JP2011119481A - Semiconductor device, and method of manufacturing semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device, and method of manufacturing semiconductor device Download PDF

Info

Publication number
JP2011119481A
JP2011119481A JP2009275861A JP2009275861A JP2011119481A JP 2011119481 A JP2011119481 A JP 2011119481A JP 2009275861 A JP2009275861 A JP 2009275861A JP 2009275861 A JP2009275861 A JP 2009275861A JP 2011119481 A JP2011119481 A JP 2011119481A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor device
substrate
columnar conductors
interposer
wiring layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2009275861A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5609085B2 (en
JP2011119481A5 (en
Inventor
Masahiro Haruhara
昌宏 春原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shinko Electric Industries Co Ltd
Original Assignee
Shinko Electric Industries Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shinko Electric Industries Co Ltd filed Critical Shinko Electric Industries Co Ltd
Priority to JP2009275861A priority Critical patent/JP5609085B2/en
Publication of JP2011119481A publication Critical patent/JP2011119481A/en
Publication of JP2011119481A5 publication Critical patent/JP2011119481A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5609085B2 publication Critical patent/JP5609085B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/10Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • 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
    • H01L2224/161Disposition
    • H01L2224/16151Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/16221Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/16225Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/321Disposition
    • H01L2224/32151Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/32221Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32225Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732Location after the connecting process
    • H01L2224/73201Location after the connecting process on the same surface
    • H01L2224/73203Bump and layer connectors
    • H01L2224/73204Bump and layer connectors the bump connector being embedded into the layer connector
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/065Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L27/00
    • H01L25/0655Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L27/00 the devices being arranged next to each other
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/151Die mounting substrate
    • H01L2924/153Connection portion
    • H01L2924/1531Connection portion the connection portion being formed only on the surface of the substrate opposite to the die mounting surface
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/30Technical effects
    • H01L2924/35Mechanical effects
    • H01L2924/351Thermal stress
    • H01L2924/3511Warping

Landscapes

  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique capable of improving reliability of a semiconductor device. <P>SOLUTION: The semiconductor device has: an interposer 2A; and chips CP1 and CP2 provided on the interposer 2A. The interposer 2A has: a plurality of columnar conductors 10 which extend in a direction of a thickness thereof and are electrically insulated to one another; and a wiring layer 11 interposing the chips CP1 and CP2, and the plurality of columnar conductors 10; wherein air gaps 13 are formed between the plurality of columnar conductors 10 and open to the outside, and respective side faces of the plurality of columnar conductors 10 are covered with insulating films 12. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体装置およびその製造技術に関し、特に、有機基板上に搭載される半導体パッケージ(半導体装置)に適用して有効な技術に関する。   The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing technique thereof, and more particularly to a technique effective when applied to a semiconductor package (semiconductor device) mounted on an organic substrate.

特開2004−42082号公報(特許文献1)には、複数の半導体チップを搭載したマルチチップパッケージに関する技術が開示されている。このマルチチップパッケージでは、パッケージ基板(有機基板)上に載置されたシリコンインターポーザを介して複数の半導体チップが搭載されている。   Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2004-42082 (Patent Document 1) discloses a technique related to a multi-chip package in which a plurality of semiconductor chips are mounted. In this multichip package, a plurality of semiconductor chips are mounted via a silicon interposer mounted on a package substrate (organic substrate).

なお、本発明者は、発明した結果に基づき、先行技術調査を行った。その結果、特開2006−216723号公報(特許文献2)が抽出された。この特許文献2には、不要輻射ノイズを高い周波数帯域まで効果的に抑制することを目的として、対の平面電極間に空隙を有する領域を設け、その領域に柱状あるいは円柱状の複数の抵抗体を挟持させたプリント配線基板(有機基板)に関する技術が開示されている。   In addition, this inventor performed prior art search based on the result invented. As a result, JP 2006-216723 A (Patent Document 2) was extracted. In Patent Document 2, for the purpose of effectively suppressing unwanted radiation noise to a high frequency band, a region having a gap is provided between a pair of planar electrodes, and a plurality of columnar or columnar resistors are provided in the region. A technique related to a printed wiring board (organic substrate) sandwiched between layers is disclosed.

特開2004−42082号公報JP 2004-42082 A 特開2006−216723号公報JP 2006-216723 A

マルチチップパッケージ(半導体パッケージ)は、例えば、有機基板(例えばビルドアップ基板、プリント配線基板)上に複数の半導体チップ(以下、単にチップという)を搭載して構成された半導体装置である。このようなマルチチップパッケージは、例えばコンピュータなどの電子回路が構成された有機基材からなる基板(マザーボード)上に搭載される。   A multichip package (semiconductor package) is a semiconductor device configured by mounting a plurality of semiconductor chips (hereinafter simply referred to as chips) on, for example, an organic substrate (for example, a build-up substrate or a printed wiring board). Such a multichip package is mounted on a substrate (motherboard) made of an organic base material on which an electronic circuit such as a computer is configured.

ところで、有機基板を用いたマルチチップパッケージでは、シリコン(Si)を基材とするチップと有機基板との熱膨張係数のミスマッチにより、チップと有機基板との間に応力が発生して隙間が生じるなどにより、信頼性が低下する問題がある。また、例えば複数のチップ間を電気的に接続するための配線は、平坦性の乏しい有機基材に形成されるため、微細配線化に困難である。さらに、例えばチップ間の配線長が長くなることや、これにより有機基板自体が大型化してしまうことが考えられる。   By the way, in a multi-chip package using an organic substrate, stress is generated between the chip and the organic substrate due to a mismatch in thermal expansion coefficients between the silicon (Si) -based chip and the organic substrate, resulting in a gap. For example, there is a problem that reliability is lowered. In addition, for example, wiring for electrically connecting a plurality of chips is formed on an organic base material with poor flatness, so that it is difficult to make fine wiring. Further, for example, it is conceivable that the wiring length between chips becomes long, and that the organic substrate itself becomes large due to this.

このため、本発明者は、近年の半導体装置の小型化、高性能、高機能の要求に応えるべく、次世代パッケージに関する技術について検討している。図1に本発明者が検討している半導体装置100を模式的に示す。図1に示す半導体装置100は、シリコンインターポーザ110と、その上に搭載されたチップCP1、CP2とを含んで構成されており、半導体パッケージということもできる。なお、図1では、半導体装置100は、半導体装置100をキャビティによって収納するような放熱板120(例えば、ヒートスプレッダ)と共に有機基板130(例えば、マザーボード)上に搭載されている状態で示している。   For this reason, the present inventor is examining a technology relating to the next generation package in order to meet the recent demands for miniaturization, high performance, and high functionality of semiconductor devices. FIG. 1 schematically shows a semiconductor device 100 studied by the present inventors. A semiconductor device 100 shown in FIG. 1 includes a silicon interposer 110 and chips CP1 and CP2 mounted thereon, and can also be called a semiconductor package. In FIG. 1, the semiconductor device 100 is illustrated as being mounted on an organic substrate 130 (for example, a mother board) together with a heat sink 120 (for example, a heat spreader) that houses the semiconductor device 100 by a cavity.

シリコンインターポーザ110はシリコンを基材111とするインターポーザであるため、同じシリコンを基材とするチップCP1、CP2との熱膨張係数のミスマッチがなくなる。このため、前述したような応力による問題が発生せず、半導体装置100の信頼性を向上することができる。また、シリコンインターポーザ110は基材111にシリコンを用いており、有機基板と比較して平坦化に優れているため、微細配線を形成し易い。   Since the silicon interposer 110 is an interposer having silicon as a base material 111, there is no mismatch in thermal expansion coefficient between the chips CP1 and CP2 having the same silicon base material. For this reason, the problem by the stress as mentioned above does not occur, and the reliability of the semiconductor device 100 can be improved. Further, since the silicon interposer 110 uses silicon for the base material 111 and is excellent in planarization as compared with the organic substrate, it is easy to form fine wiring.

したがって、シリコンインターポーザ110を含む半導体装置100には、チップ間の配線長を短くし、微細配線によるバスラインの増加により、データ転送速度を向上することが期待できる。また、半導体装置100の高機能化において、シリコンインターポーザ110には、例えば、ロジック用の半導体素子が形成されたチップや、メモリ用の半導体素子が形成されたチップなどの異種チップを搭載することも期待できる。   Therefore, the semiconductor device 100 including the silicon interposer 110 can be expected to improve the data transfer speed by shortening the wiring length between chips and increasing the number of bus lines by fine wiring. Further, in order to increase the functionality of the semiconductor device 100, the silicon interposer 110 may be mounted with different types of chips such as a chip formed with logic semiconductor elements and a chip formed with memory semiconductor elements. I can expect.

しかしながら、例えばマザーボードなどの有機基板130上に搭載された半導体装置100では、有機基板130とシリコンインターポーザ110との間で熱膨張係数のミスマッチにより、その間に応力が発生している。このため、例えば温度サイクル試験などの過負荷条件では、その応力によって、有機基板130とシリコンインターポーザ110とが互いに反って接合性が低下するなど、半導体装置100の信頼性が低下してしまう。特に、シリコンインターポーザ110上にチップCP1、CP2を含む複数のチップを搭載するような場合では、搭載する領域も拡大するため、シリコンインターポーザ110のサイズが例えば20mm角以上となると信頼性の低下は顕著になる。   However, in the semiconductor device 100 mounted on the organic substrate 130 such as a mother board, for example, stress is generated between the organic substrate 130 and the silicon interposer 110 due to a mismatch of thermal expansion coefficients. For this reason, for example, under an overload condition such as a temperature cycle test, the reliability of the semiconductor device 100 is lowered due to the stress, for example, the organic substrate 130 and the silicon interposer 110 are warped against each other and the bonding property is lowered. In particular, in the case where a plurality of chips including chips CP1 and CP2 are mounted on the silicon interposer 110, the mounting area is also enlarged. Therefore, when the size of the silicon interposer 110 is, for example, 20 mm square or more, a decrease in reliability is remarkable. become.

