JP2010225701A - Three-dimensional laminated semiconductor integrated circuit and method for manufacturing the same - Google Patents

Three-dimensional laminated semiconductor integrated circuit and method for manufacturing the same Download PDF

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    • H01L2224/15Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
    • H01L2224/16Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To simultaneously achieve an increase in the high density of a through-silicon via, an improvement in a yield on a manufacture and the reduction of a manufacturing cost. <P>SOLUTION: A three-dimensional laminated semiconductor integrated circuit includes: first and second chips C1 and C2 mutually laminated towards the same direction; and the through silicon vias 13 penetrating a first semiconductor substrate 21 configuring the first chip C1 and a second semiconductor substrate 21 configuring the second chip C2 and penetrating first electrodes 14 connected to a semiconductor element mounted in the first chip C1. The first and second chips C1 and C2 are coupled on their surfaces. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、三次元積層型半導体集積回路及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a three-dimensional stacked semiconductor integrated circuit and a method for manufacturing the same.

近年、半導体集積回路の集積度を増やしつつ、増大する配線遅延を減少させる方法として、複数のチップを積み重ねた三次元積層型半導体集積回路が提案されている。そのうちの一つに、スルーシリコンビア(TSV: Through Silicon Via)を用いた三次元積層型半導体集積回路が知られている。   In recent years, a three-dimensional stacked semiconductor integrated circuit in which a plurality of chips are stacked has been proposed as a method for reducing the increasing wiring delay while increasing the degree of integration of the semiconductor integrated circuit. As one of them, a three-dimensional stacked semiconductor integrated circuit using a through silicon via (TSV) is known.

スルーシリコンビアは、積み重ねられた複数のチップ(半導体基板)を貫通するビアのことであり、複数のチップ内に形成された半導体集積回路を相互に接続するインターフェース技術として知られている。   The through-silicon via is a via that penetrates a plurality of stacked chips (semiconductor substrates), and is known as an interface technology that interconnects semiconductor integrated circuits formed in the plurality of chips.

ここで、本明細書では、スルーシリコンビアと表記したとしても、それを設ける対象となるチップは、シリコン(Si)に限定されないものとする。   Here, even though the term “through silicon via” is used in this specification, the chip to which it is provided is not limited to silicon (Si).

スルーシリコンビアによれば、ボンディングワイヤに比べて、一つのパッケージ内に搭載できるチップ数を容易に増やすことができると共に、インターフェースに関する寄生抵抗及び寄生容量が低く抑えられるため、高速動作にも有効である。   Through-silicon vias can easily increase the number of chips that can be mounted in a single package compared to bonding wires, and the parasitic resistance and parasitic capacitance related to the interface can be kept low. is there.

このような三次元半導体集積回路を製作するには、複数のチップのそれぞれにスルーシリコンビアを形成した後、これら複数のチップの積み重ねを行わなければならない。   In order to manufacture such a three-dimensional semiconductor integrated circuit, it is necessary to form through silicon vias in each of a plurality of chips, and then stack the plurality of chips.

しかし、従来の方法では、この積み重ねに必要なステップ数が多く、製造コストの増大の原因の一つになっている。   However, in the conventional method, the number of steps required for this stacking is large, which is one of the causes of an increase in manufacturing cost.

また、積み重ねられた複数のチップは、それらの間に配置される電極(マイクロバンプ)により互いに固定される。そのため、その電極の横方向(積み重ね方向に垂直な方向。以下、同じ。)のサイズを大きくして、複数のチップの結合強度を高くする手法が採用される。これは、スルーシリコンビアの高密度化を阻害する要因となる。   The plurality of stacked chips are fixed to each other by electrodes (micro bumps) arranged between them. Therefore, a technique is adopted in which the size of the electrode in the lateral direction (direction perpendicular to the stacking direction; hereinafter the same) is increased to increase the bonding strength of the plurality of chips. This becomes a factor that hinders high density of through silicon vias.

さらに、電極のサイズを大きくせずに、複数の電極の間に接着剤を満たし、複数のチップの結合強度を補強することもできるが(例えば、特許文献1〜3を参照)、この場合、接着剤を流し込むときに電極が破壊され、製造歩留りが低下する新たな問題が発生する。   Furthermore, without increasing the size of the electrode, it is possible to fill the adhesive between the plurality of electrodes and reinforce the bonding strength of the plurality of chips (see, for example, Patent Documents 1 to 3). When the adhesive is poured, the electrode is destroyed, and a new problem occurs that the manufacturing yield is lowered.

特開2002−50736号公報JP 2002-50736 A 特開2001−177047号公報JP 2001-177047 A 特開2000−252411号公報JP 2000-252411 A

本発明は、スルーシリコンビアの高密度化、製造歩留りの向上及び製造コストの低減を同時に実現する三次元積層型半導体集積回路を提案する。   The present invention proposes a three-dimensional stacked semiconductor integrated circuit that simultaneously realizes a high density of through silicon vias, an improvement in manufacturing yield, and a reduction in manufacturing cost.

本発明の例に係る三次元積層型半導体集積回路は、同一方向を向いて互いに積み重ねられる第一及び第二チップと、前記第一チップを構成する第一半導体基板及び前記第二チップを構成する第二半導体基板を貫通し、かつ、前記第一チップ内に設けられる半導体素子に繋がる第一電極を貫通する第一ビアとを備え、前記第一及び第二チップは、面で結合する。   A three-dimensional stacked semiconductor integrated circuit according to an example of the present invention includes a first chip and a second chip stacked in the same direction, a first semiconductor substrate that forms the first chip, and a second chip. A first via penetrating a second semiconductor substrate and penetrating a first electrode connected to a semiconductor element provided in the first chip is provided, and the first and second chips are coupled by a surface.

本発明の例に係る三次元積層型半導体集積回路の製造方法は、第一半導体基板を有する第一半導体チップ及び第二半導体基板を有する第二チップを形成する工程と、前記第一半導体基板側と反対側の前記第一チップの面に保持具を結合する工程と、前記保持具に結合された前記第一チップの前記第一半導体基板を研磨する工程と、前記第一チップと同一方向を向く前記第二チップを前記第一半導体基板上に積み重ねて前記第一及び第二チップを結合する工程と、前記保持具に前記第一チップを介して結合された前記第二チップの前記第二半導体基板を研磨する工程と、前記保持具に結合された前記第一及び第二チップの前記第一及び第二半導体基板を貫通し、かつ、前記第一チップ内の第一電極を貫通する第一ビアを形成する工程とを備える。   A method of manufacturing a three-dimensional stacked semiconductor integrated circuit according to an example of the present invention includes a step of forming a first semiconductor chip having a first semiconductor substrate and a second chip having a second semiconductor substrate, and the first semiconductor substrate side Bonding the holder to the surface of the first chip opposite to the first chip, polishing the first semiconductor substrate of the first chip bonded to the holder, and the same direction as the first chip Stacking the second chip facing on the first semiconductor substrate to couple the first and second chips, and the second chip coupled to the holder via the first chip. Polishing the semiconductor substrate; and passing through the first and second semiconductor substrates of the first and second chips coupled to the holder and passing through the first electrode in the first chip. Forming a via

本発明によれば、三次元積層型半導体集積回路のスルーシリコンビアの高密度化、製造歩留りの向上及び製造コストの低減を同時に実現できる。   According to the present invention, it is possible to simultaneously increase the density of through silicon vias in a three-dimensional stacked semiconductor integrated circuit, improve the manufacturing yield, and reduce the manufacturing cost.

