JP2012216572A - Semiconductor chip, method of manufacturing the same, and semiconductor device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor chip suitable for three-dimensional integration and having excellent electromagnetic interference tolerance, and to provide a semiconductor device using the semiconductor chip capable of achieving both high electromagnetic interference tolerance and a high processing capacity.SOLUTION: With respect to a semiconductor chip having an active element or a passive element, and a wiring part electrically connecting those elements, a conductive thin film is provided to coat the wiring part. Since the conductive thin film serves as a shield for shielding an unnecessary electromagnetic wave to the wiring part, the electromagnetic interference tolerance of the semiconductor chip is improved. In addition, by incorporating this semiconductor chip in a three-dimensional integrated semiconductor device, inter-chip crosstalk can be shielded even in the case that face-to-face connection between adjacent chips is performed.

Description

本発明は半導体装置に係り、詳しくは半導体チップの電磁妨害耐性を向上させる構造とその製法、ならびに電磁妨害耐性に優れる半導体装置の構造に関する。   The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a structure and method for improving the electromagnetic interference resistance of a semiconductor chip, and a structure of a semiconductor device having excellent electromagnetic interference resistance.

電子機器に対する、市場からの小型化・高機能化・多機能化への要請はとどまるところを知らない。この要請に応えるため、電子機器に搭載される半導体装置についても、小型化・高機能化が求められている。   There is no end to the demands of electronic devices for miniaturization, high functionality, and multi-functionality. In order to meet this demand, semiconductor devices mounted on electronic devices are also required to be downsized and highly functional.

半導体装置の小型化・高機能化・多機能化を実現する一手法として、複数の半導体チップや受動素子を立体的に集積した三次元集積半導体装置が注目を集めている。単一の半導体チップのみで高機能化を図るのと同等以上の効果を、容易に得ることができるためである。   A three-dimensional integrated semiconductor device in which a plurality of semiconductor chips and passive elements are three-dimensionally integrated is attracting attention as a method for realizing miniaturization, high functionality, and multi-function of a semiconductor device. This is because it is possible to easily obtain an effect equal to or higher than that of achieving a high function only with a single semiconductor chip.

三次元集積半導体装置を実現する手法として、すでにスタックト・ダイ工法やパッケージ・オン・パッケージ工法が実用化されている。スタックト・ダイ工法とは、複数の半導体チップを立体的に積み重ね、個々の半導体チップとインターポーザをボンディングワイヤで接続する工法である。パッケージ・オン・パッケージ工法とは、インターポーザに実装済みの半導体チップを複数用意し、それらを積み重ねた後はんだボールなどで接続する工法である。   As a technique for realizing a three-dimensional integrated semiconductor device, a stacked die method and a package-on-package method have already been put into practical use. The stacked die method is a method in which a plurality of semiconductor chips are stacked three-dimensionally, and individual semiconductor chips and interposers are connected by bonding wires. The package-on-package method is a method of preparing a plurality of semiconductor chips mounted on an interposer, stacking them and then connecting them with solder balls.

一方近年では、3D−SiP(3D−System in Package)とも呼ばれる、半導体チップを貫通する電極を用いた三次元集積半導体装置の開発が盛んである(例として、特許文献1)。3D−SiPでは積み重ねた複数の半導体チップを、その半導体チップを貫通する多数の貫通電極で直接に接続する。半導体チップ間の通信がボンディングワイヤよりもはるかに短い配線で、インターポーザを経由せずに行えるため、三次元集積半導体装置全体の処理能力が、スタックト・ダイ工法やパッケージ・オン・パッケージ工法によるものに比べて飛躍的に向上する。   On the other hand, in recent years, development of a three-dimensional integrated semiconductor device using an electrode penetrating a semiconductor chip, which is also called 3D-SiP (3D-System in Package), has been actively performed (for example, Patent Document 1). In 3D-SiP, a plurality of stacked semiconductor chips are directly connected by a large number of through electrodes penetrating the semiconductor chips. Communication between semiconductor chips is much shorter than bonding wires and can be performed without going through an interposer, so the processing capability of the entire three-dimensional integrated semiconductor device can be reduced to the stacked die method or package-on-package method. Compared to a dramatic improvement.

図40は、典型的な3D−SiPの構成を示す説明図である。
3D−SiP1は、回路要素12と、回路要素間の電気的接続のための配線を含む配線部13を備えた三種類の半導体チップ10、110、210を、その厚さ方向に積み上げて構成されている。半導体チップ10は、表面上の回路要素12が図中下向きに配置されている。一方、半導体チップ110および210は、回路要素12が図中上向きとなるよう配されている。つまり、半導体チップ10と110は3D−SiP1において、配線部13が形成された表面を相互に対向させた状態で組みつけられている。このような組みつけ方をフェイス・トゥ・フェイス接続と呼ぶ場合がある。
FIG. 40 is an explanatory diagram illustrating a configuration of a typical 3D-SiP.
The 3D-SiP1 is configured by stacking three types of semiconductor chips 10, 110, and 210 including a circuit element 12 and a wiring portion 13 including wiring for electrical connection between the circuit elements in the thickness direction. ing. As for the semiconductor chip 10, the circuit element 12 on the surface is arrange | positioned downward in the figure. On the other hand, the semiconductor chips 110 and 210 are arranged so that the circuit element 12 faces upward in the drawing. That is, the semiconductor chips 10 and 110 are assembled in 3D-SiP1 with the surfaces on which the wiring portions 13 are formed facing each other. Such an assembly method is sometimes called face-to-face connection.

各々の半導体チップに形成された回路要素12は、所定の回路機能を実現する電気的部品である。例示するならば、ベース基板を用いて形成されたトランジスタ等の能動素子やベース基板表面などへ形成された受動素子である。   The circuit element 12 formed in each semiconductor chip is an electrical component that realizes a predetermined circuit function. For example, an active element such as a transistor formed using a base substrate or a passive element formed on the surface of the base substrate.

半導体チップ110、同210の内部には、一端が半導体チップの裏面(図中下面)に露出する貫通電極18がそれぞれ設けられている。また、配線部13を構成する配線の一部は、回路要素12と貫通電極18、および貫通電極18間の相互接続に用いられる。各貫通電極18は、貫通電極を取り囲むように形成された絶縁膜(図示せず)で、半導体チップから絶縁される。   Inside each of the semiconductor chips 110 and 210, there are provided through electrodes 18 having one end exposed on the back surface (lower surface in the drawing) of the semiconductor chip. Further, a part of the wiring constituting the wiring part 13 is used for interconnection between the circuit element 12, the through electrode 18, and the through electrode 18. Each through electrode 18 is insulated from the semiconductor chip by an insulating film (not shown) formed so as to surround the through electrode.

半導体チップ10と同110の間、および半導体チップ110と同210の間はマイクロバンプ120でそれぞれ物理的、電気的に接続される。各マイクロバンプは、図示しない絶縁材によって相互に電気的に絶縁されている。また、半導体チップ210を貫通する貫通電極18のチップ裏面側端面には、パッド214が存在する。3D−SiP1は、このパッドを経由して半導体チップ外部と電気的に接続される。   The semiconductor chip 10 and the semiconductor chip 110 and the semiconductor chip 110 and the semiconductor chip 210 are physically and electrically connected by the micro bumps 120, respectively. The micro bumps are electrically insulated from each other by an insulating material (not shown). Further, a pad 214 is present on the end surface on the chip back surface side of the through electrode 18 that penetrates the semiconductor chip 210. The 3D-SiP1 is electrically connected to the outside of the semiconductor chip via this pad.

上記の通り、典型的な3D−SiPでは、集積される半導体チップの配線部がマイクロバンプ高さの距離、あるいは半導体チップの厚さの距離を隔てて近接する。その距離は、はなはだしい場合は20μm以下にまで縮小する。   As described above, in a typical 3D-SiP, the wiring portions of the integrated semiconductor chip are close to each other with a distance of the micro bump height or a thickness of the semiconductor chip. In extreme cases, the distance is reduced to 20 μm or less.

公開公報 WO06/019156Publication Gazette WO06 / 019156 特開2006−179806JP 2006-179806 A 特許第3532788号Japanese Patent No. 3532788

このように複数の配線部が近接した構造では、一方の配線部に含まれる配線が放射する電磁界が、他方の配線部に含まれる配線に伝播して生じるクロストーク・ノイズが増大する。強力なクロストーク・ノイズは、ノイズが乗った配線に接続される回路要素を誤動作させ、ひいては三次元集積半導体装置の異常動作を引き起こす。   In such a structure in which a plurality of wiring portions are close to each other, crosstalk noise generated by propagation of an electromagnetic field radiated by a wiring included in one wiring portion to a wiring included in the other wiring portion increases. Powerful crosstalk noise causes a circuit element connected to the wiring carrying the noise to malfunction, thereby causing abnormal operation of the three-dimensional integrated semiconductor device.

三次元集積半導体装置における、半導体チップ間のクロストーク・ノイズを対策する構造の一種として、特許文献2に開示された発明を例示する。この発明においては、立体的に集積する半導体チップの、配線部が形成されている部分以外の表面に対して金属膜を形成する。さらに前記金属膜を接地電位に接続して、前記金属膜を不要電磁波を遮蔽するシールドに用いる。   The invention disclosed in Patent Document 2 is exemplified as one type of structure for preventing crosstalk noise between semiconductor chips in a three-dimensional integrated semiconductor device. In the present invention, the metal film is formed on the surface of the semiconductor chip that is three-dimensionally integrated except for the portion where the wiring portion is formed. Further, the metal film is connected to a ground potential, and the metal film is used as a shield for shielding unnecessary electromagnetic waves.

しかし前記発明に基づく半導体装置では、配線部が形成された表面には全く防護手段が施されていない。そのため、図40における半導体チップ10および110のごとく、配線部が形成された表面を相互に対向させた状態で半導体チップを集積した場合、クロストーク・ノイズを回避する手立てはない。   However, in the semiconductor device according to the invention, no protective means is applied to the surface on which the wiring portion is formed. Therefore, as in the semiconductor chips 10 and 110 in FIG. 40, when the semiconductor chips are integrated with the surfaces on which the wiring portions are formed facing each other, there is no way to avoid crosstalk noise.

三次元集積半導体装置における、半導体チップ間のクロストーク・ノイズを対策する構造の更なる例として、特許文献3に開示された発明を例示する。この発明においては、立体的に集積される個々の半導体チップに対して、配線部の表面全面に金属薄膜を形成する。この金属薄膜は、半導体チップを常温接合技術で集積する際の接合層になるとともに、半導体チップの放射ノイズを抑制するシールド層としても働く。この発明に基づく半導体装置であれば、配線部を不要電磁波から防護することは可能である。   As a further example of a structure for preventing crosstalk noise between semiconductor chips in a three-dimensional integrated semiconductor device, the invention disclosed in Patent Document 3 is illustrated. In the present invention, a metal thin film is formed on the entire surface of the wiring portion for each of the three-dimensionally integrated semiconductor chips. This metal thin film serves as a bonding layer when the semiconductor chips are integrated by room temperature bonding technology, and also functions as a shield layer for suppressing radiation noise of the semiconductor chip. With the semiconductor device according to the present invention, it is possible to protect the wiring portion from unwanted electromagnetic waves.

しかし、前記発明に基づく半導体装置には、常温接合技術に起因する複数の技術的課題が存在する。   However, the semiconductor device based on the invention has a plurality of technical problems due to the room temperature bonding technique.

第一の課題は、配線層表面の金属層をきわめて平坦に形成しなければならない点である。常温接合技術における接合層には、サブミクロンオーダーでの平坦性が求められる。しかし半導体チップでは、配線部の表面にμmオーダーの凹凸が存在するのが通常である。また、μmオーダーの凹凸がある表面に平坦に金属薄膜を形成できるプロセスは存在しない。よって、前記発明を実用するにあたっては、配線部表面へ金属層を形成する工程に加えて、金属層を平坦化する工程が必須となる。   The first problem is that the metal layer on the surface of the wiring layer must be formed extremely flat. The bonding layer in the room temperature bonding technology is required to have flatness on the order of submicrons. However, in a semiconductor chip, it is usual that unevenness of the order of μm exists on the surface of the wiring part. In addition, there is no process that can form a metal thin film flat on a surface with irregularities on the order of μm. Therefore, in order to put the invention into practice, in addition to the step of forming the metal layer on the surface of the wiring part, the step of flattening the metal layer is essential.

第二の課題は、チップ・トゥ・ウエハ接続プロセスの採用が困難となる点である。
常温接合技術では、接合面の清浄度が接合性に大きく影響する。そのため、接合直前に表面のクリーニングを行う必要がある。
ウエハ・トゥ・ウエハ接続であればこの特徴は問題にならない。一回の処理で多数のチップを一括で接合できるためだ。一方、チップ・トゥ・ウエハ接続に常温接合技術を適用する場合は、プロセスコストの大幅な増大が懸念される。前述の通り、常温接合技術においては接合面に高い清浄度が求められるため、ウエハ側の表面を、チップ接合工程の全ての時間にわたって清浄に保つ必要がある。これはチップ接合工程を全て真空系の中で行うことで可能となるが、それを実現する装置は装置そのもののコストも、ランニングコストも許容できない水準となるだろう。
The second problem is that it becomes difficult to adopt a chip-to-wafer connection process.
In room temperature bonding technology, the cleanliness of the bonding surface greatly affects the bondability. Therefore, it is necessary to clean the surface immediately before joining.
This feature is not a problem for wafer-to-wafer connection. This is because many chips can be bonded together in a single process. On the other hand, when room temperature bonding technology is applied to chip-to-wafer connection, there is a concern that process costs will increase significantly. As described above, in the room-temperature bonding technique, a high cleanliness is required for the bonding surface, so that the surface on the wafer side needs to be kept clean throughout the entire chip bonding process. This can be done by performing the entire chip bonding process in a vacuum system. However, an apparatus for realizing the chip bonding process will be at an unacceptable level of the cost of the apparatus itself and the running cost.

他方、当業者においては半導体チップ間のクロストーク対策として、配線部の中に不要電磁波を遮蔽するような導体構造を設ける手法が考案できるであろう。例としては、配線部のいずれかの導体層に、回路要素を被覆するような大面積の導体パターンを設ける方法などが考えられる。   On the other hand, those skilled in the art will be able to devise a method of providing a conductor structure that shields unnecessary electromagnetic waves in the wiring portion as a measure against crosstalk between semiconductor chips. As an example, a method of providing a conductor pattern with a large area so as to cover a circuit element on any conductor layer of the wiring portion may be considered.

しかし前記の手法では、配線部の配線収容能力が低下する。配線部内に半導体チップの機能には不要な導体構造が形成される以上避けられない問題であり、この問題を解消するには、配線部を構成する導体層を増やすしかない。だが、配線部の導体層を増やすことは、半導体チップの生産コストの上昇に直結する。   However, with the above-described method, the wiring capacity of the wiring portion is reduced. This is an unavoidable problem as long as a conductor structure unnecessary for the function of the semiconductor chip is formed in the wiring portion. To solve this problem, there is no choice but to increase the number of conductor layers constituting the wiring portion. However, increasing the number of conductor layers in the wiring portion directly leads to an increase in the production cost of the semiconductor chip.

