半导体装置及半导体装置的制造方法

技术领域

本技术涉及一种半导体装置。更具体地，本技术涉及堆叠半导体装置和制造堆叠半导体装置的方法。

背景技术

迄今为止，为了实现小型化和高功能化，已经使用具有一个堆叠在另一个之上的多个半导体芯片的多层结构半导体装置。例如，已经提出了一种半导体装置，其具有一个堆叠在另一个之上的两个半导体芯片，形成有从表面穿过到背侧的贯通电极，使得两个半导体芯片借助于贯通电极和背侧凸块电连接(参见NPL 1)。这种连接模式被归类为面对背(face-to-back)方法。

[引文列表]

[非专利文献]

[NPL 1]

Chien-Lin Huang等人，混合过程3D-IC的新型设计方法(“Novel DesignMethodology for Hybrid Process 3D-IC”A)，自动化与测试(“Automation and Test”)，2012年。

发明内容

[技术问题]

根据上述现有技术，两个半导体芯片的电连接使得两个芯片能够执行它们的处理以实现半导体装置整体的更高功能性。但是，在上述半导体装置的表面凸块连接第三半导体芯片的情况下，为了提高功能性，第三半导体芯片还需要形成用于与具有贯通电极的芯片表面连接的贯通电极，这增加了制造成本。这使得难以在降低制造成本的同时提高功能性。

本技术是鉴于上述情况而提出的，并且作为一个目的，提供了一种半导体装置，其具有一个堆叠在另一个之上的多个半导体芯片，以实现更高的功能性同时降低制造成本。

[问题的解决方案]

已经做出本技术以解决上述问题。根据本技术的第一方面，提供了一种半导体装置，包括光接收芯片，被配置为接收入射光；再布线侧半导体芯片，被配置为具有形成在其预定的布线表面上的布线层；中间半导体芯片，被配置为使得其一对接合表面中的一个接合表面与光接收芯片接合并且所述一对接合表面中的另一个接合表面与再布线侧半导体芯片接合；贯通电极，被配置为穿过中间半导体芯片的半导体基板；以及再布线，被配置为以连接贯通电极和布线层的方式设置在布线表面上。这提供了降低制造成本和提高功能性的效果。

同样根据本技术的第一方面，贯通电极可以以贯通电极的一端到达布线表面的方式穿过中间半导体芯片的半导体基板和再布线侧半导体芯片。这提供了减少形成贯通电极的次数的效果。

同样根据本技术的第一方面，半导体装置还可以包括被配置为遮挡来自布线表面的光的遮光膜。这提供了防止光接收芯片发生故障的效果。

同样根据本技术的第一方面，再布线侧半导体芯片可以具有矩形形状，并且贯通电极可以沿着再布线侧半导体芯片的边布置。这提供了提高布线效率的效果。

同样根据本技术的第一方面，半导体装置还可以包括绝缘膜，该绝缘膜被配置为将贯通电极与半导体基板和再布线侧半导体芯片绝缘。这提供了使贯通电极绝缘的效果。

同样根据本技术的第一方面，绝缘膜可以是光敏树脂。这提供了进一步降低制造成本的效果。

同样根据本技术的第一方面，一对接合表面中的一个接合表面可以是其上形成中间半导体芯片的布线层的表面，再布线侧半导体芯片可以嵌入在中间半导体芯片的与其所述表面相对的背侧的预定区域中，并且贯通电极的一端可以到达背侧上除预定区域之外的区域。这提供了降低处理难度水平的效果。

同样根据本技术的第一方面，中间半导体芯片可以具有矩形形状，并且贯通电极可以沿着中间半导体芯片的边布置。这提供了提高布线效率的效果。

同样根据本技术的第一方面，半导体装置还可以包括绝缘膜。一对接合表面中的一个接合表面可以是其上形成中间半导体芯片的布线层的表面，再布线侧半导体芯片可以接合到中间半导体芯片的与其表面相对的背侧的预定区域，而绝缘膜可以在除预定区域之外的区域上方形成，贯通电极可以包括以第一贯通电极的一端到达绝缘膜的方式穿过半导体基板的第一贯通电极，并且贯通电极还可以包括以穿过绝缘膜的方式连接到第一贯通电极的一端的第二贯通电极。这提供了降低制造难度水平的效果。

根据本技术的第二方面，提供了一种半导体装置制造方法，包括将中间半导体芯片的一对接合表面中的一个接合表面接合到接收入射光的光接收芯片的第一接合步骤；将所述一对接合表面中的另一个接合表面接合到在预定的布线表面上形成有布线层的再布线侧半导体芯片的第二接合步骤；形成穿过中间半导体芯片的半导体基板的贯通电极的贯通电极形成步骤；以及在布线表面提供用于连接贯通电极和布线层的再布线的再布线步骤。这提供了降低制造成本和提高功能性的效果。

同样根据本技术的第二方面，半导体装置制造方法还可以包括形成穿过半导体基板和再布线侧半导体芯片的通孔的通孔形成步骤。可以在贯通电极形成步骤中在通孔中形成贯通电极。这提供了减少形成贯通电极的次数的效果。

同样根据本技术的第二方面，通孔形成步骤可以包括用光敏树脂填充通孔的填充步骤和通过光刻法部分地去除光敏树脂的光刻步骤。这提供了进一步降低制造成本的效果。

同样根据本技术的第二方面，该半导体装置制造方法还可以包括在中间半导体芯片的与其上形成布线层的其表面相对的背侧的预定区域中形成凹部的凹部形成步骤；将再布线侧半导体芯片嵌入在凹部中的嵌入步骤；以及形成穿过半导体基板以到达背侧上除预定区域之外的区域的通孔的通孔形成步骤。可以在贯通电极形成步骤中在通孔中形成贯通电极。这提供了降低处理难度水平的效果。

