JP2005236307A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置に関するものであり、特に半導体集積回路上の電極構造と、接続基板に対する半導体集積回路基板の実装構造に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to an electrode structure on a semiconductor integrated circuit and a mounting structure of the semiconductor integrated circuit substrate on a connection substrate.
従来、半導体集積回路基板を接続基板に実装する構造としては、テープ・キャリア・パッケージ(Tape Carrier Package)、チップ・オン・ボード(Chip On Board)やチップ・オン・グラス(Chip On Glass)等の構造があった。上記の実装構造においては、通常、半導体集積回路基板と接続基板との間に封止樹脂を充填していた。また上記の実装構造における半導体集積回路基板の電極構造および電極接続構造には、バンプ電極を用いたバンプ接続構造があった。上記のバンプ電極には、主として、金(Au)バンプ電極や鉛(Pb)とスズ(Sn)の合金(以下、Pb−Snと表記する)からなる半田バンプ電極などの金属バンプ電極が用いられていた。 Conventionally, as a structure for mounting a semiconductor integrated circuit board on a connection board, a tape carrier package, a chip on board, a chip on glass, etc. There was a structure. In the above mounting structure, usually, a sealing resin is filled between the semiconductor integrated circuit substrate and the connection substrate. Further, the electrode structure and the electrode connection structure of the semiconductor integrated circuit substrate in the mounting structure described above include a bump connection structure using bump electrodes. Metal bump electrodes such as gold (Au) bump electrodes and solder bump electrodes made of an alloy of lead (Pb) and tin (Sn) (hereinafter referred to as Pb-Sn) are mainly used as the bump electrodes. It was.
上記従来の金属バンプ電極は、塑性変形を生じやすく、さらにPb−Sn等の合金の場合にはその結晶界面から破壊を生じやすいため、半導体集積回路基板と接続基板との熱膨張係数の差、あるいは封止樹脂とバンプ電極自体との熱膨張係数の差に起因する熱応力により熱疲労を生じやすく、電極破壊を生じることがあった。また、バンプ電極材料の金属を半導体集積回路にメッキする工程や、メッキした金属をエッチングする工程の際に、半導体集積回路のトリミング回路等、表面保護膜に被覆されていない部分に悪影響を与えてしまうことがあった。このように従来の電極構造(バンプ電極)の接続信頼性は満足できるものではなく、また従来の電極形成工程は、半導体集積回路表面を充分に保護することができるものではなかった。 The conventional metal bump electrode is susceptible to plastic deformation, and in the case of an alloy such as Pb-Sn, it is liable to be broken from the crystal interface, so the difference in thermal expansion coefficient between the semiconductor integrated circuit substrate and the connection substrate, Alternatively, thermal fatigue is likely to occur due to thermal stress caused by the difference in thermal expansion coefficient between the sealing resin and the bump electrode itself, which may cause electrode destruction. In addition, in the process of plating the bump electrode material on the semiconductor integrated circuit and the process of etching the plated metal, the semiconductor integrated circuit trimming circuit and the like are adversely affected on the portion not covered with the surface protective film. There was a case. Thus, the connection reliability of the conventional electrode structure (bump electrode) is not satisfactory, and the conventional electrode forming process cannot sufficiently protect the surface of the semiconductor integrated circuit.
本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、電極の接続信頼性の高い半導体装置を提供することを目的とするものである。また、電極形成工程以降において半導体集積回路表面を保護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ものである。 The present invention solves such a conventional problem, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device having high electrode connection reliability. It is another object of the present invention to provide a semiconductor device capable of protecting the surface of a semiconductor integrated circuit after the electrode forming step.
上記の目的を達成するために本発明の半導体装置は、
半導体集積回路を有する主面を持つ半導体基板と、
前記半導体基板上の前記主面上に形成され、前記半導体基板の前記主面に面する第1の面および該第1の面と対向する第2の面を有する樹脂からなる台座と、
前記半導体基板の前記主面上に配置され前記半導体集積回路に接続された第1の部分、該第1の部分から延在する中央部分、および該中央部分から延在し前記台座の前記第2の面上に配置された第2の部分を有する導電層と、
前記半導体基板の前記主面に面して配置され、前記導電層の前記第2の部分に接続された接続基板と
を備えた
ことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the semiconductor device of the present invention provides:
A semiconductor substrate having a main surface with a semiconductor integrated circuit;
A base made of a resin formed on the main surface of the semiconductor substrate and having a first surface facing the main surface of the semiconductor substrate and a second surface facing the first surface;
A first portion disposed on the main surface of the semiconductor substrate and connected to the semiconductor integrated circuit; a central portion extending from the first portion; and the second portion of the pedestal extending from the central portion. A conductive layer having a second portion disposed on the surface of
And a connection substrate disposed facing the main surface of the semiconductor substrate and connected to the second portion of the conductive layer.
また、本発明の他の半導体装置は、
半導体集積回路を有する主面を持つ半導体基板と、
前記半導体基板上の前記主面上に形成された樹脂からなる台座と、
前記半導体基板の前記主面上に形成され、前記半導体集積回路に接続されるとともに、前記台座の上面上に延在する延在部分を有する導電層と、
前記半導体基板の前記主面に面するとともに、前記台座の前記上面上の前記導電層の前記延在部分に接続された接続基板と
を備えた
ことを特徴とする。
Another semiconductor device of the present invention is
A semiconductor substrate having a main surface with a semiconductor integrated circuit;
A base made of resin formed on the main surface of the semiconductor substrate;
A conductive layer formed on the main surface of the semiconductor substrate, connected to the semiconductor integrated circuit and having an extending portion extending on the upper surface of the pedestal;
A connection substrate facing the main surface of the semiconductor substrate and connected to the extended portion of the conductive layer on the upper surface of the pedestal.
