JP2005175373A - 半導体装置とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板上に積層された半導体チップ上と基板上とに絶縁膜と導電膜が形成されている半導体装置において、半導体チップと基板との間の段差にて導電膜が段切れしないような半導体装置とその製造方法を提供すること。
【解決手段】基板１の主面と半導体チップ２の一部に連続する絶縁膜４が均一に形成され、絶縁膜３と絶縁膜４とが半導体チップ２と基板１の主面間の段差部をなだらかに埋め、半導体チップ２の主面上には表面電極５が形成され、絶縁膜４は表面電極５を開口する形状で半導体チップ２の縁部を覆い、表面電極５の上には絶縁膜４の開口部を通して導電膜６が電気的に接続され、導電膜６は絶縁膜４の上を経由して基板１の主面上にある絶縁膜４上へと連続して形成されていることを特徴とする半導体装置を構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は半導体装置とその製造方法に関する。

基板の一主面に設置した半導体チップの一部および基板の一主面上に絶縁膜を形成して、その上に導電膜を形成する半導体装置として、例えば、下記特許文献１に記載の半導体装置が知られている。この特許文献１に開示された従来技術は、複数の半導体チップを三次元方向に積層する半導体装置およびその製造方法に関するものであり、複数の半導体チップを三次元方向に積層して後、全体に絶縁膜を形成し、絶縁膜には各半導体チップの電極に対応する部分にコンタクトホールを開口し、各半導体チップのコンタクトホールを電気的に接続するために導電膜を形成している。

上記従来例で重要となるのは絶縁膜の形成と導電膜の形成であり、特に半導体チップの積層によって生じる段差における導電膜の段切れが起こらないような半導体装置を製造することが重要な問題となる。

特開２００３−８６７６２号公報

本発明は、上記の問題、特に段差がある基板上に絶縁膜と導電膜を形成する際に生じる問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、基板上に積層された半導体チップ上と基板上とに絶縁膜と導電膜が形成されている半導体装置において、半導体チップと基板との間の段差にて導電膜が段切れしないような半導体装置とその製造方法を提供することを目的とする。

本発明においては、半導体チップと基板との間の段差にて導電膜が段切れしないように、その段差を絶縁膜体がなだらかに埋めている半導体装置とその製造方法を構成する。

本発明の実施により、基板上に積層された半導体チップ上と基板上とに絶縁膜と導電膜が形成されている半導体装置において、半導体チップと基板との間の段差にて導電膜が段切れしないような半導体装置とその製造方法を提供することが可能となる。

本発明に係る半導体装置の製造方法は、基板の一主面および主面上の半導体チップの一部に絶縁膜を形成する工程において、脆性の絶縁物の微粒子を吹き付けて絶縁膜を形成する手法により、半導体チップと基板主面間の段差部に重点的に絶縁膜を形成してなだらかに埋める工程を有し、絶縁膜上にあって半導体チップの表面電極から主面上へ延びる膜状導体を形成しても、半導体チップと基板主面間に段差がないため導電膜を段切れせずに主面上へ形成できるという特徴を有する。

また、絶縁膜の材料として脆性のセラミクスの微粒子で絶縁膜を形成することができるため、樹脂材が使用できない高温においても絶縁を確保した半導体装置を製造することができる。

以下に、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。

第１の実施の形態
図１は、第１の実施の形態における半導体装置の構造を示す図である。図において、１は基板であり、導電性部材や絶縁性部材や半導体部材などで構成される。本実施の形態においては、簡単のために、基板１が導電性部材で構成されている場合を例に、以下説明を行う。

基板１の主面上には半導体チップ２が接続固定されており、基板１と半導体チップ２との間の段差部には絶縁膜３が段差部をなだらかに埋めるように形成されている。

基板１の主面と半導体チップ２の一部には一体の、すなわち連続する絶縁膜４が均一に形成されている。絶縁膜４が基板１の主面上から半導体チップ２の一部の表面へ連続し、絶縁膜３及び４が、半導体チップ２と基板１の主面間の段差部をなだらかに埋めている絶縁膜を構成している。すなわち、絶縁膜３と絶縁膜４とが一体となり、主面上から半導体チップ２の一部の表面へ連続し、半導体チップ２と基板１主面間の段差部をなだらかに埋めている絶縁膜を形成している。

