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KR102719213B1 - Semiconductor device including pad pattern layers having stack-pad structure and fabricating method thereof - Google Patents

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KR102719213B1
KR102719213B1 KR1020210139686A KR20210139686A KR102719213B1 KR 102719213 B1 KR102719213 B1 KR 102719213B1 KR 1020210139686 A KR1020210139686 A KR 1020210139686A KR 20210139686 A KR20210139686 A KR 20210139686A KR 102719213 B1 KR102719213 B1 KR 102719213B1
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Abstract

본 발명은 적층 패드 구조의 패드 패턴층들을 포함하는 반도체 장치에 관한 것으로, 본 발명의 일실시예에 따르면 반도체 장치는 복수의 반도체칩을 관통하는 복수의 전원 실리콘 관통 전극(through silicon via, TSV), 상기 복수의 반도체칩을 관통하는 복수의 접지 실리콘 관통 전극, 상기 복수의 반도체칩 각각의 사이 공간에서 상기 복수의 전원 실리콘 관통 전극 중 제1 전원 실리콘 관통 전극으로부터 상기 복수의 접지 실리콘 관통 전극 중 제1 접지 실리콘 관통 전극 방향으로 연장 형성되는 제1 패드 패턴층 및 상기 사이 공간에서 상기 복수의 접지 실리콘 관통 전극 중 제2 접지 실리콘 관통 전극으로부터 상기 복수의 전원 실리콘 관통 전극 중 제2 전원 실리콘 관통 전극 방향으로 연장 형성되는 제2 패드 패턴층을 포함하고, 상기 제1 패드 패턴층 및 상기 제2 패드 패턴층은 상기 사이 공간에서 적층 패드 캐패시터를 형성할 수 있다.The present invention relates to a semiconductor device including pad pattern layers having a laminated pad structure. According to one embodiment of the present invention, the semiconductor device includes a plurality of power through silicon vias (TSVs) penetrating a plurality of semiconductor chips, a plurality of ground through silicon vias penetrating the plurality of semiconductor chips, a first pad pattern layer formed in a space between each of the plurality of semiconductor chips and extending from a first power through silicon via among the plurality of power through silicon electrodes in the direction of a first ground through silicon electrode among the plurality of ground through silicon electrodes, and a second pad pattern layer formed in the space between the plurality of semiconductor chips and extending from a second ground through silicon electrode among the plurality of ground through silicon electrodes in the direction of a second power through silicon electrode among the plurality of power through silicon electrodes, wherein the first pad pattern layer and the second pad pattern layer can form a laminated pad capacitor in the space between the plurality of semiconductor chips.

Description

적층 패드 구조의 패드 패턴층들을 포함하는 반도체 장치 및 그 제조 방법{SEMICONDUCTOR DEVICE INCLUDING PAD PATTERN LAYERS HAVING STACK-PAD STRUCTURE AND FABRICATING METHOD THEREOF}{SEMICONDUCTOR DEVICE INCLUDING PAD PATTERN LAYERS HAVING STACK-PAD STRUCTURE AND FABRICATING METHOD THEREOF}

본 발명은 적층 패드 구조의 패드 패턴층들을 포함하는 반도체 장치에 관한 것으로, 복수의 반도체칩이 적층된 반도체 장치에 형성된 전원 실리콘 관통 전극(through silicon via, TSV)과 접지 실리콘 관통 전극 사이에 적층 패드 구조의 패드 패턴층들을 포함하여 전원 실리콘 관통 전극과 접지 실리콘 관통 전극 사이에서의 캐패시턴스(capacitance)를 증가시키는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor device including pad pattern layers of a laminated pad structure, and more particularly, to a technology for increasing capacitance between a power through silicon via (TSV) electrode and a ground through silicon via electrode by including pad pattern layers of a laminated pad structure between a power through silicon via (TSV) electrode and a ground through silicon via electrode formed in a semiconductor device in which a plurality of semiconductor chips are laminated.

최근 자율 주행 및 인공 지능과 같은 기술이 주목됨에 따라 자율 주행 및 인공지능에서 요구되는 많은 양의 데이터를 빠르고 정확하게 처리하는 능력이 요구됨에 따라 고성능 및 고대역폭 메모리(high-bandwidth memory, HBM)에 대한 연구 개발이 활발하게 이루어지고 있다.As technologies such as autonomous driving and artificial intelligence have recently attracted attention, research and development on high-performance and high-bandwidth memory (HBM) is actively being conducted to meet the demand for the ability to quickly and accurately process large amounts of data required for autonomous driving and artificial intelligence.

고대역폭 메모리는 실리콘 관통 전극(through silicon via, TSV)를 이용하여 DRAM(dynamic random access memory)를 수직으로 적층한 메모리를 지칭한다.High-bandwidth memory refers to memory that vertically stacks dynamic random access memory (DRAM) using through silicon via (TSV).

고대역폭 메모리는 실리콘 관통 전극 기술을 이용함으로써, 기존 수평적으로 신호를 전송하는 메모리 보다 신호선이 짧기 때문에 소비전력이 줄어드는 장점이 존재한다.High bandwidth memory has the advantage of reducing power consumption because it uses silicon through-hole electrode technology and has shorter signal lines than existing horizontally transmitted memory.

구체적으로, 고대역폭 메모리는 수직으로 복수의 DRAM을 적층함으로써, 입력과 출력의 개수를 비약적으로 늘려 높은 대역폭을 확보하는 장점이 존재한다.Specifically, high-bandwidth memory has the advantage of securing high bandwidth by vertically stacking multiple DRAMs, thereby dramatically increasing the number of inputs and outputs.

고대역폭 메모리는 세대(generation)마다 적층의 개수가 증가하고 있으나, 공급전원이 1.2V에서 0.8V로 감소하는 추세를 보인다.High bandwidth memory is showing an increasing number of stacks with each generation, but the power supply is decreasing from 1.2 V to 0.8 V.

현재, DRAM의 일종인 DDR5 메모리를 기준으로 공급전원은 1.1V이다.Currently, the power supply for DDR5 memory, a type of DRAM, is 1.1V.

공급전원이 줄어들게 되면 신호의 로직(logic) 상태가 하이(HIGH)인지 로우(LOW)인지 판단하는 노이즈 마진(Noise Margin)도 같이 줄어들게 된다.As the power supply decreases, the noise margin, which determines whether the logic state of the signal is HIGH or LOW, also decreases.

따라서, 세대가 지남에 따라 고대역폭 메모리에서의 전원 무결성(Power Integrity)이 더욱 중요해지고 있는 실정이다.Therefore, power integrity in high-bandwidth memory is becoming more important over generations.

고속/고대역폭의 시스템에서 성능을 보장하기 위해서는 집적회로(integrated circuit, IC)에 안정적인 전원이 요구되는데 이를 위한 전력망을 PDN(Power Distribution Network)이라고 한다.To ensure performance in high-speed/high-bandwidth systems, a stable power supply is required for integrated circuits (ICs), and the power grid for this purpose is called a Power Distribution Network (PDN).

시스템의 모든 반도체칩들이 PDN으로 연결되어 있기 때문에 노이즈가 발생하게 되면 전체 시스템에 문제가 발생 할 수 있다.Since all semiconductor chips in the system are connected to the PDN, if noise occurs, problems may occur in the entire system.

PDN에 발생하는 대표적인 노이즈로는 SSN(Simultaneous Switching noise)가 존재하는데, SSN는 많은 수의 회로가 동시에 스위칭 할 때, 순간적으로 많은 전류가 흐르게 되고, 이때 발생한 스위칭 전류와 PDN의 임피던스와 곱해져 원하지 않는 전압의 출렁임을 발생시키는 것을 지칭한다.A representative noise that occurs in PDN is SSN (Simultaneous Switching Noise). SSN refers to the phenomenon in which a large amount of current flows momentarily when a large number of circuits switch simultaneously, and the switching current generated at this time is multiplied by the impedance of the PDN to generate unwanted voltage fluctuations.

이 SSN 전압은 시스템의 성능 저하, 최악의 경우에는 로직 상태를 바꿀 수 있기 때문에 노이즈를 예측 및 감소를 하기 위해서는 PDN의 임피던스의 분석 및 설계가 중요하다.Since this SSN voltage can degrade the performance of the system and, in the worst case, change the logic state, it is important to analyze and design the impedance of the PDN to predict and reduce the noise.

PDN의 임피던스는 관측하고자 하는 위치에 따라 다르지만, 캐패시턴스(C)를 증가시키고, 인덕턴스(L) 낮춤으로써 임피던스(impedance)를 낮출 수 있다.The impedance of the PDN varies depending on the location to be observed, but the impedance can be lowered by increasing the capacitance (C) and reducing the inductance (L).

임피던스를 낮추기 위해서 PDN에 디커플링 캐패시터(Decoupling Capacitor)를 추가함으로써 임피던스를 낮추는 방법을 많이 사용하고 있다.A method of lowering impedance is often used by adding a decoupling capacitor to the PDN to lower the impedance.

그러나, 고대역폭 메모리 내의 캐패시터를 배치하는 공정은 공정이 복잡하고 비용이 비싸다는 단점이 존재하고 있어서 로직 다이(logic die) 또는 반도체 패키지에 적층 세라믹 캐패시터(multi-layer ceramic capacitor)와 같은 외부 캐패시터를 배치하는 기술이 활용되고 있다.However, the process of placing capacitors within high-bandwidth memory has the disadvantage of being complex and expensive, so a technology of placing external capacitors, such as multi-layer ceramic capacitors, on a logic die or semiconductor package is being utilized.

