JP2011018672A - Semiconductor device, and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
【課題】バンプ電極によって半導体チップ間あるいは半導体チップと配線基板とを電気的に接続する半導体装置において、特に、接続部の高密度化や狭ピッチ化が進んでも、接続不良の発生を低減できる技術を提供する。
【解決手段】接続部CNTにバンプ電極BMP1を押し付けることにより、接続部CNTを構成する梁BMが曲がる(たわむ)。そして、さらに、バンプ電極BMP1を接続部CNTに押し付けると、バンプ電極BMP1の先端部が空洞部CAの底面に到達する。このとき、押し曲げられた梁BMには復元力が働き、空洞部CAの底面にまで挿入されたバンプ電極BMP1を左右から挟む。このため、空洞部CAに挿入されたバンプ電極BMP1は、左右から梁BMの復元力により固定される。
【選択図】図3In a semiconductor device in which semiconductor chips are electrically connected to each other or between a semiconductor chip and a wiring board by means of bump electrodes, in particular, a technology capable of reducing the occurrence of connection failure even when the density of connection parts is increased and the pitch is reduced. I will provide a.
When a bump electrode BMP1 is pressed against a connection portion CNT, a beam BM constituting the connection portion CNT is bent (bent). Further, when the bump electrode BMP1 is pressed against the connection part CNT, the tip of the bump electrode BMP1 reaches the bottom surface of the cavity CA. At this time, a restoring force acts on the pushed and bent beam BM, and the bump electrode BMP1 inserted to the bottom surface of the cavity CA is sandwiched from the left and right. For this reason, the bump electrode BMP1 inserted into the cavity CA is fixed from the left and right by the restoring force of the beam BM.
[Selection] Figure 3
Description
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、特に、バンプ電極によって半導体チップ間あるいは半導体チップと配線基板とを電気的に接続する半導体装置およびその製造に適用して有効な技術に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly to a semiconductor device that electrically connects between semiconductor chips or between a semiconductor chip and a wiring board by means of bump electrodes, and a technique that is effective when applied to the manufacture thereof.
特開平10−163267号公報(特許文献1)には、加熱工程を不要にして、バンプ付きワークのバンプを基板のパッド上に簡単に固着でき、さらにはパッドやバンプの高密度・ファイン化にも対応できるバンプ付きワークの実装方法および実装基板を提供することを目的とする技術が記載されている。具体的には、基材のパッド上に第1メッキ層と第2メッキ層から成る導電部を形成する。バンプ付きワークのバンプの膨大部を導電部の孔部に強制的に嵌合し、導電部の突出部を膨大部のエッジに係止させる。これにより、バンプが孔部から抜け出さないようにするとともに、導電部にしっかり接触させることができるとしている。 In Japanese Patent Laid-Open No. 10-163267 (Patent Document 1), a heating process is not required, and a bump of a work with a bump can be easily fixed on a pad of a substrate. In addition, a technique for mounting a workpiece with bumps and a technique for providing a mounting substrate that can cope with the above is described. Specifically, a conductive portion composed of a first plating layer and a second plating layer is formed on a pad of the base material. The enormous part of the bump of the work with the bump is forcibly fitted into the hole of the conductive part, and the protruding part of the conductive part is locked to the edge of the enormous part. As a result, the bumps are prevented from coming out of the holes and can be brought into firm contact with the conductive parts.
特開2004−12357号公報(特許文献2)には、挟ピッチ化が進行する半導体デバイスや超小型のペアチップに対応可能な技術が記載されている。具体的には、半導体デバイスの接続端子と電気的に接続し、平面視してスパイラル形状を有するスパイラル状接触子を絶縁基板上に備えている。そして、スパイラル状接触子は、絶縁基板上に球状接続端子との接触の際に、球状接続端子の形状に対応して変形可能となっており、半導体デバイスとの電気的な接続を行うように構成されている。このとき、スパイラル状接触子の渦巻き部、幅が一定で、先端から根元に近づくに従って厚みが厚くなるとしている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-12357 (Patent Document 2) describes a technique that can be applied to semiconductor devices and ultra-small pair chips that have a narrow pitch. Specifically, a spiral contact that is electrically connected to the connection terminal of the semiconductor device and has a spiral shape in plan view is provided on the insulating substrate. The spiral contactor can be deformed in accordance with the shape of the spherical connection terminal when contacting the spherical connection terminal on the insulating substrate so as to be electrically connected to the semiconductor device. It is configured. At this time, the spiral part and the width of the spiral contact are constant, and the thickness increases as it approaches the root from the tip.
特開2004−354179号公報(特許文献3)には、電子部品を装着してテストを行なうテスト用ソケットに関し、低コスト化および信頼性の向上を図ることを目的とする技術が記載されている。具体的には、半導体装置が装着され、この半導体装置に対してテストを行なうテスト用ソケットにおいて、層間接続を行なうためのビアが形成されると共に半導体装置の半田ボールが接続される位置に貫通孔が形成されてなる基材層を複数積層してなる基板部と、この基板部に配設されると共にビアと電気的に接続され、かつ、半導体装置と電気的に接続される電極部が形成されたコンタクト部とを具備するとしている。そして、このコンタクト部にはスリットが形成されている。これにより、半田ボールの接続時に、この接続に伴いコンタクト部が変位する。このため、半田ボールとコンタクト部との接触面積を増大させることができ、コンタクト部と半田ボールとを確実に電気的に接続することができるとしている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-354179 (Patent Document 3) describes a technique for reducing the cost and improving the reliability of a test socket for mounting an electronic component to perform a test. . Specifically, a through hole is formed at a position where a via for forming an interlayer connection is formed and a solder ball of the semiconductor device is connected in a test socket for mounting the semiconductor device and testing the semiconductor device. A substrate portion formed by laminating a plurality of base material layers formed with an electrode portion disposed on the substrate portion and electrically connected to the via and electrically connected to the semiconductor device is formed. The contact portion is provided. A slit is formed in the contact portion. Thereby, at the time of connection of a solder ball, a contact part is displaced with this connection. For this reason, the contact area between the solder ball and the contact portion can be increased, and the contact portion and the solder ball can be reliably electrically connected.
携帯電話機やデジタルカメラなどのモバイル機器には、1つの半導体パッケージの内部に複数の半導体チップを積層して搭載する、いわゆるSIP(System In Package)が広く使用されている。これは、半導体チップを積層して配置することにより、半導体チップを平面上に並べて配置する(平置きする)場合に比べて、実装面積を小さくすることができ、同一の実装面積で多数の半導体チップを搭載できるからである。すなわち、モバイル機器には持ち運びの利便性の観点から小型化が要求されており、この小型化を実現するために、実装面積を小さくすることができるSIPが使用されるのである。 In mobile devices such as cellular phones and digital cameras, so-called SIP (System In Package) in which a plurality of semiconductor chips are stacked and mounted inside one semiconductor package is widely used. This is because the mounting area can be reduced by stacking and arranging the semiconductor chips in comparison with the case where the semiconductor chips are arranged side by side on the plane (laying flat), and a large number of semiconductors with the same mounting area. This is because a chip can be mounted. That is, the mobile device is required to be downsized from the viewpoint of carrying convenience, and in order to realize this downsizing, SIP that can reduce the mounting area is used.
SIPでは、半導体チップを積層するが、積層された半導体チップ間の電気的な接続は、例えば、下層に配置される半導体チップに形成された端子と、上層に配置される半導体チップに形成されたバンプ電極とを半田で電気的に接続する。 In SIP, semiconductor chips are stacked, and the electrical connection between the stacked semiconductor chips is formed on, for example, terminals formed on a semiconductor chip disposed in a lower layer and semiconductor chips disposed on an upper layer. The bump electrodes are electrically connected with solder.
近年では、半導体装置の小型化のために、半導体チップ間を接続する接続部の高密度・狭ピッチ化が要求されており、高密度・狭ピッチに配置された端子とバンプ電極とを半田で接続する必要がある。しかし、半田を使用した接続では、半田を加熱して溶融(リフロー)させる工程が必要である。このとき、端子やバンプ電極から構成される接続部の高密度化や狭ピッチ化が進むと、半田の加熱溶融時に半田が流動化するため、隣り合う位置に配置されている端子上に形成されている半田同士が接合してショート不良が発生するという問題点がある。 In recent years, in order to reduce the size of semiconductor devices, it has been required to reduce the density and pitch of the connecting parts connecting the semiconductor chips. The terminals and bump electrodes arranged at a high density and a narrow pitch are soldered together. Need to connect. However, the connection using solder requires a step of heating and melting (reflowing) the solder. At this time, as the density of the connection portion composed of the terminals and bump electrodes increases and the pitch decreases, the solder flows when the solder is heated and melted. Therefore, it is formed on the terminals arranged at adjacent positions. There is a problem in that short-circuit defects occur due to bonding of the solders that are present.
以上では、SIPを例に挙げて、積層された半導体チップ間の接続に半田を使用する場合を説明したが、半導体チップを積層するSIPに限らず、例えば、半導体チップと配線基板とをフリップチップ接続する場合も同様の問題が発生する。すなわち、半導体チップに形成されているバンプ電極を、配線基板に形成されている端子に半田を使用して接続する場合も、バンプ電極および端子の高密度化や狭ピッチ化に伴って、半田を介した端子間のショート不良が問題となる。 In the above, the case of using solder for connection between stacked semiconductor chips has been described by taking SIP as an example. However, the present invention is not limited to SIP in which semiconductor chips are stacked. For example, a semiconductor chip and a wiring board are flip-chip connected. Similar problems occur when connecting. In other words, even when bump electrodes formed on a semiconductor chip are connected to terminals formed on a wiring board by using solder, solder is applied as the bump electrodes and terminals increase in density and pitch. There is a problem of short circuit between the terminals.
本発明の目的は、バンプ電極によって半導体チップ間あるいは半導体チップと配線基板とを電気的に接続する半導体装置において、特に、接続部の高密度化や狭ピッチ化が進んでも、接続不良の発生を低減できる技術を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a semiconductor device that electrically connects semiconductor chips or between a semiconductor chip and a wiring board by means of bump electrodes. It is to provide a technology that can be reduced.
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。 The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。 Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.
代表的な実施の形態による半導体装置は、(a)第1基板と、(b)前記第1基板上に形成され、かつ、パターニングされた第1導体膜と、(c)前記第1導体膜に形成された空洞部と、(d)前記第1導体膜上に形成され、かつ、一部が前記空洞部に突き出るようにパターニングされた第2導体膜と、(e)前記第2導体膜に形成された開口部とを備える。そして、平面的に前記開口部が前記空洞部に内包され、かつ、前記開口部と前記空洞部が一体化され、かつ、前記第2導体膜のうち前記空洞部に突き出た部分が梁として機能する。このとき、前記開口部の輪郭形状は、前記空洞部に突き出ている前記梁の根元から先端部に至る形状を縁取る形状を有し、前記開口部の平面上の面積は、前記梁の平面上の面積よりも大きいことを特徴とするものである。 A semiconductor device according to a representative embodiment includes: (a) a first substrate; (b) a first conductor film formed on the first substrate and patterned; and (c) the first conductor film. (D) a second conductor film formed on the first conductor film and patterned so as to partially protrude into the cavity, and (e) the second conductor film. The opening part formed in this. The opening is included in the cavity in a plane, the opening and the cavity are integrated, and a portion of the second conductor film that protrudes into the cavity functions as a beam. To do. At this time, the outline shape of the opening has a shape that borders the shape from the base of the beam protruding to the cavity to the tip, and the area on the plane of the opening is the plane of the beam It is larger than the upper area.
また、代表的な実施の形態による半導体装置は、(a)第1半導体基板と、(b)前記第1半導体基板の裏面から前記裏面とは反対側の素子形成面に達する孔と、(c)前記孔内を含む前記第1半導体基板の前記裏面に形成され、かつ、パターニングされた第1導体膜とを備える。そして、(d)前記第1半導体基板の前記裏面に形成されている前記第1導体膜に形成された空洞部と、(e)前記第1導体膜上に形成され、かつ、一部が前記空洞部に突き出るようにパターニングされた第2導体膜と、(f)前記第2導体膜に形成された開口部とを備える。このとき、平面的に前記開口部が前記空洞部に内包され、かつ、前記開口部と前記空洞部が一体化され、かつ、前記第2導体膜のうち前記空洞部に突き出た部分が梁として機能する。そして、前記開口部の輪郭形状は、前記空洞部に突き出ている前記梁の根元から先端部に至る形状を縁取る形状を有し、前記開口部の平面上の面積は、前記梁の平面上の面積よりも大きいことを特徴とするものである。 A semiconductor device according to a representative embodiment includes (a) a first semiconductor substrate, (b) a hole reaching the element formation surface opposite to the back surface from the back surface of the first semiconductor substrate, and (c) And a patterned first conductor film formed on the back surface of the first semiconductor substrate including the inside of the hole. And (d) a cavity formed in the first conductor film formed on the back surface of the first semiconductor substrate, and (e) formed on the first conductor film, and a part of the cavity is formed. A second conductor film patterned to protrude into the cavity, and (f) an opening formed in the second conductor film. At this time, the opening is included in the cavity in a plane, the opening and the cavity are integrated, and a portion of the second conductor film that protrudes into the cavity is a beam. Function. The contour shape of the opening has a shape that borders the shape of the beam protruding from the root of the beam to the tip, and the area on the plane of the opening is on the plane of the beam. It is characterized by being larger than the area.
さらに、代表的な実施の形態による半導体装置の製造方法は、(a)第1基板の第1面上に第1導体膜を形成する工程と、(b)前記第1導体膜上に第2導体膜を形成する工程と、(c)前記第2導体膜を貫通する開口部を形成する工程と、(d)前記開口部をエッチング孔として前記第1導体膜をウェットエッチングすることにより、前記第1導体膜に空洞部を形成する工程とを備える。そして、平面的に前記開口部が前記空洞部に内包され、かつ、前記開口部と前記空洞部が一体化され、かつ、前記第2導体膜のうち前記空洞部に突き出た部分が梁となる。ここで、前記開口部の輪郭形状は、前記空洞部に突き出ている前記梁の根元から先端部に至る形状を縁取る形状を有し、前記開口部の平面上の面積は、前記梁の平面上の面積よりも大きいことを特徴とするものである。 Further, the method of manufacturing a semiconductor device according to the representative embodiment includes (a) a step of forming a first conductor film on the first surface of the first substrate, and (b) a second step on the first conductor film. A step of forming a conductor film, (c) a step of forming an opening penetrating the second conductor film, and (d) wet etching the first conductor film using the opening as an etching hole. Forming a cavity in the first conductor film. The opening is included in the cavity in a plane, the opening and the cavity are integrated, and a portion of the second conductor film that protrudes into the cavity becomes a beam. . Here, the outline shape of the opening has a shape that borders the shape of the beam protruding from the root of the beam to the tip, and the area on the plane of the opening is the plane of the beam It is larger than the upper area.
