KR20060009407A - 반도체 장치 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 관통 전극을 간단히 형성하는 것으로, 집적회로(12)가 형성된 반도체 기판(10)에, 개구로부터 깊이 방향으로 끝이 가늘어지게 테이퍼진 관통 구멍(30)을 형성한다. 관통 구멍(30)에 개구로부터 절연 재료를 공급하여, 관통 구멍(30)의 내면에 절연층(32)을 형성한다. 절연층(32)이 형성된 관통 구멍(30)에, 개구로부터 도전 재료를 공급하여, 절연층(32)의 내측에 도전부(44)를 형성한다.
Description
도 1 (A)∼도 1 (E)는 본 발명을 적용한 실시 형태에 관한 반도체 장치의 제조방법을 설명하는 도면,
도 2 (A)∼도 2 (D)는 본 발명을 적용한 실시 형태에 관한 반도체 장치의 제조방법을 설명하는 도면,
도 3 (A)∼도 3 (D)는 본 발명을 적용한 실시 형태에 관한 반도체 장치의 제조방법을 설명하는 도면,
도 4는 본 발명을 적용한 실시 형태에 관한 반도체 장치의 제조방법을 설명하는 도면,
도 5는 본 발명을 적용한 실시 형태에 관한 반도체 장치를 설명하는 도면,
도 6은 본 발명의 실시 형태에 관한 회로기판을 도시하는 도면,
도 7은 본 발명의 실시 형태에 관한 전자기기를 도시하는 도면,
도 8은 본 발명의 실시 형태에 관한 전자기기를 도시하는 도면이다.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
10 : 반도체 기판 12 : 집적회로
14 : 전극 24 : 오목부
30 : 관통 구멍 32 : 절연층
34, 36, 38 : 도전층 44 : 도전부
60 : 관통 전극
본 발명은, 반도체 장치 및 그 제조방법, 회로기판 및 전자기기에 관한 것이다.
3차원적 실장 형태의 반도체 장치가 개발되어 있다. 또한, 3차원적 실장을 가능하게 하기 위해, 반도체 칩에 관통 전극을 형성하는 것이 알려져 있다. 상세하게는, 반도체 칩에 관통 구멍을 형성하고, 관통 구멍의 내면에 절연층을 형성하여, 그 내측에 관통 전극을 형성한다. 이 경우, 작은 관통 구멍의 내면에 절연층을 형성하는 것이 어렵고, 그 내측에 도전 전극을 형성하는 것도 어려웠다.
본 발명은, 종래의 문제점을 해결하는 것으로, 그 목적은 관통 전극을 간단하게 형성하는 것에 있다.
(1) 본 발명에 관한 반도체 장치의 제조방법은, (a) 집적회로가 형성된 반도체 기판에, 개구로부터 깊이 방향으로 끝이 가늘어지게 테이퍼진 오목부를 형성하는 제1 단계와, 상기 오목부의 바닥면에 동일 내 직경이 연속하도록 구멍을 형성하는 제2 단계에 의해, 관통 구멍을 형성하고,
(b) 상기 관통 구멍에 상기 개구로부터 절연 재료를 공급하여, 상기 관통 구 멍의 내면에 절연층을 형성하고,
(c) 상기 절연층이 형성된 상기 관통 구멍에, 상기 개구로부터 도전 재료를 공급하여, 상기 절연층의 내측에 도전부를 형성하는 것을 포함하고,
상기 반도체 기판은, 제1 면에 전극을 구비하고,
상기 관통구멍을, 상기 반도체 기판의 상기 전극이 형성된 상기 제1 면과는 반대측의 제2 면으로부터 형성함으로써 반도체 장치를 제조하고, 복수의 상기 반도체 장치를 적층하고, 상기 도전부를 통하여 전기적 접속을 도모하는 것을 포함한다.
본 발명에 의하면, 관통 구멍의 개구가 크게 되어 있어, 절연 재료나 도전 재료를 공급하기 쉽기 때문에, 관통 전극을 간단히 형성할 수 있다.
(2) 이 반도체 장치의 제조방법에 있어서,
상기 관통 구멍을, 샌드블래스트 가공을 포함하는 방법으로 형성해도 된다.
(3) 이 반도체 장치의 제조방법에 있어서,
상기 반도체 기판에, 상기 샌드블래스트 가공에 의해 오목부를 형성하고, 상기 오목부의 바닥면에 레이저 가공을 행하여 상기 구멍을 형성해도 된다.
