KR100713579B1 - Method of aligning semiconductor device and semiconductor structure thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다이의 적층(다이와 웨이퍼의 적층, 다이와 다이의 적층, 다이와 칩서포트의 적층) 시에 필요한 반도체소자를 얼라인 하는 방법 및 그에 의해 형성된 반도체 구조물에 관한 것이다. 특히 본 발명의 얼라인 방법에 따르면, 얼라인 하려는 반도체소자를 포함하고 있는 다이나 웨이퍼에 혹은 칩서포트에 자성체를 형성하여 두 반도체소자간의 혹은 칩서포트와 반도체소자의 얼라인이 자성체들간의 자기력에 의해 이루어진다. 또한, 얼라인을 이룬 후에는 적층 반도체 구조물 제작에 필요한 다이의 고정 상태를 자성체들간의 자기력에 의해 유지시킨다. The present invention relates to a method for aligning semiconductor elements required for lamination of dies (lamination of dies and wafers, lamination of dies and dies, lamination of dies and chip supports), and a semiconductor structure formed thereby. In particular, according to the alignment method of the present invention, a magnetic material is formed on a dyna wafer or a chip support including a semiconductor device to be aligned, and the alignment between the two semiconductor devices or between the chip support and the semiconductor device is caused by the magnetic force between the magnetic materials. Is done. In addition, after alignment, the fixed state of the die required for manufacturing the laminated semiconductor structure is maintained by magnetic force between the magnetic bodies.

자성체, 자기력, 반도체소자, 얼라인, 다이, 웨이퍼, 적층, 범프Magnetic material, magnetic force, semiconductor element, align, die, wafer, lamination, bump

Description

반도체소자 얼라인 방법 및 그에 의해 형성된 반도체 구조물{METHOD OF ALIGNING SEMICONDUCTOR DEVICE AND SEMICONDUCTOR STRUCTURE THEREOF} Method of aligning semiconductor devices and semiconductor structures formed by them TECHNICAL FIELD             

도 1은 종래 기술에 의한 반도체소자간의 얼라인 방법을 나타내는 단면도,1 is a cross-sectional view showing an alignment method between semiconductor devices according to the prior art;

도 2는 다른 종래 기술에 의한 반도체소자간의 얼라인 방법을 나타내는 단면도,2 is a cross-sectional view showing an alignment method between semiconductor devices according to another prior art;

도 3a 내지 도 3o는 본 발명의 일 실시예에 따른 자성체를 이용한 반도체소자 얼라인 방법을 나타내는 단면도들, 평면도들 및 사시도,3A to 3O are cross-sectional views, plan views, and perspective views illustrating a semiconductor device alignment method using a magnetic material according to an embodiment of the present invention;

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 이용되는 자성체 형성 방법의 다른 예와, 이에 따르는 반도체소자 얼라인 방법을 나타내는 단면도들,4A and 4B are cross-sectional views illustrating another example of a method of forming a magnetic body and a method of aligning semiconductor devices according to the present invention,

도 5a 및 도 5f는 본 발명의 일 실시예에 이용되는 자성체 형성 방법의 또 다른 예와, 이에 따르는 반도체소자 얼라인 방법을 나타내는 단면도들,5A and 5F are cross-sectional views illustrating still another example of a method of forming a magnetic material used in an embodiment of the present invention, and a method of aligning semiconductor devices accordingly;

도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자성체를 이용한 반도체소자 얼라인 방법을 나타내는 단면도들, 6A through 6C are cross-sectional views illustrating a semiconductor device alignment method using a magnetic material according to another embodiment of the present invention;

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자성체를 이용한 반도체소자 얼라인 방법을 나타내는 단면도,7 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor device alignment method using a magnetic material according to still another embodiment of the present invention;

도 8a 내지 도 8c는 외부 자기장을 이용한 반도체소자의 얼라인 및 부착을 설명하기 위한 단면도들, 8A through 8C are cross-sectional views illustrating alignment and attachment of a semiconductor device using an external magnetic field;

도 9a 및 도 9b는 다수개의 반도체소자를 하나의 반도체소자 위에 적층하는 예를 나타내는 단면도들,9A and 9B are cross-sectional views illustrating an example in which a plurality of semiconductor devices are stacked on one semiconductor device;

도 10a 내지 도 10c는 적층된 다이와 웨이퍼에 각각 형성된 반도체소자들을 전기적으로 연결하는 예를 나타내는 단면도들.10A to 10C are cross-sectional views illustrating examples of electrically connecting semiconductor devices formed on stacked dies and wafers, respectively.

도 11a 내지 도 11e는 범프 형성 방법의 일예를 설명하기 위한 단면도들,11A to 11E are cross-sectional views illustrating an example of a bump forming method;

도 12a 내지 도 12c는 범프 형성 방법의 다른 예를 설명하기 위한 단면도들, 12A to 12C are cross-sectional views illustrating another example of a bump forming method;

도 13a 내지 도 13d는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자성체를 이용한 반도체 구조물의 제작 방법을 설명하기 위한 단면도들,13A to 13D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor structure using a magnetic material according to still another embodiment of the present invention;

도 14a 내지 도 14c는 본 발명에 따른 반도체 구조물 제작 시 용융된 솔더간의 융합 방지 방법을 설명하기 위한 단면도들, 14A to 14C are cross-sectional views illustrating a method for preventing fusion between molten solder in manufacturing a semiconductor structure according to the present invention;

도 15a 내지 15c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자성체를 이용한 반도체 구조물의 제작 방법을 설명하기 위한 단면도들,15A to 15C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor structure using a magnetic material according to still another embodiment of the present invention;

도 16a 및 16b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자성체를 이용한 반도체 구조물의 제작 방법을 설명하기 위한 단면도들, 16A and 16B are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor structure using a magnetic material according to still another embodiment of the present invention;

도 17a 및 17b는 본 발명을 응용한 일예를 나타내는 단면도들이다.17A and 17B are sectional views illustrating an example in which the present invention is applied.

<도면의 주요 부호에 대한 간략한 설명><Brief description of the major symbols in the drawings>

100, 200 : 웨이퍼
250, 252, 254, 256 : 다이
100, 200: wafer
250, 252, 254, 256: Die

102 : 제1 반도체소자
202 : 제2 반도체소자
102: first semiconductor device
202: second semiconductor device

110a, 162a : 제1 자성체
210a, 212a, 214a, 216a : 제2 자성체
110a, 162a: first magnetic material
210a, 212a, 214a, 216a: second magnetic material

150 : 제1 다이
260, 262, 264 : 제2 다이
150: first die
260, 262, 264: second die

160 : 칩서포트
290, 292 : 코일
160: Chip Support
290, 292 coil

500 : 기판
600 : 다이
500: Substrate
600: die

520, 524 : 제1 자성체
620, 624 : 제2 자성체
520, 524: first magnetic material
620, 624: second magnetic material

630, 630', 630'' : 솔더 범프로 이루어진 인터커넥트
518 : 제1 본딩패드
618 : 제2 본딩패드
630, 630 ', 630'': interconnect with solder bumps
518: first bonding pad
618: second bonding pad

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본 발명은 반도체소자 얼라인(align) 방법 및 그에 의해 형성된 반도체 구조물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다이와 웨이퍼의 적층(stacking) 및 다이와 다이의 적층 시 반도체소자간의, 또는 다이와 칩서포트 적층에서 칩서포트와 반도체소자간의, 얼라인 방법 및 그에 의해 형성된 반도체 구조물에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device alignment method and a semiconductor structure formed thereby, and more particularly, to chip support in stacking dies and wafers and stacking dies and dies. And an alignment method between a semiconductor device and a semiconductor device, and a semiconductor structure formed thereby.

반도체소자의 수직 집적(vertical integration)은 소자간의 배선(wiring) 길이를 단축함으로써 시스템 성능을 향상 시키며, 시스템 상에서 소자들이 차지하는 면적을 감소시키고, 또한 이종의 소자를 분리 제작 후 집적(integration)을 가능케 함으로써 제작비용을 줄일 수 있는 장점이 있다. Vertical integration of semiconductor devices improves system performance by shortening the wiring length between devices, reducing the area occupied by devices on the system, and also enabling integration after dissociating different devices. By doing so, there is an advantage of reducing the manufacturing cost.

수직 집적을 이용하면, DRAM(Dynamic Random Access Memory), SRAM(Static Random Access Memory) 및 EPROM(Electrically Programmable Read Only Memory)과 같은 메모리 소자, FPGA(Field Programmable Gate Array)와 같은 로직 소자, RFIC(Radio Frequency Integrated Circuit)와 같은 통신 소자, CCD(Charge Coupled Device)와 같은 센서 소자, Photo Diode와 같은 광소자 및 마이크로프로세서 등의 반도체소자를 단일 칩 내에 통합하는 SoC(system on chip)를 구현할 수 있다.With vertical integration, memory devices such as Dynamic Random Access Memory (DRAM), Static Random Access Memory (SRAM) and Electrically Programmable Read Only Memory (EPROM), logic devices such as Field Programmable Gate Arrays (FPGAs), and RFICs (Radio) A system on chip (SoC) that integrates a communication device such as a frequency integrated circuit, a sensor device such as a charge coupled device (CCD), an optical device such as a photo diode, and a semiconductor device such as a microprocessor in a single chip can be implemented.

이러한 반도체소자의 수직 집적을 구현하는 방법으로는 웨이퍼와 웨이퍼를 적층(wafer-to-wafer stacking) 하는 방법, 분리된 다이(die)를 웨이퍼에 적층(die-to-wafer stacking) 하는 방법, 그리고 다이와 다이를 적층(die-to-die stacking) 하는 방법들이 있다. As a method of implementing vertical integration of such semiconductor devices, a wafer and a wafer stacking method, a die-to-wafer stacking method, and a separate die are stacked on a wafer. There are methods of die-to-die stacking.

웨이퍼와 웨이퍼를 적층하는 방법은 한번의 적층으로 많은 다이의 적층을 동시에 이룰 수 있는 반면 적층되는 웨이퍼의 층수가 증가함에 따라 수율이 기하급수적으로 감소한다는 문제점이 있다.The method of stacking wafers and wafers can simultaneously stack many dies in one stack, while yielding an exponential decrease in yield as the number of stacked wafers increases.

한편 전기적 혹은 광학적 검사를 거쳐 좋은 다이만을 선택하여 분리 후 적층할 수 있는 다이와 웨이퍼 적층 및 다이와 다이 적층 방법은 상기와 같은 수율 감소는 없지만 공정 시간이 오래 걸리는 단점이 있다. On the other hand, the die and wafer lamination and die and die lamination methods which can select and separate only good dies through electrical or optical inspection and separate them are not yielded as described above, but have a disadvantage in that the process takes a long time.

어느 방법에서나 적층 시에 기판 상에 있는 두 소자간의 얼라인(align)이 중요한데, 이는 얼라인의 정확도와 속도에 따라 수율 및 생산성이 결정되기 때문이다. 특히 집적되는 소자를 연결하는 비아(via)나 본딩패드(bonding pad) 혹은 솔더 범프(solder bump)와 같은 소자간 인터커넥트(interconnect)의 피치(pitch)가 작아질수록 높은 얼라인의 정확도가 요구된다. In either method, the alignment between the two devices on the substrate is important at the time of stacking because the yield and productivity are determined by the accuracy and speed of the alignment. Especially for interconnects between devices such as vias, bonding pads or solder bumps Smaller pitches require higher alignment accuracy.

도 1 및 도 2는 종래 기술에 의한 얼라인 방법을 나타내는 단면도들이다. 이들 도면들을 참조하여 종래 기술에 따른 얼라인 방법에 대해 설명한다. 1 and 2 are cross-sectional views showing an alignment method according to the prior art. The alignment method according to the prior art will be described with reference to these drawings.

도 1에 도시된 바와 같이, 반도체소자(도시하지 않음)를 포함하고 있는 상부 기판(1)과 하부 기판(2) 상에 얼라인마크(align mark)(3, 4)를 각각 형성한 다음, 두 기판을 적외선(infrared; IR) 소스(5) 위에 놓고 투과된 적외선을 오브젝티브(objective)(6)를 통해 검출함으로써 두 얼라인마크(3, 4)의 위치를 파악한다. 두 얼라인마크(3, 4)가 얼라인 될 때까지 상부 기판(1) 혹은 하부 기판(2)을 이동시킴으로써 반도체소자를 얼라인 한다. 적외선은 반도체 기판을 투과하기 때문에 얼라인이 간단한 장점을 갖고 있지만 금속층을 투과하지 못하여 금속 배선이 조밀한 경우에는 적용에 한계가 있다. 또한 적외선은 파장이 길어 분해능이 가시광선이나 자외선 소스를 사용했을 때보다 안 좋은 단점이 있다. As shown in FIG. 1, alignment marks 3 and 4 are respectively formed on the upper substrate 1 and the lower substrate 2 including semiconductor elements (not shown). The two substrates are placed on an infrared (IR) source (5) to detect the position of the two alignment marks (3, 4) by detecting the transmitted infrared rays through the objective (6). The semiconductor device is aligned by moving the upper substrate 1 or the lower substrate 2 until the two alignment marks 3 and 4 are aligned. Infrared rays have a simple advantage of alignment because they penetrate the semiconductor substrate, but there is a limit in application in the case where the metal wiring is dense due to the inability to penetrate the metal layer. In addition, infrared light has a long wavelength, which has a disadvantage in that resolution is worse than using a visible light or an ultraviolet light source.

