JPH11168157A - Multi-chip semiconductor device - Google Patents

Multi-chip semiconductor device

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JPH11168157A
JPH11168157A JP28022598A JP28022598A JPH11168157A JP H11168157 A JPH11168157 A JP H11168157A JP 28022598 A JP28022598 A JP 28022598A JP 28022598 A JP28022598 A JP 28022598A JP H11168157 A JPH11168157 A JP H11168157A
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semiconductor device
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圭一 佐々木
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美恵 松尾
Nobuo Hayasaka
伸夫 早坂
Katsuya Okumura
勝弥 奥村
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Toshiba Corp
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  • Wire Bonding (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a multi-chip semiconductor device whose planar area is small and which is superior in a heat dissipating property. SOLUTION: A multi-chip semiconductor device is constituted by laminating respective chips 11 , 12 , 13 provided with silicon substrates 2 on which elements are integrated and formed. A connecting substrate 311 on which conductive plugs 4 are formed inside respective through-holes is installed between the two upper and lower adjacent chips 11 , 12 . The chips 11 , 12 are connected electrically to each other via conductive plugs 4. A metal plate 32 whose thermal conductivity is larger than that of the connecting substrate 311 is installed inside the connecting substrate 311 in order to improve the heat dissipating property of the chips 11 , 12 . For the chips 12 , 13 , the chips 12 , 13 are connected with similar technique, and the heat dissipating property of the chips 12 , 13 is improved.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、複数のチップを用
いた半導体装置であるマルチチップ半導体装置に関す
る。
The present invention relates to a multi-chip semiconductor device which is a semiconductor device using a plurality of chips.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、コンピュ−タ−や通信機器の重要
部分には、多数のトランジスタや抵抗等を電気回路を達
成するようにむすびつけ、半導体基板上に集積化して形
成した大規模集積回路(チップ)が多用されている。こ
のため、機器全体の性能は、チップ単体の性能と大きく
結び付いている。
2. Description of the Related Art In recent years, large-scale integrated circuits (ICs) formed by integrating a large number of transistors, resistors, and the like on an important part of a computer or a communication device so as to achieve an electric circuit, and integrating them on a semiconductor substrate. Chips) are frequently used. For this reason, the performance of the entire device is greatly linked to the performance of the chip alone.

【0003】一方、複数のチップを用いて、機器全体の
性能を図ったいわゆるマルチチップ半導体装置も提案さ
れている。図19〜図24に、従来のマルチチップ半導
体装置の断面図を示す。
On the other hand, a so-called multi-chip semiconductor device using a plurality of chips to improve the performance of the entire device has been proposed. 19 to 24 show sectional views of a conventional multichip semiconductor device.

【0004】図19は、例えば、積層の配線基板81上
に複数のチップ82を平面配置するタイプのマルチチッ
プ半導体装置を示している。なお、図中、83は半田バ
ンプを示している。
FIG. 19 shows, for example, a multi-chip semiconductor device of a type in which a plurality of chips 82 are arranged on a stacked wiring substrate 81 in a plane. In the drawing, reference numeral 83 denotes a solder bump.

【0005】図20は、表面を向かい合わせ(Face
to Face)にしてチップ同士を接続するタイプ
のマルチチップ半導体装置を示している。
[0005] FIG. 20 shows a state in which the surfaces are faced to each other (Face).
1 illustrates a multi-chip semiconductor device of a type in which chips are connected to each other as “to face”.

【0006】図21は、複数のチップ82を積層板84
を用いて積層配置するタイプのマルチチップ半導体装置
を示している。
FIG. 21 shows a case where a plurality of chips 82 are
1 shows a multi-chip semiconductor device of a type in which the components are stacked and arranged.

【0007】図22は、実装方法としてワイヤーボンデ
ィングを用いたマルチチップ半導体装置を示しており、
Siチップ91のパッド(不図示)はボンディングワイ
ヤー92によって積層板93のリードフレーム94と接
続している。
FIG. 22 shows a multi-chip semiconductor device using wire bonding as a mounting method.
A pad (not shown) of the Si chip 91 is connected to a lead frame 94 of the laminated board 93 by a bonding wire 92.

【0008】図23は、実装方法としてTAB(Tape A
utomated Bonding)を用いたマルチチップ半導体装置を
示しており、Siチップ91のパッドはハンダバンプ9
5、TABリード96を介して積層板93のパッド(不
図示)に接続している。
FIG. 23 shows a mounting method of TAB (Tape A).
1 shows a multi-chip semiconductor device using the utomated bonding, in which a pad of a Si chip 91 has solder bumps 9.
5. Connected to pads (not shown) of the laminate 93 via TAB leads 96.

【0009】なお、図22、図23において、97はソ
ケット、98はコネクタピンを示している。
In FIGS. 22 and 23, reference numeral 97 denotes a socket, and 98 denotes a connector pin.

【0010】図24は、実装方法としてフリップチップ
を用いたマルチチップ半導体装置を示しており、Siチ
ップ91の全面に格子状に配置されたパッド100は、
ハンダバンプ102を介して、積層板99の全面に同様
に格子状に配置されたパッド101と接続している。
FIG. 24 shows a multi-chip semiconductor device using a flip chip as a mounting method. Pads 100 arranged in a grid on the entire surface of a Si chip 91 are:
The solder bumps 102 are connected to the pads 101 which are similarly arranged in a grid pattern on the entire surface of the laminated board 99.

【0011】図24において、103はフィラー入りの
エポキシ樹脂系の接着剤を示しており、この接着剤10
3はSiチップ91と積層板99との間に充填され、こ
れら91,93を密着固定する。また、104,10
5,107はパッド、106,108はハンダバンプを
示している。
In FIG. 24, reference numeral 103 denotes an epoxy resin-based adhesive containing a filler.
3 is filled between the Si chip 91 and the laminated board 99, and these 91 and 93 are tightly fixed. Also, 104, 10
Reference numerals 5 and 107 indicate pads, and 106 and 108 indicate solder bumps.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の従来のマルチチップ半導体装置には、以下のような問
題がある。
However, these conventional multi-chip semiconductor devices have the following problems.

【0013】すなわち、図19の従来のマルチチップ半
導体装置は、複数のチップ82を平面配置するため、装
置の平面面積が大きいという問題がある。
That is, the conventional multi-chip semiconductor device shown in FIG. 19 has a problem that the plane area of the device is large because a plurality of chips 82 are arranged on a plane.

【0014】図20の従来のマルチチップ半導体装置
は、複数のチップ82を積層するため、装置の平面面積
が大きくなるという問題はないが、積層枚数が2枚に限
定されるという問題がある。また、装置の検査が困難で
あるという問題もある。
In the conventional multi-chip semiconductor device shown in FIG. 20, since a plurality of chips 82 are stacked, there is no problem that the planar area of the device becomes large, but there is a problem that the number of stacked devices is limited to two. Another problem is that it is difficult to inspect the device.

【0015】図21の従来のマルチチップ半導体装置
は、複数のチップ82を積層できるので、装置の平面面
積が大きくなる問題や、積層枚数が2枚に限定されると
いう問題はないが、特定のチップ82上のバンプ83を
選択的に溶融させることができず、チップ82のリペア
が困難であるという問題がある。また、チップの動作時
にチップは発熱するが、その熱を効果的に外部に逃がす
ことができないために、チップの動作特性が劣化した
り、チップの寿命が短くなるという問題がある。
In the conventional multi-chip semiconductor device shown in FIG. 21, since a plurality of chips 82 can be stacked, there is no problem that the planar area of the device becomes large or the number of stacked devices is limited to two. There is a problem that the bumps 83 on the chip 82 cannot be selectively melted, and it is difficult to repair the chip 82. Further, although the chip generates heat during the operation of the chip, the heat cannot be effectively released to the outside, so that there is a problem that the operating characteristics of the chip deteriorate and the life of the chip is shortened.

【0016】図22の従来のマルチチップ半導体装置
は、高集積化したSiチップ91のピッチの狭いパッド
を、ボンディングワイヤー92によって、積層板93の
リードフレーム94と接続するためには、積層板93上
に配線を形成すること、チップ・積層板間を高い精度で
位置合わせする必要があり、接続が困難になってきてい
る。
The conventional multi-chip semiconductor device shown in FIG. 22 uses a laminated board 93 to connect a narrow pitch pad of a highly integrated Si chip 91 to a lead frame 94 of the laminated board 93 by a bonding wire 92. It is necessary to form wiring thereon and to align the chip and the laminated board with high accuracy, which makes connection difficult.

【0017】また、図22および図23の従来のマルチ
チップ半導体装置は、ソケット97およびコネクタピン
98を用いて積層板93同士を接続するため、ある程度
の高さが必要となり、積層する際の接続ギャップが大き
く、縦方向の集積化が困難であるという問題がある。
In the conventional multi-chip semiconductor device shown in FIGS. 22 and 23, since the laminated plates 93 are connected to each other using the socket 97 and the connector pins 98, a certain height is required. There is a problem that the gap is large and integration in the vertical direction is difficult.

【0018】この種の問題は図24の従来のマルチチッ
プ半導体装置を用いることによって解決できるが、図2
4のマルチチップ半導体装置には以下のような問題があ
る。
This kind of problem can be solved by using the conventional multi-chip semiconductor device shown in FIG.
4 has the following problems.

【0019】ハンダバンプ102の形状は鼓形であるた
め、Siチップ91の高集積化がさらに進んで、パッド
100,101のサイズやピッチ間隔がさらに縮小した
場合には、Siチップ91と積層板99との間の距離
(接続距離)を短くしてハンダバンプ102の径を小さ
くしないと、隣同士のハンダバンプ102がショートす
るという接続不良が生じる。
Since the shape of the solder bumps 102 is in the shape of a drum, when the integration of the Si chip 91 is further advanced and the sizes and pitch intervals of the pads 100 and 101 are further reduced, the Si chip 91 and the laminated board 99 are reduced. If the distance (connection distance) between them is not shortened and the diameter of the solder bump 102 is not reduced, a connection failure occurs in which the adjacent solder bumps 102 are short-circuited.

【0020】しかしながら、Siチップ91はSi基板
を用いて形成されているのに対し、積層板99はガラス
エポキシ等からなるプラスチック基板を用いて形成され
ているために、Siチップ91と積層板99とは互いに
熱膨張率が異なり、その結果として接続距離を短くする
と、ハンダバンプ102に熱歪みが生じ、熱サイクルの
繰り返しによって疲労破壊が生じる。接続距離が短いほ
ど熱歪みは大きく、疲労寿命は短くなる。したがって、
接続距離が短いほどSiチップ91と積層板99との間
の接続の信頼性は低下する。
However, while the Si chip 91 is formed using a Si substrate, the laminated plate 99 is formed using a plastic substrate made of glass epoxy or the like, so that the Si chip 91 and the laminated plate 99 are formed. The thermal expansion coefficients differ from each other. As a result, when the connection distance is shortened, thermal distortion occurs in the solder bump 102, and fatigue fracture occurs due to repeated thermal cycles. The shorter the connection distance, the greater the thermal strain and the shorter the fatigue life. Therefore,
The shorter the connection distance, the lower the reliability of the connection between the Si chip 91 and the laminated board 99.

【0021】Siチップ91と積層板99との間に充填
された接着剤103にはこのような熱歪みを小さくする
役割があり、そのために両者の熱膨張率を近づけること
ができるSiO2 がフィラーとして混入されている。
The adhesive 103 filled between the Si chip 91 and the laminated plate 99 has a function of reducing such thermal distortion, and therefore, SiO 2, which can make the coefficient of thermal expansion of both of them close, is a filler. It is mixed as.

【0022】フィラーの大きさは10〜30μm程度で
あるが、接続距離が短くなると、接着剤103が充填さ
れない部分が生じるため、Siチップ91と積層板99
との間の接続の信頼性を確保できず、その結果として上
下のSiチップ91間の接続の信頼性も確保できなくな
るという問題が起こる。
The size of the filler is about 10 to 30 μm. However, if the connection distance is short, a portion where the adhesive 103 is not filled occurs.
And the reliability of the connection between the upper and lower Si chips 91 cannot be ensured as a result.

【0023】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的(第1の目的)とするところは、装置の
平面面積が小さく、かつ装置の検査を容易に行なうこと
が可能となるマルチチップ半導体装置を提供することに
ある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object (first object) of the present invention that the plane area of the apparatus is small and the apparatus can be easily inspected. To provide a multi-chip semiconductor device.

【0024】また、本発明の他の目的(第2の目的)
は、装置の平面面積が小さく、かつ放熱性に優れたマル
チチップ半導体装置を提供することにある。
Another object of the present invention (second object)
An object of the present invention is to provide a multi-chip semiconductor device having a small planar area and excellent heat dissipation.

【0025】また、本発明の他の目的(第3の目的)
は、装置の平面面積が小さく、かつリペアを容易に行な
えるマルチチップ半導体装置を提供することにある。
Another object of the present invention (third object)
An object of the present invention is to provide a multi-chip semiconductor device having a small plane area and capable of easily performing repair.

【0026】また、本発明の他の目的(第4の目的)
は、装置の平面面積が小さく、かつ上下のチップ間の接
続の信頼性を確保できるマルチチップ半導体装置を提供
することにある。
Another object of the present invention (fourth object)
It is an object of the present invention to provide a multi-chip semiconductor device in which the planar area of the device is small and the reliability of connection between upper and lower chips can be ensured.

【0027】[0027]

【課題を解決するための手段】[構成]上記第1の目的
を達成するために、本発明に係るマルチチップ半導体装
置(請求項1)は、素子が集積形成された半導体基板を
有するチップを複数積層してなるマルチチップ半導体装
置において、隣り合う上下の2つのチップが、これらの
間に設けられた接続基板を介して互いに電気的に接続
し、かつ前記半導体基板には貫通孔が形成され、この貫
通孔内に形成された導電性プラグが前記接続基板に接続
していることを特徴とする。
Means for Solving the Problems [Structure] In order to achieve the first object, a multichip semiconductor device according to the present invention (Claim 1) includes a chip having a semiconductor substrate on which elements are integrated and formed. In a multi-chip semiconductor device formed by laminating a plurality of chips, two adjacent upper and lower chips are electrically connected to each other via a connection substrate provided therebetween, and a through hole is formed in the semiconductor substrate. The conductive plug formed in the through hole is connected to the connection substrate.

