JP5518574B2 - 積層チップパッケージおよび積層チップパッケージの製造方法 - Google Patents

積層チップパッケージおよび積層チップパッケージの製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、積層された複数のチップを含む積層チップパッケージおよび積層チップパッケージの製造方法に関する。
近年、携帯電話やノート型パーソナルコンピュータといった電子機器では、軽量化と高性能化が求められている。それに伴い、電子機器に用いられる電子部品の高集積化が求められている。また、半導体記憶装置の大容量化のためにも電子部品の高集積化が求められている。
近年、高集積化された電子部品としてシステム・イン・パッケージ(System in Package、以下「SIP」という)が注目されている。SIPは、LSIを重ね合わせ1つのパッケージに実装したデバイスであり、近年、複数のチップを積層する3次元実装技術を用いたSIPが注目されている。そのようなSIPとして、積層された複数のチップを有するパッケージ、すなわち、積層チップパッケージが知られている。積層チップパッケージは高集積化が可能になるという利点に加え、配線の長さの短縮が可能になることから、回路の動作の高速化や配線の浮遊容量の低減が可能になるといった利点を有している。
積層チップパッケージを製造するための3次元実装技術として、ワイヤボンディング方式と、貫通電極方式とが知られている。ワイヤボンディング方式は、複数のチップを基板上に積層し、各チップに形成された複数の電極と、基板に形成された外部接続端子とをワイヤボンディングによって接続する方式である。貫通電極方式は、積層されるそれぞれのチップに複数の貫通電極を形成し、その貫通電極によって各チップ間の配線を行う方式である。
ワイヤボンディング方式には、ワイヤ同士が接触しないように電極の間隔を狭めることが難しいといった課題や、ワイヤの抵抗値が高いため回路の動作を高速化することが難しい、薄型化が難しいといった課題がある。
貫通電極方式では、ワイヤボンディング方式における前述の課題が解消されるものの、各チップに貫通電極を形成するために多くの工程を要するため、積層チップパッケージのコストが高くなるといった課題がある。
積層チップパッケージの製造方法として、従来、例えば特許文献1や、特許文献2が知られている。特許文献1には、次のような製造方法が記載されている。この製造方法では、まず、ウェハより切り出された複数のチップを埋め込み用樹脂中に埋め込む。その後、各チップに接続される複数のリードを形成してNeo-Waferと呼ばれる構造物を作成する。次に、Neo-Waferを切断して、チップとその周囲を囲む樹脂と、複数のリードとを含むNeo-chipと呼ばれる複数の構造体を作成する。このとき、チップに接続された複数のリードの端面はNeo-chipの側面に露出している。そして、複数種類のNeo-chipを積層して積層体を作成する。この積層体では、各層のチップに接続された複数のリードの端面は積層体の同じ側面に露出している。
また、非特許文献1には、特許文献1に記載された製造方法と同様の方法で積層体を製造してその積層体の2つの側面に配線を形成することが記載されている。
一方、特許文献2には、フレキシブルなポリマー基板に1以上の電子的要素と複数の導電トレースとを形成してなる複数の能動層を積層して構成された多層モジュールが記載されている。
米国特許第5,953,588号明細書 米国特許第7,127,807 B2号明細書
Keith D. Gann, "Neo-StackingTechnology", HDI Magazine, 1999 年12月
ところで、積層チップパッケージは、次のような手順で製造される。まず、ウェハプロセスを施すことにより、複数のデバイスが作り込まれたウェハ(デバイスウェハ)を作成する。そして、デバイスウェハにスクライブラインに沿った溝部を複数形成する。さらに、その溝部にエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂といった樹脂を埋め込むことによって絶縁層を形成し、それによって溝付きデバイスウェハを作成する。このような溝付きデバイスウェハを絶縁性の接着材で張り合わせて積層デバイスウェハを作成する。この積層デバイスウェハを溝部に沿って切断することによって積層チップパッケージを製造する。
一方、積層チップパッケージは、複数のデバイスプレートが重なっている。積層デバイスウェハを溝部に沿って切断すると、溝付きデバイスウェハも溝部に沿って切断される。溝付きデバイスウェハが溝部に沿って切断されたことによって形成される板状の部材がデバイスプレートである。
そして、積層チップパッケージを製造するためにはデバイスプレート同士を電気的に接続しなければならない。デバイスプレートはそれぞれ複数のデバイスが作り込まれており、その側面が絶縁層で覆われている。そのため、従来、積層チップパッケージの製造工程には、次の1)、2)の工程が必要とされていた。すなわち、1)デバイスプレートが縦方向に積み重なった構造物をデバイスブロックとしたときに、デバイスブロックの一つの側面に各デバイスプレートに形成されている配線の端面を出現させる。2)次に、その配線の端面同士を各デバイスプレートを跨ぐようにしてつなぐ2次配線(接続電極ともいう)をデバイスブロックの側面に形成する。
一方、各デバイスプレートに形成されている配線は2次配線に接触するほか、デバイスに接続されている接続パッドにも接触するように形成されている。そのため、積層チップパッケージは、配線と2次配線との接触部分や、配線と接続パッドの接触部分に接触抵抗が発生し得る。
ところが、2次配線は各デバイスプレートの配線の端面同士を縦方向にすべてつないでいたため、積層チップパッケージは、各デバイスプレート間の接触抵抗を確認するテストが行い難くい構造であった。したがって、従来の積層チップパッケージは、接触抵抗を確認するテストに時間を要してしまい、そのようなテストを簡略化することが困難であるという課題があった。
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、接触抵抗の検査工程を簡略化し、検査工程を効率的に行える構造を備えた積層チップパッケージおよび積層チップパッケージの製造方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明は半導体装置とその半導体装置に接続されている配線電極とを有する半導体プレートが複数積層され、複数の側面のうちのいずれか少なくとも一つの配線用側面に、半導体プレートにおける配線用側面の内側に形成されている検査用内電極の端面が形成され、半導体プレートのうちの隣接する2つの半導体プレートだけを対象として検査用内電極の端面同士を半導体プレートの積層方向に沿って接続している検査用外電極を有し、配線電極と共通する検査用配線電極が検査用内電極の代わりに形成されている表層プレートが半導体プレートの一つとして最上位に積層され、検査用配線電極の端面が配線用側面に形成され、検査用外電極を複数有し、その検査用外電極の少なくとも1つが検査用配線電極の端面と検査用内電極の端面とを積層方向に沿って接続し、検査用配線電極を2つ有し、かつその検査用配線電極の一方から他方までがすべての検査用外電極および検査用内電極とともにつながった一連の検査用ラインを形成している積層チップパッケージを特徴とする。
この積層チップパッケージは、隣接する2つの半導体プレートだけを対象とした検査用外電極が形成されているので、2つの半導体プレートだけを対象とした検査を行える。
また、本発明は、半導体装置とその半導体装置に接続されている配線電極とを有する半導体プレートが複数積層され、複数の側面のうちのいずれか少なくとも一つの配線用側面に、半導体プレートにおける配線用側面の内側に形成されている検査用内電極の端面が形成され、半導体プレートのうちの隣接する2つの半導体プレートだけを対象として検査用内電極の端面同士を半導体プレートの積層方向に沿って接続している検査用外電極を有し、検査用内電極は、検査用外電極に接続されている端面を両端部に備えた形状に形成されている積層チップパッケージを提供する。
また、本発明は、半導体装置とその半導体装置に接続されている配線電極とを有する半導体プレートが複数積層され、複数の側面のうちのいずれか少なくとも一つの配線用側面に、半導体プレートにおける配線用側面の内側に形成されている検査用内電極の端面が形成され、半導体プレートのうちの隣接する2つの半導体プレートだけを対象として検査用内電極の端面同士を半導体プレートの積層方向に沿って接続している検査用外電極を有し、配線電極と共通する検査用配線電極が検査用内電極の代わりに形成されている表層プレートが半導体プレートの一つとして最上位に積層され、検査用配線電極の端面が配線用側面に形成され、検査用外電極を複数有し、その検査用外電極の少なくとも1つが検査用配線電極の端面と検査用内電極の端面とを積層方向に沿って接続し、検査用内電極は、検査用外電極に接続されている端面を両端部に備えた形状に形成されている積層チップパッケージを提供する
さらに本発明は、半導体装置とその半導体装置に接続されている配線電極とを有する半導体プレートが複数積層され、複数の側面のうちのいずれか少なくとも一つの配線用側面に、半導体プレートにおける配線用側面の内側に形成されている検査用内電極の端面が形成され、半導体プレートのうちの隣接する2つの半導体プレートだけを対象として検査用内電極の端面同士を半導体プレートの積層方向に沿って接続している検査用外電極を有し、検査用外電極を複数有し、かつそれぞれの検査用外電極が積層方向に沿って断続的に配列され、検査用内電極は、検査用外電極に接続されている端面を両端部に備えた形状に形成されている積層チップパッケージを提供する。
