KR101069281B1 - 웨이퍼 레벨 스택 패키지 및 그의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 웨이퍼 레벨 스택 패키지 및 그의 제조방법은, 양측 가장자리로 연장되는 재배선을 구비하며, 상기 재배선의 단부에 관통 홀을 구비한 바텀(Bottom) 반도체 칩과, 상기 바텀 반도체 칩의 상부에 부착되며, 상기 관통 홀과 대응하는 부분에 볼 랜드를 구비한 탑(Top) 반도체 칩과, 상기 탑 반도체 칩의 볼 랜드와 상기 바텀 반도체 칩의 관통 홀 간을 상호 연결시킴과 아울러, 상기 바텀 반도체 칩의 하면 아래로 돌출된 접속 단자를 포함한다.

Description

웨이퍼 레벨 스택 패키지 및 그의 제조방법{WAFER LEVEL STACK PACKAGE AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}
본 발명은 웨이퍼 레벨 스택 패키지 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는, 패키지의 전체 두께 및 전기적 신호의 길이를 감소시킬 수 있는 웨이퍼 레벨 스택 패키지 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
오늘날 전자 산업의 추세는 경량화, 소형화, 고속화, 다기능화, 고성능화되고 높은 신뢰성을 갖는 제품을 저렴하게 제조하는 것이다. 이와 같은 제품 설계의 목표 달성을 가능하게 하는 중요한 기술 중의 하나가 바로 패키지 조립 기술이다.
이러한 패키지 조립 기술은 웨이퍼 조립 공정을 거쳐 집적회로가 형성된 반도체 칩을 외부 환경으로부터 보호하고, 기판 상에 용이하게 실장되도록 하여 반도체 칩의 동작 신뢰성 확보하기 위한 기술이다.
기존의 패키지는 웨이퍼를 절단하여 개개의 반도체 칩들로 분리시킨 다음, 개개의 반도체 칩 별로 패키징 공정을 실시하는 방식으로 제조되었으나, 상기의 패키징 공정은 자체적으로 많은 단위 공정들, 즉, 칩 부착, 와이어 본딩, 몰딩, 트림/포밍 등의 공정들을 포함하고 있는 바, 이에, 최근에는 개별 반도체 칩으로 분리 된 상태에서 조립이 진행되지 않고, 웨이퍼 상태에서 재배선 작업과 볼 형태의 외부 접속 단자의 형성 및 개별 반도체 칩 분리하는 작업을 거쳐 제조하는 웨이퍼 레벨 칩 스케일 패키지(Wafer Level Chip Scale Package)라는 기술이 제안되었다.
한편, 전기·전자 제품의 소형화와 더불어 고성능화가 요구됨에 따라, 고용량의 반도체 모듈을 제공하기 위한 다양한 기술들이 연구 개발되고 있으며, 고용량의 반도체 모듈을 제공하기 위한 방법으로서는 메모리 칩의 고집적화 및 고용량의 반도체 모듈을 제공하기 위한 다른 방법으로서 스택(stack) 기술이 제안되었다.
그러나, 자세하게 도시하고 설명하지는 않았지만, 상기와 같은 웨이퍼 레벨 패키지 간을 이용하여 구현하는 스택 패키지는 웨이퍼 레벨 패키지 간을 스택하기 때문에, 스택되는 웨이퍼 사이의 공간에 인쇄회로기판과 같은 연결부 등의 추가적인 매개체를 사용하여 스택 패키지를 구현하기 때문에, 스택 패키지 형성 후, 전체 패키지의 두께가 증가하게 된다.
또한, 상기와 같이 인쇄회로기판과 같은 연결부 등의 추가적인 매개체를 사용하여 스택 패키지를 구현하기 때문에, 스택된 각 웨이퍼에서의 반도체 칩 들간의 전기적 신호 연결 길이가 증가하게 된다.
결국, 상기와 같은 전체 패키지의 두께 및 전기적 신호 길이의 증가로 인해 웨이퍼 레벨 패키지에의 효율성을 저하시키게 된다.