한국공개특허 제10-2021-0056853호, "인터포저 브리지를 포함하는 적층 패키지"Korean Patent Publication No. 10-2021-0056853, “Laminated package including interposer bridge” 일본등록특허 제6747299호, "반도체 장치, 제조 방법, 전자기기"Japanese Patent No. 6747299, “Semiconductor device, manufacturing method, electronic device” 한국공개특허 제10-2021-0008917호, "TSV 위의 대형 금속 패드"Korean Patent Publication No. 10-2021-0008917, “Large Metal Pad on TSV” 한국등록특허 제10-2047932호, "임피던스 조정 기능을 갖는 적층형 반도체 회로"Korean Patent No. 10-2047932, “Layered semiconductor circuit with impedance adjustment function”

본 발명은 복수의 반도체칩이 적층된 반도체 장치에 형성된 전원 실리콘 관통 전극(through silicon via, TSV)과 접지 실리콘 관통 전극 사이에 적층 패드 구조의 패드 패턴층들을 포함하여 전원 실리콘 관통 전극과 접지 실리콘 관통 전극 사이에서의 캐패시턴스(capacitance)를 증가시키고, 증가된 캐패시턴스에 따라 임피던스를 낮추는 것을 목적으로 한다.The present invention aims to increase the capacitance between the power through silicon via (TSV) electrode and the ground through silicon electrode by including pad pattern layers of a laminated pad structure formed between a power through silicon via (TSV) electrode and a ground through silicon electrode in a semiconductor device in which a plurality of semiconductor chips are laminated, and to lower the impedance according to the increased capacitance.

본 발명은 전원 실리콘 관통 전극과 접지 실리콘 관통 전극 각각에서 연장되는 패드 패턴층들이 적층되는 영역에서 적층 패드 캐패시터를 형성하여 캐패시턴스를 증가시키는 것을 목적으로 한다.The present invention aims to increase capacitance by forming a laminated pad capacitor in a region where pad pattern layers extending from each of a power silicon through-electrode and a ground silicon through-electrode are laminated.

본 발명은 적층 패드 캐패시터를 통해 PDN(power distribution network)의 전원 공급에 영향을 미치는 SSN(Simultaneous Switching noise) 노이즈를 감소시킴에 따라 안정적인 전원 공급을 통해 고대역폭 메모리의 전원 무결성을 확보하는 것을 목적으로 한다.The present invention aims to secure power integrity of a high-bandwidth memory through stable power supply by reducing simultaneous switching noise (SSN) noise affecting the power supply of a PDN (power distribution network) through a laminated pad capacitor.

본 발명은 고대역폭 메모리를 구성하는 메모리 층의 구조 변경 없이 패드 패턴층을 추가하여 추가 마스크(Mask) 제작이 요구되지 않음에 따라 추가적인 공정 비용 발생을 방지함에 따라 공정 비용을 절감하는 것을 목적으로 한다.The present invention aims to reduce process costs by preventing additional process costs by adding a pad pattern layer without changing the structure of a memory layer constituting a high-bandwidth memory and thus not requiring additional mask production.

본 발명의 일실시예에 따른 반도체 장치는 복수의 반도체칩을 관통하는 복수의 전원 실리콘 관통 전극(through silicon via, TSV), 상기 복수의 반도체칩을 관통하는 복수의 접지 실리콘 관통 전극, 상기 복수의 반도체칩 각각의 사이 공간에서 상기 복수의 전원 실리콘 관통 전극 중 제1 전원 실리콘 관통 전극으로부터 상기 복수의 접지 실리콘 관통 전극 중 제1 접지 실리콘 관통 전극 방향으로 연장 형성되는 제1 패드 패턴층 및 상기 사이 공간에서 상기 복수의 접지 실리콘 관통 전극 중 제2 접지 실리콘 관통 전극으로부터 상기 복수의 전원 실리콘 관통 전극 중 제2 전원 실리콘 관통 전극 방향으로 연장 형성되는 제2 패드 패턴층을 포함하고, 상기 제1 패드 패턴층 및 상기 제2 패드 패턴층은 상기 사이 공간에서 적층 패드 캐패시터를 형성할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a semiconductor device includes a plurality of power through silicon vias (TSVs) penetrating a plurality of semiconductor chips, a plurality of ground through silicon vias penetrating the plurality of semiconductor chips, a first pad pattern layer formed in a space between each of the plurality of semiconductor chips and extending from a first power through silicon via among the plurality of power through silicon electrodes in the direction of a first ground through silicon electrode among the plurality of ground through silicon electrodes, and a second pad pattern layer formed in the space between the plurality of semiconductor chips and extending from a second ground through silicon electrode among the plurality of ground through silicon electrodes in the direction of a second power through silicon electrode among the plurality of power through silicon electrodes, wherein the first pad pattern layer and the second pad pattern layer can form a laminated pad capacitor in the space between the plurality of semiconductor chips.

상기 적층 패드 캐패시터는, 상기 복수의 전원 실리콘 관통 전극과 상기 복수의 접지 실리콘 관통 전극 간의 수평 사이 공간에서의 캐패시턴스(capacitance)를 증가시키고, 상기 증가된 캐패시턴스에 기반하여 임피던스를 감소시킬 수 있다.The above-described laminated pad capacitor can increase capacitance in the horizontal interspace between the plurality of power silicon through-electrodes and the plurality of ground silicon through-electrodes, and reduce impedance based on the increased capacitance.

상기 사이 공간은, 상기 복수의 전원 실리콘 관통 전극 각각이 수직으로 연결되는 공간 및 상기 복수의 접지 실리콘 관통 전극 각각이 수직으로 연결되는 수직 사이 공간을 포함할 수 있다.The above interstitial space may include a space in which each of the plurality of power silicon through-electrodes is vertically connected and a vertical interstitial space in which each of the plurality of ground silicon through-electrodes is vertically connected.

본 발명의 일실시예에 따르면 반도체 장치는 상기 사이 공간에서 상기 복수의 전원 실리콘 관통 전극을 전기적으로 연결하는 복수의 전원 전도성 범프 및 상기 사이 공간에서 상기 복수의 접지 실리콘 관통 전극을 전기적으로 연결하는 복수의 접지 전도성 범프를 더 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the semiconductor device may further include a plurality of power conductive bumps electrically connecting the plurality of power silicon through-electrodes in the interspace, and a plurality of ground conductive bumps electrically connecting the plurality of ground silicon through-electrodes in the interspace.

상기 제1 패드 패턴층은, 상기 제1 전원 실리콘 관통 전극과 동일한 금속 물질로 형성되고, 상기 제2 패드 패턴층은, 상기 제2 접지 실리콘 관통 전극과 동일한 금속 물질로 형성될 수 있다.The first pad pattern layer may be formed of the same metal material as the first power silicon through-hole electrode, and the second pad pattern layer may be formed of the same metal material as the second ground silicon through-hole electrode.

상기 제1 패드 패턴층 및 상기 제2 패드 패턴층은, 수직으로 사이 공간을 포함하여 적층 구조를 형성함에 따라 물리적으로 차단된다.The first pad pattern layer and the second pad pattern layer are physically blocked by forming a laminated structure including a vertical space therebetween.

상기 적층 패드 캐패시터는, 상기 제1 패드 패턴층과 상기 제2 패드 패턴층의 수직 사이 공간에서 상기 제1 패드 패턴층과 상기 제2 패드 패턴층을 통해 생성되는 캐패시터일 수 있다.The above-described laminated pad capacitor may be a capacitor created through the first pad pattern layer and the second pad pattern layer in the vertical space between the first pad pattern layer and the second pad pattern layer.

상기 제1 패드 패턴층은 상기 제1 전원 실리콘 관통 전극의 하부로부터 상기 제1 접지 실리콘 관통 전극의 하부 방향으로 연장 형성되고, 상기 제2 패드 패턴층은 상기 제2 접지 실리콘 관통 전극의 상부에서 상기 제2 전원 실리콘 관통 전극의 상부 방향으로 연장 형성될 수 있다.The first pad pattern layer may be formed to extend from the lower portion of the first power silicon through-electrode toward the lower portion of the first ground silicon through-electrode, and the second pad pattern layer may be formed to extend from the upper portion of the second ground silicon through-electrode toward the upper portion of the second power silicon through-electrode.

본 발명의 일실시예에 따르면 반도체 장치는 상기 제2 전원 실리콘 관통전극의 하부로부터 상기 제2 접지 실리콘 관통 전극의 하부 방향으로 연장 형성되는 제3 패드 패턴층을 더 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the semiconductor device may further include a third pad pattern layer formed to extend from a lower portion of the second power silicon through-electrode toward a lower portion of the second ground silicon through-electrode.

상기 제2 패드 패턴층과 상기 제3 패드 패턴층은 상기 복수의 반도체칩 중 상기 제2 패드 패턴층과 상기 제3 패드 패턴층의 수직 사이 공간에 해당하는 어느 하나의 반도체칩 내에서 적층 패드 캐패시터를 형성할 수 있다.The second pad pattern layer and the third pad pattern layer can form a stacked pad capacitor within one of the semiconductor chips corresponding to the vertical space between the second pad pattern layer and the third pad pattern layer among the plurality of semiconductor chips.

본 발명의 일실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법은 복수의 반도체칩을 관통하는 복수의 전원 실리콘 관통 전극(through silicon via, TSV)을 형성 하는 단계, 상기 복수의 반도체칩을 관통하는 복수의 접지 실리콘 관통 전극을 형성 하는 단계, 상기 복수의 반도체칩 각각의 사이 공간에서 상기 복수의 전원 실리콘 관통 전극 중 제1 전원 실리콘 관통 전극으로부터 상기 복수의 접지 실리콘 관통 전극 중 제1 접지 실리콘 관통 전극 방향으로 제1 패드 패턴층을 연장 형성하는 단계 및 상기 사이 공간에서 상기 복수의 접지 실리콘 관통 전극 중 제2 접지 실리콘 관통 전극으로부터 상기 복수의 전원 실리콘 관통 전극 중 제2 전원 실리콘 관통 전극 방향으로 제2 패드 패턴층을 연장 형성하는 단계; 및 상기 제1 패드 패턴층 및 상기 제2 패드 패턴층이 상기 사이 공간에서 적층 패드 캐패시터를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.A method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention may include a step of forming a plurality of power through silicon vias (TSVs) penetrating a plurality of semiconductor chips, a step of forming a plurality of ground through silicon vias penetrating the plurality of semiconductor chips, a step of extending a first pad pattern layer from a first power through silicon via among the plurality of power through silicon electrodes in a direction toward a first ground through silicon electrode among the plurality of ground through silicon electrodes in a space between each of the plurality of semiconductor chips, and a step of extending a second pad pattern layer from a second ground through silicon via among the plurality of ground through silicon electrodes in a direction toward a second power through silicon electrode among the plurality of power through silicon electrodes in the space between the plurality of semiconductor chips; and a step of forming a laminated pad capacitor in which the first pad pattern layer and the second pad pattern layer are formed in the space between the plurality of semiconductor chips.

