JP2016062951A - Semiconductor device manufacturing method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device manufacturing method which achieves low cost by improving efficiency of a process of forming a through electrode.SOLUTION: A semiconductor device manufacturing method comprises: a process of preparing a base substrate to be a base which is a semiconductor substrate having a plurality of semiconductor chips, and preparing a plurality of lamination substrates which are semiconductor substrates having a plurality of semiconductor chips and laminated on the base substrate, and selectively forming electrode pads on each lamination substrate; a process of making a substrate laminate in which the plurality of lamination substrates each of which is thinned on a back face side are laminated so as to face principal surfaces in the same direction; a process of laminating the substrate laminate on a principal surface of the base substrate in a manner such that principal surfaces of the lamination substrates face the same direction with the principal surface of the base substrate; a process of forming via holes which pierce the substrate laminate; and a process of forming a through electrode in each via hole and electrically connecting the selectively formed electrode pads and the through electrodes.SELECTED DRAWING: Figure 7

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device.

近年、半導体応用製品はスマートフォン等の各種モバイル機器用途等として小型化、薄型化、軽量化が急激に進んでいる。又、それに伴い、半導体応用製品に搭載される半導体装置にも小型化、高密度化が要求されている。そこで、その要求に応えるべく、例えば複数の半導体チップが形成された半導体基板(ウェハ)を、半導体基板(ウェハ)状態のまま接着層を介して複数個積層するウェハオンウェハ(以降、WOWという)構造の半導体装置の製造方法が提案されている。   In recent years, semiconductor application products have been rapidly reduced in size, thickness and weight for various mobile devices such as smartphones. Along with this, semiconductor devices mounted on semiconductor application products are also required to be downsized and densified. Therefore, in order to meet the demand, for example, a wafer-on-wafer (hereinafter referred to as WOW) in which a plurality of semiconductor substrates (wafers) on which a plurality of semiconductor chips are formed are stacked in a semiconductor substrate (wafer) state via an adhesive layer. A method of manufacturing a semiconductor device having a structure has been proposed.

WOWでは、例えば、半導体基板を1層積層するごとに貫通孔を形成し、貫通孔に金属を充填して貫通電極を形成し、下層の半導体基板と導通させる。そして、その後、更に半導体基板を積層し、同様の方法で下層の半導体基板と導通させる。これを繰り返すことにより、複数の半導体基板を積層する。   In WOW, for example, a through-hole is formed each time a semiconductor substrate is stacked, a through-electrode is formed by filling the through-hole with a metal, and is electrically connected to a lower semiconductor substrate. Thereafter, a semiconductor substrate is further laminated, and is electrically connected to the lower semiconductor substrate by the same method. By repeating this, a plurality of semiconductor substrates are stacked.

特開2008−153499号公報JP 2008-153499 A

しかしながら、半導体基板を1層積層するごとに貫通孔を形成し、貫通孔に金属を充填して貫通電極を形成する工程は工数が多く、半導体装置の製造コストを上昇させる要因となる。   However, the process of forming a through-hole each time a semiconductor substrate is stacked and filling the through-hole with a metal to form a through-electrode has many man-hours, which increases the manufacturing cost of the semiconductor device.

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、貫通電極を形成する工程を効率化して低コスト化を可能とする半導体装置の製造方法を提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device that can reduce the cost by improving the efficiency of the process of forming the through electrode.

本半導体装置の製造方法は、複数の半導体チップが形成された半導体基板を複数枚積層し、異なる層の半導体チップ同士を信号伝達可能に接続し、半導体チップが積層された部分を個片化する半導体装置の製造方法であって、複数の半導体チップを有する半導体基板であって土台となる土台基板と、複数の半導体チップを有する半導体基板であって前記土台基板上に積層される複数の積層基板と、を準備し、夫々の前記積層基板に電極パッドを選択的に形成する工程と、背面側を薄化した複数の前記積層基板が主面を互いに同一方向に向けて積層された基板積層体を作製する工程と、夫々の前記積層基板の主面を前記土台基板の主面と同一方向に向けて、前記土台基板の主面に前記基板積層体を積層する工程と、前記基板積層体を貫通するビアホールを形成する工程と、前記ビアホール内に貫通電極を形成し、選択的に形成された前記電極パッドと前記貫通電極とを導通させる工程と、を有することを要件とする。   In this method of manufacturing a semiconductor device, a plurality of semiconductor substrates on which a plurality of semiconductor chips are formed are stacked, semiconductor chips of different layers are connected so as to be able to transmit signals, and a portion where the semiconductor chips are stacked is separated into pieces. A method for manufacturing a semiconductor device, which is a semiconductor substrate having a plurality of semiconductor chips and serving as a base, and a plurality of stacked substrates that are semiconductor substrates having a plurality of semiconductor chips and are stacked on the base substrate. And a step of selectively forming electrode pads on each of the laminated substrates, and a substrate laminate in which a plurality of laminated substrates whose back sides are thinned are laminated with their main surfaces facing each other in the same direction Stacking the substrate laminate on the main surface of the base substrate with the main surface of each of the multilayer substrates facing the same direction as the main surface of the base substrate; and Penetrating through Forming a hole, the forming the through electrode in the via holes may be a requirement that has a step of conducting a selectively formed the electrode pads and the through-electrode.

開示の技術によれば、貫通電極を形成する工程を効率化して低コスト化を可能とする半導体装置の製造方法を提供できる。   According to the disclosed technology, it is possible to provide a method of manufacturing a semiconductor device that can reduce the cost by increasing the efficiency of the process of forming the through electrode.

第1の実施の形態に係る半導体装置を例示する断面図である。1 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor device according to a first embodiment. 図1の貫通電極周辺部のみを例示する部分拡大断面図である。FIG. 2 is a partial enlarged cross-sectional view illustrating only the periphery of a through electrode in FIG. 1. 第1の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を例示する図(その1)である。6 is a diagram (part 1) illustrating a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment; FIG. 第1の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を例示する図(その2)である。FIG. 6 is a second diagram illustrating the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment; 第1の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を例示する図(その3)である。FIG. 6 is a diagram (part 3) illustrating the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment; 第1の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を例示する図(その4)である。FIG. 8 is a diagram (No. 4) for exemplifying the manufacturing process for the semiconductor device according to the first embodiment; 第1の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を例示する図(その5)である。FIG. 8 is a diagram (No. 5) for exemplifying the manufacturing process for the semiconductor device according to the first embodiment; 第1の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を例示する図(その6)である。FIG. 10 is a diagram (No. 6) for exemplifying the manufacturing process for the semiconductor device according to the first embodiment; 第1の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を例示する図(その7)である。FIG. 7 is a diagram (No. 7) for exemplifying the manufacturing process for the semiconductor device according to the first embodiment; 第1の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を例示する図(その8)である。FIG. 8 is a diagram (No. 8) for exemplifying the manufacturing process for the semiconductor device according to the first embodiment; 第1の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を例示する図(その9)である。FIG. 9 is a diagram (No. 9) for exemplifying the manufacturing process for the semiconductor device according to the first embodiment; 第1の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を例示する図(その10)である。FIG. 10 is a diagram (No. 10) for exemplifying the manufacturing process for the semiconductor device according to the first embodiment; 第1の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を例示する図(その11)である。FIG. 11 is a diagram (No. 11) for exemplifying the manufacturing process for the semiconductor device according to the first embodiment; 第1の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を例示する図(その12)である。FIG. 14 is a view (No. 12) illustrating the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment; 任意の電極パッドと貫通電極とを電気的に分離する方法を説明する図である。It is a figure explaining the method of electrically isolate | separating arbitrary electrode pads and penetration electrodes. 第2の実施の形態に係る半導体装置を例示する断面図である。6 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor device according to a second embodiment; FIG. 図16の貫通電極周辺部のみを例示する部分拡大断面図である。FIG. 17 is a partial enlarged cross-sectional view illustrating only the periphery of the through electrode in FIG. 16. 第2の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を例示する図(その1)である。FIG. 10 is a diagram (part 1) illustrating a manufacturing process of a semiconductor device according to the second embodiment; 第2の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を例示する図(その2)である。FIG. 10 is a second diagram illustrating a manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment; 第3の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を例示する図(その1)である。FIG. 11 is a first diagram illustrating a manufacturing process of a semiconductor device according to a third embodiment; 第3の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を例示する図(その2)である。FIG. 10 is a second diagram illustrating a manufacturing process of the semiconductor device according to the third embodiment;

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。なお、各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。   Hereinafter, embodiments for carrying out the invention will be described with reference to the drawings. In addition, in each drawing, the same code | symbol is attached | subjected to the same component and the overlapping description may be abbreviate | omitted.

〈第1の実施の形態〉
[第1の実施の形態に係る半導体装置の構造]
まず、第1の実施の形態に係る半導体装置の構造について説明する。図1は、第1の実施の形態に係る半導体装置を例示する断面図である。図2は、図1の貫通電極周辺部のみを例示する部分拡大断面図である。なお、図1と図2では、便宜上、各部位の寸法比率を適宜変更している。又、図1では、便宜上、図2に示す部位の一部が省略されている。
<First Embodiment>
[Structure of Semiconductor Device According to First Embodiment]
First, the structure of the semiconductor device according to the first embodiment will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 2 is a partially enlarged cross-sectional view illustrating only the periphery of the through electrode in FIG. In FIG. 1 and FIG. 2, the dimensional ratio of each part is appropriately changed for convenience. In FIG. 1, for convenience, a part of the portion shown in FIG. 2 is omitted.

図1及び図2を参照するに、第1の実施の形態に係る半導体装置10は、複数の半導体チップ110が主面を同一方向に向けて積層され、異なる層の半導体チップ110同士が貫通電極20により信号伝達可能に接続された構造を有する。各々の半導体チップ110は、基板本体12と、半導体集積回路13と、絶縁層14と、電極パッド15とを有する。   Referring to FIGS. 1 and 2, in the semiconductor device 10 according to the first embodiment, a plurality of semiconductor chips 110 are stacked with their main surfaces facing in the same direction, and semiconductor chips 110 of different layers are formed as through electrodes. 20 is connected to be able to transmit a signal. Each semiconductor chip 110 includes a substrate body 12, a semiconductor integrated circuit 13, an insulating layer 14, and an electrode pad 15.

