JP2004221351A - 半導体装置及びその製造方法、回路基板並びに電子機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明の目的は、貫通電極を良好な電気的接続に適した形状に形成することにある。
【解決手段】半導体基板10の第1の面12に凹部22を形成する。凹部22の深さ方向にくぼむ穴36を有する導電部34を、少なくとも凹部22に設ける。導電部34を第2の面14で露出させ、穴36を第2の面14で開口させる。
【選択図】 図2
【解決手段】半導体基板10の第1の面12に凹部22を形成する。凹部22の深さ方向にくぼむ穴36を有する導電部34を、少なくとも凹部22に設ける。導電部34を第2の面14で露出させ、穴36を第2の面14で開口させる。
【選択図】 図2
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置及びその製造方法、回路基板並びに電子機器に関する。
【0002】
【従来の技術】
【特許文献1】
特開平9−312295号公報
【0003】
【発明の背景】
3次元実装形態の半導体装置が開発されている。また、3次元実装を可能にするため、半導体チップに貫通電極を形成することが知られている。貫通電極は、半導体チップから突出するように形成する。従来知られている貫通電極は、良好な電気的接続を図ることが難しい形状であった。
【0004】
本発明の目的は、貫通電極を良好な電気的接続に適した形状に形成することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
(1)本発明に係る半導体装置の製造方法は、(a)半導体基板の第1の面に凹部を形成すること、
(b)前記凹部の深さ方向にくぼむ穴を有する導電部を、少なくとも前記凹部に設けること、及び、
(c)前記導電部を第2の面で露出させ、前記穴を前記第2の面で開口させること、
を含む。本発明によれば、導電部によって貫通電極を形成することができる。導電部には、穴が形成されており、穴は第2の面でも開口して貫通穴となる。貫通穴を有することで、貫通電極は、良好な電気的接続を図ることができる。
(2)この半導体装置の製造方法において、
前記(b)工程で、前記導電部を貫通するように前記穴を形成してもよい。
(3)この半導体装置の製造方法において、
前記半導体基板には、前記第2の面よりも前記第1の面に近い領域に集積回路の少なくとも一部が作り込まれてなり、
前記導電部を、前記第1の面での第1の露出面が、前記第2の面での第2の露出面よりも大きくなるように形成してもよい。
(4)この半導体装置の製造方法において、
複数の前記半導体基板をスタックすることをさらに含み、
前記複数の半導体基板のうち、上下の半導体基板の前記導電部を電気的に接続してもよい。
(5)この半導体装置の製造方法において、
前記上下の半導体基板の前記導電部を、ろう接してもよい。
(6)本発明に係る半導体装置は、上記方法によって製造されてなる。
(7)本発明に係る回路基板は、上記半導体装置が実装されてなる。
(8)本発明に係る電子機器は、上記半導体装置を有する。
【0006】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【0007】
図1(A)〜図2(C)は、本発明を適用した実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。本実施の形態では、図1(A)に示すように、半導体基板10を使用する。半導体基板10は、第1及び第2の面12,14を有する。第2の面14は、第1の面12とは反対の面である。
【0008】
半導体基板10には、集積回路(例えばトランジスタやメモリを有する回路)16の少なくとも一部(一部又は全体)が作り込まれている。半導体基板10には、複数の集積回路16のそれぞれの少なくとも一部が作り込まれていてもよいし、1つの集積回路16の少なくとも一部が作り込まれていてもよい。集積回路16は、第2の面14よりも第1の面12に近い位置に形成されている。
【0009】
半導体基板10の第1の面12には、絶縁層(例えばパッシベーション膜)18が形成されている。パッシベーション膜18は、例えば、SiO2、SiN、ポリイミド樹脂などで形成することができる。絶縁層18は、集積回路16を覆うように形成されている。
【0010】
半導体基板10には、複数のパッド20が形成されている。各パッド20は、集積回路16に電気的に接続されている。各パッド20は、アルミニウムで形成されていてもよい。パッド20の表面の形状は特に限定されないが矩形であることが多い。パッド20は、第2の面14よりも第1の面12に近い位置(例えば第1の面12の上方)に形成されている。パッド20は、絶縁層18上に形成してもよい。絶縁層18上に、パッド20と、集積回路16とパッド20を接続する配線(図示せず)とを形成してもよい。また、図示しない別のパッシベーション膜(絶縁膜)をパッド20の表面の少なくとも一部を避けて形成してもよい。
【0011】
