JP2010157544A - Semiconductor device, method of manufacturing the same, and electronic apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ウエハレベルCSPにおいて、接続信頼性を向上させた半導体装置及びその製造方法、並びにこの半導体装置を具備する電子機器に関する。 The present invention relates to a semiconductor device in which connection reliability is improved in a wafer level CSP, a manufacturing method thereof, and an electronic apparatus including the semiconductor device.
近年広く普及している半導体パッケージ構造にBGA(ボールグリッドアレイ)がある。これは、パッケージの平坦な表面にはんだバンプと呼ばれる電極を二次元的に配置した構造を有しているため、従来のDIP(Dual inline Package)やQFP(Quad Flat Package)に比べて高密度な実装が可能となる。このため、BGAはコンピュータのCPUやメモリなどのパッケージとして使われている。従来のBGAタイプの半導体パッケージは、パッケージサイズがチップサイズよりも大きいが、なかでもパッケージをほとんどチップサイズに近い大きさにまで小型化したパッケージはCSP(チップサイズパッケージ)と呼ばれ、電子機器の小型軽量化に大きく貢献している。 BGA (Ball Grid Array) is a widely used semiconductor package structure in recent years. This has a structure in which electrodes called solder bumps are two-dimensionally arranged on the flat surface of the package, so it has a higher density than conventional DIP (Dual inline Package) and QFP (Quad Flat Package). Implementation is possible. For this reason, the BGA is used as a package for a computer CPU and memory. A conventional BGA type semiconductor package has a package size larger than the chip size. Among them, a package that is downsized to a size almost close to the chip size is called a CSP (chip size package). Contributes greatly to the reduction in size and weight.
これらBGAタイプのパッケージは、回路を形成したシリコンウエハを切断し、その半導体チップをインターポーザと呼ばれる実装基板に搭載してパッケージを完成させるものであり、パターニングされたインターポーザが必要である上に、個々に半導体チップを個別にインターポーザに実装する工程が必要である。このため、専用の材料や製造装置を用いなければならず、コストが高くなるという欠点があった。 These BGA type packages are obtained by cutting a silicon wafer on which a circuit is formed and mounting the semiconductor chip on a mounting substrate called an interposer to complete the package. In addition to the need for a patterned interposer, In addition, a process of individually mounting the semiconductor chip on the interposer is necessary. For this reason, a dedicated material or manufacturing apparatus has to be used, and there is a drawback that the cost is increased.
これに対し、一般的に「ウエハレベルCSP」と呼ばれる製法においては、例えば図8に示すように、一面に電極101を有するシリコンウエハ102上に、絶縁層103、再配線層104、封止層105、はんだバンプ106等を形成し、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構造を具備した半導体チップ100を得ることができる。パッケージ構造をウエハ上に一括形成するため、従来のようにインターポーザを必要とせず、またウエハ状態で加工するので専用の装置を必要としない。このため製造効率が高く、コスト面の不利は低減している。しかもウエハ全面にパッケージ加工を施した後にダイシングして個片化することから、個片化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半導体チップを得ることが可能となる。また配線距離が従来のパッケージよりも短く、配線の寄生容量も小さい。これら優れた特徴は、現在急速に進んでいる実装の高密度化や情報処理速度の高速化が実現できるという点において非常に優位である(参考文献:日経マイクロデバイス 2000年2月号p42、2000年3月号p121、2000年4月号p114)。
On the other hand, in a manufacturing method generally called “wafer level CSP”, for example, as shown in FIG. 8, an
しかしながら、実装基板に実装した半導体パッケージは、衝撃、振動など外部から機械的な歪による応力を受けるだけでなく、半導体パッケージと実装基板との熱膨張率の違いによって発生する熱応力を受ける。ウエハレベルCSPなど、はんだバンプを介して実装基板と半導体チップとを電気的・機械的に接続する半導体パッケージでは、このはんだバンプの接合部に応力が最も集中しやすい。このため、このはんだバンプやその周辺ではクラックや剥離などの問題が発生し易く、最終的には回路の断線や短絡にいたって、デバイスが動作しなくなってしまうという問題が起こる。 However, a semiconductor package mounted on a mounting substrate is not only subjected to stress due to mechanical strain from the outside such as impact and vibration, but also receives thermal stress generated due to a difference in thermal expansion coefficient between the semiconductor package and the mounting substrate. In a semiconductor package such as a wafer level CSP in which a mounting substrate and a semiconductor chip are electrically and mechanically connected via solder bumps, stress is most likely to be concentrated at the joint portion of the solder bumps. For this reason, problems such as cracks and peeling are likely to occur in the solder bumps and the vicinity thereof, and finally, there arises a problem that the device becomes inoperable due to disconnection or short circuit of the circuit.
