JP2005026363A - 半導体装置とその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】半導体素子と半導体素子の周囲に形成された絶縁材料との熱膨張係数の違いにより生じる半導体素子への応力を低減し、機械的強度の弱い層間絶縁膜を有した半導体素子における層間絶縁膜の破壊及び膜剥がれを抑止する。
【解決手段】層間絶縁膜にポーラス状のLow−k膜3を用いて半導体チップ2を形成する。上記半導体チップ2の表面に、ポーラス状の有機樹脂膜5を形成する。また、1層以上のCu配線を有したパッケージ基板6を形成する。そして、パッケージ基板6上にポーラス状の有機樹脂膜5を備えた半導体チップ2をフリップチップ方式により接続する。さらに、パッケージ基板6と半導体チップ2との間隙をアンダーフィル8により封止するようにしている。
【選択図】 図1
【解決手段】層間絶縁膜にポーラス状のLow−k膜3を用いて半導体チップ2を形成する。上記半導体チップ2の表面に、ポーラス状の有機樹脂膜5を形成する。また、1層以上のCu配線を有したパッケージ基板6を形成する。そして、パッケージ基板6上にポーラス状の有機樹脂膜5を備えた半導体チップ2をフリップチップ方式により接続する。さらに、パッケージ基板6と半導体チップ2との間隙をアンダーフィル8により封止するようにしている。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置に係り、特に半導体チップがパッケージングされた半導体装置とその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、半導体装置の高速化及び高機能化が進むにつれて、上記半導体装置の内部に搭載される半導体素子の高速化及び微細化が進められている。また、半導体素子に微細な多層配線を形成することで、半導体素子の微細化が進められている。
【0003】
ところが、この微細化により半導体素子が有する配線間の寄生容量が増加し、半導体素子の動作速度が低下してしまう。そこで配線間の寄生容量を低減するため、配線間の層間絶縁膜を低誘電率膜(Low−k膜)で構成する。これにより配線間の寄生容量を低減し、半導体素子の動作速度の低下を抑止している。
【0004】
また、Low−k膜の誘電率をさらに低くするため、Low−k膜を例えばSiO2膜のような密度が高い膜ではなく、ポーラス状にしている。このようなポーラス状のLow−k膜を層間絶縁膜に使用することで、さらに配線間の寄生容量を低減でき、半導体素子の動作速度の低下を抑止することができる。
【0005】
一方、近年高速化及び微細化に対応できる半導体パッケージとして、例えばフリップチップ型のBGA(Ball Grid Array)が普及している。これは、例えば高密度且つ多層配線を備えるパッケージ基板の上に、半導体素子の電極パッドを備える表面がパッケージ基板と向き合うように半導体素子を実装する。この実装は、例えばパッケージ基板と半導体素子とを半田バンプを用いたC4(Controlled Collapse Chip Connection)技術により接続し、パッケージ基板と半導体素子との間隙をアンダーフィルにより封止する。
【0006】
この種の関連技術として、低熱抵抗のフリップチップ型BGAが開示されている(特許文献1)。
【0007】
【特許文献1】
特開2001−244362号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、半導体素子の層間絶縁膜にポーラス状のLow−k膜を用いた場合、Low−k膜の機械的強度が低下する。したがって、例えば前述したフリップチップ型のBGAにおいて、パッケージ基板と半導体素子の表面が向き合って実装されているため、パッケージ基板と半導体素子との熱膨張係数の違いにより半導体素子に応力が発生する。これにより、機械的強度が低下したLow−k膜が破壊するという問題がある。
【0009】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたもので、半導体素子と半導体素子の周囲に形成された絶縁材料との熱膨張係数の違いにより生じる半導体素子への応力を低減し、機械的強度の弱い層間絶縁膜を有した半導体素子における層間絶縁膜の破壊及び膜剥がれを抑止することが可能な半導体装置とその製造方法を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の第1の側面に係る半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板の上に配設された第1配線と、前記第1配線に電気的に接続された第1電極パッドと、前記第1電極パッドを露出するように前記半導体基板の表面を被覆するポーラス状の有機樹脂膜とを具備する。
【0011】
また本発明の第2の側面に係る半導体装置は、電極パッドを備える表面がポーラス状の有機樹脂膜で被覆された半導体素子と、前記表面と反対側の面が載置された状態で前記半導体素子が実装された載置面を有するパッケージ基板と、前記パッケージ基板内に配設され且つ前記電極パッドに電気的に接続されたパッケージ配線と、前記半導体素子を被覆するように前記パッケージ基板上に配設されたモールド樹脂層とを具備する。
【0012】
また本発明の第3の側面に係る半導体装置の製造方法は、表面に第1電極パッドを備える半導体素子を形成する工程と、ポーラス状の有機樹脂膜を前記半導体素子の表面と同一形状に切断する工程と、前記切断されたポーラス状の有機樹脂膜に、前記第1電極パッドに対応する位置に穴を開口する工程と、前記開口されたポーラス状の有機樹脂膜を前記半導体素子の前記表面に貼り合わせる工程とを有する。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【0014】
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置1の断面図である。
【0015】
半導体チップ2は、層間絶縁膜としてポーラス状のLow−k膜3を備える。本実施形態において、Low−k膜とは誘電率が3未満の絶縁膜をいう。Low−k材料は、例えばSiOxCyを用いる。また、low−k材料として有機系膜、例えばCxHyの構造を含むものを用いてもよい。さらにLow−k膜3は、上記Low−k材料をポーラス状にして構成される。これにより、Low−k膜3の誘電率を低くすることができる。
【0016】
半導体チップ2は、IC配線4を備える。なお、このIC配線4は、半導体チップ2の外部接続端子である電極パッド(図示せず)を含む。
【0017】
半導体チップ2のIC配線4を備える表面には、ポーラス状の有機樹脂膜5が形成される。この有機樹脂膜5の有機樹脂材料としては、例えばエポキシ樹脂やポリイミド樹脂を用いる。さらに、有機樹脂膜5は、上記有機樹脂材料をポーラス状にしている。本実施形態の有機樹脂膜5は、空孔率が40〜70%のものを用いる。ここで、空孔率とは、有機樹脂膜5の体積に対する空孔の体積の割合をいう。なお、前述した有機樹脂材料の構成は一例であり、これに限定されるものではない。
【0018】
パッケージ基板6は、1層以上のCu配線(図示せず)を有するエポキシ樹脂基板により構成される。
【0019】
