JP2013179373A - 積層型半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】積層型半導体装置は、回路領域と、回路領域の素子と電気的に接続された第1のバンプ群と、回路領域を囲んだパターンを形成する、回路領域の素子とは電気的に接続されない第2のバンプ群とをそれぞれ備える複数の半導体チップを、第1のバンプ群の少なくとも対向しあう一部同士、および第2のバンプ群の少なくとも対向しあう一部同士を接合して積層する。
【選択図】図1
Description
素子および回路が形成された半導体チップを3次元構造へと展開する3D−LSIは、およそ3つに分類される。一つはKGD(Known-Good-Die)のみを低精度のダイボンダで積層しワイヤボンドで半導体チップ間を接続する「簡易Chip積層」であり、一つはバーンイン・テストを行った良品パッケージを積層する「パッケージ型積層」である。そしてもう一つが、Siウエハ上に素子間の貫通電極を設けウエハもしくは半導体チップ同士を直接接続して形成する「貫通電極方積層(以下、TSV:Through Si Via積層と言う)」である。
図7は、第2の実施形態に係る、半導体チップ100の端部付近の断面図である。本実施形態における半導体チップ100の正面図は、図1を用いて説明した第1の実施形態の半導体チップ100の正面図と同じである。
図8は、第3の実施形態に係る、半導体チップ800を模式的に示す正面図である。回路領域101、複数の回路バンプ102(第1のバンプ群)、複数のダミーバンプ103(第2のバンプ群)の配置については第1の実施形態と同等であるが、メタルパターン801を設けた点が第1の実施形態とは異なる。具体的には、回路領域101を閉じて囲むように外側にメタルパターン801が配され、その上にダミーバンプ103が存在するように構成されている。
図10は、第4の実施形態に係る、半導体チップ800の端部付近の断面図である。本実施形態における半導体チップ800の正面図は、図8を用いて説明した第3の実施形態の半導体チップ800の正面図と同じである。
図11は、第5の実施形態に係る、半導体チップ1100を模式的に示す正面図である。回路領域101、回路バンプ102(第1のバンプ群)の配置については第3の実施形態と同等であるが、メタルパターン1101の上にダミーバンプ群(第2のバンプ群)として一体的にダミーバンプ層1103を設けた点が第3の実施形態とは異なる。回路領域101を閉じて囲むように外側にメタルパターン1101が配されている点は、第3の実施形態におけるメタルパターン801と同様である。
図13は、第6の実施形態に係る、半導体チップ1100を模式的に示す正面図である。回路領域101、回路バンプ102(第1のバンプ群)の配置については第5の実施形態と同等である。また、メタルパターン1301の上にダミーバンプ群(第2のバンプ群)として一体的にダミーバンプ層1303を設けた点も第5の実施形態と同等であるが、本実施形態におけるメタルパターン1301の形状が第5の実施形態のそれと異なる。具体的には、回路領域101を完全に閉じて囲むのではなく、数箇所(図では4箇所)でパターンが寸断されている。このように構成することで、半導体チップを接合した後には寸断箇所が回路領域と連通する空隙となり、アンダーフィル501の充填を、作業が比較的容易である流入により行える。同時に、回路領域101の大部分はダミーバンプ層1303で囲まれるので、完全に囲まれた構成に準じた回路領域101の保護が期待できる。
図14は、第7の実施形態に係る、半導体チップ1400を模式的に示す正面図である。メタルパターン1401の上にダミーバンプ群(第2のバンプ群)として一体的にダミーバンプ層1403を設けた点は第5の実施形態と同等であるが、本実施形態におけるメタルパターン1401の位置が第5の実施形態のそれと異なる。第5の実施形態においては、メタルパターン1101を半導体チップ1100の外周部から離間させて配置しているが、本実施形態においては外周部に接するように配置されている。
