WO2022044553A1 - 半導体装置、および、半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置、および、半導体装置の製造方法 Download PDF

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卓志 重歳
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    • H01L24/13Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process of an individual bump connector

Definitions

  • This technology relates to semiconductor devices. More specifically, the present invention relates to a laminated semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device.
  • a semiconductor device having a laminated structure in which a plurality of semiconductor chips are laminated has been used for the purpose of miniaturization and high functionality.
  • a semiconductor device in which two semiconductor chips are laminated to form a through electrode penetrating from one front surface to the back surface thereof, and the two semiconductor chips are electrically connected by the through electrode and the bump on the back surface side has been proposed (see, for example, Non-Patent Document 1). This connection method is classified as a face to back method.
  • This technology was created in view of such a situation, and aims to improve the functions of a semiconductor device in which a plurality of semiconductor chips are laminated while suppressing the manufacturing cost.
  • the through electrode may penetrate the semiconductor substrate of the intermediate semiconductor chip and the rewiring side semiconductor chip and reach the wiring surface at one end. This has the effect of reducing the number of times through silicon vias are formed.
  • a light-shielding film that shields light from the wiring surface can be further provided. This has the effect of preventing malfunction of the light receiving chip.
  • the rewiring side semiconductor chip may be rectangular, and the through electrodes may be arranged along the sides of the rewiring side semiconductor chip. This has the effect of improving wiring efficiency.
  • an insulating film that insulates the through electrode, the semiconductor substrate, and the rewiring side semiconductor chip can be further provided. This has the effect of insulating the through electrodes.
  • the insulating film may be a photosensitive resin. This has the effect of further reducing manufacturing costs.
  • one of the pair of bonding surfaces is a surface on which the wiring layer of the intermediate semiconductor chip is formed, and the rewiring side semiconductor chip is relative to the surface of the intermediate semiconductor chip. It is embedded in a predetermined region of the back surface, and one end of the through electrode may reach a region of the back surface that does not correspond to the predetermined region. This has the effect of reducing the difficulty of the process.
  • the intermediate semiconductor chip may be rectangular, and the through electrodes may be arranged along the sides of the intermediate semiconductor chip. This has the effect of improving wiring efficiency.
  • an insulating film is further provided, and one of the pair of bonding surfaces is a surface on which the wiring layer of the intermediate semiconductor chip is formed, and the back surface of the intermediate semiconductor chip with respect to the surface.
  • the rewiring side semiconductor chip is bonded to the predetermined region, the insulating film is formed in the region not corresponding to the predetermined region, and the through electrode penetrates the semiconductor substrate and one end reaches the insulating film.
  • a through electrode 1 and a second through electrode connected to one end of the first through electrode and penetrating the insulating film may be provided. This has the effect of reducing the difficulty of manufacturing.
  • the second aspect of the present technology is a first joining procedure for joining one of a pair of joining surfaces of an intermediate semiconductor chip and a light receiving chip that receives incident light, and a predetermined joining procedure with the other of the pair of joining surfaces.
  • It is a method of manufacturing a semiconductor device including a rewiring procedure for wiring a rewiring for connecting to the wiring layer to the wiring surface. This has the effect of reducing manufacturing costs and improving functionality.
  • a through hole forming procedure for forming a through hole penetrating the semiconductor substrate and the rewiring side semiconductor chip is further provided, and in the through electrode forming procedure, the through electrode is formed into the through hole. May be formed in. This has the effect of reducing the number of times through silicon vias are formed.
  • the through hole forming procedure may include a filling procedure for filling the through holes with a photosensitive resin and a lithography procedure for removing a part of the photosensitive resin by photolithography. good. This has the effect of further reducing manufacturing costs.
  • a through hole forming procedure for forming a through hole that penetrates the semiconductor substrate and reaches a region of the back surface that does not correspond to the predetermined region is further provided. It may be formed in a hole. This has the effect of reducing the difficulty of the process.
  • the insulating film forming procedure for forming the insulating film in a region of the back surface of the intermediate semiconductor chip on which the wiring layer is formed does not correspond to a predetermined region is further provided.
  • the semiconductor chip on the rewiring side is joined to the predetermined region of the back surface, and in the through electrode forming procedure, a first through electrode that penetrates the semiconductor substrate and reaches one end of the insulating film is provided.
  • a first through electrode forming procedure for forming and a second through electrode forming procedure for forming a second through electrode connected to one end of the first through electrode and penetrating the insulating film may be provided. .. This has the effect of reducing the difficulty of manufacturing.
  • Embodiment Example of through silicon via penetrating two semiconductor chips
  • Second embodiment an example in which a photosensitive resin is applied and a through electrode penetrates two semiconductor chips
  • Third embodiment an example in which a light-shielding film is provided and a through electrode penetrates two semiconductor chips
  • Fourth embodiment an example in which a semiconductor chip on the rewiring side is embedded and a through electrode penetrates only the intermediate semiconductor chip
  • Fifth Embodiment Example in which a through electrode penetrating only an intermediate semiconductor chip and a through electrode penetrating an insulating film are connected
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration example of a semiconductor device 100 according to the first embodiment of the present technology.
  • the semiconductor device 100 is a device for capturing image data, and includes a laminated light receiving chip 130, an intermediate semiconductor chip 140, and a rewiring side semiconductor chip 160.
  • the optical axis of the incident light is referred to as "Z-axis”
  • a predetermined axis perpendicular to the Z-axis is referred to as "X-axis”
  • Y-axis the X-axis and the axis perpendicular to the Z-axis
  • the direction toward the light receiving surface is upward.
  • the figure is a cross-sectional view when viewed from the Y direction.
  • the light receiving chip 130 receives incident light and captures image data by photoelectric conversion. That is, the light receiving chip 130 functions as a solid-state image sensor.
  • the light receiving chip 130 includes a plurality of on-chip lenses 131, a semiconductor substrate 132, and a wiring layer 133.
  • a wiring layer 133 is formed at the lower part of the semiconductor substrate 132.
  • a reflective film and a passivation layer are formed on the upper portion of the semiconductor substrate 132, and a color filter and an on-chip lens 131 are arranged on the reflective film and a passivation layer.
  • the transparent substrate 110 is connected to the surface on which the on-chip lens 131 is formed via the adhesive layer 120.
  • the adhesive layer 120 may cover all the on-chip lenses 131 or only the peripheral portion thereof.
  • the intermediate semiconductor chip 140 includes a wiring layer 141 and a semiconductor substrate 142.
  • the wiring layer 141 is formed on the upper surface of the semiconductor substrate 142. Further, the wiring layer 141 of the intermediate semiconductor chip 140 is joined to the wiring layer 133 of the light receiving chip 130.
  • the thick dotted line in the figure indicates the joint surface.
  • the intermediate semiconductor chip 140 is provided with, for example, a memory for holding image data and a signal processing circuit for processing the image data.
  • the rewiring side semiconductor chip 160 includes a semiconductor substrate 161 and a wiring layer 162.
  • the wiring layer 162 is formed on the lower surface of the semiconductor substrate 161. Further, the upper surface of the semiconductor substrate 161 of the rewiring side semiconductor chip 160 is bonded to the lower surface of the semiconductor substrate 142 of the intermediate semiconductor chip 140 via the bonding layer 150.
  • the thick dotted line in the figure indicates the joint surface.
  • each of the light receiving chip 130, the intermediate semiconductor chip 140, and the rewiring side semiconductor chip 160 when the surface on which the wiring layer is formed is the front surface, the incident light is irradiated to the back surface of the light receiving chip 130.
  • the solid-state image sensor (light receiving chip 130) whose back surface is irradiated with light in this way is called a back-illuminated solid-state image sensor.
  • the surface of the light receiving chip 130 is joined to the surface of the intermediate semiconductor chip 140.
  • the back surface of the intermediate semiconductor chip 140 is joined to the back surface of the rewiring side semiconductor chip 160.
  • Such a method of joining the back surfaces of semiconductor chips to each other is called a back-to-back method.
  • the front surface and the back surface of the intermediate semiconductor chip 140 are examples of the pair of joint surfaces described in the claims.
  • the rewiring side semiconductor chip 160 may be connected in a wafer state, or may be connected after individualizing chips smaller than the intermediate semiconductor chip 140. Further, although the rewiring side semiconductor chip 160 is bonded to the intermediate semiconductor chip 140 on a one-to-one basis, a plurality of rewiring side semiconductor chips 160 may be bonded to one intermediate semiconductor chip 140.
  • the rewiring side semiconductor chip 160 is provided with a signal processing circuit, a memory, a temperature control circuit, and the like.
  • the bonding layer 150 for example, an adhesive made of an organic resin, an inorganic substance such as silicon dioxide (SiO 2 ), or a laminate thereof is used. Further, as will be described later, the bonding layer 150 may be provided with a light-shielding film made of a resin made of aluminum (Al), titanium (Ti), tungsten (W), or an organic substance that absorbs light.
  • the semiconductor device 100 is formed with a through electrode 171 that extends along the Z axis and penetrates the semiconductor substrate 142 of the intermediate semiconductor chip 140, the junction layer 150, and the rewiring side semiconductor chip 160.
  • One end of the through electrode 171 is connected to the wiring layer 141 of the intermediate semiconductor chip 140, and the other end reaches the surface of the rewiring side semiconductor chip 160, and is continuous without a physical junction surface in the middle.
  • the through silicon via 171 is made of, for example, copper (Cu), titanium (Ti), tantalum (Ta), aluminum (Al), tungsten (W), nickel (Ni), ruthenium (Ru), cobalt (Co), or the like. Will be done.
  • the surface of the semiconductor chip 160 on the rewiring side is an example of the wiring surface described in the claims.
  • an insulating film 172 is formed between the through electrode 171 and the semiconductor substrate 142 and the semiconductor chip 160 on the rewiring side, and is electrically separated (that is, insulated) by the insulating film 172.
  • an inorganic film such as silicon dioxide (SiO 2 ), silicon nitride (SiN), silicon oxynitride (SiON), or a low dielectric constant (Low-k) film can be used.
  • SiO 2 silicon dioxide
  • SiN silicon nitride
  • SiON silicon oxynitride
  • Low-k low dielectric constant
  • the thickness of the semiconductor substrate 142 of the intermediate semiconductor chip 140 is about 3 to 100 micrometers ( ⁇ m), and the thickness of the bonding layer 150 is about 10 nanometers (nm) to 10 micrometers ( ⁇ m). Further, the thickness of the semiconductor chip 160 on the rewiring side is preferably about 10 to 100 micrometers ( ⁇ m). It is desirable that the through silicon via 171 has a diameter of 10 to 100 micrometers ( ⁇ m) and is designed so that the aspect ratio is 10 or less in terms of process manufacturing cost and yield.
  • a rewiring via 175 is formed on the surface of the semiconductor chip 160 on the rewiring side, and a rewiring 173 connecting the rewiring via 175 and the through electrode 171 is wired.
  • the intermediate semiconductor chip 140 and the rewiring side semiconductor chip 160 are electrically connected via these through electrodes 171 and rewiring 173 and rewiring vias 175.
  • the through silicon via 171, the rewiring 173, and the rewiring via 175 are formed by the same process and have a structure without a joint surface, so that high reliability can be obtained.
  • a protective layer 174 is formed at the lower part of the surface on which the rewiring 173 is wired. With the protective layer 174, the pad opening for connecting to the rewiring via 175 and the pad opening of the wiring layer 141 of the intermediate semiconductor chip 140 at the bottom of the through electrode 171 can be performed at the same timing. Therefore, it is possible to prevent the pad from corroding and causing an opening defect by leaving the pad after opening. Further, the rewiring 173 is formed with bumps 176 for connecting to the mounting board. The smallest package having the same size as a semiconductor chip with the bumps 176 and the like exposed is called a CSP (Chip Size Package).