パッケージ基板6の一方の面には、Cu配線と電気的に接続するように半田ボール9が形成される。
【0020】
半導体チップ2とパッケージ基板6とは、半田バンプ7により接続される。すなわち、半導体チップ2の表面とパッケージ基板6の半田ボール9を有する面と反対面とが向き合うように、半導体チップ2とパッケージ基板6とが配置される。そして、半導体チップ2のIC配線4とパッケージ基板6のCu配線とが半田バンプ7により電気的に接続される。
【0021】
有機樹脂膜5とパッケージ基板6との間隙、及び有機樹脂膜5の側面は、アンダーフィル8により封止される。アンダーフィル8は、例えばエポキシ樹脂により構成される。
【0022】
パッケージ基板6には、半導体チップ2から所定間隔を空け、半導体チップ2を被覆するように放熱板10が形成される。放熱板10は、例えば銅により構成される。なお、パッケージ基板6には、補強板11が取り付けられている。放熱板10は、補強板11に固定される。
【0023】
次に、図1に示した半導体装置1の製造方法を図1乃至図3を参照して説明する。
【0024】
図2において、半導体チップ2の電極パッド(図示せず)を備える表面に、ポーラス状の有機樹脂膜5を形成する。なお、有機樹脂膜5は、半導体チップ2の電極パッドの位置にバンプ穴12をエッチングにより開口しておく。このバンプ穴12は、半田バンプ7が半導体チップ2の電極パッドに接続できる大きさである。
【0025】
続いて、半導体チップ2の電極パッドとバンプ穴12との位置を合わせ、半導体チップ2に有機樹脂膜5を熱圧着する。また、有機樹脂膜5を形成する前に、半導体チップ2の電極パッドに半田バンプ7を溶融接続する。続いて、未硬化状態のポーラス状有機樹脂を半導体チップ2の表面に塗布し、熱硬化する。続いて、半田バンプ7に塗布された有機樹脂をエッチングして有機樹脂膜5を形成してもよい。
【0026】
続いて、図3に示すように、半導体チップ2の電極パッドに半田バンプ7を溶融接続する。
【0027】
続いて、パッケージ基板6を形成する。すなわち、エポキシ樹脂内に所望の配線パターンを施した1層または多層のCu配線を形成する。多層Cu配線の場合は、配線層間にエポキシ樹脂膜を積層してパッケージ基板6を形成する。また、Cu配線は、例えばデュアルダマシン法により形成する。さらにCu配線に電気的に接続されパッケージ基板6の表面に露出するように、電極パッド(図示せず)を形成する。続いて、パッケージ基板6の表面の放熱板10を取り付ける位置に、補強板11を形成する。
【0028】
続いて、半導体チップ2とパッケージ基板6とをフリップチップ方式により接続する。すなわち、半導体チップ2の表面とパッケージ基板6の表面とを向かい合わせて配置し、半導体チップ2に形成された半田バンプ7とパッケージ基板6の電極パッドとを溶融接続する。
【0029】
続いて、有機樹脂膜5とパッケージ基板6との間隙に、例えばエポキシ樹脂を適量充満する。そして、エポキシ樹脂を適正な温度で硬化させる。これによりアンダーフィル8が形成される。なお、アンダーフィル8は、有機樹脂膜5を被覆するように形成される。
【0030】
続いて、図1において、パッケージ基板6の表面に所定の形状を有する放熱板10を配置し、放熱板10と補強板11とを例えば樹脂により接着する。
【0031】
続いて、半導体チップ2が搭載されていない面であるパッケージ基板6の裏面に、パッケージ基板6のCu配線と電気的に接続するように半田ボール9を溶融接続する。このようにして、図1に示す半導体装置1が形成される。
【0032】
このようにして構成された半導体装置1において、パッケージ基板6の熱膨張係数は、半導体チップ2の熱膨張係数に比べて大きい。製造工程中の熱処理により半導体チップ2とパッケージ基板6とが熱膨張している時には、半導体チップ2に生じる応力は小さい。しかし、半導体装置1の温度が常温まで低下すると、半導体チップ2と比べてパッケージ基板6は大きく収縮する。
【0033】
本実施形態では、半導体チップ2の表面にポーラス状の有機樹脂膜5を備えている。よって、このパッケージ基板6の収縮よる応力は、アンダーフィル8を介してポーラス状の有機樹脂膜5に生じる。これにより、上記応力は、ポーラス状の有機樹脂膜5に吸収され、半導体チップ2に生じる応力を低減することができる。
【0034】
半導体チップ2の層間絶縁膜にポーラス状のLow−k膜3を用いた場合には、半導体チップ2に生じる応力の低減による効果は大きくなる。ポーラス状のLow−k膜3は、例えばSiO2に比べて機械的強度が非常に弱い。さらに、Low−k膜をポーラス状にしているため、隣接する層との接着面積が小さくなる。よって、半導体チップ2に生じる応力によりLow−k膜3の破壊や膜剥がれが発生しやすい。ところが、ポーラス状の有機樹脂膜5が半導体チップ2に生じる応力を低減するため、ポーラス状のLow−k膜3の破壊や膜剥がれを抑止することができる。
【0035】
次に、ポーラス状の有機樹脂膜を備えた半導体装置20の製造方法を図4乃至図6を参照して説明する。
【0036】
図4において、所定の形状の半導体ウェーハ21を形成する。この半導体ウェーハ21の表面には、接続端子である電極パッド(図示せず)が形成される。
【0037】
続いて、図4において、ポーラス状の有機樹脂膜22を形成する。これは、例えばポーラス状の有機樹脂フィルムを半導体ウェーハ21と同一形状に切断する。そして、この有機樹脂フィルムに、半導体ウェーハ21の電極パッドの位置に合わせ、かつ半田バンプ7が半導体ウェーハ21の電極パッドに接続できる大きさの複数のバンプ穴12を例えばエッチングにより開口する。このようにして、上記有機樹脂膜22が形成される。
【0038】
続いて、図5において、半導体ウェーハ21と有機樹脂膜22とを熱圧着する。続いて、バンプ穴12の位置に合わせ、半田バンプ7を半導体ウェーハ21の電極パッドに溶融接続する。
【0039】
続いて、図6において、例えばダイシングにより所定サイズの半導体装置20に分割する。このようにして、半導体装置20が形成される。なお、半導体装置20は、図1に示した半導体装置1における半導体チップ2とポーラス状の有機樹脂膜5と半田バンプ7とに該当する。
【0040】
次に、ポーラス状の有機樹脂膜を備えた半導体装置20の他の製造方法を図5乃至図7を参照して説明する。
【0041】
図7において、所定の形状の半導体ウェーハ21を形成する。この半導体ウェーハ21の表面には、接続端子である電極パッド(図示せず)が形成される。
【0042】
続いて、半導体ウェーハ21の電極パッドに半田バンプ7を溶融接続する。
【0043】
続いて、半導体ウェーハ21の表面に未硬化状態のポーラス状有機樹脂24を滴下する。続いて、有機樹脂24を半導体ウェーハ21の表面に塗布する。塗布の方法は、例えば、半導体ウェーハ21を回転させ、有機樹脂24を広げて薄膜にする回転塗布により行う。
【0044】
続いて、このポーラス状有機樹脂24を熱硬化する。なお、この製造方法を説明する図は、図5と同様であるため省略する。続いて、半田バンプ7に塗布された有機樹脂24をエッチングする。このようにして、有機樹脂膜22が形成される。
【0045】
続いて、図6において、例えばダイシングにより所定サイズの半導体装置20に分割する。このようにして、半導体装置20が形成される。
【0046】
以上詳述したように本実施形態では、フリップチップ接続される半導体チップ2の表面に、ポーラス状の有機樹脂膜5を備えている。
