JP2009088177A - SI MOUNTING BOARD COMPOSED OF Si AND SEMICONDUCTOR MODULE USING THE SAME - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、Si純度の低い実装基板に関するものである。 The present invention relates to a mounting substrate with low Si purity.
近年、携帯電話やデジタルカメラなどの情報端末の普及により、それに搭載される半導体装置には、集積化と共に、薄膜化、小型化、軽量化が要求されている。これは、一般にはCSP(Chip Size Package)またはSIP(System In Package)と呼ばれ、これらのパッケージは、半導体チップを100μm以下の厚みにして、2次元または3次元的に配置している。 In recent years, with the widespread use of information terminals such as mobile phones and digital cameras, semiconductor devices mounted thereon are required to be thinned, miniaturized, and reduced in weight as well as integrated. This is generally called CSP (Chip Size Package) or SIP (System In Package), and these packages are two-dimensionally or three-dimensionally arranged with semiconductor chips having a thickness of 100 μm or less.
つまり厚みのあるウェハを通常の半導体プロセスを用いてIC、LSIとして作り込み、その後、前記半導体ウェハを所望の厚みまで薄くし、そしてダイシングして半導体チップとしている。 That is, a thick wafer is formed as an IC or LSI using a normal semiconductor process, and then the semiconductor wafer is thinned to a desired thickness and diced to form a semiconductor chip.
また逆戻りになるが、半導体ウェハも、図2に示すように、Siの単結晶として引き上げられたSiインゴット1を円柱のインゴット2に加工するため、トップとテールをノコギリで切り落とし、旋盤等の装置3で加工を施している。そして1枚のウェハとして加工するため、例えばノコギリ等のソーウィング4で加工している。当然これらの過程では、前述したように、研磨、研削またはソーウィングを経るため、沢山のSi屑が発生する。 As shown in FIG. 2, the semiconductor wafer is also processed into a cylindrical ingot 2 by cutting the Si ingot 1 pulled up as a single crystal of Si. 3 is processed. For processing as a single wafer, for example, processing is performed with a saw wing 4 such as a saw. Naturally, in these processes, as described above, a large amount of Si scrap is generated because of polishing, grinding or sawing.
例えばトップとテールは、大きな塊として存在するために、再度溶融してSiのインゴットとして再利用している。また、微細なSi屑は、特許第3316484号公報に示されるように、Si屑として回収が可能となり、例えば鉄鋼、レンガ等に混ぜて、その特性向上を実現している。 For example, since the top and tail exist as large lumps, they are melted again and reused as Si ingots. Further, as shown in Japanese Patent No. 3316484, fine Si scraps can be collected as Si scraps, and are mixed with, for example, steel, bricks, etc., thereby improving the characteristics.
一方、CSP、SIPに用いられる半導体チップは、前に触れたように薄い半導体チップを用いるため、インターポーザとして薄い樹脂基板を採用していた。この樹脂基板は、プリント基板等の実装基板との熱膨張係数αを近似させるため、樹脂材料、そして混入されるフィラーの選択がされ、半導体チップにできる限り応力が加わらない対策が施されていた。
前述したSi屑は、大量の電力を使って製造されたものであるが、Si屑を再溶融して半導体基板として再利用するためには、イレブンナイン(99.99・・%)の純度にしなければ成らない。また太陽電池の基板として採用するにもシックスイレブン(99.99・・%)の純度としなければ成らない。 The above-mentioned Si scrap is manufactured using a large amount of electric power. However, in order to remelt the Si scrap and reuse it as a semiconductor substrate, the purity of Eleven Nine (99.99 ··%) is achieved. It must be done. In addition, to be used as a substrate for a solar cell, the purity must be 6% (99.99%).
これらの純度にするには、B、PまたはAs等の不純物を安価な方法で実現する必要があり、未だその手法が確立されていない問題があった。 In order to achieve these purities, impurities such as B, P or As must be realized by an inexpensive method, and there has been a problem that the method has not yet been established.
また前述した純度のSiの基板をSiの半導体チップの実装基板として採用する場合、実装時の応力により、基板が割れる問題があった。 Further, when the above-described purity Si substrate is employed as a mounting substrate for a Si semiconductor chip, there has been a problem that the substrate is broken due to stress during mounting.
本発明は、前述した課題に鑑みて成され、
第1に、実装基板のSi純度を、99%以下にすることで解決するものである。
The present invention has been made in view of the aforementioned problems,
First, the problem is solved by making the Si purity of the mounting substrate 99% or less.
第2に、Siから成る実装基板には、研磨、研削またはソーウィングによって発生するSi屑が含まれ、PまたはN型の不純物、電極材料から成る不純物または研磨、研削またはソーウィングの加工部材の構成材料から成る不純物を含ませる事で解決するものである。 Second, the mounting substrate made of Si contains Si scraps generated by polishing, grinding, or sawing, and P or N type impurities, impurities made of electrode material, or polishing, grinding, or sawing processed members. The problem is solved by including an impurity composed of a constituent material.
第3に、前記Siから成る実装基板には、B、P、As、Al、CuまたはFeの少なくともひとつを含ませて解決するものである。 Thirdly, the mounting substrate made of Si includes at least one of B, P, As, Al, Cu or Fe to solve the problem.
第4に、Siの純度を99%を超えるSiの基板よりも硬度を持たせることで解決するものである。 Fourthly, the problem is solved by making the Si purity more rigid than the Si substrate exceeding 99%.
