KR102622412B1 - 관통 홀을 포함하는 반도체 패키지 및 이의 제조 방법 - Google Patents

관통 홀을 포함하는 반도체 패키지 및 이의 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102622412B1
KR102622412B1 KR1020190081342A KR20190081342A KR102622412B1 KR 102622412 B1 KR102622412 B1 KR 102622412B1 KR 1020190081342 A KR1020190081342 A KR 1020190081342A KR 20190081342 A KR20190081342 A KR 20190081342A KR 102622412 B1 KR102622412 B1 KR 102622412B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
hole
semiconductor substrate
wiring layer
insulating layer
semiconductor package
Prior art date
Application number
KR1020190081342A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20210005433A (ko
Inventor
조효경
이대석
김진남
김태성
문광진
이학승
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020190081342A priority Critical patent/KR102622412B1/ko
Priority to US16/750,579 priority patent/US11373932B2/en
Publication of KR20210005433A publication Critical patent/KR20210005433A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102622412B1 publication Critical patent/KR102622412B1/ko

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/488Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
    • H01L23/498Leads, i.e. metallisations or lead-frames on insulating substrates, e.g. chip carriers
    • H01L23/49827Via connections through the substrates, e.g. pins going through the substrate, coaxial cables
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76898Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics formed through a semiconductor substrate
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02107Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02112Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
    • H01L21/02123Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon
    • H01L21/02164Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon the material being a silicon oxide, e.g. SiO2
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02107Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02112Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
    • H01L21/02123Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon
    • H01L21/0217Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon the material being a silicon nitride not containing oxygen, e.g. SixNy or SixByNz
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/30604Chemical etching
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76801Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing
    • H01L21/76829Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing characterised by the formation of thin functional dielectric layers, e.g. dielectric etch-stop, barrier, capping or liner layers
    • H01L21/76831Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing characterised by the formation of thin functional dielectric layers, e.g. dielectric etch-stop, barrier, capping or liner layers in via holes or trenches, e.g. non-conductive sidewall liners
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/481Internal lead connections, e.g. via connections, feedthrough structures
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/52Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames
    • H01L23/522Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body
    • H01L23/525Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body with adaptable interconnections
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/52Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames
    • H01L23/522Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body
    • H01L23/528Geometry or layout of the interconnection structure
    • H01L23/5283Cross-sectional geometry
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/52Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames
    • H01L23/522Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body
    • H01L23/532Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body characterised by the materials
    • H01L23/5329Insulating materials
    • H01L23/53295Stacked insulating layers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/02Bonding areas ; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/04Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
    • H01L24/06Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of a plurality of bonding areas
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/80Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L24/89Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using at least one connector not provided for in any of the groups H01L24/81 - H01L24/86
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/065Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L27/00
    • H01L25/0657Stacked arrangements of devices
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005Processes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02107Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02263Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
    • H01L21/02271Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/027Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34
    • H01L21/0271Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising organic layers
    • H01L21/0273Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising organic layers characterised by the treatment of photoresist layers
    • H01L21/0274Photolithographic processes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/283Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current
    • H01L21/288Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a liquid, e.g. electrolytic deposition
    • H01L21/2885Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a liquid, e.g. electrolytic deposition using an external electrical current, i.e. electro-deposition
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3205Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
    • H01L21/321After treatment
    • H01L21/32115Planarisation
    • H01L21/3212Planarisation by chemical mechanical polishing [CMP]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76838Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the conductors
    • H01L21/7684Smoothing; Planarisation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76838Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the conductors
    • H01L21/76841Barrier, adhesion or liner layers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76838Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the conductors
    • H01L21/76877Filling of holes, grooves or trenches, e.g. vias, with conductive material
    • H01L21/76879Filling of holes, grooves or trenches, e.g. vias, with conductive material by selective deposition of conductive material in the vias, e.g. selective C.V.D. on semiconductor material, plating
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/02Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/04Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/02Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/04Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
    • H01L2224/05Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of an individual bonding area
    • H01L2224/0554External layer
    • H01L2224/0556Disposition