図1(B)に示すように、半導体基板10に、その第1の面20から凹部22を形成する。第1の面20は、パッド20が形成された側(集積回路16が形成された側)の面である。凹部22は、集積回路16の素子及び配線を避けて形成する。パッド20に貫通穴24を形成してもよい。貫通穴24の形成には、エッチング(ドライエッチング又はウェットエッチング)を適用してもよい。エッチングは、リソグラフィ工程によってパターニングされたレジスト(図示せず)を形成した後に行ってもよい。パッド20の下に絶縁層18が形成されている場合、これにも貫通穴26を形成する。パッド20のエッチングが絶縁層18で止まる場合、貫通穴26の形成には、パッド20のエッチングに使用したエッチャントを別のエッチャントに換えてもよい。その場合、再び、リソグラフィ工程によってパターニングされたレジスト(図示せず)を形成してもよい。
【0012】
貫通穴24(及び貫通穴26)と連通するように、半導体基板10に凹部22を形成する。貫通穴24(及び貫通穴26)と凹部22を合わせて、凹部ということもできる。凹部22の形成にも、エッチング(ドライエッチング又はウェットエッチング)を適用することができる。エッチングは、リソグラフィ工程によってパターニングされたレジスト(図示せず)を形成した後に行ってもよい。あるいは、凹部22の形成に、レーザ(例えばCO2レーザ、YAGレーザ等)を使用してもよい。レーザは、貫通穴24,26の形成に適用してもよい。一種類のエッチャント又はレーザによって、凹部22及び貫通穴24,26の形成を連続して行ってもよい。凹部22の形成には、サンドブラスト加工を適用してもよい。
【0013】
図1(C)に示すように、凹部22の内側に絶縁層28を形成してもよい。絶縁層28は、酸化膜であってもよい。例えば、半導体基板10がSiから形成されている場合、絶縁層28はSiO2であってもよいしSiNであってもよい。絶縁層28は、凹部22の底面に形成する。絶縁層28は、凹部22の内壁面に形成する。ただし、絶縁層28は、凹部22を埋め込まないように形成する。すなわち、絶縁層28によって凹部を形成する。絶縁層28は、絶縁層18の貫通穴26の内壁面に形成してもよい。
【0014】
絶縁層28は、パッド20の少なくとも一部(例えば、その上面及び貫通穴24の内壁面の少なくとも一方)を避けて形成してもよい。パッド20を覆って絶縁層28を形成し、その一部をエッチング(ドライエッチング又はウェットエッチング)して、パッド20の一部を露出させてもよい。エッチングは、リソグラフィ工程によってパターニングされたレジスト(図示せず)を形成した後に行ってもよい。
【0015】
図1(D)に示すように、レジスト層30を形成してもよい。レジスト層30は、光、紫外線、赤外線又は電子線等のエネルギー感応性の樹脂で形成してもよい。レジスト層30は、第1の面12の上方(例えば第1の絶縁膜18上)に形成する。レジスト層30は、開口32を有するように形成する。開口32は、凹部22とオーバーラップするように形成する。レジスト層30は、パッド20の少なくとも一部(例えば、その上面及び貫通穴24の内壁面の少なくとも一方)を避けて形成してもよい。図1(D)に示す例とは異なり、レジスト層30を、パッド20の周縁部に載るように形成してもよい。レジスト層30は、凹部22の開口よりも大きく(例えば直径又は幅において大きく)形成してもよい。
【0016】
図2(A)に示すように、少なくとも凹部22(例えば絶縁層28の内側)に導電部34を設ける。導電部34は、凹部22の開口を超えて形成してもよい。導電部34を、パッド20上に至るように形成してもよい。導電部34は、穴36を有するように形成する。穴36は、凹部22の深さ方向にくぼむ。穴36は、導電部34を貫通するように形成してもよい。あるいは、穴36は、導電部34を貫通しない凹部であってもよい。
【0017】
導電部34は、Cu又はWなどで形成してもよい。導電部34は、第1及び第2の層38,40から形成してもよい。第1の層38は、少なくともバリア層を含んでもよい。バリア層は、その上に形成される層の材料が、半導体基板10(例えばSi)に拡散することを防止するものである。バリア層は、その上に形成される層とは異なる材料(例えばTiW、TiN)で形成してもよい。第1の層38を電解メッキで形成する場合、第1の層38は、シード層を含んでもよい。シード層は、バリア層を形成した後に形成する。シード層は、その上に形成される層(例えばCu,W,ドープドポリシリコン(例えば低温ポリシリコン))と同じ材料(例えばCu)で形成する。第1の層38は、凹部22(あるいは絶縁層28によって形成される凹部)の内壁面に形成する。第1の層38上に第2の層40を形成してもよい。第2の層40は、第1の層38よりも電気的接続性能の劣化(例えば酸化)が生じにくい材料(例えば、金、錫、硬ろう又は軟ろう(例えばハンダ))で形成してもよい。あるいは、第2の層40を、硬ろう又は軟ろう(例えばハンダ)との濡れ性の高い材料で形成してもよい。
【0018】
導電部34は、パッド20に電気的に接続されるように形成してもよい。例えば、パッド20の貫通穴24の内壁面又は開口端部に接触するように導電部34を形成してもよい。導電部34は、第1の面12(さらにパッド20)から突出するように形成してもよい。なお、導電部34を必要な領域のみに形成できるのであれば、レジスト層30の形成を省略してもよい。
