JP4334652B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置に関し、特に半導体素子の裏面への電極形成に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
半導体装置の一層の集積化を図るため、複数の半導体素子を2層に重ね合わせる、チップオンチップ構造の半導体装置が注目されている。このチップオンチップ構造を用いれば、半導体素子の一層の集積化が図れるという利点がある。
このチップオンチップ構造にする場合、大小の半導体素子の素子形成面の上に、それぞれ「バンプ」という突起電極を設け、半導体素子どうしをいわゆるフェイスツーフェイスで重ね合わせる。そして、大きな方の半導体素子の素子形成面に電極を設けて、下地基板(配線板)の電極との間で接続し、この下地基板の電極を、プリント基板やセラミック基板に半田接続する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
前記フェイスツーフェイスの構造のため、2層構造が限度で、上の小さい半導体素子の上にさらに半導体を載せる3層以上の構造ができず、高密度実装に限度があった。
そこで、本発明は、半導体素子をチップオンチップ構造にする場合、半導体素子を任意の形態で積層できるようにし、もって多層構造の実現が可能な半導体装置を実現することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
本発明の半導体装置は、複数の半導体素子を重ねた構造を有する半導体装置であって、表面にパッド電極が形成された半導体素子の表面から裏面への貫通孔を設け、当該貫通孔を貫通する金属によって、前記半導体素子の表面及び裏面に突状のバンプ電極が形成されており、前記貫通孔の内面、並びに前記半導体素子の表面及び裏面には、絶縁膜が形成されており、当該絶縁膜を介して前記バンプ電極が形成されており、このバンプ電極と前記絶縁膜との間に、それらの密着性をよくするためのTiW合金層が形成されており、前記バンプ電極が、前記半導体素子の表面において前記パッド電極を覆い、かつ、当該パッド電極に接続された配線を形成する第1部分と、当該バンプ電極の一部を前記第1部分より一段高く盛り上げて形成した第2部分とを有していることを特徴とする半導体装置(請求項1)。
【0005】
この構成によれば、前記貫通孔を貫く金属で形成したバンプ電極を利用することにより、半導体素子をフェイスツーバック、フェイスツーフェイス、バックツーバックの任意の形態で接続できるようにし、もって2層でも3層以上でも、任意の階層数のチップオンチップの半導体装置を実現することができる。
バンプ電極は、バンプメッキなどにより、簡単に形成することができる。バンプの接着性を利用して、上下の半導体素子同士の電気的接続をすることができる。また、半導体素子にかかる応力をバンプ電極によって吸収することができる。
前記貫通孔の内面、並びに前記半導体素子の表面及び裏面には、絶縁膜が形成されており、当該絶縁膜を介して前記バンプ電極が形成されている。電極間の絶縁を保つのに必要だからである。特に、Ge,Siのように電気伝導率の高い半導体を使用する場合に、このような絶縁処理が必要となる。
【0006】
また、前記バンプ電極が、前記半導体素子の表面においてパッド電極に接続される配線を形成する第1部分と、その一部が前記第1部分より一段高く盛り上げられて形成された第2部分とを有している。これにより、配線の一部をバンプ電極を利用して行えるので、一層の集積化ができる。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。本発明の実施の形態では、半導体の種類として、Siを使用することを前提としているが、他にGaAs、Geなどの半導体を使用してもよい。
図1は、半導体素子11の断面図である。半導体素子11の素子形成領域には、複数の貫通孔7が形成され、これらの貫通孔7を貫通するバンプ電極6が基板1の表面及び裏面に突状に形成されている。
【0008】
図2は、半導体素子の形成途中、貫通孔7を貫通するバンプ電極6を形成する工程を示す図である。半導体素子11の基板1には予め貫通孔7が形成されている。図2(a)は、パッド電極であるAl電極2が形成された基板1の上にSiN,SiON,SiO2,PSG等のパッシベーション膜3を施す工程を示す。このパッシベーション膜3は、貫通孔7の側壁、基板1の裏面にまで施すこととする。
【0009】
次に、図2(b)に示すように、基板1の全領域に、下地との密着性をよくするためのTiW合金層、電解メッキの給電のためのAu,Ptなどの層を積層したシード層4を無電解メッキなどの方法で成膜する。
次に、バンプメッキする領域を除いて、フォトレジスト5を塗布する(図2(c))。
【0010】
そして電解メッキ法にて、半導体素子11の表面においてAl電極2を覆い、かつ、前記シード層4を介して当該Al電極2に接続するように、バンプ用金属6を厚くメッキする(図2(d))。このバンプ用金属として、Au,Pd,Pt,Ag,Ir(イリジウム)等をあげることができる。