【0028】ここで、貫通孔は、2つのチップの半導体
基板の一方または両方に設けられていても良い。
Here, the through-hole may be provided in one or both of the semiconductor substrates of the two chips.

【0029】また、上記第2の目的を達成するために、
本発明に係るマルチチップ半導体装置(請求項2)は、
素子が集積形成された半導体基板を有するチップを複数
積層してなるマルチチップ半導体装置において、隣り合
う上下の2つのチップの間にが、貫通孔内に導電性プラ
グが形成された接続基板が設けられ、かつ前記2つのチ
ップが前記導電性プラグを介して互いに電気的に接続
し、かつ前記接続基板は前記チップよりも放熱性が高い
ことを特徴とする。
In order to achieve the second object,
A multichip semiconductor device according to the present invention (Claim 2)
In a multi-chip semiconductor device in which a plurality of chips each having a semiconductor substrate on which elements are integrally formed are stacked, a connection substrate having a conductive plug formed in a through hole is provided between two adjacent upper and lower chips. And the two chips are electrically connected to each other via the conductive plug, and the connection substrate has higher heat dissipation than the chips.

【0030】また、本発明に係る他のマルチチップ半導
体装置(請求項3)は、上記マルチチップ半導体装置
(請求項1,2)において、前記接続基板の構成材料と
して、前記接続基板が前記チップよりも放熱性が高くな
る物質が選ばれていることを特徴とする。
Further, in another multi-chip semiconductor device according to the present invention (claim 3), in the multi-chip semiconductor device (claims 1 and 2), the connection substrate is formed of the chip It is characterized in that a substance having a higher heat dissipation property is selected.

【0031】具体的には、Siチップの場合であれば、
接続基板の構成材料は、SiCやSiNなどの絶縁材料
を用いる。
Specifically, in the case of a Si chip,
As a constituent material of the connection substrate, an insulating material such as SiC or SiN is used.

【0032】また、本発明に係る他のマルチチップ半導
体装置(請求項4)は、上記マルチチップ半導体装置
(請求項1,2)において、前記接続基板が、前記導電
性プラグが形成された接続基板本体と、この接続基板本
体よりも熱伝導率の高い高熱伝導率部材とから構成され
ていることを特徴とする。
In another multi-chip semiconductor device according to the present invention (claim 4), in the multi-chip semiconductor device (claims 1 and 2), the connection substrate may be a connection formed with the conductive plug. It is characterized by comprising a substrate main body and a high thermal conductivity member having higher thermal conductivity than the connection substrate main body.

【0033】具体的には、接続基板の構成材料が、Si
Cなどの絶縁材料の場合であれば、高熱伝導率部材は、
WやCuなどの金属材料から構成された部材を用いる。
More specifically, the constituent material of the connection substrate is Si
In the case of an insulating material such as C, the high thermal conductivity member is
A member made of a metal material such as W or Cu is used.

【0034】また、本発明に係る他のマルチチップ半導
体装置(請求項5)は、上記マルチチップ半導体装置
(請求項4)において、前記高熱伝導率部材が、前記接
続基板本体の内部に形成された導電性プレートであるこ
とを特徴とする。
In another multichip semiconductor device according to the present invention (claim 5), in the multichip semiconductor device (claim 4), the high thermal conductivity member is formed inside the connection substrate body. A conductive plate.

【0035】ここで、接続基板の表面に導電性プレート
を設けても良い。さらに、接続基板の内部および表面の
両方に導電性プレートを設けても良い。
Here, a conductive plate may be provided on the surface of the connection substrate. Further, conductive plates may be provided both inside and on the surface of the connection board.

【0036】また、本発明に係る他のマルチチップ半導
体装置(請求項6)は、上記マルチチップ半導体装置
(請求項4)において、前記高熱伝導率部材が、前記接
続基板本体の表面に設けられた放熱フィンであることを
特徴とする。
In another multichip semiconductor device according to the present invention (claim 6), in the multichip semiconductor device (claim 4), the high thermal conductivity member is provided on a surface of the connection board main body. Characterized in that it is a radiation fin.

【0037】ここで、全ての接続基板に放熱フィンを設
けても良いし、あるいは特定の接続基板、例えば放熱性
の低い接続基板だけに設けても良い。
Here, the heat radiation fins may be provided on all the connection substrates, or may be provided only on a specific connection substrate, for example, only the connection substrate having low heat radiation.

【0038】また、上記第3の目的を達成するために、
本発明に係るマルチチップ半導体装置(請求項7)は、
素子が集積形成された半導体基板を有するチップを複数
積層してなるマルチチップ半導体装置において、隣り合
う上下の2つのチップの間にが、貫通孔内に導電性プラ
グが形成された接続基板が設けられ、かつ前記2つのチ
ップがそれぞれバンプを介して前記導電性プラグに電気
的に接続し、かつ前記接続基板は発熱部を有することを
特徴とする。
In order to achieve the third object,
A multi-chip semiconductor device according to the present invention (claim 7)
In a multi-chip semiconductor device in which a plurality of chips each having a semiconductor substrate on which elements are integrally formed are stacked, a connection substrate having a conductive plug formed in a through hole is provided between two adjacent upper and lower chips. And the two chips are electrically connected to the conductive plugs via bumps, respectively, and the connection substrate has a heat generating portion.

【0039】また、本発明に係る他のマルチチップ半導
体装置(請求項8)は、上記マルチチップ半導体装置
(請求項7)において、各接続基板の発熱部を独立に制
御できることを特徴とする。
Another multi-chip semiconductor device according to the present invention (claim 8) is characterized in that, in the multi-chip semiconductor device (claim 7), the heat-generating portions of each connection board can be independently controlled.

【0040】また、上記第4の目的を達成するために、
本発明に係るマルチチップ半導体装置(請求項12)
は、素子が集積形成された半導体基板を有するチップを
複数積層してなるマルチチップ半導体装置において、隣
り合う上下の2つのチップの間には、貫通孔内に導電性
プラグが形成されてなる接続基板が設けられ、かつ前記
2つのチップは前記導電性プラグを介して互いに電気的
に接続し、かつ前記接続基板は前記チップよりも放熱性
が高く、かつ前記接続基板の構成材料は前記半導体基板
のそれとほぼ同じ熱膨張率を有することを特徴とする。
In order to achieve the fourth object,
Multi-chip semiconductor device according to the present invention (Claim 12)
In a multichip semiconductor device formed by stacking a plurality of chips each having a semiconductor substrate on which elements are integrally formed, a connection formed by forming a conductive plug in a through hole between two upper and lower adjacent chips. A substrate is provided, and the two chips are electrically connected to each other via the conductive plug, and the connection substrate has higher heat dissipation than the chips, and a constituent material of the connection substrate is the semiconductor substrate. Is characterized by having a coefficient of thermal expansion substantially the same as that of

【0041】また、上記第4の目的を達成するために、
本発明に係る他のマルチチップ半導体装置(請求項1
3)は、素子が集積形成された半導体基板を有するチッ
プを複数積層してなるマルチチップ半導体装置におい
て、隣り合う上下の2つのチップの間には、貫通孔内に
導電性プラグが形成されてなる接続基板が設けられ、か
つ前記2つのチップは前記導電性プラグを介して互いに
電気的に接続し、かつ前記接続基板の構成材料は前記半
導体基板のそれとほぼ同じ熱膨張率を有することを特徴
とする。
In order to achieve the fourth object,
Another multi-chip semiconductor device according to the present invention (Claim 1)
3) In a multichip semiconductor device formed by stacking a plurality of chips each having a semiconductor substrate on which elements are integrally formed, a conductive plug is formed in a through hole between two adjacent upper and lower chips. Wherein the two chips are electrically connected to each other via the conductive plug, and a constituent material of the connection substrate has substantially the same coefficient of thermal expansion as that of the semiconductor substrate. And

【0042】[作用]第1の本発明(請求項1)によれ
ば、複数のチップを積層しているので、複数のチップを
平面位置する従来のマルチチップ半導体装置とは異な
り、装置の平面面積を小さくすることができる。
[Operation] According to the first aspect of the present invention (claim 1), since a plurality of chips are stacked, unlike a conventional multi-chip semiconductor device in which a plurality of chips are arranged in a plane, the device has a flat surface. The area can be reduced.

【0043】また、第1の本発明によれば、導電性プラ
グが形成されたチップを一番上または一番下に配置すれ
ば、上記導電性プラグに検査プローブを容易にあてるこ
とが可能となるため、装置の検査を容易に行なえるよう
になる。
According to the first aspect of the present invention, if the chip on which the conductive plug is formed is arranged at the top or bottom, the test probe can be easily applied to the conductive plug. Therefore, the inspection of the apparatus can be easily performed.

【0044】第2の本発明(請求項2〜6)によれば、
第1の本発明(請求項1)と同様の理由により、装置の
平面面積を小さくすることができる。
According to the second invention (claims 2 to 6),
For the same reason as the first present invention (claim 1), the plane area of the device can be reduced.

【0045】また、第2の本発明によれば、接続基板の
ほうがチップよりも放熱性が高いので、チップの熱を接
続基板を介して外部に効果的に逃がすことができる。そ
して、このように放熱性が改善されることにより、チッ
プの動作時にチップが発熱することによる、チップの動
作特性の劣化やチップの短命化を防止できるようにな
る。
Further, according to the second aspect of the present invention, since the connection substrate has higher heat radiation than the chip, the heat of the chip can be effectively released to the outside via the connection substrate. By improving the heat dissipation as described above, it is possible to prevent deterioration of the operating characteristics of the chip and shortening of the life of the chip due to heat generation of the chip during operation of the chip.

【0046】第3の本発明(請求項7〜9)によれば、
第1の本発明(請求項1)と同様の理由により、装置の
平面面積を小さくすることができる。
According to the third invention (claims 7 to 9),
For the same reason as the first present invention (claim 1), the plane area of the device can be reduced.

【0047】また、第3の本発明によれば、接続基板の
発熱部により、不良なチップに接続したバンプを溶融す
ることで、接続基板から不良なチップを分離することが
できるので、チップのリペアを容易に行なえるようにな
る。特に本発明(請求項8)の場合には、各接続基板の
発熱部を独立に制御できるので、より容易にチップのリ
ペアを行なえるようになる。
According to the third aspect of the present invention, the defective chip can be separated from the connection substrate by melting the bumps connected to the defective chip by the heating portion of the connection substrate. Repair can be performed easily. In particular, in the case of the present invention (claim 8), since the heat generating portion of each connection board can be controlled independently, the chip can be repaired more easily.

【0048】第4の本発明(請求項12〜14)によれ
ば、第1の本発明(請求項1)と同様の理由により、装
置の平面面積を小さくすることができる。
According to the fourth invention (claims 12 to 14), the plane area of the device can be reduced for the same reason as in the first invention (claim 1).

【0049】また、第4の本発明によれば、接続基板の
構成材料の熱膨張係数と半導体基板の構成材料のそれが
ほぼ等しいので、接続基板と半導体基板とを接続するた
めにバンプを用いても、バンプに熱歪みはほとんど生じ
ない。
According to the fourth aspect of the present invention, since the thermal expansion coefficient of the constituent material of the connection substrate is substantially equal to that of the constituent material of the semiconductor substrate, the bump is used to connect the connection substrate and the semiconductor substrate. However, almost no thermal distortion occurs in the bumps.

【0050】したがって、チップの高集積化がさらに進
んで、チップと接続基板との間の距離が短くなっても、
接続基板と半導体基板との間の接続の信頼性を確保で
き、したがって上下のチップ間の接続の信頼性を確保で
きるようになる。
Therefore, even if the integration of the chip is further advanced and the distance between the chip and the connection substrate is reduced,
The reliability of the connection between the connection substrate and the semiconductor substrate can be ensured, and thus the reliability of the connection between the upper and lower chips can be ensured.

【0051】また、接続基板の構成材料の熱膨張係数と
半導体基板の構成材料のそれがほぼ等しいので、両者の
熱膨張率を近づけるためにフィラーの入った接着剤を用
いる必要はない。
Further, since the coefficient of thermal expansion of the constituent material of the connection substrate is substantially equal to that of the constituent material of the semiconductor substrate, it is not necessary to use an adhesive containing a filler in order to make the coefficients of thermal expansion close to each other.

【0052】したがって、チップの高集積化がさらに進
んで、接続基板と半導体基板との間の距離が短くなって
も、接着剤が充填されない部分は生じず、チップと接続
基板との間の接続の信頼性を確保でい、したがって上下
のチップ間の接続の信頼性を確保できるようになる。
Therefore, even if the integration of the chip is further advanced and the distance between the connection substrate and the semiconductor substrate is reduced, no portion is not filled with the adhesive, and the connection between the chip and the connection substrate does not occur. And the reliability of the connection between the upper and lower chips can be ensured.

【0053】表1に、チップに用いる半導体基板の構成
材料や接続基板の構成材料に用いる主な物質の熱伝導率
および線膨張率を示す。
Table 1 shows the thermal conductivity and the coefficient of linear expansion of the main materials used for the constituent materials of the semiconductor substrate and the connection substrate used for the chip.

【0054】[0054]

【表1】 [Table 1]

【0055】本発明における接続基板の構成材料は、例
えば半導体基板の構成材料がSiの場合であれば、熱歪
みの緩和の点では同材料のSiが最も良いが、Siと線
膨張率がほぼ等しいシリコンカーバイト(SiC)、窒
化アルミニウム(AlN)でも良い。これらはSiより
も熱伝導率が高いので、放熱性の点でも優れている。
As the constituent material of the connection substrate in the present invention, for example, when the constituent material of the semiconductor substrate is Si, the same material Si is the best in terms of relaxation of thermal strain, but the linear expansion coefficient is almost the same as that of Si. Equal silicon carbide (SiC) and aluminum nitride (AlN) may be used. Since these have higher thermal conductivity than Si, they are also excellent in heat dissipation.