【0019】
図2(B)に示すように、レジスト層30を形成した場合にはこれを除去する。また、半導体基板10の第1の面20の側に、例えば、ガラス板、樹脂層、樹脂テープ等の補強部材を設けて(例えば接着剤又は接着シートによって貼り付けて)もよい。
【0020】
図2(C)に示すように、半導体基板10を薄型化するときは、半導体基板10の第2の面(第1の面12とは反対の面)14を削る(研削又は研磨する)。例えば、機械研磨・研削及び化学研磨・研削の少なくとも一つの方法によって、半導体基板10を削ってもよい。またはエッチングを適用してもよい。エッチングは、ドライエッチング装置を使用して行ってもよい。あるいは、エッチャントは、フッ酸及び硝酸の混合液あるいはフッ酸、硝酸及び酢酸の混合液であってもよい。
【0021】
導電部34の一部を第2の面14で露出させる。導電部34の周囲に絶縁層28が形成されている場合には、絶縁層28を除去する。また、導電部34の穴36を第2の面14で開口させる。穴36が導電層34を貫通している場合は、導電部34を露出させることで穴36が第2の面14で開口する。穴36が導電層34を貫通しない凹部である場合は、導電部34の一部を除去(研削、研磨、エッチング)して、穴36を第2の面14で開口させる。
【0022】
導電部34は、第2の面14から突出させてもよい。例えば、半導体基板(例えばSi)10に対するエッチング量が絶縁層(例えばSiO2)28に対するエッチング量よりも多くなる性質のエッチャントによって、第2の面14をエッチングしてもよい。エッチャントは、SF6又はCF4又はCl2ガスであってもよい。これにより、絶縁層28に覆われた状態で導電部34を第2の面14から突出させることができる。その後、絶縁層28を除去すれば、導電部34を第2の面14から突出させるとともにその一部を露出させることができる。
【0023】
本実施の形態では、導電部34を、第1の面12での第1の露出面42が、第2の面14での第2の露出面44よりも大きくなるように形成する。第1の露出面42が大面積化されることで、接合時の位置ズレに対応することができ、セルフアライメント効果も大きくなる。また、導電部34は、穴(例えば貫通穴)36を有するので、これが空気抜きとなって、ろう接を行うときにボイドが形成されず、電気的接続の信頼性が向上する。
【0024】
例えば、以上の方法によって、図2(C)に示すように、半導体基板10に導電部34からなる(又は導電部34を含む)貫通電極を形成することができる。例えば、以上の工程により、導電部(貫通電極)34を有する半導体ウエハ50(図3参照)が得られる。この場合、半導体基板10には、複数の集積回路16が形成され、それぞれの集積回路16に対応して導電部(貫通電極)34が形成されている。その詳しい構造は、上述した製造方法から導くことができる内容である。半導体ウエハ50を半導体装置ということもできる。あるいは、導電部(貫通電極)34を有する半導体チップ60(図5参照)が得られる。この場合、半導体基板10には、1つの集積回路16が形成されている。その詳しい構造は、上述した製造方法から導くことができる内容である。半導体チップ60を半導体装置ということもできる。
【0025】
半導体ウエハ50は、切断(例えばダイシング)してもよい。例えば、図3に示すように、半導体ウエハ50を切断(例えばダイシング)する。切断には、カッタ(例えばダイサ)52又はレーザ(例えばCO2レーザ、YAGレーザ等)を使用してもよい。これにより、導電部(貫通電極)34を有する半導体チップ60(図5参照)が得られる。その構造は、上述した製造方法から導くことができる内容である。
【0026】
半導体装置の製造方法は、複数の半導体基板10をスタックすることを含んでもよい。例えば、図4に示すように、導電部(貫通電極)34を有する複数の半導体ウエハ50をスタックしてもよい。あるいは、図5に示すように、導電部(貫通電極)34を有する複数の半導体チップ60をスタックしてもよい。または、導電部(貫通電極)34を有する半導体チップ60と、導電部(貫通電極)34を有する複数の半導体ウエハ50をスタックしてもよい。スタックされた複数の半導体基板10のうち上下の半導体基板10の導電部(貫通電極)34を電気的に接続する。例えば、導電部(貫通電極)34同士をろう接してもよい。あるいは、電気的接続には、金属接合を適用してもよいし、異方性導電材料(異方性導電膜又は異方性導電ペースト等)を使用してもよいし、絶縁性接着剤の収縮力を利用した圧接を適用してもよいし、これらの組み合わせであってもよい。
【0027】
図6は、本発明の実施の形態に係る半導体装置(スタック型半導体装置)を示す図である。半導体装置は、上述した導電部(貫通電極)34を有する複数の半導体チップ60を含む。複数の半導体チップ60はスタックされている。上下の導電部(貫通電極)34は、ろう接されていてもよい。ろう接には、硬ろう・軟ろう(例えばハンダペースト)62を使用する。硬ろう・軟ろう62を印刷、ディスペンス又は転写によって導電部34に供給してもよい。硬ろう・軟ろう62は、加熱されて溶融されて、導電部34の穴(貫通穴)36に充填されてもよい。1つの半導体チップ60をスタックするごとに、ろう接を行ってもよい。あるいは、硬ろう・軟ろう62を上下の導電部34間に設けた状態で、全ての半導体チップ60を仮マウントして、一括リフローによって、ろう接を行ってもよい。
