JP5573422B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device.
ムーア(Moore)の法則にしたがってLSIのゲート長の微細化は年々進んでいたが、45nm以降については経済的課題から、22nm以降については物理的揺らぎの課題等から、微細化の限界が見えてきている。微細化に関しMoore則をさらに追求する見地から、Moore則を越えたMore than Mooreを追求する動きが加速している。このような動きとして、デバイスを3次元に積層して配線長を短縮し消費電力の低い小型のLSIを実現しようとする方向、異種デバイスを混載したシステムインパッケージ(SiP)とする方向、シリコンに代わる新たな材料を用いたデバイスを開発する方向などがある。中でも、LSIを3次元積層することにより配線長を短くして低消費電力、高性能のデバイスを構成しようとする方向が最も注目され、競って開発されている。しかしながら、この3次元積層についても、デザイン、シリコン貫通ビアの形成、歩留まり、製造コスト等、解決しなければならない課題が多いことがわかってきている。 LSI gate length miniaturization has progressed year by year in accordance with Moore's law, but the limits of miniaturization have become apparent from 45 nm and beyond due to economic issues and from 22 nm onwards due to physical fluctuation issues and the like. ing. From the standpoint of further pursuing the Moore rule for miniaturization, the movement to pursue More than Moore beyond the Moore rule is accelerating. As such a movement, devices are three-dimensionally stacked to reduce the wiring length and achieve a small LSI with low power consumption, to form a system in package (SiP) in which different types of devices are mixed, and to silicon There is a direction to develop a device using a new alternative material. In particular, the direction of trying to construct a low-power consumption, high-performance device by shortening the wiring length by three-dimensionally stacking LSIs has attracted the most attention and has been developed in competition. However, it has been found that there are many problems to be solved in this three-dimensional stack, such as design, formation of through-silicon vias, yield, manufacturing cost, and the like.
安価に3次元積層を形成する方法として、複数の良品のLSIをウエハーの形状に配置して樹脂で固定した後、配線、電極を形成した疑似ウエハーを作製し、擬似ウエハーから切り出したパッケージを積層することで3次元積層デバイスを形成する方法が提案されている(たとえば、非特許文献1及び2参照)。 As a method for forming a three-dimensional stack at low cost, a plurality of non-defective LSIs are arranged in a wafer shape and fixed with resin, then a pseudo wafer on which wiring and electrodes are formed is manufactured, and a package cut out from the pseudo wafer is stacked. Thus, a method of forming a three-dimensional stacked device has been proposed (see, for example, Non-Patent Documents 1 and 2).
貫通ビアがあらかじめ形成されたビア付き基板を用意し、ビア付基板と半導体チップを支持体上に並べて樹脂で固め、支持体からの剥離面に配線等を形成した後、樹脂層を反対側の面から研削してビア付き基板に形成されている貫通ビアを露出させる手法も提案されている(たとえば、特許文献1参照)。 Prepare a substrate with vias with through-vias formed in advance, align the substrate with vias and the semiconductor chip on the support and harden them with resin, and form wiring etc. on the peeled surface from the support, then the resin layer on the opposite side There has also been proposed a method of exposing through vias formed on a substrate with vias by grinding from the surface (see, for example, Patent Document 1).
疑似ウエハーに貫通ビアを形成する方法では、3次元積層デバイスを安価に歩留まりよく作ることができるという利点があるが、樹脂を貫通する数100μmの深いビアを形成することが難しい。疑似ウエハーの樹脂は、熱膨張率をシリコンに近づけ剛性を強くするため、ミクロンレベルの径のシリカフィラーを90重量%以上含有している。このシリカを多く含んだ数100μm厚さの樹脂に従来のレーザードリル技術で穴を穿つためには、高出力が必要とされ、必然的に穴の径は100μmを越えてしまう。穴の径が大きくなると、貫通するビアが占める面積が増え、疑似ウエハーから切り出す個片のサイズが大きくなってしまうという問題がある。また、あらかじめ貫通ビアを形成したビア付き基板を半導体チップの周囲に配置してから樹脂で固める方法においても、樹脂等の基板にレーザードリルでビアホールを形成した後に、スキージ等でホール内に銀ペーストを充填しているので、微細な貫通ビアを形成することは難しい。 The method of forming a through via in a pseudo wafer has an advantage that a three-dimensional stacked device can be manufactured at a low cost and with a high yield, but it is difficult to form a deep via of several hundred μm that penetrates the resin. The resin of the pseudo wafer contains 90% by weight or more of a silica filler having a diameter of micron level in order to make the thermal expansion coefficient close to that of silicon and increase the rigidity. In order to make a hole with a conventional laser drill technique in a resin having a thickness of several hundreds of micrometers containing a lot of silica, a high output is required, and the diameter of the hole inevitably exceeds 100 μm. When the diameter of the hole increases, there is a problem that the area occupied by the penetrating via increases and the size of the individual piece cut out from the pseudo wafer increases. Also, in the method in which a substrate with vias in which through vias have been formed in advance is placed around the semiconductor chip and then hardened with resin, after forming a via hole with a laser drill on a substrate of resin or the like, silver paste is put into the hole with a squeegee etc. Therefore, it is difficult to form fine through vias.
