JP2005039260A - Stress relaxation structure and formation method therefor, stress relaxation sheet and manufacturing method therefor, and semiconductor device and electronic equipment - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a stress relaxation structure and its formation method that is superior in stress relaxation effects upon thermal stress and improves the reliability of a semiconductor device, and to provide a stress relaxation sheet and its manufacturing method, and a semiconductor device, having the stress relaxation sheet and electronic equipment having the semiconductor device. <P>SOLUTION: The stress relaxation structure, which has a wave-shaped insulating layer 4 that exists between a chip 5, on which a semiconductor device 6 is formed and a mounting substrate 7, has the above problem resolved by making the wiring 3 wave-shaped. In addition, the stress relaxed structure is formed, by forming an insulating layer 4 having a wavy shape that displaces in the thickness direction on a process substrate or a wafer, having a semiconductor element and forming wiring 3 having a wavy shape on the insulating layer. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、応力緩和構造とその形成方法、応力緩和シートとその製造方法、及び応力緩和シートを有する半導体装置並びにその半導体装置を有する電子機器に関し、特に熱応力に対する応力緩和構造に着目して半導体装置の信頼性を向上させる技術分野に関する。   The present invention relates to a stress relaxation structure and a method for forming the same, a stress relaxation sheet and a method for manufacturing the same, a semiconductor device having the stress relaxation sheet, and an electronic device having the semiconductor device. The present invention relates to a technical field for improving the reliability of a device.

半導体パッケージ等の実装基板は、従来、絶縁材料としてセラミックス材料を使用したものが主流であった。しかし、高温処理が不要で容易に加工ができること、軽量化できること、コストダウンが図れること等の理由から、近年、有機材料を絶縁材料に用いた実装基板が使用されるようになってきた。また、マザーボード等のボード系の実装基板の場合は、そのサイズが大きいことから、やはり絶縁材料として有機材料が使用されている。   Conventionally, a mounting substrate such as a semiconductor package has mainly used a ceramic material as an insulating material. However, in recent years, mounting substrates using an organic material as an insulating material have come to be used for reasons such as high-temperature processing not required, easy processing, light weight, and cost reduction. In the case of a board-type mounting board such as a mother board, an organic material is also used as an insulating material because of its large size.

LSI、VLSI等の半導体素子は、シリコン等のチップ又はウエハの表面に形成される。しかし、シリコンの熱膨張係数は4ppm/℃と小さいのに対して、有機材料の線膨張係数は十ppm/℃以上、通常は数十ppm/℃から百ppm/℃以上とシリコンの熱膨張係数よりもかなり大きい。このため、半導体素子が形成されたシリコンチップ又はウエハ(切り出し後のチップも含む。)と有機材料を主材料とする実装基板とを接続すると、使用される異種材料の熱膨張係数の違いに起因する応力、すなわち熱応力が発生する。   Semiconductor elements such as LSI and VLSI are formed on the surface of a chip or wafer such as silicon. However, the thermal expansion coefficient of silicon is as small as 4 ppm / ° C, whereas the linear expansion coefficient of organic materials is 10 ppm / ° C or more, usually several tens of ppm / ° C to 100 ppm / ° C or more. Considerably larger than. For this reason, when a silicon chip or wafer on which a semiconductor element is formed (including a chip after cutting) is connected to a mounting substrate mainly made of an organic material, it is caused by a difference in thermal expansion coefficient between different materials used. Stress, that is, thermal stress is generated.

このような熱応力を発生させる熱因子としては、半田付けのための加熱、熱サイクル試験(TC)による加熱、半導体素子からの発熱等が挙げられる。また、自動車搭載用の半導体等、使用環境により熱応力が発生する場合もある。   Examples of a thermal factor that generates such thermal stress include heating for soldering, heating by a thermal cycle test (TC), and heat generation from a semiconductor element. In addition, thermal stress may be generated depending on the use environment such as a semiconductor mounted on an automobile.

前記の熱因子は、チップ表面に平行な方向に熱応力を発生させる。図10は、半導体チップ101と実装基板102との間に生じる熱応力を説明するための模式図である。ここでは、フリップチップ接続により半導体チップ101が実装基板102上に搭載された場合を示している。半導体チップ101と実装基板102は、260℃前後に加熱された状態で半田ボール103等により接続される。実装基板102の熱膨張係数は、シリコン等からなる半導体チップ101の熱膨張係数よりもかなり大きいので、室温まで冷却されたとき、半導体チップ101側にはチップ端からチップ中心に向かう圧縮応力P1が発生し、実装基板102側には外向きの引張応力P2が発生する。なお、拘束条件下においては、この面内方向の圧縮・引張応力を開放するために、垂直方向の応力も発生する。   The thermal factor generates thermal stress in a direction parallel to the chip surface. FIG. 10 is a schematic diagram for explaining the thermal stress generated between the semiconductor chip 101 and the mounting substrate 102. Here, a case where the semiconductor chip 101 is mounted on the mounting substrate 102 by flip chip connection is shown. The semiconductor chip 101 and the mounting substrate 102 are connected by solder balls 103 or the like while being heated to around 260 ° C. Since the thermal expansion coefficient of the mounting substrate 102 is considerably larger than the thermal expansion coefficient of the semiconductor chip 101 made of silicon or the like, when the semiconductor chip 101 is cooled to room temperature, a compressive stress P1 from the chip end toward the chip center is applied to the semiconductor chip 101 side. As a result, an outward tensile stress P2 is generated on the mounting substrate 102 side. Under restraint conditions, vertical stress is also generated in order to release this in-plane compressive / tensile stress.

この熱応力は、半導体チップと実装基板との接続部に集中する。そのため、フリップチップ(FC)又はボール・グリッド・アレイ(BGA)用のランド部の破壊、半田ボールの破壊、基板内部の金属配線の切断等が生じるおそれがあり、実装基板に接続した半導体素子が正常に機能しないというおそれがある。また、拘束条件下において発生した垂直方向の応力により、半導体チップ等にそりが生じるというおそれもある。特に近年、半導体の高密度化に伴うシグナル線の増加に伴い、半導体素子と実装基板との間の接続がワイヤーボンディング接続からフリップチップ接続に移行する流れがあり、熱応力による問題は顕著になっている。   This thermal stress is concentrated on the connection portion between the semiconductor chip and the mounting substrate. Therefore, there is a risk of destruction of the land for flip chip (FC) or ball grid array (BGA), destruction of solder balls, cutting of metal wiring inside the substrate, etc. There is a risk that it will not function properly. In addition, there is a possibility that warpage occurs in the semiconductor chip or the like due to vertical stress generated under restraint conditions. In particular, in recent years, with the increase in the number of signal lines accompanying the increase in the density of semiconductors, there has been a trend in which connections between semiconductor elements and mounting boards have shifted from wire bonding connections to flip chip connections, and problems due to thermal stress have become prominent. ing.

こうした熱応力を緩和する方法として、半導体装置に熱応力を緩和させる構造を設けることが有効であり、その方法として、従来より絶縁層に応力緩和機能を持たせることが考えられている。   As a method for relieving such thermal stress, it is effective to provide a semiconductor device with a structure for relieving thermal stress. As a method for this, it has been conventionally considered that an insulating layer has a stress relaxation function.

図11は、従来の応力緩和機能を有する半導体装置の一例を示す断面図である(例えば、特許文献1を参照。)。この半導体装置111おいては、半導体素子電極部114の直上にパッケージ電極116を設けずに、半導体素子112上に所定の弾性率及び厚さを有する応力緩和樹脂層113を設け、応力緩和樹脂層113上に半導体素子電極部114から配線115を伸ばし、その配線115をパッケージ電極116に接続することによって熱応力を緩和している。また、この応力緩和樹脂層113を形成する樹脂としては、通常の弾性率を有する樹脂(約2.8GPa)が使用されている。   FIG. 11 is a cross-sectional view showing an example of a conventional semiconductor device having a stress relaxation function (see, for example, Patent Document 1). In this semiconductor device 111, the stress relaxation resin layer 113 having a predetermined elastic modulus and thickness is provided on the semiconductor element 112 without providing the package electrode 116 immediately above the semiconductor element electrode portion 114, and the stress relaxation resin layer. The thermal stress is alleviated by extending the wiring 115 from the semiconductor element electrode portion 114 onto the 113 and connecting the wiring 115 to the package electrode 116. Further, as the resin forming the stress relaxation resin layer 113, a resin having a normal elastic modulus (about 2.8 GPa) is used.

また、下記特許文献2には、絶縁基板と半導体チップとの間に設けられる銅パターンに溝を設けることにより、銅パターンと絶縁基板との接合界面に生ずる応力集中を緩和し、その接合界面での剥離の発生を防いでいる。
特開2000−323628号公報(図1、段落番号0041〜00 43) 特開2002−299495号公報(段落番号0009,0010, 図1)
Further, in Patent Document 2 below, by providing a groove in a copper pattern provided between an insulating substrate and a semiconductor chip, stress concentration generated at the bonding interface between the copper pattern and the insulating substrate is alleviated. The occurrence of peeling is prevented.
JP 2000-323628 A (FIG. 1, paragraph numbers 0041 to 00 43) JP 2002-299495 A (paragraph numbers 0009, 0010, FIG. 1)

しかしながら、チップ表面に平行な方向に発生した熱応力は、チップの中心からの距離に比例して大きくなるので、チップが大型になると、チップの端部においては計算上数十μmから百μm程度の大きな変位を生じることがある。しかし、前述した特許文献1に記載のように、絶縁層に応力緩和機能を持たせるだけでは、大きな変位を吸収することができなかった。特に近年は、半導体の高性能化、多ピン化に伴って半導体チップやそれを搭載する半導体パッケージが大型化する傾向にあるため、この問題が顕著になっている。   However, the thermal stress generated in the direction parallel to the chip surface increases in proportion to the distance from the center of the chip. Therefore, when the chip becomes large, the calculation at the end of the chip is about several tens to hundreds of μm. May cause large displacement. However, as described in Patent Document 1 described above, a large displacement cannot be absorbed only by providing the insulating layer with a stress relaxation function. In particular, in recent years, this problem has become prominent because semiconductor chips and semiconductor packages on which the semiconductor chips are mounted tend to increase in size as the performance of semiconductors and the number of pins increase.

また、一般的な半導体装置において、配線を形成する銅等の金属の弾性率は、通常100GPa前後であり、応力緩和樹脂層を形成する樹脂よりも2桁近く大きい。このため、応力緩和樹脂層上に高弾性率材料からなる金属配線を設けた従来技術の構造では、前記特許文献2に記載のように銅パターンに溝を形成したとしても、チップ表面に平行な方向に発生した熱応力が、配線を通して半導体素子や半田接続部に伝達されてしまう。従って、こうした構造をとっても、熱応力による問題、例えばFC又はBGA用のランド部の破壊、半田ボールの破壊、基板内部の金属配線の切断等は解決しきれず、信頼性のある半導体装置を得ることはできなかった。   Further, in a general semiconductor device, the elastic modulus of a metal such as copper forming a wiring is usually around 100 GPa, which is nearly two orders of magnitude larger than the resin forming the stress relaxation resin layer. For this reason, in the structure of the prior art in which a metal wiring made of a high elastic modulus material is provided on the stress relaxation resin layer, even if a groove is formed in the copper pattern as described in Patent Document 2, it is parallel to the chip surface. The thermal stress generated in the direction is transmitted to the semiconductor element and the solder connection portion through the wiring. Therefore, even with such a structure, problems due to thermal stress, such as destruction of land portions for FC or BGA, destruction of solder balls, cutting of metal wiring inside the substrate, etc. cannot be solved, and a reliable semiconductor device is obtained. I couldn't.

さらに、半導体の高性能化に向け、半導体素子内部の絶縁層に誘電率の低いLow−K材料が使用される傾向にある。しかし、Low−K材料は従来使用されてきた有機材料より機械的強度が小さいため、従来技術の構造をもつ半導体装置では、配線を通して伝達された応力が、そのまま半導体素子のLow−K材料に加わり、半導体素子の破壊等の問題が生じるおそれがある。   Furthermore, a low-K material having a low dielectric constant tends to be used for an insulating layer inside a semiconductor element in order to improve the performance of the semiconductor. However, since the mechanical strength of the low-K material is lower than that of conventionally used organic materials, in the semiconductor device having the structure of the prior art, the stress transmitted through the wiring is directly applied to the low-K material of the semiconductor element. There is a risk of problems such as destruction of the semiconductor element.

本発明は、前記の問題を解決するためになされたものであって、その目的は、熱応力に対する応力緩和効果に優れ、半導体装置の信頼性を向上させる応力緩和構造とその形成方法、応力緩和シートとその製造方法、応力緩和シートを有する半導体装置及びその半導体装置を有する電子機器を提供することにある。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and its object is to provide a stress relaxation structure that is excellent in stress relaxation effect against thermal stress and improves the reliability of a semiconductor device, a method for forming the stress relaxation structure, and stress relaxation. An object of the present invention is to provide a sheet, a manufacturing method thereof, a semiconductor device having a stress relaxation sheet, and an electronic apparatus having the semiconductor device.

前記課題を解決するための本発明の応力緩和構造は、半導体素子が形成されたチップと実装基板との間に存在する波形形状を有した絶縁層と、当該絶縁層上に形成された配線とを含む応力緩和構造であって、前記配線が波形形状を有することを特徴とする。   In order to solve the above problems, the stress relaxation structure of the present invention includes an insulating layer having a corrugated shape existing between a chip on which a semiconductor element is formed and a mounting substrate, and a wiring formed on the insulating layer. A stress relaxation structure including: wherein the wiring has a waveform shape.

この発明によれば、波形形状の配線がばね構造としての効果を持つので、その配線を有する応力緩和構造により、発生した熱応力が効率よく吸収される。その結果、本発明の応力緩和構造が半導体装置に適用された場合に、半導体素子と実装基板との間の接続部での応力を緩和することができ、例えば、FC又はBGA用のランド部の破壊、半田ボールの破壊、Low−K材料の破壊、基板内部の金属配線の切断等を生じさせず、熱応力に対する信頼性の高い半導体装置を実現することができる。   According to the present invention, since the corrugated wiring has an effect as a spring structure, the generated thermal stress is efficiently absorbed by the stress relaxation structure having the wiring. As a result, when the stress relaxation structure of the present invention is applied to a semiconductor device, the stress at the connection portion between the semiconductor element and the mounting substrate can be relaxed. For example, the land portion for FC or BGA A semiconductor device with high reliability against thermal stress can be realized without causing destruction, destruction of solder balls, destruction of Low-K material, cutting of metal wiring inside the substrate, and the like.

本発明の応力緩和構造においては、(A)前記配線の波形形状が厚さ方向に変位していること、(B)前記配線の波形形状が面内方向に変位していること、(C)前記配線の波形形状が、厚さ方向に変位する正弦波形状又は略正弦波形状と面内方向に変位する正弦波形状又は略正弦波形状とを重ね合わせて形成された、螺旋形状であること、(D)前記配線の幅が、厚さ方向の上部と下部で異なること、又は、(E)前記配線が金属配線であり、当該金属配線の前記チップ側表面に、当該金属配線を構成する主要金属成分とは異なる金属からなる薄層が設けられていること、が好ましい。   In the stress relaxation structure of the present invention, (A) the waveform shape of the wiring is displaced in the thickness direction, (B) the waveform shape of the wiring is displaced in the in-plane direction, (C) The wiring waveform has a spiral shape formed by superposing a sine wave shape or a substantially sine wave shape displaced in the thickness direction and a sine wave shape or a substantially sine wave shape displaced in the in-plane direction. (D) The width of the wiring is different between the upper part and the lower part in the thickness direction, or (E) the wiring is a metal wiring, and the metal wiring is configured on the chip side surface of the metal wiring. It is preferable that a thin layer made of a metal different from the main metal component is provided.

これらの発明によれば、配線が前記の波形形状等であるので、発生した熱応力をより効率的に吸収することができる。   According to these inventions, since the wiring has the corrugated shape or the like, the generated thermal stress can be absorbed more efficiently.

また、本発明の応力緩和構造においては、(F)前記配線の延長方向が、前記チップの中央から放射方向に延びる仮想線と平行又は略平行であること、又は、(G)前記配線の延長方向が、前記チップの中央を対称点として4回対称に配置された各象限内で一定であって、当該延長方向が、各象限内の対角軸のうち前記対称点を通過する対角軸と平行又は略平行であること、が好ましい。   In the stress relaxation structure of the present invention, (F) the extension direction of the wiring is parallel or substantially parallel to a virtual line extending radially from the center of the chip, or (G) the extension of the wiring. The diagonal direction is constant in each quadrant arranged four times symmetrically with the center of the chip as a symmetric point, and the extension direction is a diagonal axis passing through the symmetric point among the diagonal axes in each quadrant Is preferably parallel or substantially parallel to.

これらの発明によれば、応力緩和構造は、前述の配線の延長方向が、発生した熱応力の方向とほぼ同じなので、発生した熱応力をより効率的に吸収することができる。   According to these inventions, the stress relaxation structure can absorb the generated thermal stress more efficiently because the extension direction of the wiring is substantially the same as the direction of the generated thermal stress.

本発明の応力緩和構造においては、(H)前記絶縁層の引張弾性率が1GPa以下であること、(I)前記絶縁層の引張破断伸び率が10%以上であること、(J)前記絶縁層が2層以上の絶縁層からなること、(K)前記絶縁層の波形形状が、1種以上のくぼみを含むこと、又は、(L)前記絶縁層が前記チップ上に隣接して形成されていること、が好ましい。   In the stress relaxation structure of the present invention, (H) the tensile elastic modulus of the insulating layer is 1 GPa or less, (I) the tensile breaking elongation of the insulating layer is 10% or more, and (J) the insulation. The layer comprises two or more insulating layers, (K) the corrugated shape of the insulating layer includes one or more indentations, or (L) the insulating layer is formed adjacent to the chip. It is preferable.

これらの発明によれば、絶縁層上に形成された波形形状を有する配線の応力緩和機能を担保することができる。   According to these inventions, it is possible to ensure the stress relaxation function of the wiring having the waveform shape formed on the insulating layer.

