JP2005216939A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device.
従来の半導体装置には、CSP(chip size package)と呼ばれるもので、上面に複数の接続パッドを有する半導体基板上に絶縁膜を介して配線を前記接続パッドに接続させて設け、配線の接続パッド上に柱状電極を設け、配線を含む絶縁膜上に封止膜をその上面が柱状電極の上面と面一となるように設けたものがある(例えば、特許文献1参照)。 A conventional semiconductor device is called a CSP (chip size package), and a wiring is connected to the connection pad via an insulating film on a semiconductor substrate having a plurality of connection pads on the upper surface. In some cases, a columnar electrode is provided, and a sealing film is provided over an insulating film including wiring so that the upper surface thereof is flush with the upper surface of the columnar electrode (see, for example, Patent Document 1).
ところで、上記従来の半導体装置では、柱状電極の高さが例えば100μm程度と比較的高く、この比較的高い柱状電極を銅の電解メッキによって形成しているため、柱状電極の形成に時間がかかり、しかも電解メッキにより形成される柱状電極の高さにばらつきがあるため、封止膜を柱状電極の上面を覆うように形成した後に、封止膜および柱状電極の上面側を適宜に研磨して、柱状電極の高さを均一にするとともに、柱状電極の上面を含む封止膜の上面を平坦化しており、工程数が多く、コスト高になってしまうという問題があった。 By the way, in the above conventional semiconductor device, the height of the columnar electrode is relatively high, for example, about 100 μm, and since this relatively high columnar electrode is formed by electrolytic plating of copper, it takes time to form the columnar electrode, And since the height of the columnar electrode formed by electrolytic plating varies, after forming the sealing film so as to cover the upper surface of the columnar electrode, the upper surface side of the sealing film and the columnar electrode is appropriately polished, There is a problem that the height of the columnar electrode is made uniform and the upper surface of the sealing film including the upper surface of the columnar electrode is flattened, resulting in a large number of processes and high cost.
そこで、この発明は、コストを低減することができる半導体装置を提供することを目的とする。 In view of the above, an object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of reducing the cost.
この発明は、上記目的を達成するため、従来の柱状電極の代わりに、上層接続パッドを設けたことを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, the present invention is characterized in that an upper layer connection pad is provided in place of the conventional columnar electrode.
この発明によれば、従来の柱状電極の代わりに、上層接続パッドを設けているため、柱状電極を有する場合と比較して、コストを低減することができる。 According to this invention, since the upper layer connection pad is provided instead of the conventional columnar electrode, the cost can be reduced as compared with the case where the columnar electrode is provided.
(第1実施形態)
図1はこの発明の第1実施形態としての半導体装置の断面図を示す。この半導体装置は、シリコン基板(半導体基板)1を備えている。シリコン基板1の上面には所定の機能の集積回路(図示せず)が設けられ、上面周辺部にはアルミニウム系金属等からなる複数の接続パッド2が集積回路に接続されて設けられている。接続パッド2の中央部を除くシリコン基板1の上面には酸化シリコン等からなる絶縁膜3が設けられ、接続パッド2の中央部は絶縁膜3に設けられた開口部4を介して露出されている。