本発明の基本構成を示す図である。It is a figure which shows the basic composition of this invention. 第一変形例を示す図である。It is a figure which shows a 1st modification. 第二変形例を示す図である。It is a figure which shows a 2nd modification. 電極の形状を示す図である。It is a figure which shows the shape of an electrode. 電極の形状を示す図である。It is a figure which shows the shape of an electrode. 本発明の製造方法の全工程を示す図である。It is a figure which shows all the processes of the manufacturing method of this invention. 比較例としての製造方法を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing method as a comparative example. 本発明の製造方法の一工程を示す図である。It is a figure which shows 1 process of the manufacturing method of this invention. 本発明の製造方法の一工程を示す図である。It is a figure which shows 1 process of the manufacturing method of this invention. 本発明の製造方法の一工程を示す図である。It is a figure which shows 1 process of the manufacturing method of this invention. 本発明の製造方法の一工程を示す図である。It is a figure which shows 1 process of the manufacturing method of this invention. 本発明の製造方法の一工程を示す図である。It is a figure which shows 1 process of the manufacturing method of this invention. 本発明の製造方法の一工程を示す図である。It is a figure which shows 1 process of the manufacturing method of this invention. 本発明の製造方法の一工程を示す図である。It is a figure which shows 1 process of the manufacturing method of this invention. 比較例としての製造方法の一工程を示す図である。It is a figure which shows 1 process of the manufacturing method as a comparative example. 比較例としての製造方法の一工程を示す図である。It is a figure which shows 1 process of the manufacturing method as a comparative example. 比較例としての製造方法の一工程を示す図である。It is a figure which shows 1 process of the manufacturing method as a comparative example. 比較例としての製造方法の一工程を示す図である。It is a figure which shows 1 process of the manufacturing method as a comparative example. 比較例としての製造方法の一工程を示す図である。It is a figure which shows 1 process of the manufacturing method as a comparative example. 比較例としての製造方法の一工程を示す図である。It is a figure which shows 1 process of the manufacturing method as a comparative example. 比較例としての製造方法の一工程を示す図である。It is a figure which shows 1 process of the manufacturing method as a comparative example. 本発明の製造方法の変形例の一工程を示す図である。It is a figure which shows 1 process of the modification of the manufacturing method of this invention. 本発明の製造方法の変形例の一工程を示す図である。It is a figure which shows 1 process of the modification of the manufacturing method of this invention. 本発明の製造方法の変形例の一工程を示す図である。It is a figure which shows 1 process of the modification of the manufacturing method of this invention. 本発明の製造方法の変形例の一工程を示す図である。It is a figure which shows 1 process of the modification of the manufacturing method of this invention. 本発明の製造方法の変形例の一工程を示す図である。It is a figure which shows 1 process of the modification of the manufacturing method of this invention. 本発明の製造方法の変形例の一工程を示す図である。It is a figure which shows 1 process of the modification of the manufacturing method of this invention. 本発明の製造方法の変形例の一工程を示す図である。It is a figure which shows 1 process of the modification of the manufacturing method of this invention. 本発明の製造方法の変形例の一工程を示す図である。It is a figure which shows 1 process of the modification of the manufacturing method of this invention. 適用例を示す図である。It is a figure which shows the example of application. 適用例を示す図である。It is a figure which shows the example of application.

以下、図面を参照しながら、本発明の例を実施するための最良の形態について詳細に説明する。   The best mode for carrying out an example of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

1. 基本構成
本発明の例では、スルーシリコンビアの高密度化、製造歩留りの向上及び製造コストの低減を同時に実現するため、三次元積層型半導体集積回路について以下の基本構成を採用する。
1. Basic configuration
In the example of the present invention, the following basic configuration is adopted for a three-dimensional stacked semiconductor integrated circuit in order to simultaneously realize a high density of through silicon vias, an improvement in manufacturing yield, and a reduction in manufacturing cost.

図1は、三次元積層型半導体集積回路の基本構成を示している。   FIG. 1 shows a basic configuration of a three-dimensional stacked semiconductor integrated circuit.

保持具11は、パッケージの一部を構成する。保持具11は、三次元積層型半導体集積回路の製造時に複数のチップC1,C2,C3,C4を固定するために使用されるものであり、これをそのままパッケージの一部として使用する。   The holder 11 constitutes a part of the package. The holder 11 is used to fix a plurality of chips C1, C2, C3, and C4 when manufacturing a three-dimensional stacked semiconductor integrated circuit, and this is used as a part of the package as it is.

保持具11には、第一面から第二面まで延びるビア15が形成され、保持具11の第二面には、ビア15を介して複数のチップC1,C2,C3,C4内の素子(トランジスタ、抵抗、容量など)Eに接続される外部電極(例えば、バンプ)16が配置される。   A via 15 extending from the first surface to the second surface is formed in the holder 11, and elements (a plurality of chips C 1, C 2, C 3, C 4) are formed on the second surface of the holder 11 via the via 15. External electrodes (for example, bumps) 16 connected to E (transistor, resistor, capacitor, etc.) E are arranged.

保持具11上には、複数のチップC1,C2,C3,C4が同一方向を向いて互いに積み重ねられている。本例では、複数のチップC1,C2,C3,C4は、四つであるが、これに限られず、二つ以上であればよい。   On the holder 11, a plurality of chips C1, C2, C3, and C4 are stacked on each other in the same direction. In this example, the number of chips C1, C2, C3, and C4 is four. However, the number is not limited to this, and two or more chips may be used.

複数のチップC1,C2,C3,C4上には、パッケージの一部を構成するキャップ層12が配置される。   On the plurality of chips C1, C2, C3, C4, a cap layer 12 constituting a part of the package is disposed.

複数のチップC1,C2,C3,C4は、それぞれ、半導体基板21と、半導体基板21上に形成される複数の素子Eと、同一チップ内の複数の素子Eの間を繋ぐ多層配線層22と、多層配線層22を覆う絶縁層23と、絶縁層23内に配置される第一電極14とを有する。   Each of the plurality of chips C1, C2, C3, and C4 includes a semiconductor substrate 21, a plurality of elements E formed on the semiconductor substrate 21, and a multilayer wiring layer 22 that connects between the plurality of elements E in the same chip. The insulating layer 23 covering the multilayer wiring layer 22 and the first electrode 14 disposed in the insulating layer 23 are included.

ここで、多層配線層22は、複数の導電層と複数の層間絶縁層とから構成される。絶縁層23は、層間絶縁層を意味する。即ち、第一電極14は、絶縁層23の外部に形成される電極(例えば、マイクロバンプ)とは異なる。   Here, the multilayer wiring layer 22 includes a plurality of conductive layers and a plurality of interlayer insulating layers. The insulating layer 23 means an interlayer insulating layer. That is, the first electrode 14 is different from an electrode (for example, a micro bump) formed outside the insulating layer 23.

半導体基板21側と反対側の複数のチップC1,C2,C3,C4の面、即ち、絶縁層23の面は、平坦である。第一電極14は、絶縁層23内に埋もれていてもよいし、その表面のみが絶縁層23から露出していてもよい。   The surfaces of the plurality of chips C1, C2, C3, and C4 opposite to the semiconductor substrate 21 side, that is, the surface of the insulating layer 23 are flat. The first electrode 14 may be buried in the insulating layer 23, or only the surface thereof may be exposed from the insulating layer 23.

チップC1は、第一半導体基板21側と反対側の面が保持具11の第一面に結合される。この結合は、例えば、BCB (bis-benzocyclobutene)などの接着剤を用いて行うか、チップC1の最上面に絶縁層(例えば、酸化シリコン)を設け、二つのチップC1,C2を、絶縁層を介して熱圧着することにより行う。いずれの場合においても、チップC1,C2の結合は、面同士の結合であり、かつ、保持具11とチップC1との間に電極(例えば、マイクロバンプ)が存在しない。   The surface of the chip C <b> 1 opposite to the first semiconductor substrate 21 side is coupled to the first surface of the holder 11. This bonding is performed using, for example, an adhesive such as BCB (bis-benzocyclobutene), or an insulating layer (for example, silicon oxide) is provided on the uppermost surface of the chip C1, and the two chips C1 and C2 are connected to the insulating layer. Through thermocompression bonding. In either case, the chips C1 and C2 are bonded to each other, and no electrode (for example, a micro bump) exists between the holder 11 and the chip C1.

