JP2010045370A - 集積回路構造、そのスタック構造及びこれらの製造方法 - Google Patents

集積回路構造、そのスタック構造及びこれらの製造方法 Download PDF

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Kwang-Yong Lee
光 鎔 李
Sang-Hee Kim
相 熙 金
Sun-Won Kang
善 遠 姜
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Samsung Electronics Co Ltd
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Abstract

【課題】導電性電極の連結信頼性を高めることができる集積回路構造、スタック構造及びこれらの製造方法を提供する。
【解決手段】第1面106上の少なくとも一つの導電性パッド120と、少なくとも一つの導電性パッド及び集積回路基板105を貫通する貫通ホールとを持つ集積回路基板である。少なくとも一つの導電性電極150は、貫通ホール内に前記導電性パッドを貫通して前記導電性パッド上に延び、その内部に該第2面107から露出されたボイド160aを備える。
【選択図】図1

Description

本発明は半導体装置に係り、特に集積回路構造、これらの集積回路構造のスタック構造、及びこれらの製造方法に関する。
集積回路の集積度が高くなるにつれて、集積回路基板を貫通する導電性電極を利用した集積回路構造またはそのスタック構造が採用され始めている。これらの集積回路構造内の導電性パッドは、集積回路基板を貫通するホールを充填する導電性電極を通じて他の集積回路と連結される。
しかし、集積回路基板の厚さが厚いためホール内部に導電性電極を完全に充填し難い。しかも、集積回路構造の集積度が高いほどホールの幅が小さくなるため、ホールの縦横比が大きくなって、ホール内部に導電性電極を充填することはさらに困難になる。
これにより、導電性電極の連結不良が発生し、スタック構造で集積回路構造の連結不良が発生しうる。したがって、大きい縦横比を持つホールを充填するために高コストの蒸着工程が必要になり、これらの蒸着工程のマージンが小さくなって不良が発生する可能性が高くなる。
したがって、本発明が解決しようとする技術的課題は、導電性電極の連結信頼性を高めることができる集積回路構造及びスタック構造を提供するところにある。
本発明が解決しようとする他の技術的課題は、前記集積回路構造及びスタック構造の製造方法を提供するところにある。
前記技術的課題を達成するための本発明の一形態による集積回路構造が提供される。集積回路基板は、第1面上の少なくとも一つの導電性パッドと、前記少なくとも一つの導電性パッド及び集積回路基板を貫通する貫通ホールとを持つ。少なくとも一つの導電性電極は、前記貫通ホール内に前記導電性パッドを貫通して前記導電性パッド上に延び、その内部に第2面から露出されたボイドを備える。
前記集積回路構造の一例によれば、前記ボイドは、前記第2面からテーパー状になったテーパードボイドである。さらに、前記テーパードボイドは、前記第2面から前記第1面へ行くほど減少するボイド幅を有する。
前記集積回路構造の他の例によれば、前記貫通ホールは、テーパード貫通ホールである。
前記集積回路構造のさらに他の例によれば、前記少なくとも一つの導電性電極上の少なくとも一つの導電性バンプをさらに備える。
前記技術的課題を達成するための本発明の一形態によるスタック構造が提供される。前述した前記集積回路構造と同じ構造を持ち、互いに積層した複数の集積回路構造が提供される。前記複数の集積回路構造は、互いに上下に隣接した下部の集積回路構造及び上部の集積回路構造を備え、前記下部の集積回路構造の前記少なくとも一つの導電性バンプは、前記上部の集積回路構造の前記ボイド内部に延びて、前記少なくとも一つの導電性電極と連結される。
前記本発明によるスタック構造の一例によれば、前記複数の集積回路構造下に、前記複数の集積回路構造のうち最下部の集積回路構造と連結された基板がさらに提供される。
前記本発明によるスタック構造の他の例によれば、前記基板上から前記最下部の集積回路構造の前記ボイド内部に延びて、前記少なくとも一つの導電性電極と連結された第2導電性バンプがさらに提供される。
前記他の技術的課題を達成するために、本発明の一形態による集積回路構造の製造方法が提供される。第1面上の少なくとも一つの導電性パッドを持つ集積回路基板内に貫通ホールを形成する工程として、前記貫通ホールは、前記導電性パッド及び集積回路基板を貫通するように形成する。前記貫通ホール内に前記導電性パッドを貫通して前記導電性パッド上に延び、その内部に前記第2面から露出されたボイドを備える少なくとも一つの導電性電極を形成する。
前記本発明による製造方法の一例によれば、前記少なくとも一つの導電性電極は、前記少なくとも一つの貫通ホール内に、前記ボイドを限定するように前記少なくとも一つの貫通ホールの入口を閉塞するように形成できる。
前記本発明による製造方法の他の例によれば、前記第2面から前記集積回路基板の一部を除去して、前記ボイド及び前記少なくとも一つの導電性電極を前記第2面から露出させる工程をさらに含むことができる。
前記他の技術的課題を達成するために、本発明の他の形態による集積回路構造の製造方法が提供される。第1面及び第2面を持つ集積回路基板の前記第1面上に、少なくとも一つの導電性パッドを形成する。前記少なくとも一つの導電性パッド及び前記集積回路基板を貫通し、その内部に前記第2面から露出されたボイドを備える少なくとも一つの導電性電極を形成する。前記第2面から前記ボイド内部を充填するように少なくとも一つの導電性フィラーを形成する。
前記他の技術的課題を達成するために、本発明の一形態によるスタック構造の製造方法が提供される。複数の集積回路構造を形成する。前記複数の集積回路構造を互いに積層する。前記複数の集積回路構造を連結する。前記複数の集積回路構造それぞれの形成工程は、第1面及び第2面を持つ集積回路基板の前記第1面上に少なくとも一つの導電性パッドを形成する工程と、前記少なくとも一つの導電性パッドを貫通して前記集積回路基板の内部に延び、その内部にボイドを備える少なくとも一つの導電性電極を形成する工程と、前記少なくとも一つの導電性電極の上面上に少なくとも一つの導電性バンプを形成する工程と、前記第2面から前記集積回路基板の一部を除去して、前記少なくとも一つの導電性電極及び前記ボイドを前記第2面から露出させる工程とを含むことができる。