도 2는 다른 종래 기술에 의한 얼라인 과정을 나타내는 단면도들이다. 이를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다. 1단계(stage-1)로 상부 오브젝티브(6)와 하부 오브젝티브(7)를 먼저 얼라인 한 다음, 상부 기판(1)의 얼라인마크(3)가 하부 오브젝티브(7)의 중심에 얼라인 되도록 상부 기판(1)을 이동시킨 후 이 때의 기판 위치를 저장한다. 이어서 2단계(stage-2)로 하부 기판(2)의 얼라인마크(4)가 상부 오브젝티브(6)의 중심에 얼라인 되도록 하부 기판(2)을 이동시킨다. 그런 다음에, 3단계(stage-3)로 저장된 데이터를 이용하여 상부 기판(1)을 1단계(stage-1)의 얼라인 위치로 이동하면 상부 기판(1) 및 하부 기판(2) 모두 상부 및 하부 오브젝티브(5, 6)의 중심에 얼라인 된 상태가 되어 결국 두 기판(1, 2)의 얼라인이 이루어진다. 도 2에 도시된 방법은 빛이 기판을 투과할 필요가 없으므로 파장이 짧은 빛을 이용해도 되므로 미세한 얼라인을 이룰수 있는 장점이 있는 반면 2번의 얼라인 과정을 거쳐야 하므로 얼라인 공정이 도 1에 도시된 방법보다 복잡하다.Figure 2 is a cross-sectional view showing an alignment process according to another prior art. This will be described in more detail as follows. In the first stage (stage-1), the upper objective 6 and the lower objective 7 are first aligned, and then the alignment mark 3 of the upper substrate 1 is aligned with the center of the lower objective 7. After moving the upper substrate 1, the substrate position at this time is stored. Subsequently, the lower substrate 2 is moved so that the alignment mark 4 of the lower substrate 2 is aligned with the center of the upper objective 6 in two stages. Then, using the data stored in stage-3, the upper substrate 1 is moved to the alignment position of stage-1, so that the upper substrate 1 and the lower substrate 2 are both And it is aligned to the center of the lower objective (5, 6) and eventually the two substrates (1, 2) are aligned. Since the method shown in FIG. 2 does not need to penetrate the substrate, light having a short wavelength may be used, and thus, fine alignment may be achieved, whereas the alignment process is shown in FIG. Is more complicated than the old way

상기 종래 기술에 의한 얼라인 방법들은 모두 얼라인마크를 이용하는데, 얼라인마크가 규정된 영역내로 들어오도록 기판을 이동하는데 있어서 기판을 지지하고 있는 스테이지를 수동으로 움직이는 방법과 이미지 프로세싱을 통해 자동화된 스테이지를 이용하는 방법이 있다. 자동화된 스테이지에 의한 방법은 빠르고 사용자 개인에 따른 편차가 없으므로 대량생산에 적합하다. 요구되는 얼라인의 정확도가 1㎛이내일 때, 자동화된 스테이지에 의한 얼라인 속도는 얼라인당 약 1분 정도이다. 그러므로 웨이퍼와 웨이퍼를 적층하는 경우, 상기 얼라인 속도는 다른 공정들의 생산 속도와 비교하여 큰 문제를 일으키지 않는다. 하지만 다이를 웨이퍼에 적층하거나 다이와 다이를 적층하는 경우, 상기 얼라인 속도에 의한 적층 공정은 심각한 생산성의 저하를 유발시킨다.The alignment methods according to the prior art all use the alignment mark, which is a method of manually moving a stage supporting the substrate in moving the substrate so that the alignment mark enters a defined area, and automated through image processing. There is a way to use the stage. The method by the automated stage is fast and free from personal variation, making it suitable for mass production. When the required accuracy of the alignment is within 1 μm, the alignment speed by the automated stage is about 1 minute per alignment. Therefore, when stacking wafers and wafers, the alignment speed does not cause significant problems compared to the production speed of other processes. However, when laminating dies to wafers or laminating dies and dies, the lamination process due to the aligning speed causes severe productivity degradation.

또한, 수직 집적을 위한 적층에서 소자간의 얼라인이 이루어진 후, 후속 공정까지 얼라인 상태를 유지시킬 수 있도록 웨이퍼나 다이를 임시로 고정 시키는 것이 어려운 점이다. 웨이퍼와 웨이퍼를 적층할 경우에는 클램핑(clamping)을 통해 얼라인 후 두 웨이퍼를 임시로 고정시킬 수 있다. 그러나 다이를 웨이퍼에 적층하거나 다이와 다이를 적층하는 경우, 다음 공정까지 얼라인 상태를 유지하면서 다이를 웨이퍼 상에 혹은 다른 다이 상에 임시로 고정시키는 방법이 전무한 실정이며 현재 에폭시(epoxy) 등에 의한 접착(bonding) 방법이 이용되고 있다. 이러한 임시 고정 방법의 부재는 Cu 본딩패드나 솔더 범프에 의한 적층 등 다양한 적층 방법을 적용하는데 제약이 되고 있다.In addition, it is difficult to temporarily fix the wafer or the die so that the alignment can be maintained until the next process after the alignment between the devices is performed in the stack for vertical integration. When stacking wafers and wafers, the two wafers can be temporarily fixed after the alignment by clamping. However, when the die is stacked on the wafer or the die and the die are stacked, there is no way to temporarily fix the die on the wafer or on another die while maintaining alignment until the next process. A bonding method is used. The member of such a temporary fixing method is limited to applying various lamination methods such as lamination by Cu bonding pads or solder bumps.

같은 맥락에서, 반도체소자 패키징(packaging) 시 다이와 칩서포트(chip support) 같은 패키지 기판간의 접속 매개체로 사용되는 범프(bump)의 단위 면적당 개수가 증가함에 따라, 달리 표현하면 범프 피치(pitch)가 감소함에 따라, 더 높은 얼라인 정확도가 요구된다. 그러나 기존의 방법으로는 생산성을 희생하지 않고 얼라인의 정확도를 높이는데 한계가 있다. In the same vein, as the number of bumps per unit area used as a connection medium between a die and a package substrate, such as chip support, increases, the bump pitch decreases in other words. As such, higher alignment accuracy is required. However, the existing method has a limit in increasing the accuracy of alignment without sacrificing productivity.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 다이와 웨이퍼의 적층 및 다이와 다이의 적층 시에 반도체소자간의 얼라인이, 그리고 다이와 칩서포트의 적층 시에는 칩서포트와 반도체소자간의 얼라인이 신속하게 이루어질 수 있도록 하며 얼라인 후에는 얼라인 상태를 후속 공정까지 유지시킬 수 있도록 다이를 고정 시킬 수 있는 반도체소자 얼라인 방법을 제공 하는데 있다. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the problems of the prior art as described above. It is to provide a semiconductor device alignment method that can fix the die so that the alignment can be made quickly, and after the alignment to maintain the alignment state to the subsequent process.

본 발명의 다른 목적은 상기 방법에 의해 형성된 반도체 구조물을 제공하는데 있다. Another object of the present invention is to provide a semiconductor structure formed by the above method.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 다이와 웨이퍼의 적층 시 상기 웨이퍼 상의 제1 반도체소자와 상기 다이 상의 제2 반도체소자간의 반도체소자 얼라인 방법은, 상기 웨이퍼에 형성된 제1 자성체와 상기 다이에 형성된 제2 자성체간의 자기력을 이용하여 상기 제1 반도체소자와 상기 제2 반도체소자를 얼라인 하는 것을 특징으로 한다.The semiconductor device alignment method between the first semiconductor device on the wafer and the second semiconductor device on the die during stacking of the die and the wafer according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, and the first magnetic material formed on the wafer; The first semiconductor device and the second semiconductor device may be aligned by using a magnetic force between the second magnetic bodies formed on the die.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 다이와 제2 다이의 적층 시 상기 제1 다이 상의 제1 반도체소자와 상기 제2 다이 상의 제2 반도체소자간의 반도체소자 얼라인 방법은, 상기 제1 다이에 형성된 제1 자성체와 상기 제2 다이에 형성된 제2 자성체간의 자기력을 이용하여 상기 제1 반도체소자와 상기 제2 반도체소자를 얼라인 하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of aligning semiconductor devices between a first semiconductor device on the first die and a second semiconductor device on the second die when the first die and the second die are stacked. The first semiconductor device and the second semiconductor device may be aligned by using a magnetic force between the first magnetic material formed on the first die and the second magnetic material formed on the second die.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다이와 칩서포트의 적층 시 상기 다이상의 반도체소자와 상기 칩서포트간의 반도체소자 얼라인 방법은, 상기 칩서포트에 형성된 제1 자성체와 상기 다이에 형성된 제2 자성체간의 자기력을 이용하여 상기 반도체소자와 상기 칩서포트를 얼라인 하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of aligning a semiconductor device on a die and a chip support according to another embodiment of the present invention, wherein the first magnetic material formed on the chip support and the die are formed on the die. The semiconductor device and the chip support may be aligned by using a magnetic force between the formed second magnetic bodies.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 구조물은, 기판과, 상기 기판에 적층된 다이와, 상기 기판과 다이 사이에 위치하는 인터커넥트 및, 상기 인터커넥트를 얼라인 시키는 상기 기판에 형성된 제1 자성체와 상기 다이에 형성된 제2 자성체를 포함한다.According to still another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor structure including a substrate, a die stacked on the substrate, an interconnect positioned between the substrate and the die, and the substrate for aligning the interconnect. And a first magnetic body formed and a second magnetic body formed on the die.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 구조물은, 상부에 제1 본딩패드를 구비하는 기판과, 상기 기판에 적층되되 상기 제1 본딩패드와 접속을 이루는 제2 본딩패드를 구비하는 다이 및, 상기 제1 본딩패드와 제2 본딩패드를 얼라인 시키는 상기 기판에 형성된 제1 자성체와 상기 다이에 형성된 제2 자성체를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor structure including a substrate having a first bonding pad thereon, and a second bonding pad stacked on the substrate and connected to the first bonding pad. And a first magnetic body formed on the substrate for aligning the first bonding pad and the second bonding pad, and a second magnetic body formed on the die.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 반도체소자 얼라인 방법에 대해 상세히 설명한다. 그러나 본 발명의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가 진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이며, 도면상에서 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 요소를 의미한다.Hereinafter, a semiconductor device alignment method according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, embodiments of the present invention are provided to more completely describe the present invention to those skilled in the art. Therefore, the shape and the like of the elements in the drawings are exaggerated to emphasize a more clear description, and the elements denoted by the same reference numerals in the drawings means the same elements.

도 3a 내지 도 3o는 본 발명의 일 실시예에 따른 자성체를 이용한 반도체소자 얼라인 방법을 나타내는 단면도들, 평면도들 및 사시도이다. 이들 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 얼라인 방법을 상세히 설명하기로 한다.3A to 3O are cross-sectional views, plan views, and perspective views illustrating a semiconductor device alignment method using a magnetic material according to an embodiment of the present invention. With reference to these drawings will be described in detail the alignment method according to an embodiment of the present invention.

도 3a를 참조하면, 제1 반도체소자(102)들을 구비한 웨이퍼(100) 상에 자성물질층(110)을 형성한다. 자성물질이란 일반적으로 페로마그네틱(ferromagnetic) 물질을 일컫는 말로 Fe, Ni 및 Co와 같이 쉽게 자화되는 물질을 칭한다. 자성물질층(110)으로는 상기 금속 이외에도 상기 금속들과 Al 혹은 Mn과의 합금을 이용할 수 있다. 또한 높은 자기력 발생을 위해 Nd 이나 Sm과 같은 희토류 금속의 합금으로 자성물질층(110)을 형성할 수 있다. 자성물질층(110)으로는, 비단 상기 금속 및 합금이외에도 페라이트(ferrite)와 같은 세라믹 물질도 이용할 수 있다. 자성물질층(110) 형성 방법으로는 스퍼터링(sputtering), 화학기상증착(chemical vapor deposition), 플레이팅(plating) 혹은 레이저 어블레이션(ablation) 등을 이용할 수 있다. 자성물질층(110)의 접착을 좋게 하기 위한 접착층(glue layer)으로서, 또한 자성체 물질의 확산방지층으로서 Ti, TiN, Ta 혹은 TaN 등을 자성물질층(110) 형성전에 미리 증착할 수 있다. 플레이팅을 통한 자성물질층 형성 시에는, 플레이팅 공정 시 필요한 시드층(seed layer)으로 Cu나 Ni 등을 플레이팅 공정 전에 형성한다. 자성물질층(110) 형성의 또 다른 방법으로서, 자성분말을 폴리이미드 (polyimide) 혹은 벤조사이클로부텐(BenzoCycloButene; BCB) 등의 레진(resin)에 분산시킨 후 레진을 스핀 코팅과 같은 방법으로 웨이퍼(100) 상에 도포한 다음 큐어링(curing) 함으로써 자성물질층(110)을 얻을 수 있다. Referring to FIG. 3A, the magnetic material layer 110 is formed on the wafer 100 having the first semiconductor devices 102. Magnetic materials generally refer to ferromagnetic materials and refer to materials that are easily magnetized, such as Fe, Ni, and Co. In addition to the metal, an alloy of the metals and Al or Mn may be used as the magnetic material layer 110. In addition, the magnetic material layer 110 may be formed of an alloy of rare earth metals such as Nd or Sm to generate high magnetic force. As the magnetic material layer 110, a ceramic material such as ferrite may be used in addition to the metal and the alloy. As the method of forming the magnetic material layer 110, sputtering, chemical vapor deposition, plating, or laser ablation may be used. Ti, TiN, Ta, TaN, or the like may be deposited before the formation of the magnetic material layer 110 as a glue layer for improving adhesion of the magnetic material layer 110 and also as a diffusion barrier layer of the magnetic material. In forming the magnetic material layer through plating, Cu or Ni is formed before the plating process as a seed layer required for the plating process. As another method of forming the magnetic material layer 110, the magnetic powder is dispersed in a resin such as polyimide or benzocyclobutene (BCB), and the resin is then spin-coated in a method such as spin coating. The magnetic material layer 110 may be obtained by coating on 100 and then curing.

이어서 도 3b에 도시된 바와 같이 사진과 식각 공정을 통해 제1 반도체소자(102) 상부에 패터닝(patterning)된 제1 자성체(magnetic body)(110a)를 형성한다. 자성체의 모양은 도 3c의 평면도에 도시된 바와 같이 디스크(110b), 링(110c), 막대(110d) 형태 등을 띌 수 있으며 반도체소자 당 적어도 하나 이상을 형성한다. 자성체의 크기, 특히 넓이가 커지면 자기력도 강해지지만 얼라인의 정확도가 감소하므로, 요구되는 얼라인 정확도에 맞추어 자성체 크기를 결정한다. 자성체의 모양, 수 및 크기는 당업자에 의해 다양하게 변경이 가능하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하고자 한다.Subsequently, as shown in FIG. 3B, a patterned first magnetic body 110a is formed on the first semiconductor device 102 through a photolithography and an etching process. The shape of the magnetic body may be in the form of a disk 110b, a ring 110c, a rod 110d, or the like, as shown in the plan view of FIG. As the size of the magnetic material increases, in particular, the magnetic force increases, but the accuracy of alignment decreases. Therefore, the size of the magnetic material is determined according to the required alignment accuracy. The shape, number, and size of the magnetic material can be variously changed by those skilled in the art, so a detailed description thereof will be omitted.

