KR20110130214A - A method of manufacturing a semiconductor chip comprising a through electrode - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 칩의 형성 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 관통 전극을 포함하는 반도체 칩의 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for forming a semiconductor chip, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor chip including a through electrode.
본 발명은 지식경제부 및 한국 산업 기술 평가 관리원의 산업 원천 기술 개발 사업의 일환으로 수행된 것이다.[KI002134, 웨이퍼레벨 3차원 IC설계 및 집적기술]The present invention has been carried out as part of the industrial source technology development project of the Ministry of Knowledge Economy and the Korea Institute of Industrial Technology Evaluation and Management.
최근 휴대폰, 노트북 등의 전자산업에서 제품의 경량화, 소형화, 고속화, 다기능화, 고성능화 및 높은 신뢰성에 대한 요구가 증가하고 있다. 이러한 요구들을 만족시키기 위한 하나의 해결 방안으로 반도체 패키지 기술에 대한 연구가 지속적으로 이루어지고 있다. 기존의 와이어 본딩을 사용하는 집적 회로 간의 2차원적 연결은 와이어에서 생기는 신호 손실, 높은 소비 전력 및 설계 방식의 제약 등의 단점을 가지고 있다. 이러한 단점을 극복하기 위해서 반도체 칩들을 수직으로 적층한 후에 수평 구조의 긴 신호 배선을 짧은 수직 배선으로 하는 3차원 집적 회로 패키지 기술이 제안되고 있다. 이때, 반도체 칩들을 수직으로 연결하는 수직 배선을 관통 전극(Through electrode)이라 한다. 관통 전극(Through electrode)을 사용하는 3차원 집적 회로 패키지 기술은 동일 공간상에서 더 많은 집적 회로를 구현할 수 있고, 더 짧은 회로 간의 연결을 구현할 수 있다. 이러한 3차원 집적 회로 패키지 기술의 상용화를 위해서는 수직으로 적층되어 있는 웨이퍼들 또는 칩들 사이에 관통 전극(Through electrode)을 형성하는 공정 기술, 이들을 전기적으로 연결하는 공정 기술 및 웨이퍼 간의 정렬 및 본딩에 의해 적층 구조를 형성하는 공정 기술에 대한 연구들이 이루어지고 있다.Recently, in the electronic industry such as mobile phones and notebooks, the demand for light weight, miniaturization, high speed, multifunction, high performance and high reliability of products is increasing. As a solution to satisfy these demands, research on semiconductor package technology is continuously conducted. Two-dimensional connections between integrated circuits using conventional wire bonding have disadvantages such as signal loss in wires, high power consumption, and design method limitations. In order to overcome this drawback, a three-dimensional integrated circuit package technology has been proposed in which semiconductor signal chips are vertically stacked and a long vertical signal line is a short vertical line. In this case, a vertical wire connecting the semiconductor chips vertically is referred to as a through electrode. Three-dimensional integrated circuit package technology using through electrodes can implement more integrated circuits in the same space and shorter circuit-to-circuit connections. In order to commercialize the 3D integrated circuit package technology, a process technology for forming a through electrode between vertically stacked wafers or chips, a process technology for electrically connecting them, and a stacking process by stacking and bonding between wafers Research is being done on process technology to form structures.
본 발명의 개념에 의한 실시 예들이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 생산성을 향상시킬 수 있는 관통 전극을 포함하는 반도체 칩의 제조 방법을 제공하는 것이다.One technical problem to be solved by embodiments according to the concept of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor chip including a through electrode that can improve the productivity.
