DE10056281A1 - Electronic component comprises a semiconductor chip having an active upper side with integrated circuits and a passive rear side without integrated circuits - Google Patents
Electronic component comprises a semiconductor chip having an active upper side with integrated circuits and a passive rear side without integrated circuitsInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein elektronisches Bauteil mit minde stens einem Halbleiterchip und ein Verfahren zu seiner Her stellung entsprechend den unabhängigen Ansprüchen.The invention relates to an electronic component with mind least a semiconductor chip and a method for its manufacture position according to the independent claims.
Die Packungsdichte elektronischer Bauteile mit Halbleiter chips wird ständig erhöht. Dabei nimmt der Platzbedarf für Verbindungsleitungen und Kontaktflächen ständig zu, zumal die Verbindungsleitungen peripher um die Halbleiterchips herum angeordnet werden und somit der Flächenbedarf der Trägersy steme ständig zunimmt.The packing density of electronic components with semiconductors chips is constantly increasing. The space requirement for Connection lines and contact surfaces constantly, especially since Connection lines peripherally around the semiconductor chips be arranged and thus the space requirement of the Trägerersy steme is constantly increasing.
Aufgabe der Erfindung ist es, den Flächenbedarf von elektro nischen Bauteilen mit ihren Zu- und Ausgangsleitungen zu ver mindern.The object of the invention is the area requirement of electro components with their supply and output lines reduce.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen An sprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.This task is the subject of the independent An sayings solved. Further developments of the invention result from the subclaims.
Erfindungsgemäß weist ein elektronisches Bauteil mit minde stens einem Halbleiterchip eine aktive Oberseite mit inte grierten Schaltungen und eine passive Rückseite ohne inte grierte Schaltungen auf. Der Halbleiterchip des erfindungsge mäßen elektronischen Bauteils weist mindestens eine makrosko pische Durchgangsöffnung auf, das heißt, die Durchgangsöff nung hat makroskopische, mit bloßem Auge erkennbare und meß bare Abmessungen im Gegensatz zu mikroskopischen Durch gangsöffnungen, die nur noch unter einem Lichtmikroskop meß bar werden. In dieser makroskopischen Durchgangsöffnung eines Halbleiterchips sind eine Mehrzahl voneinander beabstandeter Durchgangsverbindungsleitungen angeordnet, die sich von der Oberseite zu der Unterseite des Halbleiterchips erstrecken.According to the invention, an electronic component with mind At least one semiconductor chip has an active top with inte circuits and a passive back without inte based circuits. The semiconductor chip of the fiction electronic component has at least one macrosco typical through opening, that is, the through opening nung has macroscopic, visible and measurable dimensions dimensions compared to microscopic diameters passage openings that only measure under a light microscope become cash. In this macroscopic through opening one Semiconductor chips are a plurality of spaced apart Through connecting lines arranged, which differ from the Extend top to bottom of the semiconductor chip.
Ein derartiges elektronisches Bauteil hat den Vorteil, daß sich auf engstem Raum Durchgangsverbindungsleitungen von der Oberseite eines Halbleiterchips zu der Rückseite eines Halb leiterchips konzentrieren. Die Rückseite des Halbleiterchips steht für Anordnungen weiterer Halbleiterchips oder für das Anordnen passiver Bauelemente auf der Rückseite des Halb leiterchips zur Verfügung. Darüber hinaus wird die Querschnittsfläche von Einkoppelschleifen durch Verbindungs leitungen von der Oberseite eines Halbleiterchips zu der Rückseite eines Halbleiterchips vermindert, da eine Mehrzahl von Durchgangsverbindungsleitungen eng nebeneinander in der makroskopischen Durchgangsöffnung angeordnet werden können.Such an electronic component has the advantage that through connection lines from the Top of a semiconductor chip to the back of a half concentrate conductor chips. The back of the semiconductor chip stands for arrangements of further semiconductor chips or for that Arrange passive components on the back of the half conductor chips available. In addition, the Cross-sectional area of coupling loops through connection lines from the top of a semiconductor chip to the Backside of a semiconductor chip diminishes because a plurality of through connection lines close together in the macroscopic through opening can be arranged.
In einer Ausführungsform der Erfindung weisen die Durchgangs verbindungsleitungen Bonddrähte auf. Dabei können die Bond drähte unmittelbar auf der Oberseite des Halbleiterchips mit entsprechenden Kontaktflächen des Halbleiterchips verbunden sein und sich durch die makroskopische Durchgangsöffnung zu der Rückseite des Halbleiterchips erstrecken. Es können auch die Kontaktflächen des Halbleiterchips über eine Umverdrah tungsfolie zu der makroskopischen Durchgangsöffnung geführt werden. Von dort aus sind Bonddrähte mit der Rückseite des elektronischen Bauteils verbunden. Diese Bonddrähte können aus den Materialien Gold, Kupfer, Aluminium und Legierung derselben zusammengesetzt sein.In one embodiment of the invention, the passage points connecting lines bond wires. The bond wires directly on the top of the semiconductor chip corresponding contact surfaces of the semiconductor chip connected be and through the macroscopic through opening extend the back of the semiconductor chip. It can too the contact areas of the semiconductor chip via a rewiring tion film to the macroscopic through opening become. From there are bond wires to the back of the connected electronic component. These bond wires can made of gold, copper, aluminum and alloy the same.
Die Bonddrähte aus Gold haben den Vorteil, daß sie mit Aluminiumoberflächen, beispielsweise einer Umverdrahtungsfolie, eine eutektische Schmelze bilden, so daß die Bonddrähte mit einfachem Ultraschallbonden oder mit Thermokompressionsbonden oder mit Thermosonicbonden im Be reich der makroskopischen Durchgangsöffnung mit den Leiter bahnen bzw. Kontaktanschlußflächen einer Umverdrahtungsfolie, die auf der Oberseite des Halbleiterchips angeordnet ist, verbunden werden können. Von dort aus kann auf kürzestem Wege, nämlich durch die makroskopische Durchgangsöffnung, über Bonddrähte eine Verbindung zu der Rückseite des Halblei terchips hergestellt werden. Die passive Rückseite des Halb leiterchips kann nun vorteilhaft genutzt werden, indem auf ihr zunächst ein Leiterbahnmuster aufgebracht ist. Mit dem Leiterbahnmuster werden weitere Bauelemente und Halbleiterchips in Kontakt gebracht. Somit läßt sich mit Hilfe der in der makroskopischen Durchgangsöffnung konzentrierten Durchgangsverbindungsleitungen eine kurze platzsparende und effektive Verbindungsleitungsführung realisieren. Die Rückseite kann neben einem zu Leiterbahnen strukturierten metallischen Muster auch eine Umverdrahtungsfolie aufweisen, die ihrerseits in Verbindung mit weiteren Bauteilen oder Chips stehen kann.The bond wires made of gold have the advantage that they are Aluminum surfaces, for example one Rewiring foil, form a eutectic melt, so that the bond wires with simple ultrasonic bonding or with Thermocompression bonding or with thermosonic bonding in the loading range of the macroscopic through opening with the conductor paths or contact pads of a rewiring foil, which is arranged on the top of the semiconductor chip, can be connected. From there you can quickly Paths, namely through the macroscopic through opening, bond wire to the back of the half lead terchips are manufactured. The passive back of the half conductor chips can now be used advantageously by clicking on a conductor pattern is first applied to it. With the Conductor patterns become additional components and Semiconductor chips brought into contact. So you can with Help in the macroscopic through hole concentrated through trunks a short space-saving and effective connection cable routing realize. The back can be next to one too conductor tracks textured metallic pattern also one Have rewiring film, which in turn in connection can stand with other components or chips.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die Durchgangsverbindungsleitung in einem die Durchgangsverbin dungsleitung elektrisch isolierenden Leitungsblock angeordnet sind. Dieser Leitungsblock weist eine Oberseite und eine Rückseite auf, wobei sich die Durchgangsverbindungsleitungen von der Oberseite des Leitungsblockes zu der Rückseite des Leitungsblockes erstrecken. Mit einem derartigen Leitungs block kann ein hohes Maß an Durchgangsverbindungsleitungen in einer makroskopischen Durchgangsleitung untergebracht werden.Another embodiment of the invention provides that the Through connection line in a the through connection Dungsleitung arranged electrically insulating line block are. This line block has a top and a Back on, with the through connection lines from the top of the lead block to the back of the Line block extend. With such a line block can have a high level of through interconnect lines a macroscopic through line.
Dazu werden in einer weiteren Ausführungform der Erfindung Querschnittsdichten von Durchgangsverbindungsleitungen in dem Leitungsblock von 15 Durchgangsverbindungsleitungen pro mm2 bis zu 150 Durchgangsverbindungsleitungen pro mm2 realisiert. Dabei weisen die Durchgangsverbindungsleitungen in einer wei teren Ausführungsform der Erfindung Durchmesser zwischen 20 und 50 µm auf.For this purpose, in a further embodiment of the invention, cross-sectional densities of through-connection lines in the line block of 15 through-connection lines per mm 2 up to 150 through-connection lines per mm 2 are realized. The through-connecting lines have a diameter of between 20 and 50 μm in a further embodiment of the invention.
