JP2004006807A - Wiring board, manufacturing method thereof, and semiconductor device - Google Patents

Wiring board, manufacturing method thereof, and semiconductor device Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wiring board using silicon as a base material for the wiring board, manufacturing method thereof and a semiconductor device. <P>SOLUTION: In the wiring board whose base material is composed of silicon, the wiring board has a plurality of through holes 109 on a silicon wafer 106, a first conductive pattern 112 is formed on a surface of the silicon wafer 106, the through holes 109 are provided on a slope 108 formed by making an inner angle formed with a backside of the silicon wafer 106 into obtuse angle, a second conductive pattern 113 is formed on the backside and the slope 108, and the first conductive pattern 112 and the second conductive pattern 113 are electrically connected by third conductive patterns 114 formed in the plurality of through holes 109. The through holes 109 are formed on the slope 108 so that working time is shortened and stable carrying is secured without necessity to make the silicon wafer 106 thin. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板の側面を経由して形成された導電パターンにより、半導体基板の両面の外部電極が電気的に接続された配線基板およびその製造方法ならびに半導体チップを用いた半導体装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、コンピューターや通信機器を中心とした電子機器の小型化と高機能化に伴い、半導体装置には小型化、高密度化および高速化が要求されるようになった。そのため、複数個の半導体チップを配線基板上に搭載してモジュール化し、小型、高密度化を図ったマルチチップ型の半導体装置が提案されている。
【0003】
以下、従来の半導体装置について形態別に説明する。
【0004】
図60〜図64は、従来の半導体装置を示した断面図である。
【0005】
まず図60に示すように、配線基板1上に複数の半導体チップ2がフリップチップ方式により搭載され、半導体チップ2の電極と配線基板1の接続電極とが金属バンプ3により電気的に接続されており、1つの配線基板に対して複数の半導体チップが平面に並んで搭載されている。
【0006】
次に図61に示すように、配線基板4上に複数の半導体チップ5が積層され、それぞれの半導体チップ5の電極と配線基板4の接続電極とが金属ワイヤー6により電気的に接続され、配線基板に対する半導体チップの実装面積が平面に半導体チップを並べる形態に比較して小さくなっている。
【0007】
また図62に示すように、2つの半導体チップ7の電極形性面を対向させ、それぞれの半導体チップ7の電極が金属バンプ8により電気的に接続されており、基板レスの積層構造となっている。
【0008】
また図63に示すように、半導体チップ9が金属バンプ10を介して配線基板11にフリップチップ方式により搭載された半導体装置が複数個積層され、それぞれの配線基板11の配線どうしが金属バンプ12により電気的に接続されている。
【0009】
以上、従来の半導体装置を形態別に説明したが、従来の半導体装置はいずれも複数の半導体チップから構成された半導体装置を実現するものであり、複数の半導体チップが配線基板に対して平面に搭載された形態、配線基板に対して積層された形態、半導体チップどうしが回路形成面を対向して金属バンプにより電気的に接続された形態および配線基板に半導体チップが搭載された実装体が積層された形態であった。
【0010】
また、それぞれの半導体装置を構成している半導体チップは、その片面のみにしか電極が形成されていないため、半導体チップを積層する場合には金属ワイヤーや基板を用いて半導体チップ相互の電気的接続を行っていた。
【0011】
図64は、従来の樹脂配線基板を用いた半導体装置の断面図である。
【0012】
図64に示すように、エポキシ樹脂を含む複合材料で形成された樹脂配線基板1上に、単数または複数の半導体チップ2がフリップチップ方式により平面に搭載され、半導体チップ2の表面電極と樹脂配線基板1の表面の接続電極とが金属バンプ3により電気的に接続されている。さらに、樹脂配線基板1の裏面の接続電極は半田ボール404によりマザーボード405の配線と電気的に接続されている。なお、樹脂配線基板1の両面の接続電極は、樹脂配線基板1の内部を貫通するスルーホール(図示せず)の内壁に形成された導電パターンによって電気的に接続されている。
【0013】
このように、半導体チップ2はマザーボード405に直接実装されるのではなく、半導体チップ2とマザーボード405との間に樹脂配線基板1を介した構造となっている。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の複数の半導体チップが積層された半導体装置では、それぞれの形態において以下のような課題がある。
【0015】
まず図60に示したように、配線基板1上に複数の半導体チップ2を平面に並べるため、少なくとも配線基板1の面積は、複数の半導体チップ2の面積の総和よりも大きくする必要があり、搭載する半導体チップ2の個数が増加するほど配線基板1の面積を大きくしなければならない。
【0016】
また図61に示した半導体装置では、半導体チップ5が積層されるごとに、配線基板4の配線と電気的に接続する金属ワイヤー6を接続するための電極を半導体チップ5の上面に露出させる必要があるために、基板から離れた半導体チップ5は小さくなる。したがって、同サイズの半導体チップを積層することは不可能であり、半導体チップ5の積層数が増加すると金属ワイヤー6の合計長さも長くなることから、配線長が長くなるという課題がある。
【0017】
また図62に示した半導体装置では、半導体チップ7を3個以上積層することは不可能であるので、半導体装置としての機能に限界がある。
【0018】
また図63に示した半導体装置では、複数の半導体チップ9間に配線基板11を設ける必要があるため、半導体チップ積層後の半導体装置の厚さが大きくなるという課題がある。
【0019】
以上、従来の半導体装置では、複数の半導体チップを平面に並べた場合に実装面積が増大し、金属ワイヤー接続のための電極を設ける必要から同サイズの半導体チップの積層が不可能であり、積層される半導体チップ数が限定され、半導体装置としての機能が制限され、積層される半導体チップ間に基板を設ける構造により半導体装置の厚みが大きくなることから、小型化、高機能化、高速化を達成することが困難であった。
【0020】
また、エポキシ樹脂を含む複合材料を用いた樹脂配線基板の温度および湿度等による特性変化は、半導体チップの特性変化よりも大きく、特に熱膨張係数においては半導体チップの基材であるシリコンとエポキシ樹脂系の複合材料とでは顕著な差があり、半導体チップと樹脂配線基板との接合部に大きなストレスが発生するので、接合部が破断してしまう危険性がある。
【0021】
さらに、樹脂配線基板は半導体チップに比較して平坦性が十分でないため、半導体チップを樹脂配線基板に対して直接接合するフリップチップ方式では、半導体チップの電極に形成された金属バンプと樹脂配線基板の接続電極との電気的な接続が安定しないという課題がある。
【0022】
また、半導体チップの寸法精度に比較して、樹脂配線基板に形成された配線の寸法精度が十分でないので、半導体チップの表面電極と樹脂配線基板の接続電極との接続部において位置ズレが生じ、接合不良となることがある。
【0023】
さらに、樹脂配線基板上に半導体チップを平面に搭載した構造であるので、樹脂配線基板の面積は、搭載した半導体チップの合計面積よりも小さくすることは不可能であり、搭載する半導体チップの個数が増加するほど樹脂配線基板の面積が大きくなってしまうという課題がある。
【0024】
本発明は、前記した従来の課題を解消するために、半導体チップの側面を経由した導電パターンによって半導体チップ両面の電極を電気的に接続することにより、複数の半導体チップを配線基板に積層しても、半導体チップを積層した半導体装置の厚みおよび基板面積の増大および半導体チップ間の配線長の増加を招かない点に主眼を置いた半導体チップを用いた半導体装置を提供するものである。
【0025】
本発明は、前記した従来の課題を解消するために、配線基板の基材としてシリコンを用いた配線基板およびその製造方法を提供するものである。
【0026】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の配線基板は、基材がシリコンからなる配線基板であって、配線基板に複数の貫通孔を有し、配線基板の表面に第1の導電パターンが形成され、貫通孔は配線基板の裏面となす内角が鈍角をなして形成された斜面に設けられ、裏面および斜面に第2の導電パターンが形成され、第1の導電パターンと第2の導電パターンとが複数の貫通孔に形成された第3の導電パターンにより電気的に接続されていることを特徴とするものである。
【0027】
請求項1記載の配線基板によれば、斜面を形成することにより、穴を深く形成することが不要となるので、加工時間の短縮化を図ることができるとともにコスト削減を達成できる。また、シリコン基板を研削してその厚みを薄くすることも不要となるので、安定した搬送を確保できる。
【0028】
請求項2記載の配線基板は、電子部品を配線基板上に搭載しマザーボードに実装されるマルチチップ半導体装置用配線基板であって、配線基板がシリコンからなるシリコン基板を有し、このシリコン基板の表面に、電子部品を実装し配線するための少なくとも一層からなる第1の導電パターンと、シリコン基板の裏面に、マザーボードに実装するための電極を有する少なくとも一層からなる第2の導電パターンとを備え、第1の導電パターンと第2の導電パターンとをシリコン基板の側面に形成した第3の導電パターンにより電気的に接続したことを特徴とするものである。
【0029】
請求項2記載の配線基板によれば、表面の電子部品を実装し配線する第1の導電パターンと裏面のマザーボードに実装するための電極を備える第2の導電パターンを有し、それら第1の導電パターンと第2の導電パターンが側面に形成した第3の導電パターンにより電気的に接続されているシリコンからなる配線基板が得られる。
【0030】
このシリコン配線基板は湿度による形状変化はなく、半導体チップと同じシリコンにより形成されているため、温度変化による膨張収縮等の形状変化は半導体チップと同一であり、研磨により形成するため平坦度が高く、電極位置の寸法精度が高く、半導体チップと同レベルの接続電極の狭ピッチ化及び配線の高密度化が可能である。
【0031】
したがって、このようなシリコン配線基板を用いたマルチチップ半導体装置は、金属バンプの接合部の応力を低減して信頼性を高め、配線基板の平坦度および寸法精度により接合の安定性を高め、樹脂配線基板が成し得ないレベルでの配線密度の向上を可能にし、小型、高密度かつ高速化を実現できる。
【0032】
請求項3記載の配線基板は、電子部品を配線基板上に搭載しマザーボードに実装されるマルチチップ半導体装置用配線基板であって、配線基板が表面と鋭角をなして側面が形成され表面の周囲に凹部が形成されたシリコンからなるシリコン基板を有し、このシリコン基板の表面及び凹部内に形成され電極を有する少なくとも一層からなる第1の導電パターンと、シリコン基板の裏面及び側面に形成され、第1の導電パターンに接続し、電極を有する少なくとも一層からなる第2の導電パターンとを備えていることを特徴とするものである。
【0033】
請求項3記載の配線基板によれば、表面に第1の導電パターンと裏面に第2の導電パターンを有し、第1の導電パターンと第2の導電パターンとが直接電気的に接続されているシリコンからなる配線基板が得られる。
【0034】
したがって、このようなシリコン配線基板を用いたマルチチップ半導体装置は、請求項2と同じ作用により、金属バンプの接合部の応力を低減して信頼性を高め、配線基板の平坦度および寸法精度により接合の安定性を高め、樹脂配線基板が成し得ないレベルでの配線密度の向上を可能にし、小型、高密度かつ高速化を実現できる。
【0035】
請求項4記載の配線基板は、請求項1または請求項3において、基板の表面と直角をなすように側面に絶縁層を形成したものである。
【0036】
請求項4記載の配線基板によれば、請求項1または請求項3と同様な効果のほか、配線基板の側面を補強するとともに、側面の導電パターンの保護を向上させることができる。
【0037】
請求項5記載の配線基板は、請求項1、請求項2または請求項3において、第1の導電パターンと基板との間と、第2の導電パターンと基板との間のどちらか、或いは両方に低応力の樹脂層を有するものである。
【0038】
請求項5記載の配線基板によれば、請求項1、請求項2または請求項3と同様な効果のほか、半導体チップと配線基板との間で発生する温度変化による応力を緩和することができ、半導体チップの実装信頼性を高めることができる。
【0039】
請求項6記載の配線基板の製造方法は、シリコン基板の表面から穴を形成する工程と、表面および穴に第1の導電パターンを形成する工程と、シリコン基板の裏面となす内角が鈍角となる斜面を裏面の基板個片単位の境界部をはさむ領域に形成するとともに穴を貫通させて第1の導電パターンを露出させる工程と、第1の導電パターンと電気的に接続する第2の導電パターンを裏面および斜面に形成する工程とからなることを特徴とするものである。
【0040】
請求項6記載の配線基板の製造方法によれば、配線基板の裏面から斜面を形成することにより穴を貫通させるので、穴の加工時間を短縮することができ、加工コストを削減できる。
【0041】
請求項7記載の配線基板の製造方法は、シリコンウェハの表面に、電子部品を実装し配線するための少なくとも一層からなる第1の導電パターンを形成する工程と、シリコンウェハの裏面にマザーボードに実装するための電極を有する少なくとも一層からなる第2の導電パターンを形成する工程と、シリコンウェハから個片のシリコン基板へ分割して側面を形成する工程と、第1の導電パターンと第2の導電パターンとを電気的に接続する第3の導電パターンを側面に形成する工程とを含み、第1の導電パターンを形成する工程の後、シリコンウェハから個片のシリコン基板へ分割して側面を形成する工程を行い、その後、第2の導電パターンを形成する工程と第3の導電パターンを形成する工程とを同時に行うことを特徴とするものである。
【0042】
請求項7記載の配線基板の製造方法によれば、表面の電子部品を実装し配線する第1の導電パターンと裏面のマザーボードに実装するための電極を備える第2の導電パターンを有し、それら第1の導電パターンと第2の導電パターンが側面に形成した第3の導電パターンにより電気的に接続されているシリコンからなる配線基板が得られる。また、ウェハ状態のシリコン基板から、側面を通る導電パターンを介して電気的に接続された表面電極と裏面電極を有するマルチチップ半導体用配線基板を容易に実現できる。さらに第1の導電パターンを形成する工程の後、シリコンウェハから個片のシリコン基板へ分割して側面を形成する工程を行い、その後、第2の導電パターンを形成する工程と第3の導電パターンを形成する工程とを同時に行うので、製造工数を削減できる。
【0043】
請求項8記載の配線基板の製造方法は、ウェハ状態のシリコン基板の表面の周囲に凹部を形成する工程と、表面及び凹部内に、電極を有する少なくとも一層からなる第1の導電パターンを形成する工程と、表面と鋭角をなす斜面をシリコン基板に形成する工程と、シリコン基板の裏面及び斜面に第1の導電パターンと電気的に接続し、電極を有する少なくとも一層からなる第2の導電パターンを形成する工程とを含むものである。
【0044】
請求項8記載の配線基板の製造方法によれば、表面に第1の導電パターンと裏面に第2の導電パターンを有し、第1の導電パターンと第2の導電パターンとが直接電気的に接続されているシリコンからなる配線基板が得られる。また、配線基板に凹部と、表面と鋭角をなす側面が形成されているので、そこに表面と裏面から導電パターンを形成するだけで表裏を導通する配線を形成することができる。さらに、ウェハ状態のシリコン基板から、側面を通る導電パターンを介して電気的に接続された表面電極と裏面電極を有するマルチチップ半導体用配線基板を容易に実現できる。
【0045】
請求項9記載の配線基板の製造方法は、請求項6または請求項8において、シリコン基板の表面と直角をなすように斜面に絶縁層を形成する工程を含み、絶縁層は液状樹脂を塗布し硬化して形成し、ダイシングにより個片に分割することを特徴とするものである。
【0046】
請求項9記載の配線基板の製造方法によれば、請求項6または請求項8と同様な効果のほか、液状樹脂を斜面供給し、硬化した樹脂部をダイシングして基板個片に分割することで、ダイシング時の切削抵抗によって発生する機械的干渉および摩擦熱による歪を樹脂が吸収し、チッピングなどの不具合も防止できる。
【0047】
請求項10記載の配線基板の製造方法は、請求項6または請求項8において、基板と第1の導電パターンとの間または基板と第2の導電パターンとの間に低応力の樹脂層を形成する工程を設けることを特徴とするものである。
【0048】
請求項10記載の配線基板の製造方法によれば、請求項6または請求項8と同様な効果のほか、半導体チップと配線基板との間で発生する温度変化による応力を緩和することができ、半導体チップの実装信頼性を高めることができる。
【0049】
請求項11記載の半導体装置は、半導体基板と、半導体基板の第1の面に形成された第1の外部電極と、半導体基板の第2の面に形成された第2の外部電極と、半導体基板に形成された貫通孔とを有し、貫通孔は第2の面となす内角が鈍角をなして形成された斜面に設けられ、第1の外部電極と第2の外部電極とは、貫通孔の内壁および斜面を経由して形成された導電パターンにより電気的に接続された半導体チップの複数個が、それぞれの第1の外部電極と第2の外部電極とが電気的に接続されて積層されていることを特徴とするものである。
【0050】
請求項11記載の半導体装置によれば、貫通孔の内壁および斜面に形成された導電パターンを介して接続された第1の外部電極と第2の外部電極を有する半導体チップを積層し、その両面の電極を介して各半導体チップが電気的に接続されてなる半導体装置が得られ、半導体チップを配線基板上に平面的に配置しないので、実装面積を小さくできる。また、金属ワイヤーを接続するための電極を設ける必要もないことから、2個以上の同サイズおよび異種サイズの半導体チップを所望の順番に積層することも可能であり、各半導体チップ間の配線長を短く、積層した厚みを小さくすることが可能となり、小型化、高密度化、高速化に対応した半導体装置を実現できる。
【0051】
請求項12記載の半導体装置は、半導体基板と、半導体基板の第1の面に形成された第1の外部電極と、半導体基板の第2の面に形成された第2の外部電極と、半導体基板に形成された貫通孔とを有し、貫通孔は第2の面となす内角が鈍角をなして形成された斜面に設けられ、第1の外部電極と第2の外部電極とは、貫通孔の内壁および斜面を経由して形成された第1の導電パターンにより電気的に接続された第1の半導体チップ2個の間に、その第3の面の素子形成領域以外の部分に形成された第3の外部電極と、その第4の面の素子形成領域以外の部分に形成された第4の外部電極とが第2の導電パターンによって電気的に接続された第2の半導体チップが設置され、第1の半導体チップと第2の半導体チップとが直接または接続部材を介して電気的に接続されていることを特徴とするものである。
【0052】
請求項12記載の半導体装置によれば、実装面積を小さくし、各半導体チップ間の配線長を短く、積層高さが低い、小型化、高密度化かつ高速化に対応したマルチチップ型の半導体装置を実現できる。
【0053】
請求項13記載の半導体装置は、表面に素子が集積形成された半導体基板からなる半導体チップを複数積層してなるマルチチップ型の半導体装置であって、積層されている半導体チップは、表面と、表面に平行に対向する裏面と、表面と鋭角をなして形成された斜面と、表面の周辺に形成された凹部とを有する半導体基板からなり、かつ、表面に形成された第1の外部電極と、裏面に形成された第2の外部電極と、凹部内および側面上に形成されて第1の外部電極と第2の外部電極とを接続するための導電パターンを有し、かつ半導体チップが第1の外部電極および第2の外部電極を介して他の半導体チップと電気的に接続されていることを特徴とするものである。
【0054】
請求項13記載の半導体装置によれば、導電パターンを介して接続された第1の外部電極と第2の外部電極を有する半導体チップを積層し、その第1の外部電極及び第2の外部電極を介して各半導体チップが電気的に接続されているので、複数の半導体チップを配線基板上に平面的に配置することなく、実装面積が小さく、同サイズの半導体チップの積層も可能であり、また異種サイズの半導体チップを所望の順番に積層することも可能であり、各半導体チップ間の配線長が短く、積層高さが低く、半導体チップの積層数が2枚以上可能である、小型、高密度かつ高速に対応したマルチチップ半導体装置を実現できる。また半導体基板が表面と鋭角をなして形成された斜面と、表面の周辺に形成された凹部とを有するため、半導体チップの製造が容易に行える。
【0055】
請求項14記載の半導体装置は、請求項13において、積層されている半導体チップが、半導体チップの直上および直下の半導体チップと電極同士を直接、または接続部材を介して電気的に接続されているものである。
【0056】
請求項14記載の半導体装置によれば、請求項13と同様な効果のほか、半導体チップの面内にて、配線長を短く、積層高さが低くなるように半導体チップ同士が接続されたマルチチップ半導体装置が得られる。したがって、実装面積を小さくし、各半導体チップ間の配線長を短く、積層高さが低い、小型、高密度かつ高速に対応したマルチチップ半導体装置を実現できる。
【0057】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の半導体チップおよびその製造方法ならびにその半導体チップを用いた半導体装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【0058】
まず、本発明の半導体チップについて説明する。最初に、本発明の第1の実施形態について説明する。
【0059】
図1は本実施形態の半導体チップの断面図である。図1に示すように、半導体基板13の表面である第1の面14に素子(図示せず)および多層導電パターン(図示せず)が形成されており、第1の面14から斜面15まで加工された貫通孔16が形成され、底面である第2の面17となす内角が鈍角となるように形成された斜面15が半導体基板13の外形の一部をなしている。本実施形態では、斜面と第2の面とのなす内角は135度であり、斜面は第2の面から50[μm]の位置まで形成されている。これにより、斜面上に供給された一定量の樹脂が密着しやすくなり、導電パターンを外部からの衝撃に対して保護することができ、半導体基板の表面に形成された電極を電気的に接続する導電パターンの距離が短くなることから、高速化に対応できる。
【0060】
また、第1の面14に形成された表面電極18は、貫通孔16の内壁および斜面15の表面に形成された導電パターン19と電気的に接続されている。導電パターン19は貫通孔16に充填されていてもよく、導電パターン19の厚みは好ましくは5〜15[μm]であり、本実施形態では10[μm]である。そして、表面電極18の材質はアルミニウム(Al)または銅(Cu)等からなり、表面電極18の厚みは0.3〜1.0[μm]であるが、半導体チップの製造プロセスによって異なり、例えば、配線幅が0.13[μm]の銅(Cu)からなる配線を形成する製造プロセスでは、配線の厚みは0.45[μm]である。
【0061】
次に、形成された表面電極および導電パターンに対して形成される絶縁層について説明する。表面電極18を除く半導体基板13の第1の面14、第2の面17、斜面15および貫通孔16の内壁には第1の絶縁層20が形成され、第1の絶縁層20の厚みは、好ましくは0.5〜10[μm]であり、本実施形態では1[μm]である。そして、導電パターン19の一部が第1の外部電極21および第2の外部電極22として開口され、それらの電極を除く導電パターン19上および、導電パターン19が形成されていない第1の絶縁層20および第2の面17における第1の絶縁層20上には、第2の絶縁層23が形成されている。
【0062】
ここで、第2の絶縁層23の厚みは1〜30[μm]であり、本実施形態では、二酸化ケイ素(SiO2)、窒化ケイ素(SiN)および酸窒化膜(SiON)の場合は1[μm]、ポリイミドの場合は7[μm]である。なお、第2の絶縁層23はソルダーレジストを主材料としてもよく、この場合の厚みは、本実施形態では30[μm]である。また、第1の外部電極21および第2の外部電極22は導電パターン19の一部として形成されているため、第1の外部電極21の厚みおよび第2の外部電極22の厚みは、導電パターン19の厚みと同一である。
【0063】
以上、本実施形態の半導体チップは、半導体基板の表面電極と半導体基板の両面に形成された外部電極とが電気的に接続されているので、複数の半導体チップが対向して積層された状態で、相互の半導体チップの電気的な接続が可能となる。
【0064】
次に、本実施形態の半導体チップの製造方法について説明する。
【0065】
図2〜図16は、本実施形態の半導体チップの製造方法の各工程の断面図である。
【0066】
まず、図2(a)に示すように、複数の半導体チップ単位からなり、600〜1000[μm]の厚みのウェハー状態の半導体基板13を用意し、半導体基板13の表面である第1の面14に、素子(図示せず)および多層導電パターン(図示せず)および表面電極18を形成する。ここで、表面電極18が形成される位置は、特に限定されてはいないが、本実施形態では半導体チップ単位の周囲に形成する。また、表面電極18を除く領域には、本実施形態では窒化ケイ素(SiN)を主材料とした表面絶縁層25を形成するが、SiN以外の材料で形成されていてもよく、保護膜としての機能を有する材料ならば特に限定されるものではない。また、表面絶縁層25の厚みは0.5〜10[μm]であり、本実施形態では1[μm]である。なお、表面絶縁層25は外部からの衝撃に対する保護を目的としているものであるので、特に表面絶縁層25が形成される必要はない。
【0067】
また、点線は半導体基板を半導体チップ単位に分割するためのダイシング時の切削刃の幅方向の両端部が通過する位置を示しており、2本の点線の中央部が半導体チップ単位どうしの境界部である。
【0068】
次に、穴の加工工程について説明する。
【0069】
図2(b)は半導体基板の第1の面から穴を加工した状態を示す断面図である。
【0070】
図2(b)に示すように、RIE(ReactiveIonEtching)法によって、半導体基板13の第1の面14から厚み方向に貫通させることなく、深さが20〜100[μm]の穴26を形成するが、穴の形成位置は、半導体チップ単位の周囲に形成され、本実施形態では半導体チップ単位の境界線から50[μm]の位置にある直線上で、対応する穴から最も近い位置である。本実施形態では穴の深さは70[μm]であり、斜面を形成することによって穴が貫通した貫通孔の長さは50[μm]程度である。なお、穴26の形成方法はRIE法に限定されるものではなく、光エッチング、ウエットエッチング、超音波加工、放電加工などを用いることも可能であり、前記の種々の加工方法を組み合わせてもよい。
【0071】
以上、半導体基板に形成する穴の加工方法であるRIE法は、反応性ガスプラズマを利用したドライエッチング法であり、半導体ウェハーの微細加工に用いられる方法であり、その際、穴以外の部分がエッチングされないように、穴以外の部分を被覆したマスクを絶縁層上に形成し、エッチング後マスクを除去する。
【0072】
次に図3(c)に示すように、表面電極18の開口部を除き、穴26の内壁および表面絶縁層25上に第1の絶縁層20を形成した後、表面電極18の部分が開口したマスクを第1の絶縁層20上に形成し、表面電極18上に形成された絶縁層をエッチングした後、マスクを除去する。ここで、第1の絶縁層20は、CVD法、スパッタ法、光CVD法、塗布などの方法により、二酸化ケイ素(SiO2 )、窒化ケイ素(SiN)、酸窒化膜(SiON)、ポリイミドなどを材料とした膜が形成されたものである。
【0073】
次に図3(d)に示すように、第1の絶縁層20上に第1の積層金属膜27を形成するが、第1の積層金属膜27はバリア層上にシード層が積層された2層構造となっている。ここで、バリア層およびシード層は、スパッタ法またはCVD法または電子ビーム蒸着法などにより形成される。バリア層はチタン(Ti)、チタンタングステン(Ti/W)、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)のいずれかの材料が用いられ、シード層は銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)、ニッケル(Ni)などが用いられる。
【0074】
次に図4(e)に示すように、第1の積層金属膜27を電極として、電解めっき法により、第1の導電パターン28を穴26の内壁に形成し、所望の配線および電極の形状として第1の積層金属膜27上に形成する。その際、所望の配線および電極の形状にするため、第1の積層金属膜27上にめっきレジスト29を形成しておき、電解めっき後、めっきレジスト29を除去する。なお、第1の導電パターン28は穴26に充填して形成してもよい。また、第1の導電パターン28の材料としては銅(Cu)、金(Au)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、ニッケル(Ni)、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)などが用いられる。
【0075】
次に図4(f)に示すように、第1の導電パターン28をマスクとして、第1の導電パターン28が形成された領域以外の部分の第1の積層金属膜27をエッチングにより除去する。
【0076】
次に図5(g)に示すように、第1の導電パターン28の一部を第1の外部電極21として開口して第2の絶縁層23を形成するが、その際、第2の絶縁層23を第1の外部電極21を除く第1の導電パターン28および第1の絶縁層20上に形成した後、第1の外部電極21の部分が開口したマスクを形成し、第1の外部電極21の開口部分の第2の絶縁層23をエッチングした後、マスクを除去する。なお、第2の絶縁層23はCVD法、スパッタ法、光CVD法、塗布法などにより、二酸化ケイ素(SiO2)、窒化ケイ素(SiN)、酸窒化膜(SiON)、ポリイミドなどの膜が形成されたものである。
【0077】
以上、半導体基板の表面には導電性物質として、表面電極18と電気的に接続された第1の外部電極21のみが、第2の絶縁層23から露出した状態で形成されている。
【0078】
次に図6に示すように、半導体基板の第1の面14を接着剤30により支持体31に接着し、機械研削またはCMP(ChemicalMechanicalPolishing)法によって、半導体基板13を第2の面17から研削し、50〜200[μm]の厚みまで加工する。なお本実施形態では、研削後の半導体基板の厚みは100[μm]である。
【0079】
次に図7に示すように、半導体基板13の第2の面17において、半導体チップ単位の境界部をはさむ2本の点線の中央部をベベルカットにより切断し、半導体基板13の第2の面17と鈍角をなす斜面15を形成するとともに、第1の導電パターン28を斜面15に露出させる。したがって、図2(b)に示したように、半導体基板13に形成する穴26は半導体基板13を貫通させる必要がなく、穴26を加工するのに要する時間を短縮することができる。なお、図2(b)に示した穴26の加工深さは、ベベルカットにおける切削深さおよび切削刃の先端形状によって決定される。
【0080】
ここで、ベベルカットとは、比較的厚みが大きく、先端部が斜面により形成された切削刃を用いることにより、半導体基板にも第2の面となす内角が鈍角となる斜面を形成するような切削方法のことである。なお、ベベルカットに用いる切削刃の厚みは、隣接する貫通孔の距離よりも100[μm]程度以上大きいことが望ましい。本実施形態では、隣接する貫通孔の距離が100[μm]であり、ベベルカットに用いた切削刃の厚みは200[μm]である。なお、本実施形態ではベベルカットによる加工方法を示したが、エッチングによって加工してもよい。
【0081】
次に図8に示すように、第1の導電パターン28の斜面15に露出した部分を除く斜面15および第2の面17全面に、第3の絶縁層32を形成するが、その際、第3の絶縁層32を斜面15および第2の面17全面に形成した後、第1の導電パターン28が露出した部分が開口したマスクを第3の絶縁層32上に形成し、第1の導電パターン28の開口部分の第3の絶縁層32をエッチングした後、マスクを除去する。なお、第3の絶縁層32は、CVD法、スパッタ法、光CVD法、塗布などにより、二酸化ケイ素(SiO2)、窒化ケイ素(SiN)、酸窒化膜(SiON)、ポリイミドなどの膜を形成したものである。
【0082】
また、第3の絶縁層32は、第1の絶縁層20よりもエッチング速度が大きい材料で形成することが望ましい。つまり、第3の絶縁層32をエッチングして開口する際に、マスクのズレが生じても第1の絶縁層20をほとんどエッチングすることなく、第3の絶縁膜32を選択的にエッチングして開口することができ、第1の絶縁層20を部分的に除去してしまうことはないからである。
【0083】
次に図9に示すように、斜面15および第2の面17全面に第2の積層金属膜33を形成する。第2の積層金属膜33はバリア層上にシード層が積層された2層構成である。バリア層とシード層は、スパッタ法、CVD法または電子ビーム蒸着法などにより形成される。バリア層にはチタン(Ti)、チタンタングステン(Ti/W)、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)などが用いられ、シード層には銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)、ニッケル(Ni)などが用いられる。
【0084】
次に図10に示すように、第2の積層金属膜33を電極とする電解めっき法により、所望の配線および電極の形状の第2の導電パターン34を斜面15および第2の面17に対して形成することで、第2の導電パターン34は第2の積層金属膜33を介して斜面15から露出する第1の導電パターン28と電気的に接続される。その際、所望の配線および電極の形状を形成するために、第2の導電パターン34を形成する必要のない部分の第2の積層金属膜33上には、めっきレジスト35を形成しておき、電解めっき後、めっきレジスト35を除去する。また、第2の導電パターン34の材料としては、銅(Cu)、金(Au)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、ニッケル(Ni)、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)などが用いられる。
【0085】
次に図11に示すように、第2の導電パターン34をマスクとして、エッチングにより、第2の導電パターン34を形成した領域以外の第2の積層金属膜33を除去する。
【0086】
次に図12に示すように、第2の外部電極22の開口部分を除く第2の面17全体および斜面15に、第4の絶縁層36を形成する。その際、第4の絶縁層36を斜面15および第2の面17全面に形成した後、第2の外部電極22の部分を開口したマスクを形成し、第2の外部電極22の開口部分の第4の絶縁層36をエッチングした後、マスクを除去する。なお、第4の絶縁層36は、CVD法、スパッタ法、光CVD法、塗布法などを用いて、二酸化ケイ素(SiO2)、窒化ケイ素(SiN)、酸窒化膜(SiON)、ポリイミドなどの膜を形成したものである。
【0087】
次に図13に示すように、半導体チップ単位の境界線であるスクライブライン37においてダイシングを行い、第1の面14となす内角が直角となる側面38を形成する。その後、接着剤30と支持体31を除去して、半導体チップ39を個片に分割する。
【0088】
このような一連の半導体チップの製造工程を経ることにより、半導体チップの第1の面には第1の外部電極が第2の絶縁層から露出した状態で形成され、また、第2の面には第2の外部電極が第4の絶縁層から露出した状態で形成されており、表面電極、第1の外部電極および第2の外部電極は互いに電気的に接続される。
【0089】
なお、第1の外部電極および第2の外部電極の形成位置は特に限定されるものではなく、複数の半導体チップを積層した場合に、隣接する半導体チップの外部電極がそれぞれ対応する位置にあればよい。
【0090】
図14〜図16は、図2〜図11に示した工程の後、斜面に樹脂を供給して硬化させる工程の断面図である。図14〜図16に示す工程は、斜面の補強を目的とするものである。
【0091】
図14に示すように、図11または図12に示した工程の後、液状樹脂をその上面が第2の面の高さになるまでベベルカットされた部分に塗布することにより、第2の外部電極22として開口する部分を除く第2の面全面および斜面15に絶縁樹脂層40を形成する。
【0092】
なお、液状樹脂はポリイミドなどの応力を緩和できるものが好適である。
【0093】
次に図15に示すように、第2の面側からスクライブライン37の部分にダイシングを行い、第2の面に垂直な側面を形成する。
【0094】
次に図16に示すように、接着剤30と支持体31を除去して、半導体チップ39を個片に分割する。
【0095】
なお、貫通孔または穴の形状は円形でも四角形でもよく、円形の場合は直径が10〜20[μm]、四角形の場合は一辺の長さが10〜20[μm]であり、本実施形態においては20[μm]である。ここで、穴の形状が四角形の場合は、四角形の角部は直角ではなく、丸みを帯びた形状となる。また、RIE法の技術的革新により、直径または一辺の長さが10[μm]よりも小さい貫通孔または穴を加工することも可能である。
【0096】
また、第1の絶縁層、第2の絶縁層、第3の絶縁層および第4の絶縁層の厚みは1〜30[μm]であり、本実施形態では、二酸化ケイ素(SiO2)、窒化ケイ素(SiN)および酸窒化膜(SiON)の場合は1[μm]、ポリイミドの場合は7[μm]である。また、第2の絶縁層および第4の絶縁層はソルダーレジストを主材料としてもよく、この場合の厚みは、本実施形態では30[μm]である。
【0097】
また、第1の導電パターン28および第2の導電パターン34の厚みは好ましくは5〜15[μm]であり、本実施形態では10[μm]である。
【0098】
本実施形態では、斜面上に液状樹脂を塗布した後、硬化した液状樹脂の部分をダイシングすることにより、切断時のチッピングなどの不具合を防止でき、第2の面に垂直で比較的厚みの大きい絶縁樹脂層で形成された半導体基板の角部を形成するとともに、半導体チップ単位の個片にすることができるので、半導体チップの側面を補強し、斜面上の第2の導電パターンを保護することができる。
【0099】
以上、本実施形態では、各種絶縁層の形成工程に加えて、半導体基板の第1の面から貫通しない途中までの穴を形成する工程と、第2の面から斜面を形成するとともに穴を貫通させる工程と、穴および斜面を経由して導電パターンを形成する工程とを設けることにより、半導体基板の両面に形成された電極が互いに電気的に接続された構造が実現できる。
【0100】
