JP2016174134A - Semiconductor device and manufacturing method of the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device and a manufacturing method of the same, which can restrict a thickness and properly bond semiconductor substrates with each other.SOLUTION: A semiconductor device of the present embodiment comprises a first semiconductor substrate, a second semiconductor substrate, a first metal layer, a second metal layer, a third metal layer, a first alloy layer and a second alloy layer. The first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate face each other. The first metal layer is provided on the first semiconductor substrate and faces the second semiconductor substrate. The second metal layer is provided on the second semiconductor substrate and faces the first metal layer. The third metal layer is arranged between the first metal layer and the second metal layer. The first alloy layer is arranged between the first metal layer and the third metal layer and contains a component of the first metal layer and a component of the third metal layer. The second alloy layer is arranged between the second metal layer and the third metal layer and contains a component of the second metal layer and the component of the third metal layer. At least one of the first and second metal layers protrudes on an outer edge of at least one of the first and second metal layers toward the third metal layer side.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明の実施形態は、半導体装置およびその製造方法に関する。   Embodiments described herein relate generally to a semiconductor device and a method for manufacturing the same.

近年、複数の半導体基板(チップ)を積層した3次元または2.5次元の積層型半導体装置が、半導体の高機能化等の観点で注目されている。積層型半導体装置の製造プロセスでは、微細で高密度な配線同士を接続するために、はんだとバリア層とで構成される微小なマイクロバンプで半導体基板同士を接合する。   In recent years, a three-dimensional or 2.5-dimensional stacked semiconductor device in which a plurality of semiconductor substrates (chips) are stacked has attracted attention from the viewpoint of increasing the functionality of semiconductors. In the manufacturing process of the stacked semiconductor device, the semiconductor substrates are joined to each other with a micro-bump composed of a solder and a barrier layer in order to connect fine and high-density wirings.

半導体基板の積層数が増加すると、積層型半導体装置(パッケージ)の厚みが厚くなる。積層型半導体装置の厚みを抑制するためには、半導体基板同士の間隔を狭くする必要がある。半導体基板同士の間隔を狭くするために、従来は、半導体基板同士の間のはんだの量を少なくする必要があった。しかし、はんだの量が少な過ぎる場合、バリア層との合金化によってはんだが消費されることで、半導体基板の接合に必要なはんだの量を確保することが困難となっていた。   As the number of stacked semiconductor substrates increases, the thickness of the stacked semiconductor device (package) increases. In order to suppress the thickness of the stacked semiconductor device, it is necessary to narrow the interval between the semiconductor substrates. Conventionally, it has been necessary to reduce the amount of solder between the semiconductor substrates in order to narrow the interval between the semiconductor substrates. However, when the amount of solder is too small, the solder is consumed by alloying with the barrier layer, making it difficult to secure the amount of solder necessary for joining the semiconductor substrates.

このため、積層型半導体装置においては、半導体装置の厚みを抑制し、かつ、半導体基板(チップ)同士を適切に接合することが求められる。   For this reason, in the stacked semiconductor device, it is required to suppress the thickness of the semiconductor device and appropriately join the semiconductor substrates (chips).

特開2012−204444号公報JP 2012-204444 A

厚みを抑制し、かつ、半導体基板同士を適切に接合できる半導体装置およびその製造方法を提供する。   Provided are a semiconductor device capable of suppressing the thickness and appropriately joining semiconductor substrates, and a manufacturing method thereof.

本実施形態による半導体装置は、第1半導体基板と、第2半導体基板と、第1金属層と、第2金属層と、第3金属層と、第1合金層と、第2合金層とを備える。第1半導体基板と第2半導体基板とは、互いに対向する。第1金属層は、第1半導体基板に設けられ、第2半導体基板に面する。第2金属層は、第2半導体基板に設けられ、第1金属層に面する。第3金属層は、第1金属層と第2金属層との間に配置されている。第1合金層は、第1金属層と第3金属層との間に配置され、第1金属層の成分と第3金属層の成分とを含む。
第2合金層は、第2金属層と第3金属層との間に配置され、第2金属層の成分と第3金属層の成分とを含む。第1および第2金属層の少なくとも一方は、その周縁部において第3金属層側に突出している。
The semiconductor device according to the present embodiment includes a first semiconductor substrate, a second semiconductor substrate, a first metal layer, a second metal layer, a third metal layer, a first alloy layer, and a second alloy layer. Prepare. The first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate oppose each other. The first metal layer is provided on the first semiconductor substrate and faces the second semiconductor substrate. The second metal layer is provided on the second semiconductor substrate and faces the first metal layer. The third metal layer is disposed between the first metal layer and the second metal layer. The first alloy layer is disposed between the first metal layer and the third metal layer, and includes a component of the first metal layer and a component of the third metal layer.
The second alloy layer is disposed between the second metal layer and the third metal layer, and includes a component of the second metal layer and a component of the third metal layer. At least one of the first and second metal layers protrudes toward the third metal layer at the periphery.

第1の実施形態を示す半導体装置1の概略断面図である。1 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device 1 showing a first embodiment. 第1の実施形態において、バリア層の中央部における凹入の深さに応じたはんだ層のボイドの発生状況を示す図である。In 1st Embodiment, it is a figure which shows the generation | occurrence | production state of the void of a solder layer according to the depth of the recess in the center part of a barrier layer. 図1の半導体装置1の製造方法を示す概略断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a method for manufacturing the semiconductor device 1 of FIG. 1. 第1の実施形態の第1の変形例を示す半導体装置1の製造方法の概略断面図である。FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of the method for manufacturing the semiconductor device 1 showing a first modification of the first embodiment. 第1の実施形態の第2の変形例を示す半導体装置1の製造方法の概略断面図である。FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of the method for manufacturing the semiconductor device 1 showing a second modification of the first embodiment. 第1の実施形態の第3の変形例を示す半導体装置1の製造方法の概略断面図である。FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of the method for manufacturing the semiconductor device 1 showing a third modification of the first embodiment. 第2の実施形態を示す半導体装置1の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the semiconductor device 1 which shows 2nd Embodiment. 第2の実施形態の変形例を示す半導体装置1の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the semiconductor device 1 which shows the modification of 2nd Embodiment.

以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。   Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings. This embodiment does not limit the present invention.

(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態を示す半導体装置1の概略断面図である。図1に示すように、半導体装置1は、互いに対向する第1半導体基板11と第2半導体基板12とを備える。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device 1 showing the first embodiment. As shown in FIG. 1, the semiconductor device 1 includes a first semiconductor substrate 11 and a second semiconductor substrate 12 that face each other.