このような問題を防ぐため、下記に挙げた手法よってバンプのクラック発生を抑制することが試みられている。
・バンプの外側を樹脂などで覆った構造(例えば、特許文献1参照)
・コアを内包するバンプを有する構造(例えば、特許文献2、特許文献3参照)
しかしながら、前者は樹脂層をウエハ全面に均一に形成するのが難しく、また基板に実装するためには樹脂層の一部を取り除いてバンプを露出させる作業が必要になる。後者はコアを作製した上にバンプを形成しなければならず、容易ではない。
A structure in which the outside of the bump is covered with resin or the like (for example, see Patent Document 1)
A structure having a bump that encloses a core (see, for example,
However, it is difficult for the former to form the resin layer uniformly on the entire surface of the wafer, and in order to mount it on the substrate, it is necessary to remove a part of the resin layer and expose the bumps. In the latter case, bumps must be formed on the core, which is not easy.
本発明は、このような従来の実情に鑑みて考案されたものであり、バンプにかかる応力を分散することにより、バンプ周辺でのクラックや剥離の進展、ひいては回路の断線や短絡を防止し、実装基板に実装した際の接続信頼性が向上した半導体装置を提供することを第一の目的とする。
また、本発明は、バンプにかかる応力を分散し、バンプ周辺でのクラックや剥離の進展、ひいては回路の断線や短絡を防止することができ、実装基板に実装したときの接続信頼性が向上した半導体装置を簡単なプロセスで安価に製造することが可能な、半導体装置の製造方法を提供することを第二の目的とする。
また、本発明は、実装基板に実装された半導体装置の接続信頼性に優れた電子装置を提供することを第三の目的とする。
The present invention has been devised in view of such a conventional situation, and by dispersing the stress applied to the bump, the progress of cracks and delamination around the bump, and thus the disconnection and short circuit of the circuit, are prevented. A first object is to provide a semiconductor device with improved connection reliability when mounted on a mounting substrate.
In addition, the present invention can disperse the stress applied to the bumps, prevent cracks and the progress of peeling around the bumps, and thus prevent disconnection and short-circuiting of the circuit, thereby improving connection reliability when mounted on a mounting board. It is a second object of the present invention to provide a semiconductor device manufacturing method capable of manufacturing a semiconductor device at a low cost by a simple process.
A third object of the present invention is to provide an electronic device excellent in connection reliability of a semiconductor device mounted on a mounting substrate.
本発明の請求項1に記載の半導体装置は、一面に電極が形成された半導体基板と、前記半導体基板の一面上に配され、前記電極の少なくとも一部を露出する第一開口部を有する第一絶縁樹脂層と、前記第一絶縁樹脂層上に配され、前記第一開口部を通じて前記電極と電気的に接続された導電層と、前記導電層を覆うように配され、該導電層の少なくとも一部を露出する第二開口部を有する第二絶縁樹脂層と、前記第二開口部から露出した前記導電層上に配されたバンプと、を少なくとも備え、前記導電層のうち、前記バンプと接する領域は、平坦な中央域と、傾斜をなす外領域とから構成され、前記傾斜は、前記中央域に向けて負の角度を有することを特徴とする。
本発明の請求項2に記載の半導体装置は、請求項1において、前記半導体基板又は前記第一絶縁樹脂層上に、前記傾斜に対応させて凸部を配したことを特徴とする。
本発明の請求項3に記載の半導体装置は、請求項2において、前記導電層の端部は、前記凸部の前記電極とより離れた部位において、その上面を越えない位置にあることを特徴とする。
本発明の請求項4に記載の半導体装置は、請求項2又は3において、前記凸部は、平面視した際に略リング形状をなしていることを特徴とする。
本発明の請求項5に記載の半導体装置は、請求項2又は3において、前記凸部は、平面視した際に、略リング形状をなすとともに、前記バンプの中心部と前記半導体基板の中心部とを結ぶ方向とは略垂直をなす方向に延びて配された2つ以上の構造体からなることを特徴とする。
本発明の請求項6に記載の半導体装置は、請求項2乃至5のいずれかにおいて、前記凸部は、前記第一絶縁樹脂層及び/又は前記第二絶縁樹脂層をなす材料よりも、ヤング率が小さい材料からなることを特徴とする。
本発明の請求項7に記載の半導体装置の製造方法は、一面に電極が形成された半導体基板と、前記半導体基板の一面上に配され、前記電極の少なくとも一部を露出する第一開口部を有する第一絶縁樹脂層と、前記第一絶縁樹脂層上に配され、前記第一開口部を通じて前記電極と電気的に接続された導電層と、前記導電層を覆うように配され、該導電層の少なくとも一部を露出する第二開口部を有する第二絶縁樹脂層と、前記第二開口部から露出した前記導電層上に配されたバンプと、を少なくとも備え、前記導電層のうち、前記バンプと接する領域は、平坦な中央域と、傾斜をなす外領域とから構成され、前記傾斜は、前記中央域に向けて負の角度を有する半導体装置の製造方法であって、フォトリソグラフィ、レーザー加工、又はRIEを用いて、前記半導体基板又は前記第一絶縁樹脂層上に、前記傾斜に対応させて凸部を形成することを特徴とする。
本発明の請求項8に記載の電子装置は、前記請求項1乃至6のいずれかに記載の半導体装置を備えたことを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device comprising: a semiconductor substrate having an electrode formed on one surface; and a first opening disposed on one surface of the semiconductor substrate and exposing at least a part of the electrode. An insulating resin layer, a conductive layer disposed on the first insulating resin layer and electrically connected to the electrode through the first opening, and disposed to cover the conductive layer, A second insulating resin layer having a second opening that exposes at least a portion thereof, and a bump disposed on the conductive layer exposed from the second opening, wherein the bump of the conductive layer The region in contact with the center region is composed of a flat central region and an outer region having an inclination, and the inclination has a negative angle toward the central region.
