JP2014170793A - 半導体装置、半導体装置の製造方法及び電子装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体チップ1は、半導体素子を含む素子領域20が表面10aに設けられた半導体基板10と、半導体基板10の裏面10bに埋設され凹部64が設けられた端子61と、端子61に接続されたTSV60とを含む。積層される半導体チップ100の端子140は、半導体チップ1の凹部64に挿入され、接合材150で端子61に接合される。半導体チップ1の端子61に凹部64が設けられていることで、接合時に溶融する接合材150の飛散、流出が抑制される。
【選択図】図6
Description
半導体チップの3次元集積化技術に関し、半導体チップに用いられているシリコン基板等の半導体基板に貫通電極(TSV(Through Silicon Via)とも呼ばれる)を設ける技術が知られている。貫通電極としては、半導体基板に設けたビアホールに導電材料を充填したものや、ビアホールの内側にコンフォーマルに導電材料を設けたものがある。
図1は半導体パッケージの一例を示す図である。尚、図1は半導体パッケージの一例の要部断面模式図である。
まず、下側の半導体チップ610は、上記のように、半導体基板611の裏面611b上に再配線617が設けられた構造を有している。このように半導体基板611の裏面611b上に突出するように配置された再配線617が、その接続端子617aを露出させて、保護膜618で覆われている。
図2及び図3は半導体チップの構成例を示す図である。尚、図2は半導体チップの要部平面模式図、図3は図2のL−L断面模式図である。
図4に示す素子領域20は、nチャネル型MOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタ(nMOS)21、及びpチャネル型MOSトランジスタ(pMOS)22を含んでいる。nMOS21及びpMOS22はそれぞれ、半導体基板10の、素子分離領域23で画定された領域に設けられている。
半導体基板10の、配線層30が設けられた表面10aと反対の面(裏面)10bには、窪み11が設けられている。ここでは一例として、窪み11a、窪み11b、窪み11c、窪み11dと、これらのうち窪み11b及び窪み11cに連通する窪み11eとを図示している。尚、ここでは平面円形状の窪み11a、窪み11b、窪み11c及び窪み11dを図示しているが、これらの平面形状は、円形状のほか、楕円状、四角状等であってもよい。
図5はTSV及び端子の説明図である。
例えば、図5(C)に示す半導体チップ1bのように、比較的大きな径のTSV900を、ビアホール922に絶縁膜930及びバリアメタル膜940を介して、Cu等の導電材料で充填して形成し、同様に端子960も導電材料で充填して形成する場合を考える。この場合、半導体基板910に設けた窪み921への導電材料の充填量が多くなり、加熱を伴う工程で、その導電材料と半導体基板910との熱膨張係数差に起因して、半導体基板910に応力が生じ、半導体チップ1bの反り等の変形、破損が生じる恐れがある。
図6は半導体チップの接続工程の説明図である。尚、図6は半導体チップの接続工程の要部断面模式図であって、(A)は半導体チップ接合前の状態の一例を示す図、(B)は半導体チップ接合後の状態の一例を示す図、(C)はアンダーフィル材充填後の状態の一例を示す図である。
積層される半導体チップ100は、図6(A)に示すように、Si基板等の半導体基板110を含み、その一面(表面)110aには、トランジスタ等の素子を含む素子領域120が設けられている。表面110a上には、素子領域120の素子に電気的に接続された配線及びビア等を含む導電部並びにその導電部を覆う絶縁部を含む配線層130が設けられている。配線層130には、その導電部に電気的に接続されたバンプ(端子)140が設けられている。
図7は半導体パッケージの構成例を示す図である。尚、図7(A)は半導体パッケージの要部断面模式図、図7(B)は図7(A)のZ部拡大図である。
図8は電子装置の構成例を示す図である。尚、図8は電子装置の要部断面模式図である。
以下、半導体チップの形成方法、及び半導体チップの実装方法について説明する。
図9〜図23は半導体チップ形成方法の一例の説明図である。尚、図9〜図23は半導体チップの形成工程の要部断面模式図である。
ボッシュプロセスでは、まず図15(A)に示すように、開口部421aを形成したレジスト421をマスクにして、SF6ラジカルを用いた等方性エッチングを行い、半導体基板10に開口部12Aを形成する。次いで、図15(B)に示すように、八フッ化ブテン(C4F8)を用い、半導体基板10の開口部12Aの内壁(底面及び側面)にポリマー膜12Aaを形成する。その後、図15(C)に示すように、SF6イオンを用いた異方性エッチングを行い、開口部12Aの底面に形成されたポリマー膜12Aaを除去する。
図24及び図25は半導体チップ実装方法の一例の説明図である。尚、図24及び図25は半導体チップの実装工程の要部断面模式図である。
この例では、まず図26(A)に示すように、半導体チップ1を中継基板(インターポーザ)500に実装する。
(付記1) 第1面に半導体素子が設けられた半導体基板と、
前記半導体基板の前記第1面と反対の第2面に埋設され、凹部が設けられた第1端子と、
前記半導体基板に設けられ、前記第1端子に電気的に接続されたビアと
を含むことを特徴とする半導体装置。
(付記3) 前記第1面に、導電部を含む配線層を有し、
前記ビアは、前記半導体基板を貫通し、前記導電部に接続されていることを特徴とする付記1又は2に記載の半導体装置。
(付記5) 前記第2面側に設けられ、前記凹部に挿入されて前記第1端子に電気的に接続された第2端子を備える半導体チップを含むことを特徴とする付記1乃至4のいずれかに記載の半導体装置。
前記凹部内で、前記第2部分と前記第1端子とが接続することを特徴とする付記5に記載の半導体装置。
(付記8) 前記第1面側に設けられ、前記半導体素子に電気的に接続された回路基板を含むことを特徴とする付記1乃至7のいずれかに記載の半導体装置。
(付記10) 前記配線と前記第1端子とが離間して設けられていることを特徴とする付記2乃至8のいずれかに記載の半導体装置。
