JP4696152B2 - Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置の製造方法および半導体装置に関し、特に3次元構造の半導体装置の製造方法および半導体装置に適用して有効な技術に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device and a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device having a three-dimensional structure and a technique effective when applied to the semiconductor device.
3次元構造の半導体装置は、半導体活性層を多層に積み重ねた構造に3次元的に半導体素子を集積することにより、2次元構造の半導体装置が直面する種々の障壁、例えば微細化におけるリソグラフィ技術の限界、配線の微細化や配線長増大による配線抵抗の増大や寄生効果の増大、またそれに伴う動作速度の飽和傾向、素子寸法の微細化による高電界効果等を回避し、集積度の向上を維持する有力な構造として注目されている。 A three-dimensional semiconductor device integrates semiconductor elements three-dimensionally in a structure in which semiconductor active layers are stacked in multiple layers, thereby providing various barriers that the two-dimensional semiconductor device faces, such as lithography technology in miniaturization. Increases in wiring resistance and parasitic effect due to limitations, wiring miniaturization and wiring length increase, and the accompanying tendency to saturate operating speed and high electric field effect due to miniaturization of device dimensions, etc., and maintain high integration It is attracting attention as a powerful structure.
3次元構造の半導体装置については、例えば特開平11−261000号公報(特許文献1)または特開2002−334967号公報(特許文献2)に記載があり、半導体素子が形成された半導体基板を貼り合せることにより3次元構造の半導体装置を製造する方法が開示されている。また、これらの文献には、所望の半導体基板の主裏面間を貫通する溝内に垂直相互接続体または埋込接続電極と称する貫通電極を形成し、半導体基板の主裏面間を導通可能なようにする構成が開示されている。 A semiconductor device having a three-dimensional structure is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-261000 (Patent Document 1) or Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-334967 (Patent Document 2), and a semiconductor substrate on which a semiconductor element is formed is attached. A method of manufacturing a semiconductor device having a three-dimensional structure by combining them is disclosed. Also, in these documents, a through electrode called a vertical interconnector or a buried connection electrode is formed in a groove penetrating between the main back surfaces of a desired semiconductor substrate so that the main back surfaces of the semiconductor substrate can be electrically connected. The structure to make is disclosed.
また、特開2006−165025号公報(特許文献3)または特開2003−17558号公報(特許文献4)には、半導体基板中に貫通電極を備えた半導体装置および貫通電極の形成方法が開示されている。 Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2006-165025 (Patent Document 3) or Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2003-17558 (Patent Document 4) discloses a semiconductor device including a through electrode in a semiconductor substrate and a method of forming the through electrode. ing.
また、特開2007−281393号公報(特許文献5)には、導電性材料からなる突起電極と、突起電極よりも大きな高さをもつダミーの突起部とを基板上に有しており、突起部を利用して間隙を決定し、突起部の内側領域において電子部品の表面に付着された電気絶縁材によって所定の間隙を正確に保持する半導体装置が開示されている。
複数枚のチップが積層されて構成される3次元構造の半導体装置では、上に位置するチップとこれに対向して下に位置するチップとの間において互いの信号を伝達する手段の一つとして貫通電極が用いられている。また、上に位置するチップとこれに対向して下に位置するチップとの間隔は、例えば5〜30μm程度であり、その間には、両チップを貼り合わせる接着剤として機能する樹脂が充填されている。 In a semiconductor device having a three-dimensional structure formed by stacking a plurality of chips, as one of means for transmitting a mutual signal between an upper chip and a lower chip facing the chip. A through electrode is used. Moreover, the space | interval of the chip | tip located on the upper side and the chip | tip located on the lower side is this, for example, about 5-30 micrometers, The resin which functions as the adhesive agent which bonds both chip | tips in between is filled. Yes.
しかしながら、貫通電極を有する3次元構造の半導体装置については、その製造過程において、以下に説明する種々の技術的課題が存在する。 However, a three-dimensional semiconductor device having a through electrode has various technical problems described below in the manufacturing process.
上記貫通電極は半導体装置の回路構成に依存して局在することから、多数の貫通電極が配置された領域と、貫通電極が配置されない領域とが存在する。貫通電極が配置された領域では、上に位置するウエハとこれに対向して下に位置するウエハとの間隔は貫通電極の長さで決まる。しかし、貫通電極が配置されていない領域では、上に位置するウエハの厚さが、例えば30μm程度と薄いため、上に位置するウエハがたわむことによって、上に位置するウエハとこれに対向して下に位置するウエハとの間隔が、貫通電極が配置された領域の上に位置するウエハとこれに対向して下に位置するウエハとの間隔よりも20%程度狭くなる。このため、上に位置するウエハとこれに対向して下に位置するウエハとの間隔にばらつきが生じてしまう。 Since the through electrode is localized depending on the circuit configuration of the semiconductor device, there are a region where a large number of through electrodes are arranged and a region where no through electrode is arranged. In the region where the through electrode is disposed, the distance between the upper wafer and the lower wafer facing the wafer is determined by the length of the through electrode. However, in the region where the through electrode is not disposed, the thickness of the upper wafer is as thin as about 30 μm, for example, so that the upper wafer bends to oppose the upper wafer. The distance between the wafer positioned below and the wafer positioned above the area where the through electrode is disposed is approximately 20% smaller than the distance between the wafer positioned below the wafer. For this reason, the gap between the upper wafer and the lower wafer facing the wafer is varied.
上に位置するウエハとこれに対向して下に位置するウエハとの間隔が狭いところでは樹脂が注入されにくくなり、上に位置するウエハとこれに対向して下に位置するウエハとの間に樹脂が充填されない箇所が形成されてしまう。複数枚のウエハを積層して貼り合わせた後に、積層した複数枚のウエハは、例えばダイシングにより個々の積層した複数枚のチップに個片化されて半導体装置が形成されるが、その時、樹脂が充填されない箇所では、上に位置するチップとこれに対向して下に位置するチップとが分離して、半導体装置が破壊するという問題が発生する。 Resin is less likely to be injected where the distance between the upper wafer and the lower wafer is small, and the resin is less likely to be injected between the upper wafer and the lower wafer. Locations that are not filled with resin are formed. After laminating and laminating a plurality of wafers, the laminated wafers are separated into individual laminated chips by dicing, for example, to form a semiconductor device. In the unfilled portion, there is a problem that the chip located above and the chip located below opposite thereto are separated, and the semiconductor device is destroyed.
本発明の目的は、貫通電極を有する3次元構造の半導体装置の製造歩留まりを向上させることのできる技術を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a technique capable of improving the manufacturing yield of a three-dimensional semiconductor device having a through electrode.
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。 The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
本願において開示される発明のうち、代表的なものの一実施の形態を簡単に説明すれば、次のとおりである。 Of the inventions disclosed in this application, an embodiment of a representative one will be briefly described as follows.
