KR20120098012A - Semiconductor package with through silicon via and mehtod for fabricating the same - Google Patents

Semiconductor package with through silicon via and mehtod for fabricating the same Download PDF

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KR20120098012A
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Abstract

PURPOSE: A semiconductor package with a through silicon via and a manufacturing method thereof are provided to prevent the reduction of a net-die by forming a bump alignment key in an area except the net-die on a wafer. CONSTITUTION: A through silicon via(26) and a bump alignment key(27) pass through a wafer. A bump is connected to the through silicon via. The bump alignment key is formed in the outside of the wafer and has a cross shape.

Description

관통실리콘비아를 갖는 반도체 패키지 및 그 제조 방법{SEMICONDUCTOR PACKAGE WITH THROUGH SILICON VIA AND MEHTOD FOR FABRICATING THE SAME}Semiconductor package having through-silicon via and manufacturing method therefor {SEMICONDUCTOR PACKAGE WITH THROUGH SILICON VIA AND MEHTOD FOR FABRICATING THE SAME}

본 발명은 반도체장치 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 관통실리콘비아를 갖는 반도체 패키지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a semiconductor package having through silicon vias and a method for manufacturing the same.

반도체 집적회로의 패키징 기술 중, 3차원 적층 기술은 전자 소자의 크기를 줄이는 동시에 실장 밀도를 높이며 그 성능을 향상시킬 수 있는 목표를 두고 개발되어 왔다. 이러한 3차원 적층 기술을 이용한 패키지는 동일한 기억 용량의 칩을 복수개 적층한 패키지로서, 통상 스택 패키지(Stack package)라 한다. 상기 스택 패키지는 데이터 기억 용량을 매우 용이하게 증가시킬 수 있다는 장점이 있지만, 적층되는 칩의 수 및 크기 증가에 따라 패키지 내부의 전기적 연결을 위한 배선 공간이 부족하다는 단점이 있다.Among packaging technologies of semiconductor integrated circuits, three-dimensional lamination technology has been developed with the goal of reducing the size of electronic devices, increasing the mounting density and improving the performance thereof. The package using the three-dimensional stacking technology is a package in which a plurality of chips having the same storage capacity are stacked, and is generally called a stack package. The stack package has an advantage in that the data storage capacity can be increased very easily, but there is a disadvantage in that a wiring space for electrical connection inside the package is insufficient as the number and size of chips stacked are increased.

스택 패키지의 이러한 단점을 해결하기 위하여 관통 실리콘 비아(Through silicon via; TSV)를 이용한 구조가 제안된 바 있으며, 최근에는 반도체 칩 내에 도전성 물질로 이루어진 관통전극(Through electrode)을 형성하여, 상기 관통전극을 통해 반도체 칩들 간을 전기적으로 연결시키는 방법이 이용되고 있다. In order to solve this drawback of the stack package, a structure using a through silicon via (TSV) has been proposed. In recent years, a through electrode made of a conductive material is formed in a semiconductor chip to form the through electrode. The method of electrically connecting the semiconductor chips through the is used.

상기 관통전극을 이용하면 미세 피치 I/O 패드의 본딩이 가능하여 I/O 패드 수의 증가가 가능하고, 다수의 I/O 패드 형성을 통해 칩들 간의 신호 전달 속도를 향상시킬 수 있으며, 반도체 칩의 3차원 설계가 가능하여 상기 반도체 칩 자체의 성능을 더욱 향상시킬 수 있다. The through electrode enables bonding of fine pitch I / O pads, thereby increasing the number of I / O pads, and improving signal transmission speed between chips by forming a plurality of I / O pads. 3D design can further improve the performance of the semiconductor chip itself.

한편, 관통 실리콘 비아(TSV)는 비아(Via)를 언제 형성하느냐에 따라 분류된 '비아 퍼스트(via first), 비아 미들(via middle) 및 비아 라스트(via last) 공정'들을 통해 형성된다.On the other hand, through-silicon vias (TSV) are formed through 'via first, via middle and via last processes' classified according to when the vias are formed.

도 1a 및 도 1b는 종래기술에 따른 관통실리콘비아(TSV)를 갖는 반도체 패키지 제조 방법을 도시한 도면이다. 종래기술은 비아 미들(Via middle) 공정에 따른 방법이다.1A and 1B illustrate a method of manufacturing a semiconductor package having a through silicon via (TSV) according to the prior art. The prior art is a method according to the Via middle process.

도 1a에 도시된 바와 같이, 트랜지스터 등이 형성된 장치 웨이퍼(Device wafer, 11) 상에 제1절연층(12)을 형성한 후 제1절연층(12)과 장치 웨이퍼(11)을 일정 깊이 관통하는 관통실리콘비아(TSV, 13)를 형성한다.As shown in FIG. 1A, the first insulating layer 12 is formed on a device wafer 11 on which a transistor or the like is formed, and then penetrates the first insulating layer 12 and the device wafer 11 to a predetermined depth. Through-silicon via (TSV) 13 is formed.

