JP5440221B2 - Manufacturing method of laminated structure of semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、三次元集積回路装置に係るもので、上下の回路基板の電気的接続を、バンプや接合用電極ではなく、貫通孔へのボトムアップめっきによる金属充填で行うようにした、半導体装置の積層構造体の製造方法に関する。 The present invention relates to a three-dimensional integrated circuit device, in which electrical connection between upper and lower circuit boards is performed by metal filling by bottom-up plating in through-holes instead of bumps and bonding electrodes. the method for producing a laminated structure.
従来、半導体集積回路においては、半導体素子の微細加工技術により、1チップあたりの集積度を向上させてきた。しかし、素子の微細化による消費電力増加や、多機能化によるチップ面積増大に伴い、微細加工技術だけでは、半導体集積回路の性能向上が困難になってきている。また、製造コストや設備投資額も高騰している。 Conventionally, in a semiconductor integrated circuit, the degree of integration per chip has been improved by a fine processing technique of a semiconductor element. However, with the increase in power consumption due to the miniaturization of elements and the increase in chip area due to the increase in functionality, it has become difficult to improve the performance of semiconductor integrated circuits only with the microfabrication technology. In addition, manufacturing costs and capital investment are also rising.
このような背景のもとに、近年では微細加工技術によらない半導体集積化技術として、三次元集積化技術が注目されている。三次元集積化技術は、種々の半導体集積回路基板(半導体装置)を厚さ方向(縦方向)に積層し、各層の回路間を配線で電気的に接続する集積化技術である。また、この技術を用いた集積回路は、三次元集積回路と呼ばれている。三次元集積回路は、集積回路の「小型化」、「高速化」、「高集積化(高密度化)」、「高並列化」、「低消費電力化」が可能になるのに加え、異なる基板材料やプロセスで製造された素子を集積できるため、従来のSystem on Chip(以下、SoCと記す)技術より、「低コスト」かつ「多機能」なチップの実現も可能になる。 Against this background, in recent years, three-dimensional integration technology has attracted attention as a semiconductor integration technology that does not rely on microfabrication technology. The three-dimensional integration technique is an integration technique in which various semiconductor integrated circuit substrates (semiconductor devices) are stacked in the thickness direction (longitudinal direction) and the circuits of each layer are electrically connected by wiring. An integrated circuit using this technique is called a three-dimensional integrated circuit. Three-dimensional integrated circuits enable "miniaturization", "high speed", "high integration (high density)", "high parallelism", and "low power consumption" of integrated circuits. because it can integrate produced in different substrate materials and processes elements, conventional S ystem o n C hip (hereinafter, referred to as SoC) than technology also allows the realization of "low cost" and "multifunctional" chips .
チップや基板を積層する技術としては、基板に貫通電極(Through Silicon Via(TSV)やDie Side Via(DSV))と接合用電極を形成して各基板を相互に接続しつつ多層化できる積層方法が提案されている(例えば、特許文献1、2参照)。
この積層方法によって得られる構造の特徴は、(1)あらかじめ貫通電極を形成した基板両端に、接合用電極を設け、基板間の接合用電極同士を接合して各基板の回路を相互に接続している点と、(2)基板間の隙間にアンダーフィル材料を充填し、積層体の強度補強と外部環境からの保護とを行っている点である。
As a technology for stacking chips and substrates, a stacking method that allows through-electrodes (Through Silicon Via (TSV) and Die Side Via (DSV)) and bonding electrodes to be formed on the substrate and allows the layers to be multilayered while interconnecting each substrate. Has been proposed (see, for example,
The characteristics of the structure obtained by this laminating method are as follows: (1) Bonding electrodes are provided at both ends of the substrate on which the through electrodes are formed in advance, and the bonding electrodes between the substrates are bonded to each other to connect the circuits of the respective substrates to each other. And (2) filling the gap between the substrates with an underfill material to reinforce the strength of the laminate and protect it from the external environment.
また、接合用電極を用いず、平坦な半導体基板表面に露出した金属(Cu)配線と絶縁膜を活性化させ、直接接合して、チップ同士の接合とチップ間の導通を一括で確保する手法も提案されている(例えば、特許文献3、4参照)。 Also, without using bonding electrodes, the metal (Cu) wiring exposed on the surface of the flat semiconductor substrate and the insulating film are activated and directly bonded to ensure the bonding between chips and the conduction between the chips in a lump. Has also been proposed (see, for example, Patent Documents 3 and 4).
しかしながら、前記特許文献1、2に記載された三次元集積回路装置に係る技術には、以下に述べる課題がある。
第1の課題としては、基板間を接続する配線の低抵抗化が困難な点である。
すなわち、従来技術の貫通配線は、貫通電極と接合用電極とで構成されている。したがって、貫通配線の抵抗は、貫通電極材料の抵抗と接続用電極材料の抵抗だけでなく、貫通電極−接続用電極間、接続用電極―接続用電極間界面での接触抵抗を含むためである。同様の理由で、異種材料界面での伝送特性の劣化や、エレクトロマイグレーション耐性が低下する。さらには、貫通電極がより高密度に形成された場合には、特性劣化が無視できなくなる。
However, the techniques relating to the three-dimensional integrated circuit device described in
As a first problem, it is difficult to reduce the resistance of the wiring connecting the substrates.
That is, the through wiring of the prior art is composed of a through electrode and a bonding electrode. Therefore, the resistance of the through wiring includes not only the resistance of the through electrode material and the resistance of the connecting electrode material but also the contact resistance at the interface between the through electrode and the connecting electrode and between the connecting electrode and the connecting electrode. . For the same reason, degradation of transmission characteristics at the interface between different materials and electromigration resistance are reduced. Furthermore, when the through electrodes are formed at a higher density, the characteristic deterioration cannot be ignored.
第2の課題としては、積層工程における製造コスト低減が難しい点である。
すなわち、例えば第1に貫通電極用埋め込み配線を形成する工程を実施し、第2に半導体基板表面に接合用電極を作製する工程を実施し、第3に接合用電極同士を貼り付ける工程を実施し、第4にアンダーフィル材料を注入する工程を実施し、第5に基板を薄くして貫通電極底部を頭出しする工程を実施し、第6に貫通電極底部に前記第2の工程で実施した接合用電極を形成する工程を実施し、そして、第3から第6の工程を繰り返すことで積層する構造を考えると、前記の各工程についてもそれぞれ細かい工程に細分化されるため、個々の工程の歩留まりが累積されることにより、最終的に得られる製品の歩留まりが低下してしまう。
As a second problem, it is difficult to reduce the manufacturing cost in the lamination process.
That is, for example, firstly, a process of forming a buried wiring for a through electrode is performed, secondly, a process of forming a bonding electrode on the surface of the semiconductor substrate, and thirdly, a process of pasting bonding electrodes together Fourth, the step of injecting the underfill material is performed, fifth, the step of thinning the substrate to cue the bottom of the through electrode, and sixth, the second step at the bottom of the through electrode In consideration of the structure of stacking by repeating the third to sixth steps, the above-mentioned steps are also subdivided into fine steps. By accumulating the process yield, the yield of the finally obtained product is lowered.
また、接合用電極の接合不良が生じても、完成するまでこの接合不良が判明しないため、あらかじめ基板間相互接続用電極について冗長性を持たせた設計をする必要があり、したがって、設計コストの増加、及びチップサイズ拡大による、1ウェーハあたりのチップ取り分が低下してしまう。 In addition, even if a bonding failure occurs in the bonding electrode, this bonding failure is not found until completion. Therefore, it is necessary to design the electrode for inter-substrate interconnection in advance with redundancy, and therefore the design cost is reduced. As a result of the increase and the increase in chip size, the chip share per wafer is reduced.
第3の課題としては、配線の微細化が困難な点である。
これは、従来技術で用いられている接合用電極が、微細化されていないためである。
また、前記特許文献3、4に記載された技術では、基板表面平坦化に用いる化学的機械研磨(Chemical Mechanical Polishing(CMP))時のCuのディッシングが発生するため、接合と導通の一括確保が困難になっている。
As a third problem, it is difficult to miniaturize wiring.
