JP2005311007A - 半導体装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 柱状電極を有するCSPと呼ばれる半導体装置において、柱状電極の数をより多くする。
【解決手段】 マトリクス状に配置された柱状電極13は、第2の配線12および第1の配線8を介して、シリコン基板1上の周辺部に配置された接続パッド2に接続されている。この場合、第2の配線12は、柱状電極13の直径よりもやや大きめの円形状の接続パッド部のみからなり、第1の配線8の接続パッド部は、円形状の接続パッド部のみからなる第2の配線12よりもある程度小さくなっている。これにより、第1の配線8の数をより多くすることができ、ひいては、柱状電極13の数をより多くすることができる。
【選択図】 図1

Description

この発明は半導体装置に関する。
従来の半導体装置には、CSP(chip size package)と呼ばれるもので、上面側辺部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接続パッドに接続させて設け、配線の接続パッド部上に柱状電極を設けたものがある(例えば、特許文献1参照)。この場合、複数の柱状電極は半導体基板上にマトリクス状に配置されている。
特開2001−85455号公報
ところで、上記のような半導体装置では、半導体基板上の最周辺部に配置された柱状電極以外の柱状電極に接続された配線が半導体基板上の最周辺部に配置された柱状電極間を通って半導体基板上の側辺部に配置された接続パッドに接続されるため、半導体基板上の最周辺部に配置された柱状電極間を通すことができる配線の数に限界があり、ひいては、半導体基板上に配置することができる柱状電極の数に限界があるという問題があった。
そこで、この発明は、半導体基板上により多い数の柱状電極等からなる外部接続用電極を配置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。
この発明は、上記目的を達成するため、半導体基板の側辺部に配列された複数の接続パッドを、前記側辺部から前記半導体基板の中央側に向かって複数行に配列された、それぞれ、対応する外部接続用電極に配線により接続する半導体装置において、前記配線を層間絶縁膜を介して複数層設け、隣接する前記接続パッドを、それぞれ、異なる行の前記外部接続用電極に接続したことを特徴とするものである。
この発明によれば、接続パッドと外部接続用電極とを接続する配線を層間絶縁膜を介して複数層設けることにより、半導体基板上により多い数の外部接続用電極を配置することができる。
(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の上面中央部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。絶縁膜3の上面にはPBO(ポリベンズオキサゾール)、ポリイミド系樹脂、エポキシ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第1の下地金属層7が設けられている。第1の下地金属層7の上面全体には銅からなる第1の配線(下層配線)8が設けられている。第1の下地金属層7を含む第1の配線8の一端部は、絶縁膜3および保護膜5の開口部4、6を介して接続パッド2に接続されている。第1の配線8を含む保護膜5の上面にはPBO、ノボラック系樹脂、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂等からなる層間絶縁膜9が設けられている。この場合、第1の配線8の接続パッド部に対応する部分における層間絶縁膜9には開口部10が設けられている。
層間絶縁膜9の上面には銅等からなる第2の下地金属層11が設けられている。第2の下地金属層11の上面全体には銅からなる第2の配線(上層配線)12が設けられている。第2の下地金属層11を含む第2の配線12の一端部は、層間絶縁膜9の開口部10を介して第1の配線8の接続パッド部に接続されている。第2の配線12の接続パッド部上面には銅からなる柱状電極(外部接続用電極)13が設けられている。第2の配線12を含む層間絶縁膜9の上面にはエポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂等からなる封止膜14がその上面が柱状電極13の上面と面一となるように設けられている。柱状電極13の上面には半田ボール15が設けられている。