さらに、半導体基板に形成された穴内に第1の導電パターンを形成した後、穴に達し、第2の面となす内角が鈍角である斜面を形成することで、第1の導電パターンが第2の面に露出するため、穴を深く形成したり、半導体基板を薄く研磨する必要もないので、加工時間の短縮化および、加工コストの低減を実現できる。また、半導体チップの厚みの自由度が大きくなるとともに、半導体基板の厚みも比較的大きいので、半導体基板の搬送が容易となる。また、ベベルカットにより第2の面となす内角が鈍角である斜面の形成することで、第1の導電パターンが第2の面に露出するので、最初に穴を貫通させる加工方法と比較すると、製造工数および製造コストを大幅に削減できる。
【0101】
なお、製造工程数を低減させるために、第1の外部電極の形成および前記第1の導電パターンの形成、または第2の外部電極の形成および前記第2の導電パターンの形成は同時に行ってもよい。
【0102】
また、第1の導電パターンおよび第2の導電パターンの下層にバリア層およびシード層からなる積層金属膜を形成することで、バリア層による第1の導電パターンおよび第2の導電パターンの構成元素が第1の外部電極と半導体基板とに拡散することの抑制ならびに半導体チップの特性が劣化することを防止でき、シード層に対する電解めっきによって第1の導電パターンおよび第2の導電パターンを形成することができる。
【0103】
以上、本実施形態の半導体チップの製造方法により、半導体基板の第1の面に表面電極が形成され、半導体基板に形成された貫通孔の内壁を経由して導電パターンが形成され、第1の面に形成された第1の外部電極および第2の面に形成された第2の外部電極と表面電極とが導電パターンにより電気的に接続され、また、第2の面となす内角が鈍角である斜面に貫通孔が形成された半導体チップを製造することができる。
【0104】
本実施形態の半導体チップの製造方法により製造された半導体チップは、両面の電極が、半導体基板の側面を経由した導電パターンにより電気的に接続されているため、複数の半導体チップを積層して相互の半導体チップを電気的に接続することが可能になり、また、斜面の形成により配線長の短縮化ならびに斜面上に樹脂を供給することができるので導電パターンに対する外部からの衝撃の防止を達成することができ、半導体チップを積層した半導体装置の厚みの薄型化、小型化および高速化に対応することができる。
【0105】
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。
【0106】
図17は本実施形態の半導体チップを示す断面図である。
【0107】
ここで、第1の実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付し、また、共通の内容については説明を省略する。
【0108】
図17に示すように、本実施形態の半導体チップが第1の実施形態の半導体チップと異なる点は、第1の外部電極の厚みおよび第2の外部電極の厚みである。
【0109】
すなわち、本実施形態の半導体チップは、第1の外部電極の表面および第2の外部電極の表面は、半導体基板の表面に形成された第2の絶縁層の表面から突出している。具体的には、メッキなどによって電極そのものの高さを確保することにより、第1の外部電極の表面および第2の外部電極の表面を第2の絶縁層の表面から突出させる。
【0110】
そのため、本実施形態の複数の半導体チップを積層した場合に、相互の半導体チップの電気的な接続を、接続部材を介することなく確保することができる。
【0111】
次に、本実施形態の半導体チップの製造方法について説明する。
【0112】
本実施形態の半導体チップの製造方法は、第1の実施の形態の半導体チップが完成した後、各外部電極の形成工程を付加したものである。つまり、第1の実施形態に示した図10〜図12または図14〜図15に示した工程の後、外部電極の高さを確保するための工程を追加している。
【0113】
すなわち、図17に示すように、メッキなどによって電極そのものの高さを確保することにより、第1の外部電極21の表面および第2の外部電極22の表面を第2の絶縁層23の表面から突出させる。これにより、複数の半導体チップを対向させて積層した場合に、接続部材を用いることなく、半導体チップ相互の電気的な接続を確保することができるので、薄型化、高速化を達成することが可能となる。
【0114】
次に、本発明の第3の実施の形態について説明する。
【0115】
図18は本実施形態の半導体チップ断面図である。
【0116】
ここで、第1の実施形態および第2の実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付し、共通の内容については説明を省略する。
【0117】
図18に示すように、半導体基板表面に形成された表面電極に電気的に接続されない少なくとも1つの導電パターン19を有しているので、その導電パターン19は半導体チップHの集積回路と接続することなく、半導体チップHの第1の面14に形成された第1の外部電極21と第2の面17に形成された第2の外部電極22とを電気的に接続する。
【0118】
したがって、本実施形態の半導体チップは、両面に形成された外部電極が電気的に接続されるが、集積回路とは電気的に接続されない導電パターンを有する構造となっている。
【0119】
次に、本実施形態の半導体チップの製造方法について説明する。
【0120】
本実施形態の半導体チップの製造方法は、第1の実施形態の半導体チップの製造方法と比較すると、半導体基板に形成された表面電極のうち、少なくとも1つの任意の表面電極には導電パターンを形成しないことが特徴である。すなわち、第1の実施形態の半導体チップの製造方法では、半導体チップの両面の外部電極を電気的に接続する導電パターンを表面電極に電気的に接続していたが、本実施形態は、表面電極が存在しない部分に対して、半導体チップの両面の外部電極を電気的に接続する導電パターンを形成することにより、半導体チップの集積回路に電気的に接続しない導電パターンを形成する。したがって、その集積回路に電気的に接続することが不要な半導体チップを、電気的な接続を要する2つの半導体チップの間に挟んで積層することにより、挟まれた半導体チップの集積回路をパスする半導体装置の実現が可能となり、半導体チップ相互間の電気的な接続の自由度が向上する。
【0121】
以上、半導体チップの3つの実施形態は、いずれも半導体基板に対して両面に電極が形成された構造であるが、電極の構造および電気的に接続する電極が選択的である点において異なっている。
【0122】
すなわち、半導体基板表面に形成された表面電極と両面の外部電極とが、導電パターンによって電気的に接続されている形態、その外部電極の表面の高さがメッキなどによって確保されることにより絶縁層から突出した形態および半導体基板の表面電極に電気的に接続されない導電パターンにより外部電極どうしが電気的に接続された形態、少なくとも1つの外部電極に接続されない導電パターンが形成された形態があり、それらの半導体チップが複数個積層された場合に、対向した半導体チップの表面の外部電極どうしが電気的に接続でき、任意の半導体チップの集積回路への電気的接続の有無を選択することが可能となる。
【0123】
次に、本発明の半導体装置について説明する。
【0124】
以下に説明する半導体装置の各実施の形態は、前記した半導体チップの各実施形態から構成されており、第4の実施の形態〜第6の実施の形態として説明する。
【0125】
本発明の第4の実施の形態について説明する。
【0126】
図19は、本実施形態の半導体装置を示す断面図である。
【0127】
図19に示すように、前記した半導体チップの第1の実施形態として示した半導体チップA、半導体チップBおよび半導体チップCが積層されている。それぞれの半導体チップは両面に形成された外部電極が、接続部材を介して電気的に接続されている。
【0128】
すなわち、半導体チップCの表面電極18は接続部材24を介して、半導体チップBの第2の外部電極22に電気的に接続され、半導体チップBの表面電極18は接続部材24を介して半導体チップAの第2の外部電極22に電気的に接続されているので、半導体チップA、半導体チップBおよび半導体チップCは相互に電気的に接続される。
【0129】
このような構成により、本実施形態では半導体チップA、半導体チップBおよび半導体チップCの各半導体チップが、その両面に形成された電極を各半導体基板の貫通孔を経由した導電パターンにより電気的に接続され、各半導体チップを積層した場合に、半導体チップの相互の面を対向させた構成となるため、複数の半導体チップを平面的に配置した従来の半導体装置と異なり、積層する半導体チップの数が増加するにつれて半導体装置の実装面積が増大するといった問題は解消される。
【0130】
また、各半導体チップの両面に配置した電極をそれぞれ対応させて電気的に接続するため、従来のように積層した各半導体チップの電気的接続を金属ワイヤーで接続する形態と異なり、実装基板から離れた上層の半導体チップに対して、その半導体チップの下層の電極を露出させる必要がなく、同サイズの半導体チップの積層だけでなく、異種サイズの半導体チップを所望の順序で積層することも可能であるので、各半導体チップ間の配線長が長くなるといった問題もない。
【0131】
さらに、従来の各半導体チップの表面どうしを対向させて接続するCOC(ChipOnChip)構造では、電極が形成された素子形成面は半導体チップの一方の面のみであったために、半導体チップの積層数が2枚に限定されていたが、本実施形態では半導体チップの両面に電極が形成可能な構造であるために、各半導体チップの両面の電極を電気的に接続することが可能となり、半導体チップの積層数を増大させることが可能となる。
【0132】
また、本実施形態では各半導体チップの電極を対応させて積層するため、配線基板を用いて積層した従来の半導体装置のように半導体装置全体の厚みの増大を招くこともなく、複数の半導体チップを積層した半導体装置の厚みを小さくすることができ、実装面積においては、積層する半導体チップのサイズと同等の実装面積となる。
【0133】
以上、本実施形態の半導体チップを積層した半導体装置により、複数の半導体チップを積層することが可能となって、積層する半導体チップのサイズおよび配列の制約を受けず、各半導体チップ間の配線長が長くなることなく、積層した厚みが小さくなるので、実装面積の増大を招かない小型化、高密度化、高速化に対応した半導体装置の実現が可能となる。
【0134】
なお、本実施形態では半導体チップの積層数が3個の場合について説明したが、2個または4個以上の半導体チップを積層することも可能である。
【0135】
次に、本発明の第5の実施の形態について説明する。
【0136】
図20は、各半導体チップの電極どうしを、接続部材を用いることなく直接接合して半導体チップを積層した半導体装置を示した断面図である。
【0137】
なお、図1の半導体装置と対応する部分には図1と同一の符号を付してあり、図19と共通する内容については説明を省略する。
【0138】
図20に示すように、各半導体チップにおける電極、絶縁層および導電パターンの構成は同様であるが、半導体チップ相互の電気的な接続方法が第4の実施形態と異なる点である。
【0139】
すなわち、半導体チップFの第1の外部電極21は半導体チップEの第2の外部電極22に直接接合され、半導体チップEの第1の外部電極21は半導体チップDの第2の外部電極22に直接接合されるので、半導体チップD、半導体チップEおよび半導体チップFの3個の半導体チップは相互に電気的に接続される。
【0140】
ここで、各半導体チップの第1の外部電極21および第2の外部電極22は第2の絶縁層23よりも突出していることが必要であるので、例えば、メッキなどによって電極そのものの高さを確保しておくことが望ましい。
【0141】
このように、本実施形態は接続部材を使用せずに半導体基板の外部電極どうしを直接接続することにより、第4の実施の形態の場合よりも、半導体チップを積層後の半導体装置の厚みを小さくすることができるとともに、配線長を短くすることもでき、半導体チップを積層した半導体装置の厚みが小さく、小型化かつ高速化に対応した半導体装置を実現できる。
【0142】
次に、第6の実施の形態について説明する。
【0143】
図21は、本実施形態の半導体装置を示した断面図である。
【0144】
図19と対応する部分には図1と同一の符号を付してあり、共通の内容については説明を省略する。
【0145】
図21に示すように、半導体チップHは、半導体チップGおよび半導体Iとは構成が異なり、導電パターンに接続する第1の電極または第3の電極が形成されておらず、本実施形態の半導体チップの特徴的構成を示している。
【0146】
すなわち、半導体チップGとIは、第1の面に形成された表面電極18、第1の外部電極21および第2の面に形成された第2の外部電極22が導電パターン19により電気的に接続されており、半導体チップHの第2の外部電極22に電気的に接続した半導体チップIの第1の外部電極21と、半導体チップHの第1の外部電極21に電気的に接続された半導体チップGの第2の外部電極22とは電気的に接続されるが、半導体チップHの集積回路には接続されないので、半導体チップHの集積回路をパスすることができる。これにより、その集積回路に電気的に接続することが不要な半導体チップを、電気的な接続を要する2つの半導体チップの間に挟んで積層することにより、半導体チップ相互間の電気的な接続の自由度が向上する。
【0147】
以上、3つの半導体装置の実施形態について述べたが、いずれの実施形態も半導体チップを積層して半導体装置を構成するものであり、半導体基板に形成された表面電極と導電パターンを介して電気的に接続された外部電極を有する複数の半導体チップを積層した半導体装置であって、外部接続電極どうしが接続部材を介して電気的に接続された形態、前記半導体チップの外部電極どうしを直接電気的に接続する形態および半導体基板の表面電極に接続しない導電パターンにより両面の外部電極が電気的に接続された半導体チップを少なくとも1つ用いた形態である。
【0148】
なお、第4の実施の形態〜第6の実施の形態では、導電パターンの下地として積層金属膜を、導電パターンと第1の樹脂層との間および導電パターンと表面電極との間に形成してもよい。積層金属膜はバリア層とシード層とからなり、バリア層により導電パターンの構成元素の拡散の防止および半導体チップの特性劣化防止を達成することができ、またシード層を設けることで電解メッキ法による導電パターンのメッキが可能となる。また、積層金属膜を構成するバリア層およびシード層それぞれの厚みは、バリア層が0.05〜0.35[μm]、シード層が0.2〜0.8[μm]であり、本実施形態ではバリア層の厚みが0.2[μm]、シード層の厚みが0.5[μm]である。
【0149】
このように、その両面に外部電極が形成された半導体チップを積層した半導体装置により、半導体チップの実装面積が増大することなく、配線基板および金属ワイヤが不要になる小型化、高密度化および高速化が可能となる。
【0150】
以上、本発明の半導体チップにより、半導体チップの両面に形成された電極は導電パターンを介して電気的に接続されるので、金属ワイヤを用いずに複数の半導体チップを積層することが可能となり、また、第2の面となす内角が鈍角となる斜面の形成により、配線長の短縮化および樹脂供給による半導体チップ側面の保護を実現できる。
【0151】
また、本発明の半導体チップを積層した半導体装置は、複数の半導体チップが対向した面において電気的に接続されるため、配線長の短縮化、半導体装置の厚みおよび実装面積の増大防止が可能である。
【0152】
また、半導体チップの製造方法においては、半導体基板の第2の面となす内角が鈍角である斜面の形成によって、半導体基板に形成した穴を貫通させるので、斜面形成時前に穴の加工時間を短縮できる。また、半導体チップ単位の分割において、斜面上に供給した樹脂部を切断することにより、切断時のチッピングなどの不具合を防止できる。
【0153】
以下、本発明の配線基板およびその製造方法の第7の実施の形態について説明する。
【0154】
まず、本実施形態の配線基板について説明する。図22は、本実施形態の配線基板の断面図である。
【0155】
図22に示すように、厚みが50〜200[μm]のシリコンを基材とするシリコン基板106の表面107から斜面108まで貫通孔109が形成され、裏面110となす内角が鈍角となるように形成された斜面108が配線基板111の外形の一部をなしている。本実施形態では、貫通孔109は配線基板111の個片単位の境界部の近傍、例えば境界部から50〜150[μm]の位置に形成されている。貫通孔109の形状は円形でも四角形でもよく、円形の場合は直径が10〜20[μm]であり、四角形の場合はその一辺の長さが10〜20[μm]で、四角形の角部は直角ではなく丸みを帯びた形状となる。また、本実施形態では斜面108と裏面110とのなす内角は135度であり、斜面108は裏面から10〜50[μm]の位置まで形成されている。本実施形態では、基板厚が100[μm]、斜面108は裏面110から20[μm]の位置まで形成されている。そして、シリコン基板106の表面107および裏面110には、それぞれ第1の導電パターン112および第2の導電パターン113が形成されている。また、貫通孔の内壁および斜面には第3の導電パターン114が形成され、第3の導電パターン114により第1の導電パターン112と第2の導電パターン113とが電気的に接続されている。このように、シリコン基板の裏面となす内角が鈍角となる斜面を形成することで、シリコン基板の両面の電極を電気的に接続する導電パターンの距離が短くなり、高速化に対応した配線パターンを確保できる。なお、第3の導電パターン114は貫通孔の内壁に沿って形成されても、貫通孔に充填されてもよい。これらの各導電パターンの材料としては、銅(Cu)、金(Au)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、ニッケル(Ni)、チタン(Ti)およびアルミニウム(Al)などが用いられる。各導電パターンのそれぞれの厚みは、いずれも好ましくは5〜15[μm]であり、本実施形態では10[μm]であり、各外部電極の材料、厚みは各導電パターンと同一である。
【0156】
この導電パターンの下地として、積層金属膜が各導電パターンと第1の絶縁層115との間に形成されてもよく、積層金属膜はバリア層の上面にシード層が積層された2層構造であり、バリア層により各導電パターンの構成元素の拡散の防止および配線基板の特性劣化を防止することができ、シード層を設けることで電解メッキ法による導電パターンのメッキが可能となる。バリア層はチタン(Ti)、チタンタングステン(Ti/W)、クロム(Cr)およびニッケル(Ni)などが材料として用いられ、厚みは0.05〜0.35[μm]であり、本実施形態では0.2[μm]である。また、シード層は銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)およびニッケル(Ni)などが材料として用いられ、厚みは0.2〜0.8[μm]であり、本実施形態では0.5[μm]である。
【0157】
また、シリコン基板106と第1の導電パターン112、第2の導電パターン113および第3の導電パターン114との間には第1の絶縁層115が形成され、シリコン基板106と各導電パターンとが電気的に絶縁されている。さらに、第1の導電パターン112の電極部116以外の表面および第2の導電パターン113の電極部117以外の裏面は第2の絶縁層118で被覆されているが、各電極部は各導電パターンの一部であり、各導電パターンに対応する各電極部は同時に形成されるものである。なお、各絶縁層は厚みが1〜30[μm]の二酸化ケイ素(SiO2)、窒化ケイ素(SiN)、酸窒化膜(SiON)、ポリイミド膜などが用いられ、二酸化ケイ素(SiO2)、窒化ケイ素(SiN)、酸窒化膜(SiON)の場合は1[μm]、ポリイミド膜の場合は7[μm]である。また、第2の絶縁層118はソルダーレジストを主材料としてもよく、この場合の厚みは、本実施形態では30[μm]である。
【0158】
本実施の形態では、各導電パターンは1層形成されているが、2層以上の導電パターンが絶縁層と交互に形成されてもよく、各導電パターンの層数は限定されるものではない。
【0159】
以上、シリコンを基材とするシリコン基板に貫通孔が形成され、シリコン基板の両面に形成された電極がシリコン基板の両面および貫通孔に形成された導電パターンを介して電気的に接続された配線基板により、配線基板に実装される半導体チップと同程度の高精度なパターン形成ならびに平坦性を達成することができるので接合信頼性の向上を実現することが可能である。
【0160】
次に、本実施形態の配線基板の製造方法について説明する。
【0161】
なお、図22と同一の構成要素には同一の符号を付している。
【0162】
図23〜図38は、本実施形態の配線基板の製造方法の各工程の断面図または平面図である。
【0163】
まず、図23に示すように、600〜1000[μm]の厚みのウェハー状態のシリコン基板106を用意する。なお、図に示した破線はシリコン基板を分割後の配線基板単位に分割するためのダイシング時の切削刃の幅方向の両端部が通過する位置を示しており、2本の破線の中央部が配線基板の個片単位どうしの境界部である。
【0164】
図24は、シリコン基板の表面から穴を加工した状態を示す平面図であり、図25(a)は図24のV−V’箇所の断面図である。
【0165】
図24および図25(a)に示すように、RIE(ReactiveIonEtching)法によって、シリコン基板106の表面107から厚み方向に貫通させることなく、深さが20〜100[μm]の穴119を形成するが、穴119の形成位置は、分割後の配線基板の個片単位の周囲に形成され、本実施形態では分割後の配線基板の個片単位の境界線から50[μm]の位置に形成される。
【0166】
本実施形態では、シリコン基板106の厚みは100[μm]、穴119の深さは70[μm]であり、後工程において斜面108を形成することによって穴119が貫通した貫通孔109の長さは50[μm]程度である。なお、穴119の形成方法はRIE法に限定されるものではなく、光エッチング、ウエットエッチング、超音波加工、放電加工などを用いることも可能であり、前記の種々の加工方法を組み合わせてもよい。
【0167】
以上、シリコン基板に形成する穴の加工方法であるRIE法は、反応性ガスプラズマを利用したドライエッチング法であり、半導体ウェハーの微細加工に用いられる方法であり、その際、穴以外の部分がエッチングされないように、穴以外の部分を被覆したマスクを絶縁層上に形成し、エッチング後マスクを除去する。
【0168】
次に図25(b)に示すように、穴119の内壁およびシリコン基板の表面107上に第1の絶縁層120を形成する。ここで、第1の絶縁層120は、CVD法、スパッタ法、光CVD法、塗布などの方法により、二酸化ケイ素(SiO2)、窒化ケイ素(SiN)、酸窒化膜(SiON)、ポリイミドなどを材料とした膜が形成されたものである。
【0169】
次に図26(c)に示すように、第1の絶縁層120上に第1の積層金属膜121を形成するが、第1の積層金属膜121はバリア層上にシード層が積層された2層構造となっている。ここで、バリア層およびシード層は、スパッタ法またはCVD法または電子ビーム蒸着法などにより形成される。バリア層はチタン(Ti)、チタンタングステン(Ti/W)、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)のいずれかの材料が用いられ、シード層は銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)、ニッケル(Ni)などが用いられる。
【0170】
次に図26(d)に示すように、第1の積層金属膜121を電極として、電解めっき法により、第1の導電パターン112を穴119の内壁および第1の積層金属膜121上に形成する。その際、所望の配線および電極の形状にするため、第1の積層金属膜121上にめっきレジスト122を形成しておき、電解めっき後、めっきレジスト122を除去する。なお、第1の導電パターン112は穴119に充填して形成してもよい。また、第1の導電パターン112の材料としては銅(Cu)、金(Au)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、ニッケル(Ni)、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)などが用いられる。
【0171】
次に図27(e)に示すように、第1の導電パターン112をマスクとして、第1の導電パターン112が形成された領域以外の部分の第1の積層金属膜121をエッチングにより除去する。
【0172】
次に図27(f)に示すように、第1の導電パターン112の一部を第1の外部電極123として開口して第2の絶縁層124を形成するが、その際、第2の絶縁層124を第1の外部電極123を除く第1の導電パターン112および第1の絶縁層120上に形成した後、第1の外部電極123の部分が開口したマスクを形成し、第1の外部電極123の開口部分の第2の絶縁層124をエッチングした後、マスクを除去する。なお、第2の絶縁層124はCVD法、スパッタ法、光CVD法、塗布法などにより、二酸化ケイ素(SiO2)、窒化ケイ素(SiN)、酸窒化膜(SiON)、ポリイミドなどの膜が形成されたものである。
【0173】
次に図28に示すように、シリコン基板106の表面107を接着剤125により支持体126に接着し、機械研削またはCMP(ChemicalMechanicalPolishing)法によって、シリコン基板106を裏面110から研削し、50〜200[μm]の厚みまで加工する。なお本実施形態では、研削後のシリコン基板の厚みは100[μm]である。
【0174】
次に図29に示すように、シリコン基板106の裏面110において、分割後の配線基板の個片単位の境界部をはさむ2本の点線の中央部をベベルカットにより切断し、シリコン基板106の裏面110と鈍角をなす斜面108を形成するとともに、第1の導電パターン114を斜面108に露出させる。したがって、図25(a)に示したように、シリコン基板106に形成する穴119はシリコン基板106を貫通させる必要がなく、穴119を加工するのに要する時間を短縮することができる。なお、図25(a)に示した穴119の加工深さは、ベベルカットにおける切削深さおよび切削刃の先端形状によって決定される。
【0175】
ここで、ベベルカットとは、刃の厚みが比較的大きく、先端部が斜面により形成された切削刃を用いることにより、シリコン基板にも裏面となす内角が鈍角となる斜面を形成するような切削方法のことである。なお、ベベルカットに用いる切削刃の厚みは、隣接する貫通孔の距離よりも100[μm]程度以上大きいことが望ましい。本実施形態では、隣接する貫通孔の距離が100[μm]であり、ベベルカットに用いた切削刃の厚みは200[μm]である。なお、本実施形態ではベベルカットによる加工方法を示したが、エッチングによって加工してもよい。
【0176】
次に図30に示すように、第1の導電パターン114の斜面108に露出した部分を除く斜面108および裏面110の全面に、第3の絶縁層127を形成するが、その際、第3の絶縁層127を斜面108および裏面110の全面に形成した後、第1の導電パターン114が露出した部分が開口したマスクを第3の絶縁層127上に形成し、第1の導電パターン114の開口部分の第3の絶縁層127をエッチングした後、マスクを除去する。なお、第3の絶縁層127は、CVD法、スパッタ法、光CVD法、塗布などにより、二酸化ケイ素(SiO2)、窒化ケイ素(SiN)、酸窒化膜(SiON)、ポリイミドなどの膜を形成したものである。
【0177】
また、第3の絶縁層127は、第1の絶縁層120よりもエッチング速度が大きい材料で形成することが望ましい。つまり、第3の絶縁層127をエッチングして開口する際に、マスクのズレが生じても第1の絶縁層120をほとんどエッチングすることなく、第3の絶縁層127を選択的にエッチングして開口することができ、第1の絶縁層120を部分的に除去してしまうことはないからである。
【0178】
次に図31に示すように、斜面108および裏面110の全面に第2の積層金属膜128を形成する。第2の積層金属膜128はバリア層上にシード層が積層された2層構成である。バリア層とシード層は、スパッタ法、CVD法または電子ビーム蒸着法などにより形成される。バリア層にはチタン(Ti)、チタンタングステン(Ti/W)、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)などが用いられ、シード層には銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)、ニッケル(Ni)などが用いられる。
【0179】
次に図32に示すように、第2の積層金属膜128を電極とする電解めっき法により、所望の配線および電極の形状の第2の導電パターン129を斜面108および裏面110に対して形成することで、第2の導電パターン129は第2の積層金属膜128を介して斜面108から露出する第1の導電パターン114と電気的に接続される。その際、所望の配線および電極の形状を形成するために、第2の導電パターン129を形成する必要のない部分の第2の積層金属膜128上には、めっきレジスト130を形成しておき、電解めっき後、めっきレジスト130を除去する。また、第2の導電パターン129の材料としては、銅(Cu)、金(Au)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、ニッケル(Ni)、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)などが用いられる。
【0180】
次に図33に示すように、第2の導電パターン129をマスクとして、エッチングにより、第2の導電パターン129を形成した領域以外の第2の積層金属膜128を除去する。
【0181】
次に図34に示すように、第2の外部電極131の開口部分を除く裏面110の全体および斜面108に、第4の絶縁層132を形成する。その際、第4の絶縁層132を斜面108および裏面110の全面に形成した後、第2の外部電極131の部分を開口したマスクを形成し、第2の外部電極131の開口部分の第4の絶縁層132をエッチングした後、マスクを除去する。なお、第4の絶縁層132は、CVD法、スパッタ法、光CVD法、塗布法などを用いて、二酸化ケイ素(SiO2)、窒化ケイ素(SiN)、酸窒化膜(SiON)、ポリイミドなどの膜を形成したものである。
【0182】
次に図35に示すように、配線基板の分割単位の境界線であるスクライブライン133を中心として、図34に破線で示した切削刃の幅方向の両端部の内側においてダイシングを行い、裏面110となす内角が直角となる側面134を形成する。
【0183】
このような一連の配線基板の製造工程を経ることにより、配線基板の表面には第1の外部電極が第2の絶縁層から露出した状態で形成され、また、裏面には第2の外部電極が第4の絶縁層から露出した状態で形成されており、第1の外部電極および第2の外部電極は互いに電気的に接続される。
【0184】
なお、第1の外部電極および第2の外部電極の形成位置は特に限定されるものではなく、搭載される半導体チップの電極およびマザーボードとの接合部の電極に対応する位置に外部電極がそれぞれ形成されればよい。
【0185】
図36〜図38は、図23〜図33に示した工程の後、斜面に樹脂を供給して硬化させる工程の断面図である。図36〜図38に示す工程は、斜面の補強を目的とするものである。
【0186】
図36に示すように、図33または図34に示した工程の後、液状樹脂をその上面が裏面の高さになるまでベベルカットされた部分に塗布することにより、第2の外部電極131として開口する部分を除く裏面110の全面および斜面108に絶縁樹脂層135を形成する。
【0187】
なお、液状樹脂はポリイミドなどの応力を緩和できるものが好適である。
【0188】
次に図37に示すように、裏面側からスクライブライン133を中心としてダイシングを行い、裏面に垂直な側面を形成する。
【0189】
次に図38に示すように、接着剤125と支持体126を除去して、配線基板106を個片に分割する。
【0190】
なお、貫通孔または穴の形状は円形でも四角形でもよく、円形の場合は直径が10〜20[μm]、四角形の場合は一辺の長さが10〜20[μm]であり、本実施形態においては20[μm]である。ここで、穴の形状が四角形の場合は、四角形の角部は直角ではなく、丸みを帯びた形状となる。また、RIE法の技術的革新により、直径または一辺の長さが10[μm]よりも小さい貫通孔または穴を加工することも可能である。
【0191】
また、第1の絶縁層、第2の絶縁層、第3の絶縁層および第4の絶縁層の厚みは1〜30[μm]であり、本実施形態では、二酸化ケイ素(SiO2 )、窒化ケイ素(SiN)および酸窒化膜(SiON)の場合は1[μm]、ポリイミドの場合は7[μm]である。また、第2の絶縁層および第4の絶縁層はソルダーレジストを主材料としてもよく、この場合の厚みは、本実施形態では30[μm]である。
【0192】
また、第1の導電パターン12および第2の導電パターン13の厚みは好ましくは5〜15[μm]であり、本実施形態では10[μm]である。
【0193】
本実施形態では、斜面上に液状樹脂を塗布した後、硬化した液状樹脂の部分をダイシングすることにより、切断時のチッピングなどの不具合を防止でき、裏面に垂直で比較的厚みの大きい絶縁樹脂層で形成されたシリコン基板の角部を形成するとともに、配線基板を個片に分割することができるので、配線基板の側面を補強し、斜面上の第2の導電パターンを保護することができる。
【0194】
以上、本実施形態では、各種絶縁層の形成工程に加えて、シリコン基板の第1の面から貫通しない途中までの穴を形成する工程と、裏面から斜面を形成するとともに穴を貫通させる工程と、穴および斜面を経由して導電パターンを形成する工程とを設けることにより、シリコン基板の両面に形成された電極が互いに電気的に接続された構造が実現できる。
【0195】
さらに、シリコン基板に形成された穴内に第1の導電パターンを形成した後、穴に達し、裏面となす内角が鈍角である斜面を形成することで、第1の導電パターンが裏面に露出するため、穴を深く形成したり、シリコン基板を薄く研磨する必要もないので、加工時間の短縮化および、加工コストの低減を実現できる。また、配線基板の厚みの自由度が大きくなるので、シリコン基板の搬送が容易となる。また、ベベルカットにより裏面となす内角が鈍角である斜面の形成することで、第1の導電パターンが裏面に露出するので、最初に穴を貫通させる加工方法と比較すると、製造工数および製造コストを大幅に削減できる。
【0196】
また、第1の導電パターンおよび第2の導電パターンの下層にバリア層およびシード層からなる積層金属膜を形成することで、バリア層による第1の導電パターンおよび第2の導電パターンの構成元素が第1の電極とシリコン基板とに拡散することの抑制ならびに半導体チップの特性が劣化することを防止でき、シード層に対する電解めっきによって第1の導電パターンおよび第2の導電パターンを形成することができる。
【0197】
以上、本実施形態の配線基板の製造方法により、シリコン基板に形成された貫通孔の内壁を経由して導電パターンが形成され、第1の面に形成された第1の外部電極および裏面に形成された第2の外部電極とが導電パターンにより電気的に接続され、また、裏面となす内角が鈍角である斜面に貫通孔が形成された配線基板を製造することができる。
【0198】
本実施形態の配線基板の製造方法により製造された配線基板は、両面の電極が、シリコン基板の側面を経由した導電パターンにより電気的に接続されているため、シリコン基板の両面に半導体チップおよび配線基板を接合することが可能となる。
【0199】
また、配線基板に斜面を形成することにより配線長の短縮化を確保でき、斜面上に樹脂を供給することで導電パターンに対する外部からの衝撃の防止を達成することができる。
【0200】
次に、本発明の第8の実施の形態について説明する。
【0201】
なお、第7の実施の形態と共通の内容については省略し、同一の構成要素には同一の符号を付している。
【0202】
図39は、本実施形態の配線基板の断面図である。
【0203】
図39に示すように、本実施形態の配線基板はシリコンを基材とするシリコン基板106に穴109、第1の絶縁層115、第2の絶縁層118、第1の導電パターン112、第2の導電パターン113および第3の導電パターン114がそれぞれ形成され、第1の導電パターン112と第2の導電パターン113とは第3の導電パターン114によって電気的に接続されている。本実施形態の配線基板は第7の実施形態とは異なり、シリコン基板106と第2の導電パターン113との間に低応力の樹脂層136を有している。低応力の樹脂層の材料は、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、ポリイミド樹脂、シリコン系樹脂、アクリル系樹脂およびビスマルイミド系樹脂が適しており、本実施形態ではエポキシ系樹脂が用いられている。本実施形態では、低応力の樹脂層はシリコン基板と第2の導電パターンとの間に設けたが、シリコン基板と第1の導電パターンとの間に設けてもよい。また、低応力の樹脂層の厚みは5〜100[μm]が好適で、本実施形態では20[μm]であるが、配線基板の厚みを薄くするために可能な限り薄いほうがよく、樹脂材料の種類によって異なる弾性率および収縮率などの特性、基板のサイズ、実装時の温度、マザーボードの材料および半田の材料などの部材の特性に応じて、低応力の樹脂層の厚みは調整される。
【0204】
このように、マザーボードとの間で発生する温度変化によって発生する応力を低応力の樹脂層により緩和することができ、マザーボードへの実装信頼性を高めることができる。
【0205】
次に、本実施形態の配線基板の製造方法について説明する。
【0206】
本実施形態では、第7の実施の形態において図28で示したシリコン基板の裏面110の機械研削またはCMP法による研削工程の後、低応力の樹脂層をシリコン基板の裏面に形成する工程を設けている。すなわち、硬化前の液状の低応力性樹脂をシリコン基板の裏面に塗布し、露光現像により必要箇所のみ低応力の樹脂層を形成し加熱硬化させる。なお、硬化後に表面を平坦にするためにCMP法により低応力樹脂の表面を加工する場合もある。
【0207】
次に、本発明の半導体装置について説明する。
【0208】
以下に説明する半導体装置の各実施形態は、前記した配線基板の各実施形態から構成されており、第9の実施の形態および第10の実施の形態として説明する。
【0209】
本発明の第9の実施の形態について説明する。
【0210】
本実施形態の半導体装置は第7の実施形態の配線基板を用いたものであり、第7の実施形態と共通する内容については省略し、また、同一の構成要素には同一の符号を付している。
【0211】
図40は、本実施形態の半導体装置の断面図である。
【0212】
本実施形態の半導体装置は、第7の実施形態に示した配線基板に対して半導体チップ137の単体または複数個を搭載し、配線基板111をバンプ138を用いてマザーボード139に実装したものである。配線基板111は、シリコン基板106を基材として、そのシリコン基板106は裏面110となす内角が鈍角である斜面108が形成され、シリコン基板106の表面107から斜面108へ達する複数の貫通孔109とを有しており、シリコン基板106の表面107および貫通孔109内に形成された第1の導電パターン112と、裏面110および斜面108に形成された第2の導電パターン113が形成されている。第1の導電パターン112と第2の導電パターン113は、貫通孔109と斜面108の接続部分で直接電気的に接続されている。なお、第1の導電パターン112とシリコン基板106の間と、第2の導電パターン113とシリコン基板106の間には第1の絶縁層115が形成され電気的に絶縁されている。さらに、第1の導電パターン112の電極部116以外の表面および第2の導電パターン113の電極部117以外の表面および斜面108は、第2の絶縁層118で被覆されている。
【0213】
以上、半導体チップは金属バンプを介してシリコン配線基板の第1の導電パターンと電気的に接続され、第2の導電パターンはバンプを介して、マザーボードと電気的に接続されている。
【0214】
本実施形態のシリコンを基材とした配線基板を用いることにより、半導体チップと配線基板との熱膨張特性が同程度になり、接合部の信頼性を確保できるとともに、配線基板の平坦度および寸法精度が従来の樹脂配線基板に比較して向上するので、半導体チップの配線密度に対応した高密度実装が可能となる。また、配線基板とマザーボードとの接合部に金属バンプを介することにより、接合部の応力を低減して接合信頼性を向上させることが可能となる。