また、代表的な実施の形態による半導体装置の製造方法は、(a)第1半導体基板の裏面から前記裏面とは反対側の素子形成面に形成された電極に達する孔を形成する工程と、(b)前記孔内を含む前記第1半導体基板の前記裏面上に第1導体膜を形成する工程と、(c)前記第1導体膜上に第2導体膜を形成する工程とを備える。そして、(d)前記第2導体膜をパターニングすることにより、前記第1半導体基板の前記裏面に形成されている前記第2導体膜に開口部を形成する工程と、(e)前記開口部をエッチング孔として前記第1導体膜をウェットエッチングすることにより、前記第1導体膜に空洞部を形成する工程とを備える。ここで、平面的に前記開口部が前記空洞部に内包され、かつ、前記開口部と前記空洞部が一体化され、かつ、前記第2導体膜のうち前記空洞部に突き出た部分が梁となる。このとき、前記開口部の輪郭形状は、前記空洞部に突き出ている前記梁の根元から先端部に至る形状を縁取る形状を有し、前記開口部の平面上の面積は、前記梁の平面上の面積よりも大きいことを特徴とするものである。 Further, a method of manufacturing a semiconductor device according to a typical embodiment includes: (a) forming a hole reaching an electrode formed on an element formation surface opposite to the back surface from the back surface of the first semiconductor substrate; (B) forming a first conductor film on the back surface of the first semiconductor substrate including the inside of the hole; and (c) forming a second conductor film on the first conductor film. And (d) patterning the second conductor film to form an opening in the second conductor film formed on the back surface of the first semiconductor substrate; and (e) forming the opening. Forming a cavity in the first conductor film by wet-etching the first conductor film as an etching hole. Here, the opening is included in the cavity in a plane, the opening and the cavity are integrated, and a portion of the second conductor film that protrudes into the cavity is a beam. Become. At this time, the outline shape of the opening has a shape that borders the shape from the base of the beam protruding to the cavity to the tip, and the area on the plane of the opening is the plane of the beam It is larger than the upper area.
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。 Among the inventions disclosed in the present application, effects obtained by typical ones will be briefly described as follows.
バンプ電極によって半導体チップ間あるいは半導体チップと配線基板とを電気的に接続する半導体装置において、接続不良の発生を低減できる。 In the semiconductor device in which the semiconductor chips are electrically connected between the semiconductor chips or between the semiconductor chips and the wiring board by the bump electrodes, it is possible to reduce the occurrence of connection failure.
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。 In the following embodiments, when it is necessary for the sake of convenience, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments. However, unless otherwise specified, they are not irrelevant to each other. There are some or all of the modifications, details, supplementary explanations, and the like.
また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。 Further, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), especially when clearly indicated and when clearly limited to a specific number in principle, etc. Except, it is not limited to the specific number, and may be more or less than the specific number.
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。 Further, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps and the like) are not necessarily indispensable unless otherwise specified and apparently essential in principle. Needless to say.
同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。 Similarly, in the following embodiments, when referring to the shape, positional relationship, etc., of components, etc., unless otherwise specified, and in principle, it is considered that this is not clearly the case, it is substantially the same. Including those that are approximate or similar to the shape. The same applies to the above numerical values and ranges.
また、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。 In all the drawings for explaining the embodiments, the same members are denoted by the same reference symbols in principle, and the repeated explanation thereof is omitted. In order to make the drawings easy to understand, even a plan view may be hatched.
(実施の形態1)
本実施の形態1では、主に複数の半導体チップを積層する例について説明する。積層された複数の半導体チップを電気的に接続する方法としては、上層の半導体チップにバンプ電極を形成し、かつ、下層の半導体チップに端子を形成し、上層の半導体チップに形成されているバンプ電極を、下層に形成されている端子に半田を使用して接続する方法が考えられる。
(Embodiment 1)
In the first embodiment, an example in which a plurality of semiconductor chips are stacked will be mainly described. As a method for electrically connecting a plurality of stacked semiconductor chips, bump electrodes are formed on the upper semiconductor chip, terminals are formed on the lower semiconductor chip, and bumps are formed on the upper semiconductor chip. A method is conceivable in which the electrode is connected to the terminal formed in the lower layer using solder.
近年、半導体装置の小型化のために、半導体チップ間を接続する接続部の高密度・狭ピッチ化が要求されており、高密度・狭ピッチに配置された端子とバンプ電極とを半田で接続する必要がある。このとき、半田を使用した接続では、半田を加熱して溶融(リフロー)させる工程が必要である。ところが、端子やバンプ電極から構成される接続部の高密度化や狭ピッチ化が進むと、半田の加熱溶融時に半田が流動化するため、隣り合う位置に配置されている端子上に形成されている半田同士が接合してショート不良が発生するおそれがある。つまり、半田を使用して上層の半導体チップと下層の半導体チップを接続する方法は、半導体チップ間を接続する端子およびバンプ電極の高密度・狭ピッチ化が進むにつれて、隣接する端子間をショートさせることなく端子とバンプ電極とを接続することが困難になってきている。 In recent years, in order to reduce the size of semiconductor devices, it has been required to reduce the density and pitch of the connecting parts connecting the semiconductor chips, and the terminals arranged at high density and the narrow pitch are connected to the bump electrodes with solder. There is a need to. At this time, the connection using solder requires a step of heating and melting (reflowing) the solder. However, as the density of the connection parts composed of terminals and bump electrodes is increased and the pitch is reduced, the solder fluidizes when the solder is heated and melted. Therefore, it is formed on the terminals arranged at adjacent positions. There is a risk that short-circuit defects may occur due to the joining of existing solders. In other words, the method of connecting the upper semiconductor chip and the lower semiconductor chip using solder shorts between adjacent terminals as the terminals connecting the semiconductor chips and the bump electrodes increase in density and pitch. It has become difficult to connect the terminal and the bump electrode without any problems.
そこで、本実施の形態1では、半田を使用することなく、上層の半導体チップと下層の半導体チップとを電気的に接続する工夫を施している。以下では、上層の半導体チップと下層の半導体チップとを電気的に接続する工夫について説明する。本実施の形態1では、上層の半導体チップにバンプ電極を形成し、このバンプ電極と電気的に接続する下層の半導体チップの接続部に工夫を施している。 Therefore, in the first embodiment, a device for electrically connecting the upper semiconductor chip and the lower semiconductor chip is used without using solder. Hereinafter, a device for electrically connecting the upper semiconductor chip and the lower semiconductor chip will be described. In the first embodiment, a bump electrode is formed on the upper semiconductor chip, and a connection portion of the lower semiconductor chip electrically connected to the bump electrode is devised.
図1は、下層の半導体チップに形成されている接続部CNTの構成を示す断面図である。図1において、半導体基板1Sの上面(主面、素子形成面)には、MISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)などの半導体素子(図示せず)が形成されている。そして、半導体素子を形成した半導体基板1S上には、層間絶縁膜ILが形成されている。この層間絶縁膜ILには、多層配線(図示せず)が形成されており、多層配線は、半導体基板1Sに形成されている半導体素子と電気的に接続されている。さらに、この層間絶縁膜ILの最上層には端子(基板電極)TEが形成されている。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a connection portion CNT formed in a lower semiconductor chip. In FIG. 1, a semiconductor element (not shown) such as a MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor) is formed on the upper surface (main surface, element forming surface) of a
端子TEが形成された層間絶縁膜IL上には銅膜CFが形成され、この銅膜CF上にニッケル膜NFが形成されている。そして、ニッケル膜NFの表面に金膜AFが形成されている。このとき、接続部CNTは、層間絶縁膜IL上に形成されている銅膜CF、ニッケル膜NFおよび金膜AFを加工することにより形成されている。具体的に、接続部CNTは、金膜AFおよびニッケル膜NFを貫通するように形成された開口部OPを有している。そして、この開口部OPから露出する銅膜CFが除去されて、銅膜CFに空洞部CAが形成されている。このとき、銅膜CFに形成されている空洞部CAの大きさは、ニッケル膜NFおよび金膜AFに形成されている開口部OPの大きさよりも大きくなっている。したがって、空洞部CA上には、ニッケル膜NFおよび金膜AFからなる梁BMが突き出た構造となっている。つまり、本実施の形態1における接続部CNTは、銅膜CF、ニッケル膜NFおよび金膜AFを構成要素とし、銅膜CFに空洞部CAが形成され、かつ、ニッケル膜NFおよび金膜AFに開口部OPが形成された構造をしている。そして、空洞部CAが開口部OPを内包し、かつ、空洞部CAの大きさが開口部OPの大きさよりも大きくなっているので、空洞部CAの上部にニッケル膜NFおよび金膜AFよりなる梁BMが形成されていることになる。なお、銅膜CF、ニッケル膜NFおよび金膜AFは接続部CNTに接続される配線としても機能する。 A copper film CF is formed on the interlayer insulating film IL on which the terminals TE are formed, and a nickel film NF is formed on the copper film CF. A gold film AF is formed on the surface of the nickel film NF. At this time, the connection part CNT is formed by processing the copper film CF, the nickel film NF, and the gold film AF formed on the interlayer insulating film IL. Specifically, the connection part CNT has an opening OP formed so as to penetrate the gold film AF and the nickel film NF. Then, the copper film CF exposed from the opening OP is removed, and a cavity CA is formed in the copper film CF. At this time, the size of the cavity CA formed in the copper film CF is larger than the size of the opening OP formed in the nickel film NF and the gold film AF. Therefore, the beam BM made of the nickel film NF and the gold film AF protrudes from the cavity CA. That is, the connection part CNT in the first embodiment includes the copper film CF, the nickel film NF, and the gold film AF as components, the cavity CA is formed in the copper film CF, and the nickel film NF and the gold film AF are formed. It has a structure in which an opening OP is formed. Since the cavity CA includes the opening OP, and the size of the cavity CA is larger than the size of the opening OP, the cavity CA is formed of the nickel film NF and the gold film AF. A beam BM is formed. Note that the copper film CF, the nickel film NF, and the gold film AF also function as a wiring connected to the connection portion CNT.
接続部CNTを構成する空洞部CAと開口部OPは接続されており一体化している。接続部CNTを構成する銅膜CFは、空洞部CAを形成し、かつ、端子TEと接続部CNTを電気的に接続する機能を有している。接続部CNTを構成するニッケル膜NFは、梁BMを構成するための膜であり、このニッケル膜NFの膜厚によって梁BMの剛性が決まる。つまり、ニッケル膜NFは梁BMとして機能する膜であり、ニッケル膜NFは高い剛性を有していることから、梁BMとして使用されている。ニッケル膜NF上に形成されている金膜AFは、接続部CNTとバンプ電極とを低抵抗で接続するために形成される膜である。 The cavity CA and the opening OP constituting the connection part CNT are connected and integrated. The copper film CF constituting the connection part CNT has a function of forming the cavity part CA and electrically connecting the terminal TE and the connection part CNT. The nickel film NF constituting the connection part CNT is a film for constituting the beam BM, and the rigidity of the beam BM is determined by the film thickness of the nickel film NF. That is, the nickel film NF is a film that functions as the beam BM, and the nickel film NF is used as the beam BM because it has high rigidity. The gold film AF formed on the nickel film NF is a film formed for connecting the connection portion CNT and the bump electrode with low resistance.
本実施の形態1における接続部CNTは上記のように構成されており、以下に、この接続部CNTとバンプ電極との接続形態について説明する。つまり、接続部CNTを形成した下層の半導体チップと、バンプ電極を形成した上層の半導体チップとの接続構造について説明する。 The connection part CNT in the first embodiment is configured as described above, and a connection form between the connection part CNT and the bump electrode will be described below. That is, a connection structure between the lower semiconductor chip on which the connection part CNT is formed and the upper semiconductor chip on which the bump electrode is formed will be described.
図2は、接続部CNTを形成した半導体基板1S(下層の半導体チップ)と、バンプ電極BMP1を形成した半導体基板2S(上層の半導体チップ)とを相対させた図である。図2において、半導体基板1Sに形成された接続部CNTの構成は図1で説明したものと同様である。一方、半導体基板2Sには、図2の下面(主面、素子形成面)にMISFETなどの半導体素子が形成されており、この半導体素子を形成した半導体基板2S上に層間絶縁膜IL2が形成されている。この層間絶縁膜IL2には多層配線が形成されており、多層配線は半導体基板2Sに形成された半導体素子と電気的に接続されている。そして、層間絶縁膜IL2の最上層にパッドが形成されており、このパッド上にバンプ電極BMP1が形成されている。
FIG. 2 is a diagram in which the
バンプ電極BMP1は、例えば、めっき法で形成された金膜から形成されている。このようにめっき法で形成されたバンプ電極BMP1は、バンプ電極BMP1の材料(金膜)を溶融させていないので、変形しにくいという特性がある。 The bump electrode BMP1 is made of, for example, a gold film formed by a plating method. The bump electrode BMP1 formed by the plating method in this way has a characteristic that it is difficult to deform because the material (gold film) of the bump electrode BMP1 is not melted.
上述したバンプ電極BMP1を形成した半導体基板2Sと、接続部CNTを形成した半導体基板1Sとを接続する。具体的に、図2に示すように、半導体基板1Sに形成されている接続部CNTと、半導体基板2Sに形成されているバンプ電極BMP1との位置合わせを実施する。その後、上層の半導体基板2Sに荷重を加えることにより、下層の半導体基板1Sに形成されている接続部CNTに、上層の半導体基板2Sに形成されているバンプ電極BMP1を押し付ける。これにより、図3に示すように、上層のバンプ電極BMP1と下層の接続部CNTが接続される。具体的に、図3は、バンプ電極BMP1と接続部CNTとの接続状態を示す図である。図3において、接続部CNTにバンプ電極BMP1を押し付けることにより、接続部CNTを構成する梁BMが曲がる(たわむ)。そして、さらに、バンプ電極BMP1を接続部CNTに押し付けると、バンプ電極BMP1の先端部が空洞部CAの底面に到達する。このとき、押し曲げられた梁BMには復元力が働き、空洞部CAの底面にまで挿入されたバンプ電極BMP1を左右から挟む。このため、空洞部CAに挿入されたバンプ電極BMP1は、左右から梁BMの復元力により固定される。このようにして、バンプ電極BMP1を接続部CNTに接続することができる。
The
このとき、半導体基板2Sに形成されている半導体素子は、層間絶縁膜IL2に形成されている多層配線と多層配線上に形成されているバンプ電極BMP1と電気的に接続されている。そして、バンプ電極BMP1は、接続部CNTと接続されている。具体的に、バンプ電極BMP1は梁BMで固定されていることから、バンプ電極BMP1は、梁BMを構成するニッケル膜NFおよび金膜AFと接続される。そして、ニッケル膜NFは銅膜CFと接続され、かつ、銅膜CFは層間絶縁膜IL1上に形成されている端子TEと接続されていることから、バンプ電極BMP1は、接続部CNTを介して端子TEと接続される。さらに、端子TEは、層間絶縁膜IL1に形成された多層配線および多層配線の下層に形成された半導体素子と接続されている。したがって、半導体基板2Sに形成されているバンプ電極BMP1と、半導体基板1Sに形成されている接続部CNTとを接続することにより、半導体基板2Sに形成されている半導体素子と、半導体基板1Sに形成されている半導体素子とを電気的に接続することができる。ここで、バンプ電極BMP1には接続部CNTを構成する梁BMが接続されているが、梁BMの表面には金膜AFが形成されているので、バンプ電極BMP1と接続部CNTとの接触抵抗を小さくすることができる。
At this time, the semiconductor element formed on the
以上のように、本実施の形態1の第1特徴点は、図3に示すように、半導体基板1Sに形成した接続部CNTに、半導体基板2Sに形成したバンプ電極BMP2を挿入することにより、接続部CNTとバンプ電極BMP1とを接続することにある。詳細には、接続部CNTを、銅膜CFに形成された空洞部CAと、空洞部CA上に形成されたニッケル膜NFおよび金膜AFからなる梁BMと、梁BMの間に形成された開口部OPから構成することにより、バンプ電極BMP1を開口部OPから空洞部CA内に挿入し、バンプ電極BMP1を挿入することにより変形した梁BMの復元力でバンプ電極BMP1を固定することができる。この結果、本実施の形態1によれば、バンプ電極BMP1と接続部CNTとを半田を使用せずに接続することができる。つまり、本実施の形態1では、空洞部CAにバンプ電極BMP1を挿入し、かつ、空洞部CAに突き出るように配置された梁BMの変形による復元力でバンプ電極BMP1を固定するように構成している。このため、本実施の形態1では、半田を使用せずに、バンプ電極BMP1を接続部CNTへ機械的に固定することができる。このことは、バンプ電極BMP1と接続部CNTの接続に半田を使用しないので、接続部CNTおよびバンプ電極BMP1の高密度化や狭ピッチ化が行なわれても、隣接する接続部CNT間や隣接するバンプ電極BMP1間でのショート不良を抑制できることを意味している。言い換えれば、本実施の形態1では、バンプ電極BMP1と接続部CNTとの接続に溶融した半田を使用しないために、半田ブリッジによるショート不良を抑制することができ、半導体装置の信頼性を向上することができるのである。
As described above, the first feature of the first embodiment is that, as shown in FIG. 3, by inserting the bump electrode BMP2 formed on the
図2および図3では、例えば、めっき法で形成された変形しにくいバンプ電極BMP1を接続部CNTに挿入して接続する例を説明したが、次に、変形しやすいバンプ電極BMP2を接続部CNTに挿入して接続する例について説明する。 2 and 3, for example, the bump electrode BMP1 that is difficult to deform formed by plating is inserted and connected to the connection part CNT. Next, the bump electrode BMP2 that is easy to deform is connected to the connection part CNT. An example of inserting and connecting to the network will be described.