이어서, 장치 웨이퍼(11)를 팹아웃(fab-out)한 후 패키지 프런트(package front) 공정을 진행한다. 패키지 프런트 공정을 통해 메탈패드(14) 상에 제1범프(bump, 15)를 형성한다. 제1절연층(12) 상에는 다층의 메탈배선(14A, 14B) 및 다층의 제2절연층(14D)가 형성된다. 다층의 메탈배선(14A, 14B)은 메탈콘택(14C)을 통해 접속된다.Subsequently, the device wafer 11 is fab-outed and then a package front process is performed. The first bump 15 is formed on the metal pad 14 through the package front process. Multi-layered metal wirings 14A and 14B and a multi-layered second insulating layer 14D are formed on the first insulating layer 12. The multi-layered metal wires 14A and 14B are connected via the metal contact 14C.

이어서, 장치 웨이퍼(11)의 전면에 테이프(16)를 이용하여 캐리어 웨이퍼(17)를 본딩한 후 장치 웨이퍼(11)의 후면을 백그라인딩한다. 이로써 관통실리콘비아(13)가 노출된다.Subsequently, the carrier wafer 17 is bonded to the front surface of the device wafer 11 using the tape 16, and then the back surface of the device wafer 11 is back ground. As a result, the through silicon via 13 is exposed.

이어서, 장치 웨이퍼(11)의 후면에 제3절연층(14)을 코팅한 후 관통실리콘비아(13)를 노출시키기 위해 오픈 공정을 진행한다. 이로써, 오픈부(19)가 형성된다.Subsequently, after the third insulating layer 14 is coated on the back surface of the device wafer 11, an open process is performed to expose the through silicon vias 13. As a result, the open portion 19 is formed.

도 1b에 도시된 바와 같이, 오픈부를 통해 관통실리콘비아(13)에 접속되는 제2범프(20)를 형성한다. 제2범프(20) 아래에는 범프 도금을 위한 배리어메탈 및 시드층(19)이 형성된다. As shown in FIG. 1B, a second bump 20 is formed to be connected to the through silicon via 13 through the open part. A barrier metal and a seed layer 19 for bump plating are formed under the second bump 20.

제2범프(20) 형성 이후에, 캐리어 웨이퍼(17)를 분리시킨다. 후속하여 마운트테이프(Mount tape)에 장치 웨이퍼(11)를 고정한 후, 웨이퍼 소잉(Wafer sawing)을 진행하여 개별 칩으로 분리시킨다. 이후 칩본딩(Chip bonding)을 진행한다.After the second bump 20 is formed, the carrier wafer 17 is separated. Subsequently, the device wafer 11 is fixed to a mount tape, and wafer sawing is performed to separate the individual wafers. Then chip bonding is performed.

상기와 같은 종래기술은, 백그라인딩(Backgrinding) 후 진행되는 범프(Bump) 형성을 위한 제3절연층(18) 코팅후 오픈부(18A) 형성시 관통실리콘비아(13) 위에 정확하게 범프가 형성되도록 얼라인을 해야 하나, 현재는 얼라인 진행 방식이 장치 웨이퍼(11)에 광원을 투과하여 장치 웨이퍼(11) 내에 형성된 금속층의 키 패턴(Key Pattern)을 인식하여 얼라인을 진행하고 있어 정확도가 저하된다.The prior art as described above, so that the bump is formed accurately on the through-silicon via 13 when the open portion 18A is formed after coating of the third insulating layer 18 for forming the bump that proceeds after the backgrinding. Although the alignment should be performed, the alignment process is now performed by aligning the key pattern of the metal layer formed in the device wafer 11 by transmitting the light source through the device wafer 11, thereby reducing the accuracy. do.

얼라인의 정확도를 보완하기 위해서 관통홀(TSV Hole)의 크기를 얼라인 부정확도 만큼 키워서 진행하고 있다.In order to compensate for the accuracy of the alignment, the size of the TSV hole is increased by the alignment inaccuracy.

그러나, 관통홀을 얼라인 부정확도 만큼 키워야 하므로 웨이퍼 내 다이 사이즈(Die Size)가 증가하게 되고, 이로 인해 넷다이(Net-Die) 감소하게 된다. 또한, 관통홀 크기가 증가함에 따라 관통실리콘비아 형성 공정 시간이 증가하고, 아울러 관통홀 내 충전물질의 총량이 증가하기 때문에 관통홀 돌출(Hole Protrusion) 현상, 뒤틀림(Warpage) 증가 등의 문제점들이 복합적으로 발생되고 있다.
However, since the through hole needs to be increased by the alignment inaccuracy, the die size in the wafer is increased, thereby reducing the net-die. In addition, as the through-hole size increases, the process time for forming the through-silicon via increases and the total amount of the filling material in the through-hole increases, so that problems such as through hole extrusion and warpage increase are complicated. Is occurring.