同样根据本技术的第二方面，该半导体装置制造方法还可以包括绝缘膜形成步骤，该绝缘膜形成步骤在中间半导体芯片的与其上形成有布线层的表面相对的背侧上除预定区域之外的区域中形成绝缘膜。再布线侧半导体芯片可以在第二接合步骤中接合到背侧上的预定区域。贯通电极形成步骤可以包括第一贯通电极形成步骤，该第一贯通电极形成步骤以第一贯通电极的一端到达绝缘膜的方式形成穿过半导体基板的第一贯通电极。贯通电极形成步骤还可以包括第二贯通电极形成步骤，该第二贯通电极形成步骤以穿过绝缘膜的方式形成与第一贯通电极的一端连接的第二贯通电极。这提供了降低制造难度水平的效果。

附图说明

图1是描绘本技术的第一实施例中的半导体装置的示例性配置的横截面图。

图2是用于说明在本技术的第一实施例中将光接收芯片和中间半导体芯片一个堆叠在另一个之上的工艺的图。

图3是用于说明在本技术的第一实施例中直到减薄再布线侧半导体芯片的工艺的图。

图4是用于说明在本技术的第一实施例中接合再布线侧半导体芯片的工艺的图。

图5是用于说明在本技术的第一实施例中形成通孔的工艺的图。

图6是用于说明在本技术的第一实施例中形成绝缘膜的工艺的图。

图7是用于说明本技术的第一实施例的光刻和蚀刻工艺的图。

图8是用于说明本技术的第一实施例的等离子蚀刻工艺的图。

图9是用于说明本技术的第一实施例的再布线工艺的图。

图10是本技术的第一实施例中的半导体装置的示例性平面图。

图11是在本技术的第一实施例中其端子部署在中心部分的半导体装置的示例性平面图。

图12是描绘在本技术的第一实施例中制造半导体装置的示例性步骤的流程图。

图13是描绘在本技术的第二实施例中半导体装置的示例性配置的横截面图。

图14是用于说明在本技术的第二实施例中形成绝缘膜的工艺的图。

图15是用于说明本技术的第二实施例的光刻工艺的图。

图16是用于说明本技术的第二实施例的等离子蚀刻工艺的图。

图17是描绘在本技术的第三实施例中半导体装置的示例性配置的横截面图。

图18是描绘在本技术的第四实施例中半导体装置的示例性配置的横截面图。

图19是用于说明在本技术的第四实施例中形成凹部的工艺的图。

图20是用于说明在本技术的第四实施例中接合再布线侧半导体芯片的工艺的图。

图21是用于说明在本技术的第四实施例中形成通孔的工艺的图。

图22是用于说明在本技术的第四实施例中使用光敏树脂进行填充的工艺的图。

图23是用于说明本技术的第四实施例的光刻和蚀刻工艺的图。

图24是在本技术的第四实施例中半导体装置的示例性平面图。

图25是描绘在本技术的第五实施例中半导体装置的示例性配置的横截面图。

图26是用于说明在本技术的第五实施例中形成贯通电极的工艺的图。

图27是用于说明在本技术的第五实施例中接合再布线侧半导体芯片的工艺的图。

图28是用于说明在本技术的第五实施例中使用光敏树脂进行填充的工艺的图。

图29是用于说明本技术的第五实施例的光刻工艺的图。

图30是描绘车辆控制系统的示意配置示例的框图。

图31是辅助说明车外信息检测部分和成像部分的安装位置的示例的图。

具体实施方式

下面描述用于实现本技术的一些实施例(以下称为实施例)。将按照以下顺序进行描述：

1.第一实施例(其中贯通电极穿过两个半导体芯片的示例)

2.第二实施例(其中应用光敏树脂并且贯通电极穿过两个半导体芯片的示例)

3.第三实施例(其中设有遮光膜并且贯通电极穿过两个半导体芯片的示例)

4.第四实施例(其中嵌入再布线侧半导体芯片并且贯通电极仅穿过中间半导体芯片的示例)

5.第五实施例(其中仅穿过中间半导体芯片的贯通电极与穿过绝缘膜的贯通电极连接的示例)

6.应用于移动体的示例

<1.第一实施例>

[半导体装置的示例性配置]

图1是描绘在本技术的第一实施例中半导体装置100的示例性配置的横截面图。半导体装置100被设计为获取图像数据，并且包括一个堆叠在另一个之上的光接收芯片130、中间半导体芯片140和再布线侧半导体芯片160。

在下面的描述中，入射光的光轴将被称为“Z轴”，并且垂直于Z轴的预定轴被称为“X轴”，并且垂直于X轴和Z轴两者的轴被称为“Y轴”。另外，将朝向光接收表面的方向视为向上方向。图1是从Y方向看的横截面图。

光接收芯片130通过接收用于光电转换的入射光来获取图像数据。即，光接收芯片130用作固态图像拾取元件。光接收芯片130包括多个片上透镜131、半导体基板132和布线层133。

布线层133形成在半导体基板132下方。反射膜和钝化层形成在半导体基板132上方。滤色器和片上透镜131部署在反射膜和钝化层上方。其上形成片上透镜131的表面经由接合层120与透明基板110连接。接合层120可以覆盖整个片上透镜131，或仅覆盖其周边。

中间半导体芯片140包括布线层141和半导体基板142。布线层141形成在半导体基板142的顶侧之上。此外，中间半导体芯片140的布线层141接合到光接收芯片130的布线层133。接合表面由图1中的粗虚线指示。中间半导体芯片140例如包括用于保持图像数据的存储器和用于处理图像数据的信号处理电路。

再布线侧半导体芯片160包括半导体基板161和布线层162。布线层162形成在半导体基板161的下侧。此外，再布线侧半导体芯片160的半导体基板161的顶侧经由接合层150接合到中间半导体芯片140的半导体基板142的下侧。接合表面由图1中的另一条粗虚线指示。

此外，如果将在光接收芯片130、中间半导体芯片140和再布线侧半导体芯片160中的每一个上形成布线层的一侧视为表面，那么入射光进入光接收芯片130的背侧。以这种方式用入射光照射其背侧的固态图像拾取元件(即，光接收芯片130)被称为背照式固态图像拾取元件。

