JP2016174134A - Semiconductor device and manufacturing method of the same - Google Patents
Semiconductor device and manufacturing method of the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP2016174134A JP2016174134A JP2015110513A JP2015110513A JP2016174134A JP 2016174134 A JP2016174134 A JP 2016174134A JP 2015110513 A JP2015110513 A JP 2015110513A JP 2015110513 A JP2015110513 A JP 2015110513A JP 2016174134 A JP2016174134 A JP 2016174134A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- metal layer
- semiconductor substrate
- semiconductor device
- semiconductor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
- H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L24/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
- H01L24/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
- H01L24/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/15—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
- H01L2224/16—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
- Wire Bonding (AREA)
Abstract
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).
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.
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
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
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
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
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
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、SiO2やポリイミド樹脂を含んでもよい。
The
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
(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
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
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
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
(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
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
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
(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
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
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
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
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
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
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
(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
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
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
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
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
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
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
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
That is, the
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
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
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
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
Claims (7)
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.
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.
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
TW104139212A TWI603457B (en) | 2015-03-17 | 2015-11-25 | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
CN201510849120.3A CN105990292B (en) | 2015-03-17 | 2015-11-27 | Semiconductor device and its manufacturing method |
US15/060,045 US10115703B2 (en) | 2015-03-17 | 2016-03-03 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
US16/125,171 US10720410B2 (en) | 2015-03-17 | 2018-09-07 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015053864 | 2015-03-17 | ||
JP2015053864 | 2015-03-17 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016174134A true JP2016174134A (en) | 2016-09-29 |
JP6431442B2 JP6431442B2 (en) | 2018-11-28 |
Family
ID=57009279
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015110513A Active JP6431442B2 (en) | 2015-03-17 | 2015-05-29 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6431442B2 (en) |
CN (1) | CN105990292B (en) |
TW (1) | TWI603457B (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6680705B2 (en) * | 2017-02-10 | 2020-04-15 | キオクシア株式会社 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02271533A (en) * | 1989-04-12 | 1990-11-06 | Fujitsu Ltd | Manufacture of semiconductor device |
JPH03218644A (en) * | 1990-01-24 | 1991-09-26 | Sharp Corp | Connection structure of circuit board |
JPH0936120A (en) * | 1995-07-17 | 1997-02-07 | Toshiba Corp | Semiconductor and its manufacture |
WO2008054012A1 (en) * | 2006-10-31 | 2008-05-08 | Sumitomo Bakelite Co., Ltd. | Adhesive tape and semiconductor device using the same |
JP2010118522A (en) * | 2008-11-13 | 2010-05-27 | Renesas Technology Corp | Semiconductor device and method for manufacturing the semiconductor device |
WO2010150912A1 (en) * | 2009-06-24 | 2010-12-29 | 日本電気株式会社 | Semiconductor device, method for manufacturing semiconductor device, and circuit device using semiconductor device |
US20120021183A1 (en) * | 2010-07-22 | 2012-01-26 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Forming Low Stress Joints Using Thermal Compress Bonding |
JP2013021058A (en) * | 2011-07-08 | 2013-01-31 | Elpida Memory Inc | Manufacturing method of semiconductor device |
US20130313707A1 (en) * | 2012-05-24 | 2013-11-28 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Electrical Interconnections of Semiconductor Devices and Methods for Fabricating the Same |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000243899A (en) * | 1999-02-23 | 2000-09-08 | Rohm Co Ltd | Semiconductor device of chip-on-chip structure |
JP4656275B2 (en) * | 2001-01-15 | 2011-03-23 | 日本電気株式会社 | Manufacturing method of semiconductor device |