そこで、本発明は、シリカを多く含有する樹脂にレーザ等で深い穴を開けることなく、簡単な工程で疑似ウエハーの樹脂内に細い貫通ビアを配置することのできる半導体装置の製造方法を提供することを課題とする。 Therefore, the present invention provides a method for manufacturing a semiconductor device in which a thin through-via can be disposed in a resin of a pseudo wafer in a simple process without forming a deep hole with a laser or the like in a resin containing a large amount of silica. This is the issue.
上記課題を解決するために、一実施形態に係る半導体装置の製造方法は、
複数の半導体チップと、複数の突起を有する金属構造体とを支持基板上の所定の箇所に配置し、
前記複数の半導体チップ及び前記金属構造体を樹脂で覆って固化し、
前記固化した樹脂の一部及び前記金属構造体の一部を除去、平坦化して、前記金属構造体の前記突起を貫通ビアとして露出させ、
前記半導体チップ及び前記貫通ビアが埋め込まれた樹脂層を前記支持基板から剥離し、
前記剥離面に所定の配線パターンを形成して擬似ウエハーを完成する
工程を含む。
In order to solve the above problems, a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment includes:
A plurality of semiconductor chips and a metal structure having a plurality of protrusions are arranged at predetermined locations on the support substrate,
Covering and solidifying the plurality of semiconductor chips and the metal structure with resin,
Removing a part of the solidified resin and a part of the metal structure, flattening, exposing the protrusion of the metal structure as a through via;
The resin layer in which the semiconductor chip and the through via are embedded is peeled from the support substrate,
Forming a predetermined wiring pattern on the release surface to complete a pseudo wafer;
あらかじめ所定の突起が形成された金属構造体を用いることにより、樹脂層にレーザによる孔形成を行う必要がない。したがって、擬似ウエハーの樹脂層の厚さにかかわりなく樹脂層を貫通する微細なビアを高い信頼性で形成することができる。 By using a metal structure in which predetermined protrusions are formed in advance, it is not necessary to form holes in the resin layer with a laser. Therefore, a fine via that penetrates the resin layer can be formed with high reliability regardless of the thickness of the resin layer of the pseudo wafer.
図1〜図6は、本発明の第1実施形態による擬似ウエハーの作製工程図である。擬似ウエハーは半導体装置の製造プロセスの一環として作製される。第1実施形態及び後述する第2実施形態を通して、貫通ビア付き疑似ウエハーを作製するために、あらかじめ貫通ビア及び配線に対応する金属の突起が形成されている金属構造体を用いる。ビア用の突起と配線用の突起を有する金属構造体を、半導体チップと同じ平面上に配置して、全体を樹脂で固める。樹脂と金属構造体の不要な部分を、研削、研磨等により除去することによって、金属構造体の突起部分を露出させて、樹脂を貫通するビアと、樹脂の表面に位置する配線とを同時に形成する。以下で、図1〜図6を参照して具体的な工程を説明する。 1 to 6 are manufacturing process diagrams of a pseudo wafer according to the first embodiment of the present invention. The pseudo wafer is manufactured as a part of the semiconductor device manufacturing process. In order to fabricate a pseudo wafer with through vias through the first embodiment and the second embodiment to be described later, a metal structure in which metal protrusions corresponding to through vias and wirings are formed in advance is used. A metal structure having via projections and wiring projections is placed on the same plane as the semiconductor chip, and the whole is hardened with resin. Unnecessary portions of the resin and metal structure are removed by grinding, polishing, etc. to expose the protruding portion of the metal structure, and vias that penetrate the resin and wiring located on the surface of the resin are formed simultaneously To do. Hereinafter, specific steps will be described with reference to FIGS.