また、チップC2は、第一半導体基板21側と反対側の面がチップC1に結合される。この結合は、例えば、接着剤を用いて行うが、面同士の結合であり、かつ、チップC1とチップC2との間に電極(例えば、マイクロバンプ)が存在しない。   Further, the surface of the chip C2 opposite to the first semiconductor substrate 21 side is coupled to the chip C1. This bonding is performed using, for example, an adhesive, but is a surface-to-surface bonding, and there is no electrode (for example, a micro bump) between the chip C1 and the chip C2.

同様に、チップC3は、チップC2に結合され、チップC4は、チップC3に結合される。   Similarly, chip C3 is coupled to chip C2, and chip C4 is coupled to chip C3.

そして、スルーシリコンビア13は、複数のチップC1,C2,C3,C4を構成する半導体基板21を貫通し、かつ、複数のチップC1,C2,C3,C4内の第一電極14を貫通する。   The through silicon via 13 penetrates through the semiconductor substrate 21 constituting the plurality of chips C1, C2, C3, C4, and penetrates through the first electrode 14 in the plurality of chips C1, C2, C3, C4.

本例では、スルーシリコンビア13は、保持具11に複数のチップC1,C2,C3,C4が結合された状態でエッチングにより一気に形成するため、スルーシリコンビア13は、保持具11まで延びている。   In this example, the through silicon via 13 is formed by etching in a state where a plurality of chips C 1, C 2, C 3, and C 4 are coupled to the holder 11, so that the through silicon via 13 extends to the holder 11. .

このような積み重ね構造により、スルーシリコンビア13の高密度化、製造歩留りの向上及び製造コストの低減を同時に実現できる。   With such a stacked structure, the through silicon vias 13 can be densified, the manufacturing yield can be improved, and the manufacturing cost can be reduced at the same time.

図2は、図1の基本構成の第一変形例を示している。   FIG. 2 shows a first modification of the basic configuration of FIG.

この変形例は、スルーシリコンビア13の深さ(長さ)が異なる点に特徴を有する。   This modification is characterized in that the depth (length) of the through silicon via 13 is different.

複数のチップC1,C2,C3,C4は、第一電極14とは異なる第二電極17を有する。第二電極17は、スルーシリコンビア13を形成するときに、エッチングストッパとして機能する材料から構成する。   The plurality of chips C 1, C 2, C 3 and C 4 have a second electrode 17 different from the first electrode 14. The second electrode 17 is made of a material that functions as an etching stopper when the through silicon via 13 is formed.

例えば、第一電極14は、アルミニウム、銅などから構成され、第二電極17は、タングステン、チタンカーバイト、タングステンカーバイトなどから構成される。   For example, the first electrode 14 is made of aluminum, copper, or the like, and the second electrode 17 is made of tungsten, titanium carbide, tungsten carbide, or the like.

スルーシリコンビア13は、複数のチップC1,C2,C3,C4を構成する半導体基板21を貫通し、かつ、複数のチップC1,C2,C3,C4内の第二電極17でストップする。   The through silicon via 13 penetrates the semiconductor substrate 21 constituting the plurality of chips C1, C2, C3, C4 and stops at the second electrode 17 in the plurality of chips C1, C2, C3, C4.

このような積み重ね構造においても、スルーシリコンビア13の高密度化、製造歩留りの向上及び製造コストの低減を同時に実現できる。   Even in such a stacked structure, it is possible to simultaneously realize a high density of the through silicon vias 13, an improvement in manufacturing yield, and a reduction in manufacturing cost.

尚、図1の構造と図2の構造とを組み合わせることも当然に可能である。   Of course, the structure of FIG. 1 and the structure of FIG. 2 can be combined.

図3は、図1の基本構成の第二変形例を示している。   FIG. 3 shows a second modification of the basic configuration of FIG.

この変形例は、保持具11の構造に特徴を有する。   This modification is characterized by the structure of the holder 11.

図1及び図2の構造では、保持具11にビア15及び電極16が形成されるが、図3の構造では、保持具11にそれらが形成されない。   In the structure of FIGS. 1 and 2, the via 15 and the electrode 16 are formed in the holder 11, but in the structure of FIG. 3, they are not formed in the holder 11.

本例では、製造時に使用した保持具11をそのまま残して三次元積層型半導体集積回路を構成する。保持具11は、不必要ならば、取り除いても構わない。   In this example, the three-dimensional stacked semiconductor integrated circuit is configured by leaving the holder 11 used at the time of manufacture. The holder 11 may be removed if unnecessary.

このような積み重ね構造においても、スルーシリコンビア13の高密度化、製造歩留りの向上及び製造コストの低減を同時に実現できる。   Even in such a stacked structure, it is possible to simultaneously realize a high density of the through silicon vias 13, an improvement in manufacturing yield, and a reduction in manufacturing cost.

2. 電極形状
図1乃至図3の三次元積層型半導体集積回路を構成するチップC1,C2,C3,C4内の電極14,17の形状について説明する。
2. Electrode shape
The shapes of the electrodes 14 and 17 in the chips C1, C2, C3, and C4 constituting the three-dimensional stacked semiconductor integrated circuit of FIGS. 1 to 3 will be described.

本発明の例に係わる三次元積層型半導体集積回路では、スルーシリコンビア13は、電極14を貫通する。   In the three-dimensional stacked semiconductor integrated circuit according to the example of the present invention, the through silicon via 13 penetrates the electrode 14.

この場合、スルーシリコンビア13は、電極14の横方向の側面のみと接触する。また、このときの接触面積は、スルーシリコンビア13の底面で電極14との接触をとるときの接触面積よりも実質的に小さくなる。なぜなら、スルーシリコンビア13の側面は、凹凸を有するため、スルーシリコンビア13と電極14との間にボイドが形成され易いからである。これらの原因により、接触抵抗が増加する。   In this case, the through silicon via 13 contacts only the lateral side surface of the electrode 14. Further, the contact area at this time is substantially smaller than the contact area when the bottom surface of the through silicon via 13 is brought into contact with the electrode 14. This is because the side surface of the through silicon via 13 has irregularities, so that a void is easily formed between the through silicon via 13 and the electrode 14. Due to these causes, the contact resistance increases.

そこで、ここでは、電極14の形状を工夫し、スルーシリコンビア13と電極14との接触抵抗を下げる技術について説明する。   Therefore, here, a technique for reducing the contact resistance between the through silicon via 13 and the electrode 14 by devising the shape of the electrode 14 will be described.

図4は、図1乃至図3の電極14の構造例を示している。   FIG. 4 shows an example of the structure of the electrode 14 shown in FIGS.

電極14は、横方向の幅がW1×W2、高さがH1の平坦部と、スルーシリコンビア13が延びる方向に突出する突出部とから構成される。   The electrode 14 includes a flat portion having a lateral width of W1 × W2 and a height of H1, and a protruding portion protruding in a direction in which the through silicon via 13 extends.

突出部は、横方向の幅がW3×W4、高さがH2である。   The protrusion has a width in the horizontal direction of W3 × W4 and a height of H2.

そして、スルーシリコンビア13は、突出部を貫通する。   The through silicon via 13 penetrates the protruding portion.

この場合、スルーシリコンビア13の直径をφとすると、スルーシリコンビア13と電極14との接触面積は、(H1+H2)×φπとなる。また、突出部が存在しない場合の接触面積は、H1×φπとなり、スルーシリコンビア13の底面で電極14との接触をとるときの接触面積は、(φ/2)×πとなる。 In this case, when the diameter of the through silicon via 13 is φ, the contact area between the through silicon via 13 and the electrode 14 is (H1 + H2) × φπ. In addition, the contact area when there is no protrusion is H1 × φπ, and the contact area when the bottom surface of the through silicon via 13 is in contact with the electrode 14 is (φ / 2) 2 × π.