図16は、第8の実施形態に係る、半導体チップ1600を模式的に示す正面図である。回路領域101の配置については第5の実施形態と同等である。また、メタルパターン1601の上にダミーバンプ群(第2のバンプ群)として一体的にダミーバンプ層1603を設けた点も第5の実施形態と同等であるが、本実施形態におけるメタルパターン1601の形状および回路バンプ1602の配置が第5の実施形態のそれと異なる。
図6を用いて説明した半導体チップの積層についてはC2Cとして説明したが、上述のように、積層型半導体装置の製造工程としては、W2Wも考えられる。本実施形態においては、W2Wにより積層する工程の一例について説明する。
Claims (50)
- 積層された複数の半導体チップを備える積層型半導体装置であって、
前記複数の半導体チップは、回路領域と、前記回路領域の素子と電気的に接続された第1のバンプと、前記回路領域の素子に電気的に接続されない第2のバンプと、複数のTSV(Through Si Via)と、前記複数の半導体チップ上に設けられたメタルパターンと、
をそれぞれ有し、
重なり合う前記複数の半導体チップ間で対向する前記第1のバンプ同士、および、重なり合う前記複数の半導体チップ間で対向する前記第2のバンプ同士が接合され、
前記第1のバンプは、前記複数のTSVの先端に形成され、
前記第2のバンプは、前記複数のTSVの先端と前記メタルパターン上とに形成され、
前記複数の半導体チップのうち最外の半導体チップの少なくとも一面に接合されたヒートスプレッタを備え、
前記最外の半導体チップの前記第1のバンプは前記ヒートスプレッタに接触せず、前記第2のバンプが前記ヒートスプレッタに接合され、
前記メタルパターン上には、複数の前記第2のバンプが形成されており、
前記複数の第2のバンプは、少なくとも接合後において一体となり前記メタルパターン上で隙間の無い接合層を形成する積層型半導体装置。 - 積層された複数の半導体チップを備える積層型半導体装置であって、
前記複数の半導体チップは、回路領域と、前記回路領域の素子と電気的に接続された第1のバンプと、前記回路領域の素子に電気的に接続されない第2のバンプと、複数のTSV(Through Si Via)と、前記複数の半導体チップ上に設けられたメタルパターンと、
をそれぞれ有し、
重なり合う前記複数の半導体チップ間で対向する前記第1のバンプ同士、および、重なり合う前記複数の半導体チップ間で対向する前記第2のバンプ同士が接合され、
前記第1のバンプは、前記複数のTSVの先端に形成され、
前記第2のバンプの何れかは前記メタルパターン上に形成され、他は前記複数のTSVの先端に形成され、
前記複数の半導体チップのうち最外の半導体チップの少なくとも一面に接合されたヒートスプレッタを備え、
前記最外の半導体チップの前記第1のバンプは前記ヒートスプレッタに接触せず、前記第2のバンプが前記ヒートスプレッタに接合され、
前記メタルパターン上には、複数の前記第2のバンプが形成されており、
前記複数の第2のバンプは、少なくとも接合後において一体となり前記メタルパターン上で隙間の無い接合層を形成する積層型半導体装置。 - 積層された複数の半導体チップを備える積層型半導体装置であって、
前記複数の半導体チップは、回路領域と、前記回路領域の素子と電気的に接続された第1のバンプと、前記回路領域の素子に電気的に接続されない第2のバンプと、複数のTSV(Through Si Via)と、前記複数の半導体チップ上に設けられたメタルパターンと、
をそれぞれ有し、
重なり合う前記複数の半導体チップ間で対向する前記第1のバンプ同士、および、重なり合う前記複数の半導体チップ間で対向する前記第2のバンプ同士が接合され、
前記第1のバンプは、前記複数のTSVの先端に形成され、
前記複数のTSVの上に前記メタルパターンが形成され、前記メタルパターン上に前記第2のバンプが形成され、