This is because the bonding electrode used in the prior art is not miniaturized.
Further, in the techniques described in Patent Documents 3 and 4, since dishing of Cu occurs during chemical mechanical polishing (CMP) used for planarizing the substrate surface, it is possible to secure the bonding and conduction collectively. It has become difficult.
第4の課題は、積層した基板に不良があった場合、良品基板に交換したいとき、不良基板を取り外すことが困難な点である。
すなわち、三次元集積回路では各層の基板をバンプとアンダーフィル樹脂により強固に接合しているが、この場合基板を取り外すことができない。一部取り外し可能な構造としてハンダバンプのみでチップ間を接合する構造があるが、積層したチップを上から1枚ずつ加熱して取り外す必要があること、バンプを取り外した後のパッド部分に残留物が残る可能性があること、取り外した後の表面が平坦ではないこと、などの問題点がある。
A fourth problem is that when a stacked substrate is defective, it is difficult to remove the defective substrate when it is desired to replace the defective substrate.
That is, in the three-dimensional integrated circuit, the substrate of each layer is firmly bonded by the bump and the underfill resin, but in this case, the substrate cannot be removed. There is a structure in which chips are joined only with solder bumps as a partly removable structure, but it is necessary to heat and remove the stacked chips one by one from the top, and there is residue in the pad part after removing the bumps There are problems such as the possibility of remaining and the surface after removal being uneven.
本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、継ぎ目無し貫通配線を有する三次元集積回路装置構造となる半導体装置の積層構造の製造方法を提供することを目的としている。 The present invention has been made in order to solve such problems, and its object is to provide a method for producing a laminated structure of a semiconductor device comprising a three-dimensional integrated circuit device structure having a seamless through wiring.
本発明の半導体装置の積層構造体は、
半導体素子を有するとともに、該半導体素子に接続する配線群を有してなる半導体基板と、
前記半導体基板の厚さ方向に貫いて設けられた貫通電極と、
前記半導体基板の表裏面のうちの一方の側に設けられた凹部と、
前記凹部内に設けられて前記貫通電極に電気的に接続し、前記表裏面のうちの一方の面方向に延びる再配置配線と、を備え、
前記貫通電極と前記再配置配線とのうちの一方を前記配線群のうちの少なくとも一部の配線に接続してなる半導体装置が、上下に複数積層されてなり、
上下に積層された前記半導体装置のうちの一方の半導体装置における貫通電極の前記再配置配線と反対の側と、他方の半導体装置における前記再配置配線とが、連続して形成されており、かつ、前記一方の半導体装置における貫通電極と、前記他方の半導体装置における前記再配置配線に接続する貫通電極とが、平面視した状態で異なる位置に形成されていることを特徴としている。
The laminated structure of the semiconductor device of the present invention is
A semiconductor substrate having a semiconductor element and a wiring group connected to the semiconductor element;
A through electrode provided in a thickness direction of the semiconductor substrate;
A recess provided on one of the front and back surfaces of the semiconductor substrate;
Relocation wiring provided in the recess and electrically connected to the through electrode and extending in one surface direction of the front and back surfaces, and
A semiconductor device in which one of the through electrode and the rearrangement wiring is connected to at least a part of the wiring group is stacked in a plurality of layers,
The side opposite to the rearrangement wiring of the through electrode in one of the semiconductor devices stacked vertically and the rearrangement wiring in the other semiconductor device are formed continuously, and The through electrode in the one semiconductor device and the through electrode connected to the rearrangement wiring in the other semiconductor device are formed at different positions in a plan view.
この半導体装置の積層構造体によれば、上下に積層された半導体装置のうちの一方の半導体装置における貫通電極の再配置配線と反対の側と、他方の半導体装置における再配置配線とが、連続して形成されているので、一方の半導体装置における貫通電極と他方の半導体装置における再配置配線とが、継ぎ目無く形成されたものとなる。したがって、同一半導体装置内における貫通電極とこれに電気的に接続する再配置配線との間はもちろん、異なる半導体装置間で接続する貫通電極と再配置配線との間においても、十分に低抵抗化されたものとなる。
よって、貫通配線の低抵抗化が実現可能になるとともに、伝送特性やエレクトロマイグレーション耐性を向上させることが可能である。
また、接合用電極がないため、貫通電極を微細化するだけで、この貫通電極からなる貫通配線を微細化することが可能になる。
According to the stacked structure of the semiconductor device, the side opposite to the rearrangement wiring of the through electrode in one semiconductor device among the semiconductor devices stacked one above the other and the rearrangement wiring in the other semiconductor device are continuous. Thus, the through electrode in one semiconductor device and the rearrangement wiring in the other semiconductor device are formed seamlessly. Therefore, the resistance is sufficiently reduced not only between the through electrode in the same semiconductor device and the rearrangement wiring electrically connected thereto, but also between the through electrode connected between different semiconductor devices and the rearrangement wiring. Will be.
Therefore, the resistance of the through wiring can be reduced, and the transmission characteristics and electromigration resistance can be improved.
In addition, since there is no bonding electrode, it is possible to miniaturize the through wiring composed of the through electrode only by miniaturizing the through electrode.
また、前記半導体装置の積層構造体においては、
前記一方の半導体装置及び/又は前記他方の半導体装置には、貫通電極とこれに電気的に接続する再配置配線とが、複数組設けられてなるとともに、
前記一方の半導体装置及び/又は前記他方の半導体装置には、これら半導体装置間において連続することなく独立してなる貫通電極とこれに電気的に接続する再配置配線とからなる組が、設けられていてもよい。
In the laminated structure of the semiconductor device,
The one semiconductor device and / or the other semiconductor device is provided with a plurality of sets of through electrodes and rearrangement wirings electrically connected thereto,
The one semiconductor device and / or the other semiconductor device is provided with a set of through-electrodes that are independent of each other without being continuous and a relocation wiring that is electrically connected thereto. It may be.
このようにすれば、一方の半導体装置における半導体素子の一部と、他方の半導体装置における半導体素子の一部とを、これら半導体装置間において連続する貫通電極と再配置配線との組によって共に動作させることが可能になるとともに、一方の半導体装置における半導体素子の他部と、他方の半導体装置における半導体素子の他部とを、これら半導体装置間において連続することなく独立してなる貫通電極と再配置配線との組によって、独立して動作させることが可能になる。 In this way, a part of the semiconductor element in one semiconductor device and a part of the semiconductor element in the other semiconductor device are operated together by a combination of the through electrode and the rearrangement wiring that are continuous between these semiconductor devices. In addition, the other part of the semiconductor element in one semiconductor device and the other part of the semiconductor element in the other semiconductor device can be connected to the through-electrodes that are independent of each other without being continuous between these semiconductor devices. It becomes possible to operate independently by the combination with the placement and routing.
また、前記半導体装置の積層構造体においては、
上下に積層された前記半導体装置が、これらの間を連続する貫通電極と再配置配線との間のみで、直接連続していてもよい。
このようにすれば、積層した半導体装置の一方に不良が生じた場合に、直接連続させた貫通電極と再配置配線とのうちの一方を除去するだけで、不良が生じた半導体装置を容易に交換することができる。
In the laminated structure of the semiconductor device,
The semiconductor devices stacked above and below may be directly continuous only between the through electrode and the rearrangement wiring that are continuous between them.
In this way, when a defect occurs in one of the stacked semiconductor devices, the defective semiconductor device can be easily obtained by removing only one of the directly connected through electrode and rearrangement wiring. Can be exchanged.
また、前記半導体装置の積層構造体においては、
前記凹部は前記貫通電極と離間した位置に設けられ、
前記凹部内の再配置配線は前記配線群のうちの少なくとも一部の配線を介して前記貫通電極に電気的に接続していてもよい。
このようにすれば、凹部の形成位置をより自由に設計することが可能になる。
In the laminated structure of the semiconductor device,
The recess is provided at a position spaced from the through electrode,
The rearrangement wiring in the recess may be electrically connected to the through electrode through at least a part of the wiring in the wiring group.