상기 적층 패드 캐패시터는, 상기 복수의 전원 실리콘 관통 전극과 상기 복수의 접지 실리콘 관통 전극 간의 수평 사이 공간에서의 캐패시턴스(capacitance)를 증가시키고, 상기 증가된 캐패시턴스에 기반하여 임피던스를 감소시킬 수 있다.The above-described laminated pad capacitor can increase capacitance in the horizontal interspace between the plurality of power silicon through-electrodes and the plurality of ground silicon through-electrodes, and reduce impedance based on the increased capacitance.

본 발명은 복수의 반도체칩이 적층된 반도체 장치에 형성된 전원 실리콘 관통 전극(through silicon via, TSV)과 접지 실리콘 관통 전극 사이에 적층 패드 구조의 패드 패턴층들을 포함하여 전원 실리콘 관통 전극과 접지 실리콘 관통 전극 사이에서의 캐패시턴스(capacitance)를 증가시키고, 증가된 캐패시턴스에 따라 임피던스를 낮출 수 있다.The present invention includes pad pattern layers having a laminated pad structure formed between a power through silicon via (TSV) electrode and a ground through silicon electrode in a semiconductor device in which a plurality of semiconductor chips are laminated, thereby increasing capacitance between the power through silicon via (TSV) electrode and the ground through silicon electrode, and lowering impedance according to the increased capacitance.

본 발명은 전원 실리콘 관통 전극과 접지 실리콘 관통 전극 각각에서 연장되는 패드 패턴층들이 적층되는 영역에서 적층 패드 캐패시터를 형성하여 캐패시턴스를 증가시킬 수 있다.The present invention can increase capacitance by forming a laminated pad capacitor in a region where pad pattern layers extending from each of a power silicon through-electrode and a ground silicon through-electrode are laminated.

본 발명은 적층 패드 캐패시터를 통해 PDN(power distribution network)의 전원 공급에 영향을 미치는 SSN(Simultaneous Switching noise) 노이즈를 감소시킴에 따라 안정적인 전원 공급을 통해 고대역폭 메모리의 전원 무결성을 확보할 수 있다.The present invention reduces simultaneous switching noise (SSN) noise that affects the power supply of a power distribution network (PDN) through a laminated pad capacitor, thereby ensuring power integrity of a high-bandwidth memory through a stable power supply.

본 발명은 고대역폭 메모리를 구성하는 메모리 층의 구조 변경 없이 패드 패턴층을 추가하여 추가 마스크(Mask) 제작이 요구되지 않음에 따라 추가적인 공정 비용 발생을 방지함에 따라 공정 비용을 절감할 수 있다.The present invention can reduce process costs by preventing additional process costs since additional mask production is not required by adding a pad pattern layer without changing the structure of a memory layer constituting a high-bandwidth memory.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 적층 패드 구조의 패드 패턴층들을 포함하는 반도체 장치를 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 적층 패드 구조의 패드 패턴층들에 기반한 적층 패드 캐패시터의 제조 방법을 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 적층 패드 구조의 패드 패턴층들에 기반한 적층 패드 캐패시터의 3차원 구조를 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 장치 내에서 적층 패드 캐패시터의 형성 위치를 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 적층 패드 캐패시터와 누설 전류 감소를 위한 더미 구조물을 포함하는 반도체 장치를 설명하는 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 장치 내에 포함되는 더미 구조물의 형태를 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 적층 패드 구조의 패드 패턴층들을 포함하는 반도체 장치의 임피던스 측정 결과를 설명하는 도면이다.
FIG. 1 is a drawing illustrating a semiconductor device including pad pattern layers of a laminated pad structure according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a drawing illustrating a method for manufacturing a laminated pad capacitor based on pad pattern layers of a laminated pad structure according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a drawing illustrating a three-dimensional structure of a laminated pad capacitor based on pad pattern layers of a laminated pad structure according to one embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a drawing explaining the formation location of a laminated pad capacitor in a semiconductor device according to one embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a drawing illustrating a semiconductor device including a laminated pad capacitor and a dummy structure for reducing leakage current according to one embodiment of the present invention.
FIGS. 6A and 6B are drawings explaining the shape of a dummy structure included in a semiconductor device according to one embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a drawing explaining the results of impedance measurement of a semiconductor device including pad pattern layers of a laminated pad structure according to one embodiment of the present invention.

이하, 본 문서의 다양한 실시 예들이 첨부된 도면을 참조하여 기재된다.Below, various embodiments of this document are described with reference to the attached drawings.

실시 예 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시 예의 다양한 변경, 균등물, 및/또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.It should be understood that the examples and terms used herein are not intended to limit the technology described in this document to a particular embodiment, but rather to encompass various modifications, equivalents, and/or alternatives of the embodiments.

하기에서 다양한 실시 예들을 설명에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.In the following description of various embodiments, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the invention, the detailed description will be omitted.

그리고 후술되는 용어들은 다양한 실시 예들에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.And the terms described below are terms defined in consideration of functions in various embodiments, and may vary depending on the intention or custom of the user or operator. Therefore, the definitions should be made based on the contents throughout this specification.

도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.In connection with the description of the drawings, similar reference numerals may be used for similar components.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.A singular expression may include a plural expression unless the context clearly indicates otherwise.

본 문서에서, "A 또는 B" 또는 "A 및/또는 B 중 적어도 하나" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다.In this document, expressions such as "A or B" or "at least one of A and/or B" may include all possible combinations of the items listed together.

"제1," "제2," "첫째," 또는 "둘째," 등의 표현들은 해당 구성요소들을, 순서 또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다.Expressions such as "first," "second," "firstly," or "secondly," may be used to describe the components without regard to order or importance, and are only used to distinguish one component from another and do not limit the components.

어떤(예: 제1) 구성요소가 다른(예: 제2) 구성요소에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다.When it is said that a certain (e.g., a first) component is "(functionally or communicatively) connected" or "connected" to another (e.g., a second) component, said certain component may be directly connected to said other component, or may be connected through another component (e.g., a third component).

본 명세서에서, "~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, 하드웨어적 또는 소프트웨어적으로 "~에 적합한," "~하는 능력을 가지는," "~하도록 변경된," "~하도록 만들어진," "~를 할 수 있는," 또는 "~하도록 설계된"과 상호 호환적으로(interchangeably) 사용될 수 있다.In this specification, the phrase “configured to” may be used interchangeably with, for example, “suitable for,” “having the ability to,” “modified to,” “made to,” “capable of,” or “designed to,” in terms of hardware or software, depending on the context.

어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다.In some contexts, the expression "a device configured to" may mean that the device is "capable of" doing something in conjunction with other devices or components.

예를 들면, 문구 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성된(또는 설정된) 프로세서"는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서(예: 임베디드 프로세서), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서(예: CPU 또는 application processor)를 의미할 수 있다.For example, the phrase "a processor configured (or set) to perform A, B, and C" can mean a dedicated processor (e.g., an embedded processor) to perform those operations, or a general-purpose processor (e.g., a CPU or application processor) that can perform those operations by executing one or more software programs stored in a memory device.

또한, '또는' 이라는 용어는 배타적 논리합 'exclusive or' 이기보다는 포함적인 논리합 'inclusive or' 를 의미한다.Also, the term 'or' implies an inclusive or rather than an exclusive or.

즉, 달리 언급되지 않는 한 또는 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 'x가 a 또는 b를 이용한다' 라는 표현은 포함적인 자연 순열들(natural inclusive permutations) 중 어느 하나를 의미한다.That is, unless otherwise stated or clear from the context, the expression 'x utilizes a or b' means any one of the natural inclusive permutations.

이하 사용되는 '..부', '..기' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는, 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.The terms '..bu', '..gi', etc. used below mean a unit that processes at least one function or operation, and this can be implemented by hardware, software, or a combination of hardware and software.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 적층 패드 구조의 패드 패턴층들을 포함하는 반도체 장치를 설명하는 도면이다.FIG. 1 is a drawing illustrating a semiconductor device including pad pattern layers of a laminated pad structure according to one embodiment of the present invention.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 적층 패드 구조의 패드 패턴층들을 포함하여 적층 패드 구종에 기반하여 적층 패드 캐패시터가 형성되는 반도체 장치의 구성 요소를 예시한다.FIG. 1 illustrates components of a semiconductor device in which a laminated pad capacitor is formed based on a laminated pad type, including pad pattern layers of a laminated pad structure according to one embodiment of the present invention.

도 1을 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 장치(100)는 복수의 반도체칩이 수직 적층되어 형성되는 고대역폭 반도체 장치일 수 있다.Referring to FIG. 1, a semiconductor device (100) according to one embodiment of the present invention may be a high-bandwidth semiconductor device formed by vertically stacking a plurality of semiconductor chips.

일례로, 반도체 장치(100)는 수직 적층된 복수의 반도체칩들에 전달되는 신호를 공유하기 위해서 복수의 실리콘 관통 전극(through silicon via, TSV)를 포함한다.For example, a semiconductor device (100) includes a plurality of through silicon vias (TSVs) to share signals transmitted to a plurality of vertically stacked semiconductor chips.

본 발명의 일실시예에 따르면 반도체 장치(100)는 제1 반도체칩(110) 및 제2 반도체칩(111) 등의 복수의 반도체칩이 수직 적층되어 있다.According to one embodiment of the present invention, a semiconductor device (100) includes a plurality of semiconductor chips, such as a first semiconductor chip (110) and a second semiconductor chip (111), which are vertically stacked.