複数の半田ボール15は、図2に示すように、シリコン基板1上の全面にマトリクス状に配置されている。この場合、図示の都合上、図1と図2とでは半田ボール15の数は一致していない。そして、複数の半田ボール15がシリコン基板1上の全面にマトリクス状に配置されていることにより、複数の柱状電極13もシリコン基板1上の全面にマトリクス状に配置されている。
なお、図3に示すように、複数の半田ボール15(つまり、柱状電極13)は、シリコン基板1上の周辺部のみに例えば5行でマトリクス状に配置されていてもよい。また、図4に示すように、複数の半田ボール15(つまり、柱状電極13)は、シリコン基板1上の周辺部のみに例えば5行でマトリクス状に配置され、且つ、その内側に6行目として例えば合計4つ配置されていてもよい。換言すれば、複数の柱状電極13をシリコン基板1上にマトリクス状に配置するとは、シリコン基板1上の全面にマトリクス状に配置するほかに、例えば、図3あるいは図4に示すように配置することも含むものである。そして、柱状電極13の数は1層の配線のみでは柱状電極13をシリコン基板1上にマトリクス状に配置することが不可能な数である。
次に、第1、第2の配線8、12の平面的な配置関係等について、図1および図5を参照して説明する。この場合、図示の都合上、図1と図5とでは各部の位置およぴ寸法は一致していない。第2の配線12は、柱状電極13の直径よりもやや大きめの円形状の接続パッド部のみからなり、層間絶縁膜9上にマトリクス状に配置されている。したがって、円形状の接続パッド部のみからな第2の配線12下における層間絶縁膜9に設けられた開口部10も層間絶縁膜9にマトリクス状に設けられている。また、層間絶縁膜9の開口部10下に設けられた第1の配線8の接続パッド部(層間絶縁膜9の開口部10に対応する部分よりもやや大きめの部分)8aも保護膜5上にマトリクス状に配置されている。そして、隣接する接続パッド2は、それぞれ、第1の配線8および第2の配線12を介して、異なる行に配置された柱状電極13に接続されている。
ところで、層間絶縁膜9の開口部10は、第2の下地金属層11を含む第2の配線12を第1の配線8の接続パッド部8aに確実に電気的に接続させることができる程度の大きさの円形状であればよく、円形状の接続パッド部のみからなる第2の配線12よりもある程度小さくなっている。そして、第1の配線8の接続パッド部8aは、層間絶縁膜9の開口部10よりもやや大きい円形状であり、円形状の接続パッド部のみからなる第2の配線12よりもある程度小さくなっている。
したがって、第1の配線8の接続パッド部8a間の間隔は、円形状の接続パッド部のみからなる第2の配線12間の間隔よりもある程度大きくなっている。この結果、第1の配線8の接続パッド部8aを保護膜5上の全面にマトリクス状に配置しても、保護膜5上の最周辺部に配置された第1の配線8の接続パッド部8a間を通すことができる第1の配線8の数をある程度多くすることができ(この場合、第1の配線8の引き回し部分が他の第2の配線12と重なっても、その間に層間絶縁膜9が介在されているため、ショートが発生することはない)、ひいては、シリコン基板1上により多い数の柱状電極13を配置することができる。また、第1の配線8のうちの電源用配線およびグランド用配線の線幅をある程度大きくすることができる。
(第2実施形態)
図6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に示す半導体装置と異なる点は、シリコン基板1上の中央部に配置された柱状電極13Aに接続された第2の配線12Aを円形状の接続パッド部のみとし、シリコン基板1上の周辺部に配置された柱状電極13Bに接続された第2の配線12Bを円形状の接続パッド部を有する通常の配線とした点である。
この場合、第2の下地金属層11Aを含む第2の配線12Aは、層間絶縁膜9の開口部10Aを介して、保護膜5上に設けられた、円形状の接続パッド部を有する通常の配線からなる第1の配線8Aの接続パッド部に接続されている。下地金属層7Aを含む第1の配線8Aの一端部は、絶縁膜3および保護膜5の開口部4A、6Aを介して接続パッド2Aに接続されている。
第2の下地金属層11Bを含む第2の配線12Bの一端部は、層間絶縁膜9の開口部10Bを介して、保護膜5上に設けられた、円形状の接続パッド部のみからなる第1の配線8Bに接続されている。下地金属層7Bを含む第1の配線8Bは、絶縁膜3および保護膜5の開口部4B、6Bを介して接続パッド2Bに接続されている。
したがって、保護膜5上においては、第1の配線8Bは接続パッド部のみからなり、第1の配線8Aのみが引き回されている。層間絶縁膜9上においては、第2の配線12Aは接続パッド部のみからなり、第2の配線12Bのみが引き回されている。この結果、第1の配線8Aおよび第2の配線12Bの引き回しの自由度が増大し、ひいては、シリコン基板1上により多い数の柱状電極13A、13Bを配置することができ、また、第1の配線8Aおよび第2の配線12Bのうちの電源用配線およびグランド用配線の線幅をある程度大きくすることができる。
(第3実施形態)
図7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に示す半導体装置と異なる点は、シリコン基板1上の中央部に配置された柱状電極13Aに接続された第2の配線12Aを円形状の接続パッド部を有する通常の配線とし、シリコン基板1上の周辺部に配置された柱状電極13Bに接続された第2の配線12Bを円形状の接続パッド部のみとした点である。
この場合、第2の下地金属層11Aを含む第2の配線12Aの一端部は、層間絶縁膜9の開口部10Aを介して、保護膜5上に設けられた、円形状の接続パッド部のみからなる第1の配線8Aに接続されている。下地金属層7Aを含む第1の配線8Aは、絶縁膜3および保護膜5の開口部4A、6Aを介して接続パッド2Aに接続されている。
第2の下地金属層11Bを含む第2の配線12Bは、層間絶縁膜9の開口部10Bを介して、保護膜5上に設けられた、円形状の接続パッド部を有する通常の配線からなる第1の配線8Bの接続パッド部に接続されている。下地金属層7Bを含む第1の配線8Bの一端部は、絶縁膜3および保護膜5の開口部4B、6Bを介して接続パッド2Bに接続されている。
したがって、保護膜5上においては、第1の配線8Aは接続パッド部のみからなり、第1の配線8Bのみが引き回されている。層間絶縁膜9上においては、第2の配線12Bは接続パッド部のみからなり、第2の配線12Aのみが引き回されている。この結果、第1の配線8Bおよび第2の配線12Aの引き回しの自由度が増大し、ひいては、シリコン基板1上により多い数の柱状電極13A、13Bを配置することができ、また、第1の配線8Bおよび第2の配線12Aのうちの電源用配線およびグランド用配線の線幅をある程度大きくすることができる。
(第4実施形態)
図8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1に示す半導体装置と異なる点は、第1の配線8の接続パッド部上面に、柱状電極13よりも小径の中継柱状電極21を設け、中継柱状電極21の上面を除く層間絶縁膜9の上面にエポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂等からなる平坦化膜22を設け、第2の下地金属層11を含む第2の配線12を平坦化膜22に設けられた開口部23を介して中継柱状電極21の上面に接続した点である。この場合も、上記第1実施形態の場合と同様に、シリコン基板1上により多い数の柱状電極13を配置することができ、また、電源用配線およびグランド用配線の線幅をある程度大きくすることができる。
(第5実施形態)
図9はこの発明の第5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に示す半導体装置と異なる点は、柱状電極13および封止膜14を有せず、第2の配線12を含む層間絶縁膜9の上面にソルダーレジスト等からなるオーバーコート膜31を設け、第2の配線12に対応する部分におけるオーバーコート膜31に設けられた開口部32内およびその上方に半田ボール15を第2の配線(の接続パッド部、外部接続用電極)12に接続させて設けた点である。この場合も、上記第1実施形態の場合と同様に、シリコン基板1上により多い数の柱状電極13を配置することができ、また、電源用配線およびグランド用配線の線幅をある程度大きくすることができる。
(第6実施形態)
図10はこの発明の第6実施形態としての半導体装置の図5同様の平面図を示す。この半導体装置において、図5に示す半導体装置と異なる点は、少なくとも一部の第2の配線12を接続パッド部12aを有する通常の配線とし、この第2の配線12の一端部を第1の配線8の接続パッド部8aに接続した点である。すなわち、上記各実施形態において、第1、第2の配線のうち、接続パッド部のみによって形成したと説明したものは、接続パッド部を有する通常の配線によって形成してもよい。
次に、代表として、図8に示す半導体装置の製造方法の一例について説明する。まず、図11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PBO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。上記において、ウエハ状態のシリコン基板1には、各半導体構成体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。
次に、図12に示すように、絶縁膜3および保護膜5の開口部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の上面全体に第1の下地金属層7を形成する。この場合、第1の下地金属層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。
次に、第1の下地金属層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、第1の下地金属層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内の第1の下地金属層7の上面に第1の配線8を形成する。次に、メッキレジスト膜41を剥離する。
次に、図13に示すように、第1の配線8を含む第1の下地金属層7の上面にメッキレジスト膜43をパターン形成する。この場合、中継柱状電極21形成領域に対応する部分におけるメッキレジスト膜43には開口部44が形成されている。次に、第1の下地金属層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43の開口部44内の第1の配線8の接続パッド部上面に中継柱状電極21を形成する。次に、メッキレジスト膜43を剥離し、次いで、第1の配線8をマスクとして第1の下地金属層7の不要な部分をエッチングして除去すると、図14に示すように、第1の配線8下にのみ第1の下地金属層7が残存される。
次に、図15に示すように、スクリーン印刷法、スピンコーティング法等により、中継柱状電極21および第1の配線8を含む保護膜5の上面全体にPBO等からなる層間絶縁膜9をその厚さが中継柱状電極21の高さよりも厚くなるように形成する。したがって、この状態では、中継柱状電極21の上面は層間絶縁膜9によって覆われている。
次に、層間絶縁膜9および中継柱状電極21の上面側を適宜に研磨し、図16に示すように、中継柱状電極21の上面を露出させ、且つ、この露出された中継柱状電極21の上面を含む層間絶縁膜9の上面を平坦化する。ここで、中継柱状電極21の上面側を適宜に研磨するのは、電解メッキにより形成される中継柱状電極21の高さにばらつきがあるため、このばらつきを解消して、中継柱状電極21の高さを均一にするためである。
次に、図17に示すように、上記研磨による表面の研磨痕をつぶして平滑性を得るために、スクリーン印刷法、スピンコーティング法等により、中継柱状電極21の上面を含む層間絶縁膜9の上面にエポキシ系樹脂等からなる平坦化膜22を薄く例えば膜厚3μm以下に形成する。次に、フォトリソグラフィ法により、中継柱状電極21の上面に対応する部分における平坦化膜22に開口部23を形成する。なお、平坦化膜22は省略してもよい。
次に、図18に示すように、平坦化膜22の開口部23を介して露出された中継柱状電極21の上面を含む平坦化膜22の上面全体に、銅の無電解メッキ等により、第2の下地金属層11を形成する。次に、第2の下地金属層11の上面にメッキレジスト膜45をパターン形成する。この場合、第2の配線12形成領域に対応する部分におけるメッキレジスト膜45には開口部46が形成されている。次に、第2の下地金属層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、メッキレジスト膜45の開口部46内の第2の下地金属層11の上面に第2の配線12を形成する。次に、メッキレジスト膜45を剥離する。
次に、図19に示すように、第2の配線12を含む第2の下地金属層11の上面にメッキレジスト膜47をパターン形成する。この場合、柱状電極13形成領域に対応する部分におけるメッキレジスト膜47には開口部48が形成されている。次に、第2の下地金属層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、メッキレジスト膜47の開口部48内の第2の配線12の上面に柱状電極13を形成する。次に、メッキレジスト膜47を剥離し、次いで、第2の配線12をマスクとして第2の下地金属層11の不要な部分をエッチングして除去すると、図20に示すように、第2の配線12下にのみ第2の下地金属層11が残存される。