(4) 이 반도체 장치의 제조방법에 있어서,
상기 반도체 기판은, 제1 면에 전극을 가지고,
상기 관통 구멍을, 상기 반도체 기판의 상기 전극이 형성된 상기 제1 면과는 반대측의 제2 면으로부터 형성해도 된다.
(5) 이 반도체 장치의 제조방법에 있어서,
상기 관통 구멍을, 상기 전극을 관통하도록 형성해도 된다.
(6) 이 반도체 장치의 제조방법에 있어서,
상기 반도체 기판의 표면과 상기 오목부의 내벽면의 각도가 70°이상 90°미만의 각도로 되도록 상기 오목부를 형성해도 된다.
(7) 이 반도체 장치의 제조방법에 있어서,
상기 반도체 기판은, 반도체 웨이퍼이고, 다수의 상기 집적회로가 형성되며, 각각의 상기 집적회로에 대응하여 상기 도전부를 형성하고,
상기 (c) 공정 후에, 상기 반도체 기판을 절단하는 것을 더 포함해도 된다.
이하, 본 발명의 실시 형태를, 도면을 참조하여 설명한다. 도 1 (A)∼ 도 3 (D)는 본 발명을 적용한 실시 형태에 관한 반도체 장치의 제조방법을 설명하는 도면이다. 본 실시 형태에서는 반도체 기판(10)을 사용한다. 도 1 (A)에 도시하는 반도체 기판(10)은, 반도체 웨이퍼이지만 반도체 칩이어도 된다. 반도체 기판(10)에는 적어도 하나의(반도체 웨이퍼에는 다수의, 반도체 칩에는 1개의) 집적회로(예를 들면, 트랜지스터나 메모리를 가지는 회로)(12)가 형성되어 있다. 반도체 기판(10)에는 다수의 전극(예를 들면 패드)(14)이 형성되어 있다. 각 전극(14)은 집적회로(12)에 전기적으로 접속되어 있다. 각 전극(14)은 알루미늄으로 형성되어 있어도 된다. 전극(14)의 표면의 형상은 특별히 한정되지 않지만 직사각형인 것이 많다. 반도체 기판(10)이 반도체 웨이퍼인 경우, 다수의 반도체 칩으로 이루어지는 영역의 각각에 2개 이상(1 그룹)의 전극(14)이 형성된다.
반도체 기판(10)에는 1층 또는 그 이상의 층의 패시베이션막(16, 18)이 형성되어 있다. 패시베이션막(16, 18)은, 예를 들면, SiO2, SiN, 폴리이미드 수지 등으로 형성할 수 있다. 도 1 (A)에 도시하는 예에서는, 패시베이션막(16) 상에, 전극(14)과, 집적회로(12)와 전극(14)을 접속하는 배선(도시하지 않음)이 형성되어 있다. 또한, 다른 패시베이션막(18)이 전극(14)의 표면의 적어도 일부를 피해 형성되어 있다. 패시베이션막(18)은, 전극(14)의 표면을 덮어 형성한 후, 그 일부를 에칭하여 전극(14)의 일부를 노출시켜도 된다. 에칭에는 드라이 에칭 및 웨트 에칭 중 어느 것을 적용해도 된다. 패시베이션막(18)의 에칭시에, 전극(14)의 표면이 에칭되어도 된다.
본 실시 형태에서는 반도체 기판(10)에 관통 구멍(30)(도 1(D) 참조)을 형성한다. 이 때문에, 예를 들면, 도 1 (B)에 도시하는 바와 같이, 반도체 기판(10)에 레지스트(20)를 형성해도 된다. 레지스트(20)는 전극(14)이 형성된 제1 면과는 반대측의 제2 면에 형성해도 된다. 레지스트(20)는 개구(22)를 가지도록 패터닝한다. 개구(22)는 적어도 부분적으로 전극(14)과 오버랩하도록 형성해도 된다. 개구(22) 내에 관통 구멍(30)을 형성한다.
관통 구멍(30)을 형성하기 위해, 도 1 (C)에 도시하는 바와 같이, 반도체 기판(10)에 오목부(24)를 형성해도 된다. 오목부(24)는 개구로부터 깊이 방향으로 끝이 가늘어지게 테이퍼지도록 형성한다. 즉, 오목부(24)는 바닥면보다 개구가 크게 되어 있다. 반도체 기판(10)의 표면(제2 면)과 오목부(24)의 내벽면의 각도( α)는 70°이상 90°미만이어도 된다. 이러한 형상의 오목부(24)는 샌드블래스트 가공으로 형성해도 된다.