If it does in this way, it will become possible to design the formation position of a crevice more freely.
本発明の半導体装置の積層構造体の製造方法は、
半導体素子を有するとともに、該半導体素子に接続する配線群を有してなる第1の半導体基板を用意する工程と、
前記第1の半導体基板に、その厚さ方向に貫通する第1の貫通孔を形成する工程と、
前記第1の半導体基板の表裏面のうちの一方の側に第1の凹部を形成する工程と、
前記第1の凹部内に通電用の第1の凹部側導電層を設ける工程と、
前記第1の半導体基板の表裏面のうちの他方の側に通電用の第1の面側導電層を設ける工程と、
前記第1の面側導電層及び第1の凹部側導電層をシード層として、前記第1の貫通孔内に第1の貫通電極を形成するとともに、前記第1の凹部内に、前記表裏面のうちの一方の面方向に延びる再配置配線を形成する工程と、を備え、
前記第1の貫通孔を形成する工程又は前記第1の凹部を形成する工程では、前記配線群のうちの少なくとも一部の配線を露出させるようにした第1半導体装置の製造工程と、
半導体素子を有するとともに、該半導体素子に接続する配線群を有してなる第2の半導体基板を用意する工程と、
前記第2の半導体基板に、その厚さ方向に貫通するとともに、第2の貫通孔を形成する工程と、
前記第2の半導体基板の表裏面のうちの一方の側に第2の凹部を形成する工程と、
前記第2の凹部内に通電用の第2の凹部側導電層を形成する工程と、を備え、
前記第2の貫通孔を形成する工程又は前記第2の凹部を形成する工程では、前記配線群のうちの少なくとも一部の配線を露出させるようにした第2半導体装置の製造工程と、
前記第1半導体装置の製造工程で製造した第1半導体装置上に、前記第2半導体装置の製造工程で製造した第2半導体装置を、前記第1半導体装置の前記第1の再配置配線上に、前記第2の貫通孔が位置し、かつ、平面視した状態で前記第1の貫通孔と異なる位置になるようにして積層する工程と、
前記第1の再配置配線及び前記第2の凹部側導電層をシード層として、前記第2の貫通孔内に第2の貫通電極を形成するとともに、前記第2の凹部内に、前記表裏面のうちの一方の面方向に延びる再配置配線を形成する工程と、を備えたことを特徴としている。
The method for manufacturing a laminated structure of a semiconductor device of the present invention includes:
Providing a first semiconductor substrate having a semiconductor element and a wiring group connected to the semiconductor element;
Forming a first through hole penetrating in the thickness direction in the first semiconductor substrate;
Forming a first recess on one of the front and back surfaces of the first semiconductor substrate;
Providing a first recess-side conductive layer for energization in the first recess;
Providing a first surface-side conductive layer for energization on the other side of the front and back surfaces of the first semiconductor substrate;
Using the first surface side conductive layer and the first recess side conductive layer as a seed layer, a first through electrode is formed in the first through hole, and the front and back surfaces are formed in the first recess. Forming a rearrangement wiring extending in one of the surface directions,
In the step of forming the first through hole or the step of forming the first recess, a manufacturing process of the first semiconductor device in which at least a part of the wirings in the wiring group is exposed;
Preparing a second semiconductor substrate having a semiconductor element and a wiring group connected to the semiconductor element;
Passing through the second semiconductor substrate in the thickness direction and forming a second through hole; and
Forming a second recess on one side of the front and back surfaces of the second semiconductor substrate;
Forming a second recess-side conductive layer for energization in the second recess,
In the step of forming the second through hole or the step of forming the second recess, a manufacturing process of the second semiconductor device in which at least a part of the wirings in the wiring group is exposed;
The second semiconductor device manufactured in the manufacturing process of the second semiconductor device is placed on the first rearrangement wiring of the first semiconductor device on the first semiconductor device manufactured in the manufacturing process of the first semiconductor device. Laminating the second through hole so that the second through hole is in a different position from the first through hole in a plan view.
Using the first rearrangement wiring and the second recess side conductive layer as a seed layer, a second through electrode is formed in the second through hole, and the front and back surfaces are formed in the second recess. Forming a rearrangement wiring extending in one surface direction.
この半導体装置の積層構造体の製造方法によれば、工程の短縮化を図ることができ、これによって積層工程による歩留まりを向上させることが可能になる。
すなわち、従来では例えば(貫通孔形成→金属(導体)充填→ウェーハ研削(貫通孔底部露出用) →バンプ形成→バンプ接合→アンダーフィル樹脂接合→バックメタリゼーション)の7工程であった積層工程を、本製造方法では基本的に(貫通孔形成→積み重ね→めっき金属充填) の3工程に減らすことができる。これにより、積層工程による歩留まりを向上させることが可能になる。
According to this method for manufacturing a laminated structure of a semiconductor device, the process can be shortened, and thereby the yield of the lamination process can be improved.
In other words, in the past, for example, the seven steps of lamination process (through hole formation → metal (conductor) filling → wafer grinding (for exposing the bottom of the through hole) → bump formation → bump bonding → underfill resin bonding → back metallization) In this manufacturing method, the number of steps can basically be reduced to (through-hole formation → stacking → plating metal filling). Thereby, it becomes possible to improve the yield by a lamination process.
また、貫通電極と再配置配線とからなる貫通配線の、半導体装置間での接続状態も、めっき充填具合から判断でき、めっき成長不良の場合には再めっきすることも可能になる。このため、冗長回路部分の半導体基板上の面積の縮小、あるいは回路機能自体を簡略化することができる。これにより、設計コスト、及びチップ製造コストの上昇を抑制することが可能になる。 Further, the connection state between the semiconductor devices of the through wiring composed of the through electrode and the rearrangement wiring can also be determined from the plating filling condition, and replating can be performed when the plating growth is poor. Therefore, the area of the redundant circuit portion on the semiconductor substrate can be reduced, or the circuit function itself can be simplified. Thereby, it becomes possible to suppress an increase in design cost and chip manufacturing cost.
さらに、ボトムアップめっき方式を採用することで、めっき液に選択性を持たせなくても、貫通孔内に金属材料を充填することができ、なおかつ、空隙のない金属配線を形成することができる。これにより、貫通配線形成にかかるコストを削減することが可能になる。当然、貫通孔を含む半導体基板をより薄くすることでCVD装置を用いなくとも、従来公知の多層配線形成工程のようにめっきのみで、微細な(高アスペクトな)貫通孔に金属材料を充填していくことも可能になる。
また、半導体装置間は貫通配線以外の領域で接合させるため、この部分のみの接合工程を任意に選択できる。当然、半導体装置間の接合後に貫通配線を形成するため、導体領域の接合不良を抑制することが可能になる。
Furthermore, by adopting the bottom-up plating method, it is possible to fill the through hole with a metal material without forming selectivity in the plating solution, and to form a metal wiring without a void. . Thereby, it is possible to reduce the cost for forming the through wiring. Naturally, even if the semiconductor substrate including the through hole is made thinner, the metal material is filled into the fine (high aspect) through hole only by plating as in the conventionally known multilayer wiring forming process without using a CVD apparatus. It is also possible to follow.
Further, since the semiconductor devices are joined in a region other than the through wiring, a joining process for only this portion can be arbitrarily selected. Naturally, since the through wiring is formed after the bonding between the semiconductor devices, it is possible to suppress the bonding failure of the conductor region.
また、前記半導体装置の積層構造体の製造方法においては、
前記第1半導体装置及び/又は前記第2半導体装置に、貫通電極とこれに電気的に接続する再配置配線とを、複数組設けるとともに、
前記第1半導体装置及び/又は前記第2半導体装置に、これら半導体装置間において連続することなく独立してなる貫通電極とこれに電気的に接続する再配置配線とからなる組を、設けてもよい。
In the method for manufacturing a laminated structure of the semiconductor device,
In the first semiconductor device and / or the second semiconductor device, a plurality of sets of through electrodes and rearrangement wirings electrically connected thereto are provided,
The first semiconductor device and / or the second semiconductor device may be provided with a set of penetrating electrodes that are independent without being continuous between the semiconductor devices and a relocation wiring electrically connected thereto. Good.