また、図1では、半導体装置100の放熱性を向上するために、チップCP1、CP2に対して共通の放熱板120を取り付け、チップCP1、CP2を冷却するようにしている。なお、チップCP1、CP2と放熱板120とは接合部材121を介して接合されており、放熱板120と有機基板130とは接合部材122を介して接合されている。   Further, in FIG. 1, in order to improve the heat dissipation of the semiconductor device 100, a common heat sink 120 is attached to the chips CP1 and CP2, and the chips CP1 and CP2 are cooled. The chips CP1 and CP2 and the heat sink 120 are bonded via a bonding member 121, and the heat sink 120 and the organic substrate 130 are bonded via a bonding member 122.

ここで、例えば、チップCP1にはロジックなどの熱抵抗が大きく発熱量が高い半導体素子が形成され、チップCP2にはメモリなどの熱抵抗が小さく熱に弱い半導体素子が形成されている場合がある。このような場合では、放熱板120やシリコンインターポーザ110の基材111(シリコン)によって、チップCP1からの発熱は効率良く冷却されるが、その熱がチップCP2へ伝導してしまう。このため、チップCP2の温度が上昇することによって誤動作や熱破壊が起こる場合もあり、半導体装置100の信頼性が低下してしまう。   Here, for example, a semiconductor element having a large thermal resistance such as logic and a large amount of heat generated may be formed on the chip CP1, and a semiconductor element having a small thermal resistance such as a memory may be formed on the chip CP2. . In such a case, the heat generated from the chip CP1 is efficiently cooled by the heat sink 120 and the base material 111 (silicon) of the silicon interposer 110, but the heat is conducted to the chip CP2. For this reason, when the temperature of the chip CP2 rises, malfunction or thermal destruction may occur, and the reliability of the semiconductor device 100 is lowered.

本発明の目的は、半導体装置の信頼性を向上することのできる技術を提供することにある。本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。   An object of the present invention is to provide a technique capable of improving the reliability of a semiconductor device. The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

なお、本発明者が先行技術調査によって抽出した特許文献2は、ノイズを抑制することを主題とするものであって、そのために空隙のあるパッケージが記載されているが、信頼性を向上するために、本願において開示される発明に関する記載はされていない。   In addition, patent document 2 which this inventor extracted by prior art search is a subject which suppresses noise, Comprising: The package with a space | gap is described for that purpose, In order to improve reliability No description is made regarding the invention disclosed in the present application.

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。本発明の一実施形態における半導体装置は、インターポーザと、前記インターポーザ上に設けられた半導体チップとを有する。前記インターポーザは、その厚さ方向に延在して互いに電気的に絶縁された複数の柱状導体と、前記半導体チップと前記複数の柱状導体とを介在する配線層とを有しており、前記複数の柱状導体間に空隙を有し、前記空隙が外部に開放されており、前記複数の柱状導体のそれぞれの側面は絶縁膜で覆われている。   Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows. A semiconductor device according to an embodiment of the present invention includes an interposer and a semiconductor chip provided on the interposer. The interposer includes a plurality of columnar conductors that extend in the thickness direction and are electrically insulated from each other, and a wiring layer that interposes the semiconductor chip and the plurality of columnar conductors. A gap is formed between the columnar conductors, the gap is open to the outside, and each side surface of the plurality of columnar conductors is covered with an insulating film.

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すると、前記一実施形態によって半導体装置の信頼性を向上することができる。   An effect obtained by a representative one of the inventions disclosed in the present application will be briefly described. The reliability of the semiconductor device can be improved by the one embodiment.

本発明者が検討している半導体装置を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the semiconductor device which this inventor is examining. 本発明の一実施形態における半導体装置を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the semiconductor device in one Embodiment of this invention. 図2に示す半導体装置を模式的に示す平面図である。FIG. 3 is a plan view schematically showing the semiconductor device shown in FIG. 2. 図1、図2に示す半導体装置を有機基板に搭載した状態を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the state which mounted the semiconductor device shown in FIG. 1, FIG. 2 on the organic substrate. 本発明の一実施形態における製造工程中の半導体装置を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the semiconductor device in the manufacturing process in one Embodiment of this invention. 図5に続く製造工程中の半導体装置を模式的に示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing the semiconductor device in the manufacturing process following FIG. 5. 図6に続く製造工程中の半導体装置を模式的に示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing the semiconductor device in the manufacturing process following FIG. 6. 図7に続く製造工程中の半導体装置を模式的に示す断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing the semiconductor device in the manufacturing process following FIG. 7. 図8に続く製造工程中の半導体装置を模式的に示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing the semiconductor device in the manufacturing process following FIG. 8. 図9に続く製造工程中の半導体装置を模式的に示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing the semiconductor device in the manufacturing process following FIG. 9. 本発明の他の実施形態における半導体装置を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the semiconductor device in other embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態における製造工程中の半導体装置を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the semiconductor device in the manufacturing process in other embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態における半導体装置を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the semiconductor device in other embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態における製造工程中の半導体装置を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the semiconductor device in the manufacturing process in other embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態における半導体装置を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the semiconductor device in other embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態における製造工程中の半導体装置を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the semiconductor device in the manufacturing process in other embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態における半導体装置を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the semiconductor device in other embodiment of this invention. 半導体装置の要部を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part of a semiconductor device typically. 半導体装置の要部を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part of a semiconductor device typically. 本発明の他の実施形態における半導体装置を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the semiconductor device in other embodiment of this invention.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiments, and the repetitive description thereof may be omitted.

(実施形態1)
まず、本実施形態における半導体装置の構造について図2および図3を参照して説明する。図2は本実施形態における半導体装置1Aを模式的に示す断面図であり、図3は半導体装置1Aを模式的に示す平面図である。図2では図3のA−A線における半導体装置1Aの断面が示されている。また、図3では半導体装置1Aの裏面側からみた平面が示されており、裏面と反対面であるデバイス面に搭載されているチップCP1、CP2、CP3、CP4(破線出示す)が透視して示されている。また、図3では理解を容易にするために柱状導体10および枠体20にはハッチングを付している。
(Embodiment 1)
First, the structure of the semiconductor device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the semiconductor device 1A in the present embodiment, and FIG. 3 is a plan view schematically showing the semiconductor device 1A. 2 shows a cross section of the semiconductor device 1A taken along line AA of FIG. Further, FIG. 3 shows a plane viewed from the back side of the semiconductor device 1A, and chips CP1, CP2, CP3, CP4 (shown by broken lines) mounted on the device surface opposite to the back side are seen through. It is shown. In FIG. 3, the columnar conductor 10 and the frame body 20 are hatched for easy understanding.

半導体装置1Aは、インターポーザ2Aと、インターポーザ2A上に設けられたチップCP1〜CP4とを有している。チップCP1は例えばCPUであり、チップCP1にはロジック用の半導体素子が形成されている。また、チップCP2〜CP4は例えばDRAMやフラッシュメモリであり、チップCP2〜CP4にはメモリ用の半導体素子が形成されている。これらチップCP1〜CP4を用いて、半導体装置1Aは所定の動作を行うことができる。   The semiconductor device 1A includes an interposer 2A and chips CP1 to CP4 provided on the interposer 2A. The chip CP1 is, for example, a CPU, and a logic semiconductor element is formed on the chip CP1. The chips CP2 to CP4 are, for example, DRAMs or flash memories, and the semiconductor elements for memory are formed on the chips CP2 to CP4. Using these chips CP1 to CP4, the semiconductor device 1A can perform a predetermined operation.

インターポーザ2Aは、その厚さ方向に延在して互いに電気的に絶縁された複数の柱状導体10と、チップCP1〜CP4と複数の柱状導体10とを介在する配線層11とを有している。複数の柱状導体10のそれぞれの側面は絶縁膜12で覆われており、複数の柱状導体10間に空隙13を有している。この空隙13はインターポーザ2A(半導体装置1A)の外部に開放されている。また、インターポーザ2Aは、複数の柱状導体10を囲む枠体20を外周に有している。   The interposer 2A has a plurality of columnar conductors 10 extending in the thickness direction and electrically insulated from each other, and a wiring layer 11 having the chips CP1 to CP4 and the plurality of columnar conductors 10 interposed therebetween. . Each side surface of the plurality of columnar conductors 10 is covered with an insulating film 12, and a gap 13 is provided between the plurality of columnar conductors 10. The gap 13 is open to the outside of the interposer 2A (semiconductor device 1A). The interposer 2 </ b> A has a frame 20 that surrounds the plurality of columnar conductors 10 on the outer periphery.

インターポーザ2Aの配線層11は、第1層(最下層)の配線層14aと、第2層(最上層)の配線層14bと、配線層14a、14b間の層間絶縁層15と、配線層14bの所望位置に形成された開口部を有するパッシベーション膜16とを含んで構成されている。例えば、配線層14a、14bは銅(Cu)を含んでなり、層間絶縁層15は酸化シリコンまたは有機樹脂を含んでなり、パッシベーション膜16は有機樹脂を含んでなる。このパッシベーション膜16は、インターポーザ2Aの表面保護膜となっており、最上層の配線層14bを保護している。一方、最下層の配線層14aは、柱状導体10の側面を覆う絶縁膜12が配線層14aに係るようにして形成され、例えば酸化シリコン膜などからなる絶縁膜12によって保護されている。なお、これらで構成される配線層11の全体での厚さは例えば15μm程度で形成される。   The wiring layer 11 of the interposer 2A includes a first layer (lowermost layer) wiring layer 14a, a second layer (uppermost layer) wiring layer 14b, an interlayer insulating layer 15 between the wiring layers 14a and 14b, and a wiring layer 14b. And a passivation film 16 having an opening formed at a desired position. For example, the wiring layers 14a and 14b include copper (Cu), the interlayer insulating layer 15 includes silicon oxide or an organic resin, and the passivation film 16 includes an organic resin. The passivation film 16 serves as a surface protective film for the interposer 2A, and protects the uppermost wiring layer 14b. On the other hand, in the lowermost wiring layer 14a, the insulating film 12 covering the side surface of the columnar conductor 10 is formed so as to be related to the wiring layer 14a, and is protected by the insulating film 12 made of, for example, a silicon oxide film. The total thickness of the wiring layer 11 composed of these is formed to be about 15 μm, for example.