前記本発明による製造方法の一例によれば、前記複数の集積回路構造の連結は、前記下部の集積回路構造の前記少なくとも一つの導電性バンプが、前記上部の集積回路構造の前記ボイド内部の一部に充填されるように行うことができる。
前記本発明による製造方法の他の例によれば、前記複数の集積回路構造の連結は、前記複数の集積回路構造上に荷重を加えて、前記少なくとも一つの導電性バンプを前記ボイド内部に塑性変形させて行い、そして/または、前記複数の集積回路構造を加熱して、前記少なくとも一つの導電性バンプが溶けて前記ボイド内部に充填されるように行うことができる。
本発明による集積回路構造は、ボイドの形成及びサイズに拘らず、スタック構造に容易に利用できる。スタック構造で、集積回路構造は、上部のボイド内部に下部の導電性バンプを延ばして、その連結信頼性を確保しつつ積層されうる。その結果、集積回路構造間の連結不良によるスタック構造の不良発生率が低減する。
本発明による集積回路構造の製造方法によれば、ボイドの残留を抑制する必要がないため、十分に速い速度で導電性電極を形成でき、導電性電極の形成のための工程マージンも大きくすることができる。また、ボイドの生成を抑制するために高コストの装置を利用する必要がないため、全体コストが低くなる。
本発明による集積回路構造の製造方法によれば、荷重を加えるか、または熱を加えることによって、導電性バンプを変形させて集積回路構造を経済的に連結できる。
本発明の一実施形態による集積回路構造を示す断面図である。 本発明の他の実施形態による集積回路構造を示す断面図である。 本発明の他の実施形態による集積回路構造を示す断面図である。 本発明の他の実施形態による集積回路構造を示す断面図である。 本発明の他の実施形態による集積回路構造を示す断面図である。 本発明の一実施形態によるスタック構造を示す断面図である。 本発明の他の実施形態によるスタック構造を示す断面図である。 本発明の他の実施形態によるスタック構造を示す断面図である。 本発明の他の実施形態によるスタック構造を示す断面図である。 本発明の実施形態によるカードを示す概略図である。 本発明の実施形態によるシステムを示す概略図である。 本発明の一実施形態による集積回路構造の製造方法を示す断面図である。 本発明の一実施形態による集積回路構造の製造方法を示す断面図である。 本発明の一実施形態による集積回路構造の製造方法を示す断面図である。 本発明の一実施形態による集積回路構造の製造方法を示す断面図である。 本発明の一実施形態による集積回路構造の製造方法を示す断面図である。 本発明の他の実施形態による集積回路構造の製造方法を示す断面図である。 本発明の他の実施形態による集積回路構造の製造方法を示す断面図である。 本発明の他の実施形態による集積回路構造の製造方法を示す断面図である。 本発明の他の実施形態による集積回路構造の製造方法を示す断面図である。 本発明の他の実施形態による集積回路構造の製造方法を示す断面図である。 本発明の一実施形態によるスタック構造の製造方法を示す断面図である。 本発明の一実施形態によるスタック構造の製造方法を示す断面図である。 本発明の一実施形態によるスタック構造の製造方法を示す断面図である。 本発明の一実施形態によるスタック構造の製造方法を示す断面図である。
以下、添付した図面を参照して、本発明による望ましい実施形態を例示して本発明を詳細に説明する。しかし、本発明は以下に開示される実施形態に限定されるものではなく、異なる多様な形態で具現され、単に本実施形態は本発明の開示を完全にし、当業者に発明の範疇を完全に知らせるものである。図面に記載した構成要素は、説明の便宜のためにそのサイズが誇張される。
図1は、本発明の一実施形態による集積回路構造100aを示す断面図である。
図1を参照すれば、集積回路基板105は、第1面106及び第2面107を備える。第1面106及び第2面107は互いに逆になり(対向しており)、例えば、集積回路基板105の前面及び背面になりうる。集積回路基板105は半導体ウェーハで構成でき、例えば、IV族物質またはIII−V族化合物を含むことができる。集積回路基板105は、半導体ウェーハの背面を所定厚さにまで研磨して提供する。
集積回路基板105は、第1面106上に集積回路(図示せず)を備えることができる。集積回路は、メモリ素子及び/またはロジック素子を含むことができる。本発明の範囲は、これらの集積回路の種類に制限されるものではない。
層間絶縁層110は第1面106上に提供される。層間絶縁層110は、前述した集積回路を離隔させるか、またはこれらの集積回路と連結される配線ライン(図示せず)を離隔させる役割をする。したがって、図1では、層間絶縁層110は一つの層で図示されているが、色々な絶縁層の複数層構造を含むことができる。例えば、層間絶縁層110は、酸化層、窒化層、低誘電率層から選択された一つまたは二つ以上の積層構造を含むことができる。低誘電率層は、酸化層及び窒化層より低い誘電定数を持つ絶縁層を称することができる。
少なくとも一つの導電性パッド、例えば、複数の導電性パッド120は、層間絶縁層110上に提供されうる。導電性パッド120は、集積回路構造の入出力端子として利用される。導電性パッド160の数は例示的に図示され、集積回路構造の種類及び容量によって適切に選択されうる。
パッシベーション層130は、導電性パッド120を露出させるように層間絶縁層110上に提供される。パッシベーション層130は、外部の水分から集積回路を保護する役割をする。例えば、パッシベーション層130は、酸化層と窒化層との積層構造を含むことができるが、本発明の範囲がこれらの例に制限されるものではない。
