JP2015507360A - 半導体装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2012年1月10日に出願された米国出願第13/346,993号に対する優先権を主張し、この出願の開示は、本明細書において、その基礎出願全体を参照により援用する。
まず、半導体チップは、追加のパッドを収容するように大きくしてもよい。しかしながら、これにより、典型的に、製造コストが増加し、望ましくない増大した回路基板の設置面積を利用することになる。
代替的に、半導体チップのパッドピッチを減少させることができる(よりピッチリ詰める)。
しかし、PCBインターポーザーが、微細の相互接続ピッチを扱うことができないので、最近は、半導体チップパッドピッチを、PCBインターポーザーにより適した中間ピッチへリマップするように、フリップチップパッケージは、「2.5D」構成における追加のシリコン又はガラスのインターポーザーへ埋め込まれている。
シリコンやガラス材料は微細なピッチでの扱いが可能であり、さらにシリコン及びガラスのCTE(s)は半導体チップのCTEと近いので、特にシリコン又はガラスが用いられる。これにより、半導体チップと、シリコン又はガラスのインターポーザーとの間の接続を非常に薄くかつ信頼できるものにすることが可能になる。
これらの追加された構造的な複雑性は、大きな製造歩留まり損失が潜在的に発生するおそれがある。高い費用と合わせて、これは、半導体パッドピッチが小さくなり続けるために作る価値が低くなる構造になる。
横方向の拡張部は、例えば再構成ウエハを半導体チップの一つ以上の側面の横にあるファンアウト領域に実装すること、を使用して製造することができる。その後、半田バンプ又は銅シリンダー(及び/又は他の第一レベルの相互接続構造)は、半導体チップよりも大きいパッドピッチでありうるRDLに適用することができる。大きなパッドピッチは、PCBインターポーザー又は他のインターポーザーによって、必要により受け取るのに適している。
シリコン又はガラスのインターポーザーがもはや不要になり、半導体チップの1つ以上の側面の横へ追加された又は人工的な、ファンアウト領域に置き換えられることを除いて、このようなフリップチップ装置は、従来のフリップチップ・デバイスで使用される標準的な材料及び設計ルールを用いて、そして従来の半導体ダイ・サイズを使用して、製造されうる。
これにより、フリップチップパッケージ内の層の数を減らすことがさらに可能になり得るため、潜在的にさらなるコストを低減することができる。
追加されたファンアウト領域が所望の領域へ半導体チップの面積を拡張することができるので、所与のチップサイズのための入力/出力部をいくつでもフリップ・チップ・パッケージ内に収容しうる。
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
拡張層(Extension Layer)102は、プラスチック材料、モールド化合物、または他の非導電性材料で作製することができ、半導体チップ101の一つ以上の側面にと直接近接及び/又は接触していてもよい。拡張層102は、半導体チップ101の表面領域を人工的に拡張することができ、半導体チップ101の材料とは異なる材料で作製することができる。これにより、拡張層102は、半導体チップ101の下表面112と(同じレベルでの)同一平面とする及び/又は連続することができる領域によって、半導体チップ101の下表面112の領域(面積:Area)を拡張することができる。しかしながら、所望であれば、拡張層102の下面は、半導体チップ101の下表面112からわずかに異なるレベルであってもよい。
図からわかるように、電気接点108及び110は、パッド111が分散される面の面積よりも大きい面積にわたって分散されてもよい(例えば、半導体チップ101の表面積よりも大きい)。したがって、少なくともいくつかの電気接点108及び110は、拡張層102の下にあるが、半導体チップ101の下に配置されなくてもよい。
さらに後述するように、電気接点110のピッチが電気接点108のピッチと同じかより大きいピッチを有するように、電気接点110は、インターポーザー114上に配置されてもよい。電気接点108及び110のそれぞれの数は等しくてもよいし、等しくなくてもよい。
ここでパッドの二次元アレイ又は他の要素のピッチと呼ばれるものは、(例えば行と列など)の配列によって定義された2つの直交する方向のそれぞれのピッチを参照することができる。2方向のピッチは、指定された配列に対して同じであってもよいし同じでなくてもよい。
より信頼性が高い可能性がある装置を提供することで、インターポーザー114の1つ以上の材料は、ボールグリッドアレイ106が半田付けされる対象のPCBに近い熱膨張係数(CTE)を持つように選択することができる。そうすることで、インターポーザー114及び互いに離れた半導体装置の外部のPCBボードの可能性を低減して、環境温度変動による回路の断線や短絡させる可能性がある。
インターポーザー114は、所望の場合は、例えば低温同時焼成セラミック(LTCC)、高温同時焼成セラミック(HTCC)、又はフレキシブル基板材料(例えばポリイミド箔、PET箔)等、他の材料で作製することもできる。しかし、特に、PCBはより費用対効果の高い材料とすることができると考えらており、その材料が比較的安価であり、既に従来からフリップチップ・デバイスに使用されているものである(従ってPCBで作成してもよい)。
アンダーフィル材103は、例えば、半導体チップ101の上表面113、拡張層102の上面、拡張層102の両側、及び/又はRDL107とインターポーザー114との間にある他の空乏領域の中に、部分的に又は完全に配置されてもよい、アンダーフィル材103は、さらに、部分的または完全に、インターポーザー114の両側に配置されてもよい。
アンダーフィル材料の任意の種類として、例えば毛細管流動アンダーフィル、成形アンダーフィル、プレアプライド(無フロー)アンダーフィル、又はウェーハレベルアンダーフィル等を使用することができる。
しかしながら、所望であれば、拡張層102は、半導体チップ101の上表面113を部分的または完全に表面に覆ってもよい。図2A及び図2Bは、図1A及び図1Bに対応し、このような(表面を完全に覆う)構成の例を示している。