パッシベーション膜16の開口部から露出する配線層14bは、インターポーザ2Aの外部電極パッドとなっており、この外部電極パッドを介してチップCP1〜CP4と配線層11とは電気的に接続される。また、配線層11では、この外部電極パッドともなる配線層14bと、配線層14aとは、ビア(Via)17を介して相互に接続されている。また、配線層14a(配線層11)は、柱状導体10と電気的に接続されている。   The wiring layer 14b exposed from the opening of the passivation film 16 serves as an external electrode pad of the interposer 2A, and the chips CP1 to CP4 and the wiring layer 11 are electrically connected through the external electrode pad. In the wiring layer 11, the wiring layer 14 b serving as the external electrode pad and the wiring layer 14 a are connected to each other through a via 17. The wiring layer 14 a (wiring layer 11) is electrically connected to the columnar conductor 10.

このインターポーザ2A(配線層11)上に、チップCP1〜CP4が実装して設けられている。チップCP1〜CP4の主面(素子形成面)には、外部接続端子(図示しない)が形成されており、電極バンプ18を介して、インターポーザ2Aの電極パッド(配線層14b)にフリップチップ接続されている。また、チップCP1〜CP4とインターポーザ2A(配線層11)との間にはアンダーフィル樹脂19が充填されている。このアンダーフィル樹脂19によって、インターポーザ2AとチップCP1〜CP4の熱膨張係数のミスマッチを防止すると共に、インターポーザ2AとチップCP1〜CP4の接続性を向上させている。   On the interposer 2A (wiring layer 11), chips CP1 to CP4 are mounted and provided. External connection terminals (not shown) are formed on the main surfaces (element formation surfaces) of the chips CP1 to CP4, and are flip-chip connected to the electrode pads (wiring layer 14b) of the interposer 2A via the electrode bumps 18. ing. An underfill resin 19 is filled between the chips CP1 to CP4 and the interposer 2A (wiring layer 11). The underfill resin 19 prevents mismatch between the thermal expansion coefficients of the interposer 2A and the chips CP1 to CP4, and improves the connectivity between the interposer 2A and the chips CP1 to CP4.

柱状導体10は、例えば、銅(Cu)を含む導体によって構成され、径が60μm程度、長さ(高さ)が300μm程度の円柱状で形成される。複数の柱状導体10は、配線層11から立設され、それらの間は外部に開放された空隙13となっている。このため、柱状導体10を露出した状態としたのでは、導体(例えば銅)が腐食して、電気的特性が劣化する場合がある。   The columnar conductor 10 is made of, for example, a conductor containing copper (Cu), and is formed in a columnar shape having a diameter of about 60 μm and a length (height) of about 300 μm. The plurality of columnar conductors 10 are erected from the wiring layer 11, and a gap 13 is opened between them. For this reason, when the columnar conductor 10 is exposed, the conductor (for example, copper) may be corroded to deteriorate the electrical characteristics.

そこで、本実施形態では、柱状導体10の側面に例えば酸化シリコン膜などの絶縁膜12を覆うことによって、柱状導体10が腐食するのを防止している。半導体装置1Aでは、空隙13が外部に開放された構造となっているので特に有効となる。柱状導体10の腐食の防止により、電気的特性の劣化を防止することによって、半導体装置1Aの信頼性を向上することができる。なお、柱状導体10の先端は、外部との電気的な接続を確保するため、側面の絶縁膜12のように覆われずに露出した状態としている。この状態であっても、接続後は例えばはんだなどによって保護されるので柱状導体10の先端は腐食しないこととなる。   Therefore, in this embodiment, the columnar conductor 10 is prevented from corroding by covering the side surface of the columnar conductor 10 with the insulating film 12 such as a silicon oxide film. The semiconductor device 1A is particularly effective because it has a structure in which the gap 13 is open to the outside. The reliability of the semiconductor device 1A can be improved by preventing the deterioration of the electrical characteristics by preventing the columnar conductor 10 from being corroded. The tip of the columnar conductor 10 is exposed without being covered like the insulating film 12 on the side surface in order to ensure electrical connection with the outside. Even in this state, after connection, the tip of the columnar conductor 10 is not corroded because it is protected by, for example, solder.

同様に、空隙13側の配線層14aの表面も絶縁膜12で覆うことによって、配線層14aが腐食するのを防止している。この配線層14aの腐食の防止により、電気的特性の劣化を防止することによって、半導体装置1Aの信頼性を向上することができる。   Similarly, the surface of the wiring layer 14a on the gap 13 side is also covered with the insulating film 12 to prevent the wiring layer 14a from being corroded. By preventing the corrosion of the wiring layer 14a, the reliability of the semiconductor device 1A can be improved by preventing the deterioration of the electrical characteristics.

このような半導体装置1Aは、インターポーザ2A上に設けられたチップCP1〜CP4を含んで構成されており、半導体パッケージ(マルチチップパッケージ)である。半導体装置1Aは、例えば11mm角程度の大きさで形成されている。   Such a semiconductor device 1A is configured to include chips CP1 to CP4 provided on the interposer 2A, and is a semiconductor package (multi-chip package). The semiconductor device 1A is formed with a size of about 11 mm square, for example.

ところで、図1を参照して説明した半導体装置100もチップCP1、CP2を含んで構成されているため、半導体パッケージである。この半導体装置100にはシリコンを基材すなわち支持体とするインターポーザ(シリコンインターポーザ110)上にチップCP1、CP2が設けられている。これに対して、半導体装置1Aのインターポーザ2Aには、このような基材(支持体)に対応するものがない。したがって、半導体装置1Aは基材レスパッケージということもでき、またインターポーザ2Aは配線層11がフィルム状(例えば、厚さが15μmで大きさが11mm角)となるためフレキシブル基板ともいえる。   Incidentally, the semiconductor device 100 described with reference to FIG. 1 is also a semiconductor package because it includes the chips CP1 and CP2. In the semiconductor device 100, chips CP1 and CP2 are provided on an interposer (silicon interposer 110) using silicon as a base material, that is, a support. On the other hand, there is no interposer 2A of the semiconductor device 1A corresponding to such a base material (support). Therefore, the semiconductor device 1A can also be referred to as a substrate-less package, and the interposer 2A can be said to be a flexible substrate because the wiring layer 11 is in the form of a film (for example, a thickness of 15 μm and a size of 11 mm square).

図4に半導体装置1Aを有機基板130(例えば、マザーボード)上に搭載した状態を示す。例えば、半導体装置1Aの複数の柱状導体10のそれぞれの先端に設けた例えば径が70μm程度のはんだボール21を介して、柱状導体10(例えば、銅)と有機基板130のパターン131(例えば、銅箔)とを接合して、半導体装置1Aが有機基板130上に搭載されている。このように半導体装置1Aは、複数の柱状導体10で接続する構造となっている。   FIG. 4 shows a state where the semiconductor device 1A is mounted on an organic substrate 130 (for example, a mother board). For example, the columnar conductor 10 (for example, copper) and the pattern 131 (for example, copper) are provided on the tip of each of the plurality of columnar conductors 10 of the semiconductor device 1A via solder balls 21 having a diameter of, for example, about 70 μm. The semiconductor device 1A is mounted on the organic substrate 130. As described above, the semiconductor device 1 </ b> A has a structure in which the plurality of columnar conductors 10 are connected.

半導体装置1Aは、配線層11から直立するように設けられた複数の柱状導体10を有しており、この複数の柱状導体10が脚となって有機基板130上に搭載されている。この複数の柱状導体10間は空隙13を有しているので、有機基板130とインターポーザ2Aとの間で生じる応力を緩和することができる。また、インターポーザ2Aの配線層11がフィルム状であるため、インターポーザ2AとチップCP1〜CP4との間で生じる応力も緩和することができる。このため、例えば温度サイクル試験などの過負荷条件においても、半導体装置1Aと有機基板130との間での反りが抑制され、半導体装置1Aとしての信頼性を向上することができる。   The semiconductor device 1 </ b> A has a plurality of columnar conductors 10 provided so as to stand upright from the wiring layer 11, and the plurality of columnar conductors 10 are mounted on the organic substrate 130 as legs. Since there are gaps 13 between the plurality of columnar conductors 10, the stress generated between the organic substrate 130 and the interposer 2A can be relaxed. Moreover, since the wiring layer 11 of the interposer 2A is in the form of a film, the stress generated between the interposer 2A and the chips CP1 to CP4 can be relaxed. For this reason, for example, even in an overload condition such as a temperature cycle test, warpage between the semiconductor device 1A and the organic substrate 130 is suppressed, and the reliability as the semiconductor device 1A can be improved.

また、半導体装置1Aでは、複数のチップCP1〜CP4がインターポーザ2Aの配線層11側の同一面に混載されている。これらチップCP1〜CP4は、ロジック、メモリなどその機能やチップの大きさなどにより熱抵抗が異なる場合がある。例えば、インターポーザ2A上には、熱抵抗が高く発熱量が高いチップCP1(例えば、ロジック)と、熱抵抗が低く熱に弱いチップCP2〜CP4(例えば、メモリ)が搭載される場合がある。このような場合、発熱量が高いチップと、熱に弱いチップとで熱伝導を分離した構造とすることが有効である。   In the semiconductor device 1A, a plurality of chips CP1 to CP4 are mixedly mounted on the same surface of the interposer 2A on the wiring layer 11 side. These chips CP1 to CP4 may have different thermal resistances depending on their functions such as logic and memory and the size of the chip. For example, on the interposer 2A, a chip CP1 (for example, a logic) having a high thermal resistance and a high calorific value and chips CP2 to CP4 (for example, a memory) having a low thermal resistance and heat resistance may be mounted. In such a case, it is effective to have a structure in which heat conduction is separated between a chip that generates a large amount of heat and a chip that is weak against heat.