少なくとも一つの導電性電極、例えば、複数の導電性電極150は、導電性パッド120、層間絶縁層110及び集積回路基板105を貫通するように延びる。導電性電極150は、その内部にボイド160aを備えることができる。導電性電極150は、導電性パッド120の上面一部分を覆い、導電性パッド120下に延びて第2面107から露出される。導電性電極150は導電性パッド120の上面と連結されて、集積回路構造100aの信号を第2面107下に伝達する役割をする。
ボイド160aは、第2面107から露出されるように導電性電極150の下部近くに配置されうる。したがって、導電性電極150は、第2面107から見る時に内部が陥没した形状を持つことができる。例えば、ボイド160aは、第2面107から第1面106方向へ行くほどその幅が狭くなる。これらのボイド160aの形態は後述するように、スタック構造で集積回路構造を連結するために有用に利用される。
ボイド160aは、導電性電極150の上部が下部より速い速度で形成されるために生成され、したがって、ボイド160aのサイズは、導電性電極150の形成条件によって制限がある。例えば、ボイド160aの高さh2は、導電性電極150の高さh1の2/3以下でありうる。しかし、ボイド160aの高さまたは形態は、導電性電極150の形成条件によって変わり、これらの例に制限されるものではない。
スペーサー絶縁層140は、導電性電極150と集積回路基板105との間に介在されうる。スペーサー絶縁層140は、集積回路基板105または層間絶縁層110内の集積回路と導電性電極150とが直接接触することを防ぐことができる。スペーサー絶縁層140は、導電性パッド120の側壁と導電性電極150の側壁との間にさらに延びることができる。
少なくとも一つの導電性バンプ、例えば、複数の導電性バンプ170は、導電性電極150の上面上に提供される。導電性バンプ170は、後述するようにスタック構造で集積回路構造を連結するために利用される。
後述するように、この実施形態による集積回路構造100aは、ボイド160aのサイズに制約されず、スタック構造に容易に利用される。
図2は、本発明の他の実施形態による集積回路構造100bを示す断面図である。この実施形態による集積回路構造100bは、図1の集積回路構造100aで一部構成を変形したものに対応し、したがって、二つの実施形態で重複する説明は省略する。
図2を参照すれば、導電性電極150bは、第1面106から第2面107へ行くほどその幅が順次減少する形状を持つ。スペーサー絶縁層140bは、導電性電極150bの形態変化によって変形される。
ボイド160bの高さは、図1でボイド160aの高さより小さい。すなわち、これらの構造で導電性電極150bの幅減少傾斜度が大きくなるほどボイド160bの高さが低くなる。しかし、ボイド160bの高さは、導電性電極150の幅減少傾斜度以外に他の要因によって変化されることもある。
図3は、本発明の他の実施形態による集積回路構造100cを示す断面図である。この実施形態による集積回路構造100cは、図1の集積回路構造100aで一部構成を変形したものに対応し、したがって、二つの実施形態で重複する説明は省略する。
図3を参照すれば、導電性電極150cは、第1面106から第2面107へ行くほどその幅が順次増加する形状を持つ。スペーサー絶縁層140cは、導電性電極150cの形態変化によって変形される。
ボイド160cの高さは、図1でボイド160aの高さより大きい。すなわち、これらの構造で導電性電極150cの幅増加傾斜度が大きくなるほど、ボイド160cの高さが大きくなりうる。しかし、ボイド160cの高さは、導電性電極150cの幅減少傾斜度以外に他の要因によって変化されることもある。
図4は、本発明の他の実施形態による集積回路構造100dを示す断面図である。この実施形態による集積回路構造100dは、図1の集積回路構造100aで一部構成を変形したものに対応し、したがって、二つの実施形態で重複する説明は省略する。
図4を参照すれば、図1の導電性バンプ170が省略され、導電性フィラー175がボイド160aの内部を充填している。導電性フィラー175は、ボイド160aを実質的になくすための役割をする。選択的に、スタック構造で集積回路構造の連結をさらに強化するために、導電性バンプ170が導電性電極150上にさらに配置されることもある。導電性バンプ170と導電性フィラー175とは同じ物質であるか、または相異なる物質である。
図5は、本発明の他の実施形態による集積回路構造100eを示す断面図である。この実施形態による集積回路構造100eは、図1の集積回路構造100aで一部構成を変形したものであり、したがって、二つの実施形態で重複する説明は省略される。
図5を参照すれば、導電性電極150と導電性バンプ170とが上下に整列されない。この場合、導電性電極150と導電性バンプ170とは、再配線ライン158を利用して連結される。再配線ライン158は、導電性電極150から導電性バンプ170下に延びるようにパッシベーション層130上に提供される。導電性電極150と導電性バンプ170との配置によって、再配線ライン158は多様に変形される。
再配線ライン158は、後述するように集積回路構造100eを他の集積回路構造上にまたは下に積層させる時、導電性電極150を上下に連結するために必要である。これにより、図9で後述するように、集積回路構造100eは、同種の他の集積回路構造だけではなく、異種の他の集積回路構造とスタック構造を形成できる。また、集積回路構造100eは、同じサイズの他の集積回路構造だけではなく、他のサイズの他の集積回路構造とスタック構造を形成できる。
図6は、本発明の一実施形態によるスタック構造200を示す断面図である。
図6を参照すれば、集積回路構造100aが基板210上に積層される。基板210はその内部に回路配線を備えることができ、例えば、印刷回路基板(Printed Circuit Board:PCB)でありうる。基板210と集積回路構造100aとの連結は、第2導電性バンプ173aを利用できる。
例えば、第2導電性バンプ173aは、基板210からボイド160aの内部に延びて導電性電極150と連結されうる。これらの構造によれば、導電性電極150と第2導電性バンプ173aとの連結信頼性を高めることができる。なぜなら、導電性電極150と第2導電性バンプ173aとの接触面積が、ボイド160aがない場合に比べて大きく広くなるためである。
