JP5027823B2 - 三次元半導体集積回路装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
ベースと、
前記ベース上に積層された、第1固体回路を有すると共に前記ベースよりも小さい第1半導体チップと、
前記第1半導体チップを埋め込むと共に、前記ベースと略同一の外形(輪郭)に形成された第1充填材と、
前記第1半導体チップの内部に形成されると共に、当該第1半導体チップの全部または一部をその厚さ方向に貫通する複数の第1埋込電極と、
前記第1半導体チップに重なるように積層された、第2固体回路を有すると共に前記ベースよりも小さい第2半導体チップと、
前記第2半導体チップの内部に形成されると共に、当該第2半導体チップの全部または一部をその厚さ方向に貫通する複数の第2埋込電極と、
前記第2半導体チップを埋め込むと共に、前記ベースと略同一の外形(輪郭)に形成された第2充填材と、
前記第2半導体チップの内部に形成されると共に、当該第2半導体チップの全部または一部をその厚さ方向に貫通する複数の第2埋込電極とを備え、
前記第1充填材は、前記第1埋込電極の形成の際に要求される加工性が前記第1半導体チップと同等であると共に、前記第1半導体チップと同等の熱膨張係数を有しており、
前記第2充填材は、前記第2埋込電極の形成の際に要求される加工性が前記第2半導体チップと同等であると共に、前記第2半導体チップと同等の熱膨張係数を有していることを特徴とする。
前記第3〜第nの充填材は、それぞれ、前記第3〜第nの埋込電極の形成の際に要求される加工性が前記第3〜第nの半導体チップと同等であると共に、前記第3〜第nの半導体チップと同等の熱膨張係数を有している。
各々が第1固定回路を有する複数の第1半導体チップを相互に間隔をあけてベース上に載置する工程と、
前記ベース上に載置された複数の前記第1半導体チップを埋め込むと共に、前記ベースと略同一の外形(輪郭)を持つように第1充填材を形成する工程と、
前記第1充填材により埋め込まれた複数の前記第1半導体チップの各々の内部に、当該第1半導体チップの全部または一部をその厚さ方向に貫通する複数の第1埋込電極を形成する工程と、
各々が第2固定回路を有する複数の第2半導体チップを、相互に間隔をあけて、対応する前記第1半導体チップに重なるように積層する工程と、
対応する前記第1半導体チップ上に積層された複数の前記第2半導体チップを埋め込むと共に、前記ベースと略同一の外形(輪郭)を持つように第2充填材を形成する工程と、
前記第2充填材により埋め込まれた複数の前記第2半導体チップの各々の内部に、当該第2半導体チップの全部または一部をその厚さ方向に貫通する複数の第2埋込電極を形成する工程と、
前記ベース上に形成された複数の前記第1半導体チップと複数の前記第2半導体チップを含む積層構造を、前記ベースと共に切断して、各々が前記第1半導体チップと前記第2半導体チップを含む複数のチップ積層体に分離する工程とを備え、
前記第1充填材は、前記第1埋込電極の形成の際に要求される加工性が前記第1半導体チップと同等であると共に、前記第1半導体チップと同等の熱膨張係数を有しており、
前記第2充填材は、前記第2埋込電極の形成の際に要求される加工性が前記第2半導体チップと同等であると共に、前記第2半導体チップと同等の熱膨張係数を有していることを特徴とする。
11 固体回路
12 固体回路
13 半導体チップ
14,14A 第1充填材
15 埋込電極
15a 絶縁膜
16、16’ 固体回路
17、17’ 半導体チップ
18 第2充填材
18’ 第3充填材
19、19’ 埋込電極
19a、19a’ 絶縁膜
20 透孔
21 透孔
25 ブレード
26 切断部
27 マイクロバンプ
28、28’ マイクロバンプ
31 基板
32 マイクロバンプ
33 ハンダボール
41 基板
42 モールド樹脂
43 ボンディングワイヤ
44 ハンダボール
51 再配線層
52 絶縁膜
53 銅ポスト
54 ハンダボール
61 ヒートスプレッダ
62 電磁シールド材
63 低誘電率膜
71 絶縁膜
72 絶縁膜
100、110 三次元半導体集積回路装置
100A 集積回路装置領域
200、210、220 パッケージ化三次元半導体集積回路装置