본 발명은 다이 크기 및 관통홀 크기를 증가시키지 않으면서도 범프 형성을 위한 얼라인 정확도를 향상시킬 수 있는 반도체 패키지 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a semiconductor package and a method of manufacturing the same, which can improve the alignment accuracy for bump formation without increasing the die size and through hole size.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 패키지는 관통실리콘비아 및 범프 얼라인 키가 관통된 웨이퍼; 상기 관통실리콘비아에 연결된 범프를 포함하고, 상기 범프 얼라인 키는 상기 웨이퍼의 외곽지역에 형성되거나 또는 상기 웨이퍼의 넷다이 이외 지역에 형성된 것을 특징으로 한다.The semiconductor package of the present invention for achieving the above object is a wafer through which the through-silicon via and bump alignment key is passed; And bumps connected to the through silicon vias, wherein the bump alignment keys are formed in an outer region of the wafer or in a region other than the net die of the wafer.

그리고, 본 발명의 반도체 패키지 제조 방법은 장치 웨이퍼를 일정 깊이 식각하여 관통홀과 범프얼라인키홀을 동시에 형성하는 단계; 상기 관통홀에 매립되는 관통실리콘비아와 상기 범프얼라인키홀에 매립되는 범프얼라인키를 형성하는 단계; 상기 관통실리콘비아가 노출되도록 상기 장치 웨이퍼의 후면을 얇게 하는 단계; 상기 관통실리콘비아를 노출시키는 오픈부를 갖는 절연층을 형성하는 단계; 및 상기 오픈부에 매립되어 상기 관통실리콘비아에 접속되는 범프를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
In addition, the semiconductor package manufacturing method of the present invention comprises the steps of etching the device wafer to a predetermined depth to simultaneously form the through-hole and bump alignment key hole; Forming a through silicon via embedded in the through hole and a bump alignment key embedded in the bump alignment key hole; Thinning a back surface of the device wafer to expose the through silicon vias; Forming an insulating layer having an open portion exposing the through silicon vias; And forming a bump embedded in the open part and connected to the through silicon via.

상술한 본 발명은 얼라인의 정확도가 보완되어 기존의 관통홀의 크기를 얼라인 부정확도 만큼 키우지 않고, 오히려 개선되는 정확도에 맞춰 관통실리콘비아의 크기를 최적화 할 수 있다. 이로써, 웨이퍼 내 다이 크기를 감소시켜 넷다이를 증가시키고 관통실리콘비아 형성 공정 시간을 단축시킬 수 있다. 아울러, 관통홀 내 충전물질의 총량이 감소하므로 관통홀 돌출(Protrusion) 개선 및 뒤틀림(warpage) 감소 등으로 수율 개선 및 신뢰성 개선에도 기여할 수 있다.According to the present invention, the accuracy of alignment is compensated for, and the size of the through-silicon via may be optimized according to the improved accuracy, rather than increasing the size of the existing through-hole by the alignment inaccuracy. This can reduce die size in the wafer, increase net die, and shorten the through silicon via formation process time. In addition, since the total amount of the filling material in the through-holes is reduced, it may contribute to improved yield and reliability by improving through-hole protrusion and warpage.

또한, 범프얼라인키를 웨이퍼 내 넷다이 이외 지역에 형성하므로 넷다이 감소 등을 방지할 수 있다. In addition, since the bump alignment key is formed in a region other than the net die in the wafer, it is possible to prevent a net die reduction.

또한, 다이 내 범프얼라인키 형성 시 유발되는 다이 사이즈 증가 및 넷다이 감소 및 범프 얼라인 키 주변 트랜지스터 영향 등의 우려들을 사전 방지할 수 있다.
In addition, concerns such as increased die size and net die reduction and the influence of transistors around the bump alignment key caused by bump alignment key formation in the die can be prevented.

도 1a 및 도 1b는 종래기술에 따른 관통실리콘비아를 갖는 반도체 패키지 제조 방법을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 관통실리콘비아를 갖는 반도체 패키지를 도시한 도면이다.
도 3a 내지 도 3i는 본 발명의 실시예에 따른 관통실리콘비아를 갖는 반도체 패키지 제조 방법을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 외곽 지역에 범프얼라인키를 추가한 모양을 도시한 사진이다.
1A and 1B illustrate a method of manufacturing a semiconductor package having through silicon vias according to the prior art.
2 illustrates a semiconductor package having through silicon vias according to an embodiment of the present invention.
3A to 3I illustrate a method of manufacturing a semiconductor package having through silicon vias according to an embodiment of the present invention.
4 is a photograph showing a shape in which a bump alignment key is added to an outer region of a wafer according to an exemplary embodiment of the present invention.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings in order to facilitate a person skilled in the art to easily carry out the technical idea of the present invention. .

본 발명은 관통실리콘비아(TSV) 형성시 범프 얼라인 키(Bump Align Key)를 동시에 형성하여 웨이퍼 백그라인딩 후 노출되는 범프 얼라인키로 직접 얼라인(Direct Align)이 되도록 한다.The present invention forms a bump alignment key at the same time when forming through silicon via (TSV) so as to be directly aligned with the bump alignment key exposed after wafer backgrinding.