본 발명은 전체 두께 및 전기적 신호 연결 길이를 감소시킬 수 있는 웨이퍼 레벨 스택 패키지 및 그의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기와 같이 전체 두께 및 전기적 신호 연결 길이를 감소시켜 웨이퍼 레벨에의 효율성 저하를 방지할 수 있는 웨이퍼 레벨 스택 패키지 및 그의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 웨이퍼 레벨 스택 패키지는, 양측 가장자리로 연장되는 재배선을 구비하며, 상기 재배선의 단부에 홀을 구비한 바텀(Bottom) 반도체 칩; 상기 바텀 반도체 칩의 상부에 부착되며, 상기 홀과 대응하는 부분에 볼 랜드를 구비한 탑(Top) 반도체 칩; 및 상기 탑 반도체 칩의 볼 랜드와 상기 바텀 반도체 칩의 홀 간을 상호 연결시킴과 아울러, 상기 바텀 반도체 칩의 하면 아래로 돌출된 접속 단자;를 포함한다.
상기 바텀 반도체 칩과 탑 반도체 칩 사이에 개재된 비 전도성 접착제를 더 포함한다.
상기 접속 단자는 솔더 범프를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 웨이퍼 레벨 스택 패키지의 제조방법은, 양측 가장자리에 재배선을 구비한 바텀 반도체 칩의 일측 단부 상에 홈을 형성하는 단계; 상기 홈과 대응하는 부분에 볼 랜드를 구비한 탑 반도체 칩의 상기 볼 랜드 상에 접속 단자를 형성하는 단계; 상기 바텀 반도체 칩과 상기 탑 반도체 칩 간을 연결하도록 상기 탑 반도체 칩에의 상기 접속 단자가 상기 바텀 반도체 칩에의 홈에 안착되도록 부착하는 단계; 및 상기 접속 단자가 상기 바텀 반도체 칩의 홈 부분 하면 아래로 노출되도록 상기 바텀 반도체 칩의 하면을 식각하는 단계;를 포함한다.
상기 양측 가장자리에 재배선을 구비한 바텀 반도체 칩의 일측 단부 상에 홈을 형성하는 단계는, 등방성 식각으로 수행한다.
상기 홈과 대응하는 부분에 볼 랜드를 구비한 탑 반도체 칩의 상기 볼 랜드 상에 접속 단자를 형성하는 단계는, 스크린 프린팅 또는 솔더 볼 마운팅 방식으로 수행한다.
상기 접속 단자는 솔더 범프로 형성한다.
상기 바텀 반도체 칩과 상기 탑 반도체 칩 간을 연결하는 상기 접속 단자가 상기 홈에 안착되도록 부착하는 단계는, 상기 바텀 반도체 칩 상에 비 전도성 접착제를 매개로 탑 반도체 칩을 부착하는 단계; 및 상기 비 전도성 접착제를 경화시키는 단계;를 포함한다.
상기 접속 단자가 상기 바텀 반도체 칩의 홈 부분 하면 아래로 노출되도록 상기 바텀 반도체 칩의 하면을 식각하는 단계는 이방성 식각으로 수행한다.
본 발명은 웨이퍼 레벨 스택 패키지 형성시, 바텀(Bottom) 웨이퍼에의 제1반도체 칩 양측 가장자리에 홀을 형성하고, 그런 다음, 탑(Top) 웨이퍼에의 제2반도체 칩 하면에 부착된 접속 단자를 상기 제1반도체 칩의 홀에 안착시켜 각 웨이퍼 간을 스택하여 스택 패키지를 형성함으로써, 스택 패키지 형성 후 전체 패키지의 두께 증가를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기와 같이 하부 웨이퍼에의 반도체 칩 양측 가장자리에 형성된 홀 내에 상부 웨이퍼에의 반도체 칩에 부착된 접속 단자가 안착되어 스택 패키지를 형성함으로써, 스택된 각 웨이퍼간의 전기적 신호 연결 길이의 증가를 방지할 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같이 전체 패키지의 두께 증가 및 전기적 신호 길이의 증가를 방지할 수 있으므로, 웨이퍼 레벨 패키지에서의 효율성을 향상시킬 수 있다.
