JP2005012023A - 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
【解決手段】半導体装置は、集積回路12が形成された半導体基板10と、半導体基板10の第1及び第2の面20,38を貫通し、第1の面20から突出する第1の突出部41と、第2の面38から突出する第2の突出部42とを有する貫通電極40と、第2の面38の一部の領域を避けるとともに、第2の突出部42の周辺領域に、第1の突出部41の外縁以上に外側に広がって形成された絶縁層50と、を含む。
【選択図】 図4
Description
【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】
【0003】
【特許文献1】
特開2001−127242号公報
【0004】
【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、半導体チップに貫通電極を形成し、半導体チップをスタックして上下の貫通電極を接合することが知られている。従来の構造では、上下の半導体チップのショート防止策が十分でなかった。具体的には、電気的接合に使用されるハンダが溶融して、貫通電極の周囲に流れ出し、端子周辺部の半導体部分とショートすることがあった。
【0005】
本発明の目的は、スタックされた上下の半導体基板のショートを防止するとともに、アンダーフィルの充填性を向上させることにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
(1)本発明に係る半導体装置は、集積回路が形成された第1の面及び前記第1の面とは反対側の第2の面を有する半導体基板と、
前記半導体基板を貫通し、前記第1の面から突出する第1の突出部と、前記第2の面から突出する第2の突出部とを有する貫通電極と、
前記第2の面の一部の領域を避けるとともに、前記第2の突出部の周辺領域に、前記第1の突出部の外縁以上に外側に広がって形成された絶縁層と、
を含む。本発明よれば、絶縁層が、貫通電極の第2の突出部の周辺領域に形成され、それ以外の領域を避けて形成されているので、スタックされた上下の半導体基板のギャップを十分に確保してショートを防止することができる。また、スタックされた上下の半導体基板のギャップを十分に確保しアンダーフィル材の充填性を向上させることができる。さらに、第2の突出部の補強を行うこともでき、スタックされた上下の半導体基板の電気的接続信頼性が向上する。
(2)この半導体装置において、
前記第2の突出部の外縁は前記第1の突出部の外縁よりも小さくてもよい。
(3)この半導体装置において、
前記第1の突出部には、ろう材が設けられていてもよい。
(4)この半導体装置において、
前記絶縁層は、一定の厚みを有するように形成されていてもよい。
(5)この半導体装置において、
前記絶縁層は、前記第2の突出部から離れるに従って薄くなるように形成されていてもよい。こうすることで、スタックされた上下の半導体基板の間に、アンダーフィル材が滑らかに流動するので、その充填性がさらに向上し、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
(6)この半導体装置において、
前記絶縁層は、前記第1の突出部の外縁の相似形状に形成されていてもよい。こうすることで、第1の突出部の外縁からの一定の幅の領域を絶縁処理することができる。
(7)この半導体装置において、
前記絶縁層は、その最も厚い部分が前記第2の突出部と同じ高さとなるように形成されていてもよい。
(8)この半導体装置において、
前記絶縁層は、その最も厚い部分が前記第2の突出部よりも低くなるように形成されていてもよい。これによれば、第2の突出部は、絶縁層よりもさらに突出する部分を有するので、スタックされた上下の半導体チップにおける貫通電極同士を確実に圧着することができ、電気的接続信頼性が向上する。
(9)本発明に係る半導体装置は、スタックされてなる、複数の上記半導体装置を有し、
前記複数の半導体装置のうち上下の半導体装置が、前記貫通電極によって電気的に接続されてなる。
(10)本発明に係る回路基板には、上記半導体装置が実装されてなる。
(11)本発明に係る電子機器は、上記半導体装置を有する。
(12)本発明に係る半導体装置の製造方法は、(a)集積回路が形成された第1の面及び第1の面とは反対側の第2の面を有する半導体基板に、前記半導体基板を貫通して、前記第1の面から突出する第1の突出部と、前記第2の面から突出する第2の突出部とを有する貫通電極を形成すること、
(b)前記第2の面の一部の領域を避けるとともに、前記第2の突出部の周辺領域に、前記第1の突出部の外縁以上に外側に広がる絶縁層を形成すること、
