JP2005302931A - 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

Abstract

【課題】信頼性の高い半導体装置及びその製造方法、回路基板並びに電子機器を提供する。
【解決手段】半導体装置１の製造方法は、第１の貫通電極２０を有する第１の半導体基板１０に、第２の貫通電極４０を有する第２の半導体基板３０を搭載して、第１の貫通電極２０の第１の面２２と第２の貫通電極４０の第２の面４２とを導電部材５０を介して対向させて電気的に接続することを含む。第２の面４２を、第１の面２２の上方に配置する。そして、第２の半導体基板３０を、第２の面４２が第１の面２２の内側に配置されるように搭載する。
【選択図】図２

Description

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。

貫通電極を有する半導体基板を積層することが知られている。そして、積層された二つの半導体基板の貫通電極の端面同士を対向させて、導電部材を利用して電気的に接続することが知られている。このとき、導電部材が移動することを制限することができれば、電気的な信頼性の高い半導体装置を提供することができる。

本発明の目的は、信頼性の高い半導体装置及びその製造方法、回路基板並びに電子機器を提供することにある。
特開平１１−３４５９３３号公報

（１）本発明に係る半導体装置の製造方法は、第１の貫通電極を有する第１の半導体基板に、第２の貫通電極を有する第２の半導体基板を搭載して、前記第１の貫通電極の第１の面と前記第２の貫通電極の第２の面とを導電部材を介して対向させて電気的に接続することを含み、
前記第２の面を前記第１の面の上方に配置し、
前記第２の半導体基板を、前記第２の面が前記第１の面の内側に配置されるように搭載する。本発明によれば、第１の面の上方に配置された第２の面を、第１の面の内側に配置する。そのため、導電部材が第１の面からはみ出して流れ落ちることを防止することができ、信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
（２）この半導体装置の製造方法において、
前記第１の面の外形は、前記第２の面の外形よりも大きくてもよい。
（３）この半導体装置の製造方法において、
前記第１の面の外形は、前記第２の面の外形と同じであってもよい。
（４）本発明に係る半導体装置は、上記方法で製造されてなる。
（５）本発明に係る半導体装置は、外部端子と、
積層されて前記外部端子上に配置された複数の半導体基板と、
それぞれの前記半導体基板に形成された貫通電極と、
を有し、
上下に積層された２つの前記半導体基板のうち前記外部端子側に配置された前記半導体基板の前記貫通電極の第１の面と、他の前記半導体基板の前記貫通電極の第２の面とは、導電部材を介して対向して電気的に接続されてなり、
前記第１及び第２の面は、前記第２の面が前記第１の面の内側に配置されるように対向してなる。本発明によれば、第１の面から導電部材がはみ出して流れ落ちることを防止することが可能な、信頼性の高い半導体措置を提供することができる。
（６）この半導体装置において、
前記第１の面の外形は、前記第２の面の外形よりも大きくてもよい。
（７）この半導体装置において、
前記第１の面の外形は、前記第２の面の外形と同じであってもよい。
（８）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。
（９）本発明に係る電子機器は、上記半導体装置を有する。

以下、本発明を適用した実施の形態について図面を参照して説明する。ただし、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。図１〜図３は、本発明を適用した実施の形態に係る半導体装置を説明するための図である。

