本申請享有以日本專利申請2015-174753號(申請日：2015年9月4日)為基礎申請的優(yōu)先權。本申請通過參照該基礎申請而包含基礎申請的全部內(nèi)容。

技術領域

本發(fā)明的實施方式涉及一種半導體裝置及其制造方法。

背景技術：

有半導體芯片具備被稱為TSV(Through Silicon Via，硅穿孔)電極的貫通電極的情況。TSV電極包含形成在襯底的正面?zhèn)鹊恼骐姌O、及形成在襯底的背面?zhèn)鹊谋趁骐姌O。在襯底的正面?zhèn)刃纬芍w管或多層配線。正面電極介隔多層配線而形成在襯底的正面?zhèn)龋趁骐姌O是以在襯底的背面?zhèn)扰c襯底內(nèi)到達多層配線的方式形成。

在將具備TSV電極的半導體芯片彼此電連接的情況下，將一個芯片積層在另一芯片上，且將一個芯片的背面電極與另一芯片的正面電極接合。然而，在該情況下，有難以使這些芯片間的距離充分短的問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的實施方式提供一種能夠縮短將半導體芯片彼此積層的情況下的半導體芯片間的距離的半導體裝置及其制造方法。

根據(jù)一實施方式，半導體裝置具備：襯底；第1電極，設置在所述襯底的上表面?zhèn)?；以及?電極，設置在所述襯底的下表面?zhèn)?，且與所述第1電極電連接。所述裝置還具備：第1光阻劑層，以包圍所述第1電極的方式設置在所述襯底的所述上表面?zhèn)?，且與所述第1電極隔開；以及第2光阻劑層，設置在所述襯底的所述下表面?zhèn)取?/p>

附圖說明

圖1是表示第1實施方式的半導體裝置的構造的剖視圖。

圖2及圖3是表示第1實施方式的半導體芯片的連接方法的剖視圖。

圖4(a)及(b)、圖5(a)及(b)是表示第1實施方式的半導體裝置的背面?zhèn)鹊臉嬙斓母┮晥D。

圖6(a)～(c)是表示第1實施方式的半導體裝置的正面?zhèn)鹊臉嬙斓母┮晥D。

圖7是表示第1實施方式的比較例的半導體裝置的構造的剖視圖。

圖8及圖9是表示第1實施方式的比較例的半導體芯片的連接方法的剖視圖。

圖10(a)及(b)、圖11(a)及(b)、圖12(a)及(b)、圖13(a)及(b)、圖14(a)及(b)是表示第1實施方式的半導體裝置的制造方法的剖視圖。

具體實施方式

以下，參照附圖說明本發(fā)明的實施方式。

(第1實施方式)

圖1是表示第1實施方式的半導體裝置的構造的剖視圖。圖1表示一個半導體芯片的截面。

圖1的半導體裝置具備襯底1、第1絕緣膜2、層間絕緣膜3、配線部4、正面電極(正面凸塊)5、第2絕緣膜6、背面電極(背面凸塊)7、正面光阻劑層8及背面光阻劑層9。正面電極5與背面電極7是第1及第2電極的示例。正面光阻劑層8與背面光阻劑層9是第1及第2光阻劑層的示例。

襯底1的示例為硅襯底等半導體襯底。符號S₁表示襯底1的正面(上表面)。符號S₂表示襯底1的背面(下表面)。符號S₃表示設置在襯底1的正面S₁與背面S₂之間的貫通孔H的側面。圖1表示與襯底1的正面S₁或背面S₂平行且相互垂直的X方向及Y方向、以及與襯底1的正面S₁及背面S₂垂直的Z方向。在本說明書中，將+Z方向視作上方向，將-Z方向視作下方向。本實施方式的-Z方向既可以與重力方向一致，也可以不與重力方向一致。襯底1的厚度例如為33μm。

第1絕緣膜2形成在襯底1的正面S₁。第1絕緣膜2是以包圍貫通孔H的方式形成。第1絕緣膜2的示例為氧化硅膜或氮化硅膜。

層間絕緣膜3介隔第1絕緣膜2而形成在襯底1的正面S₁。層間絕緣膜3的示例為氧化硅膜或氮化硅膜。

配線部4包含多層配線、及將這些配線彼此連接的插塞。配線部4介隔第1絕緣膜 2而形成在襯底1的正面S₁，且由層間絕緣膜3覆蓋。配線部4的示例為各種金屬層。

正面電極5形成在襯底1的正面S₁側。正面電極5介隔層間絕緣膜3而形成在配線部4上，且電連接在配線部4。符號F₃表示正面電極5的上表面。正面電極5的上表面F₃具有在形成正面電極5時所形成的凹部B。符號T₃表示層間絕緣膜3的上表面上的正面電極5的厚度。厚度T₃例如為3μm。符號α表示正面電極5的外周。