此外，光接收芯片130的表面接合到中间半导体芯片140的表面。中间半导体芯片140的背侧接合到再布线侧半导体芯片160的背侧。如上所述接合半导体芯片的背侧的模式被称为背对背方法。顺便提及，中间半导体芯片140的表面和背侧是所附权利要求中描述的一对接合表面的示例。

此外，再布线侧半导体芯片160可以在晶片状态下连接，或者可以在分离成比中间半导体芯片140小的芯片之后连接。此外，虽然中间半导体芯片140在这里与再布线侧半导体芯片160一个接一个地接合，但是也可以将多个再布线侧半导体芯片160与一个中间半导体芯片140接合。再布线侧半导体芯片160例如包括信号处理电路、存储器和温度调节电路。

用作接合层150的材料例如包括由有机树脂制成的粘合剂、诸如二氧化硅(SiO

半导体装置100还具有以穿过中间半导体芯片140的半导体基板142、接合层150和再布线侧半导体芯片160的方式沿着Z轴延伸形成的贯通电极171。贯通电极171的一端与中间半导体芯片140的布线层141连接，并且另一端到达再布线侧半导体芯片160的表面，两端之间没有物理接合表面。贯通电极171被配置有例如铜(Cu)、钛(Ti)、钽(Ta)、铝(Al)、钨(W)、镍(Ni)、钌(Ru)或钴(Co)。顺便提及，再布线侧半导体芯片160的表面是所附权利要求中描述的布线表面的示例。

此外，绝缘膜172形成在一方面的贯通电极171与另一方面的半导体基板142和再布线侧半导体芯片160之间，从而使两个部分彼此电分离(即，绝缘)。用作绝缘膜172的材料包括二氧化硅(SiO

这里，优选地，中间半导体芯片140的半导体基板142的厚度为大约3至100微米(μm)并且接合层150的厚度为大约10纳米(nm)至10微米(μm)。优选地，再布线侧半导体芯片160可以大约10至100微米(μm)厚。考虑到成品率和制造工艺成本，贯通电极171可以优选地被设计为直径为10至100微米(μm)并且各自具有10或更小的纵横比。

再布线侧半导体芯片160的表面上形成有再布线通路(vias)175，再布线173将再布线通路175连接到贯通电极171。中间半导体芯片140和再布线侧半导体芯片160借助于贯通电极171、再布线173和再布线通路175彼此电连接。贯通电极171、再布线173和再布线通路175是在同一工艺中形成的，并且被构造成没有接合表面，这提供了高可靠性。

保护层174形成在其上提供再布线173的表面之下。保护层174同时允许用于与再布线通路175连接的衬垫开口和用于在贯通电极171的基座处的中间半导体芯片140的布线层141的衬垫(pad)开口。在开口之后，衬垫因此不在任其腐蚀并导致开路故障。再布线173还具有为了与安装基板连接而形成的凸块176。尺寸等于半导体芯片的尺寸并且凸块176保持暴露的最小封装被称为CSP(芯片尺寸封装)。

如图1中所绘出的，与其中两个半导体芯片一个堆叠在另一个之上的情况相比，除了光接收芯片130和中间半导体芯片140之外堆叠的再布线侧半导体芯片160进一步提高了半导体装置100的功能性。

这里假设比较示例是其中穿过中间半导体芯片140的半导体基板142的贯通电极与穿过再布线侧半导体芯片160的贯通电极分开形成，分开形成的贯通电极此后被连接的配置。在图1中，贯通电极171穿过中间半导体芯片140的半导体基板142和再布线侧半导体芯片160。这意味着贯通电极只需要在单个工艺中形成，与需要在两个工艺中形成贯通电极的比较示例相比，这涉及较少的制造成本。此外，电极和布线连接比比较示例中的少。这使得布线路径的电阻率低于比较示例中的电阻率，这提高了半导体芯片之间的接合强度。

[制造半导体装置的方法]

以下参考图2至图9说明制造半导体装置100的方法。图2是用于说明在本技术的第一实施例中将光接收芯片130和中间半导体芯片140一个堆叠在另一个之上的工艺的图。

如图2中所绘出的，制造系统将中间半导体芯片140堆叠在光接收芯片130上，使得它们的布线层彼此面对接合，很像现有的将堆叠的背照式固态图像拾取元件制造到CSP中的方法。此后，中间半导体芯片140的半导体基板142例如通过湿法蚀刻被减薄至约50微米(μm)。

图3是用于说明在本技术的第一实施例中直到减薄再布线侧半导体芯片160的工艺的图。如图3中所绘出的，再布线侧半导体芯片160形成直到布线层162，在布线层162上形成有用于与再布线通路连接的衬垫。此后，用二氧化硅(SiO

图4是用于说明在本技术的第一实施例中接合再布线侧半导体芯片160的工艺的图。如图4中所绘出的，中间半导体芯片140的半导体基板142的背侧涂敷有与半导体基板高度粘合的绝缘树脂。此后，接合再布线侧半导体芯片160的晶片，并且去除临时接合晶片。另一种方法可以包括在中间半导体芯片140的半导体基板142的背侧以及再布线侧半导体芯片160的半导体基板161的背侧之上形成氧化硅膜，然后通过等离子接合使两侧接合。在任何情况下，由于光接收芯片130(固态图像拾取元件)的滤色器具有高达大约250℃的耐热性，因此在低于该温度的温度下接合的方法是优选的。

图5是用于说明在本技术的第一实施例中形成通孔的工艺的图。如图5中所绘出的，光刻和等离子体蚀刻用于形成穿过中间半导体芯片140和再布线侧半导体芯片160的半导体基板142的通孔。