일례로, 반도체 장치(100)는 제1 반도체칩(110) 및 제2 반도체칩(111)을 관통하는 제1 전원 실리콘 관통 전극(120) 및 제2 전원 실리콘 관통 전극(121)을 포함하고, 제1 반도체칩(110) 및 제2 반도체칩(111)을 관통하는 제1 접지 실리콘 관통 전극(130) 및 제2 접지 실리콘 관통 전극(131)을 포함한다.For example, the semiconductor device (100) includes a first power silicon through-electrode (120) and a second power silicon through-electrode (121) penetrating a first semiconductor chip (110) and a second semiconductor chip (111), and includes a first ground silicon through-electrode (130) and a second ground silicon through-electrode (131) penetrating the first semiconductor chip (110) and the second semiconductor chip (111).

본 발명의 일실시예에 따르면 반도체 장치(100)는 전원 전도성 범프(150) 및 접지 전도성 범프(151)를 더 포함한다.According to one embodiment of the present invention, the semiconductor device (100) further includes a power conductive bump (150) and a ground conductive bump (151).

예를 들어, 전원 전도성 범프(150)는 제1 전원 실리콘 관통 전극(120) 및 제2 전원 실리콘 관통 전극(121)을 전기적으로 연결한다.For example, the power conductive bump (150) electrically connects the first power silicon through electrode (120) and the second power silicon through electrode (121).

또한, 접지 전도성 범프(151)는 제1 접지 실리콘 관통 전극(130) 및 제2 접지 실리콘 관통 전극(131)을 전기적으로 연결한다.Additionally, the ground conductive bump (151) electrically connects the first ground silicon through electrode (130) and the second ground silicon through electrode (131).

전원 전도성 범프(150) 및 접지 전도성 범프(151)는 금속 물질로 형성되어 전원 및 접지 신호를 전도함에 따라 실리콘 관통 전극들을 전기적으로 연결할 수 있다.The power conductive bump (150) and the ground conductive bump (151) are formed of a metal material and can electrically connect the silicon through-hole electrodes by conducting power and ground signals.

본 발명의 일실시예에 따르면 반도체 장치(100)는 제1 전원 실리콘 관통 전극(120)의 하부로부터 제1 접지 실리콘 관통 전극(130)의 하부 방향으로 연장 형성되는 제1 패드 패턴층(140)을 포함한다.According to one embodiment of the present invention, a semiconductor device (100) includes a first pad pattern layer (140) that extends from the lower portion of a first power silicon through electrode (120) toward the lower portion of a first ground silicon through electrode (130).

또한, 반도체 장치(100)는 제2 접지 실리콘 관통 전극(131)의 상부로부터 제2 전원 실리콘 관통 전극(121)의 상부 방향으로 연장 형성되는 제2 패드 패턴층(141)을 포함한다.Additionally, the semiconductor device (100) includes a second pad pattern layer (141) that extends from the upper portion of the second ground silicon through electrode (131) toward the upper portion of the second power silicon through electrode (121).

즉, 제1 반도체칩(110)의 하부 영역과 제2 반도체칩(111)의 상부 영역의 사이 공간에서 제1 패드 패턴층(140)과 제2 패드 패턴층(141)이 적층 패드 구조를 이룬다.That is, the first pad pattern layer (140) and the second pad pattern layer (141) form a laminated pad structure in the space between the lower region of the first semiconductor chip (110) and the upper region of the second semiconductor chip (111).

또한, 반도체 장치(100)는 제2 전원 실리콘 관통 전극(121)의 하부로부터 제2 접지 실리콘 관통 전극(131)의 하부 방향으로 연장 형성되는 제3 패드 패턴층(142)을 포함한다.Additionally, the semiconductor device (100) includes a third pad pattern layer (142) that extends from the lower portion of the second power silicon through-hole electrode (121) toward the lower portion of the second ground silicon through-hole electrode (131).

본 발명의 일실시예에 따르면 제1 패드 패턴층(140) 및 제2 패드 패턴층(141)은 사이 공간에서 적층 패드 구조에 기반하여 적층 패드 캐패시터(160)를 형성할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the first pad pattern layer (140) and the second pad pattern layer (141) can form a laminated pad capacitor (160) based on a laminated pad structure in the intervening space.

일례로, 제2 패드 패턴층(141) 및 제3 패드 패턴층(142)은 사이 공간에서 적층 패드 구조에 기반하여 적층 패드 캐패시터(161)를 형성할 수 있다.For example, the second pad pattern layer (141) and the third pad pattern layer (142) can form a laminated pad capacitor (161) based on a laminated pad structure in the intervening space.

상술한 설명에서는 제1 반도체칩(110) 및 제2 반도체칩(111)을 중심으로 설명하고 있으나, 반도체칩은 복수로 적층될 수 있다.The above description focuses on the first semiconductor chip (110) and the second semiconductor chip (111), but the semiconductor chips may be stacked in multiple layers.

이에 따라, 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 장치(100)는 복수의 반도체칩을 관통하는 복수의 전원 실리콘 관통 전극(through silicon via, TSV) 및 복수의 접지 실리콘 관통 전극을 포함할 수 있다.Accordingly, a semiconductor device (100) according to one embodiment of the present invention may include a plurality of power through silicon vias (TSVs) and a plurality of ground through silicon electrodes penetrating a plurality of semiconductor chips.

반도체 장치(100)는 복수의 반도체칩 각각의 사이 공간 중에서 제1 전원 실리콘 관통 전극(120)과 제2 전원 실리콘 관통 전극(121) 사이 공간에서 제1 전원 실리콘 관통 전극(120)으로부터 복수의 접지 실리콘 관통 전극 중 제1 접지 실리콘 관통 전극(130) 방향으로 연장 형성되는 제1 패드 패턴층(140)을 포함한다.A semiconductor device (100) includes a first pad pattern layer (140) that extends from a first power silicon through electrode (120) in a space between a first power silicon through electrode (120) and a second power silicon through electrode (121) among the spaces between each of a plurality of semiconductor chips toward a first ground silicon through electrode (130) among a plurality of ground silicon through electrodes.

또한, 반도체 장치(100)는 복수의 반도체칩 각각의 사이 공간 중에서 제1 접지 실리콘 관통 전극(130)과 제2 접지 실리콘 관통 전극(131) 사이 공간에서 제2 접지 실리콘 관통 전극(131)으로부터 제2 전원 실리콘 관통 전극(121) 방향으로 연장 형성되는 제2 패드 패턴층(141)을 포함한다.In addition, the semiconductor device (100) includes a second pad pattern layer (141) formed to extend from the second ground silicon through electrode (131) toward the second power silicon through electrode (121) in the space between the first ground silicon through electrode (130) and the second ground silicon through electrode (131) among the spaces between each of the plurality of semiconductor chips.

여기서, 제1 패드 패턴층(140) 및 제2 패드 패턴층(141)은 제1 전원 실리콘 관통 전극(120)과 제2 전원 실리콘 관통 전극(121) 사이 공간 및 제1 접지 실리콘 관통 전극(130)과 제2 접지 실리콘 관통 전극(131) 사이 공간에 해당하는 사이 공간에서 적층 패드 캐패시터(160)를 형성할 수 있다.Here, the first pad pattern layer (140) and the second pad pattern layer (141) can form a laminated pad capacitor (160) in the space between the first power silicon through electrode (120) and the second power silicon through electrode (121) and the space between the first ground silicon through electrode (130) and the second ground silicon through electrode (131).

적층 패드 캐패시터(160)가 형성되는 사이 공간에는 전원 전도성 범프(150) 및 접지 전도성 범프(151)가 위치할 수 있다.A power conductive bump (150) and a ground conductive bump (151) can be positioned in the space between the laminated pad capacitors (160).

예를 들어, 적층 패드 캐패시터(160) 및 적층 패드 캐패시터(161)는 복수의 전원 실리콘 관통 전극과 복수의 접지 실리콘 관통 전극 간의 수평 사이 공간에서의 캐패시턴스(capaciatance)를 증가시키고, 증가된 캐패시턴스에 기반하여 임피던스를 감소시킬 수 있다.For example, the laminated pad capacitor (160) and the laminated pad capacitor (161) can increase the capacitance in the horizontal interspace between the plurality of power silicon through-electrodes and the plurality of ground silicon through-electrodes, and reduce the impedance based on the increased capacitance.

예를 들어, 적층 패드 캐패시터(160) 및 적층 패드 캐패시터(161)가 형성되는 사이 공간은 복수의 전원 실리콘 관통 전극 각각이 수직으로 연결되는 공간 및 복수의 접지 실리콘 관통 전극 각각이 수직으로 연결되는 수직 사이 공간을 포함할 수 있다.For example, the space between the laminated pad capacitor (160) and the laminated pad capacitor (161) formed may include a space in which each of the plurality of power silicon through-electrodes is vertically connected and a vertical space in which each of the plurality of ground silicon through-electrodes is vertically connected.

따라서, 본 발명은 복수의 반도체칩이 적층된 반도체 장치에 형성된 전원 실리콘 관통 전극(through silicon via, TSV)과 접지 실리콘 관통 전극 사이에 적층 패드 구조의 패드 패턴층들을 포함하여 전원 실리콘 관통 전극과 접지 실리콘 관통 전극 사이에서의 캐패시턴스(capacitance)를 증가시키고, 증가된 캐패시턴스에 따라 임피던스를 낮출 수 있다.Accordingly, the present invention includes pad pattern layers having a laminated pad structure formed between a power through silicon via (TSV) electrode and a ground through silicon electrode in a semiconductor device in which a plurality of semiconductor chips are laminated, thereby increasing capacitance between the power through silicon via (TSV) electrode and the ground through silicon electrode, and lowering impedance according to the increased capacitance.

