(57)【要約】【課題】  三次元チップ積層技術において再配置配線を容易に行うことができ、しかもチップのハンドリングが容易となり、高い製造効率を実現できる中間チップモジュール及び半導体装置を提供する。【解決手段】  複数のチップ間を電気的に接続可能な中間チップ１と半導体チップ４１とが接合されて一体化（モジュール化）された中間チップモジュール５０を提供する。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のチップ間を電気的に接続可能な中間チップと半導体チップとが接合されて一体化されていることを特徴とする中間チップモジュール。
【請求項２】
前記半導体チップの能動面及び裏面のうち少なくとも一方の面に前記中間チップが接合されていることを特徴とする請求項１記載の中間チップモジュール。
【請求項３】
前記中間チップと前記半導体チップとの間に中間層が設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の中間チップモジュール。
【請求項４】
前記中間層として、少なくとも絶縁膜からなる層を含むことを特徴とする請求項３記載の中間チップモジュール。
【請求項５】
前記中間チップは受動素子を含んでいることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の中間チップモジュール。
【請求項６】
前記受動素子は前記中間チップの表裏面のうちの少なくとも一方の面に設けられていることを特徴とする請求項５記載の中間チップモジュール。
【請求項７】
互いに異なる種類の複数の受動素子が前記中間チップに設けられていることを特徴とする請求項５又は６記載の中間チップモジュール。
【請求項８】
複数のチップ間を電気的に接続可能な中間チップと半導体チップとを接合して一体化した中間チップモジュールを複数積層した積層体を備えたことを特徴とする半導体装置。
【請求項９】
互いに同種の中間チップモジュールが積層されていることを特徴とする請求項８記載の半導体装置。
【請求項１０】
互いに異種の中間チップモジュールが積層されていることを特徴とする請求項８記載の半導体装置。
【請求項１１】
請求項８〜請求項１０のいずれか一項記載の半導体装置が実装されていることを特徴とする回路基板。
【請求項１２】
請求項８〜請求項１０のいずれか一項記載の半導体装置を有することを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中間チップモジュール、半導体装置、回路基板、及び電子機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、主として携帯電話機、ノート型パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ（Personal data assistance）などの携帯性を有する電子機器では、小型化及び軽量化のため、内部に設けられている半導体チップなどの各種の電子部品の小型化が図られており、さらにその電子部品を実装するスペースも極めて制限されている。このため、例えば半導体チップにおいては、そのパッケージング方法が工夫され、現在ではＣＳＰ（Chip Scale Package）といわれる超小型のパッケージングが提供されている。このＣＳＰ技術を用いて製造された半導体チップは、実装面積が半導体チップの面積と同程度でよいため、高密度実装を実現するものとなっている。
【０００３】
また、前記電子機器は、今後益々小型化及び多機能化が求められることが予想されており、半導体チップの実装密度をさらに高める必要がある。かかる背景の下、三次元チップ積層技術が提案されてきた。この三次元チップ積層技術は、同様の機能を有する半導体チップどうし、又は異なる機能を有する半導体チップどうしを積層し、各半導体チップ間を配線接続することにより、半導体チップの高密度実装を図る技術である（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００２−１７０９１９号公報
【特許文献２】特開２００２−１００７２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、三次元チップ積層技術においては、半導体チップの高密度化に伴って端子間ピッチが狭くなってきていることなどから、これを外部端子に接続することが困難になってきている。またパッド配置、ダイサイズの異なる異種類のチップを積層する場合にも、再配置配線の必要がある。また、三次元チップ積層する際のハンドリングを容易にし、歩留まりの低下を招かずに効率良く製造できる技術が要望されている。また、三次元チップ積層する際の設計上及び構造上の自由度を向上して半導体装置の特性向上を容易に実現することも要望されている。
【０００５】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、三次元チップ積層技術において再配置配線を容易に行うことができ、しかもチップのハンドリングが容易となり、高い製造効率を実現できる中間チップモジュール、半導体装置、その半導体装置を実装した回路基板及び電子機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するため、本発明の中間チップモジュールは、複数のチップ間を電気的に接続可能な中間チップと半導体チップとが接合されて一体化されていることを特徴とする。
本発明によれば、複数のチップ間を電気的に接続可能な中間チップと半導体チップとを一体化してモジュール化したことにより、チップ強度が向上し、歩留まりの低下が抑えられ、三次元チップ積層する際のハンドリングが容易となる。そして、例えば互いに異なる形態の中間チップモジュールを複数種類形成し、これら複数種類の中間チップモジュールのうち任意の中間チップモジュールどうしを適宜組み合わせるだけで、様々な形態の半導体装置を容易に製造することができ、三次元チップ積層する際の設計上の自由度や構造上の自由度を向上することができる。したがって、多機能化等の特性向上を図ることも可能となる。また、中間チップを含む中間チップモジュールによって所定チップ間の再配置配線を容易に行うこともできる。
【０００７】
本発明の中間チップモジュールにおいて、前記半導体チップの能動面及び裏面のうち少なくとも一方の面に前記中間チップが接合されていることを特徴とする。
本発明によれば、半導体チップのうち素子部や回路部が設けられている能動面及び裏面のうちのいずれか一方の面に中間チップを接合することで、異なる形態の中間チップモジュールを形成することができ、三次元チップ積層する際の設計上の自由度や構造上の自由度を向上することができる。そして、例えば半導体チップの能動面側に中間チップを接合することにより、その半導体チップの能動面に中間チップを介して別の半導体チップ（あるいは別の中間チップや中間チップモジュール）を容易に接続でき、再配置配線を含む半導体装置の製造を容易に行うことができる。また、中間チップを半導体チップの能動面側に接続することにより、その能動面の素子部や回路部を保護することができる。同様に、半導体チップの裏面側に中間チップを接合することにより、その半導体チップの裏面に中間チップを介して別の半導体チップなどを容易に接続できる。
【０００８】
本発明の中間チップモジュールにおいて、前記中間チップと前記半導体チップとの間に中間層が設けられていることを特徴とする。
本発明によれば、中間チップと半導体チップとの間に中間層を設けたことにより、その中間層が補強層となってチップの反り（撓み）や破損などを不都合の発生を防止することができる。特に、中間チップモジュールと他のチップあるいは他の中間チップモジュールとの接合時や実装時において、チップの反りや破損等の不都合の発生を防止できる。このように、チップの補強のための中間層を設けることにより、ハンドリングを容易とし、歩留まりの低下を防止することができる。なお、中間層は、チップを補強する他に、チップどうしの接合強度を向上するためや、チップ間あるいは配線間のショートを防ぐための絶縁の目的や、中間チップモジュール全体の厚さ調整を行うために設けるようにしてもよく、それぞれの目的に応じて使用する中間層形成用材料が選択される。
【０００９】
本発明の中間チップモジュールにおいて、前記中間層として、少なくとも絶縁膜からなる層を含むことを特徴とする。