【0047】
したがって本実施形態によれば、半導体チップ2とパッケージ基板6との熱膨張係数の違いによって生じる半導体チップ2への応力を低減することができる。これにより、半導体チップ2内に形成されたLow−k膜3の破壊や膜剥がれを抑止することができる。
【0048】
また、半導体チップ2とアンダーフィル8との熱膨張係数の違いによって生じる半導体チップ2への応力を低減することができる。
【0049】
また、半導体チップ2とパッケージ基板6との熱膨張係数の違いにより、半田バンプ7を介して半導体チップ2に生じる応力についても低減することができる。
【0050】
また、上記第1の実施形態において、半導体チップ2の層間絶縁膜としてポーラス状のLow−k膜3を用いている。しかし、有機樹脂膜5により応力の低減は、SiO2に比べて機械的強度が弱い絶縁材料であれば同様の効果がある。すなわち、ポーラス状でないLow−k膜において効果があるのは勿論である。なお、機械的強度が弱い絶縁材料とは、好ましくはヤング率50GPa以下である。
【0051】
なお、上記ポーラス状の有機樹脂膜5は、本発明者の実験により、上記示した空孔率が40〜70%の場合により好ましい効果を得ることができた。
【0052】
(第2の実施形態)
第2の実施形態は、CSP(Chip Scale Package)により半導体装置を形成したものである。
【0053】
図8は、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置30の断面図である。なお、半導体チップ2の構成は上記第1の実施形態と同じである。
【0054】
半導体チップ2の表面には、ポーラス状の有機樹脂膜31が形成される。ポーラス状の有機樹脂膜31の構成は、上記有機樹脂膜5と同じである。
【0055】
有機樹脂膜31の半導体チップ2と反対面には、半導体チップ2の電極パッドにそれぞれ対応した電極パッド33が形成される。半導体チップ2の電極パッドと電極パッド33とは、Cu配線32により電気的に接続される。
【0056】
電極パッド33には、半田ボール34が電気的に接続される。
【0057】
次に、図8に示した半導体装置30の製造方法を図8、図9を参照して説明する。
【0058】
図9において、半導体チップ2の表面と同一形状でかつ所定の厚さを有するポーラス状の有機樹脂膜31を形成する。有機樹脂膜31内には、1層又は多層のCu配線32を形成する。このCu配線32は、例えばデュアルダマシン法により形成する。また、多層配線の場合は、層間絶縁膜として複数の有機樹脂膜を積層して有機樹脂膜31を形成する。また、半導体チップ2の表面と接する面である有機樹脂膜31の表面には、半導体チップ2の電極パッドの位置にCu配線32を形成する。なお、Cu配線32は、半導体チップ2の電極パッドと電極パッド33とを電気的に接続するビアプラグでもよい。
【0059】
続いて、有機樹脂膜31の裏面には、Cu配線32に電気的に接続するように電極パッド33を形成する。この電極パッド33は、例えばAl膜をフォトリソグラフィー法によりパターニングして形成する。
【0060】
続いて、図8において、電極パッド33には、当該電極パッド33と電気的に接続するように半田ボール34を形成する。
【0061】
続いて、半導体チップ2の電極パッドと有機樹脂膜31の表面に形成されたCu配線32とが電気的に接続するように、有機樹脂膜31の表面と半導体チップ2の表面とを貼り合わせる。これは、例えば半導体チップ2に有機樹脂膜31を熱圧着により貼り合わせる。このようにして図8に示す半導体装置30が形成される。
【0062】
このようにして構成された半導体装置30は、有機樹脂膜31がパッケージ基板を兼用したCSPを構成する。
【0063】
以上詳述したように本実施形態では、半導体チップ2の表面にポーラス状の有機樹脂膜31を備える。さらに、上記有機樹脂膜31が1層または多層のCu配線32と外部接続端子である半田ボール34とを備えている。
【0064】
したがって本実施形態によれば、例えば半田ボール34に接続されたパッケージ基板と半導体チップ2との熱膨張係数の違いによって生じる半導体チップ2への応力を低減することができる。これにより、半導体チップ2内に形成されたLow−k膜3の破壊や膜剥がれを抑止することができる。
【0065】
また、ポーラス状の有機樹脂膜31がパッケージ基板を兼用することができる。
【0066】
また、半導体装置30がCSPとなるため、バーンイン試験を行うことができる。これにより、半導体装置30が備える半導体チップ2の良品の選別が可能となる。よって、例えば半導体装置30を複数搭載したMCM(Multi Chip Module)の製造歩留まりを向上することができる。
【0067】
(第3の実施形態)
第3の実施形態は、表面にポーラス状の有機樹脂膜を備えた半導体チップを、PBGA(Plastic Ball Grid Array)によりパッケージングして半導体装置を形成したものである。
【0068】
図10は、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置40の断面図である。
【0069】
なお、半導体チップ2と有機樹脂膜5との構成は、上記第1の実施形態と同じである。
【0070】
パッケージ基板41は、1層以上のCu配線(図示せず)を有するエポキシ樹脂基板により構成される。パッケージ基板41の表面には、Cu配線の一部で構成されるボンディングパッド42が露出されて形成される。
【0071】
半導体チップ2の裏面とパッケージ基板41の表面は、接着部43により接着される。この接着部43は、例えば樹脂により構成される。
【0072】
半導体チップ2の電極パッドとパッケージ基板41のボンディングパッド42とは、ボンディングワイヤ44により電気的に接続される。このボンディングワイヤ44は、例えばAuワイヤにより構成される。
【0073】
パッケージ基板41の上には、半導体チップ2とボンディングワイヤ44とボンディングパッド42とを被覆するようにモールド樹脂45が成形される。このモールド樹脂45は、例えばエポキシ樹脂により構成される。
【0074】
パッケージ基板41の裏面には、パッケージ基板41のCu配線と電気的に接続するように半田ボール46が形成される。
【0075】
次に、図10に示した半導体装置40の製造方法を図10、図11を参照して説明する。
【0076】
図11において、半導体チップ2の電極パッド(図示せず)を備える表面に、ポーラス状の有機樹脂膜5を形成する。なお、有機樹脂膜5は、半導体チップ2の電極パッドの位置にワイヤ穴46をエッチングにより開口しておく。このワイヤ穴46は、ボンディングワイヤ44が半導体チップ2の電極パッドに接続できる大きさである。
【0077】
続いて、半導体チップ2の電極パッドとワイヤ穴46との位置を合わせ、半導体チップ2に有機樹脂膜5を熱圧着する。また、未硬化状態のポーラス状有機樹脂を半導体チップ2の表面に塗布し、熱硬化する。続いて、半導体チップ2の電極パッドを露出するように上記有機樹脂をエッチングして有機樹脂膜5を形成してもよい。
【0078】