そして本発明は、半導体装置とその半導体装置に接続されている配線電極とを有する半導体プレートが複数積層され、複数の側面のうちのいずれか少なくとも一つの配線用側面に、半導体プレートにおける配線用側面の内側に形成されている検査用内電極の端面が形成され、半導体プレートのうちの隣接する2つの半導体プレートだけを対象として検査用内電極の端面同士を半導体プレートの積層方向に沿って接続している検査用外電極を有し、検査用外電極を複数有し、かつそれぞれの検査用外電極が積層方向に沿って断続的に配列されている外電極列を複数有し、検査用内電極は、検査用外電極に接続されている端面を両端部に備えた形状に形成されている積層チップパッケージを提供する。
また、本発明は、半導体装置とその半導体装置に接続されている配線電極とを有する半導体プレートが少なくとも3つ積層され、複数の側面のうちのいずれか少なくとも一つの配線用側面に、半導体プレートにおける配線用側面の内側に形成されている検査用内電極の端面が形成され、配線用側面に形成されている検査用内電極の端面のうち、積層されている半導体プレートのうちの隣接する2つの半導体プレートに形成されている端面だけを対象として、その端面同士を半導体プレートの積層方向に沿って接続している検査用外電極を有する積層チップパッケージを提供する。
また、上記積層チップパッケージは、配線電極と共通する検査用配線電極が検査用内電極の代わりに形成されている表層プレートが半導体プレートの一つとして最上位に積層され、検査用配線電極の端面が配線用側面に形成され、検査用外電極を複数有し、その検査用外電極の少なくとも1つが検査用配線電極の端面と検査用内電極の端面とを積層方向に沿って接続していることが好ましい。
また、検査用外電極は、積層方向に沿った高さが半導体プレートの厚さよりも大きく形成されているようにすることができる。
さらに、検査用外電極を複数有し、それぞれの検査用外電極は、互いに異なる半導体プレートを対象としているようにすることができる。
また、配線用側面に配線電極の端面が形成され、積層方向に沿って並んでいる配線電極の端面同士を半導体プレートすべてを跨ぐようにして接続する接続電極を更に有するようにすることができる。
さらに、半導体プレートは、半導体装置を覆うように形成されている表面絶縁層を更に有し、検査用配線電極が表面絶縁層の表面よりも上に浮かび上がった凸状に形成され、かつ端面が表面絶縁層の表面よりも外側に突出している突出端面となって形成されていることが好ましい。
そして本発明は、半導体装置と、スクライブラインに沿った複数の溝部と、その複数の溝部が形成されている側の表面に形成されている表面絶縁層と、半導体装置に接続され、かつ、表面絶縁層の表面よりも上に浮かび上がった凸状の配線電極および検査用内電極を有する内電極付き基板を製造する基板製造工程と、内電極付き基板を複数積層して積層デバイスウェハを製造する積層工程と、積層デバイスウェハを溝部に沿って切断したときの切断面に、検査用内電極の端面を表面絶縁層の表面よりも上に突出している突出端面として出現させてデバイスブロックを製造するブロック製造工程と、デバイスブロックを構成している複数の半導体プレートのうちの隣接する2つの半導体プレートだけを対象として、検査用内電極の端面同士を半導体プレートの積層方向に沿って接続する検査用外電極を形成する外電極形成工程とを有し、基板製造工程において、内電極付き基板に加えて、配線電極と共通する検査用配線電極が検査用内電極の代わりに形成されている内電極無し基板を製造し、積層工程において、内電極無し基板を最上位に配置し、かつその内電極無し基板の下位に内電極付き基板を複数積層して積層デバイスウェハを製造し、ブロック製造工程において、切断面に、検査用内電極の端面とともに検査用配線電極の端面を突出端面として出現させてデバイスブロックを製造し、外電極形成工程において、検査用外電極を複数形成し、その検査用外電極の少なくとも1つを検査用配線電極の端面と検査用内電極の端面とを積層方向に沿って接続するように形成し、基板製造工程において、内電極無し基板に検査用配線電極を2つ形成し、外電極形成工程において、検査用配線電極の一方から他方までがすべての検査用外電極および検査用内電極とともにつながった一連の検査用ラインが形成されるようにして、検査用外電極を形成する積層チップパッケージの製造方法を提供する。
また、外電極形成工程において、検査用外電極を、それぞれが積層方向に沿って断続的に配列されるようにして複数形成することが好ましい。
さらに、外電極形成工程において、検査用外電極を、それぞれが積層方向に沿って断続的に配列される外電極列を複数配置するようにして複数形成することが好ましい。
積層方向に沿って並んでいる配線電極の端面同士を半導体プレートすべてを跨ぐようにして接続する接続電極を形成する工程を更に有することが好ましい。
積層工程において、内電極無し基板を固定するために用いた台座および接着材を除去して、配線電極および検査用配線電極を表面絶縁層の表面よりも上に浮かび上がった凸状に出現させることが好ましい。
以上詳述したように、本発明によれば、接触抵抗の検査工程を簡略化し、検査工程を効率的に行える構造を備えた積層チップパッケージおよび積層チップパッケージの製造方法が得られる。
本発明の第1の実施の形態に係る積層チップパッケージの製造に用いられる半導体ウェハの全体を示す斜視図である。 半導体ウェハに形成されているデバイス領域およびテスト用領域とその周辺の領域とを示す平面図である。 図2の3−3線断面図である。 2枚の半導体ウェハを用いた積層チップパッケージの、メモリセルを中心に示した断面図である。 製造途中の半導体ウェハを示す図2と同様の平面図である。 図5の6−6線断面図である。 図5の後続の半導体ウェハを示す図2と同様の平面図である。 図7の8−8線断面図である。 図7の後続の半導体ウェハを示す図2と同様の平面図である。 図9の10−10線断面図である。 図18のデバイスプレートを製造するのに用いた半導体ウェハの要部を示す斜視図である。 積層チップパッケージの製造に用いられる別の半導体ウェハのデバイス領域およびテスト用領域とその周辺の領域とを示す平面図である。 さらに別の半導体ウェハのデバイス領域およびテスト用領域とその周辺の領域とを示す平面図である。 積層チップパッケージを製造する途中の半導体ウェハおよび台座を示す図3と同様の断面図である。 図14の後続の工程を示す図3と同様の断面図である。 図15の後続の工程を示す図3と同様の断面図である。 図16の後続の工程を示す図3と同様の断面図である。 積層チップパッケージを構成するデバイスプレートの一例を示す斜視図である。 デバイスブロックの一例を示す斜視図である。 積層チップパッケージの一例を示す一部省略した斜視図である。 図20の積層チップパッケージの側面図である。 図20の積層チップパッケージをデバイスプレートごとに分解して示した一部省略した斜視図である。 別の積層チップパッケージをデバイスプレートごとに分解して示した一部省略した斜視図である。 図23の積層チップパッケージの斜視図である。 本発明の実施の形態に係る積層チップパッケージを製造する半導体ウェハに形成されているデバイス領域およびテスト用領域とその周辺の領域とを示す平面図である 本発明の実施の形態に係る積層チップパッケージを製造する他の半導体ウェハの全体を示す斜視図である。 図26の半導体ウェハに形成されているデバイス領域およびテスト用領域とその周辺の領域とを示す平面図である。 更に別の実施の形態に係る半導体ウェハの全体を示す斜視図である。 図21に示した積層チップパッケージの要部を拡大して示した側面図である。 図29の要部を拡大して示した側面図である。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、同一要素には同一符号を用い、重複する説明は省略する。
第1の実施の形態
(半導体ウェハ1の構造)
まず、図1〜図3を参照して、半導体ウェハ1の構造について説明する。半導体ウェハ1は本発明の実施の形態に係る積層チップパッケージ100を製造するときに用いられる。積層チップパッケージ100は、半導体ウェハ1のほか、後述する半導体ウェハ51,52を用いて製造される。半導体ウェハ1は後述するテスト用内電極27、28を有しないので内電極無し基板としての構成を有している。
図1は半導体ウェハ1の全体を示す斜視図である。図2は半導体ウェハ1に形成されているデバイス領域10およびテスト用領域18とその周辺の領域とを示す平面図、図3は図2の3−3線断面図である。
半導体ウェハ1はシリコンウェハ2を用いて構成されている。半導体ウェハ1は図1に示すように、シリコンウェハ2の第1の表面1a(第1の表面1aの裏面側が第2の表面1b)にスクライブライン3A,3Bが形成されている。スクライブライン3A,3Bは第1の表面1aにそれぞれ複数本ずつ形成され、一定の方向に沿って所定間隔で直線上に形成されている。スクライブライン3Aとスクライブライン3Bとは直交している。隣接するスクライブライン3A,3Aおよび3B,3Bで囲まれた領域に後述するデバイス領域10とテスト用領域(検査用領域ともいう)18が形成されている。
そして、半導体ウェハ1は第1の表面1aに溝部20,21が形成されている。溝部20,21はそれぞれスクライブライン3A,3Bに沿って形成されており、いずれも20〜60μm程度の深さおよび50〜120μm程度の幅を有している。
半導体ウェハ1は図3に詳しく示すように表面絶縁層22を有している。表面絶縁層22はデバイス領域10とテスト用領域18を覆うように形成され、半導体ウェハ1の第1の表面1aのほぼ全体をカバーして、半導体ウェハ1の表層を構成している。表面絶縁層22は後述する保護絶縁層31よりも厚さが厚く、しかも表面22cが平坦に形成されており、後述する配線電極15、配線電極16、テスト用配線電極(検査用配線電極ともいう)25,26の形成されている部分を除いて半導体ウェハ1の最も外側に配置されている。
また、表面絶縁層22は溝部20,21の内側に形成されている溝部内絶縁部22aと一体となって構成され、溝部内絶縁部22aとそれ以外の部分とのつなぎ目がなく一まとまりに形成されている。表面絶縁層22はコンタクトホール22bが複数形成されており、各コンタクトホール22bに配線電極15、配線電極16、テスト用配線電極25,テスト用配線電極26が一つずつ形成されている。