前記複数の半導体チップのうち最外の半導体チップの少なくとも一面に接合されたヒートスプレッタを備え、
前記最外の半導体チップの前記第1のバンプは前記ヒートスプレッタに接触せず、前記第2のバンプが前記ヒートスプレッタに接合され、
前記メタルパターン上には、複数の前記第2のバンプが形成されており、
前記複数の第2のバンプは、少なくとも接合後において一体となり前記メタルパターン上で隙間の無い接合層を形成する積層型半導体装置。 - 前記メタルパターンは、前記回路領域を閉じて囲むパターンである請求項1から3のいずれか1項に記載の積層型半導体装置。
- 前記メタルパターンは、前記半導体チップの外周部に接するパターンである請求項1から4の何れか1項に記載の積層型半導体装置。
- 前記メタルパターンは、前記半導体チップの外周部から離間したパターンである請求項1から4の何れか1項に記載の積層型半導体装置。
- 前記回路領域の発熱分布において、発熱の大きい領域に隣接する前記メタルパターンの幅は、発熱の小さい領域に隣接する前記メタルパターンの幅よりも大きい請求項1から6の何れか1項に記載の積層型半導体装置。
- 前記半導体チップは、複数の前記第1のバンプと複数の前記第2のバンプとを有し、前記第2のバンプの単位面積あたりの密度は、前記第1のバンプの単位あたりの密度より大きい請求項1から7の何れか1項に記載の積層型半導体装置。
- 前記第1のバンプと前記第2のバンプはそれぞれ同一の材質である請求項1から8の何れか1項に記載の積層型半導体装置。
- 前記第1のバンプと前記第2のバンプはそれぞれ同一の大きさである請求項1から9の何れか1項に記載の積層型半導体装置。
- 前記第1のバンプの直径と前記第2のバンプの直径は同一である請求項1から10の何れか1項に記載の積層型半導体装置。
- 前記半導体チップの表面からの前記第1のバンプの接合面の高さは、前記半導体チップの表面からの前記第2のバンプの接合面の高さと同一である請求項1から11の何れか1項に記載の積層型半導体装置。
- 前記半導体チップの表面からの前記第1のバンプの接合面の高さは、前記半導体チップの表面からの前記第2のバンプの接合面の高さよりも高い請求項1から11の何れか1項に記載の積層型半導体装置。
- 前記第1のバンプと前記第2のバンプとは、同一工程により形成される請求項1から13の何れか1項に記載の積層型半導体装置。
- 前記第2のバンプは、前記回路領域の外側に形成される請求項1から14の何れか1項に記載の積層型半導体装置。
- 積層した半導体チップ間にアンダーフィルが充填されている請求項1から15の何れか1項に記載の積層型半導体装置。
- 回路領域を有する半導体チップに、前記回路領域の素子と電気的に接続された第1のバンプと、前記回路領域の素子とは電気的に接続されない第2のバンプとを形成するバンプ形成ステップと、
複数のTSV(Through Si Via)を形成するTSV形成ステップと、
半導体チップ上にメタルパターンを形成するメタルパターン形成ステップと、
前記バンプ形成ステップを経た複数の前記半導体チップを積み重ね、対向する第1のバンプ同士、および対向する第2のバンプ同士を接合する積層ステップと、
積層した半導体チップの最外面の少なくとも一面にヒートスプレッタを接合するヒートスプレッタ接合ステップと
を備え、
前記バンプ形成ステップでは、前記第1のバンプを前記TSVの先端に形成し、前記第2のバンプを前記TSVの先端と前記メタルパターン上とに形成し、
前記ヒートスプレッタ接合ステップにおいて、最外面の前記第1のバンプを前記ヒートスプレッタに接触させず、第2のバンプを前記ヒートスプレッタに接合し、
前記バンプ形成ステップでは、複数の前記第2のバンプを形成し、
前記複数の第2のバンプは、前記積層ステップにより一体となり、前記メタルパターン上で隙間の無い接合層を形成する積層型半導体装置の製造方法。 - 回路領域を有する半導体チップに、前記回路領域の素子と電気的に接続された第1のバンプと、前記回路領域の素子とは電気的に接続されない第2のバンプとを形成するバンプ形成ステップと、
