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JP2004281980A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

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JP2004281980A
JP2004281980A JP2003075052A JP2003075052A JP2004281980A JP 2004281980 A JP2004281980 A JP 2004281980A JP 2003075052 A JP2003075052 A JP 2003075052A JP 2003075052 A JP2003075052 A JP 2003075052A JP 2004281980 A JP2004281980 A JP 2004281980A
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JP
Japan
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semiconductor chip
conductive post
semiconductor
pad
electrode
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JP2003075052A
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Japanese (ja)
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Yukio Morozumi
幸男 両角
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
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    • H01L2224/10Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/15Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
    • H01L2224/16Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
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  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Abstract

【課題】積層した半導体チップの相互間を接続するための貫通電極を深い孔に埋め込む必要のない半導体装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る半導体装置は、インターポーザ基板1の表面に形成された配線パターン2と裏面に形成された実装用外部端子3と、第1の半導体チップ6に形成された第1の電極取り出し用パッド7と、このパッド上に形成され、配線パターン2に接続された第1の金属ポスト8と、第1の半導体チップの裏面に形成され、第1の金属ポスト8に対向する位置に形成されたホール6aと、第2の半導体チップ9に形成された第2の電極取り出し用パッド7と、このパッド上に形成され、第2の半導体チップ表面から露出し且つホール内に挿入され、第1の電極取り出し用パッドに接続された第2の金属ポスト8と、前記基板1の表面上、第1及び第2の半導体チップが封止された樹脂11と、を具備する。
【選択図】 図1
The present invention provides a semiconductor device which does not need to bury a through electrode for connecting stacked semiconductor chips in a deep hole, and a method of manufacturing the same.
A semiconductor device according to the present invention includes a wiring pattern formed on a front surface of an interposer substrate, mounting external terminals formed on a back surface, and a first semiconductor chip formed on a first semiconductor chip. An electrode extraction pad 7, a first metal post 8 formed on this pad and connected to the wiring pattern 2, and a position formed on the back surface of the first semiconductor chip and opposed to the first metal post 8 And a second electrode extraction pad 7 formed in the second semiconductor chip 9, and formed on this pad, exposed from the surface of the second semiconductor chip and inserted into the hole. A second metal post 8 connected to the first electrode extraction pad, and a resin 11 on the surface of the substrate 1 in which the first and second semiconductor chips are sealed.
[Selection diagram] Fig. 1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置及びその製造方法に係わり、特に、CSP(Chip Size Package)レベルに小型化された半導体装置及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、携帯電話や情報端末機器類の小型化に伴い、プリント回路基板等への搭載部品の小型、軽量化が要求され、LSI等の半導体装置も、チップ積層構造でCSPレベルの高密度実装が要求される。従来、例えば、特開平11−204720号公報には、図8に示すような実装用外部端子53を有する絶縁基板55上に、ダイシングされた第1及び第2の半導体チップ51,52の素子形成面を上側にして絶縁性接着層57,59で重ね合わせ、各々の電極パッドからAu,Al等のワイヤー54を用いて前記絶縁基板55上の配線部58に接続させた後、樹脂56で封止するスタックドレベルのCSP型半導体装置が開示されている。
【0003】
しかし、上述した半導体装置では、ワイヤーを用いているため、ワイヤーの膨らみなどから半導体チップの多層化による高密度化が困難であり、ワイヤーボンディング装置の能力からワイヤーピッチの制限、又空間でのワイヤー形状コントロールが困難で、パッケージの薄型化も困難であり、大型LSIの多ピンパッケージには不向きであり、コストも高いという問題がある。
【0004】
そこで最近は、電極貫通型の3次元スタックCSP型半導体装置が提案されている。この半導体装置は次のように製造される。半導体チップの表面からシリコン基板まで到達する垂直な細くて深い孔(深さ70〜100μm/太さ約30μm)をエッチングにより形成し、この深い孔内に絶縁層、メタル密着層、シード層、更にメッキによるCu層等を埋め込むことで該深い孔内に貫通電極を形成し、更に裏面から研削又はエッチングにより前記貫通電極の頭出しを行うことにより半導体チップが作製される。このようにして作製された半導体チップを3次元に積層し、この積層した半導体チップの相互間を貫通電極で接続することにより、各々の半導体チップの導通をとる。そして、これら積層した半導体チップをインターポーザ基板上に配置し、インターポーザ基板の上面と共に樹脂により封止することで、電極貫通型の3次元スタックCSP型半導体装置が製造される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような半導体装置では、半導体チップ表面からシリコン基板まで到達する垂直な細くて深い孔を形成し、この深い孔の底面及び内側面にメタル密着層、シード層を成膜する際、深い孔が非常に深いものであるため、Cu層の埋め込みに必要な成膜の付きまわりを確保することが困難である。そして、メタル密着層及びシード層が十分に付きまわらないと、貫通電極の断線を引き起こす原因となる。このように貫通電極の形成には技術的な課題があるため、歩留まりや信頼性が低く、コスト的に不具合が多く、安定供給が困難であるという問題がある。
【0006】
本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、積層した半導体チップの相互間を接続するための貫通電極を深い孔に埋め込む必要のない半導体装置及びその製造方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る半導体装置は、基板の表面上にフェイスダウンで第1の半導体チップが配置され、第1の半導体チップの裏面上にフェイスダウンで第2の半導体チップが配置された半導体装置であって、
前記基板の表面に形成された配線パターンと、
前記基板の裏面に形成され、前記配線パターンに電気的に接続された実装用外部端子と、
前記第1の半導体チップに形成された第1の電極取り出し用パッドと、
前記第1の電極取り出し用パッド上に形成され、前記第1の半導体チップ表面から露出し且つ前記配線パターンに接続された第1の導電ポストと、
前記第1の半導体チップの裏面に形成され、前記第1の導電ポストに対向する位置に形成され、前記第1の電極取り出し用パッド下に形成されたホールと、
前記第2の半導体チップに形成された第2の電極取り出し用パッドと、
前記第2の電極取り出し用パッド上に形成され、前記第2の半導体チップ表面から露出し且つ前記ホール内に挿入され、前記第1の電極取り出し用パッドに接続された第2の導電ポストと、
前記基板の表面上、第1及び第2の半導体チップが封止された樹脂と、
を具備する。
【0008】
上記半導体装置によれば、第1及び第2の半導体チップにおいて表面に導電ポストを配置し、第1の半導体チップ裏面の導電ポストに対向する位置にホールを設け、このホールによって電極取り出し用パッドを露出させる。これにより、第1の半導体チップのホール内の電極取り出し用パッドに第2の半導体チップの導電ポストを挿入し、この導電ポストをホール内の電極取り出し用パッドに直接接続させることができる。従って、第1及び第2の半導体チップの相互間の導通をとりながら各々の半導体チップを同じ方向に重ね合わせた積層3次元CSPを形成することができる。よって、従来の半導体装置のように積層した半導体チップの相互間を接続するための貫通電極を深い孔に埋め込む必要がないので、深い孔の底面及び内側面にメタル密着層、シード層が十分に付きまわらないことによる貫通電極の断線という問題が発生することがない。
【0009】
本発明に係る半導体装置は、第1の半導体チップの裏面上にフェイスダウンで第2の半導体チップが配置された半導体装置であって、
前記第1の半導体チップに形成された第1の電極取り出し用パッドと、
前記第1の電極取り出し用パッド上に形成され、前記第1の半導体チップ表面から露出した第1の導電ポストと、
前記第1の導電ポスト上に形成された実装用外部端子と、
前記第1の半導体チップの裏面に形成され、前記第1の導電ポストに対向する位置に形成され、前記第1の電極取り出し用パッド下に形成されたホールと、
前記第2の半導体チップに形成された第2の電極取り出し用パッドと、
前記第2の電極取り出し用パッド上に形成され、前記第2の半導体チップ表面から露出し且つ前記ホール内に挿入され、前記第1の電極取り出し用パッドに接続された第2の導電ポストと、
を具備する。
【0010】
上記半導体装置によれば、従来の半導体装置のように積層した半導体チップの相互間を接続するための貫通電極を深い孔に埋め込む必要がない。また、第1の半導体チップの導電ポスト上に実装用外部端子を形成しているため、インターポーザ基板を用いることなく、半導体装置を直接回路基板等に搭載することができる。
【0011】
本発明に係る半導体装置は、第1の半導体チップの裏面上にフェイスダウンで第2の半導体チップが配置された半導体装置であって、
前記第1の半導体チップに形成された第1の電極取り出し用パッドと、
前記第1の電極取り出し用パッド上に形成され、前記第1の半導体チップ表面から露出した第1の導電ポストと、
前記第1の導電ポスト上に形成された実装用外部端子と、
前記第1の半導体チップの裏面に形成され、前記第1の導電ポストに対向する位置に形成され、前記第1の電極取り出し用パッド下に形成されたホールと、
前記第2の半導体チップに形成された第2の電極取り出し用パッドと、
前記第2の電極取り出し用パッド上に形成され、前記第2の半導体チップ表面から露出した第2の導電ポストと、
前記第2の導電ポスト上に形成され、前記ホール内に挿入され、前記第1の電極取り出し用パッドに接続された外部端子と、
を具備する。
【0012】
また、本発明に係る半導体装置においては、前記第1及び第2の半導体チップの側面及び第2の半導体チップの裏面を覆う補強材をさらに具備することも可能である。
また、本発明に係る半導体装置においては、前記ホールの内側面に覆われた絶縁膜をさらに具備することも可能である。これにより、第2の導電ポストとホールの内側面とが接触して接触リークが発生するのを防止できる。
【0013】
また、本発明に係る半導体装置においては、前記導電ポストの側面に覆われた絶縁膜をさらに具備することも可能である。これにより、第2の導電ポストとホールの内側面とが接触して接触リークが発生するのを防止できる。
【0014】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、表面に形成された配線パターンと、裏面に形成され、前記配線パターンに電気的に接続された実装用外部端子と、を有する基板と、前記基板の表面上にフェイスダウンで配置された第1の半導体チップと、前記第1の半導体チップの裏面上にフェイスダウンで配置された第2の半導体チップと、を備えた半導体装置の製造方法であって、
第1の半導体チップ領域に第1の電極取り出し用パッドを形成し、前記第1の電極取り出し用パッド上に、前記第1の半導体チップ領域の表面から露出する第1の導電ポストを形成し、前記第1の半導体チップ領域の裏面に、前記第1の導電ポストに対向する位置のホールをエッチング加工又はレーザ加工により形成することにより前記第1の電極取り出し用パッドを露出させて第1の半導体チップを作製する工程と、