Um die Enden der Durchgangsverbindungsleitungen mit einer Leiterplatine oder mit einer Umverdrahtungsfolie zu verbin den, weisen diese Enden auf mindestens einer Seite Lötbälle oder Löthöcker auf. Auf der gegenüberliegenden anderen Seite können in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung Bond drahtverbindungen zu jeweils den Enden der Durchgangsverbin dungsleitungen angeordnet sein. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß eine breite Variation der Verbindungsmöglichkei ten und der Kombination von Durchgangsverbindungsleitungen in einem Leitungsblock und zwischen der Ober- und Rückseite eines Halbleiterchips durchgeführt werden können.Use a PCB or with a rewiring foil , these ends have solder balls on at least one side or solder bumps. On the opposite side can bond in a further embodiment of the invention wire connections to the ends of the through connection can be arranged. This embodiment has the Advantage that a wide variation of the connection possibilities ten and the combination of through connection lines in a line block and between the top and back of a semiconductor chip can be performed.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weisen beide Enden jeder Durchgangsverbindungsleitung Kontakthöcker oder Lötbälle auf. Diese Kontakthöcker oder Lötbälle sind entsprechend den Durchgangsverbindungsleitungen des Leitungsblockes in einer dichten Matrix angeordnet. Mit Hilfe von Umverdrahtungsfolien können diese dichtgepackten Anschlüsse an den Enden der Durchgangsverbindungsleitungen auf die Gesamtfläche eines Halbleiterchips verteilt werden, so daß auf den Halbleiterchips entsprechend dimensionierte Kontakthöcker als Außenkontakte angeordnet werden können.In a further embodiment of the invention, both point Ends of each through link bump or Solder balls on. These are bumps or solder balls according to the through connection lines of the Line block arranged in a dense matrix. With help of rewiring foils can be packed tightly Connections at the ends of the through connection lines distributed over the entire area of a semiconductor chip, so that dimensioned accordingly on the semiconductor chips Contact bumps can be arranged as external contacts.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist eine Um verdrahtungsfolie auf der Oberseite des Halbleiterchips ange ordnet. Diese Umverdrahtungsfolie weist elektrische Leiter bahnen zwischen Kontaktflächen auf der Oberseite des Halbleiterchips und Kontaktanschlußflächen auf der Umverdrahtungsfo lie auf, welche mit den Kontakthöckern verbunden sind. Derar tige Umverdrahtungsfolien haben den Vorteil, daß sie äußerst dünn mit Hilfe einer kupferkaschierten oder aluminiumbe schichteten Polyimidfolie hergestellt werden können und das elektronische Bauteil nicht wesentlich in seiner Dicke ver größern.In a further embodiment of the invention is an order wiring film on the top of the semiconductor chip attached assigns. This redistribution foil has electrical conductors paths between contact areas on the top of the semiconductor chip and contact pads on the rewiring sheet lie on which are connected to the bumps. Derar term rewiring foils have the advantage that they are extremely thin with the help of a copper-clad or aluminum coating Layered polyimide film can be produced and that electronic component is not significantly ver in thickness greater.
Bei einem äußerst dicht bepackten Leitungsblock mit Durch gangsverbindungsleitungen kann es Probleme bei Anwendung von nur einlagigen Umverdrahtungsfolien geben, da flächig inner halb der Umverdrahtungsfolie jede Durchgangsverbindungslei tung mit einer Leiterbahn in der Umverdrahtungsfolie verbun den werden muß. In einem derartigen Fall äußerst dicht ge packter Durchgangsverbindungsleitungen können Umverdrahtungs folien mit mehreren Umverdrahtungsebenen eingesetzt werden. Somit kann in genügendem Isolationsabstand jede der Durchgangsverbindungsleitungen mit einer Leitung in der Umverdrahtungsfolie verbunden werden. Derartige Umverdrahtungsfolien mit übereinander angeordneten Umverdrahtungsebenen weisen Durchkontakte auf, die in ihren Positionen und Anordnungen der Durchkontaktverbindungsleitung des Leitungsblockes entsprechen. Somit ist im Bereich der Lötbälle oder Löthöcker des Leitungsblockes genau gegenüberliegend ein entsprechender Durchkontakt einer Umverdrahtungsleitung angeordnet, so daß die Lötbälle oder Löthöcker des Leitungsblockes lediglich in einem Reflow- Prozeß mit den Durchkontakten der mehrlagigen Umverdrahtungsfolie verbunden werden können.With an extremely densely packed line block with through there may be problems when using only give single-layer rewiring foils, since they are flat inside half of the redistribution foil each through connection line connection with a conductor track in the rewiring foil that must be. In such a case, it is extremely dense packed through connection lines can rewiring foils with multiple rewiring levels can be used. Thus, each of the Through connection lines with a line in the Rewiring foil to be connected. such Rewiring foils with one above the other Rewiring levels have through contacts in their Via link positions and locations of the line block. Thus in the area of Solder balls or bumps of the lead block exactly a corresponding through-contact opposite Rewiring line arranged so that the solder balls or Solder bump of the lead block only in a reflow Process with the through contacts of the multilayer Rewiring foil can be connected.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist auf der Rückseite des Halbleiterchips mit makroskopischer Durch gangsöffnung, Leitungsblock und Umverdrahtungsfolie ein weiterer Halbleiterchip gestapelt. Bei diesem weiteren Halblei terchips kann auf eine makroskopische Durchgangsöffnung ver zichtet werden. Ferner hat dieser weitere Halbleiterchip nur auf seiner aktiven Oberseite eine Umverdrahtungsfolie ange ordnet, die die Kontaktflächen des Halbleiterchips über Lei terbahnen der Umverdrahtungsfolie mit Löthöckern als Außen kontakte verbindet. Mit diesen Außenkontakten ist der weitere Halbleiterchip auf einer Umverdrahtungsfolie angeordnet, die auf der Rückseite des Halbleiterchips mit Leitungsblock und makroskopischer Öffnung angeordnet ist. Ein derartiger gesta pelter Chipaufbau ist äußerst kompakt und zeigt kürzeste Ver bindungen zwischen den Außenkontakten eines oberen Chips und den Kontaktflächen der aktiven Oberseite eines darunter ange ordneten Chips.In a further embodiment of the invention is on the Back of the semiconductor chip with macroscopic through aisle opening, line block and rewiring foil another Semiconductor chip stacked. With this other half lead terchips can open a macroscopic through opening to be waived. Furthermore, this further semiconductor chip only a rewiring film is attached to its active top arranges the contact areas of the semiconductor chip via Lei tracks of the rewiring foil with solder bumps as the outside contacts connects. With these external contacts there is another one Semiconductor chip arranged on a redistribution foil, the on the back of the semiconductor chip with lead block and Macroscopic opening is arranged. Such a gestta pelter chip construction is extremely compact and shows the shortest ver bonds between the external contacts of an upper chip and the contact surfaces of the active top one below arranged chips.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß das elektronische Bauteil mehrere aufeinandergestapelte Halb leiterchips aufweist. Diese mehreren gestapelten Halbleiter chips sind elektrisch über Leitungsblöcke verbunden, die eine entsprechende Anzahl von Durchgangsverbindungsleitungen in einer makroskopischen Durchgangsöffnung der Halbleiterchips aufweisen. Dazu können die Leitungsblöcke in der makroskopi schen Durchgangsöffnung angeordnet sein. Die Enden der Durch gangsverbindungsleitungen auf der Ober- und Rückseite der Leitungsblöcke können entweder über Bonddrähte oder über Löt höcker mit entsprechenden Umverdrahtungsfolien verbunden sein.Another embodiment of the invention provides that electronic component several stacked half has conductor chips. These several stacked semiconductors chips are electrically connected via line blocks, one corresponding number of through connection lines in a macroscopic through opening of the semiconductor chips exhibit. To do this, the line blocks in the macoskopi rule through opening be arranged. The ends of the through connecting cables on the top and rear of the Line blocks can either be via bond wires or via solder hump connected with appropriate rewiring foils his.
