JP2008060100A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は半導体装置およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof.
従来の半導体装置には、CSP(chip size package)と呼ばれるもので、半導体基板上に設けられた絶縁膜の上面に配線が設けられ、配線の接続パッド部上面に柱状電極が設けられ、配線を含む絶縁膜の上面に封止膜がその上面が柱状電極の上面と面一となるように設けられ、柱状電極の上面に半田ボールが設けられたものがある(例えば、特許文献1参照)。 A conventional semiconductor device is called a CSP (chip size package). A wiring is provided on an upper surface of an insulating film provided on a semiconductor substrate, and a columnar electrode is provided on an upper surface of a connection pad portion of the wiring. In some cases, a sealing film is provided on the upper surface of the insulating film to be included so that the upper surface is flush with the upper surface of the columnar electrode, and a solder ball is provided on the upper surface of the columnar electrode (see, for example, Patent Document 1).
上記従来の半導体装置では、当該半導体装置を回路基板上に実装した後において、温度サイクル試験等を行なったとき、半導体基板と回路基板との間の熱膨張係数差に起因して発生する応力を緩和する機能を有している。すなわち、柱状電極は、それ自体が適宜に弾性変形して傾斜することにより、上記応力を吸収し、柱状電極と半田ボールとの界面にクラックが発生するのを防止する機能を有する。 In the conventional semiconductor device described above, when a temperature cycle test or the like is performed after the semiconductor device is mounted on the circuit board, the stress generated due to the difference in thermal expansion coefficient between the semiconductor substrate and the circuit board is generated. Has the function of mitigating. That is, the columnar electrode itself has a function of absorbing the stress and preventing the occurrence of cracks at the interface between the columnar electrode and the solder ball by being appropriately elastically deformed and inclined.
しかしながら、上記従来の半導体装置では、柱状電極により応力を緩和することができるとは言っても、それには限界がある。このため、例えば半導体基板のサイズが大きくなるにつれて上記応力が増大すると、柱状電極と半田ボールとの界面にクラックが発生してしまうことがある。 However, in the conventional semiconductor device, although the stress can be relieved by the columnar electrode, it has a limit. For this reason, for example, if the stress increases as the size of the semiconductor substrate increases, cracks may occur at the interface between the columnar electrode and the solder ball.
そこで、この発明は、半田ボールとそれを支持する支持部との界面にクラックがより一層発生しにくいようにすることができる半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。 In view of the above, an object of the present invention is to provide a semiconductor device and a method for manufacturing the same that can make cracks less likely to occur at the interface between a solder ball and a support portion that supports the solder ball.
この発明は、上記目的を達成するため、柱状電極を含む封止膜上に樹脂からなる上層保護膜を設け、上層保護膜上に上層配線を柱状電極の上面に接続させて設け、上層配線の接続パッド部上に半田ボールを設けるようにしたことを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, the present invention provides an upper protective film made of a resin on a sealing film including a columnar electrode, and an upper layer wiring is connected to the upper surface of the columnar electrode on the upper protective film. A solder ball is provided on the connection pad portion.
この発明によれば、柱状電極を含む封止膜と半田ボールとの間に樹脂からなる上層保護膜を設けているので、柱状電極のほかに、樹脂からなる上層保護膜によっても応力を緩和することができ、ひいては半田ボールとそれを支持する支持部すなわち上層配線の接続パッド部との界面にクラックがより一層発生しにくいようにすることができる。 According to the present invention, since the upper protective film made of resin is provided between the sealing film including the columnar electrode and the solder ball, the stress is relieved by the upper protective film made of resin in addition to the columnar electrode. As a result, cracks can be made more unlikely to occur at the interface between the solder ball and the supporting portion for supporting the solder ball, that is, the connection pad portion of the upper layer wiring.