を含む。本発明よれば、絶縁層が、貫通電極の第2の突出部の周辺領域に形成され、それ以外の領域を避けて形成されているので、スタックされた上下の半導体基板のギャップを十分に確保してショートを防止することができる。また、スタックされた上下の半導体基板のギャップを十分に確保しアンダーフィル材の充填性を向上させることができる。さらに、第2の突出部の補強を行うこともでき、スタックされた上下の半導体基板の電気的接続信頼性が向上する。
(13)この半導体装置の製造方法において、
前記第2の突出部の外縁は、前記第1の突出部の外縁よりも小さくてもよい。
(14)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、複数の前記集積回路が形成され、それぞれの前記集積回路に対応して前記貫通電極を形成し、
前記半導体基板を切断することをさらに含んでもよい。
(15)この半導体装置の製造方法において、
前記(a)〜(b)工程が終了した複数の前記半導体基板をスタックして、上下の半導体基板を、前記貫通電極を通して電気的に接続すること、
をさらに含んでもよい。
(16)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間に、絶縁材料を充填することをさらに含んでもよい。
(17)この半導体装置の製造方法において、
前記絶縁材料は、前記絶縁層と同一材料から構成されてもよい。こうすることで、異種材料による界面剥離の発生を防止することができる。
(18)この半導体装置の製造方法において、
前記(a)工程は、前記第1の突出部に、ろう材を設けることをさらに含んでもよい。
(19)この半導体装置の製造方法において、
前記(b)工程で、前記絶縁層を、一定の厚みを有するように形成してもよい。
(20)この半導体装置の製造方法において、
前記(b)工程で、前記絶縁層を、前記第2の突出部から離れるに従って薄くなるように形成してもよい。こうすることで、スタックされた上下の半導体基板の間に、アンダーフィル材が滑らかに流動するので、その充填性がさらに向上する。
(21)この半導体装置の製造方法において、
前記(b)工程で、前記絶縁層を、前記第1の突出部の外縁の相似形状に形成してもよい。こうすることで、第1の突出部の外縁からの一定の幅の領域を絶縁処理することができる。
(22)この半導体装置の製造方法において、
前記(b)工程で、前記絶縁層を、その最も厚い部分が前記第2の突出部と同じ高さとなるように形成してもよい。
(23)この半導体装置の製造方法において、
前記(b)工程で、前記絶縁層を、その最も厚い部分が前記第2の突出部よりも低くなるように形成してもよい。これによれば、第2の突出部は、絶縁層よりもさらに突出する部分を有するので、スタックされた上下の半導体チップにおける貫通電極同士を確実に圧着することができ、電気的接続信頼性が向上する。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【0008】
図1(A)〜図4(B)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、半導体基板10を使用する。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)12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12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12の少なくとも一部が作り込まれていてもよい。半導体基板10には、複数の電極(例えばパッド)14が形成されている。各電極14は、集積回路12に電気的に接続されている。各電極14は、アルミニウムで形成されていてもよい。電極14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。
【0009】
半導体基板10には、1層又はそれ以上の層のパッシベーション膜16,18が形成されている。パッシベーション膜16,18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。図1(A)に示す例では、パッシベーション膜16上に、電極14と、集積回路12と電極14を接続する配線(図示せず)とが形成されている。また、他のパッシベーション膜18が電極14の表面の少なくとも一部を避けて形成されている。パッシベーション膜18は、電極14の表面を覆って形成した後、その一部をエッチングして電極14の一部を露出させてもよい。エッチングにはドライエッチング及びウェットエッチングのいずれを適用してもよい。パッシベーション膜18のエッチングのときに、電極14の表面がエッチングされてもよい。
【0010】