상술한 기술적 과제들을 해결하기 위한 관통 전극을 포함하는 반도체 칩의 제조 방법이 제공된다. 본 발명의 개념에 의한 실시 예에 따른 관통 전극을 포함하는 반도체 칩의 제조 방법은 서로 대향된 제1면 및 제2면을 갖는 제1 기판을 준비하는 것, 상기 제1 기판의 상기 제1면을 선택적으로 식각하여 가장 자리 영역 내에서 칩 어레이 영역을 정의하는 리세스 영역, 및 상기 칩 어레이 영역 내에 예비 관통 홀들을 형성하되, 상기 예비 관통 홀들 및 리세스 영역의 각각은 바닥면을 포함하는 것, 제2 기판의 일면 상에 금속층을 형성하는 것, 상기 제2 기판의 상기 금속층 및 상기 제1 기판의 상기 제1면을 결합시켜 결합구조체를 형성하는 것, 상기 결합 구조체 내의 상기 제1 기판의 상기 제2면을 상기 예비 콘택 홀들 및 리세스 영역의 상기 바닥면들이 제거될 때까지 식각하여, 상기 금속층을 노출시키는 관통 홀들을 형성하는 것 및 상기 관통 홀들을 채우는 관통 전극들을 형성하는 것을 포함한다.Provided is a method of manufacturing a semiconductor chip including a through electrode for solving the above technical problems. According to an embodiment of the inventive concept, a method of manufacturing a semiconductor chip including a through electrode may include preparing a first substrate having a first surface and a second surface facing each other, and the first surface of the first substrate. Selectively etching to form a recess region defining a chip array region in an edge region, and preliminary through holes in the chip array region, wherein each of the preliminary through holes and the recess region includes a bottom surface. Forming a bonding structure by forming a metal layer on one surface of a second substrate, combining the metal layer of the second substrate and the first surface of the first substrate, and forming a bonding structure of the first substrate in the bonding structure. Etching the second surface until the bottom surfaces of the preliminary contact holes and the recess region are removed to form through holes exposing the metal layer and to fill the through holes. It includes forming the penetrating electrode.
본 발명에 의한 실시 예들에 의하면, 관통 홀들을 형성하는 공정에 의해서 리세스 영역이 제거되므로 리사이징(Resizing) 하는 공정의 추가 없이 제1 기판의 가장자리 영역을 제거할 수 있다. 따라서 관통 전극을 형성하는 공정 과정을 단순화할 수 있고, 저가의 제조 비용으로 관통 전극을 형성할 수 있다.According to the exemplary embodiments of the present disclosure, since the recess region is removed by the process of forming the through holes, the edge region of the first substrate may be removed without the addition of the resizing process. Therefore, the process of forming the through electrode can be simplified, and the through electrode can be formed at a low manufacturing cost.
도1a 내지 도1i는 본 발명의 개념에 의한 실시 예들에 따른 관통 전극을 포함하는 반도체 칩의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도1j 및 도1k은 본 발명의 개념에 의한 실시 예들에 따라 형성된 관통 전극이 포함된 반도체 칩들을 적층하는 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도2는 도1b에 개시된 리세스 영역을 나타내는 평면도이다.
도3a는 본 발명의 개념에 의한 실시 예에 따른 관통 전극을 포함하는 반도체 칩의 제조 방법에서 리세스 영역의 변형 예를 설명하기 위한 단면도이다.
도3b는 도3a의 리세스 영역을 나타내는 평면도이다.1A to 1I are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor chip including a through electrode according to embodiments of the inventive concept.
1J and 1K are cross-sectional views illustrating a method of stacking semiconductor chips including a through electrode formed according to embodiments of the inventive concept.
FIG. 2 is a plan view showing the recessed region disclosed in FIG. 1B. FIG.
3A is a cross-sectional view illustrating a modified example of a recessed region in a method of manufacturing a semiconductor chip including a through electrode according to an embodiment of the inventive concept.
FIG. 3B is a plan view illustrating the recessed region of FIG. 3A.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Rather, the embodiments disclosed herein are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art.
도면들에 있어서 구성들의 크기 및 두께 등은 명확성을 위하여 과장되는 것이다. 또한, 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3의 층이 개재될 수도 있다. In the drawings, sizes, thicknesses, etc. of components are exaggerated for clarity. In addition, where a layer is said to be "on" another layer or substrate, it may be formed directly on the other layer or substrate, or a third layer may be interposed therebetween.
본 명세서에서 '및/또는' 이란 표현은 전후에 나열된 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용된다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 도면에 표현된 구성요소들의 두께 및 상대적인 두께는 본 발명의 실시 예들을 명확하게 표현하기 위해 과장된 것일 수 있다. The expression 'and / or' is used herein to include at least one of the components listed before and after. Portions denoted by like reference numerals denote like elements throughout the specification. The thickness and relative thickness of the components represented in the drawings may be exaggerated to clearly express embodiments of the present invention.
도1a 내지 도1i는 본 발명의 개념에 의한 실시 예들에 따른 관통 전극을 포함하는 반도체 칩의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이고, 도2는 도1b에 개시된 리세스 영역을 나타내는 평면도이다.1A to 1I are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor chip including a through electrode according to example embodiments of the inventive concept, and FIG. 2 is a plan view illustrating a recessed region of FIG. 1B.