図4は、接続部CNTを形成した半導体基板1S(下層の半導体チップ)と、バンプ電極BMP2を形成した半導体基板2S(上層の半導体チップ)とを相対させた図である。図4において、半導体基板1Sに形成された接続部CNTの構成は図1で説明したものと同様である。一方、半導体基板2Sに形成されたバンプ電極BMP2は、図2で説明したバンプ電極BMP1とは形成方法が異なっている。つまり、図4におけるバンプ電極BMP2は、例えば、スタッドバンプ電極のように変形しやすいバンプ電極から構成されている。スタッドバンプ電極とは、金線を溶融させてキャピラリと呼ばれる型に押し付けることにより成形したバンプ電極であり、一度溶融させているため、変形しやすいという特性を有している。
FIG. 4 is a diagram in which a
上述したバンプ電極BMP2を形成した半導体基板2Sと、接続部CNTを形成した半導体基板1Sとを接続する。具体的に、図4に示すように、半導体基板1Sに形成されている接続部CNTと、半導体基板2Sに形成されているバンプ電極BMP2との位置合わせを実施する。その後、上層の半導体基板2Sに荷重を加えることにより、下層の半導体基板1Sに形成されている接続部CNTに、上層の半導体基板2Sに形成されているバンプ電極BMP2を押し付ける。これにより、図5に示すように、上層のバンプ電極BMP2と下層の接続部CNTが接続される。具体的に、図5は、バンプ電極BMP2と接続部CNTとの接続状態を示す図である。図5において、接続部CNTにバンプ電極BMP2を押し付けることにより、接続部CNTを構成する梁BMが曲がる(たわむ)。そして、さらに、バンプ電極BMP2を接続部CNTに押し付けると、バンプ電極BMP2の先端部が空洞部CAの底面に到達する。このとき、押し曲げられた梁BMには復元力が働き、空洞部CAの底面にまで挿入されたバンプ電極BMP2を左右から挟む。このため、空洞部CAに挿入されたバンプ電極BMP2は、左右から梁BMの復元力により固定される。さらに、この状態で、バンプ電極BMP2に荷重を加えると、バンプ電極BMP2が塑性変形し、バンプ電極BMP2の先端部が横方向に広がる。この結果、梁BMの復元力に加えて、梁BMとバンプ電極BMP2がかしめられるので、バンプ電極BMP2と接続部CNTの接合力が向上する。このようにして、バンプ電極BMP2を接続部CNTに接続することができる。
The
続いて、半球状で比較的柔らかいバンプ電極BMP3を接続部CNTに挿入して接続する例について説明する。図6は、接続部CNTを形成した半導体基板1S(下層の半導体チップ)と、バンプ電極BMP3を形成した半導体基板2S(上層の半導体チップ)とを相対させた図である。図6において、半導体基板1Sに形成された接続部CNTの構成は図1で説明したものと同様である。一方、半導体基板2Sに形成されたバンプ電極BMP3は、図2で説明したバンプ電極BMP1や図4で説明したバンプ電極BMP2とは材質が異なり、例えば、半田から構成されている。この半田から構成されているバンプ電極BMP3は、半球状で比較的柔らかな構造をしている。
Next, an example in which a hemispherical and relatively soft bump electrode BMP3 is inserted and connected to the connection portion CNT will be described. FIG. 6 is a diagram in which the
上述したバンプ電極BMP3を形成した半導体基板2Sと、接続部CNTを形成した半導体基板1Sとを接続する。具体的に、図6に示すように、半導体基板1Sに形成されている接続部CNTと、半導体基板2Sに形成されているバンプ電極BMP3との位置合わせを実施する。その後、上層の半導体基板2Sに荷重を加えることにより、下層の半導体基板1Sに形成されている接続部CNTに、上層の半導体基板2Sに形成されているバンプ電極BMP3を押し付ける。これにより、図7に示すように、上層のバンプ電極BMP3と下層の接続部CNTが接続される。具体的に、図7は、バンプ電極BMP3と接続部CNTとの接続状態を示す図である。図7において、接続部CNTにバンプ電極BMP3を押し付けると、接続部CNTを構成する梁BMが曲がり始めるとともに、柔らかいバンプ電極BMP3も梁BMのたわみに沿って変形する。そして、さらに、バンプ電極BMP3を接続部CNTに押し付けると、バンプ電極BMP3の先端部が空洞部CAの底面に到達する。このとき、押し曲げられた梁BMには復元力が働き、空洞部CAの底面にまで挿入されたバンプ電極BMP3を左右から挟む。このため、空洞部CAに挿入されたバンプ電極BMP3は、左右から梁BMの復元力により固定される。このようにして、バンプ電極BMP3を接続部CNTに接続することができる。
The
以上のことから、本実施の形態1における接続部CNTは、様々な材質や形状のバンプ電極BMP1〜BMP3と接続することができることがわかる。すなわち、本実施の形態1による接続部CNTは、バンプ電極BMP1〜BMP3の種類を問わず、半導体基板1S(下層の半導体チップ)と半導体基板2S(上層の半導体チップ)とを接続することができる。
From the above, it can be seen that the connection part CNT in the first embodiment can be connected to the bump electrodes BMP1 to BMP3 of various materials and shapes. That is, the connection part CNT according to the first embodiment can connect the
次に、本実施の形態1における接続部CNTと端子TEとの位置関係について説明する。例えば、図1〜図7では、接続部CNTの位置と端子TEの位置とは、平面的に離れた位置に形成されている。この場合、接続部CNTと端子TEとの電気的な接続は、接続部CNTを構成する銅膜CFによって行なわれる。すなわち、接続部CNTにバンプ電極BMP1〜BMP3が接続されると、バンプ電極BMP1〜BMP3は梁BMと接触する。この梁BMは、ニッケル膜NFと金膜AFとの積層膜から形成され、銅膜CFと電気的に接続される。さらに、銅膜CFは端子TEと接続されている。したがって、バンプ電極BMP1〜BMP3は、接続部CNTを介して銅膜CFにより端子TEと接続される。このとき、バンプ電極BMP1〜BMP3が梁BMと接触すれば、必然的に、梁BMと接続されている銅膜CFを介して端子TEと接続することができるので、バンプ電極BMP1〜BMP3と端子TEとを安定して接続することができる。 Next, the positional relationship between the connection part CNT and the terminal TE in the first embodiment will be described. For example, in FIGS. 1 to 7, the position of the connection portion CNT and the position of the terminal TE are formed at positions that are separated in a plane. In this case, the electrical connection between the connection part CNT and the terminal TE is performed by the copper film CF constituting the connection part CNT. That is, when the bump electrodes BMP1 to BMP3 are connected to the connection portion CNT, the bump electrodes BMP1 to BMP3 come into contact with the beam BM. The beam BM is formed of a laminated film of a nickel film NF and a gold film AF, and is electrically connected to the copper film CF. Further, the copper film CF is connected to the terminal TE. Therefore, the bump electrodes BMP1 to BMP3 are connected to the terminal TE by the copper film CF via the connection part CNT. At this time, if the bump electrodes BMP1 to BMP3 are in contact with the beam BM, the bump electrode BMP1 to BMP3 and the terminal can be inevitably connected to the terminal TE through the copper film CF connected to the beam BM. TE can be stably connected.
これに対し、例えば、図8では、接続部CNTの位置と端子TEの位置とが平面的に重なるように配置されている。言い換えれば、接続部CNTを構成する空洞部CAの底部に端子TEが形成されている。この場合、空洞部CAの底部に形成されている端子TEと、バンプ電極BMPとを直接接続することができる。したがって、接続部CNTの周辺部に端子TEを配置する必要がなくなるため、接続部CNTと端子TEとを含む接続構造を形成するスペースを小さくすることができる。この結果、図8に示す接続構造によれば、半導体装置の小型化を推進できる利点がある。 On the other hand, for example, in FIG. 8, the position of the connection portion CNT and the position of the terminal TE are arranged so as to overlap in a plane. In other words, the terminal TE is formed at the bottom of the cavity CA constituting the connection part CNT. In this case, the terminal TE formed at the bottom of the cavity CA and the bump electrode BMP can be directly connected. Therefore, since it is not necessary to arrange the terminal TE in the peripheral part of the connection part CNT, a space for forming a connection structure including the connection part CNT and the terminal TE can be reduced. As a result, the connection structure shown in FIG. 8 has an advantage that the miniaturization of the semiconductor device can be promoted.
本実施の形態1における第1特徴点は、図9に示すように、接続部CNTを、銅膜CFに形成された空洞部CAと、空洞部CA上に形成されたニッケル膜NFおよび金膜AFからなる梁BMと、梁BMの間に形成された開口部OPから構成することにより、バンプ電極BMPを開口部OPから空洞部CA内に挿入し、バンプ電極BMPを挿入することにより変形した梁BMの復元力でバンプ電極BMPを固定する点にある。この第1特徴点により、バンプ電極BMPを接続部CNTに接続することができるが、バンプ電極BMPと接続部CNTの接続を良好にする観点からは、以下に示す関係を満たしていることが望ましい。この関係について図9を参照しながら説明する。 As shown in FIG. 9, the first feature point of the first embodiment is that the connection part CNT includes a cavity CA formed in the copper film CF, and a nickel film NF and a gold film formed on the cavity CA. By constituting the beam BM made of AF and the opening OP formed between the beams BM, the bump electrode BMP was inserted into the cavity CA from the opening OP and deformed by inserting the bump electrode BMP. The bump electrode BMP is fixed by the restoring force of the beam BM. With this first feature point, the bump electrode BMP can be connected to the connection portion CNT. However, from the viewpoint of improving the connection between the bump electrode BMP and the connection portion CNT, it is desirable that the following relationship is satisfied. . This relationship will be described with reference to FIG.
まず、図9は、接続部CNTを構成する主要な構成要素の寸法と、バンプ電極BMPの先端部の寸法を示す図である。図9において、開口部OPの径をaとしている。すなわち、開口部OPの径を言い換えると、複数の梁BMの先端部間の距離をaとしている。そして、バンプ電極BMPの先端部の径をbとしている。このとき、条件a<bが成立していることが望ましい。なぜなら、開口部OPの径(a)がバンプ電極BMPの先端部の径(b)よりも小さければ、バンプ電極BMPを開口部OPに挿入した場合、梁BMにバンプ電極BMPが接触し、バンプ電極BMPを挿入するにしたがって梁BMが変形し、変形した梁BMによる復元力で挿入されたバンプ電極BMPを固定することができるからである。 First, FIG. 9 is a diagram showing the dimensions of main components constituting the connection part CNT and the dimensions of the tip of the bump electrode BMP. In FIG. 9, the diameter of the opening OP is a. That is, in other words, the diameter of the opening OP is a distance between the tip portions of the plurality of beams BM. The diameter of the tip of the bump electrode BMP is b. At this time, it is desirable that the condition a <b is satisfied. This is because if the diameter (a) of the opening OP is smaller than the diameter (b) of the tip of the bump electrode BMP, when the bump electrode BMP is inserted into the opening OP, the bump electrode BMP contacts the beam BM, and the bump This is because the beam BM is deformed as the electrode BMP is inserted, and the inserted bump electrode BMP can be fixed by the restoring force of the deformed beam BM.
また、梁BMの長さをcとしており、空洞部CAの深さをdとしている。空洞部CAの深さは、言い換えれば、銅膜CFの厚さということもできる。このとき、条件c<dが成立していることが望ましい。なぜなら、梁BMの長さ(c)が空洞部CAの深さ(d)よりも小さければ、バンプ電極BMPが空洞部CA内に挿入されたとき、梁BMが空洞部CAの底部に接触してバンプ電極BMPの空洞部CAへの挿入が妨げられることや、梁BMが空洞部CAの底部に接触して折れ曲がって折れてしまうことを抑制できるからである。これらの条件(a<b、c<d)を満たすことにより、バンプ電極BMPと接続部CNTの接続を良好にすることができる。 The length of the beam BM is c, and the depth of the cavity CA is d. In other words, the depth of the cavity CA can be said to be the thickness of the copper film CF. At this time, it is desirable that the condition c <d is satisfied. This is because if the length (c) of the beam BM is smaller than the depth (d) of the cavity CA, the beam BM contacts the bottom of the cavity CA when the bump electrode BMP is inserted into the cavity CA. This is because it is possible to suppress the insertion of the bump electrode BMP into the cavity CA and the bending of the beam BM in contact with the bottom of the cavity CA. By satisfying these conditions (a <b, c <d), the connection between the bump electrode BMP and the connection part CNT can be improved.
上述した記載では、本実施の形態1における接続部CNTの特徴(第1特徴点)を断面構造の観点から説明したが、次に、本実施の形態1における接続部CNTのさらなる特徴を平面構造の観点から説明する。 In the above description, the feature (first feature point) of the connection portion CNT in the first embodiment has been described from the viewpoint of the cross-sectional structure. Next, a further feature of the connection portion CNT in the first embodiment is described as a planar structure. This will be explained from the viewpoint.
図10は、本実施の形態1における接続部CNTの平面構造を示す図である。図10において、半導体基板1S上に接続部CNTが形成されている。この接続部CNTは、半導体基板1S上に形成された導体膜CON(ニッケル膜NF+金膜AF)を有し、この導体膜CONには、導体膜CONを貫通する開口部OPが形成されている。この開口部OPの下層には、開口部OPと一体化された空洞部CAが形成されている。この空洞部CAは、開口部OPを平面的に内包し、かつ、空洞部CAの大きさが開口部OPの大きさよりも大きくなるように形成されている。そして、開口部OP上には導体膜CONからなる複数の梁BMが形成されており、この複数の梁BMは開口部OPに突き出すように形成されている。このように構成されている接続部CNTにおいて、図10のA−A線で切断した断面が、例えば、図1などに該当する。
FIG. 10 is a diagram showing a planar structure of the connection part CNT in the first embodiment. In FIG. 10, the connection part CNT is formed on the
本実施の形態1の第2特徴点は、平面的に開口部OPが空洞部CAに内包され、かつ、開口部OPと空洞部CAが一体化され、かつ、導体膜CONのうち空洞部CAに突き出た部分が梁BMとなる接続部CNTにおいて、開口部OPの輪郭形状が、空洞部CAに突き出ている梁BMの根元から先端部に至る形状を縁取る形状を有している点にある。すなわち、本実施の形態1における開口部OPは、隣接する梁BMの間において、梁BMの根元から先端部に至るまで大きく開口されている。特に、開口部OPの平面上の面積は、梁BMの平面上の面積よりも大きくなっている。これにより、開口部OPの下層に形成される空洞部CAを容易に作ることができるのである。 The second feature point of the first embodiment is that the opening OP is included in the cavity CA in a plane, the opening OP and the cavity CA are integrated, and the cavity CA of the conductor film CON. In the connection portion CNT where the portion protruding to the beam BM is, the contour shape of the opening OP has a shape that borders the shape from the root of the beam BM protruding to the cavity CA to the tip portion. is there. That is, the opening OP in the first embodiment is greatly opened from the base of the beam BM to the tip between the adjacent beams BM. In particular, the area on the plane of the opening OP is larger than the area on the plane of the beam BM. Thereby, the cavity CA formed in the lower layer of the opening OP can be easily made.