    • H01L2224/0557Disposition the external layer being disposed on a via connection of the semiconductor or solid-state body
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/02Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/07Structure, shape, material or disposition of the bonding areas after the connecting process
    • H01L2224/08Structure, shape, material or disposition of the bonding areas after the connecting process of an individual bonding area
    • H01L2224/081Disposition
    • H01L2224/0812Disposition the bonding area connecting directly to another bonding area, i.e. connectorless bonding, e.g. bumpless bonding
    • H01L2224/08135Disposition the bonding area connecting directly to another bonding area, i.e. connectorless bonding, e.g. bumpless bonding the bonding area connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
    • H01L2224/08145Disposition the bonding area connecting directly to another bonding area, i.e. connectorless bonding, e.g. bumpless bonding the bonding area connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being stacked
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/02Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/07Structure, shape, material or disposition of the bonding areas after the connecting process
    • H01L2224/08Structure, shape, material or disposition of the bonding areas after the connecting process of an individual bonding area
    • H01L2224/081Disposition
    • H01L2224/0812Disposition the bonding area connecting directly to another bonding area, i.e. connectorless bonding, e.g. bumpless bonding
    • H01L2224/08135Disposition the bonding area connecting directly to another bonding area, i.e. connectorless bonding, e.g. bumpless bonding the bonding area connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
    • H01L2224/08145Disposition the bonding area connecting directly to another bonding area, i.e. connectorless bonding, e.g. bumpless bonding the bonding area connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being stacked
    • H01L2224/08147Disposition the bonding area connecting directly to another bonding area, i.e. connectorless bonding, e.g. bumpless bonding the bonding area connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being stacked the bonding area connecting to a bonding area disposed in a recess of the surface of the body
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/02Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/07Structure, shape, material or disposition of the bonding areas after the connecting process
    • H01L2224/09Structure, shape, material or disposition of the bonding areas after the connecting process of a plurality of bonding areas
    • H01L2224/091Disposition
    • H01L2224/0918Disposition being disposed on at least two different sides of the body, e.g. dual array
    • H01L2224/09181On opposite sides of the body
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/80001Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected by connecting a bonding area directly to another bonding area, i.e. connectorless bonding, e.g. bumpless bonding
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/80001Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected by connecting a bonding area directly to another bonding area, i.e. connectorless bonding, e.g. bumpless bonding
    • H01L2224/808Bonding techniques
    • H01L2224/80894Direct bonding, i.e. joining surfaces by means of intermolecular attracting interactions at their interfaces, e.g. covalent bonds, van der Waals forces
    • H01L2224/80895Direct bonding, i.e. joining surfaces by means of intermolecular attracting interactions at their interfaces, e.g. covalent bonds, van der Waals forces between electrically conductive surfaces, e.g. copper-copper direct bonding, surface activated bonding
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/80001Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected by connecting a bonding area directly to another bonding area, i.e. connectorless bonding, e.g. bumpless bonding
    • H01L2224/808Bonding techniques
    • H01L2224/80894Direct bonding, i.e. joining surfaces by means of intermolecular attracting interactions at their interfaces, e.g. covalent bonds, van der Waals forces
    • H01L2224/80896Direct bonding, i.e. joining surfaces by means of intermolecular attracting interactions at their interfaces, e.g. covalent bonds, van der Waals forces between electrically insulating surfaces, e.g. oxide or nitride layers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2225/00Details relating to assemblies covered by the group H01L25/00 but not provided for in its subgroups
    • H01L2225/03All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00
    • H01L2225/04All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00 the devices not having separate containers
    • H01L2225/065All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00 the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L27/00
    • H01L2225/06503Stacked arrangements of devices
    • H01L2225/06541Conductive via connections through the device, e.g. vertical interconnects, through silicon via [TSV]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2225/00Details relating to assemblies covered by the group H01L25/00 but not provided for in its subgroups
    • H01L2225/03All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00
    • H01L2225/04All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00 the devices not having separate containers
    • H01L2225/065All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00 the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L27/00
    • H01L2225/06503Stacked arrangements of devices
    • H01L2225/06555Geometry of the stack, e.g. form of the devices, geometry to facilitate stacking
    • H01L2225/06565Geometry of the stack, e.g. form of the devices, geometry to facilitate stacking the devices having the same size and there being no auxiliary carrier between the devices
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/52Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames
    • H01L23/522Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body
    • H01L23/532Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body characterised by the materials
    • H01L23/53204Conductive materials
    • H01L23/53209Conductive materials based on metals, e.g. alloys, metal silicides
    • H01L23/53228Conductive materials based on metals, e.g. alloys, metal silicides the principal metal being copper
    • H01L23/53238Additional layers associated with copper layers, e.g. adhesion, barrier, cladding layers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/02Bonding areas ; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/04Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
    • H01L24/05Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of an individual bonding area
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/02Bonding areas ; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/07Structure, shape, material or disposition of the bonding areas after the connecting process
    • H01L24/08Structure, shape, material or disposition of the bonding areas after the connecting process of an individual bonding area