これに加えて、CMP(化学機械研磨法)や銅配線が適用される高度な半導体チップでは、大面積の導体パターンを形成することそのものにも技術的困難が存在する。大面積の銅パターンをCMPで平坦化すると、銅層表面が凹状に削れるディッシング(段差)が発生し、その後の工程にも支障が生じるためである。   In addition to this, in advanced semiconductor chips to which CMP (Chemical Mechanical Polishing) or copper wiring is applied, there is a technical difficulty in forming a conductor pattern with a large area. This is because, when a copper pattern of a large area is planarized by CMP, dishing (steps) that cause the copper layer surface to be concaved is generated, and subsequent processes are also hindered.

本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、立体的な集積に適した、電磁妨害耐性に優れる半導体チップの提供を目的としている。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a semiconductor chip suitable for three-dimensional integration and having excellent electromagnetic interference resistance.

上記の目的を達成するための請求項1に係る発明は、半導体チップのうち、半導体材料の層を少なくとも一つ含むベース基板と、前記ベース基板の表面において能動素子と受動素子のいずれか一つ以上で構成される回路要素と、前記回路要素が存在する表面上に交互に配された絶縁層と導体層で形成され、回路要素と半導体チップの外部を電気的に接続するための外部配線を含む配線部と、前記配線部をなす導体層のうち、前記ベース基板から最も離れた層に形成され、前記外部配線に接続された外部接続パッドと、前記外部接続パッドが形成された導体層を被覆し、かつ前記外部接続パッドをチップ外部に露出させるような開口部を備えた絶縁体からなるパッシベーション層とを備えるものであって、さらに、前記ベース基板に対して前記配線部および前記パッシベーション層を離隔した位置に、少なくとも一種類の金属ないし合金からなる導電性薄膜を具備し、かつ前記導電性薄膜のうち前記外部接続パッドに対応する部分には、第二の開口部が設けられていることを特徴とする半導体チップである。   According to a first aspect of the present invention for achieving the above object, a semiconductor substrate includes a base substrate including at least one layer of a semiconductor material, and one of an active element and a passive element on a surface of the base substrate. Formed by the circuit elements configured as described above and insulating layers and conductor layers alternately arranged on the surface where the circuit elements exist, external wiring for electrically connecting the circuit elements and the outside of the semiconductor chip An external connection pad connected to the external wiring and a conductive layer on which the external connection pad is formed. And a passivation layer made of an insulator having an opening that exposes the external connection pad to the outside of the chip, and further, with respect to the base substrate A conductive thin film made of at least one kind of metal or alloy is provided at a position separating the line portion and the passivation layer, and a portion corresponding to the external connection pad in the conductive thin film has a second opening. A semiconductor chip is provided with a portion.

請求項2にかかる発明は、請求項1に記載の半導体チップにおいて、さらに前記ベース基板を厚さ方向に貫通する貫通電極を備えることを特徴とする半導体チップである。   The invention according to claim 2 is the semiconductor chip according to claim 1, further comprising a through electrode penetrating the base substrate in the thickness direction.

請求項3にかかる発明は、下記の1)、2)のうち少なくともいずれか一方を含むことを特徴とする、請求項2に記載の半導体チップである。
1)前記配線部に配置された、前記貫通電極と前記回路要素を電気的に接続するための内部配線。
2)前記配線部を形成する導体層のうち最も前記ベース基板から離れた層に形成され、前記外部配線に接続されていない貫通電極パッド、および前記貫通電極パッドと前記貫通電極を電気的に接続するために前記配線部に配置された貫通配線。
The invention according to claim 3 is the semiconductor chip according to claim 2, including at least one of the following 1) and 2).
1) Internal wiring disposed in the wiring portion for electrically connecting the through electrode and the circuit element.
2) A through electrode pad that is formed in a layer farthest from the base substrate among the conductor layers forming the wiring portion and is not connected to the external wiring, and electrically connects the through electrode pad and the through electrode A through-wiring line disposed in the wiring portion in order to

請求項4にかかる発明は、前記貫通電極が前記ベース基板に加えて前記配線部を厚さ方向に貫通していることを特徴とする、請求項2および3に記載の半導体チップである。   The invention according to claim 4 is the semiconductor chip according to claim 2 or 3, wherein the through electrode penetrates the wiring portion in the thickness direction in addition to the base substrate.

請求項5にかかる発明は、前記貫通電極の内部が導電材料で埋め込まれていることを特徴とする、請求項2から4に記載の半導体チップである。   The invention according to claim 5 is the semiconductor chip according to claim 2, wherein the inside of the through electrode is embedded with a conductive material.

請求項6にかかる発明は、前記導電材料と前記導電性薄膜を形成する材料とが、共通の材料を含むことを特徴とする、請求項5に記載の半導体チップである。   The invention according to claim 6 is the semiconductor chip according to claim 5, wherein the conductive material and the material forming the conductive thin film include a common material.

請求項7にかかる発明は、半導体チップのうち、半導体材料の層を少なくとも一つ含むベース基板と、前記ベース基板の表面において能動素子と受動素子のいずれか一つ以上で構成される回路要素と、前記回路要素が存在する表面上に交互に配された絶縁層と導体層で形成され、回路要素と半導体チップの外部を電気的に接続するための外部配線を含む配線部と、前記配線部をなす導体層のうち、前記ベースから最も離れた層に形成され、前記外部配線に接続された外部接続パッドと、前記外部接続パッドが形成された導体層を被覆し、かつパッドをチップ外部に露出させるような開口部を備えた絶縁体からなるパッシベーション層とを備えるものであって、さらに、前記ベース基板に対して前記配線部を離隔した位置に、少なくとも一種類の半導体材料を含む導体からなる導電性薄膜を具備し、かつ前記導電性薄膜のうち前記外部接続パッドに対応する部分には、第二の開口部が設けられていることを特徴とする半導体チップである。   According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a base substrate including at least one layer of a semiconductor material among semiconductor chips, and a circuit element including at least one of an active element and a passive element on a surface of the base substrate. A wiring section formed of insulating layers and conductor layers alternately arranged on the surface on which the circuit element exists, and including an external wiring for electrically connecting the circuit element and the outside of the semiconductor chip; and the wiring section Of the conductor layer that is formed farthest from the base and covers the external connection pad connected to the external wiring and the conductor layer on which the external connection pad is formed, and the pad is outside the chip. And a passivation layer made of an insulator having an opening to be exposed, and at least one kind at a position separating the wiring part from the base substrate A semiconductor chip comprising a conductive thin film made of a conductor containing a semiconductor material, and a portion corresponding to the external connection pad in the conductive thin film is provided with a second opening. is there.

請求項8にかかる発明は、前記導電性薄膜に含まれる半導体材料が、1.5Ω・cm以下の比抵抗を示すことを特徴とする、請求項7に記載の半導体チップである。   The invention according to claim 8 is the semiconductor chip according to claim 7, wherein the semiconductor material contained in the conductive thin film exhibits a specific resistance of 1.5 Ω · cm or less.

請求項9にかかる発明は、請求項7または8に記載の半導体チップにおいて、さらに前記ベース基板を厚さ方向に貫通する貫通電極を備えることを特徴とする半導体チップである。   The invention according to claim 9 is the semiconductor chip according to claim 7 or 8, further comprising a through electrode penetrating the base substrate in the thickness direction.

請求項10にかかる発明は、前記配線部の中に、下記の1)、2)のうち少なくともいずれか一方を含むことを特徴とする、請求項9に記載の半導体チップである。
1)前記配線部に配置された、前記貫通電極と前記回路要素を電気的に接続するための内部配線。
2)前記配線部を形成する導体層のうち最も前記ベース基板から離れた層に形成され、前記外部配線に接続されていない貫通電極パッド、および前記貫通電極パッドと前記貫通電極を電気的に接続するために前記配線部に配置された貫通配線。
The invention according to claim 10 is the semiconductor chip according to claim 9, wherein the wiring portion includes at least one of the following 1) and 2).
1) Internal wiring disposed in the wiring portion for electrically connecting the through electrode and the circuit element.
2) A through electrode pad that is formed in a layer farthest from the base substrate among the conductor layers forming the wiring portion and is not connected to the external wiring, and electrically connects the through electrode pad and the through electrode A through-wiring line disposed in the wiring portion in order to

請求項11にかかる発明は、前記貫通電極が前記配線部を厚さ方向に貫通していることを特徴とする、請求項9および10に記載の半導体チップである。   The invention according to an eleventh aspect is the semiconductor chip according to the ninth and tenth aspects, wherein the through electrode penetrates the wiring portion in a thickness direction.

請求項12にかかる発明は、前記貫通電極の内部が導電材料で充填されていることを特徴とする、請求項9から11に記載の半導体チップである。   The invention according to a twelfth aspect is the semiconductor chip according to the ninth to eleventh aspects, characterized in that the inside of the through electrode is filled with a conductive material.

請求項13にかかる発明は、前記導電材料と前記導電性薄膜を形成する材料とが、共通の材料を含むことを特徴とする、請求項12に記載の半導体チップである。   The invention according to claim 13 is the semiconductor chip according to claim 12, wherein the conductive material and the material forming the conductive thin film include a common material.

請求項14にかかる発明は、前記導電性薄膜が不要電磁波の遮蔽のために設けられていることを特徴とする、請求項1から13に記載の半導体チップである。   The invention according to claim 14 is the semiconductor chip according to claims 1 to 13, wherein the conductive thin film is provided for shielding unnecessary electromagnetic waves.

請求項15にかかる発明は、前記導電性薄膜が、前記配線部のうち電源電位を供給する部分に接続されていることを特徴とする、請求項1から14に記載の半導体チップである。   The invention according to a fifteenth aspect is the semiconductor chip according to the first to fourteenth aspects, wherein the conductive thin film is connected to a portion of the wiring portion that supplies a power supply potential.

請求項16にかかる発明は、前記導電性薄膜と前記電源電位を供給する配線部との電気的接続を、電源電位を供給するための前記外部接続パッドを前記導電性薄膜で被覆して得ていることを特徴とする、請求項15に記載の半導体チップである。   According to a sixteenth aspect of the present invention, an electrical connection between the conductive thin film and the wiring portion for supplying the power supply potential is obtained by covering the external connection pad for supplying the power supply potential with the conductive thin film. The semiconductor chip according to claim 15, wherein the semiconductor chip is a semiconductor chip.

請求項17にかかる発明は、前記導電性薄膜が、前記配線部のうち接地電位を供給する部分に接続されていることを特徴とする請求項1から14に記載の半導体チップである。   The invention according to claim 17 is the semiconductor chip according to claim 1, wherein the conductive thin film is connected to a portion of the wiring portion that supplies a ground potential.

請求項18にかかる発明は、前記導電性薄膜と前記接地電位を供給する配線部との電気的接続を、接地電位を供給するための前記外部接続パッドを前記導電性薄膜で被覆して得ていることを特徴とする、請求項17に記載の半導体チップである。   According to an eighteenth aspect of the present invention, an electrical connection between the conductive thin film and the wiring portion for supplying the ground potential is obtained by covering the external connection pad for supplying the ground potential with the conductive thin film. The semiconductor chip according to claim 17, wherein the semiconductor chip is a semiconductor chip.

請求項19にかかる発明は、請求項1から18に記載の半導体チップを少なくとも一つ含んだ、複数の半導体チップを立体的に集積したことを特徴とする三次元集積半導体装置である。   The invention according to claim 19 is a three-dimensional integrated semiconductor device characterized in that a plurality of semiconductor chips including at least one of the semiconductor chips according to claims 1 to 18 are three-dimensionally integrated.

請求項20にかかる発明は、請求項19に記載の三次元集積半導体装置において、請求項1から18に記載の半導体チップと電気的に接続される第二の半導体チップが、半導体材料からなり、少なくとも一つの表面を備える第二ベースと、前記第二ベース基板の表面に形成された第二配線部とを備えており、かつ、請求項1から18に記載の半導体チップと前記第二の半導体チップが、前記ベース基板の前記回路要素が形成された表面と、前記第二ベース基板の前記第二配線部が形成された表面が互いに近接するように集積されていることを特徴とする、請求項19に記載の三次元集積半導体装置である。   The invention according to claim 20 is the three-dimensional integrated semiconductor device according to claim 19, wherein the second semiconductor chip electrically connected to the semiconductor chip according to claim 1 is made of a semiconductor material, The semiconductor chip according to claim 1, further comprising: a second base having at least one surface; and a second wiring portion formed on the surface of the second base substrate. The chip is integrated so that a surface of the base substrate on which the circuit elements are formed and a surface of the second base substrate on which the second wiring portion is formed are close to each other. Item 20. A three-dimensional integrated semiconductor device according to Item 19.

請求項21にかかる発明は、下記(a)から(c)の工程を含むことを特徴とする、半導体チップの製造方法である。
(a)半導体チップのうち、能動素子と受動素子のいずれか一つ以上で構成される回路要素と、前記回路要素が存在する表面上に交互に配された絶縁層と導体層で形成され、回路要素と半導体チップの外部を電気的に接続するための外部配線を含む配線部と、前記配線部をなす導体層のうち前記回路要素から最も離れた層に形成され、前記外部配線に接続された外部接続パッドとを具備する半導体チップを準備する工程。
(b)前記配線部の表面に導電性薄膜を形成する工程。
(c)導電性薄膜のうち、前記外部接続パッドを被覆している部分に第二の開口部を設ける工程。
The invention according to claim 21 is a method for manufacturing a semiconductor chip, comprising the following steps (a) to (c).
(A) Of the semiconductor chip, the circuit element is composed of any one or more of an active element and a passive element, and is formed of insulating layers and conductor layers alternately arranged on the surface where the circuit element exists, A wiring portion including external wiring for electrically connecting the circuit element and the outside of the semiconductor chip and a conductor layer forming the wiring portion are formed in a layer farthest from the circuit element and connected to the external wiring. Preparing a semiconductor chip having external connection pads.
(B) forming a conductive thin film on the surface of the wiring portion;
(C) The process of providing a 2nd opening part in the part which has coat | covered the said external connection pad among electroconductive thin films.

請求項22にかかる発明は、下記(a)から(f)の工程を含むことを特徴とする、半導体チップの製造方法である。
(a)半導体チップのうち、能動素子と受動素子のいずれか一つ以上で構成される回路要素と、前記回路要素が存在する表面上に交互に配された絶縁層と導体層で形成され、回路要素と半導体チップの外部を電気的に接続するための外部配線を含む配線部と、前記配線部をなす導体層のうち、前記回路要素から最も離れた層に形成され、前記外部配線に接続された外部接続パッドとを具備する半導体チップを準備する工程。
(b)前記半導体チップに、貫通電極となる孔を加工する工程。
(c)前記孔の側面に絶縁皮膜を形成する工程。
(d)前記孔の内部に導電材料の膜を形成し、半導体チップの両面を導通する工程。
(e)前記配線部の表面に導電性薄膜を形成する工程。
(f)前記導電性薄膜のうち、前記外部接続パッドを被覆している部分に第二の開口部を設ける工程。
According to a twenty-second aspect of the present invention, there is provided a semiconductor chip manufacturing method including the following steps (a) to (f):
(A) Of the semiconductor chip, the circuit element is composed of any one or more of an active element and a passive element, and is formed of insulating layers and conductor layers alternately arranged on the surface where the circuit element exists, A wiring part including external wiring for electrically connecting the circuit element and the outside of the semiconductor chip and a conductor layer forming the wiring part are formed in a layer farthest from the circuit element and connected to the external wiring. Preparing a semiconductor chip comprising the external connection pads.
(B) The process of processing the hole used as a penetration electrode in the said semiconductor chip.
(C) A step of forming an insulating film on the side surface of the hole.
(D) A step of forming a film of a conductive material inside the hole and conducting both surfaces of the semiconductor chip.
(E) A step of forming a conductive thin film on the surface of the wiring portion.
(F) The process of providing a 2nd opening part in the part which has coat | covered the said external connection pad among the said electroconductive thin films.