제1 자성체(110a)의 위치는 도 3b와 같이 제1 반도체소자(102) 영역(파선으로 이루어진 경계 내부 혹은 상부) 내일 수도 있고, 도 3d와 같이 제1 반도체소자(104)들 사이의 공간이 충분할 경우에는 제1 반도체소자(104) 영역 바깥 일 수도 있다. 제1 자성체(110a)를 상기 영역 바깥에 형성할 때, 도 3d에 도시된 바와 같이, 소잉(sawing) 등에 의해서 다이 분리 시 제거되는 부분(90)에 자성체(110a)가 위치하지 않도록 하는 것이 바람직하다. 그러면, 다이 형태로 분리된 후, 제1 자성체(110a)가 제1 반도체소자(104) 영역 밖에 위치하지만 다이 상에는 존재하게 된다.The position of the first magnetic body 110a may be in the region of the first semiconductor element 102 (inside or above the boundary formed by the broken lines) as shown in FIG. 3B, and as shown in FIG. 3D, the space between the first semiconductor elements 104 is formed. If sufficient, it may be outside the region of the first semiconductor element 104. When the first magnetic body 110a is formed outside the region, as shown in FIG. 3D, it is preferable that the magnetic body 110a is not positioned at the portion 90 removed when the die is separated by sawing or the like. Do. Then, after the separation in the form of a die, the first magnetic body 110a is located outside the region of the first semiconductor device 104 but is present on the die.

도 3e를 참조하면, 제1 자성체(110a) 주위에 자성체 보호층(120)을 형성한 다. 자성체 보호층(120)은, 특히 NdFeB와 같이 쉽게 산화되는 물질이 자성체를 이루었을 때 필요하다. 자성체 보호층(120)으로는 실리콘산화막(SiO2)이나 실리콘질화막(SiN)과 같은 무기 절연물질, 혹은 에폭시나 BCB 같은 유기 절연물질을 사용한다. 화학기상증착법에 의한 무기 절연물질 형성 시, 제1 자성체(110a)에 의해 절연물질 표면에 단차가 크게 나타날 경우에는 후속 공정을 위해 화학기계적 연마 등을 이용하여 평탄화를 실시할 수 있다.Referring to FIG. 3E, the magnetic protective layer 120 is formed around the first magnetic body 110a. The magnetic protective layer 120 is particularly necessary when a material that is easily oxidized such as NdFeB forms a magnetic material. As the magnetic protective layer 120, an inorganic insulating material such as silicon oxide film (SiO 2 ) or silicon nitride film (SiN), or an organic insulating material such as epoxy or BCB is used. When the inorganic insulating material is formed by the chemical vapor deposition method, when the step height is large on the surface of the insulating material by the first magnetic body 110a, planarization may be performed using chemical mechanical polishing or the like for the subsequent process.

도 3f 내지 도 3h는 대머신(damascene) 공정을 이용한 자성체 형성 방법을 설명하기 위한 것이다. 먼저 도 3f를 참조하면, 제1 반도체소자(102) 상부에 자성체 영역을 정의하는 트렌치와 같은 음각구조(92)를 사진과 식각 공정을 통해 형성한다. 그런 다음에 도 3g에 도시된 바와 같이 자성물질층(112)을 음각구조(92) 내부 및 반도체소자(102) 상부에 형성한다. 이때 자성물질층(112)의 접착을 좋게 하기 위한 접착층으로서, 또한 자성체 물질의 확산 방지층으로서 Ti, TiN, Ta 혹은 TaN 등을 자성물질층(112) 형성 전에 미리 증착할 수 있다. 그리고 도 3h에서와 같이 화학기계적 연마나 전면 식각(etch back)을 통해 음각구조(92) 내의 자성물질만 남기고 나머지 자성물질층을 제거함으로써 제1 자성체(112a)를 제작한다. 여기서, 제1 자성체(112a) 보호를 위하여 상부에 자성체 보호층을 더 형성할 수 있다.3F to 3H illustrate a method of forming a magnetic body using a damascene process. First, referring to FIG. 3F, an intaglio structure 92 such as a trench defining a magnetic region is formed on the first semiconductor device 102 through photolithography and an etching process. Then, as illustrated in FIG. 3G, the magnetic material layer 112 is formed in the intaglio structure 92 and on the semiconductor device 102. In this case, Ti, TiN, Ta, TaN, or the like may be deposited before the formation of the magnetic material layer 112 as an adhesive layer for improving adhesion of the magnetic material layer 112 and as a diffusion barrier layer of the magnetic material. As shown in FIG. 3H, the first magnetic body 112a is manufactured by removing only the magnetic material in the intaglio structure 92 and removing the remaining magnetic material layer through chemical mechanical polishing or etch back. Here, a magnetic protective layer may be further formed on the upper surface of the first magnetic body 112a to protect it.

도 3i 및 도 3j는 자성체 형성의 또 다른 방법을 도시하는데, 먼저 도 3i와 같이 웨이퍼(100) 상에 시드층(94)을 형성하고, 시드층(94) 중에서 자성체 영역에 해당하는 부분이 노출되는 개구부(98)를 갖는 포토레지스트 패턴(96)을 시드층(94) 표면에 형성한다. 이어서, 상기 포토레지스트 패턴(96)에 의해 형성된 개구부(98) 내에 플레이팅 방법을 통해 자성물질을 형성한 다음 포토레지스트 패턴(96)을 제거한 후 시드층(94) 중 자성체 영역 외에 형성된 부분을 제거하면, 도 3j에 도시된 바와 같이 제1 반도체소자(102) 상부에 제1 자성체(114a)가 형성된다. 3I and 3J illustrate another method of forming a magnetic body, first forming a seed layer 94 on the wafer 100 as shown in FIG. 3I, and exposing a portion of the seed layer 94 corresponding to the magnetic region. A photoresist pattern 96 having openings 98 to be formed is formed on the seed layer 94 surface. Subsequently, a magnetic material is formed in the opening 98 formed by the photoresist pattern 96 through a plating method, and then the photoresist pattern 96 is removed, and then portions of the seed layer 94 formed outside the magnetic region are removed. 3J, a first magnetic body 114a is formed on the first semiconductor device 102.

적층 하여야할 두 반도체소자들 중 제1 반도체소자(102)에 대해 자성체 형성을 이루었고, 그다음에는 제1 반도체소자(102)와 얼라인을 이루며 적층되어야할 제2 반도체소자에 자성체를 형성 한다. Among the two semiconductor devices to be stacked, a magnetic material is formed on the first semiconductor device 102, and then a magnetic material is formed on the second semiconductor device to be stacked in alignment with the first semiconductor device 102.

도 3k를 참조하면, 제2 반도체소자(202)들을 구비한 웨이퍼(200) 상에 상술한 방법을 통하여 제2 자성체(210a)와 자성체 보호층(220)을 형성한다. 제2 자성체(210a)의 위치는, 제1 반도체소자(102)와 제2 반도체소자(202)가 적층되어 얼라인을 이루었을 때 제1 자성체(110a)와 제2 자성체(210a)가 서로 마주볼 수 있도록 한다. 제2 자성체(210a)의 제작 방법은 상술한 공정이 동일하게 적용될 수 있으므로 중복 설명은 배제하도록 한다.Referring to FIG. 3K, the second magnetic body 210a and the magnetic protective layer 220 are formed on the wafer 200 having the second semiconductor devices 202 through the above-described method. The position of the second magnetic body 210a is that the first magnetic body 110a and the second magnetic body 210a face each other when the first semiconductor element 102 and the second semiconductor element 202 are stacked and aligned. Make it visible. In the manufacturing method of the second magnetic body 210a, the above-described processes may be applied in the same manner, and thus redundant descriptions thereof will be omitted.

적층될 두 반도체소자들에 자성체를 형성한 후, 적어도 한 반도체소자에 있는 자성체를 얼라인 전에 자화(magnetization) 시킨다. 자화는, 자성체에 착자기(magnetizer) 등을 이용하여 외부 자기장을 인가함으로써 이루어진다. 자화는, 웨이퍼 전체에 자기장을 인가함으로써 웨이퍼상의 모든 자성체를 동시에 자화시켜도 되고 웨이퍼를 다이로 분리한 다음 다이에 자기장을 인가하여도 된다.After the magnetic material is formed on the two semiconductor devices to be stacked, the magnetic material in the at least one semiconductor device is magnetized before alignment. Magnetization is achieved by applying an external magnetic field to a magnetic body using a magnetizer or the like. The magnetization may simultaneously magnetize all magnetic bodies on the wafer by applying a magnetic field to the entire wafer, or may separate the wafer into dies and then apply a magnetic field to the dies.

도 3l을 참조하면, 두 반도체소자들에 형성된 자성체를 모두 자화시키는 경우, 도시된 바와 같이 얼라인 시 마주보게 되는 제1 자성체(110a)와 제2 자성체 (210a)의 면들이 서로 반대의 극성을 갖게 되도록 자화시켜 얼라인 시 인력(attractive force)이 작용하도록 한다.Referring to FIG. 3L, when the magnetic bodies formed on the two semiconductor devices are magnetized, the surfaces of the first magnetic body 110a and the second magnetic body 210a which face each other during alignment as shown in FIG. 3L have opposite polarities. Magnetize so that it has an attractive force at the time of alignment.

그 다음에, 적층될 제1 및 제2 반도체소자들(102, 202) 중에서, 한 반도체소자에 대해 이를 웨이퍼로부터 다이(die) 단위로 분리한다. 일반적으로, 다이와 웨이퍼 적층에서는 적층되는 두 소자 중 다이 크기가 작은 쪽을 다이로 분리하는 것이 더 바람직한데, 이는 웨이퍼상의 소자들 중 전기적 혹은 광학적 검사를 통과한 소자들이 모두 적층에 이용되는데 있어서 공간의 제약을 받지 않기 때문이다. 본 실시예에서는 상기 두 반도체소자들(102, 202) 중에서 크기가 작은 제2 반도체소자(202)들이 형성된 웨이퍼(200)를 다이로 분리하기로 한다.Next, of the first and second semiconductor devices 102 and 202 to be stacked, for a semiconductor device, it is separated from the wafer in die units. In general, in die and wafer stacking, it is more desirable to separate the smaller die size of the two stacked devices into dies, which means that all of the devices on the wafer that have passed electrical or optical inspection are used for the stacking. It is not restricted. In the present exemplary embodiment, the wafer 200 in which the second semiconductor devices 202 having the smaller size are formed among the two semiconductor devices 102 and 202 is separated into a die.

도 3m 및 도 3n을 참조하면, 백그라인딩(back grinding)과 소잉(sawing)을 통해 분리된 다이(250)를 도 3m에 도시된 바와 같이 웨이퍼(100) 상의 제1 반도체소자(102)에 근접시켜 제1 자성체(110a)와 제2 자성체(210a)간의 자기력으로서 인력(attractive force) F가 작용하게 한다. 그러면 다이(250)가 힘 F에 끌려, 도 3n에 도시된 바와 같이 상기 자성체들(110a, 210a)이 얼라인 되어 서로 마주보게 되고 다이(250)는 자기력에 의해 웨이퍼(100)에 부착된다. 상기 자성체들(110a, 210a)이 마주보게 되는 위치는, 설계 시 제1 반도체소자(102)와 제2 반도체소자(202)가 얼라인 되었을 때 상기 자성체들(110a, 210a)이 서로 마주보도록 하였기 때문에, 자동적으로 제1 반도체소자(102)와 제2 반도체소자(202)가 얼라인을 이루는 위치가 된다. 여기서, 다이(250)의 근접은 픽앤드플레이스(pick and place) 장비와 같이 분리된 다이를 집어서 기계적으로 이동시킨 다음 규정된 위치에 내려놓는 기능이 있는 장비를 이용하면 되는데, 현재 픽앤드플레이스 장비의 경우 다이 하나를 집어서 규정된 위치로부터 사방 30㎛ 오차 범위 이내로 내려놓는데 소요되는 시간이 약 1초 정도이다. 3M and 3N, the die 250 separated through back grinding and sawing is brought close to the first semiconductor device 102 on the wafer 100 as shown in FIG. 3M. The magnetic force (attractive force) F acts as a magnetic force between the first magnetic body 110a and the second magnetic body 210a. Then, the die 250 is attracted to the force F so that the magnetic bodies 110a and 210a are aligned to face each other as shown in FIG. 3N, and the die 250 is attached to the wafer 100 by magnetic force. The positions where the magnetic bodies 110a and 210a face each other are such that the magnetic bodies 110a and 210a face each other when the first semiconductor element 102 and the second semiconductor element 202 are aligned in design. Therefore, the first semiconductor element 102 and the second semiconductor element 202 are automatically aligned. Here, the proximity of the die 250 is a pick and place (pick and place) equipment (pick and place) equipment, such as pick up and move the mechanical die and then use the equipment having the function to put down in the prescribed position, the current pick and place In the case of equipment, it takes about one second to pick up a die and lower it within a 30 µm error range from a defined location.

