JP2007294580A - 配線基板および半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】配線が高密度化しても導電層が絶縁層から剥離することのない配線基板および半導体装置を提供する。
【解決手段】絶縁層１２の一面１２ａに形成された凹部１３によって導電層１４の下面側が絶縁層１２の内側に食い込むので、導電層１４の形成時に、導電層１４と絶縁層１２との間に配された密着層１５や給電層１６が、導電層１４の配線幅Ｗ１よりも内側まで抉られてしまっても、導電層１４が絶縁層１２から剥離してしまうことが防止される。
【選択図】図１

Description

本発明は、導電層を有する配線基板および半導体装置に関する。

従来の半導体装置では、例えば半導体チップを樹脂により封止し、この封止された樹脂周辺の側面部に金属リード線を配置した周辺端子配置型が主流であった。しかしながら、こうしたパッケージ構造の半導体装置の場合、パッケージの面積が半導体チップの面積よりも大きくなってしまう。このため、近年では、いわゆるＣＳＰ（チップスケールパッケージ又はチップサイズパッケージ）と呼ばれるパッケージ構造が急速に普及しつつある。

このＣＳＰは、パッケージの平坦な表面に電極を平面状に配置する、いわゆるボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）技術の採用により、同一電極端子数を持つ同一投影面積の半導体チップを、従来よりも小さい面積で電子回路基板に高密度実装するものである。したがって、このＣＳＰは、パッケージの面積が半導体チップの面積にほぼ等しいため、電子機器の小型軽量化に大きく貢献することができる。

このＣＳＰは、例えば、回路を形成したシリコンウエハを切断し、切断された個々の半導体チップに対して個別にパッケージングを施し、完成させたものである。一方、ウエハレベルＣＳＰと呼ばれるパッケージ構造は、シリコンウエハ上に、絶縁層、再配線層（導電層）、封止層、はんだバンプ等を形成する。そして、最終工程においてウエハを所定のチップ寸法に切断することで、パッケージの面積を半導体チップの面積にほぼ等しくしたものである。

すなわち、このウエハレベルＣＳＰでは、ウエハの全面にこれらの回路を形成し、最終工程においてウエハをダイシングすることから、切断したチップそのものの大きさが、パッケージの施された半導体チップとなり、実装基板に対して最小投影面積を有するパッケージ構造を得ることができる（特許文献１）。

このようなウエハレベルＣＳＰ構造を有する半導体装置では、半導体基板の一面に形成された絶縁層の上に、導電層（金属配線層）が所定のパターンで形成されている。また、この導電層と絶縁層との間には、導電層と絶縁層との密着性を高める密着層や、導電層を電気メッキによって形成する際の基礎となる給電層が形成されている。
特開２００４−２０７３２４号公報

上述したような従来の半導体装置では、絶縁層の上に、例えば、スパッタリングによってクロムやチタン、あるいはこれらの合金からなる密着層を一面に形成する。次に、密着層の上に、銅などからなる給電層をスパッタリングによって一面に形成する。そして、この給電層の上にフォトリソグラフィック法などによってメッキ用マスクを形成し、メッキ法などで銅などからなる導電層（配線層）を所定の形状（回路パターン）に形成する。この導電層は下層に形成されている給電層や密着層などと比べて厚みが圧倒的に厚いので、こうした導電層をマスクとして給電層や密着層のエッチングを行い、給電層や密着層を導電層に倣った形状に成形することによって、半導体装置が形成される。

しかしながら、導電層をマスクとして給電層や密着層のエッチングを行う際に、導電層や給電層が共に銅など同一の材料から形成されていても、その形成方法の違いによって、導電層と給電層とではエッチングレートが異なってしまう。すなわち、メッキによって形成された導電層よりもスパッタリングで形成された給電層のほうがエッチングレートが大きくなるため、特に配線幅方向において、導電層よりも給電層や密着層のほうが大きく幅が減じられる。