請求項23にかかる発明は、下記(a)から(c)の工程を含むことを特徴とする、半導体チップの製造方法である。
(a)半導体チップのうち、能動素子と受動素子のいずれか一つ以上で構成される回路要素と、前記回路要素が存在する表面上に交互に配された絶縁層と導体層で形成され、回路要素と半導体チップの外部を電気的に接続するための外部配線を含む配線部と、前記配線部をなす導体層のうち、前記回路要素から最も離れた層に形成され、前記外部配線に接続された外部接続パッドと、導電材料で側面を覆われたトレンチとを具備する半導体チップを準備する工程。
(b)前記配線部の表面に前記導電性薄膜を形成する工程。
(c)前記半導体チップの裏面を研削し、前記トレンチの内部に形成された前記導電材料を一部露出させる工程。
(d)前記導電性薄膜のうち前記外部接続パッドを被覆している部分に、第二の開口部を設ける工程。
The invention according to claim 23 is a method for manufacturing a semiconductor chip, comprising the following steps (a) to (c).
(A) Of the semiconductor chip, the circuit element is composed of any one or more of an active element and a passive element, and is formed of insulating layers and conductor layers alternately arranged on the surface where the circuit element exists, A wiring part including external wiring for electrically connecting the circuit element and the outside of the semiconductor chip and a conductor layer forming the wiring part are formed in a layer farthest from the circuit element and connected to the external wiring. Preparing a semiconductor chip comprising the external connection pads and the trenches whose sides are covered with a conductive material.
(B) forming the conductive thin film on the surface of the wiring portion;
(C) A step of grinding the back surface of the semiconductor chip to partially expose the conductive material formed in the trench.
(D) A step of providing a second opening in a portion of the conductive thin film covering the external connection pad.

本発明の特徴は、半導体チップのうち、回路要素と配線部が形成された表面に不要電磁波を遮蔽するための導電性薄膜を形成することにある。半導体チップに、配線部の内部では形成が困難あるいは非効率な導電性薄膜を付与し、これをもって不要電磁波を原因とする誤動作に耐性を備えた半導体装置を提供可能とする。   A feature of the present invention resides in that a conductive thin film for shielding unwanted electromagnetic waves is formed on the surface of a semiconductor chip on which circuit elements and wiring portions are formed. By providing a semiconductor chip with a conductive thin film that is difficult or inefficient to form inside the wiring portion, it is possible to provide a semiconductor device that is resistant to malfunction caused by unnecessary electromagnetic waves.

導電性薄膜には、半導体チップの外部接続パッドを半導体チップの外部に露出させる、第二の開口部が形成される。これは、半導体チップの内部に形成された回路要素とチップ外の回路を接続するためである。   The conductive thin film is formed with a second opening that exposes the external connection pad of the semiconductor chip to the outside of the semiconductor chip. This is for connecting circuit elements formed inside the semiconductor chip and circuits outside the chip.

本発明の提示する構造は、貫通電極を備える半導体チップにも適用可能である。貫通電極の構造の違いは本発明の効果に影響しないためだ。また、半導体チップに貫通電極を形成する工程もビアファースト法、ビアミドル法、ビアラスト法のいずれを選択してもよい。さらに、貫通電極の内部に導電材料を充填するか否かも、用途に合わせて選択可能である。   The structure presented by the present invention can also be applied to a semiconductor chip having a through electrode. This is because the structure of the through electrode does not affect the effect of the present invention. In addition, any of the via first method, the viamidel method, and the via last method may be selected as the step of forming the through electrode on the semiconductor chip. Furthermore, whether or not the through electrode is filled with a conductive material can be selected according to the application.

前記導電性薄膜の材料は、単体金属、合金、半導体およびこれら複数の組み合わせのいずれでもよい。半導体を用いる場合は、ドーピングなどの手法で比抵抗を低下させるのが望ましい。また、貫通電極内部の導電材料と同じ材料を選択すると、より少ない工程で半導体チップを製造することが可能となる。   The material of the conductive thin film may be any of a single metal, an alloy, a semiconductor, and a combination of these. When using a semiconductor, it is desirable to reduce the specific resistance by a technique such as doping. Further, when the same material as the conductive material inside the through electrode is selected, a semiconductor chip can be manufactured with fewer steps.

前記導電性薄膜を、常に一定の電位を供給する電源電位の配線、あるいは接地電位の配線に接続すると、不要電磁波の遮蔽能力が向上する。   When the conductive thin film is connected to a power supply potential wiring that supplies a constant potential or a ground potential wiring, the ability to shield unwanted electromagnetic waves is improved.

本発明に基づいて提供される半導体チップは、3D−SiPなど複数の半導体チップを立体的に集積した三次元集積半導体装置の構成要素として好適である。特に複数の半導体チップを、双方の配線部を互いに近接するように対向させる場合は、前記導電性薄膜によるクロストーク・ノイズ抑制機能が最大限に発揮される。   The semiconductor chip provided based on the present invention is suitable as a component of a three-dimensional integrated semiconductor device in which a plurality of semiconductor chips such as 3D-SiP are three-dimensionally integrated. In particular, when a plurality of semiconductor chips are opposed to each other so that both wiring portions are close to each other, the function of suppressing crosstalk and noise by the conductive thin film is maximized.

本発明に基づいて提供された半導体チップを三次元集積半導体装置の一部として用いるにあたって、半導体チップ間を接合する材料、工法には一切の制限がない。これは半導体チップが元から備えていた外部接続パッドを、導電性薄膜形成後も半導体チップの外部に露出させているためである。そのために、半導体チップの接合工法が常温接合技術に限定されることがなくなり、既知の接合工法をそのまま利用可能となる。これに伴い、導電性薄膜に厳密な平坦性を求める必要もなくなるというメリットも生じる。   When the semiconductor chip provided based on the present invention is used as a part of a three-dimensional integrated semiconductor device, there is no limitation on the material and method for joining the semiconductor chips. This is because the external connection pads originally provided in the semiconductor chip are exposed to the outside of the semiconductor chip even after the conductive thin film is formed. Therefore, the semiconductor chip bonding method is not limited to the room temperature bonding technique, and the known bonding method can be used as it is. Along with this, there is a merit that it is not necessary to obtain strict flatness in the conductive thin film.

また同様の理由で、半導体装置の集積にチップ・トゥ・ウエハ接続プロセスを用いた場合でも、必要以上の工程、装置の複雑化を避けることができる。   For the same reason, even when a chip-to-wafer connection process is used for integration of semiconductor devices, it is possible to avoid unnecessarily complicated processes and devices.

本発明の一実施形態の半導体チップの一例を模式的に示した断面図である。It is sectional drawing which showed typically an example of the semiconductor chip of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の半導体チップによる三次元集積半導体装置の例を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the example of the three-dimensional integrated semiconductor device by the semiconductor chip of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の半導体チップの一例を模式的に示した断面図である。It is sectional drawing which showed typically an example of the semiconductor chip of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の半導体チップと、それを用いた三次元集積半導体装置を模式的に示したものである。1 schematically shows a semiconductor chip according to an embodiment of the present invention and a three-dimensional integrated semiconductor device using the same. 本発明の一実施形態の半導体チップによる三次元集積半導体装置の例を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the example of the three-dimensional integrated semiconductor device by the semiconductor chip of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の半導体チップおよび半導体装置の加工手順を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the processing procedure of the semiconductor chip and semiconductor device of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の半導体チップおよび半導体装置の加工手順を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the processing procedure of the semiconductor chip and semiconductor device of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の半導体チップの外部接続パッドの配置を示す図である。It is a figure which shows arrangement | positioning of the external connection pad of the semiconductor chip of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の半導体チップおよび半導体装置の加工手順を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the processing procedure of the semiconductor chip and semiconductor device of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の半導体チップおよび半導体装置の加工手順を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the processing procedure of the semiconductor chip and semiconductor device of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の半導体チップおよび半導体装置の加工手順を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the processing procedure of the semiconductor chip and semiconductor device of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の半導体チップおよび半導体装置の加工手順を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the processing procedure of the semiconductor chip and semiconductor device of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の半導体チップおよび半導体装置の加工手順を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the processing procedure of the semiconductor chip and semiconductor device of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の個々のメモリチップの断面構造を示す図である。It is a figure which shows the cross-section of each memory chip of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の半導体チップおよび半導体装置の加工手順を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the processing procedure of the semiconductor chip and semiconductor device of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の半導体チップおよび半導体装置の加工手順を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the processing procedure of the semiconductor chip and semiconductor device of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の半導体チップおよび半導体装置の加工手順を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the processing procedure of the semiconductor chip and semiconductor device of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の半導体チップおよび半導体装置の加工手順を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the processing procedure of the semiconductor chip and semiconductor device of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の半導体チップおよび半導体装置の加工手順を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the processing procedure of the semiconductor chip and semiconductor device of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の半導体チップおよび半導体装置の加工手順を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the processing procedure of the semiconductor chip and semiconductor device of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の半導体チップおよび半導体装置の加工手順を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the processing procedure of the semiconductor chip and semiconductor device of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の半導体チップおよび半導体装置の加工手順を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the processing procedure of the semiconductor chip and semiconductor device of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の半導体チップおよび半導体装置の加工手順を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the processing procedure of the semiconductor chip and semiconductor device of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の半導体チップおよび半導体装置の加工手順を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the processing procedure of the semiconductor chip and semiconductor device of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による三次元集積化半導体装置のシュム・プロットである。3 is a Schum plot of a three-dimensional integrated semiconductor device according to an embodiment of the present invention. 本発明を適用しない三次元集積半導体装置のシュム・プロットである。3 is a Schum plot of a three-dimensional integrated semiconductor device to which the present invention is not applied. 本発明の一実施形態の半導体チップおよび半導体装置の加工手順を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the processing procedure of the semiconductor chip and semiconductor device of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の半導体チップおよび半導体装置の加工手順を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the processing procedure of the semiconductor chip and semiconductor device of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の半導体チップおよび半導体装置の加工手順を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the processing procedure of the semiconductor chip and semiconductor device of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の半導体チップおよび半導体装置の加工手順を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the processing procedure of the semiconductor chip and semiconductor device of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の半導体チップおよび半導体装置の加工手順を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the processing procedure of the semiconductor chip and semiconductor device of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の半導体チップおよび半導体装置の加工手順を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the processing procedure of the semiconductor chip and semiconductor device of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の半導体チップおよび半導体装置の加工手順を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the processing procedure of the semiconductor chip and semiconductor device of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の半導体チップおよび半導体装置の加工手順を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the processing procedure of the semiconductor chip and semiconductor device of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の半導体チップおよび半導体装置の加工手順を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the processing procedure of the semiconductor chip and semiconductor device of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の半導体チップおよび半導体装置の加工手順を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the processing procedure of the semiconductor chip and semiconductor device of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の半導体チップおよび半導体装置の加工手順を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the processing procedure of the semiconductor chip and semiconductor device of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による三次元集積化半導体装置のシュム・プロットである。3 is a Schum plot of a three-dimensional integrated semiconductor device according to an embodiment of the present invention. 本発明を適用しない三次元集積半導体装置のシュム・プロットである。3 is a Schum plot of a three-dimensional integrated semiconductor device to which the present invention is not applied. 3D−SiPの構成の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of a structure of 3D-SiP.

以下、本発明による半導体チップの製造方法を説明する。なお、下記に記載した実施例は、発明の概念を説明するため便宜的に取り上げたものであり、何ら発明の実施形態を限定するものではない。   Hereinafter, a method of manufacturing a semiconductor chip according to the present invention will be described. In addition, the Example described below was taken up for convenience in order to explain the concept of the invention, and does not limit the embodiment of the invention.

以下の各図表において、同じ構成要素に対しては、とくに断りがない限り複数の図表で同じ番号を付与している。 In each of the following charts, the same number is assigned to the same component in a plurality of charts unless otherwise specified.

図1は、本発明に基づいて製作した半導体チップの一例を模式的に示したものである。   FIG. 1 schematically shows an example of a semiconductor chip manufactured according to the present invention.

半導体チップ10は、ベース基板11と、ベース基板表面に形成された回路要素12と、ベース基板の回路要素形成面に、絶縁層と導体層を交互に積層してなる配線部13を備える。また、配線部を構成する導体層のうち、もっともベース基板から遠い層には、外部接続パッド14がある。さらに、配線部のうちベース基板に対向する側の表面には、絶縁材料によるパッシベーション膜15が配される。ただしパッシベーション膜15のうち、外部接続パッドに対応する部分には開口部が形成されている。 The semiconductor chip 10 includes a base substrate 11, circuit elements 12 formed on the surface of the base substrate, and wiring portions 13 formed by alternately laminating insulating layers and conductor layers on the circuit element forming surface of the base substrate. Further, among the conductor layers constituting the wiring portion, the layer farthest from the base substrate is the external connection pad 14. Further, a passivation film 15 made of an insulating material is disposed on the surface of the wiring portion on the side facing the base substrate. However, an opening is formed in the portion of the passivation film 15 corresponding to the external connection pad.

ベース基板11は、半導体材料からなる層を最低一つは備えた部材でなければならない。ただし、半導体材料の材質や構成は任意である。
構成に関しては、全体が単一の材料でできているベース基板を利用可能である。また、SOI(Silicon on Inslator)構造のように、異なる半導体材料の層が直接、もしくは絶縁体を介して積層された構成でもよい。
材料として代表的な物を例示するならば、単体半導体であれば単結晶シリコン、単結晶ゲルマニウムなどがある。炭化ケイ素や、ガリウム砒素、リン化インジウムをはじめとする化合物半導体も、ベース基板11の材料として利用可能である。
The base substrate 11 must be a member provided with at least one layer made of a semiconductor material. However, the material and configuration of the semiconductor material are arbitrary.
Regarding the configuration, a base substrate made entirely of a single material can be used. Further, a structure in which layers of different semiconductor materials are stacked directly or via an insulator, such as an SOI (Silicon on Insulator) structure, may be employed.
Examples of typical materials include single crystal silicon and single crystal germanium as single semiconductors. Compound semiconductors such as silicon carbide, gallium arsenide, and indium phosphide can also be used as the material of the base substrate 11.

半導体チップ10が備える回路要素12の種類は、本発明を適用する上での制約にはならない。トランジスタ、ダイオード等の能動素子を備えるチップであっても、抵抗などの受動素子を備えるチップであっても、また双方を備えるチップであっても、本発明を適用することができる。 The type of the circuit element 12 included in the semiconductor chip 10 is not a limitation in applying the present invention. The present invention can be applied to a chip including an active element such as a transistor or a diode, a chip including a passive element such as a resistor, or a chip including both.