도 3o는 다이(250)와 웨이퍼(100)를 근접시키는 다른 방법을 설명하기 위한 사시도이다. 먼저, 다이(250)들을 자기력이 작용하여 얼라인이 유도될 수 있는 위치에 정렬하여 놓은 다음에 제1 자성체(110a)와 제2 자성체(210a)가 서로 마주볼 수 있도록 하여 웨이퍼(100)를 다이(250)들에 근접시키면 상기 자성체들(110a, 210a)간의 자기력에 의하여 다이(250)들이 웨이퍼(100)에 부착되며 동시에 얼라인을 이룬다. 이와 같이 정렬된 다이(250)들에 웨이퍼(100)를 근접시키면 동시에 많은 수의 다이들을 얼라인 및 부착시킬 수 있다.3O is a perspective view illustrating another method of bringing the die 250 into close proximity with the wafer 100. First, the dies 250 are aligned in a position where magnetic force may be applied to align the wafers, and then the first magnetic body 110a and the second magnetic body 210a may face each other so as to face the wafer 100. When the dies 250 are close to each other, the dies 250 are attached to the wafer 100 by the magnetic force between the magnetic bodies 110a and 210a and are aligned at the same time. Proximity of the wafer 100 to such aligned dies 250 allows the alignment and attachment of a large number of dies simultaneously.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 이용되는 자성체 형성 방법의 다른 예와, 이에 따르는 반도체소자 얼라인 방법을 나타내는 단면도들이다.4A and 4B are cross-sectional views illustrating another example of a method of forming a magnetic body and a method of aligning a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

도 4a를 참조하면, 제2 반도체소자(202)가 형성된 웨이퍼(도시하지 않음) 후면을 백그라인딩 또는 화학기계적 연마를 통해 씨닝(thinning) 하여 씨닝된 웨이퍼(200')를 제작한다. 이어서 씨닝된 후면에 절연막으로 이루어진 자성체 보호층(222)과 제2 자성체(212a)를 형성한다. 그런 다음에, 도 4b에 도시된 바와 같이 상기 씨닝된 웨이퍼(200')를 다이(252)로 분리하고, 다이(252)를 웨이퍼(100) 상의 제1 반도체소자(102)에 근접시켜 웨이퍼(100)에 형성된 제1 자성체(110a)와 다이(252)에 형성된 제2 자성체(212a)간의 자기력 F에 의해 상호 얼라인 되고 부착되도록 한다. 이와 같이 다이(252) 후면에 자성체(212a)가 있으면, 적층 시 다이(252) 를 플립(flip) 시키지 않아도 되는 장점이 있다. Referring to FIG. 4A, a thinned wafer 200 ′ is manufactured by thinning a back surface of a wafer (not shown) on which the second semiconductor device 202 is formed through backgrinding or chemical mechanical polishing. Subsequently, a magnetic protective layer 222 and a second magnetic body 212a formed of an insulating layer are formed on the thinned back surface. Then, as shown in FIG. 4B, the thinned wafer 200 ′ is separated into a die 252, and the die 252 is brought into proximity with the first semiconductor device 102 on the wafer 100 to form a wafer ( The first magnetic body 110a formed at 100 and the second magnetic body 212a formed at the die 252 are aligned and attached to each other by the magnetic force F. As such, when the magnetic material 212a is disposed on the rear surface of the die 252, the die 252 may not be flipped when stacked.

도 5a 및 도 5f는 본 발명의 일 실시예에 이용되는 자성체 형성 방법의 또 다른 예와, 이에 따르는 반도체소자 얼라인 방법을 나타내는 단면도들이다. 상술한 자성체 형성 방법들에서는 반도체소자가 형성된 다음에 웨이퍼의 상부면 혹은 후면에 자성체를 형성 하는데, 본 방법에서는 반도체소자 제조공정 중에 자성체를 형성한다.5A and 5F are cross-sectional views illustrating still another example of a method of forming a magnetic body used in an embodiment of the present invention and a semiconductor device alignment method according thereto. In the above-described magnetic body forming methods, after the semiconductor device is formed, a magnetic body is formed on the upper or rear surface of the wafer. In this method, the magnetic body is formed during the semiconductor device manufacturing process.

도 5a는 웨이퍼(200) 상의 제2 반도체소자(202) 제조공정 중에 형성된 제2 자성체(213a)의 일예를 나타낸다. 도시된 바와 같이 제2 자성체(213a)가 소자영역에 위치하게 되면, 웨이퍼(200)를 씨닝하여 다이로 분리하였을 때 상기 다이의 상부면 및 하부면 양방향으로 얼라인에 필요한 자기력을 일으킬 수 있어 다이의 상하로 반도체소자가 적층되는 경우에 효과적으로 이용될 수 있다. 5A illustrates an example of the second magnetic material 213a formed during the manufacturing process of the second semiconductor device 202 on the wafer 200. As shown in FIG. 2, when the second magnetic material 213a is positioned in the device region, when the wafer 200 is thinned and separated into a die, the magnetic force required for alignment may be generated in both directions of the upper and lower surfaces of the die. It can be effectively used when the semiconductor elements are stacked up and down.

반도체소자 제조 공정 중의 자성체 형성은, 트랜지스터 형성과 같이 고온을 요구하는 공정이 끝난 후에 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 반도체소자 제조 공정 중 자성체를 형성하여도, 도 5a와 달리 자성체를 다이의 하부면에 노출시키거나 가깝게 하여 하부면 방향으로 보다 큰 자기력을 유도할 수 있다. 일예로, 도 5b 및 도 5c를 참조하면, 트랜지스터를 구성하는 분리(isolation) 산화막(50), 소스(52s, 54s), 드레인(52d, 54d), 게이트 전극(56) 및 스페이서(58) 등을 형성한 후 층간절연막(60)을 증착하고 평탄화 한 다음에 도 5b에 도시된 바와 같이 층간절연막(60)을 관통하여 웨이퍼(200) 내부까지 이르는 홀이나 트렌치 형상의 음각구조(70)를 형성한다. 그 다음에 절연막 라이너층(80)을 음각구조(70) 내부 및 층간절 연막(60) 상부면에 증착한 후 음각구조(70)를 자성물질로 매립한다. 음각구조(70)를 자성물질로 채워 넣기 위해 확산방지막 및 시드(seed)층 형성에 이은 금속 자성물질 플레이팅 방법 혹은 자성체 입자가 분산된 SOG(Spin On Glass)나 BCB(BenzoCycloButene)와 같은 레진을 도포하여 채워 넣은 후 큐어링(curing) 하는 방법을 이용할 수 있다. 이어서 음각구조(70) 내부를 제외한 영역에 있는 자성물질 및 시드층 등의 도전층을 화학기계적 연마나 전면식각 방법을 이용하여 제거하면 도 5c에 도시된 바와 같이 층간절연막(60)을 관통하여 웨이퍼(200) 내부까지 이르는 제2 자성체(214a)가 형성된다. 도시 하지는 않았지만, 계속해서 금속배선과 같은 트랜지스터 형성 이후 필요한 공정을 진행하여 반도체소자를 완성한다.It is preferable that the formation of the magnetic body in the semiconductor device manufacturing step is performed after the step of requesting high temperature such as the transistor formation is completed. In addition, even when the magnetic material is formed during the semiconductor device manufacturing process, unlike in FIG. 5A, the magnetic material may be exposed to or close to the lower surface of the die to induce greater magnetic force in the lower surface direction. For example, referring to FIGS. 5B and 5C, the isolation oxide film 50, the sources 52s and 54s, the drains 52d and 54d, the gate electrode 56, the spacer 58, and the like constituting the transistor may be used. And then deposit and planarize the interlayer insulating film 60, and then form a hole or trench-type intaglio structure 70 that penetrates the interlayer insulating film 60 to the inside of the wafer 200 as shown in FIG. 5B. do. Next, the insulating film liner layer 80 is deposited inside the intaglio structure 70 and the upper surface of the interlayer dielectric film 60, and the intaglio structure 70 is embedded with a magnetic material. In order to fill the intaglio structure 70 with a magnetic material, a metal magnetic material plating method followed by forming a diffusion barrier and seed layer or a resin such as spin on glass (SOG) or BenzoCycloButene (BCB) in which magnetic particles are dispersed After coating and filling, a method of curing may be used. Subsequently, the conductive layers such as the magnetic material and the seed layer in the regions other than the inside of the intaglio structure 70 are removed by chemical mechanical polishing or a full surface etching method to penetrate the interlayer insulating film 60 as shown in FIG. 5C. The second magnetic body 214a reaching the inside of the 200 is formed. Although not shown, the semiconductor device is completed by performing a necessary process after transistor formation such as metal wiring.

도 5d 내지 도 5f를 참조하면, 상기 방법에 따라 형성된 제2 자성체(214a)는 도 5d에 도시된 바와 같이 제2 반도체소자(202) 영역(파선으로 표시된 영역)을 지나 웨이퍼(200) 내부까지 이르게 된다. 이어서, 도 5e와 같이 웨이퍼(200) 후면을 씨닝하여 제2 자성체(214a)를 노출시킨다. 그런 다음에 도 5f에 도시된 바와 같이, 도 5e의 상기 씨닝된 웨이퍼(200'')로부터 분리된 다이(254)를 웨이퍼(100) 상의 제1 반도체소자(102)에 근접시켜 제1 자성체(110a)와 제2 자성체(214a)간의 자기력에 의해 상기 제1 및 제2 반도체소자들(102, 202)이 얼라인 되고 다이(254)가 웨이퍼(100)에 부착되도록 한다. 도시하지는 않았지만, 제2 자성체(214a)의 표면을 보호하기 위해서 도 5e의 공정 이후에 씨닝된 웨이퍼(200'')의 후면에 절연물질로 이루어진 보호막을 형성한 다음 다이(254)로 분리할 수 있다.5D to 5F, the second magnetic material 214a formed according to the above method passes through the region of the second semiconductor element 202 (the area indicated by the broken line) to the inside of the wafer 200 as shown in FIG. 5D. This leads to. Subsequently, the back surface of the wafer 200 is thinned as shown in FIG. 5E to expose the second magnetic material 214a. Then, as shown in FIG. 5F, the die 254 separated from the thinned wafer 200 ″ of FIG. 5E is brought close to the first semiconductor device 102 on the wafer 100 to form a first magnetic material ( The magnetic force between 110a and the second magnetic material 214a causes the first and second semiconductor devices 102 and 202 to be aligned and the die 254 to be attached to the wafer 100. Although not shown, a protective film made of an insulating material may be formed on the rear surface of the thinned wafer 200 ″ after the process of FIG. 5E to protect the surface of the second magnetic material 214a and then separated by the die 254. have.

도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자성체를 이용한 반도체 소자 얼라인 방법을 설명하는 단면도들로서 다이와 다이의 적층(die-to-die stacking)을 나타내고 있다. 본 실시예에서는 상술한 실시예의 자성체 형성 방법들이 동일하게 적용되며 상술한 실시예와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하고, 중복 설명은 배제하도록 한다.6A through 6C are cross-sectional views illustrating a semiconductor device alignment method using a magnetic material according to another exemplary embodiment of the present invention, showing die-to-die stacking. In the present embodiment, the magnetic body forming methods of the above-described embodiment are applied in the same manner, and the same reference numerals are given to the same parts as the above-described embodiment, and redundant descriptions are omitted.

도 6a를 참조하면, 제1 반도체소자(102)와 제1 자성체(110a)가 형성된 상기 도 3e의 웨이퍼(100)를 백그라인딩과 소잉을 통해 제1 다이(150)로 분리한 다음 제1 자성체(110a)가 상부에 오도록 제1 다이(150)를 지지대(도시하지 않음)에 고정시킨다. 이어서, 제2 반도체소자(202)를 포함하며 제2 자성체(210a)가 상부면에 형성되어 있는 제2 다이(260)를 제1 및 제2 자성체들(110a, 210a)이 서로 마주볼 수 있도록 플립(flip)하여 제1 다이(150)에 근접시켜 상기 자성체들(110a, 210a)간의 자기력 F에 의해 제1 반도체소자(102)와 제2 반도체소자(202)가 얼라인 되면서 제2 다이(260)가 제1 다이(150)에 부착되도록 한다. Referring to FIG. 6A, the wafer 100 of FIG. 3E, on which the first semiconductor device 102 and the first magnetic body 110a are formed, is separated into a first die 150 through backgrinding and sawing, and then a first magnetic body. The first die 150 is fixed to a support (not shown) so that 110a is at the top. Subsequently, the first and second magnetic materials 110a and 210a may face each other with the second die 260 including the second semiconductor device 202 and the second magnetic material 210a formed on the upper surface thereof. The first semiconductor device 102 and the second semiconductor device 202 are aligned by the magnetic force F between the magnetic bodies 110a and 210a by flipping the first die 150 to be close to the first die 150. 260 is attached to the first die 150.

도 6b 및 도 6c를 참조하면, 도 6b에 도시된 바와 같이 제2 자성체(212a)가 제2 다이(262)의 후면에 형성된 경우 및 도 6c에 도시된 바와 같이 제2 자성체(214a)가 제2 반도체소자(202) 제조공정 중에 형성되어 제2 다이(264)의 후면에 노출된 경우, 제2 다이(262, 264)를 각각 도시된 바와 같이 플립시키지 않고 제1 다이(150)에 근접시켜 자기력 F에 의해 제1 반도체소자(102)와 제2 반도체소자(202)의 얼라인과 다이간의 부착을 이루도록 한다. 다이와 다이의 적층에서도, 다이의 근접은 픽앤드플레이스(pick and place) 장비와 같이 분리된 다이를 집어서 기계적으로 이동시킨 다음 규정된 위치에 내려놓는 기능이 있는 장비를 통해서 이루어질 수 있다.6B and 6C, the second magnetic body 212a is formed on the rear surface of the second die 262 as shown in FIG. 6B and the second magnetic body 214a is formed as shown in FIG. 6C. 2 When the semiconductor device 202 is formed during the manufacturing process and exposed to the rear surface of the second die 264, the second dies 262 and 264 are brought close to the first die 150 without flipping, respectively, as shown. The magnetic force F causes adhesion between the alignment of the first semiconductor element 102 and the second semiconductor element 202 and the die. In the stacking of dies and dies, the proximity of the dies can be achieved through equipment with the ability to pick up separate dies, mechanically move them and then lower them to defined locations, such as pick and place equipment.