【0056】また、チップに用いる半導体基板の構成材
料が化合物半導体の場合、例えばガリウム砒素(GaA
s)の場合には、GaAs、ベリリア(BeO)、アル
ミナ(Al2 3 )が適している。
When the constituent material of the semiconductor substrate used for the chip is a compound semiconductor, for example, gallium arsenide (GaAs)
In the case of s), GaAs, beryllia (BeO), and alumina (Al 2 O 3 ) are suitable.

【0057】熱膨張の差がどの程度許容できるかどうか
は、接続端子(パッド)の大きさとピッチ、接続基板の
大きさに依存するが、本発明の目的とするチップ間の接
続の信頼性の確保のためには、接続基板の構成材料の熱
膨張率と半導体基板の構成材料のそれとの差は、±5.
0×10-6以内であることが好ましい。
The extent to which the difference in thermal expansion can be tolerated depends on the size and pitch of the connection terminals (pads) and the size of the connection substrate. To ensure this, the difference between the coefficient of thermal expansion of the constituent material of the connection substrate and that of the constituent material of the semiconductor substrate is ± 5.
It is preferably within 0 × 10 −6 .

【0058】[0058]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態(以下、実施形態という)を説明する。
Embodiments of the present invention (hereinafter, referred to as embodiments) will be described below with reference to the drawings.

【0059】(第1の実施形態)図1は、本発明の第1
の実施形態に係るマルチチップ半導体装置の断面図であ
る。
(First Embodiment) FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view of the multi-chip semiconductor device according to the embodiment.

【0060】このマルチチップ半導体装置は、2つのチ
ップ11 ,12 がセラミック製の積層配線基板9を介し
て接続された構成となっている。チップ11 ,12 は、
大きく分けて、素子が集積形成されたシリコン基板2
と、素子を所定の関係に接続するための多層配線層3と
から構成されている。
[0060] The multi-chip semiconductor device, two chips 1 1, 1 2 has a configuration that is connected via the laminated wiring board 9 made of ceramic. Chips 1 1 and 1 2
It can be roughly divided into a silicon substrate 2 on which elements are integrated and formed.
And a multilayer wiring layer 3 for connecting the elements in a predetermined relationship.

【0061】チップ1 の多層配線層3に設けられたパッ
ド6は、半田バンプ8を介して、積層配線基板9に設け
られたパッド6に電気的に接続している。このパッド6
に電気的に接続している積層配線基板9に設けられた他
のパッド6は、チップ12 の多層配線層3に設けられた
パッド6に電気的に接続している。このようにして、上
下の2つのチップ1 ,チップ12 は、これらの間に設け
られた積層配線基板9を介して互いに電気的に接続され
ることになる。
The pads 6 provided on the multilayer wiring layer 3 of the chip 1 are electrically connected to the pads 6 provided on the laminated wiring board 9 via the solder bumps 8. This pad 6
Other pads 6 provided on the multilayer wiring board 9 are electrically connected to is electrically connected to the pad 6 formed on the multilayer wiring layer 3 of the chip 1 2. In this way, the upper and lower two chips 1, the chip 1 2 will be through the multilayer wiring board 9 provided therebetween are electrically connected to each other.

【0062】また、チップ12 には、シリコン基板2を
貫通する導電性の貫通プラグ4(導電性プラグ)が設け
られている。この貫通プラグ4は、チップ12 に設けら
れたパッド6、その上のバンプ8を介して、積層配線基
板9に設けられたパッド6に電気的に接続している。
[0062] Also, the chip 1 2, through plugs fourth conductive penetrating the silicon substrate 2 (conductive plugs) are provided. The through plug 4, the pad 6 is provided on the chip 1 2, via the bumps 8 thereon, and is electrically connected to the pad 6 provided in the multilayer wiring board 9.

【0063】貫通プラグ4は素子形成領域の外側に形成
され、貫通プラグ4とシリコン基板2(貫通孔)との間
には、絶縁膜5が設けられている。この絶縁膜5と貫通
プラグ4とで接続プラグが構成されている。
The through plug 4 is formed outside the element formation region, and an insulating film 5 is provided between the through plug 4 and the silicon substrate 2 (through hole). The insulating film 5 and the through plug 4 form a connection plug.

【0064】また、チップ12 の多層配線層3とは反対
側のシリコン基板2のシリコン領域、つまり貫通プラグ
4以外の領域は絶縁膜7で被覆されている。このような
貫通プラグ4には、放熱を促進する効果がある。
[0064] Further, the multilayer wiring layer 3 of the chip 1 2 silicon region of the silicon substrate 2 on the opposite side, that is a region other than the through plug 4 is covered with an insulating film 7. Such a through plug 4 has an effect of promoting heat radiation.

【0065】放熱を促進する他の手段としては、積層配
線基板9をチップ11 ,12 よりも熱伝導率の高い材料
で形成することがあげられる。具体的には、Siチップ
の場合であれば、SiCやSiNなどの絶縁材料があげ
られる。また、第2の実施形態で説明するように金属プ
レートを内部に埋め込んでも良い。
[0065] As another means of promoting heat radiation, it is formed of a material having high thermal conductivity and the like than the multilayer wiring board 9 chips 1 1, 1 2. Specifically, in the case of a Si chip, an insulating material such as SiC or SiN can be used. Further, a metal plate may be embedded inside as described in the second embodiment.

【0066】本実施形態によれば、チップ11 上に積層
配線基板9を介してチップ12 を積層しているので、複
数のチップを平面位置する従来のマルチチップ半導体装
置とは異なり、装置の平面面積を小さくすることができ
る。
According to [0066] this embodiment, since through the multilayer wiring board 9 on the chip 1 1 are stacked chips 1 2, unlike the conventional multi-chip semiconductor device which plane position a plurality of chips, device Can be reduced in planar area.

【0067】また、本実施形態によれば、積層配線基板
9を介してチップ11 に電気的に接続した貫通プラグ4
を有するチップ12 を使用しているため、貫通プラグ4
に検査プローブをあてることにより、装置の検査を行な
える。ここで、貫通プラグ4は半導体基板2の裏面に露
出しているため、貫通プラグ4に検査プローブを容易に
あてることができる。したがって、本実施形態によれ
ば、装置の検査を容易に行なえるようにある。
Further, according to the present embodiment, the through plug 4 which is electrically connected to the chip 1 1 via a multilayer wiring board 9
Due to the use of chip 1 2 having the through plugs 4
The inspection of the device can be performed by applying an inspection probe to the device. Here, since the through plug 4 is exposed on the back surface of the semiconductor substrate 2, an inspection probe can be easily applied to the through plug 4. Therefore, according to the present embodiment, the inspection of the apparatus can be easily performed.

【0068】また、ここでは、チップが2個の場合につ
いて説明したが、本実施形態では、積層配線基板9によ
りチップ同士を接続しているので、Face to F
aceによりチップ同士を接続する従来のマルチチップ
半導体装置とは異なり、チップの積層枚数が2枚に限定
されるという問題はない。
Although the case of two chips has been described here, in the present embodiment, the chips are connected to each other by the laminated wiring board 9, so that the face-to-F connection is used.
Unlike a conventional multi-chip semiconductor device in which chips are connected to each other by ace, there is no problem that the number of stacked chips is limited to two.

【0069】したがって、本実施形態によれば、装置の
平面面積が小さく、かつ装置の検査を容易に行なえ、か
つ積層枚数が2枚に限定されないマルチチップ半導体装
置を実現できるようになる。
Therefore, according to the present embodiment, it is possible to realize a multi-chip semiconductor device in which the planar area of the device is small, the device can be easily inspected, and the number of stacked layers is not limited to two.

【0070】なお、本実施形態では、貫通プラグ4をチ
ップ12 に設けたが、チップ11 に設けても良いし、あ
るいはチップ11 ,12 の両方に設けても良い。
[0070] In the present embodiment, is provided through the plug 4 in the chip 1 2, it may be provided on the chip 1 1, or chip 1 1, 1 may be provided in both two.

【0071】(第2の実施形態)図2、図3は、図1の
マルチチップ半導体装置の貫通プラグ4の形成方法を示
す工程断面図である。なお、以下の図において、前出し
た図と同一符号は同一部分または相当部分を示し、詳細
な説明は省略する。
(Second Embodiment) FIGS. 2 and 3 are process sectional views showing a method of forming a through plug 4 of the multi-chip semiconductor device of FIG. Note that, in the following drawings, the same reference numerals as those described above indicate the same or corresponding portions, and a detailed description thereof will be omitted.

【0072】まず、図2(a)に示すように、シリコン
基板2を用意する。このシリコン基板2は、素子分離
前、素子分離後、素子形成途中および素子形成後のいず
れの段階のものでも良い。
First, as shown in FIG. 2A, a silicon substrate 2 is prepared. This silicon substrate 2 may be at any stage before, after, after or after element isolation.

【0073】図中、丸印で囲んだ領域に、素子形成前、
STI素子分離後、MOSトランジスタ上に保護膜(B
PSG)を形成した後(素子形成後)の基板を示す。素
子形成後としては、他に配線を形成した後があげられ
る。
In the figure, in the region surrounded by a circle, before forming the element,
After the STI element isolation, a protective film (B
2 shows a substrate after PSG is formed (after element formation). After forming the element, there is a case after forming another wiring.

【0074】また、素子形成途中としては、例えば、イ
オン注入により必要なウェルを基板表面に形成した後の
次の工程や、ゲート電極を形成した後の次の工程があげ
られる。
In the course of element formation, for example, the next step after forming a necessary well on the substrate surface by ion implantation and the next step after forming a gate electrode can be mentioned.

【0075】次に図2(b)に示すように、SiO2
らなる厚さ1μmのマスクパターン11をシリコン基板
2上に形成した後、エッチングガスがF系ガスのRIE
を用いて、マスクパターン11をマスクとしてシリコン
基板2を選択的にエッチングし、シリコン基板2の表面
に深さ100μmの溝12を形成する。この溝12は最
終的には貫通孔となる。
Next, as shown in FIG. 2B, after a mask pattern 11 made of SiO 2 and having a thickness of 1 μm is formed on the silicon substrate 2, the etching gas is RIE of an F-based gas.
The silicon substrate 2 is selectively etched using the mask pattern 11 as a mask to form a groove 12 having a depth of 100 μm on the surface of the silicon substrate 2. This groove 12 eventually becomes a through hole.

【0076】なお、ここでは、構成材料がSiO2 のマ
スクパターン11を用いたが、その代わりに、構成材料
がAlやAl2 3 等のSiに対して高選択比を有する
材料のマスクパターン11を用いても良い。
Here, the mask pattern 11 made of SiO 2 is used as the constituent material. Instead, the mask pattern made of a material having a high selectivity to Si, such as Al or Al 2 O 3 , is used instead. Eleven may be used.

【0077】また、溝12(貫通孔)を形成する加工技
術はRIEに限定されるものではなく、光エッチング、
ウエットエッチング、超音波加工、放電加工を用いるこ
ともできる。さらに、上記加工技術を適宜組み合わせて
も良い。なお、RIEまたは光エッチングと、ウエット
エッチングとを組み合わせた方法については後で説明す
る。
Further, the processing technique for forming the groove 12 (through hole) is not limited to RIE.
Wet etching, ultrasonic machining, and electric discharge machining can also be used. Further, the above processing techniques may be appropriately combined. A method in which RIE or optical etching is combined with wet etching will be described later.

【0078】次に図2(c)に示すように、マスクパタ
ーン11を除去した後、全面に厚さ100nmのSiO
2 膜、厚さ100nmのSi3 4 膜をLPCVD法を
用いて順次堆積して、SiO2 膜、Si3 4 膜からな
る積層構造の絶縁膜5を形成する。なお、積層構造の絶
縁膜5の代わりに、単層の絶縁膜を用いても良い。
Next, as shown in FIG. 2C, after removing the mask pattern 11, a 100 nm thick SiO
Two films and a Si 3 N 4 film having a thickness of 100 nm are sequentially deposited by using the LPCVD method to form an insulating film 5 having a laminated structure composed of a SiO 2 film and a Si 3 N 4 film. Note that a single-layer insulating film may be used instead of the insulating film 5 having a stacked structure.

【0079】次に図2(d)に示すように、貫通プラグ
となる、B等の不純物がドープされた低抵抗の多結晶シ
リコン膜4を、溝12から溢れる厚さに全面に形成し
て、溝12内を多結晶シリコン膜4で埋め込む。
Next, as shown in FIG. 2D, a low-resistance polycrystalline silicon film 4 doped with an impurity such as B, which becomes a through plug, is formed on the entire surface to a thickness overflowing from the groove 12. Then, the trench 12 is filled with the polycrystalline silicon film 4.

【0080】多結晶シリコン膜4の形成方法としては、
例えば、CVD法、スパッタ法を用いる。また、多結晶
シリコン膜4の代わりに、金属膜を用いる場合には、メ
ッキ法を用いることもできる。
The method for forming the polycrystalline silicon film 4 is as follows.
For example, a CVD method or a sputtering method is used. When a metal film is used instead of the polycrystalline silicon film 4, a plating method can be used.

【0081】なお、ここでは、貫通プラグとなる導電性
膜として、不純物がドープされた多結晶シリコン膜4を
用いたが、その代わりに、不純物がドープされたアモル
ファスシリコン膜を用いても良い。さらに、W膜、Mo
膜、Ni膜、Ti膜等の金属、またはこれらの金属シリ
サイド膜を用いても良い。
Although the impurity-doped polycrystalline silicon film 4 is used here as the conductive film serving as the through plug, an amorphous silicon film doped with impurities may be used instead. Furthermore, W film, Mo
A metal such as a film, a Ni film, a Ti film, or a metal silicide film thereof may be used.