この実施の形態は、複数枚の半導体ウエハを貼り合わせ、各々の半導体ウエハの半導体チップに形成された集積回路同士を互いに電気的に接続することにより所望の集積回路を形成する半導体装置の製造方法である。まず、第2ウエハの主面上に最上層配線を覆う表面保護膜を形成した後、表面保護膜を加工して最上層配線の一部を露出させる。続いて、第2ウエハの主面上に絶縁膜を形成した後、この絶縁膜を加工して最上層配線が露出していない領域の表面保護膜上に絶縁膜からなるスペーサを形成する。続いて、同一工程で第2ウエハの主面上の露出した最上層配線上に第1バンプ電極を、スペーサ上に第2バンプ電極を形成する。その後、第2ウエハの主面上に形成された第1バンプ電極に、第1ウエハの裏面から突出する貫通電極を物理的に接触させ、さらに第1ウエハの裏面と第2ウエハの主面上の表面保護膜との間に樹脂を充填するものである。 In this embodiment, a plurality of semiconductor wafers are bonded together, and the integrated circuits formed on the semiconductor chips of each semiconductor wafer are electrically connected to each other to form a desired integrated circuit. It is. First, after forming a surface protective film covering the uppermost layer wiring on the main surface of the second wafer, the surface protective film is processed to expose a part of the uppermost layer wiring. Subsequently, after forming an insulating film on the main surface of the second wafer, the insulating film is processed to form a spacer made of an insulating film on the surface protective film in a region where the uppermost wiring is not exposed. Subsequently, in the same process, a first bump electrode is formed on the exposed uppermost layer wiring on the main surface of the second wafer, and a second bump electrode is formed on the spacer. Thereafter, a through electrode protruding from the back surface of the first wafer is brought into physical contact with the first bump electrode formed on the main surface of the second wafer, and the back surface of the first wafer and the main surface of the second wafer are further contacted. The resin is filled between the surface protective film.
また、この実施の形態は、複数枚の半導体ウエハを貼り合わせ、各々の半導体ウエハの半導体チップに形成された集積回路同士を互いに電気的に接続することにより所望の集積回路を形成する半導体装置の製造方法である。まず、第2ウエハの主面上に最上層配線を覆う表面保護膜を形成した後、表面保護膜を加工して第1バンプ電極が形成される領域の表面保護膜の厚さを第1バンプ電極が形成されない領域の表面保護膜の厚さよりも薄くし、さらに表面保護膜を加工して第1バンプ電極が形成される領域の最上層配線の一部を露出させる。続いて、同一工程で第2ウエハの主面上の露出した最上層配線上に第1バンプ電極を最上層配線が露出していない表面保護膜上に第2バンプ電極を形成する。その後、第2ウエハの主面上に形成された第1バンプ電極に、第1ウエハの裏面から突出する貫通電極を物理的に接触させ、さらに第1ウエハの裏面と第2ウエハの主面上の表面保護膜との間に樹脂を充填するものである。 Further, this embodiment is a semiconductor device that forms a desired integrated circuit by bonding a plurality of semiconductor wafers and electrically connecting the integrated circuits formed on the semiconductor chips of each semiconductor wafer to each other. It is a manufacturing method. First, after forming a surface protective film covering the uppermost layer wiring on the main surface of the second wafer, the surface protective film is processed to determine the thickness of the surface protective film in a region where the first bump electrode is formed. The thickness of the surface protective film in the region where the electrode is not formed is made thinner, and the surface protective film is further processed to expose a part of the uppermost layer wiring in the region where the first bump electrode is formed. Subsequently, in the same process, a first bump electrode is formed on the exposed uppermost layer wiring on the main surface of the second wafer, and a second bump electrode is formed on the surface protection film where the uppermost layer wiring is not exposed. Thereafter, a through electrode protruding from the back surface of the first wafer is brought into physical contact with the first bump electrode formed on the main surface of the second wafer, and the back surface of the first wafer and the main surface of the second wafer are further contacted. The resin is filled between the surface protective film.
また、この実施の形態は、複数枚の半導体チップが貼り合わされ、各々の半導体チップに形成された集積回路同士が互いに電気的に接続されてなる所望の集積回路を備える半導体装置である。この半導体装置は、主面上に形成された複数の第1集積回路と、裏面から突出する貫通電極とを含む第1チップと、主面上に形成された複数の第2集積回路と、複数の第2集積回路のいずれかに電気的に接続されて主面上に形成された複数層の配線と、最上層配線の一部を露出して主面上に形成された表面保護膜と、表面保護膜上に形成されたスペーサと、表面保護膜から露出する最上層配線と電気的に接続して形成された第1バンプ電極と、スペーサ上に形成された第2バンプ電極とを含む第2チップとを有し、第1チップの裏面から突出する貫通電極が第2チップの主面上の第1バンプ電極と物理的に接触しており、第1チップの裏面と第2チップの主面上の表面保護膜との間に樹脂が充填されているものである。 Further, this embodiment is a semiconductor device including a desired integrated circuit in which a plurality of semiconductor chips are bonded together and integrated circuits formed on each semiconductor chip are electrically connected to each other. The semiconductor device includes: a first chip including a plurality of first integrated circuits formed on the main surface; a through electrode protruding from the back surface; a plurality of second integrated circuits formed on the main surface; A plurality of wirings electrically connected to one of the second integrated circuits and formed on the main surface, a surface protection film formed on the main surface by exposing a part of the uppermost wiring, A spacer including a spacer formed on the surface protective film, a first bump electrode formed in electrical connection with the uppermost wiring exposed from the surface protective film, and a second bump electrode formed on the spacer. The through electrode protruding from the back surface of the first chip is in physical contact with the first bump electrode on the main surface of the second chip, and the back surface of the first chip and the main surface of the second chip are A resin is filled between the surface protective film on the surface.
また、この実施の形態は、複数枚の半導体チップが貼り合わされ、各々の半導体チップに形成された集積回路同士が互いに電気的に接続されてなる所望の集積回路を備える半導体装置である。この半導体装置は、主面上に形成された複数の第1集積回路と、裏面から突出する貫通電極とを含む第1チップと、主面上に形成された複数の第2集積回路と、複数の第2集積回路のいずれかに電気的に接続されて主面上に形成された複数層の配線と、最上層配線の一部を露出して主面上に形成された表面保護膜と、表面保護膜から露出する最上層配線と電気的に接続して形成された第1バンプ電極と、表面保護膜上に形成された第2バンプ電極とを含む第2チップとを有し、第1バンプ電極が形成された領域の表面保護膜の厚さは、第2バンプ電極が形成される領域の表面保護膜の厚さよりも薄く、第1チップの裏面から突出する貫通電極が第2チップの主面上の第1バンプ電極と物理的に接触しており、第1チップの裏面と第2チップの主面上の表面保護膜との間に樹脂が充填されているものである。 Further, this embodiment is a semiconductor device including a desired integrated circuit in which a plurality of semiconductor chips are bonded together and integrated circuits formed on each semiconductor chip are electrically connected to each other. The semiconductor device includes: a first chip including a plurality of first integrated circuits formed on the main surface; a through electrode protruding from the back surface; a plurality of second integrated circuits formed on the main surface; A plurality of wirings electrically connected to one of the second integrated circuits and formed on the main surface, a surface protection film formed on the main surface by exposing a part of the uppermost wiring, A first chip having a first bump electrode formed in electrical connection with the uppermost wiring exposed from the surface protective film and a second bump electrode formed on the surface protective film; The thickness of the surface protective film in the region where the bump electrode is formed is thinner than the thickness of the surface protective film in the region where the second bump electrode is formed, and the through electrode protruding from the back surface of the first chip is the second chip. It is in physical contact with the first bump electrode on the main surface, and the back surface of the first chip and the second chip In which resin is filled between the surface protective film on the surface.
本願において開示される発明のうち、代表的なものの一実施の形態によって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。 Among the inventions disclosed in the present application, effects obtained by one embodiment of a representative one will be briefly described as follows.
上に位置するウエハ(第1ウエハ)とこれに対向して下に位置するウエハ(第2ウエハ)との間隔をウエハ面内で均一に保つことができるので、上に位置するウエハとこれに対向して下に位置するウエハとの間に接着剤である樹脂を余すところなく充填することができる。これにより、積層した複数枚のウエハを積層した複数枚のチップに個片化して半導体装置を形成しても、積層されたチップの分離を防ぐことができるので、貫通電極を有する3次元構造の半導体装置の製造歩留まりを向上させることができる。 Since the distance between the upper wafer (first wafer) and the lower wafer (second wafer) opposed to the upper wafer can be kept uniform within the wafer surface, the upper wafer and the wafer It is possible to fill the resin as an adhesive without leaving a space between the wafer and the wafer positioned oppositely. As a result, even if a plurality of stacked wafers are separated into a plurality of stacked chips to form a semiconductor device, separation of the stacked chips can be prevented. The manufacturing yield of the semiconductor device can be improved.