图6是用于说明在本技术的第一实施例中形成绝缘膜172的工艺的图。如图6中所绘出的，PE-CVD(等离子增强化学气相沉积)方法和ALD(原子层沉积)方法用于沉积绝缘膜172。在将树脂施加到接合层150的情况下，接合层150在形成通孔时趋向于形成凹陷。为了避免这个问题，在切换到提供低覆盖率的低成本PE-CVD方法之前，使用提供高沉积覆盖率的ALD方法无缝且可靠地填充凹陷。这使得能够通过贯通电极侧的形状平滑化来提高布线可靠性，并且能够实现低成本处理。

图7是用于说明本技术的第一实施例的光刻和蚀刻工艺的图。如图7中所绘出的，使用光刻和干法蚀刻将再布线侧半导体芯片160的衬垫上的背侧绝缘膜处理成与通孔基座的绝缘膜的厚度大致相等的厚度。

图8是用于说明本技术的第一实施例的等离子蚀刻工艺的图。如图8中所绘出的，使用等离子刻蚀对整个表面进行回蚀，去除通孔基座处的中间半导体芯片140的贯穿电极的衬垫上的绝缘膜以及再布线侧半导体芯片160的衬垫上的绝缘膜。此时，背侧平坦部分上的绝缘膜不会消失，因为它由覆盖率低的膜形成并且比通孔基座处的绝缘膜厚。当在同一工艺中对衬垫两侧开口时，可以最大程度地减少在一侧衬垫开口后执行多个工艺而导致衬垫腐蚀的担忧。

图9是用于说明本技术的第一实施例的再布线工艺的图。如图9中所绘出的，再布线173与贯通电极171和再布线通路175一起通过半加成工艺形成。具体而言，通过PVD(物理气相沉积)法、PE-CVD法、MO-CVD(金属有机-CVD)法或ALD法形成诸如钽(Ta)或钛(Ti)或铜籽晶金属膜之类的遮挡金属膜。然后，使用光刻在不需要的部分上形成掩模，然后采用电镀以与再布线侧半导体芯片160上的再布线通路175的衬垫的顶侧连接的方式在贯通电极171和背侧和前侧沉积金属膜。此后，在去除抗蚀剂的情况下，进行湿法蚀刻以去除籽晶金属和遮挡金属。当通过这些工艺形成贯通电极171和再布线173时，同时形成再布线通路175而不形成连接部分。也可以在多层结构的背侧形成布线层162。

在图9中的工艺之后，在再布线的基板的表面上通过阻焊剂形成保护膜(即，被钝化处理)，用于与待连接到安装基板的凸块176连接。

图10是本技术的第一实施例中的半导体装置100的示例性平面图。图10是从Z轴方向看的示例性二维图。再布线侧半导体芯片160呈矩形形状，沿着矩形的边部署有预定数量的贯通电极171。以这样的方式沿着边布置贯通电极171提高了再布线侧半导体芯片160的布线效率。中间半导体芯片140和再布线侧半导体芯片160在光接收芯片130的背侧上一个堆叠在另一个之上。信号经由再布线173在这些芯片之间传输。鉴于此，参与信号传输的衬垫可以彼此靠近定位以缩短信号传输距离。

替代地，如图11中所例示的，贯通电极171还可以部署在再布线侧半导体芯片160的中央部分。

图12是描绘在本技术的第一实施例中制造半导体装置100的示例性步骤的流程图。首先，制造系统将两个半导体芯片(光接收芯片130和中间半导体芯片140)一个堆叠在另一个之上(步骤S901)。然后形成并减薄再布线侧半导体芯片160(步骤S902)。此后，接合再布线侧半导体芯片160(步骤S903)。

制造系统继续形成通孔(步骤S904)，接着形成绝缘膜172(步骤S905)。通过光刻和干法蚀刻(步骤S906)和等离子蚀刻(步骤S907)处理绝缘膜172以与贯通电极171和再布线通路175一起形成再布线173(步骤S908)。然后形成凸块176(步骤S909)。在步骤S909结束时，制造系统终止半导体装置100的制造工艺。

根据本技术的第一实施例，如上所述，再布线侧半导体芯片160进一步堆叠在光接收芯片130和中间半导体芯片140上。这提供了比只有光接收芯片130和中间半导体芯片140堆叠的情况更高的功能性。此外，由于贯通电极171穿过中间半导体芯片140和再布线侧半导体芯片160的半导体基板142，因此在将半导体芯片彼此电接合时，在单个工艺中形成贯通电极。与穿过中间半导体芯片140的半导体基板142的贯通电极与穿过再布线侧半导体芯片160的贯通电极在贯通电极彼此连接之前分开形成的情况相比，这降低了制造成本。

<2.第二实施例>

虽然上述第一实施例使用诸如二氧化硅(SiO

图13是描绘在本技术的第二实施例中半导体装置100的示例性配置的横截面图。第二实施例中的半导体装置100与第一实施例中的不同之处在于绝缘膜172被绝缘膜180代替。用作绝缘膜180的材料包括聚酰亚胺、丙烯酸、硅树脂和环氧基材料。

在用于第一实施例的图2至图9中所示的工艺中，图6至图8中的那些工艺被用于第二实施例的图14至16中所示的工艺代替。

图14是用于说明在本技术的第二实施例中形成绝缘膜180的工艺的图。如图14中所绘出的，制造系统将光敏树脂(即，绝缘膜180)施加到整个背侧上。通孔也用树脂填充。

图15是用于说明本技术的第二实施例的光刻工艺的图。如图15中所绘出的，光刻工艺用于去除与贯穿电极和再布线通路对应的位置的光敏绝缘树脂。

图16是用于说明本技术的第二实施例的等离子蚀刻工艺的图。如图16中所绘出的，使用等离子蚀刻从通孔基座处的中间半导体芯片140的贯通电极的衬垫上方以及从再布线侧半导体芯片160的衬垫上方去除绝缘膜。

虽然对于第一实施例必须使用ALD和PE-CVD法，但是对于第二实施例这些工艺不是必须的，因为使用了光敏树脂。工艺数量的减少进一步降低了制造成本。此外，涂覆工艺的使用使得可以完全平滑接合层150的凹凸。

