KR100851108B1 - Wafer level system in package and fabrication method thereof - Google Patents
Wafer level system in package and fabrication method thereof Download PDFInfo
- Publication number
- KR100851108B1 KR100851108B1 KR1020070006413A KR20070006413A KR100851108B1 KR 100851108 B1 KR100851108 B1 KR 100851108B1 KR 1020070006413 A KR1020070006413 A KR 1020070006413A KR 20070006413 A KR20070006413 A KR 20070006413A KR 100851108 B1 KR100851108 B1 KR 100851108B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- package
- memory unit
- memory
- conductive layer
- wafer level
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03D—APPARATUS FOR PROCESSING EXPOSED PHOTOGRAPHIC MATERIALS; ACCESSORIES THEREFOR
- G03D3/00—Liquid processing apparatus involving immersion; Washing apparatus involving immersion
- G03D3/02—Details of liquid circulation
- G03D3/06—Liquid supply; Liquid circulation outside tanks
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03D—APPARATUS FOR PROCESSING EXPOSED PHOTOGRAPHIC MATERIALS; ACCESSORIES THEREFOR
- G03D13/00—Processing apparatus or accessories therefor, not covered by groups G11B3/00 - G11B11/00
- G03D13/007—Processing control, e.g. test strip, timing devices
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/12—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process
- H01L2224/13—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process of an individual bump connector
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/15—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
- H01L2224/16—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
- H01L2224/161—Disposition
- H01L2224/16151—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
- H01L2224/16221—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
- H01L2224/16225—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
- H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
- H01L2224/321—Disposition
- H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
- H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
- H01L2224/32245—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
- H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
- H01L2224/4805—Shape
- H01L2224/4809—Loop shape
- H01L2224/48091—Arched
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
- H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
- H01L2224/481—Disposition
- H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
- H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
- H01L2224/48225—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
- H01L2224/48227—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation connecting the wire to a bond pad of the item
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
- H01L2224/732—Location after the connecting process
- H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
- H01L2224/73265—Layer and wire connectors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/151—Die mounting substrate
- H01L2924/153—Connection portion
- H01L2924/1531—Connection portion the connection portion being formed only on the surface of the substrate opposite to the die mounting surface
- H01L2924/15311—Connection portion the connection portion being formed only on the surface of the substrate opposite to the die mounting surface being a ball array, e.g. BGA
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/181—Encapsulation
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
Abstract
본 발명은 적층형 반도체 패키지의 기판으로서 웨이퍼레벨에서의 복수의 메모리 유닛을 사용하며, 상기 메모리 유닛의 일면에 적층되는 적어도 하나 이상의 반도체 소자를 포함하는 웨이퍼 레벨 시스템 인 패키지를 제공한다. 상기 메모리 유닛은 상면에 재배치 도전층을 포함하며, 복수의 메모리 유닛 각각에 형성되어 있는 동종 단자를 연결하는 공통 배선이 형성된다. 상기 메모리 유닛은 상면과 하면 사이에 적어도 하나의 관통홀이 형성되며, 상기 관통홀은 도전성 물질이 충진되어 메모리 유닛의 하면에 형성되는 재배치 도전층과 상면의 재배치 도전층이 전기적으로 연결된다. 본 발명에 따르면 적층용 기판이 별도로 필요치 않아 제조 비용을 절감할 수 있고, 패키지 내부의 전기적 배선 길이를 줄여 고주파 동작시 발생하는 시간 지연/왜곡을 감소시켜 시스템의 전기적 성능을 향상시킨다. 또한 복수의 메모리 칩을 수평 방향으로 단일층으로 사용하여 전체 시스템을 구성하므로 패키지 두께를 줄일 수 있다. The present invention provides a package that uses a plurality of memory units at the wafer level as a substrate of a stacked semiconductor package and includes at least one semiconductor element stacked on one surface of the memory unit. The memory unit includes a rearrangement conductive layer on an upper surface of the memory unit, and common wirings connecting the same type terminals formed in each of the plurality of memory units are formed. At least one through hole is formed between the upper surface and the lower surface of the memory unit, and the through hole is electrically connected to a relocation conductive layer formed on a lower surface of the memory unit by filling a conductive material. According to the present invention, a separate substrate for stacking is not required, thereby reducing manufacturing costs, and reducing the length of electrical wiring inside the package, thereby reducing the time delay / distortion occurring during high frequency operation, thereby improving the electrical performance of the system. In addition, the package thickness can be reduced by using a plurality of memory chips as a single layer in the horizontal direction to configure the entire system.
통합형 패키지, SIP, 메모리 유닛, 관통홀 Integrated Package, SIP, Memory Unit, Through Hole
Description
도 1은 종래의 PoP 형태의 통합형 패키지를 보인 단면도.1 is a cross-sectional view showing an integrated package of a conventional PoP form.
