JP2011034988A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ランド部が微細化された場合であっても、ランド部における封止絶縁層の剥離による再配線層の剥がれを抑制することが可能な半導体装置を提供する。
【解決手段】一方の主面１０ａに半導体デバイスおよび電極が設けられた半導体基板１０と、一方の主面１０ａの上に形成された層間絶縁層１１と、層間絶縁層１１上に形成された再配線層１２と、再配線層１２の上を封止する封止絶縁層１７とを有し、再配線層１２は、配線部１３の端部に形成されたランド部１４と、ランド部１４から離れてランド部１４の周囲に形成された外郭部１５とを含み、封止絶縁層１７は、ランド部１４の少なくとも一部が露出する開口部１７ａを有し、ランド部１４と外郭部１５との間隙部１６において封止絶縁層１７と層間絶縁層１１とが接合されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、再配線層にランド部を有する半導体装置に関する。

近年、半導体パッケージとしては、いわゆるＣＳＰ（チップスケールパッケージまた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。このパッケージ構造は、一般に、パッケージの平面な表面に電極を平面状に配置する、いわゆるＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）技術を採用している。そのため、半導体チップを従来よりも小さい面積で電子回路基板上に高密度実装することが可能であり、電子機器の小型軽量化に大きく貢献することができる。

しかし、半導体装置の小型化が進むことにより、再配線層として引き回される配線およびランド部の微細化が必要になる。特に、パッケージに用いている封止絶縁層とその下側の層との密着性が弱い場合、経時劣化によりランド部の周囲に形成された封止絶縁層が剥離を起こす可能性が生じる。このため、長期にわたる半導体装置の信頼性を確保する上で、封止絶縁層の剥離は大きな問題といえる。

特許文献１には、ランド部における封止絶縁層の剥離による再配線層の剥がれを抑制するため、封止絶縁層がランド部内で導電層を貫通した状態でその下側の絶縁膜と接していることを特徴とする半導体装置が開示されている。

特開２００７−２０８２０９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の半導体装置の場合、数個の貫通孔を離間して設けているので、貫通孔が形成されていない箇所では封止絶縁層の剥離が進行するおそれがある。また、ランド部の微細化に合わせて貫通孔も微細化すると、貫通孔の内部における樹脂層の接合力が十分に得られないおそれもある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ランド部が微細化された場合であっても、ランド部における封止絶縁層の剥離による再配線層の剥がれを抑制することが可能な半導体装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、一方の主面に半導体デバイスおよび電極が設けられた半導体基板と、前記半導体基板の一方の主面の上に形成された層間絶縁層と、前記層間絶縁層上に形成された再配線層と、前記再配線層の上を封止する封止絶縁層とを有し、前記再配線層は、配線部の端部に形成されたランド部と、前記ランド部から離れて前記ランド部の周囲に形成された外郭部とを含み、前記封止絶縁層は、前記ランド部の少なくとも一部が露出する開口部を有し、前記ランド部と前記外郭部との間隙部において前記封止絶縁層と前記層間絶縁層とが接合されていることを特徴とする半導体装置を提供する。
前記外郭部および前記間隙部は、それぞれ前記ランド部の周囲を取り囲むように、連続して形成されていることが好ましい。

前記開口部における封止絶縁層の端部が、前記ランド部の側面より内側に位置し、前記ランド部の上面の一部および側面が、前記封止絶縁層に封止されていることが好ましい。
前記開口部における封止絶縁層の端部が、前記ランド部の側面より外側に位置し、前記ランド部の上面の全部および側面が、前記封止絶縁層の開口部から露出されていることが好ましい。
前記ランド部に外部接続端子が形成されていることが好ましい。
前記ランド部に外部接続端子が形成され、前記外部接続端子が、前記開口部から露出された前記ランド部の上面および側面と接していることが好ましい。

本発明によれば、ランド部とその周囲に形成された外郭部との間の間隙部において、封止絶縁層と層間絶縁層とが接合され、しかもこの接合部が、ランド部の周囲のほぼ一周にわたって連続的に形成されるので、ランド部が微細化された場合であっても、ランド部における封止絶縁層の剥離による再配線層の剥がれをより確実に抑制することが可能になる。