複数のTSV(Through Si Via)を形成するTSV形成ステップと、
半導体チップ上にメタルパターンを形成するメタルパターン形成ステップと、
前記バンプ形成ステップを経た複数の前記半導体チップを積み重ね、対向する第1のバンプ同士、および対向する第2のバンプ同士を接合する積層ステップと、
積層した半導体チップの最外面の少なくとも一面にヒートスプレッタを接合するヒートスプレッタ接合ステップと
を備え、
前記バンプ形成ステップでは、前記第1のバンプを前記TSVの先端に形成し、前記第2のバンプの何れかを前記メタルパターン上に形成し、他を前記複数のTSVの先端に形成し、
前記ヒートスプレッタ接合ステップにおいて、前記最外面の前記第1のバンプを前記ヒートスプレッタに接触させず、第2のバンプを前記ヒートスプレッタに接合し、
前記バンプ形成ステップでは、複数の前記第2のバンプを形成し、
前記複数の第2のバンプは、前記積層ステップにより一体となり、前記メタルパターン上で隙間の無い接合層を形成する積層型半導体装置の製造方法。 - 回路領域を有する半導体チップに、前記回路領域の素子と電気的に接続された第1のバンプと、前記回路領域の素子とは電気的に接続されない第2のバンプとを形成するバンプ形成ステップと、
複数のTSV(Through Si Via)を形成するTSV形成ステップと、
半導体チップ上にメタルパターンを形成するメタルパターン形成ステップと、
前記バンプ形成ステップを経た複数の前記半導体チップを積み重ね、対向する第1のバンプ同士、および対向する第2のバンプ同士を接合する積層ステップと、
積層した半導体チップの最外面の少なくとも一面にヒートスプレッタを接合するヒートスプレッタ接合ステップと
を備え、
前記バンプ形成ステップでは、前記第1のバンプを前記TSVの先端に形成し、前記複数のTSVの上に前記メタルパターンを形成し、前記メタルパターン上に前記第2のバンプを形成し、
前記ヒートスプレッタ接合ステップにおいて、前記最外面の前記第1のバンプを前記ヒートスプレッタに接触させず、第2のバンプを前記ヒートスプレッタに接合し、
前記バンプ形成ステップでは、複数の前記第2のバンプを形成し、
前記複数の第2のバンプは、前記積層ステップにより一体となり、前記メタルパターン上で隙間の無い接合層を形成する積層型半導体装置の製造方法。 - 前記メタルパターン形成ステップにより形成する前記メタルパターンは、前記回路領域を閉じて囲むパターンである請求項17から19のいずれか1項に記載の積層型半導体装置の製造方法。
- 前記メタルパターン形成ステップにより形成する前記メタルパターンは、前記半導体チップの外周部に接するパターンである請求項17から20の何れか1項に記載の積層型半導体装置の製造方法。
- 前記メタルパターン形成ステップにより形成する前記メタルパターンは、前記半導体チップの外周部に接しないパターンである請求項17から20の何れか1項に記載の積層型半導体装置の製造方法。
- 前記回路領域の発熱分布において、発熱の大きい領域に隣接する前記メタルパターンの幅が、発熱の小さい領域に隣接する前記メタルパターンの幅よりも大きくなるように、前記バンプ形成ステップにより形成する請求項17から22の何れか1項に記載の積層型半導体装置の製造方法。
- 前記バンプ形成ステップでは、複数の前記第1のバンプと複数の前記第2のバンプとを形成し、
前記バンプ形成ステップにより形成する前記複数の第2のバンプの単位面積あたりの密度は、前記複数の第1のバンプの単位あたりの密度より大きい請求項17から23の何れか1項に記載の積層型半導体装置の製造方法。 - 前記バンプ形成ステップでは、前記第1のバンプと前記第2のバンプとをそれぞれ同一の材質で形成する請求項17から24の何れか1項に記載の積層型半導体装置の製造方法。
- 前記バンプ形成ステップでは、前記第1のバンプと前記第2のバンプとをそれぞれ同一の大きさで形成する請求項17から25の何れか1項に記載の積層型半導体装置の製造方法。