第5に、Siから成る実装基板を多結晶から構成することで解決するものである。 Fifth, the problem is solved by forming the mounting substrate made of Si from polycrystal.
第6に、Si基板の表よりもSi基板の裏側の方を、粗度を大きくすることで解決するものである。 Sixth, the problem is solved by increasing the roughness of the back side of the Si substrate rather than the surface of the Si substrate.
第7に、Siの表には、絶縁層を介して表面電極が多層に設けられ、Siの裏面には、単層配線の裏面電極が設けられる事で解決するものである。 Seventh, the surface of Si is provided with a plurality of surface electrodes through an insulating layer, and the back surface of Si is provided with a back surface electrode of a single-layer wiring.
第8に、Siから成る実装基板は、研磨、研削またはソーウィングによって発生するSi屑が含まれた焼結体より成ることで解決するものである。 Eighth, the mounting substrate made of Si is solved by being made of a sintered body containing Si scraps generated by polishing, grinding or sawing.
第9に、焼結体のSiの平均粒径を1μm以下にすることで解決するものである。 Ninth, the problem can be solved by setting the average particle size of Si in the sintered body to 1 μm or less.
第10に、焼結体のグレインバンダリには、焼結促進剤としての金属酸化物を含ませることで解決するものである。 Tenth, the problem is solved by including a metal oxide as a sintering accelerator in the grain boundary of the sintered body.
第11に、金属酸化物として、酸化マンガンおよび酸化チタンの複合酸化物を採用することで解決するものである。 Eleventh, this is solved by adopting a complex oxide of manganese oxide and titanium oxide as the metal oxide.
第12に、Siから成る実装基板の表から裏側に渡り設けられる貫通ビアは、焼成前のグリーンシートの際に、パンチ加工または金型加工によって形成されることで解決するものである。 Twelfth, the through via provided from the front side to the back side of the mounting substrate made of Si is solved by being formed by punching or die processing on the green sheet before firing.
第13に、Siから成る実装基板の上にSiから成る半導体チップが実装されることで解決するものである。 Thirteenth, the problem is solved by mounting a semiconductor chip made of Si on a mounting board made of Si.
第14に、Siから成る半導体チップが設けられたSiから成る実装基板が、樹脂から成る実装基板上に実装されることで解決するものである。 14thly, it solves by mounting the mounting substrate which consists of Si provided with the semiconductor chip which consists of Si on the mounting substrate which consists of resin.
Siから成るLSI等の半導体チップと異なり、Siから成る実装基板は、Siの純度を要求されない。また不純物が混入されることである程度その硬度が高くなるため、樹脂からなる実装基板よりもそのフラット性が維持できる。しかも応力の原因となる熱膨張係数αは、実質的に一致するため、薄型の半導体チップでも信頼性高く実装することができる。 Unlike a semiconductor chip such as an LSI made of Si, a mounting substrate made of Si does not require Si purity. Further, since the hardness is increased to some extent by mixing impurities, the flatness can be maintained as compared with the mounting substrate made of resin. Moreover, since the thermal expansion coefficients α that cause stress substantially coincide, even a thin semiconductor chip can be mounted with high reliability.
またインゴットの研磨・研削、またはウェハのバックグラインド、ダイシング等の研磨・研削から発生するSi屑は、93%〜97%とその純度も高く、
たんに溶融してインゴットとし、スライスするだけで良い為、工程の簡略化、電力の削減が実現でき、コストを削減でき、信頼性の高い実装基板が実現できる。
In addition, Si scrap generated from polishing / grinding of ingots or polishing / grinding of wafer back-grinding, dicing, etc. has a high purity of 93% to 97%,
Since it only needs to be melted into an ingot and sliced, the process can be simplified, the power can be reduced, the cost can be reduced, and a highly reliable mounting board can be realized.
更に、実装基板を単結晶または多結晶で構成する。特に多結晶とすれば、劈開性が無く、実装基板の割れを抑止することができる。 Further, the mounting substrate is made of single crystal or polycrystal. In particular, if polycrystalline, there is no cleaving property and cracking of the mounting substrate can be suppressed.
最後に、Si屑から成る焼結体とすれば、前述した劈開性の抑止となるばかりか、製法も簡略化できる。つまりグリーンシートとして容易ができるため、パンチ加工または金型加工ができるため、工程の簡略化、電力の削減が実現でき、コストを削減できる。 Finally, if the sintered body is made of Si scrap, not only the above-described cleavage property is suppressed, but also the production method can be simplified. That is, since it can be easily made as a green sheet, punching or die processing can be performed, so that the process can be simplified and the power can be reduced, thereby reducing the cost.
具体的には低温(〜1000度)で焼成させるためにシリコン粉末を微細化できる。例えば、出来てきた物は焼結後のSiの平均粒径が1μm以下にでき、加工時のチッピング等の抑止、強度の向上を実現できる。 Specifically, the silicon powder can be refined for firing at a low temperature (up to 1000 degrees). For example, the finished product can have an average particle size of Si after sintering of 1 μm or less, and can suppress chipping during processing and improve strength.
更には、焼結促進剤として酸化マンガン、酸化チタンの複合酸化物を配合するため、出来て来た物はSiに不純物としてMn、Tiの酸化物を含み、粒界に酸化物が存在することにより、Siの実装基板の絶縁性向上を実現できる。 Furthermore, since a composite oxide of manganese oxide and titanium oxide is blended as a sintering accelerator, the resulting product contains Mn and Ti oxides as impurities in Si, and oxides exist at the grain boundaries. Thus, it is possible to improve the insulation of the Si mounting substrate.
