JP3697926B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数個の半導体チップを積層した、より高い機能を有する半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
昨今の急速な半導体技術の進歩により、半導体チップの高性能化とチップサイズの小型化が図られてきた。しかしながら、チップ自体の小型化によりそれをパッケージ化し実装するのが困難となってきており、また実装コストの大幅な増加の原因にもなっている。
【0003】
さらに、半導体装置に複合的な高い機能が要求されるようになり、複数の半導体装置を組み込んだシステムが要求され、結果的に基板上に半導体の占める面積が大きくなってきている。この課題を解決すべく3次元構造を持った半導体チップ・パッケージのアイデアがすでに多数検討されている。例えば、特開平5−63137号や特開平6−291250号(特許番号第2605968号)や特開平8−264712号や特開平10−163411号などである。これらに共通する基本構造を図3に示す。半導体チップ1−1、1−2、1−3を重ねあわせ、スルーホール4に形成された導電体物質を介して電気的接続を得るものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、図4に示したような3次元構造を容易に実現させるべく創作されたものであり、小型で実装面積が少なくかつ多機能である3次元構造の半導体チップを得ることを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
請求項1の半導体装置の製造方法は、電気信号取り出し用の配線および電極パッドを形成した第1の半導体チップと、前記第1の半導体チップと同じ位置に電気信号取り出し用の配線および電極パッドを形成した第2の半導体チップを積層する半導体装置の製造方法において、チップに切断する前のウェハーの状態で前記電極パッドにスルーホールを形成し、複数の前記ウェハーを積層したのち半田めっきを施したワイヤーをスルーホールに通し、一括してリフローにより前記半田めっきを溶融させて電気的接合部を形成し、前記ウェハーをチップサイズにダイシングすることを特徴とする。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施の形態に基づき、詳細に説明する。
【0008】
<実施の形態1>
図2は、実施の形態1により作成された半導体装置の構造を示した断面図である。半導体チップ1−1、1−2、1−3がパッド3−1、3−2、3−3に開けられたスルーホール内に挿入された金属ワイヤー4−1により、互いに電気的に接続されている。
【0009】
次に、本発明の製造方法を、図1に基づいて詳細に述べる。
【0010】
図1−aに示したように、半導体チップ1−1上に、電気的接続をとるためのパッド3−1が形成してある。パッド部のサイズは100ミクロン角である。このパッドの中央に直径80ミクロンの大きさのスルーホール2−1を作成する。スルーホールの開口方法は、レーザーで開ける方法やシリコンを異方性エッチングで開けておく方法などがある。なお、パッドの材質は通常Alが一般的だが、ここではAl上にバリヤ層としてTi/TiN層を形成した上に、Cuが形成してあるパッドを使用した。
【0011】
次に、図1−bに示したように、スルーホールを形成した半導体チップ1−1、1−2、1−3を位置合わせしながら重ねあわせ、次に、図1−cに示したように、表面に10μmの半田めっきを施した直径70μmのAu細線ワイヤー4−1を用意しておき、これをスルーホールに貫通させた。
【0012】
この状態でリフロー炉で半田を溶解せしめることにより、半導体チップ1−1、1−2、1−3をスルーホールを介して電気的に接続することができた。
【0013】
<実施の形態2>
図3は、実施の形態2により作成された半導体装置の構成を示した図である。第1の半導体チップ1−1の上に第2の半導体チップ1−2が積層されている。それぞれのチップ上にはパッド3が複数個形成されており、半導体チップ1−1に形成されたパッド群5はワイヤーボンディングするためのパッドである。またチップ1−2上に形成されたパッド群7もワイヤーボンディングするためのパッドである。ここで、パッド3に中央に半田めっきを施した金属ワイヤー4を形成してあるパッド群6により、上下のチップの電気的接続を取っている。
【0014】
次に、実施の形態2の製造方法を、図3に基づいて詳細に述べる。
【0015】
図3に示したように、半導体チップ1−1上に、電気的接続をとるためのパッド3がすでに形成してある。このパッド3が複数個形成され、パッド群5とパッド群6が形成されている。このパッド部のサイズは100ミクロン角である。このうちのパッド群6についてのみ、中央に直径80ミクロンの大きさのスルーホールを作成する。スルーホールの開口方法は、レーザーで開ける方法をもちいた。なお、パッドの材質は通常Alが一般的だが、ここではAl上にAuが形成してあるパッドを使用した。
【0016】
次に、同様に、半導体チップ1−2上にも、電気的接続をとるためのパッド3が形成してある。このパッド3が複数個形成され、パッド群6とパッド群7が形成されている。このパッド部のサイズは100ミクロン角である。このうちのパッド群6についてのみ、中央に直径80ミクロンの大きさのスルーホールを作成する。形成方法は先ほどと同じである。またパッド群6については、チップ1−1と1−2を積層した際に、スルーホールが貫通するように正確にアライメントできるように形成されている。スルーホールを形成した半導体チップ1−1、1−2を位置合わせしながら重ねあわせ、次に、表面に10μmの半田めっきを施した直径70μmのAu細線ワイヤー4を用意しておき、これをスルーホールに貫通させた。
【0017】
この状態でリフロー炉で半田を溶解せしめることにより、半導体チップ1−1、1−2をスルーホールを介して電気的に接続できた。
【0018】