なお、半導体チップ110において、半導体集積回路13が設けられている側の面を主面と称する場合がある。又、主面の反対側の面を背面と称する場合がある。又、平面視とは対象物を半導体チップ110の主面の法線方向から視ることを指し、平面形状とは対象物を半導体チップ110の主面の法線方向から視た形状を指すものとする。   In the semiconductor chip 110, the surface on which the semiconductor integrated circuit 13 is provided may be referred to as a main surface. Further, the surface opposite to the main surface may be referred to as the back surface. Further, the planar view indicates that the object is viewed from the normal direction of the main surface of the semiconductor chip 110, and the planar shape indicates the shape of the object viewed from the normal direction of the main surface of the semiconductor chip 110. And

各々の半導体チップ110において、基板本体12は、例えばシリコン、窒化ガリウム、炭化ケイ素等から構成されている。半導体集積回路13は、例えばシリコン、窒化ガリウム、炭化ケイ素等に拡散層(図示せず)、絶縁層(図示せず)、ビアホール(図示せず)、及び配線層(図示せず)等が形成されたものであり、基板本体12の一方の面側に設けられている。絶縁層14は、半導体集積回路13と電極パッド15とを絶縁する層であり、例えばSi、SiO、SiON等から構成されている。 In each semiconductor chip 110, the substrate body 12 is made of, for example, silicon, gallium nitride, silicon carbide, or the like. In the semiconductor integrated circuit 13, for example, a diffusion layer (not shown), an insulating layer (not shown), a via hole (not shown), a wiring layer (not shown), etc. are formed in silicon, gallium nitride, silicon carbide or the like. Provided on one surface side of the substrate body 12. The insulating layer 14 is a layer that insulates the semiconductor integrated circuit 13 and the electrode pad 15 and is made of, for example, Si 3 N 4 , SiO 2 , SiON, or the like.

電極パッド15は、絶縁層14を介して半導体集積回路13上に設けられている。電極パッド15は、半導体集積回路13に設けられた配線層(図示せず)と電気的に接続されている。電極パッド15は、例えば平面形状が矩形であり、中央部近傍には例えば平面形状が円形の開口部が設けられている。電極パッド15に設けられた開口部は、貫通電極20が貫通する部分である。   The electrode pad 15 is provided on the semiconductor integrated circuit 13 via the insulating layer 14. The electrode pad 15 is electrically connected to a wiring layer (not shown) provided in the semiconductor integrated circuit 13. The electrode pad 15 has a rectangular planar shape, for example, and an opening having a circular planar shape is provided near the center. The opening provided in the electrode pad 15 is a portion through which the through electrode 20 passes.

電極パッド15としては、例えばTi層やTiN層上にAu層、Al層、Cu層等を積層した積層体等を用いることができる。電極パッド15として、Ni層上にAu層を積層した積層体、Ni層上にPd層及びAu層を順次積層した積層体、Niの代わりにCo、Ta、Ti、TiN等の高融点金属からなる層を用い、同層上にCu層或いはAl層を積層した積層体或いはダマシン構造状の配線等を用いても構わない。電極パッド15のピッチは、例えば、5〜20μm程度とすることができる。   As the electrode pad 15, for example, a laminated body in which an Au layer, an Al layer, a Cu layer, or the like is laminated on a Ti layer or a TiN layer can be used. As the electrode pad 15, a laminate in which an Au layer is laminated on a Ni layer, a laminate in which a Pd layer and an Au layer are sequentially laminated on a Ni layer, and a high melting point metal such as Co, Ta, Ti, TiN instead of Ni A layered body in which a Cu layer or an Al layer is stacked on the same layer, a damascene structure wiring, or the like may be used. The pitch of the electrode pads 15 can be about 5 to 20 μm, for example.

なお、各半導体チップ110において電極パッド15を形成するか否かは、仕様に合わせて任意に決定することができる。これにより、積層した半導体チップ110中の所望の半導体チップ110のみに各貫通電極20を接続することができる。例えば、同じ信号を3層目の半導体チップ110を素通りして4層目の半導体チップ110や2層目の半導体チップ110に供給したり、異なる信号を各層の半導体チップ110に供給したりできる。   Whether or not the electrode pad 15 is formed in each semiconductor chip 110 can be arbitrarily determined according to the specification. Thereby, each penetration electrode 20 can be connected only to the desired semiconductor chip 110 in the laminated semiconductor chips 110. For example, the same signal can be passed through the third-layer semiconductor chip 110 and supplied to the fourth-layer semiconductor chip 110 and the second-layer semiconductor chip 110, or different signals can be supplied to the semiconductor chip 110 of each layer.

又、各々の半導体チップ110の基板本体12の背面に、例えばSi、SiO、SiON等からなり、厚さが0.1μm〜2.0μm程度の絶縁層(バリア層)を形成することができる。基板本体12の背面側に絶縁層(バリア層)を形成することにより、半導体チップ110が背面側から金属不純物により汚染されるおそれを低減できると共に、下層の半導体チップ110と絶縁できる。 In addition, an insulating layer (barrier layer) made of, for example, Si 3 N 4 , SiO 2 , SiON or the like and having a thickness of about 0.1 μm to 2.0 μm is formed on the back surface of the substrate body 12 of each semiconductor chip 110. be able to. By forming an insulating layer (barrier layer) on the back side of the substrate body 12, it is possible to reduce the possibility that the semiconductor chip 110 is contaminated with metal impurities from the back side, and to insulate the semiconductor chip 110 from the lower layer.

上下に隣接する半導体チップ110は、接着層等を介さずに直接接合されている。最下層を除く各半導体チップ110には、最下層を除く各半導体チップ110を貫通して土台となる半導体チップ110の電極パッド15の上面を露出するビアホール21(貫通孔)が形成されている。ビアホール21の内壁(側壁)には、例えばSi、SiO、SiON等から構成された絶縁層22が形成されている。 The semiconductor chips 110 that are vertically adjacent to each other are directly bonded without using an adhesive layer or the like. Each semiconductor chip 110 excluding the lowermost layer is formed with a via hole 21 (through hole) that penetrates each semiconductor chip 110 excluding the lowermost layer and exposes the upper surface of the electrode pad 15 of the semiconductor chip 110 serving as a base. An insulating layer 22 made of, for example, Si 3 N 4 , SiO 2 , SiON or the like is formed on the inner wall (side wall) of the via hole 21.

各々の半導体チップ110の電極パッド15同士は、ビアホール21内に形成されたCu等からなる貫通電極20を介して電気的に接続されている。貫通電極20は、ビアホール21内に一体に形成されたものである。貫通電極20の上端部は、最上層の半導体チップ110の電極パッド15の上面から突出している(この部分を、貫通電極20の突出部と称する)。貫通電極20の突出部の周囲には、絶縁層23が形成されている。貫通電極20の突出部の上面と絶縁層23の上面とは、例えば、面一とすることができる。絶縁層23の材料としては、例えばSi、SiO、SiON等を用いることができる。 The electrode pads 15 of each semiconductor chip 110 are electrically connected via a through electrode 20 made of Cu or the like formed in the via hole 21. The through electrode 20 is integrally formed in the via hole 21. The upper end portion of the through electrode 20 protrudes from the upper surface of the electrode pad 15 of the uppermost semiconductor chip 110 (this portion is referred to as a protruding portion of the through electrode 20). An insulating layer 23 is formed around the protruding portion of the through electrode 20. For example, the upper surface of the protruding portion of the through electrode 20 and the upper surface of the insulating layer 23 can be flush with each other. As the material of the insulating layer 23, for example, Si 3 N 4 , SiO 2 , SiON, or the like can be used.

貫通電極20は、例えば、ビアホール21の内壁及び絶縁層23の内壁を連続的に被覆する金属層24と、ビアホール21及び絶縁層23内において金属層24の内側に充填された金属層25とを含んで構成することができる。貫通電極20の上面(金属層24の上端面及び金属層25の上面)と絶縁層23の上面とは、例えば、面一とすることができる。   The through electrode 20 includes, for example, a metal layer 24 that continuously covers the inner wall of the via hole 21 and the inner wall of the insulating layer 23, and a metal layer 25 filled inside the metal layer 24 in the via hole 21 and the insulating layer 23. Can be configured. For example, the upper surface of the through electrode 20 (the upper end surface of the metal layer 24 and the upper surface of the metal layer 25) and the upper surface of the insulating layer 23 can be flush with each other.

絶縁層23から露出する部分の貫通電極20の平面形状は、例えば直径が1μm〜30μm程度の円形状とすることができる。絶縁層23から露出する部分の貫通電極20は、半導体装置10を他の半導体装置や配線基板等と接続するために使用する外部接続用パッドとなる。絶縁層23から露出する部分の貫通電極20上に、はんだバンプ等を形成しても構わない。   The planar shape of the portion of the through electrode 20 exposed from the insulating layer 23 can be a circular shape having a diameter of about 1 μm to 30 μm, for example. The portion of the through electrode 20 exposed from the insulating layer 23 serves as an external connection pad used for connecting the semiconductor device 10 to another semiconductor device, a wiring board, or the like. A solder bump or the like may be formed on the portion of the through electrode 20 exposed from the insulating layer 23.

[第1の実施の形態に係る半導体装置の製造工程]
次に、第1の実施の形態に係る半導体装置の製造工程について説明をする。図3〜図14は、第1の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を例示する図である。なお、各層の半導体基板11を区別するため、便宜上、各層の半導体基板11を半導体基板11n(nは何層目に積層されるかを示す自然数)と表示している。例えば、半導体基板11は土台となる1層目の半導体基板11を示し、半導体基板11は半導体基板11上に積層される2層目の半導体基板11を示す。基板本体12、半導体集積回路13、絶縁層14及び電極パッド15についても同様である。
[Manufacturing Process of Semiconductor Device According to First Embodiment]
Next, a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment will be described. 3 to 14 are diagrams illustrating the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment. In addition, in order to distinguish the semiconductor substrate 11 of each layer, the semiconductor substrate 11 of each layer is displayed as the semiconductor substrate 11n (n is a natural number which shows what layer is laminated | stacked) for convenience. For example, the semiconductor substrate 11 1 denotes a semiconductor substrate 11 of the first layer functioning as a base, the semiconductor substrate 11. 2 shows a semiconductor substrate 11 of the second layer laminated on the semiconductor substrate 11 1. The same applies to the substrate body 12, the semiconductor integrated circuit 13, the insulating layer 14, and the electrode pad 15.

まず、図3(a)に示す工程では、複数の半導体チップ110が形成された薄化されていない半導体基板11(ウェハ)を準備する。半導体基板11は、例えば円形であり、その直径は、例えば6インチ(約150mm)、8インチ(約200mm)、12インチ(約300mm)等である。半導体基板11の厚さは、例えば0.625mm(6インチの場合)、0.725mm(8インチの場合)、0.775mm(12インチの場合)等である。半導体基板11は、基板本体12と、半導体集積回路13と、絶縁層14と、電極パッド15とを有する。電極パッド15の平面形状は例えば矩形状であり、中央部近傍には例えば平面形状が円形の開口部15xが設けられている。開口部15x内には、例えば、絶縁層14が形成されている。 First, in the step shown in FIG. 3A, an unthinned semiconductor substrate 11 4 (wafer) on which a plurality of semiconductor chips 110 are formed is prepared. Semiconductor substrate 11 4 is, for example, a circular shape, a diameter of, for example 6 inches (about 150 mm), 8 inches (about 200 mm), is 12 inches (about 300 mm) or the like. The thickness of the semiconductor substrate 11. 4, for example (if a 6-inch) 0.625 mm, (if 8-inch) 0.725 mm, (if 12-inch) 0.775 mm, and the like. Semiconductor substrate 11 4 includes a substrate main body 12 4, the semiconductor integrated circuit 13 4, and the insulating layer 14 4, the electrode pads 15 4. The planar shape of the electrode pad 15 4 are for example rectangular, for example a planar shape in the vicinity of the central portion is provided with a circular opening 15x 4. The opening 15x 4, for example, the insulating layer 14 4 is formed.