다이와 다이의 적층 시, 상기 실시예와 같이 다이와 다이를 직접 적층하기도 하지만, 칩서포트를 다이와 다이 사이에 삽입 하여 다이와 칩서포트의 적층을 이루도록 하는 경우에는 칩서포트와 다이 상의 반도체소자의 얼라인이 요구된다. 또한 반도체소자 패키징에서, 플립칩 본딩(flip chip bonding)과 같이 다이를 칩서포트에 적층하여 본딩하게 되는 경우에도 칩서포트와 반도체소자의 얼라인이 필요하다.When stacking dies and dies, dies and dies may be directly stacked as in the above embodiment, but when chip support is inserted between dies and dies to form die and chip support, alignment between chip support and semiconductor elements on the die is required. do. In semiconductor device packaging, even when a die is laminated and bonded to a chip support such as flip chip bonding, alignment between the chip support and the semiconductor device is required.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자성체를 이용한 칩서포트와 반도체소자간의 얼라인 방법을 나타내는 단면도이다. 본 실시예에서는 상술한 실시예들의 자성체 형성 방법들이 동일하게 적용되며, 중복 설명은 배제하도록 한다. 도 7을 참조하면, 제1 자성체(162a)가 상부에 형성된 칩서포트(160)에 반도체소자(206)와 제2 자성체(216a)가 형성된 다이(256)를 근접시켜 자기력 F에 의해 반도체소자(206)의 얼라인과 다이(256)와 칩서포트(160)의 부착을 이루도록 한다. 칩서포트는(160) 유리(glass), BCB와 같은 폴리머, 알루미나와 같은 세라믹, 혹은 실리콘(Si) 기판 등으로 이루어질 수 있으며 도시하지는 않았지만 콘택패드 및 비아와 같은 금속배선이 칩서포트(160)에 형성되어 있다. 도 7에서는 제2 자성체(216a)가 반도체소자(206) 제조공정 중에 제작되어 다이(256) 후면에 노출된 경우가 예시되었지만, 상기 도 3k 혹은 도 4a와 유사하게, 자성체를 반도체소자(206) 제조공정이 완료된 웨이퍼(도시하지 않음) 상부면에 혹은 씨닝된 후면에 형성한 경우에도 본 실시예를 적용할 수 있다. 본 실시예에서도 다이(256)를 칩서포트(160)에 근접시키기 위해 픽앤드플레이스(pick and place) 장비와 같이 분리된 다이를 집어서 기계적으로 이 동시킨 다음 규정된 위치에 내려놓는 기능이 있는 장비를 이용할 수 있다.7 is a cross-sectional view illustrating an alignment method between a chip support and a semiconductor device using a magnetic material according to another exemplary embodiment of the present invention. In the present embodiment, the magnetic body forming methods of the above-described embodiments are applied in the same manner, and redundant descriptions are omitted. Referring to FIG. 7, the die 256 formed with the semiconductor device 206 and the second magnetic material 216a is brought close to the chip support 160 having the first magnetic material 162a formed thereon, and the semiconductor device may be formed by the magnetic force F. The alignment of the die 206 and the die 256 and the chip support 160 may be performed. The chip support 160 may be made of glass, a polymer such as BCB, a ceramic such as alumina, or a silicon (Si) substrate, and although not shown, metal wires such as contact pads and vias may be formed on the chip support 160. Formed. In FIG. 7, the second magnetic material 216a is manufactured during the manufacturing process of the semiconductor device 206 and exposed to the back surface of the die 256. However, similarly to FIG. 3K or FIG. The present embodiment can also be applied to the case where the manufacturing process is formed on the top surface of a wafer (not shown) or thinned back surface. The present embodiment also has a function of picking up a separate die, such as pick and place equipment, to mechanically move the die 256 to the chip support 160, and then lowering it to a prescribed position. Equipment is available.

도 8a 내지 도 8c는 외부 자기장을 이용한 반도체소자의 얼라인 및 부착을 설명하기 위한 단면도들이다. 상술한 실시예들에서, 자성체들간의 자기력이 증가되면 얼라인을 위해 다이를 근접시키는 혹은 내려놓아도 되는 위치의 범위가 넓어져 다이의 이동 및 배치(placing) 공정 속도가 빨라질 수 있다. 자성체들간의 자기력을 증가시키기 위한 방법으로 외부 자기장을 이용할 수 있다.8A through 8C are cross-sectional views illustrating alignment and attachment of a semiconductor device using an external magnetic field. In the above-described embodiments, the increase in the magnetic force between the magnetic materials may increase the range of positions where the die may be brought closer or lowered for alignment, thereby speeding up the movement and placing process of the die. An external magnetic field may be used to increase the magnetic force between the magnetic bodies.

도 8a를 참조하면, 웨이퍼(100) 주위에 코일(290)을 설치한 후 전류를 흐르게 하면 코일(290)에 의한 자기장에 의해 얼라인 시 제1 자성체(110a)와 제2 자성체(210a)간에 보다 강력한 자기력(F)이 작용하게 된다. Referring to FIG. 8A, when the coil 290 is installed around the wafer 100 and a current flows, the first magnetic body 110a and the second magnetic body 210a may be aligned with each other by the magnetic field generated by the coil 290. More powerful magnetic force (F) will be working.

또한, 얼라인 직전 외부 자기장을 인가하는 방법을 이용하면, 상기 자성체들(110a, 210a)을 사전에 자화시키지 않아도 된다. 도 8b를 참조하면, 자화가 되지 않은 제2 자성체(210a)를 포함하고 있는 다이(250)를 역시 자화되지 않은 제1 자성체(110a)를 포함하고 있는 웨이퍼(100) 위에 먼저 내려놓는다. 그런 다음에 코일(290)에 전류를 흐르게 하여 자기장을 발생시키면 상기 자성체들(110a, 210a)이 자화되어 인력 F가 작용하여 웨이퍼(100) 위에 놓여진 다이(250)가 얼라인 위치로 이동되어 부착된다.In addition, when the external magnetic field is applied immediately before the alignment, the magnetic bodies 110a and 210a may not be magnetized in advance. Referring to FIG. 8B, the die 250 including the second nonmagnetic magnetization 210a is first placed on the wafer 100 including the first nonmagnetic magnetization 110a. Then, when a current is caused to flow through the coil 290 to generate a magnetic field, the magnetic bodies 110a and 210a are magnetized so that the attraction force F acts so that the die 250 placed on the wafer 100 is moved to an alignment position. do.

외부 자기장을 유도하는 코일(290)은 상기 도 8a 및 도 8b와 같이 웨이퍼(100) 주위에 설치될 수도 있고, 도 8c에 도시된 바와 같이 코일(292)이 다이(250) 주위에 설치 될 수도 있다. The coil 290 for inducing an external magnetic field may be installed around the wafer 100 as shown in FIGS. 8A and 8B, and the coil 292 may be installed around the die 250 as shown in FIG. 8C. have.

상기 도면들에서는 다이(250)와 웨이퍼(100) 적층의 경우를 예로 들어 외부 자기장의 이용을 설명하였지만 다이와 다이의 적층 및 다이와 칩서포트의 적층에도 외부 자기장이 상기 원리와 동일하게 이용될 수 있다.In the above drawings, the use of an external magnetic field has been described taking the case of stacking the die 250 and the wafer 100 as an example, but the external magnetic field may be used in the same manner as the above principle in the stacking of dies and dies and the stacking of dies and chip supports.

도 9a 및 도 9b는 다수개의 반도체소자를 하나의 반도체소자 위에 적층하는 예를 나타내는 단면도들이다. 9A and 9B are cross-sectional views illustrating an example in which a plurality of semiconductor devices are stacked on one semiconductor device.

도 9a를 참조하면, 웨이퍼(100) 상의 제1 반도체소자(106) 위에 적층될 제2 반도체소자(202)와 제3 반도체소자(302)를 각각 웨이퍼(도시하지 않음) 상에 제작하되 상술한 방법에 따라 제2 자성체(214a)와 제3 자성체(310a)를 형성한 다음 각 웨이퍼를 다이(264, 350)로 분리한다. 이후, 제2 반도체소자를(202)를 포함하고 있는 다이(264)를 제2 다이 그리고 제3 반도체소자(302)를 포함하고 있는 다이(350)를 제3 다이라고 한다. 또한, 웨이퍼(100)에도 상기 다이들(264, 350)에 각각 형성된 제2 자성체(214a) 또는 제3 자성체(310a)와 작용하여 얼라인을 유도할 제1 자성체들(116a, 116b)을 형성한다. 그런 다음에 웨이퍼(100) 상의 제1 반도체소자(106)에 제2 다이(264)를 근접시켜 제1 자성체(116a)와 제2 자성체(214a)간의 자기력에 의해 도시된 바와 같이 제1 반도체소자(106)와 제2 반도체소자(202)의 얼라인을 이루고 제2 다이(264)를 웨이퍼(100)에 부착시킨다. 이어서, 제3 다이(350)를 제1 반도체소자(106)에 근접시켜 제1 자성체(116b)와 제3 자성체(310a)간의 자기력에 의해 제3 반도체소자(302)의 얼라인 및 제 3 다이(350)의 부착이 이루어지도록 한다. 9A, a second semiconductor device 202 and a third semiconductor device 302 to be stacked on the first semiconductor device 106 on the wafer 100 are fabricated on a wafer (not shown), respectively. According to the method, the second magnetic body 214a and the third magnetic body 310a are formed, and then each wafer is separated into dies 264 and 350. Subsequently, the die 264 including the second semiconductor device 202 is referred to as a third die, and the die 350 including the second die and the third semiconductor device 302 is referred to as a third die. In addition, the first magnets 116a and 116b are formed on the wafer 100 to act as the second magnetic material 214a or the third magnetic material 310a formed on the dies 264 and 350, respectively. do. Then, the second die 264 is brought close to the first semiconductor device 106 on the wafer 100, and as shown by the magnetic force between the first magnetic body 116a and the second magnetic body 214a, the first semiconductor device as shown. The second die 264 is attached to the wafer 100 by aligning the 106 with the second semiconductor element 202. Subsequently, the third die 350 is brought close to the first semiconductor element 106, and the alignment and the third die of the third semiconductor element 302 are caused by the magnetic force between the first magnetic body 116b and the third magnetic body 310a. Attachment 350 is made.

도 9b는 다이와 다이의 적층(die-to-die stacking) 시 하나의 반도체소자에 다수개의 반도체소자들을 얼라인 및 부착하는 방법을 나타낸다. 상기 도 9a에 도시된 웨이퍼(100)를 제1 반도체소자(106)를 포함하는 제1 다이(154)로 분리하여 지지 대(도시하지 않음)에 고정시킨 후 제2 다이(264)를 접근시켜 제1 자성체(116a)와 제2 자성체(214a)간의 자기력에 의해 제2 반도체소자(202)의 얼라인과 제2 다이(264)의 부착을 이룬다. 이어서, 제3 다이(350)를 제1 다이(154)에 접근시켜 제1 자성체(116b)와 제3 자성체(310a)간의 자기력에 의해 제3 반도체소자(302)의 얼라인 및 제 3 다이(350)의 부착이 이루어지도록 한다. 도시하지는 않았지만, 상술한 방법을 통하여 칩서포트에도 다수개의 다이를 적층할 수 있으며, 자성체들간의 자기력 증가를 위해 외부 자기장을 이용할 수 있다. 또한, 상술한 예들에서는 2개의 반도체소자가 하나의 반도체소자에 적층되지만 같은 방법으로 3개 이상의 반도체소자를 하나의 반도체소자 상에 적층할 수 있다.FIG. 9B illustrates a method of aligning and attaching a plurality of semiconductor devices to one semiconductor device during die-to-die stacking. The wafer 100 illustrated in FIG. 9A is separated into a first die 154 including the first semiconductor element 106 and fixed to a support stand (not shown), and then the second die 264 is approached. The alignment of the second semiconductor element 202 and the second die 264 are attached by the magnetic force between the first magnetic body 116a and the second magnetic body 214a. Subsequently, the third die 350 is approached to the first die 154 so that the alignment and the third die of the third semiconductor device 302 are caused by the magnetic force between the first magnetic body 116b and the third magnetic body 310a. 350 to be attached. Although not shown, a plurality of dies may be stacked on the chip support through the above-described method, and an external magnetic field may be used to increase the magnetic force between the magnetic bodies. In the above-described examples, two semiconductor devices are stacked on one semiconductor device, but three or more semiconductor devices may be stacked on one semiconductor device in the same manner.

도 10a 내지 도 10c에는 상술한 얼라인 방법을 이용해서 다이를 웨이퍼에 적층한 후 다이와 웨이퍼에 각각 형성된 반도체소자들을 전기적으로 연결하는 일예가 도시되어 있다.10A to 10C illustrate an example in which a die is stacked on a wafer using the above-described alignment method and then electrically connected to the die and the semiconductor devices formed on the wafer, respectively.

도 10a를 참조하면, 제1 반도체소자(102)와 제1 자성체(110a)가 형성되어 있는 웨이퍼(100) 상에 폴리이미드, BCB 또는 에폭시와 같은 절연물질(360)을 도포한 후 제2 반도체소자(202)와 제2 자성체(210a)가 형성되어 있는 다이(250)들을 상술한 방법에 따라 얼라인하여 부착한다. 그런 다음에, 상기 절연물질(360)을 큐어링함으로써 다이(250)들을 웨이퍼(100)에 고착시킨다. 이어서, 다이(250) 상부로부터 제2 반도체소자(202)와 절연물질(360)을 관통하여 제1 반도체소자(102)에 형성된 랜딩패드(landing pad)(108)까지 이르는 비아홀(370)을 형성한다. 도시하지는 않았지만 랜딩패드(108)는 제1 반도체소자(102)의 금속배선과 연결되어 있다.Referring to FIG. 10A, a second semiconductor is coated after an insulating material 360 such as polyimide, BCB, or epoxy is coated on the wafer 100 on which the first semiconductor device 102 and the first magnetic body 110a are formed. The dies 250 in which the element 202 and the second magnetic body 210a are formed are aligned and attached in the above-described manner. The dies 250 are then secured to the wafer 100 by curing the insulating material 360. Subsequently, a via hole 370 is formed from an upper portion of the die 250 to a landing pad 108 formed in the first semiconductor device 102 through the second semiconductor device 202 and the insulating material 360. do. Although not shown, the landing pad 108 is connected to the metal wires of the first semiconductor device 102.

이어서, 도 10b를 참조하면, 상기 결과물 전면에 실리콘산화막이나 실리콘질화막을 증착하여 절연막 라이너층을 형성한 다음에 전면식각을 실시하여 비아홀(370) 측면에만 절연막 라이너(380)를 남겨 놓고 랜딩패드(108) 상부를 노출한다. 이어서 절연막 라이너(380)가 형성되어 있는 비아홀을 금속층으로 매립하여 제1 비아(382)를 형성한다.Subsequently, referring to FIG. 10B, a silicon oxide film or a silicon nitride film is deposited on the entire surface of the resultant to form an insulating film liner layer, and then the entire surface is etched to leave the insulating film liner 380 only on the side of the via hole 370. 108) Expose the top. Subsequently, a via hole in which the insulation layer liner 380 is formed is filled with a metal layer to form a first via 382.