(First embodiment)
FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor device as a first embodiment of the present invention. This semiconductor device includes a silicon substrate (semiconductor substrate) 1. An integrated circuit (not shown) having a predetermined function is provided on the upper surface of the
絶縁膜3の上面にはポリイミド系樹脂等からなる保護膜(絶縁膜)5が設けられている。この場合、絶縁膜3の開口部4に対応する部分における保護膜5には開口部6が設けられている。保護膜5の上面には銅等からなる下地金属層7が設けられている。下地金属層7の上面全体には銅からなる配線8が設けられている。下地金属層7を含む配線8の一端部は、両開口部4、6を介して接続パッド2に接続されている。
A protective film (insulating film) 5 made of polyimide resin or the like is provided on the upper surface of the
配線8を含む保護膜5の上面には上層絶縁膜9がその上面を平坦とされて設けられている。上層絶縁膜9は、ビルドアップ基板に用いられる、通常、ビルドアップ材と言われるもので、例えば、エポキシ系樹脂等の熱硬化性樹脂中にシリカフィラー等からなる補強材が混入されたものからなっている。
An upper
配線8の接続パッド部に対応する部分における上層絶縁膜9には平面円形状の開口部10が設けられている。上層絶縁膜9の上面には銅等からなる平面円形状の上層下地金属層11が設けられている。上層下地金属層11の上面全体には銅からなる上層接続パッド12が設けられている。上層下地金属層11を含む上層接続パッド12は、上層絶縁膜9の開口部10を介して配線8の接続パッド部に接続されている。
A planar
上層絶縁膜9の上面において上層接続パッド12を除く部分にはソルダーレジスト等からなるオーバーコート膜13が設けられている。上層接続パッド12に対応する部分におけるオーバーコート膜13には平面円形状の開口部14が設けられている。この場合、開口部14の直径は上層接続パッド12の直径よりも大きくなっている。したがって、上層接続パッド12はオーバーコート膜13によって覆われていない。
An
上層下地金属層11を含む上層接続パッド12上には半田ボール15が設けられている。この場合、複数の半田ボール15は、オーバーコート膜13上に突出され、且つ、マトリクス状に配置されている。
次に、この半導体装置の一部の寸法の一例について説明する。配線8の厚さは、後述する開口部10形成工程に耐えうるようにするために、3〜5μmと比較的厚くなっている。上層絶縁膜9の厚さは、応力緩和機能を十分に発揮しうるようにするために、20〜40μmと比較的厚くなっている。上層接続パッド12の厚さは、オーバーコート膜13によって覆われておらず、上層絶縁膜9上に突出されたようになっているため、5μm以上で15〜50μm以下と比較的厚くなっている。
Next, an example of some dimensions of the semiconductor device will be described. The
上層絶縁膜9の開口部10の直径は上層接続パッド12の直径の2/3以下となっている。これは、開口部10が上層接続パッド12の内側に位置することにより、上層接続パッド12の外周部にかかる半田ボール15からの応力が開口部10内に設けられたビアに直接伝わらないようにして、同ビア下の配線8が応力により断線するのを防止するためである。この場合、上層絶縁膜9の開口部10の中心は、上層接続パッド12の中心と一致している必要はなく、ある程度ずれていてもよい。
The diameter of the opening 10 of the upper
そして、配線8の接続パッド部の直径は100μm程度であり、上層絶縁膜9の開口部10の直径は50μm程度であり、上層接続パッド12の直径は400〜150μmである。この場合、上記応力による配線8の断線を防止するには、上層絶縁膜9の開口部10の直径は上層接続パッド12の直径よりも50μm以上小さいことが好ましい。
The diameter of the connection pad portion of the
次に、この半導体装置の製造方法の一例について説明するに、まず、図2に示すように、ウエハ状態のシリコン基板(半導体基板)1上にアルミニウム系金属等からなる接続パッド2、酸化シリコン等からなる絶縁膜3およびポリイミド系樹脂等からなる保護膜5が設けられ、接続パッド2の中央部が絶縁膜3および保護膜5に形成された開口部4、6を介して露出されたものを用意する。
Next, an example of a method for manufacturing this semiconductor device will be described. First, as shown in FIG. 2, on a silicon substrate (semiconductor substrate) 1 in a wafer state,