以下の実施の形態において、便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。 In the following embodiments, when necessary for the sake of convenience, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments. However, unless otherwise specified, they are not irrelevant to each other, and one is the other. There are some or all of the modifications, details, supplementary explanations, and the like.
また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。 Further, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), especially when clearly indicated and when clearly limited to a specific number in principle, etc. Except, it is not limited to the specific number, and may be more or less than the specific number. Further, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps and the like) are not necessarily indispensable unless otherwise specified and apparently essential in principle. Needless to say. Similarly, in the following embodiments, when referring to the shapes, positional relationships, etc. of the components, etc., the shapes are substantially the same unless otherwise specified, or otherwise apparent in principle. And the like are included. The same applies to the above numerical values and ranges.
また、以下の実施の形態で用いる図面においては、平面図であっても図面を見易くするためにハッチングを付す場合もある。また、以下の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。 Further, in the drawings used in the following embodiments, hatching may be added to make the drawings easy to see even if they are plan views. In all the drawings for explaining the following embodiments, components having the same function are denoted by the same reference numerals in principle, and repeated description thereof is omitted. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(実施の形態1)
本実施の形態1の半導体装置は、互いに異なる集積回路が形成された3枚の半導体チップ(以下、単にチップという)C1,C2,C3を積層して貼り合わせた3次元構造を有している。図1は、この半導体装置を配線基板1に実装してモールド樹脂2で封止したパッケージの一例を示す断面図である。
(Embodiment 1)
The semiconductor device according to the first embodiment has a three-dimensional structure in which three semiconductor chips (hereinafter simply referred to as chips) C1, C2, and C3 on which different integrated circuits are formed are laminated and bonded together. . FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a package in which this semiconductor device is mounted on a wiring board 1 and sealed with a
配線基板1に実装された3枚のチップC1,C2,C3のうち、最下層のチップC1は、接着剤3を介して配線基板1に接着されている。また、中間層のチップC2は、接着剤3を介してチップC1に接着されており、最上層のチップC3は、接着剤3を介してチップC2に接着されている。後に詳しく説明するが、最下層のチップC1に形成された集積回路と中間層のチップC2に形成された集積回路は、チップC2に形成された複数の貫通電極4を介して電気的に接続され、中間層のチップC2に形成された集積回路と最上層のチップC3に形成された集積回路は、チップC3に形成された複数の貫通電極4を介して電気的に接続されている。すなわち、本実施の形態1の半導体装置は、チップC1,C2,C3に形成された集積回路を貫通電極4を介して互いに接続することによって、所望のシステムを実現している。
Of the three chips C1, C2, and C3 mounted on the wiring board 1, the lowermost chip C1 is bonded to the wiring board 1 via the
上記チップC1,C2,C3と配線基板1は、最上層のチップC3に形成された複数のボンディングパッド5と配線基板1上に形成された複数の電極6との間にボンディングされた複数本の金(Au)ワイヤ7を介して電気的に接続されている。電極6は、配線基板1内の銅(Cu)配線8を介して、配線基板1の裏面の半田バンプ9に電気的に接続されている。半田バンプ9は、図1に示すパッケージをマザーボードなどに実装する際の外部接続端子を構成している。
The chips C1, C2, C3 and the wiring board 1 are bonded to each other between a plurality of bonding pads 5 formed on the uppermost chip C3 and a plurality of
図2は、本実施の形態1の半導体装置の製造工程を示すフロー図である。この半導体装置の製造工程は、半導体ウエハ(以下、単にウエハという)W1,W2,W3に互いに異なる集積回路を形成し、ウエハW2,W3に導電部を形成する工程と、ウエハW1,W2にバンプ電極を形成する工程と、ウエハW3の裏面を研磨して導電部を露出させることによって貫通電極4を形成する工程と、ウエハW2,W3を貼り合わせ、ウエハW3に備わる貫通電極4とウエハW2に備わるバンプ電極とを介して集積回路同士を電気的に接続する工程と、ウエハW2,W3間に接着剤を注入する工程と、ウエハW2の裏面を研磨して導電部を露出させることによって貫通電極4を形成する工程と、ウエハW1,(W2+W3)を貼り合わせ、ウエハW2に備わる貫通電極4とウエハW1に備わるバンプ電極とを介して集積回路同士を電気的に接続する工程と、ウエハW1,(W2+W3)間に接着剤を注入する工程と、ウエハW1,W2,W3をダイシングすることによって、3次元構造のチップC1,C2,C3を形成する工程と、チップC1,C2,C3をパッケージング(基板実装、ワイヤボンディング、樹脂封止)する工程とに大別される。
FIG. 2 is a flowchart showing manufacturing steps of the semiconductor device according to the first embodiment. In this semiconductor device manufacturing process, different integrated circuits are formed on semiconductor wafers (hereinafter simply referred to as wafers) W1, W2, and W3, conductive portions are formed on wafers W2 and W3, and bumps are formed on wafers W1 and W2. A step of forming an electrode, a step of forming the through
以下、3枚のウエハW1,W2,W3を用いた半導体装置の製造方法を工程順に説明する。 A method for manufacturing a semiconductor device using the three wafers W1, W2, and W3 will be described below in the order of steps.
まず、図3〜図21を用いて、ウエハに集積回路と導電部とを形成する工程およびウエハにバンプ電極を形成する工程について説明する。ここでの説明では、貼り合わせた時に中間に位置するウエハW2を用いる。 First, a process for forming an integrated circuit and a conductive portion on a wafer and a process for forming a bump electrode on the wafer will be described with reference to FIGS. In this description, the wafer W2 located in the middle when bonded is used.
