JP6352693B2 - 貫通電極を有する半導体パッケージ及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は半導体に関し、より具体的には貫通電極を有する半導体パッケージの製造方法に関する。
従来、ワイヤボンディングで具現した半導体パッケージで高性能が要求されることによって、貫通電極(TSV)技術が提案された。貫通電極を半導体パッケージに適用するためには、接着剤を利用してウエハーをキャリヤーにボンディングした後、ウエハーを研磨し、キャリヤーをデボンディングすることが一般的である。このように半導体パッケージに貫通電極を適用するためにはキャリヤー工程が必要となるので、生産性の低下や工程費用の上昇のような問題点があった。
米国特許公開第2012/0171818号公報 米国特許公開第2012/0032342号公報
本発明は従来技術での問題点を解決するために案出されたものであって、本発明の目的は、工程費用を減らし、生産性を向上させることができる貫通電極を有する半導体パッケージ及びその製造方法を提供することである。
本発明の一実施形態による半導体パッケージの製造方法は、第1チップと第2チップとを提供することを包含することができる。前記第1及び第2チップを提供することは、第1チップの第1基板が有する前面上に第1活性膜を提供し、第2チップの第2基板が有する前面上に第2活性膜を提供し、前記第1及び第2チップを積層して前記第1チップの第1活性膜が前記第2チップの第2活性膜に対向するようにし、前記第1チップ上に、そして前記第2チップの第2基板が有する前面上にポリマー物質を含むモールド膜を形成して前記半導体パッケージに剛性を提供し、前記モールド膜を有する前記第2基板の後面を薄型化し、前記第2基板の薄型化された後面上に前記第2基板内の第2貫通電極と電気的に連結される後面電極を形成することを包含することができる。
前記第2基板の後面を薄型化することは、機械的工程を使用して前記後面を薄型化することを包含することができる。
前記第2基板の後面を薄型化することは、前記第2基板内の第2貫通電極を露出させることを包含することができる。前記第2貫通電極は、前記第2活性膜と電気的に連結され得る。
前記方法は、前記後面電極を形成する前に、前記薄型化された第2基板内に第2貫通電極を形成することをさらに含むことができる。
前記方法は、前記第1チップと前記第2チップとの間に第1連結電極を形成して前記第1活性膜と前記第2活性膜とを電気的に連結することをさらに含むことができる。
本発明の一実施形態による半導体パッケージの製造方法は、前述した方法によって第1半導体パッケージを形成し、前記第1半導体パッケージ上に第2半導体パッケージを積層することを含み、前記第2半導体パッケージを積層することは、前記第1半導体パッケージを裏返しにして前記第1チップの薄型化された後面が上に向かうようにし、前記裏返した第1半導体パッケージ上に前記第2半導体パッケージを積層して前記第2半導体パッケージの後面が前記第1半導体パッケージの第2チップの薄型化された後面に向かうようにすることを包含することができる。
前記方法は、前記第1半導体パッケージに含まれた前記第1基板の第1チップの後面を薄型化することをさらに含むことができる。
前記方法は、前記第1基板の薄型化された後面上に第1後面電極を形成することをさらに含むことができる。前記第1後面電極は、前記第1基板内の複数個の第1貫通電極と電気的に連結され、前記複数個の第1貫通電極は、前記第1活性膜と電気的に連結され得る。
前記第1半導体パッケージに含まれた前記第1基板の第1チップの後面を薄型化することは、前記第1基板内の複数個の第1貫通電極を露出させることを包含することができる。
前記方法は、前記第1後面電極を形成する前に、前記第1基板の薄型化された後面内に第1貫通電極を形成することをさらに含むことができる。
前記第1及び第2チップを提供することは、前記モールド膜がキャリヤーとしての役割を提供することがあり得る。
前記第1活性膜は、第1トランジスターを包含でき、前記第2活性膜は、第2トランジスターを包含することができる。
前記第2チップの基板が有する熱膨張係数(CTE)と前記モールド膜が有する熱膨張係数(CTE)とは同じ大きさの程度の範囲にあり得る。
前記第2チップの基板が有する熱膨張係数(CTE)と前記モールド膜が有する熱膨張係数(CTE)との比は1乃至3であり得る。
本発明の一実施形態による半導体パッケージは、第1半導体パッケージと第2半導体パッケージを包含することができる。前記第1半導体パッケージは、第1前面に第1活性膜を有する第1チップと、第2前面に第2活性膜を有し、前記第2活性膜が前記第1活性膜に向かうように前記第1チップ上に積層された第2チップと、前記第1チップと前記第2チップとの間に配置されたモールド膜と、を含み、前記第2半導体パッケージは、第3前面に第3活性膜を有する第3チップと、第4前面に第4活性膜を有し、前記第4活性膜が前記第3活性膜に向かうように前記第3チップ上に積層された第4チップと、を含み、前記第3チップの第3後面が前記第2チップの第2後面に向かうことができる。
前記第1チップは、第1貫通電極をさらに含み、前記第2チップは、第2貫通電極をさらに含み、前記第3チップは、第3貫通電極をさらに含み、前記第4チップは第4貫通電極をさらに包含することができる。
前記第2貫通電極と前記第3貫通電極とを連結する複数個の電極をさらに包含することができる。
前記第1チップは、第1幅を有し、前記第2チップは、前記第1幅に比べて大きい第2幅を有することができる。
前記第4チップは、第4幅を有し、前記第3チップは、前記第4幅に比べて大きい第3幅を有することができる。
前記第2チップの基板が有する熱膨張係数(CTE)と前記モールド膜が有する熱膨張係数(CTE)とは同じ大きさの程度の範囲にあり得る。
前記第2チップの基板が有する熱膨張係数(CTE)と前記モールド膜が有する熱膨張係数(CTE)との比は1乃至3であり得る。
前記第1及び第2活性膜を電気的に連結する第1連結電極をさらに包含することができる。
