JP2007317860A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ウエハレベルCSP等の半導体パッケージ構造を有する半導体装置において、微細化が可能であると共に、絶縁樹脂層との界面で剥離が発生しにくい導電部を備え、導電部における良好な導電性が確保される半導体パッケージ構造を有する半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体装置1は、一面に電極3を配してなる半導体基板2と、該半導体基板の一面を覆うように配され、かつ、前記電極が露呈するように開口部を有する絶縁樹脂層4と、前記絶縁樹脂層の一部を覆うように配され、前記開口部を介して前記電極と電気的に接続されるシード層5と、前記シード層上の外周域に配された無機薄膜層6と、前記シード層及び前記無機薄膜層上に配され、前記シードを介して前記電極と電気的に接続される導電部7と、を少なくとも備える。
【選択図】図2
【解決手段】半導体装置1は、一面に電極3を配してなる半導体基板2と、該半導体基板の一面を覆うように配され、かつ、前記電極が露呈するように開口部を有する絶縁樹脂層4と、前記絶縁樹脂層の一部を覆うように配され、前記開口部を介して前記電極と電気的に接続されるシード層5と、前記シード層上の外周域に配された無機薄膜層6と、前記シード層及び前記無機薄膜層上に配され、前記シードを介して前記電極と電気的に接続される導電部7と、を少なくとも備える。
【選択図】図2
Description
本発明は、半導体装置に関し、詳しくはウエハレベルCSP(Chip Size/Scale Package 、以下「CSP」と略記する場合がある)等の半導体パッケージ構造を有する半導体装置において、微細化が可能で、絶縁樹脂層との界面で剥離を起こすことの無い導電部を備え、十分な導電性の確保が可能なパッケージを実現するための構造を有する半導体装置に関するものである。
従来、電子部品で用いられる半導体パッケージ構造として、たとえば半導体チップを樹脂により封止したパッケージ(いわゆる「Dual Inline Package、以下「DIP」と略記する場合がある」や「Quad Flat Package、以下「QFP」と略記する場合がある」)では、樹脂パッケージ周辺の側面に金属リード電極を配置する周辺端子配置型が主流であった。
これに対し、近年急速に普及している半導体パッケージ構造として、たとえばCSP(チップスケールパッケージ)と呼ばれ、パッケージの平坦な表面に電極を平面状に配置したパッケージ構造がある。このCSP(チップスケールパッケージ)は、いわゆるボールグリットアレイ(Ball Grid Array、以下「BGA」と略記する場合がある)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ことを可能とする。
このBGAタイプの半導体パッケージにおいては、パッケージの面積が半導体チップの面積にほぼ等しい、いわゆるCSPと呼ばれる構造が、前述のBGA電極配置構造と共に開発され、電子機器の小型軽量化に大きく貢献している。そして、CSP(チップスケールパッケージ)は、回路を形成したウエハ基板を切断し、個々の半導体チップに個別にパッケージ工程を施しパッケージを完成するものである。
これに対し、一般的に「ウエハレベルCSP」(以下、「ウエハレベルパッケージ」と称する場合がある)と呼ばれ、たとえば図11に示すように、電極103を有し、回路を形成したウエハ102の片面に、絶縁樹脂層104、シード層105、再配線層107、封止樹脂層108、半田バンプ109等が形成され、ウエハごと樹脂封止されたパッケージ構造がある。図11は、従来の半導体装置101の構造を説明する部分拡大図である。このウエハレベルパッケージの製法においては、ウエハ102の上に、絶縁樹脂層104を成膜する。また、前記電極103との電気的接続を得るための開口部を前記絶縁樹脂層104に形成した後、その上に密着層としてのCrをスパッタ法にて成膜すると共に、その上に給電層としてのCuをスパッタ法にて成膜した構造からなるシード層105を成膜する。さらに、その上に樹脂からなるめっきレジスト111を成膜し(図12参照)、目的のパターンに加工する。次いで、Cuの電解めっきを用いて再配線層107を形成し、さらに、前記めっきレジスト111を剥離すると共に、不要なシード層105をエッチングにより除去する。そして、封止樹脂層108を成膜し、Cuパッド107aとなる部分を開口した後、そのパッド107a上に半田バンプ109を形成する。このようにして、ウエハ形状のままパッケージングを済ませ、最終工程においてウエハを所定のチップ寸法にダイシング(切断)することで、パッケージ構造を具備した半導体チップ101を得ることができる。
