JP2009141261A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】配線に応力が加わっても、第１絶縁膜から配線が剥離することの防止できる、半導体装置を提供する。
【解決手段】インターポーザ２０と、インターポーザ２０上に実装された半導体チップ３０と、を具備し、インターポーザ２０は、第１絶縁膜と、前記第１絶縁膜上に設けられ、第１端１１から第２端１２まで伸びる配線パターン１３と、配線パターン１３を被覆するように前記第１絶縁膜上に設けられた第２絶縁膜とを備え、前記配線パターンは、第１端１１から第２端１２までを電気的に接続する配線の配置された配線領域と、前記配線に囲まれるように配置され、前記配線の配置されていない接着領域１４とを備え、接着領域１４において、前記第１絶縁膜は前記第２絶縁膜と接着している。
【選択図】図４

Description

本発明は、半導体装置に関し、特に、インターポーザ上に半導体チップが実装された構造を有する半導体チップに関する。

近年、半導体装置に対して多機能化が要求されている。一つの半導体チップに様々な機能を有する構造を設けることで、半導体装置を多機能化することが考えられる。しかし、１チップ内に、大きく異なる工程により製造される構造同士が設けられる場合には、半導体チップを製造するプロセスが複雑化する。そのため、製造コストが高くなる。

そこで、機能毎に別々に半導体チップを製造し、製造された別々の半導体チップを同一インターポーザ上に実装することが考えられる。このようにして組み立てられた半導体装置は、例えば、ＭＣＭ（Ｍｕｌｔｉ Ｃｈｉｐ Ｍｏｄｕｌｅ）と呼ばれる。このような半導体装置を開示した技術として、特許文献１（特開２００４−１５８５２４号公報）が挙げられる。特許文献１には、インターポーザに設けられた電源配線が、モジュールに電源を供給するバンプの位置まで伸びることが記載されている。

特開２００４−１５８５２４号公報

電源配線は、大きな電流容量が要求されるため、広い幅で設けられる。図１は、インターポーザに広幅の配線の設けられた半導体装置の一例を示す平面図である。また、図２は図１のＣＣ’に沿った断面を示す断面図である。図１においては、説明の便宜上、一部の構成が透視されて示されている。図１及び図２に示されるように、この半導体装置は、インターポーザ１０１と、インターポーザ１０１上にマウント材１０７を介して実装された半導体チップ１０３とを備えている。インターポーザ１０１は、基板１０４と、基板１０４上に設けられた第１絶縁膜１０５と、第１絶縁膜１０５上に設けられた配線１０２と、配線１０２を被覆するように第１絶縁膜１０５上に設けられた第２絶縁膜１０６とを備えている。

図１及び２に示されるような半導体装置を製造するにあたっては、まず、インターポーザ１０１が製造される。次に、インターポーザ１０１材上にマウント材１０７を介して半導体チップ１０３が配置される。さらに、図示されていないが、封止材によって半導体チップ１０３及びインターポーザ１０１が封止される。これらの過程において、インターポーザ１０１に熱が加わることがある。例えば、マウント材１０７や封止材として熱硬化性の樹脂を用いた場合には、樹脂を固めるために加熱が行われ、このときにインターポーザ１０１に熱が加わる。

図３に示されるように、広幅の配線がインターポーザ１０１に設けられていると、熱による応力により、配線１０２が第１絶縁膜１０５から剥離することがある。剥離した箇所１０８では配線１０２の応力が集中しやすく、これによって断線してしまいやすいという問題点があった。

以下に、［発明を実施するための最良の形態］で使用する括弧付き符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］の記載との対応関係を明らかにするために付加されたものであるが、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

本発明の半導体装置は、インターポーザ（２０）と、インターポーザ（２０）上に実装された半導体チップ（３０）とを具備する。ここで、インターポーザ（２０）は、第１絶縁膜（３）と、第１絶縁膜（３）上に設けられ、第１端（１１）から第２端（１２）まで伸びる配線パターン（１）と、配線パターン（１）を被覆するように第１絶縁膜（３）上に設けられた第２絶縁膜（４）とを備える。配線パターン（１）は、第１端（１１）から第２端（１２）までを電気的に接続する配線の配置された配線領域と、その配線に囲まれるように配置され、配線の配置されていない接着領域（１４）とを備える。接着領域（１４）において、第１絶縁膜（３）は第２絶縁膜（４）と接着している。

この発明によれば、配線に対して第１絶縁膜（３）から剥離するような力が加わったとしても、接着領域（１４）において第２絶縁膜（４）が第１絶縁膜（３）と接着しているので、配線上の第２絶縁膜（４）が配線を強固に押さえつける。そのため、配線が第１絶縁膜（３）から剥離してしまうことが防止される。

本発明によれば、配線に応力が加わっても、第１絶縁膜から配線が剥離することを防止できる、半導体装置が提供される。

（第１の実施形態）
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図４は、本発明の第１の実施の形態における半導体装置を説明するための平面図であり、図５は、図４のＡＡ’に沿った断面図である。

この半導体装置は、シリコンインターポーザ２０と、マウント材５を介してシリコンインターポーザ２０上に実装された半導体チップ３０とを備えている。図５に示されるように、シリコンインターポーザ２０は、シリコン基板２と、第１絶縁膜３と、配線パターン１と、第２絶縁膜４とを備えている。

第１絶縁膜３は、シリコン基板２上に成膜された膜である。第１絶縁膜３の厚みは、例えば０．６μｍである。第１絶縁膜３は、例えばシリコン酸化膜であり、ＣＶＤ法などにより形成することができる。

配線パターン１は、第１絶縁膜３上に形成されている。第１絶縁膜３の厚みは、例えば０．９μｍである。配線パターン１は、例えば、アルミニウム、銅、及びタングステンなどの金属を含む導電体の層を第１絶縁膜３の全面に形成し、次にリソグラフィー法を用いてパターニングすることにより、形成される。

第２絶縁膜４は、配線パターン１を被覆するように、第１絶縁膜３上に形成されている。第２絶縁膜４の厚みは、例えば５μｍである。第２絶縁膜４は、第１絶縁膜３と同種の膜であることが好ましく、例えばシリコン酸化膜が用いられる。第２絶縁膜４は、例えばＣＶＤ法により形成される。第２絶縁膜４と第１絶縁膜３とが同種の膜であれば、第２絶縁膜４と第１絶縁膜との接着力が高くなる。

図４に示されるように、配線パターン１は、第１端１１から第２端１２へ伸びるように設けられている。配線パターン１内には、導電体の配線が形成された配線領域１３と、配線の形成されていない接着領域１４とが設けられている。

図５に示されるように、接着領域１４においては、第１絶縁膜３と第２絶縁膜４とが接着している。接着領域１４は、配線領域１３に囲まれるように設けられている。また、接着領域１４は、配線領域１３を幅方向で複数の配線要素１３（図５参照）に分割するように、配線パターン１の伸びる方向に沿って設けられている。接着領域１４が設けられていることで、配線パターン１はスリットの設けられた形状となっている。

接着領域１４は、配線が応力などにより剥離してしまうことを防止するために設けられている。配線は、接着領域１４によって幅方向で複数の配線要素１３に分割される。当然ながら、複数の配線要素１３の各々の幅は、接着領域１４により分割されていない場合の配線幅よりも、狭くなる。狭幅の各配線要素１３が個々に第２絶縁膜４により被覆されているので、応力が加えられても、配線は第２絶縁膜４により押さえ込まれる。その結果、配線の剥離が抑制される。尚、第１絶縁膜３と第２絶縁膜４とが同種の膜の場合には、接着領域１４において第１絶縁膜３と第２絶縁膜４とが強固に接着し、第２絶縁膜４が配線をより強く押さえ込む。

接着領域１４の幅Ｌｂは、５μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。接着領域１４の幅Ｌｂが５μｍよりも狭いと、接着領域１４における第１絶縁膜３と第２絶縁膜４との接着力が十分に得られなくなり、配線の剥離を抑え込む力が十分に作用しなくなることがある。接着領域１４を設けることにより、配線パターン１全体の幅は、接着領域１４を設けない場合よりも広くする必要がある。このことは、配線レイアウトの観点から不利となるように思われる。しかし、インターポーザの場合、ＣＰＵやメモリなどの機能を有する構成を組み込む必要がないため、配線レイアウトに関する制約はさほど厳しくない。従って、その幅Ｌｂが２０μｍ以下の場合であれば、配線レイアウトに関する制約を受けることはほとんどない。但し、その幅Ｌｂが２０μｍよりも広いと、第１端１１と第２端１２とを電気的に接続する配線パターン１全体の幅が広くなりすぎ、配線レイアウトを行う際に不利となることがある。

電源配線、及び大きな電流負荷が加わる信号配線においては、配線幅として太幅（例えば、１００μｍ以上）が要求されることがある。配線パターン１における配線の幅は、４０μｍを超えると、応力が加わったときに剥離しやすくなる。そこで、第１端１１と第２端１２とを接続する配線に必要とされる幅がトータルで４０μｍ以上である場合に、上述の接着領域１４を設けることが効果的である。この場合、複数の配線要素１３の幅の合計が４０μｍ以上となればよい。

接着領域１４は、各配線要素１３の幅が１０μｍ以上２５μｍ以下となるように設けられることが好ましく、１２μｍ以上２０μｍ以下となるように設けられることがより好ましい。各配線要素１３の幅が１０μｍより狭くなると、第１端１１と第２端との間の電気的接続の信頼性を落とすことがある。各配線要素１３の幅が２５μｍを超えると、各配線要素１３に加わる応力が大きくなりすぎ、各配線要素１３が第１絶縁膜３から剥離してしまいやすくなる。

上述したシリコンインターポーザ２０上に半導体チップ３０を搭載するにあたっては、まず、シリコンインターポーザ２０上にマウント材５が配置される。マウント材５としては、Ａｇペースト、及び樹脂シート材などが用いられる。そして、半導体チップ３０がマウント材５上に配置され、加熱される。この際の加熱により、シリコンインターポーザ２０にマウント材５側から熱が加わり、配線パターン１部分に熱応力が加わることがある。しかし、本実施形態では、接着領域１４が設けられていることにより、配線が第２絶縁膜４により押さえ込まれ、配線が剥離することはない。また、その後、半導体チップ３０及びシリコンインターポーザ２０は、モールド樹脂等により封止される。このとき、モールド樹脂を硬化させるためにも、熱が加えられる。このときの熱によっても、シリコンインターポーザ２０に熱応力が加わることがあるが、接着領域１４により、配線の剥離が防止される。

以上、本実施形態に係る半導体装置について説明したが、本実施形態における半導体装置のシリコンインターポーザ２０は、半導体チップ３０の搭載される基板のチップ搭載面に一体に形成されたものでもよければ、その基板とは別に基板と半導体チップ３０との間に挿入されるものであってもよい。

（第２の実施形態）
続いて、本発明の第２の実施形態について説明する。図６は、本実施形態の半導体装置を説明するための平面図であり、図７は、図６のＢＢ’断面を示す断面図である。尚、図６においては、説明の便宜上、一部の構成が透視されて示されている。本実施形態においては、第１の実施形態と比較して、配線パターン１の形状が工夫されている。それ以外の点については、第１の実施形態と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。

図６に示されるように、配線パターン１には、第１の実施形態と同様に、接着領域１４が設けられている。但し、配線パターン１には、複数の配線要素１３の各々を接続するように、接続部１５が設けられている。接続部１５においては、第１絶縁膜３上に配線が形成されている。すなわち、配線パターン１においては、配線が格子状に配置されていることになる。

このように、格子状に配線を配置することにより、第１の実施形態で述べたように配線の剥離が抑制されるのに加え、配線の強度を高めることができる。シリコンインターポーザ２０に熱応力などが加わると、その応力により配線に対してねじれるような力が加わることがある。このような力により、配線にクラックが入ってしまうことがある。本実施形態によれば、配線の強度が高められているので、配線にねじれるような応力が加わったとしても、配線にクラックが入らない。

また、第１の実施形態と比較して、接続部１５が設けられていることにより、第１端１１と第２端１２との間を流れる電流の経路が増えることになる。万が一、ある配線要素１３にクラックなどが入り、その配線要素１３が断線してしまったとしても、第１端１１と第２端１２との間の電気的信頼性は維持される。従って、第１の実施形態と比較して、電気的な信頼性を向上させることができる。

広幅の配線の形成されたインターポーザを有する半導体装置の平面図である。 図１のＣＣ’を示す断面図である。 配線の剥離した様子を説明するための断面図である。 第１の実施形態の半導体装置を示す平面図である。 図４のＡＡ’を示す断面図である。 第２の実施形態の半導体装置を示す平面図である。 図６のＢＢ’を示す断面図である。

符号の説明

１ 配線パターン
２ シリコン基板
３ 第１絶縁膜
４ 第２絶縁膜
５ マウント材
１１ 第１端
１２ 第２端
１３ 配線要素
１４ 接着領域
１５ 接続部
２０ シリコンインターポーザ
３０ 半導体チップ
１０１ シリコンインターポーザ
１０２ 配線
１０３ 半導体チップ
１０４ シリコン基板
１０５ 第１絶縁膜
１０６ 第２絶縁膜
１０７ マウント材
１０８ 剥離部

Claims (7)

1. インターポーザと、
   前記インターポーザ上に実装された半導体チップと、
   を具備し、
   前記インターポーザは、
   第１絶縁膜と、
   前記第１絶縁膜上に設けられ、第１端から第２端まで伸びる配線パターンと、
   前記配線パターンを被覆するように前記第１絶縁膜上に設けられた第２絶縁膜とを備え、
   前記配線パターンは、
   前記第１端から前記第２端までを電気的に接続する配線の設けられた配線領域と、
   前記配線領域に囲まれるように配置され、前記配線の設けられていない接着領域とを備え、
   前記接着領域において、前記第１絶縁膜は前記第２絶縁膜と接着している
   半導体装置。
2. 請求項１に記載された半導体装置であって、
   前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜とは、同一成分の膜である
   半導体装置。
3. 請求項２に記載された半導体装置であって、
   前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜とは、シリコン酸化膜である
   半導体装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載された半導体装置であって、
   前記接着領域は、前記配線を幅方向で複数の配線要素に分割するように伸びるスリット状であり、
   前記接着領域の幅は、５μｍ以上２０μｍ以下である
   半導体装置。
5. 請求項４に記載された半導体装置であって、
   前記接着領域は、前記複数の配線要素の各々の幅が、１０μｍ以上２５μｍ以下となるように、前記配線を幅方向で分割している
   半導体装置。
6. 請求項４又は５に記載された半導体装置であって、
   前記複数の配線要素の幅の合計は４０μｍ以上である
   半導体装置。
7. 請求項１又は２に記載された半導体装置であって、
   前記接着領域は、前記配線領域が格子状となるように配置されている
   半導体装置。

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