【0082】次に図3(a)に示すように、CMP法や
エッチバック法等の方法を用いて、シリコン基板2の表
面が露出するまで、多結晶シリコン膜4、絶縁膜5を後
退させる。この結果、溝12内に絶縁膜5を介して多結
晶シリコン膜(貫通プラグ)4が埋め込まれた構造が形
成される。
Next, as shown in FIG. 3A, the polycrystalline silicon film 4 and the insulating film 5 are retracted by using a method such as a CMP method or an etch back method until the surface of the silicon substrate 2 is exposed. . As a result, a structure in which the polycrystalline silicon film (through plug) 4 is buried in the groove 12 via the insulating film 5 is formed.

【0083】次に図3(b)に示すように、貫通プラグ
4が形成された側のシリコン基板2上に多層配線層3を
形成する。この多層配線層3を形成する前に、素子分
離、素子形成は行なっておく。次いでこの多層配線層3
の表面に溝を形成した後、この溝にパッド6を形成す
る。
Next, as shown in FIG. 3B, a multilayer wiring layer 3 is formed on the silicon substrate 2 on the side where the through plugs 4 are formed. Before forming the multilayer wiring layer 3, element isolation and element formation are performed. Then, the multilayer wiring layer 3
After a groove is formed on the surface of the substrate, a pad 6 is formed in the groove.

【0084】次に図3(c)に示すように、貫通プラグ
4が形成された側と反対側のシリコン基板2の表面(以
下、裏面という)を、溝12の底部の絶縁膜5が露出す
るまで、シリコン基板2を後退させる。シリコン基板2
の後退(薄化)は、例えば、CMP、化学研磨、機械研
磨、ウエットエッチング、プラズマエッチングまたはガ
スエッチングの加工技術を用いた方法、またはこれら加
工技術を組み合わせた方法により行なう。
Next, as shown in FIG. 3C, the surface (hereinafter referred to as the back surface) of the silicon substrate 2 opposite to the side where the through plug 4 is formed is exposed to the insulating film 5 at the bottom of the groove 12. Until the silicon substrate 2 is retracted. Silicon substrate 2
The retreat (thinning) is performed by, for example, a method using a processing technique of CMP, chemical polishing, mechanical polishing, wet etching, plasma etching or gas etching, or a method combining these processing techniques.

【0085】次に図3(d)に示すように、溝12の底
部の絶縁膜5より上の、溝12の側壁の絶縁膜5が露出
するまで、シリコン基板2の裏面を選択的にエッチング
する。このエッチングには、例えば、CDE、RIEま
たはウエットエッチングを用いる。
Next, as shown in FIG. 3D, the back surface of the silicon substrate 2 is selectively etched until the insulating film 5 on the side wall of the groove 12 above the insulating film 5 at the bottom of the groove 12 is exposed. I do. For this etching, for example, CDE, RIE or wet etching is used.

【0086】次に同図(d)に示すように、プラズマC
VD法を用いて、シリコン基板2の裏面にSiO2 から
なる絶縁膜7(第2の絶縁膜)を堆積する。
Next, as shown in FIG.
An insulating film 7 (second insulating film) made of SiO 2 is deposited on the back surface of the silicon substrate 2 by using the VD method.

【0087】なお、低温プロセスが要求される場合に
は、SiO2 からなる絶縁膜7の代わりに、SOG膜等
の塗布膜を用いると良い。また、シリコン基板2が受け
る応力を小さくしたい場合には、SiO2 の代わりに、
ポリイミド等の有機材料からなる絶縁膜を用いると良
い。
When a low-temperature process is required, a coating film such as an SOG film may be used instead of the insulating film 7 made of SiO 2 . When it is desired to reduce the stress applied to the silicon substrate 2 , instead of SiO 2 ,
It is preferable to use an insulating film made of an organic material such as polyimide.

【0088】次に図3(e)に示すように、シリコン基
板2の裏面が露出するまで、CMP法を用いて貫通プラ
グ4、絶縁膜5,7を研磨する。
Next, as shown in FIG. 3E, the through plug 4 and the insulating films 5, 7 are polished by the CMP method until the back surface of the silicon substrate 2 is exposed.

【0089】この結果、貫通孔(溝12)に貫通プラグ
(多結晶シリコン膜4)が埋め込まれ、かつシリコン基
板2の裏面のシリコン領域が絶縁膜7で被覆された構造
が形成される。
As a result, a structure is formed in which the through plug (polycrystalline silicon film 4) is buried in the through hole (groove 12) and the silicon region on the back surface of the silicon substrate 2 is covered with the insulating film 7.

【0090】以上述べたように、本実施形態では、シリ
コン基板2の表面に該シリコン基板2を貫通しない溝1
2を形成した後、裏面からシリコン基板2等を研磨する
ことにより、貫通孔(溝12)が貫通プラグ(多結晶シ
リコン膜4)で埋め込まれた構造を形成している。
As described above, in the present embodiment, the grooves 1 not penetrating the silicon substrate 2 are formed on the surface of the silicon substrate 2.
After forming the silicon substrate 2, the silicon substrate 2 and the like are polished from the back surface to form a structure in which the through holes (grooves 12) are filled with the through plugs (polycrystalline silicon film 4).

【0091】したがって、本実施形態によれば、もとの
シリコン基板2が厚くても(通常は厚い)、深い貫通孔
を形成する必要がないので、貫通孔(溝12)が接続プ
ラグ(多結晶シリコン膜4、絶縁膜5)で埋め込まれた
構造を容易に形成できるようになる。
Therefore, according to the present embodiment, even if the original silicon substrate 2 is thick (usually thick), it is not necessary to form a deep through-hole, so that the through-hole (groove 12) is connected to the connection plug (multiple). A structure embedded with the crystalline silicon film 4 and the insulating film 5) can be easily formed.

【0092】なお、裏面のシリコン領域を絶縁膜7で覆
う必要がない場合には、図3(c)の工程で、多結晶シ
リコン膜4が露出するまで、シリコン基板2および絶縁
膜5を研磨することで、貫通孔(溝12)が接続プラグ
(多結晶シリコン膜4、絶縁膜5)で埋め込まれた構造
が完成する。
If it is not necessary to cover the silicon region on the back surface with the insulating film 7, the silicon substrate 2 and the insulating film 5 are polished until the polycrystalline silicon film 4 is exposed in the step of FIG. This completes a structure in which the through holes (grooves 12) are filled with the connection plugs (polycrystalline silicon film 4, insulating film 5).

【0093】また、シリコン基板2の研磨(後退)は、
シリコン基板2をウェハから切り出した後に行なうこと
が好ましい。何故なら、ウェハは一般に大きく、機械的
強度が弱いので、均一に研磨(後退)を行なうのが困難
であるからである。
The polishing (retreating) of the silicon substrate 2 is performed as follows.
It is preferably performed after the silicon substrate 2 is cut out from the wafer. This is because wafers are generally large and have low mechanical strength, making it difficult to perform uniform polishing (retreat).

【0094】図4に、種々の構造の接続プラグの断面図
を示す。これは図3(b)の工程に相当する断面図であ
る。なお、図において、多層配線層3、パッド6、絶縁
膜7は省略してある。
FIG. 4 shows sectional views of connection plugs having various structures. This is a cross-sectional view corresponding to the step of FIG. In the drawings, the multilayer wiring layer 3, the pads 6, and the insulating film 7 are omitted.

【0095】図4(a)は、低ストレス膜13を有する
接続プラグを示している。
FIG. 4A shows a connection plug having a low stress film 13.

【0096】すなわち、この接続プラグの外側は導電性
膜4aで構成され、内側は半導体基板2aとの熱膨脹係
数の差が、導電性膜4aよりも小さい低ストレス膜13
で構成されている。
That is, the outside of the connection plug is formed of the conductive film 4a, and the inside is the low stress film 13 having a smaller difference in thermal expansion coefficient from the semiconductor substrate 2a than the conductive film 4a.
It is composed of

【0097】低ストレス膜13は、絶縁膜、半導体膜、
金属膜のいずれでも良い。このような接続プラグを用い
ることにより、シリコン基板2が受ける応力を低減でき
るようになる。
The low stress film 13 is an insulating film, a semiconductor film,
Any of a metal film may be used. By using such a connection plug, the stress applied to the silicon substrate 2 can be reduced.

【0098】なお、本実施形態のように、貫通プラグ
(多結晶シリコン膜4)と半導体基板(シリコン基板
2)との構成材料(シリコン)が同じ場合には、このよ
うな構造は必ずしも必要ではない。
When the constituent material (silicon) of the through plug (polycrystalline silicon film 4) and the semiconductor substrate (silicon substrate 2) is the same as in this embodiment, such a structure is not always necessary. Absent.

【0099】図4(b)は、キャップ金属膜14を有す
る接続プラグを示している。すなわち、多結晶シリコン
膜4は、貫通孔の途中の深さまでしか形成されておら
ず、この多結晶シリコン膜4の上面には、貫通孔を充填
するようにキャップ金属膜14が形成されている。ま
た、図4(c)は、キャップ金属膜14の代わりに、キ
ャップ絶縁膜15を用いた接続プラグを示している。
FIG. 4B shows a connection plug having a cap metal film 14. That is, the polycrystalline silicon film 4 is formed only up to a certain depth of the through hole, and a cap metal film 14 is formed on the upper surface of the polycrystalline silicon film 4 so as to fill the through hole. . FIG. 4C shows a connection plug using a cap insulating film 15 instead of the cap metal film 14.

【0100】図5は、溝12の他の形成方法を示す工程
断面図である。これは、RIEまたは光エッチングと、
ウエットエッチングとを組み合わせた形成方法である。
FIG. 5 is a process sectional view showing another method of forming the groove 12. As shown in FIG. This is RIE or photo etching,
This is a formation method combining wet etching.

【0101】まず、図5(a)に示すように、主面が
{100}のシリコン基板2上にマスクパターン11を
形成した後、このマスクパターン11をマスクにしてシ
リコン基板2をエッチングして、断面形状が長方形の溝
121 を形成する。
First, as shown in FIG. 5A, after a mask pattern 11 is formed on a silicon substrate 2 having a principal surface of {100}, the silicon substrate 2 is etched using the mask pattern 11 as a mask. , the cross-sectional shape to form a groove 12 1 of the rectangle.

【0102】ここで、エッチングとしては、RIE、ま
たは光エッチング(光化学エッチング、光溶発(光アブ
レーション)エッチング)を用いる。特に光エッチング
は、高速エッチング、低ダメージという利点を有するの
で、深い溝121 を形成するのに適している。光化学エ
ッチングの場合には、例えば、エッチングガスとしてC
2 ガス、励起光として紫外線を用いる。
Here, RIE or photoetching (photochemical etching, photoablation (photoablation) etching) is used as the etching. Particularly light etching is fast etching, so has the advantage of low damage, it is suitable for forming a deep groove 12 1. In the case of photochemical etching, for example, C is used as an etching gas.
L 2 gas and ultraviolet light are used as excitation light.

【0103】次に図5(b)に示すように、マスクパタ
ーン11をマスクにしてシリコン基板2をウエットエッ
チングして、{111}面を露出させる。この結果、断
面形状が三角形の溝122 が形成される。エッチング液
としては、例えば、温度が60〜90℃のKOH溶液を
用いる。
Next, as shown in FIG. 5B, the silicon substrate 2 is wet-etched using the mask pattern 11 as a mask to expose the {111} plane. As a result, the cross-sectional shape grooves 12 2 triangles are formed. As an etching solution, for example, a KOH solution having a temperature of 60 to 90 ° C. is used.

【0104】次に同図(b)に示すように、溝122
に、例えば、Ni、Ti、Zr、Hf、V等の金属ボー
ル16を配置する。具体的には、金属ボール16を溝1
2の底の部分に配置する。
[0104] Then, as shown in FIG. (B), the groove 12 2, for example, disposing Ni, Ti, Zr, Hf, the metal ball 16 of the V or the like. Specifically, the metal ball 16 is inserted into the groove 1
Placing the portion of 2 2 at the bottom.

【0105】次に図5(c)に示すように、熱処理によ
り、金属ボール16とシリコン基板2とを反応させて、
溝122 の下部のシリコン基板2に金属シリサイド膜1
7を形成する。
Next, as shown in FIG. 5C, the metal balls 16 and the silicon substrate 2 are reacted by heat treatment.
Groove 12 second metal silicide film 1 on the silicon substrate 2 at the bottom
7 is formed.

【0106】次に図5(d)に示すように、金属シリサ
イド膜17を選択的にエッチング除去して、より深い溝
123 を形成する。最後に、絶縁膜形成および金属埋め
込みを行なった後、基板裏面を研磨することにより、深
い貫通孔が得られる。
[0106] Next, as shown in FIG. 5 (d), is selectively removed by etching the metal silicide film 17, to form a deeper groove 12 3. Finally, after forming the insulating film and embedding the metal, the back surface of the substrate is polished to obtain a deep through-hole.

【0107】このように孔を段階的に深くすることによ
り、深い孔を容易に形成できるようになり、したがっ
て、深い貫通孔を容易に形成できるようになる。
By gradually increasing the depth of the hole as described above, a deep hole can be easily formed, and therefore a deep through hole can be easily formed.

【0108】図6に、貫通プラグの他の形成方法を示
す。
FIG. 6 shows another method of forming a through plug.

【0109】図6(a)は、全面に貫通プラグとしての
導電ペースト18を塗布した後、熱処理により導電ペー
スト18を流動化させて、溝内に導電ペースト18を埋
め込むという方法を示している。この後、溝外の余分な
導電ペースト18は、CMP法等を用いて除去する。
FIG. 6A shows a method of applying a conductive paste 18 as a through plug on the entire surface, fluidizing the conductive paste 18 by heat treatment, and embedding the conductive paste 18 in the groove. After that, the extra conductive paste 18 outside the groove is removed by using a CMP method or the like.