（ａ）は本発明の第１形態例に係る半導体装置のランド部付近のパターンを示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図であり、（ｃ）は（ｂ）に外部接続端子を設けた構成の一例を示す断面図である。 （ａ）は本発明の第２形態例に係る半導体装置のランド部付近のパターンを示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図であり、（ｃ）は（ｂ）に外部接続端子を設けた構成の一例を示す断面図である。

以下、好適な実施の形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。
図１に、本発明の半導体装置の第１形態例を示す。
図１（ｂ）に示すように、本形態例の半導体装置の概略構成は、一方の主面１０ａに半導体デバイスおよび電極（図示せず）が設けられた半導体基板１０と、半導体基板１０の一方の主面１０ａの上に形成された層間絶縁層１１と、層間絶縁層１１上に形成された再配線層１２と、再配線層１２の上を封止する封止絶縁層１７とを有し、再配線層１２は、配線部１３の端部にランド部１４が形成され、封止絶縁層１７は、ランド部１４の少なくとも一部が露出する開口部１７ａを有するものである。

そして、本形態例の半導体装置は、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、再配線層１２は、ランド部１４から離れてランド部１４の周囲に形成された外郭部１５をさらに含み、ランド部１４と外郭部１５との間隙部１６において封止絶縁層１７と層間絶縁層１１とが接合されていることを特徴とする。本形態例の場合、１つのランド部１４には、その周囲を取り囲むように、１つの外郭部１５が連続して形成されている。これにより、ランド部１４と外郭部１５との間の間隙部１６も、ランド部１４の周囲を取り囲むように、１つの間隙部１６が連続して形成されている。

図１に示す例においては、ランド部１４の全周にわたって、開口部１７ａにおける封止絶縁層１７の端部１７ｂが、ランド部１４の側面１４ｂより内側に位置している。また、ランド部１４の上面１４ａの一部および側面１４ｂが、封止絶縁層１７によって封止されている。
この場合、樹脂等の絶縁体からなる封止絶縁層１７は、銅などの金属からなるランド部１４の上面１４ａに対して密着性が低いので、温度変化や経時劣化等によって端部１７ｂを起点としてランド部１４の上面１４ａと封止絶縁層１７との間が剥離するおそれがある。

しかし、本形態例の半導体装置によれば、ランド部１４と外郭部１５との間の間隙部１６において封止絶縁層１７と層間絶縁層１１とが接合され、この接合部が、間隙部１６内においてランド部１４の周囲のほぼ一周にわたって連続的に形成されるので、ランド部１４が微細化された場合であっても、ランド部１４の周辺における封止絶縁層１７の端部１７ｂからの剥離による再配線層１２の剥がれをより確実に抑制することができる。

ランド部１４と外郭部１５との間の間隙部１６の幅ｗ_１は、封止絶縁層１７と層間絶縁層１１との接合部の幅に対応するものである。この幅ｗ_１は、例えば１０〜５０μｍとすることができる。また、外郭部１５がランド部１４の端部から等間隔で離れて設けられ、間隙部１６の幅ｗ_１がランド部１４の周囲のほぼ一周にわたって均等になると、接合部を剥離しようとする機械的ストレスが集中しにくいので、好ましい。
図１（ｂ）、（ｃ）に示すように、開口部１７ａにおける封止絶縁層１７の端部１７ｂが、ランド部１４の側面１４ｂより内側に位置していると、はんだバンプ等の外部接続端子１８から伝わる機械的ストレスが、ランド部１４の上面１４ａのみに均一に加わる。そのためランド部１４が剥がれ不良となるおそれがない。

ランド部１４の平面形状は、図示した円形に限られるものではなく、四角形などの多角形や、楕円形などでもよい。この場合、外郭部１５もランド部１４と同様に、四角形などの多角形や、楕円形などの形状とすることが好ましい。
外郭部１５の幅ｗ_２は、例えば１０〜５０μｍとすることができる。