또한, 본 발명은 전원 실리콘 관통 전극과 접지 실리콘 관통 전극 각각에서 연장되는 패드 패턴층들이 적층되는 영역에서 적층 패드 캐패시터를 형성하여 캐패시턴스를 증가시킬 수 있다.In addition, the present invention can increase capacitance by forming a laminated pad capacitor in an area where pad pattern layers extending from each of the power silicon through-electrode and the ground silicon through-electrode are laminated.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 적층 패드 구조의 패드 패턴층들에 기반한 적층 패드 캐패시터의 제조 방법을 설명하는 도면이다.FIG. 2 is a drawing illustrating a method for manufacturing a laminated pad capacitor based on pad pattern layers of a laminated pad structure according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 적층 패드 구조의 패드 패턴층들에 기반한 적층 패드 캐패시터를 형성하는 적층 패드 구조(210)는 제1 패드 패턴층(211) 및 제2 패드 패턴층(212)를 포함한다.Referring to FIG. 2, a laminated pad structure (210) forming a laminated pad capacitor based on pad pattern layers of a laminated pad structure according to one embodiment of the present invention includes a first pad pattern layer (211) and a second pad pattern layer (212).

일례로, 적층 패드 캐패시터의 제조 방법은 기존의 사용하던 층(layer)에서 패드 패턴층을 추가하는 것이기 때문에 추가 마스크 제작을 하지 않아도 되는 장점이 존재한다.For example, the manufacturing method of a laminated pad capacitor has the advantage of not requiring additional mask production because it adds a pad pattern layer to an existing layer.

따라서, 적층 패드 캐패시터의 제조 방법은 추가적인 공정 비용이 소모되지 않는다는 장점이 존재한다.Therefore, the method for manufacturing a laminated pad capacitor has the advantage of not incurring additional process costs.

다시 말해, 본 발명은 고대역폭 메모리를 구성하는 메모리 층의 구조 변경 없이 패드 패턴층을 추가하여 추가 마스크(Mask) 제작이 요구되지 않음에 따라 추가적인 공정 비용 발생을 방지함에 따라 공정 비용을 절감할 수 있다.In other words, the present invention can reduce process costs by preventing additional process costs since additional mask production is not required by adding a pad pattern layer without changing the structure of the memory layer constituting the high-bandwidth memory.

예를 들어, 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법은 적층 패드 캐패시터의 제조 방법을 포함한다.For example, a method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention includes a method for manufacturing a laminated pad capacitor.

본 발명의 일실시예에 따른 적층 패드 캐패시터의 제조 방법은 제1 반도체칩(200)과 제2 반도체칩(201)의 사이 공간에 형성될 수 있다.A method for manufacturing a laminated pad capacitor according to one embodiment of the present invention can be formed in a space between a first semiconductor chip (200) and a second semiconductor chip (201).

본 발명의 일실시예에 따른 적층 패드 캐패시터의 제조 방법은 복수의 반도체칩을 관통하는 복수의 전원 실리콘 관통 전극(through silicon via, TSV)을 형성 하는 단계 및 복수의 반도체칩을 관통하는 복수의 접지 실리콘 관통 전극을 형성 하는 단계 이후에 진행된다.A method for manufacturing a laminated pad capacitor according to one embodiment of the present invention is performed after the step of forming a plurality of power through silicon vias (TSVs) penetrating a plurality of semiconductor chips and the step of forming a plurality of ground through silicon vias penetrating a plurality of semiconductor chips.

일례로, 적층 패드 캐패시터의 제조 방법은 복수의 반도체칩 각각의 사이 공간에서 복수의 전원 실리콘 관통 전극 중 제1 전원 실리콘 관통 전극으로부터 복수의 접지 실리콘 관통 전극 중 제1 접지 실리콘 관통 전극 방향으로 제1 패드 패턴층(211)을 연장 형성하는 단계를 포함한다.For example, a method for manufacturing a laminated pad capacitor includes a step of extending a first pad pattern layer (211) from a first power silicon through electrode among a plurality of power silicon through electrodes in the direction of a first ground silicon through electrode among a plurality of ground silicon through electrodes in the space between each of a plurality of semiconductor chips.

즉, 적층 패드 캐패시터의 제조 방법은 제1 반도체칩(200)의 제1 전원 실리콘 관통 전극의 하부(Core_B_M1)로부터 제1 반도체칩(200)의 제1 접지 실리콘 관통 전극의 하부 방향으로 제1 패드 패턴층(211)을 연장 형성한다.That is, the method of manufacturing a laminated pad capacitor extends a first pad pattern layer (211) from the lower portion (Core_B_M1) of the first power silicon through-electrode of the first semiconductor chip (200) toward the lower portion of the first ground silicon through-electrode of the first semiconductor chip (200).

또한, 적층 패드 캐패시터의 제조 방법은 복수의 접지 실리콘 관통 전극 중 제2 접지 실리콘 관통 전극으로부터 복수의 전원 실리콘 관통 전극 중 제2 전원 실리콘 관통 전극 방향으로 제2 패드 패턴층(212)을 연장 형성하는 단계를 포함한다.Additionally, the method for manufacturing a laminated pad capacitor includes a step of extending a second pad pattern layer (212) from a second ground silicon through electrode among a plurality of ground silicon through electrodes toward a second power silicon through electrode among a plurality of power silicon through electrodes.

즉, 적층 패드 캐패시터의 제조 방법은 제2 반도체칩(201)의 제2 접지 실리콘 관통 전극의 상부(Core_T_M1)로부터 제2 반도체칩(201)의 제2 전원 실리콘 관통 전극의 상부 방향으로 제2 패드 패턴층(212)을 연장 형성한다.That is, the method of manufacturing a laminated pad capacitor extends a second pad pattern layer (212) from the upper portion (Core_T_M1) of the second ground silicon through-hole electrode of the second semiconductor chip (201) toward the upper portion of the second power silicon through-hole electrode of the second semiconductor chip (201).

일례로, 제1 패드 패턴층(211)은 제1 반도체칩(200)의 제1 전원 실리콘 관통 전극과 동일한 금속 물질로 형성될 수 있다.For example, the first pad pattern layer (211) may be formed of the same metal material as the first power silicon through-hole electrode of the first semiconductor chip (200).

또한, 제2 패드 패턴층(212)은 제2 반도체칩(201)의 제2 접지 실리콘 관통 전극과 동일한 금속 물질로 형성될 수 있다.Additionally, the second pad pattern layer (212) may be formed of the same metal material as the second ground silicon through-hole electrode of the second semiconductor chip (201).

예를 들어, 제1 패드 패턴층(211) 및 제2 패드 패턴층(212)은 수직으로 사이 공간을 포함하여 적층 구조를 형성함에 따라 물리적으로 차단된다.For example, the first pad pattern layer (211) and the second pad pattern layer (212) are physically blocked by forming a laminated structure including a space between them vertically.

제1 패드 패턴층(211) 및 제2 패드 패턴층(212)은 물리적으로 차단되어 진다.The first pad pattern layer (211) and the second pad pattern layer (212) are physically blocked.

전원 실리콘 관통 전극과 접지 실리콘 관통 전극은 무조건적으로 분리가 되어 물리적으로 차단되어 진다.The power silicon through-electrode and the ground silicon through-electrode are unconditionally separated and physically blocked.

즉, 제1 패드 패턴층(211) 및 제2 패드 패턴층(212)은 수직으로 사이 공간을 포함하여 적층 구조를 형성함에 따라 전기적으로 연결되지 않는 구조를 가질 수 있다.That is, the first pad pattern layer (211) and the second pad pattern layer (212) may have a structure that is not electrically connected by forming a laminated structure including a vertical space between them.

일례로, 적층 패드 캐패시터는 제1 패드 패턴층(211)과 제2 패드 패턴층(212)의 수직 사이 공간에서 제1 패드 패턴층(211)과 제2 패드 패턴층(212)이 이루는 적층 패드 구조(210)에 기반하여 생성되는 캐패시터일 수 있다.For example, a laminated pad capacitor may be a capacitor created based on a laminated pad structure (210) formed by a first pad pattern layer (211) and a second pad pattern layer (212) in a vertical space between the first pad pattern layer (211) and the second pad pattern layer (212).

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 적층 패드 구조의 패드 패턴층들에 기반한 적층 패드 캐패시터의 3차원 구조를 설명하는 도면이다.FIG. 3 is a drawing illustrating a three-dimensional structure of a laminated pad capacitor based on pad pattern layers of a laminated pad structure according to one embodiment of the present invention.

도 3을 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 장치(300)는 반도체칩(310) 내부에 적층 패드 구조(320)를 이루는 제1 패드 패턴층과 제2 패드 패턴층을 포함하여 형성된다.Referring to FIG. 3, a semiconductor device (300) according to one embodiment of the present invention is formed by including a first pad pattern layer and a second pad pattern layer forming a laminated pad structure (320) inside a semiconductor chip (310).

일례로, 반도체 장치(300)는 반도체칩(310)의 적층 개수가 증가하면 증가되는 적층 패드 구조(320)를 포함할 수 있다.For example, the semiconductor device (300) may include a stacked pad structure (320) that increases as the number of stacked semiconductor chips (310) increases.

본 발명의 일실시예에 따르면 반도체 장치(300)는 적층 패드 구조(320)의 적층 개수가 증가할수록 적층 패드 캐패시터의 개수가 증가함에 따라 캐패시턴스의 증가 폭이 증가하고, 캐패시턴스의 증가에 따른 임피던스의 감소도 증가할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, as the number of stacked pad structures (320) increases, the number of stacked pad capacitors increases, and thus the increase in capacitance increases, and the decrease in impedance due to the increase in capacitance may also increase.

예를 들어, 반도체칩(310)의 적층 개수가 4개에서 12개까지 증가될 경우에는 캐패시턴스의 증가에 따른 임피던스의 감소가 이루어질 수 있다.For example, when the number of stacked semiconductor chips (310) increases from 4 to 12, a decrease in impedance may occur due to an increase in capacitance.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 장치 내에서 적층 패드 캐패시터의 형성 위치를 설명하는 도면이다.FIG. 4 is a drawing explaining the formation location of a laminated pad capacitor in a semiconductor device according to one embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 장치 내에서 적층 패드 캐패시터가 형성되는 위치를 예시한다.FIG. 4 illustrates a location where a laminated pad capacitor is formed in a semiconductor device according to one embodiment of the present invention.