도1a를 참조하면, 서로 대향된 제1면(10) 및 제2면(20)이 포함된 제1 기판(100)이 제공된다. 상기 제1 기판(100)은 칩 어레이 영역(1100) 및 가장 자리 영역(1200)으로 구성될 수 있다. 상기 칩 어레이 영역(1100)은 복수의 반도체 칩들이 각각 형성된 칩 영역들(1120) 및 칩 영역들 사이의 스크라이브 래인(Scribe Lane: 1140)을 포함할 수 있다. 상기 반도체 칩들은 상기 제1 기판(100)의 상기 제1면(10) 상에 형성될 수 있다. 상기 가장자리 영역(1200)은 상기 칩 어레이 영역(1100)을 둘러싸고 있으며, 상기 반도체 칩들이 형성되지 않는 영역에 해당할 수 있다. 상기 제1 기판(100)은 웨이퍼(Wafer)일 수 있다. Referring to FIG. 1A, a
도1b 및 도2를 참조하면, 제1 기판(100)의 제 1면(10)을 선택적으로 식각하여 상기 가장 자리 영역(1200) 내에 리세스 영역(110) 및 상기 칩 어레이 영역(1100) 내에 예비 관통 홀들(122)을 형성할 수 있다. 상기 리세스 영역(110)은 상기 가장 자리 영역(1200) 내에 형성되어 상기 칩 어레이 영역(1100)을 정의할 수 있다. 상기 리세스 영역(110)은 도2에 도시된 것처럼, 평면적 관점에서 상기 칩 어레이 영역(1100)을 둘러싸는 폐루프 형태로 형성될 수 있다. 상기 예비 관통 홀들(122)은 상기 칩 어레이 영역(1100) 내에 포함된 복수의 칩 영역들(1120) 내에 형성될 수 있다.Referring to FIGS. 1B and 2, the
상기 리세스 영역(110) 및 상기 예비 관통 홀들(122) 각각은 바닥면을 가질 수 있다. 상기 예비 관통 홀들(122) 및 상기 리세스 영역(110)의 바닥면들은 상기 제 1 기판(100)의 상기 제2면(20)으로부터 동일한 레벨(level)일 수 있다. 상기 리세스 영역(110)은 상기 가장 자리 영역(1200)의 일 부분 내에 형성될 수 있다. 이때, 상기 리세스 영역(110)은 상기 칩 어레이 영역(1100)에 인접할 수 있다. 이에 따라, 상기 리세스 영역(110)은, 상기 바닥면으로부터 연장되고, 상기 칩 어레이 영역에 인접한 제1 측벽 및 상기 제1 측벽과 대향하는 제2 측벽을 갖는 형태일 수 있다.Each of the
상기 예비 관통 홀들(122) 및 상기 리세스 영역(110)은 동일한 공정에 의해 형성될 수 있다. 상기 예비 관통 홀들(122) 및 상기 리세스 영역(110)을 형성하는 것은 상기 제1 기판(100)의 상기 제1면(10)에 식각 마스크층을 증착하는 것, 상기 식각 마스크층을 패터닝하는 것, 및 상기 패터닝된 식각 마스크층을 식각 마스크로 이용하여서 상기 예비 관통 홀들(122) 및 상기 리세스 영역(110)을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 상기 예비 관통 홀들(122) 및 상기 리세스 영역(110)을 형성하는 것은 건식 식각 공정에 의해 수행될 수 있다.The preliminary through
이와 달리, 상기 예비 관통 홀들(122) 및 상기 리세스 영역(110)은 레이저에 의해 형성될 수 있다.In contrast, the preliminary through
도1c을 참조하면, 상기 예비 관통 홀들(122) 및 상기 리세스 영역(110)이 포함된 상기 제1 기판(100)상에 제1 절연막(132)을 형성할 수 있다. 상기 제1 절연막(132)은 실리콘 산화막을 포함할 수 있다. 상기 제1 절연막(132)은 화학 기상 증착 공정(Chemical Vapor Deposition Process)으로 형성될 수 있다.Referring to FIG. 1C, a first
상기 제1 절연막(132)상에 순차적으로 적층된 제1 베리어막(134) 및 제2 절연막(136)을 더 형성할 수 있다. 상기 제1 베리어막(134)은 티타늄, 티타늄 질화막, 탄탈늄, 및 탄탈늄 질화막 중에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 제1 베리어막(134)은 후술할 도1h의 관통 전극(140)에 포함된 금속 물질이 상기 제1 절연막(132)으로 확산(Diffusion)되는 것을 최소화할 수 있다..A
상기 제2 절연막(136)은 실리콘 산화막을 포함할 수 있다. 상기 제2 절연막(136)은 후술할 도1e의 제2 기판(150)이 상기 제1 기판(100)과 결합하여 결합 구조체를 형성할 때, 상기 제1 베리어막(134)과 도1e의 금속층(160)이 전기적으로 연결되는 것을 방지할 수 있다.The second