まず、文章の簡略化、そして区別をさせるため定義をしておく。つまり本発明のポイントであるSiから成る実装基板を本発明では、インターポーザと呼ぶ。またこのインターポーザに実装されるSiから成る半導体チップは、ディスクリート型、IC、LSIおよびシステムLSI等を含み、単にチップと呼ぶ。 First of all, definitions are provided to simplify and distinguish sentences. That is, the mounting substrate made of Si, which is the point of the present invention, is called an interposer in the present invention. A semiconductor chip made of Si mounted on the interposer includes a discrete type, an IC, an LSI, a system LSI, and the like, and is simply referred to as a chip.
更に、前記チップが実装されたインターポーザは、電子機器にセットされる実装基板、例えばプリント基板、セラミック基板または金属基板等に実装されるが、これらを総称して実装基板と呼ぶ。 Further, the interposer on which the chip is mounted is mounted on a mounting board set in an electronic device, for example, a printed board, a ceramic board, a metal board, or the like, and these are collectively referred to as a mounting board.
では以下に、本発明の実施の形態を、図1乃至図4を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4.
図1Aは、インターポーザ10の断面図を示すもので、製造方法としては、図1Bに示す様に、ウェハ11に作り込み、最終的にはダイシングラインに沿って個々に分離するものである。 FIG. 1A shows a cross-sectional view of the interposer 10. As a manufacturing method, as shown in FIG. 1B, the wafer 11 is manufactured and finally separated along a dicing line.
一般に、このウェハは、イレブンナインと言われる程に純度の高い単結晶であり、劈開性を有するものである。当然ながら、厚いウェハ11で、通常の半導体プロセスによりIC、LSIを作り込み、これをバックグラインドして、例えば厚みが100μm〜50μmと薄くしてからダイシングする。当然、チップの薄さ、それに実装時の応力により色々な力が加わり、チッピングが発生する。 Generally, this wafer is a single crystal having a purity as high as eleven nines, and has a cleavage property. As a matter of course, an IC and an LSI are fabricated by a normal semiconductor process on the thick wafer 11, and this is back-ground, for example, the thickness is reduced to 100 μm to 50 μm, and then dicing is performed. Naturally, various forces are applied depending on the thinness of the chip and the stress at the time of mounting, and chipping occurs.
例えば図5、図6では、チップ13、積層チップ14がそれに該当する。つまりチップ13は、表面に半田、AuまたはCu等のバンプ15が形成され、それがインターポーザ16に実装される。このインターポーザ16が仮に樹脂から成れば、この樹脂の熱膨張係数α1とチップの熱膨張係数α2との違いによりチップ13は、クラックが発生する場合がある。また積層チップ14は、チップの表面から裏面に渡り貫通電極17が形成されたものである。この積層チップ14は、前記貫通電極17と電気的に接続されたバンプ18が、チップ14の裏面に形成されている。この積層チップ14は、例えばメモリに採用され、メモリ容量により積層チップの数は増大していく。これも、インターポーザ16が仮に樹脂から成れば、この樹脂の熱膨張係数α1とチップの熱膨張係数α2との違いによりチップ13は、クラックが発生する場合がある。 For example, in FIGS. 5 and 6, the chip 13 and the laminated chip 14 correspond to this. That is, the chip 13 has bumps 15 such as solder, Au or Cu formed on the surface, and is mounted on the interposer 16. If the interposer 16 is made of resin, the chip 13 may crack due to the difference between the thermal expansion coefficient α1 of the resin and the thermal expansion coefficient α2 of the chip. The laminated chip 14 has a through electrode 17 formed from the front surface to the back surface of the chip. In the laminated chip 14, bumps 18 electrically connected to the through electrodes 17 are formed on the back surface of the chip 14. The multilayer chip 14 is employed in, for example, a memory, and the number of multilayer chips increases with the memory capacity. Again, if the interposer 16 is made of a resin, the chip 13 may crack due to the difference between the thermal expansion coefficient α1 of the resin and the thermal expansion coefficient α2 of the chip.
例えば樹脂基板 x−y方向のα1は、11−12×10−6/℃、z方向では、25−30×10−6/℃、またSiのα2は、4.0×10−6/℃であり、大きく異なる。 For example, α1 in the resin xy direction is 11-12 × 10 −6 / ° C., 25-30 × 10 −6 / ° C. in the z direction, and α2 of Si is 4.0 × 10 −6 / ° C. It is very different.
よって、樹脂性のインターポーザよりSiのインターポーザ16にすることにより、チップ13、14とインターポーザ16のαのマッチングがとれて、チッピング、クラック等を防止することができる。 Therefore, by using the Si interposer 16 instead of the resinous interposer, the α of the chips 13 and 14 and the interposer 16 can be matched, and chipping, cracking, and the like can be prevented.
しかしインターポーザ16も当然チップ13、14と同様にSiから成る。しかもこのインターポーザ16は、セットに実装されるプリント基板等の実装基板19に実装される。インターポーザ16と実装基板19は、実質Siと樹脂とのαの違いであり、今度は、インターポーザ16側のコーナーの欠け(チッピングと実質同様な現象)、クラック等が発生する。 However, the interposer 16 is naturally made of Si like the chips 13 and 14. Moreover, the interposer 16 is mounted on a mounting board 19 such as a printed board mounted on the set. The interposer 16 and the mounting substrate 19 are substantially different in α between Si and resin, and this time, corner chipping on the side of the interposer 16 (a phenomenon substantially similar to chipping), cracks, and the like occur.