上記において、ウエハ状態のシリコン基板1には、各半導体装置が形成される領域に所定の機能の集積回路が形成され、接続パッド2は、それぞれ、対応する領域に形成された集積回路に電気的に接続されている。なお、図2において、符号21で示す領域は、ダイシングラインに対応する領域である。
In the above, on the
次に、図3に示すように、両開口部4、6を介して露出された接続パッド2の上面を含む保護膜5の上面全体に下地金属層7を形成する。この場合、下地金属層7は、無電解メッキにより形成された銅層のみであってもよく、またスパッタにより形成された銅層のみであってもよく、さらにスパッタにより形成されたチタン等の薄膜層上にスパッタにより銅層を形成したものであってもよい。
Next, as shown in FIG. 3, a
次に、下地金属層7の上面にメッキレジスト膜22をパターン形成する。この場合、配線8形成領域に対応する部分におけるメッキレジスト膜22には開口部23が形成されている。次に、下地金属層7をメッキ電流路として銅の電解メッキを行なうことにより、メッキレジスト膜22の開口部23内の下地金属層7の上面に配線8を形成する。この場合、配線8の厚さは5μm程度とし、その接続パッド部の直径は100μm程度とした。
Next, a plating
次に、メッキレジスト膜22を剥離し、次いで、配線8をマスクとして下地金属層7の不要な部分をエッチングして除去すると、図4に示すように、配線8下にのみ下地金属層7が残存される。
Next, the plating
次に、図5に示すように、配線8を含む保護膜5の上面に上層絶縁膜形成用シート9aを配置する。上層絶縁膜形成用シート9aは、限定する意味ではないが、シート状のビルドアップ材が好ましく、このビルドアップ材としては、非感光性のエポキシ系樹脂等の熱硬化性樹脂中にシリカフィラーを混入させ、熱硬化性樹脂を半硬化状態にしたものがある。この場合、上層絶縁膜形成用シート9aの厚さは40μm程度とした。
Next, as shown in FIG. 5, an upper insulating
なお、上層絶縁膜形成用シート9aとして、ガラス繊維にエポキシ系樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させ、熱硬化性樹脂を半硬化状態にしてシート状となしたプリプレグ材、または、シリカフィラーが混入されない、半硬化状態の熱硬化性樹脂のみからなるシート状のものを用いるようにしてもよい。
As the upper insulating
次に、図6に示すように、一対の加熱加圧板24、25を用いて上下から上層絶縁膜形成用シート9aを加熱加圧する。すると、配線8を含む保護膜5の上面に上層絶縁膜9が形成される。この場合、上層絶縁膜9の上面は、上側の加熱加圧板24の下面によって押さえ付けられるため、平坦面となる。したがって、上層絶縁膜9の上面を平坦化するための研磨工程は不要である。
Next, as shown in FIG. 6, the upper insulating
次に、図7に示すように、紫外線レーザビームを照射するレーザ加工により、配線8の接続パッド部の上面中央部に対応する部分における上層絶縁膜9に開口部10を形成する。この場合、開口部10の直径は50μm程度とした。次に、必要に応じて、開口部10内等に発生したエポキシスミア等をデスミア処理により除去する。
Next, as shown in FIG. 7, an
次に、図8に示すように、開口部10を介して露出された配線8の接続パッド部を含む上層絶縁膜9の上面全体に、銅の無電解メッキ等により、上層下地金属層11を形成する。次に、上層下地金属層11をメッキ電流路として銅の電解メッキを行なうことにより、上層下地金属層11の上面全体に上層接続パッド形成用層12aを形成する。次に、上層接続パッド形成用層12aの上面の上層接続パッド形成領域にレジスト膜24をパターン形成する。
Next, as shown in FIG. 8, the upper
次に、レジスト膜24をマスクとして、上層接続パッド形成用層12aおよび上層下地金属層11の不要な部分をエッチングして除去すると、図9に示すように、レジスト膜24下に上層接続パッド12および上層下地金属層11が形成される。この場合、上層接続パッド12の厚さは15〜30μmとし、その直径は400〜150μmとした。次に、レジスト膜24を剥離する。なお、上層接続パッド12および上層下地金属層11の形成方法は、図3および図4に示すような形成方法であってもよい。
Next, by using the resist
次に、図10に示すように、スクリーン印刷法やスピンコーティング法等によるネガ型の液状レジストの塗布により、上層接続パッド12を含む上層絶縁膜9の上面にソルダーレジスト膜13aを形成する。次に、上層接続パッド12よりもやや大きい領域に対応するソルダーレジスト膜13aの上面に、インクジェットヘッド25を用いた、カーボンブラックインク等の遮光性顔料インクの塗布により、遮光層26を形成する。
Next, as shown in FIG. 10, a solder resist
次に、上面側から紫外線を照射して露光を行なうと、遮光層26下以外の領域におけるソルダーレジスト膜13aが硬化し、遮光層26下のソルダーレジスト膜13aが未硬化状態のままとなる。次に、現像を行なうと、遮光層26下の未硬化のソルダーレジスト膜13aがその上の遮光層26と共に除去される。この結果、図11に示すように、上層接続パッド12よりもやや大きい領域に対応する部分に開口部14を有するオーバーコート膜13が形成される。なお、開口部14を有するオーバーコート膜13の形成方法は、通常のフォトリソグラフィ法による形成方法であってもよい。
Next, when exposure is performed by irradiating ultraviolet rays from the upper surface side, the solder resist