이어서, 도 10c에 도시된 바와 같이, 상술한 방법으로 제2 반도체소자(202)의 랜딩패드(208)까지 이르는 비아홀을 형성한 다음 절연막 라이너(390)와 제2 비아(392)를 형성한다. 최종적으로 제2 반도체소자(202) 상에 제1 및 제2 비아들(382, 392)을 연결하는 금속배선(396)을 형성함으로써 제1 반도체소자(102)와 제2 반도체소자(202)를 전기적으로 연결한다.Subsequently, as shown in FIG. 10C, a via hole extending to the landing pad 208 of the second semiconductor device 202 is formed by the above-described method, and then an insulating film liner 390 and a second via 392 are formed. Finally, the first semiconductor device 102 and the second semiconductor device 202 are formed by forming a metal wiring 396 connecting the first and second vias 382 and 392 on the second semiconductor device 202. Connect electrically.

도 11a 내지 도 11e에는 상술한 얼라인 방법을 이용한 반도체 구조물 제작 시, 적층되어 있는 반도체소자간의 혹은 반도체소자와 칩서포트 단자간의 전기적 연결을 이루는 인터커넥트(interconnect) 제작의 일예로서 범프(bump) 형성 방법이 도시되어 있다.11A to 11E illustrate a method of forming a bump as an example of fabricating interconnects that form electrical connections between stacked semiconductor devices or between semiconductor devices and chip support terminals when fabricating a semiconductor structure using the above-described alignment method. Is shown.

도 11a 및 도 11b를 참조하면, 먼저 도 11a에서, 콘택패드(contact pad)(410)를 구비한 웨이퍼(400) 상부면에 상술한 방법을 이용하여 자성체(420)를 형성한다. 여기서, 상부면이라 함은 도면상의 상부를 의미하므로 실제 웨이퍼에서는 웨이퍼 전면이 될 수도 있고 후면이 될 수도 있다. 도시하지는 않았지만 웨이퍼(400)는 반도체소자를 구비하며, 콘택패드(410)는 반도체소자의 금속배선과 연결되어 있다. 자성체(420) 형성 후, 자성체 보호층(422)을 더 형성한 경우는 도 11b와 같이 콘택패드(410)의 상부면을 사진 및 식각 공정을 통해 노출시키도록 한다. 이후의 도면들에서는 도면의 단순화를 위해 자성체 보호층(422)이 형성되지 않은 경우를 도시하기로 한다.Referring to FIGS. 11A and 11B, in FIG. 11A, a magnetic material 420 is formed on the top surface of a wafer 400 having a contact pad 410 by using the aforementioned method. Here, since the upper surface means the upper portion in the drawing, the wafer may be the front surface or the rear surface of the actual wafer. Although not shown, the wafer 400 includes a semiconductor device, and the contact pad 410 is connected to a metal wiring of the semiconductor device. After the magnetic body 420 is formed, when the magnetic protective layer 422 is further formed, the upper surface of the contact pad 410 is exposed through a photo and etching process as shown in FIG. 11B. In the following drawings, for the sake of simplicity, the magnetic protection layer 422 is not formed.

도 11c를 참조하면, 콘택패드(410)와 자성체(420)가 형성된 웨이퍼(400) 상부면 전면에 UBM(Under Bump Metal)층(430)을 형성한 다음, 상기 UBM층(430) 중 범프 영역을 노출시키는 개구부(442)를 갖는 포토레지스트 패턴(440)을 UBM층(430) 표면에 형성한다. UBM층(430)은 Ti, Ta, Cr, Ni, Cu, Pd, Au 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있으며 스퍼터링 혹은 플레이팅 방법을 통해서 형성된다.Referring to FIG. 11C, an under bump metal (UBM) layer 430 is formed on the entire surface of the upper surface of the wafer 400 on which the contact pads 410 and the magnetic material 420 are formed, and then bump regions of the UBM layers 430. A photoresist pattern 440 having an opening 442 exposing the photoresist is formed on the surface of the UBM layer 430. The UBM layer 430 may be made of Ti, Ta, Cr, Ni, Cu, Pd, Au, or a combination thereof and is formed through a sputtering or plating method.

도 11d 및 도 11e를 참조하면, 상기 포토레지스트 패턴(440)에 의해 형성된 개구부(442) 내에 플레이팅 방법을 통해 범프 물질을 형성한 다음 포토레지스트 패턴(440)을 제거하고 이어서 상기 UBM층(430) 중 범프 영역 외에 형성된 부분을 제거하여, 도 11d에 도시된 바와 같이 웨이퍼(400) 상부면에 대하여 돌출된 범프(450)를 형성한다. 범프(450) 형성 후 리플로우(reflow)가 필요 없는 스터드(stud) 범프의 경우에는 범프 물질로 Cu나 Au가 바람직하고, 리플로우를 통해 모양형성이 요구되는 솔더(solder) 범프의 경우에는 범프 물질로 Pb, Sn, Cu, Ni, Ag, Bi, In 및 이들의 합금 중에서 선택되는 것을 이용할 수 있다. 솔더 범프의 경우는, 범프(450)를 리플로우시켜 도 11e에 도시된 바와 같이 구형에 가까운 범프(450')로 모양을 바꿀 수 있다.11D and 11E, a bump material is formed in the opening 442 formed by the photoresist pattern 440 through a plating method, and then the photoresist pattern 440 is removed, followed by the UBM layer 430. A portion formed outside the bump area of the wafer) is removed to form a bump 450 protruding from the upper surface of the wafer 400 as shown in FIG. 11D. For stud bumps that do not require reflow after the bumps 450 are formed, Cu or Au is preferable as a bump material, and in the case of solder bumps that require shape formation through reflow, bumps are required. As the material, one selected from Pb, Sn, Cu, Ni, Ag, Bi, In and alloys thereof may be used. In the case of solder bumps, the bumps 450 may be reflowed to reshape the bumps 450 'close to a spherical shape as shown in FIG. 11E.

도 12a 내지 도 12c는 솔더 범프의 다른 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 먼저 도 12a를 참조하면, 콘택패드(413)와 자성체(420)가 형성된 웨이퍼 (400) 상에 콘택패드(413)를 노출시키는 개구부(462)를 갖는 포토레지스트 패턴(460)을 형성한다. 이어서 도 12b와 같이 상기 개구부(462)에 솔더 페이스트(470)를 채워 넣는다. 최종적으로, 포토레지스트 패턴(460)을 제거한 후 솔더 페이스트(470)를 리플로우 하면 도 12c에 도시된 구형에 가까운 솔더 범프(470')를 얻을 수 있다. 상기 방법에 의한 솔더 범프(470') 형성은 Cu와 같이 솔더를 웨팅(wetting)할 수 있는 금속이 콘택패드(413)를 구성한 경우이거나, 콘택패드(413) 상부면이 솔더를 웨팅 할 수 있는 금속으로 코팅되었을 경우에 적용하는 것이 바람직하다.12A to 12C are cross-sectional views illustrating another method for forming solder bumps. Referring first to FIG. 12A, a photoresist pattern 460 having an opening 462 exposing the contact pad 413 is formed on the wafer 400 on which the contact pad 413 and the magnetic body 420 are formed. Subsequently, the solder paste 470 is filled in the opening 462 as shown in FIG. 12B. Finally, if the solder paste 470 is reflowed after the photoresist pattern 460 is removed, the solder bumps 470 ′ close to a sphere illustrated in FIG. 12C may be obtained. The formation of the solder bumps 470 'according to the above method may be performed when the metal capable of wetting the solder, such as Cu, constitutes the contact pad 413, or the upper surface of the contact pad 413 may wet the solder. It is preferable to apply when coated with metal.

한편, 상술한 Cu 혹은 Au 스터드 범프의 다른 형성 방법은 볼 본더(ball bonder)를 이용해서 Cu 혹은 Au 와이어(wire) 끝단에 볼을 형성하여 웨이퍼 혹은 다이의 콘택패드와 접합한 후 와이어 부분을 잘라냄으로서 콘택패드 위에 범프를 형성하는 것이다. On the other hand, another method of forming the Cu or Au stud bump described above is to form a ball at the end of the Cu or Au wire using a ball bonder (bond) to the contact pad of the wafer or die, and then cut the wire portion The bumps are formed on the contact pads.

상술한 예들에서는, 웨이퍼 상에 형성되는 범프의 경우에 대해서만 설명이 되었지만 칩서포트와 같은 패키지 기판에도 동일한 방법으로 범프를 형성할 수 있다.In the above examples, only the bumps formed on the wafer have been described, but bumps can be formed on the package substrate such as the chip support in the same manner.

도 13a 내지 도 13d에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자성체를 이용한 반도체 구조물의 제작 방법이 도시되어 있다. 본 실시예에서는, 반도체 구조물 형성을 위한 접속 수단으로서 솔더 범프로 이루어진 인터커넥트가 이용된다. 13A to 13D illustrate a method of manufacturing a semiconductor structure using a magnetic material according to another embodiment of the present invention. In this embodiment, an interconnect made of solder bumps is used as a connecting means for forming a semiconductor structure.

도 13a를 참조 하면, 콘택패드(610)를 구비한 웨이퍼에 상술한 방법을 통해 자성체(620)와 솔더 범프로 이루어진 인터커넥트(630)를 형성한 후 다이(600)로 분리한다. 여기서 도시하지는 않았지만 콘택패드(610)는 다이(600)에 형성된 반도체 소자의 금속배선과 연결되어 있다. 다이(600)로 분리 후, 상기 인터커넥트(630)가 기판(500) 상의 대응 콘택패드(510)와 얼라인 되도록 다이(600)를 기판(500)에 근접시키면 기판(500)에 형성된 자성체(520)(이후 제1 자성체라 칭함)와 다이(600)에 형성된 자성체(620)(이후 제2 자성체라 칭함) 사이의 자기력 F에 의해 다이(600)가 얼라인 위치로 움직이게 된다. 상기 기판(500)은 다이와 웨이퍼 적층(die-to-wafer stacking) 시에는 웨이퍼가 되며, 다이와 다이 적층(die-to-die stacking) 시에는 대응하는 다이가 되며, 또한 다이 패키징 시에는 칩서포트(chip support)가 된다. 도시하지는 않았지만 대응 콘택패드(510)는 기판(500)에 형성된 반도체소자의 금속배선 혹은 칩서포트 배선과 연결되어 있다.Referring to FIG. 13A, the interconnect 630 including the magnetic material 620 and the solder bumps is formed on the wafer having the contact pad 610 by the above-described method, and then separated into a die 600. Although not shown here, the contact pad 610 is connected to the metal wiring of the semiconductor device formed on the die 600. After separation into the die 600, the magnetic material 520 formed in the substrate 500 is formed by bringing the die 600 close to the substrate 500 such that the interconnect 630 is aligned with the corresponding contact pad 510 on the substrate 500. The die 600 is moved to the alignment position by the magnetic force F between the (hereinafter referred to as the first magnetic material) and the magnetic material 620 (hereinafter referred to as the second magnetic material) formed in the die 600. The substrate 500 becomes a wafer during die-to-wafer stacking and during die-to-die stacking. It becomes a corresponding die, and chip support in die packaging. Although not shown, the corresponding contact pad 510 is connected to the metal wiring or the chip support wiring of the semiconductor device formed on the substrate 500.

도 13b 및 도 13c를 참조하면, 상기 제1 자성체(520)와 제2 자성체(620)간의 자기력에 의해 인터커넥트(630)와 대응 콘택패드(510)가 얼라인을 이루면 도 13b에 도시된 바와 같이 인터커넥트(630)가 대응 콘택패드(510) 바로 위에 위치하게 된다. 그다음에, 온도를 높여 인터커넥트(630)를 리플로우(reflow) 시키면 용융된 솔더가 대응 콘택패드(510)를 웨팅(wetting) 하게 된다. 이때, 자기력 F와 상기 용융된 솔더의 표면장력간에 힘의 균형을 이루도록 하면 다이(600)와 기판(500)의 과도한 근접이 방지되어 용융된 솔더간의 융합을 방지할 수 있다. 이를 위하여, 인터커넥트(630)가 완전히 용융되기 전에 외부 자기장을 제1 및 제2 자성체들(520, 620)이 형성하는 자기장과 반대로 인가함으로써 자기력을 약하게 할 수 있다. 혹은, 자성체를 이루는 자성물질을 선택할 때 인터커넥트(630)의 용융 온도에서 자성이 크게 약해지는 물질을 선택할 수 있다. 이어서, 다시 온도를 낮추면 도 13c에 도시된 바와 같이 기판(500)과 다이(600)가 인터커넥트(630')를 통해 접속된 반도체 구조물이 형성된다.13B and 13C, when the interconnect 630 and the corresponding contact pad 510 are aligned by the magnetic force between the first magnetic body 520 and the second magnetic body 620, as shown in FIG. 13B. Interconnect 630 is positioned directly above the corresponding contact pad 510. Then, when the temperature is increased to reflow interconnect 630, the molten solder causes the corresponding contact pad 510 to wet. At this time, if the balance of the force between the magnetic force F and the surface tension of the molten solder to achieve the excessive proximity of the die 600 and the substrate 500 can be prevented to prevent the fusion between the molten solder. To this end, the magnetic force may be weakened by applying an external magnetic field opposite to the magnetic field formed by the first and second magnetic bodies 520 and 620 before the interconnect 630 is completely melted. Alternatively, when the magnetic material constituting the magnetic material is selected, a material that greatly weakens the magnetic at the melting temperature of the interconnect 630 may be selected. Subsequently, lowering the temperature again forms a semiconductor structure in which the substrate 500 and the die 600 are connected through an interconnect 630 ′ as shown in FIG. 13C.

도 13d는 솔더 범프로 이루어진 인터커넥트(530)가 콘택패드(512)를 구비한 기판(500) 상에 형성되고 다이(600)에는 상기 인터커넥트(530)와 연결될 대응 콘택패드(612)가 구비되어 있는 경우를 도시하고 있다. 이와 같이 인터커넥트(530)가 기판(500) 상에 형성되면, 다이(600)의 중량이 가벼워져서 자기력 F가 더 효과적으로 다이(600)를 움직일 수 있게 된다. 이 경우에도, 인터커넥트(530)와 대응 콘택패드(612)가 얼라인된 후, 인터커넥트(530) 리플로우를 통해 도 13c와 같이 기판(500)과 다이(600)가 접속된 반도체 구조물을 형성할 수 있다.FIG. 13D shows that an interconnect 530 made of solder bumps is formed on a substrate 500 having contact pads 512 and a die 600 is provided with a corresponding contact pad 612 to be connected to the interconnect 530. The case is illustrated. As such, when the interconnect 530 is formed on the substrate 500, the weight of the die 600 is lightened so that the magnetic force F can move the die 600 more effectively. Even in this case, after the interconnect 530 and the corresponding contact pad 612 are aligned, the semiconductor structure to which the substrate 500 and the die 600 are connected as shown in FIG. 13C may be formed through the reflow of the interconnect 530. Can be.