ここで、一例として、W1=W2=2.5μm、W3=W4=1.5μm、H1=0.3μm、H2=0.7μm、φ=1μmである場合を考える。但し、スルーシリコンビアの側面の凹凸は考慮しないものとする。   Here, as an example, consider a case where W1 = W2 = 2.5 μm, W3 = W4 = 1.5 μm, H1 = 0.3 μm, H2 = 0.7 μm, and φ = 1 μm. However, unevenness on the side surface of the through silicon via is not considered.

この場合、図4の構造では、スルーシリコンビア13と電極14との接触面積は、約3μmとなる。これに対し、突出部が存在しない場合の接触面積は、0.9μmとなり、スルーシリコンビア13の底面で電極14との接触をとるときの接触面積は、約0.75μmとなる。 In this case, in the structure of FIG. 4, the contact area between the through silicon via 13 and the electrode 14 is about 3 μm 2 . In contrast, the contact area in the case where the projecting portion does not exist, the contact area when taking 0.9 .mu.m 2, and the contact between the electrode 14 on the bottom surface of the through silicon via 13 is about 0.75 .mu.m 2.

突出部が存在しない場合の接触面積は、スルーシリコンビア13の底面で電極14との接触をとるときの接触面積とほぼ同じである。しかし、スルーシリコンビア13の側面の凹凸を考慮すると、突出部が存在しない場合の接触面積は、スルーシリコンビア13の底面で電極14との接触をとるときの接触面積よりも実質的に小さくなる。   The contact area when there is no protrusion is almost the same as the contact area when the bottom surface of the through silicon via 13 is in contact with the electrode 14. However, in consideration of the unevenness of the side surface of the through silicon via 13, the contact area when no protrusion is present is substantially smaller than the contact area when the bottom surface of the through silicon via 13 is in contact with the electrode 14. .

これに対し、図4の構造での接触面積は、スルーシリコンビア13の底面で電極14との接触をとるときの接触面積の3倍以上となるため、仮に、スルーシリコンビア13の側面の凹凸を考慮したとしても、十分に低い接触抵抗を確保することができる。   On the other hand, the contact area in the structure of FIG. 4 is more than three times the contact area when the bottom surface of the through silicon via 13 is in contact with the electrode 14. Even if it considers, sufficiently low contact resistance is securable.

図5は、図1乃至図3の電極17の構造例を示している。   FIG. 5 shows an example of the structure of the electrode 17 shown in FIGS.

電極17は、既に述べたように、スルーシリコンビア13の形成時においてエッチングストッパとしての機能を有する。   As already described, the electrode 17 has a function as an etching stopper when the through silicon via 13 is formed.

従って、電極17は、平坦部のみから構成し、突出部を有していなくてもよい。   Therefore, the electrode 17 is composed of only a flat portion and may not have a protruding portion.

しかし、同図に示すように、電極17の形状は、平坦部と突出部とを有する形状であってもよいし、電極14の形状と同じであってもよい。   However, as shown in the figure, the shape of the electrode 17 may be a shape having a flat portion and a protruding portion, or may be the same as the shape of the electrode 14.

3. 製造方法
本発明の例に係わる三次元積層型半導体集積回路の製造方法について説明する。
3. Production method
A method for manufacturing a three-dimensional stacked semiconductor integrated circuit according to an example of the present invention will be described.

図6は、本発明の製造方法の全工程を示している。また、図7は、比較例としての製造方法の全工程を示している。   FIG. 6 shows all the steps of the production method of the present invention. FIG. 7 shows all the steps of the manufacturing method as a comparative example.

ここで、以下に説明する製造方法において、チップとは、単独のチップの他、ウェハ内又は半導体基板内に形成される複数のチップエリアのうちの一つを意味するものとする。また、チップエリアとは、ダイシングにより単独のチップに分離される前の状態のチップをいうものとする。   Here, in the manufacturing method described below, a chip means one of a plurality of chip areas formed in a wafer or a semiconductor substrate in addition to a single chip. The chip area means a chip in a state before being separated into individual chips by dicing.

(1) 本発明の製造方法
最初に、図6のフローチャート及び図8乃至図14を参照しながら、本発明の製造方法を説明する。
(1) Production method of the present invention
Initially, the manufacturing method of this invention is demonstrated, referring the flowchart of FIG. 6, and FIG. 8 thru | or FIG.

まず、通常のフロントエンドプロセス及びバックエンドプロセスを終了した複数のウェハを形成する(ステップST1)。   First, a plurality of wafers that have finished the normal front-end process and back-end process are formed (step ST1).

即ち、図8に示すように、チップC1,C2,C3,C4は、それぞれ、半導体基板21と、半導体基板21上に形成される複数の素子Eと、複数の素子Eの間を繋ぐ多層配線層22と、多層配線層22を覆う絶縁層23と、絶縁層23内に形成される電極14とを有する。   That is, as shown in FIG. 8, each of the chips C1, C2, C3, and C4 includes a semiconductor substrate 21, a plurality of elements E formed on the semiconductor substrate 21, and a multilayer wiring that connects the plurality of elements E. It has a layer 22, an insulating layer 23 covering the multilayer wiring layer 22, and an electrode 14 formed in the insulating layer 23.

次に、最初のウェハを保持具に結合する(ステップST2)。   Next, the first wafer is bonded to the holder (step ST2).

即ち、図9に示すように、保持具11の第一面と、半導体基板21側と反対側のチップC1の面とを、例えば、BCB接着剤を用いて結合する。ここで、保持具11とチップC1とは、面で結合されるため、その結合強度は、高くなる。   That is, as shown in FIG. 9, the first surface of the holder 11 and the surface of the chip C1 opposite to the semiconductor substrate 21 are bonded using, for example, a BCB adhesive. Here, since the holder 11 and the chip C1 are bonded to each other on the surface, the bonding strength is increased.

次に、保持具に結合された最初のウェハを、保持具に接着された面と反対側の面から研磨する(ステップST3)。   Next, the first wafer bonded to the holder is polished from the surface opposite to the surface bonded to the holder (step ST3).

即ち、図10に示すように、CMPなどの方法により、チップC1を構成する半導体基板21を研磨し、その厚さを薄くする。この時、保持具11は、薄くなったチップC1の強度を補強する役割を果たす。   That is, as shown in FIG. 10, the semiconductor substrate 21 constituting the chip C1 is polished and thinned by a method such as CMP. At this time, the holder 11 serves to reinforce the strength of the thinned chip C1.

この後、次のウェハを最初のウェハに結合する(ステップST4)。   Thereafter, the next wafer is bonded to the first wafer (step ST4).

即ち、図11に示すように、二つのチップC1,C2が同一方向を向いた状態で両チップC1,C2を結合する。具体的には、チップC1の裏面(半導体基板21側の面)と、半導体基板21側と反対側のチップC2の面とを、例えば、BCB接着剤を用いて結合する。   That is, as shown in FIG. 11, the two chips C1 and C2 are coupled with the two chips C1 and C2 facing in the same direction. Specifically, the back surface (the surface on the semiconductor substrate 21 side) of the chip C1 and the surface of the chip C2 opposite to the semiconductor substrate 21 side are bonded using, for example, a BCB adhesive.

ここで、二つのチップC1,C2は、面で結合されるため、その結合強度は、高くなる。また、二つのチップC1,C2の間に電極(例えば、マイクロバンプ)が存在しないため、スルーシリコンビアの密度を高くすることができると共に、製造歩留りを向上させることができる。   Here, since the two chips C1 and C2 are coupled with each other, the coupling strength is increased. In addition, since there is no electrode (for example, microbump) between the two chips C1 and C2, the density of the through silicon via can be increased and the manufacturing yield can be improved.