本発明は、この欠けやクラックを防止するものである。 The present invention prevents this chipping and cracking.
つまり能動素子である半導体素子を作り込む事は、殆ど要求されないので、Si基板自身にイレブンナイン、シックスナインの純度は、要求されない。
要は、拡散領域から構成される能動素子、受動素子の特性をコントロールし、特性の安定性が求められるために、この純度が必要になるわけである。
In other words, since it is hardly required to make a semiconductor element which is an active element, the purity of eleven nine and six nine is not required for the Si substrate itself.
In short, the purity of the active element and the passive element composed of the diffusion region is required to control the characteristic and to require stability of the characteristic.
一方、本発明は、純度の低いSiを採用し、不純物が入ることで、Si基板の硬度が増すと同時に、劈開性が減少してくる事に着目した。例えばそのSi純度は、99%以下でも満足される。 On the other hand, the present invention has focused on the fact that Si of low purity is employed and impurities are introduced, whereby the hardness of the Si substrate is increased and the cleavage property is decreased at the same time. For example, the Si purity is satisfied even at 99% or less.
従来例でも説明したが、例えば純度の低いSi粉体を確保することは可能である。例えば、バックグラインドとダイシングで発生したSi屑の含まれた排水を一つのタンクに溜めた場合、その成分は以下のようである。 As described in the conventional example, it is possible to secure, for example, Si powder with low purity. For example, when drainage containing Si waste generated by back grinding and dicing is stored in one tank, the components are as follows.
Si:94.8%、P:63ppm、B:7ppm、Al:13ppm、Cu:25ppm・・・とSi以外の不純物が13種類も含まれる場合も有る。このSiをそのまま再溶融しても良いし、このSi屑を純度の高いSiに混ぜて再溶融しても良い。つまりインゴットにし、ウェハを作り、インターポーザとして活用する訳である。 There may be 13 types of impurities other than Si: Si: 94.8%, P: 63 ppm, B: 7 ppm, Al: 13 ppm, Cu: 25 ppm, and so on. This Si may be remelted as it is, or this Si waste may be mixed with high purity Si and remelted. In other words, the wafer is made into an ingot and used as an interposer.
またイレブンナイン、シックスナインのインゴット生成工程の途中で、Si純度が90%〜99%の段階で取り出しても良い。つまりインターポーザとして活用する場合、イレブンナイン、シックスナインの純度である必要が無い。 Further, in the process of producing eleven nine and six nine ingots, the Si purity may be taken out at a stage of 90% to 99%. That is, when used as an interposer, it is not necessary to have eleven nine or six nine purity.
また多結晶構造であれば、単結晶と異なり、劈開性が抑制できる。これは、Si粉体、微粒子を焼結させても良い。つまり細かな単結晶が、組成こそ違うが、グレインバンダリで一体となったものである。これにより加工時のチッピング等の抑止ができ、強度の向上が実現できる。 In addition, in the case of a polycrystalline structure, unlike a single crystal, cleavage can be suppressed. In this case, Si powder and fine particles may be sintered. In other words, fine single crystals are different in composition but are integrated in a grain boundary. As a result, chipping and the like during processing can be suppressed, and improvement in strength can be realized.
例えば、焼結の段階で、Si微粒子が全てシリコン酸化膜に変換するのを抑制させないとならない。つまり焼結体の中にシリコン酸化膜が存在しても、Si方が50%以上と、その重量比が多い必要がある。つまりチップとのαを一致させるわけなので、できる限りSiが存在していないとチップのαに近づかないからである。 For example, it is necessary to suppress the conversion of all Si fine particles into a silicon oxide film at the stage of sintering. That is, even if a silicon oxide film is present in the sintered body, it is necessary that the Si ratio is 50% or more and the weight ratio is large. In other words, since α with the chip is matched, if there is no Si as much as possible, it will not approach the α of the chip.
そのため。図9でも説明するが、還元性雰囲気である必要がある。つまり図10に示すグラフは、Siウェハのダイシング時に発生する切削屑の粒径分布を示すものである。図からも判るようにおよそ0.1μm〜200μmの範囲で分布されている。(尚、粒径分布測定装置は、0.1μmよりも小さい粒が検出不能であったため、0.1μmよりも小さい切削屑の分布は示されていない。実際は、これよりも小さいものが含まれていると推察する。)この様な極めて微細な微粒子を焼結する際、酸化雰囲気であれば、Siを残さず殆どがシリコン酸化膜に変換されてしまうからである。 for that reason. As will be described with reference to FIG. 9, it is necessary to have a reducing atmosphere. That is, the graph shown in FIG. 10 shows the particle size distribution of cutting waste generated during dicing of the Si wafer. As can be seen from the figure, it is distributed in the range of approximately 0.1 μm to 200 μm. (Note that the particle size distribution measuring apparatus cannot detect particles smaller than 0.1 μm because particles smaller than 0.1 μm cannot be detected. Actually, particles smaller than this are included. This is because, when such very fine particles are sintered, in an oxidizing atmosphere, most of the Si is not converted and a silicon oxide film is converted.
では、図1Aでインターポーザ10の説明をする。まずはSiから成る基板20がある。この基板20は、純度が90〜99%程度、または80〜99%程度の純度の低い基板である。これは、図2の工程で発生するSi屑をそのまま、またはバージンSiに混ぜてインゴットにしたもの、更には図11の工程で、金属Siを前記純度でインゴットにして取り出せば良い。 Now, the interposer 10 will be described with reference to FIG. 1A. First, there is a substrate 20 made of Si. The substrate 20 is a low purity substrate having a purity of about 90 to 99% or about 80 to 99%. This can be done by removing the Si scrap generated in the process of FIG. 2 as it is or by mixing it with virgin Si to make an ingot, and in the process of FIG.