このウエハレベルCSPの製造方法における特徴は、パッケージを構成する部材を、すべてウエハの形状において加工することにある。すなわち、絶縁樹脂層104、再配線層107、封止樹脂層108、はんだバンプ109等は、すべてウエハの状態で形成され、ダイシング後の最終的なパッケージ面積は、半導体チップの面積と等しくなる。このように、ウエハレベルCSPは、電子機器の小型化に非常に有効なパッケージである。
また、ウエハレベルCSP技術を応用した技術として、MEMS(Micro Electro Mechanical System)がある。このようにウエハレベルCSPの利用分野が広がっているなかで、今後、必要とされる技術の一つに再配線の更なる微細化が挙げられる。従来の技術では、再配線の形成方法として、一般的にセミアディティブ法が用いられている。これは、ウエハに密着層と給電層とからなるシード層を形成後、その上に樹脂からなるめっきレジストを形成し、それをマスクとして電解めっきを行なって再配線を形成する。よって、これら従来技術において再配線を微細化するには、めっきレジストの微細化が必要不可欠である。
ところが、従来の方法でのめっき再配線の微細化には、以下のような問題が存在する。
(1)ウエハレベルCSP加工において、めっき再配線は導電性を確保するために十分な断面積が必要である。しかしながら、めっきレジストのパターニングにはフォトリソグラフィ技術を用いており、パターニング可能なアスペクト比がほぼ決まっているので、再配線の微細化が進むと、それに併せてめっきレジストの高さを低くする必要がある。なおかつ、めっきレジストの高さは、電解めっきで形成される再配線よりも高くする必要がある。
(1)ウエハレベルCSP加工において、めっき再配線は導電性を確保するために十分な断面積が必要である。しかしながら、めっきレジストのパターニングにはフォトリソグラフィ技術を用いており、パターニング可能なアスペクト比がほぼ決まっているので、再配線の微細化が進むと、それに併せてめっきレジストの高さを低くする必要がある。なおかつ、めっきレジストの高さは、電解めっきで形成される再配線よりも高くする必要がある。
すなわち、図13に示すように、従来技術で用いている樹脂からなるめっきレジスト111は、めっき後の剥離により全てが除去されるため、仮に、めっきレジスト111の厚さよりも再配線層107の厚さを厚くめっきした場合[図13(a)参照]、めっきレジスト111の剥離後の再配線層107の形状は、きのこ型になるので形状的に不安定であり[図13(b)参照]、再配線層107外側のエッジ107aが欠けてダストの発生源となる可能性もあるため適当ではない。よって、めっきレジスト層の厚さは、目的とする再配線層の厚さよりも厚くする必要があるので、ウエハレベルCSPのような比較的厚い再配線層を形成するような場合、パターニングの微細化には限度がある。
さらには、微細化によって、再配線層の断面積に対してアンダーカット部110の断面積の割合が相対的に大きくなる(図13(c)参照)。これらの理由によって、従来の製法では、再配線の微細化が進むほど、再配線の幅に対して断面積が小さくなり、ウエハレベルCSPにおける十分な導電性の確保が難しくなる。
(2)再配線の微細化が進むと、シード層のエッチング工程で、めっき再配線のサイドエッチングによるアンダーカットによって、再配線/絶縁樹脂層の界面で剥離が起こる可能性がある。
(2)再配線の微細化が進むと、シード層のエッチング工程で、めっき再配線のサイドエッチングによるアンダーカットによって、再配線/絶縁樹脂層の界面で剥離が起こる可能性がある。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ウエハレベルCSP等の半導体パッケージ構造を有する半導体装置において、微細化が可能であると共に、絶縁樹脂層との界面で剥離が発生しにくい導電部を備え、導電部における良好な導電性が確保される半導体パッケージ構造を有する、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に係る半導体装置は、一面に電極を配してなる半導体基板と、前記半導体基板の一面を覆うように配され、かつ、前記電極が露呈するように開口部を有する絶縁樹脂層と、前記絶縁樹脂層の一部を覆うように配され、前記開口部を介して前記電極と電気的に接続されるシード層と、前記シード層上の外周域に配された無機薄膜層と、前記シード層及び前記無機薄膜層上に配され、前記シードを介して前記電極と電気的に接続される導電部と、を少なくとも備えることを特徴とする。