【0110】図6(b)は、全面に貫通プラグとしての
複数の金属微粒子19を堆積して、溝内を微粒子19で
埋め込んだ後、溝外の余分な金属微粒子19をCMP法
等を用いて除去するという方法を示している。
FIG. 6B shows a state in which a plurality of metal fine particles 19 as a through plug are deposited on the entire surface, and the inside of the groove is buried with the fine particles 19, and then the extra metal fine particles 19 outside the groove are removed by CMP or the like. And remove it.

【0111】なお、金属微粒子19の代わりに、金属粒
が分散された溶剤(懸濁液)を用いても良い。
Note that, instead of the metal fine particles 19, a solvent (suspension) in which metal particles are dispersed may be used.

【0112】図6(c)は、全面にシリコン膜20を堆
積し、次にシリコン膜20上にTi膜等の高融点金属膜
(不図示)を堆積した後、熱処理により貫通プラグとし
ての金属シリサイド膜21を形成するという方法を示し
ている。この後、溝外の余分な金属シリサイド膜21を
CMP法等を用いて除去する。
FIG. 6C shows that a silicon film 20 is deposited on the entire surface, and then a high-melting point metal film (not shown) such as a Ti film is deposited on the silicon film 20. A method of forming a silicide film 21 is shown. After that, the extra metal silicide film 21 outside the groove is removed by using a CMP method or the like.

【0113】シリコン膜は絶縁膜上にコンフォーマルに
堆積する。したがって、溝が深くても、シリコン膜20
は溝内の縁膜膜5の全体を被覆するので、溝の側面およ
び底面の全面を被覆する金属シリサイド膜21を形成す
ることが可能となる。なお、溝内に空胴部が残った場合
には、例えば低ストレス膜で埋めると良い。
The silicon film is conformally deposited on the insulating film. Therefore, even if the groove is deep, the silicon film 20
Covers the entire edge film 5 in the groove, so that the metal silicide film 21 covering the entire side and bottom surfaces of the groove can be formed. If a cavity remains in the groove, it may be filled with a low stress film, for example.

【0114】図7に、貫通プラグのさらに別の形成方法
を示す。
FIG. 7 shows still another method of forming a through plug.

【0115】まず、図7(a)に示すように、溝12の
側面および底面の全面を被覆するが、溝12の内部を充
填しない厚さのシリコン膜22を形成する。この後、同
図(a)に示すように、溝12内に直径10μm程度の
Ni粒23(金属ボール)を配置する。
First, as shown in FIG. 7A, a silicon film 22 is formed which covers the entire side and bottom surfaces of the groove 12 but does not fill the inside of the groove 12. Thereafter, Ni grains 23 (metal balls) having a diameter of about 10 μm are arranged in the groove 12 as shown in FIG.

【0116】次に図7(b)に示すように、熱処理によ
り、シリコン膜22とNi粒23とを反応させ、溝12
内に貫通プラグとしてのNiシリサイド膜24を形成す
る。ここで、溝12内には十分な量のシリコン膜22お
よびNi粒23がないので、Niシリサイド膜24の上
部には空胴部が残る。
Next, as shown in FIG. 7B, the silicon film 22 and the Ni grains 23 react by heat treatment,
A Ni silicide film 24 as a through plug is formed therein. Here, since there is no sufficient amount of the silicon film 22 and the Ni grains 23 in the trench 12, a cavity remains on the Ni silicide film 24.

【0117】最後に、図7(c)に示すように、全面に
キャップ膜25となる絶縁膜または金属膜を堆積した
後、この絶縁膜または金属膜を研磨して、Niシリサイ
ド膜24の上部の空胴部をキャップ膜25で埋める。
Finally, as shown in FIG. 7C, after an insulating film or a metal film serving as a cap film 25 is deposited on the entire surface, the insulating film or the metal film is polished, and the upper portion of the Ni silicide film 24 is polished. Is filled with a cap film 25.

【0118】なお、貫通プラグを形成する方法はこれま
でに述べた方法(CVD法、スパッタ法、メッキ法、導
電ペーストを用いた方法、金属微粒子を用いた方法、金
属ボールを用いた方法、懸濁液を用いた方法)に限定さ
れるものではなく、これらの方法を適宜組み合わせた方
法など種々の方法が可能である。
The method for forming the through plug is the same as the method described above (CVD method, sputtering method, plating method, method using conductive paste, method using metal fine particles, method using metal balls, The method is not limited to a method using a turbid liquid, but various methods such as a method of appropriately combining these methods are possible.

【0119】(第3の実施形態)図8は、本発明の第3
の実施形態に係るマルチチップ半導体装置の断面図であ
る。図9は、図8のマルチチップ半導体装置の接続基板
の平面図である。
(Third Embodiment) FIG. 8 shows a third embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view of the multi-chip semiconductor device according to the embodiment. FIG. 9 is a plan view of a connection substrate of the multi-chip semiconductor device of FIG.

【0120】このマルチチップ半導体装置の特徴は、隣
り合う上下の2つのチップを、貫通プラグおよびヒータ
を有する接続基板を介して、互いに電気的に接続したこ
とにある。
The feature of this multi-chip semiconductor device is that two upper and lower adjacent chips are electrically connected to each other via a connection substrate having a through plug and a heater.

【0121】すなわち、チップ11 の多層配線層3に設
けられたパッド6は半田バンプ8を介して接続基板31
1 の貫通プラグ4に接続し、この接続基板311 の貫通
プラグ4は半田バンプ8を介してチップ12 の貫通プラ
グ4に接続している。
[0121] That is, the connection pads 6 provided on the multilayer wiring layer 3 of the chip 1 1 via the solder bumps 8 substrate 31
Connected to the first through plug 4, through plug 4 of the connection substrate 31 1 is connected to the through plug 4 of the chip 1 2 via the solder bumps 8.

【0122】このようにして、隣り合う上下の2つのチ
ップ11 ,12 は、その間に設けられた接続基板311
の貫通プラグ4を介して、互いに電気的に接続すること
になる。同様にして、チップ12 は、接続基板312
貫通プラグ4を介して、チップ13 と電気的に接続する
ことになる。貫通プラグ4の形成方法は、第2の実施形
態のそれに準じる。
In this way, the upper and lower adjacent chips 1 1 and 1 2 are connected to the connection substrate 31 1 provided between them.
Are electrically connected to each other via the through plug 4. Similarly, the chip 1 2 via the through plugs 4 of the connection substrate 31 2, will be electrically connected to the chip 1 3. The method of forming the through plug 4 is similar to that of the second embodiment.

【0123】また、接続基板311 ,312 は、チップ
1 〜13 よりも熱伝導率が十分に高くなるように形成
されている。
[0123] The connection substrate 31 1, 31 2, the thermal conductivity is formed so as to be sufficiently higher than the chip 1 1 to 1 3.

【0124】具体的には、接続基板311 ,312 の構
成材料は、シリコン基板2の構成材料であるシリコンよ
りも熱伝導率の高い材料、例えばSiC、SiN等の絶
縁材料により形成されている。なお、図には、接続基板
312 の構成材料が絶縁材料である場合のものを示して
いる。このため、貫通プラグ4が埋め込まれた貫通孔の
側面には絶縁膜は形成されていない。
[0124] Specifically, the material of the connection board 31 1, 31 2, material having a high thermal conductivity than silicon, which is the material of the silicon substrate 2, for example SiC, is formed of an insulating material such as SiN I have. Incidentally, in the figure, the material of the connection board 31 2 indicates those in the case where an insulating material. Therefore, no insulating film is formed on the side surface of the through hole in which the through plug 4 is embedded.

【0125】さらに、接続基板本体(貫通プラグ4+接
続基板311 、貫通プラグ4+接続基板312 )の内部
には、それよりも熱伝導率の高い金属プレート32が埋
め込まれている。この金属プレート32の構成材料は、
例えばW、Cuなどの金属である。なお、金属プレート
32は、接続基板311 ,312 の表面に設けても良い
し、内部および表面の両方に設けても良い。
Further, a metal plate 32 having a higher thermal conductivity is embedded in the connection board body (through plug 4 + connection board 31 1 , through plug 4 + connection board 31 2 ). The constituent material of the metal plate 32 is as follows.
For example, it is a metal such as W and Cu. The metal plate 32 may be provided on the connection substrate 31 1, 31 2 of the surface, it may be provided on both the interior and surface.

【0126】また、接続基板311 ,312 の表面およ
び裏面には、それぞれ半田バンプ8の周辺部を囲むよう
に、ヒータ33が埋込み形成されている。ヒータ33
は、接続基板311 ,312 に設けられたW等からなる
電源ライン34を介して、外部電源に接続されている。
[0126] Also, the front and back surfaces of the connection substrate 31 1, 31 2, so as to surround the periphery of the solder bumps 8, respectively, a heater 33 is buried. Heater 33
Via a power line 34 comprising a connection board 31 1, 31 W or the like provided in 2, is connected to an external power source.

【0127】各電源ライン34は独立に制御でき、これ
により接続基板311 の表面および裏面にそれぞれ埋込
み形成されたヒータ33、ならびに接続基板312 の表
面および裏面にそれぞれ埋込み形成されたヒータ33、
つまり4個のヒータをそれぞれ独立に制御できるように
なっている。また、電源ライン34はキャパシタを構成
し、安定した電源の供給が可能となっている。
[0127] Each supply line 34 can be controlled independently, thereby connecting the substrate 31 first surface and the heater 33 are respectively buried in the back surface and the connecting board 31 and second surface and the heater 33 are respectively buried in the back surface,
That is, each of the four heaters can be controlled independently. In addition, the power supply line 34 forms a capacitor, and enables stable power supply.

【0128】なお、図中、35は配線基板、36は多層
配線層を示している。また、313は接続基板311
312 と同様の接続基板を示しているが、チップ同士の
接続には用いられない。この接続基板313 は放熱板と
して用いられるものであるが、必ずしも必要ではない。
また、半導体基板の貫通孔側壁の絶縁膜は省略してあ
る。
In the figure, reference numeral 35 denotes a wiring board, and 36 denotes a multilayer wiring layer. Reference numeral 31 3 denotes a connection substrate 31 1 ,
31 2 shows a similar connection substrate and is not used for connection of the chips. This connecting board 31 3 and is used as a heat sink, not always necessary.
The insulating film on the side wall of the through hole of the semiconductor substrate is omitted.

【0129】本実施形態では、接続基板311 ,312
が、チップ11 〜13 よりも熱伝導率が十分に高いこと
から、チップ11 〜13 の動作時にチップ11 〜13
発熱しても、その熱は接続基板311 ,312 を介して
外部に効果的に逃がすことができる。これにより、発熱
によるチップ11 〜13 の動作特性の劣化や、チップ1
1 〜13 の短命化を防止できるようになる。
In this embodiment, the connection substrates 31 1 and 31 2
But since the heat conductivity is sufficiently higher than the chip 1 1 to 1 3, even if heat generation chip 1 1 to 1 3 during operation of the chip 1 1 to 1 3, the heat is connecting substrate 31 1, 31 2 can effectively escape to the outside. Thus, deterioration of the operating characteristics of the chip 1 1 to 1 3 due to heat generation, the chip 1
It becomes possible to prevent the shortening of 1 to 1 3.

【0130】また、本実施形態によれば、接続基板31
1 ,312 に設けらた、独立に制御できるヒータ33に
より、検査により不良と判定されたチップに接続したバ
ンプのみを選択的に溶融することで、接続基板から不良
なチップのみを選択的に分離することができるので、チ
ップのリペアを容易に行なえるようになる。
Further, according to the present embodiment, the connection substrate 31
1, 31 2 provided et al were, by the heater 33 can be controlled independently by selectively melting only bumps connected to the determined chip defective by the inspection, only selectively defective chip from the connecting board Since the chips can be separated, the chip can be easily repaired.

【0131】図10にリペアの様子を示す。なお、図に
は、説明に必要な参照番号のみしか付していないが、マ
ルチチップ半導体装置の構成は図8に示したものと同じ
である(他の実施形態においても同様)。
FIG. 10 shows a state of the repair. Although only the reference numbers necessary for the description are given in the figure, the configuration of the multi-chip semiconductor device is the same as that shown in FIG. 8 (the same applies to other embodiments).

【0132】図10(a)は検査プローブによりチップ
の検査を行なっている様子を示しており、図10(b)
は検査により不良と判定されたチップ12 と、それに接
続された接続基板312 を取り除く様子を示している。
なお、図10(b)の工程でチップ12 と、それに接続
された接続基板311 を取り除いても良い。
FIG. 10A shows a state where the chip is inspected by the inspection probe, and FIG.
Shows a state of removing a chip 1 2 determined to be defective by the inspection, the connected connection substrate 31 2 thereto.
Incidentally, the chip 1 2 in the step of FIG. 10 (b), the may be removed connected connection substrate 31 1 thereto.

【0133】この後、接続基板312 からチップ12
分離し、接続基板312 に新しいチップを接続する。次
にこの新しいチップが接続された接続基板312 を元の
通りに接続する。この後、チップの検査を行なって合格
であれば、リペアは終了するが、不合格の場合には、合
格になるまで上記ステップを繰り返す。
[0133] Thereafter, the chip 1 2 separates from the connection substrate 31 2, to connect the new chip to the connection substrate 31 2. Then connecting the new chip connected connection substrate 31 2 based on the street. After that, if the chip is inspected and passed, the repair is finished, but if not, the above steps are repeated until the chip is passed.

【0134】なお、本実施形態では、半田バンプ8の周
辺部を囲むようにヒータ33を形成し、半田バンプ8の
周辺部を優先的に加熱する場合について説明したが、接
続基板全体を加熱するようにヒータ33を設けた場合で
も、従来よりもリペアを容易に行なえる。
In the present embodiment, the case where the heater 33 is formed so as to surround the peripheral portion of the solder bump 8 and the peripheral portion of the solder bump 8 is preferentially heated, but the entire connection substrate is heated. Thus, even when the heater 33 is provided, repair can be performed more easily than in the conventional case.