도 1 (D)에 도시하는 바와 같이, 오목부(24)의 바닥면에 관통 구멍(26)을 형성한다. 그 형성에는 예를 들면 레이저(YAG 레이저, CO2 레이저, 엑시머 레이저 등)를 사용해도 되고, 에칭(드라이 에칭 또는 웨트 에칭)을 적용해도 된다. 관통 구멍(26)은 전극(14)을 관통하도록 형성해도 된다. 오목부(24) 및 관통 구멍(26)에 의해, 반도체 기판(10)에 관통 구멍(30)을 형성한다. 관통 구멍(30)의 일부의 내벽면은 오목부(24)의 내벽면이다. 따라서, 관통 구멍(30)은, 개구로부터 깊이 방향으로 끝이 가늘어지게 테이퍼져 이루어진다. 관통 구멍(30)은 전극(14)을 관통하고 있다.
도 1 (E)에 도시하는 바와 같이, 관통 구멍(30)의 내면에 절연층(32)을 형성한다. 절연층(32)은 반도체 기판(10)의 전극(14)과는 반대측의 면(제2 면)에 이르도록 형성해도 된다. 관통 구멍(30)이 전극(14)을 관통하는 경우, 전극(14)에 형성된 구멍의 내면에도 절연층(32)이 형성되어도 된다. 단, 절연층(32)은 전극(14)의 적어도 일부(예를 들면 표면)가 노출하도록 형성한다. 절연층(32)은 절연 재료를 관통 구멍(30)에 공급하여 형성한다. 절연 재료는 관통 구멍(30)의 테이퍼진 개구(오목부(24)의 개구)로부터 공급한다. 이렇게 함으로써, 넓은 개구로부터 절연 재료를 공급할 수 있어, 절연층(32)을 형성하기 쉽다. 절연 재료는, 스크린 인쇄방식, 잉크젯 프린터 방식, 화학기상퇴적(CVD), 스프레이 방식 또는 디스펜서에 의한 도포 등으로 형성할 수 있다.
도 2 (A)에 도시하는 바와 같이, 절연층(32) 상에 도전층(34)을 형성한다. 도전층(34)은 적어도 관통 구멍(30) 내에 형성한다. 도전층(34)의 형성은 관통 구멍(30)내에 도전 재료를 공급하는 것을 포함한다. 도전 재료는, 스크린 인쇄방식, 잉크젯 프린터 방식, 화학기상퇴적(CVD), 스프레이 방식 또는 디스펜서에 의한 도포 등으로 형성할 수 있다. 도전층(34)은 적어도 배리어층을 포함해도 된다. 배리어층은, 그 위에 형성되는 재료가 반도체 기판(10)(예를 들면 Si)에 확산하는 것을 방지하는 것이다. 배리어층은 그 위의 재료와는 다른 재료(예를 들면 TiW, TiN)로 형성해도 된다. 도전층(34)은 시드층을 포함해도 된다. 시드층은 배리어층을 형성한 후에 형성한다. 시드층은 그 위에 형성되는 재료와 동일한 재료(예를 들면 Cu)로 형성해도 된다. 도전층(34)은 관통 구멍(30) 내를 메우지 않도록 형성해도 된다. 즉, 관통 구멍(30) 내에서, 도전층(34)에 의해 둘러싸인 관통 구멍이 형성되어도 된다. 도전층(34)을 절연층(32) 위에만 형성하는 경우, 도전층(34)은 전극(14)과 전기적으로 접속되어 있지 않다.
도 2 (B)에 도시하는 바와 같이, 도전층(제1 도전층)(34) 및 전극(14) 상에 도전층(제2 도전층)(36)을 형성한다. 도전층(36)의 내용은 도전층(34)의 내용이 해당한다. 도전층(36)은 패시베이션막(18) 상에 이르도록 형성해도 된다. 도전층(36)은 관통 구멍(30)을 막지 않도록 형성해도 된다. 즉, 도전층(36)에 관통 구멍(30)과 연통하는 구멍이 형성되어 있어도 된다.
도 2 (C)에 도시하는 바와 같이, 레지스트(40)를 형성한다. 레지스트(40)는 개구(42)를 가지도록 패터닝한다. 개구(42)는 관통 구멍(30)과 오버랩되도록 형성한다. 레지스트(40)는, 관통 구멍(30) 내의 영역을 제외하고, 도전층(34, 36)을 덮어도 된다.