Cは、ダイシングブレード等が複数積層した半導体基板を切断して個片化する位置(以下、「切断位置C」とする)を示している(後述の図14(b)に示す工程を参照)。すなわち、切断位置Cにより分離された各領域は、最終的に個片化されて1つの半導体チップ110(図1参照)となるチップ領域である。なお、切断位置Cの近傍はスクライブ領域となる。   C indicates a position (hereinafter referred to as “cutting position C”) where a semiconductor substrate on which a plurality of dicing blades or the like are stacked is cut into pieces (refer to a process shown in FIG. 14B described later). . That is, each region separated by the cutting position C is a chip region that is finally separated into one semiconductor chip 110 (see FIG. 1). The vicinity of the cutting position C is a scribe area.

次に、図3(b)に示す工程では、支持体510を準備する。支持体510としては、研削除去する際に容易なシリコンや石英ガラスの基板等を用いることができる。そして、図3(a)に示す半導体基板11の外縁部の不要部分をグラインダー等を用いて除去して上下反転させ、支持体510の一方の面にフェイスダウン状態で接合する。 Next, in the step shown in FIG. 3B, a support 510 is prepared. As the support 510, a silicon or quartz glass substrate that can be easily removed by grinding can be used. Then, it turned upside down and removed using grinder unnecessary portions of the outer edge portion of the semiconductor substrate 11 4 shown in FIG. 3 (a), joined in a face-down state on one surface of the support 510.

支持体510と半導体基板11との接合には、例えば、表面活性化接合(SAB:Surface Activated Bonding)を用いることができる。具体的には、例えば、支持体510と半導体基板11の各接合面を研磨加工によって平滑化する。そして、例えば真空雰囲気中でアルゴンガス等の不活性ガスを用いて、支持体510と半導体基板11の各接合面をイオンビームやプラズマ等によりスパッタエッチングする。これにより、支持体510と半導体基板11の接合される各接合面において、接合の妨げとなる表面層が除去され、結合手を持った原子が露出した状態(他の原子との結合力が大きい活性状態)となる。次に、支持体510と半導体基板11の表面層が除去された各接合面が接するように配置して加圧することで、常温において強固な接合を得ることができる。 The bonding between the support 510 and the semiconductor substrate 11. 4, for example, surface activated bonding: can be used (SAB Surface Activated Bonding). Specifically, for example, it is smoothed by polishing each bonding surface of the support 510 and the semiconductor substrate 11 4. Then, for example, with an inert gas such as argon gas in a vacuum atmosphere, each bonding surface of the support 510 and the semiconductor substrate 11 4 to sputter etching by ion beam or plasma or the like. Thus, in each bonding surface to be bonded of the substrate 510 and the semiconductor substrate 11 4 is removed surface layer hinders bonding, bonding strength between state atoms having a bond is exposed (the other atoms are Large active state). Then, by applying arranged to pressure as the bonding surface of the surface layer is removed the support 510 and the semiconductor substrate 11 4 are in contact, it is possible to obtain a strong bond at room temperature.

但し、支持体510と半導体基板11との接合は表面活性化接合には限定されず、例えば、支持体510と半導体基板11とを接着層を介して接合してもよい。後述の半導体基板同士の接合についても同様である。なお、半導体基板の全領域における平坦性(凹凸)が1nm以上10nm未満であれば表面活性化接合、10nm以上1000nm未満であれば接着層を用いることが好ましい。 However, the bonding between the support 510 and the semiconductor substrate 11 4 is not limited to the surface activated bonding, for example, a support 510 and the semiconductor substrate 11 4 may be bonded via an adhesive layer. The same applies to bonding between semiconductor substrates described later. In addition, it is preferable to use a surface activated bonding if the flatness (unevenness) in the entire region of the semiconductor substrate is 1 nm or more and less than 10 nm, and an adhesive layer if it is 10 nm or more and less than 1000 nm.

接着層を用いる場合、接着層の材料としては、例えば主たる組成がベンゾシクロブテンである熱硬化性の絶縁性樹脂(例えば、ジビニルシロキサンベンゾシクロブテン:DVS−BCB)を用いることができる。又、接着層の材料として、主たる組成がエポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂である熱硬化性の絶縁性樹脂、及びシリカ等の固形微粉末を添加した絶縁性複合材料等を用いても構わない。又、接着層の材料として、シロキサン等のシリコンを含有する材料を用いても構わない。   When the adhesive layer is used, as a material for the adhesive layer, for example, a thermosetting insulating resin whose main composition is benzocyclobutene (for example, divinylsiloxane benzocyclobutene: DVS-BCB) can be used. In addition, as a material for the adhesive layer, a thermosetting insulating resin whose main composition is an epoxy resin, an acrylic resin, a polyimide resin, and an insulating composite material added with solid fine powder such as silica are used. It doesn't matter. Further, a material containing silicon such as siloxane may be used as the material of the adhesive layer.

又、接着層を用いる場合、接着層を成膜又は塗布する前に、必要に応じて被接着面の洗浄を行い、被接着面の化学親和力が高く一様となる表面改質を行うのも好ましい。ここで、化学親和力が高く一様とは、水酸基等の電子供与性がある材料を1e12〜1e13/cmの密度で作製することである。 In the case of using an adhesive layer, before the adhesive layer is formed or applied, the surface to be bonded is cleaned as necessary, and the surface modification is performed so that the chemical affinity of the surface to be bonded is high and uniform. preferable. Here, high and uniform chemical affinity means that a material having an electron donating property such as a hydroxyl group is produced at a density of 1e12 to 1e13 / cm 2 .

又、接着層を用いる場合、接着層として感光性接着剤(例えば、ジビニルシロキサンベンゾシクロブテン:DVS−BCB)を用い、接着層の貫通電極20に対応する位置に予め開口部を形成してから半導体基板同士を接合することが好ましい。接着層として非感光性接着剤を用いると、それを除去するために酸素系のガスを用いたエッチングが必要となるが、酸素系のガスを用いたエッチングでは、貫通電極と接続される電極パッドの表面が酸化され、貫通電極と電極パッドとが導通不良を起こすおそれがある。接着層として感光性接着剤を用い、接着層の貫通電極20に対応する位置に予め開口部を形成してから半導体基板同士を接合することにより、酸素系のガスを用いたエッチングが不要となり、このような問題を回避できる。   When an adhesive layer is used, a photosensitive adhesive (for example, divinylsiloxane benzocyclobutene: DVS-BCB) is used as the adhesive layer, and an opening is previously formed at a position corresponding to the through electrode 20 of the adhesive layer. It is preferable to join the semiconductor substrates together. If a non-photosensitive adhesive is used as the adhesive layer, etching using an oxygen-based gas is required to remove it, but in etching using an oxygen-based gas, an electrode pad connected to the through electrode The surface of the electrode may be oxidized, and the through electrode and the electrode pad may cause poor conduction. By using a photosensitive adhesive as the adhesive layer, and forming the opening portion at a position corresponding to the through electrode 20 of the adhesive layer in advance and bonding the semiconductor substrates to each other, etching using an oxygen-based gas becomes unnecessary, Such a problem can be avoided.

次に、図4(a)に示す工程では、半導体基板11の背面側の基板本体12の一部をグラインダー等で研削して半導体基板11を薄化する。なお、研削後の基板本体12の背面に、例えばSi、SiO、SiON等からなり、厚さが0.1μm〜2.0μm程度の絶縁層(バリア層)を、例えばプラズマCVD法等により形成することができる。 Next, in a step shown in FIG. 4 (a), a part of the semiconductor substrate 11 4 of the rear side of the substrate main body 12 4 ground by a grinder or the like to thin the semiconductor substrate 11 4. Incidentally, the back surface of the substrate main body 12 4 after grinding, for example, Si 3 N 4, made of SiO 2, SiON or the like, a thickness of about 0.1μm~2.0μm insulating layer (barrier layer), for example, a plasma CVD It can be formed by a method or the like.

薄化後の半導体基板11の厚さは、例えば2μm〜100μm程度とすることができるが、50μm以下であることが好ましく、3μm〜10μm程度とすることが更に好ましい。基板体積を小さくすると貫通電極(TSV)の加工時間が大幅に短縮され、薄化でアスペクト比が緩和され埋め込み性やカバレッジが改善されるからである。なお、半導体集積回路13を残存させておけば、基板本体12を全て研削して除去してもよい。 The semiconductor substrate 11 thickness of 4 after thinning, for example, may be about 2Myuemu~100myuemu, preferably at 50μm or less, more preferably about 3Myuemu~10myuemu. This is because when the substrate volume is reduced, the processing time of the through electrode (TSV) is significantly shortened, and the aspect ratio is relaxed by thinning, and the embedding property and coverage are improved. If the semiconductor integrated circuit 13 remains, the entire substrate body 12 may be removed by grinding.

次に、図4(b)に示す工程では、図3(a)と同様の薄化されていない半導体基板11を準備する。半導体基板11は、基板本体12と、半導体集積回路13と、絶縁層14と、電極パッド15とを有する。電極パッド15は、平面視において、電極パッド15と重複する位置(貫通電極20が貫通する領域)に選択的に形成される。所定位置に電極パッド15を形成するか否かは、仕様に合わせて任意に決定することができる。電極パッド15の平面形状は例えば矩形状であり、中央部近傍には例えば平面形状が円形の開口部15xが設けられている。開口部15x内には、例えば、絶縁層14が形成されている。なお、開口部15xの開口面積は、開口部15xの開口面積よりも小さい。 Next, in a step shown in FIG. 4 (b), a semiconductor substrate 11 3 which is not the same thinning and FIG 3 (a). The semiconductor substrate 11 3 includes a substrate body 12 3 , a semiconductor integrated circuit 13 3 , an insulating layer 14 3, and an electrode pad 15 3 . The electrode pad 15 3, in a plan view, a position that overlaps with the electrode pads 15 4 are selectively formed (through electrode 20 is a region that penetrates). Whether forming the electrode pads 15 3 to a predetermined position can be determined arbitrarily according to the specifications. The planar shape of the electrode pads 15 3 is, for example, a rectangular shape, for example planar shape in the vicinity of the central portion is provided with a circular opening 15x 3. The opening 15x 3, for example, the insulating layer 14 3 is formed. The opening area of the opening 15x 3 is smaller than the opening area of the opening 15x 4.