도 2는 복수의 메모리가 형성된 반도체 웨이퍼를 보인 평면도.2 is a plan view showing a semiconductor wafer on which a plurality of memories are formed.
도 3은 본 발명에 따른 시스템 인 패키지의 적층용 기판인 메모리 유닛의 상면을 보인 평면도.3 is a plan view showing a top surface of a memory unit that is a substrate for laminating a system in package according to the present invention;
도 4는 본 발명에 따른 시스템 인 패키지의 메모리 유닛의 단면도.4 is a cross-sectional view of a memory unit of a system in package according to the present invention.
도 5 내지 15는 본 발명에 따른 시스템 인 패키지의 제조 공정의 일례를 보인 순서도.5 to 15 are flowcharts showing an example of the manufacturing process of the system in package according to the present invention.
도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 시스템 인 패키지를 보인 단면도.16 is a cross-sectional view showing a system in a package according to an embodiment of the present invention.
도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 시스템 인 패키지를 보인 단면도.Figure 17 is a cross-sectional view showing a system in a package according to another embodiment of the present invention.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 시스템 인 패키지를 보인 단면도.18 is a sectional view showing a system in a package according to another embodiment of the present invention.
도 19는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 시스템 인 패키지를 보인 단면도.19 is a sectional view showing a system in a package according to another embodiment of the present invention.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ****** Explanation of symbols for the main parts of the drawing ***
200: 메모리 유닛 205: 솔더 범프200: memory unit 205: solder bump
215: 전극 패드 230: 절연층215: electrode pad 230: insulating layer
240: 재배치 도전층 250: 절연층240: relocation conductive layer 250: insulating layer
260: 관통홀 280: 재배치 도전층260: through hole 280: relocation conductive layer
300: 반도체 소자 310: 수동 소자300: semiconductor element 310: passive element
330: 언더필 340: 몰딩330: underfill 340: molding
400: 외부 회로 기판400: external circuit board
본 발명은 웨이퍼 레벨 시스템 인 패키지(System-In-Package : SIP) 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 웨이퍼레벨에서 복수의 메모리를 적층용 기판으로 사용하고 부가적으로 다른 반도체 소자 등을 적층한 새로운 적층형 패키지에 관한 것이다. The present invention relates to a wafer-level system-in-package (SIP) and a manufacturing method thereof, and a novel stacked type in which a plurality of memories are used as a substrate for stacking at the wafer level and additionally stacked other semiconductor devices. It's about packages.
우주선·항공기·자동차·군수사업 등 모든 첨단 분야의 중심에는 반도체가 자리잡고 있으며, 많은 회로 부품을 하나의 칩에 집적해내는 시스템 온 칩(SoC)이 각광받고 있다. 그러나 하나의 칩 위에 여러 가지 회로를 층층이 쌓아올리는 시스템 온 칩 방식만으로는 회로 통합에 기술적인 한계가 있고 최근에는 시스템 인 패키지(SiP),·시스템 온 패키지(SoP), 패키지 온 패키지(PoP),·멀티칩패키지(MCP) 등의 다양한 적층 기술이 회로집적의 한계를 극복하기 위한 대안으로 제시되고 있다.Semiconductors are at the center of all high-tech sectors, including spacecraft, aircraft, automobiles, and logistics, and system-on-chip (SoC), which integrates many circuit components into one chip, is in the spotlight. However, the system-on-chip method of stacking multiple circuits on a single chip has technical limitations in circuit integration. Recently, system in package (SiP), system on package (SoP), package on package (PoP), Various stacking technologies such as multi-chip packages (MCP) have been proposed as alternatives to overcome the limitations of circuit integration.
메모리 칩을 여러 개 집적하는 MCP 기술은 최근 메모리를 16단까지 적층하여 고용량의 구현한 바 있다. MCP가 메모리만을 적층하는데 반하여, SiP·SoP·PoP 등은 메모리와 시스템반도체 등의 비메모리 또는 시스템반도체와 시스템반도체를 하나로 통합한다. SiP·SoP·PoP 등은 다양한 기능을 지닌 각 층을 쌓아올리거나 좌우로 연결하며, SiP의 경우 별개의 칩으로 구성되어 있는 복수의 회로를 옆으로 연결해 하나의 패키지로 실장한다. MCP, SiP 등 통합형 패키지에 대한 연구가 국내외에서 빠르게 진행되고 있으며, 휴대형 통신 기기 등의 고성능화 및 박형화 수단으로 첨단의 통합형 패키지에 대한 시장의 요구가 증가하고 있다. MCP technology, which integrates multiple memory chips, has recently achieved high capacity by stacking up to 16 levels of memory. While MCP stacks only memory, SiP, SoP, and PoP integrate non-memory or system semiconductors and system semiconductors such as memory and system semiconductors into one. SiP, SoP, and PoP stack each layer with various functions or connect them to the left and right. In the case of SiP, a plurality of circuits composed of separate chips are connected to each other and mounted in one package. Research on integrated packages such as MCP and SiP is rapidly progressing at home and abroad, and the market demand for advanced integrated packages is increasing by means of high performance and thinning of portable communication devices.