第2の半導体チップ領域に第2の電極取り出し用パッドを形成し、前記第2の電極取り出し用パッド上に、前記第2の半導体チップ領域の表面から露出する第2の導電ポストを形成することにより第2の半導体チップを作製する工程と、
前記第2の半導体チップをフェイスダウンで前記第1の半導体チップの裏面上に配置し、前記第2の導電ポストを前記ホール内に挿入し、前記第2の導電ポストを前記第1の電極取り出し用パッドに接続し、前記第1の半導体チップを基板の表面上にフェイスダウンで配置し、前記第1の導電ポストを前記配線パターンに接続する工程と、
前記基板の表面上、第1及び第2の半導体チップを樹脂で封止する工程と、
を具備する。
【0015】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、第1の半導体チップと、前記第1の半導体チップの裏面上にフェイスダウンで配置された第2の半導体チップと、を備えた半導体装置の製造方法であって、
第1の半導体チップ領域に第1の電極取り出し用パッドを形成し、前記第1の電極取り出し用パッド上に、前記第1の半導体チップ領域の表面から露出する第1の導電ポストを形成し、前記第1の半導体チップ領域の裏面に、前記第1の導電ポストに対向する位置のホールをエッチング加工又はレーザ加工により形成し、前記第1の導電ポスト上に外部端子を形成することにより第1の半導体チップを作製する工程と、
第2の半導体チップ領域に第2の電極取り出し用パッドを形成し、前記第2の電極取り出し用パッド上に、前記第2の半導体チップ領域の表面から露出する第2の導電ポストを形成することにより第2の半導体チップを作製する工程と、
前記第2の半導体チップをフェイスダウンで前記第1の半導体チップの裏面上に配置し、前記第2の導電ポストを前記ホール内に挿入し、前記第2の導電ポストを前記第1の電極取り出し用パッドに接続する工程と、
を具備する。
【0016】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、第1の半導体チップと、前記第1の半導体チップの裏面上にフェイスダウンで配置された第2の半導体チップと、を備えた半導体装置の製造方法であって、
第1の半導体チップ領域に第1の電極取り出し用パッドを形成し、前記第1の電極取り出し用パッド上に、前記第1の半導体チップ領域の表面から露出する第1の導電ポストを形成し、前記第1の半導体チップ領域の裏面に、前記第1の導電ポストに対向する位置のホールをエッチング加工又はレーザ加工により形成し、前記第1の導電ポスト上に実装用外部端子を形成することにより第1の半導体チップを作製する工程と、
第2の半導体チップ領域に第2の電極取り出し用パッドを形成し、前記第2の電極取り出し用パッド上に、前記第2の半導体チップ領域の表面から露出する第2の導電ポストを形成し、前記第2の導電ポスト上に外部端子を形成することにより第2の半導体チップを作製する工程と、
前記第2の半導体チップをフェイスダウンで前記第1の半導体チップの裏面上に配置し、前記外部端子を前記ホール内に挿入し、前記外部端子を前記第1の電極取り出し用パッドに接続する工程と、
を具備する。
【0017】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法において、前記エッチング加工は、前記第1の半導体チップの裏面にマスクパターンを形成し、前記マスクパターンをマスクとして第1の半導体チップの単結晶Si部分を、アルカリ系水溶液を用いてウエットエッチングし、第1の半導体チップの絶縁膜部分をドライエッチングすることにより前記ホールを形成するものであることが好ましい。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図1は、本発明に係る第1の実施の形態による半導体装置を概略的に示す断面図である。
この半導体装置はインターポーザ基板1を有しており、このインターポーザ基板1の上面には配線パターン2が形成されている。インターポーザ基板1の下面にはパッド4が形成されており、パッド4の下には実装用外部端子としてのハンダバンプ3が配置されている。ハンダバンプ3はパッド4に接続されており、パッド4は接続部材5を介して配線パターン2に電気的に接続されている。
【0019】
インターポーザ基板1の上面上にはフェイスダウンボンディングにより第1の半導体チップ6が配置されている。第1の半導体チップ6の能動面下(下面)には電極取り出し用パッド7が配置されており、電極取り出し用パッド7の下には外部端子としての金属ポスト(導電ポスト)8が形成されている。この金属ポスト8はインターポーザ基板1の配線パターン2に接続されている。第1の半導体チップ6の裏面(能動面と逆側の面)には金属ポスト8に対向する位置にホール(深い孔)6aが形成されている。ホール6aによって電極取り出し用パッド7が露出している。
【0020】
第1の半導体チップ6の裏面上にはフェイスダウンボンディングにより第2の半導体チップ9が配置されている。第2の半導体チップ9は第1の半導体チップ6と同様に構成されている。即ち、第2の半導体チップ9の能動面下(下面)には電極取り出し用パッド7が配置されており、電極取り出し用パッド7の下には外部端子としての金属ポスト(導電ポスト)8が形成されている。この金属ポスト8は第1の半導体チップ6のホール(深い孔)6aによって露出した電極取り出し用パッド7に接続されている。第2の半導体チップ9の裏面には金属ポスト8に対向する位置にホール6aが形成されている。ホール6aによって電極取り出し用パッド7が露出している。
【0021】
第2の半導体チップ9の裏面上にはフェイスダウンボンディングにより第3の半導体チップ10が配置されている。第3の半導体チップ10は第1の半導体チップ6と同様に構成されている。即ち、第3の半導体チップ10の能動面下(下面)には電極取り出し用パッド7が配置されており、電極取り出し用パッド7の下には外部端子としての金属ポスト(導電ポスト)8が形成されている。この金属ポスト8は第2の半導体チップ9のホール(深い孔)6aによって露出した電極取り出し用パッド7に接続されている。第3の半導体チップ10の裏面には金属ポスト8に対向する位置にホール6aが形成されている。ホール6aによって電極取り出し用パッド7が露出している。インターポーザ基板1の上面上、第1〜第3の半導体チップ6,9,10及び金属ポスト8は封止樹脂11によりモールド成形されている。
【0022】
尚、本実施の形態では、最上層に積層した第3の半導体チップ10にもホール6aを形成しているが、最上層の半導体チップにホールは必ずしも必要なく、ホールを形成しない第3の半導体チップを用いることも可能である。
また、本実施の形態では、金属ポスト8を用いているが、金属以外の導電物からなる導電ポストを用いることも可能である。
【0023】
次に、図1に示す半導体装置を製造する方法について図2及び図3を参照しつつ説明する。図2は、図1に示す第1の半導体チップの金属ポスト及び電極取り出し用パッドの付近を部分的に拡大した断面図である。図3は、図2の次の工程を示す断面図である。
まず、図2に示すように、半導体基板(半導体ウエーハ)12を準備する。この半導体基板12の内部には、MOSトランジスタ等の半導体素子、これと電気的に接続された各種金属配線、層間絶縁膜などが形成されている。
【0024】
次いで、前記半導体基板12の上にCVD(Chemical Vapor Deposition)法により例えばシリコン窒化膜からなる第1のエッチングストッパー膜13を形成する。次いで、第1のエッチングストッパー膜13上にCVD法によりシリコン酸化膜からなる第1の層間絶縁膜14を堆積し、第1の層間絶縁膜14上にCVD法によりシリコン窒化膜からなる第2のエッチングストッパー膜15を形成する。この後、第2のエッチングストッパー膜15の上にシリコン酸化膜からなる第2の層間絶縁膜16を堆積する。次に、第2の層間絶縁膜16上にフォトレジスト膜(図示せず)を塗布し、このフォトレジスト膜を露光、現像することにより、第2の層間絶縁膜16上には接続孔用の開孔部を有するレジストパターンが形成される。
【0025】
次に、前記レジストパターンをマスクとして第2の層間絶縁膜16、第2のエッチングストッパー膜15及び第1の層間絶縁膜14をエッチングする。これにより、第1、第2の層間絶縁膜14,16及びエッチングストッパー膜15にはビアホール(接続孔)14aが形成される。
【0026】
この後、前記レジストパターンを剥離した後、第2の層間絶縁膜16上にフォトレジスト膜(図示せず)を塗布し、このフォトレジスト膜を露光、現像する。これにより、第2の層間絶縁膜16上には配線用溝を形成するための開孔部を有するレジストパターンが設けられる。次に、このレジストパターンをマスクとし且つ第1及び第2のエッチングストッパー膜13,15をストッパーとして第2の層間絶縁膜16をエッチングする。これにより、第2の層間絶縁膜16には配線用溝16aが形成され、配線用溝16aはビアホール14aに繋げられる。
【0027】
次に、前記レジストパターンをマスクとして第1及び第2のエッチングストッパー膜13,15をエッチングした後、前記レジストパターンを剥離する。
この後、ビアホール14a内、配線用溝16a内及び第2の層間絶縁膜16上にTaN、TiW又はTiNからなる密着層(バリア層)17をスパッタリングにより形成する。次いで、この密着層17上に電解メッキ用のCuシード層(図示せず)をスパッタリングにより形成する。次いで、このCuシード層上、配線用溝16a内及び接続孔14a内に電解メッキ法によりCu層を形成する。
【0028】
この後、第2の層間絶縁膜16上に存在するCu層、Cuシード層及び密着層17をCMP(chemical mechanical polishing)法により研磨除去する。これにより、第1の層間絶縁膜14のビアホール14a内及び第2の層間絶縁膜16の配線用溝16a内にCu層が埋め込まれ、配線用溝16a内にはCu配線18が形成される。Cu配線18は、ビアホール14a内に埋め込まれたCu層を介して図示せぬ下層配線に電気的に接続される。
【0029】
次に、Cu配線18を含む全面上にシリコン窒化膜からなる第3の層間絶縁膜19をプラズマCVD法により形成する。次いで、第3の層間絶縁膜19の上にシリコン酸化膜からなる第4の層間絶縁膜20をCVD法により形成する。次いで、第4の層間絶縁膜20の上にフォトレジスト膜(図示せず)を塗布し、このフォトレジスト膜を露光、現像することにより、第4の層間絶縁膜20上にはレジストパターンが形成される。
【0030】
この後、このレジストパターンをマスクとして第4の層間絶縁膜20及び第3の層間絶縁膜19をエッチングすることにより、第3の層間絶縁膜19にはビアホール(接続孔)19aが形成される。次に、前記レジストパターンを剥離した後、第4の層間絶縁膜20上にフォトレジスト膜(図示せず)を塗布し、このフォトレジスト膜を露光、現像する。これにより、第4の層間絶縁膜20上にはパッド用溝を形成するための開孔部を有するレジストパターンが設けられる。次に、このレジストパターンをマスクとし且つ第3の層間絶縁膜19をエッチングストッパーとして第4の層間絶縁膜20をエッチングする。これにより、第4の層間絶縁膜20にはパッド用溝20aが形成され、パッド用溝20aはビアホール19aに繋げられる。
【0031】
次いで、前記レジストパターンを剥離した後、ビアホール19a内、パッド用溝20a内及び第4の層間絶縁膜20上に高融点金属からなる密着層21をスパッタリングにより形成する。次いで、この密着層21の上にCuシード層(図示せず)をスパッタリングにより形成する。次いで、Cuシード層の上にCu層をメッキ法により成膜する。次いで、第4の層間絶縁膜20上に存在するCu層及び密着層21をCMPで研磨除去することにより、パッド用溝20a内には電極取り出し用パッド7が埋め込まれ、この電極取り出し用パッド7はビアホール19a内に埋め込まれたCu層によりCu配線18に電気的に接続される。
【0032】
次に、電極取り出し用パッド7を含む全面上にシリコン窒化膜からなるパッシベーション膜22をCVD法により形成する。次いで、パッシベーション膜22の上にフォトレジスト膜(図示せず)を塗布し、このフォトレジスト膜を露光、現像することにより、パッシベーション膜22上にはレジストパターンが形成される。次いで、このレジストパターンをマスクとしてパッシベーション膜22をエッチングすることにより、パッシベーション膜22には電極取り出し用パッド7上に位置する開孔部が形成される。
【0033】
次いで、開孔部内及びパッシベーション膜22上にTi、Ta、W等の高融点金属、その合金もしくはその窒化膜からなる密着層23をスパッタリングにより形成する。次いで、この密着層23の上に続けてCuシード層24をスパッタリングする。
【0034】
この後、Cuシード層24及び密着層23の上にフォトレジスト膜(図示せず)を塗布、もしくはフォトフィルム(図示せず)を貼り、これらを露光、現像することにより、Cuシード層24上にはポスト領域が開孔されたレジストパターンが形成される。次いで、このレジストパターンをマスクとして開孔内のCuシード層24上にCu層を選択メッキ法により形成する。これにより、Cuシード層上にはCu層からなる金属ポスト8が形成される。尚、Cuメッキ膜からなる金属ポストは厚みや寸法の制御が比較的に容易である。次いで、金属ポスト8上にメッキ法によりNi又はAuなどからなる異種金属キャップ25を形成する。次に、レジストパターンを剥離した後、金属ポスト8及びCuシード層24をマスクとして密着層23をエッチングする。
【0035】
次に、金属ポスト8を含む全表面を保護テープ(図示せず)で覆い、半導体ウエーハ12の裏面を研削して該ウエーハを所定の厚みにする。次いで、半導体ウエーハ12の裏面上に感光性のポリイミド膜26を塗布し、このポリイミド膜26を露光、現像することにより、ウエーハ12の裏面側の金属ポスト8に対向する位置に開孔部を有するポリイミドパターン26が形成される。
【0036】
次いで、このポリイミドパターン26をマスクとして単結晶Si部分をアルカリ系水溶液(例えばKOH)によりウエットエッチング又はClガス、HBrガス、SFガス又はこれらの混合ガスを用いてドライエッチングし、層間絶縁膜の部分をCFガス、CHFガス、SFガスによりドライエッチングする。これにより、ウエーハ12の裏面には深い孔6aが形成され、この深い孔6aによって電極取り出し用パッド7下の密着層21が露出される。このようにしてウエーハレベルでチップ表面に金属ポスト8を形成し、チップ裏面に深い孔6aを形成した後、電気特性をチェックする。この後、ウエーハをダイシング工程でチップ毎に分割する。
【0037】
上述したように単結晶Si部分をウエットエッチングするとテーパー状のホールが形成されるので、金属ポストの配置マージンを増やすことができ、Siと金属ポストのショーとを防ぐことができる。また、層間絶縁膜の部分をドライエッチングするとサイドエッチングや凹凸の発生を抑制でき、電極取り出し用パッドの金属の腐食も抑制できる。従って、歩留まりを向上させることができる。
【0038】
