JP2001320015A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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裕二 高岡
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    • H01L2924/1304Transistor
    • H01L2924/1305Bipolar Junction Transistor [BJT]

Abstract

(57)【要約】 【課題】 3次元構造の半導体装置を容易にしかも精度
良く製造すること。 【解決手段】 本発明の半導体装置1は、基板10に形
成される配線パターン11と、配線パターン11を覆う
状態で形成される絶縁膜20と、絶縁膜20上に載置さ
れる第1の素子チップ2と、絶縁膜20を貫通し、配線
パターン11と第1の素子チップ2とを電気的に導通さ
せる導体ピラー4とを備えるものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、配線パターンが形
成された基板の上方に素子チップを階層的に載置して3
次元マルチチップモジュールを構成する半導体装置およ
びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体装置の高集積化、小型化が
進んでおり、それに伴い回路素子の微細加工も進んでき
ている。また、このような微細加工とともに、回路素子
を形成したチップを積み重ねて3次元構造とする半導体
装置も開発されている。
【0003】チップを積み重ねて3次元構造にする場
合、各チップ間をワイヤーボンドで配線したり、チップ
間に配線パターンが形成された基板を挟むようにして、
各チップをその基板のパッドと接続することで、チップ
の積み重ねと電気的接続とを実現している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ワイヤ
ーボンドでの配線は、配線間ピッチの制約から配線本数
が限られてしまったり、配線部分を含む半導体装置全体
の大きさが増加してしまうという問題がある。
【0005】また、チップ間に基板を挟む構成では、チ
ップに形成されたバンプと基板との位置合わせが困難で
あるとともに、多数のバンプを形成しなければならず、
製造工程の複雑化を招いている。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明はこのような課題
を解決するために成されたものである。すなわち、本発
明の半導体装置は、基板に形成される配線パターンと、
配線パターンを覆う状態で形成される絶縁膜と、絶縁膜
上に載置される素子チップと、絶縁膜を貫通し、配線パ
ターンと素子チップとを電気的に導通させる導体ピラー
とを備えるものである。
【0007】このような本発明では、基板に絶縁膜を介
して素子チップを搭載し、絶縁膜を貫通する導体ピラー
によって基板の配線パターンと素子チップとを導通させ
ているため、素子チップと基板との電気的接続の精度を
導体ピラーの製造精度まで高めることができるようにな
る。
【0008】また、本発明の半導体装置の製造方法は、
基板に配線パターンを形成する工程と、配線パターンを
絶縁膜で覆う工程と、絶縁膜上に素子チップを搭載する
工程と、絶縁膜を貫通し、配線パターンと導通する導体
ピラーを形成する工程と、導体ピラーと素子チップとを
配線する工程とを備えている。
【0009】このような本発明では、配線パターンを形
成した基板に素子チップを搭載して3次元構造の半導体
装置を構成するにあたり、絶縁膜上に素子チップを搭載
した後に導体ピラーを形成しているため、素子チップの
搭載時の位置合わせ精度を緩くできる。また、導体ピラ
ーを半導体製造プロセス技術で製造することから、精度
の高い配線を行うことができるようになる。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
基づいて説明する。図1は、本実施形態に係る半導体装
置を説明する概略断面図である。すなわち、本実施形態
に係る半導体装置1は、複数の素子チップを積層して3
次元構造にしたマルチチップモジュールである。図1に
示す例では、基板10の上方に第1の素子チップ2、第
2の素子チップ3の2つが絶縁膜を挟んで配置された構
成となっている。
【0011】基板10には所定の配線パターン11が形
成されており、その配線パターン11を覆う状態に絶縁
膜20が形成されている。なお、基板10には配線パタ
ーン11の他に機能素子を形成しておいてもよい。
【0012】配線パターン11を覆う絶縁膜20の上に
は第1の素子チップ2が載置されている。絶縁膜20上
に搭載されることで、第1の素子チップ2と配線パター
ン11とは直接接触せず、電気的な絶縁が保たれる。
【0013】第1の素子チップ2の周囲は絶縁膜30に
よって覆われている。また、第1の素子チップ2と基板
10の配線パターン11とは、絶縁膜20、30を貫通
する状態で形成されている導体ピラー4を介して電気的
な導通をとっている。
【0014】導体ピラー4は、例えば銅を用いて形成さ
れており、第1の素子チップ2の周辺に立設され、基板
10の配線パターン11と導通するパッド12と接触し
ている。この導体ピラー4と第1の素子チップ2とは、
絶縁膜30の上面に沿って形成される配線5によって導
通状態となっている。
【0015】本実施形態の半導体装置1では、この絶縁
膜20、第1の素子チップ2、絶縁膜30、導体ピラー
4および配線5から成る構成を、もう一つ積層した構成
となっている。
【0016】すなわち、配線5を覆う状態で絶縁膜40