前記課題を解決するための本発明の応力緩和シートは、半導体素子が形成されたチップと実装基板との間の応力を緩和するために用いられる応力緩和シートであって、前述した応力緩和構造を有することを特徴とする。   The stress relaxation sheet of the present invention for solving the above-described problem is a stress relaxation sheet used for relaxing stress between a chip on which a semiconductor element is formed and a mounting substrate, and has the above-described stress relaxation structure. It is characterized by having.

この発明によれば、応力緩和シートが、前述の応力緩和構造を有するので、これを用いた半導体装置の熱応力による問題を解決することができる。   According to this invention, since the stress relaxation sheet has the above-described stress relaxation structure, the problem due to the thermal stress of the semiconductor device using the stress relaxation sheet can be solved.

前記課題を解決するための本発明の半導体装置は、前述した応力緩和構造又は応力緩和シートを有することを特徴とする。   A semiconductor device of the present invention for solving the above-described problems has the above-described stress relaxation structure or stress relaxation sheet.

この発明によれば、半導体装置が、前述した応力緩和構造又は応力緩和構造を持つ応力緩和シートを有するので、熱応力による問題が生じ難く信頼性の高い半導体装置を得ることができる。   According to the present invention, since the semiconductor device has the stress relaxation structure or the stress relaxation sheet having the stress relaxation structure described above, it is possible to obtain a highly reliable semiconductor device in which problems due to thermal stress hardly occur.

前記課題を解決するための本発明の電子機器は、前述した半導体装置を組み込んだことを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, an electronic device according to the present invention includes the above-described semiconductor device.

前記課題を解決するための本発明の応力緩和構造の形成方法は、半導体素子が形成されたチップと実装基板との間に存在する波形形状を有した絶縁層と、当該絶縁層上に形成された配線とを含む応力緩和構造の形成方法であって、工程基板上又は半導体素子を有するウエハ上に厚さ方向に変位する波形形状を有する絶縁層を形成し、当該絶縁層の上に波形形状を有する配線を形成することを特徴とする。   In order to solve the above problems, a stress relaxation structure forming method of the present invention includes an insulating layer having a corrugated shape existing between a chip on which a semiconductor element is formed and a mounting substrate, and an insulating layer formed on the insulating layer. A method of forming a stress relaxation structure including a wiring, comprising: forming an insulating layer having a waveform shape displaced in a thickness direction on a process substrate or a wafer having a semiconductor element; and forming the waveform shape on the insulating layer A wiring having the following is formed.

この発明によれば、波形形状を有する絶縁層の上に配線を形成するので、応力を効率よく吸収できる波形形状の配線を簡易な方法で形成することができる。   According to the present invention, since the wiring is formed on the insulating layer having the corrugated shape, the corrugated wiring capable of efficiently absorbing the stress can be formed by a simple method.

本発明の応力緩和構造の形成方法においては、(イ)前記波形形状を有した絶縁層は、工程基板上又は半導体素子を有するウエハ上に絶縁層を形成し、当該絶縁層に矩形形状のくぼみを形成した後に加熱処理又は表面処理することにより、又は溶媒雰囲気下に置くことにより形成されること、(ロ)前記波形形状を有した絶縁層は、工程基板上又は半導体素子を有するウエハ上にネガ型感光性樹脂からなる絶縁層を形成し、矩形形状パターンが形成されたマスクを浮かせた状態で前記絶縁層を露光・現像することにより形成されること、(ハ)前記波形形状を有した絶縁層は、工程基板上又は半導体素子を有するウエハ上に透過率の低いポジ型感光性樹脂からなる絶縁層を形成し、当該絶縁層を露光・現像することにより形成されること、又は(ニ)前前記波形形状を有した絶縁層が2種以上のくぼみを含むものであって、当該絶縁層は、工程基板上又は半導体素子を有するウエハ上にポジ型感光性樹脂からなる絶縁層を形成し、場所毎に異なる量の光を照射した後に、当該絶縁層を現像することにより形成されること、が好ましい。   In the method for forming a stress relaxation structure of the present invention, (a) the insulating layer having the corrugated shape forms an insulating layer on a process substrate or a wafer having a semiconductor element, and the rectangular depression is formed in the insulating layer. (B) the insulating layer having the corrugated shape is formed on the process substrate or on the wafer having the semiconductor element. An insulating layer made of a negative photosensitive resin is formed, and the insulating layer is exposed and developed in a state where a mask on which a rectangular pattern is formed is floated, and (c) has the corrugated shape. The insulating layer is formed by forming an insulating layer made of a positive photosensitive resin with low transmittance on a process substrate or a wafer having a semiconductor element, and exposing and developing the insulating layer. (D) The insulating layer having the corrugated shape includes two or more depressions, and the insulating layer is an insulating layer made of a positive photosensitive resin on a process substrate or a wafer having a semiconductor element. It is preferable that the insulating layer is formed after the film is formed and irradiated with a different amount of light at each location.

これらの発明によれば、絶縁層の波形形状の形成を加熱処理等により行うので、簡易な方法で波形形状の絶縁層を形成することができる。   According to these inventions, since the corrugated shape of the insulating layer is formed by heat treatment or the like, the corrugated insulating layer can be formed by a simple method.

また、(イ)の応力緩和構造の形成方法においては、前記絶縁層の材料が感光性樹脂であり、前記絶縁層の矩形形状のくぼみが当該絶縁層を露光・現像することにより形成されることが好ましい。このとき、前記絶縁層が2層以上の層からなり、当該絶縁層に一度の露光により2種以上のくぼみを形成することが好ましい。また、(ロ)又は(ハ)の応力緩和構造の形成方法においても、前記絶縁層が2層以上の絶縁層からなり、一度の露光により、開口部を含む2種以上の深さのくぼみを形成することが好ましい。   In the method of forming the stress relaxation structure of (a), the material of the insulating layer is a photosensitive resin, and the rectangular recess of the insulating layer is formed by exposing and developing the insulating layer. Is preferred. At this time, it is preferable that the insulating layer is composed of two or more layers, and two or more types of depressions are formed in the insulating layer by one exposure. Also, in the method of forming the stress relaxation structure of (b) or (c), the insulating layer is composed of two or more insulating layers, and two or more types of indentations including openings are formed by one exposure. It is preferable to form.

なお、本願において、「くぼみ」とは、絶縁層の表面から低くなった部分をいい、絶縁層を貫通しているヴィア等の貫通孔構造、及び、絶縁層を貫通せずに凹状に形成された構造を含む意味で用いている。また、本願において、「開口部」というときは、前記「くぼみ」のうち、絶縁層を貫通しているヴィア等の貫通孔構造のことを表す意味で用いている。   In the present application, the “dent” means a portion lowered from the surface of the insulating layer, and is formed in a concave shape without penetrating the insulating layer, and a through-hole structure such as a via penetrating the insulating layer. It is used in the meaning including the structure. In the present application, the term “opening” is used to indicate a through-hole structure such as a via penetrating the insulating layer in the “indent”.

また、本発明の応力緩和構造の形成方法においては、前記波形形状を有した絶縁層が、非感光性樹脂を加工することにより形成されていることが好ましい。このとき、(i)前記波形形状を有した絶縁層が2種以上のくぼみを含むものであって、当該絶縁層は、工程基板上又は半導体素子を有するウエハ上に非感光性樹脂からなる絶縁層を形成し、当該絶縁層上に2層以上のマスク層を形成した後に、当該絶縁層をエッチングすることにより形成されること、が好ましい。また、(ii)前記波形形状を有した絶縁層は、工程基板上又は半導体素子を有するウエハ上にめっきのパターンを形成した後に非感光性樹脂を塗布し、その後、前記めっきのパターンをエッチング除去することにより形成されること、が好ましい。   Moreover, in the formation method of the stress relaxation structure of this invention, it is preferable that the insulating layer which has the said waveform shape is formed by processing nonphotosensitive resin. At this time, (i) the insulating layer having the corrugated shape includes two or more depressions, and the insulating layer is an insulating layer made of a non-photosensitive resin on a process substrate or a wafer having a semiconductor element. After forming a layer and forming two or more mask layers on the insulating layer, the insulating layer is preferably formed by etching. Further, (ii) the insulating layer having the corrugated shape is formed by applying a non-photosensitive resin after forming a plating pattern on a process substrate or a wafer having a semiconductor element, and then etching and removing the plating pattern. It is preferable to be formed.

これらの発明によれば、絶縁層が非感光性樹脂で形成されているので、絶縁層に望まれる低弾性の樹脂、高い引張破断伸び率の樹脂を広い範囲から選択することができる。   According to these inventions, since the insulating layer is formed of a non-photosensitive resin, a low-elasticity resin and a high tensile elongation at break desired for the insulating layer can be selected from a wide range.

前記課題を解決するための本発明の応力緩和構造の形成方法は、半導体素子が形成されたチップと実装基板との間に存在する波形形状を有した絶縁層と、当該絶縁層上に形成された配線とを含み、当該配線が、厚さ方向に変位する正弦波形状又は略正弦波形状と面内方向に変位する正弦波形状又は略正弦波形状とを重ね合わせて形成された螺旋形状を有する、応力緩和構造の形成方法であって、工程基板上又は半導体素子を有するウエハ上に、厚さ方向に変位する正弦波状又は略正弦波状の波形形状を有する絶縁層を形成し、前記絶縁層の上に、平面視で面内方向に変位する正弦波状又は略正弦波状の波形形状であって前記絶縁層の厚さ方向の波形頂部と波形底部に交互に変曲点を持つ配線を形成することにより、螺旋形状の配線が形成されることを特徴とする。   In order to solve the above problems, a stress relaxation structure forming method of the present invention includes an insulating layer having a corrugated shape existing between a chip on which a semiconductor element is formed and a mounting substrate, and an insulating layer formed on the insulating layer. And a spiral shape formed by superimposing a sine wave shape or a substantially sine wave shape displaced in the thickness direction and a sine wave shape or a substantially sine wave shape displaced in the in-plane direction. A method of forming a stress relaxation structure, comprising: forming an insulating layer having a sine wave shape or a substantially sine wave shape waveform displaced in a thickness direction on a process substrate or a wafer having a semiconductor element; A wiring having a sinusoidal or substantially sinusoidal waveform that is displaced in an in-plane direction in a plan view and having inflection points alternately at the waveform top and waveform bottom in the thickness direction of the insulating layer. As a result, a spiral wiring is formed. It is characterized in.

前記課題を解決するための本発明の応力緩和シートの製造方法は、前記工程基板上に前述の方法で応力緩和構造を形成し、その後、当該工程基板を剥離又は除去することを特徴とする。   The manufacturing method of the stress relaxation sheet of this invention for solving the said subject forms a stress relaxation structure by the above-mentioned method on the said process board | substrate, Then, the said process board | substrate is peeled or removed, It is characterized by the above-mentioned.

以上説明したように、本発明の応力緩和構造及び応力緩和シートによれば、波形形状の配線はばね構造としての効果を持ち、半導体装置で発生した熱応力を効率よく吸収することができる。また、本発明の半導体装置によれば、半導体素子と実装基板との間の接続部での応力が緩和され、例えばフリップチップ接続用のランド部の破壊、半導体素子と実装基板を接続する半田ボールや配線、Low−K材料、実装基板内部の配線の破壊等を生じさせず、信頼性の高い半導体装置を得ることができる。   As described above, according to the stress relaxation structure and the stress relaxation sheet of the present invention, the corrugated wiring has an effect as a spring structure and can efficiently absorb the thermal stress generated in the semiconductor device. Further, according to the semiconductor device of the present invention, stress at the connection portion between the semiconductor element and the mounting substrate is relieved, for example, destruction of a land portion for flip chip connection, solder balls for connecting the semiconductor element and the mounting substrate In addition, a highly reliable semiconductor device can be obtained without causing destruction of wiring, Low-K material, wiring inside the mounting substrate, and the like.

さらに、本発明の応力緩和構造は、特に熱応力の大きな大型の半導体装置、Low−K材料等の機械的強度の弱い材料を用いた半導体装置、又はピン数の多いフリップチップボールグリップアレイ(FCBGA)等のパッケージに適用した場合に有効である。なお、本発明の応力緩和構造は、熱応力だけでなく、熱応力以外の応力、例えば落下衝撃等にも効果がある。   In addition, the stress relaxation structure of the present invention can be applied to a large semiconductor device having a large thermal stress, a semiconductor device using a material having a low mechanical strength such as a Low-K material, or a flip chip ball grip array (FCBGA) having a large number of pins. This is effective when applied to packages such as The stress relaxation structure of the present invention is effective not only for thermal stress but also for stress other than thermal stress, such as drop impact.

また、本発明の応力緩和構造の形成方法によれば、容易に応力緩和構造を作製することができる。また、絶縁層を非感光性樹脂で形成することにより、絶縁層に望まれる低弾性の樹脂、高い引張破断伸び率の樹脂を広い範囲から選択することができる。   Moreover, according to the method for forming a stress relaxation structure of the present invention, the stress relaxation structure can be easily produced. Further, by forming the insulating layer from a non-photosensitive resin, a low-elasticity resin desired for the insulating layer and a resin having a high tensile elongation at break can be selected from a wide range.

以下、本発明の応力緩和構造等を図面に基づいて説明する。   Hereinafter, the stress relaxation structure of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の応力緩和構造を有する半導体装置の一例を示す断面図である。本発明の応力緩和構造2は、図1(A)(B)に示すように、半導体素子6が形成されたチップ5と実装基板7との間に存在する波形形状を有した絶縁層4と、その絶縁層上に形成された配線3とを含むものであって、その特徴は、配線3が波形形状を有することにある。なお、図1中の配線3は、その波形形状が厚さ方向に変位する態様を示し、符号2は応力緩和構造又は応力緩和シートを示す。   FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a semiconductor device having a stress relaxation structure of the present invention. As shown in FIGS. 1A and 1B, the stress relaxation structure 2 of the present invention includes an insulating layer 4 having a corrugated shape that exists between a chip 5 on which a semiconductor element 6 is formed and a mounting substrate 7. The wiring 3 formed on the insulating layer is characterized in that the wiring 3 has a corrugated shape. In addition, the wiring 3 in FIG. 1 shows the aspect which the waveform shape displaces to thickness direction, and the code | symbol 2 shows a stress relaxation structure or a stress relaxation sheet.

図1(A)は、応力緩和構造をその一部に備える応力緩和シートがチップと実装基板との間に設けられた態様であり、チップ5と実装基板7とは、半田ボール8/応力緩和シート内の配線3/半田ボール8を介して接続されている。また、図1(B)は、応力緩和構造がチップ5又は半導体素子を有するウエハ上に形成された態様であり、チップ5と実装基板7とは、チップ5上に形成された応力緩和構造内の配線3と半田ボール8とを介して接続されている。なお、一般にチップ5側の半田ボールは、実装基板7側の半田ボールよりも大きい。本発明においては、チップ5側の半田ボールは、実装基板7側の半田ボールよりも径が大きくてもよいし、実装基板7側の半田ボールと同じ径であってもよい。   FIG. 1A shows a mode in which a stress relaxation sheet having a stress relaxation structure in a part thereof is provided between a chip and a mounting substrate. The chip 5 and the mounting substrate 7 are solder balls 8 / stress relaxation. They are connected via wiring 3 / solder balls 8 in the sheet. FIG. 1B shows a mode in which the stress relaxation structure is formed on a chip 5 or a wafer having a semiconductor element. The chip 5 and the mounting substrate 7 are included in the stress relaxation structure formed on the chip 5. The wiring 3 and the solder ball 8 are connected to each other. In general, the solder ball on the chip 5 side is larger than the solder ball on the mounting substrate 7 side. In the present invention, the solder ball on the chip 5 side may have a larger diameter than the solder ball on the mounting substrate 7 side, or may have the same diameter as the solder ball on the mounting substrate 7 side.

また、図1(A)(B)においては、配線のチップ側には波形形状を有する絶縁層4が形成されており、配線の実装基板側には他の絶縁層9が形成されている態様を示しているが、その絶縁層9は必ずしも設けられていなくてもよい。また、符号22は絶縁層4の波形形状を形成する滑らかなくぼみを示し、符号23はチップ上の半導体素子6に直接又は半田ボール8を介して接続するためのチップ側配線接続部を示し、符号24は実装基板上の配線に接続するための実装基板側パッドを示している。   1A and 1B, an insulating layer 4 having a corrugated shape is formed on the chip side of the wiring, and another insulating layer 9 is formed on the mounting substrate side of the wiring. However, the insulating layer 9 is not necessarily provided. Reference numeral 22 denotes a smooth depression that forms the corrugated shape of the insulating layer 4, and reference numeral 23 denotes a chip-side wiring connection portion for connecting to the semiconductor element 6 on the chip directly or via the solder ball 8. Reference numeral 24 denotes a mounting board side pad for connection to wiring on the mounting board.

(応力緩和構造及び応力緩和シート)
先ず、本発明の応力緩和構造ついて詳しく説明する。
(Stress relaxation structure and stress relaxation sheet)
First, the stress relaxation structure of the present invention will be described in detail.

本発明の応力緩和構造は、図1に示すように、半導体素子6が形成されたチップ5と実装基板7との間に存在する波形形状を有した絶縁層4と、その絶縁層4上に形成された配線3とを含む構造である。   As shown in FIG. 1, the stress relaxation structure of the present invention includes an insulating layer 4 having a corrugated shape existing between a chip 5 on which a semiconductor element 6 is formed and a mounting substrate 7, and on the insulating layer 4. This structure includes the formed wiring 3.

波形形状の配線は、ばね構造としての効果を持つので、発生した応力を効率よく吸収する。そのため、本発明の応力緩和構造を持つ半導体装置においては、半導体素子が形成されたチップと実装基板との接続部に掛かる応力を抑制することができる。従って、この構造を有する半導体装置は、半田付け時の熱等による熱応力が生じても、FC又はBGA用のランド部の破壊、半田ボールの破壊、基板内部の金属配線の切断等が起こらず、半導体素子の機能が阻害されないので、信頼性が高いものとなる。   Since the corrugated wiring has an effect as a spring structure, it efficiently absorbs the generated stress. Therefore, in the semiconductor device having the stress relaxation structure of the present invention, the stress applied to the connection portion between the chip on which the semiconductor element is formed and the mounting substrate can be suppressed. Therefore, the semiconductor device having this structure does not cause destruction of the land for FC or BGA, destruction of the solder ball, cutting of the metal wiring inside the substrate, etc., even if thermal stress due to heat during soldering occurs. Since the function of the semiconductor element is not hindered, the reliability is high.