なお、本形態例では、外郭部１５の端部１５ａ，１５ｂ（周方向の端部）は、配線部１３に対してその幅方向（図１（ａ）では上下方向）両側にそれぞれ連結されている。この場合の配線部１３は、図１（ａ）に示すように、ランド部１４から遠い側である第１の部分１３ａと、外郭部１５に交差する交差部１３ｃと、ランド部１４に近い側である第２の部分１３ｂとを含んでいる。
このほか本発明においては、外郭部１５の端部１５ａ，１５ｂの一方または両方が、配線部１３から離れていて、外郭部１５の端部と配線部１３の側部との間で、封止絶縁層１７と層間絶縁層１１とが接合された構成とすることもできる。この場合、外郭部１５の端部と配線部１３の側部との間の間隔は、ランド部１４と外郭部１５との間の間隙部１６の幅ｗ_１と同程度であることが好ましい。

配線部１３の第２の部分１３ｂまたはその近傍には、間隙部１６の代わりに封止絶縁層１７と層間絶縁層１１とを接合するため、貫通孔１９を形成しても良い。この貫通孔１９内においても、封止絶縁層１７と層間絶縁層１１とが接合される。
貫通孔１９の平面形状は、図示した三角形に限られるものではなく、四角形などの多角形や、円形、楕円形などでもよい。

以下、本形態例の半導体装置の好ましい構成について、より詳細に説明する。
半導体基板１０は、表裏にそれぞれ主面１０ａ，１０ｂを有する。一方の主面１０ａ（図１（ｂ）では上面）には、集積回路等の半導体デバイス（図示せず）およびその電極（図示せず）が設けられている。集積回路を保護するため、酸化膜や窒化膜などのパッシベーション膜（図示せず）が設けられる。
本形態例の半導体装置における半導体基板１０は、例えばシリコン（Ｓｉ）ウエハ等の半導体ウエハまたは該ウエハをダイシングして得られる半導体チップから構成される。電極は、例えばＡｌパッドからなる。

層間絶縁層１１および封止絶縁層１７は、樹脂からなる絶縁層でも、樹脂以外の絶縁層でも構わない。配線間容量による信号遅延を抑制するため、いわゆるｌｏｗ−ｋ絶縁膜であることが好ましい。ｌｏｗ−ｋ絶縁膜としては、ＳｉＯＣ膜、ＳｉＯＣＨ膜、メチルシルセスキオキサン膜、ベンゾシクロブテン膜等の有機膜や、ヒドロキシシルセスキオキサン膜等の無機膜、またはこれらの膜を多孔質化したものが挙げられる。また、ｌｏｗ−ｋ絶縁膜に限定されるものではなく、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等、その他従来公知の絶縁材料を用いることができる。

再配線層１２は、例えばＣｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ａｕ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｔｉ、ＴｉＷ等の導体（各種の金属や合金等）からなり、その厚さは例えば０．１〜２０μｍである。再配線層１２の形成方法は、特に限定されるものではなく、例えばスパッタリング法、蒸着法、めっき法等、あるいはこれらの２つ以上の方法の組み合わせが挙げられる。また、再配線層１２が、単層の導体層でも、多層の導体層を積層したものでも良い。また、再配線層１２のパターニングには、フォトリソグラフィ技術が好適に用いられる。

再配線層１２の配線パターンは特に限定されるものではないが、例えば図１（ａ）に示すように、配線部１３の端部にランド部１４が形成される。配線部１３の一端部にランド部１４が形成されている場合、その反対側の端部は、半導体基板１０の電極に導通されても良い。
図１（ｃ）に示すように、ランド部１４の上面１４ａには、はんだバンプ等の外部接続端子１８を搭載することができる。ランド部１４の上面１４ａの少なくとも一部を露呈するため、封止絶縁層１７には、開口部１７ａが設けられている。

外部接続端子１８は、半導体装置から構成される半導体チップを、プリント回路基板等の電子回路基板に実装するために用いることができる。外部接続端子１８としては、例えば図１（ｃ）に示すはんだバンプの他、樹脂製突部（図示せず）に形成した端子が挙げられる。はんだバンプの形成方法としては、印刷法、めっき法、メタルジェット法、ボール搭載法等が挙げられる。例えば印刷法では、はんだペーストを印刷し、リフロー処理にて溶融させてはんだバンプとすることができる。はんだは、共晶タイプや鉛フリータイプが好適に利用できる。