本実施の形態では、半導体基板10に、その第1の面20から凹部22(図1(C)参照)を形成する。第1の面20は、電極14が形成された側(集積回路12が形成された側)の面である。凹部22は、集積回路12の素子及び配線を避けて形成する。図1(B)に示すように、電極14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。電極14の下にパッシベーション膜16が形成されている場合、これにも貫通穴26(図1(C)参照)を形成する。電極14のエッチングがパッシベーション膜16で止まる場合、貫通穴26の形成には、電極14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。
【0011】
図1(C)に示すように、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。
【0012】
図1(D)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、パッシベーション膜16の貫通穴26の内壁面に形成してもよい。絶縁層28は、パッシベーション膜18上に形成してもよい。
【0013】
絶縁層28は、電極14の貫通穴24の内壁面に形成してもよい。絶縁層28は、電極14の一部(例えばその上面)を避けて形成する。電極14の表面全体を覆って絶縁層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、電極14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。
【0014】
次に、凹部22(例えば絶縁層28の内側)に導電部30(図2(B)参照)を設ける。導電部30は、Cu又はWなどで形成してもよい。図2(A)に示すように、導電部30の外層部32を形成した後に、その中心部34を形成してもよい。中心部34は、Cu,W,ドープドポリシリコン(例えば低温ポリシリコン)のいずれかで形成することができる。外層部32は、少なくともバリア層を含んでもよい。バリア層は、中心部34又は次に説明するシード層の材料が、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、中心部34とは異なる材料(例えばTiW、TiN)で形成してもよい。中心部34を電解メッキで形成する場合、外層部32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、中心部34と同じ材料(例えばCu)で形成する。なお、導電部30(少なくともその中心部34)は、無電解メッキやインクジェット方式によって形成してもよい。
【0015】
図2(B)に示すように、外層部32をパッシベーション膜18上にも形成した場合、図2(C)に示すように、外層部32のパッシベーション膜18(及び絶縁層28)上の部分をエッチングする。外層部32を形成した後、中心部34を形成することで、導電部30を設けることができる。導電部30の一部は、半導体基板10の凹部22内に位置する。凹部22の内壁面と導電部30との間には絶縁層28が介在するので、両者の電気的な接続が遮断される。導電部30は、電極14と電気的に接続されている。例えば、電極14の絶縁層28からの露出部に導電部30が接触していてもよい。導電部30の一部は、パッシベーション膜18上に位置していてもよい。導電部30は、電極14の領域内にのみ設けてもよい。導電部30は、少なくとも凹部22の上方で突出していてもよい。例えば、導電部30は、パッシベーション膜18(及び絶縁層28)より突出していてもよい。
【0016】
こうして、図2(C)に示すように、半導体基板10の第1の面20から突出する第1の突出部41を形成することができる。図2(C)に示す例では、第1の突出部41は、周囲のパッシベーション膜18(及び絶縁層28)からも突出している。第1の突出部41は、電極14の上方に配置されていてもよい。第1の突出部41は、導電部30の一部である。
【0017】
なお、変形例として、外層部32をパッシベーション膜18上に残した状態で、中心部34を形成してもよい。その場合、中心部34と連続した層がパッシベーション膜18の上方にも形成されるので、その層はエッチングする。
【0018】
図2(D)に示すように、導電部30(詳しくは第1の突出部41)上に、ろう材36を設けてもよい。ろう材36は、例えばハンダで形成し、軟ろう及び硬ろうのいずれで形成してもよい。ろう材36は、導電部30以外の領域をレジストで覆って形成してもよい。
【0019】
本実施の形態では、図3(A)に示すように、半導体基板10の第2の面(第1の面20とは反対側の面)38を、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削ってもよい。この工程は、凹部22に形成された絶縁層28が露出する手前まで行う。なお、図3(A)に示す工程を省略して、次の図3(B)に示す工程を行ってもよい。
【0020】