この図3の例において、拡張層102は、4つ全ての横方向(図3に示す、上下、左右)に対称的に延在している。しかしながら、拡張層102は、1,2,又は3つの方向に対称的に又は非対称的に代替的に延在してもよい。さらに図3に示すように、拡張層102は、所望により、それぞれゼロ又はゼロ以外の距離である夫々の距離E1,E2,E3及びE4の分、4方向のうちのいずれか1つの以上の方向に延在してもよい。E1,E2,E3及びE4の各距離は同じ長さであってもよく、或いは互いに異なっていてもよい。例えば、距離E1及びE2が非ゼロ(互いに等しくてもよい)とする一方、距離E3及びE4の両方がゼロであってもよい。
後述のように、半導体チップ101のパッド111のピッチは第一ピッチで分配され、電気コネクタ105/115のピッチは、第一ピッチよりも大きい第二ピッチで分配され、BGAの半田ボール106は、第二ピッチよりも大きい第三ピッチで分配されてもよい。このように、半導体チップ101は、比較的多数のパッド111と共に、比較的小さい領域で作製される。
そして、例えばカスタムPCBボードの標準フリップチップパッド配列上のBGAとしての使用に適するように、半導体装置(例えば、図の1A,図1B,図2A、図2B,又は図3)は、パッド111のピッチ(第一ピッチ)を、中間ピッチ(第二ピッチ)へリマップし、さらに第二ピッチを半田ボール106の第三ピッチへリマップすることができる。
電気コネクタ105/105のピッチである第二ピッチは、例えば、100〜150μmの範囲のピッチ、100〜200μmの範囲のピッチ、120〜200μmの範囲のピッチ、150μm以上のピッチ、又は第一ピッチよりも大きく第三ピッチよりも小さい(又は等しい)任意のピッチである。
半田ボール106のBGAのピッチである第三ピッチは、第二ピッチ以上の任意のピッチであって、例えば、少なくとも400μm以上のピッチ、400〜500μmの範囲のピッチ、又は300〜600μmの範囲のピッチである。
非限定的な例として、RDL107は、80〜120μmの範囲のピッチのパッド111を、大きい120〜150μmの範囲のピッチの電気コネクタ105/115にリルート(Re−Route)する。順番に、インターポーザー114は、電気コネクタ105/115のピッチを、400〜500μmの範囲のピッチの半田ボール106のBGAのピッチにリルートできる。
多くの場合、PCBボードは、フリップチップパッケージのBGAを受け入れるための配列(アレイ)を含む。このような配列は、多くの場合、400〜500μmの範囲のピッチのパッドを有する。従って、カスタムPCBボードの標準フリップチップパッド配列上のBGAとしての使用に適するように、半導体チップ101のパッド111のピッチが例えば上述のように100μm未満のピッチである場合、RDL107は、パッド111のピッチを、より大きい中間ピッチの電気コネクタ105/115にリルートし、インターポーザー114は、電気コネクタ105/115のピッチを、400〜500μmの範囲のピッチの半田ボール106のBGAのピッチにリルートできる。
本明細書に記載されるように、拡張層102をRDL107へ拡張することによって、RDL107の大きい表面積は、電気コネクタ105/115のピッチを、半田バンプが使用されるのに十分な(例えば約150μmピッチ)大きさで提供されることを可能にする。これは、たとえ半導体チップ101のパッド111のピッチが120μm未満のピッチであっても実現できる。
従って、図1Bに示す実施形態に使用するため、半田バンプ115は、銅シリンダー105よりも、RDL107とインターポーザー114との間で利用されるのが望ましい。しかし、電気コネクタのいずれかのタイプは、任意の実施形態において、任意のピッチで使用されてもよい。
次に、図4Bを参照して、接着層402は、キャリア401の上面に塗布することができる。接着層402は、例えば、箔の両面に接着性を有する箔である。任意の形態のエネルギーの付加等によって、接着層402が後で剥離可能となるように(すなわち、永続的に接着しないように)、接着層402は設けられてもよい。
モールド化合物は、例えば、複数の半導体チップ101間のギャップを充填するために、減圧下で下方に押圧することができるペースト状基板の形態であってもよい。このようなオーバーモールド化合物は、一般に、再構成ウエハの製造に用いられる。モールド化合物は、金型の中心に液体としては、例えば、分配されてもよいし、圧縮成形を使用して圧縮されてもよい。この圧縮は、モールド化合物は、ウエハ及び/又は金型の端部に向かって流れることを引き起こすおそれがある。モールド化合物が半導体チップ101の上に流れることを可能にするために、ギャップを、半導体チップ101の上面と金型との間に設けてもよい。この流れの結果として、オーバーモールド層404は、図4Eに示すように、半導体チップ101上に残ることができる。
オーバーモールド層404と半導体チップ101との境界面において潜在的なバイメタル効果を除去または軽減するように、オーバーモールド層404は(例えば、研磨によって)除去することができる。しかし、オーバーモールド層404は半導体チップ101から除去されなくてもよく、所望の場合、最終製品にオーバーモールド層404が少なくとも部分的に半導体チップ101覆うように残ることがある。
そして、RDL107は露出した半導体チップ101と露出したオーバーモールド層404の上に形成され、構成された誘電体層がある場合、RDL107と半導体チップ101との間及びRDL107とオーバーモールド層404との間に配置されてもよい。
誘電体層がある場合、再構成ウエハと、RDL107及び/又は複数の電気コネクタ用のランディング領域を規定しているRDL107の上面にある半田停止層との間に配置することができる。この例では、各RDL107は同じキャリア401上に同時に製造された半導体装置の各々を区別するために、参照番号107−A,107−B,107−Cなどで標識されている。本明細書ではこれらを総称してRDL107とよぶ。
RDL107の露出した電気パッドが夫々の半導体チップ101の適切なパッド111と電気的に結合されるように、RDL107は形成され、及び整列させることができる。RDL107は、例えば、標準スパッタリング、メッキレジスト、電気メッキ、剥離、エッチング、無電解プロセス、分配(Dispensing)、及び/又は共通の再配線層を形成するために使用され得るプリンティング、を用いることによって、形成することができる。