そこで、半導体装置1A(インターポーザ2A)ではチップCP1〜CP4間には熱経路となる基板23の基材を設けないような空隙13を有する構造とし、例えばシリコンインターポーザを用いた場合の基材(シリコン)による熱伝導を、遮断している。シリコンは熱伝導率が非常に高く、発熱量の異なる複数のチップを搭載した場合、熱の移動による不具合が生じてしまう。したがって、発熱量が高いチップの影響により、熱に弱いチップの温度が上昇しすぎることによる誤動作や熱破壊が起きることを防止することができ、半導体装置1Aの信頼性を向上することができる。   Therefore, the semiconductor device 1A (interposer 2A) has a structure having a gap 13 between the chips CP1 to CP4 so that the base material of the substrate 23 serving as a heat path is not provided. For example, the base material (silicon silicon) when using a silicon interposer ) Is interrupted. Silicon has a very high thermal conductivity, and when a plurality of chips with different calorific values are mounted, problems due to heat transfer occur. Therefore, it is possible to prevent malfunctions and thermal destruction due to the temperature of the chip that is weak against heat being excessively increased due to the influence of the chip that generates a large amount of heat, and the reliability of the semiconductor device 1A can be improved.

また、半導体装置1Aでは基材レスパッケージではあるが、単に基材がないのではなく、複数の柱状導体10を設け、その柱状導体10間に空隙13を有する構造となっている。このため空隙13を冷却路とし、その冷却路に空気や水などを流すことによって、放熱性を高めることもできる。これにより、発熱量が高いチップの影響により、熱に弱いチップの温度が上昇しすぎることによる誤動作や熱破壊が起きることをより防止することができ、半導体装置1Aの信頼性をより向上することができる。   Further, although the semiconductor device 1A is a substrate-less package, it does not simply have a substrate, but has a structure in which a plurality of columnar conductors 10 are provided and gaps 13 are provided between the columnar conductors 10. For this reason, heat dissipation can also be improved by using the air gap 13 as a cooling path and flowing air, water, or the like through the cooling path. As a result, it is possible to further prevent malfunctions and thermal destruction due to the temperature of the heat-sensitive chip being excessively increased due to the influence of the chip having a high calorific value, and to further improve the reliability of the semiconductor device 1A. Can do.

また、複数の柱状導体10間に空隙13を有するので、柱状導体10間が例えばシリコンの場合よりもキャパシタンスを低減することができる。したがって、データ転送速度を向上することができる。   Further, since the gap 13 is provided between the plurality of columnar conductors 10, the capacitance between the columnar conductors 10 can be reduced as compared with, for example, silicon. Therefore, the data transfer rate can be improved.

また、半導体装置1Aのインターポーザ2Aでは外周に枠体20を設けている。この枠体20の有無は適宜選択することができるが、本実施形態では、枠体20を設けた場合で説明している。   In addition, a frame 20 is provided on the outer periphery of the interposer 2A of the semiconductor device 1A. The presence or absence of the frame body 20 can be selected as appropriate, but in this embodiment, the case where the frame body 20 is provided is described.

インターポーザ2Aは、複数の柱状導体10と配線層11とを有して構成されており、配線層11はフィルム状(例えば、厚さが15μm程度)となっているため、インターポーザ2Aをハンドリングすることが困難な場合も考えられる。そこで、インターポーザ2Aの外周に複数の柱状導体10を囲む枠体20を設けることによって、ハンドリング性を向上することができる。これにより、半導体装置1Aを有機基板130に容易に搭載することができる。   The interposer 2A includes a plurality of columnar conductors 10 and a wiring layer 11, and the wiring layer 11 has a film shape (for example, a thickness of about 15 μm). Therefore, the interposer 2A is handled. It may be difficult to do this. Therefore, handling property can be improved by providing the frame 20 surrounding the plurality of columnar conductors 10 on the outer periphery of the interposer 2A. Thereby, the semiconductor device 1 </ b> A can be easily mounted on the organic substrate 130.

なお、半導体装置1Aの枠体20は有機基板130とは接合させずにフリーな状態であっても良いが、図4では、枠体20(例えば、銅)は接合部材22(例えば、はんだ)を介して有機基板130のパターン132(例えば、銅箔)と接合している。半導体装置1Aは、基材レスパッケージであるため、有機基板130に搭載後の実使用時において、外形(形態)の変形が問題となることも考えられる。そこで、枠体20を設け、その枠体20も有機基板130と接合することによって、半導体装置1Aの変形を防止している。   The frame 20 of the semiconductor device 1A may be in a free state without being bonded to the organic substrate 130, but in FIG. 4, the frame 20 (for example, copper) is the bonding member 22 (for example, solder). It is bonded to the pattern 132 (for example, copper foil) of the organic substrate 130 via Since the semiconductor device 1A is a base material-less package, it is considered that deformation of the outer shape (form) becomes a problem during actual use after being mounted on the organic substrate 130. Therefore, the frame body 20 is provided, and the frame body 20 is also bonded to the organic substrate 130, thereby preventing the semiconductor device 1A from being deformed.

次に、本実施形態における半導体装置の製造方法について図面を参照して説明する。まず、図5に示すように、第1面23aとその反対面の第2面23bを有する所定の厚さの基板23を準備する。本実施形態では、基板23の基材をシリコンとしている。次いで、基板23の片面上にレジストを形成した後、フォトリソグラフィ技術を用いて、所望のパターン24を形成する。   Next, a method for manufacturing a semiconductor device in the present embodiment will be described with reference to the drawings. First, as shown in FIG. 5, a substrate 23 having a predetermined thickness having a first surface 23a and a second surface 23b opposite to the first surface 23a is prepared. In the present embodiment, the base material of the substrate 23 is silicon. Next, after forming a resist on one surface of the substrate 23, a desired pattern 24 is formed by using a photolithography technique.

続いて、パターン24をマスクとしたドライエッチングを用いて、図6に示すように、基板23の厚さ方向に延在する複数の貫通孔25と、貫通孔25を囲む貫通溝26を形成する。なお、図6では、貫通孔25、貫通溝26の形成後、パターン24が除去された状態である。また、後の製造工程で、貫通孔25に柱状導体10、貫通溝26に枠体20が形成されることとなる。   Subsequently, by using dry etching using the pattern 24 as a mask, as shown in FIG. 6, a plurality of through holes 25 extending in the thickness direction of the substrate 23 and a through groove 26 surrounding the through holes 25 are formed. . In FIG. 6, the pattern 24 is removed after the through holes 25 and the through grooves 26 are formed. Further, in a later manufacturing process, the columnar conductor 10 is formed in the through hole 25 and the frame body 20 is formed in the through groove 26.

この製造工程では、貫通溝26を形成することとしているが、貫通溝26の箇所を残すようにしても良い。後述するが、パターニングにより枠体20と類似した形状に基材(シリコン)を残すことで、シリコン枠体を形成しても良い。   In this manufacturing process, the through groove 26 is formed, but the through groove 26 may be left. As will be described later, the silicon frame may be formed by leaving the base material (silicon) in a shape similar to the frame 20 by patterning.

続いて、図7に示すように、複数の貫通孔25の内壁に絶縁膜12を形成する。また、貫通溝26の内壁に絶縁膜12を形成する。具体的には、基板23としてシリコンを用いているので、基板23の表面を熱酸化することによって、酸化シリコン膜からなる絶縁膜12を形成することができる。   Subsequently, as shown in FIG. 7, the insulating film 12 is formed on the inner walls of the plurality of through holes 25. Further, the insulating film 12 is formed on the inner wall of the through groove 26. Specifically, since silicon is used as the substrate 23, the insulating film 12 made of a silicon oxide film can be formed by thermally oxidizing the surface of the substrate 23.

続いて、図8に示すように、複数の貫通孔25のそれぞれを導体(例えば、銅)で充填することによって、基板23の厚さ方向に延在して互いに電気的に絶縁された複数の柱状導体10を形成する。また、貫通溝26を導体(例えば、銅)で充填することによって、複数の柱状導体10を囲む枠体20を形成する。具体的には、基板23の第2面23bに導電板を貼り付け、その導電板をシードとした電解めっきにより貫通孔25、貫通溝26に導体(例えば、銅)を充填する。その後、基板23の第1面23a側で平坦処理し、また導電板を除去して、基板23の第2面23b側で平坦処理することによって、柱状導体10および貫通溝20が形成される。   Subsequently, as shown in FIG. 8, each of the plurality of through holes 25 is filled with a conductor (for example, copper), thereby extending a plurality of the substrates 23 extending in the thickness direction of the substrate 23 and electrically insulated from each other. The columnar conductor 10 is formed. Moreover, the frame 20 surrounding the plurality of columnar conductors 10 is formed by filling the through grooves 26 with a conductor (for example, copper). Specifically, a conductive plate is attached to the second surface 23b of the substrate 23, and the through hole 25 and the through groove 26 are filled with a conductor (for example, copper) by electrolytic plating using the conductive plate as a seed. Thereafter, the columnar conductor 10 and the through-groove 20 are formed by performing flat processing on the first surface 23a side of the substrate 23, removing the conductive plate, and performing flat processing on the second surface 23b side of the substrate 23.

続いて、図9に示すように、基板23の第1面23a上に複数の柱状導体10と電気的に接続される配線層11を形成する。例えば、セミアディティブ法によって、配線層14a、層間絶縁層15、および配線層14bが形成される。この配線層14bの形成の際には、配線層14aと配線層14bとを電気的に接続するビア17が形成される。また、配線層14b上にパッシベーション膜16がコーティング、パターニングされて配線層11が形成される。   Subsequently, as illustrated in FIG. 9, the wiring layer 11 that is electrically connected to the plurality of columnar conductors 10 is formed on the first surface 23 a of the substrate 23. For example, the wiring layer 14a, the interlayer insulating layer 15, and the wiring layer 14b are formed by a semi-additive method. When the wiring layer 14b is formed, a via 17 that electrically connects the wiring layer 14a and the wiring layer 14b is formed. Further, the passivation layer 16 is coated and patterned on the wiring layer 14b to form the wiring layer 11.