【0215】
次に、本発明の第10の実施の形態について説明する。
【0216】
本実施形態の半導体装置は第8の実施の形態の配線基板を用いたものであり、第8の実施の形態と共通する内容については省略し、また、同一の構成要素には同一の符号を付している。
【0217】
図41は、本実施の形態の半導体装置の断面図である。
【0218】
図41に示すように、本実施形態の半導体装置の配線基板は、シリコン基板106と第2の導電パターン113との間に低応力の樹脂層136が形成されている。なお、低応力の樹脂層136はシリコン基板106と第1の導電パターン112との間に形成されてもよい。
【0219】
本実施形態によれば、温度変化によって配線基板とマザーボードとの間に生ずる応力を低応力の樹脂層により緩和され、マザーボードに対する配線基板のへの実装信頼性を向上させることができる。また、シリコンを基材とした配線基板に半導体チップが搭載された半導体装置により、半導体チップと配線基板との熱膨張特性が同程度になり、接合部の信頼性を確保できるとともに、金属バンプを用いた配線基板とマザーボードとの接合部の応力が低減されるので接合信頼性が向上し、シリコン基板を用いた配線基板の平坦度および寸法精度により接合安定性が向上し、小型化、高密度化かつ高速化を実現できる。
【0220】
なお、第9、第10の実施形態では配線基板に半導体チップを搭載したが、半導体チップ以外の電子部品を搭載してもよい。
【0221】
以上、本発明の半導体装置の各実施形態により、配線基板に半導体チップの材料と同一のシリコンを用いることにより、半導体チップ実装時における加熱時に半導体チップと配線基板との接合部で発生する熱応力が低減されるので、接合信頼性が向上し、配線基板に形成される配線パターンは、半導体チップに形成される配線パターンと同程度の平坦度、寸法精度であるので、配線基板に対する半導体チップの高密度な実装が実現できる。また、マザーボードに対して金属バンプを介して配線基板を実装することで、金属バンプによる応力低減を図ることができ、接合信頼性が向上する。
【0222】
また、配線基板の裏面となす内角が鈍角である斜面が配線基板の外形の一部として形成されることで配線を短くすることができ、斜面に樹脂を形成することで導電パターンが保護される半導体チップが搭載された半導体装置の実現が可能となる。
【0223】
また、シリコン基板表面または裏面に低応力の樹脂層が形成されることで、配線基板とマザーボードとの間で発生する応力を緩和することができ、接合信頼性が向上する。
【0224】
以上のように、本発明の配線基板およびその製造方法により、シリコン基板の両面の電極が、貫通孔内に形成された導電パターンを介して電気的に接続される。したがって、この配線基板を用いた半導体装置は、金属バンプを介した各接合部の応力を低減して信頼性を高め、シリコンを用いた配線基板の平坦度および寸法精度により、接合の安定性および配線密度が向上し、小型化、高密度化かつ高速化が実現できる。
【0225】
また、配線基板の裏面となす内角が鈍角である斜面が配線基板の外形の一部として形成されることで配線を短くすることができ、斜面に樹脂を形成することで導電パターンが保護される半導体チップが搭載された半導体装置の実現が可能となり、さらに、上記したようにシリコン基板の裏面に低応力の樹脂層が形成されることで、配線基板とマザーボードとの間で発生する応力を緩和することができ、接合信頼性が向上する。
【0226】
本発明の第11の実施の形態について図42により説明する。図42は、本発明の第11の実施の形態に係るマルチチップ半導体装置の断面図である。このマルチチップ半導体装置は、3つの半導体チップ11 、12 、13 が積層された構成となっている。各半導体チップ11 、12 、13 は、集積形成された素子(図示せず)およびその上に形成された多層導電パターン(図示せず)を表面に有する半導体基板202からなり、その半導体基板202は表面と鋭角をなして形成された側面である斜面203と、表面の周辺に形成された複数の凹部204とを有しており、表面に形成された第1の電極205と、裏面に形成された第2の電極206と、凹部204内及び斜面203上を通り表面及び裏面に延ばされて形成された、第1の電極205と第2の電極206とを接続するための導電パターン207とから構成されている。第1の電極205と半導体基板202の間と、第2の電極206と半導体基板202の間と、導電パターン207と半導体基板202の間には絶縁層208が形成されている。また、各半導体チップ11 、12 、13 の半導体基板202上の多層配線(図示せず)にはそれぞれ、表面電極209が設けられており、表面電極209は導電パターン207と電気的に接続されている。また、各半導体チップ11 、12 、13 は、第1の電極205と第2の電極206の開口部以外の全面を絶縁層210で被覆されている。半導体チップ11 の第1の電極205は例えば金属バンプなどの接続部材211を介して、半導体チップ12 の第2の電極206に電気的に接続されている。これにより半導体チップ11 は半導体チップ12 と電気的に接続されたことになる。同様に半導体チップ12 の第1の電極205は接続部材211を介して、半導体チップ13 の第2の電極206に電気的に接続され、半導体チップ12 は半導体チップ13 と電気的に接続されている。このようにして、半導体チップ11 、12 、13 間は電気的に接続されることになる。
【0227】
本実施の形態によれば、半導体チップ11 、12 、13 を積層するため、複数の半導体チップを平面的に配置する従来のマルチチップ半導体装置と異なり、半導体チップの数が増えるほど装置の面積が増大するといった問題はない。
【0228】
また、半導体チップ11 〜13 の表面及び裏面に配置した電極205、206を介して接続するため、半導体チップ11 〜13 を積層し金属ワイヤーで接続する従来のマルチチップ半導体装置と異なり、上層になるほどの半導体チップの面積を小さく、下層の表面電極が露出するようにしなければならないといった制約はなく、同サイズの半導体チップの積み重ねはもちろんのこと異種サイズの半導体チップを所望の順番に積層することも可能であり、また、各半導体チップ間の配線長が長くなるといった問題はない。
【0229】
さらに、半導体チップの表面及び裏面に配置した電極を介して接続するため、互いの表面同士を向かい合わせ接続するCOC構造の従来のマルチチップ半導体装置と異なり、半導体チップの積層数が2枚に限定されるということはない。そして、半導体チップのみを積層するため、配線基板を用いて積層する従来のマルチチップ半導体装置と異なり、積み重ねた高さを低くすることができ、積層する半導体チップのサイズそのものを装置の実装面積とすることができる。
【0230】
したがって、本実施の形態によれば、実装面積が小さく、積層する半導体チップサイズおよび順番に制約がなく、各半導体チップ間の配線長が短く、積層高さが低く、半導体チップの積層数が2枚以上可能である、小型、高密度かつ高速に対応したマルチチップ半導体装置を実現できる。
【0231】
なお、本実施の形態では半導体チップの積層枚数が3枚の場合について説明したが、本実施の形態の構造であれば、半導体チップ積層枚数が4枚以上の場合でも同様に接続できる。
【0232】
図43は、本発明の第12の実施の形態に係るマルチチップ半導体装置の断面図である。なお、図42のマルチチップ半導体装置と対応する部分には図42と同一の符号を付してあり、詳細な説明は省略する。
【0233】
本実施の形態は、各電極205、206の接続に接続部材211を使用しない例である。半導体チップ11 の第1の電極205は半導体チップ12 の第2の電極206に直接接合されている。これにより半導体チップ11 は半導体チップ12 と電気的に接続されたことになる。半導体チップ12 の第1の電極205は半導体チップ213の第2の電極206に直接接合され、電気的に接続されている。このようにして、半導体チップ11 、12 、13 間は電気的に接続されることになる。
【0234】
本実施の形態によれば、接続部材を使用せずに電極同士を直接接続することにより、さらに積み重ねた高さを低くすることができるとともに、配線長を短くすることができる。したがって、第1の実施形態と同様の効果が得られるとともに、さらに各半導体チップ間の配線長が短く、積層高さが低い、より小型かつより高速に対応したマルチチップ半導体装置を実現できる。
【0235】
図44から図46は、本発明の第13の実施の形態に係るマルチチップ半導体装置の半導体チップの製造方法を示す工程断面図である。
まず、図44(a)に示すようにウェハ状態の半導体基板212を用意する。この半導体基板212は表面に素子(図示せず)および多層導電パターン(図示せず)を形成した後のもので多層導電パターンには表面電極213が設けられており、その表面の所望の領域にはSiNによる絶縁層214とポリイミドによる樹脂層215が形成されている。なお、絶縁層214と樹脂層215は他の材料で形成されている場合や形成されていない場合もある。
【0236】
次に図44(b)に示すように、RIE法にて半導体基板12の表面にスクライブライン216をまたぐように凹部217を形成する。その際、ほかの部分がエッチングされないようにマスクを形成し、エッチング後マスクを除去する。この凹部217の深さは20〜100μmである。この時の部分平面図を図47に示す。図44(b)および図47(b)は図47(a)のV−V′線における断面図である。なお、凹部217の形成方法はRIE法に限定されるものではなく、光エッチング、ウエットエッチング、超音波加工、放電加工などを用いることもできる。さらに、上記加工方法を組み合わせてもよい。
【0237】
次に図44(c)に示すように、表面電極213の開口部を除く、凹部217の内壁を含む表面全面に第1の絶縁層218を形成する。その際、第1の絶縁層218を表面全面に形成した後、マスクを形成し、表面電極213の開口部分の第1の絶縁層218をエッチングした後、マスクを除去する。なお、第1の絶縁層218はSiO2 、SiN、SiON、ポリイミド膜などの層を、CVD法、スパッタ法、光CVD法、塗布などにより形成する。
【0238】
次に図44(d)に示すように、表面全面にバリア層219と、シード層220を順次積層した積層金属膜を形成する。バリア層219とシード層220の形成方法は、スパッタ法またはCVD法または電子ビーム蒸着法等を用いる。バリア層はTi、Ti/W、CrまたはNi、シード層はCu、Au、AgまたはNi等を用いる。
【0239】
次に図44(e)に示すように、シード層220を電極とする電解めっきにより、凹部217を埋め込みかつ所望の配線及び電極の形状に第1の導電パターン221を形成する。その際、所望の配線及び電極の形状にするため、シード層220上にめっきレジスト222を形成しておき、電解めっき後、めっきレジスト222を除去する。第1の導電パターンとしてはCu、Au、W、Mo、Ni、Ti、Al等を用いる。
【0240】
次に図44(f)に示すように、第1の導電パターン221をマスクとするエッチングにより、第1の導電パターン221を形成した領域以外のシード層220を除去し、同じく第1の導電パターン221をマスクとするエッチングにより、第1の導電パターン221を形成した領域以外のバリア層219を除去する。
【0241】
次に図44(g)に示すように、第1の電極223の開口部分を除く表面全体に、第2の絶縁層224を形成する。その際、第2の絶縁層224を表面全面に形成した後、マスクを形成し、第1の電極223の開口部分の第2の絶縁層224をエッチングした後、マスクを除去する。なお、第2の絶縁層224はSiO2、SiN、SiON、ポリイミド膜などの層を、CVD法、スパッタ法、光CVD法、塗布などにより形成する。
【0242】
この結果、ウェハ表面には、表面電極213と電気的に接続された第1の電極223のみが、第2の絶縁層224から露出した状態で形成されている。
【0243】
次に図45(a)に示すように、ウェハ表面を接着剤225により支持体226に接着し、半導体基板212を裏面から研磨し、所望の厚みまで薄くする。研磨方法は、機械研磨またはCMPでもよい。半導体基板の厚みは50〜200μmである。
【0244】
次に図45(b)に示すように、半導体基板212の裏面から、ベベルカットにより、表面と鋭角をなす斜面227を形成することと、第1の導電パターン221を裏面からみえるように斜面227に露出することと、半導体チップ228に分割することとを同時に行う。
【0245】
なお、加工方法はエッチングでもよい。
【0246】
次に図45(c)に示すように、第1の導電パターン221の斜面227に露出した部分を除く斜面227及び裏面全体に、第3の絶縁層229を形成する。その際、第3の絶縁層229を斜面227及び裏面全面に形成した後、マスクを形成し、第1の導電パターン221の開口部分の第3の絶縁層229をエッチングした後、マスクを除去する。なお、第3の絶縁層229はSiO2 、SiN、SiON、ポリイミド膜などの層を、CVD法、スパッタ法、光CVD法、塗布などにより形成する。
【0247】
第3の絶縁層229は、第1の絶縁層218及び第2の絶縁層224よりエッチング速度の速い材料で形成するのが望ましい。
【0248】
これにより、第3の絶縁層229をエッチングして開口する際に、マスクのズレが生じても第1の絶縁層218及び第2の絶縁層224をほとんどエッチングすることなく、第3の絶縁膜229を選択的にエッチングして開口することができ、第1の導電パターン221を覆う第1の絶縁層218及び第2の絶縁層224を部分的に除去してしまうことはない。
【0249】
次に図45(d)に示すように、斜面227及び裏面の全面にバリア層230と、シード層231を順次積層した積層金属膜を形成する。バリア層230とシード層231の形成方法は、スパッタ法、CVD法または電子ビーム蒸着法等を用いる。バリア層230はTi、Ti/W、CrまたはNi、シード層231はCu、Au、AgまたはNi等を用いる。
【0250】
次に図46(a)に示すように、シード層231を電極とする電解めっきにより、斜面227及び裏面へ、斜面227から露出する第1の導電パターン221に接続するよう、所望の配線及び電極の形状の第2の導電パターン232を形成する。その際、所望の配線及び電極の形状にするため、シード層231上にめっきレジスト233を形成しておき、電解めっき後、めっきレジスト233を除去する。第2の導電パターン232としてはCu、Au、W、Mo、Ni、Ti、Al等を用いる。
【0251】
次に図46(b)に示すように、第2の導電パターン232をマスクとするエッチングにより、第2の導電パターン232を形成した領域以外のシード層231を除去し、同じく第2の導電パターン232をマスクとするエッチングにより、第2の導電パターン232を形成した領域以外のバリア層230を除去する。
【0252】
次に図46(c)に示すように、第2の電極234の開口部分及びスクライブライン216を除く、斜面227及び裏面全体に、第4の絶縁層235を形成する。その際、第4の絶縁層235を斜面227及び裏面全面に形成した後、マスクを形成し、第2の電極234の開口部分の第4の絶縁層235とスクライブライン216上の第4の絶縁層235及び第3の絶縁層229をエッチングした後、マスクを除去する。なお、第4の絶縁層235はSiO2 、SiN、SiON、ポリイミド膜などの層を、CVD法、スパッタ法、光CVD法、塗布などにより形成する。
【0253】
次に図46(d)に示すように、接着剤225と支持体226を除去して、半導体チップ228を個片に分割する。
【0254】
この結果、半導体チップ228の表面には第1の電極223のみが第2の絶縁層224から露出した状態で形成され、裏面には第2の電極234のみが第4の絶縁層235から露出した状態で形成されており、表面電極213と第1の電極223と第2の電極234とが電気的に接続された構造が完成する。
【0255】
以上述べたように、本実施の形態では、半導体基板212の表面にスクライブライン216をまたぐように凹部217を形成する工程と、そのスクライブライン216を裏面からベベルカットする工程とを備えることにより、お互いに電気的に接続されかつ表面電極213とも電気的に接続された第1の電極223と第2の電極234を半導体基板212のチップの表面と裏面のそれぞれに有する構造を形成できる。
【0256】
したがって、本実施の形態によれば、凹部217を形成した半導体基板212の表面側に第1の導電パターン221を形成した後、表面と鋭角をなす斜面227を形成した裏面側に第2の導電パターン232を形成するだけで表面から裏面へ導通する配線とすることができ、容易に表裏導通電極を形成することができる。
【0257】
また、本実施の形態によれば、ウェハ状態で形成された凹部217内に第1の導電パターン221を形成した後に凹部217の中心部分で表面を鋭角にカットすることで、第1の導電パターン221の配線のための一部が裏面から見えるようにできるため、凹部217を極端に深く形成する必要はなく、また半導体基板212を極端に薄く研磨する必要もないので、半導体チップ228の厚み設定の自由度が大きく、製造工数を低減でき、マルチチップ半導体装置用チップのコストを低減できる。
【0258】
さらに、本実施の形態によれば、第1の電極223を形成する工程と第1の導電パターン221を形成する工程を同時に行うことができ、また第2の電極234を形成する工程と前記第2の導電パターン232を形成する工程も同時に行うことができるので、製造工数をさらに低減できる。
【0259】
また、さらに本実施の形態によれば、ベベルカットにより表面と鋭角をなす斜面227を形成することと、半導体チップ228を個片に分割することと、第1の導電パターンを裏面から見えるようにすることとを同時に行うことができ、他の手段で形成する場合より製造工数及び製造コストを大幅に削減できる。
【0260】
そして、第1の導電パターン221および第2の導電パターン232の下には必ずバリア層(219、230)とシード層(220、231)が形成されているので、バリア層(219、230)により第1の導電パターン221及び第2の導電パターン232の構成元素が表面電極213と半導体基板212に拡散することによる半導体チップの特性劣化を防止することができ、またシード層(220、231)により電解めっきにて第1の導電パターン221及び第2の導電パターン232を形成することができる。
【0261】
図49は図45(b)の工程にて、ベベルカットのラインがずれた場合を示す断面図であり、図45と同一符号を付してある。図49にてA−A′は本来カットするべきラインを示し、B−B′はずれた場合を示してある。このようにずれた場合でも常に凹部217の底面がカットされるように、凹部の幅を十分広くすることにより、それぞれのラインでカットされ形成される斜面において、露出する第1の導電パターン221の中心から斜面と裏面の接点までの距離C及びDが等しく、露出する第1の導電パターン221の形状及び位置を安定させることができる。
【0262】
図50は図44(b)の工程における別の方法を示す図であり、図44と共通する部分には同一符号を付してある。図44(b)の工程における凹部217に代わり半導体基板212表面にスクライブライン216をまたぐようにダイシングにより溝237を形成する。この溝237の深さは20〜100μmである。ダイシングにて一括に形成することにより、エッチングで形成する場合と比較して工程数を少なく短時間に形成することができる。
【0263】
図48は、本発明の第14の実施の形態に係るマルチチップ半導体装置の半導体チップの製造方法を示す工程断面図である。なお、図44、45、46のマルチチップ半導体装置用チップと対応する部分には図44、45、46と同一符号を付してあり、詳細説明は省略する。本実施の形態では、第13の実施の形態の図46(b)の工程の後、図48(a)に示すように、斜面227及び第2の電極234の開口部分を除く裏面全面に、平坦になるように液状樹脂を塗布し硬化して絶縁樹脂層236を形成する。なお本実施の形態は図46(b)工程の後としたが、図46(c)の後でもよい。液状樹脂としてはポリイミド等の応力を緩和できるものがよい。
【0264】
次に図48(b)に示すように、裏面よりダイシングを行い、表面に垂直な側面を形成する。
【0265】
次に図48(c)に示すように、接着剤225と支持体226を除去して、半導体チップ228を個片に分割する。
【0266】
以上述べたように、本実施の形態では、斜面227で形成された側面を液状樹脂で埋め込むことができ、硬化した液状樹脂の部分をダイシングすることにより表面に垂直な厚い絶縁樹脂層236で形成された側面を得ると同時に、個片にすることができる。
【0267】
したがって、マルチチップ半導体装置用チップの側面を補強するとともに、斜面227上の第2の導電パターン232の保護を高めることができる。
【0268】
図51は、本発明の第15の実施の形態に係るマルチチップ半導体装置の断面図である。なお、図42のマルチチップ半導体装置と対応する部分には図42と同一の符号を付してあり、詳細は省略する。
【0269】
本実施の形態の特徴は半導体チップ12 に形成された表裏導通電極の少なくとも1つが表面電極と接続されていないことである。
【0270】
このマルチチップ半導体装置は、3つの半導体チップ11 、12 、13 が積層された構成となっている。半導体チップ11 と13 は、表面に形成された第1の電極205と、裏面に形成された第2の電極206と、表面電極209とが導電パターン207により電気的に接続されており、半導体チップ12 は、少なくとも1つの表面電極209へ電気的に接続されない導電パターン238を有し、その導電パターン238は表面に形成された第1の電極239と、裏面に形成された第2の電極240とを電気的に接続している。
【0271】
これにより、半導体チップ12 の第2の電極240に電気的に接続した半導体チップ11 の第1の電極205と、半導体チップ12 の第1の電極239に電気的に接続された半導体チップ13 の第2の電極206は、電気的に接続されるが、半導体チップ12 の集積回路には接続されないことになる。
【0272】
したがって、本実施の形態によれば、半導体チップ12 の集積回路に電気的に接続する必要がなくかつお互いを電気的に接続したい電極(205、206)が半導体チップ11 と13 にある場合、それらの電極(205、206)を半導体チップ12 に形成された集積回路に電気的に接続されていない表裏導通電極(239、240)に接続することにより、半導体チップ12 をパスすることができることになる。
【0273】
この発明の第16の実施の形態を図52に基づいて説明する。図52はこの発明の第16の実施の形態のシリコン配線基板を用いたマルチチップ半導体装置の断面図である。
【0274】
図52に示すように、このマルチチップ半導体装置は、シリコン配線基板301の表面に複数の半導体チップ308等の電子部品を単体または積層して搭載し、半田ボール306を用いてマザーボード307に実装した構成となっている。シリコン配線基板301はシリコンからなるシリコン基板305を有し、表面に形成された第1の導電パターン302と、裏面に形成された第2の導電パターン303と、側面に形成された第3の導電パターン304とから構成されている。第1の導電パターン302と第2の導電パターン303は第3の導電パターン304を介して電気的に接続されている。第1の導電パターン302は電子部品308を実装し配線するためのもので少なくとも一層からなり、第2の導電パターン303はマザーボード7に実装するための電極を有するもので少なくとも一層からなる。
【0275】
また、第1の導電パターン302とシリコン基板305の間と、第2の導電パターン303とシリコン基板305の間と、第3の導電パターン304とシリコン基板305の間には絶縁層310が形成され電気的に絶縁されている。シリコン配線基板301は、第1の導電パターン302の電極部と第2の導電パターン303の電極部以外の全面を絶縁層311で被覆されている。半導体チップ308は金属バンプ309を介して、シリコン配線基板301の第1の導電パターン302と電気的に接続されている。シリコン配線基板301の第2の導電パターン303は半田ボール306を介して、マザーボード7と電気的に接続されている。このようにして、複数の半導体チップ308はそれぞれ、シリコン配線基板301を介してそれぞれの半導体チップ308と電気的に接続されるとともに、マザーボード307とも電気的に接続されることになる。
【0276】
上記マルチチップ半導体装置用配線基板については、シリコンウェハの表面に第1の導電パターン302を形成する工程と、シリコンウェハの裏面に第2の導電パターン303を形成する工程と、シリコンウェハから個片のシリコン基板305へ分割して側面を形成する工程と、第1の導電パターン302と第2の導電パターン303とを電気的に接続する第3の導電パターン304を側面に形成する工程とを行なう。
【0277】
また、第1の導電パターンを形成する工程の後、シリコンウェハから個片のシリコン基板へ分割して側面を形成する工程を行い、その後、第2の導電パターンを形成する工程と第3の導電パターンを形成する工程とを同時に行ってもよい。
【0278】
この実施の形態によれば、シリコンを基材とした配線基板を得ることができ、これを用いたマルチチップ半導体装置は、金属バンプの接合部の応力を低減して信頼性を高め、配線基板の平坦度および寸法精度により接合の安定性を高め、樹脂配線基板が成し得ないレベルでの配線密度の向上を可能にし、小型、高密度かつ高速化を実現できる。
【0279】
この発明の第17の実施の形態を図53に基づいて説明する。図53はこの発明の第17の実施の形態のシリコン配線基板を用いたマルチチップ半導体装置の断面図である。
【0280】
図53に示すように、このマルチチップ半導体装置は、シリコン配線基板312の表面に複数の半導体チップ308等の電子部品を単体または積層して搭載し、半田ボール306を用いてマザーボード307に実装した構成となっている。シリコン配線基板312は、シリコン基板305からなり、そのシリコン基板305は表面と鋭角をなして形成された4つの側面である斜面314と、表面の周辺に形成された複数の凹部313とを有しており、表面及び凹部313に形成された第1の導電パターン302と、裏面及び斜面314に形成された第2の導電パターン303とから構成されている。第1の導電パターン302と第2の導電パターン303は、凹部313と斜面314の合わせ目で直接電気的に接続されている。第1の導電パターン302は電子部品308を実装し配線するためのもので少なくとも一層からなり、第2の導電パターン303はマザーボード307に実装するための電極を有するもので少なくとも一層からなる。シリコン基板312を表裏逆に使用する場合は、第1の導電パターン302はマザーボード317に実装するための電極を有するもので少なくとも一層からなり、第2の導電パターン303は電子部品を実装し配線するためのもので少なくとも一層からなる。
【0281】
また、第1の導電パターン2とシリコン基板305の間と、第2の導電パターン303とシリコン基板305の間には絶縁層310が形成され電気的に絶縁されている。シリコン配線基板312は、第1の導電パターン302の電極部と第2の導電パターン303の電極部以外の全面を絶縁層311で被覆されている。半導体チップ308は金属バンプ309を介して、シリコン配線基板312の第1の導電パターン302と電気的に接続されている。シリコン配線基板312の第2の導電パターン303は半田ボール306を介して、マザーボード307と電気的に接続されている。このようにして、複数の半導体チップ308はそれぞれ、シリコン配線基板301を介してそれぞれの半導体チップ308と電気的に接続されるとともに、マザーボード307とも電気的に接続されることになる。
【0282】
この実施の形態によれば、シリコンを基材とした配線基板を容易に得ることができ、これを用いたマルチチップ半導体装置は、金属バンプの接合部の応力を低減して信頼性を高め、配線基板の平坦度および寸法精度により接合の安定性を高め、樹脂配線基板が成し得ないレベルでの配線密度の向上を可能にし、小型、高密度かつ高速化を実現できる。
【0283】
この発明の第18の実施の形態を図54に基づいて説明する。図54はこの発明の第3の実施の形態のシリコン配線基板を用いたマルチチップ半導体装置の断面図である。図54に示すように、このマルチチップ半導体装置のシリコン配線基板315は、第2の導電パターン303とシリコン基板305との間に低応力の樹脂層316を有している。なお、図52のマルチチップ半導体装置と対応する部分には図52と同一の符号を付してあり、詳細な説明は省略する。
【0284】
この実施の形態によれば、マザーボードとの間で発生する温度変化による応力を樹脂層で緩和することができ、マザーボードへの実装信頼性を高めることができる。また、この実施の形態の樹脂層316を図53のマルチチップ半導体装置に適用してもよい。本実施の形態では第2の導電パターン303をマザーボード307と接続する場合を示しているが、表裏逆に使用する場合、つまり第1の導電パターン302をマザーボード307と接続する場合は第1の導電パターン302とシリコン基板305との間に低応力の樹脂層316を形成するものである。また、更に応力を緩和するために第1の導電パターン302とシリコン基板305との間と、第2の導電パターン303とシリコン基板305との間の両方に低応力の樹脂層316を形成してもよい。
【0285】
この発明の第19の実施の形態を図55〜58に基づいて説明する。図55〜57はこの発明の第19の実施の形態のマルチチップ半導体装置用配線基板の製造方法を示す工程断面図、図58はこの発明の第19の実施の形態のマルチチップ半導体装置用チップの凹部形成方法を示す平面図である。
【0286】
図57(d)に示すように、このシリコン配線基板330は、第2の実施の形態と同様に、表面と鋭角をなして側面(斜面329)が形成され表面の周囲に凹部319が形成されたシリコンからなるシリコン基板317を有し、このシリコン基板317の表面及び凹部319内に形成され電極を有する少なくとも一層からなる第1の導電パターン323と、シリコン基板317の裏面及び側面に形成され、第1の導電パターン323に接続し、電極を有する少なくとも一層からなる第2の導電パターン334とを備えている。
【0287】
次に上記構成のマルチチップ半導体装置用配線基板の製造方法について説明する。まず、図55(a)に示すようにウェハ状態のシリコン基板317を用意する。
【0288】
次に図55(b)に示すように、RIE法にてシリコン基板317表面にスクライブライン318をまたぐように凹部319を形成する。その際、ほかの部分がエッチングされないようにマスクを形成し、エッチング後マスクを除去する。この凹部319の深さは20〜100μmである。この時の部分平面図を図58に示す。図55(b)は図58のV−V′線における断面図である。なお、凹部319の形成方法はRIE法に限定されるものではなく、光エッチング、ウエットエッチング、超音波加工、放電加工などを用いることもできる。さらに、上記加工方法を組み合わせてもよい。
【0289】
次に図55(c)に示すように、凹部319の内壁を含む表面全面に第1の絶縁層320を形成する。なお、第1の絶縁層320はSiO2 、SiN、SiON、ポリイミド膜などの層を、CVD法、スパッタ法、光CVD法、塗布などにより形成する。
【0290】
次に図55(d)に示すように、表面全面にバリア層321と、シード層322を順次積層した積層金属膜を形成する。バリア層321とシード層322の形成方法は、スパッタ法またはCVD法または電子ビーム蒸着法等を用いる。バリア層321はTi、Ti/W、CrまたはNi、シード層322はCu、Au、AgまたはNi等を用いる。
【0291】
次に図55(e)に示すように、シード層322を電極とする電解めっきにより、凹部319を埋め込みかつ所望の配線及び電極の形状に第1の導電パターン323を形成する。その際、所望の配線及び電極の形状にするため、シード層322上にめっきレジスト324を形成しておき、電解めっき後、めっきレジスト324を除去する。配線材料としてはCu、Au、W、Mo、Ni、Ti、Al等を用いる。
【0292】
次に図55(f)に示すように、第1の導電パターン323をマスクとするエッチングにより、第1の導電パターン323を形成した領域以外のシード層322を除去し、同じく第1の導電パターン323をマスクとするエッチングにより、第1の導電パターン323を形成した領域以外のバリア層321を除去する。
【0293】
次に図55(g)に示すように、第1の導電パターン電極部326を除く表面全体に、第2の絶縁層325を形成する。その際、第2の絶縁層325を表面全面に形成した後、マスクを形成し、第1の導電パターン電極部326上の第2の絶縁層325をエッチングした後、マスクを除去する。なお、第2の絶縁層325はSiO2 、SiN、SiON、ポリイミド膜などの層を、CVD法、スパッタ法、光CVD法、塗布などにより形成する。
【0294】
この結果、ウェハ表面には、第1の導電パターン電極部326のみが、第2の絶縁層325から露出した状態で形成される。
【0295】
次に図56(a)に示すように、ウェハ表面を接着剤328により支持体327に接着し、シリコン基板317を裏面から研磨し、所望の厚みまで薄くする。研磨方法は、機械研磨、化学研磨またはCMPでもよい。シリコン基板317の厚みは50〜200μmである。
【0296】
次に図56(b)に示すように、シリコン基板317の裏面から、スクライブラインにてベベルカットを行い、表面と鋭角をなす斜面329を形成することと、第1の導電パターン323を裏面からみえるように斜面329に露出することと、シリコン配線基板330に分割することとを同時に行う。なお、加工方法はエッチングでもよい。
【0297】
次に図56(c)に示すように、第1の導電パターン323の斜面329に露出した部分を除く斜面329及び裏面全体に、第3の絶縁層331を形成する。その際、第3の絶縁層331を斜面329及び裏面全面に形成した後、マスクを形成し、第1の導電パターン323の開口部分の第3の絶縁層331をエッチングした後、マスクを除去する。なお、第3の絶縁層331はSiO2 、SiN、SiON、ポリイミド膜などの層を、CVD法、スパッタ法、光CVD法、塗布などにより形成する。第3の絶縁層331は、第1の絶縁層320及び第2の絶縁層325よりエッチング速度の速い材料で形成するのが望ましい。これにより、第3の絶縁層331をエッチングして開口する際に、マスクのズレが生じても第1の絶縁層320及び第2の絶縁層325をほとんどエッチングすることなく、第3の絶縁膜331を選択的にエッチングして開口することができ、第1の導電パターン323を覆う第1の絶縁層320及び第2の絶縁層325を部分的に除去してしまうことはない。
【0298】
次に図56(d)に示すように、斜面329及び裏面の全面にバリア層332と、シード層333を順次積層した積層金属膜を形成する。バリア層332とシード層333の形成方法は、スパッタ法、CVD法または電子ビーム蒸着法等を用いる。バリア層はTi、Ti/W、CrまたはNi、シード層はCu、Au、AgまたはNi等を用いる。
【0299】
次に図57(a)に示すように、シード層333を電極とする電解めっきにより、斜面329及び裏面へ、斜面329から露出する第1の導電パターン323に電気的に接続するよう、所望の配線及び電極の形状に第2の導電パターン334を形成する。その際、所望の配線及び電極の形状にするため、シード層333上にめっきレジスト335を形成しておき、電解めっき後、めっきレジスト335を除去する。配線材料としてはCu、Au、W、Mo、Ni、Ti、Al等を用いる。
【0300】
次に図57(b)に示すように、第2の導電パターン334をマスクとするエッチングにより、第2の導電パターン334を形成した領域以外のシード層333を除去し、同じく第2の導電パターン334をマスクとするエッチングにより、第2の導電パターン334を形成した領域以外のバリア層332を除去する。
【0301】
次に図57(c)に示すように、第2の導電パターン電極部337及び接着剤328部分を除く、斜面329及びを含む裏面全体に、第4の絶縁層336を形成する。その際、第4の絶縁層336を斜面329及び裏面全面に形成した後、マスクを形成し、第2の導電パターン電極部337上の第4の絶縁層336と接着剤328部分の第4の絶縁層336及び第3の絶縁層331をエッチングした後、マスクを除去する。なお、第4の絶縁層336はSiO2、SiN、SiON、ポリイミド膜などの層を、CVD法、スパッタ法、光CVD法、塗布などにより形成する。
【0302】
次に図57(d)に示すように、接着剤328と支持体327を除去して、シリコン配線基板330を得る。
【0303】
この結果、シリコン配線基板330表面には第1の導電パターン電極部326のみが第2の絶縁層325から露出した状態で形成され、裏面には第2の導電パターン電極部337のみが第4の絶縁層336から露出した状態で形成されており、表面の第1の導電パターン電極部326と裏面の第2の導電パターン電極部337とが電気的に接続された構造が完成する。
【0304】
以上述べたように、この実施の形態では、シリコン基板317表面にスクライブライン318をまたぐように凹部319を形成する工程と、そのスクライブライン318を裏面からベベルカットする工程とを備えることにより、表面と裏面から導電パターンを形成するだけで、お互いに電気的に接続された電極をシリコン配線基板330の表面と裏面のそれぞれに有する構造を形成できる。
【0305】
したがって、本実施形態によれば、容易に表裏導通電極を形成することができる。
【0306】
また、本実施形態によれば、ウェハ状態で形成された凹部319内に第1の導電パターン323を形成した後に凹部319の中心部分で表面と鋭角にカットすることで、第1の導電パターン323の配線のための一部が裏面から見えるようにできるため、凹部319を極端に深く形成する必要はなく、またシリコン基板317を極端に薄く研磨する必要もないので、シリコン配線基板330の厚み設定の自由度が大きく、製造工数を低減でき、コストを低減できる。
【0307】
また、さらに本実施形態によれば、ベベルカットにより表面と鋭角をなす斜面329を形成することと、シリコン配線基板330を個片に分割することと、第1の導電パターン323を裏面から見えるようにすることとを同時に行うことができ、他の手段で形成する場合より製造工数及び製造コストを大幅に削減できる。
【0308】
この発明の第20の実施の形態を図59に基づいて説明する。図59はこの発明の第20の実施の形態のマルチチップ半導体装置用配線基板の製造方法を示す工程断面図である。
【0309】
図59(c)に示すように、このシリコン配線基板330は、第2の実施の形態と同様に、表面と鋭角をなして側面(斜面329)が形成され表面の周囲に凹部319が形成されたシリコンからなるシリコン基板317を有し、このシリコン基板317の表面及び凹部319内に形成され電極を有する少なくとも一層からなる第1の導電パターン323と、シリコン基板317の裏面及び側面に形成され、第1の導電パターン323に接続し、電極を有する少なくとも一層からなる第2の導電パターン334とを備え、シリコン基板317の表面と直角をなすように側面に絶縁層338を形成してある。
【0310】
次に上記構成のマルチチップ半導体装置用配線基板の製造方法について説明する。なお、図55〜57のマルチチップ半導体装置用配線基板と対応する部分には図55〜57と同一符号を付してあり、詳細説明は省略する。
【0311】
この実施の形態では、第19の実施の形態の図57(b)の工程の後、図59(a)に示すように、第2の導電パターン電極部337を除く裏面全面及び斜面329に、絶縁樹脂層338を形成する。その際、平坦になるように液状樹脂を斜面329及び裏面全面に塗布し、第2の導電パターン電極部337を開口するように露光、現像して形成する。なお本実施の形態は図57(b)工程の後としたが、図57(c)の後でもよい。液状樹脂としてはポリイミド等の応力を緩和できるものがよい。
【0312】
次に図59(b)に示すように、裏面よりスクライブラインにてダイシングを行い、表面に垂直な側面を形成する。
【0313】
次に図59(c)に示すように、接着剤328と支持体327を除去して、シリコン配線基板330を得る。
【0314】
以上述べたように、この実施の形態では、斜面329で形成された側面を液状樹脂で埋め込むことができ、硬化した液状樹脂の部分をダイシングすることにより表面に垂直な厚い絶縁樹脂層338で形成された側面を得ると同時に、個片にすることができる。
【0315】
したがって、マルチチップ半導体装置用配線基板の側面を補強するとともに、斜面329上の第2の導電パターン334の保護を高めることができる。
【0316】