例えば、第2導電性バンプ173aは導電性電極150との接触面積を最大限広げるために、ボイド160aの内部を実質的に満たすことができる。しかし、第2導電性バンプ173aがボイド160a内部の一部分だけ満たしていれば、導電性電極150との連結信頼性を確保することもできる。
したがって、集積回路構造100aは、基板210との連結信頼性を確保しつつ基板210上に積層されうる。その結果、基板210と集積回路構造100aとの連結不良によるスタック構造200の不良発生率が低減する。
一方、この実施形態の変形された例で、集積回路構造100aは、当業者によって図2ないし図5の集積回路構造100b、100c、100d、100eのいずれか一つに容易に変形される。
図7は、本発明の他の実施形態によるスタック構造300を示す断面図である。
図7を参照すれば、複数の集積回路構造100a1、100a2、100a3が互いに積層されうる。集積回路構造100a1、100a2、100a3は、図1の集積回路構造100aを参照できる。ただし、集積回路構造100a2、100a3で導電性バンプ170aは、図1の集積回路構造100aでの導電性バンプ170と異なる形状を持つように変形されている。集積回路構造100a1、100a2、100a3の数は例示的に図示され、スタック構造300の容量によって適切に選択される。
集積回路構造100a1、100a2、100a3は、導電性バンプ170aを利用して上下に連結されうる。例えば、集積回路構造100a2、100a3の連結を見れば、上部の集積回路構造100a3の導電性電極150は、下部の集積回路構造100a2の導電性バンプ170aと連結されうる。下部の集積回路構造100a2の導電性バンプ170aは、上部の集積回路構造100a3のボイド160a内部を実質的に充填するように延びて、その上の導電性電極150と連結されうる。これらの説明は、集積回路構造100a2、100a1にも同様に適用できる。
しかし、集積回路構造100a3は、これ以上上に連結されないため、導電性バンプ170の形態を変形させる必要がない。したがって、集積回路構造100a3がスタック構造400の最上部に位置する場合、導電性バンプ170は省略されてもよい。しかし、集積回路構造100a3上に他の集積回路構造がさらに積層されるならば、導電性バンプ170は導電性バンプ170aのように変形される。
したがって、スタック構造300で、集積回路構造100a1、100a2、100a3はボイド160aを持っているにもかかわらず、その連結信頼性を確保しつつ積層されうる。もし、導電性バンプ170aをボイド160aの内部に延ばせなければ、導電性電極150の底部幅が狭いため、集積回路構造100a1、100a2、100a3の間で導電性電極150を互いに信頼性のあるように連結させることが非常に困難になる。
図8は、本発明の他の実施形態によるスタック構造400を示す断面図である。
図8を参照すれば、複数の集積回路構造100a2、100a3が基板410上に積層されうる。集積回路構造100a2、100a3は、図1の集積回路構造100aを参照できる。ただし、集積回路構造100a2で導電性バンプ170aは、図1の集積回路構造100aで導電性バンプ170と異なる形状を持つように変形されている。集積回路構造100a2、100a3の数は例示的に図示され、スタック構造400の容量によって適切に選択される。
集積回路構造100a2、100a3は、図7で説明したように、導電性バンプ170aを利用して上下に連結されうる。集積回路構造100a3がスタック構造400の最上部に位置する場合、導電性バンプ170は省略されてもよい。最下部の集積回路構造100a2は、図6で説明したように、第2導電性バンプ173aを利用して基板410と連結されうる。
基板410は回路配線を備えることができ、例えば、PCBでありうる。第2導電性バンプ173aの反対側の基板410上には、複数の第3導電性バンプ430が取り付けられる。第3導電性バンプ430は、基板410内の回路配線を通じて第2導電性バンプ173aと連結されて、集積回路構造100a2、100a3に連結されうる。
モールディング部材420は、集積回路構造100a2、100a3を覆うように基板410上に配置されうる。これらの構造のスタック構造400は、半導体パッケージ、特にマルチスタックパッケージと呼ばれることもある。しかし、本発明の範囲はこれらの名称に制限されるものではない。
図9は、本発明の他の実施形態によるスタック構造300aを示す断面図である。
図9を参照すれば、複数の集積回路構造100e1、100e2、100e3が互いに積層される。集積回路構造100e1、100e2、100e3は、図1の集積回路構造100aまたは図5の集積回路構造100eを参照できる。ただし、集積回路構造100e2、100e3で導電性バンプ170aは、図1の集積回路構造100aまたは図5の集積回路構造100eで、導電性バンプ170と異なる形状を持つように変形されている。集積回路構造100e1、100e2、100e3の数は例示的に図示され、スタック構造300aの容量によって適切に選択される。
集積回路構造100e1、100e2、100e3は、導電性バンプ170aを利用して上下に連結されうる。集積回路構造100e1、100e2、100e3で導電性電極150は、互いに上下に整列されないこともある。しかし、再配線ライン158を利用して導電性バンプの位置をボイド160aの位置と整列させることによって、集積回路構造100e1、100e2、100e3が互いに安定的に連結されうる。例えば、集積回路構造100e1、100e2、100e3は、互いに同種の製品であるか、または異種の製品でありうる。他の例として、集積回路構造100e1、100e2、100e3は、同じサイズまたは異なるサイズでありうる。
図10は、本発明の一実施形態によるカード500を示す概略図である。
図10を参照すれば、制御器510とメモリ520とは、電気的な信号を交換するように配置される。例えば、制御器510の命令に従って、メモリ520と制御器510とはデータを交換できる。これにより、カード500は、メモリ520にデータを保存するか、またはメモリ520からデータを外部に出力できる。メモリ520は、図1ないし図5の集積回路構造100a、100b、100c、100d、100eのうち選択された少なくとも一つ、または図5ないし図9のスタック構造200、300、400、300aのうち選択された少なくとも一つを備えるように構成される。