続いて、図10に示すように、配線層11上に配線層11と電気的に接続されるチップCP1〜CP4を搭載する。具体的には、チップCP1〜CP4の主面(素子形成面)に形成されている外部接続端子(図示せず)が、電極バンプ18を介して配線層14bにフリップチップ接続される。その後、チップCP1〜CP4と配線層11との間にはアンダーフィル樹脂19を充填する。   Subsequently, as shown in FIG. 10, chips CP <b> 1 to CP <b> 4 that are electrically connected to the wiring layer 11 are mounted on the wiring layer 11. Specifically, external connection terminals (not shown) formed on the main surfaces (element formation surfaces) of the chips CP1 to CP4 are flip-chip connected to the wiring layer 14b via the electrode bumps 18. Thereafter, an underfill resin 19 is filled between the chips CP1 to CP4 and the wiring layer 11.

次いで、基板23においてチップCP1〜CP4が搭載されている第1面23aとは反対面の第2面23b側から、基板23の基材を除去する。具体的には、基板23の第2面23b側からドライエッチングすることによって、基材となっているシリコンを除去する。このとき、シリコン(基材)に対する銅(柱状導体10、枠体20)や酸化シリコン(絶縁膜12)の選択比によって、基材が除去され、柱状導体10、枠体20およびそれら側面の絶縁膜12は残存することとなる。   Next, the base material of the substrate 23 is removed from the second surface 23b side of the substrate 23 opposite to the first surface 23a on which the chips CP1 to CP4 are mounted. Specifically, silicon serving as a base material is removed by dry etching from the second surface 23b side of the substrate 23. At this time, the base material is removed by the selection ratio of copper (columnar conductor 10, frame body 20) or silicon oxide (insulating film 12) with respect to silicon (base material), and the columnar conductor 10, frame body 20, and insulation of the side surfaces thereof are removed. The film 12 will remain.

このようにして、図2に示した半導体装置1A(基材レスパッケージ)が完成する。また、複数の柱状導体10と配線層11とを有するインターポーザ2Aも完成することとなる。   In this way, the semiconductor device 1A (baseless package) shown in FIG. 2 is completed. In addition, an interposer 2A having a plurality of columnar conductors 10 and a wiring layer 11 is also completed.

本実施形態では、配線層11上にチップCP1〜CP4を搭載した後、基板23の基材を除去して半導体装置1Aを完成させている。これに限らず、チップ搭載工程は適宜選択することができる。例えば、基板23の基材を除去した後、配線層11上にチップCP1〜CP4を搭載して半導体装置1Aを完成することもできる。   In this embodiment, after mounting the chips CP1 to CP4 on the wiring layer 11, the base material of the substrate 23 is removed to complete the semiconductor device 1A. Not limited to this, the chip mounting process can be selected as appropriate. For example, after removing the base material of the substrate 23, the chips CP1 to CP4 can be mounted on the wiring layer 11 to complete the semiconductor device 1A.

しかしながら、基板23の基材を除去することによって、配線層11はフィルム状となってしまうので、フィルム状の配線層11上にチップCP1〜CP4を搭載することは困難となる。そこで、本実施形態のように、チップCP1〜CP4を配線層11上に搭載することによって、これらチップCP1〜CP4を支持体として、基板23の基材を除去した方が、製造歩留まりを向上することができる。   However, since the wiring layer 11 becomes a film by removing the base material of the substrate 23, it is difficult to mount the chips CP1 to CP4 on the film-like wiring layer 11. Therefore, as in this embodiment, by mounting the chips CP1 to CP4 on the wiring layer 11, the manufacturing yield is improved when the base material of the substrate 23 is removed using the chips CP1 to CP4 as a support. be able to.

また、本実施形態では、インターポーザ2Aの枠体20を、柱状導体10と同一の製造工程で形成した場合について説明した。すなわち、図6を参照して説明した製造工程で貫通孔25と共に、貫通溝26を形成した後、図8を参照して説明した製造工程で貫通孔25に柱状導体10を形成すると共に、貫通溝26に枠体20を形成した。   Moreover, in this embodiment, the case where the frame 20 of the interposer 2A was formed in the same manufacturing process as the columnar conductor 10 was demonstrated. That is, after forming the through groove 26 together with the through hole 25 in the manufacturing process described with reference to FIG. 6, the columnar conductor 10 is formed in the through hole 25 in the manufacturing process described with reference to FIG. A frame 20 was formed in the groove 26.

ここで、図6を参照して説明した製造工程で貫通孔25のみ形成し、貫通溝26を形成しない場合、例えば図9で示した状態では枠体20が形成されないこととなる。このような場合、基板23の第2面23bに、複数の柱状導体10を囲むようなレジストパターンを形成した後、図10を参照して説明したエッチング工程を行うことによって、枠体20と類似した形状の、基板23の基材(シリコン)からなる枠体を形成することができる。   Here, when only the through hole 25 is formed and the through groove 26 is not formed in the manufacturing process described with reference to FIG. 6, the frame body 20 is not formed in the state shown in FIG. 9, for example. In such a case, a resist pattern surrounding the plurality of columnar conductors 10 is formed on the second surface 23b of the substrate 23, and then the etching process described with reference to FIG. A frame body made of the base material (silicon) of the substrate 23 can be formed.

また、インターポーザ2Aの枠体20がない場合、先にチップを搭載する方が有利となる。図17に、インターポーザ2Aにおいて枠体20がない場合のインターポーザ2A’と、それを有する半導体装置1A’を示す。このように枠体がない場合、インターポーザ2A’がフィルム状となってしまうので、このフィルム状態でチップCP1〜CP4を搭載することは困難となる。このため、枠体20を設けない場合、先にチップCP1〜CP4を搭載した後、基板23の基材を除去することが望ましい。   Further, when there is no frame 20 of the interposer 2A, it is advantageous to mount the chip first. FIG. 17 shows an interposer 2A ′ when the frame body 20 is not provided in the interposer 2A, and a semiconductor device 1A ′ having the same. When there is no frame in this way, the interposer 2A 'becomes a film, and it is difficult to mount the chips CP1 to CP4 in this film state. For this reason, when the frame 20 is not provided, it is desirable to remove the base material of the substrate 23 after mounting the chips CP1 to CP4 first.

また、本実施形態では、図2に示したように、柱状導体10の先端は、外部との電気的な接続を確保するため、側面の絶縁膜12のように覆われずに露出した状態としている。柱状導体10の先端を露出させた場合の構造について図18および図19を参照して説明する。   Further, in this embodiment, as shown in FIG. 2, the end of the columnar conductor 10 is exposed without being covered like the insulating film 12 on the side surface in order to ensure electrical connection with the outside. Yes. A structure when the tip of the columnar conductor 10 is exposed will be described with reference to FIGS.

図18では、例えば図2で示した柱状導体10側面の絶縁膜12が、先端側から一部後退した状態となっている。例えばはんだバンプなどの接合部材22と接続する場合、柱状導体10の導体との接触面積が増加し、また濡れ性が絶縁膜12(例えば、酸化シリコン膜)より導体(例えば、銅)が良いため、接合部材22の保持に有利となり、半導体装置の信頼性を向上させることができる。図18に示したような構造は、例えば、図10を参照して説明したエッチング工程で、エッチング強度を調整することで形成することができる。   In FIG. 18, for example, the insulating film 12 on the side surface of the columnar conductor 10 shown in FIG. 2 is partially retracted from the tip side. For example, when connecting to a joining member 22 such as a solder bump, the contact area between the columnar conductor 10 and the conductor is increased, and the conductor (eg, copper) is better in wettability than the insulating film 12 (eg, silicon oxide film). This is advantageous for holding the bonding member 22 and can improve the reliability of the semiconductor device. The structure as shown in FIG. 18 can be formed, for example, by adjusting the etching strength in the etching process described with reference to FIG.

一方、図19では、例えば図2で示した柱状導体10が、先端側から一部後退した状態となっている。例えばはんだバンプなどの接合部材22と接続する場合、はんだと柱状導体10の導体との接触面積が減少するため、はんだバンプ(接合部材22)の小径化に有利となる。例えば、半導体装置の小型化などに伴い、小径化されたはんだバンプを有する半導体装置の信頼性を向上することができる。図19に示したような構造は、例えば、図10で説明したエッチング工程後、柱状導体10(例えば、銅)をエッチングすること(例えば、塩化第二銅液を用いる)で形成することができる。   On the other hand, in FIG. 19, for example, the columnar conductor 10 shown in FIG. 2 is partially retracted from the tip side. For example, when connecting to the joining member 22 such as a solder bump, the contact area between the solder and the conductor of the columnar conductor 10 is reduced, which is advantageous for reducing the diameter of the solder bump (joining member 22). For example, with the miniaturization of a semiconductor device, the reliability of a semiconductor device having a solder bump with a reduced diameter can be improved. The structure as shown in FIG. 19 can be formed, for example, by etching the columnar conductor 10 (for example, copper) (for example, using a cupric chloride solution) after the etching step described in FIG. .

(実施形態2)
本実施形態における半導体装置の構造について図11を参照して説明する。図11は本実施形態における半導体装置1Bを模式的に示す断面図である。なお、前記実施形態1で説明した半導体装置1Aでは、配線層14aの空隙13側に絶縁膜12を設けていたが、本実施形態では、補強材30を設けた点が相違する。よって、その点を中心に説明し、また、他の構造の説明は省略する場合がある。
(Embodiment 2)
The structure of the semiconductor device in this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a cross-sectional view schematically showing the semiconductor device 1B in the present embodiment. In the semiconductor device 1A described in the first embodiment, the insulating film 12 is provided on the space 13 side of the wiring layer 14a. However, the present embodiment is different in that the reinforcing material 30 is provided. Therefore, it demonstrates centering on the point and description of another structure may be abbreviate | omitted.