본 발명은, 다수의 반도체 칩으로 이루어진 적어도 둘 이상의 웨이퍼 간을 스택하여 구현하는 스택 패키지 형성시, 바텀(Bottom) 웨이퍼에의 제1반도체 칩 양측 가장자리에 홀을 형성하고, 그런 다음, 탑(Top) 웨이퍼에의 제2반도체 칩 하면에 부착된 접속 단자를 상기 제1반도체 칩의 홀에 안착시켜 각 웨이퍼 간을 스택한다.
이렇게 하면, 웨이퍼 레벨 패키지 간을 스택하여 스택 패키지 형성시, 스택되는 웨이퍼 사이의 공간에 인쇄회로기판과 같은 연결부 등의 추가적인 매개체를 사용하는 종래의 웨이퍼 레벨 스택 패키지와 달리, 상기와 같이 스택되는 웨이퍼 중 하부 웨이퍼에의 반도체 칩 양측 가장자리에 상부 웨이퍼에의 반도체 칩에 부착된 접속 단자가 안착될 수 있는 홀을 형성하여 스택 패키지를 형성함으로써, 스택 패키지 형성 후, 전체 패키지의 두께 증가를 방지할 수 있다.
또한, 상기와 같이 하부 웨이퍼에의 반도체 칩 양측 가장자리에 형성된 홀 내에 상부 웨이퍼에의 반도체 칩에 부착된 접속 단자가 안착되어 스택 패키지를 형 성함으로써, 스택된 각 웨이퍼간의 전기적 신호 연결 길이의 증가를 방지할 수 있다.
따라서, 상기와 같이 전체 패키지의 두께 증가 및 전기적 신호 길이의 증가를 방지할 수 있으므로, 웨이퍼 레벨 패키지에서의 효율성을 향상시킬 수 있다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 레벨 스택 패키지를 설명하기 위해 도시한 단면도로서, 이를 설명하면 다음과 같다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 레벨 스택 패키지(100)는, 바텀(Bottom) 반도체 칩(104) 상에 탑(Top) 반도체 칩(106)이 상기 탑 반도체 칩(106)의 하부에 부착된 접속 단자(110)를 매개로 부착된 구조로 이루어진다.
이때, 상기 바텀 반도체 칩(104)은 도 2에 도시된 바와 같이, 중앙 부분에 다수의 제1본딩패드(103)를 가지며, 양측 가장자리 부분에 상기 제1본딩패드(103)와 재배선(107)에 의해 연결되는 다수의 홀(H)을 구비한다.
또한, 상기 탑 반도체 칩(106)은 도 3에 도시된 바와 같이, 중앙 부분에 다수의 제2본딩패드(105)를 가지며, 양측 가장자리 부분에 상기 제2본딩패드(105)와 재배선(107)에 의해 연결되며, 상기 바텀 반도체 칩(104)에의 제1본딩패드(103)와 재배선(107)에 의해 연결되는 다수의 홀(H)에 대응하는 다수의 볼 랜드(109)를 구비한다.
이때, 상기 볼 랜드(109)에는 솔더 범프와 같은 다수의 접속 단자(110)가 부착되며, 상기 바텀 반도체 칩(104)에의 제1본딩패드(103)와 재배선(107)에 의해 연결되는 다수의 홀(H)에 안착되어 상기 바텀 반도체 칩(104)과 탑 반도체 칩(106) 간을 상호 연결시킨다.
또한, 상기 접속 단자(110)는 상기 바텀 반도체 칩(104)의 홀(H)에 안착시, 상기 홀(H)을 관통하여 상기 바텀 반도체 칩(104)의 하부로 일부분 노출된다.