具体的に、本実施の形態1では、開口部OPから露出する下地膜(銅膜)をウェットエッチングすることにより空洞部CAを形成している。このとき、開口部OPの輪郭形状が、空洞部CAに突き出ている梁BMの根元から先端部に至る形状を縁取る形状を有しており、隣接する梁BMの間において、梁BMの根元から先端部に至るまで大きく開口されていると、開口部OPから露出する下地膜の表面積が大きくなる。この場合、エッチング液の循環もよくなり、エッチング速度が速くなる利点がある。さらに、開口部OPの下層に空洞部CAを形成するためのエッチング面積も少なくすることができる。つまり、空洞部CAは、梁BMの下層に空洞を形成するためのものであるが、隣接する梁BMの間において、開口部OPの形状が梁BMの根元から先端部に至るまで大きく開口されていると、開口部OPから露出する下地膜の表面積が大きくなるため、大きな露出領域の各領域からエッチングが進行する。このため、梁BMの下層に形成される空洞部CAをより少ないエッチング量で形成することができるのである。このように本実施の形態1によれば、開口部OPの輪郭形状が、空洞部CAに突き出ている梁BMの根元から先端部に至る形状を縁取る形状を有し、隣接する梁BMの間において、梁BMの根元から先端部に至るまで大きく開口されている形状をしていることから(第2特徴点)、空洞部CAを形成するエッチング量を低減することができるとともに、エッチング速度を速くすることができる。このことは、空洞部CAを形成するための処理時間が短くなることを意味し、これにより、コストの削減を図ることができることを意味している。特に、開口部OPの平面上の面積が、梁BMの平面上の面積よりも大きくなっていると上述した効果は大きくなる。 Specifically, in the first embodiment, the cavity CA is formed by wet etching the base film (copper film) exposed from the opening OP. At this time, the contour shape of the opening OP has a shape that borders the shape from the base of the beam BM protruding into the cavity CA to the tip, and the base of the beam BM is between the adjacent beams BM. If the opening is wide from the tip to the tip, the surface area of the base film exposed from the opening OP increases. In this case, there is an advantage that the circulation of the etching solution is improved and the etching rate is increased. Furthermore, the etching area for forming the cavity CA under the opening OP can also be reduced. That is, the cavity CA is for forming a cavity in the lower layer of the beam BM. However, the shape of the opening OP is greatly opened from the root of the beam BM to the tip between the adjacent beams BM. In this case, since the surface area of the base film exposed from the opening OP increases, etching proceeds from each of the large exposed areas. For this reason, the cavity CA formed in the lower layer of the beam BM can be formed with a smaller etching amount. Thus, according to the first embodiment, the contour shape of the opening OP has a shape that borders the shape from the root of the beam BM protruding to the cavity CA to the tip, and the adjacent beam BM In the meantime, since the shape is wide open from the base to the tip of the beam BM (second feature point), the etching amount for forming the cavity CA can be reduced, and the etching rate can be reduced. Can be faster. This means that the processing time for forming the cavity portion CA is shortened, and thus the cost can be reduced. In particular, when the area on the plane of the opening OP is larger than the area on the plane of the beam BM, the above-described effect is increased.
ここで、例えば、図11に示すような接続部CNT2の構造を考える。この接続部CNT2は、中央部に円形の開口部OPTが形成されており、この開口部OPTの外側に梁BM2が形成されている。このとき、梁BM2は、開口部OPTから放射状に形成されたスリットSLによって分割されて梁BM2となっている。このような接続部CNT2において、開口部OPTの下層に空洞部を形成することを考える。この場合、開口部OPTから露出する下地膜をウェットエッチングすることにより、梁BMの下層に空洞部CAを形成する。 Here, for example, consider the structure of the connecting portion CNT2 as shown in FIG. The connection portion CNT2 has a circular opening OPT formed at the center, and a beam BM2 formed outside the opening OPT. At this time, the beam BM2 is divided by the slits SL formed radially from the opening OPT to form the beam BM2. In such a connection part CNT2, it is considered that a hollow part is formed below the opening OPT. In this case, the cavity CA is formed in the lower layer of the beam BM by performing wet etching on the base film exposed from the opening OPT.
しかし、接続部CNT2の構成では、本実施の形態1の接続部CNTと異なり、開口部OPTの輪郭形状が、空洞部に突き出ている梁BM2の根元から先端部に至る形状を縁取る形状をしておらず、隣接する梁BM2の間において、梁BM2の根元から先端部に至るまで大きく開口されていない。つまり、接続部CNT2では、隣接する梁BM2の間には線状のスリットSLが形成されているだけである。このため、エッチング液は、開口部OPTからしか内部に浸入しないことなり、空洞部を形成するエッチングは図11に示すように、開口部OPTから同心円状に進むことになる。この場合、開口部OPTから露出する露出領域が小さいことからエッチング液の循環が悪くなるとともに、露出領域の表面積が小さいことから、同時にエッチングされる領域も狭くなる。さらに、エッチングが同心円状に進むことから、梁BM2の下層全体に空洞部を形成するエッチング量も大きくなる。このことは、空洞部を形成するための処理時間が長くなることを意味し、これにより、コストの上昇を招くことになる。 However, in the configuration of the connection part CNT2, unlike the connection part CNT of the first embodiment, the contour shape of the opening OPT has a shape that borders the shape from the root to the tip of the beam BM2 protruding into the cavity. It is not opened between the adjacent beams BM2 from the base to the tip of the beam BM2. That is, in the connection part CNT2, only a linear slit SL is formed between the adjacent beams BM2. For this reason, the etching solution enters only from the opening OPT, and the etching for forming the cavity proceeds concentrically from the opening OPT as shown in FIG. In this case, since the exposed area exposed from the opening OPT is small, the circulation of the etching solution is deteriorated, and since the surface area of the exposed area is small, the simultaneously etched area is also narrowed. Furthermore, since etching proceeds concentrically, the amount of etching that forms a cavity in the entire lower layer of the beam BM2 also increases. This means that the processing time for forming the cavity becomes longer, and this causes an increase in cost.
これに対し、本実施の形態1では、開口部OPの輪郭形状が、空洞部CAに突き出ている梁BMの根元から先端部に至る形状を縁取る形状を有し、隣接する梁BMの間において、梁BMの根元から先端部に至るまで大きく開口されている形状をしていることから(第2特徴点)、空洞部CAを形成するエッチング量を低減することができるとともに、エッチング速度を速くすることができる利点を有するのである。 On the other hand, in the first embodiment, the contour shape of the opening OP has a shape that borders the shape from the root to the tip of the beam BM protruding into the cavity CA, and between the adjacent beams BM. In FIG. 2, the shape of the beam BM is greatly opened from the base to the tip (second feature point), so that the etching amount for forming the cavity CA can be reduced and the etching rate can be reduced. It has the advantage of being fast.
さらに、本実施の形態1では、上述した第2特徴点により別の効果も奏する。例えば、接続部CNTにバンプ電極を挿入して複数の半導体チップを積層した構造では、複数の半導体チップ間にアンダーフィルと呼ばれる樹脂を注入することが行なわれる。このアンダーフィルは、半導体装置に熱負荷が加わった場合に、材質間の熱膨張率の相違による剥がれを抑制して接着効果を高める機能を有している。このとき、本実施の形態1の接続部CNTのように、隣接する梁BMの間において、梁BMの根元から先端部に至るまで大きく開口されている形状をしていると、この接続部CNTにバンプ電極BMPを挿入した後も、各梁BMの根元に隙間が生じている。したがって、アンダーフィルを半導体チップ間に注入すると、梁BMの根元に生じている隙間を介してアンダーフィルが接続部CNTの内部にまで充填される。このため、接続部CNTとこの接続部CNTに挿入されているバンプ電極BMPとの接続強度が隙間をアンダーフィルで充填することにより向上するのである。すなわち、本実施の形態1によれば、開口部OPの輪郭形状が、空洞部CAに突き出ている梁BMの根元から先端部に至る形状を縁取る形状を有し、隣接する梁BMの間において、梁BMの根元から先端部に至るまで大きく開口されている形状をするように構成することにより、エッチング処理時間の短縮だけでなく、接続部CNTとバンプ電極BMP間の接続強度の向上も図ることができるのである。 Further, in the first embodiment, another effect is also achieved by the second feature point described above. For example, in a structure in which a bump electrode is inserted into the connection portion CNT and a plurality of semiconductor chips are stacked, a resin called underfill is injected between the plurality of semiconductor chips. This underfill has a function of suppressing an exfoliation caused by a difference in thermal expansion coefficient between materials and enhancing an adhesion effect when a thermal load is applied to the semiconductor device. At this time, as in the connection portion CNT of the first embodiment, if the shape is wide open from the root of the beam BM to the tip portion between the adjacent beams BM, this connection portion CNT Even after the bump electrode BMP is inserted into the gap, a gap is generated at the base of each beam BM. Therefore, when the underfill is injected between the semiconductor chips, the underfill is filled up to the inside of the connection portion CNT through the gap generated at the base of the beam BM. For this reason, the connection strength between the connection portion CNT and the bump electrode BMP inserted in the connection portion CNT is improved by filling the gap with an underfill. That is, according to the first embodiment, the contour shape of the opening OP has a shape that borders the shape from the root to the tip of the beam BM protruding into the cavity CA, and between the adjacent beams BM. In this case, the configuration in which the beam BM has a large opening from the base to the tip portion not only shortens the etching processing time but also improves the connection strength between the connection portion CNT and the bump electrode BMP. It can be planned.
次に、本実施の形態1における第3特徴点について説明する。本実施の形態1における第3特徴点は、梁BMの構造に対する工夫にある。具体的に、図10に示すように、梁BMの幅は、梁BMの先端部から梁BMの根元に向って大きくなっている点に特徴がある。つまり、梁BMを、いわゆる平等強さの梁から構成する。これにより、梁BMを介して接続部CNTにバンプ電極BMPを挿入したとき、梁BMにかかる応力を均一にすることができ、梁BMの応力に対する耐性を向上させることができる。 Next, the third feature point in the first embodiment will be described. The third feature point in the first embodiment is in the device for the structure of the beam BM. Specifically, as shown in FIG. 10, the width of the beam BM is characterized in that it increases from the tip of the beam BM toward the root of the beam BM. That is, the beam BM is composed of a so-called equal strength beam. Thereby, when the bump electrode BMP is inserted into the connection part CNT via the beam BM, the stress applied to the beam BM can be made uniform, and the resistance to the stress of the beam BM can be improved.
例えば、梁BMの幅を先端部から根元まで同じ大きさにすると、梁BMにかかる応力が根元に集中する。すると、梁BMが根元から折れてしまうおそれがある。そこで、梁BMの幅を先端部から根元に向って大きくするように梁BMを構成することにより、梁BMの根元の応力に対する耐性を向上することができる。つまり、梁BMの幅を先端部から根元に向って大きくするように構成することにより、梁BMの全体にかかる応力を均一にすることができる。この結果、梁BMの根元に過大な応力が印加されることを抑制することができ、梁BMの曲げ応力に対する耐性を向上することができる。したがって、本実施の形態1によれば、梁BMの構成をいわゆる平等強さの梁構造とする第3特徴点により、梁BMの強度を確保することができ、接続部CNTの信頼性を向上することができる。 For example, when the width of the beam BM is the same from the tip to the base, the stress applied to the beam BM is concentrated at the base. Then, the beam BM may be broken from the root. Therefore, by configuring the beam BM so that the width of the beam BM increases from the tip toward the base, it is possible to improve resistance to the stress at the base of the beam BM. That is, the stress applied to the entire beam BM can be made uniform by increasing the width of the beam BM from the tip to the base. As a result, it is possible to prevent an excessive stress from being applied to the base of the beam BM, and to improve the resistance of the beam BM to bending stress. Therefore, according to the first embodiment, the strength of the beam BM can be ensured and the reliability of the connection portion CNT can be improved by the third feature point in which the beam BM has a so-called equal strength beam structure. can do.
さらに、本実施の形態1では、梁BMの先端部や根元の形状に丸みをもたせている。これにより、梁BMに荷重が加わった場合、先端部や根元に荷重が集中することを抑制できる。なお、図10では、接続部CNTに4つの梁BMを形成している例を示しているが、これに限らず、5本や6本のように4本よりも多くてもよいし、3本や2本のように4本よりも少なくてもよい。さらには、1本の梁BMだけを形成する場合であってもよい。
Furthermore, in this
本実施の形態1における接続部CNTは上記のように構成されており、以下に、この接続部CNTとバンプ電極BMPによって、複数の半導体チップを電気的に接続しながら、3次元的に積層する接続例について説明する。 The connection part CNT in the first embodiment is configured as described above. Hereinafter, a plurality of semiconductor chips are electrically connected by the connection part CNT and the bump electrode BMP, and three-dimensionally stacked. A connection example will be described.
図12は、半導体基板(下層の半導体チップ)1Sと半導体基板(上層の半導体チップ)2Sとを積層する様子を示す図である。図12において、下層の半導体基板1Sに複数の接続部CNTが形成され、上層の半導体基板2Sに複数のバンプ電極が形成されている。半導体基板1Sは矩形形状(四角形状)をしており、半導体基板1Sの周辺部(辺)に沿って、複数の接続部CNTが配列している。例えば、半導体基板1Sに形成されている複数の接続部CNTは、ペリフェラル配置で配置されているが、接続部CNTの配置は、ペリフェラル配置に限定されない。一方、半導体基板2Sも矩形形状(四角形状)をしており、半導体基板2Sの周辺部(辺)に沿って複数のバンプ電極BMPが形成されている。このバンプ電極BMPは、接続部CNTに対応するように配置されている。
FIG. 12 is a diagram illustrating a state in which a semiconductor substrate (lower semiconductor chip) 1S and a semiconductor substrate (upper semiconductor chip) 2S are stacked. In FIG. 12, a plurality of connection portions CNT are formed on the
図13は、半導体基板1Sに形成した接続部CNTと、半導体基板2Sに形成したバンプ電極BMPとを接続した様子を示す断面図である。図13に示すように、半導体基板1Sに形成された接続部CNTのそれぞれに、半導体基板2Sに形成されたバンプ電極BMPのそれぞれは挿入されている。これにより、半導体基板1Sと半導体基板2Sとを電気的に接続しながら、3次元的に積層することができる。つまり、本実施の形態1では、図13に示すように、空洞部CAにバンプ電極BMPを挿入し、かつ、空洞部CAに突き出るように配置された梁BMの変形による復元力でバンプ電極BMPを固定するように構成している。このため、本実施の形態1では、半田を使用せずに、バンプ電極BMPを接続部CNTへ機械的に固定することができる。したがって、バンプ電極BMPと接続部CNTの接続に半田を使用しないので、接続部CNTおよびバンプ電極BMPの高密度化や狭ピッチ化が行なわれても、隣接する接続部CNT間や隣接するバンプ電極BMP間でのショート不良を抑制できる。言い換えれば、本実施の形態1では、バンプ電極BMPと接続部CNTとの接続に溶融した半田を使用しないために、半田ブリッジによるショート不良を抑制することができ、半導体装置の信頼性を向上することができる。
FIG. 13 is a cross-sectional view showing a state in which the connection portion CNT formed on the
このとき、本実施の形態1では、図10に示すように、梁BMの構成をいわゆる平等強さの梁構造とすることにより(第3特徴点)、梁BMの強度を確保することができ、接続部CNTの信頼性を向上することができる。 At this time, in the first embodiment, as shown in FIG. 10, the strength of the beam BM can be ensured by adopting a so-called equal strength beam structure for the beam BM (third feature point). The reliability of the connection part CNT can be improved.