表面絶縁層22は、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂といった樹脂や、シリコンシリケートグラス(SOG)等からなる絶縁材を用いて形成することができる。本実施の形態では、樹脂を用いた場合を想定している。特に、表面絶縁層22は熱膨張係数の小さい樹脂を用いて形成することが好ましい。そうすることにより、溝部20,21に沿って半導体ウェハ1をダイシングソーで切断するときに、その切断を容易に行うことができる。
そして、半導体ウェハ1はシリコンウェハ2によって構成されるシリコン基板30を有し、その上側部分がデバイス領域10、テスト用領域18となっている。デバイス領域10とテスト用領域18はそれぞれ表面に複数の接続パッド32、接続パッド42が形成されており、接続パッド32,接続パッド42以外の部分が保護絶縁層31によって被覆されている。
保護絶縁層31は、表面絶縁層22の下側に配置されていて、デバイス領域10とテスト用領域18を覆うように形成されている。保護絶縁層31は、二酸化シリコン(SiO)等からなり、各接続パッド32、42の形成位置に接続用ホール31aが形成されている。接続用ホール31aは接続パッド32、42を露出させて後述する配線電極15,16、テスト用配線電極25,26を接続パッド32、42に接続するために形成されている。接続パッド32はデバイス領域10の半導体装置に接続されている(詳しくは図4参照)。
デバイス領域10とテスト用領域18とは隣接している。デバイス領域10とテスト用領域18の全体が図2に詳しく示すように、隣接する溝部20,20と、溝部21,21とによって囲まれた矩形状の領域になっている。デバイス領域10とテスト用領域18は、第1の表面1aに複数形成されており、そのそれぞれは溝部20,21によって隣接する領域と分けられている単位領域となっている。
各デバイス領域10は、ウェハプロセスを施すことによって第1の表面1aに形成されたメモリ部を有し、配線電極15,16が複数形成されている。テスト用領域18はテスト用配線電極25,26が形成されている。なお、ウェハプロセスとは、シリコンウェハ2等のウェハ上に半導体素子や集積回路を作り込む製造工程を意味している。
デバイス領域10は半導体装置としてメモリ部の他、CPU,センサ、センサの駆動回路といった集積回路や半導体素子が形成されていてもよい。また、デバイス領域10はメモリ部と、このメモリ部を制御するコントローラを構成する集積回路が形成されていてもよい。
配線電極15はCu等の導電性の材料からなっている。配線電極15は延出端子部15aと、矩形状の電極パッド15bとを有し、延出端子部15aと電極パッド15bの全体が表面絶縁層22の表面22cよりも上に浮かび上がり立体的になった凸状構造を有している。
配線電極15は図3のほか、図11、図18に詳しく示されている。配線電極15は延出端子部15aの端面15gが表面絶縁層22の表面22cよりも外側に突出している突出端面となっている。また、配線電極15は、交差側面15dと、天端面15eと、埋込部15fとを有している。
交差側面15dは表面絶縁層22の表面22cよりも外側に突出し、しかも表面22cから起立するように(ほぼ直交状に)交差している側面部分である。天端面15eは、交差側面15dに接続され、表面22cよりも外側に突出し、しかも表面22cに沿った方向に配置された矩形状部分およびそこから溝部20に向かって表面22cに沿った方向に伸びる帯状部分を有している。埋込部15fは表面22cよりも内側に入り込み、接続パッド32に接続されている部分である。
そして、電極パッド15bが交差側面15d、天端面15eおよび埋込部15fによって構成され、延出端子部15aが交差側面15dと天端面15eとによって構成されている。
また、電極パッド15bは、上下に重なって配置されているコンタクトホール22bおよび接続用ホール31aを介して接続パッド32に接続されていて、接続パッド32にまで届く深さを有している。つまり、電極パッド15bは表面22cよりも外側の天端面15eからコンタクトホール22bおよび接続用ホール31aを介して接続パッド32に至るまでの拡張された高さ(拡張高)h15を有している。この拡張高h15は、接続パッド32の高さh32よりも大きくなっている(h15>h32)。例えば、h15は2〜6μm程度、h32は0.5〜1μm程度である。
配線電極16もCu等の導電性の材料からなっている。配線電極16は延出端子部16aと、矩形状の電極パッド16bとを有し、延出端子部16aと電極パッド16bの全体が配線電極15と同様の凸状構造を有している。配線電極16は延出端子部16aの端面16gが表面22cよりも外側に突出している突出端面となっている。
また、配線電極16は交差側面16dと、天端面16eと、埋込部16fとを有している。交差側面16dは交差側面15dと同様に表面22cと交差している側面部分である。天端面16eは天端面15eと同様に表面22cに沿った方向に配置された矩形状部分およびそこから溝部20に向かって表面22cに沿った方向に伸びる帯状部分を有している。埋込部16fは埋込部15fと同様に表面22cよりも内側に入り込み、接続パッド32に接続されている部分である。そして、電極パッド16bが交差側面16d、天端面16eおよび埋込部16fによって構成され、延出端子部16aが交差側面16dと天端面16eとによって構成されている。電極パッド16bも電極パッド15bと同様の拡張高を有している。
そして、配線電極15は延出端子部15aと電極パッド15bとがデバイス領域10とテスト用領域18の外周の一部分に沿って形成されているが、配線電極16はデバイス領域10を跨ぐようにして延出端子部16aが形成されている。また、電極パッド16bはデバイス領域10とテスト用領域18の外周の一部分に沿って電極パッド15bと対向するように配置されている。
延出端子部15a、延出端子部16aはそれぞれの一部分がデバイス領域10から溝部20の内側に延出している。すなわち、延出端子部15a、延出端子部16aは、電極パッド15b、16bから離れた先端側の一部分が溝部20のエッジ部分から張り出し、溝部20の幅方向内側に収まるようにして形成されている。そして、延出端子部15a、延出端子部16aは、それぞれにおけるデバイス領域10から延出している部分が溝部内絶縁部22aの表面22cよりも上に浮かび上がった凸状に形成されている。
そして、テスト用配線電極25は、Cu等の導電性の材料からなり、配線電極15と共通する構造を有している。テスト用配線電極25は延出端子部25aと電極パッド25bとを有し、全体が表面絶縁層22の表面22cよりも上に浮かび上がり立体的になった凸状構造を有している。延出端子部25aは延出端子部15aと共通する構造を有し、電極パッド25bは電極パッド15bと共通する構造を有している。延出端子部25aの端面25gは端面15gと共通する突出端面となっている。
また、テスト用配線電極26は、Cu等の導電性の材料からなり、配線電極16と共通する構造を有している。テスト用配線電極26は延出端子部26aと電極パッド26bとを有し、全体が表面絶縁層22の表面22cよりも上に浮かび上がり立体的になった凸状構造を有している。延出端子部26aは延出端子部16aと共通する構造を有し、電極パッド26bは電極パッド16bと共通する構造を有している。延出端子部26aの端面26gは端面16gと共通する突出端面となっている。
半導体ウェハ1は、延出端子部15a、延出端子部16aおよび延出端子部25a、延出端子部26aを有している。そのため、半導体ウェハ1は、溝部20に沿って切断したときの切断面に、後述する端面15c、16c、25c、26cが表面22cよりも外側に突出して出現するようになっている。
さらに、配線電極15、16は溝部20に沿って交互に多数並べられている。これらの配線電極15、16はひとつにまとまった配線電極群17を形成している。また、配線電極15、16は、デバイス領域10およびテスト用領域18を取り囲み、デバイス領域10およびテスト用領域18に接している溝部の全体、すなわち隣接している2本の溝部20,20および2本の溝部21,21のうち、これら4本の溝部の一部分である左側または右側の溝部20にだけ延出端子部15a、16aが延出している。配線電極群17は、延出端子部15a、16aのこのような偏った配置による偏在構造を有している。
デバイス領域10のメモリ部には半導体装置としてのメモリセル41が多数形成されている。メモリセル41は図4に示すような構造を有している。図4は、2枚の半導体ウェハ1を用いた後述する積層チップパッケージ100の、メモリセル41を中心に示した断面図である。
メモリセル41は、接続パッド32を介して配線電極15、16が接続されている。メモリセル41は半導体ウェハ1を構成しているN型基板71の表面上に形成されている。図4では、接着層33を介して2つのメモリセル41が積層されている。接着層33は、半導体ウェハ1を接着するときに用いた接着材で構成されている。
各メモリセル41は、フラッシュメモリを構成していて、N型基板71の表面上に形成されたP型ウェル72上に形成されている。メモリセル41は、ソース73Aおよびドレイン73Bと、絶縁層77と、絶縁膜81、浮遊ゲート82、絶縁膜83および制御ゲート84とを有している。さらに、メモリセル41はソース電極74と、ドレイン電極76と、ゲート電極75とを有している。
ソース73Aおよびドレイン73BはいずれもN型領域であり、それぞれソース電極74と、ドレイン電極76が接続されている。絶縁層77は、接続パッド32をそれぞれソース電極74、ドレイン電極76に接続するためのコンタクトホールが形成されている。ソース電極74、ゲート電極75、ドレイン電極76はそれぞれ対応するコンタクトホールを介してソース73A、制御ゲート84、ドレイン73Bに接続されている。
(半導体ウェハ1の製造方法)
続いて以上のような構成を有する半導体ウェハ1の製造方法について、図5〜図10を参照して説明する。ここで、図5は製造途中の半導体ウェハを示す図2と同様の平面図、図6は図5の6−6線断面図である。図7は図5の後続の半導体ウェハを示す図2と同様の平面図、図8は図7の8−8線断面図である。図9は図7の後続の半導体ウェハを示す図2と同様の平面図、図10は図9の10−10線断面図である。なお、図示の都合上、図7,9では、表面絶縁層22にハッチングを付している。