図1(A)及び図1(B)に示すように、ガラス等の平坦な支持基板11に仮接着性樹脂を塗布し、あるいは仮接着性フィルムを貼り付けて、仮接着層12を形成する。仮接着性樹フィルムを用いる場合は、たとえば、紫外線の照射により接着力が低下するUVテープや、加熱により接着力が低下する熱発泡粘着フィルムを用いる。仮接着層12により、複数の半導体チップ20を支持基板11の所定の位置に、電極面(電極21が形成された面)を下にして固定する。図示の都合上、2つの半導体チップ20のみが示されているが、実際は、異なるサイズ、異なる構成の複数の半導体チップ20を所定の配置及び間隔で並べた1単位のパターンが、ウエハーの形状になるように繰り返して配置されている。
As shown in FIGS. 1A and 1B, a temporary
次に、図2(A)及び図2(B)に示すように、所定の形状の突起25a、25cを有する金属の構造体25を、半導体チップ(以下、単に「チップ」と称する)20を跨ぐように、あるいは後述するようにチップ20とチップ20の間に位置するように、支持基板11上の所定の位置に仮接着層12により固定する。金属の構造体25は、疑似ウエハーを貫通する貫通ビアとなるビア用の突起(第1の突起)25aと、擬似ウエハーの配線となる配線用の突起(第2の突起)25cと、これらを保持する保持部25bとを有する。ビア用の突起25aと配線用の突起25cは、保持部25bに対して垂直方向に延びる。ビア用の突起25aの直径は数10μm〜数100μmである。配線用の突起25cの幅は、数10μm〜数100μmである。このような微細な突起25a、25cを有する金属構造体25は、成形型などを用いて安価に大量に生産することができる。金属構造体25の作製については、図9を参照して後述することとする。
Next, as shown in FIGS. 2A and 2B, a
次に、図3に示すように、チップ20及び金属構造体25の全体を樹脂で覆い、固化することによって、チップ20と金属構造体25が埋め込まれた埋め込み樹脂層15を形成する。埋め込み樹脂層15はシリカフィラーを多く含み、一般的に熱膨張率は10〜20ppmである。この埋め込み樹脂層15を、研削、研磨等により所定の厚さだけ除去する。これにより、埋め込み樹脂15の一部と、金属構造体25の一部が取り除かれる。図3の例では、図3のA−Aラインで示すように、金属構造体25の保持部25bが除去されて、突起25a及び25cの表面が露出する高さまで、埋め込み樹脂層15を研削、研磨する。この結果、図4(A)に示すように、埋め込み樹脂層15内に金属構造体25の突起25a、25cが貫通ビア25a及び配線25cとして残る。
Next, as shown in FIG. 3, the
次に、図4(A)及び4(B)に示すように、熱又は紫外線により仮接着層12を変質させ、支持基板から埋め込み樹脂層15を剥離する。この時点での埋め込み樹脂層15には、チップ20、貫通ビア25a、及び配線25cが所定の箇所に配置されている。
Next, as shown in FIGS. 4A and 4B, the temporary
次に、図5(A)に示すように、剥離した埋め込み樹脂層14の上下を逆にして、チップ20の電極21(又は剥離面)が上側を向くようにする。剥離した埋め込み樹脂層15の膜厚は100〜500μm程度と薄く湾曲しやすいので、図5(B)に示すように、チップ20の電極面を上にした状態で、仮接着層42を介して別の支持基板41に固定してもよい。
Next, as shown in FIG. 5A, the peeled embedded resin layer 14 is turned upside down so that the electrode 21 (or peeled surface) of the
次に、図6(A)に示すように、埋め込み樹脂層15の剥離面に現れた複数のチップ20の電極21及び金属ビア25a上に配線45を形成し、任意の電極21間、電極21とビア25aの間を電気的に接続して擬似ウエハー30を完成する。配線45の形成方法は任意であり、たとえば、全面にめっきレジストを形成して所定の配線形状の開口を有するようにパターニングしてから、密着層、シード層などを形成し、電解めっき、無電解めっきなどで形成する。図5(B)のように埋め込み樹脂層15を支持基板41上に固定した場合も同様に、ビア25aやチップ20の電極21を電気的に接続する配線45を形成し(図6(B))、その後、紫外線の照射または加熱により支持基板41から剥離して、擬似ウエハー30とする。
Next, as shown in FIG. 6A, wirings 45 are formed on the
図7は、配線45を形成した擬似ウエハー30の全体図と、擬似ウエハー30から切り出される1個のウエハー片である擬似ウエハーモジュール30Pの関係を示す図である。擬似ウエハーモジュール30Pの表面31には、複数の半導体チップ20が所定の配置及び間隔で並べられ、チップ20とチップ20の間、及びチップ20と貫通ビア25aの間を接続する配線45が形成されている。配線45は、図6の工程で形成されたものである。他方、擬似ウエハーモジュール30Pの裏面32には、金属構造体25の突起25a及び25cが、それぞれビア25a及び配線25cとして露出している。
FIG. 7 is a diagram showing a relationship between the entire
図8は、複数の異なる種類の擬似ウエハーモジュール30A、30Bを3次元に積層してより複雑なシステムを構成する半導体装置50の概略構成図である。図8では、2つのモジュール30A、30Bが積層されているが、3段に重ねることも可能であるし、下段のモジュール30A上に、モジュール30Bを2つ以上並べて配置することも可能である。下段のモジュール30Aと上段のモジュール30Bとは突起電極47により電気的に接続されている。下段のモジュール30Aの下面にははんだバンプ等の外部接続電極48が形成され、図示しないパッケージ基板等に接続される。
FIG. 8 is a schematic configuration diagram of a
図9は、金属構造体55の作製方法を示す図である。まず図9(A)に示すように樹脂などで作製された成形型51を用意する。樹脂は例えばポリジメチルシロキサン(PDMS)を使用する。成形型51は、金属構造体のビア用突起や配線用突起に対応する孔や溝が形成された型面51aを有する。成形型51の51a面に図示しない離型剤層を数nmの膜厚で形成した後、型面51aの離型剤層(不図示)上に、スパッタ法等によりめっきシード層53を形成する。めっきシード層52は、たとえば厚さ約500nmのCu膜の積層である。
FIG. 9 is a diagram illustrating a method for manufacturing the
次に、図9(B)に示すように、電解めっきによりシード層53上にCuめっき層54を浅い面より約300μm厚さに成長させる。
Next, as shown in FIG. 9B, a Cu plating layer 54 is grown on the
次に、図9(C)に示すように、成形型51からCuめっき層54を剥離し取り出す。これにより、シード層53とCuめっき層54とが一体になった金属構造体55が得られる。金属構造体55は、貫通ビアとして用いられることになる突起(第1の突起)55aと、配線として用いられることになる突起(第2の突起)55cを有する。なお、図9(A)の工程で離型剤(不図示)の適用後に、必要であればめっきシード層53の形成前に数10nm程度のTi、TiN、Ta、TaNなどのCu拡散防止膜を形成してもよい。
このような手法により、所望の形状の金属構造体55を安価かつ大量に作製することができる。また、金属構造体を構成する金属として、Cuに限定されず、Ni、Ni−Co、Ni−Sn、Ag、Ag−Cu、Auなど、配線に適した任意の金属材料を用いることができる。