続いて、パッケージ基板41を形成する。すなわち、エポキシ樹脂内に所望の配線パターンを施した1層または多層のCu配線を形成する。多層Cu配線の場合は、配線層間にエポキシ樹脂膜を積層してパッケージ基板41を形成する。また、Cu配線は、例えばデュアルダマシン法により形成する。さらにCu配線に電気的に接続されエポキシ樹脂の表面に露出するようにボンディングパッド42を形成する。
【0079】
続いて、半導体チップ2の裏面とパッケージ基板41の表面とを、接着部43により接着する。
【0080】
続いて、図10において、半導体チップ2の電極パッドとボンディングパッド42とをボンディングワイヤ44により電気的に接続する。
【0081】
続いて、半導体チップ2とボンディングワイヤ44とボンディングパッド42とを被覆するようにモールド樹脂45を成形する。
【0082】
続いて、パッケージ基板41の裏面には、パッケージ基板41のCu配線と電気的に接続するように半田ボール46を形成する。
【0083】
このようにして構成された半導体装置40において、モールド樹脂45の熱膨張係数は、半導体チップ2の熱膨張係数と比べて大きい。製造工程中の熱処理により半導体チップ2とモールド樹脂45とが熱膨張している時には、半導体チップ2に生じる応力は小さい。しかし、半導体装置40の温度が常温まで低下すると、半導体チップ2と比べてモールド樹脂45は大きく収縮する。
【0084】
本実施形態では、半導体チップ2の表面にポーラス状の有機樹脂膜5を備えている。よって、このモールド樹脂45の収縮よる応力は、有機樹脂膜5に生じる。これにより、上記応力は、ポーラス状の有機樹脂膜5に吸収され、半導体チップ2に生じる応力を低減することができる。
【0085】
なお、半導体チップ2の層間絶縁膜にポーラス状のLow−k膜3を用いた場合の効果は、上記第1の実施形態と同様である。
【0086】
以上詳述したように本実施形態では、PBGAパッケージにより構成された半導体装置40内に搭載された半導体チップ2の表面に、ポーラス状の有機樹脂膜5を備えている。
【0087】
したがって本実施形態によれば、半導体チップ2とモールド樹脂45との熱膨張係数の違いによって生じる半導体チップ2への応力を低減することができる。これにより、半導体チップ2内に形成されたLow−k膜3の破壊や膜剥がれを抑止することができる。
【0088】
また、半導体チップ2の裏面にポーラス状の有機樹脂膜をさらに備えるようにしてもよい。このように構成すると、半導体チップ2とパッケージ基板41との熱膨張係数の違いによって生じる半導体チップ2への応力を低減することができる。さらに、半導体チップ2と接着部43との熱膨張係数の違いによって生じる半導体チップ2への応力を低減することもできる。
【0089】
なお、パッケージの種類は、第1の実施形態で示したPGAと第3の実施形態で示したPBGAとに限定されるものではない。半導体チップ2の周囲に半導体チップ2の熱膨張係数と差がある絶縁材料が存在するようなパッケージであれば、上記各実施形態と同様に適用可能である。すなわち、半導体チップ2の周囲に形成される絶縁材料の熱膨張係数が、半導体チップ2の熱膨張係数と差がある場合には、半導体チップ2と絶縁材料とが接する面にポーラス状の有機樹脂膜を形成することで、半導体チップ2への応力を低減することができる。
【0090】
この発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その他、本発明の要旨を変更しない範囲において種々変形して実施可能なことは勿論である。
【0091】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、半導体素子と半導体素子の周囲に形成された絶縁材料との熱膨張係数の違いにより生じる半導体素子への応力を低減し、機械的強度の弱い層間絶縁膜を有した半導体素子における層間絶縁膜の破壊及び膜剥がれを抑止することが可能な半導体装置とその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る半導体装置1の断面図。
【図2】図1に示した構造を有する半導体装置1の製造方法を説明するための断面図。
【図3】図2に続く半導体装置1の製造方法を説明するための断面図。
【図4】ポーラス状の有機樹脂膜を備えた半導体装置20の製造方法を説明するための斜視図。
【図5】図4に続く半導体装置20の製造方法を説明するための斜視図。
【図6】図5に続く半導体装置20の製造方法を説明するための斜視図。
【図7】ポーラス状の有機樹脂膜を備えた半導体装置20の他の製造方法を説明するための斜視図。
【図8】本発明の第2の実施形態に係る半導体装置30の断面図。
【図9】図8に示した構造を有する半導体装置30の製造方法を説明するための断面図。
【図10】本発明の第3の実施形態に係る半導体装置40の断面図。
【図11】図10に示した構造を有する半導体装置40の製造方法を説明するための断面図。
【符号の説明】
1,20,30,40…半導体装置、2…半導体チップ、3…Low−k膜、4…IC配線、5…有機樹脂膜、6…パッケージ基板、7…半田バンプ、8…アンダーフィル、9…半田ボール、10…放熱板、11…補強板、12…バンプ穴、21…半導体ウェーハ、22…有機樹脂膜、24…ポーラス状有機樹脂、31…有機樹脂膜、32…Cu配線、33…電極パッド、34…半田ボール、41…パッケージ基板、42…ボンディングパッド、43…接着部、44…ボンディングワイヤ、45…モールド樹脂、46…半田ボール、46…ワイヤ穴。
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置に係り、特に半導体チップがパッケージングされた半導体装置とその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、半導体装置の高速化及び高機能化が進むにつれて、上記半導体装置の内部に搭載される半導体素子の高速化及び微細化が進められている。また、半導体素子に微細な多層配線を形成することで、半導体素子の微細化が進められている。
【0003】
ところが、この微細化により半導体素子が有する配線間の寄生容量が増加し、半導体素子の動作速度が低下してしまう。そこで配線間の寄生容量を低減するため、配線間の層間絶縁膜を低誘電率膜(Low−k膜)で構成する。これにより配線間の寄生容量を低減し、半導体素子の動作速度の低下を抑止している。
【0004】
また、Low−k膜の誘電率をさらに低くするため、Low−k膜を例えばSiO2膜のような密度が高い膜ではなく、ポーラス状にしている。このようなポーラス状のLow−k膜を層間絶縁膜に使用することで、さらに配線間の寄生容量を低減でき、半導体素子の動作速度の低下を抑止することができる。
【0005】
一方、近年高速化及び微細化に対応できる半導体パッケージとして、例えばフリップチップ型のBGA(Ball Grid Array)が普及している。これは、例えば高密度且つ多層配線を備えるパッケージ基板の上に、半導体素子の電極パッドを備える表面がパッケージ基板と向き合うように半導体素子を実装する。この実装は、例えばパッケージ基板と半導体素子とを半田バンプを用いたC4(Controlled Collapse Chip Connection)技術により接続し、パッケージ基板と半導体素子との間隙をアンダーフィルにより封止する。
【0006】
この種の関連技術として、低熱抵抗のフリップチップ型BGAが開示されている(特許文献1)。