図3に示すように、単結晶シリコンからなる厚さ780μm程度のウエハW2を用意する。そして、このウエハW2を熱処理してその主面(集積回路を形成する面)に厚さ10nm程度の薄い酸化シリコン膜20を形成し、続いて酸化シリコン膜20上にCVD(Chemical Vapor Deposition)法で窒化シリコン膜21を堆積した後、フォトレジスト膜(図示せず)をマスクにしたドライエッチングで素子分離溝形成領域の窒化シリコン膜21と酸化シリコン膜20とを除去する。ウエハW2と窒化シリコン膜21との間に形成する酸化シリコン膜20は、ウエハW2と窒化シリコン膜21との界面に生じる応力を緩和し、この応力に起因してウエハW2の表面に転位などの欠陥が発生するのを防ぐためのバッファ層である。
As shown in FIG. 3, a wafer W2 made of single crystal silicon and having a thickness of about 780 μm is prepared. Then, the wafer W2 is heat-treated to form a thin
次に、図4に示すように、窒化シリコン膜21をマスクにしたドライエッチングにより、素子分離溝形成領域のウエハW2に深さ350nm程度の素子分離溝22を形成し、後に貫通電極4を形成する領域の近傍のウエハW2に深さ350nm程度の溝23を形成する。溝23の平面形状は、例えば図5に示すような四角枠状とする。
Next, as shown in FIG. 4, the
次に、図6に示すように、ウエハW2を熱処理することによって、素子分離溝22および溝23の内壁に酸化シリコン膜24aを形成した後、ウエハW2の主面上にCVD法で酸化シリコン膜24を堆積し、続いて素子分離溝22および溝23のそれぞれの外部の酸化シリコン膜24をCMP(Chemical Mechanical Polishing)法で研磨、除去することによって、素子分離溝22の内部および溝23の内部に酸化シリコン膜24を残す。
Next, as shown in FIG. 6, the wafer W2 is heat-treated to form a
次に、窒化シリコン膜21をエッチングして除去した後、図7に示すように、ウエハW2の主面上にCVD法で窒化シリコン膜25を堆積する。続いて、フォトレジスト膜(図示せず)をマスクにしたドライエッチングで溝23の上部の窒化シリコン膜25、溝23の内部の酸化シリコン膜24および溝23の下方のウエハW2を順次エッチングすることにより、溝23の内側に、例えば深さ40μm程度の絶縁溝26Aを形成する。図8に示すように、絶縁溝26Aは、溝23に沿って形成し、その幅を溝23の幅よりも狭くする。絶縁溝26Aの幅は、例えば2μm程度である。
Next, after removing the
次に、図9に示すように、ウエハW2を1000℃程度で熱処理することによって、絶縁溝26Aの内壁に酸化シリコン膜27を形成する。続いて、図10に示すように、ウエハW2の主面上にCVD法で多結晶シリコン膜28を堆積した後、絶縁溝26Aの外部の多結晶シリコン膜28をエッチバックで除去することにより、絶縁溝26Aの内部に多結晶シリコン膜28を残す。このとき、絶縁溝26Aの内部の多結晶シリコン膜28は、その表面の高さをウエハW2の表面よりも低くする。
Next, as shown in FIG. 9, the
次に、ウエハW2の主面上にCVD法で酸化シリコン膜を堆積した後、絶縁溝26Aの外部の酸化シリコン膜をCMP法で研磨、除去することにより、図11に示すように、絶縁溝26Aの内部の多結晶シリコン膜28上に酸化シリコン膜からなるキャップ絶縁膜29を形成する。ここまでの工程により、多結晶シリコン膜28の周囲を酸化シリコン膜27とキャップ絶縁膜29とで囲んだ絶縁部26Cが完成する。絶縁部26Cは、後の工程でウエハW2の主面に形成する集積回路素子と導電部(貫通電極4)とを電気的に分離するために形成する。また、絶縁溝26Aの内壁に酸化シリコン膜27を形成する際には、ウエハW2を1000℃程度で熱処理するので、絶縁部26Cは、集積回路素子よりも先に形成しておくことが望ましい。
Next, after a silicon oxide film is deposited on the main surface of the wafer W2 by the CVD method, the silicon oxide film outside the insulating
次に、窒化シリコン膜25をエッチングして除去した後、図12に示すように、ウエハW2の素子形成領域にn型不純物とp型不純物とをイオン注入することによって、n型ウエル30とp型ウエル31とを形成する。
Next, after the
次に、ウエハW2の表面をウエットエッチングして酸化シリコン膜20を除去し、続いてウエハW2を熱処理してその表面にゲート絶縁膜32を形成した後、図13に示すように、周知のMIS(Metal Insulator Semiconductor)トランジスタ形成プロセスに従ってp型ウエル31にnチャネル型MISトランジスタQnを形成し、n型ウエル30にpチャネル型MISトランジスタQpを形成する。
Next, the surface of the wafer W2 is wet-etched to remove the
nチャネル型MISトランジスタQnは、主としてゲート絶縁膜32、ゲート電極33およびn型半導体領域(ソース、ドレイン)34で構成され、pチャネル型MISトランジスタQpは、主としてゲート絶縁膜32、ゲート電極33およびp型半導体領域(ソース、ドレイン)35で構成される。nチャネル型MISトランジスタQnのゲート電極33は、例えばゲート絶縁膜32上にCVD法でn型多結晶シリコン膜を堆積した後、フォトレジスト膜(図示せず)をマスクにしたドライエッチングでn型多結晶シリコン膜をパターニングすることによって形成する。同様に、pチャネル型MISトランジスタQpのゲート電極33は、例えばゲート絶縁膜32上にCVD法でp型多結晶シリコン膜を堆積した後、フォトレジスト膜(図示せず)をマスクにしたドライエッチングでp型多結晶シリコン膜をパターニングすることによって形成する。n型半導体領域(ソース、ドレイン)34は、p型ウエル31にn型不純物(例えばリン(P))をイオン注入して形成し、p型半導体領域(ソース、ドレイン)35は、n型ウエル30にp型不純物(例えばホウ素(B))をイオン注入して形成する。
The n-channel type MIS transistor Qn mainly includes a
次に、図14に示すように、ウエハW2の主面上にCVD法で酸化シリコン膜36を堆積し、続いて酸化シリコン膜36をCMP法で研磨してその表面を平坦化した後、フォトレジスト膜(図示せず)をマスクにして酸化シリコン膜36とその下部のウエハW2とをドライエッチングすることにより、絶縁部26Cから離間してその内側に、絶縁部26Cに取り囲まれるように導電溝4Aを形成する。導電溝4Aの内部には、後の工程で貫通電極4が形成される。ウエハW2の主面から導電溝4Aの底部までの深さは、絶縁溝26Aのそれとほぼ同じ(40μm程度)である。
Next, as shown in FIG. 14, a
図15に示すように、導電溝4Aの平面形状は長方形であり、その長辺は、例えば5.6μm程度、短辺は、例えば1.7μm程度である。この場合、導電溝4Aの短辺方向におけるアスペクト比は20以上となる。導電溝4Aは、ウエハW2から得られるチップ(C2)1個当たり数千個ずつ形成される。また、特に限定はされないが、本実施の形態1では、このような長方形の導電溝4Aを1個の絶縁部26Cの内側に2個ずつ並べて配置し、これら2個の導電溝4Aを同一の集積回路に接続する構成を採用している。
As shown in FIG. 15, the planar shape of the
次に、図16に示すように、ウエハW2の主面上にスパッタリング法で厚さ100nm程度の窒化チタン(TiN)膜40を堆積する。窒化チタン膜40は酸化シリコン膜36と導電膜との接着性を向上させる機能がある。続いて、導電溝4Aの内部を含むウエハW2の主面上にCVD法で厚さ20〜30nm程度の窒化チタン膜42を堆積する。窒化チタン膜42は、次の工程で堆積するタングステン(W)膜とウエハW2(シリコン(Si))との反応を防ぐバリア層として機能する。次に、窒化チタン膜42上にCVD法でタングステン膜43を堆積して、導電溝4Aの内部にタングステン膜43を埋め込む。その後、エッチバック法またはCMP法で導電溝4Aの外側のタングステン膜43および窒化チタン膜42を除去して、図17に示すように、導電溝4Aの内部にタングステンを主成分とする導電膜(窒化チタン膜42およびタングステン膜43)が充填された導電部4Cを形成する。
Next, as shown in FIG. 16, a titanium nitride (TiN)
次に、図18に示すように、酸化シリコン膜36上にCVD法で酸化シリコン膜37を形成した後、酸化シリコン膜37上にnチャネル型MISトランジスタQnとpチャネル型MISトランジスタQpとを接続する第1層アルミニウム(Al)配線38を形成する。また同時に、導電溝4Aの内部のタングステン膜43とMISトランジスタの一部(例えばpチャネル型MISトランジスタQp)とを接続する第1層アルミニウム配線39を形成する。第1層アルミニウム配線38、39を形成するには、酸化シリコン膜37上にスパッタリング法でアルミニウム合金膜を堆積した後、フォトレジスト膜(図示せず)をマスクにしたドライエッチング法でアルミニウム合金膜をパターニングする。