配線部13を構成する絶縁層は絶縁体で形成されていればよく、また導体層は導体で形成されていればよい。同様に、パッシベーション膜15も一種類以上の絶縁体を含む膜であればよい。 The insulating layer constituting the wiring part 13 only needs to be formed of an insulator, and the conductor layer only needs to be formed of a conductor. Similarly, the passivation film 15 may be a film containing one or more kinds of insulators.

パッシベーション膜15の上には導電性薄膜16が形成されている。この導電性薄膜が不要電磁波の伝播を遮断するシールドとして働き、半導体チップ10の電磁妨害耐性を向上させる。導電性薄膜の構成材料としては、各種の単体金属、合金、半導体材料およびこれらを組み合わせて積層したものが採用できる。導電性薄膜を形成するプロセスも、採用した材料に応じて任意に選ぶことができる。 A conductive thin film 16 is formed on the passivation film 15. This conductive thin film functions as a shield that blocks the propagation of unwanted electromagnetic waves, and improves the electromagnetic interference resistance of the semiconductor chip 10. As a constituent material of the conductive thin film, various single metals, alloys, semiconductor materials, and a combination of these can be adopted. The process of forming the conductive thin film can be arbitrarily selected according to the employed material.

導電性薄膜16には、外部接続パッド14の全面を半導体チップ10の外部に露出させるための開口部17が設けられる。 The conductive thin film 16 is provided with an opening 17 for exposing the entire surface of the external connection pad 14 to the outside of the semiconductor chip 10.

ここで、必ずしも全ての外部接続パッド14を露出させる必要はない。なぜなら、これによって半導体チップの電磁妨害耐性をより容易に高められるからである。 Here, it is not always necessary to expose all the external connection pads 14. This is because the electromagnetic interference resistance of the semiconductor chip can be increased more easily.

導電性薄膜16の電磁波遮蔽性能を高める方法として、導電性薄膜16の電位を何らかの方法で安定化することが考えられる。これは導電性薄膜16と、配線層12の中の電位が安定した配線、すなわち電源電位を供給する配線もしくは接地電位を供給する配線とを、電気的に接続することで実現される。導電性薄膜16が電源電位を供給する外部接続パッド141ないし接地電位を供給する外部接続パッド142を覆っているならば、配線部12に何ら配線を追加することなく、導電性薄膜を電位の安定した配線に接続できる。 As a method for improving the electromagnetic wave shielding performance of the conductive thin film 16, it is conceivable to stabilize the potential of the conductive thin film 16 by some method. This is realized by electrically connecting the conductive thin film 16 and a wiring having a stable potential in the wiring layer 12, that is, a wiring for supplying a power supply potential or a wiring for supplying a ground potential. If the conductive thin film 16 covers the external connection pad 141 that supplies the power supply potential or the external connection pad 142 that supplies the ground potential, the conductive thin film can be stabilized in potential without any additional wiring. Can be connected to the selected wiring.

図2には、こうして製作した半導体チップによる三次元集積半導体装置の一例を示した。 FIG. 2 shows an example of a three-dimensional integrated semiconductor device using the semiconductor chip thus manufactured.

三次元集積半導体装置100は、半導体チップ10と第二の半導体チップ110で構成される。第二の半導体チップにも、回路要素12が形成されたベース基板11と配線部13、パッシベーション膜14、外部接続パッド15が存在する。半導体チップ10と同110は、互いのベース基板の回路要素形成面を対向するように積層されており、互いの外部接続パッドはマイクロバンプ120で接続される。マイクロバンプは両半導体チップの間の電気的接続も担っており、その材料として単体金属、合金を少なくとも一種類含む。公知の技術をかんがみれば、はんだ、金バンプ、金属膜を備える樹脂バンプなどが好適であろう。 The three-dimensional integrated semiconductor device 100 includes a semiconductor chip 10 and a second semiconductor chip 110. Also in the second semiconductor chip, the base substrate 11 on which the circuit element 12 is formed, the wiring portion 13, the passivation film 14, and the external connection pad 15 exist. The semiconductor chips 10 and 110 are stacked so that the circuit element forming surfaces of the base substrates face each other, and the external connection pads are connected by the micro bumps 120. The microbumps are also responsible for electrical connection between the two semiconductor chips, and include at least one kind of single metal or alloy as the material. In view of known techniques, solder, gold bumps, resin bumps with metal films, and the like may be suitable.

三次元集積半導体装置100はインターポーザ300に実装されている。三次元集積半導体装置100とインターポーザ300は、半導体チップ110の外部接続パッドを介して電気的に接続される。その方法として、第一には図2に示すようなワイヤボンディング310によるものが挙げられる。また、ベース基板11を公知の方法で薄くした上で、金属バンプ、もしくははんだボールで接続する方法も適用できる。インターポーザ300は、例えばプリント配線板や多層配線基板、リードフレーム等である。ただし、ビルドアップ多層配線基板やシリコン配線基板のような、微細配線の形成に対応した配線基板を利用するのが望ましい。 The three-dimensional integrated semiconductor device 100 is mounted on the interposer 300. The three-dimensional integrated semiconductor device 100 and the interposer 300 are electrically connected via external connection pads of the semiconductor chip 110. As the method, first, there is a method using wire bonding 310 as shown in FIG. Further, it is possible to apply a method in which the base substrate 11 is thinned by a known method and then connected by metal bumps or solder balls. The interposer 300 is, for example, a printed wiring board, a multilayer wiring board, a lead frame, or the like. However, it is desirable to use a wiring board corresponding to the formation of fine wiring, such as a build-up multilayer wiring board or a silicon wiring board.

図3は、本発明に基づいて製作した半導体チップの一例を模式的に示したものである。   FIG. 3 schematically shows an example of a semiconductor chip manufactured according to the present invention.

半導体チップ10は、ベース基板11と、ベース基板表面に形成された回路要素12と、ベース基板の回路要素形成面に、絶縁層と導体層を交互に積層してなる配線部13を備える。また、配線部を構成する導体層のうち、もっともベース基板から遠い層には、外部接続パッド14がある。さらに、配線部のうちベース基板に対向する側の表面には、絶縁材料によるパッシベーション膜15が配される。ただしパッシベーション膜15のうち、外部接続パッド14に対応する部分には開口部が形成されている。 The semiconductor chip 10 includes a base substrate 11, circuit elements 12 formed on the surface of the base substrate, and wiring portions 13 formed by alternately laminating insulating layers and conductor layers on the circuit element forming surface of the base substrate. Further, among the conductor layers constituting the wiring portion, the layer farthest from the base substrate is the external connection pad 14. Further, a passivation film 15 made of an insulating material is disposed on the surface of the wiring portion on the side facing the base substrate. However, an opening is formed in a portion of the passivation film 15 corresponding to the external connection pad 14.

ベース基板11は、半導体材料からなる層を最低一つは備えた部材でなければならない。ただし、部材の構成や半導体材料の材質は任意である。
構成としては、全体が単一の材料でできているベース基板は当然利用可能である。また、SOI構造など、異なる半導体材料の層が直接、もしくは絶縁体を介して積層された構成でもよい。
材料として代表的な物を例示するならば、単体半導体であれば単結晶シリコン、単結晶ゲルマニウムなどがある。炭化ケイ素や、ガリウム砒素、リン化インジウムをはじめとする化合物半導体も、ベース基板11の材料として利用可能である。
The base substrate 11 must be a member provided with at least one layer made of a semiconductor material. However, the structure of the member and the material of the semiconductor material are arbitrary.
As a configuration, a base substrate made entirely of a single material can naturally be used. Alternatively, a structure in which layers of different semiconductor materials such as an SOI structure are stacked directly or via an insulator may be used.
Examples of typical materials include single crystal silicon and single crystal germanium as single semiconductors. Compound semiconductors such as silicon carbide, gallium arsenide, and indium phosphide can also be used as the material of the base substrate 11.

半導体チップ10が備える回路要素12の種類は、本発明を適用する上での制約にはならない。トランジスタ、ダイオード等の能動素子を備えるチップであっても、抵抗などの受動素子を備えるチップであっても、また双方を備えるチップであっても、本発明を適用することができる。 The type of the circuit element 12 included in the semiconductor chip 10 is not a limitation in applying the present invention. The present invention can be applied to a chip including an active element such as a transistor or a diode, a chip including a passive element such as a resistor, or a chip including both.

配線部13を構成する絶縁層は絶縁体で形成されていればよく、また導体層は導体で形成されていればよい。同様に、パッシベーション膜15も一種類以上の絶縁体を含む膜であればよい。 The insulating layer constituting the wiring part 13 only needs to be formed of an insulator, and the conductor layer only needs to be formed of a conductor. Similarly, the passivation film 15 may be a film containing one or more kinds of insulators.

半導体チップ10には、半導体チップの表裏を導通させる貫通電極18が備わっている。貫通電極18は側面に絶縁膜181を持ち、ベース基板11やパッシベーション膜14との間、および配線部13の中の接続すべきでない配線と貫通電極を電気的に分離している。貫通電極の形状や加工プロセスは任意である。貫通電極内部が完全に導電材料で充填された構造でもよいし、貫通電極の側面のみに導電材料が形成されたコンフォーマル構造でもよい。 The semiconductor chip 10 is provided with a through electrode 18 that conducts the front and back of the semiconductor chip. The through electrode 18 has an insulating film 181 on its side surface, and electrically separates the through-electrode from the base substrate 11 and the passivation film 14 and the wiring in the wiring portion 13 that should not be connected. The shape of the through electrode and the processing process are arbitrary. A structure in which the inside of the through electrode is completely filled with the conductive material may be used, or a conformal structure in which the conductive material is formed only on the side surface of the through electrode may be used.

貫通電極の導電性を担う導電材料として、導電性を示すあらゆる材料が採用可能である。単体金属でも、合金でも、半導体でも、導電性フィラーを分散した樹脂でもよい。また、これらの中からいくつかを組み合わせた混合物や積層体を用いることもできる。 Any material that exhibits conductivity can be used as the conductive material that is responsible for the conductivity of the through electrode. A single metal, an alloy, a semiconductor, or a resin in which a conductive filler is dispersed may be used. Moreover, the mixture and laminated body which combined some from these can also be used.

パッシベーション膜15の上には導電性薄膜16が形成されている。導電性薄膜の構成材料には、各種の単体金属、合金、半導体およびこれらを組み合わせて積層したものが利用できる。また、導電性薄膜16は外部接続パッド14の全面を半導体チップ外部に露出させるための開口部17を持つ。 A conductive thin film 16 is formed on the passivation film 15. As the constituent material of the conductive thin film, various single metals, alloys, semiconductors, and combinations of these can be used. The conductive thin film 16 has an opening 17 for exposing the entire surface of the external connection pad 14 to the outside of the semiconductor chip.

ここで、導電性薄膜16の材料と、貫通電極18を構成する導電材料のうち少なくとも一部が同じものであることを許容できれば、工程の簡略が可能である。
貫通電極に導電材料を埋め込むプロセスでは、貫通電極の内部だけでなく、導電材料を埋め込んだ側のウエハ表面にも余分な導電材料の層が形成されることが多い。一般的なプロセスでは、この余分な導電材料はエッチングやCMPなどで完全に除去した上で次工程に供される。しかし、導電性薄膜16と貫通電極18が同じ材料で形成できるのであれば、余分な導電材料の層で導電性薄膜16をかねることができる。これにより、余分な導電材料の除去工程を簡略、あるいは省略できる。
Here, if it is permitted that at least a part of the material of the conductive thin film 16 and the conductive material constituting the through electrode 18 are the same, the process can be simplified.
In the process of embedding a conductive material in the through electrode, an extra conductive material layer is often formed not only inside the through electrode but also on the wafer surface on the side where the conductive material is embedded. In a general process, the excess conductive material is completely removed by etching, CMP, or the like, and then used for the next step. However, if the conductive thin film 16 and the through electrode 18 can be formed of the same material, the conductive thin film 16 can serve as an extra conductive material layer. Thereby, the removal process of the excess conductive material can be simplified or omitted.

また、導電性薄膜16が電源電位供給用の外部接続パッド141ないし接地電位を供給する外部接続パッド142を覆っているならば、配線部12に配線を追加することなく、導電性薄膜16を電位の安定した配線に接続できる。導電性薄膜16の電位の安定は、電磁波遮蔽性能の向上につながる。 Further, if the conductive thin film 16 covers the external connection pad 141 for supplying a power supply potential or the external connection pad 142 for supplying a ground potential, the potential of the conductive thin film 16 is increased without adding wiring to the wiring portion 12. Can be connected to stable wiring. Stabilization of the potential of the conductive thin film 16 leads to improvement in electromagnetic wave shielding performance.

導電性薄膜16と同様に、パッシベーション膜15の上に貫通電極パッド19が形成されている。貫通電極18はパッシベーション膜14を貫通しているため、貫通電極18と貫通電極パッド19は直接電気的に接続される。 Similar to the conductive thin film 16, a through electrode pad 19 is formed on the passivation film 15. Since the through electrode 18 penetrates the passivation film 14, the through electrode 18 and the through electrode pad 19 are directly electrically connected.

図4は、本発明に基づいて製作した半導体チップと、それを用いた三次元集積半導体装置を模式的に示したものである。   FIG. 4 schematically shows a semiconductor chip manufactured according to the present invention and a three-dimensional integrated semiconductor device using the semiconductor chip.

半導体チップ10は、ベース基板11と、ベース基板表面に形成された回路要素12と、ベース基板の回路要素形成面に、絶縁層と導体層を交互に積層してなる配線部13とを備える。また、配線部を構成する導体層のうち、最もベース基板から遠い層には外部接続パッド14および貫通電極パッド19がある。さらに、配線部のうちベース基板に対向する側の表面には、絶縁材料によるパッシベーション膜15が配される。ただしパッシベーション膜15のうち、外部接続パッドと貫通電極パッドに対応する部分には開口部17が形成されている。
以上に加えて、ベース基板11を貫通する貫通電極18が存在する。貫通電極18とベース基板11は絶縁膜181で分離される。また、貫通電極18の一部については、その一端と貫通電極パッド19が配線部12の中の配線によって電気的に接続されている。
The semiconductor chip 10 includes a base substrate 11, circuit elements 12 formed on the surface of the base substrate, and wiring portions 13 formed by alternately laminating insulating layers and conductor layers on the circuit element forming surface of the base substrate. Further, among the conductor layers constituting the wiring portion, the layer farthest from the base substrate includes the external connection pad 14 and the through electrode pad 19. Further, a passivation film 15 made of an insulating material is disposed on the surface of the wiring portion on the side facing the base substrate. However, an opening 17 is formed in a portion of the passivation film 15 corresponding to the external connection pad and the through electrode pad.
In addition to the above, there is a through electrode 18 that penetrates the base substrate 11. The through electrode 18 and the base substrate 11 are separated by an insulating film 181. In addition, with respect to a part of the through electrode 18, one end thereof and the through electrode pad 19 are electrically connected by the wiring in the wiring portion 12.