本実施の形態に係る半導体装置は、第１の半導体基板１０を有する。図１は、第１の半導体基板１０を説明するための図である。第１の半導体基板１０は、図１に示すようにチップ状の基板であってもよい。あるいは、第１の半導体基板１０は、ウエハ状の基板であってもよい（図示せず）。第１の半導体基板１０には、集積回路１２が形成されていてもよい。第１の半導体基板１０の一方の面には、パッド１４が形成されていてもよい。パッド１４は、集積回路１２と電気的に接続されていてもよい。あるいは、集積回路１２と電気的に接続されていないパッドを含めて、パッド１４と称してもよい。第１の半導体基板１０には、貫通穴１６が形成されていてもよい。貫通穴１６は、パッド１４とオーバーラップするように形成されていてもよい。このとき、パッド１４には、貫通穴１６とオーバーラップする貫通穴が形成されていてもよい。第１の半導体基板１０は、第１の貫通電極２０を有する。第１の貫通電極２０は、貫通穴１６を通り、第１の半導体基板１０の両側を電気的に接続する電極である。第１の貫通電極２０は、図１に示すように、パッド１４を貫通するように形成されていてもよい。ただし、第１の貫通電極２０は、パッド１４を避けて形成されていてもよい。第１の貫通電極２０は、パッド１４と電気的に接続されていてもよい。第１の貫通電極２０は、両端面の外形が貫通穴１６の断面よりも大きくなるように形成されていてもよい。図１に示すように、第１の貫通電極２０の両端面のうち、第１の半導体基板１０におけるパッド１４が形成された面側の端面の外形は、反対側の端面の外形よりも小さくなっていてもよい。ただし、第１の貫通電極２０の両端面は、同じ外形となるように形成されていてもよい（図示せず）。第１の半導体基板１０には、図示しない絶縁膜が形成されていてもよく、該絶縁膜によって、第１の半導体基板１０と第１の貫通電極２０との電気的なショートを防止してもよい。

本実施の形態に係る半導体装置は、第２の半導体基板３０を有する（図２（Ａ）及び図２（Ｂ）参照）。第２の半導体基板３０は、第１の半導体基板１０と同様の構造をなしていてもよい。すなわち、第２の半導体基板３０は、パッド３４を有してもよい。第２の半導体基板３０は、第２の貫通電極４０を有する。

本実施の形態に係る半導体装置は、外部端子６０を有する。外部端子６０は、基板６２に形成されていてもよい（図２（Ａ）参照）。外部端子６０は、基板６２の第１の面６１側に形成されていてもよい。

本実施の形態に係る半導体装置では、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように、第１及び第２の半導体基板１０，３０は積層されてなる。ここで、図２（Ａ）は、本実施の形態に係る半導体装置を示す図であり、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の一部拡大図である。図２（Ａ）に示すように、第１の半導体基板１０は基板６２に搭載されていてもよい。第１の半導体基板１０は、基板６２の第２の面６３上に搭載されていてもよい。そして、第２の半導体基板３０は、第１の半導体基板１０に搭載されている。すなわち、第１の半導体基板１０は、第２の半導体基板３０よりも外部端子６０側に配置されてなる。言い換えると、上下に積層された２つの半導体基板のうち、外部端子６０側に配置された半導体基板を第１の半導体基板１０と、他の半導体基板を第２の半導体基板３０と、それぞれ称してもよい。そして、第１の貫通電極２０の第２の半導体基板３０を向く面を第１の面２２と、第２の貫通電極４０の第１の半導体基板１０を向く面を第２の面４２と称する（図２（Ｂ）参照）。本実施の形態に係る半導体装置では、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように、第１の面２２と第２の面４２とは、導電部材５０を介して対向して電気的に接続されてなる。まとめると、本実施の形態に係る半導体装置は、積層された複数の半導体基板を有し、上下に積層された２つの半導体基板のうち外部端子６０側に配置された半導体基板の貫通電極の第１の面２２と、他の半導体基板の貫通電極の第２の面４２とは、導電部材５０を介して対向して電気的に接続されてなると言える。このとき、第１及び第２の面２２，４２は、第２の面４２が第１の面２２の内側に配置されるように対向している。そして、第１の面２２の外形は、第２の面４２の外形よりも大きくなっていてもよい（図２（Ｂ）参照）。なお、第１の貫通電極２０の第１の面２２は、第１の半導体基板１０におけるパッド１４が形成された面とは反対側の面側の先端面であってもよい。また、第２の貫通電極４０の第２の面４２は、第２の半導体基板３０におけるパッド３４が形成された面側の先端面であってもよい。