Next, as shown in FIG. 18, after a
次に、図19に示すように、第1層アルミニウム配線38、39の上層に酸化シリコン膜からなる第1層間絶縁膜44、第2層アルミニウム配線45、酸化シリコン膜からなる第2層間絶縁膜46、第3層アルミニウム配線47、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との積層膜からなる表面保護膜48を順次形成する。続いて、フォトレジスト膜(図示せず)をマスクにしたドライエッチング法で表面保護膜48パターニングして、第3層アルミニウム配線47の一部を露出させる。
Next, as shown in FIG. 19, a first
次に、図20に示すように、ウエハW2の主面上に有機絶縁膜、例えばポリイミド樹脂膜を塗布した後、有機絶縁膜をパターニングして、第3層アルミニウム配線47が露出していない表面保護膜48上に有機絶縁膜からなるスペーサ49を形成する。スペーサ49は、ウエハW2の主面上の表面保護膜48と後の製造工程でウエハW2の主面上に積層されるウエハW3の裏面との間隔とがウエハ面内で均一となるように上記間隔を調整するために設けられる。すなわち、このスペーサ49の厚さは、ウエハW2の主面上の表面保護膜48と後の製造工程でウエハW2の主面上に積層されるウエハW3の裏面との間隔、ウエハ3の裏面から突出する貫通電極4の長さ、および後の製造工程で第3層アルミニウム配線47に接続して形成される第1バンプ電極の厚さなどによって決めることができる。
Next, as shown in FIG. 20, after applying an organic insulating film such as a polyimide resin film on the main surface of the wafer W2, the organic insulating film is patterned to expose the third
次に、図21に示すように、露出した第3層アルミニウム配線47に接続する第1バンプ電極50を形成する。第1バンプ電極50は、例えばマスク蒸着法で形成され、主にインジウム半田等の低硬度の材料、あるいは温度などの条件により低硬度となりうる金属または合金膜によって構成されて下層の配線と電気的に接続されている。同時に、スペーサ49上にも第2バンプ電極50aを形成する。この第2バンプ電極50aは、ウエハW2に形成された素子とは電気的に接続されておらず、素子の動作には何ら寄与しない。
Next, as shown in FIG. 21, a
次に、図22〜図26を用いて、ウエハW3の裏面を研磨する工程、ウエハW2,W3を貼り合わせる工程、ウエハW2,W3間に接着剤を注入する工程およびウエハW2の裏面を研磨する工程について説明する。 Next, using FIG. 22 to FIG. 26, the step of polishing the back surface of the wafer W3, the step of bonding the wafers W2, W3, the step of injecting an adhesive between the wafers W2, W3, and the back surface of the wafer W2 are polished. The process will be described.
上記と同様の方法で集積回路および導電部4C等が形成されたウエハW3を準備する。但し、ウエハW3は最上層に位置することから、第1バンプ電極50は形成されていない。
A wafer W3 on which the integrated circuit, the
次に、図22に示すように、ウエハW3の裏面を、例えばCMP法などにより研磨して所定の厚さまで薄く加工する。研磨を実施したこの段階では、導電溝4Aおよび絶縁溝26AはウエハW3の裏面には露出させない。これは、研磨により導電溝4Aの内部に充填した導電膜(窒化チタン膜42およびタングステン膜43)が破壊されるのを防ぐためと、ウエハW3に物理的なダメージ層が残留しないように、後の製造工程で非物理的な方法によりウエハW3を薄く加工する余裕を残すためである。
Next, as shown in FIG. 22, the back surface of the wafer W3 is polished to a predetermined thickness by polishing, for example, by a CMP method. At this stage of polishing, the
次に、図23に示すように、ウエハW3の裏面を、例えばフッ酸と硝酸との混合溶液、またはそれに類するシリコンエッチング溶液を用いたウエットエッチング法により、エッチングする。ウエットエッチング法に代えてドライエッチング法によりウエハW3の裏面を選択的にエッチングしてもよい。これにより、ウエハW3の厚さを、例えば30μm程度とし、ウエハW3の裏面から導電部4Cを突出させて貫通電極4を形成し、絶縁部26Cを突出させて貫通分離部26を形成する。
Next, as shown in FIG. 23, the back surface of the wafer W3 is etched by a wet etching method using, for example, a mixed solution of hydrofluoric acid and nitric acid or a similar silicon etching solution. Instead of the wet etching method, the back surface of the wafer W3 may be selectively etched by a dry etching method. Thereby, the thickness of the wafer W3 is set to, for example, about 30 μm, the
次に、図24に示すように、ウエハW2とウエハW3とを接近させて、ウエハW3に形成された貫通電極4とウエハW2に形成された第1バンプ電極50とを物理的に接触させる。この際、第1バンプ電極50に貫通電極4を刺すことにより、ウエハW2に形成された素子とウエハW3形成された素子との電気的接続を確保する。また、ウエハW2の主面上の表面保護膜48とウエハW3の裏面との間で、貫通電極4が形成されていない領域には、スペーサ49上に第2バンプ電極50aが積層された支持部が形成されている。スペーサ49と第2バンプ電極50aとを積層した厚さが、ウエハW2の主面上の表面保護膜48とウエハW3の裏面との間隔とほぼ同じになるようにスペーサ49の厚さは設定されているので、貫通電極4が形成されていない領域であってもウエハW3がたわむことがなく、ウエハW2の主面上の表面保護膜48とウエハW3の裏面との間隔をウエハ面内で均一に保つことができる。
Next, as shown in FIG. 24, the wafer W2 and the wafer W3 are brought close to each other, and the through
次に、図25に示すように、ウエハW2の主面上の表面保護膜48とウエハW3の裏面との間に、充填材としての機能も有する接着剤51を充填し、ウエハW2とウエハW3とを固定する。ウエハW2の主面上の表面保護膜48とウエハW3の裏面との間隔がウエハ面内で均一であることから、ウエハW2の主面上の表面保護膜48とウエハW3の裏面との間に接着剤51が入りやすく、接着剤51の未充填箇所の形成を防ぐことができるので、物理的な強度を確保することができる。接着剤51には絶縁性を持つ樹脂、例えばエポキシ樹脂などの熱硬化樹脂などを用いることができるが、これと同等の接着性、強度および絶縁性を有する材料であれば材質は問わない。
Next, as shown in FIG. 25, an adhesive 51 that also functions as a filler is filled between the surface
次に、図26に示すように、ウエハW2の裏面を前述したウエハW3と同様にして研磨することにより、ウエハW2の厚さを、例えば30μm程度とし、ウエハW2の裏面から導電部4Cを突出させて貫通電極4を形成し、絶縁部26Cを突出させて貫通分離部26を形成する。
Next, as shown in FIG. 26, the back surface of the wafer W2 is polished in the same manner as the wafer W3 described above, so that the thickness of the wafer W2 is about 30 μm, for example, and the
次に、図27を用いて、ウエハW1とウエハW2,W3を貼り合わせる工程およびウエハW1,W2間に接着剤を注入する工程について説明する。 Next, with reference to FIG. 27, a process of bonding the wafer W1 and the wafers W2 and W3 and a process of injecting an adhesive between the wafers W1 and W2 will be described.