本形態例の半導体装置は、再配線層１２のランド部１４付近において外郭部１５が形成されるパターンを採用することを除いては、公知の方法によって製造することができる。
まず、半導体基板１０の一方の主面１０ａ上に層間絶縁層１１を形成する。層間絶縁層１１の形成方法としては、例えば回転塗布法（スピンコート法）、印刷法、ラミネート法等が挙げられる。半導体基板１０上の電極の少なくとも一部を露呈させるための開口部は、例えば層間絶縁層１１を構成する絶縁体（樹脂など）の膜を全面に成膜した後にフォトリソグラフィ技術によってパターニングする等の手法で形成することができる。

次に、層間絶縁層１１の上に、配線部１３、ランド部１４および外郭部１５を有する再配線層１２を形成する。再配線層１２の形成方法は特に限定されないが、例えば次のような方法が挙げられる。
まず、層間絶縁層１１の上に、薄い導電膜であるシード層を形成する。シード層の上にめっきレジストを形成し、再配線層１２を形成する場所を露光および現像によって開口する。次いで、Ｃｕ等を電解めっきにより所望の膜厚まで堆積させ、めっきレジストを除去した後、電解めっき層をエッチングマスクとして利用して、余分なシード層（再配線層１２を形成する場所より外側に存在する部分）をエッチング除去する。再配線層１２を半導体基板１０の電極に導通させる場合は、層間絶縁層１１の開口部内まで再配線層１２を形成する。

次に、流動性のある絶縁材料を原料に用いて層間絶縁層１１および再配線層１２の上に封止絶縁層１７を形成する。また、封止絶縁層１７を硬化させる前に、ランド部１４の少なくとも一部が露呈されるように、露光および現像によりパターン形成して、開口部１７ａを形成する。これにより、図１（ｂ）に示す半導体装置が完成する。

さらに、封止絶縁層１７の開口部１７ａ内において、ランド部１４上に、はんだバンプ等の外部接続端子１８を形成することにより、図１（ｃ）に示す半導体装置が完成する。このようにして製造された半導体装置によれば、半導体チップをＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）技術によって小さい面積で電子回路基板上に高密度実装することが可能になる。

図２に、本発明の半導体装置の第２形態例を示す。
本形態例の半導体装置は、上述の第１形態例と同様に、一方の主面２０ａに半導体デバイスおよび電極（図示せず）が設けられた半導体基板２０と、半導体基板２０の一方の主面２０ａの上に形成された層間絶縁層２１と、層間絶縁層２１上に形成された再配線層２２と、再配線層２２の上を封止する封止絶縁層２７とを有し、再配線層２２は、配線部２３の端部にランド部２４が形成され、封止絶縁層２７は、ランド部２４の少なくとも一部が露出する開口部２７ａを有し、再配線層２２は、ランド部２４から離れてランド部２４の周囲に形成された外郭部２５をさらに含み、ランド部２４と外郭部２５との間隙部２６において封止絶縁層２７と層間絶縁層２１とが接合されている。

本形態例の場合は、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、ランド部２４の全周にわたって、開口部２７ａにおける封止絶縁層２７の端部２７ｂが、ランド部２４の側面２４ｂより外側に位置し、ランド部２４の上面２４ａの全部および側面２４ｂが、封止絶縁層２７の開口部２７ａから露出されている。
また、図２（ｃ）に示すように、外部接続端子２８は、ランド部２４の上面２４ａおよび側面２４ｂと接しており、外部接続端子２８とランド部２４との接合面積が増大するので、接合信頼性が向上する。

さらに、封止絶縁層２７の端部２７ｂは、間隙部２６内において層間絶縁層２１と接合されるので、封止絶縁層２７の剥離による再配線層２２の剥がれをより確実に抑制することが可能になる。
封止絶縁層２７の端部２７ｂの位置は、ランド部２４の周囲の全周にわたって、外郭部２５より内側に位置し、間隙部２６内で十分な接合幅を有することが好ましい。
ランド部２４と外郭部２５との間の間隙部２６の幅ｗ_１は、例えば１０〜５０μｍとすることができる。また、外郭部２５がランド部２４の端部から等間隔で離れて設けられ、間隙部２６の幅ｗ_１がランド部２４の周囲のほぼ一周にわたって均等になると、接合部を剥離しようとする機械的ストレスが集中しにくいので、好ましい。