【0007】
【特許文献1】
特開2001−244362号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、半導体素子の層間絶縁膜にポーラス状のLow−k膜を用いた場合、Low−k膜の機械的強度が低下する。したがって、例えば前述したフリップチップ型のBGAにおいて、パッケージ基板と半導体素子の表面が向き合って実装されているため、パッケージ基板と半導体素子との熱膨張係数の違いにより半導体素子に応力が発生する。これにより、機械的強度が低下したLow−k膜が破壊するという問題がある。
【0009】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたもので、半導体素子と半導体素子の周囲に形成された絶縁材料との熱膨張係数の違いにより生じる半導体素子への応力を低減し、機械的強度の弱い層間絶縁膜を有した半導体素子における層間絶縁膜の破壊及び膜剥がれを抑止することが可能な半導体装置とその製造方法を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の第1の側面に係る半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板の上に配設された第1配線と、前記第1配線に電気的に接続された第1電極パッドと、前記第1電極パッドを露出するように前記半導体基板の表面を被覆するポーラス状の有機樹脂膜とを具備する。
【0011】
また本発明の第2の側面に係る半導体装置は、電極パッドを備える表面がポーラス状の有機樹脂膜で被覆された半導体素子と、前記表面と反対側の面が載置された状態で前記半導体素子が実装された載置面を有するパッケージ基板と、前記パッケージ基板内に配設され且つ前記電極パッドに電気的に接続されたパッケージ配線と、前記半導体素子を被覆するように前記パッケージ基板上に配設されたモールド樹脂層とを具備する。
【0012】
また本発明の第3の側面に係る半導体装置の製造方法は、表面に第1電極パッドを備える半導体素子を形成する工程と、ポーラス状の有機樹脂膜を前記半導体素子の表面と同一形状に切断する工程と、前記切断されたポーラス状の有機樹脂膜に、前記第1電極パッドに対応する位置に穴を開口する工程と、前記開口されたポーラス状の有機樹脂膜を前記半導体素子の前記表面に貼り合わせる工程とを有する。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【0014】
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置1の断面図である。
【0015】
半導体チップ2は、層間絶縁膜としてポーラス状のLow−k膜3を備える。本実施形態において、Low−k膜とは誘電率が3未満の絶縁膜をいう。Low−k材料は、例えばSiOxCyを用いる。また、low−k材料として有機系膜、例えばCxHyの構造を含むものを用いてもよい。さらにLow−k膜3は、上記Low−k材料をポーラス状にして構成される。これにより、Low−k膜3の誘電率を低くすることができる。
【0016】
半導体チップ2は、IC配線4を備える。なお、このIC配線4は、半導体チップ2の外部接続端子である電極パッド(図示せず)を含む。
【0017】
半導体チップ2のIC配線4を備える表面には、ポーラス状の有機樹脂膜5が形成される。この有機樹脂膜5の有機樹脂材料としては、例えばエポキシ樹脂やポリイミド樹脂を用いる。さらに、有機樹脂膜5は、上記有機樹脂材料をポーラス状にしている。本実施形態の有機樹脂膜5は、空孔率が40〜70%のものを用いる。ここで、空孔率とは、有機樹脂膜5の体積に対する空孔の体積の割合をいう。なお、前述した有機樹脂材料の構成は一例であり、これに限定されるものではない。
【0018】
パッケージ基板6は、1層以上のCu配線(図示せず)を有するエポキシ樹脂基板により構成される。
【0019】
パッケージ基板6の一方の面には、Cu配線と電気的に接続するように半田ボール9が形成される。
【0020】
半導体チップ2とパッケージ基板6とは、半田バンプ7により接続される。すなわち、半導体チップ2の表面とパッケージ基板6の半田ボール9を有する面と反対面とが向き合うように、半導体チップ2とパッケージ基板6とが配置される。そして、半導体チップ2のIC配線4とパッケージ基板6のCu配線とが半田バンプ7により電気的に接続される。
【0021】
有機樹脂膜5とパッケージ基板6との間隙、及び有機樹脂膜5の側面は、アンダーフィル8により封止される。アンダーフィル8は、例えばエポキシ樹脂により構成される。
【0022】
パッケージ基板6には、半導体チップ2から所定間隔を空け、半導体チップ2を被覆するように放熱板10が形成される。放熱板10は、例えば銅により構成される。なお、パッケージ基板6には、補強板11が取り付けられている。放熱板10は、補強板11に固定される。
【0023】
次に、図1に示した半導体装置1の製造方法を図1乃至図3を参照して説明する。
【0024】
図2において、半導体チップ2の電極パッド(図示せず)を備える表面に、ポーラス状の有機樹脂膜5を形成する。なお、有機樹脂膜5は、半導体チップ2の電極パッドの位置にバンプ穴12をエッチングにより開口しておく。このバンプ穴12は、半田バンプ7が半導体チップ2の電極パッドに接続できる大きさである。
【0025】
続いて、半導体チップ2の電極パッドとバンプ穴12との位置を合わせ、半導体チップ2に有機樹脂膜5を熱圧着する。また、有機樹脂膜5を形成する前に、半導体チップ2の電極パッドに半田バンプ7を溶融接続する。続いて、未硬化状態のポーラス状有機樹脂を半導体チップ2の表面に塗布し、熱硬化する。続いて、半田バンプ7に塗布された有機樹脂をエッチングして有機樹脂膜5を形成してもよい。
【0026】
続いて、図3に示すように、半導体チップ2の電極パッドに半田バンプ7を溶融接続する。
【0027】
続いて、パッケージ基板6を形成する。すなわち、エポキシ樹脂内に所望の配線パターンを施した1層または多層のCu配線を形成する。多層Cu配線の場合は、配線層間にエポキシ樹脂膜を積層してパッケージ基板6を形成する。また、Cu配線は、例えばデュアルダマシン法により形成する。さらにCu配線に電気的に接続されパッケージ基板6の表面に露出するように、電極パッド(図示せず)を形成する。続いて、パッケージ基板6の表面の放熱板10を取り付ける位置に、補強板11を形成する。
【0028】
続いて、半導体チップ2とパッケージ基板6とをフリップチップ方式により接続する。すなわち、半導体チップ2の表面とパッケージ基板6の表面とを向かい合わせて配置し、半導体チップ2に形成された半田バンプ7とパッケージ基板6の電極パッドとを溶融接続する。
【0029】
続いて、有機樹脂膜5とパッケージ基板6との間隙に、例えばエポキシ樹脂を適量充満する。そして、エポキシ樹脂を適正な温度で硬化させる。これによりアンダーフィル8が形成される。なお、アンダーフィル8は、有機樹脂膜5を被覆するように形成される。
【0030】
続いて、図1において、パッケージ基板6の表面に所定の形状を有する放熱板10を配置し、放熱板10と補強板11とを例えば樹脂により接着する。
【0031】