  • CSP Chip Size Package
  • the rewiring side semiconductor chip 160 is further laminated in addition to the light receiving chip 130 and the intermediate semiconductor chip 140, the function of the semiconductor device 100 is compared with the case where two semiconductor chips are laminated. Can be improved.
  • a configuration in which a through electrode penetrating the semiconductor substrate 142 of the intermediate semiconductor chip 140 and a through electrode penetrating the rewiring side semiconductor chip 160 are separately formed and connected to each other is assumed as a comparative example.
  • the through electrode 171 penetrates the semiconductor substrate 142 of the intermediate semiconductor chip 140 and the semiconductor chip 160 on the rewiring side, the through electrode needs to be formed once, and the through electrode needs to be formed twice.
  • the manufacturing cost can be reduced as compared with the example.
  • the number of connection points of electrodes and wiring can be reduced as compared with the comparative example.
  • the resistivity of the wiring path can be lowered as compared with the comparative example, and the bonding strength between the semiconductor chips can be improved.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining a step of laminating a light receiving chip 130 and an intermediate semiconductor chip 140 in the first embodiment of the present technology.
  • the manufacturing system has the intermediate semiconductor chip 140 facing the light receiving chip 130 and the wiring layers facing each other in the same manner as the CSP of a normal laminated back-illuminated solid-state image sensor. Join and stack. After that, the semiconductor substrate 142 of the intermediate semiconductor chip 140 is thinned to about 50 micrometers ( ⁇ m) by wet etching or the like.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining up to a step of thinning the rewiring side semiconductor chip 160 in the first embodiment of the present technology.
  • the rewiring side semiconductor chip 160 is formed up to the wiring layer 162, a pad for connecting to the rewiring via is formed, and then the surface is covered with silicon dioxide (SiO 2 ). Further, the semiconductor substrate 161 is thinned to about 50 micrometers ( ⁇ m) by a temporary bonding method.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a process of joining the rewiring side semiconductor chip 160 in the first embodiment of the present technology.
  • the back surface side of the semiconductor substrate 142 of the intermediate semiconductor chip 140 is coated with a resin having high insulating properties and high adhesion to the semiconductor substrate, and then the wafer of the semiconductor chip 160 on the rewiring side is applied. Join and remove the temporary bonding wafer.
  • a silicon oxide film may be formed on the back surface side of the semiconductor substrate 142 of the intermediate semiconductor chip 140 and the back surface side of the semiconductor substrate 161 of the rewiring side semiconductor chip 160, and then bonded by plasma bonding.
  • the color filter of the light receiving chip 130 solid-state image sensor
  • FIG. 5 is a diagram for explaining a process of forming a through hole in the first embodiment of the present technology. As illustrated in the figure, through lithography and plasma etching are used to form a through hole penetrating the semiconductor substrate 142 of the intermediate semiconductor chip 140 and the semiconductor chip 160 on the rewiring side.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining a process of forming the insulating film 172 in the first embodiment of the present technology.
  • the insulating film 172 is formed by the PE-CVD (Plasma Enhanced-Chemical Vapor Deposition) method or the ALD (Atomic Layer Deposition) method.
  • PE-CVD Pullasma Enhanced-Chemical Vapor Deposition
  • ALD Atomic Layer Deposition
  • the bonding layer 150 tends to have a concave shape when the through holes are formed. For this reason, after embedding the recesses without malfunction of the seams using the ALD method with high film deposition coverage, changing to the PE-CVD method with low coverage at low cost results in smoothing the shape of the through electrode side. It is possible to improve wiring reliability and achieve both low-cost processes.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining a photolithography and etching process in the first embodiment of the present technology. As illustrated in the figure, the back surface insulating film on the pad of the rewiring side semiconductor chip 160 is processed by lithography and dry etching so as to have the same film thickness as the insulating film at the bottom of the through hole.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining a process of plasma etching in the first embodiment of the present technology.
  • the entire surface is etched back by plasma etching, and the insulating film on the pad for the through electrode of the intermediate semiconductor chip 140 at the bottom of the through hole and the insulating film on the pad of the semiconductor chip 160 on the rewiring side.
  • the insulating film on the flat surface portion of the back surface is formed of a film having low coverage, the film thickness is thicker than that of the insulating film on the bottom of the through hole, so that the insulating film does not disappear.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining a rewiring process in the first embodiment of the present technology.
  • the rewiring 173 is formed together with the through electrode 171 and the rewiring via 175 by the semi-additive method.
  • barrier metal films such as tantalum (Ta) and titanium (Ti) and copper seed metal films are used by PVD (Physical Vapor Deposition) method, PE-CVD method, MO-CVD (Metal Organic-CVD) method or ALD. Formed by law.
  • a mask is formed at an unnecessary portion by lithography, and a metal film connected on the pad of the rewiring via 175 of the rewiring side semiconductor chip 160 is formed on the through electrode 171 and the front surface of the back surface by electroplating.
  • the seed metal and the barrier metal are removed by wet etching.
  • a protective film is formed (in other words, passivation) on the surface of the rewired substrate with a solder resist, and the bump 176 for connecting to the mounting substrate is connected.
  • FIG. 10 is an example of a plan view of the semiconductor device 100 according to the first embodiment of the present technology.
  • the figure is an example of a plan view seen from the Z-axis direction.
  • the rewiring side semiconductor chip 160 is rectangular, and a predetermined number of through electrodes 171 are arranged along the sides thereof. By arranging the through electrodes 171 along the sides in this way, the wiring efficiency of the rewiring side semiconductor chip 160 can be improved. Further, an intermediate semiconductor chip 140 and a rewiring side semiconductor chip 160 are laminated on the back surface of the light receiving chip 130, and a signal is transmitted between these chips via the rewiring 173. Therefore, the pads involved in the signal transmission can be arranged so as to shorten the signal transmission distance by bringing them close to each other.
  • a through electrode 171 can be further arranged at the center of the semiconductor chip 160 on the rewiring side.
  • FIG. 12 is a flowchart showing an example of a manufacturing process of the semiconductor device 100 according to the first embodiment of the present technology.
  • the manufacturing system stacks two semiconductor chips (light receiving chip 130 and intermediate semiconductor chip 140) (step S901). Further, the semiconductor chip 160 on the rewiring side is formed and thinned (step S902). Then, the semiconductor chip 160 on the rewiring side is joined (step S903).
  • the manufacturing system forms a through hole (step S904) and forms an insulating film 172 (step S905).
  • the insulating film 172 is processed by lithography and dry etching (step S906) and plasma etching (step S907) to form the rewiring 173 together with the through electrode 171 and the rewiring via 175 (step S908).
  • the bump 176 is formed (step S909).
  • the manufacturing system ends the manufacturing process of the semiconductor device 100.
  • the rewiring side semiconductor chip 160 is further laminated on the light receiving chip 130 and the intermediate semiconductor chip 140, only the light receiving chip 130 and the intermediate semiconductor chip 140 are used. It can improve the function more than. Further, since the through electrode 171 penetrates the semiconductor substrate 142 of the intermediate semiconductor chip 140 and the semiconductor chip 160 on the rewiring side, the number of times of forming the through electrode when electrically joining the semiconductor chips to each other is sufficient. As a result, a through electrode penetrating the semiconductor substrate 142 of the intermediate semiconductor chip 140 and a through electrode penetrating the rewiring side semiconductor chip 160 are separately formed, and the manufacturing cost is suppressed as compared with the case where they are connected. can do.
  • Second Embodiment> an inorganic film such as silicon dioxide (SiO 2 ) is used as the insulating film 172, but it is difficult to further reduce the manufacturing cost with this configuration.
  • the semiconductor device 100 of the second embodiment is different from the first embodiment in that the manufacturing cost is reduced by using the photosensitive resin as the insulating film.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view showing a configuration example of the semiconductor device 100 according to the second embodiment of the present technology.
  • the semiconductor device 100 of the second embodiment is different from the first embodiment in that the insulating film 180 is provided instead of the insulating film 172.
  • the insulating film 180 polyimide, acrylic, silicone, or a material having an epoxy group as a skeleton is used.
  • FIG. 14 is a diagram for explaining a process of forming the insulating film 180 in the second embodiment of the present technology. As illustrated in the figure, the manufacturing system applies a photosensitive resin (that is, an insulating film 180) to the entire back surface side. The inside of the through hole is also filled with resin.
  • a photosensitive resin that is, an insulating film 180
  • FIG. 15 is a diagram for explaining a photolithography process in the second embodiment of the present technology. As illustrated in the figure, the photosensitive insulating resin at the portion corresponding to the through electrode portion and the rewiring via is removed by the photolithography method.
  • FIG. 16 is a diagram for explaining a process of plasma etching in the second embodiment of the present technology. As illustrated in the figure, the insulating film on the pad for the through electrode of the intermediate semiconductor chip 140 at the bottom of the through hole and the insulating film on the pad of the rewiring side semiconductor chip 160 are removed by plasma etching.
  • the first embodiment it was necessary to use the ALD method and the PE-CVD method, but in the second embodiment, since the photosensitive resin is used, those steps are unnecessary. By reducing the number of processes, the manufacturing cost can be reduced. Moreover, since the coating process is used, the unevenness of the portion of the bonding layer 150 can be completely smoothed.
  • the step of using the ALD method and the PE-CVD method is compared with the case where the inorganic film is used as the insulating film 172. It becomes unnecessary. As a result, the manufacturing cost can be reduced.
  • the intermediate semiconductor chip 140 and the rewiring side semiconductor chip 160 are bonded via the bonding layer 150.
  • light from the front surface of the rewiring side semiconductor chip 160 may be incident on the back surface of the light receiving chip 130, and the light receiving chip 130 may malfunction.
  • the semiconductor device 100 of the third embodiment is different from the first embodiment in that a light-shielding film that shields light from the semiconductor chip 160 on the rewiring side prevents malfunction.
  • FIG. 17 is a cross-sectional view showing a configuration example of the semiconductor device 100 according to the third embodiment of the present technology.
  • the semiconductor device 100 of the third embodiment is different from the first embodiment in that a light-shielding film 190 is further formed on the back surface of the intermediate semiconductor chip 140.
  • the light-shielding film 190 shields light from the surface of the semiconductor chip 160 on the rewiring side.
  • the light-shielding film 190 can prevent the light-receiving chip 130 from malfunctioning due to light from the surface of the semiconductor chip 160 on the rewiring side.
  • the light-shielding film 190 can be arranged on the back surface of the semiconductor chip 160 on the rewiring side, or can be arranged in the middle of the bonding layer 150. Further, the adhesive itself of the bonding layer 150 may be a light-shielding film.
  • Tungsten (W), aluminum (Al), carbon black, etc. are used as the light-shielding film 190.
  • the light-shielding film 190 at the place where the through hole is formed can be opened with a size larger than that of the through hole.
  • the light-shielding film 190 that shields the light from the surface of the semiconductor chip 160 on the rewiring side is provided, it is possible to prevent malfunction due to the light.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view showing a configuration example of the semiconductor device 100 according to the fourth embodiment of the present technology.
  • the semiconductor device 100 of the fourth embodiment is different from the first embodiment in that the rewiring side semiconductor chip 160 is embedded in the semiconductor substrate 142 of the intermediate semiconductor chip 140. Further, it differs from the first embodiment in that the photosensitive resin is used as the insulating film 180.
  • the area of the rewiring side semiconductor chip 160 is smaller than that of the intermediate semiconductor chip 140, and the rewiring side semiconductor chip 160 is embedded in a predetermined area in the back surface of the semiconductor substrate 142.