これらのカード500は、多様な携帯用電子装置のメモリカード、例えば、マルチメディアカード(Multi Media Card;MMC)または保安デジタル(Secure Digital Card;SD)カードに利用できる。
図11は、本発明の一実施形態による電子システム600を示すブロック図である。
図11を参照すれば、プロセッサー610、入/出力装置630及びメモリ620は、バス640を利用して互いにデータ通信を行える。プロセッサー610はプログラムを実行し、システム600を制御する役割を行える。入/出力装置630は、システム600のデータを入力または出力するのに利用できる。システム600は、入/出力装置630を利用して外部装置、例えば、パソコンまたはネットワークに連結されて、外部装置と互いにデータを交換できる。
メモリ620は、プロセッサー610の動作のためのコード及びデータを保存することができる。例えば、メモリ620は、図1ないし図5の集積回路構造100a、100b、100c、100d、100eのうち選択された少なくとも一つ、または図5ないし図9のスタック構造200、300、400、300aのうち選択された少なくとも一つを備えるように構成される。
例えば、これらのシステム600は、電子装置または制御装置を構成できる。例えば、システム600は多様な携帯用電子装置、例えば、携帯電話、MP3プレーヤー、ナビゲーション、固状ディスク(Solid State Disk;SSD)または家電製品に利用できる。
図12ないし図16は、本発明の一実施形態による集積回路構造の製造方法を示す断面図である。
図12を参照すれば、集積回路基板105の第1面106上に絶縁層110を形成できる。集積回路基板105は、第1面106上に集積回路を備えることができ、絶縁層110は、これらの集積回路及び配線ラインを覆うように形成できる。
絶縁層110は、適切な蒸着方法、例えば、化学気相蒸着(Chemical Vapor Deposition:CVD)法を利用して形成できる。絶縁層110は、集積回路のプロファイルによって平坦でなく形成できるため、蒸着工程後に平坦化されうる。平坦化は、化学的機械的研磨(Chemical Mechanical Polishing:CMP)法またはエッチバックを利用して行われうる。
次いで、絶縁層110上に導電性パッド120を形成できる。例えば、導電性パッド120は、適切な導電層、例えば、ポリシリコン、金属及び金属シリサイドの一つまたはこれらの積層構造を含んで形成される。
次いで、導電性パッド120を露出させるように、絶縁層110上にパッシベーション層130を形成できる。例えば、パッシベーション層130は、酸化層及び窒化層の積層構造を形成した後、これをパターニングして形成できる。これらのパターニングは、フォトリソグラフィー及びエッチング技術が利用できる。
次いで、導電性パッド120、絶縁層110及び集積回路基板105を連続的に除去して貫通ホール135を形成できる。これにより、貫通ホール135は、導電性パッド120及び層間絶縁層110を貫通して集積回路基板105の内部に所定深さほどリセスされる。以後の工程で集積回路基板105が第2面107から研磨されることを考慮して、この工程で貫通ホール135は、集積回路基板105を貫通しないように形成される。
例えば、貫通ホール135の形成は、レーザードリリング及び/またはドライエッチングを利用できる。レーザードリリングは焦点設定ができるので、フォトリソグラフィーを利用せずに、レーザーを貫通ホール135が形成される部分に選択的に照射することができる。一方、ドライエッチングは、フォトリソグラフィーにより形成されたエッチングマスク(図示せず)を必要とすることがある。
貫通ホール135の形状は、エッチング条件またはドリリング条件によって多様な形状を持つことができる。例えば、貫通ホール135は、図1に示したように、比較的均一な筒形状を持つこともできる。他の例で、貫通ホール135は、図2の導電性電極150bの形成のために、上から下へ行くほどその幅が段々狭くなる形状を持つこともできる。さらに他の例として、貫通ホール135は、図3の導電性電極150cの形成のために、上から下へ行くほどその幅が段々広くなる形状を持つこともできる。貫通ホール135は、パッシベーション層130の形成前に形成してもよい。
図13を参照すれば、貫通ホール135内にスペーサー絶縁層140を形成する。スペーサー絶縁層140は適切な絶縁物、例えば酸化物、窒化物、ポリマーまたはパリレンを含むことができる。例えば、低温蒸着法、例えば、CVD、ポリマー噴射、低温物理気相蒸着(Physical Vapor Deposition:PVD)方法を利用して絶縁層を形成した後、導電性パッド120上部の絶縁層を選択的に除去することによって、貫通ホール135内部表面上にスペーサー絶縁層140を形成する。
例えば、異方性エッチングを利用して導電性パッド120上部の絶縁層を除去する場合、スペーサー絶縁層140は、貫通ホール135の底部には残らず、貫通ホール135の内部側壁上のみに残留することもある。
次いで、スペーサー絶縁層140上に導電性電極150を形成する。例えば、メッキ方法を利用して導電性電極150を形成する場合、図14に示したように、導電性電極150それぞれは、障壁金属152、シード金属154及び配線金属156を備えることができる。障壁金属152は、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、TiN及びTaNから選択された一つまたは二つ以上の積層構造を含むことができる。シード金属154及び配線金属156は、銅(Cu)を含むことができる。
一方、蒸着方法を利用して導電性電極150を形成する場合に、シード金属154が省略され、障壁金属152上に配線金属156が直ちに形成される。例えば、この場合、導電性電極150は、アルミニウム(Al)またはタングステン(W)を含むことができる。しかし、これらの導電性電極150の物質は例として提供され、本発明の範囲を制限するものではない。