半導体ウェハ1を製造するときは、まずウェハプロセスを施すことによって、デバイス領域10にメモリ部と複数の接続パッド32が形成され、テスト用領域18に複数の接続パッド42が形成されているウェハ(処理前ウェハ)を準備する。そして、処理前ウェハについて、図6に示すように、第1の表面1a上に保護絶縁層31を形成し、その保護絶縁層31の各接続パッド32、42の形成箇所に接続用ホール31aを形成する。次に、スクライブライン3A,3Bに沿って、溝部20,21を形成する。溝部20,21はダイシングソーによって形成することができるが、反応性イオンエッチング等のエッチングによって形成してもよい。
続いて、図7,8に示すように、第1の表面1a全体に例えばエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等の樹脂を塗布する。すると、塗布した樹脂は処理前ウェハの表面全体に行き渡り、しかも溝部20,21の中に入り込む。続いて、処理前ウェハの表面を研磨して平坦化すると、図8に示したように、処理前ウェハの表面全体を覆うようにして表面絶縁層22が形成される。塗布した樹脂のうちの溝部20,21の内側に入り込んだ部分が溝部内絶縁部22aとなるため、表面絶縁層22は溝部内絶縁部22aと一体となって形成される。
次いで、図9,10に示すように、表面絶縁層22にコンタクトホール22bを形成して接続パッド32、42を露出させる。その後、配線電極15、16と、テスト用配線電極25,26を形成する。配線電極15、16と、テスト用配線電極25,26は、前述した凸状構造を有し、しかも延出端子部15a、16a、延出端子部25a、26aを備える形状で形成する。配線電極15、16と、テスト用配線電極25,26は、例えば以下のような手順で形成することができる。
まず、表面絶縁層22の上にめっき用の図示しないシード層を形成する。次に、そのシード層の上に溝部を備えたフレーム(図示せず)を形成する。フレームは例えばフォトリゾグラフィにより、フォトレジストをパターニングすることによって形成される。さらに、形成されているフレームの溝部内側であって、シード層の上に、配線電極15、16およびテスト用配線電極25,26の一部となるめっき層を形成する。次に、フレームを除去し、さらにシード層のうち、めっき層の下に存在する部分以外の部分をエッチングによって除去する。以上のようにすることによって、めっき層およびその下のシード層によって配線電極15、16およびテスト用配線電極25,26を形成することができる。
配線電極15、16およびテスト用配線電極25,26は表面絶縁層22よりも後に形成されるので、延出端子部15a、16a、25a、26aはその全体が表面絶縁層22の表面22cの上側に配置される格好で形成される。電極パッド15b、16b、25b、26bは、周辺部分が表面22cの上側に配置されるとともに、中央部分が表面22cよりも内側に入り込み、接続パッド32につながって形成される。
(半導体ウェハ51の構造)
続いて、図12を参照して、半導体ウェハ51の構造について説明する。半導体ウェハ51は前述の半導体ウェハ1と比較して、テスト用領域18にテスト用配線電極25,26の代わりに2つのテスト用内電極27が形成されている点で相違しているが、その他は同じ構成を有している。半導体ウェハ51はテスト用内電極27が形成されているので内電極付き基板としての構成を有している。
テスト用内電極27は本実施の形態に係る検査用内電極であって、Cu等の導電性の材料からなり、延出端子部27aが両端部それぞれに形成された概ねU字状のターン構造を有している。テスト用内電極27は全体が表面22cよりも上に浮かび上がり立体的になった凸状構造を有している。テスト用内電極27は配線電極15,16とは形状が相違するものの、配線電極15,16と共通する条件で形成されている。
テスト用内電極27は2つの延出端子部27a、27aと中間部27bとを有している。テスト用内電極27は一方の延出端子部27aから中間部27bを通って他方の延出端子部27aまでが一つにつながっている。そして、テスト用内電極27は一方の延出端子部27aから電流を流すと、その電流が中間部27bを通って折り返し(ターン)して他方の延出端子部27aから出力するようになっている。
2つの延出端子部27aは延出端子部15aと同様に、テスト用領域18から溝部20の内側に延出している。そのため、2つの延出端子部27aは、後に溝部20に沿って一部が切断され、それぞれ後述する端面27cが出現する。その端面27cには後述するテスト用外電極65,66が形成される。
なお、図示したテスト用内電極27は2つの延出端子部27aと中間部27bとがほぼ直交した構造で形成されているが、2つの延出端子部27aの間を湾曲した中間部27bで接続してU字状にしてもよい。
(半導体ウェハ52の構造)
さらに続いて図13を参照して、半導体ウェハ52の構造について説明する。半導体ウェハ52は前述の半導体ウェハ51と比較して、テスト用領域18に2つのテスト用内電極27の代わりにテスト用内電極28が形成されている点で相違しているが、その他は同じ構成を有している。半導体ウェハ52はテスト用内電極28が形成されているので内電極付き基板としての構成を有している。
テスト用内電極28は前述のテスト用内電極27と比較して、2つの延出端子部28a、28aの間隔が広く形成されている点で相違し、その他は共通する構成を有している。テスト用内電極28はテスト用内電極27と同様の概ねU字状のターン構造を有し、凸状構造を有している。テスト用内電極28は配線電極15,16とは形状が相違するものの、配線電極15,16と共通する条件で形成されている。
また、テスト用内電極28は、延出端子部27aと同様の2つの延出端子部28aを有し、中間部27bと同様の中間部28bを有している。2つの延出端子部28aは延出端子部15aと同様に、テスト用領域18から溝部20の内側に延出している。そのため、2つの延出端子部28aも、後に溝部20に沿って一部が切断され、それぞれ後述する端面28cが出現する。その端面28cには後述するテスト用外電極65が形成される。
(積層チップパッケージの構造)
以上のような構成を有する半導体ウェハ1と、半導体ウェハ51,52とを用いることによって、積層チップパッケージ100を製造することができる。積層チップパッケージ100の構造について説明すると、次のとおりである。
積層チップパッケージ100は図20、図21、図22に示すように、1枚のデバイスプレート60と、6枚のデバイスプレート61と、1枚のデバイスプレート62とが重なり、全部で8枚のデバイスプレートが積層された構造を有している。図20は積層チップパッケージ100を示す一部省略した斜視図、図21は積層チップパッケージ100の側面図、図22は積層チップパッケージ100をデバイスプレートごとに分解して示した一部省略した斜視図である。積層チップパッケージ100は、最も上位に表層プレートとしてのデバイスプレート60が積層され、その下位に6枚のデバイスプレート61が積層され、さらにその下位にデバイスプレート62が積層されている。
また、積層チップパッケージ100はデバイスプレート60、61、62の配線を接続電極63によって行っている。積層チップパッケージ100では、4つの側面の中の1つの配線用側面100Aにすべての接続電極63が形成されている。このことにより、積層チップパッケージ100は片側配線構造を実現している。
さらに、積層チップパッケージ100は半導体ウェハ1,51,52のメモリ部を変更することにより、64GB(ギガバイト)、128GB、256GBといった種々の記憶容量を備えたメモリを実現することができる。なお、積層チップパッケージ100はデバイスプレートが8枚積層されているが、複数のデバイスプレートが積層されていればよく、デバイスプレートの積層数は8枚には限定されない。
積層チップパッケージ100は端面15c、16cがそれぞれ複数形成されている。また、端面15c、16cをすべてのデバイスプレート60、61、62を跨いでつなぐようにして、接続電極63が形成されている。
一方、積層チップパッケージ100は配線用側面100Aにテスト用外電極65,66が形成されている。テスト用外電極65,66は図20、図21、図22のほか、図29、図30にも示されている。
テスト用外電極65,66は本実施の形態に係る検査用外電極であって、それぞれ複数個形成されている(テスト用外電極65は8個、テスト用外電極66は6個)。テスト用外電極65,66は合計で8枚のデバイスプレート60,61,62のうちの隣接する2つのデバイスプレートだけを対象として、すなわち、隣接する2つのデバイスプレートだけを電気的に接続し、他は接続しないよう電気的な接続の対象から除外して形成されている。テスト用外電極65,66は接続電極63と比較して、高さや形成される位置は異なるものの、材質や形成方法といった条件は共通にして形成されている。
そして、各テスト用外電極65は1)、2)、3)に示す3つの接続パターンA、接続パターンB、接続パターンCのいずれかで形成され、テスト用外電極66は2)に示す接続パターンBで形成されている。なお、1)、2)、3)に示す積層方向Eとは、図20に示すように、デバイスプレート60,61,62を積層していくときの方向であり、積層チップパッケージ100の厚さ方向を意味している。
1)接続パターンA:テスト用配線電極25,26の端面25c、26cと、それぞれの真下に形成されているテスト用内電極27の端面27c、27cとを積層方向Eに沿って接続する接続パターン
2)接続パターンB:上下に並んだテスト用内電極27,27の端面27c、27c同士を積層方向Eに沿って接続する接続パターン
3)接続パターンC:テスト用内電極27の端面27c、27cと、それぞれの真下に形成されているテスト用内電極28の端面28c、28cとを積層方向Eに沿って接続する接続パターン