ベース基板11は、半導体材料からなる層を最低一つは備えた部材でなければならない。ただし、部材の構成や半導体材料の種類は任意である。
構成としては、全体が単一の材料でできているベース基板は当然利用可能である。また、SOI基板など、異なる半導体材料の層が直接、もしくは絶縁体を介して積層された構成でもよい。
材料として代表的な物を例示するならば、単体半導体であれば単結晶シリコン、単結晶ゲルマニウムなどがある。炭化ケイ素や、ガリウム砒素、リン化インジウムをはじめとする化合物半導体も、ベース基板11の材料として利用可能である。
The base substrate 11 must be a member provided with at least one layer made of a semiconductor material. However, the structure of the member and the type of semiconductor material are arbitrary.
As a configuration, a base substrate made entirely of a single material can naturally be used. Alternatively, a structure in which layers of different semiconductor materials such as an SOI substrate are stacked directly or via an insulator may be used.
Examples of typical materials include single crystal silicon and single crystal germanium as single semiconductors. Compound semiconductors such as silicon carbide, gallium arsenide, and indium phosphide can also be used as the material of the base substrate 11.

半導体チップ10が備える回路要素12の種類は、本発明を適用する上での制約にはならない。トランジスタ、ダイオード等の能動素子を備えるチップであっても、抵抗などの受動素子を備えるチップであっても、また双方を備えるチップであっても、本発明を適用することができる。 The type of the circuit element 12 included in the semiconductor chip 10 is not a limitation in applying the present invention. The present invention can be applied to a chip including an active element such as a transistor or a diode, a chip including a passive element such as a resistor, or a chip including both.

配線部13を構成する絶縁層は絶縁体で形成されていればよく、また導体層は導体で形成されていればよい。同様に、パッシベーション膜15も一種類以上の絶縁体を含む膜であればよい。 The insulating layer constituting the wiring part 13 only needs to be formed of an insulator, and the conductor layer only needs to be formed of a conductor. Similarly, the passivation film 15 may be a film containing one or more kinds of insulators.

貫通電極18は、ベース基板の回路要素形成面とその裏面を、もしくは回路要素そのものとベース基板の裏面を導通している。貫通電極の構造や加工プロセスは任意である。貫通電極内部が完全に導電材料で充填された構造でもよいし、貫通電極の側面と底面のみに導電材料の皮膜が形成されたコンフォーマル構造でもよい。 The through electrode 18 electrically connects the circuit element forming surface of the base substrate and the back surface thereof, or the circuit element itself and the back surface of the base substrate. The structure and processing process of the through electrode are arbitrary. A structure in which the inside of the through electrode is completely filled with a conductive material may be used, or a conformal structure in which a film of the conductive material is formed only on the side surface and the bottom surface of the through electrode may be used.

貫通電極の導電性を担う導電材料として、導電性を示すあらゆる材料が採用可能である。単体金属でも、合金でも、半導体でも、導電性フィラーを分散した樹脂でもよい。また、これらの中からいくつかを組み合わせた混合物や積層体を用いることもできる。 Any material that exhibits conductivity can be used as the conductive material that is responsible for the conductivity of the through electrode. A single metal, an alloy, a semiconductor, or a resin in which a conductive filler is dispersed may be used. Moreover, the mixture and laminated body which combined some from these can also be used.

パッシベーション膜15の上には導電性薄膜16が形成されている。導電性薄膜の構成材料には、各種の単体金属、合金、半導体およびこれらを組み合わせて積層したものが利用できる。導電性薄膜16は、外部接続パッド14および貫通電極パッド19を露出させる開口部17を持つ。 A conductive thin film 16 is formed on the passivation film 15. As the constituent material of the conductive thin film, various single metals, alloys, semiconductors, and combinations of these can be used. The conductive thin film 16 has an opening 17 through which the external connection pad 14 and the through electrode pad 19 are exposed.

ここで、導電性薄膜16が電源電位を供給する外部接続パッド141ないし接地電位を供給する外部接続パッド142を覆っているならば、配線部12に配線を追加せずに、導電性薄膜16を電位の安定した配線に接続できる。導電性薄膜16の電位が安定することは、電磁波遮蔽性能の向上につながる。 Here, if the conductive thin film 16 covers the external connection pad 141 for supplying the power supply potential or the external connection pad 142 for supplying the ground potential, the conductive thin film 16 is not added to the wiring portion 12 without adding the wiring. It can be connected to wiring with stable potential. Stabilization of the potential of the conductive thin film 16 leads to improvement in electromagnetic wave shielding performance.

図5には、こうして製作した半導体チップによる三次元集積半導体装置の一例を示した。 FIG. 5 shows an example of a three-dimensional integrated semiconductor device using the semiconductor chip thus manufactured.

三次元集積半導体装置100は、半導体チップ10と第二の半導体チップ110、第三の半導体チップ210で構成される。第二、第三の半導体チップにも、回路要素12が形成されたベース基板11と、配線部13、パッシベーション膜14、外部接続パッド15が存在する。また、第三の半導体チップ210は貫通電極18と貫通電極パッド19を持つ。半導体チップ10と同110は、互いのベース基板の回路要素形成面を対向するように積層されており、互いの外部接続パッドはマイクロバンプ120で接続される。一方、半導体チップ10と210は、互いのベース基板の回路要素形成面が、ベース基板を介して対向するよう積層されている。半導体チップ10と同210は、互いの貫通電極の端面を結合するマイクロバンプ220で接続されている。マイクロバンプは単体金属、合金のうち少なくとも一種類で構成される。公知の技術をかんがみれば、はんだ、金バンプ、金属膜を備える樹脂バンプなどが好適であろう。 The three-dimensional integrated semiconductor device 100 includes a semiconductor chip 10, a second semiconductor chip 110, and a third semiconductor chip 210. Also in the second and third semiconductor chips, there are a base substrate 11 on which circuit elements 12 are formed, a wiring portion 13, a passivation film 14, and an external connection pad 15. The third semiconductor chip 210 has the through electrode 18 and the through electrode pad 19. The semiconductor chips 10 and 110 are stacked so that the circuit element forming surfaces of the base substrates face each other, and the external connection pads are connected by the micro bumps 120. On the other hand, the semiconductor chips 10 and 210 are laminated so that the circuit element formation surfaces of the base substrates face each other with the base substrate interposed therebetween. The semiconductor chip 10 and the semiconductor chip 210 are connected by micro bumps 220 that join the end faces of the through electrodes. The micro bump is composed of at least one of a single metal and an alloy. In view of known techniques, solder, gold bumps, resin bumps with metal films, and the like may be suitable.

三次元集積半導体装置100はインターポーザ300に実装される。三次元集積半導体装置100とインターポーザ300は、半導体チップ210の外部接続パッド14と貫通電極パッド19を介して電気的に接続される。接続にあたっては、図2に示すような金属バンプ320による方法のほか、ボンディングワイヤ、ACFなどが適用できる。インターポーザ300は、例えばプリント配線板や多層配線基板、リードフレーム等である。ただし、ビルドアップ多層配線基板やシリコン配線基板のような、微細配線の形成に対応した配線基板を利用するのが望ましい。 The three-dimensional integrated semiconductor device 100 is mounted on the interposer 300. The three-dimensional integrated semiconductor device 100 and the interposer 300 are electrically connected via the external connection pad 14 and the through electrode pad 19 of the semiconductor chip 210. For connection, in addition to the method using the metal bump 320 as shown in FIG. 2, a bonding wire, ACF, or the like can be applied. The interposer 300 is, for example, a printed wiring board, a multilayer wiring board, a lead frame, or the like. However, it is desirable to use a wiring board corresponding to the formation of fine wiring, such as a build-up multilayer wiring board or a silicon wiring board.

この実施例では、貫通電極を持たない半導体チップをもとに、電磁妨害耐性の高い半導体チップを製作した際の手順を説明する。さらに、その半導体チップを用いて三次元集積半導体装置を製作する手順も説明する。図6から図13は、半導体チップおよび半導体装置の加工手順を説明する図である。   In this embodiment, a procedure for manufacturing a semiconductor chip having high electromagnetic interference resistance based on a semiconductor chip having no through electrode will be described. Further, a procedure for manufacturing a three-dimensional integrated semiconductor device using the semiconductor chip will be described. 6 to 13 are diagrams for explaining the processing procedure of the semiconductor chip and the semiconductor device.

第一の準備工程として、個片化されている第一のテストチップ20を用意した。図6に示すとおり、第一のテストチップ20は、単結晶シリコン製のベース基板11、CMOSトランジスタによるドライバ22、配線部23、アルミニウム製の外部接続パッド24、同じくアルミニウム製の電源供給のための外部接続パッド241、ポリイミド製のパッシベーション膜15を備える。パッシベーション膜には全ての外部接続パッドを半導体チップ外部に露出させるために直径70μmの円形の開口が設けられていた。   As a first preparation step, the first test chip 20 that was separated into pieces was prepared. As shown in FIG. 6, the first test chip 20 includes a base substrate 11 made of single crystal silicon, a driver 22 using CMOS transistors, a wiring portion 23, an external connection pad 24 made of aluminum, and also for power supply made of aluminum. An external connection pad 241 and a polyimide passivation film 15 are provided. The passivation film was provided with a circular opening having a diameter of 70 μm in order to expose all external connection pads to the outside of the semiconductor chip.

第二の準備工程として、個片化済みの第二のテストチップ30を用意した。第二のテストチップ30の大まかな構成は図7に示すとおりであり、単結晶シリコン製のベース基板11、配線部33、アルミニウム製の外部接続パッド34、同じくアルミニウム製の電源供給のための外部接続パッド341、ポリイミド製のパッシベーション膜15を備える。パッド34および同341のうち領域301に含まれるものは、第一のテストチップのパッド24や241と対応する配列に配置される。(図8の平面図を参照)   As a second preparation step, an individualized second test chip 30 was prepared. The rough configuration of the second test chip 30 is as shown in FIG. 7, and includes a base substrate 11 made of single crystal silicon, a wiring portion 33, an external connection pad 34 made of aluminum, and an external power supply for supply made of aluminum. A connection pad 341 and a polyimide passivation film 15 are provided. Of the pads 34 and 341, those included in the region 301 are arranged in an array corresponding to the pads 24 and 241 of the first test chip. (Refer to the plan view of FIG. 8)

第一工程として、第一のテストチップ20のうちパッシベーション膜25が形成された側の表面へ、開口部27が設けられた銅薄膜26を形成した。開口部27は外部接続パッド24を露出するように設けられる一方、電源供給用パッド241は銅薄膜26に覆われるようにした。銅薄膜の厚さは0.7μmであった。
第一工程は、以下に示す第一補工程の一と二の組み合わせで行った。
As a first step, a copper thin film 26 provided with an opening 27 was formed on the surface of the first test chip 20 on the side where the passivation film 25 was formed. The opening 27 is provided so as to expose the external connection pad 24, while the power supply pad 241 is covered with the copper thin film 26. The thickness of the copper thin film was 0.7 μm.
The 1st process was performed by the combination of 1 and 2 of the 1st supplement process shown below.

第一補工程の一として、第一のテストチップ20のパッシベーション膜25形成面全体にスパッタリングによる銅薄膜26を形成した。(図示せず)
第一補副工程の二として、フォトレジスト1000を用いたパターニングと選択的ウエットエッチングにより、図9(a)のように銅薄膜26に開口部17を形成した。開口部17は直径75μmの円形とし、その中心はパッシベーション膜15の開口部と一致させた。ウエットエッチングに際しては、銅薄膜を除去し、アルミニウムを侵さない公知のエッチング液を用いた。
その後、フォトレジスト1000は除去してから次の工程へ進んだ。
As one of the first supplementary steps, a copper thin film 26 was formed on the entire surface of the first test chip 20 where the passivation film 25 was formed by sputtering. (Not shown)
As the second auxiliary step, the opening 17 was formed in the copper thin film 26 by patterning using the photoresist 1000 and selective wet etching as shown in FIG. The opening 17 has a circular shape with a diameter of 75 μm, and the center thereof coincides with the opening of the passivation film 15. In the wet etching, a known etching solution that removes the copper thin film and does not attack aluminum is used.
Thereafter, the photoresist 1000 was removed, and the process proceeded to the next step.

また、以下の第一補工程の三から五を行うことでも、第一工程を完遂できた。   In addition, the first step could also be completed by performing the following first to third steps.

第一補工程の三としては、第一のテストチップ20のパッシベーション膜25形成面に対してフォトレジストのパターンを形成した。(図示せず)
続く第一補工程の四として、スパッタリングによる銅薄膜の形成を行った。
その上で、第一補工程の五として、フォトレジストパターンをその表面の銅薄膜ごとリフトオフした。以上の補工程から、図9(b)のように、所望の位置に開口部17を備える銅薄膜26を得た。
As the third supplementary process, a photoresist pattern was formed on the surface of the first test chip 20 where the passivation film 25 was formed. (Not shown)
As a subsequent first supplementary step, a copper thin film was formed by sputtering.
Then, as the fifth supplementary step, the photoresist pattern was lifted off together with the copper thin film on the surface. From the above auxiliary process, a copper thin film 26 having an opening 17 at a desired position was obtained as shown in FIG.

第二工程として、第一のテストチップ20のパッド24の表面、および無電解銅薄膜26の表面に金でできたスタッドバンプ130を形成した。スタッドバンプ形成後の模式図を図10に示す。スタッドバンプ130の形成は、ワイヤボンダと金ワイヤを用いる公知の方法によって行った。スタッドバンプの高さは30μmとした。   As a second step, a stud bump 130 made of gold was formed on the surface of the pad 24 of the first test chip 20 and the surface of the electroless copper thin film 26. A schematic diagram after the stud bump formation is shown in FIG. The stud bump 130 was formed by a known method using a wire bonder and a gold wire. The height of the stud bump was 30 μm.

第三工程として、三次元集積半導体装置100の組み立てを行った。
まず、インターポーザ300の表面に第二のテストチップ30を、パッド34が露出するように接着剤140で固定した。
続いて第二のテストチップ30に対して第一のテストチップ20をフリップチップ接続した。二つのチップ間の電気的接続は、スタッドバンプ130を利用して実現した。
最後に、チップ間の空隙に熱硬化性のアンダーフィル材330を充填し、大気中で加熱硬化した。(図11)
As a third step, the three-dimensional integrated semiconductor device 100 was assembled.
First, the second test chip 30 was fixed to the surface of the interposer 300 with the adhesive 140 so that the pad 34 was exposed.
Subsequently, the first test chip 20 was flip-chip connected to the second test chip 30. The electrical connection between the two chips was realized using the stud bump 130.
Finally, a thermosetting underfill material 330 was filled in the gaps between the chips and heat-cured in the atmosphere. (Fig. 11)

第四工程として、三次元集積半導体装置100とインターポーザ300を電気的に接続した。(図12)この電気的接続は、外部接続パッド34とインターポーザ300をボンディングワイヤ310で接続することで実現した。   As a fourth step, the three-dimensional integrated semiconductor device 100 and the interposer 300 were electrically connected. (FIG. 12) This electrical connection was realized by connecting the external connection pad 34 and the interposer 300 with the bonding wire 310.

完成した三次元集積半導体装置について、その電気的特性の評価を行った。   The electrical characteristics of the completed three-dimensional integrated semiconductor device were evaluated.