しかし、本実施例では、図4Gに示すように、RDL107は、各半導体チップの横方向の境界を越えて延在し、オーバーモールド層404の下面へ延在することができる。また、例えば、導電性パッド(後で電気コネクタ105/115に結合される)が各半導体チップ101の下側及び各半導体チップ101を取り囲むオーバーモールド層404の下側の両方に配置されるように、RDL107の下側の導電性パッドは形成されうる。
例えば、図1Aに示すように、電気コネクタが銅シリンダー105である場合、銅シリンダー105は、各RDL107を作成するために以前に使用されたシード層を再利用することにより、各RDL107の所望の位置に電気メッキすることによって、適用されることができる。半田、錫、他の半田づけ可能な材料又は合金は、夫々の銅シリンダー105の露出した先端に適用することができる。このような材料が先端に付いた銅シリンダーを作成するための方法は当該分野で周知である。
電気コネクタが半田バンプ115である場合、半田バンプ115は、(例えばメッキまたはプリンティング等の)従来の方法のように、RDL107の所望の位置に適用することができる。半田停止層は、RDL107及び半田バンプ115との間に設けてもよい。
一方、銅シリンダー105が使用される図4H〜4Nで示される製造工程は、半田バンプ又はトのタイプの電気コネクタ115に、同じ製造工程として代わりに使用してもよい。
図4I〜4Kは、オーバーモールド層404がこの方法で除去される例を示している。図4L〜4Nは、半導体チップ101上のオーバーモールド層404が除去されていないことを除いて、図4I〜4Kに対応している。いずれの場合においても、分離の際に、半導体チップ101の側面から横方向に延在している、オーバーモールド層404の残りの1つ以上の部分は、上述の拡張層102と考えることができる。従って、図4Iは、前述の例示的な半導体装置の一部を示しており、図1Aに対応している。
インターポーザー114はRDL107に隣接しているので、RDL107に接続するために、埋め込まれた回路部品の電気接点が電気コネクタ105/115に直接対向することができるように、1つ以上の回路部品は、インターポーザー114の中に埋め込まれてもよい。1つ以上の回路部品を有するインターポーザー114を備えた半導体装置の様々な例示的な実施形態について下記説明する。
図1Aに対応づけて説明した半導体装置の前述の要素に加えて、図5及び6の例では、インターポーザー114内に部分的に又は完全に配置された回路部品501を含む。上述したように、回路部品501は、1つまたは複数のトランジスタ、コンデンサ、抵抗、トランジスタ等の素子、メモリ素子、及び/又は同様のものを含むことができ、これらの部品は半導体チップの形状等のパッケージ内に具現化されてもよい。
このアライメント(整列)及び回路部品501と電気コネクタ105/115との間の直接的な対面接触は、例えば、半導体チップとの間の潜在的に速い及び/又はより信頼性の高い信号リンクを設けることにより、半導体チップの性能の向上を可能にする。
しかし、いくつかの実施形態では、回路部品501と電気コネクタ105/115との間の、別個の導電性ライン等の、相互接続部109を介して半導体チップ101と通信するように、回路部品501は、インターポーザー114内に深くに埋め込んでもよい。
追加的または代替的に、回路部品501の一部又は全部の電気接点502が電気コネクタ105/115から離れた方を向くように、回路部品501は配向してもよい。例えば、所望であれば、電気接点502がBGAの半田ボール106に対向するように、回路部品501は、下向き姿勢(配列)に埋設されていてもよい。ただし、このような回路部品501の下向き配列は、追加の相互接続ライン及び/又はワイヤを利用することができるが、これは図5等の(電気接点が電気コネクタ105/115の方向を向いている)回路部品501の上向き配列において潜在的に実現できる相対的な性能改善をもたらさない。
図5及び6の上述の実施形態のように、回路部品501−A及び501−Bは、部分的に又は完全にインターポーザー114に埋め込まれてもよいし、所望の電気コネクタ105/115の1つと直接整列及び/又は接触するように、位置合わせ(整列)することができる。
また、図9及び10に示す実施形態は、複数の半導体チップ101と、インターポーザー114に埋め込まれた複数の回路部品501を示しているが、これらの実施形態は、任意の1つ以上の数の半導体チップ101と任意のゼロ以上の数の回路構成要素501を有することができる。
例えば、一実施形態は、単一の半導体チップ101と、1つ以上のインターポーザー114内に埋め込まれた、2つ以上の回路構成要素501を有していてもよい。あるいは、一実施形態は、2つ以上の半導体チップ101と、インターポーザー114内に埋め込まれ(又は複数のインターポーザーの114に埋め込まれた)、単一の回路部品501を有していてもよい。
別の変形例として、図2A及び2Bで示した拡張層102の構成と同様に、拡張層102は、図5〜10に示した、1つ以上の半導体チップ101のいずれか任意の上表面113を部分的にまたは完全に覆うことができる。
これは、2.5Dフリップチップパッケージで従来使用される高価なシリコン又はガラスのインターポーザーの必要性を排除することができる。
むしろ、横方向のファンアウト領域を提供し、半導体チップのパッドピッチをPCBインターポーザーと互換性のあるピッチへと小さくするために半導体チップと拡張層の組み合わせ上のRDLを使用し、拡大回路板ピッチまで必要に応じてさらにピッチを減少させてフリップチップパッケージのCTEを、回路基板のCTEにフリップチップパッケージのCTEと厳密に一致させるためにPCB又は類似のインターポーザーをRDLへ結合させる、拡張層を簡潔に作製しうる。さらに、これは、全ての従来のフリップチップ材料及び従来の製造技術を用いて安価な方法で実施することができる。
前記第一ピッチは100μmよりも狭く、前記第二ピッチは150μm以上でありうる。
前記第一ピッチは100μmよりも狭く、前記半導体装置は、前記第二ピッチで、前記複数の第二導電接点の一つを前記再配線層へ前記第二ピッチで接続させる複数の半田バンプを、さらに有してもよい。
前記インターポーザーの前記第二表面での前記少なくとも1つの導電接点は、前記インターポーザーの前記第一表面における複数の第三導電接点の一部であり、前記第二ピッチは、前記第三導電接点の第三ピッチよりも狭くてもよい。
前記回路部品は、第二半導体チップを備える又は第二半導体チップである。