なお、上記の実施の形態は一例を述べたものであり、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施できる。
【0317】
【発明の効果】
請求項1記載の配線基板によれば、斜面を形成することにより、穴を深く形成することが不要となるので、加工時間の短縮化を図ることができるとともにコスト削減を達成できる。また、シリコン基板を研削してその厚みを薄くすることも不要となるので、安定した搬送を確保できる。
【0318】
請求項2記載の配線基板によれば、表面の電子部品を実装し配線する第1の導電パターンと裏面のマザーボードに実装するための電極を備える第2の導電パターンを有し、それら第1の導電パターンと第2の導電パターンが側面に形成した第3の導電パターンにより電気的に接続されているシリコンからなる配線基板が得られる。
【0319】
このシリコン配線基板は湿度による形状変化はなく、半導体チップと同じシリコンにより形成されているため、温度変化による膨張収縮等の形状変化は半導体チップと同一であり、研磨により形成するため平坦度が高く、電極位置の寸法精度が高く、半導体チップと同レベルの接続電極の狭ピッチ化及び配線の高密度化が可能である。
【0320】
したがって、このようなシリコン配線基板を用いたマルチチップ半導体装置は、金属バンプの接合部の応力を低減して信頼性を高め、配線基板の平坦度および寸法精度により接合の安定性を高め、樹脂配線基板が成し得ないレベルでの配線密度の向上を可能にし、小型、高密度かつ高速化を実現できる。
【0321】
請求項3記載の配線基板によれば、表面に第1の導電パターンと裏面に第2の導電パターンを有し、第1の導電パターンと第2の導電パターンとが直接電気的に接続されているシリコンからなる配線基板が得られる。
【0322】
したがって、このようなシリコン配線基板を用いたマルチチップ半導体装置は、金属バンプの接合部の応力を低減して信頼性を高め、配線基板の平坦度および寸法精度により接合の安定性を高め、樹脂配線基板が成し得ないレベルでの配線密度の向上を可能にし、小型、高密度かつ高速化を実現できる。
【0323】
請求項4記載の配線基板によれば、請求項1または請求項3と同様な効果のほか、配線基板の側面を補強するとともに、側面の導電パターンの保護を向上させることができる。
【0324】
請求項5記載の配線基板によれば、請求項1、請求項2または請求項3と同様な効果のほか、半導体チップと配線基板との間で発生する温度変化による応力を緩和することができ、半導体チップの実装信頼性を高めることができる。
【0325】
請求項6記載の配線基板の製造方法によれば、配線基板の裏面から斜面を形成することにより穴を貫通させるので、穴の加工時間を短縮することができ、加工コストを削減できる。
【0326】
請求項7記載の配線基板の製造方法によれば、表面の電子部品を実装し配線する第1の導電パターンと裏面のマザーボードに実装するための電極を備える第2の導電パターンを有し、それら第1の導電パターンと第2の導電パターンが側面に形成した第3の導電パターンにより電気的に接続されているシリコンからなる配線基板が得られる。また、ウェハ状態のシリコン基板から、側面を通る導電パターンを介して電気的に接続された表面電極と裏面電極を有するマルチチップ半導体用配線基板を容易に実現できる。さらに第1の導電パターンを形成する工程の後、シリコンウェハから個片のシリコン基板へ分割して側面を形成する工程を行い、その後、第2の導電パターンを形成する工程と第3の導電パターンを形成する工程とを同時に行うので、製造工数を削減できる。
【0327】
請求項8記載の配線基板の製造方法によれば、表面に第1の導電パターンと裏面に第2の導電パターンを有し、第1の導電パターンと第2の導電パターンとが直接電気的に接続されているシリコンからなる配線基板が得られる。また、配線基板に凹部と、表面と鋭角をなす側面が形成されているので、そこに表面と裏面から導電パターンを形成するだけで表裏を導通する配線を形成することができる。さらに、ウェハ状態のシリコン基板から、側面を通る導電パターンを介して電気的に接続された表面電極と裏面電極を有するマルチチップ半導体用配線基板を容易に実現できる。
【0328】
請求項9記載の配線基板の製造方法によれば、請求項6または請求項8と同様な効果のほか、液状樹脂を斜面供給し、硬化した樹脂部をダイシングして基板個片に分割することで、ダイシング時の切削抵抗によって発生する機械的干渉および摩擦熱による歪を樹脂が吸収し、チッピングなどの不具合も防止できる。
【0329】
請求項10記載の配線基板の製造方法によれば、請求項6または請求項8と同様な効果のほか、半導体チップと配線基板との間で発生する温度変化による応力を緩和することができ、半導体チップの実装信頼性を高めることができる。
【0330】
請求項11記載の半導体装置によれば、貫通孔の内壁および斜面に形成された導電パターンを介して接続された第1の外部電極と第2の外部電極を有する半導体チップを積層し、その両面の電極を介して各半導体チップが電気的に接続されてなる半導体装置が得られ、半導体チップを配線基板上に平面的に配置しないので、実装面積を小さくできる。また、金属ワイヤーを接続するための電極を設ける必要もないことから、2個以上の同サイズおよび異種サイズの半導体チップを所望の順番に積層することも可能であり、各半導体チップ間の配線長を短く、積層した厚みを小さくすることが可能となり、小型化、高密度化、高速化に対応した半導体装置を実現できる。
【0331】
請求項12記載の半導体装置によれば、実装面積を小さくし、各半導体チップ間の配線長を短く、積層高さが低い、小型化、高密度化かつ高速化に対応したマルチチップ型の半導体装置を実現できる。
【0332】
請求項13記載の半導体装置によれば、導電パターンを介して接続された第1の外部電極と第2の外部電極を有する半導体チップを積層し、その第1の外部電極及び第2の外部電極を介して各半導体チップが電気的に接続されているので、複数の半導体チップを配線基板上に平面的に配置することなく、実装面積が小さく、同サイズの半導体チップの積層も可能であり、また異種サイズの半導体チップを所望の順番に積層することも可能であり、各半導体チップ間の配線長が短く、積層高さが低く、半導体チップの積層数が2枚以上可能である、小型、高密度かつ高速に対応したマルチチップ半導体装置を実現できる。また半導体基板が表面と鋭角をなして形成された斜面と、表面の周辺に形成された凹部とを有するため、半導体チップの製造が容易に行える。
【0333】
請求項14記載の半導体装置によれば、請求項13と同様な効果のほか、半導体チップの面内にて、配線長を短く、積層高さが低くなるように半導体チップ同士が接続されたマルチチップ半導体装置が得られる。したがって、実装面積を小さくし、各半導体チップ間の配線長を短く、積層高さが低い、小型、高密度かつ高速に対応したマルチチップ半導体装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態の半導体チップを示す断面図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態の半導体チップの製造工程を示す断面図である。
【図3】本発明の第1の実施形態の半導体チップの製造工程を示す断面図である。
【図4】本発明の第1の実施の形態の半導体チップの製造工程を示す断面図である。
【図5】本発明の第1の実施の形態の半導体チップの製造工程を示す断面図である。
【図6】本発明の第1の実施の形態の半導体チップの製造工程を示す断面図である。
【図7】本発明の第1の実施の形態の半導体チップの製造工程を示す断面図である。
【図8】本発明の第1の実施の形態の半導体チップの製造工程を示す断面図である。
【図9】本発明の第1の実施の形態の半導体チップの製造工程を示す断面図である。
【図10】本発明の第1の実施の形態の半導体チップの製造工程を示す断面図である。
【図11】本発明の第1の実施の形態の半導体チップの製造工程を示す断面図である。
【図12】本発明の第1の実施の形態の半導体チップの製造工程を示す断面図である。
【図13】本発明の第1の実施の形態の半導体チップの製造工程を示す断面図である。
【図14】本発明の第1の実施の形態の半導体チップの製造工程を示す断面図である。
【図15】本発明の第1の実施の形態の半導体チップの製造工程を示す断面図である。
【図16】本発明の第1の実施の形態の半導体チップの製造工程を示す断面図である。
【図17】本発明の第2の実施の形態の半導体チップを示す断面図である。
【図18】本発明の第3の実施の形態の半導体チップを示す断面図である。
【図19】本発明の第4の実施の形態の半導体装置を示す断面図である。
【図20】本発明の第5の実施の形態の半導体装置を示す断面図である。
【図21】本発明の第6の実施の形態の半導体装置を示す断面図である。
【図22】本発明の第7の実施の形態の配線基板の断面図である。
【図23】本発明の配線基板の製造方法の各工程の断面図である。
【図24】本発明の配線基板の製造方法の各工程を示す平面図
【図25】本発明の配線基板の製造方法の各工程の断面図である。
【図26】本発明の配線基板の製造方法の各工程の断面図である。
【図27】本発明の配線基板の製造方法の各工程の断面図である。
【図28】本発明の配線基板の製造方法の各工程の断面図である。
【図29】本発明の配線基板の製造方法の各工程の断面図である。
【図30】本発明の配線基板の製造方法の各工程の断面図である。
【図31】本発明の配線基板の製造方法の各工程の断面図である。
【図32】本発明の配線基板の製造方法の各工程の断面図である。
【図33】本発明の配線基板の製造方法の各工程の断面図である。
【図34】本発明の配線基板の製造方法の各工程の断面図である。
【図35】本発明の配線基板の製造方法の各工程の断面図である。
【図36】本発明の配線基板の製造方法の各工程の断面図である。
【図37】本発明の配線基板の製造方法の各工程の断面図である。
【図38】本発明の配線基板の製造方法の各工程の断面図である。
【図39】本発明の第8の実施の形態の配線基板の断面図である。
【図40】本発明の第9の実施の形態の配線基板を用いた半導体装置の断面図である。
【図41】本発明の第10の実施の形態の配線基板を用いた半導体装置の断面図である。
【図42】本発明の第11の実施の形態に係るマルチチップ半導体装置の断面図である。
【図43】本発明の第12の実施の形態に係るマルチチップ半導体装置の断面図である。
【図44】本発明の第13の実施の形態に係るマルチチップ半導体装置用チップの表面形成方法を示す工程断面図である。
【図45】本発明の第13の実施の形態に係るマルチチップ半導体装置用チップの裏面形成方法を示す前半の工程断面図である。
【図46】本発明の第13の実施の形態に係るマルチチップ半導体装置用チップの裏面形成方法を示す後半の工程断面図である。
【図47】(a)は本発明の第13の実施の形態に係るマルチチップ半導体装置用チップの凹部形成方法を示す平面図、(b)はそのV−V′線断面図である。
【図48】本発明の第14の実施の形態に係るマルチチップ半導体装置の半導体チップの製造方法を示す工程断面図である。
【図49】ベベルカットのラインがずれた場合を示す断面図である。
【図50】凹部形成における別の方法を示す斜視図である。
【図51】本発明の第15の実施の形態に係るマルチチップ半導体装置の断面図である。
【図52】本発明の第16の実施の形態のシリコン配線基板を用いたマルチチップ半導体装置の断面図である。
【図53】本発明の第17の実施の形態のシリコン配線基板を用いたマルチチップ半導体装置の断面図である。
【図54】本発明の第18の実施の形態のシリコン配線基板を用いたマルチチップ半導体装置の断面図である。
【図55】本発明の第19の実施の形態のマルチチップ半導体装置用配線基板の製造方法を示す工程断面図である。
【図56】図55の後の工程断面図である。
【図57】図56の後の工程断面図である。
【図58】本発明の第19の実施の形態のマルチチップ半導体装置用チップの凹部形成方法を示す平面図である。
【図59】本発明の第20の実施の形態のマルチチップ半導体装置用配線基板の製造方法を示す工程断面図である。
【図60】従来の半導体装置を示す断面図である。
【図61】従来の半導体装置を示す断面図である。
【図62】従来の半導体装置を示す断面図である。
【図63】従来の半導体装置を示す断面図である。
【図64】従来の半導体装置の断面図である。
【符号の説明】
1配線基板
2半導体チップ
3金属バンプ
4配線基板
5半導体チップ
6金属ワイヤー
7半導体チップ
8金属バンプ
9半導体チップ
10金属バンプ
11配線基板
12金属バンプ
13半導体基板
14第1の面
15斜面
16貫通孔
17第2の面
18表面電極
19導電パターン
20第1の絶縁層
21第1の外部電極
22第2の外部電極
23第2の絶縁層
24接続部材
25表面絶縁層
26穴
27第1の積層金属膜
28第1の導電パターン
29めっきレジスト
30接着剤
31支持体
32第3の絶縁層
33第2の積層金属膜
34第2の導電パターン
35めっきレジスト
36第4の絶縁層
37スクライブライン
38側面
39半導体チップ
40絶縁樹脂層
106 シリコン基板
107 表面
108 斜面
109 貫通孔
110 裏面
111 配線基板
112 第1の導電パターン
113 第2の導電パターン
114 第3の導電パターン
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a wiring board in which external electrodes on both surfaces of a semiconductor substrate are electrically connected by a conductive pattern formed via a side surface of the semiconductor substrate, a method of manufacturing the same, and a semiconductor device using a semiconductor chip. is there.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, as electronic devices such as computers and communication devices have become smaller and more sophisticated, semiconductor devices have been required to be smaller, denser, and faster. Therefore, there has been proposed a multi-chip type semiconductor device in which a plurality of semiconductor chips are mounted on a wiring board to form a module, and the size and the density are increased.
[0003]
Hereinafter, a conventional semiconductor device will be described for each mode.
[0004]
60 to 64 are cross-sectional views showing a conventional semiconductor device.
[0005]
First, as shown in FIG. 60, a plurality of semiconductor chips 2 are mounted on a wiring board 1 by a flip chip method, and electrodes of the semiconductor chip 2 and connection electrodes of the wiring board 1 are electrically connected by metal bumps 3. In addition, a plurality of semiconductor chips are mounted on one wiring board in a line.
[0006]
Next, as shown in FIG. 61, a plurality of semiconductor chips 5 are stacked on the wiring board 4, and the electrodes of the respective semiconductor chips 5 and the connection electrodes of the wiring board 4 are electrically connected by the metal wires 6. The mounting area of the semiconductor chip with respect to the substrate is smaller than that in the case where the semiconductor chips are arranged in a plane.
[0007]
Further, as shown in FIG. 62, the electrode-shaped surfaces of the two semiconductor chips 7 are opposed to each other, and the electrodes of the respective semiconductor chips 7 are electrically connected by metal bumps 8 to form a substrate-less laminated structure. I have.
[0008]
Further, as shown in FIG. 63, a plurality of semiconductor devices in which the semiconductor chip 9 is mounted on the wiring board 11 via the metal bumps 10 by the flip chip method are stacked, and the wiring of each wiring board 11 is connected by the metal bumps 12. It is electrically connected.
[0009]
As described above, the conventional semiconductor devices have been described according to their forms. However, each of the conventional semiconductor devices realizes a semiconductor device including a plurality of semiconductor chips, and the plurality of semiconductor chips are mounted on a plane with respect to a wiring board. In this configuration, the semiconductor chip is mounted on the wiring board, the semiconductor chip is mounted on the wiring board, and the semiconductor chip is mounted on the wiring board. Was in the form.
[0010]
In addition, since the semiconductor chips constituting each semiconductor device have electrodes formed only on one side thereof, when the semiconductor chips are stacked, the semiconductor chips are electrically connected to each other using metal wires or substrates. Had gone.
[0011]
FIG. 64 is a cross-sectional view of a semiconductor device using a conventional resin wiring substrate.
[0012]
As shown in FIG. 64, one or a plurality of semiconductor chips 2 are mounted on a resin wiring board 1 formed of a composite material containing an epoxy resin by a flip chip method, and a surface electrode of the semiconductor chip 2 is connected to a resin wiring. The connection electrodes on the surface of the substrate 1 are electrically connected by metal bumps 3. Further, the connection electrodes on the back surface of the resin wiring board 1 are electrically connected to the wiring of the motherboard 405 by the solder balls 404. The connection electrodes on both surfaces of the resin wiring board 1 are electrically connected by a conductive pattern formed on the inner wall of a through hole (not shown) penetrating the inside of the resin wiring board 1.
[0013]
Thus, the semiconductor chip 2 is not directly mounted on the motherboard 405, but has a structure in which the resin wiring board 1 is interposed between the semiconductor chip 2 and the motherboard 405.
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
However, conventional semiconductor devices in which a plurality of semiconductor chips are stacked have the following problems in each form.
[0015]
First, as shown in FIG. 60, in order to arrange the plurality of semiconductor chips 2 on the wiring board 1 in a plane, at least the area of the wiring board 1 needs to be larger than the total area of the plurality of semiconductor chips 2. As the number of semiconductor chips 2 to be mounted increases, the area of the wiring board 1 must be increased.
[0016]
In the semiconductor device shown in FIG. 61, every time the semiconductor chip 5 is stacked, it is necessary to expose an electrode for connecting the metal wire 6 electrically connected to the wiring of the wiring board 4 to the upper surface of the semiconductor chip 5. Therefore, the size of the semiconductor chip 5 apart from the substrate becomes smaller. Therefore, it is impossible to stack semiconductor chips of the same size. If the number of stacked semiconductor chips 5 increases, the total length of the metal wires 6 also increases, so that there is a problem that the wiring length increases.
[0017]
Further, in the semiconductor device shown in FIG. 62, it is impossible to stack three or more semiconductor chips 7, so that the function as the semiconductor device is limited.
[0018]
Further, in the semiconductor device shown in FIG. 63, since it is necessary to provide the wiring board 11 between the plurality of semiconductor chips 9, there is a problem that the thickness of the semiconductor device after the semiconductor chips are stacked increases.
[0019]
As described above, in the conventional semiconductor device, when a plurality of semiconductor chips are arranged in a plane, the mounting area increases, and it is impossible to stack semiconductor chips of the same size because electrodes for connecting metal wires need to be provided. Since the number of semiconductor chips to be formed is limited, the function as a semiconductor device is limited, and the thickness of the semiconductor device is increased due to a structure in which a substrate is provided between stacked semiconductor chips, miniaturization, higher functionality, and higher speed are realized. It was difficult to achieve.
[0020]
In addition, the change in characteristics of a resin wiring board using a composite material containing an epoxy resin due to temperature, humidity, and the like is larger than the change in characteristics of a semiconductor chip. There is a remarkable difference from the composite material of the type, and a large stress is generated at the joint between the semiconductor chip and the resin wiring board, and there is a risk that the joint may be broken.
[0021]
Further, since the resin wiring board has insufficient flatness compared to the semiconductor chip, the flip chip method in which the semiconductor chip is directly bonded to the resin wiring board uses metal bumps formed on the electrodes of the semiconductor chip and the resin wiring board. There is a problem that the electrical connection with the connection electrode is not stable.
[0022]
In addition, since the dimensional accuracy of the wiring formed on the resin wiring board is not sufficient as compared with the dimensional accuracy of the semiconductor chip, a positional shift occurs at a connection portion between the surface electrode of the semiconductor chip and the connection electrode of the resin wiring board, Poor bonding may result.
[0023]
Furthermore, since the semiconductor chip is mounted on a flat surface on the resin wiring board, the area of the resin wiring board cannot be made smaller than the total area of the mounted semiconductor chips. There is a problem in that the area of the resin wiring board increases as the number increases.
[0024]
The present invention solves the above-mentioned conventional problem by electrically connecting electrodes on both surfaces of a semiconductor chip by a conductive pattern passing through the side surface of the semiconductor chip, thereby stacking a plurality of semiconductor chips on a wiring board. Another object of the present invention is to provide a semiconductor device using a semiconductor chip which focuses on not increasing the thickness and substrate area of the semiconductor device on which the semiconductor chips are stacked and increasing the wiring length between the semiconductor chips.
[0025]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a wiring board using silicon as a base material of the wiring board and a method of manufacturing the same, in order to solve the above-mentioned conventional problems.
[0026]
[Means for Solving the Problems]
2. The wiring board according to claim 1, wherein the base material is made of silicon, the wiring board has a plurality of through holes, a first conductive pattern is formed on a surface of the wiring board, and the through holes are formed by wiring. An inner angle with the back surface of the substrate is provided on a slope formed at an obtuse angle, a second conductive pattern is formed on the back surface and the slope, and the first conductive pattern and the second conductive pattern are formed in a plurality of through holes. It is characterized by being electrically connected by the formed third conductive pattern.
[0027]
According to the wiring board of the first aspect, the formation of the slope makes it unnecessary to form the hole deeply, so that the processing time can be reduced and the cost can be reduced. In addition, since it is not necessary to grind the silicon substrate to reduce its thickness, stable conveyance can be ensured.
[0028]
The wiring board according to claim 2 is a wiring board for a multi-chip semiconductor device in which electronic components are mounted on a wiring board and mounted on a motherboard, wherein the wiring board has a silicon substrate made of silicon. A first conductive pattern including at least one layer for mounting and wiring electronic components on a front surface and a second conductive pattern including at least one layer having electrodes for mounting on a motherboard are provided on a back surface of the silicon substrate. The first conductive pattern and the second conductive pattern are electrically connected by a third conductive pattern formed on a side surface of the silicon substrate.
[0029]
According to the wiring board of the second aspect, the first conductive pattern for mounting and wiring the electronic components on the front surface and the second conductive pattern including electrodes for mounting on the motherboard on the rear surface are provided, and the first conductive pattern is provided. A wiring substrate made of silicon is obtained in which the conductive pattern and the second conductive pattern are electrically connected by the third conductive pattern formed on the side surface.
[0030]
This silicon wiring board does not change its shape due to humidity and is made of the same silicon as the semiconductor chip, so the shape change such as expansion and contraction due to temperature change is the same as that of the semiconductor chip, and the flatness is high because it is formed by polishing. In addition, the dimensional accuracy of the electrode position is high, and the pitch of the connection electrodes at the same level as that of the semiconductor chip can be narrowed and the wiring density can be increased.
[0031]
Therefore, a multi-chip semiconductor device using such a silicon wiring board can reduce the stress at the joints of the metal bumps to increase the reliability, improve the bonding stability by the flatness and dimensional accuracy of the wiring board, It is possible to improve the wiring density at a level that cannot be achieved by a wiring board, and it is possible to realize compactness, high density, and high speed.