尚、本実施の形態では、深い孔6aを形成する際、エッチングマスクとしてポリイミド膜26を用いているが、これに限定されるものではなく、他のエッチングマスク、例えば両面アライナーを用いた厚いフォトシートをマスクとして用いても良いし、酸化膜などのハードマスクを用いても良いし、他の加工方法、例えばレーザを用いて深い孔を形成しても良い。但し、酸化膜などのハードマスクを用いる場合、このハードマスクをパターニングするためのフォトリソグラフィ工程及びエッチング工程の分だけ工程数が多くなる。また、レーザを用いて深い孔を形成する場合はマスクレスで加工することが可能である。
【0039】
この後、分割された良品チップを重ねて積み上げる。つまり、図1に示すように、第1〜第3の半導体チップ6,9,10を重ね、第1の半導体チップ6のホール6a内に第2の半導体チップ9の金属ポスト8を挿入し、この金属ポスト8を第1の半導体チップの電極取り出し用パッド7に接続し、第2の半導体チップ9のホール6a内に第3の半導体チップ10の金属ポスト8を挿入し、この金属ポスト8を第2の半導体チップの電極取り出し用パッド7に接続する。電極取り出し用パッド7と金属ポスト8とを接続した状態は図3に示すようなものとなる。尚、半導体チップ6、9、10間に絶縁接着剤や接着シート(図示せず)を配置すれば、チップ間のストレス緩衝、補強もしくは水分の侵入を防ぎ信頼性向上も図る事が出来る。
【0040】
次いで、インターポーザ基板1を準備し、第1の半導体チップ6の金属ポスト8をインターポーザ基板1の配線パターン2に接続する。次いで、第1〜第3の半導体チップ及びインターポーザ基板1の上面を封止樹脂11によりモールド成形する。次いで、インターポーザ基板1の下面のパッド4にハンダバンプ3を取り付ける。このようにして半導体装置が形成される。
【0041】
上記第1の実施の形態によれば、第1及び第2の半導体チップ6,9において表面に外部端子として金属ポスト8を配置し、裏面の金属ポスト8に対向する位置に深い孔6aを設け、この深い孔6aによって電極取り出し用パッド7を露出させる。これにより、第1の半導体チップ6の深い孔6a内の電極取り出し用パッド7に第2の半導体チップ9の金属ポスト8を直接接続させることができ、第2の半導体チップ9の深い孔6a内の電極取り出し用パッド7に第3の半導体チップ10の金属ポスト8を直接接続させることができる。つまり、半導体チップの裏面から電極取り出し用パッド7まで到達する深い孔6aを形成し、他の半導体チップ表面の金属ポスト8を電極取り出し用パッド7に接触させるように積み上げることができる。従って、第1〜第3の半導体チップの相互間の導通をとりながら各々の半導体チップを同じ方向に重ね合わせた積層3次元CSPを形成することができる。よって、本実施の形態では、従来の半導体装置のように積層した半導体チップの相互間を接続するための貫通電極を深い孔に埋め込む必要がないので、深い孔の底面及び内側面にメタル密着層、シード層が十分に付きまわらないことによる貫通電極の断線という問題が発生することがない。
【0042】
また、貫通電極を深い孔に埋め込む必要がないため、モールドや組み立て工程の熱処理で、Cuが拡散し半導体素子の劣化や端子間のリークを起こす様なこともない。
【0043】
尚、上記第1の実施の形態では、第1〜第3の半導体チップ6,9,10に金属ポストをメッキ膜により形成しているが、これに限定されるものではなく、第1〜第3の半導体チップに金属ポストをハンダボールにより形成することも可能である。
また、本実施の形態では、インターポーザ基板1の上に3つの半導体チップを積層した半導体装置としているが、インターポーザ基板の上に2つ又は4つ以上の半導体チップを積層した半導体装置とすることも可能である。
【0044】
図4は、図2の金属ポスト、電極取り出し用パッド及びホールの部分の変形例を示す断面図であり、図2と同一部分には同一符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。
図2に示すようにホール6aを形成した後、ポリイミドパターンを除去し、半導体ウエーハ12の裏面上に感光性のポリイミド膜27を塗布し、このポリイミド膜27を露光、現像することにより、ホール6a内の電極取り出し用パッド7下に開孔部を形成し、この開孔部によって電極取り出し用パッド7を露出させ、金属ポストとの接触領域を確保する。次いで、ポリイミド膜を200〜300℃の温度で熱処理する。
【0045】
上記変形例によれば、ホール6aの内側面をポリイミド膜で覆っているため、ホール6a内に金属ポストを挿入し、この金属ポストと電極取り出し用パッド7を接続する際、金属ポストが位置ずれしてホール6aの内側面に金属ポストが接触しても、接触リークが発生することを防止できる。従って、半導体チップをフェイスダウンで積層して組み立てる際のマージンを増加させることができる。このため、歩留まりや信頼性を向上させることができる。
【0046】
尚、上記変形例では、ホール6aの内側面をポリイミド膜で覆っているが、ホールの内側面を他の絶縁膜を覆うことも可能であり、例えば、CVD法により形成したシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜でホールの内側面を覆うことも可能である。
【0047】
また、上記変形例では、金属ポストとホールの内側面との接触リークの発生を防止するためにホールの内側面を絶縁膜で覆っているが、ホールの内側面は絶縁膜で覆うことなく、金属ポストの側面を絶縁膜(例えば樹脂、ポリイミド、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜など)で覆うことにより、接触リークの発生を防止することも可能である。
【0048】
図5は、本発明に係る第2の実施の形態による半導体装置を概略的に示す断面図である。
この半導体装置は第1の半導体チップ28を有しており、第1の半導体チップ28の能動面側(下面側)には電極取り出し用パッド7が配置されている。電極取り出し用パッド7の下には金属ポスト(導電ポスト)8が形成されている。この金属ポスト8の側面及び第1の半導体チップ28の下面にはエポキシ等の封止樹脂29が形成されており、金属ポスト8の上面は封止樹脂29から露出している。この露出した金属ポスト8の上面上にはハンダボールなどの外部端子30が形成されている。第1の半導体チップ28の裏面(能動面と逆側の面)には金属ポスト8に対向する位置にホール(深い孔)6aが形成されている。ホール6aによって電極取り出し用パッド7が露出している。
【0049】
第1の半導体チップ28の裏面上にはフェイスダウンボンディングにより第2の半導体チップ31が配置されている。第2の半導体チップ31は第1の半導体チップ28と同様に構成されている。即ち、第2の半導体チップ31の能動面側(下面側)には電極取り出し用パッド7が配置されている。電極取り出し用パッド7の下には金属ポスト(導電ポスト)8が形成されている。この金属ポスト8の側面及び第2の半導体チップ31の下面にはエポキシ等の封止樹脂29が形成されており、金属ポスト8の上面は封止樹脂29から露出している。この露出した金属ポスト8の上面上にはハンダボールなどの外部端子30が形成されている。この外部端子30は第1の半導体チップのホール6a内に挿入されており、このホール6a内の電極取り出し用パッド7に前記外部端子30が直接接続されている。第2の半導体チップ31の裏面(能動面と逆側の面)には金属ポスト8に対向する位置にホール(深い孔)6aが形成されている。ホール6aによって電極取り出し用パッド7が露出している。
【0050】
第2の半導体チップ31の裏面上にはフェイスダウンボンディングにより第3の半導体チップ32が配置されている。第3の半導体チップ32は第1の半導体チップ6と同様に構成されている。即ち、第3の半導体チップ32の能動面側(下面側)には電極取り出し用パッド7が配置されている。電極取り出し用パッド7の下には金属ポスト(導電ポスト)8が形成されている。この金属ポスト8の側面及び第3の半導体チップ32の下面にはエポキシ等の封止樹脂29が形成されており、金属ポスト8の上面は封止樹脂29から露出している。この露出した金属ポスト8の上面上にはハンダボールなどの外部端子30が形成されている。この外部端子30は第2の半導体チップのホール6a内に挿入されており、このホール6a内の電極取り出し用パッド7に前記外部端子30が直接接続されている。第3の半導体チップ32の裏面(能動面と逆側の面)には金属ポスト8に対向する位置にホール(深い孔)6aが形成されている。ホール6aによって電極取り出し用パッド7が露出している。
【0051】
尚、本実施の形態では、最上層に積層した第3の半導体チップ32にもホール6aを形成しているが、最上層の半導体チップにホールは必ずしも必要なく、ホールを形成しない第3の半導体チップを用いることも可能である。
また、本実施の形態では、金属ポスト8を用いているが、金属以外の導電物からなる導電ポストを用いることも可能である。
【0052】
次に、図5に示す半導体装置を製造する方法について図6を参照しつつ説明する。図6は、図5に示す第1及び第2の半導体チップの金属ポスト及び電極取り出し用パッドの付近を部分的に拡大した断面図である。
図6に示す半導体基板(半導体ウエーハ)12の上に金属ポスト8を形成し、この金属ポスト8上に異種金属キャップ25を形成する工程までは、図2に示す第1の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
【0053】
次いで、パッシベーション膜44及び金属ポスト8を覆うようにモールド装置によりエポキシ等の封止樹脂46をモールドする。次いで、この封止樹脂46をグラインダー(図示せず)で所望量研削する。ここで、所望量とは、金属ポストの頭部(上部)が露出する程度の研削量である。
【0054】
次に、金属ポスト8を含む全表面を保護テープ(図示せず)で覆い、半導体ウエーハ14の裏面を研削して該ウエーハを所定の厚みにする。次いで、第1の実施の形態と同様の方法で、ウエーハ14の裏面に深い孔6aを形成し、この深い孔6aによって電極取り出し用パッド7下の密着層31が露出される。このようにしてウエーハレベルでチップ表面に金属ポスト8を形成し、チップ裏面に深い孔6aを形成した後、電気特性をチェックする。
【0055】
この後、金属ポスト8の露出部分にフラックス(図示せず)を塗布した後、自動搭載機でハンダボール30を必要な金属ポスト上に搭載する。次いで、金属ポスト及びハンダボール30に170〜200℃程度の熱処理を行う。これにより、図1に示すような金属ポスト19上にはハンダボール30が融着される。
【0056】
尚、ハンダボール30は、径150〜300μmでPb/Sn60〜70wt%の材料からなるBGA(Ball Grid Array)用のものを使用することが好ましい。また、ハンダボールの大きさは用途に応じて適宜選択可能である。ハンダ組成はAg/Sn系やCuやBiを含むPbレス材料を用いることも可能である。
【0057】
この後、スクライブラインに沿ってダイシングソーやレーザを用いて樹脂29及び半導体ウエーハを切断することにより、第1の半導体チップ28を作製することができる。
次に、分割された良品チップである第1〜第3の半導体チップを重ねて積み上げる。つまり、図5に示すように、第1〜第3の半導体チップ28,31,32を重ね、第1の半導体チップ28のホール6a内に第2の半導体チップ31の外部端子30を挿入し、この外部端子30を第1の半導体チップの電極取り出し用パッド7に接続し、第2の半導体チップ31のホール6a内に第3の半導体チップ32の外部端子30を挿入し、この外部端子30を第2の半導体チップの電極取り出し用パッド7に接続する。電極取り出し用パッド7と外部端子30とを接続した状態は図6に示すようなものとなる。
【0058】
このようにして77に示す半導体装置を製造し、この半導体装置はそのまま回路基板などに搭載することができる。
尚、上記第2の実施の形態は、次のように変形して実施することも可能である。本実施の形態において、図5に示す第2及び第3の半導体チップ31,32に代えて図1に示す第2及び第3の半導体チップ9,10を用いることも可能である。つまり、第2及び第3の半導体チップ31,32それぞれのハンダボール30を金属ポストに変更して実施することも可能である。
【0059】
また、第1の半導体チップ29の裏面と第2の半導体チップ31の封止樹脂29の表面との間に接着剤を配置し、この接着剤によって第1の半導体チップと第2の半導体チップとを確実に固定することも可能である。また、第2の半導体チップ31の裏面と第3の半導体チップ32の封止樹脂29の表面との間に接着剤を配置し、この接着剤によって第2の半導体チップと第3の半導体チップとを確実に固定することも可能である。これらの接着剤はチップ間の補強の他に、ストレス緩衝、もしくは水分の侵入を防ぎ信頼性向上を図る事も出来る。
【0060】
また、ホール6aの内側面をポリイミド膜、シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜などの絶縁膜で覆うことも可能である。これにより、ホール6a内に外部端子30を挿入し、この外部端子30と電極取り出し用パッド7を接続する際、外部端子が位置ずれしてホール6aの内側面に外部端子が接触しても、接触リークが発生することを防止できる。従って、半導体チップをフェイスダウンで積層して組み立てる際のマージンを増加させることができる。このため、歩留まりや信頼性を向上させることができる。
【0061】
上記第2の実施の形態においても第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
また、本実施の形態では、第1の半導体チップ29の金属ポスト8にハンダボール等の外部端子30を形成し、インターポーザ基板を用いることなく、半導体装置を直接回路基板等に搭載することができる。従って、第1の実施の形態に比べてより小型化が可能となる。
【0062】
図7は、本発明に係る第3の実施の形態による半導体装置を概略的に示す断面図であり、図5と同一部分には同一符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。
本実施の形態による半導体装置は、図5に示す半導体装置の側面及び裏面をモールド樹脂などの補強材33で覆うことにより、第1〜第3の半導体チップ28,31,32を確実に固定し、補強するものである。
【0063】
上記第3の実施の形態においても第2の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
尚、本発明は上記の実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。例えば、上述した半導体装置はメモリーやロジックなどの種々のLSIに適用することが可能である。また、前記半導体装置を搭載する一例として電子機器のプリント基板が挙げられ、このプリント基板には半導体装置の回路に応じて配線がパターニングされており、この半導体装置は実装工程でプリント基板の必要位置に搭載される。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態による半導体装置を概略的に示す断面図。