A semiconductor device according to a second aspect of the present invention is characterized in that, in the first aspect, a convex portion is arranged on the semiconductor substrate or the first insulating resin layer so as to correspond to the inclination.
According to a third aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the second aspect, the end portion of the conductive layer is in a position not exceeding the upper surface at a position farther from the electrode of the convex portion. And
According to a fourth aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the second or third aspect, the convex portion has a substantially ring shape when viewed in plan.
A semiconductor device according to a fifth aspect of the present invention is the semiconductor device according to the second or third aspect, wherein the convex portion has a substantially ring shape when viewed in plan, and the central portion of the bump and the central portion of the semiconductor substrate. It is characterized by comprising two or more structures arranged extending in a direction substantially perpendicular to the direction connecting the two.
The semiconductor device according to a sixth aspect of the present invention is the semiconductor device according to any one of the second to fifth aspects, in which the convex portion is more Young than a material forming the first insulating resin layer and / or the second insulating resin layer. It is characterized by comprising a material with a low rate.
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device manufacturing method, comprising: a semiconductor substrate having an electrode formed on one surface; and a first opening that is disposed on one surface of the semiconductor substrate and exposes at least a part of the electrode. A first insulating resin layer, a conductive layer disposed on the first insulating resin layer and electrically connected to the electrode through the first opening, and disposed to cover the conductive layer, At least a second insulating resin layer having a second opening that exposes at least a part of the conductive layer, and a bump disposed on the conductive layer exposed from the second opening. The region in contact with the bump is composed of a flat central region and an outer region having an inclination, and the inclination is a method for manufacturing a semiconductor device having a negative angle toward the central region. , Laser processing, or RIE There are, the semiconductor substrate or said first insulating resin layer, and forming a protrusion in correspondence with the slope.
An electronic device according to an eighth aspect of the present invention includes the semiconductor device according to any one of the first to sixth aspects.
本発明では、前記導電層のうち、前記バンプと接する領域を、平坦な中央域と、傾斜をなす外領域とから構成し、前記傾斜は、前記中央域に向けて負の角度を有しているので、前記外領域(傾斜部分)では導電層が容易に変形することができ、バンプにかかる応力を分散できる。これにより、バンプ周辺でのクラックや剥離の進展、ひいては回路の断線や短絡を防止することができる。その結果、本発明では、実装基板に実装したときの接続信頼性が向上した半導体装置を提供することができる。
また、本発明では、フォトリソグラフィ、レーザー加工、又はRIEを用いて、前記半導体基板又は前記第一絶縁樹脂層上に、前記傾斜に対応させて凸部を形成している。このようにして得られた半導体装置では、導電層のうち、バンプと接する領域が、平坦な中央域と、傾斜をなす外領域とから構成され、前記傾斜は、前記中央域に向けて負の角度を有するものとなる。そして前記外領域(傾斜部分)では導電層が容易に変形することができるので、バンプにかかる応力を分散できる。これによりバンプ周辺でのクラックや剥離の進展、ひいては回路の断線や短絡を防止することができる。その結果、本発明では、実装基板に実装したときの接続信頼性が向上した半導体装置を簡単なプロセスで安価に製造することが可能な、半導体装置の製造方法を提供することができる。
また、本発明では、回路の断線や短絡を防止することができ、実装基板に実装したときの接続信頼性に優れた半導体装置を備えているので、信頼性に優れた電子装置を提供することができる。
In the present invention, a region of the conductive layer that is in contact with the bump includes a flat central region and an outer region that is inclined, and the inclination has a negative angle toward the central region. Therefore, the conductive layer can be easily deformed in the outer region (inclined portion), and the stress applied to the bump can be dispersed. As a result, the progress of cracks and peeling around the bumps, and hence the disconnection and short circuit of the circuit can be prevented. As a result, the present invention can provide a semiconductor device with improved connection reliability when mounted on a mounting board.