テスト用外電極65は最上位に配置されるときが接続パターンAで形成され、最下位に配置されるときが接続パターンCで形成されている。その他の場合は接続パターンBで形成されている。テスト用外電極66はいずれも接続パターンBで形成されている。
各テスト用外電極65,66は、対象とするデバイスプレート60,61,62が互いに相違するよう、積層方向Eに沿って互いに接することなく断続的に配列されている。また、デバイスプレート60からデバイスプレートら62に向かって各テスト用外電極65,66の並び方をみると、テスト用外電極65,66は交互に出現している。さらに、積層方向Eに沿って並んだ複数個のテスト用外電極65、66によって図21に示す外電極列65L、66Lが形成されている。積層チップパッケージ100は、この外電極列65L、66Lが2つずつ形成されている。外電極列65L、66Lはそれぞれテスト用外電極65,66の断続的な配列を意味している。
さらに、テスト用外電極65,66について図29、図30を参照して詳しく説明すれば次のとおりである。なお、図29、図30では、テスト用配線電極25,26のうちテスト用配線電極26を示し、テスト用配線電極25は図示を省略している。また、図示の都合上、端面26c、27cにはドットを付している。
積層チップパッケージ100は前述した半導体ウェハ1の下に半導体ウェハ51を積層して製造されている(詳しくは後述する)。そのため、端面25c、26cの真下に端面27c、27cが形成されている。前述したようにテスト用配線電極25,26は凸状構造を有しているため、端面25c、26cは突出端面となって形成されている。一方、テスト用内電極27も凸状構造を有しているため、端面27c、27cも突出端面となって形成されている。ところが、積層チップパッケージ100を製造する際、接着材を用いて半導体ウェハ1に半導体ウェハ51を接着している(詳しくは後述する)。そのため、製造時に用いた接着材による接着層33で端面27c、27cが覆われており、端面27c、27cが上側のデバイスプレートの下面よりも下側に位置している。同様に、端面28c、28cも上側のデバイスプレートの下面よりも下側に位置している。
テスト用外電極65,66はこのような位置関係にある複数の端面同士を前述の接続パターンで接続しているため、ともに積層方向Eに沿った高さがデバイスプレート60,61,62の厚さよりも大きく形成されている。
一方、図22では、テスト用配線電極25,26と、テスト用内電極27、テスト用内電極28およびテスト用外電極65,66との接続関係が示されている。
前述したとおり、テスト用配線電極25の端面25cと、その真下に位置するテスト用内電極27の端面27cとがテスト用外電極65によって接続されている。また、同じテスト用内電極27のもう一方の端面27cがその真下に位置するテスト用内電極27の端面27cとテスト用外電極66によって接続されている。以下テスト用外電極65、66の接続パターンBによる接続が4回繰り返される。それから最下位のデバイスプレート61とデバイスプレート62とについて、接続パターンCによる接続が2回繰り返される。さらに、テスト用外電極65、66の接続パターンBによる接続が5回繰り返され、最後にテスト用外電極65の接続パターンAによる接続が1回行われる。
そして、テスト用内電極27、28はターン構造を有している。そのため、積層チップパッケージ100では、テスト用外電極65、66による前述のような端面同士の接続が行われることによって、テスト用ライン100Lが形成されている。テスト用ライン100Lは本発明の実施の形態に係る検査用ラインであって、テスト用配線電極25からテスト用配線電極26までがすべてのテスト用外電極65,66、テスト用内電極27、28とともにつながった一連の電極によって構成されている。積層チップパッケージ100では、テスト用配線電極25から電流を流すとその電流はテスト用ライン100Lを通ってテスト用配線電極26に到達する。つまり、その電流はテスト用配線電極25からすべてのテスト用内電極27、28およびテスト用外電極65、66を通りながら図示の矢印f、gに示す方向に流れてテスト用配線電極26に到達する。
このテスト用ライン100Lは積層チップパッケージ100における配線電極15,16と接続電極63との接触抵抗を確認するテスト(抵抗確認テストともいい、詳しくは後述する)に用いることができる。この場合、テスト用配線電極25が第1の検査用配線電極としての機能を有し、テスト用配線電極26が第2の検査用配線電極としての機能を有している。
積層チップパッケージ100は以上のようなテスト用ライン100Lが形成されているため、テスト用配線電極25、26に図示しないテスト器具を接触させ検査用電圧を印加することによって抵抗確認テストを行うことができる。抵抗確認テストによってテスト用ライン100Lを構成しているテスト用配線電極25、26またはテスト用内電極27、28と、テスト用外電極65、66との接触抵抗の値を求めることができる。すると、テスト用配線電極25、26は配線電極15,16と共通する構造を有し、配線電極15,16と共通の条件で形成している。テスト用内電極27、28は配線電極15,16と形状は相違するものの、配線電極15,16と共通の条件で形成している。また、テスト用外電極65、66は接続電極63と共通の条件で形成している。そのため、求めた接触抵抗の値から配線電極15,16と接続電極63との接触抵抗の値を推定することができる。
一方、求めた接触抵抗の値に異常があれば、テスト用ライン100L内のいずれかの部分の接触に不具合があるものと判断することができる。その場合、例えば、テスト用配線電極25と、テスト用外電極66のいずれかとにテスト器具を接触させて再び抵抗確認テストを行うことができる。また、テスト用外電極65とテスト用外電極66とにテスト器具を接触させて抵抗確認テストを行うこともできる。
そして、テスト用外電極65,66は、ともにデバイスプレート60,61,62のうちの隣接する2つのデバイスプレートだけを対象としている。このことによって、積層チップパッケージ100はデバイスプレート60,61,62が8枚も積層されていながら、それらの一部だけを対象とした抵抗確認テストを行うこともできる。積層されているデバイスプレートの一部だけを対象とした抵抗確認テストを個別テストともいう。
このように、積層チップパッケージ100は、デバイスプレート60,61,62のすべてを対象とした抵抗確認テストや、個別テストが行いやすい構造を有しており、各デバイスプレート間の接触抵抗が確認しやすい構造を有している。そのため、積層チップパッケージ100は、抵抗確認テストの工程を簡略化することができ、抵抗確認テストに要する時間を短縮することができる。このことにより、積層チップパッケージ100は製造時間を短縮でき、単位時間あたりに製造できる積層チップパッケージ100の個数を増やすことができる。こうして、積層チップパッケージ100は製造単価を低減することができる。
(積層チップパッケージの製造方法)
続いて、以上のような構成を備えた積層チップパッケージ100の製造方法を図14〜図17を参照して説明する。
ここで、図14は積層チップパッケージ100を製造する途中の半導体ウェハ1および台座34を示す図3と同様の断面図である。図15は図14の後続の工程を示す図3と同様の断面図である。図16は図15の後続の工程を示す図3と同様の断面図、図17は図16の後続の工程における半導体ウェハ1、51、52を示す図3と同様の断面図である。
積層チップパッケージ100は次のようにして製造する。まず、基板製造工程を実行することによって、内電極無し基板である半導体ウェハ1と、内電極付き基板である半導体ウェハ51,52とを製造する。
次に、積層デバイスウェハを製造する積層工程を実行する。この積層工程では、まず、第1の表面1aに接着材を塗布して半導体ウェハ1を台座34に固定する。図14では、このとき塗布した接着材からなる接着層33が示されている。半導体ウェハ1は後述する積層デバイスウェハ98の最も上位に配置される最上位基板として用いられる。台座34は半導体ウェハ1をサポートするための部材であって、図14ではガラス板を用いている。続いて、半導体ウェハ1の第2の表面1bを溝部20,21が出現するまで研摩して図14に示すように半導体ウェハ1の厚さを薄くする。
次に、図15に示すように半導体ウェハ51を半導体ウェハ1の第2の表面1b側に接着材を用いて接着する。このとき、半導体ウェハ1と半導体ウェハ51について、双方の溝部20,21の位置が揃うように位置合わせ行う。それから半導体ウェハ51の第2の表面1bを溝部20,21が出現するまで研摩する。この研磨によって半導体ウェハ51の厚さを薄くすると積層デバイスウェハが得られる。積層デバイスウェハは半導体ウェハ1と半導体ウェハ51が積層されている。
さらに、図16に示すように別の半導体ウェハ51,51を用意する。そして、半導体ウェハ51,51のそれぞれについて、積層デバイスウェハの第2の表面1b側に接着してから研磨する工程(接着・研磨工程)を実行する。
引き続き別の半導体ウェハ51について接着・研磨工程を繰り返し実行する。すると、接着・研磨工程は合計6枚の半導体ウェハ51について実行されることとなる。それから、図17に示すように半導体ウェハ52について接着・研磨工程を実行する。
その後、台座34および接着層33を除去すると、図17に示すような積層デバイスウェハ98が製造される。積層デバイスウェハ98は半導体ウェハ1が最も上位に配置され、その下位に6枚の半導体ウェハ51と1枚の半導体ウェハ52とが重なり、全部で8枚の半導体ウェハが積層されている。この積層デバイスウェハ98は、台座34および接着層33が除去されているため、半導体ウェハ1の配線電極15,16およびテスト用配線電極25、26が凸状に出現している。