상기 제1 절연막(132), 상기 제1 베리어막(134) 및 상기 제2 절연막(136)은 도1c에 도시된 것처럼, 상기 제1 기판(100)의 제1면(10) 및 상기 제2면(20) 상에 형성될 수 있다. 이와 달리, 상기 제1 절연막(132), 제1 베리어막(134) 및 제2 절연막(136)은 상기 제1 기판(100)의 상기 제1면(10) 상에 상기 예비 관통 홀들(122)의 내면들 및 상기 리세스 영역(110)의 내면 상에 형성되고, 상기 제2면(20)상에는 형성되지 않을 수 있다.As illustrated in FIG. 1C, the first insulating
도1d를 참조하면, 제1면(30) 및 제2면(40)을 포함하는 제2 기판(150)이 제공된다. 상기 제2 기판(150)상에 금속층(160)이 형성될 수 있다. 상기 금속층(160)은 물리 기상 증착 공정(Physical Vapor Deposition Process: PVD) 또는 증발법(Evaporation Process)에 의해서 형성될 수 있다. 상기 금속층(160)은 금(Au)을 포함할 수 있다. 이와 달리, 상기 금속층(160)은 후술할 도1h의 관통 전극(140)을 형성하는 금속 물질과 동일한 물질일 수 있다. 예컨대, 상기 금속 물질은 구리일 수 있다.Referring to FIG. 1D, a
상기 금속층(160)은 도d에 도시된 것처럼, 상기 제2 기판(150)상에 상기 제1면(30) 및 상기 제2면(40)상에 형성될 수 있다. 이와 달리, 상기 금속층(160)은 상기 제2 기판(150)상에 상기 제2면(40)에만 형성되고, 상기 제1면(30)에는 형성되지 않을 수 있다.The
상기 금속층(160)을 형성하기 전에 상기 제2 기판(150)상에 제1 접착층(미도시)을 형성하는 것을 더 포함할 수 있다. 상기 제1 접착층(미도시)은 금속 유기 화학 기상 증착 공정(Metal Organic Chemical Vapor Deposition Process: MOCVD), 물리 기상 증착 공정(Physical Vapor Deposition Process: PVD), 및 증발법(Evaporation Process) 중에서 선택된 어느 하나의 공정에 의해서 형성될 수 있다. 상기 제1 접착층(미도시)은 티타늄 텅스텐(TiW)을 포함할 수 있다. 상기 제1 접착층(미도시)은 상기 제2 기판(150)과 상기 금속층(160)의 결합력을 증가시킬 수 있다.The method may further include forming a first adhesive layer (not shown) on the
도1e를 참조하면, 상기 금속층(160)이 형성된 상기 제2 기판(150)의 상기 제2면(40)과 상기 제1 기판(100)의 상기 제1면(10)을 결합시켜 결합 구조체를 형성할 수 있다. 따라서 상기 결합 구조체에서 상기 제1 기판(100)의 상기 제1면(10) 상에 상기 제1 절연막(132) 또는 상기 제1 절연막(132) 상의 제2 절연막(136)과 상기 제2기판(150)의 상기 제2면(40) 상에 상기 금속층(160)이 접할 수 있다. 상기 결합 구조체를 형성하는 공정은 열처리 공정, 압착 공정 및 열압착 공정 중에서 선택된 적어도 하나의 공정에 의해 수행될 수 있다. 예컨대, 상기 열처리 공정은 반응 온도가 200℃이고, 반응 시간이 30분인 공정 조건에 의해 수행될 수 있다. 상기 열처리 공정에 의해서, 상기 제1 절연막(132) 또는 상기 제2 절연막(136)에 포함된 원소들과 상기 금속층(160)에 포함된 금속 원소들이 반응하여 결합 구조를 형성하므로 상기 제1 기판(100) 및 상기 제2 기판(150)이 결합하여 결합 구조체를 형성할 수 있다.Referring to FIG. 1E, a bonding structure is formed by combining the
상기 결합 구조체를 형성하기 전에 상기 제1 기판(100) 및 상기 제2 기판(150)을 플라즈마 처리하는 것을 더 포함할 수 있다. 상기 플라즈마 처리 공정은 질소, 산소 및 아르곤 분위기의 플라즈마 중에서 선택된 적어도 하나에 의해서 수행될 수 있다. 예컨대, 상기 플라즈마 처리 공정은 전력이 250W내지 400W이고, 반응 시간이 150초인 공정 조건에 의해 수행될 수 있다. 상기 플라즈마 처리 공정에 의해서, 상기 절연막들(132,136)의 표면에 분자들의 반응성이 증가하기 때문에, 이후 진행되는 결합 공정에서 상기 제1 절연막(132)과 상기 금속층(160)의 결합력 또는 상기 제1 절연막(132)상에 상기 제2 절연막(136)과 상기 금속층(160)의 결합력을 증가시킬 수 있다.The method may further include performing plasma treatment on the