前記拡張層は前記第一半導体チップとは異なる材料で作製されてもよい。
前記半田バンプのピッチは100μmよりも狭くてもよい。
前記第一ピッチは100μmよりも狭くてもよく、前記第二ピッチは150μm以上でもよい。
前記第二ピッチは前記ボールグリッドアレイの第三ピッチよりも狭くてもよい。
前記複数の電気コネクタは、複数の半田バンプを備えてもよい。
前記電気コネクタの前記第一ピッチは100μmよりも狭い。
しかし、大きなスパイラルインダクタコイル用に、コイルと1チップ上のRF回路との外側及び内側の接続部は、要求される接続に対して十分ではないことがある。したがって、追加のRDL層がeWLBパッケージのために必要とされ、製造コストを増大させる可能性がある。
例えば、半導体チップ101は、1つまたはそれを相互接続する複数の導電ラインと共に、1つ以上の抵抗器、トランジスタ、コンデンサ、ダイオード、及び/又はメモリセルなどの部品を備えることができる。
半導体チップ101は、少なくとも部分的に、拡張層102により一つ以上の横方向に取り囲まれてもよい。拡張層102は、プラスチック材料、モールド化合物、又は他の非導電性材料を含むか、或いはこれらによって構成することができ、半導体チップ101の1つ以上の側面と直接近接する及び又は接触していてもよい。拡張層102は、人工的に半導体チップ101の表面領域を拡張し、半導体チップ101の材料とは異なる材料から構成することができる。これにより、拡張層102は、半導体チップ101の下表面112と(同じレベルで)平坦な又はこの下面112と連続する領域によって、半導体チップ101の下表面112の領域を拡張することができる。しかし、所望により、拡張層102の下面は、半導体チップ101の下表面112とわずかに異なるレベルであってもよい。
RDL107は、例えば銅又は銅合金(他の金属又は金属合金も同様に可能である)などの、金属又は金属合金等少なくとも1つの導電性材料を含む又はこれらから構成され、例えば、TA、タンチタン、スズ、及び/又はTiWなどの導電性接着層の上に配置されることができる。
図からわかるように、接点108及び110は、パッド111が分散される表面積(例えば、半導体チップ101の表面積よりも大きい)の面積よりも大きい面積にわたって分散されてもよい。したがって、少なくともいくつかの接点108及び110は、拡張層102の下側ではなく、半導体チップ101の下側に配置されてもよい。
本明細書では、2次元のアレイ又は他の要素のピッチとして呼ばれており、これは、アレイ(配列)(行や列など)によって定義される2つの直交する方向の夫々のピッチにも現況する。2方向のピッチは、与えられた配列に対して同じであってもなくてもよい。
潜在的により信頼性の高い装置を提供することで、インターポーザー114の1つ以上の材料は、ボールグリッドアレイ106が半田付けされるPCBが持つ熱膨張係数(CTE)に近いCTEを有するように選択することができる。そうすることで、環境温度変動によって、インターポーザー114と半導体装置外部にあるPCBボードが互いに離れて、潜在的に回路の断線や短絡を引き起こすことを低減することができる。インターポーザー114は、所望により、例えば低温同時焼成セラミック(LTCC)、高温同時焼成セラミック(HTCC)、又はフレキシブル基板材料(例えばポリイミド箔、PET箔)、等、他の材料でも作製することができる。しかし、特に、PCBは比較的安価であり既に従来のフリップチップ・デバイスで使用されているので、PCBはより費用対効果の高い材料とすることができると考えられている。
アンダーフィル材103は、半導体チップ101の上表面113、拡張層102の上表面、及び/又はRDL107とインターポーザー114の間の他の空の領域の上に、部分的に又は完全に配置されてもよい。また、所望であれば、アンダーフィル材103は、さらにインターポーザー114両側に、部分的または完全に配置されてもよい。アンダーフィル材料の任意の種類として、例えば毛細管流動アンダーフィル、成形アンダーフィル、プレアプライド(無フロー)アンダーフィル、又はウェーハレベルアンダーフィルなどを使用することができる。
図3にさらに示すように、拡張層102は、ゼロ又はゼロ以外のそれぞれの所望の距離E1,E2,E3,及びE4の分、4方向のうちのいずれか1つ以上で延在していてもよい。
距離E1,E2,E3,及びE4は各距離が同じ長さであってもよいし、互いに異なっていてもよい。例えば、距離E1及びE2を非ゼロとすることができる(互いに等しくてもよい)一方、距離E3及びE4の両方がゼロであってもよい。
したがって、パッド111の数及び電気コネクタ105/115の数が同一であるか類似している場合、電気コネクタ105/115は、パッド111のピッチよりも大きいピッチで設けることが可能である。他の実施例に関連して上述したように、半導体チップ101のパッド111のピッチは第一ピッチで分散させることができ、電気コネクタ105/115のピッチは、第一ピッチよりも大きい第二ピッチで分散させることができ、BGAの半田ボール106は、第二ピッチよりも大きい第三ピッチで分散されることができる。
このように、半導体チップ101は、パッド111の数が比較的多い領域で、比較的小さく作成することができる。そして、半導体装置1200は、例えばカスタムPCBボードの標準フリップチップパッド配列上のBGAとしての使用に適するように、半導体装置1200は、パッド111のピッチ(第一ピッチ)を、中間ピッチ(第二ピッチ)へリマップし、さらに第二ピッチを半田ボール106の第三ピッチへリマップすることができる。
電気コネクタ105/115のピッチである第二ピッチは、100〜150μmの範囲のピッチ、100〜200μmの範囲のピッチ、120〜200μmの範囲のピッチ、150μm以上のピッチ、又は第一ピッチよりも大きく第三ピッチよりも小さい(又は等しい)任意のピッチである。
従って、カスタムPCBボードの標準フリップチップパッド配列上のBGAとしての使用に適するように、半導体チップ101のパッド111のピッチが例えば上述のように100μm未満のピッチである場合、RDL107は、パッド111のピッチを、より大きい中間ピッチの電気コネクタ105/115にリルートし、インターポーザー114は、電気コネクタ105/115のピッチを、400〜500μmの範囲のピッチの半田ボール106のBGAのピッチにリルートできる。