メッキ方法または蒸着方法において、蒸着条件によって、導電性電極150が貫通ホール135の内部を充填しきれず、ボイド160が貫通ホール135内に残留する。例えば、PVD法または電気メッキ法を利用した場合、貫通ホール135の入口側での蒸着速度が底部でより速いため、貫通ホール135の底面近くで蒸着が十分に行われる前に入口が閉塞される恐れがある。
例えば、高い電流密度を利用した電気メッキ方式の場合に、導電性電極150の内部にボイド160が形成される。例えば、導電性電極150の直径が35〜75μmである場合、単位面積当たり印加される電流密度は2.5Ma/cm以上でボイド160が形成されうる。また、導電性電極150の内部に人為的にボイド160を発生させるために、DC電流モードの電気メッキを利用することもできる。しかし、パルス電流モードまたはパルス逆モードの電気メッキを利用する場合にも、ボイド160が生成されうる。
これにより、ボイド160は貫通ホール135内に残留でき、その幅は第2面107から第1面106方向に順次減少する。特に、貫通ホール135の縦横比が大きくて、かつ蒸着速度が速い条件であるほど、貫通ホール135の底部近くで蒸着が行われ難いため、ボイド160がさらに大きく残留する。
一方、障壁金属152及び/またはシード層154は、段差被膜性(step coverage)が十分に高い高コストの蒸着装置を利用するため、貫通ホール135の内部上に比較的均一に形成できる。しかし、これらの高コストの蒸着装置は非常に低い蒸着速度を持つため、配線金属156の蒸着に適用し難い。
したがって、この実施形態によれば、ボイド160の残留を抑制する必要がないため、十分に速い速度で導電性電極150を形成でき、導電性電極150の形成のための工程マージンも大きくすることができる。また、ボイド160の生成を抑制するために高コストの装置を利用する必要がないので、全体コストが低くなる。
図15を参照すれば、導電性電極150の上面上に導電性バンプ170を形成できる。例えば、配線金属156が銅である場合、導電性バンプ170は銅上に湿潤特性の良いスズ系合金を含むことができる。さらに、導電性バンプ170は環境汚染を鑑みて、無鉛(Pb−free)スズ系合金でありうる。導電性バンプ170のサイズは、ボイド160のサイズに比例して選択できる。
図16を参照すれば、第2面107から集積回路基板105を所定厚さほど除去して、導電性電極150及びボイド160aを第2面107から露出させることができる。例えば、導電性電極150の少なくとも10%を除去すれば、ボイド160aが第1面107から露出される。導電性電極150の大きさが減少すれば、これらの除去比率をさらに低減させることもできる。
集積回路基板105の除去は、CMP、等方性エッチング及び異方性エッチングの一つまたは二つ以上を結合して行うことができる。例えば、CMPを利用してボイド160aが露出されるまで、集積回路基板105を第2面107から研磨できる。他の例として、CMPを利用して除去される集積回路基板105の相当部分を除去し、次いで、等方性エッチング、例えば、ウェットエッチングで集積回路基板105を除去してボイド160aを露出させることができる。
図17ないし図19は、本発明の他の実施形態による集積回路構造の製造方法を示す断面図である。この実施形態による製造方法は、図12ないし図16の製造方法での一部工程を変形させたものであり、したがって、重なる説明は省略される。
図17を参照すれば、図12とは異なって、導電性パッド120、絶縁層110及び集積回路基板105を貫通するホール137を形成する。すなわち、ホール137は、図12で、貫通ホール135を第2面107まで延長させたものに対応する。
図18を参照すれば、ホール137内にスペーサー絶縁層140を形成し、次いで、スペーサー絶縁層140上に導電性電極150を形成できる。ボイド160aは、図13とは異なって、第2面107から露出される。ただし、ホール137の縦横比が図12の貫通ホール135の縦横比より大きくなって、ボイド160aの高さが図12の場合に比べて高くなる。
図19を参照すれば、導電性電極150の上面上に導電性バンプ170を形成する。
図20は、本発明の他の実施形態による集積回路構造の製造方法を示す断面図である。この実施形態による製造方法は、図17ないし図19の製造方法で一部工程を変形させたものであり、したがって、重なる説明は省略できる。図20は、図18に次いで提供できる。
図20を参照すれば、ボイド160aの内部を、導電性フィラー175を利用して充填することができる。例えば、導電性フィラー175は、導電性電極150のような物質で形成するか、または導電性バンプ170のような物質で形成することができる。他の例として、導電性フィラー175は、導電性電極150及び導電性バンプ170いずれとも異なる物質で形成することもある。
図21は、本発明の他の実施形態による集積回路構造の製造方法を示す断面図である。図21は、図20による製造方法の変形された例に該当する。
図21を参照すれば、導電性フィラー175は、第2面107上に突出部180をさらに備えることができる。突出部180は、集積回路構造の積層時に導電性フィラー175と導電性電極170との連結をさらに容易にするために付加できる。
図22及び図23は、本発明の一実施形態によるスタック構造の製造方法を示す断面図である。
図23を参照すれば、集積回路構造100a1、100a2、100a3を互いに順次積層できる。例えば、導電性バンプ170とボイド160aとが垂直方向に整列されるように集積回路構造100a1、100a2、100a3を積層できる。集積回路構造100a1、100a2、100a3の数は例示的であって、スタック構造の容量によって適切に選択されうる。
図22を参照すれば、集積回路構造100a1、100a2の導電性バンプ170aを集積回路構造100a2、100a3のボイド160a内部に延ばして、導電性バンプ170aと導電性電極150とを互いに連結させることができる。