本発明によれば、中間層が絶縁膜を含むことにより、チップ積層時のチップ間のショート（短絡）を防ぐことができ、中間チップモジュールの信頼性を更に向上することができる。
【００１０】
本発明の中間チップモジュールにおいて、前記中間チップは受動素子を含んでいることを特徴とする。
つまり、中間チップ（中間チップモジュール）には、抵抗素子やコンデンサあるいはコイルなどの受動素子が含まれていてもよい。そして、中間チップ及び半導体チップのそれぞれが前記受動素子に電気的に接続可能とすることで、受動素子を介してチップどうしを接続するといったことも可能となり、これにより、半導体装置の設計上の自由度や構造上の自由度を更に向上することができる。
【００１１】
本発明の中間チップモジュールにおいて、前記受動素子は前記中間チップの表裏面のうちの少なくとも一方の面に設けられていることを特徴とする。
これにより、中間チップの表裏面に受動素子を設けるといった簡易な構成で様々な種類の中間チップモジュールを形成することができ、チップどうしを電気的に接続することができる。そして、これら複数種類の中間チップモジュールのうちから任意の中間チップモジュールを組み合わせて接合することで、様々な半導体装置を容易に製造することができる。
【００１２】
本発明の中間チップモジュールにおいて、互いに異なる種類の複数の受動素子が前記中間チップに設けられていることを特徴とする。
これにより、更に様々な種類の中間チップモジュールを容易に形成することができ、この中間チップモジュールを組み合わせて製造される半導体装置の設計の自由度や構造の自由度を更に向上することができる。そして、中間チップの表裏両面のそれぞれに受動素子を設ける場合において、表面側に設ける第１の受動素子と裏面側に設ける第２の受動素子との種類が異なる構成を採用することも可能であるし、中間チップの表面側のみ（あるいは裏面側のみ）に複数の受動素子を設ける場合において、これら複数の受動素子の種類が互いに異なる構成を採用することも可能である。
【００１３】
本発明の半導体装置は、複数のチップ間を電気的に接続可能な中間チップと半導体チップとを接合して一体化した中間チップモジュールを複数積層した積層体を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、複数のチップ間を電気的に接続可能な中間チップと半導体チップとを一体化してモジュール化して中間チップモジュールを形成したことにより、その中間チップモジュールを複数積層するだけといった簡易な構成で半導体装置を容易に製造することができる。そして、例えば互いに異なる形態の中間チップモジュールを複数種類形成し、これら複数種類の中間チップモジュールのうち任意の中間チップモジュールどうしを適宜組み合わせるだけで、様々な形態の半導体装置を容易に製造することができ、三次元チップ積層する際の設計上の自由度や構造上の自由度を向上することができる。したがって、多機能化等の特性向上を図ることも可能となる。また、中間チップを含む中間チップモジュールによって所定チップ間の再配置配線を容易に行うこともできる。また、モジュール化したことでチップ強度が向上し、歩留まりの低下が抑えられ、三次元チップ積層する際のハンドリングが容易となる。
【００１４】
本発明の半導体装置において、互いに同種の中間チップモジュールが積層されている構成を採用することが可能であるし、互いに異種の中間チップモジュールが積層されている構成を採用することも可能である。いずれにおいても、様々な形態の半導体装置を容易に製造することができ、三次元チップ積層する際の設計上の自由度や構造上の自由度を向上することができる。ここで、中間チップモジュールが異種であるとは、ポスト電極と貫通電極との平面視における位置が異なる場合、中間チップモジュールを構成するチップの積層構成が異なる場合、中間チップモジュールを構成する半導体チップあるいは中間チップの種類（構造）がそれぞれ異なる場合、中間チップモジュールを構成するチップの大きさ（大きさの組み合わせ）が異なる場合、及び中間チップモジュール自体の大きさが異なる場合などを含む。
【００１５】
本発明の回路基板は、上記記載の半導体装置が実装されていることを特徴とする。
本発明によれば、中間チップモジュールを積層して形成された半導体装置が実装されているため、高密度化が実現され、実装に関する自由度の高い回路基板を提供することができる。
【００１６】
本発明の電子機器は、上記記載の半導体装置を有することを特徴とする。
本発明によれば、中間チップモジュールを積層して形成された半導体装置が実装されているため、高密度化が実現され、実装に関する自由度の高い電子機器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の中間チップモジュールの一実施形態について、その製造方法に基づいて説明する。まず、図１に示す模式図を参照しながら、中間チップモジュールを構成する半導体チップ（半導体ウエハ）の製造工程の概略について説明する。
図１（ａ）に示すように、半導体チップを形成するための半導体チップ形成用基材であるシリコン基板（ウエハ）１０が用意される。なお、シリコン基板１０の表面（能動面）側には、トランジスタやメモリ素子を含む素子部や回路部が形成されているが、図示されていない。
次いで、図１（ｂ）に示すように、シリコン基板１０の表面の所定位置に形成された開口部に銅などの導電性材料が埋め込まれ、電極部４３が形成される。なお、シリコン基板１０と電極部４３とは、絶縁膜を介して互いに絶縁された状態にある。電極部４３は、前記素子部や回路部とは別に設けられたものであって、三次元実装の接続部材として用いられる。そして、シリコン基板１０のうち、素子部及び回路部が形成されている能動面（表面）側に、電極部４３の一部を構成するポスト電極４５が突出するように設けられる。ポスト電極４５を含む電極部４３は、その素子部及び回路部に電気的に接続されている。
次いで、図１（ｃ）に示すように、必要に応じて、シリコン基板１０が薄肉化される。
【００１８】
ここで、電極部４３は、シリコン基板１０に形成される複数の半導体チップのそれぞれに対応して設けられる。図１に示す例では、シリコン基板１０には２つの半導体チップ４１、４１が形成されており、その２つの半導体チップ４１、４１のそれぞれについて電極部４３が２つずつ形成される。
【００１９】
次に、図２に示す模式図を参照しながら、中間チップモジュールを構成する中間チップを形成する中間チップ形成工程の概略について説明する。中間チップとは、半導体チップ間を電気的に接続するものである。
図２（ａ）に示すように、中間チップを形成するための中間チップ形成用基材であるシリコン基板（ウエハ）７が用意される。なお、シリコン基板７の表面側には不図示の絶縁膜が形成されている。
次いで、図２（ｂ）に示すように、シリコン基板７の表面の所定位置に形成された開口部に銅などの導電性材料が埋め込まれ、電極部６が形成される。電極部６は、シリコン基板７の表面側に設けられたポスト電極４を備えており、開口部に埋め込まれた電極部（後述する貫通電極３）に対して配線部５を介して電気的に接続されている。なおここでも、シリコン基板７と電極部６とは、絶縁膜を介して互いに絶縁された状態にある。
次いで、図２（ｃ）に示すように、シリコン基板７が薄肉化され、更にシリコン基板７の裏面側を取り除いてシリコン基板７を薄膜化（薄肉化）することで、図２（ｄ）に示すように、シリコン基板７の内部に設けられている導電性材料である電極部６の一部が裏面側より突出して貫通電極（第１の端子）３が形成される。上述したように、シリコン基板７の表面側に設けられたポスト電極４と貫通電極３とは配線部５を介して電気的に接続されている。
なおこの際、基板７の裏面すなわち貫通電極３が突出した側に、貫通電極３を突出させた後、全面に絶縁膜を形成した後、貫通電極３の先端部分のみを露出している（不図示）。すなわち、電気的に接続する電極以外は、絶縁膜で覆われた状態にある。電極露出方法としては、ドライエッチングや研磨、あるいはその併用などの方法がある。
【００２０】
ここで、電極部６は、シリコン基板７に形成される複数の中間チップのそれぞれに対応して設けられる。図２に示す例では、シリコン基板７には２つの中間チップ１、１が形成されており、その２つの中間チップ１、１のそれぞれについて電極部６が２つずつ形成される。
【００２１】