本明細書に記載されるように、拡張層102をRDL107へ拡張することによって、RDL107の大きい表面積は、電気コネクタ105/115のピッチを、半田バンプが使用されるのに十分な(例えば約150μmピッチ)大きさで提供されることを可能にする。これは、たとえ半導体チップ101のピッチ111が120μm未満のピッチであっても実現できる。従って、図1Bに示す実施形態に使用するため、半田バンプ115は、銅シリンダー105よりも、RDL107とインターポーザー114との間で利用されるのが望ましい。しかし、電気コネクタのいずれかのタイプは、任意の実施形態において、任意のピッチで使用されてもよい。
この積層相互接続部はその後、RDLでのスパイラルコイルの下のアンダーパス(underpath)又はオーバーパス(overpath)として使用することができる。第二のパッド/半田バンプの接続は、積層体のアンダーパスを、螺旋領域の外側のeWLB RDLへ接続させるものであり、図13及び14に示すように、半導体チップにおける回路への接続を提供されてもよい。
・フリップチップ(Flip−Chip:FC)半田バンプ (FC半田のピッチは、一般的に、約200〜150μmの範囲にあるが、他の値のピッチも同様にありえる)。
・銅柱・バンプ (銅柱バンプのピッチは、一般的に、150μmよりも小さいが、他の値のピッチも同様にありえる)。
・μ−バンプ (μ−バンプのピッチは、一般的に、80μmよりも小さいが、他の値のピッチも同様にありえる)。
・熱圧着μ−バンプ (熱圧着μ−バンプのピッチは、一般的に、50μmよりも小さいが、他の値のピッチも同様にありえる)。
従って、相互接続部118は、インターポーザー(積層体)114内の電気アンダーパス(例としてインダクタ・アンダーパス)を形成し、第一回路の電気接点(本例ではスパイラルコイル117の中心接点)と接続する。
インターポーザー114のアンダーパスなしで、別の導電接点、例えば、チップ101内のパッド111に直接接続されてもよい。
このように、スパイラルコイルは、単層または単一レベル(1L)RDLの領域内に形成されることができ、コイルの中心部の接続は、インターポーザーの相互接続レベルでの相互接続部によって提供されるアンダーパスによって提供されうる。
図14の平面図は、様々なレベル又は層を例示的にしている。ここで、相互接続部118は図14における最も下のレベル又は層に配置されており、複数の電気コネクタ115(相互接続部118とRDL107とを接続する)は相互接続部118よりも高いレベル又は層に配置されており、RDL107(スパイラルコイル117を含む)は電気コネクタよりも高いレベルまたは層に配置されており、チップ101及び拡張層102はRDL107よりも高いレベルまたは層に配置されている。
従って、スパイラルコイル117は、ファンアウト領域の上(にわたって)に配置することができる。スパイラルコイル117は、中心接点、例えば、RDLバンプパッド119、を有し、中心接点119は、螺旋形状の中心であって拡張層102のファンアウト領域上に配置される。
接点(バンプパッド)119,121、及び相互接続部118との接続は、例えば、半田バンプ115又は金属(銅など)の円筒又は金属柱等の電気コネクタによって、完成しうる。インターポーザー114は例えば、積層体及び積層体の内に配置することができる相互接続部118を含んでもよい。従って、相互接続部118は、RDLレベル以下の積層体における導電性アンダーパスを形成してもよい。
なお、これに関連して、例示のみの目的のために、スパイラルコイル117の巻線は丸みを帯びたまたは湾曲した螺旋で構成されているように示されている。しかし、容易に理解されるように、スパイラルコイル117の巻線は、螺旋状の代わりに、角形状、例えば、長方形、六角形、八角形、または他の多角形等で構成されてもよい。
図14と同様に、図15の平面図は、さまざまなレベル又は層を例示的に示しており、相互接続部118,118aは、図15中一番下のレベルまたは層に配置され、電気コネクタ(相互接続部118,118aとRDL107とを接続する)は相互接続部よりも上のレベル又は層に配置され、RDL107(スパイラルコイル117を含む)は、電気コネクタより高いレベルまたは層内に配置され、チップ101はRDL107よりも高いレベル又は層に配置されている。
第一のアンダーパス接続(相互接続部118)はスパイラルコイル117のバンプパッド119等の中心接点と、チップ101のバンプパッド121等の第一の接点と接続することができ、第二のアンダーパス接続(追加の相互接続部118a)はスパイラルコイル117の先頭のRDLバンプパッド123等の周辺接点と、チップ101のバンプパッド124等の追加接点を接続することができる。
上述と同様に、例示のみを目的として、スパイラルコイル117の巻線は丸みを帯びたまたは湾曲した螺旋から構成されているように示されていることに留意すべきである。しかし、容易に理解されるように、スパイラルコイル117の巻線は、螺旋状の代わりに、角形状、例えば、長方形、六角形、八角形、または他の多角形等で構成されてもよい。
図17において、(破線エリア127で示される)eWLBのファンアウト領域は、必ずしも積層体内の完全なコイル117をカバーする必要はなく、RDL線による中央及び外側ポートでの接続を可能にするために、部分的にカバーすれば十分である。しかし、eWLBのファンアウト領域127は、コイル117を完全に覆うようことも可能である。
第一の相互接続レベルがeWLB RDL107によって提供されてもよく、コイル137の第一部分137aを含むこができる。
一方、第二の相互接続レベルは、インターポーザー114(具体的には、インターポーザー114の一つ以上の相互接続部135)、例えば、積層インターポーザーの相互接続レベルによって、提供され、コイル137の第二部分137bを含むことができる。
2つの相互接続部レベルの間の接続は、半田バンプ115(図18A及び図18Bで図示)、μ−バンプ、金属(例えばCu)の柱状バンプ、金属−金属(例えば、銅−銅)の直接接続、等によって実現することができる。