以上説明したように本発明の半導体装置によれば、樹脂からなる台座を設け、この台座上に半導体集積回路に接続する導電層を設け、この台座上の導電層に接続基板を接続することにより、半導体集積回路の表面を保護することができるとともに、熱応力による台座の塑性変形が生じにくくなり、熱疲労による電極破壊を防止することができるので、電極の接続信頼性を高めることができるという効果がある。 As described above, according to the semiconductor device of the present invention, the base made of resin is provided, the conductive layer connected to the semiconductor integrated circuit is provided on the base, and the connection substrate is connected to the conductive layer on the base. In addition to protecting the surface of the semiconductor integrated circuit, plastic deformation of the pedestal due to thermal stress is less likely to occur, and electrode breakdown due to thermal fatigue can be prevented, so that the electrode connection reliability can be improved. effective.
第1の実施形態
図1は本発明の第1の実施形態の半導体装置における電極構造を示す図であり、(1)は上面図、(2)は(1)のA−A’間の断面図である。図1において、半導体集積回路基板100上には、配線101と表面保護膜102と配線引出部103とを有する半導体集積回路が形成されている。配線101は、通常、アルミ(Al)、もしくはAlにシリコン(Si)や銅(Cu)が添加された合金からなる。表面保護膜102は、半導体集積回路表面を覆う保護膜であり、通常、シリコン酸化膜(SiO2膜)、もしくはシリコン窒化膜(SixNy膜)、等からなる。配線引き出し部103は、配線101を露出させるために表面保護膜102に形成された開口部である。配線引出部103は、ボンディングパッドのように配線101のパッド形成部(引き回し部よりも幅を広くした部分)に形成しても良いし、またヴィアホールのように配線101の引き回し部に形成しても良い。
First Embodiment FIGS. 1A and 1B are diagrams showing an electrode structure in a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1A is a top view, and FIG. 1B is a cross section taken along line AA 'in FIG. FIG. In FIG. 1, a semiconductor integrated circuit having a
上記の半導体集積回路上には、高さの異なる台座部104aおよび104bと、導体105と、開口部106とを有する電極が形成されている。台座部104aおよび104bは、ともに絶縁体からなる。ここでは、絶縁体の材質として、ポリイミド樹脂を用いる。台座部104bの頂面104b−aは、台座部104aの頂面104a−aよりもΔTだけ低くなるように形成されている。台座部104aの上面形状は、図1に示すような四角形に限定されるものではない。
On the semiconductor integrated circuit, electrodes having
開口部106は、配線101を露出させるために、台座部104aおよび104bとなる絶縁体に設けられたものである。従って、開口部106は、配線引き出し部103を含む領域に形成される。図1では、開口部106が台座部104aを取り囲むように形成されており、台座部104aと104bとが開口部106により分離されている。しかし、開口部106は配線101を露出させるものであれば良く、台座部104aを取り囲む形状に限定されるものではない。また、台座部104aと104bとは、高さの異なるものであれば良く、分離されたものでなくても良い。
The opening 106 is provided in an insulator that becomes the
導体105は、配線101の表面から台座部104aの頂面104a−aに至るように、配線101の表面を含む開口部106および上記の絶縁体上に形成されている。すなわち導体105は、配線101を台座部104aの頂面104a−aに引き回すものである。図1では、導体105が台座部104a表面を完全に被覆する構造となっているが、台座部104aの側面には、導体105が形成されていない部分があっても良い。導体105は、金属層あるいは合金層からなる単層構造もしくは積層構造を有する。上記の金属材料あるいは合金材料は、接続基板との接続工程を考慮して選択される。導体105としては、例えば、Au層、Cu層、またはPb−Sn層からなる単層構成、あるいはAu層とニッケル(Ni)層の2層構造(以下、Ni/Au層と表記する)、あるいはAu層とチタン(Ti)およびタングステン(W)の合金層の2層構造(以下、Ti−W/Au層と表記する)、等がある。
The
高いほうの台座部104aと導体105と開口部106は、接続基板に接続するための電極部107を構成する。また、低いほうの台座部104bは、半導体集積回路回路100の表面を保護する表面保護部108を構成する。なお、高いほうの台座部104aを最も高い台座部とし、低いほうの台座部104bを高さの異なる複数の台座部により構成してもよい。すなわち、導体が形成される最も高い台座部を含めて、3種類以上の高さの複数の台座部を形成しても良い。
The
図2は図1に示した第1の実施形態の半導体装置の電極形成工程を示す断面構造図である。まず図2(1)に示すように、配線101、表面保護膜102、および配線引出部103が形成された半導体集積回路基板100上に、台座部104aおよび104bとなる絶縁層204を形成し、この絶縁層204に配線101を露出させる開口部106を形成する工程を実施する。これにより、台座部104aが形成される。ここでは、絶縁層204として硬化可能な絶縁樹脂を用い、上記の絶縁樹脂を半導体集積回路基板100上に塗布し、この絶縁樹脂に開口部106を形成し、絶縁樹脂を硬化する工程を実施する。上記の硬化可能な絶縁樹脂として、ここではポリイミド樹脂を用いる。すなわち、半導体集積回路基板100であるウエハーにスピンコート法によりポリイミド樹脂を塗布し、開口部106を形成してから、上記のウエハーに350[℃]程度のベイク処理を施すことによりポリイミド樹脂を硬化させる。
FIG. 2 is a sectional structural view showing an electrode forming process of the semiconductor device of the first embodiment shown in FIG. First, as shown in FIG. 2A, an
次に図2(2)および(3)に示すように、開口部106を形成した絶縁層204上に、導体105となる導電膜205を形成し、開口部106の配線101表面から絶縁層204の所定表面領域(台座部104aの頂面104a−a)に至る部分を残して導電膜205をパタ−ニングする工程を実施する。これにより、導体105が形成される。ここでは、導電膜205としてCu膜を用い、スパッタリング法等により絶縁層204上にCu膜を形成し、このCu膜の上にフォトレジスト207をパターニングし、フォトレジスト207をエッチングマスクとして酸等を用いたウエットエッチング法により導電膜205をパターニングする。
Next, as illustrated in FIGS. 2B and 2C, a
最後に図2(4)に示すように、絶縁層204の導体105が形成されていない部分(台座部104bとなる部分)が、導電膜105が形成されている部分(台座部104a)よりも低くなるように、絶縁層204の導体105が形成されていない部分の表面を所定の厚さだけ削る工程を実施する。これにより、頂面104b−aが台座部104aの頂面104a−aよりも低い台座部104bが形成される。以上の工程により、半導体集積回路基板100上に図1に示す電極が形成される。このあと、半導体集積回路基板100は接続基板に実装される。図1に示す電極において接続基板に接続するのは、電極部107の台座部104aの頂面104a−a上に形成された導体105である。台座部104b(図1の表面保護部108)は接続基板に接触せず、台座部104bと接続基板との間には、例えば封止樹脂が充填される。
Finally, as shown in FIG. 2D, the portion of the insulating
図3は第1の実施形態の半導体装置における電極と接続基板との接続部周辺の構造を示す断面図であり、(1)は電極部107をテープキャリア等の接続基板のリード301にボンディングする場合を示し、(2)は電極部107を接続基板300の配線302にボンディングする場合を示す。図3(1)においては、接続部の導体105は、例えば熱圧着法により接続基板のリード301にボンディングされる。また、図3(2)においては、接続部の導体105は、例えばリフロー法により接続基板300の配線302にボンディングされる。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure around the connection portion between the electrode and the connection substrate in the semiconductor device of the first embodiment. (1) Bonds the
このように第1の実施形態によれば、半導体集積回路全面を絶縁体からなる台座部104aおよび104bにより被覆することにより、電極形成の際や電極のボンディングの際に半導体集積回路の表面(特に表面保護膜102が形成されていない部分)を保護することができる。また、導体105が形成される台座部104aの頂面104a−aを、台座部104bの頂面104b−aよりΔTだけ高く形成することにより、台座部104a上の導体105を接続基板に容易にボンディングすることができる。また、金属よりも弾性限界が高く、結晶構造ではなく高分子構造を有するポリイミド樹脂等の絶縁体からなる台座部104aにより電極部107を構成することにより、ボンディングの際の応力や熱応力に対して電極部107が塑性変形せずに弾性変形にとどまり、熱疲労による電極破壊を防止することができるので、電極の接続信頼性を高めることができる。また、台座部104a上の導体105と配線101とは、台座部104の高さ分だけ空間的に隔てられており、熱圧着法を用いても導体105と配線101の接続面における金属拡散による電極劣化が発生しないため、従来の金属バンプ電極に必要であった拡散防止金属層が不必要となる。また、台座部104aは、配線引出部103上だけでなく、表面保護膜102上にはみ出して形成されていてもかまわないので、電極の接続部の上面形状および大きさ(台座104の頂面104a−aの大きさ)を、配線引出部103の上面形状および大きさに関係なく、自由に設定することができる。
As described above, according to the first embodiment, the entire surface of the semiconductor integrated circuit is covered with the
第2の実施形態
図4は本発明の第2の実施形態の半導体装置における電極構造を示す図であり、(1)は上面図、(2)は(1)のA−A’間の断面図である。なお、図4において、図1と同じものには同一符号を付してある。図4に示す第2の実施形態の電極構造は、図1に示す上記第1の実施形態の電極構造において、高さの異なる台座部104aおよび104bを高さの異なる台座部404aおよび404bとし、導体105を導体405とし、また開口部106を開口部406としたものである。台座部404aおよび404bの材質は台座部104aおよび104bと同じであり、ここではポリイミド樹脂である。導体405の材質は導体105と同じである。また、上記第1の実施形態と同様に、台座部404bの頂面404b−aは、台座部404aの頂面404a−aよりもΔTだけ低くなるように形成されている。
Second Embodiment FIGS. 4A and 4B are diagrams showing an electrode structure in a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention, where FIG. 4A is a top view and FIG. 4B is a cross section taken along line AA 'in FIG. FIG. In FIG. 4, the same components as those in FIG. The electrode structure of the second embodiment shown in FIG. 4 is the same as the electrode structure of the first embodiment shown in FIG. 1 except that the
図4に示す第2の実施形態の電極構造は、高いほうの台座部404aと低いほうの台座部404bとが開口部により分離されずに一体形成されており、この一体形成された台座部404aおよび台座部404bの表面が導体405により完全に被覆されておらず、その一部が露出していることを特徴とするものである。導体405は、低いほうの台座部404bの頂面404b−aには形成されておらず、また高いほうの台座部404aの台座部404bとの境界側の側面404a−bにも形成されていない。開口部406は、図1の開口部106のように、台座部404aを取り囲んではいない。高いほうの台座部404aと導体405と開口部406は、接続基板に接続するための電極部407を構成する。また、低いほうの台座部404aは、半導体集積回路回路100の表面を保護する表面保護部408を構成する。
In the electrode structure of the second embodiment shown in FIG. 4, the
図5は図4に示した第2の実施形態の半導体装置の電極形成工程を示す工程断面図である。なお、図5において、図2と同じものには同一符号を付してある。まず図5(1)に示すように、半導体集積回路基板100上に、台座部404aおよび404bとなる絶縁層204を形成し、この絶縁層204に配線101を露出させる開口部406を形成する工程を実施する。例えば、図2(1)と同様に、絶縁層204として硬化可能なポリイミド樹脂を用い、開口部406を形成してからポリイミド樹脂を硬化させる。
FIG. 5 is a process sectional view showing an electrode forming process of the semiconductor device of the second embodiment shown in FIG. In FIG. 5, the same components as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals. First, as shown in FIG. 5A, a step of forming an insulating
次に図5(2)および(3)に示すように、開口部406を形成した絶縁層204上に、導体405となる導電膜205を形成し、開口部406の配線101表面から絶縁層204の所定表面領域(台座部404aの形成予定領域)に至る部分を残して導電膜205をパタ−ニングする工程を実施し、導体405を形成する。例えば、図2(2)および(3)と同様に、導電膜205としてCu膜を用い、フォトレジスト207をエッチングマスクとして導電膜205をパターニングする。
Next, as illustrated in FIGS. 5B and 5C, a
最後に図5(4)に示すように、絶縁層204の導体405が形成されていない部分(台座部404bとなる部分)が、導体405が形成されている部分(台座部404aとなる部分)よりも低くなるように、絶縁層204の導体405が形成されていない部分の表面を所定の厚さだけ削る工程を実施し、一体構造の台座404aおよび404bを形成する。以上の工程により、半導体集積回路基板100上に図4に示す電極が形成される。
Finally, as shown in FIG. 5 (4), the portion of the insulating
図6は第2の実施形態の半導体装置における電極と接続基板との接続部周辺の構造を示す断面図であり、(1)は電極部407をテープキャリア等の接続基板のリード301にボンディングする場合を示し、(2)は電極部407を接続基板300の配線302にボンディングする場合を示す。電極部407の頂面上の導体405は、熱圧着法やリフロー法により接続基板のリード301(図6(1))あるいは配線302(図6(2))にボンディングされる。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the structure around the connection portion between the electrode and the connection substrate in the semiconductor device of the second embodiment. (1) Bonds the
このように第2の実施形態によれば、一体形成された台座404aおよび404bの表面が導体405により完全には被覆されておらず、その一部が露出している構造であることにより、ボンディングの際などに弾性変形によって生じるひずみを逃がしやすく、また電極形成工程以降の熱履歴により台座404aから発生するガスを逃がしやすく、このため導体405の破壊が生じにくくなるので、電極の接続信頼性をさらに高めることができる。
As described above, according to the second embodiment, the surfaces of the integrally formed
なお、図2において、導体が高いほうの台座404aの表面を完全に被覆していても、台座404aと台座404bとが一体形成されていれば、上記と同様の効果がある。また、図1のように高いほうの台座104aと低いほうの台座104bとが分離されていても、台座104aの表面の一部が露出した構造であれば、上記と同様の効果がある。
In FIG. 2, even if the surface of the
第3の実施形態
図7は本発明の第3の実施形態の半導体装置における電極構造を示す断面図である。なお、図7において、図1または図4と同じものには同一符号を付してある。図7に示す第3の実施形態の電極構造は、図4に示す上記第2の実施形態の電極構造において、配線101が形成され、表面保護膜102が形成されていない半導体集積回路基板100上に、高さの異なる台座部404aおよび404bと、導体405と、開口部406とを形成したものである。第3の実施形態の電極構造は、台座部404aおよび404b、特に低いほうの台座部404bが、半導体集積回路の表面保護膜になっていることを特徴とするものである。なお、第3の実施形態の半導体装置における電極と接続基板との接続部周辺の構造は、図6に示す上記第2の実施形態と同じである。
Third Embodiment FIG. 7 is a sectional view showing an electrode structure in a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention. In FIG. 7, the same components as those in FIG. 1 or FIG. The electrode structure of the third embodiment shown in FIG. 7 is the same as the electrode structure of the second embodiment shown in FIG. 4 on the semiconductor integrated
図8は図7に示した第3の実施形態の半導体装置の電極形成工程を示す工程断面図である。なお、図8において、図2または図5と同じものには同一符号を付してある。まず図8(1)に示すように、配線101の形成が済み、その上に表面保護膜が形成されていない半導体集積回路基板100上に、台座部404aおよび404bとなる絶縁層204を形成し、この絶縁層204に開口部406を形成する工程を実施する。例えば、図5(1)と同様に、絶縁層204として硬化可能なポリイミド樹脂を用い、開口部406を形成してからポリイミド樹脂を硬化させる。
FIG. 8 is a process sectional view showing an electrode forming process of the semiconductor device of the third embodiment shown in FIG. In FIG. 8, the same components as those in FIG. 2 or FIG. First, as shown in FIG. 8A, the insulating
次に図8(2)に示すように、開口部406を形成した絶縁層204上に、導体405となる導電膜を形成し、この導電膜をパタ−ニングする工程を実施し、導体405を形成する。例えば、図5(2)ないし(4)と同様に、導電膜としてCu膜を用い、フォトレジストをエッチングマスクとして導電膜をパターニングする。最後に、絶縁層204の導体405が形成されていない部分の表面を所定の厚さだけ削る工程を実施し、一体構造の台座404aおよび404bを形成する。以上の工程により、表面保護膜が形成されていない半導体集積回路基板100上に図7に示す電極が形成される。
Next, as shown in FIG. 8B, a conductive film to be a
このように第3の実施形態によれば、電極部407の台座404aおよび表面保護部408の台座404bとなる絶縁層204、特に台座404bとなる絶縁層204が、半導体集積回路の表面保護膜としての機能を担っており、別途表面保護膜を形成する必要がないので、半導体装置の製造工程が簡素化され、製造コストを削減することができる。
As described above, according to the third embodiment, the insulating
第4の実施形態
図9は本発明の第4の実施形態の半導体装置の電極形成工程において絶縁層および開口部を形成する工程を示す断面図である。なお、図9において、図2または図5と同じものには同一符号を付してある。また、第4の実施形態の半導体装置の電極構造は、上記第2の実施形態の半導体装置と同じである。第4の実施形態の電極形成工程は、図5に示す上記第2の実施形態の電極形成工程と概略同じである。ただし、第4の実施形態の電極形成工程は、絶縁層および開口部を形成する工程(図5(1)に示す工程)において、絶縁層として感光性絶縁樹脂を用い、この感光性絶縁樹脂にリソグラフィ技術により開口部を形成することを特徴とするものである。
Fourth Embodiment FIG. 9 is a cross-sectional view showing a step of forming an insulating layer and an opening in an electrode formation step of a semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention. In FIG. 9, the same components as those in FIG. 2 or FIG. The electrode structure of the semiconductor device of the fourth embodiment is the same as that of the semiconductor device of the second embodiment. The electrode formation process of the fourth embodiment is substantially the same as the electrode formation process of the second embodiment shown in FIG. However, in the electrode forming step of the fourth embodiment, a photosensitive insulating resin is used as the insulating layer in the step of forming the insulating layer and the opening (the step shown in FIG. 5A). The opening is formed by a lithography technique.
まず図9(1)に示すように、半導体集積回路基板100上に、台座部404aおよび404bとなる硬化可能な感光性絶縁樹脂504を形成し、この感光性絶縁樹脂504の開口部形成予定領域を露光する。感光性絶縁樹脂504として、ここでは感光性のポリイミド樹脂を用い、半導体集積回路基板100であるウエハーにスピンコート法により感光性ポリイミド樹脂を塗布し、このポリイミド樹脂の感光波長を含む露光光501を、開口部形成予定領域に照射する。
First, as shown in FIG. 9 (1), a curable photosensitive
次に図9(2)に示すように、露光された感光性絶縁樹脂504を現像液に浸して現像することにより感光部を除去し、感光性絶縁樹脂504の開口部406を形成する。次に上記のウエハーに350[℃]程度のベイク処理を施すことにより感光性絶縁樹脂504(ポリイミド樹脂)を硬化させる。なお、これ以降の工程は、図5の(2)ないし(4)に示す工程と同じである。
Next, as shown in FIG. 9B, the exposed photosensitive insulating
このように第4の実施形態によれば、台座部404aおよび404bとなる絶縁層として感光性絶縁樹脂504を用い、リソグラフィ技術により感光性絶縁樹脂504に開口部406を形成することにより、機械的な加工技術を用いる場合等に比べ、開口部406を精度良く微細にかつ効率的に形成することができる。
As described above, according to the fourth embodiment, the photosensitive insulating
なお、第4の実施形態の開口部形成工程を、上記第1または第3の実施形態の半導体装置に適用することも可能である。 Note that the opening forming step of the fourth embodiment can be applied to the semiconductor device of the first or third embodiment.
第5の実施形態
図10は本発明の第5の実施形態の半導体装置の電極形成工程において絶縁層および開口部を形成する工程を示す断面図である。なお、図10において、図2または図5と同じものには同一符号を付してある。また、第5の実施形態の半導体装置の電極構造は、上記第2の実施形態の半導体装置と同じである。第5の実施形態の電極形成工程は、図5に示す上記第2の実施形態の電極形成工程と概略同じである。ただし、第5の実施形態の電極形成工程は、絶縁層および開口部を形成する工程(図5(1)に示す工程)において、絶縁層である絶縁樹脂に、レーザ加工技術により開口部を形成することを特徴とするものである。
Fifth Embodiment FIG. 10 is a cross-sectional view showing a step of forming an insulating layer and an opening in an electrode formation step of a semiconductor device according to a fifth embodiment of the present invention. In FIG. 10, the same components as those in FIG. 2 or FIG. The electrode structure of the semiconductor device of the fifth embodiment is the same as that of the semiconductor device of the second embodiment. The electrode formation process of the fifth embodiment is substantially the same as the electrode formation process of the second embodiment shown in FIG. However, in the electrode forming process of the fifth embodiment, in the process of forming the insulating layer and the opening (the process shown in FIG. 5A), the opening is formed in the insulating resin that is the insulating layer by a laser processing technique. It is characterized by doing.
まず図10(1)に示すように、半導体集積回路基板100上に、台座部404aおよび404bとなる硬化可能な絶縁樹脂604を形成し、この絶縁樹脂604の開口部形成予定領域にレーザ光601を照射し、開口部形成予定領域の絶縁樹脂を焼いて除去する。絶縁樹脂604として、ここではポリイミド樹脂を用いる。
First, as shown in FIG. 10A, a curable insulating
次に図10(2)に示すように、開口部406が形成された絶縁樹脂604(ポリイミド樹脂)に350[℃]程度のベイク処理を施すことにより絶縁樹脂604を硬化させる。なお、これ以降の工程は、図5の(2)ないし(4)に示す工程と同じである。
Next, as shown in FIG. 10 (2), the insulating
このように第5の実施形態によれば、台座部404aおよび404bとなる絶縁層として絶縁樹脂604を用い、レーザ加工技術により絶縁樹脂604に開口部406を形成することにより、機械的な加工技術を用いる場合等に比べ、開口部406を精度良く微細にかつ効率的に形成することができる。
As described above, according to the fifth embodiment, the insulating
なお、第5の実施形態の開口部形成工程を、上記第1または第3の実施形態の半導体装置に適用することも可能である。 Note that the opening forming step of the fifth embodiment can be applied to the semiconductor device of the first or third embodiment.
第6の実施形態
図11は本発明の第6の実施形態の半導体装置の電極形成工程において絶縁層を削る工程を示す断面図である。なお、図11において、図2または図5と同じものには同一符号を付してある。また、第6の実施形態の半導体装置の電極構造は、上記第2の実施形態の半導体装置と同じである。第6の実施形態の電極形成工程は、図5に示す上記第2の実施形態の電極形成工程と概略同じである。ただし、第5の実施形態の電極形成工程は、絶縁層を削る工程(図5(4)に示す工程)において、導電体405をマスクとして絶縁層である絶縁樹脂をプラズマエッチング技術によりエッチングすることを特徴とするものである。
Sixth Embodiment FIG. 11 is a cross-sectional view showing a process of removing an insulating layer in an electrode forming process of a semiconductor device according to a sixth embodiment of the present invention. In FIG. 11, the same components as those in FIG. 2 or FIG. The electrode structure of the semiconductor device of the sixth embodiment is the same as that of the semiconductor device of the second embodiment. The electrode formation process of the sixth embodiment is substantially the same as the electrode formation process of the second embodiment shown in FIG. However, in the electrode forming step of the fifth embodiment, in the step of cutting the insulating layer (step shown in FIG. 5 (4)), the insulating resin that is the insulating layer is etched by the plasma etching technique using the
図11(1)に示すように、台座部404aおよび404bとなる硬化可能な絶縁樹脂604を形成し、この絶縁樹脂604に開口部406を形成し、さらに導体405を形成した半導体集積回路基板100に対し、酸素(O2)を主成分とするエッチングガス701によるプラズマエッチングを施す。絶縁樹脂604としては、ポリイミド樹脂を用いる。導体405はエッチングガス701のプラズマによりエッチングされず、ポリイミド樹脂は上記のプラズマによりエッチングされるので、導電体405をエッチングマスクとして台座部404bとなる絶縁樹脂604の表面が選択的にエッチングされる。
As shown in FIG. 11A, a semiconductor integrated
上記のプラズマエッチングにより、台座部404bとなる絶縁樹脂604の表面をΔTだけエッチングすることにより、図11(2)に示すように、台座部404bが形成される。
By etching the surface of the insulating
このように第6の実施形態によれば、絶縁層として絶縁樹脂604(ポリイミド樹脂)を用い、O2を主成分とするエッチングガスによるプラズマエッチング技術により台座部404bを形成することにより、台座404bとなる絶縁樹脂604のエッチング深さΔTを任意の値に精度良くかつ容易にコントロールすることができる。
As described above, according to the sixth embodiment, the
なお、第6に実施形態の絶縁層エッチング工程を、上記第1、第3、第4、または第5の実施形態の半導体装置に適用することも可能である。 Note that the insulating layer etching step of the sixth embodiment can be applied to the semiconductor device of the first, third, fourth, or fifth embodiment.
第7の実施形態
図12は本発明の第7の実施形態の半導体装置における電極構造を示す断面図である。なお、図12において、図1または図4と同じものには同一符号を付してある。図12に示す第7の実施形態の電極構造は、図4に示す上記第2の実施形態の電極構造において、配線101と表面保護膜102とトリミング用配線501が形成された半導体集積回路基板100上に、高さの異なる台座部404aおよび404bと導体405と開口部406とを形成したものである。表面保護膜102とトリミング用配線801とは、トリミング用パッド部802を構成している。
Seventh Embodiment FIG. 12 is a sectional view showing an electrode structure in a semiconductor device according to a seventh embodiment of the present invention. In FIG. 12, the same components as those in FIG. 1 or FIG. The electrode structure of the seventh embodiment shown in FIG. 12 is the same as the electrode structure of the second embodiment shown in FIG. 4 except that the semiconductor integrated
第7の実施形態の電極構造は、電気的試験の結果に基づくトリミング、すなわちトリミング用配線801の加工が済んだトリミング用パッド部802を台座部404aおよび404bにより被覆していることを特徴とするものである。
The electrode structure of the seventh embodiment is characterized in that trimming based on the result of an electrical test, that is, a
図13は図12に示した第7の実施形態の半導体装置の電極形成工程におけるトリミング工程および開口部形成工程を示す断面図である。なお、図13において、図2または図5と同じものには同一符号を付してある。第7の実施形態の電極形成工程は、図5に示す上記第2の実施形態の電極形成工程と概略同じである。ただし、第7の実施形態の電極形成工程は、図5(1)ないし(4)に示す工程を実施する前に、図13(1)に示すトリミング工程を実施し、また開口部形成工程において、トリミング配線以外の任意の配線を露出させるように開口部を形成し、トリミングパッドを絶縁層により被覆することを特徴とするものである。 FIG. 13 is a cross-sectional view showing a trimming step and an opening forming step in the electrode forming step of the semiconductor device of the seventh embodiment shown in FIG. In FIG. 13, the same components as those in FIG. 2 or FIG. The electrode forming process of the seventh embodiment is substantially the same as the electrode forming process of the second embodiment shown in FIG. However, in the electrode forming process of the seventh embodiment, the trimming process shown in FIG. 13 (1) is performed before the processes shown in FIGS. 5 (1) to (4), and the opening forming process is performed. An opening is formed so as to expose any wiring other than the trimming wiring, and the trimming pad is covered with an insulating layer.
まず図13(1)に示すように、配線101、表面保護膜102、およびトリミング配線801の形成が済んだ半導体集積回路基板100の半導体集積回路に対し、電気的試験を実施し、この試験結果に基づいて、トリミング用配線801の加工を実施する。すなわち、トリミング用パッド部802に露出したトリミング用配線801を必要に応じて切断する。
First, as shown in FIG. 13A, an electrical test is performed on the semiconductor integrated circuit of the semiconductor integrated
次に図13(2)に示すように、上記の電気的試験およびトリミングが済んだ半導体集積回路基板上に、台座部404aとなる絶縁層204を形成し、この絶縁層204に開口部406を形成する工程を実施する。例えば、図5(1)と同様に、絶縁層204として硬化可能なポリイミド樹脂を用い、開口部406を形成してからポリイミド樹脂を硬化させる。このとき、開口部406はトリミング用パッド部802の形成領域を除いた領域に形成され、トリミング用パッド部802は絶縁層204により被覆されたままとなる。なお、図示しない以降の工程は、図5(2)ないし(4)と同じである。
Next, as shown in FIG. 13B, an insulating
このように第7の実施形態によれば、トリミング工程の終了以降は露出させることが好ましくないトリミング用パッド部802のトリミング用配線801を、台座部となる絶縁層204により開口部形成工程以降において被覆することにより、トリミング用配線801がトリミング工程の終了以降の各工程、特に導電膜の形成およびパターニング工程の影響を受けないようにすることができ、トリミング工程時のトリミング用配線801の加工状態を維持することができる。
As described above, according to the seventh embodiment, the trimming
第8の実施形態
図14は本発明の第8の実施形態の半導体装置における電極構造を示す断面図である。なお、図14において、図1または図4と同じものには同一符号を付してある。第8の実施形態の電極構造は、図4に示す上記第2の実施形態の電極構造において、台座部405aの頂面405a−aに形成された導体405上に、バンプ電極901を設けたことを特徴とするものである。バンブ電極901の材質としては、Au、Cu等の高融点金属を用いても良いし、Pb−Sn(半田)、インジウム(Ιn)等の低融点金属を用いても良い。
Eighth Embodiment FIG. 14 is a sectional view showing an electrode structure in a semiconductor device according to an eighth embodiment of the present invention. In FIG. 14, the same components as those in FIG. 1 or FIG. In the electrode structure of the eighth embodiment, the
高いほうの台座部404aと導体405と開口部406とバンプ電極901は、電極部907を構成し、また低いほうの台座部104aは表面保護部408を構成する。バンプ電極901の高さをHとすると、接続部907は、図4に示す上記第2の実施形態の接続部407よりもHだけ高くなる。なお、第8の実施形態の電極形成工程は、例えば、図5に示す上記第2の実施形態の電極形成工程を実施してから、バンプ電極901の形成工程を実施するものである。
The
図15は第8の実施形態の半導体装置における電極と接続基板との接続部周辺の構造を示す断面図であり、(1)は電極部907をテープキャリア等の接続基板のリード301にボンディングする場合を示し、(2)は電極部907を接続基板300の配線302にボンディングする場合を示す。電極部907のバンプ電極907は、熱圧着法やリフロー法により接続基板のリード301(図15(1))あるいは配線302(図15(2))にボンディングされる。
FIG. 15 is a cross-sectional view showing a structure around the connection portion between the electrode and the connection substrate in the semiconductor device according to the eighth embodiment. FIG. 15 shows bonding of the
このように第8の実施形態によれば、絶縁層からなる台座405a上に導体405を介してバンプ電極901を設けることにより、バンプ電極901がない場合に比べて、半導体集積回路表面から電極部907のリード301あるいは配線302との接続面までの高さが高くなるので、熱応力による歪みを吸収しやすくなり、接続信頼性をさらに高くすることができる。また、バンプ電極901として半田を用いた場合には、接続基板に接続する際に接続位置が多少ずれてもセルフアライン効果が期待できる。
As described above, according to the eighth embodiment, by providing the
第9の実施形態
図16は本発明の第9の実施形態の半導体装置の構造を示す断面図である。図16に示す半導体装置は、半導体集積回路基板1000を接続基板300にフェースダウンで、すなわち半導体集積回路形成面を接続基板300に対向させて実装し、間に封止樹脂1001を充填したものである。封止樹脂1001としては、例えばポリイミド樹脂を用いる。半導体集積回路基板1000の表面は、絶縁層からなる台座1004上に導体1005を形成した電極1007を有する。上記の絶縁層は例えばポリイミド樹脂であり、また電極1007は例えば図1に示す上記第1の実施形態の電極である。第9の実施形態の半導体装置は、封止樹脂1001と、台座1004とが同じ材料(例えば、ポリイミド樹脂)であることを特徴とするものである。
Ninth Embodiment FIG. 16 is a cross-sectional view showing the structure of a semiconductor device according to a ninth embodiment of the present invention. In the semiconductor device shown in FIG. 16, the semiconductor integrated
従来の金属バンプ電極と高分子樹脂からなる封止樹脂とによるフェースダウン接続構造の半導体装置では、バンプ電極と封止樹脂の熱膨張係数の差により、封止樹脂が膨張するに従ってバンプ電極が引き伸ばされるような熱応力が発生し、バンプ電極が熱疲労により破壊されることがあった。しかし、第9の実施形態の半導体装置のように、封止樹脂1001と電極1007の台座1004とが同じ材料であれば、両者の間に熱膨張係数の差は生じず、電極1007が破壊されることはない。
In a semiconductor device having a face-down connection structure using a conventional metal bump electrode and a sealing resin made of a polymer resin, the bump electrode expands as the sealing resin expands due to a difference in thermal expansion coefficient between the bump electrode and the sealing resin. Such a thermal stress may occur, and the bump electrode may be destroyed by thermal fatigue. However, if the sealing
このように第9の実施形態によれば、封止樹脂1001と台座1004とを同じ材料から形成し、封止樹脂1001と台座1004との熱膨張係数同じにすることにより、電極1007の熱疲労による破壊を防止することができるので、電極の接続信頼性を高めることができる。
As described above, according to the ninth embodiment, the sealing
100,1000 半導体集積回路基板、 101 配線、 104a,104b,404a,404b,1004 台座部、 104a−a,104b−a,404a−a,404b−a 台座部頂面、 105,405,1005 導体、 106,406 開口部、 204 絶縁層、 205 導電膜、 300 接続基板、 504 感光性絶縁樹脂、 604 絶縁樹脂、 801 トリミング用配線、 901 バンプ電極、 1001 封止樹脂。 100, 1000 semiconductor integrated circuit board, 101 wiring, 104a, 104b, 404a, 404b, 1004 pedestal, 104a-a, 104b-a, 404a-a, 404b-a pedestal top, 105, 405, 1005 conductor, 106, 406 opening, 204 insulating layer, 205 conductive film, 300 connection substrate, 504 photosensitive insulating resin, 604 insulating resin, 801 trimming wiring, 901 bump electrode, 1001 sealing resin.
Claims (10)
前記半導体基板上の前記主面上に形成され、前記半導体基板の前記主面に面する第1の面および該第1の面と対向する第2の面を有する樹脂からなる台座と、
前記半導体基板の前記主面上に配置され前記半導体集積回路に接続された第1の部分、該第1の部分から延在する中央部分、および該中央部分から延在し前記台座の前記第2の面上に配置された第2の部分を有する導電層と、
前記半導体基板の前記主面に面して配置され、前記導電層の前記第2の部分に接続された接続基板と
を備えた
ことを特徴とする半導体装置。 A semiconductor substrate having a main surface with a semiconductor integrated circuit;
A base made of a resin formed on the main surface of the semiconductor substrate and having a first surface facing the main surface of the semiconductor substrate and a second surface facing the first surface;
A first portion disposed on the main surface of the semiconductor substrate and connected to the semiconductor integrated circuit; a central portion extending from the first portion; and the second portion of the pedestal extending from the central portion. A conductive layer having a second portion disposed on the surface of
A semiconductor device comprising: a connection substrate disposed facing the main surface of the semiconductor substrate and connected to the second portion of the conductive layer.
前記半導体基板上の前記主面上に形成された樹脂からなる台座と、
前記半導体基板の前記主面上に形成され、前記半導体集積回路に接続されるとともに、前記台座の上面上に延在する延在部分を有する導電層と、
前記半導体基板の前記主面に面するとともに、前記台座の前記上面上の前記導電層の前記延在部分に接続された接続基板と
を備えた
ことを特徴とする半導体装置。 A semiconductor substrate having a main surface with a semiconductor integrated circuit;
A base made of resin formed on the main surface of the semiconductor substrate;
A conductive layer formed on the main surface of the semiconductor substrate, connected to the semiconductor integrated circuit and having an extending portion extending on the upper surface of the pedestal;
A semiconductor device comprising: a connection substrate facing the main surface of the semiconductor substrate and connected to the extending portion of the conductive layer on the upper surface of the pedestal.
前記接続基板は、前記導電層の前記延在部分の前記第2の面に接続された
ことを特徴とする請求項5記載の半導体装置。 The extending portion of the conductive layer has a first surface facing the upper surface of the pedestal and a second surface facing the first surface;
The semiconductor device according to claim 5, wherein the connection substrate is connected to the second surface of the extending portion of the conductive layer.
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