JP4967340B2 - 半導体装置、半導体装置の製造方法、及び電子機器 - Google Patents
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Description
本発明の半導体装置は、複数の半導体チップを積層してなる積層型の半導体装置であって、前記半導体チップは、樹脂突起と該樹脂突起の表面に形成された導電膜とを有する電極を介して他の前記半導体チップと電気的に接続されていることを特徴とする。
この構成によれば、積層される半導体チップ間の導通接続が、一の半導体チップの電極に形成された樹脂突起と、該樹脂突起上に設けられた導電膜とを介して成されているので、前記樹脂突起の変形性によって前記導電膜と他の半導体チップの電極との接合部における接触面積を大きく確保することができ、はんだ接合を用いなくとも確実な導電接続構造を形成することができる。従って、はんだのはみ出しによる短絡等の問題も生じないものとなる。また、上記樹脂突起の変形性を利用して低荷重でチップ積層が行えるため、はんだ接合に比して荷重を低減でき、半導体チップの破損を防止することができる。
前記樹脂突起は、フェノール系、アクリル系、又はエポキシ系の樹脂材料を用いて形成されていることが好ましい。
本発明の半導体装置の製造方法は、複数の半導体チップを積層してなる積層型の半導体装置の製造方法であって、集積回路が形成された半導体基板上に、樹脂突起をパターン形成した後、当該樹脂突起の表面に導電膜をパターン形成して電極を形成する工程を含む半導体チップ製造工程と、複数の前記半導体チップを積層配置するともに、前記電極を介して電気的に接続する半導体チップ積層工程とを有することを特徴とする。
このように樹脂突起と樹脂突起上に形成した導電膜とを有する電極を介して半導体チップ間の電気的接続を行えば、前記電極を他の半導体チップの電極に押圧する際に樹脂突起及び導電膜が押しつぶされるように変形して電気的接続を構成するので、はんだを用いることなく確実な電気的接続を実現することができ、はんだ接合に起因する問題点を解決することができる。特に、チップ積層時に樹脂突起は変形するとともに荷重を吸収するので、低荷重で確実な導電接続を実現でき、半導体チップの破損も効果的に防止できる。
本発明の回路基板は、先に記載の本発明の半導体装置が実装されていることを特徴とする。かかる構成によれば、信頼性に優れた高集積の前記半導体装置により優れた性能と信頼性とを備えた回路基板を提供することができる。
本発明の電子機器は、先に記載の本発明の回路基板を備えたことを特徴とする。かかる構成によれば、信頼性に優れた高集積の半導体装置を具備した回路基板により、高性能で信頼性に優れた電子機器を提供することができる。
図1(a)は、本発明の半導体装置の一実施の形態を示す断面図である。図1(a)に示すように、半導体装置1は、複数の半導体チップ61を積層して配置するとともに、互いに電気的に接続した構造を備えており、積層された半導体チップ61の間には、接着材70が設けられて各半導体チップ61を固定している。
樹脂突起23は、図1(a)に示すように概略半球状の突起であってもよいが、図1(b)及び図1(c)に示すようなドーナツ状の樹脂突起23aであってもよい。このようなドーナツ状の樹脂突起23aを用いることで、図1(c)に示すように、樹脂突起23aに囲まれた内側の領域で、樹脂突起23aを覆う第2導電膜24と第1導電膜22とが当接して電気的に接続されるので、略半球状の樹脂突起23を用いた場合に比して第2導電膜24の電気的信頼性に優れるものとなる。一方、図1(a)に示す略半球状の樹脂突起23を用いた場合、貫通電極20のパッド部20bの平面積が狭くても容易に樹脂突起23を形成することができ、また樹脂突起23の形成高さを大きくすることができるので、半導体チップ61を接続する際の応力の吸収がより良好なものとなるという利点がある。
次に、図2から図11を参照して半導体装置の製造方法の一形態について説明する。図2〜図11は、上記実施形態に係る半導体装置1の製造工程を示す断面工程図である。
図2(a)に示すように、半導体基板10は、例えばSi(シリコン)基板であり、その能動面10a側にトランジスタ、メモリ素子、その他の電子素子、並びに電気配線(いずれも図示省略)及び電子回路の外部電極となる電極パッド14からなる電子回路が形成されている。一方、半導体基板10の裏面10bにはこれらの電子回路は形成されていない。半導体基板10の厚さは、例えば500μm程度である。