配線3の波形形状には、チップ表面に垂直な方向(すなわち厚さ方向)に変位している波形形状と、チップ表面に水平な方向(すなわち面内方向)に変位している波形形状とがあるが、応力を効率よく吸収する観点から、厚さ方向に変位する波形形状が好ましい。こうした配線は通常帯状で幅が広いため、面内方向に変位している波形形状の配線では、配線の曲げに伴う歪み量が大きくなって変形し難いが、厚さ方向に変位している波形形状の配線は、配線の変形が容易なので、より高い応力緩和効果を得ることができる。   The waveform shape of the wiring 3 includes a waveform shape that is displaced in a direction perpendicular to the chip surface (ie, the thickness direction) and a waveform shape that is displaced in a direction horizontal (ie, in-plane direction) to the chip surface. However, from the viewpoint of efficiently absorbing stress, a corrugated shape that is displaced in the thickness direction is preferable. Since such wiring is usually strip-shaped and wide, a corrugated wiring that is displaced in the in-plane direction has a large amount of distortion due to the bending of the wiring and is difficult to deform, but a waveform that is displaced in the thickness direction. Since the shape of the wiring is easy to deform, higher stress relaxation effect can be obtained.

図2は、厚さ方向に変位する波形形状の配線を含む応力緩和構造を有する半導体装置の一例を示す平面図である。配線21の厚さ方向に変位する波形形状は、絶縁層の滑らかなくぼみ22に沿って、すなわち絶縁層の有する厚さ方向に変位する波形形状に沿って形成されている。なお、図2中、符号22は絶縁層の波形形状を形成する滑らかなくぼみを示し、符号23はチップ側配線接続部を示し、符号24は実装基板側パッドを示している。   FIG. 2 is a plan view showing an example of a semiconductor device having a stress relaxation structure including a corrugated wiring that is displaced in the thickness direction. The waveform shape displaced in the thickness direction of the wiring 21 is formed along the smooth recess 22 of the insulating layer, that is, along the waveform shape displaced in the thickness direction of the insulation layer. In FIG. 2, reference numeral 22 denotes a smooth recess that forms the corrugated shape of the insulating layer, reference numeral 23 denotes a chip-side wiring connection portion, and reference numeral 24 denotes a mounting board-side pad.

配線の波形形状は、滑らかな形状であることが望ましく、正弦波形状又は略正弦波形状の滑らかな形状であることが特に望ましい。このような形状の配線は、発生した応力を均一に分散して効率よく吸収することができ、また、配線の特定部位に過大な応力が発生することによる配線の破断を防止することができる。   The waveform shape of the wiring is desirably a smooth shape, and particularly desirably a smooth shape having a sine wave shape or a substantially sine wave shape. The wiring having such a shape can uniformly disperse the generated stress and efficiently absorb it, and can prevent breakage of the wiring due to excessive stress generated at a specific portion of the wiring.

配線は、波形形状の絶縁層上に設けられることにより形成される。例えば、絶縁層が厚さ方向に変位する波形形状であるときは、配線もその形状と同じ波形形状となる。   The wiring is formed by being provided on a corrugated insulating layer. For example, when the insulating layer has a waveform shape that is displaced in the thickness direction, the wiring also has the same waveform shape as that shape.

配線の波形形状が螺旋形状であることが好ましい。その螺旋形状は、厚さ方向に変位する正弦波形状又は略正弦波形状と、面内方向に変位する正弦波又は略正弦波形状とを重ね合わせて形成される。   The waveform shape of the wiring is preferably a spiral shape. The spiral shape is formed by superimposing a sine wave shape or a substantially sine wave shape displaced in the thickness direction and a sine wave or a substantially sine wave shape displaced in the in-plane direction.

図3は、螺旋形状の配線を含む応力緩和構造を有する半導体装置の一例を示す平面図である。配線31の螺旋形状は、絶縁層の厚さ方向に変位する波形の配線形状(くぼみ22上に形成されている)と、面内方向に変位する波形の配線形状とが重ねあわされて形成されている。図3中、(A)は螺旋が1.5周期形成された態様であり、(B)は螺旋が2.5周期形成された態様である。螺旋形状の配線は、波形形状の配線よりも配線長が長くなり、発生した応力をさらに効率よく吸収できる。また、図6等で説明するように、チップ内の応力緩和構造を4回対称構造とした場合等においては、応力発生方向と配線の応力吸収方向に僅かにずれが生じることになるが、この螺旋形状の配線を形成すれば、この僅かなずれに伴う応力を効率よく吸収できるというメリットがある。さらに、螺旋形状の螺旋回数、螺旋の大きさを適切に制御することにより、配線にインダクタンス的な電気的機能を付加することも可能である。   FIG. 3 is a plan view illustrating an example of a semiconductor device having a stress relaxation structure including a spiral wiring. The spiral shape of the wiring 31 is formed by overlapping a corrugated wiring shape that is displaced in the thickness direction of the insulating layer (formed on the recess 22) and a corrugated wiring shape that is displaced in the in-plane direction. ing. In FIG. 3, (A) is an aspect in which the spiral is formed in 1.5 periods, and (B) is an aspect in which the spiral is formed in 2.5 periods. The spiral wiring has a longer wiring length than the corrugated wiring, and can absorb the generated stress more efficiently. Further, as will be described with reference to FIG. 6 and the like, when the stress relaxation structure in the chip is a four-fold symmetrical structure, a slight deviation occurs between the stress generation direction and the stress absorption direction of the wiring. If a spiral wiring is formed, there is a merit that the stress accompanying this slight deviation can be efficiently absorbed. Furthermore, an inductance-like electrical function can be added to the wiring by appropriately controlling the number of spirals and the size of the spiral.

配線の波の数は、配線接続部(23、24)であるチップ側配線接続部23と実装基板側パッド24との間に、1以上20以下形成されることが好ましく、2以上5以下程度形成されることがより好ましい。配線の波の数は、応力緩和の観点から多い方が好ましいが、波の数が前記範囲を超えて多く形成される場合は、配線同士の間隔が狭くなり、その形成が難しくなる。また、厚さ方向に変位する波形形状の波高さは、応力緩和の観点から高い方が望ましく、絶縁層の厚さすべてを利用したものから、半分程度の厚さを利用したものまでの範囲の高さであることが望ましく、具体的な高さとしては、10〜100μmであることが望ましい。   The number of wiring waves is preferably 1 or more and 20 or less, preferably between 2 and 5 or less, between the chip-side wiring connection portion 23 that is the wiring connection portion (23, 24) and the mounting substrate side pad 24. More preferably it is formed. The number of waves in the wiring is preferably larger from the viewpoint of stress relaxation. However, when the number of waves is larger than the above range, the interval between the wirings is narrowed and the formation becomes difficult. In addition, the wave height of the corrugated shape that is displaced in the thickness direction is preferably high from the viewpoint of stress relaxation, and ranges from the range that uses all the thickness of the insulating layer to the range that uses about half the thickness. The height is desirable, and the specific height is desirably 10 to 100 μm.

図4は、絶縁層上に螺旋形状の配線が設けられる態様の一例を示す平面図(A)と、そのC−C’断面図(B)を示している。図4(A)において、H領域は厚さ方向に変位する正弦波形状又は略正弦波形状の山部を表し、L領域は谷部を表している。配線42の螺旋形状は、図4(A)の平面視で面内方向に変位する正弦波形状又は略正弦波形状の配線42の変曲点Dが、厚さ方向に変位する正弦波形状又は略正弦波形状の絶縁層41の波形頂部43と波形底部44に交互に一致するように形成されたときに実現される。   FIG. 4 shows a plan view (A) showing an example of a mode in which a spiral wiring is provided on an insulating layer, and a C-C ′ sectional view (B) thereof. In FIG. 4A, the H region represents a sine wave-shaped or substantially sine wave-shaped peak portion displaced in the thickness direction, and the L region represents a valley portion. The spiral shape of the wiring 42 is a sine wave shape in which the inflection point D of the wiring 42 having a sine wave shape or a substantially sine wave shape that is displaced in the in-plane direction in a plan view of FIG. This is realized when the substantially sinusoidal insulating layer 41 is formed so as to alternately correspond to the waveform top 43 and the waveform bottom 44.

図5は、波形形状を呈する配線の幅が各部において異なる態様の一例を示す概略図である。例えば、図5に示すように、チップ53から遠い側の配線51の幅W1が、チップ53から近い側の配線51の幅W2よりも太くなっている場合には、応力が掛かり易いチップ53から遠い上部での配線51の破断の可能性が小さくなるという利点がある。一方、チップ53から遠い側の配線51の幅W1が、チップ53から近い側の配線51の幅W2よりも小さくなっている場合には、発生する熱応力の配線を通しての伝達が抑えられるという利点がある。   FIG. 5 is a schematic diagram illustrating an example of an aspect in which the width of a wiring exhibiting a waveform shape differs in each part. For example, as shown in FIG. 5, when the width W1 of the wiring 51 far from the chip 53 is larger than the width W2 of the wiring 51 nearer to the chip 53, the chip 53 is easily stressed. There is an advantage that the possibility of breakage of the wiring 51 at a distant upper portion is reduced. On the other hand, when the width W1 of the wiring 51 far from the chip 53 is smaller than the width W2 of the wiring 51 nearer to the chip 53, the advantage that the transmission of the generated thermal stress through the wiring can be suppressed. There is.

配線は、通常、銅等の導電性のよい金属で形成される。配線とチップ又はウエハ側の絶縁層との間には、配線を構成する主要金属成分とは異なる金属からなる薄層が設けられることが好ましい。この薄層により、配線と絶縁層との密着性が向上し、応力緩和構造を有する半導体装置の信頼性がより向上する。薄層の好ましい厚さは0.01〜1μmである。   The wiring is usually formed of a metal having good conductivity such as copper. It is preferable that a thin layer made of a metal different from the main metal component constituting the wiring is provided between the wiring and the insulating layer on the chip or wafer side. This thin layer improves the adhesion between the wiring and the insulating layer, and further improves the reliability of the semiconductor device having the stress relaxation structure. The preferred thickness of the thin layer is 0.01-1 μm.

絶縁層4の形成材料としては、本発明の特徴的な波形形状の配線が形成された絶縁層であれば、従来からの絶縁層用材料(例えば、引張弾性率が2〜3GPa程度で引張破断伸び率が10%より小さい絶縁材料)を使用することができるが、より好ましくは、低弾性率の絶縁材料が用いられる。低弾性率の絶縁材料としては、例えば、絶縁層の引張弾性率が1GPa以下となる絶縁材料が好ましく用いられる。そうした絶縁材料としては、後述する波形形状の形成処理方法によっても異なるが、例えば、感光性エラストマー、感光性シリコーン(東レ・ダウ M150-P:引張弾性率が約0.16GPaで引張破断伸び率が約20%程度)等のような低い引張弾性率と高い引張破断伸び率を持つ材料が好ましく用いられる。絶縁層を低弾性率の材料で形成すると、隣接して形成されている配線を、応力に対して効率よく変形させることができる。なお、引張弾性率の下限については、特に制限はないが通常10MPaである。また、絶縁層の形成材料として、絶縁層の引張破断伸び率が10%以上となる絶縁材料を好ましく用いることができる。そうした材料としては、波形形状の形成処理方法によっても異なるが、例えば感光性エラストマー、感光性シリコーン(東レ・ダウ M150-P)等が挙げられる。絶縁層を引張破断伸び率の大きい材料で形成すると、配線が大きく変形することがあっても絶縁層の破壊が生じない。なお、引張破断伸び率の上限については、特に制限はないが通常500%である。前述の引張弾性率及び引張破断伸び率は、JPCA規格 ビルトアップ配線板 JPCA-BU01に基づいて測定したデータから算出されるものである。   As a material for forming the insulating layer 4, a conventional insulating layer material (for example, a tensile elastic modulus of about 2 to 3 GPa and tensile rupture can be used as long as it is an insulating layer on which a waveform having a waveform of the present invention is formed. An insulating material having an elongation of less than 10% can be used, but an insulating material having a low elastic modulus is more preferably used. As the low elastic modulus insulating material, for example, an insulating material having an insulating layer having a tensile elastic modulus of 1 GPa or less is preferably used. Such an insulating material varies depending on the waveform forming method described later. For example, a photosensitive elastomer, a photosensitive silicone (Toray Dow M150-P: a tensile elastic modulus is about 0.16 GPa, and a tensile elongation at break is about 0.16 GPa. A material having a low tensile elastic modulus such as about 20%) and a high tensile elongation at break is preferably used. When the insulating layer is formed of a material having a low elastic modulus, adjacent wirings can be efficiently deformed against stress. In addition, although there is no restriction | limiting in particular about the minimum of a tensile elasticity modulus, Usually, it is 10 MPa. Further, as the material for forming the insulating layer, an insulating material in which the tensile breaking elongation of the insulating layer is 10% or more can be preferably used. Examples of such a material include photosensitive elastomers and photosensitive silicones (Toray Dow M150-P), although they vary depending on the corrugated forming method. When the insulating layer is formed of a material having a high tensile elongation at break, the insulating layer is not broken even if the wiring is greatly deformed. The upper limit of the tensile elongation at break is not particularly limited but is usually 500%. The tensile elastic modulus and tensile elongation at break described above are calculated from data measured based on the JPCA standard built-up wiring board JPCA-BU01.

本発明においては、絶縁層の形成材料が引張弾性率と引張破断伸び率の両方の望ましい特性を兼ね備えていることがより好ましい。また、図1に示した配線のチップ側に設けられる絶縁層9も、前記の形成材料で形成されていることが好ましい。   In the present invention, it is more preferable that the material for forming the insulating layer has desirable characteristics of both tensile modulus and tensile elongation at break. Moreover, it is preferable that the insulating layer 9 provided on the chip side of the wiring shown in FIG.

絶縁層の厚さは、数μm程度の薄い場合よりも、20μm〜100μm程度の厚い場合が望ましい。この範囲の厚さの絶縁層は、厚さ方向に変位する波形形状の波高さを高くすることができ、その結果、配線の波形形状の変位を大きくすることができる。   The thickness of the insulating layer is preferably about 20 μm to 100 μm thick, rather than about a few μm thin. The insulating layer having a thickness in this range can increase the wave height of the waveform shape displaced in the thickness direction, and as a result, the displacement of the waveform shape of the wiring can be increased.

絶縁層は、単層であっても2層以上であってもよいが、応力緩和の観点からは、2層以上であり且つその各層が異なる絶縁材料で形成されていることが好ましい。例えば、チップ又はウエハに近い層に低弾性率の絶縁層を形成して、チップ又はウエハ上の半導体素子に及ぶ応力を極力少なくすることができる。また、チップ又はウエハに近い層に高強度で高弾性の絶縁層を形成して、チップ又はウエハ上の半導体素子を応力から保護することができる。なお、いずれかの絶縁層を高強度の絶縁層又は高弾性の絶縁層とすることで、応力緩和シートは強化され、取り扱い易くなる。   The insulating layer may be a single layer or two or more layers, but from the viewpoint of stress relaxation, it is preferable that the insulating layers are two or more layers and each layer is formed of different insulating materials. For example, an insulating layer having a low elastic modulus can be formed in a layer close to the chip or wafer, and the stress applied to the semiconductor element on the chip or wafer can be reduced as much as possible. In addition, a high-strength, high-elastic insulating layer can be formed on a layer close to the chip or wafer to protect the semiconductor element on the chip or wafer from stress. In addition, by making any one of the insulating layers a high-strength insulating layer or a highly elastic insulating layer, the stress relaxation sheet is strengthened and becomes easy to handle.

2層以上の絶縁層のそれぞれを同一材料で形成した場合には、絶縁層の合計厚さを厚くすることができるほか、1層の絶縁層に波形形状を形成し、他の絶縁層はチップ又はウエハと実装基板との距離を制御するものとして利用した2層構造や多層構造にすることができる。   When each of the two or more insulating layers is formed of the same material, the total thickness of the insulating layers can be increased, and a corrugated shape is formed in one insulating layer, and the other insulating layers are formed as chips. Alternatively, a two-layer structure or a multi-layer structure used for controlling the distance between the wafer and the mounting substrate can be used.

図6は、2層構成の絶縁層を含む本発明の応力緩和構造の一例を示す断面図、及び複数の頂部を持つ波形形状を備える本発明の応力緩和構造の一例を示す断面図である。   FIG. 6 is a cross-sectional view showing an example of the stress relaxation structure of the present invention including an insulating layer having a two-layer structure, and a cross-sectional view showing an example of the stress relaxation structure of the present invention having a corrugated shape having a plurality of peaks.

図6において、2層構成の絶縁層60は、半導体素子68を有するチップ64に直接形成され、その半導体素子68上に第1の絶縁層61が形成され、その上に第2の絶縁層62が形成され、さらにその上に波形形状の配線63が形成されている。この態様によれば、第1の絶縁層61が設けられているので、波形形状の配線63が半導体素子68を有するチップ64から離れた構造となっている。なお、配線63のパッド上には、半田ボール67が載っている。   In FIG. 6, the two-layer insulating layer 60 is directly formed on the chip 64 having the semiconductor element 68, the first insulating layer 61 is formed on the semiconductor element 68, and the second insulating layer 62 is formed thereon. Further, a corrugated wiring 63 is formed thereon. According to this aspect, since the first insulating layer 61 is provided, the corrugated wiring 63 is separated from the chip 64 having the semiconductor element 68. A solder ball 67 is placed on the pad of the wiring 63.

図6(A)は、チップ64に接続する部分の配線65の厚さが、その他の部分の配線63の厚さよりも厚い態様であり、図6(B)は、チップ64に接続する部分の配線65の厚さが、その他の部分の配線63の厚さと同じ態様である。絶縁層が2層以上の絶縁層で構成されている場合には、後述するように、絶縁層に波形形状を形成する際に、一度の露光により2段階の深さに形成することができ、コストダウンが可能になるという利点がある。   6A shows an aspect in which the thickness of the wiring 65 in the portion connected to the chip 64 is thicker than the thickness of the wiring 63 in the other portion, and FIG. The thickness of the wiring 65 is the same as the thickness of the wiring 63 in other portions. When the insulating layer is composed of two or more insulating layers, as will be described later, when forming the corrugated shape in the insulating layer, it can be formed to a two-stage depth by one exposure, There is an advantage that the cost can be reduced.