本発明の一実施形態による半導体パッケージは、第1半導体パッケージと第2半導体パッケージとを包含することができる。前記第1半導体パッケージは、第1前面に第1活性膜を有する第1チップと、第2前面に第2活性膜を有し、前記第1チップ上に積層された第2チップと、前記第1チップと前記第2チップとの間に配置されたモールド膜と、を含み、前記第2半導体パッケージは、第3前面に第3活性膜を有する第3チップと、第4前面に第4活性膜を有し、前記第3チップ上に積層された第4チップと、を含み、前記第3チップの第3後面は、前記第2チップの第2後面に向かい、前記第1チップは、第1幅を有し、前記第2チップは、前記第1幅に比べて大きい第2幅を有することができる。
前記第4チップは、第4幅を有し、前記第3チップは、前記第4幅に比べて大きい第3幅を有することができる。
本発明によると、ウエハーを研磨する場合において必要である、キャリヤーのボンディング及びデボンディング工程を必要としないので、生産性を向上させ、工程費用を減少させることができる効果がある。ウエハーと類似な熱膨張係数を有するモールド層をウエハー上に形成することによって、ウエハーの歪み現象を無くすか、或いは減らすことができるので、工程不良を抑制できる効果がある。さらに、本発明は貫通電極の形成のためのビアファースト、ビアミドル、及びビアラスト工程のうちいずれのスキームとも互換性がある。
本発明の一実施形態による半導体パッケージの製造方法を示した断面図である。 本発明の一実施形態による半導体パッケージの製造方法を示した断面図である。 本発明の一実施形態による半導体パッケージの製造方法を示した断面図である。 本発明の一実施形態による半導体パッケージの製造方法を示した断面図である。 本発明の一実施形態による半導体パッケージの製造方法を示した断面図である。 本発明の一実施形態による半導体パッケージの製造方法を示した断面図である。 本発明の一実施形態による半導体パッケージの製造方法を示した断面図である。 本発明の一実施形態による半導体パッケージの製造方法を示した断面図である。 本発明の一実施形態による半導体パッケージの製造方法を示した断面図である。 本発明の一実施形態による半導体パッケージの製造方法を示した断面図である。 本発明の一実施形態による半導体パッケージの製造方法を示した断面図である。 本発明の一実施形態による半導体パッケージの製造方法を示した断面図である。 本発明の一実施形態による半導体パッケージの製造方法を示した断面図である。 図1Lの変形形態を示した断面図である。 図1Mの変形形態を示した断面図である。 図1Aの平面図である。 本発明の他の実施形態による半導体パッケージの製造方法を示した断面図である。 本発明の他の実施形態による半導体パッケージの製造方法を示した断面図である。 本発明の他の実施形態による半導体パッケージの製造方法を示した断面図である。 本発明の他の実施形態による半導体パッケージの製造方法を示した断面図である。 本発明の他の実施形態による半導体パッケージの製造方法を示した断面図である。 本発明の他の実施形態による半導体パッケージの製造方法を示した断面図である。 本発明の他の実施形態による半導体パッケージの製造方法を示した断面図である。 本発明の他の実施形態による半導体パッケージの製造方法を示した断面図である。 本発明の他の実施形態による半導体パッケージの製造方法を示した断面図である。 本発明のその他の実施形態による半導体パッケージの製造方法を示した断面図である。 本発明のその他の実施形態による半導体パッケージの製造方法を示した断面図である。 本発明のその他の実施形態による半導体パッケージの製造方法を示した断面図である。 本発明のその他の実施形態による半導体パッケージの製造方法を示した断面図である。 本発明のその他の実施形態による半導体パッケージの製造方法を示した断面図である。 本発明の実施形態による半導体パッケージを具備するメモリカードを示したブロック図である。 本発明の実施形態による半導体パッケージを応用した情報処理システムを示したブロック図である。
以下、本発明による半導体パッケージ及びその製造方法を、添付した図面を参照して詳細に説明する。
本発明と従来技術とを比較した長所は添付された図面を参照した詳細な説明と特許請求の範囲とを通じて明確になり得る。特に、本発明は特許請求の範囲で明確に請求される。しかし、本発明は添付された図面と関連して次の詳細な説明を参照することによって最も良く理解されることができる。図面において、同一の参照符号は多様な図面を通じて同一の構成要素を示す。
図1A乃至図1Mは本発明の一実施形態による半導体パッケージの製造方法を示した断面図である。図1Nは図1Lの変形形態を示した断面図であり、図1Oは図1Mの変形形態を示した断面図である。図1Pは図1Aの平面図である。
図1Aを参照すれば、複数個の第1半導体チップ100をチップ−オン−ウエハー(COW)方式で第2半導体チップ200上に積層することができる。例えば、第1半導体チップ100を第2半導体チップ200の第2半導体基板201上に積層して前述のチップ−オン−ウエハー構造を具現することができる。
第1半導体チップ100は前面101aと後面101bとを有する第1半導体基板101、第1半導体基板101の前面101a上に提供された第1集積回路層103、及び第1集積回路層103と電気的に連結され、第1半導体基板101の一部を垂直貫通する1つ或いはその以上の第1貫通電極121を包含することができる。第1半導体基板101はシリコンのような半導体からなされたチップレベルの半導体基板であり得る。第1集積回路層103はメモリ回路、ロジック回路、或いはこれらの組合せを包含することができる。第1貫通電極121はビアファースト(Via First)或いはビアミドル(Via Middle)方式で形成されて第1半導体基板101に提供され得る。
第2半導体チップ200は前面201aと後面201bとを有する第2半導体基板201、第2半導体基板201の前面201a上に提供された第2集積回路層203、及び第2半導体基板201の一部を垂直貫通して第2集積回路層203と電気的に連結された1つ或いはその以上の第2貫通電極221を包含することができる。第2半導体基板201はシリコンのような半導体からなされたウエハーレベルの半導体基板であり得る。第2集積回路層203はメモリ回路、ロジック回路、或いはこれらの組合せを包含することができる。第2貫通電極221はビアファースト(Via First)或いはビアミドル(Via Middle)方式で形成されて第2半導体基板201に提供され得る。