さらに、半導体基板1Sと半導体基板2Sの間にはアンダーフィルUFが注入されている。本実施の形態1では、図10に示すように、開口部OPの輪郭形状が、空洞部CAに突き出ている梁BMの根元から先端部に至る形状を縁取る形状を有し、隣接する梁BMの間において、梁BMの根元から先端部に至るまで大きく開口されている形状をしていることから(第2特徴点)、接続部CNTにバンプ電極BMPを挿入した後も、各梁BMの根元に隙間が生じている。したがって、アンダーフィルUFを半導体基板1Sと半導体基板2Sとの間に注入すると、梁BMの根元に生じている隙間を介してアンダーフィルUFが接続部CNTの内部にまで充填される。このため、接続部CNTとこの接続部CNTに挿入されているバンプ電極BMPとの接続強度が向上している。
Further, underfill UF is injected between the
なお、図12および図13では、半導体基板(半導体チップ)1Sと、半導体基板(半導体チップ)2Sを3次元的に積層する例について説明したが、本実施の形態1における接続部CNTとバンプ電極BMPによる接続は、半導体基板(半導体チップ)と配線基板との接続にも応用することができる。例えば、配線基板に接続部を形成し、半導体基板にバンプ電極を形成する。そして、半導体基板に形成されたバンプ電極を配線基板に形成された接続部に挿入することにより、配線基板と半導体基板とを接続することができる(フリップチップ接続)。 12 and 13, the example in which the semiconductor substrate (semiconductor chip) 1S and the semiconductor substrate (semiconductor chip) 2S are three-dimensionally stacked has been described. However, the connection portion CNT and the bump electrode in the first embodiment are described. Connection by BMP can also be applied to connection between a semiconductor substrate (semiconductor chip) and a wiring substrate. For example, the connection portion is formed on the wiring substrate, and the bump electrode is formed on the semiconductor substrate. Then, by inserting the bump electrode formed on the semiconductor substrate into the connection portion formed on the wiring substrate, the wiring substrate and the semiconductor substrate can be connected (flip chip connection).
次に、本実施の形態1における半導体装置の製造方法について図面を参照しながら説明する。以下に示す半導体装置の製造方法では、本実施の形態1の特徴である接続部CNTを形成する工程について説明する。 Next, a method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment will be described with reference to the drawings. In the semiconductor device manufacturing method described below, a process of forming the connection portion CNT which is a feature of the first embodiment will be described.
まず、図14に示すように、半導体基板1Sの上面(主面、素子形成面)に通常の技術を使用することにより、MISFETなどの半導体素子(図示せず)を形成する。そして、半導体素子を形成した半導体素子上に層間絶縁膜ILを形成する。その後、層間絶縁膜ILの層間に多層配線(図示せず)を形成し、層間絶縁膜ILの最上層に端子TEを形成する。このとき、層間絶縁膜ILの最上層に形成されている端子TEは、層間絶縁膜ILの内部に形成されている多層配線を介して、半導体基板1Sに形成されている半導体素子と電気的に接続されている。
First, as shown in FIG. 14, a semiconductor element (not shown) such as a MISFET is formed on the upper surface (main surface, element formation surface) of the
次に、図15に示すように、端子TEを形成した層間絶縁膜IL上に銅膜CFを形成する。銅膜CFは、例えば、スパッタリング法を使用することにより形成することができる。この銅膜CFには、後述する工程でウェットエッチングすることにより梁の下層に空洞部を形成して接続部CNTを形成するため、梁の可動範囲は充分に得られるように銅膜CFの膜厚が設定される。例えば、銅膜CFの膜厚は、約10μmである。銅膜CFの形成方法は、スパッタリング法のほか、スパッタリング法で0.3μm〜1μmの銅膜CFを形成した後、電解めっき法で10μmの厚さの銅膜CFを形成することもできる。 Next, as shown in FIG. 15, a copper film CF is formed on the interlayer insulating film IL on which the terminals TE are formed. The copper film CF can be formed, for example, by using a sputtering method. In this copper film CF, the cavity is formed in the lower layer of the beam by wet etching in a process described later to form the connection part CNT, so that the movable range of the beam is sufficiently obtained. Thickness is set. For example, the film thickness of the copper film CF is about 10 μm. In addition to the sputtering method, the copper film CF can be formed by forming a copper film CF having a thickness of 0.3 μm to 1 μm by a sputtering method and then forming a copper film CF having a thickness of 10 μm by an electrolytic plating method.
続いて、図16に示すように、銅膜CF上にニッケル膜NFを形成する。ニッケル膜NFは、例えば、スパッタリング法を使用することにより形成することができる。このニッケル膜NFは、後述する梁を構成する部材であり、ニッケル膜NFの厚さによって梁の剛性、つまり、梁のばね定数が決定される。梁はバンプ電極を挿入した際、梁の復元力によって充分な接合力を得る必要があり、この梁の復元力は、ニッケル膜NFの膜厚によって決定される。したがって、ニッケル膜NFの膜厚は、例えば、5μmである。 Subsequently, as shown in FIG. 16, a nickel film NF is formed on the copper film CF. The nickel film NF can be formed, for example, by using a sputtering method. The nickel film NF is a member constituting a beam to be described later, and the rigidity of the beam, that is, the spring constant of the beam is determined by the thickness of the nickel film NF. When the bump electrode is inserted into the beam, it is necessary to obtain a sufficient bonding force by the restoring force of the beam, and the restoring force of the beam is determined by the thickness of the nickel film NF. Therefore, the thickness of the nickel film NF is, for example, 5 μm.
その後、図17に示すように、ニッケル膜NF上に金膜AFを形成する。金膜AFは、例えば、スパッタリング法を使用することにより形成することができる。金膜AFは、梁とバンプ電極との接触抵抗を低抵抗とするために設けられる膜であるため、金膜AFの膜厚は薄くてよい。例えば、金膜AFの膜厚は、約0.2μmとする。 Thereafter, as shown in FIG. 17, a gold film AF is formed on the nickel film NF. The gold film AF can be formed, for example, by using a sputtering method. Since the gold film AF is a film provided for reducing the contact resistance between the beam and the bump electrode, the gold film AF may be thin. For example, the film thickness of the gold film AF is about 0.2 μm.
次に、図18に示すように、金膜AF上にレジスト膜FR1を塗布した後、このレジスト膜FR1に対して露光・現像処理を施すことにより、レジスト膜FR1に開口部OPを形成する。そして、図19に示すように、開口部OPから露出する金膜AFを除去する。金膜AFを除去するには、例えば、ミリング法を使用することもできるし、その他、ドライエッチング法やAuエッチング溶液を使用したウェットエッチングを使用することもできる。 Next, as shown in FIG. 18, after applying a resist film FR1 on the gold film AF, the resist film FR1 is exposed and developed to form an opening OP in the resist film FR1. Then, as shown in FIG. 19, the gold film AF exposed from the opening OP is removed. In order to remove the gold film AF, for example, a milling method can be used, or in addition, a dry etching method or wet etching using an Au etching solution can be used.
続いて、図20に示すように、開口部OPから露出するニッケル膜NFを除去する。ニッケル膜NFの除去は、例えば、ミリング法を使用することにより実施できる。なお、レジスト膜FR1に形成された開口部OPから露出する金膜AFとニッケル膜NFを除去する工程は、一括して行なうことができる。 Subsequently, as shown in FIG. 20, the nickel film NF exposed from the opening OP is removed. The nickel film NF can be removed by using, for example, a milling method. Note that the step of removing the gold film AF and the nickel film NF exposed from the opening OP formed in the resist film FR1 can be performed collectively.
次に、図21に示すように、銅のエッチャントによるウェットエッチングを実施することにより、開口部OPから露出する銅膜CFを除去する。銅膜CFをウェットエッチングすることにより、銅膜CFに空洞部CAが形成される。ウェットエッチングは、等方性エッチングであるため、開口部OPの直下にある銅膜CFだけでなく、横方向に回り込むようにエッチングが進行し、空洞部CAが形成される。 Next, as shown in FIG. 21, the copper film CF exposed from the opening OP is removed by performing wet etching with a copper etchant. By performing wet etching on the copper film CF, a cavity CA is formed in the copper film CF. Since the wet etching is an isotropic etching, the etching progresses not only in the copper film CF immediately below the opening OP but also in the lateral direction, and the cavity CA is formed.
このとき、開口部OPの輪郭形状が図10に示すような形状となっており、開口部OPから露出する下地膜(銅膜CF)の表面積が大きくなる。この場合、エッチング液の循環もよくなり、エッチング速度が速くなる利点がある。さらに、大きな露出領域の各領域からエッチングが進行する。このため、空洞部CAをより少ないエッチング量で形成することができる。このように本実施の形態1によれば、開口部OPの輪郭形状が、図10に示す形状をしていることから(第2特徴点)、空洞部CAを形成するエッチング量を低減することができるとともに、エッチング速度を速くすることができる。 At this time, the contour shape of the opening OP is as shown in FIG. 10, and the surface area of the base film (copper film CF) exposed from the opening OP increases. In this case, there is an advantage that the circulation of the etching solution is improved and the etching rate is increased. Furthermore, etching proceeds from each of the large exposed areas. For this reason, the cavity CA can be formed with a smaller etching amount. As described above, according to the first embodiment, since the contour shape of the opening OP is the shape shown in FIG. 10 (second feature point), the etching amount for forming the cavity CA is reduced. In addition, the etching rate can be increased.
空洞部CAは開口部OPを内包し、かつ、空洞部CAの大きさが開口部OPの大きさよりも大きくなる。このことから、空洞部CAの上部にニッケル膜NFおよび金膜AFよりなる梁BMが形成される。 The cavity CA includes the opening OP, and the size of the cavity CA is larger than the size of the opening OP. Thus, a beam BM made of the nickel film NF and the gold film AF is formed on the upper part of the cavity CA.
その後、図22に示すように、アセトン洗浄や酸素を使用したアッシングにより、レジスト膜FR1を除去する。このようにして、半導体基板1Sに梁構造を有する接続部CNTを形成することができる。
Thereafter, as shown in FIG. 22, the resist film FR1 is removed by acetone cleaning or ashing using oxygen. In this manner, the connection part CNT having a beam structure can be formed on the
本実施の形態1による説明の最後に先行技術文献との差異について説明する。まず、先行技術文献1(特開平10−163267号公報)との差異について説明する。先行技術文献1には、基材のパッド上に第1メッキ層と第2メッキ層からなる導電部を形成し、導電部を構成する第2メッキ層の先端部が突出して突出部となっている構造が記載されている。そして、この導電部にバンプ電極を強制的に挿入し、導電部の突出部をバンプ電極のエッジに係止させることにより導電部とバンプ電極とを接続するとしている。
The difference from the prior art document will be described at the end of the description according to the first embodiment. First, differences from the prior art document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 10-163267) will be described. In
ここで、本実施の形態1における第1特徴点は、例えば、図3に示すように、空洞部CAにバンプ電極BMP1を挿入し、かつ、空洞部CAに突き出るように配置された梁BMの変形による復元力でバンプ電極BMP1を固定するように構成する点にある。つまり、本実施の形態1では、梁BMの復元力によってバンプ電極BMP1を固定する構造であるのに対し、先行技術文献1に記載された技術は、導電部の突出部にバンプ電極のエッジを係止させることにより固定する点で相違する。そして、この固定方法の相違から、本実施の形態1では、接合するバンプの形状にあまり制限なく適用可能であるのに対し、先行技術文献1では、接合するバンプの形状が2段形状となってエッジが突出した形状である必要がある。さらに、本実施の形態1では、接続部の断面構造だけでなく平面構造にも特徴がある。具体的に本実施の形態1の第2特徴点は、図10に示すように、開口部OPの輪郭形状が、空洞部CAに突き出ている梁BMの根元から先端部に至る形状を縁取る形状を有し、隣接する梁BMの間において、梁BMの根元から先端部に至るまで大きく開口されている形状をしている点にある。そして、特に、開口部OPの平面上の面積は、梁BMの平面上の面積よりも大きくなっている。また、本実施の形態1の第3特徴点は、図10に示すように、梁BMの幅を、梁BMの先端部から梁BMの根元に向って大きくする点にある。このような本実施の形態1の平面構造における特徴点(第2特徴点や第3特徴点)について、先行技術文献1には記載も示唆もされていない。したがって、先行技術文献1から本実施の形態1における技術的思想を想到するのは当業者といえども困難である。
Here, as shown in FIG. 3, for example, the first feature point in the first embodiment is that the bump electrode BMP1 is inserted into the cavity CA and the beam BM arranged so as to protrude into the cavity CA. The bump electrode BMP1 is configured to be fixed by a restoring force due to deformation. That is, in the first embodiment, the bump electrode BMP1 is fixed by the restoring force of the beam BM, whereas the technique described in the
続いて、先行技術文献2(特開2004−12357号公報)において、スパイラル状接触子は、絶縁基板上に球状接続端子との接触の際に、球状接続端子の形状に対応して変形可能となっており、半導体デバイスとの電気的な接続を行うように構成されている。このとき、スパイラル状接触子の渦巻き部、幅が一定で、先端から根元に近づくに従って厚みが厚くなるとしている。 Subsequently, in Prior Art Document 2 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-12357), the spiral contactor can be deformed corresponding to the shape of the spherical connection terminal when contacting the spherical connection terminal on the insulating substrate. It is configured to make electrical connection with the semiconductor device. At this time, the spiral part and the width of the spiral contact are constant, and the thickness increases as it approaches the root from the tip.
ここで、本実施の形態1における第1特徴点は、例えば、図3に示すように、空洞部CAにバンプ電極BMP1を挿入し、かつ、空洞部CAに突き出るように配置された梁BMの変形による復元力でバンプ電極BMP1を固定するように構成する点にある。したがって、本実施の形態1では、梁BMの復元力によってバンプ電極BMP1を固定する構造であるのに対し、先行技術文献2に記載された技術は、スパイラル状接触子の変形により固定する点で相違する。さらに、先行技術文献2には、本実施の形態1の平面構造における特徴点(第2特徴点)について、記載も示唆もされていない。したがって、先行技術文献2から本実施の形態1における技術的思想を想到するのは当業者といえども困難である。 Here, as shown in FIG. 3, for example, the first feature point in the first embodiment is that the bump electrode BMP1 is inserted into the cavity CA and the beam BM arranged so as to protrude into the cavity CA. The bump electrode BMP1 is configured to be fixed by a restoring force due to deformation. Accordingly, in the first embodiment, the bump electrode BMP1 is fixed by the restoring force of the beam BM, whereas the technique described in the prior art document 2 is fixed by deformation of the spiral contactor. Is different. Furthermore, the prior art document 2 does not describe or suggest the feature point (second feature point) in the planar structure of the first embodiment. Therefore, it is difficult for those skilled in the art to come up with the technical idea in the first embodiment from the prior art document 2.
次に、先行技術文献3(特開2004−354179号公報)には、スリットが形成されたコンタクト部が記載されている。これにより、半田ボールの接続時に、この接続に伴いコンタクト部が変位する。このため、半田ボールとコンタクト部との接触面積を増大させることができ、コンタクト部と半田ボールとを確実に電気的に接続することができるとしている。 Next, Prior Art Document 3 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-354179) describes a contact portion in which a slit is formed. Thereby, at the time of connection of a solder ball, a contact part is displaced with this connection. For this reason, the contact area between the solder ball and the contact portion can be increased, and the contact portion and the solder ball can be reliably electrically connected.
