KR100807050B1 - 반도체 소자 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 반도체 소자는, 인터포저(interposer)와, 인터포저 위에 적층 형성된 복수의 소자와, 복수의 소자 내에 각각 형성되며 각 소자를 관통하여 형성된 관통전극과, 각 소자 사이에 형성되며 상부 소자에 형성된 관통전극와 하부 소자에 형성된 관통전극을 연결하는 연결전극을 포함한다.
또한 본 발명에 의하면 각 소자에 형성된 관통전극은 각 소자의 접지전극과 연결된다.
또한 본 발명에 의하면 인터포저 위에 적층 형성된 복수의 소자 중에서, 최하부에 위치된 소자의 하부면에 형성된 금속막을 더 포함한다.
또한 본 발명에 의하면 인터포저 위에 적층 형성된 복수의 소자 중에서, 최하부에 위치된 소자의 하부면에 형성된 방열수단을 더 포함한다.
또한 본 발명에 따른 반도체 소자 제조방법은, 소자를 관통하는 관통전극이 형성된 복수의 소자를 형성하는 단계와, 복수의 소자를 인터포저(interposer) 위에 적층 형성하는 단계를 포함한다.
또한 본 발명에 의하면, 복수의 소자를 인터포저 위에 적층 형성하는 단계에 있어, 각 소자 사이에는 연결층을 형성하며, 연결층에 형성된 연결전극을 통하여 상부 소자와 하부 소자에 형성된 관통전극을 연결시키는 단계를 포함한다.

Description

반도체 소자 및 그 제조방법{Semiconductor device and fabricating method thereof}
도 1은 종래 반도체 소자 제조방법에 의하여 제조된 SiP(System In a Package) 형태의 반도체 소자를 개념적으로 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 반도체 소자 제조방법에 의하여 제조된 SiP(System In a Package) 형태의 반도체 소자를 개념적으로 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 반도체 소자 제조방법에 의하여 제조된 SiP 형태의 반도체 소자의 다른 예를 개념적으로 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 반도체 소자 제조방법에 의하여 제조된 SiP 형태의 반도체 소자의 또 다른 예를 개념적으로 나타낸 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
11... 인터포저 13... 제 1 소자
15... 제 2 소자 17... 제 3 소자
200, 300, 400... 인터포저 210, 310, 410... 제 1 소자
211, 311, 411... 제 1 관통전극 220, 320, 420... 제 1 연결층
221, 321, 421... 제 1 연결전극 230, 330, 430... 제 2 소자
231, 331, 431... 제 2 관통전극 240, 340, 440... 제 2 연결층
241, 341, 441... 제 2 연결전극 250, 350, 450... 제 3 소자
251, 351, 451... 제 3 관통전극 360... 금속막
460... 방열수단
본 발명은 반도체 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
도 1은 종래 반도체 소자 제조방법에 의하여 제조된 SiP(System In a Package) 형태의 반도체 소자를 개념적으로 나타낸 도면이다.
종래 SiP 형태의 반도체 소자는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 인터포저(interposer)(11), 제 1 소자(13), 제 2 소자(15), 제 3 소자(17)를 포함한다.
상기 제 1 내지 제 3 소자(13)(15)(17)는 예를 들어, CPU, SRAM, DRAM, Flash Memory, Logic LSI, Power IC, Control IC, Analog LSI, MM IC, CMOS RF-IC, Sensor Chip, MEMS Chip 등에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
상기 제 1 소자(13)와 제 2 소자(15), 제 2 소자(15)와 제 3 소자(17) 간에는 각 소자 간의 신호연결을 위한 연결수단이 형성되어 있다.
이와 같은 구조를 갖는 SiP 형태의 반도체 소자의 상용화를 구현하기 위해서는 방열 문제를 해결하여야만 한다. 특히 제 2 소자(15)와 같이 중간층에 형성된 소자의 열 방출 문제는 상용화에 있어 큰 걸림돌로 지적되고 있다.
본 발명은 SiP 형태의 반도체 소자로부터 열을 용이하게 방출시킬 수 있는 반도체 소자 및 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 반도체 소자는, 인터포저(interposer); 상기 인터포저 위에 적층 형성된 복수의 소자; 상기 복수의 소자 내에 각각 형성되며, 각 소자를 관통하여 형성된 관통전극; 상기 각 소자 사이에 형성되며, 상부 소자에 형성된 관통전극와 하부 소자에 형성된 관통전극을 연결하는 연결전극; 을 포함한다.