범프 얼라인 키는 웨이퍼 외곽의 더미 다이(Dummy Die) 지역 또는 웨이퍼 외곽의 넷다이가 아닌 지역(비넷다이지역)에 형성한다. The bump align key is formed in a dummy die area outside the wafer or a non-net die area (the vignette die area) outside the wafer.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 관통실리콘비아를 구비한 반도체 패키지를 도시한 도면이다.2 illustrates a semiconductor package having through silicon vias according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 장치 웨이퍼(21A)를 관통하는 관통실리콘비아(26)가 형성된다. 장치 웨이퍼(21A)는 후면과 전면을 갖고 백그라인딩에 의해 얇은 두께를 갖는다. 장치 웨이퍼(21A)에는 범프얼라인키(27)가 관통된다. 범프얼라인키(27)는 관통실리콘비아(26) 형성시 동시에 형성된다. 장치 웨이퍼(21A)의 전면에는 메탈패드(28) 및 제1범프(29)가 형성된다. 장치 웨이퍼(21A)의 후면에는 관통실리콘비아(26)와 접속되는 제2범프(36)가 형성된다. 제2범프(36)와 관통실리콘비아(26) 사이에는 배리어메탈 및 시드층(34)이 형성된다. 장치 웨이퍼(21A)의 전면에는 제1절연층(22)이 형성되고, 제1절연층(22) 상에는 다층의 메탈배선(28A, 28B) 및 다층의 제2절연층(28D)가 형성된다. 다층의 메탈배선(28A, 28B)은 메탈콘택(28C)을 통해 접속된다.Referring to FIG. 2, through-silicon vias 26 penetrating through the device wafer 21A are formed. The device wafer 21A has a back side and a front side and has a thin thickness by backgrinding. The bump alignment key 27 penetrates through the apparatus wafer 21A. The bump alignment key 27 is simultaneously formed when the through silicon via 26 is formed. The metal pad 28 and the first bump 29 are formed on the front surface of the device wafer 21A. A second bump 36 is formed on the rear surface of the device wafer 21A to be connected to the through silicon via 26. The barrier metal and the seed layer 34 are formed between the second bump 36 and the through silicon via 26. The first insulating layer 22 is formed on the entire surface of the device wafer 21A, and the multi-layered metal wirings 28A and 28B and the multi-layered second insulating layer 28D are formed on the first insulating layer 22. The multi-layered metal wirings 28A and 28B are connected through the metal contacts 28C.

범프얼라인키(27)는 일예로, 십자 모양을 갖는다.The bump alignment key 27 has, for example, a cross shape.

도 3a 내지 도 3i는 본 발명의 실시예에 따른 관통실리콘비아를 갖는 반도체 패키지 제조 방법을 도시한 도면이다. 이하, 실시예는 비아 미들(Via middle) 공정에 따른 방법이다.3A to 3I illustrate a method of manufacturing a semiconductor package having through silicon vias according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, the example is a method according to a via middle process.

도 3a에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(21)의 전면에 제1절연층(22)을 형성한다. 웨이퍼(21)에는 트랜지스터(도시 생략) 등이 형성될 수 있다. 이하, 웨이퍼를 장치 웨이퍼(Device wafer, 21)라 약칭한다. 장치 웨이퍼(21)는 실리콘웨이퍼를 포함한다.As shown in FIG. 3A, the first insulating layer 22 is formed on the entire surface of the wafer 21. A transistor (not shown) or the like may be formed on the wafer 21. Hereinafter, the wafer is abbreviated as device wafer 21. The device wafer 21 includes a silicon wafer.

이어서, 장치 웨이퍼(21)를 일정 깊이 식각하여 관통홀(24)을 형성한다. 먼저, 제1절연층(22) 상에 관통홀을 형성하기 위한 마스크(23)를 형성한다. 마스크(23)는 감광막을 이용하여 형성할 수 있다. 다음으로, 마스크(23)를 식각장벽으로 제1절연층(22)과 장치 웨이퍼(21)를 소정깊이 식각하여 관통홀(24)을 형성한다. 본 발명은 관통홀(24) 형성시 범프 얼라인 키(또는 '관통실리콘비아 키'라 함)를 위한 범프 얼라인 키홀(25)을 동시에 형성한다. 범프 얼라인 키홀(25)은 장치 웨이퍼(21)의 외곽 지역, 특히 더미 다이(Dummy Die) 지역 또는 웨이퍼 외곽의 넷다이가 아닌 지역에 형성한다. 관통홀(24)과 범프얼라인키홀(25)의 깊이는 동일할 수 있다.Subsequently, the through wafer 24 is formed by etching the device wafer 21 at a predetermined depth. First, a mask 23 for forming a through hole is formed on the first insulating layer 22. The mask 23 can be formed using a photosensitive film. Next, the through hole 24 is formed by etching the first insulating layer 22 and the device wafer 21 by a predetermined depth using the mask 23 as an etch barrier. The present invention simultaneously forms bump alignment key holes 25 for bump alignment keys (or 'through-silicon via keys') when the through holes 24 are formed. The bump alignment keyhole 25 is formed in the outer region of the device wafer 21, in particular in the dummy die region or in a region other than the net die outside the wafer. The depths of the through hole 24 and the bump alignment key hole 25 may be the same.