  • the coordinates of one end of the back surface are set to X0, and the coordinates of the other end are set to X3.
  • the rewiring side semiconductor chip 160 is embedded in the region between the coordinates X1 and the coordinates X2.
  • the through silicon via 171 penetrates only the semiconductor substrate 142, and one end thereof reaches the region of coordinates X0 to X1 or the region of coordinates X2 to X3.
  • the semiconductor chips By embedding the rewiring side semiconductor chip 160 in the semiconductor substrate 142, the semiconductor chips can be three-dimensionally laminated without increasing the overall chip thickness. Further, if the thickness is the same, the bending strength becomes high and the through electrode 171 can be formed without penetrating the bonding layer 150, so that the process difficulty can be alleviated. Further, even when a plurality of semiconductor chips formed by different processes are joined to each other, the processing difficulty can be alleviated because the processing films of the through holes are the same.
  • FIG. 19 is a diagram for explaining a step of forming a recess in the fourth embodiment of the present technology.
  • the manufacturing system forms a recess in the semiconductor substrate 142 of the intermediate semiconductor chip 140 by lithography and dry etching, and forms silicon dioxide (SiO 2 ) as a connecting layer.
  • FIG. 20 is a diagram for explaining a process of joining the rewiring side semiconductor chip 160 in the fourth embodiment of the present technology.
  • the fragmented rewiring side semiconductor chip 160 is mounted in a recessed portion of the semiconductor substrate 142 and bonded by a plasma bonding method.
  • FIG. 21 is a diagram for explaining a step of forming a through hole in the fourth embodiment of the present technology. As illustrated in the figure, through holes are formed in the semiconductor substrate 142 of the intermediate semiconductor chip 140 by lithography and dry etching. The through hole is formed in a region of the back surface of the intermediate semiconductor chip 140 in which the rewiring side semiconductor chip 160 is not embedded.
  • FIG. 22 is a diagram for explaining a step of filling the photosensitive resin in the fourth embodiment of the present technology.
  • a photosensitive insulating resin (insulating film 180) is applied to the entire back surface side.
  • the recess of the semiconductor substrate 142 of the intermediate semiconductor chip 140 and the gap of the semiconductor chip 160 on the rewiring side are also filled with the resin.
  • FIG. 23 is a diagram for explaining the steps of photolithography and etching in the fourth embodiment of the present technology.
  • the photosensitive insulating resin at the portion corresponding to the through electrode portion and the rewiring via is removed by the photolithography method.
  • plasma etching removes the insulating film on the pad for the through electrode of the intermediate semiconductor chip 140 at the bottom of the through hole and the insulating film on the pad of the semiconductor chip 160 on the rewiring side.
  • FIG. 24 is an example of a plan view of the semiconductor device 100 according to the fourth embodiment of the present technology. As illustrated in the figure, the rewiring side semiconductor chip 160 is embedded in a predetermined rectangular region on the back surface of the intermediate semiconductor chip 140. Through silicon vias 171 are arranged around the rectangular region.
  • the third embodiment in which the light-shielding film 190 is provided can also be applied to the fourth embodiment.
  • the rewiring side semiconductor chip 160 is embedded in a predetermined region in the semiconductor substrate 142 of the intermediate semiconductor chip 140, only the semiconductor substrate 142 penetrates outside the region. A through hole can be formed. As a result, the difficulty of the process can be reduced as compared with the first embodiment in which the through electrode 171 penetrating the semiconductor substrate 142 and the semiconductor chip 160 on the rewiring side is formed.
  • the rewiring side semiconductor chip 160 is embedded in the semiconductor substrate 142 of the intermediate semiconductor chip 140.
  • a step of forming a recess in the semiconductor substrate 142 and embedding the rewiring side semiconductor chip 160 in the recess is required, and the step may increase the difficulty in manufacturing.
  • the semiconductor device 100 of the fifth embodiment is different from the first embodiment in that a through electrode 171 penetrating only the semiconductor substrate 142 is connected to a through electrode penetrating the insulating film.
  • FIG. 25 is a cross-sectional view showing a configuration example of the semiconductor device 100 according to the fifth embodiment of the present technology.
  • the semiconductor device 100 of the fifth embodiment differs from the first embodiment in that a through electrode 177 and an insulating film 180 are further formed.
  • As the insulating film 180 for example, a photosensitive resin is used.
  • the back surface of the semiconductor substrate 142 is joined to a predetermined region (for example, a region of coordinates X1 to X2).
  • An insulating film 180 is formed in a region other than that region (for example, a region of coordinates X0 to X1) and a lower portion of the rewiring side semiconductor chip 160.
  • the through silicon via 177 penetrates the insulating film 180.
  • One end of the through electrode 177 is connected to the through electrode 171 and the other end reaches the surface of the rewiring side semiconductor chip 160.
  • the other end of the through silicon via 177 is connected to the rewiring via 175 via the rewiring 173.
  • the intermediate semiconductor chip 140 and the rewiring side semiconductor chip 160 are electrically connected via the through electrodes 171 and 177, the rewiring 173, and the rewiring via 175.
  • the insulating film 180 is formed on the back surface of the semiconductor substrate 142 where the rewiring side semiconductor chip 160 is not bonded, and the insulating film 180 is formed on the through electrode 171 penetrating only the semiconductor substrate 142. A through electrode 177 penetrating the is connected.
  • This configuration eliminates the need for a step of forming a recess in the semiconductor substrate 142 and embedding the rewiring side semiconductor chip 160 in the recess. Therefore, the difficulty of manufacturing the semiconductor device 100 is higher than that of the fourth embodiment. Can be alleviated.
  • FIG. 26 is a diagram for explaining a step of forming the through silicon via 171 in the fifth embodiment of the present technology.
  • the manufacturing system thins the intermediate semiconductor chip 140 to about 50 micrometers ( ⁇ m), forms a through hole penetrating the semiconductor substrate 142, and forms an insulating film 172 and a through electrode 171. ..
  • FIG. 27 is a diagram for explaining a process of joining the rewiring side semiconductor chip 160 in the fifth embodiment of the present technology. As illustrated in the figure, the rewiring side semiconductor chip 160 is bonded to a predetermined region on the back surface of the intermediate semiconductor chip 140 by a plasma bonding method.
  • FIG. 28 is a diagram for explaining a step of filling the photosensitive resin (insulating film 180) in the fifth embodiment of the present technology.
  • the photosensitive resin is applied to the region of the back surface of the intermediate semiconductor chip 140 where the rewiring side semiconductor chip 160 is not bonded and the front surface of the rewiring side semiconductor chip 160.
  • the photosensitive resin is also filled in the portion where the step is generated by the semiconductor chip 160 on the rewiring side.
  • FIG. 29 is a diagram for explaining a photolithography process in the fifth embodiment of the present technology. As illustrated in the figure, the photosensitive insulating resin at the portion where the through electrode 177 is formed and the portion where the rewiring via 175 of the rewiring side semiconductor chip 160 is formed is removed by a photolithography method.
  • a step of forming the through electrode 177, the rewiring 173, and the rewiring via 175, and a step of forming the bump 176 are executed.
  • the third embodiment in which the light-shielding film 190 is added to the fifth embodiment can also be applied.
  • the insulating film 180 is formed in the region of the back surface of the semiconductor substrate 142 where the rewiring side semiconductor chip 160 is not bonded, and the through electrode penetrates the semiconductor substrate 142.
  • a through electrode 177 that penetrates the insulating film 180 is connected to 171. This eliminates the need for a step of forming a recess in the semiconductor substrate 142 and embedding the semiconductor chip 160 on the rewiring side in the recess. Therefore, the difficulty of manufacturing the semiconductor device 100 is reduced as compared with the fourth embodiment. Can be relaxed.
  • the technology according to the present disclosure can be applied to various products.
  • the technology according to the present disclosure is realized as a device mounted on a moving body of any kind such as an automobile, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a motorcycle, a bicycle, a personal mobility, an airplane, a drone, a ship, and a robot. You may.
  • FIG. 30 is a block diagram showing a schematic configuration example of a vehicle control system, which is an example of a mobile control system to which the technique according to the present disclosure can be applied.
  • the vehicle control system 12000 includes a plurality of electronic control units connected via the communication network 12001.
  • the vehicle control system 12000 includes a drive system control unit 12010, a body system control unit 12020, an outside information detection unit 12030, an in-vehicle information detection unit 12040, and an integrated control unit 12050.
  • a microcomputer 12051, an audio image output unit 12052, and an in-vehicle network I / F (interface) 12053 are shown as a functional configuration of the integrated control unit 12050.
  • the drive system control unit 12010 controls the operation of the device related to the drive system of the vehicle according to various programs.
  • the drive system control unit 12010 has a driving force generator for generating the driving force of the vehicle such as an internal combustion engine or a driving motor, a driving force transmission mechanism for transmitting the driving force to the wheels, and a steering angle of the vehicle. It functions as a control device such as a steering mechanism for adjusting and a braking device for generating braking force of the vehicle.
  • the body system control unit 12020 controls the operation of various devices mounted on the vehicle body according to various programs.
  • the body system control unit 12020 functions as a keyless entry system, a smart key system, a power window device, or a control device for various lamps such as headlamps, back lamps, brake lamps, turn signals or fog lamps.
  • the body system control unit 12020 may be input with radio waves transmitted from a portable device that substitutes for the key or signals of various switches.
  • the body system control unit 12020 receives inputs of these radio waves or signals and controls a vehicle door lock device, a power window device, a lamp, and the like.
  • the vehicle outside information detection unit 12030 detects information outside the vehicle equipped with the vehicle control system 12000.
  • the image pickup unit 12031 is connected to the vehicle outside information detection unit 12030.
  • the vehicle outside information detection unit 12030 causes the image pickup unit 12031 to capture an image of the outside of the vehicle and receives the captured image.
  • the out-of-vehicle information detection unit 12030 may perform object detection processing or distance detection processing such as a person, a vehicle, an obstacle, a sign, or a character on the road surface based on the received image.
  • the image pickup unit 12031 is an optical sensor that receives light and outputs an electric signal according to the amount of the light received.
  • the image pickup unit 12031 can output an electric signal as an image or can output it as distance measurement information. Further, the light received by the image pickup unit 12031 may be visible light or invisible light such as infrared light.
  • the in-vehicle information detection unit 12040 detects the in-vehicle information.
  • a driver state detection unit 12041 that detects the driver's state is connected to the in-vehicle information detection unit 12040.
  • the driver state detection unit 12041 includes, for example, a camera that images the driver, and the in-vehicle information detection unit 12040 determines the degree of fatigue or concentration of the driver based on the detection information input from the driver state detection unit 12041. It may be calculated, or it may be determined whether or not the driver has fallen asleep.
  • the microcomputer 12051 calculates the control target value of the driving force generator, the steering mechanism, or the braking device based on the information inside and outside the vehicle acquired by the vehicle exterior information detection unit 12030 or the vehicle interior information detection unit 12040, and the drive system control unit.
  • a control command can be output to 12010.
  • the microcomputer 12051 realizes ADAS (Advanced Driver Assistance System) functions including vehicle collision avoidance or impact mitigation, follow-up driving based on inter-vehicle distance, vehicle speed maintenance driving, vehicle collision warning, vehicle lane deviation warning, and the like. It is possible to perform cooperative control for the purpose of.
  • ADAS Advanced Driver Assistance System
  • the microcomputer 12051 controls the driving force generating device, the steering mechanism, the braking device, and the like based on the information around the vehicle acquired by the vehicle exterior information detection unit 12030 or the vehicle interior information detection unit 12040. It is possible to perform coordinated control for the purpose of automatic driving that runs autonomously without depending on the operation.