図13は、三次元集積半導体装置100を、電気的な構造に注目して抽象化した模式図である。テストチップ20内のドライバ22については、入力信号配線231、出力信号配線232とも、外部接続パッド24、バンプ130を経由してテストチップ30の配線部33へ引き出されている。これらの配線はさらに外部接続パッド34を経て、装置外の評価システムに接続される。またテストチップ30の配線部33には、上記の系とは別に、配線231、232と平行に配されたモニター用の配線331がある。この配線もまた、装置外の測定システムに接続されている。   FIG. 13 is a schematic diagram in which the three-dimensional integrated semiconductor device 100 is abstracted focusing on the electrical structure. Regarding the driver 22 in the test chip 20, both the input signal wiring 231 and the output signal wiring 232 are drawn out to the wiring portion 33 of the test chip 30 via the external connection pads 24 and the bumps 130. These wirings are further connected to an evaluation system outside the apparatus via an external connection pad 34. In addition, the wiring portion 33 of the test chip 30 includes a monitoring wiring 331 arranged in parallel with the wirings 231 and 232 separately from the above-described system. This wiring is also connected to a measurement system outside the apparatus.

ドライバ22を動作させた場合に、モニター用の配線331に生じるクロストーク・ノイズの測定結果を表1に示す。表1における対象例とは、三次元集積半導体装置100と同様の装置を、銅薄膜16を設けないテストチップで組み立てたものの測定結果である。

Figure 2012216572
Table 1 shows the measurement results of crosstalk noise generated in the monitor wiring 331 when the driver 22 is operated. The target example in Table 1 is a measurement result of the same device as the three-dimensional integrated semiconductor device 100 assembled with a test chip without the copper thin film 16.
Figure 2012216572

この実施例では、貫通電極を備えるとともに、高い電磁妨害耐性を示す半導体チップを製作した際の工程を説明する。また、製作した半導体チップを含む三次元集積半導体装置を製作した際の工程もあわせて説明する。図15から図24は、半導体チップおよび半導体装置の加工手順を説明する図である。   In this embodiment, a process when a semiconductor chip including a through electrode and exhibiting high electromagnetic interference resistance is manufactured will be described. Also, a process for manufacturing a three-dimensional integrated semiconductor device including the manufactured semiconductor chip will be described. 15 to 24 are diagrams for explaining the processing procedure of the semiconductor chip and the semiconductor device.

第一の準備工程として、メモリチップ40が一面に形成されたメモリウエハ400を用意した。ウエハの直径は200mm、ウエハの厚さは405μmであった。
個々のメモリチップの断面構造を図14に示す。個片で見た場合のメモリチップ40は、SOI基板からなるベース基板11(詳細な構造は図示せず)、CMOSトランジスタと受動素子からなるメモリ回路42、配線部13、金で被覆されたアルミニウム製の外部接続パッド14、同じく金被覆アルミニウム製の接地電位供給のための外部接続パッド142、窒化シリコン製のパッシベーション膜15を備える。パッシベーション膜には全ての外部接続パッドを半導体チップ外部に露出させるため、直径50μmの円形の開口が設けられていた。
As a first preparation step, a memory wafer 400 having a memory chip 40 formed on one surface was prepared. The wafer diameter was 200 mm, and the wafer thickness was 405 μm.
FIG. 14 shows a cross-sectional structure of each memory chip. When viewed individually, the memory chip 40 includes a base substrate 11 made of an SOI substrate (detailed structure is not shown), a memory circuit 42 made of CMOS transistors and passive elements, a wiring portion 13, and aluminum covered with gold. An external connection pad 14 made of gold, an external connection pad 142 made of gold-coated aluminum for supplying a ground potential, and a passivation film 15 made of silicon nitride are provided. The passivation film was provided with a circular opening having a diameter of 50 μm in order to expose all external connection pads to the outside of the semiconductor chip.

配線部13の中には、貫通電極と配線部の導通を得るため外部接続パッド14と同じ層に配置されたランド構造143、ランド構造143とメモリ回路を接続する内部配線、メモリ回路と外部接続パッドを結ぶ外部接続配線が配置されていた。(いずれも図示せず) In the wiring part 13, in order to obtain conduction between the through electrode and the wiring part, a land structure 143 arranged in the same layer as the external connection pad 14, an internal wiring for connecting the land structure 143 and the memory circuit, and a memory circuit and external connection External connection wiring connecting the pads was arranged. (Neither shown)

第二の準備工程として、マイコンチップ50を用意した。マイコンチップ50の大まかな構成は図15に示すとおりであり、単結晶シリコン製のベース基板11、マイコン回路52、配線部13、金で被覆されたアルミニウム製の外部接続パッド14、同じく金被覆アルミニウム製の接地電位供給のための外部接続パッド142、ポリイミド製のパッシベーション膜15を備える。パッシベーション膜には全ての外部接続パッドを半導体チップ外部に露出させるため、直径50μmの円形の開口が設けられていた。   As a second preparation step, a microcomputer chip 50 was prepared. The rough configuration of the microcomputer chip 50 is as shown in FIG. 15, and includes a base substrate 11 made of single crystal silicon, a microcomputer circuit 52, a wiring portion 13, an external connection pad 14 made of aluminum covered with gold, and also gold-coated aluminum. An external connection pad 142 for supplying a ground potential made of polyimide and a passivation film 15 made of polyimide are provided. The passivation film was provided with a circular opening having a diameter of 50 μm in order to expose all external connection pads to the outside of the semiconductor chip.

第一工程として、メモリウエハ400の所定の位置に、貫通電極のもととなる貫通孔182を形成した。(図16)ここでいう所定の位置とは、前記ランド構造が配置された部分を含む。貫通孔182の加工には、公知の方法であるボッシュプロセスを用いた。孔の断面は直径35μmの円とした。また孔のピッチは最も狭い部分で150μmであった。 As a first step, a through hole 182 serving as a base of the through electrode was formed at a predetermined position of the memory wafer 400. (FIG. 16) The predetermined position mentioned here includes a portion where the land structure is arranged. A Bosch process, which is a known method, was used for processing the through hole 182. The cross section of the hole was a circle having a diameter of 35 μm. The pitch of the holes was 150 μm at the narrowest part.

第二工程として、ベース基板11や配線部13中の配線と、貫通電極を絶縁するための絶縁膜181を形成した。図17に示すように、テトラエトキシシランを材料とするプラズマCVD(化学気相成長法)で、二酸化ケイ素の薄膜181をメモリウエハ400の表面全体に形成した。薄膜481の厚さは貫通孔182の側面で平均0.17μmであった。   As a second step, an insulating film 181 for insulating the wiring in the base substrate 11 and the wiring portion 13 from the through electrode was formed. As shown in FIG. 17, a silicon dioxide thin film 181 was formed on the entire surface of the memory wafer 400 by plasma CVD (chemical vapor deposition) using tetraethoxysilane as a material. The average thickness of the thin film 481 was 0.17 μm on the side surface of the through hole 182.

第三工程として、絶縁膜181のうち、外部接続パッド14と142、およびランド構造143を被覆する部分を除去した。感光性エッチングレジストとドライエッチングを用いた公知の選択的エッチングプロセスで、絶縁膜181の不要部分を除去できた。エッチングレジスト除去後のメモリウエハの模式図を図18に示す。   As a third step, portions of the insulating film 181 that cover the external connection pads 14 and 142 and the land structure 143 were removed. An unnecessary portion of the insulating film 181 could be removed by a known selective etching process using a photosensitive etching resist and dry etching. A schematic diagram of the memory wafer after removal of the etching resist is shown in FIG.

第四工程として、導電性薄膜46と貫通電極パッド49の形成と、貫通孔482側面への導体材料部形成を行った。これは、以下の第四補工程の一から五に示すプロセスで行った。   As a fourth step, the conductive thin film 46 and the through electrode pad 49 were formed, and the conductor material part was formed on the side surface of the through hole 482. This was performed by the process shown in the following four supplementary steps 1 to 5.

第四補工程の一として、バリアメタルとなる窒化チタン薄膜183を、スパッタリングでメモリウエハ400表裏の露出面全体に形成した。工程終了時の模式図を図19に示す。貫通孔182側面のバリアメタル厚は平均0.08μmであった。   As one of the fourth auxiliary steps, a titanium nitride thin film 183 serving as a barrier metal was formed on the entire exposed surface of the memory wafer 400 by sputtering. A schematic diagram at the end of the process is shown in FIG. The barrier metal thickness on the side surface of the through-hole 182 was 0.08 μm on average.

第四補工程の二として、めっきシード層となる銅薄膜を、スパッタリングでメモリウエハ400の表裏全面に形成した。(図示せず)貫通孔182側面の銅薄膜の厚さは平均で0.54μmであった。   As the second supplementary step, a copper thin film to be a plating seed layer was formed on the entire front and back surfaces of the memory wafer 400 by sputtering. (Not shown) The thickness of the copper thin film on the side surface of the through hole 182 was 0.54 μm on average.

第四補工程の三として、所望の形状の導電性薄膜46、貫通電極パッド49および491を作るためのめっきレジストパターン(図示せず)を形成した。   As the third supplementary process, a plating resist pattern (not shown) for forming the conductive thin film 46 and the through electrode pads 49 and 491 having a desired shape was formed.

第四補工程の四として、外部接続パッド14に対して開口部17を備える導電性薄膜46、貫通電極パッド49と491、ならびに貫通孔182側面の導体材料部を形成した。この補工程は窒化チタン薄膜をシード層とする電解銅めっきで行った。電解銅の厚さはメモリウエハ表面で平均5μm、貫通電極側面で平均3.4μmであった。めっき完了後、めっきレジストパターンは除去した。   As the fourth complementary step, the conductive thin film 46 having the opening 17 with respect to the external connection pad 14, the through electrode pads 49 and 491, and the conductor material portion on the side surface of the through hole 182 were formed. This auxiliary process was performed by electrolytic copper plating using a titanium nitride thin film as a seed layer. The thickness of the electrolytic copper was 5 μm on the average on the memory wafer surface and 3.4 μm on the side surface of the through electrode. After the plating was completed, the plating resist pattern was removed.

第四補工程の五として、銅薄膜、ならびに窒化チタン薄膜183の不要部分をウエットエッチングで除去した。(図20)   As the fifth supplementary process, unnecessary portions of the copper thin film and the titanium nitride thin film 183 were removed by wet etching. (Fig. 20)

第五工程として、上記の第四工程までを実施した第二のメモリウエハ401を用意し、このウエハの外部接続パッド14、142と貫通電極パッド49、491の表面に金スタッドバンプ130、1301を形成した。(図21)スタッドバンプ130の形成は、ワイヤボンダと金ワイヤを用いる公知の方法によって行った。スタッドバンプ130の高さは40μm、スタッドバンプ1301の高さは20μmとした。   As a fifth step, a second memory wafer 401 that has been subjected to the above fourth step is prepared, and gold stud bumps 130 and 1301 are formed on the surfaces of the external connection pads 14 and 142 and the through electrode pads 49 and 491 of the wafer. Formed. (FIG. 21) The stud bump 130 was formed by a known method using a wire bonder and a gold wire. The height of the stud bump 130 was 40 μm, and the height of the stud bump 1301 was 20 μm.

第六工程として、メモリウエハ400と第二のメモリウエハ401を接合した。
予めメモリウエハ400の裏面に未硬化の熱硬化性アンダーフィル材料330を塗布した上で、スタッドバンプ130を用いた公知の圧着プロセスによって両メモリウエハの貫通電極パッド491を接合した。その後、アンダーフィル材料330を硬化させた。(図22)
As a sixth step, the memory wafer 400 and the second memory wafer 401 were bonded.
An uncured thermosetting underfill material 330 was applied to the back surface of the memory wafer 400 in advance, and the through electrode pads 491 of both memory wafers were joined by a known crimping process using the stud bumps 130. Thereafter, the underfill material 330 was cured. (Fig. 22)

第七工程として、接合した二枚のメモリウエハを分割し、個々の積層メモリチップ101を得た。(図示せず)ウエハの分割には公知のウエハダイシング技術を用いた。   As a seventh step, two bonded memory wafers were divided to obtain individual stacked memory chips 101. A known wafer dicing technique was used for dividing the wafer (not shown).

第八工程として、積層メモリチップ101をインターポーザ300に実装した。図23の通り、金スタッドバンプ1301による圧着をもって、積層メモリチップ101とインターポーザ300を電気的に接続した。その後、熱硬化性アンダーフィル材330を注入、熱硬化させた。   As an eighth step, the stacked memory chip 101 was mounted on the interposer 300. As shown in FIG. 23, the laminated memory chip 101 and the interposer 300 were electrically connected by crimping with gold stud bumps 1301. Thereafter, a thermosetting underfill material 330 was injected and thermally cured.

第九工程として、マイコンチップ50と積層メモリチップ101を接合して、三次元集積半導体装置100を完成させた。(図24)マイコンチップ50の外部接続パッド14に対して高さ20μmの金スタッドバンプ130を形成し、これをもって両チップの外部接続パッドを物理的、電気的に接続した。   As a ninth step, the microcomputer chip 50 and the stacked memory chip 101 were joined to complete the three-dimensional integrated semiconductor device 100. (FIG. 24) Gold stud bumps 130 having a height of 20 μm were formed on the external connection pads 14 of the microcomputer chip 50, and the external connection pads of both chips were connected physically and electrically.

完成した三次元集積半導体装置100について、その特性を評価した。図25に本実施例で製作した三次元集積化半導体装置100のシュム・プロットを示した。一方、対象例として本発明を適用しないマイコンチップとメモリチップで試作した三次元集積半導体装置のシュム・プロットを、図26に示した。図25で背景に色の付いた部分が、本発明の効果によってメモリ特性が改善した部分である。   The characteristics of the completed three-dimensional integrated semiconductor device 100 were evaluated. FIG. 25 shows a Schum plot of the three-dimensional integrated semiconductor device 100 manufactured in this example. On the other hand, FIG. 26 shows a Schum plot of a three-dimensional integrated semiconductor device prototyped with a microcomputer chip and a memory chip to which the present invention is not applied as a target example. In FIG. 25, the colored portion of the background is a portion where the memory characteristics are improved by the effect of the present invention.

この実施例では、貫通電極を備えた半導体チップを使って、高い電磁妨害耐性を示す半導体チップを製作した際の工程を説明する。また、製作した半導体チップを含む三次元集積半導体装置を組み立てた際の工程もあわせて説明する。図27から図37は、半導体チップおよび半導体装置の加工手順を説明する図である。   In this embodiment, a process when a semiconductor chip having high electromagnetic interference resistance is manufactured using a semiconductor chip having a through electrode will be described. Also, a process for assembling a three-dimensional integrated semiconductor device including the manufactured semiconductor chip will be described. 27 to 37 are diagrams for explaining the processing procedure of the semiconductor chip and the semiconductor device.