また、本発明の請求項2に係る半導体装置は、請求項1に係る半導体装置において、前記無機薄膜層は、その表面の比抵抗値が前記シード層表面の比抵抗値の10倍以上であることを特徴とする。
また、本発明の請求項3に係る半導体装置は、請求項1係る半導体装置において、前記無機薄膜層は、その厚さが前記導電部の厚さの1/2以下であることを特徴とする。
また、本発明の請求項4に係る半導体装置は、請求項3に係る半導体装置において、前記無機薄膜層は、厚さが10〜500nmであることを特徴とする。
また、本発明の請求項5に係る半導体装置は、請求項1に係る半導体装置において、前記無機薄膜層は、Cr膜、Al膜、Ti膜、TiW膜、Ni膜、Si酸化膜、Si窒化膜から選択される単層構造又は積層構造であることを特徴とする。
本発明の半導体装置によれば、シード層上の外周域に無機薄膜層が配され、前記シード層及び前記無機薄膜層上に導電部が配されている。この構成によれば、導電部の形成後にレジストとして用いる無機薄膜層をエッチングした後も、導電部の下に無機薄膜層が部分的に残存し、導電部と絶縁樹脂層との間の空間を埋めるため、該無機薄膜層が、その後のシード層のエッチングの際に、エッチング液が導電部と絶縁樹脂層との間に浸入するのを防ぐ役割を果たし、導電部のアンダーカットを防ぐことができる。ゆえに、導電部外側のエッジが欠けてダストになるのを防ぐことができると共に、導電部と基板との密着性が低下することを防ぐことができる。
したがって、ウエハレベルCSP等の半導体パッケージ構造を有する半導体装置において、絶縁樹脂層との界面で剥離を起こすことの無い導電部を備え、十分な導電性の確保が可能なパッケージを実現するための構造を有する半導体装置を提供することができる。
したがって、ウエハレベルCSP等の半導体パッケージ構造を有する半導体装置において、絶縁樹脂層との界面で剥離を起こすことの無い導電部を備え、十分な導電性の確保が可能なパッケージを実現するための構造を有する半導体装置を提供することができる。
以下、最良の形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。
図1乃至図3は、本発明の半導体装置の一例を示す図面であり、図1は、本発明の半導体装置を示す平面図であり、図2は、図1に示すA−A線に沿う拡大断面図であり、図3は、図1に示すB−B線に沿う断面図である。
図2及び図3に示すように、本発明の半導体装置1は、半導体基板2と、該半導体基板2の一面を覆うように配された絶縁樹脂層4と、該絶縁樹脂層4の一部を覆うように配されたるシード層5と、前記シード層5上の外周域に配された無機薄膜層6と、前記シード層5及び前記無機薄膜層6上に配された導電部7、を少なくとも備えている。
図1乃至図3は、本発明の半導体装置の一例を示す図面であり、図1は、本発明の半導体装置を示す平面図であり、図2は、図1に示すA−A線に沿う拡大断面図であり、図3は、図1に示すB−B線に沿う断面図である。
図2及び図3に示すように、本発明の半導体装置1は、半導体基板2と、該半導体基板2の一面を覆うように配された絶縁樹脂層4と、該絶縁樹脂層4の一部を覆うように配されたるシード層5と、前記シード層5上の外周域に配された無機薄膜層6と、前記シード層5及び前記無機薄膜層6上に配された導電部7、を少なくとも備えている。
半導体基板2は、一面に電極3を配している。また、半導体基板2の一面には、パッシベーション(図示せず)が形成されている。この半導体基板2は、シリコンウエハ等の半導体ウエハでもよく、半導体ウエハをチップ寸法に切断(ダイシング)した半導体チップであってもよい。
絶縁樹脂層4は、半導体基板2の一面を覆うようにパッシベーション(図示せず)を介して配され、半導体基板2の一面に配された電極3が露呈するように開口部4aを有する。