상기 바텀 반도체 칩(104)과 탑 반도체 칩(106) 사이에는 비 전도성 접착제(108)가 형성된다.
구체적으로, 도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 레벨 스택 패키지의 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도로서, 이를 설명하면 다음과 같다.
도 4a를 참조하면, 양측 가장자리에 재배선(도시안됨)을 구비한 바텀 반도체 칩(104)의 일측 단부 상에 상기 재배선과 연결되는 홈(H')을 형성한다. 상기 홈(H')은 등방성 식각으로 수행한다.
도 4b를 참조하면, 상기 바텀 반도체 칩(104)의 홈(H')과 대응하는 부분에 볼 랜드(도시 생략)를 구비한 탐 반도체 칩(106)의 상기 볼 랜드 상에 솔더 범프와 같은 접속 단자(110)를 형성한다.
상기 솔더 범프와 같은 접속 단자(110)는 스크린 프린팅 또는 솔더 볼 마운팅 방식으로 형성한다.
도 4c를 참조하면, 양측 가장자리에 재배선과 연결되는 홈(H')을 구비한 상기 바텀 반도체 칩(104)과 상기 바텀 반도체 칩(104)에의 홈(H')과 대응하는 부분에 접속 단자(110)가 형성된 상기 탑 반도체 칩(106) 간을 상기 탑 반도체 칩(106)에의 상기 접속 단자(110)가 상기 바텀 반도체 칩(104)의 홈(H')에 안착되도록 비 전도성 접착제(108)를 매개로 하여 부착한다.
그런 다음, 상기 비 전도성 접착제(108)와 상기 접속 단자(110)의 용융을 위해 상기 각 반도체 칩(104, 106)을 큐어링(120)한다.
이때, 상기 큐어링(120)시, 상기 경화된 솔더 범프와 같은 접속 단자(110)에의 상기 솔더 범프에의 솔더가 상기 바텀 반도체 칩(104)의 홈(H')에 채워지게 되면서, 상기 바텀 반도체 칩(104)과 탑 반도체 칩(106) 간의 접착력을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 4d를 참조하면, 상기 큐어링(120)에 의해 부착된 접속 단자(110)가 상기 바텀 반도체 칩(104)의 홈(H') 부분 하면 아래로 노출되도록 상기 바텀 반도체 칩(104)의 하면을 식각하여 홀(H)을 형성함으로써 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 레벨 스택 패키지를 완성한다. 이때, 상기 바텀 반도체 칩(104)의 하면에의 식각은 이방성 식각으로 수행하는 것이 바람직하다.
전술한 바와 같이 본 발명은, 다수의 반도체 칩으로 이루어진 적어도 둘 이상의 웨이퍼 간을 스택하여 구현하는 스택 패키지 형성시, 바텀(Bottom) 웨이퍼에의 제1반도체 칩 양측 가장자리에 홀을 형성하고, 그런 다음, 탑(Top) 웨이퍼에의 제2반도체 칩 하면에 부착된 접속 단자를 상기 제1반도체 칩의 홀에 안착시켜 각 웨이퍼 간을 스택하여 스택 패키지를 형성함으로써, 종래의 웨이퍼 레벨 패키지 간 을 스택하여 스택 패키지 형성시, 스택되는 웨이퍼 사이의 공간에 인쇄회로기판과 같은 연결부 등의 추가적인 매개체를 사용하는 스택 패키지와 달리, 스택 패키지 형성 후, 전체 패키지의 두께 증가를 방지할 수 있다.
또한, 상기와 같이 하부 웨이퍼에의 반도체 칩 양측 가장자리에 형성된 홀 내에 상부 웨이퍼에의 반도체 칩에 부착된 접속 단자가 안착되어 스택 패키지를 형성함으로써, 스택된 각 웨이퍼간의 전기적 신호 연결 길이의 증가를 방지할 수 있다.