正面電極5依序包含第1電極層5a、第2電極層5b、第3電極層5c及第4電極層5d。第1電極層5a的示例為鈦(Ti)層。第2電極層5b的示例為銅(Cu)層。第3電極層5c的示例為鎳(Ni)層。第4電極層5d的示例為金(Au)層。本實施方式的第1及第2電極層5a、5b作為障壁金屬層而發(fā)揮功能。

第2絕緣膜6形成在襯底1的背面S₂與襯底1的貫通孔H的側面S₃。第2絕緣膜6的示例為氧化硅膜或氮化硅膜。

背面電極7形成在襯底1的背面S₂側。背面電極7介隔第2絕緣膜6而形成在襯底1的背面S₂側與襯底1的貫通孔H內(nèi)，且電連接在配線部4。其結果，正面電極5與背面電極7電連接，而形成TSV電極(貫通電極)。符號V表示在形成背面電極7時所形成的孔隙。

背面電極7依序包含第1電極層7a、第2電極層7b、第3電極層7c及第4電極層7d。第1電極層7a的示例為鈦(Ti)層。第2電極層7b的示例為銅(Cu)層。第3電極層7c的示例為鎳(Ni)層。第4電極層7d的示例為Sn-Cu(錫-銅)合金層。本實施方式的第1及第2電極層7a、7b作為障壁金屬層而發(fā)揮功能。本實施方式的第4電極層7d是用來將正面電極5與背面電極7接合的焊料層(鍍敷層)。

正面光阻劑層8是以包圍正面電極5的方式形成在襯底1的正面S₁側，且與正面電極5隔開。正面光阻劑層8具有包圍正面電極5的內(nèi)周α的外周β。正面光阻劑層8的示例為用于抑制半導體芯片的積層損壞的酚系樹脂。正面光阻劑層8與正面電極5同樣地，介隔層間絕緣膜3而形成在襯底1的正面S₁側。符號F₁表示正面光阻劑層8的上表面。符號T₁表示正面光阻劑層8的厚度。厚度T₁例如為5μm。

在本實施方式中，將正面電極5的厚度T₃設定得薄于正面光阻劑層8的厚度T₁。因此，正面電極5的上表面F₃的高度低于正面光阻劑層8的上表面F₁的高度。

背面光阻劑層9形成在襯底1的背面S₂側，且與背面電極7隔開。背面光阻劑層9的示例為具有粘附功能及感光性的酚醛系樹脂。背面光阻劑層9與背面電極7同樣地，介隔第2絕緣膜6而形成在襯底1的背面S₂側。符號F₂表示背面光阻劑層9的下表面。符號T₂表示背面光阻劑層9的厚度。

在本實施方式中，將正面光阻劑層8從正面電極5附近去除，使正面光阻劑層8與正面電極5隔開。符號K表示已去除正面光阻劑層8的區(qū)域。因此，在本實施方式中，能夠使正面電極5的上表面F₃的高度低于正面光阻劑層8的上表面F₁的高度。由此，也能夠使背面光阻劑層9的厚度T₂變薄。因此，根據(jù)本實施方式，在將具有圖1的構造的半導體芯片彼此積層時，能夠一邊利用正面光阻劑層8抑制半導體芯片的積層損壞，一邊縮短半導體芯片間的距離。

圖2與圖3是表示第1實施方式的半導體芯片的連接方法的剖視圖。

圖2與圖3表示具有圖1的構造的半導體芯片C₁～C₃。但，圖2表示連接前的半導體芯片C₁～C₃，圖3表示連接后的半導體芯片C₁～C₃。

在將半導體芯片C₁、C₂電連接時，將半導體芯片C₂積層在半導體芯片C₁上(圖3)。此時，以半導體芯片C₂的背面電極7與半導體芯片C₁的正面電極5相接，且半導體芯片C₂的背面光阻劑層9與半導體芯片C₁的正面光阻劑層8相接的方式，將半導體芯片C₂積層在半導體芯片C₁上。

然后，利用第4電極層7d(焊料層)將半導體芯片C₂的背面電極7與半導體芯片C₁的正面電極5接合。另外，利用背面光阻劑層9的粘附功能將半導體芯片C₂的背面光阻劑層9與半導體芯片C₁的正面光阻劑層8粘附。這樣一來，將半導體芯片C₁、C₂電連接。在該情況下，半導體芯片C₁為第1芯片的示例，半導體芯片C₂為第2芯片的示例。

同樣地，在將半導體芯片C₂、C₃電連接時，將半導體芯片C₃積層在半導體芯片C₂上(圖3)。在該情況下，半導體芯片C₂為第1芯片的示例，半導體芯片C₃為第2芯片的示例。