例えば、集積回路構造100a1、100a2、100a3の上下から荷重を加えて、導電性バンプ170aを塑性変形させることができる。したがって、導電性バンプ170aは硬度の高い物質よりは塑性加工性の高い材料、例えば、無鉛スズ系合金でありうる。荷重によって集積回路構造100a1、100a2、100a3が圧着されることによって、集積回路構造100a1、100a2の導電性バンプ170aが、その上の集積回路構造100a2、100a3のボイド160aの内部に充填される。これにより、導電性バンプ170aは、実質的にその上のボイド160aの内部を充填しつつ、その上の導電性電極150の内部表面に圧着される。
他の例として、集積回路構造100a1、100a2、100a3に熱を加えて、導電性バンプ170aがその上のボイド160aの内部の導電性電極150表面上に染み込むようにすることができる。例えば、導電性バンプ170aがスズ系合金である場合、約250℃以上の温度を加えれば、導電性バンプ170aは溶融されて、ボイド160aの内部の導電性電極150表面上に染み込んで互いに接合を形成できる。この場合、導電性バンプ170aは、その上のボイド160a内部を充填しきれなくとも、導電性電極150と安定して連結されうる。
さらに他の例として、集積回路構造100a1、100a2、100a3に荷重を加えると同時に熱を加えることができる。この場合、導電性バンプ170aがその上のボイド160aの内部に物理的に移動すると同時に、熱的に溶融して導電性電極150と接着する。
一方、これらのスタック構造の製造方法は、図9のスタックモジュール300aの製造方法にも実質的に同様に適用できる。
図24及び図25は、本発明の他の実施形態によるスタック構造の製造方法を示す断面図である。
図24を参照すれば、基板410上に集積回路構造100a2、100a3を積層できる。集積回路構造100a2、100a3の数は例示的であり、本発明の範囲を制限しない。例えば、集積回路構造100a2、100a3のうちいずれか一つのみ基板410上に積層されるか、または集積回路構造100a2、100a3上に他の集積回路構造(図示せず)がさらに積層されることもある。
基板410と下部の集積回路構造100a2との間には、第2導電性バンプ173が介在されうる。第2導電性バンプ173は、下部の集積回路構造100a2のボイド160aと垂直に整列される。また、下部の集積回路構造100a2の導電性バンプ170は、上部の集積回路構造100a3のボイド160aと垂直に整列される。
図25を参照すれば、図23で説明したものを参照して、集積回路構造100a2、100a3と基板410との間に荷重を加えるか、そして/または熱を加えることができる。これにより、下部の集積回路構造100a2の導電性バンプ170aは、上部の集積回路構造100a3のボイド160aの内部に延びて、その上の導電性電極150と連結されうる。第2導電性バンプ173aは、基板410から下部の集積回路構造100a2のボイド160aの内部に延びて、その上の導電性電極150と連結されうる。
モールディング部材420は、集積回路構造100a2、100a3を覆うように基板410上に形成できる。第3導電性バンプ430は基板410の下部面、すなわち、集積回路構造100a2、100a3が積層された反対側上に取り付けられうる。
発明の特定実施形態についての以上の説明は、例示及び説明を目的として提供される。したがって、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内で当業者によって前記実施形態を組み合わせて実施するなど、色々な多くの修正及び変更ができるということは言うまでもない。
本発明は、集積回路構造またはそのスタック構造関連の技術分野に好適に用いられる。
100a 集積回路構造、
105 集積回路基板、
106 第1面、
107 第2面、
110 層間絶縁層、
120 導電性パッド、
130 パッシベーション層、
140 スペーサー絶縁層、
150 導電性電極、
160a ボイド、
170 導電性バンプ、
h1 導電性電極の高さ、
h2 ボイドの高さ。

Claims (25)

  1. 第1面上の少なくとも一つの導電性パッドと、前記少なくとも一つの導電性パッド及び貫通ホールとを持つ集積回路基板と、
    前記貫通ホール内に前記導電性パッドを貫通して前記導電性パッド上に延び、その内部に前記集積回路基板の第1面に対向する第2面から露出されたボイドを備える少なくとも一つの導電性電極と、を備えることを特徴とする集積回路構造。
  2. 前記ボイドは、前記第2面からテーパー状になったテーパードボイドであることを特徴とする請求項1に記載の集積回路構造。
  3. 前記テーパードボイドは、前記第2面から前記第1面へ行くほど減少するボイド幅を有することを特徴とする請求項2に記載の集積回路構造。
  4. 前記貫通ホールは、テーパー状になったテーパード貫通ホールであることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の集積回路構造。
  5. 前記少なくとも一つの導電性バンプは少なくとも一つの導電性電極上に設けられることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の集積回路構造。
  6. 前記導電性パッドから遠ざかるように延びて前記導電性パッドに接触した、前記第1面上の再配線ラインと、
    前記導電性パッドからオフセット配置され、前記再配線ライン上に配置された導電性バンプと、をさらに備えることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の集積回路構造。
  7. 互いに積層した複数の集積回路構造を備え、前記複数の集積回路構造それぞれは、
    第1面上の少なくとも一つの導電性パッドと、前記少なくとも一つの導電性パッド及び貫通ホールと、を持つ集積回路基板と、
    前記貫通ホール内に前記導電性パッドを貫通して前記導電性パッド上に延び、その内部に前記集積回路基板の第1面に対向する第2面から露出されたボイドを備える少なくとも一つの導電性電極と、
    前記少なくとも一つの導電性電極の上面上の少なくとも一つの導電性バンプと、を備え、