本実施の形態に係る半導体装置１は、以上のように構成されている。先に説明したように、半導体装置１では、第１の貫通電極２０の第１の面２２と第２の貫通電極４０の第２の面４２とが対向している。そして、第１の半導体基板１０は、第２の半導体基板３０よりも外部端子６０側に配置される。すなわち、第１の貫通電極２０は、第２の貫通電極４０よりも外部端子６０側に配置される。そのため、半導体装置１をマザーボード等に実装する際に、第１の貫通電極２０の上方に第２の貫通電極４０が配置される。すなわち、第１の面２２の上方に第２の面４２が配置される。言い換えると、第１の面２２は、第２の面４２の下方に配置される。そして、第２の面４２は第１の面２２の内側に配置される。そのため、半導体装置１をマザーボード等に実装する際に、加熱等により導電部材５０が軟化して第２の面４２によって押し拡げられた場合であっても、導電部材５０が第２の面４２の外側に押し出されることを防止することができる。特に、第１の面２２の外形が第２の面４２の外形よりも大きくなっていれば、導電部材５０が第１の面２２上から押し出されにくくなる。そのため、半導体基板と貫通電極とのショートが発生しにくい、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。

なお、図３に示すように、第１の面２２の外形が第２の面４２の外形と同じである場合でも、上記の効果を達成することができ、信頼性の高い半導体装置を提供ことができる。

以下、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４（Ａ）〜図５（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ための図である。

本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、第１の半導体基板１０を用意することを含んでもよい（図１参照）。第１の半導体基板１０は、既に説明したいずれかの構成をなしていてもよい。第１の半導体基板１０を形成する方法は、特に限定されるものではない。以下、第１の半導体基板１０を形成する方法について説明する。はじめに、図４（Ａ）に示すように、半導体基板１００を用意する。半導体基板１００は、図４（Ａ）に示すように、半導体チップであってもよい。あるいは、半導体基板を、ウエハの状態で用意してもよい（図示せず）。半導体基板１００は、集積回路１０２を有してもよい。また、半導体基板１００は、パッド１０４を有してもよい。半導体基板１００のパッド１０４が形成された面を、第１の面１０１と称してもよい。次に、図４（Ｂ）に示すように、半導体基板１００に凹部１０６を形成する。凹部１０６は、第１の面１０１側から形成してもよい。凹部１０６は、パッド１０４を貫通するように形成してもよい。次に、図４（Ｃ）に示すように、電気的接続部１１０を形成する。凹部１０６に導電材料を充填して、電気的接続部１１０を形成してもよい。なお、電気的接続部１１０を形成する前に、凹部１０６の内壁面に、図示しない絶縁層を形成してもよい。これにより、電気的接続部１１０と半導体基板１００との電気的なショートを防止することができる。次に、図４（Ｄ）に示すように、半導体基板１００の第２の面１０３から、電気的接続部１１０の先端面１１２を露出させる。半導体基板１００を第１の面１０１とは反対側から薄くして、第２の面１０３から先端面１１２を露出させてもよい。次に、図４（Ｅ）に示すように、第２の面１０３上に、電気的接続部１１０と電気的に接続されたランド１２０を形成する。ランド１２０を、メッキ処理を利用して形成してもよい。例えば、第２の面１０３に先端面１１２を露出させるマスクを形成した後にメッキ処理を行って、ランド１２０を形成してもよい。なお、ランド１２０を、図示しない絶縁層上に形成することで、ランド１２０と半導体基板との電気的なショートを防止してもよい。図４（Ｅ）に示すように、ランド１２０を、電気的接続部１１０の基端面１１４の平面形状よりも大きくなるように形成してもよい。あるいは、ランド１２０を、電気的接続部１１０の基端面１１４の平面形状と同じ形状になるように形成してもよい。マスクの開口の形状を調整することによって、ランド１２０を、設計通りの大きさに形成してもよい。そして、電気的接続部１１０とランド１２０とをあわせて、第１の貫通電極２０と称してもよい。以上の工程によって、第１の貫通電極２０を有する第１の半導体基板１０を形成してもよい（図１参照）。