  • the microcomputer 12051 can output a control command to the body system control unit 12020 based on the information outside the vehicle acquired by the vehicle outside information detection unit 12030.
  • the microcomputer 12051 controls the headlamps according to the position of the preceding vehicle or the oncoming vehicle detected by the outside information detection unit 12030, and performs cooperative control for the purpose of anti-glare such as switching the high beam to the low beam. It can be carried out.
  • the audio image output unit 12052 transmits an output signal of at least one of audio and image to an output device capable of visually or audibly notifying information to the passenger or the outside of the vehicle.
  • an audio speaker 12061, a display unit 12062, and an instrument panel 12063 are exemplified as output devices.
  • the display unit 12062 may include, for example, at least one of an onboard display and a head-up display.
  • FIG. 31 is a diagram showing an example of the installation position of the image pickup unit 12031.
  • the image pickup unit 12101, 12102, 12103, 12104, 12105 is provided.
  • the image pickup units 12101, 12102, 12103, 12104, 12105 are provided, for example, at positions such as the front nose, side mirrors, rear bumpers, back doors, and the upper part of the windshield in the vehicle interior of the vehicle 12100.
  • the image pickup unit 12101 provided in the front nose and the image pickup section 12105 provided in the upper part of the windshield in the vehicle interior mainly acquire an image in front of the vehicle 12100.
  • the image pickup units 12102 and 12103 provided in the side mirror mainly acquire images of the side of the vehicle 12100.
  • the image pickup unit 12104 provided in the rear bumper or the back door mainly acquires an image of the rear of the vehicle 12100.
  • the image pickup unit 12105 provided on the upper part of the windshield in the vehicle interior is mainly used for detecting a preceding vehicle, a pedestrian, an obstacle, a traffic light, a traffic sign, a lane, or the like.
  • FIG. 31 shows an example of the shooting range of the imaging units 12101 to 12104.
  • the imaging range 12111 indicates the imaging range of the imaging unit 12101 provided on the front nose
  • the imaging ranges 12112 and 12113 indicate the imaging range of the imaging units 12102 and 12103 provided on the side mirrors, respectively
  • the imaging range 12114 indicates the imaging range.
  • the imaging range of the imaging unit 12104 provided on the rear bumper or the back door is shown. For example, by superimposing the image data captured by the image pickup units 12101 to 12104, a bird's-eye view image of the vehicle 12100 can be obtained.
  • At least one of the image pickup units 12101 to 12104 may have a function of acquiring distance information.
  • at least one of the image pickup units 12101 to 12104 may be a stereo camera including a plurality of image pickup elements, or may be an image pickup element having pixels for phase difference detection.
  • the microcomputer 12051 has a distance to each three-dimensional object within the image pickup range 12111 to 12114 based on the distance information obtained from the image pickup unit 12101 to 12104, and a temporal change of this distance (relative speed with respect to the vehicle 12100). By obtaining can. Further, the microcomputer 12051 can set an inter-vehicle distance to be secured in advance in front of the preceding vehicle, and can perform automatic braking control (including follow-up stop control), automatic acceleration control (including follow-up start control), and the like. In this way, it is possible to perform coordinated control for the purpose of automatic driving or the like in which the vehicle travels autonomously without depending on the operation of the driver.
  • automatic braking control including follow-up stop control
  • automatic acceleration control including follow-up start control
  • the microcomputer 12051 converts three-dimensional object data related to a three-dimensional object into two-wheeled vehicles, ordinary vehicles, large vehicles, pedestrians, electric poles, and other three-dimensional objects based on the distance information obtained from the image pickup units 12101 to 12104. It can be classified and extracted and used for automatic avoidance of obstacles. For example, the microcomputer 12051 distinguishes obstacles around the vehicle 12100 into obstacles that are visible to the driver of the vehicle 12100 and obstacles that are difficult to see. Then, the microcomputer 12051 determines the collision risk indicating the risk of collision with each obstacle, and when the collision risk is equal to or higher than the set value and there is a possibility of collision, the microcomputer 12051 via the audio speaker 12061 or the display unit 12062. By outputting an alarm to the driver and performing forced deceleration and avoidance steering via the drive system control unit 12010, driving support for collision avoidance can be provided.
  • At least one of the image pickup units 12101 to 12104 may be an infrared camera that detects infrared rays.
  • the microcomputer 12051 can recognize a pedestrian by determining whether or not a pedestrian is present in the captured image of the imaging unit 12101 to 12104.
  • pedestrian recognition is, for example, a procedure for extracting feature points in an image captured by an image pickup unit 12101 to 12104 as an infrared camera, and pattern matching processing is performed on a series of feature points indicating the outline of an object to determine whether or not the pedestrian is a pedestrian. It is done by the procedure to determine.
  • the audio image output unit 12052 determines the square contour line for emphasizing the recognized pedestrian.
  • the display unit 12062 is controlled so as to superimpose and display. Further, the audio image output unit 12052 may control the display unit 12062 so as to display an icon or the like indicating a pedestrian at a desired position.
  • the above is an example of a vehicle control system to which the technology according to the present disclosure can be applied.
  • the technique according to the present disclosure can be applied to, for example, the image pickup unit 12031 among the configurations described above.
  • the semiconductor device 100 of FIG. 1 can be applied to the image pickup unit 12031.
  • the technique according to the present disclosure to the image pickup unit 12031, the function of the image pickup unit 12031 can be improved and a photographed image that is easier to see can be obtained, so that the driver's fatigue can be reduced.
  • the present technology can have the following configurations.
  • Through electrodes that penetrate the semiconductor substrate of the intermediate semiconductor chip A semiconductor device including a rewiring that is wired on the wiring surface and connects the through electrode and the wiring layer.
  • the semiconductor device according to (2) above further comprising a light-shielding film that shields light from the wiring surface.
  • the rewiring side semiconductor chip is rectangular and has a rectangular shape.
  • the insulating film is a photosensitive resin.
  • One of the pair of joint surfaces is a surface on which the wiring layer of the intermediate semiconductor chip is formed.
  • the rewiring side semiconductor chip is embedded in a predetermined region of the back surface of the intermediate semiconductor chip with respect to the front surface.
  • the intermediate semiconductor chip is rectangular and has a rectangular shape.
  • the rewiring side semiconductor chip is bonded to a predetermined region of the back surface of the intermediate semiconductor chip with respect to the front surface, and the insulating film is formed in a region that does not correspond to the predetermined region.
  • the through electrode is A first through electrode that penetrates the semiconductor substrate and reaches one end of the insulating film,
  • a method for manufacturing a semiconductor device comprising a rewiring procedure for wiring a rewiring connecting the through electrode and the wiring layer to the wiring surface.
  • (11) Further provided with a through hole forming procedure for forming a through hole penetrating the semiconductor substrate and the rewiring side semiconductor chip.
  • the through hole forming procedure is as follows. A filling procedure for filling the through holes with a photosensitive resin, and The method for manufacturing a semiconductor device according to (11) above, which comprises a lithography procedure for removing a part of the photosensitive resin by photolithography. (13) A procedure for forming a recess in a predetermined region of the back surface of the intermediate semiconductor chip on which the wiring layer is formed, and a procedure for forming the recess. The embedding procedure for embedding the semiconductor chip on the rewiring side in the recess, Further provided with a through hole forming procedure for forming a through hole that penetrates the semiconductor substrate and reaches a region of the back surface that does not correspond to the predetermined region.
  • the rewiring side semiconductor chip is joined to the predetermined region of the back surface.
  • the through silicon via forming procedure is as follows. A first through electrode forming procedure for forming a first through electrode that penetrates the semiconductor substrate and reaches one end of the insulating film, and a procedure for forming the first through electrode.
  • Semiconductor device 110 Transparent substrate 120 Adhesive layer 130 Light receiving chip 131 On-chip lens 132 Semiconductor substrate 133 Wiring layer 140 Intermediate semiconductor chip 141 Wiring layer 142 Semiconductor board 150 Bonding layer 160 Rewiring side semiconductor chip 161 Semiconductor board 162 Wiring layer 171, 177 Through electrode 172, 180 Insulation film 173 Rewiring 174 Protective layer 175 Rewiring via 176 Bump 190 Light-shielding film

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Abstract

複数の半導体チップを積層した半導体装置において、製造コストを抑制しつつ、機能を向上させる。 半導体チップは、受光チップ、再配線側半導体チップ、中間半導体チップ、貫通電極および再配線を具備する。受光チップは、入射光を受光する。再配線側半導体チップの所定の配線面に配線層が形成される。中間半導体チップの一対の接合面の一方が受光チップに接合され、他方が再配線側半導体チップに接合される。貫通電極は、中間半導体チップの半導体基板を貫通する。再配線は、配線面に配線されて貫通電極と配線層とを接続する。

Description

半導体装置、および、半導体装置の製造方法
 本技術は、半導体装置に関する。詳しくは、積層型の半導体装置、および、その半導体装置の製造方法に関する。
 従来より、小型化や高機能化を目的として、複数の半導体チップを積層する積層構造の半導体装置が用いられている。例えば、2つの半導体チップを積層し、それらの一方の表面から裏面まで貫通する貫通電極を形成して、その貫通電極と裏面側のバンプとにより2つの半導体チップを電気的に接続した半導体装置が提案されている(例えば、非特許文献1参照。)。この接続方式は、face to back方式に分類される。
Chien-Lin Huang, et al., A Novel Design Methodology for Hybrid Process 3D-IC, Automation and Test, 2012.