또한 본 발명에 의하면 상기 각 소자에 형성된 관통전극은 각 소자의 접지전극과 연결된다.
또한 본 발명에 의하면 상기 인터포저 위에 적층 형성된 복수의 소자 중에서, 최하부에 위치된 소자의 하부면에 형성된 금속막을 더 포함한다.
또한 본 발명에 의하면 상기 인터포저 위에 적층 형성된 복수의 소자 중에서, 최하부에 위치된 소자의 하부면에 형성된 방열수단을 더 포함한다.
또한 본 발명에 의하면 상기 방열수단은 히트 싱크이거나 히트 파이프일 수 있다.
또한 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 반도체 소자 제조방법은, 소자를 관통하는 관통전극이 형성된 복수의 소자를 형성하는 단계; 상기 복수의 소자를 인터포저(interposer) 위에 적층 형성하는 단계; 를 포함한다.
또한 본 발명에 의하면, 상기 복수의 소자를 인터포저 위에 적층 형성하는 단계에 있어, 상기 각 소자 사이에는 연결층을 형성하며, 상기 연결층에 형성된 연결전극을 통하여 상부 소자와 하부 소자에 형성된 관통전극을 연결시키는 단계를 포함한다.
또한 본 발명에 의하면 상기 각 소자에 형성된 관통전극은 각 소자의 접지전극과 연결되도록 형성된다.
또한 본 발명에 의하면 상기 복수의 소자를 형성하는 단계에 있어, 상기 인터포저 위에 적층 형성될 복수의 소자 중에서, 최하부에 위치될 소자의 하부면에 금속막을 형성하는 단계를 더 포함한다.
또한 본 발명에 의하면 상기 복수의 소자를 형성하는 단계에 있어, 상기 인터포저 위에 적층 형성될 복수의 소자 중에서, 최하부에 위치될 소자의 하부면에 방열수단을 형성하는 단계를 더 포함한다.
또한 본 발명에 의하면 상기 방열수단은 히트 싱크이거나 히트 파이프일 수 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면 SiP 형태의 반도체 소자로부터 열을 용이하게 방출시킬 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "위(on/above/over/upper)"에 또는 "아래(down/below/under/lower)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 그 의미는 각 층(막), 영역, 패드, 패턴 또는 구조물들이 직접 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들에 접촉되어 형성되는 경우로 해석될 수도 있으며, 다른 층(막), 다른 영역, 다른 패드, 다른 패턴 또는 다른 구조물들이 그 사이에 추가적으로 형성되는 경우로 해석될 수도 있다. 따라서, 그 의미는 발명의 기술적 사상에 의하여 판단되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 반도체 소자 제조방법에 의하여 제조된 SiP(System In a Package) 형태의 반도체 소자를 개념적으로 나타낸 도면이다.
본 발명에 따른 반도체 소자는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 인터포저(200), 제 1 소자(210), 제 2 소자(230), 제 3 소자(250)를 포함한다. 상기 반도체 소자는 상기 제 1 소자(210)를 관통하는 제 1 관통전극(211), 상기 제 2 소자(230)를 관통하는 제 2 관통전극(231), 상기 제 3 소자(250)를 관통하는 제 3 관통전극(251)을 포함한다.
또한 본 발명에 따른 반도체 소자는 상기 제 1 소자(210)와 상기 제 2 소자(230)를 연결하는 제 1 연결층(220), 상기 제 2 소자(230)와 상기 제 3 소자(250)를 연결하는 제 2 연결층(240)을 포함한다. 상기 제 1 연결층(220)에는 제 1 연결전극(221)이 형성되어 있으며, 상기 제 2 연결층(240)에는 제 2 연결전극(241)이 형성되어 있다. 상기 제 1 연결전극(221)에 의하여 상기 제 1 소자(210)와 제 2 소자(230)가 전기적으로 연결되며, 상기 제 2 연결전극(241)에 의하여 상기 제 2 소자(230)와 제 3 소자(250)가 전기적으로 연결된다. 상기 제 1 연결전극(221)은 상기 제 1 관통전극(211)과 제 2 관통전극(231)을 연결시킬 수 있으며, 상기 제 2 연결전극(241)은 상기 제 2 관통전극(231)과 제 3 관통전극(251)을 연결 시킬 수 있다.
