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公開番号2025171949
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-11-20
出願番号2025019381
出願日2025-02-07
発明の名称半導体パッケージ及びその製造方法
出願人三星電子株式会社,Samsung Electronics Co.,Ltd.
代理人弁理士法人共生国際特許事務所
主分類H01L 25/07 20060101AFI20251113BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】構造的安定性が向上された半導体パッケージ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明による半導体パッケージは、下部構造体と、下部構造体上の上部構造体と、下部構造体と上部構造体との間に介在する第1界面膜と、を有し、下部構造体は、第1半導体基板と、第1半導体基板の上の第1パッドと、第1半導体基板上で第1パッドを囲む第1絶縁層と、を含み、上部構造体は、第2半導体基板と、第2半導体基板の上の第2パッドと、第2半導体基板上で第2パッドを囲む第2絶縁層と、を含み、第1界面膜は、第1絶縁層に結合される第1自己組織化単分子膜(self-assembled monolayer)と、第2絶縁層に結合される第2自己組織化単分子膜と、を含む。
【選択図】図1

特許請求の範囲【請求項１】
下部構造体と、
前記下部構造体上の上部構造体と、
前記下部構造体と前記上部構造体との間に介在する第１界面膜と、を有し、
前記下部構造体は、
第１半導体基板と、
前記第１半導体基板の上の第１パッドと、
前記第１半導体基板上で前記第１パッドを囲む第１絶縁層と、を含み、
前記上部構造体は、
第２半導体基板と、
前記第２半導体基板の上の第２パッドと、
前記第２半導体基板上で前記第２パッドを囲む第２絶縁層と、を含み、
前記第１界面膜は、
前記第１絶縁層に結合される第１自己組織化単分子膜（ｓｅｌｆ－ａｓｓｅｍｂｌｅｄｍｏｎｏｌａｙｅｒ）と、
前記第２絶縁層に結合される第２自己組織化単分子膜と、を含むことを特徴とする半導体パッケージ。
続きを表示（約 1,900 文字）【請求項２】
前記第１自己組織化単分子膜は、
第１チェーンと、
前記第１チェーンの一端に連結される第１ヘッドグループと、
前記第１チェーンの他端に連結される第１ターミナルグループと、を含み、
前記第１自己組織化単分子膜は、前記第１ヘッドグループによって前記第１絶縁層の第１表面に化学吸着され、
前記第２自己組織化単分子膜は、
第２チェーンと、
前記第２チェーンの一端に連結される第２ヘッドグループと、
前記第２チェーンの他端に連結される第２ターミナルグループと、を含み、
前記第２自己組織化単分子膜は、前記第２ヘッドグループによって前記第２絶縁層の第２表面に化学吸着され、
前記第１ターミナルグループと第２ターミナルグループは、互いに結合することを特徴とする請求項１に記載の半導体パッケージ。
【請求項３】
前記第１ヘッドグループ及び前記第２ヘッドグループは、ヒドロキシ基（－ＯＨ）と結合できる官能基を含むことを特徴とする請求項２に記載の半導体パッケージ。
【請求項４】
前記第１チェーン及び前記第２チェーンは、炭化水素鎖を含むことを特徴とする請求項２に記載の半導体パッケージ。
【請求項５】
前記第１自己組織化単分子膜及び前記第２自己組織化単分子膜は、シランカップリング剤（ｓｉｌａｎｅｃｏｕｐｌｉｎｇａｇｅｎｔ：ＳＣＡ）を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体パッケージ。
【請求項６】
前記第１自己組織化単分子膜と結合される前記第１絶縁層の第１表面は、曲がっており、
前記第２自己組織化単分子膜と結合される前記第２絶縁層の第２表面は、曲がっていることを特徴とする請求項１に記載の半導体パッケージ。
【請求項７】
前記第１界面膜は、前記第１絶縁層及び前記第２絶縁層と接し、前記第１及び第２パッドと離隔されることを特徴とする請求項１に記載の半導体パッケージ。
【請求項８】
前記第１パッドと前記第２パッドとの間に介在する第２界面膜をさらに有し、
前記第２界面膜は、前記第１自己組織化単分子膜を形成する物質と前記第２自己組織化単分子膜を形成する物質の中の少なくとも一部を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体パッケージ。