が形成され、その上に第2の素子チップ3が搭載され、
さらに第2の素子チップ3が絶縁膜50で覆われてい
る。また、絶縁膜40、50を貫通する状態で導体ピラ
ー4が形成され、その導体ピラー4と第2の素子チップ
3とが配線5によって接続されている。
【0017】また、配線5の上には絶縁膜60が形成さ
れ、外部との導通のためのパッド61が絶縁膜60を貫
通して配線5に接続されている。
【0018】このように、第1の素子チップ2および第
2の素子チップ3が基板10の上方に絶縁膜を介して積
層され、導体ピラー4によって基板10の配線パターン
11と導通していることから、各々の素子チップ2、3
を導体ピラー4に電気的接続すれば各素子チップ2、3
間の電気的接続が完了することになる。
【0019】また、本実施形態の半導体装置1では、各
素子チップ2、3の外側に設けた導体ピラー4によって
電気的接続を行うため、ワイヤーボンドやバンプを用い
ることなく、しかも素子チップ2、3の大きさに制限さ
れずに配線を行うことができるようになる。
【0020】次に、本実施形態に係る半導体装置の製造
方法を説明する。図2〜図5は、本実施形態に係る半導
体装置の製造方法を説明する概略図である。
【0021】先ず、図2に示すように、例えばシリコン
ウェハ100を用いて配線パターン11およびパッド1
2の形成を行う。ここでは、図2(a)は全体図であ
り、シリコンウェハ100に同じ配線パターンの群を複
数の配線チップ101として形成する。
【0022】図2(b)は1つの配線チップを示す図で
ある。配線チップ101を構成する配線パターン11と
しては、例えばアルミニウムをフォトリソグラフィー技
術によってパターニングして、所定のパターン形状に成
形する。なお、この配線チップ101としては、配線パ
ターン11の他に機能素子を組み込むようにしてもよ
い。
【0023】次に、図3(a)に示すように、配線パタ
ーン11を覆う状態で例えば酸化シリコンから成る絶縁
膜20を形成する。絶縁膜20は、例えばCVD(化学
気相成長法)によってシリコンウェハ100の状態で全
体に形成する。
【0024】次いで、図3(b)に示すように、先に形
成した絶縁膜20上に第1の素子チップ2を搭載する。
第1の素子チップ2は、絶縁膜20上に位置合わせした
状態で接着される。ただし、第1の素子チップ2の電気
的な接続は後の工程で行うことから、ここでの位置合わ
せ精度はそれほど高いものでなくてもよい。ここで、第
1の素子チップ2は、シリコンウェハ100の全ての配
線チップ上に搭載される。
【0025】続いて、図3(c)に示すように、第1の
素子チップ2を覆う状態で例えば酸化シリコンから成る
絶縁膜30を形成する。この絶縁膜30も、例えばCV
Dによってシリコンウェハ100の状態で全体に形成す
る。
【0026】次に、図3(d)に示すように、配線パタ
ーン11と導通するパッド上の絶縁膜20、30をエッ
チングして穴を設け、その穴内に導体ピラー4を例えば
銅のめっき処理によって形成する。
【0027】また、第1の素子チップ2のパッド21上
の絶縁膜30にもエッチングによって穴を設け、その穴
内に同様な導体ピラー4を形成する。これにより、シリ
コンウェハ100のパッド12上と、第1の素子チップ
2のパッド21上との各々に導体ピラー4が立設され
る。
【0028】続いて、図4(a)に示すように、各パッ
ド12、21上の導体ピラー4の上端を配線5で接続す
る。配線5は、例えばアルミニウムをフォトリソグラフ
ィー技術によってパターニングして形成される。また、
図4(b)に示すように、配線5は、回路構成に必要な
パッド12、21間を接続するように形成される。
【0029】その後、配線5を覆う状態に例えば酸化シ
リコンから成る絶縁膜40を形成する。この絶縁膜40
も、例えばCVDによってシリコンウェハ100の状態
で全体に形成する。
【0030】次に、ここまでの工程(絶縁膜形成、素子
チップ搭載、導体ピラー形成、配線接続)を、繰り返し
行う。すなわち、図4(c)に示すように、絶縁膜40
上に第2の素子チップ3を搭載し、絶縁膜50で覆い、
パッド12、21上の絶縁膜40、50をエッチングし
て導体ピラー4を形成する。その後、各導体ピラー4を
配線5で接続し(図4(d)参照)、絶縁膜60で覆
う。これにより、シリコンウェハ100上に第1の素子
チップ2と第2の素子チップ3とが積層された状態とな
る。絶縁膜60を形成した後は、配線5と外部とのコン
タクトをとるためのパッド61を形成する。
【0031】この状態で、配線チップ単位でシリコンウ
ェハ100のダイシングを行い、配線チップ101、第
1の素子チップ2、第2の素子チップ3が各々1つずつ
積層された状態の3次元マルチチップモジュール構造の
半導体装置1が完成する。
【0032】このような半導体装置の製造方法により、
素子チップの積層、導体ピラーの形成、素子チップ間の
絶縁膜の形成など、シリコンウェハ単位で半導体製造プ
ロセスを用いて実現でき、半導体製造プロセスの精度に
よって3次元配線を正確に施すことが可能となる。
【0033】なお、本実施形態では第1の素子チップ2
と第2の素子チップ3の2つを積層する例を説明した
が、素子チップは2つに限定されず、3つ以上積層して
もよいし、基板と第1の素子チップとの積層構造であっ
てもよい。また、シリコンウェハ以外の半導体ウェハ
(化合物半導体ウェハ、SOIウェハ等)を基板として
用いてもよい。さらに、基板は半導体ウェハに限らず、
ウェハ形状をしたもの(ガラス基板等)を用いてもよ
い。
【0034】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば次
のような効果がある。すなわち、3次元マルチチップモ
ジュールを構成するにあたり、ワイヤーボンドやバンプ