【発明の効果】
本発明により、図4に記したような3次元構造を容易に実現することができ、小型で実装面積の少なく、かつ多機能である3次元構造の半導体チップ、例えば第1のチップとしてマイコンチップと第2のチップとしてメモリーを組み合わせることにより、従来より小型で多機能な半導体チップのような半導体装置を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の製造方法を示した図。
【図2】実施の形態1により形成した半導体チップの断面図。
【図3】実施の形態2により作成した半導体チップの平面図。
【図4】一般的な半導体チップを積層した3次元構造の断面図。
【符号の説明】
1−1.第1の半導体チップ
1−2.第2の半導体チップ
1−3.第3の半導体チップ
2.スルーホール
3−1.第1の半導体チップの電極パッド
3−2.第2の半導体チップの電極パッド
3−3.第3の半導体チップの電極パッド
4−1.表面に半田めっきを施した金属細線ワイヤー
4−2.導電性材料
5.第1の半導体チップのパッド群
6.第1の半導体チップと第2の半導体チップを接続するためのパッド群
7.第2の半導体チップのパッド群[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device having a higher function in which a plurality of semiconductor chips are stacked.
[0002]
[Prior art]
Recent rapid advances in semiconductor technology have led to higher performance of semiconductor chips and smaller chip sizes. However, due to the miniaturization of the chip itself, it has become difficult to package and mount it, and this also causes a significant increase in mounting cost.
[0003]
Furthermore, a complex high function is required for a semiconductor device, and a system incorporating a plurality of semiconductor devices is required. As a result, the area occupied by the semiconductor on the substrate is increasing. In order to solve this problem, many ideas of a semiconductor chip package having a three-dimensional structure have already been studied. Examples thereof include JP-A-5-63137, JP-A-6-291250 (Japanese Patent No. 2605968), JP-A-8-264712, and JP-A-10-163411. The basic structure common to these is shown in FIG. The semiconductor chips 1-1, 1-2, and 1-3 are overlapped to obtain electrical connection via a conductor material formed in the through hole 4.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention was created in order to easily realize the three-dimensional structure as shown in FIG. 4, and an object thereof is to obtain a three-dimensional semiconductor chip having a small size, a small mounting area, and a multi-function. To do.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a first semiconductor chip on which an electric signal extraction wiring and an electrode pad are formed; In the method of manufacturing a semiconductor device in which the formed second semiconductor chips are stacked, through holes are formed in the electrode pads in a wafer state before being cut into chips, and a plurality of the wafers are stacked, and then solder plating is performed. A wire is passed through a through-hole, and the solder plating is melted by reflow at a time to form an electrical joint, and the wafer is diced to a chip size.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments.