次に、フォトレジスト5を除去し表面のシード層4を除去して、貫通孔7を貫通するバンプ電極6が形成された半導体素子を得る(図2(e))。
【0011】
図3は、半導体素子形成後に貫通孔7を形成する他の製造方法を説明するための工程図である。図3(a)は、素子形成面の上に、Al電極2を覆い、かつ、シード層4を介して当該Al電極2に接続するように、配線用のバンプ6aが形成された状態を示す。
この状態から、基板1に貫通孔7を形成し(図3(b)参照)、貫通孔7の側壁と基板1の裏面を絶縁するためのパッシベーション膜3aを施す(図3(c)参照)。
【0012】
その後基板1の全領域に、下地との密着性をよくするためのTiW合金層、メッキの給電のためのAu,Ptなどの層を積層したシード層4を無電解メッキなどの方法で成膜し、貫通孔7の近傍のバンプメッキする領域を除いて、フォトレジスト5を塗布する(図3(d)参照)。
そして電解メッキ法または無電解メッキ法にてバンプ用金属6を厚くメッキし、フォトレジスト5を除去し表面のシード層4を除去して、アニール処理を行うことにより、貫通孔7を貫通するバンプ電極6が形成された半導体素子を得る(図3(e))。
【0013】
なお、以上の製造工程において、バンプ電極6の高さは一定であったが、バンプ電極6の一部をさらに盛り上げて一段高いバンプ8を形成することも可能である(図1参照)。この場合、バンプ電極6は、半導体素子11の表面の配線を形成する第1部分と、この第1部分よりも一段高い第2部分としてのバンプ8とを有することになる。
以上の図2又は図3の方法により製造された半導体素子は、図1に示すように、貫通孔7を通って半導体素子の表面と裏面とを接続するバンプ電極6が形成されたものとなる。
【0014】
このバンプ電極6が形成された半導体素子の実装形態例を図4に示す。
図4は、下地となる配線板に接続される半導体素子12の上に、貫通孔7を貫通するバンプ電極6が基板1の表面及び裏面に形成されている半導体素子11a,11bを重ね合わせ、最上層には、通常のバンプ付の半導体素子を重ねた構造を示す断面図である。番号8は、一段高く盛り上げたバンプを示す。半導体素子11a,11bの接続面同士は、貫通孔7を貫通したバンプ電極6により接続され、いわゆるバックツーバックの構造が実現されている。
【0015】
このような構造により、半導体素子を複数段に高く積み上げることができ、半導体素子の小型化が可能になる。
この発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではない。いままでの説明では、バンプ電極6には、貫通孔7に形成された部分に穴が開いていたが、図5に示すように、バンプ用金属の量を増やすことにより、貫通孔7をふさぐようにしてもよい。
その他、本発明の範囲内で種々の変更を施すことが可能である。
【0016】
なお、図6は、下地となる配線板に接続される半導体素子12の上に、特に貫通孔を設けない半導体14,15の裏面同士を接着させて、最上の半導体15をワイヤで接続した構造を示す。この構造であれば、貫通孔を設けなくとも、3段のチップオンチップ構造を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】貫通孔にバンプが形成された半導体素子の断面図である。
【図2】半導体素子の形成過程において、貫通孔を貫通するバンプ電極を形成する工程を示す工程図である。
【図3】半導体素子の形成後、貫通孔を設け、貫通孔を貫通するバンプ電極を形成する工程を示す工程図である。
【図4】貫通孔を貫通するバンプ電極が基板の表面及び裏面に形成されている半導体素子を重ね合わせた構造を示す断面図である。
【図5】バンプ用金属の量を増やすことにより、貫通孔をふさぐようにした半導体素子の断面図である。
【図6】特に貫通孔を設けない半導体の裏面同士を接着させて、最上の半導体をワイヤで接続した構造を示す図である。
【符号の説明】
1 半導体基板
2 Al電極
3,3a パッシベーション膜
4 シード層
5 フォトレジスト
6 バンプ電極
7 貫通孔
8 盛り上げたバンプ
11 半導体素子
Claims (1)
- 複数の半導体素子を重ねた構造を有する半導体装置であって、
表面にパッド電極が形成された半導体素子の表面から裏面への貫通孔を設け、当該貫通孔を貫通する金属によって、前記半導体素子の表面及び裏面に突状のバンプ電極が形成されており、
前記貫通孔の内面、並びに前記半導体素子の表面及び裏面には、絶縁膜が形成されており、
当該絶縁膜を介して前記バンプ電極が形成されており、
このバンプ電極と前記絶縁膜との間に、それらの密着性をよくするためのTiW合金層が形成されており、
前記バンプ電極が、前記半導体素子の表面において前記パッド電極を覆い、かつ、当該パッド電極と接続する配線を形成する第1部分と、当該バンプ電極の一部を前記第1部分より一段高く盛り上げて形成した第2部分とを有していることを特徴とする半導体装置。
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