しかし、先行技術文献3に記載されたスリットを有するコンタクト部は、本実施の形態1の接続部CNTと異なり、開口部OPの輪郭形状が、空洞部CAに突き出ている梁BMの根元から先端部に至る形状を縁取る形状をしておらず、隣接する梁BMの間において、梁BMの根元から先端部に至るまで大きく開口されていない。つまり、先行技術文献3のコンタクト部では、スリットが形成されているだけである。これに対し、本実施の形態1では、開口部OPの輪郭形状が、空洞部CAに突き出ている梁BMの根元から先端部に至る形状を縁取る形状を有し、隣接する梁BMの間において、梁BMの根元から先端部に至るまで大きく開口されている形状をしていることから(第2特徴点)、空洞部CAを形成するエッチング量を低減することができるとともに、エッチング速度を速くすることができる利点を有するのである。特に、開口部OPの平面上の面積は、梁BMの平面上の面積よりも大きくなっていることにより顕著な効果が得られるのである。さらに、本実施の形態1の接続部CNTのように、隣接する梁BMの間において、梁BMの根元から先端部に至るまで大きく開口されている形状をしていると、この接続部CNTにバンプ電極BMPを挿入した後も、各梁BMの根元に隙間が生じている。したがって、アンダーフィルを半導体チップ間に注入すると、梁BMの根元に生じている隙間を介してアンダーフィルが接続部CNTの内部にまで充填される。このため、接続部CNTとこの接続部CNTに挿入されているバンプ電極BMPとの接続強度が向上する。
However, unlike the connection part CNT of the first embodiment, the contact part having the slit described in the
このような本実施の形態1の平面構造における特徴点(第2特徴点)について、先行技術文献3には記載も示唆もされていない。したがって、先行技術文献3から本実施の形態1における技術的思想を想到するのは当業者といえども困難である。以上のことから、本実施の形態1の平面構造における第2特徴点については、先行技術文献1〜3のいずれにも記載も示唆もされていないことから、先行技術文献1〜3を組み合わせても、本実施の形態1における技術的思想を想到することは困難である。
Such feature points (second feature points) in the planar structure of the first embodiment are neither described nor suggested in
(実施の形態2)
本実施の形態2では、半導体チップを貫通する貫通電極と本発明による接続部をともに形成する例について説明する。例えば、携帯電話機などのモバイル機器に搭載されるマイコンチップに貫通電極と本発明の接続部を形成する例について説明する。
(Embodiment 2)
In the second embodiment, an example will be described in which a through electrode penetrating a semiconductor chip and a connection portion according to the present invention are formed together. For example, an example in which a through electrode and a connection portion of the present invention are formed on a microcomputer chip mounted on a mobile device such as a mobile phone will be described.
図23は、本実施の形態2における半導体基板(半導体チップ)1Sに形成された接続部CNTと貫通電極TREを示す図である。図23に示すように、半導体基板1Sに形成されている接続部CNTと貫通電極TREは、例えば、並ぶように配置されている。
FIG. 23 is a diagram illustrating the connection portion CNT and the through electrode TRE formed in the semiconductor substrate (semiconductor chip) 1S according to the second embodiment. As shown in FIG. 23, the connection part CNT and the through electrode TRE formed in the
図24は、図23の貫通電極TREと接続部CNTを含む一断面で切断した断面図である。図24において、半導体基板1Sの下面(主面、素子形成面)には、MISFETなどの半導体素子(図示せず)が形成されており、この半導体素子を形成した半導体基板1S上に層間絶縁膜ILが形成されている。この層間絶縁膜ILの内部には多層配線が形成されている。
FIG. 24 is a cross-sectional view taken along a cross section including the through electrode TRE and the connection portion CNT of FIG. In FIG. 24, a semiconductor element (not shown) such as a MISFET is formed on the lower surface (main surface, element forming surface) of the
以下に、貫通電極TREの構成について説明する。まず、層間絶縁膜IL上にはパッドPDが形成されており、このパッドPD上にバンプ電極BMPが形成されている。半導体基板1Sの裏面(上面)から層間絶縁膜の内部まで達するように孔H1が形成されており、孔H1の底面の層間絶縁膜ILには、孔H1よりも小径の孔H2がパッドPDに達するまで形成されている。孔H1と孔H2の内壁(側面および底面)と半導体基板1Sの裏面の一部には、順次、銅膜CF、ニッケル膜NF、金膜AFが形成されている。これにより、銅膜CF,ニッケル膜NFおよび金膜AFはパッドPDと電気的に接続されている。
Hereinafter, the configuration of the through electrode TRE will be described. First, a pad PD is formed on the interlayer insulating film IL, and a bump electrode BMP is formed on the pad PD. A hole H1 is formed so as to reach from the back surface (upper surface) of the
次に、接続部CNTの構成について説明する。接続部CNTは、半導体基板1Sの裏面に形成された金膜AFおよびニッケル膜NFを貫通するように形成された開口部OPを有している。そして、この開口部OPから露出する銅膜CFが除去されて、銅膜CFに空洞部CAが形成されている。このとき、銅膜CFに形成されている空洞部CAの大きさは、ニッケル膜NFおよび金膜AFに形成されている開口部OPの大きさよりも大きくなっている。したがって、空洞部CA上には、ニッケル膜NFおよび金膜AFからなる梁BMが突き出た構造となっている。つまり、本実施の形態2における接続部CNTは、銅膜CF、ニッケル膜NFおよび金膜AFを構成要素とし、銅膜CFに空洞部CAが形成され、かつ、ニッケル膜NFおよび金膜AFに開口部OPが形成された構造をしている。そして、空洞部CAが開口部OPを内包し、かつ、空洞部CAの大きさが開口部OPの大きさよりも大きくなっているので、空洞部CAの上部にニッケル膜NFおよび金膜AFよりなる梁BMが形成されていることになる。このように構成された接続部CNTと貫通電極TREは電気的に接続されている。
Next, the structure of the connection part CNT is demonstrated. The connection part CNT has an opening OP formed so as to penetrate the gold film AF and the nickel film NF formed on the back surface of the
本実施の形態2における半導体装置は上記のように構成されており、以下にその製造方法について図面を参照しながら説明する。まず、図25に示すように、半導体基板1Sの下面(主面、素子形成面)に通常の技術を使用することにより、MISFETなどの半導体素子(図示せず)を形成する。そして、半導体素子を形成した半導体素子上に層間絶縁膜ILを形成する。その後、層間絶縁膜ILの層間に多層配線(図示せず)を形成し、層間絶縁膜ILの最上層にパッドPDを形成する。このとき、層間絶縁膜ILの最上層に形成されているパッドPDは、層間絶縁膜ILの内部に形成されている多層配線を介して、半導体基板1Sに形成されている半導体素子と電気的に接続されている。
The semiconductor device according to the second embodiment is configured as described above, and the manufacturing method thereof will be described below with reference to the drawings. First, as shown in FIG. 25, a semiconductor element (not shown) such as a MISFET is formed on the lower surface (main surface, element formation surface) of the
この半導体基板(半導体ウェハ)1Sに貫通電極を形成するため、例えば、10μm〜50μm程度まで半導体基板1Sを薄型化し、貫通電極の形成難易度を低減する。ただし、半導体基板1Sの薄型化によって、半導体基板1Sの強度低下および半導体基板1Sの反りによる歩留まり低下が生じるおそれがある。
In order to form the through electrode in the semiconductor substrate (semiconductor wafer) 1S, for example, the
そこで、本実施の形態2では、図26に示すように、半導体基板1Sの下面(主面、素子形成面)に接着材BAを塗布し、この接着材BAにより、例えば、ガラスや石英やシリコンからなる支持基板SBを貼り合せる。このように支持基板SBを半導体基板1Sに貼り付けることで、薄型化後の半導体基板1Sの強度低下および反りを抑制することができる。また、接着材BAは、半導体基板1Sに形成された半導体素子を保護する機能を有する。
Therefore, in the second embodiment, as shown in FIG. 26, an adhesive BA is applied to the lower surface (main surface, element forming surface) of the
次に、図27に示すように、半導体基板1Sの裏面(上面)に対してバックグラインド処理を実施することにより、半導体基板1Sの厚さを薄くする。半導体基板1Sの裏面をバックグラインドする方法としては、研削や研磨する方法がある。なお、バックグラインドした後の平坦性が半導体基板1Sの裏面に形成する接続部の精度に影響するため、半導体基板1Sの裏面をバックグラインドした後、ドライポリッシュやエッチング、あるいは、化学的機械的研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing)を実施することが望ましい。
Next, as shown in FIG. 27, the back grinding process is performed on the back surface (upper surface) of the
続いて、図28に示すように、半導体基板1Sの裏面(上面)上にレジスト膜FR2を塗布する。そして、塗布したレジスト膜FR2に対して露光・現像処理を施すことにより、レジスト膜FRに開口部OP2を形成する。レジスト膜FR2を塗布する方法としては、例えば、スピナー塗布法がある。なお、開口部OPの形成位置は、赤外分光法により半導体基板1Sの素子形成面に形成されているデバイスパターンを確認して行なう方法や、両面マスクアライナを用いて行なう方法がある。
Subsequently, as shown in FIG. 28, a resist film FR2 is applied on the back surface (upper surface) of the
次に、図29に示すように、開口部OP2を形成したレジスト膜FR2をマスクにしたエッチングにより孔H1を形成する。具体的には、ICP−RIE(Inductively coupled plasma Reactive ion etching)を使用することにより異方性エッチングを行ない、孔H1を形成する。ここで、例えば、プロセスガスとしてSF6とC4H8を使用している。通常、シリコンのドライエッチングでは、酸化シリコン膜をマスクとしてシリコンをエッチングする。このため、SF6とC4H8によるエッチングでは、酸化シリコン膜を主成分とする層間絶縁膜ILでエッチングがストップする。このときの孔H1の深さは、シリコンよりなる半導体基板1Sの膜厚によって決定される。
Next, as shown in FIG. 29, a hole H1 is formed by etching using the resist film FR2 in which the opening OP2 is formed as a mask. Specifically, anisotropic etching is performed by using ICP-RIE (Inductively coupled plasma reactive ion etching) to form the hole H1. Here, for example, SF 6 and C 4 H 8 are used as process gases. Usually, in dry etching of silicon, silicon is etched using a silicon oxide film as a mask. For this reason, in the etching with SF 6 and C 4 H 8 , the etching is stopped at the interlayer insulating film IL mainly composed of the silicon oxide film. The depth of the hole H1 at this time is determined by the film thickness of the
その後、プロセスガスをSF6とC4H8からC3H8、Ar、CHF4の混合ガスに代えて、層間絶縁膜ILの加工(エッチング)を進める。この際、新たなマスクの形成は行なわない。この結果、レジスト膜FR2と半導体基板1Sをマスクとして孔H1の底部の層間絶縁膜ILの薄膜化が進む。このとき、層間絶縁膜ILをエッチングし続けることにより、パッドPDに達する孔H1を形成してもよいが、パッドPDに接する層間絶縁膜ILがなくなりパッドPDの強度が低下する。そこで、本実施の形態2では、層間絶縁膜ILの表面下部からパッドPDに達するまでの範囲で半導体基板1Sに形成した孔H1よりも小径の孔を形成する方法を採用する。
Thereafter, the process gas is changed to a mixed gas of SF 6 and C 4 H 8 to C 3 H 8 , Ar, and CHF 4 to process (etch) the interlayer insulating film IL. At this time, no new mask is formed. As a result, the thickness of the interlayer insulating film IL at the bottom of the hole H1 is reduced using the resist film FR2 and the
次に、孔H1を形成した後、図30に示すように、有機溶剤や酸素アッシングによってレジスト膜FR2を除去する。そして、図31に示すように、孔H1の内部を含む半導体基板1Sの裏面の全面に絶縁膜IF1を形成する。この絶縁膜IF1は、例えば、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、ポリイミド樹脂膜などからなり、例えば、CVD(Chemical Vapor Deposition)法により形成することができる。絶縁膜IF1は、孔H1の内部において、孔H1の内壁および底面に沿ってこれらの面を覆うように形成される。
Next, after forming the hole H1, as shown in FIG. 30, the resist film FR2 is removed by an organic solvent or oxygen ashing. Then, as shown in FIG. 31, an insulating film IF1 is formed on the entire back surface of the
続いて、図32に示すように、孔H1の内部を含む半導体基板1Sの裏面にレジスト膜FR3を塗布する。レジスト膜FR3は、例えば、スピナーによる塗布やスプレーによる塗布などによって形成される。スピナーで塗布する場合は、孔H1を埋め込むため、5μm〜30μmの膜厚で塗布できるレジスト膜FR3を使用することが望ましい。さらに、レジスト膜FR3の中に気泡が残存していると、フォトリソグラフィ工程での露光が難しくなりパターン不良が発生する。このため、真空脱泡により気泡を除去することが望ましい。スプレーで塗布する場合は、スピナーで塗布する場合と異なり、孔H1に沿ってレジスト膜FR3を塗布する。このため、孔H1内部で偏ったレジスト形状となりやすい。その後、孔H1の内面に塗布したレジスト膜FR3のパターニングを行ない、孔H1の底面に開口部OP3を形成する。このとき、孔H1の内壁を保護するレジスト膜FR3がパターニングされないように、開口部OP3の開口径を小さく形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 32, a resist film FR3 is applied to the back surface of the
その後、図33に示すように、開口部OP3から露出する絶縁膜IF1と層間絶縁膜ILの残りをすべてエッチングすることにより、孔H2を形成する。これにより、孔H2の底部にパッドPDが露出する。絶縁膜IF1および層間絶縁膜ILのエッチングには、例えば、CHF3やC4H8を主成分とする混合ガスを使用する。そして、図34に示すように、有機溶剤や酸素アッシングにより、パターニングされたレジスト膜FR3を除去する。 Thereafter, as shown in FIG. 33, the insulating film IF1 exposed from the opening OP3 and the remainder of the interlayer insulating film IL are all etched to form the hole H2. As a result, the pad PD is exposed at the bottom of the hole H2. For the etching of the insulating film IF1 and the interlayer insulating film IL, for example, a mixed gas mainly containing CHF 3 or C 4 H 8 is used. Then, as shown in FIG. 34, the patterned resist film FR3 is removed by an organic solvent or oxygen ashing.
次に、図35に示すように、孔H1および孔H2内を含む半導体基板1Sの裏面上に銅膜CFを形成する。銅膜CFは、例えば、スパッタリング法を使用することにより形成することができる。この銅膜CFには、後述する工程でウェットエッチングすることにより梁の下層に空洞部を形成して接続部CNTを形成するため、梁の可動範囲は充分に得られるように銅膜CFの膜厚が設定される。例えば、銅膜CFの膜厚は、約10μmである。銅膜CFの形成方法は、スパッタリング法のほか、スパッタリング法で0.3μm〜1μmの銅膜CFを形成した後、電解めっき法で10μmの厚さの銅膜CFを形成することもできる。
Next, as shown in FIG. 35, a copper film CF is formed on the back surface of the
続いて、図36に示すように、銅膜CF上にニッケル膜NFを形成する。ニッケル膜NFは、例えば、スパッタリング法を使用することにより形成することができる。このニッケル膜NFは、後述する梁を構成する部材であり、ニッケル膜NFの厚さによって梁の剛性、つまり、梁のばね定数が決定される。梁はバンプ電極を挿入した際、梁の復元力によって充分な接合力を得る必要があり、この梁の復元力は、ニッケル膜NFの膜厚によって決定される。したがって、ニッケル膜NFの膜厚は、例えば、5μmである。 Subsequently, as shown in FIG. 36, a nickel film NF is formed on the copper film CF. The nickel film NF can be formed, for example, by using a sputtering method. The nickel film NF is a member constituting a beam to be described later, and the rigidity of the beam, that is, the spring constant of the beam is determined by the thickness of the nickel film NF. When the bump electrode is inserted into the beam, it is necessary to obtain a sufficient bonding force by the restoring force of the beam, and the restoring force of the beam is determined by the thickness of the nickel film NF. Therefore, the thickness of the nickel film NF is, for example, 5 μm.