230 ヒートスプレッダ付き三次元半導体集積回路装置
図1は、本発明の第1実施形態に係る三次元半導体集積回路装置の概略断面図である。ここでは、一例として、ベース上に2つの半導体チップ(回路層)を積層してなる三次元半導体集積回路装置100について説明する。
次に、上記構成を持つ三次元半導体集積回路装置100の製造方法について、図2〜図4を参照しながら説明する。
上記構成を持つ第1実施形態の三次元半導体集積回路装置100は、各種の手法により、封止ないしはパッケージ化することができる。
図6は、ワイヤーボンディングによりモールド樹脂中に封止された、本発明の第3実施形態に係る三次元半導体集積回路装置210を示す。
図7は、ウェーハレベル・チップサイズ・パッケージ(Wafer-level Chip Size Package,W−CSP)を有する本発明の第4実施形態に係る三次元半導体集積回路装置220を示す。
図8は、本発明の第5実施形態に係る三次元半導体集積回路装置230を示す。この三次元半導体集積回路装置230は、図1の構成を持つ第1実施形態の三次元半導体集積回路装置100にヒートスプレッダ61と電磁シールド材62を実装することにより、放熱効果とノイズマージンを高めたものである。
図9は、本発明の第6実施形態に係る三次元半導体集積回路装置110の概略断面図である。この三次元半導体集積回路装置110は、ベース10上に3つの回路層(半導体チップ)を積層した点を除き、本発明の第1実施形態に係る三次元半導体集積回路装置100と同じ構成である。
上述した第1〜第6の実施形態は本発明を具体化した例を示すものであり、したがって本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を外れることなく種々の変形が可能であることは言うまでもない。例えば、上述した第1〜第5実施形態では、二つの半導体チップを積層して二層構造とし、上述した第6実施形態では、三つの半導体チップを積層して三層構造としているが、四つあるいはそれ以上の半導体チップを積層して四層構造あるいは五層以上の多層構造としてもよい。
Claims (26)
- ベースと、
前記ベース上に積層された、第1固体回路を有すると共に前記ベースよりも小さい第1半導体チップと、
前記第1半導体チップを埋め込むと共に、前記ベースと略同一の外形に形成された第1充填材と、
前記第1半導体チップの内部に形成されると共に、当該第1半導体チップの全部または一部をその厚さ方向に貫通する複数の第1埋込電極と、
前記第1半導体チップに重なるように積層された、第2固体回路を有すると共に前記ベースよりも小さい第2半導体チップと、
前記第2半導体チップの内部に形成されると共に、当該第2半導体チップの全部または一部をその厚さ方向に貫通する複数の第2埋込電極と、
前記第2半導体チップを埋め込むと共に、前記ベースと略同一の外形に形成された第2充填材と、
前記第2半導体チップの内部に形成されると共に、当該第2半導体チップの全部または一部をその厚さ方向に貫通する複数の第2埋込電極とを備え、
前記第1充填材は、前記第1埋込電極の形成の際に要求される加工性が前記第1半導体チップと同等であると共に、前記第1半導体チップと同等の熱膨張係数を有しており、
前記第2充填材は、前記第2埋込電極の形成の際に要求される加工性が前記第2半導体チップと同等であると共に、前記第2半導体チップと同等の熱膨張係数を有している三次元半導体集積回路装置。 - 前記ベースが追加の固体回路を有しており、当該追加の固体回路に対向して前記第1半導体チップの前記第1固体回路が配置されている請求項1に記載の三次元半導体集積回路装置。
- 前記第1充填材が、前記第1半導体チップの側面と前記第1半導体チップの表面または裏面を覆っており、前記第1半導体チップの全体が前記第1充填材中に埋め込まれている請求項1に記載の三次元半導体集積回路装置。
- 前記第1充填材が、前記第1半導体チップの側面を覆っているが、前記第1半導体チップの表面または裏面を覆っておらず、前記第1半導体チップの表面または裏面が前記第1充填材から露出している請求項1に記載の三次元半導体集積回路装置。
- 前記第2充填材が、前記第2半導体チップの側面と前記第2半導体チップの表面または裏面を覆っており、前記第2半導体チップの全体が前記第2充填材中に埋め込まれている請求項1に記載の三次元半導体集積回路装置。