【0135】(第4の実施形態)図11は、本発明の第
4の実施形態に係るマルチチップ半導体装置の断面図で
ある。
(Fourth Embodiment) FIG. 11 is a sectional view of a multi-chip semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention.

【0136】本実施形態が第3の実施形態と異なる点
は、接続基板311 〜313 に放熱フィン37を設けた
ことにある。この放熱フィン37は、例えば接着剤によ
り接続基板311 〜313 に固定される。なお、メタラ
イズすることにより固定するなど他の固定方法を用いて
も良い。
This embodiment is different from the third embodiment in that the heat radiation fins 37 are provided on the connection boards 31 1 to 31 3 . The radiation fins 37 are fixed to the connection substrates 31 1 to 31 3 by, for example, an adhesive. Note that another fixing method such as fixing by metallizing may be used.

【0137】本実施形態によれば、接続基板311 〜3
3 から熱を逃がすだけではなく、それよりも熱伝導率
の高い放熱フィン37からも熱を逃がすることができる
ので、チップ11 〜13 から熱をより効果的に逃がすこ
とができる。
According to the present embodiment, the connection substrates 31 1 to 3 1
1 3 not only conduct heat away from, since heat can be Nigasuru from high heat radiation fins 37 in thermal conductivity than can be released from the chip 1 1 to 1 3 heat more effectively .

【0138】(第5の実施形態)図12は、本発明の第
5の実施形態に係るマルチチップ半導体装置の断面図で
ある。
(Fifth Embodiment) FIG. 12 is a sectional view of a multichip semiconductor device according to a fifth embodiment of the present invention.

【0139】本実施形態が第4の実施形態と異なる点
は、発熱量の大きいチップのみに放熱フィン37を設け
たことにある。ここでは、チップ12 ,13 がチップ1
1 よりも発熱量が大きいとしている。この場合、チップ
3 に放熱板としての接続基板313 を設ける必要がな
くなり、積層方向に関して装置の微細化を図ることがで
きる。
This embodiment is different from the fourth embodiment in that the radiation fins 37 are provided only on the chips having a large heat value. Here, the chip 1 2, 1 3 chip 1
It is said that the calorific value is larger than 1 . In this case, it is not necessary to provide a connection board 31 3 as a heat sink to the chip 1 3, it is possible to miniaturize the apparatus with respect to the stacking direction.

【0140】(第6の実施形態)図13は、本発明の第
6の実施形態に係るマルチチップ半導体装置の断面図で
ある。
(Sixth Embodiment) FIG. 13 is a sectional view of a multichip semiconductor device according to a sixth embodiment of the present invention.

【0141】本実施形態が第3の実施形態と異なる点
は、接続基板312 の内部を多層配線化し、配線を再配
列したことにある。具体的には、半田バンプ8aはその
上の半田バンプ8bに接続せずに、プラグ38a、配線
層39a、プラグ38bを介して左上の半田バンプ8c
に接続し、また、半田バンプ8dはその上の半田バンプ
6cに接続せずに、プラグ38cを介して配線層39b
に接続している。
[0141] This embodiment differs from the third embodiment, the inside of the connection substrate 31 2 multilayer interconnection of, is that the rearranged wiring. Specifically, the solder bump 8a is not connected to the solder bump 8b thereon, but is connected to the upper left solder bump 8c via the plug 38a, the wiring layer 39a, and the plug 38b.
And the solder bump 8d is not connected to the solder bump 6c thereon, but is connected to the wiring layer 39b via the plug 38c.
Connected to

【0142】なお、ヒータ33はチップ13 の表面およ
び裏面に埋込み形成され、配線層39a,39bとから
離れた位置に設けられているが、ヒータ33をチップ1
3 の内部に形成し、配線層39a,39bと同じレイヤ
に設けても良い。
[0142] Incidentally, the heater 33 is buried in the surface and the back surface of the chip 1 3, the wiring layer 39a, but is provided at a position away from a 39 b, a heater 33 chip 1
3 and may be provided on the same layer as the wiring layers 39a and 39b.

【0143】(第7の実施形態)図14は、本発明の第
7の実施形態に係るマルチチップ半導体装置の断面図で
ある。
(Seventh Embodiment) FIG. 14 is a sectional view of a multichip semiconductor device according to a seventh embodiment of the present invention.

【0144】本実施形態が第3の実施形態と異なる点
は、接続基板の内部にキャパシタを設け、チップに供給
される電源の安定化を図ったことにある。接続基板31
3 について説明すると、電源線40の上下にグランド線
41が存在するように、接続基板313 内に電源線4
0、グランド線41を形成する。これにより、上下方向
に2つの直接接続されたキャパシタが形成される。
The present embodiment differs from the third embodiment in that a capacitor is provided inside the connection substrate to stabilize the power supplied to the chip. Connection board 31
3 will be described. In the connection board 31 3 , the power lines 4 are provided so that the ground lines 41 exist above and below the power lines 40.
0, the ground line 41 is formed. Thereby, two directly connected capacitors are formed in the vertical direction.

【0145】なお、接続基板313 の構成材料は絶縁材
料である。また、図中、42、43は配線を示してい
る。配線42,43はそれぞれパッドを介してバンプに
接続するがこれらのパッドは省略してある。また、接続
基板313 以外の他の接続基板(不図示)についても、
同様なキャパシタが形成されている。
[0145] Note that the structure material of the connection board 31 3 is an insulating material. In the drawing, reference numerals 42 and 43 indicate wirings. The wirings 42 and 43 are respectively connected to the bumps via pads, but these pads are omitted. As for the other connection substrate other than the connection substrate 313 (not shown),
A similar capacitor is formed.

【0146】(第8の実施形態)図15は、本発明の第
8の実施形態に係るマルチチップ半導体装置の断面図で
ある。
(Eighth Embodiment) FIG. 15 is a sectional view of a multichip semiconductor device according to an eighth embodiment of the present invention.

【0147】本実施形態のマルチチップ半導体装置は、
上層のSiチップ511 がSiで形成された積層配線基
板521 ,522 によって下層のSiチップ512 ,5
3 に接続されている構成になっている。図中、50は
Siチップ511 〜513 の素子形成面を示している。
The multi-chip semiconductor device of this embodiment is
Upper layer Si chip 511Is a laminated wiring base made of Si
Board 521, 52TwoThe lower Si chip 51Two, 5
1Three It is configured to be connected to In the figure, 50 is
Si chip 511~ 51Three Of FIG.

【0148】Siチップ511 に設けられたパッド53
は、ハンダバンプ54を介して、積層配線基板521
設けられたパッド55に接続している。このパッド55
は、積層配線基板521 に形成された図示しない配線
層、この配線層に接続した貫通プラグ4、積層配線基板
521 に設けられたパッド56およびハンダバンプ57
を介して、積層配線基板522 に設けられたパッド58
に接続している。ここでは、貫通プラグ4、上記配線層
はその本来の目的を十分に発揮するためにCu、Al等
の金属を通常は使用するが、熱膨張率を同じにすること
に重点を置きたい場合には、高不純物濃度のSi膜で形
成されたものを使用すると良い。
[0148] pads 53 provided on the Si chip 51 1
Via the solder bump 54 is connected to a pad 55 provided on the multilayer wiring substrate 52 1. This pad 55
A wiring layer (not shown) formed in the multilayer wiring board 52 1, through plugs 4 are connected to the wiring layer, the pads 56 provided on the multilayer wiring substrate 52 1 and the solder bumps 57
Via a pad 58 provided on the laminated wiring board 52 2
Connected to Here, the through plug 4 and the wiring layer usually use a metal such as Cu or Al in order to sufficiently exhibit their original purpose. It is preferable to use a material formed of a Si film having a high impurity concentration.

【0149】パッド58は、積層配線基板522 に形成
された図示しない配線層、この配線層に接続したパッド
59、およびハンダバンプ60を介して、Siチップ5
2,513 に設けられたパッド61に接続してい
る。上記配線層は上述したように金属材料、もしくは高
不純物濃度のSi膜を使用する。
[0149] pads 58, the wiring layer (not shown) formed in the multilayer wiring board 52 2, the pads 59 are connected to the wiring layer, and through the solder bumps 60, Si chip 5
It is connected to a pad 61 provided in the 1 2, 51 3. As described above, the wiring layer uses a metal material or a Si film having a high impurity concentration.

【0150】このようにして上層のSiチップ51
1 は、積層配線基板521 ,522 を介して下層のSi
チップ512 ,513 に接続している。
Thus, the upper Si chip 51
1 is a lower layer Si through the multilayer wiring boards 52 1 and 52 2.
It is connected to the chip 51 2, 51 3.

【0151】また、積層配線基板521 は、パッド5
6、ハンダバンプ57、およびパッド58を介して、積
層配線基板522 に接続している。積層配線基板522
は、同様にして、パッド62、ハンダバンプ63、およ
びパッド64を介して、プラスチック基板65に接続し
ている。プラスチック基板65にはパッド66、ハンダ
バンプ67が設けられ、またプラスチック基板65中に
はパッド64,66間を接続する配線層68が形成され
ている。
[0151] The layered wiring substrate 52 1, the pad 5
6, the solder bumps 57, and through the pad 58, is connected to the laminated wiring board 52 2. Laminated wiring board 52 2
Are similarly connected to a plastic substrate 65 via pads 62, solder bumps 63, and pads 64. Pads 66 and solder bumps 67 are provided on the plastic substrate 65, and a wiring layer 68 connecting the pads 64 and 66 is formed in the plastic substrate 65.

【0152】Siチップ511 と積層配線基板521
の間、Siチップ512 ,513と積層配線基板522
とのそれぞれの間には、フィラーが混入されていない接
着剤69が充填されている。
Between the Si chip 51 1 and the multilayer wiring board 52 1 , between the Si chips 51 2 and 51 3 and the multilayer wiring board 52 2
Is filled with an adhesive 69 containing no filler.

【0153】接着剤69にフィラーが混入されていなく
ても、Siチップ511 〜513の構成材料と積層配線
基板521 ,522 のそれとは同じSiであり、したが
ってSiチップ511 〜513 の熱膨張係数と積層配
線基板521 ,522 のそれとが等しくなるため、信頼
性の高い接続を得ることができる。
[0153] even when no filler is mixed into the adhesive 69, an Si chip 51 1-51 3 constituting material and the laminated wiring board 52 1, 52 2 of the same Si with it, thus the Si chip 51 1-51 since the thermal expansion coefficient of the multilayer wiring board 52 1 3, 52 2 and it is equal, it is possible to obtain a reliable connection.

【0154】一方、積層配線基板522 とプラスチック
基板65とは互いに構成材料が異なるので、積層配線基
板522 とプラスチック基板65との間には、フィラー
が混入された接着剤70が充填されており、これら52
2 ,65の間の接続の信頼性は確保されている。
[0154] On the other hand, since each other materials of construction and the laminated wiring board 52 2 and the plastic substrate 65 is different, between the laminated wiring board 52 2 and the plastic substrate 65, the adhesive 70 which filler is mixed is filled And these 52
The reliability of the connection between 2 and 65 is ensured.

【0155】ここで、積層配線基板521 ,522 には
素子が形成されていないため、ハンダバンプ63間のピ
ッチを所望の値に設定できる。そのため、ハンダバンプ
63間に接着剤70が確実に入る程度に、ハンダバンプ
63間のピッチを取ることができる。
[0155] Here, since the laminated wiring board 52 1, 52 2 are not elements formed can be set pitch between the solder bumps 63 to a desired value. Therefore, the pitch between the solder bumps 63 can be set to the extent that the adhesive 70 can be reliably inserted between the solder bumps 63.

【0156】以上述べたように実施形態では、積層配線
基板521 ,522 とSiチップ511 〜513 とが
同じSiで形成されているので、ハンダバンプ54,6
0に熱歪みはほとんど生じない。
[0156] In the embodiment as described above, since the multilayer wiring board 52 1, 52 2 and the Si chip 51 1-51 3 are formed in the same Si, solder bumps 54,6
0 has almost no thermal distortion.

【0157】したがって、Siチップ511 〜513
の高集積化がさらに進んで、Siチップ511 と積層配
線基板521 との間の距離、Siチップ512 ,51
3 と積層配線基板522 との間の距離が短くなって
も、これらの間の接続の信頼性は確保され、したがって
上層のSiチップ511 と下層のSiチップ512 ,5
3 との間の接続の信頼性を確保できるようになる。
Therefore, the Si chips 51 1 to 51 3
As the integration of semiconductor chips further progresses, the distance between the Si chip 51 1 and the laminated wiring substrate 52 1 , the Si chips 51 2 , 51
It is 3. But the shorter the distance between the laminated wiring board 522, the reliability of the connection between them is ensured, thus the upper layer of the Si chip 51 1 and the lower layer of the Si chip 51 2, 5
1 3 will be able to ensure the reliability of connection between the.

【0158】また、積層配線基板521 ,522 とSi
チップ511 〜513 とが同じSiで形成されている
ので、これらの熱膨張率を近づける必要なく、したがっ
てフィラーが入っていない接着剤69を用いることがで
きる。
The laminated wiring boards 52 1 , 52 2 and Si
Since the chip 51 1-51 3 are formed in the same Si, without any need to approach these thermal expansion coefficients, thus it is possible to use an adhesive 69 that does not have a filler.

【0159】したがって、Siチップ511 〜513
の高集積化がさらに進んで、Siチップ511 と積層配
線基板521 との間の距離、Siチップ512 ,51
3 と積層配線基板522 との間の距離が短くなって
も、接着剤69が充填されない部分は生じないので、上
層のSiチップ511 と下層のSiチップ512 ,51
3 との間の接続の信頼性を確保できるようになる。
Therefore, the Si chip 511~ 51Three
Of the Si chip 511And stacked arrangement
Wire substrate 521Distance between the Si chip 51Two, 51
ThreeAnd laminated wiring board 52TwoThe distance between
Also, since there is no portion where the adhesive 69 is not filled,
Layer Si chip 511And lower Si chip 51Two, 51
Three And the reliability of the connection between them.