【0028】
上下の半導体チップ60間に、絶縁材料(例えば接着剤・樹脂・アンダーフィル材)64を設けてもよい。絶縁材料64によって、導電部(貫通電極)34の接合状態が維持又は補強される。本実施の形態に係る半導体装置には、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法から導くことができる内容を適用することができる。
【0029】
スタックされた複数の半導体チップ60は、配線基板70に実装されてもよい。1つの半導体チップ(スタックされた複数の半導体チップ60のうち、最も外側の半導体チップ60)は、配線基板(例えばインターポーザ)70に実装してもよい。その実装にはフェースダウンボンディングを適用してもよい。その場合、第1の面12の方向に最も外側(例えば最も下側)の導電部(貫通電極)34を有する半導体チップ60が、配線基板70に実装される。例えば、導電部(貫通電極)34の第1の面12からの第1の露出面42を配線パターン72に電気的に接続(例えば接合)してもよい。半導体チップ60と配線基板70の間には、絶縁材料(例えば接着剤・樹脂・アンダーフィル材)64を設けてもよい。
【0030】
本実施の形態によれば、導電部(貫通電極)34の第1の露出面42が第2の露出面44よりも大きくなっているので、半導体チップ60をスタックするときの位置ズレに対対応する余裕がある。導電部(貫通電極)34の表面を構成する第2の層40が、金などの酸化しにくい金属で形成されていれば、良好な電気的接続を得ることができるので高い歩留まりを確保することができる。
【0031】
図示しない例として、スタックされた複数の半導体チップ60を、配線基板70にフェースアップボンディングしてもよい。その場合、導電部(貫通電極)34の第2の露出面44を配線パターン72に電気的に接続(例えば接合)してもよい。配線基板70には、配線パターン72に電気的に接続された外部端子(例えばハンダボール)74が設けられている。あるいは、半導体チップ60に応力緩和層を形成し、その上にパッド20から配線パターンを形成し、その上に外部端子を形成してもよい。その他の内容は、上述した製造方法から導くことができる。
【0032】
図7には、複数の半導体チップがスタックされてなる半導体装置1が実装された回路基板1000が示されている。上述した半導体装置を有する電子機器として、図8にはノート型パーソナルコンピュータ2000が示され、図9には携帯電話3000が示されている。
【0033】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成(例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び結果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1(A)〜図1(D)は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図2】図2(A)〜図2(C)は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図3】図3は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図4】図4は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図5】図5は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図6】図6は、本発明の実施の形態に係る半導体装置を示す図である。
【図7】図7は、本発明の実施の形態に係る回路基板を示す図である。
【図8】図8は、本発明の実施の形態に係る電子機器を示す図である。
【図9】図9は、本発明の実施の形態に係る電子機器を示す図である。
【符号の説明】
10 半導体基板、 12 第1の面、 14 第2の面、 16 集積回路、
22 凹部、 34 導電部、 36 穴、 42 第1の露出面、
44 第2の露出面
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置及びその製造方法、回路基板並びに電子機器に関する。
【0002】
【従来の技術】
【特許文献1】
特開平9−312295号公報
【0003】
【発明の背景】
3次元実装形態の半導体装置が開発されている。また、3次元実装を可能にするため、半導体チップに貫通電極を形成することが知られている。貫通電極は、半導体チップから突出するように形成する。従来知られている貫通電極は、良好な電気的接続を図ることが難しい形状であった。
【0004】
本発明の目的は、貫通電極を良好な電気的接続に適した形状に形成することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