そして、準備した半導体基板11の主面側を表面活性化接合等により半導体基板11の背面側に接合する。なお、半導体基板11と半導体基板11との位置決めは、予め形成されたアライメントマークを基準にして周知の方法で行うことができる。アライメントの精度は、例えば2μm以下とすることができる。 Then, joining main surface side of the semiconductor substrate 11 3 was prepared by surface activated bonding or the like on the back side of the semiconductor substrate 11 4. The positioning of the semiconductor substrate 11 3 and the semiconductor substrate 11 4 may be carried out in a known manner with respect to the alignment marks formed in advance. The alignment accuracy can be set to 2 μm or less, for example.

次に、図5(a)に示す工程では、図4(a)の工程と同様にして、半導体基板11の背面側の基板本体12の一部をグラインダー等で研削して半導体基板11を薄化する。なお、研削後の基板本体12の背面に、例えばSi、SiO、SiON等からなり、厚さが0.1μm〜2.0μm程度の絶縁層(バリア層)を、例えばプラズマCVD法等により形成することができる。薄化後の半導体基板11の厚さは、薄化後の半導体基板11の厚さと同程度とすることができる。 Next, in a step shown in FIG. 5 (a), in the same manner as in the step of FIG. 4 (a), the semiconductor substrate 11 by a portion of the semiconductor substrate 11 3 of the rear side of the substrate main body 12 3 is ground by a grinder or the like 3 is thinned. An insulating layer (barrier layer) made of, for example, Si 3 N 4 , SiO 2 , SiON or the like and having a thickness of about 0.1 μm to 2.0 μm is formed on the back surface of the ground substrate body 12 3 by, for example, plasma CVD. It can be formed by a method or the like. The semiconductor substrate 11 thickness of 3 after thinning may be the thickness of the same order of the semiconductor substrate 11 4 after thinning.

次に、図5(b)に示す工程では、図3(a)と同様の薄化されていない半導体基板11を準備する。半導体基板11は、基板本体12と、半導体集積回路13と、絶縁層14と、電極パッド15とを有する。電極パッド15は、平面視において、電極パッド15及び15と重複する位置(貫通電極20が貫通する領域)に選択的に形成される。所定位置に電極パッド15を形成するか否かは、仕様に合わせて任意に決定することができる。電極パッド15の平面形状は例えば矩形状であり、中央部近傍には例えば平面形状が円形の開口部15xが設けられている。開口部15x内には、例えば、絶縁層14が形成されている。なお、開口部15xの開口面積は、開口部15xの開口面積よりも小さい。 Next, in a step shown in FIG. 5 (b), a semiconductor substrate 11 2 which is not the same thinning and FIG 3 (a). The semiconductor substrate 11 2 includes a substrate main body 12 2, the semiconductor integrated circuit 13 2, and the insulating layer 14 2, the electrode pads 15 2. The electrode pads 15 2, in a plan view, a position that overlaps with the electrode pads 15 4 and 15 3 is selectively formed (through electrode 20 is a region that penetrates). Whether to form the electrode pads 15 2 at a predetermined position can be determined arbitrarily according to the specifications. The planar shape of the electrode pads 15 2 is, for example, a rectangular shape, is for example a planar shape in the vicinity of the central portion is provided with a circular opening 15x 2. The opening 15x 2, for example, the insulating layer 14 2 is formed. The opening area of the opening portion 15x 2 is smaller than the opening area of the opening 15x 3.

そして、準備した半導体基板11の主面側を表面活性化接合等により半導体基板11の背面側に接合する。なお、半導体基板11と半導体基板11との位置決めは、予め形成されたアライメントマークを基準にして周知の方法で行うことができる。アライメントの精度は、例えば2μm以下とすることができる。 Then, joining main surface side of the semiconductor substrate 11 2 was prepared by surface activated bonding or the like on the back side of the semiconductor substrate 11 3. The positioning of the semiconductor substrate 11 2 and the semiconductor substrate 11 3 can be carried out in a known manner with respect to the alignment marks formed in advance. The alignment accuracy can be set to 2 μm or less, for example.

そして、図4(a)の工程と同様にして、半導体基板11の背面側の基板本体12の一部をグラインダー等で研削して半導体基板11を薄化する。なお、研削後の基板本体12の背面に、例えばSi、SiO、SiON等からなり、厚さが0.1μm〜2.0μm程度の絶縁層(バリア層)を、例えばプラズマCVD法等により形成することができる。薄化後の半導体基板11の厚さは、薄化後の半導体基板11の厚さと同程度とすることができる。これにより、背面側を薄化した複数の半導体基板11が主面を互いに同一方向に向けて積層された基板積層体が作製される。 Then, in the same manner as in the step of FIG. 4 (a), a portion of the semiconductor substrate 11 2 of the rear side of the substrate main body 12 2 by grinding with a grinder or the like to thin the semiconductor substrate 11 2. Note that an insulating layer (barrier layer) made of, for example, Si 3 N 4 , SiO 2 , SiON or the like and having a thickness of about 0.1 μm to 2.0 μm is formed on the back surface of the ground substrate body 12 2 by, for example, plasma CVD. It can be formed by a method or the like. The semiconductor thickness of the substrate 11 2 after thinning may be the thickness of the same order of the semiconductor substrate 11 4 after thinning. Thereby, a substrate laminate in which a plurality of semiconductor substrates 11 whose back sides are thinned is laminated with their main surfaces facing each other in the same direction is manufactured.

次に、図6(a)に示す工程では、図4(b)の工程と同様にして、土台基板となる半導体基板11を準備して、半導体基板11の主面側を表面活性化接合等により半導体基板11の背面側に接合する。次に、図6(b)に示す工程では、図6(a)に示す支持体510を、グラインダー等で研削して除去する。これにより、土台基板となる半導体基板11上に、基板積層体(半導体基板11、半導体基板11及び半導体基板11が順次積層された積層体)が形成される。つまり、夫々の半導体基板の主面を土台基板となる半導体基板11の主面と同一方向に向けて、土台基板となる半導体基板11の主面に基板積層体が積層される。なお、図6(b)に示す半導体基板11及び基板積層体は、図6(a)とは上下反転した状態で図示されている。 Next, in a step shown in FIG. 6 (a), in the same manner as in the step of FIG. 4 (b), to prepare the semiconductor substrate 11 1 serving as a base substrate, the surface activating main surface side of the semiconductor substrate 11 1 bonded to the back side of the semiconductor substrate 11 2 by such bonding. Next, in the step shown in FIG. 6B, the support 510 shown in FIG. 6A is removed by grinding with a grinder or the like. Accordingly, on the semiconductor substrate 11 1 serving as a base substrate, the substrate laminate (semiconductor substrate 11 2, the semiconductor substrate 11 3 and laminate semiconductor substrate 11 4 are sequentially stacked) is formed. In other words, toward the main surface of the semiconductor substrate respectively on the main surface in the same direction of the semiconductor substrate 11 1 serving as a base substrate, the substrate laminate is laminated on the main surface of the semiconductor substrate 11 1 serving as a base substrate. The semiconductor substrate 11 1 and the substrate laminate shown in FIG. 6 (b) is shown in a state of being turned upside down from that of FIG. 6 (a).

次に、図7(a)に示す工程では、半導体基板11、半導体基板11及び半導体基板11を貫通し、半導体基板11の電極パッド15の上面を露出するビアホール21(貫通孔)を形成する。そして、図7(b)に示す工程では、半導体基板11の主面にビアホール21を露出する絶縁層23を形成し、更に、絶縁層23の開口部及びビアホール21を充填する貫通電極20を形成する。貫通電極20と接する各電極パッド同士は電気的に接続される。 Next, in a step shown in FIG. 7 (a), the semiconductor substrate 11 2, then through the semiconductor substrate 11 3 and the semiconductor substrate 11 4, a via hole 21 exposing the electrode pads 15 1 of the upper surface of the semiconductor substrate 11 1 (through hole ). Then, in the step shown in FIG. 7 (b), an insulating layer 23 to expose the holes 21 in the main surface of the semiconductor substrate 11 4, further penetrating electrodes 20 to fill the openings and the via holes 21 of the insulating layer 23 Form. The electrode pads that are in contact with the through electrode 20 are electrically connected to each other.

ここで、図7(a)及び図7(b)に示す工程の詳細を図8〜図13を用いて説明する。なお、説明の便宜上、図8〜図13では、図7(a)及び図7(b)に示す構造体の一部分(電極パッド15近傍)のみを拡大して示す。   Here, the detail of the process shown to Fig.7 (a) and FIG.7 (b) is demonstrated using FIGS. 8-13. For convenience of explanation, in FIGS. 8 to 13, only a part of the structure (near the electrode pad 15) shown in FIGS. 7A and 7B is enlarged and shown.

まず、図8に示す工程では、半導体基板11、半導体基板11及び半導体基板11を貫通し、半導体基板11の電極パッド15の上面を露出するビアホール21(貫通孔)を形成する。具体的には、所望の位置にビアホール21を形成するために、絶縁層14上にパターニングされたレジスト膜520を形成する。レジスト膜520は、開口部15xの内側の絶縁層14を露出し、電極パッド15の外側の絶縁層14を被覆するようにパターニングする。つまり、レジスト膜520の開口部の側壁は、電極パッド15上に位置している。 In the step shown in FIG. 8, the semiconductor substrate 11 2, then through the semiconductor substrate 11 3 and the semiconductor substrate 11 4, to form a via hole 21 (through holes) exposing the electrode pads 15 1 of the upper surface of the semiconductor substrate 11 1 . More specifically, in order to form a via hole 21 to a desired position to form a resist film 520 is patterned on the insulating layer 14 4. Resist film 520 is exposed inside the insulating layer 14 fourth opening portion 15x 4, patterned so as to cover the outer insulating layer 14 fourth electrode pads 15 4. That is, the sidewall of the opening of the resist film 520 is positioned on the electrode pads 15 4.

そして、レジスト膜520をマスクとして、半導体基板11の電極パッド15の上面が露出するまで各半導体基板等をエッチング(例えば、フッ素系のガスを用いたプラズマエッチング)する。その後、レジスト膜520を除去し、更に洗浄する。 Then, the resist film 520 as a mask, etching each of the semiconductor substrate or the like to the electrode pads 15 1 of the upper surface of the semiconductor substrate 11 1 is exposed (e.g., plasma etching using a fluorine-based gas) to. Thereafter, the resist film 520 is removed and further washed.

なお、土台基板に近い側に積層される半導体基板の電極パッドの開口部の開口面積は、土台基板から遠い側に積層される半導体基板の電極パッドの開口部の開口面積よりも小さく形成されている。そのため、ビアホール21を形成する工程では、夫々の電極パッドをマスクとして、電極パッドの開口部内に露出する半導体基板等がエッチングにより除去され、ビアホール21が一括で形成される。   The opening area of the electrode pad opening of the semiconductor substrate stacked on the side close to the base substrate is smaller than the opening area of the electrode pad opening of the semiconductor substrate stacked on the side far from the base substrate. Yes. Therefore, in the step of forming the via hole 21, the semiconductor substrate exposed in the opening of the electrode pad is removed by etching using the respective electrode pads as a mask, and the via holes 21 are formed in a lump.