【請求項９】
第１半導体基板と、
前記第１半導体基板上に配置される第２半導体基板と、
前記第２半導体基板に向かう前記第１半導体基板の一面上に配置される第１絶縁層と、
前記第１半導体基板に向かう前記第２半導体基板の一面上に配置される第２絶縁層と、
前記第１絶縁層と前記第２絶縁層との間に介在する第１界面膜と、を有し、
前記第１界面膜は、
前記第１絶縁層の第１面に化学吸着される第１ヘッドグループと、
前記第２絶縁層の第２面に化学吸着される第２ヘッドグループと、
前記第１ヘッドグループと前記第２ヘッドグループとの間のターミナルグループと、
前記第１ヘッドグループと前記ターミナルグループを連結する第１炭化水素鎖と、
前記第２ヘッドグループと前記ターミナルグループを連結する第２炭化水素鎖と、を含むことを特徴とする半導体パッケージ。
【請求項１０】
第１半導体基板上に第１パッド及び前記第１パッドを囲む第１絶縁層を形成する段階と、
第１絶縁層の第１面上に第１表面処理工程を実行する段階と、
ここで、前記第１表面処理工程によって、前記第１面上に第１官能基が形成され、
前記第１絶縁層の前記第１面上に第１自己組織化単分子膜を形成する段階と、
ここで、前記第１自己組織化単分子膜は、前記第１官能基と結合される第１ヘッドグループを有し、
第２半導体基板上に第２パッド及び前記第２パッドを囲む第２絶縁層を形成する段階と、
第２絶縁層の第２面上に第２表面処理工程を実行する段階と、
ここで、前記第２表面処理工程によって、前記第２面上に第２官能基が形成され、
前記第２絶縁層の前記第２面上に第２自己組織化単分子膜を形成する段階と、
ここで、前記第２自己組織化単分子膜は、前記第２官能基と結合される第２ヘッドグループを有し、
前記第１自己組織化単分子膜と前記第２自己組織化単分子膜を結合して、前記第１絶縁層と前記第２絶縁層との間に介在する界面膜を形成する段階と、を有することを特徴とする半導体パッケージの製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体パッケージ及びその製造方法に関し、特に、直接ボンディングされた半導体パッケージ及びその製造方法に関するものである。
続きを表示（約 2,800 文字）【背景技術】
【０００２】
半導体産業において、半導体パッケージ及びこれを利用した電子製品の高容量、薄型化、及び小型化に対する需要が増えて、これに関連した様々なパッケージ技術が次々と登場している。
その中の１つが様々な半導体チップを垂直積層させて高密度チップ積層を具現できるパッケージ技術である。
この技術は、１つの半導体チップで構成された一般的なパッケージより少ない面積に様々な機能を有する半導体チップを集積させることができるという長所を有する。
【０００３】
半導体パッケージは、集積回路チップを電子製品に使用する適合な形態で具現化したものである。
通常的に、半導体パッケージは、印刷回路基板上に半導体チップを実装し、ボンディングワイヤないしバンプを利用してこれらを電気的に接続することが一般的である。
電子産業の発達につれて半導体パッケージの信頼性向上及び耐久性向上のための様々な研究、開発が課題となり、進行している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
米国特許第１１，４３７，６４７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記従来の半導体パッケージにおける課題に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、構造的安定性が向上された半導体パッケージ及びその製造方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、半導体チップの間の電気的接続が良好な半導体パッケージ及びその製造方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、不良発生が少ない半導体パッケージの製造方法及びこれを通じて製造された半導体パッケージを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するためになされた本発明による半導体パッケージは、下部構造体と、前記下部構造体上の上部構造体と、前記下部構造体と前記上部構造体との間に介在する第１界面膜と、を有し、前記下部構造体は、第１半導体基板と、前記第１半導体基板の上の第１パッドと、前記第１半導体基板上で前記第１パッドを囲む第１絶縁層と、を含み、前記上部構造体は、第２半導体基板と、前記第２半導体基板の上の第２パッドと、前記第２半導体基板上で前記第２パッドを囲む第２絶縁層と、を含み、前記第１界面膜は、前記第１絶縁層に結合される第１自己組織化単分子膜（ｓｅｌｆ－ａｓｓｅｍｂｌｅｄｍｏｎｏｌａｙｅｒ）と、前記第２絶縁層に結合される第２自己組織化単分子膜と、を含むことを特徴とする。