본 실시예에서는 솔더 범프로 이루어진 인터커넥트(630)가 콘택패드(610) 위에 직접 형성된 경우를 예시하였지만 인터커넥트(630)와 콘택패드(610) 사이에 UBM이 더 형성된 경우에도 본 실시예가 동일하게 적용 된다. In the present exemplary embodiment, the interconnect 630 formed of the solder bumps is directly formed on the contact pad 610. However, the present exemplary embodiment may be applied in the case where the UBM is further formed between the interconnect 630 and the contact pad 610. FIG. .

본 실시예를 통해, 도 13c에서 알 수 있듯이, 기판(500)에 적층된 다이(600)와, 상기 기판(500)과 다이(600) 사이에 위치하는 인터커넥트(630')와, 상기 인터커넥트(630')를 얼라인 시키는 상기 기판(500)에 형성된 제1 자성체(520)와 상기 다이(600)에 형성된 제2 자성체(620)를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 구조물이 완성된다.13C, the die 600 stacked on the substrate 500, the interconnect 630 ′ positioned between the substrate 500 and the die 600, and the interconnect ( The semiconductor structure may include a first magnetic body 520 formed on the substrate 500 and a second magnetic body 620 formed on the die 600.

도 14a 내지 도 14c에는 상술한 솔더 범프에 의한 다이와 기판의 접속 시 용융된 솔더간의 융합을 방지하는 방법들이 도시되어 있다.14A to 14C illustrate methods for preventing fusion between molten solder when the die and the substrate are connected by the aforementioned solder bumps.

도 14a 및 도 14b를 참조하면, 기판(500) 및 다이(600)는 솔더 범프로 이루 어진 인터커넥트(630) 사이에 융합 차단벽(640)이 형성되었다는 점을 제외하고는 상기 도 13b와 동일한 구조를 갖는다. 융합 차단벽(640)은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 혹은 BCB와 같은 절연 물질로 이루어지며 인터커넥트(630) 제작 이전에 형성되는 것이 바람직하다. 상술한 얼라인 방법에 따라 다이(600)를 기판(500)에 근접시키면 제1 자성체(520)와 제2 자성체(620)의 작용에 의해 도 14a에 도시된 바와 같이 인터커넥트(630)가 대응 콘택패드(510)와 얼라인 된다. 이어서, 온도를 높이면 인터커넥트(630)가 용융되어 도 14b에 도시된 바와 같이 용융된 솔더(630'')가 대응 콘택패드(510)를 웨팅하게 된다. 이때, 자기력 F에 의하여 다이(600)가 기판(500)에 근접하면 용융된 솔더(630'')가 납작하게 변형되어 서로 융합될 수 있는데, 융합 차단벽(640)에 의해 용융된 솔더(630'')간 융합을 차단할 수 있다. 융합 차단벽(640)의 다른 용도는 기판(500)과 다이(600)간의 스페이서(spacer)로서의 역할인데, 자기력 F에 의하여 다이(600)가 기판(500)에 근접하다가 융합 차단벽(640)이 기판(500)과 닿게 되면 더 이상의 근접이 이루어지지 않게 된다. 그러므로 자기력 F와 융합 차단벽(640)의 작용으로 다이(600)를 제어된 간격까지 기판(500)에 근접시켜, 용융된 솔더(630'')가 보다 확실하게 대응 콘택패드(510)와 접촉하도록 할 수 있다. 일단 웨팅이 완료되면, 외부 자기장을 이용해 자기력을 미약하게 하여 납작해진 용융된 솔더(630'')의 모양을 복구한 다음에 온도를 내리거나, 자기력을 계속 작용한 상태에서 온도를 내려 다이(600)와 기판(500)과의 접속을 완료한다.Referring to FIGS. 14A and 14B, the substrate 500 and the die 600 have the same structure as that of FIG. 13B except that a fusion barrier 640 is formed between interconnects 630 formed of solder bumps. Has The fusion barrier 640 is made of an insulating material such as silicon oxide, silicon nitride, or BCB, and is preferably formed before the interconnect 630 is fabricated. When the die 600 is brought close to the substrate 500 according to the above-described alignment method, the interconnect 630 is connected to the corresponding contact as shown in FIG. 14A by the action of the first magnetic body 520 and the second magnetic body 620. It is aligned with the pad 510. Increasing the temperature then causes the interconnect 630 to melt and the molten solder 630 ″ wets the corresponding contact pad 510 as shown in FIG. 14B. At this time, when the die 600 is close to the substrate 500 by the magnetic force F, the molten solder 630 ″ may be flatly deformed and fused to each other, and the molten solder 630 by the fusion barrier 640. Can block interfusion). Another use of the fusion barrier 640 is to act as a spacer between the substrate 500 and the die 600, whereby the die 600 is close to the substrate 500 by the magnetic force F and then the fusion barrier 640. When contacted with the substrate 500, no further proximity is made. The action of the magnetic force F and the fusion barrier 640 thus brings the die 600 close to the substrate 500 to a controlled distance, such that the molten solder 630 '' contacts the corresponding contact pad 510 more reliably. You can do that. Once the wetting is completed, the external magnetic field is used to weaken the magnetic force to restore the flattened shape of the molten solder 630 '' and then to lower the temperature, or lower the temperature while the magnetic force is applied to the die (600). ) And the substrate 500 are completed.

도 14c를 참조하면, 기판(500)에 제1 자성체(522)를 형성하되, 그 높이가 다이(600)에 형성된 제2 자성체(620)와 부착되었을 때 상기 자성체들(522, 620)이 스 페이서로서 작용할 수 있도록 한다. 그러면 도시된 바와 같이, 용융된 솔더(630'')가 상기 자성체들(522, 620)의 부착이 일어나는 기판(500)과 다이(600) 사이의 간격까지만 눌려지게 되어 융합을 피할 수 있다. 도면에서는 기판(500)에 형성된 제1 자성체(522)의 두께를 변화시켰지만, 다이(600)에 형성되는 제2 자성체(620)의 두께를 변화시켜도 되고, 상기 두 자성체들(522, 620)의 두께를 같이 변화시켜도 된다.Referring to FIG. 14C, when the first magnetic body 522 is formed on the substrate 500, and the height thereof is attached to the second magnetic body 620 formed on the die 600, the magnetic bodies 522 and 620 may be attached. Allows you to act as a pacer. Then, as shown, the molten solder 630 ″ is pressed only to a distance between the die 500 and the substrate 500 where the magnetic materials 522 and 620 are attached, thereby avoiding fusion. Although the thickness of the first magnetic material 522 formed on the substrate 500 is changed in the drawing, the thickness of the second magnetic material 620 formed on the die 600 may be changed, and the thicknesses of the two magnetic materials 522 and 620 may be changed. You may change thickness together.

도 15a 내지 15c에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자성체를 이용한 반도체 구조물의 제작 방법이 도시되어 있다. 본 실시예에서는, 솔더 이외의 물질로 이루어진 범프가 인터커넥트로 이용되어 반도체 구조물 형성에 필요한 접속을 이루게 된다. 15A to 15C illustrate a method of manufacturing a semiconductor structure using a magnetic material according to another embodiment of the present invention. In this embodiment, bumps made of materials other than solder are used as interconnects to make the connections necessary to form the semiconductor structure.

도 15a를 참조 하면, 콘택패드(614)를 구비한 웨이퍼에 상술한 방법을 통해 자성체(620)와 솔더 이외의 물질로 이루어지며 스터드 범프 형태의 인터커넥트(650)를 형성한 후 다이(600)로 분리한다. 상기 인터커넥트(650)를 이루는 솔더 이외의 물질로는 Cu 혹은 Au가 이용될 수 있다. 여기서, 도시하지는 않았지만 콘택패드(614)는 다이(600)에 형성된 반도체소자의 금속배선과 연결되어 있다. 다이(600)로 분리 후, 상기 인터커넥트(650)가 기판(500) 상의 대응 콘택패드(514)와 얼라인 되도록 다이(600)를 기판(500)에 근접시키면 기판(500)에 형성된 제1 자성체(520)와 다이(600)에 형성된 제2 자성체(620) 사이의 자기력 F에 의해 다이(600)가 얼라인 위치로 움직이게 된다. 상기 기판(500)은 다이와 웨이퍼 적층 시에는 웨이퍼가 되며, 다이와 다이 적층 시에는 대응 다이가 되며, 또한 다이 패키징 시에는 칩서 포트가 된다. 도시하지는 않았지만 대응 콘택패드(514)는 기판(500)에 형성된 반도체소자의 금속배선 혹은 칩서포트 배선과 연결되어 있다.Referring to FIG. 15A, a magnetic material 620 and a material other than solder are formed on a wafer having a contact pad 614, and a stud bump-type interconnect 650 is formed and then die 600. Separate. Cu or Au may be used as a material other than the solder constituting the interconnect 650. Although not shown, the contact pad 614 is connected to the metal wiring of the semiconductor device formed on the die 600. After separation into the die 600, the first magnetic body formed on the substrate 500 is formed by bringing the die 600 close to the substrate 500 such that the interconnect 650 is aligned with the corresponding contact pad 514 on the substrate 500. The die 600 is moved to the alignment position by the magnetic force F between the second magnetic material 620 formed in the die 600 and 520. The substrate 500 becomes a wafer when the die and the wafer are stacked, and becomes a corresponding die when the die and the die are stacked, and also becomes a chip supporter during die packaging. Although not shown, the corresponding contact pads 514 are connected to the metal wirings or the chip support wirings of the semiconductor device formed on the substrate 500.

도 15b를 참조하면, 상기 제1 자성체(520)와 제2 자성체(620)간의 자기력에 의해 인터커넥트(650)와 대응 콘택패드(514)가 얼라인을 이루면 인터커넥트(650)가 대응 콘택패드(514)와 접촉하게 되는데, 확고한 접촉을 위해 비등방성 전도성 접착제(anisotropic conductive adhesive)와 같은 접착물질(도시하지 않음)을 기판(500)과 다이(600) 사이에 채워 넣을 수 있다. 혹은, 얼라인 된 상태에서 다이(600)에 압력을 가하면서 온도를 상승시키면, 인터커넥트(650)와 대응 콘택패드(514) 사이의 계면에서 원자 확산이 일어나게 되어 금속접합을 이룰 수 있다. 압력은 다이(600)를 기계적으로 눌러줌으로써 가해질 수도 있고, 외부 자기장을 인가하여 기판(500)과 다이(600)에 형성된 상기 자성체들(520, 620)이 더욱 강하게 자기력 F를 발생시킴으로써 인터커넥트(650)와 대응 콘택패드(514) 사이의 계면에 압력을 인가할 수 있다. 통상적으로, 접합온도는 350℃ 내지 400℃ 정도로 높여주는데 초음파를 가해주면 접합온도를 낮출 수 있게 된다.Referring to FIG. 15B, when the interconnect 650 and the corresponding contact pad 514 are aligned by a magnetic force between the first magnetic body 520 and the second magnetic body 620, the interconnect 650 may correspond to the corresponding contact pad 514. ), An adhesive material (not shown), such as an anisotropic conductive adhesive, may be sandwiched between the substrate 500 and the die 600 for firm contact. Alternatively, when the temperature is increased while applying pressure to the die 600 in the aligned state, atomic diffusion may occur at the interface between the interconnect 650 and the corresponding contact pad 514 to form a metal junction. Pressure may be applied by mechanically pressing the die 600, or by applying an external magnetic field, the magnetic bodies 520, 620 formed on the substrate 500 and the die 600 generate a magnetic force F more strongly, thereby interconnect 650. ) And a pressure may be applied to the interface between the corresponding contact pad 514. Typically, the bonding temperature is increased to about 350 ℃ to 400 ℃ by applying ultrasonic waves can be lowered the bonding temperature.

도 15c는, 솔더 이외의 물질로 이루어진 인터커넥트(550)가 콘택패드(516)를 구비한 기판(500) 상에 형성되고 다이(600)에는 인터커넥트(550)와 연결될 대응 콘택패드(616)가 구비되어 있는 경우를 도시하고 있다. 이와 같이 인터커넥트(550)가 기판(500) 상에 형성되면, 솔더 범프의 경우와 마찬가지로 다이(600)의 중량이 가벼워져서 자기력 F가 더 효과적으로 다이(600)를 움직일 수 있게 된다.15C shows that an interconnect 550 made of a material other than solder is formed on a substrate 500 having a contact pad 516 and a die 600 has a corresponding contact pad 616 to be connected to the interconnect 550. The case is shown. As such, when the interconnect 550 is formed on the substrate 500, the weight of the die 600 is lighter, as in the case of solder bumps, so that the magnetic force F can move the die 600 more effectively.

본 실시예에서는 솔더 이외의 물질로 이루어진 인터커넥트(650)가 콘택패드 (614) 위에 직접 형성된 경우를 예시하였지만 인터커넥트(650)와 콘택패드(614) 사이에 UBM이 더 형성된 경우에도 상술한 실시예가 동일하게 적용된다. In this embodiment, the interconnect 650 made of a material other than solder is formed directly on the contact pad 614. However, the above-described embodiment is the same even when the UBM is further formed between the interconnect 650 and the contact pad 614. FIG. Is applied.

본 실시예를 통해, 도 15b에 도시된 바와 같이, 기판(500)에 적층된 다이(600)와, 상기 기판(500)과 다이(600) 사이에 위치하는 인터커넥트(650)와, 상기 인터커넥트(650)를 얼라인 시키는 상기 기판(500)에 형성된 제1 자성체(520)와 상기 다이(600)에 형성된 제2 자성체(620)를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 구조물이 완성된다.According to this embodiment, as shown in FIG. 15B, the die 600 stacked on the substrate 500, the interconnect 650 positioned between the substrate 500 and the die 600, and the interconnect ( A semiconductor structure comprising a first magnetic body 520 formed on the substrate 500 for aligning the 650 and a second magnetic body 620 formed on the die 600 is completed.