相鄰的半導體芯片間的距離取決于各芯片的正面光阻劑層8與背面光阻劑層9的合計厚度T₁+T₂。如果各芯片的正面電極5的厚度T₃變厚，則該合計厚度T₁+T₂必須隨之變厚。然而，根據(jù)本實施方式，由于能夠使各芯片的正面電極5的厚度T₃變薄，所以能夠使該合計厚度T₁+T₂變薄。由此，能夠縮短相鄰的半導體芯片間的距離。

在本實施方式中，通過將半導體芯片C₁、C₂電連接且將半導體芯片C₂、C₃電連接，能夠制作具備半導體芯片C₁～C₃的半導體裝置(半導體模塊)。此外，形成半導體模塊的半導體芯片的個數(shù)也可以為三個以外的數(shù)量。根據(jù)本實施方式，通過縮短相鄰的半導體芯片間的距離，能夠使半導體模塊的封裝的厚度變薄，或使形成半導體模塊的半導體芯片的個數(shù)增加。

此外，理想的是，各芯片的正面電極5是以凹部B變小且變淺的方式形成。原因在 于，如果凹部B大且深，那么在接合后的正面電極5與背面電極7之間形成間隙的可能性提高。

圖4與圖5是表示第1實施方式的半導體裝置的背面S₂側的構造的俯視圖。

圖4(a)表示圖1的半導體芯片的襯底1的背面S₂。符號L₁表示半導體芯片的X方向的長度。長度L₁例如為12mm。符號L₂表示半導體芯片的Y方向的長度。長度L₂例如為15mm。

圖4(b)是圖4(a)的區(qū)域R₁的放大圖。圖4(b)表示形成在襯底1的背面S₂側的多個背面電極7與多個背面光阻劑層9。

圖5(a)與圖5(b)是圖4(b)的區(qū)域R₂、R₃的放大圖。如圖5(a)與圖5(b)所示，本實施方式的各背面電極7與各背面光阻劑層9具有圓形的俯視形狀。各背面電極7的直徑例如為20μm。各背面光阻劑層9的直徑例如為40～160μm。

圖6是表示第1實施方式的半導體裝置的正面S₁側的構造的俯視圖。

圖6(a)表示圖1的半導體芯片的正面S₁側的構造的一例。圖6(a)表示形成在襯底1的正面S₁側的多個正面電極5、及包圍這些正面電極5的正面光阻劑層8。這些正面電極5的外周α與正面光阻劑層8的內(nèi)周β具有圓形的俯視形狀。

符號D₁表示各正面電極5的外周α的直徑。符號D₂表示正面光阻劑層8的各內(nèi)周β的直徑。在本實施方式中，將直徑D₂設定得大于直徑D₁，其結果，各正面電極5與正面光阻劑層8隔開。直徑D₁例如為20μm。直徑D₂例如為25μm。直徑D₁為第1直徑的示例，直徑D₂為第2直徑的示例。

圖6(b)表示圖1的半導體芯片的正面S₁側的構造的另一示例。如圖6(b)所示，正面光阻劑層8的各內(nèi)周β的俯視形狀也可以為圓形以外的形狀。

圖6(c)表示圖1的半導體芯片的正面S₁側的構造的另一示例。在圖6(a)與圖6(b)中，正面光阻劑層8的一個內(nèi)周β僅包圍一個正面電極5。另一方面，在圖6(c)中，正面光阻劑層8的一個內(nèi)周β包圍多個正面電極5。這樣一來，一個內(nèi)周β內(nèi)的正面電極5的個數(shù)也可以為任意。

[第1實施方式的比較例的半導體裝置]

圖7是表示第1實施方式的比較例的半導體裝置的構造的剖視圖。

本比較例的正面電極5介隔正面光阻劑層8而形成在配線部4上。因此，正面電極5的厚度T₃厚于正面光阻劑層8的厚度T₁，正面電極5的上表面F₃的高度高于正面光阻劑層8的上表面F₁的高度。因此，在本比較例中，背面光阻劑層9的厚度T₂也必須變厚。

圖8與圖9是表示第1實施方式的比較例的半導體芯片的連接方法的剖視圖。

圖8與圖9表示具有圖7的構造的半導體芯片C₁～C₃。但，圖8表示連接前的半導體芯片C₁～C₃，圖9表示連接后的半導體芯片C₁～C₃。

在將半導體芯片C₁、C₂電連接時，將半導體芯片C₂積層在半導體芯片C₁上(圖9)。另外，在將半導體芯片C₂、C₃電連接時，將半導體芯片C₃積層在半導體芯片C₂上(圖9)。

相鄰的半導體芯片間的距離取決于各芯片的正面光阻劑層8與背面光阻劑層9的合計厚度T₁+T₂。如果各芯片的正面電極5的厚度T₃變厚，那么該合計厚度T₁+T₂必須隨之變厚。如上所述，在本比較例中各芯片的正面電極5的厚度T₃厚，所以不易使該合計厚度T₁+T₂變薄。因此，相鄰的半導體芯片間的距離會變長。