Next, as shown in FIG. 9C, the Cu plating layer 54 is peeled from the mold 51 and taken out. Thereby, a
By such a method, the
成形型51自体は、任意の手法により製造するものとする。一例として、図示はしないが、図2の金属構造体25のように、貫通ビアになる突起25aと配線になる突起25cのように水平レベルの異なる凹凸を有する金属構造体用の成形型を作製する場合は、シリコン基板上に、配線25cに対応する形状の開口を有する第1のフォトレジストパターンを形成し、第1のフォトレジストパターンをマスクとして、RIEなどによりシリコン基板に配線25cに相当する深さの溝を形成する。その後、第1のフォトレジストパターンを除去し、貫通ビア25aに対応する形状の開口を有する第2のフォトレジストパターンを形成して、RIEなどのドライエッチングにより貫通ビアに相当する深さの孔を形成して母型を得る。この母型を用いてNi電解めっき等により、金属構造体25に対応する凹凸形状の第1子型を形成する。第1小型を用いて、凹凸が反転された第2の小型を樹脂などで形成する。この第2の子型が、金属構造体をモールドするための成形型51となる。
The mold 51 itself is manufactured by an arbitrary method. As an example, although not shown, a mold for a metal structure having unevenness of different horizontal levels, such as a
図10〜図13は、金属構造体として安価なリードフレームを利用して、貫通ビアを形成する例を示す図である。リードフレームを利用する場合は貫通ビアとしての利用に適している。リードフレーム(金属構造体)65Aは、平坦な保持プレート又はアイランド65bから垂直方向に延びる多数の細い端子(リード)65aを有する。このような端子65aを貫通ビアとして利用するには、端子65aの一本一本を正確に位置決めしなければならない。そこで、図10(A)および図10(B)の例では、あらかじめ所定の位置にくぼみ62が形成された位置決め基板61を用意し、リードフレーム65Aの各端子65aの先端部を基板61のくぼみ62に挿入し、ポリイミド等の樹脂63で固定する。端子65aを固定した後、リードフレーム65Aを樹脂63ごと位置決め基板61から剥離する。
10 to 13 are diagrams illustrating an example in which a through via is formed using an inexpensive lead frame as a metal structure. When a lead frame is used, it is suitable for use as a through via. The lead frame (metal structure) 65A has a large number of thin terminals (leads) 65a extending vertically from a flat holding plate or
図11は、剥離した状態のリードフレーム65Aを示す。リードフレーム65Aの各端子65aは所定の間隔で樹脂63に対して垂直に固定されている。なお、樹脂としてはポリイミドに限らず、剛性の強い任意の樹脂を用いることができ、エポキシ樹脂であっても厚くつけることができれば使用可能である。
FIG. 11 shows the
図12は、図11の金属構造体(リードフレーム)65Aの配置例を示す図である。支持基板11上に仮接着層12を形成し、複数の半導体チップ20を支持基板11上に仮接着する。半導体チップ20とチップ20の間の所定の位置に、端子65aが固定された状態の金属構造体65Aを配置する。この場合、固定用の樹脂63が仮接着層12を介して支持基板11上に仮接着される。その後、全体を樹脂で固めて剥離し、剥離面に配線を形成した後に余分な樹脂及びリードフレーム65のプレート(アイランド)65bを剥離面の反対側から研磨することになるが、各端子65aがそれぞれ正しい位置に固定されているので、研磨後も正確な位置に貫通ビアとして露出させることができる。
FIG. 12 is a diagram illustrating an arrangement example of the metal structure (lead frame) 65A of FIG. A
図13は、貫通ビア用の金属構造体の別の例を示す図である。図13の例では、外側に絶縁皮膜を施した金属箔を利用する。たとえば、一方の面に絶縁物66を貼り付けた金属箔65Bに、アイランド領域(保持領域)から複数の端子が延びるようなパターンを形成してパターン付きフィルムを作製し、複数の端子を絶縁物(層)66が施された面が外側になるように、アイランドに対して垂直に折り曲げて金属構造体65Bとする。金属構造体65Bは、フィルムの弾性又はバネ性を利用して半導体チップ20間に固定される。すなわち、端子65aは、図中の矢印で示すように外側に向かって開こうとするので、絶縁物66を介して半導体チップ20の側面に押圧される。これにより、金属箔の端子65aを正しい位置に保持することができる。また、絶縁層66を介して金属構造体65Bの端子65aを半導体チップ20に押圧するので、チップ20とのショートを防止することができる。
FIG. 13 is a diagram illustrating another example of the metal structure for through vias. In the example of FIG. 13, a metal foil having an insulating film on the outside is used. For example, a film with a pattern is formed by forming a pattern in which a plurality of terminals extend from an island region (holding region) on a metal foil 65B having an
図14A〜図14Kは、第2実施形態による半導体装置の製造工程を示す図である。第2実施形態では、フェイスアップの半導体チップとフェイスダウンの半導体チップを混載してさらに実装密度を高める。第2実施形態でも、第1実施形態と同様に、ビア用突起と配線用の突起を有する金属構造体を用いて、微細な貫通ビアや配線を同時に形成する。 14A to 14K are diagrams illustrating manufacturing steps of the semiconductor device according to the second embodiment. In the second embodiment, a mounting density is further increased by mounting a face-up semiconductor chip and a face-down semiconductor chip together. Also in the second embodiment, similarly to the first embodiment, fine through vias and wirings are simultaneously formed using a metal structure having via protrusions and wiring protrusions.