では、図2を使って説明する。図2Aは、Siインゴット1のトップとテールをのこぎりの如き治具で切断し、残った部分を研削治具で円柱のインゴット2に加工する工程を説明したものである。この際Si屑が発生する。 Then, it demonstrates using FIG. FIG. 2A illustrates a process in which the top and tail of the Si ingot 1 are cut with a jig such as a saw, and the remaining portion is processed into a cylindrical ingot 2 with a grinding jig. At this time, Si waste is generated.
また図2Bは、この円柱状のインゴット2をソーイング、例えばのこぎりで切断し、ウェハに加工していく。この際もSi屑が発生する。このSi屑は、半導体や太陽電池用のウェハや基板になるため、決められた不純物が、一定の量入れられているもの、また純度の高い、イレブンナインまたはシックスナイン用のSi屑である。また図面では説明していないが、半導体ウェハのバックグラインド、ダイシング等で発生したSi屑も対象である。 In FIG. 2B, the cylindrical ingot 2 is sawed, for example, cut with a saw, and processed into a wafer. Also at this time, Si waste is generated. Since this Si scrap becomes a wafer or a substrate for a semiconductor or a solar cell, it is a Si scrap for eleven nine or six nine, in which a predetermined amount of impurities are put, and high purity. Further, although not explained in the drawings, Si scrap generated by back grinding, dicing, etc. of a semiconductor wafer is also an object.
これらの屑は、図2Cで示すように、還元性雰囲気の中で溶融されインゴットにされる。 These debris is melted into an ingot in a reducing atmosphere as shown in FIG. 2C.
続いて、図11を使い、簡単に高純度のSiインゴットと本発明のインゴットについて説明する。図11は、高純度のSiインゴットを製造するフローである。まず酸化物であるシリカを用意し、木片、石炭等を使って還元分解し、金属級シリコン(純度98%)を生成する。この金属級シリコンに塩酸を使って高純度のガス、つまりトリクロロシランとし、ガス化させたものを析出させ、これを溶融して単結晶シリコンを作る。このフローで高純度にするが、本発明は、ガス化させて析出させる前の、金属級シリコンを取り出して単結晶、または多結晶のシリコンを活用しても良い。更には、この金属級シリコンの段階でSi屑を混ぜて溶かし込んでも良い。 Next, a high-purity Si ingot and the ingot of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a flow for manufacturing a high-purity Si ingot. First, silica, which is an oxide, is prepared and reductively decomposed using wood chips, coal, etc. to produce metal grade silicon (purity 98%). This metal grade silicon is converted to high purity gas, that is, trichlorosilane using hydrochloric acid, and the gasified one is deposited and melted to produce single crystal silicon. Although high purity is obtained by this flow, the present invention may utilize single crystal or polycrystalline silicon by taking out metal grade silicon before being gasified and deposited. Furthermore, Si scraps may be mixed and melted at the stage of this metal grade silicon.
図2の研磨・研削屑を活用すれば、材料をリサイクルできるため、安価にでき、金属級シリコンを活用すれば、ガス化させる必要性が無いために安価にできる特徴を有する。 If the polishing / grinding scraps shown in FIG. 2 are used, the material can be recycled, so that the cost can be reduced. If metal grade silicon is used, there is no need for gasification, and the cost can be reduced.
続いて、このインゴットになったものを再度図2A、Bでウェハ11に加工し、そしてこのウェハ11は、通常の半導体プロセスにより夫々の導電材、導電パターンが絶縁処理されて設けられ、最終的にはダイシングラインに沿ってカットされ、インターポーザとなる。 Subsequently, the ingot is processed again into a wafer 11 in FIGS. 2A and 2B, and this wafer 11 is provided with each conductive material and conductive pattern insulated by a normal semiconductor process. Is cut along the dicing line to become an interposer.
図1Aは、このインターポーザ10を説明するもので、ここでは貫通電極21により、表面電極22と裏面電極23を電気的に接続している。この貫通電極は、導電性を有したポリシリコンが充填されたり、Cuメッキ等の方法で充填される。この貫通電極21は、基板20との絶縁処理が必要で、貫通孔24には、絶縁膜が設けられている。具体的には、熱酸化で形成しても、CVD等で別途絶縁膜25を付着させても良い。ここで熱酸化であると、基板20の中に存在する不純物26を取り込む恐れがある。よって熱酸化膜25の上に別途CVDでシリコン酸化膜等の絶縁膜を付着させる必要がある。また基板20の表と裏にもシリコン酸化膜等の絶縁膜27、28が設けられる。
FIG. 1A illustrates the interposer 10. Here, the front electrode 22 and the back electrode 23 are electrically connected by the through electrode 21. The through electrode is filled with conductive polysilicon or by a method such as Cu plating. The through electrode 21 needs to be insulated from the substrate 20, and an insulating film is provided in the through hole 24. Specifically, the insulating film 25 may be deposited by thermal oxidation or by CVD or the like. Here, in the case of thermal oxidation, there is a possibility that
表面電極22は、実装されるチップの端子数により、一層メタル、または複数層のメタル配線が選択される。また図面では電極が2層積層された構造で示してあるが、電極と一体で配線も形成されている。この配線の一端は、前記電極と一体で他端は、外部接続用のパッドと一体でも良い。つまりチップ上のパッドと接続される基板20側のパッドは、貫通電極21の真上でも、配線を介して位置する外部接続用のパッドでも良い。当然多層メタルの場合、絶縁処理を施すため、層間絶縁膜29が形成される。 For the surface electrode 22, a single-layer metal or a multi-layer metal wiring is selected depending on the number of terminals of the mounted chip. In the drawing, the electrode is shown as a structure in which two layers are laminated, but wiring is also formed integrally with the electrode. One end of the wiring may be integrated with the electrode, and the other end may be integrated with an external connection pad. That is, the pad on the substrate 20 side connected to the pad on the chip may be directly above the through electrode 21 or may be a pad for external connection located via the wiring. Naturally, in the case of a multilayer metal, an interlayer insulating film 29 is formed in order to perform an insulating process.