【０００７】
また、上記目的を達成するためになされた本発明による導体パッケージは、第１半導体基板と、前記第１半導体基板上に配置される第２半導体基板と、前記第２半導体基板に向かう前記第１半導体基板の一面上に配置される第１絶縁層と、前記第１半導体基板に向かう前記第２半導体基板の一面上に配置される第２絶縁層と、前記第１絶縁層と前記第２絶縁層との間に介在する第１界面膜と、を有し、前記第１界面膜は、前記第１絶縁層の第１面に化学吸着される第１ヘッドグループと、前記第２絶縁層の第２面に化学吸着される第２ヘッドグループと、前記第１ヘッドグループと前記第２ヘッドグループとの間のターミナルグループと、前記第１ヘッドグループと前記ターミナルグループを連結する第１炭化水素鎖と、前記第２ヘッドグループと前記ターミナルグループを連結する第２炭化水素鎖と、を含むことを特徴とする。
【０００８】
上記目的を達成するためになされた本発明による半導体パッケージの製造方法は、第１半導体基板上に第１パッド及び前記第１パッドを囲む第１絶縁層を形成する段階と、第１絶縁層の第１面上に第１表面処理工程を実行する段階と、ここで、前記第１表面処理工程によって、前記第１面上に第１官能基が形成され、前記第１絶縁層の前記第１面上に第１自己組織化単分子膜を形成する段階と、ここで、前記第１自己組織化単分子膜は、前記第１官能基と結合される第１ヘッドグループを有し、第２半導体基板上に第２パッド及び前記第２パッドを囲む第２絶縁層を形成する段階と、第２絶縁層の第２面上に第２表面処理工程を実行する段階と、ここで、前記第２表面処理工程によって、前記第２面上に第２官能基が形成され、前記第２絶縁層の前記第２面上に第２自己組織化単分子膜を形成する段階と、ここで、前記第２自己組織化単分子膜は、前記第２官能基と結合される第２ヘッドグループを有し、前記第１自己組織化単分子膜と前記第２自己組織化単分子膜を結合して、前記第１絶縁層と前記第２絶縁層との間に介在する界面膜を形成する段階と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る半導体パッケージ及びその製造方法によれば、絶縁層と自己組織化単分子膜が、結合力が強い共有結合に接合され、自己組織化単分子膜もまた結合力が強い共有結合で接合される。
したがって、絶縁層間の接合が強く、構造的安定性が向上された半導体パッケージが製造される。
また、自己組織化単分子膜を各々絶縁層の表面に直接形成するので、自己組織化単分子膜が絶縁層から離隔されなくともよい。
伸張又は収縮が可能なチェーンによって自己組織化単分子膜が互いに直接接して化学結合するのが容易である。
したがって、第１界面膜が絶縁層の表面に離隔又は隙間がないように形成される。
即ち、離隔又は隙間による不良発生が少なく、構造的安定性が向上された半導体パッケージを提供することができる。
【００１０】
また、絶縁層の表面が平坦でなくとも、第１界面膜は、絶縁層の表面に離隔又は隙間がないように化学吸着される。
第１界面膜内の分子（又は、化学的結合）が切断されない。
即ち、絶縁層が第１界面膜を通じて堅固に結合され、構造的安定性が向上された半導体パッケージが提供される。
また、本発明の実施形態によれば、下部構造体と上部構造体の形成及び接合工程で生成されるパッドの表面上の酸化膜が除去される。
したがって、パッドのハイブリッドボンディングの後、パッドは、内部に酸化物層のような異物質がない一体を成すことができ、パッド間の電気抵抗が小さい。
パッド間に第２界面膜が形成される場合、第２界面膜の電気抵抗が酸化膜の電気抵抗より低い。
即ち、電気的特性が向上された半導体パッケージを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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