Die Umverdrahtungsfolie auf einer aktiven Oberseite hat die Aufgabe, die Signale der integrierten Schaltungen über Kontaktflächen des Halbleiterchips und Leiterbahnen der Umverdrahtungsfolie zu den Anschlußpunkten oder Löthöckern des Leitungsblocks zu führen. Von dort wandern die Signale innerhalb des Leitungsblockes über die Durchgangsverbindungs leitungen zu der Rückseite des Halbleiterchips und werden auf der Rückseite des Halbleiterchips auf die Außenkontakthöcker des darüberliegenden Chips verteilt. Die Außenkontakthöcker des darüberliegenden Chips sind wiederum über entsprechende Leiterbahnen mit den Kontakthöckern des Leitungsblocks des darüberliegenden Chips verbunden. Die Signale können über die Durchkontaktverbindungsleitungen und mit Hilfe einer weiteren Umverdrahtungsfolie auf der Rückseite des nächsten Halbleiterchips in das nächst höhergelegene Halbleiterchip gelangen. Somit wird mit der erfindungsgemäßen Anordnung erreicht, daß Signale vom untersten bis zum obersten Chip durchgegeben werden können und in jeder der Stufe Signale von diesem durchgängigen Leitungsbaum aus Leitungsblöcken abgezweigt werden können.The redistribution foil on an active top has the Task, the signals of the integrated circuits over Contact surfaces of the semiconductor chip and conductor tracks Rewiring foil to the connection points or solder bumps of the line block. The signals migrate from there within the line block via the through connection leads to the back of the semiconductor chip and are on the back of the semiconductor chip on the external bumps of the chip above. The external contact bumps of the overlying chips are in turn over corresponding Conductor tracks with the bumps of the lead block of the connected chips above. The signals can be via the Via connection lines and with the help of another Rewiring foil on the back of the next one Semiconductor chips in the next higher semiconductor chip reach. Thus, with the arrangement according to the invention achieves signals from the bottom to the top chip can be transmitted and in each of the stage signals from this continuous wiring harness made up of wiring blocks can be branched off.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß ein oberster Halbleiterchip des elektronischen Bauteils aus meh reren gestapelten Halbleiterchips mit makroskopischen Durch gangsöffnungen keine Durchgangsöffnung aufweist. Eine Durch gangsöffnung für das oberste Halbleiterchip ist schon deshalb nicht erforderlich, weil keine Signale auf die Rückseite die ses obersten Halbleiterchips zu transportieren sind. Dieses oberste Halbleiterchip kann mit seiner Rückseite bereits eine äußere Fläche des Gehäuses des elektronischen Bauteils darstellen. Dieses oberste Chip wirkt deshalb wie ein schützendes und versiegelndes Dach auf den mit makroskopi schen Durchgangsöffnungen versehenen übrigen gestapelten Halbleiterchips.Another embodiment of the invention provides that a top semiconductor chip of the electronic component made of meh rer stacked semiconductor chips with macroscopic through passage openings has no through opening. A through is therefore the opening for the top semiconductor chip not necessary because there are no signals on the back top semiconductor chips are to be transported. This top semiconductor chip can already have a back outer surface of the housing of the electronic component represent. This uppermost chip therefore acts as one protective and sealing roof on the macroscopic other stacked through openings provided Semiconductor chips.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Halb leiterchip ein Siliciumchip mit einer Kristallorientierung <100<. Diese Kristallorientierung hat den Vorteil, daß bei einem naßchemischen Ätzen makroskopische Durchgangsöffnungen erzeugt werden können, die sich von der Seite des Ätzangriffs aus zu der gegenüberliegenden Seite verjüngen und dabei einen Neigungswinkel von 54,7 Grad aufweisen. Der Vorteil dieser mit Hilfe der Kristallorientierung <100< erreichbaren makro skopischen Öffnungen ist, daß aufgrund des Neigungswinkels die Öffnung auf der Rückseite wesentlich größer ist als die Öffnung auf der integrierte Schaltungen aufweisenden Ober seite des Halbleiterchips. Somit wird, wenn von der Rückseite des Halbleiterchips aus geätzt wird, eine verminderte Oberfläche der aktiven Oberseite des Halbleiterchips für die makroskopische Durchgangsöffnung verbraucht. Da jedoch eine hohe Dichte an Durchgangsverbindungsleitungen in einem Leitungsblock erreichbar ist, gleicht sich der minimale Flächenverlust auf der aktiven Oberseite des Halbleiterchips vollständig aus. Müssen hingegen die oberen Chips über Signal- und Versorgungsleitungen entlang oder im Abstand von den Außenkanten der unterschiedlichen Halbleiterchips versorgt werden, so ergibt sich dabei ein wesentlich höherer Flächenbedarf als bei der erfindungsgemäßen Lösung mit einer makroskopischen Öffnung für die einzelnen Halbleiterchips.In another embodiment of the invention, the half is conductor chip a silicon chip with a crystal orientation <100 <. This crystal orientation has the advantage that at a wet chemical etching macroscopic through holes can be generated from the side of the etch attack taper off to the opposite side while doing one Have a tilt angle of 54.7 degrees. The advantage of this with the help of the crystal orientation <100 <achievable macro scopic openings is that due to the angle of inclination the opening on the back is much larger than that Opening on the upper having integrated circuits side of the semiconductor chip. Thus, if from the back of the semiconductor chip is etched out, a diminished Surface of the active top of the semiconductor chip for the macroscopic through opening used. However, since one high density of through-connections in one Line block is accessible, the minimum equals Loss of area on the active top of the semiconductor chip completely out. On the other hand, the top chips have to Signal and supply lines along or at a distance from the outer edges of the different semiconductor chips are supplied, so there is a much higher Space requirement than in the solution according to the invention with a macroscopic opening for the individual semiconductor chips.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Leitungsblock als elektrisch isolierendes Material zwischen den Durchgangsverbindungsleitungen einen Kunststoff auf. Die ser Kunststoff kann vorzugsweise Polyimid sein. Jedoch sind auch andere Polymere und Copolymere sowie Ester einsetzbar, soweit sie eine hohe Isolations- und Spannungsfestigkeit für die Durchgangsverbindungsleitungen liefern. Reichen bei Hoch frequenzanwendungen die Isolationseigenschaften von Kunst stoffen nicht aus, so kann für den Leitungsblock auch auf Ke ramik übergegangen werden, das als elektrisch isolierendes Material in dem Leitungsblock einsetzbar ist. In a further embodiment of the invention, the Line block as an electrically insulating material between a plastic on the through connection lines. the This plastic can preferably be polyimide. However are other polymers and copolymers and esters can also be used, as far as they have a high insulation and dielectric strength for provide the through interconnect lines. Reach high frequency applications the insulation properties of art do not matter, so for the line block can also Ke ramic be passed over as the electrically insulating Material can be used in the line block.
Ein Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauteils mit mindestens einem Halbleiterchip, der eine makroskopische Durchgangsöffnung für eine Mehrzahl von Durchgangsverbin dungsleitungen aufweist, wird durch folgende Verfahrens schritte hergestellt: zunächst wird ein Halbleiterwafer be reitgestellt, der auf einer aktiven Oberseite integrierte Schaltungen aufweist. Jedoch sind auf diesem Halbleiterwafer Oberseitenbereiche von Schaltungselementen freigehalten, in denen eine makroskopische Durchgangsöffnung für jeweils meh rere Durchgangsverbindungsleitungen vorgesehen ist. Die der art strukturierte Oberseite des Halbleiterwafers wird dann mit einer Schutzschicht gegen ein Ätzmittel abgedeckt. Dieses Ätzmittel soll von der Rückseite aus Ätzgruben in den Halb leiterwafer einfügen. Dazu wird vor dem Ätzen selektiv die Rückseite des Halbleiterwafers unter Freilassung von Berei chen, in denen die Durchgangsöffnungen für jeweils mehrere Durchgangsverbindungsleitungen vorgesehen sind, abgedeckt.A method of manufacturing an electronic component with at least one semiconductor chip that is macroscopic Through opening for a plurality of through connections has the following lines steps: First, a semiconductor wafer is loaded provided the integrated on an active top Circuits. However, on this semiconductor wafer Top areas of circuit elements kept clear in which a macroscopic through opening for each meh rere through connection lines is provided. The the The structured top of the semiconductor wafer is then covered with a protective layer against an etchant. This Etchant is said to be from the back of etch pits in half insert conductor wafer. For this purpose, the is selectively selected before the etching Back of the semiconductor wafer leaving the area free chen, in which the through openings for several Through connection lines are provided, covered.
Nach dem selektiven Abdecken der Rückseite kann dann der Halbleiterwafer in ein chemisches Ätzbad gelegt werden, und naßchemisch von der Rückseite aus werden die Durchgangsöff nungen gleichzeitig für alle Halbleiterchips auf dem Halblei terwafer eingebracht. Nach dem Einbringen der Durchgangsöff nungen wird der Wafer von den Schutzschichten befreit und ge reinigt, und anschließend wird der Halbleiterwafer in ein zelne Halbleiterchips getrennt.After selectively covering the back, the Semiconductor wafers are placed in a chemical etching bath, and the through holes are wet-chemically from the back simultaneously for all semiconductor chips on the half lead terwafer introduced. After inserting the through hole The protective layers are removed from the wafer and removed cleans, and then the semiconductor wafer is in a individual semiconductor chips separated.
Jeder Halbleiterchip weist mindestens eine makroskopische Durchgangsöffnung auf, welche sich von der Rückseite des Chips zu der Oberseite des Halbleiterchips erstreckt. Each semiconductor chip has at least one macroscopic one Through opening, which is from the back of the Chips extends to the top of the semiconductor chip.
Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß in rationeller Weise preiswert die erforderlichen makroskopischen Durch gangsöffnungen gleichzeitig für alle Chips auf einem Wafer hergestellt werden können. Ferner lassen sich mit diesem Ver fahren quadratische Durchgangsöffnungen herstellen, die auf der passiven Rückseite des Chips größer sind als auf der ak tiven Oberseite des Chips. Das selektive Abdecken der Rück seite des Halbleiterwafers unter Freilassen der Bereiche für die Durchgangsöffnungen kann mit Hilfe der Photolithographie technik vorbereitet werden. Dazu wird eine entsprechende Photolackmaske als Abdeckschicht auf die Rückseite des Halbleiter-Wafers aufgebracht wird. Die Ätzlösung für die naßchemische Ätzung umfaßt im wesentlichen eine Mischung aus Salpetersäure und Flußsäure, wobei die Salpetersäure das Silicium oxidiert und die Flußsäure dafür sorgt, daß das Siliciumoxid seinerseits äufgelöst wird. Diese Lösung kann durch Zugaben von Ammoniak gepuffert werden.This method has the advantage of being rational inexpensive the required macroscopic through aisle openings for all chips on a wafer at the same time can be produced. Furthermore, this Ver drive square through holes that create on the passive back of the chip are larger than on the ak tive top of the chip. The selective covering of the back side of the semiconductor wafer leaving the areas for the through openings can be made with the help of photolithography technology be prepared. For this, a corresponding Photoresist mask as a covering layer on the back of the Semiconductor wafers is applied. The etching solution for the wet chemical etching essentially comprises a mixture of Nitric acid and hydrofluoric acid, the nitric acid being the Silicon oxidizes and the hydrofluoric acid ensures that the Silicon oxide in turn is dissolved. This solution can can be buffered by adding ammonia.
Das Trennen des Halbleiterwafers in einzelne Halbleiterchips mit makroskopischer Durchgangsöffnung kann durch eine Säge technik erreicht werden, bei der dünne diamantbestückte Säge blattfolien durch eine hohe Drehgeschwindigkeit, die durch Luftlagerung des Sägemotors erreicht wird, aufgrund der dabei auftretenden Fliehkräfte zu einem formstabilen Sägeblatt mit nur wenigen 10 µm Breite führen. Mit derart stabilisierten Sägefolien können von der Oberseite des Halbleiterwafers aus sehr präzise die Halbleiterwafer in einzelne Halbleiterchips getrennt werden.The separation of the semiconductor wafer into individual semiconductor chips With a macroscopic through opening can be sawed technology can be achieved with the thin diamond-tipped saw sheet films by a high rotational speed, which by Air bearing of the saw motor is achieved due to this centrifugal forces to a dimensionally stable saw blade lead only a few 10 µm wide. With such stabilized Saw foils can be seen from the top of the semiconductor wafer very precisely the semiconductor wafers into individual semiconductor chips be separated.
Nach dem Vorliegen einzelner Halbleiterchips mit makroskopischer Durchgangsöffnung werden zunächst auf der aktiven Oberseite des Halbleiterchips die dort befindlichen Kontaktflächen mit Leiterbahnen einer Umverdrahtungsfolie verbunden. Danach wird ein Leitungsblock mit Durchgangsver bindungsleitungen und Löthöckern auf den Enden der Durch gangsverbindungsleitungen in der makroskopischen Durch gangsöffnung des Halbleiterchips angeordnet. Anschließend wird ein Verbinden der Löthöcker des Leitungsblockes mit Kon taktanschlußflächen der Umverdrahtungsfolie in Form eines Re flow-Prozesses durchgeführt.After the presence of individual semiconductor chips with macroscopic through opening are first on the active top of the semiconductor chip located there Contact areas with conductor tracks of a rewiring foil connected. Then a line block with Durchgangsver connection lines and solder bumps on the ends of the through connecting cables in the macroscopic through arranged passage opening of the semiconductor chip. Subsequently is a connection of the solder bumps of the lead block with Kon clock pads of the rewiring foil in the form of a Re flow process carried out.
Nachdem die Umverdrahtungsfolie fixiert und positioniert und auch der Leitungsblock elektrisch mit der Umverdrahtungsfolie verbunden ist, kann nun auf der Rückseite des Halbleiterchips eine weitere Umverdrahtungsfolie angeordnet werden. Diese wird mit den auf der Rückseite herausragenden Enden der Durchgangsverbindungsleitungen des Leitungsblockes über entsprechende Löthöcker verbunden. Sowohl die Umverdrahtungsfolie für die Oberseite des Halbleiterchips als auch die Umverdrahtungsfolie auf der Rückseite des Halbleiterchips kann mehrere Umverdrahtungslagen aufweisen, um bei hoher Dichte der Durchgangsverbindungsleitungen in dem Leitungsblock diese auf die Fläche der Halbleiterchips zu verteilen.After the redistribution foil is fixed and positioned and also the cable block electrically with the rewiring foil is now connected to the back of the semiconductor chip a further redistribution foil can be arranged. This ends with the protruding ends of the Through connection lines of the line block via corresponding solder bumps connected. Both the Rewiring foil for the top of the semiconductor chip as also the rewiring foil on the back of the Semiconductor chips can have multiple rewiring layers, to at high density of the through-connection lines in the Line block this towards the surface of the semiconductor chips to distribute.
Nach dem Verbinden der Löthöcker auf der Rückseite des Lei tungsblockes mit Kontaktanschlußflächen der rückseitigen Um verdrahtungsfolie und nach Befestigen der rückseitigen Umver drahtungsfolie auf der Rückseite des Halbleiterchips ist ein stapelbarer Chip entstanden, auf den gleichartig Chips in fast beliebiger Anzahl gestapelt werden können, die über die jeweiligen Leitungsblöcke miteinander gekoppelt sind.After connecting the solder bumps on the back of the Lei tion block with contact pads of the back order wiring foil and after attaching the reverse Umver wiring foil on the back of the semiconductor chip is a stackable chip, on which similar chips in almost any number that can be stacked over the respective line blocks are coupled together.
Aufgrund der Verjüngung der makroskopischen Durchgangsöffnung zur Oberseite hin entstehen in diesem Bereich relativ scharfe Kanten. Diese scharfen Kanten können durch eine Phase geschützt werden. Dazu wird gleichzeitig mit dem Einbringen von Markierungen für die Trennfugen auf der Halbleiteroberseite der Halbleiterwafer senkrecht zu der Oberseite angeätzt. Wenn dann von der Rückseite aus der Abtrag des Halbleitermaterials erfolgt, ergibt sich automatisch durch die von der Oberseite eingebrachte Einätzung eine Phase, die dem Kantenschutz der makroskopischen Öffnung auf der Oberseite des Halbleiterchips dient.Due to the tapering of the macroscopic through opening Towards the top there are relatively sharp ones in this area Edge. These sharp edges can be protected by a phase become. This is done simultaneously with the introduction of Markings for the parting lines on the top of the semiconductor the semiconductor wafer is etched perpendicular to the top. If then the removal of the semiconductor material from the back takes place automatically results from the top introduced etching a phase that the edge protection of the macroscopic opening on top of the semiconductor chip serves.
Bei einer weiteren Durchführung des Verfahrens wird die ma kroskopische Durchgangsöffnung in einem Rand- oder Eckbereich des Halbleiterchips angeordnet. Diese Anordnung hat den Vor teil, daß das Einbringen des Leitungsblockes nicht unmittel bar nach Anbringen der ersten Umverdrahtungsfolie erfolgen muß. Es kann vielmehr auch noch nach Aufbringen der auf der Rückseite des Halbleiterchips anzuordnenden Umver drahtungsfolie der Leitungsblock angeordnet, justiert und durch einen Reflow-Prozeß mit den beiden Umverdrahtungsfolien gleichzeitig verbunden werden.If the method is carried out further, the ma microscopic through opening in an edge or corner area of the semiconductor chip arranged. This arrangement has the front part that the introduction of the line block is not immediate bar after attaching the first rewiring foil got to. Rather, it can still be applied after the Reverse of the semiconductor chip to be arranged cable foil arranged, adjusted and through a reflow process with the two rewiring foils be connected at the same time.
Bei einem weiteren Durchführungsbeispiel des Verfahrens wird die makroskopische Durchgangsöffnung in einem zentralen Bereich des Halbleiterchips angeordnet. Mit dieser Anordnung ist der Vorteil verbunden, daß zu den Rändern des Halbleiterchips völlig gleichmäßige Abstände entstehen und somit eine hohe Symmetrie erreichbar wird.In another implementation example of the method the macroscopic through opening in a central one Area of the semiconductor chip arranged. With this arrangement the advantage is connected that to the edges of the Semiconductor chips completely uniform distances arise and thus a high degree of symmetry can be achieved.
Für elektronische Bauteile mit gestapelten Halbleiterchips, den sogenannten "stacked chip scale packages" ist Platzein sparung ein wesentliches Ziel. Werden zwei CSP-Bausteine (chip size packages) übereinandergesetzt, so sind dafür Verbindungen von unten nach oben, d. h. von der Chipoberseite zur Chiprückseite erforderlich. Diese sollten den geringstmöglichen Platz beanspruchen. Dabei bedingen Verdrahtungen um einen Chip herum lange Leiterbahnen und entsprechend einen großen Platzbedarf. Wird jedoch in die Chipfläche ein erfindungsgemäßes makroskopisches Durchgangsloch eingebracht, durch welches sämtliche Verbindungen von der Oberseite zur Rückseite des Chips geführt werden können, so wird vorteilhaft der Platzbedarf minimiert und die Leiterbahnlänge beträchtlich vermindert.For electronic components with stacked semiconductor chips, the so-called "stacked chip scale packages" is space saving an essential goal. Become two CSP building blocks (chip size packages) stacked, so are for that Bottom-up connections, d. H. from the top of the chip required to the back of the chip. These should be the take up as little space as possible. Conditional Wiring around a chip and long traces accordingly a large space requirement. However, is in the Chip area a macroscopic according to the invention Through hole introduced through which all Connections from the top to the back of the chip can be performed, the space requirement is advantageous minimized and the track length considerably reduced.
