KR101507228B1 - Fabricating Method of Semiconductor Device and the Semiconductor Device - Google Patents
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Abstract
본 발명에서는 제조 비용을 줄이고, 서브스트레이트에 대한 결합력을 높일 수 있는 반도체 디바이스의 제조 방법 및 이에 따른 반도체 디바이스가 개시된다.
일 예로, 반도체 다이의 전면에 관통홀을 형성하고, 상기 관통홀에 절연체를 개재하여 관통 전극을 충진하며, 상기 반도체 다이의 후면을 선택적으로 식각하여 상기 절연체가 노출되도록 하는 선택적 식각 단계; 상기 반도체 다이의 후면을 따라 무기막을 형성하는 무기막 형성 단계; 상기 무기막을 따라 유기막을 형성하는 유기막 형성 단계; 상기 반도체 다이의 후면을 평탄화하여 상기 반도체 다이의 관통 전극을 노출시키는 평탄화 단계를 포함하는 반도체 디바이스의 제조 방법이 개시된다.The present invention discloses a method of manufacturing a semiconductor device and a semiconductor device therefor, which can reduce manufacturing cost and increase bonding force with respect to the substrate.
For example, an optional etching step may include: forming a through hole in a front surface of a semiconductor die, filling the through electrode with an insulator through the through hole, and selectively etching the rear surface of the semiconductor die to expose the insulator; An inorganic film forming step of forming an inorganic film along a back surface of the semiconductor die; An organic film forming step of forming an organic film along the inorganic film; And planarizing the back surface of the semiconductor die to expose the penetrating electrodes of the semiconductor die.
Description
본 발명은 반도체 디바이스의 제조 방법 및 반도체 디바이스에 관한 것이다.
The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device and a semiconductor device.
반도체 디바이스 분야에서 관통 전극(Through Silicon Via) 기술이란 반도체 다이에 작은 홀을 형성하고, 여기에 도전체를 충전함으로써 샌드위치 형태로 쌓아 올린 복수의 반도체 다이를 전기적으로 접속하는 3차원 스택 패키지 기술의 일종을 의미한다.Through-silicon Via technology is a type of three-dimensional stack package technology in which a small hole is formed in a semiconductor die, and a plurality of semiconductor dies stacked in a sandwich form are electrically connected by filling a conductor with the hole. .
복수의 반도체 다이를 와이어 본딩 방식으로 접속하는 방식에 비해 배선의 거리를 크게 단축시킬 수 있기 때문에 소자의 고속화, 저소비 전력화, 소형화 등의 측면에서 매우 큰 장점을 갖는다.Compared with a system in which a plurality of semiconductor dies are connected by a wire bonding method, the distance of wirings can be greatly shortened, which is a great advantage in terms of speeding up of devices, lower power consumption, and downsizing.
한편, 이러한 반도체 디바이스의 관통 전극 형성 방법은, 일반적으로 반도체 다이의 전면에 일정 깊이의 홀을 형성하는 단계, 상기 홀에 도전체를 충전하는 단계, 상기 반도체 다이의 후면을 상기 도전체가 노출될 때까지 백그라인딩하는 단계, 상기 반도체 다이의 후면에 질화 실리콘 및 산화 실리콘의 유전층을 형성하는 단계, 상기 유전층의 일부 영역을 제거하여 상기 도전체의 일부 영역만 노출되도록 하는 단계를 포함한다.
[0006] On the other hand, a method of forming a through-hole electrode of a semiconductor device generally includes the steps of forming a hole having a predetermined depth in a front surface of a semiconductor die, filling the hole with a conductive material, Backgrinding the semiconductor die, forming a dielectric layer of silicon nitride and silicon oxide on the backside of the semiconductor die, and removing a portion of the dielectric layer to expose only a portion of the conductor.
본 발명은 제조 비용을 줄이고, 서브스트레이트에 대한 결합력을 높일 수 있는 반도체 디바이스의 제조 방법 및 이에 따른 반도체 디바이스를 제공한다.
The present invention provides a method of manufacturing a semiconductor device and a semiconductor device therefor, which can reduce the manufacturing cost and increase the bonding force with respect to the substrate.
본 발명에 따른 반도체 디바이스의 제조 방법은 반도체 다이의 전면에 관통홀을 형성하고, 상기 관통홀에 절연체를 개재하여 관통 전극을 충진하며, 상기 반도체 다이의 후면을 선택적으로 식각하여 상기 절연체가 노출되도록 하는 선택적 식각 단계; 상기 반도체 다이의 후면을 따라 무기막을 형성하는 무기막 형성 단계; 상기 무기막을 따라 유기막을 형성하는 유기막 형성 단계; 상기 반도체 다이의 후면을 평탄화하여 상기 반도체 다이의 관통 전극을 노출시키는 평탄화 단계를 포함할 수 있다.A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes the steps of: forming a through hole in a front surface of a semiconductor die; filling a through electrode with an insulating material in the through hole; selectively etching the rear surface of the semiconductor die to expose the insulating material; An optional etch step; An inorganic film forming step of forming an inorganic film along a back surface of the semiconductor die; An organic film forming step of forming an organic film along the inorganic film; And planarizing the back surface of the semiconductor die to expose the penetrating electrode of the semiconductor die.
여기서, 상기 선택적 식각 단계는 상기 반도체 다이의 후면에서 건식 식각 방식으로 통해 이루어질 수 있다.Here, the selective etching step may be performed in a dry etching manner on the rear surface of the semiconductor die.
그리고 상기 무기막 형성 단계는 질화실리콘(SiN)을 통해 상기 무기막을 형성하는 것일 수 있다.The inorganic film forming step may be to form the inorganic film through silicon nitride (SiN).
또한, 상기 유기막 형성 단계는 폴리이미드(Polyimide, PI) 또는 폴리벤조옥사졸(Polybenzoxazole, PBO)를 통해 상기 유기막을 형성하는 것 일 수 있다.Also, the organic film formation step may be to form the organic film through polyimide (PI) or polybenzoxazole (PBO).
또한, 상기 유기막 형성 단계는 코팅 또는 라미네이팅 방법을 통해 이루어질 수 있다.The organic film forming step may be performed by a coating or laminating method.
또한, 상기 유기막 형성 단계는 상기 유기막이 상기 무기막 사이의 영역을 채우도록 형성되는 것일 수 있다.In addition, the organic film formation step may be such that the organic film is formed to fill a region between the inorganic films.
또한, 상기 평탄화 단계는 상기 관통 전극의 사이에 대응되는 영역에만 상기 유기막이 존재하도록 수행되는 것일 수 있다.In addition, the planarizing step may be performed so that the organic layer is present only in a region corresponding to the space between the penetrating electrodes.
또한, 상기 선택적 식각 단계 이전에 상기 반도체 다이의 전면에 접착제를 통해 캐리어를 부착하는 단계가 더 수행되고, 상기 평탄화 단계 이후 상기 캐리어를 분리하는 단계가 더 이루어질 수 있다.
Further, a step of attaching a carrier through an adhesive to the front surface of the semiconductor die before the selective etching step is further performed, and the step of separating the carrier after the planarizing step may be further performed.
더불어, 본 발명에 따른 반도체 디바이스는 반도체 다이의 전후면을 관통하여 노출된 다수의 관통 전극; 상기 관통 전극의 측부를 감싸면서 형성된 절연층; 상기 절연층의 사이에 형성되어, 상기 반도체 다이의 후면으로 노출된 무기막; 및 상기 무기막의 내부에 형성되어, 상기 반도체 다이의 후면으로 노출된 유기막을 포함할 수 있다.In addition, a semiconductor device according to the present invention includes a plurality of through electrodes exposed through the front and rear surfaces of a semiconductor die; An insulating layer formed to surround a side of the penetrating electrode; An inorganic film formed between the insulating layers and exposed to the rear surface of the semiconductor die; And an organic film formed inside the inorganic film and exposed to the back surface of the semiconductor die.
여기서, 상기 무기막은 질화 실리콘(SiN)으로 이루어질 수 있다.Here, the inorganic film may be made of silicon nitride (SiN).
그리고 상기 유기막은 폴리이미드(Polyimide, PI) 또는 폴리벤조옥사졸(Polybenzoxazole, PBO)를 통해 이루어질 수 있다.
The organic layer may be formed of polyimide (PI) or polybenzoxazole (PBO).
본 발명에 의한 반도체 디바이스의 제조 방법은 반도체 다이 후면의 무기막을 형성한 이후, 상대적으로 공정 비용이 낮은 코팅 또는 라미네이팅 방법을 통해 유기막을 형성함으로써, 공정 비용을 줄일 수 있다.The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention can reduce the processing cost by forming an inorganic film on the rear surface of a semiconductor die and then forming an organic film through a coating or laminating method with a relatively low processing cost.
또한, 본 발명에 의한 반도체 디바이스의 제조 방법은 유기막을 통해 서브스트레이트의 (underfill) 또는 NCP(Non-conductive paste)와의 결합력을 높여, 신뢰성을 높일 수 있다.
In addition, the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention can increase the bonding force between a substrate and an NCP (non-conductive paste) through an organic film, thereby enhancing reliability.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 디바이스의 제조 방법을 설명하기 위한 플로우챠트이다.
도 2 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 디바이스의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.1 is a flow chart for explaining a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
2 to 7 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, so that those skilled in the art can easily carry out the present invention.
도 1은 본 발명의 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 디바이스의 제조 방법을 설명하기 위한 플로우챠트이다. 도 2 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 디바이스의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. 2 to 6 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 반도체 디바이스의 제조 방법은 선택적 식각 단계(S1), 무기막 형성 단계(S2), 유기막 형성 단계(S3), 평탄화 단계(S4), 캐리어 분리 단계(S5)를 포함한다. 이하에서는 도 1의 각 단계를 도 2 내지 도 7을 함께 참조하여 설명하도록 한다.
Referring to FIG. 1, a method of fabricating a semiconductor device according to an embodiment of the present invention includes a selective etching step S1, an inorganic film forming step S2, an organic film forming step S3, a planarizing step S4, And a carrier separation step S5. Hereinafter, each step of Fig. 1 will be described with reference to Figs. 2 to 7 together.
먼저, 도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 선택적 식각 단계(S1)를 위해 먼저, 반도체 다이(110)의 전면에 관통홀을 형성하고, 관통홀의 내부에 절연체(120), 시드층(130), 관통 전극(140)을 충진한 상태로 구비한다. 여기서, 별도로 도시하지는 않았지만 상기 반도체 다이(110)의 전면에는 상기 관통 전극(140)에 대응되는 위치에 본드 패드가 구비되고, 상기 본드 패드의 가장자리를 감싸는 패시베이션 층이 더 형성되어 있다. 따라서, 상기 관통 전극(140)은 상기 본드 패드에 연결되어, 상기 반도체 다이(110)에 대한 전기적 신호가 입출력될 수 있다.Referring to FIGS. 1 and 2, first, a through hole is formed in a front surface of the semiconductor die 110 for the selective etching step S1, and an
여기서, 상기 반도체 다이(110)의 후면은 상기 절연체(120), 시드층(130) 및 관통 전극(140)에 비해 상대적으로 두껍게 형성되어, 상기 관통홀의 형성시 상기 반도체 다이(110)에 손상이 가는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 반도체 다이(110)의 전면에는 캐리어(10)가 접착제(20)를 통해 부착되어, 이후 후술할 공정들이 이루어지는 동안 상기 반도체 다이(110)에 충격이 가해지는 것을 방지한다.Here, the rear surface of the
그리고 도 3에서 보는 것처럼, 상기 선택적 식각 단계(S1)에서는 상기 반도체 다이(110)의 후면을 백그라인딩하여 상기 절연체(120)가 노출되도록 수행한다. 상기 반도체 다이(110)의 후면은 건식 식각(Dry Etch) 방식을 통해 이루어지며, 또는 선택에 따라 화학적 기계 연마(Chemical Mechanical Polishing) 방식을 이용하여 진행하는 것이 가능하다. 이 때, 건식 식각을 이용하는 경우, 재질간 식각률 차이를 이용하여 상기 절연체(120)는 유지한 채, 상기 반도체 다이(110)의 후면만을 식각할 수 있다.
As shown in FIG. 3, in the selective etching step S1, the back surface of the
도 1 및 도 3을 참조하면, 상기 무기막 형성 단계(S2)는 상기 반도체 다이(110)의 후면에 대해 무기막(150)을 형성하는 단계이다. 상기 무기막(150)은 질화 실리콘(SiN)으로 형성될 수 있으며, 상기 무기막(150)의 형성은 PECVD(Plasma Enhanced chemical vapor deposition) 방법을 이용하여 이루어질 수 있다. 상기 무기막(150)은 상기 반도체 다이(110) 및 절연체(120)의 형상을 따라 형성되며, 이에 따라 상기 절연체(120)에 대응된 부분은 다른 부분에 비해 상기 반도체 다이(110)의 후면에서 돌출된다. 또한, 상기 무기막 형성 단계(S2)에서 형성된 무기막(150) 사이의 영역은 이후 이루어지는 유기막 형성 단계(S3)에서의 유기막에 의해 메워지게 된다. 따라서, 상기 무기막(150)은 기존에 비해 상대적으로 얇게 형성될 수 있고, 이에 따라 PECVD 공정에 따른 비용을 절감할 수 있다.
Referring to FIGS. 1 and 3, the inorganic film forming step S2 is a step of forming an
도 1 및 도 4를 참조하면, 상기 유기막 형성 단계(S3)는 상기 반도체 다이(110)의 후면에 유기막(160)을 일괄적으로 형성하는 단계이다.Referring to FIGS. 1 and 4, the organic layer forming step S3 is a step of collectively forming an
여기서, 상기 유기막(160)은 폴리이미드(Polyimide, PI) 또는 폴리벤조옥사졸(Polybenzoxazole, PBO)로 이루어질 수 있다. 상기 유기막(160)은 무기막과 비교할 때 이후 반도체 다이(110)가 서브스트레이트에 실장될 때, 둘 사이를 채우는 언더필(underfill) 또는 NCP(Non-conductive paste)와 결합이 용이하다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 반도체 디바이스의 제조 방법은 반도체 다이(110)의 신뢰성을 높일 수 있다.Here, the
또한, 상기 유기막(160)은 무기막에 비해 단순한 방법으로 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 유기막(160)을 형성하는 방법은 코팅(coating) 또는 라미네이션(lamination)이 이용될 수 있다. 상기 방법들은 무기막의 형성시 사용되는 PECVD 방법에 비해 공정이 단순하고, 제조 비용이 낮다. 따라서, 상기 유기막 형성 단계(S3)를 사용한 본 발명의 실시예에 따른 반도체 디바이스의 제조 방법은 제조 단가를 낮출 수 있다. 또한, 상기 유기막(160)은 상기 무기막(150) 사이의 영역을 채우면서 평탄하게 형성된다.
In addition, the
도 1 및 도 5를 참조하면, 상기 평탄화 단계(S4)는 상기 반도체 다이(110)의 후면으로부터 평탄화 공정을 수행하는 단계이다. 상기 평탄화는 화학적 기계 연마(Chemical Mechanical Polishing) 방식을 이용하여 수행될 수 있다. 이 때, 상기 평탄화 단계(S4)는 상기 관통 전극(140)이 노출될 때까지 수행된다. 또한, 도 5에서 보듯이 상기 평탄화 단계(S4)가 완료된 이후, 상기 관통 전극(140)에 대응되지 않는 영역에는 무기막(150) 및 상기 무기막(150)의 내부에 형성되고 상기 반도체 다이(110)의 후면으로 노출된 유기막(160)이 위치한 상태가 된다. 따라서, 상술한 것처럼, 상기 유기막(160)이 최종적으로 노출되어, 이후 서브스트레이트의 결합시 언더필 또는 NCP와의 결합이 안정적으로 이루어지도록 할 수 있다.
Referring to FIGS. 1 and 5, the planarization step S4 is a step of performing a planarization process from the rear surface of the
도 1 및 도 6을 참조하면, 상기 캐리어 분리 단계(S5)는 상기 반도체 다이(110)의 전면에 부착된 캐리어(10) 및 접착제(20)를 분리하는 단계이다. 상기 분리는 상기 접착제(20)에 대한 화학적 또는 물리적 제거 방법을 통해 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 반도체 디바이스(100)가 제조될 수 있다.
Referring to FIGS. 1 and 6, the carrier separation step S5 separates the
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 디바이스(100)의 구성을 설명하도록 한다.Hereinafter, the configuration of the
도 6을 다시 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 반도체 디바이스(100)는 반도체 다이(110)를 전후면으로 관통하는 관통 전극(140)을 기준으로, 상기 관통 전극(140)의 둘레에 시드층(130) 및 절연층(120)이 형성된다. 상기 절연층(120)은 상기 관통 전극(140) 각각이 상기 반도체 다이(110)와 전기적으로 분리될 수 있도록 하여, 각각의 전기적 신호가 흐를 수 있도록 한다. 또한, 별도로 도시하지는 않았지만, 상기 반도체 다이(110)의 후면에는 상기 관통 전극(140)에 결합되도록 도전성 범프(electrical conductive bump)가 더 형성되어, 서브스트레이트와 전기적으로 연결되도록 할 수 있다.Referring to FIG. 6, the
또한, 상기 관통 전극(140)이 형성되지 않은 영역에는 상기 반도체 다이(110)의 후면측에 무기막(150)이 형성되고, 상기 무기막(150)의 내부에 유기막(160)이 형성된다. 따라서, 상기 반도체 디바이스(100)의 서브스트레이트 결합시, 상기 유기막(160)은 서브스트레이트를 향하게 되며, 이에 따라 도전성 범프를 감싸는 언더필 또는 NCP와 접하게 된다. 그리고, 상기 유기막(160)은 무기막에 비해 상기 언더필 또는 NCP와 결합력이 높기 때문에, 상기 반도체 디바이스(100)가 안정적으로 서브스트레이트에 결합될 수 있도록 한다.
An
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 반도체 디바이스의 제조 방법 및 이에 따른 반도체 디바이스를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
Although the present invention has been described in connection with what is presently considered to be preferred embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims.
100; 반도체 디바이스 110; 반도체 기판
120; 절연층 130; 시드층
140; 관통 전극 150; 무기막
160; 유기막 10; 캐리어
20; 접착제100; A
120; An insulating
140; Penetrating
160;
20; glue
Claims (11)
상기 반도체 다이의 후면을 따라 무기막을 형성하는 무기막 형성 단계;
상기 무기막을 따라 유기막을 형성하되, 상기 유기막이 상기 무기막 사이의 영역을 채우도록 형성하는 유기막 형성 단계;
상기 반도체 다이의 후면을 평탄화하여 상기 반도체 다이의 관통 전극을 노출시키는 평탄화 단계를 포함하는 반도체 디바이스의 제조 방법.Selectively etching the rear surface of the semiconductor die to expose the insulator by filling the penetrating electrode with the insulator through the insulator;
An inorganic film forming step of forming an inorganic film along a back surface of the semiconductor die;
An organic film forming step of forming an organic film along the inorganic film so as to fill the region between the inorganic films;
And planarizing the back surface of the semiconductor die to expose the penetrating electrodes of the semiconductor die.
상기 선택적 식각 단계는 상기 반도체 다이의 후면에서 건식 식각 방식으로 통해 이루어지는 반도체 디바이스의 제조 방법.The method according to claim 1,
Wherein the selective etching step is performed in a dry etching manner on the back surface of the semiconductor die.
상기 무기막 형성 단계는 질화실리콘(SiN)을 통해 상기 무기막을 형성하는 반도체 디바이스의 제조 방법.The method according to claim 1,
Wherein the inorganic film forming step forms the inorganic film through silicon nitride (SiN).
상기 유기막 형성 단계는 폴리이미드(Polyimide, PI) 또는 폴리벤조옥사졸(Polybenzoxazole, PBO)를 통해 상기 유기막을 형성하는 반도체 디바이스의 제조 방법.The method according to claim 1,
Wherein the organic film forming step forms the organic film through polyimide (PI) or polybenzoxazole (PBO).
상기 유기막 형성 단계는 코팅 또는 라미네이팅 방법을 통해 이루어지는 반도체 디바이스의 제조 방법.The method according to claim 1,
Wherein the organic film forming step is performed by a coating or laminating method.
상기 평탄화 단계는 상기 관통 전극의 사이에 대응되는 영역에만 상기 유기막이 존재하도록 수행되는 반도체 디바이스의 제조 방법.The method according to claim 1,
Wherein the planarizing step is performed so that the organic film is present only in a region corresponding to between the penetrating electrodes.
상기 선택적 식각 단계 이전에 상기 반도체 다이의 전면에 접착제를 통해 캐리어를 부착하는 단계가 더 수행되고, 상기 평탄화 단계 이후 상기 캐리어를 분리하는 단계가 더 이루어지는 반도체 디바이스의 제조 방법.The method according to claim 1,
Further comprising the step of attaching a carrier through an adhesive to an entire surface of the semiconductor die prior to the selective etching step, and further comprising the step of separating the carrier after the planarizing step.
상기 관통 전극의 측부를 감싸면서 형성된 절연층;
상기 절연층의 사이에 형성되어, 상기 반도체 다이의 후면으로 노출된 무기막; 및
상기 무기막의 내부에 형성되어, 상기 반도체 다이의 후면으로 노출된 유기막을 포함하는 반도체 디바이스.A plurality of penetrating electrodes exposed through the front and rear surfaces of the semiconductor die;
An insulating layer formed to surround a side of the penetrating electrode;
An inorganic film formed between the insulating layers and exposed to the rear surface of the semiconductor die; And
And an organic film formed inside the inorganic film and exposed to the back surface of the semiconductor die.
상기 무기막은 질화 실리콘(SiN)으로 이루어진 반도체 디바이스.10. The method of claim 9,
Wherein the inorganic film is made of silicon nitride (SiN).
상기 유기막은 폴리이미드(Polyimide, PI) 또는 폴리벤조옥사졸(Polybenzoxazole, PBO)를 통해 이루어진 반도체 디바이스.10. The method of claim 9,
Wherein the organic film is made of polyimide (PI) or polybenzoxazole (PBO).
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