도1f를 참조하면, 상기 결합 구조체를 형성하기 전에, 상기 제2 기판(150)의 상기 제2면(40)상의 상기 금속층(160)에 제2 접착층(170)을 형성하는 것을 더 포함할 수 있다. 따라서 상기 제2 접착층(170)은 상기 결합 구조체에서 상기 금속층(160)과 상기 제1 기판(100)의 제1면(10)상의 상기 제1 절연막(132) 또는 상기 제2 절연막(136) 사이에 게재될 수 있다. 상기 제2 접착층(170)은 레지스트(Resist) 계열의 물질일 수 있다. 예컨대, 상기 제2 접착층(170)은 포토레지스트(Photoresist) 또는 드라이 필름 레지스트(Dry film resist)일 수 있다. 상기 제2 접착층(170)은 상기 결합 구조체를 형성할 때, 상기 금속층(160)과 상기 제1 기판(100)상의 상기 제1 절연막(132)의 결합력 또는 상기 금속층(160)과 상기 제1 절연막(132) 상의 상기 제2 절연막(136)의 결합력을 증가시킬 수 있다.Referring to FIG. 1F, before forming the bonding structure, the method may further include forming a second
도1g를 참조하면, 상기 결합 구조체 내의 상기 제1 기판(100)의 상기 제2면(20)을 상기 예비 콘택 홀들(122) 및 상기 리세스 영역(110)의 바닥면들이 제거될 때까지 식각하여, 상기 금속층(160)을 노출시키는 관통 홀들(120)을 형성할 수 있다. 상기 제거 공정은 화학적 기계적 연마 공정(Chemlcal Mechanical Polishing Process)에 의해 수행될 수 있다.Referring to FIG. 1G, the
상기 제거 공정에 의해서 상기 리세스 영역(110)의 바닥면이 제거된다. 이에 따라, 상기 가장자리 영역(1200)의 기판 중에서 상기 리세스 영역(110)의 제2 측벽을 포함하는 부분이 상기 결합 구조체로부터 제거될 수 있다. 이에 따라, 상기 제2기판(150)의 제2면(40)의 가장자리 상에 형성된 금속층(160)이 노출될 수 있다. 상기 노출된 금속층(160)은 후술할 도1h의 관통 전극(140)을 형성할 때, 도금 전극으로 이용될 수 있다. The bottom surface of the
만약, 상기 리세스 영역(110)이 형성되지 않은 경우에, 상기 결합 구조체 내에서 상기 제2 기판(150)의 제2면(40)의 가장 자리에 위치한 금속층을 노출시키기 위해서는 상기 결합 구조체를 형성하기 전에 제1 기판(100)을 리사이징(Resizing) 해야 한다. 이 경우에, 리사이징 공정의 추가로 인하여 반도체 소자의 생산성이 저하될 수 있다. 하지만 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 리세스 영역(110)으로 인하여 상기 리사이징 공정이 요구되지 않는다. 결과적으로, 반도체 소자의 생산성을 향상시킬 수 있다. 따라서 공정 과정을 단순화할 수 있고, 리사이징 공정에 사용되는 고가의 장비가 필요 없으므로 제조 원가를 낮출 수 있다.If the
도1h을 참조하면, 상기 관통 홀들(120)을 채우는 관통 전극(140)을 형성할 수 있다. 상기 관통 전극(140)은 복수의 반도체 칩들을 수직으로 적층하여서 연결하는 패키지 방법에서 적층된 복수의 반도체 칩들을 전기적으로 연결할 수 있다.Referring to FIG. 1H, a through
상기 관통 전극(140)은 금속 물질을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 관통 전극(140)은 구리(Cu)일 수 있다. 상기 관통 전극(140)이 금속 물질을 포함하는 경우, 상기 관통 전극(140)은 상기 금속층(160)을 도금 전극으로 이용하는 도금 공정(Electroplating process)에 의해서 형성될 수 있다. 상기 관통 홀들(120)은 상기 관통 홀들(120)이 노출하는 상기 금속층(160)에 의해서 상향식 도금(Bottom-up electroplating) 방식으로 채워질 수 있다. 따라서 상기 관통 전극(140)은 내부에 공극(Void) 형성이 방지될 수 있고, 상기 관통 전극(140)의 저항은 개선될 수 있다. The through