上記と同様の方法で集積回路および第1バンプ電極50が形成されたウエハW1を準備する。ウエハW1は最下層に位置することから、導電部4Cは形成されていない。
A wafer W1 on which the integrated circuit and the
さらに、図27に示すように、上記と同様の方法でウエハW1の主面上に、すでに積層して貼り合わせてあるウエハW2,W3を接近させて、ウエハW2に形成された貫通電極4とウエハW1に形成された第1バンプ電極50とを物理的に接触させる。続いて、ウエハ1の主面上の表面保護膜48とウエハW2の裏面との間に充填材としての機能も有する接着剤51を充填し、ウエハW1とウエハW2,W3とを固定する。その後、これらのウエハW1,W2,W3をダイシングして3次元構造のチップC1,C2,C3に個片化し、これを配線基板1に実装してモールド樹脂2で封止することにより、前記図1に示すパッケージが完成する。
Further, as shown in FIG. 27, the wafers W2 and W3 already stacked and bonded together are brought close to the main surface of the wafer W1 by the same method as described above, and the through
なお、本実施の形態1では、1つのスペーサ49上に1つの第2バンプ電極50aを形成したが、これに限定されるものではなく、例えば1つのスペーサ49上に複数の第2バンプ電極50aを形成してもよく、または2つ以上のスペーサ49に跨って1つの第2バンプ電極50aを形成してもよい。
In the first embodiment, one
このように、ウエハW1の主面上の表面保護膜48とウエハW2の裏面との間で、ウエハW1の第3層アルミニウム配線47に接続する第1バンプ電極50が形成されていない領域に、スペーサ49と第2バンプ電極50aとを積層した支持部を形成することにより、ウエハW2のたわみを防いで、ウエハW1の主面上の表面保護膜48とウエハW2の裏面との間隔をウエハ面内で均一に保つことができる。同様にして、ウエハW2の主面上の表面保護膜48とウエハW3の裏面との間隔をウエハ面内で均一に保つことができる。これによって、ウエハW1の主面上の表面保護膜48とウエハW2の裏面との間またはウエハW2の主面上の表面保護膜48とウエハW3の裏面との間に接着剤51を余すところなく充填できるので、ウエハW1,W2,W3を積層して貼り合わせた後に、積層したウエハW1,W2,W3を積層したチップC1,C2,C3に個片化して半導体装置を形成しても、積層したチップC1,C2,C3の分離を防ぐことができる。
Thus, in the region where the
(実施の形態2)
本発明の実施の形態2による半導体装置を示す半導体ウエハの要部断面図を図28に示す。
(Embodiment 2)
FIG. 28 is a cross-sectional view of the main part of a semiconductor wafer showing the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.
前述した実施の形態1では、例えばウエハW1(下に位置するウエハ)とウエハW2(上に位置するウエハ)とを積層して貼り合わせた場合、ウエハW1の主面上の表面保護膜48とウエハW2の裏面との間で、ウエハW1の第3層アルミニウム配線47に接続する第1バンプ電極50が形成されていない領域に、スペーサ49と第2バンプ電極50aとを積層した支持部を形成することにより、ウエハW1の主面上の表面保護膜48とウエハW2の裏面との間隔をウエハ面内で均一に保っている。
In the first embodiment described above, for example, when the wafer W1 (wafer located below) and the wafer W2 (wafer located above) are laminated and bonded together, the surface
しかしながら、本実施の形態2では、ウエハW1とウエハW2とを積層して貼り合わせた場合、ウエハW1の第3層アルミニウム配線47に接続する第1バンプ電極50が形成されていない領域に、ウエハW1の第3層アルミニウム配線47に接続する第1バンプ電極50が形成されている領域よりも厚い表面保護膜48をウエハW1に形成し、さらにウエハW1の第3層アルミニウム配線47に接続する第1バンプ電極50が形成されていない領域の表面保護膜48上に第2バンプ電極50aを形成する。これによって、ウエハW2の裏面から貫通電極4が突出していない領域に、相対的に厚い表面保護膜48と第2バンプ電極50aとを積層した支持部を形成することができるので、ウエハW1の主面上の表面保護膜48とウエハW2の裏面との間隔をウエハ面内で均一に保つことができる。また、本実施の形態2では、前述した実施の形態1で用いたスペーサ49を形成する必要がないので、前述した実施の形態1よりも製造コストを低減することができる。
However, in the second embodiment, when the wafer W1 and the wafer W2 are laminated and bonded together, the wafer is formed in a region where the
膜厚が厚い領域と膜厚が薄い領域とを有する上記表面保護膜48は、例えば第3層アルミニウム配線47が形成されたウエハW1の主面上にCVD法で表面保護膜48を形成し、第1バンプ電極50が形成される領域の表面保護膜48を薄く加工した後、第1バンプ電極50が形成される領域の第3層アルミニウム配線47が露出するように表面保護膜48を加工することにより形成することができる。あるいは、第1バンプ電極50が形成される領域の第3層アルミニウム配線47が露出するように、表面保護膜48を加工した後、第1バンプ電極50が形成される領域の表面保護膜48を薄く加工してもよい。
The surface
(実施の形態3)
本発明の実施の形態3による半導体装置を示す半導体ウエハの要部断面図を図29に示す。ここでは、積層して貼り合わせたウエハW1とウエハW2とを用いて説明する。
(Embodiment 3)
FIG. 29 is a cross-sectional view of the principal part of the semiconductor wafer showing the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. Here, description will be made using the wafer W1 and the wafer W2 which are laminated and bonded together.
前述した実施の形態1では、貫通電極4から離間した位置に貫通電極4を取り囲むように、貫通分離部26を形成している。
In the first embodiment described above, the through
しかしながら、本実施の形態3では、貫通分離部26の内部に多結晶シリコン膜28を貫通してタングステンを主成分とする導電膜からなる貫通電極4が形成されている。貫通分離部26は、貫通孔26aの側面を覆うように形成された酸化シリコン膜27と、この酸化シリコン膜27の側面を覆うように形成された多結晶シリコン膜28と、この多結晶シリコン膜28の上面を覆うように形成されたキャップ絶縁膜29とを有している。貫通電極4は、導電溝4Aの内側に形成された窒化チタン膜42およびタングステン膜43とを有している。貫通分離部26の内部に貫通電極4を形成することにより、貫通分離部26を用いてウエハW2と貫通電極4との電気的な絶縁を行うことができ、かつ、貫通電極4を構成する導電膜からの汚染の拡散を抑えて素子の電気的特性の劣化を防止することができる。
However, in the third embodiment, the through
このように貫通分離部26の内部に貫通電極4が形成された構造であっても、前述した実施の形態1と同様に、ウエハW1の主面上の表面保護膜48とウエハW2の裏面との間で、貫通電極4が形成されていない領域に、スペーサ49と第2バンプ電極50aとが積層された支持部を形成することにより、ウエハW2のたわみを防いで、ウエハW1の主面上の表面保護膜48とウエハW2の裏面との間隔をウエハ面内で均一に保つことができる。
Thus, even in the structure in which the through
貫通分離部26の内部に形成される貫通電極4は、例えば以下に説明する製造方法により形成することができる。
The through
まず、図30に示すように、ウエハW2の主面に素子分離溝22および溝23を形成した後、素子分離溝22および溝23の内部に酸化シリコン膜24を埋め込む。
First, as shown in FIG. 30,
次に、図31に示すように、ウエハW2の主面上に絶縁膜、例えば窒化シリコン膜25をCVD法で堆積した後、レジストパターン(図示は省略)をマスクとして、そこから露出する窒化シリコン膜25、酸化シリコン膜24およびウエハW2を順にエッチング除去することにより、ウエハW2の主面に絶縁溝26Aを形成する。この絶縁溝26Aは、前述した貫通孔26aを形成することになる溝であり、ウエハW2の主面からウエハW2の厚さ方向の途中の位置であって溝23の深さよりも深い位置まで延びるように形成されている。
Next, as shown in FIG. 31, after depositing an insulating film such as a
続いて、ウエハW2に対して熱酸化処理を施すことにより、絶縁溝26Aの内壁(側面および底面)のウエハW2の露出面に絶縁膜、例えば酸化シリコン膜27を形成する。この絶縁膜は、熱酸化処理により形成された酸化シリコン膜27に限定されるものではなく、例えばCVD法で形成される酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコンなどを絶縁膜に用いることもできる。
Subsequently, a thermal oxidation process is performed on the wafer W2, thereby forming an insulating film such as a
続いて、ウエハW2の主面上に、絶縁溝26Aが充填されるように埋込膜、例えば多結晶シリコン膜28をCVD法で堆積する。続いて、多結晶シリコン膜28を異方性のドライエッチング法によってエッチバックすることにより、絶縁溝26Aの外部の余分な多結晶シリコン膜28を除去し、絶縁溝26A内のみに多結晶シリコン膜28を残すようにする。
Subsequently, an embedded film, for example, a
続いて、ウエハW2の主面上に、多結晶シリコン膜28の上部の窪みが埋め込まれるように、例えば酸化シリコンからなるキャップ絶縁膜29をCVD法で堆積する。続いて、キャップ絶縁膜29をCMP法で研磨することにより、多結晶シリコン膜28の上部の窪みの外部の余分なキャップ絶縁膜29を除去し、多結晶シリコン膜28の上部の窪み内のみにキャップ絶縁膜29を残すようにする。このようにして多結晶シリコン膜28の上面をキャップ絶縁膜29により覆う。その後、窒化シリコン膜25をウエットエッチング法によって除去する。
Subsequently, a
次に、図32に示すように、ウエハW2の主面の素子形成領域に集積回路素子を形成する。集積回路を構成する集積回路素子の例としては、MISトランジスタ、バイポーラトランジスタやダイオード等のような能動素子がある。また、上記集積回路素子の他の例としては、抵抗、キャパシタおよびインダクタ等のような受動素子がある。ここでは、素子として、nチャネル型MISトランジスタが例示されており、前述した実施の形態1に例示したnチャネル型MISトランジスタQnと同様の製造方法により形成することができる。 Next, as shown in FIG. 32, integrated circuit elements are formed in the element formation region of the main surface of the wafer W2. Examples of integrated circuit elements that constitute the integrated circuit include active elements such as MIS transistors, bipolar transistors, and diodes. Other examples of the integrated circuit element include passive elements such as resistors, capacitors and inductors. Here, an n-channel MIS transistor is illustrated as an element, and can be formed by the same manufacturing method as the n-channel MIS transistor Qn illustrated in the first embodiment.