도 4를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 장치(400)는 로직 다이(logic die) 또는 반도체 패키지(410) 상에 네 개의 반도체칩(420)이 적층된 구조를 가지고 있고, 네 개의 반도체칩(420)을 관통하는 전원 실리콘 관통 전극(430)과 접지 실리콘 관통 전극(440)이 관통하고 있다.Referring to FIG. 4, a semiconductor device (400) according to one embodiment of the present invention has a structure in which four semiconductor chips (420) are stacked on a logic die or semiconductor package (410), and a power silicon through-electrode (430) and a ground silicon through-electrode (440) penetrate the four semiconductor chips (420).

일례로, 반도체 장치(400)는 전원 실리콘 관통 전극(430)과 접지 실리콘 관통 전극(440) 각각으로부터 수평 방향으로 연장되는 패드 패턴층들을 포함하고, 패드 패턴층들이 적층 패드 구조를 이룸에 따라 적층 패드 캐패시터(450)가 형성될 수 있다.For example, a semiconductor device (400) includes pad pattern layers extending horizontally from each of a power silicon through-electrode (430) and a ground silicon through-electrode (440), and a laminated pad capacitor (450) can be formed as the pad pattern layers form a laminated pad structure.

예를 들어, 적층 패드 캐패시터(450)는 네 개의 반도체칩(420)의 사이 공간 또는 반도체칩 내부에 형성될 수 있다.For example, a laminated pad capacitor (450) may be formed in the space between four semiconductor chips (420) or inside the semiconductor chip.

본 발명의 일실시예에 따르면 적층 패드 캐패시터(450)는 캐패시턴스를 증가 시킴에 따라 임피던스를 감소시킨다.According to one embodiment of the present invention, the laminated pad capacitor (450) reduces impedance as capacitance increases.

반도체 장치(400)는 임피던스가 감소함에 따라 안정적인 전원 공급을 위한 전원 무결성이 보장될 수 있다.The semiconductor device (400) can ensure power integrity for stable power supply as the impedance decreases.

따라서, 본 발명은 적층 패드 캐패시터를 통해 PDN(power distribution network)의 전원 공급에 영향을 미치는 SSN(Simultaneous Switching noise) 노이즈를 감소시킴에 따라 안정적인 전원 공급을 통해 고대역폭 메모리의 전원 무결성을 확보할 수 있다.Accordingly, the present invention can secure power integrity of a high-bandwidth memory through stable power supply by reducing simultaneous switching noise (SSN) noise that affects the power supply of a power distribution network (PDN) through a laminated pad capacitor.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 적층 패드 캐패시터와 누설 전류 감소를 위한 더미 구조물을 포함하는 반도체 장치를 설명하는 도면이다.FIG. 5 is a drawing illustrating a semiconductor device including a laminated pad capacitor and a dummy structure for reducing leakage current according to one embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 전원 실리콘 관통 전극과 접지 실리콘 관통 전극 사이에서의 캐패시턴스 증가를 위한 적층 패드 캐패시터를 포함하면서 신호 실리콘 관통 전극과 접지 실리콘 관통 전극 사이에서 신호 누설 전류를 감소시키기 위한 더미 구조물을 포함하는 반도체 장치를 예시한다.FIG. 5 illustrates a semiconductor device including a laminated pad capacitor for increasing capacitance between a power through-silicon electrode and a ground through-silicon electrode, while including a dummy structure for reducing signal leakage current between a signal through-silicon electrode and a ground through-silicon electrode, according to one embodiment of the present invention.

도 5를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 장치(500)는 복수의 반도체칩이 적층되고, 적층된 반도체칩을 관통하는 전원 실리콘 관통 전극(510), 접지 실리콘 관통 전극(520) 및 신호 실리콘 관통 전극(530)을 포함한다.Referring to FIG. 5, a semiconductor device (500) according to one embodiment of the present invention includes a plurality of semiconductor chips stacked, and a power silicon through electrode (510), a ground silicon through electrode (520), and a signal silicon through electrode (530) penetrating the stacked semiconductor chips.

예를 들어, 복수의 반도체칩은 제1 반도체칩(510) 및 제2 반도체칩(511)을 포함한다.For example, the plurality of semiconductor chips include a first semiconductor chip (510) and a second semiconductor chip (511).

일례로, 반도체 장치(500)는 전원 실리콘 관통 전극(510)으로부터 접지 실리콘 관통 전극(520) 방향으로 연장 형성되는 전원 패드 패턴층(540)과 접지 실리콘 관통 전극(520)으로부터 전원 실리콘 관통 전극(510) 방향으로 연장 형성되는 접지 패드 패턴층(541)을 포함한다.For example, a semiconductor device (500) includes a power pad pattern layer (540) that extends from a power silicon through electrode (510) toward a ground silicon through electrode (520) and a ground pad pattern layer (541) that extends from a ground silicon through electrode (520) toward the power silicon through electrode (510).

전원 패드 패턴층(540)과 접지 패드 패턴층(541)은 복수의 반도체칩 각각의 적층 연결 부위에 해당하는 사이 공간에 형성되며, 적층 패드 구조를 이룸에 따라 물리적으로 연결되지 않으면서 전원 패드 패턴층(540)과 접지 패드 패턴층(541) 사이에서 적층 패드 캐패시터(542)를 형성한다.The power pad pattern layer (540) and the ground pad pattern layer (541) are formed in the interspace corresponding to the stacked connection portions of each of the plurality of semiconductor chips, and a stacked pad capacitor (542) is formed between the power pad pattern layer (540) and the ground pad pattern layer (541) without being physically connected by forming a stacked pad structure.

적층 패드 캐패시터(542)는 전원 실리콘 관통 전극(510)과 접지 실리콘 관통 전극(520) 사이에서의 캐패시턴스를 증가시킴에 따라 전원 분배 네트워크(Power Distribution Network)의 임피던스를 감소시키고, 전원 분배 네트워크의 임피던스가 감소함에 따라 반도체 장치(500)가 전원 무결성을 확보할 수 있도록 한다.The laminated pad capacitor (542) reduces the impedance of the power distribution network by increasing the capacitance between the power silicon through electrode (510) and the ground silicon through electrode (520), and enables the semiconductor device (500) to secure power integrity as the impedance of the power distribution network is reduced.

일례로, 반도체 장치(500)는 접지 실리콘 관통 전극(520)과 신호 실리콘 관통 전극(530)의 사이 공간에 해당하는 반도체 칩의 기판 영역에서 더미 구조물(550)를 포함한다.For example, a semiconductor device (500) includes a dummy structure (550) in a substrate area of a semiconductor chip corresponding to a space between a ground silicon through electrode (520) and a signal silicon through electrode (530).

더미 구조물(550)는 전도성이 낮은 물질인 이산화 규소(SiO2)로 형성되어 접지 실리콘 관통 전극(520)과 신호 실리콘 관통 전극(530)이 관통하는 반도체칩의 실리콘 기판 부분에서의 전도성을 낮춤에 따라 신호 실리콘 관통 전극(530)에서 접지 실리콘 관통 전극(520)으로 누설되는 전류를 감소시킬 수 있다.The dummy structure (550) is formed of silicon dioxide (SiO 2 ), a material having low conductivity, and thereby reduces the conductivity of a portion of a silicon substrate of a semiconductor chip through which a ground silicon through electrode (520) and a signal silicon through electrode (530) pass, thereby reducing current leaking from the signal silicon through electrode (530) to the ground silicon through electrode (520).

즉, 더미 구조물(550)는 제1 반도체칩(510) 및 제2 반도체칩(511)의 실리콘 기판 부분에서의 실리콘의 전도성 특성에 따른 신호 열화 요인을 유발하는 누설 전류를 감소시킬 수 있다.That is, the dummy structure (550) can reduce leakage current that causes signal degradation due to the conductive properties of silicon in the silicon substrate portion of the first semiconductor chip (510) and the second semiconductor chip (511).

예를 들어, 반도체칩의 실리콘에서의 전도성과 관련된 수치가 11.9인 경우에 더미 구조물(550)의 전도성과 관련된 수치가 4임에 따라 접지 실리콘 관통 전극(520)과 신호 실리콘 관통 전극(530) 사이의 제1 반도체칩(510) 및 제2 반도체칩(511)의 기판에서 전도성과 관련된 수치가 약 6으로 감소할 수 있다.For example, when the value related to conductivity in the silicon of the semiconductor chip is 11.9, and the value related to conductivity of the dummy structure (550) is 4, the value related to conductivity in the substrates of the first semiconductor chip (510) and the second semiconductor chip (511) between the ground silicon through electrode (520) and the signal silicon through electrode (530) can be reduced to about 6.

다시 말해, 더미 구조물(550)는 반도체칩의 실리콘 기판의 누설 전류(leakage current)로 인한 신호 실리콘 관통 전극(530)으로부터 접지 실리콘 관통 전극(520) 측으로 누설 전류를 감소시킴에 따라 신호 무결성을 향상시킬 수 있다.In other words, the dummy structure (550) can improve signal integrity by reducing leakage current from the signal silicon through electrode (530) to the ground silicon through electrode (520) due to leakage current of the silicon substrate of the semiconductor chip.

본 발명의 일실시예에 따르면 반도체 장치(500)는 적층 패드 캐패시터에 기반하여 전원 실리콘 관통 전극과 접지 실리콘 관통 전극 사이에서의 캐패시턴스를 증가시킴에 따라 임피던스를 감소시켜서 전원 공급과 관련된 전원 무결성을 향상시키면서 더미 구조물에 기반하여 신호 실리콘 관통 전극의 신호가 실리콘 기판을 통해 접지 실리콘 관통 전극 측으로 누설 되는 누설 전류를 감소시킴에 따라 신호 무결성도 향상 시킬 수 있다.According to one embodiment of the present invention, a semiconductor device (500) can improve power integrity related to power supply by reducing impedance by increasing capacitance between a power TSV and a ground TSV based on a stacked pad capacitor, while also improving signal integrity by reducing leakage current of a signal of a signal TSV through a silicon substrate to the ground TSV side based on a dummy structure.

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 장치 내에 포함되는 더미 구조물의 형태를 설명하는 도면이다.FIGS. 6A and 6B are drawings explaining the shape of a dummy structure included in a semiconductor device according to one embodiment of the present invention.