도 3b에 도시된 바와 같이, 마스크(23)를 스트립한 후, 도전층을 이용하여 관통홀(24) 및 범프 얼라인 키홀(25)을 매립한다. 여기서, 도전층은 금속층을 포함한다. 관통홀(24)에 매립되는 도전층은 관통실리콘비아(TSV, 26)가 된다. 범프 얼라인 키홀(25)에 매립되는 도전층은 범프 얼라인 키(27)가 된다. 관통실리콘비아(26) 및 범프 얼라인 키(27)는 구리(Cu)를 이용하여 형성할 수 있다. 관통실리콘비아(26) 및 범프얼라인키(27)를 매립시키기 위하여 도전층은 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 등을 이용하여 평탄화될 수 있다. 도시하지 않았지만, 관통실리콘비아(26) 및 범프얼라인키(27)와 장치 웨이퍼(21)간 절연을 위해 관통홀(24) 및 범프얼라인키홀(25)의 표면에 절연층이 형성될 수 있다.As shown in FIG. 3B, after the mask 23 is stripped, the through hole 24 and the bump alignment key hole 25 are buried using the conductive layer. Here, the conductive layer includes a metal layer. The conductive layer embedded in the through hole 24 becomes through silicon via (TSV) 26. The conductive layer embedded in the bump alignment keyhole 25 becomes the bump alignment key 27. The through silicon via 26 and the bump alignment key 27 may be formed using copper (Cu). In order to fill the through silicon via 26 and the bump alignment key 27, the conductive layer may be planarized using chemical mechanical polishing (CMP) or the like. Although not shown, an insulating layer may be formed on the surface of the through hole 24 and the bump alignment key hole 25 to insulate the through silicon via 26 and the bump alignment key 27 from the device wafer 21. .

도 3c에 도시된 바와 같이, 관통실리콘비아(26) 및 범프 얼라인 키(27)가 형성되어 있는 장치 웨이퍼(21)에 패키지 프런트(package front) 공정을 진행한다. 패키지 프런트 공정을 통해 메탈패드(Metal pad, 28) 및 제1범프(bump, 29)를 형성한다. 메탈패드(28) 형성전에는 다층의 메탈배선(28A, 28B)이 형성될 수 있다. 메탈패드(28)는 금속층을 이용하여 형성한다. 다층의 메탈배선(28A, 28B)은 메탈콘택(28C)을 통해 연결될 수 있고, 메탈배선 중 최상층 메탈배선(28B)과 메탈패드(28)는 메탈콘택(28C)을 통해 서로 연결될 수 있다. 메탈배선(28A, 28B)과 메탈패드(28) 사이에는 제2절연층(28D)이 형성된다. 제2절연층(28D)은 메탈배선(28A, 28B)이 다층인 경우, 다층으로 구성된다. 제2절연층(28D)은 ILD(Inter Layer Dielectric) 또는 IMD(Inter Metal Dielectirc)를 포함한다. 제1범프(29)의 형성 방법은 공지된 방법을 이용한다. 예컨대, 제1범프(29)가 형성될 오픈부를 갖도록 감광막패턴을 형성한 후, 오픈부에 구리-솔더(Cu-Solder)를 전기도금(Electro plating)하고, 이후 감광막패턴을 스트립한다. 제1범프 형성 방법은 후속의 제2범프 형성 방법을 따를 수도 있다.As shown in FIG. 3C, a package front process is performed on the device wafer 21 in which the through silicon via 26 and the bump alignment key 27 are formed. The metal pad 28 and the first bump 29 are formed through the package front process. Before the metal pad 28 is formed, multiple metal wires 28A and 28B may be formed. The metal pad 28 is formed using a metal layer. The multi-layered metal wires 28A and 28B may be connected through the metal contact 28C, and the uppermost metal wire 28B and the metal pad 28 of the metal wires may be connected to each other through the metal contact 28C. A second insulating layer 28D is formed between the metal wires 28A and 28B and the metal pad 28. The second insulating layer 28D is formed of a multilayer when the metal wirings 28A and 28B are multilayer. The second insulating layer 28D includes an inter layer dielectric (ILD) or an inter metal dielectirc (IMD). The formation method of the 1st bump 29 uses a well-known method. For example, after the photoresist pattern is formed to have an open portion on which the first bump 29 is to be formed, a copper-solder is electroplated on the open portion, and then the photoresist pattern is stripped. The first bump forming method may follow the subsequent second bump forming method.