次いで、図２（ｅ）に示すように、シリコン基板７が、中間チップ１に応じて切断（ダイシング）され、チップ化される。これにより、１つのシリコン基板７から、半導体チップ間を電気的に接続可能な中間チップが複数（ここでは２つ）形成される。
【００２２】
なお、貫通電極３が突出した側をシリコン基板７の表面側とし、ポスト電極４が設けられた側をシリコン基板７の裏面側としてもよいのはもちろんである。
【００２３】
貫通電極３は、本実施形態ではその一端側がシリコン基板７の裏面側に突出し、他端側がシリコン基板７の表面側に露出するように、シリコン基板７を貫通して形成されたものである。ポスト電極４は、前記貫通電極３の突出部３ａとは平面視した状態で異なる位置に配置されているが、同じ位置に配置されてあってもよい。配線部５は、シリコン基板７の表面側に形成されたもので、貫通電極３の他端部とポスト電極４との間を引き回されることにより、これらの間を導通させるものである。そして、このような構成のもとに中間チップ１は、前記貫通電極３の突出部３ａの位置からポスト電極４の位置にまで再配置配線を行う。
【００２４】
なお、図２に示した中間チップ１では、貫通電極３とポスト電極４とこれらを導通させる配線部５とからなる組が複数（２組）形成されており、これによって後述するように半導体チップ間の異なる複数組（２組）の端子間の接続を、この中間チップ１のみで行うことができるようになっている。また、特に図２には示していないものの、一つの配線部５に複数の貫通電極３と一つのポスト電極４とを導通させるようにしてもよく、逆に、一つの配線部５に一つの貫通電極３と複数のポスト電極４とを導通させるようにしてもよい。更に、一つの配線部５に複数の貫通電極３と一つのポスト電極４とを導通させるようにしてもよい。このようにすれば、一方の半導体チップの一又は複数の電極と、他方の半導体チップの一又は複数の電極との電気的接続を、この接続用中間チップ１のみで行うことができる。また、中間チップ１の裏面側に、予め絶縁膜を形成しておくことで、この絶縁膜が、以降の工程で説明する、積層時の中間層として機能し、チップ間を絶縁することができる。
【００２５】
次に、図１を参照して説明した工程により形成された半導体チップ（半導体ウエハ）４１と、図２を参照して説明した工程により形成された中間チップ１とを接合する工程について、図３を参照しながら説明する。
図３（ａ）に示すように、複数の半導体チップ４１を含むシリコン基板１０に対して、複数の中間チップ１が接続される。本実施形態では、半導体チップ４１の上に中間チップ１が配置（積層）される。そして、半導体チップ４１に対して中間チップ１をアライメントしつつ、中間チップ１の貫通電極３の突出部（第１の端子）３ａと、半導体チップ４１、４２のポスト電極４５とが、例えば鉛フリーのはんだを介して電気的に接続される。鉛フリーはんだは貫通電極３の突出部３ａ及びポスト電極４５のうち少なくとも一方に予め設けられており、リフローソルダリングによって、中間チップ１及び半導体チップ４１が一括して加熱され、貫通電極３とポスト電極４５とが加熱接合される。
【００２６】
次に、図３（ｂ）に示すように、中間チップ１のシリコン基板７と、半導体チップ４１のシリコン基板１０との間に、中間層としてアンダーフィル材８が充填される。そして、充填したアンダーフィル材８が硬化される。これにより、半導体チップ４１及び中間チップ１を含む積層体全体の強度が増す。ここで、中間層として、絶縁膜からなる層を設けることにより、チップ間を絶縁してショートなどの不都合の発生を防止することができる。
【００２７】
中間チップ１と半導体チップ４１とが接続された後、図３（ｃ）に示すように、シリコン基板１０の裏面側が取り除かれて薄肉化され、シリコン基板１０の内部に設けられている導電性材料である電極部４３の一部が裏面側より突出して貫通電極４４が形成される。シリコン基板１０の表面側に設けられたポスト電極４５と貫通電極４４とは電気的に接続されている。
【００２８】
なおこの際、基板１０の裏面すなわち貫通電極４４が突出した側に、貫通電極４４を突出させた後、全面に絶縁膜を形成した後、貫通電極４４の先端部分のみを露出している（不図示）。すなわち、電気的に接続する電極以外は、絶縁膜で覆われた状態にある。電極露出方法としては、ドライエッチングや研磨、あるいはその併用などの方法がある。
【００２９】
以上のようにして、複数の半導体チップ４１を含むシリコン基板１０に複数の中間チップ１を接続した後、中間チップ１の大きさに応じて、シリコン基板１０が切断（ダイシング）されてチップ（積層体）が個片化される。以上の工程により、図３（ｄ）に示すように、中間チップ１と半導体チップ４１とを接合して一体化した中間チップモジュール５０が形成される。ここで、中間チップ１は半導体チップ４１の能動面側に設けられているので、半導体チップ４１の能動面に設けられている素子部や回路部を中間チップ１によって保護することができる。
【００３０】
上述の製造方法は、チップ化した中間チップを半導体チップ（半導体ウエハ）上に積層した後にダイシングする方法であるが、最初に半導体チップ及び中間チップのそれぞれの端子（電極）を露出させ、ダイシングしてチップ化した後、チップの状態でそれぞれを接合することにより、図３（ｄ）に示す形態を形成する方法を用いてもよい。
【００３１】
中間チップ１と半導体チップ４１とを接合して一体化した積層体である中間チップモジュール５０を形成したことにより、ハンドリングが容易となる。また、中間チップ１と半導体チップ４１との間には中間層としてのアンダーフィル材８が充填されているので、形成された中間チップ、半導体チップ、及びアンダーフィル材を含む積層体の強度は向上される。更にはチップの反りが低減でき、その後の積層作業をし易くできる。
【００３２】
次に、図４を参照しながら、上述した工程により形成された中間チップモジュール５０を様々なパッケージ用の基板である基板（エポキシ、ガラエポ、セラミックス、ガラス、シリコンなど）ＰＢに一次実装しパッケージ化する工程について説明する。ここでは基板ＰＢとして、セラミックスを用いるが、これには二次実装する際の接合材であるハンダボールなどが、実装形態に合わせた形状に予め形成されている。例えばＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）形状である。
図４（ａ）に示すように、基板ＰＢ上に中間チップモジュール５０が複数積層され、中間チップモジュール５０からなる積層体が形成される。ここでは、５つの中間チップモジュール５０−１、５０−２、５０−３、５０−４、５０−５がこの順で積層されている。なお、図４（ａ）に示す例においては、中間チップモジュール５０として、図３（ｄ）に示した形態のものに対してそれぞれの電極の形成位置が変更されているものが含まれており、上下方向に反転した状態で積層されている。すなわち、図４に示す実施形態においては、互いの異種の中間チップモジュール５０が積層された構成となっている。
【００３３】
そして、積層される複数の中間チップモジュール５０のうち、第１の中間チップモジュール５０（例えば５０−１）を構成する半導体チップ４１の貫通電極４４と、その第１の中間チップモジュール５０（５０−１）に隣接する第２の中間チップモジュール５０（５０−２）を構成する中間チップ１のポスト電極４とが電気的に接続される。本実施形態では、先に基板ＰＢに接続された中間チップモジュール５０（例えば５０−１）に対して、次に積層される中間チップモジュール５０（５０−２）をアライメントしつつ、先に基板ＰＢに接続されている中間チップモジュール５０（５０−１）の貫通電極４４と、次に積層される中間チップモジュール５０（５０−２）のポスト電極４とが、例えば鉛フリーのはんだを介して電気的に接続される。なお、最下段の中間チップモジュール５０−１のポスト電極４は、基板ＰＢの端子Ｐ１と鉛フリーのはんだを介して電気的に接続されている。鉛フリーのはんだは貫通電極４４の突出部４４ａ及びポスト電極４のうち少なくとも一方に予め設けられており、中間チップモジュール５０（５０−１〜５０−５）を所定数（５段）積層した後、リフローソルダリングによって、複数の中間チップモジュール５０（５０−１〜５０−５）が一括して加熱され、複数の貫通電極４４と複数のポスト電極４とのそれぞれが加熱接合される。こうして、複数の中間チップモジュール５０（５０−１〜５０−５）からなる積層体が基板ＰＢ上に形成される。ここで、本実施形態においては、互いに同等の構成を有する中間チップモジュール５０を複数積層しているため、半導体チップ４１と中間チップ１とが交互に積層されている構成となっている。なお、複数の中間チップモジュールを積層する場合、フラックス等を用いて仮止めしつつ積層し、その後にリフローソルダリングする構成を採用することができる。