また、半導体装置1は、第1半導体基板11の表面11a(図1における上面)に、順に、第1パッド電極121と、絶縁層の一例である第1パシベーション層131と、第1下地金属層141と、第1金属層の一例である第1バリア層151とを備える。第1バリア層151は、第1半導体基板11に設けられ、第2半導体基板12に面する。   The semiconductor device 1 includes, in order, a first pad electrode 121, a first passivation layer 131 that is an example of an insulating layer, and a first base metal layer on a surface 11a (an upper surface in FIG. 1) of the first semiconductor substrate 11. 141 and a first barrier layer 151 which is an example of a first metal layer. The first barrier layer 151 is provided on the first semiconductor substrate 11 and faces the second semiconductor substrate 12.

また、半導体装置1は、第2半導体基板12の表面12a(図1における下面)に、順に、第2パッド電極122と、第2パシベーション層132と、第2下地金属層142と、第2金属層の一例である第2バリア層152とを備える。第2バリア層152は、第2半導体基板12に設けられ、第1バリア層151に面する。   Further, in the semiconductor device 1, the second pad electrode 122, the second passivation layer 132, the second base metal layer 142, and the second metal are sequentially formed on the surface 12a (the lower surface in FIG. 1) of the second semiconductor substrate 12. A second barrier layer 152 which is an example of a layer. The second barrier layer 152 is provided on the second semiconductor substrate 12 and faces the first barrier layer 151.

また、半導体装置1は、第1バリア層151と第2バリア層152との間に、接合層16(接合部)を備える。接合層16は、第1バリア層151側から順に、第1合金層161と、第3金属層の一例であるはんだ層163と、第2合金層162とを備える。すなわち、はんだ層163は、第1バリア層151と第2バリア層152との間に配置されている。第1合金層161は、第1バリア層151とはんだ層163との間に配置されている。第2合金層162は、第2バリア層152とはんだ層163との間に配置されている。   In addition, the semiconductor device 1 includes the bonding layer 16 (bonding portion) between the first barrier layer 151 and the second barrier layer 152. The bonding layer 16 includes, in order from the first barrier layer 151 side, a first alloy layer 161, a solder layer 163 that is an example of a third metal layer, and a second alloy layer 162. That is, the solder layer 163 is disposed between the first barrier layer 151 and the second barrier layer 152. The first alloy layer 161 is disposed between the first barrier layer 151 and the solder layer 163. The second alloy layer 162 is disposed between the second barrier layer 152 and the solder layer 163.

第1パッド電極121は、第1半導体基板11の表面11a上に配置されている。第1パッド電極121は、第1半導体基板11に形成された不図示のデバイスや配線に電気的に接続されている。同様に、第2パッド電極122は、第2半導体基板12の表面12a上に配置されている。第2パッド電極122は、第2半導体基板12に形成された不図示のデバイスや配線に電気的に接続されている。第1および第2パッド電極121は、例えば、Cu電極などであってもよい。   The first pad electrode 121 is disposed on the surface 11 a of the first semiconductor substrate 11. The first pad electrode 121 is electrically connected to a device or wiring (not shown) formed on the first semiconductor substrate 11. Similarly, the second pad electrode 122 is disposed on the surface 12 a of the second semiconductor substrate 12. The second pad electrode 122 is electrically connected to a device or wiring (not shown) formed on the second semiconductor substrate 12. The first and second pad electrodes 121 may be, for example, Cu electrodes.

第1パシベーション層131は、第1パッド電極121の周縁部(周辺部)を被覆するように該周縁部上に配置されている。同様に、第2パシベーション層132は、第2パッド電極122の周縁部を被覆するように該周縁部上に配置されている。第1および第2パシベーション層131、132は、例えば、SiN膜である。第1および第2パシベーション層131、132は、更に、SiOやポリイミド樹脂を含んでもよい。 The first passivation layer 131 is disposed on the peripheral portion so as to cover the peripheral portion (peripheral portion) of the first pad electrode 121. Similarly, the second passivation layer 132 is disposed on the peripheral edge so as to cover the peripheral edge of the second pad electrode 122. The first and second passivation layers 131 and 132 are, for example, SiN films. The first and second passivation layers 131 and 132 may further contain SiO 2 or polyimide resin.

第1下地金属層141は、第1パッド電極121の中央部および第1パシベーション層131を被覆するように、該中央部および第1パシベーション層131上に配置されている。同様に、第2下地金属層142は、第2パッド電極122の中央部および第2パシベーション層132を被覆するように、該中央部および第2パシベーション層132上に配置されている。   The first base metal layer 141 is disposed on the central portion and the first passivation layer 131 so as to cover the central portion of the first pad electrode 121 and the first passivation layer 131. Similarly, the second base metal layer 142 is disposed on the central portion and the second passivation layer 132 so as to cover the central portion of the second pad electrode 122 and the second passivation layer 132.

第1パシベーション層131が第1パッド電極121の周縁部上に配置されていることで、第1パシベーション層131の上層に位置する第1下地金属層141の周縁部(周辺部)は、第1下地金属層141の中央部に対してはんだ層163側に突出している。同様に、第2パシベーション層132が第2パッド電極122の周縁部上に配置されていることで、第2パシベーション層132の上層に位置する第2下地金属層142の周縁部は、第2下地金属層142の中央部に対してはんだ層163側に突出している。下地金属層141、142の周縁部の突出形状は、後述するバリア層151、152の周縁部151a、152aの突出形状に反映される。   Since the first passivation layer 131 is disposed on the peripheral portion of the first pad electrode 121, the peripheral portion (peripheral portion) of the first base metal layer 141 located above the first passivation layer 131 is the first It protrudes toward the solder layer 163 with respect to the central portion of the base metal layer 141. Similarly, since the second passivation layer 132 is disposed on the peripheral portion of the second pad electrode 122, the peripheral portion of the second base metal layer 142 positioned above the second passivation layer 132 is formed on the second base layer. The metal layer 142 protrudes toward the solder layer 163 side with respect to the central portion. The protruding shape of the peripheral portion of the base metal layers 141 and 142 is reflected in the protruding shape of the peripheral portions 151a and 152a of the barrier layers 151 and 152 described later.

第1および第2下地金属層141、142は、例えば、Au層などであってもよい。   For example, the first and second base metal layers 141 and 142 may be Au layers.

第1バリア層151は、第1下地金属層141を被覆するように第1下地金属層141上に配置されている。第1バリア層151は、第1下地金属層141側へのはんだ層163の拡散を防止する。第2バリア層152は、第2下地金属層142を被覆するように第2下地金属層142上に配置されている。第2バリア層152は、第2下地金属層142側へのはんだ層163の拡散を防止する。第1および第2バリア層151、152は、例えば、Ni層であってもよい。   The first barrier layer 151 is disposed on the first base metal layer 141 so as to cover the first base metal layer 141. The first barrier layer 151 prevents the solder layer 163 from diffusing to the first base metal layer 141 side. The second barrier layer 152 is disposed on the second base metal layer 142 so as to cover the second base metal layer 142. The second barrier layer 152 prevents the solder layer 163 from diffusing to the second base metal layer 142 side. The first and second barrier layers 151 and 152 may be Ni layers, for example.