このようにすれば、第1半導体装置における半導体素子の一部と、第2半導体装置における半導体素子の一部とを、これら半導体装置間において連続する貫通電極と再配置配線との組によって共に動作させることが可能になるとともに、第1半導体装置における半導体素子の他部と、第2半導体装置における半導体素子の他部とを、これら半導体装置間において連続することなく独立してなる貫通電極と再配置配線との組によって、独立して動作させることが可能になる。 According to this configuration, a part of the semiconductor element in the first semiconductor device and a part of the semiconductor element in the second semiconductor device operate together by a set of the through electrode and the rearrangement wiring that are continuous between these semiconductor devices. In addition, the other part of the semiconductor element in the first semiconductor device and the other part of the semiconductor element in the second semiconductor device are connected to the through-electrodes that are independent without being continuous between these semiconductor devices. It becomes possible to operate independently by the combination with the placement and routing.
また、前記半導体装置の積層構造体の製造方法においては、
上下に積層された前記第1半導体装置と第2半導体装置とを、これらの間を連続する貫通電極と再配置配線との間のみで、直接連続させるようにしてもよい。
このようにすれば、積層した半導体装置の一方に不良が生じた場合に、直接連続させた貫通電極と再配置配線とのうちの一方を除去するだけで、不良が生じた半導体装置を容易に交換することができる。
In the method for manufacturing a laminated structure of the semiconductor device,
You may make it make the said 1st semiconductor device and 2nd semiconductor device laminated | stacked up and down directly continue only between the penetration electrode and rearrangement wiring which continue between these.
In this way, when a defect occurs in one of the stacked semiconductor devices, the defective semiconductor device can be easily obtained by removing only one of the directly connected through electrode and rearrangement wiring. Can be exchanged.
本発明によれば、三次元集積回路となる積層構造体の、貫通電極と再配置配線とからなる貫通配線の信頼性を向上させることができるとともに、積層工程を大幅に簡略化することができ、さらには、不良チップのリペアも可能になる。 According to the present invention, it is possible to improve the reliability of the through wiring composed of the through electrode and the rearrangement wiring of the laminated structure that becomes a three-dimensional integrated circuit, and to greatly simplify the lamination process. Furthermore, it is possible to repair defective chips.
以下、図面を参照して本発明を詳しく説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
「基本構成とその製造工程」
まず、本発明に係る半導体装置の積層構造体の、基本構成とその製造工程について説明する。
図1は、本発明の基本構成となる半導体装置の断面構造図である。また、図2、図3は、図1に示した半導体装置の製造方法の、主要工程段階における断面構造を工程順に示したものである。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In each drawing used for the following description, the scale of each member is appropriately changed to make each member a recognizable size.
"Basic configuration and manufacturing process"
First, a basic configuration and a manufacturing process of a laminated structure of a semiconductor device according to the present invention will be described.
FIG. 1 is a cross-sectional structure diagram of a semiconductor device as a basic configuration of the present invention. 2 and 3 show the cross-sectional structures in the main process steps of the semiconductor device manufacturing method shown in FIG.
図1に示すように本発明の基本構成となる半導体装置1は、半導体基板11と、この半導体基板11上に形成された多層配線層12と、貫通配線5とを備えて構成されたものである。
半導体基板11は、半導体素子(図示せず)を形成したシリコン基板からなるものである。多層配線層12は、前記半導体素子に導通する複数の配線13からなる配線群を形成し、これら配線13間を絶縁膜で覆ったものである。
As shown in FIG. 1, a
The
これら半導体基板11及び多層配線層12には、その厚さ方向を貫いて前記貫通配線5が形成されている。貫通配線5は、半導体基板11内及び多層配線層12内に形成された貫通電極6と、多層配線層12の表層部内に形成された再配置配線7とからなるものである。すなわち、貫通電極6は、半導体基板11及び多層配線層12をその厚さ方向に貫通して形成された貫通孔8内に形成されており、再配置配線7は、多層配線層12の表層部に形成された凹部9内に形成されている。
The through
凹部9は、多層配線層12の表面における面方向に延びて形成されており、その一部において貫通孔8に連通している。このような構成のもとに貫通電極6と再配置配線7とは、連続して形成されたものとなっている。また、再配置配線7は、多層配線層12において、前記配線群における一部の配線13に接続して形成されている。したがって、貫通配線5は、この配線13に接続する半導体素子に電気的に接続したものとなっている。
なお、半導体基板11の裏面、すなわち多層配線層12と反対の側の面と、半導体基板11における貫通孔8の内面には、絶縁膜14が形成されている。
The
An insulating
このような半導体装置1を製造するには、まず、図2(a)にように一方の面(表面)に多層配線層12を形成した半導体基板11を用意する。
次に、図2(b)に示すように、半導体基板11の裏面側をエッチングして孔8aを形成する。
次いで、図2(c)に示すように、熱酸化法等によって半導体基板11の裏面と前記孔8a内に絶縁膜(酸化膜)14を形成する。
In order to manufacture such a
Next, as shown in FIG. 2B, the back surface side of the
Next, as shown in FIG. 2C, an insulating film (oxide film) 14 is formed on the back surface of the
次いで、図2(d)に示すように、多層配線層12の表層部にエッチング等によって凹部9を形成する。その際、本例では配線群の一部となる配線13を凹部9内に露出させる。
次いで、図2(e)に示すように、前記多層配線層12の表面及び前記凹部9の内面に、凹部側導電層15を形成する。その際、前記の凹部9内に露出させた配線13上にも、凹部側導電層15を形成する。
Next, as shown in FIG. 2D, a
Next, as shown in FIG. 2 (e), a recess-side
次いで、図2(f)に示すように前記多層配線層12をエッチングすることにより、前記孔8aと前記凹部9とを連通させる孔を形成し、これによって凹部9に連通する貫通孔8を形成する。
次いで、図3(g)に示すように半導体基板11の裏面に、めっき金属充填用の面側導電層16を有する支持基板17を、面側導電層16が半導体基板11に当接するようにして貼設する。なお、この貼設には、少なくとも前記貫通孔8に対応する部分が除かれるようにパターニングされた、貼り付け層(図示せず)などが用いられる。
Next, as shown in FIG. 2 (f), the
Next, as shown in FIG. 3G, the
次いで、半導体基板11をめっき液(図示せず)中に浸漬し、対向離間して配置しためっき用電極を用い、前記面側導電層16をシード層としてこれに通電することにより、ボトムアップめっきを行う。これにより、図3(h)に示すように半導体基板11の裏面側から多層配線層12側に向けて、金属材料5a(例えば銅)を順次充填する。
Next, the
そして、ボトムアップめっきによるめっき金属の充填が進行して、多層配線層12に形成した凹部9内の凹部側導電層15に到達したら、この凹部側導電層15にもシード層として通電することにより、図3(i)に示すように凹部9内にも金属材料5aを充填する。これにより、貫通孔8内から凹部9内にかけて連続した、貫通配線層が形成される。なお、前記したように配線群の一部となる配線13を凹部9内に露出させているので、この露出した配線13は、凹部9内に充填された金属材料5aに導通するようになる。
Then, when the filling of the plating metal by bottom-up plating proceeds and reaches the recess-side
次いで、図3(j)に示すように、多層配線層12の表面側の余分な金属材料5aを化学的機械研磨(CMP)によって除去し、凹部9を除いた部位の多層配線層12の表面を露出させる。
その後、図3(k)に示すように、半導体基板11の裏面から支持基板17を取り外す。これにより、半導体基板11の裏面から多層配線層12の表面側に貫き、さらにこの表面側でその面方向(横方向)に延びて再配線してなる、貫通配線5が得られる。すなわち、貫通電極6と再配置配線7とからなる貫通配線5が形成され、これによって図1に示した半導体装置1が得られる。
Next, as shown in FIG. 3 (j), the
Thereafter, as shown in FIG. 3 (k), the
なお、本発明の基本構成となる半導体装置については、図1に示した構成以外にも、種々の構成をとることができる。
例えば、図1、図3(j)、(k)では凹部9内全体を埋めた状態に再配置配線7を形成したが、凹部9内全体を埋めることなく、凹部9の底面部及び側面部のみに再配置配線7を形成してもよい。
Note that the semiconductor device serving as the basic configuration of the present invention can have various configurations other than the configuration shown in FIG.