第1半導体チップ100は第2半導体チップ200上にフロント−トゥ−フロント(front−to−front)方式で積層されて第2半導体チップ200と電気的に連結され得る。例えば、第1半導体チップ100は第2半導体チップ200上にフリップチップボンディングされて第1半導体基板101の前面101aと第2半導体基板201の前面201aとが互いに対向し得る。第1半導体チップ100と第2半導体チップ200との間に第1集積回路層103と第2集積回路層203とを電気的に連結する、例えばソルダボール形態の第1連結電極123が提供され得る。他の例として、第1半導体チップ100と第2半導体チップ200との間に第1集積回路層103と第2集積回路層203とを電気的に連結する第1連結電極123が提供されないこともあり得る。
図1Pは図1Aに図示された実施形態の平面を図示する。
図1Bを参照すれば、第2半導体チップ200上に第1モールド膜601を形成し、第2半導体チップ200を薄型化することができる。一例として、第2半導体基板201の前面201a上に第1半導体チップ100を覆う第1モールド膜601を形成し、第2半導体基板201の後面201bを研磨のような機械的な工程によって薄型化することができる。一例によれば、研磨はグラインダによって実施できる。第2半導体基板201の後面201bを薄型化する他の工程が使用され得る。
第1モールド膜601は第2半導体チップ200の後面の研磨のとき、第2半導体基板201が曲がることを抑制できる剛性を与える任意の厚さを有することができる。第1モールド膜601は絶縁体、例えばエポキシ樹脂のような高分子物質を包含することができる。第1モールド膜601は絶縁体或いはポリマー(例:エポキシ樹脂)を包含することができる。第1モールド膜601はシリコンと類似な熱膨張係数(CTE)を有するエポキシピラー複合体を包含することができる。例えば、シリコンが大略3ppm/℃の熱膨張係数(CTE)を有するとするとき、エポキシピラー複合体は約5〜7ppm/℃の熱膨張係数(CTE)を有するように形成され得る。一例によれば、第2半導体チップ200の第2半導体基板201が有する熱膨張係数(CTE)と第1モールド膜601が有する熱膨張係数(CTE)とは同じ大きさの程度の範囲内にあり得る。他の例として、第2半導体チップ200の第2半導体基板201が有する熱膨張係数(CTE)と第1モールド膜601が有する熱膨張係数(CTE)との比は1乃至3であり得る。エポキシピラー複合体はエポキシ樹脂とシリカとが混合された、約80wt%のシリカ含量を有する混合物を包含することができる。第1モールド膜601の熱膨張係数(CTE)が第2半導体基板201の熱膨張係数(CTE)と類似な場合、第2半導体基板201の歪み現象が無くなるか、或いは減少され得る。
第1モールド膜601が第2半導体チップ200を支持する状態で、グラインダ90で第2半導体基板201の後面201bを研磨することによって、第2半導体チップ200が薄型化され得る。前述の第2半導体チップ200の後面研磨によって第2半導体基板201の厚さが縮小されてビアファースト工程で形成された第2貫通電極221を露出させるリセスされた後面201cが表れ得る。第1モールド膜601は後面研磨工程でキャリヤーの役割を果たし得る。したがって、キャリヤーのボンディング及びデボンディング工程をスキップすることができる。キャリヤーは第1及び第2半導体チップ100、200に付着されないことがあり得、したがって後続のキャリヤーデボンディング工程は必要としないことがあり得る。キャリヤーのボンディング及びデボンディング工程がスキップされることによって、少なくとも2つの工程段階が省略されるので、製造費用及び時間を縮小させ得る。
図1Cを参照すれば、第2半導体基板201の後面201c、即ち薄型化された後面上に第2貫通電極221と電気的に連結される、例えばパッド形態の後面電極223を形成することができる。前述の一連の工程を通じて第1モールド膜601でモールディングされた複数個の第1半導体チップ100がウエハーレベルの第2半導体チップ200上にチップ−オン−ウエハー(COW)方式で積層された、2H積層マイクロピラーグリッドアレイ(2 Height Stacked Micro Pillar Grid Array)形態の第1ウエハーレベルパッケージ1が製造され得る。
一例によれば、第1半導体チップ100の(横)幅は第2半導体チップ(図1Aの200)の(横)幅に比べて小さいことがあり得る。
図1Dを参照すれば、複数個の第4半導体チップ400をチップ−オン−ウエハー(COW)方式で第3半導体チップ200上に積層することができる。例えば、第4半導体チップ400を第3半導体チップ300の第3半導体基板301上に積層してチップ−オン−ウエハー構造を具現することができる。
第3半導体チップ100は前面301aと後面301bとを有する第3半導体基板301、第3半導体基板301の前面301a上に提供された第3集積回路層303、及び第3集積回路層303と電気的に連結され、第3半導体基板301の一部を垂直貫通する1つ或いはその以上の第3貫通電極321を包含することができる。第3半導体基板301はシリコンのような半導体からなされたウエハーレベルの半導体基板であり得る。第3集積回路層303はメモリ回路、ロジック回路、或いはこれらの組合せを包含することができる。第3貫通電極321はビアファースト(Via First)或いはビアミドル(Via Middle)方式で形成されて第3半導体基板301に提供され得る。
第4半導体チップ400は前面401aと後面401bとを有する第4半導体基板401、及び第4半導体基板401の前面401a上に提供された第4集積回路層403を包含することができる。第4半導体チップ400は貫通電極を包含しないことがあり得る。第4半導体基板401はシリコンのような半導体からなされたチップレベルの半導体基板であり得る。第4集積回路層403はメモリ回路、ロジック回路、或いはこれらの組合せを包含することができる。
第4半導体チップ400は第3半導体チップ300上にフロント−トゥ−フロント(front−to−front)方式で積層されて第3半導体チップ300と電気的に連結され得る。例えば、第4半導体チップ400は第3半導体チップ300上にフリップチップボンディングされて第3半導体基板301の前面301aと第4半導体基板401の前面401aとが互いに対向し得る。第3半導体チップ300と第4半導体チップ400との間に第3集積回路層303と第4集積回路層403とを電気的に連結する、例えばソルダボール形態の第2連結電極423が提供され得る。