In the present invention, the projection is formed on the semiconductor substrate or the first insulating resin layer in correspondence with the inclination by using photolithography, laser processing, or RIE. In the semiconductor device thus obtained, a region in contact with the bump in the conductive layer is composed of a flat central region and an outer region having an inclination, and the inclination is negative toward the central region. It will have an angle. Since the conductive layer can be easily deformed in the outer region (inclined portion), the stress applied to the bumps can be dispersed. Thereby, the progress of cracks and delamination around the bumps, and the disconnection and short circuit of the circuit can be prevented. As a result, according to the present invention, it is possible to provide a semiconductor device manufacturing method capable of manufacturing a semiconductor device with improved connection reliability when mounted on a mounting substrate at a low cost by a simple process.
Further, according to the present invention, since a semiconductor device that can prevent circuit disconnection or short circuit and has excellent connection reliability when mounted on a mounting board is provided, an electronic device having excellent reliability is provided. Can do.
以下、本発明に係る半導体装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, an embodiment of a semiconductor device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の半導体装置の一構成例を模式的に示す断面図である。
この半導体装置1A(1)は、一面10aに電極2が形成された半導体基板10と、前記半導体基板10上に配された凸部20と、前記半導体基板10の一面10a上に配され、前記電極2の少なくとも一部を露出する第一開口部11aを有する第一絶縁樹脂層11と、前記第一絶縁樹脂層11上に配され、前記第一開口部11aを通じて前記電極2と電気的に接続された導電層12と、前記導電層12を覆うように配され、該導電層12の少なくとも一部を露出する第二開口部13aを有する第二絶縁樹脂層13と、前記第二開口部13aから露出した前記導電層12上に配されたバンプ14と、を少なくとも備える。
そして本発明の半導体装置1は、前記導電層12のうち、前記バンプ14と接する領域は、平坦な中央域12aと、傾斜をなす外領域12bとから構成され、前記傾斜は、前記中央域12aに向けて負の角度を有することを特徴とする。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing one structural example of the semiconductor device of the present invention.
The semiconductor device 1A (1) includes a
In the
本発明では、前記導電層12のうち、前記バンプ14と接する領域を、平坦な中央域12aと、傾斜をなす外領域12bとから構成し、前記傾斜は、前記中央域12aに向けて負の角度を有しているので、前記外領域12b(傾斜部分)では導電層12が容易に変形することができ、バンプ14にかかる応力を分散できる。これにより、バンプ14周辺でのクラックや剥離の進展、ひいては回路の断線や短絡を防止することができる。その結果、本発明の半導体装置1は、実装基板に実装したときの接続信頼性が向上したものとなる。
In the present invention, a region of the
半導体基板10は、例えばシリコンやガリウム砒素等からなり、少なくとも表層が絶縁部(図示せず)をなす基材の一面10a上に、例えば電極2としてAlパッドが設けられている。
The
凸部20は、半導体基板10上に、傾斜に対応して配される。これにより、該凸部20の上側に配された導電層12は、バンプ14と接する領域が、平坦な中央域12aと、該中央域12aに向けて負の角度を有する傾斜をなす外領域12bとから構成される。
また、図2は、図1に示す半導体装置1A(1)において、凸部20と導電層12との位置関係を示す平面図である。図2に示すように、凸部20は、平面視した際に略リング形状をなし、上面の内径は導電層12がバンプ14と接する領域の径よりも大きくなされている。なお、図2及び後掲する図7では、凸部20の輪郭を点線で示している。
The
FIG. 2 is a plan view showing the positional relationship between the
凸部20は、第一絶縁樹脂層11及び/又は第二絶縁樹脂層13をなす材料よりも、ヤング率が小さい材料からなることが好ましい。また、凸部20を構成する材料は、半導体基板10や第一絶縁樹脂層11に対する密着力が高く、ヤング率が0.1〜3.0GPaのものがよい。このような材料として具体的には、例えばポリイミド樹脂やエポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、ABS樹脂などが挙げられる。