For example, in FIGS. 1, 3 (j), and 3 (k), the
また、図4に示すように半導体基板11の向きを上下逆にし、半導体基板11の裏面(上面)側に凹部9を形成してここに再配置配線7を形成し、多層配線層12の表面(下面)に貫通電極6の一端面を露出させてもよい。その場合には、貫通電極6側を、配線群の一部の配線13に接続させるようにする。
なお、本発明においては半導体基板11に形成した絶縁膜14も、半導体基板11の一部と見なすことができる。したがって、図4に示したように半導体基板11の裏面(上面)側に凹部9を形成するのに代えて、この半導体基板11の裏面側に位置する絶縁膜14に凹部9を形成し、ここに、再配置配線7を形成してもよい。
Further, as shown in FIG. 4, the direction of the
In the present invention, the insulating
また、図5に示すように、多層配線層12に形成する凹部9を、貫通電極6とは離間した位置、すなわち貫通孔8に連通しないように形成することもできる。その場合には、多層配線層12中の配線群のうちの少なくとも一部の配線13を介して、凹部9内の再配置配線7を貫通電極6に電気的に接続させるようにすればよい。このように構成することにより、凹部9の形成位置をより自由に設計することができる。
Further, as shown in FIG. 5, the
「第1実施形態」
次に、本発明における半導体装置の積層構造体の、第1実施形態を説明する。
図6は、積層構造体の第1実施形態の断面構造図である。また、図7は、図6に示した積層構造体の製造方法の、主要工程段階における断面構造を工程順に示したものである。なお、以下では、図6、図7に示したように、図1に示した構成の半導体装置1を2段に積み重ね、積層した例について説明するが、3段以上に積み重ねてもよいのはもちろんである。
“First Embodiment”
Next, a first embodiment of a stacked structure of a semiconductor device according to the present invention will be described.
FIG. 6 is a cross-sectional structure diagram of the first embodiment of the laminated structure. FIG. 7 shows a cross-sectional structure in a main process step in the order of steps in the method for manufacturing the laminated structure shown in FIG. In the following, an example in which the
本実施形態の積層構造体20は、図6に示すように、図1に示した構成の第1半導体装置1A上に、同じく図1に示した構成の第2半導体装置1Bを積み重ね、これによって 第1半導体装置1Aと第2半導体装置1Bとを上下に積層したものである。
そして、特に第1半導体装置1Aの貫通配線5における再配置配線7と、第2半導体装置1Bの貫通配線5における貫通電極6とが、継ぎ目無く連続して形成されている。また、第1半導体装置1Aにおける貫通電極6と、第2半導体装置1Bにおける貫通電極6とが、平面視した状態で異なる位置に形成配置されている。
なお、第1半導体装置1Aと第2半導体装置1Bとは、貫通電極6の外径や、半導体基板11の厚さ、回路構成等が、同じであっても異なっていてもよい。
As shown in FIG. 6, the stacked
In particular, the
The
このような積層構造体20を製造するには、まず、図7(a)にように、前記の図3(j)に示した状態の第1半導体装置1Aの上面(多層配線層12側の面)に、図2(f)に示した状態の第2半導体装置10Bの下面(半導体基板11の裏面)を貼り付ける。その際、第2半導体装置10Bの貫通孔8の下部開口が、第1半導体装置1Aの再配置配線7上に位置し、かつ、第1半導体装置1Aの貫通電極6上に位置しないように、位置合わせを行う。
In order to manufacture such a
次に、この積層体を、第1半導体装置1Aの形成時と同じ組成のめっき液(図示せず)中に浸漬し、対向離間して配置しためっき用電極を用い、ボトムアップめっきを行う。すると、第1半導体装置1Aにはすでに貫通配線5が形成され、さらに、その底部にて面側導電層16が接合されているので、この状態で面側導電層16に通電することにより、これに導通する貫通配線5の再配置配線7の表面を電極として、図7(b)に示すように第2半導体装置1Bの裏面側から多層配線層12側に向けて、金属材料5aを順次充填することができる。このようにして金属材料5aを充填すると、特に金属材料5aを継ぎ足した部分については、実質的に継ぎ目が無く、連続した状態に形成される。
Next, this laminated body is immersed in a plating solution (not shown) having the same composition as that of the formation of the
そして、ボトムアップめっきによるめっき金属の充填が進行して、第2半導体装置10Bの多層配線層12に形成した凹部9内の凹部側導電層15に到達したら、この凹部側導電層15にもシード層として通電することにより、図7(c)に示すように凹部9内にも金属材料5aを充填する。これにより、貫通孔8内から凹部9内にかけて連続した、貫通配線層が形成される。なお、図7(a)に示したように配線群の一部となる配線13を凹部9内に露出させているので、この露出した配線13は、凹部9内に充填された金属材料5aに導通するようになる。
When the filling of the plating metal by bottom-up plating proceeds and reaches the concave side
次いで、図7(d)に示すように、多層配線層12の表面側の余分な金属材料を化学的機械研磨(CMP)によって除去し、凹部9を除いた部位の多層配線層12の表面を露出させる。これにより、第2半導体装置10Bは図1に示した基本構成を有する半導体装置1Bとなる。
その後、図7(e)に示すように、第1半導体装置1Aの裏面から支持基板17を取り外す。これにより、第1半導体装置1A上に第2半導体装置1Bを積層してなる、図6に示した半導体装置の積層構造体20が得られる。
Next, as shown in FIG. 7D, excess metal material on the surface side of the
Thereafter, as shown in FIG. 7E, the
このようにして得られた積層構造体20にあっては、上下に積層された半導体装置1A、1Bのうちの第2半導体装置1Bにおける貫通電極6の再配置配線と反対の側と、第1半導体装置1Aにおける再配置配線7とが、同じ金属材料で継ぎ目無く連続して形成されているので、第2半導体装置1Bにおける貫通電極6と第1半導体装置1Aにおける再配置配線7とが、継ぎ目無く形成されたものとなる。
In the
したがって、同一半導体装置1内における貫通電極6とこれに電気的に接続する再配置配線7との間はもちろん、異なる半導体装置1A、1B間で接続する貫通電極6と再配置配線7との間においても、十分に低抵抗化されたものとなる。
よって、貫通配線5の低抵抗化を実現できるとともに、伝送特性やエレクトロマイグレーション耐性を向上させることができる。
また、接合用電極がないため、貫通電極6の径を微細化するだけで、この貫通電極6からなる貫通配線5を微細化することができる。
Accordingly, not only between the through
Therefore, the resistance of the through
Further, since there is no bonding electrode, the through
また、このような積層構造体20の製造方法にあっては、工程の短縮化を図ることができ、これによって積層工程による歩留まりを向上させることができる。すなわち、従来では例えば(貫通孔形成→金属(導体)充填→ウェーハ研削(貫通孔底部露出用) →バンプ形成→バンプ接合→アンダーフィル樹脂接合→バックメタリゼーション)の7工程であった積層工程を、本実施形態の方法では基本的に(貫通孔形成→積み重ね→めっき金属充填) の3工程に減らすことができる。これにより、積層工程による歩留まりを向上させることができる。
Moreover, in such a manufacturing method of the
また、貫通電極6と再配置配線7とからなる貫通配線5の、半導体装置1A、1B間での接続状態も、めっき充填具合から判断でき、めっき成長不良の場合には再めっきすることもできる。このため、冗長回路部分の半導体基板11上の面積の縮小、あるいは回路機能自体を簡略化することができる。これにより、設計コスト、及びチップ製造コストの上昇を抑制することができる。
Moreover, the connection state between the
さらに、ボトムアップめっき方式を採用することで、めっき液に選択性を持たせなくても、貫通孔8内に金属材料を充填することができ、なおかつ、空隙のない金属配線(再配置配線7)を形成することができる。これにより、貫通配線5の形成にかかるコストを削減することができる。当然、貫通孔8を含む半導体基板11をより薄くすることでCVD装置を用いなくとも、従来公知の多層配線形成工程のようにめっきのみで、微細な(高アスペクトな)貫通孔8に金属材料を充填していくこともできる。
また、半導体装置1A、1B間は貫通配線5以外の領域で接合させるため、この部分のみの接合工程を任意に選択できる。当然、半導体装置1A、1B間の接合後に上側の第2半導体装置1Bの貫通配線5を形成するため、導体領域の接合不良を抑制することができる。
Furthermore, by adopting the bottom-up plating method, it is possible to fill the through
Further, since the
なお、前記製造工程で述べた半導体装置1A、1B間の貼り付けとは、積層時に半導体装置1A、1B同士が相対向する平面にて、貫通配線5が形成される場所以外の平面同士で貼り付けられる。このとき貼り付けの手法としては、直接接合、接着、密着などの公知の手法が採用可能である。
Note that the bonding between the
具体的には、直接接合の場合には、表面を活性化させた絶縁層同士で直接接合する。
接着法では、各種接着材料や、金属材料を、貫通配線5の位置を除く半導体装置1A、1Bの該当平面において、一方の基板(装置)のみ、もしくは両方の基板(装置)に接着層を形成する、あるいは、接着シートを間に挟みこんで、所定の接着温度、真空度、圧力にて接着(拡散接合)するなどの方法も採用可能である。
Specifically, in the case of direct bonding, the insulating layers whose surfaces are activated are directly bonded to each other.