次に、図12に示すように、上層下地金属層11を含む上層接続パッド12上に半田ボール15を形成する。次に、シリコン基板1の下面をダイシングテープ(図示せず)に貼り付け、図13に示すように、ダイシングライン21に沿って切断した後に、ダイシングテープから剥がすと、図1に示す半導体装置が複数個得られる。
Next, as shown in FIG. 12,
このようにして得られた半導体装置では、上層接続パッド12の厚さが厚くても30μm(または50μm)程度であるため、電解メッキによる上層接続パッド12の形成を比較的短い時間で行なうことができ、また、上層接続パッド12の厚さにばらつきが生じにくく、従来の柱状電極を有する場合と比較して、コストを低減することができる。また、上層接続パッド12の中心と上層絶縁膜9の開口部10の中心とが互いにある程度ずれても、別に支障はないため、高い加工精度が要求されず、これによってもコストを低減することができる。
In the semiconductor device thus obtained, even if the upper
(第2実施形態)
図14はこの発明の第2実施形態としての半導体装置の断面図を示す。この半導体装置において、図1に示す場合と異なる点は、オーバーコート膜13を有せず、且つ、上層絶縁膜を第1の上層絶縁膜9Aと第2の上層絶縁膜9Bとの2層構造とした点である。この場合、第1の上層絶縁膜9Aは、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、BT樹脂等からなる高耐圧絶縁膜によって、ビルドアップ材からなる第2の上層絶縁膜9Bよりもある程度薄く形成されている。
(Second Embodiment)
FIG. 14 shows a sectional view of a semiconductor device as a second embodiment of the present invention. In this semiconductor device, the difference from the case shown in FIG. 1 is that there is no
次に、この半導体装置の製造方法の一例について簡単に説明する。まず、図4に示す工程後に、配線8を含む保護膜5の上面にポリイミド等からなる第1の上層絶縁膜9Aをスクリーン印刷法等により形成する。次に、第1の上層絶縁膜9Aの上面にビルドアップ材からなる第2の上層絶縁膜9Bを上記第1実施形態の場合と同様の方法により形成する。次に、上記レーザ加工により、第1、第2の上層絶縁膜9A、9Bに開口部10を形成する。以下の工程は、上記第1実施形態の場合と同様であるので、省略する。なお、上層絶縁膜は3層以上としてもよい。
Next, an example of a method for manufacturing this semiconductor device will be briefly described. First, after the step shown in FIG. 4, a first upper insulating
(第3実施形態)
図15はこの発明の第3実施形態としての半導体装置の断面図を示す。この半導体装置において、図1に示す場合と大きく異なる点は、オーバーコート膜13を有せず、且つ、上層絶縁膜をポリイミド系樹脂等からなる第1の上層絶縁膜9Cとビルドアップ材からなる第2の上層絶縁膜9Dとの2層構造とし、保護膜5上に前記配線8からなる第1の配線8、コンデンサ31および渦巻形状の誘導素子32を設け、第1の上層絶縁膜9C上に第2の配線33を設けた点である。
(Third embodiment)
FIG. 15 is a sectional view of a semiconductor device as a third embodiment of the present invention. This semiconductor device differs greatly from the case shown in FIG. 1 in that it does not have an
すなわち、コンデンサ31は、保護膜5の上面に設けられた下地金属層7の上面に設けられた下部金属層34、誘電体層35、上部金属層36の3層構造となっている。この場合、コンデンサ31は上部金属層36およびその下に設けられた誘電体層35、下部金属層34の部分からなり、その他の部分における下部金属層34および誘電体層35は第1の配線8の1つに接続された配線部37となっている。
That is, the
誘導素子32は、保護膜5の上面に渦巻形状に設けられた下地金属層7とその上面に設けられた銅層38とからなっている。誘導素子32の外端部は第1の配線8の他の1つに接続されている。第2の配線33は、その下に設けられた下地金属層39と共に、第1の上層絶縁膜9Cに設けられた開口部10Cを介して第1の配線8、コンデンサ31の上部金属層36および誘導素子32の内端部に接続されている。上層下地金属層11を含む上層接続パッド12は、第2の上層絶縁膜9Dに設けられた開口部10Dを介して第2の配線33の接続パッド部に接続されている。
The
次に、この半導体装置の製造方法の一例について説明する。まず、図16に示すように、開口部4、6を介して露出された接続パッド2の上面を含む保護膜5の上面全体に、銅の無電解メッキ等により、下地金属層7を形成する。次に、下地金属層7の上面にメッキレジスト膜41をパターン形成する。この場合、第1の配線8形成領域および銅層38形成領域に対応する部分におけるメッキレジスト膜41には開口部42が形成されている。次に、下地金属層7をメッキ電流路として銅の電解メッキを行なうことにより、メッキレジスト膜41の開口部42内の下地金属層7の上面に第1の配線8および銅層38を形成する。次に、メッキレジスト膜41を剥離する。