另一方面，根據(jù)本實施方式，由于能夠使各芯片的正面電極5的厚度T₃變薄，所以能夠使合計厚度T₁+T₂變薄。由此，能夠縮短相鄰的半導體芯片間的距離。

[第1實施方式的半導體裝置的制造方法]

圖10～圖14是表示第1實施方式的半導體裝置的制造方法的剖視圖。

首先，在襯底1的正面S₁形成第1絕緣膜2、層間絕緣膜3及配線部4之后，在層間絕緣膜3形成到達配線部4的上表面的開口部E(圖10(a))。

接下來，在配線部4上形成正面電極5(圖10(b))。正面電極5例如是通過在層間絕緣膜3及配線部4上依序形成第1～第4電極層5a～5d，并利用蝕刻對第1～第4電極層5a～5d進行加工而形成。此時，有在正面電極5的上表面F₃形成凹部B的情況。

接下來，在層間絕緣膜3及正面電極5上形成正面光阻劑層8(圖11(a))。正面光阻劑層8是以覆蓋正面電極5的上表面F₃的方式形成。其結果，正面電極5的上表面F₃的高度低于正面光阻劑層8的上表面F₁的高度。

接下來，通過光刻及蝕刻而去除正面電極5附近的正面光阻劑層8(圖11(b))。其結果，正面光阻劑層8被加工成包圍正面電極5且與正面電極5隔開的形狀。正面電極5的外周α或正面光阻劑層8的內(nèi)周β的俯視形狀例如為圓形。

接下來，切削襯底1的背面S₂，而使襯底1薄膜化(圖12(a))。

接下來，通過光刻及蝕刻而在襯底1的背面S₂形成貫通孔H(圖12(b))。襯底1的背面S₂的貫通孔H的直徑例如為10μm。襯底1的正面S₁的貫通孔H的直徑例如為8 μm。

接下來，在襯底1的背面S₂、貫通孔H的側面S₃及貫通孔H的底面形成第2絕緣膜6(圖13(a))。進而，通過蝕刻而從貫通孔H的底面去除第2絕緣膜6(圖13(a))。進而，在襯底1的背面S₂、貫通孔H的側面S₃及貫通孔H的底面，介隔第2絕緣膜6而依序 形成第1及第2電極層7a、7b(圖13(a))。

接下來，通過光刻及蝕刻而在襯底1的背面S₂側形成光阻劑層10(圖13(b))。

接下來，將光阻劑層10用作掩模，在襯底1的背面S₂及襯底1的貫通孔H內(nèi)形成第3電極層7c(圖14(a))。此時，有在第3電極層7c內(nèi)形成孔隙V的情況。進而，在去除光阻劑層10之后，將第3電極層7c用作掩模，通過蝕刻對第1及第2電極層7a、7b進行加工(圖14(a))。

接下來，通過光刻及蝕刻而在襯底1的背面S₂側形成背面光阻劑層9(圖14(b))。進而，在第3電極層7c的下表面形成第4電極層7d(圖14(b))。其結果，在襯底1的背面S₂側及襯底1的貫通孔H內(nèi)形成背面電極7。背面電極7是以電連接在配線部4的方式形成。由此，背面電極7經(jīng)由配線部4而電連接在正面電極5，從而形成包含正面電極5及背面電極7的TSV電極。

以這種方式制造圖1的半導體芯片。之后，使用具有圖1的構造的多個半導體芯片來制造圖3的半導體模塊。

如上所述，本實施方式的正面光阻劑層8是以包圍正面電極5且與正面電極5隔開的方式形成在襯底1的正面S₁側。因此，根據(jù)本實施方式，在將具有圖1的構造的半導體芯片彼此積層的情況下，能夠縮短半導體芯片間的距離。

以上，對若干個實施方式進行了說明，但這些實施方式僅作為示例而提出，并非意圖限定發(fā)明的范圍。本說明書中所說明的新穎的裝置及方法能夠以其他各種方式實施。另外，能夠在不脫離發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)，對本說明書中所說明的裝置及方法的方式進行各種省略、置換、變更。意圖使隨附的權利要求書的范圍及與其均等的范圍包含發(fā)明的范圍或主旨中所包含的這種方式或變化例。

[符號的說明]

1 襯底

2 第1絕緣膜

3 層間絕緣膜

4 配線部

5 正面電極

5a 第1電極層

5b 第2電極層

5c 第3電極層

5d 第4電極層

6 第2絕緣膜

7 背面電極

7a 第1電極層

7b 第2電極層

7c 第3電極層

7d 第4電極層

8 正面光阻劑層

9 背面光阻劑層

10 光阻劑層