また、凸部20の厚み(高さ)は10〜100μmが好ましい。これにより、後述するように、凸部20の上側に配される導電層12において、バンプ14と接する外領域12bと中央域12aとの段差を10μm以上とすることができる。
The
Moreover, as for the thickness (height) of the
第一絶縁樹脂層11は、前記半導体基板10上に配され、前記電極2の少なくとも一部を露出する第一開口部11aを有する。
第一絶縁樹脂層11は、絶縁性が高く、耐熱性・耐薬品性に優れ、機械的強度が強いものがよく、加えて熱膨張係数が5〜100ppm/℃であるものが好ましい。具体的には、例えばポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、ABS樹脂等などが挙げられる。
The first insulating
The first insulating
導電層12は、前記第一絶縁樹脂層11上に配され、第一開口部11aを通じて前記電極2と電気的に接続されている。
導電層12は、電極2とバンプ14とを電気的に接続する再配線層(アンダーパス)である。導電層12の一端部は、第一絶縁樹脂層11の第一開口部11aを通じて電極2と電気的に接続されている。また、導電層12の他端部は、バンプ14と電気的に接続されている。
The
The
導電層12は電気導電性に優れ、耐熱性の高い材料からなる。このような材料としては、例えば銅や銀、ニッケルなどが挙げられる。あるいはこれらを主成分とした合金、あるいはこれらの積層構造でもかまわない。その中でも、電気抵抗率が低く、比較的安価な銅が好ましい。
また、導電層12の厚さは1〜20μmであることが好ましい。
The
Moreover, it is preferable that the thickness of the
特に、本発明の半導体装置1では、導電層12のうち、前記バンプ14と接する領域を、平坦な中央域12aと、傾斜をなす外領域12bとから構成し、前記傾斜は、前記中央域12aに向けて負の角度を有している。
上述したように、半導体基板10上に凸部20が配されているので、この凸部20の上側に配された導電層12は、バンプ14と接する領域が、平坦な中央域12aと、該中央域12aに向けて負の角度を有する傾斜をなす外領域12bとから構成される。
In particular, in the
As described above, since the
バンプ14と接する外領域12bが傾斜していることで、外領域12b(傾斜部分)では導電層12が容易に変形することができる(図3参照)。これによりバンプ14にかかる応力を分散でき、基板に実装したときの接続信頼性を向上させることができる。
また、図4に示すように、導電層12とバンプ14の界面には脆い金属間化合物30が形成されてしまうが、バンプ14と接する外領域12bが傾斜しているので、クラックの進展する水平方向にはこの金属間化合物30が存在せず、このため、従来構造よりもクラックが進展しにくく、電気的な特性が劣化しにくい。
Since the
Further, as shown in FIG. 4, a
また、前記導電層12の端部は、前記凸部20の前記電極2とより離れた部位において、その上面を越えない位置にある。これにより、図3に示すような変形が容易になる。すなわち、上面を越えた場合には、凸部20を導電層12が覆うことになり、凸部20の柔軟性を阻害するので、本発明はこれを解消することができる。
Further, the end portion of the
導電層12において、バンプ14と接する外領域12bと中央域12aとの段差は10μm以上であることが好ましい。例えば、バンプ14の主成分が錫(Sn)であり、バンプ14と接合する導電層12の表面が銅(Cu)である場合、その接合部にはCu6Sn5やCu3Snの金属間化合物が形成されやすい。これらの金属間化合物は脆いので、バンプ14のクラックの進展経路にこれらがあるとクラックの進展が速い。そこで、導電層12のバンプ14と接している外領域12bと中央部との段差は10μm以上とすることで、金属間化合物が成長しても、それがクラックの進展する高さにまで到達しない。これによりクラックの進展をより確実に防止することができる。
In the
第二絶縁樹脂層13は、導電層12を覆うように配され導電層12を露出する第二開口部13aを有する。
第二絶縁樹脂層13は、絶縁性が高く、耐熱性・耐薬品性に優れ、機械的強度が強いものがよく、加えてヤング率が0.1〜5GPaのものが好ましい。このような材料としては、例えば具体的には、ポリイミド樹脂やエポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、ABS樹脂などが挙げられる。
また、第二絶縁樹脂層13の厚みは5〜100μmであることが好ましい。
The second insulating
The second insulating
Moreover, it is preferable that the thickness of the 2nd insulating
バンプ14は、例えばはんだからなり、前記第二開口部13aから露出した前記導電層12上に配される。
はんだは鉛を含む組成であっても、含まない組成であってもかまわない。鉛を含まない組成としては、錫を主成分として、銀、銅、インジウム、亜鉛、ビスマスの元素のうち少なくともひとつを含む組成が好ましい。
特に、本発明の半導体装置1では、上述したように導電層12のバンプ14と接する中央域12aが凹んだ形状のため、バンプ14が位置ズレしにくく、形成が容易である。また、導電層12の中央域12aが凹んだ形状であることで、導電層12とバンプ14の界面にボイドがあったとしてもクラックの進展には影響しないので、材料の選択性や製造条件の幅が広がる。
The
The solder may have a composition containing lead or a composition not containing lead. As the composition not containing lead, a composition containing tin as a main component and at least one of elements of silver, copper, indium, zinc and bismuth is preferable.