まず、図14Aに示すように、電極21を下向きにしたフェイスダウンのチップ20a、20bを、仮接着層12により支持基板11上に仮固定する。仮接着層12は、第1実施形態と同様に、加熱や紫外線の照射により接着力が低減するものが望ましく、たとえばUVテープを用いる。
First, as shown in FIG. 14A, face-
次に、図14Bに示すように、フェイスアップのチップ20cを、仮接着層12を介して支持基板11に仮固定する。フェイスアップのチップ20cの厚さは、フェイスダウンのチップ20a、20bの厚さよりも薄い。
Next, as shown in FIG. 14B, the face-
次に、図14Cに示すように、フェイスダウンのチップ20a上に、フェイスアップのチップ20dを接着剤等で固定する。この場合も、フェイスアップのチップ20dの厚さは、フェイスダウンのチップ20aの厚さよりも薄い。この状態で支持基板11上に、フェイスダウンのチップ20a、20bと、フェイスアップのチップ20c、20dが混載配置されたパターンが形成される。実際の支持基板11上では、図14Cのようなパターンがウエハーの形状に繰り返し並べられている。
Next, as shown in FIG. 14C, the face-
次に、図14Dに示すように、ビア用の突起25aと配線用の突起25cを有する金属構造体25を、仮接着層12を介して支持基板11上の所定の箇所に仮固定する。
Next, as shown in FIG. 14D, the
次に、図14Eに示すように、フェイスアップのチップ20c、20dの電極21に、金線、銅線などの導線でボールボンディングを行う。導線を所定の長さに切断して微細な金属柱71とする。
Next, as shown in FIG. 14E, ball bonding is performed on the
次に、図14Fに示すように、全体を樹脂で覆って固定した後、樹脂層が所定の高さになるまで研削、研磨して、樹脂の余分な部分と、金属構造体25の保持部25b及び金属柱71の余分な部分を除去する。これにより、金属構造体25の突起25a、25cが樹脂層15内に貫通ビア25a及び配線25cとして残り、ボールボンディングした導線71が、ビア72として残る。第2実施形態では、1つの擬似ウエハー内で半導体チップ20を3次元に積層するので、樹脂層15の厚さが厚くなる。この場合、従来のレーザドリルによりビアホールを形成する場合は、ビア径が大きくなりビア占有面積が増大するが、第2実施形態では、あらかじめ所定の径、所定の高さにモールド形成された金属構造体25を用いるので、樹脂層15が厚くなった場合も、微細なビアを断線なしに形成することができる。
Next, as shown in FIG. 14F, after covering and fixing the whole with resin, it is ground and polished until the resin layer reaches a predetermined height, and the excess portion of the resin and the holding portion of the
次に、図14Gに示すように、研磨面に現れたビア25a及びビア72上に配線75を形成し、任意のビア間を電気的に接続する。
Next, as shown in FIG. 14G, wirings 75 are formed on the
次に、図14Hに示すように、仮接着層12を熱あるいは紫外線で変質させて、半導体チップ20や配線75、ビア25a、72が埋め込まれた状態の樹脂層15を支持基板11から剥離する。これにより、複数の半導体チップ20a〜20dが所定の配置、間隔で並べられた擬似ウエハー79が得られる。
Next, as shown in FIG. 14H, the temporary
次に、図14Iに示すように、剥離した擬似ウエハー79の上下を反転させて、配線75を形成した面を下にして、仮接着層82により新たな支持基板81上に仮固定する。これにより、当初にフェイスダウンで配置された半導体チップ20a、20bの電極21が樹脂層15の表面に位置する。
Next, as shown in FIG. 14I, the peeled
次に、図14Jに示すように、チップ20a、20bの任意の電極21を接続する配線78や、貫通ビア25aと電極21を接続する配線78を形成する。
Next, as shown in FIG. 14J, a
最後に、図14Kに示すように、仮接着層82を熱あるいは紫外線で変質させ、支持基板81から樹脂層15全体を剥離することによって、両面に配線パターンが形成された擬似ウエハー80が得られる。この擬似ウエハー80は、図7に示されるように複数の半導体チップやビア、配線が所定パターンで配置された領域が繰り返しウエハー計上に配置されたものである。図7と異なるのは、擬似ウエハー80から切り出した擬似ウエハーモジュールの裏面にも配線パターン(金属構造体25に由来する配線25c以外の配線パターン)が形成されていることである。擬似ウエハー80から擬似ウエハーモジュールを切り出すことによって、良品のLSIを微細な貫通ビアや配線で接続した実装密度の高いモジュールを効率よく作製することができる。
Finally, as shown in FIG. 14K, the temporary
上述した第1実施形態及び第2実施形態の半導体装置の製造方法によれば、樹脂をベースとした擬似ウエハーに、ウエハーの厚さにかかわりなく微細な貫通ビアを形成することができる。従来の手法と異なり、樹脂層にレーザ等でビアホールを形成する必要も、ホール内を導体で充填する必要もない。設計どおりの微細ビアを形成することができるので、LSIの高密度配置が可能になる。LSIを高密度配置した擬似ウエハーモジュールを3次元に積層することにより、さらに実装密度を高めた半導体装置が実現する。 According to the semiconductor device manufacturing method of the first embodiment and the second embodiment described above, a fine through via can be formed on a resin-based pseudo wafer regardless of the thickness of the wafer. Unlike the conventional method, it is not necessary to form a via hole in the resin layer with a laser or the like, and it is not necessary to fill the hole with a conductor. Since fine vias can be formed as designed, LSIs can be arranged at high density. By stacking pseudo wafer modules in which LSIs are arranged at a high density in a three-dimensional manner, a semiconductor device with an even higher mounting density is realized.