(1)本発明に係る半導体装置の製造方法は、(a)半導体基板の第1の面に凹部を形成すること、
(b)前記凹部の深さ方向にくぼむ穴を有する導電部を、少なくとも前記凹部に設けること、及び、
(c)前記導電部を第2の面で露出させ、前記穴を前記第2の面で開口させること、
を含む。本発明によれば、導電部によって貫通電極を形成することができる。導電部には、穴が形成されており、穴は第2の面でも開口して貫通穴となる。貫通穴を有することで、貫通電極は、良好な電気的接続を図ることができる。
(2)この半導体装置の製造方法において、
前記(b)工程で、前記導電部を貫通するように前記穴を形成してもよい。
(3)この半導体装置の製造方法において、
前記半導体基板には、前記第2の面よりも前記第1の面に近い領域に集積回路の少なくとも一部が作り込まれてなり、
前記導電部を、前記第1の面での第1の露出面が、前記第2の面での第2の露出面よりも大きくなるように形成してもよい。
(4)この半導体装置の製造方法において、
複数の前記半導体基板をスタックすることをさらに含み、
前記複数の半導体基板のうち、上下の半導体基板の前記導電部を電気的に接続してもよい。
(5)この半導体装置の製造方法において、
前記上下の半導体基板の前記導電部を、ろう接してもよい。
(6)本発明に係る半導体装置は、上記方法によって製造されてなる。
(7)本発明に係る回路基板は、上記半導体装置が実装されてなる。
(8)本発明に係る電子機器は、上記半導体装置を有する。
【0006】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【0007】
図1(A)〜図2(C)は、本発明を適用した実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。本実施の形態では、図1(A)に示すように、半導体基板10を使用する。半導体基板10は、第1及び第2の面12,14を有する。第2の面14は、第1の面12とは反対の面である。
【0008】
半導体基板10には、集積回路(例えばトランジスタやメモリを有する回路)16の少なくとも一部(一部又は全体)が作り込まれている。半導体基板10には、複数の集積回路16のそれぞれの少なくとも一部が作り込まれていてもよいし、1つの集積回路16の少なくとも一部が作り込まれていてもよい。集積回路16は、第2の面14よりも第1の面12に近い位置に形成されている。
【0009】
半導体基板10の第1の面12には、絶縁層(例えばパッシベーション膜)18が形成されている。パッシベーション膜18は、例えば、SiO2、SiN、ポリイミド樹脂などで形成することができる。絶縁層18は、集積回路16を覆うように形成されている。
【0010】
半導体基板10には、複数のパッド20が形成されている。各パッド20は、集積回路16に電気的に接続されている。各パッド20は、アルミニウムで形成されていてもよい。パッド20の表面の形状は特に限定されないが矩形であることが多い。パッド20は、第2の面14よりも第1の面12に近い位置(例えば第1の面12の上方)に形成されている。パッド20は、絶縁層18上に形成してもよい。絶縁層18上に、パッド20と、集積回路16とパッド20を接続する配線(図示せず)とを形成してもよい。また、図示しない別のパッシベーション膜(絶縁膜)をパッド20の表面の少なくとも一部を避けて形成してもよい。
【0011】
図1(B)に示すように、半導体基板10に、その第1の面20から凹部22を形成する。第1の面20は、パッド20が形成された側(集積回路16が形成された側)の面である。凹部22は、集積回路16の素子及び配線を避けて形成する。パッド20に貫通穴24を形成してもよい。貫通穴24の形成には、エッチング(ドライエッチング又はウェットエッチング)を適用してもよい。エッチングは、リソグラフィ工程によってパターニングされたレジスト(図示せず)を形成した後に行ってもよい。パッド20の下に絶縁層18が形成されている場合、これにも貫通穴26を形成する。パッド20のエッチングが絶縁層18で止まる場合、貫通穴26の形成には、パッド20のエッチングに使用したエッチャントを別のエッチャントに換えてもよい。その場合、再び、リソグラフィ工程によってパターニングされたレジスト(図示せず)を形成してもよい。
【0012】
貫通穴24(及び貫通穴26)と連通するように、半導体基板10に凹部22を形成する。貫通穴24(及び貫通穴26)と凹部22を合わせて、凹部ということもできる。凹部22の形成にも、エッチング(ドライエッチング又はウェットエッチング)を適用することができる。エッチングは、リソグラフィ工程によってパターニングされたレジスト(図示せず)を形成した後に行ってもよい。あるいは、凹部22の形成に、レーザ(例えばCO2レーザ、YAGレーザ等)を使用してもよい。レーザは、貫通穴24,26の形成に適用してもよい。一種類のエッチャント又はレーザによって、凹部22及び貫通穴24,26の形成を連続して行ってもよい。凹部22の形成には、サンドブラスト加工を適用してもよい。
【0013】
