring and a second wiring are formed via a first insulating film;
Adhering a support to the surface of the semiconductor chip on which the first and second wirings are formed, extending from a back surface of the semiconductor chip to a side surface of the semiconductor chip via a second insulating film, Forming a third wiring connected to the first wiring;
Forming an opening exposing the second wiring in the support.
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