具体的に、第一の部分138aは、再配線層(RDL)107の1つ以上の相互接続部に含まれる。第二の部分138bは、インターポーザー114の相互接続部(例えば、積層インターポーザーの積層相互接続部等)に含まれる。コイル138の第一の部分138aは及びコイル138の第二の部分138bはRDL107とインターポーザー114との間にある配置される1つ以上の垂直接続部139を用いて接続される。垂直接続部139は、半田バンプ115、μ−バンプ、金属(例えばCu)の柱状バンプ(図19Aに図示)、金属−金属(例えば、銅−銅)の直接接続、等によって実現することができる。図19Bに垂直接続部139として半田バンプ115を用いた垂直コイル138を示す。
第一コイル117aの(上側のトランスコイル)は、インターポーザー114と拡張層102の上、従ってチップ101のファンアウト領域の上方に、少なくとも部分的(例えば完全に)に配置することができる。第一コイル117aは、例えば、図13に示す半導体装置1300のスパイラルコイル117と同様に配置することができる。第二コイル117bは、第一および第二コイル117a,117bの中心接点の横方向の位置が実質的に一致するように配置されることができる。
図20に示す例では、コイル117a及び117bのジョイント中心接点をチップ101の1つの同じ接点と接続させる相互接続部135によって、1つだけのアンダーパスが提供されうる。しかし、上述のように、コイル117a,117bの中心接点はお互いに接続する必要はなく、互いから絶縁されてもよい。この場合、相互接続部135は、コイル117a,117bのうち1つの中心接点をチップ101の第一の接点111(第一アンダーパス)と接続でき、追加の相互接続部は、コイル117a,117bのうちの他方の中心接点をチップ101の第二の接点111(第二アンダーパス)と接続できるインターポーザー114内に提供されうる。
しかし、具体的には、再配線層が回路または回路部品の第一回路部を備え、インターポーザーが回路または回路部品の第二回路部を含むように、例えば他の回路または回路部品、例えば他の受動回路または回路部品、を再配線層及びインターポーザーへ同様に統合することも可能であることを理解することができる。
回路は受動回路を含む又は受動回路である。
インターポーザーは積層体を有する。
インターポーザーはシリコンインターポーザーである。
インダクタはスパイラルコイル及び、スパイラルコイルの中心接点と結合される相互接続部を備え、再配線層は、スパイラルコイルの少なくとも一部を含み、インターポーザーは相互接続部の少なくとも一部を含む。インダクタは、スパイラルコイルの周辺に結合される追加相互接続部を含み、インターポーザーは追加相互接続部の少なくとも一部を含む。
インダクタはスパイラルコイル及び、スパイラルコイルの中心接点と結合される相互接続部を備え、インダクタはスパイラルコイルの少なくとも一部を含み、再配線層は相互接続部の少なくとも一部を含む。
回路は抵抗を含む又は抵抗であってもよい。
前記チップは回路と結合される少なくとも1つの電気接点を備えてもよい。
前記拡張層はチップと異なる材料で構成されうる。
前記拡張層は、例えばプラスチック材料等、成形材料等の非導電性材料で構成されうる。
回路は拡張層とインターポーザーとの間に配置されるコイルを有しており、再配線層はコイルの少なくとも一部を有してもよい。
前記コイルの1つ以上の巻線はインターポーザーと再配線層との間の境界面と実質的に平行であってもよい。
前記コイルの1つ以上の巻線はインターポーザーと再配線層との間の境界面と実質的に垂直であってもよい。
第一コイルの中心接点は第二コイルの中心接点に結合している。
インターポーザーは複数の相互接続レベルを備え、第二コイルは複数の相互接続レベルのうち1つの中に配置されており、変圧器は、複数の相互接続レベルのうち他の中に配置されており、第二コイルの中心接点と結合される相互接続部を備える。
1つ以上の電気コネクタは、1つ以上の半田バンプ又は1つ以上の金属柱又は金属箔等である、又はこれらで構成される。
半導体装置は、インターポーザーの再配線層から離れた方を向いている表面の上に配置されるボールグリッドアレイを有する。
前記インターポーザーは積層体を含んでもよい。
102 拡張層
103 アンダーフィル材(成形材料)
105 銅シリンダー(電気コネクタ)
106 半田ボール(ボールグリッドアレイ,BGA)
108 電気接点(第二導電接点,接点)
107 再配線層(RDL)
110 電気接点(第三導電接点,接点)
111 パッド(第一導電接点,接点)
112 下表面(第一の側)
113 上表面
114 インターポーザー
115 半田バンプ(電気コネクタ)
117 インダクタ(スパイラルコイル)
117a 第一コイル(変圧器)
117b 第二コイル(変圧器)
137 コイル(水平コイル)
138 コイル(垂直コイル)
501 回路部品
502 電気接点(電導接点)
Claims (64)
- 第一の側において少なくとも1つの導電接点を備える、第一半導体チップと、
前記第一半導体チップの1つ以上の側面から横方向へ延在する拡張層と、
前記拡張層の表面及び前記第一半導体チップの前記第一の側に配置され、前記第一半導体チップの前記少なくとも1つの導電接点へ電気的に結合される、再配線層と、
インターポーザーと、
少なくとも部分的に前記第一半導体チップと前記再配線層を囲み、前記インターポーザーと接触している、成形材料と、を有しており、
前記インターポーザーは、該インターポーザーの第一表面において少なくとも1つの導電接点と、該第一表面とは反対側の第二表面において少なくとも1つの導電接点とを備えており、前記第一表面における前記少なくとも1つの導電接点は前記再配線層へ電気的に結合される、
半導体装置。 - 前記インターポーザーはプリント回路基板インターポーザーを備える、
請求項1記載の半導体装置。 - 前記第一半導体チップの前記少なくとも1つの導電接点は、前記第一半導体チップの前記第一の側における複数の第一導電接点の一部であり、
前記インターポーザーの前記第一表面の前記少なくとも1つの導電接点は、前記インターポーザーの前記第一表面における複数の第二導電接点の一部であり、
前記複数の第一導電接点の第一ピッチは、前記複数の第二導電接点の第二ピッチよりも狭い、
請求項1記載の半導体装置。 - 前記第一ピッチは100μmよりも狭く、前記第二ピッチは150μm以上である、
請求項3記載の半導体装置。 - 前記第一ピッチは100μmよりも狭く、
当該半導体装置は、前記第二ピッチごとに、前記複数の第二導電接点の一つを前記再配線層へ夫々電気的に接続させる複数の半田バンプを、さらに有している、
請求項3記載の半導体装置。 - 前記インターポーザーの前記第二表面での前記少なくとも1つの導電接点は、前記インターポーザーの前記第一表面における複数の第三導電接点の一部であり、