如上所述，本技术的第二实施例涉及使用光敏树脂作为绝缘膜180。与无机膜用作绝缘膜172的情况相比，光敏树脂的使用消除了需要使用ALD和EP-CVD法的工艺。这也降低了制造成本。

<3.第三实施例>

在上述第一实施例中，中间半导体芯片140和再布线侧半导体芯片160与介于其间的接合层150接合在一起。但是，在这种配置中，来自再布线侧半导体芯片160的表面的光可能进入光接收芯片130的背侧，可能导致后者发生故障。第三实施例中的半导体装置100与第一实施例中的半导体装置的不同之处在于使用遮光膜来遮挡来自再布线侧半导体芯片160的光以便防止芯片故障。

图17是描绘在本技术的第三实施例中半导体装置100的示例性配置的横截面图。第三实施例中的半导体装置100与第一实施例中的半导体装置的不同之处在于在中间半导体芯片140的背侧上进一步形成遮光膜190。

遮光膜190旨在用于遮挡来自再布线侧半导体芯片160的表面的光。遮挡来自再布线侧半导体芯片160的表面的光的遮光膜190防止光接收芯片130故障。

替代地，遮光膜190可以部署在再布线侧半导体芯片160的背侧或接合层150的中途。作为另一种替代，接合层150的粘合剂可以用于遮光膜的功能。

用于用作遮光膜190的材料包括钨(W)、铝(Al)和炭黑。优选地，可以在遮光膜190的要形成通孔的那些位置形成尺寸大于通孔的孔。

作为另一种替代，第二实施例可以应用于第三实施例。

在本技术的第三实施例中，如上所述，提供遮光膜190以遮挡来自再布线侧半导体芯片160的表面的光。遮挡光从而防止了芯片故障。

<4.第四实施例>

在上述第一实施例中，贯通电极171形成为穿过中间半导体芯片140的半导体基板142和再布线侧半导体芯片160两者。但是，在这种配置中，形成贯通电极的难度水平高于形成通孔以便仅穿过半导体基板142的情况。第四实施例中的半导体装置100与第一实施例中的不同之处在于再布线侧半导体芯片160嵌入在半导体基板142中以使得更容易形成通孔。

图18是描绘在本技术的第四实施例中半导体装置100的示例性配置的横截面图。第四实施例中的半导体装置100与第一实施例中的半导体装置的不同之处在于再布线侧半导体芯片160嵌入在中间半导体芯片140的半导体基板142中。与第一实施例的另一个不同之处在于使用了光敏树脂作为绝缘膜180。

再布线侧半导体芯片160的面积比中间半导体芯片140的面积小。因此，再布线侧半导体芯片160嵌入在半导体基板142的背侧的预定区域中。例如，假设在X轴方向，背侧的一个边坐标为X0，另一个边坐标为X3。再布线侧半导体芯片160嵌入在上述两个坐标之间从坐标X1到坐标X2的范围内的区域中。此外，贯通电极171仅穿过半导体基板142。贯通电极171的一端到达坐标为X0和X1的区域或者坐标为X2和X3的区域。

通过将再布线侧半导体芯片160嵌入在半导体基板142中，半导体芯片以三维方式堆叠，而不会增加芯片整体的厚度。此外，对于相同的厚度，堆叠的芯片具有更高的挠曲强度。可以在不穿过接合层150的情况下形成贯通电极171。因此，降低了处理难度水平。此外，在接合通过不同形成工艺形成的多个半导体芯片的情况下，由于通孔的处理膜对于芯片是共同的，因此减轻了处理难度水平。

在用于第一实施例的图2至图9中描绘的工艺中，图4至图8中的工艺被用于第四实施例的图19至23中的工艺代替。

图19是用于说明在本技术的第四实施例中形成凹部的工艺的图。如图19中所绘出的，制造系统使用光刻和干法蚀刻在中间半导体芯片140的半导体基板142中形成凹部并沉积二氧化硅(SiO

图20是用于说明在本技术的第四实施例中接合再布线侧半导体芯片160的工艺的图。如图20中所绘出的，个体化的再布线侧半导体芯片160与半导体基板142的凹部对准安装，并且通过等离子接合工艺进行接合。

图21是用于说明在本技术的第四实施例中形成通孔的工艺的图。如图21中所绘出的，通过光刻和干法蚀刻在中间半导体芯片140的半导体基板142上形成通孔。在中间半导体芯片140的背侧，在未嵌入再布线侧半导体芯片160的区域中形成通孔。

图22是用于说明在本技术的第四实施例中使用光敏树脂进行填充的工艺的图。如图22中所绘出的，光敏绝缘树脂(绝缘膜180)施加到整个背侧。除了通孔内部，中间半导体芯片140的半导体基板142的凹部和再布线侧半导体芯片160的间隙也用树脂填充。

图23是用于说明本技术的第四实施例的光刻和蚀刻工艺的图。如图23中所绘出的，使用光刻工艺去除与贯通电极和再布线通路对应位置的光敏绝缘树脂。此外，执行等离子蚀刻以从通孔基座处的中间半导体芯片140的贯通电极的衬垫上方以及从再布线侧半导体芯片160的衬垫上方去除绝缘膜。

图24是在本技术的第四实施例中半导体装置100的示例性平面图。如图24中所绘出的，再布线侧半导体芯片160嵌入在中间半导体芯片140的背侧的预定矩形区域中。贯通电极171布置在该矩形区域周围。

替代地，具有遮光膜190的第三实施例可以应用于第四实施例。

根据本技术的第四实施例，如上所述，再布线侧半导体芯片160嵌入在中间半导体芯片140的半导体基板142的预定区域中，从而允许通孔仅穿过半导体基板142以在区域外部形成。因此，与形成穿过半导体基板142和再布线侧半导体芯片160两者的贯通电极171的第一实施例相比，处理难度水平降低。