도 2 (D)에 도시하는 바와 같이, 관통 구멍(30) 내에 도전 재료를 공급하여, 도전층(제3 도전층)(38)을 형성한다. 도전층(38)은, 예를 들면 Cu로 형성해도 된다. 도전층(38)은 무전해 도금이나 잉크젯 방식에 의해서 형성해도 된다. 도전층(38)은 반도체 기판(10)의 전극(14)이 형성된 제1 면과는 반대측의 제2 면(예를 들면 절연층(32) 또는 도전층(34)의 표면)보다 돌출해 있어도 된다.
이상의 공정에 의해, 도전부(44)를 형성할 수 있다. 도전부(44)는 반도체 기판(10)의 양면의 전기적인 접속을 도모하기 위한 것이다. 본 실시 형태에서는, 도전층(34, 36, 38)에 의해서 도전부(44)가 구성된다. 관통 전극(44)은, 절연층(32)이 형성된 관통 구멍(30)에, 테이퍼진 개구로부터 도전 재료를 공급하여 형성한다. 이것에 의하면, 넓은 개구로부터 도전 재료를 공급하므로 도전부(44)를 형성하기 쉽다.
도 3 (A)에 도시하는 바와 같이, 레지스트(40)를 제거하고, 도 3 (B)에 도시하는 바와 같이, 다른 레지스트(50)를 형성해도 된다. 레지스트(50)는 개구(52)를 가지도록 패터닝한다. 개구(52)는 전극(14)과 적어도 부분적으로 오버랩하도록 형성한다. 레지스트(50)는, 전극(14)의 적어도 일부를 제외하고, 도전층(34, 36, 38)을 덮어도 된다. 개구(52) 내(전극(14) 위 또는 그 위에 형성된 도전층(36) 위)에 도전층(제4 도전층)(54)을 형성한다. 도전층(54)은 무전해 도금이나 잉크젯 방식에 의해서 형성해도 된다. 도전층(54)은 반도체 기판(10)의 전극(14)이 형성된 제1 면(예를 들면 패시베이션막(18) 또는 도전층(36)의 표면)보다 돌출되어 있어도 된다.
도 3 (C)에 도시하는 바와 같이, 레지스트(50)를 제거한다. 또한, 도전층(38)을 마스크로 하여, 그 밑에 형성된 도전층(34)의 일부(도전층(38)의 외측의 부분)를 제거(예를 들면 에칭)해도 된다. 마찬가지로, 도전층(54)을 마스크로 하여, 그 밑에 형성된 도전층(36)의 일부(도전층(54)의 외측의 부분)를 제거(예를 들면 에칭)해도 된다.
도 3 (D)에 도시하는 바와 같이, 도전부(44)(혹은 도전층(38)) 상에는 납재(연납 또는 강납)(56)를 형성해도 된다. 납재(56)는 전극(14)측의 도전층(54) 상에도 형성해도 된다.
이상의 공정에 의해, 관통 전극(60)을 형성할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 관통 전극(60)은 도전부(44)(도전층(34, 36, 38)) 및 도전층(54)을 가지고 있고, 또한 납재(56)를 가지고 있어도 된다. 관통 전극(60)은 반도체 기판(10)을 관통하고, 전극(14)이 형성된 제1 면과, 그 반대측의 제2 면의 사이에서 전기적 접속을 도모할 수 있다. 관통 전극(60)은 반도체 기판(10)의 양면으로부터 돌출되어 있어도 된다. 관통 전극(60)은, 전극(14)을 관통하고, 전극(14)에 전기적으로 접속되어 있다. 관통 전극(60)은 반도체 기판(10)의 관통 구멍(30)(도 1 (D) 참조)의 내측에 설치되어 있다. 반도체 기판(10)의 기재(基材)와 관통 전극(60)의 사이는 절연층(32)에 의해 전기적으로 절연되어 있다.
도 4에 도시하는 바와 같이, 반도체 기판(10)이 반도체 웨이퍼인 경우, 각각의 집적회로(12)(도 1 (A) 참조)에 대응하여 관통 구멍(30)을 형성하고, 관통 전극(60)을 형성하며, 반도체 기판(10)을 절단(예를 들면 다이싱)해도 된다. 절단에는 커터(예를 들면 다이서)(70) 또는 레이저(예를 들면 CO2 레이저, YAG 레이저 등)를 사용해도 된다.
이상의 공정에 의해, 반도체 장치를 제조할 수 있다. 반도체 장치는 반도체 기판(10)을 가진다. 반도체 기판(10)에는 개구로부터 깊이 방향으로 끝이 가늘어지게 테이퍼진 관통 구멍(30)이 형성되어 이루어진다. 관통 구멍(30)의 내면에는 절연층(32)이 형성되어 있다. 절연층(32)의 내측에는 도전부(44)가 형성되어 있다. 그 밖의 구성은 상술한 제조방법에 의해 얻어지는 내용이다.