 上述の従来技術では、2つの半導体チップの電気的な接続により、それらの半導体チップの一方の処理に加えて、他方のチップの処理も実行することを可能とし、半導体装置全体の機能の向上を図っている。しかしながら、上述の半導体装置では、機能向上のために、表面バンプに3つ目の半導体チップを接続する場合、その3つ目の半導体チップにも貫通電極をさらに形成して、貫通電極を設けた方のチップ表面に接続しなければならず、製造コストが増大してしまう。このため、製造コストを抑制しつつ、機能を向上させることが困難である。
 本技術はこのような状況に鑑みて生み出されたものであり、複数の半導体チップを積層した半導体装置において、製造コストを抑制しつつ、機能を向上させることを目的とする。
 本技術は、上述の問題点を解消するためになされたものであり、その第1の側面は、
入射光を受光する受光チップと、所定の配線面に配線層が形成される再配線側半導体チップと、一対の接合面の一方が上記受光チップに接合され、他方が上記再配線側半導体チップに接合された中間半導体チップと、上記中間半導体チップの半導体基板を貫通する貫通電極と、上記配線面に配線されて上記貫通電極と上記配線層とを接続する再配線とを具備する半導体装置である。これにより、製造コストが抑制され、機能が向上するという作用をもたらす。
 また、この第1の側面において、上記貫通電極は、上記中間半導体チップの半導体基板と上記再配線側半導体チップとを貫通して一端が上記配線面に達してもよい。これにより、貫通電極を形成する回数が削減されるという作用をもたらす。
 また、この第1の側面において、上記配線面からの光を遮光する遮光膜をさらに具備することもできる。これにより、受光チップの誤作動が防止されるという作用をもたらす。
 また、この第1の側面において、上記再配線側半導体チップは、矩形であり、上記貫通電極は、上記再配線側半導体チップの辺に沿って配列されてもよい。これにより、配線効率が向上するという作用をもたらす。
 また、この第1の側面において、上記貫通電極と上記半導体基板および上記再配線側半導体チップとを絶縁する絶縁膜をさらに具備することもできる。これにより、貫通電極が絶縁されるという作用をもたらす。
 また、この第1の側面において、上記絶縁膜は、感光性樹脂であってもよい。これにより、製造コストがさらに削減されるという作用をもたらす。
 また、この第1の側面において、上記一対の接合面の上記一方は、上記中間半導体チップの配線層が形成される表面であり、上記再配線側半導体チップは、上記中間半導体チップの上記表面に対する裏面のうち所定領域に埋め込まれ、上記貫通電極の一端は、上記裏面のうち上記所定領域に該当しない領域に達してもよい。これにより、プロセスの難易度が低下するという作用をもたらす。
 また、この第1の側面において、上記中間半導体チップは、矩形であり、上記貫通電極は、上記中間半導体チップの辺に沿って配列されてもよい。これにより、配線効率が向上するという作用をもたらす。
 また、この第1の側面において、絶縁膜をさらに具備し、上記一対の接合面の上記一方は、上記中間半導体チップの配線層が形成される表面であり、上記中間半導体チップの上記表面に対する裏面のうち所定領域に上記再配線側半導体チップが接合され、上記所定領域に該当しない領域に上記絶縁膜が形成され、上記貫通電極は、上記半導体基板を貫通して上記絶縁膜に一端が達する第1の貫通電極と、上記第1の貫通電極の一端に接続されて上記絶縁膜を貫通する第2の貫通電極とを備えてもよい。これにより、製造の難易度が低下するという作用をもたらす。
 また、本技術の第2の側面は、中間半導体チップの一対の接合面の一方と入射光を受光する受光チップとを接合する第1の接合手順と、上記一対の接合面の他方と所定の配線面に配線層が形成される再配線側半導体チップとを接合する第2の接合手順と、上記中間半導体チップの半導体基板を貫通する貫通電極を形成する貫通電極形成手順と、上記貫通電極と上記配線層とを接続する再配線を上記配線面に配線する再配線手順とを具備する半導体装置の製造方法である。これにより、製造コストが抑制され、機能が向上するという作用をもたらす。
 また、この第2の側面において、上記半導体基板および上記再配線側半導体チップを貫通する貫通孔を形成する貫通孔形成手順をさらに具備し、上記貫通電極形成手順において、上記貫通電極を上記貫通孔に形成してもよい。これにより、貫通電極を形成する回数が削減されるという作用をもたらす。
 また、この第2の側面において、上記貫通孔形成手順は、上記貫通孔に感光性樹脂を充填する充填手順と、フォトリソグラフィにより上記感光性樹脂の一部を除去するリソグラフィ手順とを備えてもよい。これにより、製造コストがさらに削減されるという作用をもたらす。
 また、この第2の側面において、配線層が形成される上記中間半導体チップの表面に対する裏面のうち所定領域に凹部を形成する凹部形成手順と、上記凹部に上記再配線側半導体チップを埋め込む埋込み手順と、上記半導体基板を貫通して上記裏面のうち上記所定領域に該当しない領域に達する貫通孔を形成する貫通孔形成手順とをさらに具備し、上記貫通電極形成手順において、上記貫通電極を上記貫通孔に形成してもよい。これにより、プロセスの難易度が低下するという作用をもたらす。
 また、この第2の側面において、配線層が形成される上記中間半導体チップの表面に対する裏面のうち所定領域に該当しない領域に上記絶縁膜を形成する絶縁膜形成手順をさらに具備し、上記第2の接合手順において、上記裏面のうち上記所定領域に上記再配線側半導体チップを接合し、上記貫通電極形成手順は、上記半導体基板を貫通して上記絶縁膜に一端が達する第1の貫通電極を形成する第1の貫通電極形成手順と、上記第1の貫通電極の一端に接続されて上記絶縁膜を貫通する第2の貫通電極を形成する第2の貫通電極形成手順とを備えてもよい。これにより、製造の際の難易度が低下するという作用をもたらす。
本技術の第1の実施の形態における半導体装置の一構成例を示す断面図である。 本技術の第1の実施の形態における受光チップおよび中間半導体チップを積層する工程を説明するための図である。 本技術の第1の実施の形態における再配線側半導体チップを薄膜化する工程までを説明するための図である。 本技術の第1の実施の形態における再配線側半導体チップを接合する工程を説明するための図である。 本技術の第1の実施の形態における貫通孔を形成する工程を説明するための図である。 本技術の第1の実施の形態における絶縁膜を形成する工程を説明するための図である。 本技術の第1の実施の形態におけるフォトリソグラフィおよびエッチングの工程を説明するための図である。 本技術の第1の実施の形態におけるプラズマエッチングの工程を説明するための図である。 本技術の第1の実施の形態における再配線の工程を説明するための図である。 本技術の第1の実施の形態における半導体装置の平面図の一例である。 本技術の第1の実施の形態における中央部に端子を配置した半導体装置の平面図の一例である。 本技術の第1の実施の形態における半導体装置の製造工程の一例を示すフローチャートである。 本技術の第2の実施の形態における半導体装置の一構成例を示す断面図である。 本技術の第2の実施の形態における絶縁膜を形成する工程を説明するための図である。 本技術の第2の実施の形態におけるフォトリソグラフィの工程を説明するための図である。 本技術の第2の実施の形態におけるプラズマエッチングの工程を説明するための図である。 本技術の第3の実施の形態における半導体装置の一構成例を示す断面図である。 本技術の第4の実施の形態における半導体装置の一構成例を示す断面図である。 本技術の第4の実施の形態における凹部を形成する工程を説明するための図である。 本技術の第4の実施の形態における再配線側半導体チップを接合する工程を説明するための図である。 本技術の第4の実施の形態における貫通孔を形成する工程を説明するための図である。 本技術の第4の実施の形態における感光性樹脂を充填する工程を説明するための図である。 本技術の第4の実施の形態におけるフォトリソグラフィおよびエッチングの工程を説明するための図である。 本技術の第4の実施の形態における半導体装置の平面図の一例である。 本技術の第5の実施の形態における半導体装置の一構成例を示す断面図である。 本技術の第5の実施の形態における貫通電極を形成する工程を説明するための図である。 本技術の第5の実施の形態における再配線側半導体チップを接合する工程を説明するための図である。 本技術の第5の実施の形態における感光性樹脂を充填する工程を説明するための図である。 本技術の第5の実施の形態におけるフォトリソグラフィの工程を説明するための図である。 車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。 撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。
 以下、本技術を実施するための形態(以下、実施の形態と称する)について説明する。説明は以下の順序により行う。
 1.第1の実施の形態(貫通電極が2つの半導体チップを貫通する例)
 2.第2の実施の形態(感光性樹脂を塗布し、貫通電極が2つの半導体チップを貫通する例)
 3.第3の実施の形態(遮光膜を設け、貫通電極が2つの半導体チップを貫通する例)
 4.第4の実施の形態(再配線側半導体チップを埋め込み、貫通電極が中間半導体チップのみを貫通する例)
 5.第5の実施の形態(中間半導体チップのみを貫通する貫通電極と、絶縁膜を貫通する貫通電極とが接続される例)
 6.移動体への応用例
 <1.第1の実施の形態>
 [半導体装置の構成例]
 図1は、本技術の第1の実施の形態における半導体装置100の一構成例を示す断面図である。この半導体装置100は、画像データを撮像するための装置であり、積層された受光チップ130、中間半導体チップ140および再配線側半導体チップ160を備える。
 以下、入射光の光軸を「Z軸」とし、Z軸に垂直な所定の軸を「X軸」とし、X軸およびZ軸に垂直な軸を「Y軸」とする。また、受光面への方向を上方向とする。同図は、Y方向から見た際の断面図である。
 受光チップ130は、入射光を受光して光電変換により画像データを撮像するものである。すなわち、受光チップ130は、固体撮像素子として機能する。この受光チップ130は、複数のオンチップレンズ131と、半導体基板132と、配線層133とを備える。
 半導体基板132の下部には配線層133が形成される。半導体基板132の上部には、反射膜やパッシベーション層が形成され、その上にカラーフィルターやオンチップレンズ131が配置される。オンチップレンズ131が形成された面には、接着層120を介して透明基板110が接続される。接着層120は、全てのオンチップレンズ131を覆ってもよいし、その周辺部のみを覆ってもよい。
 中間半導体チップ140は、配線層141および半導体基板142を備える。配線層141は、半導体基板142の上面に形成される。また、中間半導体チップ140の配線層141は、受光チップ130の配線層133と接合される。同図における太い点線は、接合面を示す。中間半導体チップ140には、例えば、画像データを保持するメモリや、画像データを処理する信号処理回路が設けられる。
 再配線側半導体チップ160は、半導体基板161および配線層162を備える。配線層162は、半導体基板161の下面に形成される。また、再配線側半導体チップ160の半導体基板161の上面は、接合層150を介して、中間半導体チップ140の半導体基板142の下面と接合される。同図における太い点線は、接合面を示す。
 また、受光チップ130、中間半導体チップ140および再配線側半導体チップ160のそれぞれにおいて、配線層が形成された面を表面とすると、受光チップ130の裏面に入射光が照射される。このように裏面に光が照射される固体撮像素子(受光チップ130)は、裏面照射型の固体撮像素子と呼ばれる。
 また、受光チップ130の表面は、中間半導体チップ140の表面と接合される。中間半導体チップ140の裏面は、再配線側半導体チップ160の裏面と接合される。このように半導体チップの裏面同士を接合する方式は、Back-to-Back方式と呼ばれる。なお、中間半導体チップ140の表面および裏面は、特許請求の範囲に記載の一対の接合面の一例である。
 また、再配線側半導体チップ160は、ウェハー状態で接続してもよいし、中間半導体チップ140よりも小さいチップを個片化してから接続してもよい。また、中間半導体チップ140に再配線側半導体チップ160を1対1で接合しているが、1つの中間半導体チップ140に複数の再配線側半導体チップ160を接合することもできる。再配線側半導体チップ160には、信号処理回路、メモリや、温度調整回路などが設けられる。
 接合層150として、例えば、有機樹脂からなる接着剤や、二酸化シリコン(SiO)などの無機物、または、それらを積層したものが用いられる。また、接合層150には後述するように、アルミ(Al)、チタン(Ti)、タングステン(W)や、光を吸収する有機物からなる樹脂による遮光膜を設けることもできる。
 また、半導体装置100には、Z軸に沿って延伸し、中間半導体チップ140の半導体基板142と接合層150と再配線側半導体チップ160とを貫通する貫通電極171が形成される。この貫通電極171の一端は、中間半導体チップ140の配線層141に接続され、他端は再配線側半導体チップ160の表面に達し、その途中で物理的な接合面が無く連続している。貫通電極171は、例えば、銅(Cu)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、アルミニウム(Al)、タングステン(W)、ニッケル(Ni)、ルテニウム(Ru)や、コバルト(Co)などにより構成される。なお、再配線側半導体チップ160の表面は、特許請求の範囲に記載の配線面の一例である。
 また、貫通電極171と、半導体基板142および再配線側半導体チップ160との間には、絶縁膜172が形成され、その絶縁膜172により電気的に分断(すなわち、絶縁)されている。絶縁膜172として、二酸化シリコン(SiO)、窒化シリコン(SiN)、酸窒化シリコン(SiON)、低誘電率(Low-k)膜などの無機膜を用いることができる。貫通電極171のための貫通孔を形成する際に接合部150の付近では凹凸が発生しやすいが、絶縁膜172を形成することにより、その凹凸を緩和することができる。これにより、配線信頼性を向上させることができる。
 ここで、中間半導体チップ140の半導体基板142の厚さは3乃至100マイクロメートル(μm)程度、接合層150の厚さは10ナノメートル(nm)乃至10マイクロメートル(μm)程度が望ましい。また、再配線側半導体チップ160の厚さは10乃至100マイクロメートル(μm)程度が望ましい。貫通電極171は、その直径が10乃至100マイクロメートル(μm)で、アスペクト比が10下になるように設計すると、プロセス製造上のコストや歩留まりの点から望ましい。