前記第二ピッチは、前記第三導電接点の第三ピッチよりも狭い、
請求項3記載の半導体装置。 - 前記インターポーザーに埋め込まれた回路部品をさらに有しており、
前記回路部品は、前記第一半導体チップと対向する少なくとも1つの導電接点を備える、
請求項1記載の半導体装置。 - 前記回路部品は第二半導体チップを備える、
請求項7記載の半導体装置。 - 前記拡張層は前記第一半導体チップの少なくとも4つの側面から延在している、
請求項1記載の半導体装置。 - 前記拡張層は前記第一半導体チップとは異なる材料で作製される、
請求項1記載の半導体装置。 - 前記インターポーザーの前記第一表面での前記少なくとも1つの導電接点は、前記インターポーザーの前記第一表面での複数の導電接点の一部であり、
前記複数の導電接点の少なくとも1つは前記拡張層の下に配置されており、
前記複数の導電接点の少なくとも他の1つは前記第一半導体チップの下に配置されている、
請求項1記載の半導体装置。 - 第一の側において少なくとも1つの導電接点を備える、第一半導体チップと、
前記第一半導体チップの1つ以上の側面から横方向へ延在する拡張層と、
前記拡張層の表面と前記第一半導体チップの前記第一の側に配置され、前記第一半導体チップの前記少なくとも1つの導電接点を少なくとも1つの電気コネクタへ電気的に結合させる、再配線層と、
前記少なくとも1つの電気コネクタと結合され、前記再配線層から離れた方を向いている表面において複数の導電接点を備えている、インターポーザーと、
前記インターポーザーの前記複数の導電接点に配置されている、ボールグリッドアレイと、を有する、
半導体装置。 - 前記第一半導体チップと前記再配線層とを少なくとも部分的に囲み、前記インターポーザーと接触している、成形材料、をさらに有する、
請求項12記載の半導体装置。 - 前記電気コネクタは、前記再配線層と前記インターポーザーとの間にある複数の半田バンプを含む、
請求項12記載の半導体装置。 - 前記半田バンプのピッチは100μmよりも狭い、
請求項14記載の半導体装置。 - 前記電気コネクタは、前記再配線層と前記インターポーザーとの間にある複数の銅シリンダーを含む、
請求項12記載の半導体装置。 - 前記第一半導体チップの前記少なくとも1つの導電接点は、前記第一半導体チップの前記第一の側における複数の第一導電接点の一部であり、前記少なくとも1つの電気コネクタは、複数の電気コネクタの一部であり、前記複数の第一導電接点の第一ピッチは、前記複数の電気コネクタの第二ピッチよりも狭い、
請求項12記載の半導体装置。 - 前記第一ピッチは100μmよりも狭く、前記第二ピッチは150μm以上である、
請求項17記載の半導体装置。 - 前記第二ピッチは前記ボールグリッドアレイの第三ピッチよりも狭い、
請求項17記載の半導体装置。 - 前記インターポーザーに埋め込まれた回路部品をさらに有しており、
前記回路部品は、前記第一半導体チップと対向する少なくとも1つの導電接点を備える、
請求項12記載の半導体装置。 - 前記回路部品は、第二半導体チップを含む、
請求項20記載の半導体装置。 - 前記少なくとも1つの電気コネクタは、前記インターポーザーに接続された複数の電気コネクタの一部であり、少なくとも1つの該複数の電気コネクタは拡張層の下に配置されており、前記複数の電気コネクタの少なくとも他の1つは前記第一半導体チップの下に配置されている、
請求項12記載の半導体装置。 - 第二半導体チップをさらに有しており、
前記第二半導体チップは、前記第一半導体チップの前記第一の側と同じ方向を向いている第二半導体チップの第一表面において少なくとも1つの導電接点を備えており、
前記拡張層は、第二半導体チップの1つ以上の側面から横方向に延在し、前記再配線層はさらに前記第二半導体チップの前記第一表面上に配置され、
前記少なくとも1つの電気コネクタは前記インターポーザーと電気的に接続される複数の電気接点の一部であり、前記再配線層は前記第二半導体チップの前記少なくとも1つの導電接点と、前記複数の導電接点の少なくとも他の部分とを電気的に結合する、
請求項12記載の半導体装置。 - 第一半導体チップと拡張層とを備える層の表面上に、前記第一半導体チップの境界からはみ出して延在するように、再配線層を形成する工程と、
前記再配線層上に複数の電気コネクタを、前記複数の電気コネクタの第一電気コネクタが前記第一半導体チップの境界の中に配置され、前記複数の電気コネクタの第二電気コネクタが前記第一半導体チップの境界の外に配置されるように、形成する工程と、
インターポーザーを前記複数の電気コネクタへ接続させる工程と、
ボールグリッドアレイを、前記複数の電気コネクタとは反対側の前記インターポーザーの表面に形成する工程と、を有する、
半導体装置の製造方法。 - 前記第一半導体チップ及び前記再配線層の少なくとも一部を、成形材料によって囲む工程をさらに有し、
前記成形材料は前記インターポーザーに接触し、前記成形材料によって前記ボールグリッドアレイは露出される、
請求項24記載の半導体装置の製造方法。 - 前記インターポーザーは、プリント回路基板インターポーザーを備える、
請求項24記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第一半導体チップの導電接点の第一ピッチは、前記電気コネクタの第二ピッチよりも狭く、該第二ピッチは前記ボールグリッドアレイの第三ピッチよりも狭い、
請求項24記載の半導体装置の製造方法。 - 前記複数の電気コネクタは、複数の銅シリンダーを備える、
請求項27記載の半導体装置の製造方法。 - 前記複数の電気コネクタは、複数の半田バンプを備える、
請求項27記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第一半導体チップの導電接点の前記第一ピッチは100μmよりも狭い、
請求項29記載の半導体装置の製造方法。 - 前記インターポーザー内に、第二半導体チップを埋め込む工程をさらに有する、
請求項24記載の半導体装置の製造方法。 - 複数の半導体装置を製造する方法であって、方法は、
少なくとも複数の半導体チップを備える再構成ウエハの表面上に、前記半導体チップの境界からはみ出して延在するように、再配線層を形成する工程と、