In the bonding method, various bonding materials and metal materials are formed on only one substrate (device) or both substrates (devices) on the corresponding plane of the
密着法では、貫通配線5の位置を除く半導体装置1A、1Bの該当平面において、平面同士を直接接触させる、または、一方の基板のみ、もしくは両方の基板に密着層を形成し、密着させる、あるいは、間に密着シートを挟みこんで常温、常圧、あるいは真空中で、加圧密着させるなどの方法が採用可能である。このため、めっき金属材料充填時の基板(装置)間への染み出しが抑えられる方法を、選択することは言うまでもない。これらの方法の選択は、積層構造体の要求強度、あるいはリペア(積層後の不良基板交換)などのし易さなどを考慮して、適宜貼り付け方法を選択することができる。
In the adhesion method, in the corresponding plane of the
また、図6及び図7に示した半導体装置1A、1Bについては、図1に示した断面構造、及び図2、図3に示した製造工程を参照したが、本実施形態では、半導体装置1A、1Bの構造を、図4、図5に示した構造に置き換えてもよいのは言うまでもない。また、図6では2段に積み重ねた積層構造を示したが、3段以上でも同様に積層することができるのは、前述したとおりである。
For the
さらに、本実施形態では、上側の第2半導体装置1Bの貫通配線5の金属材料を、下側の第1半導体装置1Aの貫通配線5の金属材料と異なるものにしてもよい。その場合には、図8に示すように第2半導体基板1B(10B)を積層する前に、第1半導体基板1Aの再配置配線7の表面で、少なくとも第2半導体基板1B(10B)の貫通孔8の底部に対応する部分に、CVD法、スパッタ成膜法、蒸着法などの手法を用いて、あらかじめ第2半導体装置1Bに埋め込む金属材料のシード層18を形成しておく。また、第2半導体装置1Bの凹部9内にも同種の金属材料からなる凹部側導電層(図示せず)を、シード層として成膜しておく。
Furthermore, in the present embodiment, the metal material of the through
その後、シード層18と同じ金属材料を、図7に示した製造工程と同様にして貫通孔8、凹部9内に充填することにより、図8に示したように第1半導体装置1Aの貫通配線5と異なる金属材料で、この貫通配線5に対して継ぎ目無く連続させた状態に、第2半導体装置1Bに貫通配線5を形成することができる。
Thereafter, the same metal material as that of the
「第2実施形態」
次に、本発明における半導体装置の積層構造体の、第2実施形態を説明する。
図9は、積層構造体の第2実施形態の断面構造図である。また、図10は、図9に示した積層構造体の製造方法の、主要工程段階における断面構造を工程順に示したものである。なお、以下では、図9、図10に示したように、図1に示した構成を備えた半導体装置を4段に積み重ね、積層した例について説明する。
“Second Embodiment”
Next, a second embodiment of the laminated structure of the semiconductor device according to the present invention will be described.
FIG. 9 is a cross-sectional structure diagram of the second embodiment of the laminated structure. FIG. 10 shows a cross-sectional structure in a main process step in the order of steps in the method for manufacturing the laminated structure shown in FIG. Hereinafter, as illustrated in FIGS. 9 and 10, an example in which the semiconductor devices having the configuration illustrated in FIG. 1 are stacked and stacked in four stages will be described.
本実施形態の積層構造体30は、図9に示すように、図1に示した構成を備えた第1半導体装置1C上に、第2半導体装置1D、第3半導体装置1E、第4半導体装置1Fを順次積層したもので、図6に示した構成を備えた第1実施形態に対応する第1積層構造体20A上に、同じく第2積層構造体20Bを積層した構造となっている。
As shown in FIG. 9, the stacked
そして、この積層構造体30では、前記第1半導体装置1C〜第4半導体装置1Fのそれぞれに、貫通電極6とこれに電気的に接続する再配置配線7とからなる貫通配線5が、複数組ずつ設けられている。また、その一部の半導体装置間、図9に示した実施形態では第2半導体装置1Dと第3半導体装置1Eとの間において、すなわち第1積層構造体20Aと第2積層構造体20Bとの間において、互いに連続することなく独立して配置された貫通配線5A、5Bからなる組が、設けられている。
In this
なお、第2積層構造体20Bでは、その第3半導体装置1Eと第4半導体装置1Fとの間において、再配置配線7を介することなく、貫通電極6、6間を直接連続させてなる配線5Cが2組形成されている。ただし、これらの配線5Cは、連続した貫通電極6、6を一つの貫通電極として見れば、この貫通電極と第4半導体装置1Fに形成された再配置配線7とにより、独立した一つの貫通配線5と見なすことができる。
In the second
このような積層構造体30を製造するには、まず、図10(a)に示すように、前記の図7(d)に示した状態の積層構造体20Aの上面(第2半導体装置1Dの多層配線層12側の面)に、金属充填を一部にのみ行った第2積層構造体20Bを貼り付ける。具体的には、前記した配線5Cの形成部、すなわちこの配線5Cを形成するための連続する貫通孔8、8と凹部9とからなる部位に、金属を充填せず、第1積層体20Aの貫通配線5Aに連続することなく独立して設けられる貫通配線5Bについては、予め金属充填を行ってその形成を終了させておく。
In order to manufacture such a
そして、図10(a)に示したように、この貫通配線5Bは第1積層構造体20Aの各再配置配線7に連続(接続)することなく、前記配線5Cを形成するための貫通孔8の下部開口が、第1積層構造体20A(第2半導体装置1D)の再配置配線7上に位置するように、位置合わせを行う。
Then, as shown in FIG. 10A, the through
次に、この積層体を、第1積層構造体20Aの形成時と同じ組成のめっき液(図示せず)中に浸漬し、対向離間して配置しためっき用電極を用い、ボトムアップめっきを行う。すると、第1積層構造体20Aにはすでに貫通配線5が形成され、さらに、その底部にて面側導電層16が接合されているので、この状態で面側導電層16に通電することにより、これに導通する貫通配線5の再配置配線7の表面を電極として、図10(b)に示すように第2積層構造体20Bの裏面側から多層配線層12側に向けて、金属材料を順次充填することができる。このようにして金属材料を充填すると、特に金属材料を継ぎ足した部分については、実質的に継ぎ目が無く、連続した状態の配線5Cが得られる。
Next, this laminated body is immersed in a plating solution (not shown) having the same composition as that for forming the first
そして、ボトムアップめっきによるめっき金属の充填が進行して、第4半導体装置1Fの多層配線層12に形成した凹部9内の凹部側導電層15に到達したら、この凹部側導電層15にもシード層として通電することにより、図10(b)に示すように凹部9内にも金属材料を充填する。これにより、第3半導体装置1Eの貫通孔8内から第4半導体装置1Fの貫通孔8内を通って凹部9内にかけて連続した、配線(貫通配線)層が形成される。なお、図10(a)に示したように配線群の一部となる配線13を凹部9内に露出させているので、この露出した配線13は、凹部9内に充填された金属材料に導通するようになる。
When the filling of the plating metal by bottom-up plating proceeds and reaches the concave side
次いで、図10(b)に示すように、多層配線層12の表面側の余分な金属材料を化学的機械研磨(CMP)によって除去し、凹部9を除いた部位の多層配線層12の表面を露出させる。これにより、第4半導体装置1Fは図1に示した基本構成を有する半導体装置となる。
その後、図10(c)に示すように、第1半導体装置1Cの裏面から支持基板17を取り外す。これにより、第1半導体装置1C上に、第2半導体装置1D、第3半導体装置1E、第4半導体装置1Fを順次積層してなり、したがって第1積層構造体20A上に第2積層構造体20Bを積層してなる積層構造体30が得られる。
Next, as shown in FIG. 10B, the excess metal material on the surface side of the
Thereafter, as shown in FIG. 10C, the
このようにして得られた積層構造体30とその製造方法にあっては、前記の第1実施形態の積層構造体20とその製造方法で得られる作用効果に加えて、以下の作用効果が得られる。
すなわち、この積層構造体30とその製造方法によれば、第1集積構造体20Aにおける半導体素子の一部と、第2集積構造体20Bにおける半導体素子の一部とを、これら集積構造体20A、20B間において連続する貫通電極と再配置配線とからなる貫通配線5の組によって共に動作させることができるとともに、第1集積構造体20Aにおける半導体素子の他部と、第2集積構造体20Bにおける半導体素子の他部とを、これら集積構造体20A、20B間において連続することなく独立してなる配線5Cの組によって、独立して動作させることができる。したがって、積層構造体30の設計自由度を高めることができる。
In the