도 1은 현재 주로 사용되고 있는 PoP 방식의 통합형 패키지를 도시한다. 상부 패키지(top package)(I)는 복수의 메모리(10)가 MCP 방식으로 적층되어 있고, 하부 패키지(bottom package)(II)는 응용 분야(consumer device)의 각종 기능을 수행하기 위한 논리 소자 혹은 응용 소자 등이 포함된다. 두 패키지는 BGA(Balll Grid Array) 방식으로 상호 적층하여 결합되어 있다. 1 illustrates an integrated package of PoP schemes which are mainly used at present. The top package I includes a plurality of
이러한 방식의 통합형 패키지는 후공정 단계가 증가되기 때문에 제조 비용이 상승하고, 패키지 두께를 줄이기 어려워 시장의 요구에 부응하기 어려운 문제가 있다. 특히 배선 길이가 과도하여 고주파 동작시 신호 지연(signal delay) 및 신호 왜곡(signal distortion) 발생하는 문제점이 있다. 또한, 시스템을 구성하는 수동 소자(passive device)의 삽입 내지 실장이 곤란하여 적용 분야를 넓히는데 한계가 있고 패키지 내부가 아닌 메인보드 등의 외부 회로 기판에 수동소자를 실장할 수 밖에 없어 전체적인 실장 면적이 증가되었다. This type of integrated package has a problem that it is difficult to meet the market demand due to the increased manufacturing cost and difficult to reduce the package thickness because the post-processing step is increased. In particular, there is a problem in that signal length and signal distortion occur during high frequency operation due to excessive wire length. In addition, since it is difficult to insert or mount a passive device constituting the system, there is a limitation in expanding an application field, and a passive device can only be mounted on an external circuit board such as a main board, not inside a package, and thus overall mounting area. This has been increased.
한편, 종래의 통합형 패키지 기술에서는 회로 통합을 위한 기판이 별도로 필 요하며, 기판에 미세 피치 대응이 불가능할 경우 통합형 패키지의 자유도(dgree of freedom)을 증가시키기 위하여 추가적으로 실장기판(interposer) 등과 같은 매개체를 사용하여야 하므로 전체적인 제조 비용의 상승하며, 복수의 메모리간에 칩 적층방식의 기술을 사용하므로 동작 주파수 및 속도 증가시 신호 왜곡 및 지연을 가중시킨다.Meanwhile, in the conventional integrated package technology, a substrate for circuit integration is required separately, and an additional medium such as an interposer may be additionally used to increase the degree of freedom of the integrated package when fine pitch response is not possible on the substrate. Since the overall manufacturing cost is increased, the chip stacking technique is used between a plurality of memories, thereby increasing signal distortion and delay when the operating frequency and speed are increased.
통합형 패키지에 대한 시장의 요구 수준이 높아지면서 각종 분야에 적용할 수 있는 경박단소한 새로운 구조의 개발이 절실히 요청되고 있다.As the market demand for integrated packages increases, there is an urgent need for the development of a new and simple structure that can be applied to various fields.
따라서, 본 발명의 목적은 제조 공정이 단순하면서 각종 부품의 통합이 용이한 새로운 구조의 통합형 패키지를 제공하는데 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide an integrated package of a novel structure in which the manufacturing process is simple and the integration of various components is easy.
또한, 본 발명의 다른 목적은 적층용 기판이 별도로 필요치 않은 새로운 시스템 인 패키지를 제공하는데 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a package that is a new system that does not require a separate substrate for lamination.
본 발명의 또 다른 실장이 용이하고 고주파 동작시 신호 처리가 원활한 시스템 인 패키지를 제공하는데 있다.It is another object of the present invention to provide a package that is easy to mount and smooth signal processing during high frequency operation.
기타, 본 발명의 목적 및 특징은 이하의 상세한 설명에서 보다 구체적으로 제시될 것이다.Other objects and features of the present invention will be set forth in more detail in the following detailed description.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 적층형 반도체 패키지의 기판으로서 웨이퍼레벨에서의 복수의 메모리 유닛을 사용하며, 상기 메모리 유닛의 일면에 적층되는 적어도 하나 이상의 반도체 소자를 포함하는 웨이퍼 레벨 시스템 인 패키지 를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a package that uses a plurality of memory units at the wafer level as a substrate of a stacked semiconductor package and includes at least one semiconductor element stacked on one surface of the memory unit. do.