Abstract

본 발명에 따른 반도체 패키지는 제1 배선층, 상기 제1 배선층 상의 제1 반도체 기판, 상기 제1 반도체 기판 상의 제1 절연층, 상기 제1 배선층 내의 랜딩 패드, 상기 제1 반도체 기판, 상기 제1 절연층, 및 상기 제1 배선층을 관통하여 상기 랜딩 패드를 노출하는 관통 홀, 및 상기 관통 홀의 상부의 측면 상의 마스크 막을 포함할 수 있다. 상기 관통 홀은 제1 홀 및 상기 제1 홀의 하단과 연결되는 제2 홀을 포함하되, 상기 제2 홀의 최대 직경은 상기 제1 홀의 최소 직경보다 더 작을 수 있다.

Description

관통 홀을 포함하는 반도체 패키지 및 이의 제조 방법{Semiconductor package including through-hole and method of manufacturing same}
본 발명은 관통 홀을 포함하는 반도체 패키지 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 휴대폰, 노트북 등의 전자산업에서 제품의 경량화, 소형화, 고속화, 다기능화, 고성능화 및 높은 신뢰성에 대한 요구가 증가하고 있다. 이러한 요구들을 만족시키기 위한 하나의 해결 방안으로 반도체 패키지 기술에 대한 연구가 지속적으로 이루어지고 있다. 기존의 와이어 본딩을 사용하는 집적 회로 간의 2차원적 연결은 와이어에서 생기는 신호 손실, 높은 소비 전력 및 설계 방식의 제약 등의 단점을 가지고 있다. 이러한 단점을 극복하기 위해서 적층된 반도체 칩들을 수직 배선으로 연결시키는 3차원 집적 회로 패키지 기술이 제안되고 있다. 이때, 반도체 칩들을 수직으로 연결하는 수직 배선을 관통전극(Through Silicone Via: TSV)이라 한다. 관통전극(TSV)을 사용하는 3차원 집적 회로 패키지 기술은 동일 공간상에서 더 많은 집적 회로를 구현할 수 있고, 더 짧은 회로 간의 연결을 구현할 수 있다. 최근에 이러한 관통전극을 사용하는 3차원 집적 회로 패키지 기술을 이용하는 반도체 패키지의 신뢰성 및 전기적 특성을 개선시키기 위한 다양한 연구들이 이루어지고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 신뢰성이 향상된 반도체 패키지를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 신뢰성이 향상된 반도체 패키지의 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 패키지는 제1 배선층, 상기 제1 배선층 상의 제1 반도체 기판, 상기 제1 반도체 기판 상의 제1 절연층, 상기 제1 배선층 내의 랜딩 패드, 상기 제1 반도체 기판, 상기 제1 절연층, 및 상기 제1 배선층을 관통하여 상기 랜딩 패드를 노출하는 관통 홀, 및 상기 관통 홀의 상부의 측면 상의 마스크 막을 포함하고, 상기 관통 홀은 제1 홀 및 상기 제1 홀의 하단과 연결되는 제2 홀을 포함하되, 상기 제2 홀의 최대 직경은 상기 제1 홀의 최소 직경보다 더 작을 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 반도체 패키지는 제1 배선층, 상기 제1 배선층 상의 제1 반도체 기판, 상기 제1 반도체 기판 상의 제1 절연층, 상기 제1 배선층 내의 랜딩 패드, 상기 제1 반도체 기판, 상기 제1 절연층, 및 상기 제1 배선층을 관통하여 상기 랜딩 패드를 노출하는 관통 홀, 상기 관통 홀의 상부의 측면 상의 마스크 막, 상기 관통 홀 내의 관통 전극, 상기 관통 전극 상의 외부 연결 패드, 및 상기 제1 배선층과 전기적으로 연결되는 다이를 포함하고, 상기 관통 홀은 제1 홀 및 상기 제1 홀의 하단와 연결되는 제2 홀을 포함하되, 상기 제2 홀의 최대 직경은 상기 제1 홀의 최소 직경보다 더 작을 수 있다.
본 발명에 일 실시예에 따른 반도체 패키지의 제조방법은 반도체 기판 및 상기 반도체 기판 상의 제1 절연층 내에 제1 홀을 형성하는 것, 상기 제1 홀의 상부의 측면 상에 마스크 패턴을 형성하는 것, 및 상기 반도체 기판의 하면 상의 제1 배선층 내에 상기 제1 홀과 수직 중첩되는 제2 홀을 형성하는 것을 포함하고, 상기 제2 홀은 상기 제1 배선층 내의 랜딩 패드를 노출하고, 상기 제2 홀의 직경은 상기 제1 홀의 직경보다 더 작을 수 있다.
본 발명의 관통 홀을 포함하는 반도체 패키지 및 이의 제조 방법에 따르면 랜딩 패드를 오픈하는 TSV 형성 시에 원치 않는 식각 손상을 최소화 할 수 있다. 이로써 신뢰성이 향상된 반도체 패키지를 제공할 수 있다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 패키지의 단면도이다.
도 1b는 도 1a의 평면도이다.
도 1c는 도 1a의 aa 부분의 확대도이다.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 패키지의 제조 방법을 순차적으로 나타내는 단면도들이다.
이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위하여 본 발명에 따른 실시예들을 첨부 도면을 참조하면서 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 패키지의 단면도이다. 도 1b는 도 1a의 평면도이다. 도 1c는 도 1a의 aa 부분의 확대도이다. 도 1b에서, 구성요소들을 보다 명확히 나타내기 위하여 도 1a의 일부 구성요소들은 생략되었다.