また、図6(C)(D)は、2つの頂部を持つ波形形状を備えた応力緩和構造の一例である。本発明においては、図6(C)に示すように、2層構成の絶縁層60の上に2以上の複数の波頂部を持つ波形形状が形成されていてもよく、もちろん図6(D)に示すように、2以上の複数の波頂部を持つ波形形状が形成される絶縁層60が単層であっても構わない。   6C and 6D are examples of a stress relaxation structure having a corrugated shape having two apexes. In the present invention, as shown in FIG. 6C, a corrugated shape having two or more wave crests may be formed on the insulating layer 60 having a two-layer structure. Of course, FIG. As shown in FIG. 3, the insulating layer 60 in which the waveform shape having two or more wave crests is formed may be a single layer.

次に、本発明の応力緩和構造における波形形状の配線の延長方向について説明する。   Next, the extending direction of the corrugated wiring in the stress relaxation structure of the present invention will be described.

波形形状を有する配線の延長方向は、チップの中央から放射方向に延びる仮想線と平行又は略平行であることが好ましい。チップと実装基板との間に発生する熱応力により生じるひずみ量はチップの中心からの距離に比例し、応力の方向はチップの中心から放射方向となる。そのため、チップの中央から放射方向に延びる仮想線と平行又は略平行の向きに配線の延長方向を合わせることにより、発生応力をより効率的に吸収することができる。   The extending direction of the wiring having a waveform shape is preferably parallel or substantially parallel to a virtual line extending in the radial direction from the center of the chip. The amount of strain caused by the thermal stress generated between the chip and the mounting substrate is proportional to the distance from the center of the chip, and the direction of the stress is the radial direction from the center of the chip. Therefore, the generated stress can be absorbed more efficiently by matching the extension direction of the wiring in a direction parallel or substantially parallel to a virtual line extending in the radial direction from the center of the chip.

また、配線3の延長方向は、チップの中央を対称点として4回対称に配置された各象限内で一定であって、その延長方向が、各象限内の対角軸のうち前記の対称点を通過する対角軸と平行又は略平行にしてもよい。図7は、波形形状を有する配線の延長方向が、前記の方向となっている半導体装置の一例を示す平面図である。なお、図7に示す符号は、図2に示した符号と一致する。   The extension direction of the wiring 3 is constant in each quadrant arranged symmetrically four times with the center of the chip as a symmetry point, and the extension direction is the symmetry point of the diagonal axes in each quadrant. It may be parallel or substantially parallel to the diagonal axis passing through. FIG. 7 is a plan view illustrating an example of a semiconductor device in which the extending direction of the wiring having a waveform shape is the above-described direction. 7 is the same as that shown in FIG.

配線21の延長方向がチップ5の中央から放射方向に延びる仮想線と平行又は略平行であることが、応力緩和の観点からは最も望ましいが、パッド24ごとに配線の延長方向を変えることはマスク設計・作製等が煩雑になる。一方、図7(A)(B)に示す態様の配線21は、その延長方向がチップの中央を対称点Pとして4回対称に配置された各象限内で一定なので設計が容易であると共に、各象限内の対角軸のうち前記の対称点Pを通過する対角軸Qと平行又は略平行であるので応力緩和効果にも優れている。また、配線21の延長方向をチップ5の対角軸Qと平行又は略平行とすることで、パッド24が格子状に並んでいる場合等において応力緩和構造のためのもっとも長い距離を確保することができる。なお、放射方向に延びているとは、チップ側の配線接続部23が中心から近い場合(図7(A)を参照)と、実装基板側のパッド24が中心から近い場合(図7(B)を参照)の両方が含まれる。   It is most desirable from the viewpoint of stress relaxation that the extension direction of the wiring 21 is parallel or substantially parallel to a virtual line extending in the radial direction from the center of the chip 5, but changing the extension direction of the wiring for each pad 24 is a mask. Design and production become complicated. On the other hand, the wiring 21 of the embodiment shown in FIGS. 7A and 7B is easy to design because its extension direction is constant in each quadrant arranged symmetrically four times with the center of the chip as the symmetry point P. Among the diagonal axes in each quadrant, the stress relief effect is excellent because it is parallel or substantially parallel to the diagonal axis Q passing through the symmetry point P. Further, by making the extension direction of the wiring 21 parallel or substantially parallel to the diagonal axis Q of the chip 5, it is possible to secure the longest distance for the stress relaxation structure when the pads 24 are arranged in a lattice pattern. Can do. Note that extending in the radial direction means that the chip-side wiring connection portion 23 is close to the center (see FIG. 7A) and the mounting substrate-side pad 24 is close to the center (FIG. 7B). ))).

次に、応力緩和構造の形成方法について説明する。   Next, a method for forming a stress relaxation structure will be described.

応力緩和構造は、図1(A)に示すように、半導体素子6が形成されたチップ5と実装基板7との間の応力を緩和するために用いられるシート2に形成したり、図1(B)に示すように、半導体素子6が形成されたチップ又はウエハ上に直接形成することができる。   As shown in FIG. 1A, the stress relaxation structure is formed on a sheet 2 used to relieve stress between the chip 5 on which the semiconductor element 6 is formed and the mounting substrate 7, or FIG. As shown in B), it can be directly formed on a chip or wafer on which the semiconductor element 6 is formed.

応力緩和構造を有する応力緩和シートを形成する場合には、工程基板上に波形形状を有する絶縁層4を形成し、この絶縁層の形状に沿って波形形状又は螺旋形状を有する配線3を形成し、その後工程基板を剥離又は除去する方法が適用される。このとき、波形形状を有する絶縁層は、基板上に絶縁材料を塗布等して厚さが一様な絶縁層を形成した後、その絶縁層に波形形状の形成処理を施すことにより形成される。   When forming a stress relaxation sheet having a stress relaxation structure, an insulating layer 4 having a corrugated shape is formed on a process substrate, and a wiring 3 having a corrugated shape or a spiral shape is formed along the shape of the insulating layer. Then, a method of peeling or removing the process substrate is applied. At this time, the insulating layer having a corrugated shape is formed by applying an insulating material on the substrate to form an insulating layer having a uniform thickness, and then performing a corrugated forming process on the insulating layer. .

工程基板としては、絶縁材料と適度に密着するものであって、機械的な剥離や化学的なエッチングによる除去に適したものを好ましく用いることができる。例えば、化学的なエッチングに適した銅基板等を適用することができる。なお、銅基板を用いる場合は、配線を形成する前に、銅エッチング液に対するエッチングバリア層を形成しておくことが望ましい。なお、工程基板とは、工程中で使用される基板であり、最終的には剥離又は除去される基板である。   As the process substrate, a substrate that is appropriately adhered to the insulating material and that is suitable for removal by mechanical peeling or chemical etching can be preferably used. For example, a copper substrate suitable for chemical etching can be applied. When a copper substrate is used, it is desirable to form an etching barrier layer for the copper etchant before forming the wiring. The process substrate is a substrate used in the process, and is finally a substrate that is peeled or removed.

図1(B)に示すように、応力緩和構造を半導体素子が形成されたチップ又はウエハ上に直接形成する場合において、チップ又はウエハとしては、シリコンチップ又はウエハの他、他の化合物デバイス用のチップ又はウエハ、半導体素子を形成することのできるガラス基板等を用いることができる。こうしたチップ又はウエハは、その表面が分子レベルの平坦性を有し、弾性率が高く、熱膨張係数も小さいため、絶縁層を形成する基板として特に好ましい。   As shown in FIG. 1B, when a stress relaxation structure is formed directly on a chip or wafer on which a semiconductor element is formed, the chip or wafer is not limited to a silicon chip or wafer but for other compound devices. A glass substrate or the like on which a chip or wafer or a semiconductor element can be formed can be used. Such a chip or wafer is particularly preferable as a substrate on which an insulating layer is formed because the surface thereof has molecular level flatness, a high elastic modulus, and a small thermal expansion coefficient.

次に、絶縁層を波形形状にする方法について説明する。   Next, a method for making the insulating layer corrugated will be described.

絶縁層の形状を、厚さ方向に変位する波形形状にするための処理としては、加熱処理、光学的処理、表面処理、若しくは溶媒による処理等が挙げられる。これらの処理は、工程基板又はチップ若しくはウエハに形成された絶縁層に、図8に示すような、エッヂ部が丸く滑らかなくぼみ22を形成し、その結果として絶縁層4を波形形状にする処理方法である。絶縁層4の形成材料は、各処理に適した材料が選択される。   Examples of the treatment for changing the shape of the insulating layer into a corrugated shape that is displaced in the thickness direction include heat treatment, optical treatment, surface treatment, treatment with a solvent, and the like. In these processes, the insulating layer formed on the process substrate or the chip or wafer forms a smooth recess 22 with a rounded edge as shown in FIG. 8, and as a result, the insulating layer 4 is corrugated. Is the method. As a material for forming the insulating layer 4, a material suitable for each treatment is selected.

図9は、半導体素子が形成されたウエハ上に波形形状の絶縁層を形成する工程の一例である。   FIG. 9 shows an example of a step of forming a corrugated insulating layer on a wafer on which a semiconductor element is formed.

加熱処理で波形形状を形成する場合には、先ず、工程基板又は半導体素子を有するウエハ(工程基板等92という。)に絶縁材料を塗布して一様な絶縁層91を形成する(図9(A)を参照)。次いで、この絶縁層91の一部をL/S(ラインアンドスペース)等の矩形パターンを有するマスクを用いて露光・現像することにより、矩形形状のくぼみ93を形成する(図9(B)を参照)。このくぼみ93は、絶縁層91のみにおいての矩形形状の貫通孔となっている。その後、加熱キュアすることにより現像された部分の絶縁層を大きく垂れ込ませて、図8に示すような頂部エッヂ95及び底部エッヂ96が滑らかな丸みを帯びたくぼみ93を形成し、硬化させる(図9(C)を参照)。なお、露光部での反応を適度に促進するために、PEB(Post-Exposure-Bake)の温度、時間を最適化することが好ましい。こうして、波形形状を有する絶縁層94を工程基板等92上に形成する。   In the case of forming a waveform shape by heat treatment, first, an insulating material is applied to a process substrate or a wafer having a semiconductor element (referred to as process substrate 92 or the like) to form a uniform insulating layer 91 (FIG. 9 ( See A)). Next, a part of the insulating layer 91 is exposed and developed using a mask having a rectangular pattern such as L / S (line and space) to form a rectangular recess 93 (FIG. 9B). reference). The recess 93 is a rectangular through hole in the insulating layer 91 alone. After that, the insulating layer in the developed part is dripped greatly by heat curing, and the top edge 95 and the bottom edge 96 as shown in FIG. 8 form a smoothly rounded recess 93 and harden ( (See FIG. 9C). Note that it is preferable to optimize the temperature and time of PEB (Post-Exposure-Bake) in order to appropriately promote the reaction in the exposed area. In this way, the insulating layer 94 having a corrugated shape is formed on the process substrate 92 and the like.

露光・現像は、従来公知の方法により行うことができる。例えば、露光には、高圧水銀灯、キセノンランプ等が使用され、現像液には、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム等のアルカリ水溶液に、メタノール、エタノール等の水溶性有機溶媒や界面活性剤を添加したものが用いられる。   Exposure and development can be performed by a conventionally known method. For example, a high pressure mercury lamp, a xenon lamp, etc. are used for exposure, and the developer is a solution obtained by adding a water-soluble organic solvent such as methanol or ethanol or a surfactant to an alkaline aqueous solution such as sodium hydroxide or sodium carbonate. Is used.

露光、PEB及び加熱キュアの各条件(露光量、加熱温度等)は、絶縁層を垂れ込ませて、矩形形状のくぼみのエッヂが丸みを帯びた状態に滑らかにする最適な条件に設定される。この最適な条件は、用いる絶縁材料により選択される。 Each condition (exposure amount, heating temperature, etc.) of exposure, PEB, and heating cure is set to an optimum condition that causes the insulating layer to sag and smoothes the edge of the rectangular recess to a rounded state. . This optimum condition is selected depending on the insulating material used.

絶縁材料としては、感光性樹脂のうち、加熱キュア時の熱で、現像により形成された形状が大きく垂れ込み、垂れ込んだ底部のエッヂが滑らかな丸みを帯びた形状となるものが好ましい。こうした感光性樹脂として、たとえばフェノール系の感光性樹脂であるWPR1050とWPR S110等を好ましく挙げることができる。これらの感光性樹脂は、WLCSP(Wafer Level Chip Size Package)等に使用可能な高解像度の感光性絶縁樹脂であるが、露光及びPEBによる反応を押さえ、キュア(加熱)前にポスト露光照射を行わないことで、キュア時の熱により矩形形状のくぼみが大きく垂れ込み、そのくぼみの頂部エッヂ及び底部エッヂが滑らかな丸みを帯びる。   As the insulating material, among the photosensitive resins, those in which the shape formed by development drastically sag due to heat at the time of heat curing and the bottom edge of the sag is a smooth rounded shape are preferable. Preferred examples of such photosensitive resins include WPR1050 and WPR S110, which are phenolic photosensitive resins. These photosensitive resins are high-resolution photosensitive insulating resins that can be used for WLCSP (Wafer Level Chip Size Package), etc., but suppress exposure and reaction by PEB, and perform post-exposure irradiation before curing (heating) In this case, the rectangular depressions droop greatly due to heat during curing, and the top and bottom edges of the depressions are rounded smoothly.

絶縁材料には、通常のキュア時の熱により、頂部エッヂ及び底部エッヂが滑らかな丸みを帯びない感光性樹脂であっても、例えば急速な加熱等でエッヂが滑らかな丸みを帯びる樹脂であれば適用することができる。こうした樹脂としては、感光性ポリイミド等が挙げられる。急速に加熱する方法としては、矩形形状のくぼみが形成された絶縁層を、予め所定の高温、例えば200℃程度に加熱したホットプレートに載せる等の方法がある。   Even if the insulating material is a photosensitive resin in which the top edge and the bottom edge are not smoothly rounded due to heat during normal curing, for example, if it is a resin whose edge is smoothly rounded by rapid heating, etc. Can be applied. Examples of such a resin include photosensitive polyimide. As a method of rapidly heating, there is a method of placing an insulating layer in which a rectangular depression is formed on a hot plate heated in advance to a predetermined high temperature, for example, about 200 ° C.

絶縁材料には、非感光性材料であっても、例えば後述するパターンを形成する方法、或いは、半硬化状態でレーザー等により絶縁層に矩形形状の貫通孔を形成し、適切な温度及び昇温速度で加熱する方法等により、矩形形状の貫通孔のエッヂ部が垂れ込んで頂部エッヂ及び底部エッヂが滑らかな丸みを帯びる樹脂であれば使用することができる。非感光性樹脂としては、例えば、非感光性ポリイミド(宇部興産製、商品名:ユピコート)、非感光性ポリアミドイミド(日立化成製、商品名:HL-P200)を挙げることができる。   Even if the insulating material is a non-photosensitive material, for example, a method of forming a pattern to be described later, or a rectangular through-hole is formed in the insulating layer by a laser or the like in a semi-cured state, and an appropriate temperature and temperature increase are made. Any resin can be used as long as the edge portion of the rectangular through hole hangs down by a method of heating at a speed and the top edge and the bottom edge are rounded smoothly. Examples of the non-photosensitive resin include non-photosensitive polyimide (manufactured by Ube Industries, trade name: Iupicoat), and non-photosensitive polyamideimide (trade name: HL-P200, manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.).

表面処理で波形形状を形成する場合には、工程基板又は半導体素子を有するウエハ(工程基板等という。)に形成された絶縁層に矩形形状のくぼみを形成し、プラズマ照射等の表面処理をして、くぼみのエッヂが滑らかな丸みを帯びるように加工する。この場合においては、矩形に形成したくぼみが拡大してしまうのを防ぐために、最初に小さめのくぼみを形成しておくことが好ましい。なお、絶縁層への矩形形状のくぼみは、上記の加熱処理の説明で説明した方法と同様の方法で形成することができる。   When the corrugated shape is formed by surface treatment, a rectangular recess is formed in an insulating layer formed on a process substrate or a wafer having a semiconductor element (referred to as a process substrate), and surface treatment such as plasma irradiation is performed. Then, process so that the edge of the indentation is rounded smoothly. In this case, in order to prevent the hollow formed in the rectangle from expanding, it is preferable to form a small hollow first. Note that the rectangular depression in the insulating layer can be formed by a method similar to the method described in the description of the heat treatment.

溶媒による処理で波形形状を形成する場合には、図12に示すように、工程基板等122に形成された絶縁層121に頂部エッヂ125及び底部エッジ126を有する矩形形状のくぼみ123を形成し(図12(A)を参照)、溶媒雰囲気下に放置することにより、くぼみ123の頂部エッヂ125及び底部エッジ126が滑らかな丸みを帯びるように加工する(図12(B)を参照)。なお、図12(A)に示すような矩形形状のくぼみ123は絶縁層121のみの貫通孔であり、上述した説明と同様の方法で絶縁層121に形成することができる。   When the corrugated shape is formed by treatment with a solvent, a rectangular recess 123 having a top edge 125 and a bottom edge 126 is formed in the insulating layer 121 formed on the process substrate 122 as shown in FIG. (See FIG. 12 (A)), by leaving it in a solvent atmosphere, the top edge 125 and the bottom edge 126 of the recess 123 are processed so as to be smoothly rounded (see FIG. 12 (B)). Note that the rectangular recess 123 as shown in FIG. 12A is a through hole of only the insulating layer 121, and can be formed in the insulating layer 121 by the same method as described above.