図1Eを参照すれば、第3半導体チップ300上に第2モールド膜602を形成し、第3半導体チップ300を薄型化することができる。一例として、第3半導体基板301の前面301a上に第4半導体チップ400を覆う第2モールド膜602を形成し、第3半導体基板301の後面301bを研磨することができる。
第2モールド膜602は第3半導体チップ300の後面研磨のとき、第3半導体基板301が曲げられることを抑制できる任意の厚さを有することができる。第2モールド膜602は第1モールド膜601と同一であるか、或いは類似な物質を包含することができる。例えば、第2モールド膜602は約5〜7ppm/℃の熱膨張係数(CTE)を有するエポキシピラー複合体を包含することができる。一例によれば、第3半導体チップ300の第3半導体基板301が有する熱膨張係数(CTE)と第2モールド膜602が有する熱膨張係数(CTE)とは同じ大きさの程度の範囲内にあり得る。他の例として、第3半導体チップ300の第3半導体基板301が有する熱膨張係数(CTE)と第2モールド膜602が有する熱膨張係数(CTE)との比は1乃至3であり得る。エポキシピラー複合体はエポキシ樹脂とシリカとが混合された、約80wt%のシリカ含量を有する混合物を包含することができる。第2モールド膜602の熱膨張係数(CTE)が第3半導体基板301の熱膨張係数(CTE)と類似な場合、第3半導体基板301の歪み現象が無くなるか、或いは減少され得る。
第2モールド膜602が第3半導体チップ300を支持する状態で、グラインダ90で第3半導体基板301の後面301bを研磨することによって、第3半導体チップ300が薄型化され得る。前述の第3半導体チップ300の後面研磨によって第3半導体基板301の厚さが縮小されて第3貫通電極321を露出させるリセスされた後面301cが表れ得る。第2モールド膜602は後面研磨工程でキャリヤーの役割を果たすことがあるので、キャリヤーのボンディング及びデボンディング工程をスキップできる。
図1Fを参照すれば、第3半導体基板301の後面301c上に第3貫通電極321と電気的に連結される、例えばソルダボール形態の後面電極323を形成することができる。前述の一連の工程を通じて第2モールド膜602でモールディングされた複数個の第4半導体チップ400がウエハーレベルの第3半導体チップ300上にチップ−オン−ウエハー(COW)方式で積層された、2H積層マイクロピラーグリッドアレイ(2 Height Stacked Micro Pillar Grid Array)形態の第2ウエハーレベルパッケージ2が製造され得る。
図1Gを参照すれば、第2ウエハーレベルパッケージ2を切断することができる。例えば、ブレード95或いはレーザーで隣接する第4半導体チップ400の間の第2モールド膜602と第3半導体チップ300とを分離することができる。
図1Hを参照すれば、前述した切断工程によって第2モールド膜602でモールディングされた第4半導体チップ400がチップレベルに分離された第3半導体チップ300上に積層された、2H積層マイクロピラーグリッドアレイ(2 Height Stacked Micro Pillar Grid Array)形態のチップレベルの積層パッケージ3が製造され得る。
一例によれば、第3半導体チップ300の(横)幅は第4半導体チップ(図1Hの400)の(横)幅に比べて小さいことがあり得る。
図1Iを参照すれば、複数個の積層パッケージ3をチップ−オン−ウエハー(COW)方式で第1ウエハーレベルパッケージ1上に積層し、モールディングすることができる。例えば、第1ウエハーレベルパッケージ1を覆して第2半導体基板201の後面201cが上に向かうようにし、積層パッケージ3を第2半導体基板201の後面201c上に積層し、そして第2半導体基板201の後面201c上に積層パッケージ3をモールディングする第3モールド膜603を形成することができる。したがって、第1ウエハーレベルパッケージ1上に積層パッケージ3が積層されたパッケージスタック4が形成され得る。
第3半導体チップ300が第2半導体チップ200上にバック−トゥ−バック(back−to−back)方式で積層されて第3半導体基板301の後面301cと第2半導体基板201の後面201cとが互いに対向し得る。第3半導体チップ300の後面電極323と第2半導体チップ200の後面電極223とを媒介として第3貫通電極321が第2貫通電極221と連結され、これにしたがって積層パッケージ3が第1ウエハーレベルパッケージ1と電気的に連結され得る。第3モールド膜603は第1モールド膜601及び/又は第2モールド膜602と同一であるか、或いは類似な物質で形成することができる。
図1Jを参照すれば、パッケージスタック4の後面を研磨することができる。例えば、第3モールド膜603が第1ウエハーレベルパッケージ1を支持する状態で、グラインダ90で第1モールド膜601と第1半導体基板101とを研磨して第1半導体チップ100を薄型化することができる。研磨によって第1半導体基板101の厚さが縮小されて第1貫通電極121を露出させる第1半導体基板101のリセスされた後面101cが表れ得る。第1モールド膜601は研磨によって第1半導体基板101の後面101cを露出させる形態に変形され得る。
図1Kを参照すれば、第1半導体チップ100上に外部電極125を形成し、パッケージスタック4を切断することができる。一例として、第1半導体基板101の後面101c上に第1貫通電極121と電気的に連結される、例えばソルダボール形態の外部電極125を形成することができる。外部電極125を形成した後、或いはその前にブレード95或いはレーザーで第3モールド膜603、第2半導体チップ200及び第1モールド膜601を分離することができる。
図1Lを参照すれば、パッケージスタック4の切断によって4H積層マイクロピラーグリッドアレイ(4 Height Stacked Micro Pillar Grid Array)形態の半導体パッケージ5が製造され得る。半導体パッケージ5は切断によってチップレベルに分離された第2半導体チップ200上に積層された積層パッケージ3を包含することができる。