【図2】図1に示す第1の半導体チップの一部を拡大した断面図。
【図3】図1に示す第1及び第2の半導体チップの一部を拡大した断面図。
【図4】図2の示す半導体装置の変形例を示す断面図。
【図5】第2の実施の形態による半導体装置を概略的に示す断面図。
【図6】図5に示す第1及び第2の半導体チップの一部を拡大した断面図。
【図7】第3の実施の形態による半導体装置を概略的に示す断面図。
【図8】従来の半導体装置の一例を概略的に示す断面図。
【符号の説明】
1…インターポーザ基板、2…配線パターン、3…ハンダバンプ、4…パッド、5…接続部材、6…第1の半導体チップ、6a…深い孔(ホール)、7…電極取り出し用パッド、8…金属ポスト、9…第2の半導体チップ、10…第3の半導体チップ、11…封止樹脂、12…半導体基板(半導体ウエーハ)、13…第1のエッチングストッパー膜、14…第1の層間絶縁膜、14a…接続孔、15…第2のエッチングストッパー膜、16…第2の層間絶縁膜、16a…配線用溝、17…密着層(バリア層)、18…Cu配線、19…第3の層間絶縁膜、19a…ビアホール(接続孔)、20…第4の層間絶縁膜、20a…パッド用溝、21…密着層(バリア層)、22…パッシベーション膜、23…密着層、24…Cuシード層、25…異種金属キャップ、26…ポリイミドパターン(ポリイミド膜)、27…ポリイミド膜、28…第1の半導体チップ、29…封止樹脂、30…外部端子(ハンダボール)、31…第2の半導体チップ、32…第3の半導体チップ、33…補強材
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a semiconductor device reduced to a CSP (Chip Size Package) level and a method of manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the miniaturization of mobile phones and information terminal devices, the size and weight of components mounted on printed circuit boards and the like have been required to be reduced. Required. Conventionally, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-204720 discloses that element formation of first and second semiconductor chips 51 and 52 diced on an insulating substrate 55 having mounting external terminals 53 as shown in FIG. The electrodes are overlapped with the insulating adhesive layers 57 and 59 with the surface facing upward, and connected from each electrode pad to the wiring portion 58 on the insulating substrate 55 using a wire 54 of Au, Al or the like, and then sealed with a resin 56. A stacked-level CSP type semiconductor device that stops is disclosed.
[0003]
However, in the above-described semiconductor device, since wires are used, it is difficult to increase the density of the semiconductor chip by multi-layering due to swelling of the wires and the like. It is difficult to control the shape, and it is also difficult to reduce the thickness of the package.
[0004]
Therefore, recently, a through-electrode type three-dimensional stacked CSP type semiconductor device has been proposed. This semiconductor device is manufactured as follows. Vertical thin and deep holes (depth 70 to 100 μm / thickness about 30 μm) reaching the silicon substrate from the surface of the semiconductor chip are formed by etching, and an insulating layer, a metal adhesion layer, a seed layer, and a By embedding a Cu layer or the like by plating, a through electrode is formed in the deep hole, and further, the through electrode is caught from the back surface by grinding or etching to manufacture a semiconductor chip. The semiconductor chips manufactured as described above are three-dimensionally stacked, and the semiconductor chips thus stacked are connected to each other by through electrodes, thereby achieving conduction of each semiconductor chip. Then, these stacked semiconductor chips are arranged on an interposer substrate, and sealed with a resin together with the upper surface of the interposer substrate, whereby a three-dimensional stacked CSP type semiconductor device of a through-electrode type is manufactured.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a semiconductor device, a vertical thin and deep hole reaching from the surface of the semiconductor chip to the silicon substrate is formed, and when forming a metal adhesion layer and a seed layer on the bottom surface and the inner side surface of the deep hole, a deep hole is formed. Since the holes are very deep, it is difficult to secure the coverage required for filling the Cu layer. If the metal adhesion layer and the seed layer are not sufficiently adhered, the through electrode may be disconnected. As described above, since there is a technical problem in forming a through electrode, there are problems in that yield and reliability are low, there are many problems in terms of cost, and it is difficult to provide a stable supply.
[0006]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a semiconductor device which does not need to bury a through electrode for connecting stacked semiconductor chips in a deep hole and a method of manufacturing the same. Is to provide.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, in a semiconductor device according to the present invention, a first semiconductor chip is arranged face down on a front surface of a substrate, and a second semiconductor chip is arranged face down on a back surface of the first semiconductor chip. A semiconductor device arranged,
A wiring pattern formed on the surface of the substrate,
Mounting external terminals formed on the back surface of the substrate and electrically connected to the wiring pattern;
A first electrode extraction pad formed on the first semiconductor chip;
A first conductive post formed on the first electrode extraction pad, exposed from the surface of the first semiconductor chip, and connected to the wiring pattern;
A hole formed on a back surface of the first semiconductor chip, formed at a position facing the first conductive post, and formed under the first electrode extraction pad;
A second electrode extraction pad formed on the second semiconductor chip;
A second conductive post formed on the second electrode extraction pad, exposed from the surface of the second semiconductor chip, inserted into the hole, and connected to the first electrode extraction pad;
A resin in which first and second semiconductor chips are sealed on the surface of the substrate;
Is provided.
[0008]
According to the above-described semiconductor device, conductive posts are arranged on the front surfaces of the first and second semiconductor chips, and holes are provided at positions on the back surface of the first semiconductor chip that face the conductive posts. Expose. Thus, the conductive post of the second semiconductor chip can be inserted into the electrode take-out pad in the hole of the first semiconductor chip, and this conductive post can be directly connected to the electrode take-out pad in the hole. Accordingly, it is possible to form a stacked three-dimensional CSP in which the semiconductor chips are stacked in the same direction while maintaining conduction between the first and second semiconductor chips. Therefore, unlike the conventional semiconductor device, it is not necessary to embed a through electrode for connecting the stacked semiconductor chips to each other in the deep hole, so that the metal adhesion layer and the seed layer are sufficiently provided on the bottom surface and the inner side surface of the deep hole. The problem of disconnection of the penetrating electrode due to non-attachment does not occur.