半導体装置1Bのインターポーザ2Bでは、配線層11から延在する複数の柱状導体10の根元を覆い、複数の柱状導体10の立設を補強する補強材30が設けられている。この補強材30は、例えば絶縁性で、かつ、剛性を有するものであり、例えば、ガラス材からなる。このため、例えば、配線層11から柱状導体10が倒れるなどの不具合の発生を抑制することができるので、半導体装置1Bの信頼性を向上することができる。   In the interposer 2 </ b> B of the semiconductor device 1 </ b> B, a reinforcing material 30 that covers the roots of the plurality of columnar conductors 10 extending from the wiring layer 11 and reinforces the standing of the plurality of columnar conductors 10 is provided. The reinforcing material 30 is, for example, insulative and rigid, and is made of, for example, a glass material. For this reason, since generation | occurrence | production of malfunctions, such as the columnar conductor 10 falling from the wiring layer 11, for example, can be suppressed, the reliability of the semiconductor device 1B can be improved.

また、半導体装置1BではチップCP1〜CP4間には熱経路となる基板23の基材を設けないような空隙13を有する構造とし、例えばシリコンインターポーザを用いた場合の基材(シリコン)による熱伝導を、遮断している。したがって、発熱量が高いチップの影響により、熱に弱いチップの温度が上昇しすぎることによる誤動作や熱破壊が起きることを防止することができ、半導体装置1Bの信頼性を向上することができる。   Further, in the semiconductor device 1B, a gap 13 is provided between the chips CP1 to CP4 so that the base material of the substrate 23 serving as a heat path is not provided. For example, heat conduction by the base material (silicon) when a silicon interposer is used. Is shut off. Therefore, it is possible to prevent malfunctions and thermal destruction due to the temperature of the chip that is weak against heat being excessively increased due to the influence of the chip that generates a large amount of heat, and the reliability of the semiconductor device 1B can be improved.

また、配線層11の空隙13側に、補強材30を設けることによって、ハンドリング性を向上することができる。このため、図4を参照して説明した有機基板130に半導体装置1Bを容易に搭載することができる。   In addition, by providing the reinforcing material 30 on the side of the gap 13 of the wiring layer 11, handling properties can be improved. Therefore, the semiconductor device 1B can be easily mounted on the organic substrate 130 described with reference to FIG.

次に、本実施形態における半導体装置の製造方法について図面を参照して説明する。前記実施形態1において図6を参照して説明した製造工程後、図12に示すように、貫通孔25および貫通溝26を開口する開口部を有する補強材30を、基板23の第1面23aに形成する。具体的には、例えば、補強材30としてガラス板を用い、そのガラス板を基板23の第1面23aに接合した後、貫通孔25および貫通溝26に対応する開口部を、例えばエッチングによって除去する。   Next, a method for manufacturing a semiconductor device in the present embodiment will be described with reference to the drawings. After the manufacturing process described with reference to FIG. 6 in the first embodiment, as shown in FIG. 12, the reinforcing member 30 having openings for opening the through holes 25 and the through grooves 26 is used as the first surface 23 a of the substrate 23. To form. Specifically, for example, a glass plate is used as the reinforcing member 30, and after the glass plate is joined to the first surface 23a of the substrate 23, the openings corresponding to the through holes 25 and the through grooves 26 are removed by, for example, etching. To do.

あるいは、図5を参照して説明した製造工程において基板23を準備した後、基板23の第1面23aに補強材を形成する。その後、その補強材上に図5で示したようなパターン24を形成し、図6を参照して説明したエッチング工程によって、貫通孔25および貫通溝26と共に、貫通孔25および貫通溝26を開口する開口部を有する補強材30を形成しても良い。   Alternatively, after preparing the substrate 23 in the manufacturing process described with reference to FIG. 5, a reinforcing material is formed on the first surface 23 a of the substrate 23. After that, the pattern 24 as shown in FIG. 5 is formed on the reinforcing material, and the through hole 25 and the through groove 26 are opened together with the through hole 25 and the through groove 26 by the etching process described with reference to FIG. You may form the reinforcing material 30 which has an opening part to do.

その後は、前記実施形態1において図7〜図10を参照して説明した製造工程を経た後、図11に示した半導体装置1Bが完成する。また、複数の柱状導体10と配線層11とを有するインターポーザ2Bも完成することとなる。   Thereafter, after the manufacturing steps described with reference to FIGS. 7 to 10 in the first embodiment, the semiconductor device 1B shown in FIG. 11 is completed. In addition, an interposer 2B having a plurality of columnar conductors 10 and a wiring layer 11 is also completed.

(実施形態3)
本実施形態における半導体装置の構造について図13を参照して説明する。図13は本実施形態における半導体装置1Cを模式的に示す断面図である。なお、前記実施形態1で説明した半導体装置1Aでは、柱状導体10の側面(空隙13側)では絶縁膜12を設けていたが、本実施形態では、その絶縁膜12の外側(空隙13側)に補強材31を設けた点が相違する。よって、その点を中心に説明し、また、他の構造の説明は省略する場合がある。
(Embodiment 3)
The structure of the semiconductor device in this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 13 is a cross-sectional view schematically showing a semiconductor device 1C in the present embodiment. In the semiconductor device 1A described in the first embodiment, the insulating film 12 is provided on the side surface (air gap 13 side) of the columnar conductor 10, but in the present embodiment, the outer side of the insulating film 12 (air gap 13 side). The difference is that the reinforcing material 31 is provided. Therefore, it demonstrates centering on the point and description of another structure may be abbreviate | omitted.

半導体装置1Cのインターポーザ2Cでは、複数の柱状導体10のそれぞれの側面には絶縁膜12を介して、複数の柱状導体10の立設を補強する補強材31が設けられている。この補強材31は、例えば剛性を有するものであり、例えば基板23の基材(例えばシリコン)からなる。このため、例えば、配線層11から柱状導体10が倒れるなどの不具合の発生を抑制することができるので、半導体装置1Cの信頼性を向上することができる。   In the interposer 2 </ b> C of the semiconductor device 1 </ b> C, a reinforcing material 31 that reinforces the standing of the plurality of columnar conductors 10 is provided on each side surface of the plurality of columnar conductors 10 via the insulating film 12. The reinforcing material 31 has rigidity, for example, and is made of a base material (for example, silicon) of the substrate 23, for example. For this reason, since generation | occurrence | production of malfunctions, such as the columnar conductor 10 falling from the wiring layer 11, for example, can be suppressed, the reliability of 1 C of semiconductor devices can be improved.

また、半導体装置1CではチップCP1〜CP4間には熱経路となる基板23の基材を設けないような空隙13を有する構造とし、例えばシリコンインターポーザを用いた場合の基材(シリコン)による熱伝導を、遮断している。したがって、発熱量が高いチップの影響により、熱に弱いチップの温度が上昇しすぎることによる誤動作や熱破壊が起きることを防止することができ、半導体装置1Cの信頼性を向上することができる。   Further, the semiconductor device 1C has a structure having a gap 13 between the chips CP1 to CP4 so that the base material of the substrate 23 serving as a heat path is not provided. For example, heat conduction by the base material (silicon) when using a silicon interposer Is shut off. Therefore, it is possible to prevent malfunction or thermal destruction due to the temperature of the chip that is weak against heat being excessively increased due to the influence of the chip that generates a large amount of heat, and the reliability of the semiconductor device 1C can be improved.

次に、本実施形態における半導体装置の製造方法について図面を参照して説明する。前記実施形態1において図8を参照して説明した製造工程後、図14に示すように、複数の柱状導体10の、基板23の第2面23b側端部のそれぞれに、柱状導体10の径より大きいパターン32を形成する。具体的には、例えば基板23の第2面23bに銅からなる層を形成した後、その銅層を異方性エッチングなどによってパターニングして、パターン32を形成する。これにより、パターン32は複数の柱状導体10の第2面23b側端部に設けられることとなる。   Next, a method for manufacturing a semiconductor device in the present embodiment will be described with reference to the drawings. After the manufacturing process described with reference to FIG. 8 in the first embodiment, as shown in FIG. 14, the diameter of the columnar conductor 10 is set on each of the end portions of the plurality of columnar conductors 10 on the second surface 23b side of the substrate 23. A larger pattern 32 is formed. Specifically, for example, after a layer made of copper is formed on the second surface 23b of the substrate 23, the copper layer is patterned by anisotropic etching or the like to form the pattern 32. As a result, the pattern 32 is provided at the end of the plurality of columnar conductors 10 on the second surface 23b side.

その後は、前記実施形態1において図9〜図10を参照して説明した製造工程を経た後、図13に示した半導体装置1Cが完成する。また、複数の柱状導体10と配線層11とを有するインターポーザ2Cも完成することとなる。   Thereafter, after the manufacturing process described with reference to FIGS. 9 to 10 in the first embodiment, the semiconductor device 1C shown in FIG. 13 is completed. In addition, an interposer 2C having a plurality of columnar conductors 10 and a wiring layer 11 is also completed.

パターン32をマスクに基板23の基材を、図10を参照して説明したエッチングをすることによって、複数の柱状導体10のそれぞれの側面に絶縁膜12を介して、複数の柱状導体10の立設を補強する補強材31を形成することとなる。その後、パターン32を除去しても良いが、本実施形態では、パターン32を柱状導体10と同一の材料で形成しており、また柱状導体10の径よりも大きくしている。このため、外部接続端子として有効にパターン32を利用するため、パターン32を残存させている。   The base material of the substrate 23 is etched using the pattern 32 as a mask, with reference to FIG. 10, so that the plurality of columnar conductors 10 stand on the side surfaces of the columnar conductors 10 via the insulating films 12. The reinforcing material 31 that reinforces the installation is formed. Thereafter, the pattern 32 may be removed, but in this embodiment, the pattern 32 is formed of the same material as the columnar conductor 10 and is larger than the diameter of the columnar conductor 10. For this reason, the pattern 32 is left to effectively use the pattern 32 as an external connection terminal.