상기 메모리 유닛은 상면에 재배치 도전층을 포함하며, 복수의 메모리 유닛 각각에 형성되어 있는 동종 단자를 연결하는 공통 배선을 형성된다. 상기 메모리 유닛에 적층되는 반도체 소자와 메모리 유닛은 솔더 범프 또는 와이어 본딩으로 접속될 수 있다.The memory unit includes a rearrangement conductive layer on an upper surface of the memory unit, and a common wiring connecting the same type of terminals formed in each of the plurality of memory units is formed. The semiconductor device and the memory unit stacked on the memory unit may be connected by solder bumps or wire bonding.
상기 메모리 유닛은 상면과 하면 사이에 적어도 하나의 관통홀이 형성되며, 상기 관통홀은 도전성 물질이 충진되어 메모리 유닛의 하면에 형성되는 재배치 도전층과 상면의 재배치 도전층이 전기적으로 연결된다. 상기 메모리 유닛의 하면에는 외부 회로 기판이 솔더 범프를 매개로 하여 전기적으로 연결될 수 있다. At least one through hole is formed between the upper surface and the lower surface of the memory unit, and the through hole is electrically connected to a relocation conductive layer formed on a lower surface of the memory unit by filling a conductive material. An external circuit board may be electrically connected to the bottom surface of the memory unit through solder bumps.
상기 메모리 유닛에는 적어도 하나의 수동 소자가 더 적층될 수 있으며, 상기 메모리 유닛에 적층된 반도체 소자는 접착 물질로 상호 접합된 다층 구조로 적층된 복수의 반도체 소자일 수 있다. 상기 메모리 유닛과 반도체 소자 또는 수동 소자 사이에는 언더필(underfill) 물질이 충진되거나, 상기 메모리 유닛과 반도체 소자를 전체적으로 커버하여 보호하는 몰딩부를 더 포함할 수 있다. At least one passive element may be further stacked on the memory unit, and the semiconductor element stacked on the memory unit may be a plurality of semiconductor elements stacked in a multilayer structure bonded to each other with an adhesive material. An underfill material may be filled between the memory unit and the semiconductor device or the passive device, or may further include a molding part that covers and protects the memory unit and the semiconductor device as a whole.
또한, 본 발명은 웨이퍼레벨에서 복수의 메모리를 적층용 기판으로 사용하여 메모리 상면에 재배치 도전층을 형성하고, 상기 메모리를 관통하는 통과홀을 형성하고, 상기 통과홀에 도전성 물질을 충진하고, 상기 메모리 하면에 재배치 도전층을 형성하고, 상기 메모리 상면에 하나 이상의 시스템 반도체 소자가 전기적으로 연결되도록 실장하는 단계를 포함하는 웨이퍼 레벨 시스템 인 패키지 제조 방법을 제공한다.In addition, the present invention uses a plurality of memories as a stacking substrate at the wafer level to form a relocation conductive layer on the upper surface of the memory, to form a through hole through the memory, and to fill the through hole with a conductive material, A method of manufacturing a package, which is a wafer level system, includes forming a relocation conductive layer on a bottom surface of a memory, and mounting one or more system semiconductor devices to be electrically connected to the top surface of the memory.
본 발명은 하나의 패키지 내에 메모리, 논리 회로, 기타 전기적 소자 등을 집적한 시스템 인 패키지(SIP)에 있어서, 메모리 소자가 집적되어 있는 웨이퍼 상에서 복수의 메모리 유닛을 하나의 기판 역할을 하는 매개체로 사용하고 시스템을 구성하는 다른 반도체 소자 및/또는 수동 소자들을 상기 메모리 유닛 기판에 적층하여 하나의 단일 시스템을 구현한다. In the present invention, a system in a package (SIP) in which memory, logic circuits, and other electrical components are integrated in one package, a plurality of memory units are used as a substrate on a wafer in which the memory components are integrated. And other semiconductor elements and / or passive elements constituting the system are stacked on the memory unit substrate to implement one single system.
따라서, 본 발명에 따르면 종래의 POP(Package-on-Package) 및 MCP(Multi-Chip Package) 등에서 필요한 적층용 기판이 별도로 필요치 않아 제조 비용을 절감할 수 있고, 트렌치 내지 실리콘 관통홀(silicon-through hole)을 형성하여 패키지 내부의 전기적 배선 길이를 줄여 고주파 동작시 발생하는 시간 지연/왜곡을 감소시켜 시스템의 전기적 성능을 향상시킨다. Therefore, according to the present invention, a stacking substrate necessary for a conventional package-on-package (POP) and multi-chip package (MCP) is not required separately, thereby reducing manufacturing costs, and reducing trenches to silicon through-holes. Holes are formed to reduce the length of electrical wiring inside the package, reducing time delay / distortion during high frequency operation, improving the electrical performance of the system.
또한 종래의 MCP에서는 메모리 칩을 수직으로 적층하여 패키지 두께를 줄이는데 한계가 있었으나, 본 발명에서는 복수의 메모리 칩을 수평 방향으로 단일층으로 사용하여 전체 시스템을 구성하므로 패키지 두께를 줄일 수 있다. In addition, in the conventional MCP, there is a limit in reducing the package thickness by vertically stacking memory chips, but in the present invention, since the entire system is configured by using a plurality of memory chips as a single layer in the horizontal direction, the package thickness can be reduced.