도 1a 내지 도 1c를 참조하면 본 발명에 따른 반도체 패키지(1000)는 제1 다이(100), 제2 다이(200)를 포함할 수 있다.
제2 다이(200) 상에 제1 다이(100)가 배치될 수 있고, 제1 다이(100) 및 제2 다이(200) 사이에는 결합층(BL)이 제공될 수 있다. 결합층(BL)은 절연층(미도시) 및 절연층(미도시) 내에 개재된 도전 패턴(미도시)을 포함할 수 있다. 결합층은 점성이 있어서 제1 다이(100) 및 제2 다이(200)가 접착될 수 있다. 후술할 제1 다이(100)의 제1 연결 패드(102P) 및 제2 다이(200)의 제2 연결 패드(202P)는 결합층(BL)의 도전 패턴을 통해서 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 다이(100)는 제1 반도체 기판(101) 및 제1 배선층(102)을 포함할 수 있다. 도 1a에 도시된 제1 다이(100)는 제1 반도체 기판(101)이 제1 배선층(102) 상에 위치함으로써, 일반적인 칩이 뒤집어진 형태일 수 있다.
제1 반도체 기판(101)은 일 예로 반도체 집적 회로가 형성된 실리콘 기판을 포함할 수 있다. 제1 반도체 기판(101)은 일 예로 트랜지스터와 같은 반도체 소자를 포함할 수 있다.
제1 배선층(102)은 복수개의 절연층들 및 그 사이에 개재된 제1 도전 패턴들(102M)을 포함할 수 있다. 제1 배선층(102) 내에는 제1 도전 패턴들(102M) 중 적어도 일부를 전기적으로 서로 연결시키는 복수개의 제1 도전 콘택들(102C)이 제공될 수 있다.
제1 배선층(102) 내에는 랜딩 패드(400)가 제공될 수 있다. 랜딩 패드(400)는 제1 배선층(102)의 상면에 인접하게 배치될 수 있다. 제1 배선층(102) 하부에는 제1 연결 패드(102P)가 제공될 수 있다.
제2 다이(200)는 제2 반도체 기판(201) 및 제2 배선층(202)을 포함할 수 있다. 제2 반도체 기판(201)은 일 예로 반도체 집적 회로가 형성된 실리콘 기판을 포함할 수 있다. 제2 반도체 기판(201)은 일 예로 트랜지스터와 같은 반도체 소자를 포함할 수 있다.
제2 배선층(202)은 복수개의 절연층들(미도시) 및 절연층들 사이에 개재된 복수개의 제2 도전 패턴들(202M)을 포함할 수 있다. 제2 배선층(202) 내에는 제2 도전 패턴들(202M) 중 적어도 일부를 전기적으로 서로 연결시키는 복수개의 제2 도전 콘택들(202C)이 제공될 수 있다.
제2 배선층(202) 상부에는 제2 연결 패드(202P)가 제공될 수 있다.
제1 반도체 기판(101) 상에는 제1 절연층(103)이 제공될 수 있다. 제1 절연층(103)은 일 예로 실리콘 옥사이드(SiO2)를 포함할 수 있다.
제1 절연층(103), 제1 반도체 기판(101) 내에 리세스(R1)가 제공될 수 있다. 리세스(R1)는 평면적 관점에서 원 또는 원에 가까운 형태일 수 있다. 리세스(R1)의 측벽 및 리세스(R1)의 바닥면의 일부 상에 라이너(liner)(104)가 제공될 수 있다. 라이너(104)는 일 예로 실리콘 옥사이드와 같은 절연체를 포함할 수 있다. 구체적으로, 라이너(104)는 제1 절연층(103)의 상면, 리세스(R1)에 의해 노출되는 제1 절연층(103)의 측면, 제1 반도체 기판(101)의 측면 및 제1 배선층(102)의 상면의 일부 상에 배치될 수 있다. 라이너(104)는 리세스(R1)의 일부를 채울 수 있다.
제1 절연층(103), 제1 반도체 기판(101) 및 제1 배선층(102) 내에 관통 홀(300)이 제공될 수 있다. 관통 홀(300)은 라이너(104)에 의해 채워지지 않은 리세스(R1)의 잔부에 대응하는 제1 홀(301) 및 제1 홀(301)로부터 제1 배선층(102) 내부로 연장되는 제2 홀(302)을 포함할 수 있다. 제2 홀(302)은 랜딩 패드(400)의 상면을 노출할 수 있다.
제1 홀(301) 및 제2 홀(302)은 제1 반도체 기판(101)의 상면에 수직한 제1 방향(D1)으로 중첩될 수 있다. 제1 홀(301) 및 제2 홀(302)은 평면적 관점에서, 원 또는 원에 가까운 형상을 가질 수 있다. 제1 홀(301)의 중심(CT) 및 제2 홀(302)의 중심(CT)은 실질적으로 동일할 수 있다.
제1 홀(301)의 직경은 제1 반도체 기판(101)의 하면에 가까워질 수록 작아질 수 있다. 따라서 제1 홀(301)의 최대 직경은 제1 홀(301)의 상단의 직경(△301H)과 대응될 수 있고, 제1 홀(301)의 최소 직경은 제1 홀(301)의 하단의 직경(△301L)에 대응될 수 있다.
제2 홀(302)은 제1 방향(D1)을 따라서 리세스(R1) 하면 상의 라이너(104) 상면으로부터 제1 배선층(102) 내의 랜딩 패드(400)의 상면까지 형성된 빈 공간을 포함하는 영역일 수 있다.
제2 홀(302)에 의해 랜딩 패드(400)가 노출될 수 있다. 제2 홀(302)의 직경은 랜딩 패드(400)에 가까워질 수록 더 작아질 수 있다. 따라서 제2 홀(302)의 최대 직경은 제2 홀(302) 상단의 직경(△302H)에 대응되고, 제2 홀(302)의 최소 직경은 제2 홀(302)의 하단의 직경(△302L)에 대응될 수 있다.