次に、図33に示すように、ウエハW2の主面上に酸化シリコン膜36をCVD法で堆積した後、レジストパターン(図示は省略)をマスクとして、そこから露出する酸化シリコン膜36、キャップ絶縁膜29および多結晶シリコン膜28を順にエッチング除去する。これにより、ウエハW2の主面に導電溝4Aを形成する。この導電溝4Aは、ウエハW2の主面の酸化シリコン膜36の上面からウエハW2の厚さ方向に、絶縁溝26A内の底面の酸化シリコン膜27まで延びるように形成されている。
Next, as shown in FIG. 33, after the
続いて、ウエハW2の主面上に窒化チタン膜42をスパッタリング法で堆積した後、タングステン膜43をCVD法で堆積し、窒化チタン膜42およびタングステン膜43により導電溝4Aを埋め込む。続いて、タングステン膜43および窒化チタン膜42をCMP法で研磨することにより、導電溝4Aの外部の余分なタングステン膜43および窒化チタン膜42を除去し、導電溝4A内のみにタングステン膜43および窒化チタン膜42を残すようにする。このようにして導電溝4A内にタングステン膜43および窒化チタン膜42が埋め込まれて導電部4Cを形成する。導電部4Cは貫通電極4を形成する部分であり、この導電部4Cの構成はウエハW2の主裏面間を貫通していないことを除いて貫通電極4と同じである。
Subsequently, after a
次に、図34に示すように、配線層を形成する。ここでは、配線層として、3層配線構成の配線層が例示されており、前述した実施の形態1に例示した配線層と同様の製造方法により形成することができる。さらに、前述した実施の形態1と同様にして、表面保護膜48上にスペーサ49を形成し、続いて露出した第3層アルミニウム配線47に接続する第1バンプ電極50を形成し、スペーサ49上に第2バンプ電極50aを形成する。
Next, as shown in FIG. 34, a wiring layer is formed. Here, a wiring layer having a three-layer wiring configuration is illustrated as the wiring layer, and can be formed by the same manufacturing method as the wiring layer illustrated in the first embodiment. Further, in the same manner as in the first embodiment described above, a
次に、図35に示すように、ウエハW2の裏面を、例えばCMP法で研磨して所定の厚さまで薄く加工した後、ウエハW2の裏面を、例えばフッ酸と硝酸との混合溶液、またはそれに類するシリコンエッチング溶液を用いたウエットエッチング法により、エッチングする。ウエットエッチング法に代えてドライエッチング法によりウエハW2の裏面を選択的にエッチングしてもよい。エッチングを実施したこの段階では、酸化シリコン膜27は露出しているが、導電部4Cは酸化シリコン膜27により覆われている。続いて、露出した酸化シリコン膜27をエッチング法により除去する。これにより、貫通孔26aの側面を覆う酸化シリコン膜27、多結晶シリコン膜28およびキャップ絶縁膜29からなる貫通分離部26が形成され、さらにその内部に形成されて裏面から突出する貫通電極4を形成する。
Next, as shown in FIG. 35, the back surface of the wafer W2 is polished by, for example, a CMP method and thinned to a predetermined thickness, and then the back surface of the wafer W2 is mixed with, for example, a mixed solution of hydrofluoric acid and nitric acid, or Etching is performed by a wet etching method using a similar silicon etching solution. Instead of the wet etching method, the back surface of the wafer W2 may be selectively etched by a dry etching method. At this stage of etching, the
なお、本実施の形態3は、前述した実施の形態1で説明したスペーサ49と第2バンプ電極50aとを積層した支持部を有する半導体装置に適用した場合について説明したが、前述した実施の形態2で説明した相対的に厚く形成された表面保護膜48上に第2バンプ電極50aを積層した支持部を有する半導体装置にも適用できることは言うまでもない。
In the third embodiment, the case where the present invention is applied to the semiconductor device having the support portion in which the
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。 As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.
本発明は、複数枚のチップを積層して貼り合わせた3次元構造の半導体装置に適用することができる。 The present invention can be applied to a semiconductor device having a three-dimensional structure in which a plurality of chips are stacked and bonded together.