頂部エッヂ125及び底部エッヂ126の丸みの程度は、使用する溶媒の絶縁材料に対する良溶媒性、溶媒雰囲気下での放置時間、放置温度により制御することができる。すなわち、絶縁材料に対する良溶媒性の高い溶媒を用いれば各エッヂは丸くなり易く、絶縁材料に対する良溶媒性の低い溶媒(貧溶媒)を用いれば各エッヂは丸くなり難くなる。また、放置時間を長くすれば各エッジは丸くなり易く、放置時間を短くすれば各エッヂは丸くなり難くなる。また、放置温度を変えることによっても各エッヂの丸くなる程度を変化させることができる。   The roundness of the top edge 125 and the bottom edge 126 can be controlled by the good solvent property of the solvent used for the insulating material, the standing time in the solvent atmosphere, and the standing temperature. That is, each edge is likely to be rounded if a solvent having a high good solvent property for the insulating material is used, and each edge is difficult to be rounded if a solvent having a low good solvent property for the insulating material (poor solvent) is used. Further, if the leaving time is lengthened, each edge is likely to be rounded, and if the leaving time is shortened, each edge is not easily rounded. Further, the degree of rounding of each edge can be changed by changing the standing temperature.

これらの条件を最適化することにより、個々のくぼみの矩形形状(大きさ等)にもよるが、(i)配線部を有する工程基板等122の側に絶縁層が残っていない開口部127、(ii)工程基板等122の側に絶縁層が僅かに残ったくぼみ128、(iii)工程基板等122の側に絶縁層が適当な厚さで残ったくぼみ129等、開口部を含む2種以上のくぼみ(図12(B)では開口部127と2種のくぼみ128,129とからなる合計3種の「くぼみ」が例示されている。)を任意に形成することができる。その結果、効果的な応力緩和効果が得られる形状を自由に得ることができる。   By optimizing these conditions, although depending on the rectangular shape (size, etc.) of each depression, (i) an opening 127 where no insulating layer remains on the side of the process substrate 122 having a wiring portion, (ii) a recess 128 in which an insulating layer slightly remains on the process substrate 122 side, (iii) a recess 129 in which an insulating layer remains in an appropriate thickness on the process substrate 122 side, etc. The above indentations (in FIG. 12B, three types of “indentations” including the opening 127 and the two indentations 128 and 129 are illustrated) can be arbitrarily formed. As a result, a shape capable of obtaining an effective stress relaxation effect can be freely obtained.

前記の加熱処理又は表面処理において、絶縁材料に感光性樹脂を用いる場合は、絶縁層を2層以上形成して、一度の露光により2段階の深さを形成することができる。この方法では、現像液の浸入速度の違いにより小さな穴ほど現像速度が遅くなるという性質を利用している。すなわち、細かい孔については上層のみ開口したくぼみとし、やや大きな孔(ヴィア)については下層まで開口した開口部とすることができる。従って、一度の露光で、2段階の深さを持つ矩形形状のくぼみを形成することができ、加熱処理時にエッヂが滑らかな丸みを帯びた形状を容易に形成できる。   In the above heat treatment or surface treatment, when a photosensitive resin is used as the insulating material, two or more insulating layers can be formed, and a two-step depth can be formed by one exposure. This method utilizes the property that the smaller the hole, the slower the development speed due to the difference in the developer penetration speed. In other words, a fine hole can be a recess opened only in the upper layer, and a slightly larger hole (via) can be an opening opened to the lower layer. Accordingly, a rectangular recess having two levels of depth can be formed by a single exposure, and a rounded shape with a smooth edge can be easily formed during the heat treatment.

光学的処理で波形形状を形成する場合には、絶縁材料にネガ型の感光性樹脂を用いる方法とポジ型の感光性樹脂を用いる方法がある。このいずれの方法においても、公知の感光性樹脂を用いることができる。   In the case of forming a waveform shape by optical treatment, there are a method using a negative photosensitive resin and a method using a positive photosensitive resin as an insulating material. In any of these methods, a known photosensitive resin can be used.

絶縁材料にネガ型の感光性樹脂を用いる方法では、工程基板等に形成した絶縁層に、矩形パターンが形成されたマスクを少し浮かせるようにしてマスクし、これを露光・現像して波形形状の絶縁層を形成する。マスクを少し浮かせて露光することにより、マスクの端から少しずつ露光用の光が漏れ出して、現像後に得られるパターン形状が丸みを帯びた形状になる。従って、現像後にエッヂを丸くする工程を省略することができるという長所がある。   In the method of using a negative photosensitive resin as an insulating material, a mask having a rectangular pattern is masked on an insulating layer formed on a process substrate or the like so that it is slightly lifted, and this is exposed and developed to form a wavy shape. An insulating layer is formed. When exposure is performed with the mask slightly lifted, light for exposure leaks little by little from the edge of the mask, and the pattern shape obtained after development becomes rounded. Therefore, the process of rounding the edge after development can be omitted.

絶縁材料にポジ型の感光性樹脂を用いる方法では、開始剤を意図的に多く添加し、これを露光・現像して波形形状の絶縁層を形成する。ポジ型感光性樹脂に開始剤を多く添加することにより、光の透過率を低下させ、底部に十分に光が届かないようにして、丸みを帯びた頂部エッヂと底部エッヂを得ることができる。   In the method using a positive photosensitive resin as an insulating material, a large amount of an initiator is intentionally added, and this is exposed and developed to form a corrugated insulating layer. By adding a large amount of initiator to the positive photosensitive resin, it is possible to obtain a rounded top edge and bottom edge by reducing light transmittance and preventing light from reaching the bottom sufficiently.

また、他の光学的処理として、露光時の焦点を意図的にずらすことによりパターンの切れを悪くして丸い形状を形成する方法もある。   As another optical process, there is a method of forming a round shape by intentionally shifting the focus at the time of exposure to make the pattern cut worse.

露光・現像には、前記の加熱処理の説明において例示した従来公知の方法を使用することができる。また、露光量等の条件は、矩形形状パターンが垂れ込んで底部のエッヂが丸みを帯びるように設定される。   For the exposure / development, a conventionally known method exemplified in the description of the heat treatment can be used. The conditions such as the exposure amount are set so that the rectangular pattern sag and the bottom edge is rounded.

厚さ方向に変位する波形形状の他の形成方法としては、工程基板等に形成した絶縁層に矩形形状のパターンを形成し、その上に同一の樹脂又は他の樹脂を薄く塗布することにより、矩形形状の頂部エッヂ及び底部エッヂが滑らかな丸みを帯びることとなる方法が挙げられる。   As another method of forming a wave shape that is displaced in the thickness direction, a rectangular pattern is formed on an insulating layer formed on a process substrate, and the same resin or another resin is thinly applied thereon. Examples include a method in which a rectangular top edge and a bottom edge are smoothly rounded.

前記の各種処理は、簡便に、滑らかな波形形状を有する絶縁層を形成することができ、さらには断面形状が正弦波形状又は略正弦波形状である絶縁層を形成できると共に、チップ又はウエハ上の半導体と配線とが離れているため、接触が少なくダメージの少ない良好な応力緩和構造を得ることができる。   The above-mentioned various treatments can easily form an insulating layer having a smooth waveform shape, and can further form an insulating layer having a sine wave shape or a substantially sine wave shape in cross section, and on a chip or wafer. Since the semiconductor is separated from the wiring, a good stress relaxation structure with less contact and less damage can be obtained.

次に、深さの異なる複数のくぼみを形成する他の方法について説明する。   Next, another method for forming a plurality of recesses having different depths will be described.

波形形状を有した絶縁層は、図13に示すように、工程基板等132の上に例えばポジ型感光性樹脂からなる絶縁層131を形成し(図13(A)を参照)、その絶縁層131上からマスクを利用して場所毎に異なる量の光を照射した後に、その絶縁層131を現像することにより形成される(図13(B)〜(D)を参照)。この方法によれば、絶縁層131に深さの異なるくぼみ133、134を2種以上形成することができる(図13(D)(E)を参照)。照射する光量(露光量)の制御としては、絶縁層131を貫通するくぼみ133(開口部)を形成する場合には露光量を多くし、絶縁層131を貫通しないくぼみ134を形成する場合には露光量を少なくする。所望の場所の露光量の調整は、露光される複数のマスクを用いて複数回露光する等により行うことができる。こうした手段により、絶縁層131に深さの異なる複数の「くぼみ」を形成することができる。   As shown in FIG. 13, the insulating layer having a corrugated shape is formed by forming an insulating layer 131 made of, for example, a positive photosensitive resin on the process substrate 132 (see FIG. 13A). It is formed by developing the insulating layer 131 after irradiating a different amount of light for each location using a mask from above 131 (see FIGS. 13B to 13D). According to this method, two or more kinds of depressions 133 and 134 having different depths can be formed in the insulating layer 131 (see FIGS. 13D and 13E). As a control of the amount of light to be irradiated (exposure amount), when forming the depression 133 (opening) that penetrates the insulating layer 131, the exposure amount is increased, and when forming the depression 134 that does not penetrate the insulating layer 131. Reduce exposure. Adjustment of the exposure amount at a desired location can be performed by performing multiple exposures using a plurality of masks to be exposed. By such means, a plurality of “dents” having different depths can be formed in the insulating layer 131.

具体的には、図13(A)に示すように、ポジ型感光性樹脂からなる絶縁層131を形成した工程基板等132を準備し、図13(B)に示すように、絶縁層131に、所定のマスクパターンを有する第1のマスク136を介して光を照射する。このときの露光量は、絶縁層131を貫通しないくぼみ134が形成され得る量である。次に、図13(C)に示すように、第1のマスクを介して露光された絶縁層131に、所定のマスクパターンを有する第2のマスク137を介して光を照射する。このときの露光量は、第1のマスク136を用いたときの露光量との合計量が絶縁層131を貫通するくぼみ133(開口部)が形成され得る量とする。なお、第1のマスク136を用いた1回目の露光量と、第2のマスク137を用いた2回目の露光量とを同じにしてもよい。次に、図13(D)に示すように、2回目の露光を行った後に現像することにより、開口部133と深さの異なる1種以上のくぼみ134、又は深さの異なる2種以上のくぼみを形成することができる。その後、図13(E)に示すように、矩形形状からなるくぼみのエッジを丸くする操作をして、本発明の応力緩和構造を形成することができる。   Specifically, as shown in FIG. 13A, a process substrate 132 on which an insulating layer 131 made of a positive photosensitive resin is formed is prepared, and the insulating layer 131 is formed as shown in FIG. Then, light is irradiated through the first mask 136 having a predetermined mask pattern. The exposure amount at this time is an amount by which the depression 134 that does not penetrate the insulating layer 131 can be formed. Next, as shown in FIG. 13C, the insulating layer 131 exposed through the first mask is irradiated with light through the second mask 137 having a predetermined mask pattern. The exposure amount at this time is set to an amount by which the sum of the exposure amount when the first mask 136 is used and the depression 133 (opening) penetrating the insulating layer 131 can be formed. Note that the first exposure amount using the first mask 136 and the second exposure amount using the second mask 137 may be the same. Next, as shown in FIG. 13D, by developing after performing the second exposure, one or more types of indentations 134 having different depths from the opening 133 or two or more types of different depths are formed. Recesses can be formed. Thereafter, as shown in FIG. 13E, the stress relaxation structure of the present invention can be formed by performing an operation of rounding the edge of the recess having a rectangular shape.

次に、絶縁材料として非感光性樹脂を用いた場合について説明する。   Next, a case where a non-photosensitive resin is used as an insulating material will be described.

絶縁材料として非感光性樹脂を使用した場合は、この非感光性樹脂からなる絶縁層を加工して波形形状の絶縁層を形成する。絶縁層として感光性樹脂を使用した場合は所定の形状の絶縁層を形成するための工程数が少なくなり望ましいが、感光性樹脂は感光性という特性が付加されているために弾性率や引張破断伸び率等が制限されることがある。これに対して、非感光性樹脂はこのような制限がないため、感光性樹脂を使用する場合よりも、本発明の絶縁層の材料として望ましい低弾性率の材料や高い引張破断伸び率を有する材料を自由に選択することができる。   When a non-photosensitive resin is used as the insulating material, the corrugated insulating layer is formed by processing the insulating layer made of the non-photosensitive resin. When a photosensitive resin is used as the insulating layer, the number of steps for forming an insulating layer having a predetermined shape is preferably reduced. However, since the photosensitive resin has a characteristic of being photosensitive, it has an elastic modulus and tensile fracture. The elongation rate may be limited. On the other hand, since the non-photosensitive resin does not have such a restriction, it has a low elastic modulus material and a high tensile elongation at break which are desirable as a material for the insulating layer of the present invention, compared to the case where the photosensitive resin is used. The material can be freely selected.

非感光性樹脂は感光性樹脂のようなパターン形成能がないので、何らかの方法でパターンを形成する必要がある。一つの方法として、感光性樹脂であらかじめパターンを作製し、これを型として非感光性樹脂のパターンを形成する方法が挙げられる。この場合、感光性樹脂のパターン上に非感光性樹脂を塗布し、その後、感光性樹脂を除去することにより、非感光性樹脂の矩形断面からなるパターンを形成することができる。その後、矩形形状からなるくぼみのエッジを丸くする操作をして、本発明の応力緩和構造を形成することができる。   Since the non-photosensitive resin does not have the pattern forming ability like the photosensitive resin, it is necessary to form a pattern by some method. As one method, there is a method in which a pattern is prepared in advance with a photosensitive resin and a pattern of a non-photosensitive resin is formed using this pattern as a mold. In this case, a pattern having a rectangular cross section of the non-photosensitive resin can be formed by applying the non-photosensitive resin on the pattern of the photosensitive resin and then removing the photosensitive resin. Thereafter, the stress relaxation structure of the present invention can be formed by performing an operation of rounding the edge of the hollow having a rectangular shape.

このパターン形成方法においては、感光性樹脂の形状が非感光性樹脂を塗布する時に変形する場合があり、このような変形が生じない樹脂同士の組み合わせを見つける必要があるという制限がある。また、感光性樹脂の上部を非感光性樹脂が覆う場合があり、この場合に感光性樹脂上の非感光性樹脂を切削又は研磨等の機械的方法により削り取る必要が生じる。そのような処理が必要となる場合に、感光性樹脂の機械的強度が十分ではない等の問題が生じることがある。   In this pattern forming method, the shape of the photosensitive resin may be deformed when the non-photosensitive resin is applied, and there is a limitation that it is necessary to find a combination of resins that do not cause such deformation. In addition, the upper part of the photosensitive resin may be covered with the non-photosensitive resin. In this case, it is necessary to scrape the non-photosensitive resin on the photosensitive resin by a mechanical method such as cutting or polishing. When such treatment is necessary, problems such as insufficient mechanical strength of the photosensitive resin may occur.

このようは問題を解決する方法として、例えば図14(A)に示すように、工程基板等142上にめっき法を利用した金属パターン145を形成し、その後、図14(B)に示すように、その金属パターン145上から非感光性樹脂をスピンコート法で塗布して絶縁層141を形成する。その後、図14(C)に示すように、金属パターン145をエッチング除去することにより、非感光性樹脂の矩形断面からなる絶縁層141のパターンを形成することができる。その後、図14(D)に示すように、矩形形状からなるくぼみのエッジを丸くする操作をして、本発明の応力緩和構造を形成することができる。この方法においては、めっきが非感光性樹脂の塗布により変形しないこと、及び、切削又は研磨等の機械的操作を施しても変形しないこと、等の利点がある。   As a method for solving such a problem, for example, as shown in FIG. 14A, a metal pattern 145 using a plating method is formed on a process substrate 142, and then, as shown in FIG. 14B. Then, a non-photosensitive resin is applied on the metal pattern 145 by a spin coating method to form the insulating layer 141. Thereafter, as shown in FIG. 14C, the metal pattern 145 is removed by etching, whereby a pattern of the insulating layer 141 having a rectangular cross section of the non-photosensitive resin can be formed. Thereafter, as shown in FIG. 14D, the stress relaxation structure of the present invention can be formed by performing an operation of rounding the edge of the recess having a rectangular shape. In this method, there are advantages such that the plating is not deformed by application of the non-photosensitive resin, and that the plating is not deformed even if a mechanical operation such as cutting or polishing is performed.

めっきのパターンを形成した後に使用する非感光性樹脂は、溶液をスピンコート等で塗布することもできるが、ドライフィルムのものを使用することもできる。   As the non-photosensitive resin to be used after forming the plating pattern, a solution can be applied by spin coating or the like, but a dry film can also be used.

また、めっきのパターン上に非感光性樹脂を塗布した後にめっきのパターンを除去するためには、めっき膜の頭が露出している必要がある。このため、めっき膜の厚さを、非感光性樹脂の厚さよりも大きくすることが望ましい。また、めっき膜の上部に非感光性樹脂の薄膜が形成されてしまう場合には、非感光性樹脂の薄膜を切削又は研磨等の機械的操作で除去することができる。また、非感光性樹脂の薄膜をアッシング等の化学的操作を利用して除去することもできる。また、有効な方法として、めっき膜の頭部に予めフッ素被膜等の非感光性樹脂が濡れ難い膜を形成しておき、非感光性樹脂の溶液を弾くようにすることにより、めっき膜の頭部を露出させることもできる。   Further, in order to remove the plating pattern after applying the non-photosensitive resin on the plating pattern, the head of the plating film needs to be exposed. For this reason, it is desirable to make the thickness of the plating film larger than the thickness of the non-photosensitive resin. When a non-photosensitive resin thin film is formed on the plating film, the non-photosensitive resin thin film can be removed by a mechanical operation such as cutting or polishing. Further, the thin film of the non-photosensitive resin can be removed by using a chemical operation such as ashing. In addition, as an effective method, a film that is difficult to wet with a non-photosensitive resin such as a fluorine coating is formed on the head of the plating film in advance, and a solution of the non-photosensitive resin is repelled, so The part can also be exposed.

非感光性樹脂のパターニングは、感光性樹脂その他パターニングの可能な材料でマスクを形成し、ドライエッチング、ウエットエッチング等の方法でパターニングすることができる。このようなエッチングに際してのマスクとしては、感光性樹脂そのものを使用することもできるし、感光性樹脂等を用いてパターニングした金属マスク等を用いることもできる。   The non-photosensitive resin can be patterned by forming a mask with a photosensitive resin or other material that can be patterned, and then performing patterning by a method such as dry etching or wet etching. As a mask for such etching, a photosensitive resin itself can be used, or a metal mask patterned using a photosensitive resin or the like can be used.