一例として、半導体パッケージ5は第1半導体基板101の前面101aが上に向かい、第1貫通電極121を有する第1半導体チップ100、第1半導体チップ100上にフロント−トゥ−フロント(front−to−front)方式で積層され、第2貫通電極221を有する第2半導体チップ200、第2半導体チップ200上にバック−トゥ−バック(back−to−back)方式で積層され、第3貫通電極321を有する第3半導体チップ300、及び第3半導体チップ300上にフロント−トゥ−フロント(front−to−front)方式で積層された第4半導体チップ400を包含することができる。
第1連結電極123を媒介として第1貫通電極121と第2貫通電極221とが連結されることによって、第1半導体チップ100と第2半導体チップ200とが電気的に連結され得る。同様に、後面電極323を媒介として第2貫通電極221と第3貫通電極321とが連結されることによって第2半導体チップ200と第3半導体チップ300とが電気的に連結され得る。第3半導体チップ300と第4半導体チップ400とは第2連結端子423が第3貫通電極321と連結されることによって互いに電気的に連結され得る。
第1半導体チップ100は第1半導体基板101の後面101cを露出させる第1モールド膜601でモールディングされ得る。第2半導体チップ200は第1モールド膜601と第3モールド膜603とでモールディングされるが、その側面200sが露出され得る。第3半導体チップ300上に第4半導体チップ400が積層され、第2モールド膜602でモールディングされた積層パッケージ3は第3モールド膜603でモールディングされ得る。したがって、第3半導体チップ300は第2モールド膜602及び第3モールド膜603で囲まれてモールディングされ得、第4半導体チップ400は第2モールド膜602及び第3モールド膜603で囲まれて二重モールディングされ得る。他の例として、第3モールド膜603が積層パッケージ3の上面及び下面をモールディングすることによって、積層パッケージ3の側面3sが露出され得る。
第1半導体基板101の後面101cから突出された外部電極125が電気的装置(例:半導体チップ、半導体パッケージ、印刷回路基板、モジュール基板)と連結されることによって、半導体パッケージ5がその電気的装置と電気的に連結され得る。
他の例として、図1Nに示したように、積層マイクロピラーグリッドアレイ(Stacked Micro Pillar Grid Array)形態の半導体パッケージ5cが製造され得る。例えば、第1半導体チップ(100:以下、第1下部半導体チップ)と第2半導体チップ200との間に第1下部半導体チップ100と同一であるか、或いは類似な構造を有する第1上部半導体チップ100aがさらに含まれ、第3半導体チップ300と第4半導体チップ(400:以下、第4上部半導体チップ)との間に第4上部半導体チップ400と同一であるか、或いは類似な構造を有する第4下部半導体チップ400aがさらに含まれた半導体パッケージ5cが製造され得る。
第1上部半導体チップ100aは第1下部半導体チップ100及び第2半導体チップ200と電気的に連結される貫通電極121aと連結電極123aとを有する半導体基板111aを包含することができる。第1上部半導体チップ100aは、図1Cの第1ウエハーレベルパッケージ1を製造するとき、第1下部半導体チップ100が積層される前に、第2半導体チップ200上にチップ−オン−ウエハー(COW)方式で積層され、第1モールド膜601でモールディングされることによって形成され得る。第1上部半導体チップ100aは第1下部半導体チップ100とはバック−トゥ−フロント(back−to−front)構造をなし、第2半導体チップ200とはフロント−トゥ−フロント(front−to−front)構造を成し得る。
第4下部半導体チップ400aは第3半導体チップ300及び第4上部半導体チップ400と電気的に連結される貫通電極421aと連結電極423aとを有する半導体基板411aを包含することができる。第4下部半導体チップ400aは、図1Fの第2ウエハーレベルパッケージ2を製造するとき、第4上部半導体チップ400が積層される前に、第3半導体チップ300上にチップ−オン−ウエハー(COW)方式で積層され、第2モールド膜602でモールディングされることによって形成され得る。第4下部半導体チップ400aは第3半導体チップ300とはバック−トゥ−フロントバック−トゥ−フロント(back−to−front)構造をなし、第4上部半導体チップ400とはフロント−トゥ−フロント(front−to−front)構造を成し得る。
図1Mを参照すれば、半導体パッケージ5をパッケージ基板80上に実装して半導体パッケージ6を製造することができる。一例として、印刷回路基板のようなパッケージ基板80の前面80a上に半導体パッケージ5を実装し、半導体パッケージ5を覆う外部モールド膜83を形成して半導体パッケージ6を製造することができる。パッケージ基板80の後面80bにソルダボール85を付着することができる。半導体パッケージ5は外部電極125を媒介としてパッケージ基板80と電気的に連結され、ソルダボール85を通じて電気的装置(例:半導体チップ、半導体パッケージ、モジュール基板)と電気的に連結され得る。
他の例として、図1Oに示したように、図1Nの半導体パッケージ5cを印刷回路基板のようなパッケージ基板80に実装し、外部モールド膜83を形成して半導体パッケージ6cを製造することができる。
図2A乃至図2Iは本発明の他の実施形態による半導体パッケージの製造方法を示した断面図である。以下は実施形態1と異なる点に対して詳説し、同一な点に対しては概説するか、或いは省略する。
図2Aを参照すれば、複数個の第1半導体チップ100をチップ−オン−ウエハー(COW)方式で第2半導体チップ200の第2半導体基板201の前面201a上にフリップチップボンディングすることができる。第1半導体チップ100は第2半導体チップ200上にフロント−トゥ−フロント(front−to−front)方式で積層され、第1連結電極123を媒介として第2半導体チップ200と電気的に連結され得る。第1半導体チップ100はチップレベルの第1半導体基板101の前面101a上に形成された第1集積回路層103を包含することができる。第2半導体チップ200はウエハーレベルの第2半導体基板201の前面201a上に形成された第2集積回路層203を包含することができる。