제1 홀(301)의 일 측면의 기울기(θ1)는 제2 홀(302)의 일 측면의 기울기(θ2)보다 더 클 수 있다. 제2 홀(302)의 최대 직경(△302H)은 제1 홀(301)의 최소 직경(△301L)보다 작을 수 있다. 제1 홀(301)의 측면(301S), 제1 홀(301)의 하면(301B) 제2 홀(302)의 측면(302S)이 서로 연결되어 계단 형상 또는 턱짐 형상을 이룰 수 있다.
제2 홀(302)에 의해서 랜딩 패드(400)의 상면(400T)의 일부가 노출될 수 있다. 즉, 제1 배선층(102)은 랜딩 패드(400)의 상면(400T)의 일부를 덮을 수 있다. 평면적 관점에서, 제2 홀(302)은 랜딩 패드(400)에 의해서 평면적으로 둘러싸일 수 있다.
라이너(104) 상에는 마스크 막(105)이 제공될 수 있다. 마스크 막(105)의 평균 두께는 라이너(104)의 평균 두께보다 두 배 이상 클 수 있다. 마스크 막(105)은 라이너(104)의 일부를 덮을 수 있다. 마스크 막(105)은 제1 절연층(103)의 상면 및 제1 절연층(103)의 상면으로부터 제1 절연층(103)의 측면으로 이어지는 모서리 상에 배치될 수 있다. 마스크 막(105)은 관통 홀(300) 내의 제1 절연층(103)의 측면 상에 배치될 수 있다. 마스크 막(105)은 관통 홀(300) 내의 반도체 기판(101)의 측벽의 상부 상에 배치될 수 있다.즉, 마스크 막(105)은 반도체 기판(101)의 측벽 상에 국소적으로 배치될 수 있다. 마스크 막(105)에 의해서 제1 홀(301)의 가장자리 부분(CL)이 가려질 수 있다. 따라서 제1 홀(301)의 최대 직경(△301) 대비하여 마스크 막(105)에 의해서 노출되는 제1 홀(301)의 최대 직경(△OP)은 작을 수 있다. 마스크 막(105)에 의해서 노출되는 제1 홀(301)의 최대 직경(△OP)보다 제2 홀(302)의 최대 직경(△302H)은 작을 수 있다.
제2 홀(302)의 최소 직경(△302L)은 제1 반도체 기판(101)의 상면에 평행한 제2 방향(D2)으로의 랜딩 패드(400)의 폭(△400)보다 작을 수 있다. 제1 홀(301)의 최소 직경(△301L)은 랜딩 패드(400)의 제2 방향(D2)으로의 폭(△400)보다 클 수 있다.
관통 홀(300) 내에 관통 전극(TE)이 제공될 수 있다. 관통 전극(TE)은 관통 홀(300) 내에 채워지는 도전 물질을 포함할 수 있다. 일 예로 도전 물질은 구리 물질을 포함할 수 있다. 관통 전극(TE) 및 관통 홀(300) 사이에는 배리어 메탈층(미도시)이 제공될 수 있다. 관통 전극(TE)의 상면의 레벨은 마스크 막(105)의 상면의 레벨과 실질적으로 동일할 수 있다. 관통 전극(TE) 하면의 레벨은 랜딩 패드(400)의 상면(400T)의 레벨과 실질적으로 동일할 수 있다. 관통 전극(TE)의 하면은 랜딩 패드(400)의 상면(400T)과 접촉할 수 있다. 관통 전극(TE)은 랜딩 패드(400)와 전기적으로 연결될 수 있다.
관통 전극(TE) 상에는 제3 절연층(106) 및 외부 연결 패드(107)가 제공될 수 있다. 제3 절연층(106)의 일부가 노출되어, 외부 연결 패드(107)는 관통 전극(TE)과 제1 방향(D1)을 따라서 중첩되고, 외부 연결 패드(107)는 관통 전극(TE)과 전기적으로 연결될 수 있다.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 방법을 나타내는 도면들이다.
도 2a를 참조하면 제1 다이(100)가 제2 다이(200) 상에 결합될 수 있다. 제1 다이(100) 및 제2 다이(200)는 결합층(BL)에 의해서 결합될 수 있다. 도시된 제1 다이(100)는 뒤집혀 있는 상태일 수 있다. 뒤집히기 전의 제1 다이(100)는 순차적으로 적층된 제1 반도체 기판(101) 및 제1 배선층(102)을 포함할 수 있다. 제1 배선층(102) 내에는 제1 도전 패턴(102M), 제1 도전 콘택(102C), 제1 연결 패드(102P), 및 랜딩 패드(400)가 제공될 수 있다. 제2 다이(200)는 순차적으로 적층된 제2 반도체 기판(201) 및 제2 배선층(202)을 포함할 수 있다. 제2 배선층(202) 내에는 제2 도전 패턴(202M), 제2 도전 콘택(202C), 제2 연결 패드(202P)가 제공될 수 있다. 이어서 제1 반도체 기판(101) 상에 제1 절연층(103)이 형성될 수 있다. 제1 절연층(103)은 일 예로 CVD 증착 기법을 이용하여 형성될 수 있다.
도 2b를 참조하면 제1 반도체 기판(101) 및 제1 절연층(103)내에 리세스(R1)가 형성될 수 있다. 리세스(R1)는 포토 레지스트 공정을 이용하는 마스크 패턴(미도시)에 의해 패터닝 될 수 있다. 마스크 패턴(미도시)을 식각 마스크로 사용하여 차례로 제1 절연층(103) 및 제1 반도체 기판(101)이 식각되어 제1 배선층(102)의 상면을 노출시키는 리세스(R1)가 형성될 수 있다 리세스(R1)가 형성된 후에 마스크 패턴(미도시)은 제거될 수 있다.
이어서 리세스(R1)가 형성된 제1 반도체 기판(101) 및 제1 절연층(103)을 콘포멀하게 덮는 라이너(104)가 형성될 수 있다. 라이너(104)는 일 예로 CVD 증착 방법을 통해서 형성될 수 있다. 라이너(104)에 의해 빈 공간이 감소된 리세스(R1)가 제1 홀(301)로 정의될 수 있다.