例えば、図8のような、断面形状が階段状のビアホール21が形成される。但し、図8では、図7(a)の破線Cで挟まれた領域の一番右側のビアホール近傍を図示しているが、図7(a)の破線Cで挟まれた領域の他のビアホールのように、電極パッドが形成されていない部分では階段状のビアホールとはならない。   For example, a via hole 21 having a stepped cross section is formed as shown in FIG. However, FIG. 8 shows the vicinity of the rightmost via hole in the region sandwiched by the broken line C in FIG. 7A, but other via holes in the region sandwiched by the broken line C in FIG. As described above, a step-like via hole is not formed in a portion where the electrode pad is not formed.

次に、図9に示す工程では、ビアホール21内、電極パッド15上及び絶縁層14上に絶縁層22を成膜する。ビアホール21の側壁における絶縁層22の厚さは、例えば、50〜100nm程度とすることができる。次に、図10に示す工程では、ビアホール21の側壁以外に成膜された絶縁層22を、例えばRIE(Reactive Ion Etching)により除去する。これにより、ビアホール21内において、半導体基板11、半導体基板11及び半導体基板11の側壁が絶縁層22で被覆され、電極パッド15、電極パッド15及び電極パッド15の上面が部分的に露出する。又、電極パッド15の上面全体が露出する。 Then, in the process shown in FIG. 9, inside the via hole 21, forming an insulating layer 22 on the electrode pads 15 4 and the insulating layer 14 4. The thickness of the insulating layer 22 on the side wall of the via hole 21 can be about 50 to 100 nm, for example. Next, in the step shown in FIG. 10, the insulating layer 22 formed other than the sidewall of the via hole 21 is removed by, for example, RIE (Reactive Ion Etching). Accordingly, in the via hole 21, the semiconductor substrate 11 2, the side walls of the semiconductor substrate 11 3 and the semiconductor substrate 11 4 is covered with an insulating layer 22, the electrode pads 15 1, the upper surface of the electrode pads 15 2 and the electrode pads 15 3 parts Exposed. Moreover, the entire upper surface of the electrode pad 15 4 is exposed.

例えば、開口部15x、15x及び15xの平面形状が径が段階的に小さくなる円形状であれば、平面視において、内側から各半導体基板の絶縁層22の上端部が略同心の円環状に配される。又、平面視において、各絶縁層22で分離されて内側から円形の電極パッド15、円環状の電極パッド15、円環状の電極パッド15及び円環状の電極パッド15が配される。 For example, if the planar shape of the openings 15x 4 , 15x 3 and 15x 2 is a circular shape whose diameter decreases stepwise, the upper end of the insulating layer 22 of each semiconductor substrate is a substantially concentric circle from the inside in plan view. It is arranged in a ring. Also, in a plan view, a circular electrode pad 15 1 , an annular electrode pad 15 2 , an annular electrode pad 15 3, and an annular electrode pad 15 4 that are separated from each other by the insulating layers 22 from the inside are disposed. .

絶縁層22に被覆されていない円形の電極パッド15、円環状の電極パッド15、円環状の電極パッド15及び円環状の電極パッド15が最終的に金属層24及び25と接触して導通する部分となる。従って、導通する部分の抵抗値を均一にするために、絶縁層22に被覆されていない円形の電極パッド15、円環状の電極パッド15及び円環状の電極パッド15は、略等面積としておくことが好ましい。後述の図11において絶縁層23から環状に露出する部分の電極パッド15の面積についても同様である。 The circular electrode pad 15 1 , the annular electrode pad 15 2 , the annular electrode pad 15 3, and the annular electrode pad 15 4 that are not covered with the insulating layer 22 finally come into contact with the metal layers 24 and 25. It becomes a part to conduct. Therefore, in order to make the resistance value of the conducting portion uniform, the circular electrode pad 15 1 , the annular electrode pad 15 2, and the annular electrode pad 15 3 that are not covered with the insulating layer 22 have substantially the same area. It is preferable that The same applies to the area of the electrode pads 15 4 of the portion exposed to the annular insulating layer 23 in FIG. 11 to be described later.

次に、図11に示す工程では、電極パッド15上及び絶縁層14上に、電極パッド15の上面の内縁部を環状(例えば、円環状)に露出する絶縁層23を形成する。そして、ビアホール21内、電極パッド15上、及び絶縁層23上に、Cu等の金属を200nm〜500nm程度スパッタ法等により成膜し、給電層となる金属層24を形成する。なお、金属層24の下層にTi/TiN、Ta等の金属を50〜100nm程度スパッタ法等により成膜し、バリア層を形成してもよい。 Next, in a step shown in FIG. 11, on the electrode pads 15 4 and the insulating layer 14 4, the inner edge of the upper surface of the electrode pad 15 4 cyclic (e.g., annular) to form the insulating layer 23 exposed to. Then, inside the via hole 21, the electrode pads 15 4 on, and on the insulating layer 23, a metal such as Cu is deposited by 200nm~500nm about sputtering or the like to form a metal layer 24 serving as a power feeding layer. Note that a barrier layer may be formed by forming a metal such as Ti / TiN, Ta or the like under the metal layer 24 by a sputtering method or the like with a thickness of about 50 to 100 nm.

次に、図12に示す工程では、金属層24を給電層とする電解めっき法等によりビアホール21内にCu等の金属を充填し、絶縁層23の上面より突出した金属層25を形成する。次に、図13に示す工程では、金属層24及び25の絶縁層23の上面より突出した部分をCMP等により除去して、ビアホール21内及び絶縁層23内において金属層24の内側に金属層25が充填された貫通電極20を作製する。貫通電極20の上面(金属層24の上端面及び金属層25の上面)と絶縁層23の上面とは、例えば、面一とすることができる。   Next, in the process shown in FIG. 12, a metal such as Cu is filled in the via hole 21 by an electrolytic plating method using the metal layer 24 as a power feeding layer, and the metal layer 25 protruding from the upper surface of the insulating layer 23 is formed. Next, in the step shown in FIG. 13, portions of the metal layers 24 and 25 protruding from the upper surface of the insulating layer 23 are removed by CMP or the like, and the metal layer is formed inside the metal layer 24 in the via hole 21 and the insulating layer 23. A through electrode 20 filled with 25 is prepared. For example, the upper surface of the through electrode 20 (the upper end surface of the metal layer 24 and the upper surface of the metal layer 25) and the upper surface of the insulating layer 23 can be flush with each other.

次に、図14(a)に示す工程では、必要に応じ、半導体基板11の背面側の基板本体12の一部をグラインダー等で研削して半導体基板11を薄化する。薄化後の半導体基板11の厚さは、薄化後の半導体基板11〜半導体基板11と同程度としてもよいが、半導体基板11は土台基板なので、積層基板である半導体基板11〜半導体基板11より厚くしても構わない。又、半導体基板11は薄化しなくても構わない。 Next, in a step shown in FIG. 14 (a), optionally, a portion of the back side of the substrate main body 12 1 of the semiconductor substrate 11 1 is ground by a grinder or the like to thin the semiconductor substrate 11 1. The semiconductor thickness of the substrate 11 1 after thinning is a semiconductor substrate 11 2 to the semiconductor substrate 11 4 after thinning may be comparable, because the semiconductor substrate 11 1 is foundation substrate, the semiconductor substrate 11 is a multilayer substrate it may be thicker than 2 to the semiconductor substrate 11 4. In addition, the semiconductor substrate 11 1 may be not thinned.

次に、図14(b)に示す工程では、図14(a)に示す構造体をダイシングブレード等により切断位置Cで切断して個片化することで、図1に示す半導体装置10が複数個作製される。   Next, in the step shown in FIG. 14B, the structure shown in FIG. 14A is cut into pieces by cutting at a cutting position C with a dicing blade or the like, so that a plurality of semiconductor devices 10 shown in FIG. Individually produced.

このようにして、土台となる半導体基板上に複数の半導体基板を積層後、積層された半導体基板を一気に貫通するビアホールを形成し、ビアホール内に貫通電極を形成して、各半導体基板の電極パッドに接続できる。積層する半導体基板を更に増やしてもよい。これにより、製造工程の簡略化が可能となり、製造される半導体装置の低コスト化を実現できる。   In this way, after laminating a plurality of semiconductor substrates on a semiconductor substrate that serves as a base, via holes are formed so as to penetrate the laminated semiconductor substrates all at once, a through electrode is formed in the via hole, and an electrode pad of each semiconductor substrate is formed. Can be connected. The number of semiconductor substrates to be stacked may be further increased. Thereby, the manufacturing process can be simplified, and the cost of the manufactured semiconductor device can be reduced.

又、各半導体基板において電極パッドを形成するか否かを仕様に合わせて任意に決定するため、積層した半導体基板中の所望の半導体基板のみに各貫通電極を接続することができる。例えば、同じ信号を3層目の半導体基板を素通りして4層目の半導体基板や2層目の半導体基板に供給したり、異なる信号を各層の半導体基板に供給したりできる。   In addition, since whether or not to form an electrode pad in each semiconductor substrate is arbitrarily determined according to specifications, each through electrode can be connected only to a desired semiconductor substrate in the stacked semiconductor substrates. For example, the same signal can be passed through the third-layer semiconductor substrate and supplied to the fourth-layer semiconductor substrate or the second-layer semiconductor substrate, or different signals can be supplied to the semiconductor substrates of the respective layers.

又、上層の電極パッドの開口径を下層の電極パッドの開口径よりも大きくすることで、電極パッドと貫通電極の金属層とが接触する部分の面積を大きくできるため、確実な接触を可能にすると共に、接触部分の抵抗値を低減できる。   In addition, by making the opening diameter of the upper electrode pad larger than the opening diameter of the lower electrode pad, the area of the contact area between the electrode pad and the metal layer of the through electrode can be increased, thereby enabling reliable contact. In addition, the resistance value of the contact portion can be reduced.

なお、本実施の形態では、各層の半導体基板の電極パッドを任意に接続する際に、接続する必要のない部分には電極パッドを設けない設計とする例を示した(図1等参照)。しかし、これには限定されず、電極パッドに貫通電極と絶縁するための分離溝(電気的分離)を設ける設計としてもよい。   In the present embodiment, an example in which the electrode pad is not provided in a portion that does not need to be connected when the electrode pads of the semiconductor substrate of each layer are arbitrarily connected is shown (see FIG. 1 and the like). However, the present invention is not limited to this, and the electrode pad may be provided with a separation groove (electrical separation) for insulating from the through electrode.