이와 같은 구조로 적층된 SiP 형태의 반도체 소자는 최상부에 형성된 소자와 최하부에 형성된 소자가 전기적으로 모두 연결될 수 있게 된다. 이러한 연결 구조를 통하여 각 소자는 외부로 열을 방출시킬 수 있게 된다. 특히 중간층에 형성된 소자에 발생되는 열을 효율적으로 방출시킬 수 있게 된다.
한편, 모든 반도체 소자에는 접지전극이 형성되어 있다. 따라서, 상기 제 1 내지 제 3 소자(210)(230)(250)에 형성된 접지전극을 전기적으로 연결시킴으로써, 각 소자에서 발생되는 열을 효율적으로 방출시킬 수 있게 된다. 또한 각 접지전극에는 동일한 전압이 인가되는 것이므로, 전기적인 신호의 흐름 및 동작에도 전혀 문제가 발생되지 않게 된다. 상기 제 1 관통전극(211)은 상기 제 1 소자(210)에 구비된 접지전극과 연결되며, 상기 제 2 관통전극(231)은 상기 제 2 소자(230)에 구비된 접지전극과 연결되며, 상기 제 3 관통전극(251)은 상기 제 3 소자(250)에 구비된 접지전극과 연결되도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 1 소자(210)에는 제 1 관통전극(211)을 형성하지 않을 수도 있으나, 각 소자에서 발생되는 열을 보다 효율적으로 방출시키기 위한 하나의 방안으로 상기 제 1 관통전극(211)을 형성한 것이다.
상기 관통전극은 반도체 기판에 대한 패턴공정, 식각공정, 메탈형성 공정, CMP 공정 등을 순차적으로 진행함으로써 형성될 수 있다. 이와 같은 공정은 이미 공지된 것으로서 본 발명의 주요 관심사가 아니므로 여기서는 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이때, 상기 관통전극은 W, Cu, Al, Ag, Au 등의 물질 중에서 선택된 어느 하나 이상의 물질로 형성될 수 있다. 상기 관통전극은 CVD, PVD, 증발(Evaporation), ECP 등의 방법을 통하여 증착될 수 있다. 또한, 상기 관통전극의 배리어 금속으로는 TaN, Ta, TiN, Ti, TiSiN 등이 이용될 수 있으며, CVD, PVD, ALD 등의 방법을 통하여 형성될 수 있다.
이상에서는 제 1 내지 제 3 소자(210)(230)(250)가 적층 형성된 SiP 형태의 반도체 소자에 대하여 설명하였으나, 상기 적층되는 소자의 숫자는 다양하게 변형될 수 있는 것이다. 상기 각 소자는 예를 들어, CPU, SRAM, DRAM, Flash Memory, Logic LSI, Power IC, Control IC, Analog LSI, MM IC, CMOS RF-IC, Sensor Chip, MEMS Chip 등에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
또한 본 발명에 따른 반도체 소자 제조방법에 의하면, 소자를 관통하는 관통전극이 형성된 복수의 소자를 형성하는 단계와, 복수의 소자를 인터포저(interposer) 위에 적층 형성하는 단계를 포함한다. 또한 본 발명에 따른 반도체 소자 제조방법에 의하면, 복수의 소자를 인터포저 위에 적층 형성하는 단계에 있어, 각 소자 사이에는 연결층을 형성하며, 연결층에 형성된 연결전극을 통하여 상부 소자와 하부 소자에 형성된 관통전극을 연결시키는 단계를 포함한다.
그리고, 각 소자에서 발생되는 열을 더욱 효율적으로 방출시키기 위한 방안으로 도 3에 나타낸 바와 같은 구조를 갖는 반도체 소자를 제조할 수 있다. 도 3은 본 발명에 따른 반도체 소자 제조방법에 의하여 제조된 SiP 형태의 반도체 소자의 다른 예를 개념적으로 나타낸 도면이다.
본 발명의 다른 예에 따른 반도체 소자는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 인터포저(300), 제 1 소자(310), 제 2 소자(330), 제 3 소자(350)를 포함한다. 상기 반도체 소자는 상기 제 1 소자(310)를 관통하는 제 1 관통전극(311), 상기 제 2 소자(330)를 관통하는 제 2 관통전극(331), 상기 제 3 소자(350)를 관통하는 제 3 관통전극(351)을 포함한다.