제1 홀(301)의 최대 직경(△301H)은 랜딩 패드(400)의 제2 방향(D2)으로의 폭(△400D)보다 클 수 있다. 라이너(104) 형성 후에 바로 랜딩 패드(400)를 노출시키는 식각 공정을 진행하는 경우, 식각되는 제1 배선층(102)의 영역이 랜딩 패드(400)의 제2 방향(D2)으로의 폭(△400D)보다 더 크게 식각될 수 있다. 랜딩 패드(400)에 대응되지 않는 제1 배선층(102)의 영역이 식각되는 경우 프로파일(profile) 불량이 발생할 수 있다.
도 2c를 참조하면, 마스크 패턴(105P)이 라이너(104)의 일부 상에 선택적으로 형성될 수 있다. 마스크 패턴(105P)의 두께(△105P)는 라이너(104)의 두께(△104)에 비해서 10배 이상 두텁게 형성될 수 있다. 마스크 패턴(105P)은 일 예로 CVD를 통해서 증착될 수 있다. 마스크 패턴(105P)은 실리콘 나이트라이드(SiN)와 같은 식각 방지 물질을 포함할 수 있다. 구체적으로 마스크 패턴(105P)은 제1 절연층(103)의 상면 및 제1 절연층(103)의 상면으로부터 제1 절연층(103)의 측면으로 이어지는 모서리 상에 형성될 수 있다. 마스크 패턴(105P)은 제1 홀(301) 내의 제1 절연층(103)의 측면 상에 형성될 수 있다. 마스크 패턴(105P)은 제1 홀(301) 내의 반도체 기판(101)의 측벽의 상부 상에 형성될 수 있다. 즉, 마스크 패턴(105P)은 반도체 기판(101)의 측벽 상에 국소적으로 형성될 수 있다.
마스크 패턴(105P)은 제1 홀(301)의 상부의 측면을 덮기 때문에, 제1 홀(301)의 노출 영역이 좁아질 수 있다. 마스크 패턴(105P)에 의하여 노출되는 제1 홀(301)의 직경(△OP1)은 제1 홀(301)의 최대 직경(△301H)보다 작을 수 있다. 마스크 패턴(105P)에 의하여 노출되는 제1 홀(301)의 직경(△OP1)은 제1 홀(301)의 최대 직경(△300H) 대비하여, 90%이하일 수 있다. 일 예로 마스크 패턴(105P)에 의하여 노출되는 제1 홀(301)의 직경(△OP1)은 제1 홀(301)의 최대 직경(△301H) 대비하여 80%일 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 마스크 패턴(105P)에 의하여 노출되는 제1 홀(301)의 직경(△OP1)은 제1 홀의 최소 직경(△301L)보다 작을 수 있다.
도 2d를 참조하면 식각 공정에 의해서 제2 홀(302)이 형성될 수 있다. 식각 공정 동안에 식각 챔버 내의 플라즈마에 의해 발생된 이온들이 제1 반도체 기판(101)을 향하여 가속되는데 마스크 패턴(105P)이 이온들의 일부를 스크리닝(screening)하여 이온들로부터 제1 반도체 기판(101)의 상면 및 제1 홀(301)의 하단의 가장자리 영역을 보호할 수 있다. 따라서 마스크 패턴(105P)은 이온의 일부만 제1 홀(301) 내로 통과시킴으로서, 제1 홀(301) 하면의 일부만 식각하는 것이 가능할 수 있다.
마스크 패턴(105P)은 식각 공정에 의해서 일부 식각되어 마스크 막(105)이 될 수 있다. 마스크 막(105)의 두께(△105)는 마스크 패턴(105P)의 두께(△105)보다 작을 수 있다. 즉, 마스크 막(105)에 의해 노출되는 제1 홀(301)의 직경(△OP)은 마스크 패턴(105P)에 의해 노출되는 제1 홀(301)의 직경(△OP1)에 비하여 클 수 있다.
리세스(R1) 하면 상의 라이너(104) 상면으로부터 제1 배선층(102) 내의 랜딩 패드(400)의 상면까지의 제2 홀(302)이 형성될 수 있다. 식각 공정이 완료된 후에도 제1 홀(301) 하면 상의 라이너는 일부 잔존할 수 있다. 제2 홀(302)에 의해서 랜딩 패드(400)의 상면의 일부가 노출될 수 있다.
도 2e를 참조하면, 관통 홀(300) 내에 배리어 메탈층(미도시)이 형성될 수 있다. 이어서 전기 도금 증착 등의 방법을 통해서 도전물질이 관통 홀(300) 내로 유입될 수 있다. 도전물질은 일 예로 구리를 포함할 수 있다. 이어서 도전 물질의 CMP와 같은 평탄화 작업을 통해서 관통 전극(TE)이 형성될 수 있다.
다시 도 1a를 참조하면 평탄화가 이루어진 관통 전극(TE) 및 마스크 막(105) 상에 제3 절연층(106)이 증착될 수 있다. 이어서 패터닝 과정을 통해서 관통 전극(TE)의 상면이 노출될 수 있다. 이어서 외부 연결 패드(107)가 관통 전극(TE) 상에 형성될 수 있다.
기존 기술에 의할 때 Via last 공정에서, 랜딩 패드가 제1 홀의 직경 보다 작은 경우, 랜딩 패드를 오픈하는 과정에서 랜딩 패드 상부의 배선층 영역 외 다른 배선층 영역의 식각 문제가 존재하였다. 또한 제1 홀을 형성하는 포토 공정시에, 랜딩 패드와 제1 홀의 얼라인(align)이 조금만 어긋나더라도 다른 배선층 영역의 식각 문제가 존재하였다.
본 발명에 따르면 마스크 패턴을 통하여 제2 홀을 형성함으로써, 제1 홀 및 제2 홀은 주사기 구조를 이루고, 제2 홀은 정확히 랜딩 패드 상에 배치될 수 있다. 또한 제1 홀 형성하는 포토 공정시에 랜딩 패드와 제1 홀의 얼라인이 조금 어긋나더라도 제2 홀의 폭이 작음으로써, 랜딩 패드 상의 배선층을 제외한 다른 영역의 식각 위험이 감소할 수 있다.
101: 제1 반도체 기판
103: 제1 절연층
104: 라이너
105: 마스크 막
300: 관통 홀
301: 제1 홀
302: 제2 홀