次に、保持具に結合された次のウェハを研磨する(ステップST5)。   Next, the next wafer bonded to the holder is polished (step ST5).

即ち、図12に示すように、CMPなどの方法により、チップC2を構成する半導体基板21を研磨し、その厚さを薄くする。   That is, as shown in FIG. 12, the semiconductor substrate 21 constituting the chip C2 is polished and thinned by a method such as CMP.

この後、保持具上に全てのウェハを積み重ねるまで、ステップST4及びステップST5を繰り返す(ステップST6)。   Thereafter, steps ST4 and ST5 are repeated until all the wafers are stacked on the holder (step ST6).

本例では、図13に示すように、保持具11上に四つのチップC1,C2,C3,C4を積み重ねる。ここで、これら全てのチップを積み重ねるに当って、保持具11の取り外しを行うことがない。このため、積み重ねに必要なステップ数が減り、製造コストの低減に貢献することができる。   In this example, as shown in FIG. 13, four chips C1, C2, C3, and C4 are stacked on the holder 11. Here, in stacking all these chips, the holder 11 is not removed. For this reason, the number of steps required for stacking is reduced, which can contribute to a reduction in manufacturing cost.

最後に、スルーシリコンビアを形成する(ステップST7)。   Finally, a through silicon via is formed (step ST7).

即ち、図14に示すように、ICP(Inductive Coupled Plasma)−RIE(Reactive Ion Etching)などのエッチング方法を用いて、スルーホールを形成する。   That is, as shown in FIG. 14, through-holes are formed using an etching method such as ICP (Inductive Coupled Plasma) -RIE (Reactive Ion Etching).

また、このスルーホールの内面を酸化する。ここでは、半導体基板(例えば、シリコン基板)を酸化する。チップC1,C2,C3,C4内の電極14は、酸化され難い材料から構成するか、又は、酸化され難い材料で覆っておくのが好ましい。   Further, the inner surface of the through hole is oxidized. Here, a semiconductor substrate (for example, a silicon substrate) is oxidized. The electrodes 14 in the chips C1, C2, C3, and C4 are preferably made of a material that is not easily oxidized or covered with a material that is not easily oxidized.

そして、このスルーホール内に導電材料を満たして、スルーシリコンビア13を形成する。スルーシリコンビア13は、四つのチップC1,C2,C3,C4を積み重ねた後に一度に形成するため、製造工程が簡略化される。   Then, the through silicon via 13 is formed by filling the through hole with a conductive material. Since the through silicon via 13 is formed at a time after the four chips C1, C2, C3, and C4 are stacked, the manufacturing process is simplified.

導電材料は、それをスルーホール内に満たすのに適した方法により形成する。例えば、導電材料は、触媒金属を元に成長させることが可能なカーボンナノチューブから構成することができる。   The conductive material is formed by a method suitable for filling the through hole. For example, the conductive material can be composed of carbon nanotubes that can be grown based on a catalytic metal.

その結果、スルーシリコンビア13は、保持具11に結合された四つのチップC1,C2,C3,C4の半導体基板21を貫通し、かつ、四つのチップC1,C2,C3,C4内の第一電極14を貫通する。   As a result, the through silicon via 13 penetrates the semiconductor substrate 21 of the four chips C1, C2, C3, and C4 coupled to the holder 11 and is the first in the four chips C1, C2, C3, and C4. It penetrates the electrode 14.

本例では、四つのチップC1,C2,C3,C4間に電極(例えば、マイクロバンプ)が存在しないため、スルーシリコンビア13の密度がその電極のサイズに影響されるということがない。このため、スルーシリコンビア13の高密度化を実現できる。   In this example, since there is no electrode (for example, micro bump) between the four chips C1, C2, C3, and C4, the density of the through silicon via 13 is not affected by the size of the electrode. For this reason, high density of the through silicon via 13 can be realized.

また、保持具11は、そのままパッケージとして使用することも可能である。   Moreover, the holder 11 can be used as a package as it is.

尚、本発明の製造方法において、積み重ねられる四つのチップC1,C2,C3,C4のアライメント精度を高めるために、例えば、赤外線アライナーを用いたアライメントや、インダクティブカップリングアライメントセンサーによるアライメントなどを併用してもよい。   In the manufacturing method of the present invention, in order to increase the alignment accuracy of the four chips C1, C2, C3, and C4 to be stacked, for example, alignment using an infrared aligner or alignment using an inductive coupling alignment sensor is used in combination. May be.

ここで、インダクティブカップリングとは、インダクタにより発生する磁場による磁力を利用したアライメント技術のことである。   Here, the inductive coupling is an alignment technique using a magnetic force generated by a magnetic field generated by an inductor.

(2) 比較例としての製造方法
次に、図7のフローチャート及び図15乃至図20を参照しながら、比較例としての製造方法を説明する。
(2) Manufacturing method as a comparative example
Next, a manufacturing method as a comparative example will be described with reference to the flowchart of FIG. 7 and FIGS. 15 to 20.

まず、通常のフロントエンドプロセス及びバックエンドプロセスを終了した複数のウェハを形成する(ステップST1)。   First, a plurality of wafers that have finished the normal front-end process and back-end process are formed (step ST1).

ここで、スルーシリコンビア13は、バックエンドプロセスにおいてウェハごとに形成する。   Here, the through silicon via 13 is formed for each wafer in the back-end process.

即ち、図15に示すように、チップC1,C2,C3,C4は、それぞれ、半導体基板21と、半導体基板21上に形成される素子Eと、素子Eを覆う絶縁層22,23と、絶縁層23内に形成される電極14と、電極14に接続されるスルーシリコンビア13とから構成される。   That is, as shown in FIG. 15, each of the chips C1, C2, C3, and C4 includes a semiconductor substrate 21, an element E formed on the semiconductor substrate 21, insulating layers 22 and 23 covering the element E, and an insulating material. The electrode 14 is formed in the layer 23 and the through silicon via 13 connected to the electrode 14.

次に、最初のウェハを保持具に取り付ける(ステップST2)。   Next, the first wafer is attached to the holder (step ST2).

即ち、図16に示すように、保持具31の第一面と、半導体基板21側と反対側のチップC2の面とを、例えば、接着剤を用いて結合する。   That is, as shown in FIG. 16, the first surface of the holder 31 and the surface of the chip C2 opposite to the semiconductor substrate 21 side are bonded using, for example, an adhesive.

次に、保持具に結合された最初のウェハを研磨する(ステップST3)。   Next, the first wafer bonded to the holder is polished (step ST3).

即ち、図17に示すように、CMPなどの方法により、チップC2を構成する半導体基板21を研磨し、その厚さを薄くする。半導体基板21を研磨することにより、スルーシリコンビア13の一端が半導体基板21から露出する。また、この時、保持具31は、薄くなったチップC2の強度を補強する役割を果たす。   That is, as shown in FIG. 17, the semiconductor substrate 21 constituting the chip C2 is polished by a method such as CMP to reduce its thickness. By polishing the semiconductor substrate 21, one end of the through silicon via 13 is exposed from the semiconductor substrate 21. At this time, the holder 31 serves to reinforce the strength of the thinned chip C2.

この後、最初のウェハを別のウェハに結合する(ステップST4)。   Thereafter, the first wafer is bonded to another wafer (step ST4).

即ち、図18に示すように、まず、チップC1を用意する。そして、二つのチップC1,C2が同一方向を向いた状態で両チップC1,C2を結合する。具体的には、チップC2の裏面(半導体基板21側の面)と、半導体基板21側と反対側のチップC1の面とを、例えば、マイクロバンプ24を介して互いに結合する。   That is, as shown in FIG. 18, first, the chip C1 is prepared. Then, the two chips C1 and C2 are coupled with the two chips C1 and C2 facing in the same direction. Specifically, the back surface (the surface on the semiconductor substrate 21 side) of the chip C2 and the surface of the chip C1 opposite to the semiconductor substrate 21 side are coupled to each other through, for example, micro bumps 24.