- 前記第2充填材が、前記第2半導体チップの側面を覆っているが、前記第2半導体チップの表面または裏面を覆っておらず、前記第2半導体チップの表面または裏面が前記第2充填材から露出している請求項1に記載の三次元半導体集積回路装置。
- さらに、前記第2半導体チップに重なるように積層された、第3〜第n(nは3以上の整数)の固体回路を有すると共に前記ベースよりも小さい第3〜第nの半導体チップと、前記第3〜第nの半導体チップの各々を埋め込むと共に、前記ベースと略同一の外形に形成された第3〜第nの充填材と、前記第3〜第nの半導体チップの各々の内部に形成されると共に、当該第3〜第nの半導体チップのいずれかの全部または一部をその厚さ方向に貫通する複数の第3〜第nの埋込電極とを備えており、
前記第3〜第nの充填材は、それぞれ、前記第3〜第nの埋込電極の形成の際に要求される加工性が前記第3〜第nの半導体チップと同等であると共に、前記第3〜第nの半導体チップと同等の熱膨張係数を有している請求項1〜6のいずれか1項に記載の三次元半導体集積回路装置。 - 前記第1半導体チップ及び前記第2半導体チップが単結晶シリコンで形成されており、前記第1充填材及び前記第2充填材がポリシリコンで形成されている請求項1〜7のいずれか1項に記載の三次元半導体集積回路装置。
- 前記第1半導体チップ及び前記第2半導体チップがSOI構造を有しており、前記第1充填材及び前記第2充填材がシリコン酸化物で形成されている請求項1〜7のいずれか1項に記載の三次元半導体集積回路装置。
- 前記第1埋込電極及び前記第2埋込電極の少なくとも一方が、Cu、W、Ni、Au及びAl並びにそれらの合金から選ばれる1種で形成されている請求項1〜7のいずれか1項に記載の三次元半導体集積回路装置。
- 前記第1埋込電極及び前記第2埋込電極が、ポリシリコンまたはメタルシリコンで形成されている請求項1〜7のいずれか1項に記載の三次元半導体集積回路装置。
- 外部電極が形成された基板をさらに有しており、当該基板に対して当該三次元半導体集積回路装置がフリップチップ接続により電気的に接続されている請求項1〜11のいずれか1項に記載の三次元半導体集積回路装置。
- 外部電極が形成された基板をさらに有しており、当該基板に対して当該三次元半導体集積回路装置がワイヤボンディングにより電気的に接続されている請求項1〜11のいずれか1項に記載の三次元半導体集積回路装置。
- 前記第2半導体チップまたはその上に積層された他の半導体チップの前記ベースとは反対側の面に、複数の外部電極が形成されており、当該外部電極に対して当該三次元半導体集積回路装置が電気的に接続されている請求項1〜11のいずれか1項に記載の三次元半導体集積回路装置。
- 前記ベースの前記第1半導体チップとは反対側の面に装着されたヒートスプレッダをさらに有している請求項1〜11のいずれか1項に記載の三次元半導体集積回路装置。
- 前記第1充填材及び前記第2充填材の側面全体を覆う電磁シールド材をさらに有している請求項1〜11のいずれか1項に記載の三次元半導体集積回路装置。
- 各々が第1固定回路を有する複数の第1半導体チップを相互に間隔をあけてベース上に載置する工程と、
前記ベース上に載置された複数の前記第1半導体チップを埋め込むと共に、前記ベースと略同一の外形(輪郭)を持つように第1充填材を形成する工程と、
前記第1充填材により埋め込まれた複数の前記第1半導体チップの各々の内部に、当該第1半導体チップの全部または一部をその厚さ方向に貫通する複数の第1埋込電極を形成する工程と、
各々が第2固定回路を有する複数の第2半導体チップを、相互に間隔をあけて、対応する前記第1半導体チップに重なるように積層する工程と、
対応する前記第1半導体チップ上に積層された複数の前記第2半導体チップを埋め込むと共に、前記ベースと略同一の外形(輪郭)を持つように第2充填材を形成する工程と、
前記第2充填材により埋め込まれた複数の前記第2半導体チップの各々の内部に、当該第2半導体チップの全部または一部をその厚さ方向に貫通する複数の第2埋込電極を形成する工程と、