図3(B)に示すように、導電部30を第2の面38から突出させる。例えば、半導体基板10の第2の面38を、絶縁層28が露出するようにエッチングする。詳しくは、導電部30(詳しくはその凹部22内の部分)が絶縁層28に覆われた状態で突出するように、半導体基板10の第2の面38をエッチングする。エッチングは、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行ってもよい。エッチャントは、SF6又はCF4又はCl2ガスであってもよい。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】
なお、図3(A)〜図3(B)の少なくともいずれか1つの工程は、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)行ってもよい。
【0022】
こうして、半導体基板10の第2の面38から導電部30を突出させることができる。すなわち、第2の面38から突出する第2の突出部42を形成する。こうして、第1の面20から突出する第1の突出部41と、第2の面38から突出する第2の突出部42と、を有する貫通電極40を形成することができる。第2の突出部42は、後述する工程によって、その先端面が露出する。貫通電極40は、第1及び第2の面20,38を貫通する。貫通電極40の横断面形状(第1の面20と平行な方向の断面形状)は、円形、楕円形(長円形)又は四角形などの多角形のいずれであってもよい。楕円形をなす場合、複数の貫通電極40のそれぞれの楕円形の方向が異なっていてもよい。第1及び第2の突出部41,42の少なくとも一方の横断面形状は、貫通電極40の横断面形状の相似形状(図4(A)ではともに円形状)をなしてもよい。
【0023】
図4(A)は、本実施の形態に係る半導体装置の部分平面図であり、図4(B)は、図4(A)のIVB−IVB線断面図である。貫通電極40は、第1及び第2の面20,38側に、それぞれ露出している。詳しくは、第1の面20側に第1の突出部41の少なくとも先端面が露出し、第2の面38側に第2の突出部42の少なくとも先端面が露出する。先端面とともにその外周面(側面)が露出していてもよい。また、先端面の一部(例えば外周端部)がレジストで覆われ、先端面の他の部分(例えば中央部)が露出していてもよい。先端面は、先端方向を向いている面を指し、外周面との境界線が明確に示されている必要はない。また、先端面は、平面であってもよいし、半球状の曲面であってもよく、その形態は限定されない。
【0024】
図4(A)に示す例では、第2の突出部42の外縁(詳しくは先端面の外縁)は、第1の突出部41の外縁(詳しくは先端面の外縁)よりも小さくなっている。言い換えれば、第2の突出部42の横幅(詳しくは先端面の横幅(例えば直径))は、第1の突出部41の横幅(詳しくは先端面の横幅(例えば直径))よりも小さくなっている。図4(A)に示すように、半導体基板10の第2の面38からの平面視において、第2の突出部42が、第1の突出部41の外縁の内側に位置していてもよい。第2の突出部42の外周面に絶縁層28が設けられる場合、第2の突出部42及び絶縁層28が、第1の突出部41の外縁の内側に位置していてもよい。
【0025】
半導体基板10の第2の面38には絶縁層50が形成されている。絶縁層50は、第2の突出部42の周辺領域に形成されるものである。周辺領域は、第2の突出部42を囲む領域である。詳しくは、周辺領域は、第2の突出部42の側面(図4(B)では第2の突出部42の側面の絶縁層28)から、第1の突出部41の外縁以上に外側に広がる領域である。周辺領域は、複数の第2の突出部42を一体的に囲む領域であってもよいし、それぞれの第2の突出部42ごとに分離して囲む領域であってもよい。周辺領域の説明は、他の例にも該当する。絶縁層50は、最終的には、第2の突出部42の先端面を避けて形成する。絶縁層50は、第2の突出部42の周辺領域(例えば周辺領域のみ)に形成する。絶縁層50は、第2の面38の全面に形成せずに、その一部の領域(例えば周辺領域以外の領域)を避けて形成する。これによれば、絶縁層50が、貫通電極40の第2の突出部42の周辺領域に形成され、それ以外の領域を避けて形成されているので、スタックされた上下の半導体チップのギャップを十分に確保してショートを防止することができる。また、スタックされた上下の半導体チップのギャップを十分に確保しアンダーフィル材の充填性を向上させることができる。さらに、第2の突出部42の補強を行うこともでき、スタックされた上下の半導体チップの電気的接続信頼性が向上する。なお、複数の第2の突出部42のそれぞれに対応して、分離した複数の絶縁層50を形成すれば、アンダーフィル材の充填されるスペースがより確保されるので好ましい。
【0026】
絶縁層50は、第1の突出部41の外縁に至るまで外側に広がって形成してもよいし、その外縁よりもさらに外側に広がって形成してもよい。言い換えれば、絶縁層50の横幅WAと、第1の突出部41の横幅WBとは、