更に、半田接続を考慮すれば、表、裏の導電パターンには、ソルダーレジストが設けられ、半田等の電気的接続手段が設けられる部分が開口される。 Further, considering solder connection, the front and back conductive patterns are provided with a solder resist, and portions where electrical connection means such as solder are provided are opened.
以上、インターポーザが形成されるが、基板20自体が80−99%の純度で、中に不純物が入っているため、劈開性の抑止、硬度上昇、更にはコスト的に安価にできるメリットを有する。しかもこのインターポーザのαは、実質Siのαと同一であるため、実装されるチップの信頼性も向上する。 As described above, although the interposer is formed, since the substrate 20 itself has a purity of 80-99% and contains impurities, there are advantages in that cleavage is suppressed, hardness is increased, and further, the cost is low. In addition, since the α of this interposer is substantially the same as α of Si, the reliability of the mounted chip is also improved.
図3は、図1と実質同じで、異なる部分は、貫通電極21Aと裏面電極23Aが裏面からメッキで形成される点である。あとは図1と同一である。 FIG. 3 is substantially the same as FIG. 1, and the difference is that the through electrode 21A and the back electrode 23A are formed by plating from the back surface. The rest is the same as FIG.
つまり基板20上に絶縁層27、基板が露出した絶縁層27の開口部、開口部に設けられた1層目の導電パターン22、層間絶縁膜29を介して設けられた2層目の導電パターンが形成された後に、裏面から貫通孔24が形成される。
That is, the insulating
この貫通孔24が形成された後に、孔表面と裏面に絶縁膜25が形成され、第1層目の電極22の裏面を露出するため、表面の絶縁膜を除いた後に、導電膜が施される。この導電膜は、メッキ、またはCVD等の成膜技術でなり、表面だけに形成され、孔の中には空間部が設けられている。この導電膜が貫通電極、裏面電極となる。更にソルダーが形成される部分が開口されたソルダーレジストSRが設けられる。 After the through hole 24 is formed, an insulating film 25 is formed on the front surface and back surface of the hole, and the back surface of the first layer electrode 22 is exposed. The This conductive film is formed by a film forming technique such as plating or CVD, and is formed only on the surface, and a space is provided in the hole. This conductive film becomes a through electrode and a back electrode. Further, a solder resist SR having an opening at a portion where the solder is formed is provided.
この実施例は、貫通孔を開ける前に、バックグラインドにより基板の厚みを調整でき、当然孔の深さも浅くできるため、成膜時間の短縮を図ることが可能である。 In this embodiment, the thickness of the substrate can be adjusted by back grinding before the through-hole is opened, and naturally the depth of the hole can be reduced, so that the film formation time can be shortened.
図4は、基板20の裏面について述べたものである。例えば図2Bで示すように、ウェハにスライスした後、一般には半導体プロセス上、表と裏を鏡面研磨する。しかし半導体ほどの微細パターンを形成する必要が無いこと、またインターポーザの裏面は、プリント基板に実装されることを考慮すれば、基板の表面よりも裏面は、荒く形成されても良い。表面は研磨され、裏面は全く形成しないか、若干荒く研磨して終わりとする。すれば、裏面の膜との密着性が向上し、実装基板との応力による膜剥がれを防止することができる。 FIG. 4 describes the back surface of the substrate 20. For example, as shown in FIG. 2B, after slicing into a wafer, the front and back surfaces are generally mirror-polished in a semiconductor process. However, considering that it is not necessary to form a fine pattern as that of a semiconductor and that the back surface of the interposer is mounted on a printed circuit board, the back surface may be formed rougher than the front surface of the substrate. The front surface is polished and the back surface is not formed at all or is slightly rough polished to finish. In this case, adhesion with the film on the back surface is improved, and film peeling due to stress with the mounting substrate can be prevented.
図5、図6は、図1、図3のインターポーザ16が実装基板19に実装される際の例を示している。 5 and 6 show an example when the interposer 16 shown in FIGS. 1 and 3 is mounted on the mounting board 19.
図5は、インターポーザ16の上にフェイスダウンで実装したチップ13、そして貫通電極17で電気的に接続された積層チップ14が設けられた図を示している。これは、図6と異なり封止樹脂30が設けられていない。
FIG. 5 shows a view in which a chip 13 mounted face-down on an interposer 16 and a laminated chip 14 electrically connected by a through electrode 17 are provided. This is different from FIG. 6 in that the sealing
一方、図6は、図5に示すインターポーザ16は、チップ13,14も含めて樹脂30で封止されている。
On the other hand, in FIG. 6, the interposer 16 shown in FIG. 5 is sealed with the
両者は、Siに不純物が混入され、純度がイレブンナイン、シックスナインと純度が高くないものである。これはたんに配線基板として用いるため、またチップとのαが、大きく違わないことから、採用され、コスト、環境の意味で有効である。 In both cases, impurities are mixed in Si and the purity is not as high as Eleven Nine and Six Nine. Since this is simply used as a wiring board and α does not differ greatly from the chip, it is adopted and effective in terms of cost and environment.