はんだ層163は、例えば、Sn、Pbなどの低融点材料を成分に含む共晶合金で構成してもよい。具体的には、はんだ層163は、SnAg、SnCu、SnPbなどであってもよい。   For example, the solder layer 163 may be made of a eutectic alloy containing a low melting point material such as Sn or Pb as a component. Specifically, the solder layer 163 may be SnAg, SnCu, SnPb, or the like.

第1合金層161は、第1バリア層151の成分とはんだ層163の成分とを含む。具体的には、第1合金層161は、第1バリア層151(第1半導体基板11)と第2バリア層152(第2半導体基板12)とをはんだ層163で接合する際に、第1バリア層151の一部とはんだ層163の一部とが合金化することで形成された層である。同様に、第2合金層162は、第2バリア層152の成分とはんだ層163の成分とを含む。具体的には、第2合金層162は、第1バリア層151と第2バリア層152とをはんだ層163で接合する際に、第2バリア層152の一部とはんだ層163の一部とが合金化することで形成された層である。   The first alloy layer 161 includes a component of the first barrier layer 151 and a component of the solder layer 163. Specifically, the first alloy layer 161 is formed when the first barrier layer 151 (first semiconductor substrate 11) and the second barrier layer 152 (second semiconductor substrate 12) are joined by the solder layer 163. This is a layer formed by alloying part of the barrier layer 151 and part of the solder layer 163. Similarly, the second alloy layer 162 includes a component of the second barrier layer 152 and a component of the solder layer 163. Specifically, the second alloy layer 162 includes a part of the second barrier layer 152 and a part of the solder layer 163 when the first barrier layer 151 and the second barrier layer 152 are joined by the solder layer 163. Is a layer formed by alloying.

第1合金層161の材質と、第2合金層162の材質とは、互いに同一であってもよい。例えば、第1および第2合金層161、162は、はんだとNiとの合金層であってもよい。なお、第1バリア層151と第2バリア層152が材質において互いに異なる場合、第1合金層161と第2合金層162も材質において互いに異なる。   The material of the first alloy layer 161 and the material of the second alloy layer 162 may be the same. For example, the first and second alloy layers 161 and 162 may be an alloy layer of solder and Ni. When the first barrier layer 151 and the second barrier layer 152 are different from each other in material, the first alloy layer 161 and the second alloy layer 162 are also different from each other in material.

第1バリア層151は、その周縁部(周辺部)151aにおいてはんだ層163側に突出している。すなわち、第1バリア層151は、周縁部151aの内側の中央部151bにおいて、第1半導体基板11側に凹入している。更に換言すると、第1バリア層151は、中央部151bにおいて第1半導体基板11側に凹入した凹段差形状を有する。   The first barrier layer 151 protrudes toward the solder layer 163 at the peripheral edge (peripheral part) 151a. That is, the first barrier layer 151 is recessed on the first semiconductor substrate 11 side in the central portion 151b inside the peripheral edge portion 151a. In other words, the first barrier layer 151 has a concave step shape that is recessed toward the first semiconductor substrate 11 at the central portion 151b.

第1バリア層151は、その周縁部151aにおいて第1パシベーション層131の上方に配置されている。すなわち、第1バリア層151の周縁部151aは、はんだ層163側に突出した第1下地金属層141の周縁部を被覆している。第1下地金属層141の周縁部を被覆することで、第1バリア層151の周縁部151aは、中央部151bに対して厚みが厚くなくても、はんだ層163側に突出できる。したがって、周縁部151aの突出形状を、第1バリア層151の厚みの調整を要することなく簡便に形成することもできる。   The first barrier layer 151 is disposed above the first passivation layer 131 at the peripheral edge portion 151a. That is, the peripheral portion 151 a of the first barrier layer 151 covers the peripheral portion of the first base metal layer 141 protruding toward the solder layer 163 side. By covering the peripheral edge portion of the first base metal layer 141, the peripheral edge portion 151a of the first barrier layer 151 can protrude toward the solder layer 163 side even if it is not thicker than the central portion 151b. Therefore, the protruding shape of the peripheral edge portion 151a can be easily formed without requiring adjustment of the thickness of the first barrier layer 151.

第2バリア層152は、その周縁部(周辺部)152aにおいてはんだ層163側に突出している。すなわち、第2バリア層152は、周縁部152aの内側の中央部152bにおいて、第2半導体基板12側に凹入している。更に換言すると、第2バリア層152は、中央部152bにおいて第2半導体基板12側に凹入した凹段差形状を有する。   The second barrier layer 152 protrudes toward the solder layer 163 at the peripheral edge (peripheral part) 152a. That is, the second barrier layer 152 is recessed toward the second semiconductor substrate 12 in the central portion 152b inside the peripheral edge portion 152a. In other words, the second barrier layer 152 has a concave step shape that is recessed toward the second semiconductor substrate 12 at the central portion 152b.

第2バリア層152は、その周縁部152aにおいて第2パシベーション層132の上方(図1における下方)に配置されている。すなわち、第2バリア層152の周縁部152aは、はんだ層163側に突出した第2下地金属層142の周縁部を被覆している。第2下地金属層142の周縁部を被覆することで、第2バリア層152の周縁部152aは、中央部152bに対して厚みが厚くなくても、はんだ層163側に突出できる。したがって、周縁部152aの突出形状を簡便に形成することもできる。   The second barrier layer 152 is arranged above the second passivation layer 132 (downward in FIG. 1) at the peripheral edge 152a. That is, the peripheral edge 152a of the second barrier layer 152 covers the peripheral edge of the second base metal layer 142 protruding toward the solder layer 163 side. By covering the peripheral portion of the second base metal layer 142, the peripheral portion 152a of the second barrier layer 152 can protrude toward the solder layer 163 side even if the thickness is not thicker than the central portion 152b. Therefore, it is possible to easily form the protruding shape of the peripheral portion 152a.

はんだ層163の厚みを十分に確保する観点から、第1バリア層151の中央部151bと第2バリア層152の中央部152bとの間隔d1は、8μm以上であることが好ましい。また、第1半導体基板11と第2半導体基板12との間隔(すなわち、半導体装置1の厚み)を抑制する観点から、第1バリア層151の周縁部151aと第2バリア層152の周縁部152aとの間隔d2は、8μm未満であることが好ましい。   From the viewpoint of sufficiently ensuring the thickness of the solder layer 163, the distance d1 between the central portion 151b of the first barrier layer 151 and the central portion 152b of the second barrier layer 152 is preferably 8 μm or more. Further, from the viewpoint of suppressing the distance between the first semiconductor substrate 11 and the second semiconductor substrate 12 (that is, the thickness of the semiconductor device 1), the peripheral portion 151a of the first barrier layer 151 and the peripheral portion 152a of the second barrier layer 152 are used. Is preferably less than 8 μm.