WA≧WB
の関係を有している。こうすることで、スタックされた上下の半導体チップにおける第2の突出部42の周辺部でのショートを防止することができる。さらに、
WA≧(1.5〜2.0)×WB
であれば、より確実にショートを防止することができる。
【0027】
絶縁層50は、樹脂で形成することができる。絶縁層50は、後述のアンダーフィルに使用される絶縁材料82と同一材料(例えばエポキシ系樹脂)で構成されていてもよい。絶縁層50は、必要量のフィラーを含有していてもよい。絶縁層50は、スピンコータを使用して形成してもよいし、ポッティング、印刷方式又はインクジェット方式などを適用して形成してもよい。絶縁層50は、(例えばインクジェット方式や、マスク処理を行うことによって)第2の突出部42の周辺領域のみに無駄なく形成してもよく、全面に設けた後に周辺領域以外を(例えばエッチングによって)除去して形成してもよい。図4(B)に示すように、絶縁層50は、一定の厚みを有するように形成してもよい。また、絶縁層50は、第1の突出部41の外縁の相似形状に形成してもよく、こうすることで、第1の突出部41の外縁からの一定の幅の領域を絶縁処理することができる。絶縁層50は、その最も厚い部分(例えば第2の突出部42に接近した部分)が第2の突出部42よりも低くなるように形成してもよい。すなわち、第2の突出部42を、絶縁層50の最も厚い部分を超える高さとなるように形成してもよい。これによれば、第2の突出部42は、絶縁層50よりもさらに突出する部分を有するので、スタックされた上下の半導体チップにおける貫通電極40同士を確実に圧着することができ、電気的接続信頼性が向上する。
【0028】
図5の変形例に示すように、絶縁層150を、その最も厚い部分(例えば第2の突出部42に接近した部分)が、第2の突出部42と同じ高さになるように形成してもよい。すなわち、第2の突出部42を、絶縁層150の最も厚い部分と同じ高さとなるように形成してもよい。ただし、第2の突出部42の先端面は、絶縁層150から露出している。その他の内容は上述した通りである。
【0029】
図6の変形例に示すように、絶縁層52を、第2の突出部42から離れるに従って薄くなるように形成してもよい。すなわち、絶縁層52はその表面が傾斜していてもよい。こうすることで、アンダーフィル材が滑らかに流動するので、その充填性をさらに向上させることができる。また、絶縁層52が外側に広がるに従って薄くなっているので、上下の半導体チップのギャップを上述の形態以上に確保でき、この点からもアンダーフィル材の充填性を向上させることができる。このような形態の絶縁層は、例えば第2の突出部42の周辺領域に一定の厚さで形成した後、これをエッチングすることで形成してもよい。その場合、エッチングにはエッチング液を使用してもよい。エッチング液として、貫通電極40(及びその周囲の絶縁層28)よりも、絶縁層52を構成する材料(例えば樹脂)に対するエッチング速度が速い溶液を使用する。絶縁層52は、その最も厚い部分(例えば第2の突出部42に接近した部分)が第2の突出部42よりも低くなるように形成してもよい。すなわち、第2の突出部42を、絶縁層52の最も厚い部分を超える高さとなるように形成してもよい。その他の内容は上述した通りである。
【0030】
図7の変形例に示すように、絶縁層152を、第2の突出部42から離れるに従って薄くなるように形成し、かつ、その最も厚い部分(例えば第2の突出部42に接近した部分)が、第2の突出部42と同じ高さになるように形成してもよい。これらの詳細はすでに説明した通りである。
【0031】
続いて、図4(A)及び図4(B)に示す本実施の形態の説明に戻るが、以下の説明の内容は、上述した変形例の内容と置き換えることができる。エッチングによって絶縁層50を形成するのであれば、第2の突出部42の先端面を覆うように絶縁層50を一旦形成し、その後これをエッチングしてもよい。その場合、エッチングを行う前に絶縁層50を研削又は研磨してもよい。絶縁層50の研削又は研磨と連続して、あるいはこれとは別に、貫通電極40を研削又は研磨してもよい。貫通電極40が絶縁層28に覆われた状態(図3(B)参照)で絶縁層50を形成し、絶縁層28を研削又は研磨して、貫通電極40を露出させてもよい。
【0032】
貫通電極40(詳しくは第2の突出部42)の新生面を露出させてもよい。例えば、新生面(構成材料のみからなる面、すなわち酸化膜や堆積した有機物が除去された面)が露出するまで、第2の突出部42を研削又は研磨してもよい。研削には砥石を使用してもよい。例えば、#100〜#4000程度の粒度の砥石を使用することができるが、#1000〜#4000程度の粒度の砥石を使用すれば、絶縁膜28の破損を防止することができる。研磨には、研磨布を使用してもよい。研磨布は、スエードタイプ又は発砲ウレタンタイプのものであっても、不織布であってもよい。研磨には、Na,NH4などのアルカリ陽イオン溶液中に研磨粒子としてコロイダルシリカを分散させたスラリーを使用してもよい。研磨粒子は、0.03μm〜10μm程度の粒径を有し、10wt%程度の比率で分散してもよい。スラリーは、キレート剤、アンモニア、過酸化水素水等の添加剤を含んでもよい。研磨圧力は、5g/cm2〜1kg/cm2程度であってもよい。