続いて、半導体チップ2が搭載されていない面であるパッケージ基板6の裏面に、パッケージ基板6のCu配線と電気的に接続するように半田ボール9を溶融接続する。このようにして、図1に示す半導体装置1が形成される。
【0032】
このようにして構成された半導体装置1において、パッケージ基板6の熱膨張係数は、半導体チップ2の熱膨張係数に比べて大きい。製造工程中の熱処理により半導体チップ2とパッケージ基板6とが熱膨張している時には、半導体チップ2に生じる応力は小さい。しかし、半導体装置1の温度が常温まで低下すると、半導体チップ2と比べてパッケージ基板6は大きく収縮する。
【0033】
本実施形態では、半導体チップ2の表面にポーラス状の有機樹脂膜5を備えている。よって、このパッケージ基板6の収縮よる応力は、アンダーフィル8を介してポーラス状の有機樹脂膜5に生じる。これにより、上記応力は、ポーラス状の有機樹脂膜5に吸収され、半導体チップ2に生じる応力を低減することができる。
【0034】
半導体チップ2の層間絶縁膜にポーラス状のLow−k膜3を用いた場合には、半導体チップ2に生じる応力の低減による効果は大きくなる。ポーラス状のLow−k膜3は、例えばSiO2に比べて機械的強度が非常に弱い。さらに、Low−k膜をポーラス状にしているため、隣接する層との接着面積が小さくなる。よって、半導体チップ2に生じる応力によりLow−k膜3の破壊や膜剥がれが発生しやすい。ところが、ポーラス状の有機樹脂膜5が半導体チップ2に生じる応力を低減するため、ポーラス状のLow−k膜3の破壊や膜剥がれを抑止することができる。
【0035】
次に、ポーラス状の有機樹脂膜を備えた半導体装置20の製造方法を図4乃至図6を参照して説明する。
【0036】
図4において、所定の形状の半導体ウェーハ21を形成する。この半導体ウェーハ21の表面には、接続端子である電極パッド(図示せず)が形成される。
【0037】
続いて、図4において、ポーラス状の有機樹脂膜22を形成する。これは、例えばポーラス状の有機樹脂フィルムを半導体ウェーハ21と同一形状に切断する。そして、この有機樹脂フィルムに、半導体ウェーハ21の電極パッドの位置に合わせ、かつ半田バンプ7が半導体ウェーハ21の電極パッドに接続できる大きさの複数のバンプ穴12を例えばエッチングにより開口する。このようにして、上記有機樹脂膜22が形成される。
【0038】
続いて、図5において、半導体ウェーハ21と有機樹脂膜22とを熱圧着する。続いて、バンプ穴12の位置に合わせ、半田バンプ7を半導体ウェーハ21の電極パッドに溶融接続する。
【0039】
続いて、図6において、例えばダイシングにより所定サイズの半導体装置20に分割する。このようにして、半導体装置20が形成される。なお、半導体装置20は、図1に示した半導体装置1における半導体チップ2とポーラス状の有機樹脂膜5と半田バンプ7とに該当する。
【0040】
次に、ポーラス状の有機樹脂膜を備えた半導体装置20の他の製造方法を図5乃至図7を参照して説明する。
【0041】
図7において、所定の形状の半導体ウェーハ21を形成する。この半導体ウェーハ21の表面には、接続端子である電極パッド(図示せず)が形成される。
【0042】
続いて、半導体ウェーハ21の電極パッドに半田バンプ7を溶融接続する。
【0043】
続いて、半導体ウェーハ21の表面に未硬化状態のポーラス状有機樹脂24を滴下する。続いて、有機樹脂24を半導体ウェーハ21の表面に塗布する。塗布の方法は、例えば、半導体ウェーハ21を回転させ、有機樹脂24を広げて薄膜にする回転塗布により行う。
【0044】
続いて、このポーラス状有機樹脂24を熱硬化する。なお、この製造方法を説明する図は、図5と同様であるため省略する。続いて、半田バンプ7に塗布された有機樹脂24をエッチングする。このようにして、有機樹脂膜22が形成される。
【0045】
続いて、図6において、例えばダイシングにより所定サイズの半導体装置20に分割する。このようにして、半導体装置20が形成される。
【0046】
以上詳述したように本実施形態では、フリップチップ接続される半導体チップ2の表面に、ポーラス状の有機樹脂膜5を備えている。
【0047】
したがって本実施形態によれば、半導体チップ2とパッケージ基板6との熱膨張係数の違いによって生じる半導体チップ2への応力を低減することができる。これにより、半導体チップ2内に形成されたLow−k膜3の破壊や膜剥がれを抑止することができる。
【0048】
また、半導体チップ2とアンダーフィル8との熱膨張係数の違いによって生じる半導体チップ2への応力を低減することができる。
【0049】
また、半導体チップ2とパッケージ基板6との熱膨張係数の違いにより、半田バンプ7を介して半導体チップ2に生じる応力についても低減することができる。
【0050】
また、上記第1の実施形態において、半導体チップ2の層間絶縁膜としてポーラス状のLow−k膜3を用いている。しかし、有機樹脂膜5により応力の低減は、SiO2に比べて機械的強度が弱い絶縁材料であれば同様の効果がある。すなわち、ポーラス状でないLow−k膜において効果があるのは勿論である。なお、機械的強度が弱い絶縁材料とは、好ましくはヤング率50GPa以下である。
【0051】
なお、上記ポーラス状の有機樹脂膜5は、本発明者の実験により、上記示した空孔率が40〜70%の場合により好ましい効果を得ることができた。
【0052】
(第2の実施形態)
第2の実施形態は、CSP(Chip Scale Package)により半導体装置を形成したものである。
【0053】
図8は、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置30の断面図である。なお、半導体チップ2の構成は上記第1の実施形態と同じである。
【0054】
半導体チップ2の表面には、ポーラス状の有機樹脂膜31が形成される。ポーラス状の有機樹脂膜31の構成は、上記有機樹脂膜5と同じである。
【0055】
有機樹脂膜31の半導体チップ2と反対面には、半導体チップ2の電極パッドにそれぞれ対応した電極パッド33が形成される。半導体チップ2の電極パッドと電極パッド33とは、Cu配線32により電気的に接続される。
【0056】
電極パッド33には、半田ボール34が電気的に接続される。
【0057】
次に、図8に示した半導体装置30の製造方法を図8、図9を参照して説明する。
【0058】
図9において、半導体チップ2の表面と同一形状でかつ所定の厚さを有するポーラス状の有機樹脂膜31を形成する。有機樹脂膜31内には、1層又は多層のCu配線32を形成する。このCu配線32は、例えばデュアルダマシン法により形成する。また、多層配線の場合は、層間絶縁膜として複数の有機樹脂膜を積層して有機樹脂膜31を形成する。また、半導体チップ2の表面と接する面である有機樹脂膜31の表面には、半導体チップ2の電極パッドの位置にCu配線32を形成する。なお、Cu配線32は、半導体チップ2の電極パッドと電極パッド33とを電気的に接続するビアプラグでもよい。
【0059】
続いて、有機樹脂膜31の裏面には、Cu配線32に電気的に接続するように電極パッド33を形成する。この電極パッド33は、例えばAl膜をフォトリソグラフィー法によりパターニングして形成する。
【0060】
続いて、図8において、電極パッド33には、当該電極パッド33と電気的に接続するように半田ボール34を形成する。
【0061】