【0160】また、第1の実施形態と同様の理由によ
り、装置の平面面積を小さくすることができる。
For the same reason as in the first embodiment, the plane area of the device can be reduced.

【0161】また、本実施形態では、素子の形成された
Siチップ511 〜513 には貫通プラグを形成する
必要がないので、コストの上昇を抑制できる。もちろ
ん、貫通プラグを有するSiチップ511 〜513
用いて、Siチップ511 とSiチップ512 ,51
3 とを積層配線基板521 だけを介して接続する構成
にしても良い。
[0161] Further, in the present embodiment, the Si chip 51 1-51 3 formed of elements it is not necessary to form the through plugs can suppress an increase in cost. Of course, by using the Si chip 51 1-51 3 having a through plug, Si chip 51 1 and the Si chip 51 2, 51
3 and 2008 may be the configuration of connecting only through the multilayer wiring board 52 1.

【0162】図16〜図18は、本実施形態のマルチチ
ップ半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
16 to 18 are process sectional views showing a method for manufacturing a multi-chip semiconductor device of the present embodiment.

【0163】まず、図16(a)に示すように、Si基
板の素子形成面50に図示しない素子を集積形成し、次
にパッド53を形成してSiチップ511 を作成し、続
いてパッド53上にハンダバンプ54を形成する。
[0163] First, as shown in FIG. 16 (a), a device (not shown) on the element formation surface 50 of the Si substrate is integrally formed to create a Si chip 51 1 then forming a pad 53, followed by the pad A solder bump 54 is formed on 53.

【0164】次に図16(b)に示すように、Si基板
にSiからなる貫通プラグ4および配線層、ならびにパ
ッド55を形成して積層配線基板521 を作成する。パ
ッド55はパッド33に対応した位置に形成する。パッ
ド33,55は一辺が20μmの正方形で、パッド3
3,55のピッチは30μm(パッド間の距離は10μ
m)である。
[0164] Next, as shown in FIG. 16 (b), through plugs 4 and the wiring layer made of Si on Si substrate, and then forming a pad 55 to create a multilayer wiring substrate 52 1. The pad 55 is formed at a position corresponding to the pad 33. The pads 33 and 55 are squares each having a side of 20 μm.
The pitch of 3,55 is 30 μm (the distance between pads is 10 μm).
m).

【0165】次に図16(c)に示すように、Siチッ
プ511 のハンダバンプ54と積層配線基板521 のパ
ッド55との位置合わせを行い、これら54,55を接
合した後、Siチップ511 と積層配線基板521 との
間にフィラーが混入されていないエポキシ系の接着剤6
9を充填することによって、積層配線基板521 上にS
iチップ511 がフリップチップボンディングされてな
るユニット711 を形成する。
Next, as shown in FIG. 16C, the solder bumps 54 of the Si chip 51 1 are aligned with the pads 55 of the laminated wiring board 52 1 , and after these 54 and 55 are joined, the Si chip 51 An epoxy-based adhesive 6 in which no filler is mixed between 1 and the laminated wiring board 52 1
9 on the laminated wiring substrate 52 1 by filling
i chip 511 to form a unit 71 1 formed by flip chip bonding.

【0166】積層配線基板521 を構成するSi基板と
Siチップ511 を構成するSi基板との距離は20μ
mとする。そのためには、ハンダバンプ54の大きさは
20μmφ程度で良い。
[0166] The distance between the Si substrate constituting the Si substrate and the Si chip 51 1 forming the laminated wiring board 52 1 20μ
m. For this purpose, the size of the solder bump 54 may be about 20 μmφ.

【0167】次に図17(d)に示すように、Si基板
の素子形成面50に図示しない素子を集積形成し、次に
パッド61を形成してSiチップ512 を作成し、続い
てSiチップ512 のパッド61上にハンダバンプ60
を形成する。次に同図(d)に示すように、同様にして
Siチップ512 を作成し、続いてSiチップ512
パッド61上にハンダバンプ60を形成する。
[0167] Next, as shown in FIG. 17 (d), the element (not shown) on the element formation surface 50 of the Si substrate is integrally formed to create a Si chip 51 2 then forming a pad 61, followed by Si solder bumps on the chip 51 and second pad 61 60
To form Next, as shown in FIG. 1 (d), to create a Si chip 51 2 in the same manner, followed by forming a solder bump 60 on the Si chip 51 second pad 61.

【0168】次に図17(e)に示すように、Si基板
にSiからなる貫通プラグ4および配線層、パッド5
8,59,62を形成して積層配線基板522 を作成
し、次にパッド58上にハンダバンプ57を形成する。
Next, as shown in FIG. 17E, a through plug 4 made of Si, a wiring layer, and a pad 5 are formed on a Si substrate.
To form a 8,59,62 create a multilayer wiring board 52 2, then to form a solder bump 57 on the pad 58.

【0169】次に図17(f)に示すように、ユニット
711 の場合と同様に、位置合わせ、接合、接着剤69
の充填を行って、積層配線基板522 上にSiチップ5
2,513 がフリップチップボンディングされてな
るユニット712 を形成する。
[0169] Next, as shown in FIG. 17 (f), as in the case of unit 71 1, aligning, bonding, adhesive 69
Performing filling, Si chip 5 on the laminated wiring board 52 2
A unit 71 2 is formed by flip chip bonding of 1 2 and 51 3 .

【0170】次に図18(g)に示すように、ハンダバ
ンプ58とパッド56とを接合することによって、ユニ
ット711 とユニット712 とを接続する。
[0170] Next, as shown in FIG. 18 (g), by joining the solder bumps 58 and the pads 56, connecting the unit 71 1 and the unit 71 2.

【0171】このとき、積層配線基板521 ,522
Siチップ512 〜513 がSiで形成されているの
で、熱膨張率の違いによる熱歪みは無い。そのため、各
バンプの大きさとピッチの設計は、熱膨張率の違いによ
る熱歪みは考慮せずに、積層配線基板521 ,522
のSiチップ512 ,513 の厚さだけを考慮して行
えば良い。
At this time, the laminated wiring boards 52 1 , 52 2 ,
Since Si chip 51 2-51 3 is formed by Si, thermal strain due to difference in thermal expansion coefficient is not. Therefore, the size and pitch of the design of the bumps, thermal strain due to difference in thermal expansion coefficient is without considering, considering only the thickness of the Si chip 51 2, 51 3 between the multilayer wiring board 52 1, 52 2 Just do it.

【0172】積層配線基板522 の下面に形成されたパ
ッド62は、プラスチック基板65のハンダバンプ63
と接続されるため、パッド62の直径およびピッチはそ
れぞれ100μm、200μm程度以上取る必要があ
る。また、積層配線基板522にはピッチを緩和するた
めの配線層が形成されている。
[0172] pads 62 formed on the lower surface of the multilayer wiring board 52 2, solder bumps 63 of the plastic substrate 65
Therefore, the diameter and pitch of the pad 62 need to be about 100 μm and 200 μm or more, respectively. Moreover, it is formed the wiring layer for relaxing the pitch in the laminated wiring board 52 2.

【0173】最後に、図18(h)に示すように、パッ
ド64,66、配線層68を有するプラスチック基板6
5を形成し、次にパッド64,66上にハンダバンプ6
3,67を形成し、次にプラスチック基板65と、ユニ
ット711 が接続されたユニット712 とを位置合わせ
して接合した後、プラスチック基板65とユニット71
2 との間に歪みを緩和するためにSiO2 のフィラーが
入った接着剤70を充填して、図15に示したマルチチ
ップ半導体装置が完成する。
Finally, as shown in FIG. 18H, the plastic substrate 6 having the pads 64 and 66 and the wiring layer 68 is formed.
5 and then solder bumps 6 on pads 64 and 66.
3 and 67 are formed, and then the plastic substrate 65 and the unit 71 2 to which the unit 71 1 is connected are aligned and joined.
By filling the adhesive 70 containing the SiO 2 filler to relax the strain between the two multi-chip semiconductor device is completed as shown in FIG. 15.

【0174】本実施形態では、積層配線基板521 ,5
2 の基板としてSi基板を用いている。そのため、大
量生産によって安価で均質な積層配線基板521 ,52
2 を形成することができる。
In this embodiment, the laminated wiring boards 52 1 , 52
Si is used substrate as 2 second substrate. Therefore, inexpensive and uniform laminated wiring boards 52 1 , 52
2 can be formed.

【0175】また、積層配線基板521 ,522 に形成
する配線層のデザインルールは、Siチップ511 ,5
2 に形成する配線層のそれに比べて遥かに緩い(例え
ば数μmのオーダー)。そのため、歩留まりもほぼ10
0%を得ることができる。また、MOSトランジスタ、
キャパシタ等の素子を形成する必要がないので、Si基
板の汚染を考慮する必要はほとんどなく、プロセスも簡
略化できる。
The design rules of the wiring layers formed on the laminated wiring boards 52 1 and 52 2 are based on the Si chips 51 1 and 5
1 much looser than that of the wiring layer formed on the 2 (for example, several μm order). Therefore, the yield is almost 10
0% can be obtained. MOS transistors,
Since it is not necessary to form an element such as a capacitor, there is almost no need to consider the contamination of the Si substrate, and the process can be simplified.

【0176】なお、本実施形態では、チップの構成材料
と積層配線基板の構成材料とが同じ場合について説明し
たが、熱膨張係数がほぼ等しければ、構成材料は異なっ
ていても良い。また、この場合、作用の項で説明したい
ように、チップよりも積層配線基板(接続基板)の放熱
性が高くなる構成材料の組み合わせが良い。
In this embodiment, the case where the constituent material of the chip is the same as the constituent material of the laminated wiring board has been described. However, the constituent materials may be different as long as the coefficients of thermal expansion are substantially equal. Also, in this case, as described in the section of the operation, a combination of constituent materials that makes the heat dissipation of the laminated wiring board (connection board) higher than that of the chip is preferable.

【0177】また、同じ構成材料の場合には、積層配線
基板に放熱フィン等の放熱手段を設けたり、あるいは積
層配線基板に形成する貫通プラグに放熱機能を持たせる
ことにより、例えば積層配線基板の構成材料よりも放熱
性の高い材料で貫通プラグを形成すると良い。具体的に
は、チップおよび積層配線基板の構成材料がSiの場合
であれば、表1からSiCやAlNを用いれば良いこと
が分かる。
Further, in the case of the same constituent material, for example, by providing a heat radiating means such as a radiating fin on the laminated wiring board, or by giving a heat radiating function to a through plug formed on the laminated wiring board, It is preferable to form the through plug with a material having a higher heat dissipation property than the constituent material. Specifically, when the constituent material of the chip and the laminated wiring board is Si, it can be seen from Table 1 that SiC or AlN may be used.

【0178】[0178]

【発明の効果】以上詳述したように第1の本発明によれ
ば、複数のチップを積層しているので、装置の平面面積
を小さくでき、しかも導電性プラグが形成されたチップ
を一番上または一番下に配置することにより、上記導電
性プラグに検査プローブを容易にあてることが可能とな
るため、装置の検査を容易に行なえるようになる。
As described in detail above, according to the first aspect of the present invention, since a plurality of chips are stacked, the plane area of the device can be reduced, and the chip on which the conductive plug is formed is best. By arranging it at the top or the bottom, it is possible to easily apply the inspection probe to the conductive plug, so that the inspection of the device can be easily performed.

【0179】また、第2の本発明によれば、複数のチッ
プを積層しているので、装置の平面面積を小さくでき、
しかも接続基板のほうがチップよりも放熱性が高いの
で、放熱性の改善を図ることができる。
According to the second aspect of the present invention, since a plurality of chips are stacked, the plane area of the device can be reduced.
Moreover, since the connection substrate has higher heat dissipation than the chip, the heat dissipation can be improved.

【0180】また、第3の本発明によれば、複数のチッ
プを積層しているので、装置の平面面積を小さくでき、
しかも接続基板の発熱部により、不良なチップに接続し
たバンプを溶融でき、これによりチップのリペアを容易
に行なえるようになる。
According to the third aspect of the present invention, since a plurality of chips are stacked, the plane area of the device can be reduced.
In addition, the bumps connected to the defective chip can be melted by the heat generating portion of the connection substrate, and thus the chip can be easily repaired.

【0181】また、第4の発明によれば、複数のチップ
を積層しているので、装置の平面面積を小さくでき、し
かも接続基板の構成材料の熱膨張係数と半導体基板の構
成材料のそれとがほぼ等しいので、接続部材にバンプお
よび接着剤を用いても、上下のチップ間の接続の信頼性
を確保できるようになる。
According to the fourth aspect of the present invention, since a plurality of chips are stacked, the plane area of the device can be reduced, and the thermal expansion coefficient of the constituent material of the connection substrate and that of the constituent material of the semiconductor substrate can be reduced. Since they are almost equal, the reliability of connection between the upper and lower chips can be ensured even if bumps and an adhesive are used for the connection members.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施形態に係るマルチチップ半
導体装置の断面図
FIG. 1 is a sectional view of a multi-chip semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施形態に係るマルチチップ半
導体装置の貫通プラグの前半の形成方法を示す工程断面
FIG. 2 is a process cross-sectional view showing a method for forming a first half of a through plug of a multichip semiconductor device according to a second embodiment of the present invention;

【図3】本発明の第2の実施形態に係るマルチチップ半
導体装置の貫通プラグの前半の形成方法を示す工程断面
FIG. 3 is a process cross-sectional view showing a first-half method of forming a through plug of a multi-chip semiconductor device according to a second embodiment of the present invention;

【図4】貫通プラグを示す断面図FIG. 4 is a sectional view showing a through plug.

【図5】溝の形成方法を示す工程断面図FIG. 5 is a process sectional view showing a method of forming a groove.

【図6】貫通プラグの他の形成方法を示す工程断面図FIG. 6 is a process sectional view showing another method of forming the through plug.