Next, an example of a method for manufacturing this semiconductor device will be described. First, as shown in FIG. 16, a
次に、図17に示すように、スパッタ法等により、第1の配線8および銅層38を含む下地金属層7の上面全体にアルミニウムやチタン等からなる下部金属層形成用層34a、チタン酸バリウムストロンチウム系誘電体材料等からなる誘電体層形成用層35aおよびアルミニウムやチタン等からなる上部金属層形成用層36aを連続して形成する。次に、上部金属層形成用層36aをパターニングすることにより、図18に示すように、上部金属層36を形成する。
Next, as shown in FIG. 17, a lower metal
次に、誘電体層形成用層35aおよび下部金属層形成用層34aをドライエッチングにより連続してパターニングすることにより、図19に示すように、所定の1つの第1の配線8およびその近傍の下地金属層7の上面に下部金属層34および誘電体層35を形成する。次に、第1の配線8、誘電体層35および銅層38をマスクとして下地金属層7の不要な部分をエッチングして除去すると、図20に示すように、第1の配線8、誘電体層35および銅層38下にのみ下地金属層7が残存される。
Next, by continuously patterning the dielectric
この場合、誘電体層35を含む下部金属層34からなる配線部37および該配線部37に接続された所定の1つの第1の配線8下には下地金属層7が連続して残存される。したがって、上部金属層36およびその下の誘電体層35、下部金属層34からなるコンデンサ31の下部金属層34は、配線部37の下部金属層34のみならず、それらの下に残存された下地金属層7を介して所定の1つの第1の配線8に接続されるため、接続不良が発生しにくいようにすることができる。
In this case, the
以下の工程は、図15を参照して簡単に説明する。まず、第1の配線8等を含む保護膜5の上面にポリイミド等からなる第1の上層絶縁膜9Aをスクリーン印刷法等により形成する。次に、通常のフォトリソグラフィ法により、第1の上層絶縁膜9Aに開口部10Dを形成する。次に、第1の上層絶縁膜9Aの上面に下地金属層39を含む第2の配線33を形成する。以下の工程は、上記第1実施形態の場合と同様であるので、省略する。なお、第1の上層絶縁膜9Cの上面に誘導素子32を設け、その内端部を第1の上層絶縁膜9Cの開口部10Cを介して第1の配線8の接続パッド部に接続するようにしてもよい。
The following steps will be briefly described with reference to FIG. First, a first upper insulating
(第4実施形態)
図21はこの発明の第4実施形態としての半導体装置の断面図を示す。この半導体装置において、図15に示す場合と異なる点は、コンデンサ31および誘導素子32には大きな電流が流れないので、第1の上層絶縁膜9Cの上面に下地金属層39のみからなる第2の配線を設け、上層下地金属層11を含む上層接続パッド12を第1、第2の上層絶縁膜9C、9Dの開口部10C、10Dを介して第1の配線8の接続パッド部に接続した点である。この場合、第1、第2の上層絶縁膜9C、9Dの開口部10C、10Dは、第2の上層絶縁膜9Dを形成した後に、同時に形成する。
(Fourth embodiment)
FIG. 21 is a sectional view of a semiconductor device as a fourth embodiment of the present invention. In this semiconductor device, the difference from the case shown in FIG. 15 is that a large current does not flow through the
1 シリコン基板
2 接続パッド
3 絶縁膜
4 開口部
5 保護膜
6 開口部
7 下地金属層
8 配線
9 上層絶縁膜
10 開口部
11 上層下地金属層
12 上層接続パッド
13 オーバーコート膜
14 開口部
15 半田ボール
DESCRIPTION OF
Claims (17)
2. The spiral insulating induction according to claim 1, wherein the upper insulating film includes first and second upper insulating films, and the first wiring and the two ends are formed on the insulating film. An element is provided, an outer end portion of the inductive element is connected to one of the first wirings, and a second wiring including only a base metal layer is formed on the second upper insulating film. A semiconductor device, wherein the semiconductor device is provided connected to the other end of the wiring and an inner end of the inductive element.
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