(実施形態4)
本実施形態における半導体装置の構造について図15を参照して説明する。図15は本実施形態における半導体装置1Dを模式的に示す断面図である。なお、前記実施形態1で説明した半導体装置1Aでは、複数の柱状導体10間のすべてに空隙13を形成していたが、本実施形態では、チップCP1〜CP4間で熱経路を遮断する空隙13を形成した点が相違する。よって、その点を中心に説明し、また、他の構造の説明は省略する場合がある。
(Embodiment 4)
The structure of the semiconductor device in this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 15 is a cross-sectional view schematically showing the semiconductor device 1D in the present embodiment. In the semiconductor device 1A described in the first embodiment, the gap 13 is formed between all the columnar conductors 10, but in this embodiment, the gap 13 that blocks the heat path between the chips CP1 to CP4. Is different. Therefore, it demonstrates centering on the point and description of another structure may be abbreviate | omitted.

半導体装置1Dのインターポーザ2Dでは、基板23の基材がほとんど残存し、チップCP1〜CP4間で熱経路を遮断する位置にスリット状の空隙13が形成されている。なお、図3に示すような半導体装置1Dの平面では、チップCP1〜CP間の熱経路を遮断するように十字状のスリット(空隙13)が形成されることとなる。   In the interposer 2D of the semiconductor device 1D, almost the base material of the substrate 23 remains, and the slit-shaped gap 13 is formed at a position where the heat path is blocked between the chips CP1 to CP4. In the plane of the semiconductor device 1D as shown in FIG. 3, a cross-shaped slit (gap 13) is formed so as to block the heat path between the chips CP1 to CP.

半導体装置1DではチップCP1〜CP4間には熱経路となる基板23の基材を設けないような空隙13を有する構造とし、例えばシリコンインターポーザを用いた場合の基材(シリコン)による熱伝導を、遮断している。したがって、発熱量が高いチップの影響により、熱に弱いチップの温度が上昇しすぎることによる誤動作や熱破壊が起きることを防止することができ、半導体装置1Dの信頼性を向上することができる。   In the semiconductor device 1D, the gap 13 is not provided between the chips CP1 to CP4 so that the base material of the substrate 23 serving as a heat path is not provided. For example, the heat conduction by the base material (silicon) when using a silicon interposer, It is shut off. Therefore, it is possible to prevent malfunction and thermal destruction due to the temperature of the chip that is weak against heat being excessively increased due to the influence of the chip having a high calorific value, and the reliability of the semiconductor device 1D can be improved.

次に、本実施形態における半導体装置の製造方法について図面を参照して説明する。前記実施形態1において図9を参照して説明した製造工程後、図10に示すように、配線層11上に配線層11と電気的に接続されるチップCP1〜CP4を搭載し、チップCP1〜CP4と配線層11との間にはアンダーフィル樹脂19を充填する。   Next, a method for manufacturing a semiconductor device in the present embodiment will be described with reference to the drawings. After the manufacturing process described with reference to FIG. 9 in the first embodiment, chips CP1 to CP4 electrically connected to the wiring layer 11 are mounted on the wiring layer 11 as shown in FIG. An underfill resin 19 is filled between the CP 4 and the wiring layer 11.

続いて、図16に示すように、基板23においてチップCP1〜CP4が搭載されている第1面23aとは反対面の第2面23b側から、複数の柱状導体10間にスリット(空隙13)を形成するように、基板23の基材を除去する。具体的には、ブレード33によってチップCP1〜CP4間で熱経路を遮断する位置にスリット(空隙13)を形成する。このようなスリットは、ブレード33を用いて形成する場合に限らず、エッチングなどを用いて形成しても良い。   Subsequently, as shown in FIG. 16, a slit (gap 13) is formed between the columnar conductors 10 from the second surface 23b side opposite to the first surface 23a on which the chips CP1 to CP4 are mounted on the substrate 23. The base material of the substrate 23 is removed so as to form. Specifically, a slit (gap 13) is formed at a position where the blade 33 cuts off the heat path between the chips CP1 to CP4. Such a slit is not limited to being formed using the blade 33 but may be formed using etching or the like.

これにより、図15に示した半導体装置1Dが完成する。また、複数の柱状導体10と配線層11とを有するインターポーザ2Dも完成することとなる。   Thereby, the semiconductor device 1D shown in FIG. 15 is completed. In addition, an interposer 2D having a plurality of columnar conductors 10 and a wiring layer 11 is also completed.

また、図11で示した補強材30のように、柱状導体10が倒れるなどの不具合を防止するために、基板23の基材(シリコン)でそのような補強材を構成しても良い。図20に、インターポーザ2Dにおいて、配線層11から延在する複数の柱状導体10の根元を覆うように基板23の一部を残存させた場合のインターポーザ2D’と、それを有する半導体装置1D’を示す。このように基板23の基材(シリコン)からなる補強材34を設けた場合にも、熱の移動を妨げるためスリット(空隙13)が必須となる。   Further, like the reinforcing material 30 shown in FIG. 11, such a reinforcing material may be constituted by the base material (silicon) of the substrate 23 in order to prevent problems such as the columnar conductor 10 falling. In FIG. 20, in the interposer 2D, the interposer 2D ′ when a part of the substrate 23 is left so as to cover the roots of the plurality of columnar conductors 10 extending from the wiring layer 11, and the semiconductor device 1D ′ having the interposer 2D ′ are shown. Show. Thus, even when the reinforcing material 34 made of the base material (silicon) of the substrate 23 is provided, the slit (gap 13) is indispensable in order to prevent heat transfer.

なお、インターポーザ2D’では、図16を参照して説明したスリット工程後、図10を参照して説明したエッチング工程が適用される。または、インターポーザ2D’では、図10を参照して説明したスリット工程後、図16を参照して説明したエッチング工程が適用される。   In the interposer 2D ', the etching process described with reference to FIG. 10 is applied after the slit process described with reference to FIG. Alternatively, in the interposer 2D ', the etching process described with reference to FIG. 16 is applied after the slit process described with reference to FIG.

以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記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種々変更可能であることはいうまでもない。   As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Not too long.

例えば、熱抵抗が異なる複数の半導体チップを、前記実施形態ではインターポーザの同一面に搭載した場合について説明したが、インターポーザの上下両面に搭載しても良い。具体的には、熱抵抗の高い半導体チップをインターポーザの上面に搭載し、それよりも低い半導体チップをインターポーザの下面に搭載することもできる。これにより、熱抵抗が高く発熱量が高い半導体チップと、熱抵抗が低く熱に弱い半導体チップとを、インターポーザの厚さだけ離間できるので、冷却効果を高めることができる。   For example, although the case where a plurality of semiconductor chips having different thermal resistances are mounted on the same surface of the interposer has been described in the above embodiment, they may be mounted on both the upper and lower surfaces of the interposer. Specifically, a semiconductor chip having a high thermal resistance can be mounted on the upper surface of the interposer, and a semiconductor chip lower than that can be mounted on the lower surface of the interposer. Thereby, the semiconductor chip having a high thermal resistance and a high calorific value can be separated from the semiconductor chip having a low thermal resistance and weak against heat by the thickness of the interposer, so that the cooling effect can be enhanced.

1A、1A’、1B、1C、1D、1D’ 半導体装置
2A、2A’、2B、2C、2D、2D’ インターポーザ
10 柱状導体
11 配線層
12 絶縁膜
13 空隙
14a、14b 配線層
15 層間絶縁層
16 パッシベーション膜
17 ビア
18 電極バンプ
19 アンダーフィル樹脂
20 枠体
21 はんだボール
22 接合部材
23 基板
24 パターン
25 貫通孔
26 貫通溝
30、31 補強材
32 パターン
33 ブレード
34 補強材
100 半導体装置
110 シリコンインターポーザ
111 基材
120 放熱板
121、122 接合部材
130 有機基板
131、132 パターン
CP1、CP2、CP3、CP4 チップ
1A, 1A ′, 1B, 1C, 1D, 1D ′ Semiconductor device 2A, 2A ′, 2B, 2C, 2D, 2D ′ Interposer 10 Columnar conductor 11 Wiring layer 12 Insulating film 13 Voids 14a, 14b Wiring layer 15 Interlayer insulating layer 16 Passivation film 17 Via 18 Electrode bump 19 Underfill resin 20 Frame body 21 Solder ball 22 Joining member 23 Substrate 24 Pattern 25 Through hole 26 Through groove 30, 31 Reinforcement material 32 Pattern 33 Blade 34 Reinforcement material 100 Semiconductor device 110 Silicon interposer 111 Base Material 120 Heat radiation plate 121, 122 Joining member 130 Organic substrate 131, 132 Pattern CP1, CP2, CP3, CP4 Chip

Claims (10)