その後、図37に示すように、ニッケル膜NF上に金膜AFを形成する。金膜AFは、例えば、スパッタリング法を使用することにより形成することができる。金膜AFは、梁とバンプ電極との接触抵抗を低抵抗とするために設けられる膜であるため、金膜AFの膜厚は薄くてよい。例えば、金膜AFの膜厚は、約0.2μmとする。 Thereafter, as shown in FIG. 37, a gold film AF is formed on the nickel film NF. The gold film AF can be formed, for example, by using a sputtering method. Since the gold film AF is a film provided for reducing the contact resistance between the beam and the bump electrode, the gold film AF may be thin. For example, the film thickness of the gold film AF is about 0.2 μm.
次に、図38に示すように、金膜AF上にレジスト膜FR4を塗布する。レジスト膜FR4は、例えば、スピナーによる塗布やスプレーによる塗布によって、半導体基板1Sの裏面を覆うように形成することができる。このレジスト膜FR4に対して露光・現像処理を施すことにより、レジスト膜FR4に電極パターンおよび開口部OPを形成する。そして、図39に示すように、開口部OPから露出する金膜AFを除去する。金膜AFを除去するには、例えば、ミリング法を使用することもできるし、その他、ドライエッチング法やAuエッチング溶液を使用したウェットエッチングを使用することもできる。Auエッチング溶液としては、ヨウ素とヨウ化アンモニウムの混合液が考えられる。
Next, as shown in FIG. 38, a resist film FR4 is applied on the gold film AF. The resist film FR4 can be formed so as to cover the back surface of the
続いて、図40に示すように、開口部OPから露出するニッケル膜NFを除去する。ニッケル膜NFの除去は、例えば、ミリング法を使用することにより実施できる。なお、レジスト膜FR4に形成された開口部OPから露出する金膜AFとニッケル膜NFを除去する工程は、一括して行なうことができる。 Subsequently, as shown in FIG. 40, the nickel film NF exposed from the opening OP is removed. The nickel film NF can be removed by using, for example, a milling method. Note that the step of removing the gold film AF and the nickel film NF exposed from the opening OP formed in the resist film FR4 can be performed collectively.
次に、図41に示すように、銅のエッチャントによるウェットエッチングを実施することにより、開口部OPから露出する銅膜CFを除去する。銅膜CFをウェットエッチングすることにより、銅膜CFに空洞部CAが形成される。ウェットエッチングは、等方性エッチングであるため、開口部OPの直下にある銅膜CFだけでなく、横方向に回り込むようにエッチングが進行し、空洞部CAが形成される。 Next, as shown in FIG. 41, the copper film CF exposed from the opening OP is removed by performing wet etching with a copper etchant. By performing wet etching on the copper film CF, a cavity CA is formed in the copper film CF. Since the wet etching is an isotropic etching, the etching progresses not only in the copper film CF immediately below the opening OP but also in the lateral direction, and the cavity CA is formed.
このとき、開口部OPの輪郭形状が図23に示すような形状となっており、開口部OPから露出する下地膜(銅膜CF)の表面積が大きくなる。この場合、エッチング液の循環もよくなり、エッチング速度が速くなる利点がある。さらに、大きな露出領域の各領域からエッチングが進行する。このため、空洞部CAをより少ないエッチング量で形成することができる。このように本実施の形態1によれば、開口部OPの輪郭形状が、図23に示す形状をしていることから(第2特徴点)、空洞部CAを形成するエッチング量を低減することができるとともに、エッチング速度を速くすることができる。 At this time, the contour shape of the opening OP is as shown in FIG. 23, and the surface area of the base film (copper film CF) exposed from the opening OP increases. In this case, there is an advantage that the circulation of the etching solution is improved and the etching rate is increased. Furthermore, etching proceeds from each of the large exposed areas. For this reason, the cavity CA can be formed with a smaller etching amount. As described above, according to the first embodiment, since the contour shape of the opening OP has the shape shown in FIG. 23 (second feature point), the etching amount for forming the cavity CA is reduced. In addition, the etching rate can be increased.
空洞部CAは開口部OPを内包し、かつ、空洞部CAの大きさが開口部OPの大きさよりも大きくなる。このことから、空洞部CAの上部にニッケル膜NFおよび金膜AFよりなる梁BMが形成される。 The cavity CA includes the opening OP, and the size of the cavity CA is larger than the size of the opening OP. Thus, a beam BM made of the nickel film NF and the gold film AF is formed on the upper part of the cavity CA.
その後、図42に示すように、アセトン洗浄や酸素を使用したアッシングにより、レジスト膜FR4を除去する。これにより、半導体基板1Sni貫通電極TREと接続部CNTを形成することができる。 Thereafter, as shown in FIG. 42, the resist film FR4 is removed by washing with acetone or ashing using oxygen. Thereby, the semiconductor substrate 1Sni through electrode TRE and the connection part CNT can be formed.
次に、図43に示すように、半導体基板1Sから支持基板SBを引き剥がす。例えば、熱可塑性の接着材BAであれば、半導体基板1Sと支持基板SBを加熱することにより、半導体基板1Sから支持基板SBを引き剥がす。
Next, as shown in FIG. 43, the support substrate SB is peeled off from the
続いて、半導体基板1Sをブレードダイシングによって半導体チップへ個片化する。半導体チップへの個片化は、支持基板SBに半導体基板1Swo貼り付けた状態でも実施できるが、支持基板SBごと切断してしまう。ハンドリングは難しくなるが、支持基板SBを半導体基板1Sから剥がしてダイシングすることにより、支持基板SBの再利用が可能となる。
Subsequently, the
最後に、図44に示すように、半導体基板1Sの主面(素子形成面、下面)に形成されているパッド上にバンプ電極BMPを形成する。バンプ電極BMPを形成する方法としては、例えば、スタッドバンプ法がある。その他の形成方法としては、ソルダペーストバンプ法、めっき法、あるいは、蒸着法などがある。以上のようにして、貫通電極TREと接続部CNTを形成した半導体装置を製造することができる。
Finally, as shown in FIG. 44, the bump electrode BMP is formed on the pad formed on the main surface (element formation surface, lower surface) of the
次に、貫通電極TREと接続部CNTを形成した複数の半導体チップを電気的に接続しながら、3次元的に積層する接続例について説明する。 Next, a connection example in which a plurality of semiconductor chips on which the through electrode TRE and the connection part CNT are formed is electrically connected and three-dimensionally stacked will be described.
図45は、例えば、マイコンチップから構成される半導体チップCHP1と、SDRAMを形成した半導体チップCHP2とを積層する前の様子を示す図である。図45において、配線基板WB上に半導体チップCHP1が搭載され、この半導体チップCHP1上に再配線を行なうインターポーザIPを介して半導体チップCHP2が搭載される。半導体チップCHP1は矩形形状(四角形状)をしており、半導体チップCHP1の周辺部(辺)に沿って貫通電極と接続部CNT(CHP1)が形成されている。同様に、インターポーザIPも矩形形状(四角形状)をしており、インターポーザIPの周辺部(辺)に沿って貫通電極(バンプ電極BMP(IP))と接続部CNT(IP)が形成されている。そして、半導体チップCHP2も矩形形状(四角形状)をしており、半導体チップCHP2の周辺部(辺)に沿って貫通電極(バンプ電極BMP(CHP2))と接続部が形成されている。例えば、半導体チップCHP1、インターポーザIPおよび半導体チップCHP2に形成されている複数の貫通電極(バンプ電極BMP(IP)、バンプ電極BMP(CHP2))と接続部CNT(CHP1)や接続部CNT(IP)は、ペリフェラル配置で配置されているが、これらの配置はペリフェラル配置に限定されない。このように構成された半導体チップCHP1、インターポーザIPおよび半導体チップCHP2は、例えば、半導体チップCHP1に形成された接続部CNT(CHP1)へインターポーザIPに形成されたバンプ電極BMP(IP)を挿入し、かつ、インターポーザIPに形成された接続部CNT(IP)へ半導体チップCHP2に形成されたバンプ電極BMP(CHP2)を挿入することで、半導体チップCHP1、インターポーザIPおよび半導体チップCHP2を電気的に接続しながら、3次元的に積層することができる。 FIG. 45 is a diagram illustrating a state before the semiconductor chip CHP1 formed of, for example, a microcomputer chip and the semiconductor chip CHP2 in which the SDRAM is formed are stacked. In FIG. 45, a semiconductor chip CHP1 is mounted on a wiring board WB, and a semiconductor chip CHP2 is mounted on the semiconductor chip CHP1 via an interposer IP that performs rewiring. The semiconductor chip CHP1 has a rectangular shape (square shape), and a through electrode and a connection portion CNT (CHP1) are formed along the peripheral portion (side) of the semiconductor chip CHP1. Similarly, the interposer IP has a rectangular shape (rectangular shape), and through electrodes (bump electrodes BMP (IP)) and connection portions CNT (IP) are formed along the peripheral portion (side) of the interposer IP. . The semiconductor chip CHP2 also has a rectangular shape (square shape), and a through electrode (bump electrode BMP (CHP2)) and a connection portion are formed along the peripheral portion (side) of the semiconductor chip CHP2. For example, a plurality of through-electrodes (bump electrode BMP (IP), bump electrode BMP (CHP2)) formed on the semiconductor chip CHP1, the interposer IP, and the semiconductor chip CHP2 and the connection portion CNT (CHP1) or the connection portion CNT (IP) Are arranged in a peripheral arrangement, but these arrangements are not limited to the peripheral arrangement. For example, the semiconductor chip CHP1, the interposer IP, and the semiconductor chip CHP2 configured as described above insert the bump electrode BMP (IP) formed in the interposer IP into the connection portion CNT (CHP1) formed in the semiconductor chip CHP1, Further, by inserting the bump electrode BMP (CHP2) formed on the semiconductor chip CHP2 into the connection portion CNT (IP) formed on the interposer IP, the semiconductor chip CHP1, the interposer IP, and the semiconductor chip CHP2 are electrically connected. However, it can be laminated three-dimensionally.
図46は、配線基板WB上に半導体チップCHP1を搭載し、半導体チップCHP1上にインターポーザIPを介して半導体チップCHP2を搭載した積層構造を示す断面図である。図46に示すように、配線基板WBに形成された端子TEに、半導体チップCHP1のバンプ電極BMP(CHP1)が接続されている。そして、半導体チップCHP1に形成された接続部CNT(CHP1)に、インターポーザIPに形成されたバンプ電極BMP(IP)が挿入されている。さらに、インターポーザIPに形成された接続部CNT(IP)に半導体チップCHP2のバンプ電極BMP(CHP2)が挿入されている。これにより、配線基板WB,半導体チップCHP1、インターポーザIPおよび半導体チップCHP2を電気的に接続しながら、3次元的に積層することができる。 FIG. 46 is a cross-sectional view showing a stacked structure in which the semiconductor chip CHP1 is mounted on the wiring board WB, and the semiconductor chip CHP2 is mounted on the semiconductor chip CHP1 via the interposer IP. As shown in FIG. 46, the bump electrode BMP (CHP1) of the semiconductor chip CHP1 is connected to the terminal TE formed on the wiring board WB. A bump electrode BMP (IP) formed in the interposer IP is inserted into the connection portion CNT (CHP1) formed in the semiconductor chip CHP1. Further, the bump electrode BMP (CHP2) of the semiconductor chip CHP2 is inserted into the connection portion CNT (IP) formed in the interposer IP. Thereby, the wiring board WB, the semiconductor chip CHP1, the interposer IP, and the semiconductor chip CHP2 can be three-dimensionally stacked while being electrically connected.
本実施の形態2では、接続部にバンプ電極を挿入し、かつ、接続部を構成する空洞部に突き出るように配置された梁の変形による復元力でバンプ電極を固定するように構成している。このため、本実施の形態2では、半田を使用せずに、バンプ電極を接続部へ機械的に固定することができる。したがって、バンプ電極と接続部の接続に半田を使用しないので、接続部およびバンプ電極の高密度化や狭ピッチ化が行なわれても、隣接する接続部間や隣接するバンプ電極間でのショート不良を抑制できる。言い換えれば、本実施の形態2では、バンプ電極と接続部との接続に溶融した半田を使用しないために、半田ブリッジによるショート不良を抑制することができ、半導体装置の信頼性を向上することができる。 In the second embodiment, the bump electrode is inserted into the connecting portion, and the bump electrode is fixed by a restoring force due to deformation of the beam arranged so as to protrude into the hollow portion constituting the connecting portion. . For this reason, in this Embodiment 2, a bump electrode can be mechanically fixed to a connection part, without using solder. Therefore, since solder is not used to connect the bump electrode and the connection portion, even if the connection portion and the bump electrode have a high density or a narrow pitch, a short circuit between adjacent connection portions or between adjacent bump electrodes is not possible. Can be suppressed. In other words, in the second embodiment, since the molten solder is not used for the connection between the bump electrode and the connection portion, it is possible to suppress a short circuit failure due to a solder bridge, and to improve the reliability of the semiconductor device. it can.
このとき、本実施の形態2では、梁の構成をいわゆる平等強さの梁構造とすることにより(第3特徴点)、梁の強度を確保することができ、接続部の信頼性を向上することができる。 At this time, in the second embodiment, the beam structure is a so-called equal strength beam structure (third feature point), whereby the strength of the beam can be ensured and the reliability of the connecting portion is improved. be able to.
さらに、配線基板WBと半導体チップCHP1の間、半導体チップCHP1とインターポーザIPの間、および、インターポーザIPと半導体チップCHP2の間には、アンダーフィルUFが注入されている。本実施の形態2では、接続部を構成する開口部の輪郭形状が、空洞部に突き出ている梁の根元から先端部に至る形状を縁取る形状を有し、隣接する梁の間において、梁の根元から先端部に至るまで大きく開口されている形状をしていることから(第2特徴点)、接続部にバンプ電極を挿入した後も、各梁の根元に隙間が生じている。したがって、アンダーフィルUFを注入すると、梁の根元に生じている隙間を介してアンダーフィルUFが接続部の内部にまで充填される。このため、接続部とこの接続部に挿入されているバンプ電極との接続強度を向上することができる。 Further, underfill UF is injected between the wiring substrate WB and the semiconductor chip CHP1, between the semiconductor chip CHP1 and the interposer IP, and between the interposer IP and the semiconductor chip CHP2. In the second embodiment, the contour shape of the opening that constitutes the connecting portion has a shape that borders the shape from the root of the beam protruding into the cavity portion to the tip portion, and between the adjacent beams, the beam (Second feature point), a gap is generated at the base of each beam even after the bump electrode is inserted into the connection portion. Therefore, when the underfill UF is injected, the underfill UF is filled up to the inside of the connecting portion through the gap generated at the base of the beam. For this reason, the connection intensity | strength of a connection part and the bump electrode inserted in this connection part can be improved.
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。 As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.
本発明は、半導体装置を製造する製造業に幅広く利用することができる。 The present invention can be widely used in the manufacturing industry for manufacturing semiconductor devices.