- 前記バンプ形成ステップでは、前記第1のバンプの直径と前記第2のバンプの直径が同一になるように形成する請求項17から26の何れか1項に記載の積層型半導体装置の製造方法。
- 前記バンプ形成ステップでは、前記半導体チップの表面からの前記第1のバンプの接合面の高さが、前記半導体チップの表面からの前記第2のバンプの接合面の高さと同一になるように形成する請求項17から27の何れか1項に記載の積層型半導体装置の製造方法。
- 前記バンプ形成ステップでは、前記半導体チップの表面からの前記第1のバンプの接合面の高さが、前記半導体チップの表面からの前記第2のバンプの接合面の高さよりも高くなるように形成する請求項17から27の何れか1項に記載の積層型半導体装置の製造方法。
- 前記バンプ形成ステップでは、前記第1のバンプと前記第2のバンプとを同一工程で形成する請求項17から29の何れか1項に記載の積層型半導体装置の製造方法。
- 前記バンプ形成ステップでは、前記第2のバンプを前記回路領域の外側に形成する請求項17から30の何れか1項に記載の積層型半導体装置の製造方法。
- 前記積層ステップは、前記バンプ形成ステップを経た前記半導体チップが2次元的に複数配置された半導体基板を、積み重ねて接合する請求項17から31の何れか1項に記載の積層型半導体装置の製造方法。
- 前記積層ステップは、2次元的に複数配置される半導体チップの境界に設けられた指標をアライメントマークとして位置合わせを行い、複数の半導体基板を積み重ねる請求項32に記載の積層型半導体装置の製造方法。
- 積層した半導体チップ間をアンダーフィルで充填するアンダーフィル充填ステップを更に備える請求項17から33の何れか1項に記載の積層型半導体装置の製造方法。
- 回路領域と、
前記回路領域の素子と電気的に接続された第1のバンプと、
前記回路領域の素子に電気的に接続されない第2のバンプと、
複数のTSV(Through Si Via)と、
メタルパターンと、をそれぞれ有する半導体基板であって、
他の半導体基板と積層されるときに、前記第1のバンプは、前記他の半導体基板に設けられた、前記他の半導体基板の前記回路領域の素子と電気的に接続された第1のバンプと接合され、前記第2のバンプは、前記他の半導体基板に設けられた、前記他の半導体基板の前記回路領域の素子と電気的に接続されない第2のバンプと接合され、
前記第1のバンプは、前記複数のTSVの先端に形成され、
前記第2のバンプは、前記複数のTSVの先端と前記メタルパターン上とに形成され、
前記半導体基板は、複数の半導体チップを含み、
積層された前記複数の半導体チップのうち最外の半導体チップの少なくとも一面に接合されたヒートスプレッタを備え、
前記最外の半導体チップの前記第1のバンプは、前記ヒートスプレッタに接触せず、前記第2のバンプが前記ヒートスプレッタに接合され、
前記メタルパターン上には、複数の前記第2のバンプが形成されており、
前記複数の第2のバンプは、少なくとも接合後において一体となり前記メタルパターン上で隙間の無い接合層を形成する半導体基板。 - 回路領域と、
前記回路領域の素子と電気的に接続された第1のバンプと、
前記回路領域の素子に電気的に接続されない第2のバンプと、
複数のTSV(Through Si Via)と、
メタルパターンと、をそれぞれ有する半導体基板であって、
他の半導体基板と積層されるときに、前記第1のバンプは、前記他の半導体基板に設けられた、前記他の半導体基板の前記回路領域の素子と電気的に接続された第1のバンプと接合され、前記第2のバンプは、前記他の半導体基板に設けられた、前記他の半導体基板の前記回路領域の素子と電気的に接続されない第2のバンプと接合され、
前記第1のバンプは、前記複数のTSVの先端に形成され、
前記第2のバンプの何れかは前記メタルパターン上に形成され、他は前記複数のTSVの先端に形成され、
前記半導体基板は、複数の半導体チップを含み、
積層された前記複数の半導体チップのうち最外の半導体チップの少なくとも一面に接合されたヒートスプレッタを備え、