続いて、ブロック製造工程を実行する。このブロック製造工程では、積層デバイスウェハ98を溝部20,21に沿って切断する。すると、図19に示すように、直方体状のデバイスブロック99が得られる。図19は、デバイスブロック99を示す斜視図である。デバイスブロック99は、4つの側面のうちの一つが配線用側面99aとなっている。配線用側面99aには延出端子部15a、16aの後述する端面15c、16cが表面絶縁層22の表面22cよりも外側に突出して出現している。また、配線用側面99aには、延出端子部25a、26aの後述する端面25c、26cも、表面22cよりも外側に突出して出現している。さらに、延出端子部27aの端面27c、27cが対になって複数組出現し、延出端子部28aの端面28c、28cも対になって1組出現している。端面27c、27cと、端面28c、28cも表面22cよりも外側に突出して出現している。
そして、外電極形成工程を行い図20に示すように配線用側面99aに、テスト用外電極65,66と接続電極63を共通する条件で形成する。すると、積層チップパッケージ100が製造される。接続電極63は配線用側面100Aにおいて、上下に並んだ複数の端面15c同士または複数の端面16c同士を接続するよう帯状に形成する。テスト用外電極65,66は積層されているデバイスプレートのうちの隣接する2つのデバイスプレートだけを対象として、テスト用配線電極25,26の端面25c、26cまたはテスト用内電極27,28の端面27c、28cを積層方向Eに沿って接続するように形成する。このとき、テスト用外電極65は、うち2つを端面25c、26cと端面27c、28cとを積層方向Eに沿って接続するように形成し、他をテスト用内電極27,28の端面27c、28c同士を積層方向Eに沿って接続するように形成する。
積層チップパッケージ100は配線用側面99aに接続電極63を形成することによって製造されるが、接続電極63によって接続される端面15c、16cは表面22cよりも上方向に突出して形成されている。
そして、接続電極63を形成するときは、接続電極63を形成するためのマスクパターンを正確に配置しなければならないが、そのマスクパターンの位置合わせが大まかでも積層チップパッケージ100を製造することができる。大まかな位置合わせでも、上下に並んだ端面15c同士、端面16c同士を接続する接続電極63を形成することができる。
すなわち、積層チップパッケージ100では、接続電極63を形成する際、アライメントは高精度で行わなくてもよい。そのため、直方体状のデバイスブロック99を得た後の工程を簡易にすることができ、積層チップパッケージ100の製造工程全体を簡略化することができる。したがって、積層チップパッケージ100の製造時間を短縮することができる。これにより、単位時間あたりに製造できる積層チップパッケージ100の個数を増やすことができ、積層チップパッケージ100の製造単価を低減することができる。
接続電極63を形成する際、アライメントを高精度で行わなくてもよいことの理由について述べれば次のとおりである。
まず、デバイスブロック99は、4つの側面すべてが積層デバイスウェハ98を切断したときの切断面によって構成されている。この切断面の一つに端面15c、16cが端面15g、16g(詳しくは図11参照)と同様に突出している端面となって出現している。これは次の理由による。なお、本実施の形態では、突出している端面を突出端面ともいう。
各半導体ウェハ1(半導体ウェハ51,52も同様)の配線電極15,16は、延出端子部15a、延出端子部16aを有している。延出端子部15a、延出端子部16aは溝部20の内側に延出されている。そのため、積層デバイスウェハ98を溝部20,21に沿って切断したときに延出端子部15a、延出端子部16aも切断される。そして、延出端子部15a、延出端子部16aが切断されたときに形成される端面15c、16cが切断面の一つに出現する。
一方、延出端子部15a、16aは、拡張高h15を有する電極パッド15b、16bと同様に凸状に形成されている。そのため、端面15c、16cは表面22cよりも上方向に突出した突出端面となって出現する。
ここで、接続パッド32について、溝部20の内側にまで延出する端子部を形成した場合を考える(この端子部を仮想端子部という)。この場合、デバイスブロックの側面には、その仮想端子部の端面が出現することになる。
しかし、延出端子部15a、16aは拡張高h15を備えた電極パッド15b、16bと共通の天端面15e、16eを有し、接続パッド32よりも厚さが厚く形成されている。そのため、端面15c、16cは前述の仮想端子部の端面よりも大きさが大きくなって出現する。デバイスブロック99では、このような大きさの大きい端面15c、16cが縦方向に並んで出現しているため、端面15c同士が接続しやすく、端面16c同士も接続しやすくなっている。接続電極63は端面15c同士、端面16c同士をつなぐことができればよいので、接続電極63を形成する際、マスクパターンの位置合わせを大まかにしてもよい。このような理由から、デバイスブロック99では、接続電極63を形成する際、アライメントを高精度で行わなくてもよくなっている。
一方、端面15c、16cの大きさが大きくなっているということは、配線電極15,16の断面積が拡張されていることを意味している。したがって、配線電極15,16の抵抗値を低下させることができる。そうすると、配線電極15,16を通る電流が流れやすくなるため、積層チップパッケージ100の消費電力を低減することもできる。
このように、半導体ウェハ1は以上のような配線電極15,16を有することによって、積層チップパッケージ100の製造工程を簡略化することができ、製造時間を短縮できるようになっている。
さらに、デバイスブロック99は、その上面に凸状に浮かび上がった電極パッド15b、16bが出現している。絶縁層の表面よりも上に浮かび上がったパッド状端子が必要なときは、そのようなパッド状端子を備えた端子層(このような端子層は、半導体装置を有しないインターポーザである)を重ねて積層チップパッケージを製造しなければならない。
しかし、デバイスブロック99は電極パッド15b、16bが凸状に浮かび上がったデバイスプレート60が最上位に積層されている。そのため、インターポーザを重ねる必要がなくなっている。したがって、積層チップパッケージ100は、端子層が不要であるため、その分、高さの低いコンパクトな構造になっている。
また、半導体ウェハ1が溝部20の内側に延出している延出端子部15a、16aを有しているので、積層デバイスウェハを溝部20に沿って切断したときの切断面に端面15c、16cを出現させることができる。つまり、半導体ウェハ1を積層した積層デバイスウェハ98を溝部20に沿って切断すれば、端面15c、16cが得られるということである。
したがって、半導体ウェハ1を用いるときはデバイス領域10につながる配線を切断面に出現させるためにわざわざ別の工程を設ける必要がない。仮に、配線電極15、16が延出端子部15a、16aを有していないとすると、溝部20に沿って切断しても配線電極15、16を切断することはできない。そのため、積層デバイスウェハを溝部に沿って切断しただけでは、その切断面にデバイス領域10につながる配線を出現させることができない。したがって、そのような配線を切断面に出現させるため、別の工程を行わねばならない。
しかし、半導体ウェハ1を用いるときは、積層デバイスウェハを溝部に沿って切断したときの切断面に配線電極15、16の端面を出現させることができるから、配線を切断面に出現させるための工程をわざわざ行う必要がない。したがって、半導体ウェハ1を用いることによって積層チップパッケージの製造工程をいっそう簡略化することができる。
また、配線電極15、16は表面絶縁層22の上に浮かび上がるようにして形成されている。そのため、切断面に端面15c、16cが出現した場合、上下に位置する端面15c、16c同士が表面絶縁層22を介在して配置されることになる。したがって、上下に位置するデバイスプレート同士がショートしてしまう事態を回避することができる。
さらに、半導体ウェハ1における配線電極15、16は、配線電極群17を形成しているが、配線電極群17はデバイス領域10に接する溝部20,21の一部分に偏って配置された偏在構造を有している。そのため、半導体ウェハ1を用いて積層チップパッケージ100を製造したときに、デバイス領域10につながる配線を片側側面に寄せることができ、積層チップパッケージ100の片側側面配線を実現することができる。
したがって、半導体ウェハ1は片側側面配線を実現し得る積層チップパッケージ100を製造するのに適したものである。また、半導体ウェハ1は一部の切断面についてだけ、不良のデバイスがあるかどうかの検査を行えば済む。したがって、半導体ウェハ1を用いることによって積層チップパッケージの製造工程をよりいっそう簡略にすることもできる。
その上、延出端子部15a、16aが電極パッド15b、16bよりも幅の狭い幅狭構造を有するため、デバイス領域10の中に配線電極15、16を多数並べることができる。したがって、半導体ウェハ1は配線電極15、16による配線の密度を高めることができる。さらに、半導体ウェハ1では、各デバイス領域10のメモリ部が同じ平面上に形成されているため、アライメント誤差が0になっている。
一方、デバイスブロック99は、図18に示すデバイスプレート60の下側に図19に示すデバイスプレート61,62が積層された構造を有している。
デバイスブロック99は、その一つの配線用側面99aに端面15c、16cが出現している。配線用側面99aは積層デバイスウェハ98を溝部20,21によって切断したときの切断面である。
(デバイスプレートの構造)
デバイスプレート60は、図18、図22に示すように、全体が厚さの薄い矩形板状に形成され、その4つの側面が絶縁層によって覆われている。この絶縁層は、半導体ウェハ1を溝部20,21に沿って切断したことで形成されているため、溝部内絶縁部22aと同様の樹脂によって構成されている。デバイスプレート60は最上位に配置されているので、積層チップパッケージ100の表層を構成する表層プレートとしての機能を有している。