(付記12) 第1面に半導体素子が設けられた半導体基板を準備する工程と、
前記半導体基板に、前記第1面と反対の第2面に埋設された第1端子及び前記第1端子に電気的に接続されたビアを形成する工程と、
前記第1端子に凹部を形成する工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記半導体チップを設ける工程は、前記第2端子を前記凹部に挿入して前記第1端子に電気的に接続する工程を含むことを特徴とする付記12又は13に記載の半導体装置の製造方法。
前記半導体チップを設ける工程は、前記第2部分と前記第1端子とを前記凹部内で接合する工程を含むことを特徴とする付記12乃至14のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
前記回路基板を設ける工程は、前記半導体素子を前記回路基板に電気的に接続する工程を含むことを特徴とする付記12乃至15のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
前記半導体装置が搭載された第1回路基板と
を含み、
前記半導体装置は、
第1面に半導体素子が設けられた半導体基板と、
前記半導体基板の前記第1面と反対の第2面に埋設され、凹部が設けられた第1端子と、
前記半導体基板に設けられ、前記第1端子に電気的に接続されたビアと、
前記第1面側に設けられ、前記半導体素子及び前記第1回路基板に電気的に接続された第2回路基板と
を含むことを特徴とする電子装置。
前記凹部内で、前記第2部分と前記第1端子とが接続することを特徴とする付記18に記載の電子装置。
2 積層体
10,110,611,621,810,910 半導体基板
10a,110a,611a,621a 表面
10b,611b,710b 裏面
11,11a,11b,11c,11d,11e,921 窪み
12,12a,12b,611c,820,922 ビアホール
12A,420a,421a,422a,423a,430a,431a,432a,433a 開口部
12Aa ポリマー膜
20,120,612,622 素子領域
21 nMOS
21a p型ウェル領域
21b,22b ゲート絶縁膜
21c,22c ゲート電極
21d n型拡散層
21e,22e サイドウォールスペーサ
21f,22f シリサイド層
22 pMOS
22a n型ウェル領域
22d p型拡散層
23 素子分離領域
30,130,530,613,623 配線層
30a 導電部
31a,31b,40,40a,80a,540,614,830,930 絶縁膜
31c 層間絶縁膜
32,35 配線
33 コンタクトプラグ
34 ビア
36,211,212,311,531,541,613a,650a 電極
50,615,840,940 バリアメタル膜
60,520,616,900 TSV
61,140,960 端子
62,617 再配線
63 接続部
64 凹部
80,618 保護膜
90,260,660,661,760,762 バンプ
150,220 接合材
160,161,230,670,671,770,771 アンダーフィル材
200,200a,600,700 半導体パッケージ
210,650,750 パッケージ基板
240,630,730 熱界面材料
250,640,740 放熱体
300 電子装置
310,751 二次実装基板
400 接着剤
410 支持基板
420,421,422,423 レジスト
430,431,432,433 マスク
440 めっき層
450 ダイシングテープ
500 インターポーザ
510 Si基板
617a 接続端子
761 Cuピラー電極
800 コンフォーマルTSV
800a 中央部
850 導電材料
Claims (8)
- 第1面に半導体素子が設けられた半導体基板と、
前記半導体基板の前記第1面と反対の第2面に埋設され、凹部が設けられた第1端子と、
前記半導体基板に設けられ、前記第1端子に電気的に接続されたビアと
を含むことを特徴とする半導体装置。 - 前記第1面に、導電部を含む配線層を有し、
前記ビアは、前記半導体基板を貫通し、前記導電部に接続されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 前記ビアの径が、前記第1端子の径よりも小さいことを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置。
- 前記第2面側に設けられ、前記凹部に挿入されて前記第1端子に電気的に接続された第2端子を備える半導体チップを含むことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記第2端子は、第1導電体を有する第1部分と、前記第1部分よりも前記半導体チップから離れて位置し、前記第1導電体とは異なる第2導電体を有する第2部分とを有し、
前記凹部内で、前記第2部分と前記第1端子とが接続することを特徴とする請求項4に記載の半導体装置。 - 前記第1面側に設けられ、前記半導体素子に電気的に接続された回路基板を含むことを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の半導体装置。
- 第1面に半導体素子が設けられた半導体基板を準備する工程と、
前記半導体基板に、前記第1面と反対の第2面に埋設された第1端子及び前記第1端子に電気的に接続されたビアを形成する工程と、
前記第1端子に凹部を形成する工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 半導体装置と、
前記半導体装置が搭載された第1回路基板と
を含み、
前記半導体装置は、
第1面に半導体素子が設けられた半導体基板と、
前記半導体基板の前記第1面と反対の第2面に埋設され、凹部が設けられた第1端子と、
前記半導体基板に設けられ、前記第1端子に電気的に接続されたビアと、
前記第1面側に設けられ、前記半導体素子及び前記第1回路基板に電気的に接続された第2回路基板と
を含むことを特徴とする電子装置。
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