<5.第五实施例>

在上述第四实施例中，再布线侧半导体芯片160嵌入在中间半导体芯片140的半导体基板142中。但是，在该配置中，需要在半导体基板142中形成凹部并使再布线侧半导体芯片160嵌入在凹部中的工艺。这些工艺可能会提高制造难度水平。第五实施例中的半导体装置100与第一实施例中的半导体装置的不同之处在于仅穿过半导体基板142的贯通电极171与穿过绝缘膜的贯通电极连接。

图25是描绘在本技术的第五实施例中半导体装置100的示例性配置的横截面图。第五实施例中的半导体装置100与第一实施例的不同之处在于进一步形成贯通电极177和绝缘膜180。例如，光敏树脂可以用作绝缘膜180。

此外，在第五实施例中没有在半导体基板142中形成凹部。再布线侧半导体芯片160的背侧与半导体基板142的背侧的预定区域(例如，坐标为X1、X2的区域)接合。在除此区域以外的区域(例如，坐标为X0和X1的区域)上方和再布线侧半导体芯片160的下侧上方形成绝缘膜180。贯通电极177穿过绝缘膜180。贯通电极177的一端与贯通电极171连接，并且另一端到达再布线侧半导体芯片160的表面。贯通电极177的另一端经由再布线173与再布线通路175连接。以这种方式，中间半导体芯片140和再布线侧半导体芯片160通过贯通电极171、177、再布线173、再布线用通路175电连接。

如图25中所绘出的，在半导体基板142的背侧，在未接合再布线侧半导体芯片160的区域上方形成绝缘膜180。仅穿过半导体基板142的贯通电极171与穿过绝缘膜180的贯通电极177连接。该配置不需要在半导体基板142中形成凹部并且将再布线侧半导体芯片160嵌入在凹部中的工艺。因此，与第四实施例相比，减轻了制造半导体装置100的难度水平。

在用于第一实施例的图2至图9中所示的工艺中，图4至图9中的工艺被用于第五实施例的图26至图29中的工艺代替。

图26是用于说明在本技术的第五实施例中形成贯通电极171的工艺的图。如图26中所绘出的，制造系统将中间半导体芯片140减薄到大约50微米(μm)、形成穿过半导体基板142的通孔，并形成绝缘膜172和贯通电极171。

图27是用于说明在本技术的第五实施例中接合再布线侧半导体芯片160的工艺的图。如图27中所绘出的，再布线侧半导体芯片160通过等离子接合工艺接合到中间半导体芯片140背侧的预定区域。

图28是用于说明在本技术的第五实施例中使用光敏树脂(绝缘膜180)进行填充的工艺的图。如图28中所绘出的，光敏树脂被施加到再布线侧半导体芯片160未接合在中间半导体芯片140的背侧的区域上以及再布线侧半导体芯片160的表面上。光敏树脂还填充由再布线侧半导体芯片160引起的不平坦。

图29是用于说明本技术的第五实施例的光刻工艺的图。如图29中所绘出的，使用光刻工艺，从待形成贯通电极177的位置和待形成再布线侧半导体芯片160的再布线通路175的位置去除光敏绝缘树脂。

在图29的工艺之后，执行形成贯通电极177、再布线173和再布线通路175的工艺以及形成凸块176的工艺。

替代地，其中另外提供遮光膜190的第三实施例可以应用于第五实施例。

根据本技术的第五实施例，如上所述，绝缘膜180在再布线侧半导体芯片160未接合在半导体基板142的背侧上的区域上方形成。穿过绝缘膜180的贯通电极177与穿过半导体基板142的贯通电极171连接。这消除了在半导体基板142中形成凹部并将再布线侧半导体芯片160嵌入在凹部中的工艺的需要。因此，与第四实施例相比，减轻了制造半导体装置100的难度水平。

<6.应用于移动体的示例>

根据本公开的技术(本技术)可以应用于各种产品。例如，根据本公开的技术可以被实现为要安装在诸如汽车、电动车辆、混合动力电动车辆、摩托车、自行车、个人移动设备、飞机、无人机、船舶和机器人等任何种类的移动物体上的装置。

图30是描绘作为可以应用根据本公开的实施例的技术的移动体控制系统的示例的车辆控制系统的示意性配置的示例的框图。

车辆控制系统12000包括经由通信网络12001彼此连接的多个电子控制单元。在图30中描绘的示例中，车辆控制系统12000包括驾驶系统控制单元12010、车身系统控制单元12020、车外信息检测单元12030、车内信息检测单元12040和集成控制单元12050。此外，微型计算机12051、声音/图像输出部分12052和车载网络接口(I/F)12053被图示为集成控制单元12050的功能配置。

驾驶系统控制单元12010根据各种程序控制与车辆的驾驶系统相关的设备的操作。例如，驾驶系统控制单元12010用作用于生成车辆的驱动力的驱动力生成设备的控制设备(诸如内燃机、驱动马达等)、用于向车轮传递驱动力的驱动力传递机构、用于调整车辆的转向角的转向机构、用于生成车辆的制动力的制动设备等。

车身系统控制单元12020根据各种程序控制提供给车身的各种设备的操作。例如，车身系统控制单元12020用作用于无钥匙进入系统、智能钥匙系统、电动车窗设备，或各种灯(诸如前照灯、倒车灯、刹车灯、转向灯、雾灯等)的控制设备。在这种情况下，作为各种开关的按键或信号的替代方案的从移动设备传输的无线电波可以被输入到车身系统控制单元12020。车身系统控制单元12020接收这些输入的无线电波或信号，并控制车辆的门锁设备、电动车窗设备、灯等。

车外信息检测单元12030检测关于包括车辆控制系统12000在内的车辆的外部的信息。例如，车外信息检测单元12030与成像部分12031连接。车外信息检测单元12030使成像部分12031对车辆的外部的图像成像，并接收成像的图像。基于接收到的图像，车外信息检测单元12030可以执行检测诸如人、车辆、障碍物、标志、路面上的字符等物体的处理，或者检测与其之间的距离的处理。