もし、接合層16が合金層161、162のみからなる場合、第1半導体基板11と第2半導体基板12とを適切に接合することは困難である。なぜならば、合金層161、162は、バリア層151、152との合金化によってはんだ層163が消費されたものであり、また、合金化の際にボイドやクラックが生じたものであるため、電気的、機械的な接続機能が劣化しているからである。また、もし、バリア層151、152の表面が双方とも平坦な場合、バリア層151、152同士の間に十分な厚み(量)のはんだ層163を確保するには、バリア層151、152同士の間隔を広げる必要がある。しかるに、バリア層151、152同士の間隔を広げることで、半導体装置1の厚みを抑制することが困難となる。また、はんだ層163の厚みが増えると、はんだ層163がバリア層151、152間から流出して周囲の他のはんだ層163に達することで、パッド電極121同士の短絡が生じるリスクが高まる。   If the bonding layer 16 includes only the alloy layers 161 and 162, it is difficult to appropriately bond the first semiconductor substrate 11 and the second semiconductor substrate 12. This is because the alloy layers 161 and 162 are those in which the solder layer 163 is consumed by alloying with the barrier layers 151 and 152, and voids and cracks are generated during alloying. This is because the mechanical and mechanical connection functions are deteriorated. Also, if the surfaces of the barrier layers 151 and 152 are both flat, in order to secure a sufficient thickness (amount) of the solder layer 163 between the barrier layers 151 and 152, the barrier layers 151 and 152 It is necessary to widen the interval. However, it is difficult to suppress the thickness of the semiconductor device 1 by increasing the distance between the barrier layers 151 and 152. Further, when the thickness of the solder layer 163 increases, the solder layer 163 flows out from between the barrier layers 151 and 152 and reaches the other solder layer 163 in the surrounding area, thereby increasing a risk that a short circuit between the pad electrodes 121 occurs.

これに対して、本実施形態では、第1合金層161と第2合金層162との間に合金化で消費されなかったはんだ層163を残すことができるので、第1半導体基板11と第2半導体基板12とを適切に接合(電気的、機械的に接続)することができる。また、本実施形態では、バリア層151、152の中央部151b、152bが凹入していることで、バリア層151、152の周縁部151a、152a同士の間隔d2を狭めたとしても、中央部151b、152b同士の間に十分な厚みのはんだ層163を安定的に保持できる。   On the other hand, in the present embodiment, the solder layer 163 that has not been consumed by alloying can be left between the first alloy layer 161 and the second alloy layer 162, so that the first semiconductor substrate 11 and the second alloy layer The semiconductor substrate 12 can be appropriately joined (electrically and mechanically connected). In the present embodiment, the central portions 151b and 152b of the barrier layers 151 and 152 are recessed, so that even if the interval d2 between the peripheral portions 151a and 152a of the barrier layers 151 and 152 is reduced, the central portion A sufficiently thick solder layer 163 can be stably held between 151b and 152b.

したがって、本実施形態の半導体装置1によれば、半導体装置1の厚みを抑制し、かつ、半導体基板11、12同士を適切に接合できる。   Therefore, according to the semiconductor device 1 of the present embodiment, the thickness of the semiconductor device 1 can be suppressed, and the semiconductor substrates 11 and 12 can be bonded appropriately.

図2は、第1の実施形態において、バリア層151、152の中央部151b、152bにおける凹入の深さd3に応じたはんだ層163のボイドV(図1参照)の発生状況を示す図である。なお、図2の“○”は、はんだ層163にボイドVが生じなかったことを示す。図2の“△”は、はんだ層163の一部にボイドVが生じたことを示す。図2の“×”は、はんだ層163の大部分にボイドVが生じたことを示す。図2に示すように、深さd3が4.0μmとなると、中央部151bと152b間におけるはんだ層163の一部にボイドVが生じる場合がある。また、深さd3が4.2μm以上となると、中央部151bと152b間におけるはんだ層163の大部分にボイドが生じる場合があり、また、クラックが生じる場合もある。これに対して、深さd3が3.5μm以下となると、ボイドやクラックは殆ど生じない。従って、ボイドやクラックを抑制する観点から、バリア層151、152の中央部151b、152bにおける凹入の深さd3は、3.5μm以下が好ましい。   FIG. 2 is a diagram showing a state of occurrence of voids V (see FIG. 1) in the solder layer 163 according to the depth d3 of the recesses in the central portions 151b and 152b of the barrier layers 151 and 152 in the first embodiment. is there. Note that “◯” in FIG. 2 indicates that no void V was generated in the solder layer 163. “Δ” in FIG. 2 indicates that a void V is generated in a part of the solder layer 163. “X” in FIG. 2 indicates that a void V has occurred in most of the solder layer 163. As shown in FIG. 2, when the depth d3 is 4.0 μm, a void V may be generated in a part of the solder layer 163 between the central portions 151b and 152b. Further, when the depth d3 is 4.2 μm or more, voids may occur in most of the solder layer 163 between the central portions 151b and 152b, and cracks may occur. On the other hand, when the depth d3 is 3.5 μm or less, voids and cracks hardly occur. Therefore, from the viewpoint of suppressing voids and cracks, the depth d3 of the recesses in the central portions 151b and 152b of the barrier layers 151 and 152 is preferably 3.5 μm or less.

次に、上記の構成を有する半導体装置1の製造方法について説明する。図3は、図1の半導体装置1の製造方法を示す概略断面図である。具体的には、図3Aは、はんだ層163による接合前の半導体基板11、12を示す概略断面図である。図3Bは、はんだ層163による接合後の半導体基板11、12を示す概略断面図である。   Next, a method for manufacturing the semiconductor device 1 having the above configuration will be described. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a method for manufacturing the semiconductor device 1 of FIG. Specifically, FIG. 3A is a schematic cross-sectional view showing the semiconductor substrates 11 and 12 before joining with the solder layer 163. FIG. 3B is a schematic cross-sectional view showing the semiconductor substrates 11 and 12 after being joined by the solder layer 163.

先ず、図3Aに示すように、バリア層151、152の表面151c、152cにはんだ層163が形成された半導体基板11、12同士を、不図示のリフロー炉内において互いに対向させる。なお、はんだ層163は、例えば、電解めっきプロセスで形成してもよい。バリア層151、152とはんだ層163とは、マイクロバンプを構成してもよい。   First, as shown in FIG. 3A, the semiconductor substrates 11 and 12 having the solder layer 163 formed on the surfaces 151c and 152c of the barrier layers 151 and 152 are opposed to each other in a reflow furnace (not shown). Note that the solder layer 163 may be formed by, for example, an electrolytic plating process. The barrier layers 151 and 152 and the solder layer 163 may constitute micro bumps.