なお、この接合方法はリフロー法に限るものではなく、フリップチップボンディングのような、加圧加熱方式でもよい。
【００３４】
一方、中間チップモジュール５０（５０−１〜５０−５）どうしを積層する構成の他に、複数の中間チップモジュール５０どうしの任意の間（例えば５０−２と５０−３との間）に中間チップ１を配置し、その中間チップ１を介して中間チップモジュール５０ー２と中間チップ５０−３とを接続するようにしてもよい。あるいは、中間チップモジュール５０どうしの任意の間（例えば５０−３と５０−４との間）に半導体チップ４１を介在させるようにして積層体を形成するようにしてもよい。つまり、積層体は、中間チップ１、半導体チップ４１、及び中間チップモジュール５０を適宜組み合わせて形成することができる。
【００３５】
そして、図４（ｂ）に示すように、中間チップモジュール５０（５０−２〜５０−５）どうしの間、及び最下段の中間チップモジュール５０−１と基板ＰＢとの間に、中間層としてアンダーフィル材８が充填される。そして、充填したアンダーフィル材８が硬化される。これにより、複数のチップからなる積層体全体の強度が増す。
【００３６】
アンダーフィル材８としては、エポキシ系が一般的であるが、この際、絶縁性以外に、材料そのものの物性、すなわち硬化後の残留応力や弾性率を考慮して材料の選定を行う。この後、全体をモールドすることで、中間チップモジュールを積層したパッケージとすることができる。
【００３７】
なお本実施形態においては、基板ＰＢ上に複数の中間チップモジュール５０を例えば仮止めしつつ積層した後、一括してリフロー（加熱接合）することで各中間チップモジュール５０を接続する構成であるが、例えば、基板ＰＢ上（あるいは先に基板ＰＢに接続されている中間チップモジュール５０上）に中間チップモジュール５０を配置する工程と、リフロー（加熱接合）する工程とを交互に行うことで基板ＰＢ上に中間チップモジュール５０を順次積層するようにしてもよいし、基板ＰＢ以外のところで、リフローソルダリングを含む工程を経て中間チップモジュール５０の積層体を形成した後、その積層体を基板ＰＢに接続するようにしてもよい。あるいはまた、リフロー以外のフリップチップボンディングなどの加熱加圧方式を用い、上述と同様のプロセスを経て積層体を形成することができる。もちろんこの場合も、中間チップ１や半導体チップ４１を適宜組み合わせて積層体を形成することができる。
【００３８】
以上説明したように、複数のチップ間を電気的に接続可能な中間チップ１と半導体チップ４１とを一体化してモジュール化したことにより、チップ強度が向上し、チップの反り（撓み）や破損などの不都合の発生を更に防止することができる。したがって、歩留まりの低下が抑えられ、三次元チップ積層する際のハンドリングが容易となる。そして、モジュール化された中間チップモジュール５０を積層するだけといった簡易な構成で半導体装置を製造することができ、三次元チップ積層する際の設計上の自由度や構造上の自由度を向上することができる。したがって、多機能化等の特性向上を図ることも可能となる。また、中間チップ１を含む中間チップモジュール５０によって所定チップ間の再配置配線を容易に行うこともできる。
【００３９】
また、中間チップ１と半導体チップ４１との間にアンダーフィル材８を設けたことにより、チップの反り（撓み）や破損などの不都合の発生を更に防止することができ、特に、中間チップモジュール５０と他のチップあるいは他の中間チップモジュール５０との接合時や実装時において、チップの反りや破損等の不都合の発生を防止できる。このように、チップの補強のためのアンダーフィル材８を設けることにより、ハンドリングを容易とし、歩留まりの低下を防止することができる。なお、中間チップ１と半導体チップ４１との間に設ける絶縁材料層（中間層）としては、チップを補強する他に、チップどうしの接合強度を向上するためや、チップ間あるいは配線間のショートを防ぐための絶縁そのものの目的、中間チップモジュール５０全体の厚さ調整を行うために設けるようにしてもよく、それぞれの目的に応じて使用する中間層形成用材料が選択される。
また、中間層の形成材料としては、前述の絶縁膜（ＳｉＯ２やＳｉＮなど）やアンダーフィル材（エポキシなどの有機系樹脂）以外にも、ギャップ材のようなものを挟んでもよい。
【００４０】
上記実施形態においては、半導体チップ４１を複数含むシリコン基板１０に対して複数の中間チップ１を接続した後、中間チップ１の大きさ及び接続位置に応じて切断（ダイシング）する構成であるが、図５（ａ）に示すように、中間チップ１を複数含むシリコン基板７に対して複数の半導体チップ４１を接続した後、半導体チップ４１の大きさ及び接続位置に応じて切断（ダイシング）して、図５（ｂ）に示すように個片化して中間チップモジュール５０を形成してもよい。ここで、図５（ａ）に示す例では、シリコン基板７を薄膜化（薄肉化）することによって、シリコン基板７の裏面側より貫通電極３が突出され、その後、その貫通電極３に対して半導体チップ４１のポスト電極４５が電気的に接続されている。そして、前記ダイシングする前又は後に、半導体チップ４１のシリコン基板１０が薄肉化されて貫通電極４４が突出されるとともに、シリコン基板７とシリコン基板１０との間にアンダーフィル材８が充填される。
【００４１】
なお上記実施形態においては、中間チップモジュール５０は、図６（ａ）に示す模式図のように、一つの半導体チップ４１の能動面（表面）に一つの中間チップ１を接合して一体化したものとして説明したが、例えば図６（ｂ）に示す模式図のように、半導体チップ４１の裏面に中間チップ１を接合して中間チップモジュール５０としてもよい。あるいは、図６（ｃ）に示すように、一つの半導体チップ４１の表裏両面のそれぞれに中間チップ１を接合して、半導体チップ４１を二つの中間チップ１で挟んだ構成であってもよいし、半導体チップ４１と中間チップ１とが交互に複数積層されたものであってもよい。つまり、中間チップモジュール５０は、少なくとも一つの中間チップ１と、少なくとも一つの半導体チップ４１とを有していればよく、その積層構成は任意である。更には、図６（ｄ）に示すように、大型の中間チップ１（例えば図２（ｄ）に示したようなダイシング前の中間チップ（ウエハ））の一方の面に複数の半導体チップ４１を接合するようにしてもよい。図６（ｄ）に示す例では、中間チップ１の表面側に２つの半導体チップ４１が接合され、裏面側に１つの半導体チップ４１が接合されている。このとき、中間チップ１の表面側に接合された複数（２つ）の半導体チップ４１の種類は互いに異なっていてもよいし、同じであってもよい。もちろん、大型の半導体チップ（ウエハ）４１の一方の面（あるいは表裏両面）に複数の中間チップ１を接合するようにしてもよい。
【００４２】
したがって、図４に示す実施形態では、電極形成位置が互いに異なる複数の中間チップモジュール５０を積層した構成であるが、図６に示したように、中間チップモジュール５０として、チップの積層構成がそれぞれ異なるもの、中間チップモジュールを構成する半導体チップ４１あるいは中間チップ１の種類（構造）がそれぞれ異なるもの、中間チップモジュールを構成するチップの大きさ（大きさの組み合わせ）がそれぞれ異なるもの、及び中間チップモジュール自体の大きさがそれぞれ異なるものを複数形成し、その複数の中間チップモジュール５０のうちから任意の中間チップモジュール５０を選択して積層することが可能である。
【００４３】
このように、互いに異なる形態の中間チップモジュール５０を複数種類形成し、これら複数種類の中間チップモジュール５０のうち任意の中間チップモジュール５０どうしを適宜組み合わせるだけで、様々な形態の半導体装置を容易に製造することができ、設計上の自由度や構造上の自由度を向上することができる。
【００４４】
なお、中間チップモジュール５０を積層する際、同種の中間チップモジュールどうしを積層することはもちろん可能である。
【００４５】
図７は、中間チップモジュール５０を構成するチップとして、受動素子を含む中間チップ１’を含んでいる構成を示す模式図である。