In particular, in the
次に、このような半導体装置1の製造方法について説明する。
図5は、本発明の半導体装置の製造方法の一例を工程順に示す断面図である。
本発明の半導体装置の製造方法は、フォトリソグラフィ、レーザー加工、又はRIEを用いて、前記半導体基板10又は前記第一絶縁樹脂層11上に、前記傾斜に対応させて凸部20を形成することを特徴とする。
Next, a method for manufacturing such a
FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example of the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention in the order of steps.
In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the
本発明では、フォトリソグラフィ、レーザー加工、又はRIEを用いて、前記半導体基板10又は前記第一絶縁樹脂層11上に、傾斜に対応させて凸部20を形成している。このようにして得られた半導体装置1では、導電層12のうち、バンプ14と接する領域が、平坦な中央域12aと、傾斜をなす外領域12bとから構成され、前記傾斜は、前記中央域12aに向けて負の角度を有するものとなる。そして前記外領域12b(傾斜部分)では導電層12が容易に変形することができるので、バンプ14にかかる応力を分散できる。これによりバンプ14周辺でのクラックの進展、ひいては回路の断線や短絡を防止することができる。その結果、本発明では、実装基板に実装したときの接続信頼性が向上した半導体装置を簡単なプロセスで安価に製造することが可能となる。
以下、各工程ごとに説明する。
In the present invention, the
Hereinafter, each step will be described.
(1)まず、図5(a)に示すように、半導体基板10上に、凸部20を形成する。
凸部20の形成方法は、感光性樹脂を用い、ドライフィルムをラミネートするか、あるいはワニスをスピンコート法やスクリーン印刷法、スプレーコート法で塗布した後、フォトリソグラフィにてパターニングする。あるいは、非感光性樹脂を用いて、スクリーン印刷法あるいはディスペンス法でパターニングしてもよい。
(1) First, as shown in FIG. 5A, the
The
(2)次に、図5(b)に示すように、半導体基板10の一面10a上に第一絶縁樹脂層11を形成する。
第一絶縁樹脂層11は感光性樹脂を用い、ドライフィルムをラミネートするか、あるいはワニスをスピンコート法やスクリーン印刷法を用いて塗布することにより形成される。また、第一開口部11aは、例えばフォトリソグラフィ技術を利用したパターニング、または、非感光性樹脂をウエハ全面に形成した後、レーザーやRIEでパターニングすることなどにより形成することができる。
(2) Next, as shown in FIG. 5B, the first insulating
The first insulating
(3)次に、図5(c)に示すように、第一絶縁樹脂層11上に、導電層12を形成する。
導電層12の形成手法には、アディティブ法、セミアディティブ法、サブトラクティブ法、リフトオフ法などがあるが、なかでも微細配線が容易に形成できるセミアディティブ法がより好ましい。
セミアディティブ法の場合、導電層12は密着部と導電部からなる。
(3) Next, as shown in FIG. 5C, a
As a method for forming the
In the case of the semi-additive method, the
密着部は、導電層12と半導体基板10との密着性を確保し、かつ導電層12を容易に形成するために設けられる。さらには半導体基板10の電極2と導電部との間のマイグレーションを抑制する役割も担っている。
密着部は蒸着、スパッタ、CVDなどにより半導体基板10の一面10a上に形成する。その材料は、クロム、チタン、タングステン、チタン−タングステン、銅、ニッケルなどの金属が好ましく、これらの積層構造がより好ましい。
The adhesion portion is provided to ensure adhesion between the
The close contact portion is formed on one
次に、密着部の上にパターニングされたレジストを形成する。レジストはドライフィルムをラミネートするか、あるいはワニスをスピンコート法やスクリーン印刷法を用いて塗布した後、フォトリソグラフィにてパターニングする。
次に導電部を電解めっき法にて形成する。その材料は、電気導電性に優れ、耐熱性の高い金属がよく、例えば銅や銀、ニッケルなどが好ましい。あるいはこれらを主成分とした合金、あるいはこれらの積層構造でもかまわない。その中でも、電気抵抗率が低く、比較的安価な銅が最も好ましい。導電部の厚さは1〜20μmが好ましい。レジストを除去し、密着部の不要部分をウェットエッチングやドライエッチングなどで除去する。
Next, a patterned resist is formed on the contact portion. The resist is laminated with a dry film, or varnish is applied by spin coating or screen printing, and then patterned by photolithography.
Next, a conductive part is formed by electrolytic plating. The material is preferably a metal having excellent electrical conductivity and high heat resistance, such as copper, silver, and nickel. Alternatively, an alloy containing these as a main component or a laminated structure thereof may be used. Among them, copper having a low electrical resistivity and relatively inexpensive is most preferable. The thickness of the conductive part is preferably 1 to 20 μm. The resist is removed, and unnecessary portions of the close contact portion are removed by wet etching or dry etching.