 再配線側半導体チップ160の表面には、再配線ビア175が形成され、再配線ビア175と貫通電極171とを接続する再配線173が配線される。これらの貫通電極171、再配線173および再配線ビア175を介して、中間半導体チップ140と再配線側半導体チップ160とが電気的に接続される。貫通電極171、再配線173および再配線ビア175は、同一のプロセスで形成され、接合面が無い構造であり、高い信頼性を得ることができる。
 再配線173が配線された面の下部には、保護層174が形成される。保護層174により、再配線ビア175と接続するためのパッド開口と、貫通電極171の底部の中間半導体チップ140の配線層141のパッド開口とを同じタイミングで行うことができる。このため、パッド開口後に放置することでパッドが腐食し、オープン不良が発生するのを抑制することができる。さらに、再配線173には、実装基板と接続するためのバンプ176が形成される。バンプ176などが露出したままの、半導体チップと同サイズの最小のパッケージは、CSP(Chip Size Package)と呼ばれる。
 同図に例示したように、受光チップ130および中間半導体チップ140に加えて、再配線側半導体チップ160をさらに積層したため、2枚の半導体チップを積層する場合と比較して、半導体装置100の機能を向上させることができる。
 ここで、中間半導体チップ140の半導体基板142を貫通する貫通電極と、再配線側半導体チップ160を貫通する貫通電極とを別々に形成し、それらを接続する構成を比較例として想定する。同図では、貫通電極171が、中間半導体チップ140の半導体基板142と再配線側半導体チップ160とを貫通するため、貫通電極の形成が1回でよく、貫通電極の形成が2回必要な比較例よりも製造コストを削減することができる。また、比較例と比較して、電極や配線の接続箇所を少なくすることができる。これにより、比較例よりも配線経路の抵抗率を低下させ、半導体チップ同士の接合強度を向上させることができる。
 [半導体装置の製造方法]
 次に半導体装置100の製造方法について、図2乃至図9を参照して説明する。図2は、本技術の第1の実施の形態における受光チップ130および中間半導体チップ140を積層する工程を説明するための図である。
 同図に例示するように、製造システムは、通常の積層型裏面照射固体撮像素子のCSP化と同様な方法で、受光チップ130に対して、中間半導体チップ140を、配線層同士を向かい合わせに接合して積層する。その後に、中間半導体チップ140の半導体基板142をウェットエッチングなどで50マイクロメートル(μm)程度に薄膜化する。
 図3は、本技術の第1の実施の形態における再配線側半導体チップ160を薄膜化する工程までを説明するための図である。同図に例示するように、再配線側半導体チップ160を配線層162まで形成し、再配線ビアと接続するためのパッドを形成した後、表面を二酸化シリコン(SiO)で覆う。さらに、テンポラリボンディング法により、半導体基板161を50マイクロメートル(μm)程度まで薄膜化する。
 図4は、本技術の第1の実施の形態における再配線側半導体チップ160を接合する工程を説明するための図である。同図に例示するように、中間半導体チップ140の半導体基板142の裏面側に、絶縁性、かつ、半導体基板に対して密着力の高い樹脂を塗布したのち、再配線側半導体チップ160のウエハを接合し、テンポラリボンディングウエハを除去する。その他の方法としては中間半導体チップ140の半導体基板142の裏面側と、再配線側半導体チップ160の半導体基板161の裏面側にシリコン酸化膜を形成した後に、プラズマ接合により接合することもできる。いずれにしても受光チップ130(固体撮像素子)のカラーフィルターは250℃程度の耐熱性であるため、それ以下の温度で接合できる方法が望ましい。
 図5は、本技術の第1の実施の形態における貫通孔を形成する工程を説明するための図である。同図に例示するように、リソグラフィおよびプラズマエッチングにより、中間半導体チップ140の半導体基板142と再配線側半導体チップ160とを貫通する貫通孔を形成する。
 図6は、本技術の第1の実施の形態における絶縁膜172を形成する工程を説明するための図である。同図に例示するように、PE-CVD(Plasma Enhanced-Chemical Vapor Deposition)法やALD(Atomic Layer Deposition)法により絶縁膜172を成膜する。接合層150に樹脂を設ける場合は貫通孔形成時に接合層150が凹形状になりやすい。このため、成膜被覆率の高いALD法を用いて凹部を継ぎ目誤作動なく埋め込んだ後に、低コストで被覆率の低いPE-CVD法に変更することで、貫通電極側の形状の平滑化による配線信頼性の改善と、低コストプロセスとの両立が可能である。
 図7は、本技術の第1の実施の形態におけるフォトリソグラフィおよびエッチングの工程を説明するための図である。同図に例示するように、リソグラフィおよびドライエッチングにより再配線側半導体チップ160のパッド上の裏面絶縁膜を貫通孔底部の絶縁膜と同程度の膜厚になるように加工する。
 図8は、本技術の第1の実施の形態におけるプラズマエッチングの工程を説明するための図である。同図に例示するように、プラズマエッチングで全面をエッチバックし、貫通孔底部の中間半導体チップ140の貫通電極用のパッド上の絶縁膜と、再配線側半導体チップ160のパッド上の絶縁膜とを除去する。このとき、裏面平面部の絶縁膜はカバレッジの低い膜で成膜しているため貫通孔底部の絶縁膜よりも膜厚が厚いため消失しない。両パッドの開口を同一行程で行うことにより、片側のパッド開口後に複数のプロセスを行うことで懸念されるパッド腐食などの懸念を最小限に抑えることができる。
 図9は、本技術の第1の実施の形態における再配線の工程を説明するための図である。同図に示すように、セミアディティブ法で、貫通電極171および再配線ビア175とともに再配線173を形成する。具体的には、タンタル(Ta)やチタン(Ti)などのバリアメタル膜、銅シードメタル膜をPVD(Physical Vapor Deposition)法、PE-CVD法、MO-CVD(Metal Organic-CVD)法またはALD法により形成する。次にリソグラフィで不要な箇所にマスクを形成し、電界メッキにより貫通電極171および裏面前面に、再配線側半導体チップ160の再配線ビア175のパッド上がつながる金属膜を成膜する。次にレジストを除去した後、ウェットエッチングでシードメタル、バリアメタルをそれぞれ除去する。このような手法で貫通電極171と再配線173とを形成することにより、再配線ビア175を同時に接続部なく形成できる。裏面の配線層162は多層化することもできる。
 図9の工程の後に、再配線を行った基板表面にソルダーレジストで保護膜を形成(言い換えれば、パッシベーション)し、実装基板と接続するためのバンプ176を接続する。
 図10は、本技術の第1の実施の形態における半導体装置100の平面図の一例である。同図は、Z軸方向からみた平面図の一例である。再配線側半導体チップ160は、矩形であり、その辺に沿って所定数の貫通電極171が配列される。このように、辺に沿って貫通電極171を配列することにより、再配線側半導体チップ160の配線効率を向上させることができる。また、受光チップ130の裏面に中間半導体チップ140および再配線側半導体チップ160が積層されており、それらのチップ間で再配線173を介して信号が伝送される。このため、その信号伝送に関わるパッドは、近接させることで信号伝送距離を短くする配置をとることができる。
 なお、図11に例示するように、再配線側半導体チップ160の中央部に貫通電極171をさらに配置することもできる。
 図12は、本技術の第1の実施の形態における半導体装置100の製造工程の一例を示すフローチャートである。まず、製造システムは、2つの半導体チップ(受光チップ130および中間半導体チップ140)を積層する(ステップS901)。また、再配線側半導体チップ160を形成し、薄膜化する(ステップS902)。そして、再配線側半導体チップ160を接合する(ステップS903)。
 続いて、製造システムは、貫通孔を形成し(ステップS904)、絶縁膜172を形成する(ステップS905)。リソグラフィおよびドライエッチング(ステップS906)と、プラズマエッチング(ステップS907)とにより、絶縁膜172を加工し、貫通電極171および再配線ビア175とともに再配線173を形成する(ステップS908)。そして、バンプ176を形成する(ステップS909)。ステップS909の後に、製造システムは、半導体装置100の製造工程を終了する。
 このように、本技術の第1の実施の形態によれば、受光チップ130および中間半導体チップ140に、再配線側半導体チップ160をさらに積層するため、受光チップ130および中間半導体チップ140のみの場合よりも機能を向上させることができる。また、中間半導体チップ140の半導体基板142と再配線側半導体チップ160とを貫通電極171が貫通するため、半導体チップ同士を電気的に接合する際の貫通電極の形成回数が1回で済む。これにより、中間半導体チップ140の半導体基板142を貫通する貫通電極と、再配線側半導体チップ160を貫通する貫通電極とを別々に形成し、それらを接続する場合と比較して、製造コストを抑制することができる。
 <2.第2の実施の形態>
 上述の第1の実施の形態では、二酸化シリコン(SiO)などの無機膜を絶縁膜172として用いていたが、この構成では、さらに製造コストを削減することが困難である。この第2の実施の形態の半導体装置100は、感光性樹脂を絶縁膜として用いることにより、製造コストを削減した点において第1の実施の形態と異なる。
 図13は、本技術の第2の実施の形態における半導体装置100の一構成例を示す断面図である。この第2の実施の形態の半導体装置100は、絶縁膜172の代わりに絶縁膜180を備える点において第1の実施の形態と異なる。絶縁膜180として、ポリイミド、アクリル、シリコーンや、エポキシ基を骨格とした材料が使用される。
 第2の実施の形態では、第1の実施の形態において図2乃至図9に例示した工程のうち、図6乃至図8の工程の代わりに、図14乃至図16の工程が用いられる。
 図14は、本技術の第2の実施の形態における絶縁膜180を形成する工程を説明するための図である。同図に例示するように、製造システムは、感光性樹脂(すなわち、絶縁膜180)を、裏面側全面に塗布する。貫通孔内も樹脂で満たされる。
 図15は、本技術の第2の実施の形態におけるフォトリソグラフィの工程を説明するための図である。同図に例示するように、フォトリソグラフィ法により貫通電極部と再配線ビアに相当する箇所の感光性絶縁樹脂を除去する。
 図16は、本技術の第2の実施の形態におけるプラズマエッチングの工程を説明するための図である。同図に例示するように、プラズマエッチングにより、貫通孔底部の中間半導体チップ140の貫通電極用のパッド上の絶縁膜と、再配線側半導体チップ160のパッド上の絶縁膜とを除去する。
 第1の実施の形態では、ALD法およびPE-CVD法を用いる必要があったが、第2の実施の形態では、感光性樹脂を用いているため、それらの工程が不要となる。この工程数の削減により、製造コストを削減することができる。また塗布プロセスを用いており、接合層150の部分の凹凸を完全に平滑化することができる。
 このように、本技術の第2の実施の形態では、感光性樹脂を絶縁膜180として用いるため、無機膜を絶縁膜172として用いる場合と比較してALD法およびPE-CVD法を用いる工程が不要となる。これにより、製造コストを削減することができる。
 <3.第3の実施の形態>
 上述の第1の実施の形態では、中間半導体チップ140および再配線側半導体チップ160を接合層150を介して接合していた。しかし、この構成では、再配線側半導体チップ160の表面からの光が受光チップ130の裏面に入射し、受光チップ130が誤作動するおそれがある。この第3の実施の形態の半導体装置100は、再配線側半導体チップ160からの光を遮光する遮光膜により、誤作動を防止する点において第1の実施の形態と異なる。
 図17は、本技術の第3の実施の形態における半導体装置100の一構成例を示す断面図である。この第3の実施の形態の半導体装置100は、中間半導体チップ140の裏面に、遮光膜190がさらに形成される点において第1の実施の形態と異なる。
 遮光膜190は、再配線側半導体チップ160の表面からの光を遮光するものである。遮光膜190により、再配線側半導体チップ160の表面からの光により、受光チップ130が誤作動することを防止することができる。
 なお、遮光膜190は、再配線側半導体チップ160の裏面に配置することもできるし、接合層150の中間に配置することもできる。また、接合層150の接着剤自体が遮光膜となっていても良い。
 遮光膜190として、タングステン(W)、アルミニウム(Al)や、カーボンブラックなどが用いられる。なお、貫通孔を形成する場所の遮光膜190は貫通孔よりも大きなサイズで開口することもできる。
 なお、第3の実施の形態に第2の実施の形態を適用することもできる。
 このように、本技術の第3の実施の形態によれば、再配線側半導体チップ160の表面からの光を遮光する遮光膜190を設けたため、その光による誤作動を防止することができる。
 <4.第4の実施の形態>
 上述の第1の実施の形態では、中間半導体チップ140の半導体基板142と再配線側半導体チップ160とを貫通する貫通電極171を形成していた。しかし、この構成では、半導体基板142のみを貫通する貫通孔を形成する場合と比較して、貫通孔を形成するための加工の難易度が上昇してしまう。この第4の実施の形態の半導体装置100は、半導体基板142内に再配線側半導体チップ160を埋め込むことにより、貫通孔を形成しやすくした点において第1の実施の形態と異なる。
 図18は、本技術の第4の実施の形態における半導体装置100の一構成例を示す断面図である。この第4の実施の形態の半導体装置100は、中間半導体チップ140の半導体基板142内に再配線側半導体チップ160が埋め込まれている点において第1の実施の形態と異なる。また、感光性樹脂が絶縁膜180として用いられる点において第1の実施の形態と異なる。