ここで、二つのチップC1,C2は、マイクロバンプ24を介して結合されるため、その結合強度は、一般的には弱くなる。   Here, since the two chips C1 and C2 are coupled via the micro bumps 24, the coupling strength is generally weak.

そこで、図19に示すように、二つのチップC1,C2の間に、例えば、接着剤25を介在させてもよい。しかし、この場合、接着剤25の応力により、マイクロバンプ24が破壊される危険性がある。   Therefore, as shown in FIG. 19, for example, an adhesive 25 may be interposed between the two chips C1 and C2. However, in this case, there is a risk that the microbumps 24 are destroyed by the stress of the adhesive 25.

次に、保持具の取り外しを行う(ステップST5)。   Next, the holder is removed (step ST5).

即ち、図20に示すように、保持具31を、積み重ねられた二つのチップC1,C2から分離する。   That is, as shown in FIG. 20, the holder 31 is separated from the two stacked chips C1 and C2.

この後、保持具上に全てのウェハを積み重ねるまで、ステップST3及びステップST4を繰り返す(ステップST6)。   Thereafter, step ST3 and step ST4 are repeated until all the wafers are stacked on the holder (step ST6).

即ち、次のウェハを保持具に取り付け(ステップST7)、これを研磨した後(ステップST3)、最初のウェハ上に次のウェハを結合する(ステップST4)。   That is, the next wafer is attached to the holder (step ST7), polished (step ST3), and then the next wafer is bonded onto the first wafer (step ST4).

本例では、図21に示すように、四つのチップC1,C2,C3,C4を積み重ねる。ここで、これら全てのチップを積み重ねるに当って、比較例では、保持具11の取り付け及び取り外しを繰り返し行う。   In this example, as shown in FIG. 21, four chips C1, C2, C3, and C4 are stacked. Here, in stacking all these chips, in the comparative example, the attachment and detachment of the holder 11 are repeated.

この保持具11の取り付け及び取り外しの繰り返しにより、マイクロバンプとスルーシリコンビアとの接合が外れてしまう可能性がある。この接合が一部でも外れると、集積回路全体が不良となる。   There is a possibility that the bonding between the micro-bump and the through-silicon via may be disconnected due to repeated mounting and removal of the holder 11. If even this part of the joint is removed, the entire integrated circuit becomes defective.

また、保持具31をそのままパッケージとして使用することもできない。   Further, the holder 31 cannot be used as a package as it is.

(3) 本発明の製造方法のアドバンテージ
以上、本発明の製造方法を比較例と共に説明したが、本発明の製造方法は、比較例に対して以下のアドバンテージを有する。
(3) Advantage of the manufacturing method of the present invention
As mentioned above, although the manufacturing method of this invention was demonstrated with the comparative example, the manufacturing method of this invention has the following advantages with respect to a comparative example.

第一に、保持具の取り付け及び取り外しを繰り返す必要がない。
第二に、薄膜化されたウェハを個別にハンドリングする必要がない。
第三に、スルーシリコンビアをチップごとに形成する必要がない。
第四に、チップ間にマイクロバンプが不要である。
First, there is no need to repeat the attachment and removal of the retainer.
Secondly, there is no need to handle thinned wafers individually.
Third, it is not necessary to form through silicon vias for each chip.
Fourth, there is no need for micro bumps between chips.

第五に、保持具をパッケージとして使用することができる。   Fifth, the holder can be used as a package.

このようなアドバンテージから、三次元積層型半導体集積回路のスルーシリコンビアの高密度化、製造歩留りの向上及び製造コストの低減を同時に実現できる。   From such advantages, it is possible to simultaneously increase the density of through silicon vias in a three-dimensional stacked semiconductor integrated circuit, improve the manufacturing yield, and reduce the manufacturing cost.

(4) 本発明の製造方法の変形例
スルーシリコンビアを有する三次元積層型半導体集積回路では、複数のチップを積み重ねるときのアライメントが重要になる。
(4) Modification of the production method of the present invention
In a three-dimensional stacked semiconductor integrated circuit having through silicon vias, alignment when stacking a plurality of chips is important.

ここで、本発明の製造方法では、保持具の取り付け及び取り外しを繰り返し行わない、という特徴から、複数のチップを積み重ねるときのアライメントが難しくなる。   Here, in the manufacturing method of the present invention, the alignment when stacking a plurality of chips becomes difficult due to the feature that the attachment and removal of the holder are not repeated.

即ち、比較例としての製造方法では、例えば、図18に示すように、チップC2は、半導体基板21側と反対側のチップC1の表面上(絶縁層23上)に積み重ねられるため、チップC1の表面上(絶縁層23上)に形成されたアライメントマークを認識し易い。これは、さらにチップC2上にチップC3を積み重ねる場合も同様である。   That is, in the manufacturing method as a comparative example, for example, as shown in FIG. 18, the chip C2 is stacked on the surface of the chip C1 opposite to the semiconductor substrate 21 (on the insulating layer 23). It is easy to recognize alignment marks formed on the surface (on the insulating layer 23). The same applies to the case where the chip C3 is further stacked on the chip C2.

これに対し、本発明の製造方法では、例えば、図11に示すように、チップC2は、半導体基板21側のチップC1の裏面上に積み重ねられるため、チップC1の表面上(絶縁層23上)に形成されたアライメントマークを認識し難い。これは、さらにチップC2上にチップC3を積み重ねる場合も同様である。   On the other hand, in the manufacturing method of the present invention, for example, as shown in FIG. 11, since the chip C2 is stacked on the back surface of the chip C1 on the semiconductor substrate 21 side, on the surface of the chip C1 (on the insulating layer 23). It is difficult to recognize the alignment mark formed on the surface. The same applies to the case where the chip C3 is further stacked on the chip C2.

そこで、本発明の製造方法を実効あらしめるには、複数のチップを積み重ねるときのアライメント技術について検討する必要がある。   Therefore, in order to make the manufacturing method of the present invention effective, it is necessary to study an alignment technique for stacking a plurality of chips.

この課題に対しては、既に、本発明の製造方法で説明したように、例えば、赤外線アライナーを用いたアライメントとインダクティブカップリングアライメントセンサーによるアライメントとを組み合わせることにより対応可能である。   This problem can be dealt with by combining, for example, alignment using an infrared aligner and alignment using an inductive coupling alignment sensor, as already described in the manufacturing method of the present invention.

これ以外にも、以下の製造方法によりアライメントに関する課題を解決できる。図6のフローチャート及び図22乃至図29を参照しながら、その製造方法を説明する。   In addition to this, the following problems can be solved by the following manufacturing method. The manufacturing method will be described with reference to the flowchart of FIG. 6 and FIGS. 22 to 29.

まず、通常のフロントエンドプロセス及びバックエンドプロセスを終了した複数のウェハを形成する(ステップST1)。   First, a plurality of wafers that have finished the normal front-end process and back-end process are formed (step ST1).

即ち、図22に示すように、チップC1,C2,C3,C4は、それぞれ、半導体基板21と、半導体基板21上に形成される素子Eと、素子Eを覆う絶縁層22,23と、絶縁層23内に形成される電極14と、絶縁層23上に形成されるアライメントマーク41とを有する。   That is, as shown in FIG. 22, the chips C1, C2, C3, and C4 are insulated from the semiconductor substrate 21, the element E formed on the semiconductor substrate 21, and the insulating layers 22 and 23 covering the element E, respectively. The electrode 14 formed in the layer 23 and the alignment mark 41 formed on the insulating layer 23 are included.

次に、最初のウェハを保持具に結合する(ステップST2)。   Next, the first wafer is bonded to the holder (step ST2).