貫通ビアになる部分のみならず、配線となる突起部もあらかじめ備えた金属構造体を用いることで、樹脂層の研削、研磨により、研磨面に貫通ビアと配線を同時に形成することが可能になる。金属構造体の高さは、研磨する量に応じて適宜設計する。チップを跨る金属構造体を研削、研磨することで、チップの背面を乗り越える配線を形成することができる。 By using a metal structure that includes not only a portion that becomes a through via but also a protrusion that becomes a wiring in advance, it becomes possible to simultaneously form a through via and a wiring on the polished surface by grinding and polishing the resin layer. . The height of the metal structure is appropriately designed according to the amount to be polished. By grinding and polishing the metal structure straddling the chip, it is possible to form a wiring over the back surface of the chip.
金属構造体をあらかじめ用意しておくので、金属構造体の事前の検査が可能になり、ビア形成による不良の発生を防止することができる。金属構造体ををチップをまたがるように配置してから研磨する場合は、チップの背面を乗り越える配線を設けることができる。 Since the metal structure is prepared in advance, the metal structure can be inspected in advance, and the occurrence of defects due to via formation can be prevented. When the metal structure is disposed so as to straddle the chip and then polished, a wiring over the back surface of the chip can be provided.
以上の説明に対し、以下の付記を提示する。
(付記1)
複数の半導体チップと、複数の突起を有する金属構造体とを支持基板上の所定の箇所に配置し、
前記複数の半導体チップ及び前記金属構造体を樹脂で覆って固化し、
前記固化した樹脂の一部及び前記金属構造体の一部を除去、平坦化して、前記金属構造体の前記突起を貫通ビアとして露出させ、
前記半導体チップ及び前記貫通ビアが埋め込まれた樹脂層を前記支持基板から剥離し、
前記剥離面に所定の配線パターンを形成して擬似ウエハーを完成する
工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記2)
前記金属構造体は、平坦な保持部と、前記保持部から垂直方向に延びる前記複数の突起とを有し、前記平坦化により、前記保持部が除去されて前記突起が露出することを特徴とする付記1に記載の半導体装置の製造方法。
(付記3)
前記金属構造体は、前記保持部から垂直方向に延びるビア用の第1の突起と、前記保持部から垂直方向に突出する配線用の第2の突起を有し、前記平坦化により、前記保持部が除去されて、前記第1の突起と前記第2の突起が、それぞれ前記貫通ビア及び配線として露出することを特徴とする付記2に記載の半導体装置の製造方法。
(付記4)
前記金属構造体はリードフレームであり、前記平坦化により前記リードフレームの平坦な保持部が除去されて、前記端子が前記貫通ビアとして露出することを特徴とする付記2に記載の半導体装置の製造方法。
(付記5)
前記リードフレームの前記複数の端子の先端部を、あらかじめ樹脂層により所定の位置に固定し、前記固定された前記リードフレームを、前記支持基板上の所定の箇所に配置することを特徴とする付記4に記載の半導体装置の製造方法。
(付記6)
前記金属構造体は、金属箔の一方の面に絶縁層を形成したフィルムを、前記保持部から前記複数の端子が延びるパターンに加工し、前記絶縁層が形成された面が外側になるように前記複数の端子を前記保持部に対して垂直に折り曲げて作製することを特徴とする付記2に記載の半導体装置の製造方法。
(付記7)
前記金属構造体を、前記折り曲げた端子の弾性を利用して前記複数の半導体チップ間に保持することを特徴とする付記6に記載の半導体装置の製造方法。
(付記8)
前記半導体チップは、電極面を下向きにして前記支持基板上に配置される第1の半導体チップを含み、前記剥離面への配線パターンの形成は、前記半導体チップの前記電極間及び/又は前記電極と前記貫通ビアとの間を電気的に接続するように形成することを特徴とする付記1〜7に記載の半導体装置の製造方法。
(付記9)
電極面を上向きにした第2の半導体チップを、前記支持基板上及び/又は前記電極面を下向きにした前記半導体チップ上に配置する工程をさらに含むことを特徴とする付記1に記載の半導体装置の製造方法。
(付記10)
前記第2の半導体チップの前記電極上に導線をボールボンディングし、前記導線を所定の長さに切断して金属柱を形成し、
前記第1及び第2の半導体チップ、前記金属構造体、及び前記金属柱を前記樹脂で覆って固化し、
前記平坦化により、前記金属構造体の前記突起と前記金属柱を、前記貫通ビアとして露出し、
前記露出面に、前記貫通ビアを電気的に接続する配線パターンを形成する
工程をさらに含むことを特徴とする付記9に記載の半導体装置の製造方法。
(付記11)
前記擬似ウエハーを所定の形状の個別片に切り出して擬似ウエハーモジュールを作製する工程をさらに含むことを特徴とする付記1に記載の半導体装置の製造方法。
(付記12)
複数種類の前記擬似ウエハーモジュールを3次元に積層する工程をさらに含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記13)
前記複数の半導体チップは、仮接着層を介して前記支持基板上に配置され、前記剥離工程は、前記仮接着層に熱または紫外線の照射を与えることにより前記樹脂層を前記支持基板から剥離することを特徴とする付記1〜12のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
The following notes are presented for the above explanation.
(Appendix 1)
A plurality of semiconductor chips and a metal structure having a plurality of protrusions are arranged at predetermined locations on the support substrate,
Covering and solidifying the plurality of semiconductor chips and the metal structure with resin,
Removing a part of the solidified resin and a part of the metal structure, flattening, exposing the protrusion of the metal structure as a through via;
The resin layer in which the semiconductor chip and the through via are embedded is peeled from the support substrate,