次に、バリア層151、152に形成されたはんだ層163同士を接触させた状態で、両はんだ層163を加熱して溶融させる。そして、溶融したはんだ層163を冷却して固化することで、図3Bに示すように、はんだ層163で半導体基板11、12同士を接合する。   Next, in a state where the solder layers 163 formed on the barrier layers 151 and 152 are in contact with each other, both the solder layers 163 are heated and melted. Then, the melted solder layer 163 is cooled and solidified, thereby joining the semiconductor substrates 11 and 12 with the solder layer 163 as shown in FIG. 3B.

このとき、第1バリア層151の一部と、第1バリア層151側のはんだ層163の部位とは、第1合金層161へと合金化される。また、第2バリア層152の一部と、第2バリア層152側のはんだ層163の部位とは、第2合金層162へと合金化される。一方、バリア層151、152の中央部151b、152bが凹入されていることで、中央部151b、152b同士の間のはんだ層163の厚みは厚い。厚みが厚いことで、中央部151b、152b同士の間のはんだ層163は、一部においてバリア層151、152と合金化されたとしても、残部において合金化されずに十分な厚みを維持できる。また、はんだ層163が第1バリア層151の側方に流出して周辺の第1パッド電極121に達することを回避できるので、隣り合う第1パッド電極121同士の短絡を防止できる。   At this time, a part of the first barrier layer 151 and a portion of the solder layer 163 on the first barrier layer 151 side are alloyed into the first alloy layer 161. Further, a part of the second barrier layer 152 and a portion of the solder layer 163 on the second barrier layer 152 side are alloyed into the second alloy layer 162. On the other hand, since the central portions 151b and 152b of the barrier layers 151 and 152 are recessed, the thickness of the solder layer 163 between the central portions 151b and 152b is thick. Even if the solder layer 163 between the central portions 151b and 152b is partially alloyed with the barrier layers 151 and 152, the remaining portion is not alloyed and can maintain a sufficient thickness. Further, it is possible to avoid the solder layer 163 from flowing out to the side of the first barrier layer 151 and reaching the peripheral first pad electrode 121, so that a short circuit between the adjacent first pad electrodes 121 can be prevented.

以上述べたように、第1の実施形態の半導体装置1の製造方法によれば、バリア層151、152の中央部151b、152bを凹入させた(すなわち、バリア層151、152の周縁部151a、152aを突出させた)ことで、半導体装置1の厚みを抑制し、かつ、半導体基板11、12同士を適切に接合できる。   As described above, according to the manufacturing method of the semiconductor device 1 of the first embodiment, the central portions 151b and 152b of the barrier layers 151 and 152 are recessed (that is, the peripheral portion 151a of the barrier layers 151 and 152). , 152a is protruded), the thickness of the semiconductor device 1 can be suppressed, and the semiconductor substrates 11 and 12 can be appropriately bonded to each other.

(第1の変形例)
次に、第1の実施形態の第1の変形例として、第2バリア層152の表面が平坦な半導体装置1の例について説明する。なお、第1の変形例の説明にあたり、図1に対応する構成部については同一の符号を用いて重複した説明を省略する。図4は、第1の実施形態の第1の変形例を示す半導体装置1の製造方法の概略断面図である。具体的には、図4Aは、はんだ層163による接合前の半導体基板11、12を示す概略断面図である。図4Bは、はんだ層163による接合後の半導体基板11、12を示す概略断面図である。
(First modification)
Next, an example of the semiconductor device 1 in which the surface of the second barrier layer 152 is flat will be described as a first modification of the first embodiment. In the description of the first modification, the same reference numerals are used for the components corresponding to those in FIG. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the method for manufacturing the semiconductor device 1 showing a first modification of the first embodiment. Specifically, FIG. 4A is a schematic cross-sectional view showing the semiconductor substrates 11 and 12 before joining by the solder layer 163. FIG. FIG. 4B is a schematic cross-sectional view showing the semiconductor substrates 11 and 12 after being joined by the solder layer 163.

図4に示すように、第1の変形例の半導体装置1は、図1の半導体装置1に対して、第2バリア層152の表面152cが平坦である(すなわち、周縁部が突出していない)点が異なる。また、図4Aに示すように、第1の変形例では、半導体基板11、12の接合前に、第2バリア層152の表面152cに、はんだ層163の代わりにAuなどの高導電率の金属層17を設ける。   As shown in FIG. 4, in the semiconductor device 1 of the first modified example, the surface 152c of the second barrier layer 152 is flat (that is, the peripheral portion does not protrude) compared to the semiconductor device 1 of FIG. The point is different. Further, as shown in FIG. 4A, in the first modification, a high conductivity metal such as Au is used instead of the solder layer 163 on the surface 152c of the second barrier layer 152 before joining the semiconductor substrates 11 and 12. Layer 17 is provided.

第1の変形例においては、第1バリア層151の中央部151bが凹入されている。このため、図4Bに示すように、半導体基板11、12の接合後において、バリア層151、152同士の間隔を抑えつつ、バリア層151、152の中央部151b、152b同士の間に合金化で消費されなかった十分な厚みのはんだ層163を確保できる。   In the first modification, the central portion 151b of the first barrier layer 151 is recessed. For this reason, as shown in FIG. 4B, after bonding the semiconductor substrates 11 and 12, the gap between the barrier layers 151 and 152 is suppressed, and alloying is performed between the central portions 151b and 152b of the barrier layers 151 and 152. A sufficiently thick solder layer 163 that has not been consumed can be secured.

したがって、第1の変形例においても、半導体装置1の厚みを抑制し、かつ、半導体基板11、12同士を適切に接合できる。また、第1の変形例では、はんだ層163に高導電率の金属層17の成分を含ませることで、はんだ層163の導電率を向上させることもできる。また、金属層17は、はんだ層163に比較して厚みが薄いので、半導体装置1の更なる厚みの抑制が可能となる。   Therefore, also in the first modification, the thickness of the semiconductor device 1 can be suppressed, and the semiconductor substrates 11 and 12 can be appropriately bonded to each other. In the first modification, the conductivity of the solder layer 163 can also be improved by including the component of the metal layer 17 having a high conductivity in the solder layer 163. Further, since the metal layer 17 is thinner than the solder layer 163, the thickness of the semiconductor device 1 can be further suppressed.

(第2の変形例)
次に、第1の実施形態の第2の変形例として、パシベーション層131、132を厚く形成した半導体装置1の例について説明する。なお、第2の変形例の説明にあたり、図1に対応する構成部については同一の符号を用いて重複した説明を省略する。図5は、第1の実施形態の第2の変形例を示す半導体装置1の製造方法の概略断面図である。具体的には、図5Aは、はんだ層163による接合前の半導体基板11、12を示す概略断面図である。図5Bは、はんだ層163による接合後の半導体基板11、12を示す概略断面図である。
(Second modification)
Next, an example of the semiconductor device 1 in which the passivation layers 131 and 132 are formed thick will be described as a second modification of the first embodiment. In the description of the second modification, the same reference numerals are used for the components corresponding to those in FIG. FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the method for manufacturing the semiconductor device 1 showing a second modification of the first embodiment. Specifically, FIG. 5A is a schematic cross-sectional view showing the semiconductor substrates 11 and 12 before joining with the solder layer 163. FIG. 5B is a schematic cross-sectional view showing the semiconductor substrates 11 and 12 after being joined by the solder layer 163.