Dazu kann der erfindungsgemäße Leitungsblock bzw. "connector insert" mit einem äußerst geringen "pitch"-Abstand, das heißt, einer geringen Schrittweite von Durchgangsverbindungsleitung zu Durchgangsverbindungsleitung und kleinen Außenkontakten ausgestattet sein. So können in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung auf einem Quadratmillimeter bei einem "pitch"-Abstand von 125 µm und Kontaktdurchmessern von 50 µm 64 Durchgangsverbindungsleitungen untergebracht werden.For this purpose, the line block or "connector" according to the invention insert "with an extremely small" pitch "distance means a small increment of Through connection line to through connection line and small external contacts. So in a preferred embodiment of the invention on a Square millimeters with a "pitch" distance of 125 µm and Contact diameter of 50 µm 64 Pass-through lines are housed.
Wenn mit Hilfe der erfindungsgemäßen Lösung die Verdrahtung der unterschiedlichen Ebenen von gestapelten Halbleiterchips über makroskopische Durchgangsöffnungen durch die unteren Chips hindurch erfolgt, so kann dies in komprimierter und da mit platzsparender Form erfolgen. Der Platzbedarf der Durch gangsöffnung ist wesentlich geringer als bei einer Leiter bahnführung um jeden Chip herum. Darüber hinaus wird die Ver drahtung bei der erfindungsgemäßen Lösung durch das angren zende Chipvolumen geschützt.If with the help of the solution according to the invention the wiring the different levels of stacked semiconductor chips via macroscopic through openings through the lower ones Chips done through, so this can be compressed and there done with space-saving shape. The space required by aisle opening is much smaller than with a ladder path guidance around each chip. In addition, the Ver wiring in the solution according to the invention by the attack protected chip volume.
Bei Silicium als Halbleitermaterial mit einer <100<-Orientie rung läßt sich durch einen naßchemischen Ätzvorgang ein qua dratischer Durchbruch mit einem Flankenwinkel von 54,7 Grad darstellen. Zur Vermeidung einer undefinierten, scharfen Kante an der Oberseite des Halbleiterchips im Bereich der Durchgangsöffnung kann eine mehrere µm hohe Phase auf der Oberseite bzw. Vorderseite des Chips dargestellt werden. Eine derartige Phase läßt sich zum Beispiel während des "trench"- Ätzvorgangs "in situ" von der Oberseite her ausführen. In eine derart gestaltete makroskopische Durchgangsöffnung wer den beim Montageprozeß in der Durchgangsöffnung Durchgangs verbindungsleitungen angeordnet, die als "connector insert" eingebracht sein können und über die Kontaktierungen auf der Oberseite und der Rückseite dieses Leitungsblockes entweder zu der nächsthöheren Ebene oder zu dem darüberliegenden Chip geführt werden können.With silicon as a semiconductor material with a <100 <orientation tion can be qua by a wet chemical etching process dramatic breakthrough with a flank angle of 54.7 degrees represent. To avoid an undefined, sharp Edge on the top of the semiconductor chip in the area of Through opening can be a several µm high phase on the Top or front of the chip are shown. A such a phase can, for example, during the "trench" Carry out the etching process "in situ" from the top. In a macroscopic through opening designed in this way the passage in the assembly process in the through opening connecting lines arranged as "connector insert" can be introduced and via the contacts on the Top and back of this lead block either to the next higher level or to the chip above can be performed.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsformen mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert.The invention will now be described with reference to embodiments explained in more detail on the accompanying drawings.
Fig. 1 ist ein schematischer Querschnitt durch eine erste Ausführungsform der Erfindung. Fig. 1 is a schematic cross section through a first embodiment of the invention.
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht einer zweiten Aus führungsform der Erfindung. Fig. 2 is a perspective view of a second imple mentation form of the invention.
Fig. 3 ist ein schematischer Querschnitt durch eine dritte Ausführungsform der Erfindung. Fig. 3 is a schematic cross section through a third embodiment of the invention.
Fig. 4 ist ein schematischer Querschnitt durch eine vierte Ausführungsform der Erfindung. Fig. 4 is a schematic cross section through a fourth embodiment of the invention.
Fig. 5 ist ein schematischer Querschnitt durch eine fünfte Ausführungsform der Erfindung. Fig. 5 is a schematic cross section through a fifth embodiment of the invention.
Fig. 6 ist ein schematischer Querschnitt eines elektroni schen Bauteils mit zwei gestapelten Halbleiterchips unter An wendung der fünften Ausführungsform der Erfindung. Fig. 6 is a schematic cross section of an electronic component's with two stacked semiconductor chips using the fifth embodiment of the invention.
Fig. 7 ist ein schematischer Querschnitt eines elektroni schen Bauteils mit mehreren gestapelten Halbleiterchips unter Anwendung der fünften Ausführungsform der Erfindung. FIG. 7 is a schematic cross section of an electronic component having a plurality of stacked semiconductor chips using the fifth embodiment of the invention.
Fig. 1 ist ein schematischer Querschnitt durch eine erste Ausführungsform der Erfindung. In Fig. 1 bezeichnet die Be zugsnummer 1 ein elektronisches Bauteil, die Bezugsnummer 2 einen Halbleiterchip, die Bezugsnummer 3 eine aktive Ober seite des Halbleiterchips, die Bezugsnummer 4 den Bereich in tegrierter Schaltungen im Halbleiterchip, die Bezugsnummer 5 eine passive Rückseite des Halbleiterchips, die Bezugsnummer 6 eine makroskopische Durchgangsöffnung durch den Halbleiter chip von der Oberseite zur Rückseite des Halbleiterchips, die Bezugsnummer 7 Durchgangsverbindungsleitungen, die Bezugsnum mer 8 Bonddrähte, die Bezugsnummer 20 Kontaktflächen des Halbleiterchips und die Bezugsnummer 23 eine Verjüngung der makroskopischen Durchgangsöffnung 6 von der Rückseite 5 zur Oberseite 3 des Halbleiterchips 2 unter einem Neigungswinkel α. Fig. 1 is a schematic cross section through a first embodiment of the invention. In Fig. 1, reference number 1 denotes an electronic component, reference number 2 is a semiconductor chip, reference number 3 is an active upper side of the semiconductor chip, reference number 4 is the area in integrated circuits in the semiconductor chip, reference number 5 is a passive rear side of the semiconductor chip, which Reference number 6 is a macroscopic through opening through the semiconductor chip from the top to the rear of the semiconductor chip, reference number 7 through connection lines, reference number 8 bonding wires, reference number 20 contact surfaces of the semiconductor chip and reference number 23 a taper of the macroscopic through opening 6 from the rear side 5 to the top side 3 of the semiconductor chip 2 at an angle of inclination α.
In der Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 1 weist das elektronische Bauteil 1 mindestens einen Halbleiterchip 2 auf. Die aktive Oberseite 3 mit integrierten Schaltungen 4 weist Kontaktflächen 20 auf, die über Verbindungselemente 25 mit einer Leiterbahnstruktur 26 einer Leiterplatte 27 verbun den sind. Anstelle einer Leiterplatte 27 kann das Bauelement auch einen Systemträger 28 oder ein mehrlagiges Keramiksub strat 29 aufweisen. Die Rückseite des Halbleiterchips trägt entweder unmittelbar, wie es auf der rechten Seite der Fig. 1 zu sehen ist, eine mit Leiterbahnen strukturierte Metall schicht 29, so daß auf der Rückseite des Halbleiterchips 2 weitere aktive und passive Bauelemente angeordnet werden kön nen. Diese strukturierte Metallschicht ist in dieser Ausfüh rungsform über einen Bonddraht 8, der von der Rückseite als Durchgangsverbindungsleitung 7 durch die makroskopische Durchgangsöffnung 6 hindurchragt, mit der Leiterbahnstruktur 26 der Leiterplatte verbunden. Somit ist die aktive Oberseite 3 des Halbleiterchips 2 mit der passiven Rückseite 5 gekoppelt und kann mit entsprechend angeordneten aktiven und passiven Bauelementen auf der Rückseite des Halbleiterchips 2 korrespondieren.In the embodiment of the invention according to FIG. 1, the electronic component 1 has at least one semiconductor chip 2 . The active top side 3 with integrated circuits 4 has contact surfaces 20 which are connected via connecting elements 25 to a conductor track structure 26 of a printed circuit board 27 . Instead of a printed circuit board 27 , the component can also have a system carrier 28 or a multilayer ceramic substrate 29 . The back of the semiconductor chip either carries directly, as can be seen on the right side of FIG. 1, a structured with conductor tracks metal layer 29 , so that 2 further active and passive components can be arranged on the back of the semiconductor chip. In this embodiment, this structured metal layer is connected to the interconnect structure 26 of the printed circuit board via a bonding wire 8 which projects from the rear as a through connection line 7 through the macroscopic through opening 6 . The active upper side 3 of the semiconductor chip 2 is thus coupled to the passive rear side 5 and can correspond to correspondingly arranged active and passive components on the rear side of the semiconductor chip 2 .