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a predetermined wiring pattern on the peeling surface to complete a pseudo wafer.
(Appendix 2)
The metal structure has a flat holding portion and the plurality of protrusions extending in a vertical direction from the holding portion, and the holding portion is removed and the protrusion is exposed by the planarization. A manufacturing method of a semiconductor device according to attachment 1.
(Appendix 3)
The metal structure has a first protrusion for a via that extends in a vertical direction from the holding part and a second protrusion for a wiring that protrudes in a vertical direction from the holding part. 3. The method of manufacturing a semiconductor device according to appendix 2, wherein the first protrusion and the second protrusion are exposed as the through via and the wiring, respectively, by removing a portion.
(Appendix 4)
3. The semiconductor device manufacturing method according to claim 2, wherein the metal structure is a lead frame, and the flat holding portion of the lead frame is removed by the planarization, and the terminal is exposed as the through via. Method.
(Appendix 5)
The tip of the plurality of terminals of the lead frame is fixed in advance at a predetermined position by a resin layer, and the fixed lead frame is disposed at a predetermined position on the support substrate. 5. A method for manufacturing a semiconductor device according to 4.
(Appendix 6)
In the metal structure, a film in which an insulating layer is formed on one surface of a metal foil is processed into a pattern in which the plurality of terminals extend from the holding portion, and the surface on which the insulating layer is formed is on the outside. The manufacturing method of a semiconductor device according to appendix 2, wherein the plurality of terminals are manufactured by being bent perpendicularly to the holding portion.
(Appendix 7)
The method of manufacturing a semiconductor device according to appendix 6, wherein the metal structure is held between the plurality of semiconductor chips by utilizing elasticity of the bent terminals.
(Appendix 8)
The semiconductor chip includes a first semiconductor chip disposed on the support substrate with an electrode surface facing downward, and a wiring pattern is formed on the peeling surface between the electrodes of the semiconductor chip and / or the electrodes. The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of appendices 1 to 7, wherein the semiconductor device is formed so as to be electrically connected to the through via.
(Appendix 9)
The semiconductor device according to claim 1, further comprising a step of disposing a second semiconductor chip with an electrode surface facing upward on the support substrate and / or the semiconductor chip with the electrode surface facing downward. Manufacturing method.
(Appendix 10)
Conductive ball bonding on the electrode of the second semiconductor chip, cutting the conductive wire to a predetermined length to form a metal pillar,
Covering and solidifying the first and second semiconductor chips, the metal structure, and the metal pillar with the resin,
By the planarization, the protrusions and the metal columns of the metal structure are exposed as the through vias,
The method of manufacturing a semiconductor device according to appendix 9, further comprising forming a wiring pattern for electrically connecting the through via on the exposed surface.