絶縁樹脂層4を成す材料としては、絶縁性が高く、耐熱性、耐薬品性があり、機械的強度が強く、難燃性に優れている樹脂が好ましい。具体的には、ポリイミド樹脂やエポキシ樹脂、フェノール樹脂、フッ素樹脂、ポリベンゾオキサゾール樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂などが好ましい。また、厚さは5〜20μmとすると良い。
絶縁樹脂層4を成す材料としては、絶縁性が高く、耐熱性、耐薬品性があり、機械的強度が強く、難燃性に優れている樹脂が好ましい。具体的には、ポリイミド樹脂やエポキシ樹脂、フェノール樹脂、フッ素樹脂、ポリベンゾオキサゾール樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂などが好ましい。また、厚さは5〜20μmとすると良い。
絶縁樹脂層4は、たとえばフォトリソグラフィ技術を利用したパターニングなどにより形成することができる。この絶縁樹脂層4の塗布方法においては、液状の感光性樹脂を、たとえばスピンコート法、キャスティング法、ディスペンス法等により、半導体基板2上に塗布することが可能である。あるいは、シート状の樹脂をラミネート法にて圧着させる方法がある。
また、絶縁樹脂層4のパターニングにおいて、フォトリソグラフィ技術のほかに、レーザー加工法、プラズマエッチング法、により形成することもできる。さらに、絶縁樹脂層4は、樹脂をスクリーン印刷にて直接、成膜かつパターニングする方法も可能であり、その場合は、樹脂が感光性である必要はなくなる。
また、絶縁樹脂層4のパターニングにおいて、フォトリソグラフィ技術のほかに、レーザー加工法、プラズマエッチング法、により形成することもできる。さらに、絶縁樹脂層4は、樹脂をスクリーン印刷にて直接、成膜かつパターニングする方法も可能であり、その場合は、樹脂が感光性である必要はなくなる。
シード層5は、たとえば下地の絶縁樹脂層4との密着性を確保する層(密着層)のCr(クロム)と、給電のための層(給電層)のCu(銅)からなる積層体である。
このシード層5は、スパッタ法のほかに、CVD法や真空蒸着法などによっても成膜が可能である。密着層には、Crの他に、Ni(ニッケル)、Ti(チタン)、Ti‐W(チタンタングステン)、などが使用可能であり、また、給電層には、Cuの他に、Cr、Al(アルミニウム)、Ti、Ti‐W、Au(金)などが使用可能である。
このシード層5は、スパッタ法のほかに、CVD法や真空蒸着法などによっても成膜が可能である。密着層には、Crの他に、Ni(ニッケル)、Ti(チタン)、Ti‐W(チタンタングステン)、などが使用可能であり、また、給電層には、Cuの他に、Cr、Al(アルミニウム)、Ti、Ti‐W、Au(金)などが使用可能である。
無機薄膜層6は、いわゆる電気めっき用のめっきレジストである。この無機薄膜層6を成す材料としては、シード層5と比べて十分に比抵抗値が大きいか、又は絶縁性を有する、あるいは電解めっきで析出してくる金属との密着性が十分に低い、という物性のうち少なくとも一方の性質を有する、金属や金属酸化物、セラミックスが挙げられる。この場合の比抵抗値及び密着性は、めっき液と接する無機薄膜層6表面での物性を指しており、バルクでの物性と必ずしも一致する必要は無い。この際、無機薄膜層6表面の比抵抗値が、シード層表面の比抵抗値の10倍以上であるものとすると、めっき領域とめっきされない領域とのめっき厚さの違いがよりはっきりするので、エッチング残りが発生しなくなり望ましい。
また、無機薄膜層6は、その厚さが薄いほどサイドエッチング量が少なくなり、パッケージの信頼性が向上するため好ましいが、薄すぎて無機薄膜に欠陥を生じてはいけないため、ある程度の膜厚が必要である。具体的には、無機薄膜層6の厚さが、導電部7の厚さに対して1/2以上であると、シード層5をエッチングする際に、再配線層として機能する導電部7の下に残存していた、無機薄膜層6がほぼ全てエッチングされるので芳しくない。ゆえに、無機薄膜層6の厚さは導電部7の厚さの1/2以下であることが望ましい。
さらに、無機薄膜層6の厚さは、導電部7の厚さに対して1/2以下であっても、10nm以下であると、膜厚が薄すぎて欠陥が発生しやすい。一方、500nm以上であると、後工程において不要な部分をエッチング等により除去するのに時間を要するので、生産効率の低下を招くと共に、たとえば導電部7がCuからなる場合にはアンダーカットが大きくなるので問題である。したがって、その厚さは、10〜500nmの範囲であると好ましい。