続いて、半導体チップ2の電極パッドと有機樹脂膜31の表面に形成されたCu配線32とが電気的に接続するように、有機樹脂膜31の表面と半導体チップ2の表面とを貼り合わせる。これは、例えば半導体チップ2に有機樹脂膜31を熱圧着により貼り合わせる。このようにして図8に示す半導体装置30が形成される。
【0062】
このようにして構成された半導体装置30は、有機樹脂膜31がパッケージ基板を兼用したCSPを構成する。
【0063】
以上詳述したように本実施形態では、半導体チップ2の表面にポーラス状の有機樹脂膜31を備える。さらに、上記有機樹脂膜31が1層または多層のCu配線32と外部接続端子である半田ボール34とを備えている。
【0064】
したがって本実施形態によれば、例えば半田ボール34に接続されたパッケージ基板と半導体チップ2との熱膨張係数の違いによって生じる半導体チップ2への応力を低減することができる。これにより、半導体チップ2内に形成されたLow−k膜3の破壊や膜剥がれを抑止することができる。
【0065】
また、ポーラス状の有機樹脂膜31がパッケージ基板を兼用することができる。
【0066】
また、半導体装置30がCSPとなるため、バーンイン試験を行うことができる。これにより、半導体装置30が備える半導体チップ2の良品の選別が可能となる。よって、例えば半導体装置30を複数搭載したMCM(Multi Chip Module)の製造歩留まりを向上することができる。
【0067】
(第3の実施形態)
第3の実施形態は、表面にポーラス状の有機樹脂膜を備えた半導体チップを、PBGA(Plastic Ball Grid Array)によりパッケージングして半導体装置を形成したものである。
【0068】
図10は、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置40の断面図である。
【0069】
なお、半導体チップ2と有機樹脂膜5との構成は、上記第1の実施形態と同じである。
【0070】
パッケージ基板41は、1層以上のCu配線(図示せず)を有するエポキシ樹脂基板により構成される。パッケージ基板41の表面には、Cu配線の一部で構成されるボンディングパッド42が露出されて形成される。
【0071】
半導体チップ2の裏面とパッケージ基板41の表面は、接着部43により接着される。この接着部43は、例えば樹脂により構成される。
【0072】
半導体チップ2の電極パッドとパッケージ基板41のボンディングパッド42とは、ボンディングワイヤ44により電気的に接続される。このボンディングワイヤ44は、例えばAuワイヤにより構成される。
【0073】
パッケージ基板41の上には、半導体チップ2とボンディングワイヤ44とボンディングパッド42とを被覆するようにモールド樹脂45が成形される。このモールド樹脂45は、例えばエポキシ樹脂により構成される。
【0074】
パッケージ基板41の裏面には、パッケージ基板41のCu配線と電気的に接続するように半田ボール46が形成される。
【0075】
次に、図10に示した半導体装置40の製造方法を図10、図11を参照して説明する。
【0076】
図11において、半導体チップ2の電極パッド(図示せず)を備える表面に、ポーラス状の有機樹脂膜5を形成する。なお、有機樹脂膜5は、半導体チップ2の電極パッドの位置にワイヤ穴46をエッチングにより開口しておく。このワイヤ穴46は、ボンディングワイヤ44が半導体チップ2の電極パッドに接続できる大きさである。
【0077】
続いて、半導体チップ2の電極パッドとワイヤ穴46との位置を合わせ、半導体チップ2に有機樹脂膜5を熱圧着する。また、未硬化状態のポーラス状有機樹脂を半導体チップ2の表面に塗布し、熱硬化する。続いて、半導体チップ2の電極パッドを露出するように上記有機樹脂をエッチングして有機樹脂膜5を形成してもよい。
【0078】
続いて、パッケージ基板41を形成する。すなわち、エポキシ樹脂内に所望の配線パターンを施した1層または多層のCu配線を形成する。多層Cu配線の場合は、配線層間にエポキシ樹脂膜を積層してパッケージ基板41を形成する。また、Cu配線は、例えばデュアルダマシン法により形成する。さらにCu配線に電気的に接続されエポキシ樹脂の表面に露出するようにボンディングパッド42を形成する。
【0079】
続いて、半導体チップ2の裏面とパッケージ基板41の表面とを、接着部43により接着する。
【0080】
続いて、図10において、半導体チップ2の電極パッドとボンディングパッド42とをボンディングワイヤ44により電気的に接続する。
【0081】
続いて、半導体チップ2とボンディングワイヤ44とボンディングパッド42とを被覆するようにモールド樹脂45を成形する。
【0082】
続いて、パッケージ基板41の裏面には、パッケージ基板41のCu配線と電気的に接続するように半田ボール46を形成する。
【0083】
このようにして構成された半導体装置40において、モールド樹脂45の熱膨張係数は、半導体チップ2の熱膨張係数と比べて大きい。製造工程中の熱処理により半導体チップ2とモールド樹脂45とが熱膨張している時には、半導体チップ2に生じる応力は小さい。しかし、半導体装置40の温度が常温まで低下すると、半導体チップ2と比べてモールド樹脂45は大きく収縮する。
【0084】
本実施形態では、半導体チップ2の表面にポーラス状の有機樹脂膜5を備えている。よって、このモールド樹脂45の収縮よる応力は、有機樹脂膜5に生じる。これにより、上記応力は、ポーラス状の有機樹脂膜5に吸収され、半導体チップ2に生じる応力を低減することができる。
【0085】
なお、半導体チップ2の層間絶縁膜にポーラス状のLow−k膜3を用いた場合の効果は、上記第1の実施形態と同様である。
【0086】
以上詳述したように本実施形態では、PBGAパッケージにより構成された半導体装置40内に搭載された半導体チップ2の表面に、ポーラス状の有機樹脂膜5を備えている。
【0087】
したがって本実施形態によれば、半導体チップ2とモールド樹脂45との熱膨張係数の違いによって生じる半導体チップ2への応力を低減することができる。これにより、半導体チップ2内に形成されたLow−k膜3の破壊や膜剥がれを抑止することができる。
【0088】
また、半導体チップ2の裏面にポーラス状の有機樹脂膜をさらに備えるようにしてもよい。このように構成すると、半導体チップ2とパッケージ基板41との熱膨張係数の違いによって生じる半導体チップ2への応力を低減することができる。さらに、半導体チップ2と接着部43との熱膨張係数の違いによって生じる半導体チップ2への応力を低減することもできる。
【0089】
なお、パッケージの種類は、第1の実施形態で示したPGAと第3の実施形態で示したPBGAとに限定されるものではない。半導体チップ2の周囲に半導体チップ2の熱膨張係数と差がある絶縁材料が存在するようなパッケージであれば、上記各実施形態と同様に適用可能である。すなわち、半導体チップ2の周囲に形成される絶縁材料の熱膨張係数が、半導体チップ2の熱膨張係数と差がある場合には、半導体チップ2と絶縁材料とが接する面にポーラス状の有機樹脂膜を形成することで、半導体チップ2への応力を低減することができる。
【0090】
この発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その他、本発明の要旨を変更しない範囲において種々変形して実施可能なことは勿論である。