뿐만 아니라, 전체 시스템을 구성하는 액티브 칩(active chip)의 물리적인 치수(dimension)에 따라 기판으로 사용되는 메모리 유닛의 수를 결정할 수 있으므로 시스템 구성할 수 있는 자유도가 증가하여, 적용 분야를 다양하게 확대시킬 수 있다.In addition, since the number of memory units used as the substrate can be determined according to the physical dimensions of the active chips constituting the entire system, the degree of freedom for configuring the system is increased, and thus the applications are varied. You can enlarge it.
도 2는 복수의 메모리 소자가 집적되어 형성된 반도체 웨이퍼(100)를 도시한다. 웨이퍼 내에는 미세한 크기의 메모리 유닛(100a, 100b)이 상호 인접하여 형성되어 있다. 이들 메모리 유닛을 시스템을 구현하는데 요구되는 수로 선택하여 시스 템 인 패키지의 적층용 기판으로 사용한다.2 illustrates a
도 3은 본 발명의 일실시예로서 복수의 메모리 유닛(210a, 210b, 210c, 210d)을 기판으로 사용한 시스템 인 패키지를 보인 평면도이고, 도 4는 부분적인 단면 구조를 도시한다. 기판으로 사용되는 메모리 유닛의 설명을 위하여 도 3 및 도 4에는 시스템을 구성하는 다른 소자 내지 부품을 제외하였다. 메모리 유닛(210a, 210b, 210c, 210d)의 수는 시스템을 구성하는데 필요한 적정한 수로 결정되며, 도시된 실시예로 한정될 필요는 없다.FIG. 3 is a plan view illustrating a system-in-package using a plurality of
메모리 유닛(210a, 210b, 210c, 210d)은 내부에 트랜지스터, 유전체 등의 전기적 부품(미도시)과 금속 배선(미도시)이 형성되어 있고 상면에는 하나 이상의 전극 패드(215)가 노출된다. 이들 전극 패드(215)는 재배치 도전층(240)에 의하여 상호 간에 전기적으로 연결될 수 있으며, 특히 동종 단자간에 전기적으로 연결되어 하나의 메모리부를 형성한다. 따라서 도면에 나타난 분리선(scribe lane)(201)은 이해를 돕기 위하여 도시하였을 뿐 각각의 메모리 유닛을 물리적으로 분리하지는 않는다. 식별 번호 240'는 동종 단자 사이를 전기적으로 연결하는 재배치 도전층의 공통 배선을 도시한다. 도 3에 도시된 메모리 유닛(210a, 210b, 210c, 210d)의 전극 패드, 재배치 도전층, 공통 배선 등의 수 및 형태는 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.In the
메모리 유닛 상면의 전극 패드(215) 이외의 부분은 도 4에 도시한 바와 같이 절연층(230)으로 보호될 수 있으며, 재배치 도전층(240)도 절연층(250)으로 보호될 수 있다. 메모리 유닛의 소정 영역에는 상면과 하면을 관통하는 관통홀(260)이 형 성되어 있다. 메모리 유닛의 하면에는 절연층(270)과 재배치 도전층(280)이 각각 형성되며, 재배치 도전층(280)은 관통홀(260)에 충진된 도전성 물질에 의하여 메모리 유닛 상면의 재배치 도전층(240)과 전기적으로 연결된다. 또 다른 절연층(290)이 메모리 유닛의 하면의 재배치 도전층(280)을 국부적으로 노출시키며 보호하고 있고, 재배치 도전층(280)의 노출된 부위에는 솔더 범프(205)가 형성된다. 이러한 구조를 통하여 기판인 메모리 유닛(210a, 210b, 210c, 210d)의 상면에는 복수의 전기적 소자, 예를 들어 응용 프로세서, 멀티미디어 프로세서, 베이스밴드 프로세서, 디지털 신호 처리기(DSP) 등의 논리 회로 소자가 적층될 수 있고, 이와 더불어 저항, 인덕터, 커패시터 등의 각종 수동 소자가 실장될 수 있으며, 메모리 유닛의 하면은 외부 회로 기판에 표면 실장될 수 있다.Portions other than the
이하에서, 본 발명에 따른 웨이퍼레벨 시스템 인 패키지의 제조 공정을 예시적으로 설명하며, 또한 본 발명에 따른 시스템 인 패키지의 구조에 대해서도 설명한다. Hereinafter, the manufacturing process of the wafer level system phosphorus package according to the present invention will be described by way of example, and also the structure of the system phosphorus package according to the present invention will be described.