半導体チップ２の主面上には表面電極５が形成されており、絶縁膜４は表面電極５を開口する形状で半導体チップ２の縁部を覆っている。表面電極５の上には絶縁膜４の開口部を通して導電膜６が電気的に接続され、導電膜６は絶縁膜４の上を経由して基板１の主面上にある絶縁膜４上へと連続して形成されている。

次に、第１の実施の形態の半導体装置を製造する方法の説明をする。

先ずはじめに、第１の実施の形態における絶縁膜の製造方法について詳しく説明を行う。

本絶縁膜の製造方法は、特許第３３３８４２２号公報および特許第３３４８１５４号公報に記載の微粒子材料の吹き付けによる成膜方法を適用したものである。このため、成膜方法の詳細については説明を省略し、本実施の形態に適用した場合の製造方法に特化して説明を行う。

前記２報の特許公報に記載の製造方法は、セラミクスなどの脆性材料の微粒子（数十ｎｍ〜１μｍ程度）材料を搬送ガスと混合してノズルから基板上へ吹き付け、吹き付けた際の衝撃で脆性材料の微粒子が割れ、新しく出た面が結合することにより堆積成膜する。また、ノズルの形状を変えることにより、狭い領域に限定した成膜から広い面積の成膜まで対応することができる。

図２に示すように、ノズル８から基板１表面へ向けて、微粒子９が搬送ガス流によって搬送され、基板１表面に吹き付けられる。基板１表面への微粒子９を搬送するガスの基板１表面への入射角度αを−６０°〜−１０°または＋１０°〜＋６０°とすることにより、基板１表面や形成した膜がエッチングされないように調整することができ、ノズル８と基板１を相対的に移動させることにより、広域に成膜することができる。また、入射角度αを上記の範囲内にすることにより、成膜できなかった微粒子９を搬送ガスと共に吹き飛ばして除去することが容易となる。

この成膜方法を本実施の形態のように段差を有する構造に適用する場合の斜視図を図３に示し、図３のＡ方向から見た側面図を図４に示す。図３の方法で段差部に成膜を試みると、ノズル８から出る搬送ガス流は段差部を乗り越える際に−１０°〜＋１０°の角度を通過することになる。この角度は特許第３３３８４２２号公報によると、部分的にエッチングが発生し易い角度であるため、部分的にエッチングが発生して成膜できない領域が生じることになる。また、段差部の成膜を見ると、図４のように、搬送ガスおよび微粒子９が段差部の面により跳ね返されて来るため、ノズル８から出た搬送ガス流およびその中の微粒子９が妨げられて成膜ができない領域が生じる。

このため、本成膜方法は凹凸の小さな平板上には容易に成膜することができるが、微粒子９よりも十分に大きな凹凸のある構造に対しては成膜することが困難である。よって半導体チップ２のように１００μｍ程度の厚みを持つ構造体の段差部に本製造方法にて絶縁膜４を成膜すると、図５の、段差による断切れ７に示したように、内側の角部を中心に絶縁膜３および４が形成されない或いは絶縁膜３または４が成膜できても薄い部分が発生する。この上から、たとえば金属材料からなる導電膜６を同様の方法で形成する場合も、同じ理由から導電膜６が成膜され難く、図６に示したように、段差による断切れ７の部分の導電膜６が断線となってしまう。また、段差による断切れ７における絶縁膜４の断切れ部分に導電膜６が接触する場合は、電気配線が短絡する不具合が発生する。

本実施の形態では、このような段差部で発生する不具合を解決する方法を採用する。以下にこの方法について説明する。

本実施の形態を説明する斜視図を図７に、図中のＢ方向から見た側面図を図８に示す。

搬送ガスおよび微粒子９が基板１の主面および半導体チップ２の側面に対してそれぞれ入射角度α（−６０°〜−１０°または＋１０°〜＋６０°）で吹き付けられるように、ノズル８の角度が調節され、基板１の主面と半導体チップ２で構成される段差の２つの面の交点に平行な方向にノズルを移動させ、微粒子９が吹き付けられる位置を前記方向に移動させる。このようにすると、搬送ガスおよび微粒子９が段差部の面により跳ね返されてノズル８から出た搬送ガス流およびその中の微粒子９が妨げられることがなく、基板１の主面と半導体チップ２で構成される段差部分に重点的に絶縁膜３および４を成膜することができる。

続いて図９の斜視図に示すように、所望の形状に微粒子材料を吹き付けて絶縁膜４を形成させると、基板１の主面と半導体チップ２の段差部分においても絶縁膜４を断切れせずに形成することができる。