本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示すように、第１の半導体基板１０に、第２の半導体基板３０を搭載することを含む。本工程は、図５（Ａ）に示すように、第１の半導体基板１０上に第２の半導体基板３０を配置することを含む。このとき、第２の面４２を第１の面２２の上方に配置する。本工程は、図５（Ｂ）に示すように、第１の面２２と第２の面４２とを導電部材５０を介して対向させて電気的に接続することを含む。導電部材５０は、例えば図５（Ａ）に示すように、予め第２の面４２上に設けられた導電材料５５を利用して形成してもよい。導電材料５５として、例えばはんだペーストを利用してもよい。本実施の形態に係る半導体装置の製造方法では、第２の半導体基板３０を、第２の貫通電極４０の第２の面４２が、第１の貫通電極２０の第１の面２２の内側に配置されるように搭載する。そのため、第２の面４２によって導電材料５５が押し拡げられても、その一部が第１の面２２上から流れ出しにくくなる。特に、第１の面２２の外形が第２の面４２の外形よりも大きくなっている場合、導電材料５５が第２の面４２から流れ出しにくくなる。そのため、導電材料５５の量を厳密に制御する必要がなくなり、信頼性の高い半導体装置を効率よく製造することができる。ただし、第１の面２２の外形が第２の面４２の外形と同じである場合でも同様の効果を発揮することができ、信頼性の高い半導体装置を製造することができる（図３参照）。

そして、第２の半導体基板３０に他の半導体基板６５を搭載する工程や、積層された複数の半導体基板を基板６２に搭載する工程や、外部端子６０を形成する工程などを経て、半導体装置１を形成してもよい（図２（Ａ）参照）。図６には、本発明を適用した実施の形態に係る半導体装置１が実装された配線基板１０００を示す。また、本発明を適用した実施の形態に係る半導体装置を有する電子機器として、図７にはノート型パーソナルコンピュータ２０００を、図８には携帯電話３０００を、それぞれ示す。

なお、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、あるいは目的及び効果が同一の構成）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１は、本発明を適用した実施の形態に係る半導体装置を説明するための図である。 図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、本発明を適用した実施の形態に係る半導体装置を説明するための図である。 図３は、本発明を適用した実施の形態に係る半導体装置を説明するための図である。 図４（Ａ）〜図４（Ｅ）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ための図である。 図５（Ａ）及び図５（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ための図である。 図６は、本発明を適用した実施の形態に係る半導体装置が実装された回路基板を示す図である。 図７は、本発明を適用した実施の形態に係る半導体装置を有する電子機器を示す図である。 図８は、本発明を適用した実施の形態に係る半導体装置を有する電子機器を示す図である。

符号の説明

１０ 第１の半導体基板、 １４ パッド、 ２０ 第１の貫通電極、 ２２ 第１の面、 ３０ 第２の半導体基板、 ４０ 第２の貫通電極、 ４２ 第２の面、 ５０ 導電部材、 ６０ 外部端子

Claims (9)

1. 第１の貫通電極を有する第１の半導体基板に、第２の貫通電極を有する第２の半導体基板を搭載して、前記第１の貫通電極の第１の面と前記第２の貫通電極の第２の面とを導電部材を介して対向させて電気的に接続することを含み、
   前記第２の面を前記第１の面の上方に配置し、
   前記第２の半導体基板を、前記第２の面が前記第１の面の内側に配置されるように搭載する半導体装置の製造方法。
2. 請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
   前記第１の面の外形は、前記第２の面の外形よりも大きい半導体装置の製造方法。
3. 請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
   前記第１の面の外形は、前記第２の面の外形と同じである半導体装置の製造方法。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の方法で製造された半導体装置。
5. 外部端子と、
   積層されて前記外部端子上に配置された複数の半導体基板と、
   それぞれの前記半導体基板に形成された貫通電極と、
   を有し、
   上下に積層された２つの前記半導体基板のうち前記外部端子側に配置された前記半導体基板の前記貫通電極の第１の面と、他の前記半導体基板の前記貫通電極の第２の面とは、導電部材を介して対向して電気的に接続されてなり、
   前記第１及び第２の面は、前記第２の面が前記第１の面の内側に配置されるように対向してなる半導体装置。
6. 請求項５記載の半導体装置において、
   前記第１の面の外形は、前記第２の面の外形よりも大きい半導体装置。
7. 請求項５記載の半導体装置において、
   前記第１の面の外形は、前記第２の面の外形と同じである半導体装置。
8. 請求項４から請求項７のいずれかに記載の半導体装置が実装された回路基板。
9. 請求項４から請求項７のいずれかに記載の半導体装置を有する電子機器。

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