 再配線側半導体チップ160の面積は、中間半導体チップ140より小さく、半導体基板142の裏面において、その面内の所定の領域に再配線側半導体チップ160が埋め込まれる。例えば、X軸方向において、裏面の一端の座標をX0とし、他端の座標をX3とする。これらの間の座標X1から座標X2までの領域に再配線側半導体チップ160が埋め込まれる。また、貫通電極171は、半導体基板142のみを貫通し、その一端が座標X0乃至X1の領域、または、座標X2乃至X3の領域に達する。
 半導体基板142に再配線側半導体チップ160を埋め込むことにより、全体のチップ厚さを厚くすることなく、半導体チップを3次元積層することができる。さらに、同じ厚さであれば抗折強度が高くなり、貫通電極171が接合層150を貫通することなく形成できるため、プロセス難易度を緩和することができる。また、異なるプロセスで形成された複数の半導体チップ同士を接合する場合でも、貫通孔の加工膜が同一であるため加工難易度を緩和することができる。
 第4の実施の形態では、第1の実施の形態において図2乃至図9に例示した工程のうち、図4乃至図8の工程の代わりに、図19乃至図23の工程が用いられる。
 図19は、本技術の第4の実施の形態における凹部を形成する工程を説明するための図である。同図に例示するように、製造システムは、リソグラフィおよびドライエッチングにより、中間半導体チップ140の半導体基板142に凹部を形成し、接続層として二酸化シリコン(SiO)を成膜する。
 図20は、本技術の第4の実施の形態における再配線側半導体チップ160を接合する工程を説明するための図である。次に、同図に例示するように、固片化した再配線側半導体チップ160を半導体基板142の凹部に合わせてマウントし、プラズマ接合法によって接合する。
 図21は、本技術の第4の実施の形態における貫通孔を形成する工程を説明するための図である。同図に例示するように、リソグラフィおよびドライエッチングにより中間半導体チップ140の半導体基板142に貫通孔を形成する。貫通孔は、中間半導体チップ140の裏面のうち、再配線側半導体チップ160が埋め込まれていない領域に形成される。
 図22は、本技術の第4の実施の形態における感光性樹脂を充填する工程を説明するための図である。同図に例示するように、感光性絶縁樹脂(絶縁膜180)を裏面側全面に塗布する。貫通孔内に加えて、中間半導体チップ140の半導体基板142の凹部と、再配線側半導体チップ160の隙間も樹脂で満たされる。
 図23は、本技術の第4の実施の形態におけるフォトリソグラフィおよびエッチングの工程を説明するための図である。同図に例示するように、フォトリソグラフィ法により貫通電極部と再配線ビアに相当する箇所の感光性絶縁樹脂を除去する。また、プラズマエッチングにより、貫通孔底部の中間半導体チップ140の貫通電極用のパッド上の絶縁膜と、再配線側半導体チップ160のパッド上の絶縁膜とを除去する。
 図24は、本技術の第4の実施の形態における半導体装置100の平面図の一例である。同図に例示するように、中間半導体チップ140の裏面のうち、所定の矩形領域に再配線側半導体チップ160が埋め込まれる。貫通電極171は、その矩形領域の周囲に配列される。
 なお、第4の実施の形態に、遮光膜190を設ける第3の実施の形態を適用することもできる。
 このように、本技術の第4の実施の形態では、中間半導体チップ140の半導体基板142内の所定領域に再配線側半導体チップ160が埋め込まれるため、その領域外に、半導体基板142のみを貫通する貫通孔を形成することができる。これにより、半導体基板142と再配線側半導体チップ160とを貫通する貫通電極171を形成する第1の実施の形態と比較して、プロセスの難易度を低下させることができる。
 <5.第5の実施の形態>
 上述の第4の実施の形態では、中間半導体チップ140の半導体基板142内に再配線側半導体チップ160を埋め込んでいた。しかしながら、この構成では、半導体基板142に凹部を形成し、その凹部に再配線側半導体チップ160を埋め込む工程が必要となり、その工程により製造の際の難易度が向上するおそれがある。この第5の実施の形態の半導体装置100は、半導体基板142のみを貫通する貫通電極171に、絶縁膜を貫通する貫通電極を接続した点において第1の実施の形態と異なる。
 図25は、本技術の第5の実施の形態における半導体装置100の一構成例を示す断面図である。この第5の実施の形態の半導体装置100には、貫通電極177および絶縁膜180がさらに形成される点において第1の実施の形態と異なる。絶縁膜180として、例えば、感光性樹脂が用いられる。
 また、第5の実施の形態の半導体基板142に凹部は形成されない。半導体基板142の裏面のうち、所定領域(例えば、座標X1乃至X2の領域)に再配線側半導体チップ160の裏面が接合される。その領域以外(例えば、座標X0乃至X1の領域)と、再配線側半導体チップ160の下部とには、絶縁膜180が形成される。貫通電極177は、その絶縁膜180を貫通する。この貫通電極177の一端は、貫通電極171に接続され、他端は、再配線側半導体チップ160の表面に達する。貫通電極177の他端は、再配線173を介して再配線ビア175に接続される。このように、貫通電極171および177と、再配線173と、再配線ビア175とを介して中間半導体チップ140と再配線側半導体チップ160とが電気的に接続される。
 同図に例示するように、半導体基板142の裏面のうち再配線側半導体チップ160を接合していない領域に絶縁膜180が形成され、半導体基板142のみを貫通する貫通電極171に、絶縁膜180を貫通する貫通電極177が接続される。この構成により、半導体基板142に凹部を形成し、その凹部に再配線側半導体チップ160を埋め込む工程が不要となるため、第4の実施の形態と比較して、半導体装置100の製造の難易度を緩和することができる。
 第5の実施の形態では、第1の実施の形態において図2乃至図9に例示した工程のうち、図4乃至図9の工程の代わりに、図26乃至図29の工程が用いられる。
 図26は、本技術の第5の実施の形態における貫通電極171を形成する工程を説明するための図である。同図に例示するように、製造システムは、中間半導体チップ140を50マイクロメートル(μm)程度に薄膜化し、半導体基板142を貫通する貫通孔を形成し、絶縁膜172および貫通電極171を形成する。
 図27は、本技術の第5の実施の形態における再配線側半導体チップ160を接合する工程を説明するための図である。同図に例示するように、中間半導体チップ140の裏面のうち所定領域に、プラズマ接合法により再配線側半導体チップ160を接合する。
 図28は、本技術の第5の実施の形態における感光性樹脂(絶縁膜180)を充填する工程を説明するための図である。同図に例示するように、中間半導体チップ140の裏面のうち再配線側半導体チップ160が接合されていない領域と、再配線側半導体チップ160の表面とに感光性樹脂が塗布される。再配線側半導体チップ160により段差が生じた個所も感光性樹脂が充填される。
 図29は、本技術の第5の実施の形態におけるフォトリソグラフィの工程を説明するための図である。同図に例示するように、フォトリソグラフィ法により、貫通電極177を形成する箇所と、再配線側半導体チップ160の再配線ビア175を形成する箇所とのそれぞれの感光性絶縁樹脂を除去する。
 図29の後に、貫通電極177、再配線173および再配線ビア175を形成する工程と、バンプ176を形成する工程とが実行される。
 なお、第5の実施の形態に、遮光膜190を追加する第3の実施の形態を適用することもできる。
 このように、本技術の第5の実施の形態では、半導体基板142の裏面のうち再配線側半導体チップ160を接合していない領域に絶縁膜180が形成され、半導体基板142を貫通する貫通電極171に絶縁膜180を貫通する貫通電極177が接続される。これにより、半導体基板142に凹部を形成し、その凹部に再配線側半導体チップ160を埋め込む工程が不要となるため、第4の実施の形態と比較して、半導体装置100の製造の難易度を緩和することができる。
 <6.移動体への応用例>
 本開示に係る技術(本技術)は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
 図30は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。
 車両制御システム12000は、通信ネットワーク12001を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図30に示した例では、車両制御システム12000は、駆動系制御ユニット12010、ボディ系制御ユニット12020、車外情報検出ユニット12030、車内情報検出ユニット12040、及び統合制御ユニット12050を備える。また、統合制御ユニット12050の機能構成として、マイクロコンピュータ12051、音声画像出力部12052、及び車載ネットワークI/F(interface)12053が図示されている。
 駆動系制御ユニット12010は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット12010は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。
 ボディ系制御ユニット12020は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット12020は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット12020には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット12020は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
 車外情報検出ユニット12030は、車両制御システム12000を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット12030には、撮像部12031が接続される。車外情報検出ユニット12030は、撮像部12031に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット12030は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。
 撮像部12031は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部12031は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部12031が受光する光は、可視光であっても良いし、赤外線等の非可視光であっても良い。
 車内情報検出ユニット12040は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット12040には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部12041が接続される。運転者状態検出部12041は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット12040は、運転者状態検出部12041から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。
 マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030又は車内情報検出ユニット12040で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット12010に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ12051は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むADAS(Advanced Driver Assistance System)の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。
 また、マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030又は車内情報検出ユニット12040で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
 また、マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット12020に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。
 音声画像出力部12052は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図30の例では、出力装置として、オーディオスピーカ12061、表示部12062及びインストルメントパネル12063が例示されている。表示部12062は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。
 図31は、撮像部12031の設置位置の例を示す図である。
 図31では、撮像部12031として、撮像部12101,12102,12103,12104,12105を有する。
 撮像部12101,12102,12103,12104,12105は、例えば、車両12100のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部等の位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部12101及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部12105は、主として車両12100の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部12102,12103は、主として車両12100の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部12104は、主として車両12100の後方の画像を取得する。車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部12105は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。