[0008]
<
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure of the semiconductor device fabricated according to the first embodiment. The semiconductor chips 1-1, 1-2, 1-3 are electrically connected to each other by metal wires 4-1 inserted into through holes opened in the pads 3-1, 3-2, 3-3. ing.
[0009]
Next, the manufacturing method of the present invention will be described in detail with reference to FIG.
[0010]
As shown in FIG. 1A, a pad 3-1 for electrical connection is formed on the semiconductor chip 1-1. The size of the pad portion is 100 micron square. A through hole 2-1 having a diameter of 80 microns is formed in the center of the pad. As a method for opening a through hole, there are a method of opening with a laser and a method of opening silicon with anisotropic etching. The material of the pad is usually Al, but here, a pad on which a Ti / TiN layer is formed as a barrier layer on Al and Cu is formed is used.
[0011]
Next, as shown in FIG. 1B, the semiconductor chips 1-1, 1-2, and 1-3 in which the through holes are formed are overlaid while being aligned, and then as shown in FIG. 1C. In addition, a 70 μm diameter Au fine wire 4-1 having a surface plated with 10 μm solder was prepared, and this was passed through the through hole.
[0012]
In this state, the semiconductor chips 1-1, 1-2, and 1-3 could be electrically connected through the through holes by melting the solder in a reflow furnace.
[0013]
<
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of the semiconductor device created according to the second embodiment. A second semiconductor chip 1-2 is stacked on the first semiconductor chip 1-1. A plurality of pads 3 are formed on each chip, and a
[0014]
Next, the manufacturing method of
[0015]
As shown in FIG. 3, pads 3 for electrical connection have already been formed on the semiconductor chip 1-1. A plurality of pads 3 are formed, and a
[0016]
Next, similarly, a pad 3 for electrical connection is formed on the semiconductor chip 1-2. A plurality of pads 3 are formed, and a
[0017]
In this state, the semiconductor chips 1-1 and 1-2 could be electrically connected through the through holes by melting the solder in a reflow furnace.
[0018]
【The invention's effect】
According to the present invention, a three-dimensional structure as shown in FIG. 4 can be easily realized, a small-sized, small mounting area, and multifunctional three-dimensional structure semiconductor chip, for example, a microcomputer chip as a first chip By combining a memory as the second chip, it was possible to obtain a semiconductor device such as a semiconductor chip that was smaller and multifunctional than before.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a view showing a manufacturing method of the present invention.
2 is a cross-sectional view of a semiconductor chip formed according to
3 is a plan view of a semiconductor chip created according to
FIG. 4 is a cross-sectional view of a three-dimensional structure in which general semiconductor chips are stacked.
[Explanation of symbols]
1-1. First semiconductor chip 1-2. Second semiconductor chip 1-3.
Claims (1)
チップに切断する前のウェハーの状態で前記電極パッドにスルーホールを形成し、複数の前記ウェハーを積層したのち半田めっきを施したワイヤーをスルーホールに通し、一括してリフローにより前記半田めっきを溶融させて電気的接合部を形成し、前記ウェハーをチップサイズにダイシングすることを特徴とする半導体装置の製造方法。 The semiconductor stacking a first semiconductor chip having a wiring and the electrode pad for electrical signal taken out, the first second semiconductor chip having a wiring and the electrode pad for electrical signal taken out to the semiconductor chip in the same position In the device manufacturing method,
Forming a through hole to the electrode pad in a state before the wafer is cut into chips, through a wire subjected to solder plating After laminating a plurality of the wafers in the through-holes, melt the solder plating by reflow collectively A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming an electrical joint portion and dicing the wafer into a chip size.
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