[0009]
A semiconductor device according to the present invention is a semiconductor device in which a second semiconductor chip is arranged face-down on a back surface of a first semiconductor chip,
A first electrode extraction pad formed on the first semiconductor chip;
A first conductive post formed on the first electrode extraction pad and exposed from a surface of the first semiconductor chip;
An external mounting terminal formed on the first conductive post;
A hole formed on a back surface of the first semiconductor chip, formed at a position facing the first conductive post, and formed under the first electrode extraction pad;
A second electrode extraction pad formed on the second semiconductor chip;
A second conductive post formed on the second electrode extraction pad, exposed from the surface of the second semiconductor chip, inserted into the hole, and connected to the first electrode extraction pad;
Is provided.
[0010]
According to the above-described semiconductor device, it is not necessary to embed a through electrode for connecting the stacked semiconductor chips to each other in a deep hole unlike the conventional semiconductor device. Further, since the mounting external terminals are formed on the conductive posts of the first semiconductor chip, the semiconductor device can be directly mounted on a circuit board or the like without using an interposer substrate.
[0011]
A semiconductor device according to the present invention is a semiconductor device in which a second semiconductor chip is arranged face-down on a back surface of a first semiconductor chip,
A first electrode extraction pad formed on the first semiconductor chip;
A first conductive post formed on the first electrode extraction pad and exposed from a surface of the first semiconductor chip;
An external mounting terminal formed on the first conductive post;
A hole formed on a back surface of the first semiconductor chip, formed at a position facing the first conductive post, and formed under the first electrode extraction pad;
A second electrode extraction pad formed on the second semiconductor chip;
A second conductive post formed on the second electrode extraction pad and exposed from a surface of the second semiconductor chip;
An external terminal formed on the second conductive post, inserted into the hole, and connected to the first electrode extraction pad;
Is provided.
[0012]
In addition, the semiconductor device according to the present invention may further include a reinforcing material that covers side surfaces of the first and second semiconductor chips and a back surface of the second semiconductor chip.
Further, in the semiconductor device according to the present invention, it is possible to further include an insulating film covering an inner side surface of the hole. Thereby, it is possible to prevent the contact leak from occurring due to the contact between the second conductive post and the inner side surface of the hole.
[0013]
Further, the semiconductor device according to the present invention may further include an insulating film covered on a side surface of the conductive post. Thereby, it is possible to prevent the contact leak from occurring due to the contact between the second conductive post and the inner side surface of the hole.
[0014]
A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a substrate having a wiring pattern formed on a front surface, and mounting external terminals formed on a back surface and electrically connected to the wiring pattern, and a front surface of the substrate. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a first semiconductor chip arranged face-down above; and a second semiconductor chip arranged face-down on the back surface of the first semiconductor chip,
Forming a first electrode take-out pad in the first semiconductor chip region; forming a first conductive post exposed from the surface of the first semiconductor chip region on the first electrode take-out pad; Forming a hole on the back surface of the first semiconductor chip region at a position facing the first conductive post by etching or laser processing to expose the first electrode extraction pad and thereby form a first semiconductor; A step of manufacturing a chip;
Forming a second electrode take-out pad in the second semiconductor chip region, and forming a second conductive post exposed from the surface of the second semiconductor chip region on the second electrode take-out pad; Producing a second semiconductor chip by
The second semiconductor chip is disposed face-down on the back surface of the first semiconductor chip, the second conductive post is inserted into the hole, and the second conductive post is removed from the first electrode. Connecting the first conductive chip to the wiring pattern, and placing the first semiconductor chip face-down on the surface of the substrate;
Sealing the first and second semiconductor chips with resin on the surface of the substrate;
Is provided.
[0015]
A method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device comprising: a first semiconductor chip; and a second semiconductor chip arranged face-down on a back surface of the first semiconductor chip. So,
Forming a first electrode take-out pad in the first semiconductor chip region; forming a first conductive post exposed from the surface of the first semiconductor chip region on the first electrode take-out pad; A hole is formed on the back surface of the first semiconductor chip region at a position facing the first conductive post by etching or laser processing, and an external terminal is formed on the first conductive post to form a first terminal. Manufacturing a semiconductor chip,
Forming a second electrode take-out pad in the second semiconductor chip region, and forming a second conductive post exposed from the surface of the second semiconductor chip region on the second electrode take-out pad; Producing a second semiconductor chip by
The second semiconductor chip is disposed face-down on the back surface of the first semiconductor chip, the second conductive post is inserted into the hole, and the second conductive post is removed from the first electrode. Connecting to the pad for
Is provided.
[0016]
A method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device comprising: a first semiconductor chip; and a second semiconductor chip arranged face-down on a back surface of the first semiconductor chip. So,
Forming a first electrode take-out pad in the first semiconductor chip region; forming a first conductive post exposed from the surface of the first semiconductor chip region on the first electrode take-out pad; By forming a hole at a position facing the first conductive post on the back surface of the first semiconductor chip region by etching or laser processing, and forming mounting external terminals on the first conductive post. Manufacturing a first semiconductor chip;
Forming a second electrode take-out pad in the second semiconductor chip region, and forming a second conductive post exposed from the surface of the second semiconductor chip region on the second electrode take-out pad; Forming a second semiconductor chip by forming external terminals on the second conductive post;
Disposing the second semiconductor chip face-down on the back surface of the first semiconductor chip, inserting the external terminal into the hole, and connecting the external terminal to the first electrode extraction pad When,
Is provided.
[0017]
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, in the etching, a mask pattern is formed on a back surface of the first semiconductor chip, and a single crystal Si portion of the first semiconductor chip is formed using the mask pattern as a mask. Preferably, the hole is formed by wet etching using an alkaline aqueous solution and dry etching of the insulating film portion of the first semiconductor chip.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a sectional view schematically showing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
This semiconductor device has an interposer substrate 1, and a wiring pattern 2 is formed on an upper surface of the interposer substrate 1. Pads 4 are formed on the lower surface of the interposer substrate 1, and solder bumps 3 as external terminals for mounting are arranged below the pads 4. The solder bump 3 is connected to a pad 4, and the pad 4 is electrically connected to the wiring pattern 2 via a connection member 5.
[0019]
A first semiconductor chip 6 is arranged on the upper surface of the interposer substrate 1 by face-down bonding. Below the active surface (lower surface) of the first semiconductor chip 6, an electrode take-out pad 7 is arranged. Below the electrode take-out pad 7, a metal post (conductive post) 8 as an external terminal is formed. I have. This metal post 8 is connected to the wiring pattern 2 of the interposer substrate 1. Holes (deep holes) 6 a are formed on the back surface (the surface opposite to the active surface) of the first semiconductor chip 6 at a position facing the metal posts 8. The electrode extraction pad 7 is exposed by the hole 6a.
[0020]
A second semiconductor chip 9 is arranged on the back surface of the first semiconductor chip 6 by face-down bonding. The second semiconductor chip 9 is configured similarly to the first semiconductor chip 6. That is, an electrode take-out pad 7 is arranged below the active surface (lower surface) of the second semiconductor chip 9, and a metal post (conductive post) 8 as an external terminal is formed below the electrode take-out pad 7. Have been. The metal post 8 is connected to the electrode extraction pad 7 exposed through the hole (deep hole) 6a of the first semiconductor chip 6. A hole 6 a is formed on the back surface of the second semiconductor chip 9 at a position facing the metal post 8. The electrode extraction pad 7 is exposed by the hole 6a.
[0021]
A third semiconductor chip 10 is arranged on the back surface of the second semiconductor chip 9 by face-down bonding. The third semiconductor chip 10 has the same configuration as the first semiconductor chip 6. That is, an electrode take-out pad 7 is arranged below the active surface (lower surface) of the third semiconductor chip 10, and a metal post (conductive post) 8 as an external terminal is formed below the electrode take-out pad 7. Have been. The metal post 8 is connected to the electrode take-out pad 7 exposed by the hole (deep hole) 6a of the second semiconductor chip 9. A hole 6 a is formed on the back surface of the third semiconductor chip 10 at a position facing the metal post 8. The electrode extraction pad 7 is exposed by the hole 6a. On the upper surface of the interposer substrate 1, the first to third semiconductor chips 6, 9, 10 and the metal posts 8 are molded with a sealing resin 11.
[0022]
In this embodiment, the holes 6a are also formed in the third semiconductor chip 10 stacked on the uppermost layer. However, the holes are not necessarily required in the uppermost semiconductor chip, and the third semiconductor chip having no holes is formed. It is also possible to use chips.
Further, in the present embodiment, the metal post 8 is used, but it is also possible to use a conductive post made of a conductive material other than metal.
[0023]
Next, a method of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a cross-sectional view in which the vicinity of a metal post and an electrode extraction pad of the first semiconductor chip shown in FIG. 1 is partially enlarged. FIG. 3 is a cross-sectional view showing a step subsequent to FIG.
First, as shown in FIG. 2, a semiconductor substrate (semiconductor wafer) 12 is prepared. Inside the semiconductor substrate 12, a semiconductor element such as a MOS transistor, various metal wirings electrically connected to the semiconductor element, an interlayer insulating film, and the like are formed.
[0024]
Next, a first etching stopper film 13 made of, for example, a silicon nitride film is formed on the semiconductor substrate 12 by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method. Next, a first interlayer insulating film 14 made of a silicon oxide film is deposited on the first etching stopper film 13 by CVD, and a second interlayer insulating film 14 made of a silicon nitride film is deposited on the first interlayer insulating film 14 by CVD. An etching stopper film 15 is formed. Thereafter, a second interlayer insulating film 16 made of a silicon oxide film is deposited on the second etching stopper film 15. Next, a photoresist film (not shown) is applied on the second interlayer insulating film 16 and the photoresist film is exposed and developed, so that a connection hole is formed on the second interlayer insulating film 16. A resist pattern having an opening is formed.
[0025]
Next, the second interlayer insulating film 16, the second etching stopper film 15, and the first interlayer insulating film 14 are etched using the resist pattern as a mask. As a result, via holes (connection holes) 14 a are formed in the first and second interlayer insulating films 14 and 16 and the etching stopper film 15.
[0026]
Thereafter, after the resist pattern is stripped, a photoresist film (not shown) is applied on the second interlayer insulating film 16, and the photoresist film is exposed and developed. As a result, a resist pattern having an opening for forming a wiring groove is provided on the second interlayer insulating film 16. Next, the second interlayer insulating film 16 is etched using the resist pattern as a mask and the first and second etching stopper films 13 and 15 as stoppers. As a result, a wiring groove 16a is formed in the second interlayer insulating film 16, and the wiring groove 16a is connected to the via hole 14a.
[0027]
Next, after the first and second etching stopper films 13 and 15 are etched using the resist pattern as a mask, the resist pattern is removed.
Thereafter, an adhesion layer (barrier layer) 17 made of TaN, TiW or TiN is formed by sputtering in the via hole 14a, the wiring groove 16a and the second interlayer insulating film 16. Next, a Cu seed layer (not shown) for electrolytic plating is formed on the adhesion layer 17 by sputtering. Next, a Cu layer is formed on the Cu seed layer in the wiring groove 16a and the connection hole 14a by an electrolytic plating method.
[0028]
Thereafter, the Cu layer, the Cu seed layer, and the adhesion layer 17 existing on the second interlayer insulating film 16 are polished and removed by a CMP (chemical mechanical polishing) method. As a result, the Cu layer is buried in the via hole 14a of the first interlayer insulating film 14 and the wiring groove 16a of the second interlayer insulating film 16, and the Cu wiring 18 is formed in the wiring groove 16a. The Cu wiring 18 is electrically connected to a lower wiring (not shown) via a Cu layer embedded in the via hole 14a.