따라서, 상기와 같이 전체 패키지의 두께 증가 및 전기적 신호 길이의 증가를 방지할 수 있으므로, 웨이퍼 레벨 패키지에서의 효율성을 향상시킬 수 있다.
이상, 전술한 본 발명의 실시예들에서는 특정 실시예에 관련하고 도시하고 설명하였지만, 본 발명이 그에 한정되는 것은 아니며, 이하의 특허청구의 범위는 본 발명의 정신과 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변형될 수 있다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 알 수 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 레벨 스택 패키지를 설명하기 위해 도시한 단면도.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 레벨 스택 패키지의 제조방법을 설명하기 위해 도시한 공정별 단면도.

Claims (9)

  1. 양측 가장자리로 연장되는 재배선을 구비하며, 상기 재배선의 단부에 홀을 구비한 바텀(Bottom) 반도체 칩;
    상기 바텀 반도체 칩의 상부에 부착되며, 상기 홀과 대응하는 부분에 볼 랜드를 구비한 탑(Top) 반도체 칩; 및
    상기 탑 반도체 칩의 볼 랜드와 상기 바텀 반도체 칩의 홀 간을 상호 연결시킴과 아울러, 상기 바텀 반도체 칩의 하면 아래로 돌출된 접속 단자;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 레벨 스택 패키지.
  2. 청구항 2은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 1 항에 있어서,
    상기 바텀 반도체 칩과 탑 반도체 칩 사이에 개재된 비 전도성 접착제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 레벨 스택 패키지.
  3. 청구항 3은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 1 항에 있어서,
    상기 접속 단자는 솔더 범프인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 레벨 스택 패키지.
  4. 양측 가장자리에 재배선을 구비한 바텀 반도체 칩의 일측 단부 상에 홈을 형성하는 단계;
    상기 홈과 대응하는 부분에 볼 랜드를 구비한 탑 반도체 칩의 상기 볼 랜드 상에 접속 단자를 형성하는 단계;
    상기 바텀 반도체 칩과 상기 탑 반도체 칩 간을 상기 탑 반도체 칩의 상기 접속 단자가 상기 바텀 반도체 칩의 홈에 안착되도록 부착하는 단계; 및
    상기 접속 단자가 상기 바텀 반도체 칩의 홈 부분 하면 아래로 노출되도록 상기 바텀 반도체 칩의 하면을 식각하여 홀을 형성하는 단계;
    를 포함하는 웨이퍼 레벨 스택 패키지의 제조방법.
  5. 청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 4 항에 있어서,
    상기 양측 가장자리에 재배선을 구비한 바텀 반도체 칩의 일측 단부 상에 홈을 형성하는 단계는, 등방성 식각으로 수행하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 레벨 스택 패키지의 제조방법.
  6. 청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 4 항에 있어서,
    상기 홈과 대응하는 부분에 볼 랜드를 구비한 탑 반도체 칩의 상기 볼 랜드 상에 접속 단자를 형성하는 단계는, 스크린 프린팅 또는 솔더 볼 마운팅 방식으로 수행하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 레벨 스택 패키지의 제조방법.
  7. 청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 6 항에 있어서,
    상기 접속 단자는 솔더 범프로 형성하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 레벨 스 택 패키지의 제조방법.
  8. 청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 4 항에 있어서,
    상기 바텀 반도체 칩과 상기 탑 반도체 칩 간을 연결하는 상기 접속 단자가 상기 홈에 안착되도록 부착하는 단계는,
    상기 바텀 반도체 칩 상에 비 전도성 접착제를 매개로 탑 반도체 칩을 부착하는 단계; 및
    상기 비 전도성 접착제를 경화시키는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 레벨 스택 패키지의 제조방법.
  9. 청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 4 항에 있어서,
    상기 접속 단자가 상기 바텀 반도체 칩의 홈 부분 하면 아래로 노출되도록 상기 바텀 반도체 칩의 하면을 식각하는 단계는 이방성 식각으로 수행하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 레벨 스택 패키지의 제조방법.
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