【0033】
絶縁層28を形成した場合、貫通電極40よりも先に絶縁層28を研磨又は研削する。絶縁層28の研磨又は研削と、貫通電極40の研磨又は研削を連続的に行ってもよい。絶縁層28の少なくとも凹部22の底面に形成された部分を除去する。そして、貫通電極40を露出させ、さらにその新生面を露出させてもよい。貫通電極40の新生面を露出させ、貫通電極40の先端部の外周面が絶縁層28に覆われていてもよい。貫通電極40の中心部34の新生面を露出させないように外層部32(例えばバリア層)の新生面を露出させてもよいし、外層部32及び中心部34の新生面を露出させてもよい。貫通電極40の新生面を露出させれば、電気的に接続するときの特性に優れた貫通電極を形成することができる。なお、貫通電極40は、新生面が酸化する前(例えば、新生面が露出した直後又はその後できるだけ早く(例えば24時間以内))に、電気的に接続してもよい。
【0034】
以上の工程により、例えば、貫通電極40及び絶縁層50を有する半導体ウエハ70(図8参照)が得られる。この場合、半導体基板10には、複数の集積回路12が形成され、それぞれの集積回路12に対応して貫通電極40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。あるいは、貫通電極40及び絶縁層50を有する半導体チップ80(図10参照)が得られる。この場合、半導体基板10には、1つの集積回路12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。
【0035】
半導体ウエハ70は、切断(例えばダイシング)してもよい。例えば、図8に示すように、貫通電極40及び絶縁層50を有する半導体ウエハ70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)72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、貫通電極40及び絶縁層50を有する半導体チップ80(図10参照)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。
【0036】
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9に示すように、貫通電極40及び絶縁層50を有する複数の半導体ウエハ70をスタックしてもよい。あるいは、図10に示すように、貫通電極40及び絶縁層50を有する複数の半導体チップ80をスタックしてもよい。または、貫通電極40及び絶縁層50を有する半導体チップ80と、貫通電極40及び絶縁層50を有する複数の半導体ウエハ70をスタックしてもよい。
【0037】
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を、貫通電極40を通して電気的に接続する。詳しくは、上下の貫通電極40同士(詳しくは一方の半導体基板の第1の突出部41及び他方の半導体基板の第2の突出部42)を電気的に接続してもよい。電気的接続には、ハンダ接合又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。
【0038】
図11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。スタック型半導体装置は、上述した貫通電極40を有する複数の半導体チップ80を含む。複数の半導体チップ80はスタックされている。上下の貫通電極40同士あるいは貫通電極40と電極14は、ろう材36によって接合されていてもよい。ろう材36は、一方の半導体基板10の第1の突出部41に設けられ、他方の半導体基板10の第2の突出部42に載るようになっている。貫通電極40の第2の突出部42の周辺領域には、絶縁層50(あるいは上述の絶縁層52,150,152のいずれか)が形成されている。そのため、ろう材36が第2の突出部42の周辺領域に流れ出しても(又は分離して転がっても)、半導体チップ80の第2の面38(例えば半導体部分)には接触しないようになっている。したがって、ろう材36によるショート又は電気的不良が防止される。スタックされた上下の半導体チップ80のギャップには、絶縁材料(例えば樹脂(例えばエポキシ系の樹脂))82を充填することが好ましい。絶縁材料82は、アンダーフィル材であり、上下の半導体基板10の接合状態を維持及び補強することができる。また、絶縁層50が絶縁材料82と同一材料であれば、異種材料による界面剥離の発生を防止することができる。本実施の形態に係る半導体装置には、本実施の形態又はその変形例に係る半導体装置の製造方法(図1(A)〜図10参照)から導くことができる内容を適用することができる。