도 5는 웨이퍼레벨 시스템 인 패키지의 적층용 기판으로 사용되는 메모리 유닛(200)의 단면을 도시하고 있다. 도 5 및 다른 도면에서는 설명의 편의를 위하여 웨이퍼의 일부분의 메모리 유닛만을 도시하고 있지만, 실제 제조 공정에서는 웨이퍼레벨에서 복수의 메모리 유닛을 대상으로 복수의 시스템 인 패키지를 구현한다. 상기 메모리 유닛은 복수의 단위 메모리(210a, 210b)를 포함하며, 각각의 메모리 내부에는 트랜지스터, 유전층, 금속 배선 등이 이미 형성되어 있다.5 shows a cross section of a
메모리 유닛 상면에는 절연층(230)을 형성하여 복수의 전극 패드(215)를 국 부적으로 노출시킨다(도 6). 노출된 전극 패드에는 재배치 도전층(240)을 형성하며, 이 재배치 도전층에 의하여 전극 패드 간에 선택적으로 전기적인 연결이 이루어질 수 있다. 도 7은 도 3의 X-X'선 단면 구조를 보인 것으로 공통 배선(240')에 의하여 전극 패드 중 일부가 선택적으로 상호 연결된 것을 보이고 있다. An insulating
절연층이나 재배치 도전층, 기타 박막층의 국부적인 형성을 위하여 수행되는 포토리지스트 도포, 노광 공정, 부분적 식각 공정 등은 이미 당업자에게 잘 알려져 있으므로 자세한 설명을 생략한다.The photoresist coating, exposure process, partial etching process, etc., which are performed to locally form the insulating layer, the rearrangement conductive layer, and other thin film layers, are well known to those skilled in the art, and thus detailed descriptions thereof will be omitted.
재배치 도전층이 형성된 후에는 다시 절연층(250)을 형성하여(도 8) 메모리 유닛 상면에서 재배치 도전층의 일부분만을 국부적으로 노출시킨다. 재배치 도전층의 노출된 부분은 다른 반도체 소자나 수동 소자 등과의 전기적인 연결을 위한 컨택 부위로 사용되며, 예를 들어 와이어나 솔더 범프가 접촉될 수 있을 것이다.After the relocation conductive layer is formed, the insulating
본 발명에서는 메모리 유닛을 관통하는 트랜치 내지 관통홀을 형성하여 시스템 인 패키지가 외부 회로 기판에 실장될 때 별도의 와이어가 필요없고 표면실장(surface mounting)이 가능하도록 한다. 도 9는 도 3의 Y-Y'선 단면을 보인 것으로 메모리 유닛(200)을 수직적으로 투과하는 관통홀(260')이 형성된 모습을 도시한다. 상기 관통홀(260')은 레이저 펀칭 등의 물리적 내지 기계적인 방법에 의하여 형성할 수도 있지만, 메모리 유닛의 두께가 크지 않을 경우 국부적인 식각 등의 화학적 방법을 사용할 수도 있으며, 미세 직경의 관통홀 형성을 위해 물리적인 방법과 화학적인 방법을 병용하는 것도 무방하다.In the present invention, trenches or through-holes penetrating the memory unit are formed to allow surface mounting without a separate wire when the system-in package is mounted on an external circuit board. FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line Y-Y 'of FIG. 3, and illustrates a through
상기 관통홀(260')은 재배치 도전층(240)에 의하여 메모리 유닛의 상면과 하 면을 전기적으로 연결하는 매개부로 작용한다. 이를 위하여 상기 관통홀(260')에는 도전성 물질을 충진한다(도 10). 식별 번호 260은 도전성 물질이 충진된 관통홀을 나타낸다. 미세 크기의 관통홀을 형성한 경우 관통홀 저부까지 도전성 물질이 충진되지 않을 수도 있으며 이를 위하여 메모리 유닛의 하면을 연삭(backgrinding)하여 도전성 물질이 메모리 유닛의 하부 표면에 노출되도록 할 수 있다(도 11). 이러한 연삭 공정은 메모리 유닛의 두께 감소를 통해 전체 패키지 두께를 절감하는 이점이 있다. 메모리 유닛의 두께가 작거나 관통홀에 도전성 물질이 완전히 충진되면 연삭 공정은 생략할 수도 있을 것이다.The through
메모리 유닛의 하면에는 절연층(270)을 국부적으로 형성하고(도 12), 절연층 위에 국부적으로 재배치 도전층(280)을 형성하여 도전성 물질이 충진된 관통홀(260)과 전기적으로 연결시킨다(도 13). 메모리 유닛 하면의 재배치 도전층(280)은 또 다른 절연층(290)을 형성하여 국부적으로 노출시키고(도 14), 재배지 도전층의 노출된 부위에는 솔더 범프(205)를 형성한다(도 15).An insulating
도시되지는 않았지만 재배치 도전층의 노출된 부위에는 솔더 범프의 전기적인 컨택을 증진시키기 위해서 하나 이상의 하부 금속층(under bump metal)이 형성될 수 있다.Although not shown, one or more under bump metal layers may be formed in the exposed portions of the relocation conductive layer to promote electrical contact of the solder bumps.