これらの非感光性樹脂のパターニングのうち、ウエットエッチング法でのパターニングは、溶剤に溶ける非感光性樹脂を絶縁層材料として選択する必要がある。キュア前のポリイミド樹脂等を非感光性樹脂として選択した場合においては、この方法が適用可能である。一方、ドライエッチング法でのパターニングは、プラズマ等により行われるため、ほとんどの非感光性樹脂への適用が可能であるが、エッチング速度はやや小さい。   Among these non-photosensitive resin patterning methods, the wet etching method needs to select a non-photosensitive resin that is soluble in a solvent as the insulating layer material. This method is applicable when a polyimide resin before curing is selected as the non-photosensitive resin. On the other hand, since patterning by the dry etching method is performed by plasma or the like, it can be applied to most non-photosensitive resins, but the etching rate is slightly low.

本発明の応力緩和構造においては、絶縁層のみを貫通する開口部と、絶縁層を貫通しない1種以上のくぼみ等のように、深さの異なるくぼみを合計2種以上有する絶縁層が形成されていることが好ましい。このような多段構成を1回のエッチング工程で作製する方法として、図15に示すように、工程基板等152の上に非感光性樹脂からなる絶縁層151を形成し、その絶縁層151上に2種以上のマスク層156,157を形成した後、エッチングを行う方法を挙げることができる。   In the stress relaxation structure of the present invention, an insulating layer having a total of two or more types of indentations with different depths is formed, such as an opening that penetrates only the insulating layer and one or more types of indents that do not penetrate the insulating layer. It is preferable. As a method for manufacturing such a multistage structure in one etching process, an insulating layer 151 made of a non-photosensitive resin is formed on a process substrate 152 or the like as shown in FIG. A method of performing etching after forming two or more kinds of mask layers 156 and 157 can be given.

具体的には、図15(A)に示すように、先ず、非感光性樹脂からなる絶縁層151を形成した工程基板等152を準備し、次いで、図15(B)に示すように、絶縁層151に、所定のマスクパターンを有する第1のマスク156を形成する。このマスク156は、Cu等のようにドライエッチングに対して耐性を有する材料からなるので、このマスク156で覆われた箇所はエッチングされず、くぼみとはならない。   Specifically, as shown in FIG. 15A, first, a process substrate 152 on which an insulating layer 151 made of a non-photosensitive resin is formed is prepared, and then, as shown in FIG. A first mask 156 having a predetermined mask pattern is formed on the layer 151. Since the mask 156 is made of a material having resistance to dry etching such as Cu, the portion covered with the mask 156 is not etched and does not become a dent.

次いで、図15(C)に示すように、所定のマスクパターンを有する第2のマスク157を、第1のマスク156が設けられた絶縁層151上に形成する。このマスク157は、感光性樹脂等のようにドライエッチングに対してエッチング耐性を有さない材料からなるので、このマスク157を設けない箇所は絶縁層151を直にエッチングして深いくぼみを形成することができる。一方、このマスク157を設けた箇所は、先ずこのマスク157をエッチングした後に絶縁層151をエッチングするので、浅いくぼみを形成することができる。したがって、第2のマスク157の厚さは、1回のみのドライエッチングにより、絶縁層151に開口部159(絶縁層151のみの貫通孔)を形成でき、且つ、第2のマスク157がエッチングされた後に絶縁層151の厚さ方向の一部がエッチングされて所定の深さのくぼみ158を形成できる寸法に調整されている。   Next, as shown in FIG. 15C, a second mask 157 having a predetermined mask pattern is formed over the insulating layer 151 provided with the first mask 156. Since this mask 157 is made of a material that does not have etching resistance to dry etching, such as a photosensitive resin, a portion where the mask 157 is not provided directly etches the insulating layer 151 to form a deep recess. be able to. On the other hand, in the portion where the mask 157 is provided, the insulating layer 151 is etched after the mask 157 is etched first, so that a shallow depression can be formed. Therefore, the thickness of the second mask 157 is such that an opening 159 (a through hole of only the insulating layer 151) can be formed in the insulating layer 151 by dry etching only once, and the second mask 157 is etched. After that, a part of the insulating layer 151 in the thickness direction is etched so that the recess 158 having a predetermined depth can be formed.

次に、図15(D)に示すように、ドライエッチングを行う。ドライエッチングにより、絶縁層151に開口部159と1種以上のくぼみ158が形成される。次いで、図15(E)に示すように、エッチング耐性を有するマスク156を除去し、図15(F)に示すように、矩形形状からなるくぼみのエッジを丸くする操作をして、深さの異なる複数のくぼみ160,161を有する応力緩和構造を形成することができる。このように、多段のマスクを形成することにより、エッチング耐性を有さないマスク157がエッチングの時間差を生じさせ、エッチング耐性を有さないマスク157のあるところと無いところの絶縁層151のくぼみ深さを変化させることができる。こうして、くぼみ等の多段構造を1回のエッチングで作製することができる。   Next, as shown in FIG. 15D, dry etching is performed. By dry etching, an opening 159 and one or more types of depressions 158 are formed in the insulating layer 151. Next, as shown in FIG. 15E, the mask 156 having etching resistance is removed, and as shown in FIG. 15F, an operation of rounding the edge of the recess having a rectangular shape is performed. A stress relaxation structure having a plurality of different indentations 160 and 161 can be formed. In this way, by forming a multi-stage mask, the mask 157 having no etching resistance causes a time difference in etching, and the indentation depth of the insulating layer 151 where the mask 157 without the etching resistance is present and where the mask 157 is not present. It can be changed. In this way, a multistage structure such as a depression can be produced by one etching.

次に、波形形状の絶縁層上に配線を形成する方法について説明する。   Next, a method for forming a wiring on a corrugated insulating layer will be described.

前述した絶縁層上に配線を形成することにより、厚さ方向に変位する波形形状の配線を容易に形成できる。   By forming the wiring on the insulating layer described above, it is possible to easily form a corrugated wiring that is displaced in the thickness direction.

螺旋形状の配線は、図4において既述したように、工程基板上又は半導体素子を有するウエハ上に、厚さ方向に変位する正弦波状又は略正弦波状の波形形状を有する絶縁層を形成し、その絶縁層の上に、平面視で面内方向に変位する正弦波状又は略正弦波状の波形形状であって、その絶縁層の厚さ方向の波形頂部と波形底部に交互に変曲点を持つ配線を形成することにより、形成される。   As described above with reference to FIG. 4, the spiral wiring forms an insulating layer having a sinusoidal or substantially sinusoidal waveform that is displaced in the thickness direction on a process substrate or a wafer having a semiconductor element, A sinusoidal or substantially sinusoidal waveform shape displaced in the in-plane direction in plan view on the insulating layer, with inflection points alternately at the waveform top and waveform bottom in the thickness direction of the insulation layer. It is formed by forming a wiring.

具体的には、厚さ方向に変位する波形形状を有する絶縁層の上に、正弦波形状又は略正弦波形状の配線形成用のマスクパターンが形成されたマスクを、前記した位置に整合させ、露光・現像処理や表面処理を行うことにより形成する。なお、マスクパターンや厚さ方向に制御した形状が正弦波形状からずれた場合は、螺旋構造がひずむことになるが、その場合でも、応力緩和機能を有するに充分な形状であればよく、特に問題はない。   Specifically, a mask in which a mask pattern for wiring formation having a sine wave shape or a substantially sine wave shape is formed on an insulating layer having a waveform shape that is displaced in the thickness direction is aligned with the above-described position, It is formed by performing exposure / development processing and surface treatment. Note that when the mask pattern or the shape controlled in the thickness direction deviates from the sinusoidal shape, the spiral structure will be distorted, but even in that case, the shape may be sufficient as long as it has a stress relaxation function. No problem.

絶縁層上への配線の形成としては、フルアディティブ法、セミアディティブ法等を挙げることができる。例えば、セミアディティブ法により銅配線を形成する場合は、前記のように形成した絶縁層のパターン上に、金属スパッタによりシード層を作製し、配線パターン以外の箇所にめっきレジストを塗布したあと電気銅めっきを行い、レジスト及びシード層を除去して銅配線を形成することができる。   Examples of the formation of the wiring on the insulating layer include a full additive method and a semi-additive method. For example, when copper wiring is formed by a semi-additive method, a seed layer is formed by metal sputtering on the insulating layer pattern formed as described above, and after applying a plating resist to a portion other than the wiring pattern, Plating can be performed to remove the resist and seed layer to form a copper wiring.

配線のチップ又はウエハ側表面に、配線を構成する主要金属成分とは異なる金属からなる薄層を設ける場合には、シード層を形成した後であって配線を形成する前に、予めチタンやクロム等の薄層を設けることができる。   When a thin layer made of a metal different from the main metal component constituting the wiring is provided on the chip or wafer side surface of the wiring, titanium or chromium is previously formed after the seed layer is formed and before the wiring is formed. Etc. can be provided.

(半導体装置)
本発明の半導体装置は、図1に示すように、半導体素子6が形成されているチップ5上に応力緩和シート2を半田付けにより接続したもの(図1(A)を参照)、又は、半導体素子6が形成されているチップ5上に前記の応力緩和構造が直接形成されたもの(図1(B)を参照)の上に、半田ボール等で実装基板7を接続した構成からなるものである。こうした構成の半導体装置1は、本発明の応力緩和構造を有するので、半導体素子と実装基板との間の接続部での応力が緩和され、例えば、フリップチップ(FC)又はボール・グリッド・アレイ(BGA)用のランド部の破壊、半田ボールの破壊、基板内部の金属配線の切断等を生じさせず、熱応力によって半導体素子機能を阻害され難い、信頼性の高い半導体装置となる。
(Semiconductor device)
As shown in FIG. 1, the semiconductor device of the present invention has a stress relaxation sheet 2 connected by soldering to a chip 5 on which a semiconductor element 6 is formed (see FIG. 1A), or a semiconductor A structure in which the mounting substrate 7 is connected to the chip 5 on which the element 6 is formed on the chip 5 (see FIG. 1B) directly connected to the mounting substrate 7 by a solder ball or the like. is there. Since the semiconductor device 1 having such a configuration has the stress relaxation structure of the present invention, the stress at the connection portion between the semiconductor element and the mounting substrate is relaxed. For example, a flip chip (FC) or a ball grid array ( The semiconductor device function is not easily disturbed by thermal stress without causing destruction of the land portion for BGA), destruction of the solder balls, cutting of the metal wiring inside the substrate, and the like, resulting in a highly reliable semiconductor device.

半導体素子6は、電気的な半導体素子のほか、シリコンチップ又はウエハ等を用いて作製したMEMS(micro-electro-mechanical system)等であってもよい。実装基板7には、インターポーザのような中間的に存在するもの、マザーボードのような筐体への取付けに使用するもののいずれも含まれる。半導体チップと実装基板は、ワイヤーボンディング接続、フリップチップ接続等の公知の接続方法により接続することができる。フリップチップ方式の半導体装置においては、フリップチップパッド上の半田ボールが搭載される部分に、凹部を有するソルダーレジスト層を形成し、その凹部に半田ボールを搭載することもできる。この際、フリップチップパッドが半田によって喰われることがないように、予め半田ボールが搭載される部分に、ニッケル等のバリア金属層と、半田との接着がよい金層をこの順に設けることが望ましい。なお、この半導体装置1は、半導体素子6が形成されたチップ5と実装基板7の間に、アンダーフィルが充填されたものであってもよい。本発明の半導体装置は、すでに応力緩和の効果を有するので、必要とされる信頼性その他の条件にあわせてアンダーフィルの有無を適宜選択することが可能である。   The semiconductor element 6 may be a micro-electro-mechanical system (MEMS) manufactured using a silicon chip or a wafer in addition to an electrical semiconductor element. The mounting board 7 includes both an intermediate board such as an interposer and a board used for mounting to a housing such as a motherboard. The semiconductor chip and the mounting substrate can be connected by a known connection method such as wire bonding connection or flip chip connection. In a flip-chip type semiconductor device, a solder resist layer having a recess can be formed in a portion where a solder ball on the flip chip pad is mounted, and the solder ball can be mounted in the recess. At this time, in order to prevent the flip chip pad from being eroded by the solder, it is desirable to provide a barrier metal layer such as nickel and a gold layer that has good adhesion to the solder in this order in advance on the portion where the solder ball is mounted. . The semiconductor device 1 may be one in which an underfill is filled between the chip 5 on which the semiconductor element 6 is formed and the mounting substrate 7. Since the semiconductor device of the present invention already has a stress relaxation effect, it is possible to appropriately select the presence or absence of underfill according to the required reliability and other conditions.

本発明の電子機器は、こうした半導体装置を組み込んだものであり、半導体素子の機能阻害が起こり難い。特に、本発明の電子機器は、半導体素子が発熱し易いことにより熱応力が発生し易くても、又は、使用環境により熱応力が生し易くても、半導体機能の信頼性が高い。   The electronic device according to the present invention incorporates such a semiconductor device, and the function of the semiconductor element is hardly hindered. In particular, the electronic device of the present invention has high reliability of the semiconductor function even if thermal stress is likely to be generated because the semiconductor element easily generates heat or thermal stress is likely to be generated depending on the use environment.

以下、本発明を実施例と比較例に基づいてさらに詳しく説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples and comparative examples. Note that the present invention is not limited thereby.

(実施例1)
絶縁材料としてフェノール系感光性樹脂(JSR社製、製品名;WPR S110)を用い、基板として表面に試験用のデイジーチェイン配線の片側が形成された8インチのウエハを用いた。この基板上に、絶縁層用の絶縁材料を20μm厚となるようにスピンコートにより塗布・乾燥した後、所定のパターンを有するマスクを通して、高圧水銀ランプを光源とする露光機にて、g線、h線及びi線の混合光を200mJ/cm照射し、次いで、100℃で3分間のPEBを行った。マスクには、配線が形成される位置に波形形状を形成するためのくぼみを形成できるものを使用した。その後、2.38wt%のTMAH水溶液で現像した。現像後の絶縁層を、顕微鏡で観察すると、明確な矩形パターンが形成されていた。
(Example 1)
A phenol-based photosensitive resin (manufactured by JSR, product name: WPR S110) was used as an insulating material, and an 8-inch wafer having one side of a test daisy chain wiring formed on the surface was used as a substrate. On this substrate, an insulating material for the insulating layer is applied and dried by spin coating so as to have a thickness of 20 μm, and then passed through a mask having a predetermined pattern, and then exposed to g-line by an exposure machine using a high-pressure mercury lamp as a light source. A mixed light of h-line and i-line was irradiated at 200 mJ / cm 2 , and then PEB was performed at 100 ° C. for 3 minutes. As the mask, a mask capable of forming a depression for forming a waveform shape at a position where wiring is formed was used. Thereafter, development was performed with a 2.38 wt% TMAH aqueous solution. When the insulating layer after development was observed with a microscope, a clear rectangular pattern was formed.

次に、ホットプレートにて、キュア温度150℃で5分間加熱キュアを行った。加熱キュア後の絶縁層を、光学顕微鏡及び電子顕微鏡で形状を観察したところ、形成した矩形パターンが軟化して丸みを帯びた滑らかな形状になっているのが確認できた。さらに、窒素雰囲気中で190℃、30分間加熱して絶縁層の硬化を完了させ、波形の形状を持つ絶縁層を得た。   Next, heating curing was performed for 5 minutes at a curing temperature of 150 ° C. on a hot plate. When the shape of the heat-cured insulating layer was observed with an optical microscope and an electron microscope, it was confirmed that the formed rectangular pattern was softened and had a rounded smooth shape. Furthermore, the insulating layer was cured by heating at 190 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere to obtain an insulating layer having a corrugated shape.

次に、スパッタを用いてチタン、銅の順に電気めっき用のシード層を形成し、めっきレジストを塗布、所定のマスクを通して露光、現像し、配線パターンに対応した開口部を形成した。使用したマスクは、配線部のほか200μmピッチで140μmφのFCパッドパターンが形成されている。その後、銅の電気めっきにより5μm厚の配線及びパッドを形成し、めっきレジスト、シード層の順に剥離して、応力緩和構造が直接形成されたウエハを得た。この時点で波形形状の絶縁層上に波形形状を有する銅めっき配線が形成され、ウエハ上の配線と試験用のデイジーチェインを構成していた。絶縁層上の配線は、長さ約80μmで、各半導体チップの中央から放射方向に近い対角方向に伸びるように配置されていた。   Next, a seed layer for electroplating was formed in the order of titanium and copper by sputtering, and a plating resist was applied, exposed and developed through a predetermined mask, and an opening corresponding to the wiring pattern was formed. The used mask is formed with an FC pad pattern of 140 μmφ at a pitch of 200 μm in addition to the wiring portion. Thereafter, wiring and pads having a thickness of 5 μm were formed by copper electroplating, and the plating resist and the seed layer were peeled in this order to obtain a wafer on which the stress relaxation structure was directly formed. At this point, a copper-plated wiring having a corrugated shape was formed on the corrugated insulating layer, and the wiring on the wafer and a daisy chain for testing were configured. The wiring on the insulating layer had a length of about 80 μm and was arranged to extend in a diagonal direction close to the radial direction from the center of each semiconductor chip.

次に、パッド部に開口を有するようにめっきレジスト層を形成し、その後、パッド上にニッケルめっき層、金めっき層をこの順に形成した。次いで、感光性樹脂によりソルダーレジスト層を形成し、マスクを通して露光、現像することにより、パッドに対応した部分に開口部を有するソルダーレジスト層を形成した。   Next, a plating resist layer was formed so as to have an opening in the pad portion, and then a nickel plating layer and a gold plating layer were formed in this order on the pad. Next, a solder resist layer was formed from a photosensitive resin, and was exposed and developed through a mask to form a solder resist layer having an opening at a portion corresponding to the pad.

その後、このウエハを17mm角のチップに切断した後、ソルダーレジスト開口部に半田ボールを搭載して半導体チップを得た。得られた半導体チップを、半田ボールを介して実装基板に搭載して、実施例1の半導体装置を得た。   Thereafter, the wafer was cut into 17 mm square chips, and then solder balls were mounted on the solder resist openings to obtain semiconductor chips. The obtained semiconductor chip was mounted on a mounting substrate via solder balls, and the semiconductor device of Example 1 was obtained.