図1(C)に示すように、凹部22の内側に絶縁層28を形成してもよい。絶縁層28は、酸化膜であってもよい。例えば、半導体基板10がSiから形成されている場合、絶縁層28はSiO2であってもよいしSiNであってもよい。絶縁層28は、凹部22の底面に形成する。絶縁層28は、凹部22の内壁面に形成する。ただし、絶縁層28は、凹部22を埋め込まないように形成する。すなわち、絶縁層28によって凹部を形成する。絶縁層28は、絶縁層18の貫通穴26の内壁面に形成してもよい。
【0014】
絶縁層28は、パッド20の少なくとも一部(例えば、その上面及び貫通穴24の内壁面の少なくとも一方)を避けて形成してもよい。パッド20を覆って絶縁層28を形成し、その一部をエッチング(ドライエッチング又はウェットエッチング)して、パッド20の一部を露出させてもよい。エッチングは、リソグラフィ工程によってパターニングされたレジスト(図示せず)を形成した後に行ってもよい。
【0015】
図1(D)に示すように、レジスト層30を形成してもよい。レジスト層30は、光、紫外線、赤外線又は電子線等のエネルギー感応性の樹脂で形成してもよい。レジスト層30は、第1の面12の上方(例えば第1の絶縁膜18上)に形成する。レジスト層30は、開口32を有するように形成する。開口32は、凹部22とオーバーラップするように形成する。レジスト層30は、パッド20の少なくとも一部(例えば、その上面及び貫通穴24の内壁面の少なくとも一方)を避けて形成してもよい。図1(D)に示す例とは異なり、レジスト層30を、パッド20の周縁部に載るように形成してもよい。レジスト層30は、凹部22の開口よりも大きく(例えば直径又は幅において大きく)形成してもよい。
【0016】
図2(A)に示すように、少なくとも凹部22(例えば絶縁層28の内側)に導電部34を設ける。導電部34は、凹部22の開口を超えて形成してもよい。導電部34を、パッド20上に至るように形成してもよい。導電部34は、穴36を有するように形成する。穴36は、凹部22の深さ方向にくぼむ。穴36は、導電部34を貫通するように形成してもよい。あるいは、穴36は、導電部34を貫通しない凹部であってもよい。
【0017】
導電部34は、Cu又はWなどで形成してもよい。導電部34は、第1及び第2の層38,40から形成してもよい。第1の層38は、少なくともバリア層を含んでもよい。バリア層は、その上に形成される層の材料が、半導体基板10(例えばSi)に拡散することを防止するものである。バリア層は、その上に形成される層とは異なる材料(例えばTiW、TiN)で形成してもよい。第1の層38を電解メッキで形成する場合、第1の層38は、シード層を含んでもよい。シード層は、バリア層を形成した後に形成する。シード層は、その上に形成される層(例えばCu,W,ドープドポリシリコン(例えば低温ポリシリコン))と同じ材料(例えばCu)で形成する。第1の層38は、凹部22(あるいは絶縁層28によって形成される凹部)の内壁面に形成する。第1の層38上に第2の層40を形成してもよい。第2の層40は、第1の層38よりも電気的接続性能の劣化(例えば酸化)が生じにくい材料(例えば、金、錫、硬ろう又は軟ろう(例えばハンダ))で形成してもよい。あるいは、第2の層40を、硬ろう又は軟ろう(例えばハンダ)との濡れ性の高い材料で形成してもよい。
【0018】
導電部34は、パッド20に電気的に接続されるように形成してもよい。例えば、パッド20の貫通穴24の内壁面又は開口端部に接触するように導電部34を形成してもよい。導電部34は、第1の面12(さらにパッド20)から突出するように形成してもよい。なお、導電部34を必要な領域のみに形成できるのであれば、レジスト層30の形成を省略してもよい。
【0019】
図2(B)に示すように、レジスト層30を形成した場合にはこれを除去する。また、半導体基板10の第1の面20の側に、例えば、ガラス板、樹脂層、樹脂テープ等の補強部材を設けて(例えば接着剤又は接着シートによって貼り付けて)もよい。
【0020】
図2(C)に示すように、半導体基板10を薄型化するときは、半導体基板10の第2の面(第1の面12とは反対の面)14を削る(研削又は研磨する)。例えば、機械研磨・研削及び化学研磨・研削の少なくとも一つの方法によって、半導体基板10を削ってもよい。またはエッチングを適用してもよい。エッチングは、ドライエッチング装置を使用して行ってもよい。あるいは、エッチャントは、フッ酸及び硝酸の混合液あるいはフッ酸、硝酸及び酢酸の混合液であってもよい。
【0021】
導電部34の一部を第2の面14で露出させる。導電部34の周囲に絶縁層28が形成されている場合には、絶縁層28を除去する。また、導電部34の穴36を第2の面14で開口させる。穴36が導電層34を貫通している場合は、導電部34を露出させることで穴36が第2の面14で開口する。穴36が導電層34を貫通しない凹部である場合は、導電部34の一部を除去(研削、研磨、エッチング)して、穴36を第2の面14で開口させる。
【0022】