成像部分12031是接收光并输出与光的接收光量对应的电信号的光学传感器。成像部分12031可以将电信号作为图像输出，或者可以将电信号作为关于测得的距离的信息输出。此外，由成像部分12031接收的光可以是可见光，或者可以是诸如红外线等不可见光。

车内信息检测单元12040检测关于车辆的内部的信息。车内信息检测单元12040例如与检测驾驶员的状态的驾驶员状态检测部分12041连接。驾驶员状态检测部分12041例如包括对驾驶员进行成像的相机。基于从驾驶员状态检测部分12041输入的检测信息，车内信息检测单元12040可以计算驾驶员的疲劳程度或注意力集中程度，或者可以确定驾驶员是否在打瞌睡。

微型计算机12051可以基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的关于车辆的内部或外部的信息来计算用于驱动力生成设备、转向机构或制动设备的控制目标值，并向驾驶系统控制单元12010输出控制命令。例如，微型计算机12051可以执行旨在实现高级驾驶员辅助系统(ADAS)的功能的协同控制，其功能包括车辆的防撞或减震、基于跟随距离的跟车驾驶、维持车速驾驶、车辆碰撞的警告、车辆偏离车道的警告等。

此外，微型计算机12051可以通过控制驱动力生成设备、转向机构、制动设备等基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的关于车辆的外部或内部的信息来执行旨在使车辆自主行驶而无需依赖驾驶员的操作的自动驾驶等的协同控制。

此外，微型计算机12051可以基于由车外信息检测单元12030获得的关于车辆的外部的信息向车身系统控制单元12020输出控制指令。例如，微型计算机12051可以例如根据由车外信息检测单元12030检测到的前车或迎面而来的车辆的位置通过控制前照灯以从远光灯改变为近光灯来执行旨在防止眩光的协同控制。

声音/图像输出部分12052将声音和图像中的至少一个的输出信号传输到能够可视或可听地向车辆的乘员或车辆的外部通知信息的输出设备。在图30的示例中，音频扬声器12061、显示部分12062和仪表面板12063被示为输出设备。例如，显示部分12062可以包括车载显示器或平视显示器中的至少一种。

图31是描绘成像部分12031的安装位置的示例的图。

在图31中，成像部分12031包括成像部分12101、12102、12103、12104和12105。

成像部分12101、12102、12103、12104和12105例如部署在车辆12100的前鼻部、侧视镜、后保险杠、后门上的位置，以及车内的挡风玻璃的上部的位置。在前鼻部提供的成像部分12101和在车内的挡风玻璃的上部提供的成像部分12105主要获得车辆12100的前部的图像。侧视镜处提供的成像部分12102、12103主要获得车辆12100的侧面的图像。后保险杠或后门上提供的成像部分12104主要获得车辆12100的后部的图像。在车内挡风玻璃的上部提供的成像部分12105主要被用于检测前车、行人、障碍物、信号、交通标志、车道等。

顺便提及，图31描绘了成像部分12101至12104的拍摄范围的示例。成像范围12111表示在前鼻部提供的成像部分12101的成像范围。成像范围12112和12113分别表示在侧视镜处提供的成像部分12102和12103的成像范围。成像范围12114表示在后保险杠或后门处提供的成像部分12104的成像范围。例如，通过叠加由成像部分12101至12104成像的图像数据，获得从上方观看的车辆12100的鸟瞰图像。

成像部分12101至12104中的至少一个可以具有获得距离信息的功能。例如，成像部分12101至12104中的至少一个可以是由多个成像元件构成的立体相机，或者可以是具有用于相位差检测的像素的成像元件。

例如，微型计算机12051可以基于从成像部分12101至12104获得的距离信息来确定到成像范围12111到12114内的每个三维物体的距离以及距离的时间变化(相对于车辆12100的相对速度)，并从而提取最近的三维物体作为前车，特别是存在于车辆12100的行进路径上并以预定速度(例如，等于或大于0公里/小时)在与车辆12100基本相同的方向上行进的物体。另外，微型计算机12051可以预先设置要在前车前方维持的跟随距离，并执行自动制动控制(包括跟随停止控制)、自动加速控制(包括跟随起动控制)等。因此有可能执行以使车辆自动行进而不依赖于驾驶员的操作的自动驾驶等为目的的协同控制。

例如，微型计算机12051可以基于从成像部分12101至12104获得的距离信息将关于三维物体的三维物体数据归类为两轮车、标准尺寸车辆、大型车辆、行人、电线杆和其它三维物体数据，提取已归类的三维物体数据，并将提取的三维物体数据用于自动避开障碍物。例如，微型计算机12051将车辆12100周围的障碍物识别为车辆12100的驾驶员可以视觉识别的障碍物和车辆12100的驾驶员难以视觉识别的障碍物。然后，微型计算机12051确定指示与每个障碍物碰撞的风险的碰撞风险。在碰撞风险等于或高于设定值并且因此有可能发生碰撞的状况下，微型计算机12051经由音频扬声器12061或显示部分12062向驾驶员输出警告，并经由驾驶系统控制单元12010执行强制减速或避让转向。微型计算机12051由此可以辅助驾驶以避免碰撞。

成像部分12101至12104中的至少一个可以是检测红外线的红外线相机。例如，微型计算机12051可以通过确定在成像部分12101至12104的成像的图像中是否存在行人来识别行人。行人的这种识别例如通过提取作为红外线相机的成像部分12101至12104的成像的图像中的特征点的过程和通过对表示物体的轮廓的一系列特征点执行模式匹配处理确定他是否是行人的过程来执行。当微型计算机12051确定在成像部分12101至12104的成像的图像中存在行人并因此识别出行人时，声音/图像输出部分12052控制显示部分12062以显示用于强调的方形轮廓线以便叠加在已识别出的行人上。声音/图像输出部分12052还可以控制显示部分12062，使得表示行人的图标等显示在期望的位置。

以上描述的是可以应用本公开的技术的车辆控制系统的一个示例。例如，本公开的技术可以有利地应用于上述组件中的成像部分12031。具体而言，图1中的半导体装置100可以应用于成像部分12031。将本公开的技术应用于成像部分12031提高了本公开的功能性并且提供更易于查看的拾取图像。这有助于减轻驾驶员的疲劳。