도 3d에 도시된 바와 같이, 장치 웨이퍼(21)의 전면에 캐리어 웨이퍼(31)를 본딩한다. 장치 웨이퍼(21)와 캐리어 웨이퍼(31)는 테이프(Tape, 30)를 이용하여 본딩한다. 테이프(30)는 TF(Tape for Fabricating wafer)라고도 일컫는다. 캐리어 웨이퍼(31)는 장치웨이퍼(21)의 핸들링을 용이하게 하기 위한 웨이퍼이다. As shown in FIG. 3D, the carrier wafer 31 is bonded to the front surface of the apparatus wafer 21. The device wafer 21 and the carrier wafer 31 are bonded using a tape 30. The tape 30 is also referred to as a tape for fabricating wafer (TF). The carrier wafer 31 is a wafer for facilitating the handling of the device wafer 21.

캐리어 웨이퍼(31)(캐리어 기판으로도 지칭됨)는 유리, Si, 또는 유리 세라믹스(glass ceramics) 등으로 형성될 수 있다. 캐리어 웨이퍼(31)는 1x108 Ohm-cm 이하의 저항률(resistivity)을 갖는다. 캐리어 웨이퍼(31)의 저항률을 감소시킴으로써, 후속 공정들에서, 캐리어 웨이퍼(31)는 보다 신뢰성 있게 정전 척(electrostatic chuck; ESC)에 고정될 수 있다. 캐리어 웨이퍼(31)의 직경은 장치 웨이퍼(21)의 직경보다 크다.The carrier wafer 31 (also referred to as a carrier substrate) may be formed of glass, Si, glass ceramics, or the like. The carrier wafer 31 has a resistivity of 1 × 10 8 Ohm-cm or less. By reducing the resistivity of the carrier wafer 31, in subsequent processes, the carrier wafer 31 can be more reliably fixed to an electrostatic chuck (ESC). The diameter of the carrier wafer 31 is larger than the diameter of the device wafer 21.

장치 웨이퍼(21)와 캐리어 웨이퍼(31)을 본딩시킬 때, 장치 웨이퍼(21)를 뒤집어 진행한다.When bonding the apparatus wafer 21 and the carrier wafer 31, the apparatus wafer 21 is turned upside down.

도 3e에 도시된 바와 같이, 캐리어 웨이퍼(31)에 본딩된 장치 웨이퍼(21)의 후면을 백그라인딩한다. 이로써 관통실리콘비아(26) 및 범프 얼라인 키(27)가 노출된다. 백그라인딩에 의해 장치 웨이퍼를 도면부호 '21A'와 같이 얇게 한다.As shown in FIG. 3E, the backside of the device wafer 21 bonded to the carrier wafer 31 is backgrinded. This exposes the through silicon via 26 and the bump alignment key 27. By backgrinding, the device wafer is thinned as shown by reference numeral 21A.

도 3f에 도시된 바와 같이, 백그라인딩이 실시된 장치 웨이퍼(21A)의 후면에 제3절연층(32)을 코팅한다. 제3절연층(32)은 장치 웨이퍼(21A) 후면의 절연을 위한 것이다. 아울러, 후속 제2범프가 형성될 오픈부를 제공하기 위한 것이다.As shown in FIG. 3F, the third insulating layer 32 is coated on the back surface of the apparatus wafer 21A subjected to backgrinding. The third insulating layer 32 is for insulating the back surface of the device wafer 21A. In addition, to provide an open portion in which the subsequent second bumps are to be formed.

이어서, 관통실리콘비아(26)를 노출시키기 위해 오픈 공정을 진행한다. 오픈 공정은 감광막을 이용하여 마스크를 형성한 마스크를 식각장벽으로 제3절연층(32)을 식각한다. 이로써 관통실리콘비아(26)를 노출시키는 오픈부(33)가 형성된다. 이때, 범프 얼라인 키(27)를 이용하여 오픈부(33)의 직접 오버레이(Direct overlay) 보정이 가능하다.Subsequently, an open process is performed to expose the through silicon vias 26. In the open process, the third insulating layer 32 is etched using the photoresist film as an etch barrier using a mask on which a mask is formed. As a result, an open portion 33 exposing the through silicon vias 26 is formed. In this case, direct overlay correction of the open unit 33 may be performed using the bump alignment key 27.

도 3g에 도시된 바와 같이, 오픈부(33)를 포함한 전면에 배리어메탈 및 시드층(34)을 증착한 후 범프 감광막패턴(Bump PR, 35)을 형성한다. 이어서, 범프 감광막패턴의 오픈부 내에 제2범프(36)를 형성한다. 제2범프(36)는 Cu/Ni/Au를 적층하여 형성할 수 있다.As shown in FIG. 3G, the barrier metal and the seed layer 34 are deposited on the entire surface including the open part 33, and then a bump photoresist pattern Bump PR 35 is formed. Subsequently, a second bump 36 is formed in the open portion of the bump photoresist pattern. The second bumps 36 may be formed by stacking Cu / Ni / Au.

도 3h에 도시된 바와 같이, 범프 감광막패턴(35)을 제거한 후, 배리어메탈 및 시드층(34)을 식각한다.As shown in FIG. 3H, after the bump photoresist pattern 35 is removed, the barrier metal and the seed layer 34 are etched.