この無機薄膜層6の材料には、たとえばCr薄膜を用いることができる。その理由として、Cr薄膜の表面は、緻密な酸化膜が形成されるため欠陥が少ないので、レジストとしての機能に優れていること、また、シード層5の表面は給電層のCuであることから、比抵抗値がCuと比べて大きく、さらに、電解めっきで析出するCuとの密着性が低いこと、が挙げられる。
無機薄膜層6は、たとえばフォトリソグラフィ技術を利用したパターニングなどにより形成することができる。この無機薄膜層6をパターニングするためのパターニングマスク用の感光性樹脂の塗布方法においては、液状の感光性樹脂を、たとえばスピンコート法、キャスティング法、ディスペンス法等により、シード層5上に塗布することが可能である。また、無機薄膜層6のパターニングにおいて、フォトリソグラフィ技術のほかに、レーザー加工法、プラズマエッチング法、シート状の樹脂をラミネート法にて圧着させる方法、により形成することもできる。さらに、無機薄膜層6用のパターニングマスクの形成方法は、樹脂をスクリーン印刷にて直接、成膜かつパターニングする方法も可能であり、その場合は、樹脂が感光性である必要はなくなる。その後、このパターニングマスクに沿って、Cr薄膜をエッチングして除去する。Cr薄膜のエッチングには、たとえば薬液によるウェットエッチングや(CF4+O2)ガスによるドライエッチングが利用可能である。その後、パターニングマスクを剥離して無機薄膜層6が得られる。
また、無機薄膜層6の材料には、Si酸化膜、あるいはSi窒化膜を用いることができる。構造や主な製造方法は、前述のCrを用いた場合と変わらない。Si酸化膜の成膜には、プラズマCVDなどのCVD法や、スパッタ法などのPVD法が利用可能である。また、Si酸化膜、あるいはSi窒化膜のエッチングは、CF4 ガスなどを用いたドライエッチングや、フッ酸によるウェットエッチングなどが利用可能である。
また、無機薄膜層6の材料には、Al薄膜を用いることもできる。構造や主な製造方法は、前述のCrを用いた場合と変わらない。Al薄膜の成膜には、真空蒸着法やスパッタ法といったPVD法やCVD法を用いることができる。AlもCrと同様に、表面に緻密な自然酸化膜を形成する金属である。しかし、そのままではめっきレジストとしても絶縁性が不十分な場合が多いので、その場合には、Al表面を酸化雰囲気下にて熱酸化させる工程を加える。また、真空チャンバーから取り出す前にいったん酸化雰囲気下に暴露すると、緻密な酸化膜の形成にも効果的である。
なお、酸化の方法はこれ以外にもUVを用いたオゾン酸化や、陽極を酸化処理による参加も可能である。エッチングは、プラズマエッチングの他、熱リン酸や塩酸、硝酸などの酸によるエッチングも可能である。
なお、酸化の方法はこれ以外にもUVを用いたオゾン酸化や、陽極を酸化処理による参加も可能である。エッチングは、プラズマエッチングの他、熱リン酸や塩酸、硝酸などの酸によるエッチングも可能である。
また、無機薄膜層6の材料には、Ti薄膜あるいはTi‐W薄膜を用いることもできる。構造や主な製造方法は、前述のCrを用いた場合と変わらない。Ti薄膜の成膜には、真空蒸着法やスパッタ法といったPVD法を用いることができる。エッチングは、ウェットエッチング、あるいはドライエッチングが利用可能である。
また、無機薄膜層6の材料には、Ni薄膜を用いることもできる。構造や主な製造方法は、前述のCrを用いた場合と変わらない。Ni薄膜の成膜には、真空蒸着法やスパッタ法といったPVD法や、電解めっき、無電解めっきを用いることができる。エッチングは、ウェットエッチング、あるいはドライエッチングが利用可能である。
このように無機薄膜層6は、Cr膜、Al膜、Ti膜、TiW膜、Ni膜、Si酸化膜、Si窒化膜から選択される単層構造又は積層構造であると望ましい。無機薄膜層6を何れか一種からなる単層構造とすることで、工程数が減り、効率が向上する。一方、無機薄膜層6を複数種用い、これらを重ねて積層構造とすることにより、たとえば下層にシード層との密着性に優れた材料を使用し、上層にめっきする金属との密着性に劣る材料を用いてなる構成とすることが可能になる。つまり、めっきする材料やシード層の材料によって、無機薄膜の材料を変えることができるので、本発明の適用できる範囲が広がるものとなる。