注意的是，上述实施例仅仅是可以实现本技术的示例。实施例的细节基本上对应于所附权利要求中要求保护的发明内容。同样，所附权利要求中所命名的发明内容与本技术的优选实施例的前述描述中的同名实施例的具体内容基本对应。但是，这些实施例和其它示例不限制本技术，只要它们在所附权利要求的范围内，就也可以使用实施例的各种修改和变更来实现。

注意的是，本说明书中所述的有益效果仅是示例而不是对本公开的限制，本公开也可以提供其它优点。

注意的是，本公开还可以优选地以以下配置实现。

(1)一种半导体装置，包括：

光接收芯片，被配置为接收入射光；

再布线侧半导体芯片，被配置为具有形成在其预定的布线表面上的布线层；

中间半导体芯片，被配置为使得其一对接合表面中的一个接合表面与所述光接收芯片接合，并且所述一对接合表面中的另一个接合表面与所述再布线侧半导体芯片接合；

贯通电极，被配置为穿过所述中间半导体芯片的半导体基板；以及

再布线，被配置为以连接所述贯通电极和所述布线层的方式设置在所述布线表面上。

(2)如上面段落(1)中所述的半导体装置，其中所述贯通电极以所述贯通电极的一端到达所述布线表面的方式穿过所述中间半导体芯片的所述半导体基板和所述再布线侧半导体芯片。

(3)如上面段落(2)中所述的半导体装置，还包括：

遮光膜，被配置为遮挡来自所述布线表面的光。

(4)如上面段落(2)或(3)中所述的半导体装置，其中所述再布线侧半导体芯片具有矩形形状，并且

所述贯通电极沿着所述再布线侧半导体芯片的边布置。

(5)如上面段落(2)至(4)中的任一项所述的半导体装置，还包括：

绝缘膜，被配置为使所述贯通电极与所述半导体基板和所述再布线侧半导体芯片绝缘。

(6)如上面段落(5)中所述的半导体装置，其中所述绝缘膜包括光敏树脂。

(7)如上面段落(1)中所述的半导体装置，其中所述一对接合表面中的所述一个接合表面是其上形成有所述中间半导体芯片的布线层的表面，

所述再布线侧半导体芯片嵌入在所述中间半导体芯片的与其所述表面相对的背侧的预定区域中，并且

所述贯通电极的一端到达所述背侧上除所述预定区域之外的区域。

(8)如上面段落(7)中所述的半导体装置，其中所述中间半导体芯片具有矩形形状，并且

所述贯通电极沿着所述中间半导体芯片的边布置。

(9)如上面段落(1)中所述的半导体装置，还包括：

绝缘膜，

其中所述一对接合表面中的所述一个接合表面是其上形成有所述中间半导体芯片的布线层的表面，

所述再布线侧半导体芯片接合到所述中间半导体芯片的与其所述表面相对的背侧的预定区域，而所述绝缘膜在所述预定区域之外的区域上方形成，并且

所述贯通电极包括

第一贯通电极，以所述第一贯通电极的一端到达所述绝缘膜的方式穿过所述半导体基板，以及

第二贯通电极，以穿过所述绝缘膜的方式连接到所述第一贯通电极的一端。

(10)一种半导体装置制造方法，包括：

第一接合步骤，将中间半导体芯片的一对接合表面中的一个接合表面接合到被配置为接收入射光的光接收芯片；

第二接合步骤，将所述一对接合表面中的另一个接合表面接合到在预定的布线表面上形成有布线层的再布线侧半导体芯片；

贯通电极形成步骤，形成穿过所述中间半导体芯片的半导体基板的贯通电极；以及

再布线步骤，在所述布线表面设置用于连接所述贯通电极和所述布线层的再布线。

(11)如上面段落(10)中所述的半导体装置制造方法，还包括：

通孔形成步骤，形成穿过所述半导体基板和所述再布线侧半导体芯片的通孔，

其中在所述贯通电极形成步骤中，在所述通孔中形成所述贯通电极。

(12)如上面段落(11)中所述的半导体装置制造方法，其中所述通孔形成步骤包括

填充步骤，用光敏树脂填充所述通孔，以及

光刻步骤，通过光刻部分地去除所述光敏树脂。

(13)如上面段落(10)中所述的半导体装置的制造方法，还包括：

凹部形成步骤，在所述中间半导体芯片的与其上形成有布线层的表面相对的背侧的预定区域中形成凹部；

嵌入步骤，将所述再布线侧半导体芯片嵌入在所述凹部中；以及

通孔形成步骤，形成穿过所述半导体基板到达所述背侧上除所述预定区域之外的区域的通孔，

其中在所述贯通电极形成步骤中，在所述通孔中形成所述贯通电极。

(14)如上面段落(10)中所述的半导体装置的制造方法，还包括：

绝缘膜形成步骤，在所述中间半导体芯片的与其上形成有布线层的表面相对的背侧上除预定区域之外的区域中形成绝缘膜，

其中在所述第二接合步骤中，将所述再布线侧半导体芯片接合到所述背侧的所述预定区域，

所述贯通电极形成步骤包括

第一贯通电极形成步骤，以第一贯通电极的一端到达所述绝缘膜的方式形成穿过所述半导体基板的第一贯通电极，以及

第二贯通电极形成步骤，以穿过所述绝缘膜的方式形成与所述第一贯通电极的一端连接的第二贯通电极。

[参考符号列表]

100：半导体装置

110：透明基板

120：接合层

130：光接收芯片

131：芯片上透镜

132：半导体基板

133：布线层

140：中间半导体芯片

141：布线层

142：半导体基板

150：接合层

160：再布线侧半导体芯片161：半导体基板

162：布线层

171、177：贯通电极

172、180：绝缘膜

173：再布线

174：保护层

175：再布线通路

176：凸块190：遮光膜