Auf der linken Hälfte der Fig. 1 wird ein Bonddraht 8 von der Leiterbahnstruktur 26 zur Rückseite des Halbleiterchips 2 geführt, wobei die Rückseite nicht unmittelbar eine struktu rierte Metallschicht trägt, sondern eine Umverdrahtungsfolie 18, die einerseits isolierend wirkt und andererseits auf ih rer Oberseite 30 eine strukturierte Metallschicht trägt, über die entweder Außenkontaktanschlüsse oder weitere passive oder aktive Bauteile angeschlossen sein können.On the left half of FIG. 1, a bond wire 8 is guided from the conductor track structure 26 to the rear side of the semiconductor chip 2 , the rear side not directly carrying a structured metal layer, but rather a redistribution foil 18 which on the one hand has an insulating effect and on the other hand on its upper side 30 carries a structured metal layer, via which either external contact connections or other passive or active components can be connected.
Diese Ausführungsform der Erfindung kann beispielsweise ge wählt werden, wenn das Halbleiterchip 2 ein Speicherbaustein ist und auf der Rückseite dieses Speicherbausteins weitere Chips mit logischen integrierten Schaltungen angeordnet wer den. In der Fig. 1 ist das Gehäuse, das im wesentlichen aus einer Kunststoff-Füllmasse bestehen kann, zur Vereinfachung der Darstellung weggelassen worden.This embodiment of the invention can be selected, for example, if the semiconductor chip 2 is a memory chip and further chips with logic integrated circuits are arranged on the back of this memory chip. In Fig. 1, the housing, which may consist essentially of a plastic filling compound, has been omitted to simplify the illustration.
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht einer zweiten Aus führungsform der Erfindung. In Fig. 2 sind zur Vereinfachung der Darstellung das Gehäuse, Außenkontaktflächen und Verbin dungsleitungen weggelassen worden. In Fig. 2 sind Komponen ten, welche die gleiche Funktion wie in Fig. 1 erfüllen, mit gleichen Bezugsnummern gekennzeichnet, und ihre Funktion wird nicht erneut erläutert. Von dem Halbleiterchip 2 ist in Fig. 2 lediglich ein Abschnitt perspektivisch dargestellt, der die makroskopische Durchgangsöffnung 4 zeigt, in der in der Aus führungsform der Fig. 2 ein Leitungsblock 9 angeordnet ist. Fig. 2 is a perspective view of a second imple mentation form of the invention. In Fig. 2, the housing, external contact surfaces and connec tion lines have been omitted to simplify the illustration. In FIG. 2, components having the same function as in FIG. 1 are identified by the same reference numbers, and their function is not explained again. Only a section of the semiconductor chip 2 is shown in perspective in FIG. 2, which shows the macroscopic through opening 4 in which a line block 9 is arranged in the embodiment from FIG. 2.
Der Leitungsblock 9 besteht im wesentlichen aus einem iso lierenden Material und Durchgangsverbindungsleitungen 7, die von der Oberseite 10 des Leitungsblockes 9 zur Rückseite 11 des Leitungsblockes reichen. In dieser Ausführungsform sind in dem Leitungsblock 64 Durchgangsverbindungsleitungen ange ordnet, die einen Durchmesser von 20 bis 50 µm aufweisen. Der Leitungsblock hat eine Querschnittsfläche von 1 mm2. Auf den Enden 14 und 15 der Durchgangsverbindungsleitungen 7 des Lei tungsblocks 9 können Löthöcker oder Lötbälle angeordnet sein. Um die 64 Anschlüsse auf einem mm2 zu der Oberseite 3 des Halbleiterchips 2 und zur Rückseite 5 des Halbleiterchips 2 zu übertragen bzw. auf diesen Flächen des Halbleiterchips zu verteilen, werden mehrlagige Umverdrahtungsfolien eingesetzt, die für jedes Ende einer Durchgangsverbindungsleitung einen Durchkontakt aufweisen, der eine der 128 Enden der Durch gangsverbindungsleitungen 7 kontaktiert und ein Signal auf der Durchgangsverbindungsleitung 7 in eine Leiterbahnebene der Umverdrahtungsfolie lenkt.The line block 9 consists essentially of an insulating material and through-connection lines 7 , which extend from the top 10 of the line block 9 to the rear 11 of the line block. In this embodiment, 64 through-connection lines are arranged in the line block, which have a diameter of 20 to 50 microns. The line block has a cross-sectional area of 1 mm 2 . On the ends 14 and 15 of the through connection lines 7 of the line block 9 , solder bumps or balls can be arranged. In order to transmit the 64 connections on a mm 2 to the top side 3 of the semiconductor chip 2 and to the rear side 5 of the semiconductor chip 2 or to distribute them on these surfaces of the semiconductor chip, multilayer rewiring foils are used which have a through contact for each end of a through connecting line, which one of the 128 ends of the through-connection lines 7 is contacted and a signal on the through-connection line 7 is directed into a conductor track level of the redistribution foil.
Somit laufen die Strom-, Leitungs- und/oder Signalpfade von den Halbleiterelektroden der Bauelemente der integrierten Schaltung auf dem Halbleiterchip über Leitungen, die unmittelbar auf dem Halbleiterchip angeordnet sind, zu Kontaktflächen des Halbleiterchips 2. Von dort aus werden sie über Durchkontakte einer Umverdrahtungsfolie in eine Ebene der Umverdrahtungsfolie eingekoppelt und über entsprechende Durchkontakte zu der Vorderseite 10 des Leitungsblocks 9 geführt, und mit einer der Durchgangsverbindungsleitungen 7 verbunden. Von der Rückseite 11 des Leitungsblockes gehen die Signale über in Durchkontakte einer mehrlagigen Umverdrahtungfolie auf der Rückseite des Halbleiterchips 2 und werden in einer der Leiterbahnlagen der mehrlagigen Umverdrahtungsfolie auf der Rückseite des Halbleiters 2 zu entsprechenden Durchkontakten geführt, die entweder mit der nächsten Chipebene korrespondieren oder über die Umverdrah tungsfolie zum nächsthöheren Leitungsblock geführt werden. Somit kann das Prinzip der in Fig. 2 gezeigten Ausführungs form mehrfach übereinandergelagert wiederholt werden, und ein elektronisches Bauteil mit gestapelten Halbleiterchips reali siert werden.The current, line and / or signal paths thus run from the semiconductor electrodes of the components of the integrated circuit on the semiconductor chip via lines which are arranged directly on the semiconductor chip to contact areas of the semiconductor chip 2 . From there, they are coupled into a plane of the redistribution foil via through contacts of a redistribution foil and led to the front side 10 of the line block 9 via corresponding through contacts, and connected to one of the through connection lines 7 . From the rear 11 of the line block, the signals pass into through contacts of a multi-layer rewiring film on the back of the semiconductor chip 2 and are guided in one of the conductor layers of the multi-layer rewiring film on the back of the semiconductor 2 to corresponding through contacts, which either correspond to the next chip level or pass over the redistribution foil is led to the next higher line block. Thus, the principle of the embodiment shown in FIG. 2 can be repeated several times superimposed, and an electronic component with stacked semiconductor chips can be realized.
Fig. 3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine dritte Ausführungsform der Erfindung. In Fig. 3 werden Kom ponenten, die gleiche Funktionen erfüllen wie in den Fig. 1 und 2 mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Eine Er läuterung dieser Komponenten wird weggelassen. Der in Fig. 3 gezeigte Leitungsblock 9 unterscheidet sich von dem in Fig. 2 gezeigten Leitungsblock durch einen Ansatz 33, welcher den Leitungsblock 9 in der makroskopischen Durchgangsöffnung 6 hält. Der Halbleiterchip 2 ist mit seiner aktiven Oberseite 3 auf einem Träger 31 montiert, wobei teilweise die Kontaktflä chen 20 des Halbleiterchips über Bonddrähte mit den Enden 14 der Durchgangsverbindungsleitungen 7 verbunden sind und teil weise über Verbindungselemente 25 unmittelbar mit Leiterbah nen auf dem Träger 31 gekoppelt sind. Die Rückseite 11 des Leitungsblockes weist miniaturisierte Lötbälle mit einem Durchmesser zwischen 20 und 50 µm auf, die mit Kontaktan schlußflächen elektrischer Leiterbahnen 19 auf der Umverdrah tungsfolie 18 korrespondieren. Die Umverdrahtungsfolie 18 deckt die makroskopische Durchgangsöffnung 6 auf der Unter seite vollständig ab. Fig. 3 shows a schematic cross section through a third embodiment of the invention. In Fig. 3 components that perform the same functions as in Figs. 1 and 2 are identified by the same reference numerals. Explanation of these components is omitted. The line block 9 shown in FIG. 3 differs from the line block shown in FIG. 2 by an extension 33 which holds the line block 9 in the macroscopic through opening 6 . The semiconductor chip 2 is mounted with its active top side 3 on a carrier 31 , with some of the contact surfaces 20 of the semiconductor chip being connected via bonding wires to the ends 14 of the through-connecting lines 7 and partly directly connected to conductor tracks on the carrier 31 via connecting elements 25 , The back 11 of the line block has miniaturized solder balls with a diameter between 20 and 50 microns, the circuit surfaces with Kontaktan electrical conductors 19 on the redistribution film 18 correspond. The redistribution foil 18 completely covers the macroscopic through opening 6 on the underside.