図7、図8は、インターポーザ10にキャビティ40が形成され、そこにチップ41がフェイスアップで実装され、電極は、インターポーザの表面から裏面に延在されるものである。 7 and 8, the cavity 40 is formed in the interposer 10, the chip 41 is mounted face up there, and the electrodes extend from the front surface to the back surface of the interposer.
インターポーザ10は、今まで説明したとおり、不純物が混入された基板を用い、その中央には、キャビティ40が設けられている。基板の裏面、表面およびキャビティの内壁は、全て絶縁膜で絶縁処理され、チップ41がキャビティ40内に接着材で固定されている。そしてチップの厚みは、キャビティの深さよりも若干薄く形成され、インターポーザ表面とチップ表面の凹部を同一面とするために、絶縁樹脂等で全体を被覆してある。この絶縁樹脂42の流動性によりその表面は、実質フラットになる。また流動性が少なく平坦さが乏しい場合は、平坦化加工を施して平坦化される。 As described above, the interposer 10 uses a substrate mixed with impurities, and a cavity 40 is provided at the center thereof. The back surface and front surface of the substrate and the inner wall of the cavity are all insulated with an insulating film, and the chip 41 is fixed in the cavity 40 with an adhesive. The thickness of the chip is slightly smaller than the depth of the cavity, and the entire surface is covered with an insulating resin or the like in order to make the interposer surface and the concave portion of the chip surface the same surface. The surface of the insulating resin 42 becomes substantially flat due to the fluidity of the insulating resin 42. Further, when the fluidity is low and the flatness is poor, the surface is flattened by performing a flattening process.
更にこの絶縁樹脂42は、チップ41上の電極の部分が開口され、チップ41側より貫通電極24に対応する表面電極43まで延在されている。そしてこの表面電極43から貫通電極24を介して裏面電極23と電気的に接続されている。 Further, the insulating resin 42 is opened at the portion of the electrode on the chip 41, and extends from the chip 41 side to the surface electrode 43 corresponding to the through electrode 24. The front electrode 43 is electrically connected to the back electrode 23 through the through electrode 24.
図8は、図3の説明と同じ構造の貫通電極構造であり、それ以外実質同じである。 FIG. 8 shows a through electrode structure having the same structure as that described with reference to FIG.
続いて、研磨・研削により発生したSi粉体を成型・焼結する方法について、図9を参照して説明する。 Next, a method for molding and sintering Si powder generated by polishing and grinding will be described with reference to FIG.
先ずSiから成る粉体を用意する。図面では7μm以下となっているが、図10で示すような粒度分布でも良い。 First, a powder made of Si is prepared. Although it is 7 μm or less in the drawing, a particle size distribution as shown in FIG. 10 may be used.
どちらにしても次の工程でこの粉体を粉砕・混合する工程に入るからである。この粉砕・混合工程は、粉体を収納できる円柱状のポット50が用意され、中に入っているボールミル51により粉砕される。これは、ポット50全体が回転され、ボールミルの転がりにより粉砕される。図10で示されるように粉体のサイズ大きい場合、この粉砕時間を多くすることで、だいたい所望の粒度分布を実現できる。ポットの図の横には、1μm以下と説明されているが、この限りでない。 In any case, this is because the powder is pulverized and mixed in the next step. In this pulverization / mixing step, a cylindrical pot 50 capable of storing powder is prepared and pulverized by a ball mill 51 contained therein. The entire pot 50 is rotated and pulverized by rolling of the ball mill. As shown in FIG. 10, when the size of the powder is large, a desired particle size distribution can be realized by increasing the pulverization time. Although it is described as 1 micrometer or less beside the figure of a pot, it is not this limitation.
続いて、バインダをポット50に入れ、混練する。図に示すようにSiの粉体の周りにバインダ53が付着され、スラリー化される。このバインダは、主に接着性の糊がメインで、アクリル樹脂、または/およびブチラール等の有機物から成る。そしてこの中に焼結促進剤として、酸化マンガン、酸化チタン等の複合酸化物(金属酸化物)が配合されている。
Subsequently, the binder is put in the pot 50 and kneaded. As shown in the figure, a
よって図で示すように、Siの粉体の周りを、このバインダーが覆うようになる。そして成型加工に入る。 Therefore, as shown in the figure, the binder covers the periphery of the Si powder. Then, the molding process begins.
ここでは、円柱状、四角柱状に成型でき、それを焼結すれば、有機物からなる糊状物質は、炭酸ガスとなって気化し、Si粉体の回り、つまり粒界には、前記金属酸化物が存在して焼結されるため、絶縁性の向上が図れる。 Here, it can be formed into a cylindrical shape or a quadrangular prism shape, and if it is sintered, the pasty substance made of an organic substance is vaporized as carbon dioxide gas, around the Si powder, that is, at the grain boundary, the metal oxide Since an object exists and is sintered, the insulation can be improved.