図5に示すように、第2の変形例の半導体装置1は、図1の半導体装置1に対して、パシベーション層131、132を厚く形成した点が異なる。   As shown in FIG. 5, the semiconductor device 1 of the second modification is different from the semiconductor device 1 of FIG. 1 in that the passivation layers 131 and 132 are formed thick.

第2の変形例においても、バリア層151、152は、中央部151b、152bにおいて凹入されている。このため、図5Bに示すように、半導体基板11、12の接合後において、バリア層151、152同士の間隔を抑え、かつ、バリア層151、152の中央部151b、152b同士の間に、合金化で消費されなかった十分な厚みのはんだ層163を確保できる。したがって、第2の変形例においても、半導体装置1の厚みを抑制し、かつ、半導体基板11、12同士を適切に接合できる。   Also in the second modification, the barrier layers 151 and 152 are recessed in the central portions 151b and 152b. For this reason, as shown in FIG. 5B, after bonding the semiconductor substrates 11 and 12, the distance between the barrier layers 151 and 152 is suppressed, and between the central portions 151 b and 152 b of the barrier layers 151 and 152, It is possible to secure a solder layer 163 having a sufficient thickness that is not consumed by the conversion. Therefore, also in the second modification, the thickness of the semiconductor device 1 can be suppressed, and the semiconductor substrates 11 and 12 can be appropriately bonded to each other.

(第3の変形例)
次に、第1の実施形態の第3の変形例として、第1の変形例と第2の変形例とを組み合わせた半導体装置1の例について説明する。なお、第3の変形例の説明にあたり、図1に対応する構成部については同一の符号を用いて重複した説明を省略する。図6は、第1の実施形態の第3の変形例を示す半導体装置1の製造方法の概略断面図である。具体的には、図6Aは、はんだ層163による接合前の半導体基板11、12を示す概略断面図である。図6Bは、はんだ層163による接合後の半導体基板11、12を示す概略断面図である。
(Third Modification)
Next, as a third modification of the first embodiment, an example of the semiconductor device 1 in which the first modification and the second modification are combined will be described. In the description of the third modification, the same reference numerals are used for the components corresponding to those in FIG. FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of the method for manufacturing the semiconductor device 1 showing a third modification of the first embodiment. Specifically, FIG. 6A is a schematic cross-sectional view showing the semiconductor substrates 11 and 12 before joining with the solder layer 163. FIG. 6B is a schematic cross-sectional view showing the semiconductor substrates 11 and 12 after being joined by the solder layer 163.

図6に示すように、第3の変形例の半導体装置1は、図1の半導体装置1に対して、第2バリア層152の表面152cが平坦であり、かつ、パシベーション層131、132が厚い点が異なる。また、図6Aに示すように、第3の変形例では、半導体基板11、12の接合前に、第2バリア層152の表面152cに、はんだ層163の代わりにAuなどの高導電率の金属層17を設ける。すなわち、第3の変形例は、第1の変形例と第2の変形例との組み合わせである。   As shown in FIG. 6, the semiconductor device 1 of the third modification example has a flat surface 152c of the second barrier layer 152 and thicker passivation layers 131 and 132 than the semiconductor device 1 of FIG. The point is different. Further, as shown in FIG. 6A, in the third modification, a metal having a high conductivity such as Au is used instead of the solder layer 163 on the surface 152c of the second barrier layer 152 before joining the semiconductor substrates 11 and 12. Layer 17 is provided. That is, the third modification is a combination of the first modification and the second modification.

第3の変形例によれば、第1の変形例と第2の変形例との双方の効果を奏することができる。   According to the 3rd modification, there can exist both the effects of the 1st modification and the 2nd modification.

(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態として、貫通電極を備えた半導体装置1の実施形態について説明する。なお、第2の実施形態の説明にあたり、第1の実施形態に対応する構成部については同一の符号を用いて重複した説明を省略する。図7は、第2の実施形態を示す半導体装置1の概略断面図である。
(Second Embodiment)
Next, as a second embodiment, an embodiment of a semiconductor device 1 having a through electrode will be described. In the description of the second embodiment, the same reference numerals are used for the components corresponding to the first embodiment, and a duplicate description is omitted. FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor device 1 according to the second embodiment.

図7に示すように、第2の実施形態の半導体装置1は、第1、第2金属層として、バリア層151、152の代わりに第1、第2貫通電極1501、1502を備える。第1貫通電極1501は、第1半導体基板11を貫通する。第2貫通電極1502は、第2半導体基板12を貫通する。貫通電極1501、1502と半導体基板11、12との間には、バリアメタル膜1503、1504が形成されている。   As shown in FIG. 7, the semiconductor device 1 of the second embodiment includes first and second through electrodes 1501 and 1502 as first and second metal layers instead of the barrier layers 151 and 152. The first through electrode 1501 penetrates the first semiconductor substrate 11. The second through electrode 1502 penetrates the second semiconductor substrate 12. Barrier metal films 1503 and 1504 are formed between the through electrodes 1501 and 1502 and the semiconductor substrates 11 and 12.

図7に示すように、第1貫通電極1501は、周縁部(周辺部)1501aにおいて、はんだ層163側に突出している。すなわち、第1貫通電極1501は、周縁部1501aの内側の中央部1501bにおいて、第1半導体基板11側に凹入している。更に換言すると、第1貫通電極1501は、中央部1501bにおいて第1半導体基板11側に凹入した凹段差形状を有する。   As shown in FIG. 7, the first through electrode 1501 protrudes toward the solder layer 163 at the peripheral edge (peripheral part) 1501 a. That is, the first through electrode 1501 is recessed on the first semiconductor substrate 11 side in the central portion 1501b inside the peripheral edge portion 1501a. In other words, the first through electrode 1501 has a concave step shape that is recessed toward the first semiconductor substrate 11 at the central portion 1501b.

第2貫通電極1502は、周縁部(周辺部)1502aにおいて、はんだ層163側に突出している。すなわち、第2貫通電極1502は、周縁部1502aの内側の中央部1502bにおいて、第2半導体基板12側に凹入している。更に換言すると、第2貫通電極1502は、中央部1502bにおいて第2半導体基板12側に凹入した凹段差形状を有する。   The second through electrode 1502 protrudes toward the solder layer 163 side at the peripheral edge (peripheral part) 1502a. That is, the second through electrode 1502 is recessed on the second semiconductor substrate 12 side in the central portion 1502b inside the peripheral edge portion 1502a. In other words, the second through electrode 1502 has a concave step shape that is recessed toward the second semiconductor substrate 12 at the central portion 1502b.