図2Bを参照すれば、第2半導体基板201の前面201a上に第1半導体チップ100を覆う第1モールド膜601を形成することができる。その後、第1モールド膜601が第2半導体チップ200を支持する状態でグラインダ90で第2半導体基板201の後面201bを研磨することができる。前述の後面研磨によって第2半導体基板201の厚さが縮小され、リセスされた後面201cが表れ得る。
図2Cを参照すれば、第2半導体基板201を貫通して第2集積回路層203と電気的に連結される第2貫通電極221を形成することができる。例えば、第2半導体基板201の後面201cをドライエッチングするか、或いはドリリングして垂直ホール220を形成し、垂直ホール220をタングステンや銅等のような伝導体で電気鍍金するか、或いは蒸着して第2貫通電極221を形成することができる。
第2半導体基板201の後面201c上に第2貫通電極221と連結されるパッド形態の後面電極223をさらに形成することができる。一例として、第2貫通電極221と後面電極223とを同時に鍍金するか、或いは蒸着して一体化された1つの構造に形成することができる。他の例として、第2貫通電極221を形成した後に別個の工程で後面電極223を形成することができる。
前述の一連の工程を通じてビアラスト(Via Last)工程で形成された第2貫通電極221を有するウエハーレベルの第2半導体チップ200上にチップ−オン−ウエハー(COW)方式で第1半導体チップ100が積層された、2H積層マイクロピラーグリッドアレイ(2 Height Stacked Micro Pillar Grid Array)形態の第1ウエハーレベルパッケージ1aが製造され得る。
図2Dを参照すれば、複数個の第4半導体チップ400をチップ−オン−ウエハー(COW)方式で第3半導体チップ300の第3半導体基板301の前面301a上にフリップチップボンディングすることができる。第4半導体チップ400は第3半導体チップ300上にフロント−トゥ−フロント(front−to−front)方式で積層され、第2連結電極423を媒介として第3半導体チップ300と電気的に連結され得る。第3半導体チップ300はウエハーレベルの第3半導体基板301の前面301a上に形成された第3集積回路層303を包含することができる。第4半導体チップ400はチップレベルの第4半導体基板401の前面401a上に形成された第4集積回路層403を包含することができる。
図2Eを参照すれば、第3半導体基板301の前面301a上に第4半導体チップ400を覆う第2モールド膜602を形成することができる。その後、第2モールド膜602が第3半導体チップ300を支持する状態でグラインダ90で第3半導体基板301の後面301bを研磨することができる。前述の後面研磨によって第3半導体基板301の厚さが縮小され、リセスされた後面301cが表れ得る。
図2Fを参照すれば、第3半導体基板301を貫通して第3集積回路層303と電気的に連結される第3貫通電極321を形成することができる。例えば、第3半導体基板301の後面301cをドライエッチングするか、或いはドリリングして垂直ホール320を形成し、垂直ホール320をタングステンや銅等のような伝導体で電気鍍金するか、或いは蒸着して第3貫通電極321を形成することができる。第3半導体基板301の後面301c上に第3貫通電極321と連結されるソルダボール形態の後面電極323をさらに形成することができる。
前述の一連の工程を通じてビアラスト(Via Last)工程で形成された第3貫通電極321を有するウエハーレベルの第3半導体チップ300上にチップ−オン−ウエハー(COW)方式で第4半導体チップ400が積層された、2H積層マイクロピラーグリッドアレイ(2 Height Stacked Micro Pillar Grid Array)形態の第2ウエハーレベルパッケージ2aが製造され得る。
図2Gを参照すれば、第2ウエハーレベルパッケージ2aを切断して形成された複数個の積層パッケージ3aをチップ−オン−ウエハー(COW)方式で第1ウエハーレベルパッケージ1a上に積層し、モールディングすることができる。例えば、積層パッケージ3aを第2半導体基板201の後面201c上に積層した後、第2半導体基板201の後面201c上に積層パッケージ3aをモールディングする第3モールド膜603を形成することができる。これにしたがって、第1ウエハーレベルパッケージ1a上に積層パッケージ2aが積層されたパッケージスタック4aが形成され得る。
図2Hを参照すれば、第3モールド膜603が第1ウエハーレベルパッケージ1aを支持する状態で、グラインダ90で第1モールド膜601と第1半導体基板101の後面101bとを研磨して第1半導体チップ100を薄型化することができる。前述の後面研磨によって第1半導体基板101の厚さが縮小されて第1貫通電極121を露出させる第1半導体基板101のリセスされた後面101cが表れ得る。
図2Iを参照すれば、ビアラスト(Via Last)工程で第1半導体基板101を貫通して第1集積回路層103と電気的に連結される第1貫通電極121を形成することができる。例えば、第1半導体基板101の後面101cをドライエッチングするか、或いはドリリングして垂直ホール120を形成し、垂直ホール120をタングステンや銅等のような伝導体で電気鍍金するか、或いは蒸着して第1貫通電極121を形成することができる。第1半導体基板101の後面101c上に第1貫通電極121と連結されるソルダボール形態の外部電極125をさらに形成することができる。続いて、パッケージスタック4aを図1Kで説明したものと同一であるか、或いは類似な工程で切断して図1Lの半導体パッケージ5を製造することができる。パッケージスタック4aの切断によって形成された半導体パッケージ5を図1Mにおけるもののようにパッケージ基板80上に実装して半導体パッケージ6を製造することができる。
図3A乃至図3Eは本発明のその他の実施形態による半導体パッケージの製造方法を示した断面図である。以下は実施形態1と異なる点に対して詳説し、同一な点に対しては概説するか、或いは省略する。