【図7】貫通プラグのさらに別の形成方法を示す工程断
面図
FIG. 7 is a process sectional view showing still another method of forming a through plug.

【図8】本発明の第3の実施形態に係るマルチチップ半
導体装置の断面図
FIG. 8 is a sectional view of a multi-chip semiconductor device according to a third embodiment of the present invention.

【図9】図8のマルチチップ半導体装置の接続基板の平
面図
FIG. 9 is a plan view of a connection substrate of the multi-chip semiconductor device of FIG. 8;

【図10】図8のマルチチップ半導体装置のリペアの様
子を示す図
FIG. 10 is a diagram showing a state of repair of the multi-chip semiconductor device of FIG. 8;

【図11】本発明の第4の実施形態に係るマルチチップ
半導体装置の断面図
FIG. 11 is a sectional view of a multi-chip semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図12】本発明の第5の実施形態に係るマルチチップ
半導体装置の断面図
FIG. 12 is a sectional view of a multi-chip semiconductor device according to a fifth embodiment of the present invention.

【図13】本発明の第6の実施形態に係るマルチチップ
半導体装置の断面図
FIG. 13 is a sectional view of a multi-chip semiconductor device according to a sixth embodiment of the present invention.

【図14】本発明の第7の実施形態に係るマルチチップ
半導体装置の断面図
FIG. 14 is a sectional view of a multichip semiconductor device according to a seventh embodiment of the present invention.

【図15】本発明の第7の実施形態に係るマルチチップ
半導体装置の断面図
FIG. 15 is a sectional view of a multichip semiconductor device according to a seventh embodiment of the present invention;

【図16】図15のマルチチップ半導体装置の製造方法
を示す工程断面図
16 is a process sectional view illustrating the method of manufacturing the multi-chip semiconductor device in FIG.

【図17】図16に続く同マルチチップ半導体装置の製
造方法を示す工程断面図
FIG. 17 is a process sectional view illustrating the method of manufacturing the multi-chip semiconductor device, following FIG. 16;

【図18】図17に続く同マルチチップ半導体装置の製
造方法を示す工程断面図
FIG. 18 is a process sectional view illustrating the method of manufacturing the multi-chip semiconductor device, following FIG. 17;

【図19】従来のマルチチップ半導体装置の断面図FIG. 19 is a sectional view of a conventional multichip semiconductor device.

【図20】従来の他のマルチチップ半導体装置の断面図FIG. 20 is a sectional view of another conventional multi-chip semiconductor device.

【図21】従来のさらに別のマルチチップ半導体装置の
断面図
FIG. 21 is a sectional view of still another conventional multi-chip semiconductor device.

【図22】従来の実装方法としてワイヤーボンディング
を用いたマルチチップ半導体装置の断面図
FIG. 22 is a cross-sectional view of a multi-chip semiconductor device using wire bonding as a conventional mounting method.

【図23】従来の実装方法としてTABを用いたマルチ
チップ半導体装置の断面図
FIG. 23 is a cross-sectional view of a multi-chip semiconductor device using TAB as a conventional mounting method.

【図24】従来の実装方法としてフリップチップを用い
たマルチチップ半導体装置の断面図
FIG. 24 is a cross-sectional view of a multi-chip semiconductor device using a flip chip as a conventional mounting method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ,12 ,13 …チップ 2…シリコン基板 3…多層配線層 4…貫通プラグ(導電性プラグ) 4a…導電性膜 5…絶縁膜 6…パッド 7…絶縁膜 8…半田バンプ 9…積層配線基板(接続基板) 11…マスクパターン 12,121 〜123 …溝 13…低ストレス膜 14…キャップ金属膜 15…キャップ絶縁膜 16…金属ボール 17…金属シリサイド膜 18…導電ペースト 19…金属微粒子 20…シリコン膜 21…金属シリサイド膜 22…シリコン膜 23…Ni粒 24…Niシリサイド膜 25…キャップ膜 311 〜313 …接続基板 32…金属プレート(高熱伝導率部材、導電性プレー
ト) 33…ヒータ(発熱部) 34…電源ライン 35…配線基板 36…多層配線層 37…放熱フィン 38a〜38c…プラグ 39a,39b…配線層 40…電源線 41…グランド線 42,43…配線 50…素子形成面 511 ,512 ,513 …Siチップ 521 ,522 …積層配線基板(接続基板) 53…パッド 54…ハンダバンプ 55…パッド 4…貫通プラグ 56…パッド 57…ハンダバンプ 58,59…パッド 60…ハンダバンプ 61,62…パッド 63…ハンダバンプ 64…パッド 65…プラスチック基板 66…パッド 67…ハンダバンプ 68…配線層 69…接着剤(フィラー無し) 70…接着剤(フィラー入り) 711 ,712 …ユニット
1 1 , 1 2 , 1 3 … Chip 2… Silicon substrate 3… Multilayer wiring layer 4… Through plug (conductive plug) 4 a… Conductive film 5… Insulating film 6… Pad 7… Insulating film 8… Solder bump 9… laminated wiring board (connection substrate) 11 ... mask pattern 12, 12 1 to 12 3 ... groove 13 ... low-stress film 14 ... cap metal film 15 ... cap insulating film 16 ... metal balls 17 ... metal silicide film 18 ... conductive paste 19 ... Metal fine particles 20 ... Silicon film 21 ... Metal silicide film 22 ... Silicon film 23 ... Ni grain 24 ... Ni silicide film 25 ... Cap film 31 1 to 31 3 ... Connection substrate 32 ... Metal plate (high thermal conductivity member, conductive plate) 33: heater (heat generating part) 34: power supply line 35: wiring board 36: multilayer wiring layer 37: heat radiation fins 38a to 38c: plugs 39a, 39b Wiring layers 40 ... power supply line 41 ... ground line 42, 43 ... wiring 50 ... element forming surface 51 1, 51 2, 51 3 ... Si chip 52 1, 52 2 ... multilayer wiring board (connection substrate) 53 ... pad 54 ... solder bumps 55 ... pad 4 ... penetrating plug 56 ... pad 57 ... solder bump 58, 59 ... pad 60 ... solder bump 61, 62 ... pad 63 ... solder bump 64 ... pad 65 ... plastic substrate 66 ... pad 67 ... solder bump 68 ... wiring layer 69 ... adhesive (No filler) 70 ... Adhesive (with filler) 71 1 , 71 2 ... Unit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 奥村 勝弥 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株 式会社東芝横浜事業所内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Katsuya Okumura 8 Shinsugita-cho, Isogo-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Pref.

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】素子が集積形成された半導体基板を有する
チップを複数積層してなるマルチチップ半導体装置にお
いて、 隣り合う上下の2つのチップは、これらの間に設けられ
た接続基板を介して互いに電気的に接続し、かつ前記半
導体基板には貫通孔が形成され、この貫通孔内に形成さ
れた導電性プラグが前記接続基板に接続していることを
特徴とするマルチチップ半導体装置。
1. A multi-chip semiconductor device comprising a plurality of chips having a semiconductor substrate on which elements are integratedly formed, wherein two adjacent upper and lower chips are mutually connected via a connection substrate provided between them. A multichip semiconductor device electrically connected to the semiconductor substrate, wherein a through hole is formed in the semiconductor substrate, and a conductive plug formed in the through hole is connected to the connection substrate.
【請求項2】素子が集積形成された半導体基板を有する
チップを複数積層してなるマルチチップ半導体装置にお
いて、 隣り合う上下の2つのチップの間には、貫通孔内に導電
性プラグが形成された接続基板が設けられ、かつ前記2
つのチップは前記導電性プラグを介して互いに電気的に
接続し、かつ前記接続基板は前記チップよりも放熱性が
高いことを特徴とするマルチチップ半導体装置。
2. A multi-chip semiconductor device comprising a plurality of chips each having a semiconductor substrate on which elements are integratedly formed, wherein a conductive plug is formed in a through hole between two adjacent upper and lower chips. A connection board is provided, and
A multi-chip semiconductor device, wherein the two chips are electrically connected to each other via the conductive plug, and the connection substrate has higher heat dissipation than the chips.
【請求項3】前記接続基板の構成材料として、前記接続
基板が前記チップよりも放熱性が高くなる物質が選ばれ
ていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載
のマルチチップ半導体装置。
3. The multi-chip semiconductor according to claim 1, wherein a material having a higher heat dissipation property than that of the chip is selected for the connection board as a constituent material of the connection board. apparatus.
【請求項4】前記接続基板は、前記導電性プラグが形成
された接続基板本体と、この接続基板本体よりも熱伝導
率の高い高熱伝導率部材とから構成されていることを特
徴とする請求項1または請求項2に記載のマルチチップ
半導体装置。
4. The connection board according to claim 1, wherein the connection board includes a connection board body on which the conductive plug is formed, and a high thermal conductivity member having higher thermal conductivity than the connection board body. 3. The multi-chip semiconductor device according to claim 1 or 2.
【請求項5】前記高熱伝導率部材は、前記接続基板本体
の内部に形成された導電性プレートであることを特徴と
する請求項4に記載のマルチチップ半導体装置。
5. The multi-chip semiconductor device according to claim 4, wherein said high thermal conductivity member is a conductive plate formed inside said connection substrate body.
【請求項6】前記高熱伝導率部材は、前記接続基板本体
の表面に設けられた放熱フィンであることを特徴とする
請求項4に記載のマルチチップ半導体装置。
6. The multi-chip semiconductor device according to claim 4, wherein said high thermal conductivity member is a radiation fin provided on a surface of said connection board main body.
【請求項7】素子が集積形成された半導体基板を有する
チップを複数積層してなるマルチチップ半導体装置にお
いて、 隣り合う上下の2つのチップの間には、貫通孔内に導電
性プラグが形成された接続基板が設けられ、かつ前記2
つのチップはそれぞれバンプを介して前記導電性プラグ
に電気的に接続し、かつ前記接続基板は発熱部を有する
ことを特徴とするマルチチップ半導体装置。
7. A multi-chip semiconductor device comprising a plurality of chips having a semiconductor substrate on which elements are integrated and formed, a conductive plug is formed in a through hole between two adjacent upper and lower chips. A connection board is provided, and
A multi-chip semiconductor device, wherein each of the chips is electrically connected to the conductive plug via a bump, and the connection substrate has a heat generating portion.
【請求項8】各接続基板の発熱部を独立に制御できるこ
とを特徴とする請求項7に記載のマルチチップ半導体装
置。
8. The multi-chip semiconductor device according to claim 7, wherein the heat generating portions of each connection board can be controlled independently.
【請求項9】前記発熱部は、前記バンプを囲むように形
成されていることを特徴とする請求項7に記載のマルチ
チップ半導体装置。
9. The multi-chip semiconductor device according to claim 7, wherein said heat generating portion is formed so as to surround said bump.
【請求項10】前記接続基板内に多層配線が形成されて
いることを特徴とする請求項2または請求項7に記載の
マルチチップ半導体装置。
10. The multi-chip semiconductor device according to claim 2, wherein a multilayer wiring is formed in said connection substrate.
【請求項11】前記接続基板の構成材料は絶縁材料であ
り、前記接続基板内に電源線を第1のキャパシタ電極、
グランド線を第2のキャパシタ、前記接続基板をキャパ
シタ絶縁膜としたキャパシタが形成されていることを特
徴とする請求項2または請求項7に記載のマルチチップ
半導体装置。
11. The connection substrate is made of an insulating material, and a power supply line is provided in the connection substrate with a first capacitor electrode,
The multi-chip semiconductor device according to claim 2, wherein a capacitor having a ground line as a second capacitor and the connection substrate as a capacitor insulating film is formed.
【請求項12】素子が集積形成された半導体基板を有す
るチップを複数積層してなるマルチチップ半導体装置に
おいて、 隣り合う上下の2つのチップの間には、貫通孔内に導電
性プラグが形成されてなる接続基板が設けられ、かつ前
記2つのチップは前記導電性プラグを介して互いに電気
的に接続し、かつ前記接続基板は前記チップよりも放熱
性が高く、かつ前記接続基板の構成材料は前記半導体基
板のそれとほぼ同じ熱膨張率を有することを特徴とする
マルチチップ半導体装置。
12. A multi-chip semiconductor device comprising a plurality of chips having a semiconductor substrate on which elements are integrated and formed, a conductive plug is formed in a through hole between two adjacent upper and lower chips. And the two chips are electrically connected to each other via the conductive plug, and the connection substrate has higher heat dissipation than the chip, and the constituent material of the connection substrate is A multi-chip semiconductor device having substantially the same coefficient of thermal expansion as that of the semiconductor substrate.
【請求項13】素子が集積形成された半導体基板を有す
るチップを複数積層してなるマルチチップ半導体装置に
おいて、 隣り合う上下の2つのチップの間には、貫通孔内に導電
性プラグが形成されてなる接続基板が設けられ、かつ前
記2つのチップは前記導電性プラグを介して互いに電気
的に接続し、かつ前記接続基板の構成材料は前記半導体
基板のそれとほぼ同じ熱膨張率を有することを特徴とす
るマルチチップ半導体装置。
13. A multi-chip semiconductor device comprising a plurality of chips having a semiconductor substrate on which elements are integrated and formed, wherein a conductive plug is formed in a through hole between two adjacent upper and lower chips. And the two chips are electrically connected to each other via the conductive plug, and the constituent material of the connection substrate has substantially the same coefficient of thermal expansion as that of the semiconductor substrate. A multi-chip semiconductor device characterized by the following.
【請求項14】前記接続基板の構成材料の熱膨張率と前
記半導体基板の構成材料のそれとの差は、±5.0×1
-6以内であることを特徴とする請求項12または請求
項13に記載のマルチチップ半導体装置。
14. The difference between the coefficient of thermal expansion of the constituent material of the connection substrate and that of the constituent material of the semiconductor substrate is ± 5.0 × 1.
14. The multi-chip semiconductor device according to claim 12, wherein the value is within 0-6.
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