That is, according to the stacked
なお、前記製造工程で述べた集積構造体20A、20B間の貼り付けとその手法については、前記第1実施形態の場合と同様にすることができる。
また、図9及び図10に示した半導体装置1C〜1Fについては、図1に示した断面構造、及び図2、図3に示した製造工程を参照したが、本実施形態でも、半導体装置1C〜1Fの構造を、図4、図5に示した構造に置き換えることができる。また、図9では半導体装置1を4段に積み重ねた積層構造を示したが、2段、3段、もしくは5段以上に積層することができるのはもちろんである。
Note that the bonding between the
For the
さらに、この第2実施形態としては、例えば図11に示す積層構造体31のように、一部の貫通配線5Dの径が、他の貫通配線5の径と異なっていてもよい。その場合には、例えば積層構造体20Bについて、あらかじめ貫通配線製造工程を分けて実施し、特に貫通孔8の内径を複数種形成することにより、径の異なる貫通配線を有する三次元集積回路装置(積層構造体30)を実現することができる。また、複数の貫通電極6に対して、一つの再配置配線7が接続するようにしてもよい。
Furthermore, as this 2nd Embodiment, the diameter of some
「第3実施形態」
次に、本発明における半導体装置の積層構造体の、第3実施形態を説明する。
図12(a)は、積層構造体の第3実施形態の断面構造図である。また、図12(a)〜(e)は、図12(a)に示した積層構造体内に不良基板があった場合の、良品基板との交換を説明するための工程を示す図である。
“Third Embodiment”
Next, a third embodiment of the laminated structure of the semiconductor device according to the present invention will be described.
FIG. 12A is a cross-sectional structure diagram of the third embodiment of the laminated structure. 12A to 12E are diagrams illustrating steps for explaining replacement with a non-defective substrate when a defective substrate is present in the stacked structure shown in FIG. 12A.
図12(a)に示した第3実施形態の積層構造体40が、図6に示した積層構造体20と異なるところは、第1半導体装置1Aと第2半導体装置1Bとの間が、その相対向する面同士で直接接合、接着、密着などによって貼り付けられていることなく、これらの間を連続する貫通電極6と再配置配線7との間のみで、直接連続している点である。
The
すなわち、この積層構造体40は、第1半導体装置1Aの多層配線層12と第2半導体装置1Bの半導体基板11とが直接貼り付けられていることなく、第1半導体装置1Aの貫通配線5における再配置配線7と、第2半導体装置1Bの貫通配線5における貫通電極6との間のみが、直接連続したものとなっている。したがって、この積層構造体40では、第1半導体装置1Aと第2半導体装置1Bとが、互いに連続したそれぞれの貫通配線5、5を支柱とし、これによってのみ直接的に連続したものとなっている。
That is, the
このような構成の積層構造体40にあっては、積層した半導体装置の一方に不良が生じた場合に、直接連続させた貫通電極と再配置配線とのうちの一方を除去するだけで、不良が生じた半導体装置を容易に交換することができる。
以下、積層した半導体装置のうちの上側の第2半導体装置1Bに不良が生じた場合の、不良基板の交換方法を説明する。
In the
Hereinafter, a method for replacing a defective substrate when a defect occurs in the upper
図12(a)に示した積層構造体40において、上側の第2半導体装置1Bが不良であると確認されたら、これを良品に交換するべく、まず、図12(b)に示すように第2半導体装置1Bの貫通配線5(再配置配線7及び貫通電極6)をエッチングによって完全に除去する。すると、第1半導体装置1Aと第2半導体装置1Bとは互いにの貫通配線5、5のみで連続していたので、一方の貫通配線5が除去されることにより、互いの接合強度が十分に弱まる。
In the stacked
次いで、図12(c)に示すように第1半導体装置1A上から第2半導体装置1Bを取り外す。
続いて、図12(d)に示したように良品である新たな半導体装置1Gを第1半導体装置1A上に載置し、必要に応じて貼り付けを行う。その際、半導体装置1Gの貫通孔8の下部開口が、第1半導体装置1Aの再配置配線7上に位置し、かつ、第1半導体装置1Aの貫通電極6上に位置しないように、位置合わせを行うのは、図7(a)に示した場合と同様である。
Next, as shown in FIG. 12C, the
Subsequently, as shown in FIG. 12D, a new
次に、この積層体を、第1半導体装置1Aの形成時と同じ組成のめっき液(図示せず)中に浸漬し、対向離間して配置しためっき用電極を用い、ボトムアップめっきを行う。これにより、図7(d)に示した場合と同様に金属材料5aが充填され、図12(e)に示すように第1半導体装置1Aの貫通配線5(再配置配線7)に継ぎ目無く連続した状態で、半導体装置1Gに貫通配線5が形成される。
Next, this laminated body is immersed in a plating solution (not shown) having the same composition as that of the formation of the
その後、第1半導体装置1Aの裏面から支持基板17を取り外すことにより、第1半導体装置1A上に半導体装置1Gを積層してなる、新たな半導体装置の積層構造体20(40)が得られる。
なお、不良が上側の第2半導体装置1Bでなく、下側の第1半導体装置1Aである場合にも、同様の工程で第1半導体装置1Aから第2半導体装置1Bを取り外した後、第1半導体装置1Aを良品に交換した後、図12(d)、(e)に示した工程を行うことにより、良品からなる新たな半導体装置の積層構造体20(40)が得られる。
Thereafter, by removing the
Even when the defect is not the upper
したがって、図12(a)に示した積層構造体40によれば、積層した半導体装置の一方に不良が生じた場合に、直接連続させた貫通電極と再配置配線とのうちの一方を除去するだけで、不良が生じた半導体装置を容易に交換することができる。
Therefore, according to the stacked
なお、本実施形態では、例えば図13に示すように、半導体装置1A、1B間に密着層41あるいは密着シート41を配することで、半導体装置1A、1Bの相対向する平面の凹凸の吸収、めっき液の装置間への混入防止、装置接続強度の補強等、を実現することができる。
In the present embodiment, for example, as shown in FIG. 13, by disposing the
さらに、図14に示すように、第2半導体装置1B側(上側)の貫通配線5をその半導体基板11の底面より下側に延在させ、その周囲のみに、貫通孔を形成した筒状の接着層42を形成し、この接着層42を第1半導体装置1Aの再配置配線7に接着させた構成としてもよい。
このような構成とした場合、不良の半導体装置を交換するときには、下側の第1半導体装置1Aの再配置配線7の、接着層42に接合している全ての部分の金属材料を除去することにより、第1半導体装置1Aから第2半導体装置1Bを容易に取り外すことができる。
Further, as shown in FIG. 14, the through
In such a configuration, when a defective semiconductor device is replaced, the metal material of all portions of the
また、図15に示すように、第2半導体装置1Bの貫通孔8の内壁面に絶縁膜として接着層43を形成した構成としてもよい。このような構成の場合には、貫通孔8及び凹部9に金属材料を充填する前の第2半導体装置1Bを、第1半導体装置1Aに密着させた後、貫通孔8の内壁面に絶縁膜としての接着層43を形成する。これにより、第1半導体装置1A上に金属材料充填前の第2半導体装置1Bを、隙間を形成することなく仮接続することが可能になる。
また、不良の半導体装置を交換するときには、図14に示した場合と同様にして、下側の第1半導体装置1Aの再配置配線7の、接着層43に接合している全ての部分の金属材料を除去することにより、第1半導体装置1Aから第2半導体装置1Bを容易に取り外すことができる。
Moreover, as shown in FIG. 15, it is good also as a structure which formed the
Further, when replacing a defective semiconductor device, in the same way as in the case shown in FIG. 14, the metal of all the portions of the
なお、本発明は前記実施形態に限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
1、1C、1D、1E、1F、1G…半導体基板、1A…第1半導体装置、1B…第2半導体装置、5…貫通電極、6…貫通電極、7…再配置配線、8…貫通孔、9…凹部、11…半導体基板、12…多層配線層、13…配線、14…絶縁膜、15…凹部側導電層、16…面側導電層、17…支持基板、18…シード層、20…積層構造体、20A…第1積層構造体、20B…第2積層構造体、30、31、40…積層構造体
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記第1の半導体基板に、その厚さ方向に貫通する第1の貫通孔を形成する工程と、
前記第1の半導体基板の表裏面のうちの一方の側に第1の凹部を形成する工程と、
前記第1の凹部内に通電用の第1の凹部側導電層を設ける工程と、