第2の実施形態の半導体装置1によれば、貫通電極1501、1502の周縁部1501a、1502a同士の間隔を狭めたとしても、貫通電極1501、1502の中央部1501b、1502b同士の間に、合金化で消費されなかった十分な厚みのはんだ層163を確保できる。したがって、第2の実施形態によれば、貫通電極1501、1502を用いた三次元実装において、半導体装置1の厚みを抑制し、半導体基板11、12同士を適切に接合できる。なお、第2の実施形態において、貫通電極1501、1502の一方を、パッド電極等の貫通電極1501、1502以外の電極に変更してもよい。   According to the semiconductor device 1 of the second embodiment, even if the interval between the peripheral portions 1501a and 1502a of the through electrodes 1501 and 1502 is narrowed, an alloy is formed between the central portions 1501b and 1502b of the through electrodes 1501 and 1502. It is possible to secure a solder layer 163 having a sufficient thickness that is not consumed by the conversion. Therefore, according to the second embodiment, in the three-dimensional mounting using the through electrodes 1501 and 1502, the thickness of the semiconductor device 1 can be suppressed and the semiconductor substrates 11 and 12 can be appropriately bonded to each other. In the second embodiment, one of the through electrodes 1501 and 1502 may be changed to an electrode other than the through electrodes 1501 and 1502 such as a pad electrode.

(変形例)
次に、第2の実施形態の変形例として、スルーシリコンビア(TSV)による三次元実装の例について説明する。なお、本変形例の説明にあたり、図7に対応する構成部については同一の符号を用いて重複した説明を省略する。図8は、第2の実施形態の変形例を示す半導体装置1の概略断面図である。
(Modification)
Next, as a modification of the second embodiment, an example of three-dimensional mounting using through silicon vias (TSV) will be described. In the description of this modification, the same reference numerals are used for the components corresponding to those in FIG. FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor device 1 showing a modification of the second embodiment.

図8に示すように、本変形例の半導体装置1は、BGA(Ball Grid Array)基板101と、BGA基板101上にバンプ107、108を介して搭載(接合、接続)された複数層(3つ以上)のシリコンチップ102、103_1〜6、104(半導体基板)とを備える。各シリコンチップ102、103_1〜6、104は、半導体装置1の厚み方向Dに間隔を有するように積層配置されている。各シリコンチップ102、103_1〜6、104には、不図示の配線や半導体素子(デバイス)が形成されていてよい。   As shown in FIG. 8, the semiconductor device 1 according to the present modification includes a BGA (Ball Grid Array) substrate 101 and a plurality of layers (3, 3) mounted (bonded and connected) on the BGA substrate 101 via bumps 107 and 108. And two or more) silicon chips 102, 103_1 to 6, 104 (semiconductor substrate). The silicon chips 102, 103 </ b> _ <b> 1 to 6, 104 are stacked so as to have a gap in the thickness direction D of the semiconductor device 1. Each silicon chip 102, 103_1 to 6, 104 may be provided with a wiring or a semiconductor element (device) (not shown).

BGA基板101の上面には、ICチップ106が形成されている。一方、BGA基板101の下面には、バンプ105が形成されている。   An IC chip 106 is formed on the upper surface of the BGA substrate 101. On the other hand, bumps 105 are formed on the lower surface of the BGA substrate 101.

複数層のシリコンチップのうち最下層のシリコンチップ102(以下、接続配線チップともいう)は、下面に、BGA基板101との接続のための配線109を備えている。配線109は、第1のバンプ107を介してBGA基板101の上面に接続されている。また、配線109は、第2のバンプ108を介してBGA基板101の上面に形成されたICチップ106に接続されている。また、接続配線チップ102は、TSV15_1で貫通されている。   The lowermost silicon chip 102 (hereinafter also referred to as a connection wiring chip) among the plurality of layers of silicon chips includes a wiring 109 for connection to the BGA substrate 101 on the lower surface. The wiring 109 is connected to the upper surface of the BGA substrate 101 via the first bump 107. The wiring 109 is connected to the IC chip 106 formed on the upper surface of the BGA substrate 101 via the second bump 108. Moreover, the connection wiring chip 102 is penetrated by TSV15_1.

接続配線チップ102の上層の複数層のシリコンチップ103_1、103_2、103_3、103_4、103_5、103_6(以下、中間チップともいう)は、上層のシリコンチップと下層のシリコンチップとの間(中間)に位置する。各中間チップ103_1〜6は、TSV15_2〜7で貫通されている。   A plurality of upper-layer silicon chips 103_1, 103_2, 103_3, 103_4, 103_5, and 103_6 (hereinafter also referred to as intermediate chips) of the connection wiring chip 102 are positioned between the upper-layer silicon chip and the lower-layer silicon chip (intermediate). To do. Each intermediate chip 103_1-6 is penetrated by TSV15_2-7.

最上層のシリコンチップ104(以下、ベースチップともいう)は、TSVを備えない。   The uppermost silicon chip 104 (hereinafter also referred to as a base chip) does not include a TSV.

厚み方向D(上下)において隣り合うTSV同士は、図7と同様の接合層16で接合されている。   TSVs that are adjacent in the thickness direction D (up and down) are joined by a joining layer 16 similar to that in FIG.

厚み方向Dにおいて隣り合うTSVのうち、下層側のTSVは、図7に示した第1貫通電極1501の一例である。一方、上層側のTSVは、第2貫通電極1502の一例である。例えば、TSV15_2は、下層のTSV15_1に対しては第2貫通電極1502であり、上層のTSV15_3に対しては第1貫通電極1501である。   Of the TSVs adjacent in the thickness direction D, the TSV on the lower layer side is an example of the first through electrode 1501 shown in FIG. On the other hand, the TSV on the upper layer side is an example of the second through electrode 1502. For example, TSV15_2 is the second through electrode 1502 for the lower layer TSV15_1 and the first through electrode 1501 for the upper layer TSV15_3.

また、下層側のTSVで貫通されたシリコンチップは、第1半導体基板11の一例であり、上層側のTSVで貫通されたシリコンチップは、第2半導体基板12の一例である。
すなわち、第1半導体基板11および第2半導体基板12は、3つ以上の半導体基板(シリコンチップ102、101_1〜6、104)のうちの隣り合う任意の2つの半導体基板である。例えば、シリコンリップ103_1は、下層(厚み方向Dの一方)のシリコンチップ102に対して第2半導体基板12であり、上層(厚み方向Dの他方)のシリコンチップ103_2に対して第1半導体基板11である。
The silicon chip penetrated by the lower TSV is an example of the first semiconductor substrate 11, and the silicon chip penetrated by the upper TSV is an example of the second semiconductor substrate 12.
That is, the first semiconductor substrate 11 and the second semiconductor substrate 12 are any two adjacent semiconductor substrates among three or more semiconductor substrates (silicon chips 102, 101_1 to 6, 104). For example, the silicon lip 103_1 is the second semiconductor substrate 12 with respect to the silicon chip 102 in the lower layer (one in the thickness direction D) and the first semiconductor substrate 11 with respect to the silicon chip 103_2 in the upper layer (the other in the thickness direction D). It is.