導電部34は、第2の面14から突出させてもよい。例えば、半導体基板(例えばSi)10に対するエッチング量が絶縁層(例えばSiO2)28に対するエッチング量よりも多くなる性質のエッチャントによって、第2の面14をエッチングしてもよい。エッチャントは、SF6又はCF4又はCl2ガスであってもよい。これにより、絶縁層28に覆われた状態で導電部34を第2の面14から突出させることができる。その後、絶縁層28を除去すれば、導電部34を第2の面14から突出させるとともにその一部を露出させることができる。
【0023】
本実施の形態では、導電部34を、第1の面12での第1の露出面42が、第2の面14での第2の露出面44よりも大きくなるように形成する。第1の露出面42が大面積化されることで、接合時の位置ズレに対応することができ、セルフアライメント効果も大きくなる。また、導電部34は、穴(例えば貫通穴)36を有するので、これが空気抜きとなって、ろう接を行うときにボイドが形成されず、電気的接続の信頼性が向上する。
【0024】
例えば、以上の方法によって、図2(C)に示すように、半導体基板10に導電部34からなる(又は導電部34を含む)貫通電極を形成することができる。例えば、以上の工程により、導電部(貫通電極)34を有する半導体ウエハ50(図3参照)が得られる。この場合、半導体基板10には、複数の集積回路16が形成され、それぞれの集積回路16に対応して導電部(貫通電極)34が形成されている。その詳しい構造は、上述した製造方法から導くことができる内容である。半導体ウエハ50を半導体装置ということもできる。あるいは、導電部(貫通電極)34を有する半導体チップ60(図5参照)が得られる。この場合、半導体基板10には、1つの集積回路16が形成されている。その詳しい構造は、上述した製造方法から導くことができる内容である。半導体チップ60を半導体装置ということもできる。
【0025】
半導体ウエハ50は、切断(例えばダイシング)してもよい。例えば、図3に示すように、半導体ウエハ50を切断(例えばダイシング)する。切断には、カッタ(例えばダイサ)52又はレーザ(例えばCO2レーザ、YAGレーザ等)を使用してもよい。これにより、導電部(貫通電極)34を有する半導体チップ60(図5参照)が得られる。その構造は、上述した製造方法から導くことができる内容である。
【0026】
半導体装置の製造方法は、複数の半導体基板10をスタックすることを含んでもよい。例えば、図4に示すように、導電部(貫通電極)34を有する複数の半導体ウエハ50をスタックしてもよい。あるいは、図5に示すように、導電部(貫通電極)34を有する複数の半導体チップ60をスタックしてもよい。または、導電部(貫通電極)34を有する半導体チップ60と、導電部(貫通電極)34を有する複数の半導体ウエハ50をスタックしてもよい。スタックされた複数の半導体基板10のうち上下の半導体基板10の導電部(貫通電極)34を電気的に接続する。例えば、導電部(貫通電極)34同士をろう接してもよい。あるいは、電気的接続には、金属接合を適用してもよいし、異方性導電材料(異方性導電膜又は異方性導電ペースト等)を使用してもよいし、絶縁性接着剤の収縮力を利用した圧接を適用してもよいし、これらの組み合わせであってもよい。
【0027】
図6は、本発明の実施の形態に係る半導体装置(スタック型半導体装置)を示す図である。半導体装置は、上述した導電部(貫通電極)34を有する複数の半導体チップ60を含む。複数の半導体チップ60はスタックされている。上下の導電部(貫通電極)34は、ろう接されていてもよい。ろう接には、硬ろう・軟ろう(例えばハンダペースト)62を使用する。硬ろう・軟ろう62を印刷、ディスペンス又は転写によって導電部34に供給してもよい。硬ろう・軟ろう62は、加熱されて溶融されて、導電部34の穴(貫通穴)36に充填されてもよい。1つの半導体チップ60をスタックするごとに、ろう接を行ってもよい。あるいは、硬ろう・軟ろう62を上下の導電部34間に設けた状態で、全ての半導体チップ60を仮マウントして、一括リフローによって、ろう接を行ってもよい。
【0028】
上下の半導体チップ60間に、絶縁材料(例えば接着剤・樹脂・アンダーフィル材)64を設けてもよい。絶縁材料64によって、導電部(貫通電極)34の接合状態が維持又は補強される。本実施の形態に係る半導体装置には、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法から導くことができる内容を適用することができる。
【0029】
スタックされた複数の半導体チップ60は、配線基板70に実装されてもよい。1つの半導体チップ(スタックされた複数の半導体チップ60のうち、最も外側の半導体チップ60)は、配線基板(例えばインターポーザ)70に実装してもよい。その実装にはフェースダウンボンディングを適用してもよい。その場合、第1の面12の方向に最も外側(例えば最も下側)の導電部(貫通電極)34を有する半導体チップ60が、配線基板70に実装される。例えば、導電部(貫通電極)34の第1の面12からの第1の露出面42を配線パターン72に電気的に接続(例えば接合)してもよい。半導体チップ60と配線基板70の間には、絶縁材料(例えば接着剤・樹脂・アンダーフィル材)64を設けてもよい。
【0030】