導電層12の表面が銅の場合、銅がはんだの成分の一つである錫に固溶しやく容易に金属間化合物を形成するので、これを防ぐため、バンプ14が配される導電層12の表面に無電解めっき法を用いて、ニッケル、金、パラジウムのうち少なくとも1つの元素を含む層を形成してもよい。
半導体基板10上に凸部20が形成されているので、この凸部20の上側に形成された導電層12は、バンプ14と接する領域が、平坦な中央域12aと、該中央域12aに向けて負の角度を有する傾斜をなす外領域12bとから構成されたものとなる。
In the case where the surface of the
Since the
(4)次に、図5(d)に示すように、導電層12を覆うように第二絶縁樹脂層13を形成する。
第二絶縁樹脂層13は感光性樹脂を用い、ドライフィルムをラミネートするか、あるいはワニスをスピンコート法やスクリーン印刷法を用いて塗布することにより形成される。また、第二開口部13aは、例えばフォトリソグラフィ技術を利用したパターニング、または、非感光性樹脂をウエハ全面に形成した後、レーザーやRIEでパターニングすることなどにより形成することができる。
(4) Next, as shown in FIG. 5D, a second insulating
The second insulating
(5)次に、図5(e)に示すように、第二開口部13aから露出した導電層12上に、バンプ14を形成する。
バンプ14は、はんだボール搭載法、電解はんだめっき法、はんだペースト印刷法、はんだペーストディスペンス法、はんだ蒸着法等により形成することができる。
(5) Next, as shown in FIG. 5E, bumps 14 are formed on the
The
このとき、本発明では、導電層12のバンプ14と接する中央域12aが凹んだ形状のため、バンプ14が位置ズレしにくく、形成が容易である。また、導電層12の中央域12aが凹んだ形状であることで、導電層12とバンプ14の界面にボイドがあったとしてもクラックの進展には影響しないので、材料の選択性や製造条件の幅が広がる。
以上の工程により、図1に示したような半導体装置1A(1)が得られる。
At this time, in the present invention, since the
Through the above steps, the semiconductor device 1A (1) as shown in FIG. 1 is obtained.
<第二実施形態>
次に、本発明の半導体装置の第二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1B(1)の一例を示す断面図である。
なお、以下の説明では、上述した第一実施形態と異なる部分について主に説明し、同様の部分についてはその説明は省略する。
上述した第一実施形態では、半導体基板10上に凸部20を形成していたが、本実施形態では、第一絶縁樹脂層11上に、傾斜に対応させて凸部20を配した。
<Second embodiment>
Next, a second embodiment of the semiconductor device of the present invention will be described.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing an example of the
In the following description, portions different from the above-described first embodiment will be mainly described, and description of similar portions will be omitted.
In the first embodiment described above, the
第一実施形態の場合よりも、バンプ14と接合している導電層12が容易に変形できるよう、よりヤング率の低い凸部20を第一絶縁樹脂層11の上に形成し、導電層12に直接接着させた。これにより、バンプ14にかかる応力をより効果的に分散することができる。その結果、この半導体装置1B(1)は、実装基板に実装したときの接続信頼性がより向上する。
A
第一絶縁樹脂層11上に凸部20を形成する際、凸部20の側面をなだらかな傾斜にするため、感光性樹脂を改良して、露光された箇所と露光されていない個所における現像液への溶解速度の差を小さくし、さらに現像時間を長くすることが好ましい。また、非感光性樹脂を用いる場合は、濡れ広がり性を改善したものを選定することが好ましい。
When forming the
<第三実施形態>
次に、本発明の半導体装置の第三実施形態について説明する。
図7は、本実施形態の半導体装置1C(1)の一例を示す図であり、半導体装置1C(1)において、凸部20と導電層12との位置関係を示す平面図である。
なお、以下の説明では、上述した第一実施形態と異なる部分について主に説明し、同様の部分についてはその説明は省略する。
この半導体装置1C(1)では、前記凸部20は、平面視した際に、略リング形状をなすとともに、前記バンプ14の中心部と前記半導体基板10の中心部とを結ぶ方向とは略垂直をなす方向に延びて配された2つ以上の構造体20a、20bからなる。
<Third embodiment>
Next, a third embodiment of the semiconductor device of the present invention will be described.
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of the semiconductor device 1C (1) of the present embodiment, and is a plan view illustrating a positional relationship between the
In the following description, portions different from the above-described first embodiment will be mainly described, and description of similar portions will be omitted.
In the
上述した第一実施形態では、凸部20を略リング形状に配したため、該凸部20がなす突起の上を越えて導電層12を形成しなければならず、作製が難しい。そこで、本実施形態では、凸部20をチップ中心方向に対して略垂直をなす複数(ここでは2つ)の円弧状の構造体20a、20bに分割し、導電層12は構造体20a、20bの間を通して配することで、導電層12をより簡単に形成できるようになる。また、バンプ14に加わる応力はチップ中心方向に平行であるため、この形状にしても、バンプ14にかかる応力を分散し、クラックの進展を防止する効果は十分に維持できる。
In the first embodiment described above, since the
本発明は、上述したような半導体装置1を用いた電子装置にも適用することができる。
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。また、ウエハレベルCSPに限らず、バンプを介して接続されるBGAパッケージ全般、あるいはフリップチップにも適用できる。
The present invention can also be applied to an electronic device using the
The present invention can be applied to electronic devices that require small and high-density electronic components such as mobile phones, digital cameras, and notebook computers. Further, the present invention can be applied not only to the wafer level CSP but also to all BGA packages connected via bumps or flip chip.
以上、本発明の半導体装置及びその製造方法並びに電子機器について説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。 Although the semiconductor device, the manufacturing method thereof, and the electronic apparatus of the present invention have been described above, the present invention is not limited to this, and can be appropriately changed without departing from the spirit of the invention.
本発明は、半導体装置及びその製造方法並びに電子機器に広く適用可能である。 The present invention can be widely applied to semiconductor devices, manufacturing methods thereof, and electronic devices.
1(1A、1B、1C) 半導体装置、2 電極、10 半導体基板、11 第一絶縁樹脂層、11a 第一開口部、12 導電層、12a 中央域、12b 外領域、13 第二絶縁樹脂層、13a 第二開口部、14 バンプ、20 凸部、20a、20b 構造体。 1 (1A, 1B, 1C) Semiconductor device, 2 electrodes, 10 semiconductor substrate, 11 first insulating resin layer, 11a first opening, 12 conductive layer, 12a central region, 12b outer region, 13 second insulating resin layer, 13a 2nd opening part, 14 bump, 20 convex part, 20a, 20b Structure.
Claims (8)
前記半導体基板の一面上に配され、前記電極の少なくとも一部を露出する第一開口部を有する第一絶縁樹脂層と、
前記第一絶縁樹脂層上に配され、前記第一開口部を通じて前記電極と電気的に接続された導電層と、
前記導電層を覆うように配され、該導電層の少なくとも一部を露出する第二開口部を有する第二絶縁樹脂層と、
前記第二開口部から露出した前記導電層上に配されたバンプと、を少なくとも備え、
前記導電層のうち、前記バンプと接する領域は、平坦な中央域と、傾斜をなす外領域とから構成され、
前記傾斜は、前記中央域に向けて負の角度を有することを特徴とする半導体装置。 A semiconductor substrate having an electrode formed on one surface;
A first insulating resin layer disposed on one surface of the semiconductor substrate and having a first opening exposing at least a portion of the electrode;
A conductive layer disposed on the first insulating resin layer and electrically connected to the electrode through the first opening;
A second insulating resin layer disposed so as to cover the conductive layer and having a second opening that exposes at least a part of the conductive layer;
And at least a bump disposed on the conductive layer exposed from the second opening,
Of the conductive layer, a region in contact with the bump is composed of a flat central region and an outer region having an inclination,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the inclination has a negative angle toward the central region.
前記半導体基板の一面上に配され、前記電極の少なくとも一部を露出する第一開口部を有する第一絶縁樹脂層と、
前記第一絶縁樹脂層上に配され、前記第一開口部を通じて前記電極と電気的に接続された導電層と、
前記導電層を覆うように配され、該導電層の少なくとも一部を露出する第二開口部を有する第二絶縁樹脂層と、
前記第二開口部から露出した前記導電層上に配されたバンプと、を少なくとも備え、
前記導電層のうち、前記バンプと接する領域は、平坦な中央域と、傾斜をなす外領域とから構成され、
前記傾斜は、前記中央域に向けて負の角度を有する半導体装置の製造方法であって、
フォトリソグラフィ、レーザー加工、又はRIEを用いて、前記半導体基板又は前記第一絶縁樹脂層上に、前記傾斜に対応させて凸部を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 A semiconductor substrate having an electrode formed on one surface;
A first insulating resin layer disposed on one surface of the semiconductor substrate and having a first opening exposing at least a portion of the electrode;
A conductive layer disposed on the first insulating resin layer and electrically connected to the electrode through the first opening;
A second insulating resin layer disposed so as to cover the conductive layer and having a second opening that exposes at least a part of the conductive layer;
And at least a bump disposed on the conductive layer exposed from the second opening,
Of the conductive layer, a region in contact with the bump is composed of a flat central region and an outer region having an inclination,
The inclination is a method of manufacturing a semiconductor device having a negative angle toward the central region,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a convex portion is formed on the semiconductor substrate or the first insulating resin layer so as to correspond to the inclination by using photolithography, laser processing, or RIE.
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