이와 같이 웨이퍼 레벨에서 복수의 메모리를 하나의 유닛으로 하여 적층형 패키지를 위한 기판으로 형성한 후, 메모리 유닛 상면에는 시스템 반도체 등의 비메모리 소자 및/또는 수동 소자를 실장할 수 있다.As described above, after forming a plurality of memories as one unit at a wafer level and forming a substrate for a stacked package, non-memory elements such as system semiconductors and / or passive elements may be mounted on the upper surface of the memory unit.
도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 예시적인 시스템 인 패키지를 보인 것으 로, 메모리 유닛(200) 상면에 반도체 소자(300)가 솔더 범프(305)를 매개로 하여 접합되어 있고 또한 하나 이상의 수동 소자(310)가 솔더 범프(315)에 의하여 메모리 유닛에 직접 접합되어 있다. 상기 반도체 소자(300)는 응용 프로세서, 멀티미디어 프로세서, 베이스밴드 프로세서, 디지털 신호 처리기(DSP) 등의 논리 회로 소자가 포함된다. 상기 반도체 소자와 수동 소자 하부에는 언더필(330)이 충진되어 메모리 유닛 상면이 보호된다. 이와 달리 패키지 전체를 에폭시 몰딩 등에 의하여 보호할 수도 있을 것이다. 메모리 유닛은 하면의 솔더 범프(205)를 매개로 외부 회로 기판(400)에 표면 실장되어 있다. FIG. 16 illustrates an exemplary system in a package according to an embodiment of the present invention, in which a
도 17은 다른 실시예로서 메모리 유닛(200) 상면에 반도체 소자(500)가 와이어(505)에 의하여 메모리 유닛과 전기적으로 연결된 것을 보이고 있으며, 패키지 전체가 몰딩(340)에 의하여 보호되고 있다.17 illustrates another embodiment in which the
도 18 및 19는 또 다른 실시예로서 메모리 유닛(200) 상부에 복수의 반도체 소자(300, 500, 600)가 적층된 채로 전기적으로 메모리 유닛과 연결된 것을 보이고 있으며, 각각의 반도체 소자는 솔더 범프(305)나 와이어(505, 605)에 의하여 메모리 유닛과 전기적인 컨택을 유지하고 있다. 적층된 복수의 반도체 소자는 상호간에 접착 필름(510)으로 접합될 수 있다.18 and 19 illustrate a plurality of
또한, 적층되는 반도체 소자의 수는 적용되는 응용 분야의 필요에 따라 더 증가할 수도 있을 것이며, 이에 따라 메모리 유닛과의 전기적인 컨택점도 증가할 수 있을 것이다.In addition, the number of stacked semiconductor devices may further increase depending on the needs of the application to be applied, and thus may also increase the electrical contact point with the memory unit.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명 의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니므로, 본 발명은 본 발명의 사상 및 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 다양한 형태로 수정, 변경, 또는 개선될 수 있을 것이다. In the above described exemplary embodiments of the present invention by way of example, but the scope of the present invention is not limited to these specific embodiments, the present invention is in various forms within the scope of the spirit and claims of the present invention May be modified, changed, or improved.
본 발명에 따르면, 고용량, 고기능성 및 고속 동작이 가능하며 경박 단소한 시스템 인 패키지(System-in-Package)를 구현할 수 있다. 패키지 내에는 복수의 메모리, 예를 들어 하나 이상의 동종 메모리 및/또는 이종 메모리와, 복수의 논리 회로, 각종 수동 소자를 모두 집적시켜 단일 시스템을 구현할 수 있다. 복수의 메모리 칩을 시스템 인 패키지용 기판으로 사용함으로써, 고용량의 시스템에 적용할 수 있으며, 논리 소자 및 수동 소자와의 배선 길이가 줄어들어 시스템의 전기적 특성이 크게 향상되고, 두께가 감소된 시스템 인 패키지를 구현할 수 있다. According to the present invention, high capacity, high functionality and high speed operation are possible, and a light and simple system-in-package can be implemented. In a package, a single system may be realized by integrating a plurality of memories, for example, one or more homogeneous memories and / or heterogeneous memories, a plurality of logic circuits, and various passive devices. By using a plurality of memory chips as a system-in-package substrate, it can be applied to a high-capacity system, and the wiring length between logic and passive elements is reduced, thereby greatly improving the electrical characteristics of the system and reducing the system-in-package. Can be implemented.