図3(a)は、電極パッド14を開口して開口部H2を形成した状態を示す断面図である。同図に示すように、パッシベーション膜16に形成された開口部H1の径と電極パッド14に形成された開口部H2の開口径はほぼ同一である。
半導体基板10を穿孔する深さは例えば70μm程度であるため、製造効率の観点からは特開2002−93776号公報に開示されたSi高速エッチング法、又は米国特許USP5501893に開示されたボッシュプロセス法を用いて異方性エッチングを行うことが好ましい。Si高速エッチング法を用いる場合には、エッチングガスとしてSF6/O2の混合ガスを用いることができ、ボッシュプロセス法を用いる場合にはSF6/C4F8を用いることができる。なお、ここでは、ドライエッチングとしてRIEのほかにICP(Inductively Coupled Plasma)を用いることができる。
上記開口部H4を形成したならば、開口部H4の形成に用いたレジストを剥離液により剥離しておく。
裏面10bからのエッチングは、ウェットエッチング、ドライエッチングのいずれであってもよい。半導体基板10の裏面10bのエッチングは、半導体基板10の厚さが50μm程度となり貫通電極20の半導体基板10の裏面10bからの露出量が所定量(例えば、0〜20μm程度)になるまで行う。
なお、ここではエッチングにより半導体基板10を薄板化して貫通電極20を露出させる方法について説明したが、表面研磨による薄板化を行うことも可能である。表面研磨によれば、半導体基板10の厚さを貫通電極20の埋め込み深さ程度まで薄くして貫通電極20を露出させるとともに、裏面10bから露出している貫通電極20の第1絶縁膜18及び下地膜の除去も容易に行うことができる。研磨により貫通電極20の先端面を露出させた場合、その先端面は裏面10bと面一になる。
さらに、図7(a)に示すように、第2絶縁膜19上に孔部H3に対応した位置に、孔部H3よりも小径の開口部H5を有するレジストパターンを配置する。そして、図7(b)に示すように、開口部H5に対応する領域の第2絶縁膜19をエッチングにより除去することで、再度裏面10bに貫通電極20を露出させる。ここで、開口部H5が、孔部H3に対応した位置に孔部H3よりも小径に形成されているので、第1絶縁膜18と第2絶縁膜19とを連接してなる一体の絶縁層を半導体基板10上に残すことができ、電流リークの発生、酸素及び水分等による半導体基板10の浸食等を防止することができる。
以上の工程により、半導体チップ61を製造することができる。
半導体チップを積層するには、まず、図11(a)に示すように、下層側に配置される半導体チップ61Bの上面側に、NCFやNCP等からなる接着材70を配置する。次いで、上層側の半導体チップ61Aに形成された電極パッド21と、下層側の半導体チップ61Bの貫通電極20とについて、各々の位置が合うように、2枚の半導体チップ61A、61Bの位置合わせを行って、2枚の半導体チップ61A、61Bを積層する。ここで、積層する半導体チップ61A、61Bについては、同種のもの(つまり、基板に形成されている電子回路が等しいもの)であってもよく、異種のもの(つまり、基板に形成されている電子回路が異なるもの)であってもよい。
以上のように積層形成された半導体装置を回路基板に実装するため、再配線を行うのが望ましい。図12は、半導体チップの再配線の説明図である。
図12(a)に示す半導体チップ61の表面には、その対辺に沿って複数の電極62が形成されているので、隣接する電極相互のピッチが狭くなっている。このような半導体チップ61を回路基板に実装すると、隣接する電極相互が短絡するおそれがある。そこで、電極相互のピッチを広げるため、半導体チップ61の対辺に沿って形成された複数の電極62を中央部に引き出す再配線が行われている。
図14では、半導体チップを積層して形成した半導体装置1が、回路半導体基板1000に実装されている。具体的には、半導体装置1における最下層の半導体チップに形成されたバンプが、回路半導体基板1000の表面に形成された電極パッドに対して実装されている。実装に際しては、例えば回路基板との間に異方導電性フィルム等を挟み込んで半導体装置1を押圧することで実装することができる。