このようにして得られた半導体装置を用いて、−40℃〜125℃の熱サイクル試験1000サイクルを行い、デイジーチェイン部での断線の有無を観察した。その結果、熱サイクル試験1000サイクル後においても断線は確認されなかった。測定後断面観察を行ったが、配線の破断は観察されなかった。この半導体装置の絶縁層と同一の形成方法で形成された1cm×8cmの感光性樹脂のフィルム試験片について、引張弾性率を測定したところ、2.0GPaであり、引張破断伸び率は8.2%であった。この引張弾性率と引張破断伸び率は、発明の実施の形態の欄で説明した測定法により測定した。   Using the semiconductor device thus obtained, a thermal cycle test of −40 ° C. to 125 ° C. was performed for 1000 cycles, and the presence or absence of disconnection in the daisy chain portion was observed. As a result, disconnection was not confirmed even after 1000 cycles of the thermal cycle test. After the measurement, the cross section was observed, but no breakage of the wiring was observed. The tensile modulus of the film test piece of 1 cm × 8 cm photosensitive resin formed by the same formation method as the insulating layer of this semiconductor device was measured to be 2.0 GPa and the tensile elongation at break was 8.2. %Met. The tensile elastic modulus and the tensile elongation at break were measured by the measuring method described in the column of the embodiment of the invention.

(実施例2)
工程基板として0.25mm厚の銅板を用い、実施例1と同様の絶縁材料を用いて、実施例1と同様の手順で、絶縁層、配線、パッド及びソルダーレジスト層を形成した。その後、この工程基板に、めっきレジストを塗布し、チップ側の電極となる位置に開口部を形成し、銅、ニッケル、金、ニッケル、銅の順でチップ側のパッドを形成し、それぞれのエッチング液を用いて、下層の銅板と、下層パッドのニッケルを除去することにより、チップ側及び基板側に対応したパッドを有する応力緩和シートが得られた。この応力緩和シートのチップ側のパッドに、印刷で半田バンプを形成し、実装基板側に半田ボールを搭載した。この応力緩和シートのそれぞれの面を、デイジーチェイン用の配線が形成されたチップと実装基板に接続して実施例2の半導体装置を得た。
(Example 2)
An insulating layer, a wiring, a pad, and a solder resist layer were formed in the same procedure as in Example 1, using a 0.25 mm thick copper plate as the process substrate and using the same insulating material as in Example 1. After that, a plating resist is applied to the process substrate, an opening is formed at a position to be an electrode on the chip side, a pad on the chip side is formed in the order of copper, nickel, gold, nickel, and copper, and each etching is performed. By using the liquid to remove the lower copper plate and the nickel of the lower layer pad, a stress relaxation sheet having pads corresponding to the chip side and the substrate side was obtained. Solder bumps were formed on the pads on the chip side of the stress relaxation sheet by printing, and solder balls were mounted on the mounting substrate side. Each surface of the stress relaxation sheet was connected to a chip on which a daisy chain wiring was formed and a mounting substrate to obtain a semiconductor device of Example 2.

得られた半導体装置について、実施例1と同様の熱サイクル試験を行い、デイジーチェイン部での断線を観察した。その結果、熱サイクル試験1000サイクル後においても断線は確認されなかった。測定後、断面観察を行ったが、配線の破断は観察されなかった。   About the obtained semiconductor device, the thermal cycle test similar to Example 1 was done, and the disconnection in a daisy chain part was observed. As a result, disconnection was not confirmed even after 1000 cycles of the thermal cycle test. After the measurement, the cross section was observed, but no breakage of the wiring was observed.

(実施例3)
基板として、実施例1と同様、表面に試験用のデイジーチェイン配線の片側が形成された8インチのウエハを用いた。この基板上に、実施例1と同様の絶縁材料を20μm厚となるようにスピンコートにより塗布・乾燥した後、ヴィア部のみ開口するパターンを有するマスクを通して、実施例1と同様に露光、現像した後、窒素雰囲気中で190℃、30分間加熱して1層目の絶縁層の硬化を完了させた。
(Example 3)
As the substrate, as in Example 1, an 8-inch wafer having a surface on one side of a test daisy chain wiring was used. On this substrate, the same insulating material as in Example 1 was applied and dried to a thickness of 20 μm by spin coating, and then exposed and developed in the same manner as in Example 1 through a mask having a pattern in which only the via portion was opened. Thereafter, heating was performed at 190 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere to complete the curing of the first insulating layer.

次に、この1層目の絶縁層上に、1層目と同じ絶縁材料を20μm厚となるようにスピンコートにより塗布・乾燥した後、所定のマスクを用いて1層目と同様に露光、現像した後、実施例1と同様にキュアした。このときの露光に使用したマスクは、開口部となるビア部のみが露光されるパターンを有するものである。得られた絶縁層の形状を光学顕微鏡及び電子顕微鏡で観察したところ、形成した矩形パターンが軟化して丸みを帯びた滑らかな形状になっていると共に、ヴィア部が開口しているのに対して配線底部が非開口の状態のくぼみが確認できた。さらに、窒素雰囲気中で190℃、30分間加熱して絶縁層の硬化を完了させた。試料の一部から断面サンプルを作製して観察すると、ヴィア部が開口し、配線部が開口していない2段形状のくぼみを持つ波形形状の絶縁層が得られていた。   Next, after applying and drying the same insulating material as the first layer on the first insulating layer by spin coating so as to have a thickness of 20 μm, exposure is performed in the same manner as the first layer using a predetermined mask. After developing, it was cured as in Example 1. The mask used for the exposure at this time has a pattern in which only the via portion serving as the opening is exposed. When the shape of the obtained insulating layer was observed with an optical microscope and an electron microscope, the formed rectangular pattern was soft and rounded, and the via portion was open. A dent in the state where the wiring bottom was not opened was confirmed. Further, the insulating layer was cured by heating at 190 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere. When a cross-sectional sample was prepared from a part of the sample and observed, a corrugated insulating layer having a two-stage depression with an opening in the via portion and no opening in the wiring portion was obtained.

得られた2層の絶縁層上に、実施例1と同様に配線、ニッケルめっき層、金めっき層、ソルダーレジスト層を形成した。実施例1と同様にチップ切断、半田ボール搭載、実装基板への搭載を行って、半導体装置を得た。   On the obtained two insulating layers, a wiring, a nickel plating layer, a gold plating layer, and a solder resist layer were formed in the same manner as in Example 1. In the same manner as in Example 1, chip cutting, solder ball mounting, and mounting on a mounting substrate were performed to obtain a semiconductor device.

得られた半導体装置を用いて、−40℃〜125℃の熱サイクル試験1000サイクルを行い、デイジーチェイン部での断線の有無を観察した。その結果、熱サイクル試験1000サイクル後においても断線は確認されなかった。測定後に断面観察を行ったが、配線の破断は観察されなかった。   Using the obtained semiconductor device, a thermal cycle test of −40 ° C. to 125 ° C. was performed 1000 cycles, and the presence or absence of disconnection in the daisy chain portion was observed. As a result, disconnection was not confirmed even after 1000 cycles of the thermal cycle test. After the measurement, the cross section was observed, but no breakage of the wiring was observed.

(実施例4)
基板として、実施例1と同様に、表面に試験用のデイジーチェイン配線の片側が形成された8インチのウエハを用いた。この基板上に、スパッタを用いてチタン、銅の順に電気めっき用のシード層を形成し、このシード層上にめっきレジストを塗布した。めっきレジストの厚さは30μmであった。配線部の絶縁層のみを貫通孔とするためのマスクを使用し、そのマスクを通して露光、現像し、所定のパターンに対応した開口部(貫通孔)を形成した。電気銅めっきにより銅めっきパターンをその開口部(貫通孔)に堆積させて銅のめっきパターンを形成した後、めっきレジストを剥離した。
(Example 4)
As the substrate, as in Example 1, an 8-inch wafer having a surface on one side of a test daisy chain wiring was used. On this substrate, a seed layer for electroplating was formed in the order of titanium and copper by sputtering, and a plating resist was applied on this seed layer. The thickness of the plating resist was 30 μm. A mask for forming only the insulating layer of the wiring portion as a through hole was used, and exposure and development were performed through the mask to form an opening (through hole) corresponding to a predetermined pattern. A copper plating pattern was deposited on the opening (through hole) by electrolytic copper plating to form a copper plating pattern, and then the plating resist was peeled off.

めっきパターンが形成された基板上に非感光性樹脂(材料は?スピンコートにより塗布?)を80℃、2分間乾燥させた。プラズマアッシングを10分間かけた後、光学顕微鏡で観察すると、めっきパターンの上部が露出されているのが確認できた。めっきエッチング液でめっきパターンをエッチングすると、ヴィア部及び配線凹部が開口して貫通孔となっている非感光性樹脂のパターンが確認できた。   A non-photosensitive resin (material is applied by spin coating?) Was dried at 80 ° C. for 2 minutes on the substrate on which the plating pattern was formed. When plasma ashing was applied for 10 minutes and observed with an optical microscope, it was confirmed that the upper part of the plating pattern was exposed. When the plating pattern was etched with the plating etching solution, a pattern of the non-photosensitive resin in which the via part and the wiring concave part were opened to form a through hole could be confirmed.

得られた試料を非感光性樹脂の溶媒であるPGMEA(プロピレングリコールモノエチルアセテート)の雰囲気下に30分放置した。光学顕微鏡で観察すると、配線凹部だけ半分程度まで埋まり、ヴィア部はやや側面の勾配が小さくなり開口しているのが観察された。窒素雰囲気中で190℃、60分間加熱して絶縁層の硬化を完了させた。   The obtained sample was left for 30 minutes in an atmosphere of PGMEA (propylene glycol monoethyl acetate), which is a solvent for the non-photosensitive resin. When observing with an optical microscope, it was observed that only the wiring recess was filled up to about half, and the via portion was slightly opened with a slight side gradient. The insulating layer was completely cured by heating at 190 ° C. for 60 minutes in a nitrogen atmosphere.

得られた絶縁層上に、実施例1と同様、配線、ニッケルめっき層、金めっき層及びソルダーレジスト層を形成した。実施例1と同様に、チップ切断、半田ボール搭載、実装基板への搭載を行って、半導体装置を得た。   On the obtained insulating layer, a wiring, a nickel plating layer, a gold plating layer, and a solder resist layer were formed in the same manner as in Example 1. Similarly to Example 1, chip cutting, solder ball mounting, and mounting on a mounting substrate were performed to obtain a semiconductor device.

得られた半導体装置を用いて、−40℃〜125℃の熱サイクル試験1000サイクルを行い、デイジーチェイン部での断線の有無を観察した。その結果、熱サイクル試験1000サイクル後においても断線は確認されなかった。測定後に断面観察を行ったが、配線の破断は観察されなかった。実施例1と同様に使用した非感光性樹脂のフィルム試験片を作製して引張弾性率を測定したところ、0.5GPaであり、引張破断伸び率は30%であった。   Using the obtained semiconductor device, a thermal cycle test of −40 ° C. to 125 ° C. was performed 1000 cycles, and the presence or absence of disconnection in the daisy chain portion was observed. As a result, disconnection was not confirmed even after 1000 cycles of the thermal cycle test. After the measurement, the cross section was observed, but no breakage of the wiring was observed. When the film test piece of the non-photosensitive resin used similarly to Example 1 was produced and the tensile elasticity modulus was measured, it was 0.5 GPa and the tensile elongation at break was 30%.

(実施例5)
基板として、実施例1と同様に、表面に試験用のデイジーチェイン配線の片側が形成された8インチのウエハを用いた。この基板上に、ポジ型感光性樹脂をスピンコートにより塗布・乾燥して絶縁層を形成した。次に、ヴィア部のみを露光するためのマスクを通して第1の露光を行った後、ヴィア部と配線凹部を露光するためのマスクを通して第2の露光を行った。この第2の露光は、第1の露光と同じ光量とする等光量露光で行った。その後に現像を行い、ヴィア部のみ開口し、配線凹部がおよそ半分の深さまで開いたパターンが得られた。窒素雰囲気中で190℃、30分間加熱して感光性樹脂の絶縁層の硬化を完了させた。
(Example 5)
As the substrate, as in Example 1, an 8-inch wafer having a surface on one side of a test daisy chain wiring was used. On this substrate, a positive photosensitive resin was applied by spin coating and dried to form an insulating layer. Next, the first exposure was performed through a mask for exposing only the via portion, and then the second exposure was performed through a mask for exposing the via portion and the wiring recess. This second exposure was performed by equal light exposure with the same light amount as the first exposure. Thereafter, development was performed to obtain a pattern in which only the via portion was opened and the wiring recess was opened to about half the depth. Heating at 190 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere completed the curing of the photosensitive resin insulating layer.

得られた絶縁層上に、実施例1と同様、配線、ニッケルめっき層、金めっき層及びソルダーレジスト層を形成した。実施例1と同様に、チップ切断、半田ボール搭載、実装基板への搭載を行って、半導体装置を得た。   On the obtained insulating layer, a wiring, a nickel plating layer, a gold plating layer, and a solder resist layer were formed in the same manner as in Example 1. Similarly to Example 1, chip cutting, solder ball mounting, and mounting on a mounting substrate were performed to obtain a semiconductor device.

得られた半導体装置を用いて、−40℃〜125℃の熱サイクル試験1000サイクルを行い、デイジーチェイン部での断線の有無を観察した。その結果、熱サイクル試験1000サイクル後においても断線は確認されなかった。測定後に断面観察を行ったが、配線の破断は観察されなかった。   Using the obtained semiconductor device, a thermal cycle test of −40 ° C. to 125 ° C. was performed 1000 cycles, and the presence or absence of disconnection in the daisy chain portion was observed. As a result, disconnection was not confirmed even after 1000 cycles of the thermal cycle test. After the measurement, the cross section was observed, but no breakage of the wiring was observed.

(実施例6)
基板として、実施例1と同様に、表面に試験用のデイジーチェイン配線の片側が形成された8インチのウエハを用いた。この基板上に、実施例3と同様の絶縁材料を20μm厚となるようにスピンコートにより塗布・乾燥し、硬化させた。
(Example 6)
As the substrate, as in Example 1, an 8-inch wafer having a surface on one side of a test daisy chain wiring was used. On this substrate, the same insulating material as in Example 3 was applied by spin coating to a thickness of 20 μm, dried and cured.

次に、硬化した絶縁材料上に銅のスパッタ膜を形成し、その上に感光性樹脂を塗布した後、露光、現像することで、ヴィア部及び配線凹部が開口したスパッタ膜パターンを得た。   Next, a sputtered film of copper was formed on the cured insulating material, a photosensitive resin was applied thereon, and then exposed and developed to obtain a sputtered film pattern in which via portions and wiring recesses were opened.

得られた試料上に非感光性樹脂(めっきレジスト)10μmを塗布して、露光、現像し、ヴィア部及び配線凹部が開口したパターンを得た。   10 μm of a non-photosensitive resin (plating resist) was applied on the obtained sample, and was exposed and developed to obtain a pattern in which via portions and wiring concave portions were opened.

得られた試料に酸素プラズマによるアッシング操作を施した。アッシング後に光学顕微鏡で観察すると、ヴィア部のみ開口し、配線凹部は約半分開口したパターンになっている絶縁層が確認できた。また、絶縁層の形状は、プラズマの回り込みにより、角が取れた丸い形状となっていた。   The obtained sample was subjected to an ashing operation using oxygen plasma. When observing with an optical microscope after ashing, an insulating layer having a pattern in which only the via portion was opened and the wiring concave portion was opened about half was confirmed. Further, the shape of the insulating layer was round with rounded corners due to the wraparound of the plasma.

得られた絶縁層上に、実施例1と同様、配線、ニッケルめっき層、金めっき層及びソルダーレジスト層を形成した。実施例1と同様に、チップ切断、半田ボール搭載、実装基板への搭載を行って、半導体装置を得た。   On the obtained insulating layer, a wiring, a nickel plating layer, a gold plating layer, and a solder resist layer were formed in the same manner as in Example 1. Similarly to Example 1, chip cutting, solder ball mounting, and mounting on a mounting substrate were performed to obtain a semiconductor device.

得られた半導体装置を用いて、−40℃〜125℃の熱サイクル試験1000サイクルを行い、デイジーチェイン部での断線を観察した。その結果、熱サイクル試験1000サイクル後においても断線は確認されなかった。測定後に断面観察を行ったが、配線の破断は観察されなかった。   Using the obtained semiconductor device, 1000 cycles of a thermal cycle test of −40 ° C. to 125 ° C. was performed, and disconnection at the daisy chain portion was observed. As a result, disconnection was not confirmed even after 1000 cycles of the thermal cycle test. After the measurement, the cross section was observed, but no breakage of the wiring was observed.

(比較例1) 実施例1の半導体装置の製造において、絶縁層の波形形状の形成に代えて、絶縁材料の塗布、乾燥後、ウエハとの接続部にのみ開口部を形成してヴィアした以外は、実施例1と同様の手順で半導体装置を作製した。この半導体装置において、絶縁層は平坦な形状で、配線は直線形状であった。   (Comparative Example 1) In the manufacture of the semiconductor device of Example 1, instead of forming the corrugated shape of the insulating layer, after applying and drying the insulating material, an opening was formed only at the connection portion with the wafer and via was performed. Produced a semiconductor device in the same procedure as in Example 1. In this semiconductor device, the insulating layer was flat and the wiring was linear.

得られた半導体装置について、実施例1と同様の熱サイクル試験を行ったところ、200から400サイクルですべての試験片で断線が起きた。試験後、断面を観察してみると、ウエハとの接続部のヴィアの横で配線が断線しているのが確認できた。   When the obtained semiconductor device was subjected to the same thermal cycle test as in Example 1, disconnection occurred in all the test pieces in 200 to 400 cycles. When the cross section was observed after the test, it was confirmed that the wiring was disconnected beside the via at the connection portion with the wafer.