    前記複数の集積回路構造は、互いに上下に隣接した下部の集積回路構造及び上部の集積回路構造を備え、前記下部の集積回路構造の前記少なくとも一つの導電性バンプは、前記上部の集積回路構造の前記ボイド内部に延びて、前記少なくとも一つの導電性電極と連結されることを特徴とするスタック構造。
  8. 前記複数の集積回路構造の下に基板をさらに備え、
    前記基板は、前記複数の集積回路構造のうち最下部の集積回路構造と連結されることを特徴とする請求項7に記載のスタック構造。
  9. 前記基板の上から前記最下部の集積回路構造の前記ボイド内部に延びて、前記少なくとも一つの導電性電極と連結された第2導電性バンプをさらに備えることを特徴とする請求項8に記載のスタック構造。
  10. 前記基板の上に、前記複数の集積回路構造を覆うように配置されたモールディング部材をさらに備えることを特徴とする請求項8または9に記載のスタック構造。
  11. 第1面上の少なくとも一つの導電性パッドを持つ集積回路基板内に貫通ホールを形成する工程であって、前記貫通ホールは、前記導電性パッド及び集積回路基板を貫通するように形成する工程と、
    前記貫通ホール内に前記導電性パッドを貫通して前記導電性パッド上に延び、その内部に前記集積回路基板の第1面に対向する第2面から露出されたボイドを備える少なくとも一つの導電性電極を形成する工程と、
    を含むことを特徴とする集積回路構造の製造方法。
  12. 前記少なくとも一つの導電性電極の上面上に、少なくとも一つの導電性バンプを形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項11に記載の集積回路構造の製造方法。
  13. 前記少なくとも一つの導電性電極は、前記少なくとも一つの貫通ホール内に前記ボイドを限定するように、前記少なくとも一つの貫通ホールの入口を閉塞するように形成することを特徴とする請求項11または12に記載の集積回路構造の製造方法。
  14. 前記少なくとも一つの導電性電極を形成する前に、前記少なくとも一つの貫通ホールの内部表面上に少なくとも一つのスペーサー絶縁層を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項11から13のいずれかに記載の集積回路構造の製造方法。
  15. 前記第2面から前記集積回路基板の一部を除去して、前記ボイド及び前記少なくとも一つの導電性電極を前記第2面から露出させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項11から14のいずれかに記載の集積回路構造の製造方法。
  16. 前記ボイドの幅は、前記第2面から前記第1面方向へ行くほど小さくなることを特徴とする請求項15に記載の集積回路構造の製造方法。
  17. 複数の集積回路構造を形成する工程と、
    前記複数の集積回路構造を互いに積層する工程と、
    前記複数の集積回路構造を連結する工程と、を含み、
    前記複数の集積回路構造それぞれの形成工程は、
    第1面及び第2面を持つ集積回路基板の前記第1面上に少なくとも一つの導電性パッドを形成する工程と、
    前記少なくとも一つの導電性パッドを貫通して前記集積回路基板の内部に延び、その内部にボイドを備える少なくとも一つの導電性電極を形成する工程と、
    前記少なくとも一つの導電性電極の上面上に少なくとも一つの導電性バンプを形成する工程と、
    前記第2面から前記集積回路基板の一部を除去して、前記少なくとも一つの導電性電極及び前記ボイドを前記第2面から露出させる工程と、
    を含むことを特徴とすることを特徴とするスタック構造の製造方法。
  18. 前記複数の集積回路構造の積層は、前記複数の集積回路構造のうち互いに隣接した上部の集積回路構造及び下部の集積回路構造のうち、前記上部の集積回路構造のボイドが、前記下部の集積回路構造の前記少なくとも一つの導電性バンプと整列されるように行うことを特徴とする請求項17に記載のスタック構造の製造方法。
  19. 前記複数の集積回路構造の連結は、前記下部の集積回路構造の前記少なくとも一つの導電性バンプが、前記上部の集積回路構造の前記ボイド内部の一部に充填されるように行うことを特徴とする請求項18に記載のスタック構造の製造方法。
  20. 前記複数の集積回路構造の連結は、前記複数の集積回路構造上に荷重を加えて、前記少なくとも一つの導電性バンプを前記ボイド内部に塑性変形させて行うことを特徴とする請求項19に記載のスタック構造の製造方法。
  21. 前記複数の集積回路構造の連結は、前記複数の集積回路構造を加熱して、前記少なくとも一つの導電性バンプが前記ボイド内部の前記少なくとも一つの導電性電極上で接着されるように行うことを特徴とする請求項19に記載のスタック構造の製造方法。
  22. 前記複数の集積回路構造の連結は、前記複数の集積回路構造上に荷重を加えつつ前記複数の集積回路構造を加熱して行うことを特徴とする請求項19に記載のスタック構造の製造方法。
  23. 前記複数の集積回路構造を基板上に積層する工程と、
    前記基板と前記複数の集積回路構造のうち、最下部の集積回路構造を連結する工程と、
    前記基板上に、前記複数の集積回路構造を覆うようにモールディング部材を形成する工程と、
    をさらに含むことを特徴とする請求項17から22のいずれかに記載のスタック構造の製造方法。
  24. 前記基板と前記最下部の集積回路構造との連結は、少なくとも一つの前記導電性電極と連結された少なくとも一つの第2導電性バンプを、前記基板から前記最下部の集積回路構造の前記ボイド内の一部に充填して行うことを特徴とする請求項23に記載のスタック構造の製造方法。
  25. 第1面及び第2面を持つ集積回路基板の前記第1面上に少なくとも一つの導電性パッドを形成する工程と、
    前記少なくとも一つの導電性パッド及び前記集積回路基板を貫通し、その内部に前記第2面から露出されたボイドを備える、少なくとも一つの導電性電極を形成する工程と、
    前記第2面から前記ボイド内部を充填するように、少なくとも一つの導電性フィラーを形成する工程と、
    を含むことを特徴とする集積回路構造の製造方法。
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