次に、図21に示すように、スクリーン印刷法、スピンコーティング法等により、柱状電極13および第2の配線12を含む平坦化膜22の上面全体にエポキシ系樹脂等からなる封止膜14をその厚さが柱状電極13の高さよりも厚くなるように形成する。したがって、この状態では、柱状電極13の上面は封止膜14によって覆われている。
次に、封止膜14および柱状電極13の上面側を適宜に研磨し、図22に示すように、柱状電極13の上面を露出させ、且つ、この露出された柱状電極13の上面を含む封止膜14の上面を平坦化する。この場合も、柱状電極13の上面側を適宜に研磨するのは、電解メッキにより形成される柱状電極13の高さにばらつきがあるため、このばらつきを解消して、柱状電極13の高さを均一にするためである。次に、図23に示すように、柱状電極13の上面に半田ボール15を形成する。次に、ダイシング工程を経ると、図8に示す半導体装置が複数個得られる。
(その他の実施形態)
図6および図7において、第1の配線8A、8Bの接続パッド部の大きさは第2の配線12A、12Bの接続パッド部の大きさと同じとしてもよい。また、配線の層数は、2層に限らず、3層以上としてもよい。配線の層数を3層以上とする場合には、図8に示すような中継柱状電極は、3層以上の配線間の少なくとも1つに設けるようにしてもよい。
この発明の第1実施形態としての半導体装置の断面図。 半田ボールの配置の一例を説明するために示す平面図。 半田ボールの配置の他の第1の例を説明するために示す平面図。 半田ボールの配置の他の第2の例を説明するために示す平面図。 第1、第2の配線の平面的な配置関係等を説明するために示す一部の平面図。 この発明の第2実施形態としての半導体装置の断面図。 この発明の第3実施形態としての半導体装置の断面図。 この発明の第4実施形態としての半導体装置の断面図。 この発明の第5実施形態としての半導体装置の断面図。 この発明の第6実施形態としての半導体装置の図5同様の平面図。 図8に示す半導体装置の製造に際し、当初用意したものの断面図。 図11に続く工程の断面図。 図12に続く工程の断面図。 図13に続く工程の断面図。 図14に続く工程の断面図。 図15に続く工程の断面図。 図16に続く工程の断面図。 図17に示す状態の一部の平面図。 図18に続く工程の断面図。 図19に続く工程の断面図。 図20に続く工程の断面図。 図21に続く工程の断面図。 図22に続く工程の断面図。
符号の説明
1 シリコン基板
2 接続パッド
3 絶縁膜
5 保護膜
7 第1の下地金属層
8 第1の配線
9 層間絶縁膜
11 第2の下地金属層
12 第2の配線
13 柱状電極
14 封止膜
15 半田ボール

Claims (8)

  1. 半導体基板の側辺部に配列された複数の接続パッドを、前記側辺部から前記半導体基板の中央側に向かって複数行に配列された、それぞれ、対応する外部接続用電極に配線により接続する半導体装置において、前記配線を層間絶縁膜を介して複数層設け、隣接する前記接続パッドを、それぞれ、異なる行の前記外部接続用電極に接続したことを特徴とする半導体装置。
  2. 請求項1に記載の発明において、前記外部接続用電極は、前記最上層の配線の接続パッド部上に設けられた柱状電極であることを特徴とする半導体装置。
  3. 請求項2に記載の発明において、前記柱状電極以外を覆う封止膜を有することを特徴とする半導体装置。
  4. 請求項3に記載の発明において、前記柱状電極上に半田ボールが設けられていることを特徴とする半導体装置。
  5. 請求項1に記載の発明において、前記外部接続用電極は、前記最上層の配線の接続パッド部であることを特徴とする半導体装置。
  6. 請求項5に記載の発明において、前記最上層の配線の接続パッド部以外を覆うオーバーコート膜を有することを特徴とする半導体装置。
  7. 請求項6に記載の発明において、前記最上層の配線の接続パッド部上に半田ボールが設けられていることを特徴とする半導体装置。
  8. 請求項1に記載の発明において、前記複数層の配線間の少なくとも1つに中継柱状電極が設けられていることを特徴とする半導体装置。
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