給電層や密着層をエッチング残りが無いように十分にエッチングを行うと、結果的に導電層よりも給電層や密着層のほうが大きくエッチングされ、導電層の下層（給電層や密着層）が導電層の幅よりもおおきく括れたネック状部分が生じることになる。こうした給電層や密着層の過剰なエッチングによって、給電層や密着層を介して支えられている導電層の密着強度が低下し、導電層が絶縁層から剥離してしまうという懸念があった。特に、ウエハレベルＣＳＰなど配線密度が高い半導体装置では、導電層の幅が相当に小さく、絶縁層に対する導電層の密着強度を十分に確保し、導電層の剥離を防止することが重要である。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、配線が高密度化しても導電層が絶縁層から剥離することのない配線基板および半導体装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係る配線基板は、一面に絶縁層が配された基体と、前記絶縁層の一面に配された凹部または凸部と、前記凹部または凸部を覆う帯状の導電層とを備えたことを特徴とする。
本発明の請求項２に係る配線基板は、請求項１において、前記凹部または凸部は、前記導電層の長手方向に沿って延設されていることを特徴とする。
本発明の請求項３に係る配線基板は、請求項１において、前記凹部または凸部は前記絶縁層と一体をなすことを特徴とする。
本発明の請求項４に係る配線基板は、請求項１において、前記凹部または凸部は前記導電層と重なる位置にのみ配されたことを特徴とする。
本発明の請求項５に係る半導体装置は、半導体からなる基体と、前記基体の一面に配された電極と、前記基体の一面を覆い、前記電極を露呈させる開口を有する絶縁層と、前記絶縁層の一面に配された凹部または凸部と、前記凹部または凸部を覆う帯状の導電層とを備えたこと特徴とする。

本発明の配線基板によれば、絶縁層の一面に形成された凹部によって導電層の下面側が絶縁層の内側に食い込むので、導電層の形成時に、導電層と絶縁層との間に配された密着層や給電層が、導電層の配線幅よりも内側まで抉られてしまっても、導電層が絶縁層から剥離してしまうことが防止される。

また、絶縁層の一面に形成された凹部によって、絶縁層の水平面に導電層が形成される場合よりも、密着層や給電層を介して絶縁層と導電層とが接触する面積が増大するので、密着層や給電層が導電層の配線幅よりも内側まで抉られていても、導電層は絶縁層の一面に安定して保持され、剥離してしまうことがない。

以下の実施形態では、本発明に係る配線基板を詳細に説明するが、本発明はこうした実施形態に限定されるものではない。図１は、本発明の配線基板の一例を示す断面図である。本発明の配線基板１０は、例えば半導体からなる基体１１と、この基体１１の一面１１ａに形成された絶縁層１２と、この絶縁層１２の一面１２ａに所定のパターンで形成された帯状の導電層１４とから概略構成されている。

また、絶縁層１２の一面１２ａには、導電層１４で覆われる凹部１３が形成されている。さらに、導電層１４と絶縁層１２との間には、密着層１５および給電層１６が配されている。

このような構成の配線基板１０によれば、絶縁層１２の一面１２ａに形成された凹部１３によって導電層１４の下面側が絶縁層１２の内側に食い込むので、導電層１４の形成時に、導電層１４と絶縁層１２との間に配された密着層１５や給電層１６が、導電層１４の配線幅Ｗ１よりも内側まで抉られてしまっても、導電層１４が絶縁層１２から剥離してしまうことが防止される。

また、絶縁層１２の一面１２ａに形成された凹部１３によって、絶縁層１２の水平面に導電層１４が形成される場合よりも、密着層１５や給電層１６を介して絶縁層１２と導電層１４とが接触する面積が増大するので、密着層１５や給電層１６が導電層１４の配線幅Ｗ１よりも内側まで抉られていても、導電層１４は絶縁層１２の一面１２ａに安定して保持され、剥離してしまうことがない。

図２は、図１に示した配線基板を矢印Ｆ方向から見下ろした時の部分平面図と、鎖線ａ−ａおよび鎖線ｂ−ｂでの断面図である。凹部１３は、帯状の導電層１４の長手方向Ｌに沿って連続的に延設された長溝状に形成されていれば良い。絶縁層１２の一面１２ａにおいて、鎖線ａ−ａおよび鎖線ｂ−ｂで示すように、導電層１４は密着層１５や給電層１６を介して、導電層１４の長手方向Ｌに沿って連続的に延設された凹部１３に食い込むように絶縁層１２に支持される。

このような構成をとれば、導電層１４は長手方向Ｌの全長に渡って凹部１３に食い込むように絶縁層１２に支持されので、凹部１３を間欠的に形成した場合と比べて、より一層絶縁層１２との密着性が高められ、導電層１４の剥離をより確実に防止することができる。