また、隣り合うシリコンチップの間には、樹脂1010が設けられている。また樹脂1010間の空間は、封止樹脂1010−2にて充填されている。   A resin 1010 is provided between adjacent silicon chips. The space between the resins 1010 is filled with a sealing resin 1010-2.

このような半導体装置1は、バンプ105を介して不図示の回路基板に搭載可能である。   Such a semiconductor device 1 can be mounted on a circuit board (not shown) via bumps 105.

本変形例の半導体装置1によれば、隣り合うTSV15の周縁部同士の間隔を狭めたとしても、TSV15の中央部同士の間に、合金化で消費されなかった十分な厚みのはんだ層163を確保できる。したがって、本変形例によれば、TSVを用いた三次元実装において、半導体装置1の厚みを抑制し、シリコンチップ同士を適切に接続できる。   According to the semiconductor device 1 of the present modified example, the solder layer 163 having a sufficient thickness that is not consumed by alloying is formed between the central portions of the TSVs 15 even when the intervals between the peripheral portions of the adjacent TSVs 15 are narrowed. It can be secured. Therefore, according to this modification, in the three-dimensional mounting using TSV, the thickness of the semiconductor device 1 can be suppressed and the silicon chips can be connected appropriately.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

1 半導体装置
11 第1半導体基板
12 第2半導体基板
151 第1バリア層
152 第2バリア層
161 第1合金層
162 第2合金層
163 はんだ層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor device 11 1st semiconductor substrate 12 2nd semiconductor substrate 151 1st barrier layer 152 2nd barrier layer 161 1st alloy layer 162 2nd alloy layer 163 Solder layer

Claims (7)

互いに対向する第1および第2半導体基板と、
前記第1半導体基板に設けられ、前記第2半導体基板に面する第1金属層と、
前記第2半導体基板に設けられ、前記第1金属層に面する第2金属層と、
前記第1金属層と前記第2金属層との間に配置された第3金属層と、
前記第1金属層と前記第3金属層との間に配置され、前記第1金属層の成分と前記第3金属層の成分とを含む第1合金層と、
前記第2金属層と前記第3金属層との間に配置され、前記第2金属層の成分と前記第3金属層の成分とを含む第2合金層と、を備え、
前記第1および第2金属層の少なくとも一方は、その周縁部において前記第3金属層側に突出している、半導体装置。
First and second semiconductor substrates facing each other;
A first metal layer provided on the first semiconductor substrate and facing the second semiconductor substrate;
A second metal layer provided on the second semiconductor substrate and facing the first metal layer;
A third metal layer disposed between the first metal layer and the second metal layer;
A first alloy layer disposed between the first metal layer and the third metal layer and including a component of the first metal layer and a component of the third metal layer;
A second alloy layer disposed between the second metal layer and the third metal layer and including a component of the second metal layer and a component of the third metal layer;
At least one of the first and second metal layers is a semiconductor device that protrudes toward the third metal layer at the periphery thereof.
前記第2半導体基板に面する前記第1半導体基板の表面上と、前記第1半導体基板に面する前記第2半導体基板の表面上との少なくとも一方に配置されたパッド電極と、
前記パッド電極の周縁部上に配置された絶縁層と、
前記パッド電極の中央部上および前記絶縁層上に配置された下地金属層と、を備え、
前記第3金属層は、はんだ層であり、
前記第1および第2金属層の少なくとも一方は、前記下地金属層上に配置されたバリア層であり、
前記バリア層は、その周縁部において前記第3金属層側に突出している、請求項1に記載の半導体装置。
A pad electrode disposed on at least one of a surface of the first semiconductor substrate facing the second semiconductor substrate and a surface of the second semiconductor substrate facing the first semiconductor substrate;
An insulating layer disposed on a peripheral edge of the pad electrode;
A base metal layer disposed on a central portion of the pad electrode and on the insulating layer,
The third metal layer is a solder layer;
At least one of the first and second metal layers is a barrier layer disposed on the base metal layer;
The semiconductor device according to claim 1, wherein the barrier layer protrudes toward the third metal layer at a peripheral edge portion thereof.
前記バリア層は、その周縁部において前記絶縁層の上方に配置された、請求項2に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 2, wherein the barrier layer is disposed above the insulating layer at a peripheral portion thereof. 前記第3金属層は、はんだ層であり、
前記第1および第2金属層の少なくとも一方は、前記第1または第2半導体基板を貫通する貫通電極である、請求項1に記載の半導体装置。
The third metal layer is a solder layer;
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein at least one of the first and second metal layers is a through electrode penetrating the first or second semiconductor substrate.
前記第1および第2金属層の少なくとも一方は、Niを含有する、請求項1に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein at least one of the first and second metal layers contains Ni. 互いに対向する3つ以上の半導体基板を備え、
前記第1および第2半導体基板は、前記3つ以上の半導体基板のうちの隣り合う任意の2つの半導体基板である、請求項1に記載の半導体装置。
Comprising three or more semiconductor substrates facing each other;
The semiconductor device according to claim 1, wherein the first and second semiconductor substrates are any two adjacent semiconductor substrates among the three or more semiconductor substrates.
第1金属層を有する第1半導体基板と、第2金属層を有する第2半導体基板とを、前記第1金属層と前記第2金属層との間に配置した第3金属層で接合し、
前記第1金属層の一部と、前記第1金属層側の前記第3金属層の部位とを合金化した第1合金層と、前記第2金属層の一部と、前記第2金属層側の前記第3金属層の部位とを合金化した第2合金層と、前記第3金属層の残部と、を有する半導体装置を形成することを具備し、
前記第1および第2金属層の少なくとも一方は、その周縁部において前記第3金属層側に突出している、半導体装置の製造方法。
Bonding a first semiconductor substrate having a first metal layer and a second semiconductor substrate having a second metal layer with a third metal layer disposed between the first metal layer and the second metal layer;
A first alloy layer obtained by alloying a part of the first metal layer with a portion of the third metal layer on the first metal layer side, a part of the second metal layer, and the second metal layer; Forming a semiconductor device having a second alloy layer alloyed with a portion of the third metal layer on the side, and the remainder of the third metal layer,
At least one of the first metal layer and the second metal layer protrudes toward the third metal layer at the peripheral edge thereof.
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