図3Aを参照すれば、第2ウエハーレベルパッケージ2を第1ウエハーレベルパッケージ1上に積層し、モールディングしてパッケージスタック4bを形成することができる。例えば、図1A乃至図1Cを参照して説明したものと同一又は類似な工程で2H積層マイクロピラーグリッドアレイ(2 Height Stacked Micro Pillar Grid Array)形態の第1ウエハーレベルパッケージ1を形成し、図1D乃至図1Fを参照して説明したものと同一又は類似な工程で2H積層マイクロピラーグリッドアレイ(2 Height Stacked Micro Pillar Grid Array)形態の第2ウエハーレベルパッケージ2を形成することができる。第1ウエハーレベルパッケージ1の第2半導体基板201の後面201c上にウエハー−オン−ウエハー(WOW)方式で第2ウエハーレベルパッケージ2を積層し、第2半導体基板201の後面101c上に第2ウエハーレベルパッケージ2をモールディングする第3モールド膜603を形成することができる。
図3Bを参照すれば、第3モールド膜603が第1ウエハーレベルパッケージ1を支持する状態でグラインダ90で第1モールド膜601と第1半導体基板101の後面101bとを研磨することができる。研磨によって第1半導体基板101の厚さが縮小されて第1貫通電極121を露出させる第1半導体基板101のリセスされた後面101cが表れ得る。
図3Cを参照すれば、第1半導体基板101の後面101c上に第1貫通電極121と電気的に連結される外部電極125を形成することができる。外部電極125を形成した後に或いはその前にブレード95或いはレーザーでパッケージスタック4bを切断することができる。
図3Dを参照すれば、パッケージスタック4bの切断によって第1半導体チップ100乃至第4半導体チップ400が順次積層された4H積層マイクロピラーグリッドアレイ(4 Height Stacked Micro Pillar Grid Array)半導体パッケージ5bが製造され得る。半導体パッケージ5bにおいて、第2半導体チップ200の側面200sと第3半導体チップ300の側面300sはモールディングされず、露出され得る。それ以外は図1Lの半導体パッケージ5と同一であるか、或いは類似に構成され得る。
図3Eを参照すれば、半導体パッケージ5bを印刷回路基板のようなパッケージ基板80の前面80a上に実装し、外部モールド膜83でモールディングして半導体パッケージ6bを製造することができる。パッケージ基板80の後面80bにソルダボール85を付着して半導体パッケージ6bを他の電気的装置(例:半導体チップ、半導体パッケージ、モジュール基板)に電気的に連結することができる。
図4Aは本発明の実施形態による半導体パッケージを具備するメモリカードを示したブロック図である。図4Bは本発明の実施形態による半導体パッケージを応用した情報処理システムを示したブロック図である。
図4Aを参照すれば、メモリカード1200はホストとメモリ1210との間の諸般のデータ交換を制御するメモリコントローラ1220を包含することができる。SRAM1221は中央処理装置1222の動作メモリとして使用され得る。ホストインターフェイス1223はメモリカード1200と接続されるホストのデータ交換プロトコルを具備することができる。誤謬修正コード1224はメモリ1210から読出されたデータに含まれる誤謬を検出及び訂正することができる。メモリインターフェイス1225はメモリ1210とインターフェイシングする。中央処理装置1222はメモリコントローラ1220のデータを交換するための諸般の制御動作を遂行することができる。メモリ1210は本実施形態の半導体パッケージ5、6、5b、6bのうち少なくともいずれか1つを包含することができる。
図4Bを参照すれば、情報処理システム1300は本実施形態の半導体パッケージ5、6、5b、6bのうち少なくともいずれか1つを具備するメモリシステム1310を包含することができる。情報処理システム1300はモバイル機器やコンピューター等を包含することができる。一例として、情報処理システム1300はシステムバス1360に電気的に連結されたメモリシステム1310、モデム1320、中央処理装置1330、RAM1340、ユーザーインターフェイス1350を包含することができる。メモリシステム1310はメモリ1311とメモリコントローラ1312とを包含でき、図4Aのメモリカード1200と実質的に同様に構成され得る。このようなメモリシステム1310には中央処理装置1330によって処理されたデータ又は外部から入力されたデータが格納され得る。情報処理システム1300はメモリカード、半導体ディスク装置(Solid State Disk)、カメライメージセンサ及びその他の応用チップセットに提供され得る。
以上の発明の詳細な説明は開示された実施状態に本発明を制限しようとする意図ではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で多様な他の組合せ、変更及び環境で使用することができる。添付された請求の範囲は他の実施状態も含むことと理解しなければならない。
1、1a、2 ウエハーレベルパッケージ
3 積層パッケージ
4 パッケージスタック
5 半導体パッケージ
80 パッケージ基板
83 外部モールド膜
85 ソルダボール
90 グラインダ
95 ブレード
100 第1半導体チップ
101 第1半導体基板
111a 半導体基板
120 垂直ホール
121a 貫通電極
123a 連結電極
125 外部電極
601、602、603 モールド膜

Claims (22)

  1. 第1半導体パッケージ上に第2半導体パッケージを積層することを含む半導体パッケージの製造方法において、
    前記第1半導体パッケージを形成する段階が、第1チップ及び第2チップを提供することを含み、
    前記第1及び第2チップを提供することが、
    第1チップの第1基板が有する前面上に第1活性膜を提供し、
    第2チップの第2基板が有する前面上に第2活性膜を提供し、
    前記第1及び第2チップを積層して前記第1チップの第1活性膜が前記第2チップの第2活性膜に対向するようにし、
    前記第1チップ上及び前記第2チップの第2基板が有する前面上にポリマー物質を含むモールド膜を形成して前記半導体パッケージに剛性を提供し、
    前記モールド膜を有する前記第2基板の後面を薄型化し、
    前記第2基板の薄型化された後面上に、前記第2基板内の第2貫通電極と電気的に連結される後面電極を形成することを含み、
    前記第2半導体パッケージを積層することが、
    前記第1半導体パッケージを裏返しにして前記第2チップの薄型化された後面が上に向かうようにし、
    前記裏返した第1半導体パッケージ上に前記第2半導体パッケージを積層して、前記第2半導体パッケージの後面が前記第1半導体パッケージの第2チップの薄型化された後面に向かうようにすることを含み、