또한 본 발명에 따른 반도체 소자는 상기 제 1 소자(310)와 상기 제 2 소자(330)를 연결하는 제 1 연결층(320), 상기 제 2 소자(330)와 상기 제 3 소자(350)를 연결하는 제 2 연결층(340)을 포함한다. 상기 제 1 연결층(320)에는 제 1 연결전극(321)이 형성되어 있으며, 상기 제 2 연결층(340)에는 제 2 연결전극(341)이 형성되어 있다. 상기 제 1 연결전극(321)에 의하여 상기 제 1 소자(310)와 제 2 소자(330)가 전기적으로 연결되며, 상기 제 2 연결전극(341)에 의하여 상기 제 2 소자(330)와 제 3 소자(350)가 전기적으로 연결된다. 상기 제 1 연결전극(321)은 상기 제 1 관통전극(311)과 제 2 관통전극(331)을 연결시킬 수 있으며, 상기 제 2 연결전극(341)은 상기 제 2 관통전극(331)과 제 3 관통전극(351)을 연결시킬 수 있다.
이와 같은 구조로 적층된 SiP 형태의 반도체 소자는 최상부에 형성된 소자와 최하부에 형성된 소자가 전기적으로 모두 연결될 수 있게 된다. 이러한 연결 구조를 통하여 각 소자는 외부로 열을 방출시킬 수 있게 된다. 특히 중간층에 형성된 소자에 발생되는 열을 효율적으로 방출시킬 수 있게 된다.
한편, 모든 반도체 소자에는 접지전극이 형성되어 있다. 따라서, 상기 제 1 내지 제 3 소자(310)(330)(350)에 형성된 접지전극을 전기적으로 연결시킴으로써, 각 소자에서 발생되는 열을 효율적으로 방출시킬 수 있게 된다. 또한 각 접지전극에는 동일한 전압이 인가되는 것이므로, 전기적인 신호의 흐름 및 동작에도 전혀 문제가 발생되지 않게 된다. 상기 제 1 관통전극(311)은 상기 제 1 소자(310)에 구비된 접지전극과 연결되며, 상기 제 2 관통전극(331)은 상기 제 2 소자(330)에 구비된 접지전극과 연결되며, 상기 제 3 관통전극(351)은 상기 제 3 소자(350)에 구비된 접지전극과 연결되도록 형성될 수 있다.
그리고, 상기 제 1 소자(310)의 하부면에는 별도의 금속막(360)이 형성되어 있다. 상기 금속막(360)은 상기 제 1 소자(310)의 하부면에 CVD, PVD, 증발(Evaporation), ECP 등의 방법을 통하여 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 금속막(360)은 관통전극을 통하여 각 소자에 연결될 수 있으며, 각 소자에서 발생되는 열을 더욱 효율적으로 방출할 수 있게 된다.
그리고, 각 소자에서 발생되는 열을 더욱 효율적으로 방출시키기 위한 방안으로 도 4에 나타낸 바와 같은 구조를 갖는 반도체 소자를 제조할 수 있다. 도 4는 본 발명에 따른 반도체 소자 제조방법에 의하여 제조된 SiP 형태의 반도체 소자의 또 다른 예를 개념적으로 나타낸 도면이다.
본 발명의 또 다른 예에 따른 반도체 소자는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 인터포저(400), 제 1 소자(410), 제 2 소자(430), 제 3 소자(450)를 포함한다. 상기 반도체 소자는 상기 제 1 소자(410)를 관통하는 제 1 관통전극(411), 상기 제 2 소자(430)를 관통하는 제 2 관통전극(431), 상기 제 3 소자(450)를 관통하는 제 3 관 통전극(451)을 포함한다.
또한 본 발명에 따른 반도체 소자는 상기 제 1 소자(410)와 상기 제 2 소자(430)를 연결하는 제 1 연결층(420), 상기 제 2 소자(430)와 상기 제 3 소자(450)를 연결하는 제 2 연결층(440)을 포함한다. 상기 제 1 연결층(420)에는 제 1 연결전극(421)이 형성되어 있으며, 상기 제 2 연결층(440)에는 제 2 연결전극(441)이 형성되어 있다. 상기 제 1 연결전극(421)에 의하여 상기 제 1 소자(410)와 제 2 소자(430)가 전기적으로 연결되며, 상기 제 2 연결전극(441)에 의하여 상기 제 2 소자(430)와 제 3 소자(450)가 전기적으로 연결된다. 상기 제 1 연결전극(421)은 상기 제 1 관통전극(411)과 제 2 관통전극(431)을 연결시킬 수 있으며, 상기 제 2 연결전극(441)은 상기 제 2 관통전극(431)과 제 3 관통전극(451)을 연결시킬 수 있다.