[0032]
4. The wiring board according to claim 3, wherein the wiring board is a wiring board for a multi-chip semiconductor device in which electronic components are mounted on the wiring board and mounted on a motherboard, wherein the wiring board forms an acute angle with the surface and has a side surface formed around the surface. Having a silicon substrate made of silicon with a recess formed therein, a first conductive pattern formed of at least one layer having electrodes formed on the surface of the silicon substrate and the recess, and formed on the back and side surfaces of the silicon substrate, A second conductive pattern connected to the first conductive pattern and comprising at least one layer having an electrode.
[0033]
According to the wiring board of the third aspect, the first conductive pattern is provided on the front surface and the second conductive pattern is provided on the back surface, and the first conductive pattern and the second conductive pattern are directly electrically connected. Thus, a wiring substrate made of silicon can be obtained.
[0034]
Therefore, in the multi-chip semiconductor device using such a silicon wiring board, the reliability is improved by reducing the stress at the joint portion of the metal bumps, and the flatness and the dimensional accuracy of the wiring board are improved. The bonding stability can be improved, the wiring density can be increased at a level that cannot be achieved by a resin wiring board, and a small size, high density, and high speed can be realized.
[0035]
According to a fourth aspect of the present invention, in the wiring board according to the first or third aspect, an insulating layer is formed on a side surface so as to be perpendicular to a surface of the substrate.
[0036]
According to the wiring board of the fourth aspect, in addition to the same effects as those of the first or third aspect, the side face of the wiring board can be reinforced and the protection of the conductive pattern on the side face can be improved.
[0037]
According to a fifth aspect of the present invention, in the wiring board according to the first, second, or third aspect, one or both of the first conductive pattern and the substrate and the second conductive pattern and the substrate are provided. Has a low-stress resin layer.
[0038]
According to the fifth aspect of the present invention, in addition to the same effects as those of the first, second, and third aspects, it is possible to reduce stress caused by a temperature change between the semiconductor chip and the wiring board. Thus, the mounting reliability of the semiconductor chip can be improved.
[0039]
According to a sixth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a wiring substrate, a step of forming a hole from the surface of the silicon substrate, a step of forming a first conductive pattern in the surface and the hole, and an inner angle formed with the back surface of the silicon substrate is obtuse. Forming a slope in a region sandwiching a boundary portion of the substrate piece unit on the back surface, exposing a first conductive pattern by penetrating a hole, and a second conductive pattern electrically connected to the first conductive pattern On the back surface and the slope.
[0040]
According to the method of manufacturing a wiring board according to the sixth aspect, since the hole is made to penetrate by forming the slope from the back surface of the wiring board, the processing time of the hole can be reduced, and the processing cost can be reduced.
[0041]
8. The method for manufacturing a wiring board according to claim 7, wherein a first conductive pattern including at least one layer for mounting and wiring electronic components is formed on a surface of the silicon wafer, and the first conductive pattern is mounted on a back surface of the silicon wafer. Forming a second conductive pattern composed of at least one layer having an electrode for performing the operation, dividing the silicon wafer into individual silicon substrates to form side surfaces, and forming the first conductive pattern and the second conductive pattern. Forming a third conductive pattern for electrically connecting the pattern to the side surface, and after forming the first conductive pattern, forming a side surface by dividing the silicon wafer into individual silicon substrates. And thereafter, the step of forming the second conductive pattern and the step of forming the third conductive pattern are performed simultaneously.
[0042]
According to the method of manufacturing a wiring board according to claim 7, the method has a first conductive pattern for mounting and wiring electronic components on the front surface and a second conductive pattern including electrodes for mounting on the motherboard on the back surface. A wiring board made of silicon is obtained in which the first conductive pattern and the second conductive pattern are electrically connected by the third conductive pattern formed on the side surface. Further, it is possible to easily realize a multi-chip semiconductor wiring substrate having a front electrode and a back electrode electrically connected from a silicon substrate in a wafer state via a conductive pattern passing through a side surface. Further, after the step of forming the first conductive pattern, a step of dividing the silicon wafer into individual silicon substrates to form side surfaces is performed, and thereafter, a step of forming a second conductive pattern and a step of forming the third conductive pattern Since the step of forming the substrate is performed simultaneously, the number of manufacturing steps can be reduced.
[0043]
In the method of manufacturing a wiring substrate according to claim 8, a step of forming a concave portion around the surface of the silicon substrate in a wafer state, and forming a first conductive pattern including at least one electrode having electrodes on the surface and the concave portion. Forming a slope forming an acute angle with the front surface on the silicon substrate; forming a second conductive pattern electrically connected to the first conductive pattern on the back surface and the slope of the silicon substrate and having at least one layer having electrodes; Forming step.
[0044]
According to the method of manufacturing a wiring board according to the eighth aspect, the first conductive pattern has the first conductive pattern on the front surface and the second conductive pattern on the back surface, and the first conductive pattern and the second conductive pattern are directly electrically connected. A wiring substrate made of connected silicon is obtained. Further, since the concave portion and the side surface forming an acute angle with the front surface are formed in the wiring substrate, it is possible to form a wiring that conducts between the front and back surfaces only by forming a conductive pattern from the front surface and the back surface. Further, a multi-chip semiconductor wiring substrate having a front electrode and a back electrode electrically connected from a silicon substrate in a wafer state via a conductive pattern passing through a side surface can be easily realized.
[0045]
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a wiring board according to the sixth or eighth aspect, further comprising the step of forming an insulating layer on an inclined surface so as to form a right angle with the surface of the silicon substrate. It is formed by curing and divided into individual pieces by dicing.
[0046]
According to the method of manufacturing a wiring board according to the ninth aspect, in addition to the same effect as the sixth aspect or the eighth aspect, the liquid resin is supplied on the slope, and the cured resin portion is diced to be divided into individual pieces of the substrate. Thus, the resin absorbs mechanical interference generated by cutting resistance at the time of dicing and distortion caused by frictional heat, thereby preventing problems such as chipping.
[0047]
According to a tenth aspect of the present invention, in the method of the sixth or eighth aspect, a low-stress resin layer is formed between the substrate and the first conductive pattern or between the substrate and the second conductive pattern. Is provided.
[0048]
According to the method of manufacturing a wiring board according to the tenth aspect, in addition to the same effects as the sixth and eighth aspects, it is possible to reduce stress caused by a temperature change generated between the semiconductor chip and the wiring board, The mounting reliability of the semiconductor chip can be improved.
[0049]
The semiconductor device according to claim 11, wherein the semiconductor substrate, a first external electrode formed on a first surface of the semiconductor substrate, a second external electrode formed on a second surface of the semiconductor substrate, A through-hole formed in the substrate, wherein the through-hole is provided on a slope formed such that an inner angle with the second surface is formed at an obtuse angle, and the first external electrode and the second external electrode A plurality of semiconductor chips electrically connected by a conductive pattern formed via the inner wall and the slope of the hole are stacked by electrically connecting the first external electrode and the second external electrode, respectively. It is characterized by having been done.
[0050]
According to the semiconductor device of the eleventh aspect, the semiconductor chip having the first external electrode and the second external electrode connected via the conductive pattern formed on the inner wall and the slope of the through hole is laminated, and both surfaces thereof are stacked. A semiconductor device in which the semiconductor chips are electrically connected via the electrodes described above is obtained. Since the semiconductor chips are not arranged in a plane on the wiring board, the mounting area can be reduced. Further, since there is no need to provide electrodes for connecting metal wires, two or more semiconductor chips of the same size and different sizes can be stacked in a desired order, and the wiring length between the semiconductor chips can be increased. , And the thickness of the stacked layers can be reduced, and a semiconductor device corresponding to miniaturization, high density, and high speed can be realized.
[0051]
13. The semiconductor device according to claim 12, wherein: a semiconductor substrate; a first external electrode formed on a first surface of the semiconductor substrate; a second external electrode formed on a second surface of the semiconductor substrate; A through-hole formed in the substrate, wherein the through-hole is provided on a slope formed such that an inner angle with the second surface is formed at an obtuse angle, and the first external electrode and the second external electrode Between two first semiconductor chips electrically connected by a first conductive pattern formed via an inner wall and a slope of the hole, the third semiconductor chip is formed on a portion of the third surface other than the element formation region. A second semiconductor chip is provided in which the third external electrode and the fourth external electrode formed on a portion of the fourth surface other than the element formation region are electrically connected by a second conductive pattern. And the first semiconductor chip and the second semiconductor chip directly or And it is characterized in that it is electrically connected to.
[0052]
According to the semiconductor device of the twelfth aspect, a multi-chip type semiconductor with a small mounting area, a short wiring length between each semiconductor chip, a low stacking height, small size, high density, and high speed. The device can be realized.
[0053]
14. The semiconductor device according to claim 13, wherein the semiconductor chip is a multi-chip type semiconductor device in which a plurality of semiconductor chips each including a semiconductor substrate in which elements are integratedly formed on the surface are stacked. A first external electrode formed of a semiconductor substrate having a back surface facing in parallel with the front surface, a slope formed at an acute angle with the front surface, and a concave portion formed around the front surface, and a first external electrode formed on the front surface; A second external electrode formed on the back surface, a conductive pattern formed in the concave portion and on the side surface for connecting the first external electrode and the second external electrode, and The semiconductor device is characterized by being electrically connected to another semiconductor chip via the first external electrode and the second external electrode.
[0054]
According to the semiconductor device of claim 13, a semiconductor chip having a first external electrode and a second external electrode connected via a conductive pattern is laminated, and the first external electrode and the second external electrode are stacked. Since each semiconductor chip is electrically connected via the semiconductor chip, the mounting area is small and the same size semiconductor chips can be stacked without arranging a plurality of semiconductor chips in a plane on the wiring board. It is also possible to stack semiconductor chips of different sizes in a desired order, and the wiring length between the semiconductor chips is short, the stacking height is low, and the number of stacked semiconductor chips is two or more. A high-density and high-speed multi-chip semiconductor device can be realized. Further, since the semiconductor substrate has a slope formed at an acute angle with the surface and a concave portion formed around the surface, the semiconductor chip can be easily manufactured.
[0055]
According to a fourteenth aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the thirteenth aspect, the stacked semiconductor chips are electrically connected to the semiconductor chips immediately above and below the semiconductor chips directly or via a connection member. Things.
[0056]
According to the semiconductor device of the fourteenth aspect, in addition to the same effects as in the thirteenth aspect, a multi-layered semiconductor chip having a shorter wiring length and a lower stacking height in the plane of the semiconductor chip is provided. A chip semiconductor device is obtained. Therefore, it is possible to realize a small-sized, high-density, high-speed multi-chip semiconductor device having a small mounting area, a short wiring length between the semiconductor chips, a low stacking height.
[0057]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of a semiconductor chip, a method of manufacturing the same, and a semiconductor device using the semiconductor chip of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0058]
First, the semiconductor chip of the present invention will be described. First, a first embodiment of the present invention will be described.
[0059]
FIG. 1 is a sectional view of the semiconductor chip of the present embodiment. As shown in FIG. 1, an element (not shown) and a multilayer conductive pattern (not shown) are formed on a first surface 14 which is a surface of a semiconductor substrate 13, from the first surface 14 to the slope 15. The slanted surface 15 in which the processed through hole 16 is formed and the inner angle with the second surface 17 as the bottom surface is formed to be an obtuse angle forms a part of the outer shape of the semiconductor substrate 13. In the present embodiment, the interior angle between the slope and the second surface is 135 degrees, and the slope is formed to a position of 50 [μm] from the second surface. This makes it easier for a certain amount of resin supplied on the slope to adhere to the surface, protects the conductive pattern against external impact, and electrically connects the electrodes formed on the surface of the semiconductor substrate. Since the distance between the conductive patterns is shortened, it is possible to cope with an increase in speed.
[0060]
The surface electrode 18 formed on the first surface 14 is electrically connected to the inner wall of the through hole 16 and the conductive pattern 19 formed on the surface of the slope 15. The conductive pattern 19 may be filled in the through-hole 16, and the thickness of the conductive pattern 19 is preferably 5 to 15 [μm], and is 10 [μm] in the present embodiment. The material of the surface electrode 18 is made of aluminum (Al) or copper (Cu), and the thickness of the surface electrode 18 is 0.3 to 1.0 [μm]. In a manufacturing process for forming a wiring made of copper (Cu) having a wiring width of 0.13 [μm], the thickness of the wiring is 0.45 [μm].
[0061]
Next, the insulating layer formed on the formed surface electrode and conductive pattern will be described. A first insulating layer 20 is formed on the first surface 14, the second surface 17, the inclined surface 15, and the inner wall of the through hole 16 of the semiconductor substrate 13 excluding the surface electrode 18, and the thickness of the first insulating layer 20 is It is preferably 0.5 to 10 [μm], and is 1 [μm] in the present embodiment. Then, a part of the conductive pattern 19 is opened as the first external electrode 21 and the second external electrode 22, and the first insulating layer on which the conductive pattern 19 is not formed is formed on the conductive pattern 19 except for those electrodes. A second insulating layer 23 is formed on the first insulating layer 20 on the surface 20 and the second surface 17.
[0062]
Here, the thickness of the second insulating layer 23 is 1 to 30 μm, and in the present embodiment, 1 μm for silicon dioxide (SiO 2), silicon nitride (SiN), and oxynitride film (SiON). And 7 [μm] for polyimide. Note that the second insulating layer 23 may be mainly made of a solder resist, and the thickness in this case is 30 [μm] in the present embodiment. Since the first external electrode 21 and the second external electrode 22 are formed as a part of the conductive pattern 19, the thickness of the first external electrode 21 and the thickness of the second external electrode 22 It is the same as the thickness of No.
[0063]
As described above, in the semiconductor chip of the present embodiment, the surface electrodes of the semiconductor substrate and the external electrodes formed on both surfaces of the semiconductor substrate are electrically connected, so that a plurality of semiconductor chips are stacked facing each other. Thus, electrical connection between the semiconductor chips can be achieved.
[0064]
Next, a method for manufacturing the semiconductor chip of the present embodiment will be described.
[0065]
2 to 16 are cross-sectional views of each step of the method for manufacturing a semiconductor chip of the present embodiment.
[0066]
First, as shown in FIG. 2A, a semiconductor substrate 13 in a wafer state having a plurality of semiconductor chip units and having a thickness of 600 to 1000 [μm] is prepared, and a first surface which is a surface of the semiconductor substrate 13 is prepared. 14, an element (not shown), a multilayer conductive pattern (not shown), and a surface electrode 18 are formed. Here, the position where the surface electrode 18 is formed is not particularly limited, but is formed around the semiconductor chip unit in the present embodiment. In the present embodiment, a surface insulating layer 25 mainly composed of silicon nitride (SiN) is formed in a region other than the surface electrode 18, but may be formed of a material other than SiN. The material is not particularly limited as long as it has a function. The thickness of the surface insulating layer 25 is 0.5 to 10 [μm], and is 1 [μm] in the present embodiment. Since the surface insulating layer 25 is intended to protect against external impact, it is not necessary to particularly form the surface insulating layer 25.
[0067]
The dotted lines indicate the positions where both ends in the width direction of the cutting blade pass during dicing for dividing the semiconductor substrate into semiconductor chip units, and the center of the two dotted lines indicates the boundary between the semiconductor chip units. It is.
[0068]
Next, the hole forming process will be described.
[0069]
FIG. 2B is a cross-sectional view showing a state where a hole is machined from the first surface of the semiconductor substrate.
[0070]
As shown in FIG. 2B, a hole 26 having a depth of 20 to 100 [μm] is formed by RIE (Reactive Ion Etching) without penetrating the first surface 14 of the semiconductor substrate 13 in the thickness direction. However, the formation position of the hole is formed around the semiconductor chip unit, and in the present embodiment, is a position closest to the corresponding hole on a straight line at a position of 50 [μm] from the boundary line of the semiconductor chip unit. In the present embodiment, the depth of the hole is 70 [μm], and the length of the through hole through which the hole penetrates by forming the slope is about 50 [μm]. The method for forming the holes 26 is not limited to the RIE method, and light etching, wet etching, ultrasonic processing, electric discharge processing, and the like can be used, and the above-described various processing methods may be combined. .
[0071]
As described above, the RIE method, which is a processing method of a hole formed in a semiconductor substrate, is a dry etching method using reactive gas plasma, and is a method used for fine processing of a semiconductor wafer. A mask covering portions other than the holes is formed on the insulating layer so as not to be etched, and the mask is removed after etching.
[0072]
Next, as shown in FIG. 3C, after forming the first insulating layer 20 on the inner wall of the hole 26 and on the surface insulating layer 25 except for the opening of the surface electrode 18, the portion of the surface electrode 18 is opened. The formed mask is formed on the first insulating layer 20, and after the insulating layer formed on the surface electrode 18 is etched, the mask is removed. Here, the first insulating layer 20 is formed of silicon dioxide (SiO 2) by a method such as a CVD method, a sputtering method, a photo CVD method, and a coating method. 2 ), Silicon nitride (SiN), oxynitride film (SiON), polyimide and the like.
[0073]
Next, as shown in FIG. 3D, a first laminated metal film 27 is formed on the first insulating layer 20, and the first laminated metal film 27 has a seed layer laminated on the barrier layer. It has a two-layer structure. Here, the barrier layer and the seed layer are formed by a sputtering method, a CVD method, an electron beam evaporation method, or the like. The barrier layer is made of any of titanium (Ti), titanium tungsten (Ti / W), chromium (Cr), and nickel (Ni), and the seed layer is made of copper (Cu), gold (Au), and silver (Ag). ), Nickel (Ni) or the like.
[0074]
Next, as shown in FIG. 4E, a first conductive pattern 28 is formed on the inner wall of the hole 26 by electrolytic plating using the first laminated metal film 27 as an electrode, and the desired wiring and electrode shapes are formed. Is formed on the first laminated metal film 27. At this time, a plating resist 29 is formed on the first laminated metal film 27 in order to obtain a desired wiring and electrode shape, and after the electrolytic plating, the plating resist 29 is removed. The first conductive pattern 28 may be formed by filling the hole 26. Further, as a material of the first conductive pattern 28, copper (Cu), gold (Au), tungsten (W), molybdenum (Mo), nickel (Ni), titanium (Ti), aluminum (Al), or the like is used. .
[0075]
Next, as shown in FIG. 4F, using the first conductive pattern 28 as a mask, the first laminated metal film 27 in a portion other than the region where the first conductive pattern 28 is formed is removed by etching.
[0076]
Next, as shown in FIG. 5 (g), a second insulating layer 23 is formed by opening a part of the first conductive pattern 28 as a first external electrode 21. At this time, a second insulating layer 23 is formed. After the layer 23 is formed on the first conductive pattern 28 and the first insulating layer 20 excluding the first external electrode 21, a mask in which the first external electrode 21 is opened is formed. After etching the second insulating layer 23 in the opening of the electrode 21, the mask is removed. Note that a film of silicon dioxide (SiO2), silicon nitride (SiN), oxynitride film (SiON), polyimide, or the like is formed as the second insulating layer 23 by a CVD method, a sputtering method, an optical CVD method, a coating method, or the like. It is a thing.
[0077]
As described above, only the first external electrode 21 electrically connected to the surface electrode 18 is formed on the surface of the semiconductor substrate as being exposed from the second insulating layer 23.
[0078]
Next, as shown in FIG. 6, the first surface 14 of the semiconductor substrate is adhered to the support 31 with an adhesive 30, and the semiconductor substrate 13 is ground from the second surface 17 by mechanical grinding or CMP (Chemical Mechanical Polishing). Then, it is processed to a thickness of 50 to 200 [μm]. In the present embodiment, the thickness of the semiconductor substrate after grinding is 100 [μm].
[0079]
Next, as shown in FIG. 7, on the second surface 17 of the semiconductor substrate 13, the center of the two dotted lines sandwiching the boundary of the semiconductor chip unit is cut by bevel cutting, and the second surface 17 of the semiconductor substrate 13 is cut. The first conductive pattern 28 is exposed on the slope 15 while forming the slope 15 at an obtuse angle with 17. Therefore, as shown in FIG. 2B, the hole 26 formed in the semiconductor substrate 13 does not need to penetrate the semiconductor substrate 13, and the time required for processing the hole 26 can be reduced. The processing depth of the hole 26 shown in FIG. 2B is determined by the cutting depth in bevel cutting and the tip shape of the cutting blade.
[0080]
Here, the bevel cut refers to a semiconductor substrate having a relatively large thickness and a slope formed such that an inner angle with the second surface is formed at an obtuse angle by using a cutting blade having a slope formed at the tip. It is a cutting method. Note that the thickness of the cutting blade used for bevel cutting is desirably greater than the distance between adjacent through holes by about 100 [μm] or more. In the present embodiment, the distance between adjacent through holes is 100 [μm], and the thickness of the cutting blade used for bevel cutting is 200 [μm]. In the present embodiment, the processing method using bevel cutting has been described, but processing may be performed by etching.
[0081]
Next, as shown in FIG. 8, a third insulating layer 32 is formed on the entire surface of the slope 15 and the second surface 17 excluding the portion exposed on the slope 15 of the first conductive pattern 28. After the third insulating layer 32 is formed on the entire slope 15 and the second surface 17, a mask having an opening at a portion where the first conductive pattern 28 is exposed is formed on the third insulating layer 32, and the first conductive layer 28 is formed. After etching the third insulating layer 32 at the opening of the pattern 28, the mask is removed. Note that, as the third insulating layer 32, a film of silicon dioxide (SiO2), silicon nitride (SiN), oxynitride film (SiON), polyimide, or the like was formed by a CVD method, a sputtering method, an optical CVD method, coating, or the like. Things.
[0082]
Further, it is preferable that the third insulating layer 32 be formed using a material whose etching rate is higher than that of the first insulating layer 20. That is, when opening the third insulating layer 32 by etching, the third insulating film 32 is selectively etched without substantially etching the first insulating layer 20 even if a mask shift occurs. This is because the opening can be formed and the first insulating layer 20 is not partially removed.
[0083]
Next, as shown in FIG. 9, a second laminated metal film 33 is formed on the entire surface of the slope 15 and the second surface 17. The second laminated metal film 33 has a two-layer structure in which a seed layer is laminated on a barrier layer. The barrier layer and the seed layer are formed by a sputtering method, a CVD method, an electron beam evaporation method, or the like. Titanium (Ti), titanium tungsten (Ti / W), chromium (Cr), nickel (Ni), etc. are used for the barrier layer, and copper (Cu), gold (Au), silver (Ag), Nickel (Ni) or the like is used.
[0084]
Next, as shown in FIG. 10, a second conductive pattern 34 having a desired wiring and electrode shape is formed on the inclined surface 15 and the second surface 17 by electrolytic plating using the second laminated metal film 33 as an electrode. Thus, the second conductive pattern 34 is electrically connected to the first conductive pattern 28 exposed from the slope 15 via the second laminated metal film 33. At this time, in order to form desired wiring and electrode shapes, a plating resist 35 is formed on a portion of the second laminated metal film 33 where the second conductive pattern 34 does not need to be formed, After the electrolytic plating, the plating resist 35 is removed. Further, as a material of the second conductive pattern 34, copper (Cu), gold (Au), tungsten (W), molybdenum (Mo), nickel (Ni), titanium (Ti), aluminum (Al), or the like is used. Can be
[0085]
Next, as shown in FIG. 11, using the second conductive pattern 34 as a mask, the second stacked metal film 33 other than the region where the second conductive pattern 34 is formed is removed by etching.
[0086]
Next, as shown in FIG. 12, a fourth insulating layer 36 is formed on the entire second surface 17 except the opening of the second external electrode 22 and on the inclined surface 15. At this time, after the fourth insulating layer 36 is formed on the entire slope 15 and the second surface 17, a mask having an opening in the second external electrode 22 is formed, and the opening of the second external electrode 22 is formed. After etching the fourth insulating layer 36, the mask is removed. Note that the fourth insulating layer 36 is formed of a film such as silicon dioxide (SiO 2), silicon nitride (SiN), an oxynitride film (SiON), or polyimide by using a CVD method, a sputtering method, an optical CVD method, a coating method, or the like. Is formed.
[0087]
Next, as shown in FIG. 13, dicing is performed on a scribe line 37 which is a boundary line of a semiconductor chip unit, to form a side surface 38 whose inner angle with the first surface 14 is a right angle. Thereafter, the adhesive 30 and the support 31 are removed, and the semiconductor chip 39 is divided into individual pieces.
[0088]
Through such a series of semiconductor chip manufacturing steps, a first external electrode is formed on the first surface of the semiconductor chip in a state of being exposed from the second insulating layer. Is formed with the second external electrode exposed from the fourth insulating layer, and the surface electrode, the first external electrode, and the second external electrode are electrically connected to each other.
[0089]
The formation positions of the first external electrode and the second external electrode are not particularly limited. When a plurality of semiconductor chips are stacked, if the external electrodes of adjacent semiconductor chips are at corresponding positions, respectively. Good.
[0090]
14 to 16 are cross-sectional views of a process of supplying and curing the resin on the slope after the process shown in FIGS. The steps shown in FIGS. 14 to 16 are intended to reinforce the slope.
[0091]
As shown in FIG. 14, after the step shown in FIG. 11 or FIG. 12, the liquid resin is applied to the bevel-cut portion until the upper surface thereof becomes the height of the second surface, thereby forming the second external resin. An insulating resin layer 40 is formed on the entire surface of the second surface except for the portion to be opened as the electrode 22 and on the slope 15.
[0092]
The liquid resin is preferably a resin such as polyimide which can relieve stress.
[0093]
Next, as shown in FIG. 15, dicing is performed on the portion of the scribe line 37 from the second surface side to form a side surface perpendicular to the second surface.
[0094]
Next, as shown in FIG. 16, the adhesive 30 and the support 31 are removed, and the semiconductor chip 39 is divided into individual pieces.
[0095]
The shape of the through-hole or the hole may be circular or square. In the case of a circular shape, the diameter is 10 to 20 [μm], and in the case of a square, the length of one side is 10 to 20 [μm]. Is 20 [μm]. Here, when the shape of the hole is a quadrangle, the corner of the quadrangle is not a right angle but a rounded shape. In addition, it is also possible to process a through-hole or a hole whose diameter or side length is smaller than 10 [μm] by technical innovation of the RIE method.
[0096]
The thickness of the first insulating layer, the second insulating layer, the third insulating layer, and the fourth insulating layer is 1 to 30 μm, and in the present embodiment, silicon dioxide (SiO 2), silicon nitride The thickness is 1 [μm] for (SiN) and oxynitride film (SiON), and 7 [μm] for polyimide. Further, the second insulating layer and the fourth insulating layer may be mainly made of a solder resist, and the thickness in this case is 30 [μm] in the present embodiment.
[0097]
Further, the thickness of the first conductive pattern 28 and the second conductive pattern 34 is preferably 5 to 15 [μm], and is 10 [μm] in the present embodiment.
[0098]
In the present embodiment, by applying the liquid resin on the slope, and then dicing the cured liquid resin portion, problems such as chipping at the time of cutting can be prevented, and the thickness is perpendicular to the second surface and relatively large. Since the corners of the semiconductor substrate formed of the insulating resin layer can be formed and the semiconductor chips can be separated into individual pieces, the side surfaces of the semiconductor chips are reinforced and the second conductive pattern on the slope is protected. Can be.
[0099]
As described above, in the present embodiment, in addition to the various insulating layer forming steps, a step of forming a hole halfway from the first surface of the semiconductor substrate and a step of forming a slope from the second surface and passing the hole are performed. By providing the step of forming the conductive pattern and the step of forming the conductive pattern via the hole and the inclined surface, a structure in which the electrodes formed on both surfaces of the semiconductor substrate are electrically connected to each other can be realized.
[0100]
Further, after the first conductive pattern is formed in the hole formed in the semiconductor substrate, the first conductive pattern is formed in the second conductive surface by forming a slope that reaches the hole and forms an obtuse angle with the second surface. Therefore, since it is not necessary to form a hole deeply or to polish the semiconductor substrate thinly, the processing time can be reduced and the processing cost can be reduced. In addition, since the degree of freedom of the thickness of the semiconductor chip is increased and the thickness of the semiconductor substrate is relatively large, the transfer of the semiconductor substrate is facilitated. In addition, since the first conductive pattern is exposed on the second surface by forming a slope having an obtuse interior angle with the second surface by bevel cutting, compared with a processing method in which a hole is first penetrated, The number of manufacturing steps and manufacturing costs can be significantly reduced.
[0101]
Note that, in order to reduce the number of manufacturing steps, the formation of the first external electrode and the formation of the first conductive pattern, or the formation of the second external electrode and the formation of the second conductive pattern may be performed simultaneously. Good.
[0102]
Further, by forming a laminated metal film including a barrier layer and a seed layer below the first conductive pattern and the second conductive pattern, constituent elements of the first conductive pattern and the second conductive pattern by the barrier layer are reduced. It is possible to suppress diffusion to the first external electrode and the semiconductor substrate and prevent the characteristics of the semiconductor chip from deteriorating, and to form the first conductive pattern and the second conductive pattern by electroplating the seed layer. it can.
[0103]
As described above, according to the method of manufacturing a semiconductor chip of the present embodiment, the surface electrode is formed on the first surface of the semiconductor substrate, and the conductive pattern is formed via the inner wall of the through hole formed in the semiconductor substrate. The first external electrode formed on the surface, the second external electrode formed on the second surface and the surface electrode are electrically connected by a conductive pattern, and the inner angle with the second surface is obtuse. A semiconductor chip having a through hole formed on a certain slope can be manufactured.
[0104]
In the semiconductor chip manufactured by the semiconductor chip manufacturing method of the present embodiment, the electrodes on both surfaces are electrically connected by a conductive pattern passing through the side surface of the semiconductor substrate. The semiconductor chip can be electrically connected, and the length of the wiring can be shortened by forming the slope, and the resin can be supplied on the slope, thereby preventing the conductive pattern from being externally impacted. Accordingly, it is possible to cope with a reduction in thickness, size, and speed of a semiconductor device in which semiconductor chips are stacked.
[0105]
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
[0106]
FIG. 17 is a sectional view showing a semiconductor chip of the present embodiment.
[0107]
Here, the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description of common contents is omitted.
[0108]
As shown in FIG. 17, the semiconductor chip of the present embodiment differs from the semiconductor chip of the first embodiment in the thickness of the first external electrode and the thickness of the second external electrode.
[0109]
That is, in the semiconductor chip of the present embodiment, the surface of the first external electrode and the surface of the second external electrode protrude from the surface of the second insulating layer formed on the surface of the semiconductor substrate. Specifically, the surface of the first external electrode and the surface of the second external electrode protrude from the surface of the second insulating layer by securing the height of the electrode itself by plating or the like.
[0110]
Therefore, when a plurality of semiconductor chips of the present embodiment are stacked, electrical connection between the semiconductor chips can be ensured without using a connecting member.
[0111]
Next, a method for manufacturing the semiconductor chip of the present embodiment will be described.
[0112]
The method of manufacturing a semiconductor chip according to the present embodiment is obtained by adding a step of forming each external electrode after the semiconductor chip according to the first embodiment is completed. That is, after the steps shown in FIGS. 10 to 12 or FIGS. 14 to 15 shown in the first embodiment, a step for securing the height of the external electrode is added.
[0113]
That is, as shown in FIG. 17, by securing the height of the electrode itself by plating or the like, the surface of the first external electrode 21 and the surface of the second external electrode 22 are separated from the surface of the second insulating layer 23. Protrude. Accordingly, when a plurality of semiconductor chips are stacked facing each other, electrical connection between the semiconductor chips can be ensured without using a connection member, so that it is possible to achieve a reduction in thickness and speed. It becomes.
[0114]
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
[0115]
FIG. 18 is a sectional view of the semiconductor chip of the present embodiment.
[0116]
Here, the same components as those in the first embodiment and the second embodiment are denoted by the same reference numerals, and description of common contents is omitted.
[0117]
As shown in FIG. 18, at least one conductive pattern 19 that is not electrically connected to the surface electrode formed on the surface of the semiconductor substrate has to be connected to the integrated circuit of the semiconductor chip H. Instead, the first external electrodes 21 formed on the first surface 14 of the semiconductor chip H are electrically connected to the second external electrodes 22 formed on the second surface 17.
[0118]
Therefore, the semiconductor chip of the present embodiment has a structure having a conductive pattern in which external electrodes formed on both surfaces are electrically connected but are not electrically connected to the integrated circuit.
[0119]
Next, a method for manufacturing the semiconductor chip of the present embodiment will be described.
[0120]
The method of manufacturing a semiconductor chip of the present embodiment is different from the method of manufacturing a semiconductor chip of the first embodiment in that a conductive pattern is formed on at least one arbitrary surface electrode among surface electrodes formed on a semiconductor substrate. The feature is that it does not. That is, in the method of manufacturing a semiconductor chip according to the first embodiment, the conductive pattern that electrically connects the external electrodes on both surfaces of the semiconductor chip is electrically connected to the surface electrode. By forming a conductive pattern for electrically connecting the external electrodes on both surfaces of the semiconductor chip to a portion where no is present, a conductive pattern that is not electrically connected to the integrated circuit of the semiconductor chip is formed. Therefore, a semiconductor chip that does not need to be electrically connected to the integrated circuit is sandwiched between two semiconductor chips that need to be electrically connected and stacked, thereby passing the integrated circuit of the sandwiched semiconductor chip. A semiconductor device can be realized, and the degree of freedom of electrical connection between semiconductor chips is improved.