図７のＡ方向から見た製造の各段階を説明する図を図１０に示す。

図の（a）に示したように、基板１の主面および半導体チップ２の側面に対して、それぞれ入射角度αで微粒子９を吹き付けられるようにノズル８の角度が調節され、基板１の主面と半導体チップ２との段差部分に沿ってノズル８を移動させて絶縁材料の微粒子９を吹き付けて絶縁膜３を形成することによって、段差をなだらかにする。

つぎに、図の（ｂ）に示したように、基板１の主面上や半導体チップ２の一部など広い面積に絶縁材料の微粒子９を吹き付け、段差部は予め絶縁膜３を重点的に形成してなだらかにしてあるため、断切れ無く絶縁膜４を形成する。

つぎに、図の（ｃ）に示したように、絶縁膜４の上に導電膜６を形成し、一方は半導体チップ２上の表面電極５に接続し、他方は基板１の主平面上まで延伸する。導電膜６の形成は、金属の微粒子を吹き付ける手法によって実行することができる。

なお、段差部に絶縁膜３および４を重点的に形成する場合は、絶縁膜３および４の幅を細く形成できるノズル８を使用し、基板１の主面上や半導体チップ２の一部など広い面積に絶縁膜４を形成する場合は、幅を広く形成できるノズル８を使用することができる。また、半導体チップ２の上面に電極の取り出し用の開口部を設ける場合は、幅を細く形成できるノズル８を使用して所望の箇所にのみ絶縁膜４を形成することにより、マスク無しで絶縁膜４のパターニングが可能である。また、基板１に対する微粒子９の入射角度を調整すると膜のエッチングが可能なため、絶縁膜４を形成した後から所望の箇所の絶縁膜４に開口部を形成することも可能である。

即ち、絶縁材料の微粒子９を吹き付ける方法によって、フォトリソグラフィー工程を行わずに半導体チップ２上のパッシベーション膜パターンを直接描画することができる。

第２の実施の形態
本発明の第２の実施の形態を図１１に示す。なお、本発明の第１の実施の形態と同様の部分は同一の番号を記し、説明を省略する。

本発明の第１の実施の形態と異なる点は、半導体チップ２の側面が底面に対して鋭角のベベル構造１０となっている点である。これにより、基板１の主面と半導体チップ２の形成する段差部表面の角度が鈍角となるため、段差部分に形成する絶縁膜３の膜厚を低減して形成時間を短縮する、あるいは絶縁膜３の形成を省くことができる。

第３の実施の形態
本発明の第３の実施の形態である、半導体装置の製造方法は図１２に示した製造装置によって行われる。なお、本発明の第１の実施の形態と同様の部分は同一の番号を記し、説明を省略する。

基板１は可動ステージ１１の上に固定され、水平面内の移動と回転ができる。

ノズル８は搬送管１２を通じて搬送ガスに微粒子材料を分散させて送り出す、微粒子含有ガス供給装置１３に接続されている。ノズル８は上下に移動でき、回転軸を中心に入射角度αを変更できる。

１４は、絶縁膜３および４を形成する対象の構造体の立体形状を計測する立体形状計測手段であり、このような計測手段としては、例えば、レーザー光や超音波を照射し、その入射波と反射波とを検出する波動検出手段１５を伴なった計測手段や、光学的な干渉や焦点調整或いは画像処理などの方法を用いる手段が利用可能である。１６は、立体形状計測手段１４によって得られた立体形状情報を入力後一旦保存し出力する第１の情報入出力手段である。１７は、あらかじめ設計された設定絶縁膜表面形状情報を入力後一旦保存し出力する第２の情報入出力手段である。１８は、第１の情報入出力手段１６および第２の情報入出力手段１７に接続されて成膜工程を制御する成膜工程制御手段である。

成膜工程制御手段１８は、第２の情報入出力手段１７から出力される設定絶縁膜表面形状情報を基に、微粒子材料の入射角度αと距離を算出し、可動ステージ１１の水平移動や回転、ノズル８の上下移動、回転軸を中心に入射角度αの変更、搬送ガス量の制御などを行い、所望の絶縁膜を形成するための工程制御を行う。