第一の準備工程として、メモリチップ60が一面に形成されたメモリウエハ600を用意した。ウエハの直径は150mm、ウエハの厚さは625μmであった。
個々のメモリチップの断面構造を図27に示す。個片で見た場合のメモリチップ60は、SOI基板からなるベース基板61(詳細な構造は図示せず)、CMOSトランジスタと受動素子からなるメモリ回路42、配線部13、金で被覆されたアルミニウム製の外部接続パッド14、同じく金被覆アルミニウム製の接地電位供給のための外部接続パッド142、窒化シリコン製のパッシベーション膜15を備える。パッシベーション膜には全ての外部接続パッドを半導体チップ外部に露出させるため、直径50μmの円形の開口が設けられていた。
As a first preparation step, a memory wafer 600 having a memory chip 60 formed on one surface was prepared. The wafer diameter was 150 mm, and the wafer thickness was 625 μm.
FIG. 27 shows a cross-sectional structure of each memory chip. When viewed individually, the memory chip 60 includes a base substrate 61 (not shown in detail) made of an SOI substrate, a memory circuit 42 made of CMOS transistors and passive elements, a wiring portion 13, and aluminum coated with gold. An external connection pad 14 made of gold, an external connection pad 142 made of gold-coated aluminum for supplying a ground potential, and a passivation film 15 made of silicon nitride are provided. The passivation film was provided with a circular opening having a diameter of 50 μm in order to expose all external connection pads to the outside of the semiconductor chip.

ベース基板61には、導電性シリコンが充填されたビアホール682が形成されている。ビアホール682は直径10μm、深さ110μmの円柱状で、その側壁には二酸化ケイ素による絶縁膜681が設けられている。ビアホール間のピッチは最も狭いところで25μmであった。またビアホール681は、配線部13を経由して貫通電極パッド19と電気的に接続されていた。 A via hole 682 filled with conductive silicon is formed in the base substrate 61. The via hole 682 has a cylindrical shape with a diameter of 10 μm and a depth of 110 μm, and an insulating film 681 made of silicon dioxide is provided on the side wall thereof. The pitch between via holes was 25 μm at the narrowest place. The via hole 681 is electrically connected to the through electrode pad 19 via the wiring portion 13.

第二の準備工程として、マイコンチップ50を準備した。これは実施例2で用いたマイコンチップと全く同一のものである。(図15参照)マイコンチップ50に対しては、外部接続パッド14、142上に金でできた高さ30μmのスタッドバンプ130を公知の方法で形成しておいた。   As a second preparation step, a microcomputer chip 50 was prepared. This is exactly the same as the microcomputer chip used in the second embodiment. (See FIG. 15) For the microcomputer chip 50, a stud bump 130 made of gold and having a height of 30 μm was formed on the external connection pads 14 and 142 by a known method.

第三の準備工程として、ガリウム砒素薄膜66、ならびにガリウムインジウム砒素薄膜661が積層された、ガリウム砒素製のブランクウエハ1010を準備した。(図28)支持ウエハは直径150mmの円形で、その表面には厚さ1.2μmの円形のアルミニウム砒素薄膜661が形成されていた。さらにその上に、直径145mm、厚さ10μmの円形のガリウム砒素薄膜66が形成されていた。ガリウム砒素薄膜は炭素でドープされており、その抵抗率は1.47Ω・cmであった。   As a third preparation step, a blank wafer 1010 made of gallium arsenide in which a gallium arsenide thin film 66 and a gallium indium arsenide thin film 661 were laminated was prepared. (FIG. 28) The supporting wafer was circular with a diameter of 150 mm, and a circular aluminum arsenic thin film 661 with a thickness of 1.2 μm was formed on the surface thereof. Furthermore, a circular gallium arsenide thin film 66 having a diameter of 145 mm and a thickness of 10 μm was formed thereon. The gallium arsenide thin film was doped with carbon, and its resistivity was 1.47 Ω · cm.

第一工程として、ガリウム砒素薄膜66に対して開口部17を形成した。開口部の形成は、ガリウム砒素薄膜66のうち所定の部分を、公知のエッチャントを用いたウエットエッチングで除去することで行った。開口部17形成後のブランクウエハ1010を図29に示す。開口部17の径は58.5μmであった。   As a first step, an opening 17 was formed in the gallium arsenide thin film 66. The opening was formed by removing a predetermined portion of the gallium arsenide thin film 66 by wet etching using a known etchant. A blank wafer 1010 after the opening 17 is formed is shown in FIG. The diameter of the opening 17 was 58.5 μm.

ガリウム砒素薄膜66は後の工程でメモリウエハ600に転写される。そこで、開口部67の配置は、ガリウム砒素薄膜66を転写した際に外部接続パッド64、貫通電極パッド69を全て露出させるように定めた。   The gallium arsenide thin film 66 is transferred to the memory wafer 600 in a later process. Therefore, the arrangement of the opening 67 is determined so that the external connection pad 64 and the through electrode pad 69 are all exposed when the gallium arsenide thin film 66 is transferred.

第二工程として、メモリウエハ600とブランクウエハ1010を貼り合わせた。
まず、ポリイミドを主成分とする感光性接着剤1401をメモリウエハ600の配線層側表面に貼り付けたあと、全ての外部接続パッド14、142および貫通電極パッド69を露出させるパターンを形成した。
次いで、感光性接着剤1401を用いて、メモリウエハ600とブランクウエハ1020を接着した。このとき、ブランクウエハ1010はガリウム砒素薄膜66が形成された面を接着面とした。
第二工程の最後に、感光性接着剤1401を熱硬化させ、二枚のウエハを完全に固着させた。第二工程完了時のウエハの模式図を図30に示す。
As a second step, the memory wafer 600 and the blank wafer 1010 were bonded together.
First, a photosensitive adhesive 1401 containing polyimide as a main component was attached to the wiring layer side surface of the memory wafer 600, and then a pattern exposing all the external connection pads 14 and 142 and the through electrode pads 69 was formed.
Next, the memory wafer 600 and the blank wafer 1020 were bonded using a photosensitive adhesive 1401. At this time, the surface of the blank wafer 1010 on which the gallium arsenide thin film 66 was formed was used as an adhesive surface.
At the end of the second step, the photosensitive adhesive 1401 was thermally cured to completely fix the two wafers. A schematic view of the wafer when the second step is completed is shown in FIG.

第三工程として、ベース基板61に埋設されたビアホール682を裏面に露出させて貫通電極68とした。メモリウエハ600をベース基板側から、BG(Back Grinding)とCMPを用いて厚みが100μmになるまで研削した。その後、図31に示す通り、メモリウエハ600の研削面全面に対し、低温CVDによる二酸化ケイ素のパッシベーション膜651を形成した。ただし貫通電極68の端部のみはパッシベーション膜651で被覆することなく、露出させた。 As a third step, the via hole 682 embedded in the base substrate 61 was exposed on the back surface to form the through electrode 68. The memory wafer 600 was ground from the base substrate side to a thickness of 100 μm using BG (Back Grinding) and CMP. Thereafter, as shown in FIG. 31, a silicon dioxide passivation film 651 is formed on the entire ground surface of the memory wafer 600 by low temperature CVD. However, only the end portion of the through electrode 68 was exposed without being covered with the passivation film 651.

第四工程として、貫通電極68のベース基板61側端部に、半導体チップ積層用のメタルポスト150を設けた。メタルポスト150は銅で形成し、ベース基板表面からの高さは5μmとした。また、メタルポスト150の頂面には、厚さ2μmのスズ薄膜1501を形成した。(図32)
メタルポスト150とスズ薄膜1501の形成は、スパッタ銅をめっきシード層とする公知の電解めっきアディティブプロセスで実施した。
As a fourth step, a metal post 150 for stacking semiconductor chips was provided at the end of the through electrode 68 on the base substrate 61 side. The metal post 150 was made of copper, and the height from the surface of the base substrate was 5 μm. In addition, a tin thin film 1501 having a thickness of 2 μm was formed on the top surface of the metal post 150. (Fig. 32)
The metal post 150 and the tin thin film 1501 were formed by a known electrolytic plating additive process using sputtered copper as a plating seed layer.

第五工程として、ブランクウエハ1010をメモリウエハ600から剥離した。まず、メモリウエハ600のベース基板側にガラス製のサポートウエハ1020を耐酸性接着フィルム1030で貼り付けた。このとき、メタルポスト150全体を接着フィルムに埋設した。次いでメモリウエハ600を塩酸に浸漬し、ガリウムインジウム砒素薄膜681を除去した。第五工程完了時のウエハ600の模式図を図33に示す。 As a fifth step, the blank wafer 1010 was peeled from the memory wafer 600. First, a glass support wafer 1020 was attached to the base substrate side of the memory wafer 600 with an acid resistant adhesive film 1030. At this time, the entire metal post 150 was embedded in the adhesive film. Next, the memory wafer 600 was immersed in hydrochloric acid, and the gallium indium arsenide thin film 681 was removed. A schematic diagram of the wafer 600 at the completion of the fifth step is shown in FIG.

第六工程として、上記第四工程までを適用した第二のメモリウエハ601を用意し、メモリウエハ600と電気的、物理的に接合した。(図34)ウエハ間で対応する外部接続パッド64とメタルポスト150、および貫通電極パッド69とメタルポスト150をアライメントした上で、リフローによって一括で接合した。その後、ウエハ間にアンダーフィル材料(図示せず)を充填・硬化した。 As a sixth process, a second memory wafer 601 to which the above-described fourth process was applied was prepared, and electrically and physically joined to the memory wafer 600. (FIG. 34) The external connection pads 64 and the metal posts 150 and the through electrode pads 69 and the metal posts 150 corresponding to each other between the wafers were aligned, and then joined together by reflow. Thereafter, an underfill material (not shown) was filled and cured between the wafers.

第七工程として、第五工程と同様に、第二のメモリウエハに接合したブランクウエハ1010を除去した。 As the seventh step, the blank wafer 1010 bonded to the second memory wafer was removed as in the fifth step.

第八工程として、ガラス製の第二のサポートウエハ1021を、外部接続パッド14の露出する面へ新たに貼り付けるとともに、サポートウエハ1020の剥離を行った。(図35)   As an eighth step, a second support wafer 1021 made of glass was newly attached to the exposed surface of the external connection pad 14 and the support wafer 1020 was peeled off. (Fig. 35)

第九工程として、メモリウエハ600、601およびサポートウエハ1021を一括でダイシングし、個々の積層メモリ102へと分離した。(図示せず)   As a ninth step, the memory wafers 600 and 601 and the support wafer 1021 were diced together and separated into individual stacked memories 102. (Not shown)

第十工程として、積層メモリ102をビルドアップ多層基板によるインターポーザ330に実装した。実装にはメタルポスト150を用いた。この後、個片化したサポートウエハ1021を剥離した。(図36)   As a tenth step, the stacked memory 102 was mounted on the interposer 330 using a build-up multilayer substrate. A metal post 150 was used for mounting. Thereafter, the separated support wafer 1021 was peeled off. (Fig. 36)

第十一工程として、マイコンチップ50と積層メモリチップ101を接合して、三次元集積半導体装置100を完成させた。(図37)   As an eleventh step, the microcomputer chip 50 and the stacked memory chip 101 were joined to complete the three-dimensional integrated semiconductor device 100. (Fig. 37)

完成した三次元集積半導体装置100について、その特性を評価した。図38に本実施例で製作した三次元集積化半導体装置100のシュム・プロットを示した。一方、対象例として本発明を適用しないマイコンチップとメモリチップで試作した三次元集積半導体装置のシュム・プロットを、図39に示した。図38で背景に色の付いた部分が、本発明の効果によってメモリ特性が改善した部分である。 The characteristics of the completed three-dimensional integrated semiconductor device 100 were evaluated. FIG. 38 shows a Schum plot of the three-dimensional integrated semiconductor device 100 manufactured in this example. On the other hand, FIG. 39 shows a Schum plot of a three-dimensional integrated semiconductor device prototyped with a microcomputer chip and a memory chip to which the present invention is not applied as a target example. In FIG. 38, the colored portion of the background is a portion where the memory characteristics are improved by the effect of the present invention.

1…3D−SiP
10、110、210…半導体チップ
11、61…ベース基板
12…回路要素
13、23、33…配線部
14、24、34…外部接続パッド
15…パッシベーション膜
16…導電性薄膜
17…導電性薄膜の開口部
18、68…貫通電極
19、49…貫通電極パッド
20、30…テストチップ
22…CMOSによるドライバ
26…銅薄膜
40、60…メモリチップ
42、62…メモリ回路
50…マイコンチップ
52…マイコン回路
66…ガリウム砒素薄膜
100…三次元集積半導体装置
101…積層メモリチップ
120…マイクロバンプ
130、1301…スタッドバンプ
140、1401…接着剤
141、241、341…電源供給のための外部接続パッド
142…接地電位供給のための外部接続パッド
143…ランド構造
150…メタルポスト
181…貫通電極側面の絶縁皮膜
182…貫通孔
183…バリアメタル
231…入力信号配線
232…出力信号配線
300…インターポーザ
310…ボンディングワイヤ
320…はんだバンプ
330…アンダーフィル材料
331…モニター配線
400、401、600、601…メモリチップウエハ
491…半導体チップ裏面の貫通電極パッド
651…裏面側のパッシベーション膜
681…ビアホール側面の絶縁皮膜
682…ビアホール
1000…フォトレジスト
1010…ブランクウエハ
1020、1021…サポートウエハ
1030…接着フィルム
1501…スズ薄膜
1 ... 3D-SiP
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 110, 210 ... Semiconductor chip 11, 61 ... Base substrate 12 ... Circuit element 13, 23, 33 ... Wiring part 14, 24, 34 ... External connection pad 15 ... Passivation film 16 ... Conductive thin film 17 ... Conductive thin film Opening 18, 68 ... Through electrode 19, 49 ... Through electrode pad 20, 30 ... Test chip 22 ... Driver by CMOS 26 ... Copper thin film 40, 60 ... Memory chip 42, 62 ... Memory circuit 50 ... Microcomputer chip 52 ... Microcomputer circuit DESCRIPTION OF SYMBOLS 66 ... Gallium arsenide thin film 100 ... Three-dimensional integrated semiconductor device 101 ... Stacked memory chip 120 ... Micro bump 130, 1301 ... Stud bump 140, 1401 ... Adhesive 141, 241, 341 ... External connection pad 142 for power supply 142 ... Ground External connection pad for potential supply 143 .. land structure DESCRIPTION OF SYMBOLS 150 ... Metal post 181 ... Insulating film of a through-electrode side 182 ... Through-hole 183 ... Barrier metal 231 ... Input signal wiring 232 ... Output signal wiring 300 ... Interposer 310 ... Bonding wire 320 ... Solder bump 330 ... Underfill material 331 ... Monitor wiring 400, 401, 600, 601 ... memory chip wafer 491 ... penetrating electrode pad on the back side of the semiconductor chip 651 ... passivation film on the back side 681 ... insulating film on the side surface of the via hole 682 ... via hole 1000 ... photoresist 1010 ... blank wafer 1020, 1021 ... support Wafer 1030 ... adhesive film 1501 ... tin thin film

Claims (23)