[0121]
As described above, the three embodiments of the semiconductor chip all have a structure in which electrodes are formed on both sides of a semiconductor substrate, but differ in that the structure of the electrodes and the electrodes to be electrically connected are selective. .
[0122]
That is, the surface electrode formed on the surface of the semiconductor substrate and the external electrodes on both surfaces are electrically connected by a conductive pattern, and the height of the surface of the external electrode is ensured by plating or the like so that the insulating layer is formed. There is a form in which the external electrodes are electrically connected to each other by a conductive pattern that is not electrically connected to the surface electrode of the semiconductor substrate, and a form in which a conductive pattern that is not connected to at least one external electrode is formed. When multiple semiconductor chips are stacked, the external electrodes on the surfaces of the opposing semiconductor chips can be electrically connected to each other, and it is possible to select whether or not to electrically connect any semiconductor chip to the integrated circuit. Become.
[0123]
Next, the semiconductor device of the present invention will be described.
[0124]
Each embodiment of the semiconductor device described below is configured from each embodiment of the above-described semiconductor chip, and will be described as fourth to sixth embodiments.
[0125]
A fourth embodiment of the present invention will be described.
[0126]
FIG. 19 is a sectional view showing the semiconductor device of the present embodiment.
[0127]
As shown in FIG. 19, the semiconductor chip A, the semiconductor chip B, and the semiconductor chip C shown as the first embodiment of the semiconductor chip are stacked. External electrodes formed on both surfaces of each semiconductor chip are electrically connected via connection members.
[0128]
That is, the surface electrode 18 of the semiconductor chip C is electrically connected to the second external electrode 22 of the semiconductor chip B via the connecting member 24, and the surface electrode 18 of the semiconductor chip B is connected to the semiconductor chip via the connecting member 24. Since the semiconductor chip A, the semiconductor chip B, and the semiconductor chip C are electrically connected to the second external electrode 22 of A, they are electrically connected to each other.
[0129]
With such a configuration, in the present embodiment, the semiconductor chips A, B, and C are electrically connected to the electrodes formed on both surfaces thereof by the conductive patterns passing through the through holes of the semiconductor substrates. When the semiconductor chips are connected and stacked, when the semiconductor chips are stacked, the surfaces of the semiconductor chips are opposed to each other. Therefore, unlike a conventional semiconductor device in which a plurality of semiconductor chips are arranged in a plane, the number of stacked semiconductor chips is different. The problem that the mounting area of the semiconductor device increases as the number of semiconductor devices increases is solved.
[0130]
Also, since the electrodes arranged on both sides of each semiconductor chip are electrically connected to each other, the electrical connection of each stacked semiconductor chip is separated from the mounting substrate, unlike the conventional form of connecting the stacked semiconductor chips with metal wires. There is no need to expose the lower electrode of the semiconductor chip to the upper semiconductor chip, and it is possible not only to stack semiconductor chips of the same size but also to stack semiconductor chips of different sizes in a desired order. Therefore, there is no problem that the wiring length between the semiconductor chips becomes long.
[0131]
Further, in the conventional COC (Chip On Chip) structure in which the surfaces of the respective semiconductor chips are connected to face each other, the element formation surface on which the electrodes are formed is only one surface of the semiconductor chip. Although the number of electrodes is limited to two, the present embodiment has a structure in which electrodes can be formed on both sides of the semiconductor chip, so that the electrodes on both sides of each semiconductor chip can be electrically connected, It is possible to increase the number of layers.
[0132]
In addition, in the present embodiment, since the electrodes of the respective semiconductor chips are laminated in correspondence with each other, a plurality of semiconductor chips can be formed without increasing the thickness of the entire semiconductor device unlike a conventional semiconductor device laminated using a wiring board. Can be reduced in thickness, and the mounting area is the same as the size of the semiconductor chip to be stacked.
[0133]
As described above, the semiconductor device in which the semiconductor chips of the present embodiment are stacked enables a plurality of semiconductor chips to be stacked, and is not restricted by the size and arrangement of the stacked semiconductor chips, and the wiring length between the semiconductor chips is not limited. Since the thickness of the laminated structure is reduced without increasing the length of the semiconductor device, it is possible to realize a semiconductor device which is compatible with miniaturization, high density, and high speed without increasing the mounting area.
[0134]
In this embodiment, the case where the number of stacked semiconductor chips is three has been described. However, two or four or more semiconductor chips can be stacked.
[0135]
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described.
[0136]
FIG. 20 is a cross-sectional view showing a semiconductor device in which electrodes of respective semiconductor chips are directly joined without using a connecting member and semiconductor chips are stacked.
[0137]
Note that portions corresponding to those of the semiconductor device of FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as in FIG. 1, and description of contents common to FIG. 19 will be omitted.
[0138]
As shown in FIG. 20, the configuration of the electrodes, insulating layers, and conductive patterns in each semiconductor chip is the same, except that the method of electrically connecting the semiconductor chips is different from that of the fourth embodiment.
[0139]
That is, the first external electrode 21 of the semiconductor chip F is directly joined to the second external electrode 22 of the semiconductor chip E, and the first external electrode 21 of the semiconductor chip E is connected to the second external electrode 22 of the semiconductor chip D. Since the semiconductor chips are directly bonded, the three semiconductor chips D, E, and F are electrically connected to each other.
[0140]
Here, since the first external electrode 21 and the second external electrode 22 of each semiconductor chip need to protrude from the second insulating layer 23, for example, the height of the electrodes themselves is reduced by plating or the like. It is desirable to secure it.
[0141]
As described above, according to the present embodiment, the external electrodes of the semiconductor substrate are directly connected to each other without using the connecting member, so that the thickness of the semiconductor device after stacking the semiconductor chips is smaller than that of the fourth embodiment. The size of the semiconductor device can be reduced, and the wiring length can be shortened. Therefore, the thickness of the semiconductor device in which the semiconductor chips are stacked is small, and a semiconductor device which is small and operates at high speed can be realized.
[0142]
Next, a sixth embodiment will be described.
[0143]
FIG. 21 is a sectional view showing the semiconductor device of the present embodiment.
[0144]
Parts corresponding to those in FIG. 19 are denoted by the same reference numerals as those in FIG. 1, and description of common contents is omitted.
[0145]
As shown in FIG. 21, the semiconductor chip H has a different configuration from the semiconductor chip G and the semiconductor I, and does not have the first electrode or the third electrode connected to the conductive pattern. 2 shows a characteristic configuration of a chip.
[0146]
That is, in the semiconductor chips G and I, the surface electrode 18 formed on the first surface, the first external electrode 21, and the second external electrode 22 formed on the second surface are electrically connected by the conductive pattern 19. The first external electrode 21 of the semiconductor chip I is electrically connected to the second external electrode 22 of the semiconductor chip H, and is electrically connected to the first external electrode 21 of the semiconductor chip H. Although it is electrically connected to the second external electrode 22 of the semiconductor chip G but is not connected to the integrated circuit of the semiconductor chip H, it can pass through the integrated circuit of the semiconductor chip H. Thus, by stacking semiconductor chips that do not need to be electrically connected to the integrated circuit between two semiconductor chips that need to be electrically connected, electrical connection between the semiconductor chips can be achieved. The degree of freedom is improved.
[0147]
As described above, three embodiments of the semiconductor device have been described. In any of the embodiments, the semiconductor device is formed by stacking semiconductor chips, and the semiconductor device is electrically connected to the surface electrode formed on the semiconductor substrate through the conductive pattern. A semiconductor device in which a plurality of semiconductor chips having external electrodes connected to each other are stacked, wherein the external connection electrodes are electrically connected via a connection member, and the external electrodes of the semiconductor chip are directly electrically connected to each other. And at least one semiconductor chip in which external electrodes on both sides are electrically connected by a conductive pattern not connected to the surface electrode of the semiconductor substrate.
[0148]
In the fourth to sixth embodiments, a laminated metal film is formed as a base of a conductive pattern between a conductive pattern and a first resin layer and between a conductive pattern and a surface electrode. May be. The laminated metal film is composed of a barrier layer and a seed layer. The barrier layer can prevent diffusion of the constituent elements of the conductive pattern and prevent deterioration of the characteristics of the semiconductor chip. The conductive pattern can be plated. The thicknesses of the barrier layer and the seed layer constituting the laminated metal film are 0.05 to 0.35 [μm] for the barrier layer and 0.2 to 0.8 [μm] for the seed layer. In the embodiment, the thickness of the barrier layer is 0.2 [μm], and the thickness of the seed layer is 0.5 [μm].
[0149]
As described above, the semiconductor device in which the semiconductor chips having the external electrodes formed on both surfaces thereof are stacked does not increase the mounting area of the semiconductor chip and reduces the size, the density, and the speed of the wiring board and metal wires. Is possible.
[0150]
As described above, according to the semiconductor chip of the present invention, since the electrodes formed on both surfaces of the semiconductor chip are electrically connected via the conductive pattern, it is possible to stack a plurality of semiconductor chips without using metal wires, Further, by forming a slope having an obtuse interior angle with the second surface, it is possible to shorten the wiring length and protect the side surface of the semiconductor chip by supplying resin.
[0151]
Further, in the semiconductor device in which the semiconductor chips of the present invention are stacked, a plurality of semiconductor chips are electrically connected on the surface facing each other, so that the wiring length can be reduced and the thickness and mounting area of the semiconductor device can be prevented from increasing. is there.
[0152]
Further, in the method of manufacturing a semiconductor chip, the hole formed in the semiconductor substrate is made to penetrate by forming a slope having an obtuse internal angle with the second surface of the semiconductor substrate. Can be shortened. Further, in the division of the semiconductor chip unit, by cutting the resin portion supplied on the slope, problems such as chipping at the time of cutting can be prevented.
[0153]
Hereinafter, a seventh embodiment of the wiring board and the method of manufacturing the same according to the present invention will be described.
[0154]
First, the wiring board of the present embodiment will be described. FIG. 22 is a cross-sectional view of the wiring board of the present embodiment.
[0155]
As shown in FIG. 22, a through hole 109 is formed from a surface 107 to a slope 108 of a silicon substrate 106 having a thickness of 50 to 200 [μm] and made of silicon as a base material, and an inner angle with the back surface 110 is obtuse. The slope 108 thus formed forms a part of the outer shape of the wiring board 111. In the present embodiment, the through-hole 109 is formed in the vicinity of the boundary of the wiring substrate 111 in units of individual pieces, for example, at a position of 50 to 150 [μm] from the boundary. The shape of the through-hole 109 may be circular or square. In the case of a circular shape, the diameter is 10 to 20 [μm]. In the case of a square, the length of one side is 10 to 20 [μm]. It has a rounded shape instead of a right angle. Further, in the present embodiment, the inner angle between the slope 108 and the back surface 110 is 135 degrees, and the slope 108 is formed to a position of 10 to 50 [μm] from the back surface. In the present embodiment, the substrate thickness is 100 [μm], and the slope 108 is formed from the rear surface 110 to a position of 20 [μm]. A first conductive pattern 112 and a second conductive pattern 113 are formed on the front surface 107 and the rear surface 110 of the silicon substrate 106, respectively. Further, a third conductive pattern 114 is formed on the inner wall and the slope of the through hole, and the first conductive pattern 112 and the second conductive pattern 113 are electrically connected by the third conductive pattern 114. In this manner, by forming a slope having an obtuse interior angle with the back surface of the silicon substrate, the distance of the conductive pattern electrically connecting the electrodes on both surfaces of the silicon substrate is shortened, and a wiring pattern corresponding to high speed is formed. Can be secured. Note that the third conductive pattern 114 may be formed along the inner wall of the through hole or may be filled in the through hole. As a material of each of these conductive patterns, copper (Cu), gold (Au), tungsten (W), molybdenum (Mo), nickel (Ni), titanium (Ti), aluminum (Al), and the like are used. Each conductive pattern preferably has a thickness of 5 to 15 μm, and in this embodiment, 10 μm, and the material and thickness of each external electrode are the same as those of each conductive pattern.
[0156]
As a base of the conductive pattern, a laminated metal film may be formed between each conductive pattern and the first insulating layer 115. The laminated metal film has a two-layer structure in which a seed layer is laminated on the upper surface of the barrier layer. In addition, the barrier layer can prevent the diffusion of the constituent elements of each conductive pattern and the deterioration of the characteristics of the wiring board. By providing the seed layer, the conductive pattern can be plated by the electrolytic plating method. The barrier layer is made of titanium (Ti), titanium tungsten (Ti / W), chromium (Cr), nickel (Ni), or the like, and has a thickness of 0.05 to 0.35 [μm]. Is 0.2 [μm]. The seed layer is made of copper (Cu), gold (Au), silver (Ag), nickel (Ni), or the like, and has a thickness of 0.2 to 0.8 [μm]. 0.5 [μm].
[0157]
In addition, a first insulating layer 115 is formed between the silicon substrate 106 and the first conductive pattern 112, the second conductive pattern 113, and the third conductive pattern 114, and the silicon substrate 106 and each conductive pattern are formed. It is electrically insulated. Further, the front surface of the first conductive pattern 112 other than the electrode portion 116 and the back surface of the second conductive pattern 113 other than the electrode portion 117 are covered with a second insulating layer 118. And each electrode portion corresponding to each conductive pattern is formed at the same time. Each insulating layer is made of silicon dioxide (SiO2), silicon nitride (SiN), oxynitride film (SiON), polyimide film or the like having a thickness of 1 to 30 [μm]. In the case of SiN) and oxynitride film (SiON), it is 1 [μm], and in the case of polyimide film, it is 7 [μm]. Further, the second insulating layer 118 may be mainly made of a solder resist, and the thickness in this case is 30 [μm] in the present embodiment.
[0158]
In the present embodiment, each conductive pattern is formed in one layer, but two or more conductive patterns may be formed alternately with the insulating layer, and the number of layers of each conductive pattern is not limited.
[0159]
As described above, a through hole is formed in a silicon substrate based on silicon, and electrodes formed on both surfaces of the silicon substrate are electrically connected to each other through conductive patterns formed on both surfaces of the silicon substrate and the through hole. With the substrate, it is possible to achieve high-precision pattern formation and flatness on the same level as a semiconductor chip mounted on a wiring substrate, so that it is possible to realize improvement in bonding reliability.
[0160]
Next, a method for manufacturing the wiring board of the present embodiment will be described.
[0161]
Note that the same components as those in FIG. 22 are denoted by the same reference numerals.
[0162]
23 to 38 are sectional views or plan views of each step of the method for manufacturing a wiring board according to the present embodiment.
[0163]
First, as shown in FIG. 23, a silicon substrate 106 in a wafer state having a thickness of 600 to 1000 [μm] is prepared. The broken lines shown in the figure indicate the positions where both ends in the width direction of the cutting blade at the time of dicing for dividing the silicon substrate into the divided wiring board units pass, and the center of the two broken lines is This is the boundary between the individual units of the wiring board.
[0164]
FIG. 24 is a plan view showing a state in which holes are machined from the surface of the silicon substrate, and FIG. 25A is a cross-sectional view taken along a line VV ′ in FIG.
[0165]
As shown in FIGS. 24 and 25A, a hole 119 having a depth of 20 to 100 [μm] is formed by RIE (Reactive Ion Etching) without penetrating the surface 107 of the silicon substrate 106 in the thickness direction. However, the formation position of the hole 119 is formed around the individual unit of the divided wiring board. In the present embodiment, the hole 119 is formed at a position of 50 [μm] from the boundary line of the individual unit of the divided wiring board. You.
[0166]
In the present embodiment, the thickness of the silicon substrate 106 is 100 [μm], the depth of the hole 119 is 70 [μm], and the length of the through hole 109 through which the hole 119 has penetrated by forming the slope 108 in a later step. Is about 50 [μm]. Note that the method for forming the holes 119 is not limited to the RIE method, and light etching, wet etching, ultrasonic machining, electric discharge machining, and the like can be used, and the above-described various machining methods may be combined. .
[0167]
As described above, the RIE method, which is a processing method of a hole formed in a silicon substrate, is a dry etching method using reactive gas plasma, and is a method used for fine processing of a semiconductor wafer. A mask covering portions other than the holes is formed on the insulating layer so as not to be etched, and the mask is removed after etching.
[0168]
Next, as shown in FIG. 25B, a first insulating layer 120 is formed on the inner wall of the hole 119 and on the surface 107 of the silicon substrate. Here, the first insulating layer 120 is made of a material such as silicon dioxide (SiO 2), silicon nitride (SiN), oxynitride film (SiON), or polyimide by a method such as a CVD method, a sputtering method, an optical CVD method, or a coating method. Is formed.
[0169]
Next, as shown in FIG. 26C, a first laminated metal film 121 is formed on the first insulating layer 120. In the first laminated metal film 121, a seed layer is laminated on a barrier layer. It has a two-layer structure. Here, the barrier layer and the seed layer are formed by a sputtering method, a CVD method, an electron beam evaporation method, or the like. The barrier layer is made of any of titanium (Ti), titanium tungsten (Ti / W), chromium (Cr), and nickel (Ni), and the seed layer is made of copper (Cu), gold (Au), and silver (Ag). ), Nickel (Ni) or the like.
[0170]
Next, as shown in FIG. 26D, a first conductive pattern 112 is formed on the inner wall of the hole 119 and on the first laminated metal film 121 by electrolytic plating using the first laminated metal film 121 as an electrode. I do. At this time, a plating resist 122 is formed on the first laminated metal film 121 in order to obtain a desired wiring and electrode shape, and the plating resist 122 is removed after electrolytic plating. Note that the first conductive pattern 112 may be formed by filling the hole 119. Further, as a material of the first conductive pattern 112, copper (Cu), gold (Au), tungsten (W), molybdenum (Mo), nickel (Ni), titanium (Ti), aluminum (Al), or the like is used. .
[0171]
Next, as shown in FIG. 27E, using the first conductive pattern 112 as a mask, the first stacked metal film 121 in a portion other than the region where the first conductive pattern 112 is formed is removed by etching.
[0172]
Next, as shown in FIG. 27F, a second insulating layer 124 is formed by opening a part of the first conductive pattern 112 as a first external electrode 123. At this time, a second insulating layer 124 is formed. After the layer 124 is formed on the first conductive pattern 112 and the first insulating layer 120 except for the first external electrode 123, a mask in which the portion of the first external electrode 123 is opened is formed. After etching the second insulating layer 124 in the opening of the electrode 123, the mask is removed. Note that a film of silicon dioxide (SiO 2), silicon nitride (SiN), oxynitride film (SiON), polyimide, or the like is formed as the second insulating layer 124 by a CVD method, a sputtering method, an optical CVD method, a coating method, or the like. It is something.
[0173]
Next, as shown in FIG. 28, the front surface 107 of the silicon substrate 106 is adhered to the support 126 with an adhesive 125, and the silicon substrate 106 is ground from the rear surface 110 by mechanical grinding or CMP (Chemical Mechanical Polishing), and Work to a thickness of [μm]. In this embodiment, the thickness of the silicon substrate after the grinding is 100 [μm].
[0174]
Next, as shown in FIG. 29, on the back surface 110 of the silicon substrate 106, the center part of two dotted lines sandwiching the boundary of each divided wiring substrate is cut by bevel cutting, and the back surface of the silicon substrate 106 is cut. A slope 108 at an obtuse angle with 110 is formed, and the first conductive pattern 114 is exposed on the slope 108. Therefore, as shown in FIG. 25A, the hole 119 formed in the silicon substrate 106 does not need to penetrate the silicon substrate 106, and the time required for processing the hole 119 can be reduced. The processing depth of the hole 119 shown in FIG. 25A is determined by the cutting depth in bevel cutting and the tip shape of the cutting blade.
[0175]
Here, bevel cutting refers to cutting in which the thickness of the blade is relatively large and the cutting edge is formed such that the inner angle with the back surface also forms an obtuse angle with the back surface by using a cutting blade formed with a bevel. That's how. Note that the thickness of the cutting blade used for bevel cutting is desirably greater than the distance between adjacent through holes by about 100 [μm] or more. In the present embodiment, the distance between adjacent through holes is 100 [μm], and the thickness of the cutting blade used for bevel cutting is 200 [μm]. In the present embodiment, the processing method using bevel cutting has been described, but processing may be performed by etching.
[0176]
Next, as shown in FIG. 30, a third insulating layer 127 is formed on the entire surface of the slope 108 and the back surface 110 except for the portion exposed on the slope 108 of the first conductive pattern 114. At this time, the third insulating layer 127 is formed. After the insulating layer 127 is formed on the entire surface of the slope 108 and the back surface 110, a mask having an opening at the portion where the first conductive pattern 114 is exposed is formed on the third insulating layer 127, and the opening of the first conductive pattern 114 is formed. After the portion of the third insulating layer 127 is etched, the mask is removed. Note that as the third insulating layer 127, a film such as silicon dioxide (SiO2), silicon nitride (SiN), an oxynitride film (SiON), or polyimide was formed by a CVD method, a sputtering method, an optical CVD method, coating, or the like. Things.
[0177]
Further, the third insulating layer 127 is preferably formed using a material whose etching rate is higher than that of the first insulating layer 120. That is, when opening the third insulating layer 127 by etching, even if a mask shift occurs, the third insulating layer 127 is selectively etched without substantially etching the first insulating layer 120. This is because the opening can be formed and the first insulating layer 120 is not partially removed.
[0178]
Next, as shown in FIG. 31, a second laminated metal film 128 is formed on the entire surface of the inclined surface 108 and the rear surface 110. The second laminated metal film 128 has a two-layer structure in which a seed layer is laminated on a barrier layer. The barrier layer and the seed layer are formed by a sputtering method, a CVD method, an electron beam evaporation method, or the like. Titanium (Ti), titanium tungsten (Ti / W), chromium (Cr), nickel (Ni), etc. are used for the barrier layer, and copper (Cu), gold (Au), silver (Ag), Nickel (Ni) or the like is used.
[0179]
Next, as shown in FIG. 32, a second conductive pattern 129 having a desired wiring and electrode shape is formed on the inclined surface 108 and the back surface 110 by an electrolytic plating method using the second laminated metal film 128 as an electrode. Thus, the second conductive pattern 129 is electrically connected to the first conductive pattern 114 exposed from the slope 108 via the second stacked metal film 128. At this time, in order to form desired wiring and electrode shapes, a plating resist 130 is formed on a portion of the second laminated metal film 128 where the second conductive pattern 129 does not need to be formed, After the electrolytic plating, the plating resist 130 is removed. Further, as a material of the second conductive pattern 129, copper (Cu), gold (Au), tungsten (W), molybdenum (Mo), nickel (Ni), titanium (Ti), aluminum (Al), or the like is used. Can be
[0180]
Next, as shown in FIG. 33, the second stacked metal film 128 other than the region where the second conductive pattern 129 is formed is removed by etching using the second conductive pattern 129 as a mask.
[0181]
Next, as shown in FIG. 34, a fourth insulating layer 132 is formed on the entire back surface 110 and the slope 108 except for the opening of the second external electrode 131. At this time, after the fourth insulating layer 132 is formed on the entire surface of the inclined surface 108 and the rear surface 110, a mask having an opening at the portion of the second external electrode 131 is formed, and the fourth portion of the opening of the second external electrode 131 is formed. After etching the insulating layer 132, the mask is removed. Note that the fourth insulating layer 132 is formed of a film such as silicon dioxide (SiO 2), silicon nitride (SiN), an oxynitride film (SiON), or polyimide by a CVD method, a sputtering method, a photo CVD method, a coating method, or the like. Is formed.
[0182]
Next, as shown in FIG. 35, dicing is performed on the inside of both ends in the width direction of the cutting blade shown by broken lines in FIG. Is formed at a right angle.
[0183]
Through such a series of manufacturing processes of the wiring substrate, the first external electrode is formed on the surface of the wiring substrate in a state exposed from the second insulating layer, and the second external electrode is formed on the back surface. Are formed so as to be exposed from the fourth insulating layer, and the first external electrode and the second external electrode are electrically connected to each other.
[0184]
The positions where the first external electrodes and the second external electrodes are formed are not particularly limited, and the external electrodes are formed at positions corresponding to the electrodes of the semiconductor chip to be mounted and the electrodes at the junction with the motherboard, respectively. It should be done.
[0185]
36 to 38 are cross-sectional views showing a process of supplying a resin to the slope and curing the same after the process shown in FIGS. The steps shown in FIGS. 36 to 38 are intended to reinforce the slope.
[0186]
As shown in FIG. 36, after the step shown in FIG. 33 or FIG. 34, the liquid resin is applied to the bevel-cut portion until the upper surface thereof becomes the height of the back surface, thereby forming the second external electrode 131. An insulating resin layer 135 is formed on the entire surface of the back surface 110 and the slope 108 except for the opening.
[0187]
The liquid resin is preferably a resin such as polyimide which can relieve stress.
[0188]
Next, as shown in FIG. 37, dicing is performed from the back surface centering on the scribe line 133 to form a side surface perpendicular to the back surface.
[0189]
Next, as shown in FIG. 38, the adhesive 125 and the support 126 are removed, and the wiring board 106 is divided into individual pieces.
[0190]
The shape of the through-hole or the hole may be circular or square. In the case of a circular shape, the diameter is 10 to 20 [μm], and in the case of a square, the length of one side is 10 to 20 [μm]. Is 20 [μm]. Here, when the shape of the hole is a quadrangle, the corner of the quadrangle is not a right angle but a rounded shape. In addition, it is also possible to process a through-hole or a hole whose diameter or side length is smaller than 10 [μm] by technical innovation of the RIE method.
[0191]
Further, the thickness of the first insulating layer, the second insulating layer, the third insulating layer, and the fourth insulating layer is 1 to 30 μm, and in this embodiment, silicon dioxide (SiO 2) 2 ), 1 [μm] for silicon nitride (SiN) and oxynitride film (SiON), and 7 [μm] for polyimide. Further, the second insulating layer and the fourth insulating layer may be mainly made of a solder resist, and the thickness in this case is 30 [μm] in the present embodiment.
[0192]
Further, the thickness of the first conductive pattern 12 and the second conductive pattern 13 is preferably 5 to 15 [μm], and is 10 [μm] in the present embodiment.
[0193]
In this embodiment, after applying the liquid resin on the slope, dicing of the cured liquid resin portion can prevent defects such as chipping at the time of cutting, and the insulating resin layer having a relatively large thickness perpendicular to the back surface can be prevented. In addition, since the corners of the silicon substrate formed in step (1) are formed and the wiring substrate can be divided into individual pieces, the side surfaces of the wiring substrate can be reinforced and the second conductive pattern on the slope can be protected.
[0194]
As described above, in this embodiment, in addition to the steps of forming various insulating layers, a step of forming a hole halfway from the first surface of the silicon substrate and a step of forming a slope from the back surface and penetrating the hole. And a step of forming a conductive pattern via a hole and a slope, whereby a structure in which electrodes formed on both surfaces of the silicon substrate are electrically connected to each other can be realized.
[0195]
Furthermore, after forming the first conductive pattern in the hole formed in the silicon substrate, the first conductive pattern is exposed on the back surface by forming a slope that reaches the hole and has an obtuse internal angle with the back surface. Since it is not necessary to form a hole deeply or to polish a silicon substrate thinly, it is possible to realize a reduction in processing time and a reduction in processing cost. In addition, since the degree of freedom of the thickness of the wiring substrate is increased, the transfer of the silicon substrate becomes easy. In addition, since the first conductive pattern is exposed on the back surface by forming a slope having an obtuse interior angle with the back surface by bevel cutting, the number of manufacturing steps and manufacturing cost are reduced as compared with the processing method of first penetrating holes. Can be significantly reduced.
[0196]
Further, by forming a laminated metal film including a barrier layer and a seed layer below the first conductive pattern and the second conductive pattern, constituent elements of the first conductive pattern and the second conductive pattern by the barrier layer are reduced. Diffusion to the first electrode and the silicon substrate can be suppressed, and characteristics of the semiconductor chip can be prevented from deteriorating. The first conductive pattern and the second conductive pattern can be formed by electrolytic plating on the seed layer. .
[0197]
As described above, according to the method of manufacturing a wiring substrate of the present embodiment, a conductive pattern is formed via the inner wall of the through hole formed in the silicon substrate, and the first external electrode formed on the first surface and the conductive pattern are formed on the back surface. It is possible to manufacture a wiring board in which the formed second external electrode is electrically connected by the conductive pattern, and a through hole is formed on a slope having an obtuse interior angle with the back surface.
[0198]
In the wiring board manufactured by the method for manufacturing a wiring board according to the present embodiment, the electrodes on both sides are electrically connected by a conductive pattern passing through the side surface of the silicon substrate. Substrates can be joined.
[0199]
Further, by forming a slope on the wiring board, it is possible to ensure the shortening of the wiring length, and by supplying a resin on the slope, it is possible to prevent external impact on the conductive pattern.
[0200]
Next, an eighth embodiment of the present invention will be described.
[0201]
The contents common to the seventh embodiment are omitted, and the same components are denoted by the same reference numerals.
[0202]
FIG. 39 is a cross-sectional view of the wiring board of the present embodiment.
[0203]
As shown in FIG. 39, the wiring board according to the present embodiment has a hole 109, a first insulating layer 115, a second insulating layer 118, a first conductive pattern 112, Are formed, and the first conductive pattern 112 and the second conductive pattern 113 are electrically connected by the third conductive pattern 114. Unlike the seventh embodiment, the wiring board of the present embodiment has a low-stress resin layer 136 between the silicon substrate 106 and the second conductive pattern 113. As a material for the low stress resin layer, an epoxy resin, a phenol resin, a polyimide resin, a silicon resin, an acrylic resin, and a bismalimide resin are suitable. In the present embodiment, an epoxy resin is used. In the present embodiment, the low-stress resin layer is provided between the silicon substrate and the second conductive pattern, but may be provided between the silicon substrate and the first conductive pattern. The low-stress resin layer preferably has a thickness of 5 to 100 [μm] and is 20 [μm] in the present embodiment. However, it is preferable that the thickness be as thin as possible in order to reduce the thickness of the wiring board. The thickness of the low-stress resin layer is adjusted in accordance with characteristics such as elastic modulus and shrinkage ratio, which vary depending on the type, the size of the substrate, the temperature at the time of mounting, and the characteristics of the members such as the material of the motherboard and the material of the solder.
[0204]
As described above, the stress generated by the temperature change generated between the motherboard and the motherboard can be reduced by the low-stress resin layer, and the mounting reliability on the motherboard can be improved.
[0205]
Next, a method for manufacturing the wiring board of the present embodiment will be described.
[0206]
In the present embodiment, after the mechanical grinding or the CMP step of the back surface 110 of the silicon substrate shown in FIG. 28 in the seventh embodiment, a step of forming a low stress resin layer on the back surface of the silicon substrate is provided. ing. That is, a liquid low-stress resin before curing is applied to the back surface of the silicon substrate, and a low-stress resin layer is formed only at a necessary portion by exposure and development, followed by heating and curing. The surface of the low-stress resin may be processed by a CMP method in order to flatten the surface after curing.
[0207]
Next, the semiconductor device of the present invention will be described.
[0208]
Each embodiment of the semiconductor device described below is composed of each embodiment of the wiring substrate described above, and will be described as a ninth embodiment and a tenth embodiment.
[0209]
A ninth embodiment of the present invention will be described.
[0210]
The semiconductor device of the present embodiment uses the wiring board of the seventh embodiment. The contents common to the seventh embodiment are omitted, and the same components are denoted by the same reference numerals. ing.
[0211]
FIG. 40 is a sectional view of the semiconductor device of the present embodiment.
[0212]
The semiconductor device of this embodiment is obtained by mounting one or more semiconductor chips 137 on the wiring board shown in the seventh embodiment, and mounting the wiring board 111 on a motherboard 139 by using bumps 138. . The wiring substrate 111 has a silicon substrate 106 as a base material, and the silicon substrate 106 has an inclined surface 108 formed at an obtuse angle with the back surface 110, and a plurality of through holes 109 reaching the inclined surface 108 from the surface 107 of the silicon substrate 106. A first conductive pattern 112 formed in the front surface 107 and the through hole 109 of the silicon substrate 106, and a second conductive pattern 113 formed in the back surface 110 and the slope 108 are formed. The first conductive pattern 112 and the second conductive pattern 113 are directly electrically connected at a connection portion between the through hole 109 and the slope 108. Note that a first insulating layer 115 is formed and electrically insulated between the first conductive pattern 112 and the silicon substrate 106 and between the second conductive pattern 113 and the silicon substrate 106. Further, the surface of the first conductive pattern 112 other than the electrode part 116, the surface of the second conductive pattern 113 other than the electrode part 117, and the slope 108 are covered with the second insulating layer 118.
[0213]
As described above, the semiconductor chip is electrically connected to the first conductive pattern of the silicon wiring board via the metal bump, and the second conductive pattern is electrically connected to the motherboard via the bump.