상기 관통 전극(140)은 상기 제1 기판(100)의 상기 제2면(20)의 상부 면보다 높은 레벨(level)로 형성될 수 있다. 이때, 상기 관통 전극(140)과 상기 제1 기판(100)의 상기 제2면(20)의 상부 면의 높이를 동일하게 하기 위해서 상기 관통 전극(140)의 상부 면을 평탄화하는 공정을 더 수행할 수 있다. 상기 평탄화 공정은 화학적 기계적 연마 공정(Chemlcal Mechanical Polishing Process)에 의해 수행될 수 있다.The through
도1i를 참조하면, 상기 제1 기판(100)의 제2면(20)상에 순차적으로 적층된 제3 절연막(182), 제2 베리어막(184) 및 제4 절연막(186)을 형성하되, 상기 막들(182, 184, 186)은 상기 관통 전극(140)을 노출할 수 있다.Referring to FIG. 1I, a third
상기 제3 절연막(182)을 형성하는 것은 상기 제1 기판(100)의 제2면(20)상에 상기 제3 절연막을 증착하는 것 및 상기 관통 전극(140)을 노출하도록 상기 관통 전극(140)과 접하는 상기 제3 절연막의 일부분을 식각하는 것을 포함할 수 있다. 상기 식각 공정에 의해서 상기 제3 절연막(182)은 상기 관통 전극(140)을 노출하고, 상기 제1 기판(100)의 상기 제2면(20)상에 배치되게 된다. Forming the third insulating
상기 제2 베리어막(184)을 형성하는 것은 상기 제3 절연막(182) 및 상기 관통 전극(140) 상에 제2 베리어막을 증착하는 것 및 상기 관통 전극(140)을 노출하도록 상기 관통 전극(140)과 접하는 상기 제2 베리어막의 일부분을 식각하는 것을 포함할 수 있다. 상기 식각 공정에 의해서 상기 제2 베리어막(184)은 상기 관통 전극(140)을 노출할 수 있고, 상기 제3 절연막(182)은 상기 제2 베리어막(184) 및 상기 제1 기판(100)의 상기 제2면(20)으로 둘러싸인 형태일 수 있다.The
상기 제4 절연막(186)을 형성하는 것은 상기 제2 베리어막(184) 및 상기 관통 전극(140) 상에 제4 절연막을 증착하는 것 및 상기 관통 전극(140)을 노출하도록 상기 관통 전극(140)과 접하는 상기 제4 절연막의 일부분을 식각하는 것을 포함할 수 있다. 상기 제4 절연막(186)은 상기 제2 베리어막(184)의 측벽들과 접하는 측벽부를 포함할 수 있다. 따라서 상기 막들(182, 184, 186)로부터 노출된 상기 관통 전극(140)의 일면을 바닥면으로 하고, 상기 제4 절연막(186)의 측벽부들을 측벽들로 하는 리세스 구조가 형성될 수 있다. The fourth insulating
상기 제3절연막(182) 및 제4 절연막(186)은 실리콘 산화막을 포함할 수 있다. 상기 제3절연막(182) 및 제4 절연막(186)은 화학 기상 증착 공정(Chemical Vapor Deposition Process)으로 형성될 수 있다.The third
상기 제2 베리어막(184)은 티타늄, 티타늄 질화막, 탄탈늄, 및 탄탈늄 질화막 중에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.The
상기 제3절연막(182)은 상기 제1 절연막(132)과 동일한 물질로 형성될 수 있고, 상기 제2 베리어막(184)은 상기 제1 베리어막(134)과 동일한 물질로 형성될 수 있으며, 상기 제4절연막(186)은 상기 제2 절연막(136)과 동일한 물질로 형성될 수 있다.The third
도1j를 참조하면, 상기 관통 전극(140)으로부터 상기 제2 기판(150) 및 상기 금속층(160)을 제거할 수 있다. 상기 제2 기판(150)을 제거하는 것은 그라인딩 공정(Grinding Process) 또는 화학적 기계적 연마 공정(Chemlcal Mechanical Polishing Process)에 의해 수행되고, 상기 금속층(160)을 제거하는 것은 식각 공정에 의해 수행될 수 있다. 상기 제2 기판(150) 및 상기 금속층(160) 사이에 제1 접착층(미도시)이 게재된 경우, 상기 제1 접착층(미도시)이 식각 공정에 의해 제거될 수 있다.Referring to FIG. 1J, the
도1k를 참조하면, 상기 제1 기판(100)의 상기 제2면(20) 상에 관통 전극(140)과 전기적으로 연결되는 범프(Bump:192,194)를 형성할 수 있다. 상기 범프(192,194)는 전기적으로 연결된 상기 관통 전극(140)에 인접한 다른 관통 전극과 전기적으로 연결되지 않을 수 있다. Referring to FIG. 1K, bumps 192 and 194 may be formed on the