そして、デバイスプレート60は、片側の平坦面が表面絶縁層22の表面22cとなり、その表面22cよりも上側に浮かび上がる立体的な配線電極15、配線電極16が複数形成されている。また、テスト用配線電極25、26も立体的に形成されている。配線電極15、配線電極16の端面15c、16cと、テスト用配線電極25、26の端面25c、26cとは4つの側面のうちのひとつの側面60Aに突出端面となって出現している。端面15c、16cは接続電極63に接続し得るものとなっている。端面25c、26cはテスト用外電極65,66に接続し得るものとなっている。デバイスプレート60の表面絶縁層22は自らの表層を構成しているが、積層チップパッケージ100の中ではその表層を構成している。
デバイスプレート61は、デバイスプレート60と比較して、接着層33とテスト用内電極27を有する点で相違し、その他は同じ構成を有している。なお、図22では、接着層33の図示を省略している。
デバイスプレート61は、接着層33を介してデバイスプレート60の下側に積層されている。デバイスプレート61では、配線電極15、16の端面15c、16cが表面絶縁層22の表面22cよりも外側に突出している突出端面となって、デバイスプレート60の端面15c、16cの下側に形成されている。また、テスト用内電極27の端面27c、27cが突出端面となって、デバイスプレート60の端面25c、26cの下側に形成されている。
デバイスプレート62は、デバイスプレート61と比較して、テスト用内電極27の代わりにテスト用内電極28を有する点で相違している。また、デバイスプレート62は、テスト用内電極28の端面28c、28cが突出端面となって、デバイスプレート61の端面27c、27cの下側に形成されている。
第2の実施の形態
(積層チップパッケージの構造)
次に、積層チップパッケージ101について図23,24を参照して説明する。図23は積層チップパッケージ101をデバイスプレートごとに分解して示す一部省略した斜視図である。図24は、積層チップパッケージ101を示す斜視図である。積層チップパッケージ101は積層チップパッケージ100と比較して、下記a,b,cの点で相違し、その他の点は共通している。
a)6枚のデバイスプレート61の代わりに6枚のデバイスプレート61Aが積層されている点
b)外電極列65L、66Lが1つずつ形成されている点
c)テスト用外電極69が形成されている点
デバイスプレート61Aはデバイスプレート61と比較して、テスト用内電極27が1つだけ形成されている点で相違し、その他は共通する構成を有している。テスト用外電極69は本実施の形態に係る検査用外電極であって、合計で8枚のデバイスプレート60,61A,62のうちの最も外側に配置されている2つのデバイスプレートだけを対象として形成されている。テスト用外電極69は、最も外側に配置されているデバイスプレート60,62だけを電気的に接続し、他は接続しないようにして形成されている。テスト用外電極69は、デバイスプレート60に形成されている端面26cと、デバイスプレート62に形成されている端面28cとを接続している。
このような積層チップパッケージ101では、テスト用外電極65、66による積層チップパッケージ100と同様の接続が繰り返された後、テスト用外電極69による接続が行われる。これにより、積層チップパッケージ101では、テスト用ライン101Lが形成されている。
テスト用ライン101Lはテスト用ライン100Lと同様に、本発明の実施の形態に係る検査用ラインであって、テスト用配線電極25からテスト用配線電極26までがすべてのテスト用外電極65、66、69とともにひとつにつながった一連の電極ラインである。積層チップパッケージ101では、テスト用配線電極25から電流を流すと、その電流が図示の矢印f、gに示す方向にすべてのテスト用内電極27、28およびテスト用外電極65、66、69を通りながら流れてテスト用配線電極26に到達するようになっている。そのため、テスト用ライン101Lはテスト用ライン100Lと同様に積層チップパッケージ101の抵抗確認テストに用いることができる。そのため、積層チップパッケージ101についても積層チップパッケージ100と同様の抵抗確認テストを行うことができる。したがって、積層チップパッケージ101は積層チップパッケージ100と同様に抵抗確認テストや個別テストを行いやすい構造を有するため、各デバイスプレート間の接触抵抗が確認しやすく、したがって、抵抗確認テストに要する時間を短縮することができる。
本発明に関連する別の半導体ウェハ)
積層チップパッケージ100は半導体ウェハ1の代わりに半導体ウェハ91を用いて製造することができる。図25を参照して、半導体ウェハ91の構造について説明する。
本発明に関連する半導体ウェハ91は、半導体ウェハ1と比較して、デバイス領域10、テスト用領域18の代わりにデバイス領域92、テスト用領域93を有する点、配線電極16の代わりに配線電極86を有する点、テスト用配線電極26の代わりにテスト用配線電極96を有する点で相違している。
デバイス領域92はデバイス領域10と比べて、配線電極15とともに、配線電極86が形成されている点で相違している。テスト用領域93はテスト用領域18と比べて、テスト用配線電極96を有する点で相違している。
配線電極86は、Cu等の導電性の材料からなり、延出端子部86aと、矩形状の電極パッド86bとを有している。また、配線電極86は、配線電極15と同様に、延出端子部86aと電極パッド86bとがデバイス領域92とテスト用領域93の外周の一部分に沿って形成されている。こうして、デバイス領域92では、配線電極15、86がデバイス領域10と同様の配線電極群17を形成していることに加え、それらの電極パッド15b、86bのすべてをデバイス領域92とテスト用領域93の片側に寄せ集めている。こうして、デバイス領域92では、配線電極15、86が寄せ集めパッド群88を形成している。
テスト用配線電極96はテスト用配線電極26と比較して、デバイス領域92とテスト用領域93の外周の一部分に沿って形成されている点で相違している。
第1の実施の形態で説明されている半導体ウェハ1では、配線電極16の延出端子部16aとテスト用配線電極26の延出端子部26aがデバイス領域10を跨ぐようにして形成されていた。そのため、半導体ウェハ1では、延出端子部16a、26aの長さをある程度の長さで確保しなければならなかった。
一方、半導体ウェハ91では、延出端子部86a、96aをデバイス領域92とテスト用領域93の外周の一部分に沿って形成しているので、延出端子部86a、96aの長さを延出端子部16a、26aよりも短縮することができる。半導体ウェハ91では、延出端子部86a、96aの長さが短くなることにより、デバイス領域92へのアクセスを速く行えるようになる。また、配線電極16、テスト用配線電極26を形成する場合に比べて配線電極86、テスト用配線電極96を形成するのに要するめっき等が少量で済むようになり、コストを削減することもできる。
そのほか、半導体ウェハ91は、半導体ウェハ1と同様に、片側側面配線を実現し得る積層チップパッケージの製造工程を簡略化することができる。
その他の半導体ウェハ
図26、図27を参照して、半導体ウェハ111について説明する。第1の実施の形態で説明されている半導体ウェハ1では、溝部20,21が形成されていた。半導体ウェハ111は、半導体ウェハ1と比較して、溝部21が形成されてなく、溝部20だけが形成されている点で相違している。したがって、半導体ウェハ111は、複数の溝部20が一定間隔で複数本並び、溝部が互いに他の溝部と交差しないストライプ状に形成されている。
次に、図28に示す半導体ウェハ112は溝部20だけが形成されている点で半導体ウェハ111と一致するが、溝部20はスクライブライン3Aの一つ置きに沿って形成されている。
半導体ウェハ1では、デバイス領域10およびテスト用領域18が4本の溝部20,21に接しているため、デバイス領域10およびテスト用領域18の上下左右4方向が溝部20,21に接している。したがって、図18に示したように、半導体ウェハ1から製造されるデバイスプレート60は4つの側面が溝部内絶縁部22aと同様の樹脂によって覆われている。
これに対し、半導体ウェハ111では、デバイス領域10およびテスト用領域18は左右2方向のみが溝部20に接している。したがって、半導体ウェハ111のような溝部がストライプ状に形成されている半導体ウェハを用いたデバイスプレートは次のようになる。このデバイスプレートは、2組の対向する側面を有するが、そのうちの一方だけが樹脂によって覆われ、他方は樹脂によって覆われていない構造になっている。
なお、図示はしないが、このデバイスプレートを積層した場合、対向する2つの側面に接続電極を形成することによって積層チップパッケージが得られる。この積層チップパッケージは対向している両面に接続電極が形成され、両面配線構造になる。
半導体ウェハ112では、デバイス領域10およびテスト用領域18は左右いずれか1方向のみが溝部20に接している。そのため、半導体ウェハ112のようなスクライブラインに沿って一つ置きに溝部が形成されている半導体ウェハを用いると、デバイスプレートはいずれか1つの側面だけに配線電極の端面が出現する。他の側面は樹脂で覆われていない。
以上の説明は、本発明の実施の形態についての説明であって、この発明の装置及び方法を限定するものではなく、様々な変形例を容易に実施することができる。又、各実施形態における構成要素、機能、特徴あるいは方法ステップを適宜組み合わせて構成される装置又は方法も本発明に含まれるものである。
本発明を適用することにより、接触抵抗の検査工程を簡略化し、検査工程を効率的に行える。本発明は積層チップパッケージや、その積層チップパッケージを製造するための半導体基板の分野で利用することができる。
1,51,52,91,111,112…半導体ウェハ、3A,3B…スクライブライン、10,92…デバイス領域、15,16,86…配線電極、15a,16a,25a,26a,27a,28a,86a…延出端子部、15b,16b,25b,26b,86b…電極パッド、15c,16c,27c,28c,86c…端面、15d,16d…交差側面、15e,16e…天端面、15f,16f…埋込部、15g,16g,25g,26g…端面、17…配線電極群、20,21…溝部、22…表面絶縁層、22a…溝部内絶縁部、22c…表面、25,26,96…テスト用配線電極、27,28…テスト用内電極、31…保護絶縁層、32…接続パッド、60,61,61A,62…デバイスプレート、63…接続電極、65,66,69…テスト用外電極、65L,66L…外電極列、88…寄せ集めパッド群、98…積層デバイスウェハ、99…デバイスブロック、100,101…積層チップパッケージ、100L,101L…テスト用ライン。