導電部7は、外部基板(図示せず)との接続領域に、絶縁樹脂層4の一部を覆うようにシード層5を介して配された接続パッドであり、後述する半田バンプ9を介して外部基板と接続される。また、導電部7は、絶縁樹脂層4に有する開口部4aを通して電極3と電気的に接続する配線層である。これら導電部7の材料としては、たとえば、CuやAg(銀)、Ni、Au、Alあるいはこれらの合金、またはこれらの積層が好ましい。中でも、電気伝導率が最も高い銅がより好ましい。また、導電部7の厚さは5〜20μmとすると良く、これにより充分な導電性が得られる。
この導電部7は、電解銅めっき法等のめっき法、スパッタリング法、蒸着法、または2つ以上の方法の組み合わせにより形成することができる。
この導電部7は、電解銅めっき法等のめっき法、スパッタリング法、蒸着法、または2つ以上の方法の組み合わせにより形成することができる。
これら導電部7の上には、必要に応じて封止層8を設けることができる。封止樹脂層8は、半田バンプ9を搭載する位置に、たとえば導電部7を露呈するような開口部7aを有する。この封止樹脂層8に適した部材は、絶縁樹脂層4に適する絶縁性部材と同じとすることができ、たとえば、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等が挙げられる。また、封止樹脂層8の厚さは1〜10μmが適当である。
この封止樹脂層8は、たとえばフォトリソグラフィ技術を利用したパターニングなどにより形成することができる。また、封止樹脂層8は、たとえばスピンコート法、キャスティング法、ディスペンス法等により、液状の感光性樹脂を塗布することで形成することができる。また、封止樹脂層8は、パターニングにおいて、フォトリソグラフィ技術のほかに、レーザー加工法、プラズマエッチング法、シート状の樹脂をラミネート法にて圧着させる方法、により形成することもできる。さらに、封止樹脂層8は、樹脂をスクリーン印刷にて直接、成膜かつパターニングする方法も可能であり、その場合は、樹脂が感光性である必要はなくなる。
以上のような構成により、導電部と絶縁樹脂層との間に無機薄膜層が部分的に残存し、該無機薄膜層が、シード層のエッチングの際にエッチング液が導電部と絶縁樹脂層との間に浸入するのを防ぐ役割を果たし、導電部のアンダーカットと導電部と基板との密着性の低下を防いで、絶縁樹脂層との界面で剥離を起こすことの無い導電部を備え、十分な導電性の確保が可能なパッケージを実現することができる。
次に、本発明における半導体装置の製造方法の一例について説明する。
図4〜図10は、本発明の半導体装置1の製造方法の一例を工程順に示す部分拡大断面図である。
まず、図4に示すように、半導体基板2を用意する。この半導体基板2としては、たとえば表面に電極3やパッシベーション(図示せず)が形成された半導体ウエハがある。
図4〜図10は、本発明の半導体装置1の製造方法の一例を工程順に示す部分拡大断面図である。
まず、図4に示すように、半導体基板2を用意する。この半導体基板2としては、たとえば表面に電極3やパッシベーション(図示せず)が形成された半導体ウエハがある。
次いで、図5に示すように、半導体基板2を覆い、前記電極3が露呈する開口部4aを有する絶縁樹脂層4を形成する。
絶縁樹脂層4は、たとえばポリイミド系、エポキシ系又はシリコーン系の液状樹脂からなフォトリソグラフィ技術を利用してパッシベーションが形成された半導体基板2上にパターニングすることにより形成することができる。その厚さは、たとえば5〜20μm程度である。
絶縁樹脂層4は、たとえばポリイミド系、エポキシ系又はシリコーン系の液状樹脂からなフォトリソグラフィ技術を利用してパッシベーションが形成された半導体基板2上にパターニングすることにより形成することができる。その厚さは、たとえば5〜20μm程度である。
次に、図6に示すように、絶縁樹脂層4が形成された半導体基板2を覆うように、その上に、めっき層の種となるシード層5を形成する。このシード層5は、たとえばスパッタ法によって形成できる。その厚さは、たとえばCrからなる密着層が40nm程度、Cuからなる給電層が150nm程度である。
引き続き、図7に示すように、シード層5上(正確には、給電層のCuの上)に無機薄膜層6を形成する。この無機薄膜層6は、たとえばCr膜を10〜100nm程度、スパッタ法を用いて成膜する。なお、ウエハを真空チャンバーから大気下に取り出す前に、いったんウエハを酸素雰囲気下に暴露すると、Cr表面の自然酸化膜がより緻密、かつ、均質になるので、めっきレジストとしての信頼性を向上させたい場合は、酸素暴露の工程を挟むと効果的である。