例えば、図15(a)及び図15(b)に示す電極パッド15には、平面視で貫通電極20を囲むように、電極パッド15を貫通する分離溝41が設けられている。分離溝41内に絶縁性樹脂を充填してもよい。42は、電極パッド15に接続される配線を示している。なお、図15(a)は断面図、図15(b)は図15(a)の電極パッド15近傍のみを示す平面図である。 For example, the electrode pad 15 3 shown in FIGS. 15A and 15B is provided with a separation groove 41 penetrating the electrode pad 15 3 so as to surround the through electrode 20 in plan view. The separation groove 41 may be filled with an insulating resin. 42 shows a wiring connected to the electrode pads 15 3. Incidentally, FIG. 15 (a) cross-sectional view, FIG. 15 (b) is a plan view showing only the electrode pads 15 near 3 in FIG. 15 (a).

分離溝41を設けることにより、貫通電極20と電極パッド15及び配線42とが電気的に分離される。このように、接続する必要のない部分にも電極パッドを設け、更に電極パッドと貫通電極とを分離する分離溝を設ける方法によれば、図1のように接続する必要のない部分に電極パッドを設けない方法に比べ、電極パッドの占める面積が大きくなるため、電極パッド上の絶縁層を平坦化するような場合に、平坦化が容易になるという利点が得られる。 By providing the isolation groove 41, the through electrode 20 and the electrode pads 15 3 and the wiring 42 are electrically separated. As described above, according to the method of providing the electrode pad also in the portion that does not need to be connected and further providing the separation groove for separating the electrode pad and the through electrode, the electrode pad is provided in the portion that does not need to be connected as shown in FIG. Since the area occupied by the electrode pad is larger than the method in which the electrode pad is not provided, when the insulating layer on the electrode pad is flattened, there is an advantage that the flattening becomes easy.

〈第2の実施の形態〉
第2の実施の形態では、ビアホール21の内壁(側壁)に絶縁層22を形成しない例を示す。なお、第2の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
<Second Embodiment>
In the second embodiment, an example in which the insulating layer 22 is not formed on the inner wall (side wall) of the via hole 21 is shown. In the second embodiment, description of the same components as those of the already described embodiments may be omitted.

図16は、第2の実施の形態に係る半導体装置を例示する断面図である。図17は、図16の貫通電極周辺部のみを例示する部分拡大断面図である。なお、図16と図17では、便宜上、各部位の寸法比率を適宜変更している。又、図16では、便宜上、図17に示す部位の一部が省略されている。   FIG. 16 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor device according to the second embodiment. 17 is a partially enlarged cross-sectional view illustrating only the periphery of the through electrode of FIG. In FIG. 16 and FIG. 17, for convenience, the dimensional ratio of each part is appropriately changed. In FIG. 16, for convenience, a part of the portion shown in FIG. 17 is omitted.

図16及び図17を参照するに、第2の実施の形態に係る半導体装置10Aは、土台を除く半導体チップ110において絶縁層14が絶縁層14Aに置換された点が第1の実施の形態に係る半導体装置10(図1及び図2参照)と相違する。   16 and 17, the semiconductor device 10A according to the second embodiment is different from the first embodiment in that the insulating layer 14 is replaced with the insulating layer 14A in the semiconductor chip 110 excluding the base. This is different from the semiconductor device 10 (see FIGS. 1 and 2).

絶縁層14Aは、絶縁層14(図1及び図2参照)とは異なり、基板本体12及び半導体集積回路13内の貫通電極20の周囲にも形成されている。つまり、絶縁層14Aは、半導体集積回路13と電極パッド15とを絶縁すると共に、基板本体12及び半導体集積回路13と貫通電極20とを絶縁する層である。絶縁層14Aは、絶縁層14と同様に、例えばSi、SiO、SiON等から構成されている。 Unlike the insulating layer 14 (see FIGS. 1 and 2), the insulating layer 14 </ b> A is also formed around the through-electrode 20 in the substrate body 12 and the semiconductor integrated circuit 13. That is, the insulating layer 14 </ b> A is a layer that insulates the semiconductor integrated circuit 13 and the electrode pad 15, and insulates the substrate body 12 and the semiconductor integrated circuit 13 from the through electrode 20. The insulating layer 14A is made of, for example, Si 3 N 4 , SiO 2 , SiON, or the like, as with the insulating layer 14.

なお、絶縁層14Aの各半導体チップ110の電極パッド15の下方を貫通する部分は、各半導体チップ110の電極パッド15に形成された開口部のうち最大の開口部の径よりも大きくされている。平面視において、絶縁層14Aの各半導体チップ110の電極パッド15の下方を貫通する部分を、電極パッド15より大きくしてもよい。   Note that the portion of the insulating layer 14 </ b> A penetrating below the electrode pad 15 of each semiconductor chip 110 is made larger than the diameter of the largest opening among the openings formed in the electrode pad 15 of each semiconductor chip 110. . In plan view, a portion of the insulating layer 14 </ b> A penetrating below the electrode pad 15 of each semiconductor chip 110 may be made larger than the electrode pad 15.

図18及び図19は、第2の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を例示する図である。まず、図18(a)に示す工程では、図3(a)の工程と同様にして、複数の半導体チップ110が形成された薄化されていない半導体基板11(ウェハ)を準備する。絶縁層14Aは、半導体集積回路13の上面のみではなく、基板本体12内のビアホール21が形成される領域にも形成しておく(絶縁層14Aは、半導体集積回路13の形成前に形成しておく)。 18 and 19 are diagrams illustrating the manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment. First, in the process shown in FIG. 18A, as in the process of FIG. 3A, a non-thinned semiconductor substrate 11 4 (wafer) on which a plurality of semiconductor chips 110 are formed is prepared. Insulating layer 14A 4, not only the upper surface of the semiconductor integrated circuit 13 4, a via hole 21 should also be formed in a region to be formed (the insulating layer 14A 4 of the substrate main body 12 4, the formation of the semiconductor integrated circuit 13 4 Formed before).

なお、絶縁層14Aにおいて、半導体集積回路13の上面に形成する絶縁層と、基板本体12内に形成する絶縁層とは一体に形成されたものでなくてもよい(別工程で形成されてよい)。又、絶縁層14Aは、基板本体12が後の工程で薄化された際に残存する部分まで形成しておけば、基板本体12の裏面側まで形成しなくてもよい。 Incidentally, the insulating layer 14A 4, an insulating layer formed on the upper surface of the semiconductor integrated circuit 13 4, with even better (another step not one formed integrally with the insulating layer formed on the substrate main body 12 4 formed May be). The insulating layer 14A 4 is by forming until the remaining portion when it is thinned by a substrate main body 12 4 later step may not be formed to the back surface side of the substrate main body 12 4.

次に、図18(b)に示す工程では、図3(b)及び図4(a)の工程と同様にして、支持体510を準備し、図18(a)に示す半導体基板11の外縁部の不要部分をグラインダー等を用いて除去して上下反転させ、支持体510の一方の面にフェイスダウン状態で接合する。そして、半導体基板11の背面側の基板本体12の一部をグラインダー等で研削して半導体基板11を薄化する。これにより、基板本体12の裏面側に絶縁層14Aが露出する。なお、研削後の基板本体12の背面に、例えばSi、SiO、SiON等からなり、厚さが0.1μm〜2.0μm程度の絶縁層(バリア層)を、例えばプラズマCVD法等により形成することができる。 Next, in a step shown in FIG. 18 (b), in the same manner as in the step shown in FIG. 3 (b) and 4 (a), to prepare a support 510, the semiconductor substrate 11 4 shown in FIG. 18 (a) Unnecessary portions of the outer edge portion are removed using a grinder or the like and turned upside down, and joined to one surface of the support 510 in a face-down state. Then, a portion of the semiconductor substrate 11 4 of the rear side of the substrate main body 12 4 ground by a grinder or the like to thin the semiconductor substrate 11 4. Thus, the insulating layer 14A 4 is exposed on the back side of the substrate main body 12 4. Incidentally, the back surface of the substrate main body 12 4 after grinding, for example, Si 3 N 4, made of SiO 2, SiON or the like, a thickness of about 0.1μm~2.0μm insulating layer (barrier layer), for example, a plasma CVD It can be formed by a method or the like.

次に、図19(a)に示す工程では、図4(b)〜図7(a)の工程と同様にして、土台基板となる半導体基板11上に、基板積層体(半導体基板11、半導体基板11及び半導体基板11が順次積層された積層体)を形成する。但し、半導体基板11には絶縁層14Aと同様の絶縁層14Aが形成され、半導体基板11には絶縁層14Aと同様の絶縁層14Aが形成されている。そして、半導体基板11の絶縁層14A、半導体基板11の絶縁層14A及び半導体基板11の絶縁層14Aを貫通し、半導体基板11の電極パッド15の上面を露出するビアホール21(貫通孔)を形成する。 Then, in the process shown in FIG. 19 (a), in the same manner as in the step of FIG. 4 (b) ~ FIG 7 (a), on the semiconductor substrate 11 1 serving as a base substrate, the substrate laminate (semiconductor substrate 11 2 a laminate semiconductor substrate 11 3 and the semiconductor substrate 11 4 are sequentially stacked) to form a. However, the semiconductor substrate 11 2 is formed an insulating layer 14A 2 similar to the insulating layer 14A 4, the semiconductor substrate 11 3 is formed an insulating layer 14A 3 similar to the insulating layer 14A 4. Then, the insulating layer 14A 2 of the semiconductor substrate 11 2, via holes penetrating the insulating layer 14A 4 of the semiconductor substrate 11 third insulating layer 14A 3 and the semiconductor substrate 11 4, to expose the electrode pads 15 1 of the upper surface of the semiconductor substrate 11 1 21 (through hole) is formed.

次に、図19(b)に示す工程では、半導体基板11の主面にビアホール21を露出する絶縁層23を形成し、更に、絶縁層23の開口部及びビアホール21を充填する貫通電極20を形成する。貫通電極20と接する各電極パッド同士は電気的に接続される。又、貫通電極20と各半導体基板とは絶縁層14Aにより絶縁される。その後、図14(a)及び図14(b)の工程と同様にして、必要に応じて半導体基板11の背面側の基板本体12の一部をグラインダー等で研削して半導体基板11を薄化し、ダイシングブレード等により切断位置Cで切断して個片化することで、図16に示す半導体装置10Aが複数個作製される。 Then, in the process shown in FIG. 19 (b), an insulating layer 23 to expose the holes 21 in the main surface of the semiconductor substrate 11 4, further penetrating electrode 20 filling the opening and the via hole 21 of the insulating layer 23 Form. The electrode pads that are in contact with the through electrode 20 are electrically connected to each other. The through electrode 20 and each semiconductor substrate are insulated by the insulating layer 14A. Then, FIGS. 14 (a) and 14 in the same manner as steps (b), the semiconductor substrate 11 is ground by a grinder or the like a part of the semiconductor substrate 11 1 of the rear side of the substrate main body 12 1 optionally 1 Is cut into pieces by cutting at a cutting position C with a dicing blade or the like, thereby producing a plurality of semiconductor devices 10A shown in FIG.