[0029]
Next, a third interlayer insulating film 19 made of a silicon nitride film is formed on the entire surface including the Cu wiring 18 by a plasma CVD method. Next, a fourth interlayer insulating film 20 made of a silicon oxide film is formed on the third interlayer insulating film 19 by a CVD method. Next, a photoresist film (not shown) is applied on the fourth interlayer insulating film 20, and the photoresist film is exposed and developed to form a resist pattern on the fourth interlayer insulating film 20. Is done.
[0030]
Thereafter, the fourth interlayer insulating film 20 and the third interlayer insulating film 19 are etched using the resist pattern as a mask, so that a via hole (connection hole) 19a is formed in the third interlayer insulating film 19. Next, after removing the resist pattern, a photoresist film (not shown) is applied on the fourth interlayer insulating film 20, and this photoresist film is exposed and developed. As a result, a resist pattern having an opening for forming a pad groove is provided on the fourth interlayer insulating film 20. Next, the fourth interlayer insulating film 20 is etched using the resist pattern as a mask and the third interlayer insulating film 19 as an etching stopper. Thus, a pad groove 20a is formed in the fourth interlayer insulating film 20, and the pad groove 20a is connected to the via hole 19a.
[0031]
Next, after the resist pattern is removed, an adhesion layer 21 made of a high melting point metal is formed by sputtering in the via hole 19a, the pad groove 20a, and the fourth interlayer insulating film 20. Next, a Cu seed layer (not shown) is formed on the adhesion layer 21 by sputtering. Next, a Cu layer is formed on the Cu seed layer by a plating method. Subsequently, the Cu layer and the adhesion layer 21 existing on the fourth interlayer insulating film 20 are polished and removed by CMP, so that the electrode extracting pad 7 is embedded in the pad groove 20a. Are electrically connected to the Cu wiring 18 by the Cu layer embedded in the via hole 19a.
[0032]
Next, a passivation film 22 made of a silicon nitride film is formed on the entire surface including the electrode extraction pad 7 by a CVD method. Next, a photoresist film (not shown) is applied on the passivation film 22, and the photoresist film is exposed and developed, whereby a resist pattern is formed on the passivation film 22. Next, the passivation film 22 is etched using the resist pattern as a mask, so that an opening portion located on the electrode extraction pad 7 is formed in the passivation film 22.
[0033]
Next, an adhesion layer 23 made of a refractory metal such as Ti, Ta, W, or the like, an alloy thereof, or a nitride film thereof is formed in the opening and on the passivation film 22 by sputtering. Next, a Cu seed layer 24 is sputtered continuously on the adhesion layer 23.
[0034]
Thereafter, a photoresist film (not shown) is applied or a photo film (not shown) is applied on the Cu seed layer 24 and the adhesion layer 23, and these are exposed and developed, so that the Cu seed layer 24 is exposed. Is formed with a resist pattern in which a post region is opened. Next, using this resist pattern as a mask, a Cu layer is formed on the Cu seed layer 24 in the opening by a selective plating method. Thereby, the metal post 8 made of the Cu layer is formed on the Cu seed layer. The thickness and size of the metal post made of a Cu plating film can be controlled relatively easily. Next, a dissimilar metal cap 25 made of Ni or Au is formed on the metal post 8 by a plating method. Next, after removing the resist pattern, the adhesion layer 23 is etched using the metal post 8 and the Cu seed layer 24 as a mask.
[0035]
Next, the entire surface including the metal post 8 is covered with a protective tape (not shown), and the back surface of the semiconductor wafer 12 is ground to a predetermined thickness. Next, a photosensitive polyimide film 26 is applied on the back surface of the semiconductor wafer 12, and the polyimide film 26 is exposed and developed to have an opening at a position facing the metal post 8 on the back surface side of the wafer 12. A polyimide pattern 26 is formed.
[0036]
Then, using the polyimide pattern 26 as a mask, the single-crystal Si portion is wet-etched or 2 Gas, HBr gas, SF 6 Dry etching using a gas or a mixed gas of these gases, and 4 Gas, CHF 3 Gas, SF 6 Dry etching with gas. As a result, a deep hole 6a is formed on the back surface of the wafer 12, and the adhesive layer 21 below the electrode extraction pad 7 is exposed by the deep hole 6a. After the metal posts 8 are formed on the chip surface at the wafer level and the deep holes 6a are formed on the chip back surface, the electrical characteristics are checked. Thereafter, the wafer is divided into chips in a dicing process.
[0037]
As described above, when the single-crystal Si portion is wet-etched, a tapered hole is formed. Therefore, the arrangement margin of the metal post can be increased, and the show of Si and the metal post can be prevented. Further, when dry etching is performed on the portion of the interlayer insulating film, side etching and the occurrence of unevenness can be suppressed, and corrosion of the metal of the electrode extraction pad can be suppressed. Therefore, the yield can be improved.
[0038]
In the present embodiment, when forming the deep hole 6a, the polyimide film 26 is used as an etching mask. However, the present invention is not limited to this, and other etching masks, for example, a thick photomask using a double-sided aligner may be used. A sheet may be used as a mask, a hard mask such as an oxide film may be used, or deep holes may be formed by another processing method, for example, using a laser. However, when a hard mask such as an oxide film is used, the number of steps is increased by a photolithography step and an etching step for patterning the hard mask. When a deep hole is formed by using a laser, it is possible to perform processing without using a mask.
[0039]
Then, the divided good chips are stacked and stacked. That is, as shown in FIG. 1, the first to third semiconductor chips 6, 9, and 10 are overlapped, and the metal post 8 of the second semiconductor chip 9 is inserted into the hole 6 a of the first semiconductor chip 6. This metal post 8 is connected to the electrode extraction pad 7 of the first semiconductor chip, the metal post 8 of the third semiconductor chip 10 is inserted into the hole 6a of the second semiconductor chip 9, and this metal post 8 is It is connected to the electrode extraction pad 7 of the second semiconductor chip. FIG. 3 shows a state in which the electrode extraction pad 7 and the metal post 8 are connected. If an insulating adhesive or an adhesive sheet (not shown) is arranged between the semiconductor chips 6, 9, 10, stress buffering between the chips, reinforcement or prevention of intrusion of moisture can be prevented, and reliability can be improved.
[0040]
Next, the interposer substrate 1 is prepared, and the metal posts 8 of the first semiconductor chip 6 are connected to the wiring patterns 2 of the interposer substrate 1. Next, the upper surfaces of the first to third semiconductor chips and the interposer substrate 1 are molded with a sealing resin 11. Next, the solder bumps 3 are attached to the pads 4 on the lower surface of the interposer substrate 1. Thus, a semiconductor device is formed.
[0041]
According to the first embodiment, in the first and second semiconductor chips 6 and 9, the metal posts 8 are arranged as external terminals on the front surface, and the deep holes 6 a are provided at positions on the rear surface facing the metal posts 8. Then, the electrode extracting pad 7 is exposed by the deep hole 6a. As a result, the metal post 8 of the second semiconductor chip 9 can be directly connected to the electrode extraction pad 7 in the deep hole 6a of the first semiconductor chip 6, and the inside of the deep hole 6a of the second semiconductor chip 9 can be connected. The metal post 8 of the third semiconductor chip 10 can be directly connected to the electrode extraction pad 7. That is, a deep hole 6a reaching the electrode take-out pad 7 from the back surface of the semiconductor chip can be formed, and the metal posts 8 on the other semiconductor chip surface can be stacked so as to contact the electrode take-out pad 7. Therefore, it is possible to form a stacked three-dimensional CSP in which the semiconductor chips are stacked in the same direction while maintaining conduction between the first to third semiconductor chips. Therefore, in the present embodiment, it is not necessary to embed a through electrode for connecting the stacked semiconductor chips to each other in a deep hole unlike a conventional semiconductor device, so that a metal adhesion layer is formed on the bottom surface and the inner side surface of the deep hole. In addition, the problem of disconnection of the through electrode due to insufficient attachment of the seed layer does not occur.
[0042]
Further, since it is not necessary to embed the through-electrode in the deep hole, there is no possibility that Cu is diffused by heat treatment in the molding or assembling process to cause deterioration of the semiconductor element and leakage between terminals.
[0043]
In the first embodiment, the metal posts are formed by plating on the first to third semiconductor chips 6, 9, and 10. However, the present invention is not limited to this. It is also possible to form metal posts on the third semiconductor chip by solder balls.
Further, in the present embodiment, a semiconductor device in which three semiconductor chips are stacked on the interposer substrate 1 is described. However, a semiconductor device in which two or four or more semiconductor chips are stacked on the interposer substrate may be used. It is possible.
[0044]
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a modified example of the metal post, the electrode extraction pad, and the hole in FIG. 2. The same parts as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and only different parts will be described.
After the hole 6a is formed as shown in FIG. 2, the polyimide pattern is removed, a photosensitive polyimide film 27 is applied on the back surface of the semiconductor wafer 12, and the polyimide film 27 is exposed and developed to form the hole 6a. An opening is formed below the electrode take-out pad 7 in the inside, and the electrode take-out pad 7 is exposed by this opening to secure a contact area with the metal post. Next, the polyimide film is heat-treated at a temperature of 200 to 300C.
[0045]
According to the above modification, since the inner side surface of the hole 6a is covered with the polyimide film, a metal post is inserted into the hole 6a, and when the metal post is connected to the electrode extraction pad 7, the metal post is displaced. Thus, even if the metal post contacts the inner side surface of the hole 6a, it is possible to prevent the occurrence of contact leakage. Therefore, it is possible to increase a margin when the semiconductor chips are stacked face-down and assembled. For this reason, yield and reliability can be improved.
[0046]
In the above modification, the inner surface of the hole 6a is covered with a polyimide film. However, the inner surface of the hole 6a may be covered with another insulating film. For example, a silicon oxide film or a silicon oxide film formed by a CVD method may be used. It is also possible to cover the inner surface of the hole with a nitride film.
[0047]
Further, in the above modification, the inner surface of the hole is covered with an insulating film in order to prevent the occurrence of contact leak between the metal post and the inner surface of the hole, but the inner surface of the hole is not covered with the insulating film. By covering the side surfaces of the metal posts with an insulating film (eg, resin, polyimide, silicon oxide film, silicon nitride film, etc.), it is possible to prevent the occurrence of contact leak.
[0048]
FIG. 5 is a sectional view schematically showing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.
This semiconductor device has a first semiconductor chip 28, and an electrode extraction pad 7 is arranged on the active surface side (lower surface side) of the first semiconductor chip 28. A metal post (conductive post) 8 is formed below the electrode take-out pad 7. A sealing resin 29 such as epoxy is formed on the side surface of the metal post 8 and the lower surface of the first semiconductor chip 28, and the upper surface of the metal post 8 is exposed from the sealing resin 29. External terminals 30 such as solder balls are formed on the exposed upper surfaces of the metal posts 8. A hole (deep hole) 6 a is formed on the back surface (the surface opposite to the active surface) of the first semiconductor chip 28 at a position facing the metal post 8. The electrode extraction pad 7 is exposed by the hole 6a.