半導体チップのうち、
半導体材料の層を少なくとも一つ含むベース基板と、
前記ベース基板の表面において、能動素子と受動素子のいずれか一つ以上で構成される回路要素と、
前記回路要素が存在する表面上に交互に配された絶縁層と導体層で形成され、回路要素と半導体チップの外部を電気的に接続するための外部配線を含む配線部と、
前記配線部をなす導体層のうち、前記ベース基板から最も離れた層に形成され、前記外部配線に接続された外部接続パッドと、
前記外部接続パッドが形成された導体層を被覆し、かつ前記外部接続パッドをチップ外部に露出させるような開口部を備えた絶縁体からなるパッシベーション層と、
を備えるものであって、
さらに、前記ベース基板に対して前記配線部および前記パッシベーション層を離隔した位置に、少なくとも一種類の金属ないし合金からなる導電性薄膜を具備し、
かつ、前記導電性薄膜のうち前記外部接続パッドに対応する部分には第二の開口部が設けられていることを特徴とする半導体チップ。
Of the semiconductor chips
A base substrate comprising at least one layer of semiconductor material;
On the surface of the base substrate, a circuit element composed of at least one of an active element and a passive element;
A wiring portion formed of insulating layers and conductor layers alternately arranged on the surface on which the circuit element exists, and including an external wiring for electrically connecting the circuit element and the outside of the semiconductor chip;
Of the conductor layers forming the wiring portion, formed in a layer farthest from the base substrate, external connection pads connected to the external wiring,
A passivation layer made of an insulator that covers the conductor layer on which the external connection pad is formed and has an opening that exposes the external connection pad to the outside of the chip;
Comprising:
And a conductive thin film made of at least one kind of metal or alloy at a position separating the wiring portion and the passivation layer from the base substrate,
The semiconductor chip is characterized in that a second opening is provided in a portion of the conductive thin film corresponding to the external connection pad.
請求項1に記載の半導体チップにおいて、さらに前記ベース基板を厚さ方向に貫通する貫通電極を備えることを特徴とする半導体チップ。   2. The semiconductor chip according to claim 1, further comprising a through electrode penetrating the base substrate in a thickness direction. 前記配線部の中に、下記の1)、2)のうち少なくともいずれか一方を含むことを特徴とする、請求項2に記載の半導体チップ。
1)前記配線部に配置された、前記貫通電極と前記回路要素を電気的に接続するための内部配線。
2)前記配線部を形成する導体層のうち最も前記ベース基板から離れた層に形成され、前記外部配線に接続されていない貫通電極パッド、および前記貫通電極パッドと前記貫通電極を電気的に接続するために前記配線部に配置された貫通配線。
The semiconductor chip according to claim 2, wherein the wiring portion includes at least one of the following 1) and 2).
1) Internal wiring disposed in the wiring portion for electrically connecting the through electrode and the circuit element.
2) A through electrode pad that is formed in a layer farthest from the base substrate among the conductor layers forming the wiring portion and is not connected to the external wiring, and electrically connects the through electrode pad and the through electrode A through-wiring line disposed in the wiring portion in order to
前記貫通電極が前記ベース基板に加えて前記配線部を厚さ方向に貫通していることを特徴とする、請求項2および3に記載の半導体チップ。   4. The semiconductor chip according to claim 2, wherein the through electrode penetrates the wiring portion in the thickness direction in addition to the base substrate. 5. 前記貫通電極の内部が導電材料で埋め込まれていることを特徴とする、請求項2から4に記載の半導体チップ。   The semiconductor chip according to claim 2, wherein the inside of the through electrode is embedded with a conductive material. 前記導電材料と前記導電性薄膜を形成する材料とが、共通の材料を含むことを特徴とする、請求項5に記載の半導体チップ。   The semiconductor chip according to claim 5, wherein the conductive material and the material forming the conductive thin film include a common material. 半導体チップのうち、
半導体材料の層を少なくとも一つ含むベース基板と、
前記ベース基板の表面において、能動素子と受動素子のいずれか一つ以上で構成される回路要素と、
前記回路要素が存在する表面上に交互に配された絶縁層と導体層で形成され、回路要素と半導体チップの外部を電気的に接続するための外部配線を含む配線部と、
前記配線部をなす導体層のうち、前記ベースから最も離れた層に形成され、前記外部配線に接続された外部接続パッドと、
前記外部接続パッドが形成された導体層を被覆し、かつ前記外部接続をチップ外部に露出させるような開口部を備えた絶縁体からなるパッシベーション層と、
を備えるものであって、
さらに、
前記ベース基板に対して前記配線部を離隔した位置に、少なくとも一種類の半導体材料を含む導体からなる導電性薄膜を具備し、
かつ前記導電性薄膜のうち前記外部接続パッドに対応する部分には第二の開口部が設けられていることを特徴とする半導体チップ。
Of the semiconductor chips
A base substrate comprising at least one layer of semiconductor material;
On the surface of the base substrate, a circuit element composed of at least one of an active element and a passive element;
A wiring portion formed of insulating layers and conductor layers alternately arranged on the surface on which the circuit element exists, and including an external wiring for electrically connecting the circuit element and the outside of the semiconductor chip;
Of the conductor layers forming the wiring portion, formed in a layer farthest from the base, external connection pads connected to the external wiring,
A passivation layer made of an insulator that covers the conductor layer on which the external connection pad is formed and has an opening that exposes the external connection to the outside of the chip;
Comprising:
further,
Provided with a conductive thin film made of a conductor containing at least one kind of semiconductor material at a position separating the wiring part from the base substrate,
The semiconductor chip is characterized in that a second opening is provided in a portion of the conductive thin film corresponding to the external connection pad.
前記導電性薄膜に含まれる半導体材料が、1.5Ω・cm以下の比抵抗を示すことを特徴とする、請求項7に記載の半導体チップ。   The semiconductor chip according to claim 7, wherein the semiconductor material contained in the conductive thin film exhibits a specific resistance of 1.5 Ω · cm or less. 請求項7または8に記載の半導体チップにおいて、さらに前記ベース基板を厚さ方向に貫通する貫通電極を備えることを特徴とする半導体チップ。   9. The semiconductor chip according to claim 7, further comprising a through electrode penetrating the base substrate in a thickness direction. 前記配線部の中に、下記の1)、2)のうち少なくともいずれか一方を含むことを特徴とする、請求項9に記載の半導体チップ。
1)前記配線部に配置された、前記貫通電極と前記回路要素を電気的に接続するための内部配線。
2)前記配線部を形成する導体層のうち最も前記ベース基板から離れた層に形成され、前記外部配線に接続されていない貫通電極パッド、および前記貫通電極パッドと前記貫通電極を電気的に接続するために前記配線部に配置された貫通配線。
The semiconductor chip according to claim 9, wherein the wiring portion includes at least one of the following 1) and 2).
1) Internal wiring disposed in the wiring portion for electrically connecting the through electrode and the circuit element.
2) A through electrode pad that is formed in a layer farthest from the base substrate among the conductor layers forming the wiring portion and is not connected to the external wiring, and electrically connects the through electrode pad and the through electrode A through-wiring line disposed in the wiring portion in order to
前記貫通電極が前記配線部を厚さ方向に貫通していることを特徴とする、請求項9および10に記載の半導体チップ。   11. The semiconductor chip according to claim 9, wherein the through electrode penetrates the wiring portion in a thickness direction. 前記貫通電極の内部が導電材料で充填されていることを特徴とする、請求項9から11に記載の半導体チップ。   The semiconductor chip according to claim 9, wherein the inside of the through electrode is filled with a conductive material. 前記導電材料が前記導電性薄膜を形成する材料と同じであることを特徴とする、請求項12に記載の半導体チップ。   The semiconductor chip according to claim 12, wherein the conductive material is the same as a material forming the conductive thin film. 前記導電性薄膜が不要電磁波の遮蔽のために設けられていることを特徴とする、請求項1から13に記載の半導体チップ。   The semiconductor chip according to claim 1, wherein the conductive thin film is provided for shielding unnecessary electromagnetic waves. 前記導電性薄膜が、前記配線部のうち電源電位を供給する部分に接続されていることを特徴とする、請求項1から14に記載の半導体チップ。   The semiconductor chip according to claim 1, wherein the conductive thin film is connected to a portion of the wiring portion that supplies a power supply potential. 前記導電性薄膜と前記電源電位を供給する配線部との電気的接続を、電源電位を供給するための前記外部接続パッドを前記導電性薄膜で被覆して得ていることを特徴とする、請求項15に記載の半導体チップ。   The electrical connection between the conductive thin film and the wiring portion for supplying the power supply potential is obtained by covering the external connection pad for supplying the power supply potential with the conductive thin film. Item 16. The semiconductor chip according to Item 15. 前記導電性薄膜が、前記配線部のうち接地電位を供給する部分に接続されていることを特徴とする請求項1から14に記載の半導体チップ。   The semiconductor chip according to claim 1, wherein the conductive thin film is connected to a portion of the wiring portion that supplies a ground potential. 前記導電性薄膜と前記接地電位を供給する配線部との電気的接続を、接地電位を供給するための前記外部接続パッドを前記導電性薄膜で被覆して得ていることを特徴とする、請求項17に記載の半導体チップ。   The electrical connection between the conductive thin film and the wiring portion for supplying the ground potential is obtained by covering the external connection pad for supplying the ground potential with the conductive thin film. Item 18. A semiconductor chip according to Item 17. 請求項1から18に記載の半導体チップを少なくとも一つ含んだ、複数の半導体チップを立体的に集積したことを特徴とする三次元集積半導体装置。   A three-dimensional integrated semiconductor device characterized in that a plurality of semiconductor chips including at least one semiconductor chip according to claim 1 are three-dimensionally integrated. 請求項19に記載の三次元集積半導体装置において、請求項1から18に記載の半導体チップと電気的に接続される第二の半導体チップが、
半導体材料からなり、少なくとも一つの表面を備える第二ベースと、
前記第二ベース基板の表面に形成された第二配線部と、
を備えており、
かつ、請求項1から18に記載の半導体チップと前記第二の半導体チップが、前記ベース基板の前記回路要素が形成された表面と、前記第二ベース基板の前記第二配線部が形成された表面が互いに近接するように集積されていることを特徴とする、請求項19に記載の三次元集積半導体装置。
The three-dimensional integrated semiconductor device according to claim 19, wherein the second semiconductor chip electrically connected to the semiconductor chip according to claims 1 to 18 is:
A second base made of a semiconductor material and having at least one surface;
A second wiring portion formed on the surface of the second base substrate;
With
The semiconductor chip according to claim 1 and the second semiconductor chip are formed with a surface of the base substrate on which the circuit elements are formed and the second wiring portion of the second base substrate. The three-dimensional integrated semiconductor device according to claim 19, wherein the surfaces are integrated so as to be close to each other.
下記(a)から(c)の工程を含むことを特徴とする、半導体チップの製造方法。
(a)半導体チップのうち、
能動素子と受動素子のいずれか一つ以上で構成される回路要素と、
前記回路要素が存在する表面上に交互に配された絶縁層と導体層で形成され、回路要素と半導体チップの外部を電気的に接続するための外部配線を含む配線部と、
前記配線部をなす導体層のうち、前記回路要素から最も離れた層に形成され、前記外部配線に接続された外部接続パッドと、を具備する半導体チップを準備する工程。
(b)前記配線部の表面に導電性薄膜を形成する工程。
(c)導電性薄膜のうち、前記外部接続パッドを被覆している部分に第二の開口部を設ける工程。
A method for manufacturing a semiconductor chip, comprising the following steps (a) to (c):
(A) Of the semiconductor chips,
A circuit element composed of at least one of an active element and a passive element;
A wiring portion formed of insulating layers and conductor layers alternately arranged on the surface on which the circuit element exists, and including an external wiring for electrically connecting the circuit element and the outside of the semiconductor chip;
A step of preparing a semiconductor chip including an external connection pad formed on a layer farthest from the circuit element among the conductor layers forming the wiring portion and connected to the external wiring;
(B) forming a conductive thin film on the surface of the wiring portion;
(C) The process of providing a 2nd opening part in the part which has coat | covered the said external connection pad among electroconductive thin films.
下記(a)から(f)の工程を含むことを特徴とする、半導体チップの製造方法。
(a)半導体チップのうち、
能動素子と受動素子のいずれか一つ以上で構成される回路要素と、
前記回路要素が存在する表面上に交互に配された絶縁層と導体層で形成され、回路要素と半導体チップの外部を電気的に接続するための外部配線を含む配線部と、
前記配線部をなす導体層のうち、前記回路要素から最も離れた層に形成され、前記外部配線に接続された外部接続パッドと、を具備する半導体チップを準備する工程。
(b)前記半導体チップに、貫通電極となる孔を加工する工程。
(c)前記孔の側面に絶縁皮膜を形成する工程。
(d)前記孔の内部に導電材料の膜を形成し、半導体チップの両面を導通する工程。
(e)前記配線部の表面に導電性薄膜を形成する工程。
(f)前記導電性薄膜のうち、前記外部接続パッドを被覆している部分に第二の開口部を設ける工程。
A method for manufacturing a semiconductor chip, comprising the following steps (a) to (f):
(A) Of the semiconductor chips,
A circuit element composed of at least one of an active element and a passive element;
A wiring portion formed of insulating layers and conductor layers alternately arranged on the surface on which the circuit element exists, and including an external wiring for electrically connecting the circuit element and the outside of the semiconductor chip;
A step of preparing a semiconductor chip including an external connection pad formed on a layer farthest from the circuit element among the conductor layers forming the wiring portion and connected to the external wiring;
(B) The process of processing the hole used as a penetration electrode in the said semiconductor chip.
(C) A step of forming an insulating film on the side surface of the hole.
(D) A step of forming a film of a conductive material inside the hole and conducting both surfaces of the semiconductor chip.
(E) A step of forming a conductive thin film on the surface of the wiring portion.
(F) The process of providing a 2nd opening part in the part which has coat | covered the said external connection pad among the said electroconductive thin films.
下記(a)から(d)の工程を含むことを特徴とする、半導体チップの製造方法。
(a)半導体チップのうち、
能動素子と受動素子のいずれか一つ以上で構成される回路要素と、
前記回路要素が存在する表面上に交互に配された絶縁層と導体層で形成され、回路要素と半導体チップの外部を電気的に接続するための外部配線を含む配線部と、
前記配線部をなす導体層のうち、前記回路要素から最も離れた層に形成され、前記外部配線に接続された外部接続パッドと、
導電材料で側面を覆われたトレンチと、を具備する半導体チップを準備する工程。
(b)前記配線部の表面に前記導電性薄膜を形成する工程。
(c)前記半導体チップの裏面を研削し、前記トレンチの内部に形成された前記導電材料を一部露出させる工程。
(d)前記導電性薄膜のうち前記外部接続パッドを被覆している部分に、第二の開口部を設ける工程。
A method for manufacturing a semiconductor chip, comprising the following steps (a) to (d):
(A) Of the semiconductor chips,
A circuit element composed of at least one of an active element and a passive element;
A wiring portion formed of insulating layers and conductor layers alternately arranged on the surface on which the circuit element exists, and including an external wiring for electrically connecting the circuit element and the outside of the semiconductor chip;
Of the conductor layers forming the wiring portion, formed in the layer farthest from the circuit element, and external connection pads connected to the external wiring,
Preparing a semiconductor chip comprising a trench whose side surface is covered with a conductive material;
(B) forming the conductive thin film on the surface of the wiring portion;
(C) A step of grinding the back surface of the semiconductor chip to partially expose the conductive material formed in the trench.
(D) A step of providing a second opening in a portion of the conductive thin film covering the external connection pad.
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WO2021192715A1 (en) * 2020-03-23 2021-09-30 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 Semiconductor device, and manufacturing method therefor

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