도 16a 및 16b에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자성체를 이용한 반도체 구조물의 제작 방법이 도시되어 있다. 본 실시예에서는, 기판과 다이간의 접속이 본딩패드(bonding pad) 사이의 접합(bonding)에 의해 이루어진다. 본딩패드는 형성되는 위치와 패드를 이루는 재질이 상술한 실시예들에서 이용되는 콘택패드와 같을 수 있지만, 기판과 다이를 접속하는데 있어서 범프와 같은 다른 매개체의 도움 없이 기판에 형성된 패드와 다이에 형성된 패드가 직접 접합을 이룬다는 점이 콘택패드와 다르다.16A and 16B illustrate a method of manufacturing a semiconductor structure using a magnetic material according to another embodiment of the present invention. In this embodiment, the connection between the substrate and the die is made by bonding between bonding pads. The bonding pads may be the same as the contact pads used in the embodiments described above and the location at which they are formed, but they may be formed on the pads and dies formed on the substrate without the aid of other mediators, such as bumps, to connect the dies to the substrate. Unlike pads, the pads form a direct bond.

도 16a를 참조하면, 기판(500) 상에 제1 본딩패드(518)를 형성하되 기판(500) 상부면에 대해 돌출되도록 한다. 도면에서는, 기판(500) 상의 제1 본딩패드(518)만 돌출되었지만 다이(600)에 형성된 제2 본딩패드(618)가 돌출될 수도 있다. 상기 제1 및 제2 본딩패드들(518, 618)은 반도체소자의 금속배선(도시하지 않음)과 연결될 수 있으며, Cu 혹은 Au로 이루어지거나 표면이 Cu 혹은 Au 막으로 코팅되어 금속접합이 쉽게 일어나도록 한다. 그리고 도시된 바와 같이, 기판(500)에 형성된 제1 자성체(524)와 다이(600)에 형성된 제2 자성체(624)가 제1 및 제2 본딩패드들(518, 618) 보다 더 돌출되지 않도록 제작하여 후속공정에서 상기 본딩패드들(518, 618)간의 접합이 방해받지 않도록 한다. 이어서, 상술한 방법과 같이, 기판(500)에 다이(600)를 근접시키면 제1 자성체(524)와 제2 자성체(624) 사이의 자기력 F에 의하여 다이(600)가 얼라인 위치로 움직이게 된다. 여기서, 상기 기판(500)은 다이와 웨이퍼 적층 시에는 웨이퍼가 되며, 다이와 다이 적층 시에는 대응 다이가 되며, 또한 다이 패키징 시에는 칩서포트가 된다.Referring to FIG. 16A, a first bonding pad 518 is formed on the substrate 500 to protrude from the upper surface of the substrate 500. In the drawing, only the first bonding pad 518 on the substrate 500 protrudes, but the second bonding pad 618 formed on the die 600 may protrude. The first and second bonding pads 518 and 618 may be connected to a metal wiring (not shown) of a semiconductor device. The first and second bonding pads 518 and 618 may be made of Cu or Au, or the surface may be coated with a Cu or Au film to facilitate metal bonding. To do that. As shown in the drawing, the first magnetic material 524 formed on the substrate 500 and the second magnetic material 624 formed on the die 600 do not protrude further than the first and second bonding pads 518 and 618. Fabrication is performed to prevent the bonding between the bonding pads 518 and 618 in a subsequent process. Subsequently, when the die 600 is brought close to the substrate 500 as described above, the die 600 is moved to the alignment position by the magnetic force F between the first magnetic body 524 and the second magnetic body 624. . Herein, the substrate 500 becomes a wafer when the die and the wafer are stacked, and becomes a corresponding die when the die and the die are stacked, and becomes a chip support during die packaging.

그러면 도 16b와 같이 다이(600)에 형성된 제2 본딩패드(618)와 기판(500)에 형성된 제1 본딩패드(518)가 얼라인되어 접촉하게 되는데, 다이(600)에 압력을 가하면서 온도를 상승시키면 상기 본딩패드들(518, 618) 사이의 계면에서 원자 확산이 일어나 금속접합을 이룰 수 있다. 압력은 다이(600)를 기계적으로 눌러줌으로써 가해질 수도 있고, 외부 자기장을 인가하여 기판(500)과 다이(600)에 형성된 상기 자성체들(524, 624)이 더욱 강하게 자기력 F를 발생시킴으로써 상기 본딩패드들(518, 618) 사이의 계면에 압력을 인가할 수 있다. 통상적으로, 접합온도는 350℃ 내지 400℃ 정도로 높여주는데 초음파를 가해주면 접합온도를 낮출 수 있게 된다.Then, as shown in FIG. 16B, the second bonding pads 618 formed on the die 600 and the first bonding pads 518 formed on the substrate 500 are aligned and brought into contact with each other. When R is raised, atomic diffusion occurs at the interface between the bonding pads 518 and 618 to form a metal junction. Pressure may be applied by mechanically pressing the die 600, or by applying an external magnetic field, the magnetic bodies 524 and 624 formed on the substrate 500 and the die 600 generate a magnetic force F more strongly, thereby bonding the bonding pads. Pressure may be applied to the interface between the holes 518 and 618. Typically, the bonding temperature is increased to about 350 ℃ to 400 ℃ by applying ultrasonic waves can be lowered the bonding temperature.

본 실시예를 통해, 도 16b에서 알 수 있듯이, 상부에 제1 본딩패드(518)를 구비하는 기판(500)과, 상기 기판(500)에 적층되되 상기 제1 본딩패드(518)와 접속을 이루는 제2 본딩패드(618)를 구비하는 다이(600)와, 상기 제1 본딩패드(518)와 제2 본딩패드(618)를 얼라인 시키는 상기 기판(500)에 형성된 제1 자성체(524)와 상기 다이(600)에 형성된 제2 자성체(624)를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 구조물이 완성된다.According to the present embodiment, as shown in FIG. 16B, the substrate 500 having the first bonding pad 518 thereon and the substrate 500 stacked on the substrate 500 may be connected to the first bonding pad 518. A die 600 having a second bonding pad 618, and a first magnetic body 524 formed on the substrate 500 to align the first bonding pad 518 and the second bonding pad 618. And a second magnetic body 624 formed on the die 600 is completed.

도 17a 및 17b에는 상술한 실시예들을 응용한 일예가 개략적으로 도시되어 있다. 도 17a를 참조하면, 기판(10) 상부에 형성된 기판 콘택패드(12)와 제1 다이(20) 하부에 형성된 스터드 범프로 이루어진 제1 인터커넥트(26)가 기판 자성체(14)와 제1 다이 자성체(24)의 작용에 의해 얼라인 되어 접속되어 있다. 제1 다이 자성체(24)는, 제1 다이(20)의 내부까지 형성되도록 소자(도시하지 않음) 형성 공정 중 제작하여, 제1 다이(20) 하부면 뿐만 아니라 상부면 방향으로도 얼라인에 필요한 자기력을 낼 수 있도록 한다. 제1 다이(20)를 기판(10)에 접속한 후, 솔더 범프로 이루어진 제2 인터커넥트(36)와 융합차단벽(38)이 형성된 제2 다이(30)를 제1 다이(20) 위에 적층한다. 이때, 제1 다이 자성체(24)와 제2 다이 하부 자성체(34b)간의 자기력에 의해 제2 인터커넥트(36)와 제1 다이 콘택패드(22)간의 얼라인이 이루어진다. 끝으로, 솔더 범프로 이루어진 제3 인터커넥트(46)가 형성된 제3 다이(40)를 제2 다이(30) 위에 적층한다. 이때, 제2 다이 상부 자성체(34t)와 제3 다이 자성체(44)간의 자기력에 의해 제3 인터커넥트(46)와 제2 다이 콘택패드(32)간의 얼라인이 이루어진다. 제3 다이 자성체(44)는 스페이서로 작용할 수 있도록 돌출되어 있다. 상기와 같이 얼라인된 다이들(20, 30, 40)은 상기 자성체들(24, 34b, 34t, 44)에 의한 자기력에 의해 부착 상태를 유지한다. 이어서, 온도를 높여 상기 솔더 범프로 이루어진 제2 및 제3 인터커넥트들(36, 46)을 리플로우 시키면 도 17b에 도시된 바와 같이 제1 다이 콘택패드(22)와 제2 다이 콘택패드(32)가 웨팅 되면서 접속이 이루어진다. 17A and 17B schematically illustrate an example in which the above-described embodiments are applied. Referring to FIG. 17A, a substrate interconnect 14 and a first die magnetic body may include a substrate interconnect 14 formed of a substrate contact pad 12 formed on an upper surface of the substrate 10 and a stud bump formed below the first die 20. It is aligned and connected by the operation of (24). The first die magnetic body 24 is manufactured during an element (not shown) forming process so as to form up to the inside of the first die 20, and is aligned in the upper surface direction as well as the lower surface of the first die 20. Make sure you have the necessary magnetic force. After connecting the first die 20 to the substrate 10, a second die 30 having a second interconnect 36 made of solder bumps and a fusion barrier wall 38 formed thereon is stacked on the first die 20. do. At this time, the alignment between the second interconnect 36 and the first die contact pad 22 is performed by the magnetic force between the first die magnetic body 24 and the second die lower magnetic body 34b. Finally, a third die 40 having a third interconnect 46 made of solder bumps is stacked over the second die 30. At this time, the alignment between the third interconnect 46 and the second die contact pad 32 is performed by the magnetic force between the second die upper magnetic body 34t and the third die magnetic body 44. The third die magnetic body 44 protrudes to act as a spacer. The dies 20, 30, and 40 aligned as described above are maintained in the attached state by the magnetic force by the magnetic bodies 24, 34b, 34t, and 44. Subsequently, when the temperature is increased to reflow the second and third interconnects 36 and 46 formed of the solder bumps, the first die contact pad 22 and the second die contact pad 32 are shown in FIG. 17B. The connection is made while wetting.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명은 다이와 웨이퍼의 적층 및 다이와 다이의 적층 시에 반도체소자간의 얼라인이, 그리고 다이와 칩서포트의 적층 시에는 칩서포트와 반도체소자의 얼라인이, 적층을 이루려는 두 부분에 각각 형성된 자성체들간의 자기력에 의해 일어나게 하여 얼라인에 필요한 시간을 단축 시켜준다. 또한 반도체소자의 얼라인 후에는 자기력에 의해 얼라인 상태를 후속 공정까지 유지시킬 수 있기 때문에 다이 적층을 이용한 다양한 반도체 구조물을 제작할 수 있다.
한편, 본 발명은 상술한 실시 예에 국한되는 것이 아니라 후술되는 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상과 범주 내에서 당업자에 의해 여러 가지 변형이 가능하다.
As described above, in the present invention, the alignment between semiconductor elements in stacking dies and wafers and the stacking of dies and dies, and the alignment of chip support and semiconductor elements in stacking dies and chip supports, are performed. It is caused by the magnetic force between the magnetic bodies formed in each part to shorten the time required for the alignment. In addition, after alignment of the semiconductor device, the alignment state may be maintained by a magnetic force until the subsequent process, and thus, various semiconductor structures using die stacking may be manufactured.
On the other hand, the present invention is not limited to the above-described embodiment, various modifications are possible by those skilled in the art within the spirit and scope of the present invention described in the claims to be described later.

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Claims (36)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 기판;Board; 상기 기판에 적층된 다이;A die stacked on the substrate; 상기 기판과 상기 다이 사이에서 상기 기판과 상기 다이를 접속하는 솔더 범프들;Solder bumps connecting the substrate and the die between the substrate and the die; 상기 솔더 범프들 사이에 형성된 융합 차단벽; 및A fusion barrier formed between the solder bumps; And 상기 솔더 범프들을 얼라인 시키기 위하여 상기 기판에 형성된 제1 자성체와 상기 다이에 형성된 제2 자성체를 포함하는 반도체 구조물.And a first magnetic material formed on the substrate and a second magnetic material formed on the die to align the solder bumps. 기판;Board; 상기 기판에 적층된 다이;A die stacked on the substrate; 상기 기판과 상기 다이 사이에서 상기 기판과 상기 다이를 접속하는 솔더 범프들;Solder bumps connecting the substrate and the die between the substrate and the die; 상기 솔더 범프들을 얼라인 시키기 위하여 상기 기판에 형성된 제1 자성체와 상기 다이에 형성된 제2 자성체;A first magnetic material formed on the substrate and a second magnetic material formed on the die to align the solder bumps; 를 포함하며,Including; 상기 제1 자성체와 상기 제2 자성체는 상기 기판과 상기 다이 사이의 간격을 제어하는 스페이서로 작용하는 것을 특징으로 하는 반도체 구조물.And the first magnetic body and the second magnetic body serve as spacers for controlling a gap between the substrate and the die. 제 22 항 또는 제 23 항에 있어서, The method of claim 22 or 23, 상기 기판은 반도체소자가 형성된 웨이퍼인 것을 특징으로 하는 반도체 구조물.The substrate is a semiconductor structure, characterized in that the wafer on which the semiconductor device is formed. 제 22 항 또는 제 23 항에 있어서, The method of claim 22 or 23, 상기 기판은 반도체소자가 형성된 다이인 것을 특징으로 하는 반도체 구조물.The substrate is a semiconductor structure, characterized in that the die on which the semiconductor element is formed. 제 22 항 또는 제 23 항에 있어서, The method of claim 22 or 23, 상기 다이는 반도체소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 구조물.And the die comprises a semiconductor device. 제 22 항 또는 제 23 항에 있어서, The method of claim 22 or 23, 상기 기판은 칩서포트인 것을 특징으로 하는 반도체 구조물.The substrate is a semiconductor structure, characterized in that the chip support. 제 22 항 또는 제 23 항에 있어서, The method of claim 22 or 23, 상기 솔더범프들은 Pb, Sn, Cu, Ni, Ag, Bi, In 및 이들의 합금 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 반도체 구조물.The solder bumps are selected from Pb, Sn, Cu, Ni, Ag, Bi, In and alloys thereof. 제 27 항에 있어서, The method of claim 27, 상기 솔더는 Pb, Sn, Cu, Ni, Ag, Bi, In 및 이들의 합금 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 반도체 구조물.The solder is a semiconductor structure, characterized in that selected from Pb, Sn, Cu, Ni, Ag, Bi, In and alloys thereof. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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