即ち、図23に示すように、保持具11の第一面と、半導体基板21側と反対側のチップC1の面とを、例えば、接着剤を用いて結合する。ここで、保持具11とチップC1とは、面で結合されるため、その結合強度は、高くなる。   That is, as shown in FIG. 23, the first surface of the holder 11 and the surface of the chip C1 opposite to the semiconductor substrate 21 are bonded using, for example, an adhesive. Here, since the holder 11 and the chip C1 are bonded to each other on the surface, the bonding strength is increased.

次に、保持具に結合された最初のウェハを研磨する(ステップST3)。   Next, the first wafer bonded to the holder is polished (step ST3).

即ち、図24に示すように、CMPなどの方法により、チップC1を構成する半導体基板21を研磨し、その厚さを薄くする。この時、保持具11は、薄くなったチップC1の強度を補強する役割を果たす。   That is, as shown in FIG. 24, the semiconductor substrate 21 constituting the chip C1 is polished by a method such as CMP to reduce its thickness. At this time, the holder 11 serves to reinforce the strength of the thinned chip C1.

また、アライメントマーク41上のチップC1の半導体基板21及び絶縁層22,23を、RIEなどのエッチング方法により除去し、アライメントマーク41を露出させる。そして、アライメントマーク41上の凹部に、光学的に透明な材料42−1、例えば、赤外線を透過する材料を満たし、アライメントマーク41を認識可能な状態にする。   Further, the semiconductor substrate 21 and the insulating layers 22 and 23 of the chip C1 on the alignment mark 41 are removed by an etching method such as RIE to expose the alignment mark 41. Then, the concave portion on the alignment mark 41 is filled with an optically transparent material 42-1, for example, a material that transmits infrared rays, so that the alignment mark 41 can be recognized.

尚、アライメントマーク41上の凹部は、光学的に透明な材料42−1により満たすことなく、空間のままにしておいてもよい。   The recess on the alignment mark 41 may be left in a space without being filled with the optically transparent material 42-1.

この後、次のウェハを最初のウェハに結合する(ステップST4)。   Thereafter, the next wafer is bonded to the first wafer (step ST4).

即ち、図25に示すように、二つのチップC1,C2が同一方向を向いた状態で両チップC1,C2を結合する。具体的には、チップC1の裏面(半導体基板21側の面)と、半導体基板21側と反対側のチップC2の面とを、例えば、接着剤を用いて結合する。   That is, as shown in FIG. 25, the two chips C1 and C2 are coupled with the two chips C1 and C2 facing in the same direction. Specifically, the back surface (the surface on the semiconductor substrate 21 side) of the chip C1 and the surface of the chip C2 on the opposite side to the semiconductor substrate 21 side are bonded using, for example, an adhesive.

ここで、二つのチップC1,C2は、面で結合されるため、その結合強度は、高くなる。また、二つのチップC1,C2の間に電極(例えば、マイクロバンプ)が存在しないため、製造歩留りを向上させることができる。   Here, since the two chips C1 and C2 are coupled with each other, the coupling strength is increased. In addition, since there is no electrode (for example, a micro bump) between the two chips C1 and C2, the manufacturing yield can be improved.

また、チップC2をチップC1上に積み重ねるとき、チップC1のアライメントマークをはっきりと認識できるため、高精度なアライメントが可能になる。   Further, when the chip C2 is stacked on the chip C1, the alignment mark of the chip C1 can be clearly recognized, so that high-precision alignment is possible.

次に、保持具に結合された次のウェハを研磨する(ステップST5)。   Next, the next wafer bonded to the holder is polished (step ST5).

即ち、図25に示すように、CMPなどの方法により、チップC2を構成する半導体基板21を研磨し、その厚さを薄くする。   That is, as shown in FIG. 25, the semiconductor substrate 21 constituting the chip C2 is polished and thinned by a method such as CMP.

また、図26に示すように、アライメントマーク41上のチップC2の半導体基板21及び絶縁層22,23を、RIEなどのエッチング方法により除去する。   Further, as shown in FIG. 26, the semiconductor substrate 21 and the insulating layers 22 and 23 of the chip C2 on the alignment mark 41 are removed by an etching method such as RIE.

そして、図27に示すように、アライメントマーク41上の凹部に、光学的に透明な材料42−2、例えば、赤外線を透過する材料を満たし、アライメントマーク41を認識可能な状態にする。   Then, as shown in FIG. 27, the concave portion on the alignment mark 41 is filled with an optically transparent material 42-2, for example, a material that transmits infrared rays, so that the alignment mark 41 can be recognized.

尚、アライメントマーク41上の凹部は、光学的に透明な材料42−2により満たすことなく、空間のままにしておいてもよい。   The concave portion on the alignment mark 41 may be left as a space without being filled with the optically transparent material 42-2.

この後、保持具上に全てのウェハを積み重ねるまで、ステップST4及びステップST5を繰り返す(ステップST6)。   Thereafter, steps ST4 and ST5 are repeated until all the wafers are stacked on the holder (step ST6).

本例では、図28に示すように、保持具11上に四つのチップC1,C2,C3,C4を積み重ねる。ここで、これら全てのチップを積み重ねるに当って、保持具11の取り外しを行うことがない。このため、積み重ねに必要なステップ数が減り、製造コストの低減に貢献することができる。   In this example, four chips C1, C2, C3, and C4 are stacked on the holder 11 as shown in FIG. Here, in stacking all these chips, the holder 11 is not removed. For this reason, the number of steps required for stacking is reduced, which can contribute to a reduction in manufacturing cost.

また、チップC3,C4の積み重ね時に、チップC1のアライメントマークをはっきりと認識できるため、高精度なアライメントが可能になる。   Further, when the chips C3 and C4 are stacked, the alignment mark of the chip C1 can be clearly recognized, so that highly accurate alignment is possible.

最後に、スルーシリコンビアを形成する(ステップST7)。   Finally, a through silicon via is formed (step ST7).

即ち、図29に示すように、ICP−RIEなどのエッチング方法を用いて、スルーホールを形成する。   That is, as shown in FIG. 29, through holes are formed using an etching method such as ICP-RIE.

また、このスルーホールの内面を酸化する。ここでは、半導体基板(例えば、シリコン基板)を酸化する。チップC1,C2,C3,C4内の電極14は、酸化され難い材料から構成するか、又は、酸化され難い材料で覆っておくのが好ましい。   Further, the inner surface of the through hole is oxidized. Here, a semiconductor substrate (for example, a silicon substrate) is oxidized. The electrodes 14 in the chips C1, C2, C3, and C4 are preferably made of a material that is not easily oxidized or covered with a material that is not easily oxidized.

そして、このスルーホール内に導電材料を満たして、スルーシリコンビア13を形成する。スルーシリコンビア13は、四つのチップC1,C2,C3,C4を積み重ねた後に一度に形成するため、製造工程が簡略化される。   Then, the through silicon via 13 is formed by filling the through hole with a conductive material. Since the through silicon via 13 is formed at a time after the four chips C1, C2, C3, and C4 are stacked, the manufacturing process is simplified.

また、本例では、四つのチップC1,C2,C3,C4間に電極(例えば、マイクロバンプ)が存在しないため、スルーシリコンビア13の密度がその電極のサイズに影響されるということがない。このため、スルーシリコンビア13の高密度化を実現できる。   In this example, since there is no electrode (for example, a micro bump) between the four chips C1, C2, C3, and C4, the density of the through silicon via 13 is not affected by the size of the electrode. For this reason, high density of the through silicon via 13 can be realized.

絶縁層22,23が光学的に透明な材料からなる場合には、アライメントマークを露出させるために、これら絶縁層22,23をエッチングする必要はない。   When the insulating layers 22 and 23 are made of an optically transparent material, it is not necessary to etch the insulating layers 22 and 23 in order to expose the alignment marks.