このように、第2の実施の形態では、土台基板を除く各半導体基板の絶縁層14Aを基板本体12及び半導体集積回路13内のビアホール21が設けられる領域にも形成するので、図19(a)に示す工程でビアホール21を形成した際に、各半導体基板のビアホール21の側壁に絶縁層14Aが露出する。そのため、第1の実施の形態の図9及び図10のように絶縁層22を形成及び加工する工程を省略できる。その結果、製造工程の一層の簡略化が可能となり、製造される半導体装置の一層の低コスト化を実現できる。なお、その他の効果については、第1の実施の形態と同様である。   As described above, in the second embodiment, the insulating layer 14A of each semiconductor substrate excluding the base substrate is also formed in the region where the via hole 21 in the substrate body 12 and the semiconductor integrated circuit 13 is provided. ), The insulating layer 14A is exposed on the side wall of the via hole 21 of each semiconductor substrate. Therefore, the process of forming and processing the insulating layer 22 as shown in FIGS. 9 and 10 of the first embodiment can be omitted. As a result, the manufacturing process can be further simplified, and the cost of the manufactured semiconductor device can be further reduced. Other effects are the same as those of the first embodiment.

〈第3の実施の形態〉
第3の実施の形態では、第1の実施の形態に係る半導体装置の他の製造方法(チップオンウェハ:COW)の例を示す。なお、第3の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
<Third Embodiment>
In the third embodiment, an example of another method (chip-on-wafer: COW) for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment will be described. Note that in the third embodiment, description of the same components as those of the already described embodiments may be omitted.

図20及び図21は、第3の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を例示する図である。まず、図20(a)に示す工程では、図3(a)〜図5(b)の工程と同様にして、支持体510上に、半導体基板11、半導体基板11及び半導体基板11が順次積層された基板積層体を作製する。そして、作製した基板積層体をダイアタッチフィルム等の支持フィルム530上に配置し、切断位置Cで切断して半導体チップ110が積層された領域ごとに個片化し、半導体チップ110の積層体を複数個作製する。 20 and 21 are diagrams illustrating the manufacturing process of the semiconductor device according to the third embodiment. First, in the process shown in FIG. 20A, the semiconductor substrate 11 4 , the semiconductor substrate 11 3, and the semiconductor substrate 11 2 are formed on the support 510 in the same manner as in the processes in FIGS. 3A to 5B. A substrate laminate in which is sequentially laminated is manufactured. Then, the produced substrate laminate is placed on a support film 530 such as a die attach film, cut at a cutting position C, and separated into individual regions where the semiconductor chips 110 are laminated, and a plurality of laminates of the semiconductor chips 110 are formed. Make one.

次に、図20(b)に示す工程では、土台基板となる半導体基板11の主面の所定位置に半導体チップ110の積層体を積層する。この際、半導体チップ110の積層体の主面を、土台基板となる半導体基板11の主面と同一方向に向ける。具体的には、半導体チップ110の積層体を支持フィルム530から取り外し、半導体チップ110の積層体の背面側を表面活性化接合等により土台基板となる半導体基板11の主面上の所定位置に接合する。半導体チップ110の積層体の電極パッド15が、土台基板となる半導体基板11の電極パッド15と対応する位置にくるようにアライメントされた後に接合される。 Next, in a step shown in FIG. 20 (b), laminating the stack of semiconductor chips 110 in a predetermined position of the semiconductor substrate 11 1 of the main surface of the base substrate. At this time, it directs the main surface of the laminate of the semiconductor chip 110, the main surface in the same direction of the semiconductor substrate 11 1 serving as a base substrate. Specifically, remove the stack of semiconductor chip 110 from the support film 530, the back side of the laminate of the semiconductor chip 110 to a predetermined position on the main surface of the semiconductor substrate 11 1 serving as a base substrate by surface activated bonding or the like Join. Electrode pads 15 of the stack of semiconductor chip 110 is bonded after being aligned to come to positions corresponding to the electrode pads 15 1 of the semiconductor substrate 11 1 serving as a base substrate.

次に、図21(a)に示す工程では、半導体チップ110の積層体の側面を被覆する樹脂層30を形成する。具体的には、例えば、ディスペンサー等を用いて半導体チップ110の積層体の側面に樹脂層30となる樹脂を充填し、充填した樹脂を所定の温度に加熱して硬化させる。この際、半導体基板11の外周側に形成される樹脂層30の形状を規定するための枠部材を用意し、半導体基板11の外周側に配置してもよい。 Next, in a step shown in FIG. 21A, a resin layer 30 that covers the side surface of the stacked body of the semiconductor chips 110 is formed. Specifically, for example, the side surface of the stacked body of the semiconductor chips 110 is filled with a resin that becomes the resin layer 30 using a dispenser or the like, and the filled resin is heated to a predetermined temperature and cured. In this case, providing a frame member for defining the shape of the resin layer 30 formed on the outer peripheral side of the semiconductor substrate 11 1 may be disposed on the outer peripheral side of the semiconductor substrate 11 1.

次に、図7(a)〜図14(b)と同様の工程を実行することにより、図21(b)に示す半導体装置10Bが複数個作製される。なお、半導体装置10Bは、樹脂層30が形成されている点で図1に示す半導体装置10と相違するが、図1に示す半導体装置10でも図21(b)に示す半導体装置と同様に樹脂層30を形成してもよい。   Next, a plurality of semiconductor devices 10B shown in FIG. 21B are manufactured by performing the same processes as those in FIGS. 7A to 14B. The semiconductor device 10B is different from the semiconductor device 10 shown in FIG. 1 in that the resin layer 30 is formed. However, the semiconductor device 10 shown in FIG. 1 is also made of a resin similar to the semiconductor device shown in FIG. Layer 30 may be formed.

このように、土台基板となる半導体基板11の主面上に、個片化された半導体チップ110の積層体を接合し、その後、ビアホール21や貫通電極20を形成する工程としてもよい。この場合にも、半導体チップ110の積層体を一気に貫通するビアホールを形成し、ビアホール内に貫通電極を形成するため、第1の実施の形態と同様に、製造工程の簡略化が可能となり、製造される半導体装置の低コスト化を実現できる。 Thus, the semiconductor substrate 11 1 on the main surface of the base substrate, bonding the stack of semiconductor chips 110 which is sectioned, then, may be a step of forming a via hole 21 and the through electrode 20. Also in this case, since the via hole that penetrates the stacked body of the semiconductor chips 110 at once is formed and the through electrode is formed in the via hole, the manufacturing process can be simplified as in the first embodiment, and the manufacturing process can be simplified. Cost reduction of the semiconductor device to be realized can be realized.

なお、第3の実施の形態において、絶縁層14に代えて、第2の実施の形態で説明した絶縁層14Aを用いてもよい。この場合は、製造工程の一層の簡略化が可能となり、製造される半導体装置の一層の低コスト化を実現できる。   In the third embodiment, the insulating layer 14A described in the second embodiment may be used instead of the insulating layer 14. In this case, the manufacturing process can be further simplified, and the cost of the manufactured semiconductor device can be further reduced.

以上、好ましい実施の形態について詳説した。しかし、上述した実施の形態に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形及び置換を加えることができる。   The preferred embodiment has been described in detail above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and replacements can be added to the above-described embodiment without departing from the scope described in the claims.

例えば、上記実施の形態では、便宜上、積層される各半導体基板(半導体チップ)を同一符号としているが、積層される各半導体基板(半導体チップ)は同一機能であっても異なる機能であってもよい。例えば、土台となる半導体基板11をMPU(Micro-Processing Unit)とし、その上に積層される各半導体基板11をDRAM(Dynamic Random Access Memory)とすることができる。 For example, in the above embodiment, for convenience, the stacked semiconductor substrates (semiconductor chips) are denoted by the same reference numerals, but the stacked semiconductor substrates (semiconductor chips) may have the same function or different functions. Good. For example, the semiconductor substrate 11 1 serving as a foundation and MPU (Micro-Processing Unit), can be each semiconductor substrate 11 to be stacked thereon and DRAM (Dynamic Random Access Memory).

又、上記実施の形態では、平面視円形の半導体基板(シリコンウェハ)を用いた場合を例にとり説明を行ったが、半導体基板は平面視円形に限定されず、例えば平面視長方形等のパネル状のものを用いても構わない。   In the above embodiment, the case where a semiconductor substrate (silicon wafer) having a circular shape in plan view is used has been described as an example. However, the semiconductor substrate is not limited to a circular shape in plan view. You may use.

又、半導体チップを有する半導体基板に代えて、半導体チップを有しない構造層を含む基板を一部に積層してもよい。   Further, instead of a semiconductor substrate having a semiconductor chip, a substrate including a structural layer not having a semiconductor chip may be partially laminated.

又、半導体基板の材料はシリコンに限定されず、例えばゲルマニウムやサファイア等を用いても構わない。   Further, the material of the semiconductor substrate is not limited to silicon, and for example, germanium or sapphire may be used.

10、10A、10B 半導体装置
11 半導体基板(ウェハ)
12 基板本体
13 半導体集積回路
14、14A、22、23 絶縁層
15 電極パッド
15x 開口部
20 貫通電極
21 ビアホール
24、25 金属層
30 樹脂層
41 分離溝
42 配線
110 半導体チップ
510 支持体
520 レジスト膜
530 支持フィルム
10, 10A, 10B Semiconductor device 11 Semiconductor substrate (wafer)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 Substrate body 13 Semiconductor integrated circuit 14, 14A, 22, 23 Insulating layer 15 Electrode pad 15x Opening 20 Through electrode 21 Via hole 24, 25 Metal layer 30 Resin layer 41 Separation groove 42 Wiring 110 Semiconductor chip 510 Support body 520 Resist film 530 Support film

Claims (8)