前記再配線層上に複数の電気コネクタを、該複数の電気コネクタの第一電気コネクタが前記半導体チップの境界の中にあり、該複数の電気コネクタの第二電気コネクタが前記半導体チップの境界の外にあるように、形成する工程と、
前記再構成ウエハを、前記複数の半導体チップの少なくとも1つと該複数の半導体チップの少なくとも1つのための前記複数の電気コネクタとを夫々備える複数の部分に分割する工程と、
前記各部分において、インターポーザーを前記複数の電気コネクタへ接続させる工程と、
前記各部分において、前記インターポーザーの、前記複数の電気コネクタと反対側の表面、にボールグリッドアレイを形成する工程と、を有する、
方法。 - 前記各部分において、前記ボールグリッドアレイが露出するように、前記部分を、成形材料によって一部を囲う工程を、さらに有する、
請求項32記載の方法。 - 前記各部分において、前記インターポーザーはプリント回路基板インターポーザーを備える、
請求項32記載の方法。 - 前記複数の電気コネクタは、複数の半田バンプを備える、
請求項32記載の方法。 - 前記各半導体チップにおいて、前記各半導体チップの導電接点のピッチは100μmよりも小さい、
請求項35記載の方法。 - インターポーザーと、
前記インターポーザー上に配置された再配線層と、
第一回路部及び第二回路部を備える回路と、を有しており、
前記再配線層は前記第一回路部を含み、前記インターポーザーは前記第二回路部を含む、
半導体装置。 - 前記回路は受動回路を含む、
請求項37記載の半導体装置。 - 前記インターポーザーは積層体を含む、
請求項37記載の半導体装置。 - 前記インターポーザーはシリコンインターポーザーである、
請求項37記載の半導体装置。 - 前記再配線層は、少なくとも1つの導電材料を含む、
請求項37記載の半導体装置。 - 前記回路はインダクタを含む、
請求項37記載の半導体装置。 - 前記インダクタはスパイラルコイル及び、該スパイラルコイルの中心接点と結合される相互接続部を備え、
前記再配線層は、前記スパイラルコイルの少なくとも一部を含み、前記インターポーザーは前記相互接続部の少なくとも一部を含む、
請求項42記載の半導体装置。 - 前記インダクタは、前記スパイラルコイルの周辺に結合される追加相互接続部をさらにを含み、前記インターポーザーは追加相互接続部の少なくとも一部を含む、
請求項43記載の半導体装置。 - 前記インダクタはスパイラルコイル及び、該スパイラルコイルの中心接点と結合される相互接続部を備え、
前記インダクタは前記スパイラルコイルの少なくとも一部を含み、前記再配線層は相互接続部の少なくとも一部を含む、
請求項42記載の半導体装置。 - 前記再配線層の少なくとも一部の上に配置されるチップをさらに有する、
請求項37記載の半導体装置。 - 前記チップは前記回路と結合される少なくとも1つの電気接点を備える、
請求項46記載の半導体装置。 - 前記再配線層の少なくとも一部の上に配置され、前記チップの少なくとも一側面から延在している拡張層をさらに有する、
請求項46記載の半導体装置。 - 前記拡張層は前記チップと異なる材料で構成される、
請求項48記載の半導体装置。 - 前記拡張層は、非導電性材料で構成される、
請求項48記載の半導体装置。 - 前記回路の少なくとも一部は、前記拡張層と前記インターポーザーとの間に配置される、
請求項48記載の半導体装置。 - 前記回路は前記拡張層と前記インターポーザーとの間に配置されるコイルを有しており、
前記再配線層は前記コイルの少なくとも一部を含む、
請求項48記載の半導体装置。 - 前記回路は1つ以上の巻線を備えるコイルを有し、
前記再配線層は前記1つ以上の巻線の第一部分を備え、前記インターポーザーは前記1つ以上の巻線の第二部分を備える、
請求項37記載の半導体装置。 - 前記コイルの前記1つ以上の巻線は前記インターポーザーと前記再配線層との間の境界面と実質的に平行である、
請求項53記載の半導体装置。 - 前記コイルの前記1つ以上の巻線は前記インターポーザーと前記再配線層との間の境界面と実質的に垂直である、
請求項53記載の半導体装置。 - 前記回路は、第一コイル及び第二コイルを備える変圧器を有し、
前記再配線層は第一コイルを備え、前記インターポーザーは第二コイルを備える、
請求項37記載の半導体装置。 - 前記第一コイルの中心接点は前記第二コイルの中心接点に結合している、
請求項56記載の半導体装置。 - 前記インターポーザーは複数の相互接続レベルを備え、
前記第二コイルは複数の相互接続レベルのうち1つの中に配置されており、
前記変圧器は、複数の相互接続レベルのうち他の中に配置されており、前記第二コイルの中心接点と結合される相互接続部を備える、
請求項57記載の半導体装置。 - 前記インターポーザーは複数の相互接続レベルを備え、
前記第二コイルは複数の相互接続レベルのうち1つの中に配置されており、
前記変圧器は、複数の相互接続レベルのうち他の中に配置されており、前記第一コイルの中心接点又は前記第二コイルの中心接点と結合される相互接続部を備える、
請求項56記載の半導体装置。 - 前記インターポーザー及び前記再配線層の間に配置され、第一回路部を第二回路部に結合させる1つ以上の電気コネクタ、をさらに有する、
請求項37記載の半導体装置。 - 前記インターポーザーの前記再配線層から離れた方を向いている表面の上に配置されるボールグリッドアレイ、をさらに有する、
請求項37記載の半導体装置。 - インターポーザー;
前記インターポーザー上に配置された再配線層;
少なくとも、前記再配線層の一部の上に配置されたチップ;
前記チップの一以上の側面から横方向に延在し、少なくとも前記再配線層の一部の上に配置された非導電の拡張層;及び、
前記チップに接続され、前記再配線層に対向する前記拡張層の表面上に少なくとも部分的に配置されているインダクタ:を有しており、
前記再配線層は、前記インダクタの第一の部分を含み、前記インターポーザーは前記インダクタの第二の部分を含む、
半導体装置。 - 前記インターポーザーは積層体を含む、
請求項62記載の半導体装置。 - 前記インダクタはスパイラルコイル及び、該スパイラルコイルの中心接点と結合される相互接続部を備え、
前記再配線層は、前記スパイラルコイル又は前記相互接続部のどちらか一方を含み、
前記インターポーザーは前記スパイラルコイル又は前記相互接続部のどちらか他方を含む、
請求項62記載の半導体装置。
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