【0091】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、半導体素子と半導体素子の周囲に形成された絶縁材料との熱膨張係数の違いにより生じる半導体素子への応力を低減し、機械的強度の弱い層間絶縁膜を有した半導体素子における層間絶縁膜の破壊及び膜剥がれを抑止することが可能な半導体装置とその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る半導体装置1の断面図。
【図2】図1に示した構造を有する半導体装置1の製造方法を説明するための断面図。
【図3】図2に続く半導体装置1の製造方法を説明するための断面図。
【図4】ポーラス状の有機樹脂膜を備えた半導体装置20の製造方法を説明するための斜視図。
【図5】図4に続く半導体装置20の製造方法を説明するための斜視図。
【図6】図5に続く半導体装置20の製造方法を説明するための斜視図。
【図7】ポーラス状の有機樹脂膜を備えた半導体装置20の他の製造方法を説明するための斜視図。
【図8】本発明の第2の実施形態に係る半導体装置30の断面図。
【図9】図8に示した構造を有する半導体装置30の製造方法を説明するための断面図。
【図10】本発明の第3の実施形態に係る半導体装置40の断面図。
【図11】図10に示した構造を有する半導体装置40の製造方法を説明するための断面図。
【符号の説明】
1,20,30,40…半導体装置、2…半導体チップ、3…Low−k膜、4…IC配線、5…有機樹脂膜、6…パッケージ基板、7…半田バンプ、8…アンダーフィル、9…半田ボール、10…放熱板、11…補強板、12…バンプ穴、21…半導体ウェーハ、22…有機樹脂膜、24…ポーラス状有機樹脂、31…有機樹脂膜、32…Cu配線、33…電極パッド、34…半田ボール、41…パッケージ基板、42…ボンディングパッド、43…接着部、44…ボンディングワイヤ、45…モールド樹脂、46…半田ボール、46…ワイヤ穴。
Claims (17)
- 半導体基板と、
前記半導体基板の上に配設された第1配線と、
前記第1配線に電気的に接続された第1電極パッドと、
前記第1電極パッドを露出するように前記半導体基板の表面を被覆するポーラス状の有機樹脂膜と、
を具備することを特徴とする半導体装置。 - 前記有機樹脂膜は、空孔率が40〜70%であることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
- 前記半導体基板の上に配設された電極と、
前記第1電極パッドと前記電極とを電気的に接続するように前記有機樹脂膜内に配設された導電性プラグと、
を更に具備することを特徴とする請求項1記載の半導体装置。 - 前記半導体基板の上に配設された電極と、
前記有機樹脂膜内に配設され且つ前記第1電極パッドと電気的に接続された第2配線と、
前記有機樹脂膜上に配設され且つ前記電極と電気的に接続された第2電極パッドと、
を更に具備することを特徴とする請求項1記載の半導体装置。 - 電極パッドを備える表面がポーラス状の有機樹脂膜で被覆された半導体素子と、
前記表面と反対側の面が載置された状態で前記半導体素子が実装された載置面を有するパッケージ基板と、
前記パッケージ基板内に配設され且つ前記電極パッドに電気的に接続されたパッケージ配線と、
前記半導体素子を被覆するように前記パッケージ基板上に配設されたモールド樹脂層と、
を具備することを特徴とする半導体装置。 - 電極パッドを備える表面がポーラス状の有機樹脂膜で被覆された半導体素子と、
前記半導体素子の前記表面が載置された状態で前記半導体素子が実装された載置面を有するパッケージ基板と、
前記パッケージ基板内に配設され且つ前記電極パッドに電気的に接続されたパッケージ配線と、
を具備することを特徴とする半導体装置。 - 前記有機樹脂膜は、空孔率が40〜70%であることを特徴とする請求項5又は6記載の半導体装置。
- 前記有機樹脂膜は、前記モールド樹脂層より空孔率が高いことを特徴とする請求項5記載の半導体装置。
- 前記パッケージ基板は、有機樹脂材料により構成され、
前記有機樹脂膜は、前記パッケージ基板より空孔率が高いことを特徴とする請求項6記載の半導体装置。 - 前記半導体素子と前記パッケージ基板との間隙を封止する封止部をさらに具備することを特徴とする請求項6記載の半導体装置。
- 前記封止部は、有機樹脂材料により構成され、
前記有機樹脂膜は、前記封止部より空孔率が高いことを特徴とする請求項10記載の半導体装置。 - 前記半導体素子は、SiO2より機械的強度が弱い絶縁材料からなる層間絶縁膜を前記半導体素子の半導体基板と前記有機樹脂膜との間に有することを特徴とする請求項5又は6記載の半導体装置。
- 前記半導体素子は、誘電率が3未満の層間絶縁膜を前記半導体素子の半導体基板と前記有機樹脂膜との間に有することを特徴とする請求項5又は6記載の半導体装置。
- 前記層間絶縁膜は、ポーラス状であることを特徴とする請求項13記載の半導体装置。
- 表面に第1電極パッドを備える半導体素子を形成する工程と、
ポーラス状の有機樹脂膜を前記半導体素子の表面と同一形状に切断する工程と、
前記切断されたポーラス状の有機樹脂膜に、前記第1電極パッドに対応する位置に穴を開口する工程と、
前記開口されたポーラス状の有機樹脂膜を前記半導体素子の前記表面に貼り合わせる工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 表面に第1電極パッドを備える半導体素子を形成する工程と、
未硬化状態のポーラス状有機樹脂を前記半導体素子の表面に塗布する工程と、
前記塗布したポーラス状有機樹脂を前記第1電極パッドが露出するように開口する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 表面に第1電極パッドを備える半導体素子を形成する工程と、
前記半導体素子の前記表面にポーラス状の有機樹脂膜を形成する工程と、
前記ポーラス状の有機樹脂膜内に前記第1電極パッドに電気的に接続された配線を形成する工程と、
前記ポーラス状の有機樹脂膜の前記半導体素子と接する面の反対面に露出するように第2電極パッドを形成する工程と、
前記第2電極パッドに電気的に接続された電極を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
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JP2001019928A (ja) * | 1999-07-08 | 2001-01-23 | Dow Corning Toray Silicone Co Ltd | 接着剤、および半導体装置 |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007095832A (ja) * | 2005-09-27 | 2007-04-12 | Kyocera Corp | 電子部品およびその実装構造 |
JP4566105B2 (ja) * | 2005-09-27 | 2010-10-20 | 京セラ株式会社 | 電子部品およびその実装構造 |
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