1 配線基板
2 モールド樹脂
3 接着剤
4 貫通電極
4A 導電溝
4C 導電部
5 ボンディングパッド
6 電極
7 ワイヤ
8 配線
9 半田バンプ
20 酸化シリコン膜
21 窒化シリコン膜
22 素子分離溝
23 溝
24,24a 酸化シリコン膜
25 窒化シリコン膜
26 貫通分離部
26A 絶縁溝
26C 絶縁部
26a 貫通孔
27 酸化シリコン膜
28 多結晶シリコン膜
29 キャップ絶縁膜
30 n型ウエル
31 p型ウエル
32 ゲート絶縁膜
33 ゲート電極
34 n型半導体領域(ソース、ドレイン)
35 p型半導体領域(ソース、ドレイン)
36,37 酸化シリコン膜
38,39 第1層アルミニウム配線
40 窒化チタン膜
42 窒化チタン膜
43 タングステン膜
44 第1層間絶縁膜
45 第2層アルミニウム配線
46 第2層間絶縁膜
47 第3層アルミニウム配線
48 表面保護膜
49 スペーサ
50 第1バンプ電極
50a 第2バンプ電極
51 接着剤
C1,C2,C3 半導体チップ
Qn nチャネル型MISトランジスタ
Qp pチャネル型MISトランジスタ
W1,W2,W3 半導体ウエハ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
35 p-type semiconductor region (source, drain)
36, 37
Claims (10)
(a)前記第2ウエハの前記第1面上に前記最上層配線を覆う表面保護膜を形成する工程と、
(b)前記表面保護膜を加工して前記最上層配線の一部を露出させる工程と、
(c)前記(b)工程の後、前記第2ウエハの前記第1面上に絶縁膜を形成する工程と、
(d)前記第2ウエハの前記第1面上に形成された前記第1バンプ電極に、前記第1ウエハの前記第2面から突出する前記貫通電極を物理的に接触させる工程と、
(e)前記第1ウエハの前記第2面と前記第2ウエハの前記第1面上の前記表面保護膜との間に樹脂を充填する工程とからなるプロセスにおいて、
(f)前記(c)工程の前記絶縁膜を加工して前記最上層配線が露出していない領域の前記表面保護膜上に前記絶縁膜からなるスペーサを形成する工程と、
(g)前記(f)工程の後、同一工程で前記第2ウエハの前記第1面上の露出した前記最上層配線上に前記第1バンプ電極を形成し、前記スペーサ上に第2バンプ電極を形成する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 An integrated circuit is formed on the first surface, a first wafer on which a through electrode protruding from the second surface opposite to the first surface is formed, an integrated circuit is formed on the first surface, and an uppermost layer wiring A method of manufacturing a semiconductor device comprising a step of laminating and bonding a second wafer having a first bump electrode formed thereon and electrically connected to
(A) forming a surface protective film covering the uppermost layer wiring on the first surface of the second wafer;
(B) processing the surface protective film to expose a part of the uppermost layer wiring;
(C) after the step (b), forming an insulating film on the first surface of the second wafer;
(D) physically bringing the through electrode protruding from the second surface of the first wafer into contact with the first bump electrode formed on the first surface of the second wafer;
(E) In a process comprising a step of filling a resin between the second surface of the first wafer and the surface protective film on the first surface of the second wafer,
(F) processing the insulating film in the step (c) to form a spacer made of the insulating film on the surface protective film in a region where the uppermost layer wiring is not exposed;
(G) After the step (f), the first bump electrode is formed on the exposed uppermost layer wiring on the first surface of the second wafer in the same step, and the second bump electrode is formed on the spacer. Forming a semiconductor device. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
(a)前記第2ウエハの前記第1面上に前記最上層配線を覆う表面保護膜を形成する工程と、
(b)前記表面保護膜を加工して前記第1バンプ電極が形成される領域の前記最上層配線の一部を露出させる工程と、
(c)前記第2ウエハの前記第1面上に形成された前記第1バンプ電極に、前記第1ウエハの前記第2面から突出する前記貫通電極を物理的に接触させる工程と、
(d)前記第1ウエハの前記第2面と前記第2ウエハの前記第1面上の前記表面保護膜との間に樹脂を充填する工程とからなるプロセスにおいて、
(e)前記(a)工程の前記表面保護膜を加工して前記第1バンプ電極が形成される領域の前記表面保護膜の厚さを前記第1バンプ電極が形成されない領域の前記表面保護膜の厚さよりも薄くする工程と、
(f)同一工程で前記第2ウエハの前記第1面上の露出した前記最上層配線上に前記第1バンプ電極を形成し、前記最上層配線が露出していない領域の前記表面保護膜上に第2バンプ電極を形成する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 An integrated circuit is formed on the first surface, a first wafer on which a through electrode protruding from the second surface opposite to the first surface is formed, an integrated circuit is formed on the first surface, and an uppermost layer wiring A method of manufacturing a semiconductor device comprising a step of laminating and bonding a second wafer having a first bump electrode formed thereon and electrically connected to
(A) forming a surface protective film covering the uppermost layer wiring on the first surface of the second wafer;
(B) processing the surface protective film to expose a part of the uppermost layer wiring in a region where the first bump electrode is formed;
(C) physically bringing the through electrode protruding from the second surface of the first wafer into contact with the first bump electrode formed on the first surface of the second wafer;
(D) in a process comprising a step of filling a resin between the second surface of the first wafer and the surface protective film on the first surface of the second wafer;
(E) The surface protective film in the region where the first bump electrode is not formed by processing the surface protective film in the step (a) to determine the thickness of the surface protective film in the region where the first bump electrode is formed. The process of making it thinner than the thickness of
(F) forming the first bump electrode on the exposed uppermost layer wiring on the first surface of the second wafer in the same step, and on the surface protection film in a region where the uppermost layer wiring is not exposed; Forming a second bump electrode. The method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
第1面上に形成された複数の第2集積回路と、前記複数の第2集積回路のいずれかに電気的に接続されて前記第1面上に形成された複数層の配線と、最上層配線の一部を露出して前記第1面上に形成された表面保護膜と、前記表面保護膜上に形成され、絶縁膜よりなるスペーサと、前記表面保護膜から露出する前記最上層配線と電気的に接続して形成された第1バンプ電極と、前記スペーサ上に形成された第2バンプ電極とを含む第2チップとを有し、
前記第1チップの前記第2面から突出する前記貫通電極の先端部分が、前記第2チップの前記第1面上の前記第1バンプ電極の表面より内部に突き刺さるように、物理的に接触しており、前記第1チップの前記第2面と前記第2チップの前記第1面上の前記表面保護膜との間に樹脂が充填されていることを特徴とする半導体装置。 A first chip including a plurality of first integrated circuits formed on the first surface and a through electrode protruding from the second surface opposite to the first surface;
A plurality of second integrated circuits formed on the first surface, a plurality of wirings formed on the first surface by being electrically connected to any of the plurality of second integrated circuits, and an uppermost layer A surface protection film formed on the first surface by exposing a part of the wiring; a spacer formed on the surface protection film , made of an insulating film; and the uppermost layer wiring exposed from the surface protection film; A second chip including a first bump electrode formed by electrical connection and a second bump electrode formed on the spacer;
The tip portion of the through electrode protruding from the second surface of the first chip is in physical contact so as to pierce from the surface of the first bump electrode on the first surface of the second chip. And a resin is filled between the second surface of the first chip and the surface protective film on the first surface of the second chip.
第1面上に形成された複数の第2集積回路と、前記複数の第2集積回路のいずれかに電気的に接続されて前記第1面上に形成された複数層の配線と、最上層配線の一部を露出して前記第1面上に形成された表面保護膜と、前記表面保護膜から露出する前記最上層配線と電気的に接続して形成された第1バンプ電極と、前記表面保護膜上に形成された第2バンプ電極とを含む第2チップとを有し、
前記第1バンプ電極が形成された領域の前記表面保護膜の厚さは、前記第2バンプ電極が形成された領域の前記表面保護膜の厚さよりも薄く、
前記第1チップの前記第2面から突出する前記貫通電極が前記第2チップの前記第1バンプ電極と物理的に接触しており、前記第1チップの前記第2面と前記第2チップの前記第1面上の前記表面保護膜との間に樹脂が充填されていることを特徴とする半導体装置。 A first chip including a plurality of first integrated circuits formed on the first surface and a through electrode protruding from the second surface opposite to the first surface;
A plurality of second integrated circuits formed on the first surface, a plurality of wirings formed on the first surface by being electrically connected to any of the plurality of second integrated circuits, and an uppermost layer A surface protection film formed on the first surface by exposing a part of the wiring; a first bump electrode formed by being electrically connected to the uppermost layer wiring exposed from the surface protection film; A second chip including a second bump electrode formed on the surface protective film,
The thickness of the surface protective film in the region where the first bump electrode is formed is thinner than the thickness of the surface protective film in the region where the second bump electrode is formed,
The through electrode protruding from the second surface of the first chip is in physical contact with the first bump electrode of the second chip, and the second surface of the first chip and the second chip A semiconductor device, wherein a resin is filled between the first surface and the surface protective film.
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