複数の半導体チップが形成された半導体基板を複数枚積層し、異なる層の半導体チップ同士を信号伝達可能に接続し、半導体チップが積層された部分を個片化する半導体装置の製造方法であって、
複数の半導体チップを有する半導体基板であって土台となる土台基板と、複数の半導体チップを有する半導体基板であって前記土台基板上に積層される複数の積層基板と、を準備し、夫々の前記積層基板に電極パッドを選択的に形成する工程と、
背面側を薄化した複数の前記積層基板が主面を互いに同一方向に向けて積層された基板積層体を作製する工程と、
夫々の前記積層基板の主面を前記土台基板の主面と同一方向に向けて、前記土台基板の主面に前記基板積層体を積層する工程と、
前記基板積層体を貫通するビアホールを形成する工程と、
前記ビアホール内に貫通電極を形成し、選択的に形成された前記電極パッドと前記貫通電極とを導通させる工程と、を有する半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device in which a plurality of semiconductor substrates on which a plurality of semiconductor chips are formed are stacked, semiconductor chips of different layers are connected so as to be able to transmit signals, and a portion where the semiconductor chips are stacked is separated into pieces. ,
Preparing a base substrate which is a semiconductor substrate having a plurality of semiconductor chips and serves as a base; and a plurality of stacked substrates which are semiconductor substrates having a plurality of semiconductor chips and are stacked on the base substrate. Selectively forming electrode pads on the laminated substrate;
A step of producing a substrate laminate in which a plurality of the laminated substrates whose back sides are thinned are laminated with their main surfaces oriented in the same direction;
A step of laminating the substrate laminate on the main surface of the base substrate with the main surface of each of the multi-layer substrates oriented in the same direction as the main surface of the base substrate;
Forming a via hole penetrating the substrate laminate;
Forming a through electrode in the via hole, and electrically connecting the selectively formed electrode pad and the through electrode.
前記電極パッドを選択的に形成する工程では、前記貫通電極が貫通する開口部を備えた電極パッドを形成する請求項1記載の半導体装置の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein in the step of selectively forming the electrode pad, an electrode pad having an opening through which the through electrode passes is formed. 前記土台基板に近い側に積層される前記積層基板の前記電極パッドの開口部の開口面積は、前記土台基板から遠い側に積層される前記積層基板の前記電極パッドの開口部の開口面積よりも小さく形成され、
前記ビアホールを形成する工程では、夫々の前記電極パッドをマスクとして、前記電極パッドの開口部内に露出する積層基板をエッチングにより除去することで、前記ビアホールを一括で形成する請求項2記載の半導体装置の製造方法。
The opening area of the opening of the electrode pad of the laminated substrate laminated on the side close to the base substrate is larger than the opening area of the opening of the electrode pad of the laminated substrate laminated on the side far from the base substrate. Formed small,
3. The semiconductor device according to claim 2, wherein in the step of forming the via hole, the via hole is formed in a lump by removing the laminated substrate exposed in the opening of the electrode pad by etching using each of the electrode pads as a mask. Manufacturing method.
前記基板積層体を作製する工程では、接合される対象物の各接合面を活性状態とし、真空雰囲気中で前記各接合面を直接接合する請求項1乃至3の何れか一項記載の半導体装置の製造方法。   4. The semiconductor device according to claim 1, wherein, in the step of manufacturing the substrate laminate, the bonding surfaces of the objects to be bonded are activated, and the bonding surfaces are directly bonded in a vacuum atmosphere. Manufacturing method. 前記基板積層体を作製する工程よりも前に、夫々の前記積層基板の前記ビアホールが形成される領域に絶縁層を形成する工程を有し、
前記貫通電極を形成する工程では、前記貫通電極と前記積層基板とが前記絶縁層により絶縁されるように前記貫通電極を形成する請求項1乃至4の何れか一項記載の半導体装置の製造方法。
Before the step of producing the substrate laminate, the step of forming an insulating layer in the region where the via hole of each of the laminate substrates is formed,
5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein in the step of forming the through electrode, the through electrode is formed so that the through electrode and the laminated substrate are insulated by the insulating layer. .
前記ビアホールを形成する工程と前記貫通電極を形成する工程との間に、前記ビアホールの内壁に絶縁層を形成する工程を有し、
前記貫通電極を形成する工程では、前記貫通電極と前記積層基板とが前記絶縁層により絶縁されるように前記貫通電極を形成する請求項1乃至4の何れか一項記載の半導体装置の製造方法。
A step of forming an insulating layer on an inner wall of the via hole between the step of forming the via hole and the step of forming the through electrode;
5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein in the step of forming the through electrode, the through electrode is formed so that the through electrode and the laminated substrate are insulated by the insulating layer. .
前記基板積層体を作製する工程は、
支持体を準備し、主面を前記支持体側に向けて前記積層基板を前記支持体に接合し、前記支持体に接合された前記積層基板の背面側を薄化する工程と、
背面側を薄化した前記積層基板に、他の前記積層基板を同一方向に積層して背面側を薄化する工程と、
前記支持体を除去する工程と、を含む請求項1乃至6の何れか一項記載の半導体装置の製造方法。
The step of producing the substrate laminate is as follows:
Preparing a support, bonding the multilayer substrate to the support with the main surface facing the support, and thinning the back side of the multilayer substrate bonded to the support;
The step of thinning the back side by laminating the other laminated substrate in the same direction on the laminated substrate whose back side is thinned;
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising a step of removing the support.
前記基板積層体を作製する工程と前記基板積層体を積層する工程との間に、前記基板積層体を半導体チップが積層された領域ごとに個片化する工程を有し、
前記基板積層体を積層する工程では、個片化された夫々の基板積層体の主面を前記土台基板の主面と同一方向に向けて、前記土台基板の主面に個片化された夫々の基板積層体を積層する請求項1乃至7の何れか一項記載の半導体装置の製造方法。
Between the step of producing the substrate laminate and the step of laminating the substrate laminate, the substrate laminate has a step of dividing into individual regions where semiconductor chips are laminated,
In the step of laminating the substrate laminate, each of the individual substrate laminates separated into the main surface of the base substrate is directed in the same direction as the main surface of the base substrate. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the substrate laminate is laminated.
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109087901A (en) * 2018-08-31 2018-12-25 长鑫存储技术有限公司 Storage device, semiconductor devices and its manufacturing method
WO2020043171A1 (en) * 2018-08-31 2020-03-05 Changxin Memory Technologies, Inc. Memory device, semiconductor device and method for manufacturing the same
JP2020068255A (en) * 2018-10-23 2020-04-30 株式会社ダイセル Semiconductor device manufacturing method
WO2020121491A1 (en) * 2018-12-13 2020-06-18 ウルトラメモリ株式会社 Semiconductor module and manufacturing method thereof
JP2020141126A (en) * 2019-02-27 2020-09-03 ウェスタン デジタル テクノロジーズ インコーポレーテッド Tsv semiconductor device including two-dimensional shift
CN112913015A (en) * 2018-10-23 2021-06-04 株式会社大赛璐 Method for manufacturing semiconductor device
WO2024010007A1 (en) * 2022-07-06 2024-01-11 三井化学株式会社 Substrate layered body manufacturing method and substrate layered body

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000311982A (en) * 1999-04-26 2000-11-07 Toshiba Corp Semiconductor device, semiconductor module and method of manufacturing them
JP2001044357A (en) * 1999-07-26 2001-02-16 Seiko Epson Corp Semiconductor device and manufacture thereof
US20100109164A1 (en) * 2008-10-31 2010-05-06 Samsung Electronics Co., Ltd. Stacked integrated circuit package fabrication methods that use vias formed and filled after stacking, and related stacked integrated circuit package structures
JP2011146656A (en) * 2010-01-18 2011-07-28 Nikon Corp Wafer processing apparatus and method of manufacturing device
WO2012121344A1 (en) * 2011-03-09 2012-09-13 国立大学法人東京大学 Method of manufacturing semiconductor device
JP2013115285A (en) * 2011-11-30 2013-06-10 Renesas Electronics Corp Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method
JP2013168536A (en) * 2012-02-16 2013-08-29 Sumitomo Bakelite Co Ltd Method of manufacturing semiconductor device
JP2013251511A (en) * 2012-06-04 2013-12-12 Macronix Internatl Co Ltd Method for manufacturing 3d stacked multichip module
JP2016004835A (en) * 2014-06-13 2016-01-12 株式会社ディスコ Method of manufacturing lamination device

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000311982A (en) * 1999-04-26 2000-11-07 Toshiba Corp Semiconductor device, semiconductor module and method of manufacturing them
JP2001044357A (en) * 1999-07-26 2001-02-16 Seiko Epson Corp Semiconductor device and manufacture thereof
US20100109164A1 (en) * 2008-10-31 2010-05-06 Samsung Electronics Co., Ltd. Stacked integrated circuit package fabrication methods that use vias formed and filled after stacking, and related stacked integrated circuit package structures
JP2011146656A (en) * 2010-01-18 2011-07-28 Nikon Corp Wafer processing apparatus and method of manufacturing device
WO2012121344A1 (en) * 2011-03-09 2012-09-13 国立大学法人東京大学 Method of manufacturing semiconductor device
JP2013115285A (en) * 2011-11-30 2013-06-10 Renesas Electronics Corp Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method
JP2013168536A (en) * 2012-02-16 2013-08-29 Sumitomo Bakelite Co Ltd Method of manufacturing semiconductor device
JP2013251511A (en) * 2012-06-04 2013-12-12 Macronix Internatl Co Ltd Method for manufacturing 3d stacked multichip module
JP2016004835A (en) * 2014-06-13 2016-01-12 株式会社ディスコ Method of manufacturing lamination device

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11462514B2 (en) 2018-08-31 2022-10-04 Changxin Memory Technologies, Inc. Memory device with a through hole structure, semiconductor device and method for manufacturing the same
WO2020043171A1 (en) * 2018-08-31 2020-03-05 Changxin Memory Technologies, Inc. Memory device, semiconductor device and method for manufacturing the same
CN109087901A (en) * 2018-08-31 2018-12-25 长鑫存储技术有限公司 Storage device, semiconductor devices and its manufacturing method
JP7224138B2 (en) 2018-10-23 2023-02-17 株式会社ダイセル Semiconductor device manufacturing method
TWI794552B (en) * 2018-10-23 2023-03-01 日商大賽璐股份有限公司 Method for manufacturing semiconductor device
CN112913015B (en) * 2018-10-23 2024-01-16 株式会社大赛璐 Method for manufacturing semiconductor device
JP2020068255A (en) * 2018-10-23 2020-04-30 株式会社ダイセル Semiconductor device manufacturing method
KR102489414B1 (en) 2018-10-23 2023-01-19 주식회사 다이셀 Semiconductor device manufacturing method
CN112913015A (en) * 2018-10-23 2021-06-04 株式会社大赛璐 Method for manufacturing semiconductor device
KR20210081378A (en) * 2018-10-23 2021-07-01 주식회사 다이셀 Semiconductor device manufacturing method
WO2020085258A1 (en) * 2018-10-23 2020-04-30 株式会社ダイセル Semiconductor device manufacturing method
JPWO2020121491A1 (en) * 2018-12-13 2021-02-15 ウルトラメモリ株式会社 Semiconductor module and its manufacturing method
WO2020121491A1 (en) * 2018-12-13 2020-06-18 ウルトラメモリ株式会社 Semiconductor module and manufacturing method thereof
CN111627893A (en) * 2019-02-27 2020-09-04 西部数据技术公司 TSV semiconductor device including two-dimensional shift
CN111627893B (en) * 2019-02-27 2023-08-25 西部数据技术公司 TSV semiconductor device including two-dimensional shift
JP2020141126A (en) * 2019-02-27 2020-09-03 ウェスタン デジタル テクノロジーズ インコーポレーテッド Tsv semiconductor device including two-dimensional shift
WO2024010007A1 (en) * 2022-07-06 2024-01-11 三井化学株式会社 Substrate layered body manufacturing method and substrate layered body

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