이와 같은 구조로 적층된 SiP 형태의 반도체 소자는 최상부에 형성된 소자와 최하부에 형성된 소자가 전기적으로 모두 연결될 수 있게 된다. 이러한 연결 구조를 통하여 각 소자는 외부로 열을 방출시킬 수 있게 된다. 특히 중간층에 형성된 소자에 발생되는 열을 효율적으로 방출시킬 수 있게 된다.
한편, 모든 반도체 소자에는 접지전극이 형성되어 있다. 따라서, 상기 제 1 내지 제 3 소자(410)(430)(450)에 형성된 접지전극을 전기적으로 연결시킴으로써, 각 소자에서 발생되는 열을 효율적으로 방출시킬 수 있게 된다. 또한 각 접지전극에는 동일한 전압이 인가되는 것이므로, 전기적인 신호의 흐름 및 동작에도 전혀 문제가 발생되지 않게 된다. 상기 제 1 관통전극(411)은 상기 제 1 소자(410)에 구 비된 접지전극과 연결되며, 상기 제 2 관통전극(431)은 상기 제 2 소자(430)에 구비된 접지전극과 연결되며, 상기 제 3 관통전극(451)은 상기 제 3 소자(450)에 구비된 접지전극과 연결되도록 형성될 수 있다.
그리고, 상기 제 1 소자(410)의 하부면에는 별도의 방열수단(460)이 형성되어 있다. 상기 방열수단(460)은 관통전극을 통하여 각 소자에 연결될 수 있으며, 각 소자에서 발생되는 열을 더욱 효율적으로 방출할 수 있게 된다. 상기 방열수단(460)은 히트싱크(heat sink)일 수도 있으며, 히트 파이프(heat pipe)일 수도 있다.
또한 상기 제 1 소자와 인터포저 사이에 냉각물질이 들어갈 수 있는 관을 제공한 후 접촉시키는 방안을 통하여 열방출을 보다 원활하게 진행시킬 수도 있다.
이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 반도체 소자 및 그 제조방법에 의하면, SiP 형태의 반도체 소자로부터 열을 용이하게 방출시킬 수 있는 장점이 있다.

Claims (13)

  1. 인터포저(interposer);
    상기 인터포저 위에 적층 형성된 복수의 소자;
    상기 복수의 소자 내에 각각 형성되며, 각 소자를 관통하여 형성된 관통전극;
    상기 각 소자 사이에 형성되며, 상부 소자에 형성된 관통전극와 하부 소자에 형성된 관통전극을 연결하는 연결전극;
    을 포함하며,
    상기 각 소자에 형성된 관통전극은 각 소자의 접지전극과 연결된 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 인터포저 위에 적층 형성된 복수의 소자 중에서, 최하부에 위치된 소자의 하부면에 형성된 금속막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 인터포저 위에 적층 형성된 복수의 소자 중에서, 최하부에 위치된 소자 의 하부면에 형성된 방열수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 방열수단은 히트 싱크인 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 방열수단은 히트 파이프인 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
  7. 소자를 관통하는 관통전극이 형성된 복수의 소자를 형성하는 단계;
    상기 복수의 소자를 인터포저(interposer) 위에 적층 형성하는 단계;
    를 포함하며,
    상기 각 소자에 형성된 관통전극은 각 소자의 접지전극과 연결되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 복수의 소자를 인터포저 위에 적층 형성하는 단계에 있어,
    상기 각 소자 사이에는 연결층을 형성하며, 상기 연결층에 형성된 연결전극을 통하여 상부 소자와 하부 소자에 형성된 관통전극을 연결시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.
  9. 삭제
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 복수의 소자를 형성하는 단계에 있어,
    상기 인터포저 위에 적층 형성될 복수의 소자 중에서, 최하부에 위치될 소자의 하부면에 금속막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.
  11. 제 7항에 있어서,
    상기 복수의 소자를 형성하는 단계에 있어,
    상기 인터포저 위에 적층 형성될 복수의 소자 중에서, 최하부에 위치될 소자의 하부면에 방열수단을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 방열수단은 히트 싱크인 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 방열수단은 히트 파이프인 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.
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