한편, 본 발명은 공정 측면에서 볼 때, 메모리 소자가 집적되어 있는 웨이퍼상에서 시스템을 형성하므로 제조 공정이 단순화되고 대량 생산에 유리하다. 또한, 후공정 단계가 감소하며 적층용 기판이 별도로 필요치 않아 제조 비용을 크게 절감시킬 수 있고, 시스템을 구성하는 수동 소자 등의 삽입 및 실장이 용이하여 공정 효율도 크게 개선시킬 수 있다. 또한, 트렌치 내지 관통홀 구조를 형성하여 표면 실장 기술(SMT:Surface Mounting Technology) 적용이 가능하여 외부 회로 기판에 실장이 용이하다. On the other hand, in view of the process, the present invention forms a system on the wafer in which the memory elements are integrated, which simplifies the manufacturing process and is advantageous for mass production. In addition, since the post-processing step is reduced and a separate substrate for stacking is not required, the manufacturing cost can be greatly reduced, and the insertion and mounting of passive components constituting the system can be easily performed, thereby greatly improving the process efficiency. In addition, by forming a trench through a through-hole structure it is possible to apply Surface Mounting Technology (SMT) it is easy to mount on an external circuit board.
Claims (17)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020070006413A KR100851108B1 (en) | 2007-01-22 | 2007-01-22 | Wafer level system in package and fabrication method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020070006413A KR100851108B1 (en) | 2007-01-22 | 2007-01-22 | Wafer level system in package and fabrication method thereof |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20080068952A KR20080068952A (en) | 2008-07-25 |
KR100851108B1 true KR100851108B1 (en) | 2008-08-08 |
Family
ID=39822400
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020070006413A KR100851108B1 (en) | 2007-01-22 | 2007-01-22 | Wafer level system in package and fabrication method thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR100851108B1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8309372B2 (en) | 2010-01-28 | 2012-11-13 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method of manufacturing stacked semiconductor package |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20040011348A (en) * | 2002-07-29 | 2004-02-05 | 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 | Semiconductor device |
KR20040094165A (en) * | 2003-05-02 | 2004-11-09 | 주식회사 하이닉스반도체 | Heat spreading stack Package |
KR20060120365A (en) * | 2005-05-19 | 2006-11-27 | 삼성테크윈 주식회사 | Stacked die package |
-
2007
- 2007-01-22 KR KR1020070006413A patent/KR100851108B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20040011348A (en) * | 2002-07-29 | 2004-02-05 | 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 | Semiconductor device |
KR20040094165A (en) * | 2003-05-02 | 2004-11-09 | 주식회사 하이닉스반도체 | Heat spreading stack Package |
KR20060120365A (en) * | 2005-05-19 | 2006-11-27 | 삼성테크윈 주식회사 | Stacked die package |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8309372B2 (en) | 2010-01-28 | 2012-11-13 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method of manufacturing stacked semiconductor package |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20080068952A (en) | 2008-07-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8729690B2 (en) | Assembly having stacked die mounted on substrate | |
KR101653856B1 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
US7888785B2 (en) | Semiconductor package embedded in substrate, system including the same and associated methods | |
US8026129B2 (en) | Stacked integrated circuits package system with passive components | |
CN111052371A (en) | Semiconductor device with laterally offset stacked semiconductor die | |
KR101736984B1 (en) | Print circuit board having hexagonal bump pad for substrate of semiconductor package and semiconductor package having the same | |
KR100925665B1 (en) | System in package and fabrication method thereof | |
KR20050046091A (en) | Double stacked bga package and multi-stacked bga package | |
US8933561B2 (en) | Semiconductor device for semiconductor package having through silicon vias of different heights | |
US9917073B2 (en) | Reconstituted wafer-level package dram with conductive interconnects formed in encapsulant at periphery of the package | |
KR20200102883A (en) | System in package including bridge die | |
US11158621B2 (en) | Double side mounted large MCM package with memory channel length reduction | |
US20230099787A1 (en) | Semiconductor package and method of fabricating the same | |
CN108807361B (en) | Three-dimensional packaging structure of chip stack | |
US9087883B2 (en) | Method and apparatus for stacked semiconductor chips | |
US8736076B2 (en) | Multi-chip stacking of integrated circuit devices using partial device overlap | |
US20080237831A1 (en) | Multi-chip semiconductor package structure | |
CN113410215B (en) | Semiconductor packaging structure and preparation method thereof | |
KR100851108B1 (en) | Wafer level system in package and fabrication method thereof | |
KR101078734B1 (en) | Semiconductor Package and method for fabricating thereof and Stack Package using the same | |
KR20050027384A (en) | Chip size package having rerouting pad and stack thereof | |
KR100650770B1 (en) | Flip chip double die package | |
KR20120004877A (en) | Semiconductor package | |
KR20100096916A (en) | Stack package and method of fabricating the same | |
KR20090080700A (en) | Memory module |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20120629 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20130731 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20151228 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20160729 Year of fee payment: 9 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20170710 Year of fee payment: 10 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20180627 Year of fee payment: 11 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20190701 Year of fee payment: 12 |