前記ベース上に形成された複数の前記第1半導体チップと複数の前記第2半導体チップを含む積層構造を、前記ベースと共に切断して、各々が前記第1半導体チップと前記第2半導体チップを含む複数のチップ積層体に分離する工程とを備え、
前記第1充填材は、前記第1埋込電極の形成の際に要求される加工性が前記第1半導体チップと同等であると共に、前記第1半導体チップと同等の熱膨張係数を有しており、
前記第2充填材は、前記第2埋込電極の形成の際に要求される加工性が前記第2半導体チップと同等であると共に、前記第2半導体チップと同等の熱膨張係数を有していることを特徴とする三次元半導体集積回路装置の製造方法。 - 前記第1充填材が、前記第1半導体チップの側面と前記第1半導体チップの表面または裏面を覆い、前記第1半導体チップの全体が前記第1充填材中に埋め込まれるように形成され、
前記第1埋込電極は、前記第1半導体チップの全部または一部をその厚さ方向に貫通するだけでなく、前記第1半導体チップの表面または裏面を覆う前記第1充填材をもその厚さ方向に貫通するように形成される請求項17に記載の三次元半導体集積回路装置の製造方法。 - 前記第1充填材が、前記第1半導体チップの側面を覆っているが、前記第1半導体チップの表面または裏面を覆っておらず、前記第1半導体チップの表面または裏面が前記第1充填材から露出するように形成され、
前記第1埋込電極は、前記第1半導体チップの全部または一部をその厚さ方向に貫通するように形成される請求項17に記載の三次元半導体集積回路装置の製造方法。 - 前記第2充填材が、前記第2半導体チップの側面と前記第2半導体チップの表面または裏面を覆っており、前記第2半導体チップの全体が前記第2充填材中に埋め込まれるように形成され、
前記第2埋込電極は、前記第2半導体チップの全部または一部をその厚さ方向に貫通するだけでなく、前記第2半導体チップの表面または裏面を覆う前記第2充填材をもその厚さ方向に貫通するように形成される請求項17に記載の三次元半導体集積回路装置の製造方法。 - 前記第2充填材が、前記第2半導体チップの側面を覆っているが、前記第2半導体チップの表面または裏面を覆っておらず、前記第2半導体チップの表面または裏面が前記第2充填材から露出するように形成され、
前記第2埋込電極は、前記第2半導体チップの全部または一部をその厚さ方向に貫通するように形成される請求項17に記載の三次元半導体集積回路装置の製造方法。 - 前記第2半導体チップに重なるように、第3〜第n(nは3以上の整数)の固体回路を有すると共に前記ベースよりも小さい第3〜第nの半導体チップを積層する工程と、
前記第3〜第nの半導体チップの各々を埋め込むと共に、前記ベースと略同一の外形(輪郭)に第3〜第nの充填材を形成する工程と、
前記第3〜第nの半導体チップの各々の内部に、当該第3〜第nの半導体チップのいずれかの全部または一部をその厚さ方向に貫通する複数の第3〜第nの埋込電極を形成する工程と備え、
前記第3〜第nの充填材は、それぞれ、前記第3〜第nの埋込電極の形成の際に要求される加工性が前記第3〜第nの半導体チップと同等であると共に、前記第3〜第nの半導体チップと同等の熱膨張係数を有している請求項17〜21のいずれか1項に記載の三次元半導体集積回路装置の製造方法。 - 前記第1半導体チップ及び前記第2半導体チップとして、単結晶シリコンで形成された半導体チップが使用され、前記第1充填材及び前記第2充填材としてポリシリコンが使用される請求項17〜22のいずれか1項に記載の三次元半導体集積回路装置の製造方法。
- 前記第1半導体チップ及び前記第2半導体チップとして、SOI構造を有する半導体チップが使用され、前記第1充填材及び前記第2充填材としてシリコン酸化物が使用される請求項17〜22のいずれか1項に記載の三次元半導体集積回路装置の製造方法。
- 前記第1埋込電極及び前記第2埋込電極の少なくとも一方が、Cu、W、Ni、Au及びAl並びにそれらの合金から選ばれる1種で形成される請求項17〜22のいずれか1項に記載の三次元半導体集積回路装置の製造方法。
- 前記第1埋込電極及び前記第2埋込電極が、ポリシリコンまたはメタルシリコンで形成される請求項17〜22のいずれか1項に記載の三次元半導体集積回路装置の製造方法。
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