本実施の形態によれば、導電部(貫通電極)34の第1の露出面42が第2の露出面44よりも大きくなっているので、半導体チップ60をスタックするときの位置ズレに対対応する余裕がある。導電部(貫通電極)34の表面を構成する第2の層40が、金などの酸化しにくい金属で形成されていれば、良好な電気的接続を得ることができるので高い歩留まりを確保することができる。
【0031】
図示しない例として、スタックされた複数の半導体チップ60を、配線基板70にフェースアップボンディングしてもよい。その場合、導電部(貫通電極)34の第2の露出面44を配線パターン72に電気的に接続(例えば接合)してもよい。配線基板70には、配線パターン72に電気的に接続された外部端子(例えばハンダボール)74が設けられている。あるいは、半導体チップ60に応力緩和層を形成し、その上にパッド20から配線パターンを形成し、その上に外部端子を形成してもよい。その他の内容は、上述した製造方法から導くことができる。
【0032】
図7には、複数の半導体チップがスタックされてなる半導体装置1が実装された回路基板1000が示されている。上述した半導体装置を有する電子機器として、図8にはノート型パーソナルコンピュータ2000が示され、図9には携帯電話3000が示されている。
【0033】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成(例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び結果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1(A)〜図1(D)は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図2】図2(A)〜図2(C)は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図3】図3は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図4】図4は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図5】図5は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図6】図6は、本発明の実施の形態に係る半導体装置を示す図である。
【図7】図7は、本発明の実施の形態に係る回路基板を示す図である。
【図8】図8は、本発明の実施の形態に係る電子機器を示す図である。
【図9】図9は、本発明の実施の形態に係る電子機器を示す図である。
【符号の説明】
10 半導体基板、 12 第1の面、 14 第2の面、 16 集積回路、
22 凹部、 34 導電部、 36 穴、 42 第1の露出面、
44 第2の露出面
Claims (8)
- (a)半導体基板の第1の面に凹部を形成すること、
(b)前記凹部の深さ方向にくぼむ穴を有する導電部を、少なくとも前記凹部に設けること、及び、
(c)前記導電部を第2の面で露出させ、前記穴を前記第2の面で開口させること、
を含む半導体装置の製造方法。 - 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
前記(b)工程で、前記導電部を貫通するように前記穴を形成する半導体装置の製造方法。 - 請求項1又は請求項2記載の半導体装置の製造方法において、
前記半導体基板には、前記第2の面よりも前記第1の面に近い領域に集積回路の少なくとも一部が作り込まれてなり、
前記導電部を、前記第1の面での第1の露出面が、前記第2の面での第2の露出面よりも大きくなるように形成する半導体装置の製造方法。 - 請求項1から請求項3のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
複数の前記半導体基板をスタックすることをさらに含み、
前記複数の半導体基板のうち、上下の半導体基板の前記導電部を電気的に接続する半導体装置の製造方法。 - 請求項4記載の半導体装置の製造方法において、
前記上下の半導体基板の前記導電部を、ろう接する半導体装置の製造方法。 - 請求項1から請求項5のいずれかに記載の方法によって製造されてなる半導体装置。
- 請求項6記載の半導体装置が実装されてなる回路基板。
- 請求項6記載の半導体装置を有する電子機器。
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JP2008292310A (ja) * | 2007-05-24 | 2008-12-04 | Panasonic Electric Works Co Ltd | センサ装置およびその製造方法 |
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-
2003
- 2003-01-15 JP JP2003007283A patent/JP2004221351A/ja not_active Withdrawn
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