前記最外の半導体チップの前記第1のバンプは、前記ヒートスプレッタに接触せず、前記第2のバンプが前記ヒートスプレッタに接合され、
前記メタルパターン上には、複数の前記第2のバンプが形成されており、
前記複数の第2のバンプは、少なくとも接合後において一体となり前記メタルパターン上で隙間の無い接合層を形成する半導体基板。 - 回路領域と、
前記回路領域の素子と電気的に接続された第1のバンプと、
前記回路領域の素子に電気的に接続されない第2のバンプと、
複数のTSV(Through Si Via)と、
メタルパターンと、をそれぞれ有する半導体基板であって、
他の半導体基板と積層されるときに、前記第1のバンプは、前記他の半導体基板に設けられた、前記他の半導体基板の前記回路領域の素子と電気的に接続された第1のバンプと接合され、前記第2のバンプは、前記他の半導体基板に設けられた、前記他の半導体基板の前記回路領域の素子と電気的に接続されない第2のバンプと接合され、
前記第1のバンプは、前記複数のTSVの先端に形成され、
前記複数のTSVの上に前記メタルパターンが形成され、前記メタルパターン上に前記第2のバンプが形成され、
前記半導体基板は、複数の半導体チップを含み、
積層された前記複数の半導体チップのうち最外の半導体チップの少なくとも一面に接合されたヒートスプレッタを備え、
前記最外の半導体チップの前記第1のバンプは、前記ヒートスプレッタに接触せず、前記第2のバンプが前記ヒートスプレッタに接合され、
前記メタルパターン上には、複数の前記第2のバンプが形成されており、
前記複数の第2のバンプは、少なくとも接合後において一体となり前記メタルパターン上で隙間の無い接合層を形成する半導体基板。 - 前記メタルパターンは、前記回路領域を閉じて囲むパターンである請求項35から37のいずれか1項に記載の半導体基板。
- 前記メタルパターンは、前記半導体チップの外周部に接するパターンである請求項35から38の何れか1項に記載の半導体基板。
- 前記メタルパターンは、前記半導体チップの外周部から離間したパターンである請求項35から38の何れか1項に記載の半導体基板。
- 前記回路領域の発熱分布において、発熱の大きい領域に隣接する前記メタルパターンの幅は、発熱の小さい領域に隣接する前記メタルパターンの幅よりも大きい請求項35から40の何れか1項に記載の半導体基板。
- 前記半導体チップは、複数の前記第1のバンプと複数の前記第2のバンプとを有し、前記第2のバンプの単位面積あたりの密度は、前記第1のバンプの単位あたりの密度より大きい請求項35から41の何れか1項に記載の半導体基板。
- 前記第1のバンプと前記第2のバンプはそれぞれ同一の材質である請求項35から42の何れか1項に記載の半導体基板。
- 前記第1のバンプと前記第2のバンプはそれぞれ同一の大きさである請求項35から43の何れか1項に記載の半導体基板。
- 前記第1のバンプの直径と前記第2のバンプの直径は同一である請求項35から44の何れか1項に記載の半導体基板。
- 前記半導体チップの表面からの前記第1のバンプの接合面の高さは、前記半導体チップの表面からの前記第2のバンプの接合面の高さと同一である請求項35から45の何れか1項に記載の半導体基板。
- 前記半導体チップの表面からの前記第1のバンプの接合面の高さは、前記半導体チップの表面からの前記第2のバンプの接合面の高さよりも高い請求項35から46の何れか1項に記載の半導体基板。
- 前記第1のバンプと前記第2のバンプとは、同一工程により形成される請求項35から47の何れか1項に記載の半導体基板。
- 前記第2のバンプは、前記回路領域の外側に形成される請求項35から48の何れか1項に記載の半導体基板。
- 積層した半導体チップ間にアンダーフィルが充填される請求項35から49の何れか1項に記載の半導体基板。
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