凹部１３は、帯状の導電層１４の長手方向Ｌに沿って間欠的に形成されていても良い。図３に示すように、絶縁層１２の一面１２ａにおいて、鎖線ａ−ａで示すように凹部１３が形成された部分は、導電層１４が密着層１５や給電層１６を介して凹部１３に食い込むように絶縁層１２に支持される。

また鎖線ｂ−ｂで示すように隣接する凹部１３，１３どうしの間は、導電層１４は密着層１５や給電層１６を介して絶縁層１２に対して水平面で支持される。このような構成をとれば、凹部１３を導電層１４の長手方向Ｌに沿って間欠的に形成すればよいので、絶縁層１２の加工が容易となる。また、凹部１３は間欠的形成されるので、絶縁層１２の機械的強度を強く保つことができる。

配線基板１０を構成する基体１１は、半導体基板、例えばシリコンウェーハであればよい。絶縁層１２は、電気絶縁性に優れた材料、例えば、ポリイミド、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリベンゾオキシゾール樹脂などの樹脂絶縁材料が好ましく利用できる。こうした絶縁層１２は、例えば厚みＴ１が５〜５０μｍ程度であれば良い。

凹部１３は、絶縁層１２に対して、例えばパターンエッチング、レーザー照射による加工、微細な切削ドリルによる加工、プレス加工などの方法によって形成されれば良い。こうした凹部１３の深さＴ２は、例えば３〜３０μｍ程度に形成されれば良い。こうした凹部１３の幅Ｗ２は、導電層１４の配線幅Ｗ１と同じが、それよりも細く形成されれば良い。また、凹部１３の深さＴ２は絶縁層１２の厚みＴ１に対して９０％以下に設定されるのが好ましい。

密着層１５は、例えば、クロム、チタン、チタン−タングステン合金、チタン−ナイトライド合金などが好ましく利用できる。こうした密着層１５は、例えば厚みが１０〜４００ｎｍ程度に形成されていれば良い。

給電層１６は、電気導電性に優れた材料、例えば、銅、アルミニウム、ニッケル、金などが好ましく利用できる。こうした給電層１６は、例えば厚みが１０〜４００ｎｍ程度に形成されていれば良い。

導電層１４は、電気導電性に優れた材料、例えば、銅、アルミニウム、ニッケル、金などが好ましく利用できる。こうした導電層１４は、フォトレジストなどをマスクとしてメッキによって所定の配線パターンに形成されれば良く、例えば厚みが３〜２０μｍ程度に形成されていれば良い。

絶縁層に形成される凹部は、図１に示した形状に限定されない。例えば図４に示すように、絶縁層２１の一面２１ａ側に、２つの溝２２ａ，２２ｂをもつ凹部２２を形成し、この上に密着層２３や給電層２４を介して導電層２５を形成しても良い。凹部２２を２つの溝２２ａ，２２ｂをもつ形状に形成することで、密着層２３や給電層２４を介して導電層２５と絶縁層２１との接触面積が大きく取れるので、導電層２５の形成時に密着層２３や給電層２４が導電層２５の配線幅よりも内側に抉れてしまっても、導電層２５が給電層２４から剥離することを確実に防止することができる。

絶縁層に凹部の代わりに凸部を形成しても良い。例えば図５に示すように、絶縁層３１の一面３１ａ側には、密着層３３や給電層３４を介して導電層３５に食い込む凸部３２が形成される。このような凸部３２によって、密着層３３や給電層３４を介して導電層３５と絶縁層３１との接触面積が大きく取れるので、導電層３５の形成時に密着層３３や給電層３４が導電層３５の配線幅よりも内側に抉れてしまっても、導電層３５が給電層３４から剥離することを防止することができる。こうした凸部３２は、例えば、絶縁層３１を厚く積層させエッチングによって形成したり、スパッタリングによって形成すれば良い。

本発明の配線基板の製造方法の一例を説明する。まず、図６（ａ）に示すように、基材４１の一面４１ａに絶縁層４２、例えばポリイミドなどの樹脂絶縁層を形成する。次に、図６（ｂ）に示すように、絶縁層４２の一面４２ａ側で、後工程において導電層が形成される所定位置に、凹部４３を形成する。凹部４３は、絶縁層４２に対して、例えばパターンエッチング、レーザー照射による加工、微細な切削ドリルによる加工、プレス加工などの方法によって形成すれば良い。