US7300857B2 (en) * | 2004-09-02 | 2007-11-27 | Micron Technology, Inc. | Through-wafer interconnects for photoimager and memory wafers |
CN101529590B (en) * | 2006-10-31 | 2012-03-21 | 住友电木株式会社 | Semiconductor electronic component and semiconductor device using the same |
US7915741B2 (en) * | 2009-02-24 | 2011-03-29 | Unisem Advanced Technologies Sdn. Bhd. | Solder bump UBM structure |
JP5272922B2 (en) * | 2009-06-24 | 2013-08-28 | 日本電気株式会社 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
US8354750B2 (en) * | 2010-02-01 | 2013-01-15 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Stress buffer structures in a mounting structure of a semiconductor device |
US8581420B2 (en) * | 2010-10-18 | 2013-11-12 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Under-bump metallization (UBM) structure and method of forming the same |
US8803333B2 (en) * | 2012-05-18 | 2014-08-12 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Three-dimensional chip stack and method of forming the same |
US9230934B2 (en) * | 2013-03-15 | 2016-01-05 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Surface treatment in electroless process for adhesion enhancement |
-
2015
- 2015-05-29 JP JP2015110513A patent/JP6431442B2/en active Active
- 2015-11-25 TW TW104139212A patent/TWI603457B/en active
- 2015-11-27 CN CN201510849120.3A patent/CN105990292B/en active Active
Patent Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02271533A (en) * | 1989-04-12 | 1990-11-06 | Fujitsu Ltd | Manufacture of semiconductor device |
JPH03218644A (en) * | 1990-01-24 | 1991-09-26 | Sharp Corp | Connection structure of circuit board |
JPH0936120A (en) * | 1995-07-17 | 1997-02-07 | Toshiba Corp | Semiconductor and its manufacture |
WO2008054012A1 (en) * | 2006-10-31 | 2008-05-08 | Sumitomo Bakelite Co., Ltd. | Adhesive tape and semiconductor device using the same |
JP2010118522A (en) * | 2008-11-13 | 2010-05-27 | Renesas Technology Corp | Semiconductor device and method for manufacturing the semiconductor device |
WO2010150912A1 (en) * | 2009-06-24 | 2010-12-29 | 日本電気株式会社 | Semiconductor device, method for manufacturing semiconductor device, and circuit device using semiconductor device |
JP2011009363A (en) * | 2009-06-24 | 2011-01-13 | Nec Corp | Semiconductor device, method of manufacturing the same, and composite circuit device using the same |
US20120021183A1 (en) * | 2010-07-22 | 2012-01-26 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Forming Low Stress Joints Using Thermal Compress Bonding |
JP2013021058A (en) * | 2011-07-08 | 2013-01-31 | Elpida Memory Inc | Manufacturing method of semiconductor device |
US20130313707A1 (en) * | 2012-05-24 | 2013-11-28 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Electrical Interconnections of Semiconductor Devices and Methods for Fabricating the Same |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6431442B2 (en) | 2018-11-28 |
TWI603457B (en) | 2017-10-21 |
CN105990292B (en) | 2019-11-01 |
TW201705437A (en) | 2017-02-01 |
CN105990292A (en) | 2016-10-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4074862B2 (en) | Semiconductor device manufacturing method, semiconductor device, and semiconductor chip | |
CN106298684B (en) | Semiconductor device and method for manufacturing the same | |
JP5658442B2 (en) | Electronic parts and manufacturing method thereof | |
JP5286382B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP5537341B2 (en) | Semiconductor device | |
JP6680705B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP2014116367A (en) | Electronic component, method of manufacturing electronic device and electronic device | |
TW200926362A (en) | Structure of chip and process thereof and structure of flip chip package and process thereof | |
JP2007049103A (en) | Semiconductor chip, method for manufacturing same, and semiconductor device | |
US10720410B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP2014072487A (en) | Semiconductor device and manufacturing method of the same | |
US9899308B2 (en) | Semiconductor package and method of fabricating the same | |
TW201933561A (en) | Mounting structure for semiconductor element, and combination of semiconductor element and substrate | |
US9263376B2 (en) | Chip interposer, semiconductor device, and method for manufacturing a semiconductor device | |
JP2016063013A (en) | Semiconductor device | |
TWI536516B (en) | Semicomductor package with heat dissipation structure and manufacturing method thereof | |
JP6431442B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
TWI579937B (en) | Substrate structure and the manufacture thereof and conductive structure | |
TWI500129B (en) | Semiconductor flip-chip bonding structure and process | |
JP6486855B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device | |
TW201620090A (en) | Packaging device and manufacturing method thereof | |
US11935824B2 (en) | Integrated circuit package module including a bonding system | |
TW202125767A (en) | Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device | |
JP2013243318A (en) | Electronic component mounting structure and manufacturing method thereof | |
JP2010135736A (en) | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20170529 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20170815 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20180419 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20180424 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20180525 |
|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20180903 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20181005 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20181102 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6431442 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |