JP2005260080A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、チップサイズパッケージ型の半導体装置及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a chip size package type semiconductor device and a manufacturing method thereof.
近年、三次元実装技術として、また新たなパッケージ技術として、CSP(Chip Size Package)が注目されている。CSPとは、半導体チップの外形寸法と略同サイズの外形寸法を有する小型パッケージをいう。 In recent years, CSP (Chip Size Package) has attracted attention as a three-dimensional mounting technique and a new packaging technique. The CSP refers to a small package having an outer dimension substantially the same as the outer dimension of a semiconductor chip.
従来より、CSPの一種として、BGA型の半導体装置が知られている。このBGA型の半導体装置は、半田等の金属部材からなるボール状の導電端子をパッケージの一主面上に格子状に複数配列し、パッケージの他の面上に搭載される半導体チップと電気的に接続したものである。 Conventionally, a BGA type semiconductor device is known as a kind of CSP. In this BGA type semiconductor device, a plurality of ball-shaped conductive terminals made of a metal member such as solder are arranged in a lattice pattern on one main surface of a package, and electrically connected to a semiconductor chip mounted on the other surface of the package. Is connected to.
そして、このBGA型の半導体装置を電子機器に組み込む際には、各導電端子をプリント基板上の配線パターンに圧着することで、半導体チップとプリント基板上に搭載される外部回路とを電気的に接続している。 When incorporating this BGA type semiconductor device into an electronic device, each conductive terminal is crimped to a wiring pattern on the printed circuit board, thereby electrically connecting the semiconductor chip and the external circuit mounted on the printed circuit board. Connected.
このようなBGA型の半導体装置は、側部に突出したリードピンを有するSOP(Small Outline Package)やQFP(Quad Flat Package)等の他のCSP型の半導体装置に比べて、多数の導電端子を設けることが出来、しかも小型化できるという長所を有する。このBGA型の半導体装置は、例えば携帯電話機に搭載されるデジタルカメラのイメージセンサチップとしての用途がある。 Such a BGA type semiconductor device is provided with a larger number of conductive terminals than other CSP type semiconductor devices such as SOP (Small Outline Package) and QFP (Quad Flat Package) having lead pins protruding from the side. It has the advantage that it can be reduced in size. This BGA type semiconductor device has an application as an image sensor chip of a digital camera mounted on a mobile phone, for example.
図13は、従来のBGA型の半導体装置の概略構成を成すものであり、図13(A)はこのBGA型の半導体装置の表面側の斜視図である。また、図13(B)はこのBGA型の半導体装置の裏面側の斜視図である。 FIG. 13 shows a schematic configuration of a conventional BGA type semiconductor device, and FIG. 13A is a perspective view of the surface side of the BGA type semiconductor device. FIG. 13B is a perspective view of the back side of the BGA type semiconductor device.
このBGA型の半導体装置101は、第1及び第2のガラス基板102、103の間に半導体チップ104がエポキシ樹脂105a、105bを介して封止されて成る。第2のガラス基板103の一主面上、即ちBGA型の半導体装置101の裏面上には、導電端子106が格子状に複数配置されている。この導電端子106は、第2の配線110を介して半導体チップ104へと接続される。複数の第2の配線110には、それぞれ半導体チップ104の内部から引き出された第1の配線が接続されており、各導電端子106と半導体チップ104との電気的接続がなされている。
In this BGA type semiconductor device 101, a semiconductor chip 104 is sealed between first and second glass substrates 102 and 103 via epoxy resins 105a and 105b. A plurality of
このBGA型の半導体装置101の断面構造について図14を参照して更に詳しく説明する。図14はダイシングラインに沿って、個々のチップに分割されたBGA型の半導体装置101の断面図を示している。 A cross-sectional structure of the BGA type semiconductor device 101 will be described in more detail with reference to FIG. FIG. 14 shows a cross-sectional view of the BGA type semiconductor device 101 divided into individual chips along the dicing line.
半導体チップ104の表面に配置された絶縁膜108上に第1の配線107が設けられている。この半導体チップ104は樹脂層105aによって第1のガラス基板102と接着されている。また、この半導体チップ104の裏面は、樹脂層105bによって第2のガラス基板103と接着されている。
A
そして、第1の配線107の一端は第2の配線110と接続されている。この第2の配線110は、第1の配線107の一端から第2のガラス基板103の表面に延在している。そして、第2のガラス基板103上に延在した第2の配線110上には、ボール状の導電端子106が形成されている。
One end of the
上述した技術は、例えば以下の特許文献1に記載されている。
しかしながら、上述したBGA型の半導体装置101において、第1の配線107と第2の配線110との接触面積が非常に小さいので、この接触部分で断線するおそれがあった。また、第2の配線110のステップカバレージにも問題があった。
However, in the above-described BGA type semiconductor device 101, since the contact area between the
また、第2の配線110の強度が充分でないため、本体である半導体装置をプリント基板へ実装する際などに生じるせん断応力(水平方向に加わる力)や衝撃により、第2の配線110に歪みが生じて、第2の配線110が変形、破損もしくは移動するなどの問題が生じていた。結果として、半導体装置の信頼性が低下していた。
In addition, since the strength of the
そこで、本発明は、チップサイズパッケージ型の半導体装置及びその製造方法において、信頼性の向上を図る。 Therefore, the present invention aims to improve reliability in a chip size package type semiconductor device and a method for manufacturing the same.
本発明の半導体装置は、上記課題に鑑みて為されたものであり、半導体チップの第1の主面上に形成されたパッド電極と、半導体チップの第1の主面に接着された支持体と、半導体チップの第2の主面からパッド電極の表面に貫通するビアホールと、ビアホールを通してパッド電極と電気的に接続され、かつビアホールから半導体チップの第2の主面上に延びる配線層と、配線層上を覆うようにして形成され、かつ当該配線層を補強する補強層(例えばシリコン酸化膜もしくはシリコン窒化膜から成る)と、を有することを特徴とする。 The semiconductor device of the present invention has been made in view of the above problems, and a pad electrode formed on the first main surface of the semiconductor chip and a support bonded to the first main surface of the semiconductor chip. A via hole penetrating from the second main surface of the semiconductor chip to the surface of the pad electrode; a wiring layer electrically connected to the pad electrode through the via hole and extending from the via hole onto the second main surface of the semiconductor chip; And a reinforcing layer (for example, made of a silicon oxide film or a silicon nitride film) that is formed so as to cover the wiring layer and reinforces the wiring layer.
また、本発明の半導体装置は、上記構成に加えて、半導体チップの第2の主面からビアホールの側壁にかけて形成された絶縁膜と、補強層上を覆うようにして形成された保護層と、補強層及び保護層の一部を開口する開口部と、開口部で露出する配線層上に形成された導電端子と、を有し、配線層は、ビアホールを通してパッド電極と電気的に接続され、かつビアホールから絶縁膜上を含む半導体チップの第2の主面上に延びていることを特徴とする。 Further, the semiconductor device of the present invention, in addition to the above configuration, an insulating film formed from the second main surface of the semiconductor chip to the sidewall of the via hole, a protective layer formed so as to cover the reinforcing layer, An opening that opens a part of the reinforcing layer and the protective layer, and a conductive terminal formed on the wiring layer exposed at the opening, the wiring layer is electrically connected to the pad electrode through the via hole, And extending from the via hole onto the second main surface of the semiconductor chip including the insulating film.
また、本発明の半導体装置の製造方法は、パッド電極が形成された半導体基板を準備し、半導体基板の第1の主面に支持体を接着する工程と、半導体基板の第2の主面からパッド電極の表面に到達するビアホールを形成する工程と、ビアホールを通してパッド電極と電気的に接続され、かつビアホールから半導体基板の第2の主面上に延びる配線層を形成する工程と、配線層上を覆うようにして当該配線層を補強する補強層(例えばシリコン酸化膜もしくはシリコン窒化膜から成る)を形成する工程と、を有することを特徴とする。 According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device, comprising: preparing a semiconductor substrate on which a pad electrode is formed; and bonding a support to the first main surface of the semiconductor substrate; Forming a via hole reaching the surface of the pad electrode; forming a wiring layer electrically connected to the pad electrode through the via hole and extending from the via hole onto the second main surface of the semiconductor substrate; and on the wiring layer Forming a reinforcing layer (for example, made of a silicon oxide film or a silicon nitride film) for reinforcing the wiring layer so as to cover the wiring layer.
また、本発明の半導体装置の製造方法は、上記工程に加えて、半導体基板の第1の主面に支持体を接着した後、半導体基板の第2の主面上に第1の絶縁膜を形成する工程と、ビアホールを形成した後、ビアホール内を含む半導体基板の第2の主面の全面に第2の絶縁膜を形成する工程と、第2の絶縁膜を異方性エッチングしてビアホールの底部に位置する第2の絶縁膜を除去して、ビアホールの側壁に側壁絶縁膜を形成する工程と、配線層及び補強層を形成した後、補強層上を覆うようにして保護層を形成する工程と、補強層及び保護層の一部をエッチングして配線層の一部を露出する開口部を形成する工程と、開口部で露出する配線層上に導電端子を形成する工程と、半導体基板を複数の半導体チップに分割する工程と、を有することを特徴とする。 In addition to the above steps, the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention may include attaching a support to the first main surface of the semiconductor substrate, and then forming a first insulating film on the second main surface of the semiconductor substrate. Forming a via hole, forming a second insulating film over the entire second main surface of the semiconductor substrate including the inside of the via hole, and anisotropically etching the second insulating film to form the via hole. Removing the second insulating film located at the bottom of the substrate, forming a sidewall insulating film on the sidewall of the via hole, and forming a wiring layer and a reinforcing layer, and then forming a protective layer so as to cover the reinforcing layer A step of etching a part of the reinforcing layer and the protective layer to form an opening exposing a part of the wiring layer, a step of forming a conductive terminal on the wiring layer exposed in the opening, and a semiconductor Dividing the substrate into a plurality of semiconductor chips. To.
もしくは、本発明の半導体装置の製造方法は、上記工程に加えて、ビアホールを形成した後、ビアホール内を含む半導体基板の第2の主面の全面に、絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜を異方性エッチングして、ビアホールの底部に位置する絶縁膜を除去して、ビアホールの側壁に側壁絶縁膜を形成する工程と、配線層及び補強層を形成した後、補強層上を覆うようにして保護層を形成する工程と、補強層及び保護層の一部をエッチングして、配線層の一部を露出する開口部を形成する工程と、開口部で露出する配線層上に導電端子を形成する工程と、半導体基板を複数の半導体チップに分割する工程と、を有することを特徴とする。 Alternatively, in the semiconductor device manufacturing method of the present invention, in addition to the above steps, a step of forming an insulating film on the entire second main surface of the semiconductor substrate including the inside of the via hole after forming the via hole; The insulating film located at the bottom of the via hole is removed by anisotropic etching to form a sidewall insulating film on the side wall of the via hole, and the wiring layer and the reinforcing layer are formed, and then the reinforcing layer is covered. Forming a protective layer, etching a part of the reinforcing layer and the protective layer to form an opening exposing a part of the wiring layer, and a conductive terminal on the wiring layer exposed in the opening And a step of dividing the semiconductor substrate into a plurality of semiconductor chips.
本発明によれば、半導体チップのパッド電極からその導電端子に至るまでの配線層が、ビアホールを介して形成されるため、上記配線層の断線やステップカバレージの劣化を防止することができる。さらに、上記配線層は、その強度を補強する補強層に覆われているため、半導体装置をプリント基板へ搭載する際などに生じるせん断応力(水平方向に加わる力)や衝撃による配線層の歪み(配線層の変形や移動等)や、配線層の腐食等に対する耐久性を向上することができる。また、配線層63が銅から成る場合、いわゆる銅汚染が生じることを極力抑止することができる。
According to the present invention, since the wiring layer from the pad electrode of the semiconductor chip to the conductive terminal is formed via the via hole, disconnection of the wiring layer and deterioration of the step coverage can be prevented. Further, since the wiring layer is covered with a reinforcing layer that reinforces its strength, the wiring layer is distorted due to shear stress (force applied in the horizontal direction) or impact generated when the semiconductor device is mounted on a printed circuit board ( It is possible to improve durability against deformation or movement of the wiring layer and corrosion of the wiring layer. Further, when the
また、保護層は、複数の異なる層(配線層や絶縁膜)を覆うことなく、補強層のみを覆うことにより、半導体チップを保護する。これにより、保護層の半導体チップに対する密着性が向上する。 In addition, the protective layer protects the semiconductor chip by covering only the reinforcing layer without covering a plurality of different layers (wiring layers and insulating films). Thereby, the adhesiveness with respect to the semiconductor chip of a protective layer improves.
また、導電端子は緩衝層上に形成されるので、プリント基板への実装時における衝撃が緩和され半導体装置の損傷を防止できる。また、導電端子は、半導体チップの第2の主面より緩衝層の膜厚の分だけ、高い位置に形成される。これにより、この半導体装置がプリント基板へ実装された時に生じる応力が吸収されやすくなり、導電端子の損傷を極力防止することができる。 In addition, since the conductive terminal is formed on the buffer layer, the impact at the time of mounting on the printed circuit board is mitigated, and damage to the semiconductor device can be prevented. Further, the conductive terminal is formed at a position higher than the second main surface of the semiconductor chip by the thickness of the buffer layer. Thereby, the stress generated when the semiconductor device is mounted on the printed board is easily absorbed, and damage to the conductive terminals can be prevented as much as possible.
結果として、信頼性の高いチップサイズパッケージ型の半導体装置を得ることができる。 As a result, a highly reliable chip size package type semiconductor device can be obtained.
次に、本実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。まず、この半導体装置の構造について説明する。図12はこの半導体装置の断面図であり、後述する工程を経た半導体基板、即ちシリコンウエハー51をダイシングライン領域DLのダイシングライン中心DSに沿って個々の半導体チップに分割したものを示している。
Next, the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings. First, the structure of this semiconductor device will be described. FIG. 12 is a cross-sectional view of this semiconductor device, which shows a semiconductor substrate that has undergone the steps described later, that is, a
半導体チップであるシリコンチップ51Aは、例えばCCD(Charge Coupled Device)イメージセンサ・チップであり、その第1の主面である表面にはBPSG等の層間絶縁膜52を介してパッド電極53が形成されている。このパッド電極53は、通常のワイヤボンディングに用いられるパッド電極をダイシングライン領域DLにまで拡張したものであり、拡張パッド電極とも呼ばれる。
The
このパッド電極53は、シリコン窒化膜等のパッシベーション膜54で被覆されている。このパッド電極53が形成されたシリコンチップ51Aの表面には、例えばエポキシ樹脂から成る樹脂層55を介して、支持体であるガラス基板56が接着されている。この支持体であるガラス基板56はシリコンチップ51Aを支持すると共に、シリコンチップ51Aを保護する機能を有するものである。
The
シリコンチップ51AがCCDイメージセンサ・チップの場合には、外部からの光をシリコンチップ51Aの表面のCCDデバイスで受光する必要があるため、ガラス基板56のような透明基板、もしくは半透明基板を用いる必要がある。シリコンチップ51Aが受光や発光するものでない場合には、ガラス基板に限らず、不透明基板を用いてもよい。例えば、金属や有機物から成る基板状のもの、もしくはテープ状のものを用いてもよい。
When the
そして、シリコンチップ51Aの第2の主面である裏面から、パッド電極53に到達するビアホールVHが形成されている。また、ビアホールVHの側壁には側壁絶縁膜59Aが形成されている。側壁絶縁膜59Aは後述する配線層63とシリコンチップ51Aとを電気的に絶縁するものである。
A via hole VH reaching the
また、シリコンチップ51Aの裏面には、ビアホールVHと隣接した領域に、第1の絶縁膜57及び第2の絶縁膜59を介して、緩衝層60が形成されている。なお、第1の絶縁膜57は、必ずしも形成されていなくともよく、同じく、当該緩衝層60の省略を制限するものではない。
A
そして、このビアホールVHを通してパッド電極53に電気的に接続し、かつビアホールVHからシリコンチップ51Aの裏面上に延在する配線層63(再配線層とも呼ばれる)が形成されている。配線層63は、緩衝層60を覆うように、シリコンチップ51Aの裏面上に延びている。配線層63の下層にはシード層61が設けられているが、これは配線層63を電解メッキによって形成する際に用いられるメッキ電極となる金属層である。シード層61及び配線層63は、例えば銅(Cu)から成る。
A wiring layer 63 (also referred to as a rewiring layer) that is electrically connected to the
一般に、上述したような配線層63は、その金属的特性により、半導体装置をプリント基板へ実装する際などに生じるせん断応力(水平方向に加わる力)や衝撃によって歪みが生じて、配線層63が変形、破損もしくは移動するおそれがある。即ち、配線層63の強度が充分ではなかった。そこで、本実施形態では、配線層63の強度を補強するための補強層64が、配線層63上及び第1の絶縁膜57上に、配線層63を覆うようにして形成されている。これにより、上記せん断応力や衝撃に対する配線層63の強度が向上して、配線層63が変形、破損もしくは移動することを極力抑止することができる。さらに、配線層63に腐食等の損傷が発生することを抑止することができる。また、配線層63が銅(Cu)から成る場合、これを起因とする、いわゆる銅汚染が生じることを極力抑止することができる。この補強層64は、例えばシリコン酸化膜(SiO2膜)もしくはシリコン窒化膜(SiN膜)から成ることが好ましい。
In general, the
さらに、補強層64は、保護層であるソルダーマスク65によって覆われている。補強層64及びソルダーマスク65には、緩衝層60上の部分に開口部Kが形成されている。このソルダーマスク65の開口部Kを通して、導電端子であるハンダボール66が搭載されている。これにより、ハンダボール66と配線層63とが電気的に接続されている。このようなハンダボール66を複数形成することでBGA構造を得ることができる。
Further, the reinforcing
こうして、シリコンチップ51Aのパッド電極53から、その裏面に形成されたハンダボール66に至るまでの配線が可能となる。また、ビアホールVHを通して配線しているので、断線が起こりにくくステップカバレージも優れている。さらに、配線層63は、補強層64に覆われているため、配線層63の腐食や、半導体装置をプリント基板へ搭載する際に生じる応力や衝撃による配線層63の歪み(配線層63の変形や移動等)に対する耐久性が向上する。
Thus, wiring from the
また、ハンダボール66は、緩衝層60上に配置されているので、このハンダボール66を介して、半導体装置をプリント基板へ搭載する際に、緩衝層60が一種のクッションとして働き、その衝撃が緩和され、ハンダボール66や本体である半導体装置が損傷することが防止される。
Further, since the
また、ハンダボール66の形成位置がシリコンチップ51Aの裏面より緩衝層60の厚さ分だけ高くなる。これにより、この半導体装置をプリント基板に搭載する際に、プリント基板とハンダボール66との熱膨張係数の差によって生じる応力や衝撃によって、ハンダボール66やシリコンチップ51Aが損傷することが防止される。
Further, the
なお、緩衝層60は、有機絶縁物や無機絶縁物、金属、シリコン、ホトレジスト等の様々な材質を用いることができるが、クッションとして機能させるには、弾力性に富んだ有機絶縁物や無機絶縁物、ホトレジスト等が適している。
The
また、シリコンチップ51Aは、GaAs、Ge、Si−Ge等の他の材料の半導体チップであってもよい。また、ガラス基板56は、シリコンチップ51Aの熱膨張係数Ksに近い熱膨張係数Kgを有していることが好ましい。その熱膨張係数Kgの範囲はSiの熱膨張係数Ks(2.6〜3.0ppm/°K)の±30%以内である。即ち、ガラス基板の熱膨張係数Kg、シリコンチップ51Aの熱膨張係数Ksとすると、0.7Ks≦Kg≦1.3Ksという関係が成り立つことである。
Further, the
これによって、ガラス基板56とシリコンチップ51Aの熱膨張係数の差異によるガラス基板56の反りが極力防止される。シリコンチップ51Aが他の材料の半導体チップである場合にも同様のことが言える。
Thereby, the curvature of the
次に、上述した本実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、例えば以下のように行われる。なお、図1乃至図12は半導体基板であるシリコンウエハー51の断面を示しており、後述するダイシング工程で分割される予定の隣接チップの境界(即ちダイシングライン領域DL近傍)の断面を示している。図1乃至図12では、シリコンウエハー51の第1の主面、即ち表面には、図示しない半導体集積回路(例えば、CCDイメージセンサ)が形成されているものとする。
Next, a method for manufacturing the semiconductor device according to the above-described embodiment will be described. The semiconductor device manufacturing method according to the present embodiment is performed, for example, as follows. 1 to 12 show a cross section of a
最初に、図1に示すように、シリコンウエハー51の表面に、BPSG等の層間絶縁膜52を介して、一対のパッド電極53を形成する。この一対のパッド電極53は例えばアルミニウム、アルミニウム合金、銅などの金属層から成り、その厚さは1μm程度である。また、一対のパッド電極53はダイシングライン領域DLに拡張され、その拡張された端部をダイシングライン領域DLのダイシングライン中心DSの手前に配置している。
First, as shown in FIG. 1, a pair of
そして、一対のパッド電極53を覆うシリコン窒化膜等のパッシベーション膜54を形成し、さらにこのパッシベーション膜54上に、例えばエポキシ樹脂から成る樹脂層55を塗布する。
Then, a
そして、この樹脂層55を介して、シリコンウエハー51の表面にガラス基板56を接着する。このガラス基板56はシリコンウエハー51を支持及び保護する機能を有する。なお、ガラス基板に限らず、例えば金属や有機物から成る基板状のもの、もしくはテープ状のものを用いてもよい。
Then, the
そして、このガラス基板56が接着された状態で、必要に応じてシリコンウエハー51の裏面エッチング、いわゆるバックグラインドを行い、その厚さを、例えば150μm程度に加工する。
Then, with the
その後、酸(例えば、HFと硝酸等との混合液)をエッチャントとして用いて20μm程度、シリコンウエハー51をエッチングする。これにより、バックグラインドによって生じたシリコンウエハー51の機械的なダメージ層が除去され、シリコンウエハー51の表面に形成されたデバイスの特性が改善される。本実施形態では、シリコンウエハー51の最終仕上がりの厚さは130μm程度であるが、これはデバイスの種類に応じて適宜選択することができる。
Thereafter, the
そして、上記工程により裏面が削られたシリコンウエハー51の裏面の全面に第1の絶縁膜57を形成する。この第1の絶縁膜57は、例えばプラズマCVD法によって形成され、PE−SiO2膜やPE−SiN膜が適している。なお、第1の絶縁膜57の形成は省略されても構わない。
Then, a first insulating
次に、図2に示すように、第1の絶縁膜57上にホトレジスト層58を選択的に形成する。即ち、ホトレジス等層58は、パッド電極53に対応した位置に開口部を有して形成される。このホトレジスト層58をマスクとして、第1の絶縁膜57及びシリコンウエハー51のエッチングを行う。このエッチングにより、シリコンウエハー51を貫通するビアホールVHを形成する。ここで、ビアホールVHの底部には層間絶縁膜52が露出され、それに接してパッド電極53がある。
Next, as shown in FIG. 2, a
なお、第1の絶縁膜57の形成を省略した場合には、シリコンウエハー51上に直接形成したホトレジスト層58をマスクとして、シリコンウエハー51のエッチングを行う。
If the formation of the first insulating
ビアホールVHを形成するエッチングの方法には、レーザービームを用いてエッチングする方法やドライエッチングを使用する方法がある。ビアホールVHの断面形状は、後述するシード層61の被覆性を良くするために、順テーパー形状に加工してもよい。
As an etching method for forming the via hole VH, there are a method of etching using a laser beam and a method of using dry etching. The cross-sectional shape of the via hole VH may be processed into a forward tapered shape in order to improve the coverage of the
次に、図3に示すように、ビアホールVHが形成されたシリコンウエハー51の裏面全体に第2の絶縁膜59を形成する。第2の絶縁膜59は、例えばプラズマCVD法によって形成され、PE−SiO2膜やPE−SiN膜が適している。第2の絶縁膜59は、ビアホールVHの底部、側壁、及び第1の絶縁膜57上に形成される。
Next, as shown in FIG. 3, a second insulating
なお、第1の絶縁膜57の形成が省略されている場合には、第2の絶縁膜59は、ビアホールVHの底部及び側壁を含むシリコンウエハー51の裏面上に形成される。
When the formation of the first insulating
次に、図4に示すように、ビアホールVHに隣接して、第2の絶縁膜59上に緩衝層60を形成する。緩衝層60は、フィルムレジストを用い、マスク露光及び現像処理により、所定の領域に形成することができる。緩衝層60は、これに限らず、有機絶縁物や無機絶縁物、金属、シリコン、ホトレジスト等の様々な材質を用いることができるが、クッションとして機能させるには、弾力性に富んだ有機絶縁物や無機絶縁物、ホトレジスト等が適している。
Next, as shown in FIG. 4, a
次に、図5(a)に示すように、ホトレジスト層を用いないで、異方性のドライエッチングを行う。これにより、ビアホールVHの側壁の側壁のみに第2の絶縁膜59が残り、これが側壁絶縁膜59Aとなる。また、ビアホールVHの底部に位置する第2の絶縁膜59及び層間絶縁膜52がエッチング除去される。そして、ビアホールVHの底部では、パッド電極53が露出される。
Next, as shown in FIG. 5A, anisotropic dry etching is performed without using a photoresist layer. As a result, the second insulating
このように、本実施形態では、ビアホールVHの形成後に、第2の絶縁膜59をビアホールVH内に形成し、緩衝層60の形成後に、ビアホールVHの底部に位置する第2の絶縁膜59及び層間絶縁膜52をエッチングして除去し、パッド電極53を露出している。
As described above, in the present embodiment, after the formation of the via hole VH, the second insulating
これとは反対に、ビアホールVHの底部をエッチングして、パッド電極53を露出した後に、緩衝層60を形成することも可能であるが、そうすると、緩衝層60を形成する時に、露出されたビアホールVHの底部が汚染され、後にビアホールVH内に形成する配線層63とパッド電極53との電気的接続が不良になるおそれがある。そこで、本実施形態のように、ビアホールVHを形成後に、ビアホールVHの底部をエッチングする方が、配線層63とパッド電極53との良好な電気的接続を得る上で好ましい。
On the contrary, it is possible to form the
また、図5の工程で、緩衝層60を形成後にビアホールVH内の絶縁膜をエッチングして側壁絶縁膜59Aを形成しているが、このエッチングにより緩衝層60の表面が粗くなり、後述するシード層61との密着性が上がるという利点もある。
Further, in the step of FIG. 5, after the
なお、第1の絶縁膜57の形成が省略されている場合には、図5(b)に示すように、ホトレジスト層を用いずに、ビアホールVHを含むシリコンウエハー51の裏面上に形成された第2の絶縁膜59aに対して、異方性のエッチングを行う。これにより、ビアホールVHの側壁に第2の絶縁膜59aが残り、これが側壁絶縁膜59aとなる。また、シリコンウエハー51の裏面上に形成されている第2の絶縁膜59aは、ビアホールVHの底部に位置する第2の絶縁膜59aよりも厚く形成されているため、当該異方性エッチングを行った後も、絶縁膜として残存する。即ち、ビアホールVHの底部に位置する第2の絶縁膜59aのみが除去される。
When the formation of the first insulating
次に、配線層63を形成する工程を説明する。図6に示すように、シード層61をスパ
ッタ法、MOCVD法、無電解メッキなどのいずれかの方法により、シリコンウエハー5
1の裏面側から、ビアホールVH内を含むシリコンウエハー51の裏面全体に形成する。シード層61は、例えば銅(Cu)層、もしくはチタンタングステン(TiW)層やチタンナイトライド(TiN)層、タンタルナイトライド(TaN)層などのバリアメタル層、もしくは銅(Cu)層とバリアメタル層との積層構造から成る。ここで、ビアホールVH内では、シード層61は、パッド電極53と電気的に接続され、かつ側壁絶縁膜59Aを覆うように形成される。
Next, a process for forming the
1 is formed on the entire back surface of the
また、シード層61は緩衝層60も覆っている。ここで、シード層61を構成するバリアメタル層は、銅(Cu)が側壁絶縁膜59Aを通してシリコンウエハー51中に拡散するのを防止する。ただし、側壁絶縁膜59Aがシリコン窒化膜(SiN膜)で形成されている場合には、シリコン窒化膜(SiN膜)が銅拡散に対するバリアとなるため、シード層61は銅(Cu)のみでも問題ない。
The
このシード層61は、後述する電解メッキ時のメッキ成長のためメッキ電極となる。その厚さは1μm程度でよい。なお、ビアホールVHが順テーパーに加工されている場合には、シード層61の形成にはスパッタ法を用いることができる。
This
そして、シード層61に対して銅(Cu)の電界メッキを行うが、その前に図7に示すように、電界メッキを行わない領域に対して、選択的にホトレジスト層62を形成する。この領域は、配線層63及びハンダボール66の形成領域を除く領域である。
Then, before the electroplating of copper (Cu) is performed on the
次に、図8に示すように、銅(Cu)の電解メッキを行うことで配線層63を形成する。配線層63はビアホールVHからシリコンウエハー51の裏面に取り出され、この裏面上を延びて、緩衝層60を覆う。これにより配線層63は、パッド電極53と電気的に接続される。
Next, as shown in FIG. 8, the
なお、配線層63は、シリコンウエハー51の裏面の所望領域に、所望の本数を形成することができる。
Note that a desired number of wiring layers 63 can be formed in a desired region on the back surface of the
また、図8では、配線層63は、ビアホールVH内に完全に埋め込まれているが、メッキ時間の調整により、不完全に埋め込まれても良い。また、配線層63は、銅(Cu)の電解メッキにより、ビホールVH内に埋め込まれるように形成されているが、これには限定されず、他の方法により形成されてもよい。例えば、配線層63は、スズ(Sn)をメッキ形成した後、さらに銅(Cu)のメッキ形成を行うことにより形成されてもよい。もしくは、配線層63は、CVD法やMOCVD法により、ビアホールVH内に銅(Cu)等の金属を埋め込む方法により形成されてもよい。また、配線層63は、アルミニウム(Al)等の金属を用いたスパッタにより形成されてもよい。
In FIG. 8, the
そして、ホトレジスト層62を除去し、配線層63をマスクとして、ホトレジスト層62の下に残存しているシード層61をエッチングにより除去する。このとき、配線層63もエッチングされるが、配線層63はシード層より厚いので問題はない。
Then, the
なお、図7及び図8では、シリコンウエハー51の裏面側の一部の領域にホトレジスト層62を形成した後に、これをマスクとして配線層63を形成しているが、本発明はこれに限定されず、配線層63を、例えば以下のように形成してもよい。即ち、図示しないが、ビアホールVHを含むシリコンウエハー51の裏面側の全面に配線層63用の金属層を形成した後、当該金属層上にホトレジスト層を形成し、当該ホトレジスト層をマスクとしたパターニングにより、配線層63を形成してもよい。
7 and 8, the
次に、図9に示すように、配線層63上及び第1の絶縁膜57上に、配線層63を覆うようにして、シリコン酸化膜(SiO2膜)もしくはシリコン窒化膜(SiN膜)から成る補強層64を形成する。さらに、図10に示すように、補強層64上に、保護層であるソルダーマスク65を形成する。そして、緩衝層60の形成位置に対応するソルダーマスク65及び補強層64の一部の箇所を、例えばエッチング等により選択的に除去して、当該箇所において配線層63を露出する開口部Kを設ける。
Next, as shown in FIG. 9, a silicon oxide film (SiO 2 film) or a silicon nitride film (SiN film) is formed on the
次に、図11に示すように、スクリーン印刷法を用いて、配線層63の所定領域上、即ち開口部Kで露出する配線層63上にハンダを印刷し、このハンダを熱処理でリフローさせることで、ハンダボール66を形成する。ハンダボール66は、ハンダに限らず、鉛フリーの低融点金属材料を用いて形成しても良い。また、開口部Kの数や形成領域を適宜選択することにより、ハンダボール66は、その数や形成領域を自由に選択して形成することができる。なお、ハンダによるハンダボール66の形成に替えて、メッキ形成による導電端子(ハンダボール66の形成箇所に設けられる)の形成を行ってもよい。
Next, as shown in FIG. 11, using a screen printing method, solder is printed on a predetermined region of the
そして、図12に示すように、ダイシングライン領域DLのダイシングライン中心DSに沿ってダイシング工程を行い、シリコンウエハー51を複数のシリコンチップ51Aに分割する。このダイシング工程では、ダイシングブレードを用いて切削している。
Then, as shown in FIG. 12, a dicing process is performed along the dicing line center DS of the dicing line region DL to divide the
上述したように、本実施形態では、パッド電極53からシリコンチップ51Aの裏面に形成されたハンダボール66に至るまでの配線層63を、ビアホールVHを通して配線しているので、配線層63の断線が起こりにくくステップカバレージも優れている。
As described above, in the present embodiment, the
また、配線層63は補強層64に覆われているため、配線層63の強度が補強され、本体である半導体装置をプリント基板へ実装する際などにおける配線層63の歪み(配線層63の変形や移動等)が生じにくくなると共に、配線層63の腐食に対する耐性が高められる。また、配線層63の銅(Cu)を起因とする、いわゆる銅汚染が生じることを極力抑止することができる。
Further, since the
また、ソルダーマスク65は、複数の異なる層(配線層63や第1の絶縁膜57)を覆うことなく、補強層64のみを覆うことにより、シリコンチップ51Aを保護する。これにより、ソルダーマスク65のシリコンチップ51Aに対する密着性が向上する。
Further, the
また、ハンダボール66は、シリコンチップ51Aの裏面より緩衝層60の膜厚の分だけ高い位置に形成されている。これにより、この半導体装置がプリント基板へ実装された時に生じる応力や衝撃が吸収されやすくなり、ハンダボール66の損傷を極力防止することができる。また、ハンダボール66は、緩衝層60上に形成されるので、プリント基板へ半導体装置を実装する際の衝撃が緩和され、半導体装置の損傷を防止できる。
The
なお、上述した本実施形態では、通常のワイヤボンディングに用いられるパッド電極をダイシングライン領域DLまで拡張して成るパッド電極53を形成しているが、これには限定されず、パッド電極53の代わりにダイシングライン領域DLまで拡張されない通常のワイヤボンディングに用いられるパッド電極をそのまま利用しても良い。この場合は、ビアホールVHの形成位置をこのパッド電極に合わせれば良く、他の工程は全く同じである。
In the above-described embodiment, the
また、本発明は、ハンダボール66が形成されたBGA型の半導体装置及びその製造方法に適用されるものとしたが、本発明はこれに制限されるものではない。即ち、本発明は、シリコンウエハーを貫通するビアホールに形成された配線層を有するものであれば、ハンダボールが形成されない半導体装置及びその製造方法にも適用されるものである。例えば、LGA(Land Grid Array)型の半導体装置及びその製造方法にも適用される。
Although the present invention is applied to the BGA type semiconductor device in which the
Claims (7)
前記半導体チップの第1の主面に接着された支持体と、
前記半導体チップの第2の主面から前記パッド電極の表面に貫通するビアホールと、
前記ビアホールを通して、前記パッド電極と電気的に接続され、かつ前記ビアホールから前記半導体チップの第2の主面上に延びる配線層と、
前記配線層上を覆うようにして形成され、かつ当該配線層を補強する補強層と、を有することを特徴とする半導体装置。 A pad electrode formed on the first main surface of the semiconductor chip;
A support bonded to the first main surface of the semiconductor chip;
A via hole penetrating from the second main surface of the semiconductor chip to the surface of the pad electrode;
A wiring layer electrically connected to the pad electrode through the via hole and extending from the via hole onto the second main surface of the semiconductor chip;
And a reinforcing layer formed to cover the wiring layer and reinforcing the wiring layer.
前記補強層上を覆うようにして形成された保護層と、
前記補強層及び前記保護層の一部を開口する開口部と、
前記開口部で露出する前記配線層上に形成された導電端子と、を有し、
前記配線層は、前記ビアホールを通して、前記パッド電極と電気的に接続され、かつ前記ビアホールから前記絶縁膜上を含む前記半導体チップの第2の主面上に延びていることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。 An insulating film formed from the second main surface of the semiconductor chip to the sidewall of the via hole;
A protective layer formed so as to cover the reinforcing layer;
An opening for opening a part of the reinforcing layer and the protective layer;
A conductive terminal formed on the wiring layer exposed at the opening,
The wiring layer is electrically connected to the pad electrode through the via hole and extends from the via hole onto a second main surface of the semiconductor chip including on the insulating film. 1. The semiconductor device according to 1.
前記半導体基板の第1の主面に支持体を接着する工程と、
前記半導体基板の第2の主面から前記パッド電極の表面に到達するビアホールを形成する工程と、
前記ビアホールを通して、前記パッド電極と電気的に接続され、かつ前記ビアホールから前記半導体基板の第2の主面上に延びる配線層を形成する工程と、
前記配線層上を覆うようにして、当該配線層を補強する補強層を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 Prepare a semiconductor substrate on which pad electrodes are formed,
Adhering a support to the first main surface of the semiconductor substrate;
Forming a via hole reaching the surface of the pad electrode from the second main surface of the semiconductor substrate;
Forming a wiring layer electrically connected to the pad electrode through the via hole and extending from the via hole onto the second main surface of the semiconductor substrate;
Forming a reinforcing layer that reinforces the wiring layer so as to cover the wiring layer;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記ビアホールを形成した後、前記ビアホール内を含む前記半導体基板の第2の主面の全面に第2の絶縁膜を形成する工程と、
前記第2の絶縁膜を異方性エッチングして、前記ビアホールの底部に位置する第2の絶縁膜を除去して、前記ビアホールの側壁に側壁絶縁膜を形成する工程と、
前記配線層及び前記補強層を形成した後、前記補強層上を覆うようにして保護層を形成する工程と、
前記補強層及び前記保護層の一部をエッチングして、前記配線層の一部を露出する開口部を形成する工程と、
前記開口部で露出する前記配線層上に導電端子を形成する工程と、
前記半導体基板を複数の半導体チップに分割する工程と、を有することを特徴とする請求項4記載の半導体装置の製造方法。 Forming a first insulating film on the second main surface of the semiconductor substrate after bonding a support to the first main surface of the semiconductor substrate;
Forming a second insulating film on the entire second main surface of the semiconductor substrate including the inside of the via hole after forming the via hole;
Anisotropically etching the second insulating film to remove the second insulating film located at the bottom of the via hole, and forming a sidewall insulating film on the sidewall of the via hole;
After forming the wiring layer and the reinforcing layer, forming a protective layer so as to cover the reinforcing layer;
Etching the reinforcing layer and part of the protective layer to form an opening exposing a part of the wiring layer;
Forming a conductive terminal on the wiring layer exposed at the opening;
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 4, further comprising: dividing the semiconductor substrate into a plurality of semiconductor chips.
前記絶縁膜を異方性エッチングして、前記ビアホールの底部に位置する前記絶縁膜を除去して、前記ビアホールの側壁に側壁絶縁膜を形成する工程と、
前記配線層及び前記補強層を形成した後、前記補強層上を覆うようにして保護層を形成する工程と、
前記補強層及び前記保護層の一部をエッチングして、前記配線層の一部を露出する開口部を形成する工程と、
前記開口部で露出する前記配線層上に導電端子を形成する工程と、
前記半導体基板を複数の半導体チップに分割する工程と、を有することを特徴とする請求項4記載の半導体装置の製造方法。 Forming an insulating film on the entire second main surface of the semiconductor substrate including the inside of the via hole after forming the via hole;
Anisotropically etching the insulating film, removing the insulating film located at the bottom of the via hole, and forming a sidewall insulating film on the side wall of the via hole;
After forming the wiring layer and the reinforcing layer, forming a protective layer so as to cover the reinforcing layer;
Etching the reinforcing layer and part of the protective layer to form an opening exposing a part of the wiring layer;
Forming a conductive terminal on the wiring layer exposed at the opening;
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 4, further comprising: dividing the semiconductor substrate into a plurality of semiconductor chips.
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