 なお、図31には、撮像部12101ないし12104の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲12111は、フロントノーズに設けられた撮像部12101の撮像範囲を示し、撮像範囲12112,12113は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部12102,12103の撮像範囲を示し、撮像範囲12114は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部12104の撮像範囲を示す。例えば、撮像部12101ないし12104で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両12100を上方から見た俯瞰画像が得られる。
 撮像部12101ないし12104の少なくとも1つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部12101ないし12104の少なくとも1つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。
 例えば、マイクロコンピュータ12051は、撮像部12101ないし12104から得られた距離情報を基に、撮像範囲12111ないし12114内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化(車両12100に対する相対速度)を求めることにより、特に車両12100の進行路上にある最も近い立体物で、車両12100と略同じ方向に所定の速度(例えば、0km/h以上)で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ12051は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御(追従停止制御も含む)や自動加速制御(追従発進制御も含む)等を行うことができる。このように運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
 例えば、マイクロコンピュータ12051は、撮像部12101ないし12104から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、2輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ12051は、車両12100の周辺の障害物を、車両12100のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ12051は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ12061や表示部12062を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット12010を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。
 撮像部12101ないし12104の少なくとも1つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ12051は、撮像部12101ないし12104の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部12101ないし12104の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。マイクロコンピュータ12051が、撮像部12101ないし12104の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部12052は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部12062を制御する。また、音声画像出力部12052は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部12062を制御してもよい。
 以上、本開示に係る技術が適用され得る車両制御システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、例えば、撮像部12031に適用され得る。具体的には、図1の半導体装置100は、撮像部12031に適用することができる。撮像部12031に本開示に係る技術を適用することにより、撮像部12031の機能を向上させ、より見やすい撮影画像を得ることができるため、ドライバの疲労を軽減することが可能になる。
 なお、上述の実施の形態は本技術を具現化するための一例を示したものであり、実施の形態における事項と、特許請求の範囲における発明特定事項とはそれぞれ対応関係を有する。同様に、特許請求の範囲における発明特定事項と、これと同一名称を付した本技術の実施の形態における事項とはそれぞれ対応関係を有する。ただし、本技術は実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において実施の形態に種々の変形を施すことにより具現化することができる。
 なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって、限定されるものではなく、また、他の効果があってもよい。
 なお、本技術は以下のような構成もとることができる。
(1)入射光を受光する受光チップと、
 所定の配線面に配線層が形成される再配線側半導体チップと、
 一対の接合面の一方が前記受光チップに接合され、他方が前記再配線側半導体チップに接合された中間半導体チップと、
 前記中間半導体チップの半導体基板を貫通する貫通電極と、
 前記配線面に配線されて前記貫通電極と前記配線層とを接続する再配線と
を具備する半導体装置。
(2)前記貫通電極は、前記中間半導体チップの半導体基板と前記再配線側半導体チップとを貫通して一端が前記配線面に達する
前記(1)記載の半導体装置。
(3)前記配線面からの光を遮光する遮光膜をさらに具備する
前記(2)記載の半導体装置。
(4)前記再配線側半導体チップは、矩形であり、
 前記貫通電極は、前記再配線側半導体チップの辺に沿って配列される
前記(2)または(3)に記載の半導体装置。
(5)前記貫通電極と前記半導体基板および前記再配線側半導体チップとを絶縁する絶縁膜をさらに具備する
前記(2)から(4)のいずれかに記載の半導体装置。
(6)前記絶縁膜は、感光性樹脂である
前記(5)記載の半導体装置。
(7)前記一対の接合面の前記一方は、前記中間半導体チップの配線層が形成される表面であり、
 前記再配線側半導体チップは、前記中間半導体チップの前記表面に対する裏面のうち所定領域に埋め込まれ、
 前記貫通電極の一端は、前記裏面のうち前記所定領域に該当しない領域に達する
前記(1)記載の半導体装置。
(8)前記中間半導体チップは、矩形であり、
 前記貫通電極は、前記中間半導体チップの辺に沿って配列される
前記(7)記載の半導体装置。
(9)絶縁膜をさらに具備し、
 前記一対の接合面の前記一方は、前記中間半導体チップの配線層が形成される表面であり、
 前記中間半導体チップの前記表面に対する裏面のうち所定領域に前記再配線側半導体チップが接合され、前記所定領域に該当しない領域に前記絶縁膜が形成され、
 前記貫通電極は、
 前記半導体基板を貫通して前記絶縁膜に一端が達する第1の貫通電極と、
 前記第1の貫通電極の一端に接続されて前記絶縁膜を貫通する第2の貫通電極と
を備える
前記(1)記載の半導体装置。
(10)中間半導体チップの一対の接合面の一方と入射光を受光する受光チップとを接合する第1の接合手順と、
 前記一対の接合面の他方と所定の配線面に配線層が形成される再配線側半導体チップとを接合する第2の接合手順と、
 前記中間半導体チップの半導体基板を貫通する貫通電極を形成する貫通電極形成手順と、
 前記貫通電極と前記配線層とを接続する再配線を前記配線面に配線する再配線手順と
を具備する半導体装置の製造方法。
(11)前記半導体基板および前記再配線側半導体チップを貫通する貫通孔を形成する貫通孔形成手順をさらに具備し、
 前記貫通電極形成手順において、前記貫通電極を前記貫通孔に形成する
前記(10)記載の半導体装置の製造方法。
(12)前記貫通孔形成手順は、
 前記貫通孔に感光性樹脂を充填する充填手順と、
 フォトリソグラフィにより前記感光性樹脂の一部を除去するリソグラフィ手順と
を備える前記(11)記載の半導体装置の製造方法。
(13)配線層が形成される前記中間半導体チップの表面に対する裏面のうち所定領域に凹部を形成する凹部形成手順と、
 前記凹部に前記再配線側半導体チップを埋め込む埋込み手順と、
 前記半導体基板を貫通して前記裏面のうち前記所定領域に該当しない領域に達する貫通孔を形成する貫通孔形成手順と
をさらに具備し、
 前記貫通電極形成手順において、前記貫通電極を前記貫通孔に形成する
前記(10)記載の半導体装置の製造方法。
(14)配線層が形成される前記中間半導体チップの表面に対する裏面のうち所定領域に該当しない領域に前記絶縁膜を形成する絶縁膜形成手順をさらに具備し、
 前記第2の接合手順において、前記裏面のうち前記所定領域に前記再配線側半導体チップを接合し、
 前記貫通電極形成手順は、
 前記半導体基板を貫通して前記絶縁膜に一端が達する第1の貫通電極を形成する第1の貫通電極形成手順と、
 前記第1の貫通電極の一端に接続されて前記絶縁膜を貫通する第2の貫通電極を形成する第2の貫通電極形成手順と
を備える前記(10)記載の半導体装置の製造方法。
 100 半導体装置
 110 透明基板
 120 接着層
 130 受光チップ
 131 オンチップレンズ
 132 半導体基板
 133 配線層
 140 中間半導体チップ
 141 配線層
 142 半導体基板
 150 接合層
 160 再配線側半導体チップ
 161 半導体基板
 162 配線層
 171、177 貫通電極
 172、180 絶縁膜
 173 再配線
 174 保護層
 175 再配線ビア
 176 バンプ
 190 遮光膜

Claims (14)

  1.  入射光を受光する受光チップと、
     所定の配線面に配線層が形成される再配線側半導体チップと、
     一対の接合面の一方が前記受光チップに接合され、他方が前記再配線側半導体チップに接合された中間半導体チップと、
     前記中間半導体チップの半導体基板を貫通する貫通電極と、
     前記配線面に配線されて前記貫通電極と前記配線層とを接続する再配線と
    を具備する半導体装置。
  2.  前記貫通電極は、前記中間半導体チップの半導体基板と前記再配線側半導体チップとを貫通して一端が前記配線面に達する
    請求項1記載の半導体装置。
  3.  前記配線面からの光を遮光する遮光膜をさらに具備する
    請求項2記載の半導体装置。
  4.  前記再配線側半導体チップは、矩形であり、
     前記貫通電極は、前記再配線側半導体チップの辺に沿って配列される
    請求項2記載の半導体装置。
  5.  前記貫通電極と前記半導体基板および前記再配線側半導体チップとを絶縁する絶縁膜をさらに具備する
    請求項2記載の半導体装置。
  6.  前記絶縁膜は、感光性樹脂である
    請求項5記載の半導体装置。
  7.  前記一対の接合面の前記一方は、前記中間半導体チップの配線層が形成される表面であり、
     前記再配線側半導体チップは、前記中間半導体チップの前記表面に対する裏面のうち所定領域に埋め込まれ、
     前記貫通電極の一端は、前記裏面のうち前記所定領域に該当しない領域に達する
    請求項1記載の半導体装置。
  8.  前記中間半導体チップは、矩形であり、
     前記貫通電極は、前記中間半導体チップの辺に沿って配列される
    請求項7記載の半導体装置。
  9.  絶縁膜をさらに具備し、
     前記一対の接合面の前記一方は、前記中間半導体チップの配線層が形成される表面であり、
     前記中間半導体チップの前記表面に対する裏面のうち所定領域に前記再配線側半導体チップが接合され、前記所定領域に該当しない領域に前記絶縁膜が形成され、
     前記貫通電極は、
     前記半導体基板を貫通して前記絶縁膜に一端が達する第1の貫通電極と、
     前記第1の貫通電極の一端に接続されて前記絶縁膜を貫通する第2の貫通電極と
    を備える
    請求項1記載の半導体装置。
  10.  中間半導体チップの一対の接合面の一方と入射光を受光する受光チップとを接合する第1の接合手順と、
     前記一対の接合面の他方と所定の配線面に配線層が形成される再配線側半導体チップとを接合する第2の接合手順と、
     前記中間半導体チップの半導体基板を貫通する貫通電極を形成する貫通電極形成手順と、
     前記貫通電極と前記配線層とを接続する再配線を前記配線面に配線する再配線手順と
    を具備する半導体装置の製造方法。
  11.  前記半導体基板および前記再配線側半導体チップを貫通する貫通孔を形成する貫通孔形成手順をさらに具備し、
     前記貫通電極形成手順において、前記貫通電極を前記貫通孔に形成する
    請求項10記載の半導体装置の製造方法。
  12.  前記貫通孔形成手順は、
     前記貫通孔に感光性樹脂を充填する充填手順と、
     フォトリソグラフィにより前記感光性樹脂の一部を除去するリソグラフィ手順と
    を備える請求項11記載の半導体装置の製造方法。
  13.  配線層が形成される前記中間半導体チップの表面に対する裏面のうち所定領域に凹部を形成する凹部形成手順と、
     前記凹部に前記再配線側半導体チップを埋め込む埋込み手順と、
     前記半導体基板を貫通して前記裏面のうち前記所定領域に該当しない領域に達する貫通孔を形成する貫通孔形成手順と
    をさらに具備し、
     前記貫通電極形成手順において、前記貫通電極を前記貫通孔に形成する
    請求項10記載の半導体装置の製造方法。
  14.  配線層が形成される前記中間半導体チップの表面に対する裏面のうち所定領域に該当しない領域に前記絶縁膜を形成する絶縁膜形成手順をさらに具備し、
     前記第2の接合手順において、前記裏面のうち前記所定領域に前記再配線側半導体チップを接合し、
     前記貫通電極形成手順は、
     前記半導体基板を貫通して前記絶縁膜に一端が達する第1の貫通電極を形成する第1の貫通電極形成手順と、
     前記第1の貫通電極の一端に接続されて前記絶縁膜を貫通する第2の貫通電極を形成する第2の貫通電極形成手順と
    を備える請求項10記載の半導体装置の製造方法。
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