도 3i에 도시된 바와 같이, 테이프(30) 및 캐리어 웨이퍼(31)를 제거한다. 이를 디본딩(Debonding)이라 한다. As shown in FIG. 3I, the tape 30 and the carrier wafer 31 are removed. This is called debonding.

도시하지 않았지만, 후속하여 마운트테이프(Mount tape)에 장치 웨이퍼(21A)를 고정한 후, 웨이퍼 소잉(Wafer sawing)을 진행하여 개별 칩으로 분리시킨다. 이후 칩본딩(Chip bonding)을 진행한다.Although not shown, the device wafer 21A is subsequently fixed to a mount tape, and wafer sawing is performed to separate the individual wafers. Then chip bonding is performed.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 외곽 지역에 범프얼라인키를 추가한 모양을 도시한 사진으로서, 포토 장비에서의 노광 맵(expose map)과 인라인 매크로 검사(Inline macro inspection) 장비에서의 실제 웨이퍼 이미지이다.FIG. 4 is a photograph showing a shape in which a bump alignment key is added to an outer region of a wafer according to an exemplary embodiment of the present invention, and is actually used in an exposure map and inline macro inspection equipment in photo equipment. Wafer image.

도 4를 참조하면, 웨이퍼 외곽 더미 다이 지역에 범프얼라인키를 추가한다. 특히, 웨이퍼의 외곽 더미 다이 지역의 원형 표시 지역은 범프얼라인키가 형성된 지역이다.Referring to FIG. 4, a bump alignment key is added to a dummy die area outside the wafer. In particular, the circular display area of the outer dummy die area of the wafer is the area where the bump alignment key is formed.

범프얼라인키는 일예로, 우측 사진에서 보듯이, 십자 모양을 갖는다.The bump alignment key, for example, has a cross shape, as shown in the right picture.

상술한 바에 따르면, 본 발명은 범프 얼라인 키를 형성하므로써 얼라인의 정확도가 보완되어 관통홀의 크기를 얼라인 부정확도 만큼 키우지 않고, 오히려 개선되는 정확도에 맞춰 관통실리콘비아의 크기를 최적화 할 수 있다.According to the above, the present invention can improve the accuracy of the alignment by forming the bump alignment key so that the size of the through-silicon via can be optimized according to the improved accuracy without increasing the size of the through hole by the alignment inaccuracy. .

예컨대, 종래에는 오버레이 관리 수준이 오픈부 5㎛시 ± 2㎛ 수준으로 관통홀크기를 9㎛ 이상으로 유지하고 있으나, 범프얼라인키를 활용하여 오버레이 관리 개선시 5㎛시 ± 0.5㎛ 수준으로 관통홀 크기를 6㎛ 수준으로 감소킬 수 있다.For example, in the past, the overlay management level maintains the through hole size of 9 µm or more with the opening part 5 µm ± 2 µm. The size can be reduced to the level of 6 μm.

이와 같이, 관통홀 크기를 감소시키면 웨이퍼 내 다이 크기를 감소시킬 수 있고, 이로써 넷다이(Net-Die)가 증가한다.As such, reducing the through-hole size can reduce the die size in the wafer, thereby increasing the Net-Die.

또한, 관통홀의 크기를 감소시키면 관통실리콘비아 형성 공정 시간을 단축시킬 수 있다. 즉, 식각 시간 및 관통홀에 충전되는 도전층을 채우는 시간을 감소시키고, 아울러 관통홀 내에 충전되는 도전층의 총량이 감소함에 따라 후속 관통홀 돌출(Protrusion)을 개선하고 뒤틀림(Warpage)을 감소시킨다.In addition, reducing the size of the through-holes may shorten the process time for forming through-silicon vias. That is, the etching time and the time for filling the conductive layer filled in the through hole are reduced, and as the total amount of the conductive layer filled in the through hole is reduced, subsequent through hole protrusion is improved and warpage is reduced. .

그리고, 범프 얼라인 키를 웨이퍼 내 넷다이 이외 지역에 형성하므로 넷다이 감소 등을 방지할 수 있다. 또한, 다이 내 범프 얼라인 키 형성 시 유발되는 다이 크기 증가, 넷다이 감소 및 범프 얼라인 키 주변의 트랜지스터 영향 등을 사전에 방지할 수 있다. In addition, since the bump alignment key is formed in a region other than the net die in the wafer, it is possible to prevent the net die reduction. In addition, the increase in die size, net die reduction, and the influence of transistors around the bump alignment key caused by the formation of the bump alignment key in the die can be prevented in advance.

본 발명은 패키지 공정에서 백그라인딩 후 얼라인이 필요한 관련 장치에 모두 적용 가능하다. The present invention is applicable to all related devices that require alignment after backgrinding in a packaging process.