도 6a는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 장치 내에 포함되는 더미 구조물의 원통형(cylinder) 형태 및 구조를 예시한다.FIG. 6a illustrates a cylindrical shape and structure of a dummy structure included in a semiconductor device according to one embodiment of the present invention.

도 6a를 참고하면, 반도체 장치의 반도체칩들을 관통하는 실리콘 관통 전극(600)과 실리콘 관통 전극(600) 사이 또는 실리콘 관통 전극(600)의 주변에 더미 구조물(601)가 원통형 구조로 추가될 수 있다.Referring to FIG. 6a, a dummy structure (601) may be added in a cylindrical structure between a silicon through-electrode (600) penetrating the semiconductor chips of the semiconductor device or around the silicon through-electrode (600).

예를 들어, 실리콘 관통 전극(600)은 접지 실리콘 관통 전극, 신호 실리콘 관통 전극, 접지 실리콘 관통 전극 및 신호 실리콘 관통 전극 순서로 배치되거나 접지 실리콘 관통 전극, 신호 실리콘 관통 전극, 신호 실리콘 관통 전극, 접지 실리콘 관통 전극 순서로 배치될 수 있다.For example, the silicon through-electrodes (600) may be arranged in the order of a ground silicon through-electrode, a signal silicon through-electrode, a ground silicon through-electrode, and a signal silicon through-electrode, or may be arranged in the order of a ground silicon through-electrode, a signal silicon through-electrode, a signal silicon through-electrode, and a ground silicon through-electrode.

또한, 실리콘 관통 전극(600)은 접지 실리콘 관통 전극 및 신호 실리콘 관통 전극을 포함하고, 실리콘 관통 전극(600)의 배치는 설계자에 의도에 따라 변경될 수 있다.In addition, the silicon through-electrode (600) includes a ground silicon through-electrode and a signal silicon through-electrode, and the arrangement of the silicon through-electrode (600) can be changed according to the designer's intention.

일례로, 더미 구조물(601)가 원통형 구조로 추가될 경우에 더미 구조물(601)의 너비는 약 20 ㎛일 수 있다.For example, when the dummy structure (601) is added in a cylindrical structure, the width of the dummy structure (601) may be about 20 μm.

더미 구조물(601)는 전도성이 낮은 물질인 이산화 규소(SiO2)로 형성되어 실리콘 관통 전극(600)이 관통하는 반도체칩의 실리콘 기판 부분에서의 전도성 특성을 낮춤에 따라 실리콘 관통 전극(600) 사이에 누설되는 전류를 감소시킬 수 있다.The dummy structure (601) is formed of silicon dioxide (SiO 2 ), a material with low conductivity, and can reduce the current leaking between the silicon through-electrodes (600) by lowering the conductivity characteristics of the silicon substrate portion of the semiconductor chip through which the silicon through-electrodes (600) penetrate.

즉, 더미 구조물(601)는 반도체칩의 실리콘 기판 부분에서의 실리콘의 전도성 특성에 따른 신호 열화 요인을 유발하는 누설 전류를 감소시킬 수 있다.That is, the dummy structure (601) can reduce leakage current that causes signal degradation due to the conductive properties of silicon in the silicon substrate portion of the semiconductor chip.

도 6b는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 장치 내에 포함되는 더미 구조물의 박스형(box) 형태 및 구조를 예시한다.FIG. 6b illustrates a box-shaped shape and structure of a dummy structure included in a semiconductor device according to one embodiment of the present invention.

도 6b를 참고하면, 반도체 장치의 반도체칩들을 관통하는 실리콘 관통 전극(610)의 주변을 둘러싸는 더미 구조물(611)가 박스형 구조로 추가될 수 있다.Referring to FIG. 6b, a dummy structure (611) surrounding a silicon through-hole electrode (610) penetrating semiconductor chips of a semiconductor device can be added in a box-shaped structure.

예를 들어, 실리콘 관통 전극(610)은 접지 실리콘 관통 전극, 신호 실리콘 관통 전극, 접지 실리콘 관통 전극 및 신호 실리콘 관통 전극 순서로 배치되거나 접지 실리콘 관통 전극, 신호 실리콘 관통 전극, 신호 실리콘 관통 전극, 접지 실리콘 관통 전극 순서로 배치될 수 있다.For example, the silicon through-electrodes (610) may be arranged in the order of a ground silicon through-electrode, a signal silicon through-electrode, a ground silicon through-electrode, and a signal silicon through-electrode, or may be arranged in the order of a ground silicon through-electrode, a signal silicon through-electrode, a signal silicon through-electrode, and a ground silicon through-electrode.

또한, 실리콘 관통 전극(610)은 접지 실리콘 관통 전극 및 신호 실리콘 관통 전극을 포함하고, 실리콘 관통 전극(610)의 배치는 설계자에 의도에 따라 변경될 수 있다.Additionally, the silicon through-electrode (610) includes a ground silicon through-electrode and a signal silicon through-electrode, and the arrangement of the silicon through-electrode (610) can be changed according to the designer's intention.

일례로, 더미 구조물(611)가 박스형 구조로 추가될 경우에 더미 구조물(611)의 외부 길이(d_box)는 약 50 ㎛일 수 있고, 더미 구조물(6011)의 내부 길이(dnon_box)는 20 ㎛ 내지 30 ㎛일 수 있다.For example, when the dummy structure (611) is added in a box-shaped structure, the outer length ( d_box ) of the dummy structure (611) may be about 50 μm, and the inner length (d non_box ) of the dummy structure (6011) may be 20 μm to 30 μm.

더미 구조물(611)는 전도성이 낮은 물질인 이산화 규소(SiO2)로 형성되어 실리콘 관통 전극(610)이 관통하는 반도체칩의 실리콘 기판 부분에서의 전도성 특성을 낮춤에 따라 실리콘 관통 전극(610) 사이에 누설되는 전류를 감소시킬 수 있다.The dummy structure (611) is formed of silicon dioxide (SiO 2 ), a material with low conductivity, and can reduce the current leaking between the silicon through-electrodes (610) by lowering the conductivity characteristics of the silicon substrate portion of the semiconductor chip through which the silicon through-electrodes (610) penetrate.

즉, 더미 구조물(611)는 반도체칩의 실리콘 기판 부분에서의 실리콘의 전도성 특성에 따른 신호 열화 요인을 유발하는 누설 전류를 감소시킬 수 있다.That is, the dummy structure (611) can reduce leakage current that causes signal degradation due to the conductive properties of silicon in the silicon substrate portion of the semiconductor chip.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 적층 패드 구조의 패드 패턴층들을 포함하는 반도체 장치의 임피던스 측정 결과를 설명하는 도면이다.FIG. 7 is a drawing explaining the results of impedance measurement of a semiconductor device including pad pattern layers of a laminated pad structure according to one embodiment of the present invention.

도 7의 그래프(700)를 참고하면, 가로축은 주파수의 변화를 나타내고 세로축은 임피던스의 변화를 나타낸다.Referring to the graph (700) of Fig. 7, the horizontal axis represents the change in frequency and the vertical axis represents the change in impedance.

그래프선(701)은 종래 기술에 따라 적층 패드 구조를 포함하지 않은 경우에 임피던스 측정 결과를 예시하고, 그래프선(702)은 본 발명에 따라 적층 패드 구조를 포함하는 경우에 임피던스 측정 결과를 예시한다.Graph line (701) illustrates the impedance measurement result in the case where the laminated pad structure is not included according to the prior art, and graph line (702) illustrates the impedance measurement result in the case where the laminated pad structure is included according to the present invention.

그래프(700)는 반도체 장치에 반도체칩이 12 개 적층 되었을 시를 기준으로 하여 적층 패드 구조의 유무에 따른 임피던스 측정 결과를 나타낸다.Graph (700) shows the results of impedance measurement according to the presence or absence of a stacked pad structure based on the case where 12 semiconductor chips are stacked on a semiconductor device.

저주파 영역에서 그래프선(701)과 관련하여 캐패시턴스는 0.9 nF이고, 그래프선(702)과 관련하여 캐패시턴스는 2.5 nF으로 측정됨에 따라 캐패시턴스가 약 2.7배 증가하였고, 임피던스가 약 2.7배 감소하는 것을 확인할 수 있다.In the low frequency region, the capacitance is measured as 0.9 nF with respect to the graph line (701), and the capacitance is measured as 2.5 nF with respect to the graph line (702), so it can be confirmed that the capacitance increases by about 2.7 times and the impedance decreases by about 2.7 times.

다시 말해, 지점(710)에 해당하는 적층 패드 구조의 추가에 따라 저주파 영역에서 캐패시턴스가 약 2.7배 증가하는 것을 그래프선(701)과 그래프선(702)을 비교하여 확인할 수 있다.In other words, it can be confirmed by comparing graph lines (701) and (702) that the capacitance in the low-frequency region increases by about 2.7 times due to the addition of the laminated pad structure corresponding to the point (710).

상술한 구체적인 실시 예들에서, 발명에 포함되는 구성 요소는 제시된 구체적인 실시 예에 따라 단수 또는 복수로 표현되었다.In the specific embodiments described above, the components included in the invention are expressed in singular or plural depending on the specific embodiment presented.

그러나, 단수 또는 복수의 표현은 설명의 편의를 위해 제시한 상황에 적합하게 선택된 것으로서, 상술한 실시 예들이 단수 또는 복수의 구성 요소에 제한되는 것은 아니며, 복수로 표현된 구성 요소라 하더라도 단수로 구성되거나, 단수로 표현된 구성 요소라 하더라도 복수로 구성될 수 있다.However, the singular or plural expressions are selected appropriately for the situations presented for the convenience of explanation, and the above-described embodiments are not limited to singular or plural components, and even components expressed in the plural may be composed of singular elements, or even components expressed in the singular may be composed of plural elements.

한편 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 다양한 실시 예들이 내포하는 기술적 사상의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다.Meanwhile, although the description of the invention has described specific embodiments, it is obvious that various modifications are possible within the scope that does not depart from the scope of the technical ideas contained in the various embodiments.

그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined not only by the claims described below but also by equivalents of the claims.