またSiは、微小粉体であるため、Siがシリコン酸化物に変換される恐れがある。よって非酸化雰囲気、例えば窒素雰囲気、水素雰囲気、または両者の混合雰囲気で焼結すれば、Siの酸化を抑えることができる。 Moreover, since Si is a fine powder, Si may be converted into silicon oxide. Therefore, if sintering is performed in a non-oxidizing atmosphere, for example, a nitrogen atmosphere, a hydrogen atmosphere, or a mixed atmosphere of both, oxidation of Si can be suppressed.
基本的には、出来上がった焼結体は、Siの存在比率が全体の重量の5割以上が好ましい。 Basically, the finished sintered body preferably has an Si content ratio of 50% or more of the total weight.
またセラミックと同様に成型時は、グリーンシートの如きものであるため、ビア、つまり図1の貫通孔、図7のキャビティは、パンチまたは金型を使って押圧することで、簡単に加工することができる。当然ながら、焼結時に収縮するため、寸法精度に若干の難点があるが、その収縮率の考慮により、寸法精度を出すこともできる。 Also, as with ceramics, since it is like a green sheet when molded, the vias, that is, the through holes in FIG. 1 and the cavities in FIG. 7, can be easily processed by pressing them with a punch or a mold. Can do. Of course, since it shrinks at the time of sintering, there is some difficulty in dimensional accuracy. However, dimensional accuracy can also be obtained by considering the shrinkage rate.
この焼結体をインターポーザとして活用すれば、αがほぼ一致する以外に、以下のメリットも有する。例えば表面および/または裏面をエッチングすることで、Si粉体の界面、つまり粒界に沿ってエッチングすることができ、面に凹凸を形成することができる。よって有機系、無機系の絶縁膜を形成しても、密着性を向上させることができる。例えば絶縁樹脂等は、顕著である。 If this sintered body is utilized as an interposer, it has the following merits in addition to substantially matching α. For example, by etching the front surface and / or the back surface, etching can be performed along the interface of the Si powder, that is, the grain boundary, and irregularities can be formed on the surface. Therefore, even when an organic or inorganic insulating film is formed, adhesion can be improved. For example, an insulating resin is remarkable.
貫通孔は、焼結した後に、ドリル等で孔を開けても良い。また貫通電極、表面電極、裏面電極そして絶縁層等は、図1、図7に示す構造であり、具体的説明は省略する。 The through hole may be drilled with a drill or the like after being sintered. Further, the through electrode, the front surface electrode, the back surface electrode, the insulating layer, and the like have the structure shown in FIGS. 1 and 7 and will not be described in detail.
以上、焼結体では、Siの純度が50%以上、単結晶、多結晶では、Siの純度が90〜99%のインターポーザは、αが殆ど一致し、安価に実現できる。そのため、チップを載せても応力を抑止でき、劣化を防止できる。 As described above, an interposer having a Si sintered body having a purity of Si of 50% or more, and a single crystal or polycrystal having a Si purity of 90 to 99% can be realized at a low cost with almost the same α. Therefore, even if a chip is placed, stress can be suppressed and deterioration can be prevented.
また半導体の研磨・研削工程で発生するSi屑では、B、PまたはAs等の拡散領域の導電形を決定する不純物が混入されている。よって単結晶、多結晶の基板にまれにPまたはN型の領域が発生する。 Moreover, impurities that determine the conductivity type of the diffusion region, such as B, P, or As, are mixed in Si scrap generated in the semiconductor polishing / grinding process. Therefore, a P-type or N-type region is rarely generated in a single crystal or polycrystal substrate.
またこの導電領域の上に配線等が形成されることで、寄生容量、寄生素子が形成されることも考慮し、基板は、VCC、GND等の所定の電位に固定しても良い。 In consideration of the formation of a parasitic capacitance and a parasitic element by forming a wiring or the like on the conductive region, the substrate may be fixed to a predetermined potential such as VCC or GND.
またこのインターポーザは、メインはチップの実装として活用されるが、他には、薄膜系の太陽電池を被膜しても良いし、センサ、例えばSAW フィルタ、水晶振動子等を設けても良い。 This interposer is mainly used for chip mounting, but in addition, a thin-film solar cell may be coated, or a sensor such as a SAW filter or a crystal resonator may be provided.
13:チップ
14:積層チップ
15:バンプ
16:インターポーザ
17:貫通電極
19:実装基板
20:基板
21:貫通電極
22:表面電極
23:裏面電極
24:貫通孔
25:絶縁膜
26:不純物
13: Chip 14: Multilayer chip 15: Bump 16: Interposer 17: Through electrode 19: Mounting substrate 20: Substrate 21: Through electrode 22: Front electrode 23: Back electrode 24: Through hole 25: Insulating film 26: Impurity
Claims (17)
前記基板の表面には、前記半導体チップに設けられたパッド電極に対応して少なくとも一層の表面電極が設けられ、前記基板の裏面には、前記表面電極と電気的に接続された少なくとも一層の裏面電極が設けられ、
前記基板のSi純度は、99%以下である事を特徴としたSiから成る実装基板。 A mounting substrate made of Si for mounting a semiconductor chip made of Si,
At least one surface electrode corresponding to the pad electrode provided on the semiconductor chip is provided on the surface of the substrate, and at least one back surface electrically connected to the surface electrode is provided on the back surface of the substrate. Electrodes are provided,
A mounting substrate made of Si, characterized in that the Si purity of the substrate is 99% or less.
The semiconductor module according to claim 7, wherein a thin-film solar cell is formed on the mounting substrate made of Si.
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|---|---|---|---|---|
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-
2007
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