또한, 도 5에 도시하는 바와 같이, 상술한 방법에 의해 제조한 다수의 반도체 장치를 적층하고, 관통 전극(60)을 통해서 각각의 전기적 접속을 도모해도 된다. 본 실시 형태는 이러한 삼차원 실장을 행할 때에 효과적이다. 도 5에 도시하는 반도체 장치는 다수의 반도체 기판(10)을 가진다. 전극(14)(제1 면)의 방향으로 가장 외측(도 5에서는 가장 밑)에 위치하는 반도체 기판(10)은 외부 단자(예를 들면 땜납 볼)(62)를 가진다. 외부 단자(62)는 수지층(예를 들면 응력 완화층)(64) 상에 형성된 배선(66) 상에 설치되어 있다. 배선(66)은 전극(14)의 측에서 관통 전극(60)에 접속되어 있다.
도 6에는 다수의 반도체 칩이 적층되어 이루어지는 반도체 장치(1)가 실장된 회로기판(1000)이 도시되어 있다. 다수의 반도체 칩은 상술한 관통 전극(60)에 의해서 전기적으로 접속되어 있다. 상술한 반도체 장치를 가지는 전자기기로서, 도 7에는 노트형 퍼스널 컴퓨터(2000)가 도시되고, 도 8에는 휴대전화(3000)가 도시되어 있다.
본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되는 것이 아니고, 다양한 변형이 가능하다. 예를 들면, 본 발명은, 실시 형태에서 설명한 구성과 실질적으로 동일한 구성(예를 들면, 기능, 방법 및 결과가 동일의 구성, 혹은 목적 및 결과가 동일한 구성)을 포함한다. 또한, 본 발명은 실시 형태에서 설명한 구성의 본질적이지 않은 부분을 치환한 구성을 포함한다. 또한, 본 발명은 실시 형태에서 설명한 구성과 동일한 작용 효과를 발휘하는 구성 또는 동일한 목적을 달성할 수 있는 구성을 포함한다. 또한, 본 발명은 실시 형태에서 설명한 구성에 공지 기술을 부가한 구성을 포함한다.
본 발명에 의하면, 관통 구멍의 개구가 크게 되어 있어, 절연 재료나 도전 재료를 공급하기 쉽기 때문에, 관통 전극을 간단히 형성할 수 있다.
Claims (6)
- (a) 집적회로가 형성된 반도체 기판에, 개구로부터 깊이 방향으로 끝이 가늘어지게 테이퍼진 오목부를 형성하는 제1 단계와, 상기 오목부의 바닥면에 동일 내 직경이 연속하도록 구멍을 형성하는 제2 단계에 의해, 관통 구멍을 형성하고,(b) 상기 관통 구멍에 상기 개구로부터 절연 재료를 공급하여, 상기 관통 구멍의 내면에 절연층을 형성하며,(c) 상기 절연층이 형성된 상기 관통 구멍에, 상기 개구로부터 도전 재료를 공급하여, 상기 절연층의 내측에 도전부를 형성하는 것을 포함하고,상기 반도체 기판은, 제1 면에 전극을 구비하고,상기 관통구멍을, 상기 반도체 기판의 상기 전극이 형성된 상기 제1 면과는 반대측의 제2 면으로부터 형성함으로써 반도체 장치를 제조하고, 복수의 상기 반도체 장치를 적층하고, 상기 도전부를 통하여 전기적 접속을 도모하는 것을 포함하는 반도체 장치의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 관통 구멍을, 샌드블래스트 가공을 포함하는 방법으로 형성하는 반도체 장치의 제조방법.
- 제2항에 있어서,상기 샌드블래스트 가공에 의해 상기 오목부를 형성하고, 상기 오목부의 상기 바닥면에 레이저 가공을 행하여 상기 구멍을 형성하는 반도체 장치의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 관통 구멍을, 상기 전극을 관통하도록 형성하는 반도체 장치의 제조방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,상기 반도체 기판의 표면과 상기 오목부의 내벽면과의 각도가 70°이상 90°미만의 각도로 되도록, 상기 오목부를 형성하는 반도체 장치의 제조방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,상기 반도체 기판은, 반도체 웨이퍼이고, 다수의 상기 집적회로가 형성되며, 각각의 상기 집적회로에 대응하여 상기 도전부를 형성하고,상기 (c)공정 후에, 상기 반도체 기판을 절단하는 것을 더 포함하는 반도체 장치의 제조방법.
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