続いて、図６（ｃ）に示すように、凹部４３を含む絶縁層４２の一面４２ａ側に、密着層４４および給電層４５を形成する。密着層４４は、例えば、クロム、チタン、チタン−タングステン合金、チタン−ナイトライド合金などを、また、給電層４５は、銅、アルミニウム、ニッケル、金などを、それぞれスパッタリングによって形成すれば良い。

次に、図７（ａ）に示すように、給電層４５の上に導電層４６の形成パターンを象ったメッキレジスト層４７を形成し、このメッキレジスト層４７をマスクとして導電層４６をメッキによって形成する。導電層４６は給電層４５と同様の材料、例えば、銅、アルミニウム、ニッケル、金などから形成すればよい。

図７（ｂ）に示すように、こうして所定の配線パターンに形成した導電層４６をマスクとして、密着層４４および給電層４５を導電層４６に倣った形状にエッチングを行う。こうしたエッチングによって、密着層４４および給電層４５をエッチング残りなくエッチングを行うと、スパッタリングによって形成された密着層４４および給電層４５は、メッキによって形成された導電層４６よりもエッチングレートが大きく、エッチングが早く進行するので、導電層４６の配線幅よりも内側まで抉られた形状となる。

しかし、絶縁層４２に形成した凹部４３によって、導電層４６が密着層４４や給電層４５を介してこの凹部４３に食い込むように絶縁層４２に支持されるので、導電層４６と絶縁層４２との接触面積を大きく取ることができ、導電層４６が絶縁層４２から剥離することを確実に防止することができる。

図８は、本発明の半導体装置の一例を示す断面図である。本発明の半導体装置５１は、例えば半導体からなる基体５２と、この基体５２に形成された電極５３と、基体５２の一面５２ａを覆う絶縁層５４とを有する。絶縁層５４の一部には、電極５３を露呈させる開口５５が形成されている。

また、絶縁層５４の一面５４ａには、帯状の導電層５６の長手方向Ｌに沿って連続的に凹部５７が形成されている。絶縁層５４の一面５４ａ側には、帯状の導電層５６が所定の形状に配される。導電層５６の一端は、絶縁層５４の開口５５を介して電極５３に電気的に接続されている。さらに、導電層５６と絶縁層５４との間には、密着層５８および給電層５９が配されている。そして、導電層５６の一端には、半導体装置５１の外部接続端子を成すバンプ６１が形成され、また、導電層５６は上部絶縁層６２によって覆われている。

このような構成の半導体装置５１によれば、導電層５６の長手方向Ｌに沿って、絶縁層５４に凹部５７が形成されているので、導電層５６は絶縁層５４の内側に食い込む形となり、半導体装置５１の小型化によって導電層５６が高密度に形成されて配線幅が微細化しても、導電層５６が絶縁層５４から剥離して断線するなどという不具合を確実に防止することが可能になる。

本発明の配線基板を示す断面図である。 本発明の配線基板を示す平面図および断面図である。 本発明の配線基板の他の一例を示す平面図および断面図である。 本発明の配線基板の他の一例を示す断面図である。 本発明の配線基板の他の一例を示す断面図である。 本発明の配線基板の製造方法を示す断面図である。 本発明の配線基板の製造方法を示す断面図である。 本発明の半導体装置の一例を示す断面図である。

符号の説明

１０…配線基板、１１…基体、１２…絶縁層、１３…凸部、１４…導電層、１５…密着層、１６…給電層、３２…凸部、５１…半導体装置、５３…電極、５５…開口。

Claims (5)

1. 一面に絶縁層が配された基体と、前記絶縁層の一面に配された凹部または凸部と、前記凹部または凸部を覆う帯状の導電層とを備えたことを特徴とする配線基板。
2. 前記凹部または凸部は、前記導電層の長手方向に沿って延設されていることを特徴とする請求項１に記載の配線基板。
3. 前記凹部または凸部は前記絶縁層と一体をなすことを特徴とする請求項１に記載の配線基板。
4. 前記凹部または凸部は前記導電層と重なる位置にのみ配されたことを特徴とする請求項１に記載の配線基板。
5. 半導体からなる基体と、前記基体の一面に配された電極と、前記基体の一面を覆い、前記電極を露呈させる開口を有する絶縁層と、前記絶縁層の一面に配された凹部または凸部と、前記凹部または凸部を覆う帯状の導電層とを備えたこと特徴とする半導体装置。
   
   

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