상기 범프(192,194)는 상기 관통 전극(140)에 접하는 제1 구조체(192) 및 제2 구조체(194)를 포함할 수 있다. 상기 제1 구조체(192)는 상기 관통 전극(140)의 일면 및 상기 제4절연막(186)의 측벽부로 형성된 상기 리세스 구조를 채우고, 상기 제1 기판(100)의 제2면(20)상에 형성될 수 있다. 상기 제2 구조체(194)는 상기 제1구조체(192)상에 형성될 수 있다. 상기 제1 구조체(192) 및 상기 제2 구조체(194)는 금속 물질로 형성될 수 있다. 상기 제1 구조체(192)는 구리를 포함할 수 있고, 상기 제2 구조체(194)는 니켈을 포함할 수 있다.The
상기 범프(192,194)를 형성한 후, 제1 기판(100)의 상기 스크라이브 래인(1140)을 커팅하여서 복수의 칩 영역들(1120)을 각각 분리할 수 있다.After the
도1l 및 도1m는 본 발명의 실시 예들에 의해 형성된 관통 전극을 포함하는 반도체 칩들을 적층하는 방법을 설명하기 위한 단면도이다.1L and 1M are cross-sectional views illustrating a method of stacking semiconductor chips including a through electrode formed by embodiments of the present invention.
도1i를 참조하면, 본 발명의 실시 예들에 의해 형성된 관통 전극(220)을 포함하는 제1 반도체 칩(200)이 제공된다. 상기 제1 반도체 칩(200)은 제1면(50) 및 상기 제1면(50)과 대향된 제2면(60)을 포함할 수 있다. 상기 제1 반도체 칩(200)의 제2면(60)에 상기 관통 전극(220)과 전기적으로 연결되는 범프(230)를 형성할 수 있다. 상기 범프(230)는 전기적으로 연결된 상기 관통 전극(220)에 인접한 다른 관통 전극과 전기적으로 연결되지 않을 수 있다. 상기 범프(230)는 제1 구조체(232) 및 제2 구조체(234)를 포함할 수 있다. 상기 제1 구조체(232)는 구리를 포함할 수 있고, 상기 제2 구조체(234)는 니켈을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1I, a
도1k를 참조하면, 본 발명의 실시 예들에 의해 형성된 관통 전극(320)을 포함하는 제2 반도체 칩(300)이 제공된다. 상기 제2 반도체 칩(300)은 제1면(70) 및 상기 제1면(70)과 대향된 제2면(80)을 포함할 수 있다.. 상기 제2 반도체 칩(300)의 제2면(80)에 상기 관통 전극(320)과 전기적으로 연결되는 범프(330)를 형성할 수 있다. 상기 범프(330)는 전기적으로 연결된 상기 관통 전극(320)에 인접한 다른 관통 전극과 전기적으로 연결되지 않을 수 있다. 상기 범프(330)는 제1 구조체(332) 및 제2 구조체(334)를 포함할 수 있다. 상기 제1 구조체(332)는 구리를 포함할 수 있고, 상기 제2 구조체(334)는 니켈을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1K, a
상기 제1 반도체 칩(200)의 상기 범프(230)와 상기 제2 반도체 칩(300)의 관통 전극(320)이 결합하여서 상기 제1 반도체 칩(200) 및 상기 제2 반도체 칩(300)이 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서 상기 제2 반도체 칩(300) 상에 상기 제1 반도체 칩(200)이 위치하게 된다. 상기 제1 반도체 칩(200) 및 상기 제2 반도체 칩(300)을 연결하는 것은 열처리 공정 및 리플로우 공정(Reflow Process) 중에서 선택된 적어도 하나에 의해서 수행될 수 있다. 상기 열처리 공정 및 리플로우 공정(Reflow Process)은 예컨대, 240℃의 온도에서 3분 동안 수행될 수 있다.The
상술된 반도체 칩들의 제조 방법에서, 리세스 영역(110)은 가장 자리 영역(1200)의 일부분 내에 형성될 수 있다. 이와 달리, 리세스 영역(112)은 가장 자리 영역(1200)의 전체에 형성될 수도 있다. 이를 도면들을 참조하여 설명한다.In the method of manufacturing the semiconductor chips described above, the