次に、上述した半導体装置を備えた電子機器の例について説明する。
図15は、電子機器の一例である携帯電話の斜視図である。上述した半導体装置は、携帯電話300の筐体内部に配置されている。
Claims (12)
- 複数の半導体チップを積層してなる積層型の半導体装置であって、
前記半導体チップは、樹脂突起と該樹脂突起の表面に形成された導電膜とを有する電極を介して他の前記半導体チップと電気的に接続され、
前記電極は、前記半導体チップを貫通して設けられた貫通電極と、該貫通電極の端面上に形成された前記樹脂突起と、該樹脂突起表面に形成されて前記貫通電極と電気的に接続された前記導電膜とを有しており、
前記樹脂突起は平面形状がドーナツ状からなることを特徴とする半導体装置。 - 前記半導体チップは、前記貫通電極の第1の端面上にのみ前記樹脂突起及び導電膜を有しており、
前記導電膜は、他の前記半導体チップに設けられた前記貫通電極の第1の端面と反対側の第2の端面と電気的に接続されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 前記貫通電極は、前記半導体チップを貫通する貫通部と、前記半導体チップの面上に形成されるとともに前記貫通部と電気的に接続されたパッド部とを有しており、前記樹脂突起及び導電膜は前記パッド部上に設けられていることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置。
- 前記貫通部の両端に前記パッド部が設けられており、一方の前記パッド部上に設けられた前記導電膜は、当該半導体チップと積層された他の前記半導体チップの前記パッド部と電気的に接続されていることを特徴とする請求項3に記載の半導体装置。
- 前記電極を介して接続された2枚の前記半導体チップの間に非導電性の接着材が設けられていることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記樹脂突起は、熱可塑性樹脂材料を用いて形成されていることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記樹脂突起は、フェノール系、アクリル系、又はエポキシ系の樹脂材料を用いて形成されていることを特徴とする請求項6に記載の半導体装置。
- 複数の半導体チップを積層してなる積層型の半導体装置の製造方法であって、
集積回路が形成された半導体基板上に、樹脂突起をパターン形成した後、当該樹脂突起の表面に導電膜をパターン形成して電極を形成する工程を含む半導体チップ製造工程と、
複数の前記半導体チップを積層配置するともに、前記電極を介して電気的に接続する半導体チップ積層工程と、を備え、
前記電極を形成する工程は、集積回路が形成された半導体基板を厚さ方向に貫通する貫通電極を形成する工程と、該貫通電極の端面上に樹脂突起をパターン形成工程と、前記樹脂突起表面に導電膜をパターン形成する工程とを有し、前記樹脂突起をドーナツ状に形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記電極を形成する工程において、前記貫通電極の一側の前記端面上にのみ前記樹脂突起及び導電膜を形成し、
前記半導体チップ積層工程において、前記各半導体チップの前記樹脂突起及び導電膜が形成された側を同一方向に向けて前記複数の半導体チップを積層配置することを特徴とする請求項8に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記半導体チップ積層工程において、前記複数の半導体チップの間に非導電性の接着材を介在させて接着することを特徴とする請求項8又は9に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記半導体基板として半導体ウエハを用い、該半導体ウエハに複数の前記半導体装置を形成した後、前記半導体ウエハを前記半導体装置毎に切断することを特徴とする請求項8から10のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 請求項1から7のいずれか1項に記載の半導体装置を備えたことを特徴とする電子機器。
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