つまり、中間チップモジュール５０には、抵抗素子やコンデンサあるいはコイルなどの受動素子が含まれていてもよい。そして、中間チップ及び半導体チップのそれぞれが受動素子に電気的に接続可能とすることで、受動素子を介してチップどうしを接続するといったことも可能となり、これにより、半導体装置の設計上の自由度や構造上の自由度を更に向上することができる。
【００４６】
図７（ａ）は、受動素子を設けられていない中間チップ１と、受動素子を設けられた中間チップ１’とが積層された構成を有する中間チップモジュール５０を示す模式図である。このように、中間チップモジュール５０は、中間チップ１と受動素子を含む中間チップ１’とを接合して一体化したものであってもよい。また、中間チップモジュール５０としては、受動素子を含まない中間チップ１どうしの積層体、及び受動素子を含む中間チップ１’どうしの積層体であってもよい。なお、図７（ａ）に示す例では、中間チップ１の裏面と中間チップ１’の表面とが接合されているが、中間チップ１の表面と中間チップ１’の裏面とが接合される構成であってもよい。更に、中間チップモジュール５０としては、複数の中間チップ１と一つの中間チップ１’とを接合して一体化した構成であってもよいし、一つの中間チップ１と複数の中間チップ１’とを接合して一体化した構成であってもよいし、複数の中間チップ１と複数の中間チップ１’とを接合して一体化した構成であってもよい。
【００４７】
図７（ｂ）は、半導体チップ４１と、受動素子を設けられた中間チップ１’とが積層された構成を有する中間チップモジュール５０を示す模式図である。このように、中間チップモジュール５０は、半導体チップ４１と中間チップ１’とを接合して一体化したものであってもよい。なお、図７（ｂ）に示す例では、半導体チップ４１の裏面と中間チップ１’の表面とが接合されているが、半導体チップ４１の表面と中間チップ１’の裏面とが接合される構成であってもよい。更に、中間チップモジュール５０としては、複数の半導体チップ４１と一つの中間チップ１’とを接合して一体化した構成であってもよいし、一つの半導体チップ４１と複数の中間チップ１’とを接合して一体化した構成であってもよいし、複数の半導体チップ４１と複数の中間チップ１’とを接合して一体化した構成であってもよい。
【００４８】
図７（ｃ）は、中間チップ１と、半導体チップ４１と、受動素子を設けられた中間チップ１’とが積層された構成を有する中間チップモジュール５０を示す模式図である。このように、中間チップモジュール５０は、中間チップ１と半導体チップ４１と中間チップ１’とを接合して一体化したものであってもよい。なお、図７（ｃ）に示す例では、中間チップ１と半導体チップ４１と中間チップ１’とがこの順に積層されているが、その積層順序は任意である。更に、中間チップモジュール５０としては、中間チップ１、半導体チップ４１、及び中間チップ１’が一つずつ接合される構成の他に、複数の中間チップ１、半導体チップ４１、及び中間チップ１’を適宜組み合わせて一体化した構成でもよい。
【００４９】
図７を参照して説明した実施形態において、受動素子は中間チップ１’の表面に設けられていてもよいし、裏面に設けられていてもよいし、表裏両面のそれぞれに設けられていてもよい。これにより、様々な種類の中間チップモジュール５０が容易に形成される。そして、これら複数種類の中間チップモジュール５０のうちから任意の中間チップモジュール５０を組み合わせて接合することで、様々な構造を有する半導体装置を容易に製造することができる。
【００５０】
また、上記実施形態において、中間チップ１’には、互いに異なる種類の複数の受動素子が設けられていてもよい。例えば、中間チップ１’の表裏両面のそれぞれに受動素子を設ける場合において、表面側に設ける第１の受動素子と裏面側に設ける第２の受動素子との種類が異なる構成を採用することも可能であるし、中間チップ１’の表面側のみ（あるいは裏面側のみ）に複数の受動素子を設ける場合において、これら複数の受動素子の種類が互いに異なる構成を採用することも可能である。こうすることにより、更に様々な種類の中間チップモジュール５０を容易に形成することができ、この中間チップモジュール５０を組み合わせて製造される半導体装置の設計の自由度や構造の自由度を更に向上することができる。
【００５１】
なお上述したように、中間チップ１のポスト電極４と貫通電極３との平面視における位置は、配線部５によって互いに異なる位置に設けられているので、この配線部５を所望の位置に引き回すことで、半導体チップ４１間や中間チップモジュール５０間で再配置配線を容易に行うことができる。なお、中間チップ１の配線部を複数設け、異なる組の配線部が平面視において交差してもよい。
【００５２】
中間チップ形成用基材である基板７と、半導体チップ形成用基材である基板１０とはそれぞれシリコンによって形成されており、これにより熱膨張率が互いに同じとなる。したがって、中間チップ１と半導体チップ４１との間での、熱膨張率差に起因する接続部剥離や割れ等の不都合が防止される。
【００５３】
また、シリコン基板７とシリコン基板１０とを略同じ厚みにすることにより、基板の共通化が可能となり、製造コストを低減することができる。また、チップの厚さがほぼ標準化されることから、これらが積層された半導体装置の高さが、積層されたチップの数によってほぼ決まるようになり、したがってこの半導体装置を搭載する機器の設計が標準化される。
【００５４】
以下、半導体チップの製造工程の詳細を図８〜図１１を参照しながら説明する。
図８（ａ）において、図示しないトランジスタ、メモリ素子、その他の電子素子からなる集積回路が形成されたシリコン基板１０の表面には、絶縁膜１２が形成されている。この絶縁膜１２は、例えば基板１０の材料であるＳｉ（シリコン）の酸化膜（ＳｉＯ２）で形成されている。
【００５５】
絶縁膜１２上には、硼燐珪酸ガラス（以下、ＢＰＳＧという）からなる層間絶縁膜１４が形成されており、層間絶縁膜１４上には、図示しない箇所で基板１０に形成された集積回路と電気的に接続された電極としての電極パッド１６が形成されている。この電極パッド１６は、例えばＴｉ（チタン）からなる第１層１６ａ、ＴｉＮ（窒化チタン）からなる第２層１６ｂ、ＡｌＣｕ（アルミニウム／銅）からなる第３層１６ｃ、及びＴｉＮからなる第４層（キャップ層）１６ｄが順に積層されて形成されている。
【００５６】
電極パッド１６は、例えばスパッタリングによって第１層１６ａ〜第４層１６ｄからなる積層構造が層間絶縁膜１４上の全面に形成され、レジスト等を用いて所定の形状（例えば、円形形状）にパターニングされることにより、形成されたものである。なお、本例では、電極パッド１６が前記の積層構造により形成されている場合を例に挙げて説明するが、電極パッド１６がＡｌのみで形成されていてもよい。ただし、電気抵抗の低い銅を用いて形成するのが好ましいのはもちろんである。また、電極パッド１６は、前記の構成に限られず、必要とされる電気的特性、物理的特性、及び化学的特性に応じて適宜変更してもよい。なお、電極パッド１６の下方には電子回路が形成されない構造となっている。
【００５７】
また、層間絶縁膜１４上には電極パッド１６を覆うように、絶縁層としてのパッシベーション膜１８が形成されている。このパッシベーション膜１８は、ＳｉＯ２（酸化珪素）、ＳｉＮ（窒化珪素）、ポリイミド樹脂等により形成することができる。
【００５８】
パッシベーション膜１８については、ＳｉＯ２若しくはＳｉＮで形成される。また、パッシベーション膜１８の膜厚としては、０．５μｍ程度以上とするのが好ましい。
【００５９】
次に、以上の構成の半導体チップに対して、貫通電極およびポスト電極を形成するための各工程を順次説明する。まず、スピンコート法、ディッピング法、スプレーコート法等の方法によりレジスト（図示省略）をパッシベーション膜１８上の全面に塗布する。なお、このレジストは、電極パッド１６上を覆っているパッシベーション膜１８を開口するために用いるものであり、フォトレジスト、電子線レジスト、Ｘ線レジストの何れであってもよく、ポジ型又はネガ型の何れであってもよい。
【００６０】
パッシベーション膜１８上にレジストを塗布した後、これのプリベークを行った後、所定のパターンが形成されたマスクを用いて露光処理及び現像処理を行い、レジストを所定形状にパターニングする。なお、レジストの形状は、電極パッド１６の開口形状及び基板１０に形成する孔の断面形状に応じて設定される。レジストのパターニングが終了した後、ポストベークを行った後、図８（ｂ）に示すように、電極パッド１６を覆うパッシベーション膜１８の一部をエッチングして開口部Ｈ１を形成する。図８（ｂ）は、パッシベーション膜１８を開口して開口部Ｈ１を形成した状態を示す断面図である。