前記第1の半導体基板の表裏面のうちの他方の側に通電用の第1の面側導電層を設ける工程と、
前記第1の面側導電層及び第1の凹部側導電層をシード層として、前記第1の貫通孔内に第1の貫通電極を形成するとともに、前記第1の凹部内に、前記表裏面のうちの一方の面方向に延びる再配置配線を形成する工程と、を備え、
前記第1の貫通孔を形成する工程又は前記第1の凹部を形成する工程では、前記配線群のうちの少なくとも一部の配線を露出させるようにした第1半導体装置の製造工程と、
半導体素子を有するとともに、該半導体素子に接続する配線群を有してなる第2の半導体基板を用意する工程と、
前記第2の半導体基板に、その厚さ方向に貫通するとともに、第2の貫通孔を形成する工程と、
前記第2の半導体基板の表裏面のうちの一方の側に第2の凹部を形成する工程と、
前記第2の凹部内に通電用の第2の凹部側導電層を形成する工程と、を備え、
前記第2の貫通孔を形成する工程又は前記第2の凹部を形成する工程では、前記配線群のうちの少なくとも一部の配線を露出させるようにした第2半導体装置の製造工程と、
前記第1半導体装置の製造工程で製造した第1半導体装置上に、前記第2半導体装置の製造工程で製造した第2半導体装置を、前記第1半導体装置の前記第1の再配置配線上に、前記第2の貫通孔が位置し、かつ、平面視した状態で前記第1の貫通孔と異なる位置になるようにして積層する工程と、
前記第1の再配置配線及び前記第2の凹部側導電層をシード層として、前記第2の貫通孔内に第2の貫通電極を形成するとともに、前記第2の凹部内に、前記表裏面のうちの一方の面方向に延びる再配置配線を形成する工程と、を備えたことを特徴とする半導体装置の積層構造体の製造方法。 Providing a first semiconductor substrate having a semiconductor element and a wiring group connected to the semiconductor element;
Forming a first through hole penetrating in the thickness direction in the first semiconductor substrate;
Forming a first recess on one of the front and back surfaces of the first semiconductor substrate;
Providing a first recess-side conductive layer for energization in the first recess;
Providing a first surface-side conductive layer for energization on the other side of the front and back surfaces of the first semiconductor substrate;
Using the first surface side conductive layer and the first recess side conductive layer as a seed layer, a first through electrode is formed in the first through hole, and the front and back surfaces are formed in the first recess. Forming a rearrangement wiring extending in one of the surface directions,
In the step of forming the first through hole or the step of forming the first recess, a manufacturing process of the first semiconductor device in which at least a part of the wirings in the wiring group is exposed;
Preparing a second semiconductor substrate having a semiconductor element and a wiring group connected to the semiconductor element;
Passing through the second semiconductor substrate in the thickness direction and forming a second through hole; and
Forming a second recess on one side of the front and back surfaces of the second semiconductor substrate;
Forming a second recess-side conductive layer for energization in the second recess,
In the step of forming the second through hole or the step of forming the second recess, a manufacturing process of the second semiconductor device in which at least a part of the wirings in the wiring group is exposed;
The second semiconductor device manufactured in the manufacturing process of the second semiconductor device is placed on the first rearrangement wiring of the first semiconductor device on the first semiconductor device manufactured in the manufacturing process of the first semiconductor device. Laminating the second through hole so that the second through hole is in a different position from the first through hole in a plan view.
Using the first rearrangement wiring and the second recess side conductive layer as a seed layer, a second through electrode is formed in the second through hole, and the front and back surfaces are formed in the second recess. And a step of forming a rearrangement wiring extending in one surface direction. A method of manufacturing a laminated structure of a semiconductor device, comprising:
前記第1半導体装置及び/又は前記第2半導体装置に、貫通電極とこれに電気的に接続する再配置配線とを、複数組設けるとともに、
前記第1半導体装置及び/又は前記第2半導体装置に、これら半導体装置間において連続することなく独立してなる貫通電極とこれに電気的に接続する再配置配線とからなる組を、設けることを特徴とする半導体装置の積層構造体の製造方法。 In the manufacturing method of the laminated structure of the semiconductor device of Claim 1 ,
In the first semiconductor device and / or the second semiconductor device, a plurality of sets of through electrodes and rearrangement wirings electrically connected thereto are provided,
Providing the first semiconductor device and / or the second semiconductor device with a set of through electrodes that are independent of each other without being continuous between the semiconductor devices and a relocation wiring electrically connected thereto. A method for manufacturing a laminated structure of a semiconductor device.
上下に積層された前記第1半導体装置と第2半導体装置とを、これらの間を連続する貫通電極と再配置配線との間のみで、直接連続させることを特徴とする半導体装置の積層構造体の製造方法。 In the manufacturing method of the laminated structure of the semiconductor device of Claim 1 or 2 ,
A stacked structure of a semiconductor device, wherein the first semiconductor device and the second semiconductor device stacked vertically are directly continuous only between a through electrode and a rearrangement wiring that are continuous between the first semiconductor device and the second semiconductor device. Manufacturing method.
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