4. 適用例
本発明が適用される三次元積層型半導体集積回路の例を以下に示す。
4). Application examples
An example of a three-dimensional stacked semiconductor integrated circuit to which the present invention is applied is shown below.

図30は、二つのチップから構成される半導体集積回路を示している。
この半導体集積回路は、例えば、プロセッサとして機能する。この場合、チップC1は、例えば、バス回路であり、チップC2は、例えば、CPUコアである。
FIG. 30 shows a semiconductor integrated circuit composed of two chips.
This semiconductor integrated circuit functions as, for example, a processor. In this case, the chip C1 is, for example, a bus circuit, and the chip C2 is, for example, a CPU core.

図31は、三つのチップから構成される半導体集積回路を示している。
この半導体集積回路は、例えば、プロセッサとして機能する。この場合、チップC1,C2は、それぞれ、例えば、キャッシュメモリであり、チップC3は、例えば、CPUコアである。
FIG. 31 shows a semiconductor integrated circuit composed of three chips.
This semiconductor integrated circuit functions as, for example, a processor. In this case, each of the chips C1 and C2 is, for example, a cache memory, and the chip C3 is, for example, a CPU core.

また、この半導体集積回路は、例えば、システムLSIとして機能する。この場合、チップC1,C2は、それぞれ、例えば、DRAMであり、チップC3は、例えば、CPUコアである。   Further, this semiconductor integrated circuit functions as, for example, a system LSI. In this case, each of the chips C1 and C2 is, for example, a DRAM, and the chip C3 is, for example, a CPU core.

さらに、この半導体集積回路は、例えば、NANDストレージとして機能する。この場合、チップC1は、例えば、NANDコントローラであり、チップC2,C3は、例えば、NANDフラッシュメモリである。   Furthermore, this semiconductor integrated circuit functions as, for example, a NAND storage. In this case, the chip C1 is, for example, a NAND controller, and the chips C2 and C3 are, for example, NAND flash memories.

6. むすび
本発明によれば、三次元積層型半導体集積回路のスルーシリコンビアの高密度化、製造歩留りの向上及び製造コストの低減を同時に実現できる。
6). Conclusion
According to the present invention, it is possible to simultaneously increase the density of through silicon vias in a three-dimensional stacked semiconductor integrated circuit, improve the manufacturing yield, and reduce the manufacturing cost.

本発明の例は、上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、各構成要素を変形して具体化できる。また、上述の実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を構成できる。例えば、上述の実施形態に開示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよいし、異なる実施形態の構成要素を適宜組み合わせてもよい。   The example of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be embodied by modifying each component without departing from the scope of the invention. Various inventions can be configured by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the above-described embodiments. For example, some constituent elements may be deleted from all the constituent elements disclosed in the above-described embodiments, or constituent elements of different embodiments may be appropriately combined.

本発明は、スルーシリコンビアを有する三次元積層型半導体集積回路に適用可能であり、産業上のメリットは多大である。   The present invention is applicable to a three-dimensional stacked semiconductor integrated circuit having through silicon vias, and has a great industrial advantage.

11,31: 保持具、 12: キャップ層、 13: スルーシリコンビア、 14,16,17: 電極、 15: ビア、 21: 半導体基板、 22,23: 絶縁層、 24: マイクロバンプ、 25: 接着剤、 C1,C2,C3,C4: チップ。   11, 31: Holder, 12: Cap layer, 13: Through-silicon via, 14, 16, 17: Electrode, 15: Via, 21: Semiconductor substrate, 22, 23: Insulating layer, 24: Micro bump, 25: Adhesion Agent, C1, C2, C3, C4: Chip.

Claims (6)

同一方向を向いて互いに積み重ねられる第一及び第二チップと、前記第一チップを構成する第一半導体基板及び前記第二チップを構成する第二半導体基板を貫通し、かつ、前記第一チップ内に設けられる半導体素子に繋がる第一電極を貫通する第一ビアとを具備し、前記第一及び第二チップは、互いに面で結合することを特徴とする三次元積層型半導体集積回路。   The first and second chips stacked in the same direction, the first semiconductor substrate constituting the first chip and the second semiconductor substrate constituting the second chip, and in the first chip A three-dimensional stacked semiconductor integrated circuit comprising: a first via penetrating a first electrode connected to a semiconductor element provided in the first and second chips, wherein the first and second chips are coupled to each other in a plane. 同一方向を向いて互いに積み重ねられる第一、第二及び第三チップと、前記第一チップを構成する第一半導体基板、前記第二チップを構成する第二半導体基板及び前記第三チップを構成する第三半導体基板を貫通し、かつ、前記第一チップ内に設けられる半導体素子に繋がる第一電極を貫通する第一ビアとを具備し、前記第一、第二及び第三チップは、互いに面で結合することを特徴とする三次元積層型半導体集積回路。   The first, second and third chips stacked in the same direction, the first semiconductor substrate constituting the first chip, the second semiconductor substrate constituting the second chip, and the third chip are constituted. A first via penetrating a third semiconductor substrate and penetrating a first electrode connected to a semiconductor element provided in the first chip, wherein the first, second and third chips face each other A three-dimensional stacked semiconductor integrated circuit characterized by being coupled with each other. 前記第一及び第二半導体基板を貫通し、前記第一チップ内に設けられる半導体素子に繋がる第二電極でストップする第二ビアをさらに具備することを特徴とする請求項1又は2に記載の三次元積層型半導体集積回路。   3. The device according to claim 1, further comprising a second via that penetrates through the first and second semiconductor substrates and stops at a second electrode connected to a semiconductor element provided in the first chip. Three-dimensional stacked semiconductor integrated circuit. 第一面に前記第一半導体基板側と反対側の前記第一チップの面が結合され、第二面に前記第一チップ内の前記第一電極に接続される外部電極が配置される保持具をさらに具備することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の三次元積層型半導体集積回路。   A holder in which a surface of the first chip opposite to the first semiconductor substrate is coupled to a first surface, and an external electrode connected to the first electrode in the first chip is disposed on a second surface The three-dimensional stacked semiconductor integrated circuit according to claim 1, further comprising: 前記第一電極は、平坦部と、前記第一ビアが延びる方向に突出する突出部とを備え、前記第一ビアは、前記平坦部及び前記突出部を貫通することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の三次元積層型半導体集積回路。   The first electrode includes a flat portion and a protruding portion protruding in a direction in which the first via extends, and the first via penetrates the flat portion and the protruding portion. 5. The three-dimensional stacked semiconductor integrated circuit according to any one of items 1 to 4. 第一半導体基板を有する第一半導体チップ及び第二半導体基板を有する第二チップを形成する工程と、前記第一半導体基板側と反対側の前記第一チップの面に保持具を結合する工程と、前記保持具に結合された前記第一チップの前記第一半導体基板を研磨する工程と、前記第一チップと同一方向を向く前記第二チップを前記第一半導体基板上に積み重ねて前記第一及び第二チップを結合する工程と、前記保持具に前記第一チップを介して結合された前記第二チップの前記第二半導体基板を研磨する工程と、前記保持具に結合された前記第一及び第二チップの前記第一及び第二半導体基板を貫通し、かつ、前記第一チップ内の第一電極を貫通する第一ビアを形成する工程とを具備することを特徴とする三次元積層型半導体集積回路の製造方法。   Forming a first semiconductor chip having a first semiconductor substrate and a second chip having a second semiconductor substrate, and bonding a holder to the surface of the first chip opposite to the first semiconductor substrate side; Polishing the first semiconductor substrate of the first chip coupled to the holder, and stacking the second chip facing the same direction as the first chip on the first semiconductor substrate. And bonding the second chip; polishing the second semiconductor substrate of the second chip bonded to the holder via the first chip; and the first chip bonded to the holder And forming a first via penetrating the first and second semiconductor substrates of the second chip and penetrating the first electrode in the first chip. Type semiconductor integrated circuit manufacturing method.
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