[0049]
On the back surface of the first semiconductor chip 28, a second semiconductor chip 31 is arranged by face-down bonding. The second semiconductor chip 31 is configured similarly to the first semiconductor chip 28. That is, the electrode extraction pad 7 is arranged on the active surface side (lower surface side) of the second semiconductor chip 31. A metal post (conductive post) 8 is formed below the electrode take-out pad 7. A sealing resin 29 such as epoxy is formed on the side surface of the metal post 8 and the lower surface of the second semiconductor chip 31, and the upper surface of the metal post 8 is exposed from the sealing resin 29. External terminals 30 such as solder balls are formed on the exposed upper surfaces of the metal posts 8. The external terminal 30 is inserted into the hole 6a of the first semiconductor chip, and the external terminal 30 is directly connected to the electrode extraction pad 7 in the hole 6a. A hole (deep hole) 6 a is formed on the back surface (the surface opposite to the active surface) of the second semiconductor chip 31 at a position facing the metal post 8. The electrode extraction pad 7 is exposed by the hole 6a.
[0050]
On the back surface of the second semiconductor chip 31, a third semiconductor chip 32 is arranged by face-down bonding. The third semiconductor chip 32 has the same configuration as the first semiconductor chip 6. That is, the electrode extraction pad 7 is arranged on the active surface side (lower surface side) of the third semiconductor chip 32. A metal post (conductive post) 8 is formed below the electrode take-out pad 7. A sealing resin 29 such as epoxy is formed on the side surface of the metal post 8 and the lower surface of the third semiconductor chip 32, and the upper surface of the metal post 8 is exposed from the sealing resin 29. External terminals 30 such as solder balls are formed on the exposed upper surfaces of the metal posts 8. The external terminal 30 is inserted into the hole 6a of the second semiconductor chip, and the external terminal 30 is directly connected to the electrode extraction pad 7 in the hole 6a. Holes (deep holes) 6 a are formed on the back surface of the third semiconductor chip 32 (the surface opposite to the active surface) at a position facing the metal posts 8. The electrode extraction pad 7 is exposed by the hole 6a.
[0051]
In the present embodiment, the holes 6a are also formed in the third semiconductor chip 32 stacked on the uppermost layer. However, the holes are not necessarily required in the uppermost semiconductor chip, and the third semiconductor without the holes is formed. It is also possible to use chips.
Further, in the present embodiment, the metal post 8 is used, but it is also possible to use a conductive post made of a conductive material other than metal.
[0052]
Next, a method of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 5 will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a partially enlarged cross-sectional view showing the vicinity of the metal posts and the electrode extraction pads of the first and second semiconductor chips shown in FIG.
The process of forming the metal post 8 on the semiconductor substrate (semiconductor wafer) 12 shown in FIG. 6 and forming the dissimilar metal cap 25 on the metal post 8 is the same as that of the first embodiment shown in FIG. Therefore, the description is omitted.
[0053]
Next, a sealing resin 46 such as epoxy is molded by a molding device so as to cover the passivation film 44 and the metal posts 8. Next, the sealing resin 46 is ground to a desired amount by a grinder (not shown). Here, the desired amount is a grinding amount such that the head (upper part) of the metal post is exposed.
[0054]
Next, the entire surface including the metal post 8 is covered with a protective tape (not shown), and the back surface of the semiconductor wafer 14 is ground to a predetermined thickness. Next, a deep hole 6a is formed on the back surface of the wafer 14 by the same method as in the first embodiment, and the adhesive layer 31 below the electrode extraction pad 7 is exposed by the deep hole 6a. After the metal posts 8 are formed on the chip surface at the wafer level and the deep holes 6a are formed on the chip back surface, the electrical characteristics are checked.
[0055]
Thereafter, a flux (not shown) is applied to the exposed portions of the metal posts 8, and then the solder balls 30 are mounted on the required metal posts by an automatic mounting machine. Next, heat treatment is performed on the metal post and the solder ball 30 at about 170 to 200 ° C. Thus, the solder balls 30 are fused on the metal posts 19 as shown in FIG.
[0056]
In addition, it is preferable to use a solder ball 30 for a ball grid array (BGA) made of a material having a diameter of 150 to 300 μm and Pb / Sn of 60 to 70 wt%. Further, the size of the solder ball can be appropriately selected according to the application. For the solder composition, an Ag / Sn-based material or a Pb-less material containing Cu or Bi can be used.
[0057]
Thereafter, the first semiconductor chip 28 can be manufactured by cutting the resin 29 and the semiconductor wafer along a scribe line using a dicing saw or a laser.
Next, the first to third semiconductor chips, which are divided good chips, are stacked and stacked. That is, as shown in FIG. 5, the first to third semiconductor chips 28, 31, and 32 are stacked, and the external terminals 30 of the second semiconductor chip 31 are inserted into the holes 6a of the first semiconductor chip 28, This external terminal 30 is connected to the electrode take-out pad 7 of the first semiconductor chip, and the external terminal 30 of the third semiconductor chip 32 is inserted into the hole 6a of the second semiconductor chip 31. It is connected to the electrode extraction pad 7 of the second semiconductor chip. FIG. 6 shows a state in which the electrode extraction pad 7 and the external terminal 30 are connected.
[0058]
Thus, the semiconductor device shown by 77 is manufactured, and this semiconductor device can be directly mounted on a circuit board or the like.
The second embodiment can be modified as follows. In the present embodiment, the second and third semiconductor chips 9 and 10 shown in FIG. 1 can be used instead of the second and third semiconductor chips 31 and 32 shown in FIG. That is, the solder balls 30 of the second and third semiconductor chips 31 and 32 may be replaced with metal posts.
[0059]
In addition, an adhesive is disposed between the back surface of the first semiconductor chip 29 and the surface of the sealing resin 29 of the second semiconductor chip 31, and the first semiconductor chip and the second semiconductor chip are separated by the adhesive. Can be securely fixed. Further, an adhesive is disposed between the back surface of the second semiconductor chip 31 and the surface of the sealing resin 29 of the third semiconductor chip 32, and the second semiconductor chip and the third semiconductor chip are separated by this adhesive. Can be securely fixed. In addition to reinforcement between chips, these adhesives can also reduce stress buffering or prevent intrusion of moisture and improve reliability.
[0060]
Further, the inner side surface of the hole 6a can be covered with an insulating film such as a polyimide film, a silicon oxide film or a silicon nitride film. Accordingly, when the external terminal 30 is inserted into the hole 6a and the external terminal 30 is connected to the electrode extraction pad 7, even if the external terminal is displaced and comes into contact with the inner side surface of the hole 6a, The occurrence of contact leak can be prevented. Therefore, it is possible to increase a margin when the semiconductor chips are stacked face-down and assembled. For this reason, yield and reliability can be improved.
[0061]
In the second embodiment, the same effects as in the first embodiment can be obtained.
Further, in this embodiment, the external terminals 30 such as solder balls are formed on the metal posts 8 of the first semiconductor chip 29, and the semiconductor device can be directly mounted on a circuit board or the like without using an interposer substrate. . Therefore, the size can be further reduced as compared with the first embodiment.
[0062]
FIG. 7 is a sectional view schematically showing a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention. The same parts as those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and only different parts will be described.
In the semiconductor device according to the present embodiment, the first to third semiconductor chips 28, 31, 32 are securely fixed by covering the side surface and the back surface of the semiconductor device shown in FIG. Is to reinforce.
[0063]
Also in the third embodiment, the same effects as in the second embodiment can be obtained.
The present invention is not limited to the above embodiment, but can be implemented with various modifications. For example, the above-described semiconductor device can be applied to various LSIs such as a memory and a logic. An example of mounting the semiconductor device is a printed circuit board of an electronic device. Wiring is patterned on the printed circuit board in accordance with a circuit of the semiconductor device. Mounted on
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view schematically showing a semiconductor device according to a first embodiment.
FIG. 2 is an enlarged sectional view of a part of the first semiconductor chip shown in FIG. 1;
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a part of the first and second semiconductor chips shown in FIG. 1;
FIG. 4 is a sectional view showing a modification of the semiconductor device shown in FIG. 2;
FIG. 5 is a sectional view schematically showing a semiconductor device according to a second embodiment;
FIG. 6 is an enlarged sectional view of a part of the first and second semiconductor chips shown in FIG. 5;
FIG. 7 is a sectional view schematically showing a semiconductor device according to a third embodiment;
FIG. 8 is a sectional view schematically showing an example of a conventional semiconductor device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Interposer board, 2 ... Wiring pattern, 3 ... Solder bump, 4 ... Pad, 5 ... Connection member, 6 ... First semiconductor chip, 6a ... Deep hole (hole), 7 ... Pad for electrode extraction, 8 ... Metal post , 9: second semiconductor chip, 10: third semiconductor chip, 11: sealing resin, 12: semiconductor substrate (semiconductor wafer), 13: first etching stopper film, 14: first interlayer insulating film, 14a: Connection hole, 15: Second etching stopper film, 16: Second interlayer insulating film, 16a: Wiring groove, 17: Adhesion layer (barrier layer), 18: Cu wiring, 19: Third interlayer insulation Film, 19a: via hole (connection hole), 20: fourth interlayer insulating film, 20a: pad groove, 21: adhesion layer (barrier layer), 22: passivation film, 23: adhesion layer, 24: Cu seed layer, 25 ... different Metal cap, 26: polyimide pattern (polyimide film), 27: polyimide film, 28: first semiconductor chip, 29: sealing resin, 30: external terminal (solder ball), 31: second semiconductor chip, 32 ... Third semiconductor chip, 33 ... reinforcing material

Claims (10)