본 발명과 같이 관통실리콘비아 형성 시 후속 패키지 공정에서 사용할 수 있도록 웨이퍼 외곽 더미 다이 지역에 얼라인키를 형성하면, 추후 여러 장의 웨이퍼를 적층하여 패키징 시에 웨이퍼간 적층의 얼라인을 효과적으로 제어할 수 있다.If the alignment key is formed in the dummy die area outside the wafer so as to be used in a subsequent package process when forming the through silicon via as in the present invention, it is possible to effectively control the alignment of the wafer-to-wafer stacking during packaging by stacking a plurality of wafers later. .

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
Although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.

21 : 장치 웨이퍼 22 : 제1절연층
26 : 관통실리콘비아 27 : 범프 얼라인 키
28 : 메탈패드 29 : 제1범프
31 : 캐리어 웨이퍼 36 : 제2범프
21 device wafer 22 first insulating layer
26: through silicon via 27: bump alignment key
28: metal pad 29: the first bump
31 carrier wafer 36 second bump

Claims (12)

관통실리콘비아 및 범프 얼라인 키가 관통된 웨이퍼;
상기 관통실리콘비아에 연결된 범프
를 포함하는 반도체 패키지.
A wafer through which the through silicon vias and the bump alignment keys pass;
A bump connected to the through silicon via
Semiconductor package comprising a.
제1항에 있어서,
상기 범프 얼라인 키는 상기 웨이퍼의 외곽지역에 형성된 반도체 패키지.
The method of claim 1,
The bump alignment key is a semiconductor package formed in the outer region of the wafer.
제1항에 있어서,
상기 범프 얼라인 키는 상기 웨이퍼의 넷다이 이외 더미 다이 지역에 형성된 반도체 패키지.
The method of claim 1,
The bump alignment key is formed in a dummy die region other than the net die of the wafer.
제1항에 있어서,
상기 범프 얼라인 키는 십자 모양을 갖는 반도체 패키지.
The method of claim 1,
The bump alignment key has a cross shape.
제1항에 있어서,
상기 범프 얼라인 키와 관통실리콘 비아는 금속층으로 형성된 반도체 패키지.
The method of claim 1,
The bump alignment key and the through-silicon via are formed of a metal layer.
제1항에 있어서,
상기 범프는,
상기 웨이퍼의 전면에 형성된 제1범프와 상기 웨이퍼의 후면에 형성된 제2범프를 포함하는 반도체 패키지.
The method of claim 1,
The bump,
And a first bump formed on a front surface of the wafer and a second bump formed on a rear surface of the wafer.
장치 웨이퍼를 일정 깊이 식각하여 관통홀과 범프얼라인키홀을 동시에 형성하는 단계;
상기 관통홀에 매립되는 관통실리콘비아와 상기 범프얼라인키홀에 매립되는 범프얼라인키를 형성하는 단계;
상기 관통실리콘비아가 노출되도록 상기 장치 웨이퍼의 후면을 얇게 하는 단계;
상기 관통실리콘비아를 노출시키는 오픈부를 갖는 절연층을 형성하는 단계; 및
상기 오픈부에 매립되어 상기 관통실리콘비아에 접속되는 범프를 형성하는 단계
를 포함하는 반도체 패키지 제조 방법.
Etching the device wafer to a predetermined depth to simultaneously form a through hole and a bump alignment key hole;
Forming a through silicon via embedded in the through hole and a bump alignment key embedded in the bump alignment key hole;
Thinning a back surface of the device wafer to expose the through silicon vias;
Forming an insulating layer having an open portion exposing the through silicon vias; And
Forming a bump embedded in the open part and connected to the through silicon via;
≪ / RTI >
제7항에 있어서,
상기 장치 웨이퍼의 후면을 얇게 하는 단계는,
상기 장치 웨이퍼의 전면에 캐리어 웨이퍼를 본딩하는 단계; 및
상기 장치 웨이퍼의 후면을 백그라인딩하는 단계
를 포함하는 반도체 패키지 제조 방법.
The method of claim 7, wherein
Thinning the back side of the device wafer,
Bonding a carrier wafer to the front side of the device wafer; And
Backgrinding the backside of the device wafer
≪ / RTI >
제7항에 있어서,
상기 범프얼라인키홀은 상기 장치 웨이퍼의 외곽지역에 형성하는 반도체 패키지 제조 방법.
The method of claim 7, wherein
The bump alignment key hole is formed in the outer region of the device wafer.
제7항에 있어서,
상기 범프얼라인키홀은 상기 웨이퍼의 넷다이 이외 더미 다이 지역에 형성하는 반도체 패키지 제조 방법.
The method of claim 7, wherein
The bump alignment key hole is formed in a dummy die region other than the net die of the wafer.
제7항에 있어서,
상기 범프 얼라인 키는 십자모양으로 형성하는 반도체 패키지 제조 방법.
The method of claim 7, wherein
The bump alignment key is a semiconductor package manufacturing method of forming a cross shape.
제7항에 있어서,
상기 범프 얼라인 키와 관통실리콘 비아는 금속으로 형성하는 반도체 패키지 제조 방법.
The method of claim 7, wherein
The bump alignment key and the through-silicon via are formed of a metal.
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