Claims (16)

  1. 半導体装置と該半導体装置に接続されている配線電極とを有する半導体プレートが複数積層され、
    複数の側面のうちのいずれか少なくとも一つの配線用側面に、前記半導体プレートにおける前記配線用側面の内側に形成されている検査用内電極の端面が形成され、
    前記半導体プレートのうちの隣接する2つの半導体プレートだけを対象として前記検査用内電極の端面同士を前記半導体プレートの積層方向に沿って接続している検査用外電極を有し、
    前記配線電極と共通する検査用配線電極が前記検査用内電極の代わりに形成されている表層プレートが前記半導体プレートの一つとして最上位に積層され、
    前記検査用配線電極の端面が前記配線用側面に形成され、
    前記検査用外電極を複数有し、該検査用外電極の少なくとも1つが前記検査用配線電極の端面と前記検査用内電極の端面とを前記積層方向に沿って接続し、
    前記検査用配線電極を2つ有し、かつ該検査用配線電極の一方から他方までがすべての前記検査用外電極および前記検査用内電極とともにつながった一連の検査用ラインを形成している積層チップパッケージ。
  2. 半導体装置と該半導体装置に接続されている配線電極とを有する半導体プレートが複数積層され、
    複数の側面のうちのいずれか少なくとも一つの配線用側面に、前記半導体プレートにおける前記配線用側面の内側に形成されている検査用内電極の端面が形成され、
    前記半導体プレートのうちの隣接する2つの半導体プレートだけを対象として前記検査用内電極の端面同士を前記半導体プレートの積層方向に沿って接続している検査用外電極を有し、
    前記検査用内電極は、前記検査用外電極に接続されている端面を両端部に備えた形状に形成されている積層チップパッケージ。
  3. 半導体装置と該半導体装置に接続されている配線電極とを有する半導体プレートが複数積層され、
    複数の側面のうちのいずれか少なくとも一つの配線用側面に、前記半導体プレートにおける前記配線用側面の内側に形成されている検査用内電極の端面が形成され、
    前記半導体プレートのうちの隣接する2つの半導体プレートだけを対象として前記検査用内電極の端面同士を前記半導体プレートの積層方向に沿って接続している検査用外電極を有し、
    前記配線電極と共通する検査用配線電極が前記検査用内電極の代わりに形成されている表層プレートが前記半導体プレートの一つとして最上位に積層され、
    前記検査用配線電極の端面が前記配線用側面に形成され、
    前記検査用外電極を複数有し、該検査用外電極の少なくとも1つが前記検査用配線電極の端面と前記検査用内電極の端面とを前記積層方向に沿って接続し、
    前記検査用内電極は、前記検査用外電極に接続されている端面を両端部に備えた形状に形成されている積層チップパッケージ。
  4. 半導体装置と該半導体装置に接続されている配線電極とを有する半導体プレートが複数積層され、
    複数の側面のうちのいずれか少なくとも一つの配線用側面に、前記半導体プレートにおける前記配線用側面の内側に形成されている検査用内電極の端面が形成され、
    前記半導体プレートのうちの隣接する2つの半導体プレートだけを対象として前記検査用内電極の端面同士を前記半導体プレートの積層方向に沿って接続している検査用外電極を有し、
    前記検査用外電極を複数有し、かつそれぞれの前記検査用外電極が前記積層方向に沿って断続的に配列され、
    前記検査用内電極は、前記検査用外電極に接続されている端面を両端部に備えた形状に形成されている積層チップパッケージ。
  5. 半導体装置と該半導体装置に接続されている配線電極とを有する半導体プレートが複数積層され、
    複数の側面のうちのいずれか少なくとも一つの配線用側面に、前記半導体プレートにおける前記配線用側面の内側に形成されている検査用内電極の端面が形成され、
    前記半導体プレートのうちの隣接する2つの半導体プレートだけを対象として前記検査用内電極の端面同士を前記半導体プレートの積層方向に沿って接続している検査用外電極を有し、
    前記検査用外電極を複数有し、かつそれぞれの前記検査用外電極が前記積層方向に沿って断続的に配列されている外電極列を複数有し、
    前記検査用内電極は、前記検査用外電極に接続されている端面を両端部に備えた形状に形成されている積層チップパッケージ。
  6. 半導体装置と該半導体装置に接続されている配線電極とを有する半導体プレートが少なくとも3つ積層され、
    複数の側面のうちのいずれか少なくとも一つの配線用側面に、前記半導体プレートにおける前記配線用側面の内側に形成されている検査用内電極の端面が形成され、
    前記配線用側面に形成されている前記検査用内電極の前記端面のうち、積層されている前記半導体プレートのうちの隣接する2つの半導体プレートに形成されている前記端面だけを対象として、該端面同士を前記半導体プレートの積層方向に沿って接続している検査用外電極を有する積層チップパッケージ。
  7. 前記配線電極と共通する検査用配線電極が前記検査用内電極の代わりに形成されている表層プレートが前記半導体プレートの一つとして最上位に積層され、
    前記検査用配線電極の端面が前記配線用側面に形成され、
    前記検査用外電極を複数有し、該検査用外電極の少なくとも1つが前記検査用配線電極の端面と前記検査用内電極の端面とを前記積層方向に沿って接続している請求項6記載の積層チップパッケージ。
  8. 前記検査用外電極は、前記積層方向に沿った高さが前記半導体プレートの厚さよりも大きく形成されている請求項1〜7のいずれか一項記載の積層チップパッケージ。
  9. 前記検査用外電極を複数有し、それぞれの前記検査用外電極は、互いに異なる前記半導体プレートを対象としている請求項1〜8のいずれか一項記載の積層チップパッケージ。
  10. 前記配線用側面に前記配線電極の端面が形成され、
    前記積層方向に沿って並んでいる前記配線電極の端面同士を前記半導体プレートすべてを跨ぐようにして接続する接続電極を更に有する請求項1〜9のいずれか一項記載の積層チップパッケージ。
  11. 前記半導体プレートは、前記半導体装置を覆うように形成されている表面絶縁層を更に有し、
    前記検査用配線電極が前記表面絶縁層の表面よりも上に浮かび上がった凸状に形成され、かつ端面が前記表面絶縁層の表面よりも外側に突出している突出端面となって形成されている請求項7記載の積層チップパッケージ。
  12. 半導体装置と、スクライブラインに沿った複数の溝部と、該複数の溝部が形成されている側の表面に形成されている表面絶縁層と、前記半導体装置に接続され、かつ、前記表面絶縁層の表面よりも上に浮かび上がった凸状の配線電極および検査用内電極を有する内電極付き基板を製造する基板製造工程と、
    前記内電極付き基板を複数積層して積層デバイスウェハを製造する積層工程と、
    前記積層デバイスウェハを前記溝部に沿って切断したときの切断面に、前記検査用内電極の端面を前記表面絶縁層の表面よりも上に突出している突出端面として出現させてデバイスブロックを製造するブロック製造工程と、
    前記デバイスブロックを構成している複数の半導体プレートのうちの隣接する2つの半導体プレートだけを対象として、前記検査用内電極の端面同士を前記半導体プレートの積層方向に沿って接続する検査用外電極を形成する外電極形成工程とを有し、
    前記基板製造工程において、前記内電極付き基板に加えて、前記配線電極と共通する検査用配線電極が前記検査用内電極の代わりに形成されている内電極無し基板を製造し、
    前記積層工程において、前記内電極無し基板を最上位に配置し、かつ該内電極無し基板の下位に前記内電極付き基板を複数積層して前記積層デバイスウェハを製造し、
    前記ブロック製造工程において、前記切断面に、前記検査用内電極の端面とともに前記検査用配線電極の端面を前記突出端面として出現させて前記デバイスブロックを製造し、
    前記外電極形成工程において、前記検査用外電極を複数形成し、該検査用外電極の少なくとも1つを前記検査用配線電極の端面と前記検査用内電極の端面とを前記積層方向に沿って接続するように形成し、
    前記基板製造工程において、前記内電極無し基板に前記検査用配線電極を2つ形成し、
    前記外電極形成工程において、前記検査用配線電極の一方から他方までがすべての前記検査用外電極および前記検査用内電極とともにつながった一連の検査用ラインが形成されるようにして、前記検査用外電極を形成する積層チップパッケージの製造方法。
  13. 前記外電極形成工程において、前記検査用外電極を、それぞれが前記積層方向に沿って断続的に配列されるようにして複数形成する請求項12記載の積層チップパッケージの製造方法。
  14. 前記外電極形成工程において、前記検査用外電極を、それぞれが前記積層方向に沿って断続的に配列される外電極列を複数配置するようにして複数形成する請求項12または13記載の積層チップパッケージの製造方法。
  15. 前記積層方向に沿って並んでいる前記配線電極の端面同士を前記半導体プレートすべてを跨ぐようにして接続する接続電極を形成する工程を更に有する請求項12〜14のいずれか一項記載の積層チップパッケージの製造方法。
  16. 前記積層工程において、前記内電極無し基板を固定するために用いた台座および接着材を除去して、前記配線電極および前記検査用配線電極を前記表面絶縁層の表面よりも上に浮かび上がった凸状に出現させる請求項12〜15のいずれか一項記載の積層チップパッケージの製造方法。
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