1S 半導体基板
2S 半導体基板
AF 金膜
BM 梁
BM2 梁
BMP バンプ電極
BMP1 バンプ電極
BMP2 バンプ電極
BMP3 バンプ電極
BMP(IP) バンプ電極
BMP(CHP1) バンプ電極
BMP(CHP2) バンプ電極
CA 空洞部
CF 銅膜
CHP1 半導体チップ
CHP2 半導体チップ
CNT 接続部
CNT2 接続部
CNT(CHP1) 接続部
CNT(IP) 接続部
CON 導体膜
FR1 レジスト膜
FR2 レジスト膜
FR3 レジスト膜
FR4 レジスト膜
H1 孔
H2 孔
IF1 絶縁膜
IL 層間絶縁膜
IL2 層間絶縁膜
IP インターポーザ
NF ニッケル膜
OP 開口部
OPT 開口部
OP2 開口部
OP3 開口部
PD パッド
SL スリット
TE 端子
TRE 貫通電極
UF アンダーフィル
WB 配線基板
Claims (27)
(b)前記第1基板上に形成され、かつ、パターニングされた第1導体膜と、
(c)前記第1導体膜に形成された空洞部と、
(d)前記第1導体膜上に形成され、かつ、一部が前記空洞部に突き出るようにパターニングされた第2導体膜と、
(e)前記第2導体膜に形成された開口部とを備え、
平面的に前記開口部が前記空洞部に内包され、かつ、前記開口部と前記空洞部が一体化され、かつ、前記第2導体膜のうち前記空洞部に突き出た部分が梁として機能する半導体装置であって、
前記開口部の輪郭形状は、前記空洞部に突き出ている前記梁の根元から先端部に至る形状を縁取る形状を有し、前記開口部の平面上の面積は、前記梁の平面上の面積よりも大きいことを特徴とする半導体装置。 (A) a first substrate;
(B) a first conductor film formed on the first substrate and patterned;
(C) a cavity formed in the first conductor film;
(D) a second conductor film formed on the first conductor film and patterned so as to partially protrude into the cavity;
(E) an opening formed in the second conductor film,
A semiconductor in which the opening is included in the cavity in a plane, the opening and the cavity are integrated, and a portion of the second conductor film that protrudes into the cavity functions as a beam A device,
The contour shape of the opening has a shape that borders the shape from the root of the beam protruding to the cavity to the tip, and the area on the plane of the opening is the area on the plane of the beam A semiconductor device characterized by being larger than the above.
前記開口部は、前記空洞部を形成する際のエッチング孔として機能することを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the opening functions as an etching hole when the cavity is formed.
前記梁の幅は、前記梁の先端部から前記梁の根元に向って大きくなっていることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
The width of the beam increases from the tip of the beam toward the base of the beam.
パターニングされた前記第1導体膜と、一部が前記空洞部に突き出るようにパターニングされた前記第2導体膜とは、配線を構成していることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
The semiconductor device, wherein the patterned first conductor film and the second conductor film patterned so that a part of the first conductor film protrudes into the cavity portion constitute a wiring.
前記第1導体膜は、銅膜から形成され、前記第2導体膜は、ニッケル膜から形成されていることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 4,
The semiconductor device, wherein the first conductor film is formed of a copper film, and the second conductor film is formed of a nickel film.
前記第2導体膜上に第3導体膜が形成されていることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 4,
A semiconductor device, wherein a third conductor film is formed on the second conductor film.
前記第3導体膜は、金膜から形成されていることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 6,
The semiconductor device, wherein the third conductor film is formed of a gold film.
前記第1基板は、半導体チップと接続する配線基板であることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
The semiconductor device, wherein the first substrate is a wiring substrate connected to a semiconductor chip.
前記第1基板は、半導体基板であることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
The semiconductor device, wherein the first substrate is a semiconductor substrate.
さらに、バンプ電極が形成された第2基板を有し、
前記第2基板に形成されている前記バンプ電極を、前記第1基板に形成されている前記梁を介して、前記第1基板に形成されている前記空洞部に挿入することにより、前記梁の復元力で前記梁と前記バンプ電極とを接続して、前記第1基板と前記第2基板を電気的に接続し、かつ、前記第1基板と前記第2基板とを積層することを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
Furthermore, it has the 2nd board | substrate with which the bump electrode was formed,
By inserting the bump electrode formed on the second substrate into the cavity formed on the first substrate through the beam formed on the first substrate, Connecting the beam and the bump electrode with a restoring force, electrically connecting the first substrate and the second substrate, and laminating the first substrate and the second substrate; Semiconductor device.
前記空洞部には、アンダーフィルが充填されていることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 10,
A semiconductor device, wherein the hollow portion is filled with underfill.
前記空洞部に突き出ている前記梁は複数存在し、
1つの前記梁の先端部と他の1つの前記梁の先端部との間の距離をa、
前記バンプ電極の先端部の径をb、
前記空洞部に突き出ている前記梁の長さをc、
前記空洞部の深さをdとする場合、
条件a<b、かつ、条件c<dを満たすことを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 10,
There are a plurality of the beams protruding into the cavity,
The distance between the tip of one of the beams and the tip of the other one of the beams is a,
The diameter of the tip of the bump electrode is b,
The length of the beam protruding into the cavity is c,
When the depth of the cavity is d,
A semiconductor device characterized by satisfying condition a <b and condition c <d.
(b)前記第1半導体基板の裏面から前記裏面とは反対側の素子形成面に達する孔と、
(c)前記孔内を含む前記第1半導体基板の前記裏面に形成され、かつ、パターニングされた第1導体膜と、
(d)前記第1半導体基板の前記裏面に形成されている前記第1導体膜に形成された空洞部と、
(e)前記第1導体膜上に形成され、かつ、一部が前記空洞部に突き出るようにパターニングされた第2導体膜と、
(f)前記第2導体膜に形成された開口部とを備え、
平面的に前記開口部が前記空洞部に内包され、かつ、前記開口部と前記空洞部が一体化され、かつ、前記第2導体膜のうち前記空洞部に突き出た部分が梁として機能する半導体装置であって、
前記開口部の輪郭形状は、前記空洞部に突き出ている前記梁の根元から先端部に至る形状を縁取る形状を有し、前記開口部の平面上の面積は、前記梁の平面上の面積よりも大きいことを特徴とする半導体装置。 (A) a first semiconductor substrate;
(B) a hole reaching the element forming surface opposite to the back surface from the back surface of the first semiconductor substrate;
(C) a first conductor film formed on the back surface of the first semiconductor substrate including the inside of the hole and patterned;
(D) a cavity formed in the first conductor film formed on the back surface of the first semiconductor substrate;
(E) a second conductor film formed on the first conductor film and patterned so as to partially protrude into the cavity,
(F) an opening formed in the second conductor film,
A semiconductor in which the opening is included in the cavity in a plane, the opening and the cavity are integrated, and a portion of the second conductor film that protrudes into the cavity functions as a beam A device,
The contour shape of the opening has a shape that borders the shape from the root of the beam protruding to the cavity to the tip, and the area on the plane of the opening is the area on the plane of the beam A semiconductor device characterized by being larger than the above.
前記開口部は、前記空洞部を形成する際のエッチング孔として機能することを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device according to claim 13,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the opening functions as an etching hole when the cavity is formed.
前記梁の幅は、前記梁の先端部から前記梁の根元に向かって大きくなっていることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device according to claim 13,
The width of the beam increases from the tip of the beam toward the base of the beam.
さらに、バンプ電極が形成された第2半導体基板を有し、
前記第2半導体基板に形成されている前記バンプ電極を、前記第1半導体基板に形成されている前記梁を介して、前記第1半導体基板に形成されている前記空洞部に挿入することにより、前記梁の復元力で前記梁と前記バンプ電極とを接続して、前記第1半導体基板と前記第2半導体基板を電気的に接続し、かつ、前記第1半導体基板と前記第2半導体基板とを積層することを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device according to claim 13,
Furthermore, it has the 2nd semiconductor substrate in which the bump electrode was formed,
By inserting the bump electrode formed in the second semiconductor substrate into the cavity formed in the first semiconductor substrate through the beam formed in the first semiconductor substrate, The beam and the bump electrode are connected by the restoring force of the beam, the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate are electrically connected, and the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate are A semiconductor device characterized by stacking layers.
前記空洞部には、アンダーフィルが充填されていることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 16, wherein
A semiconductor device, wherein the hollow portion is filled with underfill.
(b)前記第1導体膜上に第2導体膜を形成する工程と、
(c)前記第2導体膜を貫通する開口部を形成する工程と、
(d)前記開口部をエッチング孔として前記第1導体膜をウェットエッチングすることにより、前記第1導体膜に空洞部を形成する工程とを備え、
平面的に前記開口部が前記空洞部に内包され、かつ、前記開口部と前記空洞部が一体化され、かつ、前記第2導体膜のうち前記空洞部に突き出た部分が梁となる半導体装置の製造方法であって、
前記開口部の輪郭形状は、前記空洞部に突き出ている前記梁の根元から先端部に至る形状を縁取る形状を有し、前記開口部の平面上の面積は、前記梁の平面上の面積よりも大きいことを特徴とする半導体装置の製造方法。 (A) forming a first conductor film on the first surface of the first substrate;
(B) forming a second conductor film on the first conductor film;
(C) forming an opening that penetrates the second conductor film;
(D) forming a cavity in the first conductor film by wet etching the first conductor film using the opening as an etching hole,
A semiconductor device in which the opening is included in the cavity in a plane, the opening and the cavity are integrated, and a portion of the second conductor film protruding into the cavity is a beam A manufacturing method of
The contour shape of the opening has a shape that borders the shape from the root of the beam protruding to the cavity to the tip, and the area on the plane of the opening is the area on the plane of the beam A method for manufacturing a semiconductor device, wherein
前記(b)工程後、前記(c)工程前に、
(e)前記第2導体膜上に第3導体膜を形成する工程と、
(f)前記第3導体膜に前記開口部を形成する工程とを有し、
前記(c)工程は、前記第3導体膜に形成された前記開口部から露出する前記第2導体膜を除去することにより、前記第2導体膜を貫通する前記開口部を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 18,
After the step (b) and before the step (c),
(E) forming a third conductor film on the second conductor film;
(F) forming the opening in the third conductor film,
In the step (c), the opening that penetrates the second conductor film is formed by removing the second conductor film exposed from the opening formed in the third conductor film. A method for manufacturing a semiconductor device.
前記(a)工程で形成される前記第1導体膜を銅膜から形成し、
前記(b)工程で形成される前記第2導体膜をニッケル膜から形成し、
前記(e)工程で形成される前記第3導体膜を金膜から形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 19,
Forming the first conductor film formed in the step (a) from a copper film;
Forming the second conductor film formed in the step (b) from a nickel film;
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the third conductor film formed in the step (e) is formed of a gold film.
(g)バンプ電極を形成した第2基板を用意する工程と、
(h)前記(d)工程後、前記第2基板に形成されている前記バンプ電極を、前記第1基板に形成されている前記梁を介して、前記第1基板に形成されている前記空洞部に挿入することにより、前記梁の復元力で前記梁と前記バンプ電極とを接続して、前記第1基板と前記第2基板を電気的に接続し、かつ、前記第1基板と前記第2基板とを積層する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 19. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 18, further comprising:
(G) preparing a second substrate on which bump electrodes are formed;
(H) After the step (d), the bump electrode formed on the second substrate is transferred to the cavity formed in the first substrate via the beam formed on the first substrate. The first substrate and the second substrate are electrically connected to each other by the restoring force of the beam, and the first substrate and the second substrate are electrically connected. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: stacking two substrates.
さらに、前記(h)工程後、
(i)前記空洞部にアンダーフィルを充填する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 21,
Furthermore, after the step (h),
(I) A method of manufacturing a semiconductor device, comprising a step of filling the cavity with an underfill.
(b)前記孔内を含む前記第1半導体基板の前記裏面上に第1導体膜を形成する工程と、
(c)前記第1導体膜上に第2導体膜を形成する工程と、
(d)前記第2導体膜をパターニングすることにより、前記第1半導体基板の前記裏面に形成されている前記第2導体膜に開口部を形成する工程と、
(e)前記開口部をエッチング孔として前記第1導体膜をウェットエッチングすることにより、前記第1導体膜に空洞部を形成する工程とを備え、
平面的に前記開口部が前記空洞部に内包され、かつ、前記開口部と前記空洞部が一体化され、かつ、前記第2導体膜のうち前記空洞部に突き出た部分が梁となる半導体装置の製造方法であって、
前記開口部の輪郭形状は、前記空洞部に突き出ている前記梁の根元から先端部に至る形状を縁取る形状を有し、前記開口部の平面上の面積は、前記梁の平面上の面積よりも大きいことを特徴とする半導体装置の製造方法。 (A) forming a hole reaching the electrode formed on the element forming surface opposite to the back surface from the back surface of the first semiconductor substrate;
(B) forming a first conductor film on the back surface of the first semiconductor substrate including the inside of the hole;
(C) forming a second conductor film on the first conductor film;
(D) forming an opening in the second conductor film formed on the back surface of the first semiconductor substrate by patterning the second conductor film;
(E) forming a cavity in the first conductor film by wet etching the first conductor film using the opening as an etching hole,
A semiconductor device in which the opening is included in the cavity in a plane, the opening and the cavity are integrated, and a portion of the second conductor film protruding into the cavity is a beam A manufacturing method of
The contour shape of the opening has a shape that borders the shape from the root of the beam protruding to the cavity to the tip, and the area on the plane of the opening is the area on the plane of the beam A method for manufacturing a semiconductor device, wherein
前記(c)工程後、前記(d)工程前に、
(f)前記第2導体膜上に第3導体膜を形成する工程と、
(g)前記第3導体膜に前記開口部を形成する工程とを有し、
前記(d)工程は、前記第3導体膜に形成された前記開口部から露出する前記第2導体膜を除去することにより、前記第2導体膜を貫通する前記開口部を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 23, wherein
After the step (c) and before the step (d),
(F) forming a third conductor film on the second conductor film;
(G) forming the opening in the third conductor film,
The step (d) forms the opening that penetrates the second conductor film by removing the second conductor film exposed from the opening formed in the third conductor film. A method for manufacturing a semiconductor device.
前記(b)工程で形成される前記第1導体膜を銅膜から形成し、
前記(c)工程で形成される前記第2導体膜をニッケル膜から形成し、
前記(f)工程で形成される前記第3導体膜を金膜から形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 24, wherein
Forming the first conductor film formed in the step (b) from a copper film;
Forming the second conductor film formed in the step (c) from a nickel film;
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the third conductor film formed in the step (f) is formed of a gold film.
(h)バンプ電極を形成した第2半導体基板を用意する工程と、
(i)前記(e)工程後、前記第2半導体基板に形成されている前記バンプ電極を、前記第1半導体基板に形成されている前記梁を介して、前記第1半導体基板に形成されている前記空洞部に挿入することにより、前記梁の復元力で前記梁と前記バンプ電極とを接続して、前記第1半導体基板と前記第2半導体基板を電気的に接続し、かつ、前記第1半導体基板と前記第2半導体基板とを積層する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 24. A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 23, further comprising:
(H) preparing a second semiconductor substrate on which bump electrodes are formed;
(I) After the step (e), the bump electrode formed on the second semiconductor substrate is formed on the first semiconductor substrate via the beam formed on the first semiconductor substrate. The beam and the bump electrode are connected by the restoring force of the beam, the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate are electrically connected, and the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate are electrically connected. 1. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: stacking a semiconductor substrate and the second semiconductor substrate.
さらに、前記(i)工程後、
(j)前記空洞部にアンダーフィルを充填する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 27. A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 26, comprising:
Furthermore, after the step (i),
(J) A method of manufacturing a semiconductor device comprising a step of filling the cavity with an underfill.
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|---|---|---|---|---|
| JP2016066649A (en) * | 2014-09-24 | 2016-04-28 | 富士通株式会社 | Electronic device and manufacturing method of electronic device |
| US11769754B2 (en) | 2018-11-29 | 2023-09-26 | Canon Kabushiki Kaisha | Manufacturing method for semiconductor apparatus and semiconductor apparatus |
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2009
- 2009-07-07 JP JP2009160446A patent/JP2011018672A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016066649A (en) * | 2014-09-24 | 2016-04-28 | 富士通株式会社 | Electronic device and manufacturing method of electronic device |
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