Claims (10)

  1. 마주하는 상면 및 하면을 포함하는 제1 반도체 기판;
    상기 제1 반도체 기판의 상기 상면 상의 제1 절연층;
    상기 제1 반도체 기판의 상기 하면 상의 제1 배선층, 상기 제1 배선층은 상기 제1 반도체 기판을 사이에 두고 상기 제1 절연층과 이격하고;
    상기 제1 배선층 내의 랜딩 패드;
    상기 제1 반도체 기판, 상기 제1 절연층, 및 상기 제1 배선층을 관통하여 상기 랜딩 패드를 노출하는 관통 홀, 상기 관통 홀은 제1 홀 및 상기 제1 홀의 하단과 연결되는 제2 홀을 포함하고;
    상기 랜딩 패드와 연결되는 관통 전극, 상기 관통 전극은 상기 제1 홀을 채우는 제1 부분 및 상기 제2 홀을 채우는 제2 부분을 포함하고; 및
    상기 제1 절연층 상의 마스크 막을 포함하고,
    상기 제2 홀의 최대 직경은 상기 제1 홀의 최소 직경보다 더 작고,
    상기 제2 부분의 최상단의 레벨은 상기 제1 반도체 기판의 상기 상면의 레벨보다 낮은 반도체 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 마스크 막은 상기 관통 전극의 상기 제1 부분의 측면과 상기 제1 절연층의 측벽 사이로 연장되고,
    상기 마스크 막은 상기 관통 전극의 상기 제2 부분의 측벽을 노출시키는 반도체 패키지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 홀의 측면 및 바닥면의 적어도 일부 상에 배치되며, 상기 관통 전극의 수평면과 수직으로 중첩하는 라이너를 더 포함하고,
    상기 라이너는 절연체를 포함하는 반도체 패키지.
  4. 제1항에 있어서,
    평면적 관점에서, 상기 마스크 막에 의해 노출되는 제1 홀의 상단의 직경은 상기 제1 홀의 최대 직경보다 작은 반도체 패키지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 배선층의 하면 상에 배치되는 다이(die)를 더 포함하고,
    상기 다이는 차례로 적층된 제2 반도체 기판 및 제2 배선층을 포함하고,
    상기 제1 배선층 및 제2 배선층은 전기적으로 연결되는 반도체 패키지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 홀의 측면, 상기 제1 홀의 하면 및 상기 제2 홀의 측면은 서로 연결되어 계단 형상을 이루는 반도체 패키지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 관통 홀은 주사기 모양이고,
    상기 제1 홀의 일 측면의 기울기는 상기 제2 홀의 일 측면의 일 기울기보다 더 작은 반도체 패키지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2 홀의 하단은 상기 랜딩 패드에 의해서 평면적으로 둘러싸이는 반도체 패키지.
  9. 마주하는 제1 면 및 제2 면을 포함하는 반도체 기판 및 상기 반도체 기판의 상기 제1 면 상의 제1 절연층 내에 제1 홀을 형성하는 것;
    상기 제1 홀의 상부의 측면 상에 상기 제1 홀의 노출 직경을 감소시키는 마스크 패턴을 형성하는 것; 및
    상기 반도체 기판의 상기 제2 면 상의 제1 배선층 내에 상기 제1 홀과 수직 중첩되는 제2 홀을 형성하는 것을 포함하고,
    상기 제2 홀은 상기 제1 배선층 내의 랜딩 패드를 노출하고,
    상기 제2 홀의 직경은 상기 제1 홀의 직경보다 더 작고,
    상기 제2 홀의 최상단의 레벨은 상기 반도체 기판의 상기 제1 면의 레벨보다 낮은 반도체 패키지의 제조 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 제1 홀의 측면 및 바닥면을 덮는 라이너를 형성하는 것을 더 포함하고,
    상기 라이너는 상기 제1 절연층 및 상기 마스크 패턴과 접촉하고,
    상기 라이너는 절연체를 포함하는 반도체 패키지의 제조 방법.
KR1020190081342A 2019-07-05 2019-07-05 관통 홀을 포함하는 반도체 패키지 및 이의 제조 방법 KR102622412B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190081342A KR102622412B1 (ko) 2019-07-05 2019-07-05 관통 홀을 포함하는 반도체 패키지 및 이의 제조 방법
US16/750,579 US11373932B2 (en) 2019-07-05 2020-01-23 Semiconductor packages including through holes and methods of fabricating the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190081342A KR102622412B1 (ko) 2019-07-05 2019-07-05 관통 홀을 포함하는 반도체 패키지 및 이의 제조 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210005433A KR20210005433A (ko) 2021-01-14
KR102622412B1 true KR102622412B1 (ko) 2024-01-09