を用いることなく素子チップ間の配線を行うことがで
き、しかも半導体製造プロセスを用いて素子チップ間の
絶縁膜や配線部材を形成できることから、多数配線結線
を容易にしかも精度良く行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態に係る半導体装置を説明する概略断
面図である。
【図2】本実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明
する概略図(その1)である。
【図3】本実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明
する概略図(その2)である。
【図4】本実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明
する概略図(その3)である。
【符号の説明】
1…半導体装置、2…第1の素子チップ、3…第2の素
子チップ、4…導体ピラー、5…配線、10…基板、1
1…配線パターン、12…パッド、20…絶縁膜、30
…絶縁膜、40…絶縁膜、50…絶縁膜、60…絶縁
膜、100…シリコンウェハ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 23/12 501 H01L 23/52 C 23/52

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板に形成される配線パターンと、 前記配線パターンを覆う状態で形成される絶縁膜と、 前記絶縁膜上に載置される素子チップと、 前記絶縁膜を貫通し、前記配線パターンと前記素子チッ
    プとを電気的に導通させる導体ピラーとを備えることを
    特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記素子チップの上方に他の絶縁膜を介
    して他の素子チップが搭載され、前記他の素子チップと
    前記導体ピラーとが導通していることを特徴とする請求
    項1記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】 前記基板には、前記配線パターンと導通
    する機能素子が形成されていることを特徴とする請求項
    1記載の半導体装置。
  4. 【請求項4】 基板に配線パターンを形成する工程と、 前記配線パターンを絶縁膜で覆う工程と、 前記絶縁膜上に素子チップを搭載する工程と、 前記絶縁膜を貫通し、前記配線パターンと導通する導体
    ピラーを形成する工程と、 前記導体ピラーと前記素子チップとを配線する工程とを
    備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  5. 【請求項5】 前記素子チップの上方に他の絶縁膜を形
    成する工程と、 前記他の絶縁膜の上に他の素子チップを搭載し、前記導
    体ピラーと導通させる工程とを備えることを特徴とする
    請求項4記載の半導体装置の製造方法。
  6. 【請求項6】 前記基板に前記配線パターンを形成する
    工程で、その配線パターンと導通する機能素子を形成す
    ることを特徴とする請求項4記載の半導体装置の製造方
    法。
  7. 【請求項7】 基板に、配線パターンを含む複数のチッ
    プを形成する工程と、 前記複数のチップを覆う状態で絶縁膜を形成する工程
    と、 前記絶縁膜上における前記複数のチップと対応する位置
    に複数の素子チップを各々搭載する工程と、 前記絶縁膜を貫通し、前記複数のチップの配線パターン
    と各々導通する複数の導体ピラーを形成する工程と、 前記複数の導体ピラーと前記複数の素子チップとを各々
    配線する工程と、 前記チップおよびそれに対応する素子チップを1単位と
    して個々に分割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。
  8. 【請求項8】 前記基板は、ウェハ形状をしたものから
    成ることを特徴とする請求項7記載の半導体装置の製造
    方法。
  9. 【請求項9】 前記基板は、半導体ウェハから成ること
    を特徴とする請求項7記載の半導体装置の製造方法。
  10. 【請求項10】 基板に、配線パターンを含む複数のチ
    ップを形成する工程と、 前記複数のチップを覆う状態で絶縁膜を形成する工程
    と、 前記絶縁膜上における前記複数のチップと対応する位置
    に複数の素子チップを各々搭載する工程と、 前記絶縁膜を貫通し、前記複数のチップの配線パターン
    と各々導通する複数の導体ピラーを形成する工程と、 前記複数の導体ピラーと前記複数の素子チップとを各々
    配線する工程と、 前記複数の素子チップの上方に他の絶縁膜を形成する工
    程と、 前記他の絶縁膜の上に前記複数の素子チップと対応する
    位置に複数の他の素子チップを搭載し、前記導体ピラー
    と各々導通させる工程と、 前記チップおよびそのチップに対応する素子チップなら
    びにその素子チップに対応する他の素子チップを1単位
    として個々に分割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。
  11. 【請求項11】 前記基板は、ウェハ形状をしたものか
    ら成ることを特徴とする請求項10記載の半導体装置の
    製造方法。
  12. 【請求項12】 前記基板は、半導体ウェハから成るこ
    とを特徴とする請求項10記載の半導体装置の製造方
    法。
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