[0214]
By using the silicon-based wiring board of the present embodiment, the thermal expansion characteristics of the semiconductor chip and the wiring board become substantially the same, the reliability of the joint can be secured, and the flatness and dimensions of the wiring board Since the accuracy is improved as compared with the conventional resin wiring board, high-density mounting corresponding to the wiring density of the semiconductor chip becomes possible. In addition, by interposing metal bumps at the joint between the wiring board and the motherboard, it is possible to reduce the stress at the joint and improve the joint reliability.
[0215]
Next, a tenth embodiment of the present invention will be described.
[0216]
The semiconductor device of the present embodiment uses the wiring board of the eighth embodiment, and the contents common to the eighth embodiment are omitted, and the same components are denoted by the same reference numerals. It is attached.
[0219]
FIG. 41 is a cross-sectional view of the semiconductor device of the present embodiment.
[0218]
As shown in FIG. 41, in the wiring board of the semiconductor device of this embodiment, a low-stress resin layer 136 is formed between the silicon substrate 106 and the second conductive pattern 113. Note that the low-stress resin layer 136 may be formed between the silicon substrate 106 and the first conductive pattern 112.
[0219]
According to the present embodiment, the stress generated between the wiring board and the motherboard due to the temperature change is reduced by the low-stress resin layer, and the mounting reliability of the motherboard on the wiring board can be improved. In addition, with a semiconductor device in which a semiconductor chip is mounted on a wiring substrate made of silicon as a base material, the thermal expansion characteristics of the semiconductor chip and the wiring substrate are substantially the same, so that the reliability of the bonding portion can be ensured and the metal bumps can be formed. Since the stress at the joint between the used wiring board and the motherboard is reduced, the bonding reliability is improved, and the flatness and dimensional accuracy of the wiring board using the silicon substrate improve the bonding stability, miniaturization and high density. And high speed can be realized.
[0220]
In the ninth and tenth embodiments, the semiconductor chip is mounted on the wiring board. However, electronic components other than the semiconductor chip may be mounted.
[0221]
As described above, according to each of the embodiments of the semiconductor device of the present invention, by using the same silicon as the material of the semiconductor chip for the wiring board, the thermal stress generated at the junction between the semiconductor chip and the wiring board during heating at the time of mounting the semiconductor chip Is reduced, the bonding reliability is improved, and the wiring pattern formed on the wiring board has the same flatness and dimensional accuracy as the wiring pattern formed on the semiconductor chip. High-density mounting can be realized. Further, by mounting the wiring board on the motherboard via the metal bumps, the stress due to the metal bumps can be reduced, and the bonding reliability is improved.
[0222]
Further, the slope can be shortened by forming a slope having an obtuse interior angle with the back surface of the wiring board as a part of the outer shape of the wiring board, thereby shortening the wiring, and forming the resin on the slope to protect the conductive pattern. A semiconductor device having a semiconductor chip mounted thereon can be realized.
[0223]
Further, by forming a low-stress resin layer on the front surface or the back surface of the silicon substrate, the stress generated between the wiring substrate and the motherboard can be reduced, and the bonding reliability is improved.
[0224]
As described above, according to the wiring substrate and the method of manufacturing the same of the present invention, the electrodes on both surfaces of the silicon substrate are electrically connected via the conductive patterns formed in the through holes. Therefore, the semiconductor device using this wiring board reduces the stress of each bonding portion via the metal bumps to increase the reliability, and the flatness and dimensional accuracy of the wiring board using silicon improve the stability and the bonding of the bonding. The wiring density is improved, and miniaturization, high density, and high speed can be realized.
[0225]
Further, the slope can be shortened by forming a slope having an obtuse interior angle with the back surface of the wiring board as a part of the outer shape of the wiring board, thereby shortening the wiring, and forming the resin on the slope to protect the conductive pattern. A semiconductor device on which a semiconductor chip is mounted can be realized, and a low-stress resin layer is formed on the back surface of the silicon substrate as described above, so that the stress generated between the wiring substrate and the motherboard is reduced. And bonding reliability is improved.
[0226]
An eleventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 42 is a sectional view of the multichip semiconductor device according to the eleventh embodiment of the present invention. This multi-chip semiconductor device has three semiconductor chips 1 1 , 1 2 , 1 3 Are laminated. Each semiconductor chip 1 1 , 1 2 , 1 3 Comprises a semiconductor substrate 202 having on its surface an integrated device (not shown) and a multilayer conductive pattern (not shown) formed thereon, and the semiconductor substrate 202 is formed at an acute angle with the surface. A first electrode 205 formed on the front surface, a second electrode 206 formed on the back surface, and a plurality of concave portions 204 formed around the front surface. A conductive pattern 207 for connecting the first electrode 205 and the second electrode 206 is formed so as to extend inside the concave portion 204 and on the inclined surface 203 and extend to the front surface and the back surface. An insulating layer 208 is formed between the first electrode 205 and the semiconductor substrate 202, between the second electrode 206 and the semiconductor substrate 202, and between the conductive pattern 207 and the semiconductor substrate 202. In addition, each semiconductor chip 1 1 , 1 2 , 1 3 Each of the multilayer wirings (not shown) on the semiconductor substrate 202 is provided with a surface electrode 209, and the surface electrode 209 is electrically connected to the conductive pattern 207. In addition, each semiconductor chip 1 1 , 1 2 , 1 3 The entire surface of the first electrode 205 and the second electrode 206 other than the openings is covered with an insulating layer 210. Semiconductor chip 1 1 The first electrode 205 is connected to the semiconductor chip 1 via a connection member 211 such as a metal bump. 2 Is electrically connected to the second electrode 206. Thereby, the semiconductor chip 1 1 Is the semiconductor chip 1 2 It is electrically connected to. Similarly, semiconductor chip 1 2 The first electrode 205 is connected to the semiconductor chip 1 via the connecting member 211. 3 Electrically connected to the second electrode 206 of the semiconductor chip 1 2 Is the semiconductor chip 1 3 Is electrically connected to Thus, the semiconductor chip 1 1 , 1 2 , 1 3 The connection is made electrically.
[0227]
According to the present embodiment, the semiconductor chip 1 1 , 1 2 , 1 3 Therefore, unlike a conventional multichip semiconductor device in which a plurality of semiconductor chips are arranged in a plane, there is no problem that the area of the device increases as the number of semiconductor chips increases.
[0228]
In addition, the semiconductor chip 1 1 ~ 1 3 Semiconductor chip 1 for connection via electrodes 205 and 206 arranged on the front and back surfaces of 1 ~ 1 3 Unlike a conventional multi-chip semiconductor device in which semiconductor chips are stacked and connected by metal wires, there is no restriction that the area of the semiconductor chip in the upper layer must be smaller and the lower surface electrode must be exposed. In addition to stacking semiconductor chips, semiconductor chips of different sizes can be stacked in a desired order, and there is no problem that the wiring length between the semiconductor chips becomes long.
[0229]
Furthermore, unlike the conventional multi-chip semiconductor device having the COC structure in which the surfaces are connected face to face via electrodes arranged on the front and back surfaces of the semiconductor chip, the number of stacked semiconductor chips is limited to two. It is not done. Since only semiconductor chips are stacked, unlike a conventional multi-chip semiconductor device in which the semiconductor chips are stacked using a wiring board, the height of the stacked semiconductor chips can be reduced, and the size of the semiconductor chips to be stacked can be reduced by the mounting area of the device. can do.
[0230]
Therefore, according to the present embodiment, the mounting area is small, the size and order of the semiconductor chips to be stacked are not limited, the wiring length between the semiconductor chips is short, the stacking height is low, and the number of stacked semiconductor chips is two. A small, high-density, high-speed multichip semiconductor device capable of more than one device can be realized.
[0231]
In this embodiment, the case where the number of stacked semiconductor chips is three has been described. However, with the structure of this embodiment, connection can be similarly performed even when the number of stacked semiconductor chips is four or more.
[0232]
FIG. 43 is a sectional view of the multichip semiconductor device according to the twelfth embodiment of the present invention. Parts corresponding to those of the multi-chip semiconductor device in FIG. 42 are denoted by the same reference numerals as those in FIG. 42, and detailed description is omitted.
[0233]
The present embodiment is an example in which the connection members 211 are not used for connecting the electrodes 205 and 206. Semiconductor chip 1 1 The first electrode 205 of the semiconductor chip 1 2 Is directly bonded to the second electrode 206. Thereby, the semiconductor chip 1 1 Is the semiconductor chip 1 2 It is electrically connected to. Semiconductor chip 1 2 The first electrode 205 is directly bonded to and electrically connected to the second electrode 206 of the semiconductor chip 213. Thus, the semiconductor chip 1 1 , 1 2 , 1 3 The connection is made electrically.
[0234]
According to the present embodiment, by directly connecting the electrodes without using a connecting member, the stacked height can be further reduced, and the wiring length can be shortened. Therefore, the same effects as those of the first embodiment can be obtained, and furthermore, a multi-chip semiconductor device having a shorter wiring length between semiconductor chips, a lower stacking height, and a smaller size and higher speed can be realized.
[0235]
FIGS. 44 to 46 are process cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor chip of a multichip semiconductor device according to the thirteenth embodiment of the present invention.
First, a semiconductor substrate 212 in a wafer state is prepared as shown in FIG. The semiconductor substrate 212 has an element (not shown) and a multilayer conductive pattern (not shown) formed on the surface thereof. The multilayer conductive pattern is provided with a surface electrode 213, and the semiconductor substrate 212 has a desired area on the surface. Has an insulating layer 214 made of SiN and a resin layer 215 made of polyimide. Note that the insulating layer 214 and the resin layer 215 may or may not be formed of another material.
[0236]
Next, as shown in FIG. 44B, a concave portion 217 is formed on the surface of the semiconductor substrate 12 so as to straddle the scribe line 216 by RIE. At this time, a mask is formed so that other portions are not etched, and the mask is removed after the etching. The depth of the recess 217 is 20 to 100 μm. FIG. 47 shows a partial plan view at this time. FIGS. 44 (b) and 47 (b) are cross-sectional views taken along line VV 'of FIG. 47 (a). Note that the method for forming the recess 217 is not limited to the RIE method, and light etching, wet etching, ultrasonic processing, electric discharge processing, or the like can also be used. Further, the above processing methods may be combined.
[0237]
Next, as shown in FIG. 44C, a first insulating layer 218 is formed on the entire surface including the inner wall of the concave portion 217 except for the opening of the surface electrode 213. At this time, after forming the first insulating layer 218 over the entire surface, a mask is formed. After the first insulating layer 218 in the opening of the surface electrode 213 is etched, the mask is removed. Note that the first insulating layer 218 is made of SiO. 2 , SiN, SiON, a polyimide film, and other layers are formed by a CVD method, a sputtering method, an optical CVD method, coating, or the like.
[0238]
Next, as shown in FIG. 44D, a laminated metal film in which a barrier layer 219 and a seed layer 220 are sequentially laminated on the entire surface is formed. As a method for forming the barrier layer 219 and the seed layer 220, a sputtering method, a CVD method, an electron beam evaporation method, or the like is used. The barrier layer uses Ti, Ti / W, Cr or Ni, and the seed layer uses Cu, Au, Ag, Ni or the like.
[0239]
Next, as shown in FIG. 44E, the recess 217 is buried and the first conductive pattern 221 is formed in a desired wiring and electrode shape by electrolytic plating using the seed layer 220 as an electrode. At this time, a plating resist 222 is formed on the seed layer 220 in order to obtain desired wiring and electrode shapes, and the plating resist 222 is removed after electrolytic plating. Cu, Au, W, Mo, Ni, Ti, Al, or the like is used as the first conductive pattern.
[0240]
Next, as shown in FIG. 44 (f), the seed layer 220 other than the region where the first conductive pattern 221 is formed is removed by etching using the first conductive pattern 221 as a mask. The barrier layer 219 other than the region where the first conductive pattern 221 is formed is removed by etching using the mask 221 as a mask.
[0241]
Next, as shown in FIG. 44G, a second insulating layer 224 is formed over the entire surface of the first electrode 223 except for the opening. At this time, after forming the second insulating layer 224 over the entire surface, a mask is formed. After the second insulating layer 224 in the opening of the first electrode 223 is etched, the mask is removed. Note that the second insulating layer 224 is formed using a layer such as a SiO2, SiN, SiON, or polyimide film by a CVD method, a sputtering method, an optical CVD method, coating, or the like.
[0242]
As a result, only the first electrode 223 electrically connected to the surface electrode 213 is formed on the wafer surface in a state exposed from the second insulating layer 224.
[0243]
Next, as shown in FIG. 45A, the wafer surface is bonded to a support 226 with an adhesive 225, and the semiconductor substrate 212 is polished from the back surface to reduce the thickness to a desired thickness. The polishing method may be mechanical polishing or CMP. The thickness of the semiconductor substrate is 50 to 200 μm.
[0244]
Next, as shown in FIG. 45B, a slope 227 forming an acute angle with the front surface is formed from the back surface of the semiconductor substrate 212 by bevel cutting, and the slope 227 is formed so that the first conductive pattern 221 can be seen from the back surface. At the same time, and dividing the semiconductor chip 228 into semiconductor chips.
[0245]
Note that the processing method may be etching.
[0246]
Next, as shown in FIG. 45C, a third insulating layer 229 is formed on the slope 227 and the entire back surface of the first conductive pattern 221 except for the portion exposed on the slope 227. At this time, after forming the third insulating layer 229 on the slope 227 and the entire back surface, a mask is formed, and after the third insulating layer 229 in the opening of the first conductive pattern 221 is etched, the mask is removed. . Note that the third insulating layer 229 is made of SiO. 2 , SiN, SiON, a polyimide film, and other layers are formed by a CVD method, a sputtering method, an optical CVD method, coating, or the like.
[0247]
The third insulating layer 229 is preferably formed using a material whose etching rate is higher than those of the first insulating layer 218 and the second insulating layer 224.
[0248]
Thus, when the third insulating layer 229 is opened by etching, even if a mask shift occurs, the first insulating layer 218 and the second insulating layer 224 are hardly etched, and the third insulating film 229 is formed. 229 can be selectively etched to form an opening, and the first insulating layer 218 and the second insulating layer 224 covering the first conductive pattern 221 are not partially removed.
[0249]
Next, as shown in FIG. 45D, a laminated metal film in which the barrier layer 230 and the seed layer 231 are sequentially laminated on the entire slope 227 and the rear surface is formed. The barrier layer 230 and the seed layer 231 are formed by a sputtering method, a CVD method, an electron beam evaporation method, or the like. The barrier layer 230 uses Ti, Ti / W, Cr, or Ni, and the seed layer 231 uses Cu, Au, Ag, Ni, or the like.
[0250]
Next, as shown in FIG. 46A, desired wiring and electrode are formed on the inclined surface 227 and the back surface by electrolytic plating using the seed layer 231 as an electrode so as to be connected to the first conductive pattern 221 exposed from the inclined surface 227. The second conductive pattern 232 having the shape shown in FIG. At that time, a plating resist 233 is formed on the seed layer 231 in order to obtain a desired wiring and electrode shape, and after the electrolytic plating, the plating resist 233 is removed. As the second conductive pattern 232, Cu, Au, W, Mo, Ni, Ti, Al, or the like is used.
[0251]
Next, as shown in FIG. 46B, the seed layer 231 other than the region where the second conductive pattern 232 is formed is removed by etching using the second conductive pattern 232 as a mask. The barrier layer 230 other than the region where the second conductive pattern 232 is formed is removed by etching using the 232 as a mask.
[0252]
Next, as shown in FIG. 46C, a fourth insulating layer 235 is formed on the slope 227 and the entire back surface except for the opening portion of the second electrode 234 and the scribe line 216. At this time, after forming the fourth insulating layer 235 on the slope 227 and the entire back surface, a mask is formed, and the fourth insulating layer 235 at the opening of the second electrode 234 and the fourth insulating layer on the scribe line 216 are formed. After etching the layer 235 and the third insulating layer 229, the mask is removed. Note that the fourth insulating layer 235 is made of SiO. 2 , SiN, SiON, a polyimide film, and other layers are formed by a CVD method, a sputtering method, an optical CVD method, coating, or the like.
[0253]
Next, as shown in FIG. 46D, the adhesive 225 and the support 226 are removed, and the semiconductor chip 228 is divided into individual pieces.
[0254]
As a result, only the first electrode 223 is formed on the front surface of the semiconductor chip 228 so as to be exposed from the second insulating layer 224, and only the second electrode 234 is exposed on the back surface from the fourth insulating layer 235. Thus, a structure in which the surface electrode 213, the first electrode 223, and the second electrode 234 are electrically connected is completed.
[0255]
As described above, the present embodiment includes the step of forming the concave portion 217 on the surface of the semiconductor substrate 212 so as to straddle the scribe line 216 and the step of bevel-cutting the scribe line 216 from the back surface. A structure in which the first electrode 223 and the second electrode 234 which are electrically connected to each other and are also electrically connected to the front electrode 213 can be formed on the front surface and the rear surface of the chip of the semiconductor substrate 212, respectively.
[0256]
Therefore, according to the present embodiment, after the first conductive pattern 221 is formed on the front surface side of the semiconductor substrate 212 where the concave portion 217 is formed, the second conductive pattern 221 is formed on the back surface side where the inclined surface 227 forming an acute angle with the front surface is formed. By simply forming the pattern 232, it is possible to form a conductive line from the front surface to the back surface, and it is possible to easily form the front and back conductive electrodes.
[0257]
Further, according to the present embodiment, the first conductive pattern 221 is formed in recess 217 formed in a wafer state, and then the surface is cut at an acute angle at the center of recess 217, whereby the first conductive pattern 221 is formed. Since a part of the wiring 221 can be seen from the back surface, the concave portion 217 does not need to be formed extremely deep, and the semiconductor substrate 212 does not need to be polished extremely thin. The degree of freedom is large, the number of manufacturing steps can be reduced, and the cost of a chip for a multi-chip semiconductor device can be reduced.
[0258]
Further, according to the present embodiment, the step of forming the first electrode 223 and the step of forming the first conductive pattern 221 can be performed simultaneously, and the step of forming the second electrode 234 and the step of forming Since the step of forming the second conductive pattern 232 can be performed at the same time, the number of manufacturing steps can be further reduced.
[0259]
Further, according to the present embodiment, the slope 227 forming an acute angle with the front surface is formed by bevel cutting, the semiconductor chip 228 is divided into individual pieces, and the first conductive pattern is made visible from the back surface. Can be performed at the same time, and the number of manufacturing steps and manufacturing cost can be significantly reduced as compared with the case where the forming is performed by other means.
[0260]
Since the barrier layer (219, 230) and the seed layer (220, 231) are always formed under the first conductive pattern 221 and the second conductive pattern 232, the barrier layer (219, 230) The deterioration of the characteristics of the semiconductor chip due to the diffusion of the constituent elements of the first conductive pattern 221 and the second conductive pattern 232 into the surface electrode 213 and the semiconductor substrate 212 can be prevented, and the seed layers (220, 231) can be used. The first conductive pattern 221 and the second conductive pattern 232 can be formed by electrolytic plating.
[0261]
FIG. 49 is a cross-sectional view showing a case where the line of the bevel cut is shifted in the step of FIG. 45 (b), and is denoted by the same reference numeral as FIG. In FIG. 49, AA 'indicates a line to be originally cut, and BB' indicates a case where the line is deviated. By making the width of the recess sufficiently large so that the bottom surface of the recess 217 is always cut even in the case of such displacement, the first conductive pattern 221 exposed on the slope cut and formed by each line is formed. The distances C and D from the center to the contact point between the slope and the back surface are equal, and the shape and position of the exposed first conductive pattern 221 can be stabilized.
[0262]
FIG. 50 is a view showing another method in the step of FIG. 44 (b), and portions common to FIG. 44 are denoted by the same reference numerals. A groove 237 is formed by dicing on the surface of the semiconductor substrate 212 instead of the recess 217 in the step of FIG. The depth of the groove 237 is 20 to 100 μm. By forming them collectively by dicing, the number of steps can be reduced and the formation can be performed in a short time as compared with the case of forming by etching.
[0263]
FIG. 48 is a process sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor chip of the multi-chip semiconductor device according to the fourteenth embodiment of the present invention. 44, 45, and 46 are denoted by the same reference numerals as those in FIGS. 44, 45, and 46, and will not be described in detail. In the present embodiment, after the step of FIG. 46B of the thirteenth embodiment, as shown in FIG. 48A, the entire back surface except for the slope 227 and the opening of the second electrode 234 is formed. A liquid resin is applied so as to be flat and cured to form an insulating resin layer 236. Although the present embodiment is performed after the step of FIG. 46B, it may be performed after the step of FIG. As the liquid resin, a resin such as polyimide which can relieve stress is preferable.
[0264]
Next, as shown in FIG. 48B, dicing is performed from the back surface to form side surfaces perpendicular to the front surface.
[0265]
Next, as shown in FIG. 48C, the adhesive 225 and the support 226 are removed, and the semiconductor chip 228 is divided into individual pieces.
[0266]
As described above, in the present embodiment, the side surface formed by the inclined surface 227 can be embedded with the liquid resin, and the cured liquid resin portion is formed by dicing to form the thick insulating resin layer 236 perpendicular to the surface. At the same time, it is possible to separate the pieces into pieces at the same time.
[0267]
Therefore, the side surface of the multi-chip semiconductor device chip can be reinforced and the protection of the second conductive pattern 232 on the slope 227 can be enhanced.
[0268]
FIG. 51 is a sectional view of the multichip semiconductor device according to the fifteenth embodiment of the present invention. Parts corresponding to those of the multi-chip semiconductor device in FIG. 42 are denoted by the same reference numerals as those in FIG. 42, and the details are omitted.
[0269]
The feature of this embodiment is that the semiconductor chip 1 2 Is that at least one of the front and back conductive electrodes formed is not connected to the surface electrode.
[0270]
This multi-chip semiconductor device has three semiconductor chips 1 1 , 1 2 , 1 3 Are laminated. Semiconductor chip 1 1 And 1 3 In the semiconductor chip 1, a first electrode 205 formed on the front surface, a second electrode 206 formed on the back surface, and a front electrode 209 are electrically connected by a conductive pattern 207. 2 Has a conductive pattern 238 that is not electrically connected to at least one surface electrode 209, and the conductive pattern 238 includes a first electrode 239 formed on the front surface and a second electrode 240 formed on the back surface. Electrically connected.
[0271]
Thereby, the semiconductor chip 1 2 Semiconductor chip 1 electrically connected to the second electrode 240 of FIG. 1 Of the first electrode 205 and the semiconductor chip 1 2 Semiconductor chip 1 electrically connected to the first electrode 239 of FIG. 3 The second electrode 206 is electrically connected to the semiconductor chip 1 2 Will not be connected to this integrated circuit.
[0272]
Therefore, according to the present embodiment, the semiconductor chip 1 2 Electrodes (205, 206) that do not need to be electrically connected to the integrated circuit of the 1 And 1 3 The electrodes (205, 206) are connected to the semiconductor chip 1 2 The semiconductor chip 1 is connected to the front and back conductive electrodes (239, 240) that are not electrically connected to the integrated circuit formed on the semiconductor chip 1. 2 Can be passed.
[0273]
A sixteenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 52 is a sectional view of a multi-chip semiconductor device using a silicon wiring substrate according to a sixteenth embodiment of the present invention.
[0274]
As shown in FIG. 52, in this multi-chip semiconductor device, a plurality of electronic components such as a plurality of semiconductor chips 308 are mounted on the surface of a silicon wiring board 301 alone or in a stacked manner, and mounted on a mother board 307 using solder balls 306. It has a configuration. The silicon wiring substrate 301 has a silicon substrate 305 made of silicon, and has a first conductive pattern 302 formed on the front surface, a second conductive pattern 303 formed on the back surface, and a third conductive pattern 303 formed on the side surface. And a pattern 304. The first conductive pattern 302 and the second conductive pattern 303 are electrically connected via a third conductive pattern 304. The first conductive pattern 302 has at least one layer for mounting and wiring electronic components 308, and the second conductive pattern 303 has at least one layer having electrodes for mounting on the motherboard 7.
[0275]
An insulating layer 310 is formed between the first conductive pattern 302 and the silicon substrate 305, between the second conductive pattern 303 and the silicon substrate 305, and between the third conductive pattern 304 and the silicon substrate 305. It is electrically insulated. The entire surface of the silicon wiring substrate 301 other than the electrode portions of the first conductive pattern 302 and the electrode portions of the second conductive pattern 303 is covered with an insulating layer 311. The semiconductor chip 308 is electrically connected to the first conductive pattern 302 of the silicon wiring substrate 301 via the metal bump 309. The second conductive pattern 303 of the silicon wiring board 301 is electrically connected to the motherboard 7 via the solder balls 306. In this way, each of the plurality of semiconductor chips 308 is electrically connected to each of the semiconductor chips 308 via the silicon wiring substrate 301 and also to the motherboard 307.
[0276]
For the wiring substrate for a multi-chip semiconductor device, a step of forming a first conductive pattern 302 on the front surface of a silicon wafer, a step of forming a second conductive pattern 303 on the back surface of the silicon wafer, And forming a third conductive pattern 304 on the side surface that electrically connects the first conductive pattern 302 and the second conductive pattern 303 to each other. .
[0277]
After the step of forming the first conductive pattern, a step of dividing the silicon wafer into individual silicon substrates to form side surfaces is performed, and thereafter, a step of forming a second conductive pattern and a step of forming the third conductive pattern are performed. The step of forming a pattern may be performed simultaneously.
[0278]
According to this embodiment, a wiring substrate using silicon as a base material can be obtained, and a multi-chip semiconductor device using the same can reduce the stress at the joints of the metal bumps, increase the reliability, and improve the wiring substrate. The flatness and dimensional accuracy of the above enhance the bonding stability, enable the wiring density to be improved at a level that cannot be achieved by a resin wiring board, and realize a small size, high density, and high speed.
[0279]
A seventeenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 53 is a sectional view of a multi-chip semiconductor device using a silicon wiring substrate according to a seventeenth embodiment of the present invention.
[0280]
As shown in FIG. 53, in this multi-chip semiconductor device, electronic components such as a plurality of semiconductor chips 308 are mounted on the surface of a silicon wiring board 312 singly or in a stacked manner, and mounted on a mother board 307 using solder balls 306. It has a configuration. The silicon wiring substrate 312 is made of a silicon substrate 305. The silicon substrate 305 has four inclined surfaces 314 formed at acute angles with the surface and a plurality of recesses 313 formed around the surface. The first conductive pattern 302 is formed on the front surface and the concave portion 313, and the second conductive pattern 303 is formed on the rear surface and the inclined surface 314. The first conductive pattern 302 and the second conductive pattern 303 are directly electrically connected at a joint between the concave portion 313 and the slope 314. The first conductive pattern 302 has at least one layer for mounting and wiring the electronic component 308, and the second conductive pattern 303 has at least one layer having electrodes for mounting on the motherboard 307. When the silicon substrate 312 is used upside down, the first conductive pattern 302 has at least one layer having electrodes for mounting on the motherboard 317, and the second conductive pattern 303 mounts and wiring electronic components. For at least one layer.
[0281]
Further, an insulating layer 310 is formed between the first conductive pattern 2 and the silicon substrate 305 and between the second conductive pattern 303 and the silicon substrate 305 to be electrically insulated. The entire surface of the silicon wiring substrate 312 other than the electrode portion of the first conductive pattern 302 and the electrode portion of the second conductive pattern 303 is covered with an insulating layer 311. The semiconductor chip 308 is electrically connected to the first conductive pattern 302 of the silicon wiring substrate 312 via the metal bump 309. The second conductive pattern 303 of the silicon wiring board 312 is electrically connected to the motherboard 307 via the solder balls 306. In this way, each of the plurality of semiconductor chips 308 is electrically connected to each of the semiconductor chips 308 via the silicon wiring substrate 301 and also to the motherboard 307.
[0282]
According to this embodiment, a wiring substrate using silicon as a base material can be easily obtained, and a multi-chip semiconductor device using the same can reduce the stress at the joints of the metal bumps and increase the reliability, The flatness and dimensional accuracy of the wiring board enhance the bonding stability, enable the wiring density to be improved at a level that cannot be achieved by the resin wiring board, and realize small size, high density, and high speed.
[0283]
An eighteenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 54 is a sectional view of a multi-chip semiconductor device using a silicon wiring substrate according to the third embodiment of the present invention. As shown in FIG. 54, the silicon wiring substrate 315 of this multi-chip semiconductor device has a low-stress resin layer 316 between the second conductive pattern 303 and the silicon substrate 305. The parts corresponding to those of the multi-chip semiconductor device of FIG. 52 are denoted by the same reference numerals as those of FIG. 52, and detailed description is omitted.
[0284]
According to this embodiment, the stress caused by a temperature change between the motherboard and the motherboard can be reduced by the resin layer, and the mounting reliability on the motherboard can be improved. Further, the resin layer 316 of this embodiment may be applied to the multi-chip semiconductor device of FIG. In this embodiment mode, the case where the second conductive pattern 303 is connected to the motherboard 307 is shown. However, when the second conductive pattern 303 is used upside down, that is, when the first conductive pattern 302 is connected to the motherboard 307, the first conductive pattern 303 is connected. A low-stress resin layer 316 is formed between the pattern 302 and the silicon substrate 305. In order to further reduce the stress, a low-stress resin layer 316 is formed both between the first conductive pattern 302 and the silicon substrate 305 and between the second conductive pattern 303 and the silicon substrate 305. Is also good.
[0285]
A nineteenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 55 to 57 are process cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a multi-chip semiconductor device wiring board according to a nineteenth embodiment of the present invention. FIG. 58 is a multi-chip semiconductor device chip according to a nineteenth embodiment of the present invention. FIG. 4 is a plan view showing a method for forming a concave portion of FIG.
[0286]
As shown in FIG. 57D, the silicon wiring board 330 has a side surface (slope 329) formed at an acute angle to the surface and a recess 319 formed around the surface, as in the second embodiment. A first conductive pattern 323 formed on the surface of the silicon substrate 317 and at least one layer having an electrode formed in the concave portion 319, and formed on the back surface and side surfaces of the silicon substrate 317; A second conductive pattern 334 connected to the first conductive pattern 323 and having at least one layer having electrodes.
[0287]
Next, a method of manufacturing the wiring board for a multi-chip semiconductor device having the above configuration will be described. First, as shown in FIG. 55A, a silicon substrate 317 in a wafer state is prepared.
[0288]
Next, as shown in FIG. 55B, a concave portion 319 is formed on the surface of the silicon substrate 317 by RIE so as to straddle the scribe line 318. At this time, a mask is formed so that other portions are not etched, and the mask is removed after the etching. The depth of the recess 319 is 20 to 100 μm. FIG. 58 shows a partial plan view at this time. FIG. 55B is a cross-sectional view taken along line VV ′ of FIG. Note that the method of forming the concave portion 319 is not limited to the RIE method, and light etching, wet etching, ultrasonic processing, electric discharge processing, or the like can also be used. Further, the above processing methods may be combined.
[0289]
Next, as shown in FIG. 55C, a first insulating layer 320 is formed on the entire surface including the inner wall of the concave portion 319. Note that the first insulating layer 320 is made of SiO 2 , SiN, SiON, a polyimide film, and other layers are formed by a CVD method, a sputtering method, an optical CVD method, coating, or the like.
[0290]
Next, as shown in FIG. 55D, a laminated metal film in which a barrier layer 321 and a seed layer 322 are sequentially laminated on the entire surface is formed. As a method for forming the barrier layer 321 and the seed layer 322, a sputtering method, a CVD method, an electron beam evaporation method, or the like is used. The barrier layer 321 uses Ti, Ti / W, Cr or Ni, and the seed layer 322 uses Cu, Au, Ag, Ni, or the like.
[0291]
Next, as shown in FIG. 55 (e), the concave portion 319 is buried and the first conductive pattern 323 is formed in a desired wiring and electrode shape by electrolytic plating using the seed layer 322 as an electrode. At this time, a plating resist 324 is formed on the seed layer 322 in order to obtain a desired wiring and electrode shape, and after the electrolytic plating, the plating resist 324 is removed. As the wiring material, Cu, Au, W, Mo, Ni, Ti, Al or the like is used.
[0292]
Next, as shown in FIG. 55 (f), the seed layer 322 other than the region where the first conductive pattern 323 is formed is removed by etching using the first conductive pattern 323 as a mask. The barrier layer 321 other than the region where the first conductive pattern 323 is formed is removed by etching using the mask 323 as a mask.
[0293]
Next, as shown in FIG. 55 (g), a second insulating layer 325 is formed on the entire surface excluding the first conductive pattern electrode portion 326. At this time, after forming the second insulating layer 325 over the entire surface, a mask is formed. After the second insulating layer 325 on the first conductive pattern electrode portion 326 is etched, the mask is removed. Note that the second insulating layer 325 is made of SiO. 2 , SiN, SiON, a polyimide film, and other layers are formed by a CVD method, a sputtering method, an optical CVD method, coating, or the like.
[0294]
As a result, only the first conductive pattern electrode portion 326 is formed on the wafer surface in a state exposed from the second insulating layer 325.