なお、本形態例では、外郭部２５の端部２５ａ，２５ｂ（周方向の端部）は、配線部２３に対してその幅方向（図２（ａ）では上下方向）両側にそれぞれ連結されている。この場合の配線部２３は、図２（ａ）に示すように、ランド部２４から遠い側である第１の部分２３ａと、外郭部２５に交差する交差部２３ｃと、ランド部２４に近い側である第２の部分２３ｂとを含んでいる。
このほか本発明においては、外郭部２５の端部２５ａ，２５ｂの一方または両方が、配線部２３から離れていて、外郭部２５の端部と配線部２３の側部との間で、封止絶縁層２７と層間絶縁層２１とが接合された構成とすることもできる。

第２形態例の半導体装置における半導体基板２０、層間絶縁層２１、再配線層２２、配線部２３、ランド部２４、外郭部２５、間隙部２６、封止絶縁層２７、外部接続端子２８等のより具体的な構成および製造方法は、特に断りのない限り、それぞれ、第１形態例の半導体装置における半導体基板１０、層間絶縁層１１、再配線層１２、配線部１３、ランド部１４、外郭部１５、間隙部１６、封止絶縁層１７、外部接続端子１８等と同様とすることができるので、重複する説明は省略する。
配線部２３の第２の部分２３ｂまたはその近傍には、間隙部２６の代わりに封止絶縁層２７と層間絶縁層２１とを接合するため、貫通孔２９を形成しても良い。この貫通孔２９内においても、封止絶縁層２７と層間絶縁層２１とが接合される。

以上、本発明を好適な実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は上述の形態例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。
例えば、図１はランド部１４の全周にわたって開口部１７ａにおける封止絶縁層１７の端部１７ｂがランド部１４の側面１４ｂより内側に位置し、図２はランド部２４の全周にわたって開口部２７ａにおける封止絶縁層２７の端部２７ｂがランド部２４の側面２４ｂより外側に位置する例であるが、このほか、封止絶縁層の端部がランド部の側面より内側に位置する箇所と、外側に位置する箇所とが混在していても良い。

本発明は、再配線層にランド部を有する各種の半導体装置に利用することができる。

１０，２０…半導体基板、１０ａ，２０ａ…一方の主面、１０ｂ，２０ｂ…他方の主面、１１，２１…層間絶縁層、１２，２２…再配線層、１３，２３…配線部、１４，２４…ランド部、１４ａ，２４ａ…ランド部の上面、１４ｂ，２４ｂ…ランド部の側面、１５，２５…外郭部、１６，２６…間隙部、１７，２７…封止絶縁層、１７ａ，２７ａ…開口部、１７ｂ，２７ｂ…開口部における封止絶縁層の端部、１８，２８…外部接続端子。

Claims (6)

1. 一方の主面に半導体デバイスおよび電極が設けられた半導体基板と、前記半導体基板の一方の主面の上に形成された層間絶縁層と、前記層間絶縁層上に形成された再配線層と、前記再配線層の上を封止する封止絶縁層とを有し、
   前記再配線層は、配線部の端部に形成されたランド部と、前記ランド部から離れて前記ランド部の周囲に形成された外郭部とを含み、
   前記封止絶縁層は、前記ランド部の少なくとも一部が露出する開口部を有し、前記ランド部と前記外郭部との間隙部において前記封止絶縁層と前記層間絶縁層とが接合されていることを特徴とする半導体装置。
2. 前記外郭部および前記間隙部は、それぞれ前記ランド部の周囲を取り囲むように、連続して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記開口部における封止絶縁層の端部が、前記ランド部の側面より内側に位置し、前記ランド部の上面の一部および側面が、前記封止絶縁層に封止されていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
4. 前記開口部における封止絶縁層の端部が、前記ランド部の側面より外側に位置し、前記ランド部の上面の全部および側面が、前記封止絶縁層の開口部から露出されていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
5. 前記ランド部に外部接続端子が形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の半導体装置。
6. 前記ランド部に外部接続端子が形成され、前記外部接続端子が、前記開口部から露出された前記ランド部の上面および側面と接していることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。

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