【0039】
スタックされた複数の半導体チップ80のうち1つ(例えば第2の面38の方向に最も外側の半導体チップ80)には、貫通電極を有しない半導体チップ90がスタックされていてもよい。半導体チップ90の内容は、貫通電極を有しない点を除き、半導体チップ80の内容が該当する。半導体チップ80の貫通電極40は、半導体チップ90の電極92に接合してもよい。その場合、絶縁層50は、電極92の外縁(例えば電極92の先端面の外縁)以上に外側に広がって形成されていることが好ましい。
【0040】
スタックされた複数の半導体チップ80は、配線基板100に実装されてもよい。スタックされた複数の半導体チップ80のうち、最も外側の半導体チップ80は、配線基板(例えばインターポーザ)100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20の方向に最も外側(例えば最も下側)の貫通電極40を有する半導体チップ80が、配線基板100に実装される。例えば、貫通電極40の第1の突出部41又は電極14を配線パターン102に電気的に接続(例えば接合)してもよい。半導体チップ80と配線基板100の間には、絶縁材料82を設けてもよい。
【0041】
あるいは、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80を、配線基板100にフェースアップボンディングしてもよい。その場合、貫通電極40の第2の面38からの第2の突出部42を配線パターン102に電気的に接続(例えば接合)してもよい。配線基板100には、配線パターン102に電気的に接続された外部端子(例えばハンダボール)104が設けられている。あるいは、半導体チップ80に応力緩和層を形成し、その上に電極14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。
【0042】
図12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。複数の半導体チップは、上述した貫通電極40によって電気的に接続されている。上述した半導体装置を有する電子機器として、図13にはノート型パーソナルコンピュータ2000が示され、図14には携帯電話3000が示されている。
【0043】
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(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3】図3(A)及び図3(B)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(A)及び図4(B)は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の部分拡大図である。
【図5】図5は、本発明の実施の形態の変形例を説明する図である。
【図6】図6は、本発明の実施の形態の変形例を説明する図である。
【図7】図7は、本発明の実施の形態の変形例を説明する図である。
【図8】図8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9】図9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10】図10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11】図11は、本発明の実施の形態に係る半導体装置を説明する図である。
【図12】図12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13】図13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14】図14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 集積回路、 14 電極、 40 貫通電極、
41 第1の突出部、 42 第2の突出部、 50 絶縁層、 52 絶縁
層、 82 絶縁材料、 150 絶縁層、 152 絶縁層
Claims (23)
- 集積回路が形成された第1の面及び前記第1の面とは反対側の第2の面を有する半導体基板と、
前記半導体基板を貫通し、前記第1の面から突出する第1の突出部と、前記第2の面から突出する第2の突出部とを有する貫通電極と、
前記第2の面の一部の領域を避けるとともに、前記第2の突出部の周辺領域に、前記第1の突出部の外縁以上に外側に広がって形成された絶縁層と、
を含む半導体装置。 - 請求項1記載の半導体装置において、