Claims (12)

복수의 반도체칩을 관통하는 복수의 전원 실리콘 관통 전극(through silicon via, TSV);
상기 복수의 반도체칩을 관통하는 복수의 접지 실리콘 관통 전극;
상기 복수의 반도체칩 각각의 사이 공간에서 상기 복수의 전원 실리콘 관통 전극 중 제1 전원 실리콘 관통 전극으로부터 상기 복수의 접지 실리콘 관통 전극 중 제1 접지 실리콘 관통 전극 방향으로 연장 형성되는 제1 패드 패턴층;
상기 사이 공간에서 상기 복수의 접지 실리콘 관통 전극 중 제2 접지 실리콘 관통 전극으로부터 상기 복수의 전원 실리콘 관통 전극 중 제2 전원 실리콘 관통 전극 방향으로 연장 형성되는 제2 패드 패턴층; 및
상기 제2 전원 실리콘 관통전극의 하부로부터 상기 제2 접지 실리콘 관통 전극의 하부 방향으로 연장 형성되는 제3 패드 패턴층을 포함하고,
상기 제1 패드 패턴층 및 상기 제2 패드 패턴층은 상기 사이 공간에서 상기 제1 패드 패턴층과 상기 제2 패드 패턴층의 수직 사이 공간에서 상기 제1 패드 패턴층과 상기 제2 패드 패턴층을 통해 제1 적층 패드 캐패시터를 형성하며,
상기 제2 패드 패턴층과 상기 제3 패드 패턴층은 상기 복수의 반도체칩 중 상기 제2 패드 패턴층과 상기 제3 패드 패턴층의 수직 사이 공간에 해당하는 어느 하나의 반도체칩 내에서 제2 적층 패드 캐패시터를 형성하고,
상기 제1 및 제2 적층 패드 캐패시터는, 상기 복수의 전원 실리콘 관통 전극과 상기 복수의 접지 실리콘 관통 전극 간의 수평 사이 공간에서의 캐패시턴스(capacitance)를 증가시키고, 상기 증가된 캐패시턴스에 기반하여 임피던스를 감소시키는 것을 특징으로 하는
반도체 장치.
Multiple power through silicon vias (TSVs) that penetrate multiple semiconductor chips;
A plurality of ground silicon through-hole electrodes penetrating the plurality of semiconductor chips;
A first pad pattern layer formed in the space between each of the plurality of semiconductor chips extending from a first power silicon through electrode among the plurality of power silicon through electrodes toward a first ground silicon through electrode among the plurality of ground silicon through electrodes;
A second pad pattern layer formed in the space between the above, extending from the second ground silicon through electrode among the plurality of ground silicon through electrodes toward the second power silicon through electrode among the plurality of power silicon through electrodes; and
A third pad pattern layer is formed extending from the lower portion of the second power silicon through-electrode toward the lower portion of the second ground silicon through-electrode,
The first pad pattern layer and the second pad pattern layer form a first laminated pad capacitor through the first pad pattern layer and the second pad pattern layer in the vertical space between the first pad pattern layer and the second pad pattern layer in the interspace,
The second pad pattern layer and the third pad pattern layer form a second stacked pad capacitor within one of the semiconductor chips corresponding to the vertical space between the second pad pattern layer and the third pad pattern layer among the plurality of semiconductor chips,
The first and second stacked pad capacitors are characterized by increasing the capacitance in the horizontal interspace between the plurality of power silicon through-electrodes and the plurality of ground silicon through-electrodes, and reducing the impedance based on the increased capacitance.
Semiconductor devices.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 사이 공간은, 상기 복수의 전원 실리콘 관통 전극 각각이 수직으로 연결되는 공간 및 상기 복수의 접지 실리콘 관통 전극 각각이 수직으로 연결되는 수직 사이 공간을 포함하는 것을 특징으로 하는
반도체 장치.
In the first paragraph,
The above interspace is characterized in that it includes a space in which each of the plurality of power silicon through-electrodes is vertically connected and a vertical interspace in which each of the plurality of ground silicon through-electrodes is vertically connected.
Semiconductor devices.
제1항에 있어서,
상기 사이 공간에서 상기 복수의 전원 실리콘 관통 전극을 전기적으로 연결하는 복수의 전원 전도성 범프; 및
상기 사이 공간에서 상기 복수의 접지 실리콘 관통 전극을 전기적으로 연결하는 복수의 접지 전도성 범프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
반도체 장치.
In the first paragraph,
a plurality of power conductive bumps electrically connecting the plurality of power silicon through-electrodes in the above intervening space; and
characterized in that it further comprises a plurality of ground conductive bumps electrically connecting the plurality of ground silicon through-electrodes in the above interspace.
Semiconductor devices.
제1항에 있어서,
상기 제1 패드 패턴층은, 상기 제1 전원 실리콘 관통 전극과 동일한 금속 물질로 형성되고,
상기 제2 패드 패턴층은, 상기 제2 접지 실리콘 관통 전극과 동일한 금속 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는
반도체 장치.
In the first paragraph,
The above first pad pattern layer is formed of the same metal material as the first power silicon through-hole electrode,
The second pad pattern layer is characterized in that it is formed of the same metal material as the second ground silicon through-hole electrode.
Semiconductor devices.
제1항에 있어서,
상기 제1 패드 패턴층 및 상기 제2 패드 패턴층은, 수직으로 사이 공간을 포함하여 적층 구조를 형성함에 따라 물리적으로 차단되는 것을 특징으로 하는
반도체 장치.
In the first paragraph,
The first pad pattern layer and the second pad pattern layer are characterized in that they are physically blocked by forming a laminated structure including a vertical space between them.
Semiconductor devices.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제1 패드 패턴층은 상기 제1 전원 실리콘 관통 전극의 하부로부터 상기 제1 접지 실리콘 관통 전극의 하부 방향으로 연장 형성되고,
상기 제2 패드 패턴층은 상기 제2 접지 실리콘 관통 전극의 상부에서 상기 제2 전원 실리콘 관통 전극의 상부 방향으로 연장 형성되는 것을 특징으로 하는
반도체 장치.
In the first paragraph,
The first pad pattern layer is formed to extend from the lower portion of the first power silicon through-electrode toward the lower portion of the first ground silicon through-electrode,
The second pad pattern layer is characterized in that it is formed to extend from the upper portion of the second ground silicon through-hole electrode toward the upper portion of the second power silicon through-hole electrode.
Semiconductor devices.
삭제delete 삭제delete 복수의 반도체칩을 관통하는 복수의 전원 실리콘 관통 전극(through silicon via, TSV)을 형성 하는 단계;
상기 복수의 반도체칩을 관통하는 복수의 접지 실리콘 관통 전극을 형성 하는 단계;
상기 복수의 반도체칩 각각의 사이 공간에서 상기 복수의 전원 실리콘 관통 전극 중 제1 전원 실리콘 관통 전극으로부터 상기 복수의 접지 실리콘 관통 전극 중 제1 접지 실리콘 관통 전극 방향으로 제1 패드 패턴층을 연장 형성하는 단계; 및
상기 사이 공간에서 상기 복수의 접지 실리콘 관통 전극 중 제2 접지 실리콘 관통 전극으로부터 상기 복수의 전원 실리콘 관통 전극 중 제2 전원 실리콘 관통 전극 방향으로 제2 패드 패턴층을 연장 형성하는 단계;
상기 제2 전원 실리콘 관통전극의 하부로부터 상기 제2 접지 실리콘 관통 전극의 하부 방향으로 연장 형성되는 제3 패드 패턴층을 형성하는 단계;
상기 제1 패드 패턴층 및 상기 제2 패드 패턴층이 상기 사이 공간에서 상기 제1 패드 패턴층과 상기 제2 패드 패턴층의 수직 사이 공간에서 상기 제1 패드 패턴층과 상기 제2 패드 패턴층을 통해 제1 적층 패드 캐패시터를 형성하는 단계; 및
상기 제2 패드 패턴층과 상기 제3 패드 패턴층은 상기 복수의 반도체칩 중 상기 제2 패드 패턴층과 상기 제3 패드 패턴층의 수직 사이 공간에 해당하는 어느 하나의 반도체칩 내에서 제2 적층 패드 캐패시터를 형성하는 단계를 포함하고,
상기 제1 및 제2 적층 패드 캐패시터는, 상기 복수의 전원 실리콘 관통 전극과 상기 복수의 접지 실리콘 관통 전극 간의 수평 사이 공간에서의 캐패시턴스(capacitance)를 증가시키고, 상기 증가된 캐패시턴스에 기반하여 임피던스를 감소시키는 것을 특징으로 하는
반도체 장치의 제조 방법.
A step of forming a plurality of power through silicon vias (TSVs) that penetrate a plurality of semiconductor chips;
A step of forming a plurality of ground silicon through-hole electrodes penetrating the plurality of semiconductor chips;
A step of forming a first pad pattern layer by extending from a first power silicon through electrode among the plurality of power silicon through electrodes in the space between each of the plurality of semiconductor chips toward a first ground silicon through electrode among the plurality of ground silicon through electrodes; and
A step of extending a second pad pattern layer from a second ground silicon through electrode among the plurality of ground silicon through electrodes in the space between the above toward a second power silicon through electrode among the plurality of power silicon through electrodes;
A step of forming a third pad pattern layer extending from the lower portion of the second power silicon through-electrode toward the lower portion of the second ground silicon through-electrode;
A step of forming a first laminated pad capacitor through the first pad pattern layer and the second pad pattern layer in the vertical interspace between the first pad pattern layer and the second pad pattern layer in the interspace; and
The second pad pattern layer and the third pad pattern layer include a step of forming a second stacked pad capacitor within one of the semiconductor chips corresponding to the vertical space between the second pad pattern layer and the third pad pattern layer among the plurality of semiconductor chips,
The first and second stacked pad capacitors are characterized by increasing the capacitance in the horizontal interspace between the plurality of power silicon through-electrodes and the plurality of ground silicon through-electrodes, and reducing the impedance based on the increased capacitance.
A method for manufacturing a semiconductor device.
삭제delete
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