도3a는 본발명의 개념에 의한 실시 예에 따른 관통 전극을 포함하는 반도체 칩의 제조 방법에서 리세스 영역의 변형 예를 설명하기 위한 단면도이고, 도3b는 도3a의 리세스 영역을 나타내는 평면도이다.3A is a cross-sectional view illustrating a modified example of a recessed region in a method of manufacturing a semiconductor chip including a through electrode according to an embodiment of the inventive concept, and FIG. 3B is a plan view illustrating the recessed region of FIG. 3A. .
도3a 및 도3b를 참조하면, 리세스 영역(112)은 제1 기판(100)의 가장 자리 영역(1200)의 전체에 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 리세스 영역(112)은 바닥면과 상기 칩 어레이 영역(1100)에 인접한 측벽만을 포함할 수 있다. 다시 말해서, 상기 리세스 영역(112)의 상기 제1 기판(100)의 바깥쪽을 향하는 일측이 개방(Opened)된 상태일 수 있다. 도3b에 도시된 바와 같이, 상기 리세스 영역(112)도 평면적 관점에서 상기 칩 어레이 영역(1100)을 둘러싸는 폐루프 형태일 수 있다.
3A and 3B, the
100: 제1 기판 110,112: 리세스 영역
120: 관통 홀들 122: 예비 관통 홀들
132: 절연막 140: 관통 전극
150: 제2 기판 160: 금속층100:
120: through holes 122: preliminary through holes
132: insulating film 140: through electrode
150: second substrate 160: metal layer
Claims (1)
상기 제1 기판의 상기 제1면을 선택적으로 식각하여 가장 자리 영역 내에서 칩 어레이 영역을 정의하는 리세스 영역, 및 상기 칩 어레이 영역 내에 예비 관통 홀들을 형성하되, 상기 예비 관통 홀들 및 리세스 영역의 각각은 바닥면을 포함하는 것;
제2 기판의 일면 상에 금속층을 형성하는 것;
상기 제2 기판의 상기 금속층 및 상기 제1 기판의 상기 제1면을 결합시켜 결합구조체를 형성하는 것;
상기 결합 구조체 내의 상기 제1 기판의 상기 제2면을 상기 예비 콘택 홀들 및 리세스 영역의 상기 바닥면들이 제거될 때까지 식각하여, 상기 금속층을 노출시키는 관통 홀들을 형성하는 것;
상기 관통 홀들을 채우는 관통 전극들을 형성하는 것을 포함하는 반도체 칩의 제조 방법.Preparing a first substrate having a first side and a second side facing each other;
Selectively etching the first surface of the first substrate to form a recess region defining a chip array region in an edge region, and preliminary through holes in the chip array region, wherein the preliminary through holes and recess region Each of which comprises a bottom surface;
Forming a metal layer on one surface of the second substrate;
Combining the metal layer of the second substrate and the first surface of the first substrate to form a coupling structure;
Etching the second surface of the first substrate in the bonding structure until the bottom surfaces of the preliminary contact holes and the recess region are removed to form through holes exposing the metal layer;
And forming through electrodes filling the through holes.
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CN103681702A (en) * | 2012-09-07 | 2014-03-26 | 台湾积体电路制造股份有限公司 | Methods and apparatus for sensor module |
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