Die makroskopische Durchgangsöffnung 6 ist in dieser Ausführungsform naßchemisch in ein Siliciumsubstrat von der Rückseite 5 aus hineingeätzt, so daß ein Neigungswinkel α von 54,7 Grad entsteht, da als Halbleitersubstanz eine Siliciumscheibe mit einer Kristallorientierung <100< gewählt wurde. Die Verbindungselemente 25 an der Oberseite 3 des Halbleiterchips 2 sorgen gleichzeitig für einen ausreichenden Abstand von dem Träger 31, so daß die Bondverbindungen 16 zu dem Leitungsblock 9 in dem Zwischenraum zwischen Halbleiterchip 2 und Träger 31 angeordnet werden können. Die Verbindungselemente 25 können einerseits eine mechanische Verbindungsfunktion und andererseits auch eine elektrische Verbindungsfunktion wahrnehmen.In this embodiment, the macroscopic through opening 6 is wet-chemically etched into a silicon substrate from the rear side 5 , so that an angle of inclination α of 54.7 degrees arises, since a silicon wafer with a crystal orientation <100 <was selected as the semiconductor substance. The connecting elements 25 on the upper side 3 of the semiconductor chip 2 simultaneously ensure a sufficient distance from the carrier 31 so that the bond connections 16 to the line block 9 can be arranged in the space between the semiconductor chip 2 and the carrier 31 . The connection elements 25 can perform a mechanical connection function on the one hand and an electrical connection function on the other hand.
Fig. 4 ist ein schematischer Querschnitt durch eine vierte Ausführungsform der Erfindung. In Fig. 4 sind Komponenten, welche die gleiche Funktion erfüllen wie in den Fig. 1 bis 3 mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Der Leitungs block der Fig. 4 unterscheidet sich von dem Leitungsblock 9 der Fig. 3 dadurch, daß an seiner Oberseite miniaturisierte Lötbälle 12 oder Löthöcker 13 angeordnet sind und an seiner Rückseite 11 Kontaktanschlußflächen 34 geformt sind, die über Bondverbindungen 16 mit einer Leiterbahnstruktur 26 unmittel bar auf dem Halbleiterchip 2 oder mit Leiterbahnen 19 einer Umverdrahtungsfolie 18 auf der Rückseite 5 des Halbleiter chips 2 verbunden sind. In dieser Ausführungsform haben die Verbindungselemente 25 auf der Oberseite 3 des Halbleiter chips auch eine elektrische Koppelfunktion zwischen den Kon taktflächen 20 des Halbleiterchips 2 und einer Leiterbahn struktur 26 auf einem Träger 31. Fig. 4 is a schematic cross section through a fourth embodiment of the invention. In Fig. 4, components that perform the same function as in Figs. 1 to 3 are identified by the same reference numerals. The line block of FIG. 4 differs from the line block 9 of FIG. 3 in that miniaturized solder balls 12 or solder bumps 13 are arranged on its top and 11 contact pads 34 are formed on its rear side, which are bonded 16 with a conductor structure 26 immediately bar on the semiconductor chip 2 or with conductor tracks 19 of a redistribution foil 18 on the back 5 of the semiconductor chip 2 are connected. In this embodiment, the connecting elements 25 on the upper side 3 of the semiconductor chip also have an electrical coupling function between the contact surfaces 20 of the semiconductor chip 2 and a conductor track structure 26 on a carrier 31 .
Fig. 5 ist ein schematischer Querschnitt durch eine fünfte Ausführungsform der Erfindung. In Fig. 5 sind Komponenten mit gleicher Funktion wie in den Fig. 1 bis 4 mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Eine Erläuterung der Bezugszei chen wird deshalb weggelassen. Fig. 5 is a schematic cross section through a fifth embodiment of the invention. In FIG. 5, components having the same function as in FIGS. 1 to 4 are designated by like reference numerals. An explanation of the reference characters is therefore omitted.
Der Leitungsblock 9 der Fig. 5 weist zum Unterschied zu den Leitungsblöcken der Fig. 3 und 4 sowohl auf seiner Ober seite 10 als auch auf seiner Rückseite 11 miniaturisierte Lötbälle 12 oder Löthöcker auf. Die Lötbälle 12 oder Löthöc ker 13 sind elektrisch mit den Enden der Durchgangsverbin dungsleitungen 7 des Leiterblocks 9 verbunden. Ferner sind die Lötbälle 12 oder Löthöcker 13 mit einer Leiterbahnstruk tur 26 eines Trägers 31 auf der Oberseite des Halbleiterchips 2 verbunden. Die Lötbälle 12 oder Löthöcker 13 auf der Rück seite 11 des Leiterblocks 9 sind mit den elektrischen Leiter bahnen 19 einer Umverdrahtungsfolie 18 verbunden, die auf der Rückseite 5 des Halbleiterchips 2 angeordnet ist.The line block 9 of FIG. 5, in contrast to the line blocks of FIGS . 3 and 4, has miniaturized solder balls 12 or bumps on both its upper side 10 and on its rear side 11 . The solder balls 12 or Löthöc ker 13 are electrically connected to the ends of the through-connection lines 7 of the conductor block 9 . Furthermore, the solder balls 12 or bumps 13 are connected to a conductor structure 26 of a carrier 31 on the top of the semiconductor chip 2 . The solder balls 12 or bumps 13 on the rear side 11 of the conductor block 9 are connected to the electrical conductors 19 of a redistribution foil 18 which is arranged on the rear side 5 of the semiconductor chip 2 .
Die Kontaktflächen 20 des Halbleiterchips 2 sind auf der Oberseite 3 angeordnet und sind über Verbindungselemente 25 mit der Leiterbahnstruktur 26 des Trägers verbunden. Der Träger 31 kann eine Leiterplatte, ein Systemträger, ein mehrlagiges Keramiksubstrat oder eine mehrlagige Umverdrahtungsfolie sein. In Abhängigkeit von der Dichte der Durchgangsverbindungsleitungen 7 in dem Leitungsblock 9 kann die Umverdrahtungsfolie 18 einlagig oder mehrlagig ausgebildet sein. Mit dieser Ausführungsform der Fig. 5 werden Signale des Halbleiterchips 2 über die Kontaktflächen des Halbleiterchips 2, die Verbindungselemente 25 und die Leiterbahnstruktur 26 des Trägers 31 zu dem Leitungsblock 9 geführt und in dem Leitungsblock 9 über die Durchgangsverbindungsleitung 7 auf die rückseitige Umverdrahtungsfolie 18 übertragen.The contact surfaces 20 of the semiconductor chip 2 are arranged on the upper side 3 and are connected to the conductor track structure 26 of the carrier via connecting elements 25 . The carrier 31 can be a printed circuit board, a system carrier, a multilayer ceramic substrate or a multilayer rewiring film. Depending on the density of the through connection lines 7 in the line block 9 , the redistribution foil 18 can be formed in one or more layers. With this embodiment of FIG. 5, signals of the semiconductor chip 2 are routed via the contact areas of the semiconductor chip 2 , the connecting elements 25 and the conductor track structure 26 of the carrier 31 to the line block 9 and transmitted in the line block 9 via the through-connection line 7 to the rear-side rewiring foil 18 .
Die rückseitige Umverdrahtungsfolie 18 kann ihrerseits ein weiteres Halbleiterchip oder mehrere Einzelchips aufnehmen und mit der aktiven Seite 3 des Halbleiterchips 2 über den Leitungsblock verbunden sein. Der Leitungsblock 9 wird vor dem Aufbringen der Umverdrahtungsfolie 18 auf der Rückseite 5 des Halbleiterchips 2 in die makroskopische Durchgangsöffnung 6 eingebracht. Eine Lötverbindung der miniaturisierten Lötbälle mit der Umverdrahtungsfolie 18 kann gleichzeitig in einem Reflow-Prozeß mit der Verbindung zu der Leiterbahnstruktur des Trägers 31 erfolgen.The rear-side redistribution foil 18 can in turn receive a further semiconductor chip or a plurality of individual chips and can be connected to the active side 3 of the semiconductor chip 2 via the line block. The lead block 9 is placed before the application of Umverdrahtungsfolie 18 on the back surface 5 of the semiconductor chip 2 in the macroscopic passage opening. 6 The miniaturized solder balls can be soldered to the rewiring foil 18 at the same time in a reflow process with the connection to the conductor track structure of the carrier 31 .
Fig. 6 ist ein schematischer Querschnitt eines elektroni schen Bauteils mit zwei gestapelten Halbleiterchips 2 und 22 unter Anwendung der fünften Ausführungsform der Erfindung. Fig. 6 is a schematic cross section of an electronic component's with two stacked semiconductor chips 2 and 22 using the fifth embodiment of the invention.