次に、図8に示すように、Cr膜を用いた無機薄膜層6上に、たとえばスピンコート法により感光性樹脂を塗布し、フォトリソグラフィ技術によってパターニングして、無機薄膜層6用のパターニングマスク11とする。さらに、パターニングマスク(感光性樹脂)11のパターニングにおいて、フォトリソグラフィ技術のほかに、レーザー加工法、プラズマエッチング法、シート状の樹脂をラミネート法にて圧着させる方法、により形成することもできる。
次いで、図9に示すように、パターニングマスク11のパターンに沿ってCr膜をエッチングし、除去する。この際、エッチングには、薬液によるウェットエッチング、あるいは(CF4+O2)ガスによるドライエッチングなどが利用可能である。その後、パターニングマスク11を剥離して、無機薄膜層5が完成する。
次に、図10に示すように、Cuの電解めっきにより、導電部7を形成する。めっき処理は、電解めっきまたは無電解めっきの両方式を利用できる。この工程により、外部基板との接続を可能とし、また、電極3と電気的に接続する導電部7を形成し、半導体基板2上に回路パターンを形成する。なお、この際、無機薄膜層6が絶縁性でない場合、その上にもCuが部分的に析出するが、導電部7と比べて十分に薄く、また、緻密性に欠けるため、この後の無機薄膜層6のエッチング工程で無機薄膜層6に付着したまま一緒に除去される。また、一部が残存したとしても、その後のシード層5のエッチング工程で完全に除去されるため問題ない。
さらに、これらの不要な析出を少しでも低減させるために、電解めっき前に、無機薄膜層6の表面に積極的に酸化膜を成長させ、無機薄膜層6の絶縁性、緻密性を向上させることも効果的である。なお、酸化方法としては、たとえば熱酸化、紫外線を用いたオゾンによる酸化、陽極酸化処理、などが利用できる。
さらに、これらの不要な析出を少しでも低減させるために、電解めっき前に、無機薄膜層6の表面に積極的に酸化膜を成長させ、無機薄膜層6の絶縁性、緻密性を向上させることも効果的である。なお、酸化方法としては、たとえば熱酸化、紫外線を用いたオゾンによる酸化、陽極酸化処理、などが利用できる。
そして、導電部7形成後、不要な無機薄膜層6をエッチングにより除去すると共に、不要なシード層5のエッチングを行なう。具体的には、Cu給電層をエッチングし、さらにCr密着層をエッチングして除去する。
その後、導電部7を覆うように封止樹脂層8を成膜することにより、図1乃至図3に示すような半導体装置1とすることができる。この封止樹脂層8は、たとえば感光性樹脂を塗布し、フォトリソグラフィ技術を利用してバンプ9を形成する際の下地となる導電部7を露呈させる開口部8aを形成する。
その後、導電部7を覆うように封止樹脂層8を成膜することにより、図1乃至図3に示すような半導体装置1とすることができる。この封止樹脂層8は、たとえば感光性樹脂を塗布し、フォトリソグラフィ技術を利用してバンプ9を形成する際の下地となる導電部7を露呈させる開口部8aを形成する。
なお、封止樹脂層8の開口部を通して導電部7と接続するように、印刷法又はボール搭載法により半田を転写し、リフローすることで半田バンプ9を形成し、ウエハレベルCSP加工が完了することができる。
この際、半田バンプ9の形成において用いられる半田の組成は、たとえばSn‐Pb共晶タイプや、Sn‐Ag、Sn‐Cu、Sn‐Ag‐Cu、Sn‐Zn、Sn‐Zn‐Bi合金などからなる鉛フリータイプが利用でき、組成に関して特に制限は無い。また、バンプの形成方法については、印刷法、半田ボール搭載法の他に、めっき法が使用できる。
この際、半田バンプ9の形成において用いられる半田の組成は、たとえばSn‐Pb共晶タイプや、Sn‐Ag、Sn‐Cu、Sn‐Ag‐Cu、Sn‐Zn、Sn‐Zn‐Bi合金などからなる鉛フリータイプが利用でき、組成に関して特に制限は無い。また、バンプの形成方法については、印刷法、半田ボール搭載法の他に、めっき法が使用できる。
以上のように本発明では、めっきレジストとしての無機薄膜層の厚さが10〜数100nmオーダーで十分であるので、めっき再配線層である導電部に対して極めて薄く、かつ、無機薄膜層のエッチングスピードは、有機膜のエッチングスピードと比べて緩やかであるので、導電部の形成後に不要な無機薄膜層をエッチングした後も、導電部の下にある無機薄膜層は大部分が残存する。したがって、導電部と絶縁樹脂層との間の空間を無機薄膜層が埋めるため、導電部外側のエッジが欠けてダストになるのを防ぐ役割を果たし、導電部の厚さより無機薄膜層の厚さが薄くても問題は生じないものとすることができる。
また、無機薄膜層の微細化は、すなわちパターニングマスクの微細化に等しいが、このパターニングマスクの膜厚は、実用上問題の無い範囲で薄くできるため、パターニング方法の幅が広がり、製造条件の幅が広がるので、幅広い品種の半導体デバイスに対しウエハレベルCSP加工の実施が可能となり、また、コスト面でも有利なものとなる。
また、無機薄膜層の微細化は、すなわちパターニングマスクの微細化に等しいが、このパターニングマスクの膜厚は、実用上問題の無い範囲で薄くできるため、パターニング方法の幅が広がり、製造条件の幅が広がるので、幅広い品種の半導体デバイスに対しウエハレベルCSP加工の実施が可能となり、また、コスト面でも有利なものとなる。
また、本発明は、導電部の下にある無機薄膜層が部分残存するので、無機薄膜層が、その後のシード層のエッチングの際に、エッチング液が導電部と絶縁樹脂層との間に浸入するのを防ぐ役割を果たし、導電部のアンダーカットが皆無となる。よって、導電部の微細化が容易になる。
さらに、無機薄膜層の厚さが、導電部に対して極めて薄いため、めっき液の無機薄膜層開口部への浸入が容易になるので、めっき不良の発生が低減し、十分な導電性の確保が可能なパッケージを実現することができる。
さらに、無機薄膜層の厚さが、導電部に対して極めて薄いため、めっき液の無機薄膜層開口部への浸入が容易になるので、めっき不良の発生が低減し、十分な導電性の確保が可能なパッケージを実現することができる。
本発明は、たとえば携帯電話やデジタルカメラ、ノートパソコンなど、小型で高密度な電子部品を必要とする電子装置に適用できる。
1 半導体装置、2 半導体基板、3 電極、4 絶縁樹脂層、5 シード層、6 無機薄膜層、7 導電部、8 封止樹脂部、9 バンプ、11 パターニングマスク。
Claims (5)
- 一面に電極を配してなる半導体基板と、
前記半導体基板の一面を覆うように配され、かつ、前記電極が露呈するように開口部を有する絶縁樹脂層と、
前記絶縁樹脂層の一部を覆うように配され、前記開口部を介して前記電極と電気的に接続されるシード層と、
前記シード層上の外周域に配された無機薄膜層と、
前記シード層及び前記無機薄膜層上に配され、前記シードを介して前記電極と電気的に接続される導電部と、
を少なくとも備えることを特徴とする半導体装置。 - 前記無機薄膜層は、その表面の比抵抗値が前記シード層表面の比抵抗値の10倍以上であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記無機薄膜層は、その厚さが前記導電部の厚さの1/2以下であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記無機薄膜層は、その厚さが10nm以上500nm以下であることを特徴とする請求項3に記載の半導体装置。
- 前記無機薄膜層は、Cr膜、Al膜、Ti膜、TiW膜、Ni膜、Si酸化膜、Si窒化膜から選択される単層構造又は積層構造であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
Priority Applications (1)
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JP2006145526A JP2007317860A (ja) | 2006-05-25 | 2006-05-25 | 半導体装置 |
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JP2016103646A (ja) * | 2015-12-14 | 2016-06-02 | 富士通株式会社 | 半導体装置及び半導体装置の製造方法 |
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2006
- 2006-05-25 JP JP2006145526A patent/JP2007317860A/ja not_active Withdrawn
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