本発明の応力緩和構造及び応力緩和シートは、半導体素子が形成されたチップと実装基板との間に設けられることにより、その応力緩和構造が備える波形形状の配線はばね構造としての効果を持ち、半導体装置で発生した熱応力を効率よく吸収することができる。そのため、この応力緩和構造が半導体装置に適用されることにより、半導体素子と実装基板との間の接続部での応力が緩和され、例えばフリップチップ接続用のランド部の破壊、半導体素子と実装基板を接続する半田ボールや配線、実装基板内部の配線の破壊等を生じさせず、信頼性の高い半導体装置を得ることができる。特に熱応力の大きな大型の半導体装置、Low−K材料等の機械的強度の弱い材料を用いた半導体装置、又はピン数の多いフリップチップボールグリップアレイ(FCBGA)等のパッケージに適用した場合に有効である。   The stress relaxation structure and the stress relaxation sheet of the present invention are provided between the chip on which the semiconductor element is formed and the mounting substrate, so that the corrugated wiring included in the stress relaxation structure has an effect as a spring structure, The thermal stress generated in the semiconductor device can be efficiently absorbed. Therefore, the stress relaxation structure is applied to the semiconductor device, so that stress at the connection portion between the semiconductor element and the mounting substrate is relieved, for example, destruction of a land portion for flip chip connection, semiconductor element and mounting substrate Thus, a highly reliable semiconductor device can be obtained without causing destruction of solder balls and wiring for connecting the wiring and wiring inside the mounting substrate. Particularly effective when applied to large semiconductor devices with large thermal stress, semiconductor devices using materials with low mechanical strength such as Low-K materials, or packages such as flip chip ball grip arrays (FCBGA) with many pins. It is.

また、本発明の応力緩和構造の形成方法によれば、多段構造等の応力緩和効果の大きい応力緩和構造を容易に形成することができると共に、応力緩和に有効な低弾性、高破断伸び材料を使用することができるというメリットがある。   In addition, according to the method for forming a stress relaxation structure of the present invention, a stress relaxation structure having a large stress relaxation effect such as a multistage structure can be easily formed, and a low-elasticity, high fracture elongation material effective for stress relaxation can be obtained. There is a merit that it can be used.

本発明の応力緩和構造を有する半導体装置の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the semiconductor device which has a stress relaxation structure of this invention. 本発明の応力緩和構造を有する半導体装置の一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the semiconductor device which has a stress relaxation structure of this invention. 螺旋形状の配線を含む応力緩和構造を有する半導体装置の一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the semiconductor device which has a stress relaxation structure containing a helical wiring. 絶縁層上に螺旋形状の配線が設けられる態様の一例を示す平面図(A)と、そのC−C’断面図(B)である。They are a plan view (A) showing an example of a mode in which a spiral wiring is provided on an insulating layer, and a C-C ′ sectional view (B) thereof. 波形形状を呈する配線の幅が各部において異なる態様の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the aspect from which the width | variety of the wiring which exhibits a waveform shape differs in each part. 2層構成の絶縁層を含む本発明の応力緩和構造の一例を示す断面図、及び複数の頂部を持つ波形形状を備える本発明の応力緩和構造の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the stress relaxation structure of this invention containing the insulating layer of 2 layer structure, and sectional drawing which shows an example of the stress relaxation structure of this invention provided with the waveform shape which has a some top part. 波形形状を有する配線の延長方向が、所定の方向となっている半導体装置の一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the semiconductor device with which the extension direction of the wiring which has a waveform shape is a predetermined direction. 波形の絶縁層の形状を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the shape of a corrugated insulating layer. 半導体素子が形成されたウエハ上に波形形状の絶縁層を形成する工程の一例である。It is an example of a process of forming a corrugated insulating layer on a wafer on which a semiconductor element is formed. 半導体チップと実装基板との間に生じる熱応力を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the thermal stress which arises between a semiconductor chip and a mounting substrate. 従来の応力緩和機能を有する半導体装置の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the semiconductor device which has the conventional stress relaxation function. 本発明の応力緩和構造の形成方法の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the formation method of the stress relaxation structure of this invention. 本発明の応力緩和構造の形成方法の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the formation method of the stress relaxation structure of this invention. 本発明の応力緩和構造の形成方法の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the formation method of the stress relaxation structure of this invention. 本発明の応力緩和構造の形成方法の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the formation method of the stress relaxation structure of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 半導体装置
2 応力緩和シート(応力緩和構造)
3、21、31、42、51、63、65 配線
4、41、52、60、61、62、91、121、131、141、151 絶縁層
5、53、64、101 チップ
6、68 半導体素子
7、102 実装基板
8、67、103 半田ボール
9、66 他の絶縁層
22、93、123、127、128、129、133、134、158、159、160、161 くぼみ
23 配線接続部
24 パッド
43 波形頂部
44 波形底部
92、122、132、142、152 工程基板等
94 波形形状を有する絶縁層
95、125 頂部エッヂ
96、126 底部エッヂ
111 半導体装置
114 半導体素子電極部
136、137、156、157 マスク
145 金属パターン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor device 2 Stress relaxation sheet (stress relaxation structure)
3, 21, 31, 42, 51, 63, 65 Wiring 4, 41, 52, 60, 61, 62, 91, 121, 131, 141, 151 Insulating layer 5, 53, 64, 101 Chip 6, 68 Semiconductor element 7, 102 Mounting substrate 8, 67, 103 Solder ball 9, 66 Other insulating layers 22, 93, 123, 127, 128, 129, 133, 134, 158, 159, 160, 161 Recess 23 Wiring connection portion 24 Pad 43 Waveform top 44 Waveform bottom 92, 122, 132, 142, 152 Process substrate, etc. 94 Insulating layer 95, 125 Top edge 96, 126 Bottom edge 111 Semiconductor device 114 Semiconductor element electrode portion 136, 137, 156, 157 Mask 145 metal pattern

Claims (29)

半導体素子が形成されたチップと実装基板との間に存在する波形形状を有した絶縁層と、当該絶縁層上に形成された配線とを含む応力緩和構造であって、前記配線が波形形状を有することを特徴とする応力緩和構造。   A stress relaxation structure including an insulating layer having a corrugated shape existing between a chip on which a semiconductor element is formed and a mounting substrate, and a wiring formed on the insulating layer, wherein the wiring has a corrugated shape. A stress relaxation structure characterized by comprising: 前記配線の波形形状が厚さ方向に変位していることを特徴とする請求項1に記載の応力緩和構造。   The stress relaxation structure according to claim 1, wherein a waveform shape of the wiring is displaced in a thickness direction. 前記配線の波形形状が面内方向に変位していることを特徴とする請求項1又は2に記載の応力緩和構造。   The stress relaxation structure according to claim 1, wherein a waveform shape of the wiring is displaced in an in-plane direction. 前記配線の波形形状が、厚さ方向に変位する正弦波形状又は略正弦波形状と面内方向に変位する正弦波形状又は略正弦波形状とを重ね合わせて形成された、螺旋形状であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の応力緩和構造。   The wiring waveform has a spiral shape formed by superposing a sine wave shape or a substantially sine wave shape displaced in the thickness direction and a sine wave shape or a substantially sine wave shape displaced in the in-plane direction. The stress relaxation structure according to any one of claims 1 to 3. 前記配線の幅が、厚さ方向の上部と下部で異なることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の応力緩和構造。   The stress relaxation structure according to claim 1, wherein a width of the wiring is different between an upper portion and a lower portion in a thickness direction. 前記配線の延長方向が、前記チップの中央から放射方向に延びる仮想線と平行又は略平行であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の応力緩和構造。   The stress relaxation structure according to claim 1, wherein an extension direction of the wiring is parallel or substantially parallel to a virtual line extending in a radial direction from the center of the chip. 前記配線の延長方向が、前記チップの中央を対称点として4回対称に配置された各象限内で一定であって、当該延長方向が、各象限内の対角軸のうち前記対称点を通過する対角軸と平行又は略平行であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の応力緩和構造。   The extension direction of the wiring is constant in each quadrant arranged symmetrically four times with respect to the center of the chip, and the extension direction passes through the symmetry point among the diagonal axes in each quadrant. The stress relaxation structure according to any one of claims 1 to 6, wherein the stress relaxation structure is parallel or substantially parallel to a diagonal axis. 前記配線が金属配線であり、当該金属配線の前記チップ側表面に、当該金属配線を構成する主要金属成分とは異なる金属からなる薄層が設けられていることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の応力緩和構造。   The said wiring is a metal wiring, The thin layer which consists of a metal different from the main metal component which comprises the said metal wiring is provided in the said chip side surface of the said metal wiring. The stress relaxation structure according to any one of the above. 前記絶縁層の引張弾性率が、1GPa以下であることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の応力緩和構造。   The stress relaxation structure according to any one of claims 1 to 8, wherein a tensile elastic modulus of the insulating layer is 1 GPa or less. 前記絶縁層の引張破断伸び率が、10%以上であることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の応力緩和構造。   The stress relaxation structure according to any one of claims 1 to 9, wherein the tensile breaking elongation of the insulating layer is 10% or more. 前記絶縁層が、2層以上の絶縁層からなることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の応力緩和構造。   The stress relaxation structure according to claim 1, wherein the insulating layer includes two or more insulating layers. 前記絶縁層の波形形状が、1種以上のくぼみを含むことを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載の応力緩和構造。   The stress relaxation structure according to any one of claims 1 to 11, wherein the corrugated shape of the insulating layer includes one or more types of depressions. 前記絶縁層が、前記チップ上に隣接して形成されていることを特徴とする請求項1〜12のいずれか1項に記載の応力緩和構造。   The stress relaxation structure according to claim 1, wherein the insulating layer is formed adjacent to the chip. 半導体素子が形成されたチップと実装基板との間の応力を緩和するために用いられる応力緩和シートが、請求項1〜13のいずれか1項に記載の応力緩和構造を有することを特徴とする応力緩和シート。   A stress relaxation sheet used for relaxing stress between a chip on which a semiconductor element is formed and a mounting substrate has the stress relaxation structure according to any one of claims 1 to 13. Stress relaxation sheet. 請求項1〜13のいずれか1項に記載の応力緩和構造又は請求項14に記載の応力緩和シートを有することを特徴とする半導体装置。   A semiconductor device comprising the stress relaxation structure according to claim 1 or the stress relaxation sheet according to claim 14. 請求項15に記載の半導体装置を組み込んだことを特徴とする電子機器。   An electronic apparatus in which the semiconductor device according to claim 15 is incorporated. 半導体素子が形成されたチップと実装基板との間に存在する波形形状を有した絶縁層と、当該絶縁層上に形成された配線とを含む応力緩和構造の形成方法であって、工程基板上又は半導体素子を有するウエハ上に厚さ方向に変位する波形形状を有する絶縁層を形成し、当該絶縁層の上に波形形状を有する配線を形成することを特徴とする応力緩和構造の形成方法。   A method of forming a stress relaxation structure including an insulating layer having a corrugated shape existing between a chip on which a semiconductor element is formed and a mounting substrate, and a wiring formed on the insulating layer. Alternatively, a stress relaxation structure forming method comprising: forming an insulating layer having a corrugated shape that is displaced in a thickness direction on a wafer having a semiconductor element; and forming a wiring having a corrugated shape on the insulating layer. 前記波形形状を有した絶縁層は、工程基板上又は半導体素子を有するウエハ上に絶縁層を形成し、当該絶縁層に矩形形状のくぼみを形成した後に加熱処理又は表面処理して形成されることを特徴とする請求項17に記載の応力緩和構造の形成方法。   The insulating layer having the corrugated shape is formed by forming an insulating layer on a process substrate or a wafer having a semiconductor element, forming a rectangular recess in the insulating layer, and then performing heat treatment or surface treatment. The method of forming a stress relaxation structure according to claim 17. 前記波形形状を有した絶縁層は、工程基板上又は半導体素子を有するウエハ上に絶縁層を形成し、当該絶縁層に矩形形状のくぼみを形成した後に溶媒雰囲気下に置くことにより形成されることを特徴とする請求項17に記載の応力緩和構造の形成方法。   The insulating layer having the corrugated shape is formed by forming an insulating layer on a process substrate or a wafer having a semiconductor element, and forming a rectangular recess in the insulating layer and then placing the insulating layer in a solvent atmosphere. The method of forming a stress relaxation structure according to claim 17. 前記絶縁層の材料が感光性樹脂であり、前記絶縁層の矩形形状のくぼみが当該絶縁層を露光・現像することにより形成されることを特徴とする請求項17〜19のいずれか1項に記載の応力緩和構造の形成方法。   The material of the said insulating layer is photosensitive resin, The rectangular hollow of the said insulating layer is formed by exposing and developing the said insulating layer, The any one of Claims 17-19 characterized by the above-mentioned. A method for forming the stress relaxation structure as described. 前記波形形状を有した絶縁層は、工程基板上又は半導体素子を有するウエハ上にネガ型感光性樹脂からなる絶縁層を形成し、矩形形状パターンが形成されたマスクを浮かせた状態で前記絶縁層を露光・現像することにより形成されることを特徴とする請求項17に記載の応力緩和構造の形成方法。   The insulating layer having the wavy shape is formed by forming an insulating layer made of a negative photosensitive resin on a process substrate or a wafer having a semiconductor element, and floating the mask on which a rectangular pattern is formed. The method of forming a stress relaxation structure according to claim 17, wherein the stress relaxation structure is formed by exposing and developing the substrate. 前記波形形状を有した絶縁層は、工程基板上又は半導体素子を有するウエハ上に透過率の低いポジ型感光性樹脂からなる絶縁層を形成し、当該絶縁層を露光・現像することにより形成されることを特徴とする請求項17に記載の応力緩和構造の形成方法。   The insulating layer having the wavy shape is formed by forming an insulating layer made of a positive photosensitive resin having low transmittance on a process substrate or a wafer having a semiconductor element, and exposing and developing the insulating layer. The method of forming a stress relaxation structure according to claim 17. 前記波形形状を有した絶縁層が2種以上のくぼみを含むものであって、当該絶縁層は、工程基板上又は半導体素子を有するウエハ上にポジ型感光性樹脂からなる絶縁層を形成し、場所毎に異なる量の光を照射した後に、当該絶縁層を現像することにより形成されることを特徴とする請求項17に記載の応力緩和構造の形成方法。   The insulating layer having the corrugated shape includes two or more types of depressions, and the insulating layer forms an insulating layer made of a positive photosensitive resin on a process substrate or a wafer having a semiconductor element, The method of forming a stress relaxation structure according to claim 17, wherein the insulating layer is developed after irradiating different amounts of light for each location. 前記絶縁層が2層以上の層からなり、当該絶縁層に、一度の露光により2種以上のくぼみを形成することを特徴とする請求項20〜23のいずれか1項に記載の応力緩和構造の形成方法。   The stress relaxation structure according to any one of claims 20 to 23, wherein the insulating layer includes two or more layers, and two or more kinds of depressions are formed in the insulating layer by one exposure. Forming method. 前記波形形状を有した絶縁層は、非感光性樹脂を加工することにより形成されることを特徴とする請求項17〜19のいずれか1項に記載の応力緩和構造の形成方法。   The method for forming a stress relaxation structure according to any one of claims 17 to 19, wherein the corrugated insulating layer is formed by processing a non-photosensitive resin. 前記波形形状を有した絶縁層が2種以上のくぼみを含むものであって、当該絶縁層は、工程基板上又は半導体素子を有するウエハ上に非感光性樹脂からなる絶縁層を形成し、当該絶縁層上に2層以上のマスク層を形成した後に、当該絶縁層をエッチングすることにより形成されることを特徴とする請求項17〜19のいずれか1項に記載の応力緩和構造の形成方法。   The insulating layer having the corrugated shape includes two or more types of depressions, and the insulating layer forms an insulating layer made of a non-photosensitive resin on a process substrate or a wafer having a semiconductor element, 20. The method of forming a stress relaxation structure according to claim 17, wherein two or more mask layers are formed on the insulating layer, and then the insulating layer is etched. . 前記波形形状を有した絶縁層は、工程基板上又は半導体素子を有するウエハ上にめっきのパターンを形成した後に非感光性樹脂を塗布し、その後、前記めっきのパターンをエッチング除去することにより形成されることを特徴とする請求項17〜19のいずれか1項に記載の応力緩和構造の形成方法。   The insulating layer having the corrugated shape is formed by applying a non-photosensitive resin after forming a plating pattern on a process substrate or a wafer having a semiconductor element, and then etching and removing the plating pattern. The method for forming a stress relaxation structure according to claim 17, wherein the stress relaxation structure is formed. 半導体素子が形成されたチップと実装基板との間に存在する波形形状を有した絶縁層と、当該絶縁層上に形成された配線とを含み、当該配線が、厚さ方向に変位する正弦波形状又は略正弦波形状と面内方向に変位する正弦波形状又は略正弦波形状とを重ね合わせて形成された螺旋形状を有する、応力緩和構造の形成方法であって、工程基板上又は半導体素子を有するウエハ上に、厚さ方向に変位する正弦波状又は略正弦波状の波形形状を有する絶縁層を形成し、前記絶縁層の上に、平面視で面内方向に変位する正弦波状又は略正弦波状の波形形状であって前記絶縁層の厚さ方向の波形頂部と波形底部に交互に変曲点を持つ配線を形成することにより、螺旋形状の配線が形成されることを特徴とする応力緩和構造の形成方法。   A sinusoidal wave that includes a corrugated insulating layer that exists between a chip on which a semiconductor element is formed and a mounting substrate, and a wiring formed on the insulating layer, and the wiring is displaced in the thickness direction. A method of forming a stress relaxation structure having a spiral shape formed by superimposing a shape or a substantially sine wave shape and a sine wave shape or a substantially sine wave shape displaced in an in-plane direction, on a process substrate or a semiconductor element An insulating layer having a sinusoidal or substantially sinusoidal waveform that is displaced in the thickness direction is formed on a wafer having a sine wave shape or a substantially sinusoidal shape that is displaced in an in-plane direction in plan view on the insulating layer. Stress relaxation, characterized in that a spiral-shaped wiring is formed by forming a wiring having a wavy waveform shape and alternately having inflection points at the waveform top and waveform bottom in the thickness direction of the insulating layer Structure formation method. 前記工程基板上に、請求項17〜28のいずれか1項に記載の方法で応力緩和構造を形成し、その後、当該工程基板を剥離又は除去することを特徴とする応力緩和シートの製造方法。   A method for producing a stress relaxation sheet, comprising: forming a stress relaxation structure on the process substrate by the method according to any one of claims 17 to 28; and then peeling or removing the process substrate.
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