Komponenten in Fig. 6, die gleiche Funktionen wie in den Fig. 1 bis 5 erfüllen, werden mit gleichen Bezugszeichen ge kennzeichnet und nicht näher erläutert. Der Stapel aus zwei Halbleiterchips 2 und 22 wird von einem Träger 31 getragen, wobei der untere Halbleiterchip 2 eine Ausführungsform auf weist, wie sie bereits mit der Fig. 5 näher erläutert wurde. Der obere Halbleiterchip 22 weist keine makroskopische Durch gangsöffnung auf, wie der untere Halbleiterchip, da in dieser Stapelfolge von lediglich zwei aufeinander angeordneten Halb leiterchips 2 und 22 keine weiteren Halbleiterchips in dem Stapel vorgesehen sind.Components in Fig. 6, which perform the same functions as in Figs. 1 to 5, are identified by the same reference numerals and are not explained in detail. The stack of two semiconductor chips 2 and 22 is carried by a carrier 31 , the lower semiconductor chip 2 having an embodiment as has already been explained in more detail with FIG. 5. The upper semiconductor chip 22 has no macroscopic through opening, like the lower semiconductor chip, since in this stacking sequence of only two semiconductor chips 2 and 22 arranged one on top of the other, no further semiconductor chips are provided in the stack.
Die miniaturisierten Lötbälle 12 oder Löthöcker 13, wie sie in Fig. 5 gezeigt werden, sind derart klein, daß sie in dieser Darstellungsform nicht einzeln gezeigt werden können. Sie sind jedoch auf der Vorderseite 10 und der Rückseite 11 des Leitungsblockes 9 angeordnet. Die Umverdrahtungsfolien 18 auf der Oberseite der Halbleiterchips 2 und 22 sind ähnlich strukturiert wie die Leiterbahnstrukturen 26 auf der Rückseite des Halbleiterchips bzw. auf dem Träger 31. In dieser Ausführungsform der Erfindung können mehrere Speicherbausteine mit gleicher Struktur übereinander angeordnet werden.The miniaturized solder balls 12 or bumps 13 as shown in FIG. 5 are so small that they cannot be shown individually in this form of representation. However, they are arranged on the front 10 and the rear 11 of the line block 9 . The redistribution foils 18 on the top side of the semiconductor chips 2 and 22 are structured similarly to the conductor track structures 26 on the back side of the semiconductor chip or on the carrier 31 . In this embodiment of the invention, a plurality of memory modules with the same structure can be arranged one above the other.
Fig. 7 ist ein schematischer Querschnitt eines elektrischen Bauteils mit mehreren gestapelten Halbleiterchips 2, 32 unter Anwendung der fünften Ausführungsform der Erfindung. Jedes der unteren Halbleiterchips weist in dieser Ausführungsform Leitungsblöcke 9 auf, welche die Unterseite 3 eines Halbleiterchips mit einer Leiterbahnstruktur 26 auf der Rückseite 5 des Halbleiterchips 2 verbinden. Nur das oberste Halbleiterchip 32 weist keinen Leitungsblock mehr auf, was den Vorteil hat, daß die Rückseite 5 des obersten Halbleiterchips 32 als Gehäuseaußenseite eingesetzt werden kann. Die Außenumrisse des Gehäuses sind in Fig. 7 weggelassen, um die Klarheit der Darstellung zu verbessern. FIG. 7 is a schematic cross section of an electrical component with a plurality of stacked semiconductor chips 2 , 32 using the fifth embodiment of the invention. In this embodiment, each of the lower semiconductor chips has line blocks 9 which connect the underside 3 of a semiconductor chip to a conductor track structure 26 on the rear side 5 of the semiconductor chip 2 . Only the uppermost semiconductor chip 32 no longer has a line block, which has the advantage that the rear side 5 of the uppermost semiconductor chip 32 can be used as the outside of the housing. The outer contours of the housing have been omitted from FIG. 7 in order to improve the clarity of the illustration.
11
elektronisches Bauteil
electronic component
22
Halbleiterchip
Semiconductor chip
33
aktive Oberseite des Halbleiterchips
active top of the semiconductor chip
44
integrierte Schaltung des Halbleiterchips
Integrated circuit of the semiconductor chip
55
passive Rückseite des Halbleiterchips
passive back of the semiconductor chip
66
makroskopische Durchgangsöffnung des Halbleiter
chips
Macroscopic through opening of the semiconductor chip
77
Durchgangsverbindungsleitungen
Through connection lines
88th
Bonddrähte
Bond wires
99
Leitungsblock
conduction block
1010
Oberseite des Leitungsblockes
Top of the line block
1111
Rückseite des Leitungsblockes
Back of the line block
1212
Lötbälle
solder balls
1313
Löthöcker
bumps
1414
, .
1515
Enden der Durchgangsverbindungsleitungen
Ends of the through interconnect lines
1616
Bonddrahtverbindungen am Leitungsblock
Bond wire connections on the line block
1717
Kontaktanschlußflächen
Contact pads
1818
Umverdrahtungsfolie
Umverdrahtungsfolie
1919
elektrische Leiterbahn
electrical conductor track
2020
Kontaktflächen des Halbleiterchips
Contact surfaces of the semiconductor chip
2121
Leiterbahnmuster
Conductor pattern
2222
weiterer Halbleiterchip
another semiconductor chip
2323
Verjüngung
rejuvenation
2424
Oberseitenbereiche
Top Areas
2525
Verbindungselement
connecting element
2626
Leiterbahnstruktur
Conductor structure
2727
Leiterplatte
circuit board
2828
Systemträger
system support
2929
strukturierte Metallschicht
structured metal layer
3030
Oberseite der Umverdrahtungsfolie
Top of the redistribution foil
3131
Träger
carrier
3232
Oberster Halbleiterchip
α Neigungswinkel
Top semiconductor chip
α angle of inclination
3333
Ansatz
approach
3434
Kontaktanschlußflächen
Contact pads
Claims (30)
- - Bereitstellen eines Halbleiter-Wafers, der auf ei ner aktiven Oberseite (3) integrierte Schaltungen (4) aufweist, wobei Oberseitenbereiche (24) von Schaltungselementen freigehalten werden, in denen makroskopische Durchgangsöffnungen (6) für jeweils mehrere Durchgangsverbindungsleitungen (7) vorgese hen sind,
- - Abdecken der Oberseite (3) des Halbleiter-Wafers mit einer Schutzschicht gegen ein Ätzmittel,
- - Selektives Abdecken der Rückseite des Halbleiter- Wafers unter Freilassung von Bereichen, in denen Durchgangsöffnungen (6) für jeweils mehrere Durch gangsverbindungsleitungen (7) vorgesehen sind,
- - Naßchemisches Ätzen des Halbleiter-Wafers von sei ner Rückseite (5) aus,
- - Trennen des Halbleiter-Wafers in einzelne Halblei terchips (2), die mindestens eine makroskopische Durchgangsöffnung (6) aufweisen, von der Oberseite (3) des Halbleiterchips (2) aus.
- - Providing a semiconductor wafer which has integrated circuits ( 4 ) on an active upper side ( 3 ), upper side areas ( 24 ) being kept free from circuit elements in which macroscopic through openings ( 6 ) are provided for a plurality of through connecting lines ( 7 ) in each case .
- Covering the top side ( 3 ) of the semiconductor wafer with a protective layer against an etchant,
- - Selective covering of the rear side of the semiconductor wafer, leaving open areas in which through openings ( 6 ) are provided for several through-connection lines ( 7 ),
- - Wet chemical etching of the semiconductor wafer from its rear side ( 5 ),
- - separating the semiconductor wafer into individual semiconductor chips (2), having at least one macroscopic passage opening (6), from the upper side (3) of the semiconductor chip (2).
- - Verbinden von Kontaktflächen auf der Oberseite (3) eines Halbleiterchips (2) mit Leiterbahnen (19) ei ner Umverdrahtungsfolie (18),
- - Anordnen eines Leitungsblocks (9) mit Durchgangs verbindungsleitungen (7) und Löthöckern auf ihren Enden (14, 15) in der makroskopischen Durchgangsöff nung (6) des Halbleiterchips (2),
- - Verbinden der Löthöcker (13) des Leitungsblocks (9) mit Kontaktanschlußflächen (17) der Umverdrahtungs folie (18),
- - Anordnen einer weiteren Umverdrahtungsfolie (18) auf der Rückseite (5) des Halbleiterchips (2) und auf der Rückseite (11) des Leitungsblocks (9),
- - Verbinden der Löthöcker (13) auf der Rückseite des Leitungsblockes (9) mit Kontaktanschlußflächen (17) der weiteren Umverdrahtungsfolie (18), und
- - Befestigen der weiteren Umverdrahtungsfolie auf der Rückseite (5) des Halbleiterchips (2).
- - Connecting contact areas on the top ( 3 ) of a semiconductor chip ( 2 ) with conductor tracks ( 19 ) egg ner rewiring film ( 18 ),
- - Arranging a line block ( 9 ) with through connection lines ( 7 ) and solder bumps on their ends ( 14 , 15 ) in the macroscopic through-opening ( 6 ) of the semiconductor chip ( 2 ),
- - Connect the solder bumps ( 13 ) of the line block ( 9 ) with contact pads ( 17 ) of the rewiring film ( 18 ),
- Arranging a further redistribution foil ( 18 ) on the rear side ( 5 ) of the semiconductor chip ( 2 ) and on the rear side ( 11 ) of the line block ( 9 ),
- - Connect the solder bumps ( 13 ) on the back of the line block ( 9 ) with contact pads ( 17 ) of the further rewiring foil ( 18 ), and
- - Attach the further rewiring film on the back ( 5 ) of the semiconductor chip ( 2 ).
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