前記第2の突出部の外縁は、前記第1の突出部の外縁よりも小さい半導体装置。 - 請求項1又は請求項2記載の半導体装置において、
前記第1の突出部には、ろう材が設けられてなる半導体装置。 - 請求項1から請求項3のいずれかに記載の半導体装置において、
前記絶縁層は、一定の厚みを有するように形成されてなる半導体装置。 - 請求項1から請求項3のいずれかに記載の半導体装置において、
前記絶縁層は、前記第2の突出部から離れるに従って薄くなるように形成されてなる半導体装置。 - 請求項1から請求項5のいずれかに記載の半導体装置において、
前記絶縁層は、前記第1の突出部の外縁の相似形状に形成されてなる半導体装置。 - 請求項1から請求項6のいずれかに記載の半導体装置において、
前記絶縁層は、その最も厚い部分が前記第2の突出部と同じ高さとなるように形成されてなる半導体装置。 - 請求項1から請求項6のいずれかに記載の半導体装置において、
前記絶縁層は、その最も厚い部分が前記第2の突出部よりも低くなるように形成されてなる半導体装置。 - スタックされてなる、請求項1から請求項8のいずれかに記載の複数の半導体装置を有し、
前記複数の半導体装置のうち上下の半導体装置が、前記貫通電極によって電気的に接続されてなる半導体装置。 - 請求項1から請求項9のいずれかに記載の半導体装置が実装されてなる回路基板。
- 請求項1から請求項9のいずれかに記載の半導体装置を有する電子機器。
- (a)集積回路が形成された第1の面及び第1の面とは反対側の第2の面を有する半導体基板に、前記半導体基板を貫通して、前記第1の面から突出する第1の突出部と、前記第2の面から突出する第2の突出部とを有する貫通電極を形成すること、
(b)前記第2の面の一部の領域を避けるとともに、前記第2の突出部の周辺領域に、前記第1の突出部の外縁以上に外側に広がる絶縁層を形成すること、
を含む半導体装置の製造方法。 - 請求項12記載の半導体装置の製造方法において、
前記第2の突出部の外縁は、前記第1の突出部の外縁よりも小さい半導体装置の製造方法。 - 請求項12又は請求項13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、複数の前記集積回路が形成され、それぞれの前記集積回路に対応して前記貫通電極を形成し、
前記半導体基板を切断することをさらに含む半導体装置の製造方法。 - 請求項12から請求項14のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記(a)〜(b)工程が終了した複数の前記半導体基板をスタックして、上下の半導体基板を、前記貫通電極を通して電気的に接続すること、
をさらに含む半導体装置の製造方法。 - 請求項12から請求項15のいずれかに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間に、絶縁材料を充填することをさらに含む半導体装置の製造方法。 - 請求項16記載の半導体装置の製造方法において、
前記絶縁材料は、前記絶縁層と同一材料からなる半導体装置の製造方法。 - 請求項12から請求項17のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記(a)工程は、前記第1の突出部に、ろう材を設けることをさらに含む半導体装置の製造方法。 - 請求項12から請求項18のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記(b)工程で、前記絶縁層を、一定の厚みを有するように形成する半導体装置の製造方法。 - 請求項12から請求項18のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記(b)工程で、前記絶縁層を、前記第2の突出部から離れるに従って薄くなるように形成する半導体装置の製造方法。 - 請求項12から請求項20のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記(b)工程で、前記絶縁層を、前記第1の突出部の外縁の相似形状に形成する半導体装置の製造方法。 - 請求項12から請求項21のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記(b)工程で、前記絶縁層を、その最も厚い部分が前記第2の突出部と同じ高さとなるように形成する半導体装置の製造方法。 - 請求項12から請求項21のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記(b)工程で、前記絶縁層を、その最も厚い部分が前記第2の突出部よりも低くなるように形成する半導体装置の製造方法。
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