また、絶縁膜形成工程の事前にまたは作業途中に、絶縁膜を形成する対象の構造体の立体形状を立体形状計測手段１４によって計測し、第１の情報入出力手段１６に、立体形状情報として一旦保存する。成膜工程制御手段１８は、第１の情報入出力手段１６に保存された立体形状情報と第２の情報入出力手段１７入力され出力される設定絶縁膜表面形状情報とを比較し、絶縁膜の形成範囲に段差がある場合には、絶縁膜の形成工程の事前にまたは作業途中に、段差をなだらかにする工程を実施する。段差をなだらかにする工程において、事前または作業途中に段差の測定を行い、段差がなだらかになったことを確認した場合は段差をなだらかにする工程を終了し、所望の絶縁膜の形成を実施する。

なお、微粒子９を吹き付る堆積膜の形成は減圧チャンバ内で行われるが、上記実施の形態の説明においては、その説明を省略した。

本発明の第１の実施の形態を示す図である。 本発明に適用する成膜方法を説明する図である。 本発明に適用する成膜方法を説明する斜視図である。 本発明に適用する成膜方法を説明する側面図である。 本発明に適用する成膜方法で絶縁膜を形成した状態を示す図である。 本発明に適用する成膜方法で形成した絶縁膜上に導電膜を形成した状態を示す図である。 本発明の第１の実施の形態を示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態を示す側面図である。 本発明の第１の実施の形態を示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態の製造過程を示す図である。 本発明の第２の実施の形態を示す図である。 本発明の第３の実施の形態を示す図である。

符号の説明

１…基板、２…半導体チップ、３…絶縁膜、４…絶縁膜、５…表面電極、６…導電膜、７…段差による断切れ、８…ノズル、９…微粒子、１０…ベベル構造、１１…可動ステージ、１２…搬送管、１３…微粒子含有ガス供給装置、１４…立体形状計測手段、１５…波動検出手段、１６…第１の情報入出力手段、１７…第２の情報入出力手段、１８…成膜工程制御手段。

Claims (8)

1. 基板の一主面に半導体チップを有し、前記主面上から前記半導体チップの一部の表面へ連続する絶縁膜を有し、前記半導体チップの表面電極上から前記半導体チップ上にある前記絶縁膜上を経由して前記主面上にある前記絶縁膜上へと連続する導電膜を有する半導体装置であって、前記絶縁膜は前記半導体チップと前記基板主面との間の段差部をなだらかに埋めていることを特徴とする半導体装置。
2. 前記半導体チップの側面は前記主面と鋭角をなすベベル構造を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 請求項１に記載の半導体装置を製造する半導体装置の製造方法であって、前記絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程が、絶縁物の微粒子を吹き付けて絶縁膜を形成する手法によって前記段差部を該絶縁膜でなだらかに埋める工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
4. 前記絶縁物の微粒子を吹き付けて絶縁膜を形成する手法において、前記絶縁物の微粒子が、脆性を有し、吹き付けられた際の衝撃で微粒子どうし結合して絶縁膜を形成する性質を有する微粒子であることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
5. 前記絶縁膜形成工程が、前記絶縁物の微粒子を吹き付けて絶縁膜を形成する手法によって、前記半導体チップ上のパッシベーション膜パターンを直接描画する工程を含むことを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
6. 前記絶縁物の微粒子を吹き付けて絶縁膜を形成する手法によって前記段差部を前記絶縁膜でなだらかに埋める工程において、前記段差を構成する２つの面に対して、前記絶縁物の微粒子の入射角度をそれぞれ−６０°〜−１０°または＋１０°〜＋６０°とし、前記絶縁物の微粒子が吹き付けられる位置を前記段差を構成する２つの面の交線に平行な方向に移動させながら前記絶縁膜を形成することを特徴とする請求項３記載の半導体装置の製造方法。
7. 前記絶縁物の微粒子を吹き付けて絶縁膜を形成する手法によって前記段差部を該絶縁膜でなだらかに埋める工程が、事前または作業途中に、前記絶縁膜を形成する対象となる構造体の立体形状を計測する立体形状計測手段と、前記立体形状計測手段によって得られた立体形状情報を入力し出力する第１の情報入出力手段と、あらかじめ設計された設定絶縁膜表面形状情報を入力し出力する第２の情報入出力手段と、前記第１の情報入出力手段が出力する立体形状情報および前記第２の情報入出力手段が出力する前記設定絶縁膜表面形状情報に基づいて、前記絶縁物の微粒子の入射角度を制御する成膜工程制御手段とを備えた絶縁膜形成装置によって実行されることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
8. 金属の微粒子を吹き付けることによって前記導電膜を形成することを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方法。

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