Family

ID=74066458

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190081342A KR102622412B1 (ko) 2019-07-05 2019-07-05 관통 홀을 포함하는 반도체 패키지 및 이의 제조 방법

Country Status (2)

Country Link
US (1) US11373932B2 (ko)
KR (1) KR102622412B1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11289370B2 (en) * 2020-03-02 2022-03-29 Nanya Technology Corporation Liner for through-silicon via
US11862535B2 (en) * 2020-09-16 2024-01-02 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Through-substrate-via with reentrant profile

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016058478A (ja) * 2014-09-08 2016-04-21 マイクロン テクノロジー, インク. 半導体記憶装置の製造方法

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4984039A (en) 1985-05-03 1991-01-08 Texas Instruments Incorporated Tapered trench structure and process
US5180689A (en) 1991-09-10 1993-01-19 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Tapered opening sidewall with multi-step etching process
JP3795634B2 (ja) * 1996-06-19 2006-07-12 株式会社東芝 半導体装置の製造方法
US6251754B1 (en) * 1997-05-09 2001-06-26 Denso Corporation Semiconductor substrate manufacturing method
US6329118B1 (en) 1999-06-21 2001-12-11 Intel Corporation Method for patterning dual damascene interconnects using a sacrificial light absorbing material
US6083822A (en) * 1999-08-12 2000-07-04 Industrial Technology Research Institute Fabrication process for copper structures
JP2002110647A (ja) * 2000-09-29 2002-04-12 Hitachi Ltd 半導体集積回路装置の製造方法
US6479391B2 (en) 2000-12-22 2002-11-12 Intel Corporation Method for making a dual damascene interconnect using a multilayer hard mask
US6583047B2 (en) 2000-12-26 2003-06-24 Honeywell International, Inc. Method for eliminating reaction between photoresist and OSG
US6448177B1 (en) 2001-03-27 2002-09-10 Intle Corporation Method of making a semiconductor device having a dual damascene interconnect spaced from a support structure
US6787469B2 (en) 2001-12-28 2004-09-07 Texas Instruments Incorporated Double pattern and etch of poly with hard mask
US7361587B1 (en) 2004-09-02 2008-04-22 Spansion, Llc Semiconductor contact and nitride spacer formation system and method
US7572727B1 (en) * 2004-09-02 2009-08-11 Spansion Llc Semiconductor formation method that utilizes multiple etch stop layers
US7968506B2 (en) 2008-09-03 2011-06-28 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Wet cleaning stripping of etch residue after trench and via opening formation in dual damascene process
GB201122315D0 (en) 2011-12-23 2012-02-01 Nexeon Ltd Etched silicon structures, method of forming etched silicon structures and uses thereof
US9455158B2 (en) * 2014-05-30 2016-09-27 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. 3DIC interconnect devices and methods of forming same
KR102387948B1 (ko) * 2015-08-06 2022-04-18 삼성전자주식회사 Tsv 구조물을 구비한 집적회로 소자
US10163859B2 (en) * 2015-10-21 2018-12-25 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Structure and formation method for chip package
CN109037197B (zh) * 2018-08-03 2020-07-10 德淮半导体有限公司 半导体装置及其制造方法
KR102504834B1 (ko) * 2019-03-11 2023-02-28 삼성전자 주식회사 집적회로 칩 및 그 제조 방법과 집적회로 칩을 포함하는 집적회로 패키지 및 디스플레이 장치
CN110364544A (zh) * 2019-07-24 2019-10-22 武汉新芯集成电路制造有限公司 一种晶圆结构及其制造方法、芯片结构

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016058478A (ja) * 2014-09-08 2016-04-21 マイクロン テクノロジー, インク. 半導体記憶装置の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR20210005433A (ko) 2021-01-14
US20210005533A1 (en) 2021-01-07
US11373932B2 (en) 2022-06-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102406573B1 (ko) 반도체 소자 및 그 제조 방법
TWI747127B (zh) 晶片封裝結構及其製造方法
TWI405321B (zh) 三維多層堆疊半導體結構及其製造方法
KR20080090826A (ko) 멀티 칩 적층 패키지용 반도체 장치의 제조방법
KR20210028801A (ko) 반도체 소자
KR102622412B1 (ko) 관통 홀을 포함하는 반도체 패키지 및 이의 제조 방법
CN112582376B (zh) 带侧壁互连结构的半导体装置及其制造方法及电子设备
KR20210117728A (ko) 수직형 메모리 소자
KR20030045938A (ko) 본딩패드들을 갖는 반도체소자 및 그 제조방법
US20230053721A1 (en) Bonding structure and manufacturing method therefor
US20130344695A1 (en) Semiconductor chips and methods of forming the same
CN109994444B (zh) 晶片键合结构及其制作方法
US8013423B2 (en) Method for fabricating a metal interconnection using a dual damascene process and resulting semiconductor device
KR20120020553A (ko) 반도체 칩 및 반도체 칩의 형성 방법
CN114914225A (zh) 半导体装置及其制造方法
KR20210053537A (ko) 반도체 패키지
KR20060118784A (ko) 반도체소자의 금속배선 형성방법
TWI546866B (zh) 半導體元件與製作方法
CN113327927B (zh) 三维存储器的制作方法及三维存储器
TWI836378B (zh) 具有密封tsv之半導體裝置及其製造方法
EP4131374A1 (en) Semiconductor structure and manufacturing method therefor
KR100324341B1 (ko) 반도체 장치의 패드 형성방법
TW202306085A (zh) 具有密封tsv之半導體裝置及其製造方法
KR100579856B1 (ko) 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법
KR20230059653A (ko) 반도체 장치 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant