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KR20080037681A - 반도체 칩 및 그 제조 방법 및 반도체 장치 - Google Patents

반도체 칩 및 그 제조 방법 및 반도체 장치 Download PDF

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KR20080037681A
KR20080037681A KR1020087004282A KR20087004282A KR20080037681A KR 20080037681 A KR20080037681 A KR 20080037681A KR 1020087004282 A KR1020087004282 A KR 1020087004282A KR 20087004282 A KR20087004282 A KR 20087004282A KR 20080037681 A KR20080037681 A KR 20080037681A
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KR
South Korea
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semiconductor chip
bump
semiconductor
chip
connection confirmation
Prior art date
Application number
KR1020087004282A
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English (en)
Inventor
오사무 미야타
타다히로 모리후지
Original Assignee
로무 가부시키가이샤
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Priority claimed from JP2005241520A external-priority patent/JP4791104B2/ja
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Abstract

반도체 칩이 다른 반도체 칩 등의 고체 장치에 대해서 평행하게 접합되어 있는지의 여부를 정확하게 판정할 수 있는, 반도체 장치 및 이것에 이용되는 반도체 칩, 및 그 제조 방법을 제공한다. 반도체 칩은 반도체 칩의 표면으로부터 제1의 돌출량으로 돌출하고, 고체 장치와의 전기 접속을 위한 기능 범프와, 반도체 칩의 표면으로부터 제1의 돌출량보다 작은 제2의 돌출량으로 돌출하고, 기능 범프에 의한 전기 접속의 상태를 확인하기 위한 접속 확인용 범프를 포함한다.

Description

반도체 칩 및 그 제조 방법 및 반도체 장치{SEMICONDUCTOR CHIP, METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR CHIP, AND SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 발명은 칩ㆍ온ㆍ칩 구조나 플립ㆍ칩ㆍ본딩 구조의 반도체 장치, 및 이 반도체 장치에 적용되는 반도체 칩, 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 장치의 소형화 및 고집적화를 도모하기 위한 구조로서, 예를 들어 반도체 칩의 표면을 다른 반도체 칩의 표면에 대향시켜 접합하는 칩ㆍ온ㆍ칩 구조가 알려져 있다.
칩ㆍ온ㆍ칩 구조의 반도체 장치에서는 각 반도체 칩의 표면에, 다수의 기능 범프(functional bump) 및 접속 확인용 범프가 마련된다. 예를 들어 각 반도체 칩의 표면에 있어서, 그 중앙부에 다수의 기능 범프가 격자(格子) 형상으로 배열되고, 4 개의 각부(角部)에 접속 확인용 범프가 배치된다.
각 반도체 칩에 있어서, 기능 범프는 동(Cu) 등의 금속 재료를 이용하여, 모두 동일한 높이(반도체 칩의 표면으로부터의 돌출량)로 형성되어 있다. 또, 한 쪽의 반도체 칩의 각 기능 범프의 선단부(先端部)에는 기능 범프의 재료와 합금화를 얻을 수 없는 땜납 접합재가 형성되어 있다. 이 땜납 접합재를 통하여, 한 쪽의 반도체 칩의 각 기능 범프와 다른 쪽의 반도체 칩의 각 기능 범프가 접속되는 것에 의해, 반도체 칩 사이에 있어서 전기적 및 기계적인 접속이 달성된다.
한편, 각 반도체 칩에 있어서, 접속 확인용 범프는 기능 범프와 동일한 금속 재료를 이용하여, 기능 범프와 동일한 높이(반도체 칩의 표면으로부터의 돌출량)로 형성되어 있다. 또, 한 쪽의 반도체 칩의 각 접속 확인용 범프의 선단부에는 땜납 접합재가 형성되어 있다. 이것에 의해, 양 반도체 칩이 서로 평행하게 접합된 경우에는 한 쪽의 반도체 칩의 각 접속 확인용 범프와 다른 쪽의 반도체 칩의 각 접속 확인용 범프가 땜납 접합재를 통하여 접속된다. 따라서, 그러한 접속 확인용 범프 사이의 접속 상태를 조사하는 것에 의해, 양 반도체 칩이 서로 평행하게 접합되어 있는지의 여부를 판정할 수 있다. 즉, 모든 접속 확인용 범프 사이의 접속 상태가 양호하면, 양 반도체 칩은 서로 평행하게 접합되어 있다고 판정할 수 있다. 한편, 접속 확인용 범프의 접속 상태가 1 개라도 불량이면, 양 반도체 칩이 서로 평행하게 접합되어 있지 않다(한 쪽의 반도체 칩이 다른 쪽의 반도체 칩에 대해서 기울어 접합되어 있다)고 판정할 수 있다.
특허 문헌 1 : 일본 특개평 8-153747 호 공보
그러나, 종래의 구성에서는 한 쪽의 반도체 칩이 다른 쪽의 반도체 칩에 대해서 다소 기운 상태로 접합되어도, 접속 확인용 범프의 선단부의 땜납 접합재가 열 처리시에 용융하여 팽창하는 것에 의해, 양 반도체 칩의 모든 접속 확인용 범프가 접속된다고 하는 불편을 일으키는 일이 있었다. 이 경우, 한 쪽의 반도체 칩이 다른 쪽의 반도체 칩에 대해서 기울어 접합되어 있음에도 불구하고, 양 반도체 칩이 서로 평행하게 접합되어 있다고 판단되어 버린다.
여기서, 본 발명의 목적은 반도체 칩이 다른 반도체 칩 등의 고체 장치에 대해서 평행하게 접합되어 있는지의 여부를 정확하게 판정할 수 있는, 반도체 장치 및 이것에 이용되는 반도체 칩 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 칩은, 고체 장치에 그 표면을 대향시킨 상태로 접합되는 반도체 칩으로서, 상기 표면으로부터 제1의 돌출량으로 돌출하고, 상기 고체 장치와의 전기 접속을 위한 기능 범프와; 상기 표면으로부터 상기 제1의 돌출량보다 작은 제2의 돌출량으로 돌출하고, 상기 기능 범프에 의한 전기 접속의 상태를 확인하기 위한 접속 확인용 범프를 포함한다.
이 구성에서는 접속 확인용 범프가 기능 범프보다 낮게 형성되어 있으므로, 반도체 칩의 표면이 고체 장치에 대해서 조금이라도 기울어 있으면, 고체 장치와 반도체 칩의 표면과의 간격이 넓은 부분에 있어서, 고체 장치에 있어서 접속 확인용 범프가 접속되는 부분(예를 들어 고체 장치의 표면에 배치된 패드 또는 범프)과 접속 확인용 범프의 선단부와의 사이에 넓은 틈새가 생긴다. 그 때문에, 접속 확인용 범프와 고체 장치가 접속 확인용 범프에 형성된 접합재를 통하여 접합되는 경우에, 접합재가 팽창해도, 그 접합재는 고체 장치에 닿지 않고, 접속 확인용 범프와 고체 장치와의 접속이 달성되지 않는다. 따라서, 접속 확인용 범프와 고체 장치의 접속 상태에 기초하여, 반도체 칩이 고체 장치에 대해서 평행하게 접합되어 있는지의 여부를 정확하게 판정할 수 있다.
상기 반도체 칩은 반도체 기판과, 상기 반도체 기판의 표면을 덮는 표면 보호막과, 상기 반도체 기판과 상기 표면 보호막의 사이에 개재되고, 상기 표면 보호막에 형성된 패드 개구(開口)에 임하여 배치된 전극 패드를 추가로 포함하고 있어도 된다. 이 경우, 상기 기능 범프는 상기 전극 패드상에 마련되고, 상기 패드 개구를 관통하여, 상기 표면 보호막상에 제1의 돌출량으로 돌출하고, 상기 접속 확인용 범프는 상기 전극 패드보다 상기 반도체 기판측으로부터 융기하고, 상기 표면 보호막에 관통 형성된 관통 구멍을 관통하여, 상기 표면 보호막상에 상기 제1의 돌출량보다 작은 제2의 돌출량으로 돌출한다.
이 구성의 반도체 칩은, 반도체 기판의 표면에 표면 보호막을 형성하는 공정과; 상기 표면 보호막에, 상기 반도체 기판상에 배치되어 있는 상기 전극 패드를 노출시키는 패드 개구 및 상기 표면 보호막을 관통하는 관통 구멍을 형성하는 공정과; 상기 패드 개구를 관통하는 기능 범프 및 상기 관통 구멍을 관통하는 접속 확인용 범프를 형성하는 공정을 포함하는 방법에 의해 제조할 수 있다.
상기 반도체 기판과 상기 표면 보호막의 사이에 개재되고, 그 표면상에 상기 전극 패드가 배치되는 층간막을 추가로 포함하고, 상기 접속 확인용 범프는 상기 층간막의 표면으로부터 융기하고 있어도 된다.
또, 상기 접속 확인용 범프는 상기 반도체 기판의 표면으로부터 융기하고 있어도 된다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 장치는, 제1의 반도체 칩과 제2의 반도체 칩을 상기 제1의 반도체 칩의 표면에 상기 제2의 반도체 칩의 표면을 대향시킨 상태로 접합한, 칩ㆍ온ㆍ칩 구조를 갖는 반도체 장치로서, 상기 제1의 반도체 칩의 표면으로부터 돌출하는 제1 반도체 칩측 기능 범프와; 상기 제1의 반도체 칩의 표면으로부터 돌출하는 제1 반도체 칩측 접속 확인용 범프와; 상기 제2의 반도체 칩의 표면으로부터 제1의 돌출량으로 돌출하고, 상기 제1 반도체 칩측 기능 범프에 접속되어, 상기 제1의 반도체 칩과 상기 제2의 반도체 칩의 전기 접속을 달성하기 위한 제2 반도체 칩측 기능 범프와; 상기 제2 반도체 칩의 표면으로부터 상기 제1의 돌출량보다 작은 제2의 돌출량으로 돌출하고, 상기 제1 반도체 칩측 접속 확인용 범프와 접속되어, 상기 제1의 반도체 칩과 상기 제2의 반도체 칩의 전기 접속의 상태를 확인하기 위한 제2 반도체 칩측 접속 확인용 범프를 포함한다.
이 구성에서는 제2 반도체 칩측 접속 확인용 범프가 제2 반도체 칩측 기능 범프보다 낮게 형성되어 있으므로, 제2의 반도체 칩의 표면이 제1의 반도체 칩의 표면에 대해서 조금이라도 기울어 있으면, 제1의 반도체 칩의 표면과 제2의 반도체 칩의 표면과의 간격이 넓은 부분에 있어서, 서로 대향하는 제1 반도체 칩측 접속 확인용 범프와 제2 반도체 칩측 접속 확인용 범프의 사이에 넓은 틈새가 생긴다. 그 때문에, 그러한 접속 확인용 범프가 한 쪽의 접속 확인용 범프에 형성된 접합재를 통하여 접합되는 경우에, 접합재가 팽창해도, 그 접합재는 다른 쪽의 접속 확인용 범프에 닿지 않고, 제1 반도체 칩측 접속 확인용 범프와 제2 반도체 칩측 접속 확인용 범프 사이의 접속이 달성되지 않는다. 따라서, 제1 반도체 칩측 접속 확인용 범프와 제2 반도체 칩측 접속 확인용 범프 사이의 접속 상태에 기초하여, 제2의 반도체 칩이 제1의 반도체 칩에 대해서 평행하게 접합되어 있는지의 여부를 정확하게 판정할 수 있다.
상기 제1 반도체 칩측 기능 범프, 상기 제2 반도체 칩측 기능 범프, 상기 제1 반도체 칩측 접속 확인용 범프 및 상기 제2 반도체 칩측 접속 확인용 범프는 동일한 금속 재료를 이용하여 형성되어도 된다. 그리고, 상기 반도체 장치는 상기 제1 반도체 칩측 기능 범프와 상기 제2 반도체 칩측 기능 범프의 사이, 및 상기 제1 반도체 칩측 접속 확인용 범프와 상기 제2 반도체 칩측 접속 확인용 범프의 사이에 각각 개재되고, 상기 금속 재료와 합금화하여, 이들 사이의 접속을 달성하기 위한 접속 금속층을 추가로 포함하고 있어도 된다.
예를 들어 상기 제1 반도체 측칩 기능 범프, 상기 제2 반도체 칩측 기능 범프, 상기 제1 반도체 칩측 접속 확인용 범프 및 상기 제2 반도체 칩측 접속 확인용 범프는 동 또는 금을 이용하여 형성되어도 된다. 이 경우, 상기 접속 금속층은 상기 제1 반도체 칩측 기능 범프 및 상기 제1 반도체 칩측 접속 확인용 범프, 및/또는 상기 제2 반도체 칩측 기능 범프 및 상기 제2 반도체 칩측 접속 확인용 범프의 꼭대기면에 마련된 땜납 접합재에 의해 형성되어도 된다.
상기 제2의 반도체 칩은 그 표면을 수직으로 내려다 보았을 때의 형상이 거의 직사각 형상을 이루고 있고, 상기 제2 반도체 칩측 기능 범프는 상기 제2의 반도체 칩의 표면의 중앙부에 배치되고, 상기 제2 반도체 칩측 접속 확인용 범프는 상기 제2의 반도체 칩의 표면의 각 각부에 배치되어 있다.
이 구성에 의하면, 제2의 반도체 칩의 표면의 각 각부에, 제2 반도체 칩측 접속 확인용 범프가 배치되어 있다. 그 때문에, 제2의 반도체 칩의 표면이 제1의 반도체 칩의 표면에 대해서 기울어 있으면, 적어도 1 쌍의 제1 반도체 칩측 접속 확인용 범프와 제2 반도체 칩측 접속 확인용 범프의 사이에 넓은 틈새가 생긴다. 따라서, 제1 반도체 칩측 접속 확인용 범프와 제2 반도체 칩측 접속 확인용 범프 사이의 접속 상태에 기초하여, 제2의 반도체 칩이 제1의 반도체 칩에 대해서 평행하게 접합되어 있는지의 여부를 보다 정확하게 판정할 수 있다.
상기 제2 반도체 칩측 접속 확인용 범프가 상기 제2 반도체 칩측 기능 범프 보다 낮게 형성되는 동시에, 상기 제1 반도체 칩측 접속 확인용 범프가 상기 제1 반도체 칩측 기능 범프보다 낮게 형성되어도 된다. 즉, 상기 제1 반도체 칩측 접속 확인용 범프는 상기 제1 반도체 칩측 기능 범프의 상기 제1의 반도체 칩의 표면으로부터의 돌출량보다 작은 돌출량으로, 상기 제1의 반도체 칩의 표면으로부터 돌출하고 있어도 된다.
본 발명에 있어서 상술한, 또는 또다른 목적, 특징 및 효과는 첨부한 도면을 참조하여 후술하는 실시 형태의 설명에 의해 밝혀진다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 반도체 장치의 구성을 나타내는 도해적인 단면도이다.
도 2는 자 칩의 구성을 도해적으로 나타내는 단면도이다.
도 3은 모 칩 및 자 칩 사이에 있어서 기능 범프의 접속 부분 및 접속 확인용 범프의 접속 부분의 도해적인 단면도이고, (a)가 자 칩의 기능 범프의 선단부의 땜납 접합재가 모 칩의 기능 범프의 꼭대기면에 접촉했을 때 상태를 나타내고, (b)가 모 칩과 자 칩의 접합이 완료했을 때 상태를 나타낸다.
도 4는 자 칩의 제조 공정을 공정 순서로 나타내는 도해적인 단면도이다.
도 5는 자 칩의 다른 구성(접속 확인용 범프가 반도체 기판의 표면으로부터 융기 한 구성)을 나타내는 도해적인 단면도이다.
도 6은 본 발명의 변형예(모 칩에 있어서도, 접속 확인용 범프가 기능 범프보다 낮게 형성된 모양)을 설명하기 위한 도해적인 단면도이고, (a)가 자 칩의 기능 범프의 선단부의 땜납 접합재가 모 칩의 기능 범프의 꼭대기면에 접촉했을 때 상태를 나타내고, (b)가 모 칩과 자 칩의 접합이 완료했을 때 상태를 나타낸다.
도 7은 접속 확인용 범프가 모 칩 및 자 칩의 내부 회로로부터 전기적으로 분리된 경우의 구성을 나타내는 도해적인 평면도이다.
이하에서는 본 발명의 실시 형태를, 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 반도체 장치의 구성을 나타내는 도해적인 단면도이다.
이 반도체 장치는 고체 장치로서의 모 칩(1)과 반도체 칩으로서의 자 칩(2)을 겹쳐서 접합한 칩ㆍ온ㆍ칩 구조를 갖고 있다.
모 칩(1)은 평면에서 보아 거의 직사각 형상으로 형성되어 있고, 그 표면(모 칩(1)의 기체(基體)를 이루는 반도체 기판에 있어서 디바이스가 형성된 활성 영역측 표면을 덮는 표면 보호막의 표면)(3)을 윗쪽으로 향한 페이스업 자세로, 리드 프레임(4)의 아일랜드부(5)에 다이 본딩되어 있다. 이 모 칩(1)의 표면(3)에는 그 중앙부에, 자 칩(2)이 접합되는 거의 직사각 형상의 칩 접합 영역이 설정되어 있다. 그리고, 칩 접합 영역내에, 복수의 기능 범프(6)가 돌출(융기)하여 형성되어 있다. 또, 칩 접합 영역내의 각 각부에는 접속 확인용 범프(7)가 돌출하여 형성되어 있다. 또한, 모 칩(1)의 표면(3)에는 칩 접합 영역을 둘러싸는 주연부에, 복수의 외부 접속용 패드(8)가 마련되어 있다. 이 외부 접속용 패드(8)는 본딩 와이어(9)를 통하여, 리드 프레임(4)의 리드부(10)에 전기적으로 접속(와이어 본딩)되어 있다.
자 칩(2)은 평면에서 보아 모 칩(1)보다 작은 거의 직사각 형상으로 형성되어 있고, 그 표면(후술하는 표면 보호막(25)의 표면)(11)을 아랫쪽으로 향한 페이스다운 자세로, 모 칩(1)의 표면(3)의 칩 접합 영역에 접합되어 있다. 이 자 칩(2)의 표면(11)에는 모 칩(1)의 기능 범프(6)와 각각 접속되는 기능 범프(12)가 돌출하여 형성되어 있다. 또, 자 칩(2)의 표면(11)의 각 각부에는 모 칩(1)의 접속 확인용 범프(7)와 각각 접속되는 접속 확인용 범프(13)가 돌출하여 형성되어 있다.
모 칩(1)과 자 칩(2)이 접합된 상태에서, 모 칩(1)의 기능 범프(6) 및 접속 확인용 범프(7)와 이것들에 각각 대응하는 자 칩(2)의 기능 범프(12) 및 접속 확인용 범프(13)는 서로 꼭대기면을 마주보고 대향하여, 이들 사이에 개재되는 접속 금속층(14)을 사이에 두고 접속되어 있다. 이것에 의해, 모 칩(1) 및 자 칩(2)은 기능 범프(6, 12)를 통하여 전기적으로 접속되고, 또 서로의 사이에 소정 간격을 유지한 상태로 기계적으로 접속되어 있다. 또, 모 칩(1) 및 자 칩(2)은 리드 프레임(4) 및 본딩 와이어(9)와 함께, 봉지 수지(15)에 의해 봉지되어 있다. 리드 프레 임(4)의 리드부(10)의 일부는 봉지 수지(15)로부터 노출하여, 외부 접속부(아우터 리드부)로서 기능한다.
도 2는 자 칩(2)의 구성을 도해적으로 나타내는 단면도이다.
자 칩(2)은 예를 들어 그 기체를 이루는 반도체 기판(예를 들어 실리콘 기판)(21)상에 다층 배선 구조를 갖고 있다. 구체적으로, 자 칩(2)은 반도체 기판(21)상에, 반도체 기판(21)에 형성되어 있는 디바이스와 전기적으로 접속된 배선층(22)과, 반도체 기판(21) 및 배선층(22)상에 형성된 층간 절연막(23)과, 이 층간 절연막(23)상에 배치되고, 배선층(22)로 비어 홀(도시하지 않음)을 통하여 전기적으로 접속된 전극 패드(24)와 층간 절연막(23) 및 전극 패드(24)상에 형성되고, 자 칩(2)의 최표층을 이루는 표면 보호막(25)을 구비하고 있다.
표면 보호막(25)에는 전극 패드(24)와 대향하는 위치에 패드 개구(26)가 형성되어 있고, 전극 패드(24)는 그 패드 개구(26)를 통하여 표면 보호막(25)으로부터 노출하고 있다. 또, 표면 보호막(25)에는 그 주연부에, 표면 보호막(25)을 그 표면(11)과 직교하는 방향으로 관통하는 관통 구멍(27)이 형성되어 있다.
그리고, 기능 범프(12)는 전극 패드(24)상에 마련되고, 패드 개구(26)를 관통하여, 표면 보호막(25)상에 소정의 돌출량(예를 들어 20㎛)으로 돌출하고 있다. 또, 접속 확인용 범프(13)는 관통 구멍(27)에 임하는 층간 절연막(23)의 표면으로부터 융기하고, 관통 구멍(27)을 관통하여, 표면 보호막(25)상에 기능 범프(12)의 돌출량보다 작은 돌출량(예를 들어 18㎛)으로 돌출하고 있다. 즉, 표면 보호막(25)의 표면(11)을 기준으로 하고, 접속 확인용 범프(13)는 기능 범프(12)보다 1 ~ 5 ㎛(바람직하게는 1 ~ 2㎛)만큼 낮게 형성되어 있다.
또한, 이 실시 형태에서는 기능 범프(6, 12) 및 접속 확인용 범프(7, 13)는 모두 동일한 금속 재료(예를 들어 동 또는 금)를 이용하여 형성되어 있다. 또, 모 칩(1)에 있어서, 기능 범프(6) 및 접속 확인용 범프(7)는 모두 동일한 높이(모 칩(1)의 표면(3)으로부터의 돌출량)에 형성되어 있다.
도 3은 기능 범프(6, 12)의 접속 부분 및 접속 확인용 범프(7, 13)의 접속 부분을 도해적으로 나타내는 단면도이다.
도 3(a)에 나타내는 바와 같이 모 칩(1)과 자 칩(2)의 접합전 상태로 있어서, 자 칩(2)의 기능 범프(12) 및 접속 확인용 범프(13)의 선단부에는 땜납 접합재(16)가 형성되어 있다.
기능 범프(12)와 접속 확인용 범프(13)의 높이차에 의해, 모 칩(1)과 자 칩(2)이 접합되는 과정에 있어서, 기능 범프(12)의 선단부의 땜납 접합재(16)가 모 칩(1)의 기능 범프(6)의 꼭대기면에 접촉한 시점에서, 접속 확인용 범프(13)의 선단부의 땜납 접합재(16)와 모 칩(1)의 접속 확인용 범프(7)의 꼭대기면 사이에 틈새 D가 생긴다.
모 칩(1)의 표면(3)과 자 칩(2)의 표면(11)이 서로 평행이면, 모든 접속 확인용 범프(13)의 선단부의 땜납 접합재(16)와 접속 확인용 범프(7)의 꼭대기면 사이의 틈새 D는 기능 범프(12)와 접속 확인용 범프(13)의 높이차에 상당하는 간격으로 된다. 따라서, 그 후에 열 처리가 행해지면, 접속 확인용 범프(13)의 선단부의 땜납 접합재(16)가 용융하여 팽창하고, 그 땜납 접합재(16)에 의해, 모든 접속 확 인용 범프(7, 13) 사이가 접속된다. 그리고, 도 3(b)에 나타내는 바와 같이 서로 대향하는 각 기능 범프(6, 12) 사이 및 각 접속 확인용 범프(7, 13) 사이의 땜납 접합재(16)가 접속 금속층(14)으로 되어, 그러한 각 사이의 양호한 접속(전도)이 달성된다.
한편, 자 칩(2)의 표면(11)이 모 칩(1)의 표면(3)에 대해서 기울어 있으면, 모 칩(1)의 표면(3)과 자 칩(2)의 표면(11)과의 간격이 넓은 부분과 좁은 부분이 생기고, 접속 확인용 범프(13)의 선단부의 땜납 접합재(16)와 접속 확인용 범프(7)의 꼭대기면 사이의 틈새 D에 광협(廣狹)이 생긴다. 그리고, 모 칩(1)의 표면(3)과 자 칩(2)의 표면(11)과의 간격이 넓은 부분에서는 접속 확인용 범프(13)의 선단부의 땜납 접합재(16)와 접속 확인용 범프(7)의 꼭대기면 사이의 틈새 D의 간격이 기능 범프(12)와 접속 확인용 범프(13)의 높이차보다 넓어진다. 그 때문에, 땜납 접합재(16)의 양이 적당한 일정량이면, 모 칩(1)의 표면(3)과 자 칩(2)의 표면(11)과의 간격이 넓은 부분에 있어서, 열 처리시에 접속 확인용 범프(13)의 선단부의 땜납 접합재(16)가 팽창해도, 그 땜납 접합재(16)가 접속 확인용 범프(7)의 꼭대기면에 닿지 않고, 접속 확인용 범프(7, 13) 사이의 접속이 달성되지 않는다.
따라서, 모든 접속 확인용 범프(7, 13) 사이의 접속이 달성되고 있으면, 자 칩(2)이 모 칩(1)에 대해 평행하게 접합되어 있다고 판정할 수 있다. 어느쪽이든 1 쌍의 접속 확인용 범프(7, 13) 사이의 접속이 달성되어 있지 않으면, 자 칩(2)이 모 칩(1)에 대해서 기울어 접합되어 있는(평행하게 접합되어 있지 않은) 것으로 판정할 수 있다.
종래의 구성과 동양(同樣)으로, 모 칩(1)의 접속 확인용 범프(7)가 기능 범프(6)와 동일한 높이에 형성되고, 자 칩(2)의 접속 확인용 범프(13)가 기능 범프(12)와 동일한 높이에 형성되어 있는 경우, 자 칩(2)이 모 칩(1)에 대해 기울어 접합되어도, 모 칩(1)의 표면(3)과 자 칩(2)의 표면(11)과의 간격이 넓은 부분에 있어서, 접속 확인용 범프(13)의 선단부의 땜납 접합재(16)와 접속 확인용 범프(7)의 꼭대기면 사이에 생기는 틈새는 작다. 그 때문에, 땜납 접합재(16)가 용융하여 팽창하면, 그 땜납 접합재(16)가 접속 확인용 범프(7)의 꼭대기면에 도달하여, 접속 확인용 범프(7, 13) 사이의 접속이 달성되어 버린다.
이것에 대해, 이 실시 형태의 구성에서는 자 칩(2)의 접속 확인용 범프(13)가 기능 범프(12)보다 낮게 형성되어 있으므로, 자 칩(2)의 표면(11)이 모 칩(1)의 표면(3)에 대해서 조금이라도 기울어 있으면, 모 칩(1)의 표면(3)과 자 칩(2)의 표면(11)과의 간격이 넓은 부분에 있어서, 접속 확인용 범프(13)의 선단부의 땜납 접합재(16)와 접속 확인용 범프(7)의 꼭대기면 사이에 넓은 틈새가 생긴다. 그 때문에, 땜납 접합재(16)가 팽창해도, 그 땜납 접합재(16)가 접속 확인용 범프(7)의 꼭대기면에 닿지 않고, 접속 확인용 범프(7, 13) 사이의 접속이 달성되지 않는다. 따라서, 자 칩(2)이 모 칩(1)에 대해서 평행하게 접합되어 있는지의 여부를 정확하게 판정할 수 있다.
도 4는 자 칩(2)의 제조 공정을 공정 순서로 나타내는 도해적인 단면도이다.
우선, 도 4(a)에 나타내는 바와 같이 배선층(22), 층간 절연막(23) 및 전극 패드(24)가 형성된 반도체 기판(21)상의 전체 면에, 예를 들어 질화 실리콘 또는 산화 실리콘이 퇴적되는 것에 의해 표면 보호막(25)이 형성된다. 질화 실리콘 또는 산화 실리콘은 CVD 법에 의해 퇴적시킬 수 있다.
다음에, 도 4(b)에 나타내는 바와 같이 포토리소그래피 공정에 의해, 표면 보호막(25)에, 패드 개구(26) 및 관통 구멍(27)이 관통 형성된다.
그 후, 도 4(c)에 나타내는 바와 같이, 선택 도금법에 의해 패드 개구(26) 및 관통 구멍(27)내에 금속 재료가 퇴적되어, 기능 범프(12) 및 접속 확인용 범프(13)가 형성된다. 패드 개구(26)의 바닥면(전극 패드(24)의 표면)과 관통 구멍(27)의 바닥면(층간 절연막(23)의 표면)과의 높이 위치가 다르므로, 기능 범프(12)와 접속 확인용 범프(13)를 동일 공정으로 형성하는 것에 의해, 특별한 공정을 필요로 하지 않으며, 표면 보호막(25)의 표면에 대한 높이(돌출량)가 서로 다른 기능 범프(12) 및 접속 확인용 범프(13)를 얻을 수 있다.
또한, 이것에 한정하지 않고, 기능 범프(12) 및 접속 확인용 범프(13)는 개별 공정으로 형성되어도 된다. 즉, 기능 범프(12) 및 접속 확인용 범프(13)의 한 쪽이 먼저 형성되고 다른 쪽이 다음에 형성되어도 된다.
도 5는 자 칩(2)외 구성을 나타내는 도해적인 단면도이다. 이 도 5에 있어서, 도 2에 나타내는 각 부에 상당하는 부분에는 도 2의 경우와 동일한 참조 부호를 부여하여 나타내고 있다. 또, 이하에서는 도 2에 나타내는 구성의 자 칩(2)과의 차이점만을 채택하여 설명하고, 각 부의 상세한 설명은 생략한다.
이 도 5에 나타내는 자 칩(2)에서는 층간 절연막(23)에, 표면 보호막(25)의 관통 구멍(27)과 연통하는 연통 구멍(28)이 관통하여 형성되어 있다. 그리고, 접속 확인용 범프(13)는 반도체 기판(21)의 표면으로부터 융기하고, 관통 구멍(27)을 관통하여, 표면 보호막(25)상에 기능 범프(12)의 돌출량보다 작은 돌출량(예를 들어 15㎛)으로 돌출하고 있다.
이 구성에 의해서, 도 2에 나타내는 구성의 경우와 동양인 효과를 달성할 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시 형태를 설명하였으나, 본 발명은 다른 형태로 실시할 수 있다. 예를 들어 상술한 실시 형태에서는 자 칩(2)에 있어서, 접속 확인용 범프(13)가 기능 범프(12)보다 낮게 형성되어 있는 것으로 하였으나, 도 6에 나타내는 바와 같이 모 칩(1)에 있어서도, 접속 확인용 범프(7)가 기능 범프(6)보다 낮게 형성되어도 된다. 이 경우, 도 6(a)에 나타내는 바와 같이, 접속 확인용 범프(7, 13)는 모 칩(1)과 자 칩(2)이 접합되는 과정에 있어서 기능 범프(12)의 선단부의 땜납 접합재(16)가 모 칩(1)의 기능 범프(6)의 꼭대기면에 접촉한 시점에서, 접속 확인용 범프(13)의 선단부의 땜납 접합재(16)와 모 칩(1)의 접속 확인용 범프(7)의 꼭대기면 사이에, 1 ~ 5㎛(바람직하게는 1 ~ 2㎛)의 틈새 D가 생기는 높이에 각각 형성되면 된다. 이와 같이 형성하면, 도 6(b)에 나타내는 바와 같이 모 칩(1)의 표면(3)과 자 칩(2)의 표면(11)이 서로 평행이면, 서로 대향하는 각 기능 범프(6, 12) 사이 및 각 접속 확인용 범프(7, 13) 사이의 땜납 접합재(16)가 접속 금속층(14)으로 되고, 그러한 각 사이의 양호한 접속이 달성된다.
또, 자 칩(2)에 있어서, 기능 범프(12)와 접속 확인용 범프(13)가 동일한 높이에 형성되고, 모 칩(1)에 있어서, 접속 확인용 범프(7)가 기능 범프(6)보다 낮게 형성되어도 된다. 즉, 이 실시 형태에서는 모 칩(1) 및 자 칩(2)을 각각 제1의 반도체 칩 및 제2의 반도체 칩으로 하였으나, 모 칩(1)을 제2의 반도체 칩으로 하고, 자 칩(2)을 제1의 반도체 칩이라고 해도 된다.
또, 접속 확인용 범프(7, 13)는 모 칩(1) 및 자 칩(2)의 내부 회로와 접속되어 있어도 되고, 모 칩(1) 및 자 칩(2)의 내부 회로로부터 전기적으로 분리되어 있어도 된다. 접속 확인용 범프(7, 13)가 내부 회로로부터 분리되는 경우, 도 7에 나타내는 바와 같이, 모 칩(1)에 있어서 칩 접합 영역의 각 각부에 2 개 1 쌍의 접속 확인용 범프(7)가 배치되는 동시에, 칩 접합 영역밖에 각 접속 확인용 범프(7)와 전기적으로 접속된 외부 취출용 전극(17)이 마련된다. 한편, 자 칩(2)에 있어서, 각 각부에 2 개 1 쌍의 접속 확인용 범프(13)가 배치되는 동시에, 그 2 개 1 쌍의 접속 확인용 범프(13)가 서로 전기적으로 접속된다. 이것에 의해, 모 칩(1)과 자 칩(2)이 평행을 이루어 접합되면, 각 쌍의 접속 확인용 범프(7, 13)의 사이가 접속되고, 각 쌍의 외부 취출용 전극(17) 사이가 단락되므로, 이들 사이의 전기 저항이 작아진다. 한편, 자 칩(2)이 모 칩(1)에 대해 기울어 접합되면, 그러한 표면 사이의 간격이 넓은 부분에 있어서, 접속 확인용 범프(7, 13)의 접속이 달성되지 않고, 외부 취출용 전극(17) 사이의 전기적 도통을 얻을 수 없기 때문에, 이들 사이의 전기 저항이 크게 된다. 따라서, 각 쌍의 외부 취출용 전극(17) 사이의 전기 저항의 측정 결과에 기초하여, 자 칩(2)이 모 칩(1)에 대해 평행하게 접합되어 있는지의 여부를 정확하게 판정할 수 있다.
또, 칩ㆍ온ㆍ칩 구조의 반도체 장치를 예시하였으나, 본 발명은 반도체 칩의 표면을 배선 기판(고체 장치)에 대향시켜 접합하는 플립ㆍ칩ㆍ본딩 구조의 반도체 장치에 적용되어도 된다.
그 외, 특허 청구의 범위에 기재된 사항의 범위에서 여러 가지의 설계 변경을 실행하는 것이 가능하다. 즉, 상술한 실시 형태는 본 발명의 기술적 내용을 분명히 하기 위해서 이용된 구체적인 예에 지나지 않고, 본 발명은 이러한 구체적인 예로 한정하여 해석되는 것이 아니며, 본 발명의 정신 및 범위는 첨부한 청구 범위에 의해서만 한정된다
이 출원은 2005 년 8 월 23 일에 일본 특허청에 제출된 특원 2005-241520 호 및 특원 2005-241521호에 대응하고 있어, 이러한 출원의 모든 개시는 여기에 인용에 의해 포함된다.
본 발명에 의하면, 반도체 칩이 다른 반도체 칩 등의 고체 장치에 대해서 평행하게 접합되어 있는지의 여부를 정확하게 판정할 수 있는 반도체 장치 및 이것에 이용되는 반도체 칩, 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.

Claims (9)

  1. 고체 장치에 그 표면을 대향시킨 상태로 접합되는 반도체 칩으로서,
    상기 표면으로부터 제1의 돌출량으로 돌출하고, 상기 고체 장치와의 전기 접속을 위한 기능 범프(functional bump)와,
    상기 표면으로부터 상기 제1의 돌출량보다 작은 제2의 돌출량으로 돌출하고, 상기 기능 범프에 의한 전기 접속의 상태를 확인하기 위한 접속 확인용 범프를 포함하는 반도체 칩.
  2. 청구항 1에 있어서,
    반도체 기판과,
    상기 반도체 기판의 표면을 덮는 표면 보호막과,
    상기 반도체 기판과 상기 표면 보호막의 사이에 개재되고, 상기 표면 보호막에 형성된 패드 개구(開口)에 임하여 배치된 전극 패드를 추가로 포함하고,
    상기 기능 범프는 상기 전극 패드상에 마련되고, 상기 패드 개구를 관통하여, 상기 표면 보호막상에 제1의 돌출량으로 돌출하고,
    상기 접속 확인용 범프는 상기 전극 패드보다 상기 반도체 기판측으로부터 융기하고, 상기 표면 보호막에 관통 형성된 관통 구멍을 관통하여, 상기 표면 보호막상에 상기 제1의 돌출량보다 작은 제2의 돌출량으로 돌출하고 있는 반도체 칩.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 반도체 기판과 상기 표면 보호막의 사이에 개재되고, 그 표면상에 상기 전극 패드가 배치되는 층간막을 추가로 포함하고,
    상기 접속 확인용 범프는 상기 층간막의 표면으로부터 융기하고 있는 반도체 칩.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 접속 확인용 범프는 상기 반도체 기판의 표면으로부터 융기하고 있는 반도체 칩.
  5. 고체 장치에 그 표면을 대향시킨 상태로 접합되는 반도체 칩을 제조하는 방법으로서,
    반도체 기판의 표면에 표면 보호막을 형성하는 공정과,
    상기 표면 보호막에, 상기 반도체 기판상에 배치되어 있는 상기 전극 패드를 노출시키는 패드 개구 및 상기 표면 보호막을 관통하는 관통 구멍을 형성하는 공정과,
    상기 패드 개구를 관통하는 기능 범프 및 상기 관통 구멍을 관통하는 접속 확인용 범프를 형성하는 공정을 포함하는 반도체 칩을 제조하는 방법.
  6. 제1의 반도체 칩과 제2의 반도체 칩을 상기 제1의 반도체 칩의 표면에 상기 제2의 반도체 칩의 표면을 대향시킨 상태로 접합한, 칩ㆍ온ㆍ칩 구조를 갖는 반도체 장치로서,
    상기 제1의 반도체 칩의 표면으로부터 돌출하는 제1 반도체 칩측 기능 범프와,
    상기 제1의 반도체 칩의 표면으로부터 돌출하는 제1 반도체 칩측 접속 확인용 범프와,
    상기 제2의 반도체 칩의 표면으로부터 제1의 돌출량으로 돌출하고, 상기 제1 반도체 칩측 기능 범프에 접속되어, 상기 제1의 반도체 칩과 상기 제2의 반도체 칩의 전기 접속을 달성하기 위한 제2 반도체 칩측 기능 범프와,
    상기 제2 반도체 칩의 표면으로부터 상기 제1의 돌출량보다 작은 제2의 돌출량으로 돌출하고, 상기 제1 반도체 칩측 접속 확인용 범프와 접속되어, 상기 제1의 반도체 칩과 상기 제2의 반도체 칩의 전기 접속의 상태를 확인하기 위한 제2 반도체 칩측 접속 확인용 범프를 포함하는 반도체 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1 반도체 칩측 기능 범프, 상기 제2 반도체 칩측 기능 범프, 상기 제1 반도체 칩측 접속 확인용 범프 및 상기 제2 반도체 칩측 접속 확인용 범프는 동일한 금속 재료를 이용하여 형성되고,
    상기 제1 반도체 칩측 기능 범프와 상기 제2 반도체 칩측 기능 범프의 사이, 및 상기 제1 반도체 칩측 접속 확인용 범프와 상기 제2 반도체 칩측 접속 확인용 범프의 사이에 각각 개재되고, 상기 금속 재료와 합금화하여, 이들 사이의 접속을 달성하기 위한 접속 금속층을 추가로 포함하는 반도체 장치.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 제2의 반도체 칩은 그 표면을 수직으로 내려다 보았을 때의 형상이 거의 직사각 형상을 이루고 있고,
    상기 제2 반도체 칩측 기능 범프는 상기 제2의 반도체 칩의 표면의 중앙부에 배치되고,
    상기 제2 반도체 칩측 접속 확인용 범프는 상기 제2의 반도체 칩의 표면의 각 각부(角部)에 배치되어 있는 반도체 장치.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1 반도체 칩측 접속 확인용 범프는 상기 제1 반도체 칩측 기능 범프의 상기 제1의 반도체 칩의 표면으로부터의 돌출량보다 작은 돌출량으로, 상기 제1의 반도체 칩의 표면으로부터 돌출하고 있는 반도체 장치.
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