基板の表面上にフェイスダウンで第1の半導体チップが配置され、第1の半導体チップの裏面上にフェイスダウンで第2の半導体チップが配置された半導体装置であって、
前記基板の表面に形成された配線パターンと、
前記基板の裏面に形成され、前記配線パターンに電気的に接続された実装用外部端子と、
前記第1の半導体チップに形成された第1の電極取り出し用パッドと、
前記第1の電極取り出し用パッド上に形成され、前記第1の半導体チップ表面から露出し且つ前記配線パターンに接続された第1の導電ポストと、
前記第1の半導体チップの裏面に形成され、前記第1の導電ポストに対向する位置に形成され、前記第1の電極取り出し用パッド下に形成されたホールと、
前記第2の半導体チップに形成された第2の電極取り出し用パッドと、
前記第2の電極取り出し用パッド上に形成され、前記第2の半導体チップ表面から露出し且つ前記ホール内に挿入され、前記第1の電極取り出し用パッドに接続された第2の導電ポストと、
前記基板の表面上、第1及び第2の半導体チップが封止された樹脂と、
を具備する半導体装置。
A semiconductor device in which a first semiconductor chip is arranged face down on a front surface of a substrate, and a second semiconductor chip is arranged face down on a back surface of the first semiconductor chip,
A wiring pattern formed on the surface of the substrate,
Mounting external terminals formed on the back surface of the substrate and electrically connected to the wiring pattern;
A first electrode extraction pad formed on the first semiconductor chip;
A first conductive post formed on the first electrode extraction pad, exposed from the surface of the first semiconductor chip, and connected to the wiring pattern;
A hole formed on a back surface of the first semiconductor chip, formed at a position facing the first conductive post, and formed under the first electrode extraction pad;
A second electrode extraction pad formed on the second semiconductor chip;
A second conductive post formed on the second electrode extraction pad, exposed from the surface of the second semiconductor chip, inserted into the hole, and connected to the first electrode extraction pad;
A resin in which first and second semiconductor chips are sealed on the surface of the substrate;
A semiconductor device comprising:
第1の半導体チップの裏面上にフェイスダウンで第2の半導体チップが配置された半導体装置であって、
前記第1の半導体チップに形成された第1の電極取り出し用パッドと、
前記第1の電極取り出し用パッド上に形成され、前記第1の半導体チップ表面から露出した第1の導電ポストと、
前記第1の導電ポスト上に形成された実装用外部端子と、
前記第1の半導体チップの裏面に形成され、前記第1の導電ポストに対向する位置に形成され、前記第1の電極取り出し用パッド下に形成されたホールと、
前記第2の半導体チップに形成された第2の電極取り出し用パッドと、
前記第2の電極取り出し用パッド上に形成され、前記第2の半導体チップ表面から露出し且つ前記ホール内に挿入され、前記第1の電極取り出し用パッドに接続された第2の導電ポストと、
を具備する半導体装置。
A semiconductor device in which a second semiconductor chip is disposed face-down on a back surface of a first semiconductor chip,
A first electrode extraction pad formed on the first semiconductor chip;
A first conductive post formed on the first electrode extraction pad and exposed from a surface of the first semiconductor chip;
An external mounting terminal formed on the first conductive post;
A hole formed on a back surface of the first semiconductor chip, formed at a position facing the first conductive post, and formed under the first electrode extraction pad;
A second electrode extraction pad formed on the second semiconductor chip;
A second conductive post formed on the second electrode extraction pad, exposed from the surface of the second semiconductor chip, inserted into the hole, and connected to the first electrode extraction pad;
A semiconductor device comprising:
第1の半導体チップの裏面上にフェイスダウンで第2の半導体チップが配置された半導体装置であって、
前記第1の半導体チップに形成された第1の電極取り出し用パッドと、
前記第1の電極取り出し用パッド上に形成され、前記第1の半導体チップ表面から露出した第1の導電ポストと、
前記第1の導電ポスト上に形成された実装用外部端子と、
前記第1の半導体チップの裏面に形成され、前記第1の導電ポストに対向する位置に形成され、前記第1の電極取り出し用パッド下に形成されたホールと、
前記第2の半導体チップに形成された第2の電極取り出し用パッドと、
前記第2の電極取り出し用パッド上に形成され、前記第2の半導体チップ表面から露出した第2の導電ポストと、
前記第2の導電ポスト上に形成され、前記ホール内に挿入され、前記第1の電極取り出し用パッドに接続された外部端子と、
を具備する半導体装置。
A semiconductor device in which a second semiconductor chip is disposed face-down on a back surface of a first semiconductor chip,
A first electrode extraction pad formed on the first semiconductor chip;
A first conductive post formed on the first electrode extraction pad and exposed from a surface of the first semiconductor chip;
An external mounting terminal formed on the first conductive post;
A hole formed on a back surface of the first semiconductor chip, formed at a position facing the first conductive post, and formed under the first electrode extraction pad;
A second electrode extraction pad formed on the second semiconductor chip;
A second conductive post formed on the second electrode extraction pad and exposed from a surface of the second semiconductor chip;
An external terminal formed on the second conductive post, inserted into the hole, and connected to the first electrode extraction pad;
A semiconductor device comprising:
前記第1及び第2の半導体チップの側面及び第2の半導体チップの裏面を覆う補強材をさらに具備する請求項2又は3に記載の半導体装置。4. The semiconductor device according to claim 2, further comprising a reinforcing member that covers side surfaces of the first and second semiconductor chips and a back surface of the second semiconductor chip. 5. 前記ホールの内側面に覆われた絶縁膜をさらに具備する請求項1〜4のうちのいずれか一項に記載の半導体装置。The semiconductor device according to claim 1, further comprising an insulating film covering an inner side surface of the hole. 前記導電ポストの側面に覆われた絶縁膜をさらに具備する請求項1に記載の半導体装置。The semiconductor device according to claim 1, further comprising an insulating film covered on a side surface of the conductive post. 表面に形成された配線パターンと、裏面に形成され、前記配線パターンに電気的に接続された実装用外部端子と、を有する基板と、前記基板の表面上にフェイスダウンで配置された第1の半導体チップと、前記第1の半導体チップの裏面上にフェイスダウンで配置された第2の半導体チップと、を備えた半導体装置の製造方法であって、
第1の半導体チップ領域に第1の電極取り出し用パッドを形成し、前記第1の電極取り出し用パッド上に、前記第1の半導体チップ領域の表面から露出する第1の導電ポストを形成し、前記第1の半導体チップ領域の裏面に、前記第1の導電ポストに対向する位置のホールをエッチング加工又はレーザ加工により形成することにより前記第1の電極取り出し用パッドを露出させて第1の半導体チップを作製する工程と、
第2の半導体チップ領域に第2の電極取り出し用パッドを形成し、前記第2の電極取り出し用パッド上に、前記第2の半導体チップ領域の表面から露出する第2の導電ポストを形成することにより第2の半導体チップを作製する工程と、
前記第2の半導体チップをフェイスダウンで前記第1の半導体チップの裏面上に配置し、前記第2の導電ポストを前記ホール内に挿入し、前記第2の導電ポストを前記第1の電極取り出し用パッドに接続し、前記第1の半導体チップを基板の表面上にフェイスダウンで配置し、前記第1の導電ポストを前記配線パターンに接続する工程と、
前記基板の表面上、第1及び第2の半導体チップを樹脂で封止する工程と、
を具備する半導体装置の製造方法。
A substrate having a wiring pattern formed on the front surface, and mounting external terminals formed on the back surface and electrically connected to the wiring pattern; and a first substrate arranged face-down on the front surface of the substrate. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a semiconductor chip; and a second semiconductor chip disposed face-down on a back surface of the first semiconductor chip,
Forming a first electrode take-out pad in the first semiconductor chip region; forming a first conductive post exposed from the surface of the first semiconductor chip region on the first electrode take-out pad; Forming a hole on the back surface of the first semiconductor chip region at a position facing the first conductive post by etching or laser processing to expose the first electrode extraction pad and thereby form a first semiconductor; A step of manufacturing a chip;
Forming a second electrode take-out pad in the second semiconductor chip region, and forming a second conductive post exposed from the surface of the second semiconductor chip region on the second electrode take-out pad; Producing a second semiconductor chip by
The second semiconductor chip is disposed face-down on the back surface of the first semiconductor chip, the second conductive post is inserted into the hole, and the second conductive post is removed from the first electrode. Connecting the first conductive chip to the wiring pattern, and placing the first semiconductor chip face-down on the surface of the substrate;
Sealing the first and second semiconductor chips with resin on the surface of the substrate;
A method for manufacturing a semiconductor device comprising:
第1の半導体チップと、前記第1の半導体チップの裏面上にフェイスダウンで配置された第2の半導体チップと、を備えた半導体装置の製造方法であって、
第1の半導体チップ領域に第1の電極取り出し用パッドを形成し、前記第1の電極取り出し用パッド上に、前記第1の半導体チップ領域の表面から露出する第1の導電ポストを形成し、前記第1の半導体チップ領域の裏面に、前記第1の導電ポストに対向する位置のホールをエッチング加工又はレーザ加工により形成し、前記第1の導電ポスト上に外部端子を形成することにより第1の半導体チップを作製する工程と、
第2の半導体チップ領域に第2の電極取り出し用パッドを形成し、前記第2の電極取り出し用パッド上に、前記第2の半導体チップ領域の表面から露出する第2の導電ポストを形成することにより第2の半導体チップを作製する工程と、
前記第2の半導体チップをフェイスダウンで前記第1の半導体チップの裏面上に配置し、前記第2の導電ポストを前記ホール内に挿入し、前記第2の導電ポストを前記第1の電極取り出し用パッドに接続する工程と、
を具備する半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a first semiconductor chip; and a second semiconductor chip arranged face-down on a back surface of the first semiconductor chip,
Forming a first electrode take-out pad in the first semiconductor chip region; forming a first conductive post exposed from the surface of the first semiconductor chip region on the first electrode take-out pad; A hole is formed on the back surface of the first semiconductor chip region at a position facing the first conductive post by etching or laser processing, and an external terminal is formed on the first conductive post to form a first terminal. Manufacturing a semiconductor chip,
Forming a second electrode take-out pad in the second semiconductor chip region, and forming a second conductive post exposed from the surface of the second semiconductor chip region on the second electrode take-out pad; Producing a second semiconductor chip by
The second semiconductor chip is disposed face-down on the back surface of the first semiconductor chip, the second conductive post is inserted into the hole, and the second conductive post is removed from the first electrode. Connecting to the pad for
A method for manufacturing a semiconductor device comprising:
第1の半導体チップと、前記第1の半導体チップの裏面上にフェイスダウンで配置された第2の半導体チップと、を備えた半導体装置の製造方法であって、
第1の半導体チップ領域に第1の電極取り出し用パッドを形成し、前記第1の電極取り出し用パッド上に、前記第1の半導体チップ領域の表面から露出する第1の導電ポストを形成し、前記第1の半導体チップ領域の裏面に、前記第1の導電ポストに対向する位置のホールをエッチング加工又はレーザ加工により形成し、前記第1の導電ポスト上に実装用外部端子を形成することにより第1の半導体チップを作製する工程と、
第2の半導体チップ領域に第2の電極取り出し用パッドを形成し、前記第2の電極取り出し用パッド上に、前記第2の半導体チップ領域の表面から露出する第2の導電ポストを形成し、前記第2の導電ポスト上に外部端子を形成することにより第2の半導体チップを作製する工程と、
前記第2の半導体チップをフェイスダウンで前記第1の半導体チップの裏面上に配置し、前記外部端子を前記ホール内に挿入し、前記外部端子を前記第1の電極取り出し用パッドに接続する工程と、
を具備する半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a first semiconductor chip; and a second semiconductor chip arranged face-down on a back surface of the first semiconductor chip,
Forming a first electrode take-out pad in the first semiconductor chip region; forming a first conductive post exposed from the surface of the first semiconductor chip region on the first electrode take-out pad; By forming a hole at a position facing the first conductive post on the back surface of the first semiconductor chip region by etching or laser processing, and forming mounting external terminals on the first conductive post. Manufacturing a first semiconductor chip;
Forming a second electrode take-out pad in the second semiconductor chip region, and forming a second conductive post exposed from the surface of the second semiconductor chip region on the second electrode take-out pad; Forming a second semiconductor chip by forming external terminals on the second conductive post;
Disposing the second semiconductor chip face-down on the back surface of the first semiconductor chip, inserting the external terminal into the hole, and connecting the external terminal to the first electrode extraction pad When,
A method for manufacturing a semiconductor device comprising:
前記エッチング加工は、前記第1の半導体チップの裏面にマスクパターンを形成し、前記マスクパターンをマスクとして第1の半導体チップの単結晶Si部分を、アルカリ系水溶液を用いてウエットエッチングし、第1の半導体チップの絶縁膜部分をドライエッチングすることにより前記ホールを形成するものである請求項7〜9のうちのいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。In the etching, a mask pattern is formed on the back surface of the first semiconductor chip, and the single crystal Si portion of the first semiconductor chip is wet-etched using an alkaline aqueous solution using the mask pattern as a mask. 10. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein the holes are formed by dry-etching an insulating film portion of the semiconductor chip.
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