    前記第2半導体パッケージが第3チップと前記第3チップ上の第4チップとを含み、前記第3チップの後面が前記第2チップの薄型化された後面に向かい、
    前記第2チップの幅が前記第3チップの幅に比べて大きく、
    前記第4チップの幅が前記第3チップの幅に比べて小さい、半導体パッケージの製造方法。
  2. 前記第2基板の後面を薄型化することが、
    機械的工程を使用して前記後面を薄型化することを含む、請求項1に記載の半導体パッケージの製造方法。
  3. 前記第2基板の後面を薄型化することが、
    前記第2基板内の前記第2貫通電極を露出させることを含み、
    前記第2貫通電極が前記第2活性膜と電気的に連結された、請求項2に記載の半導体パッケージの製造方法。
  4. 前記後面電極を形成する前に、
    前記薄型化された第2基板内に前記第2貫通電極を形成することをさらに含む、請求項1に記載の半導体パッケージの製造方法。
  5. 前記第1チップと前記第2チップとの間に第1連結電極を形成して前記第1活性膜と前記第2活性膜とを電気的に連結することをさらに含む、請求項1に記載の半導体パッケージの製造方法。
  6. 前記第1半導体パッケージ上に前記第2半導体パッケージを積層することが、
    前記第1半導体パッケージを含むウエハーレベルパッケージを調製する段階と、
    前記第2半導体パッケージを含むチップレベルパッケージを調製する段階と、
    前記ウエハーレベルパッケージ上に前記チップレベルパッケージを積層する段階と、を含む、請求項1に記載の半導体パッケージの製造方法。
  7. 前記第1半導体パッケージに含まれた前記第1基板の第1チップの後面を薄型化することをさらに含む、請求項6に記載の半導体パッケージの製造方法。
  8. 前記第1基板の薄型化された後面上に第1後面電極を形成することをさらに含み、
    前記第1後面電極が前記第1基板内の複数個の第1貫通電極と電気的に連結され、前記複数個の第1貫通電極が前記第1活性膜と電気的に連結された、請求項7に記載の半導体パッケージの製造方法。
  9. 前記第1半導体パッケージに含まれた前記第1基板の第1チップの後面を薄型化することが、
    前記第1基板内の複数個の第1貫通電極を露出させることを含む、請求項8に記載の半導体パッケージの製造方法。
  10. 前記第1後面電極を形成する前に、
    前記第1基板の薄型化された後面内に第1貫通電極を形成することをさらに含む、請求項8に記載の半導体パッケージの製造方法。
  11. 前記第1及び第2チップを提供することが、
    前記モールド膜がキャリヤーとしての役割を提供することを包含する、請求項1に記載の半導体パッケージの製造方法。
  12. 前記第1活性膜が第1トランジスターを含み、前記第2活性膜が第2トランジスターを含む、請求項1に記載の半導体パッケージの製造方法。
  13. 前記第2チップの基板が有する熱膨張係数(CTE)と前記モールド膜が有する熱膨張係数(CTE)とが同じ大きさの程度の範囲にある、請求項1に記載の半導体パッケージの製造方法。
  14. 前記第2チップの基板が有する熱膨張係数(CTE)と前記モールド膜が有する熱膨張係数(CTE)との比が1乃至3である、請求項1に記載の半導体パッケージの製造方法。
  15. 第1半導体パッケージと第2半導体パッケージとを含み、
    前記第1半導体パッケージが、
    第1前面に第1活性膜を有する第1チップと、
    第2前面に第2活性膜を有し、前記第2活性膜が前記第1活性膜に向かうように前記第1チップ上に積層された第2チップと、
    前記第1チップと前記第2チップとの間に配置されたモールド膜と、を含み、
    前記第2半導体パッケージが、
    第3前面に第3活性膜を有する第3チップと、
    第4前面に第4活性膜を有し、前記第4活性膜が前記第3活性膜に向かうように前記第3チップ上に積層された第4チップと、を含み、
    前記第3チップの第3後面が前記第2チップの第2後面に向かい、
    前記第2チップの幅が前記第3チップの幅に比べて大きく、
    前記第4チップの幅が前記第3チップの幅に比べて小さい、半導体パッケージ。
  16. 前記第1チップが第1貫通電極をさらに含み、
    前記第2チップが第2貫通電極をさらに含み、
    前記第3チップが第3貫通電極をさらに含み、
    前記第4チップが第4貫通電極をさらに含む、請求項15に記載の半導体パッケージ。
  17. 前記第2貫通電極と前記第3貫通電極とを連結する複数個の電極をさらに含む、請求項16に記載の半導体パッケージ。
  18. 前記第2チップの幅が前記第1チップの幅に比べて大きい、請求項17に記載の半導体パッケージ。
  19. 前記第2チップの基板が有する熱膨張係数(CTE)と前記モールド膜が有する熱膨張係数(CTE)とが同じ大きさの程度の範囲にある、請求項15に記載の半導体パッケージ。
  20. 前記第2チップの基板が有する熱膨張係数(CTE)と前記モールド膜が有する熱膨張係数(CTE)との比が1乃至3である、請求項15に記載の半導体パッケージ。
  21. 前記第1及び第2活性膜を電気的に連結する第1連結電極をさらに含む、請求項15に記載の半導体パッケージ。
  22. 第1半導体パッケージと第2半導体パッケージとを含み、
    前記第1半導体パッケージが、
    第1前面に第1活性膜を有する第1チップと、
    第2前面に第2活性膜を有し、前記第1チップ上に積層された第2チップと、
    前記第1チップと前記第2チップとの間に配置されたモールド膜と、を含み、
    前記第2半導体パッケージが、
    第3前面に第3活性膜を有する第3チップと、
    第4前面に第4活性膜を有し、前記第3チップ上に積層された第4チップと、を含み、
    前記第3チップの第3後面が前記第2チップの第2後面に向かい、
    前記第1チップが第1幅を有し、前記第2チップが前記第1幅に比べて大きい第2幅を有し、
    前記第3チップが前記第2幅に比べて小さい第3幅を有し、
    前記第4チップが前記第3幅に比べて小さい第4幅を有する、半導体パッケージ。
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