インターポーザと、前記インターポーザ上に設けられた半導体チップとを有する半導体装置であって、
前記インターポーザは、その厚さ方向に延在して互いに電気的に絶縁された複数の柱状導体と、前記半導体チップと前記複数の柱状導体とを介在する配線層とを有しており、
前記複数の柱状導体間に空隙を有し、前記空隙が外部に開放されており、
前記複数の柱状導体のそれぞれの側面は絶縁膜で覆われていることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device having an interposer and a semiconductor chip provided on the interposer,
The interposer includes a plurality of columnar conductors that extend in the thickness direction and are electrically insulated from each other, and a wiring layer that interposes the semiconductor chip and the plurality of columnar conductors,
Having a gap between the plurality of columnar conductors, the gap is open to the outside,
A side surface of each of the plurality of columnar conductors is covered with an insulating film.
請求項1記載の半導体装置において、
前記複数の柱状導体を囲む枠体が設けられていることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
A semiconductor device comprising a frame surrounding the plurality of columnar conductors.
請求項1または2記載の半導体装置において、
前記配線層から延在する前記複数の柱状導体の根元を覆い、前記複数の柱状導体の立設を補強する補強材が設けられていることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1 or 2,
A semiconductor device, wherein a reinforcing material that covers the base of the plurality of columnar conductors extending from the wiring layer and reinforces the standing of the plurality of columnar conductors is provided.
請求項1、2または3記載の半導体装置において、
前記複数の柱状導体のそれぞれの側面には前記絶縁膜を介して、前記複数の柱状導体の立設を補強する補強材が設けられていることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1, 2 or 3.
A semiconductor device, wherein a reinforcing material for reinforcing standing of the plurality of columnar conductors is provided on each side surface of the plurality of columnar conductors via the insulating film.
請求項1〜4のいずれか一項に記載の半導体装置において、
前記半導体チップとして、発熱量が異なる複数の半導体チップが前記インターポーザ上に設けられていることを特徴とする半導体装置。
In the semiconductor device according to any one of claims 1 to 4,
As the semiconductor chip, a plurality of semiconductor chips having different calorific values are provided on the interposer.
(a)第1面とその反対面の第2面を有する基板に、厚さ方向に延在する複数の貫通孔を形成する工程と、
(b)前記複数の貫通孔の内壁に絶縁膜を形成する工程と、
(c)前記(b)工程後、前記複数の貫通孔のそれぞれを導体で充填することによって、前記基板の厚さ方向に延在して互いに電気的に絶縁された複数の柱状導体を形成する工程と、
(d)前記(c)工程後、前記基板の第1面上に前記複数の柱状導体と電気的に接続される配線層を形成する工程と、
(e)前記基板の第2面側から前記基板の基材をエッチングする工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(A) forming a plurality of through holes extending in the thickness direction in a substrate having a first surface and a second surface opposite to the first surface;
(B) forming an insulating film on the inner walls of the plurality of through holes;
(C) After the step (b), by filling each of the plurality of through holes with a conductor, a plurality of columnar conductors extending in the thickness direction of the substrate and electrically insulated from each other are formed. Process,
(D) after the step (c), forming a wiring layer electrically connected to the plurality of columnar conductors on the first surface of the substrate;
(E) etching the base material of the substrate from the second surface side of the substrate;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
請求項6記載の半導体装置の製造方法において、
前記(a)工程で前記複数の貫通孔を囲む貫通溝を形成した後、前記(c)工程で前記貫通溝を導体で充填すること、または、
前記(d)工程後、前記基板の第2面にレジストパターンを形成した後、前記(e)工程で前記基板の基材をエッチングすること、
によって前記複数の柱状導体を囲む枠体を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6.
After forming the through groove surrounding the plurality of through holes in the step (a), filling the through groove with a conductor in the step (c), or
After the step (d), after forming a resist pattern on the second surface of the substrate, etching the base material of the substrate in the step (e),
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a frame surrounding the plurality of columnar conductors.
請求項6または7記載の半導体装置の製造方法において、
前記(a)工程前に、補強材を前記基板の第2面に配置すること、または、
前記(a)工程後に、前記複数の貫通孔に通じる貫通孔が形成された補強材を前記基板の第2面に配置すること、
を特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device of Claim 6 or 7,
Arranging the reinforcing material on the second surface of the substrate before the step (a), or
After the step (a), disposing a reinforcing material on which a through hole leading to the plurality of through holes is formed on the second surface of the substrate;
A method of manufacturing a semiconductor device.
請求項6または7記載の半導体装置の製造方法において、
(f)前記(d)工程後、前記複数の柱状導体の、前記基板の第2面側端部のそれぞれに、前記柱状導体の径より大きいパターンを形成する工程を含み、
前記(e)工程では、前記パターンをマスクに前記基板の基材をエッチングすることによって、前記複数の柱状導体のそれぞれの側面に前記絶縁膜を介して、前記複数の柱状導体の立設を補強する補強材を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device of Claim 6 or 7,
(F) After the step (d), including a step of forming a pattern larger than the diameter of the columnar conductor on each of the second surface side end portions of the plurality of columnar conductors,
In the step (e), the base material of the substrate is etched using the pattern as a mask, thereby reinforcing the standing of the plurality of columnar conductors via the insulating film on each side surface of the plurality of columnar conductors. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising forming a reinforcing material to be manufactured.
請求項6または7記載の半導体装置の製造方法において、
前記(e)工程では、前記複数の柱状導体間にスリットを形成するように、前記基材を除去することを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device of Claim 6 or 7,
In the step (e), the base material is removed so that a slit is formed between the plurality of columnar conductors.
JP2009275861A 2009-12-03 2009-12-03 Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device Active JP5609085B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009275861A JP5609085B2 (en) 2009-12-03 2009-12-03 Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009275861A JP5609085B2 (en) 2009-12-03 2009-12-03 Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2011119481A true JP2011119481A (en) 2011-06-16
JP2011119481A5 JP2011119481A5 (en) 2012-12-13
JP5609085B2 JP5609085B2 (en) 2014-10-22

Family

ID=44284464

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009275861A Active JP5609085B2 (en) 2009-12-03 2009-12-03 Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5609085B2 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014127490A (en) * 2012-12-25 2014-07-07 Shinko Electric Ind Co Ltd Wiring board and manufacturing method therefor
JP2015119101A (en) * 2013-12-19 2015-06-25 富士通株式会社 Electronic device manufacturing method
WO2017026317A1 (en) * 2015-08-10 2017-02-16 大日本印刷株式会社 Image sensor module
JP2017038040A (en) * 2015-08-10 2017-02-16 大日本印刷株式会社 Image sensor module
EP3940774A3 (en) * 2012-10-08 2022-04-20 QUALCOMM Incorporated Stacked multi-chip integrated circuit package

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002270721A (en) * 2001-03-12 2002-09-20 Fujitsu Ltd Semiconductor device and its manufacturing method
JP2004071719A (en) * 2002-08-02 2004-03-04 Sony Corp Interposer, manufacturing method therefor, electronic circuit device and manufacturing method therefor
JP2004079745A (en) * 2002-08-16 2004-03-11 Sony Corp Interposer, manufacturing method therefor, electronic circuit device and manufacturing method therefor
JP2004281982A (en) * 2003-03-19 2004-10-07 Seiko Epson Corp Semiconductor device and its manufacturing process
JP2008147431A (en) * 2006-12-11 2008-06-26 Nippon Inter Electronics Corp Semiconductor module and method for manufacturing semiconductor device
JP2009164262A (en) * 2007-12-28 2009-07-23 Seiko Epson Corp Semiconductor device and electronic equipment

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002270721A (en) * 2001-03-12 2002-09-20 Fujitsu Ltd Semiconductor device and its manufacturing method
JP2004071719A (en) * 2002-08-02 2004-03-04 Sony Corp Interposer, manufacturing method therefor, electronic circuit device and manufacturing method therefor
JP2004079745A (en) * 2002-08-16 2004-03-11 Sony Corp Interposer, manufacturing method therefor, electronic circuit device and manufacturing method therefor
JP2004281982A (en) * 2003-03-19 2004-10-07 Seiko Epson Corp Semiconductor device and its manufacturing process
JP2008147431A (en) * 2006-12-11 2008-06-26 Nippon Inter Electronics Corp Semiconductor module and method for manufacturing semiconductor device
JP2009164262A (en) * 2007-12-28 2009-07-23 Seiko Epson Corp Semiconductor device and electronic equipment

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3940774A3 (en) * 2012-10-08 2022-04-20 QUALCOMM Incorporated Stacked multi-chip integrated circuit package
JP2014127490A (en) * 2012-12-25 2014-07-07 Shinko Electric Ind Co Ltd Wiring board and manufacturing method therefor
JP2015119101A (en) * 2013-12-19 2015-06-25 富士通株式会社 Electronic device manufacturing method
WO2017026317A1 (en) * 2015-08-10 2017-02-16 大日本印刷株式会社 Image sensor module
JP2017038040A (en) * 2015-08-10 2017-02-16 大日本印刷株式会社 Image sensor module
JP2017204891A (en) * 2015-08-10 2017-11-16 大日本印刷株式会社 Image sensor module
CN107924924A (en) * 2015-08-10 2018-04-17 大日本印刷株式会社 Image sensor module
US20180205858A1 (en) * 2015-08-10 2018-07-19 Dai Nippon Printing Co., Ltd. Image sensor module
US10681256B2 (en) 2015-08-10 2020-06-09 Dai Nippon Printing Co., Ltd. Image sensor module including a light-transmissive interposer substrate having a through-hole
US11153471B2 (en) 2015-08-10 2021-10-19 Dai Nippon Printing Co., Ltd. Through-hole electrode substrate
CN107924924B (en) * 2015-08-10 2022-12-06 大日本印刷株式会社 Image sensor module

Also Published As

Publication number Publication date
JP5609085B2 (en) 2014-10-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7839649B2 (en) Circuit board structure having embedded semiconductor element and fabrication method thereof
US10546844B2 (en) Stack package and method of manufacturing the stack package
US9214403B2 (en) Stacked semiconductor package
US10566320B2 (en) Method for fabricating electronic package
EP2555240B1 (en) Packaging substrate having embedded interposer and fabrication method thereof
TWI677062B (en) Chip-embedded printed circuit board and semiconductor package using the pcb, and manufacturing method of the pcb
US7656015B2 (en) Packaging substrate having heat-dissipating structure
US8633587B2 (en) Package structure
US9728481B2 (en) System with a high power chip and a low power chip having low interconnect parasitics
JP5081578B2 (en) Resin-sealed semiconductor device
TWI442531B (en) Systems and methods of improved heat dissipation with variable pitch grid array packaging
US20150115467A1 (en) Package-on-package device
US20090121334A1 (en) Manufacturing method of semiconductor apparatus and semiconductor apparatus
WO2010050087A1 (en) Layered semiconductor device and manufacturing method therefor
TW201537719A (en) Stacked semiconductor package
JP2010239126A (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
TWI754785B (en) Integrated circuit package and manufacturing method thereof
JP5609085B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device
KR20190122134A (en) Heat dissipation device having a thermally conductive structure and a thermal isolation structure in the thermally conductive structure
JP2004253738A (en) Package substrate and flip chip type semiconductor device
KR20200007509A (en) Semiconductor package
US8520391B2 (en) Inner-layer heat-dissipating board, multi-chip stack package structure having the inner layer heat-dissipating board and fabrication method thereof
JP2007115760A (en) Semiconductor device and its manufacturing method
JP2010074072A (en) Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device
JP2011119481A5 (en)

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20121024

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20121024

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20131203

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140127

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20140805

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20140818

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5609085

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150