(Appendix 11)
The semiconductor device manufacturing method according to claim 1, further comprising a step of cutting the pseudo wafer into individual pieces having a predetermined shape to manufacture a pseudo wafer module.
(Appendix 12)
A method of manufacturing a semiconductor device, further comprising a step of three-dimensionally stacking a plurality of types of the pseudo wafer modules.
(Appendix 13)
The plurality of semiconductor chips are disposed on the support substrate via a temporary adhesive layer, and the peeling step peels the resin layer from the support substrate by applying heat or ultraviolet irradiation to the temporary adhesive layer. The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of Appendices 1 to 12, wherein:
複数のLSIチップを搭載した半導体装置の製造分野に適用することができる。ビア接続部と配線を有する配線回路基板に適用することができる。 The present invention can be applied to the field of manufacturing semiconductor devices on which a plurality of LSI chips are mounted. The present invention can be applied to a printed circuit board having via connection portions and wiring.
11 支持基板
12 仮接着層
15 埋め込み樹脂層
20、20a〜20d 半導体チップ
21 電極
25、65A、65B 金属構造体
25a、55a、65a 第1の突起(貫通ビア用突起)
25b、 保持部
25c、55c 第2の突起(配線用突起)
30、79、80 擬似ウエハー
45、75、78 配線
50 半導体装置
DESCRIPTION OF
25b, holding
30, 79, 80
Claims (5)
前記複数の半導体チップ及び前記金属構造体を樹脂で覆って固化し、
前記固化した樹脂の一部及び前記金属構造体の一部を除去、平坦化して、前記金属構造体の前記突起を貫通ビアとして露出させ、
前記半導体チップ及び前記貫通ビアが埋め込まれた樹脂層を前記支持基板から剥離し、
前記剥離面に所定の配線パターンを形成して擬似ウエハーを完成する
工程を含み、
前記金属構造体は、平坦な保持部と、前記保持部から垂直方向に延びる前記複数の突起とを有し、前記平坦化により、前記保持部が除去されて前記突起が露出し、
前記金属構造体は、金属箔の一方の面に絶縁層を形成したフィルムを、前記保持部から前記複数の端子が延びるパターンに加工し、前記絶縁層が形成された面が外側になるように前記複数の端子を前記保持部に対して垂直に折り曲げて作製する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 A plurality of semiconductor chips and a metal structure having a plurality of protrusions are arranged at predetermined locations on the support substrate,
Covering and solidifying the plurality of semiconductor chips and the metal structure with resin,
Removing a part of the solidified resin and a part of the metal structure, flattening, exposing the protrusion of the metal structure as a through via;
The resin layer in which the semiconductor chip and the through via are embedded is peeled from the support substrate,
Look including the step of completing the pseudo wafer by forming a predetermined wiring pattern on the release surface,
The metal structure has a flat holding portion and the plurality of protrusions extending in a vertical direction from the holding portion, and by the planarization, the holding portion is removed and the protrusion is exposed,
In the metal structure, a film in which an insulating layer is formed on one surface of a metal foil is processed into a pattern in which the plurality of terminals extend from the holding portion, and the surface on which the insulating layer is formed is on the outside. The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the plurality of terminals are manufactured by being bent perpendicularly to the holding portion .
前記複数の半導体チップ及び前記金属構造体を樹脂で覆って固化し、
前記固化した樹脂の一部及び前記金属構造体の一部を除去、平坦化して、前記金属構造体の前記突起を貫通ビアとして露出させ、
前記半導体チップ及び前記貫通ビアが埋め込まれた樹脂層を前記支持基板から剥離し、
前記剥離面に所定の配線パターンを形成して擬似ウエハーを完成する
工程を含み、
前記金属構造体は、平坦な保持部と、前記保持部から垂直方向に延びる前記複数の突起とを有し、前記平坦化により、前記保持部が除去されて前記突起が露出し、
前記金属構造体は、前記保持部から垂直方向に延びるビア用の第1の突起と、前記保持部から垂直方向に突出する配線用の第2の突起を有し、前記平坦化により、前記第1の突起及び前記第2の突起から、前記貫通ビア及び配線が同時に形成される
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 A plurality of semiconductor chips and a metal structure having a plurality of protrusions are arranged at predetermined locations on the support substrate,
Covering and solidifying the plurality of semiconductor chips and the metal structure with resin,
Removing a part of the solidified resin and a part of the metal structure, flattening, exposing the protrusion of the metal structure as a through via;
The resin layer in which the semiconductor chip and the through via are embedded is peeled from the support substrate,
A predetermined wiring pattern is formed on the peeling surface to complete a pseudo wafer.
Including steps,
The metal structure has a flat holding portion and the plurality of protrusions extending in a vertical direction from the holding portion, and by the planarization, the holding portion is removed and the protrusion is exposed ,
The metal structure has a first protrusion for a via that extends in a vertical direction from the holding part and a second protrusion for a wiring that protrudes in a vertical direction from the holding part. 1 of the protrusion and the second protrusion, the production method of the semi-conductor device you wherein the through vias and wiring are formed simultaneously.
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