【００６１】
なお、エッチングにはドライエッチングが好適に用いられ、具体的には、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）が好適に用いられる。ただし、エッチングとしてウェットエッチングを用いることもできる。その開口サイズは、次工程で電極パッド１６に形成される開口の径及び基板１０に形成される孔の径より大きく、パッドサイズより小さいサイズ、例えば９０μｍ程度に設定される。その後、レジストを、剥離液あるいはアッシング等により除去する。なお、ここまでの工程は、従来の半導体チップの加工と何ら異なるところはない。
【００６２】
以上の工程が終了した後、電極パッド１６と、その下の層間絶縁膜１４および絶縁膜１２に開口部Ｈ２を形成する。これにより基板１０の一部を露出させる。この開口はレジストを用い、前述と同様のフォトリソプロセスで所望のサイズに開口する。図８（ｃ）は電極パッドおよび層間絶縁膜１４、絶縁膜１２を開口して、基板１０の一部を露出させた状態を示す断面図である。なおＨ２の開口径は、Ｈ１より小さく、次工程で開口するプラグ径よりも大きいサイズ、例えば６０μｍ程度である。
【００６３】
次に、基板全面にドライエッチング時のマスクとなるエッチングマスク１９を形成する。この材料としては、ＳｉＯ２もしくはＳｉＮで形成する。あるいはこれらの積層膜でも良い。この膜厚としては、基板に穿孔する穴の深さを実現できるに足る選択比から算出するが、２μｍ以上とするのが望ましい。２μｍ以上とするのは、前述の選択比を確保する上で必要であるからである。このエッチングマスクの開口はレジストを用い、前述と同様のフォトリソプロセスでパターン形成を行う。図９（ａ）はエッチングマスクを所定の大きさに開口した状態を示す断面図である。その径は、プラグ径と同程度、例えば３０μｍ程度に設定される。
【００６４】
このエッチングマスク１９をマスクとして、ドライエッチングにより図９（ｂ）に示すように、基板１０を穿孔する。なお、ここでは、ドライエッチングとしてＲＩＥのほかにＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）を用いることもできる。図９（ｂ）は、基板１０を穿孔して、孔部Ｈ３を形成した状態を示す断面図である。なお、孔部Ｈ３の深さについては、最終的に形成する半導体チップの厚みに応じて適宜設定されるが、例えば深さ７０μｍ程度とされる。
【００６５】
また、図９（ｂ）に示したように、基板１０に孔部Ｈ３を形成すると、ドライエッチングによりエッチングマスク１９は、穿孔時に緩やかにエッチングされ、孔部Ｈ３の形成終了時には、残膜がほとんどなくなっている。図９（ｂ）以降は、パッシベーション１８にエッチングマスクの残膜１９を含め、エッチングマスクの残膜１９を省略して図示している。
【００６６】
以上の工程が終了した後、次に、パッシベーション膜１８上並びに孔部Ｈ３の内壁及び底面に、絶縁膜２０を形成する。図９（ｃ）は、電極パッド１６の上方並びに孔部Ｈ３の内壁及び底面に絶縁膜２０を形成した状態を示す断面図である。
この絶縁膜２０は、電流リークの発生、酸素及び水分等による基板１０の浸食等を防止するために設けられ、ＰＥＣＶＤ（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition）を用いて形成したテトラエトキシシラン（以下、ＴＥＯＳという）、すなわちＰＥ−ＴＥＯＳによって形成される。この絶縁膜２０の厚みとしては、例えば２μｍとされる。なお、絶縁膜２０としては、ＰＥ−ＴＥＯＳに代えて、オゾンＣＶＤを用いて形成したＴＥＯＳ（Ｏ３−ＴＥＯＳ）、又はＣＶＤを用いて形成した酸化シリコンを用いることもできる。
【００６７】
続いて、スピンコート法、ディッピング法、スプレーコート法等の方法によりレジスト（図示せず）をパッシベーション膜１８上の全面に塗布する。あるいは、ドライフィルムレジストを用いても良い。なお、このレジストは、電極パッド１６の一部の上方を開口するために用いるものであり、フォトレジスト、電子線レジスト、Ｘ線レジストの何れであってもよく、ポジ型又はネガ型の何れであってもよい。
【００６８】
パッシベーション膜１８上にレジストを塗布した後、これのプリベークを行った後、所定のパターンが形成されたマスクを用いて露光処理及び現像処理を行い、電極パッド１６の表面の一部のみが露出されるようにレジストが残された形状、例えば孔部Ｈ２を中心とした円環形状にレジストをパターニングする。
レジストのパターニングが終了した後、ポストベークを行った後、エッチングで電極パッド１６の一部を覆う絶縁膜２０を除去し、電極パッド１６の一部を開口する。なお、エッチングにはドライエッチングを用いるのが好ましく、特に反応性イオンエッチングを用いるのが好ましい。また、エッチングとしてウェットエッチングを用いることもできる。なお、このとき、電極パッド１６を構成する第４層１６ｄも併せて除去する。
【００６９】
図１０（ａ）は、電極パッド１６を覆う絶縁膜２０の一部を除去した状態を示す断面図である。図１０（ａ）に示すように、電極パッド１６の上方は、外径が８０μｍ程度、内径が７０μｍ程度の円環状の開口部Ｈ４となり、電極パッド１６の一部が露出した状態となる。この開口部Ｈ４によって、後の工程で形成される接続端子（電極部）と電極パッド１６とを接続することができる。したがって、開口部Ｈ４は電極パッド１６上であれば、孔部Ｈ３が形成された部位以外の箇所に形成されていればよく、隣接していてもよい。
【００７０】
本例では、電極パッド１６のほぼ中央に孔部Ｈ３を形成する場合を例に挙げている。よって、開口部Ｈ４は、この孔部Ｈ３を取り囲むように、つまり電極パッド１６の露出面積を大きくするのが、電極パッド１６と後に形成される接続端子との接続抵抗を小さくする上で好ましい。また、孔部Ｈ３の形成場所は電極パッドのほぼ中央でなくてもよく、複数の孔が形成されていてもよい。なお、電極パッド１６を覆う絶縁膜２０の一部を除去して電極パッド１６の一部を露出させたら、除去する際に用いたレジストを剥離液によって除去する。
【００７１】
以上の工程が終了した後、電極パッド１６の露出部並びに孔部Ｈ３の内壁及び底部に下地膜２２を形成する。ここで、下地膜２２は、バリア層及びシード層からなり、まずバリア層を形成した後で、バリア層上にシード層を形成することで成膜される。ここで、バリア層は例えばＴｉおよびＴｉＮによって形成され、シード層はＣｕによって形成される。これらは、例えばＩＭＰ（イオンメタルプラズマ）法、又は、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング等のＰＶＤ（Phisical Vapor Deposition）法で形成される。な
お、バリア層及びシード層は本段階ではウェハ全面に形成し、最後に不要部をエッチングで除去する。
【００７２】
図１０（ｂ）は、下地膜２２を形成した状態を示す断面図である。下地膜２２を構成するバリア層の膜厚は、例えば０．１μｍ程度とされ、シード層の膜厚は、例えば０．３μｍ程度とされる。なお、ここでいう不要部とは、例えば電極パッドを除くパッシベーション膜１８上に形成されているバリア層及びシード層を指す。
【００７３】
下地膜２２の形成を終了した後、次に、接続端子を形成する領域を内径１２０μｍで露出させ、それ以外にレジストが形成されるようにパターニングを行う。レジストによるパターニング工程は従前のプロセスと全く同じである。ここで用いるレジストは、次に行うメッキに対する耐性が高いものを使用し、また膜厚も、ポスト電極の高さ以上に形成しておく。次に、電気化学プレーティング（ＥＣＰ）法を用いて、孔部Ｈ３の内部及び電極パッド１６上にメッキ処理を施して、孔部Ｈ３内部を銅で埋め込むとともに、電極パッド１６上に突出した形状の、金属層としてのポスト電極４５を高さ１０μｍ程度となるように形成する。このようにして、電極パッド１６の上方に電極パッド１６と電気的に接続され、かつ基板１０の表面側の外部電極となる、前述の半導体チップにおけるポスト電極４５が形成される。なお、このポスト電極４５上には、はんだとして鉛フリーのもの、例えばＳｎＡｇ（図示せず）を形成しておく。