(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、一般的にはCSPと呼ばれるものであり、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。
(First embodiment)
FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor device as a first embodiment of the present invention. This semiconductor device is generally called a CSP and includes a silicon substrate (semiconductor substrate) 1. An integrated circuit (not shown) having a predetermined function is provided on the upper surface of the silicon substrate 1, and a plurality of
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の上面にはポリイミド樹脂等からなる保護膜5が設けられている。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。
An
保護膜5の上面には銅等からなる下地金属層7が設けられている。下地金属層7の上面全体には銅からなる配線8が設けられている。下地金属層7を含む配線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。配線8の接続パッド部上面には銅からなる柱状電極9が設けられている。配線8を含む保護膜5の上面にはエポキシ樹脂等からなる封止膜10がその上面が柱状電極9の上面と面一となるように設けられている。柱状電極9の上面にはニッケルからなる第1の表面処理層11および金からなる第2の表面処理層12が設けられている。
A
封止膜10の上面には樹脂フィルムからなる上層保護膜13が接着層14を介して接着されている。樹脂フィルムは、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ガラス基材エポキシ樹脂等からなっている。この場合、第1、第2の表面処理層11、12は、上層保護膜13および接着層14に設けられた開口部15、16内に配置されている。上層保護膜13の上面には銅箔(金属箔)からなる上層配線17が上層保護膜13の開口部15を介して第2の表面処理層12に接続されて設けられている。
An upper
上層配線17を含む上層保護膜13の上面にはソルダーレジスト等からなるオーバーコート膜18が設けられている。上層配線17の接続パッド部に対応する部分におけるオーバーコート膜18には開口部19が設けられている。オーバーコート膜18の開口部19内およびその上方には半田ボール20が上層配線17の接続パッド部に接続されて設けられている。
An
次に、この半導体装置の製造方法の一例について説明する。まず、図2に示すように、ウエハ状態のシリコン基板(以下、半導体ウエハ21という)上に、接続パッド2、絶縁膜3、保護膜5、下地金属層7、配線8、柱状電極9および封止膜10が形成されたものを用意する。この状態では、封止膜10の上面は柱状電極9の上面と面一となっている。なお、図2において、符号22で示す領域はダイシングラインに対応する領域である。
Next, an example of a method for manufacturing this semiconductor device will be described. First, as shown in FIG. 2, on a silicon substrate (hereinafter referred to as a semiconductor wafer 21) in a wafer state, the
次に、図3に示すように、柱状電極9の上面に、無電解メッキ、メタルマスクを用いたスパッタ等により、ニッケルからなる第1の表面処理層11および金からなる第2の表面処理層12を形成する。
Next, as shown in FIG. 3, the first
次に、図4の上側に示すように、樹脂フィルムからなる上層保護膜13の下面に接着層14が形成され、柱状電極9に対応する部分における上層保護膜13および接着層14に開口部15、16が形成され、上層保護膜13の上面に上層配線17が上層保護膜13の開口部15を覆うように形成され、上層配線17を含む上層保護膜13の上面にオーバーコート膜18が形成され、上層配線17の接続パッド部に対応する部分におけるオーバーコート膜18に開口部19が形成されたものを用意する。
Next, as shown in the upper side of FIG. 4, an
この用意したものの形成方法としては、一例として、まず、樹脂フィルムからなる上層保護膜13の上面に銅箔(金属箔)がラミネートされたものを用意する。次に、柱状電極9(第1、第2の表面処理層11、12)に対応する部分における上層保護膜13に、フォトリソグラフィ法により、開口部15を形成する。次に、銅箔をフォトリソグラフィ法によりパターニングすることにより、上層配線17を形成する。次に、上層配線17の表面および上層保護膜13の開口部15を介して露出された下面に、無電解メッキにより、錫層(図示せず)を形成する。
As an example of a method for forming the prepared material, first, a method in which a copper foil (metal foil) is laminated on the upper surface of the upper
次に、上層配線17を含む上層保護膜13の上面に、スクリーン印刷法、スピンコート法等により、ソルダーレジスト等からなるオーバーコート膜18を形成する。この場合、上層配線17の接続パッド部に対応する部分におけるオーバーコート膜18には開口部19が形成されている。次に、上層保護膜13の下面に、スクリーン印刷法により、熱硬化性を有するエポキシ樹脂等からなる接着層14をパターン形成する。この状態では、上層保護膜13の開口部15に対応する部分における接着層14には開口部16が形成されている。かくして、図4の上側に図示するものが得られる。
Next, an
次に、図5に示すように、上層保護膜13および接着層14の開口部15、16内に第1、第2の表面処理層11、12を相対的に進入させた状態で、接着層14を封止膜10の上面に貼り付ける。次に、図示しないヒーターブロックを用いて、オーバーコート膜18の上側から加熱加圧する。すると、接着層14が加熱されて硬化し、上層保護膜13が封止膜10の上面に接着層14を介して接着される。
Next, as shown in FIG. 5, the first and second
また、上層保護膜13および接着層14の開口部15、16を介して露出された上層配線17の下面に形成された錫層と金からなる第2の表面処理層12とが固層拡散により合金化され、上層配線17の当該下面が第1、第2の表面処理層11、12等を介して柱状電極9の上面に熱圧着される。なお、この熱圧着のみで、上層配線17を含む上層保護膜13と柱状電極9を含む封止膜10との接続強度に問題がなければ、接着層14を省略してもよい。
Further, the tin layer formed on the lower surface of the
次に、図6に示すように、オーバーコート膜18の開口部19内およびその上方に半田ボール20を上層配線17の接続パッド部に接続させて形成する。次に、図7に示すように、ダイシングライン22に沿って、オーバーコート膜18、上層保護膜13、接着層14、封止膜10、保護膜5、絶縁膜3および半導体ウエハ21を切断すると、図1に示す半導体装置が複数個得られる。
Next, as shown in FIG. 6, a
このようにして得られた半導体装置では、柱状電極9を含む封止膜10と半田ボール20との間に樹脂フィルムからなる上層保護膜13を設けているので、柱状電極9のほかに、樹脂フィルムからなる上層保護膜13によっても応力を緩和することができ、ひいては半田ボール20と上層配線17の接続パッド部との界面にクラックがより一層発生しにくいようにすることができる。
In the semiconductor device thus obtained, since the upper
(第2実施形態)
図8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、柱状電極9を含む封止膜10の上面にポリイミド樹脂等からなる上層保護膜31を設け、柱状電極9の上面中央部に対応する部分における上層保護膜31に開口部32を設け、上層保護膜31の上面に銅等からなる上層下地金属層33を含む銅からなる上層配線34を上層保護膜31の開口部32を介して柱状電極9の上面に接続させて設けた点である。
(Second Embodiment)
FIG. 8 is a sectional view of a semiconductor device as a second embodiment of the present invention. This semiconductor device is different from the semiconductor device shown in FIG. 1 in that an upper
次に、この半導体装置の製造方法の一例について説明する。まず、図2に示すものを用意した後に、図9に示すように、スクリーン印刷法、スピンコート法等により、柱状電極9を含む封止膜10の上面にポリイミド樹脂等からなる上層保護膜31を形成する。この場合、柱状電極9の上面中央部に対応する部分における上層保護膜31には開口部32が形成されている。
Next, an example of a method for manufacturing this semiconductor device will be described. First, after preparing what is shown in FIG. 2, as shown in FIG. 9, an upper
次に、図10に示すように、上層保護膜31の開口部32を介して露出された柱状電極9の上面を含む上層保護膜31の上面全体に、銅の無電解メッキ等により、上層下地金属層33を形成する。次に、上層下地金属層33の上面にメッキレジスト膜35を形成する。この場合、上層配線34形成領域に対応する部分におけるメッキレジスト膜35には開口部36が形成されている。
Next, as shown in FIG. 10, the entire upper surface of the upper
次に、上層下地金属層33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35の開口部36内の上層下地金属層33の上面に上層配線34を形成する。次に、メッキレジスト膜35を剥離し、次いで、上層配線34をマスクとして上層下地金属層33の不要な部分をエッチングして除去すると、図11に示すように、上層配線34下にのみ上層下地金属層33が残存される。
Next, by performing electrolytic plating of copper using the upper
次に、図12に示すように、上層配線34を含む上層保護膜31の上面に、スクリーン印刷法、スピンコート法等により、ソルダーレジスト等からなるオーバーコート膜18を形成する。この場合、上層配線34の接続パッド部に対応する部分におけるオーバーコート膜18には開口部19が形成されている。
Next, as shown in FIG. 12, an
次に、オーバーコート膜18の開口部19内およびその上方に半田ボール20を上層配線34の接続パッド部に接続させて形成する。次に、図13に示すように、ダイシングライン22に沿って、オーバーコート膜18、上層保護膜31、封止膜10、保護膜5、絶縁膜3および半導体ウエハ21を切断すると、図8に示す半導体装置が複数個得られる。
Next, the
このようにして得られた半導体装置では、柱状電極9を含む封止膜10と半田ボール20との間に塗布されたポリイミド樹脂等からなる上層保護膜31を設けているので、柱状電極9のほかに、塗布されたポリイミド樹脂等からなる上層保護膜31によっても応力を緩和することができ、ひいては半田ボール20と上層配線35の接続パッド部との界面にクラックがより一層発生しにくいようにすることができる。
In the semiconductor device thus obtained, the upper
1 シリコン基板
2 接続パッド
3 絶縁膜
5 保護膜
7 下地金属層
8 配線
9 柱状電極
10 封止膜
11 第1の表面処理層
12 第2の表面処理層
13 上層保護膜
14 接着層
17 上層配線
18 オーバーコート膜
20 半田ボール
21 半導体ウエハ
31 上層保護膜
33 上層下地金属層
34 上層配線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (17)
前記封止膜上に、前記柱状電極の上面に対応する部分に開口部を有する樹脂フィルムからなる上層保護膜を配置し、且つ、前記上層保護膜の上面に予め形成された上層配線を前記上層保護膜の開口部を介して前記柱状電極の上面に接続させる工程と、
前記上層配線の接続パッド部上に半田ボールを形成する工程と、
前記半導体ウエハ、前記封止膜および前記上層保護膜を切断して複数個の半導体装置を得る工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a plurality of columnar electrodes and a sealing film covering the periphery of the columnar electrodes on the upper surface side of the semiconductor wafer;
An upper protective film made of a resin film having an opening at a portion corresponding to the upper surface of the columnar electrode is disposed on the sealing film, and an upper wiring formed in advance on the upper surface of the upper protective film is disposed on the upper layer. Connecting to the upper surface of the columnar electrode through the opening of the protective film;
Forming solder balls on the connection pads of the upper layer wiring;
Cutting the semiconductor wafer, the sealing film and the upper protective film to obtain a plurality of semiconductor devices;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
15. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 14, wherein the surface treatment layer is made of nickel which is a first surface treatment layer and gold which is a second surface treatment layer.
前記封止膜上に、前記柱状電極の上面に対応する部分に開口部を有する樹脂からなる上層保護膜を形成する工程と、
前記上層保護膜の上面に上層配線を前記上層保護膜の開口部を介して前記柱状電極の上面に接続させて形成する工程と、
前記上層配線の接続パッド部上に半田ボールを形成する工程と、
前記半導体ウエハ、前記封止膜および前記上層保護膜を切断して複数個の半導体装置を得る工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a plurality of columnar electrodes and a sealing film covering the periphery of the columnar electrodes on the upper surface side of the semiconductor wafer;
Forming an upper protective film made of a resin having an opening in a portion corresponding to the upper surface of the columnar electrode on the sealing film;
Forming upper layer wiring on the upper surface of the upper layer protective film by connecting to the upper surface of the columnar electrode through the opening of the upper layer protective film;
Forming solder balls on the connection pads of the upper layer wiring;
Cutting the semiconductor wafer, the sealing film and the upper protective film to obtain a plurality of semiconductor devices;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
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JP2006012885A (en) * | 2004-06-22 | 2006-01-12 | Casio Comput Co Ltd | Semiconductor device and its manufacturing method |
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