[0295]
Next, as shown in FIG. 56 (a), the wafer surface is bonded to the support 327 with an adhesive 328, and the silicon substrate 317 is polished from the back surface to reduce the thickness to a desired thickness. The polishing method may be mechanical polishing, chemical polishing or CMP. The thickness of the silicon substrate 317 is 50 to 200 μm.
[0296]
Next, as shown in FIG. 56B, bevel cutting is performed by a scribe line from the back surface of the silicon substrate 317 to form an inclined surface 329 that forms an acute angle with the front surface, and the first conductive pattern 323 is removed from the back surface. The exposure to the slope 329 and the division to the silicon wiring substrate 330 are performed at the same time. Note that the processing method may be etching.
[0297]
Next, as shown in FIG. 56 (c), a third insulating layer 331 is formed on the slope 329 and the entire back surface of the first conductive pattern 323 except for the portion exposed on the slope 329. At this time, after forming the third insulating layer 331 on the slope 329 and the entire back surface, a mask is formed. After the third insulating layer 331 in the opening of the first conductive pattern 323 is etched, the mask is removed. . Note that the third insulating layer 331 is made of SiO 2 , SiN, SiON, a polyimide film, and other layers are formed by a CVD method, a sputtering method, an optical CVD method, coating, or the like. It is preferable that the third insulating layer 331 be formed using a material whose etching rate is higher than that of the first insulating layer 320 and the second insulating layer 325. Thus, when the third insulating layer 331 is etched and opened, even if a mask shift occurs, the first insulating layer 320 and the second insulating layer 325 are hardly etched, and the third insulating film is formed. The opening 331 can be selectively etched to prevent the first insulating layer 320 and the second insulating layer 325 covering the first conductive pattern 323 from being partially removed.
[0298]
Next, as shown in FIG. 56D, a laminated metal film in which a barrier layer 332 and a seed layer 333 are sequentially laminated on the entire slope 329 and the rear surface is formed. As a method for forming the barrier layer 332 and the seed layer 333, a sputtering method, a CVD method, an electron beam evaporation method, or the like is used. The barrier layer uses Ti, Ti / W, Cr or Ni, and the seed layer uses Cu, Au, Ag, Ni or the like.
[0299]
Next, as shown in FIG. 57 (a), a desired plating is performed by electrolytic plating using the seed layer 333 as an electrode to electrically connect the first conductive pattern 323 exposed from the slope 329 to the slope 329 and the back. A second conductive pattern 334 is formed in the shape of the wiring and the electrode. At this time, a plating resist 335 is formed on the seed layer 333 in order to obtain desired wiring and electrode shapes, and the plating resist 335 is removed after electrolytic plating. As the wiring material, Cu, Au, W, Mo, Ni, Ti, Al or the like is used.
[0300]
Next, as shown in FIG. 57B, the seed layer 333 other than the region where the second conductive pattern 334 is formed is removed by etching using the second conductive pattern 334 as a mask. The barrier layer 332 other than the region where the second conductive pattern 334 is formed is removed by etching using the 334 as a mask.
[0301]
Next, as shown in FIG. 57C, a fourth insulating layer 336 is formed on the entire back surface including the inclined surface 329 except for the second conductive pattern electrode portion 337 and the adhesive 328. At this time, after forming the fourth insulating layer 336 on the inclined surface 329 and the entire back surface, a mask is formed, and the fourth insulating layer 336 on the second conductive pattern electrode portion 337 and the fourth portion of the adhesive 328 are formed. After etching the insulating layer 336 and the third insulating layer 331, the mask is removed. Note that the fourth insulating layer 336 is formed using a layer such as a SiO2 film, a SiN film, a SiON film, or a polyimide film by a CVD method, a sputtering method, an optical CVD method, coating, or the like.
[0302]
Next, as shown in FIG. 57D, the adhesive 328 and the support 327 are removed to obtain a silicon wiring substrate 330.
[0303]
As a result, only the first conductive pattern electrode portion 326 is formed on the surface of the silicon wiring substrate 330 so as to be exposed from the second insulating layer 325, and only the second conductive pattern electrode portion 337 is formed on the back surface of the silicon wiring substrate 330. A structure in which the first conductive pattern electrode portion 326 on the front surface and the second conductive pattern electrode portion 337 on the rear surface are electrically connected to each other is formed in a state exposed from the insulating layer 336.
[0304]
As described above, in the present embodiment, the surface of the silicon substrate 317 is provided with the step of forming the concave portion 319 so as to straddle the scribe line 318 and the step of bevel-cutting the scribe line 318 from the back surface. Only by forming a conductive pattern from the back and back surfaces, a structure having electrodes electrically connected to each other on the front and back surfaces of the silicon wiring substrate 330 can be formed.
[0305]
Therefore, according to the present embodiment, the front and back conductive electrodes can be easily formed.
[0306]
Further, according to the present embodiment, after forming the first conductive pattern 323 in the concave portion 319 formed in a wafer state, the first conductive pattern 323 is cut at a central portion of the concave portion 319 with the surface at an acute angle. Since the part for the wiring can be seen from the back surface, the concave portion 319 does not need to be formed extremely deep, and the silicon substrate 317 does not need to be extremely thinly polished. The degree of freedom is large, the number of manufacturing steps can be reduced, and the cost can be reduced.
[0307]
Further, according to the present embodiment, the slope 329 forming an acute angle with the front surface is formed by bevel cutting, the silicon wiring substrate 330 is divided into individual pieces, and the first conductive pattern 323 is seen from the back surface. Can be performed at the same time, and the number of manufacturing steps and the manufacturing cost can be greatly reduced as compared with the case where they are formed by other means.
[0308]
A twentieth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 59 is a process sectional view showing the method for manufacturing the multi-chip semiconductor device wiring substrate according to the twentieth embodiment of the present invention.
[0309]
As shown in FIG. 59 (c), this silicon wiring board 330 has a side surface (slope 329) formed at an acute angle with the surface and a recess 319 around the surface, as in the second embodiment. A first conductive pattern 323 formed on the surface of the silicon substrate 317 and at least one layer having an electrode formed in the concave portion 319, and formed on the back surface and side surfaces of the silicon substrate 317; A second conductive pattern 334 having at least one electrode and connected to the first conductive pattern 323 is provided, and an insulating layer 338 is formed on a side surface so as to be perpendicular to the surface of the silicon substrate 317.
[0310]
Next, a method of manufacturing the wiring board for a multi-chip semiconductor device having the above configuration will be described. 55 to 57 are denoted by the same reference numerals as those in FIGS. 55 to 57, and detailed description is omitted.
[0311]
In this embodiment, after the step of FIG. 57B of the nineteenth embodiment, as shown in FIG. 59A, the entire back surface and the slope 329 except for the second conductive pattern electrode portion 337 are provided. An insulating resin layer 338 is formed. At this time, a liquid resin is applied to the inclined surface 329 and the entire back surface so as to be flat, and is formed by exposing and developing so as to open the second conductive pattern electrode portion 337. In the present embodiment, the process is performed after the step of FIG. 57B, but may be performed after the process of FIG. 57C. As the liquid resin, a resin such as polyimide which can relieve stress is preferable.
[0312]
Next, as shown in FIG. 59 (b), dicing is performed from the back surface using scribe lines to form side surfaces perpendicular to the front surface.
[0313]
Next, as shown in FIG. 59 (c), the adhesive 328 and the support 327 are removed to obtain a silicon wiring substrate 330.
[0314]
As described above, in this embodiment, the side surface formed by the slope 329 can be embedded with the liquid resin, and the hardened liquid resin portion is formed by dicing to form the thick insulating resin layer 338 perpendicular to the surface. At the same time, it is possible to separate the pieces into pieces at the same time.
[0315]
Therefore, it is possible to reinforce the side surface of the wiring board for a multi-chip semiconductor device and to enhance protection of the second conductive pattern 334 on the slope 329.
[0316]
The above embodiment is an example, and the present invention is not limited to the above embodiment. In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
[0317]
【The invention's effect】
According to the wiring board of the first aspect, the formation of the slope makes it unnecessary to form the hole deeply, so that the processing time can be reduced and the cost can be reduced. In addition, since it is not necessary to grind the silicon substrate to reduce its thickness, stable conveyance can be ensured.
[0318]
According to the wiring board of the second aspect, the first conductive pattern for mounting and wiring the electronic components on the front surface and the second conductive pattern including electrodes for mounting on the motherboard on the rear surface are provided, and the first conductive pattern is provided. A wiring substrate made of silicon is obtained in which the conductive pattern and the second conductive pattern are electrically connected by the third conductive pattern formed on the side surface.
[0319]
This silicon wiring board does not change its shape due to humidity and is made of the same silicon as the semiconductor chip, so the shape change such as expansion and contraction due to temperature change is the same as that of the semiconductor chip, and the flatness is high because it is formed by polishing. In addition, the dimensional accuracy of the electrode position is high, and the pitch of the connection electrodes at the same level as that of the semiconductor chip can be narrowed and the wiring density can be increased.
[0320]
Therefore, a multi-chip semiconductor device using such a silicon wiring board can reduce the stress at the joints of the metal bumps to increase the reliability, improve the bonding stability by the flatness and dimensional accuracy of the wiring board, It is possible to improve the wiring density at a level that cannot be achieved by a wiring board, and it is possible to realize compactness, high density, and high speed.
[0321]
According to the wiring board of the third aspect, the first conductive pattern is provided on the front surface and the second conductive pattern is provided on the back surface, and the first conductive pattern and the second conductive pattern are directly electrically connected. Thus, a wiring substrate made of silicon can be obtained.
[0322]
Therefore, a multi-chip semiconductor device using such a silicon wiring board can reduce the stress at the joints of the metal bumps to increase the reliability, improve the bonding stability by the flatness and dimensional accuracy of the wiring board, It is possible to improve the wiring density at a level that cannot be achieved by a wiring board, and it is possible to realize compactness, high density, and high speed.
[0323]
According to the wiring board of the fourth aspect, in addition to the same effects as those of the first or third aspect, the side face of the wiring board can be reinforced and the protection of the conductive pattern on the side face can be improved.
[0324]
According to the fifth aspect of the present invention, in addition to the same effects as those of the first, second, and third aspects, it is possible to reduce stress caused by a temperature change between the semiconductor chip and the wiring board. Thus, the mounting reliability of the semiconductor chip can be improved.
[0325]
According to the method of manufacturing a wiring board according to the sixth aspect, since the hole is made to penetrate by forming the slope from the back surface of the wiring board, the processing time of the hole can be reduced, and the processing cost can be reduced.
[0326]
According to the method of manufacturing a wiring board according to claim 7, the method has a first conductive pattern for mounting and wiring electronic components on the front surface and a second conductive pattern including electrodes for mounting on the motherboard on the back surface. A wiring board made of silicon is obtained in which the first conductive pattern and the second conductive pattern are electrically connected by the third conductive pattern formed on the side surface. Further, it is possible to easily realize a multi-chip semiconductor wiring substrate having a front electrode and a back electrode electrically connected from a silicon substrate in a wafer state via a conductive pattern passing through a side surface. Further, after the step of forming the first conductive pattern, a step of dividing the silicon wafer into individual silicon substrates to form side surfaces is performed, and thereafter, a step of forming a second conductive pattern and a step of forming the third conductive pattern Since the step of forming the substrate is performed simultaneously, the number of manufacturing steps can be reduced.
[0327]
According to the method of manufacturing a wiring board according to the eighth aspect, the first conductive pattern has the first conductive pattern on the front surface and the second conductive pattern on the back surface, and the first conductive pattern and the second conductive pattern are directly electrically connected. A wiring substrate made of connected silicon is obtained. Further, since the concave portion and the side surface forming an acute angle with the front surface are formed in the wiring substrate, it is possible to form a wiring that conducts between the front and back surfaces only by forming a conductive pattern from the front surface and the back surface. Further, a multi-chip semiconductor wiring substrate having a front electrode and a back electrode electrically connected from a silicon substrate in a wafer state via a conductive pattern passing through a side surface can be easily realized.
[0328]
According to the method of manufacturing a wiring board according to the ninth aspect, in addition to the same effect as the sixth aspect or the eighth aspect, the liquid resin is supplied on the slope, and the cured resin portion is diced to be divided into individual pieces of the substrate. Thus, the resin absorbs mechanical interference generated by cutting resistance at the time of dicing and distortion caused by frictional heat, thereby preventing problems such as chipping.
[0329]
According to the method of manufacturing a wiring board according to the tenth aspect, in addition to the same effects as the sixth and eighth aspects, it is possible to reduce stress caused by a temperature change generated between the semiconductor chip and the wiring board, The mounting reliability of the semiconductor chip can be improved.
[0330]
According to the semiconductor device of the eleventh aspect, the semiconductor chip having the first external electrode and the second external electrode connected via the conductive pattern formed on the inner wall and the slope of the through hole is laminated, and both surfaces thereof are stacked. A semiconductor device in which the semiconductor chips are electrically connected via the electrodes described above is obtained. Since the semiconductor chips are not arranged in a plane on the wiring board, the mounting area can be reduced. Further, since there is no need to provide electrodes for connecting metal wires, two or more semiconductor chips of the same size and different sizes can be stacked in a desired order, and the wiring length between the semiconductor chips can be increased. , And the thickness of the stacked layers can be reduced, and a semiconductor device corresponding to miniaturization, high density, and high speed can be realized.
[0331]
According to the semiconductor device of the twelfth aspect, a multi-chip type semiconductor with a small mounting area, a short wiring length between each semiconductor chip, a low stacking height, small size, high density, and high speed. The device can be realized.
[0332]
According to the semiconductor device of claim 13, a semiconductor chip having a first external electrode and a second external electrode connected via a conductive pattern is laminated, and the first external electrode and the second external electrode are stacked. Since each semiconductor chip is electrically connected via the semiconductor chip, the mounting area is small and the same size semiconductor chips can be stacked without arranging a plurality of semiconductor chips in a plane on the wiring board. It is also possible to stack semiconductor chips of different sizes in a desired order, and the wiring length between the semiconductor chips is short, the stacking height is low, and the number of stacked semiconductor chips is two or more. A high-density and high-speed multi-chip semiconductor device can be realized. Further, since the semiconductor substrate has a slope formed at an acute angle with the surface and a concave portion formed around the surface, the semiconductor chip can be easily manufactured.
[0333]
According to the semiconductor device of the fourteenth aspect, in addition to the same effects as in the thirteenth aspect, a multi-layered semiconductor chip having a shorter wiring length and a lower stacking height in the plane of the semiconductor chip is provided. A chip semiconductor device is obtained. Therefore, it is possible to realize a small-sized, high-density, high-speed multi-chip semiconductor device having a small mounting area, a short wiring length between the semiconductor chips, a low stacking height.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing a semiconductor chip according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor chip according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing step of the semiconductor chip of the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a sectional view illustrating a manufacturing step of the semiconductor chip according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor chip according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a sectional view illustrating a manufacturing step of the semiconductor chip according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 7 is a sectional view illustrating a manufacturing step of the semiconductor chip according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 8 is a sectional view illustrating a manufacturing step of the semiconductor chip according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 9 is a sectional view illustrating a manufacturing step of the semiconductor chip according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 10 is a sectional view illustrating a manufacturing step of the semiconductor chip according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 11 is a sectional view illustrating a manufacturing step of the semiconductor chip according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 12 is a sectional view illustrating a manufacturing step of the semiconductor chip according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 13 is a sectional view illustrating a manufacturing step of the semiconductor chip according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 14 is a sectional view illustrating a manufacturing step of the semiconductor chip according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 15 is a sectional view illustrating a manufacturing step of the semiconductor chip according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 16 is a sectional view illustrating a manufacturing step of the semiconductor chip according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 17 is a sectional view showing a semiconductor chip according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a sectional view showing a semiconductor chip according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a sectional view showing a semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 20 is a sectional view showing a semiconductor device according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 21 is a sectional view showing a semiconductor device according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 22 is a sectional view of a wiring board according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 23 is a cross-sectional view of each step of the method for manufacturing a wiring board of the present invention.
FIG. 24 is a plan view showing each step of the method for manufacturing a wiring board according to the present invention;
FIG. 25 is a cross-sectional view of each step of the method for manufacturing a wiring board of the present invention.
FIG. 26 is a cross-sectional view of each step of the method for manufacturing a wiring board of the present invention.
FIG. 27 is a cross-sectional view of each step of the method for manufacturing a wiring board of the present invention.
FIG. 28 is a cross-sectional view of each step of the method for manufacturing a wiring board of the present invention.
FIG. 29 is a cross-sectional view of each step of the method for manufacturing a wiring board of the present invention.
FIG. 30 is a cross-sectional view of each step of the method for manufacturing a wiring board of the present invention.
FIG. 31 is a cross-sectional view of each step of the method for manufacturing a wiring board of the present invention.
FIG. 32 is a sectional view of each step of the method for manufacturing a wiring board according to the present invention;
FIG. 33 is a cross-sectional view of each step of the method for manufacturing a wiring board of the present invention.
FIG. 34 is a cross-sectional view of each step of the method for manufacturing a wiring board of the present invention.
FIG. 35 is a cross-sectional view of each step of the method for manufacturing a wiring board of the present invention.
FIG. 36 is a cross-sectional view of each step of the method for manufacturing a wiring board of the present invention.
FIG. 37 is a cross-sectional view of each step of the method for manufacturing a wiring board of the present invention.
FIG. 38 is a cross-sectional view of each step of the method for manufacturing a wiring board of the present invention.
FIG. 39 is a sectional view of a wiring board according to an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 40 is a sectional view of a semiconductor device using a wiring board according to a ninth embodiment of the present invention.
FIG. 41 is a sectional view of a semiconductor device using a wiring board according to a tenth embodiment of the present invention.
FIG. 42 is a sectional view of a multi-chip semiconductor device according to an eleventh embodiment of the present invention.
FIG. 43 is a sectional view of a multichip semiconductor device according to a twelfth embodiment of the present invention.
FIG. 44 is a process sectional view illustrating the method for forming the surface of the chip for a multi-chip semiconductor device according to the thirteenth embodiment of the present invention;
FIG. 45 is a process sectional view of the first half showing the method of forming the back surface of the chip for a multi-chip semiconductor device according to the thirteenth embodiment of the present invention;
FIG. 46 is a process sectional view of the latter half showing the method of forming the back surface of the chip for a multi-chip semiconductor device according to the thirteenth embodiment of the present invention.
FIG. 47 (a) is a plan view showing a method for forming a concave portion of a multi-chip semiconductor device chip according to a thirteenth embodiment of the present invention, and FIG. 47 (b) is a cross-sectional view taken along the line VV ′.
FIG. 48 is a process sectional view illustrating the method of manufacturing the semiconductor chip in the multi-chip semiconductor device according to the fourteenth embodiment of the present invention;
FIG. 49 is a cross-sectional view showing a case where a bevel cut line is shifted.
FIG. 50 is a perspective view showing another method for forming the concave portion.
FIG. 51 is a sectional view of a multi-chip semiconductor device according to a fifteenth embodiment of the present invention.
FIG. 52 is a sectional view of a multichip semiconductor device using a silicon wiring substrate according to a sixteenth embodiment of the present invention.
FIG. 53 is a cross-sectional view of a multichip semiconductor device using a silicon wiring substrate according to a seventeenth embodiment of the present invention.
FIG. 54 is a cross-sectional view of a multi-chip semiconductor device using a silicon wiring substrate according to an eighteenth embodiment of the present invention.
FIG. 55 is a process sectional view illustrating the method of manufacturing the multi-chip semiconductor device wiring substrate according to the nineteenth embodiment of the present invention;
FIG. 56 is a process sectional view after FIG. 55;
FIG. 57 is a process sectional view after FIG. 56;
FIG. 58 is a plan view illustrating a method of forming a concave portion in a multi-chip semiconductor device chip according to a nineteenth embodiment of the present invention.
FIG. 59 is a process sectional view illustrating the method for manufacturing the wiring substrate for a multichip semiconductor device of the twentieth embodiment of the present invention.
FIG. 60 is a cross-sectional view showing a conventional semiconductor device.
FIG. 61 is a cross-sectional view showing a conventional semiconductor device.
FIG. 62 is a cross-sectional view showing a conventional semiconductor device.
FIG. 63 is a cross-sectional view showing a conventional semiconductor device.
FIG. 64 is a cross-sectional view of a conventional semiconductor device.
[Explanation of symbols]
1 wiring board
2 semiconductor chips
3 metal bumps
4 wiring board
5 semiconductor chips
6 metal wire
7 semiconductor chips
8 metal bumps
9 semiconductor chips
10 metal bumps
11 wiring board
12 metal bumps
13 semiconductor substrate
14 first side
15 slopes
16 through holes
17 Second Surface
18 surface electrodes
19 conductive pattern
20 first insulating layer
21 first external electrode
22 second external electrode
23 second insulating layer
24 connecting members
25 surface insulation layer
26 holes
27 First laminated metal film
28 first conductive pattern
29 plating resist
30 adhesive
31 support
32 third insulating layer
33 second laminated metal film
34 second conductive pattern
35 plating resist
36 fourth insulating layer
37 scribe lines
38 sides
39 semiconductor chips
40 insulating resin layer
106 silicon substrate
107 surface
108 Slope
109 Through hole
110 back
111 Wiring board
112 First conductive pattern
113 Second conductive pattern
114 Third conductive pattern

Claims (14)

基材がシリコンからなる配線基板であって、前記配線基板に複数の貫通孔を有し、前記配線基板の表面に第1の導電パターンが形成され、前記貫通孔は前記配線基板の裏面となす内角が鈍角をなして形成された斜面に設けられ、前記裏面および前記斜面に第2の導電パターンが形成され、前記第1の導電パターンと前記第2の導電パターンとが前記複数の貫通孔に形成された第3の導電パターンにより電気的に接続されていることを特徴とする配線基板。A wiring substrate having a base made of silicon, wherein the wiring substrate has a plurality of through holes, a first conductive pattern is formed on a surface of the wiring substrate, and the through holes form a back surface of the wiring substrate. An inner angle is provided on a slope formed at an obtuse angle, a second conductive pattern is formed on the back surface and the slope, and the first conductive pattern and the second conductive pattern are formed on the plurality of through holes. A wiring board, which is electrically connected by the formed third conductive pattern. 電子部品を配線基板上に搭載しマザーボードに実装されるマルチチップ半導体装置用配線基板であって、前記配線基板がシリコンからなるシリコン基板を有し、このシリコン基板の表面に、前記電子部品を実装し配線するための少なくとも一層からなる第1の導電パターンと、前記シリコン基板の裏面に、前記マザーボードに実装するための電極を有する少なくとも一層からなる第2の導電パターンとを備え、前記第1の導電パターンと前記第2の導電パターンとを前記シリコン基板の側面に形成した第3の導電パターンにより電気的に接続したことを特徴とする配線基板。A wiring board for a multi-chip semiconductor device in which an electronic component is mounted on a wiring board and mounted on a motherboard, wherein the wiring board has a silicon substrate made of silicon, and the electronic component is mounted on a surface of the silicon substrate. A first conductive pattern composed of at least one layer for wiring, and a second conductive pattern composed of at least one layer having electrodes for mounting on the motherboard on the back surface of the silicon substrate; A wiring substrate, wherein a conductive pattern and the second conductive pattern are electrically connected by a third conductive pattern formed on a side surface of the silicon substrate. 電子部品を配線基板上に搭載しマザーボードに実装されるマルチチップ半導体装置用配線基板であって、前記配線基板が表面と鋭角をなして側面が形成され表面の周囲に凹部が形成されたシリコンからなるシリコン基板を有し、このシリコン基板の表面及び前記凹部内に形成され電極を有する少なくとも一層からなる第1の導電パターンと、前記シリコン基板の裏面及び前記側面に形成され、前記第1の導電パターンに接続し、電極を有する少なくとも一層からなる第2の導電パターンとを備えていることを特徴とする配線基板。A wiring board for a multi-chip semiconductor device in which an electronic component is mounted on a wiring board and mounted on a motherboard, wherein the wiring board is formed at an acute angle with a surface, a side surface is formed, and a recess is formed around the surface. A first conductive pattern formed on the surface of the silicon substrate and at least one layer having an electrode formed in the concave portion, and the first conductive pattern formed on the back surface and the side surface of the silicon substrate. A second conductive pattern connected to the pattern and comprising at least one layer having electrodes. 基板の表面と直角をなすように側面に絶縁層を形成した請求項1または請求項3記載の配線基板。4. The wiring board according to claim 1, wherein an insulating layer is formed on a side surface so as to be perpendicular to a surface of the board. 第1の導電パターンと基板との間と、第2の導電パターンと基板との間のどちらか、或いは両方に低応力の樹脂層を有する請求項1、請求項2または請求項3記載の配線基板。4. The wiring according to claim 1, further comprising a low-stress resin layer between at least one of the first conductive pattern and the substrate and between the second conductive pattern and the substrate. substrate. シリコン基板の表面から穴を形成する工程と、前記表面および前記穴に第1の導電パターンを形成する工程と、前記シリコン基板の裏面となす内角が鈍角となる斜面を前記裏面の基板個片単位の境界部をはさむ領域に形成するとともに前記穴を貫通させて前記第1の導電パターンを露出させる工程と、前記第1の導電パターンと電気的に接続する第2の導電パターンを前記裏面および前記斜面に形成する工程とからなることを特徴とする配線基板の製造方法。Forming a hole from the front surface of the silicon substrate, forming a first conductive pattern in the front surface and the hole, and forming an obtuse angle with the back surface of the silicon substrate at an obtuse angle on a substrate piece unit of the back surface. Exposing the first conductive pattern by forming the hole in a region sandwiching the boundary of the first conductive pattern and exposing the second conductive pattern electrically connected to the first conductive pattern; Forming a wiring board on a slope. シリコンウェハの表面に、電子部品を実装し配線するための少なくとも一層からなる第1の導電パターンを形成する工程と、前記シリコンウェハの裏面にマザーボードに実装するための電極を有する少なくとも一層からなる第2の導電パターンを形成する工程と、前記シリコンウェハから個片のシリコン基板へ分割して側面を形成する工程と、前記第1の導電パターンと前記第2の導電パターンとを電気的に接続する第3の導電パターンを前記側面に形成する工程とを含み、第1の導電パターンを形成する工程の後、シリコンウェハから個片のシリコン基板へ分割して側面を形成する工程を行い、その後、第2の導電パターンを形成する工程と第3の導電パターンを形成する工程とを同時に行うことを特徴とするマルチチップ半導体装置用配線基板の製造方法。Forming at least one first conductive pattern for mounting and wiring electronic components on the surface of the silicon wafer; and forming at least one layer having electrodes for mounting on a motherboard on the back surface of the silicon wafer. Forming a second conductive pattern, dividing the silicon wafer into individual silicon substrates to form side surfaces, and electrically connecting the first conductive pattern and the second conductive pattern. Forming a third conductive pattern on the side surface, and after forming the first conductive pattern, performing a step of forming the side surface by dividing the silicon wafer into individual silicon substrates, A step of forming a second conductive pattern and a step of forming a third conductive pattern are performed simultaneously. Method of manufacturing a substrate. ウェハ状態のシリコン基板の表面の周囲に凹部を形成する工程と、前記表面及び前記凹部内に、電極を有する少なくとも一層からなる第1の導電パターンを形成する工程と、前記表面と鋭角をなす斜面を前記シリコン基板に形成する工程と、前記シリコン基板の裏面及び前記斜面に第1の導電パターンと電気的に接続し、電極を有する少なくとも一層からなる第2の導電パターンを形成する工程とを含むマルチチップ半導体装置用配線基板の製造方法。Forming a recess around the surface of the silicon substrate in a wafer state, forming a first conductive pattern comprising at least one layer having electrodes on the surface and the recess, and forming a slope at an acute angle with the surface On the silicon substrate; and electrically connecting the back surface and the inclined surface of the silicon substrate with a first conductive pattern to form a second conductive pattern including at least one layer having electrodes. A method for manufacturing a wiring board for a multichip semiconductor device. シリコン基板の表面と直角をなすように斜面に絶縁層を形成する工程を含み、前記絶縁層は液状樹脂を塗布し硬化して形成し、ダイシングにより個片に分割することを特徴とする請求項6または請求項8記載のマルチチップ半導体装置用配線基板の製造方法。Forming an insulating layer on an inclined surface so as to form a right angle with the surface of the silicon substrate, wherein the insulating layer is formed by applying and curing a liquid resin, and is divided into individual pieces by dicing. 9. The method for manufacturing a wiring board for a multi-chip semiconductor device according to claim 6. 基板と第1の導電パターンとの間または前記基板と第2の導電パターンとの間に低応力の樹脂層を形成する工程を設けることを特徴とする請求項6または請求項8記載の配線基板の製造方法。9. The wiring board according to claim 6, further comprising a step of forming a low-stress resin layer between the substrate and the first conductive pattern or between the substrate and the second conductive pattern. Manufacturing method. 半導体基板と、前記半導体基板の第1の面に形成された第1の外部電極と、前記半導体基板の第2の面に形成された第2の外部電極と、前記半導体基板に形成された貫通孔とを有し、前記貫通孔は前記第2の面となす内角が鈍角をなして形成された斜面に設けられ、前記第1の外部電極と前記第2の外部電極とは、前記貫通孔の内壁および前記斜面を経由して形成された導電パターンにより電気的に接続された半導体チップの複数個が、それぞれの前記第1の外部電極と前記第2の外部電極とが電気的に接続されて積層されていることを特徴とする半導体装置。A semiconductor substrate, a first external electrode formed on a first surface of the semiconductor substrate, a second external electrode formed on a second surface of the semiconductor substrate, and a through-hole formed on the semiconductor substrate. And a through hole is provided on a slope formed such that an inner angle with the second surface is formed at an obtuse angle, and the first external electrode and the second external electrode are connected to each other through the through hole. A plurality of semiconductor chips electrically connected by a conductive pattern formed via the inner wall and the inclined surface of the semiconductor chip, wherein the first external electrode and the second external electrode are respectively electrically connected. A semiconductor device, wherein the semiconductor device is stacked by stacking. 半導体基板と、前記半導体基板の第1の面に形成された第1の外部電極と、前記半導体基板の第2の面に形成された第2の外部電極と、前記半導体基板に形成された貫通孔とを有し、前記貫通孔は前記第2の面となす内角が鈍角をなして形成された斜面に設けられ、前記第1の外部電極と前記第2の外部電極とは、前記貫通孔の内壁および前記斜面を経由して形成された第1の導電パターンにより電気的に接続された第1の半導体チップ2個の間に、その第3の面の素子形成領域以外の部分に形成された第3の外部電極と、その第4の面の素子形成領域以外の部分に形成された第4の外部電極とが第2の導電パターンによって電気的に接続された第2の半導体チップが設置され、前記第1の半導体チップと前記第2の半導体チップとが直接または接続部材を介して電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。A semiconductor substrate, a first external electrode formed on a first surface of the semiconductor substrate, a second external electrode formed on a second surface of the semiconductor substrate, and a through-hole formed on the semiconductor substrate. And a through hole is provided on a slope formed such that an inner angle with the second surface is formed at an obtuse angle, and the first external electrode and the second external electrode are connected to each other through the through hole. Formed between the two first semiconductor chips electrically connected by the first conductive pattern formed via the inner wall and the inclined surface of the third surface except for the element formation region on the third surface. A second semiconductor chip is provided in which the third external electrode and the fourth external electrode formed on a portion of the fourth surface other than the element formation region are electrically connected by a second conductive pattern. And the first semiconductor chip and the second semiconductor chip are directly Wherein a that are electrically connected via a connecting member. 表面に素子が集積形成された半導体基板からなる半導体チップを複数積層してなるマルチチップ型の半導体装置であって、積層されている前記半導体チップは、前記表面と、前記表面に平行に対向する裏面と、前記表面と鋭角をなして形成された斜面と、前記表面の周辺に形成された凹部とを有する半導体基板からなり、かつ、前記表面に形成された第1の外部電極と、前記裏面に形成された第2の外部電極と、前記凹部内および前記側面上に形成されて前記第1の外部電極と前記第2の外部電極とを接続するための導電パターンを有し、かつ前記半導体チップが前記第1の外部電極および前記第2の外部電極を介して他の半導体チップと電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。A multi-chip type semiconductor device in which a plurality of semiconductor chips each including a semiconductor substrate on which an element is integrally formed are stacked, wherein the stacked semiconductor chips face the surface in parallel with the surface. A first external electrode formed of a semiconductor substrate having a back surface, a slope formed at an acute angle with the front surface, and a concave portion formed around the front surface, and a first external electrode formed on the front surface; A second external electrode formed on the semiconductor substrate, and a conductive pattern formed in the recess and on the side surface for connecting the first external electrode and the second external electrode, and the semiconductor A semiconductor device, wherein a chip is electrically connected to another semiconductor chip via the first external electrode and the second external electrode. 積層されている半導体チップは、前記半導体チップの直上および直下の半導体チップと電極同士を直接、または接続部材を介して電気的に接続されている請求項13記載の半導体装置。14. The semiconductor device according to claim 13, wherein the stacked semiconductor chips are electrically connected to the semiconductor chips immediately above and below the semiconductor chips directly or via a connection member.
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