【００７４】
次いで、レジストを剥離し、バリア層及びシード層の不要部（図示省略）をエッチングによって除去することにより、図１１に示すような状態が形成される。なお、シード層のエッチングはウェット方式でエッチング液によりエッチングする方法が一般的である。また、バリア層はウェット方式でもよいが、ＲＩＥ等によるドライエッチングでもよい。この際、ポスト電極４５がエッチングされるのを防ぐため、ポスト電極４５を囲むようにレジストを形成した後、エッチングを行ってもよい。
【００７５】
その後、例えば貫通電極４４が基板１０の裏面に露出するまで基板１０の裏面を薄膜化し、これによってその突出部４４ａを形成する。この薄膜化には、機械的研磨または化学的なエッチングが単独で採用され、あるいは併用される。さらに、基板１０の裏面から突出した金属部分の端面の、絶縁膜２０と下地膜２２とを機械的研磨、あるいはエッチング等によって除去し、これによってポスト電極４５に電気的に接続された貫通電極４４を得る。
そして、ダイシングによって個片化することにより、貫通電極４４とポスト電極４５とを有した半導体チップ４１を得る。このように、中間チップと接合する前に、貫通電極及びポスト電極を有する半導体チップ４１を形成することもできる。
【００７６】
次に、中間チップの製造工程の詳細を図１２〜図１５を参照しながら説明する。
まず、図１２（ａ）に示すようにシリコンからなる基板７を用意する。ここで、この基板７は、前述のシリコン基板１０とは異なり、各種素子からなる集積回路を形成していないものである。したがって、この接続用中間チップの製造は、前記半導体チップとは全く別に形成されることから、この接続用中間チップの歩留まりが半導体チップの歩留まりに影響を及ぼすことはない。
【００７７】
このような基板７を用意した後、これの表面側に表面あるいは両面、側面に熱酸化膜、またはプラズマＴＥＯＳなどによるＳｉＯ２からなる酸化膜７１を、厚さ１μｍ程度に形成する。続いて、この酸化膜７１上の所定位置に、再配置配線となる導電パターン７２を形成する。この導電パターン７２としては、例えばＴｉ（チタン）からなる第１層と、ＴｉＮ（窒化チタン）からなる第２層と、Ａｌからなる第３層とを順に積層することで導電層を形成し、さらにこの導電層を所望形状にパターニングすることで形成する。
【００７８】
次いで、この導電パターン７２を覆ってＳｉＯ２またはＳｉＮからなるパッシベーション膜７３を形成し、さらにこれをパターニングしてポストおよび貫通電極を形成する領域のパッシベーション膜開口する。
図１２（ａ）は、パッシベーション膜を２ヶ所開口した状態を示す断面図である。なお、パッシベーション膜は、必ずしも必要ではなく、そのまま次工程に進んでも良い。
【００７９】
次に、パッシベーション上にレジスト（図示せず）を形成し、パッシベーションの開口部より小さい径、例えば６０μｍに導電パターン７２を、さらにはその下の絶縁膜７１をドライエッチングにより開口する。これにより開口部Ｈ６が形成できる。
続いて、剥離液によりレジストを剥離後、プラズマＴＥＯＳ法等により、エッチングマスク用のＳｉＯ２からなる酸化膜７４を堆積する。
このエッチングマスク上に再びレジスト（図示せず）を形成し、フォト、エッチングプロセスにより、開口部Ｈ６より内側に貫通電極と同等の径の開口部Ｈ７を形成する。この後、剥離液によりレジストを剥離する。
図１２（ｂ）は、導電パターン７２および絶縁膜７１を開口し、そののちエッチングマスク用のＳｉＯ２からなる酸化膜７４を堆積、開口部Ｈ７を形成した状態の断面図を図示したものである。
【００８０】
そして、このエッチングマスク７４をマスクにしてＲＩＥ等のドライエッチングを行い、基板７を穿孔して孔部Ｈ８を形成する。
なお、ここでは、ドライエッチングとしてＲＩＥのほかにＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）を用いることもできる。図１３（ａ）は、基板７を穿孔して、孔部Ｈ８を形成した状態を示す断面図である。なお、孔部Ｈ８の深さについては、最終的に形成する半導体チップの厚みに応じて適宜設定されるが、例えば深さ７０μｍ程度とされる。
この時点では、エッチングマスク７４は、穿孔時に緩やかにエッチングされ、孔部Ｈ８の形成終了時には、残膜がほとんどなくなっている。
【００８１】
次いで、酸化膜７４上並びに孔部Ｈ８の内壁面及び底面に、図１３（ｂ）に示すようにＳｉＯ２又はＳｉＮあるいはそれらの積層膜からなる絶縁膜７５を形成する。
この絶縁膜７５は、電流リークの発生、酸素及び水分等による基板７の浸食等を防止するために設けられ、ＰＥＣＶＤ（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition）を用いて形成したテトラエトキシシラン（以下、ＴＥＯＳという）、すなわちＰＥ−ＴＥＯＳによって形成される。この絶縁膜７５の厚みとしては、例えば２μｍとされる。なお、絶縁膜７５としては、ＰＥ−ＴＥＯＳに代えて、オゾンＣＶＤを用いて形成したＴＥＯＳ（Ｏ３−ＴＥＯＳ）、又はＣＶＤを用いて形成した酸化シリコンを用いることもできる。
【００８２】
続いて、レジスト層（図示せず）を形成し、さらにマスクを用いてこれを露光・現像することにより、所望パターン形状にする。そして、この所望パターン形状のレジストをマスクとして絶縁膜７５をエッチングすることにより、図１４（ａ）に示すように、孔Ｈ８の周囲に円環状の開口部Ｈ９を形成するとともに、ポスト電極形成箇所に開口部Ｈ１０を形成する。これら開口部Ｈ９、Ｈ１０については、いずれもドライエッチングによりその底部に導電パターン７２が露出するように形成する。この後、レジストを剥離液によって剥離する。
【００８３】
次いで、図１４（ｂ）に示すように、導電パターン７２の露出部（開口部Ｈ９、Ｈ１０の内壁を含む）並びに孔部Ｈ８の内壁及び底部に下地膜７６を形成する。ここで、下地膜７６は前記下地膜２２と同様に、バリア層及びシード層からなるものであり、バリア層としては例えばＴｉおよびＴｉＮが、またシード層としてはＣｕが用いられている。これらは、例えばＩＭＰ（イオンメタルプラズマ）法、又は、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング等のＰＶＤ（Phisical Vapor Deposition）法で形成される。なお、バリア層及びシード層は本段階ではウェハ全面に形成し、最後に不要部をエッチングで除去する。
【００８４】
次いで、開口部Ｈ９に囲まれた部分と開口部Ｈ１０とを露出させるようにしてレジストパターンを形成し、さらに電気化学プレーティング（ＥＣＰ）法を用いて、孔部Ｈ６の内部及び開口部７内にメッキ処理を施す。ここで用いるレジストは、メッキに対する耐性が高いものを使用し、また膜厚も、ポスト電極の高さ以上に形成しておく。これにより、図１５（ａ）に示すように孔部Ｈ８内部を銅で埋め込むとともに、開口部Ｈ９内の導電パターン７２上にも銅を埋め込む。また、これと同時に、開口部Ｈ１０内の導電パターン７２上にも銅を埋め込み、ポスト電極を形成する。ここで、孔部Ｈ８内および開口部Ｈ９内への埋め込みと、開口部Ｈ１０内への埋め込みとは別工程で行ってもよく、その場合、孔部Ｈ８内および開口部Ｈ９内への埋め込みには埋め込み性の良いメッキ材料を用い、開口部Ｈ１０内への埋め込みにはレベリング性の良いメッキ材料を用いるのが好ましい。
【００８５】
このようにして孔部Ｈ８内および開口部Ｈ９内に埋め込まれた銅により、貫通電極３が形成され、また、開口部Ｈ１０内に埋め込まれた銅により、ポスト電極４が形成される。さらに、これら貫通電極３とポスト電極４との間を接続する導電パターン７２が、配線部５となる。なお、ポスト電極４上には、はんだとして鉛フリーのもの、例えばＳｎＡｇ（図示せず）を形成しておく。
【００８６】
次いで、レジストを剥離し、下地層７６（バリア層及びシード層）の不要部（図示省略）をエッチングにより除去する。なお、シード層のエッチングはウェット方式でエッチング液によりエッチングする方法が一般的である。また、バリア層はウェット方式でもよいが、ＲＩＥ等によるドライエッチングでもよい。この際、ポスト電極４がエッチングされるのを防ぐため、ポスト電極４を囲むようにレジストを形成した後、エッチングを行ってもよい。
その後、例えば貫通電極３が基板の裏面に露出するまで基板７の裏面を薄膜化し、これによってその突出部３ａを形成する。この薄膜化には、機械的研磨または化学的なエッチングが単独で採用され、あるいは併用される。さらに、図１５（ｂ）に示すように基板７の裏面から突出した金属部分の端面の、絶縁層７５と下地層７６とを機械的研磨、あるいはエッチング等によって除去し、これによってポスト電極４に電気的に接続された貫通電極３を得る。
そして、ダイシングによって個片化することにより、貫通電極３とポスト電極４とこれらの間を導通させる配線部５とを有した、接続用中間チップ１を得る。
なお、貫通電極３とポスト電極４とが同じ位置に形成されるような中間チップを得る場合、前述した半導体チップに対する貫通電極及びポスト電極の形成方法と同じ方法を用いればよい。
【００８７】
そして、上述した工程を経て個片化された半導体チップと個片化された中間チップとを積層する。
まず、半導体チップ上に、電極の位置をアライメントして中間チップを載せる。このようにしてセットされた状態で、半導体チップ及び中間チップをリフロー炉に入れ、はんだを溶解させれば、半導体チップ上に形成されたポスト電極と、中間チップの裏面に突出した貫通電極とを、はんだを介して接合することができる。あるいは、ボンディング装置により、加熱加圧圧着してもよい。
【００８８】
このようにして、半導体チップと中間チップとを一体化した中間チップモジュールが形成される。なお、この中間チップモジュールどうしを同様に接続することで、複数の半導体チップを積層した半導体装置を形成することができる。
【００８９】
以下、別の実施形態について説明する。
上記実施形態と同様の方法で、ダイシング前の半導体ウエハに貫通電極を形成する。なお本実施形態において、この時点では半導体ウエハは研磨されていない。
次に、上記実施形態と同様の方法で、中間チップを形成する。ただし、本実施形態の特徴として、この中間チップ上には、受動素子（抵抗、コイル、及びコンデンサなど）が設けられる。
【００９０】
そして、受動素子を含み、ダイシングによって個片化された中間チップを、先の半導体ウエハに、電極を基準にアライメントしてセットする。このようにしてセットされた状態で、半導体ウエハ及び中間チップをリフロー炉に入れ、はんだを溶解させることにより、半導体ウエハ上に形成されたポスト電極と、中間チップの裏面に突出した貫通電極とをはんだを介して接合することができる。あるいはボンディング装置により加熱加圧圧着してもよい。
【００９１】
次に、接合したチップ間にできた空隙にアンダーフィル材を充填する。ディスペンサなどを用い、チップの外周よりアンダーフィル材を充填し、加温することで硬化させる。これにより、素子部や回路部（集積回路）を形成した半導体チップ（能動面）を保護することができ、以降の工程で生じる可能性のある、デバイスへのダメージを低減することが可能となる。
【００９２】
その後、例えば孔部Ｈ３に埋め込んだ銅（貫通電極）が基板の裏面に露出するまで基板１０の裏面を例えば基板１０の厚さが５０μｍ程度となるまで薄膜化し、これによってポスト電極４５に連続した貫通電極部分を基板１０の裏面から突出させる。この薄膜化には、機械的研磨または化学的なエッチング、ウェットあるいはドライエッチングが単独で採用され、あるいは併用される。さらに、基板１０の裏面から突出した金属部分の端面の、絶縁層２０と下地層２２とを機械的研磨、ウェットあるいはドライエッチング等によって除去し、これによってポスト電極４５と電気的に接続された貫通電極４４が形成される。そして、ダイシングによって個片化することにより、中間チップモジュールが得られる。
【００９３】
以上のようにして形成した中間チップモジュールを複数段接合する。これにより、中間チップモジュール５０を複数積層した半導体装置を形成することができる。
【００９４】
なおこの積層時に、最下段にセラミック基板等を置き、一次実装を行い、モールドすることでパッケージ化してももちろんよい。パッケージ化すれば、様々な用途に実装して使用可能な積層半導体装置を製造することができる。
【００９５】
次に、前記の半導体装置４００を備えた回路基板及び電子機器の例について説明する。
図１６は本発明の回路基板の一実施形態の概略構成を示す斜視図である。図１６に示すようにこの実施形態の回路基板１０００には、前記の半導体装置４００が搭載されている。なお、半導体装置４００は、積層後パッケージ化されたものを実装するのが一般的であるが、積層した半導体装置をそのまま実装してもよい。図１６においては、回路基板上に実装された形態がわかりやすいように、パッケージを省略し、前記半導体装置をそのまま示している。
回路基板１０００は、例えばガラスエポキシ基板等の有機系基板からなるもので、例えば銅等からなる配線パターン（図示せず）が所望の回路となるように形成され、さらにこれら配線パターンに電極パッド（図示せず）が接続されている。そして、この電気パッドに半導体装置４００における前記第１の半導体チップ４１の貫通電極４４が、パッケージ化する際に一次実装された基板を介して、電気的に接続されることにより、半導体装置４００は回路基板１０００上に実装されたものとなっている。
このような構成の回路基板１０００にあっては、実装密度が高く、しかも再配置配線がなされた半導体装置４００を備えていることから、小型化、軽量化が図られたものとなり、また配線接続の信頼性も高いものとなる。
【００９６】
図１７は本発明の電子機器の一実施形態としての、携帯電話の概略構成を示す斜視図である。図１７に示すようにこの携帯電話３００は、前記の半導体装置４００又は前記回路基板１０００を、その筐体内部に配設したものである。
このような構成の携帯電話３００（電子機器）にあっても、実装密度が高く再配置配線がなされた半導体装置２を備えていることから、小型化、軽量化が図られたものとなり、また配線接続の信頼性も高いものとなる。
【００９７】
なお、電子機器としては、前記の携帯電話に限られることなく、種々の電子機器に適用することができる。例えば、ノート型コンピュータ、液晶プロジェクタ、マルチメディア対応のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）及びエンジニアリング・ワークステーション（ＥＷＳ）、ページャ、ワードプロセッサ、テレビ、ビューファインダ型又はモニタ直視型のビデオテープレコーダ、電子手帳、電子卓上計算機、カーナビゲーション装置、ＰＯＳ端末、タッチパネルを備えた装置等の電子機器に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明に係る半導体チップを製造する工程の一例を示す模式図である。
【図２】本発明に係る中間チップを製造する工程の一例を示す模式図である。
【図３】本発明に係る中間チップモジュールの製造工程の一例を示す模式図である。
【図４】本発明に係るチップ積層工程の一例を示す模式図である。
【図５】本発明に係る中間チップモジュールの製造工程の他の例を示す模式図である。
【図６】本発明に係る中間チップモジュールの別の実施形態を示す模式図である。
【図７】本発明に係る中間チップモジュールの別の実施形態を示す模式図である。
【図８】半導体チップの貫通電極及びポスト電極の製造方法説明図である。
【図９】半導体チップの貫通電極及びポスト電極の製造方法説明図である。
【図１０】半導体チップの貫通電極及びポスト電極の製造方法説明図である。
【図１１】半導体チップの貫通電極及びポスト電極の製造方法説明図である。
【図１２】接続用中間チップの貫通電極及びポスト電極の製造方法説明図である。
【図１３】接続用中間チップの貫通電極及びポスト電極の製造方法説明図である。
【図１４】接続用中間チップの貫通電極及びポスト電極の製造方法説明図である。
【図１５】接続用中間チップの貫通電極及びポスト電極の製造方法説明図である。
【図１６】本発明の回路基板の一実施形態の概略構成図である。
【図１７】本発明の電子機器の一実施形態の概略構成図である。
【符号の説明】
【００９９】
１…中間チップ、３…貫通電極、７…シリコン基板、８…アンダーフィル材（中間層）、
１０…シリコン基板、４１…半導体チップ、４４…貫通電極、
５０…中間チップモジュール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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